JP2017129068A - エンジンのオイル供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷間始動時であっても、実油圧を目標油圧へ収束するまでの期間を短くし、油圧作動装置の安定的な制御を早期に行う。【解決手段】コントローラ60は、エンジン100の運転状態に応じた油圧作動装置の要求油圧から目標油圧を設定し、油圧センサ50aが検出した実油圧が、目標油圧に一致するように、オイル制御弁84を制御して、オイルポンプ81の吐出量をフィードバック制御する。コントローラ60は、エンジン100の始動時からの一定期間、オイル制御弁84のデューティ比を固定デューティ比に設定する固定デューティ制御を実行した後、フィードバック制御を実行する。【選択図】図5

Description

本発明は、エンジンのオイル供給装置に関するものである。
従来より、エンジンの各部にオイルを供給するオイル供給装置が知られている。
特許文献1は、エンジンの始動時に、可変動弁機構のオイル圧が目標圧力以上になるように、流量調整弁がクランク軸受などに供給するオイル量を制限し、始動時から可変動弁機構の動作性を確保する技術を開示する。
特許文献2は、複数の油圧作動装置(油圧VVT、弁停止装置)を備え、エンジンの運転状態に応じて、複数の油圧作動装置の要求油圧のうち最大の要求油圧に目標油圧を設定し、設定した目標油圧に実油圧が一致するように、可変容量型オイルポンプの吐出量をオイル制御弁で制御する技術を開示する。
特許第5168372号公報 特開2014−199011号公報
エンジンの冷間始動時は、オイルの粘度が高い状態でオイルポンプが作動するので、給油路の全域にオイルがなかなか行き渡らない。そのため、メインギャラリよりも下流の給油路に設けられたオイルポンプの圧力室にはオイルが十分に供給されていないにも拘わらず、油圧センサが設けられたメインギャラリにはオイルが十分に供給されており、過度に大きな実油圧が油圧センサによって検出される事態が発生する。
このとき、フィードバック制御により、実油圧を目標油圧にまで下げる方向にオイル制御弁を制御しても、圧力室に十分なオイルが供給されていないので、オイルポンプはオイルの吐出量を調整できず、実油圧を下げることができない。そのため、実油圧を下げる方向の制御量は更に増していく。
やがて、圧力室に十分なオイルが供給され、オイルポンプは吐出量が調整可能な状態なるが、このとき、下げる方向の制御量が過度に大きくなっているので、実油圧は一挙に低下し、目標油圧を大きく下回り、オイルポンプの吐出量が過度に小さくなる。
圧力室へのオイルの供給量は、オイルポンプの吐出量に依存するので、オイルポンプの吐出量が過度に小さくなると、圧力室に十分なオイルが供給されず、オイルポンプは、再度、調整不可能な状態になる。したがって、過度に低くなった実油圧を目標油圧にまで上げる方向にオイル制御弁を制御しても、実油圧はなかなか目標油圧まで上昇されない。そのため、実油圧を上げる方向の制御量が増大していく。やがて、オイルポンプが制御可能な状態になるが、このとき、実油圧を上げる方向の制御量が過大なので、実油圧が急激に増大する。
このように、冷間始動時にフィードバック制御を適用すると、実油圧のハンチングが大きくなり、実油圧が目標油圧に収束するまでの時間が長期化するという問題がある。その結果、油圧VVT等の油圧作動装置の安定的な制御を早期に行うことができないという問題が発生する。
また、上記の特許文献1、2は、いずれもフィードバック制御を前提とするので、冷間始動時におけるこのような問題を解決することはできない。
本発明の目的は、冷間始動時であっても、実油圧を目標油圧へ収束するまでの期間を短くし、油圧作動装置の安定的な制御を早期に行うことが可能なエンジンのオイル供給制御装置を提供することである。
本発明の一態様は、可変容量型のオイルポンプと、
前記オイルポンプと給油路を介して接続された油圧作動装置と、
前記給油路の油圧を検出する油圧検出部と、
前記オイルポンプの圧力室に供給するオイルの流量を制御することで、前記オイルポンプから吐出されるオイルの吐出量を変更するオイル制御弁と、
エンジンの運転状態に応じた前記油圧作動装置の要求油圧から目標油圧を設定し、前記油圧検出部が検出した実油圧が、前記目標油圧に一致するように、前記オイル制御弁を制御して、前記オイルポンプの吐出量をフィードバック制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記エンジンの始動時からの一定期間、前記オイル制御弁の制御値を固定制御値に設定する固定値制御を実行した後、前記フィードバック制御を実行する。
本態様によれば、エンジンの始動時からの一定期間、オイル制御弁の制御値を固定制御値に設定する固定値制御が実行される。そのため、オイル粘度が高い冷間始動時であっても、PIDのフィードバック制御を行った場合のようにI項による制御値の積算がなくなり、実油圧を目標油圧へ速やかに収束させることができる。その結果、油圧作動装置の早期安定制御を可能にできる。
上記態様において、前記オイルの粘度特性を検出する粘度特性検出部を更に備え、
前記制御部は、前記粘度特性検出部により検出された粘度特性が示す粘度が小さくなるにつれて、前記固定制御値を大きく設定してもよい。
本態様によれば、オイルの粘度特性が示す粘度が小さくなるにつれて、固定制御値が大きく設定されるので、エンジンの始動後のオイルの粘度特性を考慮に入れて、実油圧の目標油圧への収束をより早めることができる。
上記態様において、前記オイルの粘度特性を検出する粘度特性検出部を更に備え、
前記制御部は、前記粘度特性検出部により検出された粘度特性が示す粘度が小さくなるにつれて前記一定期間を短く設定してもよい。
本態様によれば、オイルの粘度特性が示す粘度が小さくなるにつれて、固定値制御の実行時間が短く設定されるので、エンジンの始動後のオイルの粘度特性を考慮に入れて、実油圧の目標油圧への収束をより早めることができる。
上記態様において、前記固定制御値は、前記オイル制御弁を構成する素子が持つ特性のばらつきのうち最大のばらつきを持つ素子で前記オイル制御弁を構成した場合において、前記実油圧が所定の上限油圧を超えないという条件の下、前記フィードバック制御の開始時における前記油圧作動装置の要求油圧に対応する制御値と一致又は近い値が設定されていてもよい。
