JPH02223619A - 内燃機関のシリンダ注油装置 - Google Patents

内燃機関のシリンダ注油装置

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JPH02223619A
JPH02223619A JP1288641A JP28864189A JPH02223619A JP H02223619 A JPH02223619 A JP H02223619A JP 1288641 A JP1288641 A JP 1288641A JP 28864189 A JP28864189 A JP 28864189A JP H02223619 A JPH02223619 A JP H02223619A
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昭二 三井
Yasutaka Irie
入江 泰隆
Hiroaki Miyano
宮野 弥明
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/16—Controlling lubricant pressure or quantity

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は内燃機関、特に大型ディーゼル機関のシリンダ
注油装置に関する。
(従来の技術) 内燃機関、特に大型ディーゼル機関のシリンダライナ内
面の潤滑方法としては、該シリンダライナに穿設された
注油孔より強制的に注油する方法が従来より広く用いら
れている。
第19図は舶用ディーゼル機関用シリンダライナ注油装
置の従来の例を示す。
図において、1はピストン、2は該ピストン1が内部を
往復摺動するシリンダライナ、3は逆止弁が内蔵されシ
リンダライナ2の外側から取付けられている注油棒、7
は注油器9と注油棒3とを接続する注油管である。前記
注油器9は、シリンダライナ2に夫々設けられた複数個
の注油孔へ注・油棒3を介して油を圧送するため、複数
のプランジャポンプが組み込まれている。該プランジャ
ポンプの各プランジャの駆動は、これに内蔵されたカム
(図示せず)により行われる。IOAは前記カムを備え
た駆動軸で、クランク角の定時刻に注油する形式であり
、歯車、チェノ等を介してクランり軸により駆動される
。この駆動軸10Aが回転するとクランク角の定時期に
注油器9内のカムがプランジャを突き上げ、これKより
加圧された油は注油管7を経て注油棒3へ至り、逆止弁
を開いて注油孔よりシリンダライナ2内へ供給される。
第19図においてθdはプランジャの吐出期間で、ピス
トン1が注油孔を通過する上死点(TDC)前6時に吐
出が完了する。シリンダ内に供給された油はピストン1
の上昇に伴い該ピストンlにより上方へかき上げられて
シリンダライナ2の内面へ展開、拡散され、ピストン1
とシリンダライナ2との摺動面を潤滑する。
(発明が解決しようとする課題) 前述した従来の注油装置は、クランク軸に連動するカム
の回転により駆動される形式であるため、機関運転条件
に対応させて注油時期を変更し、有効な潤滑を図ること
ができなかった。また、上記に起因する潤滑不良を防止
するために、必要量より多めの油を注油しなければなら
なかった。
本発明の目的は、従来の注油装置の上記不具合を解消す
るために、機関の運転条件に応じて注油時期を自在に変
更することが可能であり、かつ必要最小限の潤滑油の注
油が可能なシリンダ注油装置を提供することKある。
(l1題を解決するための手段) 注油タイミングと注油量をそれぞれ独立に制御し、機関
の運転状態に見合りた最適の条件でシリンダライナとピ
ストンリングを潤滑する。また、従来の注油機と異なり
、潤滑油を蓄圧する。
注油棒および分配器の間に電気・油圧制御弁を配し、機
関の運転状態をもとに、最適な注油タイミングと注油量
