JP2017133369A

JP2017133369A - 潤滑装置

Info

Publication number: JP2017133369A
Application number: JP2016011614A
Authority: JP
Inventors: 圭太小原; Keita Obara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-08-03

Abstract

【課題】エンジンオイル内に氷が含まれる場合であっても電動オイルポンプの消費エネルギの増大を抑制する。
【解決手段】オイルパン３４には、第１ストレーナ４０および第２ストレーナ５０が収容されており、電動オイルポンプ３６は、切替部３８の状態に応じて第１ストレーナ４０および第２ストレーナ５０のいずれか一方を介して吸引したエンジンオイルをエンジン本体３２側に吐出する。ドアセンサ６８によってドアが開かれたことが検知されユーザが運転席に乗り込もうとしていることが検知される場合、第１ストレーナ４０を介して電動オイルポンプ３６によってエンジンオイルを所定期間吸引する。これにより、第２ストレーナ５０を介して電動オイルポンプ３６によってエンジンオイルを吸引してエンジン本体３２を潤滑する処理の準備をする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンオイルが貯蔵されたオイルパンと、オイルパンに貯蔵されているエンジンオイルを吸引してエンジン本体側に吐出する電動オイルポンプとを備える潤滑装置に関する。

たとえば特許文献１には、オイルパン内のエンジンオイルに吸込口が浸され、吸込口の下流に延びる流路の途中に、同流路の延伸方向に直交する断面全域を覆うフィルタを備えたストレーナが記載されている。このストレーナは、フィルタと吸込口との間に、流路の断面であって上記延伸方向に直交する断面を２分する捕集網を備えている。これは、寒冷地等でエンジンの停止中にエンジンオイルに含まれる凝縮水が氷となり、エンジン始動に伴ってオイルポンプによって吸込口からエンジンオイルとともに氷を吸い込むことによりフィルタの目詰まりが生じることを抑制することを狙ったものである。すなわち、吸込口から吸い込まれた氷は、捕集網によって捕集されるため、フィルタの目詰まりを抑制することができる。

特開２０１５−１６１２３０号公報

ただし、上記ストレーナの場合、捕集網によって氷を捉えることにより、捕集網に氷が捉えれていない場合と比較して、オイルポンプがエンジンオイルを吸い込む際の抵抗が大きくなる。このため、オイルポンプとして電動オイルポンプを用いる場合、捕集網に氷が捉えれていない場合と比較して捉えられている場合には、単位吐出量当たりの電動オイルポンプの消費エネルギが大きくなり、ひいてはエンジンオイルをエンジンに潤滑させる際の電動オイルポンプの消費電力が大きくなる。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンオイル内に氷が含まれる場合であっても電動オイルポンプの消費エネルギの増大を抑制できるようにした潤滑装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決すべく、潤滑装置は、エンジンオイルが貯蔵されたオイルパンと、前記オイルパンに設けられた第１ストレーナ、および第２ストレーナと、前記オイルパンに貯蔵されている前記エンジンオイルを前記第１ストレーナまたは前記第２ストレーナのいずれかを介して吸引してエンジン本体側に吐出する電動オイルポンプと、前記電動オイルポンプが前記第１ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引するか、前記第２ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引するかを切り替える切替部と、エンジンの駆動時に前記電動オイルポンプおよび前記切替部を操作して前記第２ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引する処理を実行する制御装置と、を備え、前記第１ストレーナは、該第１ストレーナを通過して前記電動オイルポンプに吸引されるエンジンオイルに含まれる異物を捕捉する機能を備え、前記制御装置は、前記エンジンの停止状態において、前記エンジンが駆動状態から当該停止状態に切り替えられるときにおける前記エンジンオイルの温度が規定値よりも低いことを条件に、前記電動オイルポンプおよび前記切替部を操作して前記第１ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引する処理を所定期間実行する。

