JP2009097431A - マイクロバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型且つ廉価な構成のマイクロバブル発生装置を提供する。
【解決手段】マイクロバブル発生装置１０は、エンジン３０に設けられており、オイルを貯溜するオイルパン５０ｄと、オイルを潤滑対象に供給する潤滑路１３４と、オイルパン５０ｄからオイルを吸い出して潤滑路１３４に送給するオイルポンプ８０と、オイルポンプ８０の流入口にオイルを導く導入管路１００と、一端が導入管路１００に接続されて、他端が空気吸入口１０２ａとして開放された空気管路１０２と、オイルポンプ８０の出力側管路１０４に設けられたバブル生成オリフィス１０６とを有する。空気管路１０２における導入管路１００との接続部には、空気量調整オリフィス１０８が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプを備えたマイクロバブル発生装置に関する。

液体中に混在させる極めて小径のマイクロバブルには様々な作用があり、その利用について研究開発がなされており、例えば、特許文献１では車両におけるエンジンへのオイル供給系統に適用した例が開示されている。この特許文献１の例では、オイルパンからポンプによりオイルを吸い出して、空気を混合し、その混合物に超音波を照射させることによりマイクロバブルを発生させている。

このようにしてオイルに対してマイクロバブルを発生させると、対象物の摩擦を一層低減させることができる。

特開２００７−９９００号公報（図４、図５）

上記の特許文献１におけるマイクロバブル発生装置では、超音波発生装置が必要である。超音波発生装置は大型であることが予想され、自動二輪車等のようにレイアウトスペースが限られている車両においては一層の工夫が望まれる。また、超音波発生装置はオイルポンプとは別に設ける必要があり、実質的にはエンジンとは別体構造となり、オイルや空気の接続管路を設けなければならないとともに、該接続管路には十分な漏れ対策が必要となる。さらに、超音波発生装置は高価である。特許文献１記載のマイクロバブル発生装置では、専用の別タンクが設けられており、複雑であることが予想される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、小型且つ廉価で、自動二輪車等に好適に適用することのできるマイクロバブル発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロバブル発生装置は、以下の特徴を有する。

第１の特徴；オイルを貯溜するオイル貯溜部と、オイルを潤滑対象に供給する潤滑路と、前記オイル貯溜部からオイルを吸い出して前記潤滑路に送給するポンプと、前記ポンプの流入口にオイルを導く導入管路と、一端が前記導入管路内又は前記ポンプの出力側管路内に接続されて、他端が空気吸入口として開放された空気管路と、前記導入管路又は前記出力側管路で、前記空気管路との接続部より下流側に設けられたマイクロバブル発生器とを有することを特徴とする。

このように、ポンプの導入管路又は出力側管路に対して空気管路を接続するとともに該接続部より下流側にマイクロバブル発生器を設けることで小型且つ廉価なマイクロバブル発生装置が得られ、潤滑用のオイルにマイクロバブルを簡便に混入させることができる。ここで、導入管路及び出力側管路は、ポンプの内部の管路を含む。

第２の特徴；前記空気管路における前記接続部には、空気量調整オリフィスが設けられていることを特徴とする。空気量調整オリフィスにより、マイクロバブルの発生量が規定される。

第３の特徴；前記マイクロバブル発生器はオリフィスであると、マイクロバブルを発生させやすい。

第４の特徴；前記潤滑対象は内燃機関であり、前記オイル貯溜部は、前記内燃機関に設けられたオイルパンであってもよい。これにより、内燃機関の所定箇所にマイクロバブルが混入されたオイルを簡便に供給することができる。

