JP2013234581A - オイル劣化抑制装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本オイル劣化抑制装置1は、オイルを濾過する濾材10を備える濾過部3と、オイルの劣化を抑制する粉状の劣化抑制剤17を備える劣化抑制部4と、を備え、劣化抑制部はメソポーラス無機材を含み、オイル貯留部9から送られるオイルのうちで、濾過部で濾過されたオイルを潤滑対象部に送るとともに、劣化抑制部で劣化が抑制されたオイルをオイル貯留部に戻すか又は前記潤滑対象部に送るようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記メソポーラス無機材の平均細孔径が1〜30nmであることを要旨とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記メソポーラス無機材の細孔容積が0.3〜4.0cm3/gであることを要旨とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1において、前記メソポーラス無機材の比表面積が120〜2000m2/gであることを要旨とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記メソポーラス無機材が、Si、Al、Fe、Ca及びMgからなる群より選ばれる元素を有する酸化物系無機材であることを要旨とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項において、前記劣化抑制部は、前記劣化抑制剤を保持し且つオイルが通過可能である多孔層を備えることを要旨とする。
請求項7に記載の発明は、請求項6において、前記多孔層は、オイルの通過方向に積層される第1多孔層及び第2多孔層を有し、上流側となる前記第1多孔層の空隙率は、下流側となる前記第2多孔層の空隙率より大きいことを要旨とする。
請求項8に記載の発明は、請求項6又は7において、前記劣化抑制部は、複数の前記多孔層の間に配置され且つ前記劣化抑制剤が通過不能であり且つオイルが通過可能である中間層を備えることを要旨とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項において、前記濾過部及び前記劣化抑制部を収容するハウジングを備え、前記ハウジングには、前記オイル貯留部から送られるオイルを該ハウジング内部に流入させるためのオイル流入路と、前記濾過部で濾過されたオイルを前記潤滑対象部に流出させるためのオイル流出路と、前記劣化抑制部で劣化が抑制されたオイルを前記オイル貯留部に戻すためのオイル戻し路と、が形成されていることを要旨とする。
また、メソポーラス無機材の平均細孔径が1〜30nmである場合は、初期劣化物がメソポーラス無機材の細孔内に侵入し易く、細孔内に十分に吸着され、スラッジ化がより抑制されてオイルの劣化が抑えられる。
更に、細孔容積が0.3〜4.0cm3/gである場合は、初期劣化物を吸着するための十分な細孔空間を有するため、初期劣化物が吸着され易く、スラッジ化がより抑制されてオイルの劣化が抑えられる。
また、比表面積が120〜2000m2/gである場合は、メソポーラス無機材が初期劣化物を吸着するための十分な表面積を有するため、初期劣化物が吸着され易く、スラッジ化がより抑制されてオイルの劣化が抑えられる。
更に、メソポーラス無機材が、Si、Al、Fe、Ca及びMgからなる群より選ばれる元素を有する酸化物系無機材である場合は、劣化抑制剤として十分に機能し、初期劣化物が細孔表面に吸着されてスラッジ化が抑制され、オイルの劣化が十分に抑えられる。
また、前記劣化抑制部が多孔層を備える場合は、多孔層において劣化抑制剤を適当に分散された状態で保持できるため、オイルの通油抵抗を更に低減できるとともに、劣化抑制部によるオイルの劣化抑制効果を更に高めることができる。
更に、前記多孔層が第1多孔層及び第2多孔層を有し、上流側となる前記第1多孔層の空隙率が下流側となる前記第2多孔層の空隙率より大きい場合は、第1多孔層に比べて第2多孔層で多くの劣化抑制剤を保持できるため、オイルは第1多孔層から第2多孔層に向かって徐々に拡がりつつ流れる。よって、オイルの通油抵抗を更に低減できるとともに、劣化抑制部によるオイルの劣化抑制効果を更に高めることができる。
また、前記劣化抑制部が中間層を備える場合は、中間層により複数の多孔層間で劣化抑制剤が移動しないため、下流側の多孔層への劣化抑制剤の凝集が防止される。よって、オイルの通油抵抗を更に低減できるとともに、劣化抑制部によるオイルの劣化抑制効果を更に高めることができる。
