JP4572769B2 - エンジン用オイル供給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、メインギャラリおよびピストン冷却用オイルジェットへオイルを供給するための、エンジンクランク軸により駆動される機械式オイルポンプの制御装置に関する。

エンジン内部には、シリンダ内を往復移動するピストンを冷却するために、潤滑オイルをピストンの燃焼室裏側に噴射するオイルジェットが設けられている。このオイルジェットは、シリンダブロックに形成されたオイル流路であるメインギャラリに接続されていて、オイルギャラリ内の油圧によって潤滑オイルを噴射している。このため、オイルの噴射量を任意に変更することができず、エンジン負荷に応じた冷却性能を得ることが難しかった。そこで特許文献１では、オイルジェットからのオイルの噴射量を潤滑オイル温度に基づいて変更することで、エンジン負荷に対応してオイルジェットからのオイル噴射量を制御する発明が提案されている。また、特許文献２に記載の発明では、ピストン位置、エンジン回転数及びエンジン負荷等のパラメータを用いてオイルの噴射時期や噴射期間を制御手段で計算し、この制御手段によりオイルジェットへのオイル流路を開閉する電磁弁の開閉動作を制御している。

特開２００４−２９３５０９ 実公平４−２６６５３号公報

特許文献１、特許文献２に記載の技術においては、エンジン負荷やエンジン回転数に応じてオイルジェットからの噴射量を適宜制御しており一定程度、オイルポンプ駆動仕事を減少させ、燃費を低減させている。しかし、オイルジェットが不要な運転モードにおいて、オイルポンプからのオイル供給量を調整する手段がないので、オイルポンプ駆動仕事の最適化は十分ではない。このため、外気温が低いときやエンジン始動時及びその直後などで油温や水温が低く、オイルの粘性が高い場合には、潤滑オイルをオイルギャラリへ送圧するオイルポンプやエンジンへの負荷が大きくなる。また、オイルの粘性によりエンジン回転数が思うように上昇しないことから、アクセル開度が大きくなり、燃費を増加させることがある。また、市街地走行等で、オイル温度がそれ程、高温になっていないときには、オイルジェットは不要であり、かつオイル供給量も少なくて良い。しかし、特許文献１、特許文献２に記載の技術においては、該オイル供給量の調整はされていないため、むだな燃料が消費されている。

本発明は、エンジン運転モードに基づいて、オイル供給路を開閉する制御弁の開閉動作を制御し、オイルジェットへのオイルの供給または遮断の選択およびメインギャラリへのオイル供給圧変更が可能である、燃費の向上を図れるオイル供給制御装置を提供することを、その目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、
メインギャラリおよびピストン冷却用オイルジェットへオイルを供給するための、エンジンクランク軸により駆動される機械式オイルポンプにおいて、エンジン運転モードに基づいて、前記オイルジェットへのオイルの供給または遮断の選択およびメインギャラリへのオイル供給圧変更が可能であることを特徴とする、エンジン用オイル供給制御装置が提供される。

これにより、オイルジェットが不要な運転モードにおいて、オイルポンプからのオイル供給量が調整可能となり、エンジン運転モードに基づいてオイルポンプ駆動仕事の最適化が十分なものとなる。

さらに、請求項１に記載の発明によれば、
前記エンジン運転モードは、第１運転モードと第２運転モードと第３運転モードで構成され、第１運転モードは、オイル温度が所定温度より低いときのモードであり、第２運転モードは、前記オイル温度が所定温度以上でかつ一定エンジン出力より小さいときのモードであり、第３運転モードは、前記オイル温度が所定温度以上でかつ一定エンジン出力以上のときのモードであり、
前記第１運転モードでは、前記オイルジェットは遮断されかつメインギャラリへのオイル供給圧は第１圧力に設定され、前記第２運転モードでは、前記オイルジェットは遮断されかつメインギャラリへのオイル供給圧は前記第１圧力よりも高圧の第２圧力に設定され、前記第３運転モードでは、前記オイルジェットへオイルが供給されかつメインギャラリへのオイル供給圧は前記第２圧力に設定されていることを特徴とする、エンジン用オイル供給制御装置が提供される。

これにより、オイルポンプ駆動仕事の最適化を図るための必要最低限の種類のエンジン運転モードが、設定可能となり、オイル供給制御装置の主要部である制御弁が簡単な構成となる。

請求項２に記載の発明によれば、
前記オイル温度に代わり冷却水温度を用いることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン用オイル供給制御装置が提供される。
これにより、既存のセンサが利用可能となり、新しくオイル温度計測用センサを配設する必要が無くなる。

