JP2010077936A - 油中希釈燃料分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の潤滑オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる簡易な構造の油中希釈燃料分離装置を提供する。
【解決手段】本油中希釈燃料分離装置２０は、内燃機関（エンジン１）の潤滑オイルを貯留するオイル貯留部（オイルパン２１）と、減圧室２５を有し、且つ、該減圧室内に前記オイル貯留部内の潤滑オイルを吸い上げて該減圧室内を減圧する減圧ポンプ２２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、油中希釈燃料分離装置に関し、更に詳しくは、内燃機関の潤滑オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる簡易な構造の油中希釈燃料分離装置に関する。

従来より、内燃機関の潤滑オイルの燃料成分の混入による希釈を抑制するため、その分離方法として、オイルを昇温させることにより燃料成分を気化させて分離する方法が知られている。（例えば、特許文献１及び２参照。）。
上記特許文献１には、内燃機関の潤滑回路内に設けられたオイルヒータにより、潤滑オイルの温度を上昇させて、潤滑オイルに混入した燃料や潤滑オイルに混入しようとする燃料のうち気化する燃料成分を増やすことが開示されている。
また、上記特許文献２には、オイルパン内の潤滑油を加熱するためのヒータをオイルパン底部に設けて潤滑油の温度調整を行い、燃料を気化させることが開示されている。

特開２００４−１９０５１３号公報 特開２００４−３４００５６号公報

しかし、上記特許文献１及び２では、オイル中の燃料成分をヒータにて気化させているが、通常、内燃機関の運転時のオイル温度は最高でも１３０℃程度であり、この場合、オイル中の燃料成分の３０％以上が残留してしまう。また、２００℃程度まで昇温させればオイル中に含まれる燃料成分の略全量を気化させることができるが、この場合、オイル自体も劣化してしまうという問題が発生する。
しかも、いずれの場合も潤滑回路内のオイル全体を加熱するようにしているので、ヒータが大掛かりな構成になり、気化分離に必要なエネルギーも大きなものとなってしまう。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、内燃機関の潤滑オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる簡易な構造の油中希釈燃料分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の通りである。
１．内燃機関の潤滑オイルを貯留するオイル貯留部と、
減圧室を有し、且つ、該減圧室内に前記オイル貯留部内の潤滑オイルを吸い上げて該減圧室内を減圧する減圧ポンプと、を備えることを特徴とする油中希釈燃料分離装置。
２．前記減圧ポンプは、ピストンと、該ピストンを往復移動自在に支持し且つ該ピストンとの間で前記減圧室を形成するシリンダ本体と、を有しており、
前記シリンダ本体には、前記減圧室に連なり且つ前記オイル貯留部内の潤滑オイル中に開口するオイル出入口と、前記ピストンの移動により該オイル出入口を開閉する弁体と、前記ピストンの移動により前記減圧室に連なり且つ前記内燃機関の吸気系に連絡されるガス排出口と、が設けられている上記１．記載の油中希釈燃料分離装置。
３．前記シリンダ本体には、前記ピストンの移動により前記ガス排出口に連なり且つ前記内燃機関のクランク室内に開口するガス導入口が設けられている上記２．記載の油中希釈燃料分離装置。
４．前記ガス排出口には、前記内燃機関の吸気系を構成する吸気管に連なるブローバイガス通路の一端側が接続されている上記２．又は３．に記載の油中希釈燃料分離装置。

