JP4506309B2

JP4506309B2 - クランクシャフトの潤滑油冷却装置

Info

Publication number: JP4506309B2
Application number: JP2004198232A
Authority: JP
Inventors: 竜啓寺田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-07-05
Also published as: JP2006017079A

Description

本発明はエンジンのクランクシャフトの摺動部に送られる潤滑油の冷却装置に関わるものである。

エンジンのクランクシャフトは図6に示されるようにクランクシャフトのメインシャフト部分であるクランクジャーナル10、ピストンのコネクティングロッドを取り付けるクランクピン11、クランクジャーナル10とクランクピン11を結ぶクランクアーム部15などで構成される。そして、クランクシャフトの摩擦抵抗を低減させるため、クランクジャーナル10とクランクピン11に潤滑油が供給される。潤滑油は図示しないオイルギャラリからクランクジャーナル10の摺動部に供給され、その後導入油穴14、オイルパイプ9を通ってクランクピン11の摺動部に供給される。なお、図中、A側はクランクシャフトの断面を示し、B側はクランクシャフトの外観を示している。

ところで、最近のエンジンは高出力高回転化が図られているため、エンジンの発熱量も多く、潤滑油の温度が高温化する傾向がある。クランクシャフトの摺動部に流れる潤滑油の温度が高温化すると、潤滑油の粘性低下による摺動部の焼付きを引き起こす可能性がある。そこで、高温になった潤滑油の温度を下げるための対策が必要になる。

一般的には、オイルクーラーを設けて、潤滑油を冷却しているが、冷却効果は十分でない。そこで、冷却効果を十分に得るために、クランクシャフト内部に空洞を形成すると共に、この空洞内に冷却水を密封したクランクシャフトの潤滑油冷却装置が提案されている（特許文献1）。この技術はクランクシャフト内部の冷却水が気化するときの気化潜熱で、クランクシャフトの摺動部に流れる潤滑油温度を冷却させるものである。

特開平6-66139

しかしながら、特許文献1では、クランクシャフト内部の冷却水が少ない場合に、高速高負荷運転状態が長時間にわたって続くと、冷却水が全て気化してしまう。このため、冷却水が全て気化した以降は十分な冷却効果が得られない。十分な冷却効果を得るためにはクランクシャフト内部の冷却水の量を多くすればよいが、この場合には、始動暖機時に周りの熱が冷却水に奪われるために潤滑油の温度がなかなか上昇せず、潤滑油の粘性の低い状態が続く。このため、始動暖機時に摩擦抵抗が増大し、燃費の悪化につながるという問題を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、始動暖機時には潤滑油の温度を上昇させ、高速高負荷時のような潤滑油が高温になる時には潤滑油の冷却効果を十分に得ることを目的とする。

1番目の発明によれば、クランクシャフト内部にエンジン冷却水を循環させる流路が形成されるとともに、クランクシャフトの摺動部に潤滑油を供給可能なオイル通路管が前記流路に組み込まれたクランクシャフトの潤滑油冷却装置が提供されることを特徴とする。（請求項1）

2番目の発明によれば、請求項1において、クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の流量を制御する流量制御弁と、クランクシャフトに流れる潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段を備え、検出された潤滑油の温度が所定温度よりも高いとき、前記流量制御弁を開弁して前記流路にエンジン冷却水を循環させることを特徴とする。（請求項2）

３番目の発明によれば、請求項1において、クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の流量を制御する流量制御弁と、クランクシャフトに供給される潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段と、クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の温度を検出するエンジン冷却水温度検出手段とを備え、検出された潤滑油の温度が前記所定温度よりも低く、且つエンジン冷却水の温度よりも低いときには、前記流量制御弁を開弁して前記流路にエンジン冷却水を循環させることを特徴とする。（請求項3）

4番目の発明によれば、請求項1において、クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の流量を制御する流量制御弁と、クランクシャフトに流れる潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段と、クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の温度を検出するエンジン冷却水温度検出手段を備え、検出された潤滑油の温度が前記所定温度よりも低く、且つエンジン冷却水の温度よりも高いときには、前記流量制御弁を閉弁して前記流路にエンジン冷却水を循環させないことを特徴とする。（請求項4）

請求項1によれば、クランクシャフト内部にエンジン冷却水が流れる流路を形成し、前記流路にエンジン冷却水を循環させることで、クランクシャフトの摺動部に供給される潤滑油の温度を最適にすることができる。

