JP2012062792A - エンジンの潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油に混入した燃料を減らすことができるエンジンの潤滑装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０のオイルパン２１に超音波発振器６０が設けられている。超音波発振器６０の発振によって潤滑油２２に超音波振動を与えることにより、潤滑油２２のミスト化が促進される。エンジン１０は排気浄化用のパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）８３を備えている。パティキュレートフィルタ８３の強制再生のためにポスト噴射が行なわれると、燃料の一部が潤滑油２２に混入し、潤滑油希釈の原因となる。このため超音波発振器６０を駆動することによって潤滑油のミスト化を促進し、ミスト中の燃料を蒸発させやすくする。蒸発した燃料は、クランクケース換気手段として機能するオイルセパレータ５１を介して、エンジン１０の吸気系に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンの潤滑システムに適用されるエンジンの潤滑装置に関する。

ディーゼルエンジンにおいて、排気を浄化するための装置として、特許文献１あるいは特許文献２に開示されているように、酸化触媒とパティキュレートフィルタを用いる連続再生式ＤＰＦ（Diesel particulate filter）が知られている。連続再生式ＤＰＦは、排気中のＮＯを酸化触媒によって酸化させてＮＯ_２に変化させ、ＮＯ_２によってパティキュレートフィルタ中のスート（主として炭素）を比較的低い温度域で燃焼させることができる。

上記連続再生式ＤＰＦにおいて、パティキュレートフィルタにスートが過剰に堆積すると、エンジン出力が低下するばかりか、スート燃焼時の異常高温によって、パティキュレートフィルタが溶損するおそれがある。このため、堆積したスートを強制的に燃焼（すなわち強制再生）させる必要がある。強制再生の手段として、ポスト噴射を行うことが知られている。ポスト噴射は、エンジンの膨張行程あるいは排気行程において、燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する操作である。

特開平７−２５９５３３号公報 特開２００３−８３０３６号公報

エンジンのオイルパンには、規定量の潤滑油（この明細書ではオイルとも称する）が収容されている。オイルパンに収容された潤滑油は、オイルポンプを含む潤滑油流路を介して、エンジン各部の潤滑対象箇所あるいは冷却対象箇所に供給されている。しかし前記ポスト噴射が行なわれると、シリンダの内面に付着した燃料の一部がクランクケース内に入り、オイルパンの潤滑油中に混入することが知られている。ポスト噴射の回数が多くなると、潤滑油中に混入する燃料の量が増加し、いわゆる潤滑油希釈が生じる。

図５はディーゼルエンジンを備えた車両の走行距離と燃料混入量の変化の一例を示している。図５に線分Ａで示されるように走行距離が増えるにつれて潤滑油への燃料混入量が増加してゆく。しかし燃料混入量が増えると、図５の線分Ｂで示すように燃料蒸発量も増加する。しかし燃料の一部は蒸発せずに潤滑油中に残る。

このため図６に線分Ｃで示されるように、燃料混入量と燃料蒸発量とがバランスしたところで潤滑油中の燃料残量が決まる。一方、図６に線分Ｄで示されるように、車両の走行距離が増えるとオイル消費量も増加する。このため図６に線分Ｅで示すように、潤滑油の見かけ上の増減量は、走行距離が増えてもそれほど変化しない。しかし走行距離が増えると潤滑油中の燃料の割合が増えているため、潤滑油希釈によって潤滑油の粘性が低下したり、潤滑性能が低下したりするなど、所定の潤滑性能に支障が生じるおそれがある。

潤滑油希釈を防ぐために、ポスト噴射の回数を抑制したり、ポスト噴射の周期を長くする手段を用いたりすることも考えられるが、ポスト噴射はスートの強制的燃焼に有効な手段であるため、ポスト噴射を採用するディーゼルエンジンにおいてポスト噴射に影響を与えることなく潤滑油希釈を防ぐことが望まれていた。

従って本発明の目的は、ポスト噴射等によって潤滑油に混入する燃料の量を減らすことができるエンジンの潤滑装置を提供することにある。

本発明の潤滑装置は、エンジンのクランクケース下部に形成されたオイルパンと、該オイルパンに収容された前記潤滑油をエンジン各部に供給するためのオイルポンプを含む潤滑油流路と、前記オイルパン内の前記潤滑油に超音波振動を与える超音波発振器と、前記オイルパン内の前記潤滑油から蒸発した燃料をエンジンの吸気系に供給するクランクケース換気手段とを具備している。

