JP2011256826A

JP2011256826A - フィルタ装置および潤滑装置

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Publication number: JP2011256826A
Application number: JP2010134027A
Authority: JP
Inventors: Genichi Murakami; 元一村上; Naoto Koyamaishi; 直人小山石
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】オイル等の液体から不要物を除去するために用いられるフィルタ装置において、そこに備えられたイオン交換材料などの反応体に高圧がかからないようする。
【解決手段】本発明は、液体から不要物を除去するためのフィルタ装置１を提供する。フィルタ装置１は、入口から出口に延びる第１液体通路５１に配置されたろ過体としてのフィルタ部材４０と、第１液体通路５１につながる第２液体通路５２に配置された所定の成分を吸着する機能を有する反応体を有する機能部材４２と、第１液体通路５１における液体の流れおよび第２液体通路５２における液体の流れを調整するように構成された調整装置としての調整弁５４とを備え、調整弁５４は、所定圧以下の液体が第２液体通路へ流れるように液体の流れを調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、オイル等の液体から不要物を除去するために用いられるフィルタ装置および、それを備えた潤滑装置に関する。

特許文献１は、内燃機関の潤滑システム内で使用する化学フィルタを開示する。特許文献１の記載によれば、この化学フィルタは、内燃機関潤滑システム内のオイルフィルタのハウジング内に使用されるか、またはそのオイルフィルタのバイパス部分に使用され、イオン交換材料を有することができる。

特表２００８−５４０１２３号公報

内燃機関では例えばエンジン回転速度に応じてオイル供給路における油圧が変化する。したがって、油圧が高まったときには上記化学フィルタにおけるイオン交換材料に高い油圧が作用する。

イオン交換材料はその種類等に応じて異なる強度を有し、その耐圧性能には限界がある。それ故、耐圧性能を超えるような圧力がそのようなイオン交換材料に加わることは好ましくない。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、オイル等の液体から不要物を除去するために用いられるフィルタ装置において、そこに備えられたイオン交換材料などの反応体に高圧が加わらないようにすることにある。

本発明は、入口から出口に延びる第１液体通路に配置されたろ過体と、第１液体通路につながる第２液体通路に配置された所定の成分を吸着する機能を有する反応体と、第１液体通路における液体の流れおよび第２液体通路における液体の流れを調整するように構成された調整装置とを備え、調整装置は、所定圧以下の液体が第２液体通路へ流れるように液体の流れを調整する、フィルタ装置を提供する。

前記所定圧は、前記反応体の耐圧上限値以下の圧力であるとよい。

第２液体通路は第１液体通路に合流するバイパス通路であるとよい。

第１液体通路から分岐した第３液体通路がさらに備えられ、第３液体通路の途中に反応体が設けられ、調整装置は第３液体通路における液体の流れを調整するように構成されているとよい。

ろ過体の下流側に反応体が配置されているとよい。

また、本発明は、そのようなフィルタ装置を備え、液体はオイルである、潤滑装置にも存する。

本発明の第１実施形態に係るフィルタ装置が適用された内燃機関の潤滑装置における潤滑油の主な流れを概念的に示す図である。潤滑装置における第１実施形態に係るフィルタ装置を説明するためのブロック図である。第１実施形態に係るフィルタ装置の模式図である。第１実施形態に係るフィルタ装置のオイルの流れを説明するためのグラフである。潤滑装置における第２実施形態に係るフィルタ装置を説明するためのブロック図である。第２実施形態に係るフィルタ装置の模式図である。第２実施形態に係るフィルタ装置のオイルの流れを説明するためのグラフである。潤滑装置における第３実施形態に係るフィルタ装置を説明するためのブロック図である。第３実施形態に係るフィルタ装置の模式図である。第３実施形態に係るフィルタ装置の模式図である。第３実施形態に係るフィルタ装置の模式図である。第３実施形態に係るフィルタ装置のオイルの流れを説明するためのグラフである。第３実施形態に係るフィルタ装置を備えた、図８の潤滑装置と異なる潤滑装置を説明するためのブロック図である。図１３の潤滑装置の一部の模式図である。潤滑装置における第４実施形態に係るフィルタ装置を説明するためのブロック図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。まず、本発明の第１実施形態に係るフィルタ装置を説明する。

第１実施形態に係るフィルタ装置１は内燃機関に適用されている。図示しないが、内燃機関では、既知の如く、吸気系から導かれた空気と、燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気を燃焼室で燃焼させて、シリンダ内でピストンを往復動させて、クランクシャフトを回転させる。そして、燃焼室での混合気の燃焼により生じた排気ガスは、図示しない排気系を介して排出される。

ここで、図１に、内燃機関の潤滑装置１０における潤滑油（オイル）の主な流れを概念的に示す。内燃機関の種々の部材間の摺動箇所での摩擦や磨耗を減らすため、内燃機関はその潤滑装置１０を備えている。潤滑装置１０は、それら摺動箇所にオイルを給油するように構成されている。内燃機関の潤滑装置１０は、オイルストレーナ１４、オイルポンプ１６、および第１実施形態に係るフィルタ装置１を有する。オイルパン２０に貯留されるオイル中にはオイルストレーナ１４が配置され、オイルストレーナ１４にはオイルポンプ１６が接続されている。そして、オイルパン２０に貯留されたオイルからオイルストレーナ１４で比較的大きな異物が除去され、それが除去されたオイルがオイルポンプ１６で吸い上げられて、オイルポンプ１６からフィルタ装置１に圧送される。そしてフィルタ装置１で不要物、例えば比較的小さな異物が除去された後に、メインオイルホールとも称されるメインギャラリ２２を介して、内燃機関１２の内部の各軸受部や摺動部である摺動箇所にオイルが分配される。これによりそれらの潤滑や冷却が図られる。

