(57)【要約】      （修正有）【課題】フィードポンプ故障時における内燃機関への給油を維持するためのフェイル対策を可能とする。【解決手段】本発明の内燃機関の潤滑構造は、内燃機関１０の被潤滑部を循環した潤滑油をスカベンジングポンプ２０の圧送力でオイルタンク３０へ導くためのオイル排出通路２１と、オイルタンク３０に貯留する潤滑油をフィードポンプ４０の圧送力で内燃機関１０に還流するためのオイル供給通路２２と、オイル排出通路２１からオイルタンク３０を経由しないで内燃機関１０に潤滑油を導くための迂回通路２３と、オイル排出通路２１を通過する潤滑油の流出先をオイルタンク３０から迂回通路２３へ切り換える切換弁５１と、を備える。【選択図】      図１
2004156451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油を前記内燃機関から第１のオイル通路を介して排出する第１のオイルポンプと、
前記第１のオイル通路に連通する第２のオイル通路の下流末端と、前記内燃機関へ潤滑油を還流するための第３のオイル通路の上流末端との間に配設され、前記第２のオイル通路を通過する潤滑油を前記第３のオイル通路へ供給するための第２のオイルポンプと、
前記第１のオイル通路から前記第２のオイル通路を経由しないで前記内燃機関に潤滑油を導くための迂回通路と、
前記第１のオイル通路を通過した潤滑油の流出先として、前記第２のオイル通路と、前記迂回通路の何れか一方に切り換える切換弁とを備える、内燃機関の潤滑構造。
【請求項２】
前記第１のオイル通路の上流端は前記内燃機関のクランクケース下部に配設されたオイルパンに連通する一方、前記第２のオイル通路には前記第１のオイル通路を通過した潤滑油を貯留するためのオイルタンクが配設されている、請求項１に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項３】
前記第３のオイル通路の油圧を検出する油圧センサと、
前記油圧センサの出力信号を取り込み、前記油圧が予め定められた閾値を下回ったときに前記第１のオイル通路を通過する潤滑油の流出先として、前記第２のオイル通路から前記迂回通路に切り換えるよう前記切換弁を制御する切換弁制御手段とを備える、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項４】
前記第１のオイルポンプは機械式オイルポンプである、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項５】
前記第２のオイルポンプは電動式オイルポンプである、請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項６】
内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をスカベンジングポンプの圧送力でオイルタンクへ導くためのオイル排出通路と、
前記オイルタンクに貯留する潤滑油をフィードポンプの圧送力で前記内燃機関に還流するためのオイル供給通路と、
前記オイル排出通路から前記オイルタンクを経由しないで前記内燃機関に潤滑油を導くための迂回通路と、
前記オイル排出通路を通過する潤滑油の流出先を前記オイルタンクと前記迂回通路の何れか一方に切り換える切換弁とを備える、内燃機関の潤滑構造。
【請求項７】
前記オイル供給通路の油圧を検出する油圧センサと、
前記油圧センサの出力信号を取り込み、前記油圧が予め定められた閾値を下回ったときに前記オイル排出通路を通過する潤滑油の流出先を前記オイルタンクから前記迂回通路へ切り換えるよう前記切換弁を制御する切換弁制御手段とを備える、請求項６に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項８】
前記スカベンジングポンプは機械式オイルポンプである、請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項９】
前記フィードポンプは電動式オイルポンプである、請求項６乃至請求項８のうち何れか１項に記載の内燃機関の潤滑構造。
【請求項１０】
前記油圧センサが、前記油圧が予め定められた閾値を下回ったことを検出したときに、前記内燃機関の作動回転数及び回転負荷を所定の範囲に制限する内燃機関制御装置を備える、請求項７乃至請求項９のうち何れか１項に記載の内燃機関の潤滑構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の潤滑構造に関し、特に、ドライサンプ式エンジンのフィードポンプ故障時におけるフェイル対策技術に関する。
【従来の技術】
