JP7119897B2 - Lubrication system for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の潤滑装置に関する。 The present invention relates to a lubrication system for internal combustion engines.
排気中の窒素酸化物(NOx)の低減のため、排気通路と吸気通路とをEGR通路により接続し、排気の一部を燃焼室に導入する技術が知られている。冷間時などはボアの壁面温度が低く、EGRガス中の水分、および硫酸蒸気などの酸が凝縮し、酸性の凝縮水が発生する恐れがある。こうした凝縮水はボアの内壁を腐食および摩耗させてしまう。そこで酸を中和する中和剤を供給する技術が開発されている(例えば特許文献1)。 BACKGROUND ART In order to reduce nitrogen oxides (NOx) in exhaust, a technique is known in which an exhaust passage and an intake passage are connected by an EGR passage and part of the exhaust is introduced into a combustion chamber. When the engine is cold, the wall surface temperature of the bore is low, and moisture in the EGR gas and acids such as sulfuric acid vapor may condense to generate acidic condensed water. Such condensate corrodes and wears the inner walls of the bore. Therefore, a technique for supplying a neutralizing agent that neutralizes acid has been developed (for example, Patent Document 1).
しかし中和剤、およびその供給装置を新たに設けることで内燃機関が大型化および高コスト化する。そこで、大型化および高コスト化を抑制し、かつ凝縮水による腐食および摩耗を抑制することが可能な内燃機関の潤滑装置を提供することを目的とする。 However, the provision of a new neutralizing agent and its supply device increases the size and cost of the internal combustion engine. Therefore, it is an object of the present invention to provide a lubricating device for an internal combustion engine that can suppress an increase in size and cost, and can suppress corrosion and wear due to condensed water.
上記目的は、EGRガスが流れるEGR通路を備える内燃機関のボアにオイルを供給するオイル供給部と、前記オイル供給部から供給されるオイルの量を制御する制御部と、を具備し、前記EGR通路に前記EGRガスが流通するとき、前記EGRガスから生じる凝縮水の前記ボアへの滞留量または前記凝縮水の滞留速度が所定値以上である場合、前記滞留量または前記滞留速度が前記所定値未満である場合に比較して、前記制御部は前記オイルの量を増加させる内燃機関の潤滑装置によって達成できる。 The above object is provided with an oil supply section that supplies oil to a bore of an internal combustion engine having an EGR passage through which EGR gas flows, and a control section that controls the amount of oil supplied from the oil supply section. When the EGR gas flows through the passage, if the amount of condensed water that remains in the bore or the rate of retention of the condensed water generated from the EGR gas is equal to or greater than a predetermined value, the amount of retention or the rate of retention of the condensed water is equal to or greater than the predetermined value. Said control can be achieved by means of a lubrication system of an internal combustion engine which increases said quantity of oil compared to when it is less than.
大型化および高コスト化を抑制し、かつ凝縮水による腐食および摩耗を抑制することが可能な内燃機関の潤滑装置を提供できる。 It is possible to provide a lubricating device for an internal combustion engine that can suppress an increase in size and cost, and can suppress corrosion and wear due to condensed water.