例えば、シリンダヘッド２４に導かれたオイルは、チェーンテンショナプランジャ２５やカムシャフトジャーナル２６に供給される。また、オイルジェット２８を介して、チェーン３０に、オイルは供給される。また、クランクシャフトジャーナル３２にオイルが供給され、さらにクランクピン３４や、オイルジェット３６を介してピストン３８にオイルは供給される。そして、内燃機関の各軸受部や摺動部に供給されたオイルは、自然落下等により、オイルパン２０に戻る。例えば、シリンダヘッド２４に圧送されたオイルは、シリンダブロックとシリンダヘッドに形成された、ヘッドカバー内とクランクケース内つまりオイルパン２０内とを連通するオイル落とし通路（オイル戻し孔）やチェーンカバー内を通り、オイルパン２０に戻される。なお、オイル落とし通路は、動弁系の潤滑を終えたオイルをシリンダヘッドからオイルパン内へ向けて落とす（戻す）ための通路であると同時に、クランクケース内のブローバイガスをヘッドカバー内に向けて上昇移動させるための通路である。ただし、このようなオイルの流れは、一例に過ぎない。本発明に係る潤滑装置では、種々のオイルの流れが許容され、そのために、種々の構成が有され得る。

さて、第１実施形態に係るフィルタ装置１をさらに説明する。フィルタ装置１は、オイルから不要物を除去するように構成されている。フィルタ装置１は、図２に簡単に示すように、ストレーナ１４、オイルポンプ１６を経たオイルから不要物を除去するように設けられ、従来のオイルフィルタとしての機能を有する。

フィルタ装置１は、ろ過体としてのフィルタ部材４０と、反応体としてのイオン交換樹脂を含む機能部材４２とを有する。フィルタ装置１では、フィルタ部材４０は機能部材４２の上流側に位置付けられている。

図３に示すように、フィルタ部材４０はここでは中心が開口した環状の形態を有し、フィルタ装置１のケース部材４４内の環状空間４４ｓに収容されている。フィルタ部材４０の中心の開口に位置するように管部材４６が設けられている。管部材４６の上流側端部には複数の孔４６ａが形成されている。管部材４６は枝管部４８を有し、枝管部４８は主管部４７から分岐するように延在する。枝管部４８内には機能部材４２が収容されている。

フィルタ装置１のケース部材４４にはオイルをその内部に導くための入口４４ａが入口形成部材５０により形成されている。入口４４ａはケース部材４４の環状空間４４ｓにつながるように形成されている。そして管部材４６の一端部がフィルタ装置１のケース部材４４からオイルを排出するための第１出口４４ｂを形成する。なお、管部材４６と出口４４ｂを形成する第１出口形成部材とは別体とされてもよい。したがって、入口４４ａから入ったオイルは環状空間４４ｓを通過して管部材４６の主管部４７を介して第１出口４４ｂに至ることができる。なお、入口４４ａから第１出口４４ｂの間の環状空間４４ｓおよび管部材４６の主管部４７内は第１液体通路５１である。

管部材４６の主管部４７から分岐するように延びる枝管部４８の端部がフィルタ装置１のケース部材４４からオイルを排出するための第２出口４４ｃを形成する。なお、枝管部４８と第２出口４４ｃを形成する第２出口形成部材とは別体とされてもよい。

第１液体通路５１につながる第２液体通路５２は枝管部４８により区画形成されている。枝管部４８の上流部には、第１液体通路５１におけるオイルの流れおよび第２液体通路におけるオイルの流れを調整するための調整装置として調整弁５４が設けられている。調整弁５４は可動式の弁体５４ａと弾性部材であるバネ５４ｂとを備えている。なお、調整弁５４はスリーブバルブである。バネ５４ｂは、オイルの圧力が所定圧を越えるとき、枝管部４８内の第２液体通路５２を開通するように、設計または選択されている。なお、図３では、枝管部４８によって区画形成された第２液体通路５２は調整弁５４によって閉じられている。

そのような第２液体通路５２に配置された上記機能部材４２について説明する。機能部材４２は、ここではブローバイガスに起因して生じる所定の成分、具体的には硝酸イオンを除去するようにイオン交換樹脂を有する。

ここで、ブローバイガスとは、ピストン３８のピストンリングと、シリンダブロックのシリンダボアとの隙間からクランクケース内へ漏れ出るガスのことである。このブローバイガスは多量の炭化水素や水分を含む。このため、ブローバイガスがあまりに多いとそれはエンジンオイルの早期劣化や内燃機関内部の錆の原因になる。また、ブローバイガスには炭化水素が含まれているため、それをこのまま大気に解放することは環境上好ましくない。そのため、内燃機関は、既知のブローバイガス環流装置（不図示）を備えている。ブローバイガスは、上記したように、上記オイル落とし通路を通して、クランクケース内からヘッドカバー内に向けて上昇移動させられる。そして、ブローバイガスは、ヘッドカバー内に導入された後、吸気負圧を利用してブローバイガス還流装置のＰＣＶ通路等を通じて強制的に吸気通路へ戻され、燃焼室に供給される。

また、内燃機関のヘッドカバー内には、ブローバイガスからオイルを分離するためのオイルセパレータ室が区画形成されている。ブローバイガスは、上記したような燃料成分である炭化水素、水分を含む以外に、クランクケース内のオイルの攪拌、蒸発によって生成された気体としてのオイルミストを含んでいる。このため、単にブローバイガスを吸気側に環流させるだけだとオイルも同時に燃焼されてしまい、オイルの消費量が多くなると同時に、オイル燃焼による白煙が生じて問題となる。そこで、ヘッドカバー内には、既知の構成のオイルセパレータ室が形成されている。このオイルセパレータ室にブローバイガスを通すことにより、ブローバイガスを吸気系に戻す前にブローバイガスからオイルを分離して回収することを可能にし、そのような問題を解消可能にしている。

