JP4687551B2 - 潤滑構造 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を潤滑油として用いるエンジンの潤滑構造に関する。
従来、燃料である軽油を潤滑油として利用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑油としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。
実開昭60−194112号公報
特許文献1で開示したようなディーゼルエンジンでは燃料として一般的に軽油を用い、軽油が潤滑系に供給されて各部の潤滑に寄与する。しかしながら、軽油は、一般的なエンジンオイルよりも粘性が低いため、被潤滑部に供給された潤滑油が流れ落ちてしまい、良好な耐摩耗性や耐焼付性の確保が困難になると考えられる。この結果、特に、エンジン始動時等、潤滑系燃料供給経路から被潤滑部位への潤滑油供給中断後における耐摩耗性や耐焼付性の確保が困難となる。
そこで、本発明は、燃料を潤滑油として用いるエンジン各部の被潤滑部位において良好な耐摩耗性や耐焼付性を確保することができる潤滑構造を提供することを課題とする。
かかる課題を解決するための、本発明の潤滑構造は、燃料を潤滑油として用いるエンジンの潤滑構造であって、高圧燃料が流通する噴射系燃料供給経路又は噴射系燃料リターン経路から高圧燃料を被潤滑部位に供給する給油手段を備えたことを特徴とする。燃料を潤滑油として用いるエンジンでは、シリンダヘッド周りやクランク軸周りなど、従来のエンジンにおいてエンジンオイルの供給を受けるエンジン潤滑系に潤滑油を供給する潤滑系燃料供給経路、筒内への燃料の噴射を行う噴射系へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路を備えている。このうち、噴射系燃料供給経路は、燃料ポンプにより高圧とされる燃料が流通する。本発明は、この高圧とされた燃料を潤滑油として被潤滑部位へ供給するようにしたものである。このため、前記給油手段は、燃料ポンプ又は燃料ポンプの下流から分岐した潤滑油経路を含む構成とすることができる。また、噴射系には高圧の燃料を蓄えるコモンレールが含まれ、噴射系燃料リターン経路にはコモンレールからのリーク燃料も流入する等、噴射系燃料リターン経路にも高圧の燃料が残存することがあるので、この残圧を利用して燃料を被潤滑部位へ供給するような構成とすることもできる。すなわち、前記給油手段は、コモンレールのリーク燃料を流通させる潤滑油経路を含む構成とすることもできる。
このような潤滑構造では、前記給油手段は、高圧燃料の被潤滑部位への供給を制御する制御弁を含む構成とすることが望ましい。エンジンが稼働しているときは被潤滑部位には潤滑系燃料供給経路からの潤滑油の供給がある。一方、エンジンが停止状態にあるときには潤滑系燃料供給経路から被潤滑部位への潤滑油の供給も停止し、粘性の低い燃料(軽油)は被潤滑部位から流れ落ちてエンジン再始動時の耐摩耗性や耐焼付性を確保が困難となる。すなわち、本発明の潤滑構造による潤滑油の供給が必要となるのは、特に、エンジン始動時である。そこで、制御弁を備えておき、エンジン始動の合図となる、例えば、イグニションON信号等に基づいて制御弁を開放し、高圧の燃料を被潤滑部位に供給するようにすれば都合がよい。また、前記給油手段は、高圧燃料を一旦貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクへの高圧燃料の流入及び当該貯留タンク内から被潤滑部位への高圧燃料の供給を制御する制御弁とを含む構成とすることもできる。このような構成とすれば、貯留タンク内で燃料の圧力を維持することができる。
このような潤滑構造では、エンジンにおいて潤滑油の供給が必要となるあらゆる箇所を被潤滑部位とすることができるが、クランクシャフトの主軸受を被潤滑部位とする場合には以下のような構成とすることができる。すなわち、前記給油手段は、前記主軸受の下側に配置されるキャップに形成され、当該キャップの摺動面に開口する給油路を含む構成とすることができる。このような構成とし、クランクシャフトのジャーナルの下方から高圧の燃料を潤滑油として供給することによりクランクシャフトを持ち上げてジャーナルとキャップとの間に隙間を形成することができる。これにより適切な耐摩耗性や耐焼付性を確保することができる。
