JP2016205333A - 内燃機関の潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量型オイルポンプを用いることなく、オイルポンプの駆動損失を低減する。【解決手段】内燃機関２によって駆動され、潤滑オイルを吸い込んで吐出するオイルポンプ５と、オイルポンプ５の吐出側のオイル通路１０に設けられ、オイルポンプ５から吐出される潤滑オイルの油圧が所定の閾値以上になると開弁して潤滑オイルを排出するリリーフバルブ６と、オイルポンプ５の吸込側のオイル通路に設けられ、リリーフバルブ６の開弁方向の動作量が増大するにつれ、より閉弁側に動作するスロットルバルブ７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関によって駆動されるオイルポンプを備えた内燃機関の潤滑装置に関する。

内燃機関に用いられるオイルポンプは、ロータの回転により吸入ポートから吸い込んだオイルを加圧して吐出ポートから吐出している。ここで、通常の内燃機関のオイルポンプは、クランクシャフトの動力を得て駆動されるため、吐出量はエンジン回転数に比例する。

そのため、従来より内燃機関の潤滑装置では、オイルポンプからの吐出油圧が所定の閾値以上になるとリリーフバルブが開弁して、吐出油圧を調圧できるようにしている。

特開２００２−２３５５１８号公報

しかしながら、上記のリリーフバルブが開弁した場合でも、オイルポンプではオイルを既に加圧しているのでオイルポンプの仕事量は変わらない。即ち、オイルポンプの駆動損失は減らない。

一方、近年は、オイルポンプの吐出量自体を変化させることにより、吐出油圧を調圧することができる可変容量型オイルポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、可変容量型オイルポンプは構造が複雑であるので、部品点数および生産コストが増大してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、可変容量型オイルポンプを用いることなく、オイルポンプの駆動損失を低減することができる内燃機関の潤滑装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の潤滑装置は、内燃機関によって駆動され、潤滑オイルを吸い込んで吐出するオイルポンプと、前記オイルポンプの吐出側のオイル通路に設けられ、前記オイルポンプから吐出される潤滑オイルの油圧が所定の閾値以上になると開弁して潤滑オイルを排出するリリーフバルブと、前記オイルポンプの吸込側のオイル通路に設けられ、前記リリーフバルブの開弁方向の動作量が増大するにつれ、より閉弁側に動作するスロットルバルブと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る内燃機関の潤滑装置は、前記リリーフバルブと前記スロットルバルブとの間に介設され、前記リリーフバルブの開弁方向の動作量が増大するにつれ、前記スロットルバルブをより閉弁側に動作させる連結機構を更に備える。

また、本発明に係る内燃機関の潤滑装置は、前記リリーフバルブの開弁方向の動作量を検出する動作量検出装置を備え、前記スロットルバルブは、前記動作量検出装置によって検出された検出動作量に応じて開度が制御される電磁制御弁からなる。

本発明に係る内燃機関の潤滑装置では、可変容量型オイルポンプを用いることなく、オイルポンプの駆動損失を低減することができるという優れた効果を発揮する。

本発明における内燃機関の潤滑装置全体を表す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の断面図である。 図２のスロットルバルブの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の潤滑装置のリリーフバルブとスロットルバルブの動作タイミングと開度を表す図である。 （ａ）は、従来のポンプ圧力とエンジン回転速度の関係を表す概念図であり、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の潤滑装置のポンプ圧力とエンジン回転速度の関係を表す概念図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の潤滑装置を表す図である。 図２の電磁制御弁の断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係る内燃機関の潤滑装置を説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る内燃機関の潤滑装置について、図１〜５に基づいて説明する。

図１は、本発明の第一実施形態における内燃機関の潤滑装置１の全体を表す概略図である。

図１に示すように、内燃機関２は、シリンダヘッド２ａとシリンダブロック２ｂと、クランクケース２ｃとを含む。クランクケース２ｃの内部には、回転自在に支持されたクランクシャフト３が設けられ、また、クランクケース２ｃの下部には、潤滑オイルが貯留されるオイルパン４が設けられる。

