JP2020153338A - 内燃機関のピストン温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの数を低減し、オイルの温度の低下による内燃機関の摩擦損失の増加を抑制すると共に、オイルポンプの吐出口の圧力の上昇を抑制してオイルポンプの駆動力の増加を抑制すること。【解決手段】内燃機関のピストン温度制御装置１は、オイルパンＰよりオイルを吸い込む吸込口１１と、吸込口１１から吸い込んだオイルを吐出する吐出口１２と、を備えるオイルポンプ１０と、吐出口１２と吸込口１１とを連通する流路Ｒ１と、吐出口１２とピストンにオイルを噴射するピストンオイルジェット８０とを連通する流路Ｒ２と、の切り替えを行う三方弁２０と、ピストンの温度に応じて弁２０の切り替えを制御する制御部０９と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、オイルによって内燃機関のピストンの温度を制御する内燃機関のピストン温度制御装置に関する。

従来、オイルパンに貯留されたオイルをオイルポンプによって汲み上げてオイルギャラリに供給し、オイルギャラリに供給されたオイルをオイルジェットバルブによって内燃機関のピストンに噴射することによりピストンを冷却する装置が知られている。オイルジェットからのオイルの噴射を停止することも行われている。

また、オイルポンプの下流側と上流側とを連通するリリーフバルブを設け、オイルギャラリ内の油圧が上昇しないようにリリーフバルブを開弁する装置も知られている。しかしながら、このような装置では、内燃機関のピストンにオイルを噴射するバルブとリリーフバルブとを備える必要がある。

これに対して、特許文献１は、オイル供給通路上に設けられた電磁三方弁からなる切換弁により、ポンプ吐出側に接続される入口ポートである第１ポート、エンジン側に接続される出口ポートである第２ポート、及びポンプ吸込側に接続される出口ポートである第３ポートを切換えるエンジンのオイル制御装置を開示している。

特開２００３−３４３２３１号公報

しかしながら、従来においては、ピストンの温度を上げるためにオイルジェットからのオイルの噴射を停止することにより、ピストンからオイルへの放熱が減るために、オイルの温度が低下してオイルの粘度が上昇することになる。さらに、内燃機関の摩擦損失が増大し、期待した燃費低減効果を得ることができない、また、オイルの流量が減るため、オイルポンプのオイルの吐出口の圧力が増大するという課題を有する。

本発明の目的は、バルブの数を低減することができ、オイルの温度の低下による内燃機関の摩擦損失の増加を抑制すると共に、オイルポンプの吐出口の圧力の上昇を抑制してオイルポンプの駆動力の増加を抑制することができる内燃機関のピストン温度制御装置を提供することである。

本発明に係る内燃機関のピストン温度制御装置は、オイルによって内燃機関のピストンの温度を制御する内燃機関のピストン温度制御装置であって、オイルパンよりオイルを吸い込む吸込口と、前記吸込口から吸い込んだオイルを吐出する吐出口と、を備えるオイルポンプと、前記吐出口と前記吸込口とを連通する第１の流路と、前記吐出口と前記ピストンにオイルを噴射するピストンオイルジェットとを連通する第２の流路と、の切り替えを行う弁と、前記ピストンの温度に応じて前記切り替えを制御する制御部と、を有する。

本発明によれば、バルブの数を低減することができ、オイルの温度の低下による内燃機関の摩擦損失の増加を抑制することができると共に、オイルポンプの吐出口の圧力の上昇を抑制してオイルポンプの駆動力の増加を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関のピストン温度制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るリリーフバルブの構成を示す図 本発明の実施の形態に係る内燃機関のピストン温度制御装置の制御によるメインオイルギャラリーの圧力と、ピストン温度、オイルパン温度及びメインオイルギャラリーの油温の推移を示す図

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態につき、詳細に説明する。

＜内燃機関のピストン温度制御装置の構成＞
本発明の実施の形態に係る内燃機関のピストン温度制御装置１の構成について、図１及び図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。

