(57)【要約】【課題】リリーフオイルを有効利用して燃費を向上させる。【解決手段】リリーフ通路１２，２３，２４，２７にアシスト装置２０を設け、アシスト装置２０により、インジェクタ１７で噴射される燃料の加圧を補助する。アシスト装置２０はダイヤフラム式のアキュームレータ２１を有しており、調圧バルブ２６を絞ると、隔壁２２が移動して（伸び変形して）燃料バッファ室２１ｂの燃料が加圧される。従って、電動ポンプ３０の消費電力を低減して燃費の向上に貢献できる。隔壁２２が移動しきったら、調圧バルブ２６を徐々に戻すと共に、電動ポンプ３０によって燃料を加圧する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸で駆動されるオイルポンプを有する潤滑装置と、燃料がデリバリ管からインジェクタに分配される燃料噴射装置とを備えており、
前記潤滑装置には、オイルの圧力が過剰になったときにリリーフオイルをオイルパンに戻すリリーフ通路が設けられている一方、前記燃料噴射装置は、燃料を前記デリバリ管に加圧して供給する電動ポンプが設けられている構成であって、
前記リリーフ通路に、リリーフオイルの圧力又は運動エネルギを前記デリバリ管の燃料加圧に変換するアシスト装置を設けている、
内燃機関。
【請求項２】
前記アシスト装置は、燃料バッファ室とリリーフオイル室とが隔壁で仕切られたアキュームレータと、前記アキュームレータの下流側に設けた調圧バルブとから成っており、前記調圧バルブが閉じ方向に動くと、前記リリーフオイル室が加圧されて前記隔壁が弾性に抗して変形又は移動することにより、前記燃料バッファ室の燃料が加圧される、
請求項１に記載した内燃機関。
【請求項３】
前記アシスト装置は、前記リリーフオイルの流れによって回転する羽根車と、前記羽根車の回転によって駆動される加圧ポンプとから成っており、前記羽根車と加圧ポンプとの間に、前記羽根車の回転のみを加圧ポンプに伝達するワンウエイクラッチが介在している、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は内燃機関に関するものであり、潤滑系に発生したエネルギロスの回収（回生）技術を特徴としている。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、必須の要素として潤滑装置を備えている。潤滑装置は、クランク軸で直接に又は間接的に駆動されるオイルポンプを備えており、オイルポンプでオイルをオイルパンから汲み上げて、ギャラリーを介して各潤滑箇所や冷却箇所に供給しているが、オイルの圧力が過大にならないように、オイルポンプの上流側に、リリーフバルブを備えたリリーフ通路が接続されており、オイルの圧力が過大になると、リリーフバルブが開いてオイルの一部をリリーフ通路からオイルパンに戻している。
【０００３】
リリーフオイルをオイルパンに戻すことは、オイルポンプに過剰な仕事をさせていることを意味しており、内燃機関で発生したエネルギが使用されずに捨てられていることになるが、リリーフ通路とリリーフバルブは、安全のために必要不可欠の要素であり、そこで、リリーフオイルを有効利用することが考えられている。
【０００４】
その例として、本願出願人は、特許文献１において、リリーフ通路に、リリーフオイルを溜めるアキュームレータを接続して、アキュームレータに溜められたオイルをピストン冷却のオイルジェットに使用することを開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７０５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、リリーフオイルを有効利用できるが、問題点の存在も明らかになった。例えば、オイルジェットをピストンに噴射するにはかなりの圧力が必要であるため、ピストンを的確に冷却するには、アキュームレータ装置に相当の工夫を加える必要があることが判った。
【０００７】
また、オイルジェットは、ピストンが高温になっているときに必要であるが、リリーフオイルは冷間始動時のように、機関温度が低くてオイルの粘度が低い状態でも発生するため、発生したリリーフオイルを常に有効利用できるとはいえないことも判った。