オイルポンプ５は、オイル通路１０の途中に設けられ、オイルパン４に貯留されたオイルを吸い上げると共に、内燃機関２の被潤滑部材に対して潤滑オイルを供給するポンプである。このオイルポンプ５は、内燃機関の運転中、クランクシャフト３の回転によって駆動される。

リリーフバルブ６は、オイルポンプ５の吐出側のオイル通路１０（以下、吐出側通路１０ａと称する）に接続して設けられ、吐出側通路１０ａの油圧が所定の閾値以上になるとオイルパン４へ潤滑オイルを排出する逃がし弁である。

スロットルバルブ７は、オイルポンプ５の吸い込み側のオイル通路１０（以下、吸込側通路１０ｂと称する）に設けられ、オイルポンプ５へ吸い込まれる油量を調整する流量制御弁（絞り弁）である。

連結機構８は、リリーフバルブ６とスロットルバルブ７との間に介設され、リリーフバルブ６の開弁方向の動作量が増大するにつれ、スロットルバルブ７をより閉弁側に動作させるための機構である。

図２は、本実施形態における内燃機関の潤滑装置１の断面図である。

図２に示すように、オイルポンプ５は、クランクシャフト３に取り付けられたインナーロータ５ａと、その外周に設けられたアウターロータ５ｂと、潤滑オイルを吸い込む吸入ポート５ｃと、潤滑オイルを吐出する吐出ポート５ｄとを備える。但し、インナーロータ５ａは、ギヤ（不図示）を介してクランクシャフト３に連結されてもよい。

より詳しくは、インナーロータ５ａはアウターロータ５ｂの軸心に対して偏心して配置され、インナーロータ５ａの外周面に形成されたトロコイド曲線からなる複数（例えば、９個）の外歯と、アウターロータ５ｂの内周面に形成されたトロコイド曲線からなる複数（例えば、１０個）の内歯が噛み合うことで、大きさの異なる複数の小室５ｅが形成される。クランクシャフト３の回転によってロータ５ａ，５ｂが回転すると、小室５ｅの容積が変化して潤滑オイルが加圧され、吐出ポート５ｄから吐出される。

リリーフバルブ６は、吐出側通路１０ａに連通する開口部１６ａを備えた有底筒状のバルブケース６ａと、バルブケース６ａの内部で摺動するバルブ本体６ｂと、バルブケース６ａとバルブ本体６ｂに取り付けられ、バルブ本体６ｂを閉方向に付勢するスプリング６ｃとを有する。

より詳しくは、バルブケース６ａには、開口部１６ａに弁座１６ｂが形成され、また、開口部１６ａとケース底部１６ｃの間に排出孔１６ｄが形成される。バルブ本体６ｂは、開口部１６ａ側に潤滑オイルの油圧を受け止める受圧部１６ｅが形成された有底筒状の弁体である。

図２において、受圧部１６ｅは、スプリング６ｃの付勢力によって弁座１６ｂに当接しており、排出孔１６ｄは、バルブ本体６ｂによって閉じられた状態である。この状態から、吐出側通路１０ａの潤滑オイルの油圧が高くなるに連れて、スプリング６ｃの付勢力に反してバルブ本体６ｂが摺動していく。この油圧が所定の閾値以上になると、受圧部１６ｅが排出孔１６ｄの位置を通過して、バルブ本体６ｂが排出孔１６ｄを開いて、開口部１６ａと排出孔１６ｄが連通する仕組みである（図４（ａ）を参照）。

受圧部１６ｅ（特に、その裏面部）には、後述する連結機構８を構成するロッド８ａの一端が回転自在に取り付ける。このロッド８ａの他端は、バルブケース６ａの底部１６ｃに形成された挿通孔１６ｇからバルブケース６ａの外へ突出する。

