JP6633848B2 - 特に産業車および商用車における燃焼機関用の潤滑オイルシステム - Google Patents

Description

本発明は、特に産業車および商用車における燃焼機関用の潤滑オイルシステムに関する。さらに、本発明は、前記潤滑オイルシステムに組み合わせられたエンジンブレーキシステム、燃焼機関の潤滑オイルシステムにおけるオイル圧を調節する方法、および前記潤滑オイルシステムを実現する燃焼機関を備えている商用車または産業車に関する。

潤滑オイルシステムは、燃焼機関からその役割を実行するための出力を取り出し、当該燃焼機関の部品群にオイルを注入して摩擦に供される当該部品群を潤滑するとともに、ピストンを冷却する。

オイルポンプは、一般に圧力が４〜６バールに達する場合に適している。当該圧力は、通常の動作状態と比較すると高いと言える。加えて、オイル回路内の圧力は、オイル温度に応じて変化し、オイルの粘度に影響を与えうる。

こうした理由から、バイパス経路が設けられることが一般的である。バイパス経路は、オイル圧を制限するために、ばね荷重弁と結合されている。燃焼機関から供給される出力を制限するために、可変容量型ポンプを装備しうることが知られている。可変容量型ポンプは、エンジンの動作状態にオイル圧を適応させるのに適している。

この機能は、ポンプのジオメトリを変化させることによって、あるいはその速度を制御することによって達成される。

しかしながら、可変容量型ポンプは、従来の（非制御型の）ポンプと比較して非常にコストが高い。加えて、可変容量型ポンプは、自身が収容しているオイルの純度に高い依存性を示す。実際、可変容量型ポンプは、オイルの汚れ、およびブロックとベッドプレートのミスアライメントに非常に敏感である。さらに、１６００万ｋｍの耐久性は未だ達成されていない。

したがって、可変容量型ポンプを装備しようとすると、理論的には燃料消費と汚染物質排出が減るものの、排気エンジン管理コストの増大が予想される。

よって、本発明の主目的は、特に産業車および商用車における燃焼機関用の潤滑オイルシステムであって、上記の問題や短所を解消するものを提供することである。

特に本発明に係るシステムは、燃焼機関全体としての高い信頼性を維持するため、燃料消費の削減に適するものである。

本発明の主旨は、その状態が燃焼機関速度と負荷の関数に基づいて制御される制御バルブを通過するバイパス経路を実現することにある。

本発明によれば、ポンプは、エンジン潤滑オイル回路と組み合わせられた従来のオイルポンプ（非制御型のポンプ）でよい。

しかしながら、その応答性を向上させるために、容量可変型のポンプが本発明に用いられうる。

好ましくは、オイル潤滑回路内の予想オイル圧を計算するために、上記の関数は、ランタイムエンジンモデル、またはマップを用いる。当該マップは、エンジン速度を第一入力とし、エンジンＢＭＥＰ（ブレーキ平均有効圧力）値を第二入力とし、前記オイル潤滑回路内の予想オイル圧出力とする。

前記マップに入力されるＢＭＥＰ値は、様々な周知の手法で取得されうる。

発明の好適な実施形態によれば、制御バルブの状態は、潤滑オイル回路内の一点において取得された圧力フィードバック信号により調節される。

燃焼機関を通じての損失よりもバイパス経路を通じての損失が小さい点で有利である。よって、バイパス経路を循環させるために消費されるエネルギーも小さく、このシステムは、容量可変ポンプと同様のエネルギー消費に係る挙動を問題なく示す。

これらの態様は、発明の好適な実施形態を描写するとともに本記載の一部をなす添付の特許請求の範囲により達成される。

本発明は、以下に列挙する添付の図面を参照し、単に例証を目的とする非限定的な例を示してなされる以下の詳細な説明を通じ、より明らかになる。

本発明の好適な実施形態を示している。 本発明の好適な実施形態を示している。 図１と図２における操作バルブを制御するマップの例を示している。

複数の図面に現れる同じ番号および文字は、同一または機能的に等価な部分を指示している。

本発明においては、「第二要素」という語は、必ずしも「第一要素」の存在を示唆するものではない。第一、第二、…という序数は、説明を簡潔にするためだけに用いられており、限定的に解釈されるべきではない。

図１と図２は、本発明の好適な実施形態を示している。

非制御型ポンプＰは、エンジンオイル回路ＯＣに（好ましくは、オイル溜めＳと潤滑または冷却に供される燃焼機関の間に）接続されている。よって、非制御型ポンプＰは、エンジン潤滑オイルをオイル溜めＳからエンジンコンポーネントＥへ、いわゆる「メイン回路」を通じて送る。オイルは、その後オイル溜めＳに落下し、連続的に循環される。