更に、前記濾過部及び前記劣化抑制部を収容するハウジングを備え、前記ハウジングには、オイル流入路と、オイル流出路と、オイル戻し路と、が形成されている場合は、オイル貯留部から送られるオイルがオイル流入路を介してハウジング内部に流入され、濾過部で濾過されたオイルがオイル流出路を介して潤滑対象部に流出され、劣化抑制部で劣化が抑制されたオイルがオイル戻し路を介してオイル貯留部に戻される。これにより、オイル劣化抑制装置や濾過部及び劣化抑制部を容易に交換することができる。
77Kにおける窒素吸着等温線を、全自動ガス吸着測定装置(日本ベル社製、型式「BELSORP−mini II」)を用いて、定容法により測定する。尚、吸着水の影響を除去するため、前処理として、真空下で150℃、2時間の熱処理を行った。得られた吸着等温線より、P/P0(相対圧)=0.95における吸着量から細孔容積(Vp)を求めた。また、BJH法により細孔径分布を求め、この細孔径分布のピーク値を平均細孔径とした。更に、P/P0(相対圧)が0.05〜0.20における吸着量からBETプロットにより比表面積を算出した。
<実施例1>
(1)オイル劣化抑制装置
本実施例に係るオイル劣化抑制装置1は、図1に示すように、ハウジング2内に収容される濾過部3及び劣化抑制部4を備えている。このハウジング2は、軸方向の一端側を開放した有底筒状のケース2aと、このケース2aの一端開放部を閉鎖する円盤状のボトムプレート2bと、このボトムプレート2bの中央部に形成された孔部に螺合される軸部材2cと、を備えている。このボトムプレート2bの孔部の周囲には円周方向に沿って所定間隔で複数のオイル流入路5が形成されている。これら各オイル流入路5は、配管等を介してオイルを貯留するオイルパン9(本発明に係る「オイル貯留部」として例示する。図3参照)に接続されている。また、ハウジング2内には、オイル流入路5の開口を覆うようにゴム製のチェック弁16が設けられている。
次に、上記構成のオイル劣化抑制装置1の作用について説明する。ポンプ29(図3参照)の作動によりオイルパン9内に貯留されるオイルがオイル劣化抑制装置1に送られる。そして、図1に示すように、オイル流入路5に送られるオイルは、チェック弁16を弾性変形させてハウジング2内部の上流側空間R1内に流入して濾過部3及び劣化抑制部4に至る。
以上より、本実施例のオイル劣化抑制装置1によると、オイルパン9から送られるオイルは濾過部3及び劣化抑制部4のそれぞれに分流し、濾過部3で濾過されたオイルは劣化抑制部4を通らずにエンジンの潤滑対象部に送られるとともに、劣化抑制部4で劣化が抑制されたオイルは濾過部3を通らずにオイルパン9に戻される。これにより、オイルパン9から送られるオイルの一部がバイパスフローされることとなり、オイルの通油抵抗を減らして圧力損失の上昇を抑制することができる。
次に、本実施例2に係るオイル劣化抑制装置の構成について説明する。なお、本実施例2のオイル劣化抑制装置では、上記実施例1に係るオイル劣化抑制装置1と略同じ構成部位には同符号を付けて詳説を省略する。
本実施例に係るオイル劣化抑制装置101は、図5に示すように、ハウジング102内に収容される濾過部103及び劣化抑制部104を備えている。このハウジング102は、軸方向の一端側を開放した有底筒状のケース102aと、このケース102aの一端開放部を閉鎖する円盤状のボトムプレート102bと、このボトムプレート102bの中央部に形成された孔部に螺合される軸部材102cと、を備えている。このボトムプレート102bの孔部の周囲には円周方向に沿って所定間隔で複数のオイル流入路105が形成されている。これら各オイル流入路105は、配管等を介してオイルを貯留するオイルパン9(本発明に係る「オイル貯留部」として例示する。図6参照)に接続されている。また、ハウジング102内には、オイル流入路105の開口を覆うようにゴム製のチェック弁16が設けられている。
次に、上記構成のオイル劣化抑制装置101の作用について説明する。ポンプ29(図6参照)の作動によりオイルパン9内に貯留されるオイルがオイル劣化抑制装置101に送られる。そして、図5に示すように、オイル流入路105に送られるオイルは、チェック弁16を弾性変形させてハウジング102内部の上流側空間R1内に流入して濾過部103及び劣化抑制部104に至る。
以上より、本実施例のオイル劣化抑制装置101によると、上記実施例1のオイル劣化抑制装置1と略同様の作用・効果を奏することに加えて、オイルパン9から送られるオイルは濾過部103及び劣化抑制部104のそれぞれに分流し、濾過部103で濾過されたオイルは劣化抑制部104を通らずにエンジンの潤滑対象部に送られるとともに、劣化抑制部104で劣化が抑制されたオイルは濾過部103を通らずにエンジンの潤滑対象部に送られる。これにより、オイルパン9から送られるオイルの一部がバイパスフローされることとなり、オイルの通油抵抗を減らして圧力損失の上昇を抑制することができる。
<試験例1>[各種の劣化抑制剤を濾過材として用いた劣化抑制効果(劣化物捕捉効果)の評価]
