エンジンの給油装置
【課題】オイルポンプの駆動負荷を低減すると共に潤滑油のサイドフローを抑制することによりエンジンの燃費を改善できるエンジンの給油装置を提供する。
【解決手段】クランク軸１０の５つの軸受部２１，２２とクランクピン部にオイルポンプ６から主油路７を介して潤滑油を給油可能なエンジンＥの給油装置１において、一端が軸受部に連通し、他端が各クランクピン部に連通するクランク軸内油路１４と、主油路７から分岐し且つクランクピン部用流量制御弁５１を介して軸受部２１に連通するピン部給油路３０と、主油路７から分岐し且つ軸受部用流量制御弁５２を介して複数の軸受部２２に夫々連通する軸受部給油路４０を備える。各クランクピン部に給油するピン部給油路３０と４つの軸受部２２に給油する軸受部給油路４０を独立して形成したため、エンジン状態に応じて各クランクピン部と４つの軸受部２２の潤滑要求に適した給油制御を行うことができる。
【解決手段】クランク軸１０の５つの軸受部２１，２２とクランクピン部にオイルポンプ６から主油路７を介して潤滑油を給油可能なエンジンＥの給油装置１において、一端が軸受部に連通し、他端が各クランクピン部に連通するクランク軸内油路１４と、主油路７から分岐し且つクランクピン部用流量制御弁５１を介して軸受部２１に連通するピン部給油路３０と、主油路７から分岐し且つ軸受部用流量制御弁５２を介して複数の軸受部２２に夫々連通する軸受部給油路４０を備える。各クランクピン部に給油するピン部給油路３０と４つの軸受部２２に給油する軸受部給油路４０を独立して形成したため、エンジン状態に応じて各クランクピン部と４つの軸受部２２の潤滑要求に適した給油制御を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸の軸受部やクランクピン部等の摺動部に潤滑油を給油するエンジンの給油装置に関し、特に軸受部給油路とピン部給油路を独立して設けたエンジンの給油装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの給油装置は、エンジン駆動による機械式オイルポンプを備え、このオイルポンプからの潤滑油をクランク軸の軸受部からクランクピン部等の各摺動部に供給している。一方、クランクピン部の給油に関して、クランク軸内部にクランク軸端部と気筒配列方向に延びる軸内主油路と、この軸内主油路から各クランクピン部へ分岐する複数の軸内分岐油路を設け、クランク軸端部位置において軸内主油路とエンジンのメインギャラリとをスイーベル給油機構により接続した端部給油方式が知られている。
【０００３】
エンジン始動時のようなエンジン低温時には、潤滑油温度が低く潤滑油が高粘性になり、各摺動部の摩擦抵抗が高くなるため、エンジンの燃費が低下するという問題があった。
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンの給油制御装置は、オイルポンプからクランク軸の各軸受部に至る第１給油径路と、シリンダヘッドの所定の給油箇所に至る第２給油径路と、第１給油径路上に配置された油圧制御弁と、油圧制御弁を制御してクランク軸の各軸受部に供給される潤滑油量を制御する油圧制御手段を備え、この油圧制御手段が、エンジン負荷が低いときはエンジン負荷が高いときに比べて油圧を低くする、又は潤滑油温度が低いときは潤滑油温度が高いときに比べて油圧を低くするように油圧制御弁を制御している。これにより、潤滑油の流量を軸受特性数を境界摩擦領域に入らない範囲になるよう制御している。
【０００５】
特許文献１のエンジンの給油制御装置では、オイルポンプとクランク軸の各軸受部を複数の第１給油径路により並列状に接続し、各軸受部への給油を独立して行う独立給油方式を採用しているため、各軸受部へ供給する潤滑油量を精度よく制御でき、その結果、各軸受部の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持している。これにより、各軸受部から溢れて流れ去る潤滑油（サイドフロー）を抑制し、潤滑油に作用する剪断応力により発生した熱量を軸受部に滞留する潤滑油に維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６４２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のエンジンの給油制御装置は、各軸受部の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するため、昇温した潤滑油のサイドフローを抑制し、軸受部に滞留している潤滑油の受熱量を増し、クランク軸の摩擦抵抗を低減することができる。しかし、特許文献１のようにクランク軸の軸受部のみを給油対象とした独立給油方式であれば、潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さに制御することが可能であるものの、軸受部には軸受部の潤滑に必要な潤滑油量よりも過剰な潤滑油量を供給しなければならない。
【０００８】
即ち、クランク軸の摺動部には、複数の軸受部の他にコネクティングロッドを軸受けする複数のクランクピン部が存在し、通常、軸受部へ供給された潤滑油をクランクピン部と軸受部とを連通した油路（軸内分岐油路）を用いてクランクピン部へ供給する給油形態が採用されている。つまり、前記のような給油形態では、潤滑油の進行方向に対してクランクピン部が軸受部の下流側に位置するため、クランクピン部へ供給する潤滑油量は潤滑油の通路抵抗を考慮して設定する必要が有り、クランクピン部の潤滑性能を確保するためには各軸受部へ供給する潤滑油量を過剰にせざるを得ない。
【０００９】
本発明の目的は、オイルポンプの駆動負荷を低減すると共に潤滑油のサイドフローを抑制することによりエンジンの燃費を改善できるエンジンの給油装置、エンジンの全長を長くすることなくエンジンの小型化を図ることができるエンジンの給油装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１のエンジンの給油装置は、列状に配置された複数の軸部とコネクティングロッドを軸受けする複数のクランクピン部を備えたクランク軸と、前記複数の軸部を回転自在にエンジン本体に枢支する複数の軸受部を有し、これら複数の軸受部とクランクピン部にオイルポンプから主油路を介して潤滑油を給油可能なにおいて、一端が前記複数の軸受部のうち特定の特定軸受部に連通すると共に他端が複数のクランクピン部に連通するクランク軸内油路と、前記主油路から分岐し且つクランクピン部用流量制御弁を介して前記特定軸受部に連通するピン部給油路と、前記主油路から分岐し且つ軸受部用流量制御弁を介して前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する軸受部給油路を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このエンジンの給油装置では、各クランクピン部に給油するピン部給油路と特定軸受部以外の複数の軸受部に給油する軸受部給油路を独立して形成したため、クランクピン部の潤滑油と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑油を個別に制御することができ、エンジン状態に応じて各クランクピン部と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑要求に適した給油制御を行うことができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記軸受部給油路は、前記軸受部用流量制御弁が設置された共通油路と、軸受部用流量制御弁より下流側の前記共通油路と前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する複数の分岐給油路を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記分岐給油路は、油圧が所定圧力以上のとき潤滑油を供給するように開弁する第１逆止弁と、この第１逆止弁の上流側部分と軸受部を連通し且つ第１逆止弁が開弁したときの潤滑油の流量よりも流量を制限可能な絞り通路を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、前記主油路から分岐し且つ開閉弁を介して前記共通油路に連通する分岐油路と、前記クランクピン部用流量制御弁より下流側のピン部給油路と前記軸受部用流量制御弁より下流側の共通油路を連通する連通路を設け、前記連通路に前記開閉弁が開弁したとき開弁し且つ開閉弁が閉弁したとき閉弁する第２逆止弁を形成したことを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記クランク軸内油路は、一端がクランク軸の中央側に位置する特定軸受部に連通し且つ他端が複数のクランクピン部に夫々連通する複数の専用油路を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、各クランクピン部の潤滑油と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑油を個別に供給でき、エンジン状態に応じて各クランクピン部と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑要求に適した給油制御ができるため、軸受部等の潤滑油のサイドフローを抑制でき、オイルポンプの駆動負荷を低減し、エンジンの燃費を改善することができる。また、潤滑油が複数の軸受部のうち特定軸受部からクランク軸内油路を経由してクランクピン部へ給油されるため、ピン部給油路が特定軸受部の給油路を兼用でき、エンジンのクランク軸方向長さを短縮化でき、潤滑油路全体を簡単化できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、共通油路から分岐した分岐給油路により特定軸受部以外の複数の軸受部に潤滑油を精度よく分配することができる。
