JP2016133103A - 内燃機関及び内燃機関の潤滑方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時に、潤滑油の粘度が高い場合でも、早期に潤滑油を各部に供給して潤滑できる内燃機関及び内燃機関の潤滑方法を提供する。【解決手順】潤滑油３０を汲み上げるオイルポンプ３２に導入路３４を介して連通したオイルフィルタ４０と、オイルフィルタ４０に放出路３７を介して連通したオイルギャラリ３８とを備えたエンジン１０において、導入路３４に配置した第一バルブ４８と、放出路３７に配置した第二バルブ４９とを備え、エンジン１０の停止時に、第一バルブ４８及び第二バルブ４９の両方が閉じ、エンジン１０の始動時に、先に第二バルブ４９が開き、予め設定した時間が経過した後に第一バルブ４８が開く構成にした。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関及び内燃機関の潤滑方法に関し、より詳細には、内燃機関の始動時に、潤滑油の粘度が高い場合でも、早期に潤滑油を各部に供給して潤滑できる内燃機関及び内燃機関の潤滑方法に関する。

エンジンにおいては、シリンダブロックの底面に取り付けられたオイルパンに溜められた潤滑油を、オイルストレーナを介してオイルポンプで汲み上げた後にオイルフィルタでろ過してから、エンジンの各部へ供給して潤滑している。

倒立型のオイルフィルタにおいては、潤滑油に含有される気泡がオイルフィルタの内部の上部に溜まり、オイルポンプによって圧送された潤滑油によって圧縮されている。エンジンの停止に伴ってオイルポンプが停止した場合に、オイルポンプの上部に圧縮されて溜まっていた空気によってオイルフィルタから潤滑油が押し出されてオイルパンまで逆流してしまう。

これに関して、倒立型のオイルフィルタの潤滑油の入口に逆止弁を備え、オイルフィルタの内部の潤滑油の逆流を防止したオイルフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、その逆止弁からオイルパンまでの経路にある潤滑油については、エンジンの停止に伴ってオイルポンプが停止した場合に、オイルパンに逆流してしまう。結果、オイルストレーナから逆止弁までの間が略空の状態となるため、エンジンの再始動の際に、潤滑油がオイルフィルタを経由してエンジンの各部へ供給されるまでに時間がかかり、エンジンの始動と潤滑の開始との間で時間差が生じ、潤滑不足になるおそれがある。

特に、エンジンが低温の状態で始動する場合には、潤滑油の粘度が高いため、更なる時間差が生じるため、潤滑不足に陥る可能性が高くなる。

特開平８−１３５４２８号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、内燃機関の始動時に、潤滑油の粘度が高い場合でも、早期に潤滑油を各部に供給して潤滑できる内燃機関及び内燃機関の潤滑方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、シリンダブロックの底面に取り付けられたオイルパンに溜められた潤滑油を汲み上げるオイルポンプと、該オイルポンプに導入路を介して連通したオイルフィルタと、該オイルフィルタに放出路を介して連通したオイルギャラリとを備えた内燃機関において、前記導入路に配置した第一バルブと、前記放出路に配置した第二バルブとを備え、内燃機関の停止時に、前記第一バルブ及び前記第二バルブの両方が閉じ、内燃機関の始動時に、先に前記第二バルブが開き、予め設定された時間が経過した後に前記第一バルブが開く構成にしたことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の潤滑方法は、シリンダブロックの底面に取り付けられたオイルパンに溜められた潤滑油をオイルポンプで汲み上げ、導入路を経由させてオイルフィルタに導入し、該オイルフィルタでろ過した潤滑油を、放出路を経由させてオイルギャラリに放出して、各部を潤滑する内燃機関の潤滑方法において、
内燃機関の停止時に、前記導入路と前記放出路との両方を閉鎖して、潤滑油と圧縮空気とを前記オイルフィルタの内部に封止するステップと、内燃機関の始動時に、先に前記放出路を開放して、封止された圧縮空気の膨張により前記オイルフィルタに封止された潤滑油を前記放出路に放出し、前記オイルフィルタの内部に封止した潤滑油で各部を潤滑するステップと、前記放出路が開放されてから予め設定された時間を経過後に前記導入路を開放し、前記オイルポンプで汲み上げられて前記オイルフィルタでろ過された潤滑油で各部を潤滑するステップと、を含むことを特徴とする方法である。