エンジンの駆動中におけるエンジンオイルの温度が規定値よりも低い場合、エンジン停止時におけるエンジンオイルには凝縮水が存在すると考えられる。そして、エンジン停止中のエンジンオイルの温度がさらに低くなる場合には、凝縮水が凝固してエンジンオイル内に氷が発生することがある。ここで、上記構成では、駆動状態から停止状態に切り替えられるときにおける上記温度が規定値よりも低い場合、第１ストレーナを介してエンジンオイルを吸引する。このため、エンジンオイルに氷が存在する場合、氷が第１ストレーナに捕捉される。このため、その後、エンジンの駆動に伴って第２ストレーナを介してエンジンオイルを吸引する際、氷が第２ストレーナに流入する事態が抑制される。このため、第１ストレーナに氷が捕捉されていない場合と比較して、第２ストレーナを介してエンジンオイルを吸引する際の電動オイルポンプの消費エネルギを低減することができる。したがって、上記構成では、エンジンオイル内に氷が含まれる場合であってもオイルポンプの消費エネルギの増大を抑制できる。

一実施形態にかかる潤滑装置を搭載した車両の駆動系の構成図。同実施形態にかかる氷を捕捉する処理のための前処理の手順を示す流れ図。同実施形態にかかる氷を捕捉する処理の手順を示す流れ図。

以下、潤滑装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施形態にかかる車両の駆動系を示す。図１に示す駆動系は、シリーズ・パラレルハイブリッドシステムを構成している。図１に示すように、内燃機関（エンジン３０）は遊星歯車機構（動力分割機構１０）のキャリアＣに機械的に連結されており、モータジェネレータ１４は、動力分割機構１０のサンギアＳに機械的に連結されており、モータジェネレータ１２は、動力分割機構１０のリングギアＲに機械的に連結されている。ここで、動力分割機構１０を構成する３つの回転体であるサンギアＳ、キャリアＣおよびリングギアＲのうち対象物が機械的に連結されている回転体とは、対象物が最初に動力を伝達可能な回転体のことである。また、リングギアＲには、駆動輪１６が機械的に連結されている。

モータジェネレータ１２は、インバータ１８およびシステムメインリレー（ＳＭＲ２２）を介して電池セルの直列接続体である組電池（バッテリ２４）に接続されている。また、モータジェネレータ１４は、インバータ２０およびＳＭＲ２２を介してバッテリ２４に接続されている。ＳＭＲ２２とバッテリ２４との間には、車両の外部の商用電源２８の電力をバッテリ２４に充電する充電器２６が接続されている。

エンジン３０は、シリンダブロックやシリンダヘッドを備えたエンジン本体３２や、潤滑油であるエンジンオイルを収容するオイルパン３４を備えている。オイルパン３４には、第１ストレーナ４０および第２ストレーナ５０が収容されている。第１ストレーナ４０は、エンジンオイルの吸込口４２が鉛直上方に向けて配置されている。吸込口４２には、異物の侵入を防ぐ網目状部材（フィルタ）が設けられている。また、吸込口４２の周囲は、網目状のガード部材４４に取り囲まれている。ガード部材４４は、その高さが吸込口４２に対して鉛直上方に突出している。第２ストレーナ５０は、吸込口５２が鉛直下方に向けて配置されている。また、第２ストレーナ５０の吸込口５２は、第１ストレーナ４０の吸込口４２よりも鉛直下方に配置されている。なお、第２ストレーナ５０の吸込口５２には、異物の侵入を防ぐ網目状部材（フィルタ）が設けられている。

第１ストレーナ４０の吸込口４２から吸引されたエンジンオイルの流路と、第２ストレーナ５０の吸込口５２から吸引されたエンジンオイルの流路とは、合流通路３５にて互いに合流する。合流通路３５には、電動オイルポンプ３６が設けられている。合流通路３５には、電子制御式の弁体を備えたアクチュエータ（切替部３８）が設けられている。切替部３８は、第１ストレーナ４０側と電動オイルポンプ３６側とを連通状態として且つ第２ストレーナ５０側と電動オイルポンプ３６側とを遮断状態とするか、第１ストレーナ４０側と電動オイルポンプ３６側とを遮断状態として且つ第２ストレーナ５０側と電動オイルポンプ３６側とを連通状態とするかを切り替える。