を計算するコントローラの出力で、電気・油圧制御弁を
駆動し、狙った目標条件に一致する様に自動制御する。
(作用) 前記の蓄圧式シリンダ注油制御システムは、ピストンの
1サイクル内で、注油棒からの潤滑油吐出タイミング、
即ち注油タイミン7を任意のクランク角に合せて制御で
きることから、トップリング前、リング間、ボトムリン
グ前注油等に合致させた高速応答の潤滑が出来る。
また制御弁の開度と蓄圧油の圧力を選択制御することに
より、1回の注油量が任意に制御出来る。
従って、機関の運転状態に応じた潤滑条件の最適化を予
めプログラムしておけば、注油タイミングと注油量の自
動制御が可能で、ピストンリングとシリンダライナの摩
耗、低減が極小化でき、かつ高価なシリンダ油の消費量
も低減できる。
(第1実施例) 第1実施例を第1図乃至第9図に基づいて説明する。
図中、100は注油装置部であり、同装置部100は、
油タンク110中のシリンダ潤滑油をこし器120を通
して吸上げ、こし器140、逆止弁150、アキュムレ
ータ切換弁175を介してアキュムレータ170へ蓄え
しめる電動ポンプ130、電動ポンプ130によって吸
い上げられた潤滑油の油圧が異常に上昇した際、ITJ
MI油を油タンク110へ逃がす安全弁160、アキュ
ムレータ170へ蓄えられた加圧油の注油管7への流入
を制御する元弁180、逆上弁185、アキュムレータ
170から分配弁8を介して注油棒3へ送られる潤滑油
量を制御する注油制御弁5、アキュムレータ170の潤
滑油を油タンク110ヘバイパスし潤滑油を循環させる
暖機用制御弁4、潤滑油を暖めるヒータ111、ピスト
ン1、シリンダ2よりなる。また、310はアキュムレ
ータ170のガス圧を検出するガス圧検出器、320は
アキュムレータ170内の潤滑油圧力を検出する圧力検
出器、330は潤滑油温度を検出する油温検出器、34
0は機関のクランク角へを検出するクランク角検出器、
350は機関の回転数08を検出する回転数検出器、3
60は潤滑条件、起動指令、バイノス指令等の入力部、
370はアキュムレータ170のガス圧の異常時に警報
を発する警報部である。
200は注油制御部で、アキュムレータ170内のi滑
油圧力を設定圧力と比較する圧力比較部205、電動ポ
ンプに対し駆動指令を発する駆動指令部210、筒内圧
力P2を求めるP2演算部215、使用するアキュムレ
ータ170を選択する選択部220、注油終了タイミン
グθ0を求めるθ。演算部225、 注油開始及び終了
タイミングθa、θ8を補正する補正部230、機関ク
ランク角θに、θ0と一致するか否かを判定するタイミ
ンメ判定部235、油温を設定温度と比較する油溜比較
部240、ヒータ11に対し加熱指令を発する加熱指令
部245、ガス圧を設定圧力と比較するガス圧比較部2
50、アキュムレータ切換弁175に対して切換指令を
発する切換指令部255、元弁180.暖機用制御弁4
、注油制御弁5に対して各々に開閉指令を発する開閉指
令部260゜265 、270、潤滑条件が入力される
記憶部275よりなり、上述した各検出器及び入力部3
60からの入力信号に基づき上記注油装置部100に対
し各種指令を出力するものである。
次に、本実施例の作用について、運転時及びバイパス時
の場合に分けて説明する。なお、簡単のため1気筒、1
注油制御弁の場合について説明する。
最初に運転時の動作について、第1図及び第2図を用い
て説明すると、まず、運転開始に先立ち、注油棒3、分
配弁8、注油制御弁50組合せ、配置状況から選定され
る注油開始タイミングθB(後述する。)、負荷L(α
118m)に対応する注油量Q。
負荷り及びクランク角θ、に対応する筒内圧力P2、各
7キエムレータ170に対する設定圧力Psets有効
差圧PL(注油される潤滑油圧力が筒内圧力より所定以
上高くなるように設定された圧力。)、補正角Δθ3.
