JP2004340056A - 内燃機関の潤滑油希釈防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、燃料による潤滑油の希釈を未然に防止する内燃機関の潤滑油希釈防止装置を提供する。
【解決手段】潤滑油１０により各部を潤滑するエンジン１に、燃料による潤滑油１０の希釈を抑制するヒータ１６が設けられ、ＥＣＵ１７に、エンジン１の運転条件を、クランク角センサ８、車速センサ１８等により検出する運転条件検出手段と、ヒータ１６を制御する潤滑油希釈抑制制御手段とが設けられ、運転条件検出手段により検出された運転条件が、潤滑油１０が燃料に希釈され易い運転条件と判断された場合、潤滑油１０中の燃料の量を抑制するように、潤滑油希釈抑制制御手段がヒータ１６を制御する内燃機関の潤滑油希釈防止装置。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油中に混入される燃料の量を抑制する内燃機関の潤滑油希釈防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
年々厳しくなる排ガス規制に対応するために、ＮＯｘ触媒やＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）等による排ガスの後処理装置の装着が必須となっている。これらの後処理装置では、内部に蓄積された物質をパージ（浄化）する方法として、ポスト噴射技術（膨張行程等に燃料を噴射する技術）等を用いて行っている。例えば、ＮＯｘ触媒では、ポスト噴射による燃料により、その内部を還元雰囲気にすると共に、燃料を燃焼させて昇温して、蓄積されたＮＯｘ、ＳＯｘ等を浄化するようにしている。又、ＤＰＦでも、ポスト噴射による燃料により、蓄積された有害物質を燃焼させて、浄化するようにしている。更に、エンジンの始動時に、ポスト噴射による燃料供給により、触媒の温度を上昇させて、触媒を活性化させることもしている。
【０００３】
ところが、これらのポスト噴射による燃料は、いずれも燃焼に寄与する燃料ではなく、触媒の活性化等のために、燃焼に寄与する主噴射の燃料供給後に、追加の供給を行うものである。したがって、ポスト噴射等により供給された燃料は、その噴射開始時期や噴射量によっては、気筒内での燃焼に用いられず、殆ど排気通路側に流入する。そして、一部の未燃燃料は、気筒内壁やピストン等に付着し、ピストンの摺動運動により、気筒内壁やピストン等の潤滑のために用いられている潤滑油と共に、エンジン下部のオイルパンの潤滑油中に混入されることとなる。潤滑油中に混入された未燃燃料は、潤滑油自体を希釈することとなり、潤滑油の粘度が下がり、潤滑油本来の潤滑性能が失われ、エンジンの焼き付きや損傷を引き起こすおそれがあった。
【０００４】
そのため、従来から様々な方法により、燃料による潤滑油の希釈を抑制する技術が提案されてきた。例えば、オイルパンに潤滑油の希釈度を検出する希釈度検出手段を設け、許容希釈度を越えたことを検出すると、潤滑油の温度等を制御して、潤滑油中に混入された燃料を抑制、分離する技術が開示されている（特許文献１参照）。又、メタノールや燃焼生成物の除去を目的に、エンジン始動時に潤滑油の温度を制御する技術も開示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１７９３６号公報（第３−６頁、第１−１１図）
【特許文献２】
特開平６−３３７２４号公報（第２−４頁、第１−４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、燃料による潤滑油の希釈度検出のため、特殊なセンサを用いて検出するようにしており、高コストとなるおそれがあった。又、希釈度検出のため、所定の閾値まで希釈度が上昇してしまい、徐々に潤滑油の潤滑性能が低下するおそれもあった。
【０００７】
更に、始動時における潤滑油の希釈を防止するだけでは、ポスト噴射を行うようなエンジンでの潤滑油の希釈抑制には不十分であり、潤滑油が希釈されるような運転条件の場合にも、積極的に希釈抑制を行う必要があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、簡単な構成で、燃料による潤滑油の希釈を未然に防止する内燃機関の潤滑油希釈防止装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置は、
潤滑油により各部を潤滑する内燃機関に用いられ、
内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
燃料による潤滑油の希釈を抑制する潤滑油希釈抑制装置と、
潤滑油希釈抑制装置を制御する潤滑油希釈抑制制御手段とを有する。
運転条件検出手段により検出された運転条件が、潤滑油が燃料に希釈され易い運転条件と判断された場合、
潤滑油中に含まれる燃料の量を低い水準に抑制するように、潤滑油希釈抑制制御手段が潤滑油希釈抑制装置を制御する。
