(57)【要約】【課題】機能性部材における添加物の消費を抑制する。【解決手段】機能部材３０をヘッドカバー２０の下面に配置すると共に、そのエンジンオイルに対する遮蔽状態を可変することが可能なバッフル板３１を設ける。バッフル板３１はバイメタルからなり、温度に応じて異なる位置に移動する。潤滑状態が境界潤滑域である場合に、機能部材３０に接触する潤滑油の量が、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に比べて多くされる。潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に、機能部材３０から放出される摩擦緩和剤の量が抑制されるので、機能部材３０における摩擦緩和剤の消費を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で用いられている潤滑油の劣化を抑制するための潤滑油劣化抑制装置であって、
潤滑油と接触することで摩擦緩和剤を放出する機能性樹脂部材と、
潤滑状態が境界潤滑域である場合に、前記機能性樹脂部材に接触する潤滑油の量を、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に比べて多くする接触潤滑油量制御手段と、を有することを特徴とする潤滑油劣化抑制装置。
【請求項２】
請求項１に記載の潤滑油劣化抑制装置であって、
潤滑油の潤滑状態が境界潤滑域であるかを判定する潤滑状態判定手段を更に備え、
前記潤滑状態判定手段は、潤滑油の温度、及び前記内燃機関の回転数、のうち少なくとも一方に基づいて、潤滑状態が境界潤滑域であると判定することを特徴とする潤滑油劣化抑制装置。
【請求項３】
請求項２に記載の潤滑油劣化抑制装置であって、
前記潤滑状態判定手段は、潤滑油の温度が所定値以上であること、及び前記内燃機関の回転数が所定回転数以下であること、のうち少なくとも一方を条件として、潤滑状態が境界潤滑域であると判定することを特徴とする潤滑油劣化抑制装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の潤滑油劣化抑制装置であって、
前記機能性樹脂部材が前記内燃機関のヘッドカバー内面に設けられていることを特徴とする潤滑油劣化抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の潤滑油と接触することで摩擦緩和剤を放出する機能性樹脂部材を備えた潤滑油劣化抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、内燃機関の潤滑システム内で使用する化学フィルターを開示する。特許文献１の記載によれば、この化学フィルターは、潤滑システム内のオイルフィルターのハウジング内に配置されるか、またはそのオイルフィルターのバイパス部分に配置されている。この化学フィルターは、潤滑油と接触することで、イオン結合により結合したＺｎＤＤＰ（ジチオダイアルカリりん酸亜鉛）耐磨耗材等の潤滑剤添加物を、潤滑油中に徐々に添加していくことができる。
【０００３】
特許文献２及び特許文献３は、ヘッドカバー内に炭酸カルシウム等の吸着材を設けたエンジンを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５４０１２３号公報
【特許文献２】特開２００８−２３９４２５号公報
【特許文献３】特開２００８−１２１４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１における化学フィルターのような機能性部材における潤滑剤ないし摩擦緩和剤のような添加物は、その消費を抑制することが望ましい。特許文献２及び特許文献３は、吸着材の選択的使用については開示・示唆していない。
【０００６】
そこで本発明は、機能性部材における添加物の消費を抑制できる新規な手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
内燃機関で用いられている潤滑油の劣化を抑制するための潤滑油劣化抑制装置であって、
潤滑油と接触することで摩擦緩和剤を放出する機能性樹脂部材と、
潤滑状態が境界潤滑域である場合に、前記機能性樹脂部材に接触する潤滑油の量を、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に比べて多くする接触潤滑油量制御手段と、を有することを特徴とする潤滑油劣化抑制装置である。
