JP2009013813A - 内燃機関の潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の潤滑装置において、分離したエアのオイルへの混入を防止することで気液分離効率を向上して適正な潤滑を可能とする。
【解決手段】エンジン１１を潤滑したオイルを回収するオイル回収通路３１を設け、このオイル回収通路３１にスカベンジポンプ３２を設けると共に、オイルから旋回による遠心力を利用してエアを分離する気液分離器３３を設け、この気液分離器３３によりエアが分離されたオイルを貯留するオイルタンク３４を設け、このオイルタンクのオイルをエンジン１１に供給するオイル供給通路３６を設ける一方、気液分離器３３により分離されたエアをオイル回収通路３１におけるスカベンジポンプ３２の吸入側に戻すエア戻し通路３８を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、内燃機関における動弁系や摺動系などにオイルを供給する内燃機関の潤滑装置に関し、特に、ドライサンプ式の潤滑装置に関するものである。

エンジンにおいて、吸気弁及び排気弁の開閉駆動を行う動弁系、クランクシャフトやピストンなどを駆動する摺動系に対して、常時オイルを供給することで、動弁系における円滑な作動を確保すると共に、摺動系における磨耗や発熱を防止している。このような潤滑装置の一つとして、ドライサンプ式の潤滑装置が提案されている。このドライサンプ式の潤滑装置では、エンジン各部分で使用されたオイルを、クランクケースからスカベンジポンプにより回収し、エンジンとは別体に設けられたオイルタンクに貯留し、このオイルタンクに貯留されているオイルを、フィードポンプによってエンジンの動弁系や摺動系などの各潤滑必要部分に供給している。

ところで、上述したように、このオイルは、動弁系や摺動系などのエンジンの各潤滑必要部分に供給しているが、このオイルは循環中に攪拌されることでエア（気泡）が混入する。オイルに気泡が混入すると、エアが圧縮性を有しているため、動弁系では、例えば、ラッシュアジャスタが適正に作動せず、適正なバルブタイミングを確保することができない。一方、摺動系では、オイルポンプが適正に機能せず、所定量の潤滑油を供給することができず、潤滑油不足による焼き付などが発生してしまう。

そこで、オイルに混入した気泡を除去する気液分離装置を有する潤滑装置が、例えば、下記特許文献１に記載されて提案されている。この特許文献１に記載された内燃機関の潤滑装置は、内燃機関のオイル溜とは独立してオイルタンクを設け、このオイルタンク内に気液分離装置と、オイルタンク内のオイルの一部を少なくとも下方から導入して保温する保温タンクを設け、保温タンク内の異なる位置に第１の潤滑系及び第２の潤滑系を連通し、保温タンク内のオイルを第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給可能としたものである。

特開２００４−２８５９７４号公報

上述した特許文献１に記載された従来の内燃機関の潤滑装置では、オイルタンク内に気液分離装置を設けており、エアが分離されたオイルは、下方の排出口から排出されてオイルタンク内に貯留される一方、オイルから分離されたエアも下方の排出口からオイルタンク内に排出された後、外部に排出される。このような旋回による遠心力を利用してオイルからエアを分離する気液分離装置では、オイルからエアを完全に分離することは困難であり、実際には、エア混入率の低いオイルと、エア混入率の高いオイルに分離される。そのため、従来の内燃機関の潤滑装置のように、気液分離装置からのオイルの排出口とエアの排出口がオイルタンク内にあると、エアが分離されたオイル（エア混入率の低いオイル）はオイルタンク内に貯留され、オイルから分離されたエア（エア混入率の高いオイル）の一部もオイルタンク内に貯留されることとなり、気液分離効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するものであって、分離したエアのオイルへの混入を防止することで気液分離効率を向上して適正な潤滑を可能とする内燃機関の潤滑装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決してその目的を達成するために、本発明の内燃機関の潤滑装置は、内燃機関を潤滑したオイルを回収するオイル回収通路と、該オイル回収通路に設けられたスカベンジポンプと、前記オイル回収通路により回収されたオイルから旋回による遠心力を利用してエアを分離する気液分離器と、該気液分離器によりエアが分離されたオイルを貯留するオイルタンクと、前記気液分離器により分離されたエアを前記オイル回収通路における前記スカベンジポンプの吸入側に戻すエア戻し通路と、前記オイルタンクのオイルを前記内燃機関に供給するオイル供給手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の潤滑装置では、前記オイル供給手段は、オイル供給通路とフィードポンプを有することを特徴としている。

本発明の内燃機関の潤滑装置では、前記気液分離器は、オイルからエアを分離することで、気泡混入率の低いオイルと気泡混入率の高いオイルに分離するものであり、気泡混入率の低いオイルは、前記オイルタンクに貯留される一方、気泡混入率の高いオイルは、前記スカベンジポンプの吸入力により前記エア戻し通路を通して前記オイル回収通路に戻されることを特徴としている。

