JP5903879B2 - エンジンのクランクピン給油構造およびエンジンの給油装置 - Google Patents

Description

この発明は、クランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路に対して、外部からオイルを供給し、該ピン部給油路にピン部内油量制御弁を設けたようなエンジンのクランクピン給油構造およびエンジンの給油装置に関する。

一般に、エンジンの構造系の機械抵抗の要因の１つに、クランク軸の回転抵抗があり、低温時や低中負荷運転時に、メインジャーナル部（主軸部）とクランクピン部との潤滑に供されるオイルが多過ぎると、油膜せん断による油膜温度上昇が期待できず、クランク軸の回転抵抗を軽減できないものである。

以下、この点について詳述する。
クランク軸はメインジャーナル部とクランクピン部とを備えており、メインジャーナル部が軸受を介してシリンダブロックに軸支される一方で、クランクピン部は軸受を介してコネクティングロッドに連結されている。
多気筒エンジンの場合、気筒相当数のクランクピン部には当該クランクピン部に隣接するメインジャーナル部からピン部給油路を介してオイルが供給される。
メインジャーナル部およびクランクピン部は何れも油膜を介して回転するもので、油膜に作用するせん断力で摩擦熱が発生し、油膜の温度が上昇し、適当な油膜温度が維持されると、オイルの粘性が適切となって、回転抵抗が軽減できる。

一方、メインジャーナル部およびクランクピン部（コンロッドを取付ける軸部）の潤滑部に余剰なオイルが流入すると、各軸受部からオイルが溢れて横方向に流れ去る所謂サイドフローが多くなる。つまり潤滑部に流入したオイルが早く逃げることになり、油膜温度が有効に上昇せず、オイル粘性が高くなって、クランク軸の回転抵抗が大きくなる。
特に、クランクピン部はメインジャーナル部の軸心（クランク軸の軸心）より偏心した位置にあり、偏心量が比較的大きいので、該クランクピン部の油膜は遠心力の作用を受け、この遠心力はエンジン回転数が高くなる程大きくなり、油圧の増加によりオイル流入量がさらに多くなるので、回転抵抗がより一層増大する問題点があった。

このような問題点を解決するためには、クランク軸に対する給油量を少なく制御することが考えられるが、給油量を少なくしても上述のクランクピン部への給油には、エンジン回転に伴い遠心力が作用するので、流量制御が難しくなるという問題点があった。

ところで、特許文献１には、クランクピン部内の油路（オイル通路）に、クランク軸の高回転時の遠心力による高油圧に伴って流量面積を絞るポペット形状の流量制御弁（流量規制手段２０参照）を設けたものが開示されている。

しかしながら、上記流量制御弁は、その弁体を遠心力に応じて変位させ、流路の面積を直接制御するが、流路内の油圧も遠心力の影響を受けており、必ずしも充分な対応とはならず、改善の余地があった。

特開２００７−３２７１８号公報

そこで、この発明は、ピン部給油路内の油圧が遠心力の影響を受けて上昇する点に着目し、その上昇油圧と対峙する筒状弁体を設けることで、ピン部給油路に作用する遠心力による油圧上昇分が筒状弁体に作用する遠心力分を打ち消し、遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができて、筒状弁体を遠心力に伴わない油圧に応じて、適正に変位させ、油量調整を正確に行なうことができるエンジンのクランクピン給油構造およびエンジンの給油装置の提供を目的とする。

この発明によるエンジンのクランクピン給油構造は、クランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路に外部からオイルを供給し、該ピン部給油路にピン部内油量制御弁を設けたエンジンのクランクピン給油構造であって、上記ピン部内油量制御弁が、上記ピン部給油路の一部に該ピン部給油路に沿って収容され遠心力を受けてメインジャーナル部軸心から遠ざかる方向に移動可能な筒状弁体を有し、該筒状弁体が、小径部のメインジャーナル部軸心から遠ざかる外端側にフランジ状の大径部を有して、上記小径部のメインジャーナル部軸心に近づく方向の端部と上記大径部の外端側との受圧面に差をもたせて設け、上記大径部の外端側に筒状弁体の中央連通路とつながる有底油室を設けると共に、該筒状弁体をメインジャーナル部軸心から遠ざかる方向に付勢するバネを設け、上記ピン部給油路の油圧の上昇に伴う大径部のメインジャーナル部軸心に近づく方向の位置変化によりクランクピン部周面に連通する交差油路の開口面積を増大させるように構成したものである。

上記構成によれば、エンジン回転数の上昇に伴い遠心力が大きくなると、ピン部給油路に設けたピン部内油量制御弁における筒状弁体の中央連通路から有底油室に入るオイルの圧力（油圧）が高くなり、この油圧が筒状弁体の大径部に作用する。
筒状弁体はメインジャーナル部軸心から遠ざかる側に大径部を有し、メインジャーナル部軸心に近づく側に小径部を有しており、これら小径部と大径部とには受圧面に差をもたせているので、有底油室に作用する油圧力に対応して筒状弁体はメインジャーナル部軸心に近づく方向に変位し、交差油路の開口面積を増大させる。
このように、ピン部給油路に作用する遠心力による油圧上昇分が、筒状弁体に作用する遠心力分を打ち消し、遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができ、筒状弁体を遠心力に影響されない油圧に応じて、適正に変位させ、油量調整を正確に行なうことができる。
換言すれば、筒状弁体に作用する遠心力を、有底油室において大径部の受圧面に作用する油圧で打消し、遠心力の影響を概ねなくすことができ、本来の制御油圧により筒状弁体をコントロールすることができる。

この発明の一実施態様においては、上記ピン部内油量制御弁は、上記筒状弁体と、上記バネとを収容して有底油室を区画するケースを備え、該ケースが上記ピン部給油路の一部に嵌め込まれ、該ケースの周面に、上記交差油路と連通する開口が設けられ、上記大径部の油圧による変位で該開口の面積が調整されるように構成したものである。
上記構成によれば、ピン部内油量制御弁をユニット化（複数部品としての筒状弁体、バネ等が一体的に組付けられた構成単位）することができ、これにより、クランク軸の加工を簡素化することができる。