Δθe(注油制御弁5から注油棒3までの吐出遅れ。)
が入力部360から記憶部275に入力される。(st
opl) ここで、Q * Pz e Psk Kついて詳細に説
明すると、注油量Qは、負荷りの変化に対し、第3図に
示すような最適値に予め設定された関数Q=fx (n
e)であり、筒内圧力P2は、負荷し及びクランク角θ
にの値により決定される関数P2=f2(n8.θk)
である(筒内圧力Pz−負荷り、クランク角θに%性を
第3,4図に示す)。また、設定圧力Psk(k=1〜
1.アキュムレータ170−1K対応。)は、第5図に
示すよ5に、負荷りに対し段階的に設定されるアキュム
レータ170の蓄圧圧力である。
上記潤滑条件が入力されると、圧力比較部205は、記
憶部275に入力された各設定圧力Pskと、圧力検出
器320かも検出されたアキュムレータ170油圧とを
各々比較し、設定圧力と対応するアキュムレータ170
油圧とが一致していない場合は、駆動指令部210より
電動ポンプ130に対し駆動指令を出力させるとともに
、切換指令部255より各アキュムレータ切換弁175
に対し切換え指令(蓄圧経路)を出力させることKより
て、各アキュムレータ170油圧を設定圧力にさせる。
(stop 2)そして、機関停止状態において、入力
部360より起信指令が開閉指令部260に対して入力
されると、開閉指令部260は元弁180に対し開弁指
令を出力し、元弁180を開弁させ(step 3,4
)、注油準備を完了する。
そして、機関が回転を開始すると、まずP2演算部21
5が、記憶部275よりf2.θ8、回転数検出器35
0よりneを入・力七rCPzを算出しく5top5)
、選択部220は求められたPz及び記憶部275内の
PsktPLK基づいて、Psk≧P2+ PLに設定
されているアキュムレータ170の中で最小の圧力であ
るアキュムレータ番号を選択して、開閉指令部255へ
与える。開閉指令部255はこの7キユムレータ170
に対応するアキュムレータ切換弁175に対し切換指令
を出力し注油経路に切換えさせる。(stop 6)一
方、θ0演算部225は、記憶部275よりfl、θ8
、回転数検出器350よりn。を入力して、n、におけ
る最適注油量Qを求めると同時に、P2液算部215で
求められたP2、選択部220で選択されたPskを入
力して、以下の演算によって注油終了タイミングθ0を
算出する。(step7) (ここで、Aは通路断面積、μは流量係数2gは重力加
速度rは比重であり、予めセットされている。) 補正部230は、求められたθ8及び記憶部275mθ
8.Δθ8.Δθ8より以下の通り注油開始、終了タイ
ミングを補正する。(step8)θ8=θ8+Δθ8
.θo′=θ。+Δθ8そして、タイミング判定部23
5は、この補正された注油開始、終了タイミングとクラ
ンク角検出器340で検出されたクランク角θにとが一
致するか否かを判定し、この判定結果に基づき、開閉指
令部270は、θに=θ8′の時開弁指令を、θに=0
8′の時閉弁指令を注油制御弁5に出力し開閉させる。
(5top 9〜12 ) この結果、注油制御弁5が開弁している間に(θ8′〜
θ、/ >、最適に設定された注油量Qの潤滑油がシリ
ンダ2へ注油されることになる。
機関が停止しn=oを切換指令部255及び開閉指令部
260が検知すると(step 13)、両指令部は各
々アキュムレータ切換弁175、元弁180に閉弁指令
を出力して両弁175 、180を閉弁(アキュムレー
タ切換弁175はドレン経路)させて、注油動作を終了
させる。(5top 14) stop 13においてn % Oの場合は、5top
 5 Kもどり注油動作を続けるが、アキュムレータ1
70の設定圧力Pskが数パターy程度と少ない場合や
機関がなだらか運転されるような場合には、アキュムレ
ータ170の選択変更が少ないので、nが設定以上とな
りた場合のみ5tep 5へもどすようKし、nが設定
以下の場合は5top 9へもどすようにする方がよい
。
また、あるアキュムレータ170からの注油が続けられ
ている間にも、圧力比較部205は対応する設定圧力P