【０００８】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、リリーフオイルを有効利用するという目的は特許文献１と共通しつつ、より改良された形態にして提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、クランク軸で駆動されるオイルポンプを有する潤滑装置と、燃料がデリバリ管からインジェクタに分配される燃料噴射装置とを備えた内燃機関に関するものであり、請求項１の発明は、
前記潤滑装置には、オイルの圧力が過剰になったときにリリーフオイルをオイルパンに戻すリリーフ通路が設けられている一方、前記燃料噴射装置は、燃料を前記デリバリ管に加圧して供給する電動ポンプが設けられている構成において、
前記リリーフ通路に、リリーフオイルの圧力又は運動エネルギを前記デリバリ管の燃料加圧に変換するアシスト装置を設けている。
【００１０】
アシスト装置は様々な構成に展開できるが、その具体例として請求項２では、前記アシスト装置は、燃料バッファ室とリリーフオイル室とが隔壁で仕切られたアキュームレータと、前記アキュームレータの下流側に設けた調圧バルブとから成っており、前記調圧バルブが閉じ方向に動くと、前記リリーフオイル室が加圧されて前記隔壁が弾性に抗して変形又は移動することにより、前記燃料バッファ室の燃料が加圧されるようになっている。
【００１１】
他方、請求項３では、前記アシスト装置は、前記リリーフオイルの流れによって回転する羽根車と、前記羽根車の回転によって駆動される加圧ポンプとから成っており、前記羽根車と加圧ポンプとの間に、前記羽根車の回転のみを加圧ポンプに伝達するワンウエイクラッチが介在している。
【発明の効果】
【００１２】
燃料を噴射するインジェクタには電磁弁が設けられており、電磁弁の開閉を制御して燃料の噴出量を調節しているが、デリバリ管の内部での燃料の圧力は大きなものではないため、リリーフオイルから回収したエネルギを燃料の加圧動力として使用して、電動ポンプの消費電力を低減できる。従って、燃費の向上に貢献できる。
【００１３】
具体的には、デリバリ管（或いはこれに連通したバッファタンク）内での燃料の圧力を圧力センサで常にモニタリングしておいて、リリーフオイルでアシストされて燃料の圧力が設定値を越えている場合は、電動ポンプの駆動を停止して、燃料の圧力が設定値まで低下したら、電動ポンプを駆動したらよい。
【００１４】
そして、リリーフオイルは機関が低温の状態でも発生するが、燃料の加圧は機関を運転している限り常に必要であるから、発生したリリーフオイルを燃料の加圧源として常に有効利用できる。この点、本願発明の大きな利点の一つである。また、請求項２の場合、アキュームレータはダイヤフラム式のような簡単な構造で足りるため、コストや信頼性においても優れている。
【００１５】
更に、請求項２の発明では、リリーフオイル室に蓄圧されている状態では、電動ポンプは、駆動を停止しているか又は消費電力を少なくすることができる。これにより、燃費向上に貢献できる。そして、アシスト装置としてのアキュームレータは簡単な構造でよいため、コスト面で一層有利である。また、回転する部材はないため、騒音や振動がなくて静粛性に優れている。更に、アキュームレータはダイヤフラム式のように信頼性が高い物を使用できるため、品質を安定させることもできる。
【００１６】
請求項２において、調圧バルブは、電磁式や電動モータ式の遠隔操作式で開度可変のバルブも使用できるし、オイルの圧力が所定の圧力に低下したら自動的に閉じるか又は開度が小さくなるタイプも使用できる。電磁式や電動式のバルブを使用する場合は、デリバリ管内の燃料の圧力が設定値まで下がったら閉じるか又は開度が小さくなるように、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）で制御したらよい。
【００１７】
