JP2009257136A - 内燃機関の油中希釈燃料処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本装置1は、内燃機関のオイル回路3を流れる潤滑オイル中に含まれる燃料を透過させて分離する分離膜部を有するクロスフロー濾過方式の燃料分離器10と、前記燃料分離器により分離された燃料を気体成分と液体成分とに分離する気液分離器23と、前記気液分離器により分離された燃料の気体成分を捕集する燃料捕集手段(キャニスタ30)と、を備える。
【選択図】図1
Description
上記特許文献1には、内燃機関のオイル回路の途中にオイルヒータを設け、このヒータによりオイル回路を流れる潤滑オイルを加熱して燃料を気化分離することが開示されている。
また、上記特許文献2には、オイルパンの底部にヒータを設け、このヒータによりオイルパン内の潤滑オイルを加熱して燃料を気化分離することが開示されている。
さらに、その他の従来の油中希釈燃料処理装置として、ブローバイガス中の燃料(気体)を一旦キャニスタに吸着させ、空燃比の状況に基づいて吸気側に戻すものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
特に、上記特許文献1では、オイルパンとエンジンの被潤滑部とを連絡するオイル通路又はこのオイル通路に設けられたバイパス通路を通る比較的大量の潤滑オイルをヒータで加熱しているので、上述の問題が顕著なものとなる。また、上記特許文献2では、オイルパン内の全オイルを加熱しているので、上述の問題が極めて顕著なものとなる。
1.内燃機関のオイル回路を流れる潤滑オイル中に含まれる燃料を透過させて分離する分離膜部を有するクロスフロー濾過方式の燃料分離器と、
前記燃料分離器により分離された燃料を気体成分と液体成分とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器により分離された燃料の気体成分を捕集する燃料捕集手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
2.前記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路を更に備える上記1.記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
3.前記内燃機関のオイル貯留部と被潤滑部とを連絡し且つ前記オイル回路を構成するオイル通路と、該オイル通路に設けられ且つ前記オイル貯留部の潤滑オイルを前記被潤滑部に供給するオイルポンプと、その一端側が前記オイル通路の前記オイルポンプの下流側に接続され且つその他端側が前記オイルポンプの上流側に接続され更に前記燃料分離器が設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に設けられ且つ該バイパス通路を潤滑オイルの温度又は該温度と相関関係を持つ物理量に基づいて開閉する開閉弁と、を更に備える上記2.記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
4.前記燃料分離器により分離された燃料中のオイルを検知するオイルセンサと、前記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路と、該燃料戻し通路から分岐されオイル貯留部に接続されている分岐通路と、該分岐通路及び該燃料戻し通路の分岐部に設けられ且つ前記オイルセンサの検知結果に基づいて該分岐通路及び該燃料戻し通路の開閉を切り替える電磁弁と、を更に備える上記1.記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
5.前記オイルセンサは、前記燃料戻し通路の前記分岐通路との分岐部より上流側に設けられている上記4.記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
6.前記気液分離器の液体成分排出部とオイル貯留部とを連絡するオイル戻し通路を更に備える上記1.記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
また、前記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路を更に備える場合は、燃料戻し通路を介して気液分離器の液体排出部から排出される燃料の液体成分が燃料タンクに戻されるため、燃費を向上させることができる。