本発明の油中希釈燃料分離装置によると、減圧ポンプにより、オイル貯留部内の潤滑オイルが減圧室内に吸い上げられ減圧室内が減圧されて潤滑オイル中に含まれる燃料成分の沸点が下げられて燃料成分が気化分離される。これによって、潤滑オイル中の燃料成分の気化分離が促進され、潤滑オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる。また、従来のようにヒータで燃料成分を気化分離させるものに比べ、構造を簡素化できる。
また、前記減圧ポンプが、ピストンとシリンダ本体とを有しており、前記シリンダ本体には、オイル出入口と、弁体と、ガス排出口と、が設けられている場合は、ピストンの一方向への移動によって、オイル貯留部内の潤滑オイルがオイル出入口を介してシリンダ本体の減圧室内に導入され、弁体がオイル出入口を閉鎖して減圧室内が減圧されて減圧室内の潤滑オイル中に含まれる燃料成分の沸点が下げられて燃料成分が気化分離される。そして、ピストンの更なる一方向への移動によりガス排出口が減圧室に連なって減圧室内で気化分離された燃料成分が吸気系に送られる。一方、ピストンの他方向への移動によって、弁体がオイル出入口を開放して減圧室内に導入され燃料成分の気化分離された潤滑オイルがオイル貯留部内に戻される。これによって、潤滑オイル中の燃料成分の気化分離が促進され、潤滑オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる。
また、前記シリンダ本体には、前記ピストンの移動により前記ガス排出口に連なり且つ前記内燃機関のクランク室内に開口するガス導入口が設けられている場合は、ガス導入口を介してクランク室内のガスが導入されることによって、減圧室内で気化分離された燃料成分が吸気系に更に円滑に送られる。
さらに、前記ガス排出口には、前記内燃機関の吸気系を構成する吸気管に連なるブローバイガス通路の一端側が接続されている場合は、減圧室内で気化分離された燃料成分を既存のブローバイガス通路を利用して吸気管に送ることができる。その結果、装置全体の構造をより簡素化することができると共に、気化分離された燃料成分の潤滑オイルへの再混入をより確実に防止することができる。

１．油中希釈燃料分離装置
本実施形態１．に係る油中希釈燃料分離装置は、以下に述べるオイル貯留部及び減圧ポンプを備える。

上記「オイル貯留部」は、内燃機関の潤滑オイルを貯留する限り、その構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。このオイル貯留部としては、例えば、内燃機関の本体の下部に設けられるオイルパン、内燃機関の本体とは別体に設けられるオイルタンク等を挙げることができる。

上記オイル貯留部には、例えば、その略中央部にオイル貯留部内の潤滑オイルを内燃機関の被潤滑部に供給するためのオイル供給路の一端側のオイルストレーナが配設されていることができる。これにより、内燃機関が傾斜状態となっても潤滑オイルを円滑に被潤滑部に供給することができる。

上記「減圧ポンプ」は、減圧室を有し且つこの減圧室内にオイル貯留部内の潤滑オイルを吸い上げて減圧室内を減圧する限り、その構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。この減圧ポンプとしては、例えば、容積形ポンプ（例えば、往復ポンプ、回転ポンプ等）、ターボ形ポンプ（例えば、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等）などを挙げることができる。これらのうち、簡易な構造であるといった観点から、ピストン式、プランジャ式、ダイヤフラム式等の往復ポンプであることが好ましい。

上記減圧ポンプは、例えば、上記内燃機関のクランク室内及び／又はオイル貯留部内に設けられていることができる。
上記減圧ポンプは、常時作動されていてもよいが、例えば、潤滑オイルの燃料希釈度、圧力、温度、粘度、潤滑オイルを冷却する冷却水の温度、内燃機関を構成する部位の温度、内燃機関の運転状態（例えば、回転数、パイロット噴射又はポスト噴射等の副噴射が実施されている時期等）のうちの１種又は２種以上の組み合わせに基づいて制御装置により作動・停止制御されることが好ましい。潤滑オイル中の燃料成分を更に効率よく気化分離することができるためである。