請求項３の発明では、羽根車と加圧ポンプとの間にはワンウエイクラッチが介在しているため、加圧ポンプは燃料を加圧する方向にしか回転しない。このため、何らかの理由で羽根車が逆転することがあっても、加圧ポンプが逆転してデリバリ管の燃料を減圧してしまうような不測の事態は生じない。また、電動ポンプで加圧した燃料の動きが加圧ポンプに伝わって加圧ポンプが逆転するようなことがあっても、羽根車が逆転することはなく、従って、リリーフオイルの排出機能が阻害されることはない。
【００１８】
請求項３においても、請求項２のように羽根車の下流側に調圧バルブを設けて、調圧バルブの開度を制御することにより、リリーフオイルの流速を高めることは可能である。高速回転域では大量のリリーフオイルが発生しているが、このような状態では、羽根車を連続的に回転させて、羽根車から得られた動力のみで燃料を加圧することも可能になる。従って、請求項３の構成は、高速回転が連続するような運転域において特に効果が高いといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の大まかな分離斜視図である。
【図２】第１実施形態のブロック図（概念図）である。
【図３】（Ａ）は第２実施形態を示す図、（Ｂ）は第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
(1).第１実施形態の基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。本実施形態は、自動車用３気筒内燃機関に適用しており、図１のとおり、内燃機関は、３つの気筒２を有するシリンダブロック１と、その上面に固定されたシリンダヘッド３とを備えており、シリンダブロック１の下面にはオイルパン４が固定されている。シリンダヘッド３の長手一側面には、３つの気筒２に対応して３つの吸気ポート５が開口している。シリンダヘッド３の上面にはヘッドカバーが固定されているが、これは省略している。
【００２１】
シリンダブロック１及びシリンダブロック１の前面には、タイミングチェーンを覆うフロントカバー６が固定されており、クランク軸７の一端部がフロントカバー６から突出している。敢えて述べるまでもないが、クランク軸７の一端部には、図示しない補機駆動プーリが固定されている。
【００２２】
シリンダブロック１とフロントカバー６とが重なった部位には、クランク軸７で駆動されるオイルポンプ８が配置されている。従って、本実施形態では、オイルポンプ８はクランク軸７に直結方式になっているが、オイルポンプ８を補機駆動ベルトで駆動する方式も採用可能である。
【００２３】
オイルポンプ８には、ストレーナ９ａを介して吸い上げ通路９からオイルポンプ８にオイルが吸引される。オイルポンプ８と加圧されたオイルは、オイルフィルター１０を介してメインギャラリー１１に送られ、メインギャラリー１１から各潤滑部等に送られる。そして、メインギャラリー１１のうちオイルフィルター１０に近い部位から、リリーフ通路第１部分１２が分岐している。リリーフ通路第１部分１２は、オイルポンプ８とオイルフィルター１０との間の圧送路から分岐させることも可能である。
【００２４】
メインギャラリー１１やリリーフ通路第１部分１２は、フロントカバー６とシリンダブロック１との合わせ面や、シリンダブロック１の肉厚部位内に形成しており、リリーフ通路第１部分１２は、シリンダブロック１の外側に開口しており、この開口部にリリーフバルブ１３を装着している。
【００２５】
内燃機関は、燃料噴射装置１５を備えている。燃料噴射装置１５は、細長いデリバリ管１６を備えており、デリバリ管１６に、３対のインジェクタ１７が接続されている。そして、３対のインジェクタ１７に対応して、シリンダヘッド３の長手一側面のうち吸気ポート５の上の部位には、３対のインジェクタ取り付け穴１８が開口している。デリバリ管１６の一端部には、圧力センサ１６ａを設けている。
【００２６】