skと圧力検出器320の検出器とを比較し、両者が一
致するよう電動ポンプ130を駆動させ潤滑油を補給し
ている。
また、n=Qとなりアキュムレータ170内の潤滑油が
ト9レンされた際、ガス圧比較部250は、圧力検出器
320の出力がゼロの時のガス圧検出器310の出力値
を、予めストアされている基準値と比較し、規定値内に
ある場合は良、それ以外は不良と判断し、該アキュムレ
ータ170を使用しないように警報を発する。
次に、バイメス時の動作について説明する。バイノセス
運転は、エンジンの冷態時起動に先立って潤滑油を早期
に所定温度まで暖めるために行われるもので、これは潤
滑油の粘度を下げて注油量の精度を向上させる上で重要
な作用をするものである。
第1図中の入力部360よりパイ、4ス指令が油温比較
部240に与えられると、油温比較部240は油圧検出
器330の出力値を予めストアされている暖機油温と比
較し、これよりも低い結果が得られた場合には、駆動指
令部210より電動ポンプ130に対し駆動指令を出力
させ、開閉指令部260,265及び270より元弁1
85、暖機用制御弁4及び注油制御弁5に対し各々閉、
開、閉指令を出力させるとともに、加熱指令部245よ
りヒータ11に対し加熱指令を出力させる。
これ釦よって、l1lfv!油は油タンク110→電動
ポンプ130→元弁180→注油棒7→暖機用制御弁4
→油タンク110の経路を循環しつつ、ヒータ111に
より暖められる。
次に上述の注油棒32分配弁8.注油制御弁50組合せ
・配置状況と噴射開始タイミングθ8について説明する
と、注油棒39分配弁8.制御弁5の組合せとは、第6
図に示すように、1シリンダにつき配される制御弁5の
数、分配弁8に連結する注油棒3の数、分配弁8の有無
により区別されるものであり、配置とは、注油棒3がシ
リンダ2軸方向に1段配されているか2段配されている
かによって区別されるものである。またθ8とは第7図
に示すよう罠、上死点TDCからのクランク角を示すも
のである。
ここで、注油棒32分配弁8.制御弁50組合せ・配置
状況から設定されるθ8について第8図に基づいて説明
する。第8図(a)は第6図(b)の組合せのものを1
段に、第8図(b)は第6図(b)の組合せのものを2
段に配置した例を示しており、例えば、TDCの前後で
注油を行なう場合、 θ8は以下のように設定される。
まず、第8図(a)の場合は注油棒3−1.3−2が1
段であるため、TDCの前後に注油棒3−1.3−2の
両方から注油する必要が生じるので、制御弁5−1.5
−2へはその両方に同一のθ81(TDC前の噴射開始
タイミング)、θ52(TDC後の噴射開始タイミング
)が与えられる。第8図(b)の場合は、注油棒3−1
. 3−2が上下二段に分けられているため、TDC前
に注油棒3−1からTDC後に注油棒3−2からそれぞ
れ注油すればよいので、制御弁5−1へはθI31のみ
、制御弁5−2へはθ82のみが与えられる。
このときの注油状況を第9図に示す。尚、具体的なθ5
1+θ82の値は、 ピストン1の上死点しはルと注油
棒3の取付はレベルから決定される。
なお、θ8工とθ82の時点における筒内圧力P2が異
なる場合には、高い方の筒内圧力をアキュムレータ17
0の選択に用いればよい。
(第2実施例) 第2実施例を第10図乃至第18図に基づいて説明する
。
01は油圧ポンプ、02はストレーナ、 03はリザー
バ、04はリリーフ弁、05は高圧フィルタ、06はチ
エツク弁、07は電動機又はカム軸、08は圧力制御コ
ントローラ、09は切換電磁弁、10−1〜10−には
アキュムレータ切換電磁弁(kは蓄圧のレイル数を示す
)、n−1〜11−にはアキュムレータ、12−1〜1
2−には油圧検出器、13−1〜13−にはガス圧検出
器、14−1〜14−には元弁、15−、−15−には
チエツク弁、16は吐出ポート、Iは電気・油圧制御弁
、21はバイパス弁、nは潤滑油分配弁、乙は注油棒で
ある。
(1)高圧潤滑油発生と潤滑油蓄圧装置の作用を第10
図により説明する。
潤滑油のリザーバ03からストレーナ02を介して油圧
ポンプ01で潤滑油を高圧吐出する。電動機(又はカム
