JP6624163B2 - 内燃機関のオイル循環装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関のオイル循環装置に関する。
従来から、オイルパンと、オイルパンに貯留されたオイルが供給される複数のオイル被供給部と、これらオイルパンとオイル被供給部との間でオイルを循環させる循環路とを備えた、内燃機関のオイル循環装置が知られている。オイル被供給部としては、例えば、クランクシャフトに設けられたクランクジャーナルやクランクピン、ピストンやシリンダ内壁面にオイルを供給するオイルジェット等が挙げられる。
斯かるオイル循環装置では、内燃機関の暖機運転中、オイルの温度が低く、よってその粘度が高い。したがって、オイルの温度が低い間は機械損失が大きくなり、その結果、内燃機関の暖機運転中における燃費の悪化を招いてしまう。そこで、このような暖機運転中の燃費悪化を抑制すべく、排気ガスの熱を利用してオイルの温度を早期に上昇させることが提案されている。
特許文献1に記載されたオイル循環装置では、シリンダヘッドの排気ポート周りにオイルを流通させるバイパス通路が設けられると共に、内燃機関の暖機運転中にはこのバイパス通路にオイルを流通させるように構成されている。特許文献1によれば、このように内燃機関の暖機運転中に排気ポート近傍に形成されたバイパス通路にオイルを流通させることによって、排気ガスの熱によりオイルの温度を早期に上昇させることができるとされている。
特開2012−137016号公報 特開昭62−174517号公報 実開平4−111505号公報 特開平3−242418号公報 特開2010−024982号公報
ところで、特許文献1に記載されたオイル循環装置のバイパス通路は、排気ポートを囲むように形成されてオイルを加熱する排気ポート油路と、排気ポート油路に流入するオイルが流れる流入油路と、排気ポートから流出するオイルが流れる流出油路とを備える。流入油路は排気ポート油路よりも鉛直方向上方に配置され、流出油路は排気ポート油路よりも鉛直方向下方に配置される。そして流出油路は、鉛直方向に延びるドレイン油路に連通する。したがって、バイパス通路を流通するオイルは、鉛直方向上方から下方に向かって、流入油路、排気ポート油路、流出油路、ドレイン油路の順に流れることになる。
このように構成されたバイパス通路では、内燃機関が停止してオイルポンプの駆動が停止されると、排気ポート油路内のオイルは重力により鉛直方向下方に向かって流れる。この結果、内燃機関の停止中には排気ポート油路内にはオイルはほとんど残らない。
このように排気ポート油路内にオイルがほとんど残っていないと、内燃機関を再始動するときには、まず排気ポート油路内にオイルを満たすことが必要になる。このため、内燃機関が再始動されてから排気ポート油路内のオイルを加熱するまでに時間がかかってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、オイルを加熱するオイル加熱油路を備えるオイル循環装置において、機関始動後に迅速にオイルを加熱することができるようにすることにある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
(1)オイルパンと、該オイルパン内に貯留されているオイルが供給されるオイル被供給部と、内燃機関の排気通路の周りに形成されて該排気通路内を流れる排気ガスの熱により前記オイル被供給部に供給されるオイルを加熱する加熱油路と、これらオイルパンと加熱油路とオイル被供給部との間でオイルを循環させるオイル循環路と、を備える、内燃機関のオイル循環装置であって、前記オイル循環路は、内燃機関が停止されたときに、前記加熱油路内にオイルが残るように構成されている、内燃機関のオイル循環装置。
(2)前記オイル循環路は、前記加熱油路に流入するオイルが流れる流入油路と前記加熱油路から流出するオイルが流れる流出油路とを備え、該流入油路及び前記流出油路のうち少なくともいずれか一方はその一部が鉛直方向において前記加熱油路の最下部よりも高い位置に配置されるように形成される、上記(1)に記載の内燃機関のオイル循環装置。
(3)前記流入油路及び流出油路のうち少なくともいずれか一方はその一部が鉛直方向において前記加熱油路の最上部よりも高い位置に配置されるように形成される、上記(2)に記載の内燃機関のオイル循環装置。
(4)前記オイル循環路は、前記オイルパンと前記加熱油路との間に設けられた逆止弁を備え、該逆止弁は前記オイルパンから加熱油路へのオイルの流れは許可するが前記加熱油路から前記オイルパンへのオイルの流れは遮断するように構成される、上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の内燃機関のオイル循環装置。
(5)前記オイル循環路は、前記加熱油路と前記オイル被供給部との間に設けられた開閉弁と、該開閉弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は前記内燃機関の運転中に前記開閉弁を開き且つ停止中に該開閉弁が閉じるように構成される、上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の内燃機関のオイル循環装置。
(6)前記オイル被供給部は、クランクジャーナル、クランクピン、カムジャーナル、バランスシャフトのジャーナル、排気ターボチャージャのコンプレッサとタービンとを連結するシャフトのうち少なくともいずれか一つを含む、上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の内燃機関のオイル循環装置。
(7)前記オイルパンとは異なる第2オイルパンと、前記オイル被供給部とは異なる第2オイル被供給部と、前記第2オイルパンと前記第2オイル被供給部との間でオイルを循環させる第2オイル循環路と、を更に備える、上記(1)〜(6)のいずれか1つに記載の内燃機関のオイル循環装置。
本発明によれば、オイルを加熱するオイル加熱油路を備えるオイル循環装置において、機関始動後に迅速にオイルを加熱することができるようになる。
