(57)【要約】【課題】シリンダボア内でのピストンの傾きに起因するピストン打音の発生を好適に抑制することができる内燃機関のオイルジェット装置を提供する。【解決手段】オイルジェット装置２９は、ピストン１９に向けてオイルを噴射するオイルジェット機構３０と、オイルジェット機構３０を制御する制御装置４０と、を備えている。制御装置４０は、ウォータジャケット２５内の冷却水の温度を取得する温度取得部４１と、ウォータポンプの回転速度を取得する回転速度取得部４２と、温度取得部４１が取得した冷却水の温度と回転速度取得部４２が取得したウォータポンプの回転速度とに基づいてシリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差を算出する温度差算出部４３と、を備えている。制御装置４０は、温度差算出部４３により算出された温度差が所定値よりも大きいことを条件にオイルジェット機構３０によるオイルの噴射を禁止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアの周囲にウォータジャケットが形成されたシリンダブロックと、前記ウォータジャケットを経由して冷却水を循環させるウォータポンプと、を備える内燃機関に搭載され、
ピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェット機構と、前記オイルジェット機構を制御する制御装置と、を備えるオイルジェット装置であって、
前記制御装置は、冷却水の温度を取得する温度取得部と、前記ウォータポンプの回転速度を取得する回転速度取得部と、前記温度取得部が取得した冷却水の温度と前記回転速度取得部が取得した前記ウォータポンプの回転速度とに基づいて前記シリンダボアにおける燃焼室側の部分である上部とクランクケース側の部分である下部との温度差を算出する温度差算出部と、を備え、
前記温度差算出部により算出された温度差が所定値よりも大きいことを条件に前記オイルジェット機構によるオイルの噴射を禁止する
ことを特徴とする内燃機関のオイルジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストンに向けてオイルを噴射する内燃機関のオイルジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダボアのうち、同シリンダボアにおける燃焼室側の部分である上部は、燃焼室での混合気の燃焼による熱を受けて高温になりやすい。シリンダボアの上部が高温になってシリンダボアの上部と下部との温度差が大きくなると、シリンダボアの上部と下部とで熱膨張量の差も大きくなり、シリンダボアの上部の内部空間が下部の内部空間よりも広がった状態となる。こうした場合では、シリンダボア上部においてピストンとの隙間が大きくなり、ピストンの傾きが大きくなることによってピストンがシリンダボアに衝突し、異音（ピストン打音）が発生するおそれがある。
【０００３】
こうしたピストンの傾きによるピストン打音の発生を抑制するために、特許文献１に記載のオイルジェット装置では、暖機運転開始後に比較的速やかに上昇する冷却水の温度と、冷却水の温度よりもゆっくりと上昇するオイルの温度との温度差（油水温差）を算出している。そして、オイルの温度が十分に上昇する前に冷却水の温度が高くなり、上記油水温差が所定値以上になったときには、シリンダボア上部が熱膨張している一方でピストンはあまり熱膨張しておらず、シリンダボアとピストンとの隙間が大きくなっていると推定し、オイルの噴射を実行するようにしている。こうしてオイルの噴射を実行することにより、ピストンとシリンダボアとの間に油膜を形成することができる。そして、特許文献１に記載のオイルジェット装置では、こうして形成した油膜を緩衝材として機能させることにより、ピストン打音の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０５９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
なお、特許文献１に記載のオイルジェット装置では、ウォータジャケット内の冷却水の温度を水温センサを用いて検出し、油水温差を算出している。ところが、水温センサで検出した冷却水の温度から算出した油水温差が所定値以上である、といった条件では、シリンダボアとピストンとの隙間が大きくなっていることを適切に推定できないことがある。
【０００６】