請求項３に記載の発明によれば、
一つの制御弁により、前記運転モードを自在に選択できることを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジン用オイル供給制御装置が提供される。
これにより、オイル供給制御装置の主要部である制御弁が簡単な構成となる。

本発明によれば、エンジン運転モードに基づいて、オイル供給路を開閉する制御弁の開閉動作を制御し、オイルジェットへのオイルの供給または遮断の選択およびメインギャラリへのオイル供給圧変更が可能である、燃費の向上を図れるオイル供給制御装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に符号１で示すエンジンは、多気筒エンジンであって、そのシリンダブロック１Ａに複数のシリンダ２が直列配設されている。図１においては１つのシリンダ２のみを示す。各シリンダ２内にはピストン３がシリンダ内で往復移動可能に挿入されている。シリンダブロック１Ａには、各シリンダ２を囲むように冷却水路となるウォータジャケット４が形成されている。このウォータジャケット４には、エンジン１から得る駆動力によって回転駆動するウォータポンプにより冷却水が供給されてブロック内を循環している。シリンダブロック１Ａの上部には、シリンダヘッド１Ｂが装着されていて、各ピントン３との間に燃焼室３０がそれぞれ形成されている。

一方のウォータジャケット４の下方に位置するシリンダブロック１Ａには、各ピストン３の裏面に向かってジェット用流路８を流れる潤滑オイルを噴射するオイルジェット１０がそれぞれ配設されている。オイル供給部は、シリンダブロック１Ａにシリンダ２の直列配設方向に向かって延設されて形成された第１通路となるメインギャラリ５と、メインギャラリ５とは独立した第２流路としてのジェット用流路８とで構成されている。メインギャラリ５の一端にはエンジン１の駆動によって回転駆動するオイルポンプ７が配管６および配管１７を介して接続されている。ジェット用流路８は、メインギャラリ５と略平行に形成されている。ジェット用流路８の一端には配管１６、本発明に係る制御弁装置３０、配管１７を介して、前記オイルポンプ７が接続されている。

シリンダブロック１Ａの下方には、その内部に潤滑オイルがためられるオイルパン２１が装着される。オイルポンプ７は、エンジン１が回転駆動すると連動し、オイルパン内の潤滑オイルを吸い上げてメインギャラリ５およびオイルジェット流路８へと圧送して供給する。供給された潤滑オイルは、メインギャラリ５からクランク軸メーンベアリング、コンロッドベアリング等へ供給される。本発明に係るオイル供給制御装置１００は、主として制御弁装置３０と制御装置１２とセンサ類（アクセル開度センサ１３、クランク角センサ、温度センサ１５）とから構成されている。そして、該制御弁装置３０は、制御弁３１により、配管１６を開閉すると同時に、その装置内に配置された高圧圧力調整弁と低圧圧力調整弁とを選択切換え可能な構造となっている。該制御弁装置３０は、電磁式３位置スプール弁または比例ソレノイド式スプール弁を採用している。無論、該制御弁３１を二つの制御弁で代用することは、容易に可能である。前記オイル供給制御装置１００は、潤滑オイルの温度と相関するパラメータである冷却水の温度を検出する温度検出手段として温度センサ１５を有している。本形態において、温度センサ１５はシリンダブロック１Ａに装着されて、ウォータジャケット４内の冷却水の温度を検出し、温度情報ｔｓとして出力している。

オイル供給制御装置は、電磁弁３０の開閉動作を制御する制御装置１２、エンジン負荷となるアクセル開度θｓを検出するアクセル開度センサ１３、エンジン回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ１４を備えている。制御装置１２は、周知のＣＰＵ、メモリ等を備えたコンピュータで構成されており、電磁弁３０、アクセル開度センサ１３、クランク角センサ１４及び温度センサ１５が信号線によって接続されている。制御装置１２には、各信号線を介してアクセル開度センサ１３からのアクセル開度θｓ情報と、クランク角センサ１４からのエンジン回転数Ｎｅ情報と、温度センサ１５からの温度情報ｔｓとが入力される。エンジン出力は、周知のごとく、アクセル開度θｓとエンジン回転数Ｎｅの積で算出される。エンジン出力は、燃焼室３０内で発生する燃焼エネルギによる発熱量と相関関係がある。該発熱量が一定値を超えると、ピストン３（材質はアルミニウム）の燃焼室表面温度が上昇し該表面が溶損する不具合があるため、オイルジェットで噴射されるオイルによりピストン３を背後から冷却する必要がある。

