JP5994503B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の冷却装置に係る。特に、本発明は、ピストン等の冷却を行うためのオイルジェットを実施する内燃機関の改良に関する。

従来より、例えば特許文献１および特許文献２に開示されているように、ピストンの裏面側に向けてエンジンオイル（潤滑油）を噴射するオイルジェット機構を備えるエンジンが知られている。

このオイルジェット機構から噴射されたエンジンオイルによってピストンを冷却することにより、例えばノッキングの発生を防止することができる。

特開２０１０−４８１５９号公報 特開２０１１−２４７１８６号公報

ところで、前記オイルジェット機構によるピストンの冷却をエンジンの暖機運転中に行った場合、以下の課題を招く可能性がある。

エンジンの暖機運転が開始されると、冷却水温度（以下、単に「水温」という）およびエンジンオイル温度（以下、単に「油温」という）が次第に上昇していくが、この際、油温の上昇速度（単位時間当たりの上昇温度）よりも、水温の上昇速度が高くなる。つまり、オイルジェット機構によってピストンに噴射されるエンジンオイルの温度の上昇速度よりも、シリンダブロックを冷却する冷却水の温度の上昇速度が高くなる。これは、エンジンオイルの比熱が冷却水の比熱に比べて大きいためである。また、オイルジェット機構によってピストンに噴射されるエンジンオイルは、オイルパンに貯留されたものであり、エンジンの暖機運転初期時にあっては、エンジン内の各部（各高温部分）に供給される前であって比較的温度の低いものとなっているのに対し、シリンダブロック内の冷却水通路を流れる冷却水は、筒内の燃焼ガスからの受熱によって早期に温度上昇するためである。

このように、エンジンの暖機運転初期時にあっては、温度が比較的低いエンジンオイルがピストンを冷却しているのに対し、温度が比較的高い（エンジンオイルに比べて温度が高い）冷却水がシリンダブロックを冷却している。

このため、この暖機運転過程において、ピストンの熱膨張量とシリンダブロックの熱膨張量との間に比較的大きな差が生じ、ピストン外径の拡大量がシリンダボア径の拡大量に対して小さくなり、シリンダボアの内面とピストンの外面との間の隙間が大きくなってしまう。その結果、所謂ピストンの首振り現象に伴う打音（ピストンの側部がシリンダボア内壁面に衝突することによる異音）が発生してしまう可能性がある。

なお、この打音は、エンジンの暖機運転中に限らず、エンジンの暖機完了後において、水温が油温よりも高くなる状況が生じ、ピストンの熱膨張量とシリンダブロックの熱膨張量との間に比較的大きな差が生じた場合にも発生する可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストン等の冷却を行うためのオイルジェットを実施する内燃機関において、前記打音の発生を抑制することが可能な内燃機関の冷却装置を提供することにある。

−発明の解決原理−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、前記打音の発生原因が、ピストンの熱膨張量とシリンダブロックの熱膨張量との間に比較的大きな差が生じているためであることに鑑み、ピストンの熱膨張量をオイルジェット機構からのオイルの噴射によって調整し、前記打音が生じないような前記熱膨張量の差が得られるようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、ピストンに向けてオイルを噴射するピストンジェットノズルおよびシリンダ内面に向けてオイルを噴射するボアジェットノズルを有するオイルジェット機構を備えた内燃機関の冷却装置を前提とする。この内燃機関の冷却装置に対し、前記ピストンジェットノズルにオイルを供給するピストンジェット側給油路、および、前記ボアジェットノズルにオイルを供給するボアジェット側給油路が設けられ、前記ピストンジェット側給油路には、前記オイルが所定温度に達したときに開放してピストンジェットノズルにオイルを供給するピストンジェット側サーモバルブが備えられ、前記ボアジェット側給油路には、前記シリンダを冷却している冷却水が所定温度に達したときに開放してボアジェットノズルにオイルを供給するボアジェット側サーモバルブが備えられており、前記ピストンジェット側サーモバルブが開放する前記オイルの温度およびボアジェット側サーモバルブが開放する前記冷却水の温度は、内燃機関の暖機運転時、ボアジェット側サーモバルブがピストンジェット側サーモバルブよりも早期に開放される値にそれぞれ設定されていて、前記冷却水の温度が所定値に達し、且つこの冷却水の温度が前記オイルの温度よりも高く、その差が所定値以上であるときには、前記ボアジェットノズルからシリンダ内面に向けてのオイルの噴射が実行され、前記ピストンジェットノズルからピストンに向けてのオイルの噴射が非実行とされる構成としている。

冷却水の温度がオイルの温度よりも高く、その差が所定値以上であるときに、このオイル（冷却水に比べて低温のオイル）によってピストンを冷却してしまうと、ピストン外径の拡大量がシリンダボア径の拡大量に追従できず、シリンダボアの内面とピストンの外面との間の隙間が大きくなって打音が発生してしまう可能性がある。このため、本解決手段では、冷却水の温度が所定値に達し、且つこの冷却水の温度がオイルの温度よりも高く、その差が所定値以上であるときには、ボアジェットノズルからシリンダ内面に向けてのオイルの噴射が実行され、ピストンジェットノズルからピストンに向けてのオイルの噴射が非実行とされるようにしている。つまり、オイルによるピストンの冷却が停止される。これにより、ピストン外径の拡大量がシリンダボア径の拡大量に追従することになり、シリンダボアの内面とピストンの外面との間の隙間が大きくなってしまうといったことが抑制され、打音の発生を抑制することができる。