この発明によるエンジンの給油装置は、一端がクランク軸の複数のメインジャーナル部のうちの特定のメインジャーナル部に連通すると共に、他端がそれぞれのクランクピン部に連通するピン部給油路を設け、各ピン部給油路に上記請求項１または２に記載のピン部内油量制御弁を設け、上記特定のメインジャーナル部を支持する特定軸受部以外の複数の軸受部に連通し、軸受部用流量制御弁を介した主油路を設け、上記特定軸受部には、該主油路の上記軸受部用流量制御弁より上流側で分岐し、途中にクランクピン部用流量制御弁を介在させたピン部用サブ油路が連通されてなるものである。
上述の特定のメインジャーナル部は、直列多気筒エンジンにおいて気筒列方向の中央に位置するメインジャーナル部に設定してもよい。

上記構成によれば、特定軸受部以外の複数の軸受部（メインジャーナル部を支持する複数の軸受部）に対しては主油路から軸受部用流量制御弁を介してオイルが供給され、特定軸受部（メインジャーナル部を支持する特定の軸受部）にはピン部用サブ油路からクランクピン部用流量制御弁を介してオイルが供給される。
また、それぞれのクランクピン部に対しては、ピン部給油路とピン部内油量制御弁とを介してオイルが供給される。
上記主油路の流量は軸受部用流量制御弁でコントロールされ、ピン部用サブ油路の流量はクランクピン部用流量制御弁でコントロールされ、しかも、クランクピン部の潤滑部に供給される油圧はピン部内油量制御弁により遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができる。
よって、メインジャーナル部とクランクピン部との総合的な給油をより一層高精度に行なうことができる。

この発明によれば、ピン部給油路に作用する遠心力による油圧上昇分が、筒状弁体に作用する遠心力分を打ち消し、遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができて、筒状弁体を遠心力に伴わない油圧に応じて、適正に変位させ、油量調整を正確に行なうことができる効果がある。

本発明のエンジンの給油装置を示す全体構成図 クランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路を示すクランク軸の断面図 特定軸受部における縦断面図 特定軸受部以外の軸受部における縦断面図 エンジンのクランクピン給油構造を示す図２の要部拡大断面図 ピン部内油量制御弁の拡大断面図 ピン部内油量制御弁の作動時の説明図 図５のＸ‐Ｘ線矢視断面図 （ａ）は遠心力により有底油室に作用する油圧変化を示す特性図、（ｂ）はエンジン回転数により筒状弁体に作用する遠心力変化を示す特性図 ピン部内油量制御弁の他の実施例を示す拡大断面図 ピン部内油量制御弁の作動時の説明図 各作動モードにおける開閉弁および第１、第２制御弁の作動状態を示す説明図 特定軸受部における潤滑油と流量との関係を示すグラフ 従来のエンジンの給油装置と実施例のエンジンの給油装置との潤滑油量を比較して示すグラフ

ピン部給油路に作用する遠心力による油圧上昇分が、筒状弁体に作用する遠心力分を打ち消し、遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができ、筒状弁体を遠心力に伴わない油圧に応じて適正に変位させ、油量調整を正確に行なうという目的を、クランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路に外部からオイルを供給し、該ピン部給油路にピン部内油量制御弁を設けたエンジンのクランクピン給油構造において、上記ピン部内油量制御弁が、上記ピン部給油路の一部に該ピン部給油路に沿って収容され遠心力を受けてメインジャーナル部軸心から遠ざかる方向に移動可能な筒状弁体を有し、該筒状弁体が、小径部のメインジャーナル部軸心から遠ざかる外端側にフランジ状の大径部を有して、上記小径部のメインジャーナル部軸心に近づく方向の端部と上記大径部の外端側との受圧面に差をもたせて設け、上記大径部の外端側に筒状弁体の中央連通路とつながる有底油室を設けると共に、該筒状弁体をメインジャーナル部軸心から遠ざかる方向に付勢するバネを設け、上記ピン部給油路の油圧の上昇に伴う大径部のメインジャーナル部軸心に近づく方向の位置変化によりクランクピン部周面に連通する交差油路の開口面積を増大させるように構成することで実現した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はエンジンのクランクピン給油構造およびエンジンの給油装置を示すが、まず、図１〜図４を参照してエンジンの給油装置について説明する。
図１はエンジンの給油装置を示す全体構成図、図２はクランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路を示すクランク軸の断面図、図３は特定軸受部における縦断面図、図４は特定軸受部以外の軸受部における縦断面図である。

図１において、エンジンの給油装置１は、自動車の多気筒エンジン、例えば、直列４気筒エンジンＥを潤滑するものである。
エンジンＥは、シリンダヘッド（図示せず）と、シリンダブロック２と、エンジンＥの潤滑油（つまり、オイル）を回収および貯留可能なオイルパン４とが上下方向に連結されている。
シリンダヘッドには、複数の吸気弁と、複数の排気弁と、複数の吸気弁を駆動する吸気側カム軸と、複数の排気弁を駆動する排気側カム軸等が配置されている。シリンダブロック２には、列状に配置された気筒相当数、つまり４つのシリンダボア２ａが形成され、各シリンダボア２ａ内をそれぞれ上下方向に摺動可能な４つのピストン（図示せず）が配置されている。