ここで、上記実施形態１．の油中希釈燃料分離装置としては、例えば、上記減圧ポンプは、ピストンと、このピストンを往復移動自在に支持し且つピストンとの間で前記減圧室を形成するシリンダ本体と、を有しており、このシリンダ本体には、減圧室に連なり且つオイル貯留部内の潤滑オイル中に開口するオイル出入口と、ピストンの移動によりオイル出入口を開閉する弁体と、ピストンの移動により減圧室に連なり且つ内燃機関の吸気系に連絡されるガス排出口と、が設けられている形態を挙げることができる。
この場合、上記減圧ポンプは、例えば、シリンダ本体の一端側から他端側に向かうピストンの一方向への移動によって、先ず、オイル貯留部内の潤滑オイルがオイル出入口を介してシリンダ本体の減圧室内に導入されると共に、弁体がオイル出入口を閉鎖して減圧室内が減圧され、次に、ピストンの更なる一方向への移動によりガス排出口が減圧室に連なり、シリンダ本体の他端側から一端側に向かうピストンの他方向への移動によって、ピストンでガス排出口が減圧室から隔離され、弁体がオイル出入口を開放すると共に、減圧室内の潤滑オイルがオイル出入口を介してオイル貯留部内に戻されるように構成されている形態を挙げることができる。

上記ピストンの構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。このピストンは、例えば、内燃機関の駆動力により往復移動されたり、内燃機関とは別の専用の駆動源により往復移動されたりすることができる。

上記シリンダ本体の構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。
上記シリンダ本体には、例えば、ピストンの移動によりガス排出口に連なり且つ内燃機関のクランク室内に開口するガス導入口が設けられていることができる。この場合、例えば、上記減圧ポンプにおいて、ピストンの更なる一方向への移動によりガス排出口が減圧室に連なると共に、ガス導入口がクランク室に連なることができる。これにより、気化分離された燃料成分を吸気系に更に円滑に送ることができる。

上記弁体としては、例えば、（１）オイル出入口内に往復移動自在に支持される支持部と、この支持部に連なりオイル出入口を開閉する弁部と、を有する形態、（２）オイル出入口内に揺動自在に支持される支持部と、この支持部に連なりオイル出入口を開閉する弁部と、を有する形態等を挙げることができる。

上記ガス排出口には、例えば、内燃機関の吸気系を構成する吸気管に連なるブローバイガス通路の一端側が接続されていることができる。このブローバイガス通路としては、例えば、配管、内燃機関の本体又は機構部に形成された通路、空間等のうちの１種又は２種以上の組み合わせを挙げることができる。

なお、上記「内燃機関の被潤滑部」としては、例えば、クランクシャフト、コネクティングロッド、ピストン、カムシャフト、駆動系等を挙げることができる。これらのうち、クランクシャフト、コネクティングロッド、ピストン等のピストン周りを循環してオイル貯留部に戻される潤滑オイル中には、ピストンの気筒内壁面の隙間から漏れる比較的多くの燃料が混入している。一方、カムシャフト、駆動系等のヘッド周りを循環してオイル貯留部に戻される潤滑オイル中には殆ど燃料が混入していない。また、ピストン周りを循環する潤滑オイルは、通常、ピストンと気筒との隙間を介してオイル貯留部内に戻される。一方、ヘッド周りを循環する潤滑オイルは、通常、エンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッドに形成されクランク室とヘッドカバー内の空間とを連絡する連絡路を介してオイル貯留部内に戻されたり、エンジンのチェーンケース又はベルトケースを介してオイル貯留部内に戻されたりする。
上記「内燃機関」としては、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、バイオ燃料エンジン等を挙げることができる。したがって、上記実施形態１．に係る油中希釈燃料分離装置により分離される燃料としては、例えば、ガソリン、ディーゼル燃料、バイオ燃料等を挙げることができる。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
なお、本実施例では、本発明に係る「内燃機関」として、主噴射の前後に副噴射を行う筒内噴射型エンジン（以下、単に「エンジン」とも記載する。）を例示する。

（１）エンジンの構成
本実施例１に係るエンジン１は、図１に示すように、気筒２が形成されたシリンダブロック１ａと、このシリンダブロック１ａの上部に固定されたシリンダヘッド１ｂとを備えている。このシリンダブロック１ａの気筒２内には、ピストン３が往復動自在に支持されている。また、シリンダブロック１ａの下部には、クランクシャフト４を回転自在に支持してなるクランクケース１ｃが固定されている。このクランクシャフト４は、コネクティングロッド５を介してピストン３に連結されている。このピストン３の上方には、ピストン３の頂面とシリンダヘッド１ｂの壁面と気筒２の壁面とに囲まれた燃焼室６が形成されている。