図1は、オイル循環装置を備える内燃機関の概略的な側面断面図を示す。 図2は、オイル循環装置の構成を概略的に示す構成図である。 図3は、オイル循環装置の構成の具体的な例を示す図である。 図4は、図1の線IV−IVに沿って見たシリンダヘッドの断面図である。 図5は、図4の線V−Vに沿って見たシリンダヘッドの断面図である。 図6は、図4のVI−VIに沿って見たシリンダヘッドの断面図である。 図7は、図5と同様なシリンダヘッドの断面図である。 図8は、第一実施形態の変形例に係るオイル循環装置における、図5と同様なシリンダヘッドの断面図である。 図9は、第二実施形態に係るオイル循環装置の構成を概略的に示す構成図である。 図10は、流出油路に設けられた開閉弁の開閉制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
<第一実施形態>
≪内燃機関の構成≫
図1は、第一実施形態に係るオイル循環装置を備える内燃機関の概略的な側面断面図を示す。図1に示したように、内燃機関1は、クランクケース2、シリンダブロック3、シリンダヘッド4、ピストン5、及び燃焼室6を備える。シリンダブロック3はクランクケース2上に配置される。シリンダヘッド4はシリンダブロック3上に配置され、ピストン5はシリンダブロック3内に形成されたシリンダ内で上下に往復運動する。燃焼室6はシリンダヘッド4、シリンダ及びピストン5によって画定される。
シリンダヘッド4には、燃焼室6の頂面中央部に配置されて燃焼室6内の混合気に点火する点火プラグ7と、燃焼室6内に燃料を噴射する燃料噴射弁8とが設けられる。
また、シリンダヘッド4には吸気ガスが流通する吸気ポート10が形成され、吸気ポート10を開閉する吸気弁11が設けられる。吸気弁11の上方端部は吸気ロッカーアーム12の一方の端部に接するように配置される。吸気ロッカーアーム12は、その他方の端部が吸気ラッシュアジャスタ13に接すると共に、その中央部が吸気カム14と接するように配置される。吸気ラッシュアジャスタ13は吸気弁11のバルブクリアランスがゼロになるように吸気ロッカーアーム12を付勢する。
吸気カム14は、吸気カムシャフト15に固定されており、吸気カムシャフト15の回転に伴って回転する。吸気カムシャフト15は、シリンダヘッド4に形成された軸受(図示せず)に支持され、この軸受内で回転する。本実施形態では、吸気カムシャフトを支持する軸受は滑り軸受であり、吸気カムシャフト15に設けられた吸気カムジャーナルがこの軸受内で回転せしめられる。
吸気カムシャフト15が回転するとこれに伴って吸気カム14が回転し、これにより吸気ロッカーアーム12が吸気カム14によって押される。吸気ロッカーアーム12は、このように吸気カム14に押されることにより、吸気ラッシュアジャスタ13に接した端部を支点として下方に揺動する。これにより吸気弁11が開弁せしめられる。
また、本実施形態では、吸気カムシャフト15の端部には吸気可変バルブタイミング機構(VVT機構)が設けられる。このVVT機構は、タイミングベルトによって駆動される吸気カムプーリと吸気カムシャフトとの相対角度を油圧により変更することによって吸気弁11のバルブタイミングを変更する。VVT機構は、オイルコントロールバルブ(OCV)に接続されており、このOCVによりVVT機構に供給する油圧を制御することによって吸気弁11のバルブタイミングが制御される。
加えて、シリンダヘッド4には排気ガスが流通する排気ポート20が形成され、排気ポート20を開閉する排気弁21が設けられる。排気弁21の上方端部は排気ロッカーアーム22の一方の端部に接するように配置される。排気ロッカーアーム22は、その他方の端部が排気ラッシュアジャスタ23に接すると共に、その中央部が排気カム24と接するように配置される。排気ラッシュアジャスタ23は吸気弁11のバルブクリアランスがゼロになるように排気ロッカーアーム22を付勢する。
排気カム24は、排気カムシャフト25に固定されており、排気カムシャフト25の回転に伴って回転する。排気カムシャフト25は、シリンダヘッド4に形成された軸受(図示せず)に支持され、この軸受内で回転する。本実施形態では、排気カムシャフト25を支持する軸受は滑り軸受であり、排気カムシャフト25に設けられた排気カムジャーナルがこの軸受内で回転せしめられる。なお、排気カムシャフトの端部にも排気可変バルブタイミング機構が設けられてもよい。
ピストン5は、コンロッド28を介してクランクシャフト26に連結される。コンロッド28は、一方の端部においてピストンピン29に連結されると共に、他方の端部においてクランクシャフト26のクランクピン27に連結される。コンロッド28は、ピストン5の往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換するようにピストンピン29及びクランクピン27に連結される。
クランクシャフト26は、シリンダブロック3に形成された軸受(図示せず)に支持され、この軸受内で回転する。本実施形態では、クランクシャフト26を支持する軸受は滑り軸受であり、クランクシャフト26に設けられたクランクジャーナルがこの軸受内で回転せしめられる。なお、本実施形態では、クランクシャフト26用の軸受は、シリンダブロック3に形成されているが、シリンダブロック3とクランクケース2の両方それぞれに半体が設けられるように形成されてもよい。
≪オイル循環装置の構成≫
次に、図1及び図2を参照して、第一実施形態に係るオイル循環装置30の構成について説明する。図2は、オイル循環装置30の構成を概略的に示す構成図である。本実施形態のオイル循環装置30は、それぞれ互いから独立してオイルの循環を行うように構成された二つのオイル循環路である高温側オイル循環路40と低温側オイル循環路70とを備える。
図1及び図2に示したように、オイル循環装置30は、高温側オイルパン41及び低温側オイルパン71の二つのオイルパンを供える。本実施形態では、高温側オイルパン41はその容積が低温側オイルパン71の容積よりも小さくなるように形成される。したがって、高温側オイルパン41に貯留されるオイルの量は、低温側オイルパン71に貯留されるオイルの量よりも少ない。一方、高温側オイルパン41は、低温側オイルパン71の内側に形成される。
本実施形態では、内側に形成された高温側オイルパン41に開口が設けられる。この開口は高温側オイルパン41内と低温側オイルパン71内とを連通させるように配置され、この開口にはこの開口を開閉する開閉弁31が設けられる。開閉弁31は電子制御ユニット(ECU)200に接続され、ECU200からの指令によって開閉される。