ところで、そのようなブローバイガスには既燃焼ガスに含まれるＮＯｘおよび水分が含まれている。そして、ヘッドカバーが内燃機関からの熱を伝達されづらくかつその外面が外気に晒されて冷却風等によって冷却されるので、ヘッドカバーの内面には結露等による凝縮水が生じやすい。よって、ヘッドカバー内には、それらの反応により、酸性物質、例えば硝酸ができ易い。このような酸性物質は、潤滑油つまりエンジンオイルに混ざり得、内燃機関内部におけるスラッジの発生、付着、堆積を促し得る。

そこで、そのような酸性物質つまり酸性成分をオイル中から除去するべく、上記したように、フィルタ装置１は機能部材４２を備える。機能部材４２は、化学的接着手段である接着剤を用いてフィルタ装置１内に貼り付けられている。ただし、機能部材４２がその内壁面等にボルトおよびナットなどの機械的結合手段を用いて取り付けられることも可能である。

機能部材４２は、金属メッシュ（金網メッシュ）ケースと、その中に入れられたイオン交換樹脂とを備える。イオン交換樹脂は、反応体であり、所定のイオン（イオン成分）を吸着する機能を有する。換言すると、所定のイオンを除去するべく、そのような所定のイオンを吸着する機能を機能部材４２のイオン交換樹脂は有する。なお、イオン交換樹脂は、所定のイオンを吸着し、その代わりに、別のイオンを放出する機能を有する。ここでは、イオン交換樹脂としてアニオン性イオン交換樹脂が用いられ、機能部材４２のイオン交換樹脂はこれからなる。なお、イオン交換樹脂としては、例えば、三菱化学社製ダイヤイオン（登録商標）シリーズのイオン交換樹脂、ローム・アンド・ハース社製アンバーライト（登録商標）シリーズのイオン交換樹脂がある。

ここでは、具体的に、ブローバイガス中のＮＯｘと水とにより生じ得る硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）のオイル中からの除去を図るべく、硝酸イオンを吸着する機能を有するアニオン性イオン交換樹脂が用いられる。このようなアニオン性イオン交換樹脂は、その陰イオンを吸着し、例えば水酸化物イオンを放出する機能を有する。なお、このようなイオン交換樹脂は、繊維状、ビーズ状（球状）または膜状の種々の形状を有し得る。

このような機能部材４２をフィルタ部材４０に加えて有するフィルタ装置１でのオイルの流れを説明する。なお、図４に示すように、油圧とオイル流量とは比例関係を有する（図４の線Ｌ１参照）。そして、エンジン回転速度と油圧とは比例関係を有する。エンジン回転速度が高いほど、フィルタ装置１へ送られるオイルの流量は多くなり、フィルタ装置１を流れるオイルの圧力も高くなる。

オイル流量が所定量以下のとき、つまり油圧が所定圧以下のとき、調整弁５２の弁体５２ａは第２液体通路５２を塞ぐ位置にある。したがって、フィルタ装置１に導入された全てのオイル（図３の矢印ａ３１参照）は第１液体通路５１のみを実質的に通過し（図３の矢印ａ３２参照）、その過程でフィルタ部材４０によりオイル中の比較的小さな異物の除去が図られる。そして、第１液体通路５１を流れたオイルは第１出口４４ｂからフィルタ装置１を出て（図３の矢印ａ３３参照）、メインギャラリ２２へ流れる（図２参照）。

これに対して、オイル流量が所定量を超えるとき、つまり油圧が所定圧を越えるとき、調整弁５２は第２液体通路５２を開く。したがって、フィルタ装置１に導入されたオイル（図３の矢印ａ３１参照）のうちの一部のオイルは、第２液体通路５２を流れるようになり（図３の矢印ａ３４参照）、その過程で機能部材４２によりオイル中の所定の成分の除去が図られる。そして、第２液体通路５２を流れたオイルは第２出口４４ｃからフィルタ装置１を出て（図３の矢印ａ３５参照）、オイルパン２０へ流れる（図２参照）。これに対して、フィルタ装置１に導入されたオイル（図３の矢印ａ３１参照）のうちの残りのオイルは、第１液体通路５１を上記したように通過する（図３の矢印ａ３２、ａ３３参照）。なお、オイルの圧力が第２液体通路５２を開通させる所定圧を越えるときとしては、例えば冷間始動時がある。したがって、そのような冷間時に凝縮水が発生して上記したように硝酸が生じ易いが、そのようなときにオイルは第２液体通路５２の機能部材４２へ流れる。したがって、より適切に、オイルから硝酸イオンといった不要な所定の成分を除去することができる。

要するに、フィルタ装置１に導入されたオイルは、その圧力が所定圧ｐ１以下のとき、フィルタ部材４０のみを通過するように第１液体通路５１を流れる。他方、フィルタ装置１に導入されたオイルは、その圧力がその所定圧ｐ１を超えたとき、フィルタ部材４０を通過するように第１液体通路５１を流れると共に、機能部材４２を通過するように第２液体通路５２を流れる。そして、フィルタ装置１に導入されたオイルの圧力が所定圧ｐ１を超えたとき、機能部材４２を流れるオイル量はそのオイルの圧力に応じて変化し、そのオイルの圧力が高くなるほど増加する。しかし、機能部材４２、特にそのイオン交換樹脂の破損が生じないように上記バネ５４ｂが設計されているので、そのように第２液体通路５２を流れるオイルは、調整弁５４により所定圧以下の圧力を有するように制限され、具体的にはそのイオン交換樹脂の耐圧性能を上回る圧力を有することはない。つまり、第２液体通路５２のオイルの流量は、そのオイルがそのイオン交換樹脂の耐圧性能を上回らない圧力を有するように制限される。換言すると、第２液体通路５２を流れるオイルの圧力は機能部材４２のイオン交換樹脂の耐圧上限値以下に制限される。したがって、機能部材４２、特にそのイオン交換樹脂に高圧が加わることを防ぐことができ、それが破損することを防ぐことができる。