上記シリンダヘッド１ｂには、その一端側が吸気管７ａ（本発明に係る「吸気系」として例示する。）に接続され且つその他端側が燃焼室６に接続される吸気ポート８ａと、その一端側が排気管７ｂに接続され且つその他端側が燃焼室６に接続される排気ポート８ｂとが形成されている。また、シリンダヘッド１ｂには、吸気ポート８ａを開閉する吸気弁９ａ及び排気ポート８ｂを開閉する排気弁９ｂが設けられると共に、これら吸気弁９ａ及び排気弁９ｂを駆動するカムシャフト１０ａ，１０ｂがそれぞれ回転自在に支持されている。さらに、シリンダヘッド１ｂの上部には、上記弁機構を覆うシリンダヘッドカバー１ｄが取り付けられている。上記吸気管７ａの一端側は、エアクリーナボックス１１に接続されている。この吸気管７ａの途中には、吸気管７ａ内を流れる吸気量を調整するスロットルバルブ１２が設けられている。また、シリンダヘッドカバー１ｄ内の空間１３には、その一端側が吸気管７ａのスロットルバルブ１２の上流側に接続された還元流路１６の他端側が接続されている。

（２）油中希釈燃料分離装置の構成
本実施例１に係る油中希釈燃料分離装置２０は、図１に示すように、オイルパン２１（本発明に係る「オイル貯留部」として例示する。）、及び減圧ポンプ２２を備えている。このオイルパン２１とエンジン１の被潤滑部（例えば、クランクシャフト、コネクティングロッド、ピストン、カムシャフト、駆動系等）とは、図示しないオイル循環経路を介して連絡されている。また、上記減圧ポンプ２２は、ピストン２３と、このピストン２３を上下方向に往復移動自在に支持し且つピストン２３との間で減圧室２５を形成するシリンダ本体２４とを有している。この減圧室２５の容積は、ピストン２３の往復移動により増減される。このピストン２３は、エンジン１のクランクシャフト４に適宜動力伝達機構を介して連繋されており、エンジン１の駆動力により常時往復移動されるようになっている。

上記シリンダ本体２４の下端側には、図２（ａ）に示すように、減圧室２５に連なり且つオイルパン２１内のオイル中に開口するオイル出入口２７が設けられている。このオイル出入口２７には、ピストン２３の移動によりオイル出入口２７を開閉する弁体２８が設けられている。この弁体２８は、オイル出入口２７の内周面に上下方向に移動自在に支持される軸状の支持部２８ａを有している。この支持部２８ａの外周面側には、上下方向に延びるオイル流通用の多数の溝２９が形成されている。また、支持部２８ａの下端側には連結軸２８ｂを介してオイル出入口２７を開閉する弁部２８ｃが設けられている。さらに、オイル出入口２７の下端側には、支持部２８ａの底面と干渉してオイル出入口２７に対する弁体２８の抜け止めを図る抜止部材３０が取り付けられている。

また、上記シリンダ本体２４の外周側には、吸気管７ａのスロットバルブ１２の下流側に連なるブローバイガス通路３２の一端側が接続されたガス排出口３３が設けられている。このブローバイガス通路３２のガス排出口３３への接続端側には、流量制御バルブ３４（「ＰＣＶバルブ」とも呼ばれる。）が設けられている。また、上記シリンダ本体２４の外周側にはガス排出口３３と略同じ高さ位置に、エンジン１のクランク室１４内に開口するガス導入口３５が設けられている。また、上記ガス排出口３３及びガス導入口３５は、ピストン２３の往復移動によって、減圧室２５に連通された状態｛図２（ｃ）参照｝と、減圧室２５から隔離された状態｛図２（ａ）（ｂ）（ｄ）参照｝とを繰り返すこととなる。さらに、上記オイルパン２１の略中央部には、オイルパン２１内のオイルをエンジン１の被潤滑部に供給するためのオイル供給路３７の一端側のオイルストレーナ３８が配設されている（図１参照）。

