JP2013142297A - 内燃機関の潤滑油供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストンクーリングジェットの設置に起因する駆動損失や暖機の遅延等を抑制した内燃機関の潤滑油供給装置を提供する。
【解決手段】 エンジン負荷が増大した場合、ＥＣＵ７０は、電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１への励磁電流の供給を停止する。すると、リターンスプリング４３に付勢されたスプール４２が図中右側に移動し、電磁スプール弁８からのコントロール油が増量側コントロール油路６２を介してオイルポンプ４の増量側ポート５６に流入する。これにより、油圧アクチュエータ５２が可動ハウジング５１を左回転方向に駆動し、オイルポンプ４の吐出量が増大する。一方、ＰＣＪバルブ９では、増量側コントロール油路６２からのコントロール油がコントロールポート４９に供給され、弁体４７による閉鎖が解かれて第４フィード油路２４が開放されてジェットノズル１０からエンジンオイルがピストン７５の下面等に向けて噴射される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の各部に潤滑油を供給する潤滑油供給装置に係り、詳しくは、ピストンクーリングジェットの設置に起因する駆動損失や暖機の遅延等を抑制する技術に関する。

内燃機関（以下、エンジンと記す）には、エンジンオイルを動弁機構やクランクジャーナル等に圧送して潤滑や冷却を行わせるべく、オイルポンプやオイルフィルタ、ストレーナ、リリーフバルブ等からなる潤滑油供給装置が備えられている。また、一部のエンジンには、高回転高負荷運転時におけるピストンやシリンダの温度上昇を抑制するため、クランクケースに複数のジェットノズルを設置し、これらジェットノズルから各ピストンの内壁面に向けてエンジンオイルを噴射するピストンクーリングジェット（以下、ＰＣＪと記す）が採用されている（特許文献１参照）。

特許文献１のＰＣＪでは、メインギャラリとジェットノズルとの間に弁体や圧縮コイルスプリングからなるＰＣＪバルブが介装されており、エンジン回転速度の上昇に伴ってメインギャラリの油圧がある程度高くなるとＰＣＪバルブが開弁し、ジェットノズルからエンジンオイルが噴射される。なお、エンジンの潤滑油供給装置では定容量型のオイルポンプが一般に採用されているが、オイルポンプのなかには、駆動損失の低減等を図るために高速回転時に吐出容量を減少させることができる可変容量型（特許文献２参照）のものも存在する。
実公昭６２−２４７４２号公報 特開平８−２１０２６１号公報

ＰＣＪが組み込まれたエンジンでは、ＰＣＪバルブが開弁するとジェットノズル側に多量のエンジンオイルが流入することで、動弁機構やクランクシャフトへのエンジンオイルの供給量が急減する。したがって、従来は、ＰＣＪの作動時にも十分な量のエンジンオイルを供給できるようにオイルポンプの吐出容量を大きく設定する必要があり、ＰＣＪが作動しない運転域でエンジンの駆動損失が増大する問題があった。また、従来のＰＣＪでは、メインギャラリの油圧に応じてＰＣＪバルブが開弁するため、冷間時にもＰＣＪが作動することでエンジンの暖機が遅くなる他、熱損失増大による燃費の悪化や有害排出ガス成分の増大がもたらされる問題もあった。更に、高負荷運転の直後にエンジン回転速度が低下した場合、ＰＣＪが作動しなくなることでピストンやシリンダの冷却が十分に行われず、有害排出ガス成分の増大やシリンダの摩耗等がもたらされる虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ピストンクーリングジェットの設置に起因する駆動損失や暖機の遅延等を抑制した内燃機関の潤滑油供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る潤滑油供給装置は、内燃機関を構成する定常給油部材（３３，３４）と非定常給油部材（１０）とにエンジンオイルを供給する潤滑油供給装置（１）であって、前記内燃機関に駆動され、減量側コントロール油路（６１）からコントロール油が供給されることで吐出容量が減少する可変容量型のオイルポンプ（４）と、前記内燃機関の運転時に、前記オイルポンプから供給されたエンジンオイルを前記定常給油部材に導く定常オイルギャラリ（１１）と、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記エンジンオイルを前記非定常給油部材に導く非定常オイルギャラリ（１２）と、前記定常オイルギャラリと前記非定常オイルギャラリとの間に介装され、前記減量側コントロール油路にコントロール油が供給されないときに当該定常オイルギャラリと当該非定常オイルギャラリとを連通させる連通制御弁（９）と、前記オイルポンプが吐出したエンジンオイルの前記減量側コントロール油路への供給と非供給とを切り換えるコントロール油切換弁とを備えた。