このような構成に加え、前記給油路の開口部周辺に形成した供給溝を含む構成とすることもできる。軸と軸受とが接触し易い箇所に供給溝を設けることにより、供給溝に潤滑油を保持し、軸と軸受との間に適切な間隔を確保することができる。また、供給溝を形成することにより、給油路の開口のクランクシャフトによる閉塞を回避することができる。このような供給溝はポケット状に形成することができる。
また、被潤滑部位をクランクシャフトの主軸受及びクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部分とし、前記給油手段は、前記主軸受の下側に配置されるキャップに形成され、当該キャップの摺動面に開口する給油路と、前記クランクシャフト内に形成され、前記給油路から潤滑油が流入し、前記接続部分に開口する通路と、前記接続部分のロッド側の摺動面に形成した供給溝と、を含む構成とすることができる。クランクシャフトの大端部への潤滑油の供給はクランクシャフト内に形成された通路を通じて潤滑油を供給することができる。すなわち、主軸受に供給した潤滑油としての高圧燃料を、クランクシャフト内を通じて大端部における被潤滑部位である接続部分へ供給する。ここで、ロッド側とは、コンロッドの小端部へ続く側を指す。すなわち、クランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部分では、供給溝はキャップではなくロッド側に設ける構成としている。このような供給溝は、コンロッド大端部内周に全周に亘って形成しておくこともできる。供給溝をコンロッド大端部内周に全周に亘って形成しておけば、回転するクランクシャフト内に形成された通路の開口がどの位置にあっても当該開口が塞がれることなく、コンロッド大端部とクランクシャフトとの間に高圧燃料を供給することができる。
このように、主軸受から供給された高圧燃料をクランクシャフト内に形成された通路を通じてクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部分に供給する場合、前記主軸受は、前記クランクシャフト内に形成された前記通路の導入口と一致する位置に全周に亘って供給溝が形成された構成とすることが望ましい。このような構成とすれば、主軸受に供給された高圧燃料をクランクシャフト内に形成した通路を通じて前記接続部分に供給することができる。
なお、本発明における前記供給溝の位置、深さ及び大きさ等はエンジン稼働時における軸受の動圧効果を阻害しないよう考慮して決定する。
本発明によれば、被潤滑部位に噴射系燃料供給経路又は噴射系燃料リターン経路から高圧燃料を供給するようにしたので、例えば、エンジン始動時に潤滑ポンプが作動していないような状態であっても、被潤滑部位に潤滑油を供給することができ燃料を潤滑油として用いるエンジン各部の被潤滑部位において良好な耐摩耗性や耐焼付性を確保することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
図1は、実施例1潤滑構造1を組み込んだ4気筒のディーゼルエンジン(以下、「エンジン」という)50の概略構成を示した説明図である。エンジン50は、燃料である軽油を潤滑油として用いる構成となっている。このようなエンジン50は、燃料タンク2、オイルパン3を備えている。燃料タンク2とオイルパン3とは燃料供給経路4によって連通している。この燃料供給経路4にはセジメンタ5、電動供給ポンプ6が配設されており、この電動供給ポンプ6により燃料タンク2からオイルパン3へ燃料が供給されるようになっている。ここで、オイルパン3は、シリンダブロックの下部に一体的に設けられたものを指すが、別置きのオイルタンクであってもよい。