特開平８−２４０１１３号公報（特許文献１）には、内燃機関の被潤滑部を潤滑してクランクケース内のオイルパンに滴下した潤滑油をスカベンジングポンプで排出してオイルタンクに貯留し、当該オイルタンク内に貯留する潤滑油をフィードポンプで内燃機関の被潤滑部へ供給するドライサンプ式潤滑構造が開示されている。また、特開２０００−３３７１１９号公報（特許文献２）には、電動フィードポンプを利用したドライサンプ式潤滑構造が開示されている。ドライサンプ式潤滑構造によれば、オイルパン形状を薄くできるとともに、潤滑油の泡立ちや片寄りが生じにくいため、内燃機関の被潤滑部に潤滑油を安定して供給できる。また、電動フィードポンプを利用することで、エンジン回転数に依存せずに被潤滑部への潤滑油の供給量を精密に制御することが可能となる。
【特許文献１】
特開平８−２４０１１３号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３７１１９号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、オイルタンク内に貯留する潤滑油を被潤滑部へ供給するフィードポンプが故障すると、内燃機関の被潤滑部へ潤滑油を供給することができなくなるため、フィードポンプ故障時における被潤滑部への給油を維持するためのフェイル対策が必要となる。特に、エンジン出力を利用して作動する機械式オイルポンプに比べると、電動フィードポンプは信頼性に欠けるため、電動フィードポンプ故障時のフェイル対策が必要となる。
そこで、本発明はフィードポンプ故障時における被潤滑部への給油を維持するためのフェイル対策を可能とした内燃機関の潤滑構造を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の内燃機関の潤滑構造は、内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油を前記内燃機関から第１のオイル通路を介して排出する第１のオイルポンプと、前記第１のオイル通路に連通する第２のオイル通路の下流末端と、前記内燃機関へ潤滑油を還流するための第３のオイル通路の上流末端との間に配設され、前記第２のオイル通路を通過する潤滑油を前記第３のオイル通路へ供給するための第２のオイルポンプと、前記第１のオイル通路から前記第２のオイル通路を経由しないで前記内燃機関に潤滑油を導くための迂回通路と、前記第１のオイル通路を通過した潤滑油の流出先として、前記第２のオイル通路と、前記迂回通路の何れか一方に切り換える切換弁とを備える。本発明によれば、第２のオイルポンプが作動しない場合でも、迂回経路を介して内燃機関へ潤滑油を循環させることが可能となるため、第２のオイルポンプのフェイル対策が可能となる。
好ましくは、前記第１のオイル通路の上流端は前記内燃機関のクランクケース下部に配設されたオイルパンに連通する一方、前記第２のオイル通路には前記第１のオイル通路を通過した潤滑油を貯留するためのオイルタンクが配設されている。かかる構成により、内燃機関のドライサンプ式潤滑構造を実現することができ、クランクケース下部に配設されるオイルパンを小型化及び薄型化し、エンジンルーム内の有効利用が可能となる。
好ましくは、前記第３のオイル通路の油圧を検出する油圧センサと、前記油圧センサの出力信号を取り込み、前記油圧が予め定められた閾値を下回ったときに前記第１のオイル通路を通過する潤滑油の流出先として、前記第２のオイル通路から前記迂回通路に切り換えるよう前記切換弁を制御する切換弁制御手段とを備える。かかる構成により、第２のオイルポンプの下流を流れる第３のオイル通路の油圧を検出することで、第２のオイルポンプの故障等に起因する不作動を検出できる。
好ましくは、前記第１のオイルポンプは機械式オイルポンプとする。第１のオイルポンプを機械式ポンプとすることで、電動式ポンプよりも信頼性の高いポンプ駆動源を得ることができる。
好ましくは、前記第２のオイルポンプは電動式オイルポンプとする。第２のオイルポンプを電動式ポンプとすることで、エンジン回転数に関係なく、必要なときに必要な量の潤滑油を内燃機関に供給できる。
本発明の内燃機関の潤滑装置は、内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をスカベンジングポンプの圧送力でオイルタンクへ導くためのオイル排出通路と、前記オイルタンクに貯留する潤滑油をフィードポンプの圧送力で前記内燃機関に還流するためのオイル供給通路と、前記オイル排出通路から前記オイルタンクを経由しないで前記内燃機関に潤滑油を導くための迂回通路と、前記オイル排出通路を通過する潤滑油の流出先を前記オイルタンクから前記迂回通路へ切り換える切換弁とを備える。本発明によれば、フィードポンプが作動しない場合でも、迂回経路を介して内燃機関へ潤滑油を循環させることが可能となるため、フィードポンプのフェイル対策が可能となる。
好ましくは、前記オイル供給通路の油圧を検出する油圧センサと、前記油圧センサの出力信号を取り込み、前記油圧が予め定められた閾値を下回ったときに前記オイル排出通路を通過する潤滑油の流出先を前記オイルタンクから前記迂回通路へ切り換えるよう前記切換弁を制御する切換弁制御手段とを備える。かかる構成により、フィードポンプの下流を流れるオイル供給通路の油圧を検出することで、フィードポンプの故障等に起因する不作動を検出できる。
