JP2005273632A - エンジンのクランク潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中空クランク軸とフロント給油方式とを組み合わせた構成のクランク潤滑装置において、エンジン始動時での油圧立上がりを良好にして潤滑性能の信頼性を高める。
【解決手段】 中空クランク軸１０の内部には、油圧経路を兼ねるように一体的に形成された中空部１１が設けられる。一方の端穴１３から電動給油ポンプ２０によって圧送された潤滑油２５は、油穴１４からピン部の軸受メタルへ供給される。電動給油ポンプ２０は、制御装置３０からの動作指示信号３５に応答して、エンジンの作動期間に合わせて作動するとともに、エンジンの停止後にもタイマ４０によって計時される所定期間作動する。これにより、エンジン停止後にジャーナル中心部１６で発生した気泡あるいは低油圧状態の潤滑油を流し出すことができるので、次のエンジン起動時にクランク軸中空部１１の油圧を高速に立上げることができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、エンジンのクランク潤滑装置に関し、より特定的には、内部に油圧経路を兼ねる中空部が形成された中空クランク軸を含むクランク潤滑装置に関する。

軽量化のために内部に中空部を形成し、当該中空部をメタルへの潤滑油供給経路として利用する中空クランク軸が知られている（たとえば特許文献１）。潤滑油供給経路へはポンプにより所定圧力を与えられた潤滑油が送出されるため、当該潤滑油供給経路は、「油圧経路」とも称される。

特許文献１に開示された中空クランク軸では、中空部に成形体を挿入することによって油圧経路容積の減少および効果的な潤滑油流の形成を実現して、クランク軸の軽量化と、熱負荷された軸受領域の冷却および潤滑とを両立する構造が開示されている。特に、中空部へ成形体を挿入可能とするために、分割された要素の摩擦溶接によってクランク軸を組立てることが提案されている。
特開平９−１２６２１９号公報

中空クランク軸に対しては、中空部を油圧経路として効率的に使用するために、メインギャラリと呼ばれる潤滑油供給路を別途設けることなく当該中空部の一端からポンプによって直接潤滑油を圧送する、いわゆる「フロント給油方式」を採用する構成が効率的である。

しかしながら、このような構成においては、油圧経路を構成する中空部内で、回転による慣性力によって潤滑油がクランクピン方向に引っ張られることにより、クランク軸の回転中心に相当する領域において低油圧域あるいは気泡が発生することが懸念される。

このような現象が生じると、潤滑性の劣化やエンジン始動時の油圧立上がり特性の悪化を招いてしまい、エンジン部分での潤滑特性の確保上好ましくない。

さらに、特許文献１に記載された中空クランク軸では、成形体をクランク軸の中空部に挿入するのにクランク軸を分割要素の摩擦要素組立体とするなど、クランク軸を特別な構造としなければならないためコストアップを招く。すなわち、砂中子で中空部を作る通常の鋳物製造により一体化構造の中空クランク軸を製造する場合には、成形体による中空部の容積低減構造は適用できないので、中空部すなわち油圧経路の容積空間が大きくなり、上述した問題点がさらに顕著になるおそれがある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、中空クランク軸とフロント給油方式とを組み合わせた構成のクランク潤滑装置において、エンジン始動時における油圧立上がりを良好にして潤滑性能の信頼性を高めることである。

この発明によるエンジンのクランク潤滑装置は、中空クランク軸と、電動給油ポンプと、制御装置とを備える。中空クランク軸は、内部に油圧経路を兼ねる中空部が形成される。電動給油ポンプは、中空部の端部より潤滑油を圧送する。制御装置は、電動給油ポンプの動作を制御する。制御装置は、エンジンの作動期間に合わせて電動給油ポンプを作動させるとともに、エンジンの停止後にも電動給油ポンプの作動期間を設ける。

好ましくは、エンジンのクランク潤滑装置は、エンジンの停止をトリガとして所定時間の経過を検知するタイマをさらに備える。制御装置は、エンジンの停止時において、タイマにより所定時間の経過が検知されるまで電動給油ポンプの作動を継続させる。

また好ましくは、中空クランク軸は一体型構造を有する。

この発明によるエンジンのクランク潤滑装置は、電動給油ポンプにより中空クランク軸の中空部で構成された油圧経路へフロント給油方式で潤滑油を圧送する構成において、エンジン停止後にも電動給油ポンプの作動期間を設ける。これにより、エンジン停止後に中空部の回転軸部分で発生した気泡あるいは低油圧状態の潤滑油を流し出して消滅させることができる。したがって、次のエンジン起動時にクランク軸中空部の油圧を高速に立上げることができるので、潤滑性能を向上させてメタル焼付きに対する信頼性を向上できる。また、気泡発生による潤滑性能劣化も解消できる。