また、この構成によれば、オイルの温度よりも早期に上昇する冷却水の温度に基づいてボアジェットノズルからのオイルの噴射が行われることになる。つまり、ピストンジェットノズルからのオイル噴射によるピストンの冷却動作に先立って、ボアジェットノズルからのオイル噴射によるシリンダとピストンとの間の潤滑が行われる。このため、この両者間の潤滑不足に起因するピストン側面のスカッフの発生を効果的に阻止することが可能となる。また、オイルによるダンピング効果によっても打音の発生が抑制される。このようにボアジェットノズルからのオイル噴射開始タイミング、および、ピストンジェットノズルからのオイル噴射タイミングの適正化により、打音の抑制とピストン側面のスカッフの防止とを両立することができる。

また、この構成によれば、冷却水の温度およびオイルの温度それぞれの上昇に伴って、ボアジェットノズルからのオイル噴射によるシリンダとピストンとの間の潤滑動作、ピストンジェットノズルからのオイル噴射によるピストンの冷却動作が自動的に順次開始されることになる。このため、ボアジェットおよびピストンジェットを順次行うための特別な制御が不要になって、動作切り換えのためのアクチュエータや、そのアクチュエータを制御するための制御回路が不要となってシステムの簡素化を図ることができる。

本発明では、冷却水の温度がオイルの温度よりも高く、その差が所定値以上であるときには、ピストンジェットノズルからピストンに向けてのオイルの噴射を非実行とすることにより、シリンダボアの内面とピストンの外面との間の隙間が大きくなってしまうといったことを抑制し、これにより打音の発生を抑制できる。

第１参考例に係るエンジンのオイル供給系統の概略構成を示す図である。 第１参考例に係るエンジンの断面図である。 ＯＳＶの制御系を示すブロック図である。 第１参考例に係るピストンジェット制御の手順を示すフローチャート図である。 ピストンジェット停止領域マップの一例を示す図である。 水温および油温の変化に伴うブロック側面振動の変化の一例を示す図である。 実施形態に係るエンジンの断面図である。 実施形態に係るオイルジェット機構のオイル経路の切り換え動作を説明するための図である。 油温および水温に応じたピストンジェットおよびボアジェットの切り換え状態を示す図である。 第２参考例に係るエンジンの断面図である。 第２参考例に係るオイルジェット制御の手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車用の多気筒（例えば直列４気筒）ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明する。

（第１参考例）
−エンジンのオイル供給系統−
図１は、本参考例に係るエンジン（内燃機関）１のオイル供給系統の概略構成を示す図である。この図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体を構成するシリンダヘッド２およびシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の下端部に取り付けられたオイルパン４と、エンジン１の内部潤滑や内部冷却等のためのエンジンオイル（以下、単に「オイル」という場合もある）をエンジン１内で循環させるオイル供給系統５とを備えている。

前記エンジン１の内部には、ピストン１１、クランクシャフト１２、カムシャフト１３等の複数の被潤滑部材や被冷却部材が収容されている。

前記シリンダブロック３には、４つのシリンダが形成されている。これらシリンダは、気筒配列方向（図中左右方向）に亘って配置されており、その内部にピストン１１が図中上下方向に往復移動可能に収容されている（図２を参照）。

オイル供給系統５は、オイルパン４に貯留されているオイルが、このオイルパン４から吸い出されて前記各被潤滑部材や被冷却部材へ供給され、これら被潤滑部材や被冷却部材からオイルパン４内に還流し得るように構成されている。

オイルパン４内の底部近傍には、このオイルパン４の内部に貯留されているオイルを吸い込むための吸込口６１ａを有するオイルストレーナ６１が配置されている。このオイルストレーナ６１は、シリンダブロック３に設けられたオイルポンプ６２に対し、ストレーナ流路６１ｂを介して接続されている。

前記オイルポンプ６２は、電子制御オイルポンプで構成されており、後述するＥＣＵ１００（図３を参照）からの制御信号に応じて作動状態が制御される。これにより、オイルポンプ６２は、エンジン１の運転状態に関わりなく駆動および停止の切り換えが可能であると共に、オイル吐出量も調整可能となっている。なお、このオイルポンプ６２は電子制御オイルポンプであるため、その配設箇所としては、シリンダブロック３の側部には限定されず、任意の位置に配設することが可能である。また、オイルポンプ６２としては、エンジン１のクランクシャフト１２からの駆動力を受けて作動する機械式オイルポンプであってもよい。

前記オイルポンプ６２は、シリンダブロック３の外部に設けられたオイルフィルタ６３のオイル入口に対し、オイル輸送路６４を介して接続されている。また、オイルフィルタ６３のオイル出口は、前記各被潤滑部材や被冷却部材等に向かうオイル流路として設けられたオイル供給路６５と接続されている。

このオイル供給路６５を経てオイルが供給されるオイル供給系統５の具体構成について以下に説明する。

このオイル供給系統５は、オイルパン４からオイルストレーナ６１を介して汲み上げたオイルを、オイルポンプ６２によって各被潤滑部材に供給して潤滑油として利用したり、ピストン１１等の被冷却部材に供給して冷却油として利用したり、油圧作動機器に供給して作動油として利用したりするようになっている。

具体的に、オイルポンプ６２から圧送されたオイルは、オイルフィルタ６３を経た後、気筒列方向に沿って延びるメインオイルホール（メインギャラリ）５１に送り出される。このメインオイルホール５１の一端側および他端側には、シリンダブロック３からシリンダヘッド２に亘って上方に延びるオイル通路５２，５３が連通されている。

