JP4167102B2 - 内燃機関の潤滑装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の潤滑装置に関し、特に、内燃機関のオイルをオイル溜に貯留し、該オイル溜のオイルを第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給する内燃機関の潤滑装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、内燃機関の潤滑装置は、通常オイルパンと呼ばれるオイル溜に回収されたオイル（潤滑油）が、オイルポンプ（潤滑ポンプ）によって内燃機関本体の潤滑部や内燃機関に装着された種々の駆動機器に圧送されるように構成されている。この潤滑装置に潤滑剤として供されるオイルは、各駆動機器の油圧媒体としても利用され、内燃機関の始動と同時に各駆動機器に圧送されることが要求される。然し乍ら、オイルの粘度は温度によって変化し、特に氷点下になるような低温時には粘度が増大するので、オイルの圧送が困難になる。
【０００３】
このような点に鑑み、例えば下記の特許文献１においては、オイルパンとエンジンのメインホールとを連通する潤滑油管路に、保温可能なオイルタンクが設けられ、オイルポンプの駆動で潤滑油管路、オイルタンクを介して潤滑油をメインホールに供給するようにしたエンジンの潤滑油供給装置が提案されている。
【０００４】
また、オイルパン内に配置するオイルタンクに関し、下記の特許文献２には、内燃機関の始動時には保温された高温のオイルを最初に内燃機関の各部に供給し、かつ、内燃機関の運転時におけるオイルの過熱による不具合を抑制することを目的とし、オイルを貯留するオイルパンと、保温機能を有するオイルタンクと、オイルを供給するオイルポンプとを備え、オイルポンプの作動時は、オイルパン内のオイルが常にオイルタンクを経由して汲み上げられるようにオイル通路を形成し、さらに、内燃機関の運転停止時にはオイルタンクは逆止弁により密閉される構成とした潤滑装置が提案されている。
【０００５】
更に、オイルパン内のオイルの温度変化に伴う粘性の変化に鑑み、下記の特許文献３には、内燃機関のオイルパンに設けられ、略垂直な側面と水平に近い傾斜面とを有し、オイルパン内を略垂直な側面によって主室と副室の２つの部分に区画形成すると共に、水平に近い傾斜面によって副室の上部を覆っている隔離板を備え、主室と副室とを常時連通しているが、副室内のオイルの低温時には副室から主室へ流入しようとするオイルに大きな粘性抵抗を与えて実質的に流れを阻止し得る大きさの面積を有する連通孔と、隔離板の略垂直な側面の上部領域における油面以下の部分に設けられ、主室と副室とを常時連通している連通孔とを設けた内燃機関の暖機促進装置が提案されている。
【０００６】
一方、内燃機関のオイルパンとは別体のオイルタンクに貯留したオイルを内燃機関に供給する所謂ドライサンプ方式の潤滑装置に関し、下記の特許文献４においては、ピストン・クランク系摺動部に最適な潤滑油の粘度を、動弁系摺動部に最適な潤滑油の粘度よりも低くするというように、内燃機関の各摺動部毎に最適な粘度の潤滑油を供給し、より高度な内燃機関の運転を実現することを目的とした内燃機関の潤滑装置が提案されている。即ち、内燃機関とは別体式のタンクと、第一供給路によってピストン・クランク系摺動部に供給される潤滑油を排気熱を利用して加熱する過熱手段と、第二供給路によって動弁系摺動部に供給される潤滑油を冷却する冷却手段とを備え、ピストン・クランク系摺動部と動弁系摺動部とに、それぞれ粘度の異なる潤滑油を供給するように構成されている。
【０００７】
具体的には、タンクの容器が二重壁構造とされており、二重壁内部に真空層が形成され、その底部には、貯留した潤滑油内に没するように蓄熱体が取り付けられている。また、回収路のオイル受け側には、タンク側に潤滑油を圧送するポンプと、第一供給路及び第二供給路の共有配管のタンク側には、内燃機関側に潤滑油を圧送するポンプが設置され、これらのポンプ、カムシャフトなどが、内燃機関のクランクシャフトの回転力を利用して駆動されるように構成されている。
【０００８】
【特許文献１】
実開昭６２−１６０７１２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８８４２２号公報
【特許文献３】
特開平６−１７６３３号公報
【特許文献４】
特開２０００−２９７６２１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、内燃機関の潤滑装置としては、オイルパンに回収されたオイルをオイルポンプによって必要な部分に圧送する方式が一般的であるが、オイルの温度変化に起因して問題を惹起することから、前掲の特許文献１乃至３に記載のように種々の対策が講じられている。
【００１０】
然し乍ら、前掲の特許文献１に記載の装置においては、低温始動時はオイルパン内の冷えた高粘度のオイルを汲み上げなければならないので圧送抵抗が大きく潤滑流量不足となるおそれがあり、オイルポンプの駆動力も大となる。また、特許文献２においては、オイルパン内にオイルタンクが収容されるので、内燃機関の全高が大となり、近時の小型化に対する要請に応えることはできない。更に、特許文献３に記載の暖機促進装置はオイルパン内のオイルの温度を急速に上昇させるもので、オイルパン自体は従前のものと同じである。