なお、潤滑油希釈抑制装置は、潤滑油中に混入された燃料を蒸散させることで、燃料を除去するだけではなく、燃料の液化を防止して、燃料の潤滑油への混入を未然に防いで、燃料による潤滑油の希釈を抑制している。
又、運転条件検出手段は、燃料の噴射量、燃料噴射のタイミング、燃料噴射の回数、内燃機関の負荷及び回転数等により、潤滑油が燃料に希釈され易い条件かどうかを判断している。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置は、
上記内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
内燃機関が、燃料を内燃機関の気筒内に噴射する筒内噴射手段、所謂、直噴式の燃料供給装置を有する。
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置は、
上記内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
潤滑油が燃料に希釈され易い運転条件が、低速及び低負荷運転であること、つまり、潤滑油の温度が低い状態であることである。又、燃焼に寄与する主燃料の供給以降に燃料を供給する運転条件である。
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置は、
上記内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
潤滑油希釈抑制装置が、潤滑油の受け皿（オイルパン）、又は潤滑油の通路に設けられ、潤滑油を加熱するヒータである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、一定時間おける潤滑油中の燃料量を、潤滑油温度に対して示したグラフである。
これは、ポスト噴射により、潤滑油中に含まれる燃料の量を確認するために行ったものであり、具体的には、ディーゼルエンジンにおいて、所定のタイミングで、所定量のポスト噴射を行った場合に、潤滑油中に含まれる燃料量をグラフ化したものである。
【００１４】
図１からわかるように、潤滑油温度が低い領域では、低いほど潤滑油中の燃料量が多くなることがわかる。このような状態は、潤滑油が燃料に希釈された状態であり、潤滑油の粘度が低くなり、潤滑油の性能を維持するのは難しい。
【００１５】
ところが、潤滑油温度が所定の温度▲１▼以上の温度領域では、潤滑油中の燃料量が低い水準で、ほぼ一定に抑えられていることがわかる。これは、潤滑油温度が所定の温度▲１▼以上である場合、潤滑油中に混入された燃料が蒸散されやすい状態であり、又、気化している燃料も液化しにくい状態であるため、潤滑油中に含まれる燃料量を低い水準のままで維持できるからである。つまり、ポスト噴射等により、燃料が潤滑油に含まれやすい状態の場合でも、潤滑油温度を温度▲１▼以上に確保しておけば、潤滑油中の燃料量を低い水準に抑えることができ、潤滑油の性能を維持できることとなる。
【００１６】
燃料が潤滑油に含まれやすい条件としては、ポスト噴射が連続的に実施される場合があり、又、潤滑油の温度が低い状態（図１中▲２▼の領域の状態）の運転が連続的に行われた場合、具体的には、低速、低負荷運転の状態が連続して行われ、潤滑油の温度が温度▲１▼まで到達しない場合等がある。ポスト噴射が連続的に実施される場合には、潤滑油に混入するおそれのある燃料が大量に存在する状態であり、潤滑油の温度が低い状態の運転が連続的に行われた場合には、潤滑油中の燃料が蒸散しにくい状態である。特に、低速、低負荷運転が連続的に行われた場合は、潤滑油温度が低い状態であると共に、ポスト噴射も多用されることとなり、潤滑油中に含まれる燃料の量が高い水準で安定する状況となる。しかしながら、このような場合でも、強制的に潤滑油温度を温度▲１▼まで昇温して、潤滑油の温度調整を行えば、潤滑油中に含まれる燃料量を低い水準に抑えることができる。なお、潤滑油の調整温度▲１▼としては、燃料が蒸散する温度が適切であり、周囲の圧力等にもよるが、例えば、８０℃〜９０℃程度が望ましい。
【００１７】
したがって、本発明では、混入前の燃料が液化しにくく、潤滑油へ混入しにくい状態、更に、混入された燃料が気化しやすく、潤滑油から蒸散しやすい状態にすることで、混入前の燃料の潤滑油への混入を未然に防止すると共に、混入された燃料を潤滑油から蒸散して、潤滑油に含まれる燃料の量を低い水準に抑制し、潤滑油の正規な状態を維持し、潤滑性能を保持するようにしている。そこで、上記作用、効果を有する本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置の実施形態例を、以下に示す図を用いて説明する。
【００１８】
図２は、本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【００１９】
