JP4323897B2 - 内燃機関の潤滑装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の潤滑装置に係り、特に、いわゆるドライサンプ方式の内燃機関に用いて好適な内燃機関の潤滑装置に関する。

内燃機関の潤滑装置として、従来、いわゆるドライサンプ方式のものがあり、このようなドライサンプ方式の潤滑装置として、たとえば特開２００２−３３９８７４号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この潤滑装置は、エンジンの潤滑油を吸引するオイルストレーナと、潤滑油を吸引圧縮するオイルポンプとを備えており、オイルポンプによって潤滑油中に含まれる空気を除去するというものである。こうして、空気を分離除去した潤滑油を、エンジンに循環供給している。

また、エンジン本体の外部にオイルを貯留するタンクを設けた潤滑装置として、特開２０００−２９７６２１号公報（特許文献２）に開示されたものがある。この潤滑装置は、エンジンから回収した潤滑油をタンクに貯留した後、ピストン・クランク系摺動部と動弁系摺動部に分けて潤滑油を供給するというものである。そして、ピストン・クランク系摺動部に供給する潤滑油は加熱し、動弁系摺動部に供給する潤滑油は冷却するようにしている。
特開２００２−３３９８７４号公報 特開２０００−２９７６２１号公報

しかし、上記特許文献１に開示された潤滑装置では、オイルポンプ内で空気を分離除去してエンジンに供給しているが、吸引した潤滑油のすべてから空気を分離除去するようにしている。このため、オイルポンプとして、大型のものを必要とするものであった。また、オイルポンプからエンジンの各部分にオイルギャラリを介して全体的に無条件で潤滑油を供給している。このため、エンジンの各部分に応じた適切な潤滑油を供給することは困難なものであった。

一方、上記特許文献２に開示された潤滑装置では、ピストン・クランク系と動弁系とに分けて潤滑油を供給するようにしており、それぞれに供給する潤滑油を加熱、冷却している。このため、エンジンの場所に応じた潤滑油が供給される。

ところが、上記特許文献２に開示された潤滑装置では、エンジンから回収した潤滑油をすべて一旦貯留してからオイルポンプによってエンジンの各部分に供給している。このため、オイルポンプに掛かる負荷が大きく、やはり大型のオイルポンプが必要となるものであった。

さらに、エンジンの部分に応じて温度条件は調整しているものの、エンジンの各部分に同時に潤滑油を供給するようにしている。したがって、エンジンの特定部分にのみ潤滑油を要する場合などでも、エンジンの全体に潤滑油を供給してしまい、潤滑を行う上で不利となる点があった。

そこで、本発明の課題は、大型のオイルポンプを用いることなく、好適にエンジンに潤滑油を供給することができる内燃機関の潤滑装置を提供することにある。また、他の課題は、エンジンの条件に応じて、エンジンにおける潤滑油の供給先を調整して、好適にエンジンを潤滑させることができる内燃機関の潤滑装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の潤滑装置は、内燃機関に潤滑油を供給する内燃機関の潤滑装置において、内燃機関における潤滑油を吸引して回収するスカベンジポンプと、スカベンジポンプによって回収された潤滑油を内燃機関のヘッド部に直接供給する第一供給路と、第一供給路から分岐し、スカベンジポンプによって回収された潤滑油を内燃機関のブロック部に供給する第二供給路と、スカベンジポンプによって回収され、第二供給路に案内された潤滑油を貯留する第二供給路に配置されたタンクと、タンクに貯留された潤滑油を吸引し、吸引した潤滑油を内燃機関のブロック部に供給するオイルポンプと、を備え、第一供給路における第二供給路との分岐部分よりも下流側は、タンクよりも上方位置に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の潤滑装置においては、内燃機関内の潤滑油を回収するスカベンジポンプによって、潤滑油をタンクに送る一方、第一供給路を介して内燃機関のヘッド部に直接供給している。このため、ヘッド部に潤滑油を供給する分のオイルポンプの負荷がなくなり、オイルポンプの負荷を軽減することができるので、オイルポンプの小型化を図ることができる。また、エンジンから回収する潤滑油の量には変わりがないので、潤滑油の全体をタンクに送る場合と比較しても、スカベンジポンプに掛かる負荷が増大することもない。