【００１１】
一方、前掲の特許文献４に記載の潤滑装置はドライサンプ方式であり、内燃機関の全高は低くなる。しかし、全油量を貯留する別体のタンク全体が二重壁構造とされているので、大型で重量増となる。また、別体のタンク内のオイル全てが保温され、タンク内におけるオイル温度分布の変化を考慮したものではない。このため、第一供給路によってピストン・クランク系摺動部に供給される潤滑油を排気熱を利用して加熱する過熱手段と、第二供給路によって動弁系摺動部に供給される潤滑油を冷却する冷却手段が設けられている。即ち、第一供給路及び第二供給路というように内燃機関の潤滑系は少なくとも二分されており、夫々の潤滑系に供給されるオイルは運転条件に応じて異なる温度とすることが望ましく、このため特許文献４においては加熱手段及び冷却手段を設けることとしている。更に、特許文献４においては上記のように潤滑系が分割されているが、単一の供給ポンプによってオイルを供給するように構成されているので、供給ポンプの駆動制御によって潤滑部や油圧駆動機器に供給する油量や油圧を運転条件に応じて制御することはできない。
【００１２】
そこで、本発明は、内燃機関のオイルをオイル溜に貯留し、該オイル溜のオイルを第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給する内燃機関の潤滑装置において、オイル溜とは独立してオイルタンクを設け、オイルを保温しつつ適切に第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給し得る小型で搭載性に優れた潤滑装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、内燃機関のオイルをオイル溜に貯留し、該オイル溜のオイルを第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給する内燃機関の潤滑装置において、前記オイル溜とは独立して設け、前記オイル溜のオイルを貯留するオイルタンクと、該オイルタンク内に保持し当該オイルタンク内のオイルの一部を少なくとも下方から導入して保温する保温タンクとを備え、該保温タンク内の異なる位置に前記第１の潤滑系及び第２の潤滑系を連通し、前記保温タンク内のオイルを前記第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給するように構成したものである。
【００１４】
前記第１の潤滑系は、主としてシリンダブロック内の各部を潤滑する潤滑系で、例えばクランク潤滑系ということができ、前記第２の潤滑系は、主としてシリンダヘッド内の各部を潤滑すると共に駆動機器類に油圧を供給する潤滑系で、例えばヘッド潤滑系ということができる。前記保温タンクは、保温性に優れた外筒及び内筒から成る二重壁の間を真空にした断熱構造とし、前記オイルタンクは放熱性を有する筒体とするとよい。而して、前記オイルタンク内のオイルの一部を前記保温タンク内に下方から導入し、前記保温タンク内で保温することができる。更に、例えば前記保温タンク内の上方に高温部、下方に低温部というように、異なる位置でオイルの温度が異なるように構成することも可能となる。
【００１５】
例えば、請求項２記載のように、前記保温タンクの少なくとも下部を囲繞するように前記オイルタンク内に固定する筒状部材を備えたものとし、該筒状部材は、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制手段を具備したものとするとよい。この規制手段としては、低温で高粘度のオイルに対して抵抗となって実質的に通過を阻止する複数の小孔を前記筒状部材の下方に形成したものとすることができる。更に、前記規制手段は、前記オイルタンク内のオイルの温度が低温であるときには前記保温タンク側への移動を制限あるいは実質的に阻止し、前記オイルタンク内のオイルの温度が高温になる程前記筒状部材を通過して前記保温タンク側に移動する量が増大するように構成してもよい。
【００１６】
また、請求項３記載のように、前記保温タンクが、前記オイルタンク内に導入し前記保温タンクに至るオイルの経路を、前記オイルの温度に応じて変化させて前記保温タンク内に高温部と低温部を形成する調整手段を備え、前記高温部のオイルを前記第１の潤滑系に供給し、前記低温部のオイルを前記第２の潤滑系に供給するように構成するとよい。この場合において、前記調整手段としては、前記保温タンクの上部に設け、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制部材によって構成することができる。
【００１７】