メインオイルホール５１の一端側（図１における左側）に連通されているオイル通路５２は、さらに、チェーンテンショナ側通路５４と、ＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）側通路５５とに分岐されている。

チェーンテンショナ側通路５４に供給されたオイルは、タイミングチェーンの張力を調整するためのチェーンテンショナ７１の作動油として利用される。一方、ＶＶＴ側通路５５に供給されたオイルは、ＯＣＶ（Ｏｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）用オイルフィルタ７２ａを経て、ＶＶＴ用ＯＣＶ７２ｂおよび可変バルブタイミング機構７２，７３の作動油として利用される。

一方、メインオイルホール５１の他端側（図１における右側）に連通されているオイル通路５３は、ラッシュアジャスタ側通路５６とシャワーパイプ側通路５７とに分岐されている。

ラッシュアジャスタ側通路５６は、吸気側通路５６ａと排気側通路５６ｂとに更に分岐されている。吸気側通路５６ａにあっては、各気筒の吸気バルブに対応して配設されたラッシュアジャスタ７４，７４，…の給油路に連通され、この給油路を経たオイルがラッシュアジャスタ７４の作動油として利用されるようになっている。同様に、排気側通路５６ｂにあっては、各気筒の排気バルブに対応して配設されたラッシュアジャスタ７５，７５，…の給油路に連通され、この給油路を経たオイルがラッシュアジャスタ７５の作動油として利用されるようになっている。

なお、このラッシュアジャスタ側通路５６は、各カムシャフト１３のジャーナル部にもオイルを分岐供給し、この各カムシャフト１３とシリンダヘッド２のジャーナル軸受け部との間、および、各カムシャフト１３と図示しないカムキャップのジャーナル軸受け部との間の潤滑が行われるようになっている。

シャワーパイプ側通路５７も、吸気側通路５７ａと排気側通路５７ｂとに分岐されている。吸気側通路５７ａにあっては、吸気カムシャフトのカムロブに対応して図示しないオイル散布孔が形成されており、この吸気側通路５７ａを流れるオイルがオイル散布孔から吸気カムシャフトのカムロブとロッカアームのローラ部との接触部分に向けて散布されることで、この両者の潤滑に寄与するようになっている。同様に、排気側通路５７ｂにあっても、排気カムシャフトのカムロブに対応して図示しないオイル散布孔が形成されており、この排気側通路５７ｂを流れるオイルがオイル散布孔から排気カムシャフトのカムロブに散布されることで、この両者の潤滑に寄与するようになっている。

−オイルジェット機構−
前記オイル供給系統５には、ピストン１１を冷却するためのオイルジェット機構８が備えられている。以下、このオイルジェット機構８について説明する。

このオイルジェット機構８は、各気筒それぞれに対応して配設された複数（本参考例では４個）のピストンジェットノズル８１，８１，…、メインオイルホール５１からピストンジェットノズル８１にオイルを供給するためのオイル供給路８２、ピストンジェットノズル８１へのオイル供給状態を切り換える（オイルの供給と停止とを切り換える）ＯＳＶ（Ｏｉｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）８３を備えている。

前記ピストンジェットノズル８１は、ピストン１１の裏面に向かう噴射孔を有しており、オイル供給路８２からオイルが供給された際には、ピストン１１の裏面に向けてオイルを噴射するようになっている。

つまり、ＯＳＶ８３が開放状態にあるときには、メインオイルホール５１のオイルが、オイル供給路８２を経て、各気筒それぞれに対応したピストンジェットノズル８１，８１，…に供給され、これらピストンジェットノズル８１，８１，…から各ピストン１１の裏面に向けてオイルが噴射される。このオイルの噴射によりピストン１１を冷却し、例えば筒内温度の過上昇を抑制してノッキングの発生を防止できるようになっている。

一方、ＯＳＶ８３が閉鎖状態にあるときには、メインオイルホール５１からオイル供給路８２へのオイルの供給が停止され、各ピストンジェットノズル８１，８１，…からのエンジンオイルの噴射も停止される。

−エンジンの構成−
次に、本参考例に係るエンジン１の構成および前記オイルジェット機構８の配設構造について説明する。

図２に示すように、本参考例に係るエンジン１は、シリンダブロック３の長手方向に沿って複数のシリンダボア３１が配設されている（図２では１つの気筒のみを示している）。各シリンダボア３１には、ピストン１１がそれぞれ収容されている。

シリンダヘッド２には、燃焼室１４に連通する吸気ポート２１および排気ポート２２が設けられている。この吸気ポート２１および排気ポート２２は、シリンダヘッド２に備えられた吸気バルブ２３や排気バルブ２４を、吸気側および排気側のカムシャフト１３等によって駆動することにより開閉される。

そして、シリンダブロック側ウォータジャケット３２は、シリンダブロック３においてシリンダボア３１を囲むように、かつデッキ面側へ向けて開放するように溝状に設けられている。

また、シリンダヘッド側ウォータジャケット２５は、シリンダブロック３側へ向けて開放され、シリンダブロック側ウォータジャケット３２と連通している。

なお、前記シリンダブロック３とシリンダヘッド２とは、ヘッドガスケット１５を介して、ヘッドボルト（図示省略）によって結合されている。

そして、前記オイルジェット機構８は、シリンダブロック３の下部に配設されており、各気筒毎に前記ピストンジェットノズル８１が設けられている。このピストンジェットノズル８１は、前記オイル供給路８２に対する接続箇所から水平方向に延びた後、略鉛直上方に延び、その上端部に、前記ピストン１１の裏面に向かう噴射孔が形成されたものとなっている。上述した如く、前記ＯＳＶ８３が開放状態にあるときには、オイル供給路８２から供給されたオイルがピストンジェットノズル８１からピストン１１の裏面に向けて噴射される（図２における矢印を参照）。

