JP2012132341A - 二層式オイルパンの温度制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンオイルは、高温に曝されたり、急激な温度変化や、極度の低温での保存といったヒートダメージによって劣化し、潤滑性、冷却性、洗浄性といったエンジンオイルの効果を低下させる。そこで、できるだけ、オイルパン中の油温は一定の温度になるように制御したいという課題があった。
【解決手段】 内壁と外壁の間が気密に形成され、空気取入れ口と、空気排出口が形成されたオイルパンと、前記空気排出口とスロットル下流側を連通する第１の連通路と、前記空気取入れ口とスロットル上流側を連通する第２の連通路と、前記第１の連通路に設けられた第１のバルブと、前記第２の連通路に設けられた第２のバルブと、前記オイルパン内のオイル貯留位置に配された油温計と、前記第１のバルブと前記第２のバルブと前記油温計とに接続された制御部を有することを特徴とする温度制御システムを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのオイル貯留部（以後「オイルパン」という）のオイル温度を制御する制御システムに関するものである。

内燃機関（以後「エンジン」という。）には、各摺動部分の潤滑や、冷却、洗浄といった目的で、オイルが供給される。このオイルはエンジン最下部に設けられたオイルパンに貯留され、ストレーナーを介してオイルポンプにより、エンジン各部に供給される。供給されたオイルは、その後再びオイルパンに戻るようにエンジン内は構成されている。

このようにオイルは潤滑、冷却、洗浄といった目的に使用されるため、エンジンの摺動部分や発熱部分に曝されることによって、高温に曝されることが多い。また、寒冷地で用いられる車両では、駐車している間に、極度の低温下で保持される場合もある。すなわち、オイルはヒートダメージを受け続ける。

このようなヒートダメージは、オイルの酸化、構成成分の分解といったオイル劣化に繋がることになり、最終的には、エンジン自体の劣化にもつながる。したがって、オイルのヒートダメージを回避するオイル温度制御のための手段が、提案されている。なお、ここで、ヒートダメージとは、オイルが所定温度以上の高温になる場合や、高温側、低温側を含んだ急激な温度変化、極度の低温下での保存といった場合をいう。

図３には、特許文献１に開示されたオイルパンの保温・冷却装置を示す。ここでは、オイルパン１０１の表面をオイルパンカバー１０２によって覆い、走行風を通すための流路１０２ａをオイルパン１０１とオイルパンカバー１０２の間に形成する。流路１０２ａの前方側には、開閉弁１０３が回転軸１０３ａを介してオイルパンカバー１０２に枢支されている。流路１０２ａの後方は開口されている。また、開閉弁１０３はスプリング１０４によって流路１０２ａを閉じる方向に付勢されている。

開閉弁１０３に対向するオイルパン１０１には、感熱ロッド１０６が、貫設されている。従って、オイルパン１０１中の油温が上昇すると、感熱ロッド１０６が膨張し、スプリング１０４の付勢に逆らって、開閉弁１０３を開く（図３（ｂ）参照）。すると、走行風１１０が開閉弁１０３から流路１０２ａに吹き込み、オイルパン１０１を外側から冷却する。

一方、エンジンオイルの温度が低くなった場合は、感熱ロッド１０６が伸縮し開閉弁１０３を閉じる。すると、走行風が流路１０２ａに流れず、オイルパン１０１が保温される。

図４には、特許文献２に開示されたオイルパン２１１を示す。ここでは、アッパー側本体２２１と、ロアー側本体２２２から構成される。ロアー側本体２２２は、内壁２２４と外壁２２５で気密なオイルパン空間部２２６が形成されている。オイルパン内部の温度は温度センサー２４１によって測定される。オイルパン空間部２２６には、接続口２２５ａが設けられており、この接続口２２５ａによって外部に連通している。

