JP5790484B2

JP5790484B2 - オイルジェット

Info

Publication number: JP5790484B2
Application number: JP2011283941A
Authority: JP
Inventors: 克一宮坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: JP2013133732A

Description

本発明は、オイルジェットに関し、より詳細には、オイルの噴射によってピストンの冷却を行うオイルジェットに関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関のオイル流路からオイルが流入する中空部と、当該中空部との連通により冷却用のオイルをピストンに向けて噴射するノズルと、を備えるオイルジェットにおいて、当該中空部に、オイル圧力によって開閉する圧力開閉式の第１バルブ機構と、オイル温によって開閉する感温開閉式の第２バルブ機構と、を設けたオイルジェットが開示されている。このオイルジェットにおいて、第２バルブ機構は、第１バルブ機構よりもオイル流れ方向の上流側（つまり、オイル流路側の中空部）に設けられている。また、第２バルブ機構には、低温時に縮む性質を有する形状記憶合金バネが用いられている。形状記憶合金バネが収縮すると、上記第２バルブ機構が作動して上記中空部内のオイル流れが遮断される。そのため、上記オイルジェットによれば、オイル温が低い場合に、ピストンへのオイル噴射を禁止できる。従って、例えば機関始動直後に低温オイルによってピストンが過冷却されるのを防止できる。

特開２０１１−０１２６５０号公報

しかしながら、上記オイルジェットは、形状記憶合金バネの性質上、オイル温が高温まで上昇しないとオイル噴射できないという欠点を有する。つまり、オイル圧が高圧であっても、オイル温が低い場合にはオイル噴射が禁止されてしまう。ここで、ピストンの温度上昇速度は、オイル温の上昇速度と完全に一致するものではない。そのため、ピストンが高温化しているにも関わらず、オイル温が低いという理由でオイル噴射が禁止されてしまえば、ピストン焼き付きや溶損といった不具合が発生する可能性がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、ピストンの温度上昇に的確に対応したオイル噴射が可能なオイルジェットを提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、オイルジェットであって、
内燃機関のオイル流路からオイルが流入する中空部を備える本体と、
前記中空部との連通によりオイルをピストンに向けて噴射するノズルと、
前記中空部に設けられ、オイル圧が第１設定圧以下の場合に閉じて前記オイル流路と前記ノズルとの連通を遮断する第１遮断手段と、
前記中空部に設けられ、オイル温が設定温度以下またはオイル圧が前記第１設定圧よりも低圧の第２設定圧以下の場合に閉じて前記オイル流路と前記ノズルとの連通を遮断する第２遮断手段と、
を備え、
前記第１遮断手段および前記第２遮断手段は、前記オイル流路に対して並列に配置されていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第２遮断手段は、オイル温が前記設定温度以上の場合に開く油温式開閉手段と、前記油温式開閉手段よりもオイル流れ方向の下流側に設けられ、オイル圧が前記第２設定圧以上の場合に開く油圧式開閉手段と、を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記設定温度は５０℃近傍のオイル温域内の温度であり、前記第２設定圧は１５０ｋＰａ近傍のオイル圧域内の圧力であることを特徴とする。

本発明によれば、第１遮断手段と第２遮断手段とによって、内燃機関のオイル流路とノズルとの連通を遮断することができる。第１遮断手段は、オイル圧が第１設定圧以下の場合に閉じるものであり、第２遮断手段は、オイル温が設定温度以下またはオイル圧が第２設定圧以下の場合に閉じるものである。そのため、オイル圧が第１設定圧以上の場合や、オイル温が設定温度以上で、なお且つオイル圧が第２設定圧以上の場合には、オイルがピストンに噴射される。ここで、第２設定圧は、第１設定圧よりも低圧であるので、従来のオイル噴射圧に対応した圧力として第１設定圧を設定しつつ、第２設定圧や設定温度を適切に設定することで、ピストンの温度に的確に対応したオイル噴射が可能となる。従って、ピストン信頼性を向上できる。