また、オイル通路とオイルポンプとバイパス通路と開閉弁とを更に備える場合は、潤滑オイルの低温時には、開閉弁によりバイパス通路が開放され、オイルポンプの作用でオイル通路を流れる潤滑オイルのうちの一部がバイパス通路を流れて、燃料分離器によりその潤滑オイル中に含まれる燃料が分離される。一方、潤滑オイルの高温時には、開閉弁によりバイパス通路が閉鎖され、オイルポンプの作用でオイル通路を流れる潤滑オイルの全部が内燃機関の被潤滑部に供給される。このように、潤滑オイルの低温時の燃料希釈が比較的多いときに、オイル通路から分岐してバイパス通路を流れる比較的少量の潤滑オイル中の燃料を分離するようにしたので、オイルの劣化をより確実に抑制して燃料を分離することができる。また、大量の燃料成分がブローバイガス還元されないため、吸気側の空燃比のより安定した制御を図ることができる。さらに、潤滑オイルの高温時の燃料希釈が比較的少ないときに、潤滑オイルをバイパス通路に分岐させずにオイル通路のみを流すようにしたので、潤滑オイルの必要な油圧を確保して円滑に流通させることができる。さらに、潤滑オイルの低温時にのみ燃料を分離するようにしたので、分離後の燃料中にオイル成分を全く含ませないことが可能となり、気液分離後の燃料の液体成分の全部を燃料タンクに戻すことができる。
また、オイルセンサと燃料戻し通路と分岐通路と電磁弁とを更に備える場合は、オイルセンサが分離後の燃料中のオイルを検知しないときには、電磁弁により燃料戻し通路が開放され且つ分岐通路が閉鎖され、燃料戻し通路を介して気液分離後の燃料の液体成分が燃料タンクに戻される。一方、オイルセンサが分離後の燃料中のオイルを検知したときには、電磁弁により燃料戻し通路が閉鎖され且つ分岐通路が開放され、分岐通路を介して気液分離後の燃料の液体成分がオイル貯留部に戻される。これにより、気液分離後のオイルを含まない燃料の液体成分を燃料タンクに戻して燃費を向上させ得ると共に、気液分離後のオイルを含む燃料の液体成分を燃料タンクへ戻すことなく処理できる。
また、前記オイルセンサが、前記燃料戻し通路の前記分岐通路との分岐部より上流側に設けられている場合は、オイルセンサにより気液分離後の燃料の液体成分中のオイルの有無が検知されるため、オイルの検知と電磁弁の切り替えとの時期のずれを低減又は零とすることができ、気液分離後のオイルを含む燃料の液体成分の燃料タンクへの戻りをより確実に防止できる。
さらに、前記気液分離器の液体成分排出部とオイル貯留部とを連絡するオイル戻し通路を更に備える場合は、オイル戻し通路を介して気液分離器の液体成分排出部から排出される燃料の液体成分がオイル貯留部に戻される。これにより、気液分離後のオイル成分を含む燃料の液体成分を燃料タンクへ戻すことなく処理できる。
本実施形態1.に係る内燃機関の油中希釈燃料処理装置は、以下に述べる燃料分離器、気液分離器及び燃料捕集手段を備えている。
なお、上記「クロスフロー濾過方式」とは、流れの一部が濾材を通過する濾過方式を意味する。また、上記「内燃機関のオイル回路」は、潤滑オイルが循環して流れる回路である限り、その構造、形状、設置形態等は特に問わない。
上記(2)形態では、例えば、分離器本体の内周面側にオイル中に含まれる比重の大きな金属粉等の異物を捕集する捕集部を設けることができる。これにより、分離後の燃料への異物の混入を抑制できる。
上記分離部材、支持体部及び分離膜部の形状、材質、個数等は、分離するオイルの流量等に応じて適宜選択される。上記分離膜部の厚さは、例えば、1〜1000μm(好ましくは10〜20μm)であることができる。また、上記分離部材、支持体部及び分離膜部の材質としては、例えば、セラミック、樹脂、ゴム等を挙げることができる。
(1)上記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路を更に備える形態(図1参照)。
(2)上記燃料分離器により分離された燃料中のオイルを検知するオイルセンサと、上記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路と、この燃料戻し通路から分岐されオイル貯留部に接続されている分岐通路と、これら分岐通路及び燃料戻し通路の分岐部に設けられ且つオイルセンサの検知結果に基づいて分岐通路及び燃料戻し通路の開閉を切り替える電磁弁と、を更に備える形態(図4参照)。
(3)上記気液分離器の液体成分排出部とオイル貯留部とを連絡するオイル戻し通路を更に備える形態(図5参照)。
上記バイパス通路の他端側の接続形態としては、例えば、(a)上記バイパス通路の他端側がオイル通路のオイルポンプの上流側に接続されている形態(図1参照)、(b)上記バイパス通路の他端側がオイル貯留部に接続されている形態(図10参照)等を挙げることができる。上記(a)形態によると、潤滑オイルの低温時に、バイパス通路を流れる燃料分離後のある程度勢いのある潤滑オイルがオイル通路のオイルポンプの上流側に戻されるため、内燃機関のフリクションを低減させることができる。また、上記(b)形態によると、潤滑オイルの低温時に、燃料分離された潤滑オイルがオイル貯留部に戻されてオイル貯留部内の燃料分離前の大量の潤滑オイルに混ぜられる。これにより、オイル通路には、燃料成分を比較的多く含む潤滑オイルが流れることとなり、燃料の分離効率を高めることができる。