オイル劣化抑制技術における劣化物除去の一手法として、初期劣化物が重合してスラッジ化する前に初期劣化物を捕捉し、オイル劣化を抑制することを検討した。劣化抑制剤(濾過材)としては、所定の平均細孔径等を有するメソ孔を備える複数のメソポーラス無機材を用いた。また、劣化物捕捉効果を比較するため、細孔径分布がピーク値を有さないセピオライト、細孔径分布がピーク値を有さない酸性白土、平均細孔径が過大な珪藻土、平均細孔径が過小なゼオライト、及び無孔シリカを試験に供した。
表1、2に記載の各種の濾過材を用いた。各濾過材の詳細は表1、2に記載のとおりである。尚、表2に記載の5種類の濾過材[下記の(e)〜(i)]は比較試験例である。
(a)不定形メソポーラスシリカ(FSM)(太陽化学社製、商品名「TMPS−4」)
(b)活性白土(武蔵油化社製、商品名「ムサシライトV」)
(c)シリカゲル(和光純薬工業社製、商品名「C−500HG」)
(d)活性アルミナ(ユニオン昭和社製、商品名「VGL15」)
(e)セピオライト(近江工業社製、商品名「P−80V」)
(f)酸性白土(日本活性白土社製、商品名「ニッカナイトS−200」)
(g)珪藻土(昭和化学社製、商品名「ラジオライト スペシャルフロー」)
(h)ゼオライト(東ソー社製、商品名「ゼオラム A−3」)
(i)無孔シリカ(アドマッテックス社製、商品名「SO−E2」)
NOx劣化オイルを使用し、濾過材として用いたメソポーラス無機材と、比較試験例の濾過材による濾過試験を実施した。具体的には、濾過後のオイル成分をフーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)により解析して、初期の劣化成分である硝酸エステルの捕捉効果を検証した。
市販のガソリンエンジンオイルであるトヨタ純正オイル(商品名「トヨタ キャッスル SM 5W−30」)にNO2ガスをバブリングさせて劣化させ、ガソリンエンジンで長期間使用されたオイルを模擬したNOx劣化オイルを調製し、試験に供した。バブリング条件は表3に記載のとおりである。
NOx劣化オイルの濾過は、図10に記載の装置を用いて行った。見掛け体積約6cm3の粒子状の濾過材をメンブランフィルタ(住友電工社製、商品名「POREFLON FP045」、ポアサイズ;0.45μm)上に分散させ、油圧成形機により圧力4MPaで圧縮成形した。その後、成形された濾過材上に、メンブランフィルタ(住友電工社製、商品名「POREFLON FP100」、ポアサイズ;1μm)を載せ、この積層体を濾過装置に装着し、NOx劣化オイルを3mL注入した。次いで、N2ガスにより、20、50、100、150及び200kPaと段階的に昇圧させながら、各圧力で2時間加圧した。
(5−1)オイル成分の解析
供試NOx劣化オイルと、濾過後のオイルの各々を、FT−IRにより解析した。使用装置と解析条件は下記のとおりである。
フーリエ変換赤外分光分析装置;サーモニコレー・ジャパン社製、型式「Avatar360」
使用セル;JASCO社製、液体用固定セル、KBr、t=0.1mm
積算回数;32回
捕捉された劣化物の定量は、初期劣化生成物の1成分である硝酸エステル(波数;1630cm−1)に着目し、濾過前後のNOx劣化オイルの硝酸エステルのピーク高さを測定し、その減少割合から捕捉率を求めた。図11に供試NOx劣化オイルの硝酸エステルのIRスペクトルの一例を示す。
評価結果を図12に示す。図12によれば、比較試験例である細孔径分布がピーク値を有さないセピオライト、細孔径分布がピーク値を有さない酸性白土、平均細孔径が300nmと過大な珪藻土、平均細孔径が0.3nmと過小なゼオライト、及び無孔シリカでは、いずれも初期劣化物捕捉率が20%未満であり、捕捉効果が劣っている。一方、メソポーラス無機材であるFSM、活性白土、シリカゲル及び活性アルミナでは、捕捉率が50%を超えており、優れた捕捉効果を有していることが分かる。特に、平均細孔径が2.7〜7nmと小さく、且つ比表面積が426〜900m2/gであるFSM、活性白土及びシリカゲルでは、捕捉率は80%を超えており、より優れた捕捉効果を有していることが分かる。
試験例1の濾過試験において捕捉率が80%を超え、優れた捕捉効果を有していた活性白土を使用し、実際のエンジンでのオイル劣化条件により近いリアルタイム試験での劣化抑制効果を評価した。
リアルタイム試験には図13に示すNOx劣化試験装置を用いた。具体的には、三口フラスコ型のガラス製の試験容器の下部を、所定温度に調温されたオイルバスに浸漬し、中央口より、供試油として、3質量%の活性白土を分散させ、含有させた市販のガソリンエンジンオイルであるトヨタ純正オイル(商品名「トヨタ キャッスル SM 5W−30」、新油時の酸価;2.5mgKOH/g)を投入し、表4に記載の試験条件により、NO2による劣化試験を24時間実施した。NO2及び水分を含む空気は、図13における左側の流入口から供試油中に流入させ、右側の流出口から流出させて試験を行った。
