JP2006097690A - 機関を運転するための方法及び機関 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルポンプ（４０）によって機関（１０）を運転する方法であって、該オイルポンプ（４０）が、機関（１０）の運転の間にオイルをオイルサイクル内へ圧送する形式のものにおいて、従来技術の欠点を改良して、内燃機関のオイルが急速に最適な運転温度に達するようにする。
【解決手段】機関（１０）のオイル量全体を少なくとも２つの部分量に分割し、機関（１０）の始動時に前記部分量のうちの第１の部分量をオイルポンプ（４０）により機関（１０）のオイルサイクル内へ圧送し、機関（１０）の運転パラメータに関連して、第２の部分を第１の部分量に混合するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイルポンプによって機関を運転する方法であって、該オイルポンプが、機関の運転の間にオイルをオイルサイクル内へ圧送する方法及びこの方法を実施するための機関に関する。本発明は、オイルにより潤滑及び／又は冷却される全ての形式の機関、特に内燃機関、タービン、ポンプ及びコンプレッサに関する。

この場合に機関とオイルとができるだけ急速に最適な運転温度に到達し、この運転温度を運転領域全体にわたって保持するという問題が生じる。

自動車の幾つかの運転状態、例えばコールドスタート時、短距離交通時、又は長い下り走行時には、特に内燃機関の作用度が極めて良好な場合には内燃機関による冷却水及び潤滑オイル内への熱供給だけではもはや十分ではない。従って内燃機関は望ましい短時間では最適な運転温度に達せず、このことは高い燃料消費、高められた排ガスエミッション及び摩耗をもたらす。

ドイツ連邦共和国特許公開第４１０９４９８号明細書につき、内燃機関の温度を極めて微細に調節するための装置及び方法が公知である。このためには、１つの制御装置に複数の入力信号、例えば内燃機関の温度、内燃機関の回転数及び負荷、車両速度、車両の空調設備若しくはヒータの運転状態、冷却水の温度が供給される。制御装置の目標値発生器が入力信号の考慮下に内燃機関のための温度目標値を算出する。実測値と目標値との比較に対応して、前記制御装置はスリーウェイバルブに作用する。このスリーウェイバルブは内燃機関と冷却器との間に設けられた管路内のバイパス管路の開口領域に配置されている。スリーウェイバルブの位置に応じて、冷却媒体流は冷却器流入部とバイパス管路とに分配される。これにより、内燃機関の冷却は温度発生のために直接に重要な運転パラメータに関連して検出されるだけでなく、温度に間接的にのみ影響を及ぼす付加的ユニットのパラメータに関連しても検出される。さらに最適な温度を調節するための可能性が著しく拡大される。なぜならば、妨害を検出し、考慮に入れることもできるからである。温度目標値の種々異なった領域に種々異なった動作条件を対応させることにより、望ましい温度の急速な調整が可能であり、このことは、動作条件の種々異なった優先順位によりさらに改良することができる。手間のかかる冷却媒体制御装置にもかかわらず、内燃機関のオイルは極めて遅くに最適な運転温度に達する。
ドイツ連邦共和国特許公開第４１０９４９８号明細書

そこで本発明の課題は、従来技術の欠点を改良して、内燃機関のオイルが急速に最適な運転温度に達するようにすることである。

本発明によれば、内燃機関のオイルの量全体が、少なくとも２つの部分量に分割され、これらの部分量の第１の部分量が内燃機関の始動時にオイルポンプにより内燃機関のオイルサイクル内に圧送され、かつ第２の部分量が内燃機関の運転温度に関連して第１の部分量に混合される。

重要な運転パラメータは、オイルポンプから内燃機関のオイルサイクル内へ圧送されるオイル量の温度である。しかしながら、一般に内燃機関の温度制御を行う場合に公知の別の運転パラメータ、例えば内燃機関の構成部材の温度、内燃機関の回転数及び負荷、車両速度、車両の空調設備またはヒータの運転状態、冷却媒体の温度のみを使用しても、又は付加的に使用してもよい。

温度が低い場合には、部分量のみが内燃機関のオイルサイクル内に位置しているので、この部分量は極めて速く最適な運転温度に到達し、これにより、低すぎるオイル温度の欠点は、既に短時間の後には克服されている。温度が次第に高くなり、対応して別の運転パラメータが上昇するにつれて、第１の部分量が徐々に第２の部分量からのオイルを混合され、これにより、温度はこの手段によりオイル量全体が内燃機関の冷却及び潤滑のために使用されるまでには最適に調整することができる。

