JP5304074B2

JP5304074B2 - 潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システム

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Publication number: JP5304074B2
Application number: JP2008186291A
Authority: JP
Inventors: 健志岩橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: JP2010024926A

Description

本発明は、潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムに関し、特に、内燃機関の潤滑部に潤滑油を供給することにより、潤滑部の潤滑を行うことができる潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムに関する。

自動車等の車両に設けられた内燃機関としてのエンジンには、オイルパン内に貯留された潤滑油をオイルポンプによって吸入圧送し、ピストンとシリンダ壁面の間、吸・排気カムシャフトやクランクシャフトの軸受部等の潤滑部に供給し、これら潤滑部の潤滑および冷却を行うことにより、これら潤滑部の焼き付け等が発生するのを防止するようにしている。

潤滑部に潤滑油を供給するオイルポンプとしては、エンジンを駆動源とするオイルポンプがあり、図１０に示すように、エンジンの回転数に略比例する油圧に応じた吐出流量の潤滑油を潤滑部に供給するようになっている。

このため、エンジンの高回転・高負荷運転領域に潤滑部を十分に潤滑することができる吐出流量になるようにオイルポンプの性能を設定すると、エンジンの低回転・低負荷運転領域に必要以上の潤滑油が潤滑部に供給されて潤滑部の摺動抵抗（フリクション）が増大して燃費が悪化してしまう事態を招くことがある。

このような不具合が発生するのを防止するために、小容量の潤滑油を吐出する小容量オイルポンプと、大容量の潤滑油を吐出する大容量オイルポンプとを有するポンプ機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このポンプ機構を使用すれば、低速・低負荷運転領域では、小容量オイルポンプを使用して潤滑部に供給される潤滑油を必要最低限の量に設定することができ、潤滑部の摺動抵抗を低減させて燃費が悪化するのを防止することができる。また、低速・低負荷運転領域以外の運転領域では、大容量オイルポンプを使用して潤滑部に十分な量の潤滑油を供給することができ、潤滑部の焼き付けを防止することができる。
特開２００５−２３３１００号公報

しかしながら、このような従来のオイルポンプにあっては、低速・低負荷運転領域に小容量オイルポンプを使用して潤滑部に供給される潤滑油を必要最低限の量に設定するためにポンプ機構を使用しているだけであり、ポンプ機構の使用性が低かった。

例えば、暖機運転時に潤滑油の早期暖機を促すようにポンプ機構を使用していないので、エンジンの暖機の終了後に温度が低く粘度が高い潤滑油が潤滑部に供給されることがあり、潤滑部の摺動抵抗が増大して燃費が悪化してしまうことが考えられる。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、ポンプ機構を利用して内燃機関の暖機時に潤滑油の早期暖機を図ることができ、ポンプ機構の使用性を向上させることができる潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムを提供することを目的とする。

本発明に係る潤滑油供給装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関の潤滑部に潤滑油を供給することにより、前記潤滑部を潤滑するようにした内燃機関の潤滑油供給装置において、潤滑油の吐出流量を大容量と小容量の２段階に切換え可能な小容量オイルポンプと大容量オイルポンプとを備えたポンプ機構と、前記ポンプ機構から吐出される潤滑油を前記潤滑部に供給する潤滑油供給手段と、前記ポンプ機構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、前記潤滑部の温度を検出する潤滑部温度検出手段と、前記潤滑油温度検出手段および前記潤滑部温度検出手段からの検出情報に基づき、潤滑油の温度が暖機温度未満であれば、前記ポンプ機構を前記小容量オイルポンプに切換え、潤滑油の温度が前記暖機温度以上で、かつ前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域にあるときの所定温度未満であれば、前記ポンプ機構を前記小容量オイルポンプに切換え、潤滑油の温度が前記暖機温度以上で、かつ前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域以外の領域にあるときの前記所定温度以上であれば、前記ポンプ機構を前記大容量オイルポンプに切換え、前記小容量オイルポンプからオイルを吐出する運転状態のときに、前記大容量オイルポンプから吐出されるオイルを前記小容量オイルポンプに供給するポンプ機構制御手段とを備えた内燃機関の潤滑部に潤滑油を供給することにより、前記潤滑部を潤滑するようにした内燃機関の潤滑油供給装置において、潤滑油の吐出流量を少なくとも大容量と小容量の２段階に変更可能なポンプ機構と、前記ポンプ機構から吐出される潤滑油を前記潤滑部に供給する潤滑油供給手段と、前記ポンプ機構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、前記潤滑部の温度を検出する潤滑部温度検出手段と、前記潤滑油温度検出手段および前記潤滑部温度検出手段からの検出情報に基づいて、前記ポンプ機構を大容量と小容量との間で切換えるポンプ機構制御手段とを備えたものから構成されている。

この構成により、潤滑油の温度と潤滑部の温度とに基づいてポンプ機構を大容量と小容量との間で切換えるようにしたので、例えば、暖機運転時に、潤滑油の温度が暖機温度未満の場合には、ポンプ機構を小容量に切換えることにより、潤滑部に供給される潤滑油の量を少なくすることができる。

このため、少ない量の潤滑油と潤滑部との間で熱交換が行われることにより、潤滑油の早期暖機を促すことができ、潤滑油の粘度を低くすることができる。このため、低回転・低負荷運転領域に摺動部の摺動抵抗を低減させて、燃費が悪化するのを防止することができる。

また、暖機運転時には、ポンプ機構を小容量に切換えることにより、潤滑部に供給される潤滑油の量を少なくすることができるため、内燃機関の暖機を早くすることができ、シリンダ内壁の温度を高くして燃焼室に噴射される燃料の燃焼を促して、燃料が潤滑油に混合して潤滑油が希釈され難くすることができる。このため、潤滑部の潤滑性能が低下するのを防止することができる。