本態様によれば、固定制御値は、フィードバック制御の開始時における油圧作動装置の要求油圧に対応する制御値に一致又は近い値に設定されるので、固定値制御からフィードバック制御への制御の移行を早期に行うことができる。更に、固定制御値は、オイル制御弁を構成する素子が持つ特性のばらつきのうち、最大のばらつきを持つ素子でオイル制御弁を構成した場合において、実油圧が所定の上限油圧を超えないという条件を満たしている。そのため、固定値制御において、実油圧が上限油圧を超えず、オイル供給装置の信頼性を満たし、オイルポンプを発生元とする騒音を抑制できる。更に、実油圧が上限油圧を超えないので、オイルジェット等の油圧作動装置からオイルが噴射されることでエンジンが冷却され、エンジンの燃焼安定性の低下を抑制できる。
上記態様において、前記オイルの粘度特性を検出する粘度特性検出部を更に備え、
前記制御部は、前記粘度特性検出部により検出された粘度が所定の粘度よりも高い場合に、前記固定値制御を実行してもよい。
本態様によれば、粘度特性検出部により検出された粘度が所定の粘度よりも高い場合に限って、固定値制御が実行される。そのため、粘度が所定の粘度よりも低い場合に、固定値制御が実行され、却って、実油圧が目標油圧に収束するまでの時間が長くなることを防止できる。
本発明によれば、オイル粘度が高い冷間始動時において、実油圧を目標油圧へ速やかに収束させることができ、油圧作動装置の早期安定制御を可能にできる。
シリンダの軸心を含む平面で切断したエンジンの概略的な断面図である。 クランクシャフトの縦断面図である。 油圧作動式弁停止装置の構成及び作動を示す断面図であり、(A)はロック状態を、(B)はロック解除状態を、(C)は弁の作動が停止している状態を示す。 可変バルブタイミング機構の概略構成を示す断面図である。 オイル供給装置の油圧回路図である。 冷間始動時に、PIDのフィードバック制御を行った場合のデューティ比及び実油圧の時間的推移を示すグラフである。 オイル制御弁の特性を示したグラフである。 冷間始動時に、固定デューティ制御を行った場合のデューティ比及び実油圧の時間的推移を示すグラフである。 本発明の実施の形態におけるオイル供給装置の動作の一例を示すフローチャートである。 上図は固定デューティ比テーブルの一例を示す図であり、下図は継続時間テーブルの一例を示す図である。 排気側VVTの要求油圧を示す要求油圧テーブルの一例を示す図である。
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に、シリンダの軸心を含む平面で切断したエンジン100の概略的な断面図を示す。本明細書では、説明の便宜上、シリンダの軸心方向を上下方向と称し、気筒列方向を前後方向と称する。さらに、気筒列方向においてエンジン100の反トランスミッション側を前側、トランスミッション側を後側と称する。
エンジン100は、4つの気筒が所定の気筒列方向に並んで配置された直列4気筒エンジンである。エンジン100は、シリンダヘッド1と、シリンダヘッド1に取り付けられるシリンダブロック2と、シリンダブロック2に取り付けられるオイルパン3とを備えている。
シリンダブロック2は、アッパブロック21と、ロアブロック22とを有している。ロアブロック22は、アッパブロック21の下面に取り付けられる。ロアブロック22の下面に、オイルパン3が取り付けられる。
アッパブロック21には、4つの気筒に対応する4つのシリンダボア23が気筒列方向に並んで形成されている(図1には1つのシリンダボア23だけ図示)。シリンダボア23は、アッパブロック21の上部に形成され、アッパブロック21の下部はクランク室の一部を区画する。シリンダボア23には、ピストン24が挿通されている。ピストン24は、コネクティングロッド25を介してクランクシャフト26に連結されている。シリンダボア23と、ピストン24と、シリンダヘッド1とによって燃焼室27が区画される。尚、4つのシリンダボア23は、前側から順に、第1気筒、第2気筒、第3気筒及び第4気筒に相当する。
シリンダヘッド1には、燃焼室27に開口する吸気ポート11と排気ポート12が設けられ、吸気ポート11には、吸気ポート11を開閉する吸気弁13が設けられている。排気ポート12には、排気ポート12を開閉する排気弁14が設けられている。吸気弁13及び排気弁14はそれぞれ、カムシャフト41,42に設けられたカム部41a,42aによって駆動される。
詳しくは、吸気弁13及び排気弁14は、バルブスプリング15,16により閉方向(図1では上方向)に付勢されている。吸気弁13及び排気弁14とカム部41a,42aとの間には、それぞれスイングアーム43,44が介設されている。スイングアーム43,44の一端部は、それぞれ油圧ラッシュアジャスタ(Hydraulic Lash Adjuster、以下、「HLA」と称する)45,46に支持されている。スイングアーム43,44は、その略中央部に設けられたカムフォロア43a,44aがそれぞれカム部41a,42aに押されることによって、HLA45,46に支持された一端部を支点として揺動する。スイングアーム43,44は、こうして揺動することによって、他端部でそれぞれ吸気弁13及び排気弁14をバルブスプリング15,16の付勢力に抗して開方向(図1では下方向)へ移動させる。HLA45,46は、油圧により自動的にバルブクリアランスをゼロに調整する。
尚、第1気筒及び第4気筒に設けられたHLA45,46は、それぞれ吸気弁13及び排気弁14の動作を停止させる弁停止機構を備えている。以下、弁停止機構の有無でHLAを区別する場合には、弁停止機構を備えているHLA45,46を、HLA45a,46aと称し、弁停止機構を備えていないHLA45,46を、HLA45b,46bと称する。エンジン100は、全気筒運転時には、第1〜第4気筒の全ての吸気弁13及び排気弁14を作動させる一方、減気筒運転時には、第1及び第4気筒の吸気弁13及び排気弁14の作動を停止させ、第2及び第3気筒の吸気弁13及び排気弁14を作動させる。
シリンダヘッド1の第1及び第4気筒に対応する部分には、HLA45a,46aを装着するための装着孔が形成されている。HLA45a,46aは、該装着孔に装着される。シリンダヘッド1には、装着孔に連通する給油路が形成されている。この給油路を介して、HLA45a,46aにオイルが供給される。