本発明の内燃機関の潤滑装置によれば、内燃機関を潤滑したオイルを回収するオイル回収通路に、スカベンジポンプと気液分離器を設け、この気液分離器によりエアが分離されたオイルを貯留するオイルタンクを設けると共に、気液分離器により分離されたエアをオイル回収通路におけるスカベンジポンプの吸入側に戻すエア戻し通路を設けたので、気液分離器によりエアが分離されたオイルはオイルタンクに貯留される一方、オイルから分離されたエアはエア戻し通路を通してオイル回収通路におけるスカベンジポンプの吸入側に戻され、スカベンジポンプにより再び気液分離器で気液分離処理が行われることとなり、分離したエアのオイルへの混入を防止することで気液分離効率を向上することができ、その結果、内燃機関の適正な潤滑を可能とすることができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の潤滑装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の潤滑装置を表す概略構成図、図２は、本実施例の内燃機関の潤滑装置における気液分離器の概略図である。

本実施例の内燃機関において、図１に示すように、この内燃機関としてのエンジン１１は、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結されて構成され、このシリンダブロック１２に形成された複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にクランクケース１６が締結され、このクランクケース１６にクランクシャフト１７が回転自在に支持されており、各ピストン１５はコネクティングロッド１８を介してこのクランクシャフト１７にそれぞれ連結されている。

燃焼室１９は、シリンダブロック１２におけるシリンダボア１４の壁面とシリンダヘッド１３の下面とピストン１５の頂面により構成されており、この燃焼室１９は、上部（シリンダヘッド１３の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１９の上部、つまり、シリンダヘッド１３の下面に吸気ポート２０及び排気ポート２１が対向して形成されており、この吸気ポート２０及び排気ポート２１に対して吸気弁２２及び排気弁２３の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２２及び排気弁２３は、シリンダヘッド１３に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート２０及び排気ポート２１を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１３には、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムが吸気弁２２及び排気弁２３の上端部に接触している。

従って、クランクシャフト１７の駆動力が吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに伝達されると、この吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが同期して回転し、吸気カム及び排気カムが吸気弁２２及び排気弁２３を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート２０及び排気ポート２１を開閉し、吸気ポート２０と燃焼室１９、燃焼室１９と排気ポート２１とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート２０には、吸気マニホールドを介して吸気管２４が連結されており、この吸気管２４の空気取入口にはエアクリーナ２５が取付けられている。そして、このエアクリーナ２５の下流側にスロットル弁２６が設けられている。また、シリンダヘッド１３には、吸気ポート２０に燃料を噴射するインジェクタ２７が装着されると共に、燃焼室１９の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ２８が装着されている。

一方、排気ポート２１には、排気マニホールドを介して排気管２９が連結されており、この排気管２９には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒３０が装着されている。

車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）が搭載されており、このＥＣＵは、吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ２７や点火プラグ２８を制御している。

また、本実施例の内燃機関の潤滑装置は、ドライサンプ式の潤滑装置であって、エンジン１１のクランクケース１６には、このエンジン１１を潤滑したオイルを回収するオイル回収通路３１の一端部が連結され、このオイル回収通路の中途部にはスカベンジポンプ３２が設けられている。このスカベンジポンプ３２は、エンジン１１のクランクシャフト１７に駆動連結されており、エンジン１１に同期して駆動することができる。従って、このスカベンジポンプ３２を作動させることで、クランクケース１６内のオイルを図示しないストレーナを介してオイル回収通路３１に吸入して回収することができる。

このオイル回収通路３１は、他端部が、回収されたオイルから旋回による遠心力を利用してエアを分離する気液分離器３３に連結されている。この気液分離器３３は、図２に示すように、ケース５１と、オイル導入部５２と、オイル排出部５３と、エア排出部５４とから構成されている。そして、オイル導入部５２にオイル回収通路３１の他端部が連結されている。このケース５１は、円筒密閉形状をなし、軸方向に沿って内径が一定である上円筒部５１ａと、軸方向下方に沿って内径が小さくなる下円錐部５１ｂとから構成されている。オイル導入部５２は、ケース５１の上部、つまり、上円筒部５１ａの外周部に形成され、ケース５１の外周面に対して接線方向に連結されており、オイル回収通路３１のオイルをケース５１の内部に導入し、ケース５１の内部を旋回させることができる。

オイル排出部５３は、ケース５１における下円錐部５１ｂの下面部に設けられており、ケース５１の内部でエアを分離除去したオイルを排出することができる。また、エア排出部５４は、ケース５１における上円筒部５１ａの上面部に設けられており、オイルから分離したエアを排出することができる。