【０００８】
この態様では、接触潤滑油量制御手段が、潤滑状態が境界潤滑域である場合に、機能性樹脂部材に接触する潤滑油の量を、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に比べて多くする。潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に、機能性樹脂部材から放出される摩擦緩和剤の量が抑制されるので、機能性樹脂部材における添加物の消費を抑制することができる。
【０００９】
好適には、装置は潤滑油の潤滑状態が境界潤滑域であるかを判定する潤滑状態判定手段を更に備え、前記潤滑状態判定手段は、潤滑油の温度、及び前記内燃機関の回転数、のうち少なくとも一方に基づいて、潤滑状態が境界潤滑域であると判定する。接触潤滑油量制御手段は、潤滑状態判定手段の判定結果に基づいて動作することができる。この態様では、簡易な構成によって潤滑状態を適切に判定することができる。
【００１０】
この場合において、好適には、前記潤滑状態判定手段は、前記内燃機関の回転数が所定回転数以下であること、及び潤滑油の温度が所定値以上であること、のうち少なくとも一方を条件として、潤滑状態が境界潤滑域であると判定する。この態様では、簡易な構成によって潤滑状態を適切に判定することができる。
【００１１】
好適には、前記機能性樹脂部材が前記内燃機関のヘッドカバー内面に設けられている。この態様では、スラッジの発生しやすい部位に機能性樹脂部材を配置することによって、スラッジの発生を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンを概念的に示す正面図である。
【図２】境界潤滑域を示すグラフである。
【図３】第２実施形態に係るエンジンを概念的に示す正面図である。
【図４】第２実施形態に係るエンジンの要部を示す側面図である。
【図５】第３実施形態に係るエンジンを概念的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は、本発明の第１実施形態のエンジン１０を概念的に示す。エンジン１０は直列４気筒ディーゼルエンジンであるが、他の形式でもよい。エンジン１０は、バルブ、カムシャフト等を収容するシリンダヘッドブロック１２と、ピストン等を収容するシリンダブロック１４と、クランク軸等を収容するクランクケース１６と、オイルパン１８と、これらの側面を覆いタイミングチェーンを収容するチェンケース１９とを備えている。シリンダヘッドブロック１２及びチェンケース１９の上面の開口部を覆うように、ヘッドカバー２０が設けられており、これらシリンダヘッドブロック１２、チェンケース１９とヘッドカバー２０とによって、シリンダヘッド室２１が区画形成される。
【００１４】
オイルパン１８内から不図示のオイルポンプによって吸引されたエンジンオイルは、エンジン１０内に形成された油路を通じて圧送され、エンジン１０内の各部、例えばカムシャフトジャーナル、クランクジャーナル及びピストンに供給されて、自重によりオイルパン１８に戻る。
【００１５】
ヘッドカバー２０は燃焼室などからの熱が伝達されにくく、且つその外面が外気によって冷却されるので、ヘッドカバー２０の内面には、結露を主要因とする凝縮水が生じやすい。このため、ヘッドカバー室２１内には、ブローバイガス中に含まれているＮＯｘ、ＨＣおよび水分の相互反応により、硝酸水ＨＮＯ3などの酸性物質が生成しやすい。このような酸性物質を含む不要成分の生成を抑制するために、エンジン１０の潤滑経路内、特にシリンダヘッド室２１内には、機能性樹脂であるイオン交換樹脂を備えた機能部材３０が配置されている。機能部材３０は、ヘッドカバー２０の内面に密着している。
【００１６】
機能部材３０における機能性樹脂部材は、［１］エンジンオイルから不要物質を吸着除去する機能と、［２］予め吸蔵されている摩擦緩和剤を放出する機能とを有する。
【００１７】