第５の特徴；内燃機関におけるオイルを貯溜するオイルパンと、オイルを潤滑対象に供給する潤滑路と、前記オイルパンからオイルを吸い出して前記潤滑路に送給するポンプと、前記ポンプの流入口にオイルを導く導入管路と、前記内燃機関のクランクケース内に設けられ、一端が前記導入管路又は前記ポンプの出力側管路に接続されて、他端が空気吸入口として開放された空気管路と、前記導入管路又は前記出力側管路で、前記空気管路との接続部より下流側に設けられたマイクロバブル発生器とを有することを特徴とする。これにより、マイクロバブル発生装置はすべて内燃機関内に収納され、機器容積は増加することなく、レイアウト上好適である。空気管路はクランクケースに覆われるので、空気管路に対して異物の進入を防止できる。

第６の特徴；前記空気管路は、前記クランクケース内で、前記オイルパンにおけるオイルの油面よりも上方で開口しているとよい。これにより、空気を確実に吸入することができ、マイクロバブルの発生量を多くすることができる。

第７の特徴；前記空気吸入口は、下方に向けて開口していることを特徴とする。これにより、上方から滴下してくるオイルが空気管路に進入することを防止できる。

第８の特徴；前記空気管路の少なくとも一部は、前記クランクケースに固定されていることを特徴とする。これにより、空気管路が安定し、車両等の振動のあるシステムに好適に適用可能である。

第９の特徴；前記マイクロバブル発生器は、前記ポンプの内部に設けられていることを特徴とする。これにより、部品点数が増えることを防止できる。

第１０の特徴；上記のマイクロバブル発生装置は、小型且つ廉価であって、レイアウトスペースの限られている自動二輪車に好適に適用可能である。

第１１の特徴；液体を吸い出すポンプの導入管路又は出力側管路を主管路とするマイクロバブル発生装置であって、一端が前記主管路に接続されて、他端が空気吸入口として開放された空気管路と、前記主管路における前記空気管路との接続部より下流側に設けられたマイクロバブル発生器とを有することを特徴とする。

本発明に係るマイクロバブル発生装置によれば、ポンプの導入管路に対して空気管路を接続するとともに該ポンプの出力側にマイクロバブル発生器を設けることで小型且つ廉価なマイクロバブル発生装置が得られ、潤滑用のオイルにマイクロバブルを簡便に混入させることができる。

また、導入管路又は出力側管路を主管路とし、該主管路に空気管路を接続するとともに、主管路における空気管路との接続部より下流側にマイクロバブル発生器を設けることにより、小型且つ廉価なマイクロバブル発生装置が得られる。

以下、本発明に係るマイクロバブル発生装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るマイクロバブル発生装置１０は、ロードスポーツ式の自動二輪車１２に適用される。自動二輪車１２は、ロードスポーツ式以外にも、例えばスクータ式であってもよい。先ず、自動二輪車１２について説明する。

自動二輪車１２は、クレードル型の車体フレーム１４と、この車体フレーム１４のヘッドパイプ１６に取付けたフロントフォーク１８と、このフロントフォーク１８に取付けた前輪２０並びにフロントフェンダ２２と、フロントフォーク１８に連結したハンドル２４と、車体フレーム１４の前部上部に跨ぐように取付けた燃料タンク２６とを有する。また、自動二輪車１２は、車体フレーム１４の後部上部に取付けたシート２８（運転者席と同乗者席とを有するダブルシート）と、車体フレーム１４の各パイプで囲まれたクレードルスペース内に配置したエンジン（内燃機関）３０及び変速機３０ａと、クレードルスペースの後方に且つシート２８の下方に配置したエアクリーナ３２と、このエアクリーナ３２、エンジン３０の吸気口の間に接続した気化器３４と、エンジン３０の排気口に接続した排気管３５、集合チャンバ３６並びにサイレンサ３８とを有する。さらに、自動二輪車１２は、エンジン３０の前方に配置したラジエータ４０と、車体フレーム１４の後部にピボットを介して取付けたスイングアーム４２と、このスイングアーム４２の後端部を車体フレーム１４に懸架したリヤサスペンション４４と、スイングアーム４２に取付けた後輪４６とを有する。

