JP5386393B2 - エンジンの潤滑油循環システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、コージェネレーション装置に採用されるエンジンの潤滑油循環システムに関する。

例えば、コージェネレーション装置に採用されるエンジン駆動発電機のように長時間運転するエンジン駆動作業機は、エンジンオイル（以下、オイルという。）を可及的長期にわたって使用して、オイルを交換するメンテナンスを少なくすることが重要である。そこで、エンジンに設けられたオイルパンとは別に潤滑油タンクを設け、この別置きの潤滑油タンクとオイルパンの間でオイルを定常的に循環させることにより、オイルの総量を増し、オイルの特性劣化を遅延させて、その交換時期を延ばすようにしたエンジンの潤滑油循環システムが公知である（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１に記載のエンジンの潤滑油循環システムは、エンジンに供給するためのオイルが貯留された補助タンク（潤滑油タンク）からオイルパンにオイルを供給する送油ポンプと、該オイルパンから潤滑油タンクにオイルを強制還流させる送油ポンプと、オイルパン内のオイルをエンジンの各部に供給するエンジン駆動潤滑油ポンプとを備えたものである。

また、エンジン駆動発電機においては、夜間等で長時間にわたってエンジンを停止している場合がある。このようにエンジンを長時間停止していると、エンジン内部の潤滑油として供給されたオイルがオイルパンに落下する。その状態でエンジンを始動させると、ピストン等は、一時的にオイル被膜が切れた状態になるため、エンジンに悪影響を及ぼす。このため、電動のプライミングポンプを設け、一定の間隔でプライミングポンプを駆動させて、オイルパン内のオイルをエンジン内の各部に供給するように構成している。

特開２００５−３２５７４５号公報

前記特許文献１は、エンジン駆動潤滑油ポンプやプライミングポンプ以外に、オイルパンからタンクへの送油ポンプおよびタンクからオイルパンへの送油ポンプを必要とする構成であった。

そこで、本発明は、エンジン駆動の潤滑油ポンプおよびプライミングポンプ以外に別個の送油ポンプを必要としないエンジンの潤滑油循環システムを提示する。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、オイルパンとは別置きの潤滑油タンクを設け、潤滑油タンクとオイルパンとの間でオイルを循環させるエンジンの潤滑油循環システムにおいて、前記潤滑油タンクを密閉構造とし、オイルパン底部とプライミングポンプの吸入部を吸入経路により連通し、前記プライミングポンプの吐出部に連通された吐出経路を分岐し、一方の経路はエンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路と連通し、該一方の経路に、前記プライミングポンプから前記エンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路に向けてオイルが流れるように開放する逆止弁を設け、他方の経路は潤滑油タンクと連通し、前記吸入経路および吐出経路とは別個の潤滑油タンクとオイルパンを連通する経路を設け、エンジンの運転中に、プライミングポンプを駆動させることにある。

前記本発明は、エンジンの運転中は、エンジン駆動潤滑油ポンプがオイルパンからオイルを吸引してエンジンの各部を潤滑するため、エンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路は高圧となる。この吐出経路から圧送されるオイルは、前記一方の経路にも入るが、逆止弁の開放方向と逆方向であるため、逆止弁により流れが阻止される。

プライミングポンプから吐出されたオイルも一方の経路に入り、逆止弁を介してエンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路に流入しようとする。しかしながら、前記のように、エンジン駆動潤滑油ポンプから吐出されたオイルが、逆止弁により流れが阻止されて高圧となっているため、プライミングポンプから吐出されたオイルは、エンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路に向けて流れるのが阻止される。この結果、プライミングポンプから吐出されたオイルは、逆止弁を開放して通過することができず、エンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路に入ることはない。

このため、プライミングポンプから吐出されたオイルは、他方の経路を流れて潤滑油タンクに入る。このように、プライミングポンプから吐出されるオイルは、逆止弁を介するエンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路ではなくて、他方の経路、潤滑油タンクおよび別個の経路を経由してオイルパンに流れるため、定常的なオイルパンと潤滑油タンクとの間のオイル循環が実現する。

