JP2009144623A - エンジンの潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主としてクランクシャフト周辺のフリクション低減を図ることを課題とする。
【解決手段】潤滑装置１は、オイルパン１１内のオイルをメインポンプ１０によってエンジン各部へ供給する第１オイル通路９、蓄熱タンク１１内のオイルをサブポンプ１３によってクランクシャフト３周辺へ供給する吐出口１２ｄ１が設けられた第２オイル通路１２とを備えている。第２オイル通路１２は、その一端が第１オイル通路９に接続されている。また、第２オイル通路１２を構成する排出側パイプ１２ｂと吐出パイプ１２とを接続する連通パイプ１２ｃに逆止弁１４を備えている。第２オイル通路１２の他端は、オイルパン６に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、主としてクランクシャフト周辺のフリクション低減を図るエンジンの潤滑装置に関する。

従来、機関始動時に機関温度を速やかに所定の温度にまで上昇させ、燃焼改善を図る提案がされている。このような技術は例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、以下のような内燃機関が開示されている。内燃機関はオイルパンから延びるオイル管を備えている。このオイル管は、メインギャラリに通じる第１オイル分岐管と蓄熱タンクに通じる第２分岐管とに分岐する。オイル管にはメインポンプが配置されている。蓄熱タンクの内部空間からはピストンに向かってオイルを噴射するオイルジェットが接続されるサブオイルギャラリに通じるオイル管が延びている。特許文献１に開示されたこのような内燃機関では、蓄熱タンク内の高温のオイルが機関始動前、機関始動時にオイルジェットから噴射される。

特開２００４−２８５８４３号公報

しかしながら、特許文献１で開示された内燃機関は、燃焼室内での燃焼を良好なものとすることを主の目的としており、クランシャフト周辺のフリクションを積極的に低減する構成とはなっていない。すなわち、特に、エンジンの冷間始動時にはクランクシャフト回りのフリクションが大きく、このフリクションを低減することが燃費改善等に有効であるが、特許文献１で開示された内燃機関ではこの点は考慮されていない。

そこで、本発明は、主としてクランクシャフト周辺のフリクション低減を図ることを課題とする。

かかる課題を解決するための本発明のエンジンンの潤滑装置は、オイルタンク内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給する第１オイル通路と、蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給する吐出口が設けられた第２オイル通路と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、クランクシャフト周辺を暖機することができ、フリクションの低減を図ることができる。ここで、オイルタンクは、シリンダブロックの下部に装着されるオイルパンであってもよいし、シリンダブロックとは別体のタンクであってもよい。このようなオイルタンク内にはストレーナが配置される。ストレーナは、第１オイル通路の端部に位置することとなる。

このようなエンジンの潤滑装置では、前記第２オイル通路は、その一端が前記第１オイル通路に接続されるとともに、逆止弁を備えた構成とすることができる（請求項２）。ここで、第１オイル通路は、メインジャーナル等、通常のエンジンにおいてオイルが循環する経路を含むものである。このような第１オイル通路に第２オイル通路の一端を接続することにより、蓄熱タンク内の保温されたオイルをクランクシャフト周辺以外のエンジン各部へも供給することができる。このとき、メインポンプの吐出量がサブポンプの吐出量を上回るような状態となっても、逆止弁を備えていることにより第２オイル通路に設けられた吐出口からエアを吸い込んでしまうことは抑制される。

また、このようなエンジンの潤滑装置では、前記第２オイル通路の他端は、前記オイルタンクに接続された構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、蓄熱タンクへはオイルタンク内のオイルを供給することができる。エンジンの暖機完了後、オイルタンク内には高温となったオイルが貯留されるので、オイルタンクから蓄熱タンク内へ高温のオイルを送油することができる。

このように第２オイル通路の他端がオイルタンクに接続される構成であるとき、前記サブポンプは、前記オイルタンクと前記蓄熱タンクとの間に配置された構成とすることができる（請求項４）。蓄熱タンク内のオイルの温度分布は、垂直方向位置が高いほど高温で、低い位置ほど低温となる。このため、できるだけ高温のオイルをクランクシャフト周囲に供給すべく、蓄熱タンク内の高い位置に排出口を設けることが望ましい。その一方で、供給口は蓄熱タンク内の低い位置に設ける。蓄熱タンク内のこのような排出口と供給口の配置を考慮すると、サブポンプの位置は、オイルタンクと蓄熱タンクとの間とすることが望ましい。仮に、サブポンプを蓄熱タンクよりも下流側に配置し、蓄熱タンク内のオイルを吸引するような構成とすると、蓄熱タンク内の高い位置に設けられた排出口が油面から露出し、オイルの供給が継続できなくなるおそれがある。