本発明に係る内燃機関の潤滑システムは、上記目的を達成するため、（２）潤滑油の吐出流量を大容量と小容量の２段階に切換え可能な小容量オイルポンプと大容量オイルポンプとを備えたポンプ機構と、前記ポンプ機構から吐出される潤滑油を内燃機関の潤滑部に供給することにより、前記潤滑部を潤滑する潤滑油供給手段と、前記ポンプ機構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、前記潤滑部の温度を検出する潤滑部温度検出手段と、前記潤滑油温度検出手段および前記潤滑部温度検出手段からの検出情報に基づいて、前記ポンプ機構を前記大容量オイルポンプと前記小容量オイルポンプとの間で切換え、前記小容量オイルポンプからオイルを吐出する運転状態のときに、前記大容量オイルポンプから吐出されるオイルを前記小容量オイルポンプに供給するポンプ機構制御手段とを含んで構成される潤滑油供給装置を備えた内燃機関の潤滑システムであって、冷却水を前記内燃機関と熱交換器との間で循環させる冷却水循環回路と、前記冷却水循環回路上に設けられ、冷却水を前記冷却水循環回路上で循環させる冷却水ポンプと、前記内燃機関の冷却水の温度を検出する水温検出手段と、前記水温検出手段の検出情報に基づいて前記冷却水ポンプを制御する冷却水ポンプ制御手段とを設け、前記冷却水の温度が暖機温度未満であれば、前記ポンプ機構制御手段が前記ポンプ機構を小容量ポンプに切換えるとともに、前記冷却水ポンプ制御手段が前記内燃機関に冷却水を内部循環させ、前記冷却水の温度が前記暖機温度以上でかつ、前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域にあるときの所定温度未満であれば、前記ポンプ機構制御手段が前記ポンプ機構を小容量ポンプに切換え、前記冷却水の温度が前記暖機温度以上でかつ、前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域以外の領域にあるときの前記所定温度以上であれば、前記ポンプ機構制御手段が前記ポンプ機構を大容量ポンプに切換えるとともに、前記冷却水ポンプ制御手段が前記内燃機関に冷却水を内部循環させないものから構成されている。

この構成により、潤滑油の温度と潤滑部の温度とに加えて、内燃機関の冷却水の温度に基づいて冷却水ポンプの制御を行うとともに、ポンプ機構を大容量と小容量との間で切換えるようにしたので、例えば、冷却水が暖機温度に達するまでは、ポンプ機構を小容量に切換えて潤滑部に供給される潤滑油の量を少なくするとともに、冷却水ポンプを作動して冷却水を冷却水循環回路内で循環させることにより、内燃機関の早期暖機を促しながら冷却水の暖機を潤滑油の暖機に優先して行う。

そして、冷却水が暖機温度に到達したときに、冷却水に比べて温度上昇の遅い潤滑油の温度が暖機温度未満の場合には、冷却水ポンプの作動を停止して、熱交換器を通して冷却水の熱の放出を停止するとともに、ポンプ機構を大容量に切換えて潤滑部に供給される潤滑油の量を多くし、暖機温度に達した冷却水の熱を利用して潤滑油の暖機を行う。このため、暖機された冷却水を有効利用することができるため、大容量に切換えられたポンプ機構から吐出される大容量の潤滑油を暖機することができ、潤滑油の暖機をより早く行うことができる。

また、冷却水が暖機温度に到達したときに、冷却水ポンプの作動を停止することにより、熱交換器を通して冷却水の熱の放出を停止することができるため、熱交換器からの熱損失を最小限にすることができ、暖機が終了した高温の冷却水を有効利用することができる。

本発明によれば、ポンプ機構を利用して内燃機関の暖機時に潤滑油の早期暖機を図ることができ、ポンプ機構の使用性を向上させることができる潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムを提供することができる。

以下、本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１〜図７は、本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、潤滑油供給装置を備えた内燃機関の潤滑システムを示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関としてのエンジン１は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドからなるエンジンブロック２と、オイルパン３と、潤滑機構４とを備えている。

エンジンブロック２には、ピストン５、クランクシャフト６、図示しない吸気カムシャフト、排気カムシャフト、吸気カム、排気カム等の複数の潤滑部が配置されており、エンジンブロック２の下端部にはエンジンブロック２内の潤滑のための潤滑油を貯留可能なオイルパン３が取付けられている。

潤滑機構４は、潤滑油供給手段を構成しており、オイルパン３内に貯留されている潤滑油を潤滑部に供給するようになっている。オイルパン３にはオイルパン３に貯留された潤滑油を吸い込むための吸込口９ａを有するオイルストレーナ９が設けられており、このオイルストレーナ９は、エンジンブロック２に設けられた後述するポンプ機構１０にストレーナパイプ１１によって接続されている。

ポンプ機構１０は、図２に示す大容量オイルポンプ１２および小容量オイルポンプ１３からなる２ステージオイルポンプから構成されており、エンジン１のクランクシャフト６と共に回転するようにクランクシャフト６に結合されている。

ストレーナパイプ１１の下端は、オイルストレーナ９に接続されており、ストレーナパイプ１１の上端は、エンジンブロック２の下端部に形成されたオイル通路であるポンプ入口パイプ１５に接続されている。

また、大容量オイルポンプ１２および小容量オイルポンプ１３は、エンジンブロック２の外部に設けられたオイルフィルター１６にオイル搬送パイプ１７を介して接続されており、オイルフィルター１６は、上述した潤滑部に向かうオイル流路として設けられたオイル供給パイプ１８に接続されている。

