JP2012136989A

JP2012136989A - 潤滑油中の異物除去装置及び潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステム

Info

Publication number: JP2012136989A
Application number: JP2010288963A
Authority: JP
Inventors: Chisato Tsukahara; 千幸人塚原; Shinsaku Dobashi; 晋作土橋; Tomomi Komatsu; 智美小松; Reiko Domeki; 礼子百目木; Ayako Ureshino; 絢子嬉野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】潤滑油の機能低下を抑制する潤滑油中の異物除去装置及び潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムを提供する。
【解決手段】潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムは、ディーゼルエンジンと、オイルパン２９の潤滑油３１を循環する循環ラインＬ₁と、循環ラインＬ₁に介装される脱ガス装置５０と、脱ガス装置５０内に不活性ガス５１ａを供給するガス供給手段５１と、ガス５１ａが供給された脱ガス装置５０内部を加熱するヒータ５２と、脱ガス５３を排ガス処理手段５４側に供給するガス排出ラインＬ₂と、脱ガス装置５０から潤滑油３１をオイルパン２９に返送する返送ラインＬ₃と、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、潤滑油中の異物除去装置及び潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムに関する。

従来より、油圧制御装置、ポンプ、エンジン、ピストン、軸受、弁等には潤滑油が使用されている。これらの製品に含まれる潤滑油は循環して再利用されているが、潤滑油を長期間に亙り循環使用することで、使用する際に潤滑油中に混入する金属粉等の固形物や、冷却用に用いた水等が混入し蓄積される。機器の磨耗の進行、潤滑油の循環障害、潤滑油の潤滑性能の低下、潤滑油の酸化劣化、装置の腐食等を防止し、これらの製品に含まれる潤滑油の品質および純度を維持することは、機器の耐久性を維持していく上で重要である。

潤滑油の品質および純度を維持するため、従来、上記潤滑油に混入した上記固形物の除去方法としては、例えば静置法及び濾過法等がある。また、潤滑油に混入した水分の除去方法としては、例えば油分と水分との比重差を利用した静置法、遠心分離法、過熱法、電圧印加法、吸水材料に吸収させる方法及び吸着材料による濾過法等がある。

更に、潤滑油中の固形物を除去すると共に油中の水分を除去する方法として、例えば、固形物及び水分を含む潤滑油を、遠心分離処理、油水分離槽又は重力沈降槽を用い、油水分離処理を行って固形物及び水分の一部を除去した後に、疎水性中空糸膜エレメントで処理して残部の固形物及び水分の一部を除去する方法がある。固形物のうち金属屑のような大きいものは遠心分離処理、油水分離槽又は重力沈降槽を用いた油水分離処理で分離し、固形物のうち金属粉のような小さいものは疎水性中空糸膜エレメントで分離すると共に、エマルジョン化した水分を疎水性中空糸膜エレメントにより分離し、水分の除去を行なうようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−９０４号公報

上述したような潤滑油から水分を除去する場合は、疎水性中空糸膜エレメントを用いて分離除去する場合には、疎水性中空糸膜エレメントの交換に費用がかかるので、より低廉な方法により潤滑油中の異物の除去方法の出現が望まれている。

また、潤滑油中に混入する水分以外の燃焼灰、燃料の精製中に用いられた触媒（ＦＣＣ触媒等）の混入、燃焼酸性ガス（ＳＯ₂等）の混入の問題や、潤滑油には金属磨耗粉、添加剤の無機化による固形物や、熱劣化によるスラッジ等の混入の問題がある。

このような様々な異物の混入により、潤滑油の加水分解が進行すると共に、錆の発生や添加剤の劣化促進、炭化物（煤）の生成や潤滑油の粘性の低下により、潤滑油本来の機能が低下するので、潤滑油中の異物生成を防止する対策の出現も望まれている。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、潤滑油の使用中において、潤滑油の機能低下を抑制する潤滑油中の異物除去装置及び潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、潤滑油の一部を抜出し、抜出した潤滑油を貯留する脱ガス装置と、脱ガス装置内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、脱ガス装置から排出される脱ガスを処理する排ガス処理手段とを具備することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、脱ガス装置を加熱する加熱手段を有することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、脱ガス装置内部を減圧する減圧手段を有することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、ガス供給装置が、ナノバブルを供給することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置にある。