また、ロアー側本体２２２の上部には、バッフルプレート２２３が配置されている。バッフルプレート２２３も二重構造となっており、外部と連通する接続口２２３ａを有する気密なバッフルプレート空間部２２７が形成されている。これらの接続口２２３ａおよび２２５ａはパイプによって第１ソレノイドバルブ２３３を介して真空ポンプ２３０に連通されている。なお、第２ソレノイドバルブ２３５が、第１ソレノイドバルブ２３３と真空ポンプ２３０の間に設けられている。これらのポンプとバルブはエンジンコントロールユニット２４０が制御を行う。

エンジンコントロールユニット２４０は、油温が下がった場合は、第１ソレノイドバルブ２３３を開き、真空ポンプ２３０を駆動させる。すると、オイルパン空間部２２６およびバッフルプレート空間部２２７が真空に引かれ、断熱性が向上する。

一方、油温が高い場合は、真空ポンプ２３０を停止させ、第１ソレノイドバルブ２３３および第２ソレノイドバルブ２３５を開き、それぞれの空間を開放する。すると、これらの空間による断熱性が低下し、オイルパン２１１を冷却しやすくできる。

なお、二層式のオイルパンの間の空間を真空にするという技術自体は、特許文献３ですでに開示されている。ただし、特許文献３は、オイルパンの発生する震動音を低減するために、オイルパンを二層式にし、その間の空間を真空にするというものである。

特開２００１−３５５４２１号公報 特開２００７−２２４８２３号公報 実開平０３−１１４５５９号公報

特許文献１では、走行風１１０を取り込んで、オイルパン１０１を冷却しようとするものであるから、走行中にオイル温度が高くなった場合は、効果的にオイルを冷却することができる。しかし、信号などで停止した場合は、エンジン下部のオイルパン１０１からエンジン上部に向かう自然対流だけでの冷却が主となるため、冷却効果は効果的であるとは言えない。また、オイルパン１０１の保温効果はあまりないため、外気温が低い環境で、エンジンを停止した場合は、急激にオイル温度が低下し、オイルはヒートダメージを受けることとなる。

これに対して、特許文献２では、オイルパン２１１の周囲を真空の断熱手段で覆っているため、エンジンを停止した後や、エンジン始動時のように、比較的オイルパン２１１内の熱量を逃がしたくない局面では、効果を奏する。しかし、逆にオイル温度が高くなった場合は、通常のオイルパンと同じ機能しか発揮しない。また、二重層構造のオイルパンの層間の空間を排気するためだけの真空ポンプ２３０を配置しなければならず、コスト高、重量増といった課題も残存することとなる。

本発明はこれらの課題に鑑み想到されたものであり、低コストであって、しかも、オイルの保温および冷却効果を有するオイルパンの温度制御システムを提供することである。

具体的には、本発明の二層式オイルパンの温度制御システムは、
内壁と外壁の間が気密に形成され、空気取入れ口と、空気排出口が形成されたオイルパンと、
前記空気排出口とスロットル下流側を連通する第１の連通路と、
前記空気取入口とスロットル上流側を連通する第２の連通路と、
前記第１の連通路に設けられた第１のバルブと、
前記第２の連通路に設けられた第２のバルブと、
前記オイルパン内のオイル貯留位置に配された油温計と、
前記第１のバルブと前記第２のバルブと前記油温計とに接続された制御部を有することを特徴とする。

特に、前記制御部は、
前記油温計の温度が第１の所定値（ＴＨ）より高い場合は、前記第１および前記第２のバルブを開く指示を送出し、
前記油温計の温度が第２の所定値（ＴＬ）より低い場合は、前記第１のバルブを開き、前記第２のバルブを閉じる指示を送出することを特徴とする。

本発明は、上記の構成を有するので、オイルパン内の熱量を逃がしたくない場合は、スロットル上流側の第２のバルブを閉じ、下流側の第１のバルブを開くことによって、二層構造のオイルパンの層間空間が減圧され、断熱される。したがって、オイルパン内のオイルは温まりやすい。