本実施の形態に係る内燃機関のピストン温度制御装置１は、オイルポンプ１０と、三方弁２０と、オイルフィルター３０と、オイルフィルター４０と、オイルクーラー５０と、メインオイルギャラリー６０と、サブオイルギャラリー７０と、ピストンオイルジェット８０と、制御部９０と、温度センサ１００と、水温センサ１１０と、を有している。

オイルポンプ１０は、オイルパンＰに貯留されているオイルを汲み上げて吸い込む吸込口１１と、吸込口１１から吸い込んだオイルを吐出する吐出口１２と、を備えている。

図２において、図２（ａ）は、三方弁２０が流路Ｒ２に切り替えた状態を示しており、図２（ｂ）は、三方弁２０が流路Ｒ１に切り替えた状態を示している。

流路Ｒ１は、吐出口１２と吸込口１１とを三方弁２０を介して連通する。流路Ｒ２は、吐出口１２とピストンオイルジェット８０とを、三方弁２０、オイルフィルター４０及びサブオイルギャラリー７０を介して連通する。流路Ｒ１と流路Ｒ２とは、三方弁２０によりを切り替えられる。三方弁２０は、ＯＮ／ＯＦＦ弁又は比例弁である。

具体的には、三方弁２０は、図２に示すように、流入口２１と、流出口２２と、流出口２３と、アクチュエータ２４と、を備えている。なお、三方弁２０は、本開示で使用される弁の一例であり、４方弁等、４つ以上の流路の間で流通経路を切り替えることができる弁であれば、どのような弁であってもよい。

流入口２１は、吐出口１２に連通し、吐出口１２から吐出されたオイルが流入する。

流出口２２は、吸込口１１に連通し、流入口２１から流入したオイルは吸込口１１に供給される。

流出口２３は、オイルフィルター４０に連通し、流入口２１から流入したオイルをオイルフィルター４０に供給する。

アクチュエータ２４は、円筒部２４１と、円筒部２４２と、円筒部２４１と円筒部２４２とを接続すると共に円筒部２４１及び円筒部２４２によりも小径の接続部２４３と、を備えている。アクチュエータ２４は、制御部９０の制御によって、流入口２１と流出口２２とを接続部２４３の周囲の空間を介して連通させる図２（ｂ）に示す状態と、流入口２１と流出口２３とを接続部２４３の周囲の空間を介して連通させる図２（ａ）に示す状態と、に切り替わる。

オイルフィルター３０は、オイルポンプ１０の吐出口１２から吐出されたオイルに含まれる不純物等を除去し、不純物を除去したオイルをオイルクーラー５０に供給する。

オイルフィルター４０は、三方弁２０から供給されたオイルに含まれる不純物等を除去し、不純物を除去したオイルをサブオイルギャラリー７０に供給する。

オイルクーラー５０は、オイルフィルター３０から供給されるオイルを冷却してメインオイルギャラリー６０に供給する。

メインオイルギャラリー６０は、オイルクーラー５０から供給されるオイルを、図示しないアイドルギヤ及びカムシャフト等に供給した後にオイルパンＰに貯留させる。

サブオイルギャラリー７０は、オイルフィルター４０から供給されるオイルをピストンオイルジェット８０に供給する。

ピストンオイルジェット８０は、サブオイルギャラリー７０から供給されるオイルをピストンの裏面に噴射してオイルパンＰに貯留させる。

制御部９０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の電子制御装置によって構成されており、図示しないメモリに記憶されている制御プログラムを実行することにより動作する。制御部９０は、内燃機関の運転状態を検出するための図示しない各種のセンサの検出信号を取り込むと共に、それらの検出信号に基づいて所定の演算を行い、その演算結果に基づいて三方弁２０の駆動制御を行う。

