JP5704106B2 - Lubricating device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の潤滑装置に関し、特に、ピストンの潤滑及び冷却を行うオイルジェット機構を備えた内燃機関の潤滑装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine lubrication device, and more particularly to an internal combustion engine lubrication device including an oil jet mechanism that lubricates and cools a piston.
従来技術として、例えば特許文献1(特開2012−2216号公報)に開示されているように、ピストンの潤滑及び冷却を行うオイルジェット機構を備えた内燃機関の潤滑装置が知られている。従来技術では、冷間始動時のように冷却水の水温が所定値以下である場合に、オイルジェットに供給する油圧を低く設定し、オイルジェットからピストンへのオイル噴射を停止する構成としている。これにより、従来技術では、冷間始動時にオイルがピストンに付着して、ピストンが冷却されるのを抑制するようにしている。 As a conventional technique, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-2216, a lubrication device for an internal combustion engine including an oil jet mechanism that lubricates and cools a piston is known. In the prior art, when the coolant temperature is equal to or lower than a predetermined value as in cold start, the hydraulic pressure supplied to the oil jet is set low, and the oil injection from the oil jet to the piston is stopped. Thereby, in the prior art, at the time of cold start, oil adheres to the piston and the piston is prevented from being cooled.
上述した従来技術では、始動時にピストンが冷却されるのを抑制するために、オイルジェットを制御(停止)する構成としている。しかしながら、この場合には、始動後の時間経過に伴って、オイルジェットが停止した状態で噴射ノズルの温度が上昇していく。そして、噴射ノズルの温度が高くなると、噴射ノズル内でオイルがスラッジ化し、ノズルの目詰まりが生じ易くなるという問題がある。この問題は、始動時に限定されるものではなく、冷間運転時であれば生じ得るものである。 In the prior art described above, the oil jet is controlled (stopped) in order to suppress the cooling of the piston at the time of starting. However, in this case, the temperature of the injection nozzle rises with the oil jet stopped as time elapses after starting. When the temperature of the spray nozzle becomes high, there is a problem that oil becomes sludge in the spray nozzle and the nozzle is easily clogged. This problem is not limited at the time of starting, but can occur during cold operation.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、冷間運転時において、オイルジェットによるピストンの冷却を抑制しつつ、オイルジェットの目詰まりを回避することが可能な内燃機関の潤滑装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent clogging of the oil jet while suppressing cooling of the piston by the oil jet during cold operation. It is an object of the present invention to provide a lubricating device for an internal combustion engine that can be used.
第1の発明は、内燃機関のピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェットと、
前記オイルジェットにオイルを供給するオイルポンプと、
前記オイルポンプから前記オイルジェットに供給されるオイルの供給圧を可変に設定するオイル供給圧可変手段と、
内燃機関の冷間運転時に、前記オイルジェットからオイルを噴射させつつ、前記オイル供給圧可変手段を駆動して前記オイルの供給圧をオイルが前記ピストンに到達しない供給圧に設定することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an oil jet that injects oil toward a piston of an internal combustion engine;
An oil pump for supplying oil to the oil jet;
Oil supply pressure variable means for variably setting the supply pressure of oil supplied from the oil pump to the oil jet;
During cold operation of the internal combustion engine, the oil supply pressure variable means is driven while oil is injected from the oil jet to set the supply pressure of the oil to a supply pressure at which the oil does not reach the piston. To do.
第2の発明は、アイドル運転中に前記オイルジェットの作動状態をON−OFF制御したときの機関回転数の変化に基いて、前記オイルジェットを含むオイル噴射系統の故障診断を行う故障診断手段を備える。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a failure diagnosis means for performing a failure diagnosis of an oil injection system including the oil jet based on a change in an engine speed when the operation state of the oil jet is controlled on and off during idle operation. Prepare.