また、オイルパン内の熱を放熱させたい場合は、第２のバルブも開くことで、吸気の一部が層間空間を流れ、オイルパンは冷やされる。従って、オイルパン内のオイルの温度が上昇しにくくなる。この場合、吸気の一部を冷却用の送風として利用しているので、車両が停車していても、層間空間を流れる空気の流れが止まることがない。すなわち、車両の走行状態に依存せず、エンジンが運転している限り、オイルパンを冷却することができるという効果を奏する。

また、エンジンを停止する際には、層間空間を減圧しておいてから、第１および第２のバルブを閉じると、オイルパン内は冷めにくくなり、オイルは急激な温度変化に曝されることがない。

しかも、層間空間を減圧するための特別な真空ポンプは不要であり、低コストでオイルパンの温度制御システムを構築することができるという効果を奏する。

本発明のオイルパン冷却システムの構成を示す図である。 本発明のオイルパン冷却システムの処理フローを示す図である。 従来のオイルパンの冷却構造を示す図である。 他の従来のオイルパンの冷却構造を示す図である。

図１に本発明の二層式オイルパンの温度制御システム１０を有するエンジン１の構成を示す。エンジン１は、シリンダヘッド２がシリンダブロック３の上方に締結固定されており、シリンダブロック３の下方にオイルパン４が締結されている。オイルパン４は、内壁１１と外壁１２の二重構造になっており、内壁１１と外壁１２の間には、層間空間１４が形成されている。また、内壁１１と外壁１２の間は気密に形成されている。そして、この層間空間１４に空気を導入する空気取入れ口１６と、層間空間１４から空気を排出する空気排出口１８が形成されている。

空気取入れ口１６と空気排出口１８は、略四角形をしているオイルパン４の対辺同士に形成されるのが望ましい。本発明の温度制御システム１０では、この層間空間１４に空気を流すことで、オイルパン４を冷却するので、空気取入れ口１６と空気排出口１８の間に、流体がスムースに流れるのが冷却効果を高めるからである。

オイルパン４の内壁１１および外壁１２の材質は、特に限定されるものではない。金属や強化プラスチック等が好適に利用できる。ただし、内壁１１と外壁１２の間の層間空間１４は減圧されるので、減圧状況に耐えられる強度を有する材料であることが望ましい。また、内壁１１は放熱する場合には、熱伝導性が高い方がよい。したがって、金属などが、望ましい。

また、内壁１１は、放熱しやすいように、層間空間１４を流れる空気の流れに沿った放熱フィン２０が形成されているのが好ましい。図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａに沿った断面を示す。ここでは、４枚の放熱フィン２０が、内壁１１の外側（オイルが貯留していない側）に設けられている。このような放熱フィン２０は、何らかの外力等によって外壁１２が内壁に向かって変形した際に、内壁１１と外壁１２が直接接触するのを防止する支柱としても働く。

オイルパン４内部には、ストレーナー（図示せず）が配置される。ストレーナーにはオイルポンプ（図示せず）が連結され、エンジン各部にオイルを供給する。また、オイルパン４内部のオイルが貯留される領域には、オイルの温度を測定する油温計２４が配置されている。

オイルパン４の空気排出口１８には、第１の連通路２８が連結され、スロットル５の下流側と連通している。スロットル５の下流側の位置とは、スロットル５からインテークマニホールド６の間までで、適宜選択されてよい。この第１の連通路２８は、オイルパン４からスロットル５下流側の間を気密に連結する。本発明の温度制御システム１０では、この間を減圧状態にするからである。したがって、第１の連通路２８は、減圧状態でも変形しにくい材料および構造が選択されるのが望ましい。