軸)07を油圧ポンプ駆動の動力とし、高圧吐出油はリ
リーフ弁04を安全弁として高圧フィルタ05とチエツ
ク弁06を通して、切換電磁弁09で選択したアキュム
レータ切換電磁弁10−kを更に通し、アキュムレータ
11−kに蓄圧される。アキュムレータ11−にの蓄圧
油は油圧検出器12−にとアキュムレータのガス圧検出
器13−k を圧力制御コントローラ08にフィードバ
ックされ、油圧ポンプ01の斜板角等をドライブするこ
とでポンプ吐出量を変えて規定の圧力値の範囲内でチャ
ージされる。
元弁14−nは使用時に開弁し、逆流しない様チエツク
弁15−nを介して、吐出ボート16に出力する。
(2)  電気・油圧制御弁、潤滑油分配弁及び注油棒
の作用を第11図乃至第14図により説明する。
第10図の吐出ボート16の高圧回路を通し、電気・油
圧制御弁頭の高圧ポートに接続し、シリンダ注油制御用
コントローラ(図示せず)の出力信号で開弁動作させ、
潤滑油分配弁部に潤滑油を供給する。これは注油棒乙の
数だけ均等に分配され、各注油棒部に供給され、シリン
ダライナとピストンリングの潤滑油として作用する。n
はシリンダ数、rは気筒あたりの注油棒数(エレメント
数)を示す(第11図)。
第12図、第13図は、注油棒るをシリンダライナの上
下に配置した形式のシリンダライナに適用するシステム
例を示す。
上段と下段の注油棒るを群として、タイミングを違えて
制御する。各群の作用は、上記第10図の説明と同じで
ありここでは省略する。
第14図は、注油棒部をシリンダライナに個別に配置し
又潤滑性能を高めるシステム例を示す。
注油棒の注油タイミングと注油量を個別に制御するもの
で、電気・油圧制御弁Iと注油棒nが1対1で結合され
る。
(3)暖機用バイパス弁の作用を第11図、第12図に
より説明する。
潤滑油は比較的粘度の高い油を使用することから、機関
起動時のシリンダライナ等温度が低い時は、潤滑油温度
をも均一し、粘度分を補正した制御の他に、予め暖機用
のパイ、eス弁21を開弁して油温を適正値にアップし
た後に定常状態と同じに最初から制御する時に用いる。
(4)  シリンダ注油制伺用コントローラの制御フロ
ーを第15図乃至第17図により説明する。
なお、第15図の制御フローは第11図の構成に対応し
、第16図は第12図に、第17図は第14図にそれぞ
れ対応する。
(a)  潤滑条件設定は、θ8J:1サイクル中の注
油タイミング数をjとし、TDCかもの吐出開始タイミ
ング角。
θaj: jタイミングにおける注油量。
Pzoj :081時の筒内αガス圧力(理論目標値)
。
Psk :潤滑油の蓄圧圧力で、上記Pzojより大き
く確実に注油棒に差圧が立ち注油できる圧力を選択する
。
(b)  機関状態量取込みは、θ:クランク角、N8
二回転数、TOp=トップマーク、(C)  潤滑条件
取込みは、θL:代表注油棒の潤滑油吐出タイミング、
PL:その時の注油棒入力圧力、 (d)  最適化演算は、上記(a) 、 (b)の設
定、取込み値をもとに、最適化のための計算式を用いて
、吐出開始タイミングに対し、吐出完了タイミングθ8
;を演算する。
(e)  1備シリンダ出力設定は、吐出開始タイミン
グθ8J、吐出完了タイミングθ。Jに対し、機関の状
態量をもとに電気・油圧制御弁から注油棒までの吐出遅
れを予め特性として求めておき、これを補正した出力と
して、θ二j=θsj−Δθsj 、/ej =θej
−Δθej  を計算する。
(f)1シリンダ出力設定は、基準シリンダ出力設定値
をもとに、クランク角の違い分を補正して出力する。
ダ81j =θ′BJ +Δθ土 、  θ21J =
θ′eJ + Δθ1(g)  注油棒制御タイミング
は、(r)で計算した出力を電気・油圧制御弁に出力す
る。
(h)  蓄圧圧力設定は、最適化演算の解が求まる範
囲内で、最小の田カレンジPshを選び、蓄圧エネルギ
ーのロスを最小とする。(蓄圧圧力は図1でステップ的
に変化する例を表現しているが、連続可変の圧力設定方
式でもかまわない) (1)警報出力は、潤滑油設定目標と実動作点にエラー
を生じた場合に警報を出す。
実動作点は、+18清条件取込み値を使用し、比較する
