JP2017008851A - 内燃機関の油圧調整機構 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン内のオイルを、クランク軸の回転数に適した圧力に調整する。【解決手段】ディーゼルエンジン１には、オイル循環機構５が備えるオイル供給路に配置され、クランク軸２の回転数の上昇に応じてオイルの吐出量を上昇させるオイルポンプ３２と、オイル供給路におけるオイルポンプ３２の配置位置よりもオイル流れ方向の下流側に連通されると共に、クランク軸２の回転が伝達され、クランク軸２の回転数の上昇に応じてオイルの排出量を増加させるオイル排出部３７が備えられている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の油圧調整機構に関する。

エンジンなどの内燃機関では、クランク軸の回転数に応じてオイルポンプからのオイル吐出量を増やすことが行われている。オイル吐出量の増加に伴ってオイルギャラリ（オイル供給路）を流れるオイル圧力が上昇するが、オイル圧力の上昇は抵抗となり、オイルギャラリにおける摩擦損失を増大させる。オイル圧力を上限範囲以下に維持するため、オイルギャラリには、オイル圧力が所定の上限閾値に到達すると開放されてオイルを排出する圧力調整弁が設けられている。しかしながら、この圧力調整弁は、オイル圧力が上限閾値に到達したか否かで開閉制御を行うため、クランク軸の回転数に適したオイル圧力よりも高くなっている可能性がある。

クランク軸の回転数に応じてオイルポンプから供給するオイル圧力を調整すべく、例えば特許文献１には、オイル供給流路を分岐させるとともに、分岐点よりも上流側の主流路や分岐点よりも下流側の分岐流路にスプールやバルブを配設し、低回転域と中回転域と高回転域のそれぞれに適したオイル圧力に調整する調整機構が開示されている。

特開２０１４−１５８６９号公報

前述の調整機構では、低回転域と中回転域と高回転域の３段階でオイル圧力を調整しているが、クランク軸の回転数に適したオイル圧力に調整することが望まれている。

開示の油圧調整機構は、クランク軸の回転数に適したオイル圧力に調整することを目的とする。

開示の油圧調整機構は、オイル供給路に配置され、クランク軸の回転数の上昇に応じてオイルの吐出量を上昇させるオイルポンプと、前記オイル供給路における前記オイルポンプの配置位置よりもオイル流れ方向の下流側に連通されると共に、前記クランク軸の回転が伝達され、前記クランク軸の回転数の上昇に応じてオイルの排出量を増加させるオイル排出部とを備える。

開示の油圧調整機構によれば、クランク軸の回転数に適したオイル圧力に調整することができる。

エンジンの内部を模式的に説明する断面図である。 （Ａ）は、回転部材の外観を模式的に説明する斜視図である。（Ｂ）は、回転部材の頭部を模式的に説明する図である。 （Ａ）は、回転部材の取り付け状態を模式的に説明する部分断面図である。（Ｂ）は、取り付け状態における回転部材の頭部を模式的に説明する図である。 （Ａ）は、回転部材の回転状態を模式的に説明する部分断面図である。（Ｂ）は、回転状態における回転部材の頭部を模式的に説明する図である。 クランク軸回転数とエンジン内油圧の関係を模式的に説明するグラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る油圧調整機構を説明する。

図１に示すディーゼルエンジン１（内燃機関の一例、以下単にエンジン１という）は、クランク軸２と、ロッカーアーム軸３と、カム軸４と、オイル循環機構５を備えている。

クランク軸２は、ピストンＰＳの往復運動を回転力に変える回転軸であり、クランクピン１１とクランクアーム１２を備えるクランクスロー１３が、ピストンＰＳ及びコネクティングロッドＣＲの組に対応して設けられている。クランクピン１１には、コネクティングロッドＣＲの大端部が回転可能な状態で取り付けられている。クランク軸２の内部には、クランクジャーナル１４からクランクアーム１２を通ってクランクピン１１に至る給油路１５が設けられている。この給油路１５には、オイル循環機構５が備えるサブギャラリー３６からオイルが供給される。

ロッカーアーム軸３は、ロッカーアーム２１を揺動可能に支持する部材であり、本実施形態では、内部にオイル流路２２が設けられている。このオイル流路２２には、オイル循環機構５からオイルが供給される。オイル流路２２に供給されたオイルはカム軸４に供給される。カム軸４は、ロッカーアーム２１を揺動させるためのカム２３が設けられた部材であり、クランク軸２の回転に従って回転する。