ここで、第一供給路に配設され、スカベンジポンプで回収された潤滑油を冷却するオイルクーラが設けられている態様とするのが好適である。

第一供給路に設けられたオイルクーラで潤滑油を冷却することにより、内燃機関のヘッド部に供給する際に好適な高粘度の潤滑油とすることができる。

また、第一供給路の開閉を行う制御バルブと、制御バルブを制御する制御手段と、を備える態様とするのが好適である。

このように、第一供給路に開閉を行う制御バルブを設けることにより、必要に応じてヘッド部に供給する潤滑油の量を増減でき、余剰油の低減および潤滑油の不足によるフリクションの増大などを防止することができる。

本発明によれば、大型のオイルポンプを用いることなく、好適にエンジンに潤滑油を供給することができる内燃機関の潤滑装置を提供することができる。また、エンジンの条件に応じて、エンジンにおける潤滑油の供給先を調整して、好適にエンジンを潤滑させることができる内燃機関の潤滑装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の構成を示す構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る潤滑装置１は、内燃機関であるエンジン１０に搭載されている。本実施形態に係るエンジン１０は、いわゆるドライサンプ方式のものである。エンジン１０はブロック部１１とヘッド部１２とを備えている。ブロック部１１には、シリンダが形成されている。またブロック部１１には、シリンダ内を往復運動する図示しないピストンやピストンの往復運動を回転運動に変換するやはり図示しないコンロッドやクランクシャフトなどが設けられている。これらのピストンやクランクシャフトなどによってピストン・クランク系が形成されている。

ヘッド部１２には、吸気ポートの開閉を行う図示しない吸気弁や排気ポートを開閉する図示しない排気弁が配置されており、吸排気弁は図示しないカムシャフトによって開閉される。これらの吸排気弁やカムシャフト、さらにはチェーン、カムシャワーなどによって動弁系が形成されている。

また、ブロック部１１の下方位置におけるエンジン１０の最下部は、オイル受け部１３とされている。オイル受け部１３は、いわゆるウェットサンプ方式のエンジンに設けられる通常のオイルパンよりも小型のものである。通常のオイルパンは、潤滑油貯留させるためにある程度の深さを有しているが、本実施形態におけるオイル受け１３は、上方から滴下する潤滑油を捕集するだけのものであり、その深さは最小限のものとされている。さらに、ブロック部１１には、潤滑油をブロック部１１に案内するオイルギャラリが形成されている。

また、潤滑装置１は、エンジン１０に供給する潤滑油を貯留する気液分離タンク２を有している。この気液分離タンク２は、エンジン１０とは別体に配置されている。本実施形態においては、気液分離タンク２はエンジンコンパートメント内における上方に配置されている。このため、上方からの整備がしやすくなっている。

さらに、エンジン１０におけるオイル受け部１３には、スカベンジポンプ３とオイルポンプ４とが設けられている。スカベンジポンプ３には、第一供給路５の一端が接続されており、第一供給路５の他端部はエンジン１０のヘッド部１２に接続されている。この第一供給路５は、スカベンジポンプ３によって回収された潤滑油をエンジン１０のヘッド部１２に直接供給する。第一供給路５は、エンジン１０の外側に形成された配管によって構成されている。

また、第一供給路５の途中位置には、第二供給路６の一端部が分岐して接続されており、第二供給路６の他端部にはオイルポンプ４が接続されている。第二供給路６は、第一供給路５と同様に、エンジン１０の外側に形成された配管によって構成されている。さらに、第二供給路６の途中位置に上記の気液分離タンク２が設けられている。

この気液分離タンク２は、スカベンジポンプ３およびオイルポンプ４よりも高い位置に配置されている。また、第一供給路５における第二供給路６との分岐部分よりも下流側は、気液分離タンク２よりも上方位置に配置されている。また、第二供給路６における気液分離タンク２よりも上流側は、気液分離タンク２と略同じ高さ位置とされている。