なお、吸気ポート５は途中で２つに分岐しており、分岐した２つのポートに対応して、２つのインジェクタ１７を設けている。シリンダヘッド３の長手一側面に、２対ずつの吸気ポート５を開口させる場合もあるし、また、１つの気筒２に対応して１つのインジェクタ１７のみを配置する場合もある。各インジェクタ１７は、燃料通路を開閉する燃料噴射電磁弁１９を備えており、各燃料噴射電磁弁１９は、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）で制御される。
【００２７】
(2).アシスト装置
内燃機関は、リリーフオイルで燃料噴射の補助するアシスト装置２０を備えている。アシスト装置２０は、円筒状で両端に底板を有するアキュームレータ２１を備えており、アキュームレータ２１は、隔壁２２によって、リリーフオイルが溜まるリリーフオイル室２１ａと、燃料が溜まる燃料バッファ室２１ｂとに仕切られている。従って、アキュームレータ２１は、ダイヤフラム構造になっている。
【００２８】
リリーフオイル室２１ａの外周部とリリーフバルブ１３とがリリーフ通路第２部分２３で接続されて、リリーフオイル室２１ａの底板には、リリーフ通路第３部分２４が接続されている。リリーフ通路第２部分２３には、リリーフオイルをアシスト装置２０の方向のみに流す逆止弁２５が介在しており、リリーフ通路第３部分２４には、ＥＣＵによって遠隔的に開度を制御できる電磁式の調圧バルブ２６が介在している。
【００２９】
なお、調圧バルブ２６は、非通電状態では全開になっている。リリーフ通路第３部分２４は、シリンダブロック１に設けたリリーフ通路第４部分２７に接続されており、リリーフ通路第４部分２７の終端は、オイルパン４の内部に向いて開口している。リリーフ通路第４部分２７を使用せずに、リリーフ通路第３部分２４をオイルパン４に接続することも可能である。
【００３０】
燃料バッファ室２１ｂの底板には燃料管２９が接続されており、燃料管２９の途中に電動ポンプ３０が介在している。電動ポンプ３０はＥＣＵで制御される。また、燃料管２９のうち電動ポンプ３０より下流側の部位には、燃料の逆流を阻止する逆止弁３１が設けられている。
【００３１】
デリバリ管１６と燃料バッファ室２８ｂとは、金属管や樹脂管、或いはホースのような管路３２で接続されている。管路３２を使用せずに、デリバリ管１６を燃料バッファ室２１ｂに直付けすることも可能であるが、管路３２を使用すると、アシスト装置２０を任意の場所に設置できるため、内燃機関の設計の自由性が高くなる利点がある。
【００３２】
(3).制御態様
以上の構成において、まず、リリーフバルブ１３が閉じている状態では、リリーフオイルはアシスト装置２０に流れないので、デリバリ管１６への燃料の送りは電動ポンプ３０のみによって行われる。
【００３３】
他方、リリーフバルブ１３が開いてリリーフオイルがアシスト装置２０に流れている状態では、調圧バルブ２６が全開の状態では、リリーフオイルはリリーフ通路第３部分２４及び第４部分２７とアキュームレータ２１との内圧は均衡しており、隔壁２２は変形していない。従って、リリーフオイル室２１ａには蓄圧されておらず、この状態でも、燃料の加圧は電動ポンプ３０のみによって行われている。
【００３４】
リリーフバルブ１３が開いてリリーフオイルがアシスト装置２０に流れている状態で、かつ、調圧バルブ２６を絞るか閉じるかすると、リリーフオイル室２１ａの内圧が高くなって、隔壁２２は、図２に点線で示すように、弾性に抗して燃料バッファ室２１ｂの内部に入り込む。これにより、燃料バッファ室２１ｂの燃料が加圧される。従って、この圧力を利用して、インジェクタ１７から燃料を噴射することができる。
【００３５】
隔壁２２の変形度合いには限度があるので、限度まで変形したら調圧バルブ２６を元の開放状態に戻す。すると、隔壁２２は自身の弾性復元力によって元の状態に戻る。調圧バルブ２６の元の状態に戻すと燃料バッファ室２１ｂの圧力はなくなるので、電動ポンプ３０を駆動して燃料を加圧する。電動ポンプ３０の駆動により、燃料バッファ室２１ｂで燃料が加圧された状態を保持しつつ、隔壁２２が元の状態に戻っていく。
【００３６】