シリンダヘッド1の上部にはカムキャップ47が取り付けられている。カムシャフト41,42は、シリンダヘッド1及びカムキャップ47により回転可能に支持されている。
吸気側のカムシャフト41の上方には、吸気側のオイルシャワー48が設けられ、排気側のカムシャフト42の上方には、排気側のオイルシャワー49が設けられている。吸気側のオイルシャワー48及び排気側のオイルシャワー49は、カム部41a,42aと、スイングアーム43,44のカムフォロア43a,44aとの接触部にオイルを滴下するように構成されている。
また、エンジン100には、吸気弁13及び排気弁14のそれぞれの弁特性を変更する可変バルブタイミング機構(以下、「VVT」と称する)が設けられている。吸気側VVTは電動式であり,排気側VVT18は油圧式である。
アッパブロック21は、4つのシリンダボア23に対して吸気側に位置する第1側壁21aと、4つのシリンダボア23に対して排気側に位置する第2側壁21bと、最も前側のシリンダボア23よりも前側に位置する前壁(図示省略)と、最も後側のシリンダボア23よりも後側に位置する後壁(図示省略)と、隣り合う各2つのシリンダボア23の間の部分において上下方向に拡がる複数の縦壁21cとを有している。
ロアブロック22は、アッパブロック21の第1側壁21aに対応し、吸気側に位置する第1側壁22aと、アッパブロック21の第2側壁21bに対応し、排気側に位置する第2側壁22bと、アッパブロック21の前壁に対応し、前側に位置する前壁(図示省略)と、アッパブロック21の後壁に対応し、後側に位置する後壁(図示省略)と、アッパブロック21の縦壁21cに対応する複数の縦壁22cとを有している。アッパブロック21とロアブロック22とは、ボルト締結される。
アッパブロック21の前壁とロアブロック22の前壁との間、アッパブロック21の後壁とロアブロック22の後壁との間、縦壁21cと縦壁22cとの間には、クランクシャフト26を支持する軸受部28が設けられている。
以下に、図2を参照しながら、縦壁21cと縦壁22cとの間の軸受部28に付いて説明する。図2は、気筒列方向の中央に位置するアッパブロック21の縦壁21c及びロアブロック22の縦壁22cの断面図である。尚、アッパブロック21の前壁とロアブロック22の前壁との間、アッパブロック21の後壁とロアブロック22の後壁との間にも同様の軸受部28が設けられている。それぞれの軸受部28を区別する場合には、前側から順に、第1軸受部28A、第2軸受部28B、第3軸受部28C、第4軸受部28D、第5軸受部28Eと称する。
軸受部28は、2つのボルト締結箇所の間に設けられている。詳しくは、軸受部28は、一対のネジ孔21f及びボルト挿通孔22fの間に配置されている。軸受部28は、円筒状の軸受メタル29を有している。縦壁21c及び縦壁22cのそれぞれの接合部には、半円状の切欠部が形成されている。軸受メタル29は、第1半円部29aと第2半円部29bとからなる分割構造をしており、第1半円部29aは、縦壁21cの切欠部に装着
され、第2半円部29bは、縦壁22cの切欠部に装着される。縦壁21cと縦壁22cとが結合されることによって、第1半円部29aと第2半円部29bとが結合し、円筒状になる。第1半円部29aの内周面には、円周方向に延びる油溝29cが形成されている。それに加え、第1半円部29aには、一端が第1半円部29aの外周面に開口し、他端が油溝29cに開口する連絡路29dが貫通形成されている。アッパブロック21には、給油路が形成されており、該給油路を介して第1半円部29aの外周面にオイルが供給されている。連絡路29dは、該給油路と連通する位置に配置されている。これにより、給油路から供給されたオイルが連絡路29dを介して油溝29cに流入するようになっている。
尚、図示は省略するが、シリンダブロック2の前壁には、チェーンカバーが取り付けられている。チェーンカバーの内側には、クランクシャフト26に設けられた駆動スプロケット、該駆動スプロケットに巻回されたタイミングチェーン、該タイミングチェーンに張力を付与するチェーンテンショナ等が配置されている。
図3を参照しながら、弁停止機構を備えたHLA45a,46aについて詳しく説明する。尚、HLA45a,46aの構成は実質的に同じなので、以下では、HLA45aについてのみ説明する。
HLA45aは、ピボット機構45cと弁停止機構45dとを有している。
ピボット機構45cは、周知のHLAのピボット機構であり、油圧によりバルブクリアランスを自動的にゼロに調整する。尚、HLA45b,46bは、弁停止機構を有していないが、ピボット機構45cと実質的に同じピボット機構を有している。
弁停止機構45dは、対応する吸気弁13又は排気弁14の作動及び作動停止を切り替える機構である。弁停止機構45dは、一端が開口し、他端に底を有し、ピボット機構45cを軸方向に摺動可能に収容する外筒45eと、外筒45eの側周面に対向しても形成された2つの貫通孔45fに進退可能に挿通された一対のロックピン45gと、一つのロックピン45gを外筒45eの半径方向外側に付勢するロックスプリング45hと、外筒45eの底とピボット機構45cとの間に設けられ、ピボット機構45cを外筒45eの開口の方へ軸方向に付勢するロストモーションスプリング45iとを有している。ロックピン45gは、ピボット機構45cの下端に配置されている。ロックピン45gは、油圧によって駆動され、貫通孔45fに嵌合した状態と、外筒45eの半径方向内側へ移動して貫通孔45fとの嵌合が解除された状態との間で切り替えられる。
図3(A)に示すように、ロックピン45gが貫通孔45fに嵌合しているときには、ピボット機構45cは、外筒45eから比較的大きな突出量で突出し、ロックピン45gにより外筒45eの軸方向への移動が規制されている。つまり、ピボット機構45cは、ロック状態となっている。この状態において、ピボット機構45cの頂部は、スイングアーム43又はスイングアーム44の一端部に接触し、揺動の支点として機能する。これにより、スイングアーム43,44は、その他端部でそれぞれ吸気弁13及び排気弁14をバルブスプリング15,16の付勢力に抗して開方向へ移動させる。つまり、弁停止機構45dがロック状態のときには、対応する吸気弁13又は排気弁14を作動させる。