前記規制部材としては、例えば、低温で高粘度のオイルに対して抵抗となる複数の小孔が形成された部材とすることができる。これにより、前記オイルタンク内に導入されたオイルは先ず前記保温タンクの前記規制部材に到達するが、オイルが低温であるときには前記規制部材で実質的に阻止され、前記保温タンクの外側から下方に至る経路をとることになる。これに対し、前記オイルタンク内に導入されたオイルが高温である場合には、オイルは前記規制部材を通過し前記保温タンク内に流入する経路をとることになる。この結果、前記保温タンク内の上部に高温部が形成され前記保温タンク内の下部に低温部が形成される。而して、第１の潤滑系が上部に、第２の潤滑系が下部に連通するように配置すれば、例えば低温始動時には、前記保温タンク内の上部（高温部）が第１の潤滑系（クランク潤滑系）に供給され、前記保温タンク内の下部（低温部）が第２の潤滑系（ヘッド潤滑系）に供給される。
【００１８】
更に、前記調整手段は、請求項４に記載のように、前記保温タンクの上部に設け、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制部材と、該規制部材の下方に配置したフロートバルブを備え、前記保温タンク内のオイルが満杯のときには前記フロートバルブが前記規制部材を閉塞するように構成することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載のように、前記保温タンクの少なくとも下部を囲繞するように前記オイルタンク内に固定する筒状部材を備え、該筒状部材が、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制手段を具備したものとするとよい。この場合の規制手段も，低温で高粘度のオイルに対して抵抗となって実質的に通過を阻止する複数の小孔を前記筒状部材の下方に形成したものとすることができる。
【００２０】
更に、請求項６に記載のように、前記内燃機関が、前記オイル溜のオイルを吸引して前記オイルタンクに供給する吸引ポンプを備えると共に、前記第１の潤滑系及び第２の潤滑系に夫々配設した第１の供給ポンプ及び第２の供給ポンプを備え、少なくとも前記第２の供給ポンプは、前記第１の供給ポンプとは独立した電動ポンプで構成するとよい。
【００２１】
そして、請求項７に記載のように、前記第１の供給ポンプは、前記内燃機関に連動する機械式ポンプで構成し、前記電動ポンプの故障時には、前記機械式ポンプよって前記第２の潤滑系にオイルを供給するように構成することができる。特に、請求項８に記載のように、前記内燃機関の低温始動時に、前記電動ポンプによって前記保温タンク内のオイルを前記第２の潤滑系に供給するように構成するとよい。また、請求項９に記載のように、前記内燃機関の低温始動時に、前記第１の供給ポンプによって前記保温タンク内の高温部のオイルを前記第１の潤滑系に供給するように構成してもよい。
【００２２】
尚、請求項１０に記載のように、更に、前記オイルタンク内に導入するオイルから気泡を分離し、分離後のオイルを下方に排出する気液分離装置を備えたものとし、該気液分離装置を前記オイルタンク内の前記保温タンク上方に配設するとよい。これにより、前記気液分離装置で分離されたオイルを前記保温タンクに供給することができる。更に、前記電動ポンプも前記オイルタンク内に収容することとしてもよく、これにより装置全体として一層の小型化が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の基本構成について図１を参照して説明する。本実施形態の潤滑装置は、ドライサンプ供給方式で、内燃機関１０とは別体にオイルタンク２０が設けられている。即ち、図１に示すように、内燃機関１０のシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２内を循環したオイルはオイル溜たるオイルトレイ１３に貯留されるが、このオイルは吸引ポンプたるスカベンジングポンプＳＰで吸引され、内燃機関１０とは別体のオイルタンク２０に供給されて貯留される。そして、貯留されたオイルは、第１の供給ポンプたる機械式の潤滑ポンプＰ１によって第１の潤滑系たるクランク潤滑系Ｌ１に供給されると共に、第２の供給ポンプたる電動ポンプＰ２によって第２の潤滑系たるヘッド潤滑系Ｌ２に供給されるように構成されている。
【００２４】
クランク潤滑系Ｌ１は、主としてシリンダブロック１１内の各部を潤滑する潤滑系で、ヘッド潤滑系Ｌ２は、主としてシリンダヘッド１２内の各部を潤滑すると共に駆動機器類に油圧を供給する潤滑系であり、これらについては図２を参照して後述する。そして、オイルタンク２０は、オイルトレイ１３とは独立して設けられ、スカベンジングポンプＳＰによって、オイルトレイ１３のオイルが吸引され、オイルフィルタＦＬを介して濾過され、オイルタンク２０内に上方から導入されるように構成されている。
【００２５】
更に、本実施形態においては気液分離装置６０がオイルタンク２０に内蔵され、オイルフィルタＦＬの下部に配設されており、オイルタンク２０内に導入されるオイルの気液分離及び消泡が行なわれ、分離後のオイルが下方に排出されるように構成されている。尚、オイルタンク２０の頂部にフィラーキャップ２１が設けられ、その下方には、オイルタンク２０の液面より上方の空間に開口し、内燃機関１０の吸気系に連通するＰＣＶポート２２と、シリンダブロック１１内と連通するオーバーフローポート２３が夫々設けられている（尚、接続関係は図２に示し、後述する）。