請求項３の発明によれば、特定軸受部以外の複数の軸受部の要求流量が小さい時、小流量の潤滑油を特定軸受部以外の複数の軸受部に給油でき、潤滑油膜温度を早期に上昇することにより特定軸受部以外の複数の軸受部の摩擦抵抗を低減することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、各軸受部の要求流量が大きい時、大流量の潤滑油を特定軸受部と特定軸受部以外の複数の軸受部の両方に早期に給油でき、各軸受部の信頼性を維持することができる。
請求項５の発明によれば、エンジンの気筒数に拘わらず専用通路長さの差異を小さくでき、潤滑油の通路抵抗を小さくすることができ、オイルポンプの駆動負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係るエンジンの給油装置の全体構成図である。
【図２】クランク軸の専用油路と各給油路を示す図である。
【図３】特定軸受部における縦断面図である。
【図４】特定軸受部以外の軸受部における縦断面図である。
【図５】各作動モードにおける開閉弁とクランクピン部用流量制御弁と軸受部用流量制御弁の作動状態を示す表である。
【図６】特定軸受部における潤滑油の油圧と流量の関係を示すグラフである。
【図７】特定軸受部以外の軸受部における潤滑油の油圧と流量の関係を示すグラフである。
【図８】従来の給油装置と本実施例に係る給油装置の潤滑油量を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示すように、エンジンの給油装置１は、自動車の多気筒エンジン、例えば直列４気筒エンジンＥを潤滑するものである。エンジンＥは、シリンダヘッド（図示略）と、シリンダブロック２と、エンジンＥの潤滑油を回収及び貯留可能なオイルパン４が上下に連結されている。シリンダヘッドには、複数の吸気弁と、複数の排気弁と、複数の吸気弁を駆動する吸気側カム軸と、複数の排気弁を駆動する排気側カム軸等が設置されている。シリンダブロック２には、列状に配置された４つのシリンダボア２ａが形成され、各シリンダボア２ａ内を夫々上下方向に摺動可能な４つのピストン（図示略）が配置されている。
【００２２】
シリンダブロック２の前後および気筒間の縦壁部３ａは、ロアブロック３ｂ（または軸受キャップ）とによりクランク軸１０を回転自在に枢支している。４つのピストンとクランク軸１０が４本のコネクティングロッド５を介して連結されている。縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂには、中央軸受部２１（特定軸受部）と、４つの側部軸受部２２（特定軸受部以外の軸受部）が形成されている。中央軸受部２１は、第２気筒と第３気筒の間にクランク軸１０と直交するように形成され、側部軸受部２２は、第１気筒と第２気筒の間と、第３気筒と第４気筒の間と、第１気筒の外壁部と、第４気筒の外壁部に夫々クランク軸１０と直交するように夫々形成されている。
【００２３】
図２に示すように、クランク軸１０は、１つの中央軸部１１と、４つの側部軸部１２と、４つのクランクピン部１３と、クランク軸内油路１４等を備えている。中央軸部１１は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、クランク軸１０の軸方向中央位置に形成されている。中央軸部１１は、縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂに形成された中央軸受部２１に軸受メタル２１ａを介して回転自在に枢支されている。中央軸部１１の外周には、潤滑油を中央軸部１１の内部へ導入可能な１対の開口部１１ａが形成されている。４つの側部軸部１２は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、クランク軸１０の中央軸受部２１の前後側方位置に夫々２つづつ形成されている。各側部軸部１２は縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂに形成された側部軸受部２２に軸受メタル２２ａを介して回転自在に枢支されている。軸受メタル２１ａ，２２ａには、メタルの内外を連通可能な連通開口が形成されている。
【００２４】
４つのクランクピン部１３は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、中央軸部１１及び各側部軸部１２から偏心した位置に形成されている。クランクピン部１３は、軸受メタル５ａを介して各コネクティングロッド５を回転自在に枢支している。各クランクピン部１３の外周には、潤滑油を第１気筒〜第４気筒に対応したクランクピン部１３へ供給可能な開口部１３ａ〜１３ｄが形成されている。
【００２５】
クランク軸１０の内部には、開口部１１ａと各開口部１３ａ〜１３ｄとを連通するクランク軸内油路１４が設けられている。クランク軸内油路１４は、中央油路１４ｅと、第１〜第４専用油路１４ａ〜１４ｄにより構成されている。中央油路１４ｅは、一方の開口部１１ａから他方の開口部１１ａに亙って軸心直交方向へ略直線状に形成され、中央軸受部２１に供給された潤滑油をクランク軸１０内部へ導入可能に構成されている。
第１専用油路１４ａは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を側部軸部１２を経由して第１気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ａへ流動可能に形成されている。第２専用油路１４ｂは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を第２気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ｂへ流動可能に形成されている。
第３専用油路１４ｃは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を第３気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ｃへ流動可能に形成されている。第４専用油路１４ｄは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を側部軸部１２を経由して第４気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ｄへ流動可能に形成されている。これにより、開口部１１ａからクランク軸１０内部へ導入された潤滑油は、各開口部１３ａ〜１３ｄから夫々に対応した軸受メタル５ａに給油される。尚、軸受メタル５ａには、メタルの内外を連通可能な連通開口が形成されている。
【００２６】
図１に示すように、エンジンの給油装置１は、電動式オイルポンプ６と、主油路７と、ピン部給油路３０と、軸受部給油路４０と、クランクピン部用流量制御弁５１と、軸受部用流量制御弁５２と、コントロールユニット５０等を備えている。オイルポンプ６は、吐出圧の下限が１５０ｋＰａに設定された電動式の可変容量オイルポンプにより構成されている。尚、電動式オイルポンプ６に代えて機械式固定容量ポンプを適用することも可能である。
【００２７】
主油路７は、オイルポンプ６の吐出部に接続され昇圧された潤滑油をエンジンＥの各摺動部へ給油するための潤滑油路であり、シリンダブロック２に穿設された通路により構成されている。主油路７には、分岐主油路７ａと、ピン部給油路３０と、軸受部給油路４０と、分岐油路４５が夫々接続されている。
分岐主油路７ａは、シリンダブロック２やシリンダヘッド等に穿設された通路により構成されている。分岐主油路７ａには、ピストン潤滑用油路８と、ピストン冷却用油路９が接続されている。
【００２８】
ピストン潤滑用油路８は、分岐主油路７ａから分岐し、各気筒のシリンダボア２ａの下方位置に設置された１対の潤滑用ノズル（図示略）に潤滑油を供給可能に形成されている。ピストン潤滑用油路８には、潤滑用ノズルの上流側位置に運転状態に応じて開閉可能な電磁切換弁５４が設けられている。潤滑油は、各ピストンの背面に噴射され、ピストンに装着されたコンプレッションリングとオイルリングとの間のランド部へ供給される。これにより、ピストンが上昇移動するとき、潤滑油がオイルリングの先行域へ給油され、オイルリングのシリンダボア２ａに対する摺動抵抗が低減される。
【００２９】