本発明の第２の側面では、前記オイルポンプは、前記コントロール油切換弁から増量側コントロール油路（６２）を介してコントロール油が供給されることで吐出容量が増大する。

本発明の第３の側面では、前記オイルポンプは、前記減量側コントロール油路にコントロール油が供給されない場合、吐出容量が増大した状態に維持される。

本発明の第４の側面では、前記非定常給油部材は、前記内燃機関のピストンをエンジンオイルによって冷却するピストンクーリングジェットである。

本発明の第５の側面では、前記オイルポンプと前記コントロール油切換弁との間にオイルフィルタ（６）が介装された。

本発明の第６の側面では、前記オイルポンプと前記定常オイルギャラリとの間にオイルクーラ（７）が介装された。

本発明によれば、非定常給油部材へのエンジンオイルの供給が開始されると同時にオイルポンプの吐出容量が増大し、定常給油部材に対するエンジンオイル供給量の減少が抑制される。また、第２の側面では、非定常給油部材へのエンジンオイルの供給時に、オイルポンプの吐出容量がより確実に増大する。また、第３の側面では、コントロール油路の閉塞時等にも、オイルポンプの吐出容量が確実に増大する。また、第４の側面では、動弁機構やクランクシャフトの潤滑を阻害することなく、十分な量のエンジンオイルによってピストンやシリンダが冷却される。また、第５の側面では、コンタミナント等によるコントロール油切換弁の作動不良が生じにくくなる。また、第６の側面では、定常給油部材や非定常給油部材の冷却がより効果的に行われる。

実施形態に係る潤滑油供給装置の概略構成図である。 実施形態の暖機運転時および低負荷運転時における作動を示す説明図である。 実施形態の中高負荷運転時等における作動を示す説明図である。 一部変形例のコントロール油路閉塞時における作動を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用エンジンの潤滑油供給装置に適用した一実施形態とその一部変形例とを詳細に説明する。

［実施形態］
≪実施形態の構成≫
図１に示すように、本実施形態の潤滑油供給装置１は、オイルパン２、オイルストレーナ３、オイルポンプ４、リリーフバルブ５，オイルフィルタ６、オイルクーラ７、電磁スプール弁８、ＰＣＪバルブ９，ジェットノズル１０（非定常給油部材）、メインギャラリ１１（定常オイルギャラリ）、サブギャラリ１２（非定常オイルギャラリ）、油圧センサ１３を主要構成部品としている。

オイルストレーナ３とオイルポンプ４とはサクションパイプ２０によって接続されている。また、オイルポンプ４とオイルフィルタ６とは第１フィード油路２１によって接続され、オイルフィルタ６とオイルクーラ７とは第２フィード油路２２によって接続され、オイルクーラ７とメインギャラリ１１とは第３フィード油路２３によって接続され、メインギャラリ１１とサブギャラリ１２とは第４フィード油路２４によって接続されている。なお、ＰＣＪバルブ９は、第４フィード油路２４に介装されている。各フィード油路２１〜２４は、図示しないシリンダブロックに形成されている。

第１フィード油路２１と第２フィード油路２２とはリリーフ油路２５によって接続されており、上述したリリーフバルブ５はこのリリーフ油路２５に介装されている。リリーフバルブ５は、メインギャラリ１１の油圧が過度に上昇しないように、エンジンの中高速回転時（オイルポンプ４の吐出量増大時）に開弁してオイルポンプ４の下流側から上流側にエンジンオイルを環流させる。なお、リリーフ油路２５もシリンダブロックに形成されている。

メインギャラリ１１は、潤滑油路３１，３２を介して、定常給油部材である動弁機構３３（吸排気カムシャフトや吸排気バルブ、カムチェーン等）やクランクシャフト３４（クランクジャーナルやクランクピン）に接続されている。一方、サブギャラリ１２は、ジェット油路３５を介して、各気筒ごとに設けられたジェットノズル１０に接続されている。なお、潤滑油路３１，３２やジェット油路３５も、図示しないシリンダヘッドやシリンダブロックに形成されている。