開閉弁31は、高温側オイルパン41内に貯留されたオイルの温度が予め定められた温度(通常の作動温度)未満であるときには閉じられる。したがって、このときには、上述したように高温側オイル循環路40と低温側オイル循環路70とではそれぞれ独立してオイルの循環が行われる。一方、開閉弁31は、高温側オイルパン41内に貯留されたオイルの温度が予め定められた温度以上になると開かれる。これにより、高温側オイルパン41内のオイルと低温側オイルパン71内のオイルとが相互に移動することができるようになる。
或いは、開閉弁31は、イグニッションスイッチが切られて内燃機関1が停止したときに開かれ、内燃機関1の運転中には閉じられるように構成されてもよい。これにより、内燃機関の運転中には高温側オイル循環路40と低温側オイル循環路70とを互いから独立させることができると共に、内燃機関1の停止中に両循環路のオイルを混合することによりオイルの劣化を均一化させることができる。
また、オイル循環装置30は、高温側オイルストレーナ42、低温側オイルストレーナ72、高温側オイルポンプ43、低温側オイルポンプ73、高温側オイルフィルタ44、及び低温側オイルフィルタ74を備える。
高温側オイルストレーナ(以下、「高温側ストレーナ」という)42及び低温側オイルストレーナ(以下、「低温側ストレーナ」という)72は、それぞれ高温側オイルパン41及び低温側オイルパン71に貯留されたオイルに混入された異物を除去するためのメッシュ状の濾過装置である。高温側ストレーナ42は高温側オイルポンプ(以下、「高温側ポンプ」という)43に連通しており、低温側ストレーナ72は低温側オイルポンプ(以下、「低温側ポンプ」という)73に連通している。
高温側ポンプ43及び低温側ポンプ73は、いずれも電動式の可変容量オイルポンプにより構成される。高温側ポンプ43は、高温側オイルパン41内に貯留されていたオイルを、高温側ストレーナ42を介して吸い上げると共に、高温側オイルフィルタ(以下「高温側フィルタ」という)44を介して後述する加熱油路50へと吐出する。低温側ポンプ73も、低温側オイルパン71内に貯留されていたオイルを、低温側ストレーナ72を介して吸い上げると共に、低温側オイルフィルタ(以下、「低温側フィルタ」という)74を介して各オイル被供給部へとオイルを吐出する。なお、これらポンプ43、73は、クランクシャフト26により回転駆動される機械式のオイルポンプであってもよく、また一体的な一つのポンプとして構成されてもよい。
高温側フィルタ44及び低温側フィルタ74は、オイルを濾過するフィルタエレメントを備え、オイルに混入された異物を除去する。高温側フィルタ44から流出したオイルは、後述する加熱油路50を介して高温側オイル被供給部60へ供給される。また、低温側フィルタ74から流出したオイルは、低温側オイル被供給部80へ供給される。
さらに、オイル循環装置30は、排気ガスが流通する排気通路の周りに形成された加熱油路50を備える。加熱油路50は、加熱油路50内を流れるオイルが排気通路内を流れる排気ガスの熱により加熱されるように構成される。ここで、排気通路は、排気ポート20に取り付けられる排気マニホルド、排気浄化触媒を内蔵する触媒コンバータ、排気管等によって形成されることから、加熱油路は、排気ポートや排気マニホルドの周りに形成される。
加えて、オイル循環装置30は、オイルの供給対象であるオイル被供給部を備える。オイル被供給部としては、オイルを供給することによって潤滑が行われる構成部材、供給されたオイルが作動油として用いられる構成部材、オイルを供給することによって冷却が行われる構成部材等が挙げられる。
オイル被供給部としては、具体的には、クランクジャーナル61、クランクピン27、VVT機構81、カムジャーナル83、ラッシュアジャスタ13、23及びオイルジェット84等が挙げられる。加えて、内燃機関1がバランスシャフトを有している場合には、オイル被供給部としてバランスシャフトのジャーナルが挙げられる。また、内燃機関1が排気ターボチャージャを有している場合には、オイル被供給部として、排気ターボチャージャのコンプレッサとタービンとを連結するシャフトが挙げられる。
クランクジャーナル61は上述したようにシリンダブロック3に形成された軸受内に支持され、この軸受内で回転せしめられる。オイル被供給部であるクランクジャーナル61では、このクランクジャーナル61とシリンダブロック3に形成された軸受との間にオイルが供給される。上述したようにこの軸受は滑り軸受であることから、供給されたオイルによりクランクジャーナル61と軸受との間で流体潤滑が行われ、これにより摩擦抵抗が低減される。
クランクピン27はコンロッド28の下側端部に形成された軸受内に支持され、この軸受内で回動せしめられる。オイル被供給部であるクランクピン27では、このクランクピン27とコンロッド28に形成された軸受との間にオイルが供給される。この軸受も滑り軸受であることから、供給されたオイルによりクランクピン27と軸受との間で流体潤滑が行われ、これにより摩擦抵抗が低減される。
VVT機構81では、作動油としてオイルが用いられる。VVT機構81の一方の油圧室にオイルが供給されると吸気カムシャフト15が吸気カムプーリに対して進角側に回動し、よって吸気弁11のバルブタイミングが進角せしめられる。一方、VVT機構81の他方の油圧室にオイルが供給されると吸気カムシャフト15が吸気カムプーリに対して遅角側に回動し、よって吸気弁11のバルブタイミングが遅角せしめられる。VVT機構81の各油圧室へのオイルの供給はOCV82によって制御される。したがって、オイル被供給部であるOCV82に供給されたオイルは、VVT機構81を駆動するのに用いられる。
カムジャーナル83は、吸気カムシャフト15に形成された吸気カムジャーナルと排気カムシャフト25に形成された排気カムジャーナルを含む。カムジャーナル83は、上述したようにシリンダヘッド4に形成された軸受に支持され、この軸受内で回転せしめられる。オイル被供給部であるカムジャーナル83では、このカムジャーナル83とシリンダヘッド4に形成された軸受との間にオイルが供給される。この軸受も滑り軸受であることから、供給されたオイルによりカムジャーナル83と軸受との間で流体潤滑が行われ、これにより摩擦抵抗が低減される。
吸気ラッシュアジャスタ13では、作動油としてオイルが用いられ、吸気ロッカーアーム12と吸気カム14との間にバルブクリアランスが生じるときには供給されたオイルにより吸気ラッシュアジャスタ13が押し伸ばされる。同様に、排気ラッシュアジャスタ23では、作動油としてオイルが用いられ、排気ロッカーアーム22と排気カム24との間にバルブクリアランスが生じるときには供給されたオイルにより排気ラッシュアジャスタ23が押し伸ばされる。
