JP6057541B2 - オイル劣化抑制装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記メソポーラス無機材の平均細孔径が1〜30nmであることを要旨とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記メソポーラス無機材の細孔容積が0.3〜4.0cm3/gであることを要旨とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1において、前記メソポーラス無機材の比表面積が120〜2000m2/gであることを要旨とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記メソポーラス無機材が、Si、Al、Fe、Ca及びMgからなる群より選ばれる元素を有する酸化物系無機材であることを要旨とする。
また、メソポーラス無機材の平均細孔径が1〜30nmである場合は、初期劣化物がメソポーラス無機材の細孔内に侵入し易く、細孔内に十分に吸着され、スラッジ化がより抑制されてオイルの劣化が抑えられる。
更に、細孔容積が0.3〜4.0cm3/gである場合は、初期劣化物を吸着するための十分な細孔空間を有するため、初期劣化物が吸着され易く、スラッジ化がより抑制されてオイルの劣化が抑えられる。
また、比表面積が120〜2000m2/gである場合は、メソポーラス無機材が初期劣化物を吸着するための十分な表面積を有するため、初期劣化物が吸着され易く、スラッジ化がより抑制されてオイルの劣化が抑えられる。
更に、メソポーラス無機材が、Si、Al、Fe、Ca及びMgからなる群より選ばれる元素を有する酸化物系無機材である場合は、劣化抑制剤として十分に機能し、初期劣化物が細孔表面に吸着されてスラッジ化が抑制され、オイルの劣化が十分に抑えられる。
77Kにおける窒素吸着等温線を、全自動ガス吸着測定装置(日本ベル社製、型式「BELSORP−mini II」)を用いて、定容法により測定する。尚、吸着水の影響を除去するため、前処理として、真空下で150℃、2時間の熱処理を行った。得られた吸着等温線より、P/P0(相対圧)=0.95における吸着量から細孔容積(Vp)を求めた。また、BJH法により細孔径分布を求め、この細孔径分布のピーク値を平均細孔径とした。更に、P/P0(相対圧)が0.05〜0.20における吸着量からBETプロットにより比表面積を算出した。
<参考例1>
(1)オイル劣化抑制装置の構成
本参考例に係るオイル劣化抑制装置1は、図1に示すように、ハウジング2内に軸方向に並んで収容される濾過部3及び劣化抑制部4を備えている。このハウジング2は、軸方向の一端側を開放した有底筒状の第1ケース5及び第2ケース6を備えている。これら各ケース5、6は、その開放端側に形成されたネジ部により着脱可能に固定されている。
次に、上記構成のオイル劣化抑制装置1の作用について説明する。ポンプ18(図5参照)の作動によりオイルパン9内に貯留されるオイルがオイル劣化抑制装置1に送られる。そして、図1に示すように、オイル流入路7に送られるオイルは、ハウジング2内部の上流側空間R1内に流入してハウジング2の軸方向に沿って流れて劣化抑制部4及び濾過部3を順次通過する。この劣化抑制部4において、オイルは、渦巻状の隣り合う流路壁16の隙間及びハウジング2の内壁と最外周側の流路壁16との間を通過する。このとき、流路壁16の表面側を流れるオイルは、流路壁16内に滲入して劣化抑制剤17と接触することで劣化が抑制されてから流路壁16の表面側に戻る(図4参照)。そして、劣化抑制部4を通過したオイルは、濾過部3に至り、濾材10によりオイル中の異物(例えば、塵埃、金属磨耗片、スラッジ等)が捕捉され、プロテクタ11の貫通孔12を介して下流側空間R2及びオイル流出路8を通ってエンジンの潤滑対象部に送られる。
以上より、本参考例によると、劣化抑制部4でオイルの劣化が抑制されるとともに濾過部3でオイルが濾過される。そして、劣化抑制部4では、劣化抑制剤15を保持した流路壁16の表面側に沿ってオイルが流れることでオイルの劣化が抑制される。これにより、劣化抑制部4ではオイルがクロスフローされることとなり、オイルの通油抵抗を減らして圧力損失の上昇を抑制することができる。
次に、本参考例2に係るオイル劣化抑制装置について説明する。なお、本参考例2のオイル劣化抑制装置において、上記参考例1に係るオイル劣化抑制装置1と略同じ構成部位には同符号を付けて詳説を省略する。
