特許 7585419 流体循環装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】流体循環装置

(51)【国際特許分類】

   F01M 1/02 20060101AFI20241111BHJP

   F01M 1/16 20060101ALI20241111BHJP

【ＦＩ】

F01M1/02 F

F01M1/16 E

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023173630

(22)【出願日】2023-10-05

【審査請求日】2023-10-05

(73)【特許権者】

【識別番号】390033042

【氏名又は名称】ダイハツディーゼル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】水野 雅央

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－２１２３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９０３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７２５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４０５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６３２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－００１７４５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｍ １／０２

Ｆ０１Ｍ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関に設けられる流体循環装置であって、
流体が循環する主経路と、
前記主経路と並列に設けられた副経路と、
前記主経路に設けられ、前記内燃機関の機関本体により駆動されるメインポンプと、
前記副経路に設けられ、回転子を含む回転ポンプ部を有するサブポンプと、
前記副経路に設けられ、前記サブポンプによる順方向の流体の流れを許容し、前記順方向と反対向きの逆方向の流体の流れを規制する逆止弁とを備え、
前記逆止弁に、前記順方向の流体の流れよりも小さい流量で、前記逆方向の流体の流れを許容する連通路を設け、
前記サブポンプを停止した状態で前記メインポンプを駆動することにより、前記主経路から前記副経路に逆流した流体が、前記連通路を介して前記回転ポンプ部に供給されて前記回転ポンプ部の回転子を回転させる流体循環装置。

【請求項2】

前記副経路のうち、前記順方向の流体の流れ方向下流側の端部と、前記サブポンプとの間に、前記逆止弁が配置された請求項１に記載の流体循環装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の流体循環装置と、
前記機関本体とを備え、
前記流体循環装置で前記流体としてのオイルを前記機関本体の各部に供給する内燃機関であって、
前記主経路の少なくとも一部が前記機関本体の内部に形成され、
前記サブポンプ及び前記逆止弁が前記機関本体の外部に配置された内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体循環装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼル機関等の内燃機関を長期間使用しない場合、エンジン内部の軸受等の損傷を防止するために、定期的に軸受等へのオイルの供給が行われる。具体的には、ディーゼル機関に、機関にオイルを供給するための主潤滑油経路と、主潤滑油経路と並列に設けられた副潤滑油経路と、副潤滑油経路の途中に配置されたプライミングポンプ（サブポンプ）とを設ける。エンジンを停止した状態でプライミングポンプを駆動して、副潤滑油経路を介して主潤滑油経路にオイルを供給することで、このオイルがエンジン本体の各部に供給される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－１３６０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に示されたプライミングポンプは、モータで駆動されてオイルを圧送する、いわゆる回転ポンプである。回転ポンプの回転子は軸受（例えば転がり軸受）で支持され、軸受の摺動部（例えば、外輪及び内輪とボールとの間）にはオイルやグリース等の潤滑膜が介在している。プライミングポンプの稼働時は、回転子及びこれを支持する軸受が回転するため、これに伴って軸受の摺動部に潤滑剤が供給されて潤滑膜が形成された状態が維持される。一方、プライミングポンプの停止時は、軸受が回転しないため、軸受の接触部に潤滑膜が形成されにくい。この状態で、機関の運転による振動が軸受に伝わり、軸受の接触部にフレッティングが発生すると、軸受が損傷する恐れがある。

【0005】

本発明は、プライミングポンプ（サブポンプ）の回転子を支持する軸受の損傷を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明は、流体を循環させる主経路と、前記主経路と並列に設けられた副経路と、前記主経路に設けられたメインポンプと、前記副経路に設けられ、回転子を含む回転ポンプ部を有するサブポンプと、前記副経路に設けられ、前記サブポンプによる順方向の流体の流れを許容し、前記順方向と反対向きの逆方向の流体の流れを規制する逆止弁とを備え、前記逆止弁に、前記順方向の流体の流れよりも小さい流量で、前記逆方向の流体の流れを許容する連通路を設けた流体循環装置を提供する。