(第1実施形態)
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の潤滑装置について説明する。図1は潤滑装置100を例示する模式図である。潤滑装置100は内燃機関10に適用され、バルブ44、オイルジェット46、およびECU(Electric Control Unit)50を備え、自動車などの車両に搭載される。
(First embodiment)
A lubricating device for an internal combustion engine according to this embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
内燃機関10は例えばガソリンエンジンであり、シリンダヘッド11、シリンダブロック12、ピストン14、コンロッド15、燃料噴射弁22、および点火プラグ24を備える。
The
シリンダブロック12の上部にシリンダヘッド11が取り付けられる。シリンダヘッド11およびシリンダブロック12にはボア13が形成されている。ピストン14はボア13内に摺動可能に配置されている。コンロッド15の一端はピストン14に連結され、他端はクランクシャフト16に連結されている。ボア13には燃焼室19が形成される。内燃機関10のボア13の周囲には冷却水が流れるウォータジャケット17が設けられている。
A
シリンダヘッド11に、点火プラグ24、吸気バルブ26および排気バルブ28が設けられ、吸気通路20および排気通路21が接続される。吸気通路20には、上流側から順に、エアフロ―メータ23、スロットルバルブ25、温度センサ27、および燃料噴射弁22が設けられている。排気通路21には不図示のフィルタおよび触媒などが設けられている。
A
エアフロ―メータ23は吸気の流量を測定する。スロットルバルブ25の開度に応じて吸気の流量が調整され、開度が大きいほど流量は大きくなる。温度センサ27は吸気の温度を測定する。
The
燃料噴射弁22は吸気通路20に設けられており、燃料を噴射する。吸気バルブ26が開くことで、吸気通路20から燃焼室19内に燃料と空気との混合気が導入される。ピストン14が上昇し、混合気が圧縮される。点火プラグ24により混合気に点火すると、混合気の燃焼により筒内圧力が高まり、ピストン14は下方向に摺動する。このとき動力がクランクシャフト16に伝達される。クランク角センサ29は内燃機関10の回転数を検出する。ピストン14が上昇し、排気バルブ28が開くことで燃焼後の排気は排気通路21へと排出される。排気の一部はEGR通路30を通じて吸気通路20に循環する。
A
吸気通路20と排気通路21との間にEGR通路30が接続される。EGR通路30の一端は吸気通路20のスロットルバルブ25と燃料噴射弁22との間に接続され、他端は排気通路21に接続される。排気の一部(EGRガス)はEGR通路30を通じて吸気通路20に還流し、内燃機関10に供給される。
An EGR
EGR通路30の途中にはEGRクーラ34が設けられている。EGRクーラ34においてEGRガスと冷却水とが熱交換し、EGRガスが冷却される。EGR通路30のうちEGRクーラ34と吸気通路20との間にEGRバルブ38が設けられている。EGRバルブ38の開度によりEGRガスの流量は調整され、開度が大きいほど流量は大きくなる。EGRクーラ34には温度センサ36が設けられている。温度センサ36は、EGRクーラ34における冷却水の温度を測定する。
An EGR
EGR通路30にはバイパス通路32が接続され、EGRガスはEGRクーラ34を通らず、バイパス通路32を通り吸気通路20に流れ込むことも可能である。バイパス通路32にはバイパスバルブ33が設けられ、バイパスバルブ33の開度によりバイパス通路32におけるEGRガスの流量が調整される。
A
内燃機関10のシリンダブロック12にはオイルジェット46(オイル供給部)が設けられ、オイルジェット46のノズルはボア13内に配置されている。オイルパン40にはオイルが貯留され、オイルパン40とオイルジェット46とはオイル通路41により接続されている。オイル通路41にはポンプ42およびバルブ44が設けられている。
The
ポンプ42は、クランクシャフト16の回転により動作し、オイルパン40からオイルを汲み上げオイルジェット46に共有する。オイルジェット46はボア13内のピストン14に向けてオイルを噴射する。オイルが油膜を形成することでピストン14の潤滑および冷却が行われる。
The pump 42 is operated by the rotation of the
バルブ44によりオイルジェット46へのオイルの供給を調整する。バルブ44が開くことでオイルジェット46にオイルが供給され、バルブ44が閉じることでオイルの供給は停止する。
A
ECU50は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などの記憶装置を備える。ECU50は記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ECU50は、エアフロ―メータ23から吸気の流量を取得し、温度センサ27から吸気の温度を取得し、温度センサ36から水温を取得する。ECU50は、スロットルバルブ25の開度およびEGRバルブ38の開度を調節する。EGRバルブ38の開度は例えば内燃機関10の回転数などに応じて制御される。ECU50は、例えばEGRバルブ38の開度などからEGRガスの流量(EGR流量)を算出し、吸気流量およびEGR流量に基づいてEGR率を算出する。例えばEGRバルブ38が全閉ならばEGR率はゼロであり、EGRバルブ38が開弁していればEGR率はゼロより大きい。
The
後述のように、ECU50は、凝縮水の滞留速度および滞留量を算出し、かつ滞留量を記憶する。さらにECU50は、バルブ44の開度を調節することでオイルジェット46からのオイル噴射量を制御する制御部として機能する。
As will be described later, the
例えば機関冷間時においては、オイルの温度が低いため、オイルジェット46がボア13にオイルを供給すると内燃機関10の暖気性能が悪化する。また、オイルの粘性が高いためポンプ42の仕事量が増大し、内燃機関10への付加も増大する。そこで、ECU50はバルブ44を閉弁し、オイルジェット46によるオイルの供給を停止することが可能である。オイルによるピストン14などの冷却が抑制され、暖機性能が向上する。また、ポンプ42の仕事量が低減し燃費が改善する。
