JP2018189022A

JP2018189022A - 油圧制御装置

Info

Publication number: JP2018189022A
Application number: JP2017091431A
Authority: JP
Inventors: 貴之日比; Takayuki Hibi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2017-05-01
Publication date: 2018-11-29

Abstract

【課題】ピストン温度がピストン頂面にデポジットを生成させやすい温度領域をとり難くするようオイルジェット機構を制御する油圧制御装置を提供すること。【解決手段】油圧制御装置５０は、ピストン推定温度Ｔがピストン頂面にデポジットが生成されやすい温度領域Ｂに在る場合、オイルジェットＯの噴射を行ってピストン１０を冷却させる。ピストン推定温度Ｔが温度領域Ｂの上限温度を超えて温度領域Ｃに在る場合、ピストン強度上許容されない温度領域Ｄに対応する運転状態に達するまでオイルジェットＯを停止させる。これにより、温度領域Ｃに対応する運転状態をとるときにピストン温度を上昇しやすくし、ピストン温度が温度領域Ｂ内の温度をとり難くする。すなわち本発明の油圧制御装置は、ピストン温度がピストン頂面にデポジットが生成されやすい温度領域Ｂ内の温度をとり難くすることで、ピストン頂面にデポジットを生成させ難くする。【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンにオイルを噴射するオイルジェット機構を備えるエンジンの油圧制御装置に関する。

一般に、エンジンには、ピストンやクランクジャーナルなどの被潤滑部にエンジンオイルを供給するように、オイルポンプおよびオイル通路が備えられている。また、高負荷又は高速回転時等にピストン温度が上昇したときにピストンを冷却するため、ピストンに対して直接オイルを噴射するオイルジェット機構をさらに備えられる場合もある。

特許文献１に記載のオイルジェット機構を備えたエンジンの油圧制御装置は、エンジンの運転状態が定常的であるか過渡的であるかを推定し、推定された運転状態に応じて目標油圧を変えることをで、ピストンの冷却性能を維持しながら、オイルポンプの駆動負荷を低減している。

この油圧制御装置では、エンジンが定常的な運転状態にあることをエンジン回転数や負荷率の時間あたりの変化量等から判定し、エンジン回転数、負荷率等に基づきピストン温度を推定して、推定されるピストン温度に対応する目標油圧を算出する。ピストン温度は負荷率、エンジン回転数が高いほど高いと推定され、ピストン温度が高いほど可変容量オイルポンプの目標油圧が高圧側に設定される。ピストン温度が所定の温度以上と推定された場合にオイルジェットを噴射することにより、ピストン温度の上昇を抑制し、高温によりピストン強度が低下するのを防止することができるとしている。

特開２０１４−１５９７６０号公報

しかしながら、ピストン強度上は許容される温度であって、従来オイルジェットの噴射が行われていなかったピストン温度領域に、ピストン頂面にデポジットが生成しやすいデポジット生成温度領域が存在することが明らかになった。従来技術では、デポジット生成温度領域においてオイルジェットを噴射せず、ピストン温度を積極的に制御することはなかったため、運転の仕方によってはピストン温度がデポジット生成温度領域内の温度をとることが多くなることも可能であった。そのため、ピストン温度がデポジット生成温度領域内の温度をとる運転状態の期間が長くなると、デポジットによるノッキングが起き易くなるという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ピストン温度がピストン頂面にデポジットを生成させやすい温度領域をとり難くするようオイルジェット機構を制御する油圧制御装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、可変容量オイルポンプとオイルをピストンへ噴射するオイルジェット機構とを備えたエンジンの油圧制御装置であって、前記エンジンの運転状態に基づいてピストン温度を推定するピストン温度推定手段と、前記ピストン温度推定手段において推定されたピストン推定温度に応じて設定する要求油圧を発生させる前記可変容量オイルポンプに対する要求吐出容量を設定する要求吐出容量設定手段とを備え、前記ピストン推定温度が少なくとも前記ピストンの頂面にデポジットが生成しやすい所定の温度領域に在るときは、前記要求油圧を前記オイルジェット機構の作動圧よりも高圧にし、前記ピストン推定温度が前記所定の温度領域外に在るときは、前記要求油圧を前記オイルジェット機構の作動圧よりも低圧に設定するよう構成されていることを特徴とする。

