JP5662817B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、スタータモータによるクランクシャフトの回転に基づき始動する内燃機関に関する。

従来、この種の内燃機関としては、クランクシャフトの回転力を利用して駆動される機械式オイルポンプと、電子制御装置などの指令に基づいて駆動される電動式オイルポンプとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この内燃機関では、機械式オイルポンプと電動式オイルポンプとの特性を効率よく活用してオイル供給することによって、これら各ポンプの小型化を図っている。

特開２００４−２１８４６８号公報

しかしながら、こうした内燃機関では、電動式オイルポンプの駆動源として電動機が別途必要となり、コスト増加となってしまう。
本発明の内燃機関は、コスト増加を抑えながらもオイルポンプの小型化を図ることを目的とする。

本発明の内燃機関は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
スタータモータによるクランクシャフトの回転に基づき始動する内燃機関であって、
前記スタータモータと第１のギヤ比をもって接続されたリングギヤと、
該リングギヤから前記クランクシャフトへの回転力を伝達する一方、該クランクシャフトから前記リングギヤへの回転力の伝達を阻止するよう前記リングギヤと前記クランクシャフトとを接続する一方向クラッチと、
前記クランクシャフトの回転に基づき駆動する第１オイルポンプと、
前記スタータモータと第２のギヤ比をもって接続され、該スタータモータの回転に基づき駆動する第２オイルポンプと、
前記クランクシャフトの回転数を検知する回転数検出手段と、
検出した前記クランクシャフトの回転数を超えて前記スタータモータが前記リングギヤを回転しないよう前記スタータモータを駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関では、第２オイルポンプの駆動源をスタータモータとするから、第２オイルポンプを駆動するためだけに別途電動機を用意する必要がなく、コスト増加を抑えることができる。しかも、スタータモータに接続するリングギヤが、クランクシャフトに一方向クラッチを介して接続されているから、リングギヤの回転数がクランクシャフトの回転数を超えない程度の回転数でスタータモータを回転することにより、内燃機関の始動後も第２オイルポンプを駆動することができる。この結果、第１および第２オイルポンプそれぞれの小型化を図ることができる。もとより、スタータモータにより第２オイルポンプを駆動するから、内燃機関の始動時からオイルを送給することができる。
また、スタータモータが、検出したクランクシャフトの回転数を越えてリングギヤを回転しないようスタータモータを駆動制御することができる。即ち、リングギヤの回転数がクランクシャフトの回転数を越えることによる不都合を確実に防止することができる。

また、本発明の内燃機関は、スタータモータによるクランクシャフトの回転に基づき始動する内燃機関であって、
前記スタータモータと第１のギヤ比をもって接続されたリングギヤと、
該リングギヤから前記クランクシャフトへの回転力を伝達する一方、該クランクシャフトから前記リングギヤへの回転力の伝達を阻止するよう前記リングギヤと前記クランクシャフトとを接続する一方向クラッチと、
前記クランクシャフトの回転に基づき駆動する第１オイルポンプと、
前記スタータモータと第２のギヤ比をもって接続され、該スタータモータの回転に基づき駆動する第２オイルポンプと、
前記スタータモータの回転軸と前記リングギヤとを接続する第１ギヤ機構と、
該第１ギヤ機構の回転軸と前記第２オイルポンプの駆動軸とを接続するチェーンと、
を備えることを要旨とする。
こうすれば、第２オイルポンプの駆動源をスタータモータとするから、第２オイルポンプを駆動するためだけに別途電動機を用意する必要がなく、コスト増加を抑えることができる。しかも、スタータモータに接続するリングギヤが、クランクシャフトに一方向クラッチを介して接続されているから、リングギヤの回転数がクランクシャフトの回転数を超えない程度の回転数でスタータモータを回転することにより、内燃機関の始動後も第２オイルポンプを駆動することができる。この結果、第１および第２オイルポンプそれぞれの小型化を図ることができる。もとより、スタータモータにより第２オイルポンプを駆動するから、内燃機関の始動時からオイルを送給することができる。
また、第２オイルポンプの配置自由度と、リングギヤのギヤ比設定自由度の向上を図ることができる。