エンジンの始動時、特に、冷間始動時におけるクランクシャフト周囲のフリクションを低減するためには、クランクシャフトが回転を開始する前、すなわちエンジン始動前に前記蓄熱タンク内のオイルを前記クランクシャフト周辺へ供給することが望ましい（請求項５）。また、エンジン始動時に蓄熱タンク内の高温のオイルは消費してしまうため、次回の暖機に備えるべく、前記サブポンプは、次回の暖機に用いるオイルを前記蓄熱タンクへ送油する駆動を行う（請求項６）。

このようなサブポンプの駆動は、簡易な制御によって行うことができる。例えば、前記サブポンプの駆動制御を行う制御部を備え、当該制御部は、オイルタンク内のオイルの温度又は当該オイルの温度と相関関係を有する値を参酌して前記サブポンプの駆動制御を行う構成とすることができる（請求項７）。エンジン始動時は、エンジンが冷間始動状態か否かの判断を行うことなく、エンジン始動時には必ずサブポンプを駆動して蓄熱タンク内のオイルをクランクシャフト周辺に供給するようにすることもできる。エンジンが暖機完了しているか否かはオイルタンク内のオイルの温度を参酌すれば判断することができ、その温度から暖機が完了しておらず、冷間始動状態であると判断されるときにのみサブポンプを駆動して蓄熱タンク内のオイルを供給するようにしてもよい。オイルタンク内のオイル温度は、オイルタンクに装着した油温センサから取得してもよいし、他のオイルラインに装着された油温センサから取得してもよい。さらに、オイルの温度と相関関係を有する水温や壁温を参酌する構成としてもよい。要は、暖機が完了しているか否かを判断することができる情報を参酌してサブポンプの駆動制御を行うようにすることができる。

クランクシャフト周辺への蓄熱タンク内のオイルの供給は、前記のようにエンジン始動前に行うことが望ましい。そこで、前記サブポンプの駆動制御を行う制御部を備え、当該制御部は、エンジン始動を予測するセンサの検知結果に基づいて前記サブポンプの駆動制御を行う構成とすることができる（請求項８）。エンジン始動を予測するセンサは、例えば、運転席側のドアの開錠がされたこと、運転席側のドアが開けられたこと、運転席のシートに着席したこと、エンジンスタートのためにキーシリンダーにキーが差し込まれたこと、イグニションがＯＮ状態とされたこと等、その動作に引き続いてエンジン始動動作が行われることが予測される行動を検知することができるセンサが挙げられる。

本発明のエンジンの潤滑装置は、蓄熱タンク内の高温のオイルをクランクシャフト周辺に供給するので、クランクシャフト周辺のフリクションを低減することができる。このとき、第２オイル通路の一端が前記第１オイル通路に接続されるとともに、逆止弁を備えた構成とすることで、蓄熱タンク内の高温のオイルをクランクシャフト周辺以外のエンジン各部に供給し、早期暖機を図ることができる。逆止弁の装着により、エアの吸い込みを抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の潤滑装置１を組み込んだエンジン２の概略構成を示した説明図である。また、図２は、エンジン２のクランクシャフト３の周辺をその側方から見た状態を示す説明図である。エンジン２は、シリンダブロック４にシリンダヘッド５とオイルパン６が組み付けられている。このオイルパン６は、本発明におけるオイルタンクに相当する。シリンダブロック４の下端にはクランクシャフト３が配置されている。また、シリンダブロック４内には、コンロッド７を介してクランクシャフト３と接続されたピストン８が収容されている。

潤滑装置１は、オイルパン６内のオイルをオイル供給が必要なエンジン各部に供給する第１オイル通路９を備えている。この第１オイル通路９の端部にはストレーナ９ａが設けられている。オイル供給が必要なエンジン各部には、吸排気バルブ周辺やシリンダライナ等の摺動部、潤滑部が含まれる。第１オイル通路９には、クランクシャフト３を駆動源とするメインポンプ１０が配置されており、オイルパン６内のオイルは、このメインポンプ１０の作用により、エンジン各部へ供給される。