（３）油中希釈燃料分離装置の作用
次に、上記構成の油中希釈燃料分離装置２０の作用について説明する。
上記減圧ポンプ２２において、図２（ａ）に示すように、シリンダ本体２４の下端側に位置するピストン２３が上昇すると、オイルパン２１内のオイルがオイル出入口２７及び弁体２８の溝２９を介して減圧室２５内に流入される。そして、図２（ｂ）に示すように、ピストン２３が更に上昇すると、弁体２８が上昇して弁部２８ｃでオイル出入口２７が閉鎖され減圧室２５内の圧力が低下して減圧（例えば、−５０ｋＰａ）される。このとき、減圧室２５内に吸い上げられたオイル中に含まれる燃料成分は、その沸点が下げられて気化分離される。

次いで、図２（ｃ）に示すように、ピストン２３が更に上昇すると、ガス排出口３３及びガス導入口３５が減圧室２５に連通された状態となり、ガス導入口３５を介してクランク室１４内のブローバイガスが減圧室２５内に流入されると共に、その流入されたブローバイガスと共に減圧室２５内で気化分離された燃料成分は、ガス排出口３３及びブローバイガス通路３２を介して吸気管７ａに送られる。

その後、図２（ｄ）に示すように、シリンダ本体２４の上端側に位置するピストン２３が下降すると、ピストン２３によりガス排出口３３及びガス導入口３５が減圧室２５から隔離され、弁体２８が下降してオイル出入口２７を開放すると共に、減圧室２５内の潤滑オイルがオイル出入口２７を介してオイルパン２１内に勢いよく戻されることとなる。

（４）実施例の効果
以上より、本実施例の油中希釈燃料分離装置２０では、減圧ポンプ２２により、オイルパン２１内のオイルを減圧室２５内に吸い上げて減圧室２５内を減圧するようにしたので、オイル中に含まれる燃料成分の沸点が下げられて燃料成分が気化分離される。これによって、オイル中の燃料成分の気化分離が促進され、オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる。

また、本実施例では、減圧ポンプ２２を、ピストン２３とシリンダ本体２４とを有して構成し、シリンダ本体２４に、オイル出入口２７と、弁体２８と、ガス排出口３３と、を設けたので、ピストン２３の上昇によって、オイルパン２１内のオイルがオイル出入口２７を介してシリンダ本体２４の減圧室２５内に導入され、弁体２８がオイル出入口２７を閉鎖して減圧室２５内が減圧されてオイル中に含まれる燃料成分の沸点が下げられて燃料成分が気化分離される。そして、ピストン２３の更なる上昇によりガス排出口３３が減圧室２５に連なって減圧室２５内で気化分離された燃料成分が吸気系７ａに送られる。一方、ピストン２３の下降によって、弁体２８がオイル出入口２７を開放して減圧室２５内に導入され燃料成分の気化分離されたオイルがオイルパン２１内に戻される。これによって、オイル中の燃料成分の気化分離が促進され、オイルの劣化を抑制しつつ燃料成分の気化分離に必要なエネルギーを低減することができる。

また、本実施例では、ピストン２３の下降によって、減圧室２５内の燃料成分が分離された潤滑オイルをオイルパン２１内のオイル中に勢いよく排出させるようにしたので、そ排出オイルによりオイルパン２１内のオイル全体が攪拌され、減圧室２５内とオイルパン２１内との間でオイルを円滑に流通させることができる。

また、本実施例では、シリンダ本体２４に、ピストン２３の上昇によりガス排出口３３（減圧室２５）に連なり且つエンジン１のクランク室１４内に開口するガス導入口３５を設けたので、ガス導入口３５を介してクランク室１４内のガスが減圧室２５内に導入されることによって、減圧室２５内で気化分離された燃料成分が吸気管７ａに更に円滑に送られる。