制御部９０は、内燃機関の回転速度と燃料噴射量とに基づいて内燃機関のピストン温度を推定する。具体的には、制御部９０は、図示しないメモリに予め記憶している、内燃機関の回転速度と、燃料噴射量と、内燃機関のピストン温度と、を対応付けたデータテーブルを参照して、図示しないクランク角センサより求めた内燃機関の回転速度と、図示しないアクセル操作量検出部から取得する電気信号等に基づいて算出する燃料噴射量と、に対応付けられている内燃機関のピストン温度を求めることにより、ピストン温度を推定する。

制御部９０は、推定したピストン温度に基づいて三方弁２０を制御する。制御部９０は、温度センサ１００から入力されるオイルの温度の測定結果、又は水温センサ１１０から入力される冷却水の温度の測定結果に基づいて、三方弁２０を制御する。

温度センサ１００は、オイルフィルター４０からサブオイルギャラリー７０に流れるオイルの温度を測定して、その測定結果を制御部９０に出力する。

水温センサ１１０は、内燃機関を冷却するために循環する冷却水の温度を測定して、その測定結果を制御部９０に出力する。

＜内燃機関のピストン温度制御装置の動作＞
本発明の実施の形態に係る内燃機関のピストン温度制御装置１の動作につき、図１から図３を参照しながら、以下に詳細に説明する。

制御部９０は、推定したピストン温度が所定温度よりも低い場合に、内燃機関の気筒内の熱がピストンを介してオイルに奪われ易いため、三方弁２０において流入口２１と流出口２３とをアクチュエータ２４の円筒部２４２によって非連通にする図２（ｂ）に示す状態にすることにより、ピストンオイルジェット８０からピストンへのオイルの噴射を停止させる（Ｏ／Ｊカット）。これにより、ピストン温度を上昇させ、内燃機関の気筒内の冷却損失を低減させ，またピストン温度を上昇させることでピストン周りのフリクションを低減させると共に、燃料消費量を向上させることができる。一方、オイルに与えられる熱量が低減するため、内燃機関を循環するオイルの温度は低下する。これは、ピストンからオイルへの放熱が、内燃機関の中でオイル温度を上昇させるためことが主な要因のためである。

このようなオイルの温度の低下により、オイルの粘度が上昇して内燃機関の摩擦損失が増大すると共にフリクションの増加を招く。しかしながら、三方弁２０において流入口２１と流出口２２とをアクチュエータ２４の接続部２４３の周囲の空間を介して連通する図２（ｂ）に示す状態にすることにより、オイルはオイルポンプ１０の周りを循環し、図３に示すように、オイルの温度（ギャラリー油温）の低下を、従来（図３の破線Ａ）に比べて抑制することができる。

また、ピストンオイルジェット８０からピストンへのオイルの噴射を停止した場合には、オイルの流量が低下することにより、オイルポンプ１０の吐出口１２の圧力が上昇してオイルポンプ１０の駆動力の上昇を招く。しかしながら、三方弁２０において流入口２１と流出口２２とをアクチュエータ２４の接続部２４３の周囲の空間を介して連通する図２（ｂ）に示す状態にすることにより、オイルはオイルポンプ１０の周りを循環する。図３に示すように、オイルポンプ１０の吐出口１２の圧力（ギャラリー油圧）の上昇を、従来（図３の破線部Ｂ）に比べて抑制することができる。

これにより、内燃機関のピストン温度制御装置１は、ピストン温度が低い場合に、三方弁２０を図２（ｂ）に示す状態にすることにより、ピストンにオイルを噴射させることによる内燃機関の気筒内の冷却損失を低減すること、またピストン温度を上昇させることでピストン周りのフリクションを低減させること，及び、ピストンへのオイルの噴射を停止させることによるフリクションの増大を抑制することができる。

更に、制御部９０は、温度センサ１００における測定結果が所定温度よりも低い場合、又は水温センサ１１０における測定結果が所定温度よりも低い場合に、三方弁２０を流入口２１と流出口２３とをアクチュエータ２４の円筒部２４２の周囲の空間によって連通する図２（ａ）に示す状態にする。これにより、ピストンオイルジェット８０からピストンにオイルが噴射されるため、ピストンからの放熱によってオイルの温度を上げることができる。したがって、オイルの粘度を低下させて内燃機関の摩擦損失を低下させることができる。