【００２６】
オイルタンク２０内には、更に、オイルを保温する機能を有する保温タンク３０が保持されている。本実施形態の保温タンク３０は、保温性に優れた外筒３１及び内筒３２から成る二重壁の間を真空にした断熱構造を有する。この保温タンク３０はオイルタンク２０内で上下方向に配置され、下方の開口端とオイルタンク２０の底面との間にオイルが流入し得る間隙が形成されるように、ブラケット２５を介してオイルタンク２０に支持されている。
【００２７】
一方、保温タンク３０の上方には小径の開口部３３が形成されており、これに、規制部材４０が装着されている。この規制部材４０は、低温で高粘度のオイルに対して抵抗となる複数の小孔が形成された部材で、オイルタンク２０内に導入されたオイルは先ず保温タンク３０の規制部材４０に到達するが、オイルが低温であるときには規制部材４０で実質的に阻止され、保温タンク３０の外側から下方の開口端に至る経路をとることになる。これに対し、オイルタンク２０内に導入されたオイルが高温である場合には、後述するフロートバルブＦＶによって規制部材４０（開口部３３）が閉塞されていない限り、オイルは規制部材４０を通過し開口部３３から保温タンク３０内に流入する経路をとることになる。
【００２８】
而して、フロートバルブＦＶによって開口部３３が閉塞されていない場合には、オイルタンク２０内に導入され保温タンク３０に至るオイルの経路がオイルの温度に応じて変化し、その結果、保温タンク３０内の上方に高温部が形成され、下方に低温部が形成される。そして、保温タンク３０内の高温部のオイルがクランク潤滑系Ｌ１に供給され、低温部のオイルがヘッド潤滑系Ｌ２に供給されるように構成されている。これにより、後述するように、例えば暖機後において、保温タンク３０内の高温部のオイルがクランク潤滑系Ｌ１に供給され、低温部のオイルがヘッド潤滑系Ｌ２に供給される。
【００２９】
図１に示すように保温タンク３０内のオイルが満杯のときには、フロートバルブＦＶが開口部３３（ひいては規制部材４０）を閉塞するように構成されている。即ち、フロートバルブＦＶは、保温タンク３０内がオイルで満たされたときに、その浮力によって開口部３３（ひいては規制部材４０）を閉塞するもので、熱伝導率が小さい材質で形成すると共に、内部には空気を充填しあるいは真空として断熱性を確保し得るように構成されている。尚、本実施形態では規制部材４０は別体で形成されているが、開口部３３に直接形成することとしてもよい。
【００３０】
本実施形態においては、更に、オイルタンク２０内に、保温タンク３０の少なくとも下部を囲繞するように筒状部材５０が固定されている。この筒状部材５０は、低温で高粘度のオイルに対して抵抗となって実質的に通過を阻止する複数の小孔５１が下方に形成され、上方に開口部５２を有する筒体のバッフルプレートである。つまり、複数の小孔５１は、オイルタンク２０内のオイルの温度が相対的に低温であるときには保温タンク３０側へのオイルの移動を実質的に阻止し、オイルの温度が相対的に高温になると保温タンク３０側へのオイルの移動を許容する規制手段として機能する。オイルタンク２０内においては、図１に示すように、保温タンク３０の外面と筒状部材５０の内面の間隙がオイルタンク２０の内面と筒状部材５０の外面の間隙より小さくなるように設定されている。尚、規制手段としては、オイルタンク２０内のオイルの温度が低温であるときには保温タンク３０側への移動を制限あるいは実質的に阻止し、オイルタンク２０内のオイルの温度が高温になる程筒状部材５０を通過して保温タンク３０側に移動する量が増大するように構成してもよい。
【００３１】
本実施形態では、供給ポンプとして、前述のようにクランク潤滑系Ｌ１に供される潤滑ポンプＰ１と、ヘッド潤滑系Ｌ２に供される電動ポンプＰ２を備えており、図１に示すように、潤滑ポンプＰ１と電動ポンプＰ２は、夫々保温タンク３０内の上方のフロートバルブＦＶ近傍で開口した吸入口ＬＯ１を有するクランク潤滑系Ｌ１の管路と、保温タンク３０内の下方の開口端より若干上方の位置で開口した吸入口ＬＯ２を有するヘッド潤滑系Ｌ２の管路に接続されている。従って、保温タンク３０内に高温部と低温部が形成される場合には、上方の高温部のオイルがクランク潤滑系Ｌ１に供給され、下方の低温部のオイルがヘッド潤滑系Ｌ２に供給されることになる。尚、潤滑ポンプＰ１は内燃機関１０の回転によって駆動されるメカニカルポンプであるのに対し、電動ポンプＰ２は潤滑ポンプＰ１とは独立して電気的に駆動制御されるが、電動ポンプＰ２の故障時には、潤滑ポンプＰ１によってヘッド潤滑系Ｌ２にもオイルを供給するように構成されており、これについては図２を参照して後述する。更に、気液分離装置６０と同様、電動ポンプＰ２もオイルタンク２０内に収容することとしてもよく、これにより装置全体として一層コンパクトに形成することができる。
【００３２】
