JP2012225271A - エンジンオイルの管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオディーセル燃料を使用するディーセルエンジンにおいて、エンジンオイル中のデポジットの生成を抑制し、デポジット起因の不具合を防止するためのエンジンオイルの管理方法を提供する。
【解決手段】バイオディーゼル燃料を用いたディーゼルエンジンのエンジンオイルの油温を管理するエンジンオイルの管理方法であって、前記エンジンオイルに含まれるバイオディーゼル燃料の燃料濃度を測定するステップと、前記エンジンオイルの油温を測定するステップと、前記油温が所定の温度以上であり、かつ、前記燃料濃度が所定の濃度以上となったときに、前記エンジンオイルが前記所定の温度未満となるように、前記エンジンオイルを冷却するステップと、を少なくとも含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに用いるエンジンオイルの管理方法であって、特に、バイオディーゼル燃料を使用するディーゼルエンジンのエンジンオイルを管理するに好適なエンジンオイルの管理方法に関する。

従来から、ディーゼルエンジン等のエンジンには、エンジンオイルが潤滑油として用いられている。このようなエンジンオイルは、オイルクーラシステム（エンジンオイルの管理装置）によって管理される。オイルクーラシステムは、エンジン焼付きやオイル劣化を防止する目的で設置されている。

オイルクーラシステムは、サーモスタット等でオイルが規定温度以上になると、冷却回路へオイルが循環する仕組みである。ここで、従来から開示されているラジエーターによるサーモスタット電子制御化技術は、エンジン始動時の早期暖気等、燃費向上をターゲットとした技術である。例えば、従来から、エンジンの冷却を目的として、エンジン負荷に応じて、サーモスタットを電子制御し、冷却水温度を可変に設定する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−１２０２９４号公報

このように、特許文献１に記載の技術は、エンジンの運転状況（冷却水温度、エンジン負荷など）に合わせて、冷却水温を意図的にコントロールするものである。しかしながら、バイオディーセル燃料を含有する自動車用ディーセル燃料が、従来と比較して酸化劣化し易いＳＭＥ（大豆油メチルエステル）、ＲＭＥ（菜種油メチルエステル）などの脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）が含まれるため、エンジン中にこのようなバイオディーゼル燃料が、未燃焼状態で混入するとオイル劣化を引き起こすおそれがある。

そして、エンジンの冷却は、バイオディーゼル燃料とは関係なく制御されるため、高温時にバイオディーセルエンジン由来のピストンデポジット等のデポジットが生成され、オイル消費の増加など不具合を引き起こすおそれもあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バイオディーセル燃料を使用するディーセルエンジンにおいて、エンジンオイル中のデポジットの生成を抑制し、デポジット起因の不具合を防止するためのエンジンオイルの管理方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に係るエンジンオイルの管理方法は、バイオディーゼル燃料を用いたディーゼルエンジンのエンジンオイルの油温を管理するエンジンオイルの管理方法であって、前記エンジンオイルに含まれるバイオディーゼル燃料の燃料濃度を測定するステップと、前記エンジンオイルの油温を測定するステップと、前記油温が所定の温度以上であり、かつ、前記燃料濃度が所定の燃料濃度以上となったときに、前記エンジンオイルが前記所定の温度未満となるように、前記エンジンオイルを冷却するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明によれば、所定の燃料濃度以上のバイオディーセル燃料が、エンジンオイルに混入し、これが所定の温度以上に加熱されることにより、デポジットの生成が促進されるところ、このデポジットの生成が促進される濃度（所定の濃度以上）となったとしても、この生成が促進される条件となる油温を超えないように、冷却ステップにおいて、バイオディーセル燃料を冷却するので、エンジンオイル中のバイオディーセル燃料が起因となるデポジットの生成を抑えることができる。

さらに、好ましい態様としては、前記所定の燃料濃度は、６体積％であり、前記所定の温度は、１００℃である。また、濃度が６体積％未満の時は、エンジンオイルが１００℃以上に加熱されていてもよい。この態様によれば、バイオディーゼル燃料の燃料濃度が、６体積％以上の場合において、油温１００℃以上で生じるデポジットの生成を抑制することができる。なお、後述するように、燃料濃度が６体積％の未満のとき、または、油温が１００℃未満のときには、デポジットが生成し難いので、このことを理由としたエンジンオイルの冷却を必ずしもしなくてもよい。