上記(2)形態では、例えば、上記オイルセンサは、上述の燃料分離器の燃料排出部と気液分離器の燃料導入部との間に設けられていてもよいが、上記オイルセンサが、燃料戻し通路の分岐通路との分岐部より上流側に設けられていることが好ましい。
上記(2)(3)形態では、例えば、上記燃料分離器は、上記オイル通路のオイルポンプの下流側又は上流側に設けられていることができる。
なお、本実施例1〜3では、本発明に係る「内燃機関」として、燃焼室内に燃料噴射弁が配置され気筒内周面に直接燃料を噴射する直噴式エンジンを例示する。
(1)油中希釈燃料処理装置の構成
本実施例1に係る油中希釈燃料処理装置1は、図1に示すように、エンジン2のオイル回路3の途中に設けられている。このエンジン2の本体2aの下部には、潤滑オイルを貯留するオイルパン5(本発明に係る「オイル貯留部」として例示する。)が設けられている。このオイルパン5内には周知のオイルストレーナ6が配設されている。このオイルストレーナ6とエンジン2の各被潤滑部(図示省略)とは、オイル回路3を構成するオイル通路7を介して連絡されている。このオイル通路7の途中には、エンジン2の駆動力により作動されオイルパン5内の潤滑オイルを各被潤滑部に圧送するオイルポンプ8が設けられている。
次に、上記構成の油中希釈燃料処理装置1の作用について説明する。
なお、本実施例では、直噴式エンジン2を採用しているので、気筒内周面に付着した燃料が潤滑オイルに混ざりオイルパン5内の潤滑オイルが希釈され易い。特に、潤滑オイルの低温時(例えば、50℃以下)には潤滑オイル中の燃料の気化がほとんどなく希釈燃料が比較的多い状態となる。一方、潤滑オイルの高温時(例えば、130℃)には潤滑オイル中の大部分の燃料が気化されて希釈燃料が比較的少ない状態となる。
なお、本実施例1では、潤滑オイルの低温時(例えば、50℃以下)には透過分離後の燃料中にオイルが含まれていないものとする。
以上より、本実施例1によると、燃料分離器10の分離膜部13bによりエンジン2のオイル回路3を流れる潤滑オイル中に含まれる燃料が透過されて分離される。そして、この燃料分離器10で分離された燃料は、気液分離器23により気体成分と液体成分とに分離され、キャニスタ30により燃料の気体成分が捕集される。このように、分離膜部13bにより潤滑オイル中の燃料を透過分離しているので、潤滑オイルを高温加熱する必要がなく、オイルの劣化を抑制して燃料を分離することができる。また、大量の燃料成分がブローバイガス還元されないため、吸気側の空燃比の安定した制御を図ることができる。また、クロスフロー濾過方式であるため、分離膜部13bの表面に潤滑オイル中のスラッジ等の異物が堆積し難く分離膜部13bの分離能力の低下を抑制することができる。さらに、分離後の燃料の気体成分のみをキャニスタ30で一旦捕集して適宜タイミングで吸気側へ戻すことができ、吸気側の空燃比のより安定した制御を図ることができる。
次に、実施例2に係る油中希釈燃料処理装置について説明する。なお、本実施例2に係る油中希釈燃料処理装置において上記実施例1の油中希釈燃料処理装置1と略同じ構成部分は同符号を付け詳説を省略し、両者の相違点について詳説する。
本実施例2に係る油中希釈燃料処理装置70は、図4に示すように、エンジン2のオイル回路3の途中に設けられている。このオイル回路3を構成するオイル通路7のオイルポンプ8の下流側には、オイル通路7を流れる潤滑オイル中に含まれる燃料を分離する燃料分離器10が設けられている。この燃料分離器10は、オイル導入部17、オイル排出部18及び燃料排出部19が設けられた分離器本体11とセラミックフィルタ13とを備えている。
なお、本実施例2では、上記オイルセンサ74として、燃料の液体成分の粘度の相違によりオイルの有無を検知する粘度センサを採用する。
次に、上記構成の油中希釈燃料処理装置70の作用について説明する。
先ず、図4中に実線矢印で示すように、オイルポンプ8の作用でオイル通路7を流れる潤滑オイルは、燃料分離器10によりその潤滑オイル中に含まれる燃料が透過分離され、その燃料分離された潤滑オイルがエンジン2の各被潤滑部へ供給される。また、燃料分離器10により潤滑オイルから透過分離された燃料は、通路22を介して気液分離器23内に導入されて気体成分と液体成分とに遠心分離される。
なお、本実施例2では、潤滑オイルの低温時(例えば、50℃以下)には透過分離後の燃料中にオイルが含まれておらず、潤滑オイルの高温時(例えば、50℃を超える温度)には透過分離後の燃料中にオイルが含まれているものとする。