［１］エンジンオイルから不要物質を吸着除去する機能は、例えばアニオン（陰イオン）性イオン交換樹脂によって実現することができ、そのような不要物質は、ブローバイガス中のＮＯｘと水とにより生じ得る硝酸イオン（ＮＯ3-）、及び／又は、ブローバイガス中のＳＯｘと水とにより生じ得る硫酸イオン（ＳＯ42-）を含む。なお、機能性樹脂部材はエンジン内で生成される他の酸性成分、例えば、ブローバイガスから生じ得る酢酸イオン（ＣＨ3ＣＯＯ-）、ギ酸イオン（ＨＣＯＯ-）、クロム酸イオン（ＣｒＯ42-）を除去できるものであってもよく、その場合にはＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle、ガソリンや軽油といった従来の燃料にバイオ燃料などの代替燃料を任意の割合で混合できるいわゆる代替燃料車）において本発明を好適に実現することができる。
【００１８】
［２］予め吸蔵されている摩擦緩和剤を放出する機能は、例えばカチオン（陽イオン）性イオン交換樹脂によって実現することができる。カチオン（陽イオン）性イオン交換樹脂は、例えば陽イオンであるＣａイオン（Ｃａ2+）などのエンジンオイル中の金属イオンを吸着し、代わりに摩擦緩和剤を放出することができる。なお、機能性樹脂部材は他の陽イオン、例えば、Ａｌ3+、Ｆｅ2+、Ｆｅ3+、Ｃｒ3+、Ｐｂ2+、Ｎｉ2+、Ｃｕ2+、Ｍｇ2+、Ｔｉ+を吸着するものであってもよい。機能性樹脂部材が放出する摩擦緩和剤は、例えばアルキルアミン、ＺｎＤＤＰ（ジチオダイアルカリりん酸亜鉛）、ＺｎＤＴＰ（ジアルキルジチオりん酸亜鉛）、アルキルジチオりん酸、及び／又はモリブデンジチオカルバメートを含むことができる。
【００１９】
機能性樹脂としては、イオン交換樹脂を含む有機イオン交換体、無機イオン交換体、キレート樹脂及び合成吸着材を含む各種の樹脂材料から選択された反応体を用いることができる。イオン交換樹脂としては、例えば三菱化学製ダイヤイオン（商標）シリーズ、及び／又はローム・アンド・ハース社製アンバーライト（商標）シリーズの製品を用いることができる。無機イオン交換体としては、例えば東亞合成製ＩＸＥＡ（商標）シリーズの製品を用いることができる。合成吸着材としては、例えば三菱化学製ダイヤイオン（商標）シリーズの製品を用いることができる。任意の複数の材料を混合して用いることができる。アニオン性イオン交換樹脂を用いる場合には、一般に強塩基性のものが耐熱性が高いため特に好適であるが、耐熱性が十分なものであれば弱塩基性のものを用いてもよい。
【００２０】
イオン交換樹脂は、ビーズ状、膜状を含む種々の形状を有し得る。イオン交換樹脂は、当該イオン交換樹脂を保持しつつ外部のオイルとの間の物質流通を許容する保持部材に保持されるのが好ましい。この場合に、機能部材３０は、保持部材と、これに保持されるイオン交換樹脂とから構成される。保持部材としては、例えばパンチングメタルあるいは金属や樹脂のメッシュを函状に形成してなるケースを用いることができ、ケース内にイオン交換樹脂が収容される。保持部材は発泡体や繊維体などの多孔質材料であってもよい。
【００２１】
また、イオン交換樹脂は、それ自体で或いは適宜のバインダ中に分散した形で、基材となる板やフィルムの上に積層されることができ、その場合にはイオン交換樹脂層が積層された基材を、部品に接着その他の方法で固定することができる。さらに、イオン交換樹脂はそれ自体で或いは適宜のバインダ中に分散した形で、部品に直接塗布されることができ、その場合にはイオン交換樹脂層自体が機能部材３０となる。
【００２２】
ヘッドカバー２０内には、バイメタルからなるバッフル板３１が片持ち状に固定されている。バッフル板３１は、常温では図１中実線で示すように平坦且つ水平に延伸し、その際には機能部材３０はその下面３０ａのみがシリンダブロック１２側に露出される。他方、潤滑状態が境界潤滑域になると考えられる高温領域では、バッフル板３１は図１中二点鎖線ａで示すように上向きに湾曲し、これによって機能部材３０の表面のうちの斜面部３０ｂが、シリンダヘッドブロック１２内のカムシャフト等から跳ね上がるエンジンオイルに向けて露出される。なおバッフル板３１を変位させるための駆動手段として、バイメタルを渦巻状などの他の形態にしてもよく、またバイメタルに代えて他の形状記憶材料を用いてもよい。
【００２３】
以上のとおり構成された第１実施形態では、エンジン１０の油温が上昇すると、エンジンオイルに曝されたバッフル板３１が変形し、潤滑状態が境界潤滑域になると考えられる高温領域では、バッフル板３１は図１中二点鎖線ａで示すように上向きに湾曲する。これによって機能部材３０の表面のうちの斜面部３０ｂが、シリンダヘッドブロック１２内のカムシャフト等から跳ね上がるエンジンオイルに向けて露出される。すなわち、エンジンオイルに対する機能部材３０の露出面積は、油温が高いほど大きくなる。