制御装置１２は、これらアクセル開度θｓ情報とエンジン回転数Ｎｅ情報とからエンジン１の出力値を算出し、該出力値と、温度センサ１５からの温度情報ｔｓに基づき運転モードを判別し、電磁弁３０の開閉動作を運転モードに応じて行う機能を備えている。本形態では、アクセル開度θｓ情報とエンジン回転数Ｎｅ情報と温度情報ｔｓとから運転モードを判定する基本動作領域マップが、制御装置１２のメモリ内に記憶されている。このメモリには、所定温度情報としてｔｗが予め設定されている。本形態では、所定温度情報ｔｗとして６０℃を設定している。

本実施形態では、エンジン運転モードは、第１運転モードと第２運転モードと第３運転モードで構成され、第１運転モードは、冷却水温度（またはオイル温度）が所定温度（例えば６０℃）より低いときのモードであり、第２運転モードは、前記冷却水温度（またはオイル温度）が所定温度以上でかつ一定エンジン出力より小さいときのモードであり、第３運転モードは、前記冷却水温度（またはオイル温度）が所定温度以上でかつ一定エンジン出力以上のときのモードである。
第１運転モードとは、例えば始動時や市街地走行（低負荷時）におけるモードである。第２運転モードとは、例えば中負荷時におけるモードである。第３運転モードとは、例えば高負荷時におけるモードである。

次に、各運転モードにおけるオイル供給状態について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、第１運転モード時の制御弁の作動位置を、図３は、第２運転モード時の制御弁の作動位置を、図４は、第３運転モード時の制御弁の作動位置を、表している。
結論から言うと、第１運転モードでは、オイルジェットは遮断されかつメインギャラリへのオイル供給圧は第１圧力（低圧）に設定され、第２運転モードでは、オイルジェットは遮断されかつメインギャラリへのオイル供給圧は前記第１圧力よりも高圧の前記第２圧力（高圧）に設定され、第３運転モードでは、オイルジェットへオイルが供給されかつメインギャラリへのオイル供給圧は第２圧力（高圧）に設定されている。

まず図２を参照しながら、第１運転モードについて説明する。図２は、本発明に係る制御弁装置の１実施形態に関する第１運転モード時の状態を模式的に示したものである。そして、７はオイルポンプ、２１はオイルパン、３０は本発明に係る制御弁装置、５１はオイル供給路、５２はオイル戻り路である。制御弁装置３０内には、円筒形スプール弁３１、ソレノイドコイル３２、リターンスプリング３３、高圧圧力調整弁４１、低圧圧力調整弁４２、オイル供給路５１Ａ、高圧圧力調整弁４１へのオイル戻り路５３、低圧圧力調整弁４２へのオイル戻り路５４、オイル戻り路５２Ａ、オイルジェットへのオイル供給路５５が配設されている。

図２の状態において、ソレノイドコイル３２の電圧はオフされている。そして、オイルジェットへのオイル供給路５５は、スプール弁３１により遮断されている。すなわち、オイルジェットへはオイルは供給されない。また、高圧圧力調整弁４１へのオイル戻り路５３、低圧圧力調整弁４２へのオイル戻り路５４は、スプール弁３１によりいずれも開放されている。ということは、オイル供給路５１Ａ内のオイルの圧力は、第１圧力（低圧、例えば１００ kＰa ）以上になると低圧圧力調整弁４２が開くため、第１圧力（低圧）で設定されていることになる。

次に、図３を参照しながら、第２運転モードについて説明する。図３は、本発明に係る制御弁装置の１実施形態に関する第２運転モード時の状態を模式的に示したものである。図２と同一部品、部分は、同一符号を付してその説明を省略する。図３の状態において、ソレノイドコイル３２には第１電圧がオンされている。これにより、スプール弁３１は、電磁吸引力により、図３において図２の位置よりも右方向に移動する。この移動後の位置において、オイルジェットへのオイル供給路５５は、第１運転モードと同様に、スプール弁３１により遮断されている。すなわち、オイルジェットへはオイルは供給されない。また、高圧圧力調整弁４１へのオイル戻り路５３は、開放されているが、低圧圧力調整弁４２へのオイル戻り路５４は、スプール弁３１により閉鎖されている。ということは、オイル供給路５１Ａ内のオイルの圧力は、第２圧力（高圧、例えば２５０ kＰa ）以上にならないと圧力調整弁４１が開かないため、第２圧力（高圧）で設定されていることになる。

