JP4450386B2 - 内燃機関のピストン冷却装置 - Google Patents

Description

本願発明は、内燃機関（以下「エンジン」という）のピストン冷却装置に関するものである。

自動車用エンジンにおいて、ピストンが加熱状態になってノッキングや焼き付き等の弊害が発生することを防止するため、図５に示すように、シリンダブロックＳにオイルギャラリーＧと連通したノズルＮを設け、オイルを燃焼室Ｂと反対側からピストンＰに吹き付けて、ピストンＰを冷却することが行われている。冷却用オイルはオイルパンに溜められた潤滑油が併用されており、オイルポンプから圧送されたオイルの一部がピストンＰの冷却に使用されている。

エンジンの始動によってオイルをピストンに吹き付ける構造の最も簡単な例は、オイル通路中に逆止弁を介挿することであるが、この構造ではオイルはエンジンの運転中つねに噴出しており、かつ、オイルの噴出量はエンジンの回転数に比例して増大することになる。

しかし、高速回転域ではピストンの冷却によるノッキングの抑制効果は小さく、また、オイルポンプの駆動エネルギーが増大することによってエンジンの出力ロスが生じるという問題もある。すなわち、エンジンにおいては、低中速回転域ではピストンを冷却することが好ましいが、高速回転域では冷気の必要はないのである。

そこで特許文献１や特許文献２では、ピストンに吹きつけるためのオイルの通路中に遠隔的に制御される制御バルブを設け、エンジンの回転数がある設定値まで高くなると制御バルブを閉じるように自動操作することが記載されている。
実開昭６１−６５２３３号のマイクロフィルム 実開昭６３−１２５１３０号のマイクロフィルム

特許文献１，２によると、ピストンの過冷却やエンジンの出力ロスを防止できるが、電磁弁のような遠隔操作できるものを使用する必要があり、かつ、専用の制御回路が必要であるため、全体の構造が著しく複雑化してコストが嵩むという問題がある。また、電磁弁のような制御バルブは精密な構造であるため、オイル中に混入していた異物が内部に詰まって作動不能になる虞れが高い点も問題であった。

本願発明はこのような現状に鑑みなされたもので、簡単な構造でありながら作動の確実性と信頼性に優れたピストン冷却装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため本願発明は、機関で駆動されるオイルポンプから圧送されたオイルを燃焼室と反対側からノズルでピストンに吹き付けることにより、ピストンを冷却するようになっている内燃機関において、オイルがノズルに向けて流れるオイル通路中に、弁体がばねに抗して移動することによって通路を開閉する弁装置を設けており、この弁装置を、弁体がばねに抗して一方方向に移動するにおいて弁体が所定位置まで移動するまでの間は通路が開いており、弁体が所定位置を超えて移動すると通路が完全に又は部分的に閉じられる構造とすることにより、オイルの圧力が所定値を超えるとピストンへのオイルの吹き付け量が無くなるか又は減少するように設定されている。

オイルポンプは機関で駆動されるため、機関の回転数が高くなるとオイルの圧力も高くなり、オイルの圧力が所定値まで上昇すると、オイル通路は弁体によって完全に又は部分的に閉じられて、ピストンへのオイルの吹き付けが停止又は抑制される。このため、ピストンの過冷却や機関の出力ロスを防止できる。

そして、本願発明の弁装置はオイルの圧力によって自動的に作動するものであるため制御回路は不要であり、また、弁体がばねに抗して一方方向に移動する単純な構造である。このため冷却装置のコストは特許文献１に比べて著しく低くなる。また、単純な構造であるため動作や応答性も確実であり、信頼性も高いのである。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

(1).第１実施形態（図１〜図３）
図１及び図２では第１実施形態の構造を示している。本実施形態におけるオイルの吹き付け機構は基本的には従来と同様であり、シリンダブロックＳの内底部に、シリンダブロックＳに形成したオイルギャラリーＧに連通した弁装置１を取り付けて、弁装置１から延びるノズル２によってオイルを燃焼室と反対側からピストンＰに吹き付けるものである。

そして、本実施形態の弁装置１は、シリンダブロックＳにねじ込みによって固定される略円筒状の本体３と、本体３の内部にその軸方向に移動可能に配置されたボール型弁体４と、本体３の開口部に嵌め入れた蓋板５と、蓋板５が脱落しないように本体３にねじ込まれたキャップ６とを備えている。本体３の内部のうち上流側の部分にはボール型弁体３が当たる流入側弁座７が形成されており、蓋板５には、ボール型弁体４に向けて延びる円筒状の排出側弁座８が固定されている（一体成形してもよい）。

