JP2015086768A - オイルジェット装置付き内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑部の潤滑機能の低下をもたらすことなく、オイルジェットの過剰噴射を防止する。【解決手段】オイルジェット装置２１にはオイルジェット用オイル通路１８からオイルが供給され、基本的には、機関の回転数が所定値になってオイル圧力が基準値まで高くなるとオイルジェットが噴出する。オイルジェット用オイル通路１８にリリーフ通路２９を設けて、リリーフ通路２９に、吸気負圧や冷却水温度によって作動するリリーフ弁３４を設けている。減速時や下り坂走行時で吸気負圧が大きくなった場合（及び）や、冷却水温度が基準値まで上昇していない場合はリリーフ弁３４が開いて、オイルポンプの吐出圧は高くなっていても、オイルジェットの噴出が防止又は抑制される。【選択図】図１

Description

本願発明は、ピストンを冷却するためのオイルジェット装置を備えた内燃機関に関するもので、特に、車両用内燃機関を好適な対象にしている。

車両用内燃機関において、クランク室の上端部下面にオイルジェット装置を設けてピストンを冷却することが広く行われている。オイルジェット装置の内部には、オイル入口を塞ぐ弁体とこれを押すばねとから成る圧力弁が配置されており、機関の回転数が高くなってオイル通路の圧力が基準値を超えると、オイルが弁体を押しのけてオイル室に流入するようになっている。

オイルはオイルポンプから吐出しており、オイルポンプの吐出圧は機関の回転数に比例して高くなる。従って、オイルジェット装置の作動も機関の回転数に連動している。しかし、機関の回転数が高ければ常にオイルジェット装置によるオイルの噴射が必要というわけではなく、機関の回転数が所定値まで高くなっていてもピストンの冷却が必要でない場合もある。

この点について特許文献１では、機関の減速時には燃料はカットされているためピストンの冷却が必要ない点に着目し、オイルポンプとして可変容量式のものを採用し、車両の減速時にはオイルポンプの吐出圧が基準値まで上昇しないように吐出圧を制御することが記載されている。

特開２０１３−６８０９８号公報

さて、機関の減速時には燃料噴射もカットされているので、オイルでピストンを冷却する必要性は低いが、機関回転数がある程度に高くてもピストンの冷却が不要な状態は他にも存在している。例えば、始動してすぐ車両を発進させた場合のように、車両を走行させながら暖機運転している状態では、機関回転数が高くてもピストンは高温化していないため、オイルで冷却するのは却ってよくないと云える。

また、寒冷地での走行のように低温環境下での運転では、長時間継続運転しても機関温度がさほど高くならないこともあり、この場合も、オイルジェットの噴出を停止し続けておくのが燃費の面から有益である。

しかし、特許文献１は減速時にしかオイルジェットの噴出を停止できないため、暖機運転中や低温環境下での運転におけるオイルジェット噴出停止要請には応えることができない。また、オイルはクランク軸やカム軸等の潤滑を行うことを本来の目的とするものであり、機関の回転数が高くなるとオイルの吐出圧を高くして潤滑機能を確保せねばならず、この原則は減速時等であっても変わりはないが、特許文献１では減速時にはオイルポンプの吐出圧が低くなるため、各潤滑部の潤滑が不完全になるおそれもある。

本願発明は、このような現状を改善することを目的とするものである。

本願発明は、オイル通路から分岐した枝通路にピストン冷却用のオイルジェット装置を接続し、オイル通路内のオイルの圧力が基準値を超えると前記オイルジェット装置からオイルが噴出する構成の内燃機関において、前記オイル通路にはオイルを逃がすリリーフ通路が接続されており、前記リリーフ通路に、吸気負圧が予め設定した基準値より負圧側に高い場合及び／又は前記ピストンの冷却が必要でない状態で前記オイル通路のオイル圧力が基準値に上昇した場合にオイルを逃がすリリーフ弁が設けられている。

この場合、リリーフ弁の開きとオイルジェットの噴出量との関係は、リリーフ弁の開きによってオイルジェットの噴出が完全に止まる場合と、リリーフ弁の開きによってオイルジェットの噴出量が少なくなる場合との両方を含んでいる。噴出量を抑制する場合は、機関の回転数に応じて、予め設定した基準値までは完全に停止して、基準値を超えたら量を少なくして噴出させることが可能である。

さて、車両の減速時や下り坂走行時には機関は真空ポンプと同じ状態になるため、吸気系の負圧は真空側に大きく上昇する。従って、吸気負圧の上昇に応じてリリーフ弁を開くことで、オイルポンプの吐出圧は変えることなく、ピストンに対するオイルジェットの噴出を停止又は抑制できる。同様に、機関温度が所定値まで上昇しておらずピストンの冷却が不要な場合も、例えば冷却水温度やオイル温度を利用してリリーフ弁を開くことで、オイルポンプの吐出圧は変えることなく、ピストンに対するオイルジェットの噴出を停止又は抑制できる。