本発明は、ピストン推定温度がデポジット生成温度領域内にあるときは、オイルジェットを噴射してピストンを冷却することで、ピストン頂面温度がデポジット生成域から外れ易くなり、頂面デポジットの堆積を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧制御装置、可変容量ポンプおよびオイルジェット機構の概略図を示す図である。ポンプ容量が最大状態と最小状態とにおける可変容量ポンプの断面図である。本発明の一実施形態に係る油圧制御装置によるオイルポンプの吐出容量調整行程を説明するフローチャートを示す図である。エンジンの回転数および負荷とピストン温度との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る油圧制御装置を備えるエンジン１には、シリンダ内にその中心線Ｐに沿って往復運動をするピストン１０が収容されており、ピストン１０と連結されたコネクティングロッド１６およびコネクティングロッド１６を介してピストン１０と連結されたクランクシャフト（不図示）が設けられている。ピストン１０の頂面側は燃焼室となっており、燃焼室にはインジェクタ１１が設けられている。燃焼室は、吸気バルブ１４、排気バルブ１５を介して吸気ポート１２、排気ポート１３と連通されている。

（オイルジェット機構２０）
コネクティングロッド１６およびクランクシャフトが収容されている側のシリンダブロックの側面には、ピストン１０に向かってオイルジェットＯを噴射するオイルジェットノズル２１を含むオイルジェット機構２０が設けられている。オイルジェットノズル２１は、オイル通路２２を介してエンジン１が備えるオイルポンプ３０と連通している。尚、オイル通路２２は、オイルジェット機構２０とオイルポンプ３０との間にオイルギャラリを備えていてもよく、オイルポンプ３０からオイルジェット機構２０以外のエンジン１の各摺動部等に圧油を供給するように複数のオイル通路を有していてもよい。

（オイルポンプ３０）
オイルポンプ３０は、可変容量オイルポンプであり、１回転毎に吐出するオイル量、すなわちポンプ容量を変更可能な容量可変機構を備えている。可変容量オイルポンプは、エンジン１が備える油圧制御装置５０によって設定される要求油圧およびポンプ回転数（エンジン回転数）に応じてオイルの吸入および吐出を調整し、要求油圧を発生させることができる。

図２（ａ）、（ｂ）に、エンジンで駆動される可変容量型のオイルポンプ３０の構成例を示す。オイルポンプ３０は、ドライブロータ３２の１回転につき吐出するオイルの量、即ちポンプ容量を変更可能な、電子制御式の制御弁４０（Oil Control Vale：以下、ＯＣＶという）を含む容量可変機構を備えている。

ハウジング３１の内部には、駆動軸Ｘと一体的に回転するドライブロータ３２と、ドライブロータ３２の中心に対して所定量、偏心した駆動軸を中心として回転するドリブンロータ３３とが収容されている。ドライブロータ３２は、外周に外歯３２Ａが複数形成され、ドリブンロータ３３は円環状に形成され、その内周にはドライブロータ３２の外歯３２Ａと噛み合うよう、これより歯数が１歯大きい内歯３３Ａが形成されている。ドライブロータ３２の外歯３２Ａとドリブンロータ３３の内歯３３Ａとは、ドリブンロータ３３の偏心している側（図２（ａ）では左上側）で噛み合っている。ドリブンロータ３３は、調整リング３４によって摺動自在に嵌合支持されている。

吸入および吐出するオイルの流量は、ドライブロータ３２の外歯３２Ａとドリブンロータ３３の内歯３３Ａにより形成される油移送溜まり部Ｒの容積によって決まるが、これは調整リング３４を変位させることによって調整可能である。ここで示すオイルポンプ３０は、吐出ポート３９Ｂから導入する油圧（吐出圧）およびＯＣＶ４０から丸穴４１Ａを介して導入される制御油圧によって調整リング３４を変位させて、吸入ポート３９Ａ、吐出ポート３９Ｂと連通する油移送溜まり部Ｒの容積を変更することができる。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、調整リング３４の径方向外方に延びるアーム部３４Ａには、コイルスプリング３６からの押圧力が作用しており、これによって調整リング３４が駆動軸Ｘの回転方向と逆方向に回動するように付勢されている。

