JP5617409B2 - 潤滑装置 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑油に含まれる特定成分か、潤滑油中に介在する特定成分か、あるいはこれら両方の特定成分とイオン反応して特定成分を潤滑油から排除するイオン反応部材を含み、相対回転する一対の部材の間に潤滑油を供給するための潤滑装置に関する。

燃料に含まれる特定のイオンか、燃料中に介在する特定のイオンか、あるいはこれら両方の特定イオンと反応して特定イオンを燃料から排除するイオン交換樹脂を含む燃料供給装置が特許文献１にて知られている。より具体的には、燃料供給経路の途中に組み込まれたオイルフィルターをイオン交換樹脂で形成し、燃料中に介在する燃料の酸化や劣化を促進させる成分のイオンをイオン交換樹脂にて吸着し、燃料の酸化や劣化を抑えるようにしている。

同様な観点から、潤滑油に含まれる特定のイオンか、潤滑油中に介在する特定のイオンか、あるいはこれら両方の特定イオンと反応して特定イオンを潤滑油から排除するイオン交換樹脂を含む潤滑装置が考えられている。

特開２００８−５４０１２３号公報

特許文献１に開示された燃料供給装置で用いられるイオン交換樹脂は、温度が低い状態ではそのイオン交換能力を充分に発揮させることができないという特性を有している。このため、気温が低い冬場や内燃機関の冷態始動時などでは、オイルフィルターを通過する燃料の温度が低いため、イオン交換能力を発揮させることができるような温度域にイオン交換樹脂を保持しておくことが望まれる。

このような温度維持の必要性は、同様なイオン交換樹脂を組み込んだ潤滑装置においても同様に存在し得るものであり、何らかの対策を施すことが好ましい。

［発明の目的］
本発明の目的は、低温状態であってもイオン反応部材を従来のものよりも効率よく機能させることができる潤滑装置を提供することにある。

本発明の第１の形態は、内燃機関において相対回転する一対の部材の間に潤滑油を供給するための潤滑装置であって、前記潤滑油の劣化を促進する成分と反応して当該成分を前記潤滑油から排除する潤滑油劣化抑制部材を含み、この潤滑油劣化抑制部材は、前記相対回転に伴って摩擦熱を発生する前記一対の部材のうちの少なくとも一方の部材の摩擦熱発生領域に近接して一方の部材に配されていることを特徴とするものである。

本発明においては、一対の部材の相対回転に伴って摩擦熱が発生する。少なくとも一方の部材には、その摩擦熱発生領域に近接して潤滑油劣化抑制部材が配されており、先の摩擦熱が潤滑油劣化抑制部材に伝わり、その温度が上昇して潤滑油の劣化抑制能力が高まる。潤滑油の劣化抑制能力が高まった潤滑油劣化抑制部材は、潤滑油の劣化を促進する成分と効率よく反応し、これを潤滑油から排除する。

本発明による潤滑装置において、一対の部材が内燃機関のクランク軸および軸受を介してこのクランク軸を回転自在に支持する軸受ハウジングであってよく、この場合には潤滑油劣化抑制部材をクランク軸か、または軸受ハウジングに配することができる。あるいは、一対の部材がクランク軸およびこのクランク軸がオイルシールを介して貫通するクランクケースであってよく、この場合には潤滑油劣化抑制部材をオイルシールの内周端部に配することが好ましい。あるいは、一対の部材が内燃機関のカム軸およびこのカム軸を回転自在に支持する軸受ハウジングであってよく、この場合には潤滑油劣化抑制部材をカム軸か、または軸受ハウジングに配することができる。

本発明の潤滑装置によると、相対回転に伴って摩擦熱を発生する内燃機関の一対の部材の摩擦熱発生領域に近接して潤滑油劣化抑制部材を一方の部材に配したので、発生する摩擦熱によって潤滑油劣化抑制部材を効率よく活性化させることができる。この結果、低温雰囲気であっても潤滑油の劣化を促進する成分を潤滑油劣化抑制部材と効率よく反応させ、これを潤滑油から排除することができる。

本発明を内燃機関に応用した一実施形態の概略構造を表す一部破断断面図である。 図１に示した実施形態におけるクランク軸およびこのクランク軸に連接棒を介して連結されたピストンの外観を模式的に表す立体投影図である。 図１に示した実施形態において、主軸受の部分を抽出拡大した断面図である。 図１に示した実施形態において、油シールの部分を抽出拡大した断面図である。 図１に示した実施形態において、カム軸およびその軸受ハウジングの概略構造を一部破断状態で表す断面図である。 図１に示した実施形態において、カム軸およびその軸受ハウジングの概略構造の他の例を一部破断状態で表す断面図である。

