JP2005105886A - エンジンのオイル供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルポンプの容量を必要以上に大型化することなく、あらゆる運転領域においてピストンの冷却と各潤滑部の潤滑との双方を満足させるようにする。
【解決手段】潤滑部１５，１６にオイルを供給するメインギャラリ１２と、ピストン１８にオイルを噴出させるオイルジェット１７にオイルを供給するオイルジェットギャラリ１３とにメインライン１０とオイルジェットライン１１を連通し、両ライン１０，１１にオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１を配設し、低回転・高負荷運転領域では、オイルジェットライン１１を開放して、メインライン１０を絞り、オイルジェットギャラリ１３への油量比を増加させる。又高回転・低負荷運転領域では、メインライン１０を開放して、オイルジェットライン１１を絞り、メインギャラリ１２への油量比を増加させる。更に低回転・低負荷運転領域、及び高回転・高負荷運転領域では、オイルジェットライン１１とメインライン１０とに供給する油量比を等しくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づきメインギャラリとオイルジェットギャラリとに供給するオイルの油量比を可変設定するエンジンのオイル供給装置に関する。

従来、過給機付きエンジンのような高出力ガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンのように、熱負荷の高いエンジンでは、ピストンの耐久性を向上させるために、ピストンに対して下方から冷却用のオイルを噴射させるピストン冷却装置が設けられている。このようなピストン冷却装置は、オイルポンプから吐出されたオイルをオイルジェットギャラリを経てピストン下方に配設したオイルジェットに供給し、オイルジェットからピストンへオイルを噴射する構成を採用するものが多い。

この場合、例えば特許第２８２２７９０号（特開平６−４２３４６号）公報には、オイルギャラリとオイルジェットとの間に開閉弁を介装し、開閉弁をエンジン回転数や油温等に基づいて開閉動作させることで、ピストンの過冷却を防止する技術が開示されている。すなわち、エンジン回転数と油温とが共に低いときは開閉弁を閉じてオイルの噴射を停止させて過冷却を防止し、一方エンジン回転数と油温とが共に高い場合は、開閉弁を開いてオイルジェットから噴射されるオイルにてピストンを積極的に冷却する。

ところで、エンジン潤滑部とピストンとに対しては、単一のオイルポンプから吐出されるオイルを供給する場合が多い。エンジン潤滑部に対しては、オイルポンプから供給されたオイルをメインギャラリに一旦供給し、メインギャラリを介してメインジャーナル、カムジャーナル等の潤滑部へそれぞれ分配する。また、ピストンに対しては、オイルジェットギャラリに供給されたオイルを、各気筒毎に配設したオイルジェットを介して吹き付ける。

例えば特開平８−１４０１９号公報には、オイルギャラリとメインギャラリとの配列に関して、オイルポンプに対し、上流側にオイルギャラリを配設し、その下流側にメインギャラリを直列に配設した技術が開示されている。
特許第２８２２７９０号（特開平６−４２３４６号）公報 特開平８−１４０１９号公報

ところで、メインギャラリとオイルジェットギャラリとが直列に接続されている場合、下流側のギャラリに供給される油量は、上流側のギャラリの油量に依存することになる。例えば上流側にメインギャラリを配設し、下流側にオイルジェットギャラリに配設した場合、オイルジェットギャラリから噴出される油量は、メインジェットギャラリから供給される油量に依存して増減する。

オイルポンプとして、エンジンの動力で駆動する機械式オイルポンプを採用するエンジンでは、エンジン低回転においては、オイルの吐出量が少ないため、オイルジェットギャラリ側へ供給される油量が低下する。ピストンの受ける熱負荷はエンジン負荷が高くなるほど大きくなるため、オイルポンプの容量は、低回転・高負荷運転時においてもピストンを適正に冷却できるように設定する必要がある。