このような方法のためには、内燃機関は、残りのオイル室から分離された少なくとも１つのチャンバを有しており、このチャンバは、制御可能な閉鎖エレメントを介して吸込み領域に接続されている。チャンバは、有利にはオイルパン内のバッフルプレートにより形成されており、フラップにより閉じられる。フラップが開放された場合には、チャンバと残りのオイル室との間のオイルレベルを補償する（均一にする）ことができる。選択された運転パラメータに関連して、内燃機関の冷却時にはフラップが調整器により閉鎖され、この調整器は、内燃機関をあらたに始動した後に対応した運転温度が再び達成された場合にはじめて再びフラップを開放する。フラップが開放された場合には、内燃機関のオイルポンプは吸込み室からオイルを吸込み、このオイルはチャンバからのオイルと混合される。内燃機関のオイルは潤滑のためだけではなく、高く負荷された構成部材、例えばピストン及びシリンダを冷却するためにも使用されるので、これらの構成部材は、本発明による方法により極めて急速に最適な運転温度に到達する。

調整器としては、機械式、ハイドロリック式、ニューマチック式の、例えば負圧調整器、熱による、例えば延伸材料エレメント、バイメタル又はＳＭＡｓ（Shape Memory Alloys; 形状記憶合金）又は電気式の調整器を使用することができ、これらの調整器は電子式の制御ユニットにより、運転パラメータに関連して制御される。本発明の構成により、延伸材料エレメントがその信頼性のために調節器として使用された場合には、この延伸材料エレメントはばねエレメントを介してフラップを操作し、この場合にばねエレメントは、フラップが閉じられた状態では所定のプレロードを有していると有利である。有利には吸込み領域のオイル内に配置された延伸材料エレメントは温度の上昇に伴い常に延びるので、フラップは、ばねのプレロードが延伸材料エレメントの延伸により取り除かれた場合にはじめて開く。有利には電気式に加熱可能な延伸材料エレメントを使用すると有利である。延伸材料エレメントの作業点を調節することのできる電気式に加熱可能な延伸材料エレメントの利用が有利である。

一般的には、閉鎖エレメントがチャンバから吸込み領域内への流入を絞るか、又は抑制し、これにより、チャンバを介した貫流が遮断されるか、又は著しく絞られている。これにより、まずチャンバ内に位置するオイルは残りのオイル量に混合されないか、又は極わずかな部分のみが必要に応じて混合される。

流入開口を介してオイルが環流部からチャンバ内へ到達することができた場合、このことは害にはならない。なぜならば、流出開口が閉鎖エレメントにより閉鎖されている間はオイルは流出開口を介して吸込み領域内へ到達することができないからである。もちろん、付加的に閉鎖エレメントは、温度が低い場合には流入開口も流出開口も閉鎖するように形成することができる。このためには、有利な形式でフラップが山形フラップの形で形成されており、この場合に一方の脚部はバッフルプレートに設けられた流入開口と協働し、かつ他方の脚部はチャンバの流出開口と協働する。

本発明の別の構成によれば、チャンバはバッフルプレートと、ほぼ円筒状の隔壁とにより形成されており、この隔壁はオイルポンプの吸込み領域を取り囲んでいる。チャンバは上側領域に流入開口を有しており、かつ下側領域には、吸込み領域に向かって流出開口を有している。この流入開口は、閉鎖エレメント、例えば弁リングにより閉鎖することができ、この弁リングは調整器により操作される。流入開口が閉じられている場合には、チャンバ内のオイルは負圧により引き留められ、これにより、吸込み領域内へ到達しないようになっている。付加的には弁リングは弁スリーブに結合されており、この弁スリーブは隔壁の内部で案内されており、隔壁の下側領域で流出開口と協働する。流入開口及び／又は流出開口が閉鎖されている場合には、内燃機関の環流部から流れ戻ったオイルは直接に再び吸込み領域内へ戻る。