より好ましい態様としては、前記エンジンオイルの冷却を、エンジンオイルの経路を切換える切換え弁（サーモスタット）を切り換えることにより行うことがより好ましい。この態様によれば、エンジンオイルに含まれるバイオディーセル燃料の燃料濃度と、エンジンオイルの油温とに基づいて、ＥＣＵ等の制御手段からの信号に基づいて、切換え弁を切り換えることにより、エンジンオイルを冷却することができる。

また、本発明において、エンジンオイルの管理するに好適な管理装置も開示する。本発明に係るエンジンオイルの管理装置は、バイオディーゼル燃料を用いたディーゼルエンジンのエンジンオイルの油温を管理するエンジンオイル管理装置であって、前記エンジンオイルに含まれるバイオディーゼル燃料の燃料濃度を測定する燃料濃度を測定する濃度測定手段と、エンジンオイルを冷却する冷却手段と、前記エンジンオイルの油温を測定する油温測定手段と、前記測定した油温が所定の温度以上であり、かつ、前記測定した燃料濃度が所定の濃度以上となったときに、前記エンジンオイルが前記所定の温度未満となるように、前記冷却手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、所定の濃度以上のバイオディーセル燃料が、エンジンオイルに混入し、これが所定の温度以上に加熱されることにより、デポジットの生成が促進されるところ、このデポジットが生成が促進される濃度（所定の濃度以上）となったとしても、この生成が促進される条件となる油温を超えないように、制御手段が、冷却手段によりバイオディーセル燃料を冷却させるので、エンジンオイル中のバイオディーセル燃料が起因となるデポジットの生成を抑えることができる。

さらに、好ましい態様としては、前記制御手段は、前記所定の濃度を、６体積％に設定し、所定の温度を、１００℃に設定する。この態様によれば、バイオディーゼル燃料が、６体積％を超えた場合において、１００℃以上で生じるデポジットの生成を抑制することができる。すなわち、後述するように、燃料濃度が６体積％の未満のとき、または、油温が１００℃以下のときには、デポジットが生成し難いので、制御手段は、冷却手段によるエンジンオイルの冷却を必ずしもしなくてもよい。

より好ましい態様としては、前記冷却手段は、エンジンオイルが貯蔵された貯蔵経路と、エンジンに供給されるエンジンオイルを循環させる循環経路と、該貯蔵経路と循環経路とを接続および遮断するよう経路を切換える切換え弁（サーモスタット）とを備えている。

この態様によれば、エンジン始動時には、切換え弁により貯蔵経路と循環経路とを遮断し、循環経路を循環するエンジンオイルをエンジンに供給する。そして、エンジンオイルに含まれるバイオディーセル燃料の燃料濃度と、エンジンオイルの油温とに基づいて、デポジットが生成される条件を満たしたときに、制御手段からの信号により、切換え弁を切り換える。これにより、貯蔵経路を循環経路に接続され、循環経路中のエンジンオイルよりも油温の低い貯蔵経路中のエンジンオイルが混入され、循環経路中のエンジンオイルを冷却することができる。これにより、循環経路中のデポジットを抑制することができる。

本発明によれば、バイオディーセル燃料を使用するディーセルエンジンにおいて、エンジンオイル中のデポジットの生成を抑制し、デポジット起因の不具合を防止することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンオイルの管理装置の模式的概念図。 バイオディーゼル燃料の温度に依存した劣化を確認した結果であり、（ａ）は、エンジンオイルの劣化試験後の不溶解分量の結果を示した図であり、（ｂ）は、エンジンオイル劣化試験後のＨＴＣＴデポジット量の結果を示した図。 バイオディーゼル燃料の燃料濃度に依存した劣化を確認した結果であり、（ａ），（ｂ）は、異なる燃料濃度におけるエンジンオイルの劣化試験後の不溶解分量の結果を示した図であり、（ｃ），（ｄ）異なる燃料濃度におけるエンジンオイル劣化試験後のＨＴＣＴデポジット量の結果を示した図。 、図１に示すエンジンオイルの管理装置を用いたエンジンオイルの管理方法を示すフロー図。

以下に、図面に基づき、本発明に係るエンジンオイルの管理方法およびその管理のいくつかの実施形態を説明する。
図１は、本実施形態のディーセルエンジンのエンジンオイルの管理装置である。図１に示すように、ディーセルエンジンは、エアクリーナ２から吸気された吸入空気の量を、スロットル３で調整し、サージタンク４およびインテークマニホルド５を介して、エンジン本体１に吸入空気を供給するように構成されている。エンジン本体１の上流側には、燃料噴射弁（図示せず）が配置されており、この燃料噴射弁により噴射された燃料が、吸入空気と混合され、この混合気がエンジンの燃焼内に供給され、燃料が燃焼する。