本実施の形態では、オイルフィルター１６、オイル搬送パイプ１７およびオイル供給パイプ１８が潤滑機構４を構成している。

次に、図２に基づいてポンプ機構１０を説明する。
図２において、大容量オイルポンプ１２は、吐出流量Ｑ１に設定されているとともに、小容量オイルポンプ１３は、吐出流量Ｑ１よりも少ない吐出流量Ｑ２に設定されており、エンジン１、すなわち、クランクシャフト６に共通の駆動軸１９を介して接続されている。

また、大容量オイルポンプ１２および小容量オイルポンプ１３は、エンジン１の回転数（ｒｐｍ）に略比例した流量の潤滑油を吐出する固定容量オイルポンプである。なお、クランクシャフト６には図示しないタイミングベルトを介して吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトが接続されている。

また、ポンプ機構１０には、大容量オイルポンプ１２および小容量オイルポンプ１３を中心として種々の油路が形成されている。

具体的には、大容量オイルポンプ１２側には、ポンプ入口パイプ１５が設けられており、このポンプ入口パイプ１５は、ストレーナパイプ１１およびオイルストレーナ９を介してオイルパン３に連通している。このため、大容量オイルポンプ１２は、オイルパン３から潤滑油を吸い込むことができる。

また、大容量オイルポンプ１２側には第１吐出パイプ２１が設けられており、この第１吐出パイプ２１は、第１逆止弁２２を介してオイル搬送パイプ１７に接続されている。ここで、第１逆止弁２２は、第１吐出パイプ２１とオイル搬送パイプ１７とを連通させるポート２２ａと、このポート２２ａを開閉する弁体２２ｂと、この弁体２２ｂを閉弁方向に付勢する図示しない弾性部材とを備えている。

この第１逆止弁２２の弁体２２ｂには、第１吐出パイプ２１の油圧に対応した押圧力が作用する一方、その反対方向（ここでは図２中、下方）に向けて弾性部材の付勢力とオイル搬送パイプ１７の油圧に対応した押圧力とが作用する。このため、弁体２２ｂに加わる双方向の力の大小関係に応じて、弁体２２ｂによるポート２２ａの開閉動作が制御される。

例えば、後述する第１切換弁２４が閉弁状態のときには、第１吐出パイプ２１の油圧が上昇し、この油圧に対応した押圧力の方が弾性部材の付勢力とオイル搬送パイプ１７の油圧に対応した押圧力との合力よりも大きくなるため、弁体２２ｂがポート２２ａを開放する方向（ここでは図２中、上方）に移動するので、第１逆止弁２２が開弁状態となり、大容量オイルポンプ１２から第１吐出パイプ２１に吐出された潤滑油がオイル搬送パイプ１７に流入して、各オイル供給パイプ１８に供給される。

小容量オイルポンプ１３側には、第１吸込パイプ２５が設けられているとともに、第１吸込パイプ２５に連通する第２吸込パイプ２６が設けられており、第２吸込パイプ２６は、ストレーナパイプ１１に接続されている。このため、小容量オイルポンプ１３は、オイルパン３から潤滑油を吸い込むことができる。

また、小容量オイルポンプ１３側には第１吐出パイプ２７が接続されており、この第１吐出パイプ２７には第２吐出パイプ２８が接続されている。このため、小容量オイルポンプ１３から吐出された潤滑油は、オイル搬送パイプ１７を介して各オイル供給パイプ１８に供給されるようになっている。

ここで、第１吐出パイプ２７と第２吐出パイプ２８との間には、第２逆止弁２９が接続されている。この第２逆止弁２９は、第１吐出パイプ２７と第２吐出パイプ２８との間の連通状態を夫々の油圧により制御する制御弁であって、第１逆止弁２２と同様にポート２９ａ、弁体２９ｂおよび図示しない弾性部材を備えている。

この第２逆止弁２９の弁体２９ｂには、第１吐出パイプ２７の油圧に対応した押圧力が作用する一方、その反対方向（ここでは図２中、下方）に向けて弾性部材の付勢力と第２吐出パイプ２８の油圧に対応した押圧力とが作用するようになっており、弁体２９ｂに加わる双方向の力の大小関係に応じて、第１吐出パイプ２７と第２吐出パイプ２８との間の連通状態が制御される。

また、第１吸込パイプ２５と第２吸込パイプ２６との間には、第３逆止弁３０が接続されている。この第３逆止弁３０は、第１吸込パイプ２５と第２吸込パイプ２６との間の連通状態を夫々の油圧により制御する制御弁であって、第１逆止弁２２および第２逆止弁２９と同様にポート３０ａ、弁体３０ｂおよび図示しない弾性部材を備えている。

この第３逆止弁３０の弁体３０ｂには、第２吸込パイプ２６の油圧に対応した押圧力が作用する一方、その反対方向（ここでは図２中、下方）に向けて弾性部材の付勢力と第１吸込パイプ２５の油圧に対応した押圧力とが作用するようになっており、弁体３０ｂに加わる双方向の力の大小関係に応じて、第１吸込パイプ２５と第２吸込パイプ２６との間の連通状態が制御される。

また、小容量オイルポンプ１３側には、第２吸込パイプ２６と第１吐出パイプ２７とを連通させるドレーンパイプ３１が設けられており、このドレーンパイプ３１は、小容量オイルポンプ１３から第１吐出パイプ２７に吐出された潤滑油を第２吸込パイプ２６にドレーンさせるものである。また、ドレーンパイプ３１には、ドレーンパイプ３１の流路の開閉状態を開位置と閉位置との間で切換える第２切換弁３３が設けられている。