特に、エンジン停止後に、タイマの計時に基づいて電動給油ポンプの作動を所定期間継続する構成とすることにより、エンジン停止後での電動給油ポンプの作動期間を簡易な制御方式で設定できる。

さらに、この発明によるエンジンのクランク潤滑装置は、中空クランク軸の中空部容積が比較的大きくても、内部の油圧低下によるエンジン始動時の油圧立上がり特性の悪化を回避できる。したがって、中空クランク軸を鋳物で製造可能な一体化構造としても、構造の複雑化を回避することによる低製造コスト化と、油圧立上がり特性に依存する潤滑性確保とを両立できる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明によるクランク潤滑装置に適用される中空クランク軸１０の平面図である。

図１を参照して、中空クランク軸１０は、シリンダブロック（図示せず）から支持されるジャーナル軸部１０ａと、コンロッドの大端穴（図示せず）を挿通するピン部１０ｂと、ジャーナル軸部１０ａおよびピン部１０ｂを連結する連結部１０ｃとを有する。

図２は、この発明によるクランク潤滑装置の構成を示すブロック図である。図２においては、中空クランク軸１０は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図で示される。

図２を参照して、この発明によるクランク潤滑装置１００は、中空クランク軸１０と、電動給油ポンプ２０と、制御装置３０と、タイマ４０とを備える。

中空クランク軸１０の内部には、ジャーナル軸部１０ａ、ピン部１０ｂおよび連結部１０ｃのそれぞれの部分を連通するように一体的に形成された中空部１１が設けられる。

中空部１１は油圧経路を兼ねており、一方の端穴１３から電動給油ポンプ２０によって所定圧力で圧送された潤滑油２５は、ピン部１０ｂの油穴１４からピン部の軸受メタルへ供給される。他方の端穴１３は栓１５によって塞がれる。

制御装置３０は、電動給油ポンプ２０へ動作指示信号３５を与える。電動給油ポンプ２０は、制御装置３０からの動作指示信号３５に応答して作動し、作動時に中空部１１に対して潤滑油２５を供給する。

なお、制御装置３０によって、電動給油ポンプ２０による潤滑油２５の送出圧力および送出量についても制御可能である。すなわち、電動給油ポンプ２０の動作は、制御装置３０からの電気的信号によって電子制御される。これにより、機械式駆動の給油ポンプ（いわゆるメカポンプ）とは異なり、エンジンの停止期間においても、給油ポンプを作動して潤滑油を圧送できる。

タイマ４０は、制御装置３０からのトリガ信号４２に応答して所定時間の経過を計測し、かつ当該所定時間の経過時に経過検出信号４４を制御装置３０へ返送する。制御装置３０へは、図示しないエンジンの作動・停止タイミングを検知するために、エンジン動作信号３６がさらに与えられる。

制御装置３０は、たとえばＥＣＵ（Electrical Control Unit）に代表される所定の処理手順がプログラムされたマイクロコンピュータで構成することが可能である。また、図２の構成例では、制御装置３０およびタイマ４０を別要素として記載したが、タイマ４０の機能を制御装置３０に内包した構成とすることも可能である。

既に説明したように、中空部１１の一端から電動給油ポンプ２０によって潤滑油を供給する「フロント給油方式」の構成とすることにより、クランク軸外部にメインギャラリ（潤滑油供給路）を設けることなく、中空部１１を有効に活用して油圧経路を構成できる。しかしながら、エンジン作動時におけるクランク軸の回転によって、回転中心に相当するジャーナル中心部１６で油圧が低下してしまい、著しい場合には気泡が発生する可能性がある。

この問題を解決するために、この発明によるクランク潤滑装置では、図２に示した電動給油ポンプ２０の作動期間を図３に示すように設定する。

図３を参照して、電動給油ポンプ２０は、制御装置３０からの動作指示信号３５に応答して、エンジンが起動される時刻ｔ１に作動される。その後、時刻ｔ２にエンジンが停止されても、電動給油ポンプ２０が運転状態を継続するように、動作指示信号３５は設定される。