潤滑装置１は、蓄熱タンク１１内のオイルをクランクシャフト３周辺へ供給する第２オイル通路１２を備えている。蓄熱タンク１１は、真空断熱構造を有しており、口部１１ａが下方に位置するように設置されている。第２オイル通路１２は、蓄熱タンク１１よりも上流側の供給側パイプ１２ａと、蓄熱タンク１１よりも下流側の排出側パイプ１２ｂ、この排出側パイプ１２ｂと連通パイプ１２ｃを介して接続される吐出パイプ１２ｄを備えている。供給側パイプ１２ａの吸込側端部１２ａ１は、オイルパン６の下部に接続されている。また、供給パイプ１２ａの排出側端部１２ａ２は、蓄熱タンク１１の口部１１ａに上向きに挿入される。ただし、その位置は、蓄熱タンク１１内の低い位置に留められている。オイルパン６と蓄熱タンク１１とを結ぶこととなる供給側パイプ１２ａには、電動のサブポンプ１３が配置されている。

排出側パイプ１２ｂの一端に位置する吸込側端部１２ｂ１は、蓄熱タンク１１の口部１１ａに上向きに挿入される。その垂直方向位置は図示するように蓄熱タンク１１内の高い位置まで延設されている。排出側パイプ１２ｂの他端に位置する排出側１２ｂ２は、第１オイル通路９へ接続されている。この接続位置は、ストレーナ９ａとメインポンプ１０との間である。連通パイプ１２ｃ内には逆止弁１４が装着されている。この逆止弁１４は、排出側パイプ１２ｂから吐出パイプ１２ｄへのオイルの流通は許容するが、吐出パイプ１２ｄから排出側パイプ１２ｂへのオイルの流通は遮断する。吐出パイプ１２ｄには、オイルをクランクシャフト３の主としてジャーナル３ａに向かって吐出する吐出口１２ｄ１が設けられている。

供給側パイプ１２ａに配置されたサブポンプ１３には、このサブポンプ１３の駆動制御を行う制御部に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）１５が電気的に接続されている。ＥＣＵ１５は、シリンダヘッド５に装着された水温センサ１６と接続されており、暖機完了判定時に参酌する水温データを取得するようになっている。また、ＥＣＵ１５は、イグニション１７とも接続されており、イグニションＯＮ／ＯＦＦ信号を受信するようになっている。潤滑装置１は、ＥＣＵ１５の駆動指令に基づいて作動するサブポンプ１３により、クランクシャフト３周辺へのオイルの供給を行う。クランクシャフト３周辺へのオイルの供給は、特に、冷間始動時の当該箇所のフリクション低減を図るべく、エンジン始動前に蓄熱タンク１１内のオイルをクランクシャフト３周辺へ供給する。また、ＥＣＵ１５は、次回のエンジン１の始動時における暖機に用いるオイルを蓄熱タンク１１へ送油するためにサブポンプ１３へ駆動指令を発し、サブポンプ１３が駆動されることにより蓄熱タンク１１内に再び高温のオイルが貯留される。

次に、以上のように構成される潤滑装置１の具体的な動作につき、説明する。潤滑装置１の動作はＥＣＵ１５により制御されている。このＥＣＵ１５が行う制御のフローの一例を、図３に示す。ＥＣＵ１５は、まず、ステップＳ１において、イグニション１７がＯＮとされたか否かの判断を行う。イグニション１７がＯＮ状態であると判定するとき（ＹＥＳ判定）は、この後にエンジン１が始動されると予測されることから、ステップＳ２へ進み、以下の一連の処理を開始する。一方、イグニション１７がＯＦＦ状態のときは、処理は終了する（エンド）。

ＥＣＵ１５は、次に、ステップＳ２において、オイル貯留フラグがＯＮ状態となっているか否かの判断を行う。オイル貯留フラグは、エンジン１の暖機に寄与することができる高温のオイルが蓄熱タンク１１内に貯留されているか否かを判断するためのものである。例えば、前回エンジン稼動時に、その稼働時間が短く、オイルが十分に昇温できなかったときには蓄熱タンク１１内には高温のオイルが貯留されていないときがある。このように高温のオイルが貯留されていないにもかかわらず、サブポンプ１３に通電し、サブポンプ１３を作動させることは電力の無駄となりかねない。そこで、ステップＳ１においてＮＯと判断する場合、すなわち、蓄熱タンク１１内に高温のオイルが貯留されておらず、オイル貯留フラグがＯＦＦとされているときは、処理は終了する（エンド）。