シリンダブロック２の前後および気筒間の縦壁部３ａは、ロアブロック３ｂ（または軸受キャップ）とによりクランク軸１０を回転自在に枢支している。
４つのピストンとクランク軸１０が４本のコネクティングロッド５を介して連結されている。縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂには、中央軸受部２１（特定軸受部）と、４つの側部軸受部２２（特定軸受部以外の複数の軸受部）とが形成されている。
特定軸受部としての中央軸受部２１は、第２気筒＃２と第３気筒＃３との間にクランク軸１０と直交するように形成され、特定軸受部以外の軸受部としての側部軸受部２２は、第１気筒＃１と第２気筒＃２の間と、第３気筒＃３と第４気筒＃４の間と、第１気筒＃１の外壁部と、第４気筒＃４の外壁部とにそれぞれクランク軸１０と直交するように形成されている。

図２に示すように、クランク軸１０は、１つの中央軸部１１（特定のメインジャーナル部）と、４つの側部軸部１２（特定以外のメインジャーナル部）と、４つのクランクピン部１３と、クランク軸内油路１４等を備えている。
中央軸部１１は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、クランク軸１０の軸方向中央位置に形成されている。
中央軸部１１は、縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂに形成された中央軸受部２１に軸受メタル２１ａを介して回転自在に枢支されている。
中央軸部１１の外周には、潤滑油を中央軸部１１の内部へ導入可能な1対の開口部１１ａが形成されている。
４つの側部軸部１２は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、クランク軸１０の中央軸受部２１の前後側方位置にそれぞれ２つづつ形成されている。
各側部軸部１２は縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂに形成された側部軸受部２２に軸受メタル２２ａを介して回転自在に枢支されている。軸受メタル２１ａ，２２ａには、該軸受メタル２１ａ，２２ａの内外を連通可能な連通開口が形成されている。

４つのクランクピン部１３は、クランク軸１０の回転軸心と同じ円状に配置され、メインジャーナル部としての中央軸部１１および各側部軸部１２から偏心した位置に形成されている。クランクピン部１３は、軸受メタル５ａを介して各コネクティングロッド５を回転自在に枢支している。各クランクピン部１３の外周には、潤滑油を第１気筒＃１〜第４気筒＃４に対応したクランクピン部１３周面へ供給するために、該クランクピン部１３周面に連通する交差油路１３ａ〜１３ｄがそれぞれ形成されている。

クランク軸１０の内部には、開口部１１ａと各交差油路１３ａ〜１３ｄとを連通するクランク軸内油路１４が設けられている。クランク軸内油路１４は、中央油路１４ｅと、第１〜第４のピン部給油路１４ａ〜１４ｄとにより構成されている。
中央油路１４ｅは、一方の開口部１１ａから他方の開口部１１ａに亙って軸心直交方向へ略直線状に形成され、中央軸受部２１に供給された潤滑油をクランク軸１０内部へ導入可能に構成されている。
第１ピン部給油路１４ａは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を側部軸部１２を経由して第１気筒＃１に対応したクランクピン部１３の交差油路１３ａへ流動可能に形成されている。
第２ピン部給油路１４ｂは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を第２気筒＃２に対応したクランクピン部１３の交差油路１３ｂへ流動可能に形成されている。
第３ピン部給油路１４ｃは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を第３気筒＃３に対応したクランクピン部１３の交差油路１３ｃへ流動可能に形成されている。
第４ピン部給油路１４ｄは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を側部軸部１２を経由して第４気筒＃４に対応したクランクピン部１３の交差油路１３ｄへ流動可能に形成されている。
これにより、開口部１１ａからクランク軸１０内部へ導入された潤滑油は、各交差油路１３ａ〜１３ｄからそれぞれに対応した軸受メタル５ａ（図１参照）に給油される。なお、軸受メタル５ａには、該軸受メタル５ａの内外を連通可能な連通開口が形成されている。
ここで、ピン部給油路１４ａ〜１４ｄと交差油路１３ａ〜１３ｄとの間には、ピン部内油量制御弁６０（図５参照）が設けられるが、このピン部内油量制御弁の具体的構造については後述する。

図１に示すように、エンジンの給油装置１は、電動式のオイルポンプ６と、主油路７（図１の太線の油路参照）と、ピン部用サブ油路３０と、クランクピン部用流量制御弁としての第２制御弁Ｖ２と、軸受部用流量制御弁としての第１制御弁Ｖ１と、コントロールユニット５０等を備えている。
オイルポンプ６は、吐出圧の下限が１５０［ｋＰａ］に設定された電動式の可変容量型オイルポンプにより構成されている。なお、電動式のオイルポンプ６に代えて機械式の固定容量型オイルポンプを適用することも可能である。

主油路７は、オイルポンプ６の吐出部に接続され昇圧された潤滑油をエンジンＥの各摺動部へ給油するための潤滑油路であり、シリンダブロック２に穿設された通路（いわゆる、オイルギャラリ）により構成されている。
主油路７には、分岐主油路７ａと、ピン部用サブ油路３０と、分岐油路４５とがそれぞれ接続されている。
分岐主油路７ａは、シリンダブロック２やシリンダヘッド等に穿設された通路により構成されている。分岐主油路７ａには、ピストン潤滑用油路８と、ピストン冷却用油路９とが接続されている。

ピストン潤滑用油路８は、分岐主油路７ａから分岐し、各気筒＃１〜＃４のシリンダボア２ａの下方位置に設置された１対の潤滑用ノズル（図示せず）に潤滑油を供給可能に形成されている。
ピストン潤滑用油路８には、潤滑用ノズルの上流側位置に運転状態に応じて開閉可能な電磁切換弁Ｖ３が設けられている。潤滑油は、各ピストンの背面に噴射され、ピストンに装着されたコンプレッションリングとオイルリングとの間のランド部へ供給される。これにより、ピストンが上昇移動する時、潤滑油がオイルリングの先行域へ給油され、オイルリングのシリンダボア２ａに対する摺動抵抗が低減される。