第５の発明は、エンジンと、エンジンの潤滑油を溜めるオイルパンと、潤滑油の循環ラインに介装される請求項１乃至４のいずれか一つの潤滑油の異物除去装置と、を具備することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムにある。

本発明の潤滑油中の異物除去装置によれば、エンジンの運転中において潤滑油中に含まれる異物をガスの送気により外部に排出するので、潤滑油の劣化の要因となる水分、酸素、一酸化炭素、二酸化硫黄、炭化水素等が除かれ、潤滑油の劣化が抑制される。

図１は、ディーゼルエンジンを模式的に示す説明図である。図２は、１つの気筒を模式的に示す説明図である。図３は、実施例１に係る潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムの概略図である。図４は、実施例２に係る潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムの概略図である。図５は、実施例３に係る潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムの概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、例えば舶用ディーゼルエンジンを模式的に示す説明図である。図２は、１つの気筒を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、本実施例のディーゼルエンジン１０は、１つ以上（本実施例では９つ）の気筒２０と、過給機１１と、空気冷却器１２と、排気集合管１３とを含む。まずは図２を用いて１つの気筒２０の基本的な構成を説明する。なお、以下では、気筒２０の一例としてレシプロ型のものを説明するが、気筒２０はロータリー型のものでもよい。図２に示すように、気筒２０は、シリンダ２１と、ピストン２２と、クランク軸２３と、クランク室２３ａと、コネクティングロッド２４と、シリンダヘッド２５と、燃焼室２５ａと、吸気ポート２６ａと、吸気弁２６と、排気ポート２７ａと、排気弁２７と、インジェクタ２８と、オイルパン２９とを含む。

シリンダ２１は、筒状の部材である。ピストン２２は、シリンダ２１の中空部に設けられる。ピストン２２は、シリンダ２１の中心軸方向に移動できるように設けられる。クランク軸２３は、回転できるようにクランク室２３ａに設けられる。クランク室２３ａは、シリンダ２１の中心軸方向の一方側に設けられる。クランク軸２３は、ピストン２２の往復運動を回転運動に変換する。コネクティングロッド２４は、ピストン２２とクランク軸２３とを連結する。

シリンダヘッド２５は、シリンダ２１の中心軸方向の他方側（クランク室２３ａとは反対側）に設けられる。燃焼室２５ａは、ピストン２２と、シリンダヘッド２５とで囲まれる空間である。

吸気ポート２６ａ及び排気ポート２７ａは、気筒２０の外部と燃焼室２５ａとを連通する。吸気弁２６は、吸気ポート２６ａに設けられる。吸気弁２６は、吸気ポート２６ａを介して気筒２０の外部と燃焼室２５ａとの間での空気の流動を調節する。排気弁２７は、排気ポート２７ａに設けられる。排気弁２７は、排気ポート２７ａを介して気筒２０の外部と燃焼室２５ａとの間での空気の流動を調節する。

燃料噴射ポンプ３２は、エマルジョン燃料を加圧し、インジェクタ２８にエマルジョン燃料を導く。インジェクタ２８は、例えば燃焼室２５ａに噴出口が突出して設けられる。燃料噴射ポンプ３２は、燃料供給装置３０から導かれたエマルジョン燃料Ｆを燃焼室２５ａに導く。エマルジョン燃料Ｆは、軽油や重油等の燃料に水が混合したものである。なお、燃料噴射ポンプ３２は、吸気ポート２６ａに噴出口が突出して設けられてもよい。オイルパン２９は、クランク室２３ａに設けられる。オイルパン２９は、潤滑油３１を溜める。

上記構成の気筒２０は、吸気、圧縮、膨張、排気の１サイクルを繰り返し行う。これにより、気筒２０は、ピストン２２が往復運動し、クランク軸２３が回転する。なお、気筒２０は、４ストロークで１サイクルを行うものでもよいし、２ストロークで１サイクルを行うものでもよい。