エンジン50は、潤滑油の供給を必要とするエンジン潤滑系7へ潤滑油としての燃料を供給する潤滑系燃料供給経路8を有している。この潤滑系燃料供給経路8にはフィルタ9、50〜400kPa程度の圧力で燃料を圧送可能な潤滑ポンプ10が配設されており、潤滑ポンプ10を駆動することにより燃料をオイルパン3から吸い上げてエンジン潤滑系7へ供給している。ここで、エンジン潤滑系7はエンジン50のシリンダヘッド周りやクランクシャフト13の周りなど、従来のエンジンにおいて潤滑油の供給を受ける箇所を指す。
また、エンジン50は、潤滑系燃料供給経路8を通じてエンジン潤滑系7へ供給された後の潤滑系リターン燃料をオイルパン3へ戻す潤滑系燃料リターン経路11を有している。
エンジン50は、さらに、筒内へ燃料を噴射する噴射系14へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路15を有している。この噴射系燃料供給経路15には、フィルタ16、10MPa以上の高圧で燃料を圧送可能な噴射ポンプ17が配設されており、噴射ポンプ17を駆動することにより燃料をオイルパン3から吸い上げて噴射系14へ供給している。
また、エンジン50は噴射系燃料供給経路15を通じて噴射系14へ供給された後の噴射系リターン燃料を燃料タンク2へ戻す噴射系燃料リターン経路18を有している。なお、噴射系リターン燃料とは、噴射ポンプ17に一体的に設けられた供給ポンプ(低圧ポンプ)、噴射系14に含まれるコモンレール19および燃料噴射弁(図示せず)の各々から戻されるリターン燃料を指す。
ここで、噴射ポンプ17は、前記のように主として噴射系14への燃料供給を行うが、本実施例では、噴射ポンプ17から分岐した潤滑油経路20を備えており、被潤滑部位であるクランクシャフト13への燃料供給も行う。潤滑油経路20には、噴射ポンプ17から供給される高圧燃料を貯留する貯留タンク12を備えている。この貯留タンク12は、高圧燃料の流入を制御する第一制御弁12aと、貯留タンク12からクランクシャフト13への高圧燃料の供給を制御する第二制御弁12bを備えている。これらの第一制御弁12a、第二制御弁12bは、ECU(Electronic control unit)21に接続されている。ECU21は、イグニションON/OFF信号、その他の信号に基づいて第一制御弁12a、第二制御弁12bへ開閉指令を出す。なお、第一制御弁12a、第二制御弁12bが本発明における制御弁に相当する。
このような潤滑油経路20の接続先であるクランクシャフト13周辺の構成につき、図面を参照しつつ説明する。クランクシャフト13は、図2に示すように4箇所のジャーナル13aがそれぞれ主軸受22で支持されている。また、クランクピン13bにはコンロッド23の大端部23aが取り付けられている。この大端部23aが取り付けられた位置が本発明におけるクランクシャフト13とコンロッド23の大端部23aとの接続部分に相当する。図3は、クランクシャフト13の一部を拡大した側面図であり、図4は、図2中、参照符号Aを付して示した範囲を拡大して示した説明図である。これらの図から明らかなようにクランクシャフト13の内部には潤滑油が流通する通路24が設けられている。この通路24は、ジャーナル13a部分に開口する導入口24aとクランクピン13bに開口する吐出口24bを備えている。すなわち、導入口24aから流入した潤滑油が通路24を通じて吐出口24bから吐出される。
このようなクランクシャフト13を支持する主軸受22の下側に位置するキャップ25には摺動面25aに開口する給油路26が形成されている。この給油路26と潤滑油経路20とが接続される。図5は、キャップ25の平面図であるが、給油路26の開口部周辺には供給溝27a、27bが形成されている。供給溝27aは、クランクシャフト13に設けた通路24の導入口24aと一致する位置に設けられており、主軸受22の全周に亘って形成されている。
一方、図6は、コンロッド23の底面図であるが、コンロッド23の大端部23aの内周、すなわち、摺動面には全周に亘って供給溝28が形成されている。この供給溝28の位置は、クランクシャフト13に設けた通路24の吐出口24bと一致する位置に設けられている。