請求項2によれば、請求項1において、クランクシャフトの流路に流れるエンジン冷却水の温度検出手段、クランクシャフト摺動部に流れる潤滑油の温度検出手段を備え、検出された各温度に基づいて、クランクシャフトの流路にエンジン冷却水を循環させるかどうかを制御している。その際、高負荷状態が長時間継続されるような潤滑油の温度が所定温度よりも高い場合には、エンジン冷却水を循環させるようにすることで、潤滑油の冷却効果を高めることができ、クランクシャフト摺動部の焼付きを抑制できる。ここで、前記所定温度とはフリクションの最も少ない時の潤滑油の温度（例えば120℃近傍）を選択することも出来るし、この温度よりも高くクランクシャフトの摺動部の焼付きを引き起こす可能性がある温度を選択しても良い。

請求項3によれば、請求項1において、クランクシャフトの流路に流れるエンジン冷却水の温度検出手段、クランクシャフト摺動部に流れる潤滑油の温度検出手段を備え、検出された温度に基づいて、クランクシャフト内部のエンジン冷却水を循環させるかどうかを制御している。その際、始動暖機時のような潤滑油の温度が低い場合には、潤滑油の温度上昇に比べ、エンジン冷却水の温度上昇のほうが大きい。これは、潤滑油よりもエンジン冷却水の方が燃焼室に近い領域を通過するため、エンジンからの熱の授受が大きいことに起因する。このため、始動暖機時には潤滑油よりも高温のエンジン冷却水をクランクシャフトの流路内に循環させることで、クランクシャフト摺動部に供給される潤滑油を暖めることができる。これにより、潤滑油の粘性が高い状態の潤滑油の供給を避けられ、燃費の悪化を抑制することができる。また、通常運転時のような潤滑油の温度が前記所定温度よりも低く、且つエンジン冷却水の温度よりも低い場合にも、エンジン冷却水を循環させることで潤滑油を暖めることができる。

請求項4によれば、請求項1において、クランクシャフトの流路に流れるエンジン冷却水の温度検出手段、クランクシャフト摺動部に流れる潤滑油の温度検出手段を備え、検出された温度に基づいて、クランクシャフト内部のエンジン冷却水を循環させるかどうかを制御している。その際、潤滑油の温度が前記所定温度よりも低く、且つエンジン冷却水の温度よりも高い場合には、流量制御弁を閉じてクランクシャフト内部のエンジン冷却水の循環を止めるようにしている。これは潤滑油の温度がエンジン冷却水の温度よりも高温な場合にエンジン冷却水の循環を行なうと、潤滑油の温度がエンジン冷却水による冷却効果によって低下してしまい、潤滑油の温度が前記所定温度から外れてしまうからである。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図1は本発明に係わるクランクシャフト36の概略図である。図のA側はクランクシャフト36の断面を示し、図のB側はクランクシャフト36の外観を示している。クランクシャフト36はクランクジャーナル10、ピストンのコネクティングロッドが取り付けられるクランクピン11、クランクジャーナル10とクランクピン11を結合するアーム部15とを有する。クランクシャフト36の内部には潤滑油が流れるオイル通路管13が組み込まれている。オイル通路管13は本実施例ではクランクシャフト36と別体に構成されているが、クランクシャフト36と一体形成しても良い。さらに、クランクシャフト36の摺動部に供給される潤滑油の温度を調節するために、クランクシャフト36の内部にはエンジン冷却水を流すための流路12が設けられ、流路12内のエンジン冷却水は図1の左端からクランクシャフト36に流入し、右端から排出するようになっている。

図2は図1の一点鎖線■-■を含む平面で切断した断面図である。潤滑油が流れるオイ
ル通路管13は、クランクジャーナル10外周に一端が開口する導入部13aとクランクピン11外周に一端が開口する導出部13bと、これら導入部13aと導出部13bを連通する連絡部13cとから構成されている。潤滑油はまずクランクジャーナル10の摺動部を潤滑し、その後、導入部13a、連絡部13c、導出部13bを通って、クランクピン11の摺動部を潤滑する。