ディーゼルエンジン１０についての説明に戻る。
過給機１１は、空気を加圧する。過給機１１は、図２に示す排気ポート２７ａから排出された排気ガスのエネルギーを得て空気を加圧する、いわゆるターボチャージャーである。なお、過給機１１は、クランク軸２３の回転力を得て空気を加圧する、いわゆるスーパーチャージャーでもよい。空気冷却器１２は、過給機１１から導かれた空気を冷却する。排気集合管１３は、各気筒２０の排気ポート２７ａと連通する。本実施例では、各気筒２０の排気ポート２７ａから排出された排気ガスは排気集合管１３を介して過給機１１に導かれる。

ここで、図１に示すクランク軸２３は、各気筒２０で共通の部材である。上記構成により、各気筒２０が稼動することにより、ディーゼルエンジン１０はクランク軸２３を回転させる。なお、本実施例では、ディーゼルエンジン１０が過給機１１を含むものとして説明したが、ディーゼルエンジン１０は、過給機１１を含まなくてもよい。すなわち、ディーゼルエンジン１０は、自然吸気型の内燃機関でもよい。この場合、ディーゼルエンジン１０は、空気冷却器１２を含まなくてもよい。

次に、ディーゼルエンジンの潤滑油の潤滑油中の異物除去装置及び、潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムについて詳細に説明する。

図３は、本発明に係る潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムの概略図である。
図３に示すように、本実施例に係る潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０と、オイルパン２９の潤滑油３１を循環する循環ラインＬ₁と、循環ラインＬ₁に介装される脱ガス装置５０と、脱ガス装置５０内に不活性ガス（以下「ガス」ともいう）５１ａを供給するガス供給手段５１と、ガス５１ａが供給された脱ガス装置５０内部を加熱するヒータ５２と、脱ガス５３を排ガス処理手段５４側に供給するガス排出ラインＬ₂と、脱ガス装置５０から潤滑油３１をオイルパン２９に返送する返送ラインＬ₃と、を具備する。
図３中、符号５５は煤を除去するストレーナ、Ｇはエンジンからの排気ガス、Ｌ₄は排気ガス排出ライン、Ｐ₁〜Ｐ₂はポンプを図示する。

異物除去装置は、脱ガス装置５０とガス供給手段５１とヒータ５２とから構成され、潤滑油３１中にガス５１ａを散気管５１ｂから供給することで、潤滑油３１中の混入している例えば水分（Ｈ₂Ｏ）、酸素（Ｏ₂）、燃焼排ガス（ＣＯ₂、ＳＯ₂、炭化水素（ＨＣ）等）の脱ガスを図ることができる。
脱ガス装置５０に導入する潤滑油３１の量はエンジンの運転に支障がない量としている。また、脱ガスの条件としては、ガス５１ａの供給量は例えば１〜１０Ｌ／粉程度とすればよい。

ガス供給時間は潤滑油３１中に含まれる水分や異物の量に応じて適宜変更されるが、例えば１０分から数時間程度とすればよい。
また、脱ガスのガス５１ａとしては、例えば窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いることができる。なお、空気は脱ガス装置５０内の酸化を助長するので好ましくない。

本実施例は、脱ガス装置５０の内部をヒータ５２により加熱するが、潤滑油３１の種類によっては、加熱により潤滑油３１の劣化が促進されるので、必要に応じてヒータ５２を用いればよい。
なお、ヒータ５２を用いて加熱する温度としてはその上限は１５０℃程度とし、極力熱劣化を抑制するようにしている。

脱ガス装置５０から排出される脱ガス５３は排気ガスＧを排出する排気ガス排出ラインＬ₄に合流させ、排気ガス排出ラインＬ₄に介装された排ガス処理手段５４により排ガス浄化処理がなされる。

脱ガス装置５０により潤滑油３１中に微量に存在する各種異物を除去あるいは生成を防止することで、潤滑油としての機能を長期間に亙って維持することができる。

例えば水分（Ｈ₂Ｏ）を除去することで、潤滑油の加水分解の抑制、錆やスラッジの発生の抑制を図ることができる。
酸素（Ｏ₂）を除去することで、潤滑油の酸化劣化の抑制や潤滑油中に含まれる金属に対して金属酸化の抑制を図ることができる。
二酸化炭素（ＣＯ₂）を除去することで、潤滑油の酸性化を抑制し、スラッジ発生の抑制、全酸化の上昇を抑制することができる。
炭化水素（ＨＣ）を除去することで、潤滑油の粘性の低下を抑制して潤滑油の劣化進行を抑制することができる。