以上のように構成される潤滑構造1の動作につき、図面を参照しつつ説明する。なお、図7は図4におけるB−B線断面図、図8は図4におけるC−C線断面図、図9は図4におけるD−D線断面図である。また、図7(a)、図8(a)、図9(a)はいずれもエンジン50が停止している状態を示しており、図7(b)、図8(b)、図9(b)はいずれもエンジン50の始動直前の状態を示している。
まず、エンジン50が稼働しているときは、貯留タンク12に備え付けられた第一制御弁12a、第二制御弁12bはいずれもECU21の指令に基づいて閉弁状態とされている。エンジン50が稼働しているときは、噴射ポンプ17が噴射系14への高圧燃料の供給を続けている。
そして、イグニッションOFF信号を受けたECU21は、エンジン50が停止する直前に第一制御弁12aに対し開弁指令を発する。これにより、噴射ポンプ17から供給される高圧燃料が貯留タンク12内に流入する。ECU21は、エンジン50の停止と同時に第一制御弁12aに対し閉弁指令を発する。これにより、貯留タンク12内に高圧燃料が保持される。
エンジン50が停止するとクランクシャフト13は、図7(a)、図8(a)に示すように主軸受22の下側を構成するキャップ25と接触した状態で停止する。また、クランクシャフト13は、図9(a)に示すようにコンロッド23のロッド側に接触した状態で停止する。エンジン50が停止状態となると、クランクシャフト13周辺への潤滑ポンプ10からの潤滑油の供給も中断される。ここで、潤滑油は軽油であり粘性が低いことから、被潤滑部位である主軸受22、コンロッド23の大端部23a等、クランクシャフト13の周辺から軽油が流れ落ちる。このような状態でエンジン50を再始動させると再始動時のフリクションの増加や焼き付きが懸念される。
そこで、次回のエンジン50の始動時に、イグニションON信号を受けたECU21は、第二制御弁12bに対し開弁指令を発する。これにより、貯留タンク12に貯留されていた高圧燃料が放出され、潤滑油経路20を通じて主軸受22の下側に位置するキャップ25に形成した給油路26に供給される。給油路26の開口から吐出した高圧燃料は、図7(b)、図8(b)に示すようにクランクシャフト13を持ち上げ、クランクシャフト13とキャップ25との間に隙間を形成する。このような状態でエンジン50が始動すれば、主軸受22におけるフリクションの増加、焼き付きを回避することができる。
このとき、給油路26の開口部周辺には供給溝27a、27bが形成されていることから給油路26が閉塞されるこなく、高圧燃料がスムーズに吐出され、クランクシャフト13を持ち上げることができる。なお、これらの供給溝27a、27bは、軽油を蓄えておく機能も有することから、この面でも良好な耐摩耗性や耐焼付性の確保に寄与している。
このように主軸受22に供給された高圧燃料はクランクシャフト13内に形成された通路24を通じてコンロッド23の大端部23aへ供給される。このとき、供給溝27aは通路24の導入口24aと一致する位置に設けられており、主軸受22の内周全周に亘って形成されていることから、エンジン50の停止時にクランクシャフト13がどのような角度で停止していても高圧燃料は導入口24aから通路24内にスムーズに流入することができる。
通路24内を通過した高圧燃料は、吐出口24bから吐出してコンロッド23の大端部23aに供給される。これにより、図9(b)に示すように高圧燃料はクランクシャフト13を押し下げてクランクシャフト13とコンロッド23との間に隙間を形成する。このような状態でエンジン50が始動すれば、大端部23aにおけるフリクションの増加、焼き付きを回避することができる。
このとき、大端部23aの内周、すなわち、摺動面には全周に亘って供給溝28が形成され、この供給溝28の位置は、クランクシャフト13に設けた通路24の吐出口24bと一致する位置に設けられていることからエンジン50の停止時にクランクシャフト13がどのような角度で停止していても高圧燃料は吐出口24bからスムーズに吐出され、大端部23aに供給される。