本発明による方法は、「ドライサンプ潤滑装置」を有する内燃機関においても使用可能であり、このドライサンプ潤滑装置では内燃機関のオイルがリザーブタンク内に集められる。この形式のドライサンプ潤滑装置は、例えばスポーツ車両、モーターサイクル、オフロード車両、ボート及び船舶駆動装置に使用される。本発明による方法のためにはリザーブタンク内にリザーブチャンバが設けられており、このリザーブチャンバは制御可能な閉鎖エレメントを介して、残りのリザーブタンクの吸込み領域に接続されている。閉鎖エレメントとしては、有利な形式でフラップがリザーブチャンバの隔壁に枢着されており、このフラップは調整器により操作され、閉鎖位置ではリザーブチャンバと残りのリザーブタンクとの間の移行開口を閉鎖する。閉鎖エレメントとしては、例えばチャンバとの関連で説明した別の閉鎖エレメントを使用することもできる。

次に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。図面には本発明の実施例が示されている。図面、詳細な説明及び請求項は多数の特徴を組み合わせて含んでいる。当業者はこれらを個々に考察して有意義な別の組合せにまとめるであろう。

図１に示した内燃機関１０は複数シリンダ式の行程ピストン内燃機関であり、この行程ピストン内燃機関のうちのピストン１４を有するシリンダ１２が示されている。このピストン１４はコンロッド１６を介してクランクシャフト１８に駆動的に結合されており、このクランクシャフト１８はクランクケーシング２０内に回動可能に支承されている。クランクケーシング２０には下方へオイルパン２２が接続されており、このオイルパン２２内には内燃機関１０のためのオイルが集められる。オイルレベルは符号４４により示されている。

オイルパン２２は長手方向側にそれぞれ１つのチャンバ２４を有しており、この場合にこれらのチャンバ２４の間には吸込み領域７８が位置しており、この吸込み領域７８からはオイルポンプ４０が吸込みかご３６と吸込み管路３８とを介してオイルを吸い込み、圧力管路４２内へ圧送する。この圧力管路４２には潤滑及び冷却装置（図示していない）が接続されている。

チャンバ２４はほぼ等しく形成されている。しかしながら、これらのチャンバ２４は種々異なった形に形成されており、互いに上下に接続されていてもよい。図１による構成では、チャンバ２４は上側のバッフルプレート２６を有しており、このバッフルプレート２６にはフラップ２８が枢着されている。このフラップ２８は閉鎖位置ではシールするようにストッパ３０に接触している。このフラップ２８は延伸材料エレメントの形の調整器３４によりばねエレメント３２を介して操作され、このばねエレメント３２は閉鎖位置では所定のプレロード（予荷重）を有しており、これにより、フラップ２８は所定の温度時に所定の調整距離の後にはじめて開くようになっている。この場合に、ストッパ３０とフラップ２８との間には流出開口６４が形成される。フラップ２８の調整距離は二重矢印８２により示されている。

前記フラップ２８は山形フラップの形で形成されていてよく、この場合にフラップの一方の脚部は閉鎖位置ではストッパ３０に接触しており、かつ他方の脚部は、バッフルプレート２６内に設けられていてよい流入開口６２を閉鎖する。

内燃機関１０の運転温度が低い場合にはフラップ２８は閉じられており、これにより、オイルポンプ４０はオイルリザーバ全体の制限された部分量のみを吸込み領域７８から吸い込み、内燃機関１０の潤滑オイルサイクル内へ圧送することができる。最適な運転温度が達成された場合には調整器３４がフラップ２８を開放し、これにより、オイルがチャンバ２４から吸入領域７８内へ流れ込むことができ、これにより、内燃機関１０のオイルサイクル内のオイル量は増大する。同時にチャンバ２４の外側のマーキングした表面８０の付加的な冷却面が作動され、これにより、オイルサイクルからは次第に熱が除去される。冷却面は外側の冷却リブを有していてよい。このような手段によりオイルサイクルの温度が調整されるか、若しくは制限される。

図２は、ドライサンプ潤滑システムのための、充填及び通気管片を有するリザーバタンク４６を示している。このリザーバタンク４６内には内燃機関のためのオイルがリザーブされる。リザーブタンク４６からは、オイルポンプが吸入管路３８を介してオイルを吸い込む。圧力管路４２の貫流後にはオイルはオイルポンプ（図示していない）により、受けトレイから環流管路５６及びフィルタ５８を介してリザーブタンク４６内へ戻るように圧送される。このリザーブタンク４６内にはリザーブチャンバ５０が設けられており、このリザーブチャンバ５０は隔壁５２を有している。フラップ２８は隔壁５２に枢着されている。この隔壁５２は閉鎖位置ではシールするようにストッパ３０に接触しており、開放位置ではストッパと共に残りのリザーブタンク４６への流出開口６４を形成する。フラップ２８は調整器３４、有利には延伸材料エレメントにより、ばね３２を介して二重矢印８２の方向に操作される。しかしながら、別の調整器、例えば機械式、ハイドロリック式、ニューマチック式の、有利には負圧調整器、熱による、例えばバイメタル、又はＳＭＡｓ（Shape Memory Alloys; 形状記憶合金）、又は電気式の調整器を使用してもよい。これらの調整器は目的に応じて電子式の制御ユニットを介して、該当運転パラメータに関連して制御される。