【0007】

上記の流体循環装置において、サブポンプを停止した状態でメインポンプを駆動すると、主経路から副経路に逆流した流体が、逆止弁に設けられた連通路を介して回転ポンプ部に供給され、この流体の圧力により回転ポンプ部の回転子が回転される。これにより、回転子を支持する軸受が回転し、軸受の接触部に潤滑膜が形成されやすくなるため、機関の運転時の振動による軸受の接触部の損傷を防止できる。

【0008】

上記の流体循環装置では、例えば、副経路のうち、前記順方向の流体の流れ方向下流側の端部と、前記サブポンプとの間に、前記逆止弁が配置される。

【0009】

副経路が主経路と接続する端部は、副経路のうち順方向の流体の流れ方向下流側、言い換えれば副経路のうち、逆方向の流体の流れ方向上流側に位置する。このような流体循環装置では、主経路から副経路に逆流した流体が逆止弁、サブポンプの順に通過しようとする。このとき、逆止弁に連通路を設けたので、逆流した流体が逆止弁を介してサブポンプに至ることを実現できる。

【0010】

詳しくは、前記サブポンプを停止した状態で前記メインポンプを駆動することにより、前記主経路から前記副経路に逆流した流体が、前記連通路を介して前記回転ポンプ部に供給されて前記回転ポンプ部の回転子を回転させる。

【0011】

上記の流体循環装置は、内燃機関に組み込むことができる。具体的には、上記の流体循環装置と、機関本体とを備え、前記流体循環装置で前記流体としてのオイルを前記機関本体の各部に供給する内燃機関を得ることができる。この場合、主経路の少なくとも一部を機関本体の内部に形成し、サブポンプ及び逆止弁を機関本体の外部に配置することができる。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明によれば、サブポンプの回転子を回転支持する軸受の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】舶用ディーゼルエンジンの正面図である。

【図2】上記エンジンに設けられた流体循環装置の回路図である。

【図3】上記流体循環装置に設けられたプライミングポンプの断面図である。

【図4】図３のＸ－Ｘ線における断面図である。

【図5】上記流体循環装置に設けられた逆止弁の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0015】

図１に、内燃機関としてのディーゼル機関を示し、具体的には舶用ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と言う。）を示す。このエンジンは、機関本体としてのエンジン本体４を有し、エンジン本体４は、シリンダヘッド１と、シリンダヘッド１の下方に設けられたエンジンフレーム２と、エンジンフレーム２に保持された複数のシリンダライナ（図示省略）と、エンジンフレーム２の下方に設けられたエンジンベース３とを有する。エンジン本体４には、メインポンプ５と、サブポンプとしてのプライミングポンプ６と、オイル冷却器７と、オイル温調弁８と、オイルフィルタ９とが取り付けられる。

【0016】

このエンジンには、本発明の一実施形態に係る流体循環装置としてのオイル循環装置が設けられる。このオイル循環装置は、図２に示すように、エンジン本体４に設けられたオイルタンク４１に貯留されたオイルをエンジン本体４の各部に供給するものであり、エンジン本体４の内部を通る循環経路である主経路Ｐと、主経路Ｐと並列に設けられた副経路Ｑとを有する。主経路Ｐにはメインポンプ５が設けられ、副経路Ｑにはプライミングポンプ６及び逆止弁４４が設けられる。尚、以下では、特に断りのない限り、プライミングポンプ６による副経路Ｑのオイルの流れ方向（二点鎖線矢印方向）の上流側及び下流側を、副経路Ｑにおける「上流側」及び「下流側」と言う。

【0017】

主経路Ｐは、エンジン本体４の内部に設けられたオイル経路と、エンジン本体４の外部に設けられた配管４２（図１参照）とを通るオイルの循環経路であり、メインポンプ５の吐出力により主経路Ｐのオイルが循環される。メインポンプ５はギヤポンプ等の回転ポンプであり、エンジン本体４のクランクシャフトの回転力により駆動される。メインポンプ５で圧送されたオイルが、配管４２、オイル冷却器７、オイル温調弁８、及びオイルフィルタ９を介して、エンジン本体４の各部へ供給される。

【0018】

副経路Ｑは、エンジン本体４の外部に設けられた配管４３を通るオイル経路であり、上流端及び下流端がそれぞれ主経路Ｐに接続される。具体的に、副経路Ｑの配管４３の上流端はオイルタンク４１に接続され、配管４３の下流端は主経路Ｐに接続される。副経路Ｑの下流端は、例えば主経路Ｐの配管４２に接続される。この他、副経路Ｑの下流端を、エンジン本体４の内部のオイル経路に直接接続してもよい。