そして、プライミングポンプを、本来の潤滑用のポンプとして使用する以外に、オイルパンと潤滑油タンク間の送油ポンプとしても兼用するためにポンプ数を抑制できる。

また、エンジン運転中のプライミングポンプの駆動または停止のみで、オイルパンと潤滑油タンクとの間におけるオイル循環の有無を選択することができる。

本発明は、前記エンジンの潤滑油循環システムにおいて、エンジンおよび潤滑油タンクに温度センサを設け、エンジン運転中のプライミングポンプの運転条件として、潤滑油タンクの検出油温とエンジンの検出油温の温度差が所定値以上であることを運転条件とすることにある。

前記本発明は、エンジンを循環するオイル、即ち、オイルパンの油温が潤滑油タンクの油温よりも所定値以上の高温となった場合に、潤滑油タンクとオイルパンのオイル循環を図ることで、オイルの劣化を抑制することができる。

本発明は、前記エンジンの潤滑油循環システムにおいて、エンジン運転中のプライミングポンプの運転条件として、エンジンの定格運転開始後の所定時間間隔を運転条件とすることにある。

前記本発明は、定格運転中のオイルの温度推移を予め計測しておいて、プライミングポンプの運転タイムスケジュールを定めることで温度センサを使用することなく、オイルの劣化を抑制することができる。

本発明は、前記エンジンの潤滑油循環システムにおいて、前記潤滑油タンクと連通する他方の経路における前記一方の経路との分岐部下流に、開度調節弁を設けることにある。

前記本発明は、開閉弁を閉じることで、プライミングポンプによるエンジン各部の潤滑を行うプライミングを確実に行える。また、開度調節弁の開度調整を行うことで、プライミングポンプから吐出されるオイルの一部を潤滑油タンクに流すことができるので、プライミング時のオイル圧力や流量調整が可能となる。

本発明は、定格運転中にプライミングポンプから吐出されるオイルを、エンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路ではなくて、潤滑油タンクを経由してオイルパンに流すことが可能となる。この結果、プライミングポンプを利用したオイルパンと潤滑油タンクとの間のオイル循環を実現でき、プライミングポンプをオイルパンと潤滑油タンクとの間の送油ポンプとして兼用するためにポンプ数を抑制できる。

本発明の一実施形態を示すエンジンの潤滑油循環システムの概略図である。 同エンジンの潤滑油循環システムの運転タイムスケジュールを示す図である。 同エンジンの潤滑油循環システムにおいて、プライミングポンプを駆動させた状態の概略図である。 同エンジンの潤滑油循環システムにおいて、エンジン駆動潤滑油ポンプを駆動させた状態の概略図である。 同エンジンの潤滑油循環システムにおいて、エンジン駆動潤滑油ポンプおよびプライミングポンプを駆動させた状態の概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図５は、コージェネレーション装置に採用されるエンジンの潤滑油循環システムの一実施形態を示す。

図１において、エンジン１には、オイルが貯留されているオイルパン２と、エンジン１内の各部にオイルパン２内のオイルを供給して各部を潤滑するための潤滑経路１０が設けられている。

潤滑経路１０の途中には、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が設けられており、潤滑経路１０は、エンジン駆動潤滑油ポンプ５の吸入部に接続された潤滑油吸入経路１１と、エンジン駆動潤滑油ポンプ５の吐出部に接続された吐出経路（潤滑油吐出経路）１２とから構成されている。

潤滑油吸入経路１１の上流端には、ストレーナ３がオイルパン２内のオイルに浸漬するように設けられている。潤滑油吐出経路１２には、オイルクーラ６およびオイルフィルター７が設けられており、オイルパン２内のオイルは、エンジン駆動潤滑油ポンプ５により吸引されて、オイルクーラ６およびオイルフィルター７を介してエンジン内の各部を潤滑した後に、オイルパン２内に戻るようになっている。

また、オイルパン２とは別に、オイルが貯留される潤滑油タンク１５が設けられている。この潤滑油タンク１５とオイルパン２との間には、オイル循環路２０が接続されている。オイル循環路２０は、オイルパン２の一方の底部（下部）と潤滑油タンク１５の一方の下部とに接続された第１経路２１と、潤滑油タンク１５の他方の上部とオイルパン２の他方の底部（下部）とに接続された第２経路２２とから構成されている。

