JP2012062793A - 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に潤滑油２２が収容されている。エンジン１０の内部には潤滑油２２の一部を霧化するためのミスト噴霧器６０が設けられている。ミスト噴霧器６０はエンジン１０の内部に潤滑油のミストを発生させ、クランクケース２０を含むエンジン内部に潤滑油のミストを浮遊させるようになっている。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）を備えている。パティキュレートフィルタ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に混入する。このためミスト噴霧器６０によって潤滑油の霧化を促進し、ミストに含まれる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。

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７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７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。燃料混入量が増えると、図７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８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８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８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、ポスト噴射以外の排気浄化手段を用いたりすることも考えられたが、ポスト噴射は排気浄化のため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。

特許文献３に、潤滑油希釈を防ぐための潤滑油希釈抑制装置が開示されている。この潤滑油希釈抑制装置は、ピストンに向けて潤滑油を吹付けるオイルジェットを有するエンジンにおいて、潤滑油の希釈度に応じた量の潤滑油をピストンに吹付け、ピストンに付着した潤滑油をピストンの熱によって加熱することにより、潤滑油に含まれる燃料を蒸発させるように構成されている。

特開平７−２５９５３３号公報 特開２００３−８３０３６号公報 特開２００９−９２００６号公報

前記特許文献３のように潤滑油をオイルジェットによって液体の状態でピストンに付着させ、潤滑油中の燃料をピストンの熱によって蒸発させる場合、エンジンの運転状況に応じてピストンが特に高温になっているときには、ピストンに触れた潤滑油中の燃料が沸点近くまで瞬時に加熱されて蒸発する。このため燃料の成分によっては燃料が高温の影響によって変質する懸念がある。しかも潤滑油希釈の程度によってオイルジェットから噴出する潤滑油の量が変化するため、ピストンの冷却度にばらつきが生じ、極端な場合にはピストンの冷却不足を生じてしまう。

従って本発明の目的は、潤滑油に混入した燃料の量を減らすことができ、かつ、燃料が過剰に加熱されたり、オイルジェットが影響を受けたりすることを回避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、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、前記エンジンの内部に前記潤滑油のミストをピストンとは異なる方向に向けて噴霧することにより前記クランクケースを含むエンジン内部に潤滑油のミストを浮遊させるミスト噴霧器と、前記エンジン内部の前記ミスト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、前記クランクケース内の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。

前記ミスト噴霧器は、エンジンの運転状況に応じて噴霧量を調整可能な弁機構を含んでいてもよい。この弁機構は、前記エンジンが高回転域で運転されている状態において、低回転域のときよりも噴霧量を減少させるかまたは噴霧を停止させるように構成されていてもよい。

さらに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ミスト噴霧器を作動させてミストを噴霧するように前記弁機構を制御してもよい。

本発明によれば、ミスト噴霧器によって潤滑油の霧化を促進することができ、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。

本発明の第１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オイルジェット機構とミスト噴霧器を一部断面で示す側面図。 燃料の炭素数と沸点の関係を示すグラフ。 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。 本発明の第２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。 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。

以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図５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はクランクケース２０の一部をなしている。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を経て加圧された状態でメインオイル通路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４０ａ（図３に示す）から噴出し、液状の潤滑油をピストン１６に付着させることにより、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。

図３に示すように、オイルジェット機構４０の近傍にミスト噴霧器６０が配置されている。メインオイル通路３５から供給される潤滑油の油圧が所定の値を越えると、弁体６１が開弁することにより、加圧された潤滑油がオイルジェット機構４０とミスト噴霧器６０との双方に供給されるようになっている。ミスト噴霧器６０は、メインオイル通路３５から供給される潤滑油をエンジン１０の内部に噴霧することにより、いわゆる霧吹きの原理によって潤滑油を霧化し、クランクケース２０を含むエンジン内部に潤滑油のミストＭを浮遊させる。

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、ミスト噴霧器６０によってエンジン内部の潤滑油の霧化を促進することができるため、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。

クランクケース２０を含むエンジン内部のミストは、ブローバイガスと共に吸入口５０からオイルセパレータ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５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、ミスト噴霧器６０によって潤滑油２２を霧化することができる。このため潤滑油の表面積が増加することにより、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。

図６は本発明の第２の実施形態に係るディーゼルエンジン１０Ａを示している。このエンジン１０Ａは、オイルポンプ３２とメインオイル通路３５との間の油路３５ａにミスト噴霧器６０Ａが配置されている。ミスト噴霧器６０Ａは、噴霧するミストの量を変化させることが可能な弁機構６０Ｂと、弁機構６０Ｂを制御する制御部６２を備えている。

弁機構６０Ｂの一例では、制御部６２によって開度が制御されるデューティ弁を用いることにより、エンジン１０の運転状況に応じて、ミスト噴霧器６０Ａの噴霧量を変化させるようにしている。例えばエンジン１０Ａが高回転域で運転されているときには、アイドリングあるいは低速走行時等の低回転域よりも噴霧量を少なくするかまたは噴霧を停止させることにより、高回転域で霧化が過剰になることによる潤滑油不足を回避するようにしてもよい。

エンジン１０Ａが回転している間、燃焼室１５からクランクケース２０内に漏れる未燃燃料の一部が潤滑油２２に混入する。このためミスト噴霧器６０Ａを作動させる時機は問わない。しかし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、ミスト噴霧器６０Ａを作動させて潤滑油を霧化させ続けるような制御プログラムが組込まれていてもよい。このように所定時間だけミスト噴霧器６０Ａを作動させることにより、霧化に要するエネルギーを節約することができる。

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、ミスト噴霧器や潤滑油流路、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。

１０，１０Ａ…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
６０，６０Ａ…ミスト噴霧器
７０…加熱手段
８３…パティキュレートフィルタ

Claims (5)

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、
   前記エンジンの内部に前記潤滑油のミストを噴霧することにより前記クランクケースを含むエンジン内部に潤滑油のミストを浮遊させるミスト噴霧器と、
   前記エンジン内部の前記ミスト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、前記クランクケース内の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を設けた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. 前記ミスト噴霧器はエンジンの運転状況に応じて噴霧量を調整可能な弁機構を含む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。
4. 該弁機構は前記エンジンが高回転域で運転されている状態において低回転域よりも噴霧量を減少させるかまたは噴霧を停止することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの潤滑装置。
5. 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ミスト噴霧器を作動させてミストを噴霧するように前記弁機構を制御することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの潤滑装置。

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