一方、ロックピン45gに半径方向外側から油圧が作用すると、図3(B)に示すように、ロックピン45gは、ロックスプリング45hの付勢力に抗して、外筒45eの半径方向内側へ移動し、貫通孔45fとの嵌合が解除される。これにより、ピボット機構45cのロックが解除される。
このロック解除状態においても、ロストモーションスプリング45iの付勢力により、ピボット機構45cは、外筒45eから比較的大きな突出量で突出した状態となっている。ただし、ピボット機構45cは、外筒45eの軸方向への移動が規制されておらず、移動可能となっている。また、ロストモーションスプリング45iの付勢力は、バルブスプリング15,16による、吸気弁13及び排気弁14を閉方向へ付勢する付勢力よりも小さく設定されている。そのため、ロック解除状態において、カムフォロア43a,44aがそれぞれカム部41a,42aに押されると、吸気弁13及び排気弁14の頂部がスイングアーム43,44の揺動の支点となり、スイングアーム43,44は、図3(C)に示すように、ピボット機構45cをロストモーションスプリング45iの付勢力に抗して外筒45eの底の方へ移動させる。つまり、弁停止機構45dがロック解除状態のときには、対応する吸気弁13又は排気弁14の作動を停止させる。
次に、図4を参照しながら、排気側VVT18について詳しく説明する。
排気側VVT18は、略円環状のハウジング18aと、該ハウジング18aの内部に収容されたロータ18bとを有している。ハウジング18aは、クランクシャフト26と同期して回転するカムプーリ18cと一体回転可能に連結されている。ロータ18bは、吸気弁13を開閉させるカムシャフト41と一体回転可能に連結されている。ロータ18bには、ハウジング18aの内周面と摺動するベーン18dが設けられている。ハウジング18aの内部には、ハウジング18aの内周面、ベーン18d及びロータ18bの本体によって区画される遅角油圧室18eと進角油圧室18fとが複数形成されている。これら遅角油圧室18e及び進角油圧室18fには、オイルが供給されている。遅角油圧室18eの油圧が高いと、ハウジング18aの回転方向に対してロータ18bが反対向きに回転する。すなわち、カムシャフト41が、カムプーリ18cに対して反対向きに回転し、吸気弁13の開弁時期が遅くなる。一方、進角油圧室18fの油圧が高いと、ハウジング18aの回転方向に対してロータ18bが同じ向きに回転する。すなわち、カムシャフト41が、カムプーリ18cに対して同じ向きに回転し、吸気弁13の開弁時期が早くなる。
次に、オイル供給装置200について図5を参照しながら説明する。図5に、オイル供給装置200の油圧回路図を示す。
オイル供給装置200は、クランクシャフト26によって回転駆動される可変容量型のオイルポンプ81と、オイルポンプ81に接続され、オイルが流通する給油路5とを有している。オイルポンプ81は、エンジン100による駆動される補機である。
オイルポンプ81は、公知の可変容量型のオイルポンプであり、クランクシャフト26により駆動される。オイルポンプ81は、ロアブロック22の下面に取り付けられ、オイルパン3内に収容された状態となっている。詳しくは、オイルポンプ81は、クランクシャフト26に回転駆動される駆動シャフト81aと、駆動シャフト81aに連結されたロータ81bと、ロータ81bから半径方向へ進退自在に設けられた複数のベーン81cと、前記ロータ81b及びベーン81cを収容し、ロータ81bの回転中心に対する偏心量が調整されるように構成されたカムリング81dと、ロータ81bの回転中心に対する偏心量が増大する方向へカムリング81dを付勢するスプリング81eと、ロータ81bの内側に配置されたリング部材81fと、ロータ81b、ベーン81c、カムリング81d、スプリング81e及びリング部材81fを収容するハウジング81gとを有している。
図示は省略するが、駆動シャフト81aの一端部は、ハウジング81gの外方へ突出し、該一端部には、従動スプロケットが連結されている。従動スプロケットには、タイミングチェーンが巻回されている。このタイミングチェーンは、クランクシャフト26の駆動スプロケットにも巻回されている。こうして、ロータ81bは、タイミングチェーンを介してクランクシャフト26に回転駆動される。
ロータ81bが回転する際に各ベーン81cは、カムリング81dの内周面上を摺動する。これにより、ロータ81b、隣り合う2つのベーン81c、カムリング81d及びハウジング81gによってポンプ室(作動油室)81iが区画される。
ハウジング81gには、ポンプ室81i内へオイルを吸入する吸入口81jが形成されると共に、ポンプ室81iからオイルが吐出される吐出口81kが形成されている。吸入口81jには、オイルストレーナ81lが接続されている。オイルストレーナ81lは、オイルパン3に貯留されたオイルに浸漬されている。つまり、オイルパン3に貯留されたオイルがオイルストレーナ81lを介して吸入口81jからポンプ室81i内へ吸入される。一方、吐出口81kには、給油路5が接続されている。つまり、オイルポンプ81に
より昇圧されたオイルは、吐出口81kから給油路5へ吐出される。
カムリング81dは、所定の支点回りに揺動するようにハウジング81gに支持されている。スプリング81eは、該支点回りの一方側へカムリング81dを付勢している。また、カムリング81dとハウジング81gとの間には圧力室81mが区画される。圧力室81mには、外部からオイルが供給されるように構成されている。カムリング81dには、圧力室81m内のオイルの油圧が作用している。そのため、カムリング81dは、スプリング81eの付勢力と圧力室81mの油圧とのバランスに応じて揺動し、ロータ81bの回転中心に対するカムリング81dの偏心量が決まる。カムリング81dの偏心量に応じて、オイルポンプ81の容量が変化し、オイルの吐出量が変化する。
給油路5は、パイプ並びに、シリンダヘッド1及びシリンダブロック2に穿設された流路で形成されている。給油路5は、シリンダブロック2において気筒列方向に延びるメインギャラリ50と、オイルポンプ81とメインギャラリ50とを接続する第1連通路51と、メインギャラリ50からシリンダヘッド1まで延びる第2連通路52と、シリンダヘッド1において吸気側と排気側との間を略水平方向に延びる第3連通路53と、第1連通路51から分岐する制御用給油路54と、第3連通路53から分岐する第1〜第5給油路55〜59とを有している。