第3の発明は、前記オイルジェットの先端温度が許容温度を超えた場合に、前記オイルジェットのオイル噴射量を増量し、当該増量状態を前記先端温度が許容温度以下となるまで継続する目詰まり抑制制御手段を備える。 According to a third aspect of the present invention, when the tip temperature of the oil jet exceeds an allowable temperature, the oil injection amount of the oil jet is increased, and the increased state is continued until the tip temperature falls below the allowable temperature. Suppression control means is provided.
第4の発明は、前記オイルジェットの洗浄要求が生じた場合に、前記洗浄要求が生じていない場合と比較して前記オイルジェットのオイル噴射量を増加させるオイルジェット洗浄制御手段を備える。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an oil jet cleaning control unit that increases an oil injection amount of the oil jet when a cleaning request for the oil jet is generated, compared to a case where the cleaning request is not generated.
第1の発明によれば、オイル噴射抑制手段は、オイルジェットからオイルを噴射させつつ、オイルがピストンに到達しない程度にオイルの供給圧(噴射圧)を抑制することができる。これにより、冷間運転時において、オイルジェットから噴射されるオイルによりピストンが冷却されるのを防止し、暖機効率を向上させることができる。また、オイルジェットの噴射ノズル内に滞留したオイルがスラッジ化するのを防止し、オイルジェットの目詰まりを抑制することができる。 According to the first invention, the oil injection suppression means can suppress the supply pressure (injection pressure) of the oil to the extent that the oil does not reach the piston while injecting the oil from the oil jet. Thereby, it is possible to prevent the piston from being cooled by the oil injected from the oil jet during the cold operation, and to improve the warm-up efficiency. Further, it is possible to prevent oil staying in the jet nozzle of the oil jet from becoming sludge and to suppress clogging of the oil jet.
第2の発明によれば、特別な故障検出機構やセンサ等を使用しなくても、オイルジェットの作動状態を切換えたときの機関回転数の変化に基いて、オイル噴射系統の故障を容易に診断することができる。これにより、システムの簡略化やコストダウンを促進することができる。また、始動後には、まず最初にアイドル運転中に故障診断を行うことで、高負荷運転等が行われる前にオイル噴射系統の故障を検出することができ、故障状態で負荷が増加することにより他の故障が連鎖的に発生する事態を回避することができる。 According to the second invention, the failure of the oil injection system can be easily performed based on the change in the engine speed when the operation state of the oil jet is switched without using a special failure detection mechanism or sensor. Can be diagnosed. Thereby, simplification of the system and cost reduction can be promoted. In addition, after starting, by first performing failure diagnosis during idle operation, it is possible to detect a failure of the oil injection system before high load operation, etc., and the load increases in the failure state. A situation in which other failures occur in a chain can be avoided.
第3の発明によれば、目詰まり抑制制御手段は、オイルジェットの先端温度が許容温度を超えた場合に、オイル噴射量の増量状態を前記先端温度が許容温度以下となるまで継続することができる。これにより、例えば高負荷運転が頻繁に行われる場合でも、オイルジェットの耐熱性を向上させることができる。 According to the third invention, the clogging suppression control means can continue the increasing state of the oil injection amount until the tip temperature becomes equal to or lower than the allowable temperature when the tip temperature of the oil jet exceeds the allowable temperature. it can. Thereby, for example, even when high-load operation is frequently performed, the heat resistance of the oil jet can be improved.