オイル循環機構５は、オイル溜ＰＯＣに貯留されたオイルを、クランク軸２やロッカーアーム軸３に供給するものであり、油こし３１と、オイルポンプ３２と、オイルフィルタ３３と、バイパス弁３４と、給油管３５と、サブギャラリー３６と、オイル排出部３７を備えている。そして、油こし３１からクランク軸２（クランクジャーナル１４）やロッカーアーム軸３（オイル流路２２）に至る一連の流路が、オイル循環機構５が備えるオイル供給路である。

油こし３１は、オイル供給路におけるオイル流れ方向の最上流に配置されており、オイルの吸い込み時において、オイル溜ＰＯＣに存在する固形成分がオイル供給路の内部に入らないようにこし取る。オイルポンプ３２は、油こし３１よりもオイル流れ方向の下流側に配置されており、オイル溜ＰＯＣのオイルをクランク軸２やロッカーアーム軸３に供給する際の動力となる。このオイルポンプ３２は、クランク軸２と連動して動作し、クランク軸２の回転数の上昇に応じてオイルの吐出量を上昇させる。

オイルフィルタ３３は、オイルポンプ３２よりもオイル流れ方向の下流側に配置されており、オイルポンプ３２によって吸い込まれたオイルに含まれる微細な固形物を濾別し、濾別後のオイルを下流側に排出する。バイパス弁３４は、オイル流路におけるオイルフィルタ３３よりも上流側と下流側を結ぶバイパス路に設けられ、オイルフィルタ３３を流れるオイルに不足が生じる際に開弁して不足分のオイルを補う。

給油管３５は、クランク軸２に供給されるオイルが流れる管である。この給油管３５からは複数のサブギャラリー３６が枝分かれしている。また、給油管３５からは、オイル排出部３７が備えるオイル連通路４１も枝分かれしている。サブギャラリー３６は、例えばシリンダブロックに設けられており、給油管３５とクランクジャーナル１４との間を連通する。

オイル排出部３７は、クランク軸２の回転が伝達され、クランク軸２の回転数に応じた量のオイルをエンジン１の内部に排出することで、オイル供給路内のオイルを必要圧力に調整する。なお、オイル排出部３７については、後で詳しく説明する。

このオイル循環機構５では、オイルポンプ３２の動作により、オイル溜ＰＯＣに貯留されたオイルが油こし３１を通じて吸い込まれる。吸い込まれたオイルは、オイルフィルタ３３やバイパス弁３４を通過した後に、カム軸４や給油管３５に供給される。カム軸４に供給されたオイルは、ロッカーアーム２１とカムの摩擦抵抗の低減に用いられる。一方、給油管３５に供給されたオイルは、サブギャラリー３６及び給油路１５を流れ、クランクピン１１とコネクティングロッドＣＲの摩擦抵抗の低減に用いられる。摩擦抵抗の低減に用いられたオイルやオイル排出部３７から排出されたオイルは、オイル溜ＰＯＣに貯留されて循環使用される。

次に、オイル排出部３７について詳細に説明する。図１に示すように、オイル排出部３７は、オイル供給路におけるオイルポンプ３２の配置位置よりもオイル流れ方向の下流側に連通されており、クランク軸２の回転数の上昇に応じてオイルの排出量を増加させる。このオイル排出部３７は、オイル連通路４１、回転部材４２、収納凹部４３、及び、回転伝達機構４４を備える。

オイル連通路４１は、給油管３５と収納凹部４３を連通しており、給油管３５のオイルを収納凹部４３へ供給する。オイル連通路４１は、例えば図３（Ａ）に示すように、シリンダブロックＣＢに孔を空けることで設けられる。なお、給油管３５は、オイルポンプ３２よりもオイル流れ方向の下流側に配置されている。このため、オイル連通路４１は、オイルポンプ３２の配置位置よりも下流側でオイル供給路に連通している。

回転部材４２は、クランク軸２の回転数に比例した回転数で回転されると共に、収納凹部４３に供給されたオイルを回転数に応じた量で排出する。図２（Ａ）に示すように、回転部材４２は、回転軸５１と、回転軸５１の一端に設けられる従動ギア５２と、回転軸５１の他端に設けられる頭部５３を備えている。図３（Ａ）に示すように、回転軸５１は、シリンダブロックＣＢに設けられた軸受け５４に回転可能な状態で取り付けられている。従動ギア５２は、シリンダブロックＣＢよりも外側に突出されており、その外周面には回転伝達機構４４が備える駆動ベルト４４ｂが噛み合っている。本実施形態において、従動ギア５２は、回転軸５１に対して着脱自在であって、止めねじ（不図示）などによって固定される。

