JP2010535983A - オイル潤滑される機械のオイル消費量検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃原動機の始動段階においてもオイル消費量の測定を正確に行えるオイル消費量検出装置を提供すること。
【解決手段】オイル潤滑される機械３３のオイル消費量検出装置１であって、オイルパン３から、導入管路１３を介してオイル潤滑される機械３３まで及び環送管路３７を介して当該オイルパン３まで案内するオイル回路１１と、オイルパン３内のオイル５の重量を測定する測定装置７とを含んで構成された前記オイル消費量検出装置１において、オイル５がオイル潤滑される機械３３に到達する前に、該オイル５をオイル潤滑される機械３３の所定の運転温度まで加熱するよう、オイルの加熱装置２５を導入管路１３に設けた。

Description

本発明は、特に内燃原動機、コンプレッサ、ターボチャージャ、ポンプなどのオイル潤滑される機械のオイル消費量検出装置に関するものである。

上記のような装置が例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、内燃エンジンのオイルパンから外部のオイルタンクを経てオイルパンへ再び戻るオイル回路が設けられている。このような強制的に循環されるオイル回路に基づき、オイルタンク内のオイル重量を測定することでオイル消費量を推定することが可能である。

独国実用新案公開第２０２００５００８５１１号明細書

しかしながら、従来のオイル消費量の検出においては、測定開始時すなわち内燃エンジンの始動段階に、内燃エンジンの始動段階に対してのオイル消費量の推定が非常に困難なほどの大きな測定値の変動が生じてしまうという欠点がある。なお、このような測定結果は、特許文献における図２に明示されている。

さらに、公知の測定装置によって測定されたオイル消費量は、大体において、内燃原動機の通常の駆動において経験的に確認された実際の消費量より少ないものとなってしまう。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、内燃原動機の始動段階においてもオイル消費量の測定を正確に行えるオイル消費量検出装置を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の特徴によって達成される。すなわち、オイルがオイル潤滑される機械に到達する前に、該オイルを前記オイル潤滑される機械の最適な動作温度に相当する所定の運転温度まで加熱するよう、オイルの加熱装置を導入管路に設けることによって達成される。このようにオイルを予熱することでオイル消費量測定のための実際の条件が得られ、これにより、上述したような、従来生じていた測定値の変動を著しく低減することが可能である。

上記加熱装置は、例えば導入管路における適当な加熱ジャケットによって形成することが考えられる。そして、この加熱装置は、導入管路内を流れる又は導入管路内にあるオイルを、所望の動作温度に達するまで加熱するものである。なお、予熱過程中に、実際に類似したオイル回路シミュレーションを行うよう、例えばオイル消費量検出装置のオイル回路に、導入管路、排出管路及び還送管路を接続する、すなわちオイル潤滑される機械をオイル回路から分離させるバイパス管路を設けてもよい。

このようなバイパス管路により、流れを維持しつつ、オイル回路内全体のオイルが所望の温度となるまで、オイルをオイル回路内で加熱することが可能である。また、バイパス管路を、内燃原動機の上流側において、３ウェイバルブを介して導入管路に接続するのが好ましい。この３ウェイバルブは、導入管路がオイル潤滑される機械に対して完全に閉鎖され、オイルの流れ全体がバイパス管路を介して還送管路へ案内されるように制御される。このような場合、導入管路、還送管路及びオイルパン内のオイル全体が加熱装置によって所定の温度までほぼ均一に加熱される。

また、本発明の一実施形態は、温度制御装置に対応する、加熱装置を制御するための情報を提供するために、オイルの温度を検出する温度センサを、特に前記加熱装置の下流側直後に設けたことを特徴としている。

さらに、オイルの圧力を検出する圧力センサを、加熱装置の上流側に設けることも考えられる。この場合、この圧力センサは、導入管路に設けられたポンプを制御する圧力制御装置に接続されている。また、導入されたオイルが管路システム内での圧力脈動によりオイルパンへ逆流するのを防止するために、導入管路に逆止弁を設けるのが望ましい。このとき、精密測定装置における重量測定値の変動を阻止することが可能である。そして、このような構成により、ポンプの回転数を制御する周波数変換器によって必要なオイル圧力に調整されることになる。

また、オイル潤滑される機械へオイルが到達する前に、効果的なオイル圧を検出し、場合によっては更に調整するために、オイルの圧力を検出する更なる圧力センサを、オイル潤滑される機械の上流側かつ加熱装置の下流側に設けるのが好ましい。

上記のような解決手段に代えて、又は上記のような解決手段に加えて、オイル消費量検出の精度を高めるために、オイル回路に接続されたブローバイガス管路を本発明による装置に設けられている。このブローバイガス管路は、オイル潤滑される機械で生成されたブローバイガスをオイル回路から排出するものである。ブローバイガスに含まれるオイル粒子は、その重量を検出することができるよう、フィルタシステムを通して分離される。なお、通常運転時には、ブローバイガスは再び供給されるようになっている。本発明においては、ブローバイガスから検出された重量も算入するため、オイル消費量を効果的に検出することが可能である。