図２に示すように、本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、内燃機関であるエンジン１は、燃料の燃焼室となる複数の気筒２と、各々の気筒２に設けられ、気筒２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３（筒内噴射手段）と、気筒内に導入された燃料を燃焼させることにより、気筒２を構成するシリンダ４内壁に沿って、往復運動をするピストン５と、ピストン５に連結され、往復運動を回転運動へ変換するコンロッド６と、コンロッド６により回転運動されるクランクシャフト７等を有している。クランクシャフト７には、クランクシャフト７の角度を検出するクランク角センサ８が設けられている。
【００２０】
各気筒２の吸気側には吸気通路１１が設けられ、図示していないエアクリーナ等を経由して、吸気が吸気弁１２により、気筒２内に導入される。又、各気筒２の排気側には排気通路１３が設けられ、燃焼後の排気を排気弁１４により、気筒２から排気し、図示していない触媒等を経由して、排ガスを浄化して、大気へ放出する。
【００２１】
燃料噴射弁３には、図示していない蓄圧式装置が接続されており、燃料タンクからの燃料をポンプ等により加圧して、気筒２内へ噴射するようにするものである。具体的には、運転状態に応じた燃料噴射量が設定され、燃圧や燃料噴射弁３の噴射時間を制御することで、適切な燃料噴射量が制御されている。又、燃料噴射弁３は、燃焼のための主噴射の燃料だけでなく、主噴射の後に、触媒のためのポスト噴射の燃料の供給が可能な構成である。
【００２２】
エンジン１の下部には、受け皿となるオイルパン９が設けられており、オイルパン９には、エンジン１の各部を潤滑させるため、適量の潤滑油１０が溜められている。図示していないが、潤滑油１０は、潤滑の機能を果たすように、ポンプ等を用いて吸い上げられた後、各部へ供給され、最終的にはオイルパン９へ戻るようになっている。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置では、オイルパン９に潤滑油１０の温度を検出する温度センサ１５を設け、更に、潤滑油１０の温度を所定温度以上に加熱するためのヒータ１６（潤滑油希釈抑制装置）が、オイルパン９の下部に設けられている。このヒータ１６は、潤滑油１０の温度を所定温度以上に維持することで、燃料による潤滑油の希釈を抑制する機能を果たす。なお、温度センサ１５及びヒータ１６は、オイルパン９だけではなく、各部へ潤滑油１０を流入させる潤滑油通路等に設けてもよい。
【００２４】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、電子制御装置）１７は、プログラムに従って演算を行い、各機器の制御を行うＣＰＵと、プログラムやデータ、演算結果を記録するＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶領域と、信号の入出力を行うインターフェース、タイマカウンタ等を有するものであり、ＥＣＵ１７が上記各機器を制御して、エンジン１を作動させている。
【００２５】
ＥＣＵ１７は、運転条件検出手段を有しており、クランク角センサ８からの出力をカウントして、エンジン１の回転数Ｎｅを検出し、又、アクセル開度を検出するアクセルセンサ１８から信号を取り込むことで、エンジン１の運転条件を検出している。又、燃焼のための主燃料噴射だけでなく、触媒等のためのポスト噴射のタイミング、噴射量、頻度等を監視することでも、エンジン１の運転条件を判断している。
【００２６】
又、ＥＣＵ１７は、ヒータ１６を制御する潤滑油希釈抑制制御手段を有し、エンジン１の運転条件を上記運転条件検出手段により監視し、潤滑油１０が燃料に希釈されやすい運転条件と判断された場合、例えば、アクセルセンサ１８によるアクセル開度が低く（低負荷）、クランク角センサ８によるエンジン１の回転数が低い（低速）運転が連続して行われる場合、つまり、潤滑油温度が低い状態である場合、又は、燃料噴射弁３からのポスト噴射頻度が多くなる状態の場合、潤滑油１０の温度を所定温度以上になるように、ヒータ１６を用いて加熱制御して、潤滑油１０中の燃料量を低い水準に抑制している。
【００２７】
具体的には、潤滑油１０が燃料に希釈されやすい運転条件を満たす場合、潤滑油１０を所定温度以上に調整するために、ＥＣＵ１７が潤滑油１０の温度を、温度センサ１５を用いて監視し、ヒータ１６を用いて潤滑油１０の温度を強制的に所定温度以上に制御している。
【００２８】
上記構成により、潤滑油１０が燃料に希釈されやすい運転条件の場合、潤滑油１０の温度が燃料の蒸散温度領域に維持され、気化している燃料は液化することがなく、又、潤滑油中に混入された燃料はすばやく蒸散される。そして、気化された燃料は、ブローバイガスと共に吸気管に再吸入されて、燃焼させられるので、オイルパン９の潤滑油１０の近傍に長時間滞留することがなく、潤滑油中の燃料量を低い水準に抑えることが可能となる。
【００２９】
なお、本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置は、ディーゼルエンジンの場合でも、ガソリンエンジンの場合でも適用可能である。又、直噴式だけではなく、吸気管噴射式の燃料供給装置を有するエンジンにも適用可能である。
【００３０】