−ＯＳＶの制御系−
図３は、前記ＯＳＶ８３に係る制御系を示すブロック図である。ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転制御などを実行する電子制御装置であって、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびバックアップＲＡＭなどを備えている。

ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１の停止時などにおいて保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

前記ＯＳＶ８３に係る制御系にあっては、ＥＣＵ１００に複数のセンサが接続されている。具体的には、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１２が所定角度だけ回転する度にパルス信号を発信するクランクポジションセンサ１０１、吸入空気量を検出するエアフロメータ１０２、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１０３、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ１０４、および、エンジンオイルの温度を検出する油温センサ１０５などが接続されており、これらセンサ１０１〜１０５からの信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。具体的に、水温センサ１０４は、前記シリンダブロック３の側部に配設されて（図２を参照）、前記シリンダブロック側ウォータジャケット３２内を流れる冷却水の温度を検出する。油温センサ１０５は、前記オイルパン４に配設されて、このオイルパン４の底部に貯留されているエンジンオイルの温度を検出する。

なお、このＥＣＵ１００は、前記各センサ以外に、周知のセンサとして、スロットル開度センサ、シフトポジションセンサ、車輪速センサ、ブレーキペダルセンサ、吸気温センサ、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ₂センサ、カムポジションセンサ等（何れも図示省略）が接続されており、これらセンサからの信号も入力されるようになっている。

そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１の各種アクチュエータ（スロットルモータ、インジェクタ、イグナイタ等）の制御のほか、前記ＯＳＶ８３の開閉制御（ピストンジェット制御）を行うようになっている。このＯＳＶ８３の開閉制御については後述する。

−ピストンジェット制御−
次に、本参考例における特徴とする制御であるピストンジェット制御について説明する。ここでは、一例としてエンジン１の暖機運転時におけるピストンジェット制御について説明する。

エンジン１の暖機運転が開始されると、水温および油温が次第に上昇していくが、この際、油温の上昇速度（単位時間当たりの上昇温度）よりも、水温の上昇速度が高くなる。これは、エンジンオイルの比熱が冷却水の比熱に比べて大きいためである。また、オイルパン４に貯留されているオイルは、エンジン１の暖機運転初期時にあっては、エンジン１内の各部（各高温部分）に供給されておらず比較的温度の低いものとなっているのに対し、シリンダブロック側ウォータジャケット３２を流れる冷却水は、燃焼室１４内の燃焼ガスからの受熱によって早期に温度上昇するためである。

このため、エンジン１の暖機運転初期時に、オイルジェット機構８によるピストン１１の冷却を行ってしまうと、温度が比較的低いオイルがピストン１１を冷却するのに対し、温度が比較的高い冷却水がシリンダブロック３を冷却することになる。

このような状況では、ピストン１１の熱膨張量とシリンダブロック３の熱膨張量との間に比較的大きな差が生じ、ピストン外径の拡大量がボア径の拡大量に対して小さくなり、シリンダボアの内面とピストン１１の外面との間の隙間が大きくなってしまい、その結果、所謂ピストンの首振り現象に伴う打音が発生して、乗員に違和感を与えてしまう可能性がある。

この点に鑑み、本参考例では、ピストン１１の熱膨張量をオイルジェット機構８からのオイルの噴射（以下「ピストンジェット」という場合もある）によって調整し、前記打音が生じないような前記熱膨張量の差が得られるようにしている。具体的には、水温が油温よりも高く、その差が所定値以上であるときには、前記オイルジェット機構８によるピストンジェットを非実行（停止）とする。つまり、オイルによるピストン１１の冷却を停止する。これにより、ピストン１１の膨張量がシリンダブロック３の熱膨張量に追従して、これら両者間に生じる隙間を小さくすることで打音の発生を抑制するようにしている。

また、本参考例では、前記水温と油温との差だけでなく、エンジン負荷に応じて、オイルジェット機構８によるピストンジェットを実行するか否かを判断するようにしている。

以下、ピストンジェット制御の手順について、図４のフローチャートを用いて具体的に説明する。この図４に示すフローチャートは、エンジン１の運転中、数ｍｓｅｃ毎またはクランクシャフト１２の所定回転角度毎に実行される。

まず、ステップＳＴ１において、エンジン回転数、エンジン負荷、水温、油温の各情報を取得する。エンジン回転数は、前記クランクポジションセンサ１０１からの出力に基づいて算出される。エンジン負荷は、前記エンジン回転数およびアクセル開度に基づいて算出される。なお、アクセル開度は、前記アクセル開度センサ１０３によって検出される。また、前記エアフロメータ１０２によって検出される吸入空気量に基づいてエンジン負荷を算出するようにしてもよい。また、水温は前記水温センサ１０４によって検出され、油温は前記油温センサ１０５によって検出される。