また、ポンプ機構１０には、大容量オイルポンプ１２側の第１吐出パイプ２１と小容量オイルポンプ１３側の第１吸込パイプ２５との間をバイパスさせるバイパスパイプ３２と、このバイパスパイプ３２の流路の開閉状態を開位置と閉位置との間で切換える第１切換弁２４とが設けられている。

本実施の形態のポンプ機構１０は、第１切換弁２４および第２切換弁３３の開閉状態を適宜切換えることによって、オイル搬送パイプ１７に吐出される潤滑油の流量を大容量および小容量の間で切換えるようになっている。

具体的には、図３に示すように、第１切換弁２４を開弁状態にするとともに、第２切換弁３３を閉弁状態にすることにより、小容量オイルポンプ１３から吐出流量Ｑ２の潤滑油を吐出し、図４に示すように、第１切換弁２４を閉弁状態にするとともに、第２切換弁３３を開弁状態にすることにより、大容量オイルポンプ１２から吐出流量Ｑ１の潤滑油を吐出するようになっている。この第１切換弁２４および第２切換弁３３は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００によって切換制御が行われる。なお、切換制御は後述する。

一方、図１において、エンジンブロック２のピストン５は、詳述しないが、エンジンブロック２のシリンダブロックに設けられたシリンダに摺動自在に設けられており、直列４気筒エンジンであれば、このシリンダは、４つ設けられている。

このシリンダには冷却水が流通するウォータージャケット４１が設けられており、このウォータージャケット４１によってピストン５とシリンダが冷却されるようになっている。また、エンジンブロック２のシリンダヘッドにもシリンダの燃焼室から排気ガスを排気する排気ポートを冷却するためのウォータージャケット等が設けられている。
すなわち、エンジン１内には、冷却水を循環させるウォータージャケット４１等の冷却水循環回路が設けられている。なお、本実施の形態では、エンジン１内に設けられた冷却水循環回路としてウォータージャケット４１を代表して説明する。

このウォータージャケット４１は、アッパーパイプ４２およびロアパイプ４３を介して熱交換器としてのラジエータ４４に接続されている。また、ロアパイプ４３にはウォーターポンプ４５が設けられており、このウォーターポンプ４５を駆動することにより、ウォータージャケット４１とラジエータ４４の間でアッパーパイプ４２およびロアパイプ４３を介して冷却水が循環されるようになっている。

また、アッパーパイプ４２およびロアパイプ４３の間にはバイパスパイプ４６が介装されており、このバイパスパイプ４６とアッパーパイプ４２の分岐部分にはサーモスタット４７が設けられている。なお、アッパーパイプ４２、ロアパイプ４３およびバイパスパイプ４６は、ウォータージャケット４１と共に冷却水循環回路を構成している。

このサーモスタット４７は、ウォータージャケット４１から戻される冷却水の温度を検出し、この冷却水の温度が所定温度（例えば、暖機温度である８０℃）未満のときには、アッパーパイプ４２をバイパスパイプ４６に連通して冷却水をロアパイプ４３からウォータージャケット４１に供給する。
このとき、ウォーターポンプ４５が駆動されることにより、ウォータージャケット４１、アッパーパイプ４２、バイパスパイプ４６およびロアパイプ４３を介して冷却水が内部循環されるようになっている。

また、サーモスタット４７は、ウォータージャケット４１から戻される冷却水の温度が所定温度（例えば、暖機温度である８０℃）以上のときには、アッパーパイプ４２をラジエータ４４側に連通する状態にして冷却水をラジエータ４４で冷却した後、ロアパイプ４３からウォータージャケット４１に供給するようになっている。

また、図１、図５に示すように、オイルパン３には潤滑油温度検出手段としての油温検出センサ１０１が設けられており、この油温検出センサ１０１はオイルパン３の潤滑油の温度を検出するようになっている。油温検出センサ１０１からの検出情報は、ＥＣＵ１００に出力されるようになっており、ＥＣＵ１００は、この油温検出センサ１０１からの検出情報に基づいてポンプ機構１０に供給される潤滑油の温度を検出することができる。

また、図５に示すように、ＥＣＵ１００には、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３が接続されている。エンジン回転数検出センサ１０２は、クランクシャフト６の回転数を検出するようになっており、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数検出センサ１０２の検出情報に基づいて１分間当りのエンジン回転数（ｒｐｍ）を算出するようになっている。

また、冷却水温検出センサ１０３は、ウォータージャケット４１を流れる冷却水の温度を検出するようになっており、ＥＣＵ１００は、冷却水温検出センサ１０３からの検出情報に基づいてエンジン１の暖機状態（冷間状態や暖機終了）を判別するようになっている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、大容量のメモリ等を含んで構成されており、エンジン１の制御を行う公知のコンピュータである。

また、ＥＣＵ１００のメモリには、エンジン回転数とエンジン冷却水とに対応するマップが記憶されており、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３の検出情報とマップとに基づいてエンジン１の運転状態を判別するとともに、潤滑部を代表してピストン５の温度を推定することで、ピストン５の温度を検出するようになっている。

例えば、エンジン回転数が低回転で冷却水温が低温の場合には、エンジン１の運転状態が低速・低負荷運転領域であり、ピストン５の温度が低いものと判断し、エンジン回転数が低回転で冷却水温が高温の場合には、エンジン１の運転状態が低速・高負荷運転領域であり、ピストン５の温度が高いものと判断する。