第1連通路51は、オイルポンプ81の吐出口81kに接続されている。第1連通路51には、オイルフィルタ82及びオイルクーラ83がオイルポンプ81側から順に設けられている。つまり、オイルポンプ81から第1連通路51へ吐出されたオイルは、オイルフィルタ82で濾過され、オイルクーラ83で油温が調整された後、メインギャラリ50へ流入する。
メインギャラリ50には、4つのピストン24の背面側にオイルを噴射するオイルジェット71と、クランクシャフト26を回転自在に支持する5つの軸受部28の軸受メタル29と、4つのコネクティングロッド25が回転自在に連結されたクランクピンに配置された軸受メタル72と、油圧式チェーンテンショナへオイルを供給するオイル供給部73と、タイミングチェーンにオイルを噴射するオイルジェット74と、メインギャラリ50を流通するオイルの油圧を検出する油圧センサ50aが接続されている。油圧センサ50aは、油圧検出部の一例である。メインギャラリ50には、オイルが常時供給されている。オイルジェット71は、逆止弁とノズルとを有し、所定値以上の油圧が作用すると、逆止弁が開弁し、ノズルからオイルを噴射する。
また、メインギャラリ50からは、オイル制御弁84を介してオイルポンプ81の圧力室81mに接続された制御用給油路54が分岐している。制御用給油路54には、オイルフィルタ54aが設けられている。メインギャラリ50のオイルは、制御用給油路54を通り、オイル制御弁84によって油圧が調整された後、オイルポンプ81の圧力室81mに流入する。つまり、オイル制御弁84は、圧力室81mに供給するオイルの流量を制御することで、オイルポンプ81の吐出量を変更する。
オイル制御弁84は、リニアソレノイドバルブである。オイル制御弁84は、入力されるデューティ比に応じて、圧力室81mに供給するオイルの流量を調整する。
第2連通路52は、メインギャラリ50と第3連通路53とを連通させている。メインギャラリ50を流通するオイルは、第2連通路52を通って、第3連通路53へ流入する。第3連通路53へ流入したオイルは、第3連通路53を介して、シリンダヘッド1の吸気側と排気側へ分配される。
第1給油路55には、吸気側のカムシャフト41のカムジャーナルを支持する軸受メタルのオイル供給部91と、吸気側のカムシャフト41のスラスト軸受のオイル供給部92と、弁停止機構付きHLA45aのピボット機構45cと、弁停止機構無しHLA45bと、吸気側のオイルシャワー48と、吸気側VVTの摺動部のオイル供給部93とが接続されている。
第2給油路56には、排気側のカムシャフト42のカムジャーナルを支持する軸受メタルのオイル供給部94と、排気側のカムシャフト42のスラスト軸受のオイル供給部95と、弁停止機構付きHLA46aのピボット機構46cと、弁停止機構無しHLA46bと、排気側のオイルシャワー49とが接続されている。
第3給油路57は、第1方向切換弁96を介して、排気側VVT18の遅角油圧室18e及び進角油圧室18fに接続されている。また、第3給油路57には、排気側のカムシャフト42の軸受メタルのオイル供給部94のうち最前部に位置するオイル供給部94が接続されている。第3給油路57における第1方向切換弁96の上流側には、オイルフィルタ57aが接続されている。第1方向切換弁96によって、遅角油圧室18e及び進角油圧室18fへ供給されるオイル流量が調整される。
第4給油路58は、第2方向切換弁97を介して第1気筒の弁停止機構付きHLA45aの弁停止機構45d及び弁停止機構付きHLA46aの弁停止機構46dに接続されている。第4給油路58における第2方向切換弁97の上流側には、オイルフィルタ58aが接続されている。第2方向切換弁97によって、第1気筒の弁停止機構45d及び弁停止機構46dへのオイル供給が制御される。
第5給油路59は、第3方向切換弁98を介して第4気筒の弁停止機構付きHLA45aの弁停止機構45d及び弁停止機構付きHLA46aの弁停止機構46dに接続されている。第5給油路59における第3方向切換弁98の上流側には、オイルフィルタ59aが接続されている。第3方向切換弁98によって、第4気筒の弁停止機構45d及び弁停止機構46dへのオイル供給が制御される。
エンジン100の各部に供給されたオイルは、図示しないドレイン油路を通ってオイルパン3に滴下し、オイルポンプ81により再び還流される。
エンジン100は、コントローラ60によって制御される。コントローラ60は、プロセッサ及びメモリを有し、エンジン100の運転状態を検出する各種センサからの検出結果が入力される。例えば、コントローラ60には、油圧センサ50a、クランクシャフト26の回転角度を検出するクランク角センサ61、エンジン100が吸入する空気量を検出するエアフローセンサ62、油温センサ63(粘度特性検出部の一例)、カムシャフト41,42の回転位相を検出するカム角センサ64及びエンジン100の冷却水の温度を検出する水温センサ65が接続されている。コントローラ60は、クランク角センサ61からの検出信号に基づいてエンジン回転速度を求め、エアフローセンサ62の検出信号に基づいてエンジン負荷を求め、カム角センサ64の検出信号に基づいて吸気側VVT及び排気側VVT18の作動角を求める。コントローラ60は、制御部の一例である。
コントローラ60は、各種検出結果に基づいてエンジン100の運転状態を判定し、判定した運転状態に応じてオイル制御弁84、第1方向切換弁96、第2方向切換弁97及び第3方向切換弁98を制御する。
コントローラ60の制御の1つに減気筒運転がある。コントローラ60は、全気筒で燃焼を実行する全気筒運転と、一部の気筒での燃焼を停止し、残りの気筒で燃焼を実行する減気筒運転とをエンジン100の運転状態に応じて切り替える。
また、コントローラ60は、エンジン100の運転状態に応じた油圧作動装置の要求油圧のうち、最も高い要求油圧を目標油圧として設定し、油圧センサ50aが検出した実油圧が、目標油圧に一致するように、オイル制御弁84を制御して、オイルポンプ81の吐出量をフィードバック制御する。フィードバック制御としては、例えば、PID制御が採用できる。油圧作動装置としては、例えば、排気側VVT18、弁停止機構45d,46d、オイルジェット71が該当する。