ここで、燃料は、バイオディーセル燃料を含むものであり、具体的には、軽油に、大豆油メチルエステル（ＳＭＥ）、菜種油メチルエステル（ＲＭＥ）等の脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）を混合したものを挙げることができる。

燃焼後の排気ガスは、エキゾーストマニホルド６を介して排気管７から放出される。ここで、エンジンオイルは、エンジン本体１のピストン（図示せず）とシリンダ（図示せず）との潤滑油として作用するものであり、エンジン本体１の下方内部に形成されたオイルバス（図示せず）内に収容されている。

ここで、エンジン本体１およびこれに収容されたエンジンオイルを冷却するためのオイルクーラ（エンジンオイルの管理装置）の一例を説明する。このエンジンオイルの管理装置は、冷却系として、オイルアウトレットパイプ８と、オイルラジエーター９と、オイルインレットパイプ１０と、オイルバイパスパイプ１１とを備えている。

さらに、オイルインレットパイプ１０とオイルバイパスパイプ１１との接続部には、電子サーモスタット１２が設けられており、エンジンオイルの管理装置は、以下に示すセンサ等１５、１８を備えており、これらのセンサの出力信号に基づいて、電子サーモスタット１２を制御するＥＣＵ（制御手段）１４を備えている。

ＥＣＵ１４は、電子サーモスタット１２に制御信号を送ることにより、オイルポンプ１３によりエンジン本体１の内部に送られるオイルの経路の開度制御を行う。具体的には電子サーモスタット１２は、経路切換えバルブ１２ａを備えており、ＥＣＵ１４は、経路切換えバルブ１２ａの弁開度を制御することにより、エンジンオイルを所望の温度に冷却する。

すなわち、エンジン本体１に入るエンジンオイルにおいて、オイルラジエーター９を経てオイルインレットパイプ１０経由で流れる低温のエンジンオイルの少なくとも一部を、オイルラジエーター９を経ることなく、オイルバイパスパイプ１１経由で流れる高温のエンジンオイルに混合して、最適な油温に調整されたエンジンオイルがエンジン本体１に入るように構成されている。これにより、エンジンオイルの温度を管理することができる。

なお、ここでは、オイルクーラを用いたが、エンジンを冷却する冷却水をサーモスタットにより、間接的にエンジンオイルを冷却してもよい。

さらに、図１に示すように、オイルインレットパイプ１０において電子サーモスタット１２よりもエンジン本体１側には、油温センサ１５が設けられている。エンジン本体１のオイルバスには、エンジンオイル中に含まれるバイオ燃料の燃料濃度を測定するための濃度測定センサ１８が設けられている。この濃度測定センサ１８は、使用するバイオ燃料の種類に応じて選定される一般的に知られたセンサである。

また、ＥＣＵ（制御手段）１４には、トランスミッションの出力軸に設けられた車速センサ（図示せず）によって検出された車速を示す信号（車速信号）１７、外気温を示す信号、エンジンオイルの油温センサ１５および濃度測定センサ１８で検出（測定）された各種信号、およびスロットルポジションセンサ１９により検出されたスロットル開度を示す信号等が入力される。

そして、ＥＣＵ１４は、以下に述べるように、これらの入力された信号のうち、油温センサ１５の油温および濃度測定センサ１８の燃料濃度に基づいて、電子サーモスタット１２の経路切換えバルブ１２ａを制御する。具体的には、経路切換えバルブ１２ａは、その開度が可変式のバルブであり、油温が１００℃未満、かつエンジンオイルに対する燃料濃度が６体積％未満の場合には、ラジエーター（貯蔵経路）９を経ることなくまたは、経路切換えバルブを一部開いて、オイルバイパスパイプ１１経由で流れる冷却水を循環させる（循環経路で循環させる）。

一方、具体的には電子サーモスタット１２は、経路切換えバルブを用いて、油温が１００℃以上、かつエンジンオイルに対して燃料濃度が６体積％以上の場合には、電子サーモスタット１２の経路切換えバルブ１２ａを制御し、ラジエーター９を経てオイルインレットパイプ１０経由で流れる低温の冷却水を、ラジエーター９を経ることなくオイルバイパスパイプ１１経由で流れる冷却水に混合し、エンジンオイルの油温が１００℃未満となるように制御する。