スカベンジポンプ３によって回収されたエンジン１０内の潤滑油の一部は、第一供給路５を経てエンジン１０のヘッド部１２に直接供給され、残りの潤滑油は、第二供給路６を経て、その途中位置にある気液分離タンク２に流入する。

第一供給路５からエンジン１０のヘッド部１２に供給された潤滑油は、ヘッド部１２に形成された動弁系に供給される。一方、気液分離タンク２には、第二供給路６を経て流入した潤滑油が貯留されている。気液分離タンク２は、貯留した潤滑油内に混入する気体を潤滑油から分離除去している。

オイルポンプ４は、気液分離タンク２内に貯留されている潤滑油を第二供給路６における気液分離タンク２よりも下流側を通して吸引し、吸引した潤滑油をエンジン１０におけるブロック部１１に第二供給路６の他端側から供給する。ブロック部１１に供給された潤滑油は、ブロック部１１に形成されたピストン・クランク系を中心に供給される。

以上の構成を有する本実施形態に係る潤滑装置１の作用について説明する。

エンジン１０において、ヘッド部１２に供給された潤滑油は、ヘッド部１２およびブロック部１１を流れ落ちてオイル受け部１３に到達する。また、ブロック部１１に供給された潤滑油は、ブロック部１１を流れ落ちてオイル受け部１３に到達する。潤滑装置１におけるスカベンジポンプ３は、稼動中、このようにしてオイル受け部１３に到達した潤滑油を随時吸引して回収し、第一供給路５に供給している。

第一供給路５に供給された潤滑油は、その一部は、第二供給路６へと流入し、残りは、第一供給路５の他端部から排出されてエンジン１０のヘッド部１２に直接供給される。第二供給路６に流入した潤滑油は、一端、気液分離タンク２に貯留される。気液分離タンク２に貯留された潤滑油は、気液分離タンク２において気泡が分離除去される。オイルポンプ４は、この気液分離タンク２に貯留された潤滑油をブロック部１１に供給する。

ここで、オイルポンプ４は、ブロック部１１に潤滑油を供給するのみでよい。したがって、たとえばブロック部１１に複雑な油路を介してヘッド部１２にオイルポンプ４で潤滑油を供給する場合と比較して、オイルポンプ４に掛かる負荷を非常に小さくすることができる。しかも、オイルポンプ４は気液分離タンク２よりも低い位置に配置されていることから、潤滑油を供給する際に、重力を利用することもできるので、オイルポンプ４に掛かる負荷をさらに小さくすることができる。また、ブロック部１１に設けられたピストン・クランク系には、これらに対して好適な気泡が除去された潤滑油を供給することができる。

また、第一供給路５からヘッド部１２に供給される潤滑油は、気液分離タンク２によって気泡の分離が行われていないので、気泡を含んだままの潤滑油がヘッド部１２に供給される。ヘッド部１２内の動弁系の潤滑には、油の圧力が比較的必要ないことから、気泡を含んだ潤滑油でも十分に役目を果たすことができる。

さらに、ヘッド部１２に対する潤滑油の供給は、スカベンジポンプ３の動力によって行われるが、第一供給路５を介してヘッド部１２に潤滑油を直接供給するとともに、第一供給路５には第二供給路６を介して気液分離タンク２が接続されている。そして、エンジン１０から回収する潤滑油の量が別段増加することもないので、スカベンジポンプ３に掛かる負荷が増加することもない。

しかも、第一供給路５を介してオイル受け部１３からヘッド部１２に対して潤滑油が直接供給されるので、ヘッド部１２に対して迅速に潤滑油を供給することができる。したがって、たとえばエンジンの始動時など、動弁系に早急に潤滑油を供給したい場合などに好適となり、始動時における油切れなどの防止することができ、フリクションの低減が可能となるとともに、エンジンの燃費、排気ガスの改善に寄与することができる。

また、第一供給路５における第二供給路６との分岐部分よりも下流側は、気液分離タンク２よりも上方に配置されているので、エンジン１０に搭載する際に短く簡素な構成とすることができる。第一供給路５における分岐部分よりも下流側における圧力損失を小さくすることができるので、給油量の増加に寄与することができる。