前記クランクケース換気手段の一例は、前記オイルパン内に発生したミストをガスから分離させるオイルセパレータを含み、該オイルセパレータに、ミスト中の燃料の蒸発を促進する加熱手段が設けられている。また、前記エンジンの排気流路に設けられた排気浄化用のパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの強制再生条件が成立したときに該エンジンのポスト噴射を指令する制御部とを具備し、前記制御部は前記ポスト噴射が行なわれたのちに前記超音波発振器を駆動することにより超音波を発振させてもよい。

本発明によれば、オイルパンに設けられた超音波発振器によって、オイルパン内の潤滑油のミスト化を促進することができるため、潤滑油に混入した燃料の蒸発が促進される。このため潤滑油に混入した燃料の量を減らすことができ、潤滑油希釈により潤滑油が劣化することを防止できる。

本発明の１つの実施形態を示す潤滑装置を備えたディーゼルエンジンを模式的に示す断面図。 図１に示されたディーゼルエンジンのオイルセパレータを一部断面で示す側面図。 図１に示されたディーゼルエンジンの排気系を模式的に示した図。 燃料の炭素数と沸点の関係を示すグラフ。 走行距離と燃料混入量との関係等を示すグラフ。 走行距離と燃料残量との関係等を示すグラフ。

以下に本発明の１つの実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１はエンジン（内燃機関）の一例であるディーゼルエンジン１０の一部を模式的に示している。ディーゼルエンジン１０は、エンジン本体１１（一部のみ示す）と、潤滑装置１２とを備えている。エンジン本体１１の燃焼室１５は、ピストン１６の頂部とシリンダ１７の内面との間に形成されている。

燃焼室１５に臨んで燃料噴射弁１８が配置されている。燃焼室１５は吸排気弁を介して吸気ポート１９ａと排気ポート１９ｂとに連通している。燃料噴射弁１８は、燃料供給管１８ａから供給される加圧燃料を所定のタイミングで燃焼室１５内に噴射するように構成されている。

シリンダ１７の下方にクランクケース２０が設けられている。クランクケース２０の最下部にオイルパン２１が配置されている。オイルパン２１には所定量の潤滑油２２が収容されている。この明細書では潤滑油をオイルと称することもある。潤滑装置１２は、潤滑油２２をエンジン各部の潤滑対象部あるいは冷却対象部に供給する機能を有している。

潤滑装置１２は、ストレーナ３０を備えたオイル吸入管３１と、オイルポンプ３２と、オイルクーラ３３と、フィルタ３４と、メインオイル通路３５と、複数系統の分配管３６と、オイル戻し管３７などを含んでいる。

オイルパン２１内の潤滑油２２は、オイル吸入管３１からオイルポンプ３２を経てメインオイル通路３５に供給され、分配管３６を介してクランクシャフトやコンロッド、各種のベアリング、シャフト類、ロッカアーム、カム機構、テンショナ等の潤滑対象部あるいは冷却対象部などのエンジン各部に送られるようになっている。これらオイルポンプ３２やメインオイル通路３５および分配管３６等は、潤滑油２２をエンジン各部に供給するための潤滑油流路３８を構成している。

またメインオイル通路３５には、ピストン１６の熱負荷対策として、各気筒ごとにオイルジェット機構４０が配置されている。オイルジェット機構４０は、メインオイル通路３５から供給される潤滑油の圧力が所定値を越えた状態において、潤滑油をピストン１６に向けてノズルから噴出することにより、各気筒のピストン１６の冷却をなすように構成されている。

オイルパン２１に収容された潤滑油２２の液面よりも高い位置に、クランクケース２０内のブローバイガス等を吸入する吸入口５０が開口している。この吸入口５０は、オイルセパレータ５１に連通している。オイルセパレータ５１はブリーザ装置と称されることもある。

図２はオイルセパレータ５１の一例を示している。オイルセパレータ５１はオイル分離室５２を備えている。オイル分離室５２には、クランクケース２０内のブローバイガスや潤滑油２２のミストおよび潤滑油２２から蒸発した燃料などが導入される。オイル分離室５２には、ミストを衝突させる部材５３と、ガスに旋回流等を生じさせる気流発生室５４などが設けられている。オイルセパレータ５１の出口側に、ＰＣＶバルブ５５が設けられている。ＰＣＶはポジティブ・クランクケース・ベンチレーション(positive crankcase ventilation)の略称である。