調整リング３４は、ハウジング３１内を、図２（ａ）における右上側の高圧空間ＴＨと、左上側の制御空間ＴＣと、左側から下側にかけての低圧空間ＴＬとに仕切っており、コイルスプリング３６の弾発力、高圧空間ＴＨおよび制御空間ＴＣの油圧を受けて動作される。高圧空間ＴＨには吐出ポート３９Ｂが設けられており、オイルポンプ３０の吐出圧が高圧空間ＴＨに導かれて調整リング３４外周面に作用するようになる。これに対して、吸入ポート３９Ａの連通する低圧空間ＴＬには概ね大気圧が作用しているので、調整リング３４は、高圧空間ＴＨからの油圧が駆動軸Ｘの回転方向に回動するように付勢される。

ここで本発明の一実施形態に係るオイルポンプ３０は、高圧空間ＴＨの油圧のみを受けて動作するとき、エンジン回転数が高いほど吐出容量が大きくなるように設定される。調整リング３４は、アーム部３４Ａに作用するコイルスプリング３６の弾発力を受けて時計回りに付勢される。例えばアイドリングのようにエンジン回転数が低いときに調整リング３４は、コイルスプリング３６の弾発力によって図２（ａ）のように最小容量位置に付勢される。このとき、ドライブロータ３２およびドリブンロータ３３の１回転当たりの吸入ポート３９Ａから吸い込んで吐出ポート３９Ｂら吐出するオイルの量、即ちポンプ容量が最小になる。

この状態からエンジン回転数が上昇すると、高圧空間ＴＨの油圧を受けて調整リング３４がコイルスプリング３６の弾発力に抗して反時計回りに変位し、ポンプ容量が増大する。そして、図２（ｂ）に示すように調整リング３４が最大容量位置に位置づけられると、１回転当たりの吐出量は最大になる。

また、本発明の一実施形態に係るオイルポンプ３０では、ハウジング３１内において高圧空間ＴＨに隣接するように設けられた制御空間ＴＣに、制御空間ＴＣにおいて開口する制御油路４１を介してＯＣＶ４０から制御油圧を供給可能にされている。制御空間ＴＣの油圧は、調整リング３４をオイルポンプ３０の容量が増大する向きに変位させるような力を発生させる。

制御油路４１は、その一端部が制御空間ＴＣの丸穴４１Ａとして開口する一方、他端部がＯＣＶ４０の制御ポート４０Ａに連通している。ＯＣＶ４０は、油圧制御装置５０からの制御信号を受けてスプールの位置を変更させ、供給ポート４０Ｂからのオイルを制御ポート４０Ａから制御油路４１へ送り出す状態と、制御油路４１から排出されてきたオイルを制御ポート４０Ａに受け入れて、ドレンポート４０Ｃから排出する状態とに切り換えられる。

また、一例としてリニアソレノイドバルブであるＯＣＶ４０は、油圧制御装置５０からの制御信号に応じてスプールの位置を連続的に変化させ、制御ポート４０Ａから制御油路４１へ送り出すオイルの圧力（制御油圧）をリニアに増大または減少させることができる。この制御油圧の調整により、以下に述べるように調整リング３４を変位させてオイルポンプ３０の容量を調整し、その吐出圧、オイル通路２２の油圧を制御することができる。

例えば、ＯＣＶ４０からの制御油圧を増大させることによって、制御空間ＴＣの油圧が増大すると調整リング３４が駆動軸Ｘの回転方向に変位して図２（ｂ）の状態に近づき、ポンプ容量が増大して、その吐出圧が上昇する。反対に制御油圧を低下させると、調整リング３３は駆動軸Ｘの回転方向と逆方向に変位して図２（ａ）の状態に近づき、ポンプ容量が減少して、その吐出圧が低下するようになる。

このようなオイルポンプ３０に対し、油圧制御装置５０がオイルポンプ３０への要求油圧を所定の値よりも大きく設定することで、オイル通路２２の油圧Ｐをオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀よりも大きくし、オイルジェットノズル２１からオイルジェットＯを噴射させることができる。また、油圧制御装置５０がオイルポンプ３０への要求油圧を所定の値よりも小さく設定することで、オイル通路２２の油圧Ｐをオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀よりも小さくし、オイルジェットノズル２１から噴射されるオイルジェットＯを停止させることができる。