実施形態のオイルジェット１０を備える内燃機関の構成を説明するための模式図である。オイルジェット１０の断面模式図である。中油温、中油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。低油温、高油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。中油温、高油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。中油温、低油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。本実施形態のオイルジェット１０による噴射特性を説明するための図である。

［オイルジェットの構造］
以下、図１乃至図７を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態のオイルジェット１０を備える内燃機関の構成を説明するための模式図である。図１に示すように、内燃機関１２は、内部にピストン１４を有するシリンダブロック１６を備えている。シリンダブロック１６の下端部付近には、図示しないオイルポンプから吐出されたオイルが流れるオイル通路１８が形成されている。なお、本実施形態において、当該オイルポンプには、エンジン回転数により駆動し、所定の吐出圧力・流量特性を有する機械式のオイルポンプを用いるものとする。

オイルジェット１０は、オイル通路１８のピストン１４内面方向に噴射可能な位置に取り付けられている。図２は、オイルジェット１０の断面模式図である。オイルジェット１０は、オイルジェット本体２０と、オイルジェット本体２０にろう付け等により取り付けられたオイルノズル２２とを備えている。オイルジェット本体２０には、オイル通路１８側に開口する開口部２４と、開口部２４と連通する内部流路２６，２８とが形成されている。内部流路２６，２８は、それぞれ独立した流路であり、オイルノズル２２の内部流路であるオイル噴射通路３０と連通している。

内部流路２６には、上下移動することで内部流路２６を開閉する圧力系圧力弁３２が設けられている。圧力系圧力弁３２は、弾性部材３４（例えばコイルスプリング）によって内部流路２６を閉じる方向に付勢されている。但し、圧力系圧力弁３２よりも上流側のオイル圧が第１設定圧（例えば２５０ｋＰａ）以上に上昇すると、弾性部材３４による付勢力を上回る力が加わるので圧力系圧力弁３２が下方に移動する。圧力系圧力弁３２が下方移動すると内部流路２６が開く。内部流路２６が開けば、オイル噴射通路３０と開口部２４とが内部流路２６を介して連通する。弾性部材３４の下方には、圧力系圧力弁３２と弾性部材３４とを支持する圧入などで固定するアダプタ３６が設けられている。

内部流路２６同様、内部流路２８には、上下移動することで内部流路２８を開閉する油温系圧力弁３８と、弾性部材４０（例えばコイルスプリング）とが設けられている。油温系圧力弁３８の上方には、油温系圧力弁３８と弾性部材４０とを支持する圧入などで固定するアダプタ４２が設けられている。油温系圧力弁３８は、弾性部材４０（例えばコイルスプリング）によって内部流路２８を閉じる方向に付勢されている。但し、油温系圧力弁３８よりも上流側のオイル圧が第２設定圧（例えば１５０ｋＰａ）以上に上昇すると、弾性部材４０による付勢力を上回る力が加わるので油温系圧力弁３８が下方に移動する。

また、アダプタ４２の上方には、感温変形部材４４（例えば形状記憶合金、バイメタル）が設けられている。感温変形部材４４は内部流路２８のオイル流入口２８ａを閉塞するように設けられている。但し、オイル通路１８を流れるオイル温が設定温度（例えば５０℃）以上に上昇すると、感温変形部材４４が変形するのでオイル流入口２８ａの閉塞状態が解除される。オイル流入口２８ａの閉塞状態が解除された場合は、開口部２４と内部流路２８とが連通する。この場合に、更に油温系圧力弁３８が下方移動すると、オイル噴射通路３０と開口部２４とが内部流路２８を介して連通する。

［オイルジェットの動作］
次に、図３乃至図６を参照しながら、オイルジェット１０の動作について、オイル温（以下「油温」ともいう。）およびオイル圧（以下「油圧」ともいう。）に対応させつつ説明する。なお、以下の説明において、低油温域および中油温域は、上記設定温度を境界とする２つの温度領域を表すものとし、高油圧域、中油圧域および低油圧域は、上記第１設定圧および上記第２設定圧を境界とする３つの温度領域を表すものとする。

