JP2020159209A - 内燃機関のピストン温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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、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に対して、吐出口１２から吐出されるオイルを供給するオイルチェックバルブ６０と、吐出口１２と吸込口１１とを連通する流路Ｒに設けられ、開弁した際に吐出口１２から吐出されたオイルを吸込口１１側に戻すリリーフバルブ２０と、オイルチェックバルブ６０の開閉に応じてリリーフバルブ２０を開閉する制御を行う制御部９０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（例えば、特許文献１）。

また、従来、内燃機関のピストンの温度が低い場合には、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しているが、これに伴ってオイルの流量が低減するために、オイルポンプの出口の圧力の上昇を招いていた。

このような状況において、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有し、オイルギャラリ内の油圧が上昇しないように、オイルポンプの圧送量が増加する時にリリーフバルブを開弁する潤滑油供給装置が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１７−１４９９４号公報 特開２０１７−２０１１５３号公報

しかしながら、従来においては、オイルジェットからのオイルの噴射を停止と、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より、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という課題を有する。

本発明の目的は、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、前記ピストンにオイルを噴射するピストンオイルジェットに対して、前記吐出口から吐出されるオイルを供給するオイルチェックバルブと、前記吐出口と前記吸込口とを連通する流路に設けられ、開弁した際に前記吐出口から吐出されたオイルを前記吸込口側に戻すリリーフバルブと、前記オイルチェックバルブの開閉に応じて前記リリーフバルブを開閉する制御を行う制御部と、を有する。

本発明によれば、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いて、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、リリーフバルブ２０と、オイルフィルター３０と、オイルクーラー４０と、メインオイルギャラリー５０と、オイルチェックバルブ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、リリーフバルブ２０の閉弁状態を示しており、図２（ｂ）は、リリーフバルブ２０の開弁状態を示している。

リリーフバルブ２０は、吐出口１２と吸込口１１とを連通する流路Ｒ１に設けられている。リリーフバルブ２０は、開弁した際にオイルポンプ１０の吐出口１２から吐出されたオイルをオイルポンプ１０の吸込口１１側に戻す。リリーフバルブ２０は、ＯＮ／ＯＦＦバルブ又は比例バルブである。

具体的には、リリーフバルブ２０は、図２に示すように、流入口２１と、流出口２２と、コイル２３と、アクチュエータ２４と、を備えている。

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される。

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が吸込口１１に供給される。

コイル２３は、アクチュエータ２４によって押圧されない自然状態ではアクチュエータ２４を図２（ａ）の矢印Ａ方向に付勢し、アクチュエータ２４によって押圧されることにより弾性変形して図２（ｂ）の矢印Ｂ方向に圧縮される。

アクチュエータ２４は、制御部９０の制御によって押圧されない図２（ａ）に示す状態と制御部９０の制御によって矢印Ｂ方向に押圧される図２（ｂ）に示す状態になる。アクチュエータ２４は、制御部９０の制御によって矢印Ｂ方向に押圧された際に、コイル２３を矢印Ｂ方向に押圧してコイル２３を圧縮させる。アクチュエータ２４には、流出口２２に常に連通すると共に、アクチュエータ２４の位置に応じて流入口２１に連通する凹部２４１が形成されている。凹部２４１は、アクチュエータ２４が矢印Ｂ方向に押圧された際に、流入口２１と流出口２２とが連通されることにより、流入口２１から流入するオイルを流出口２２から吸込口１１へ流出させる。凹部２４１は、自然状態において流入口２１と流出口２２とが連通されないため、流入口２１から流入するオイルは流出口２２に流出されない。

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４０に供給する。

オイルクーラー４０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５０とオイルチェックバルブ６０とに供給する。

メインオイルギャラリー５０は、オイルクーラー４０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。

オイルチェックバルブ６０は、オイルチェックバルブ６０が開弁した際にオイルクーラー４０から供給されるオイルをサブオイルギャラリー７０に供給する。オイルチェックバルブ６０は、ＯＮ／ＯＦＦバルブ又は比例バルブである。

サブオイルギャラリー７０は、オイルチェックバルブ６０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内部の冷却空洞あるいは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オイルチェックバルブ６０の駆動制御を行う。

制御部９０は、内燃機関の回転速度と所定時間におけるオイルの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制御用データを予め記憶している、内燃機関の回転速度と、所定時間におけるオイルの噴射量と、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、ピストンオイルジェット８０より噴射するオイルの所定時間における噴射量と、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が所定温度よりも低い場合に、オイルチェックバルブ６０を閉弁すると共にリリーフバルブ２０を開弁する。制御部９０は、推定したピストン温度が所定温度以上の場合に、オイルチェックバルブ６０を開弁すると共にリリーフバルブ２０を閉弁する。

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、オイルチェックバルブ６０の開閉を制御する。

温度センサ１００は、オイルクーラー４０からメインオイルギャラリー５０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の動作について、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、オイルチェックバルブ６０を閉弁することにより、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すると共に燃費を向上させることができる。一方で、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ことが主な要因のためである。

制御部９０は、このようなオイルの温度の低下による、オイルの粘度の上昇が内燃機関の摩擦損失の増大及びフリクションの増加を招くため、オイルチェックバルブ６０を閉弁した場合には、リリーフバルブ２０を開弁する。これにより、オイルはオイルポンプ１０の周りを循環することとなり、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、制御部９０は、オイルチェックバルブ６０を閉弁した場合には、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ため、リリーフバルブ２０を開弁する。これにより、オイルはオイルポンプ１０の周りを循環することとなり、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、オイルチェックバルブ６０を閉弁してリリーフバルブ２０を開弁させ、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、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、オイルチェックバルブ６０を開弁する。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、オイルチェックバルブ６０の開閉に応じてリリーフバルブ２０を開閉する制御を行うことにより、オイルの温度の低下を防ぎ、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１０の吐出口１２の圧力の上昇を抑制してオイルポンプ１０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、オイルチェックバルブ６０及びリリーフバルブ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、オイルチェックバルブ６０及びリリーフバルブ２０の少なくとも一方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。

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、オイルチェックバルブ６０を閉弁した場合にリリーフバルブ２０を開弁したが、オイルチェックバルブ６０を閉弁した際にリリーフバルブ２０も閉弁してもよいし、オイルチェックバルブ６０を開弁した場合にリリーフバルブ２０も開弁してもよい。

また、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オイルチェックバルブ６０を閉弁したが、ピストンの温度以外の要因によってオイルチェックバルブ６０を閉弁してもよい。

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 リリーフバルブ
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ ばね
２４ アクチュエータ
３０ オイルフィルター
４０ オイルクーラー
５０ メインオイルギャラリー
６０ オイルチェックバルブ
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
２４１ 凹部

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、
   前記ピストンにオイルを噴射するピストンオイルジェットに対して、前記吐出口から吐出されるオイルを供給するオイルチェックバルブと、
   前記吐出口と前記吸込口とを連通する流路に設けられ、開弁した際に前記吐出口から吐出されたオイルを前記吸込口側に戻すリリーフバルブと、
   前記オイルチェックバルブの開閉に応じて前記リリーフバルブを開閉する制御を行う制御部と、
   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、
   前記オイルチェックバルブを閉弁した際に前記リリーフバルブを開弁する制御を行う、
   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、前記オイルチェックバルブを開弁する、
   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、前記オイルチェックバルブを閉弁する、
   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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