ピストン冷却用油路９は、分岐主油路７ａから分岐し、各気筒＃１〜＃４のシリンダボア２ａの下方位置に設置された冷却用ノズル（図示せず）に潤滑油を供給可能に形成されている。潤滑油は、油圧に応じて開閉可能な圧力切換弁を介して各ピストンの冠面裏部に噴射され、ピストン冠面を冷却可能に構成されている。これにより、潤滑油がピストン冠面を冷却し、燃焼を安定化することができる。

図１，図３に示すように、ピン部用サブ油路３０は、主油路７の第１制御弁Ｖ１よりも上流側で分岐し、途中に第２制御弁Ｖ２を介在させた油路であって、このピン部用サブ油路３０は、中央軸受部２１へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。ピン部用サブ油路３０は、主油路７と中央軸部１１を支承する軸受メタル２１ａとを連通し、連通路３１と第２制御弁Ｖ２等を備えている。連通路３１は、下流端が第２制御弁Ｖ２と軸受メタル２１ａとの間の位置に接続され、上流端が後述する共通油路４１に接続されている。

連通路３１の途中部には、第２逆止弁３３が介装されている。第２逆止弁３３は、共通通路４１の油圧が所定圧力以上の時、潤滑油を共通油路４１から軸受メタル２１ａ側のピン部用サブ油路３０へ供給する。この第２逆止弁３３は、後述する電磁開閉弁Ｖ４が開弁した時、それによる油圧の増大に伴い連通し、電磁開閉弁Ｖ４が閉弁した時、遮断するよう形成されている。
また、第２逆止弁３３は、その逆止作用により、第２制御弁Ｖ２により調圧され中央軸受部１１に供給される潤滑油の油圧が、第１制御弁Ｖ１により調圧され各側部軸受部２２に供給される潤滑油の油圧より大きくても連通路３１を介して各側部軸受部２２の給油形態に影響を与えることはない。
第２制御弁Ｖ２は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりデューティ制御される。

図１，図２，図４に示すように、主油路７は、各側部軸受部２２へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。この主油路７は、特定のメインジャーナル部（中央軸部１０参照）を支持する特定軸受部以外の複数の軸受部（側部軸受部２２参照）に連通しており、共通油路４１と、４つの分岐給油路４２等を備えている。共通油路４１は、上流端が第１制御弁Ｖ１に接続されている。
第１制御弁Ｖ１は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりデューティ制御される。

図１に示すように、４つの分岐給油路４２，４２…は、それぞれ、上流端が第１制御弁Ｖ１よりも下流側の共通油路４１に並列状に接続され、下流端が側部軸部１２を支承する軸受メタル２２ａへ連通されている。各分岐給油路４２は、図２に示すように、並列接続された第１逆止弁４３（図４参照）とオリフィス４４（絞り通路）を備えている。
第１逆止弁４３は、分岐給油路４２の油圧が所定圧力以上の時、潤滑油を軸受メタル２２ａへ供給する。オリフィス４４は、上流端が第１逆止弁４３の上流側の分岐給油路４２に接続され、下流端が軸受メタル２２ａへ連通されている（図４参照）。
オリフィス４４は、軸受メタル２２ａへ供給される潤滑油量を第１逆止弁４３が連通した時の潤滑油の流量よりも少量に制限するように形成されている。よって、この実施例では、軸受メタル２２ａへ供給される潤滑油量をオリフィス４４により制限するため、各軸受部２２に形成される潤滑油膜の厚さを軸受特性数が境界摩擦領域に入らない範囲になるように制御している。

図１に示すように、分岐油路４５は、主油路７から分岐し、共通油路４１へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。分岐油路４５は、一端（下流端）が第１制御弁Ｖ１よりも下流側の共通油路４１に接続され、他端（上流端）が主油路７に接続されている。
分岐油路４５の中途部には、電磁開閉弁Ｖ４が設けられている。電磁開閉弁Ｖ４は，ノーマルオープンタイプの電磁方向切換弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりオン・オフ制御される。これにより、電磁開閉弁Ｖ４がオフ状態の時（図示状態の時）、主油路７の油圧（潤滑油量）が分岐油路４５から共通通路４１へ供給され、電磁開閉弁Ｖ４がオン状態の時、分岐油路４５から共通油路４１への油圧の供給が遮断される。

主油路７には、流量センサ１５が設置されている。流量センサ１５は、主油路７を流れる潤滑油量を検出し、その検出値をコントロールユニット５０へ送信する。
また、第１気筒＃１に対応するオリフィス４４の上流側位置には、油温センサ１６が設置されている。油温センサ１６は、分岐給油路４２を流れる潤滑油の温度を検出し、その検出値をコントロールユニット５０へ送信する。
コントロールユニット５０には、エンジンＥの回転数センサ（図示せず）や負荷センサ（図示せず）等からエンジンＥの運転状態を示すエンジン回転数や負荷等の検出値が送信されている。

次に図５〜図８を参照してエンジンのクランクピン給油構造について詳述する。
図５は図２の要部拡大断面図で、図示の便宜上、第２気筒＃２と第３気筒＃３とにおけるクランクピン部１３，１３への給油構造を示しているが、第１気筒＃１と第４気筒＃４におけるクランクピン部１３，１３への給油構造も、これと同様に構成されている。
図６はピン部内油量制御弁の拡大断面図、図７はその作動時の説明図、図８は図５のＸ‐Ｘ線矢視断面図である。

図５に示すように、第２気筒＃２のクランクピン部１３にオイルを供給するピン部給油路１４ｂの一部には、該ピン部給油路１４ｂに沿うようにピン部内油量制御弁６０（いわゆる、オイルコントロールバルブ）を収容している。
同様に、第３気筒＃３のクランクピン部１３にオイルを供給するピン部給油路１４ｃの一部にも、該ピン部給油路１４ｃに沿うようにピン部内油量制御弁６０を収容している。
各気筒＃１〜＃４のピン部内油量制御弁６０（以下単に、油量制御弁と略記する）は同一構造に形成されており、この実施例では、図５に示すように、ピン部給油路１４ｂ，１４ｃの延長線上に制御弁配設孔６１をクランク軸１０外部と連通するように開口形成し、制御弁配設孔６１の開口端６１ａから該制御弁配設孔６１に油量制御弁６０を捩じ込み固定している。