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態における内燃機関１０内の潤滑系の構成を説明する。先ず、シリンダブロック１１内においては、上記のクランク潤滑系Ｌ１は、メインギャラリＧ１からクランクシャフト１４のベアリング部に分岐し、コンロッド１５、ピストン１６のベアリング、ピストンリング（図示せず）に連通しており、潤滑ポンプＰ１が駆動されると保温タンク３０内のオイルが上記のクランクシャフト１４、コンロッド１５等の摺動部に圧送される。
【００３３】
一方、シリンダヘッド１２内においては、上記のヘッド潤滑系Ｌ２は、カムジャーナル１７、カム１７ａ、タイミングチェーン１８、可変バルブ機構１９のアクチュエータ１９ａ及び油圧制御弁１９ｂに連通しており、電動ポンプＰ２が駆動されると保温タンク３０内のオイルが上記の各部に圧送される。また、ピストンヘッド裏やシリンダライナー（図示せず）にオイルを噴射するオイルジェットＪ１及びＪ２にも連通しており、電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２によってオイルの噴射が制御されるように構成されている。更に、ヘッド潤滑系Ｌ２の油圧を検知する油圧センサＰＳが設けられており、コントローラＣＴに入力される。コントローラＣＴにおいては、油圧センサＰＳの検出油圧や油温センサＴＳの検出温度（油温）、更には必要に応じて、エンジン回転数、吸気圧、吸気量、排気温、スロットル開度、水温情報等のエンジンコンピュータＥＣＵからの運転状態信号に基づき、電動ポンプＰ２の起動及び停止、更にその回転数が制御されると共に、電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２が開閉制御されるように構成されている。
【００３４】
そして、クランク潤滑系Ｌ１及びヘッド潤滑系Ｌ２は図２に示すように配管され、リリーフ弁Ｖ１、差圧弁Ｖ２及び逆止弁Ｖ３が配設されている。尚、リリーフ弁Ｖ１はクランク潤滑系Ｌ１の油圧が所定圧力を超えた場合に潤滑ポンプＰ１の吸入側にリリーフするもので、差圧弁Ｖ２は電動ポンプＰ２の故障によりヘッド潤滑系Ｌ２の油圧が低下した場合に開弁し、潤滑ポンプＰ１によってヘッド潤滑系Ｌ２にオイルを供給するようにしたもので、逆止弁Ｖ３は電動ポンプＰ２側への逆流を防止するものである。
【００３５】
而して、コントローラＣＴ（及びエンジンコンピュータＥＣＵ）により、電動ポンプＰ２（並びに電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２）が制御されるが、以下、作動前の状態から、内燃機関１０の状態に応じた具体的な作動例を図２乃至図４を参照して説明する。先ず、作動前における「オイルの注入及び交換」を行なう場合には、フィラーキャップ２１を開けてオイルタンク２０内にオイルを注入する。これにより、オイルタンク２０内のオイル油面が上昇し、保温タンク３０内がオイルで満たされるとフロートバルブＦＶが浮力によって上昇するので開口部３３が閉塞される。そして、規定量のオイルが注入されると、図２に示すように油面は保温タンク３０が埋没する位置となる。一方、オイルの交換が必要となったときにはドレーン２４からオイルタンク２０のオイルを抜き取った後に、上記のオイルを注入することになる。
【００３６】
次に、「低温始動時」における作動について説明する。この場合には、前回の走行によって高温になったオイルが保温タンク３０内に保温された状態で収容されている。この状態で、内燃機関１０の始動と同時に電動ポンプＰ２が駆動されると、ヘッド潤滑系Ｌ２から分岐してカムジャーナル１７、カム１７ａ、タイミングチェーン１８、及び可変バルブ機構１９に保温タンク３０内の高温のオイルが供給される。これにより、始動直後から摺動部の摩擦損失を低く抑えることができると共に、可変バルブ機構１９の油圧制御性を確保することができるのでバルブ開閉タイミングの制御が可能となる。
【００３７】
同時に、電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２が開位置とされてオイルジェットＪ１及びＪ２からピストンヘッド裏やシリンダライナ（図示せず）にオイルが噴射される。このオイルジェットＪ１及びＪ２からの噴射は、保温タンク３０内の高温部のオイルが消費された時点で電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２が閉位置とされて終了する。このときの制御としては、予め始動時から消費完了までの所要時間を設定しておき、タイマで始動時からの経過時間を計測し、所要時間を経過したときに電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２を閉位置とするとよい。あるいは、ヘッド潤滑系Ｌ２に配置された温度センサＴＳによって検出された油温が所定温度以下になったときに、電磁開閉弁ＥＶ１及びＥＶ２を閉位置とするようにしてもよい。
【００３８】
上記の作動により、始動低回転時における動弁系の摩擦が大幅に低減されると共に、始動直後からバルブ開閉タイミングの制御を行なうことができ、排気エミッションの低減、燃料噴射量の低減が可能となる。尚、例えば、ドアの開閉検知、着座検知等によって内燃機関１０の始動を予測し、始動前からヘッド潤滑系Ｌ２への高温のオイル供給を行うようにすれば、更に即効性が上がることになる。