なお、第１液体通路５１に流れるオイル量は図４の領域（４１）に対応し、第２液体通路５２に流れるオイル量は図４の領域（４２）に対応する。第１液体通路５１に関するオイル量領域（４１）は図４中の線Ｌ１、線Ｌ２および横軸によって定められ、第２液体通路５２に関するオイル量領域（４２）は図４中の線Ｌ１と線Ｌ２とによって定められる。

なお、このように機能部材４２はフィルタ装置１に備えられるので、フィルタ装置１のフィルタ部材４０を交換するときに同時に機能部材４２の交換も行われる。したがって、それらを別途独立して配置するよりも便利である。

なお、上記第１実施形態のフィルタ装置１では、反応体としてアニオン性イオン交換樹脂を用いたが、反応体は、上記の如きイオン交換樹脂に限定されない。反応体として、種々のアニオン性イオン交換樹脂および／またはカチオン性イオン交換樹脂を用いることが可能である。以下で、具体的に説明する。

アニオン性イオン交換樹脂の使用により吸着除去することが望まれるイオンには、そのような硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）ばかりでなく、例えば、ブローバイガスから生じ得る硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）、ブローバイガスから生じ得る酢酸イオン（ＣＨ₃ＣＯＯ^-）、同様にブローバイガスから生じ得るギ酸イオン（ＨＣＯＯ^-）、塩化物イオン（Ｃｌ^-）、クロム酸イオン（ＣｒＯ₄ ^2-）がある。これらを含む群またはこれらからなる群から選択された少なくとも１つのイオンを吸着する機能を有するアニオン性イオン交換樹脂が用いられ得る。なお、アニオン性イオン交換樹脂から放出されるイオンは、オイルの劣化を促進しないイオンであるとよく、好ましくは、オイルの劣化を抑制するイオンであるとよい。

また、スラッジ生成を抑制するように内燃機関にアルカリ性物質、例えば炭酸カルシウムが設けられた場合、Ｃａイオンを吸着する機能を有するイオン交換樹脂が用いられるとよい。また、オイル中に添加剤としてカルシウムスルホネートが添加されている場合には、このカルシウムスルホネートからＣａイオンが生じ得るので、このような場合にもＣａイオンを吸着する機能を有するカチオン性イオン交換樹脂が用いられるとよい。

なお、カチオン性イオン交換樹脂の使用により吸着除去することが望まれるイオンには、そのようなＣａイオン（Ｃａ²⁺）ばかりでなく、例えば、Ａｌ³⁺、Ｆｅ²⁺、Ｆｅ³⁺、Ｃｒ³⁺、Ｐｂ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｕ²⁺、Ｍｇ²⁺、Ｔｉ⁺がある。これらは、オイルへの添加剤、例えばＺｎＤＴＰから生じたり、内燃機関の構成部材の磨耗および／または溶出により生じたりする。特に、内燃機関の摺動部の摩耗によりエンジンオイル中に生じるＣｕイオン、Ａｌイオン、Ｆｅイオン等は、除去されることが望まれる。これらを含む群またはこれらからなる群から選択された少なくとも１つのイオンを吸着する機能を有するカチオン性イオン交換樹脂が用いられ得る。なお、カチオン性イオン交換樹脂から放出されるイオンは、オイルの劣化を促進しないイオンであるとよく、好ましくは、オイルの劣化を抑制するイオンであるとよい。

また、本発明における反応体はイオン交換樹脂に限定されない。イオン交換樹脂、無機イオン交換体、キレート樹脂および／または合成吸着剤を反応体として用いることが可能である。反応体として、所定の成分を吸着する機能を有する種々の物質や、所定の成分を吸着する機能と別の所定の成分を放出する機能とを有する種々の物質を用いることができる。

また、反応体によって吸着除去されるべき成分は、上記したような硝酸イオン等の酸成分、添加物から生じた成分、内燃機関の構成部材の磨耗および／または溶出により生じた成分であって、オイル中の不要成分または不純物であるとよい。なお、吸着されるべき成分は、上記イオンに限定されず、また、イオン以外の成分をも含み得る。また反応体から放出されるべき成分はエンジンオイルに無害である成分またはオイルへの添加剤として機能する有用成分であるとよい。なお、同様に、放出されるべき成分は、上記イオンに限定されず、イオン以外の成分も含み得る。

また、機能部材では、金網ケース、パンチングメッシュタイプのケース、金網や樹脂などを用いて形成された袋状ケース、メッシュタイプの筒状ケース（内筒と外筒との間に収納領域を有する。）等が用いられ得、その中にイオン交換樹脂等の反応体が入れられ得る。また、反応体は、板やフィルムに積層されたり、部品にスプレー等を用いて塗布されたりすることができ、そのようにして板等に固定された反応体が機能部材として用いられることができる。

なお、そのような反応体は、上記第１実施形態で説明したように、ケース等に入れられたり、板等に固定されたりすることで機能部材とされて、フィルタ装置に適用されることができる。しかし、反応体は、ケース等に入れられることなく、フィルタ装置内に配置されてもよい。

次に本発明に係る第２実施形態が説明される。第２実施形態に係るフィルタ装置１０１は上記第１実施形態に係るフィルタ装置１と同様に内燃機関に適用されている。以下の説明では、既に説明された構成要素に対応する構成要素に既に説明された構成要素の符号に対応する符号を付し、そのような構成要素の重複説明を省略する。つまり、以下では、フィルタ装置１０１のフィルタ装置１に対する相違点が主として説明される。第２実施形態のフィルタ装置１０１は、上記第１実施形態のフィルタ装置１と同様の構成を有する範囲で同様の効果を同様に奏し、矛盾しない範囲においてそれと同様の変更が適用される。