第１の連通路２８の途中には、第１のバルブ３１が配置される。第１のバルブ３１は、電気信号によって少なくとも第１の連通路２８を気密に閉じる、若しくは解放状態にするという２つの状態を制御できる。また、例えば開口径を段階的に変更できるという２以上の状態を制御できるようにするのが、より好ましい。本発明の温度制御システム１０では、層間空間１４に空気を流して冷却するが、冷却効率は空気の流速に比例すると考えられる。したがって、開口径を段階的に変更できれば、冷却の程度を制御することができるからである。

オイルパン４の空気取入れ口１６には、第２の連通路２６が連結され、スロットル５の上流側と連通している。スロットル５の上流側の位置とは、スロットル５からエアクリーナ（図示せず）の間までで、適宜選択されてよい。この第２の連通路２６が気密性を有している点は第１の連通路２８の場合と同じである。

空気取入れ口１６の開口はできるだけ大きい方が望ましい。層間空間１４に空気を流す際には、できるだけ多くの空気を入れることができる方が好ましいからである。

また、第２の連通路２６には、第２のバルブ３２が配置される。第２のバルブ３２は、第１のバルブ３１同様に、電気信号によって開口状態を変化させることができるようにしてもよいが、開閉の２段階だけであってもかまわない。

エアクリーナからスロットル５、インテークマニホールド６という配置は、通常のエンジンに係る配置と同じでよい。また、スロットル５に通常設定されるＩＳＣＶ（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）も通常のように設定されていてよい。

制御部３０は、油温計２４と、第１のバルブ３１と第２のバルブ３２に少なくとも接続される。油温計２４からは、オイルパン４内のオイルの温度に関する信号Ｓｔを受信し、第１および第２のバルブ３１、３２には、バルブの開閉度を指示する信号（それぞれ、Ｃｖ１、Ｃｖ２）を送信する。また、制御部３０は、エンジン１やスロットル５、車速計（図示せず）といった車両の運転状態を知るための情報を得ることができるのが好ましい。運転状態およびオイルの温度によって冷却の程度を制御するためである。

次に本発明の温度制御システム１０の動作について説明する。図２には、本システムの処理のフローを示す。なお、図２に示すフローは本発明の温度制御の部分の一例であり、制御部３０がこれ以外の制御を同時若しくはタイムシェアリングしながら行っていてもよい。

処理がスタートする（Ｓ１００）と、エンジン１の停止指示があるか否かを確認する（Ｓ１０２）。ここで停止指示とは、例えばイグニッションキーがＯＦＦにされたか否かで判断する。エンジン１が運転状態にあれば（Ｓ１０２のＮ分岐）、制御部３０は、油温Ｔ０を油温計２４から取得する（Ｓ１０４）。油温Ｔ０は、油温計２４からの信号Ｓｔで直接送られていてもよいし、信号Ｓｔに基づいて制御部３０が換算して求めてもよい。次に制御部３０は、油温Ｔ０が所定の高温側閾値であるＴＨより高いか否かを比較する（Ｓ１０６）。閾値ＴＨは、例えばオイルの劣化（酸化）の開始温度であってもよいし、それより余裕をもたせた値だけ低い値であってもよい。オイルの冷却を開始しても、油温はすぐには低下しないからである。

もし、Ｔ０≧ＴＨであれば（Ｓ１０６のＹ分岐）、制御部３０は層間空間１４に空気を流すようにバルブを制御する。より具体的には、第１のバルブ３１（Ｖ１と記載した。）と第２のバルブ３２（Ｖ２と記載した。）の両方を開く（Ｓ１１２）。すると、空気取入れ口１６から吸気の一部が層間空間１４に入り、オイルパン４を冷却した後空気排出口１８から排出される。排出された空気は吸気となって、インテークマニホールド６に送られる。

なお、この際に、制御部３０は車速を参照し、もし車速がゼロであったら、第１のバルブ３１の開口径を小さくなるように制御するのが好ましい。車速がゼロということは、車両が停車して、エンジン１はアイドリング状態になっている。この時に、アイドリング時に必要な吸気量より多い空気がインテークマニホールド６に供給されると、アイドリングが高くなってしまい、燃費が低下してしまうからである。