電磁スプール弁８は、電磁アクチュエータ４１やスプール４２、リターンスプリング４３等からなる公知のもので、エンジン制御用のＥＣＵ７０によって制御され、電磁アクチュエータ４１への通電時に供給ポート４４と第１排出ポート４５とが連通し、非通電時には供給ポート４４と第２排出ポート４６とが連通する。なお、ＥＣＵ７０は、各種センサから入力したエンジン運転情報（冷却水温やエンジン回転速度、エンジン負荷等）に基づき、電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１への励磁電流の供給を制御する。

ＰＣＪバルブ９は、弁体４７とリターンスプリング４８とからなる公知のもので、コントロールポート４９からコントロール油が供給されない状態ではリターンスプリング４８に付勢された弁体４７が第４フィード油路２４を閉鎖し、コントロールポート４９からコントロール油が供給されると弁体４７が図中右方に移動することで第４フィード油路２４を連通させる。なお、油圧センサ１３は、第４フィード油路２４におけるＰＣＪバルブ９の下流側に設置されており、油圧が所定値を超えた場合に（すなわち、サブギャラリ１２にエンジンオイルが供給された場合に）ＥＣＵ７０に信号（ＰＣＪ作動信号）を出力する。また、ジェットノズル１０は、ピストン７５やシリンダ７６の壁面を冷却すべく、ピストン７５の下面に向けてエンジンオイルを噴射する。

オイルポンプ４は、可変容量型であり、可動ハウジング５１、油圧アクチュエータ５２、リターンスプリング５３等をメインハウジング５４に収納してなるもので、メインハウジング５４に減量側ポート５５および増量側ポート５６を備えている。可動ハウジング５１は、所定の角度範囲で回転し、図１中で右回転するとオイルポンプ４の吐出容量を減少させ、左回転するとオイルポンプ４の吐出容量を増大させる。油圧アクチュエータ５２は、減量側ポート５５からコントロール油が導入されると可動ハウジング５１を右回転方向に駆動し、増量側ポート５６からコントロール油が導入されると可動ハウジング５１を左回転方向に駆動する。リターンスプリング５３は、コントロール油が導入されないことで油圧アクチュエータ５２の駆動力が無くなると、その弾発力によって可動ハウジング５１を左回転方向に付勢する。

第２フィード油路２２からは、電磁スプール弁８の供給ポート４４に接続する連通油路６０が分岐している。また、電磁スプール弁８の第１排出ポート４５とオイルポンプ４の減量側ポート５５とは減量側コントロール油路６１によって接続され、電磁スプール弁８の第２排出ポート４６とオイルポンプ４の増量側ポート５６とは増量側コントロール油路６２によって接続されている。そして、増量側コントロール油路６２からは、ＰＣＪバルブ９のコントロールポート４９に接続するＰＣＪコントロール油路６３が分岐している。

≪実施形態の作用≫
＜暖機運転時および低負荷運転時＞
冷機状態のエンジンが始動し、クランクシャフト３４によってオイルポンプ４が駆動され始めると、図２に示すように、オイルパン２に貯留されているエンジンオイルは、オイルストレーナ３およびサクションパイプ２０を介してオイルポンプ４によって吸い上げられた後、第１フィード油路２１に所定の吐出圧をもって供給（吐出）される。第１フィード油路２１に供給されたエンジンオイルは、オイルフィルタ６で浄化された後、第２フィード油路２２を介してオイルクーラ７に流入して冷却される一方、連通油路６０を介して電磁スプール弁８の供給ポート４４にコントロール油として導入される。本実施形態では、電磁スプール弁８がオイルフィルタ６の下流に位置するため、エンジンオイルに含まれるコンタミナント等が噛み込むことに起因する電磁スプール弁８の作動不良が生じにくい。

ＥＣＵ７０は、エンジン始動後に冷却水温が所定値（例えば、７０℃）に達するまで、あるいはエンジンの発生熱量が低い低負荷定速運転時等には、電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１に励磁電流を供給する。これにより、電磁スプール弁８に供給されたコントロール油が減量側コントロール油路６１を介してオイルポンプ４の減量側ポート５５に流入し、油圧アクチュエータ５２が可動ハウジング５１を右回転方向に駆動することでオイルポンプ４の吐出量が減少する。一方、ＰＣＪバルブ９では、コントロールポート４９からコントロール油が供給されないため、弁体４７が第４フィード油路２４を閉鎖する。