本実施の形態では、ＥＣＵ１００、油温検出センサ１０１および冷却水温検出センサ１０３が潤滑部温度検出手段を構成している。

また、本実施の形態では、ＥＣＵ１００が、油温検出センサ１０１、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３からの検出情報に基づいてポンプ機構１０の切換弁２４、３３を切換制御することで、大容量オイルポンプ１２と小容量オイルポンプ１３との間で潤滑油の吐出容量を切換えるようになっており、ＥＣＵ１００が、ポンプ機構制御手段を構成している。

また、本実施の形態では、潤滑機構４、ポンプ機構１０、ＥＣＵ１００、油温検出センサ１０１、エンジン回転数検出センサ１０２、冷却水温検出センサ１０３が潤滑油供給装置を構成している。

次に、図６に示すフローチャートに基づいて潤滑油の暖機制御を説明する。なお、図６のフローチャートは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納された暖機制御プログラムの実行内容を示したものであり、この暖機制御プログラムは、ＣＰＵによって実行される。

図６において、まず、ＥＣＵ１００は、エンジン１が始動時であるか否かを判別する（ステップＳ１）。ＥＣＵ１００は、図示しないスタータモータの作動を検出するスタータスイッチがオン状態またはスタータスイッチがオンからオフに切換わってから所定時間未満であるものと判断した場合には、エンジン１が始動時であるものと判断して、ポンプ機構１０を小容量オイルポンプ１３に切換えて小容量オイルポンプ１３によって吐出流量Ｑ２で小容量オイルポンプ１３から潤滑油を吐出する（ステップＳ５）。

このとき、ＥＣＵ１００は、図３に示すように、第１切換弁２４を開弁状態にするとともに、第２切換弁３３を閉弁状態に切換えるので、オイルパン３から大容量オイルポンプ１２によって吸い込まれた潤滑油は、第１吐出パイプ２１からバイパスパイプ３２を介して小容量オイルポンプ１３に供給される。

また、このときには、小容量オイルポンプ１３の第１吸込パイプ２５には油圧の大容量オイルポンプ１２の吐出油の油圧が加わるので、オイルパン３から直接オイルを吸い込む場合と比べて小容量オイルポンプ１３が潤滑油を効率良く吸い込むことができる。

そして、小容量オイルポンプ１３から第１吐出パイプ２７、第２吐出パイプ２８およびオイル搬送パイプ１７を介して各オイル供給パイプ１８に吐出流量Ｑ２の潤滑油が供給される。このため、各オイル供給パイプ１８を介してピストン５、クランクシャフト６、吸気カムシャフト、排気カムシャフト、吸気カム、排気カム等の複数の潤滑部が小容量の潤滑油で潤滑される。

次いで、ＥＣＵ１００は、油温検出センサ１０１からの検出情報に基づいて、潤滑油の温度が暖機温度である８０℃未満であるか否かを判別し（ステップＳ２）、潤滑油の温度が８０℃未満であるものと判断した場合には、ステップＳ５に処理を移す。

また、ＥＣＵ１００は、潤滑油の温度が８０℃以上であるものと判断した場合には、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３の検出情報とメモリに記憶された上述したマップとに基づいてエンジン１の運転状態を判別することにより、ピストン５の温度が所定温度未満であるか否かを判別する（ステップＳ３）。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が例えば、アイドル回転数（例えば、４００ｒｐｍ）未満で、冷却水温が８０℃未満である場合に、マップと比較した結果、エンジン１の運転状態が低回転・低負荷領域であり、ピストン５の温度が低いものと判断し、ポンプ機構１０を小容量オイルポンプ１３に切換えて（ステップＳ５）、潤滑油の早期暖機を行う。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が例えば、アイドル回転数（例えば、４００ｒｐｍ）以上で、冷却水温が８０℃以上である場合に、マップと比較した結果、エンジン１の運転状態が低回転・低負荷領域以外の領域であり、ピストン５の温度が高いものと判断し、ポンプ機構１０を大容量オイルポンプ１２に切換える（ステップＳ４）。

このとき、ＥＣＵ１００は、図４に示すように、第１切換弁２４を閉弁状態にするとともに、第２切換弁３３を開弁状態に切換えるので、オイルパン３から小容量オイルポンプ１３によって吸い込まれた潤滑油は、ドレーンパイプ３１を介してオイルパン３に戻される。

そして、大容量オイルポンプ１２から第１吐出パイプ２１およびオイル搬送パイプ１７を介して各オイル供給パイプ１８に吐出流量Ｑ１の潤滑油が供給される。このため、各オイル供給パイプ１８を介してピストン５、クランクシャフト６、吸気カムシャフト、排気カムシャフト、吸気カムおよび排気カム等の複数の潤滑部が大容量の潤滑油で潤滑される。

このように本実施の形態では、潤滑油の温度と潤滑部であるピストン５の温度とに基づいてポンプ機構１０を大容量オイルポンプ１２と小容量オイルポンプ１３との間で切換えるようにしたので、ピストン５の温度が低い暖機運転時に、潤滑油の温度が８０℃未満の場合には、ポンプ機構１０を小容量オイルポンプ１３に切換えることにより、図７にＸ１で示すように、エンジン１の低負荷・低回転運転領域において、ピストン５等の潤滑部に供給される潤滑油の量を少なくすることができる。なお、破線で示すＸは従来のオイルポンプによる潤滑油の吐出流量を示すものである。

このため、少ない量の潤滑油と潤滑部との間で熱交換が行われることにより、潤滑油の早期暖機を促すことができ、潤滑油の粘度を低くすることができる。このため、ピストン５とシリンダ内壁との摺動抵抗、クランクシャフト６、吸気カムシャフト、排気カムシャフト、吸気カムおよび排気カムの回転時の摺動抵抗を低くして、燃費が悪化するのを防止することができる。