また、排出側弁座８には、ボール型弁体４を流入側弁座７に向けて押しやるばね（コイルばね）９が被嵌している。本実施形態では排出側弁座８とノズル２とは１本のパイプで構成されていて両者は一連に延びているが、互いに別部材から成っていてもよい。また、蓋板５とキャップ６とは一体化してもよいし、蓋板５を無くしてキャップ６に排出側弁座８とノズル２とを設けることも可能である。また、キャップ６はねじ込み式に限らず、強制嵌合方式でもよい。

以上の構成において、図１及び図２（Ａ）はエンジンの運転停止状態であり、この状態では、ボール型弁体４は本体３の流入側弁座７に当たっていて通路は閉じている。そして、弁装置１の内部にオイルが流入すると、図２（Ｂ）に示すように、オイルの圧力によってボール型弁体４はばね９に抗して排出側弁座８に向けて移動する。

オイルの圧力がある程度の高さになるまでは、ボール型弁体４と流入側弁座７との間及びボール型弁体４と排出側弁座８との間に隙間が開いており、このため、通路は開いていてオイルはノズル２からピストンＰに向けて噴出する。エンジンの回転数が更に高くなってオイルの圧力が所定値までなると、ボール型弁体４は排出側弁座８の端面に当接してその穴を塞ぎ、このためオイル通路は閉じられ、ピストンＰへのオイルの噴出は停止される。

図３のグラフは単位時間当たりのオイルの噴出量とエンジンの回転数との関係を示しており、このグラフにあるように、エンジンが高回転域に入ってオイルの圧力が所定の高さになるとボール型弁体４で排出側弁座８が塞がれるようにばね９の強さを設定しておくことにより、低中回転域でのみオイルが噴出するように自動制御することができる。

そして、弁装置１はボール型弁体４をばね９で弾性的に支持した単純な構造であるため誤作動や詰まりといった不具合はなく、低いコスト品ながら高い信頼性を確保できるのである。

なお、本実施形態では、ボール型弁体４が排出側弁座８に近づくと両者の隙間は少しずつ小さくなるため、オイルの噴出量はある圧力を境にして突然にゼロになるのではなく、圧力上昇と共に少しずつ減少してやがてゼロになる。

(2).第２実施形態（図４）・その他
図４では第２実施形態を示している。この実施形態は第１実施形態と基本的には同じであり、相違点は、ボール型弁体４に変えてニードル式弁体１０を使用している点、流入側弁座７が平坦状に形成されている点である。

この実施形態では、ニードル型弁体１０が排出側弁座８を塞ぐ程度はボール型弁体４の場合よりも緩やかになるので、図３に一点鎖線で示すように、オイルはその圧力が高くなることによって第１実施形態の場合よりも噴出量が緩やかに減少する。本実施形態では排出側弁座８に嵌まる部分のみをニードル状に形成しているが、流入側弁座７に当たる部分もニードル状に形成してもよい。

本願発明の具体例は上記の実施形態に限定されるものではなく、他の様々の態様を採用することができる。例えば、長さと外形とが異なる２本のコイルばねを同心状に配置して、オイルの圧力がある強さになると弁体に対する抵抗が２本のばねの総和となるように設定することにより、低速回転域でオイルが噴出しやすくなるようにすることも可能である。また、弁体や本体の形状は必要に応じて様々に設計することができる。

第１実施形態の概略図である。 第１実施形態の働きを示す図である。 オイルの噴出量とエンジンの回転数との関係を示すグラフである。 第２実施形態を示す図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

Ｓ シリンダブロック
Ｐ ピストン
Ｇ オイルギャラリー
１ 弁装置
２ ノズル
３ 本体
４ ボール式弁体
７ 流入側弁座
８ 排出側弁座
９ ばね
１０ ニードル型弁座

Claims (1)

1. 機関で駆動されるオイルポンプから圧送されたオイルを燃焼室と反対側からノズルでピストンに吹き付けることにより、ピストンを冷却するようになっている内燃機関において、
   オイルがノズルに向けて流れるオイル通路中に、弁体がばねに抗して移動することによって通路を開閉する弁装置を設けており、この弁装置を、弁体がばねに抗して一方方向に移動するにおいて弁体が所定位置まで移動するまでの間は通路が開いており、弁体が所定位置を超えて移動すると通路が完全に又は部分的に閉じられる構造とすることにより、オイルの圧力が所定値を超えるとピストンへのオイルの吹き付け量が無くなるか又は減少するように設定されている、
   内燃機関のピストン冷却装置。

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