ピストン冷却用油路９は、分岐主油路７ａから分岐し、各気筒のシリンダボア２ａの下方位置に設置された冷却用ノズル（図示略）に潤滑油を供給可能に形成されている。潤滑油は、油圧に応じて開閉可能な圧力切換弁を介して各ピストンの冠面裏部に噴射され、ピストン冠面を冷却可能に構成されている。これにより、潤滑油がピストン冠面を冷却し、燃焼を安定化することができる。
【００３０】
図１，図３に示すように、ピン部給油路３０は、主油路７から分岐し、中央軸受部２１へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。ピン部給油路３０は、主油路７と中央軸部１１を支承する軸受メタル２１ａとを連通し、連通路３１とクランクピン部用流量制御弁５１等を備えている。連通路３１は、下流端が流量制御弁５１と軸受メタル２１ａとの間の位置に接続され、上流端が後述する共通通路４１に接続されている。
【００３１】
連通路３１の途中部には、第２逆止弁３３が介装されている。第２逆止弁３３は、共通通路４１の油圧が所定圧力以上のとき、潤滑油を共通通路４１から軸受メタル２１ａ側のピン部給油路３０へ供給する。この第２逆止弁３３は、後述する電磁開閉弁５３が開弁したときそれによる油圧の増大に伴い連通し、電磁開閉弁５３が閉弁したとき遮断するよう形成されている。また、第２逆止弁３３は、逆止作用により、流量制御弁５１により調圧され中央軸受部２１に供給される潤滑油の油圧が、流量制御弁５２により調圧され各側部軸受部２２に供給される潤滑油の油圧より大きくても連通路３１を介して各側部軸受部２２の給油形態に影響を与えることはない。流量制御弁５１は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりデューティ制御される。
【００３２】
図１，図２，図４に示すように、軸受部給油路４０は、主油路７から分岐し、各側部軸受部２２へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。軸受部給油路４０は、主油路７と各軸受メタル２２ａとを連通し、共通油路４１と、４つの分岐給油路４２等を備えている。共通油路４１は、上流端が主油路７に接続され、その途中部に軸受部用流量制御弁５２を備えている。流量制御弁５２は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりデューティ制御される。
【００３３】
４つの分岐給油路４２は、夫々、上流端が流量制御弁５２よりも下流側の共通油路４１に並列状に接続され、下流端が側部軸部１２を支承する軸受メタル２２ａへ連通されている。各分岐給油路４２は、並列接続された第１逆止弁４３とオリフィス４４（絞り通路）を備えている。第１逆止弁４３は、分岐給油路４２の油圧が所定圧力以上のとき、潤滑油を軸受メタル２２ａへ供給する。オリフィス４４は、上流端が第１逆止弁４３の上流側の分岐給油路４２に接続され、下流端が軸受メタル２２ａへ連通されている。オリフィス４４は、軸受メタル２２ａへ供給される潤滑油量を第１逆止弁４３が連通したときの潤滑油の流量よりも少量に制限するように形成されている。それ故、本実施例では、軸受メタル２２ａへ供給される潤滑油量をオリフィス４４により制限するため、各軸受部２２に形成される潤滑油膜の厚さを軸受特性数が境界摩擦領域に入らない範囲になるよう制御している。
【００３４】
図１に示すように、分岐油路４５は、主油路７から分岐し、共通油路４１へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。分岐油路４５は、一端（下流端）が流量制御弁５２よりも下流側の共通油路４１に接続され、他端（上流端）が主油路７に接続されている。分岐油路４５の途中部には、電磁開閉弁５３が設けられている。電磁開閉弁５３は、ノーマルオープンタイプの電磁方向切換弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりオン−オフ制御される。これにより、電磁開閉弁５３がオフ状態のとき、主油路７の油圧（潤滑油量）が分岐油路４５から共通通路４１へ供給され、電磁開閉弁５３がオン状態のとき、分岐油路４５から共通通路４１への油圧の供給が遮断される。
【００３５】
主油路７には、流量センサ１５が設置されている。流量センサ１５は、主油路７を流れる潤滑油量を検出し、その検出値をコントロールユニット５０へ送信する。また、第１気筒に対応するオリフィス４４の上流側位置には、油温センサ１６が設置されている。油温センサ１６は、分岐給油路４２を流れる潤滑油温度を検出し、その検出値をコントロールユニット５０へ送信する。コントロールユニット５０には、エンジンＥの回転数センサ（図示略）や負荷センサ（図示略）等からエンジンＥの運転状態を示すエンジン回転数や負荷等の検出値が送信されている。
【００３６】
図５に基づき、コントロールユニット５０による作動モード毎の電磁開閉弁５３と流量制御弁５１，５２の制御について説明する。
コントロールユニット５０は、始動モード、温間モード、高温モード、高回転／高負荷モード、フェールセーフモードの５つのモードにより、電磁開閉弁５３と流量制御弁５１，５２を制御している。コントロールユニット５０は、流量制御弁５１を制御するための油圧マップと流量制御弁５２を制御するための油圧マップを夫々メモリ内に格納している。
【００３７】
流量制御弁５１の油圧マップは、予め実験的又は理論的に求められたマップであり、各クランクピン部１３を十分に潤滑可能な油圧と、エンジン回転数と、エンジン負荷との対応関係が設定されている。流量制御弁５２の油圧マップは、予め実験的又は理論的に求められたマップであり、各軸受部２２の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持可能な油圧と、エンジン回転数と、エンジン負荷との対応関係が設定されている。流量制御弁５１，５２は、流量制御弁５１，５２がオン（作動）状態のとき、夫々の油圧マップに基づき制御される。
【００３８】
始動モード、例えば、エンジンＥの始動時等潤滑油温度が３０℃より低いときは、電磁開閉弁５３がオフ状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオフ状態に制御されている。中央軸受部２１用の潤滑油は、主油路７から流量制御弁５１を経由する第１のルートと主油路７、分岐油路４５、共通油路４１、連通路３１、第２逆止弁３３を経由する第２のルートの２ルートからピン部給油路３０へ給油される。各側部軸受部２２用の潤滑油は、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１を経由して各分岐給油路４２へ給油される。これにより、各給油路へ潤滑油を早期に充填することができる。
【００３９】
温間モード、例えば、潤滑油温度が３０℃以上１３０℃未満のときは、電磁開閉弁５３がオン状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオン状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、油圧マップに基づき主油路７からピン部給油路３０により軸受メタル２１ａへ給油される。各側部軸受部２２用の潤滑油は、油圧マップに基づき主油路７、共通油路４１、各分岐給油路４２、各オリフィス４４を経由して各軸受メタル２２ａへ給油される。これにより、各側部軸受部２２へ供給する潤滑油量を最小限に抑えることができ、潤滑油のサイドフローを減少し、各側部軸受部２２に滞在する潤滑油温度を高めることによりオイルポンプ６の駆動負荷を低減できる。
【００４０】
高温モード、所謂潤滑油温度が１３０℃以上のときは、電磁開閉弁５３がオフ状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオフ状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、始動モードと同様に、第１，第２のルートから軸受メタル２１ａへ給油される。各側部軸受部２２用の潤滑油は、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１、各分岐給油路４２、第１逆止弁４３を経由して各軸受メタル２２ａへ給油される。これにより、中央軸受部２１へ供給される潤滑油量を増加し、中央軸受部２１と各クランクピン部１３の潤滑油膜の厚さを確保できる。また、各側部軸受部２２へ供給される潤滑油量を増加し、各側部軸受部２２の潤滑油膜の厚さを確保でき、潤滑油粘度の過剰低下を抑制することができる。
【００４１】
高回転／高負荷モードのときは、高温モードと同様に、電磁開閉弁５３がオフ状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオフ状態に制御されている。
フェールセーフモードのときは、電磁開閉弁５３がオフ状態に制御される。これにより、流量制御弁５１，５２が故障したときでも、中央軸受部２１と各側部軸受部２２と各クランクピン部１３の潤滑油膜の厚さを確保できる。
【００４２】
図６，図７に基づき、軸受部２１と軸受部２２に供給される潤滑油の流量特性について説明する。尚、図６，図７は、エンジン回転数が２０００ｒｐｍのときの潤滑油の流量特性を示している。