ここで、発明者は、上述した油温および燃料濃度の閾値を確認すべく、以下の試験を行った。図２は、バイオディーゼル燃料の温度に依存した劣化を確認した結果であり、（ａ）は、エンジンオイル（ＪＡＳＯ ＤＬ−１ ５Ｗ−３０）の劣化試験後の不溶解分量の結果を示した図であり、（ｂ）は、エンジンオイル劣化試験後のＨＴＣＴデポジット量の結果を示した図である。なお、ここでＨＴＣＴデポジット量は、ホットチューブコーキングテスト（ＨＴＣＴ）での付着デポジット量である。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、軽油を１００℃または９０℃以下で、７２時間（劣化時間）加熱した場合、経過時間（劣化時間）と共に、不溶解分量は増加し、軽油を１００℃、７２時間で加熱した場合、ＨＴＣＴデポジット量も増加した。

一方、軽油にＳＭＥ３０体積％を添加し、これをエンジンオイルに２０体積％添加したもの（バイオディーゼル燃料を６体積％含むエンジンオイル（図中の▲））は、加熱温度を１００℃にした場合において、軽油(図中の●，○）、ＳＭＥを含む９０℃以下のもの（図中の△）に比べて、不溶解分量の増加量は多くなり、軽油（●）に比べてＨＴＣＴデポジット量の増加量が多くなった。

この結果から、高温ほど（１００℃以上で）、大豆油メチルエステル（ＳＭＥ）によるエンジンオイルの劣化が促進されたといえ、これは、その他の脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）であっても同様のことがいえる。そして不溶解分量の増加により、ＨＴＣＴデポジット量も増加し、耐デポジット性能が低下した（デポジットの生成量が増加した）ことがわかる。これにより、エンジンオイルを冷却するための油温の条件を、１００℃以上とした。

図３は、バイオディーゼル燃料の燃料濃度に依存した劣化を確認した結果であり、（ａ），（ｂ）は、異なる燃料濃度におけるエンジンオイルの劣化試験後の不溶解分量の結果を示した図であり、（ｃ），（ｄ）異なる燃料濃度におけるエンジンオイル劣化試験後のＨＴＣＴデポジット量の結果を示した図である。

図３（ａ），（ｃ）に示すように、エンジンオイルのみ（●）、１０体積％の軽油を混合したエンジンオイル（△）、３０体積％のＲＭＥ（菜種油メチルエステル）を混合した軽油を１０体積％した混合したエンジンオイル（×）、３０体積％のＳＭＥ（大豆油メチルエステル）を混合した軽油を１０体積％した混合したエンジンオイル（□）を準備し、これらを１００℃で、図に示す所定時間（劣化時間）加熱することにより、ペンタン不溶解分量とＨＴＣＴデポジット量とを測定した。

ここで、エンジンオイル中のバイオディーゼル燃料（ＳＭＥ，ＲＭＥ）の比率をＸ１、オイルへの混合した燃料比率Ｘ２，使用燃料中のバイオディーゼル燃料の比率をＸ３としたときに、これらの関係はＸ１＝Ｘ２×Ｘ３であり、図３（ａ），（ｃ）に示すＳＭＥまたはＲＭＥを含むエンジンオイルは、いずれも、エンジンオイルに対して、バイオディーゼル燃料（ＳＭＥ，ＲＭＥ）を、３体積％含んでいることになる。

さらに、図３（ｂ），（ｄ）に示すように、エンジンオイルのみ（●）、２０体積％の軽油を混合したエンジンオイル（△）、３０体積％のＲＭＥ（菜種油メチルエステル）を混合した軽油を２０体積％した混合したエンジンオイル（×）、３０体積％のＳＭＥ（大豆油メチルエステル）を混合した軽油を２０体積％した混合したエンジンオイル（□）を準備し、これらを１００℃で加熱することにより、ペンタン不溶解分量とＨＴＣＴデポジット量とを測定した。

上述したように、図３（ｂ），（ｄ）に示すＳＭＥまたはＲＭＥを含むエンジンオイルは、いずれも、エンジンオイルに対して、バイオディーゼル燃料（ＳＭＥ，ＲＭＥ）を、６体積％含んでいることになる。