フィルタ装置１０１は、オイルから不要物を除去するように構成されていて、潤滑装置１１０に組み込まれている。フィルタ装置１０１は、図５に簡単に示すように、ストレーナ１１４、オイルポンプ１１６を経たオイルから不要物を除去するように設けられ、従来のオイルフィルタとしての機能を有する。フィルタ装置１０１は、ろ過体としてのフィルタ部材１４０と、反応体としてのイオン交換樹脂を含む機能部材１４２とを有する。フィルタ装置１０１では、フィルタ部材１４０は機能部材１４２の上流側に位置付けられている。なお、フィルタ部材１４０は上記フィルタ部材４０と同一構成を有し、機能部材１４２は機能部材４２と同一構成を有し、機能部材４２と同様の変更が適用され得る。

図６に示すように、フィルタ装置１０１では、環状のフィルタ部材１４０の中心に位置するように管部材１４６が設けられているが、管部材１４６の主管部１４７の第１主管部１４７ａから分岐するように延在する枝管部１４８は第１主管部１４７ａにつながる第２主管部１４７ｂに合流している。したがって、枝管部１４８により区画形成されて機能部材１４２が配置されている第２液体通路１５２は、ケース部材１４４内の環状空間１４４ｓ、第１主管部１４７ａ内部および第２主管部１４７ｂ内部からなる第１液体通路１５１のバイパス通路である。なお、フィルタ装置１０１は、上記第２出口４４ｃに対応する出口を有さず、フィルタ装置１０１に供給されたオイルは出口１４４ｂを介して概ねメインギャラリ１２２へ送られる（図５参照）。

第１液体通路１５１からの第２液体通路１５２の分岐部、つまり枝管部１４８の分岐部に、調整装置として調整弁１５４が設けられている。調整弁１５４は可動式の弁体１５４ａと弾性部材であるバネ１５４ｂとを備えている。なお、調整弁１５４はスリーブバルブである。バネ１５４ｂは、オイルの圧力が所定圧を越えるとき、第２液体通路１５２にオイルを流さないように、設計されている。弁体１５４ａには流路１５４ｃが形成されていて、調整弁１５４は三方弁として機能することができる。調整弁１５４の弁体１５４ａはオイルの圧力に基づいてバネ１５４ｂが変形することで移動する。そして、オイルの圧力が上記所定圧未満の第２所定圧以下のとき第２液体通路１５２を開き第１液体通路１５１を閉塞するように弁体１５４ａは位置付けられる。そのような位置にある弁体１５４ａが図６では表されている。オイルの圧力が上記所定圧以下かつ上記第２所定圧を超えるとき、第１液体通路１５１および第２液体通路１５２は共に開くように弁体１５４ａは位置付けられる。そして、オイルの圧力が上記所定圧を超えるとき、第１液体通路１５１を開き第２液体通路１５２を閉じるように弁体１５４ａは位置付けられる。

さらに、枝管部１４８にはつまり第２液体通路１５２には逆止弁１６０が設けられていて、逆止弁１６０は第１液体通路１５２から第２液体通路１５２へのオイルの逆流を防止する。なお、逆止弁１６０および枝管部１４８の第２主管部１４７ｂへの合流部は、第２実施形態のフィルタ装置１０１ではケース部材１４４外部に位置付けられているが、ケース部材１４４内に位置付けられることもできる。

このような構成を有するフィルタ装置１０１でのオイルの流れを説明する。オイル流量が第２所定量以下のとき、つまり油圧が第２所定圧ｐ２以下のとき、第１液体通路１５１は閉塞し、第２液体通路１５２は開く。したがって、フィルタ装置１０１に導入された全てのオイル（図６の矢印ａ６１参照）は、第１液体通路１５１の上流部を流れて、第２液体通路１５２を介して、さらに第１液体通路１５１の下流部を流れ（図６の矢印ａ６４参照）、出口１４４ｂから送り出される（図６の矢印ａ６３参照）。その過程で全てのオイルは、フィルタ部材１４０を通過すると共に機能部材１４２を通過する。それ故、オイル中の比較的小さな異物の除去およびオイル中の所定の成分ここでは硝酸イオンの除去が図られる。

オイル流量が第１所定量以下かつ第２所定量を超えるとき、つまり油圧が第１所定圧ｐ３以下かつ第２所定圧ｐ２を超えるとき、第１液体通路１５１および第２液体通路１５２は共に開く。したがって、フィルタ装置１０１に導入されたオイル（図６の矢印ａ６１参照）のうちの一部のオイルは第２液体通路１５２を流れるが（図６の矢印ａ６４参照）、その残りのオイルは第２液体通路１５２を流れず第１液体通路１５１のみを流れる（図６の矢印ａ６２参照）。そして、異なる通路を経たオイルは合流して、出口１４４ｂから送り出される（図６の矢印ａ６３参照）。このようにオイルの圧力がある程度高いとき、オイルの流路が分けられて、第１液体通路および第２液体通路に流れるオイルの量がそれぞれ調整されるので、第２液体通路１５２の機能部材１４２に高圧が及ぶことは確実に防止される。

そして、オイル流量が第１所定量を超えるとき、つまり油圧が第１所定圧ｐ３を越えるとき、第２液体流路１５２は閉じて第１液体通路１５１は開く。したがって、フィルタ装置１０１に導入された全てのオイル（図６の矢印ａ６１参照）は、第１液体通路１５１のみを実質的に流れて（図６の矢印ａ６２参照）、出口１４４ｂから送り出される（図６の矢印ａ６３参照）。したがって、オイルの圧力が高いとき、第２液体通路１５２の機能部材１４２に高圧が及ぶことは防止される。