図6は、冷間始動時に、PIDのフィードバック制御を行った場合のデューティ比及び実油圧の時間的推移を示すグラフである。図6の上図は、デューティ比の時間的推移を示すグラフであり、縦軸はデューティ比、横軸は時間を示す。図6の下図は、実油圧の時間的推移を示すグラフであり、縦軸は油圧、横軸は時間を示す。時刻T1では、エンジン100が始動されている。
なお、オイル制御弁84は、デューティ比が増大するにつれて、弁の開度が増大する。オイルポンプ81は、オイル制御弁84の弁の開度が増大するにつれて、圧力室81mに流入するオイルの量が増大し、カムリング81dの偏心量が減少する。これにより、オイルポンプ81からのオイルの吐出量が減少し、実油圧が減少する。
エンジン100の始動直後は、給油路5のオイルは抜けているので、圧力室81mのオイルも抜けており、圧力室81mは減圧されている。つまり、時刻T1では、オイル制御弁84は、オイルポンプ81によるオイルの吐出量を制御できない状態にある。そこで、時刻T1では、オイルポンプ81は、給油路5にオイルを速やかに行き渡らせるために、最大の吐出量でオイルを吐出する。これにより、実油圧は急激に上昇している。
時刻T2では、実油圧が目標油圧を大幅に超えたので、コントローラ60は、実油圧を下げるためにデューティ比を増大させている。メインギャラリ50は給油路5の上流に位置しているので、直ぐにオイルが充填され、油圧センサ50aは、油圧の急激な変化を検出している。一方、圧力室81mは、メインギャラリ50よりも下流に位置しているので、デューティ比を増大させてオイル制御弁84の開度を上昇させても、なかなか、オイルが充填されず、オイルポンプ81はオイルの吐出量を制御できない状態にある。
そのため、時刻T2〜T3の期間では、デューティ比が増大されているにも拘わらず、実油圧は高い状態を維持している。このとき、PID制御のI(積分)項の影響により、目標油圧と実油圧との偏差が積算され、デューティ比が狙いとする目標デューティ比DRに比べて過大になっている。ここで、目標デューティ比DRは、実油圧が目標油圧になることが想定されるデューティ比を示す。
時刻T3では、給油路5の全域にオイルが充填され、ようやく、オイル制御弁84を介してオイル圧力室81mへオイルが供給され、オイルポンプ81は吐出量を調整可能な状態になっている。このとき、過大なデューティ比の影響により、実油圧は、目標油圧を大幅に下回る値にまで急激に下がる(時刻T4)。
時刻T4〜T5の期間では、実油圧を目標油圧に向けて上げるために、デューティ比が徐々に下げられている。但し、冷間始動時では、デューティ比の傾斜を大きくすると、油圧ハンチングが起こるため、この傾斜は可能な限り緩やかにされている。そのため、実油圧は低い状態を維持している。
また、時刻T4〜T5の期間では、実油圧が目標油圧より大きく下げられ、オイルポンプ81の吐出量が過少になるので、圧力室81mのオイル量が不十分になり、オイルポンプ81は、吐出量を調整できない状態になっている。これによっても、実油圧は低い状態を維持している。
図7は、オイル制御弁84の特性を示したグラフであり、縦軸はオイル制御弁84から圧力室81mへ供給されるオイルの流量を示し、横軸はデューティ比を示している。
図7に示すように、デューティ比がデューティ比DAを超えると、オイルの流量が増大し始め、以降、デューティ比が増大するにつれて、オイルの流量がリニアに増大している。そして、デューティ比がデューティ比DB(>DA)を超えると、オイルの流量は一定の値を維持している。
図7において、境界デューティ比DMを境に右側の領域は、デューティ比を変えてもオイルポンプ81の吐出量があまり変化しない不感帯を示し、左側の領域はデューティ比に応じてオイルポンプ81の吐出量が変化する可感帯を示している。
つまり、デューティ比が境界デューティ比DMを超えると、オイルポンプ81の吐出量が過少になるので、圧力室81mのオイル量が不十分となり、オイルポンプ81は吐出量を調整できなくなる。一方、デューティ比が境界デューティ比DMを下回ると、オイルポンプ81から吐出されるオイルによって、圧力室81mに十分なオイルが供給され、オイルポンプ81は吐出量を調整できる。なお、目標デューティ比DRは、境界デューティ比DMよりも、少し、デューティ比が低い位置にある。
図6の時刻T4〜T5の期間では、図7のグラフの不感帯でオイルポンプ81は制御されている。そのため、この期間では、デューティ比を下げても実油圧がなかなか上がらないのである。
図6に参照を戻す。時刻T5では、デューティ比がようやく可感帯に入ったので、実油圧が変化しているが、デューティ比が目標デューティ比DRを下回っているので、実油圧は目標油圧よりも大幅に大きな値にまで急激に上昇している。そのため、時刻T5では実油圧を目標油圧にまで下げるために、デューティ比の上昇が開始されている。
以後、実油圧は目標油圧を中心にハンチングを繰り返しながら、目標油圧に徐々収束する。
時刻T5以降、目標油圧へ実油圧がなかなか収束しないのは、冷間始動時では、オイルの粘度が高い(硬い)ため、給油路5による圧力損失が高く、デューティ比調整→オイル制御弁84の作動→圧力室81mへのオイル供給→オイルポンプ81の作動→オイルの吐出量の変化→油圧センサ50aのセンシング→デューティ比の再調整という、一連のサイクルを繰り返すのに時間がかかるからである。
そこで、コントローラ60は、オイルの油温が基準油温以下であれば、エンジン100の始動時からの一定期間、オイル制御弁のデューティ比(制御値の一例)を固定デューティ比(固定制御値の一例)に設定する固定デューティ制御(固定値制御の一例)を実行した後、フィードバック制御を実行する。これにより、エンジン100の始動時からの一定期間、PID制御におけるI項による偏差の積算がなくなり、図6の時刻T1〜T5の期間を短縮できる。
図8は、冷間始動時に、固定デューティ制御を行った場合のデューティ比及び実油圧の時間的推移を示すグラフである。図8の上図は、デューティ比の時間的推移を示すグラフであり、縦軸はデューティ比、横軸は時間を示す。図8の下図は、実油圧の時間的推移を示すグラフであり、縦軸は油圧、横軸は時間を示す。
時刻T1では、エンジン100が始動されている。このとき、デューティ比が固定デューティ比DFに設定され、固定デューティ制御が開始されている。エンジン100の始動直後は、給油路5のオイルは抜けており、圧力室81mにはオイルが十分に供給されていないので、図6と同様、オイルポンプ81は、最大の吐出量でオイルを吐出する。これにより、実油圧は急激に上昇している。以後、固定デューティ制御が終了される時刻T2までの期間、実油圧は図6の時刻T1〜T2の期間と同様に変化する。