ところで、ブローバイガス管路を、その上流側においてバイパス管路及び還送管路の合流部へ開口するよう構成するのが好ましい。すなわち、オイル管路をできる限り阻害しないよう、ブローバイガス管路を、バイパス管路が還送管路へ流入する前にバイパス管路及び還送管路の合流部へ開口するよう構成するのが好ましい。なお、十分にブローバイガスを排出するために、ブローバイガス管路にはブローバイガスポンプが設けられている。

また、本発明の一実施形態は、ブローバイガスポンプを、少なくとも１つのフィルタと、特に該フィルタに割り当てられた電磁弁とに対して直列に配置したことを特徴としている。また、これに代えて、ブローバイガスポンプを、互いに並列に接続された２つのフィルタと、これら２つのフィルタそれぞれに割り当てられた電磁弁とに対して直列に配置してもよい。

本発明は、オイルが、オイルパンから前記オイル潤滑される機械へ供給されるとともに該オイル潤滑される機械から前記オイルパンへ環送され、前記オイルパン内のオイルの重量が特に継続的に測定される、オイル潤滑される機械のオイル消費量検出方法に関するものでもある。このようなオイル消費量検出方法において、本発明は、オイルが前記オイル潤滑される機械に到達する前に、該オイルを前記オイル潤滑される機械の所定の運転温度まで加熱することを特徴としている。

また、オイル消費量検出が開始される前に、オイル潤滑される機械の動作条件に合わせてオイルの圧力及び温度を調整するのが好ましい。さらに、ブローバイガスを、その中に含まれるオイル粒子と共に、オイルパンからオイル潤滑される機械を通って前記オイルパンへ案内するオイル回路から排出するのが望ましい。なお、本発明のその他の利点、特性及び特徴については、以下の実施形態において説明する。

本発明によれば、オイル潤滑される機械の始動段階においてもオイル消費量の測定を正確に行うことが可能である。

ターボチャージャのオイル消費量検出装置の構成を概略的に示す図である。 図１に示す構成における加熱システムの斜視図である。 本発明によるオイル消費量検出装置に適用可能な管路システムの斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１にはターボチャージャのオイル消費量を検出する装置が符号１で示されており、このオイル消費量検出装置１は、内部に十分な量のオイル５が貯留されたオイルパン３を含んで構成されている。このオイルパン３は、１／１０ｇ（グラム）単位の精度をもって、例えば３６ｋｇの最大荷重量に規定されつつ精密測定装置７上に設置されている。この精密測定装置７は重量データ処理のためにデータ収集システム９に電気的に接続されており、このデータ収集システム９においては、重量データが継続的に収集され、処理され、メモリされるようになっている。

また、オイル消費量検出装置１はオイル回路１１を有しており、この内部のオイルの流れは、図中に矢印Ｏで示されている。このオイル回路１１はオイルパン３から導入管路１３を介してモータで駆動されるポンプ１５へつづいている。なお、このポンプ１５は、オイルを圧送するためのものである。

しかして、導入管路１３におけるオイルパン３側の導入部にはオイルフィルタ１７が設けられており、ここから導入されるオイルは、このオイルフィルタ１７を通して清浄化される。また、オイルフィルタ１７の下流側直後において、オイル回路１１内における圧力脈動によって導入管路３で逆流が生じないよう該導入管路３に逆止弁１９が設けられている。さらに、ポンプ１５の下流側にはオイルの圧力を検出する圧力センサ２１が設けられており、ここで検出された圧力データは圧力制御装置２３へ伝達される。そして、この圧力制御装置２３において、オイルがターボチャージャの動作に必要な圧力に制御されるとともに、モータＭを介してポンプ２１が制御される。

さらに、圧力センサ２１の下流側には加熱装置２５が設けられており、この加熱装置２５は、導入管路１３を部分的に包囲して、当該加熱装置２５の下流側に設けられた３ウェイバルブ２７にオイルが到達する前に導入管路１３内のオイルを加熱するものである。ここで、３ウェイバルブ２７は、導入管路１３を流れ方向にターボチャージャ用管路３１とバイパス管路２９に分岐させるものである。なお、ターボチャージャ用管路３１は、ターボチャージャ３３へ導入されている。

そして、排出管路３５は、このターボチャージャ３３から３ウェイバルブ３６を介して、オイルパン３へ開口した環送管路３７に接続されている。一方、バイパス管路２９も３ウェイバルブ３６に接続されており、そのため、このバイパス管路２９は、導入管路１３及び環送管路３７と共に排出管路３５のバイパスを形成している。