本発明による潤滑装置を圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、相対回転する一対の部材の間に潤滑油を供給するための潤滑装置でありさえすれば、内燃機関に限らず、他の任意の潤滑装置にも応用することができることは言うまでもない。

本実施形態におけるエンジンブロックの概略構造を模式的に図１に示し、そのクランク軸の部分の外観を１つのピストンおよび連接棒と共に抽出して図２に示す。

本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油などを燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒（本実施形態では直列４気筒）内燃機関である。しかしながら、気筒数や気筒配列形式のみならず、このエンジン１０が点火プラグを用いる火花点火方式の内燃機関であっても何らかまわない。

エンジン１０の外殻の主要部は、オイルパン１３と、クランクケース１４と、シリンダーブロック１５と、シリンダーヘッド１６と、シリンダーヘッドカバー１７とで構成されている。エンジンオイル１８を溜めるオイルパン１３は、クランク軸１９を貫通状態で収容するクランクケース１４の一端部（図１中、下端部）に取り付けられている。このクランクケース１４の他端部（図１中、上端部）には、ピストン２０を収容するシリンダーブロック１５の一端側（図１中、下端側）が連結されている。シリンダーブロック１５の他端側（図１中、上端側）には、動弁機構２１の一部が組み込まれたシリンダーヘッド１６の一端側（図１中、下端側）が連結されている。さらに、シリンダーヘッド１６の他端側（図１中、上端側）にはシリンダーヘッドカバー１７が取り付けられている。

クランクケース１４を貫通して取り付けられるクランク軸１９は、複数（図示例では５つ）のクランクジャーナル１９ａと、ピストン２０の数に対応した四対のクランクアーム１９ｂおよびクランクピン１９ｃと、四対のバランスウェイト１９ｄとを有する。クランクジャーナル１９ａとクランクアーム１９ｂおよびクランクピン１９ｃとは、クランク軸１９の長手方向に沿って交互に形成され、バランスウェイト１９ｄはクランクアーム１９ｂと一体に形成されている。

図１におけるクランクジャーナル１９ａの部分を抽出拡大して図３に示す。各クランクジャーナル１９ａとクランクケース１４およびシリンダーブロック１５の軸受ハウジング１４ａ，１５ａとの間には、ジャーナル軸受２２がそれぞれ組み込まれている。また、クランクケース１４の一部を構成する軸受ハウジング１４ａには、エンジンオイル１８をジャーナル軸受２２に供給するための油路２３が形成されている。さらに、軸受ハウジング１４ａ，１５ａの両側端面１４ｂ，１５ｂには、クランク軸１９を取り囲むようにイオン反応部材２４が環状にそれぞれ配されている。これら油路２３およびイオン反応部材２４は、後述する潤滑装置２５の一部を構成する。

クランクケース１４を貫通するクランク軸１９の一端側の出力端１９ｅは、図示しない変速機に連結され、その反対側の出力端１９ｆには、冷却装置２６などの補機類や動弁機構２１の駆動装置などが連結される。図１における一方の出力端１９ｅの部分を抽出拡大して図４に示す。クランク軸１９のこれら２つの出力端１９ｅ，１９ｆとクランクケース１４およびシリンダーブロック１５との間には、弾性変形可能なオイルシール２７が介装されている。これにより、クランク軸１９の出力端１９ｅ，１９ｆの外周面とクランクケース１４およびシリンダーブロック１５との間から外部にエンジンオイル１８が漏出するのを防止することができる。オイルシール２７には、これをクランク軸１９の出力端１９ｅ，１９ｆの外周面に押し付けるための環状をなすばね部材２７ａが装着されている。また、クランク軸１９の出力端１９ｅ，１９ｆの外周面が摺接するオイルシール２７の内周端部にも後述する潤滑装置２５の一部を構成するイオン反応部材２４が接合されている。

シリンダーブロック１５には、冷却水通路２８と、エンジンオイル１８を動弁機構２１側に供給するための図示しない油路とが形成されており、この油路は後述する潤滑装置２５の一部を構成する。シリンダーブロック１５に収容されたピストン２０は、クランクケース１４に取り付けられたクランク軸１９に連接棒２９を介して連結されており、その往復運動がクランク軸１９の回転運動に変換される。