本発明の一実施例である内燃機関１の構成の概略を示す構成図である。 図１のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。 油圧回路の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行されるスタータモータ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例の内燃機関１Ａにおける油圧回路の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例である内燃機関１の構成の概略を示す構成図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。

実施例の内燃機関１は、図１および図２に示すように、クランクシャフト２と、クランクシャフト２上にワンウェイクラッチ４を介して取り付けられたリングギヤ６と、チェーン８を介してクランクシャフト２と接続された第１オイルポンプ１０と、リングギヤに第１ギヤ機構３０を介して接続されたスタータモータ１２と、第１ギヤ機構３０のうちスタータモータ１２の回転軸１２ａに固定されたピニオンギヤ１２ｂと噛合う第１アイドラギヤ３５ａの回転軸３５ｂに第２ギヤ機構３１および第２ギヤ機構３１に巻き掛けられたチェーン１４を介して接続された第２オイルポンプ１６と、チェーン１８を介してクランクシャフト２に接続された吸気側カムシャフト２０および排気側カムシャフト２２と、エンジンの始動や停止，可変バルブタイミングコントロール機構（以下、ＶＴＣという）２４の作動をコントロールする電子制御ユニット５０とを備える。
なお、クランクシャフト２にはクランクプーリー６０が取り付けられており、図示はしないがベルトを介してオルタネータやエアコンプレッサなどが接続されている。

リングギヤ６は、外周面に歯が形成されてクランクシャフト２に対して同軸のリング形状に形成されており、内燃機関１を始動する際およびアイドリングストップ状態から内燃機関を再始動する際に、スタータモータ１２から第１ギヤ機構３０に伝達された動力をワンウェイクラッチ４を介してクランクシャフト２に伝達する。

ワンウェイクラッチ４は、クランクシャフト２の外周面に取り付けられた内輪（図示せず）と、リングギヤ６の内周面に取り付けられた外輪（図示せず）と、内輪と外輪との間に配置されたスプラグ（図示せず）とから構成されており、外輪の回転数が内輪の回転数よりも高い場合にのみスプラグが傾倒して外輪から内輪への動力伝達が行われる。即ち、ワンウェイクラッチ４は、内燃機関１を始動あるいは再始動する際には、リングギヤ６からの動力をクランクシャフト２に伝達する一方、内燃機関１が始動後はクランクシャフト２からはリングギヤ６に動力を伝達しないスタータクラッチとして機能する。

第１オイルポンプ１０は、クランクシャフト２に同軸に取り付けられたクランクスプロケット４０にチェーン８を介して接続されたポンプスプロケット４２と、ポンプスプロケット４２を回転する回転軸１０ａと、回転軸１０ａに同軸に取り付けられた図示しないインナーギヤと、インナーギヤと噛合う図示しないアウターギヤとを備えた周知の内接歯車ポンプとして構成されており、クランクシャフト２の回転に伴いオイルパン２６に貯められた潤滑油を内燃機関１内の摺動部等の潤滑必要部位やＶＴＣ２４などに供給する。

第２オイルポンプ１６は、回転軸１６ａに同軸に取り付けられた図示しないインナーギヤと、インナーギヤと噛合う図示しないアウターギヤとを備えた周知の内接歯車ポンプとして構成されており、スタータモータ１２により駆動する。第２オイルポンプ１６は、オイルパン２６に貯められた潤滑油をＶＴＣ２４に供給する。

図３は、油圧回路の構成の概略を示す構成図である。
第１オイルポンプ１０および第２オイルポンプ１６は、クランクケースやシリンダブロック，シリンダヘッドなど（いずれも図示せず）に設けられた図示しない油路により構成される第１オイル通路１０ｄおよび第２オイル通路１６ｄを介してＶＴＣ２４や潤滑必要部位に接続されている。第１オイル通路１０ｄ中の潤滑必要部位への分岐点よりも下流であってＶＴＣ２４よりも上流側の位置および第２オイル通路１６ｄ中のＶＴＣ２４よりも上流側の位置には、それぞれ逆支弁１０ｅおよび逆支弁１６ｅが設けられており、ＶＴＣ２４に向かうオイルの流れを許容する一方、その逆流を防止している。なお、ＶＴＣ２４に供給されたオイルや潤滑必要部位に供給されたオイルは、オイル排出通路１０ｆ，１６ｆを通って、オイルパン２６に戻される。