図3はクランクシャフト36の摺動部に潤滑油が供給されるまでの潤滑油供給システム全体の概略図を示している。エンジンの潤滑油経路はオイルパン20に接続されたメイン経路16とそのメイン経路16から2つに分岐形成されたクランクシャフト系潤滑経路18及び動弁系潤滑経路17から構成されている。エンジン下部のオイルパン20内には潤滑油が貯留されており、オイルパン20内の潤滑油が、メイン経路16を介しクランクシャフト系潤滑経路18、動弁系潤滑経路17に供給される。前記メイン経路16には上流側から順にオイルストレーナ21、オイルポンプ22,オイルフィルタ23、オイルギャラリ25が配設されている。オイルストレーナ21はオイルパン20内の潤滑油に混合している比較的大きなごみ等を捕捉する。オイルポンプ22は前記オイルパン20内の潤滑油をくみ上げて、各潤滑部に供給する。オイルフィルタ23はオイルポンプ22から吐出された潤滑油中の微細なごみ等を捕捉する。オイルギャラリ25には潤滑油の温度センサ24が設けられ、クランクシャフト36の摺動部に流れる潤滑油の温度Tbが検出されるようになっている。クランクシャフト系潤滑経路18では、クランクジャーナル10、クランクピン11等を潤滑し、動弁系潤滑経路17ではシリンダヘッド27、シリンダブロック28、カムジャーナル30等を潤滑する。潤滑油は、各部を潤滑した後、自重でオイルパン20に戻される。

図4は本発明に係わるエンジン冷却水経路の概略図である。エンジンはシリンダブロック28とシリンダヘッド27を備え、共に冷却水経路が形成される。シリンダブロック28、シリンダヘッド27で加熱されたエンジン冷却水は、ラジエータ31を介してサーモスタット33に接続された冷却経路と、ヒーター32を介してサーモスタット33に接続された暖機経路の2つの内、いずれかに流れるようになっている。ここで、サーモスタット33はエンジン冷却水の温度Taが所定温度より低い場合には暖機経路を流れ、エンジン冷却水の温度Taが上昇し所定の温度に達すると、冷却経路を流れるように開閉動作する。サーモスタット33からは、ウォーターポンプ35を介しクランクシャフト36に供給される経路と、シリンダブロック28、シリンダヘッド27に供給される経路の2つの経路に分岐形成される。

ここで、エンジン冷却水の温度センサ34がサーモスタット33とウォーターポンプ35の間に設けられ、クランクシャフト36に流入するエンジン冷却水の温度Taを検出するようになっている。なお、温度センサ34はウォーターポンプ35の下流直後に設けられていても良い。また、エンジン冷却水が供給されるクランクシャフト36の経路に流量制御弁29が設けられており、エンジン冷却水の温度Taと潤滑油の温度Tbに基づいて、クランクシャフト36を流れるエンジン冷却水の流量制御を行なう。

図5は本発明に係わるエンジン冷却水の流量制御のフローチャート図である。まず、図5のS1において、オイルギャラリ25に設けられた温度センサ24によって、クランクシャフト36に流れる潤滑油の温度Tbを検出する。次に、S2において、前記検出された潤滑油の温度Tbと所定温度を比較する。すなわちクランクシャフト36に供給される潤滑油の温度Tbが摩擦抵抗の少ない最適な温度より低いか否かを判定する。この判定でNO、すなわち潤滑油の温度Tbが所定温度よりも高い場合にはS5に進み、流量制御弁29を開弁してクランクシャフト36にエンジン冷却水を循環させる。これは、高負荷状態が長時間継続することにより、潤滑油の温度Tbが所定温度よりさらに上昇し、粘性が極めて小さくなることによるクランクシャフト摺動部の焼付きを防止するためである。これにより、クランクシャフト36内部に、ラジエータ31によって冷却されたエンジン冷却水Taが循環するようになり、潤滑油の温度Tbを下げることができる。

次に、図5のS2において、潤滑油の温度Tbが所定温度以上なら、S5に進み、流量制御弁29を開弁し、所定温度以下なら、S3に進み、エンジン冷却水経路に設けられたエンジン冷却水の温度センサ34によってエンジン冷却水の温度Taを検出する。その後、S4において、前記検出された潤滑油の温度Tbとエンジン冷却水の温度Taを比較する。潤滑油の温度Tbがエンジン冷却水の温度Taよりも低い場合には、S5に進み、流量制御弁29を開弁し、クランクシャフト内にエンジン冷却水を循環させる。これはエンジンの運転状態が、始動暖機運転時、通常運転時の場合等に相当する。