本発明の内燃機関及び内燃機関の潤滑方法によれば、内燃機関の停止時に、オイルフィルタの導入路と放出路との両方を閉鎖して、オイルフィルタの内部に潤滑油とその潤滑油により圧縮された圧縮空気とを封止し、内燃機関の始動時に、先に放出路を開放することで、封止した圧縮空気の膨張によってオイルフィルタから押し出された潤滑油をオイルギャラリに流れ込ませることができ、これにより、オイルポンプで汲み上げられてオイルフィルタでろ過された潤滑油が各部に供給されるよりも前に各部を潤滑することができる。

特に、本発明は、内燃機関が低温で始動した際に好適であり、オイルパンに溜められた潤滑油が高粘度で、オイルフィルタに到達するまでの時間が遅くても、オイルフィルタの内部に封止した潤滑油で早期に各部を潤滑できる。

本発明の内燃機関の第一実施形態を例示する説明図である。 図１のオイルストレーナから放出路までの潤滑油の経路のみを拡大した拡大図であり、内燃機関の通常運転時を示す。 図１のオイルストレーナから放出路までの潤滑油の経路のみを拡大した拡大図であり、内燃機関の停止時を示す。 図１のオイルストレーナから放出路までの潤滑油の経路のみを拡大した拡大図であり、内燃機関の始動直後を示す。 図１のオイルストレーナから放出路までの潤滑油の経路のみを拡大した拡大図であり、内燃機関の始動後で、第二バルブが開いた後を示す。 本発明の内燃機関の第二実施形態のオイルストレーナから放出路までの潤滑油の経路のみを拡大した拡大図である。

以下、本発明の内燃機関及び内燃機関の潤滑方法について説明する。図１は、本発明のエンジン１０の第一実施形態の構成を例示している。

このエンジン１０は、シリンダブロック１１の底面に取り付けられたオイルパン１２に溜められた潤滑油３０を、オイルストレーナ３１を介してオイルポンプ３２で汲み上げ、オイルフィルタ４０でろ過した後に、エンジン１０の各部へ供給して潤滑するエンジンである。

図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１１に四つのシリンダ１４が直列に配置されており、シリンダブロック１１の上端には燃料噴射弁１５や吸排気バルブ１６が設けられているシリンダヘッド１７が図示しないガスケットを介設して接合されてお
り、下端にはオイルパン１２が接合されている。

このエンジンにおいては、燃料タンク１８に貯蓄された燃料１９が、電動の燃料ポンプ２０により燃料供給経路２１を経由してコモンレール２２へ圧送され、コモンレール２２に蓄えられた後に、燃料噴射弁１５から燃焼室２３に噴射されている。燃焼室２３では、吸入された吸入空気と噴射された燃料１９とが内部で混合されて燃焼し、この燃焼による力が作用して、ピストン２４がシリンダ１４の内部を往復運動し、その往復運動が、クランク軸１３へ伝達されている。そして、クランク軸１３でピストン２４から伝達された往復運動が回転運動に変換されて図示しないトランスミッションへ伝達されている。

また、クランク軸１３の回転運動は、無端状のタイミングベルト２５を経由してカムシャフト２６へと伝達されて、カムシャフト２６に接合されたカム２７を回転させて吸排気バルブ１６を開閉運動させると共に、タイミングギア２８を経由してオイルポンプ３２へと伝達されて、オイルポンプ３２を駆動させている。