制御装置６０は、インバータ１８，２０や、エンジン３０、充電器２６等を制御対象とする。制御装置６０は、制御対象の制御に際し、エンジン３０の回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ６２、エンジン３０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ６４、ハイブリッドシステムの電源スイッチ６６、運転席のドアの開閉を検知するドアセンサ６８の出力値を取り込む。また、制御装置６０は、電動オイルポンプ３６から吐出されるエンジンオイルの圧力を検出する圧力センサ６９や、ブレーキペダル７０の操作量Ｂｒｋを検出するブレーキセンサ７２の出力値を取り込む。

制御装置６０は、特に、エンジン３０の駆動時においては、切替部３８によって第２ストレーナ５０側と電動オイルポンプ３６側とを連通させて且つ第１ストレーナ４０側と電動オイルポンプ３６側とを遮断した状態において、電動オイルポンプ３６を駆動してエンジンオイルをエンジン本体３２に供給する。詳しくは、圧力センサ６９によって検出されるエンジンオイルの圧力が目標値となるように電動オイルポンプ３６の回転速度を操作する処理を実行する。

制御装置６０は、充電器２６によって充電されたバッテリ２４の電力を極力利用して車両を走行させる。このため、バッテリ２４の充電率が規定値を超え、モータジェネレータ１２による動力で駆動輪１６に十分な動力を付与することができるときには、エンジン３０やモータジェネレータ１４を停止状態とする。これに対し、バッテリ２４の充電率が規定値以下となったにもかかわらず、車両の走行が要求されている場合等には、モータジェネレータ１２に加えて、エンジン３０およびモータジェネレータ１４を駆動する。

このように本実施形態では車両の走行のためのエネルギとしてバッテリ２４の電力を極力利用することから、エンジン３０の駆動継続時間が短くなる傾向にある。このため、エンジン３０の駆動中にエンジンオイルの温度が１００°Ｃ以上とならない事態が生じやすい。ここで、エンジン３０の駆動中には、燃料に含まれる水分が燃焼時に凝縮水としてエンジンオイルに混入する。エンジンオイルに混入した凝縮水は、エンジンオイルの温度が１００°Ｃ以上となる場合には、気化してエンジンオイルから取り除かれる。これに対し、エンジンオイルの温度が十分に上昇しない場合、エンジン３０の停止後においてもエンジンオイル内に凝縮水が含まれた状態となる。エンジンオイルに含まれた凝縮水は、エンジン３０の停止状態が継続されることにより、エンジンオイルから分離する。ただし、水の密度がエンジンオイルの密度よりも高いために、凝縮水は、オイルパン３４の底部に留まる。そして、凝縮水が氷点下まで冷却されると、エンジンオイル内に氷が発生する。そして、エンジンオイル内に氷が存在した状態で電動オイルポンプ３６を駆動すると、第２ストレーナ５０の目詰まりによってエンジン本体３２をエンジンオイルで十分に潤滑できないおそれがある。

そこで、本実施形態では、第１ストレーナ４０によって氷を捕捉する処理を実行する。
図２に、上記氷を捕捉する処理のための前処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

図２に示す一連の処理において、制御装置６０は、まず、エンジン３０の駆動中であるか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、制御装置６０は、エンジン３０の駆動中であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、回転速度ＮＥおよび冷却水温ＴＨＷに基づき、油温Ｔｏｉｌを推定する（Ｓ１２）。ここでは、回転速度ＮＥが高い場合に低い場合よりも油温Ｔｏｉｌを高い値に推定し、冷却水温ＴＨＷが高い場合に低い場合よりも油温Ｔｏｉｌを高い値に推定する。続いて制御装置６０は、推定した油温Ｔｏｉｌを記憶、更新する（Ｓ１４）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ１４の処理を実行する都度、図１に示すメモリ６０ａ内の所定のアドレスに格納されるデータを、最新の油温Ｔｏｉｌによって更新する。