これらの結果から、エンジンオイル中のバイオディーゼル燃料（ＳＭＥ，ＲＭＥ）の比率（燃料濃度）が、３体積％の場合には、他のエンジンオイルと同様に、エンジンオイルの劣化は小さいと考えられるが、他のエンジンオイルに比べて、エンジンオイル中のバイオディーゼル燃料（ＳＭＥ，ＲＭＥ）の比率（燃料濃度）が、６体積％の場合には、エンジンオイルの劣化は大きい。

従って、図３（ａ）〜（ｄ）より、エンジンオイルの油温が１００℃以上、であり、エンジンオイル中のバイオディーゼル燃料の燃料濃度が、６％以上のときに、エンジンオイルの劣化が促進されるといえ、このような条件になったときに、本実施形態では、上述したように、エンジンオイルの冷却を行うものである。

図４は、図１に示すエンジンオイルの管理装置を用いたエンジンオイルの管理方法を示すフロー図である。

まず、ステップＳ４１において、濃度測定センサ１８により、バイオディーゼル燃料の燃料濃度Ｘ１を測定する。次に、ステップＳ４２に進み、ＥＣＵ１４により、測定した燃料濃度Ｘ１が、６体積％以上であるかを判定する。ここで、燃料濃度Ｘ１が６体積％未満である場合には、ステップＳ４１に戻り、この測定を繰り返す。一方、燃料濃度が６体積％以上となったときには、ステップＳ４３に進む。

次に、ステップＳ４３で、サーモスタット開弁温度制御を開始する。ここでは、電子サーモスタット１２の経路切換えバルブ１２ａを所定の開度に開弁する。その開度を制御することにより、オイルラジエーター９内のエンジンオイルを合流させる。これにより、１００℃以下の場合におけるエンジンオイルの僅かな劣化も抑えることができる。

次に、ステップＳ４４では、油温センサ１５によりエンジンオイルの油温を測定する。次に、ステップＳ４５に進み、ＥＣＵ１４により、測定した油温が、１００℃以上であるかを判定する。ここで、燃料濃度Ｘ１が１００℃未満である場合には、ステップＳ４４に戻り、この測定を繰り返し、油温が１００℃以上となったときには、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４６では、ＥＣＵ１４におけるサーモスタット開弁温度を１００℃に変更し、油温に基づいて、エンジンオイルが１００℃未満となるように、経路切換えバルブ１２ａの開度をフォードバック制御し、ステップ４７に進む。

さらに、ステップ４７に進み、所定の時間経過後、燃料濃度を測定し、燃料濃度が６体積％未満となる、または、エンジンオイルを交換したかを、ＥＣＵ１４が判定する。この条件を満たした場合には、ステップ４８に進み、サーモスタットの開弁温度を、１００℃から初期の設定値に戻す。なお、ここで、エンジンオイルの交換は、エンジンオイルの油量等をセンサにより検出し、これをＥＣＵ１４が判断してもよい。

また、ステップ４７で、燃料濃度が６体積％以上、かつ、エンジンオイルを交換していない場合には、ステップＳ４６を繰り返す。

このようにして、バイオディーセル燃料を使用するディーセルエンジンにおいて、エンジンオイル中のデポジットの生成を抑制し、デポジット起因の不具合を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

本実施形態では、油温の計測は、通常の車両では油温センサが搭載されていないので、油温センサーを搭載したが、エンジンを冷却する冷却水の水温センサからエンジンオイルの油温を推定してもよい。また、本実施形態では、エンジンオイルをオイルクーラにより冷却したが、エンジンを冷却する冷却水により、間接的にエンジンオイルを冷却するようにしてもよい。

１：エンジン本体、２：エアクリーナ、５：インテークマニホルド、６：エキゾーストマニホルド、８：オイルアウトレットパイプ、９：オイルラジエーター、１０：オイルインレットパイプ、１１：オイルバイパスパイプ、１２：電子サーモスタット、１２ａ：経路切換えバルブ、１４：ＥＣＵ、１５：油温センサ、１８：濃度測定センサ、１９：スロットルポジションセンサ

Claims (1)

1. バイオディーゼル燃料を用いたディーゼルエンジンのエンジンオイルの油温を管理するエンジンオイルの管理方法であって、
   前記エンジンオイルに含まれるバイオディーゼル燃料の燃料濃度を測定するステップと、
   前記エンジンオイルの油温を測定するステップと、
   前記油温が所定の温度以上であり、かつ、前記燃料濃度が所定の濃度以上となったときに、前記エンジンオイルが前記所定の温度未満となるように、前記エンジンオイルを冷却するステップと、を少なくとも含むことを特徴とするエンジンオイルの管理方法。

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