また、このエンジン１０においては、エンジン１０の各部をオイルパン１２に溜められた潤滑油３０で潤滑する複数の潤滑手段を有している。クランク軸１３においては、回転するクランク軸１３がオイルパン１２に溜められた潤滑油３０を撹拌することによりクランク軸１３が潤滑されている。その他の各部においては、オイルパン１２に溜められた潤滑油３０が、オイルストレーナ３１を介してオイルポンプ３２で汲み上げられて、オイルフィルタ４０でろ過された後に供給されている。

詳しくは、オイルポンプ３２で汲み上げられた潤滑油３０が、その温度が所定温度よりも高い場合には、オイルサーモスタット３３により導入路３４に配置されたオイルクーラ３５を通過して冷却されて、オイルフィルタ４０に送られている。一方、温度が所定温度よりも低い場合には、バイパス路３６を通過することによりオイルクーラ３５を経由せずに、オイルフィルタ４０に送られている。このときの所定温度は、潤滑油３０の粘度に基づいて設定されており、粘度が高くなる低温度の場合には、バイパス路３６に切り換えることによりオイルクーラ３５での圧損を低減している。

そして、オイルフィルタ４０でろ過された潤滑油３０が、放出路３７からオイルギャラリ３８を経由してオイルジェット３９などにより供給されて、各部を潤滑している。なお、オイルポンプ３２で汲み上げられて、オイルフィルタ４０でろ過された潤滑油３０が供給されるエンジン１０の各部は、吸排気バルブ１６、ピストン２４、図示しないターボチャージャやトランスミッションを例示できる。

オイルフィルタ４０は、倒立型のフィルタであって、円環状のフィルタエレメント４１を収容する上端が閉口した有底筒状のケース４２と、ケース４２の下端の開口端を封止するカバープレート４３と、フィルタエレメント４１の軸心に沿って延設されて筒面に複数の流入孔４４を有したセンタパイプ４５とを備えている。カバープレート４３には、フィルタエレメント４１及びケース４２の間に潤滑油３０を導入する入口４６とセンタパイプ４５の一端から潤滑油３０を放出する出口４７が形成されている。そして、導入路３４が入口４６を介してオイルフィルタ４０に連通し、放出路３７が出口４７を介してオイルフィルタ４０に連通している。

オイルポンプ３２で汲み上げられた潤滑油３０は、導入路３４から入口４６を介してケース４２に導入され、フィルタエレメント４１でろ過された後に、流入孔４４からセンタパイプ４５を通って、出口４７を介して放出路３７へ放出されている。

このようなオイルフィルタ４０においては、エンジン１０の停止に伴ってオイルポンプ
３２が停止した場合に、オイルストレーナ３１からオイルフィルタ４０までの経路が略空の状態となるため、エンジン１０の再始動の際に、潤滑油３０がオイルフィルタ４０を経由してエンジン１０の各部へ供給されるまでに時間がかかり、エンジンの始動と潤滑の開始との間で時間差が生じ、潤滑不足になるおそれがある。

そこで、本発明の第一実施形態のエンジン１０においては、オイルポンプ３２及びオイルフィルタ４０の間に介設した第一バルブ４８と、オイルフィルタ４０及びオイルギャラリ３８の間に介設した第二バルブ４９と、第一バルブ４８及び第二バルブ４９を制御する制御装置５０とを備えて構成される。また、制御装置５０が、エンジン１０の停止時に第一バルブ４８及び第二バルブ４９の両方を閉じる制御を行い、エンジン１０の始動時に、先に第二バルブ４９を開き、予め設定された時間が経過した後に第一バルブ４８を開く制御を行うように構成される。

第一バルブ４８は、導入路３４のオイルクーラ３５よりも下流に配置されて、導入路３４を開放及び閉鎖する電磁弁である。第二バルブ４９は、放出路３７に配置されて、放出路３７を開放及び閉鎖する電磁弁である。

なお、第一バルブ４８は導入路３４の端部、すなわちオイルフィルタ４０の入口４６に配置してもよく、第二バルブ４９も同様に、オイルフィルタ４０の出口４７に配置してもよい。また、電磁弁に限定されずに、油圧弁でもよい。

