JP2012225271A - エンジンオイルの管理方法 - Google Patents
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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
【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)。
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。
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。
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)
- 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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JP2014145702A (ja) * | 2013-01-30 | 2014-08-14 | Hino Motors Ltd | 燃料デポジット単体試験装置 |
US10309275B2 (en) | 2014-06-27 | 2019-06-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for oil pump |
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