次に、図４を参照しながら、第３運転モードについて説明する。図４は、本発明に係る制御弁装置の１実施形態に関する第３運転モード時の状態を模式的に示したものである。図２と同一部品、部分は、同一符号を付してその説明を省略する。図４の状態において、ソレノイドコイル３２には第１電圧よりも高い第２電圧がオンされている。これにより、スプール弁３１は、電磁吸引力により、図４において図３の位置よりもさらに右方向に移動する。この移動後の位置において、オイルジェットへのオイル供給路５５は、スプール弁３１により開放される。すなわち、オイルジェットへオイルが供給される。また、第２運転モードと同様に、高圧圧力調整弁４１へのオイル戻り路５３は開放されているが、低圧圧力調整弁４２へのオイル戻り路５４は、スプール弁３１により閉鎖されている。ということは、オイル供給路５１Ａ内のオイルの圧力は、第２圧力（高圧）以上にならないと圧力調整弁４１が開かないため、第２圧力（高圧）で設定されていることになる。

このような構成のオイル供給制御装置のフローチャートによる制御手順は、当業者にとり容易に理解できるため、その説明を省略する。各センサ類により検出されたデータの演算により、現在の運転モードが、第１から第３運転モードのいずれに属しているかが制御装置１２により判断され、制御装置１２にから制御弁装置３０に指令が送られ、各運転モードに応じたオイル供給状態となるよう、オイル供給が制御される。

本形態では、冷却水の温度を用いたが、オイルの温度を検出してこれを用いる制御形態であってもよい。（むしろオイル温度の方が望ましい。）また、水温を検出するセンサは、エンジン冷却水出口に設けられたものであっても良い。本形態では、負荷情報としてアクセル開度θｓ情報を用いているが、スロットル弁の開度や吸入吸気量、目標負荷情報や燃料噴射量などを負荷情報としてしてもよい。また、本形態のオイルポンプは、通常型式のものであっても、例えば実用新案登録第２５９８９９４号に開示されているオイルポンプであってもよい。

本発明に係るエンジン用オイル供給制御装置の１実施形態の全体を示す模式図である。 本発明に係る制御弁装置の１実施形態に関する第１運転モード時の状態を模式的に示したものである。 本発明に係る制御弁装置の１実施形態に関する第２運転モード時の状態を模式的に示したものである。 本発明に係る制御弁装置の１実施形態に関する第３運転モード時の状態を模式的に示したものである。

符号の説明

１ エンジン
１Ａ シリンダブロック
２ シリンダ
３ ピストン
５ 第１流路
６ 配管
７ オイルポンプ
８ 第２流路
９ 連結路
１０ オイルジェット
１２ 制御装置
１５ 温度検出手段
１６ 配管
１７ 配管
３０ 制御弁装置
３１ スプール弁
３２ ソレノイド
ｔｓ 温度情報
ｔｗ 所定温度
θｓ アクセル開度
Ｎｅ エンジン回転数

Claims (3)

1. メインギャラリおよびピストン冷却用オイルジェットへオイルを供給するための、エンジンクランク軸により駆動される機械式オイルポンプにおいて、エンジン運転モードに基づいて、前記オイルジェットへのオイルの供給または遮断の選択およびメインギャラリへのオイル供給圧変更が可能である、エンジン用オイル供給制御装置であって、
   前記エンジン運転モードは、第１運転モードと第２運転モードと第３運転モードで構成され、第１運転モードは、オイル温度が所定温度より低いときのモードであり、第２運転モードは、前記オイル温度が所定温度以上でかつ一定エンジン出力より小さいときのモードであり、第３運転モードは、前記オイル温度が所定温度以上でかつ一定エンジン出力以上のときのモードであり、
   前記第１運転モードでは、前記オイルジェットは遮断されかつメインギャラリへのオイル供給圧は第１圧力に設定され、前記第２運転モードでは、前記オイルジェットは遮断されかつメインギャラリへのオイル供給圧は前記第１圧力よりも高圧の第２圧力に設定され、前記第３運転モードでは、前記オイルジェットへオイルが供給されかつメインギャラリへのオイル供給圧は前記第２圧力に設定されていることを特徴とする、エンジン用オイル供給制御装置。
2. 前記オイル温度に代わり冷却水温度を用いることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン用オイル供給制御装置。
3. 一つの制御弁により、前記運転モードを自在に選択できることを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジン用オイル供給制御装置。

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