また、暖機運転時には、ポンプ機構１０を小容量オイルポンプ１３に切換えることにより、ピストン５に供給される潤滑油の量を少なくすることができるため、エンジン１の暖機を早くすることができ、シリンダ内壁の温度を高くして燃焼室に噴射される燃料の燃焼を促して、燃料が潤滑油に混合して潤滑油が希釈され難くすることができる。このため、潤滑部の潤滑性能が低下するのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、ポンプ機構１０が大容量オイルポンプ１２と小容量オイルポンプ１３とを有し、２段階で潤滑油の吐出流量を可変させているが、潤滑油の吐出流量をＱ１＋Ｑ２、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１−Ｑ２の４段階、Ｑ１＋Ｑ２、Ｑ１、Ｑ２の３段階、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１−Ｑ２の３段階で切換えることができるポンプ機構を設けてもよい。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第２の実施の形態を示す図であり、潤滑システムのハード構成は、第１の実施の形態と同様であるため、第１の実施の形態の図面を用いて説明を行う。

本実施の形態では、ウォータージャケット４１、アッパーパイプ４２、ロアパイプ４３およびバイパスパイプ４６が冷却水循環回路を構成しており、ウォーターポンプ４５が、冷却水をウォータージャケット４１、アッパーパイプ４２、ロアパイプ４３およびバイパスパイプ４６の間で循環させる冷却水ポンプを構成している。また、冷却水温検出センサ１０３が、エンジン１の冷却水の温度を検出する水温検出手段を構成している。
また、ＥＣＵ１００は、冷却水温検出センサ１０３からの検出情報に基づいてウォーターポンプ４５をＯＮ／ＯＦＦ制御するようになっており、冷却水ポンプ制御手段を構成している。また、本実施の形態では、潤滑油供給装置、冷却水循環回路、ウォーターポンプ４５、ＥＣＵ１００が潤滑システムを構成している。

また、ＥＣＵ１００は、油温検出センサ１０１および冷却水温検出センサ１０３の検出情報と、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３の検出情報とマップを参照して検出されたピストン５の温度情報とに基づいてポンプ機構１０の大容量オイルポンプ１２および小容量オイルポンプ１３の切換え制御を行うようになっている。

次に、図８に示すフローチャートに基づいて潤滑油の暖機制御を説明する。なお、図８のフローチャートは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納された暖機制御プログラムの実行内容を示すものであり、この暖機制御プログラムは、ＣＰＵによって実行される。

図８において、エンジン１が始動時であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。ＥＣＵ１００は、図示しないスタータモータの作動を検出するスタータスイッチがオン状態またはスタータスイッチがオンからオフに切換わってから所定時間未満であるものと判断した場合には、エンジン１が始動時であるものと判断して、ポンプ機構１０を小容量オイルポンプ１３に切換えて小容量オイルポンプ１３によって吐出流量Ｑ２で小容量オイルポンプ１３から潤滑油を吐出する（ステップＳ１８）。

そして、小容量オイルポンプ１３から第１吐出パイプ２７、第２吐出パイプ２８およびオイル搬送パイプ１７を介して各オイル供給パイプ１８に吐出流量Ｑ２の潤滑油が供給される。このため、各オイル供給パイプ１８を介してピストン５、クランクシャフト６、吸気カムシャフト、排気カムシャフト、吸気カムおよび排気カム等の複数の潤滑部が小容量の潤滑油で潤滑される。

次いで、ＥＣＵ１００は、冷却水温検出センサ１０３からの検出情報に基づいて、ウォータージャケット４１を流れる冷却水の温度が８０℃未満であるか否かを判別し（ステップＳ１２）、冷却水の温度が８０℃未満であるものと判断した場合には、ステップＳ１８に処理を移す。

なお、サーモスタット４７が作動する冷却水の温度は、８０℃に設定されており、冷却水の温度が８０℃未満の場合には、サーモスタット４７がアッパーパイプ４２とバイパスパイプ４６を連通する位置に切換えられるので、冷却水はラジエータ４４を通らずにウォーターポンプ４５によって内部循環することになる。

また、ＥＣＵ１００は、冷却水温検出センサ１０３からの検出情報に基づいて、ウォータージャケット４１を流れる冷却水の温度が８０℃以上であるものと判断した場合には、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３の検出情報とメモリに記憶された上述したマップとに基づいてエンジン１の運転状態を判別することにより、ピストン５の温度が所定温度未満であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が例えば、アイドル回転数（例えば、４００ｒｐｍ）未満で、冷却水温が暖機温度（例えば、８０℃）未満である場合に、マップと比較した結果、エンジン１の運転状態が低回転・低負荷領域であり、ピストン５の温度が低いものと判断してステップＳ１８に処理を移す。このため、潤滑部に供給される潤滑油は、少量となり、潤滑部を早期に冷却する量にはならないため、冷却水の暖機が促される。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が例えば、アイドル回転数（例えば、４００ｒｐｍ）以上で、冷却水温が８０℃以上である場合に、マップと比較した結果、エンジン１の運転状態が低回転・低負荷領域以外の領域であり、ピストン５の温度が高いものと判断し、ウォーターポンプ４５の駆動を停止するとともに、ポンプ機構１０を大容量オイルポンプ１２に切換える（ステップＳ１４）。

ここで、冷却水の温度は８０℃以上となるため、サーモスタット４７は、アッパーパイプ４２とラジエータ４４とを連通する位置に切換えられるが、ウォーターポンプ４５が停止状態となるため、冷却水の循環が行われない。