このようにして各情報を取得した後、ステップＳＴ２に移り、以下の２つの条件が共に成立しているか否かを判定する。

まず、第１の条件としては、エンジン回転数およびエンジン負荷が所定のピストンジェット停止領域にあることである。このピストンジェット停止領域は、例えば図５に示すピストンジェット停止領域マップによって規定されている。図５において斜線を付した領域αがピストンジェット停止領域であり、領域βがピストンジェット実行領域となっている。このピストンジェット停止領域αとピストンジェット実行領域βとの境界となるエンジン負荷（負荷閾値）としては、エンジン回転数が所定回転数Ｎａ（例えば３０００ｒｐｍ）を超えた領域にあっては、一律のエンジン負荷値として設定されている。このエンジン負荷値としては、エンジン１の種類毎や許容できる打音の大きさなどに応じて実験やシミュレーションによって適宜設定される。一方、エンジン回転数が所定回転数Ｎａ以下である領域にあっては、エンジン回転数が低いほど、前記エンジン負荷値（領域αと領域βとの境界となる負荷閾値）は高く設定されている。

つまり、エンジン回転数が所定回転数Ｎａを超えている場合には、エンジン音が比較的大きいため、仮に打音が発生している状況であっても、乗員は、打音による違和感を招き難いため、ピストンジェット停止領域（打音抑制のための制御を行う領域）を比較的狭くしている。これに対し、エンジン回転数が所定回転数Ｎａ以下である場合には、エンジン音が比較的小さいため、仮に打音が発生している状況では、乗員が違和感を招く可能性がある。このため、ピストンジェット停止領域を、低回転ほど（エンジン音が小さいほど）広くしている。言い換えると、同一エンジン負荷であっても、エンジン回転数が高い場合には第１の条件が非成立となってピストンジェットを実行し（打音防止のための制御を非実行とし）、エンジン回転数が低い場合には第１の条件が成立し、後述する第２条件が成立していることを条件としてピストンジェットを停止する（打音防止のための制御を実行する）ようにしている。

このようなピストンジェット停止領域マップが前記ＲＯＭに記憶されており、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷をピストンジェット停止領域マップに当て嵌めることで、第１の条件が成立しているか（エンジン回転数およびエンジン負荷がピストンジェット停止領域αにあるか）否かを判定する。

第２の条件としては、水温が油温よりも高く、その差が所定値Ａ以上であることである。つまり、以下の式（１）が成立していることである。

水温−油温≧Ａ …（１）
この閾値Ａとして具体的には１０℃が挙げられる。この値はこれに限定されず、実験やシミュレーション（水温と油温との差と、打音の大きさとの関係を検証する実験やシミュレーション）に応じ、また、各センサ（水温センサ１０４および油温センサ１０５）の配設位置（センサによる温度検出位置）に応じて、打音の大きさが許容値以下となるように適宜設定される。

前記第１の条件および第２の条件のうち一つが成立していない場合や、両方が成立していない場合には、ステップＳＴ２でＮＯ判定され、ステップＳＴ３において通常のピストンジェット制御が実行される。この通常のピストンジェット制御としては、エンジン１の暖機運転時（例えば水温と油温との差が前記所定値Ａ未満である状態での暖機運転中）には、エンジン１の早期暖機を目的として、オイルによるピストン１１の冷却を停止する。つまり、前記ＯＳＶ８３を閉鎖することでオイルジェット機構８からのピストンジェットを停止する。また、冷却水温度が所定温度（例えば７０℃）に達するなどしてエンジン１の暖機が完了した時点でオイルによるピストン１１の冷却を開始する。つまり、前記ＯＳＶ８３を開放することでオイルジェット機構８からのピストンジェットを開始する。

一方、前記第１の条件および第２の条件が共に成立している場合には、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定されてステップＳＴ４に移る。このステップＳＴ４では、オイルによるピストン１１の冷却を停止する。つまり、前記ＯＳＶ８３を閉鎖することでオイルジェット機構８からのピストンジェットを停止する。そして、このピストンジェットを停止した状態は、前記第１の条件および第２の条件のうち少なくとも一つが成立しなくなってステップＳＴ２でＮＯ判定され、ステップＳＴ３の通常のピストンジェット制御に移行した場合に、冷却水温度が所定温度以上になるまで継続されることになる。なお、前記第１の条件および第２の条件のうち少なくとも一つが成立しなくなってステップＳＴ２でＮＯ判定された時点で冷却水温度が所定温度（通常のピストンジェット制御においてピストンジェットを実行すべき温度；例えば７０℃）以上になっている場合には、通常のピストンジェット制御に移行した後、直ちにピストンジェットが開始されることになる。

以上説明したように本参考例では、水温が油温よりも高く、その差が所定値以上であるときには、エンジン負荷がピストンジェット停止領域にあることを条件として、オイルジェット機構８からのピストンジェットを停止して、ピストン１１を冷却しないようにしている。このため、ピストン外径の拡大量がシリンダボア径の拡大量に追従することになり、シリンダボア３１の内面とピストン１１の外面との間の隙間が大きくなってしまうといったことが抑制される。その結果、打音の発生を抑制することができて、乗員が違和感を招くといったことを防止できる。

また、本参考例では、エンジン回転数が所定回転数を超えている場合には、ピストンジェット停止領域（打音抑制のための制御を行う領域）を比較的狭くしている（図５のピストンジェット停止領域マップを参照）。つまり、エンジン音が比較的大きい状況では、仮に打音が発生している状況であっても、乗員は、打音による違和感を招き難いことを考慮し、ピストンジェット停止領域を比較的狭くしている。これにより、必要以上にピストンジェットを停止してしまうことを抑制し、ノッキングの発生を効果的に防止できる。また、エンジン回転数が所定回転数以下である場合には、ピストンジェット停止領域を、低回転ほど広くしている。これにより、エンジン音が比較的小さい状況において、打音によって乗員が違和感を招くといったことを確実に防止できる。