オイルジェット84は、各シリンダの下方においてシリンダブロック3に取り付けられ、ピストン5の内側や、各シリンダの壁面に向かってオイルを噴射する。ピストン5の内側に向かって噴射されたオイルはピストン5の冷却を行うと共にピストンピン29とコンロッド28の上側端部に形成された軸受との間に供給される。この軸受も滑り軸受であることから、供給されたオイルによりピストンピン29と軸受との間で流体潤滑が行われ、これにより摩擦抵抗が低減される。
また、ピストン5の往復運動中には、ピストン5はピストンピン29を中心としてシリンダ内で揺動する。この結果、ピストン5の往復運動中に、ピストン5のピストンスカート5aとシリンダ壁面とが互いに接触した状態で摺動することがある。オイルジェット84は、シリンダの壁面に向かってオイルを噴射することから、シリンダの壁面とピストンスカート5aとの間にオイルが供給されることになる。したがって、供給されたオイルによりピストン5のピストンスカート5aとシリンダの壁面との間で流体潤滑が行われ、これにより摩擦抵抗が低減される。
バランスシャフトのジャーナルや排気ターボチャージャのコンプレッサとタービンとを連結するシャフトは、軸受内に支持され、この軸受内で回転せしめられる。したがって、オイル被供給部であるこれらジャーナルやシャフトでは、これらジャーナルやシャフトと軸受との間にオイルが供給される。この軸受もすべり軸受として構成される。
このように複数あるオイル被供給部のうち、一部のオイル被供給部は高温側オイル被供給部60として高温側オイル循環路40内に配置される。高温側オイル被供給部60には加熱油路50によって加熱されたオイルが供給される。一方、残りのオイル被供給部は低温側オイル被供給部80として低温側オイル循環路70内に配置される。低温側オイル被供給部80には加熱油路50による加熱の行われていないオイルが供給される。
高温側オイル被供給部60には、滑り軸受等、流体潤滑が行われる構成要素の少なくとも一部が含まれる。流体潤滑が行われる構成要素としては、クランクジャーナル61、クランクピン27、カムジャーナル83、バランスシャフトのジャーナル、排気ターボチャージャのシャフト、ピストンスカート5a(オイルジェット84)等が挙げられる。
なお、高温側オイル被供給部60は、流体潤滑が行われる構成要素の全てを含む必要はない。流体潤滑が行われる構成要素であっても、その構成要素に加わる荷重がそれほど大きくない場合には、オイルの粘度が低くてもそれほど大きな機械抵抗は生じない。したがって、例えば、カムジャーナル83やピストンスカート5aは、低温側オイル被供給部80として低温側オイル循環路70内に配置されてもよい。その一方で、クランクジャーナル61に加わる荷重が大きいため、クランクジャーナル61は高温側オイル被供給部60として高温側オイル循環路40内に配置されることが好ましい。
一方、低温側オイル被供給部80には、高温側オイル被供給部60には含まれていないオイル被供給部が含まれる。したがって、例えば、カムジャーナル83やピストンスカート5a等が高温側オイル被供給部60には含まれていない場合、すなわち高温側オイル循環路40内に配置されていない場合には、これらは低温側オイル被供給部80に含まれる。
加えて、低温側オイル被供給部80には、作動油としてオイルが用いられる構成要素が含まれる。このような構成要素としては、例えば、VVT機構81のOCV82やラッシュアジャスタ13、23等が挙げられる。これら構成要素は、低温側オイル循環路70内に配置される。
高温側オイル循環路40は、高温側オイルパン41、高温側ポンプ43、高温側フィルタ44、加熱油路50、高温側オイル被供給部60の間でオイルが循環するように構成される。特に、図2に示した例では、高温側オイル循環路40は、高温側オイルパン41に貯留されていたオイルが、高温側ポンプ43、高温側フィルタ44、加熱油路50、高温側オイル被供給部60の順に循環し、再び高温側オイルパン41に戻るように構成される。したがって、高温側オイル循環路40内で循環するオイルは、開閉弁31が開弁されない限り、低温側オイル循環路70内に流入することはない。
高温側オイル循環路40は、基本的に、クランクケース2、シリンダブロック3及びシリンダヘッド4内に形成された油路として構成される。例えば、高温側フィルタ44と加熱油路50との間の流入油路45はシリンダブロック3及びシリンダヘッド4内に形成される。また、加熱油路50と高温側オイル被供給部60との間の流出油路46は高温側オイル被供給部60として用いられる構成要素に応じて、形成される部位が変化する。高温側オイル被供給部60がクランクジャーナル61である場合には、流出油路46はシリンダブロック3及びシリンダヘッド4内に形成される。流入油路45には加熱油路50に流入するオイルが流れ、流出油路46には加熱油路50から流出するオイルが流れる。
また、高温側オイル被供給部60から高温側オイルパン41へは、場合によっては高温側オイル被供給部60からオイルが下方に滴下することによって循環される(例えば、クランクジャーナル61からオイルが滴下)。したがって、高温側オイル循環路40では、油路を介したオイルの循環が行われていない箇所もある。
低温側オイル循環路70は、低温側オイルパン71、低温側ポンプ73、低温側フィルタ74、低温側オイル被供給部80の間でオイルが循環するように構成される。特に、図2に示した例では、低温側オイル循環路70は、低温側オイルパン71に貯留されていたオイルが、低温側ポンプ73、低温側フィルタ74、低温側オイル被供給部80の順に循環し、その後、再び低温側オイルパン71に戻るように構成される。したがって、低温側オイル循環路70内で循環するオイルは、開閉弁31が開弁されない限り、高温側オイル循環路40内に流入することはない。
低温側オイル循環路70も、基本的に、クランクケース2、シリンダブロック3及びシリンダヘッド4内に形成された油路として構成される。例えば、低温側フィルタ74からラッシュアジャスタ13までの油路はシリンダブロック3及びシリンダヘッド4内に形成される。低温側オイル被供給部80としてオイルジェット84が用いられている場合には、低温側フィルタ74からオイルジェット84までの油路はシリンダブロック3内に形成される。
図3は、本実施形態に係るオイル循環装置30の構成の具体的な例を示す図である。図3に示した例では、オイル循環装置30は、オイル被供給部として、クランクジャーナル61、クランクピン27、VVT機構81、カムジャーナル83、ラッシュアジャスタ13、23及びオイルジェット84を備える。