【００２４】
図２に示されるように、一般に、潤滑油の粘度と速度との積を荷重で除した値が低い領域が、境界潤滑域であると考えられており、この領域において摩擦緩和剤を供給する必要性が高い。この点、本実施形態ではエンジンオイルの粘度が下がる高温時ほど機能部材３０に接触する潤滑油の量が多くなるので、境界潤滑域における摩擦緩和剤の供給量は境界潤滑域以外である場合に比べて多くされることになる。
【００２５】
以上のとおり、第１実施形態では、機能部材３０をヘッドカバー２０の下面に配置すると共に、そのエンジンオイルに対する遮蔽状態を可変することが可能なバッフル板３１ないし遮蔽手段を設け、かつこのバッフル板３１を温度に応じて異なる位置に移動させることによって、潤滑状態が境界潤滑域である場合に、機能部材３０に接触する潤滑油の量が、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に比べて多くされる。したがって第１実施形態では、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に、機能部材３０から放出される摩擦緩和剤の量が抑制されるので、機能部材３０における添加物すなわち摩擦緩和剤の消費を抑制することができる。また、機能部材３０がエンジンオイルに露出される機会が減少するので、機能部材３０の劣化を遅延させることができる。
【００２６】
また本実施形態では、機能部材３０がエンジン１０のヘッドカバー２０の内面に設けられているので、スラッジの発生しやすい部位に機能部材３０を配置することによって、スラッジの発生を好適に抑制することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の装置は、潤滑油の潤滑状態が境界潤滑域であるかを判定する潤滑状態判定手段を更に備えており、また、潤滑状態が境界潤滑域であると判定されたときに、接触潤滑油量が制御される。
【００２８】
図３において、ヘッドカバー２０には、スペーサ１３１を介してロータリアクチュエータ１３２が固定されている。ロータリアクチュエータ１３２としてはステップモータを用いるのが好適である。ロータリアクチュエータ１３２の出力軸には、機能部材１３０が固定されている。機能部材１３０は円柱形であり、図４に示されるように、回転方向に１８０°の領域が、上記第１実施形態における機能部材３０と同様の［１］エンジンオイルから不要物質を吸着除去する機能と［２］予め吸蔵されている摩擦緩和剤を放出する機能とを有する機能性樹脂部材１３０ａで構成され、残余の１８０°の部分がそのような機能を有しないスペーサ１３０ｂによって構成されている。
【００２９】
図３に示されるように、クランクケース１６にはクランク角センサ１３３が設置され、オイルパン１８には油温センサ１３４が設置されている。これらクランク角センサ１３３及び油温センサ１３４の出力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３５の入力インターフェイスに接続されている。ＥＣＵ１３５の出力インターフェイスにはロータリアクチュエータ１３２が接続されている。ＥＣＵ１３５はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェイスを備えた周知のワンチップマイクロプロセッサとして構成されている。
【００３０】
ＥＣＵ１３５は、クランク角センサ１３３及び油温センサ１３４の出力に基づき、エンジン回転数が所定値以上である場合、及び油温が所定値以上である場合に、エンジンオイルの潤滑状態が境界潤滑域であると判定し、ロータリアクチュエータ１３２に対して制御出力を行い、機能部材１３０をそのスペーサ１３０ｂのみがエンジンオイルに向けて露出された平常状態から１８０°回転させて、機能性樹脂部材１３０ａの全体をエンジンオイルに向けて露出させる。
【００３１】