。
(5)動作説明 第18図(a)は、負荷LK対する注油量Qa 、 f
!R内圧力Pz蓄圧圧力Paの関係を示す。
(b)はクランク角θkVC対する筒内圧力P2の変化
と、TDCからの潤滑油吐出開始タイミングθsjと吐
出完了タイミングθ。J及び注油期間θdj(=θej
−θst)のうち、1サイクル中に1回注油即ちj=1
の場合を示す。
(c)は、j=2で、上段と下段の注油棒で各々1回吐
出した場合を示す。
(d)は、j=4で、電気・油圧制御弁と注油棒が1対
になりだ第17図の場合を示す。
(発明の効果) 本発明による内燃機関のシリンダ注油装置は、互いに異
なる複数の設定圧力に潤滑油をチャージする複数のアキ
ュムレータと、アキュムレータ内にチャージされた潤滑
油のシリンダへの供給を制御する注油制御弁と、潤滑条
件及び運転条件に基づいて注油に使用するアキエムレー
タを選択して該アキュムレータと注油制御弁とを連通さ
せるとともに、潤滑条件、運転条件及び設定された注油
開始タイミングに基づいて注油終了タイミングを算出し
てクランク角が注油開始タイミングと一致した時に開弁
指令を、またクランク角が注油終了タイミングと一致し
た時に閉弁指令を注油制御弁に対して出力する制御装置
とよりなることにより、次の効果を有する。
シリンダ油の注油タイミングと注油量が任意に変更でき
るように構成されているので、機関の運転状態に応じて
最適の注油方法を選択することができる。
これにより、ピストンリングとシリンダライナの摩耗を
低減できるとともに、高価なシリンダ油の消費量を減少
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例におけるシリンダ注油装置
の構成図、第2図は運転時の動作説明図、の組合せ説明
図、第7図は注油タイミング説明図、第8図は注油棒の
配置説明図で、(a)は平面図、(b)は側面図、第9
図は第7図と同様な注油タイミング説明図である。第1
0図は本発明の第2実施例における11il滑油蓄圧の
構成図、第11図は第10図の実施例における電気・油
圧制御弁から注油棒までの構成図、第12図は他の実施
例における第11図と同様な構成図、第13図は注油棒
のシリンダライチにおける配置例を示し、(−は横断面
図、(b)は縦断面図である。第14図は更忙他の実施
例における第11図と同様な構成図、第15図は本発明
の第2実施例におけるシリンダ注油制御用コントローラ
の制御フ四−図、第16図、第17図は他の実施例の制
御フロー図、第18図(a)(b)は本発明の第2実施
例における作動説明図、第18図(c)(d)は他の実
施例における動作説明図、第19図は従来装置の構成図
、第m図は第19図における注油タイミングを示す。 l・・・ピストン、     2・・・シリンダ。 3・・・注油棒、100・・・注油装置部。 130・・・電動ポンプ、170・・・アキュムレータ
。 175・・・アキュムレータ切換弁、200・・・注油
制御部。 310 、・・ガス圧検出器、320・・・ガス圧検出
器。 340・・・クランク角検出器、350・・・回転数検
出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  互いに異なる複数の設定圧力に潤滑油をチャージする
    複数のアキュムレータと、アキュムレータ内にチャージ
    された潤滑油のシリンダへの供給を制御する注油制御弁
    と、潤滑条件及び運転条件に基づいて注油に使用するア
    キュムレータを選択して該アキュムレータと注油制御弁
    とを連通させるとともに、潤滑条件、運転条件及び設定
    された注油開始タイミングに基づいて注油終了タイミン
    グを算定して、クランク角が注油開始タイミングと一致
    した時に開弁指令を、またクランク角が注油終了タイミ
    ングと一致した時に閉弁指令を注油制御弁に対して出力
    する制御装置とよりなることを特徴とする内燃機関のシ
    リンダ注油装置。
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