特に、図3に示した例では、オイル循環装置30は、高温側オイル被供給部60として、クランクジャーナル61及びクランクピン27を備えている。したがって、クランクジャーナル61及びクランクピン27には、高温側オイル循環路40内を循環しているオイルが、図3に示した例では加熱油路50から流出したオイルが供給される。すなわち、クランクジャーナル61及びクランクピン27には加熱油路50によって加熱されたオイルが供給される。
また、図3に示した例では、オイル循環装置30は、低温側オイル被供給部80として、VVT機構81、カムジャーナル83、ラッシュアジャスタ13、23及びオイルジェット84を備える。したがって、VVT機構81のOCV82、カムジャーナル83、ラッシュアジャスタ13、23及びオイルジェット84には、低温側オイル循環路70内を循環しているオイルが、図3に示した例では低温側フィルタ74から流出したオイルが供給される。
≪オイル循環装置の構成による効果≫
図1及び図2を参照して説明した第一実施形態に係るオイル循環装置30によって奏される効果について説明する。高温側オイル循環路40には、オイルを加熱する加熱油路50が設けられている。したがって、内燃機関1の冷間始動時のようにオイルの温度が低いときにも、高温側オイル循環路40内を循環するオイルを迅速に昇温させることができる。これにより、オイルの温度が低いことに伴う燃費の悪化を抑制することができる。
特に、本実施形態では、高温側オイル循環路40には、複数のオイル被供給部のうち一部(高温側オイル被供給部60)のみが含まれる。内燃機関の冷間始動時には全てのオイル被供給部の温度が低いため、これら全てのオイル被供給部にオイルを循環させると、オイルの温度が上昇しにくくなる。これに対して、本実施形態では、高温側オイル循環路40では高温側オイル被供給部60のみにオイルが供給されるため、高温側オイル循環路40内を循環するオイルを迅速に昇温させることができる。また、本実施形態では、高温側オイルパン41はその容積が小さくなるように形成され、よって高温側オイルパン41に貯留されるオイルの量は少ない。したがって、このことによっても本実施形態では、高温側オイル循環路40内を循環するオイルを迅速に昇温させることができる。
また、本実施形態では、加熱油路50のすぐ下流側に高温側オイル被供給部60が配置される。したがって、加熱油路50から流出した高温のオイルがシリンダブロック3等に形成された油路を通って直接的に高温側オイル被供給部60に供給される。このため、高温側オイルパン41に貯留されているオイルの温度が低くても、高温側オイル被供給部60に供給されるオイルの温度を高くすることができ、よってオイルの温度が低いことに伴う燃費の悪化を抑制することができる。
加えて、図3に示した例では、高温側オイル循環路40には、オイルが供給されるオイル被供給部として、クランクジャーナル61及びクランクピン27が含まれる。クランクジャーナル61及びクランクピン27では、ピストン5を介して燃焼室6内の燃焼圧が継続的に加わると共に、オイルによる流体潤滑が行われる。したがって、クランクジャーナル61及びクランクピン27では、オイルの温度が低いと、回転に対する抵抗が特に大きくなる。本実施形態では、内燃機関1の冷間始動時においてもクランクジャーナル61及びクランクピン27に供給されるオイルの温度が迅速に上昇せしめられるため、クランクシャフト26の回転に対する抵抗を迅速に低下させることができる。この結果、オイルの温度が低いことに伴う燃費の悪化を抑制することができる。
≪オイル循環装置の構成のまとめ及び変形例≫
以上より、本実施形態に係るオイル循環装置は、高温側オイルパン41及び低温側オイルパン71と、高温側オイルパン41に貯留されたオイルが供給される高温側オイル被供給部60、及び低温側オイルパン71に貯留されたオイルが供給される低温側オイル被供給部80と、内燃機関の排気通路の周りに形成されてこの排気通路内を流れる排気ガスの熱により高温側オイル被供給部60に供給されるオイルを加熱する加熱油路50と、を備える。加えて、オイル循環装置30は、高温側オイルパン41と、加熱油路50と、高温側オイル被供給部60との間でオイルを循環させる高温側オイル循環路40を備える。また、オイル循環装置30は、低温側オイルパン71と、低温側オイル被供給部80との間でオイルを循環させる低温側オイル循環路70とを備える。
また、本実施形態に係るオイル循環装置では、高温側オイル循環路40において、高温側オイルパン41、加熱油路50、高温側オイル被供給部60の順にオイルが循環するように構成される。これにより、上述したように、高温側オイルパン41に貯留されているオイルの温度が低くても、高温側オイル被供給部60に供給されるオイルの温度を高くすることができ、よってオイルの温度が低いことに伴う燃費の悪化を抑制することができる。
ただし、高温側オイル循環路40では、必ずしもこの順序にオイルが循環する必要はなく、高温側オイルパン41、高温側オイル被供給部60、加熱油路50の順にオイルが循環してもよい。或いは、高温側オイルパン41と高温側オイル被供給部60との間でオイルが循環し、これとは別に高温側オイルパン41と加熱油路50との間でオイルが循環するように構成されてもよい。また、オイル循環装置30が複数の加熱油路50及び複数の高温側オイル被供給部60を備える場合には、一部の加熱油路等では高温側オイルパン41、加熱油路50、高温側オイル被供給部60の順にオイルが流れ、残りの加熱油路等ではその逆にオイルが流れるように構成されてもよい。
なお、高温側オイル被供給部60の数は、低温側オイル被供給部80の数よりも少ない方が好ましい。加えて、高温側オイル循環路40においてオイルが循環する油路の総面積が低温側オイル循環路70においてオイルが循環する油路の総表面積よりも小さいことが好ましい。これらにより、高温側オイル循環路40における循環経路全体の熱容量を小さくすることができ、よって内燃機関1の冷間始動時により迅速にオイルを昇温することができるようになる。
≪加熱油路等の構成≫
次に、図4〜図6を参照して、加熱油路50の構成について説明する。図4は、図1の線IV−IVに沿って見たシリンダヘッド4の断面図である。また、図5は図4の線V−Vに沿って見たシリンダヘッド4の断面図であり、図6は図4のVI−VIに沿って見たシリンダヘッド4の断面図である。なお、図1は、図4の線I−Iに沿って見た内燃機関の断面図である。