電動給油ポンプ２０は、エンジン停止時（時刻ｔ２）から所定時間ΔＴ経過後の時刻ｔ３において動作指示信号３５に応答して停止される。すなわち、電動給油ポンプ２０は、エンジンの作動期間（時刻ｔ１〜ｔ２）に合わせて作動されるのに加えて、エンジンの停止後にも所定期間（時刻ｔ２〜ｔ３）作動される。これにより、エンジン停止後にも電動給油ポンプ２０の作動期間が設けられる。

制御装置３０は、エンジン動作信号３６に基づいて動作指示信号３５を設定することにより、エンジンが起動される時刻ｔ１に電動給油ポンプ２０へ作動指示を与えることができる。さらに、制御装置３０は、エンジンが停止される時刻ｔ２においては、エンジン動作信号３６に応答して生成したトリガ信号４２をタイマ４０に対して送出し、かつ、所定時間ΔＴ経過後の時刻ｔ３にタイマ４０から返送された経過検出信号４４に応答して動作指示信号３５を変化させることにより、電動給油ポンプ２０へ停止指示を与えることができる。

エンジンの作動期間（時刻ｔ１〜ｔ２）では、制御装置３０は、エンジン回転数等の条件に応じて、電動給油ポンプ２０の動作条件（送出圧力，送出量等）を電子制御する。なお、エンジン停止後の期間（時刻ｔ２〜ｔ３）における電動給油ポンプ２０の動作条件は特に限定されず、エンジン停止時（時刻ｔ２）における動作条件をそのまま継続してもよく、あるいはエンジン停止時とは異なる停止条件を新たに設定してもよい。

上記のように電動給油ポンプ２０の作動期間を設けることにより、エンジン停止後にジャーナル中心部１６で発生した気泡あるいは低油圧状態の潤滑油を流し出すことができる。これにより、中空部１１内の低油圧領域を消滅させて、次のエンジン起動時にクランク軸中空部１１の油圧を高速に立上げることができる。また、気泡発生による潤滑性能劣化も解消できる。この結果、エンジン始動時における潤滑性を向上させてメタル焼付きに対する信頼性を向上できる。

中空クランク軸１０は、一体化構造の鋳物、または分割した要素を結合した組立体により構成される。中空クランク軸１０を鋳物で作製する場合には、中空部１１を構成するための砂中子などの中子を除去し易くするために、生産性の面からは中空部の容積を大きくすることが好ましい。

以上説明したように、この発明によるクランク潤滑構造は、軽量化に適した中空クランク軸の中空部容積が比較的大きくても、内部の油圧低下によるエンジン始動時の油圧立上がり特性の悪化を回避できる。したがって、中空クランク軸をコスト的に有利な鋳物製造とした場合にも、構造の複雑化を回避することによる低製造コスト化と、油圧立上がり特性に依存する潤滑性確保とを両立できる。特に、フロント給油方式とすることにより、メインギャラリを設ける必要がないので、さらに構造が簡略化されて、製造コストの低減を図ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明によるクランク潤滑装置に適用される中空クランク軸の平面図である。 この発明によるクランク潤滑装置の構成を示すブロック図である。 図２に示した電動給油ポンプの作動期間を説明する図である。

符号の説明

１０ 中空クランク軸、１０ａ ジャーナル軸部、１０ｂ ピン部、１０ｃ 連結部、１１ 中空部（クランク軸）、１３ 端穴、１４ 油穴、１５ 栓、１６ ジャーナル中心部、２０ 電動給油ポンプ、２５ 潤滑油、３０ 制御装置、３５ 動作指示信号、３６ エンジン動作信号、４０ タイマ、４２ トリガ信号、４４ 経過検出信号、１００ クランク潤滑装置。

Claims (3)

1. エンジンのクランク潤滑装置であって、
   内部に油圧経路を兼ねる中空部が形成された中空クランク軸と、
   前記中空部の端部より潤滑油を圧送する電動給油ポンプと、
   前記電動給油ポンプの動作を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記エンジンの作動期間に合わせて前記電動給油ポンプを作動させるとともに、前記エンジンの停止後にも前記電動給油ポンプの作動期間を設ける、エンジンのクランク潤滑装置。
2. 前記エンジンの停止をトリガとして所定時間の経過を検知するタイマをさらに備え、
   前記制御装置は、前記エンジンの停止時において、前記タイマにより前記所定時間の経過が検知されるまで前記電動給油ポンプの作動を継続させる、請求項１に記載のエンジンのクランク潤滑装置。
3. 前記中空クランク軸は一体型構造を有する、請求項１に記載のエンジンのクランク潤滑装置。

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