試験結果を試験後のオイルの酸価の変化によって評価した。評価結果を図14に示す。図14によれば、活性白土を含有させたときの酸価は、含有させなかった時の酸価の50%未満である。このことから、活性白土を含有させることによって、NOx劣化試験に伴う酸価の上昇が十分に抑制されており、オイル中の酸性物質の増加が抑えられていることが分かる。
(1)オイル劣化抑制装置
図1のバイパスフロー構造のオイル劣化抑制装置を作製した。また、劣化抑制剤としては、試験例1の濾過試験において捕捉率が90%を超え、優れた捕捉効果を有していたFSMを使用し、劣化抑制部に10g保持させた。このオイル劣化抑制装置を使用し、実機エンジンによるオイル劣化抑制の評価試験を実施した。
試験は、エンジンオイルパンから取り出したオイルをポンプにより、上記(1)に記載のFSMが保持された劣化抑制部を備えるオイル劣化抑制装置に循環させた場合と、この装置を取り付けない場合について、表5に記載の試験条件によりエンジンを運転させて実施した。そして、エンジンの運転に伴ってオイル中に生成し、混入してくる初期劣化物量、並びにオイルの塩基価及び酸価を測定することにより評価した。
試験中のオイルを採取し、遠心分離機を用いて測定した初期劣化物量を図15に示す。図15によれば、オイル劣化抑制装置により濾過したオイルは、150サイクル(走行距離にして約15000kmに相当する。)における初期劣化物量が、装置を用いないときと比べて54%低減できることが分かる。また、JIS K 2501 石油製品及び潤滑油−中和価試験方法に準拠し、塩酸法により測定した塩基価を示す図16によれば、オイル劣化抑制装置により濾過したオイルは、オイル劣化度合いの指標の一つである塩基価が1mgKOH/gに低下するまでに要する時間が、装置を用いないときと比べて約2倍になることが分かる。更に、酸価の上昇を示す図17によれば、150サイクルにおける酸価が、装置を用いないときと比べて74%低く、酸性物質の増加を抑制できることが分かる。
Claims (9)
- オイルを濾過する濾材を備える濾過部と、
オイルの劣化を抑制する粉状の劣化抑制剤を備える劣化抑制部と、を備え、
前記劣化抑制剤はメソポーラス無機材を含み、
オイル貯留部から送られるオイルのうちで、前記濾過部で濾過されたオイルを潤滑対象部に送るとともに、前記劣化抑制部で劣化が抑制されたオイルを前記オイル貯留部に戻すか又は前記潤滑対象部に送るようにしたことを特徴とするオイル劣化抑制装置。 - 前記メソポーラス無機材の平均細孔径が1〜30nmである請求項1記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記メソポーラス無機材の細孔容積が0.3〜4.0cm3/gである請求項1記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記メソポーラス無機材の比表面積が120〜2000m2/gである請求項1記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記メソポーラス無機材が、Si、Al、Fe、Ca及びMgからなる群より選ばれる元素を有する酸化物系無機材である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記劣化抑制部は、前記劣化抑制剤を保持し且つオイルが通過可能である多孔層を備える請求項1乃至5のいずれか1項に記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記多孔層は、オイルの通過方向に積層される第1多孔層及び第2多孔層を有し、上流側となる前記第1多孔層の空隙率は、下流側となる前記第2多孔層の空隙率より大きい請求項6記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記劣化抑制部は、複数の前記多孔層の間に配置され且つ前記劣化抑制剤が通過不能であり且つオイルが通過可能である中間層を備える請求項6又は7に記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記濾過部及び前記劣化抑制部を収容するハウジングを備え、
前記ハウジングには、前記オイル貯留部から送られるオイルを該ハウジング内部に流入させるためのオイル流入路と、前記濾過部で濾過されたオイルを前記潤滑対象部に流出させるためのオイル流出路と、前記劣化抑制部で劣化が抑制されたオイルを前記オイル貯留部に戻すためのオイル戻し路と、が形成されている請求項1乃至8のいずれか1項に記載のオイル劣化抑制装置。
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