【００４３】
図６に示すように、中央軸受部２１には、４つのクランクピン部１３の潤滑に必要な流量Ｌ３を中央軸受部２１の潤滑に必要な流量に付加した流量Ｌ１が供給されている。
流量Ｌ１は、油圧がＰ０ｋＰａ未満の範囲と、油圧がＰ０ｋＰａからＰ１ｋＰａまでの微小流量制御範囲Ａと、油圧がＰ１ｋＰａ以上の範囲に分けて制御されている。
【００４４】
油圧がＰ０ｋＰａ未満のとき、電磁開閉弁５３がオフ状態（開弁）のため、流量制御弁５１を介して供給される潤滑油と電磁開閉弁５３を介して供給される潤滑油が合流されて軸受メタル２１ａへ給油される。微小流量制御範囲Ａのとき、電磁開閉弁５３がオン状態（閉弁）のため、流量制御弁５１を介して供給される潤滑油が軸受メタル２１ａへ給油される。油圧がＰ１ｋＰａ以上のとき、前述した油圧がＰ０ｋＰａ未満の場合と同様である。
以上により、微小流量制御範囲Ａでは、中央軸受部２１へ供給する潤滑油流量Ｌ１を、油圧マップに基づきデューティ制御し、各クランクピン部１３を十分に潤滑しつつ、中央軸受部２１の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するよう制御している。
【００４５】
図７に示すように、側部軸受部２２には、側部軸受部２２の潤滑に必要な流量Ｌ２が供給されている。流量Ｌ２は、油圧がＰ２ｋＰａ未満の微小流量制御範囲Ｂと、油圧がＰ２ｋＰａ以上の範囲に分けて制御されている。
微小流量制御範囲Ｂのとき、電磁開閉弁５３がオン状態（閉弁）のため、流量制御弁５２を介して供給される潤滑油が軸受メタル２２ａへ給油される。
油圧がＰ２ｋＰａ以上のとき、電磁開閉弁５３がオフ状態（開弁）のため、流量制御弁５２を介して供給される潤滑油と電磁開閉弁５３を介して供給される潤滑油が合流されて軸受メタル２２ａへ給油される。
【００４６】
以上により、微小流量制御範囲Ｂでは、各側部軸受部２２へ供給する潤滑油流量Ｌ２を、油圧マップに基づきデューティ制御し、側部軸受部２２の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するよう制御している。油圧がＰ２ｋＰａ以上の範囲では、潤滑油流量Ｌ２の増加傾向を、微小流量制御範囲Ｂ内の増加傾向よりも大きくして、潤滑油膜の厚さを増加している。
【００４７】
次に、エンジンの給油装置１の作用、効果について説明する。
このエンジンの給油装置１では、各クランクピン部１３に給油するピン部給油路３０と４つの側部軸受部２２に給油する軸受部給油路４０を独立して形成したため、クランクピン部１３の潤滑油と各側部軸受部２２の潤滑油を個別に制御することができ、エンジン状態に応じて各クランクピン部１３と各側部軸受部２２の潤滑要求に適した給油制御を行うことができる。図８に示すように、従来の独立給油方式の給油装置では、全軸受部にクランクピン部の潤滑に必要な潤滑油を付加した潤滑油量を均等に供給する必要があった。本実施例の給油装置１では、中央軸受部２１のみにクランクピン部１３の潤滑に必要な潤滑油を付加し、各側部軸受部２２の潤滑油量は潤滑油膜の厚さが所定の限界厚さ近傍まで低減できるため、潤滑油の総消費量を低減することができる。
【００４８】
しかも、各クランクピン部１３の潤滑油と各側部軸受部２２の潤滑油を個別に供給でき、エンジン状態に応じて各クランクピン部１３と各側部軸受部２２の潤滑要求に適した給油制御ができるため、各側部軸受部２２等の潤滑油のサイドフローを抑制でき、剪断応力により発生した熱量を各側部軸受部２２に滞在する潤滑油に維持し、潤滑油の早期昇温を図り、摩擦抵抗の低減ができる。それ故、オイルポンプ６の駆動負荷を低減するため、エンジンＥの燃費を改善することができる。また、潤滑油が中央軸受部２１からクランク軸内油路１４を経由して各クランクピン部１３へ給油されるため、ピン部給油路３０が軸受部２１の給油路を兼用でき、エンジンＥのクランク軸方向長さを短縮化でき、潤滑油路全体を簡単化できる。
【００４９】
軸受部給油路４０は、軸受部用流量制御弁５２が設置された共通油路４１と、流量制御弁５２より下流側の共通油路４１と各側部軸受部２２に夫々連通する４つの分岐給油路４２を備えているため、共通油路４１から分岐した分岐給油路４２により各側部軸受部２２に潤滑油を精度よく分配することができる。
【００５０】
分岐給油路４２は、油圧が所定圧力以上のとき潤滑油を供給するように開弁する第１逆止弁４３と、この第１逆止弁４３の上流側部分と側部軸受部２２を連通し且つ第１逆止弁４３が開弁したときの潤滑油の流量よりも流量を制限可能な絞り通路４３を備えているため、各側部軸受部２２の要求流量が小さい時、小流量の潤滑油を各側部軸受部２２に給油でき、潤滑油膜温度を早期に上昇することにより各側部軸受部２２の摩擦抵抗を低減することができる。
【００５１】
主油路７から分岐し且つ電磁開閉弁５３を介して共通油路４１に連通する分岐油路４５と、クランクピン部用流量制御弁５１より下流側のピン部給油路３０と軸受部用流量制御弁５２より下流側の共通油路４１を連通する連通路３１を設け、連通路３１に電磁開閉弁５３が開弁したとき開弁し且つ電磁開閉弁５３が閉弁したとき閉弁する第２逆止弁３３を形成したため、各軸受部２１，２２の要求流量が大きい時、大流量の潤滑油を中央軸受部２１と各側部軸受部２２とに早期に給油でき、各軸受部２１，２２の摩擦抵抗を低減することができる。
【００５２】
クランク軸内油路１４は、一端がクランク軸１０の中央側に位置する中央軸受部２１に連通し且つ他端が各クランクピン部１３に夫々連通する第１〜第４専用油路１４ａ〜１４ｄと中央油路１４ｅを有するため、エンジンＥの気筒数に拘わらず潤滑油が流れる専用通路長さの差異を小さくでき、潤滑油の通路抵抗を小さくすることができ、オイルポンプ６の駆動負荷を低減することができる。
【００５３】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、４気筒エンジンの例を説明したが、少なくとも多気筒エンジンであればよく、２気筒以上の直列エンジンやＶ型エンジン等種々のエンジンに適用することができる。
【００５４】
２〕前記実施例においては、クランク軸方向中央位置の中央軸受部にピン部給油路を連通した例を説明したが、第１気筒と第２気筒の間の側部軸受部、又は第３気筒と第４気筒の間の側部軸受部にピン部給油路を連通することも可能である。また、ピン部給油路を単一の軸受部に連通した例を説明したが、２つの軸受部に連通することも可能であり、複数の軸受部に連通しても本発明の効果を得ることができる。
【００５５】
３〕前記実施例においては、クランクピン部用流量制御弁と軸受部用流量制御弁にデューティソレノイドを用いた例を説明したが、潤滑油の流量制御が可能であれば良く、機械式の流量制御弁を適用することも可能である。
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、エンジンの給油装置において、軸受部給油路とピン部給油路を独立して設け、特定の軸受部にピン部給油路を連通したことにより、燃費を改善でき、エンジンの小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 給油装置
５ コネクティングロッド
６ オイルポンプ
７ 主油路
１０ クランク軸
１１ 中央軸部
１２ 側部軸部
１３ クランクピン部
１４ クランク軸内油路
１４ａ〜１４ｄ 第１〜第４専用油路
１４ｅ 中央油路
２１ 中央軸受部
２２ 側部軸受部
３０ ピン部給油路
３１ 連通路
３３ 第２逆止弁
４０ 軸受部給油路
４１ 共通油路
４２ 分岐給油路
４３ 第１逆止弁
４４ オリフィス
４５ 分岐油路
５０ コントロールユニット
５１ クランクピン部用流量制御弁
５２ 軸受部用流量制御弁
５３ 電磁開閉弁
Ｅ エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸の軸受部やクランクピン部等の摺動部に潤滑油を給油するエンジンの給油装置に関し、特に軸受部給油路とピン部給油路を独立して設けたエンジンの給油装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの給油装置は、エンジン駆動による機械式オイルポンプを備え、このオイルポンプからの潤滑油をクランク軸の軸受部からクランクピン部等の各摺動部に供給している。一方、クランクピン部の給油に関して、クランク軸内部にクランク軸端部と気筒配列方向に延びる軸内主油路と、この軸内主油路から各クランクピン部へ分岐する複数の軸内分岐油路を設け、クランク軸端部位置において軸内主油路とエンジンのメインギャラリとをスイーベル給油機構により接続した端部給油方式が知られている。
【０００３】
エンジン始動時のようなエンジン低温時には、潤滑油温度が低く潤滑油が高粘性になり、各摺動部の摩擦抵抗が高くなるため、エンジンの燃費が低下するという問題があった。
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンの給油制御装置は、オイルポンプからクランク軸の各軸受部に至る第１給油径路と、シリンダヘッドの所定の給油箇所に至る第２給油径路と、第１給油径路上に配置された油圧制御弁と、油圧制御弁を制御してクランク軸の各軸受部に供給される潤滑油量を制御する油圧制御手段を備え、この油圧制御手段が、エンジン負荷が低いときはエンジン負荷が高いときに比べて油圧を低くする、又は潤滑油温度が低いときは潤滑油温度が高いときに比べて油圧を低くするように油圧制御弁を制御している。これにより、潤滑油の流量を軸受特性数を境界摩擦領域に入らない範囲になるよう制御している。