第１経路２１の途中には、プライミングポンプ３０が設けられており、第１経路２１は、プライミングポンプ３０の吸入部に接続されてオイルパン２底部とプライミングポンプ３０の吸入部を連通する吸入経路（循環吸入経路）２３と、プライミングポンプ３０の吐出部に接続された吐出経路（循環吐出経路）２５とから構成されている。

ここで、プライミングポンプ３０は、エンジン補機の一つで、強制的にエンジン１内にオイルを循環させる電動のポンプである。エンジン１を長時間停止している場合に、エンジン１内部のオイルがオイルパン２に落下する。その状態でエンジンを始動させると、ピストン等は、一時的にオイル被膜が切れた状態になるため、エンジンに悪影響を及ぼす。このため、一定の間隔でプライミングポンプ３０を駆動させて、オイルパン２内のオイルを循環させるように構成されている。

循環吐出経路２５は分岐されており、一方の吐出経路（一方の循環吐出経路）２５ａは、逆止弁２６を介してエンジン駆動潤滑油ポンプ５の潤滑油吐出経路１２に連通されている。なお、逆止弁２６は、図１に矢印で示すように、プライミングポンプ３０を出たオイルが、潤滑油吐出経路１２に向けて流れるように開放するものである。従って、逆止弁２６は、プライミングポンプ３０を出たオイルが、一方の循環吐出経路２５ａを潤滑油吐出経路１２へ向けて流れるのを許容するが、その逆流を阻止する。

他方の循環吐出経路２５ｂは、潤滑油タンク１５の一方の下部に連通されている。そして、他方の循環吐出経路２５ｂにおける一方の循環吐出経路２５ａとの分岐部下流には、開度調整可能な開度調節弁２７が設けられている。

潤滑油タンク１５は、密閉式のものが採用されている。密閉式の潤滑油タンク１５とは、他方の循環吐出経路２５ｂから入ったオイルが、潤滑油タンク１５内で増加すると、第２経路２２から溢れ出る構造のものをいう。なお、第２経路２２は、吸入経路（循環吸入経路）２３および吐出経路（循環吐出経路）２５とは別個の潤滑油タンク１５とオイルパン２を連通する経路となっている。

エンジン運転中のプライミングポンプ３０の運転条件としては、エンジンの定格運転開始後の所定時間間隔を運転条件としている。すなわち、定格運転中のエンジンのオイルの温度推移を予め計測しておいて、プライミングポンプ３０の運転タイムスケジュールを定めている。そして、このタイムスケジュールに基づいて、エンジンの定格運転開始後に、プライミングポンプ３０を所定時間駆動させ、プライミングポンプ３０の駆動時から所定時間経過後に、プライミングポンプ３０を所定時間停止させるように制御する。

次に、上記構成からなるエンジンの潤滑油循環システムの動作について、図２に示す運転タイムスケジュールを参照しながら説明する。

（図２に示す区間Ｔ１の範囲）
区間Ｔ１は、プライミングポンプ３０が駆動し、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が停止する区間である。運転指令信号が入力されると、プライミングポンプ３０が駆動する（図３参照）。プライミングポンプ３０は、オイルパン２内のオイルを、第１経路２１の循環吸入経路２３を介して吸引し、循環吐出経路２５に送る。他方の循環吐出経路２５ｂに送られるオイルは、あらかじめ調節された開度調節弁２７を経由するため、潤滑油タンク１５に限定的に供給される。

一方の循環吐出経路２５ａを流れるオイルは、逆止弁２６を介してエンジン駆動潤滑油ポンプ５の潤滑油吐出経路１２に入る。潤滑油吐出経路１２を流れるオイルは、オイルクーラ６およびオイルフィルター７を介してエンジン１内の各部に供給され、各部を潤滑した後にオイルパン２内に戻る。

運転指令の所定時間経過後に、図示省略のセルモータが回り、エンジン１を駆動させる。エンジン回転数が増加して、所定の低速度運転（エンジン低速度回転数）に達する。

（図２に示す区間Ｔ２の範囲）
区間Ｔ２は、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が駆動し、プライミングポンプ３０が停止する区間である。エンジン１が低速度運転に達すると、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が駆動し、プライミングポンプ３０が停止するため、エンジン駆動潤滑油ポンプ５は、オイルパン２内のオイルをエンジン１の各部に供給し潤滑する（図４参照）。そして、エンジン１が所定のエンジン回転数（定格運転）に達した後に所定時間運転する。