しかし、低回転・高負荷運転時のオイル吐出量を基準としてオイルポンプの容量を設定した場合、オイルポンプが大型化し、その分、エンジン負荷が増加し、出力低下、及び燃費悪化の原因となる不都合がある。更に、高回転側ではポンプ吐出量が必要以上に多くなるため、トルク損失を招く不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、オイルポンプの容量を必要以上に大型化することなく、あらゆるエンジン運転状態においてピストンへの最適なオイル噴射量を確保し、ピストンを冷却することができるばかりでなく、高回転時におけるトルク損失を低減することのできるエンジンのオイル供給装置を提供することを目的とする。

本発明によるエンジンのオイル供給装置は、ピストンへ潤滑油を供給するオイルジェットに連通するオイルジェットギャラリと、潤滑部に潤滑油を供給するメインギャラリと、 上記各ギャラリにオイルを供給する単一のオイルポンプとを有し、上記オイルポンプに対し上記オイルジェットギャラリと上記メインギャラリとを並列に配設すると共に、上記各ギャラリと上記オイルポンプとの間にエンジン運転状態に応じて該各ギャラリへの流量を制御するオイル流量制御手段を介装したことを特徴とする。

本発明によれば、オイル流量制御手段を介してオイルジェットギャラリとメインギャラリとに供給するオイル流量を制御するようにしたので、オイルポンプの容量を必要以上に大型化することなく、あらゆるエンジン運転状態においてピストンへの最適なオイル噴射量を確保し、ピストンを冷却することができるばかりでなく、高回転時におけるトルク損失を低減することができる。

以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１にオイル供給装置の要部概略構成図を示す。

図中の符号１は図示しないエンジンのクランク室直下に配設されているオイルパンで、オイルパン１にオイルストレーナ２が臨まされており、オイルストレーナ２にサクションライン３を介してオイルポンプ４の流入側が接続されている。オイルポンプ４はトロコイドポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプ等の機械式オイルポンプであり、エンジンに直結されている。

オイルポンプ４の吐出側が吐出ライン５に接続されており、吐出ライン５にオイルフィルタ６，オイルクーラ７が介装されている。又、吐出ライン５のオイルポンプ４とオイルフィルタ６との間に、オイルパン１に吐出端を臨ませるリリーフライン８が接続されており、リリーフライン８にリリーフバルブ９が介装されている。リリーフバルブ９はオイルポンプ４から吐出される油圧を調圧するもので、所定圧を越えたとき開弁して、余剰のオイルがオイルパン１側へ戻される。

又、オイルクーラ７の下流側から延出する吐出ライン５が、メインライン１０とオイルジェットライン１１とに分岐接続されている。更に、メインライン１０がメインギャラリ１２に接続され、オイルジェットライン１１がオイルジェットギャラリ１３に接続されている。

両ギャラリ１２，１３はシリンダブロックを代表とするエンジンブロックに形成されており、メインギャラリ１２から分岐ライン１４を介してクランク軸に設けられているメインジャーナル等の潤滑部１５や、カム軸に設けられているカムジャーナル等の動弁系潤滑部１６等にオイルが供給される。

一方、オイルジェットギャラリ１３には、各気筒に配設されているオイルジェット１７が各々接続されている。オイルジェット１７にはノズル１７ａが設けられており、ノズル１７ａが、ピストン１８の下方からピストン１８の内面１８ａ方向に指向されている。従って、オイルジェット１７のノズル１７ａから噴出されたオイルは、ピストン１８の内面１８ａに吹き付けられて、ピストン１８がオイル冷却される。

又、メインライン１０とオイルジェットライン１１とは、その中途が互いに近接されており、この近接部位に、オイル流量制御手段としてのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１のスプール２３が介装されている。ＯＣＶ２１は、オイルポンプ４から吐出されるオイルの、メインギャラリ１２とオイルジェットギャラリ１３とに対する油量比を可変設定するものである。

ＯＣＶ２１は、スリーブ２２と、スリーブ２２に進退自在に挿通されているスプール２３と、スプール２３を進退動作させるソレノイド２４とを備えており、スリーブ２２には、各ライン１０，１１に連通するポート２２ａ，２２ｂが各々開口されている。