さらに、バイパス管路２９及び３ウェイバルブ３６からブローバイガス管路４１が延設されており、このブローバイガス管路４１は、その下流域で、互いに平行な２つの管路に分岐し並列接続された部分を有している。そして、この箇所では、２つの管路それぞれにオイルフィルタ４５及び電磁弁４７が設けられている。さらに、これら２つの管路は、その下流において合流し、この合流部の下流側に、ブローバイガスをその流通方向Ｓへ圧送するブローバイガスポンプ４９が配置されている。

次に、図１の記載に基づく本発明によるオイル消費量検出装置１の機能について説明する。

オイル消費量検出装置１内のオイルがまだ低温である初動段階においては、導入管路１３及び環送管路３７が接続され、かつ、ターボチャージャ３３がオイル回路１１から分離されるよう３ウェイバルブ２７が切り換えられる。そして、加熱装置２５の作動後、該加熱装置２５を通過するオイルは、ターボチャージャ３３の運転温度に達するまで加熱される。そして、最後に、ターボチャージャ３３を備えた内燃原動機の運転が開始され、十分なオイル潤滑がなされるよう、３ウェイバルブ２７が閉鎖される。

また、初動段階及びターボチャージャ３３の通常運転段階においては、オイルパン３内のオイル重量が継続的に測定され、その測定データは、データ収集システム９に伝達されるようになっている。

オイルが所望の運転温度となるよう、加熱装置２５の下流側かつ３ウェイバルブ２７の上流側（加熱装置２５と３ウェイバルブ２７の間）には、加熱装置２５を制御する温度制御装置５１に接続された温度・圧力センサ５３が設けられている。

このようなオイル回路１１内のオイルの本発明による予熱によれば、ターボチャージャ３３の始動段階における測定値変動を防止することが可能であるとともに、ターボチャージャ３３の特異な運転状態においてもオイル消費量を正確に検出することが可能である。

ところで、オイル粒子を含んだブローバイガスは、ブローバイガスポンプ４９により圧送されつつフィルタ４５を通過し、ブローバイガス管路４１を通して排出される。このような場合、その他のオイル粒子がオイル消費量バランスへ流入することがない。

図２には、本発明による加熱装置２５の詳細が示されている。この加熱装置２５は基本的に特殊鋼製のスパイラル管路５３によって構成されており、このスパイラル管路５３は、ヒーティングホースを被覆するようになっている。また、このヒーティングホースは、温度センサ５３によって検出された温度に基づき、ディスプレイ及び調整つまみ又は調整ボタンを備えた温度制御装置５１によって所望の内燃原動機運転温度に制御されるようになっている。

また、通過するオイル（図中矢印参照）と接触する管路の内壁部は、流れ損失を低減するとともに、管路内で気泡が発生しないよう、その表面が滑面に形成されている。加熱装置２５においては、特に当該加熱装置２５において気泡の発生が生じないよう、管路が連続的に上昇するよう形成されている。このように形成すれば、加熱装置２５に沿って、オイルに対して迅速な加熱を行うことが可能であるとともに、オイル消費量検出装置１のコンパクト化も図ることができる。

図３には、加熱装置２５を備えた本発明によるオイル回路１１の一部が概略的に示されている。導入管路１３における加熱装置２５の直後にはバイパス管路を形成する横方向管路６１が接続されており、この横方向管路６１は、その中央部に、バイパス管路を開閉するための遮断弁６３を有している。なお、横方向管路６１は、排出管路３５に対して開口している。

また、オイル回路１１（特に加熱装置２５近傍）については、オイルの滞留域及び死水域が形成されないよう、できるだけ段差状の移行部を形成しないよう留意する必要がある。さらに、各管路の全長にわたって断熱することにも留意する必要がある。

上記説明、図面及び特許請求の範囲に記載した特徴については、様々な実施形態において本発明を実施するために、それぞれ個々に、又は適宜組み合わせて用いることが重要である。

１ オイル消費量検出装置
３ オイルパン
５ オイル
７ 精密測定装置
９ データ収集システム
１１ オイル回路
１３ 導入管路
１５ ポンプ
１７ オイルフィルタ
１９ 逆止弁
２１ 圧力センサ
２３ 圧力制御装置
２５ 加熱装置
２７ ３ウェイバルブ
２９ バイパス管路
３１ ターボチャージャ用管路
３３ ターボチャージャ
３５ 排出管路
３６ ３ウェイバルブ
３７ 還送管路
４１ ブローバイガス管路
４５ フィルタ
４７ 電磁弁
４９ ブローバイガスポンプ
５１ 温度制御装置
５３ 温度・圧力センサ
６１ 横方向管路
６３ 遮断弁
Ｍ モータ
Ｏ オイルの流れ
Ｓ ブローバイガス流通方向

Claims (17)