実油圧が目標油圧まで低下する時刻T2において、コントローラ60は、固定デューティ制御を終了し、フィードバック制御を開始している。
時刻T2〜T3の期間では、実油圧が目標油圧を下回ったので、実油圧を上げるためにデューティ比が徐々に低下されているが、実油圧の低下によりオイルポンプ81からの吐出量も下げられ、圧力室81mのオイル量が不十分となり、暫くの間、実油圧は低い状態を維持している。
しかし、図8では、時刻T1〜T2の期間において、コントローラ60は、オイル制御弁84のデューティ比を固定デューティ比DFに設定している。そのため、この期間において、目標油圧と実油圧との偏差が積算されず、フィードバック制御が開始される時刻T2において、デューティ比が、フィードバック制御開始時の目標油圧に対応する目標デューティ比DRに比べて過大にならならない。そのため、図6の場合のように、実油圧は目標油圧を大幅に下回らず、オイルポンプ81は、直ぐにオイルの吐出量が調整可能な状態となる(時刻T3)。以後、実油圧はフィードバック制御により、図6の時刻T5以降と同様の挙動を示して、目標油圧に収束する。
このように、本実施の形態では、冷間始動時においてフィードバック制御を行わず、固定デューティ制御を行うので、図6に示す時刻T1〜T5の期間が、図8に示す時刻T1〜T3の期間に短縮され、実油圧を目標油圧にまで速やかに収束させることができる。
図9は、本発明の実施の形態におけるオイル供給装置200の動作の一例を示すフローチャートである。まず、コントローラ60は、油温センサ63が検出したオイルの油温が、基準油温以下であるか否かを判定する(S701)。基準油温としては、固定デューティ制御を行った方が、フィードバック制御を行った場合に比べて、実油圧が目標油圧に収束するまでの時間を短くすることができる温度が採用できる。具体的には、基準油温としては0度が採用できるが、これは一例であり、オイルの種類に応じて異なる値が採用されてもよい。
オイルは油温が低くなるにつれて、粘度が高くなるという特性を持つので、油温が分かればオイルの粘度を特定できる。そこで、本実施の形態は、油温をオイルの粘度特性として採用する。
ここで、油温センサ63を用いて油温を計測したが、これは一例である。例えば、コントローラ60は、エンジン100の冷却水の温度や雰囲気温度から油温を推定し、推定した油温を基準油温と比較してもよい。
次に、コントローラ60は、固定デューティ比テーブルを参照し、油温に対応する固定デューティ比を決定する。
図10の上図は固定デューティ比テーブルT101の一例を示す図である。固定デューティ比テーブルT101は、油温と固定デューティ比とを対応付けて記憶する。図10の上図の例では、「−40度」「−30度」、「−20度」、「−10度」、「0度」の5つの油温に対応する5つの固定デューティ比「D0」、「D1」、「D2」、「D3」、「D4」が記憶されている。
ここで、固定デューティ比は、オイル制御弁84を構成する素子が持つ特性のばらつきのうち、最大のばらつきを持つ素子でオイル制御弁84を構成した場合において、実油圧が所定の上限油圧を超えないという条件を満たす値が設定されている。ここで、オイル制御弁84は、リニアソレノイドで構成されているので、オイル制御弁84を構成する素子としては、例えば、抵抗やコイルといった電気回路素子が該当する。
所定の上限油圧としては、これ以上、油圧が上がると、オイル供給装置200の破損やオイル漏れや、オイルポンプ81からノイズ音が発生することが想定され、且つ、オイルジェット71からオイルが噴射され、このオイルによってエンジン100が冷却され、エンジン100の燃焼安定性が低下することが想定される値が採用できる。
また、固定デューティ比がフィードバック制御の開始時における目標油圧に対応する目標デューティ比に近い方が、固定デューティ制御からフィードバック制御への移行を速やかに行うことができる。
そこで、図10の上図では、固定デューティ比は、上記条件の下、フィードバック制御の開始時における油圧作動装置の要求油圧に対応する目標デューティ比に一致又は近い値に設定されている。具体的には、ばらつきが最大の素子で構成されたオイル制御弁84に目標デューティ比を入力したときに、実油圧が上限油圧を超えたのであれば、固定デューティ比は、実油圧を上限油圧にまで下げるために、増大された値が設定される。一方、ばらつきが最大の素子で構成されたオイル制御弁84に目標デューティ比を入力したときに、実油圧が上限油圧を超えなければ、固定デューティ比は、目標デューティ比に設定される。
なお、始動時では、油圧作動装置のうち、排気側VVT18が早期に作動し、この排気側VVT18の要求油圧が最も高くなると考えられるので、要求油圧としては、排気側VVT18の要求油圧が採用される。
図10の上図では、油温が高くなるにつれて、固定デューティ比が大きくされ、オイルポンプ81からのオイルの吐出量が下げられている。これは、油温が高いほど、オイルの粘度が低くなり、オイルの応答性は向上するからである。つまり、油温が高い場合、油温が低い場合に比べて、オイルポンプ81からのオイルの吐出量を少なくしても、実油圧を狙いとする油圧にすることができるからである。
なお、固定デューティ比テーブルT101に直接的に記載されていない油温については、コントローラ60は、固定デューティ比テーブルT101に記載された前後する油温の固定デューティ比を線形補間することで、該当する油温の固定デューティ比を算出すればよい。
図9に参照を戻す。S703では、コントローラ60は、継続時間テーブルを参照し、油温に対応する継続時間を決定する。
図10の下図は、継続時間テーブルT102の一例を示す図である。継続時間テーブルT102は、油温と継続時間とを対応付けて記憶する。継続時間とは、固定デューティ制御が実行される時間である。
図10の下図の例では、「−40度」、「−30度」、「−20度」、「−10度」、「0度」の5つの油温に対応する5つの継続時間「T0」、「T1」、「T2」、「T3」、「T4」が記憶されている。継続時間「T0」〜「T4」は油温が増大するにつれて、小さな値が設定されている。これは、油温が高いほど、オイルの応答性が向上するので、より短い時間で実油圧を目標油圧に収束させることができるからである。