なお、制御装置６０は、ステップＳ１４の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
図３に、上記氷を捕捉する処理の手順を示す。図３に示す処理は、制御装置６０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

図３に示す一連の処理において、制御装置６０は、まず、ユーザの認証処理が完了して且つ、運転席のドアが開かれたことがドアセンサ６８によって検知されたか否かを判定する（Ｓ２０）。この処理は、運転席にユーザが乗り込もうとしているか否かを判定するための処理である。なお、ユーザの認証処理は、たとえばユーザの所持する携帯機と制御装置６０との通信によって所定の信号をやりとりすることで実行されるものとすればよい。認証処理の完了が、ロックされていたドアのロックを解除する条件となる。

制御装置６０は、ステップＳ２０において肯定判定される場合、エンジン停止時の油温Ｔｏｉｌが規定値（たとえば１００°Ｃ）よりも低いか否かを判定する（Ｓ２２）。この処理は、エンジンオイル中に凝縮水が含まれているか否かを判定するためのものである。ここで、油温Ｔｏｉｌは、エンジン３０の駆動時において図２の処理において算出されたものである。制御装置６０は、規定値よりも低いと判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、切替部３８を操作して、第１ストレーナ４０側と電動オイルポンプ３６側とを連通状態（開状態）とし、第２ストレーナ５０側と電動オイルポンプ３６側とを遮断状態（閉状態）とする（Ｓ２４）。そして、制御装置６０は、電動オイルポンプ３６を駆動状態とする（Ｓ２６）。

そして、制御装置６０は、ＩＧＯＮのリクエストがあるか否かを判定する（Ｓ２８）。これは、たとえばＳＭＲ２２を閉状態とすることによってハイブリッドシステムを起動して車両を走行可能な状態とするリクエストがあるか否かの判定となる。本実施形態では、ブレーキペダル７０が踏み込まれた状態で電源スイッチ６６がオン操作される場合、リクエストがあると判定する。制御装置６０は、リクエストがないと判定する場合（２８：ＮＯ）、電動オイルポンプ３６の駆動時間が所定期間以上となったか否かを判定する（Ｓ３０）。ここで、所定期間は、電動オイルポンプ３６の駆動開始後に吸引したエンジンオイルの量が、電動オイルポンプ３６の駆動直前にオイルパン３４内に存在していたエンジンオイルの全量となると想定される期間に設定されている。

制御装置６０は、所定期間が経過していないと判定する場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ステップＳ２８に戻る。一方、制御装置６０は、リクエストがあると判定する場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）や、所定期間以上であると判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）には、電動オイルポンプ３６を停止させる（Ｓ３２）。そして、制御装置６０は、切替部３８を操作して、第１ストレーナ４０側と電動オイルポンプ３６側とを遮断状態（閉状態）とし、第２ストレーナ５０側と電動オイルポンプ３６側とを連通状態（開状態）とする（Ｓ３４）。

制御装置６０は、ステップＳ２０，Ｓ２２において否定判定する場合や、ステップＳ３４の処理が完了する場合には、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。