【０００５】
特許文献１のエンジンの給油制御装置では、オイルポンプとクランク軸の各軸受部を複数の第１給油径路により並列状に接続し、各軸受部への給油を独立して行う独立給油方式を採用しているため、各軸受部へ供給する潤滑油量を精度よく制御でき、その結果、各軸受部の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持している。これにより、各軸受部から溢れて流れ去る潤滑油（サイドフロー）を抑制し、潤滑油に作用する剪断応力により発生した熱量を軸受部に滞留する潤滑油に維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６４２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のエンジンの給油制御装置は、各軸受部の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するため、昇温した潤滑油のサイドフローを抑制し、軸受部に滞留している潤滑油の受熱量を増し、クランク軸の摩擦抵抗を低減することができる。しかし、特許文献１のようにクランク軸の軸受部のみを給油対象とした独立給油方式であれば、潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さに制御することが可能であるものの、軸受部には軸受部の潤滑に必要な潤滑油量よりも過剰な潤滑油量を供給しなければならない。
【０００８】
即ち、クランク軸の摺動部には、複数の軸受部の他にコネクティングロッドを軸受けする複数のクランクピン部が存在し、通常、軸受部へ供給された潤滑油をクランクピン部と軸受部とを連通した油路（軸内分岐油路）を用いてクランクピン部へ供給する給油形態が採用されている。つまり、前記のような給油形態では、潤滑油の進行方向に対してクランクピン部が軸受部の下流側に位置するため、クランクピン部へ供給する潤滑油量は潤滑油の通路抵抗を考慮して設定する必要が有り、クランクピン部の潤滑性能を確保するためには各軸受部へ供給する潤滑油量を過剰にせざるを得ない。
【０００９】
本発明の目的は、オイルポンプの駆動負荷を低減すると共に潤滑油のサイドフローを抑制することによりエンジンの燃費を改善できるエンジンの給油装置、エンジンの全長を長くすることなくエンジンの小型化を図ることができるエンジンの給油装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１のエンジンの給油装置は、列状に配置された複数の軸部とコネクティングロッドを軸受けする複数のクランクピン部を備えたクランク軸と、前記複数の軸部を回転自在にエンジン本体に枢支する複数の軸受部を有し、これら複数の軸受部とクランクピン部にオイルポンプから主油路を介して潤滑油を給油可能なにおいて、一端が前記複数の軸受部のうち特定の特定軸受部に連通すると共に他端が複数のクランクピン部に連通するクランク軸内油路と、前記主油路から分岐し且つクランクピン部用流量制御弁を介して前記特定軸受部に連通するピン部給油路と、前記主油路から分岐し且つ軸受部用流量制御弁を介して前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する軸受部給油路を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このエンジンの給油装置では、各クランクピン部に給油するピン部給油路と特定軸受部以外の複数の軸受部に給油する軸受部給油路を独立して形成したため、クランクピン部の潤滑油と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑油を個別に制御することができ、エンジン状態に応じて各クランクピン部と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑要求に適した給油制御を行うことができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記軸受部給油路は、前記軸受部用流量制御弁が設置された共通油路と、軸受部用流量制御弁より下流側の前記共通油路と前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する複数の分岐給油路を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記分岐給油路は、油圧が所定圧力以上のとき潤滑油を供給するように開弁する第１逆止弁と、この第１逆止弁の上流側部分と軸受部を連通し且つ第１逆止弁が開弁したときの潤滑油の流量よりも流量を制限可能な絞り通路を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、前記主油路から分岐し且つ開閉弁を介して前記共通油路に連通する分岐油路と、前記クランクピン部用流量制御弁より下流側のピン部給油路と前記軸受部用流量制御弁より下流側の共通油路を連通する連通路を設け、前記連通路に前記開閉弁が開弁したとき開弁し且つ開閉弁が閉弁したとき閉弁する第２逆止弁を形成したことを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記クランク軸内油路は、一端がクランク軸の中央側に位置する特定軸受部に連通し且つ他端が複数のクランクピン部に夫々連通する複数の専用油路を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、各クランクピン部の潤滑油と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑油を個別に供給でき、エンジン状態に応じて各クランクピン部と特定軸受部以外の各軸受部の潤滑要求に適した給油制御ができるため、軸受部等の潤滑油のサイドフローを抑制でき、オイルポンプの駆動負荷を低減し、エンジンの燃費を改善することができる。また、潤滑油が複数の軸受部のうち特定軸受部からクランク軸内油路を経由してクランクピン部へ給油されるため、ピン部給油路が特定軸受部の給油路を兼用でき、エンジンのクランク軸方向長さを短縮化でき、潤滑油路全体を簡単化できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、共通油路から分岐した分岐給油路により特定軸受部以外の複数の軸受部に潤滑油を精度よく分配することができる。
請求項３の発明によれば、特定軸受部以外の複数の軸受部の要求流量が小さい時、小流量の潤滑油を特定軸受部以外の複数の軸受部に給油でき、潤滑油膜温度を早期に上昇することにより特定軸受部以外の複数の軸受部の摩擦抵抗を低減することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、各軸受部の要求流量が大きい時、大流量の潤滑油を特定軸受部と特定軸受部以外の複数の軸受部の両方に早期に給油でき、各軸受部の信頼性を維持することができる。
請求項５の発明によれば、エンジンの気筒数に拘わらず専用通路長さの差異を小さくでき、潤滑油の通路抵抗を小さくすることができ、オイルポンプの駆動負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係るエンジンの給油装置の全体構成図である。
【図２】クランク軸の専用油路と各給油路を示す図である。
【図３】特定軸受部における縦断面図である。
【図４】特定軸受部以外の軸受部における縦断面図である。
【図５】各作動モードにおける開閉弁とクランクピン部用流量制御弁と軸受部用流量制御弁の作動状態を示す表である。
【図６】特定軸受部における潤滑油の油圧と流量の関係を示すグラフである。
【図７】特定軸受部以外の軸受部における潤滑油の油圧と流量の関係を示すグラフである。
【図８】従来の給油装置と本実施例に係る給油装置の潤滑油量を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示すように、エンジンの給油装置１は、自動車の多気筒エンジン、例えば直列４気筒エンジンＥを潤滑するものである。エンジンＥは、シリンダヘッド（図示略）と、シリンダブロック２と、エンジンＥの潤滑油を回収及び貯留可能なオイルパン４が上下に連結されている。シリンダヘッドには、複数の吸気弁と、複数の排気弁と、複数の吸気弁を駆動する吸気側カム軸と、複数の排気弁を駆動する排気側カム軸等が設置されている。シリンダブロック２には、列状に配置された４つのシリンダボア２ａが形成され、各シリンダボア２ａ内を夫々上下方向に摺動可能な４つのピストン（図示略）が配置されている。
【００２２】