For example, when the engine is cold, the temperature of the oil is low, so if the
機関冷間時にはボア13の壁面温度が低いため、EGRガスを内燃機関10に導入すると、EGRガスの水分および硫酸蒸気が凝縮し、酸性の凝縮水が発生することがある。酸性の凝縮水によりボア13の内壁などが腐食し、また油膜が破断されボア13の内壁およびピストン14などが摩耗してしまう。凝縮水のボア13の内壁への滞留量が多いほどボア13の摩耗速度は大きくなる。
Since the wall surface temperature of the
凝縮水の生成について説明する。図2(a)は水温と壁温との関係を示す図である。横軸はEGRクーラ34の水温Tw1を表し、縦軸はボア13の内壁の温度Tw2を表す。図2(a)に示すように水温Tw1が高いほど壁温Tw2も高い。このためECU50は温度センサ36から取得する水温Tw1に基づいて壁温Tw2を推定することができる。
Generation of condensed water will be described. FIG. 2(a) is a diagram showing the relationship between the water temperature and the wall temperature. The horizontal axis represents the water temperature Tw1 of the
図2(b)は飽和水蒸気曲線を示す図である。横軸は温度を表し、縦軸は飽和水蒸気圧を表す。EGRガス混合後の吸気中の飽和水蒸気圧Pmに対応する温度が、混合後の吸気の露点Tdである。EGRガス混合後の吸気中の飽和水蒸気圧Pmは、EGRガスの飽和水蒸気圧Peおよび吸気の水蒸気圧Piを用いて、次式で求められる。
Pm=EGR率×Pe+(1-EGR率)×Pi
FIG.2(b) is a figure which shows a saturated water vapor curve. The horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents saturated water vapor pressure. The temperature corresponding to the saturated water vapor pressure Pm in the intake air mixed with the EGR gas is the dew point Td of the mixed intake air. The saturated water vapor pressure Pm in the intake air mixed with the EGR gas is obtained by the following equation using the saturated water vapor pressure Pe of the EGR gas and the water vapor pressure Pi of the intake air.
Pm = EGR rate x Pe + (1-EGR rate) x Pi
図2(c)は壁面からの距離と吸気の温度との関係を示す図である。横軸はボア13の内壁からの距離を表し、縦軸は混合後の吸気の温度を表す。図2(c)に示すように、内壁において吸気の温度は内壁の温度Tw2に一致し、内壁から離れるほど温度は上昇し、一定に近づく。点線は露点Tdであり、斜線で示す部分は吸気の温度が露点Td以下となる部分である。この温度領域において凝縮水が発生する。つまり、ボア13の内壁近傍のガスが凝集しやすい。また、壁温Tw2が低く、露点Tdが高いほど、斜線の領域が広くなり、結露量が増大する。
FIG. 2(c) is a diagram showing the relationship between the distance from the wall surface and the intake air temperature. The horizontal axis represents the distance from the inner wall of the
図2(d)は吸気の温度および壁温に基づく結露量のマップである。横軸は露点Tdを表し、縦軸は壁温Tw2を表す。図2(d)に示す複数の実線は露点Tdおよび壁温Tw2から決まる結露量(凝縮水の生成速度)であり、上側から下側にかけて結露量は多くなる。つまり、壁温Tw2が低く、露点Tdが高いほど、結露量が多くなる。以上のように、水温Tw1、壁温Tw2、EGR率、飽和水蒸気曲線に基づき、結露量を求めることができる。 FIG. 2(d) is a map of the amount of condensation based on the temperature of the intake air and the wall temperature. The horizontal axis represents the dew point Td, and the vertical axis represents the wall temperature Tw2. A plurality of solid lines shown in FIG. 2(d) indicate the condensation amount (condensed water generation rate) determined by the dew point Td and the wall temperature Tw2, and the condensation amount increases from the upper side to the lower side. That is, the lower the wall temperature Tw2 and the higher the dew point Td, the greater the amount of dew condensation. As described above, the amount of condensation can be obtained based on the water temperature Tw1, the wall temperature Tw2, the EGR rate, and the saturated steam curve.