第4の発明によれば、オイルジェット洗浄制御手段は、故障診断等によりオイルジェットの洗浄要求が生じた場合に、オイル噴射量を増加させることができる。これにより、ピストンの冷却要求がない場合でも、オイルジェットの内部でオイルがスラッジ化するのを抑制し、オイルジェットの目詰まりを抑制することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the oil jet cleaning control means can increase the oil injection amount when a request for cleaning the oil jet occurs due to failure diagnosis or the like. Thereby, even when there is no cooling request for the piston, it is possible to suppress the oil from becoming sludge inside the oil jet and to prevent clogging of the oil jet.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
以下、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン10を備えており、エンジン10の各気筒には、ピストン12により燃焼室14が形成されている。ピストン12は、燃焼室14の拡大及び縮小に伴って往復動するもので、クランク軸16に連結されている。また、エンジン10は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路18と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路20とを備えている。吸気通路18には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ22が設けられ、排気通路20には、排気ガスを浄化する触媒24が設けられている。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁26と、筒内の混合気に点火する点火プラグ28と、吸気ポートを開閉する吸気バルブ30と、排気ポートを開閉する排気バルブ32とが設けられている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an overall configuration diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system of the present embodiment includes an
また、エンジン10は、潤滑油(オイル)が貯留されたオイルパン40と、オイルパン40内のオイルを用いてエンジンの各部を潤滑する潤滑系統とを備えている。潤滑系統には、ピストン12に向けてオイルを噴射するオイルジェット42と、オイルパン40から吸い込んだオイルをオイルジェット42に供給するオイルポンプ44と、電磁弁等の流量制御弁46と、リリーフ弁48とが含まれている。ここで、オイルジェット42の噴射ノズルから噴射されるオイルの噴射量は、オイルの供給圧に応じて変化する。また、オイルポンプ44としては、例えばエンジン10の出力を利用して駆動される機械式のポンプが用いられている。
The
流量制御弁46は、オイルポンプ44からオイルジェット42に供給されるオイルの供給流量及び供給圧を可変に設定するもので、本実施の形態のオイル供給圧可変手段を構成している。なお、本発明では、オイル供給圧可変手段として、例えば可変容量型のオイルポンプ44を採用する構成とし、流量制御弁46を使用しなくてもよい。また、リリーフ弁48は、オイルポンプ44の吐出側で余剰となったオイルをポンプの吸込側に戻すものである。流量制御弁46を全閉した場合には、オイルポンプ44から吐出されるオイルがリリーフ弁48を介して吸込側に戻されるようになり、オイルジェット42によるオイルの噴射動作が停止する。なお、本発明では、例えばリリーフ弁48またはこれと同様の機能が内蔵されたオイルポンプ44を採用する構成とし、単体のリリーフ弁48を使用しなくてもよい。
The flow
次に、システムの制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、車両及びエンジンの制御に必要な各種のセンサを含むセンサ系統と、エンジン10の運転状態を制御するECU(Electronic Control Unit)60とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ50は、クランク軸16の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ52は、エンジンの吸入空気量を検出する。また、水温センサ54は、エンジン冷却水の水温を検出し、油温センサ56は、オイルパン40内のオイルの温度を検出する。この他にも、センサ系統には、例えば排気空燃比を検出する空燃比センサ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等が含まれている。
Next, a system control system will be described. The system according to the present embodiment includes a sensor system including various sensors necessary for controlling the vehicle and the engine, and an ECU (Electronic Control Unit) 60 that controls the operating state of the