なお、図７では、第１液体通路１５１に流れるオイル量は図７の領域（７１）に対応し、第２液体通路１５２に流れるオイル量は図７の領域（７２）に対応する。第１液体通路１５１に関するオイル量領域（７１）は、第２液体通路１５２に関するオイル量領域（７２）よりも高圧側に位置する。

なお、上記第１所定圧ｐ３は、機能部材１４２のイオン交換樹脂の耐圧性能を上回る圧力つまりその耐圧上限値を超える圧力がそのイオン交換樹脂に加わらないように定められる。上記第２所定圧ｐ２も、機能部材１４２のイオン交換樹脂の耐圧性能を上回る圧力がそのイオン交換樹脂に加わらないように定められるとよい。

次に本発明に係る第３実施形態が説明される。第３実施形態に係るフィルタ装置２０１は上記第１実施形態に係るフィルタ装置１および上記第２実施形態に係るフィルタ装置１０１と同様に内燃機関に適用されている。以下の説明では、既に説明された構成要素に対応する構成要素に既に説明された構成要素の符号に対応する符号を付し、そのような構成要素の重複説明を省略する。つまり、以下では、フィルタ装置２０１のフィルタ装置１およびフィルタ装置１０１に対する相違点が主として説明される。なお、第３実施形態のフィルタ装置２０１は、上記第１実施形態のフィルタ装置１または上記第２実施形態のフィルタ装置１０１と同様の構成を有する範囲で同様の効果を同様に奏し、矛盾しない範囲においてそれらと同様の変更が適用される。

フィルタ装置２０１は、オイルから不要物を除去するように構成されていて、潤滑装置２１０に組み込まれている。フィルタ装置２０１は、図８に簡単に示すように、ストレーナ２１４、オイルポンプ２１６を経たオイルから不要物を除去するように設けられ、従来のオイルフィルタとしての機能を有する。フィルタ装置２０１は、ろ過体としてのフィルタ部材２４０と、反応体としてのイオン交換樹脂を含む機能部材２４２とを有する。フィルタ装置２０１では、フィルタ部材２４０は機能部材２４２の上流側に位置付けられている。なお、フィルタ部材２４０は上記フィルタ部材４０と同一構成を有し、機能部材２４２は機能部材４２と同一構成を有し、機能部材４２と同様の変更が適用され得る。

第３実施形態のフィルタ装置２０１では、第２液体通路２５２は第１液体通路２５１のバイパス通路であり、その途中に機能部材２４２が配置されている。さらに、フィルタ装置２０１では、第１液体通路２５１から分岐した第３液体通路２７０がさらに備えられていて、第３液体通路２７０の途中に上記機能部材２４２が配置されている。つまり、第２液体通路２５２の一部と第３液体通路２７０の一部とは機能部材２４２を含む部分で共通する（図８参照）。そして、第１から第３液体通路２５１、２５２、２７０のそれぞれにおけるオイルの流れを調整するための調整装置２７２が設けられている。調整装置２７２は、第１液体通路２５１におけるオイルの流れおよび第２液体通路２５２におけるオイルの流れを調整するための第１調整弁２５４と、第３液体通路２７０におけるオイルの流れを調整するための第２調整弁２７４とを備えている。ここでは、それら２つの調整弁２５４、２７４はいずれもスリーブバルブである（図９〜図１１参照）。

図９〜図１１に示すように、環状のフィルタ部材２４０の中心に位置するように管部材２４６が設けられているが、管部材２４６は、複数の管のユニットとして構成され、第１液体通路２５１の一部２５１ａと、第２液体通路２５２と、第３液体通路２７０とを区画形成するように構成されている。

第１液体通路２５１からの第２液体通路２５２の分岐部および第１液体通路２５１への第２液体通路２５２の合流部に位置するように第１調整弁２５４が設けられている。第１調整弁２５４は、弁体２５４ａと、弾性部材としてのバネ２５４ｂとを備えている。バネ２５４ｂは、オイルの圧力が所定圧を越えるとき、第２液体通路２５２にオイルを流さないように、設計されている。バネ２５４ｂは第１液体通路２５１に位置付けられた支持体２５４ｄと弁体２５４ａとの両方に接続されている。なお、支持体２５４ｄには、オイルが流れることができる孔が形成されている。

第１液体通路２５１から分岐する第３液体通路２７０には第２調整弁２７４が設けられている。第２調整弁２７４は、弁体２７４ａと、弾性部材としてのバネ２７４ｂとを備えている。バネ２７４ｂは、機能部材２４２に所定圧を越えるオイル圧力が作用しないように、設計されている。バネ２７４ｂは第３液体通路２７０に位置付けられた支持体２７４ｄと弁体２７４ａとの両方に接続されている。なお、支持体２７４ｄには、オイルが流れることができる孔が形成されている。

このような構成を有するフィルタ装置２０１でのオイルの流れを説明する。油圧が機能部材２４２のイオン交換樹脂の耐圧性能を超えない圧力つまりそのイオン交換樹脂の耐圧上限値以下の圧力である第４所定圧ｐ４であるときに（図１２参照）、第２液体通路２５２が開いていて、第１液体通路２５１の一部２５１ａおよび第３液体通路２７０が閉じたところが図９に表されている。したがって、フィルタ装置２０１に導入された全てのオイル（図９の矢印ａ９１参照）は、第１液体通路２５１の上流部を流れて、第２液体通路２５２を介して、さらに第１液体通路１５１の下流部を流れ（図９の矢印ａ９２参照）、第１出口２４４ｂから送り出される（図９の矢印ａ９３参照）。その過程で全てのオイルは、フィルタ部材１４０を通過すると共に機能部材１４２を通過する。それ故、オイル中の比較的小さな異物の除去およびオイル中の所定の成分の除去が図られる。なお、出口２４４ｂから送り出されたオイルはメインギャラリ２２２に向かう。