バイパス経路ＢＰは、ポンプＰの出口を入口に接続している。制御バルブＣＶは、バイパス経路ＢＰに配置されている。したがって、制御バルブＣＶは、二方向バルブである。

発明の好適な実施形態においては、当該バルブは、アクチュエータにより制御可能な荷重スプリングバルブである。例えば、スプリングの初期負荷が、アクチュエータにより制御可能である。

発明の別実施形態においては、荷重固定スプリングバルブが、制御バルブと結合される。

制御ユニットＥＣＵ（好ましくは燃焼機関を制御する制御ユニットと同じもの）は、エンジン速度を入力として取得し、燃焼機関内のオイル圧を当該エンジン速度の関数として適合させるために、制御バルブＣＶの状態を制御する。

発明の好適な実施形態においては、制御ユニットは、現在のＢＭＥＰも取得し、モデルベースの演算やマップを通じて、潤滑オイル回路内で維持される基準オイル圧を計算または抽出する。図３は、マップの例を示している。Ｘ軸はエンジン速度を示し、Ｙ軸はＢＭＰＥを示している。曲線あるいはその近傍で得られる両値の組合せは、最適なオイル圧を示している。例示された曲線Ｐ１は１バールを、曲線Ｐ２は１．５バールを、曲線Ｐ３は２バールを、曲線Ｐ４は２．５バールを示している。

発明の別実施形態においては、潤滑オイル回路内で維持される基準オイル圧を計算または抽出するために、制御ユニットによって、オイル温度も考慮される。

したがって、図１と図２に示されるセンサｓは、閉ループ制御スキームを実行するために、圧力センサまたはオイル流センサ、および温度センサとして実装される。

いずれにしても、制御ユニットは、エンジンオイル圧（すなわち、エンジンにおける少なくとも一箇所のオイル圧）を制御するために、制御バルブＣＶの状態を制御する。

好ましくは、図３は、エンジンのメイン回路（すなわち、ポンプＰの下流ダクト）で複数の支流に分岐する前に測定された基準圧力を参照する。しかしながら、図３のマップは、オイル回路内における特定の測定点に応じて書き直されうる。

あらゆるエンジンの動作点、あらゆるオイルの実温度において、オイル圧が制御されうる。これにより、燃料消費を抑制するために故障しがちな容量可変型ポンプを無理に導入することなく、オイル圧を、特にポンプに吸収されるエネルギーを削減するように概ね適応させることが可能になる。

圧力センサに代えて、オイル流センサが装備されうる。この場合、図３は、オイル圧曲線の代わりにオイル流曲線を示すように修正されうる。

添付の図面は、単一の非制御型オイルポンプを示している。しかしながら、本発明は、複数の独立したオイル回路が設けられ、その少なくとも一つが本発明のように構成された場合にも適用されうる。

発明の好適な実施形態においては、上記の構成は、少なくともエンジンブレーキを動作させるために用いられる。

油圧エンジンブレーキの動作には、非常に短時間（一般に０．８秒未満）に高い圧力（４バール程度）をかけることが必要とされる。

図３に示されるマップにおける最高圧力値をこの４バールという値と比較すると、オイルシステム圧力の反応が非常に速いことが直ちに判る。

本発明によれば、そのような圧力変化を０．２秒未満で得ることができ、容量可変ポンプよりもはるかに速い。

よって、本発明は、容量可変ポンプと比較して有利に実施されうる。

本発明の別の利点は、圧力を非常に正確に制御できることである。軸受摩耗について妥協することなく、クリアランスや機械加工公差の影響を低減できる。

この利点は、潤滑性に非常に敏感なＷＨＲシステムとパワータービンの少なくとも一方に対して好適に利用されうる。

バイパス経路の開口は、メイン回路におけるオイル圧を低減するように構成されている。よって、オイルフィルタとオイルクーラにおける圧力損失が小さい。迂回されたオイルは、これらの部品を通過しないからである。

結果として、ポンプ流は一定で変わらず、余分なオイル流は迂回される。

燃料消費（ＢＳＦＣゲイン）に係る、本解決手段と容量可変ポンプ単体で実施した場合の差異は僅かである。しかしながら、可変容量ポンプのコストは非常に高く、その信頼性は大きな問題である。

図１に示された例に係る制御型バルブＣＶは、ロータリスリーブバルブＶ１により実現される。ロータリスリーブバルブＶ１は、回転可能な電気アクチュエータＡ１（ステップドライブなど）により操作されることが好ましい。

図２に示された例に係る制御型バルブＣＶは、アキシャルスリーブバルブＶ２により実現されうる。アキシャルスリーブバルブＶ２は、リニアアクチュエータＡ２により操作されることが好ましい。