図２（Ａ）に示すように、頭部５３は基板５４と円筒壁５５を備えており、回転軸５１と共に回転される。基板５４は、円形板状をしており、回転軸５１の他端に接合されている。円筒壁５５は、基端が基板５４の外周縁に接合されている。従って、基板５４とは反対側となる頭部５３の先端は開放されている。この頭部５３には、回転部材４２の回転数の上昇に応じてオイルが通過する隙間の大きさを増加させる排出機構５６が設けられている。この排出機構５６については、後で説明する。

図３（Ａ）に示すように、収納凹部４３は、回転部材４２の頭部５３が収納される凹部であり、回転軸５１用の軸受け５４と一連に設けられている。収納凹部４３の内周面には、円筒状金属で作製された軸受け部材４５が嵌合されている。軸受け部材４５の内径は、回転部材４２が備える頭部５３（円筒壁５５）の外径よりも僅かに大きい。そして、頭部５３と軸受け部材４５とは同心円状に配置されているので、頭部５３の外周面と軸受け部材４５の内周面との間には、所定の隙間Ｓが全周に亘って形成される。軸受け部材４５におけるオイル連通路４１と対向する位置には、厚さ方向を貫通する油孔４５ａが設けられている。この油孔４５ａにより、オイル連通路４１から供給されたオイルは頭部５３と軸受け部材４５の隙間Ｓに流入し、この隙間Ｓを満たす。

図１に示すように、回転伝達機構４４は、クランク軸２に設けられた駆動ギア４４ａと、この駆動ギア４４ａと回転部材４２の従動ギア５２の間に掛け渡される駆動ベルト４４ｂを備えている。クランク軸２が回転すると駆動ギア４４ａが回転する。駆動ベルト４４ｂによって駆動ギア４４ａの回転は従動ギア５２に伝達される。このため、回転部材４２は、クランク軸２の回転に従って回転される。そして、回転部材４２の回転数は、クランク軸２の回転数と、駆動ギア４４ａと従動ギア５２のギア比に応じて定められる。

次に排出機構５６について説明する。図２（Ｂ）に示すように、排出機構５６は、第１排出機構６１と、この第１排出機構６１から周方向に１８０度回転した位置に設けられる第２排出機構７１を備えている。

第１排出機構６１は、第１開口６２と、第１開閉部材６３と、第１コイルバネ６４を備えている。第１開口６２は、円筒壁５５の壁厚方向を貫通する矩形状開口である。第１開閉部材６３は、第１回動軸６５を中心に回動可能に配置され、第１開口６２を開閉可能に塞ぐ部材である。第１開閉部材６３は、第１回動軸６５に嵌合される第１軸受け６３ａと、第１軸受け６３ａに接合される第１開閉アーム６３ｂと、第１開閉アーム６３ｂの一端に接合され、第１開口６２に嵌合される第１嵌合部６３ｃと、第１開閉アーム６３ｂの他端に接合される第１錘６３ｄを備えている。第１コイルバネ６４は、第１錘６３ｄと支持軸５７との間に掛け渡され、収縮力によって第１錘６３ｄを支持軸５７側に付勢する。本実施形態において支持軸５７は、基板５４における回転中心に立設されている。

回転部材４２の静止時において、第１錘６３ｄは、第１コイルバネ６４によって支持軸５７側に付勢される。これにより、第１開閉部材６３は第１回動軸６５を中心に回動し、第１嵌合部６３ｃが第１開口６２を塞ぐ方向に付勢される。回転部材４２が回転し、第１錘６３ｄに対して第１コイルバネ６４の圧縮力よりも強い遠心力が作用すると、第１錘６３ｄは第１コイルバネ６４の圧縮力に抗して外周方向に移動する。これにより、第１嵌合部６３ｃが内周方向へ移動し、第１開口６２との間にオイルが通過する隙間が形成される。この隙間の面積は、第１錘６３ｄに作用する遠心力が強くなるほど増加される。

第２排出機構７１は、第２開口７２と、第２開閉部材７３と、第２コイルバネ７４を備えている。第２開口７２は、円筒壁５５の壁厚方向を貫通する矩形状開口である。第２開閉部材７３は、第２回動軸７５を中心に回動可能に配置され、第２開口７２を開閉可能に塞ぐ部材である。第２開閉部材７３は、第２回動軸７５に嵌合される第２軸受け７３ａと、第２軸受け７３ａに接合される第２開閉アーム７３ｂと、第２開閉アーム７３ｂの一端に接合され、第２開口７２に嵌合される第２嵌合部７３ｃと、第２開閉アーム７３ｂの他端に接合される第２錘７３ｄを備えている。第２コイルバネ７４は、第２錘７３ｄと支持軸５７との間に掛け渡され、収縮力によって第２錘７３ｄを支持軸５７側に付勢する。