図9に参照を戻す。S704では、コントローラ60は、S703で決定した継続時間が経過したか否かを判定する。継続時間が経過していなければ(S704でNO)、処理は待機する。一方、継続時間が経過していれば(S704でYES)、処理がS705に進められる。これにより、継続時間が経過するまで固定デューティ制御が実行される。
S705では、コントローラ60は、目標油圧を設定する。ここで、コントローラ60は、油圧作動装置のうち、現在、要求油圧が最大の油圧作動装置の要求油圧に目標油圧を設定する。冷間始動時では、排気側VVT18の目標油圧が最大と考えられるので、排気側VVT18の要求油圧が目標油圧として設定される。
図11は、排気側VVT18の要求油圧を示す要求油圧テーブルT601の一例を示す図である。要求油圧テーブルT601は、油温とエンジン100の回転速度とに応じた排気側VVT18の要求油圧を記憶する。図11において、「Tc1」、「Tc2」、「Tc3」は油温を示し、「500」〜「6000」はエンジン100の回転速度を示す。すなわち、コントローラ60は、現在の油温とエンジン100の回転速度とに対応する要求油圧を要求油圧テーブルT601から読み出し、目標油圧を設定する。
ここで、コントローラ60は、排気側VVT18以外の他の油圧作動装置(弁停止機構45d,46d、オイルジェット71)についても、図11と同様の要求油圧テーブルを記憶し、それぞれの油圧要求テーブルから、現在のエンジン100の運転状態に対応する要求油圧を読み出す。そして、コントローラ60は、全ての油圧作動装置に対応する要求油圧テーブルから読み出した要求油圧のうち、最大の要求油圧を目標油圧として設定する。
図9に参照を戻す。S706では、コントローラ60は、S705で設定した目標油圧が、油圧センサ50aにより検出された実油圧と一致するように、フィードバック制御制御を行う。以降、コントローラ60は、エンジンが停止されるまで、エンジン100の状態を定期的に検出し、検出した状態において、複数の油圧作動装置が要求する要求油圧のうち最大の要求油圧を、目標油圧に設定し、フィードバック制御を行う。
このように、本実施の形態のオイル供給装置200によれば、冷間始動時からの一定期間、オイル制御弁84のデューティ比を固定デューティ比に設定する固定デューティ制御が実行される。そのため、PIDのフィードバック制御を行った場合におけるI項によるデューティ比の積算がなくなり、オイル粘度が高い冷間始動時であっても、実油圧を目標油圧へ速やかに収束させることができる。その結果、油圧作動装置の早期安定制御を可能にできる。
(変形例)
(1)図9のフローチャートでは、油温が基準油温以下の場合に固定デューティ制御が実行されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本オイル供給装置が適用される車両が低温地域で使用されることが自明である場合、エンジン100の始動時に無条件で固定デューティ制御が実行されてもよい。
(2)本実施の形態では、油温センサ63を用いてオイルの粘度特性を検出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、オイルの粘度を直接検出することができる粘度センサを用いて、オイルの粘度特性は検出されてもよい。この場合、図9のS701において、コントローラ60は、粘度センサが検出したオイルの粘度が基準粘度よりも高ければ(硬ければ)、固定デューティ制御を実行すればよい。
T101 固定デューティ比テーブル
T102 継続時間テーブル
5 給油路
18 排気側VVT(油圧作動装置)
45d,46d 弁停止機構(油圧作動装置)
71オイルジェット(油圧作動装置)
50a 油圧センサ(油圧検出部)
60 コントローラ(制御部)
63 油温センサ(粘度特性検出部)
81m 圧力室
81 オイルポンプ
84 オイル制御弁
100 エンジン
200 オイル供給装置

Claims (5)

  1. 可変容量型のオイルポンプと、
    前記オイルポンプと給油路を介して接続された油圧作動装置と、
    前記給油路の油圧を検出する油圧検出部と、
    前記オイルポンプの圧力室に供給するオイルの流量を制御することで、前記オイルポンプから吐出されるオイルの吐出量を変更するオイル制御弁と、
    エンジンの運転状態に応じた前記油圧作動装置の要求油圧から目標油圧を設定し、前記油圧検出部が検出した実油圧が、前記目標油圧に一致するように、前記オイル制御弁を制御して、前記オイルポンプの吐出量をフィードバック制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記エンジンの始動時からの一定期間、前記オイル制御弁の制御値を固定制御値に設定する固定値制御を実行した後、前記フィードバック制御を実行するエンジンのオイル供給装置。
  2. 前記オイルの粘度特性を検出する粘度特性検出部を更に備え、
    前記制御部は、前記粘度特性検出部により検出された粘度特性が示す粘度が小さくなるにつれて、前記固定制御値を大きく設定する請求項1に記載のエンジンのオイル供給装置。
  3. 前記オイルの粘度特性を検出する粘度特性検出部を更に備え、
    前記制御部は、前記粘度特性検出部により検出された粘度特性が示す粘度が小さくなるにつれて前記一定期間を短く設定する請求項1又は2に記載のエンジンのオイル供給装置。
  4. 前記固定制御値は、前記オイル制御弁を構成する素子が持つ特性のばらつきのうち最大のばらつきを持つ素子で前記オイル制御弁を構成した場合において、前記実油圧が所定の上限油圧を超えないという条件の下、前記フィードバック制御の開始時における前記油圧作動装置の要求油圧に対応する制御値と一致又は近い値が設定されている請求項1〜3のいずれかに記載のエンジンのオイル制御装置。
  5. 前記オイルの粘度特性を検出する粘度特性検出部を更に備え、
    前記制御部は、前記粘度特性検出部により検出された粘度が所定の粘度よりも高い場合に、前記固定値制御を実行する請求項1〜4のいずれかに記載のエンジンのオイル供給装置。
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