シリンダーヘッド１６には、シリンダーブロック１５と、シリンダーヘッド１６とピストン２０とで画成される燃焼室１２に臨む吸気ポート１６ａおよび排気ポート１６ｂと、後述する潤滑装置２５の図示しない油路と、冷却水通路３０とが形成されている。このシリンダーヘッド１６には、吸気ポート１６ａを開閉する吸気弁２１ａおよび排気ポート１６ｂを開閉する排気弁２１ｂならびにこれら吸気弁２１ａおよび排気弁２１ｂを駆動する動弁機構２１の一部も組み込まれている。先の燃料噴射弁１１などもこのシリンダーヘッド１６に組み付けられている。

エンジン１０には、冷却水によってシリンダーブロック１５およびシリンダーヘッド１６を冷却するための冷却装置２６に加え、相対回転する一対の部材の間に潤滑油を供給するための潤滑装置２５が組み込まれている。より具体的には、この潤滑装置２５は、動弁機構２１やシリンダーブロック１５に対するピストン２０の摺接部分ならびにクランクジャーナル１９ａの部分およびクランクピン１９ｃの部分などを潤滑するためのものである。本実施形態における潤滑装置２５は、潤滑油としてのエンジンオイル１８を貯留するオイルパン１３と、図示しないオイルポンプと、クランクケース１４やシリンダーヘッド１６に形成された油路２３（一部図示せず）と、イオン反応部材２４とを有する。

オイルポンプは、オイルパン１３に貯溜されたエンジンオイル１８を図示しないストレーナーを介して潤滑が必要な上述した各部に上述した油路２３などを介して圧送する。

イオン反応部材２４は、エンジンオイル１８の劣化を促進する成分と反応して当該成分をエンジンオイル１８から排除する本発明の潤滑油劣化抑制部材として機能する。この成分は、エンジンオイル１８自体に含まれていたり、エンジンオイル１８中に介在するものであってよい。エンジンオイル１８の劣化を促進する成分として、より具体的には、カルシウムイオンＣa²⁺や、銅イオンＣu²⁺，アルミニウムイオンＡl³⁺，鉄イオンＦe^2+,3+，クロームイオンＣr³⁺，鉛イオンＰb²⁺，ニッケルイオンＮi²⁺，マグネシウムイオンＭｇ²⁺，チタンイオンＴi⁺がある。上述したＣa²⁺は、例えばスラッジ生成を抑制するようにエンジンオイル１８の循環系統に設けられたカルシウムを含むエンジンオイル劣化抑制剤が消費されることで生ずる。また、エンジンオイル１８中に添加剤としてカルシウムスルホネートが添加されている場合には、このカルシウムスルホネートからもＣa²⁺が生ずる。Ｃu²⁺，Ａl³⁺，Ｆe^2+,3+，Ｃr³⁺，Ｐb²⁺，Ｎi²⁺，Ｍｇ²⁺，Ｔi⁺は、エンジンオイル１８への添加剤、例えばＺnＤＴＰ(ジアルキルジチオリン酸亜鉛：Zinc Dialkyldithiophosphate)から生じたり、エンジン１０の構成部材の磨耗および／または溶出により生じたりする。これらの陽イオンのうち、特にエンジン１０の摺動部の摩耗によりエンジンオイル１８中に生じるＣa²⁺，Ｃu²⁺，Ａl³⁺，Ｆe^2+,3+などを除去することが望ましい。その理由は、これらの陽イオンを含むエンジンオイル１８中の不純物が凝集してスラッジを形成し、エンジンオイル１８の劣化を促進させやすいためである。この他、ブローバイガス中のＮＯ_Xと水とにより生じ得る硝酸イオンＮＯ₃ ^-や、ブローバイガス中のＳＯ_Xと水とにより生じ得る硫酸イオンＳＯ₄ ^2-を提示することができる。さらに、ブローバイガスから生成し得る酢酸イオンＣＨ₃ＣＯＯ^-，ギ酸イオンＨＣＯＯ^-，塩化物イオンＣl^-，クロム酸イオンＣrＯ₄ ^2-なども挙げることができる。

上述した陽イオンをエンジンオイル１８から排除する場合、イオン反応部材２４としてカチオン性イオン交換樹脂を含むことができる。このカチオン性イオン交換樹脂は、上述した陽イオンを吸着する代わりにエンジンオイル１８の劣化を抑制するか、あるいは促進しないイオン、例えば水素イオンＨ⁺および／またはナトリウムイオンＮa⁺を放出する機能を有する。また、上述した陰イオンをエンジンオイル１８から排除する場合、イオン反応部材２４としてアニオン性イオン交換樹脂を含むことができる。このアニオン性イオン交換樹脂は、上述した陰イオンを吸着する代わりにエンジンオイル１８の劣化を抑制するか、あるいは促進しないイオン、例えば水酸化物イオンＯＨ^-を放出する機能を有する。