【0019】

プライミングポンプ６は、図１に示すように、駆動部としての電動モータ１０と、回転ポンプ部２０と、電動モータ１０及び回転ポンプ部２０が固定された支持台３０とを有する。支持台３０は、エンジン本体４に固定され、図示例では、エンジンベース３に固定されている。尚、プライミングポンプ６の固定場所はこれに限らず、エンジン本体４の他の場所（例えばエンジンフレーム２）に固定したり、あるいはエンジン本体４には直接固定せず、エンジン本体４から離間した床面等に固定したりしてもよい。

【0020】

図３に示すように、電動モータ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１の内周に固定されたモータステータ１２と、モータステータ１２の内周に配されたモータロータ１３と、モータロータ１３の内周に固定された回転軸１４とを有する。モータステータ１２のコイルに通電することで、モータロータ１３及び回転軸１４が一体に回転駆動される。

【0021】

回転ポンプ部２０は、電動モータ１０で回転駆動されることでオイルを圧送するものである。本実施形態の回転ポンプ部２０は、例えばギヤポンプであり、回転子としての駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２と、駆動ギヤ２１の回転軸２１ａ及び従動ギヤ２２の回転軸２２ａを支持する軸受２３と、駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２を覆うハウジング２４とを有する。駆動ギヤ２１は、電動モータ１０により回転駆動される。図示例では、電動モータ１０の回転軸１４と駆動ギヤ２１の回転軸２１ａとが結合され、これらが一体に回転する。軸受２３は、外輪２３ａと、内輪２３ｂと、これらの間に介在された複数の転動体としてのボール２３ｃとを有する転がり軸受（玉軸受）である。軸受２３の外輪２３ａがハウジング２４の内周に固定され、軸受２３の内輪２３ｂが回転軸２１ａ、２２ａの外周に固定される。

【0022】

図４に示すように、ハウジング２４は、オイル注入口２４ａ及びオイル吐出口２４ｂを有する。電動モータ１０を駆動して、駆動ギヤ２１を矢印Ａ方向に回転させると、これと噛み合う従動ギヤ２２が矢印Ｂ方向に回転する。これにより、オイル注入口２４ａからオイルが吸い込まれると共に、オイル吐出口２４ｂからオイルが圧送される。

【0023】

逆止弁４４は、副経路Ｑの配管４３のうち、プライミングポンプ６よりも下流側に設けられる（図２参照）。すなわち、副経路Ｑの配管４３の下流端（主経路Ｐの配管４２との接続部）とプライミングポンプ６との間に、逆止弁４４が設けられる。逆止弁４４は、メインポンプ５の稼働時に、主経路Ｐの配管４２内で高められた油圧が副経路Ｑに抜けることを防止するものであり、プライミングポンプ６から下流側へ向けた順方向のオイルの流れ（図２の実線矢印参照）を許容する一方で、主経路Ｐの配管４２から上流側（プライミングポンプ６側）へ向けた逆方向のオイルの流れ（図２の点線矢印参照）を規制する。

【0024】

本実施形態の逆止弁４４は、図５に示すように、弁箱４５と、弁体４６と、ガイド部材４７とを有する。弁箱４５は、上流側（プライミングポンプ６側）の配管４３に接続された上流側流路４８と、下流側（主経路Ｐ側）の配管４３に接続された下流側流路４９と、これらの間に設けられた隔壁５０とを有する。隔壁５０には、上流側流路４８と下流側流路４９とを連通し、弁体４６で開閉される貫通孔５１が設けられる。

【0025】

弁体４６は、隔壁５０に当接して貫通孔５１を閉じる位置（図５に実線で示す位置）と、隔壁５０から離反して貫通孔５１を開く位置（図５に鎖線で示す位置）との間で移動可能とされる。図示例では、弁体４６に設けたガイド孔４６ａと、ガイド部材４７に設けた軸部４７ａとを嵌合させ、これらを軸方向（図中上下方向）に摺動させることで、弁体４６を図中上下方向に移動可能としている。図示例では、弁体４６の移動方向（軸部４７ａの軸心方向）が鉛直方向とされ、常時は、弁体４６が自重により下降して隔壁５０に当接することで、貫通孔５１が閉じられている。