凝縮水の一部は蒸発し、蒸発速度は飽和水蒸気圧と混合後の吸気中の実水蒸気圧との差に比例する。例えば同一の実水蒸気圧に対しては、吸気の温度が高いほど飽和水蒸気圧が上昇し、実水蒸気圧との差が大きくなるため、蒸発速度が大きくなる。同一の温度に対しては、実水蒸気圧が低いほど蒸発速度が大きくなる。後述のように、凝縮水の生成速度と凝縮水とに基づいて、ボア13への凝縮水の滞留量が決まる。
Part of the condensed water evaporates, and the evaporation rate is proportional to the difference between the saturated water vapor pressure and the actual water vapor pressure in the intake air after mixing. For example, for the same actual water vapor pressure, the higher the temperature of the intake air, the higher the saturated water vapor pressure, and the greater the difference from the actual water vapor pressure, the greater the evaporation rate. For the same temperature, the lower the actual water vapor pressure, the higher the evaporation rate. As will be described later, the amount of condensed water that remains in the
図3は水温と凝縮水の滞留量との関係を例示する図である。横軸はEGRクーラ34の水温Tw1であり、縦軸はボア13における凝縮水の滞留量である。EGRバルブ38が開弁し、EGRガスが吸気通路20に流入すると、図3に示す温度T1からT2の範囲において滞留量は閾値W1を超え、摩耗速度も大きくなる。本実施形態ではオイルにより凝縮水の酸を中和する。
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the water temperature and the amount of condensed water retained. The horizontal axis is the water temperature Tw1 of the
図4はECU50が実行する処理を例示するフローチャートであり、例えば内燃機関10の冷間時に行われる。図4に示すように、ECU50は、温度センサ36から水温Tw1を取得し、温度センサ27から吸気温度を取得する。さらにECU50は、吸気流量およびEGRバルブ38の開度などからEGR率を取得する(ステップS10)。
FIG. 4 is a flowchart illustrating processing executed by the
ECU50はEGR率が0であるか否か判定する(ステップS11)。肯定判定(Yes)の場合、ECU50はバルブ44を閉弁し、オイル供給を停止する(ステップS22)。否定判定(No)の場合、ECU50は、図2(a)から図2(d)において説明したように、水温Tw1、壁温Tw2、EGR率、飽和水蒸気曲線に基づき、凝縮水の生成速度を算出する(ステップS12)。ECU50は、吸気の温度に基づき凝縮水の蒸発速度を算出する(ステップS14)。
The
ECU50は、生成速度と蒸発速度とに基づき凝縮水の滞留速度Vを算出する(ステップS16)。滞留速度Vは例えば次式のように生成速度と蒸発速度との差である。
滞留速度V=生成速度-蒸発速度
The
Retention rate V = production rate - evaporation rate
ECU50は凝縮水の滞留量Wを算出する(ステップS18)。ECU50は、今回の処理開始前の滞留量を記憶しており、例えば当該滞留量と滞留速度Vの時間積分とを含む次式で滞留量Wを算出する。
滞留量W=処理開始前の滞留量+滞留速度Vの時間積分
The
Retention amount W = Retention amount before treatment start + Time integration of retention speed V
ECU50は、滞留量Wが閾値W1以下であるか否かを判定する(ステップS20)。前述のように滞留量はボア13の摩耗速度に比例し、滞留量Wが閾値W1を超えると摩耗速度が許容限界を超える。肯定判定(Yes)の場合、ECU50はバルブ44を閉弁し、オイルジェット46からのオイル供給を停止する(ステップS22)。一方、否定判定(No)の場合、ECU50はバルブ44を開弁し、オイルジェット46を用いてボア13内にオイルを供給する(ステップS24)。ステップS22またはS24の後、処理は終了する。
The
第1実施形態によれば、ECU50は、水温およびEGR率に基づいて凝縮水の滞留量Wを求め、Wが閾値W1より多い場合、オイルジェット46からのオイル供給を行う。オイル中の塩基成分により凝縮水の酸成分が中和され、凝縮水によるボア13の内壁およびピストン14の腐食および摩耗が抑制される。
According to the first embodiment, the
オイルジェット46およびバルブ44など内燃機関10に設けられた部品を用いてオイルを供給できるため、中和剤およびその供給装置を追加しなくてよい。したがって、内燃機関10の大型化および高コスト化が抑制される。
Since the oil can be supplied using parts provided in the
ECU50はバルブ44の開度などによりオイルジェット46からのオイル噴射量を定めることができる。オイルがボア13およびピストン14に形成する油膜の塩基価が、凝縮水の酸成分の中和が可能な程度に高ければよい。