以上、説明したように本実施例の軸受構造1によれば、エンジン再始動時に主軸受22、コンロッド23の大端部23aに高圧燃料である潤滑油が供給され、また、高圧燃料によりクランクシャフト13と、キャップ25、コンロッド23との間に隙間が形成されるので、良好な耐摩耗性、耐焼付性を確保することができる。
次に、本発明の実施例2について図10を参照しつつ説明する。実施例2が実施例1と異なる点は、貯留タンク12への高圧燃料の供給元である。すなわち、実施例1では噴射ポンプ17から分岐させて貯留タンク12へ高圧燃料を供給する構成としていたのに対し、実施例2では、コモンレール19から高圧燃料を供給する構成としている点である。
このような実施例2は、コモンレール19のリーク燃料を被潤滑部位へ供給する高圧燃料として用いようとするものである。コモンレール19には噴射ポンプ17から供給された高圧燃料が蓄えられており、エンジン50の停止後に残留している高圧燃料を貯留タンク12へ導いて保持しておき、これをエンジン再始動時に被潤滑部位へ供給するようにする。このような構成としても実施例1と同様の効果を得ることができる。なお、他の構成は実施例1と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、前記実施例における供給溝27aは、主軸受22の内周全周に亘って形成され、供給溝28も大端部23aの内周全周に亘って形成されているが、エンジン50の停止時にクランクシャフト13の停止角度を制御し、定められた角度で停止するようにすれば、当該角度に対応した箇所に設けた供給溝を備えた構成とすることができる。すなわち、供給溝を軸受の内周全周に設けておかなくても、クランクシャフト13に設けた通路24の導入口24a、吐出口24bが一定区間に設けた供給溝と合致するようにクランクシャフト13の停止角度を制御するようにすれば、エンジン50が停止したときに導入口24a、吐出口24bが閉塞されることがない。
また、燃料を潤滑油として利用するエンジンの構成は種々想定されるが、エンジン自体の構成はどのような構成であってもよい。
また、被潤滑部位としては種々の箇所を選定することができる。例えば、図11に示すように、カムシャフト30の軸受31を選定することもできる。この場合も、軸受31に給油路32を設け、この給油路32に潤滑油経路20を接続する。潤滑油経路20には噴射ポンプ17又はコモンレール19から供給される高圧燃料が流通しており、この高圧燃料によりカムシャフト30が持ち上げられる。これにより、エンジン始動時の良好な耐摩耗性、耐焼付性を確保することができる。軸受31に堰31aを設け、油溜まり33を形成するようにしておけばより良好な潤滑特性を確保することができる。
実施例1のエンジンの概略構成を示した説明図である。 クランクシャフト周辺の構成を示す説明図である。 クランクシャフトの一部を拡大した側面図である。 図2中、参照符号Aを付して示した範囲を拡大して示した説明図である。 主軸受を構成するキャップの平面図である。 コンロッドの底面図である。 図4におけるB−B線断面図であり、(a)はエンジンが停止している状態、(b)はエンジンの始動直前の状態を示した図である。 図4におけるC−C線断面図であり、(a)はエンジンが停止している状態、(b)はエンジンの始動直前の状態を示した図である。 図4におけるD−D線断面図であり、(a)はエンジンが停止している状態、(b)はエンジンの始動直前の状態を示した図である。 実施例2のエンジンの概略構成を示した説明図である。 被潤滑部位としてカムシャフトの軸受を選定した実施例の構成を示す説明図である。
符号の説明
1 軸受構造
2 燃料タンク
3 オイルパン
4 燃料供給経路
5 セジメンタ
6 電動供給ポンプ
7 エンジン潤滑系
8 潤滑系燃料供給経路
9、16 フィルタ
10 潤滑ポンプ
11 潤滑系燃料リターン経路
12 貯留タンク
12a 第一制御弁
12b 第二制御弁
13 クランクシャフト
13a ジャーナル
13b クランクピン
14 噴射系
15 噴射系燃料供給経路
17 噴射ポンプ
18 噴射系燃料リターン経路
19 コモンレール
20 潤滑油経路
21 ECU
22 主軸受
23 コンロッド