図６，図７，図８に油量制御弁６０を拡大して示すように、この油量制御弁６０は、エンジンＥの回転に伴う遠心力を受けてメインジャーナル部（中央軸部１１、側部軸部１２参照）の軸心１００（図５参照）から遠ざかる方向、（詳しくは、メインジャーナル部の軸心１００に対して接離する方向）に移動可能な筒状弁体６２（つまり可動弁体）と、この筒状弁体６２の軸心に貫通形成された中央連通路６３と、筒状弁体６２の小径部６２Ｓと、小径部６２Ｓのメインジャーナル部軸心１００（図５参照）から遠ざかる外端側に一体形成されたフランジ状、例えば、円筒状の大径部６２Ｌと、筒状弁体６２をメインジャーナル部軸心１００から遠ざかる方向に付勢するバネとしてのコイルスプリング６４と、このコイルスプリング６４のバネ座を兼ねるスプールガイド６５と、上述の筒状弁体６２、コイルスプリング６４およびスプールガイド６５を収容して大径部６２Ｌの外端側に筒状弁体６２の中央連通路とつながる有底油室６６を区画するケース６７と、を備えている。

上述のケース６７の内部上流側（メインジャーナル部軸心１００に近づく方向側）には、オイル中の異物を除去するフィルタ６８を取付けており、オイルは該フィルタ６８を通って中央連通路６３に供給される。
また、ケース６７における開口端６１ａと近接する外周部には環状のＯリング溝６７ａを形成し、このＯリング溝６７ａには、制御弁配設孔６１とケース６７との間をシールするシール部材としてのＯリング６９を嵌着している。
さらに、上述のケース６７の周面には前述の交差油路１３ｃ，１３ｃ（図８参照）と連通する開口（いわゆる、アウトレットポート）７０，７０が形成されており、交差油路１３ｃ，１３ｃはクランクピン部１３周面に連通するように形成されている。
しかも、図６，図７，図８に示すように、小径部６２Ｓのメインジャーナル部軸心１００に近づく方向の端部と、大径部６２Ｌの外端側との受圧面に差を形成し、ピン部給油路１４ｃの油圧の上昇に伴う大径部６２Ｌのメインジャーナル部軸心１００に近づく方向の位置変化により、開口７０の面積を調整して、クランクピン部１３の周面に連通する交差油路１３ｃの開口面積を増大させるように構成している。

図９の（ｂ）は横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にクランクピン部１３に作用する遠心力（筒状弁体６２に作用する遠心力）をとった特性図で、エンジン回転数が高くなる程、筒状弁体６２に作用する遠心力が大きくなることを表わしている。
図９の（ａ）は横軸にエンジン回転数をとり、縦軸に遠心力による油圧変化（有底油室６６において図７に点線矢印で示す方向に作用する油圧）をとった特性図で、エンジン回転数が高くなる程、遠心力による油圧（図７の点線矢印方向の油圧）が高くなることを表わしており、この実施例では、上述の油量制御弁６０で、図９の（ｂ）の特性と、図９の（ａ）の特性とを相殺して、遠心力の影響をなくすものである。

すなわち、図９の（ｂ）の特性図で示すように、エンジン回転数の上昇に伴い遠心力が次第に大きくなると、図７に矢印で示すように、ピン部給油路１４ｃに設けた油量制御弁６０における筒状弁体６２の中央連通路６３から有底油室６６に入るオイルの圧力（油圧）が、図９の（ａ）の特性図で示すように高くなり、有底油室６６に入ったオイルの圧力が、図７に点線矢印で示すように、筒状弁体６２の大径部６２Ｌに作用する。

筒状弁体６２の小径部６２Ｓと大径部６２Ｌとには受圧面積の差があるので、図７に示すように、筒状弁体６２は油圧力に対応してメインジャーナル部軸心１００に近づく方向に変位し、開口７０の面積が調整され、これにより交差油路１３ｃ（図８参照）の開口面積を増大させる。
換言すれば、筒状弁体６２に作用する遠心力（図９の（ｂ）参照）を、有底油室６６において大径部６２Ｌの受圧面に作用する油圧（図９の（ａ）参照）で打消し、遠心力の影響を概ねなくすことができ、本来の制御油圧により筒状弁体６２をコントロールすることができる。

このように、ピン部給油路１４ｃに作用する遠心力による油圧上昇分（図９の（ａ）参照）と、筒状弁体６２に作用する遠心力分（図９の（ｂ）参照）とが相殺されるので、遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができ、筒状弁体６２を遠心力に影響されない本来の制御油圧に応じて、適正に変位させ、油量調整を正確に行なうことができる。
なお、図６，図７で示した油量制御弁６０に代えて、図１０，図１１に示す油量制御弁６０´を用いてもよい。

図６，図７の油量制御弁６０においては、ケース６７でペントルーフ形状の有底油室６６を形成したが、図１０，図１１に示すこの油量制御弁６０´においては、ケース６７に固定した別体のプラグ７１と該ケース６７とにより円柱状の有底油室６６を形成している。
また、図１０，図１１の油量制御弁６０´では、図６，図７のスプールガイド６５を廃止して、ケース６７にコイルスプリング６４のバネ座６７ｂと、筒状弁体６２のガイド部６７ｃとを一体形成している。

図１０，図１１に示す油量制御弁６０´においても、その他の構成、作用、効果については図６，図７で示した油量制御弁６０と同様であるから、図１０，図１１において、図６，図７と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。