図３は、中油温、中油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。図３に示すように、中油温域においては、感温変形部材４４が変形しオイル流入口２８ａの閉塞状態が解除される。また、中油圧域においては、圧力系圧力弁３２は付勢状態が保たれるが、油温系圧力弁３８は下方移動する。そのため、図３に矢印で示すように、オイル通路１８を流れるオイルは、開口部２４、内部流路２８を経由してオイル噴射通路３０に流入する。流入したオイルは、オイルノズル２２からピストン１４の内面に向けて噴射される。

図４は、低油温、高油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。低油温域においては、感温変形部材４４はオイル流入口２８ａを閉塞するので、内部流路２８にオイルが流入することはない。一方、高油圧域では、圧力系圧力弁３２が下方移動する。そのため、図４に矢印で示すように、オイル通路１８を流れるオイルは、開口部２４、内部流路２６を経由してオイル噴射通路３０に流入する。流入したオイルは、オイルノズル２２からピストン１４の内面に向けて噴射される。

図５は、中油温、高油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。図５に示すように、中油温域においては、感温変形部材４４が変形しオイル流入口２８ａの閉塞状態が解除される。また、高油圧域においては、圧力系圧力弁３２，３８は共に下方移動する。そのため、図５に矢印で示すように、オイル通路１８を流れるオイルは、開口部２４から内部流路２６，２８を経由してオイル噴射通路３０に流入する。流入したオイルは、オイルノズル２２からピストン１４の内面に向けて噴射される。

図６は、中油温、低油圧領域におけるオイルジェット１０の動作を説明するための図である。図６に示すように、中油温域においては、感温変形部材４４が変形しオイル流入口２８ａの閉塞状態が解除されるが、低油圧域であるため、油温系圧力弁３８の付勢状態が保たれる。そのため、オイル通路１８を流れるオイルは、開口部２４から内部流路２８の中間地点までは流入できるものの、油温系圧力弁３８が閉じているためオイル噴射通路３０に流入することはない。また、低油圧域であるため、圧力系圧力弁３２の付勢状態も保たれる。よって、オイル噴射は行われない。

なお、高油温、高油圧領域におけるオイルジェット１０の動作は、図５で説明した中油温、高油圧領域における動作と同様である。即ち、オイル通路１８を流れるオイルは、開口部２４から内部流路２６，２８を経由してオイル噴射通路３０に流入し、オイルノズル２２から噴射される。また、低油温、低油圧領域においては、感温変形部材４４がオイル流入口２８ａを閉塞し、圧力系圧力弁３２の付勢状態も保たれるので、オイル噴射は行われない。

続いて、図７を参照しながら、本実施形態のオイルジェット１０による噴射特性について説明する。図７（Ａ）は、本実施形態のオイルジェット１０のオイル噴射可能領域を示したものであり、図７（Ｂ）は、その比較として上記特許文献１のオイルジェットのオイル噴射可能領域を示したものである。本図から分かるように、本実施形態のオイルジェット１０によれば、高油圧、大油流量領域のみならず、中油圧、中油流量領域においてもピストン１４にオイル噴射が可能となる。また、図７（Ａ）に示すように、油圧が第２設定圧となる時点において感温変形部材４４が変形していれば、第２設定圧よりも高油圧域でのオイル噴射（油温系噴射）、第１設定圧よりも高油圧域でのオイル噴射（圧力系噴射）および両者を組み合わせたオイル噴射（油温系噴射＋圧力系噴射）が可能となる。