（図２に示す区間Ｔ３の範囲）
区間Ｔ３は、エンジン駆動潤滑油ポンプ５およびプライミングポンプ３０の両方が駆動する区間である。エンジン定格運転開始から所定時間経過すると、プライミングポンプ３０も駆動する（図５参照）。このようなエンジンの定格運転中、エンジン駆動潤滑油ポンプ５は、オイルパン２内のオイルを、潤滑経路１０を介して圧送するため、潤滑油吐出経路１２を流れるオイルは、一方の循環吐出経路２５ａにも入る。

しかしながら、一方の循環吐出経路２５ａには、逆止弁２６が設けられているため、エンジン駆動潤滑油ポンプ５から吐出されたオイルは、逆止弁２６で流れが阻止される。この結果、一方の循環吐出経路２５ａにおける逆止弁２６よりも潤滑経路１０側の部分（潤滑経路側部分）２５ａ１は、高圧となっている。

一方、プライミングポンプ３０から吐出されたオイルは、一方の循環吐出経路２５ａに入り、逆止弁２６を介してエンジン駆動潤滑油ポンプ５の潤滑油吐出経路１２に流入しようとする。しかしながら、この潤滑油吐出経路１２に流入しようとするオイルの圧力（プライミングポンプ３０の吐出圧力）よりも、前記潤滑経路１０および潤滑経路側部分２５ａ１内オイルの圧力の方が高圧または略同等となっている。

このように、潤滑経路１０および潤滑経路側部分２５ａ１は高圧となっているため、プライミングポンプ３０から吐出されたオイルは、逆止弁２６を開放して通過することができず、エンジン駆動潤滑油ポンプ５の潤滑油吐出経路１２に流れることはない。このため、プライミングポンプ３０から吐出されたオイルは、開度調節弁２７が開放された他方の循環吐出経路２５ｂを流れて潤滑油タンク１５に入る。

潤滑油タンク１５は密閉式になっているため、潤滑油タンク１５内のオイルは、油量が増加すると第２経路２２を流れてオイルパン２に還流する。

（図２に示す区間Ｔ４の範囲）
区間Ｔ４は、プライミングポンプ３０が停止し、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が駆動する区間である。エンジン１の所定の定格運転時間が経過すると、プライミングポンプ３０が停止し、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が駆動状態にあるため、前記区間Ｔ２（図４）と同様にエンジン駆動潤滑油ポンプ５は、オイルパン２内のオイルをエンジンの各部に供給し各部を潤滑する。さらに、プライミングポンプ３０の停止から所定時間経過後に、エンジンが減速回転となり、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が停止する。なお、エンジン１の定格運転時間が長時間の場合には、定格運転開始後の所定時間間隔でプライミングポンプ３０を運転する。

（図２に示す区間Ｔ５の範囲）
区間Ｔ５は、プライミングポンプ３０が駆動し、エンジン駆動潤滑油ポンプ５が停止する区間である。かかる区間内において、エンジンが減速回転から停止する。区間Ｔ５は、前記区間Ｔ１（図１）と同様に、プライミングポンプ３０が駆動するため、プライミングポンプ３０によるエンジン１の各部の潤滑が行われる。

なお、エンジン１の停止後は、所定時間経過毎にプライミングポンプ３０が所定時間駆動して、定期的に潤滑が行われる。かかるプライミングポンプ３０によるエンジン各部の潤滑を行うプライミングは、あらかじめ開度調節弁２７の開度調整を行うことで、プライミングポンプ３０から吐出されるオイルの一部を潤滑油タンク１５に流すことができるので、プライミング時のオイル圧力や流量調整が可能となる。

以上のように、エンジンの定格運転中に、エンジン駆動潤滑油ポンプ５およびプライミングポンプ３０の両方を駆動させる構成であるため、定常的に使用されるオイルパン２と潤滑油タンク１５との間のオイル循環が実現する。この結果、プライミングポンプ３０を駆動させている場合に、あたかも潤滑油タンク１５内のオイルが、オイルパン２内のオイルとして機能し、総量として、潤滑油タンク１５のオイルも略同時に使用できる。