ここで、潤滑油中の水分は、その含有量が高い場合には、ドレン化するので、例えば疎水性中空糸膜エレメントを用いて分離除去することができるものの、ドレン化せずに溶解状態で存在する水分は、０．１〜０．３％であるが、このような水分を脱ガス装置５０により効率よく除去することで、潤滑油の劣化を抑制する防止効果が発揮される。

例えば、脱ガス装置５０に潤滑油を導入した後加熱し、ガス５１ａとして窒素を散気管５１ｂから連続して通気すると、約１時間で０．３ｗ％の水分が０．１５ｗ％に減少し、脱水効果があることが確認された。

次に、実施例２について説明する。
図４は、本発明に係る他の潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムの概略図である。図４に示すように、本実施例においては、図３に示す脱ガス装置５０において、さらに脱ガス装置５０内部を減圧する減圧手段である真空ポンプ６０が、ガス排出ラインＬ₂に設けられている。
これにより、脱ガス装置５０での脱ガスを促進するようにしている。
この真空ポンプ６０を用いて、脱ガス装置５０内部を減圧することで、潤滑油に混入する排ガス不純物（例えばＳＯｘ、ＮＯｘ）の除去がさらに助長されることとなる。

次に、実施例３について説明する。
図５は、本発明に係る他の潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステムの概略図である。図５に示すように、本実施例においては、図３に示すガス供給装置５１に代えて、ナノバブル供給装置６１を設けたものである。
ナノバブル供給装置６１からナノバブル（１μｍ以下のナノ単位の気泡）６２を脱ガス装置５０内に供給することで、ナノサイズの泡が投入される。このナノサイズの泡は２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度であるので、潤滑油３１中の微量の水分との接触面積が大きくない、この結果泡の内部に微細な水分が効率的に取り込まれることとなり、水分除去効率が大きくなる。
また、ナノバブルの移動は通常の気泡よりもその上昇速度が遅いので、潤滑油３１中での滞留時間が長くなる。その結果、潤滑油中との水分接触時間も多くなり、水分吸収効率が向上する。

最終的にはナノバブル６２はマイクロバブルに成長し、気層側でガス化し、脱ガス５３は排ガス処理手段５４により処理される。
また、ナノバルブ６２は窒素等の不活性ガスを用いているので、潤滑油３１中での加水分解により発生した水分の除去が迅速になされ、この結果加水分解による水分の発生を抑えることとなり、ひいては発生した水分による潤滑油３１の劣化が大幅に抑制される。

また、ガスとしてヘリウムを用いる場合には、ヘリウムは軽いので、水分の外部への持ち出し速度が上昇する。

ここで、ナノバブル供給装置６１としては、マイクロバブルを圧壊させてナノバブル６２を発生させる装置や、ガスを加圧し、ナノレベルの無数の膜からガスを放出させたナノバブル６２を発生させる装置等を例示することができる。

なお、上述した各実施例にて、本発明に係るエンジンの制御装置を船舶に搭載されて航行用としてのディーゼルエンジンに適用して説明したが、陸用ボイラ等に使用されているディーゼルエンジンに適用してもよい。

１０ディーゼルエンジン
２０気筒
２９オイルパン
３１潤滑油
５０脱ガス装置
５１ａガス
５２ヒータ
５３脱ガス
５４排ガス処理手段

Claims

潤滑油の一部を抜出し、抜出した潤滑油を貯留する脱ガス装置と、
脱ガス装置内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
脱ガス装置から排出される脱ガスを処理する排ガス処理手段とを具備することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置。
請求項１において、
脱ガス装置を加熱する加熱手段を有することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置。
請求項１又は２において、
脱ガス装置内部を減圧する減圧手段を有することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
ガス供給装置が、ナノバブルを供給することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置。
エンジンと、
エンジンの潤滑油を溜めるオイルパンと、
潤滑油の循環ラインに介装される請求項１乃至４のいずれか一つの潤滑油の異物除去装置と、を具備することを特徴とする潤滑油中の異物除去装置を備えたエンジンシステム。