第１ギヤ機構３０は、スタータモータ１２の回転軸１２ａに同軸に取り付けられたピニオンギヤ１２ｂと、ピニオンギヤ１２ｂと噛合う第１アイドラギヤ３５ａと、第１アイドラギヤ３５ａを回転する回転軸３５ｂとから構成されており、スタータモータ１２の回転をギヤ比ｉ１で減速してリングギヤ６に伝達する。即ち、クランクシャフト２には、スタータモータ１２の回転が、第１ギヤ機構３０のギヤ比ｉ１に第１アイドラギヤ３５ａとリングギヤ６とのギヤ比を乗じたギヤ比ｉ１’で減速されて伝達される。

第２ギヤ機構３１は、第２オイルポンプ１６の回転軸１６ａに同軸に取り付けられたピニオンギヤ１６ｂと、ピニオンギヤ１６ｂにチェーン１４を介して接続されるとともに回転軸３５ｂに同軸に取り付けられた第２アイドラギヤ３５ｃとから構成されており、回転軸３５ｂにギヤ比ｉ１に減速されて伝達されたスタータモータ１２の回転をギヤ比ｉ２に減速して第２オイルポンプ１６に伝達する。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサにより構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ７４や一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６や図示しない入出力ポートおよび通信ポートを備えている。
電子制御ユニット５０には、内燃機関１の状態を検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、電子制御ユニット５０には、クランクシャフト２の回転数を検出する回転数センサ８０からのクランクシャフト回転数や、油圧回路のオイルの油圧を検出する油圧センサ８２からの油圧などが図示しない入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、スタータモータ１２への駆動信号やＶＴＣ２４への駆動信号などが図示しない出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された実施例の内燃機関１の動作、特に、スタータモータにより第２オイルポンプ１６が駆動される際の動作について説明する。
図４は、電子制御ユニット５０により実行されるスタータモータ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

スタータモータ駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ７２は、先ず、内燃機関１の始動が要求されたか否かを判定し（ステップＳ１００）、始動が要求されたと判定されたときには、スタータモータ１２を駆動してクランキングに必要なトルクを出力して内燃機関１を始動制御する（ステップＳ１０２）。このとき、スタータモータ１２から出力されたクランキングトルクは、第１ギヤ機構３０を介してリングギヤ６に入力され、クランクシャフト２がワンウェイクラッチ４を介してクランキングされる。
一方、スタータモータ１２から出力されたクランキングトルクは、第１ギヤ機構３０および第２ギヤ機構３１を介して第２オイルポンプ１６に入力されて、第２オイルポンプ１６を駆動する。

続いて、内燃機関１が始動しているか否かを判定し（ステップＳ１０４）、内燃機関１が始動していれば、油圧センサ８２からの油圧（ここでは、第２オイル通路１６ｄ内の油圧）を読み込み（ステップＳ１０６）、読み込んだ油圧が要求油圧であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、要求油圧は、第１オイル通路１０ｄにおいては潤滑必要部位に十分なオイルを供給できる程度の値として設定され、第２オイル通路１６ｄにおいてはＶＴＣ２４が安定して作動する程度の値として設定されている。従って、ここでは第２オイル通路１６ｄ内の油圧がＶＴＣ２４を安定して作動することができる値であるか否かが判定されることになる。そして、第２オイル通路１６ｄ内の油圧が要求油圧であると判断されると、スタータモータ１２の駆動を停止して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１０４やステップＳ１０８で、内燃機関１が始動していないと判定されたり、要求油圧でないと判断されたときには、ステップＳ１０２に戻って、内燃機関１が始動し、かつ油圧が要求油圧となるまでスタータモータ１２を駆動し続ける。
このように、内燃機関１の始動時から第２オイルポンプ１６を駆動することにより、内燃機関１の始動時からＶＴＣ２４を安定して作動することができ、内燃機関１の始動性能や出力性能を向上することができる。