図1及び図4〜図6からわかるように、シリンダヘッド4は、排気ポート20に加えて、排気集合通路91を備える。排気集合通路91は、各気筒#1〜#4の排気ポート20に連通すると共にシリンダヘッド4の外部に向かって開口する一つの排気出口92に連通するよう構成される。したがって、排気集合通路91は、排気マニホルドと同様に各気筒#1〜#4から排出された排気ガスを集合させる機能を有し、よって本実施形態では、シリンダヘッド4は排気マニホルド一体型シリンダヘッドとして構成されているといえる。なお、排気集合通路91も排気通路を構成する。また、排気出口92は排気管93に接続され、排気出口92から排出された排気ガスは排気管93を介して排気ガスを浄化する排気浄化触媒(図示せず)等へ供給される。
ここで、上述したように、加熱油路50は、排気通路の周りに形成されるが、本実施形態では、排気ポート20及び排気集合通路91の周りに形成される。加熱油路50は、実質的に鉛直方向に延びる第1鉛直油路51及び第2鉛直油路52と、実質的に水平方向に延びる第1水平油路53と第2水平油路54とを備える。
なお、第1鉛直油路51及び第2鉛直油路52は、必ずしも鉛直に延びる必要はなく、その両端が鉛直方向に離間して位置するように延びれば、傾斜したり湾曲したりするように構成されてもよいし、水平方向にずれるように構成されてもよい。また、第1水平油路53及び第2水平油路54も、必ずしも水平に延びる必要はなく、その両端が水平方向に離間して位置するように延びれば、傾斜したり湾曲したりするように構成されてもよいし、鉛直方向にずれるように構成されてもよい。
第1鉛直油路51は、図5に示したように、気筒#1〜#4が並んでいる向き(以下、「機関長手方向」という)において、排気集合通路91よりも一方の側(1番気筒#1側)においてシリンダヘッド4内に鉛直方向に延びるように形成される。一方、第2鉛直油路52は、図5に示したように、機関長手方向において、排気集合通路91よりも上記一方の側とは反対側(4番気筒#4側)においてシリンダヘッド4内に鉛直方向に延びるように形成される。
第1水平油路53は、図5に示したように、機関長手方向に延びるように形成されると共に、その一方の端部において第1鉛直油路51の上方端部に連通し且つその他方の端部において第2鉛直油路52の上方端部に連通するように形成される。また、第1水平油路53は、排気ポート20及び排気集合通路91の鉛直方向上方において水平方向に延びるように形成される。加えて、図1及び図6に示したように、第1水平油路53は排気ポート20及び排気集合通路91の上半分を覆うように形成される。このため、図6に示したように、隣り合う気筒の間の領域では、第1水平油路53は、排気集合通路91の横方向(機関長手方向とは垂直な方向であって吸気ポート10や排気ポート20が延びる方向)においても排気集合通路91を覆うように延びる。また、第1水平油路53は、排気ポート20及び排気集合通路91内を流れる排気ガスから第1水平油路53内を流れるオイルに熱が伝達され易くなるように、両者の間の壁の厚みが比較的薄くなるように配置される。
第2水平油路54は、図5に示したように、機関長手方向に延びるように形成されると共に、その一方の端部において第1鉛直油路51の下方端部に連通し且つその他方の端部において第2鉛直油路52の下方端部に連通するように形成される。また、第2水平油路54は、排気ポート20及び排気集合通路91の鉛直方向下方において水平方向に延びるように形成される。加えて、図1及び図6に示したように、第2水平油路54は排気ポート20及び排気集合通路91の下半分を覆うように形成される。このため、図6に示したように、隣り合う気筒の間の領域では、第2水平油路54も、排気集合通路91の横方向において排気集合通路91を覆うように延びる。また、第2水平油路54も、排気ポート20及び排気集合通路91内を流れる排気ガスから第2水平油路54内を流れるオイルに熱が伝達され易くなるように、両者の間の壁の厚みが比較的薄くなるように配置される。
なお、図4〜図6に示した加熱油路50は一例であり、加熱油路50は排気ポート20及び排気集合通路91内を流れる排気ガスの熱によって加熱油路50内のオイルを加熱することができれば如何なる構成であってもよい。したがって、加熱油路50は、例えば、隣り合う気筒の排気ポート20間で鉛直方向に延びる油路や、一つの気筒に連通する二つの排気ポート20の間で鉛直方向に延びる油路等を備えてもよい。
加熱油路50に流入するオイルが流れる流入油路45の一部は、図5に示したようにシリンダヘッド4内に形成される。図5に示した例では、流入油路45は、加熱油路50の第1鉛直油路51に連通せしめられる。特に、図5に示した例では、流入油路45は、第1鉛直油路51から鉛直方向上方に延びる鉛直部分45aを有するように形成され、この鉛直部分45aは上方油路45bに連通する。上方油路45bは、水平方向に延びるように形成される。加えて、図5に示した例では、流入油路45は、鉛直方向に延びると共に高温側フィルタ44に連通する連通油路45cを備え、この連通油路45cは上方油路45bに連通する。
したがって、図5からわかるように、本実施形態では、流入油路45はシリンダヘッド4内において、上向きにU字状の油路として形成される。特に、本実施形態では、流入油路45は、上方油路45bが加熱油路50の最上部H(図5に示した例では第1水平油路53の最上部H)よりも鉛直方向において上方に位置するように形成される。
一方、加熱油路50から流出するオイルが流れる流出油路46の一部は、図5に示したようにシリンダヘッド4内に形成される。図5に示した例では、流出油路46は、加熱油路50の第2鉛直油路52に連通せしめられる。特に、図5に示した例では、流出油路46は、第2鉛直油路52から鉛直方向上方に延びる鉛直部分46aを有するように形成され、この鉛直部分46aは上方油路46bに連通する。上方油路46bは、水平方向に延びるように形成される。加えて、図5に示した例では、流出油路46は、鉛直方向に延びると共に高温側オイル被供給部60(例えば、クランクジャーナル61)に連通する連通油路46cを備え、この連通油路46cは上方油路46bに連通する。
したがって、図5からわかるように、本実施形態では、流出油路46もシリンダヘッド4内において、上向きにU字状の油路として形成される。特に、本実施形態では、流出油路46は、上方油路46bが、加熱油路50の最上部H(図5に示した例では第1水平油路53の最上部H)よりも鉛直方向において上方に位置するように形成される。