スプール２３には、各ポート２２ａ，２２ｂに対応して２つの環状溝部２３ａ、２３ｂが形成されている。尚、図１には中立状態のスプール２３が示されている。

ソレノイド２４は、中立ばねを内蔵する周知の双方向型ソレノイドであり、コイルに対して非通電状態では、中立ばねの釣り合いにより、スプール２３が中立位置（図１の状態）に保持される。又、コイルに対してある極性の電流を通電し励磁すると、スプール２３が、図1の左方向へ移動する。一方、コイルに対して逆の極性の電流を通電し励磁すると、スプール２３が、図１の右方向へ移動する。

図１に示すように、スプール２３が中立状態では、スプール２３に形成した各環状溝２３ａ，２３ｂが、スリーブ２２に穿設した各ポート２２ａ，２２ｂを共に半開させている。この状態から、スプール２３を図１の右方向へ移動させると、その移動端においてオイルジェットライン１１側が全開となり、メインライン１０側の開度が絞り込まれる（図２の状態）。一方、スプール２３を、図１の左方向へ移動させると、その移動端においてメインライン１０側が全開となり、オイルジェットライン１１側の開度が絞り込まれる（図３の状態）。従って、オイルジェットライン１１（或いはメインライン１０）が全開状態となっても、メインライン１０（オイルジェットライン１１）が全閉状態となることはない。

ソレノイド２４は、電子制御装置（ＥＣＵ）２５からの駆動信号によって制御動作される。ＥＣＵ２５には、エンジン回転数検出手段２６で検出したエンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷検出手段２７で検出したエンジン負荷Ｌｏとが入力される。エンジン回転数検出手段２６としては、例えばクランク軸の回転角を検出するクランク角センサがある。又、エンジン負荷検出手段２７としては、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑとに基づいて算出する基本燃料噴射量Ｔｐ（Ｔｐ＝Ｋ・Ｑ／Ｎｅ Ｋ：インジェクタ特性補正定数）、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等がある。

ＥＣＵ２５では、エンジン運転状態が、エンジン回転数Ｎｅが低く、エンジン負荷Ｌｏが高い運転領域（低回転・高負荷運転領域）にあるとき、ソレノイド２４に対してオイルジェットライン１１を全開とする駆動信号を出力する。一方、エンジン回転数Ｎｅが高く、エンジン負荷Ｌｏが低い運転領域（高回転・低負荷運転領域）にあるとき、メインライン１０を全開とする駆動信号を出力する。

次に、このような構成によるオイル供給装置の動作について説明する。
エンジン稼働中は、エンジン直結のオイルポンプ４が回転し、オイルパン１に貯留されているオイルが吸い上げられ、所定加圧されて吐出される。オイルポンプ４から吐出されたオイルは、リリーフバルブ９で調圧され、オイルフィルタ６で不純物が濾過された後、オイルクーラ７にて油温を適正化され、その後、メインギャラリ１２とオイルジェットギャラリ１３とに連通するメインライン１０とオイルジェットライン１１とに分岐されて各々供給される。

メインライン１０を介してメインギャラリ１２に流入したオイルは、分岐ライン１４を介してクランク軸に設けられているメインジャーナル等の潤滑部１５や、カム軸に設けられているカムジャーナル等の動弁系潤滑部１６に供給され、各潤滑部１５，１６を潤滑すると共に冷却する。一方、オイルジェットライン１１を介してオイルジェットギャラリ１３に流入したオイルは、各気筒に配設されているオイルジェット１７に分配され、オイルジェット１７に設けられているノズル１７ａから、ピストン１８の内面１８ａに向けて噴出し、ピストン１８を冷却する。

ＥＣＵ２５は、エンジン回転数検出手段２６で検出したエンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷検出手段２７で検出したエンジン負荷Ｌｏとに基づき、ＯＣＶ２１に対する駆動信号を設定する。