図６は、エンジン１の暖機運転中における水温および油温の変化に伴うブロック側面振動の変化を実験により求めたグラフである。この実験は、打音の大きさを、ブロック側面振動の大きさに置き換えて計測したものとなっている。また、この実験では、シリンダブロック３の側面に取り付けた加速度センサを利用してブロック側面振動を計測している。

図中の破線は水温の変化を示し、一点鎖線は油温の変化を示している。また、図中の実線Ｘは従来技術におけるブロック側面振動の変化、つまり、エンジン暖機中にピストンジェットを常時実行した場合のブロック側面振動の変化を示している。また、図中の実線Ｙは本参考例におけるブロック側面振動の変化、つまり、エンジン暖機中において油温に対して水温が所定値以上高い場合にピストンジェットを停止した場合のブロック側面振動の変化を示している。この実験では、図中の期間Ｔａでピストンジェットを停止している。また、エンジン１のアイドリング運転中に、乗員が違和感を招くことのない打音の大きさである許容限界値（ブロック側面振動の許容限界値）を図中の二点鎖線Ｚで示している。

この図６から明らかなように、従来技術にあっては、油温と水温との差が大きくなるに従って、ブロック側面振動は大きくなっていき、そのブロック側面振動（打音）は許容限界値Ｚを大幅に超えている。そして、油温の上昇に伴って油温と水温との差が小さくなっていくとブロック側面振動も小さくなっている。

これに対し、本参考例にあっては、油温と水温との差が大きくなってもブロック側面振動（打音）は許容限界値Ｚ未満となっており、暖機運転中の全期間において、ブロック側面振動（打音）が許容限界値Ｚを超えることはない。

このように、本参考例によればエンジン暖機中の全期間に亘って打音の発生が抑制されるといった効果が得られることが確認された。

（実施形態）
次に、本発明の実施形態について説明する。前記第１参考例では、オイルジェット機構８のジェットノズルとしてピストンジェットノズル８１のみを備えた場合について説明した。本実施形態では、ジェットノズルとしてピストンジェットノズル８１およびボアジェットノズル８４（図７を参照）を備えたものに本発明を適用した場合について説明する。

ボアジェットノズル８４は、シリンダボア３１の内面に向けてエンジンオイルを噴射するためのものであって、シリンダボア３１の内面に向かう噴射孔を有しており、前記オイル供給路８２からエンジンオイルが供給された際に、シリンダボア３１の内面に向けてエンジンオイルを噴射するようになっている。

以下、これらピストンジェットノズル８１およびボアジェットノズル８４を備えたオイルジェット機構８の構成について説明する。

図７は本実施形態に係るエンジン１の断面図であり、図８は本実施形態に係るオイルジェット機構８のオイル経路の切り換え動作を説明するための図である。

これらの図に示すように、オイルジェット機構８は、前記メインオイルホール５１に接続されたオイル供給路８２の下流側（エンジンオイル供給方向の下流側）が２つの分岐油路８５，８６に分岐されている。一方の分岐油路はピストンジェット側給油路８５となっており、このピストンジェット側給油路８５には、各気筒に対応した複数（４個）のピストンジェットノズル８１，８１，…が設けられている。他方の分岐油路はボアジェット側給油路８６となっており、このボアジェット側給油路８６には、４気筒のうち中央の２気筒（気筒列方向の中央に位置する気筒；第２番気筒と第３番気筒）に対応したボアジェットノズル８４，８４が設けられている。つまり、隣接するシリンダボア３１，３１の膨張に伴って特にシリンダボア内面形状の変形が大きくなりやすい中央の２気筒のみにボアジェットノズル８４，８４からのオイル噴射を行い、このオイルの冷却作用によって変形を抑制するようにしている。

そして、ピストンジェット側給油路８５およびボアジェット側給油路８６のそれぞれにおける各ノズル８１，８４の上流側（オイル供給路８２側）にはサーモバルブ８５ａ，８６ａが設けられている。このため、ピストンジェット側給油路８５に設けられたサーモバルブ（ピストンジェット側サーモバルブ）８５ａが閉鎖状態にある場合には、ピストンジェット側給油路８５がオイル供給路８２から遮断され、ピストンジェットノズル８１，８１，…へはエンジンオイルが供給されず、ピストンジェットが停止されることになる。また、このサーモバルブ８５ａが開放状態にある場合には、ピストンジェット側給油路８５がオイル供給路８２と連通され、ピストンジェットノズル８１，８１，…へエンジンオイルが供給されて、ピストンジェットが実行されることになる。

同様に、ボアジェット側給油路８６に設けられたサーモバルブ（ボアジェット側サーモバルブ）８６ａが閉鎖状態にある場合には、ボアジェット側給油路８６がオイル供給路８２から遮断され、ボアジェットノズル８４，８４へはエンジンオイルが供給されず、ボアジェットが停止されることになる。また、このサーモバルブ８６ａが開放状態にある場合には、ボアジェット側給油路８６がオイル供給路８２と連通され、ボアジェットノズル８４，８４へエンジンオイルが供給されて、ボアジェットが実行されることになる。

そして、ピストンジェット側給油路８５に設けられたサーモバルブ８５ａは、サーモワックスを利用したバルブであって、ピストンジェット側給油路８５におけるエンジンオイルの温度に応じて開閉される。つまり、エンジンオイルの温度が所定温度未満である場合にはサーモバルブ８５ａが閉鎖されてピストンジェットが停止されるのに対し、エンジンオイルの温度が所定温度以上である場合にはサーモバルブ８５ａが開放されてピストンジェットが実行されるようになっている。