≪加熱油路等の効果≫
このように構成された加熱油路50等の効果について説明する。ところで、加熱油路50へ流入油路45や流出油路46を連通させる構成としては、例えば、図7に示したような構成も考えられる。図7に示した構成では、流入油路45が第1鉛直油路51から鉛直方向下方に延びるように形成され、流出油路46が第2鉛直油路52から鉛直方向下方に延びるように形成される。
流入油路45及び流出油路46が図7に示したように構成されている場合、内燃機関が停止して高温側ポンプ43の駆動が停止されると、加熱油路50内に残っていたオイルは重力により流入油路45及び流出油路46を介して鉛直方向下方に向かって流れる。この結果、内燃機関の停止中には加熱油路50内にはオイルはほとんど残らない。
このように内燃機関の停止中に加熱油路50内にオイルがほとんど残っていないと、内燃機関を再始動するときに、まず加熱油路50内にオイルを満たすことが必要になる。このため、内燃機関が再始動されてから加熱油路50内にオイルが満たされるまでオイルを十分に加熱することができず、オイルの昇温が遅くなる。また、内燃機関が再始動されてから、加熱油路50の下流側に配置された高温側オイル被供給部60にオイルが供給されるまでには時間がかかり、高温側オイル被供給部60にオイルが十分に供給されていない状態が長くなってしまう。
これに対して、本実施形態では、流入油路45及び流出油路46はその一部が鉛直方向において加熱油路50の最上部よりも高い位置に配置されるように形成されている。このため、内燃機関が停止されても、加熱油路50全体にオイルが残ったままとなる。逆に言えば、本実施形態のオイル循環装置30では、高温側オイル循環路40は内燃機関が停止されたときに加熱油路50内にオイルが残るように形成されているといえる。このため、内燃機関を再始動するときには加熱油路50内にオイルを満たす時間が必要なくなり、よってオイルの昇温が遅くなってしまうことを抑制することができると共に、高温側オイル被供給部60にオイルが十分に供給されていない状態を短くすることができる。
≪第一実施形態の変形例等≫
上記第一実施形態では、流入油路45及び流出油路46はその一部が鉛直方向において加熱油路50の最上部Hよりも高い位置に配置されるように形成されており、これにより内燃機関の停止中に加熱油路50全体にオイルを残すことができるようになる。しかしながら、図7に示した構成に対しては、内燃機関の停止中に加熱油路50に少なくとも部分的にオイルが残っていれば、内燃機関の再始動時に、オイルの昇温を速めることができ、また高温側オイル被供給部60にオイルが十分に供給されていない状態を短くすることができる。
図8は、第一実施形態の変形例に係るオイル循環装置における、図5と同様なシリンダヘッド4の断面図である。図8に示した例では、流入油路45の上方油路45b(流入油路45の最も鉛直方向上方に位置する部分)は、鉛直方向において加熱油路50の第1鉛直油路51の中間領域に位置する。同様に、流出油路46の上方油路46b(流出油路46の最も鉛直方向上方に位置する部分)は鉛直方向において加熱油路50の第2鉛直油路52の中間領域に位置する。
したがって、図8に示した例では、流入油路45及び流出油路46は、その一部が鉛直方向において加熱油路50の最上部Hよりも低く且つ最下部Lよりも高い位置に配置されるように形成されている。流入油路45及び流出油路46がこのように形成されることにより、内燃機関の停止中において或る程度の量のオイルが加熱油路50内に残ることになる。逆に言えば、図8に示したオイル循環装置においても、高温側オイル循環路は内燃機関が停止されたときに加熱油路50内にオイルが残るように形成されているといえる。これにより、図7に示した構成のオイル循環装置に対して内燃機関の再始動時にオイルの昇温を速めることができ、また高温側オイル被供給部60にオイルが十分に供給されていない状態を短くすることができる。したがって、機関始動後にオイルを迅速に加熱することができると共に、高温側オイル被供給部60にオイルを迅速に供給することができる。
また、上記実施形態では、シリンダヘッド4に排気マニホルド一体型のシリンダヘッドを用いた場合を示している。しかしながら、シリンダヘッド4は排気マニホルドと分離されたシリンダヘッドであってもよい。この場合、加熱油路50は排気ポート20の周りに形成されるか、又はシリンダヘッド4とは別体として形成された排気マニホルドの周りに形成されることになる。
<第二実施形態>
次に、図7、図9及び図10を参照して、第二実施形態に係るオイル循環装置について説明する。第二実施形態に係るオイル循環装置の構成は基本的に第一実施形態に係るオイル循環装置の構成と同様であるため、以下では、第一実施形態に係るオイル循環装置と構成の異なる部分を中心に説明する。図9は、第二実施形態に係るオイル循環装置の構成を概略的に示す構成図である。
本実施形態の加熱油路50、流入油路45及び流出油路46は、シリンダヘッド4内において図7に示したように構成される。したがって、本実施形態では、流入油路45が第1鉛直油路51から鉛直方向下方に延びるように形成され、流出油路46が第2鉛直油路52から鉛直方向下方に延びるように形成される。
図9に示したように、本実施形態に係るオイル循環装置30は、流入油路45に設けられた逆止弁47と、流出油路46に設けられた開閉弁48とを備える。逆止弁47は、高温側フィルタ44から加熱油路50に向かうオイルの流れは許可するが、加熱油路50から高温側フィルタ44へ向かうオイルの流れは禁止するように構成される。すなわち、逆止弁47は、高温側オイルパン41から加熱油路50へのオイルの流れは許可するが加熱油路50から高温側オイルパン41へのオイルの流れは遮断するように構成される。逆止弁47はシリンダヘッド4内に取り付けられてもよいし、シリンダブロック3内に取り付けられてもよい。
開閉弁48は、流出油路46を開閉するように構成される。したがって、開閉弁48は、流出油路46内のオイルの流れを許可及び遮断することができる。開閉弁48はECU200に接続され、ECU200からの指令によって開閉される。したがって、開閉弁48はECU200によって制御される。