The
ECU50はオイル供給と停止とを切り替えるとしたが、オイルの供給量を増減させてもよい。すなわち、滞留量Wが閾値W1以下の場合、オイル供給量はゼロでもよいし、ゼロでなくてもよい。滞留量WがW1より多ければ、W1以下の場合に比べてオイル供給量を増加させる。なお、閾値W1は摩耗速度の許容限界に対応し、例えばボア13の寸法および内壁の材質などに応じて定めてもよい。
Although the
(第2実施形態)
第2実施形態においても図1の構成は共通である。図5はECU50が実行する処理を例示するフローチャートである。ステップS10からステップS16まで図4と同じである。ECU50は滞留速度Vが正であるか否か判定する(ステップS21)。否定判定の場合、ECU50はオイル供給を停止する(ステップS22)。肯定判定の場合、ECU50はオイルジェット46からオイルを供給する(ステップS24)。
(Second embodiment)
The configuration of FIG. 1 is also common to the second embodiment. FIG. 5 is a flow chart illustrating the processing executed by the
第2実施形態によれば、水温およびEGR率に基づいて凝縮水の滞留速度Vを求め、Vが正の場合、オイルジェット46からのオイル供給を行う。これにより第1実施形態と同様に、凝縮水によるボア13の内壁およびピストン14の腐食および摩耗が抑制される。
According to the second embodiment, the condensed water retention speed V is obtained based on the water temperature and the EGR rate, and when V is positive, oil is supplied from the
滞留速度Vが0より大きければECU50が直ちにオイル供給を行うため、凝縮水の滞留をより効果的に抑制することができる。滞留速度Vに対する閾値は0以外でもよく、例えば滞留速度Vが所定の値より大きいときにオイル供給が行われてもよい。
If the retention speed V is greater than 0, the
ECU50はオイル供給と停止とを切り替えるとしたが、オイルの供給量を増減させてもよい。すなわち、滞留速度Vがゼロ以下の場合、オイル供給量はゼロでもよいし、ゼロでなくてもよい。滞留速度Vが正ならば、Vがゼロ以下の場合に比べてオイル供給量を増加させる。
Although the
ECU50はEGRクーラ34の水温に基づき凝縮水の生成速度、蒸発速度および滞留速度Vなどを求めるとしたが構成はこれに限定されない。内燃機関10の温度、すなわち水温または部品の温度を用いることができ、例えばウォータジャケット17の水温、または吸気通路20の温度などを用いてもよい。
Although the
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.
10 内燃機関
11 シリンダヘッド
12 シリンダブロック
13 ボア
14 ピストン
15 コンロッド
16 クランクシャフト
17 ウォータジャケット
19 燃焼室
20 吸気通路
21 排気通路
22 燃料噴射弁
23 エアフロ―メータ
24 点火プラグ
25 スロットルバルブ
26 吸気バルブ
27、36 温度センサ
28 排気バルブ
29 クランク角センサ
30 EGR通路
32 バイパス通路
33 バイパスバルブ
34 EGRクーラ
38 EGRバルブ
40 オイルパン
42 ポンプ
44 バルブ
46 オイルジェット
50 ECU
100 潤滑装置
REFERENCE SIGNS
100 Lubricator
Claims (1)
前記オイル供給部から供給されるオイルの量を制御する制御部と、を具備し、
前記EGR通路に前記EGRガスが流通するとき、前記EGRガスから生じる凝縮水の前記ボアへの滞留量または前記凝縮水の滞留速度が所定値以上である場合、前記滞留量または前記滞留速度が前記所定値未満である場合に比較して、前記制御部は前記オイルの量を増加させる内燃機関の潤滑装置。 an oil supply unit for supplying oil to a bore of an internal combustion engine having an EGR passage through which EGR gas flows;
a control unit that controls the amount of oil supplied from the oil supply unit,
When the EGR gas flows through the EGR passage, if the amount of condensed water remaining in the bore or the rate of retention of the condensed water generated from the EGR gas is equal to or greater than a predetermined value, the amount of retention or the rate of retention is equal to or higher than the A lubricating device for an internal combustion engine, wherein the control unit increases the amount of the oil compared to when it is less than a predetermined value.
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