以上のとおり構成された第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、潤滑状態が境界潤滑域である場合に、機能部材１３０に接触する潤滑油の量が、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に比べて多くされる。その結果、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に、機能部材１３０から放出される摩擦緩和剤の量が抑制されるので、機能部材１３０における添加物すなわち摩擦緩和剤の消費を抑制することができる。
【００３２】
なお、機能性樹脂部材１３０ａを露出させるための境界潤滑域判定条件として、エンジン回転数が所定値以上であること、及び油温が所定値以上であることのうちの一方のみを用いてもよく、また、エンジン回転数及び油温を入力変数とする２次元座標空間において、境界潤滑域に対応する領域に両入力変数値からなる座標点が属するかによって当該判定を行ってもよい。
【００３３】
機能性樹脂部材１３０ａの回転角度は無段階的または多段階的に変化させてもよく、また、１８０°の反転を繰返し行いながらエンジンオイルへの露出時間をデューティ的に制御することで摩擦緩和剤の時間あたり放出量を無段階的に変化させてもよい。機能性樹脂部材１３０ａの回転方向は１方向でも２方向でもよい。
【００３４】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、油圧経路中に設定油圧で開弁する圧力制御弁２３３を、機能性樹脂部材よりも上部に配置し、圧力制御弁２３３からの潤滑油が機能性樹脂部材に供給されるようにしたものである。
【００３５】
図５において、ヘッドカバー２０には、水平のバッフル板２３１が固定され、このバッフル板２３１の上面に、機能部材２３０が固定されている。機能部材２３０の材質は、上記第１実施形態における機能部材３０と同様である。バッフル板２３１は、機能部材２３０をシリンダヘッドブロック１２側からのエンジンオイルから遮蔽する。ヘッドカバー２０には、ＶＶＴに油圧を供給する油路から分岐した分岐路２３２が固定され、分岐路２３２は圧力制御弁２３３を介してヘッドカバー内部と連通されている。分岐路２３２から連通するヘッドカバー２０の開口部は、機能部材２３０の上部に配置されている。圧力制御弁２３３は機械式であって、分岐路２３２内の油圧が設定された基準圧力を上回った場合に開弁され、その基準圧力は、その油圧のときにエンジン２１０が必要とする量の摩擦緩和剤が機能部材２３０によって放出されるように設定される。
【００３６】
以上のとおり構成された第３実施形態では、エンジンオイルが高温となり易い高回転時ほど、油圧の上昇によって圧力制御弁２３３を通過したエンジンオイルが機能部材２３０に供給される。したがって、潤滑状態が境界潤滑域以外である場合に、機能部材２３０から放出される摩擦緩和剤の量が抑制されるので、機能部材２３０における添加物すなわち摩擦緩和剤の消費を抑制することができる。
【００３７】
なお、第３実施形態では機械式の圧力制御弁２３３を用いたが、電子制御式のオイルコントロールバルブを設けても良い。この場合には、エンジン回転数及び／又は油温の各検出値又は推定値に基づいて、高回転時及び／又は高油温時にオイルコントロールバルブを開かせるように制御することによって、潤滑状態が境界潤滑域にある場合にのみエンジンオイルを機能部材２３０に供給することができる。
【００３８】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態に限定されず、他の実施形態を許容する。例えば、本発明は、上記実施形態や変形例の全体的な組み合わせまたは部分的な組み合わせを、矛盾しない範囲において許容する。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  エンジン
１２  シリンダヘッドブロック
１４  シリンダブロック
１６  クランクケース
１８  オイルパン
２０  ヘッドカバー
２１  シリンダヘッド室
３０，１３０，２３０  機能部材
１３５  ＥＣＵ
【図１】
2012082692.tif 000003
【図２】
2012082692.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012082692.tif 000006
【図５】
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