好ましくは、前記スカベンジングポンプは機械式オイルポンプとする。スカベンジングポンプを機械式ポンプとすることで、電動式ポンプよりも信頼性の高いポンプ駆動源を得ることができる。
好ましくは、前記フィードポンプは電動式オイルポンプとする。フィードポンプを電動式ポンプとすることで、エンジン回転数に関係なく、必要なときに必要な量の潤滑油を内燃機関に供給できる。
好ましくは、前記油圧センサが、前記油圧が予め定められた閾値を下回ったことを検出したときに、前記内燃機関の作動回転数及び回転負荷を所定の範囲に制限する内燃機関制御装置を備える。かかる構成により、フィードポンプフェイル時に内燃機関の作動回転数及び回転負荷を制限することで、一時的な車両走行が可能となる。
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係わる内燃機関の潤滑構造を中心としたシステム構成図である。同図に示すように、内燃機関１０のシリンダブロックには円筒状のシリンダ１１が気筒列方向に沿って内設されており、シリンダ１１に内挿されたピストン１２が上下方向に摺動可能に構成されている。ピストン１２の往復運動はコネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１４の回転運動に変換される。内燃機関１０の内部を循環する潤滑油はクランクシャフト１４やコネクティングロッド１３の軸受、ピストン１２とシリンダ１１の摺動部分などのあらゆる被潤滑部に供給されて摩擦抵抗を低減するとともに、被潤滑部の気密保持、腐食防止、冷却などを行う。クランクケース１５の下部にはオイルパン１６が配置されており、被潤滑部を循環した潤滑油を回収できるよう構成されている。
クランクケース１５とは別体に設けられたオイルタンク３０には、オイルパン１６に滴下した潤滑油をオイルタンク３０へ排出するためのオイル排出通路２１が配設される一方、オイルタンク３０内に貯留する潤滑油を内燃機関１０のメインオイルホールへ供給するためのオイル供給通路２２が配設される。かかる潤滑構造により、内燃機関１０の被潤滑部を経由した潤滑油はクランクケース１５、オイルパン１６、オイル排出通路２１、オイルタンク３０、オイル供給通路２２、及びメインオイルホールを経て再び内燃機関１０の被潤滑部へ供給される。内燃機関１０の圧縮行程又は膨張行程においてシリンダ１１とピストン１２の隙間からクランクケース１５に抜けるブローバイガスを含む潤滑油はオイルタンク３０にて気液分離され、さらに図示しないオイルストレーナを通過して濾過される。これにより、メインオイルホールには、ブローバイガス、摩耗金属粉、スラッジなどが除去された潤滑油が供給される。
オイル排出通路２１の上流側にはオイルパン１６に滴下した潤滑油をオイルタンク３０へ排出するためのスカベンジングポンプ２０が配置されている。スカベンジングポンプ２０としては、内燃機関１０の機械動力を得て作動するトロコイド式ポンプ、ギヤ式ポンプなどの機械式オイルポンプが望ましい。機械式オイルポンプによれば、内燃機関１０が駆動する限りポンプ作動できるため、信頼性の高いポンプ駆動源を得ることができる。本実施形態では、クランクシャフト１４の回転トルクを利用してスカベンジングポンプ２０を機械的に作動させている。一方、オイル供給通路２２の上流側にはオイルタンク３０内に貯留している潤滑油をメインオイルホールへ圧送するためのフィードポンプ４０が配設されている。フィードポンプ４０としては、電動モータの回転トルクを利用して作動する電動式オイルポンプが望ましい。電動式オイルポンプによれば、エンジン回転数とは関係なく、車両の走行状態に応じて必要な量の潤滑油を適切なタイミングで供給するよう精密な制御が可能となる。
本実施形態においてはフィードポンプ４０の故障時に備えて、オイルタンク３０を迂回し、スカベンジングポンプ２０の圧送力で潤滑油をメインオイルホールへ直接供給するための迂回通路２３がエンジン潤滑系に設けられている。迂回通路２３の上流側の一端はオイル排出通路２１の下流側と合流し、迂回通路２３の下流側の一端はオイル供給通路２２の下流側と合流するように迂回通路２３が配設されている。さらに、オイル排出通路２１と迂回通路２３の合流点には、切換弁５１が設けられており、潤滑油の流路を自在に切り換えできるよう構成されている。切換弁５１の入力ポートＩＮはオイル排出通路２１と連通する一方、切換弁５１の第１出力ポートＯＵＴ１はオイルタンク３０へ連通し、第２出力ポートＯＵＴ２は迂回通路２３へ連通している。
ここで、オイル排出通路２１の上流末端から切換弁５１までの経路を第１のオイル通路とし、切換弁５１から下流方向に延在するオイル排出通路２１と、オイルタンク３０と、オイル供給通路２２の上流末端からフィードポンプ４０に至るまでの経路を第２のオイル通路とし、フィードポンプ４０から下流方向に延在するオイル供給通路２２を第３のオイル通路と考えると、迂回通路２３は第１のオイル通路２１を流れる潤滑油を第２のオイル通路を経由させないで内燃機関１０へ潤滑油を導くための通路となる。