【0026】

エンジンの稼働時は、クランクシャフトの回転に伴ってメインポンプ５が駆動され、オイルタンク４１のオイルを配管４２に圧送することで、主経路Ｐをオイルが循環する。具体的には、メインポンプ５で配管４２に供給されたオイルが、オイル冷却器７、オイル温調弁８、及びオイルフィルタ９を介してエンジン本体４の各部に供給され、再びオイルタンク４１に戻される。

【0027】

このとき、メインポンプ５の吐出圧により主経路Ｐの油圧が上昇して、主経路Ｐから副経路Ｑにオイルが逆流し、これにより逆止弁４４の弁箱４５内の下流側流路４９の油圧が上昇する。この油圧は、弁体４６を隔壁５０に押し付ける方向に作用するため、弁体４６で貫通孔５１が閉じられた状態が維持される。これにより、下流側流路４９から上流側流路４８へ向けた逆方向のオイルの流れ（図５の点線矢印参照）が規制される。

【0028】

一方、エンジンの停止時は、メインポンプ５が停止しているため、メインポンプ５によるエンジン本体４の各部へのオイルの供給は行われない。従って、エンジンを長期間停止する際には、エンジン本体４の各部の潤滑性を確保するために、定期的にプライミングポンプ６を駆動して、副経路Ｑを介して主経路Ｐにオイルが供給される。具体的に、プライミングポンプ６の電動モータ１０を駆動して駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２を回転させることで、オイルタンク４１から配管４３にオイルを供給する。これにより、逆止弁４４の弁箱４５内の上流側流路４８の油圧が上昇し、この油圧で弁体４６が自重に抗して持ち上げられて貫通孔５１が開く（図５の鎖線参照）。これにより、上流側流路４８から下流側流路４９にオイルが流れ（図５の実線矢印参照）、このオイルが、オイル冷却器７、オイル温調弁８、及びオイルフィルタ９を介してエンジン本体４の各部に供給され、再びオイルタンク４１に戻される。

【0029】

ところで、プライミングポンプ６の回転軸２１ａ、２２ａを支持する軸受２３の内部（外輪２３ａと内輪２３ｂとの間）には、潤滑剤としてオイルあるいはグリースが充填されている。プライミングポンプ６の稼働中は、回転軸２１ａ、２２ａと共に軸受２３の内輪２３ｂが回転し、これに伴って、内輪２３ｂとボール２３ｃ、及び、外輪２３ａとボール２３ｃとが回転方向に相対運動する。これにより、内輪２３ｂとボール２３ｃとの接触部、及び、外輪２３ａとボール２３ｃとの接触部に潤滑剤が順次供給され、これらの接触部に潤滑膜が形成された状態が維持される。

【0030】

一方、プライミングポンプ６の停止時は、駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２や、これらを支持する軸受２３の内輪２３ｂは停止している。このため、内輪２３ｂとボール２３ｃ、及び、外輪２３ａとボール２３ｃとは、回転方向に相対運動しないため、これらの接触部に潤滑剤が供給されにくい。この状態でエンジンが稼働し、エンジンの振動がプライミングポンプ６に伝達されると、内輪２３ｂとボール２３ｃとの接触部、及び、外輪２３ａとボール２３ｃとの接触部にフレッティングが生じるため、これらの接触部に摩耗等の損傷が生じることが懸念される。特に、本実施形態のように、プライミングポンプ６がエンジン本体４に直接固定されている場合（図１参照）、エンジン本体４の振動がプライミングポンプ６に伝わりやすいため、上記のような軸受２３の接触部が損傷する懸念が大きい。

【0031】

そこで、上記の逆止弁４４は、下流側流路４９から上流側流路４８へ向けた逆方向のオイルの流れ（図５の点線矢印参照）を完全に遮断するのではなく、逆方向のオイルの微小な流れを許容する連通路５２を有する。本実施形態では、連通路５２が弁体４６に形成される。図示例の連通路５２は、弁体４６を移動方向（軸部４７ａの軸心方向）に貫通する貫通孔で構成される。連通路５２は、弁体４６の一箇所又は複数箇所に設けられ、図示例では２箇所に設けられる。メインポンプ５を駆動することで下流側流路４９の油圧が上昇すると、連通路５２を介して上流側流路４８にオイルが供給され、このオイルがプライミングポンプ６に供給される。連通路５２を介した逆方向のオイルの流量は、貫通孔５１を介した順方向のオイルの流量よりも小さい。すなわち、連通路５２の総流路面積は、弁体４６が開いた状態（図５の鎖線参照）での貫通孔５１の流路面積よりも小さい。