本参考例に係るオイル劣化抑制装置21は、図6及び図7に示すように、ハウジング2内に収容される複数組(図中2組)の濾過部23及び劣化抑制部24を備えている。このハウジング2は、第1ケース5及び第2ケース6を備えている。この第1ケース5の底部に形成されたオイル流入路7は、一方の組の濾過部23及び劣化抑制部24の軸方向の端面と対向して開口している。
次に、上記構成のオイル劣化抑制装置21の作用について説明する。図6に示すように、オイル流入路7に送られるオイルは、ハウジング2内部の上流側空間R1内に流入してハウジング2の軸方向に沿って流れて複数組の劣化抑制部24及び濾過部23を順次通過する。各組の劣化抑制部24及び濾過部23において、オイルは、流路壁28の内周側と濾材10の外周側との間及びハウジング2の内壁と流路壁28の外周側との間を通過する。このとき、流路壁28の表面側を流れるオイルは、流路壁28に滲入して劣化抑制剤27と接触することで劣化が抑制されてから流路壁28の表面側に戻る(図8参照)。そして、劣化が抑制されたオイルは、濾過部23に至り、濾材10によりオイル中の異物(例えば、塵埃、金属磨耗片、スラッジ等)が捕捉され、プロテクタ25の貫通孔12を介して下流側空間R2及びオイル流出路8を通ってエンジンの潤滑対象部に送られる。
以上より、本参考例のオイル劣化抑制装置21によると、参考例1のオイル劣化抑制装置1と略同様の作用効果を奏することに加えて、流路壁28が、濾過部23の外周を覆うように配置されているので、装置21の小型化を図りつつ流路壁28の内周側と濾過部23の外周側との間にオイル流路を構成できる。
<試験例1>[各種の劣化抑制剤を濾過材として用いた劣化抑制効果(劣化物捕捉効果)の評価]
オイル劣化抑制技術における劣化物除去の一手法として、初期劣化物が重合してスラッジ化する前に初期劣化物を捕捉し、オイル劣化を抑制することを検討した。劣化抑制剤(濾過材)としては、所定の平均細孔径等を有するメソ孔を備える複数のメソポーラス無機材を用いた。また、劣化物捕捉効果を比較するため、細孔径分布がピーク値を有さないセピオライト、細孔径分布がピーク値を有さない酸性白土、平均細孔径が過大な珪藻土、平均細孔径が過小なゼオライト、及び無孔シリカを試験に供した。
表1、2に記載の各種の濾過材を用いた。各濾過材の詳細は表1、2に記載のとおりである。尚、表2に記載の5種類の濾過材[下記の(e)〜(i)]は比較試験例である。
(a)不定形メソポーラスシリカ(FSM)(太陽化学社製、商品名「TMPS−4」)
(b)活性白土(武蔵油化社製、商品名「ムサシライトV」)
(c)シリカゲル(和光純薬工業社製、商品名「C−500HG」)
(d)活性アルミナ(ユニオン昭和社製、商品名「VGL15」)
(e)セピオライト(近江工業社製、商品名「P−80V」)
(f)酸性白土(日本活性白土社製、商品名「ニッカナイトS−200」)
(g)珪藻土(昭和化学社製、商品名「ラジオライト スペシャルフロー」)
(h)ゼオライト(東ソー社製、商品名「ゼオラム A−3」)
(i)無孔シリカ(アドマッテックス社製、商品名「SO−E2」)
NOx劣化オイルを使用し、濾過材として用いたメソポーラス無機材と、比較試験例の濾過材による濾過試験を実施した。具体的には、濾過後のオイル成分をフーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)により解析して、初期の劣化成分である硝酸エステルの捕捉効果を検証した。
市販のガソリンエンジンオイルであるトヨタ純正オイル(商品名「トヨタ キャッスル SM 5W−30」)にNO2ガスをバブリングさせて劣化させ、ガソリンエンジンで長期間使用されたオイルを模擬したNOx劣化オイルを調製し、試験に供した。バブリング条件は表3に記載のとおりである。
NOx劣化オイルの濾過は、図16に記載の装置を用いて行った。見掛け体積約6cm3の粒子状の濾過材をメンブランフィルタ(住友電工社製、商品名「POREFLON FP045」、ポアサイズ;0.45μm)上に分散させ、油圧成形機により圧力4MPaで圧縮成形した。その後、成形された濾過材上に、メンブランフィルタ(住友電工社製、商品名「POREFLON FP100」、ポアサイズ;1μm)を載せ、この積層体を濾過装置に装着し、NOx劣化オイルを3mL注入した。次いで、N2ガスにより、20、50、100、150及び200kPaと段階的に昇圧させながら、各圧力で2時間加圧した。