次に、本発明に係る内燃機関の潤滑油維持装置での具体的な制御を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３１】
（ステップＳ１）
潤滑油の温度制御のため、ヒータの時間制御を行うタイマのカウントが０であるかどうかを判断し、０であれば、つまり、ヒータ動作中でなければ、次のステップＳ２へ進む。
０でなければ、つまり、ヒータ動作中であれば、ステップＳ６へ進む。
【００３２】
（ステップＳ２）
エンジンの運転条件が、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件かどうか検出するため、所定値以下の負荷が、第１所定時間以上継続しているかどうかを判断する。所定値以下の負荷とは、例えば、低アクセル開度で運転されている状態等をいい、アクセルセンサ１８等により検出されており、一瞬ではなく、第１所定時間以上継続して、所定値以下の負荷であるときに初めて、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件と判断される。
所定値以下の負荷が第１所定時間以上継続している場合は、次のステップＳ３へ進む。
所定値以下の負荷が第１所定時間以上継続していない場合は、ステップＳ８へ進む。
【００３３】
（ステップＳ３）
エンジンの運転条件が、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件かどうか検出するため、所定値以下のエンジン回転数Ｎｅが、第２所定時間以上継続しているかどうかを判断する。エンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサにより検出されており、一瞬ではなく、第２所定時間以上継続して、所定値以下のエンジン回転数Ｎｅのときに初めて、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件と判断される。
所定値以下のエンジン回転数Ｎｅが、第２所定時間以上継続している場合は、次のステップＳ４へ進む。
所定値以下のエンジン回転数Ｎｅが、第２所定時間以上継続していない場合は、ステップＳ８へ進む。
【００３４】
（ステップＳ４）
エンジンの運転条件が、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件かどうか検出するため、燃料噴射弁でのポスト噴射頻度をカウントし、ポスト噴射頻度が所定頻度以上であるかどうかを判断する。なお、燃料噴射弁でのポスト噴射頻度は、ＥＣＵによりカウントする。所定頻度としては、例えば、１分間に２００パルス程度のポスト噴射がある場合等である。又、ポスト噴射頻度だけでなく、ポスト噴射のタイミングや噴射量を総合的に判断して、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件かどうかを検出してもよい。
ポスト噴射頻度が、所定頻度以上継続している場合は、次のステップＳ５へ進む。
ポスト噴射頻度が、所定頻度以上継続していない場合は、ステップＳ８へ進む。
【００３５】
なお、上記ステップＳ２からステップＳ４までの判断制御は、全てを満たす場合に限ることなく、ステップＳ２、Ｓ３だけ（図３中Ａ部分だけ、つまり、低速、低負荷運転）の場合に、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件と判断してもよいし、ステップＳ４だけ（図３中Ｂ部分だけ、つまり、ポスト噴射運転）の場合に、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件と判断してもよい。
【００３６】
（ステップＳ５）
上記判断条件を満たして、初めてヒータタイマが規定時間にセットされる。
例えば、規定時間としては３０秒を設定し、一度、上記運転条件を満たせば、潤滑油が所定温度到達した場合を除き、規定時間だけヒータが通電されることになる。
（ステップＳ６）
オイルパンのヒータに電源を供給するため、ヒータ回路が通電される。
【００３７】
（ステップＳ７）
ヒータ回路通電中は、温度センサにより潤滑油の温度が監視される。
潤滑油の温度が所定温度以上であれば、ステップＳ８へ進む。
潤滑油の温度が所定温度以上でなければ、ステップＳ１０へ進む。
所定温度としては、８５℃を設定する。
（ステップＳ８、９）
潤滑油の温度が所定温度以上であれば、ヒータタイマを０にリセットし、ヒータ回路を遮断して、スタートへ戻る。
（ステップＳ１０）
潤滑油の温度が所定温度以上でなければ、ヒータタイマを１つ減算して、スタートへ戻る。
【００３８】
つまり、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件の場合には、潤滑油の温度が所定温度（図１中の温度▲１▼参照）以上になるように、ヒータが通電されて、潤滑油を加熱する。そして、潤滑油の温度が所定温度に到達するか、又は、ヒータの通電時間が規定時間に到達すると、ヒータの通電を遮断して、潤滑油を加熱しすぎないように制御する。このような潤滑油の温度制御を行うことで、燃料により潤滑油が希釈されやすい運転条件の場合には、潤滑油の温度を制御して、潤滑油が燃料に希釈されにくい状態になるようにしている。