ECU60は、例えばROM、RAM等の記憶回路と入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。ECU60の入力側には、上記センサ系統の各センサがそれぞれ接続されている。また、ECU60の出力側には、スロットルバルブ22、燃料噴射弁26、点火プラグ28、流量制御弁46等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ECU60は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて、各アクチュエータを駆動することにより、エンジンの運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ38の出力に基いてエンジン回転数(機関回転数)とクランク角とを検出し、エアフローセンサ52により検出した吸入空気量と、エンジン回転数とに基いて負荷を算出する。また、エンジン回転数、負荷、水温等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、各気筒において、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁26を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ28を駆動する。これにより、各気筒の燃焼室14内で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。
The ECU 60 is configured by an arithmetic processing device including a storage circuit such as a ROM and a RAM and an input / output port. Each sensor of the sensor system is connected to the input side of the
[実施の形態1の特徴]
本実施の形態では、図2に示すように、冷間運転時にオイル噴射抑制制御を実行し、低温なオイルによりピストン12が冷却されるのを抑制する。また、この制御を実現可能な構成を採用すると、システムの構成及び制御がある程度複雑化するので、本実施の形態では、オイルジェット42を含むオイル噴射系統の故障を診断する制御(故障診断制御)と、オイルジェット42等の故障を防止する制御(目詰まり抑制制御及びオイルジェット洗浄制御)とを実行する。図2は、オイル噴射抑制制御、故障診断制御、目詰まり抑制制御及びオイルジェット洗浄制御を示すタイミングチャートである。以下、これらの制御について説明する。
[Features of Embodiment 1]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, oil injection suppression control is executed during cold operation, and the
(オイル噴射抑制制御)
エンジンの運転中には、クランク軸16の回転によりオイルポンプ44が駆動され、オイルポンプ44からオイルジェット42にオイルが供給される。これにより、オイルジェット42は、ピストン12の裏面側に向けてオイルを噴射し、ピストン12及びその周囲部位を潤滑、冷却することができる。しかし、冷間始動時等にオイルジェット42が作動すると、低温のオイルがピストン12に噴き付けられることで暖機効率が低下する。一方、始動時にオイルジェット42を停止させておくと、温度が上昇したときに噴射ノズル内のオイルがスラッジ化して目詰まりが発生する。
(Oil injection suppression control)
During operation of the engine, the
このため、本実施の形態では、エンジンの冷間運転時に、オイル噴射抑制制御を実行する(図2参照)。オイル噴射抑制制御では、流量制御弁46を閉弁側に駆動することにより、オイルジェット42からオイルを噴射させつつ、当該オイルがピストン12に到達しない程度にオイルの供給圧(オイルの噴射圧及び噴射量)を抑制する。本制御によれば、オイルジェット42から噴射されるオイルによりピストン12が冷却されるのを防止し、暖機効率を向上させることができる。また、オイルジェット42の噴射ノズル内に滞留したオイルがスラッジ化するのを防止し、オイルジェット42の目詰まりを抑制することができる。なお、オイル噴射抑制制御は、特に冷間始動時に効果を発揮するが、アイドル運転時等も含めてピストン12を冷却したくない冷間運転時に広く適用することができる。
For this reason, in this Embodiment, oil injection suppression control is performed at the time of engine cold operation (refer FIG. 2). In the oil injection suppression control, by driving the flow
(故障診断制御)
アイドル運転中には、オイル噴射系統の故障診断を行う故障診断制御を実行する。ここで、オイル噴射系統には、少なくともオイルジェット42、オイルポンプ44、流量制御弁46及リリーフ弁48が含まれている。故障診断制御では、図2に示すように、オイルジェット42の作動状態をON−OFF制御したときのエンジン回転数の変化に基いて、オイル噴射系統が故障しているか否かを診断する。詳しく述べると、例えばオイル噴射系統が正常な状態において、オイルジェット42を作動状態(ON)から停止(OFF)した場合には、その分だけエンジンの負荷が減少するので、エンジン回転数が上昇する。また、オイルジェット42を停止状態から作動させた場合には、エンジンの負荷が増加してエンジン回転数が低下する。これに対し、オイル噴射系統が故障している場合には、上記ON−OFF制御を実行しても、エンジン回転数が変化しない。
(Fault diagnosis control)
During idle operation, failure diagnosis control for performing failure diagnosis of the oil injection system is executed. Here, the oil injection system includes at least an