(5−1)オイル成分の解析
供試NOx劣化オイルと、濾過後のオイルの各々を、FT−IRにより解析した。使用装置と解析条件は下記のとおりである。
フーリエ変換赤外分光分析装置;サーモニコレー・ジャパン社製、型式「Avatar360」
使用セル;JASCO社製、液体用固定セル、KBr、t=0.1mm
積算回数;32回
捕捉された劣化物の定量は、初期劣化生成物の1成分である硝酸エステル(波数;1630cm−1)に着目し、濾過前後のNOx劣化オイルの硝酸エステルのピーク高さを測定し、その減少割合から捕捉率を求めた。図17に供試NOx劣化オイルの硝酸エステルのIRスペクトルの一例を示す。
評価結果を図18に示す。図18によれば、比較試験例である細孔径分布がピーク値を有さないセピオライト、細孔径分布がピーク値を有さない酸性白土、平均細孔径が300nmと過大な珪藻土、平均細孔径が0.3nmと過小なゼオライト、及び無孔シリカでは、いずれも初期劣化物捕捉率が20%未満であり、捕捉効果が劣っている。一方、メソポーラス無機材であるFSM、活性白土、シリカゲル及び活性アルミナでは、捕捉率が50%を超えており、優れた捕捉効果を有していることが分かる。特に、平均細孔径が2.7〜7nmと小さく、且つ比表面積が426〜900m2/gであるFSM、活性白土及びシリカゲルでは、捕捉率は80%を超えており、より優れた捕捉効果を有していることが分かる。
試験例1の濾過試験において捕捉率が80%を超え、優れた捕捉効果を有していた活性白土を使用し、実際のエンジンでのオイル劣化条件により近いリアルタイム試験での劣化抑制効果を評価した。
リアルタイム試験には図19に示すNOx劣化試験装置を用いた。具体的には、三口フラスコ型のガラス製の試験容器の下部を、所定温度に調温されたオイルバスに浸漬し、中央口より、供試油として、3質量%の活性白土を分散させ、含有させた市販のガソリンエンジンオイルであるトヨタ純正オイル(商品名「トヨタ キャッスル SM 5W−30」、新油時の酸価;2.5mgKOH/g)を投入し、表4に記載の試験条件により、NO2による劣化試験を24時間実施した。NO2及び水分を含む空気は、図19における左側の流入口から供試油中に流入させ、右側の流出口から流出させて試験を行った。
試験結果を試験後のオイルの酸価の変化によって評価した。評価結果を図20に示す。図20によれば、活性白土を含有させたときの酸価は、含有させなかった時の酸価の50%未満である。このことから、活性白土を含有させることによって、NOx劣化試験に伴う酸価の上昇が十分に抑制されており、オイル中の酸性物質の増加が抑えられていることが分かる。
Claims (5)
- オイルを濾過する濾材を備える濾過部と、
オイルの劣化を抑制する粉状の劣化抑制剤を備える劣化抑制部と、を備え、
前記劣化抑制部は、前記劣化抑制剤を保持し且つオイル流路を形成する流路壁を備え、 前記劣化抑制剤はメソポーラス無機材を含み、
前記流路壁は、渦巻状又は同心円状に設けられるとともに、波状に形成された波状部を有し、
前記劣化抑制部と筒状の前記濾過部とを軸方向に沿って収容するハウジングを備え、
前記ハウジングの内壁と前記劣化抑制部の外周側との間の空間の横断面積は、前記ハウジングの内壁と前記濾過部の外周側との間の空間の横断面積より小さくされ、前記ハウジングには、前記劣化抑制部の前記濾過部から離間した側の軸方向の一端側の近傍に開口するオイル流入口が形成されており、
前記流路壁の空隙率が0.8〜0.99であることを特徴とするオイル劣化抑制装置。 - 前記メソポーラス無機材の平均細孔径が1〜30nmである請求項1記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記メソポーラス無機材の細孔容積が0.3〜4.0cm3/gである請求項1記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記メソポーラス無機材の比表面積が120〜2000m2/gである請求項1記載のオイル劣化抑制装置。
- 前記メソポーラス無機材が、Si、Al、Fe、Ca及びMgからなる群より選ばれる元素を有する酸化物系無機材である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のオイル劣化抑制装置。
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