オイルクーラ７で冷却されたエンジンオイルは、第３フィード油路２３を介してメインギャラリ１１に流入し、潤滑油路３１，３２から動弁機構３３やクランクシャフト３４に供給されてこれらの潤滑および冷却を行う。一方、第４フィード油路２４に流入したエンジンオイルは、ＰＣＪバルブ９が閉鎖していることから、サブギャラリ１２には供給されない。これにより、冷機時や低負荷定速運転時には、ジェットノズル１０からエンジンオイルが噴射されないことでピストン７５やシリンダ７６の壁面が必要以上に冷却されない。その結果、エンジンの暖機が阻害されなくなるとともに、燃焼室内の燃料の気化が促進されることで燃費の向上や有害排出ガス成分の減少が実現され、エンジンの駆動損失（オイルポンプ４に係る駆動損失）も低減される。

＜中高負荷運転時等＞
エンジンの暖機が完了した後、例えば運転者が図示しないアクセルペダルを所定量踏み込んだ場合（すなわち、エンジン負荷が増大した場合）、あるいは高負荷運転直後等でピストン７５等の温度が所定値以上であると推定した場合、ＥＣＵ７０は、電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１への励磁電流の供給を停止する。すると、図３に示すように、リターンスプリング４３に付勢されたスプール４２が図中右側に移動し、電磁スプール弁８からのコントロール油が増量側コントロール油路６２を介してオイルポンプ４の増量側ポート５６に流入する。これにより、油圧アクチュエータ５２が可動ハウジング５１を左回転方向に駆動し、オイルポンプ４の吐出量が増大する。一方、ＰＣＪバルブ９では、増量側コントロール油路６２からのコントロール油がＰＣＪコントロール油路６３を介してＰＣＪバルブ９のコントロールポート４９に供給され、弁体４７による閉鎖が解かれて第４フィード油路２４が連通する。

この場合、メインギャラリ１１のエンジンオイルは、第４フィード油路２４を介してサブギャラリ１２に流入した後、サブギャラリ１２からジェット油路３５に供給される。そして、ジェット油路３５に供給されたエンジンオイルは、ジェットノズル１０からピストン７５の下面等に向けて噴射され、ピストン７５やシリンダ７６の内壁面の温度上昇を効果的に抑制する。この際、オイルポンプ４の吐出量が同時に増大するため、ジェットノズル１０からのエンジンオイルの噴射によって動弁機構３３やクランクシャフト３４の潤滑や冷却が損なわれることがない。

＜失陥時＞
例えば電気回路が断線してＥＣＵ７０による電磁スプール弁８への通電制御が行われなくなった場合、本実施形態では、図３に示すように、リターンスプリング４３に付勢されたスプール４２が図中右側に移動し、ジェットノズル１０からのエンジンオイルの噴射とオイルポンプ４の吐出量増大とが行われ、ピストン７５やシリンダ７６の壁面が冷却されて高負荷運転時等における有害排出ガス成分の増大やシリンダの摩耗等が抑制される。なお、この際には、ジェットノズル１０からエンジンオイルが常に噴射されるため、暖機運転に要する時間が長くなる等の問題があるが、ピストン７５の溶損等は確実に防止される。

［一部変形例］
図４に示すように、一部変形例も上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、ＰＣＪバルブ９の構造とＰＣＪコントロール油路６３の接続形態とが異なっている。すなわち、一部変形例のＰＣＪバルブ９は、コントロールポート４９からコントロール油が供給されない状態ではリターンスプリング４８に付勢された弁体４７が図中左方に位置して第４フィード油路２４を開放し、コントロールポート４９からコントロール油が供給された場合にのみ弁体４７が図１中右方に移動して第４フィード油路２４を連通させる。また、ＰＣＪコントロール油路６３は減量側コントロール油路６１に連通しており、電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１が通電されると（すなわち、オイルポンプ４の吐出量が減少すると）ＰＣＪバルブ９のコントロールポート４９にコントロール油が供給される。