次に、図１２に基づいて、コントロールユニット５０による作動モード毎の電磁開閉弁Ｖ４と、第１、第２の各制御弁Ｖ１，Ｖ２の制御について説明する。
コントロールユニット５０は、始動モード、温間モード、高温モード、高回転／高負荷モード、フェールセーフモードの５つのモードにより、電磁開閉弁Ｖ４と各制御弁Ｖ１，Ｖ２を制御している。コントロールユニット５０は、第１制御弁Ｖ１を制御するための油圧マップと、第２制御弁Ｖ２を制御するための油圧マップとをそれぞれメモリ内に格納している。

第２制御弁Ｖ２の油圧マップは、予め実験的、または、理論的に求められたマップであり、各クランクピン部１３を充分に潤滑可能な油圧と、エンジン回転数と、エンジン負荷との対応関係が設定されている。
第１制御弁Ｖ１の油圧マップは、予め実験的、または、理論的に求められたマップであり、各軸受部２２の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持可能な油圧と、エンジン回転数と、エンジン負荷との対応関係が設定されている。各制御弁Ｖ１，Ｖ２は、これら各制御弁Ｖ１，Ｖ２がオン（作動）状態の時、それぞれの油圧マップに基づいて制御される。

始動モード、例えば、エンジンＥの始動時等潤滑油温度が３０℃より低い時は、電磁開閉弁Ｖ４がオフ状態、第２制御弁Ｖ２がオン状態、第１制御弁Ｖ１がオフ状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、ピン部用サブ油路３０の第２制御弁Ｖ２を経由する第１のルートと、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１、連通路３１、第２逆止弁３３を経由する第２のルートとの２つのルートからピン部用サブ油路３０へ給油される。
各側部軸受部２２用の潤滑油は、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１を経由して各分岐給油路４２へ給油される。これにより、各給油路へ潤滑油を早期に充填することができる。

温間モード、例えば、潤滑油温度が３０℃以上１３０℃未満の時は、電磁開閉弁Ｖ４がオン状態、第２制御弁Ｖ２がオン状態、第１制御弁Ｖ１がオン状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、油圧マップに基づいて主油路７からピン部用サブ油路３０により軸受メタル２１ａへ給油される。
各側部軸受部２２用の潤滑油は、油圧マップに基づいて主油路７、共通油路４１、各分岐給油路４２、各オリフィス４４を経由して各軸受メタル２２ａへ給油される。これにより、各側部軸受部２２へ供給する潤滑油量を最小限に抑えることができ、潤滑油のサイドフローを減少し、各側部軸受部２２に滞在する潤滑油温度を高めることによりオイルポンプ６の駆動負荷を低減できる。

高温モード、いわゆる潤滑油温度が１３０℃以上の時は、電磁開閉弁Ｖ４がオフ状態、第２制御弁Ｖ２がオン状態、第１制御弁Ｖ１がオフ状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、始動モードと同様に、第１、第２の各ルートから軸受メタル２１ａへ給油される。
各側部軸受部２２用の潤滑油は、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１、各分岐給油路４２、第１逆止弁４３を経由して各軸受メタル２２ａへ給油される。これにより、中央軸受部２１へ供給される潤滑油量を増加し、中央軸受部２１と各クランクピン部１３の潤滑油膜の厚さを確保できる。また、各側部軸受部２２へ供給される潤滑油量を増加し、各側部軸受部２２の潤滑油膜の厚さを確保でき、潤滑油粘度の過剰低下を抑制することができる。

高回転／高負荷モードの時は、高温モードと同様に、電磁開閉弁Ｖ４がオフ状態、第２制御弁Ｖ２がオン状態、第１制御弁Ｖ１がオフ状態に制御されている。
フェールセーフモードの時は、電磁開閉弁Ｖ４がオフ状態に制御される。これにより、第１、第２の各制御弁Ｖ１，Ｖ２が故障した場合でも、中央軸受部２１と各側部軸受部２２と各クランクピン部１３の潤滑油膜の厚さを確保できる。

図１３に基づいて、メインジャーナル部の軸受部２１および軸受部２２に供給される潤滑油の流量特性について説明する。なお、図１３は、エンジン回転数が２０００［ｒｐｍ］の時の潤滑油の流量特性を示している。

図１３に示すように、中央軸受部２１には、４つのクランクピン部１３の潤滑に必要な流量Ｌ３を中央軸受部２１の潤滑に必要な流量に付加した流量Ｌ１が供給されている。
流量Ｌ１は、油圧がＰ０［ｋＰａ］未満の範囲と、油圧がＰ０［ｋＰａ］からＰ１［ｋＰａ］までの微小流量制御範囲Ａと、油圧がＰ１［ｋＰａ］以上の範囲に分けて制御されている。

油圧がＰ０［ｋＰａ］未満の時、電磁開閉弁Ｖ４がオフ状態（開弁）のため、ピン部用サブ油路３０の第２制御弁Ｖ２を介して供給される潤滑油と電磁開閉弁Ｖ４を介して供給される潤滑油が合流されて軸受メタル２１ａへ給油される。
微小流量制御範囲Ａの時、電磁開閉弁Ｖ４がオン状態（閉弁）のため、第２制御弁Ｖ２を介して供給される潤滑油が軸受メタル２１ａへ給油される。
油圧がＰ１［ｋＰａ］以上の時、前述した油圧がＰ０［ｋＰａ］未満の場合と同様である。

以上により、微小流量制御範囲Ａでは、中央軸受部２１へ供給する潤滑油流量Ｌ１を、油圧マップに基づいてデューティ制御し、各クランクピン部１３を充分に潤滑しつつ、中央軸受部２１の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するように制御している。

図１４に示すように、従来の独立給油方式の給油装置では、全軸受部にクランクピン部の潤滑に必要な潤滑油を付加した潤滑油量を均等に供給する必要があったが、この実施例の給油装置１では、中央軸受部２１のみにクランクピン部１３の潤滑に必要な潤滑油を付加し、各側部軸受部２２の潤滑油量は潤滑油膜の厚さが所定の限界厚さ近傍まで低減できるため、潤滑油の総消費量を低減することができる。