従って、本制御によれば、特別な故障検出機構やセンサ等を使用しなくても、オイルジェット42の作動状態を切換えたときの回転数変化の有無に基いて、オイル噴射系統の故障を容易に診断することができる。これにより、システムの簡略化やコストダウンを促進することができる。また、故障の検出時に適切な処理を行うことができるので、例えば流量制御弁46の故障により冷間時にオイルが噴きっ放しとなり、ピストンが冷え過ぎて排気エミッションが悪化する事態や、高負荷(高温)時にオイルが噴射されないことでピストンが冷却できなくなる事態などを回避することができる。
Therefore, according to this control, failure of the oil injection system can be easily performed based on the presence or absence of a change in the rotational speed when the operation state of the
また、エンジンの始動後には、まず最初にアイドル運転中に故障診断を行うことで、高負荷運転等が行われる前にオイル噴射系統の故障を検出することができ、故障を検出した時点で適切な対応処理(例えば、後述のオイルジェット洗浄制御)を実行することができる。従って、故障状態で負荷が増加することにより他の故障が連鎖的に発生する事態を回避することができる。さらに、アイドル運転中には、上記ON−OFF制御以外にエンジン回転数を変化させる外乱が少ないので、故障診断制御を精度よく行うことができる。なお、本実施の形態において、オイルジェット42の作動及び停止(オイル噴射の実行及び停止)は、例えば流量制御弁46を開弁及び閉弁(ON−OFF制御)することにより実現される。しかし、本発明はこれに限らず、電磁駆動式のオイルポンプ等を採用し、オイルポンプをON−OFF制御する構成としてもよい。 In addition, after starting the engine, it is possible to detect a failure in the oil injection system before high load operation is performed by first performing failure diagnosis during idle operation. Can be executed (for example, oil jet cleaning control described later). Therefore, it is possible to avoid a situation in which another failure occurs in a chain due to an increase in load in a failure state. Further, during idle operation, since there is little disturbance that changes the engine speed other than the ON-OFF control, failure diagnosis control can be performed with high accuracy. In the present embodiment, the operation and stop of the oil jet 42 (execution and stop of oil injection) are realized, for example, by opening and closing the flow rate control valve 46 (ON-OFF control). However, the present invention is not limited to this, and an electromagnetically driven oil pump or the like may be adopted to control the oil pump on and off.
(目詰まり抑制制御)
オイルジェット42の先端温度が所定の許容温度を超えた場合には、噴射ノズル内でオイルがスラッジ化して目詰まりが生じ易くなる。従って、この場合には、オイルジェット42のオイル噴射量を増量し、当該増量状態を前記先端温度が許容温度以下となるまで継続する目詰まり抑制制御を実行する。なお、図2中に示す目詰まり抑制制御は、高負荷運転の開始時にオイル噴射量が増量された増量状態を、高負荷運転の終了後において前記先端温度が許容温度以下となるまで継続する場合を例示している。この場合、高負荷運転が終了し、かつ、オイルジェット42の先端温度が許容温度以下となった場合には、目詰まり抑制制御が終了され、オイル噴射量が増量前の状態に戻される。
(Clogging suppression control)
When the tip temperature of the
ここで、オイル噴射量は、高負荷運転の開始時に機械式オイルポンプ44の駆動回転数が上昇することにより自動的に増量される構成としてもよいが、例えば流量制御弁46や可変容量型オイルポンプを用いた制御により増量させてもよい。また、増量状態の維持も同様に、流量制御弁46や可変容量型オイルポンプの制御により実現される。一方、オイルジェット42の先端温度は、例えば油温センサ56により検出した油温や、高負荷運転の継続時間等に基いて算出されるもので、許容温度は実験等により決定される。
Here, the oil injection amount may be automatically increased by increasing the drive rotational speed of the