運転温度が低い場合の出発位置ではフラップ２８は閉じられており、これにより、内燃機関１０の潤滑及び冷却のためにはオイルの残りの部分のみがリザーブチャンバ５０の外部に提供されている。オイルが最適な運転温度に加熱された場合にはフラップ２８は開放され、リザーブチャンバ５０からのオイルの部分量を残りの部分量と混合することができる。同時にリザーブチャンバ５０を介して流れた部分量から、熱がリザーブチャンバの外側の表面８０で除去される。この外側の表面８０はフラップ２８が開放された場合に作動されている。

図３及び図４による構成は、図１による構成に類似している。チャンバ２４はバッフルプレート２６により形成されており、このバッフルプレート２６には内側方向へほぼ円筒状の隔壁５２が接続されている。この隔壁５２の下側領域には流出開口６４が設けられており、上側領域にはバッフルプレート２６の方へ流入開口６２が設けられている。隔壁５２の内部には吸込み領域７８が位置しており、この吸込み領域７８からはオイルポンプ４０が吸込みかご３６を介してオイルを吸い込む。図３による構成では、流入開口６２は弁リング６６により閉じることができ、この弁リング６６は延伸材料エレメントの形の調整器によって弁プッシュロッド７４を介して二重矢印８２の方向に操作される。しかしながら、弁リング６６は円形リング形状とは異なる形状を有していてもよい。

流入開口６２が閉じられている場合には、オイルは環流部から、孔構造７６を有する弁リング６６の内側領域を介して吸込み領域７８内へ到達する。これにより、チャンバ２４からはオイルが吸い込まれないか、又は極微量のオイルしか吸い込まれず、オイルサイクル内に位置するオイルは急速に加熱される。流出開口６４をも流入開口６２と一緒に閉じるためには、弁リング６６が弁スリーブ７０に結合される。この弁スリーブ７０は円筒状の隔壁内を案内されており、弁スライダの形で働く。チャンバ２４を介してオイル流が減じられるか、又は遮断された場合には、対応してよりわずかな熱量がチャンバ２４の外側の表面８２を介してオイルサイクルから除去される。

チャンバ２４の内部には、隔壁に、流入開口６２の領域に変向薄板６８が設けられている。この変向薄板６８は流入開口６２にオーバラップしており、この場合に変向薄板６８の自由な縁部はオイルパン底部６０に対して傾斜して延びている。この変向薄板６８はオイルの揺れ及び泡立ち（膨張）に抗して作用し、チャンバ２４内のオイルの安定化を支援する。

オイルパンを有する行程ピストン内燃機関の概略的な横断面図である。 オイルサンプ潤滑装置のためのリザーブタンクの概略的な横断面図である。 図１によるオイルパンの変化態様を示す横断面図である。 図１によるオイルパンの変化態様を示す別の横断面図である。

符号の説明

１０ 内燃機関、 １２ シリンダ、 １４ ピストン、 １６ コンロッド、 １８ クランクシャフト、 ２０ クランクケーシング、 ２２ オイルパン、２４ チャンバ、 ２６ バッフルプレート、 ２８ フラップ、 ３０ ストッパ、 ３２ ばね、 ３４ 調整器、 ３６ 吸込みかご、 ３８ 吸込み管路、 ４０ オイルポンプ、 ４２ 圧力管路、 ４４ オイルレベル、 ４６ リザーブタンク、 ４８ 後充填管片、 ５０ リザーブチャンバ、 ５２ 隔壁、 ５４ 移行開口、 ５６ 環流管路、 ５８ フィルタ、 ６０ オイルパン底部、 ６２ 流入開口、 ６４ 流出開口、 ６６ 弁リング、 ６８ 変向薄板、 ７０ 弁スリーブ、 ７２ 延伸材料エレメント、 ７４ 弁プッシュロッド、 ７６ 孔構造、 ７８ 吸込み領域、 ８０ 表面、 ８２ 方向