一方、ボアジェット側給油路８６に設けられたサーモバルブ８６ａも、サーモワックスを利用したバルブであって、冷却水の温度、具体的には、シリンダブロック側ウォータジャケット３２を流れる冷却水の温度に応じて開閉される。つまり、冷却水の温度が所定温度未満である場合にはサーモバルブ８６ａが閉鎖されてボアジェットが停止されるのに対し、冷却水の温度が所定温度以上である場合にはサーモバルブ８６ａが開放されてボアジェットが実行されるようになっている。具体的に、このサーモバルブ８６ａは、サーモワックスを内蔵した感温部８６ｂが前記シリンダブロック側ウォータジャケット３２内に収容されており、この感温部８６ｂの作動によって開閉するバルブ本体８６ｃがボアジェット側給油路８６に設けられた構成となっている。

なお、前記サーモバルブ８５ａ，８６ａの具体構成としては周知のものが適用可能である（例えば特開２０１０−１３８７２４号公報や特開２００６−７７６９６号公報を参照）。また、ピストンジェット側給油路８５に設けられたサーモバルブ８５ａが閉鎖状態から開放状態に移行する油温と、ボアジェット側給油路８６に設けられたサーモバルブ８６ａが閉鎖状態から開放状態に移行する水温とは、この油温（サーモバルブ８５ａが切り換わる油温）よりも水温（サーモバルブ８６ａが切り換わる水温）が低く設定されている。つまり、エンジン暖機運転中に、ボアジェット側給油路８６に設けられたサーモバルブ８６ａが先に開放し、その後に、ピストンジェット側給油路８５に設けられたサーモバルブ８５ａが開放するように設定されておればよい。つまり、水温が油温よりも所定値だけ高い状況でボアジェットが実行されピストンジェットが停止される状態が得られるように設定されておればよい。

このような構成とされたオイルジェット機構８を備えていることにより、例えばエンジン暖機運転初期時にあっては、水温および油温が共に低いため、各サーモバルブ８５ａ，８６ａは閉鎖状態となり、ピストンジェットおよびボアジェットは共に行われないことになる（図８（ａ）の状態を参照）。

そして、エンジン暖機運転が継続すると、上述した如く油温よりも水温の上昇速度が高いため、この水温が所定温度（例えば６０℃）に達した時点で、ボアジェット側給油路８６に設けられたサーモバルブ８６ａが開放し、ボアジェットが開始されることになる（図８（ｂ）の状態を参照）。この際、水温と油温との温度差が所定値以上となった状態でピストンジェットが停止されている。

さらに、エンジン暖機運転が継続すると、油温が所定温度（例えば６０℃）に達することになり、ピストンジェット側給油路８５に設けられたサーモバルブ８５ａが開放し、ピストンジェットが開始されることになる（図８（ｃ）の状態を参照）。図９は、油温および水温に応じたピストンジェットおよびボアジェットの切り換え状態を示している。

このように、本実施形態によれば、前述した第１参考例の効果に加えて以下の効果を奏することができる。つまり、ボアジェットおよびピストンジェットが自動的に順次開始されることになるため、これらボアジェットおよびピストンジェットを順次行うための特別な制御が不要になる。その結果、動作切り換えのためのアクチュエータや、そのアクチュエータを制御するための制御回路が不要となってシステムの簡素化を図ることができる。

また、ピストンジェットに先立ってボアジェットが行われるため、シリンダボア３１の内面とピストン１１の外面との間の潤滑不足に起因するピストン側面のスカッフの発生を効果的に阻止することが可能となる。また、シリンダボア３１の内面とピストン１１の外面との間に介在するオイルによるダンピング効果によっても打音の発生が抑制でき。このようにボアジェットの開始タイミングおよびピストンジェットの開始タイミングの適正化により、打音の抑制とピストン側面のスカッフの防止とを両立することができる。

（第２参考例）
次に、第２参考例について説明する。本参考例は、前記実施形態のものと同様に、ジェットノズルとしてピストンジェットノズル８１およびボアジェットノズル８４を備えたオイルジェット機構８に本発明を適用したものである。

本参考例では、ピストンジェット側給油路８５およびボアジェット側給油路８６それぞれにＯＳＶ８３Ａ，８３Ｂ（図１０を参照）を配設し、各ＯＳＶ８３Ａ，８３Ｂの開閉制御によってピストンジェットおよびボアジェットを個別に制御できるようにしている。

図１０は本参考例に係るエンジンの断面図である。この図１０に示すように、本参考例におけるオイルジェット機構８は、前記メインオイルホール５１に接続されたオイル供給路８２の下流側がピストンジェット側給油路８５およびボアジェット側給油路８６に分岐されている。そして、ピストンジェット側給油路８５およびボアジェット側給油路８６のそれぞれにおける各ノズル８１，８４の上流側（オイル供給路８２側）にＯＳＶ８３Ａ，８３Ｂが設けられ、これらＯＳＶ８３Ａ，８３Ｂの開閉制御によってピストンジェットおよびボアジェットを個別に制御できるようになっている。

そして、本参考例では、ピストンジェット側給油路８５に設けられたＯＳＶ８３Ａの開閉制御は油温に応じて行う。つまり、油温が所定温度未満である場合にはＯＳＶ８３Ａを閉鎖してピストンジェットを停止し、油温が所定温度以上になるとＯＳＶ８３Ａを開放してピストンジェットを実行するようにしている。また、ボアジェット側給油路８６に設けられたＯＳＶ８３Ｂの開閉制御は水温に応じて行う。つまり、水温が所定温度未満である場合にはＯＳＶ８３Ｂを閉鎖してボアジェットを停止し、水温が所定温度以上になるとＯＳＶ８３Ｂを開放してボアジェットを実行するようにしている。