図２に示すように、エンジン３０の外郭は、上方から順にシリンダヘッド５０ａ、シリンダ５０ｂ、クランクケース５０ｃ及びオイルパン（オイル貯溜部）５０ｄによって形成されており、外部から異物が進入しないように構成されている。

エンジン３０は、吸気管５２からスロットルバルブ５４を介して空気を吸入し、燃料噴射弁５６から燃料を噴出し、吸気バルブ５８が開いているときに燃焼室６０に混合気を送給する。シリンダ５０ｂ内では、ピストン６２が往復運動をし、２往復で混合気の吸気動作、圧縮動作、燃焼動作、及び排気動作を行う。燃焼動作は図示しない点火プラグにより行われる。排気動作は、排気バルブ６４が開いているときに行われ、排気管６６に排出される。吸気バルブ５８及び排気バルブ６４は、それぞれ対応するカムシャフト６７のカム６７ａによって開閉駆動される。

ピストン６２はコネクティングロッド７０によってクランクシャフト７２の偏心位置に接続されており、ピストン６２が往復運動をすることによってクランクシャフト７２が回転をする。始動時には、クランクシャフト７２に接続されたフライホイール７４をスタータモータ７６により回転させる。

クランクケース５０ｃ内には、クラッチ７８、オイルポンプ８０及び変速機３０ａが設けられている。変速機３０ａは、フライホイール７４によって駆動され、クランクシャフト７２の回転数を変速して後輪４６に回転を伝達する。

オイルパン５０ｄには、エンジン３０の各部の潤滑を行うためのオイルが貯溜されている。オイルは潤滑以外にも防錆、冷却、清浄等の作用も有することはもちろんである。

図３に示すように、オイルポンプ８０は、エンジン３０の潤滑系統の一部であって、ドリブンスプロケット１３０に連動して回転する。ドリブンスプロケット１３０は、クランクシャフト７２に設けられた図示しないドライブスプロケットに対してチェーンで接続されて回転する。

オイルパン５０ｄのオイルは、オイルポンプ８０によって吸い出されて、出力側管路１０４からオイルフィルタ１３２及び潤滑路１３４を経由してエンジン３０の各潤滑対象に供給される。出力側管路１０４には、過大な圧力がかかることを防止するリリーフ弁１３６が設けられている。潤滑路１３４は複数に分岐しており、各ピストン６２、クランクシャフト７２、カムシャフト６７、カム６７ａ、バランサ１４０に供給される。オイルは、メインシャフト１４２及びカウンタシャフト１４４から変速機３０ａにも供給される。潤滑路１３４の圧力は、オイルプレッシャスイッチ１４６により検出され、所定の圧力が印加されていることを確認できる。図３における複数の矢印はオイルの移動経路を示し、複数の黒点１４８は噴出するオイルを模式的に示している。エンジン３０の潤滑対象に供給されたオイルは、やがて落下してオイルパン５０ｄに回収される。潤滑系統には、オイルクーラが介在してもよい。

図２及び図３に示すように、本実施の形態に係るマイクロバブル発生装置１０は、オイルパン５０ｄ及びクランクケース５０ｃ内に設けられており、オイルパン５０ｄからオイルを吸い出して潤滑路１３４（図３参照）に送給するオイルポンプ８０と、オイルポンプ８０の流入口にオイルを導く導入管路（主管路）１００と、一端が導入管路１００に接続されて、他端が空気吸入口１０２ａとして開放された空気管路１０２と、オイルポンプ８０の出力側管路（主管路）１０４に設けられたバブル生成オリフィス（マイクロバブル発生器）１０６と、空気管路１０２における導入管路１００との接続部に設けられた空気量調整オリフィス１０８とを有する。オイルポンプ８０とバブル生成オリフィス１０６は、極めて近接しており、この間には他の機器は介在していない。空気管路１０２は通常の管路であり、空気量調整オリフィス１０８以外の機器はない。バブル生成オリフィス１０６は、オイルポンプ８０に直接設けられていてもよい。