Claims (14)

1. オイルポンプ（４０）によって機関（１０）を運転する方法であって、該オイルポンプ（４０）が、機関（１０）の運転の間にオイルをオイルサイクル内へ圧送する形式のものにおいて、機関（１０）のオイル量全体を少なくとも２つの部分量に分割し、機関（１０）の始動時に前記部分量のうちの第１の部分量をオイルポンプ（４０）により機関（１０）のオイルサイクル内へ圧送し、第２の部分を、機関（１０）の運転パラメータに関連して第１の部分量に混合することを特徴とする、機関（１０）を運転する方法。
2. 請求項１記載の方法を実施するための機関（１０）において、該機関（１０）が、オイルパン（２２）から分離された少なくとも１つのチャンバ（２４）と、対応配置された冷却面（８０）とを有しており、制御可能な閉鎖エレメント（２８，６６，７０）によりチャンバ（２４）を吸込み領域（７８）に接続することができることを特徴とする、請求項１記載の方法を実施するための機関（１０）。
3. チャンバ（２４）が、バッフルプレート（２６）とフラップ（２８）とにより形成されており、該フラップ（２８）が、閉じられた状態ではストッパ（３０）に接触しており、調整器（３４）により操作される、請求項２記載の機関（１０）。
4. 調整器（３４）が、延伸材料エレメントであり、該延伸材料エレメントが、ばねエレメント（３２）を介してフラップ（２８）を操作し、ばねエレメント（３２）が、フラップ（３０）が閉じられた状態では所定のプレロードを有している、請求項３記載の機関（１０）。
5. フラップ（２８）が、山形フラップの形で形成されており、一方の脚部が、バッフルプレート（２６）内に設けられた流入開口（６２）と協働し、かつ他方の脚部が、チャンバ（２４）の流出開口（６４）と協働する、請求項３又は４記載の機関。
6. チャンバ（２４）が、バッフルプレート（２６）及びほぼ円筒状の隔壁（５２）により形成されており、該隔壁（５２）が、吸込み領域（７８）を有しており、チャンバ（２４）の上側領域に流入開口（６２）が設けられており、かつ下側領域に流出開口（６４）が設けられており、閉鎖エレメント（６６）が、弁リングであり、該弁リングが、閉鎖位置では流入開口（６２）を閉鎖する、請求項２記載の機関（１０）。
7. 隔壁（５２）が、円筒状の形状とは異なる形状を有している、請求項６記載の機関（１０）。
8. 流入開口（６２）の領域で、隔壁（５２）に変向薄板（６８）が配置されており、該変向薄板（６８）が、間隔をおいて流入開口（６２）とオーバラップしており、変向薄板（６８）の自由な縁部に向かってオイルパン底部（６０）に対して傾斜している、請求項６又は７記載の機関。
9. 弁リング（６６）に、弁スリーブ（７０）が結合されており、該弁スリーブ（７０）が、隔壁（５２）の下側領域に設けられた流出開口（６４）と協働する、請求項６から８までのいずれか１項記載の機関。
10. 吸込み領域（７８）内に設けられた延伸材料エレメント（７２）が、円筒状の隔壁（５２）の内部に配置されており、弁リング（６６）若しくは弁スリーブ（７０）を、弁プッシュロッド（７４）を介して操作する、請求項６から９までのいずれか１項記載の機関（１０）。
11. 延伸材料エレメント（７２）が、電気式に加熱可能なワックス延伸材料エレメントである、請求項１０記載の機関（１０）。
12. 機関（１０）が、リザーブタンク（４６）を有するドライサンプ潤滑装置を有しており、該ドライサンプ潤滑装置内にリザーブチャンバ（５０）が設けられており、該リザーブチャンバ（５０）を、制御可能な閉鎖エレメント（２８，６６，７０）により吸入領域（７８）に接続することができる、請求項１記載の方法を実施するための機関（１０）。
13. 隔壁（５２）に閉鎖エレメントとしてフラップ（２８）が枢着されており、該フラップ（２８）が、調整器（３４）により操作され、閉鎖位置で移行開口（５４）を閉鎖する、請求項１０記載の機関（１０）。
14. 閉鎖エレメント（２８，６６，７０）が、内燃機関（１０）の回転数、回転モーメント及び／又はオイル温度及び／又はコンポーネント又は結合されたユニットの温度に関連して制御される、請求項２から１３までのいずれか１項記載の機関（１０）。

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