制御装置５０は、エンジン１０の各部、例えば、燃料噴射弁１５やオイルジェット３９を制御する装置であり、第一バルブ４８及び第二バルブ４９を制御する装置である。

なお、オイルフィルタ４０については、エンジン１０の始動時にオイルギャラリ３８を過不足なく満たすことができる潤滑油３０を封止可能な容量が好ましく、例えば、オイルギャラリ３８の容量が２リットルの場合には、容量が２リットル以上のオイルフィルタ４０が好適である。

次に、このエンジン１０の動作について、図２〜図５のオイルストレーナ３１から放出路３７までの潤滑油３０の経路のみを拡大した拡大図を参照しながら説明する。なお、図２はエンジン１０の通常運転時、図３はエンジン１０の停止時、図４はエンジン１０の始動直後、図５は図４の状態から予め設定した時間が経過した後の状態を示している。また、第一バルブ４８及び第二バルブ４９の動作が分かり易いように、閉じた状態を塗り潰しで表現している。

図２に示すように、エンジン１０の通常運転時には、制御装置５０が第一バルブ４８及び第二バルブ４９の両方を開いて導入路３４及び放出路３７のそれぞれを開放する。これにより、オイルポンプ３２で汲み上げられた潤滑油３０を、導入路３４を経由させて、オイルフィルタ４０でろ過した後に、放出路３７を経由させてオイルギャラリ３８へと送って、エンジン１０の各部を潤滑する。

なお、このとき、倒立型のオイルフィルタ４０の内部、つまりケース４２の内上部には、潤滑油３０に含有されていた気泡が溜まり、この気泡は潤滑油３０の圧力により圧縮された圧縮空気５１となって溜まっている。

図３に示すように、エンジン１０の停止時には、制御装置５０が第一バルブ４８及び第二バルブ４９の両方を閉じて導入路３４及び放出路３７のそれぞれを閉鎖する。これにより、導入路３４からの逆流及び放出路３７への放出を停止して、オイルフィルタ４０の内部の潤滑油３０をオイルフィルタ４０の内部に封止すると共に、その潤滑油３０により圧
縮されている圧縮空気５１もオイルフィルタ４０の内部に封止する。

図４に示すように、エンジン１０の始動直後には、制御装置５０が、まず先に、第二バルブ４９を開いて放出路３７を開放する。これにより、オイルギャラリ３８とオイルフィルタ４０とが放出路３７を介して連通され、封止されていた圧縮空気５１が膨張することによりオイルフィルタ４０の内部に封止されていた潤滑油３０を、放出路３７を経由させてオイルギャラリ３８へと流入させる。そして、オイルポンプ３２によりオイルパン１２に溜められている潤滑油３０がオイルフィルタ４０に到達する前に、オイルギャラリ３８からエンジン１０の各部へと供給して、各部を潤滑する。

図５に示すように、第二バルブ４９が開いてから予め設定した時間ｔ１が経過した後に、制御装置５０が、第一バルブ４８を開いて導入路３４を開放する。これにより、オイルストレーナ３１からオイルフィルタ４０までの経路が連通され、オイルポンプ３２によって汲み上げられた潤滑油３０を、導入路３４を経由させてオイルフィルタ４０へと流入し、オイルフィルタ４０でろ過した後に、放出路３７を経由させてオイルギャラリ３８からエンジン１０の各部へと供給して、各部を潤滑する。このとき、第二バルブ４９が開いたときに膨張した圧縮空気５１を、オイルポンプ３２で圧送された潤滑油３０により再度圧縮する。

予め設定した時間ｔ１は、潤滑油３０の温度、すなわち潤滑油３０の粘度に応じて設定可能であり、エンジン１０が始動してからオイルポンプ３２によってオイルパン１２から汲み上げられた潤滑油３０が第一バルブ４８まで到達可能な時間に設定される。従って、この時間ｔ１は、オイルサーモスタット３３による経路の切り換えや、オイルクーラ３５での圧損などを考慮して設定されることが好ましい。例えば、潤滑油３０の温度が比較的高い場合には、数秒程度に設定され、潤滑油３０の温度が低く、粘度が高い場合には、数十秒程度に設定される。