図１に示すオイルジェット機構２０は、オイル通路２２にオイルジェットノズル２１が接続され、オイル通路２２の油圧に応じてオイルジェットノズル２１から流出するオイル量が変化するものである。そのため、図１に示す本発明の一実施形態に係るオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀とは、所定の量以上のオイルをオイルジェットノズル２１からピストンまで噴射可能にする所定の油圧の下限を意味し、作動圧Ｐ₀未満の油圧では、オイルジェットノズル２１からオイルが噴射されても所定の量以上のオイルをピストンに供給できないものとする。このことから、図１に示す本発明の一実施形態においては、オイルジェットＯの噴射とは、オイルジェットノズル２１からピストンにオイルを噴射して所定の量以上のオイルをピストンに供給し、所定のピストン冷却効果を奏する状態を意味する。一方、オイルジェットＯの停止とは、必ずしもオイルジェットノズル２１からオイルを完全に出なくすることを意味せず、オイルジェットノズル２１からオイルが出ていても、オイルジェットノズル２１から所定の量以上のオイルをピストンに供給できず、所定のピストン冷却効果を奏さない状態を意味する。

尚、オイルジェット機構２０の他の実施形態としては、圧力センサでオイル通路２２の油圧を測定し、オイル通路２２の油圧が作動圧Ｐ₀以上のときに弁を開き、作動圧Ｐ₀未満のときに弁を閉じるように制御された電磁弁などをオイルジェットノズル２１とオイル通路２２との間に設けてもよい。

（油圧制御装置５０）
本発明の一実施形態に係る油圧制御装置５０は、エンジン１の運転状態に応じたピストン温度を推定するピストン温度推定手段５１と、ピストン推定温度が所定の温度領域内に在るか否かに応じて設定する要求油圧を発生させる可変容量オイルポンプに対する要求吐出容量を設定する要求吐出容量設定手段５２とを備える。ピストン推定温度が所定の温度領域内に在る場合、要求油圧はオイルジェットＯを噴射するようにオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀よりも高圧側に設定され、ピストン推定温度が所定の温度領域外に在る場合、要求油圧はオイルジェットＯを停止するようにオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀よりも低圧側に設定される。

図３に、本発明の一実施形態に係る油圧制御装置５０によるオイルポンプ３０の吐出容量調整行程を説明するフローチャートを示す。尚、図３に示す吐出容量調整行程は、エンジン始動からエンジン停止までの間、油圧制御装置５０によって繰り返し行われる吐出容量調整行程の１サイクルを示すものである。ピストン温度推定手段５１は、エンジン１の運転状態に関する所定の情報を取得し、例えば、エンジンの回転数、吸気量を取得する。ピストン温度推定手段５１は、クランク角センサからの信号によってエンジン１の回転数を取得し、吸気通路に配設されたエアフローメータからの信号によって吸気量を取得し、吸気量からエンジンの負荷を算出する（Ｓ１０１）。尚、エンジンの負荷は、吸気量から算出する代わりにアクセル操作量を取得して所得したアクセル操作量から算出してもよい。また、エンジンの負荷に代えて、エンジンの負荷率を用いてもよい。負荷率は、自然吸気での現在のエンジン回転数におけるシリンダ流入空気量の最大値を「１００％」としたときの現在のシリンダ流入空気量の比率を表し、エンジン回転数および吸気量又はアクセル操作量などから算出することができる。

さらにピストン温度推定手段５１は、予め実験やコンピュータシミュレーションを行い作成された、エンジン回転数、負荷、ピストン推定温度Ｔの対応関係を示すマップを記憶しており、そのマップを参照することで、算出したエンジン１の回転数および負荷から運転状態に応じたピストン推定温度Ｔを算出する（Ｓ１０２）。

要求吐出容量設定手段５２は、ピストン温度推定手段５１で推定されたピストン推定温度Ｔが、ピストン強度上許容されない温度領域Ｄ（Ｔ≧Ｔ₃）に加え、ピストン頂面にデポジットを生成させやすいの温度領域Ｂ（Ｔ₁≦Ｔ≦Ｔ₂）（図４の斜線で示す領域）に在るとき、要求油圧Ｐをオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀よりも高圧側に設定する（Ｐ＞Ｐ₀）（Ｓ１０３、１０４）。そして要求吐出容量設定手段５２は、設定した要求油圧Ｐに基づき、現在のエンジン回転数からオイルポンプ３０に必要な制御油圧を算出し（Ｓ１０５）、必要な制御油圧を発生させるようオイルポンプ３０のＯＣＶ４０に制御信号を送信する（Ｓ１０６）。ＯＣＶ４０は、要求吐出容量設定手段５２から受信した制御信号に応じてスプールの位置を変化させ、制御ポート４０Ａから制御油路４１を介して制御空間ＴＣへ必要なオイルを供給して、必要な制御油圧を発生させる。この制御油圧の調整により、調整リング３４を変位させてオイルポンプ３０の容量を調整し、オイル通路２２の油圧を作動圧Ｐ₀よりも高圧側に制御する。このようにして油圧制御装置５０は、ピストン推定温度Ｔが温度領域Ｂまたは温度領域Ｄの温度をとる運転状態にあるとき、オイルジェットＯを噴射させる。