以下、本参考例におけるオイルジェット制御について、図１１のフローチャートを用いて具体的に説明する。この図１１に示すフローチャートは、エンジン１の運転中、数ｍｓｅｃ毎またはクランクシャフト１２の所定回転角度毎に実行される。

まず、ステップＳＴ１１において、水温および油温の各情報を取得する。水温は前記水温センサ１０４によって検出され、油温は前記油温センサ１０５によって検出される。

その後、ステップＳＴ１２に移り、水温が予め設定された所定値Ｂ（例えば６０℃）以上となっているか否かを判定する。

水温が所定値Ｂ未満であってステップＳＴ１２でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１３に移りボアジェットを停止する。つまり、前記ボアジェット側給油路８６に設けられたＯＳＶ８３Ｂを閉鎖することでボアジェットノズル８４からのボアジェットを停止する。

一方、水温が所定値Ｂ以上となっておりステップＳＴ１２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１４に移りボアジェットを実行する。つまり、前記ボアジェット側給油路８６に設けられたＯＳＶ８３Ｂを開放することでボアジェットノズル８４からのボアジェットを実行する。

このようにしてボアジェットの停止および実行を水温に応じて行った後、ステップＳＴ１５に移り、油温が予め設定された所定値（例えば５０℃）Ｃ以上となっているか否かを判定する。

油温が所定値Ｃ未満であってステップＳＴ１５でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１６に移りピストンジェットを停止する。つまり、前記ピストンジェット側給油路８５に設けられたＯＳＶ８３Ａを閉鎖することでピストンジェットノズル８１からのピストンジェットを停止する。

一方、油温が所定値Ｃ以上となっておりステップＳＴ１５でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１７に移りピストンジェットを実行する。つまり、前記ピストンジェット側給油路８５に設けられたＯＳＶ８３Ａを開放することでピストンジェットノズル８１からのピストンジェットを実行する。

本参考例において、水温が所定値Ｂ以上となっていて、ステップＳＴ１２でＹＥＳ判定されてボアジェットが実行され、油温が所定値Ｃ未満であって、ステップＳＴ１５でＮＯ判定されてピストンジェットが停止されている状況では、水温が油温よりも高く、その差が所定値以上となった状態でピストンジェットが停止されている。

本参考例においても、前記実施形態の場合と同様に、ボアジェットの開始タイミングおよびピストンジェットの開始タイミングの適正化によって、打音の抑制とピストン側面のスカッフの防止とを両立することができる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車用の直列４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に適用されるエンジンに対しても適用することが可能である。また、気筒数やエンジンの形式（Ｖ型や水平対向型等）は特に限定されるものではない。また、ディーゼルエンジンに対しても本発明は適用が可能である。

また、前記実施形態ではコンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）に対しても本発明は適用可能である。

また、前記第１参考例では、エンジン負荷が前記ピストンジェット停止領域αにある際に、水温が油温よりも高く、その差が前記所定値Ａ以上である場合（前記第１の条件と第２の条件とが共に成立した場合）にピストンジェットを停止するようにしていた。これに限らず、エンジン負荷に関わりなく、水温が油温よりも高く、その差が前記所定値Ａ以上である場合にピストンジェットを停止するようにしてもよい。

本発明は、オイルジェット機構を備えたエンジンにおける打音を抑制するためのオイルジェットの制御に適用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
１１ ピストン
８ オイルジェット機構
８１ ピストンジェットノズル
８２ オイル供給路
８３ ＯＳＶ
８４ ボアジェットノズル
８５ ピストンジェット側給油路
８６ ボアジェット側給油路
８５ａ ピストンジェット側サーモバルブ
８６ａ ボアジェット側サーモバルブ
１００ ＥＣＵ
１０１ クランクポジションセンサ
１０２ エアフローメータ
１０３ アクセル開度センサ
１０４ 水温センサ
１０５ 油温センサ

Claims (1)

1. ピストンに向けてオイルを噴射するピストンジェットノズルおよびシリンダ内面に向けてオイルを噴射するボアジェットノズルを有するオイルジェット機構を備えた内燃機関の冷却装置において、
   前記ピストンジェットノズルにオイルを供給するピストンジェット側給油路、および、前記ボアジェットノズルにオイルを供給するボアジェット側給油路が設けられ、
   前記ピストンジェット側給油路には、前記オイルが所定温度に達したときに開放してピストンジェットノズルにオイルを供給するピストンジェット側サーモバルブが備えられ、前記ボアジェット側給油路には、前記シリンダを冷却している冷却水が所定温度に達したときに開放してボアジェットノズルにオイルを供給するボアジェット側サーモバルブが備えられており、
   前記ピストンジェット側サーモバルブが開放する前記オイルの温度およびボアジェット側サーモバルブが開放する前記冷却水の温度は、内燃機関の暖機運転時、ボアジェット側サーモバルブがピストンジェット側サーモバルブよりも早期に開放される値にそれぞれ設定されていて、前記冷却水の温度が所定値に達し、且つこの冷却水の温度が前記オイルの温度よりも高く、その差が所定値以上であるときには、前記ボアジェットノズルからシリンダ内面に向けてのオイルの噴射が実行され、前記ピストンジェットノズルからピストンに向けてのオイルの噴射が非実行とされる構成となっていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。

Images