なお、制御装置５０は、タイマが設けられており、エンジン１０の始動からの経過時間ｔをカウントし、経過時間ｔが時間ｔ１以上になるか否かを判定し、経過時間ｔが時間ｔ１以上になったときに第一バルブ４８を開く制御を行うように構成される。また、時間ｔ１が経過した後に第一バルブ４８を開く制御に代えて、センサなどによりオイルポンプ３２に汲み上げられた潤滑油３０が第一バルブ４８に到達したときに第一バルブ４８を開く制御としてもよい。この場合にも、潤滑油３０が第一バルブ４８に到達するまでには、所定の時間を有するため、第一バルブ４８は所定の時間が経過した後に開かれる。

上記のエンジン１０の動作によって達成されるエンジン１０の潤滑方法は、図３、図４、及び図５を経時的に行う方法であって、エンジン１０の停止時に、導入路３４と放出路３７との両方を閉鎖して、潤滑油３０と圧縮空気５１とをオイルフィルタ４０の内部に封止するステップと、エンジン１０の始動時に、先に放出路３７を開放して、封止された圧縮空気５１の膨張によりオイルフィルタ４０に封止された潤滑油３０を放出路３７に放出し、各部を潤滑するステップと、放出路３７が開放されてから時間差で導入路３４を開放し、オイルポンプ３２で汲み上げられてオイルフィルタ４０でろ過された潤滑油３０で各部を潤滑するステップと、を含む方法である。

上記の第一実施形態のエンジン１０及びエンジン１０の潤滑方法によれば、エンジン１０の停止時に、導入路３４と放出路３７との両方を閉鎖して、オイルフィルタ４０の内部に潤滑油３０とその潤滑油３０により圧縮された圧縮空気５１とを封止し、エンジン１０の始動時に、先に放出路３７を開放することで、封止した圧縮空気５１の膨張によってオイルフィルタ４０から押し出された潤滑油３０がオイルギャラリ３８に流れ込むことにより、オイルポンプ３２で汲み上げられてオイルフィルタ４０でろ過された潤滑油３０が各部に供給されるよりも前に各部を潤滑することができる。

特に、このエンジン１０は、エンジン１０が低温で始動した際に好適であり、オイルパン１２に溜められた潤滑油３０が低温による高粘度で、オイルフィルタ４０に到達するまでの時間が遅くても、オイルフィルタ４０の内部に封止した潤滑油３０で早期に各部を潤滑できるので、エンジン１０の各部が潤滑不足に陥ることを回避できる。

図６は、本発明のエンジン１０の第二実施形態の構成を例示している。図６は、オイルストレーナ３１からオイルフィルタ４０までの潤滑油３０の経路を示した拡大図であり、エンジン１０の始動直後を示している。

この第二実施形態のエンジン１０においては、第一実施形態の電磁弁で構成された第一バルブ４８に代えて、導入路３４の逆流を防止する逆止弁で構成された第一バルブ５２を備えて構成される。

第一バルブ５２は、導入路３４に配置され、潤滑油３０がオイルポンプ３２からオイルフィルタ４０へ向う方向に流れる場合に開いて、潤滑油３０がオイルフィルタ４０からオイルパン１２に向って逆流する場合に閉じる逆止弁で構成される。なお、この第一バルブ５２は、オイルフィルタ４０の入口４６に配置してもよい。

この構成によれば、第一実施形態の効果に加えて、制御装置５０の制御対象が第二バルブ４９のみとなり、また、エンジン１０が始動してからの経過時間のカウントを不要とするので、制御を単純化できる。この第二実施形態の場合にも、潤滑油３０が第一バルブ５２に到達するまでには、所定の時間を有するため、第一バルブ５２は所定の時間が経過した後に潤滑油３０により開かれる。