さらに、第一供給路５から潤滑油を供給するので、ヘッド部１２内におけるオイルギャラリ（油路）を形成する必要がない。したがって、その分ヘッド部１２の構造を簡素化することができる。

他方、スカベンジポンプ３をエンジン１０とは独立した駆動形式とすることもできる。このような態様とした場合には、たとえばエンジン１０を始動する前にスカベンジポンプ３を始動させておき、エンジン１０を作動する前にエンジン１０のヘッド部１２に設けられた動弁系に潤滑油を供給しておくこともできる。このようにすることにより、動弁系における各部分のフリクションの低減に寄与することができるとともに、エンジン１０に対する始動トルクの低減およびＮＶ（ノイズバイブレーション）の改善に寄与することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の構成図である。

図２に示すように、本実施形態に係る潤滑装置２０は、上記第１の実施形態と同様、ブロック部１１およびヘッド部１２を備えるエンジン１０に搭載される。本実施形態に係る潤滑装置２０は、上記第１の実施形態と同様のスカベンジポンプ３およびオイルポンプ４がエンジン１０におけるオイル受け部１３に設けられている。また、スカベンジポンプ３に接続された第一供給路５と、第一供給路５から分岐する第二供給路６とを備えている。第一供給路５の他端部はエンジン１０のヘッド部１２に接続されており、第二供給路６の他端部はオイルポンプ４を介してエンジン１０のブロック部１１に接続されている。さらに、第２供給路の途中位置には、気液分離タンク２が設けられている。

加えて、本実施形態に係る潤滑装置２０は、オイルクーラ２１、制御バルブ２２、および制御手段である電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３を備えている。オイルクーラ２１は、第一供給路５における第二供給路６との分岐点よりも下流側であり、ヘッド部１２よりも上流側の位置に配置されている。このオイルクーラ２１は、スカベンジポンプ３によって回収され、第一供給路５によってエンジン１０のヘッド部１２に供給される潤滑油を冷却する。

また、制御バルブ２２は、第一供給路５における第二供給路との分岐点よりも下流側であり、オイルクーラ２１が設けられている位置よりも上流側に設けられている。この制御バルブ２２は、開度調整が可能とされており、全開全閉状態のほか、所定のパーセンテージとなる開度となるようにすることができる。さらに、制御バルブ２２には、ＥＣＵ２３が電気的に接続されている。ＥＣＵ２３には、図示しない水温センサ、エンジン回転数センサが接続されている。

以上の構成を有する本実施形態に係る潤滑装置２０の作用について説明する。

本実施形態に係る潤滑装置２０では、第一供給路５にオイルクーラ２１が設けられており、第一供給路５からエンジン１０のヘッド部１２に供給される潤滑油が冷却されている。潤滑油が冷却されると、その粘度が上昇して、高粘度の潤滑油となる。ヘッド部１２に設けられた動弁系には、比較的高い粘度の潤滑油を供給するのが好適なので、オイルクーラ２１が設けられていることにより、ヘッド部１２における動弁系に、好適な潤滑油を供給することができる。特に、エンジン回転数が低い、低回転時における動弁系のフリクションを低減することができ、したがって、エンジン１０の燃費、排気ガスの改善に寄与することができる。

また、本実施形態に係る潤滑装置２０には、第一供給路５に制御バルブ２２が設けられており、ＥＣＵ２３によって開度調整可能とされている。ＥＣＵ２３においては、エンジン回転数、水温などの条件に基づいて制御バルブ２２の最適開度を算出し、算出された最適開度に基づいて、制御バルブ２２の開度を制御している。このときの各条件とバルブ開度の関係の例について、図３を用いて説明する。

バルブ開度と油温との関係について説明すると、油温が低いときには、エンジン１０が温まっていないものと考えることができる。なお、潤滑油の油温は、水温センサで検出された冷却水の水温から推定することができる。この状態のときには、図３（ａ）に示すように、動弁系の潤滑を確保するために、制御バルブ２２を開いて、ヘッド部１２に潤滑油を供給するのが好適となる。