スロットルバルブ７は、図２に示すように、吸込側通路１０ｂに取り付けられたスロットルシャフト７ａと、スロットルシャフト７ａにネジ等で取り付けられた回転弁体７ｂとを備えるバタフライ弁である。

より詳しくは、図３に示すように、スロットルシャフト７ａは、吸込側通路１０ｂの壁面１０ｄに形成された軸受孔１１に回転自在に軸支される。また、スロットルシャフト７ａの外周面７ｃと軸受孔１１の内周面１１ａとの間には、円筒形状のブッシュ１１ｂが設けられている。スロットルシャフト７ａの両端部はブッシュ１１ｂから突出しており、ブッシュ１１ｂの軸線方向の両端には、円筒形状のオイルシール１１ｃがそれぞれ設けられている。更に、各オイルシール１１ｃの軸線方向の外側には、スロットルシャフト７ａの軸線方向の位置を固定するストッパ１１ｄがそれぞれ設けられている。

連結機構８は、図２に示すように、リリーフバルブ６のバルブ本体６ｂに取り付けられたロッド８ａと、第１リンク部材８ｂと、第２リンク部材８ｃとを備える。

より詳しくは、ロッド８ａは、一端にロッド接続軸部１７ａが形成され、バルブ本体６ｂのロッド接続輪部１６ｆに回転可能に挿入されて接続される。この接続部分は、クリップやＥリング等の抜け防止部材１７ｂによって、ロッド接続軸部１７ａがロッド接続輪部１６ｆから抜けないように抜け止めされる。

第１リンク部材８ｂは、一端にロッド８ａの他端が固定され、他端にジョイント輪部１８ａが形成される。第２リンク部材８ｃは、一端にジョイント軸部１９ａが形成され、ジョイント輪部１８ａに回転可能に挿入されて接続される。この接続部分は、クリップやＥリング等の抜け防止部材１９ｂによって、ジョイント軸部１９ａがジョイント輪部１８ａから抜けないように抜け止めされる。一方、第２リンク部材８ｂの他端には、シャフト固定輪部１９ｃが形成され、シャフト固定輪部１９ｃには、スロットルシャフト７ａの端部が挿入されて接続される。この接続部分は、ナット等の固定部材１９ｄによって回転不能に固定される。

以上の連結機構８によれば、バルブ本体６ｂがスプリング６ｃの付勢力に反して開弁方向に摺動すると、図２の点線で示すように、ロッド８ａは、ロッド接続軸部１７ａの中心軸周りに旋回しながら第１リンク部材８ｂを押し下げる。これにより、第２リンク部材８ｃがスロットルシャフト７ａの中心軸周りに旋回されるので、第２リンク部材８ｃがスロットルシャフト７ａ及び回転弁体７ｂを回動させ、スロットルバルブ７にて所定の回動動作がなされる。

なお、ロッド８ａは、一端をバルブ本体６ｂの受圧部１６ｅに直接固定すると共に、他端を第１リンク部材８ｂと回転可能に接続して構成されてもよい。その場合、ロッドの他端と第１リンク部材８ｂには、回転可能に接続される軸部と輪部が形成される。

本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１においては、スロットルバルブ７の回動動作が図４に示すようなタイミングで所定の開度となるように構成される。

図４では、リリーフバルブ６のバルブ本体６ｂの位置の変化と、それに対応するスロットルバルブ７の角度の変化を表している。ここで、（１）〜（３）の同一符号は同一タイミングであることを示す。

ここでは、先ず、バルブ本体６ｂが弁座１６ｂに当接された（１）の状態で、スロットルバルブ７を全開（角度０度）とする。次に、バルブケース６ａの排出孔１６ｄが開き始める（２）の状態で、スロットルバルブ７は第１角度θ１（例えば、角度３０度）まで閉じられる。また、排出孔１６ｄが完全に開いた（３）の状態では、スロットルバルブ７は第２角度θ２（例えば、角度６０度）まで閉じられる。