オイル分離室５２にガスと共に導入された潤滑油のミストは、オイル分離室５２にてガスから分離し、オイル戻し部５６を経てオイルパン２１に戻される。こうしてオイルが分離されたガスは、ＰＣＶバルブ５５を経てガス流出口５７からエンジン１０の吸気系に供給される。ＰＣＶバルブ５５は、オイルセパレータ５１から流出するガスの圧力に応じて開閉し、所定圧力を越えるガスをオイルセパレータ５１からエンジン１０の吸気系に供給するようになっている。エンジン１０の吸気系は、エンジン本体１１の吸気ポート１９ａに連通している。オイルセパレータ５１とＰＣＶバルブ５５とガス流出口５７は、クランクケース換気手段を構成している。

オイルパン２１に超音波発振器６０が配置されている。超音波発振器６０は複数の超音波振動子（図示せず）を発振回路（パルサ）を含む駆動装置６１によって駆動することにより、オイルパン２１内の潤滑油２２に超音波振動を生じさせるようになっている。潤滑油２２に超音波振動が生じると、潤滑油２２の液面付近にて潤滑油２２の一部がミスト化することが促進される。

エンジン本体１１が作動すると、クランクケース２０内に進入したブローバイガス中の燃料の一部が潤滑油２２に混入する。ポスト噴射が行なわれたときにも燃料の一部が潤滑油２２に混入する。オイルパン２１に収容されている潤滑油２２は、エンジン本体１１が作動している間、例えば８０℃前後の高温になっているため、潤滑油２２に含まれる燃料の一部が自然に蒸発する。しかも本実施形態では、超音波発振器６０が発振することによって生じる超音波振動によって潤滑油２２のミスト化が促進されるため、潤滑油の表面積を増大させることができ、その結果、潤滑油中の燃料の蒸発が促進される。

蒸発した燃料とクランクケース２０内のミストは、ブローバイガスと共にオイルセパレータ５１に導入され、オイル分離室５２において、オイル分がガスから分離される。オイルが除去された燃料を含むガスは、ＰＣＶバルブ５５とガス流出口５７を経てエンジンの吸気系に送られる。

オイルセパレータ５１のＰＣＶ流路（例えばオイル分離室５２）に加熱手段７０が設けられている。この加熱手段７０は、ＰＣＶ流路を通るミストを加熱する。加熱手段７０の一例は、通電によって発熱する電気ヒータであり、オイル分離室５２の外側からミストを加熱することにより、燃料の蒸発を促進する。

なお、加熱手段７０の他の例として、エンジン本体１１の高熱部（例えば排気系）とオイルセパレータ５１との間に、熱伝導率の高い部材を配置することにより、エンジン本体１１に発生した熱をＰＣＶ流路（例えばオイル分離室５２）内のミストに伝えるようにしてもよい。また、オイル分離室５２の内部に放熱フィンを配置し、この放熱フィンを介してオイル分離室５２の外側からＰＣＶ流路内のミストを加熱するようにしてもよい。

ＰＣＶ流路内のミストを加熱する温度は、燃料の種類等に応じて設定されている。図４に模式的に示すように、燃料（軽油）の一例では、炭素数１４〜１７付近が最も多い。この例では燃料の沸点が２５０℃付近となる。これに対し潤滑油は炭素数が一般に２０以上あり、沸点が３５０℃付近を越えている。よって、ＰＣＶ流路を通るミストを、オイルパン２１内の潤滑油２２の温度よりも高い温度（例えば１００〜２００℃）に加熱することにより、潤滑油の蒸発を抑制しつつ、燃料の蒸発を促進することができる。

こうして潤滑油中の燃料が蒸発するため、オイルセパレータ５１によってガスから分離した潤滑油中の燃料が減少し、その潤滑油がオイル戻し部５６からオイルパン２１に戻される。このためオイルパン２１内の潤滑油２２に含まれる燃料の量が減り、潤滑油２２の潤滑油希釈を抑制することができる。

図３に示すようにエンジン本体１１の排気流路８０にタービン８１と、酸化触媒８２と、パティキュレートフィルタ８３と、圧力センサ８４，８５などが設けられている。パティキュレートフィルタ８３は、排気流路８０を通る排気中のパティキュレートを捕集することができる。排気流路８０は、エンジン本体１１の排気ポート１９ｂに連通している。