フィードポンプ４０が正常に作動している間は、迂回通路２３を介して内燃機関１０に潤滑油を供給する必要がないため、オイル排出通路２１を介して切換弁５１へ送油された潤滑油は切換弁５１の入力ポートＩＮから第１出力ポートＯＵＴ１を経由してオイルタンク３０へ至る。一方、フィードポンプ４０の不作動によりオイルタンク３０からメインオイルホールへ潤滑油を供給できない場合には、切換弁５１を作動させて潤滑油の流出先を第１出力ポートＯＵＴ１から第２出力ポートＯＵＴ２に切り換える。すると、潤滑油はオイル排出通路２１、切換弁５１、迂回通路２３、及びメインオイルホールを経由して内燃機関１０の被潤滑部へ供給される。切換弁５１における出力ポートの切換制御はコントローラ（切換弁制御手段）５０によって行われる。オイル供給通路２２内におけるフィードポンプ４０の設置点からやや下流側には油圧センサ（オイルプレッシャーゲージ）５２が設置されており、オイル通路２２を流れる潤滑油の油圧を計測できるよう構成されている。コントローラ５０は油圧センサ５２の出力信号を常時監視し、所定の閾値を超えて油圧が低下していることを検出すると、フィードポンプ４０が故障したものと判断し、切換弁５１における潤滑油の流出先を第１出力ポートＯＵＴ１から第２出力ポートＯＵＴ２に切り換える。さらに、コントローラ５０はオイル供給通路２２における油圧低下を知らせるための油圧低下信号をＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）６０に出力する。
ＥＣＵ６０はドライバのスロットル開度、吸入空気量、水温、クランク位置、エンジン回転数、車速などの情報から内燃機関１０の燃料噴射制御、点火時期制御、可変バルブタイミング制御などを行う他、車両に異常が発生した場合にフェイルセーフを行うための必要な制御を行う内燃機関制御装置である。本実施形態においては、ＥＵＣ６０はコントローラ５０から油圧低下信号を受信すると、内燃機関１０の潤滑系統に異常が生じたものと判断し、通常の走行モードからエンジン回転数、走行負荷などを制限した待避走行モードに遷移する。迂回通路２３を経由して内燃機関１０に供給される潤滑油はオイルタンク３０を経由しないため、気液分離が十分になされていない。このため、ブローバイガスなどを含む潤滑油が内燃機関１０に供給されると、十分な潤滑機能等を発揮できないため、エンジン回転数、走行負荷などは必要十分な範囲で制限する必要がある。
図２はコントローラ５０が行う切換弁制御処理を記述したフローチャートである。内燃機関１０が作動している間は油圧センサ５２の出力信号はコントローラ５０へ供給されており（ステップＳ１）、コントローラ５０はオイル供給通路２２内の油圧変動の有無を常時監視している。そして、センサ出力から得られた油圧Ｐが閾値Ｐｔｈを下回ったと判断すると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、切換弁５１を作動させて潤滑油の流出先をオイルタンク３０に連通する第１出力ポートＯＵＴ１からオイルオイルホールに連通する第２出力ポートＯＵＴ２に切り換える（ステップＳ３）。次いで、ＥＣＵ６０に油圧低下信号を出力する（ステップＳ４）。すると、システムは通常走行モードから待避走行モードへ遷移し（ステップＳ５）、エンジン回転数、走行負荷などが制限された状態で走行を行う。
このように、本実施形態によれば、オイルタンク３０を迂回する迂回通路２３をエンジン潤滑系に設けたため、フィードポンプ４０の故障等によりオイルタンク３０内に貯留する潤滑油を内燃機関１０に供給できない場合でも、スカベンジングポンプ２０の圧送力で潤滑油をメ内燃機関１０へ直接供給できる。従って、エンジン回転数、走行負荷などを制限した待避走行モードでの車両走行が可能となり、内燃機関１０の損焼を回避できる。また、スカベンジングポンプ２０は内燃機関１０の機械動力を得て作動する機械式オイルポンプであるため、電動ポンプと比較すると信頼性が高いポンプ作動が得られる。尚、上記の説明では、切換弁制御手段としてのコントローラ５０をＥＣＵ６０とは別体に設けたが、ＥＣＵ６０に切換弁制御手段としての機能を実装するようシステム設計してもよい。
【発明の効果】
本発明によれば、フィードポンプが作動しない場合でも、迂回経路を介して内燃機関へ潤滑油を循環させることが可能となるため、フィードポンプのフェイル対策が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係わる内燃機関の潤滑構造を中心としたシステム構成図である。
【図２】コントローラの切換弁制御処理を記述したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１１…シリンダ
１２…ピストン
２０…スカベンジングポンプ
２１…オイル排出通路
２２…オイル供給通路
２３…迂回通路
３０…オイルタンク
４０…フィードポンプ
５０…コントローラ
５１…切換弁
５２…油圧センサ
６０…ＥＣＵ
【図１】
2004156451.tif 000003
【図２】
2004156451.tif 000004