1. 内燃原動機、コンプレッサ、ターボチャージャ、ポンプなどのオイル潤滑される機械のオイル消費量検出装置であって、オイルパン（３）から、導入管路（１３）を介して前記オイル潤滑される機械まで及び環送管路（３７）を介して当該オイルパン（３）まで案内するオイル回路（１１）と、前記オイルパン（３）内のオイル（５）の重量を測定する測定装置（７）とを含んで構成された前記オイル消費量検出装置において、
   オイルが前記オイル潤滑される機械に到達する前に、該オイルを前記オイル潤滑される機械の所定の運転温度まで加熱するよう、オイルの加熱装置（２５）を前記導入管路（１３）に設けたことを特徴とするオイル消費量検出装置。
2. 前記導入管路（１３）と前記環送管路（３７）を接続するためのバイパス管路（２９）を前記オイル回路（１１）に設けるとともに、特に該バイパス管路（２９）を、３ウェイバルブ（２７）を介して前記導入管路（１３）に接続したことを特徴とする請求項１記載のオイル消費量検出装置。
3. オイルの温度を検出する温度センサ（５３）を、特に前記加熱装置の下流側直後に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のオイル消費量検出装置。
4. 前記オイル潤滑される機械（３３）に対する所定のオイル温度となるよう前記加熱装置を制御する温度制御装置（５１）を、前記温度センサに接続したことを特徴とする請求項３記載のオイル消費量検出装置。
5. オイルの圧力を検出する圧力センサ（２１）を前記加熱装置の上流側に設けるとともに、特に、前記導入管路に設けられたポンプ（１５）を制御する圧力制御装置（２３）を、前記圧力センサ（２１）に接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のオイル消費量検出装置。
6. 前記ポンプ（１５）と直列に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項５記載のオイル消費量検出装置。
7. オイルの圧力を検出する圧力センサを、前記内燃原動機（３３）の上流側に設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のオイル消費量検出装置。
8. 内燃原動機、コンプレッサ、ターボチャージャ（３３）、ポンプなどのオイル潤滑される機械のオイル消費量検出装置であって、オイルパン（３）から、導入管路（１３）を介して前記オイル潤滑される機械まで及び環送管路（３７）を介して当該オイルパン（３）まで案内するオイル回路（１１）と、前記オイルパン（３）内のオイル（５）の重量を測定する測定装置（７）とを含んで構成された、特に請求項１〜７のいずれかに記載のオイル消費量検出装置において、
   前記オイル潤滑される機械のブローバイガスを前記オイル回路（１１）から排出するブローバイガス管路（４１）を前記オイル回路（１１）に設けたことを特徴とするオイル消費量検出装置。
9. 前記ブローバイガス管路（４１）を、その上流側において前記バイパス管路（２９）へ開口するよう構成したことを特徴とする請求項８記載のオイル消費量検出装置。
10. 前記ブローバイガス管路（４１）にブローバイガスポンプ（４９）を設けたことを特徴とする請求項８又は９記載のオイル消費量検出装置。
11. 前記ブローバイガスポンプ（４９）を、少なくとも１つのフィルタ（４５）と、特に該フィルタに割り当てられた電磁弁（４７）とに対して直列に配置したことを特徴とする請求項１０記載のオイル消費量検出装置。
12. 前記ブローバイガスポンプ（４９）を、互いに並列に接続された２つのフィルタ（４５）と、これら２つのフィルタそれぞれに割り当てられた電磁弁（４７）とに対して直列に配置したことを特徴とする請求項１０又は１１記載のオイル消費量検出装置。
13. 請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法を実施することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のオイル消費量検出装置。
14. 内燃原動機、コンプレッサ、ターボチャージャ、ポンプなどのオイル潤滑される機械のオイル消費量検出方法であって、
    −オイルが、オイルパン（３）から前記オイル潤滑される機械へ供給されるとともに該オイル潤滑される機械から前記オイルパン（３）へ環送され、
    −前記オイルパン（３）内のオイルの重量が特に継続的に測定される
    前記オイル消費量検出方法において、
    オイルが前記オイル潤滑される機械に到達する前に、該オイルを前記オイル潤滑される機械の所定の運転温度まで加熱することを特徴とするオイル消費量検出方法。
15. 前記オイル潤滑される機械の動作条件に合わせてオイルの圧力及び温度を調整することを特徴とする請求項１４記載のオイル消費量検出方法。
16. ブローバイガスを、その中に含まれるオイル粒子と共に、前記オイルパン（３）から前記オイル潤滑される機械を通って前記オイルパン（３）へ案内するオイル回路（１１）から排出することを特徴とする請求項１４又は１５記載のオイル消費量検出方法。
17. 請求項１〜１３のいずれかに記載のオイル消費量検出装置（１）の機能を実施することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のオイル消費量検出方法。

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