このように、上記実施例のエンジンのクランクピン給油構造は、クランク軸１０のメインジャーナル部（中央軸部１１、側部軸部１２参照）からクランクピン部１３に向かうピン部給油路１４ａ〜１４ｄに外部からオイルを供給し、該ピン部給油路１４ａ〜１４ｄに油量制御弁６０を設けたエンジンのクランクピン給油構造であって、上記油量制御弁６０が、上記ピン部給油路１４ａ〜１４ｄの一部に該ピン部給油路１４ａ〜１４ｄに沿って収容され遠心力を受けてメインジャーナル部（各軸部１１，１２参照）の軸心１００から遠ざかる方向に移動可能な筒状弁体６２を有し、該筒状弁体６２が、小径部６２Ｓのメインジャーナル部軸心１００から遠ざかる外端側にフランジ状の大径部６２Ｌを有して、上記小径部６２Ｓのメインジャーナル部軸心１００に近づく方向の端部と上記大径部６２Ｌの外端側との受圧面に差をもたせて設け、上記大径部６２Ｌの外端側に筒状弁体６２の中央連通路６３とつながる有底油室６６を設けると共に、該筒状弁体６２をメインジャーナル部軸心１００から遠ざかる方向に付勢するバネ（コイルスプリング６４参照）を設け、上記ピン部給油路１４ａ〜１４ｄの油圧の上昇に伴う大径部６２Ｌのメインジャーナル部軸心１００に近づく方向の位置変化によりクランクピン部１３周面に連通する交差油路１３ａ〜１３ｄの開口面積を増大させるように構成したものである（図２，図５〜図８参照）。

この構成によれば、エンジン回転数の上昇に伴い遠心力が大きくなると（図９の（ｂ）参照）、ピン部給油路１４ａ〜１４ｄに設けた油量制御弁６０における筒状弁体６２の中央連通路６３から有底油室６６に入るオイルの圧力（油圧）が高くなり（図９の（ａ）参照）、この油圧が筒状弁体６２の大径部６２Ｌに作用する。
筒状弁体６２はメインジャーナル部（中央軸部１１、側部軸部１２参照）の軸心１００から遠ざかる側に大径部６２Ｌを有し、メインジャーナル部軸心１００に近づく側に小径部６２Ｓを有しており、これら小径部６２Ｓと大径部６２Ｌとには受圧面に差をもたせているので、有底油室６６に作用する油圧力に対応して筒状弁体６２はメインジャーナル部軸心１００に近づく方向に変位し、交差油路１３ａ〜１３ｄの開口面積を増大させる。

このように、ピン部給油路１４ａ〜１４ｄに作用する遠心力による油圧上昇分（図９の（ａ）参照）が、筒状弁体６２に作用する遠心力分（図９の（ｂ）参照）を打ち消し、遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができ、筒状弁体６２を遠心力に影響されない油圧に応じて、適正に変位させ、油量調整を正確に行なうことができる。
換言すれば、図９の（ｂ）に示す筒状弁体６２に作用する遠心力を、図９の（ａ）に示す有底油室６６において大径部６２Ｌの受圧面に作用する油圧で打消して、相殺し、遠心力の影響を概ねなくすことができ、本来の制御油圧により筒状弁体６２をコントロールすることができる。

また、上記油量制御弁６０は、上記筒状弁体６２と、上記バネ（コイルスプリング６４参照）を収容して有底油室６６を区画するケース６７を備え、該ケース６７が上記ピン部給油路１４ａ〜１４ｄの一部に嵌め込まれ、該ケース６７の周面に、上記交差油路１３ａ〜１３ｄと連通する開口７０が設けられ、上記大径部６２Ｌの油圧による変位で該開口７０の面積が調整されるように構成したものである（図６〜図８参照）。

この構成によれば、油量制御弁６０をユニット化（複数部品としての筒状弁体６２、コイルスプリング６４、ケース６７等が一体的にアセンブリされた構成単位）することができ、これにより、クランク軸１０の加工を簡素化することができる。

さらに、上記実施例のエンジンの給油装置は、一端がクランク軸１０の複数のメインジャーナル部（中央軸部１１、側部軸部１２参照）のうちの特定のメインジャーナル部（中央軸部１１参照）に連通すると共に、他端がそれぞれのクランクピン部１３に連通するピン部給油路１４ａ〜１４ｄを設け、各ピン部給油路１４ａ〜１４ｄに上記請求項１または２に記載の油量制御弁６０を設け、上記特定のメインジャーナル部（中央軸部１１参照）を支持する特定軸受部（中央軸受部２１）以外の複数の軸受部（側部軸受部２２参照）に連通し、軸受部用流量制御弁（第１制御弁Ｖ１参照）を介した主油路７を設け、上記特定軸受部（中央軸受部２１参照）には、該主油路７の上記軸受部用流量制御弁（第１制御弁Ｖ１参照）より上流側で分岐し、途中にクランクピン部用流量制御弁（第２制御弁Ｖ２参照）を介在させたピン部用サブ油路３０が連通されてなるものである（図１，図２，図５参照）。

この構成によれば、特定軸受部（中央軸受部２１）以外の複数の軸受部（メインジャーナル部を支持する側部軸受部２２参照）に対しては主油路７から軸受部用流量制御弁（第１制御弁Ｖ１参照）を介してオイルが供給され、特定軸受部（メインジャーナル部を支持する中央軸受部２１参照）にはピン部用サブ油路３０からクランクピン部用流量制御弁（第２制御弁Ｖ２参照）を介してオイルが供給される。