これにより、各潤滑部の適切な潤滑は確保しつつ、ピストンの過冷却による燃費悪化やオイルのミスト化による消費増大、或いはオイルが燃焼室に吸い込まれて燃焼することによる燃えかすの発生を防止又は著しく抑制できる。オイルに混入していた気泡をリリーフ通路から排出できる利点もある。また、本願発明はオイル通路からオイルを逃がすものであり、リリーフ弁を各オイルジェット装置に設ける必要はないため、リリーフ弁は１カ所だけ設けたらよい。従って、コスト面においても有利である。

（Ａ）は実施形態の概略平断面図、（Ｂ）は制御系も付加した状態での（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 （Ａ）は非リリーフ状態での要部拡大断面図、（Ｂ）はリリーフ状態での断面頭である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用の３気筒内燃機関に適用しており、そこで、シリンダブロック１には３つのシリンダボア２がクランク軸の軸線方向に並べて形成されている。各シリンダボア２にはピストン３が摺動自在に嵌まっている。ピストン３は、コンロッド４を介してクランクピン（図示せず）に連結されている。

シリンダブロック１の上面にはシリンダヘッド５が固定されており、シリンダヘッド５には、吸気弁６で開閉される吸気ポート７と、排気弁８が開閉される排気ポート９とが形成されており、燃焼室の上底面には点火プラグ１０が望んでいる。シリンダヘッド５の長手一側面には、各吸気ポート７に連通した吸気マニホールド１１が固定されている。

吸気マニホールド１１には吸気通路１２が接続されており、吸気通路１２に、スロットルバルブ１３及びサージタンク１４が接続されている。実際には、吸気マニホールド１１にサージタンク１４を固定して、サージタンク１４にスロットルバルブ１３を取り付けていることが多い。サージタンク１４には、吸気圧センサ１５を設けている。

図１（Ａ）のとおり、シリンダブロック１のうち、シリンダボア２の並びの外端のコーナー部の近くの箇所に上下方向に延びるメインオイルギャラリー１７が形成されており、シリンダブロック１のうち、平面視でクランク軸心１８を挟んだ片側でかつシリンダボア２の下端寄りの高さ位置に、シリンダボア２の列の外側に位置してクランク軸心Ｏと平行に延びるオイルジェット用オイル通路１８が、メインオイルギャラリー１７から分岐した状態に形成されている。敢えて述べるまでもでもないが、メインオイルギャラリー１７の下端はオイルポンプの吐出口に接続されている。

オイルジェット用オイル通路１８からは、シリンダボア２の外側に位置したオイルジェット用枝通路１９が下向きに分岐している。オイルジェット用枝通路１９の上端部は、オイルジェット用オイル通路１８に連通した小径のオリフィス部１９ａになっている。オイルジェット用枝通路１９は、シリンダブロック１の下面のうちシリンダボア２の下端の箇所に設けた平坦面２０に開口している。そして、平坦面２０にオイルジェット装置２１を取り付けている。なお、メインオイルギャラリー１７から枝通路を分岐させることも可能である。

オイルジェット装置２１は、オイルジェット用枝通路１９に上側部分が嵌まっている筒状の本体部２２と、本体部２２の露出部から分岐したノズル２３とを有しており、ノズル２３からオイルジェットがピストン３の下面に向けて噴出する。本体部２２にはフランジ２４を設けており、フランジ２４がビス２５でシリンダブロック１に固定されている。

オイルジェット装置２１における本体部２２の上端は小径穴（オイル入口）２２ａになっており、小径穴２２ａがボール状弁体２７で下方から塞がれ、弁体２７はばね２８で下方から支持されている。ばね２８はプラグ状の底板２６で支持されている。オイルジェット用オイル通路１８の圧力が所定値まで上昇すると、弁体２７がばね２８に抗して下降し、これにより、オイルがオイルジェット用オイル通路１８から本体部２２に流入してノズル２３から噴出する。

シリンダブロック１のうちオイルジェット用オイル通路１８の外側の部位でかつメインオイルギャラリー１７に近い部位（すなわち、オイルジェット用オイル通路１８の付け根に近い部位）には、オイルジェット用オイル通路１８から外向きに分岐したリリーフ通路２９が形成されている。リリーフ通路２９は、水平部２９ａとその終端から下向きに延びる縦長部２９ｂとを有しており、下端はクランク室又はオイルパンに開口している。

そして、リリーフ通路２９に、その縦長部２９ｂと同心の上下長手の弁室３０を形成し、弁室３０に、スライド式の棒状弁体３１を上下スライド自在に配置して、弁体３１を上からばね３２で付勢している。リリーフ通路２９の弁室３０はドリル加工で形成されており、ドリル穴を塞ぐプラグ３３でばね３２を上から支持している。