また、油温が上昇すると、エンジン１０が暖機され、温まってきたものと考えることができる。このように、エンジン１０が暖機された状態では、ブロック部１１に供給された潤滑油が上がり、周囲雰囲気中に存在するようになるので、この周囲雰囲気中の潤滑油で十分に動弁系に与える潤滑油を確保することができる。したがって、油温が上昇して、エンジン１０の暖機が進んだと判断したら、制御バルブ２２を閉じるように制御する。こうして、ヘッド部１２に余剰となる潤滑油の供給を少なくすることができるとともに、余剰な潤滑油に起因するフリクションの低減に寄与することができる。

次に、バルブ開度とエンジン回転数との関係について説明すると、エンジン回転数が低い状態では、エンジン１０が十分に暖機されていないと考えられる。この状態のときには、図３（ｂ）に示すように、動弁系の潤滑を確保するために、制御バルブ２２を開いて、ヘッド部１２に潤滑油を供給するのが好適となる。

エンジン回転数が上昇すると、エンジン回転と連動した供給方式では、ブロック部１１に供給された潤滑油が上がり、周囲雰囲気中に存在するようになるので、この周囲雰囲気中の潤滑油で十分に動弁系に与える潤滑油を確保することができる。したがって、油温が上昇して、エンジン１０の暖機が進んだと判断したら、制御バルブ２２を閉じるように制御する。こうして、ヘッド部１２に余剰となる潤滑油の供給を少なくすることができるとともに、余剰な潤滑油に起因するフリクションの低減に寄与することができる。

他方、制御バルブ２２をオイルポンプ４の背圧制御バルブとして利用することもできる。この制御バルブ２２を開いてオイルポンプ４の背圧を下げることにより、オイルポンプ４におけるフリクションの低減に寄与することができる。なお、この場合にはヘッド部１２に多くの潤滑油が供給されることになるので、動弁系の周囲における油量削減効果と比較して、エンジンとしてより効率的となる使用方法をＥＣＵ２３において算出して、制御バルブ２２の開度を調整するのが好適である。

本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の構成を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の潤滑装置の構成を示す構成図である。 （ａ）は、油温に対する好適な制御バルブの開度を示すグラフ、（ｂ）は、エンジン回転数に対する好適な制御バルブの開度を示すグラフである。

符号の説明

１…潤滑装置、２…気液分離タンク、３…スカベンジポンプ、４…オイルポンプ、５…第一供給路、６…第二供給路、１０…エンジン、１１…ブロック部、１２…ヘッド部、１３…オイル受け部、２０…潤滑装置、２１…オイルクーラ、２２…制御バルブ、２３…ＥＣＵ。

Claims (3)

1. 内燃機関に潤滑油を供給する内燃機関の潤滑装置において、
   前記内燃機関における潤滑油を吸引して回収するスカベンジポンプと、
   前記スカベンジポンプによって回収された潤滑油を前記内燃機関のヘッド部に直接供給する第一供給路と、
   前記第一供給路から分岐し、前記スカベンジポンプによって回収された潤滑油を前記内燃機関のブロック部に供給する第二供給路と、
   前記スカベンジポンプによって回収され、前記第二供給路に案内された潤滑油を貯留する前記第二供給路に配置されたタンクと、
   前記タンクに貯留された潤滑油を吸引し、吸引した潤滑油を前記内燃機関のブロック部に供給するオイルポンプと、
   を備え、
   前記第一供給路における前記第二供給路との分岐部分よりも下流側は、前記タンクよりも上方位置に配置されていることを特徴とする内燃機関の潤滑装置。
2. 前記第一供給路に配設され、前記スカベンジポンプで回収された潤滑油を冷却するオイルクーラが設けられている請求項１に記載の内燃機関の潤滑装置。
3. 前記第一供給路の開閉を行う制御バルブと、
   前記制御バルブを制御する制御手段と、
   を備える請求項１または請求項２に記載の内燃機関の潤滑装置。

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