また、プライミングポンプ３０をオイルパン２と潤滑油タンク１５間の送油ポンプとして兼用するために、ポンプ数を抑制できる。

エンジン運転中にプライミングポンプ３０を駆動または停止させるのみで、オイルパン２と潤滑油タンク１５との間におけるオイル循環の有無を選択することができ、オイル循環専用のポンプを別個に設ける必要がなく、オイルの循環構造も簡単になる。

また、潤滑油タンク１５の一方の下部に第１経路２１を連通し、潤滑油タンク１５の他方の上部に第２経路２２を連通している。この構成により、潤滑油タンク１５のオイル流入部と流出部との距離を大きくでき、第１経路２１を介して潤滑油タンク１５に入った高温のオイルを、若干冷えた側の第２経路２２から流出させてオイルパン２に還流させることができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、プライミングポンプ３０の運転条件としては、図１に示すように、温度センサ３２、３３により、プライミングポンプ３０を制御することもできる。すなわち、エンジン１の適宜位置（本実施形態では、オイルパン２）に、運転中のエンジン１の油温を検出する温度センサ３２が設けられている。また、潤滑油タンク１５には、潤滑油タンク１５内の油温を検出する温度センサ３３が設けられている。

そして、温度センサ３３により検出された潤滑油タンク１５内の検出油温と、温度センサ３２により検出されたエンジン１の検出油温とを比較して、検出油温の温度差が所定値以上となった場合に、プライミングポンプ３０を駆動させるように制御している。

１ エンジン
２ オイルパン
５ エンジン駆動潤滑油ポンプ
１０ 潤滑経路
１１ 潤滑油吸入経路
１２ 潤滑油吐出経路（吐出経路）
１５ 潤滑油タンク
２０ オイル循環路
２１ 第１経路
２２ 第２経路（経路）
２３ 循環吸入経路（吸入経路）
２５ 循環吐出経路（吐出経路）
２５ａ 一方の循環吐出経路（一方の経路）
２５ａ１ 潤滑経路側部分
２５ｂ 他方の循環吐出経路（他方の経路）
２６ 逆止弁
２７ 開度調節弁
３０ プライミングポンプ
３２ 温度センサ
３３ 温度センサ

Claims (4)

1. オイルパンとは別置きの潤滑油タンクを設け、潤滑油タンクとオイルパンとの間でオイルを循環させるエンジンの潤滑油循環システムにおいて、
   前記潤滑油タンクを密閉構造とし、
   オイルパン底部とプライミングポンプの吸入部を吸入経路により連通し、
   前記プライミングポンプの吐出部に連通された吐出経路を分岐し、一方の経路はエンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路と連通し、該一方の経路に、前記プライミングポンプから前記エンジン駆動潤滑油ポンプの吐出経路に向けてオイルが流れるように開放する逆止弁を設け、
   他方の経路は潤滑油タンクと連通し、
   前記吸入経路および吐出経路とは別個の潤滑油タンクとオイルパンを連通する経路を設け、
   エンジンの運転中に、プライミングポンプを駆動させることを特徴とするエンジンの潤滑油循環システム。
2. 請求項１記載のエンジンの潤滑油循環システムにおいて、
   前記エンジンおよび前記潤滑油タンクに温度センサを設け、
   エンジン運転中の前記プライミングポンプの運転条件として、前記潤滑油タンクの検出油温と前記エンジンの検出油温の温度差が所定値以上であることを運転条件とすることを特徴とするエンジンの潤滑油循環システム。
3. 請求項１記載のエンジンの潤滑油循環システムにおいて、
   エンジン運転中のプライミングポンプの運転条件として、エンジンの定格運転開始後の所定時間間隔を運転条件とすることを特徴とするエンジンの潤滑油循環システム。
4. 請求項１記載のエンジンの潤滑油循環システムにおいて、
   前記潤滑油タンクと連通する他方の経路における前記一方の経路との分岐部下流に、開度調節弁を設けることを特徴とするエンジンの潤滑油循環システム。

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