以上より、本実施例2によると、上記実施例1と略同様の作用・効果を発揮できることに加えて、燃料戻し通路71、分岐通路72、電磁弁73及びオイルセンサ74を更に備えて油中希釈燃料処理装置70を構成したので、気液分離後のオイルを含まない燃料の液体成分を燃料タンク33に戻して燃費を向上させ得ると共に、気液分離後のオイルを含む燃料の液体成分を燃料タンク33へ戻すことなく処理できる。
次に、実施例3に係る油中希釈燃料処理装置について説明する。なお、本実施例3に係る油中希釈燃料処理装置において上記実施例1の油中希釈燃料処理装置1と略同じ構成部分は同符号を付け詳説を省略し、両者の相違点について詳説する。
本実施例3に係る油中希釈燃料処理装置80は、図5に示すように、エンジン2のオイル回路3の途中に設けられている。このオイル回路3を構成するオイル通路7のオイルポンプ8の下流側には、オイル通路7を流れる潤滑オイル中に含まれる燃料を分離する燃料分離器10が設けられている。この燃料分離器10は、オイル導入部17、オイル排出部18及び燃料排出部19が設けられた分離器本体11とセラミックフィルタ13とを備えている。
次に、上記構成の油中希釈燃料処理装置80の作用について説明する。
先ず、図5中に実線矢印で示すように、オイルポンプ8の作用でオイル通路7を流れる潤滑オイルは、燃料分離器10によりその潤滑オイル中に含まれる燃料が透過分離され、その燃料分離された潤滑オイルがエンジン2の各被潤滑部へ供給される。また、燃料分離器10により潤滑オイルから透過分離された燃料は、通路22を介して気液分離器23内に導入されて気体成分と液体成分とに遠心分離される。
なお、本実施例3では、潤滑オイルの低温時(例えば、50℃以下)には透過分離後の燃料中にオイルが含まれておらず、潤滑オイルの高温時(例えば、50℃を超える温度)には透過分離後の燃料中にオイルが含まれているものとする。
以上より、本実施例3によると、上記実施例1と略同様の作用・効果を発揮できることに加えて、オイル戻し通路81を更に備えて油中希釈燃料処理装置80を構成したので、気液分離後のオイルを含む燃料の液体成分を燃料タンク33へ戻すことなく処理できる。
Claims (6)
- 内燃機関のオイル回路を流れる潤滑オイル中に含まれる燃料を透過させて分離する分離膜部を有するクロスフロー濾過方式の燃料分離器と、
前記燃料分離器により分離された燃料を気体成分と液体成分とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器により分離された燃料の気体成分を捕集する燃料捕集手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の油中希釈燃料処理装置。 - 前記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路を更に備える請求項1記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
- 前記内燃機関のオイル貯留部と被潤滑部とを連絡し且つ前記オイル回路を構成するオイル通路と、該オイル通路に設けられ且つ前記オイル貯留部の潤滑オイルを前記被潤滑部に供給するオイルポンプと、その一端側が前記オイル通路の前記オイルポンプの下流側に接続され且つその他端側が前記オイルポンプの上流側に接続され更に前記燃料分離器が設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に設けられ且つ該バイパス通路を潤滑オイルの温度又は該温度と相関関係を持つ物理量に基づいて開閉する開閉弁と、を更に備える請求項2記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
- 前記燃料分離器により分離された燃料中のオイルを検知するオイルセンサと、前記気液分離器の液体成分排出部と燃料タンクとを連絡する燃料戻し通路と、該燃料戻し通路から分岐されオイル貯留部に接続されている分岐通路と、該分岐通路及び該燃料戻し通路の分岐部に設けられ且つ前記オイルセンサの検知結果に基づいて該分岐通路及び該燃料戻し通路の開閉を切り替える電磁弁と、を更に備える請求項1記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
- 前記オイルセンサは、前記燃料戻し通路の前記分岐通路との分岐部より上流側に設けられている請求項4記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
- 前記気液分離器の液体成分排出部とオイル貯留部とを連絡するオイル戻し通路を更に備える請求項1記載の内燃機関の油中希釈燃料処理装置。
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