ＥＣＵ(Electronic Control Unit)等を含む制御部６２は、圧力センサ８４，８５によって検出されたパティキュレートフィルタ８３の前後の差圧やエンジン回転数などに基いて、パティキュレートフィルタ８３のスート（煤）の堆積量を推定する。この制御部６２には、スートの堆積量が許容値を越えたとき、すなわち強制再生を開始する条件が成立したときに、ポスト噴射を行なうように燃料噴射弁１８を制御するプログラムが組込まれている。

ポスト噴射が行われると、エンジンの膨張行程あるいは排気行程において燃焼室１５内に噴射された燃料が酸化触媒８２に到達し、燃料（ＨＣ）が酸化させられることにより、連続運転時よりも高い温度域（例えば５００℃〜５５０℃以上）で、パティキュレートフィルタ８３においてスートがＯ_２により直接酸化（燃焼）させられる。なお、酸化触媒８２によって消費されなかった燃料（ＨＣ）がパティキュレートフィルタ８３上のスートに付着し、さらに燃焼が活性化される。

前記ポスト噴射が行なわれたときに、燃料の一部がクランクケース２０に入り、潤滑油２２中に混入する。このためポスト噴射は潤滑油２２中の燃料の割合を増加させる原因となる。しかるに本実施形態の潤滑装置１２では、ポスト噴射が行なわれたのち、超音波発振器６０を駆動して超音波を発生させ、オイルパン２１内の潤滑油２２に超音波振動を与えることにより、潤滑油２２のミストの発生が促進される。このため潤滑油の表面積が増加するとともに、超音波振動が加わることにより、潤滑油２２よりも沸点が低い燃料（軽油）の蒸発が促される。

このためオイルパン２１内の潤滑油２２に含まれる燃料の含有率が減少する。よって、排気浄化のためのＤＰＦを備えたディーゼルエンジン１０においてＤＰＦの強制再生のためにポスト噴射が行なわれたとしても、潤滑油２２中の燃料が増加することを抑制でき、潤滑油２２の質が低下することを防止できるとともに、ポスト噴射による潤滑油希釈の問題を回避できる。

潤滑油中の燃料をより多く蒸発させるために、常時超音波発振器６０を駆動させることも考えられるが、ポスト噴射時に潤滑油２２に混入する燃料の量は、ポスト噴射時以外に潤滑油２２に混入する燃料の量よりも多いため、制御部６２の一例では、ポスト噴射が行なわれたのち、所定時間、超音波発振器６０を駆動するような制御プログラムが組込まれていてもよい。このようにポスト噴射後に一定時間だけ超音波発振器６０を駆動させることにより、超音波発振器６０の駆動エネルギーを節約することができる。

あるいは、オイルパン２１の潤滑油２２の液面を監視するセンサによって潤滑油の液面の変動（増大）が大きくなったことが検出されたときに、潤滑油２２中の燃料の量が増えたと判断して超音波発振器６０を駆動するようにしてもよい。ただしこの超音波発振器６０は、前記したようにエンジン本体１１が作動している間中、超音波を発振するように構成されていてもよい。

なお本発明を実施するに当たって、エンジンの具体的な態様をはじめとして、超音波発振器や潤滑油流路、クランクケース換気手段、加熱手段等の具体的な形状や配置等を適宜に変更して実施できることは言うまでもない。

１０…エンジン（ディーゼルエンジン）
１８…燃料噴射弁
２０…クランクケース
２１…オイルパン
２２…潤滑油
３２…オイルポンプ
３８…潤滑油流路
５１…オイルセパレータ
６０…超音波発振器
７０…加熱手段
８３…パティキュレートフィルタ

Claims (3)

1. エンジンのクランクケース下部に形成されたオイルパンと、
   前記オイルパンに収容された前記潤滑油をエンジン各部に供給するためのオイルポンプを含む潤滑油流路と、
   前記オイルパン内の前記潤滑油に超音波振動を与える超音波発振器と、
   前記オイルパン内の前記潤滑油から蒸発した燃料をエンジンの吸気系に供給するクランクケース換気手段と、
   を具備したことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
2. 前記クランクケース換気手段は、前記オイルパン内に発生したミストをガスから分離させるオイルセパレータを含み、該オイルセパレータに、ミスト中の燃料の蒸発を促進する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの潤滑装置。
3. 前記エンジンの排気流路に設けられた排気浄化用のパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタの強制再生条件が成立したときに該エンジンのポスト噴射を指令する制御部とを具備し、
   前記制御部は前記ポスト噴射が行なわれたのちに前記超音波発振器を駆動することにより超音波を発振させることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの潤滑装置。

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