回転部材４２の静止時において、第２錘７３ｄは、第２コイルバネ７４によって支持軸５７側に付勢される。これにより、第２開閉部材７３は第２回動軸７５を中心に回動し、第２嵌合部７３ｃが第２開口７２を塞ぐ方向に付勢される。回転部材４２が回転し、第２錘７３ｄに対して第２コイルバネ７４の圧縮力よりも強い遠心力が作用すると、第２錘７３ｄは第２コイルバネ７４の圧縮力に抗して外周方向に移動する。これにより、第２嵌合部７３ｃが内周方向へ移動し、第２開口７２との間にオイルが通過する隙間が形成される。この隙間の面積は、第２錘７３ｄに作用する遠心力が強くなるほど増加される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

エンジン１の停止時ではクランク軸２が静止しているので、オイル排出部３７が備える回転部材４２も静止状態になる。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、回転部材４２の静止状態において、第１排出機構６１は、第１コイルバネ６４によって第１錘６３ｄが支持軸５７側に付勢され、第１嵌合部６３ｃが第１開口６２を塞ぐ方向に付勢される。同様に、第２排出機構７１も、第２コイルバネ７４によって第２錘７３ｄが支持軸５７側に付勢され、第２嵌合部７３ｃが第２開口７２を塞ぐ方向に付勢される。また、オイルポンプ３２は停止しているが、オイル連通路４１はオイルで満たされている。このため、油孔４５ａを通じて流入したオイルが、回転部材４２の頭部５３と軸受け部材４５の隙間Ｓを満たしている。

エンジン１が始動され、アイドリングなどの低速回転時には、回転部材４２も低速で回転される。この低速回転時において、第１錘６３ｄや第２錘７３ｄに作用する遠心力は、第１コイルバネ６４や第２コイルバネ７４による付勢力よりも小さい。このため、エンジン１の停止時と同様に、第１嵌合部６３ｃが第１開口６２を塞ぐ方向に付勢され、第２嵌合部７３ｃが第２開口７２を塞ぐ方向に付勢される。クランク軸２の回転に伴ってオイルポンプ３２がオイルを送出し、オイルの圧力が上昇する。ここで、回転部材４２の頭部５３と軸受け部材４５の隙間Ｓは極めて狭いことから、オイルはこの隙間Ｓに留まる。従って、オイルポンプ３２から送出されたオイルは、クランク軸２やロッカーアーム軸３に供給され、オイル排出部３７からは排出されない。

クランク軸２の回転数が上昇すると、回転部材４２の回転数も上昇される。回転数の上昇に伴い、第１錘６３ｄや第２錘７３ｄに作用する遠心力も強くなる。図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１錘６３ｄや第２錘７３ｄに作用する遠心力が第１コイルバネ６４や第２コイルバネ７４の圧縮力よりも高くなると、第１錘６３ｄ及び第２錘７３ｄはそれぞれ外周方向に移動する。これにより、第１嵌合部６３ｃ及び第２嵌合部７３ｃが内周方向へ移動するので、第１嵌合部６３ｃと第１開口６２の間、及び、第２嵌合部７３ｃと第２開口７２との間には、それぞれ隙間Ｘ１，Ｘ２が形成される。

オイルポンプ３２の動作によってオイルの圧力が上昇しているので、オイル連通路４１のオイルは、第１嵌合部６３ｃと第１開口６２の隙間Ｘ１、及び、第２嵌合部７３ｃと第２開口７２の隙間Ｘ２を通じて頭部５３の内側空間に流入し、頭部５３の先端からエンジン１の内部に排出される。このように、オイル連通路４１や回転部材４２を通じてオイルを排出することで、オイルポンプ３２よりも下流側のオイルの圧力を下げることができる。これにより、オイル圧力の適正化を図ることができる。