空気管路１０２は、一部が留め具１１０によってクランクケース５０ｃに固定されて安定しており、耐振性の向上が期待できる。空気管路１０２は略全長にわたってクランクケース５０ｃに固定してもよい。空気管路１０２の一部又は全部はクランクケース５０ｃの壁部を用いて形成してもよい。

空気管路１０２は、クランクケース５０ｃ内に設けられており、先端の空気吸入口１０２ａは適度に高い箇所で、少なくともオイルパン５０ｄのオイル油面１２０よりは高い位置に開口している。これにより、空気を確実に空気管路１０２に吸入することができ、マイクロバブルの発生量を多くすることができる。空気管路１０２は、空気吸入口１０２ａを高い位置に配置するために、途中に上昇部１０２ｂを有し、該空気吸入口１０２ａは、導入管路１００に対する接続部よりも高い位置にある。

空気管路１０２の先端は、クラッチ７８等の回転体よりも下方に配置されて、略Ｕ字形状に屈曲しており、空気吸入口１０２ａは下方に向けて開口している。これにより、上方から滴下し又は回転体の遠心力により飛散してくるオイルが空気管路１０２に進入することを防止できる。空気吸入口１０２ａと、その近傍部におけるクランクケース５０ｃの壁面との間には適度な隙間が確保されており、該壁面からオイルが伝わり、又は跳ね返って侵入することが防止できる。空気吸入口１０２ａには、空気フィルタが設けられていてもよい。導入管路１００の下端にはストレーナ１１２が設けられており、オイルパン５０ｄのオイルに浸されている。

なお、本実施の形態では、空気管路１０２の先端は略Ｕ字形状に屈曲されているが、空気管路１０２の上方にひさし部を備えた場合には、その先端は略Ｕ字形状に限定されない。

空気管路１０２には、設計条件に応じて、開閉弁又は開度調整弁を設けて、温度等のパラメータに基づいて管路の開閉制御をしてもよい。

図４に示すように、空気管路１０２は、導入管路１００の側方に略９０°で接続されており、導入管路１００をオイルが流れることにより、流体の性質として、空気管路１０２の空気が空気量調整オリフィス１０８を介して吸い込まれ、オイル内に空気が混入することになる。この混入した気泡１５６は、この時点ではある程度大径であるが、オイルポンプ８０を介してバブル生成オリフィス１０６を通過するときにマイクロバブルになる。

空気量調整オリフィス１０８は、例えばねじ込み式であって、交換可能であり、オイル内に混入する空気量を調整できる。これにより、結果としてマイクロバブルの発生量を規定することができる。

空気吸入口１０２ａは、クランクケース５０ｃ内で開口しているので、空気管路１０２内に異物が侵入しにくい。

図５に示すように、バブル生成オリフィス１０６は、入力側から出力側に向かって縮径する第１テーパ部１５０と、該第１テーパ部１５０によって小径になった絞り部１５２と、出力側で次第に拡径する第２テーパ部１５４とを有し、いわゆるベンチュリ形状となっている。第１テーパ部１５０は出力側に向かって比較的急に縮径しており、第２テーパ部１５４は出力側に向かって比較的緩やかに拡径している。このようなバブル生成オリフィス１０６では、第１テーパ部１５０でオイル及び気泡１５６が加圧及び増速することにより、絞り部１５２で気泡１５６が潰れてマイクロバブルが発生しやすい。図５中では多数のマイクロバブルを点で示している。第２テーパ部１５４は緩やかに拡径していることから、絞り部１５２で発生したマイクロバブルは急激な影響を受けることなく、消滅せずにそのまま下流側へ流れていくと考えられる。バブル生成オリフィス１０６は、簡便構成であって、小型、軽量且つ廉価であることはもちろんである。

上述したように、本実施の形態に係るマイクロバブル発生装置１０は、オイルポンプ８０の導入管路１００に対して空気管路として空気管路１０２を接続するとともに該オイルポンプ８０の出力側にバブル生成オリフィス１０６を設けることで小型且つ廉価な装置が得られ、潤滑用のオイルにマイクロバブルを簡便に混入させることができる。マイクロバブル発生装置１０では、オイルポンプ８０とバブル生成オリフィス１０６が近接配置されていることにより、小型化が可能である。