また、もし油温が低温側閾値であるＴＬよりも低ければ（Ｓ１０８）、制御部３０は層間空間１４を排気し、圧力を低下させるようにバルブを制御する（Ｓ１０８のＹ分岐）。具体的には、第１のバルブ３１は開けて、第２のバルブ３２を閉じる（Ｓ１１４）。このようにすることで、層間空間１４は、インテークマニホールド６側の負圧によって排気され、圧力が低くなる。すると、層間空間１４の断熱効率が高くなり、オイルパン４中のオイルに熱が蓄積しやすくなる。なお、低温側閾値のＴＬは、オイルが良好に可動状態になるより低ければよい。例えば、５０〜６０℃程度が好適である。

油温Ｔ０が低温側閾値ＴＬより大きく、高温側閾値ＴＨより低ければ（Ｓ１０８のＮ分岐）、層間空間１４には、空気をためておけばよいので、第１のバルブ３１を閉じ、ついで第２のバルブ３２を閉じる（Ｓ１１０）。

これらの判断は制御部３０のマシンタイムで行ってもよいし、適当な時間（例えば１秒毎）で行ってもよい。処理が終了したら、ステップＳ１０２に戻り、エンジン停止指示の有無を判断する。

エンジン停止の指示があった場合（Ｓ１０２のＹ分岐）は、制御部３０は、処理の流れを変更し、層間空間１４を排気するようにバルブを制御する。具体的には、制御部３０は第１のバルブ３１を開き、第２のバルブ３２を閉じる（Ｓ１１６）。そして、所定時間の間エンジンをアイドリングさせ、層間空間１４を排気した後、第１のバルブ３１を閉じる（Ｓ１１８）。そしてその後エンジン１を停止する。これは、エンジン１を停止すると、オイルは冷えるが、急激なオイルの温度低下はオイルの劣化に繋がるため、ゆっくりと温度を下げるためである。

以上のような比較的簡単なフローによって、オイルパン４中のオイルは、温度を上昇させたい時には、断熱性を高め、逆に温度を下げたい時には、冷却性を高めることができる。さらに、特別なポンプを使うこともなく、また、信号などでの一時停止時においても、冷却効果を持続させることができる。

本発明の温度制御システムは、ガソリンエンジンだけでなく、ディーゼルエンジンであっても、その他の内燃機関であっても好適に利用することができる。

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ オイルパン
５ スロットル
６ インテークマニホールド
１０ 温度制御システム
１１ 内壁
１２ 外壁
１４ 層間空間
１６ 空気取入れ口
１８ 空気排出口
２０ 放熱フィン
２４ 油温計
２６ 第２の連通路
２８ 第１の連通路
３０ 制御部
３１ 第１のバルブ
３２ 第２のバルブ

Claims (2)

1. 内壁と外壁の間が気密に形成され、空気取入れ口と、空気排出口が形成されたオイルパンと、
   前記空気排出口とスロットル下流側を連通する第１の連通路と、
   前記空気取入れ口とスロットル上流側を連通する第２の連通路と、
   前記第１の連通路に設けられた第１のバルブと、
   前記第２の連通路に設けられた第２のバルブと、
   前記オイルパン内のオイル貯留位置に配された油温計と、
   前記第１のバルブと前記第２のバルブと前記油温計とに接続された制御部を有する二層式オイルパンの温度制御システム。
2. 前記制御部は、
   前記油温計の温度が第１の所定値（ＴＨ）より高い場合は、前記第１および前記第２のバルブを開く指示を送出し、
   前記油温計の温度が第２の所定値（ＴＬ）より低い場合は、前記第１のバルブを開き、前記第２のバルブを閉じる指示を送出することを特徴とする二層式オイルパンの温度制御システム。