リリーフ通路２９の水平部２９は弁室３０に向けて開口しており、弁体３１は、下降し切った状態ではリリーフ通路２９の水平部２９ａを塞ぎ、ばね３２に抗して上昇し切ると、リリーフ通路２９の水平部２９ａと縦長オイルポンプ２９ｂとが連通する。従って、本実施形態では、弁室３０と弁体３１とばね３２で請求項に記載したリリーフ弁３４が構成されている。

弁室３０の上端部には吸引ポート３５が連通しており、吸引ポート３５に真空ポンプ３６が接続されている。真空ポンプ３６はＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）３７の指令で駆動されるようになっており、ＥＣＵ３７には、既述の吸気圧センサ１５や冷却水温度センサ３８が接続されている。冷却水温度センサ３７は機関温度検知手段の一例であり、機関温度検知手段としてオイル温度センサを使用することも可能である。或いは、ラジェータは冷却水の温度によってＯＮ・ＯＦＦされるので、真空ポンプ３６の駆動をラジェータの駆動に関連させてもよい。

以上の構成において、機関回転数が予め設定した基準回転数になると、オイルポンプの吐出圧が設定値を超えて、オイルはオイルジェット装置２１からピストン３に向けて噴出する。これが基本態様であるが、車両の減速時や下り坂走行によって吸気負圧が所定値（例えば−７５ＫＰａ）よりも真空側に高くなると、吸気圧センサ１５からの信号によって真空ポンプ３６が駆動されて、リリーフ弁３４の弁体３１が上昇して（リリーフ弁３４が開いて）、オイルはオイルジェット用オイル通路１８からクランクケースやオイルパンにリークする。このため、オイルジェット装置からのオイルの噴出が停止又は抑制される。

また、暖機運転中や低温環境下での運転のように機関温度が予め設定した基準温度まで高くなっていない状態でも、冷却水温度センサ３８からの信号に基づくＥＣＵ３７からの指令により、真空ポンプ３６が駆動されてリリーフ弁３４が開くことで、オイルジェット装置２１からのオイルの噴出が中止又は抑制される。これにより、クランク軸やカム軸等の各潤滑部の適切な潤滑は確保しつつ、ピストン３の過冷却による燃費悪化やオイルのミスト化によるオイル消費増大、或いはオイルが燃焼室に吸い込まれて燃焼することによるデポジットの発生等の問題を防止又は著しく抑制できる。吸気負圧と機関温度との２つの条件が重なったときにリリーフ弁３４を開くことも可能である。

この場合、リリーフ弁３４はオイルジェット用オイル通路１８の付け根部の近傍に設けているので、１つのリリーフ弁３４での制御でありながら、３つのオイルジェット装置２１を的確に制御できる（オイルジェット用オイル通路１８を全体的に圧力低下させることができる。）。

リリーフ弁３４としては様々のものを使用できる。例えば、弁体としてボールやヒンジ式回動弁を採用してもよい。また、弁体をアクチェータで駆動する場合、実施形態のような真空ポンプには限らず、電磁ソレノイドやモータなども使用できる。

また、弁体は、吸気負圧で直接に駆動することも可能である。或いは、吸気負圧を蓄圧するアキュームレータを設けて、アキュームレータと吸引ポート３５とを繋ぐ吸引通路に、冷却水温度又はオイル温度によって開閉するサーモ弁を設け、冷却水温度又はオイル温度が予め設定した基準値以下の場合には吸引通路を開いた状態に維持しておくといったことも可能である。

また、吸気負圧を利用して吸気行程にはオイルジェットの噴出を停止させることも可能であり、このように燃料を噴射している状態でのきめ細かい制御を行うと、オイルが燃焼室に吸い上げられることを的確に防止又は抑制できるため、オイルの燃焼によるデポジットの発生を防止できる利点がある。

本願発明は車両用の内燃機関に実際に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダボア
３ ピストン
５ シリンダヘッド
７ 吸気ポート
１１ 吸気マニホールド
１４ サージタンク
１５ 吸気圧センサ
１７ メインオイルギャラリー
１８ オイルジェット用オイル通路
１９ オイルジェット用枝通路
２１ オイルジェット装置
２９ リリーフ通路
３０ リリーフ弁を構成する弁室
３１ リリーフ弁の弁体
３２ リリーフ弁のばね
３４ リリーフ弁
３５ 吸引ポート
３６ リリーフ弁操作アクチェータの一例としての真空ポンプ
３７ ＥＣＵ
３８ 冷却水温度センサ

Claims (1)

1. オイル通路から分岐した枝通路にピストン冷却用のオイルジェット装置を接続し、オイル通路内のオイルの圧力が基準値を超えると前記オイルジェット装置からオイルが噴出する構成であって、
   前記オイル通路にはオイルを逃がすリリーフ通路が接続されており、前記リリーフ通路に、吸気負圧が予め設定した基準値より負圧側に高い場合及び／又は前記ピストンの冷却が必要でない状態で前記オイル通路のオイル圧力が基準値に上昇した場合にオイルを逃がすリリーフ弁が設けられている、
   オイルジェット装置付き内燃機関。

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