エンジン３０の駆動時間が短く、エンジンオイルの温度が１００°Ｃまで上昇する前にエンジン３０が停止される場合には、エンジン３０の停止時においてエンジンオイル内に凝縮水が存在する。そして、たとえば寒冷地等に車両が駐車されることなどによってエンジンオイルの温度がさらに低くなる場合、エンジンオイル内の凝縮水が凝固して氷が生じる。この状態でユーザが運転席に乗り込もうとすると、エンジン３０の停止直前における油温Ｔｏｉｌが低いことから、第１ストレーナ４０を介して電動オイルポンプ３６によりエンジンオイルを吸引する。これにより、エンジンオイルとともにエンジンオイル内の氷も第１ストレーナ４０の吸込口４２に吸引される。ただし、吸込口４２にはフィルタが設けられているために、氷は、電動オイルポンプ３６から吐出されることはない。そして、電動オイルポンプ３６が所定期間の駆動後に停止された後にも、氷は、第１ストレーナ４０の吸込口４２付近に位置することとなる。

こうした状態でエンジン３０の駆動要求が生じるのに伴って第２ストレーナ５０を介して電動オイルポンプ３６がエンジンオイルを吸引しても、氷は、第２ストレーナ５０側に移動できない。これは、氷が第２ストレーナ５０側に変位することが第１ストレーナ４０のガード部材４４によって規制されるからである。これにより、エンジン３０の駆動時に第２ストレーナ５０が氷によって目詰まりしてエンジン３０の潤滑が不十分となる事態が抑制される。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用効果が得られる。
（１）ユーザが運転席に乗り込もうとしていることを検知したことを条件に、油温Ｔｏｉｌに基づく第１ストレーナ４０を介した吸引処理を実行することにより、エンジン３０の始動に先立って第２ストレーナ５０に目詰まりが生じる事態を予防することができる。

（２）第１ストレーナ４０の吸込口４２を鉛直上方に向けて開口させ、吸込口４２の周囲から鉛直上方に突出したガード部材４４を備えた。これにより、一旦、第１ストレーナ４０側に吸引した氷が、第２ストレーナ５０を介したエンジンオイルの吸引処理によって、第２ストレーナ５０側に移動することを抑制することができる。

（３）所定期間の経過前であっても、ＩＧＯＮのリクエストが入ることによって第１ストレーナ４０を介したエンジンオイルの吸引処理を終了した。このため、ＩＧＯＮのリクエストに続いてエンジン３０が駆動される場合に、エンジン本体３２にエンジンオイルを供給するための正規のストレーナである第２ストレーナ５０を用いてエンジンオイルを吸引することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「第１ストレーナについて」
吸込口４２が鉛直上方に向けて配置されるものに限らない。たとえば、鉛直上方と水平方向との間の方向に向けて配置されるものであってもよい。

ガード部材４４を備えるものにも限らない。たとえば、吸込口５２および合流通路３５間のエンジンオイルのベース通路を区画するベース区画部材から、吸込口５２とベース区画通路とを連通させるサブ通路を区画するサブ区画部材を突出させ、サブ通路が下流に行くほど流路断面積が縮小されるものとしてもよい。この場合、サブ通路の最下流側の端部（終端）よりも下流側におけるベース通路の流路断面積がサブ通路の上記終端における流路断面積よりも大きいなら、一旦、ベース通路に入った氷が吸込口４２を介してオイルパン３４側に戻りにくい。ただし、この場合、上記終端よりも下流であって切替部３８よりも上流に氷が電動オイルポンプ３６側に流動することを妨げるフィルタを備える。

・「第１ストレーナを用いた吸引処理の実行条件について」
ユーザが運転席に乗り込もうとしていることを検知する処理としては、図３のステップＳ２０の処理に限らない。たとえば、運転席にセンサを備えておき、センサの出力値に基づき、ユーザが運転席に乗り込んだか否かを判定する処理であってもよい。

図３の処理において、ユーザが運転席に乗り込もうとしていることを検知することに加えて、エンジンオイルの温度が所定温度（たとえば０°Ｃ）以下であることを条件に、第１ストレーナ４０を介してエンジンオイルを吸引する処理を実行してもよい。またたとえば、ユーザが運転席に乗り込もうとしていることを検知して且つ、バッテリ２４の充電率が規定比率以下である場合に、実行するものであってもよい。ここで、規定比率は、モータジェネレータ１２，１４を駆動する上でバッテリ２４の電力が十分ではなく、エンジン３０が駆動される可能性が高い値に設定する。