ステップＳ２において、ＹＥＳと判断したときは、ステップＳ３においてサブポンプ１３に駆動指令を発し、ＯＮ状態とする。また、これに引き続き、ステップＳ４において駆動時間Ｓ_１秒のカウントを行う。このＳ_１秒は、クランクシャフト３周辺を暖機するための量のオイルを吐出する時間として予め定められている。このＳ_１秒間に吐出されるオイルの量は、蓄熱タンク１１の容量の一部であり、蓄熱タンク１１の全容量に相当する量は吐出しない。従って、Ｓ１秒経過後であっても蓄熱タンク１１内には高温のオイルが残存している。サブポンプ１３が稼動すると、オイルパン６内のオイルが供給側パイプ１２ａを通じて移送され、その排出側端部１２ａ２から蓄熱タンク１１内に供給される。これにより、蓄熱タンク１１内のオイルは、排出側パイプ１２ｂの吸込側端部１２ｂ１から、吸い込まれ、送り出される。送り出されたオイルは排出側パイプ１２ｂ、連通パイプ１２ｃ、吐出パイプ１２ｄを通じて吐出口１２ｄ１からクランクシャフト３に向かって吐出される。これにより、クランクシャフト３周辺の暖機が促進され、フリクションが低下する。このとき、蓄熱タンク１１内のオイルの温度分布は、高い位置ほど高温となる。これに対し、吸込側端部１２ｂ１は、蓄熱タンク１１内の高い位置に設置されているので、高温のオイルから順に利用される。サブポンプ１３のＳ_１秒間の駆動後も蓄熱タンク１１内の高い位置には、高温のオイルが貯留されている。

サブポンプ１３がＯＮ状態となってからＳ_１秒が経過し、ステップＳ４においてＹＥＳと判断すると、ステップＳ５に進み、サブポンプ１３に対しＯＦＦ指令を発する。その後、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、エンジン１が始動したか否かの判断を行う。未だエンジンが始動しておらず、ステップＳ６においてＮＯと判断するときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、未だイグニションがＯＮ状態を継続しているか否かの判断を行う。イグニションがＯＮ状態を継続しており、ステップＳ７でＹＥＳと判断するときはエンジンが始動しているか否か（ステップＳ６）の監視を継続する。一方、イグニションがＯＦＦとされていており、ステップＳ７において、ＮＯと判断するときは、処理は終了する（エンド）。運転者がイグニションをＯＦＦとしたときは、運転者の意思はエンジンを始動させないと予想できるので、一旦処理を終了する。

ステップＳ６でＹＥＳと判断するときは、ステップＳ８においてサブポンプ１３に駆動指令を発し、ＯＮ状態とする。また、これに引き続き、ステップＳ９において駆動時間Ｓ_２秒のカウントを行う。このＳ_２秒は、蓄熱タンク１１内に残留している高温の燃料をほぼ全量吐出することができる時間である。高温の燃料を全量吐出し終わった後は、ステップＳ１０において、サブポンプ１３をＯＦＦ状態とする。これにより、サブポンプ１３を駆動する電力を抑制することができる。

ステップＳ８においてサブポンプ１３がＯＮ状態とされたとき、エンジン１は稼動様態にある。このため、クランクシャフト３を駆動源とするメインポンプ１０は駆動状態となっている。メインポンプ１０が駆動されることにより、オイルパン６内のオイルは第１オイル通路９を通じて吸い上げられる。吸い上げられたオイルはエンジン各部へ供給される。このオイルには第２オイル通路１２を構成する排出側パイプ１２ｂを通過したオイルが合流する。このオイルは、蓄熱タンク１１内で保温されていたものである。このように高温で粘度の低いオイルが第１オイル通路９を通過することにより、第１オイル通路９における圧損を低減することができる。また、メインポンプ１０にも高温、低粘度のオイルが通過することにより、メインポンプ１０における抵抗も低減することができ、効率向上を期待することができる。さらに、少しでも温度の高いオイルをエンジン各部に供給することにより、フリクションの低減、早期暖機完了を図ることができる。

メインポンプ１０は、クランクシャフト３を駆動源としているため、エンジンの稼動状態に応じてメインポンプ１０による第１オイル通路９内のオイル流通量、油圧が変動する。このオイル流通量、油圧によっては、排出側パイプ１２ｂ内のオイルが急激に第１オイル通路９側に吸い込まれることも想定される。このような状態なった場合、逆止弁１４が作用し、吐出パイプ１２ｄから排出側パイプ１２ｂへオイルが吸い出されることは抑制される。このため、吐出口１２ｄ１からエアが吸い込まれることを抑制することができる。この結果、エンジン各部へ供給されるオイルにエアが混入することを抑制することができる。