シリンダブロック２の前後および気筒間の縦壁部３ａは、ロアブロック３ｂ（または軸受キャップ）とによりクランク軸１０を回転自在に枢支している。４つのピストンとクランク軸１０が４本のコネクティングロッド５を介して連結されている。縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂには、中央軸受部２１（特定軸受部）と、４つの側部軸受部２２（特定軸受部以外の軸受部）が形成されている。中央軸受部２１は、第２気筒と第３気筒の間にクランク軸１０と直交するように形成され、側部軸受部２２は、第１気筒と第２気筒の間と、第３気筒と第４気筒の間と、第１気筒の外壁部と、第４気筒の外壁部に夫々クランク軸１０と直交するように夫々形成されている。
【００２３】
図２に示すように、クランク軸１０は、１つの中央軸部１１と、４つの側部軸部１２と、４つのクランクピン部１３と、クランク軸内油路１４等を備えている。中央軸部１１は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、クランク軸１０の軸方向中央位置に形成されている。中央軸部１１は、縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂに形成された中央軸受部２１に軸受メタル２１ａを介して回転自在に枢支されている。中央軸部１１の外周には、潤滑油を中央軸部１１の内部へ導入可能な１対の開口部１１ａが形成されている。４つの側部軸部１２は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、クランク軸１０の中央軸受部２１の前後側方位置に夫々２つづつ形成されている。各側部軸部１２は縦壁部３ａおよびロアブロック３ｂに形成された側部軸受部２２に軸受メタル２２ａを介して回転自在に枢支されている。軸受メタル２１ａ，２２ａには、メタルの内外を連通可能な連通開口が形成されている。
【００２４】
４つのクランクピン部１３は、クランク軸１０の回転軸心と同軸状に配置され、中央軸部１１及び各側部軸部１２から偏心した位置に形成されている。クランクピン部１３は、軸受メタル５ａを介して各コネクティングロッド５を回転自在に枢支している。各クランクピン部１３の外周には、潤滑油を第１気筒〜第４気筒に対応したクランクピン部１３へ供給可能な開口部１３ａ〜１３ｄが形成されている。
【００２５】
クランク軸１０の内部には、開口部１１ａと各開口部１３ａ〜１３ｄとを連通するクランク軸内油路１４が設けられている。クランク軸内油路１４は、中央油路１４ｅと、第１〜第４専用油路１４ａ〜１４ｄにより構成されている。中央油路１４ｅは、一方の開口部１１ａから他方の開口部１１ａに亙って軸心直交方向へ略直線状に形成され、中央軸受部２１に供給された潤滑油をクランク軸１０内部へ導入可能に構成されている。
第１専用油路１４ａは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を側部軸部１２を経由して第１気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ａへ流動可能に形成されている。第２専用油路１４ｂは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を第２気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ｂへ流動可能に形成されている。
第３専用油路１４ｃは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を第３気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ｃへ流動可能に形成されている。第４専用油路１４ｄは、中央油路１４ｅに供給された潤滑油を側部軸部１２を経由して第４気筒に対応したクランクピン部１３の開口部１３ｄへ流動可能に形成されている。これにより、開口部１１ａからクランク軸１０内部へ導入された潤滑油は、各開口部１３ａ〜１３ｄから夫々に対応した軸受メタル５ａに給油される。尚、軸受メタル５ａには、メタルの内外を連通可能な連通開口が形成されている。
【００２６】
図１に示すように、エンジンの給油装置１は、電動式オイルポンプ６と、主油路７と、ピン部給油路３０と、軸受部給油路４０と、クランクピン部用流量制御弁５１と、軸受部用流量制御弁５２と、コントロールユニット５０等を備えている。オイルポンプ６は、吐出圧の下限が１５０ｋＰａに設定された電動式の可変容量オイルポンプにより構成されている。尚、電動式オイルポンプ６に代えて機械式固定容量ポンプを適用することも可能である。
【００２７】
主油路７は、オイルポンプ６の吐出部に接続され昇圧された潤滑油をエンジンＥの各摺動部へ給油するための潤滑油路であり、シリンダブロック２に穿設された通路により構成されている。主油路７には、分岐主油路７ａと、ピン部給油路３０と、軸受部給油路４０と、分岐油路４５が夫々接続されている。
分岐主油路７ａは、シリンダブロック２やシリンダヘッド等に穿設された通路により構成されている。分岐主油路７ａには、ピストン潤滑用油路８と、ピストン冷却用油路９が接続されている。
【００２８】
ピストン潤滑用油路８は、分岐主油路７ａから分岐し、各気筒のシリンダボア２ａの下方位置に設置された１対の潤滑用ノズル（図示略）に潤滑油を供給可能に形成されている。ピストン潤滑用油路８には、潤滑用ノズルの上流側位置に運転状態に応じて開閉可能な電磁切換弁５４が設けられている。潤滑油は、各ピストンの背面に噴射され、ピストンに装着されたコンプレッションリングとオイルリングとの間のランド部へ供給される。これにより、ピストンが上昇移動するとき、潤滑油がオイルリングの先行域へ給油され、オイルリングのシリンダボア２ａに対する摺動抵抗が低減される。
【００２９】
ピストン冷却用油路９は、分岐主油路７ａから分岐し、各気筒のシリンダボア２ａの下方位置に設置された冷却用ノズル（図示略）に潤滑油を供給可能に形成されている。潤滑油は、油圧に応じて開閉可能な圧力切換弁を介して各ピストンの冠面裏部に噴射され、ピストン冠面を冷却可能に構成されている。これにより、潤滑油がピストン冠面を冷却し、燃焼を安定化することができる。
【００３０】
図１，図３に示すように、ピン部給油路３０は、主油路７から分岐し、中央軸受部２１へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。ピン部給油路３０は、主油路７と中央軸部１１を支承する軸受メタル２１ａとを連通し、連通路３１とクランクピン部用流量制御弁５１等を備えている。連通路３１は、下流端が流量制御弁５１と軸受メタル２１ａとの間の位置に接続され、上流端が後述する共通通路４１に接続されている。
【００３１】
連通路３１の途中部には、第２逆止弁３３が介装されている。第２逆止弁３３は、共通通路４１の油圧が所定圧力以上のとき、潤滑油を共通通路４１から軸受メタル２１ａ側のピン部給油路３０へ供給する。この第２逆止弁３３は、後述する電磁開閉弁５３が開弁したときそれによる油圧の増大に伴い連通し、電磁開閉弁５３が閉弁したとき遮断するよう形成されている。また、第２逆止弁３３は、逆止作用により、流量制御弁５１により調圧され中央軸受部２１に供給される潤滑油の油圧が、流量制御弁５２により調圧され各側部軸受部２２に供給される潤滑油の油圧より大きくても連通路３１を介して各側部軸受部２２の給油形態に影響を与えることはない。流量制御弁５１は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりデューティ制御される。
【００３２】
図１，図２，図４に示すように、軸受部給油路４０は、主油路７から分岐し、各側部軸受部２２へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。軸受部給油路４０は、主油路７と各軸受メタル２２ａとを連通し、共通油路４１と、４つの分岐給油路４２等を備えている。共通油路４１は、上流端が主油路７に接続され、その途中部に軸受部用流量制御弁５２を備えている。流量制御弁５２は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりデューティ制御される。
【００３３】
４つの分岐給油路４２は、夫々、上流端が流量制御弁５２よりも下流側の共通油路４１に並列状に接続され、下流端が側部軸部１２を支承する軸受メタル２２ａへ連通されている。各分岐給油路４２は、並列接続された第１逆止弁４３とオリフィス４４（絞り通路）を備えている。第１逆止弁４３は、分岐給油路４２の油圧が所定圧力以上のとき、潤滑油を軸受メタル２２ａへ供給する。オリフィス４４は、上流端が第１逆止弁４３の上流側の分岐給油路４２に接続され、下流端が軸受メタル２２ａへ連通されている。オリフィス４４は、軸受メタル２２ａへ供給される潤滑油量を第１逆止弁４３が連通したときの潤滑油の流量よりも少量に制限するように形成されている。それ故、本実施例では、軸受メタル２２ａへ供給される潤滑油量をオリフィス４４により制限するため、各軸受部２２に形成される潤滑油膜の厚さを軸受特性数が境界摩擦領域に入らない範囲になるよう制御している。
【００３４】