・「第２ストレーナについて」
上記実施形態では、吸込口５２にフィルタを備えたがこれに限らない。たとえば、合流通路３５と吸込口５２との間であってもよく、また合流通路３５にフィルタを備えてもよい。こうした場合であっても、第１ストレーナ４０によって氷を捕捉しておくか捕捉しないかによって、第２ストレーナ５０を介してエンジンオイルを吸引した際に目詰まりが生じるか否かが決まることには相違ない。

・「車両について」
ハイブリッド車としては、車両の外部からの電力をバッテリ２４に充電可能なものに限らない。充電が可能でないもの等、バッテリ２４の容量が小さい車両であっても、たとえば寒冷地において数分エンジン３０を駆動した後停止させて放置される場合などには、エンジンオイルに水分が含まれたまま放置されることとなる。このため、エンジン３０の停止中にエンジンオイルに氷が発生するおそれがあることから、上記実施形態やその変形例の要領で第１ストレーナ４０側に氷を収集する処理を実行することは有効である。

シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らない。たとえば、パラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。
もっともハイブリッド車に限らず、駆動輪に動力を付与する原動機がエンジンのみである車両であっても、寒冷地において近距離走行した後エンジンが停止する場合には、エンジンオイルに氷が発生する可能性があり、そうした場合には、上記実施形態の要領で第１ストレーナ４０に氷を捕捉することは有効である。

・「そのほか」
上記実施形態では、油温Ｔｏｉｌを回転速度ＮＥおよび冷却水温ＴＨＷに基づき推定したが、これに限らない。たとえば、オイルパン３４内に温度センサを備えて、その検出値を用いてもよい。

・図３のステップＳ２８の処理を、ＩＧＯＮのリクエストがあって且つバッテリ２４の充電率が規定値以下であるか否かを判定する処理に変更してもよい。もっとも、ステップＳ２８の処理を削除することも可能である。

１０…動力分割機構、１２，１４…モータジェネレータ、１６…駆動輪、１８、２０…インバータ、２２…ＳＭＲ、２４…バッテリ、２６…充電器、２８…商用電源、３０…エンジン、３２…エンジン本体、３４…オイルパン、３５…合流部、３６…電動オイルポンプ、３８…切替部、４０…第１ストレーナ、４２…吸込口、４４…ガード部材、５０…第２ストレーナ、５２…吸込口、６０…制御装置、６０ａ…メモリ、６２…回転速度センサ、６４…水温センサ、６６…電源スイッチ、６８…ドアセンサ、６９…圧力センサ、７０…ブレーキペダル、７２…ブレーキセンサ。

Claims

エンジンオイルが貯蔵されたオイルパンと、
前記オイルパンに設けられた第１ストレーナ、および第２ストレーナと、
前記オイルパンに貯蔵されている前記エンジンオイルを前記第１ストレーナまたは前記第２ストレーナのいずれかを介して吸引してエンジン本体側に吐出する電動オイルポンプと、
前記電動オイルポンプが前記第１ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引するか、前記第２ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引するかを切り替える切替部と、
エンジンの駆動時に前記電動オイルポンプおよび前記切替部を操作して前記第２ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引する処理を実行する制御装置と、を備え、
前記第１ストレーナは、該第１ストレーナを通過して前記電動オイルポンプに吸引されるエンジンオイルに含まれる異物を捕捉する機能を備え、
前記制御装置は、前記エンジンの停止状態において、前記エンジンが駆動状態から当該停止状態に切り替えられるときにおける前記エンジンオイルの温度が規定値よりも低いことを条件に、前記電動オイルポンプおよび前記切替部を操作して前記第１ストレーナを介して前記エンジンオイルを吸引する処理を所定期間実行する潤滑装置。