ＥＣＵ７０は、実施形態と同様に、暖機運転時および低負荷運転時に電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１に励磁電流を供給し、中高負荷運転時等に電磁スプール弁８の電磁アクチュエータ４１への励磁電流の供給を停止する。これにより、ジェットノズル１０からのエンジンオイルの噴射時には、オイルポンプ４の吐出量が同時に増大するため、一部変形例においても実施形態と同様の作用効果が実現される。

一部変形例では、何らかの原因で連通油路６０が閉塞して電磁スプール弁８にコントロール油が供給されなくなった場合、図４に示すように、ＰＣＪバルブ９ではリターンスプリング４８に付勢された弁体４７が図中左方に位置し、第４フィード油路２４が連通する。また、オイルポンプ４は、リターンスプリング５３の弾発力によって可動ハウジング５１が左回転方向（吐出量が増大する方向）に駆動される。これにより、ジェットノズル１０からのエンジンオイルの噴射とオイルポンプ４の吐出量増大とが常時行われ、ピストン７５やシリンダ７６の壁面が冷却されて高負荷運転時等における有害排出ガス成分の増大やシリンダの摩耗等が抑制される。なお、一部変形例においても、電気回路の断線時にはリターンスプリング４３に付勢されたスプール４２が図中右側に移動し、ジェットノズル１０からのエンジンオイルの噴射とオイルポンプ４の吐出量増大とが常時行われる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では非定常給油部材としてピストンクーリングジェットを挙げたが、例えば可変動弁機構等を非定常給油部材としてもよい。また、上記実施形態ではコントロール油切換弁として電磁スプール弁を用いたが、他種の油圧切換弁を採用してもよい。また、潤滑油供給装置を構成する各部材をはじめ、オイルポンプの具体的構造やフィード油路およびコントロール油路の具体的接続関係等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 潤滑油供給装置
３ オイルストレーナ
４ オイルポンプ
６ オイルフィルタ
７ オイルクーラ
８ 電磁スプール弁（コントロール油切換弁）
９ ＰＣＪバルブ（連通制御弁）
１０ ジェットノズル（非定常給油部材）
１１ メインギャラリ（定常オイルギャラリ）
１２ サブギャラリ（非定常オイルギャラリ）
２１ 第１フィード油路
２２ 第２フィード油路
２３ 第３フィード油路
２４ 第４フィード油路
３１，３２ 潤滑油路
３３ 動弁機構（定常給油部材）
３４ クランクシャフト（定常給油部材）
３５ ジェット油路
６１ 減量側コントロール油路
６２ 増量側コントロール油路
６３ ＰＣＪコントロール油路
７０ ＥＣＵ
７５ ピストン

Claims (6)

1. 内燃機関を構成する定常給油部材と非定常給油部材とにエンジンオイルを供給する潤滑油供給装置であって、
   前記内燃機関に駆動され、減量側コントロール油路にコントロール油が供給されることで吐出容量が減少する可変容量型のオイルポンプと、
   前記内燃機関の運転時に、前記オイルポンプから供給されたエンジンオイルを前記定常給油部材に導く定常オイルギャラリと、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記エンジンオイルを前記非定常給油部材に導く非定常オイルギャラリと、
   前記定常オイルギャラリと前記非定常オイルギャラリとの間に介装され、前記減量側コントロール油路にコントロール油が供給されないときに当該定常オイルギャラリと当該非定常オイルギャラリとを連通させる連通制御弁と、
   前記オイルポンプが吐出したエンジンオイルの前記減量側コントロール油路への供給と非供給とを切り換えるコントロール油切換弁と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の潤滑油供給装置。
2. 前記オイルポンプは、前記コントロール油切換弁から増量側コントロール油路を介してコントロール油が供給されることで吐出容量が増大することを特徴とする、請求項１に記載された内燃機関の潤滑油供給装置。
3. 前記オイルポンプは、前記減量側コントロール油路にコントロール油が供給されない場合、吐出容量が増大した状態に維持されることを特徴とする、請求項１または請求項３に記載された内燃機関の潤滑油供給装置。
4. 前記非定常給油部材は、前記内燃機関のピストンをエンジンオイルによって冷却するピストンクーリングジェットであることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された内燃機関の潤滑油供給装置。
5. 前記オイルポンプと前記コントロール油切換弁との間にオイルフィルタが介装されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された内燃機関の潤滑油供給装置。
6. 前記オイルポンプと前記定常オイルギャラリとの間にオイルクーラが介装されたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された内燃機関の潤滑油供給装置。

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