【００３９】
従来技術では、燃料の潤滑油への混入に対して、予防的な手段は考慮されていなかった。したがって、燃料が潤滑油へ混入する可能性の高い運転条件においても、燃料が潤滑油へ一旦混入した後、希釈度を測定し、許容希釈度を越えて始めて、希釈抑制装置が動作して、混入された燃料を分離、除去し、結果的に希釈度、つまり、潤滑油中の燃料量を抑制していた。そのため、徐々にではあるが、潤滑油の劣化が進むおそれがあった。
【００４０】
ところが、本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置では、燃料が潤滑油へ混入する可能性の高い運転条件を、予めに検出するようにしており、そのような運転条件の場合には、潤滑油の温度を燃料が蒸散する温度に保つことで、燃料が液化して潤滑油中に混入しないようにして、燃料の潤滑油への混入を予防している。又、気化された燃料は、クランクケース内のブローバイガスと共に、内燃機関の吸気通路側へ吸入されるため、再び液化して、潤滑油へ混入することは少ない。又、たとえ、燃料が潤滑油中に混入されてしまっても、潤滑油の温度により、潤滑油中からすばやく蒸散されてしまい、潤滑油中に含まれる燃料の量を、常に低い水準に維持することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料を液化しないようにして、潤滑油への混入を事前に予防することができると共に、潤滑油中に混入した燃料を蒸散させることで、潤滑油中の燃料量を低い水準に維持して、燃料による潤滑油の希釈を抑制することができる。そのため、潤滑油の寿命を延ばせると共に、潤滑油の粘度の低下を抑えて、エンジンの焼き付きや損傷を防止することができる。
【００４２】
燃料による潤滑油の希釈を抑制することができるため、ポスト噴射を行うエンジンにおいても、潤滑油の潤滑性能を低減させることなく、潤滑油を良好な状態に保て、ポスト噴射による触媒の活性化と潤滑油の希釈防止を両立させることができ、触媒を最適な状態で使用することが可能となり、排気ガス中のＮＯｘ等をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】潤滑油中に混入する燃料量を潤滑油温度に対して示したグラフである。
【図２】本発明に係る内燃機関の潤滑油希釈防止装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【図３】図２に示す内燃機関の潤滑油希釈防止装置の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ シリンダ
５ ピストン
６ コンロッド
７ クランクシャフト
８ クランク角センサ
９ オイルパン
１０ 潤滑油
１１ 吸気通路
１２ 吸気弁
１３ 排気通路
１４ 排気弁
１５ 温度センサ
１６ ヒータ
１７ ＥＣＵ
１８ アクセルセンサ

Claims (5)

1. 潤滑油により各部を潤滑する内燃機関であって、
   前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
   燃料による前記潤滑油の希釈を抑制する潤滑油希釈抑制装置と、
   前記潤滑油希釈抑制装置を制御する潤滑油希釈抑制制御手段とを有し、
   前記運転条件検出手段により検出された運転条件が、前記潤滑油が燃料により希釈され易い運転条件と判断された場合、
   前記潤滑油中に含まれる燃料の量を低い水準に抑制するように、前記潤滑油希釈抑制制御手段が前記潤滑油希釈抑制装置を制御することを特徴とする内燃機関の潤滑油希釈防止装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
   前記内燃機関は、燃料を前記内燃機関の気筒内に噴射する筒内噴射手段を有することを特徴とする内燃機関の潤滑油希釈防止装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
   前記潤滑油が燃料により希釈され易い前記運転条件は、低速及び低負荷運転であることを特徴とする内燃機関の潤滑油希釈防止装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
   前記潤滑油が燃料により希釈され易い前記運転条件は、燃焼に寄与する主燃料の供給以降に燃料を供給する運転条件であることを特徴とする内燃機関の潤滑油希釈防止装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の内燃機関の潤滑油希釈防止装置において、
   前記潤滑油希釈抑制装置は、前記潤滑油の受け皿、又は前記潤滑油の通路に設けられ、前記潤滑油を加熱するヒータであることを特徴とする内燃機関の潤滑油希釈防止装置。

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