ステップＳ１０においてサブポンプ１３をＯＦＦ状態とすると、エンジン始動時の一連の処理が終了することとなる。その後、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１１へ進み、エンジン１が停止したか否かを監視する。エンジン１が停止し、ステップＳ１１においてＹＥＳと判断するときはステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、水温センサ１６からのデータに基づいて、水温がＴ_１以上となっているかの判断を行う。この水温Ｔ_１は、次回冷間始動においてエンジン１の有効な暖機を行うことができるオイルの温度を規定するものである。水温とオイルの温度とは相関関係を有しているため、水温を参酌することによりオイルの温度を推定するものである。水温が水温Ｔ_１に達していないときはステップＳ１２においてＮＯと判断し、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、次回のエンジン始動時に利用することができる温度に達したオイルが蓄熱タンク１１内に貯留されていないことを示すべく、オイルフラグ貯留フラグをＯＦＦとする。

一方、ステップＳ１２においてＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１４へ進み、サブポンプ１３をＯＮ状態とする。また、これに引き続き、ステップＳ１５において駆動時間Ｓ_３秒のカウントを行う。このＳ_３秒は、オイルパン６から供給される高温のオイルによって蓄熱タンク１１を満たすことができる量を送油することができるサブポンプ１３の駆動時間である。サブポンプ１３を駆動開始後、Ｓ_３秒が経過すると、ステップＳ１６においてサブポンプ１３をＯＦＦ状態とする。また、これに引き続き、ステップＳ１７において、蓄熱タンク１１内に高温のオイルが貯留されていることを示すオイル貯留フラグをＯＮとする。これにより、次回のエンジン１の始動に備えることができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、上記実施例におけるＥＣＵ１５が行う制御は種々変更することができる。例えば、エンジン始動時にオイルが所定の温度に達しているときはサブポンプ１３の駆動を中止するようにすることができる。例えば暖機完了している状態のエンジン１が一旦停止され、その後、再始動するような場合にはサブポンプ１３の駆動を中止し、電力消費を抑制することができる。また、簡易な制御とし、エンジン始動時、エンジン停止時には必ずサブポンプ１３を駆動し、蓄熱タンク１１からのオイルの吐出、蓄熱タンク１１へのオイルの供給を行うようにすることもできる。

潤滑装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。 エンジンのクランクシャフトの周辺をその側方から見た状態を示す説明図である。 潤滑装置の制御の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 潤滑装置
２ エンジン
３ クランクシャフト
３ａ ジャーナル
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
６ オイルパン
７ コンロッド
８ ピストン
９ 第１オイル通路
１０ メインポンプ
１１ 蓄熱タンク
１２ 第２オイル通路
１２ａ 供給側パイプ
１２ｂ 排出側パイプ１２
１２ｃ 連通パイプ
１２ｄ 吐出パイプ
１２ｄ１ 吐出口
１３ サブポンプ
１４ 逆止弁
１５ ＥＣＵ
１６ 水温センサ
１７ イグニション

Claims (8)

1. オイルタンク内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給する第１オイル通路と、
   蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給する吐出口が設けられた第２オイル通路と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
2. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記第２オイル通路は、その一端が前記第１オイル通路に接続されるとともに、逆止弁を備えたことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
3. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記第２オイル通路の他端は、前記オイルタンクに接続されたことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
4. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記第２オイル通路の他端は、前記オイルタンクに接続され、前記サブポンプは、前記オイルタンクと前記蓄熱タンクとの間に配置されたことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
5. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記サブポンプは、エンジン始動前に前記蓄熱タンク内のオイルを前記クランクシャフト周辺へ供給することを特徴とするエンジンの潤滑装置。
6. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記サブポンプは、次回の暖機に用いるオイルを前記蓄熱タンクへ送油する駆動を行うことを特徴とするエンジンンの潤滑装置。
7. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記サブポンプの駆動制御を行う制御部を備え、
   当該制御部は、オイルタンク内のオイルの温度又は当該オイルの温度と相関関係を有する値を参酌して前記サブポンプの駆動制御を行うことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
8. 請求項１記載のエンジンの潤滑装置において、
   前記サブポンプの駆動制御を行う制御部を備え、
   当該制御部は、エンジン始動を予測するセンサの検知結果に基づいて前記サブポンプの駆動制御を行うことを特徴とするエンジンの潤滑装置。

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