目詰まり抑制制御によれば、高負荷運転後であっても、オイルジェット42の先端部が高温である場合には、オイル噴射量の増量状態を維持して前記先端部を継続的に冷却することができ、先端部の温度を効率よく低下させることができる。これにより、高負荷運転が頻繁に行われる場合でも、オイルジェット42の耐熱性を向上させることができる。なお、本発明において、目詰まり抑制制御の実行タイミングは、高負荷運転時(高負荷運転後)に限定されるものではない。即ち、目詰まり抑制制御は、オイルジェット42の先端温度が許容温度を超えるような任意の運転状態において実行すればよい。
According to the clogging suppression control, even after a high-load operation, when the tip of the
(オイルジェット洗浄制御)
オイルジェット洗浄制御は、オイルジェット42の洗浄要求が生じた場合に、前記洗浄要求が生じていない場合と比較してオイル噴射量を増加させ、噴射ノズルの内部等を洗浄するものである。ここで、洗浄要求が生じた場合とは、例えば故障診断制御によりオイル噴射系統の故障を検出した場合などである。オイルジェット洗浄制御は、図2に示すように、例えば中間負荷運転時において、燃料噴射量の増量制御等によりエンジン回転数を高くして、オイルポンプ44の駆動回転数を上昇させることにより実現される。また、オイルジェット洗浄制御は、例えば減速運転(エンジンブレーキの使用)によりエンジン回転数が上昇したときに流量制御弁46の開度を大きくしたり、可変容量型オイルポンプにおいてオイルの吐出量を増加させることにより実現してもよい。
(Oil jet cleaning control)
In the oil jet cleaning control, when a cleaning request for the
オイルジェット洗浄制御によれば、ピストン12の冷却要求がない場合でも、オイルジェット42のオイル噴射量を増加させ、噴射ノズル内でオイルがスラッジ化するのを抑制することができる。また、スラッジ化しつつあるオイル等を多量のオイル噴射により剥離させ、これを除去することができる。従って、オイルジェット42の目詰まりを抑制し、その作動状態を良好に保持することができる。
According to the oil jet cleaning control, even when there is no request for cooling the
なお、前記実施の形態1では、図2中のオイル噴射抑制制御が請求項1におけるオイル噴射抑制手段の具体例を示し、故障診断制御が請求項2における故障診断手段の具体例を示している。また、図2中の目詰まり抑制制御は、請求項3における目詰まり抑制制御手段の具体例を示し、オイルジェット洗浄制御は、請求項4におけるオイルジェット洗浄制御手段の具体例を示している。 In the first embodiment, the oil injection suppression control in FIG. 2 shows a specific example of the oil injection suppression means in claim 1, and the failure diagnosis control shows a specific example of the failure diagnosis means in claim 2. . Further, the clogging suppression control in FIG. 2 shows a specific example of the clogging suppression control means in claim 3, and the oil jet cleaning control shows a specific example of the oil jet cleaning control means in claim 4.
10 エンジン(内燃機関)
12 ピストン
14 燃焼室
16 クランク軸
18 吸気通路
20 排気通路
22 スロットルバルブ
24 触媒
26 燃料噴射弁
28 点火プラグ
30 吸気バルブ
32 排気バルブ
40 オイルパン
42 オイルジェット
44 オイルポンプ
46 流量制御弁(オイル供給圧可変手段)
48 リリーフ弁
50 クランク角センサ
52 エアフローセンサ
54 水温センサ
56 油温センサ
60 ECU
10 Engine (Internal combustion engine)
12 piston 14
48
Claims (4)
前記オイルジェットにオイルを供給するオイルポンプと、
前記オイルポンプから前記オイルジェットに供給されるオイルの供給圧を可変に設定するオイル供給圧可変手段と、
内燃機関の冷間運転時に、前記オイルジェットからオイルを噴射させつつ、前記オイル供給圧可変手段を駆動して前記オイルの供給圧をオイルが前記ピストンに到達しない供給圧に設定することを特徴とする内燃機関の潤滑装置。 An oil jet that injects oil toward the piston of the internal combustion engine;
An oil pump for supplying oil to the oil jet;
Oil supply pressure variable means for variably setting the supply pressure of oil supplied from the oil pump to the oil jet;
During cold operation of the internal combustion engine, the oil supply pressure variable means is driven while oil is injected from the oil jet to set the supply pressure of the oil to a supply pressure at which the oil does not reach the piston. A lubricating device for an internal combustion engine.
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