なお、複数種のアクチュエータ（空気圧式、油圧式）が装備されうる。

また、制御型バルブＣＶは、オンオフバルブではなく、複数の中間的な開度、あるいは連続的に変化する状態を適切に管理するように装備されることが好ましい。

本発明は、コンピュータプログラムとして有利に実現されうる。当該コンピュータプログラムは、コンピュータ上で実行されることによって上記の方法における少なくとも一つのステップを実行するプログラムコード手段を備えている。したがって、そのようなコンピュータプログラム、およびコンピュータ上で実行されることによって上記の方法における少なくとも一つのステップを実行するプログラムコード手段を備えるコンピュータが読み取り可能な媒体も特許権の範囲内である。

好適な実施形態を開示する本明細書と添付の図面を考慮した当業者にとって、本発明の多くの変更、修正、変形、他の用途や応用が明らかである。本発明は、その範囲を逸脱しない当該変更、修正、変形、他の用途や応用に及ぶ。

当業者ならば上記の記載の教示に基づいて発明を実施可能であるため、より詳細な説明は行なわない。

Claims (12)

1. 特に産業車または商用車におけるエンジン油圧ブレーキシステムを備えた燃焼機関においてエンジンブレーキを動作させるための潤滑オイルシステムであって、
   エンジンオイル回路（ＯＣ）と組み合わされたオイルポンプ（Ｐ）を迂回するように構成されているバイパス接続（ＢＰ）と、
   前記バイパス接続（ＢＰ）を通じて迂回されるオイルの量を調節するように構成されている制御バルブ（ＣＶ）と、
   燃焼機関速度の関数に基づいて前記制御バルブ（ＣＶ）を制御するようにプログラムされた制御手段（ＥＣＵ）と、を備えており、
   前記制御バルブ（ＣＶ）は、回転可能な電気アクチュエータ（Ａ１）により操作されるロータリスリーブバルブ（Ｖ１）によって実現され、複数の中間的な開度、あるいは連続的に変化する状態を管理するように構成されており、
   前記関数は、前記エンジンオイル回路内の予想オイル圧を計算するために、ランタイムエンジンモデルまたはマップを用い、
   前記ランタイムエンジンモデルまたはマップは、エンジン速度を第一入力とし、エンジンＢＭＥＰ（ブレーキ平均有効圧力）値を第二入力とし、前記エンジンオイル回路内の予想オイル圧を出力とする、
   潤滑オイルシステム。
2. 前記オイルポンプ（Ｐ）は、非制御型または容量可変型である、
   請求項１に記載の潤滑オイルシステム。
3. 前記制御手段（ＥＣＵ）は、オイル温度、オイル圧、オイル流センサ、およびオイル粘度の少なくとも一つの関数に基づいて前記制御バルブを制御するようにプログラムされている、
   請求項１に記載の潤滑オイルシステム。
4. 前記制御手段（ＥＣＵ）は、前記制御バルブ（ＣＶ）を制御するために、ランタイムモデルベースエスティメータを用いるように、あるいは特性曲線やマップを記憶するように、プログラムされている、
   請求項１に記載の潤滑オイルシステム。
5. 前記エンジンオイル回路（ＯＣ）は、オイル圧またはオイル流量を取得し、結果としてオイル温度も取得するセンサ手段（ｓ）を備えている、
   請求項３に記載の潤滑オイルシステム。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の潤滑オイルシステムを備えている燃焼機関。
7. 請求項６に記載の燃焼機関を備えている産業車または商用車。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載の潤滑オイルシステムのオイル圧を調節する方法であって、
   エンジンオイル回路（ＯＣ）と組み合わされたオイルポンプ（Ｐ）を迂回するように構成されているバイパス接続（ＢＰ）を配置し、
   前記バイパス接続（ＢＰ）を通じて迂回されるオイルの量を調節するように構成されている制御バルブ（ＣＶ）を配置し、
   燃焼機関速度の関数に基づいて前記制御バルブ（ＣＶ）の制御を行ない、
   前記関数は、前記エンジンオイル回路内の予想オイル圧を計算するために、ランタイムエンジンモデルまたはマップを用い、
   前記ランタイムエンジンモデルまたはマップは、エンジン速度を第一入力とし、エンジンＢＭＥＰ（ブレーキ平均有効圧力）値を第二入力とし、前記エンジンオイル回路内の予想オイル圧を出力とする、
   方法。
9. 前記制御は、オイル温度、オイル圧、オイル流センサ、およびオイル粘度の少なくとも一つを考慮して行なわれる、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記制御は、ランタイムモデルベースエスティメータを用いるように、あるいは特性曲線やマップを記憶するように行なわれる、
    請求項９に記載の方法。
11. コンピュータ上で実行されることにより、請求項８に記載された方法を遂行するように構成されたコンピュータプログラムコード手段を備えている、
    コンピュータプログラム。
12. コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された媒体であって、
    コンピュータ上で実行されることにより、請求項８に記載された方法を遂行するように構成されたコンピュータプログラムコード手段を備えている、
    媒体。

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