また、それぞれのクランクピン部１３に対しては、ピン部給油路１４ａ〜１４ｄと油量制御弁６０とを介してオイルが供給される。
上記主油路７の流量は軸受部用流量制御弁（第１制御弁Ｖ１）でコントロールされ、ピン部用サブ油路３０の流量はクランクピン部用流量制御弁（第２制御弁Ｖ２）でコントロールされ、しかも、クランクピン部１３の潤滑部に供給される油圧は油量制御弁６０により遠心力による油圧上昇分を概ねキャンセルすることができる。
よって、メインジャーナル部（中央軸部１１、側部軸部１２）とクランクピン部１３との総合的な給油をより一層高精度に行なうことができる。
さらに、実施例で開示したように、油量制御弁６０を外部から制御弁配設孔６１に捩じ込み固定して取付けるように構成すると、油量制御弁を圧入固定するものと比較して、取付け時において筒状弁体６２に歪みなどの不所望の応力が付加されることがなく、該筒状弁体６２による高精度な油圧制御が可能となる。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明のエンジンは、実施例の直列４気筒エンジンＥに対応し、
以下同様に、
ピン部内油量制御弁は、油量制御弁６０，６０´に対応し、
バネは、コイルスプリング６４に対応し、
メインジャーナル部は、中央軸部１１および側部軸部１２に対応し、
特定のメインジャーナル部は、中央軸部１１に対応し、
特定以外のメインジャーナル部は、側部軸部１２に対応し、
特定軸受部は、中央軸受部２１に対応し、
特定軸受部以外の軸受部は、側部軸受部２２に対応し、
軸受部用流量制御弁は、第１制御弁Ｖ１に対応し、
クランクピン部用流量制御弁は、第２制御弁Ｖ２に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

例えば、エンジンＥとしては直列４気筒エンジンの他に、２気筒以上の直列エンジンであってもよく、あるいは、Ｖ型エンジンであってもよい。
また、上記実施例においては、クランク軸方向中央位置の中央軸受部にピン部給油路を連通した構造を例示したが、第１気筒と第２気筒との間の側部軸受部や第３気筒と第４気筒との間の側部軸受部に対してピン部給油路を連通させる構造を採用してもよい。
さらに、ピン部給油路を単一の軸受部に連通させた構造を例示したが、これは、２つの軸受部に連通させる構造であってもよく、複数の軸受部に連通させる構造であってもよい。
さらにまた、第１および第２の制御弁Ｖ１，Ｖ２としてはデューティソレノイド弁を例示したが、これはオイルの流量制御が可能であればよく、機械式の流量制御弁を適用してもよい。
加えて、筒状弁体６２および大径部６２Ｌの形状は、必ずしも円筒状でなくてもよく、該筒状弁体６２、大径部６２Ｌがメインジャーナル部軸心に対して接離する方向に軸動可能であれば、角筒状であってもよい。

以上説明したように、本発明は、クランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路に外部からオイルを供給し、該ピン部給油路にピン部内油量制御弁を設けたエンジンのクランクピン給油構造について有用である。

Ｅ…エンジン
Ｖ１…第１制御弁（軸受部用流量制御弁）
Ｖ２…第２制御弁（クランクピン部用流量制御部）
７…主油路
１０…クランク軸
１１，１２…軸部（メインジャーナル部）
１３…クランクピン部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…交差油路
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…ピン部給油部
２１…中央軸受部（特定軸受部）
２２…側部軸受部（特定軸受部以外の軸受部）
３０…ピン部用サブ油路
６０，６０´…油量制御弁（ピン部内油量制御弁）
６２…筒状弁体
６２Ｓ…小径部
６２Ｌ…大径部
６３…中央連通路
６４…コイルスプリング（バネ）
６６…有底油室
６７…ケース
７０…開口
１００…メインジャーナル部軸心

Claims (3)

1. クランク軸のメインジャーナル部からクランクピン部に向かうピン部給油路に外部からオイルを供給し、
   該ピン部給油路にピン部内油量制御弁を設けた
   エンジンのクランクピン給油構造であって、
   上記ピン部内油量制御弁が、上記ピン部給油路の一部に該ピン部給油路に沿って収容され遠心力を受けてメインジャーナル部軸心から遠ざかる方向に移動可能な筒状弁体を有し、
   該筒状弁体が、小径部のメインジャーナル部軸心から遠ざかる外端側にフランジ状の大径部を有して、
   上記小径部のメインジャーナル部軸心に近づく方向の端部と上記大径部の外端側との受圧面に差をもたせて設け、
   上記大径部の外端側に筒状弁体の中央連通路とつながる有底油室を設けると共に、
   該筒状弁体をメインジャーナル部軸心から遠ざかる方向に付勢するバネを設け、
   上記ピン部給油路の油圧の上昇に伴う大径部のメインジャーナル部軸心に近づく方向の位置変化によりクランクピン部周面に連通する交差油路の開口面積を増大させるように構成した
   エンジンのクランクピン給油構造。
2. 上記ピン部内油量制御弁は、上記筒状弁体と、上記バネとを収容して有底油室を区画するケースを備え、
   該ケースが上記ピン部給油路の一部に嵌め込まれ、
   該ケースの周面に、上記交差油路と連通する開口が設けられ、
   上記大径部の油圧による変位で該開口の面積が調整されるように構成した
   請求項１記載のエンジンのクランクピン給油構造。
3. 一端がクランク軸の複数のメインジャーナル部のうちの特定のメインジャーナル部に連通すると共に、他端がそれぞれのクランクピン部に連通するピン部給油路を設け、
   各ピン部給油路に上記請求項１または２に記載のピン部内油量制御弁を設け、
   上記特定のメインジャーナル部を支持する特定軸受部以外の複数の軸受部に連通し、軸受部用流量制御弁を介した主油路を設け、
   上記特定軸受部には、該主油路の上記軸受部用流量制御弁より上流側で分岐し、途中にクランクピン部用流量制御弁を介在させたピン部用サブ油路が連通されてなる
   エンジンの給油装置。

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