従って、スカベンジポンプ３２によりオイル回収通路３１を通してケース５１の内部に導入される。このとき、オイルは、オイル導入部５２からケース５１の内壁面に沿ってその接線方向に導入されることから、ケース５１の内部で旋回流となる。すると、遠心分離作用によりオイルに混入したエアがケース５１の軸中心側に移動することで分離され、その浮力によりそのまま上昇し、エア排出部５４から排出される一方、エアが分離されたオイルは、旋回しながら下降してオイル排出部５３から排出される。

また、図１に戻り、オイルタンク３４は、エンジン１１とは別体に構成され、気液分離器３３によりエアが分離されたオイルを貯留するものである。このオイルタンク３４は、上部に連結通路３５の一端部が連結され、この連結通路３５の他端部が気液分離器３３におけるオイル排出部５３に連結されている。そして、オイルタンク３４は、下部にオイル供給通路３６の一端部が連結され、このオイル供給通路３６の他端部がエンジン１１におけるシリンダブロック１２の図示しないオイルギャラリに連結されており、オイル供給通路３６にフィードポンプ３７が設けられている。このフィードポンプ３７は、エンジン１１のクランクシャフト１７に駆動連結されており、エンジン１１により駆動することができる。なお、図示しない電動モータにより駆動するように構成してもよい。本実施例では、オイル供給通路３６とフィードポンプ３７によりオイル供給手段が構成されている。従って、このフィードポンプ３７を作動させることで、オイルタンク３４に貯留されているオイルを図示しないストレーナを介してオイル供給通路３６に吸入し、エンジン１１におけるシリンダブロック１２オイルギャラリに供給することができる。

また、気液分離器３３、エア排出部５４にエア戻し通路３８の一端部が連結され、このエア戻し通路３８の他端部が、オイル回収通路３１におけるスカベンジポンプ３２の吸入側、つまり、オイル回収通路３１により回収されるオイルの流動方向の上流側に連結されている。従って、スカベンジポンプ３２を作動させることで、クランクケース１６内のオイルがオイル回収通路３１を通して気液分離器３３に回収することができることから、オイル回収通路３１にて、スカベンジポンプ３２の吸入側、つまり、オイルの流動方向の上流側には、スカベンジポンプ３２の吸入力が作用する。そのため、このスカベンジポンプ３２の吸入力が、エア戻し通路３８を通して気液分離器３３のエア排出部５４に作用することで、気液分離器３３でオイルから分離されたエアをエア戻し通路３８を通してオイル回収通路３１に吸入し、このオイル回収通路３１から気液分離器３３に回収し、ここで再び気液分離処理を行うことができる。

なお、オイルタンク３４の上端部と、吸気管２４におけるスロットル弁２６より下流側との間には、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路３９が設けられており、オイルタンク３４内で発生したブローバイガス（未燃ガス）を吸気管２４に排出して処理することができる。

ここで、本実施例の内燃機関の潤滑装置によるオイルの流れについて説明する。

エンジン１１が駆動すると、このエンジン１１の駆動に同期してスカベンジポンプ３２が作動し、クランクケース１６内のオイルをオイル回収通路３１に吸入し、気液分離器３３に回収する。すると、この気液分離器３３では、オイル回収通路３１を通して内部に導入されたオイルが内壁面に沿った旋回流となり、遠心分離作用によりオイルに混入したエアが軸中心側に移動することで分離され、その浮力により上昇することとなり、オイルからエアが分離される。この場合、気液分離器３３がオイルからエアを分離することは、実際には、気泡混入率の低いオイルと気泡混入率の高いオイルに分離することである。

この気液分離器３３にて、エアが分離されたオイル、つまり、気泡混入率の低いオイルは、連結通路３５を通ってオイルタンク３４に送給されて貯留される。そして、フィードポンプ３７を作動させることで、このオイルタンク３４に貯留されているオイルを、オイル供給通路３６を通してエンジン１１におけるシリンダブロック１２オイルギャラリに供給する。すると、オイルギャラリのオイルは、エンジン１１の吸気弁２２及び排気弁２３の開閉駆動を行う動弁系、クランクシャフト１７やピストン１５などを駆動する摺動系に対して、気泡混入率の低いオイルを適正に供給することで、この動弁系における円滑な作動を確保すると共に、摺動系における磨耗や発熱を防止する。