【００３９】
一方、潤滑ポンプＰ１は内燃機関１０の始動時のクランキングと連動して回転するので、保温タンク３０からクランクシャフト１４のベアリング部、コンロッド１５、ピストン１６のベアリング、ピストンリング（図示せず）に高温のオイルが圧送される。これによりクランクシャフト１４、コンロッド１５系の摺動部の摩擦が大幅に低減される。また、潤滑ポンプＰ１の圧送仕事も低く抑えることができるので内燃機関１０の回転も円滑となりスタータ（図示せず）の負荷も低減される。
【００４０】
次に、図３を参照して「暖機中」における作動について説明する。尚、図中の白抜矢印はオイル（及びオイルミスト）の流れを示す（以下、図４及び図５も同様）。この場合には、電動ポンプＰ２からヘッド潤滑系Ｌ２に圧送されたオイルは、カムジャーナル１７、カム１７ａ、タイミングチェーン１８の潤滑、及び可変バルブ機構１９の駆動制御後、オイルトレイ１３に流入する。一方、潤滑ポンプＰ１からクランク潤滑系Ｌ１を経てメインギャラリＧ１に圧送されたオイルは、クランクシャフト１４のベアリング部、コンロッド１５、ピストン１６のベアリング、ピストンリングの潤滑後オイルトレイ１３に流入する。そして、オイルトレイ１３のオイルはスカベンジングポンプＳＰで吸引され、オイルフィルタＦＬを介してオイルタンク２０に圧送される。
【００４１】
オイルタンク２０内においては、オイルがオイルフィルタＦＬ内で濾過された後、気液分離装置６０を経て、オイルに混合している気体及び泡が分離され、分離後のオイルが保温タンク３０の上方に落下する。このとき分離された気体にはクランクケースＣＲに漏出した未燃ガス成分も含まれているが、これらはＰＣＶポート２２から吸気系に吸引され、あるいはオーバーフローポート２３からスカベンジングポンプＳＰに吸引される。
【００４２】
オイルタンク２０内に戻されたオイルは潤滑ポンプＰ１及び電動ポンプＰ２の作動によって順次保温タンク３０に流入し再度内燃機関１０内を循環することになるが、オイルの温度が低い暖機中は、筒状部材５０の小孔５１が低温で高粘度のオイルにとっては大きな抵抗となる。従って、保温タンク３０へのオイルの流入は筒状部材５０の内面と保温タンク３０の外面の間隙を通る経路となり、始動前にオイルタンク２０に貯留されていた低温のオイルはそのまま筒状部材５０の外側に留まり、内燃機関１０内を循環してきた高温で低粘度のオイルが優先的に上記経路から保温タンク３０に流入し再度内燃機関１０内を循環することになる。これにより、暖機中の内燃機関１０に供給されるオイルの温度上昇が促進され、摩擦が大きく燃焼状態も好ましくない暖機期間は短縮されることになる。
【００４３】
次に、図４を参照して「暖機後から高温運転時」における作動について説明する。上記のように、スカベンジングポンプＳＰによってオイルタンク２０内にオイルが回収され、このオイルが、潤滑ポンプＰ１及び電動ポンプＰ２によって内燃機関１０に圧送されて循環する。従って、運転時間と共に内燃機関１０内を循環するオイルの温度が上昇し、オイルタンク２０内のオイルの温度も上昇する。オイルの温度上昇に伴い、オイルの粘度が低下するので、筒状部材５０の小孔５１からもオイルが流入するようになる。そして、オイルが８０℃を越す高温状態になると、間隙の大きい筒状部材５０の外面とオイルタンク２０の内面との間の間隙（即ち、オイルタンク２０の外側に近い側の流路）を介して保温タンク３０内に流入する経路が主流となる。これにより、高温状態のオイルはオイルタンク２０の壁面から外気に放熱されて冷却されるので、適正な温度となって保温タンク３０内に流入する。尚、図１に示すようにオイルタンク２０の下部の外側にフィン２６を形成すれば冷却効果が大きくなる。
【００４４】
前述のように、電動ポンプＰ２への吸入口ＬＯ２は保温タンク３０の下方の開口端３４より若干上方に位置しているので、上記のようにオイルタンク２０の壁面から外気に放熱されて冷却されたオイルが、カム１７ａ、タイミングチェーン１８の潤滑部に供給され、可変バルブ機構１９の油圧制御に供されることになる。更に、高負荷運転時には電磁開閉弁ＥＶ１が開位置とされ、オイルジェットＪ１からピストンヘッド裏にオイルが噴射されてピストン１６が冷却される。
【００４５】
一方、上記の潤滑ポンプＰ１及び電動ポンプＰ２の吸引作動に伴い、保温タンク３０内はオイルタンク２０より低圧となるので、フロートバルブＦＶが下方に移動し、開口部３３が開放する。前述のように、オイルが低温で高粘度であるときには、規制部材４０の小孔の抵抗によって保温タンク３０内へのオイルの流入が実質的に阻止されるが、オイルが高温で低粘度であるときには、オイルタンク２０内に流入後直ちに、規制部材４０の小孔を介して保温タンク３０内に流入することになる。この場合、吸入口ＬＯ１は気液分離装置６０の直下にあるので、オイルタンク２０の壁面から放熱される前の高温のオイルが潤滑ポンプＰ１によって吸引され、クランク潤滑系Ｌ１、即ちクランクシャフト１４、コンロッド１５、ピストン１６系統の潤滑部に供給されることになる。
【００４６】