マイクロバブル発生装置１０は、高価で且つ体積の大きい超音波発生装置が不要で、コンパクト且つ廉価である。

マイクロバブル発生装置１０は、超音波発生装置等の別機器がなく、エンジン３０内に収納され、機器容積は増加することなく、レイアウト上好適である。また、別機器がないことからオイルや空気の接続管路も不要であり、オイル等の漏れ対策は特に必要ない。

マイクロバブル発生装置１０では、通常のエンジン３０の基本構成に対して、大きく変更することなく適用可能であり、専用のオイルタンク、空気タンク又は駆動源等が不要である。

オイルに混在するマイクロバブルは、見かけ上の粘度が下がることにより潤滑対象の摩擦を低下する作用があり、エンジン３０の摩擦損失を低減することができる。したがって、例えば、低温時にも高温のオイルと同程度の動粘度が得られ、循環抵抗及び駆動抵抗が小さく、暖機効果を短時間で得られると考えられる。

なお、バブル混入オイルは温度が上昇すると、見た目上消滅することが本願発明者により確認されている。したがって、マイクロバブル発生装置１０を設けても高温時の見かけ上の粘度は変わらず、バブル混入オイルが循環しても、高温時にバブルがなくなるので、耐久タフネス性は維持される。つまり、高温時においてマイクロバブルが消滅することにより、泡噛みの影響を低減させることができるので、バッフルプレートやオイルパンの深さを浅くでき、レイアウトの自由度を向上させることができる。

マイクロバブル発生装置１０の基本構成は、オイル以外の液体（例えば燃料）に対してマイクロバブルを発生させることに用いてもよい。空気管路１０２は、出力側管路１０４に接続し、バブル生成オリフィス１０６を出力側管路における空気管路１０２との接続部より下流側に設けてもよい。空気管路１０２自体が適度に細ければ、空気量調整オリフィス１０８は省略してもよい。

図６に示すように、第１の変形例に係るマイクロバブル発生装置１０ａは、前記のバブル生成オリフィス１０６に相当するバブル生成オリフィス１０６ａが、出力側管路１０４におけるオイルポンプ８０の内部の部分に設けられている。

図７に示すように、第２の変形例に係るマイクロバブル発生装置１０ｂは、前記のバブル生成オリフィス１０６に相当するバブル生成オリフィス１０６ｂが、導入管路１００におけるオイルポンプ８０の内部の部分に設けられている。

つまり、マイクロバブル発生装置１０ａ及び１０ｂによれば、バブル生成オリフィス１０６ａ又は１０６ｂとオイルポンプ８０が一体構成となっており、マイクロバブル発生器を別体に設ける必要がなく、部品点数が増えることを防止できるとともに、他の機種との互換性を保つことができる。オイルポンプ８０の入力側及び出力側のバブル生成オリフィス１０６ａ及び１０６ｂは、併存させてもよい。

図８に示すように、第３の変形例に係るマイクロバブル発生装置１０ｃは、バブル生成オリフィス１０６と空気量調整オリフィス１０８と空気管路１０２が一体となったユニットである。空気管路１０２は、主管路１６０の側面に接続されており、該主管路１６０における空気管路１０２との接続部より下流側にバブル生成オリフィス１０６が設けられている。主管路１０６は、オイルポンプ８０の導入管路１００又は出力側管路１０４に対して直列に挿入する。

このようなユニット形式のマイクロバブル発生装置１０ｃは、バブル生成オリフィス１０６と空気量調整オリフィス１０８と空気管路１０２が一体構造であることから、部品点数が増えることを防止できるとともに、既存のポンプシステムに対して簡便に取付が可能である。