さらに、本実施例では、ガス排出口３３に、吸気管７ａに連なるブローバイガス通路３２の一端側を接続したので、減圧室２５内で気化分離された燃料成分を既存のブローバイガス通路３２を利用して吸気管７ａに送ることができる。その結果、装置全体の構造をより簡素化することができると共に、気化分離された燃料成分の潤滑オイルへの再混入をより確実に防止することができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例では、減圧ポンプ２２のシリンダ本体２４にガス排出口３３及びガス導入口３５を設け、このガス排出口３３に接続されるブローバイガス通路３２を介して減圧室２５内で気化分離された燃料成分及びクランク室１４内のブローバイガスを吸気管７ａに送るようにしたが、これに限定されず、例えば、図３に示すように、減圧ポンプ２２のシリンダ本体２４にガス排出口３３を設け、このガス排出口３３にその一端側が吸気管７ａに接続される連絡路４０の他端側を接続して、この連絡路４０を介して減圧室２５内で気化分離された燃料成分を吸気管７ａに送るようにしてもよい。この場合、クランク室１４内のブローバイガスは、連絡路４１を介してクランク室１４からシリンダヘッドカバー１ｄ内の空間１３に送られ、エンジン１の低回転域ではブローバイガス通路１５を介して吸気管７ａに還流され、エンジン１の高回転域ではブローバイガス通路１５に加えて還元流路１６を介して吸気管７ａに還流されることとなる。

さらに、本実施例では、シリンダ本体２４の外周側にガス導入口３５を設け、ピストン２３の上昇の途中でガス導入口３５を減圧室２５に連通させるようにしたが、これに限定されず、例えば、図３に示すように、シリンダ本体２４の上端側にガス導入口４３を設け、ピストン２３の下降の途中でガス導入口４３を減圧室２５を介さずにガス排出口３３に連通させるようにしてもよい。

内燃機関の潤滑オイルに混入した燃料成分を分離する技術として広く利用される。特に、直噴式エンジン等のオイルに燃料成分が混入しやすい方式のエンジンで使用されるオイルから燃料成分を分離する技術として好適に利用される。

本実施例に係る油中希釈燃料分離装置を備えるエンジンの縦断面図である。 本実施例に係る減圧ポンプの作用を説明するための説明図であり、（ａ）はピストンが下端に位置する状態を示し、（ｂ）は減圧室が減圧されている状態を示し、（ｃ）は気化分離された燃料成分が排出されている状態を示し、（ｄ）は減圧室内のオイルがオイルパンに戻されている状態を示す。 その他の形態の油中希釈燃料分離装置を備えるエンジンの縦断面図である。

符号の説明

１；エンジン、７ａ；吸気管、１４；クランク室、２０；油中希釈燃料分離装置、２１；オイルパン、２２；減圧ポンプ、２３；ピストン、２４；シリンダ本体、２５；減圧室、２７；オイル出入口、２８；弁体、３２；ブローバイガス通路、３３；ガス排出口、３５；ガス導入口。

Claims (4)

1. 内燃機関の潤滑オイルを貯留するオイル貯留部と、
   減圧室を有し、且つ、該減圧室内に前記オイル貯留部内の潤滑オイルを吸い上げて該減圧室内を減圧する減圧ポンプと、を備えることを特徴とする油中希釈燃料分離装置。
2. 前記減圧ポンプは、ピストンと、該ピストンを往復移動自在に支持し且つ該ピストンとの間で前記減圧室を形成するシリンダ本体と、を有しており、
   前記シリンダ本体には、前記減圧室に連なり且つ前記オイル貯留部内の潤滑オイル中に開口するオイル出入口と、前記ピストンの移動により該オイル出入口を開閉する弁体と、前記ピストンの移動により前記減圧室に連なり且つ前記内燃機関の吸気系に連絡されるガス排出口と、が設けられている請求項１記載の油中希釈燃料分離装置。
3. 前記シリンダ本体には、前記ピストンの移動により前記ガス排出口に連なり且つ前記内燃機関のクランク室内に開口するガス導入口が設けられている請求項２記載の油中希釈燃料分離装置。
4. 前記ガス排出口には、前記内燃機関の吸気系を構成する吸気管に連なるブローバイガス通路の一端側が接続されている請求項２又は３に記載の油中希釈燃料分離装置。

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