このようなイオン交換樹脂は、粒状または多孔質のシート状など、種々の形状のものを採用することができ、本実施形態では多孔質のシート状をなすイオン交換樹脂を２枚以上積層することによって形成している。その厚みを増大させることが可能であれば、金網やパンチングメタル製のケース内に粒状のイオン交換樹脂を充填したものを採用することができる。

なお、イオン反応部材２４として上述したカチオン性またはアニオン性イオン交換樹脂に限定されるわけではないことに注意されたい。すなわち、上述した機能を有するものであれば無機イオン交換体やキレート樹脂および／または合成吸着剤をイオン反応部材２４として用いることが可能である。従って、エンジンオイル１８から除去されるべき成分は、上述した陽イオンおよび陰イオンなどに止まらない。例えば、エンジンオイル１８に含まれる添加物から生じた成分や、エンジン１０の構成部材の磨耗および／または溶出により生じた金属粉などの不要成分または不純物などを含むことができる。このように、エンジンオイル１８中の不要成分や不純物を除去することができるイオン反応部材２４を用いた場合、このような不要成分や不純物をエンジンオイル１８が含む可能性のある材料や薬剤などの物質を添加剤として添加することができる。より具体的には、これらを酸化防止剤，金属系洗浄剤，摩擦調整剤，無灰分散剤，pＨ調整剤としてエンジンオイル１８に添加することが可能である。

このイオン反応部材２４は、相対回転に伴って摩擦熱を発生する一対の部材のうちの少なくとも一方の部材の摩擦熱発生領域に近接して一方の部材に配されている。本実施形態では、上述したように軸受ハウジング１４ａ，１５ａの両側端面１４ｂ，１５ｂにクランク軸１９を取り囲むようにイオン反応部材２４が配され、オイルシール２７の内周端部にもイオン反応部材２４が接合されている。ジャーナル軸受２２に接する軸受ハウジング１４ａ，１５ａの内周面およびクランクジャーナル１９ａの外周面は、クランク軸１９の回転に伴って摩擦熱を発生する領域である。本実施形態では、これら軸受ハウジング１４ａ，１５ａの内周面の摩擦熱発生領域に近接したその両側端面１４ｂ，１５ｂにイオン反応部材２４が配されている。クランク軸１９の出力端１９ｅ，１９ｆの外周面およびこれに接するオイルシール２７の内周端部もまた、クランク軸１９の回転に伴って摩擦熱を発生する領域である。本実施形態ではこの摩擦熱発生領域に近接したオイルシール２７の内周端部にもイオン反応部材２４を配している。

オイルパン１３に貯留されたエンジンオイル１８は、クランク軸１９と一体のクランクアーム１９ｂの回転に伴ってはね上げられ、シリンダーブロック１５とピストン２０との摺接部分に供給される。このエンジンオイル１８はまた、オイルポンプによって潤滑が必要とされる動弁機構２１やクランクジャーナル１９ａ，クランクピン１９ｃなどにも供給される。この場合、一対の部材の相対回転に伴って摩擦熱が発生する部位にイオン反応部材２４を配したことにより、このイオン反応部材２４が摩擦熱により加熱されて活性化を促進させることができる。この結果、エンジン１０の冷態始動時や外気温が低温であっても、イオン反応部材２４に接する潤滑油から特定成分のイオンを効率よく除去することができ、潤滑油の劣化を抑制することが可能となる。