マイクロバブル発生装置１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、小型、軽量且つ廉価であって、レイアウトスペースの限られている自動二輪車１２に好適に適用可能である。マイクロバブル発生装置１０は、自動二輪車１２又は他の車両において摩擦低減の目的以外の用途に用いてもよい。マイクロバブル発生装置１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、車両以外の用途に用いてもよい。

本発明に係るマイクロバブル発生装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、ポンプを用いて流体を供給する装置であればよく、燃料供給経路中に備えてもよい。

本実施の形態に係るマイクロバブル発生装置が搭載される自動二輪車の側面図である。 本実施の形態に係るマイクロバブル発生装置が設けられたエンジンの断面側面図である。 エンジンの潤滑系統図である。 接続側空気管路における導入管路との接続部の断面側面図である。 バブル生成オリフィスの断面図である。 第１の変形例に係るマイクロバブル発生装置が設けられたエンジンの潤滑系統図である。 第２の変形例に係るマイクロバブル発生装置が設けられたエンジンの潤滑系統図である。 第３の変形例に係るマイクロバブル発生装置の断面側面図である。

符号の説明

１０、１０ａ〜１０ｃ…マイクロバブル発生装置 １２…自動二輪車
３０…エンジン ３０ａ…変速機
５０ｃ…クランクケース ５０ｄ…オイルパン
８０…オイルポンプ １００…導入管路
１０２…空気管路 １０２ａ…空気吸入口
１０４…出力側管路
１０６、１０６ａ、１０６ｂ…バブル生成オリフィス
１０８…空気量調整オリフィス １１２…ストレーナ
１２０…オイル油面 １３４…潤滑路

Claims (11)

1. オイルを貯溜するオイル貯溜部と、
   オイルを潤滑対象に供給する潤滑路と、
   前記オイル貯溜部からオイルを吸い出して前記潤滑路に送給するポンプと、
   前記ポンプの流入口にオイルを導く導入管路と、
   一端が前記導入管路内又は前記ポンプの出力側管路内に接続されて、他端が空気吸入口として開放された空気管路と、
   前記導入管路又は前記出力側管路で、前記空気管路との接続部より下流側に設けられたマイクロバブル発生器と、
   を有することを特徴とするマイクロバブル発生装置。
2. 請求項１記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記空気管路における前記接続部には、空気量調整オリフィスが設けられていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
3. 請求項１又は２記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記マイクロバブル発生器はオリフィスであることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記潤滑対象は内燃機関であり、
   前記オイル貯溜部は、前記内燃機関に設けられたオイルパンであることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
5. 内燃機関におけるオイルを貯溜するオイルパンと、
   オイルを潤滑対象に供給する潤滑路と、
   前記オイルパンからオイルを吸い出して前記潤滑路に送給するポンプと、
   前記ポンプの流入口にオイルを導く導入管路と、
   前記内燃機関のクランクケース内に設けられ、一端が前記導入管路又は前記ポンプの出力側管路に接続されて、他端が空気吸入口として開放された空気管路と、
   前記導入管路又は前記出力側管路で、前記空気管路との接続部より下流側に設けられたマイクロバブル発生器と、
   を有することを特徴とするマイクロバブル発生装置。
6. 請求項５記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記空気管路は、前記クランクケース内で、前記オイルパンにおけるオイルの油面よりも上方で開口していることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
7. 請求項６記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記空気吸入口は、下方に向けて開口していることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記空気管路の少なくとも一部は、前記クランクケースに固定されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロバブル発生装置において、
   前記マイクロバブル発生器は、前記ポンプの内部に設けられていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載のマイクロバブル発生装置において、
    自動二輪車に適用されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
11. 液体を吸い出すポンプの導入管路又は出力側管路を主管路とするマイクロバブル発生装置であって、
    一端が前記主管路に接続されて、他端が空気吸入口として開放された空気管路と、
    前記主管路における前記空気管路との接続部より下流側に設けられたマイクロバブル発生器と、
    を有することを特徴とするマイクロバブル発生装置。

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