クランク軸２の回転数がさらに上昇すると、第１開口６２側の隙間Ｘ１、及び、第２開口７２側の隙間Ｘ２が拡大される。これに伴い、回転部材４２（オイル排出部３７）を通じて排出されるオイルの量も増える。このため、オイル圧力の過度な上昇を抑制でき、クランク軸の回転数に適したオイル圧力に調整できる。例えば、図５に符号ＯＰ１で示すように、クランク軸２の回転数に比例したオイル圧力に調整できる。加えて、駆動ギア４４ａと従動ギア５２のギア比を変更することにより、符号ＯＰ２，ＯＰ３で示すように、クランク軸２の回転数とオイル圧力の関係を容易に調整できる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。

オイル排出部３７の構成に関し、前述の実施形態では、回転部材４２の頭部５３に円筒壁５５を設け、第１開口６２と第２開口７２をそれぞれ、第１開閉部材６３と第２開閉部材７３で開閉させていたが、この構成に限定されるものではない。回転部材４２の回転に応じてオイル連通路４１から排出されるオイルの量を調整できれば他の構成であってもよい。

また、オイル排出部３７の配設場所に関し、前述の実施形態では、エンジン１の外壁近傍に設けられていたが、オイルポンプ３２よりもオイル流れ方向の下流側に連通されていれば、他の場所であってもよい。なお、オイルを排出することにより、オイル圧力を調整する観点から、シリンダブロックＣＢ内に設けることが好ましい。

回転伝達機構４４に関し、クランク軸２の回転を回転部材４２に伝達できれば他の構成であってもよい。例えば、複数枚の平歯車を組み合わせてもよいし、チェーンとスプロケットの組み合わせであってもよい。

内燃機関に関し、前述の実施形態では、ディーゼルエンジン１を例示したが、オイル供給路を通じてオイルを供給するものであれば、本発明を適用できる。

１…ディーゼルエンジン，２…クランク軸，３…ロッカーアーム軸，４…カム軸，５…オイル循環機構，１１…クランクピン，１２…クランクアーム，１３…クランクスロー，１４…クランクジャーナル，１５…給油路，２１…ロッカーアーム，２２…オイル流路，２３…カム，３１…油こし，３２…オイルポンプ，３３…オイルフィルタ，３４…バイパス弁，３５…給油管，３６…サブギャラリー，３７…オイル排出部，４１…オイル連通路，４２…回転部材，４３…収納凹部，４４…回転伝達機構，４４ａ…駆動ギア，４４ｂ…駆動ベルト，４５…軸受け部材，４５ａ…油孔，５１…回転軸，５２…従動ギア，５３…頭部，５４…基板，５５…円筒壁，５６…排出機構，５７…支持軸，６１…第１排出機構，６２…第１開口，６３…第１開閉部材，６３ａ…第１軸受け，６３ｂ…第１開閉アーム，６３ｃ…第１嵌合部，６３ｄ…第１錘，６４…第１コイルバネ，６５…第１回動軸，７１…第２排出機構，７２…第２開口，７３…第２開閉部材，７３ａ…第２軸受け，７３ｂ…第２開閉アーム，７３ｃ…第２嵌合部，７３ｄ…第２錘，７４…第２コイルバネ，７５…第２回動軸，ＰＳ…ピストン，ＣＲ…コネクティングロッド，ＰＯＣ…オイル溜，Ｓ…頭部と軸受け部材の隙間，Ｘ１，Ｘ２…排出機構の隙間

Claims (3)

1. オイル供給路に配置され、クランク軸の回転数の上昇に応じてオイルの吐出量を上昇させるオイルポンプと、
   前記オイル供給路における前記オイルポンプの配置位置よりもオイル流れ方向の下流側に連通されると共に、前記クランク軸の回転が伝達され、前記クランク軸の回転数の上昇に応じてオイルの排出量を増加させるオイル排出部とを備える
   内燃機関の油圧調整機構。
2. 前記オイル排出部は、
   前記クランク軸によって回転される回転軸、及び、前記回転軸に設けられて前記回転軸と共に回転する頭部を備える回転部材と、
   前記回転部材の頭部に設けられ、前記回転部材の回転数の上昇に応じてオイルが通過する流路の面積を増加させる排出機構と、
   前記回転部材の頭部が回転可能に収納される収納凹部と、
   前記オイル供給路と前記収納凹部を連通するオイル連通路とを備える
   請求項１に記載の内燃機関の油圧調整機構。
3. 前記排出機構は、
   壁厚方向を貫通する開口が設けられた円筒壁と、
   前記開口を開閉可能に塞ぐと共に、前記回転部材の回転数の上昇に応じて前記開口との間に形成される隙間の面積を増加させる開閉部材とを備える
   請求項２に記載の内燃機関の油圧調整機構。

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