図１に示すように、分岐油路４５は、主油路７から分岐し、共通油路４１へ潤滑油を給油するための潤滑油路である。分岐油路４５は、一端（下流端）が流量制御弁５２よりも下流側の共通油路４１に接続され、他端（上流端）が主油路７に接続されている。分岐油路４５の途中部には、電磁開閉弁５３が設けられている。電磁開閉弁５３は、ノーマルオープンタイプの電磁方向切換弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりオン−オフ制御される。これにより、電磁開閉弁５３がオフ状態のとき、主油路７の油圧（潤滑油量）が分岐油路４５から共通通路４１へ供給され、電磁開閉弁５３がオン状態のとき、分岐油路４５から共通通路４１への油圧の供給が遮断される。
【００３５】
主油路７には、流量センサ１５が設置されている。流量センサ１５は、主油路７を流れる潤滑油量を検出し、その検出値をコントロールユニット５０へ送信する。また、第１気筒に対応するオリフィス４４の上流側位置には、油温センサ１６が設置されている。油温センサ１６は、分岐給油路４２を流れる潤滑油温度を検出し、その検出値をコントロールユニット５０へ送信する。コントロールユニット５０には、エンジンＥの回転数センサ（図示略）や負荷センサ（図示略）等からエンジンＥの運転状態を示すエンジン回転数や負荷等の検出値が送信されている。
【００３６】
図５に基づき、コントロールユニット５０による作動モード毎の電磁開閉弁５３と流量制御弁５１，５２の制御について説明する。
コントロールユニット５０は、始動モード、温間モード、高温モード、高回転／高負荷モード、フェールセーフモードの５つのモードにより、電磁開閉弁５３と流量制御弁５１，５２を制御している。コントロールユニット５０は、流量制御弁５１を制御するための油圧マップと流量制御弁５２を制御するための油圧マップを夫々メモリ内に格納している。
【００３７】
流量制御弁５１の油圧マップは、予め実験的又は理論的に求められたマップであり、各クランクピン部１３を十分に潤滑可能な油圧と、エンジン回転数と、エンジン負荷との対応関係が設定されている。流量制御弁５２の油圧マップは、予め実験的又は理論的に求められたマップであり、各軸受部２２の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持可能な油圧と、エンジン回転数と、エンジン負荷との対応関係が設定されている。流量制御弁５１，５２は、流量制御弁５１，５２がオン（作動）状態のとき、夫々の油圧マップに基づき制御される。
【００３８】
始動モード、例えば、エンジンＥの始動時等潤滑油温度が３０℃より低いときは、電磁開閉弁５３がオフ状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオフ状態に制御されている。中央軸受部２１用の潤滑油は、主油路７から流量制御弁５１を経由する第１のルートと主油路７、分岐油路４５、共通油路４１、連通路３１、第２逆止弁３３を経由する第２のルートの２ルートからピン部給油路３０へ給油される。各側部軸受部２２用の潤滑油は、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１を経由して各分岐給油路４２へ給油される。これにより、各給油路へ潤滑油を早期に充填することができる。
【００３９】
温間モード、例えば、潤滑油温度が３０℃以上１３０℃未満のときは、電磁開閉弁５３がオン状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオン状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、油圧マップに基づき主油路７からピン部給油路３０により軸受メタル２１ａへ給油される。各側部軸受部２２用の潤滑油は、油圧マップに基づき主油路７、共通油路４１、各分岐給油路４２、各オリフィス４４を経由して各軸受メタル２２ａへ給油される。これにより、各側部軸受部２２へ供給する潤滑油量を最小限に抑えることができ、潤滑油のサイドフローを減少し、各側部軸受部２２に滞在する潤滑油温度を高めることによりオイルポンプ６の駆動負荷を低減できる。
【００４０】
高温モード、所謂潤滑油温度が１３０℃以上のときは、電磁開閉弁５３がオフ状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオフ状態に制御されている。
中央軸受部２１用の潤滑油は、始動モードと同様に、第１，第２のルートから軸受メタル２１ａへ給油される。各側部軸受部２２用の潤滑油は、主油路７、分岐油路４５、共通油路４１、各分岐給油路４２、第１逆止弁４３を経由して各軸受メタル２２ａへ給油される。これにより、中央軸受部２１へ供給される潤滑油量を増加し、中央軸受部２１と各クランクピン部１３の潤滑油膜の厚さを確保できる。また、各側部軸受部２２へ供給される潤滑油量を増加し、各側部軸受部２２の潤滑油膜の厚さを確保でき、潤滑油粘度の過剰低下を抑制することができる。
【００４１】
高回転／高負荷モードのときは、高温モードと同様に、電磁開閉弁５３がオフ状態、流量制御弁５１がオン状態、流量制御弁５２がオフ状態に制御されている。
フェールセーフモードのときは、電磁開閉弁５３がオフ状態に制御される。これにより、流量制御弁５１，５２が故障したときでも、中央軸受部２１と各側部軸受部２２と各クランクピン部１３の潤滑油膜の厚さを確保できる。
【００４２】
図６，図７に基づき、軸受部２１と軸受部２２に供給される潤滑油の流量特性について説明する。尚、図６，図７は、エンジン回転数が２０００ｒｐｍのときの潤滑油の流量特性を示している。
【００４３】
図６に示すように、中央軸受部２１には、４つのクランクピン部１３の潤滑に必要な流量Ｌ３を中央軸受部２１の潤滑に必要な流量に付加した流量Ｌ１が供給されている。
流量Ｌ１は、油圧がＰ０ｋＰａ未満の範囲と、油圧がＰ０ｋＰａからＰ１ｋＰａまでの微小流量制御範囲Ａと、油圧がＰ１ｋＰａ以上の範囲に分けて制御されている。
【００４４】
油圧がＰ０ｋＰａ未満のとき、電磁開閉弁５３がオフ状態（開弁）のため、流量制御弁５１を介して供給される潤滑油と電磁開閉弁５３を介して供給される潤滑油が合流されて軸受メタル２１ａへ給油される。微小流量制御範囲Ａのとき、電磁開閉弁５３がオン状態（閉弁）のため、流量制御弁５１を介して供給される潤滑油が軸受メタル２１ａへ給油される。油圧がＰ１ｋＰａ以上のとき、前述した油圧がＰ０ｋＰａ未満の場合と同様である。
以上により、微小流量制御範囲Ａでは、中央軸受部２１へ供給する潤滑油流量Ｌ１を、油圧マップに基づきデューティ制御し、各クランクピン部１３を十分に潤滑しつつ、中央軸受部２１の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するよう制御している。
【００４５】
図７に示すように、側部軸受部２２には、側部軸受部２２の潤滑に必要な流量Ｌ２が供給されている。流量Ｌ２は、油圧がＰ２ｋＰａ未満の微小流量制御範囲Ｂと、油圧がＰ２ｋＰａ以上の範囲に分けて制御されている。
微小流量制御範囲Ｂのとき、電磁開閉弁５３がオン状態（閉弁）のため、流量制御弁５２を介して供給される潤滑油が軸受メタル２２ａへ給油される。
油圧がＰ２ｋＰａ以上のとき、電磁開閉弁５３がオフ状態（開弁）のため、流量制御弁５２を介して供給される潤滑油と電磁開閉弁５３を介して供給される潤滑油が合流されて軸受メタル２２ａへ給油される。
【００４６】
以上により、微小流量制御範囲Ｂでは、各側部軸受部２２へ供給する潤滑油流量Ｌ２を、油圧マップに基づきデューティ制御し、側部軸受部２２の潤滑油膜の厚さを所定の限界厚さ近傍に維持するよう制御している。油圧がＰ２ｋＰａ以上の範囲では、潤滑油流量Ｌ２の増加傾向を、微小流量制御範囲Ｂ内の増加傾向よりも大きくして、潤滑油膜の厚さを増加している。
【００４７】
次に、エンジンの給油装置１の作用、効果について説明する。
このエンジンの給油装置１では、各クランクピン部１３に給油するピン部給油路３０と４つの側部軸受部２２に給油する軸受部給油路４０を独立して形成したため、クランクピン部１３の潤滑油と各側部軸受部２２の潤滑油を個別に制御することができ、エンジン状態に応じて各クランクピン部１３と各側部軸受部２２の潤滑要求に適した給油制御を行うことができる。図８に示すように、従来の独立給油方式の給油装置では、全軸受部にクランクピン部の潤滑に必要な潤滑油を付加した潤滑油量を均等に供給する必要があった。本実施例の給油装置１では、中央軸受部２１のみにクランクピン部１３の潤滑に必要な潤滑油を付加し、各側部軸受部２２の潤滑油量は潤滑油膜の厚さが所定の限界厚さ近傍まで低減できるため、潤滑油の総消費量を低減することができる。
【００４８】
しかも、各クランクピン部１３の潤滑油と各側部軸受部２２の潤滑油を個別に供給でき、エンジン状態に応じて各クランクピン部１３と各側部軸受部２２の潤滑要求に適した給油制御ができるため、各側部軸受部２２等の潤滑油のサイドフローを抑制でき、剪断応力により発生した熱量を各側部軸受部２２に滞在する潤滑油に維持し、潤滑油の早期昇温を図り、摩擦抵抗の低減ができる。それ故、オイルポンプ６の駆動負荷を低減するため、エンジンＥの燃費を改善することができる。また、潤滑油が中央軸受部２１からクランク軸内油路１４を経由して各クランクピン部１３へ給油されるため、ピン部給油路３０が軸受部２１の給油路を兼用でき、エンジンＥのクランク軸方向長さを短縮化でき、潤滑油路全体を簡単化できる。
【００４９】