一方、ステップＳ１００で内燃機関１の始動が要求されていないと判定されたときには、第２オイルポンプ１６の駆動が要求されているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。第２オイルポンプ１６の駆動が要求されているか否かの判定は、油圧センサ８２からの油圧に基づいて行う。即ち、第１オイル通路１０ｄ内や第２オイル通路１６ｄ内の油圧が、要求油圧よりも小さいときには第２オイルポンプ１６を駆動する必要があると判定し、第１オイル通路１０ｄ内や第２オイル通路１６ｄ内の油圧が、要求油圧以上であるときには、第２オイルポンプ１６を駆動する必要がないと判定して、本ルーチンを終了する。

ステップ１１２で第２オイルポンプ１６の駆動が要求されたと判定されたときには、回転数センサ８０からのクランクシャフト２の回転数を読み込むとともに（ステップＳ１１４）、リングギヤ６の回転数が、読み込んだクランクシャフト２の回転数を超えないようにスタータモータ１２を駆動制御する（ステップＳ１１６）。そして、油圧センサ８２からの油圧（ここでは、第１および第２オイル通路１０ｄ，１６ｄ内の油圧）を読み込み（ステップＳ１１８）、読み込んだ油圧が要求油圧であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。要求油圧であるか否かの判定は、ここでは、第１および第２オイル通路１０ｄ，１６ｄ両方のオイル通路内の油圧が要求油圧であるか否か、即ち、潤滑必要部位に十分なオイルを供給できる油圧であるか否か、および、ＶＴＣ２４を安定して作動することができる油圧であるか否かが判定されることになる。そして、第１および第２オイル通路１０ｄ，１６ｄ内の油圧が要求油圧であると判断されると、スタータモータ１２の駆動を停止して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。

このように、内燃機関１が始動して以降は、ＶＴＣ２４へのオイルの供給および潤滑必要部位へのオイルの供給は、基本的にはクランクシャフト２の回転に伴い駆動する第１オイルポンプ１０が発生する油圧により行うが、第１オイルポンプ１０が発生する油圧では不足する場合に限って、第２オイルポンプ１６を駆動して不足する油圧を補うのである。従って、第１オイルポンプ１０や第２オイルポンプ１６の容量を必要以上に大きくする必要がなく、両オイルポンプ１０，１６の小型化を図ることができる。しかも、第２オイルポンプ１６の駆動源にスタータモータ１２を用いるから電動機を別途用意する必要がなく、コスト増加を抑えることができる。

以上説明した実施例の内燃機関１によれば、クランクシャフト２にワンウェイクラッチ４を介して取り付けられたリングギヤ６とスタータモータ１２とを接続するとともに、第２オイルポンプ１６とスタータモータ１２とを接続するから、スタータモータ１２のクランキングの際、即ち、内燃機関１の始動時から２つのオイルポンプ１０，１２を駆動することができる。しかも、内燃機関１が始動後もリングギヤ６の回転数がクランクシャフト２の回転数を超えない範囲でスタータモータ１２を駆動することにより第２オイルポンプ１６を駆動し続けることができる。従って、第１オイルポンプ１０と第２オイルポンプ１６との容量を抑えることができ、両オイルポンプ１０，１６の小型化が図れる。しかも、第２オイルポンプ１６の駆動源としてスタータモータ１２を用いるから、第２オイルポンプ１６を駆動するための駆動源（電動機）を別途設ける必要がなく、コスト増加を抑制できる。もとより、内燃機関１の始動時からＶＴＣ２４にオイルを供給するから、内燃機関１の始動性能や出力性能を向上することができる。