始動暖機時では、潤滑油の温度Tbはエンジン冷却水の温度Taに対して緩やかに上昇する。これは、先に述べた通り、エンジン冷却水が潤滑油より比較的燃焼室に近い領域を循環することに起因する。従って、このような始動暖機時には流量制御弁29を開弁してクランクシャフト36内部にエンジン冷却水を循環させ、暖かいエンジン冷却水から受熱することにより、潤滑油の温度Tbを上昇させる。

通常運転時では、一般にエンジン冷却水の温度Taよりも潤滑油の温度Tbのほうが低い。このため、通常運転時も流量制御弁29を開弁して、エンジン冷却水から熱を受熱するようにしたほうが望ましい。流量制御弁29を開弁すると、潤滑油の温度Tbが摩擦抵抗の少ない潤滑油の最適な温度により近づくからである。なお、通常使用する潤滑油の所定温度は水の沸点である100℃よりも高く、概ね120℃乃至130℃である。

最後に図5のS4において、潤滑油の温度Tbがエンジン冷却水の温度Taよりも低い場合には、S5に進み、流量制御弁29を開弁し、高い場合には、S6に進み、流量制御弁29を閉弁する。例えば、高負荷運転状態がある程度の期間継続した運転状態の場合は、潤滑油の温度Tbは所定温度よりは低いが、エンジン冷却水の温度Taよりは高いという状態となる。このような場合は、流量制御弁29を閉弁したほうが望ましい。流量制御弁29を開弁したままだと、潤滑油の温度Tbがエンジン冷却水によって冷却されてしまい、最適温度から外れてしまうからである。

以上のような流量制御弁29の制御を行なうことで、潤滑油の温度Tbを最適温度に近づけることができ、その結果、潤滑油の粘性が低くなることによるクランクシャフト摺動部の焼付きの防止や潤滑油の粘性が高くなることによるフリクションの増大を低減することができる。なお、本実施例においては、S2において、潤滑油の温度を潤滑油の摩擦抵抗の少ない最適な温度と比較したが、所定温度に代えてクランクシャフトの摺動部の焼きつきを引き起こす可能性のある温度を選択しても良い。

本発明に係わるクランクシャフトの概略図図1の一点鎖線■-■を含む平面で切断した断面図本発明に係わるエンジン冷却水の経路の概略図本発明に係わる潤滑油の経路の概略図本発明に係わるエンジン冷却水の流量制御のフローチャート図従来のクランクシャフトの概略図

符号の説明

9 オイルパイプ
10 クランクジャーナル
11 クランクピン
12 流路
13 オイル通路管
14 油穴
16 メイン経路
24 潤滑油の温度センサ
29 流量制御弁
30 エンジン冷却水の温度センサ
36 クランクシャフト
Ta エンジン冷却水の温度
Tb 潤滑油の温度
ページ(1)

ページ(2)

ページ(4）

ページ(3)

ページ(5）

Claims

クランクシャフト内部にエンジン冷却水が循環する流路が、クランクシャフトの軸方向の一端からエンジン冷却水を流入させ、クランクシャフトの軸方向の他端からエンジン冷却水を排出させるように形成されるとともに、前記流路にクランクシャフトの摺動部に潤滑油を供給可能なオイル通路管が組み込まれたクランクシャフトの潤滑油冷却装置。
クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の流量を制御する流量制御弁と、クランクシャフト摺動部に流れる潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段を備え、検出された潤滑油の温度が所定温度よりも高いとき、前記流量制御弁を開弁して前記流路のエンジン冷却水を循環させることを特徴とする請求項1に記載のクランクシャフトの潤滑油冷却装置。
クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の流量を制御する流量制御弁と、クランクシャフト摺動部に流れる潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段と、クランクシャフトの前記流路に流れるエンジン冷却水の温度を検出するエンジン冷却水温度検出手段とを備え、検出された潤滑油の温度が所定温度よりも低く、且つエンジン冷却水の温度よりも低いときには、前記流量制御弁を開弁して前記流路のエンジン冷却水を循環させることを特徴とする請求項1に記載のクランクシャフトの潤滑油冷却装置。
検出された潤滑油の温度が所定温度よりも低く、且つエンジン冷却水の温度よりも高いときには、前記流量制御弁を閉弁してエンジン冷却水の循環を行なわないことを特徴とする請求項3に記載のクランクシャフトの潤滑油冷却装置。