燃料バッファ室２１ｂの燃料を常に加圧状態に保持するためには、デリバリ管１６での圧力が一定になるようにしつつ、調圧バルブ２６は徐々に全開状態に戻すのが好ましい（急減に全開すると、燃料バッファ室２１ｂの容積が急激に大きくなるため、電動ポンプ３０を駆動しても、燃料の圧力が高くならない現象が生じるおそれがある。）。隔壁２２が元の状態に戻ったら、調圧バルブ２６を閉じ方向に作動させてリリーフオイル室２１ａに蓄圧する。
【００３７】
リリーフオイルが発生している間、上記のような調圧バルブ２６の制御と電動ポンプ３０の制御とを繰り返すことにより、リリーフオイルの圧力を燃料の加圧に利用して、電動ポンプ３０の消費電力を低減できる。つまり、隔壁２２の伸び変形と戻り変形とを調圧バルブ２６によって間欠的に行うことにより、隔壁２２を一種のポンプとして機能させるのであり、これにより、燃料噴射を補助して、電動ポンプ３０の消費電力を低減できる。
【００３８】
調圧バルブ２６の絞り時間が長過ぎるとリリーフ機能を阻害するおそれがあるので、隔壁２２の変形インターバルは、オイルのリリーフ機能を損なわない範囲で行う。具体的なサイクルは、試験を経て設定したらよい。実施形態では調圧バルブ２６の他に従来のリリーフバルブ１３も配置しているが、調圧バルブ２６にリリーフ機能を組み込むことも可能である。この場合は、調圧バルブ２６は、所定の圧力になると開弁する構成を基礎として、開度を電磁ソレノイド又は電動モータで調節したらよい。
【００３９】
燃料バッファ室２１ｂを加圧する手段としては、弾性体製の隔壁２２を使用することに代えて、アキュームレータ２１に、リリーフオイル室２１ａと燃料バッファ室２１ｂとを仕切るフリーピストンを配置して、フリーピストンを、燃料バッファ室２１ｂの側からばねで支持する構成も採用可能である（フリーピストンは、原点位置からリリーフオイル室２１ａに侵入しないように、ストッパー手段で保持しておく必要がある。）。
【００４０】
(4).第２，３実施形態
次に、図３に示す第２，３実施形態を説明する。これら両実施形態は、リリーフオイルの運動エネルギを羽根車３４の回転に変換して、羽根車３４の回転トルクをファン式の加圧ポンプ３５に伝達するようにしたものであり、加圧ポンプ３５も羽根方式（タービン方式）になっており、実質的には、両方ともファンとして共通している。
【００４１】
羽根車３４はオイルケース３６に回転自在に配置されて、加圧ポンプ３５は燃料ケース３７に回転自在に保持されており、両者は同心に配置されている。そして、両回転軸３８，３９は、羽根車３４の正転のみを加圧ポンプ３５に回転力として伝えるように、ワンウエイクラック４０によって接続されている。回転軸３８，３９の軸受け４１は、ケース３６，３７にアームを介して支持されている。
【００４２】
（Ａ）に示す第２実施形態では、羽根車３４は、リリーフオイルが外周方向から流入して軸方向に排出される方式であり、他方、加圧ポンプ３５は、燃料が軸方向から流入して外周に排出される方式になっている。従って、原理は排気ターボ過給器と類似している。敢えて述べるまでもないが、両方を同じ構造にしてもよい。
【００４３】
（Ｂ）に示す第３実施形態では、羽根車３４と加圧ポンプ３５として、それぞれ軸流方式のファンを使用している。これらの実施形態の他に、加圧ポンプには、ギアポンプなどの様々なポンプを使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  シリンダブロック
２  気筒
３  シリンダヘッド
４  オイルパン
５  吸気ポート
６  フロントカバー
７  クランク軸
８  オイルポンプ
１１  メインギャラリー
１２，２３，２４，２７  リリーフ通路
１３  リリーフバルブ
１５  燃料噴射装置
１６  デリバリ管
１７  インジェクタ
１９  電磁バルブ
２０  アシスト装置
２１  アキュームレータ
２１ａ  リリーフオイル室
２１ｂ  燃料バッファ室
２２  隔壁
２６  調圧バルブ
２９  燃料管
３０  電動ポンプ
３１  管路
３４  羽根車
３５  加圧ポンプ
３６，３７  ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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