23a 大端部
24 通路
24a 導入口
24b 吐出口
25 キャップ
26 給油路
27a、27b 供給溝
28 供給溝
30 カムシャフト
31 軸受
31a 堰
32 給油路
33 油溜まり
50 エンジン

Claims (8)

  1. 燃料を潤滑油として用いるエンジンの潤滑構造であって、
    高圧燃料が流通する噴射系燃料供給経路又は噴射ポンプにより高圧化された燃料が流入する噴射系燃料リターン経路から高圧燃料を被潤滑部に供給する給油手段を備えた潤滑構造において、
    前記被潤滑部は、クランクシャフトの主軸受及び/又はクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部を含み、
    前記給油手段は、高圧燃料のクランクシャフトの主軸受及び/又はクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部への供給を制御する制御弁を含み、
    当該制御弁の開弁時期は、前記エンジンの始動時であることを特徴とした潤滑構造。
  2. 請求項1記載の潤滑構造において、
    前記給油手段は、高圧燃料の貯留タンクを備え、
    前記制御弁は、前記貯留タンクへの高圧燃料の流入及び前記貯留タンク内からクランクシャフトの主軸受及び/又はクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部への高圧燃料の供給を制御することを特徴とした潤滑構造。
  3. 請求項1乃至2のいずれか一項記載の潤滑構造において、
    前記給油手段は、噴射ポンプ又は噴射ポンプの下流から分岐した潤滑油経路を含むことを特徴とする潤滑構造。
  4. 請求項1乃至2のいずれか一項記載の潤滑構造において、
    前記給油手段は、コモンレールのリーク燃料を流通させる潤滑油経路を含むことを特徴とした潤滑構造。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項記載の潤滑構造において、
    前記被潤滑部がクランクシャフトの主軸受を含む場合に、
    前記給油手段は、前記主軸受の下側に配置されるキャップに形成され、当該キャップの摺動面に開口する給油路を含むことを特徴とした潤滑構造。
  6. 請求項1乃至4のいずれか一項記載の潤滑構造において、
    前記被潤滑部がクランクシャフトの主軸受を含む場合に、
    前記給油手段は、前記主軸受の下側に配置されるキャップに形成され、当該キャップの摺動面に開口する給油路と、
    当該給油路の開口部周辺に形成した供給溝と、
    を含むことを特徴とした潤滑構造。
  7. 請求項1乃至4のいずれか一項記載の潤滑構造において、
    前記被潤滑部位がクランクシャフトの主軸受及びクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部分とを含む場合に、
    前記給油手段は、前記主軸受の下側に配置されるキャップに形成され、当該キャップの摺動面に開口する給油路と、
    前記クランクシャフト内に形成され、前記給油路から潤滑油が流入し、前記接続部分に開口する通路と、
    前記接続部分のロッド側の摺動面に形成した供給溝と、
    を含むことを特徴とした潤滑構造。
  8. 請求項1乃至4のいずれか一項記載の潤滑構造において、
    前記被潤滑部位がクランクシャフトの主軸受及びクランクシャフトとコンロッドの大端部との接続部分とを含む場合に、
    前記給油手段は、前記主軸受の下側に配置されるキャップに形成され、当該キャップの摺動面に開口する給油路と、
    前記クランクシャフト内に形成され、前記給油路から潤滑油が流入し、前記接続部分に開口する通路と、
    を含み、
    前記主軸受は、前記クランクシャフト内に形成された前記通路の導入口と一致する位置に全周に亘って供給溝が形成されたことを特徴とする潤滑構造。
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