このように、スロットルバルブ７が第２角度θ２（例えば、角度６０度）まで閉じられると、吸込側通路１０ｂの潤滑オイルの流量が半分程度に減少する。これにより、オイルポンプ５の吐出圧も半減するので、図５に示すような効果が得られる。

図５（ａ）は、吸込側通路１０ｂにスロットルバルブ７を有しない従来の潤滑装置におけるポンプ圧力とエンジン回転速度の関係を表す概念図である。一方、図５（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１におけるポンプ圧力とエンジン回転速度の関係を表す概念図である。これらの図中、実線Ａは、ポンプ吐出圧（図２の位置Ａの油圧）を表し、実線Ｂは内燃機関２の被潤滑部材に対する供給圧（図２の位置Ｂの油圧）を表す。

図５（ａ）（ｂ）において、エンジン回転速度が低回転であるときは、いずれも吐出圧と供給圧が同じようにエンジン回転速度に比例して上昇している。これは、エンジン回転速度が低く、従ってポンプ吐出圧が低いため、リリーフバルブによる開弁動作がなされていないことを示す。

一方、図５（ａ）において、エンジン回転速度が高くなり、ポンプ吐出圧が上昇して、リリーフバルブが開弁する所定の閾値に達した時点（例えば、図中のＰ点）からは、エンジン回転速度が高くなるにつれて、リリーフバルブから排出される流量が増加されるため、実線Ｂで示すように供給圧の上昇度合いが低下する。例えば、エンジン回転速度が２８００［ｒｐｍ］であるときには、実線Ａで示す吐出圧が８００［ｋｐａ］であるのに対して、実線Ｂで示す供給圧は４００［ｋｐａ］となる。

しかしながら、図５（ａ）の実線Ａで示すように、リリーフバルブが開弁した場合でも、オイルポンプでは既に潤滑オイルを加圧しているので、吐出圧はエンジン回転速度に比例して上昇し、ポンプ仕事量も増大する。即ち、図５（ａ）中の斜線で示す吐出圧と供給圧の差は、オイルポンプの無駄な仕事量に相当し、これがオイルポンプの駆動損失となる。

これに対して、図５（ｂ）においては、エンジン回転速度がＰ点よりも高くなると、リリーフバルブ６の開弁方向の動作量が増大するにつれ、オイルポンプ５へのオイル吸込量が減少されるため、実線Ａで示すポンプ吐出圧の上昇度合いが減少する。例えば、エンジン回転速度が２８００［ｒｐｍ］であるときには、実線Ｂで示す供給圧が４００［ｋｐａ］であるのに対して、実線Ａで示すポンプ吐出圧も同じような圧力になる。

従って、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１によれば、５図（ｂ）中の斜線で示す無駄な仕事量が従来の潤滑装置よりも削減され、オイルポンプの駆動損失が低減されることになる。

以上、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１によれば、リリーフバルブ６とスロットルバルブ７との間に介設された連結機構８により、リリーフバルブ６の開弁方向の動作量が増大するにつれ、スロットルバルブ７をより閉弁側に動作させて、オイルポンプ５に吸い込まれる潤滑オイルの流量を減少させることにより、可変容量型オイルポンプを用いることなく、オイルポンプ５の駆動損失を低減することができる。

また、これにより、内燃機関の燃費が向上されると共に、部品点数および生産コストの抑制が実現される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１について、図１、図６及び図７に基づいて説明する。本実施形態は、第１実施形態とスロットルバルブ７及び連結機構８が異なるのみで他の部分は同じなので、同一の構成要素については同一の符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

図６は、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１を表す図である。図６に示すように、内燃機関の潤滑装置１は、オイルポンプ５と、リリーフバルブ６と、モータＭの駆動によりオイルポンプ５へ吸い込まれる油量を調整する電磁制御弁２０と、リリーフバルブ６の開弁方向の動作量を検出する動作量検出装置２１とを備える。