次いで、潤滑油のＥＣＵ１００は、油温検出センサ１０１からの検出情報に基づいて、潤滑油の温度が８０℃未満であるか否かを判別し（ステップＳ１５）、潤滑油の温度が８０℃未満であるものと判断した場合には、ステップＳ１６に処理を移す。このとき、暖機された冷却水によって大容量オイルポンプ１２から吐出される大容量の潤滑油の暖機が早期に促されることになる。

また、ＥＣＵ１００は、潤滑油の温度が８０℃以上であるものと判断した場合には、ステップＳ１４に処理を戻す。ステップＳ１６では、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数検出センサ１０２および冷却水温検出センサ１０３の検出情報とメモリに記憶された上述したマップとに基づいてエンジン１の運転状態を判別することにより、ピストン５の温度が所定温度未満であるか否かを判別する（ステップＳ１６）。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数と冷却水温とに基づいてピストン５の温度が所定温度未満であるものと判断した場合には、ステップＳ１４に処理を移し、エンジン回転数と冷却水温とに基づいてピストン５の温度が所定温度以上であるものと判断した場合には、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、ＥＣＵ１００は、通常の制御として、ウォーターポンプ４５を作動してラジエータ４４を通して冷却水を循環させることにより、冷却水を冷却して、ウォータージャケット４１等の冷却水回路に供給し、ピストン５等の潤滑部の冷却を行う。

このように本実施の形態では、潤滑油の温度と潤滑部の温度とに加えて、エンジン１を冷却する冷却水の温度に基づいてウォーターポンプ４５の制御を行うとともに、ポンプ機構１０を大容量オイルポンプ１２と小容量オイルポンプ１３との間で切換えるようにしたので、冷却水が暖機温度である８０℃に達するまでは、ポンプ機構１０を小容量オイルポンプ１３に切換えて潤滑部に供給される潤滑油の量を少なくするとともに、ウォーターポンプ４５を作動して冷却水をアッパーパイプ４２、ロアパイプ４３、バイパスパイプ４６およびウォータージャケット４１内で循環させることにより、エンジン１の早期暖機を促しながら冷却水の暖機を潤滑油の暖機に優先して行うことができる。

そして、冷却水が暖機温度に到達したときに、冷却水に比べて温度上昇の遅い潤滑油の温度が暖機温度である８０℃未満の場合には、ウォーターポンプ４５の作動を停止して、ラジエータ４４を通して冷却水の熱が放出されないようにするとともに、ポンプ機構を大容量オイルポンプ１２に切換えて潤滑部に供給される潤滑油の量を多くし、暖機温度に達した冷却水の熱を利用して潤滑油の暖機を行うことができる。このため、暖機された冷却水を有効利用することができるため、大容量オイルポンプ１２から吐出される大容量の潤滑油を暖機することができ、潤滑油の暖機をより早く行うことができる。

また、冷却水が暖機温度に到達したときに、ウォーターポンプ４５の作動を停止することにより、ラジエータ４４を通して冷却水の熱の放出を停止することができるため、ラジエータ４４からの熱損失を最小限にすることができ、暖機が終了した高温の冷却水を有効利用することができる。

なお、本実施の形態のポンプ機構１０は、大容量オイルポンプ１２および小容量オイルポンプ１３の２つのオイルポンプを備えたものから構成しているが、これに限らず、図９に示すような構造のものであってもよい。

図９において、ポンプ機構５１は、クランクシャフト６によって回転駆動されるオイルポンプ５２と、オイルポンプ５２のオイル吐出口に連結された第１オイル吐出パイプ５３と、第１オイル吐出パイプ５３に接続されたオイルフィルター５４と、一端部がオイルフィルター５４に接続され、他端部がオイル搬送パイプ１７に接続された第２オイル吐出パイプ５５と、一端部が第２オイル吐出パイプ５５に接続され、他端部がストレーナパイプ１１に接続されたオイル戻しパイプ５６と、オイル戻しパイプ５６上に設けられ、オイル戻しパイプ５６の流路を開閉するオイルシャットバルブ５７とを備えている。

このようなポンプ機構５１にあっては、小容量の潤滑油をピストン５等の潤滑部に供給する場合には、オイルシャットバルブ５７を解放してオイルポンプ５２から第１オイル吐出パイプ５３および第２オイル吐出パイプ５５を通して吐出されるオイルの一部をオイル戻しパイプ５６からオイルパン３に戻すことにより、図７のＸ１で示すように、ピストン５の温度が低いエンジン１の低負荷・低回転運転領域において、ピストン５やクランクシャフト６、吸気カムシャフト、排気カムシャフト、吸気カムおよび排気カム等の複数の潤滑部に供給される潤滑油の量を少なくすることができる。

また、大容量の潤滑油をピストン５等の潤滑部に供給する場合には、オイルシャットバルブ５７を閉塞してオイルポンプ５２から第１オイル吐出パイプ５３および第２オイル吐出パイプ５５を通して吐出される全てのオイルを、オイル搬送パイプ１７を通して潤滑部に供給することにより、図７のＸ２で示すように、ピストン５の温度が高いエンジン１の低回転・低負荷運転領域以外の領域において、潤滑部に供給される潤滑油の量を多くすることができ、ピストン５を十分に潤滑および冷却することができる。

このような構成を有するポンプ機構５１を使用しても潤滑油の吐出流量を大容量と小容量の２段階に変更することができる。また、このポンプ機構５１では、オイルポンプ５２が１つだけであるため、ポンプ機構５１の小型化を図ることができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムは、ポンプ機構を利用して内燃機関の暖機時に潤滑油の早期暖機を図ることができ、ポンプ機構の使用性を向上させることができるという効果を有し、内燃機関の潤滑部に潤滑油を供給することにより、潤滑部の潤滑を行うことができる潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システム等として有用である。