なお、上記の実施形態のエンジン１０の構成は一例であり、上記の構成に限定されない。

また、上記の実施形態のエンジン１０においては、クランク軸１３の潤滑手段を、クランク軸１３の回転による潤滑油３０の撹拌を例に説明したが、本発明はこれに限定されずに、ピストン２４の潤滑方法と同様に、オイルジェットで潤滑する構成としてもよい。

また、上記の実施形態のオイルフィルタ４０は、エンジン１０から着脱自在に、あるいは、ケース４２の上部を開閉自在に構成して、フィルタエレメント４１を交換可能にすることが好ましい。

また、上記の実施形態のオイルフィルタ４０は、倒立型のオイルフィルタを例に説明したが、潤滑油３０により圧縮された圧縮空気５１の膨張により潤滑油３０が放出路３７に放出される構成であれば、倒立型に限定されない。

１０ エンジン
１１ シリンダブロック
１２ オイルパン
３０ 潤滑油
３１ オイルストレーナ
３２ オイルポンプ
３３ オイルサーモスタット
３４ 導入路
３５ オイルクーラ
３６ バイパス路
３７ 放出路
３８ オイルギャラリ
３９ オイルジェット
４０ オイルフィルタ
４８、５２ 第一バルブ
４９ 第二バルブ
５０ 制御装置
５１ 圧縮空気

Claims (4)

1. シリンダブロックの底面に取り付けられたオイルパンに溜められた潤滑油を汲み上げるオイルポンプと、該オイルポンプに導入路を介して連通したオイルフィルタと、該オイルフィルタに放出路を介して連通したオイルギャラリとを備えた内燃機関において、
   前記導入路に配置した第一バルブと、前記放出路に配置した第二バルブとを備え、
   内燃機関の停止時に、前記第一バルブ及び前記第二バルブの両方が閉じ、
   内燃機関の始動時に、先に前記第二バルブが開き、予め設定した時間が経過した後に前記第一バルブが開く構成にしたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記第一バルブを、前記導入路を開放及び閉鎖する開閉弁で構成すると共に、前記第二バルブを、前記放出路を開放及び閉鎖する開閉弁で構成し、
   内燃機関の停止時に前記第一バルブ及び前記第二バルブの両方を閉じる制御を行い、内燃機関の始動直後に、先に前記第二バルブを開き、予め設定した時間が経過した後に前記第一バルブを開く制御を行う制御装置を備えた請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記第一バルブを、前記導入路の逆流を防止する逆止弁で構成すると共に、前記第二バルブを、前記放出路を開放及び閉鎖する開閉弁で構成し、
   内燃機関の停止時に前記第二バルブを閉じる制御を行い、内燃機関の始動直後に前記第二バルブを開く制御を行う制御装置を備えた請求項１に記載の内燃機関。
4. シリンダブロックの底面に取り付けられたオイルパンに溜められた潤滑油をオイルポンプで汲み上げ、導入路を経由させてオイルフィルタに導入し、該オイルフィルタでろ過した潤滑油を、放出路を経由させてオイルギャラリに放出して、各部を潤滑する内燃機関の潤滑方法において、
   内燃機関の停止時に、前記導入路と前記放出路との両方を閉鎖して、潤滑油と圧縮空気とを前記オイルフィルタの内部に封止するステップと、
   内燃機関の始動時に、先に前記放出路を開放して、封止された圧縮空気の膨張により前記オイルフィルタに封止された潤滑油を前記放出路に放出し、前記オイルフィルタの内部に封止した潤滑油で各部を潤滑するステップと、
   前記放出路が開放されてから予め設定した時間が経過した後に前記導入路を開放し、前記オイルポンプで汲み上げられて前記オイルフィルタでろ過された潤滑油で各部を潤滑するステップと、を含むことを特徴とする内燃機関の潤滑方法。

Images