一方で、スカベンジポンプ３２を作動させると、オイル回収通路３１にて、スカベンジポンプ３２の吸入側に吸入力が作用し、この吸入力がエア戻し通路３８を通して気液分離器３３のエア排出部５４に作用する。そのため、気液分離器３３でオイルから分離されたエア、つまり、気泡混入率の高いオイルは、エア戻し通路３８を通してオイル回収通路３１に吸入され、クランクケース１６からのオイルと共にオイル回収通路３１を通して気液分離器３３に回収されることとなり、ここで再び気液分離処理が行われる。従って、気液分離器３３でオイルから分離されたエア（気泡混入率の高いオイル）がオイルタンク３４内のオイルに混入することはない。

このように本実施例の内燃機関の潤滑装置にあっては、エンジン１１を潤滑したオイルを回収するオイル回収通路３１を設け、このオイル回収通路３１にスカベンジポンプ３２を設けると共に、オイルから旋回による遠心力を利用してエアを分離する気液分離器３３を設け、この気液分離器３３によりエアが分離されたオイルを貯留するオイルタンク３４を設け、このオイルタンクのオイルをエンジン１１に供給するオイル供給通路３６を設ける一方、気液分離器３３により分離されたエアをオイル回収通路３１におけるスカベンジポンプ３２の吸入側に戻すエア戻し通路３８を設けている。

従って、気液分離器３３によりエアが分離されたオイルはオイルタンク３４に貯留される一方、オイルから分離されたエアはエア戻し通路３８を通してオイル回収通路３１におけるスカベンジポンプ３２の吸入側に戻され、スカベンジポンプ３２により再び気液分離器３３送られて気液分離処理が行われることとなり、分離したエアのオイルへの混入を防止することで気液分離効率を向上することができ、その結果、内燃機関の適正な潤滑を可能とすることができる。

また、本実施例の内燃機関の潤滑装置では、オイル供給手段として、オイル供給通路３６とフィードポンプ３７を設けており、オイルタンク３４内のオイルを適正にエンジン１１に供給することかできる。

また、本実施例の内燃機関の潤滑装置では、気液分離器３３は、オイルからエアを分離することで、気泡混入率の低いオイルと気泡混入率の高いオイルに分離可能であり、気泡混入率の低いオイルをオイルタンク３４に貯留する一方、気泡混入率の高いオイルをスカベンジポンプ３２の吸入力によりエア戻し通路３８を通してオイル回収通路３１に戻すようにしている。従って、気泡混入率の低いオイルがオイルタンク３４に貯留され、気泡混入率の高いオイルが再び気液分離器３３に戻されることとなり、オイルタンク３４への気泡混入率のオイルの混入が防止され、気液分離効率を向上することができる。

なお、上述した本実施例の内燃機関の潤滑装置では、気液分離器３３で分離された気泡混入率の高いオイルを全量エア戻し通路３８を通してオイル回収通路３１に送り、気液分離器３３で再び気液分離処理が行うようにしたが、気液分離器３３で分離された気泡混入率の高いエアの一部をクランクケース１６に戻したり、オイル中のエアが悪影響を及ぼさない軸受部などへ供給するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の潤滑装置は、分離したエアのオイルへの混入を防止することで気液分離効率を向上して適正な潤滑を可能とするものであり、いずれの内燃機関に適用して有用である。

本発明の一実施例に係る内燃機関の潤滑装置を表す概略構成図である。 本実施例の内燃機関の潤滑装置における気液分離器の概略図である。

符号の説明

１１ エンジン（内燃機関）
１６ クランクケース
３１ オイル回収通路
３２ スカベンジポンプ
３３ 気液分離器
３４ オイルタンク
３６ オイル供給通路（オイル供給手段）
３７ フィードポンプ（オイル供給手段）
３８ エア戻し通路

Claims (3)

1. 内燃機関を潤滑したオイルを回収するオイル回収通路と、該オイル回収通路に設けられたスカベンジポンプと、前記オイル回収通路により回収されたオイルから旋回による遠心力を利用してエアを分離する気液分離器と、該気液分離器によりエアが分離されたオイルを貯留するオイルタンクと、前記気液分離器により分離されたエアを前記オイル回収通路における前記スカベンジポンプの吸入側に戻すエア戻し通路と、前記オイルタンクのオイルを前記内燃機関に供給するオイル供給手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の潤滑装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の潤滑装置において、前記オイル供給手段は、オイル供給通路とフィードポンプを有することを特徴とする内燃機関の潤滑装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の潤滑装置において、前記気液分離器は、オイルからエアを分離することで、気泡混入率の低いオイルと気泡混入率の高いオイルに分離するものであり、気泡混入率の低いオイルは、前記オイルタンクに貯留される一方、気泡混入率の高いオイルは、前記スカベンジポンプの吸入力により前記エア戻し通路を通して前記オイル回収通路に戻されることを特徴とする内燃機関の潤滑装置。

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