また要求吐出容量設定手段５２は、ピストン推定温度Ｔが、温度領域Ｂよりも低い温度領域Ａ（Ｔ＜Ｔ₁）、および温度領域Ｂと温度領域Ｄとの間の温度領域Ｃ（Ｔ₂＜Ｔ＜Ｔ₃）（図４の斜線で示す領域以外の領域）に在るとき、要求油圧Ｐをオイルジェット機構２０の作動圧Ｐ₀よりも低圧側に設定する（Ｐ＜Ｐ₀）（Ｓ１０３、１０７）。要求吐出容量設定手段５２は、設定した要求油圧Ｐに基づき、現在のエンジン回転数からオイルポンプ３０に必要な制御油圧を算出し、必要な制御油圧を発生させるようオイルポンプ３０のＯＣＶ４０に制御信号を送信する。ＯＣＶ４０が制御信号に応じて必要な制御油圧を制御空間ＴＣに発生させることによりオイルポンプ３０の容量が調整され、オイル通路２２の油圧が作動圧Ｐ₀よりも低圧側に制御される。このようにして油圧制御装置５０は、ピストン推定温度Ｔが温度領域Ａまたは温度領域Ｃの温度をとる運転状態にあるとき、オイルジェットＯを停止させる。

以上のように、本発明の油圧制御装置５０は、ピストン推定温度Ｔがピストン頂面にデポジットが生成されやすい温度領域Ｂに在る場合、オイルジェットＯの噴射を行わせてピストン１０を冷却させる。また、油圧制御装置５０は、ピストン推定温度Ｔが温度領域Ｂの上限温度を超えて温度領域Ｃに在る場合、ピストン強度上許容されない温度領域Ｄに対応する運転状態に達するまでオイルジェットＯを停止させる。これにより、温度領域Ｃに対応する運転状態をとるときにピストン温度を上昇しやすくし、ピストン温度が温度領域Ｂ内の温度をとり難くする。すなわち本発明の油圧制御装置５０は、ピストン温度がピストン頂面にデポジットが生成されやすい温度領域Ｂ内の温度をとり難くすることで、ピストン頂面にデポジットを生成させ難くすることができる。

１エンジン
１０ピストン
１１インジェクタ
１２吸気ポート
１３排気ポート
１４吸気バルブ
１５排気バルブ
１６コネクティングロッド
２０オイルジェット機構
２１オイルジェットノズル
２２オイル通路
３０オイルポンプ
３２ドライブロータ
３３ドリブンロータ
３４調整リング
３９Ａ吸入ポート
３９Ｂ吐出ポート
４０制御弁（ＯＣＡ）
４１制御油路
５０油圧制御装置
５１ピストン温度推定手段
５２要求吐出容量設定手段

Claims

可変容量オイルポンプとオイルをピストンへ噴射するオイルジェット機構とを備えたエンジンの油圧制御装置であって、
前記エンジンの運転状態に基づいてピストン温度を推定するピストン温度推定手段と、
前記ピストン温度推定手段において推定されたピストン推定温度に応じて設定する要求油圧を発生させる前記可変容量オイルポンプに対する要求吐出容量を設定する要求吐出容量設定手段とを備え、
前記ピストン推定温度が少なくとも前記ピストンの頂面にデポジットが生成しやすい所定の温度領域に在るときは、前記要求油圧を前記オイルジェット機構の作動圧よりも高圧にし、前記ピストン推定温度が前記所定の温度領域外に在るときは、前記要求油圧を前記オイルジェット機構の作動圧よりも低圧に設定するよう構成されていることを特徴とするエンジンの油圧制御装置。