このように、内燃機関１０が高温時には、境界潤滑が主体で油膜の粘度が必要なヘッド潤滑系Ｌ２に対する潤滑、及び漏れによる油圧低下が危惧される油圧制御ラインへのオイルの供給には積極的に冷却したオイルを供給し、流体潤滑が主体であるクランク潤滑系Ｌ１に対する潤滑には比較的高温のオイルを供給することにより、効果的に摩擦を低減することができ、高温時の制御油圧低下を抑えることができる。また、高負荷時にピストン１６を冷却することができるので、ノック限界が上がり最高出力が向上することになる。
【００４７】
更に、「低油圧時」の作動として、油圧センサＰＳによりオイルの油圧を監視し、油圧が所定圧力より低いと判断された場合には、コントローラＣＴによって電動ポンプＰ２の回転数を上げてヘッド潤滑系Ｌ２に対する油圧が所定圧力に維持されるように制御されることになる。境界潤滑が主体となるヘッド潤滑系Ｌ２においては、高温アイドル時や高負荷低回転時に、オイルの粘度低下によるリーク量増加に起因して油圧低下が大きくなり、油膜切れや可変バルブ機構１９の油圧制御が危惧されるが、これらの問題は、上記の油圧センサＰＳの監視結果に基づく電動ポンプＰ２の制御によって解消することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態における集約したコンパクトな構成とその作動により、オイルが低温から高温まで、最適な潤滑性と油圧制御性を確保することができる。また、低温始動時の潤滑性能及び高温高負荷時の油圧を確保することができるので、潤滑ポンプＰ１の供給能力や油路を過大にする必要がなく、潤滑ポンプＰ１を小型とすることができ、駆動損失低減による省燃費効果も奏する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の内燃機関の潤滑装置においては、オイル溜とは独立してオイルを貯留するオイルタンクと、このオイルタンク内に保持しオイルの一部を少なくとも下方から導入して保温する保温タンクとを備え、保温タンク内の異なる位置に第１の潤滑系及び第２の潤滑系を連通し、保温タンク内のオイルを第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給するように構成されているので、小型で搭載性に優れた潤滑装置を提供することができる。しかも、保温タンクは、保温が必要な最小量のオイルを収容するだけの容量を確保し得る大きさとすればよいので、保温に必要な二重壁構造等の断熱構造を最小に抑えることができ、良好な耐久性及び信頼性を確保することができる。
【００５０】
更に、請求項２に記載の規制手段を具備したものとすれば、オイルタンク内の高温のオイルを優先的に保温タンク内に導入して保温することができる。而して、特に低温始動時には、保温タンク内で適切に保温されたオイルを、第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給することができる。
【００５１】
また、請求項３に記載の調整手段を具備した保温タンクとすれば、調整手段によって、オイルタンク内に導入し保温タンクに至るオイルの経路を、オイルの温度に応じて変化させて保温タンク内に高温部と低温部を形成することができるので、例えば暖機後において、第１の潤滑系には高温のオイルを供給し、第２の潤滑系には低温のオイルを供給するというように、第１及び第２の潤滑系に対し適切なオイルを供給することができる。そして、前記調整手段を請求項４に記載のように構成すれば、保温タンク内のオイルが満杯のときにはフロートバルブによって規制部材を閉塞し、保温タンク内のオイルの流出を防止することができる。更に、請求項５に記載の規制手段を具備したものとすれば、オイルタンク内のオイルを一層適切な温度分布に調整することができる。
【００５２】
また、請求項６に記載のように、吸引ポンプを備えると共に、第１の供給ポンプ及び第２の供給ポンプを備え、少なくとも第２の供給ポンプは、第１の供給ポンプとは独立した電動ポンプで構成することにより、第２の潤滑系、例えばヘッド潤滑系に適切な温度状態のオイルを適切に制御して供給することができる。
【００５３】
そして、請求項７に記載のように構成すれば、電動ポンプの故障時には、機械式ポンプよって第２の潤滑系にオイルを供給することができる。特に、請求項８に記載のように構成すれば、内燃機関の低温始動時に、電動ポンプによって保温オイルを第２の潤滑系に適切に供給することができ、また、請求項９に記載のように構成すれば、内燃機関の低温始動時に、第１の供給ポンプによって高温のオイルを第１の潤滑系に適切に供給することができ、良好な始動性を確保することができる。
【００５４】