軸受部給油路４０は、軸受部用流量制御弁５２が設置された共通油路４１と、流量制御弁５２より下流側の共通油路４１と各側部軸受部２２に夫々連通する４つの分岐給油路４２を備えているため、共通油路４１から分岐した分岐給油路４２により各側部軸受部２２に潤滑油を精度よく分配することができる。
【００５０】
分岐給油路４２は、油圧が所定圧力以上のとき潤滑油を供給するように開弁する第１逆止弁４３と、この第１逆止弁４３の上流側部分と側部軸受部２２を連通し且つ第１逆止弁４３が開弁したときの潤滑油の流量よりも流量を制限可能な絞り通路４３を備えているため、各側部軸受部２２の要求流量が小さい時、小流量の潤滑油を各側部軸受部２２に給油でき、潤滑油膜温度を早期に上昇することにより各側部軸受部２２の摩擦抵抗を低減することができる。
【００５１】
主油路７から分岐し且つ電磁開閉弁５３を介して共通油路４１に連通する分岐油路４５と、クランクピン部用流量制御弁５１より下流側のピン部給油路３０と軸受部用流量制御弁５２より下流側の共通油路４１を連通する連通路３１を設け、連通路３１に電磁開閉弁５３が開弁したとき開弁し且つ電磁開閉弁５３が閉弁したとき閉弁する第２逆止弁３３を形成したため、各軸受部２１，２２の要求流量が大きい時、大流量の潤滑油を中央軸受部２１と各側部軸受部２２とに早期に給油でき、各軸受部２１，２２の摩擦抵抗を低減することができる。
【００５２】
クランク軸内油路１４は、一端がクランク軸１０の中央側に位置する中央軸受部２１に連通し且つ他端が各クランクピン部１３に夫々連通する第１〜第４専用油路１４ａ〜１４ｄと中央油路１４ｅを有するため、エンジンＥの気筒数に拘わらず潤滑油が流れる専用通路長さの差異を小さくでき、潤滑油の通路抵抗を小さくすることができ、オイルポンプ６の駆動負荷を低減することができる。
【００５３】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、４気筒エンジンの例を説明したが、少なくとも多気筒エンジンであればよく、２気筒以上の直列エンジンやＶ型エンジン等種々のエンジンに適用することができる。
【００５４】
２〕前記実施例においては、クランク軸方向中央位置の中央軸受部にピン部給油路を連通した例を説明したが、第１気筒と第２気筒の間の側部軸受部、又は第３気筒と第４気筒の間の側部軸受部にピン部給油路を連通することも可能である。また、ピン部給油路を単一の軸受部に連通した例を説明したが、２つの軸受部に連通することも可能であり、複数の軸受部に連通しても本発明の効果を得ることができる。
【００５５】
３〕前記実施例においては、クランクピン部用流量制御弁と軸受部用流量制御弁にデューティソレノイドを用いた例を説明したが、潤滑油の流量制御が可能であれば良く、機械式の流量制御弁を適用することも可能である。
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、エンジンの給油装置において、軸受部給油路とピン部給油路を独立して設け、特定の軸受部にピン部給油路を連通したことにより、燃費を改善でき、エンジンの小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 給油装置
５ コネクティングロッド
６ オイルポンプ
７ 主油路
１０ クランク軸
１１ 中央軸部
１２ 側部軸部
１３ クランクピン部
１４ クランク軸内油路
１４ａ〜１４ｄ 第１〜第４専用油路
１４ｅ 中央油路
２１ 中央軸受部
２２ 側部軸受部
３０ ピン部給油路
３１ 連通路
３３ 第２逆止弁
４０ 軸受部給油路
４１ 共通油路
４２ 分岐給油路
４３ 第１逆止弁
４４ オリフィス
４５ 分岐油路
５０ コントロールユニット
５１ クランクピン部用流量制御弁
５２ 軸受部用流量制御弁
５３ 電磁開閉弁
Ｅ エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に配置された複数の軸部とコネクティングロッドを軸受けする複数のクランクピン部を備えたクランク軸と、前記複数の軸部を回転自在にエンジン本体に枢支する複数の軸受部を有し、これら複数の軸受部とクランクピン部にオイルポンプから主油路を介して潤滑油を給油可能なエンジンの給油装置において、
一端が前記複数の軸受部のうち特定の特定軸受部に連通すると共に他端が複数のクランクピン部に連通するクランク軸内油路と、
前記主油路から分岐し且つクランクピン部用流量制御弁を介して前記特定軸受部に連通するピン部給油路と、
前記主油路から分岐し且つ軸受部用流量制御弁を介して前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する軸受部給油路を備えたことを特徴とするエンジンの給油装置。
【請求項２】
前記軸受部給油路は、前記軸受部用流量制御弁が設置された共通油路と、軸受部用流量制御弁より下流側の前記共通油路と前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する複数の分岐給油路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの給油装置。
【請求項３】
前記分岐給油路は、油圧が所定圧力以上のとき潤滑油を供給するように開弁する第１逆止弁と、この第１逆止弁の上流側部分と軸受部を連通し且つ第１逆止弁が開弁したときの潤滑油の流量よりも流量を制限可能な絞り通路を備えたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの給油装置。
【請求項４】
前記主油路から分岐し且つ開閉弁を介して前記共通油路に連通する分岐油路と、
前記クランクピン部用流量制御弁より下流側のピン部給油路と前記軸受部用流量制御弁より下流側の共通油路を連通する連通路を設け、
前記連通路に前記開閉弁が開弁したとき開弁し且つ開閉弁が閉弁したとき閉弁する第２逆止弁を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のエンジンの給油装置。
【請求項５】
前記クランク軸内油路は、一端がクランク軸の中央側に位置する特定軸受部に連通し且つ他端が複数のクランクピン部に夫々連通する複数の専用油路を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの給油装置。
【請求項１】
列状に配置された複数の軸部とコネクティングロッドを軸受けする複数のクランクピン部を備えたクランク軸と、前記複数の軸部を回転自在にエンジン本体に枢支する複数の軸受部を有し、これら複数の軸受部とクランクピン部にオイルポンプから主油路を介して潤滑油を給油可能なエンジンの給油装置において、
一端が前記複数の軸受部のうち特定の特定軸受部に連通すると共に他端が複数のクランクピン部に連通するクランク軸内油路と、
前記主油路から分岐し且つクランクピン部用流量制御弁を介して前記特定軸受部に連通するピン部給油路と、
前記主油路から分岐し且つ軸受部用流量制御弁を介して前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する軸受部給油路を備えたことを特徴とするエンジンの給油装置。
【請求項２】
前記軸受部給油路は、前記軸受部用流量制御弁が設置された共通油路と、軸受部用流量制御弁より下流側の前記共通油路と前記特定軸受部以外の複数の軸受部に夫々連通する複数の分岐給油路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの給油装置。
【請求項３】
前記分岐給油路は、油圧が所定圧力以上のとき潤滑油を供給するように開弁する第１逆止弁と、この第１逆止弁の上流側部分と軸受部を連通し且つ第１逆止弁が開弁したときの潤滑油の流量よりも流量を制限可能な絞り通路を備えたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの給油装置。
【請求項４】
前記主油路から分岐し且つ開閉弁を介して前記共通油路に連通する分岐油路と、
前記クランクピン部用流量制御弁より下流側のピン部給油路と前記軸受部用流量制御弁より下流側の共通油路を連通する連通路を設け、
前記連通路に前記開閉弁が開弁したとき開弁し且つ開閉弁が閉弁したとき閉弁する第２逆止弁を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のエンジンの給油装置。
【請求項５】
前記クランク軸内油路は、一端がクランク軸の中央側に位置する特定軸受部に連通し且つ他端が複数のクランクピン部に夫々連通する複数の専用油路を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの給油装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１７４５６（Ｐ２０１２−１１７４５６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８０６６（Ｐ２０１０−２６８０６６）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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