特に、本実施形態では、開閉弁48は、内燃機関1の運転中には開かれる。したがって、内燃機関の運転中には高温側オイル循環路40内をオイルが循環する。一方、開閉弁48は、内燃機関の停止中には閉じられる。したがって、内燃機関の停止中には、加熱油路50内のオイルが流出油路46を介して高温側オイル被供給部60へと流れるのが禁止される。加えて、逆止弁47によりオイルが加熱油路50から流入油路45を介して高温側フィルタ44へと流れることも禁止される。したがって、内燃機関の停止中には、加熱油路50内にオイルが残ることになる。すなわち、本実施形態においても、高温側オイル循環路は、内燃機関1が停止されたときに、加熱油路50内にオイルが残るように構成されているといえる。
特に、内燃機関1の停止と同時に、すなわち高温側ポンプ43の停止と同時に開閉弁48を閉じることにより、内燃機関1が停止されたときに加熱油路50全体にオイルが残ったままとすることができる。これにより、内燃機関を再始動するときには加熱油路50内にオイルを満たす時間が必要なくなり、よってオイルを迅速に昇温することができると共に高温側オイル被供給部60にオイルが十分に供給されていない状態を短くすることができる。
図10は、開閉弁48の開閉制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。まず、ステップS11において、内燃機関1が運転中であるか否かが判定される。内燃機関1が運転中であるか否かは、例えば内燃機関1の回転速度を検出する回転速度センサ(図示せず)の出力に基づいて判定される。なお、高温側ポンプ43として電動式のオイルポンプが用いられていて内燃機関1の停止中であってもオイルポンプが駆動されたり内燃機関1の運転中であってもオイルポンプが停止されたりする場合には、ステップS11においてオイルポンプが駆動されているか否かを判定してもよい。
ステップS11において内燃機関1が運転中であると判定された場合(或いは高温側ポンプ43が駆動中であると判定された場合)には、ステップS12へと進む。ステップS12では、開閉弁48が開弁され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS11において、内燃機関1が停止中であると判定された場合(或いは高温側ポンプ43が停止中であると判定された場合)には、ステップS13へと進む。ステップS13では、開閉弁48が閉弁され、制御ルーチンが終了せしめられる。
なお、上記第二実施形態では、流入油路45に逆止弁47が設けられている。しかしながら、この逆止弁47の代わりに流入油路45にも開閉弁を設け、流出油路46に設けられた開閉弁48と同様に内燃機関1の運転状態に応じて開閉するようにしてもよい。
また、オイル循環装置は、上記第一実施形態と組み合わせて構成されてもよい。したがって、例えば、流入油路45には逆止弁47又は開閉弁を設けると共に、流出油路46を図5又は図8に示したように構成してもよい。或いは、流出油路46には開閉弁48を設けると共に、流入油路45を図5又は図8に示したように構成してもよい。
したがって、この場合、流入油路45及び流出油路46のうちいずれか一方はその一部が鉛直方向において加熱油路50の最下部よりも高い位置に配置されるように、或いは鉛直方向において加熱油路50の最上部よりも高い位置に配置されるように形成されることになる。
或いは、流入油路45および流出油路46を図5又は図8に示したような構成にすると共に、流入油路45に逆止弁47又は開閉弁を設けてもよいし、流出油路46に開閉弁48を設けてもよい。
1 内燃機関
2 クランクケース
3 シリンダブロック
4 シリンダヘッド
5 ピストン
6 燃焼室
30 オイル循環装置
40 高温側オイル循環路
41 高温側オイルパン
50 加熱油路
60 高温側オイル被供給部
70 低温側オイル循環路
71 低温側オイルパン
80 低温側オイル被供給部

Claims (6)

  1. オイルパンと、
    該オイルパン内に貯留されているオイルが供給されるオイル被供給部と、
    内燃機関の排気通路の周りに形成されて該排気通路内を流れる排気ガスの熱により前記オイル被供給部に供給されるオイルを加熱する加熱油路と、
    これらオイルパンと加熱油路とオイル被供給部との間でオイルを循環させるオイル循環路と、を備える、内燃機関のオイル循環装置であって、
    前記オイル循環路は、内燃機関が停止されたときに、前記加熱油路内にオイルが残るように構成されており、
    前記オイル循環路は、前記加熱油路に流入するオイルが流れる流入油路と前記加熱油路から流出するオイルが流れる流出油路とを備え、該流入油路及び前記流出油路のうち少なくともいずれか一方はその一部が鉛直方向において前記加熱油路の最下部よりも高い位置に配置されるように形成される、内燃機関のオイル循環装置。
  2. 前記流入油路及び流出油路のうち少なくともいずれか一方はその一部が鉛直方向において前記加熱油路の最上部よりも高い位置に配置されるように形成される、請求項に記載の内燃機関のオイル循環装置。
  3. 前記オイル循環路は、前記オイルパンと前記加熱油路との間に設けられた逆止弁を備え、該逆止弁は前記オイルパンから加熱油路へのオイルの流れは許可するが前記加熱油路から前記オイルパンへのオイルの流れは遮断するように構成される、請求項1又は2に記載の内燃機関のオイル循環装置。
  4. 前記オイル循環路は、前記加熱油路と前記オイル被供給部との間に設けられた開閉弁と、該開閉弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は前記内燃機関の運転中に前記開閉弁を開き且つ停止中に該開閉弁が閉じるように構成される、請求項1〜のいずれか1項に記載の内燃機関のオイル循環装置。
  5. 前記オイル被供給部は、クランクジャーナル、クランクピン、カムジャーナル、バランスシャフトのジャーナル、排気ターボチャージャのコンプレッサとタービンとを連結するシャフトのうち少なくともいずれか一つを含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の内燃機関のオイル循環装置。
  6. 前記オイルパンとは異なる第2オイルパンと、前記オイル被供給部とは異なる第2オイル被供給部と、前記第2オイルパンと前記第2オイル被供給部との間でオイルを循環させる第2オイル循環路と、を更に備える、請求項1〜のいずれか1項に記載の内燃機関のオイル循環装置。
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