電磁制御弁２０は、図７に示すように、第１実施形態のスロットルバルブ７のスロットルシャフト７ａにモータＭ（例えば、ＤＣモータまたはステッピングモータ）が接続されたバタフライ弁である。

モータＭは、スロットルシャフト７ａに同軸に取り付けられたモータ軸を有し、回転弁体７ａの開閉角度を調節するモータ（例えば、ＤＣモータまたはステッピングモータ）からなる。

動作量検出装置２１は、一端がバルブ本体６ｂの受圧部１６ｅに取り付けられると共に、他端がバルブケース６ａの挿通孔１６ｇから外へ突出する金属製のロッド２１ａと、そのロッド２１ａの突出部分を移動自在に収容する動作量センサ（リフトセンサ）２１ｂとを備える。動作量センサ２１ｂの内部には、コイル（不図示）等が設けられる。

上記の構成により、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１では、先ず、バルブ本体６ｂがスプリング６ｃの付勢力に反して開弁方向に摺動すると、図６の点線で示すようにロッド２１ａが移動する。このため、コイルにおけるインピーダンスが変化して、バルブ本体６ｂの変位、即ちリリーフバルブ６の動作量が検出される。

動作量センサ２１ｂによって検出される検出値（以下、検出動作量と称する）は、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）２１ｃに送信される。ＥＵＣ２１ｃでは、このリリーフバルブ６の検出動作量に応じて、電磁制御弁２０の開度が予め設定された目標開度となるようにモータＭを駆動させて、スロットルバルブ７を閉方向に回動させる。

スロットルバルブ７の目標開度は、第１実施形態のようなタイミングと角度（図４の（１）〜（３）を参照）が得られるように設定してもよいし、他のタイミングと角度が得られるように設定してもよい。

以上、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１によれば、リリーフバルブ６の開弁方向の動作量を検出する動作量検出装置２１により、検出動作量に応じて電磁制御弁２０を制御して、オイルポンプ５に吸い込まれる潤滑オイルの流量を減少させることにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１によれば、スロットルバルブ７の回動動作をＥＣＵ２１ｃの電子制御により行うため、検出動作量に応じて、電磁弁２０が動き始めるタイミングや角度等を自由に設定することが可能になる。

更に、本実施形態に係る内燃機関の潤滑装置１では、図２に示すような第１実施形態における連結機構８の配置の制約もないので、レイアウトの自由度を向上させることもできる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、流量制御弁は、バタフライ弁以外にシャッターバルブを用いてもよい。

１ 内燃機関の潤滑装置
２ 内燃機関
３ クランクシャフト
４ オイルパン
５ オイルポンプ
６ リリーフバルブ
７ スロットルバルブ
８ 連結機構

Claims (3)

1. 内燃機関によって駆動され、潤滑オイルを吸い込んで吐出するオイルポンプと、
   前記オイルポンプの吐出側のオイル通路に設けられ、前記オイルポンプから吐出される潤滑オイルの油圧が所定の閾値以上になると開弁して潤滑オイルを排出するリリーフバルブと、
   前記オイルポンプの吸込側のオイル通路に設けられ、前記リリーフバルブの開弁方向の動作量が増大するにつれ、より閉弁側に動作するスロットルバルブとを備えた
   ことを特徴とする内燃機関の潤滑装置。
2. 前記リリーフバルブと前記スロットルバルブとの間に介設され、前記リリーフバルブの開弁方向の動作量が増大するにつれ、前記スロットルバルブをより閉弁側に動作させる連結機構を更に備えた、
   請求項１に記載の内燃機関の潤滑装置。
3. 前記リリーフバルブの開弁方向の動作量を検出する動作量検出装置を備え、
   前記スロットルバルブは、前記動作量検出装置によって検出された検出動作量に応じて開度が制御される電磁制御弁からなる
   請求項１に記載の内燃機関の潤滑装置。

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