上述した３種類のオイル噴射が可能となれば、ピストン１４が高温化した場合は勿論のこと、ピストン１４が高温化する前にオイル噴射が可能となる。即ち、中油温、中油圧領域においては、暖機過程の高段ギヤでスロットルが大きく開いている様な状態であり、ピストン１４の温度が上昇中または高温である場合が想定される。この点、本実施形態のオイルジェット１０によれば、当該領域でオイルが噴射されるので、ピストン１４が高温化する前または高温時に冷却できる。

また、ピストン１４の温度が急上昇するような運転状況下においてもオイル噴射が可能となる。ピストン１４の温度は、内燃機関１２の爆発回数（即ちエンジン回転数）やスロットル開度と相関があり、当該爆発回数が多くまたはスロットル開度が大きければピストン１４の温度が上昇する。そのため、例えばエンジン始動後の急加速、高負荷登坂走行の際には、オイル温度が低い状態であるにも関わらず、ピストン１４が高温化する場合がある。この点、本実施形態のオイルジェット１０によれば、当該領域においてもオイルが噴射されるので、ピストン１４を冷却できる。

また、例えば時速３０ｋｍ位までの一定速度軽負荷走行の場合、即ち、中油温、低油圧領域や、アイドリング時といった低油温、低油圧領域においては、オイルが噴射されない。従って、ピストン１４の冷却が不要な領域において、オイル噴射によるピストン１４の過冷却を防止できる。

このように、本実施形態のオイルジェット１０によれば、ピストン１４の温度に的確に対応したオイル噴射が可能となる。従って、ピストン信頼性を向上できる。

ところで、上記実施形態においては、第１設定圧として２５０ｋＰａ、第２設定圧として１５０ｋＰａ、設定温度として５０℃をそれぞれ例示しているが、これは、内燃機関の運転状態に適合させた固有値であり、数値そのものを限定するものではない。即ち、本発明においては、弾性部材３４，４０や感温変形部材４４を適宜選択することにより、これら設定値の近傍の値に設定することも可能である。

なお、上記実施形態においては、開口部２４、内部流路２６，２８が上記第１の発明における「中空部」に、圧力系圧力弁３２、弾性部材３４、アダプタ３６が上記第１の発明における「第１遮断手段」に、油温系圧力弁３８、弾性部材４０、アダプタ４２、感温変形部材４４が上記第１の発明における「第２遮断手段」に、それぞれ相当している。
また、上記実施形態においては、感温変形部材４４が上記第２の発明における「油温式開閉手段」に、油温系圧力弁３８、弾性部材４０が上記第２の発明における「油圧式開閉手段」に、それぞれ相当している。

１０オイルジェット
１２内燃機関
１８オイル通路
２０オイルジェット本体
２２オイルノズル
２４開口部
２６，２８内部流路
２８ａオイル流入口
３２圧力系圧力弁
３４，４０弾性部材
３６，４２アダプタ
３８油温系圧力弁
４４感温変形部材

Claims

内燃機関のオイル流路からオイルが流入する中空部を備える本体と、
前記中空部との連通によりオイルをピストンに向けて噴射するノズルと、
前記中空部に設けられ、オイル圧が第１設定圧以下の場合に閉じて前記オイル流路と前記ノズルとの連通を遮断する第１遮断手段と、
前記中空部に設けられ、オイル温が設定温度以下またはオイル圧が前記第１設定圧よりも低圧の第２設定圧以下の場合に閉じて前記オイル流路と前記ノズルとの連通を遮断する第２遮断手段と、
を備え、
前記第１遮断手段および前記第２遮断手段は、前記オイル流路に対して並列に配置されていることを特徴とするオイルジェット。
前記第２遮断手段は、オイル温が前記設定温度以上の場合に開く油温式開閉手段と、前記油温式開閉手段よりもオイル流れ方向の下流側に設けられ、オイル圧が前記第２設定圧以上の場合に開く油圧式開閉手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のオイルジェット。
前記設定温度は５０℃近傍のオイル温域内の温度であり、前記第２設定圧は１５０ｋＰａ近傍のオイル圧域内の圧力であることを特徴とする請求項１または２に記載のオイルジェット。