すなわち、入力されたエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｌｏと、予め設定したエンジン回転数判定用閾値、エンジン負荷判定用閾値とを比較し、エンジン回転数Ｎｅが低いか否か、及びエンジン負荷Ｌｏが低いか否かを調べる。エンジン回転数判定用閾値は、例えば最大トルク点となるエンジン回転数を実験などから求めて設定したもので、又、エンジン負荷判定用閾値は、例えば最大負荷付近の値であり、実験等から求めて設定したものである。

そして、図４に示す開度制御マップを参照し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとが共に低い運転領域（低回転・低負荷運転領域）、或いは共に高い運転領域（高回転・高負荷運転領域）では、ソレノイド２４に対して非通電状態とし、コイルを消磁する。又、エンジン回転数Ｎｅが低く、エンジン負荷Ｌｏが高い運転領域（低回転・高負荷運転領域）では、オイルジェットライン１１を全開とする方向へ動作させる信号をＯＣＶ２１のソレノイド２４に通電し、コイルを励磁する。一方、エンジン回転数Ｎｅが高く、エンジン負荷Ｌｏが低い運転領域（高回転・低負荷運転領域）では、メインライン１０を全開とする方向へ動作させる信号をＯＣＶ２１のソレノイド２４に通電し、コイルを励磁する。

その結果、低回転・低負荷運転領域、或いは高回転・高負荷運転領域では、ソレノイド２４のコイルが消磁されているため、スプール２３は中立状態を保持しており、オイルポンプ４から吐出されるオイルは、メインギャラリ１２とオイルジェットギャラリ１３との双方に、ほぼ同等の油量比で配分される。

エンジン回転数Ｎｅが低い場合、エンジン直結のオイルポンプ４から吐出される油量も少なくなるが、エンジン回転数Ｎｅが低いため、各潤滑部１５，１６に対するオイルの供給もそれほど必要としない。又、エンジン負荷Ｌｏが低いので、ピストン１８の受ける熱負荷も小さく、ピストン１８の内面１８ａに対してオイルを多量に吹き付けて冷却する必要性もない。

一方、エンジン回転数Ｎｅが高い場合は、オイルポンプ４から吐出される油量はリリーフバルブ９で調圧される圧力まで増加するため、メインギャラリ１２とオイルジェットギャラリ１３との双方に、ほぼ同等の油量比で配分しても、各潤滑部１５，１６の潤滑と、ピストン１８の冷却との双方を十分に満足させることができる。

従って、低回転・低負荷運転領域、或いは高回転・高負荷運転領域では、ＯＣＶ２１のスプール２３を中立状態とし、オイルポンプ４から吐出される油量をメインギャラリ１２とオイルジェットギャラリ１３との双方に、ほぼ同等の油量比で配分する。

又、エンジン回転数Ｎｅが低く、エンジン負荷Ｌｏが高い運転領域（低回転・高負荷運転領域）では、ＯＣＶ２１のスプール２３を、図１の右方向へ移動させて、オイルジェットライン１１を全開とする。その結果、オイルジェットギャラリ１３へ供給される油量比が増加し、メインギャラリ１２へ供給される油量が絞られる（図２の状態）。

低回転・高負荷運転領域では、オイルポンプ４から吐出される油量は比較的少なく、又、ピストン１８の受ける熱負荷は高くなる。従って、ピストン１８をより積極的に冷却する必要性から、メインギャラリ１２へ供給される油量を制限し、その分、オイルジェットギャラリ１３へ供給する油量を増加させる。尚、各潤滑部１５，１６へ供給する油量を制限しても、エンジン回転数Ｎｅが低いため、潤滑性が損なわれることはない。