油圧が機能部材２４２のイオン交換樹脂の耐圧性能を上回る圧力つまりそのイオン交換樹脂の耐圧上限値を超える圧力である第５所定圧ｐ５であるときに（図１２参照）、第１液体通路２５１が開き、第２および第３液体通路２５２、２７０が閉じたところが図１０に表されている。したがって、フィルタ装置２０１に導入された全てのオイル（図１０の矢印ａ１０１参照）は、第１液体通路２５１のみを実質的に流れて（図１０の矢印ａ１０２参照）、第１出口２４４ｂから送り出される（図１０の矢印ａ１０３参照）。その過程で全てのオイルは、フィルタ部材１４０を通過するが機能部材１４２を通過しない。したがって、オイルの圧力が高いとき、第２液体通路２５２の機能部材２４２に高圧が及ぶことは防止される。なお、出口２４４ｂから送り出されたオイルはメインギャラリ２２２に向かう。

油圧が機能部材２４２のイオン交換樹脂の耐圧性能をはるかに超えた圧力である第６所定圧ｐ６であるときに（図１２参照）、第２液体通路２５２が閉じ、第１および第３液体通路２５１、２７０が開いたところが図１１に表されている。したがって、フィルタ装置２０１に導入された全てのオイル（図１１の矢印ａ１１１参照）の主たるオイルは、第１液体通路２５１を流れて（図１１の矢印ａ１１２参照）、第１出口２４４ｂから送り出される（図１１の矢印ａ１１３参照）。なお、第１出口２４４ｂから送り出されたオイルはメインギャラリ２２２に向かう。これに対して、フィルタ装置２０１に導入されたオイル（図１１の矢印ａ１１１参照）の一部のオイルは、第３液体通路２７０を流れて（図１１の矢印ａ１１４参照）、第２出口２４４ｃから送り出される（図１１の矢印ａ１１５参照）。なお、第２出口２４４ｃから流れ出たオイルはオイルパン２２０に向かう。このように、フィルタ装置２０１を流れる過程で、一部のオイルはフィルタ部材２４０のみを通過し、残りのオイルはフィルタ部材２４０および機能部材２４２を通過する。そして、このときに第３液体通路２７０には機能部材２４２のイオン交換樹脂の耐圧性能を上回る圧力のオイルつまりそのイオン交換樹脂の耐圧上限値を超える圧力のオイルが流れないように、バネ２７４ｂが設計または選択されているので、このようにオイルの圧力が非常に高いとき、機能部材２４２に高圧が及ぶことは防止される。

このように、本第３実施形態のフィルタ装置２０１では、油圧が低いときも高いときにも、機能部材２４２のイオン交換樹脂の耐圧性能を上回らない圧力のオイルを適切に機能部材２４２に流すことができる。

なお、第１液体通路２５１に流れるオイル量は図１２の領域（１２１）に対応し、第２液体通路２５２に流れるオイル量は図１２の領域（１２２）に対応し、第３液体通路２７０に流れるオイル量は図１２の領域（１２３）に対応する。

なお、このようなフィルタ装置２０１を備えた潤滑装置２１０では、第３液体通路２７０を流れ出たオイルは、オイルパン２２０へ向けて流れたが、オイルポンプ２１６に吸い込まれるようにオイルポンプ吸い込み口へ方向付けられることも可能である。そのような場合が、図１３および図１４に表されている。なお、図１３および図１４は、図８および図１１にそれぞれ対応し、それらでは図８および図１１で用いた符号が同様に用いられている。図１３および図１４に示すように、オイルポンプ吸い込み口へオイルを戻すように潤滑装置を構成することで、オイルポンプ２１６でのオイル吸い上げ仕事を減らすことができる。したがって、燃費向上を図ることができる。

次に、第４実施形態に係るフィルタ装置３０１が説明される。第４実施形態に係るフィルタ装置３０１は上記第３実施形態に係るフィルタ装置２０１と同様に内燃機関に適用されている。以下の説明では、既に説明された構成要素に対応する構成要素に既に説明された構成要素の符号に対応する符号を付し、そのような構成要素の重複説明を省略する。つまり、以下では、フィルタ装置３０１のフィルタ装置２０１に対する相違点が主として説明される。なお、第４実施形態のフィルタ装置３０１は、上記第３実施形態のフィルタ装置２０１と同様の構成を有する範囲で同様の効果を同様に奏し、矛盾しない範囲においてそれと同様の変更が適用される。ただし、以下では、第４実施形態に係るフィルタ装置３０１は簡単に説明される。

フィルタ装置３０１は、オイルから不要物を除去するように構成されていて、潤滑装置３１０に組み込まれている。フィルタ装置３０１は、図１５に簡単に示すように、ストレーナ３１４、オイルポンプ３１６を経たオイルから不要物を除去するように設けられ、従来のオイルフィルタとしての機能を有する。フィルタ装置３０１は、ろ過体としてのフィルタ部材３４０と、反応体としてのイオン交換樹脂を含む機能部材３４２とを有する。フィルタ装置３０１では、フィルタ部材３４０は機能部材３４２の上流側に位置付けられている。なお、フィルタ部材３４０は上記フィルタ部材２４０と同一構成を有し、機能部材３４２は機能部材２４２と同一構成を有し、機能部材２４２と同様の変更が適用され得る。