本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、潤滑システムを備えたエンジンの概略構成図である。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、ポンプ機構の構成図である。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、小容量の潤滑油を吐出するときのポンプ機構の構成図である。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、大容量の潤滑油を吐出するときのポンプ機構の構成である。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、エンジンの制御系のブロック図である。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、暖機制御のフローチャートである。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第１の実施の形態を示す図であり、エンジン回転数と潤滑油圧の関係を示す図である。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第２の実施の形態を示す図であり、暖機制御のフローチャートである。本発明に係る潤滑油供給装置および内燃機関の潤滑システムの第２の実施の形態を示す図であり、ポンプ機構の構成を示す図である。一般的なオイルポンプにおけるエンジン回転数と潤滑油圧の関係を示す図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
４潤滑機構（潤滑油供給手段、潤滑油供給装置、潤滑システム）
５ピストン（潤滑部）
６クランクシャフト（潤滑部）
１０、５１ポンプ機構（潤滑油供給装置、潤滑システム）
１２大容量オイルポンプ
１３小容量オイルポンプ
４１ウォータージャケット（冷却水循環回路、潤滑システム）
４２アッパーパイプ（冷却水循環回路、潤滑システム）
４３ロアパイプ（冷却水循環回路、潤滑システム）
４４ラジエータ（熱交換器）
４５ウォーターポンプ（冷却水ポンプ、潤滑システム）
４６バイパスパイプ（冷却水循環回路、潤滑システム）
１００ＥＣＵ（潤滑部温度検出手段、ポンプ機構制御手段、冷却水ポンプ制御手段、潤滑油供給装置、潤滑システム）
１０１油温検出センサ（潤滑油温度検出手段、潤滑部温度検出手段、潤滑油供給装置、潤滑システム）
１０２エンジン回転数検出センサ（潤滑部温度検出手段、潤滑油供給装置、潤滑システム）
１０３冷却水温検出センサ（潤滑部温度検出手段、水温検出手段、潤滑油供給装置、潤滑システム）

Claims

内燃機関の潤滑部に潤滑油を供給することにより、前記潤滑部を潤滑するようにした内燃機関の潤滑油供給装置において、
潤滑油の吐出流量を大容量と小容量の２段階に切換え可能な小容量オイルポンプと大容量オイルポンプとを備えたポンプ機構と、
前記ポンプ機構から吐出される潤滑油を前記潤滑部に供給する潤滑油供給手段と、
前記ポンプ機構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、
前記潤滑部の温度を検出する潤滑部温度検出手段と、
前記潤滑油温度検出手段および前記潤滑部温度検出手段からの検出情報に基づき、潤滑油の温度が暖機温度未満であれば、前記ポンプ機構を前記小容量オイルポンプに切換え、
潤滑油の温度が前記暖機温度以上で、かつ前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域にあるときの所定温度未満であれば、前記ポンプ機構を前記小容量オイルポンプに切換え、
潤滑油の温度が前記暖機温度以上で、かつ前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域以外の領域にあるときの前記所定温度以上であれば、前記ポンプ機構を前記大容量オイルポンプに切換え、
前記小容量オイルポンプからオイルを吐出する運転状態のときに、前記大容量オイルポンプから吐出されるオイルを前記小容量オイルポンプに供給するポンプ機構制御手段とを備えたことを特徴とする潤滑油供給装置。
潤滑油の吐出流量を大容量と小容量の２段階に切換え可能な小容量オイルポンプと大容量オイルポンプとを備えたポンプ機構と、
前記ポンプ機構から吐出される潤滑油を内燃機関の潤滑部に供給することにより、前記潤滑部を潤滑する潤滑油供給手段と、
前記ポンプ機構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、
前記潤滑部の温度を検出する潤滑部温度検出手段と、
前記潤滑油温度検出手段および前記潤滑部温度検出手段からの検出情報に基づいて、前記ポンプ機構を前記大容量オイルポンプと前記小容量オイルポンプとの間で切換え、前記小容量オイルポンプからオイルを吐出する運転状態のときに、前記大容量オイルポンプから吐出されるオイルを前記小容量オイルポンプに供給するポンプ機構制御手段とを含んで構成される潤滑油供給装置を備えた内燃機関の潤滑システムであって、
冷却水を前記内燃機関と熱交換器との間で循環させる冷却水循環回路と、
前記冷却水循環回路上に設けられ、冷却水を前記冷却水循環回路上で循環させる冷却水ポンプと、
前記内燃機関の冷却水の温度を検出する水温検出手段と、
前記水温検出手段の検出情報に基づいて前記冷却水ポンプを制御する冷却水ポンプ制御手段とを設け、
前記冷却水の温度が暖機温度未満であれば、前記ポンプ機構制御手段が前記ポンプ機構を小容量ポンプに切換えるとともに、前記冷却水ポンプ制御手段が前記内燃機関に冷却水を内部循環させ、
前記冷却水の温度が前記暖機温度以上でかつ、前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域にあるときの所定温度未満であれば、前記ポンプ機構制御手段が前記ポンプ機構を小容量ポンプに切換え、
前記冷却水の温度が前記暖機温度以上でかつ、前記潤滑部の温度が前記内燃機関の運転状態が低回転・低負荷領域以外の領域にあるときの前記所定温度以上であれば、前記ポンプ機構制御手段が前記ポンプ機構を大容量ポンプに切換えるとともに、前記冷却水ポンプ制御手段が前記内燃機関に冷却水を内部循環させないことを特徴とする内燃機関の潤滑システム。