また、実施例の内燃機関１によれば、リングギヤ６とスタータモータ１２とを第１ギヤ機構３０を介して接続し、第２オイルポンプ１６とスタータモータ１２とを第１ギヤ機構３０および第２ギヤ機構３１を介して接続するから、ギヤ比の設定自由度を向上することができる。しかも、第２ギヤ機構３１を構成する第２アイドラギヤ３５ｃと駆動ギヤ１６ｂとをチェーン１４を介して接続するから、第２オイルポンプ１６の配置自由度の向上を図ることができる。

実施例の内燃機関１では、第２オイルポンプ１６は、ＶＴＣ２４のみにオイルを供給するものとしたが、図５の変形例の内燃機関１Ａの油圧回路図に例示するように、第２オイルポンプ１６は、ＶＴＣ２４および潤滑必要部位の両方にオイルを供給するものとしても構わない。この場合、第２オイル通路１６ｄにおける逆支弁１６ｅよりも上流側の位置から第２オイル通路１６ｄと潤滑必要部位とを接続する分岐オイル通路１６ｇを設けるとともに、分岐オイル通路１６ｇ中の潤滑必要部位よりも上流側の位置に逆支弁１６ｈを設けるものとすれば良い。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１，１Ａ 内燃機関
２ クランクシャフト
４ ワンウェイクラッチ
６ リングギヤ
８ チェーン
１０ 第１オイルポンプ
１０ａ 回転軸
１０ｄ 第１オイル通路
１０ｅ 逆支弁
１２ スタータモータ
１２ａ 回転軸
１２ｂ ピニオンギヤ
１４ チェーン
１６ 第２オイルポンプ
１６ａ 回転軸
１６ｂ 駆動ギヤ
１６ｄ 第２オイル通路
１６ｅ 逆支弁
１８ チェーン
２０ 吸気側カムシャフト
２２ 排気側カムシャフト
２４ 可変バルブタイミングコントロール機構（ＶＴＣ）
２６ オイルパン
３０ 第１ギヤ機構
３１ 第２ギヤ機構
３５ａ 第１アイドラギヤ
３５ｂ 回転軸
３５ｃ 第２アイドラギヤ
４０ クランクスプロケット
４２ポンプスプロケット
５０ 電子制御ユニット
７２ ＣＰＵ
７４ ＲＯＭ
７６ ＲＡＭ
６０ クランクプーリー
８０ 回転数センサ
８２ 油圧センサ
ｉ１，ｉ１’，ｉ２ ギヤ比

Claims (2)

1. スタータモータによるクランクシャフトの回転に基づき始動する内燃機関であって、
   前記スタータモータと第１のギヤ比をもって接続されたリングギヤと、
   該リングギヤから前記クランクシャフトへの回転力を伝達する一方、該クランクシャフトから前記リングギヤへの回転力の伝達を阻止するよう前記リングギヤと前記クランクシャフトとを接続する一方向クラッチと、
   前記クランクシャフトの回転に基づき駆動する第１オイルポンプと、
   前記スタータモータと第２のギヤ比をもって接続され、該スタータモータの回転に基づき駆動する第２オイルポンプと、
   前記クランクシャフトの回転数を検知する回転数検出手段と、
   検出した前記クランクシャフトの回転数を超えて前記スタータモータが前記リングギヤを回転しないよう前記スタータモータを駆動制御する駆動制御手段と、
   を備える内燃機関。
2. スタータモータによるクランクシャフトの回転に基づき始動する内燃機関であって、
   前記スタータモータと第１のギヤ比をもって接続されたリングギヤと、
   該リングギヤから前記クランクシャフトへの回転力を伝達する一方、該クランクシャフトから前記リングギヤへの回転力の伝達を阻止するよう前記リングギヤと前記クランクシャフトとを接続する一方向クラッチと、
   前記クランクシャフトの回転に基づき駆動する第１オイルポンプと、
   前記スタータモータと第２のギヤ比をもって接続され、該スタータモータの回転に基づき駆動する第２オイルポンプと、
   前記スタータモータの回転軸と前記リングギヤとを接続する第１ギヤ機構と、
   該第１ギヤ機構の回転軸と前記第２オイルポンプの駆動軸とを接続するチェーンと、
   を備える内燃機関。

Images