ところで、オイルポンプ４は、低回転・高負荷運転領域において、ピストン１８を適正に冷却できるような容量に設定する必要があるが、本形態では、低回転・高負荷運転領域では、メインギャラリ１２側へ供給する油量を制限し、その分、オイルジェットギャラリ１３側へ供給する油量を増加させているので、オイルポンプ４の容量を、低回転・高負荷運転領域側で設定する必要がなくなり、高回転・高負荷運転領域を基準に設定することができる。その結果、相対的にオイルポンプ４の容量を小型化することができるばかりでなく、高回転・高負荷運転領域におけるポンプ損失を低減することができる。

一方、エンジン回転数Ｎｅが高く、エンジン負荷Ｌｏが低い運転領域（高回転・低負荷運転領域）では、ＯＣＶ２１のスプール２３を、図１の左方向へ移動させて、メインライン１０を全開とする。その結果、メインギャラリ１２へ供給される油量比が増加し、オイルジェットギャラリ１３へ供給される油量が絞られる（図３の状態）。

上述したように、エンジン回転数Ｎｅが高い場合、オイルポンプ４から吐出される油量は、リリーフバルブ９で調圧される圧力まで増加する。又、エンジン負荷Ｌｏが低いので、ピストン１８の受ける熱負荷は低い。従って、このような高回転・低負荷運転領域では、オイルジェットギャラリ１３へ供給する油量を絞り込んでも、ピストン１８の内面１８ａを十分に冷却することができる。一方、エンジン回転数Ｎｅが高いので、各潤滑部１５，１６に供給する油量を増加し、各摺動面の潤滑性を確保する。

このように、本形態では、メインギャラリ１２とオイルジェットギャラリ１３とに供給する油量比を、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに応じて設定するようにしたので、オイルポンプ４の容量を必要以上に大型化することなく、ピストン１８の冷却と、各潤滑部１５，１６の潤滑との双方を満足させることができる。

更に、高回転・高負荷運転領域でのポンプ損失が低減されるため、相対的にエンジン出力、及び燃費を向上させることができる。

尚、本形態は１つのスプール２３でメインライン１０とオイルジェットライン１１とに供給する油量比を制御しているが、各ライン１０，１１にスプールを個別に配設して油量比を制御するようにしても良い。

又、ソレノイド２４を、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに応じて、デューティ制御等により進退動作させることで、油量比を連続的に可変設定するようにしても良い。

オイル供給装置の要部概略構成図 オイルギャラリ側を全開とした状態のオイルコントロールバルブの概略構成図 メインジェットギャラリ側を全開とした状態のオイルコントロールバルブの概略構成図 開度設定マップの説明図

符号の説明

４ オイルポンプ
９ リリーフバルブ
１０ メインライン
１１ オイルジェットライン
１２ メインギャラリ
１３ オイルジェットギャラリ
１５，１６ 潤滑部
１７ オイルジェット
１８ ピストン
２１ オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２５ 電子制御装置（ＥＣＵ）

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (4)

1. ピストンへ潤滑油を供給するオイルジェットに連通するオイルジェットギャラリと、
   潤滑部に潤滑油を供給するメインギャラリと、
   上記各ギャラリにオイルを供給する単一のオイルポンプと
   を有し、
   上記オイルポンプに対し上記オイルジェットギャラリと上記メインギャラリとを並列に配設すると共に、
   上記各ギャラリと上記オイルポンプとの間にエンジン運転状態に応じて該各ギャラリへの流量を制御するオイル流量制御手段を介装した
   ことを特徴とするエンジンのオイル供給装置。
2. 上記オイル流量制御手段は上記エンジン運転状態が低回転・高負荷運転のときは上記オイルジェットギャラリへ供給する油量比を増大させることを特徴とする請求項１記載のエンジンのオイル供給装置。
3. 上記オイル流量制御手段は上記エンジン運転状態が高回転・低負荷運転のときは上記メインギャラリへ供給する油量比を増大させることを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンのオイル供給装置
4. 上記オイルポンプはエンジンの動力で駆動する機械式オイルポンプであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のエンジンのオイル供給装置。

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