上述したイオン反応部材２４は動弁機構２１にも組み込まれており、この動弁機構２１の一部を抽出拡大して図５に示す。内部が潤滑油路３１ａとなった中空のカム軸３１には、吸気弁２１ａおよび排気弁２１ｂを駆動するためのカム３１ｂが所定間隔で形成されている。カム軸３１の長手方向に沿って隣接するカム３１ｂの間には、シリンダーヘッド１６と一体に設けられたカムジャーナル３２と、カム軸３１を囲むようにカムジャーナル３２に取り付けられるカムキャップ３３とが位置し、カム軸３１を回転自在に支持している。つまり、カムジャーナル３２およびカムキャップ３３は、本発明の軸受部として機能する。これらカムジャーナル３２およびカムキャップ３３の内周面３２ａ，３３ａに臨むカム軸３１の外周面３１ｃには、潤滑油路３１ａに連通する給油孔３１ｄが形成されている。これにより、給油孔３１ｄからカム軸３１の外周面３１ｃとカムジャーナル３２およびカムキャップ３３の内周面３２ａ，３３ａとの間にエンジンオイル１８が吐出され、カム軸３１の円滑な回転が促進させる。カム軸３１の外周面３１ｃならびにこのカム軸３１に接するカムジャーナル３２およびカムキャップ３３の内周面３２ａ，３３ａは、カム軸３１の回転に伴って摩擦熱を発生する領域である。イオン反応部材２４は、カム軸３１の回転に伴って摩擦熱を発生するカム軸３１の外周面３１ｃならびにカムジャーナル３２およびカムキャップ３３の内周面３２ａ，３３ａの摩擦熱発生領域に近接してこれらのうちの何れか一方に配されている。本実施形態では、カムジャーナル３２およびカムキャップ３３の内周面３２ａ，３３ａの摩擦熱発生領域に近接したその両側端面３２ｂ，３３ｂにカム軸３１を取り囲むようにイオン反応部材２４がそれぞれ配されている。

上述した実施形態では、軸受ハウジング１４ａ，１５ａの側端面１４ｂ，１５ｂやカムジャーナル３２およびカムキャップ３３の両側端面３２ｂ，３３ｂにイオン反応部材２４を配したが、これをクランク軸１９やカム軸３１に配することも可能である。クランク軸１９に本発明の潤滑油劣化抑制部材としてイオン反応部材２４を配する場合、ジャーナル軸受２２と干渉しないようにイオン反応部材２４をクランクジャーナル１９ａの外周面に配することが望ましい。同様な構成を動弁機構２１に対しても採用した場合の概略構造を図６に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一の符号を記すに止め、重複する説明を省略する。すなわち、本実施形態におけるイオン反応部材２４は、カムジャーナル３２およびカムキャップ３３に対して干渉しないように、カム３１ｂに密着させた状態でカム軸３１の外周面３１ｃに配されている。

このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ オイルパン
１４ クランクケース
１４ａ 軸受ハウジング
１４ｂ 側端面
１５ シリンダーブロック
１５ａ 軸受ハウジング
１５ｂ 側端面
１６ シリンダーヘッド
１６ａ 吸気ポート
１６ｂ 排気ポート
１７ シリンダーヘッドカバー
１８ エンジンオイル
１９ クランク軸
１９ａ クランクジャーナル
１９ｂ クランクアーム
１９ｃ クランクピン
１９ｄ バランスウェイト
１９ｅ，１９ｆ 出力端
２０ ピストン
２１ 動弁機構
２１ａ 吸気弁
２１ｂ 排気弁
２２ ジャーナル軸受
２３ 油路
２４ イオン反応部材
２５ 潤滑装置
２６ 冷却装置
２７ オイルシール
２７ａ ばね部材
２８ 冷却水通路
２９ 連接棒
３０ 冷却水通路
３１ カム軸
３１ａ 潤滑油路
３１ｂ カム
３１ｃ 外周面
３１ｄ 給油孔
３２ カムジャーナル
３２ａ 内周面
３２ｂ 側端面
３３ カムキャップ
３３ａ 内周面
３３ｂ 側端面

Claims (5)

1. 内燃機関において相対回転する一対の部材の間に潤滑油を供給するための潤滑装置であって、
   前記潤滑油の劣化を促進する成分と反応して当該成分を前記潤滑油から排除する潤滑油劣化抑制部材を含み、この潤滑油劣化抑制部材は、前記相対回転に伴って摩擦熱を発生する前記一対の部材のうちの少なくとも一方の部材の摩擦熱発生領域に近接して一方の部材に配されていることを特徴とする潤滑装置。
2. 前記一対の部材がクランク軸および軸受を介してこのクランク軸を回転自在に支持する軸受ハウジングであり、前記潤滑油劣化抑制部材が前記クランク軸か、または前記軸受ハウジングに配されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑装置。
3. 前記一対の部材がクランク軸およびこのクランク軸がオイルシールを介して貫通するクランクケースであり、前記潤滑油劣化抑制部材が前記オイルシールの内周端部に配されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑装置。
4. 前記一対の部材がカム軸およびこのカム軸を回転自在に支持する軸受部であり、前記潤滑油劣化抑制部材が前記カム軸か、または前記軸受部に配されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑装置。
5. 前記潤滑油劣化抑制部材がイオン反応部材であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の潤滑装置。

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