このように、本実施の形態によれば、オイルパンＰよりオイルを吸い込む吸込口１１と、吸込口１１から吸い込んだオイルを吐出する吐出口１２と、を連通する流路Ｒ１と、吐出口１２とピストンにオイルを噴射するピストンオイルジェット８０とを連通する流路Ｒ２と、の切り替えを行う三方弁２０を有し、ピストンの温度に応じて流路Ｒ１と流路Ｒ２とを切り替えるように三方弁２０の制御を行うことにより、バルブの数を低減することができ、オイルの温度の低下による内燃機関の摩擦損失の増加を抑制することができると共に、オイルポンプの吐出口の圧力の上昇を抑制してオイルポンプの駆動力の増加を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、流路Ｒ２は、オイルを冷却する冷却部であるオイルクーラー５０を通らないため、内燃機関のピストン温度制御装置１を簡易な構成にすることができる。

また、本実施の形態によれば、三方弁２０をＯＮ／ＯＦＦバルブで構成した場合に、オイルチェックバルブ６０をＯＦＦにすると同時にリリーフバルブ２０をＯＮにすることにより、オイルの流路の圧力を変化させることなく、オイルチェックバルブ６０の開閉及びリリーフバルブ２０の開閉を制御することができる。

また、本実施の形態によれば、三方弁２０を比例弁で構成した場合に、オイルの温度又は粘度等を検出するセンサを設け、このセンサの検出結果に応じて、オイルの流路の圧力が均等になるように三方弁２０を制御することができる。

なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

具体的には、上記実施の形態において、ピストンの温度が所定温度よりも低い場合に三方弁２０を閉弁したが、ピストンの温度以外の要因によって三方弁２０を閉弁してもよい。例えば、油圧が高すぎる場合に、オイルポンプ１０、オイルフィルター３０又はオイルクーラー５０等を保護するために、三方弁２０を開眼してもよい。

本発明に係る内燃機関のピストン温度制御装置は、オイルによって内燃機関のピストンの温度を制御するのに好適である。

１ 内燃機関のピストン温度制御装置
１０ オイルポンプ
１１ 吸込口
１２ 吐出口
２０ 三方弁
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ 流出口
２４ アクチュエータ
３０ オイルフィルター
４０ オイルフィルター
５０ オイルクーラー
６０ メインオイルギャラリー
７０ サブオイルギャラリー
８０ ピストンオイルジェット
９０ 制御部
１００ 温度センサ
１１０ 水温センサ
２４１ 円筒部
２４２ 円筒部
２４３ 接続部

Claims (4)

1. オイルによって内燃機関のピストンの温度を制御する内燃機関のピストン温度制御装置であって、
   オイルパンよりオイルを吸い込む吸込口と、前記吸込口から吸い込んだオイルを吐出する吐出口と、を備えるオイルポンプと、
   前記吐出口と前記吸込口とを連通する第１の流路と、前記吐出口と前記ピストンにオイルを噴射するピストンオイルジェットとを連通する第２の流路と、の切り替えを行う弁と、
   前記ピストンの温度に応じて前記切り替えを制御する制御部と、
   を有する内燃機関のピストン温度制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記ピストンの温度が所定温度よりも低い場合に、前記弁を前記第１の流路に切り替える制御を行う、
   請求項１記載の内燃機関のピストン温度制御装置。
3. 前記制御部は、
   オイルの温度又は前記内燃機関の冷却水の温度が所定温度よりも低い場合に、前記弁を前記第２の流路に切り替える制御を行う、
   請求項１又は請求項２記載の内燃機関のピストン温度制御装置。
4. 前記第２の流路は、
   オイルを冷却する冷却部を通らない、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関のピストン温度制御装置。

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