フィルタ装置３０１は、フィルタ部材３４０よりも下流側に切替弁３８０を備える。切替弁３８０は第１液体通路３５１に配置され、第１液体通路３５１へのオイルの流れと、第２液体通路３５２へのオイルの流れとを調整するように構成されている。第２液体通路３５２には機能部材３４２が配置されている。第１液体通路３５１を流れたオイルおよび第２液体通路３５２を流れたオイルは、基本的に、メインギャラリ３２２へ送られる。なお、第２液体通路３５２のオイルは、第２液体通路３５２に設けられた逆止弁３８６を介して第１液体通路３５１へ戻されて、メインギャラリ３５２へ至る。

第１液体通路３５１において、切替弁３８０の下流側にはリリーフ弁３８４が設けられている。リリーフ弁３８４は所定量以上のオイルを安全な範囲で機能部材３４２へ逃がす（供給する）ように構成されていて、第１液体通路３５１からの第３液体通路３７０の分岐部に設けられている。つまり、第２液体通路３５２の一部と第３液体通路３７０の一部とは機能部材３４２を含む部分で共通する。そして、第３液体通路３７０を流れたオイルは、オイルパン３２０へ向けて流れる。なお、第３液体通路３７０に設けられた弁３８８は、機能部材３４２に所定圧以上の圧力が及ばないように開く。具体的には、弁３８８は、第３液体通路３７０が開通しているとき、開く。

なお、フィルタ装置３０１のそれらの弁はフィルタ装置３０１の調整装置３７２を構成する。フィルタ装置３０１の切替弁３８０はフィルタ装置２０１の第１調整弁２５４に実質的に対応し、フィルタ装置３０１のリリーフ弁３８４はフィルタ装置２０１の第２調整弁２７４に実質的に対応する。

なお、このようなフィルタ装置３０１を備えた潤滑装置３１０では、第３液体通路３７０を流れ出たオイルは、オイルパン３２０へ向けて流れたが、図１３および図１４の潤滑装置の如く、オイルポンプ３１６に吸い込まれるようにオイルポンプ吸い込み口へ方向付けられることも可能である。

このように本発明を上記第１から第４実施形態およびその変形例に基づいて説明したが、本発明に係るフィルタ装置は、ろ過体と、反応体と、その反応体に該反応体を機械的に壊すような力を有する液体としてのオイルが至らないようにオイルの流れを調整する調整装置とを備える種々の実施形態を許容する。基本的に調整装置は１つまたは複数の弁を備え得る。そのような弁は、上記したような形式、種類および形状の弁に限定されず、種々の形式、種類および形状の弁であってもよい。例えば、ポペット式弁、バタフライ式弁、スリーブバルブ、シャッター式弁などがある。そして、好ましくは、調整装置の弁は、液体であるオイルによって駆動され、その圧力に応じて開閉する。

以上、本発明を上記実施形態や変形例に基づいて説明した。それら実施形態では、基本的に、反応体としてイオン交換樹脂を用いた。そして、上記の如くオイル循環路にイオン交換樹脂を配置することによる効果を調べるために種々の実験を行った。その実験の一例を説明する。

実験では、試験油中に０ｍｏｌ／Ｌの硝酸を添加した場合（つまり試験油中に硝酸を添加しなかった場合）のオイルの粘度、試験油中に７．５ｍｍｏｌ／Ｌの硝酸を添加した場合のオイルの粘度、試験油中に７５ｍｍｏｌ／Ｌの硝酸を添加した場合のオイルの粘度を測定した。またそれら各硝酸濃度において、硝酸を添加しただけの常温のオイルの粘度、硝酸を添加して９０℃まで加熱した後で所定量のイオン交換樹脂が加えられたオイルの常温での粘度、硝酸を添加して９０℃まで加熱したオイルの常温での粘度を測定した。そしてそれらを比較した。なお、実験では、硝酸イオンを吸着する機能を有するイオン交換樹脂として、三菱化学社製ダイヤイオン（登録商標）のＷＡ３０を用いた。

その結果、硝酸を加えて９０℃までオイルを加熱することで、オイルの粘度が大幅に高くなった。これは、硝酸と熱とによってスラッジ生成が促されたことを意味する。しかし、イオン交換樹脂を加えることで、そのようなオイルの粘度の上昇は約半分程度に抑制された。これは、イオン交換樹脂により硝酸イオンが吸着され、スラッジ生成が抑制されたことを意味する。このように、硝酸イオンを吸着する機能を有するイオン交換樹脂を用いることで、オイルの劣化を抑制できた。したがって、上記した各実施形態のフィルタ装置で、エンジンオイルの劣化を抑制できることは明らかである。

以上、本発明を上記実施形態およびその変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、さらに他の実施形態を許容する。例えば、本発明のフィルタ装置が対象とする液体は、オイルに限定されず、水であってもよい。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。

１フィルタ装置
１０潤滑装置
４０フィルタ部材
４２機能部材

Claims

入口から出口に延びる第１液体通路に配置されたろ過体と、
前記第１液体通路につながる第２液体通路に配置された所定の成分を吸着する機能を有する反応体と、
前記第１液体通路における液体の流れおよび前記第２液体通路における液体の流れを調整するように構成された調整装置と
を備え、
前記調整装置は、所定圧以下の液体が前記第２液体通路へ流れるように液体の流れを調整することを特徴とするフィルタ装置。
前記所定圧は、前記反応体の耐圧上限値以下の圧力であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
前記第２液体通路は前記第１液体通路に合流するバイパス通路であることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ装置。
前記第１液体通路から分岐した第３液体通路をさらに備え、
該第３液体通路の途中に前記反応体が設けられ、
前記調整装置は前記第３液体通路における液体の流れを調整するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ装置。
前記ろ過体の下流側に前記反応体が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィルタ装置。
請求項１から５のいずれかに記載のフィルタ装置を備え、
前記液体はオイルであることを特徴とする潤滑装置。