尚、請求項１０に記載のように、オイルタンク内に気液分離装置を配設すれば装置全体として一層の小型化が可能となり、更に、電動ポンプもオイルタンク内に収容することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の潤滑装置において主としてオイルタンクの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の内燃機関の潤滑装置の一実施形態の全体構成を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の「暖機中」の作動状態を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の「暖機後から高温運転時」における作動状態を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関， １１ シリンダブロック， １２ シリンダヘッド，
１３ オイルトレイ， １９ 可変バルブ機構， ２０ オイルタンク，
２１ フィラーキャップ， ２６ 冷却フィン， ３０ 保温タンク，
４０ 規制部材， ５０ 筒状部材， ６０ 気液分離装置，
ＦＬ オイルフィルタ， ＦＶ フロートバルブ， Ｐ１ 潤滑ポンプ，
Ｐ２ 電動ポンプ， ＳＰ スカベンジングポンプ， ＰＳ 油圧センサ，
Ｖ１ リリーフ弁， Ｖ２ 差圧弁， Ｖ３ 逆止弁， ＣＴ コントローラ

Claims (10)

1. 内燃機関のオイルをオイル溜に貯留し、該オイル溜のオイルを第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給する内燃機関の潤滑装置において、前記オイル溜とは独立して設け、前記オイル溜のオイルを貯留するオイルタンクと、該オイルタンク内に保持し当該オイルタンク内のオイルの一部を少なくとも下方から導入して保温する保温タンクとを備え、該保温タンク内の異なる位置に前記第１の潤滑系及び第２の潤滑系を連通し、前記保温タンク内のオイルを前記第１の潤滑系及び第２の潤滑系に供給するように構成したことを特徴とする内燃機関の潤滑装置。
2. 前記保温タンクの少なくとも下部を囲繞するように前記オイルタンク内に固定する筒状部材を備え、該筒状部材は、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の潤滑装置。
3. 前記保温タンクが、前記オイルタンク内に導入し前記保温タンクに至るオイルの経路を、前記オイルの温度に応じて変化させて前記保温タンク内に高温部と低温部を形成する調整手段を備え、前記高温部のオイルを前記第１の潤滑系に供給し、前記低温部のオイルを前記第２の潤滑系に供給するように構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の潤滑装置。
4. 前記調整手段は、前記保温タンクの上部に設け、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制部材と、該規制部材の下方に配置したフロートバルブを備え、前記保温タンク内のオイルが満杯のときには前記フロートバルブが前記規制部材を閉塞するように構成したことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の潤滑装置。
5. 前記保温タンクの少なくとも下部を囲繞するように前記オイルタンク内に固定する筒状部材を備え、該筒状部材が、前記オイルタンク内のオイルの温度が相対的に低温であるときには前記保温タンク側へのオイルの移動を実質的に阻止し前記オイルの温度が相対的に高温になると前記保温タンク側へのオイルの移動を許容する規制手段を具備したことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の潤滑装置。
6. 前記内燃機関が、前記オイル溜のオイルを吸引して前記オイルタンクに供給する吸引ポンプを備えると共に、前記第１の潤滑系及び第２の潤滑系に夫々配設した第１の供給ポンプ及び第２の供給ポンプを備え、少なくとも前記第２の供給ポンプは、前記第１の供給ポンプとは独立した電動ポンプで構成したことを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関の潤滑装置。
7. 前記第１の供給ポンプは、前記内燃機関に連動する機械式ポンプで構成し、前記電動ポンプの故障時には、前記機械式ポンプよって前記第２の潤滑系にオイルを供給するように構成したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の潤滑装置。
8. 前記内燃機関の低温始動時に、前記電動ポンプによって前記保温タンク内のオイルを前記第２の潤滑系に供給するように構成したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の潤滑装置。
9. 前記内燃機関の低温始動時に、前記第１の供給ポンプによって前記保温タンク内の高温部のオイルを前記第１の潤滑系に供給するように構成したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の潤滑装置。
10. 前記オイルタンク内に導入するオイルから気泡を分離し、分離後のオイルを下方に排出する気液分離装置を備え、該気液分離装置を前記オイルタンク内の前記保温タンク上方に配設したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の潤滑装置。

Images