【0032】

プライミングポンプ６を停止した状態でメインポンプ５が駆動されると、逆止弁４４の弁体４６で貫通孔５１が閉じられた状態のまま、主経路Ｐから逆流して弁箱４５の下流側流路４９に流入したオイルが、弁体４６に設けられた連通路５２を介して上流側流路４８に供給される。このオイルが、プライミングポンプ６の回転ポンプ部２０にオイル吐出口２４ｂから流入することにより（図４の点線矢印参照）、駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２が逆方向（矢印Ａ、Ｂと逆向き）に回転し、これに伴って軸受２３の内輪２３ｂが回転し、内輪２３ｂとボール２３ｃ、及び、外輪２３ａとボール２３ｃとが回転方向に相対運動する。これにより、軸受２３の接触部に潤滑膜が形成されるため、エンジンの振動がプライミングポンプ６の軸受２３に伝達されてこれらの接触部にフレッティングが生じた場合でも、これらの接触部の損傷を防止できる。

【0033】

このとき、逆止弁４４に設けられる連通路５２の総流路面積（数や大きさ）が小さすぎると、メインポンプ５を駆動したときの逆方向のオイルの流量が過少となり、回転ポンプ部２０のロータ（駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２）が回転せず、軸受２３の損傷を防止することができない。一方、連通路５２の総流路面積が大きすぎると、主経路Ｐから副経路Ｑに抜けるオイルの量が多くなり、メインポンプ５の稼働時の主経路Ｐの油圧が不足してエンジン本体４の各部へのオイル供給に支障を来たす。以上より、連通路５２の総流路面積は、メインポンプ５を駆動したときに、連通路５２を介して回転ポンプ部２０の回転子（駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２）を回転できる程度の油圧が付与され、且つ、主経路Ｐに十分な油圧が付与されるように設定される。

【0034】

本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

【0035】

プライミングポンプ６の回転ポンプ部２０に設けられる軸受２３は、転がり軸受に限らず、滑り軸受であってもよい。

【0036】

逆止弁４４に設けられる連通路５２は、弁体４６に限らず、例えば隔壁５０に設けてもよい。あるいは、弁体４６と隔壁５０との接触面の一方又は双方に溝を設け、この溝で連通路を形成してもよい。

【0037】

プライミングポンプ６の回転ポンプ部２０は、ギヤポンプに限らず、スクリュ―ポンプ等の他の回転ポンプであってもよい。

【0038】

本発明は、舶用ディーゼルエンジンに限らず、陸上で使用されるエンジン、例えば、非常電源用のエンジン等に適用することもできる。

【0039】

また、本発明の循環装置で循環させる流体は、オイルに限らず、例えば重油等の液体燃料であってもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ シリンダヘッド
２ エンジンフレーム
３ エンジンベース
４ エンジン本体（機関本体）
５ メインポンプ
６ プライミングポンプ（サブポンプ）
１０ 電動モータ
２０ 回転ポンプ部
２１ 駆動ギヤ（回転子）
２２ 従動ギヤ（回転子）
２３ 軸受
４１ オイルタンク
４２、４３ 配管
４４ 逆止弁
４６ 弁体
５０ 隔壁
５１ 貫通孔
５２ 連通路
Ｐ 主経路
Ｑ 副経路

【要約】

【課題】プライミングポンプ（サブポンプ）の回転子を支持する軸受の損傷を防止する。
【解決手段】副経路Ｑに設けられた逆止弁４４に、逆方向の流体の流れを許容する連通路５２を設ける。プライミングポンプ６を停止した状態でメインポンプ５を駆動することにより、主経路Ｐから副経路Ｑに逆流した流体が、連通路５２を介して回転ポンプ部２０に供給されて回転子（駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２）を回転させる。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】