例えば、ウォータジャケット内の冷却水の流量が少なく、ウォータジャケット内の冷却水が十分に撹拌されない場合には、シリンダボアの上部近傍の冷却水が集中的に温められ、ウォータジャケット内の冷却水の温度が不均一になりやすい。そのため、水温センサが取り付けられている位置によっては、シリンダボアの上部近傍の冷却水の温度上昇を検知できず、ピストン打音の発生を抑制できないおそれがある。また、このようにウォータジャケット内の冷却水の撹拌が十分に行われない状況下では、ウォータジャケット内の冷却水が十分に撹拌されている場合よりもシリンダボア上部の温度が上昇しやすくなるため、暖機運転開始後、想定以上に早くシリンダボアとピストンとの隙間が大きくなってしまう。そのため、特許文献１に開示されているオイルジェット装置のように、ウォータジャケット内の冷却水の温度に偏りが生じることが想定されていないオイルジェット装置では、ピストン打音を適切に抑制できないおそれがある。
【０００７】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダボア内でのピストンの傾きに起因するピストン打音の発生を好適に抑制することができる内燃機関のオイルジェット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための内燃機関のオイルジェット装置は、シリンダボアの周囲にウォータジャケットが形成されたシリンダブロックと、ウォータジャケットを経由して冷却水を循環させるウォータポンプと、を備える内燃機関に搭載され、ピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェット機構と、オイルジェット機構を制御する制御装置と、を備えている。制御装置は、冷却水の温度を取得する温度取得部と、ウォータポンプの回転速度を取得する回転速度取得部と、温度取得部が取得した冷却水の温度と回転速度取得部が取得したウォータポンプの回転速度とに基づいてシリンダボアにおける燃焼室側の部分である上部とクランクケース側の部分である下部との温度差を算出する温度差算出部と、を備えている。そして、内燃機関のオイルジェット装置は、温度差算出部により算出された温度差が所定値よりも大きいことを条件に前記オイルジェット機構によるオイルの噴射を禁止する。
【０００９】
ウォータポンプの回転速度が高く、ウォータジャケット内の冷却水の流量が多いときにはウォータジャケット内で冷却水が十分に撹拌されるが、ウォータポンプの回転速度が低く、ウォータジャケット内の冷却水の流量が少ないときにはウォータジャケット内の冷却水が撹拌されにくくなる。このため、ウォータポンプの回転速度が低く、ウォータジャケット内の冷却水の流量が少ないときにはシリンダボアの上部近傍に位置するウォータジャケット上部の冷却水の温度が上昇しやすく、シリンダボアの上部と下部との温度差が大きくなる。
【００１０】
上記構成によれば、冷却水の温度だけでなく、上記のようにシリンダボアの上部と下部との温度差と相関するパラメータであるウォータポンプの回転速度を用いて、シリンダボアの上部と下部との温度差を算出している。そして、こうして算出されたシリンダボアの上部と下部との温度差が所定値よりも大きいことを条件にオイルジェット機構によるオイルの噴射を禁止している。こうしてオイルの噴射を禁止すれば、シリンダボアの上部が熱膨張しているときに、オイルによるピストンの冷却を停止してピストンを熱膨張させ、同ピストンとシリンダボアの上部との間隙を小さくすることができる。したがって、ウォータジャケット内の冷却水の温度に偏りが生じる場合にもシリンダボアの内部におけるピストンの傾きを小さくすることができ、ピストンの傾きに起因するピストン打音の発生を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関のオイルジェット装置の一実施形態を示す図であって、内燃機関のシリンダボア周り及びピストンの断面構造を示す模式図。
【図２】同実施形態に係る内燃機関の冷却機構の概略構成図。
【図３】同実施形態に係るオイル噴射の実行可否判定処理について、その処理手順を示すフローチャート。
【図４】（ａ）はシリンダボアの内部でピストンが傾いてピストン打音が発生する様子を示す模式図、（ｂ）はシリンダボアの内部でピストンの傾きが小さくなることによりピストン打音の発生が抑制される様子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、内燃機関のオイルジェット装置の一実施形態について、図１〜４を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１０のシリンダブロック２１には、複数のシリンダボア２７（図１ではそのうちの１つのみを図示）が形成されており、それらシリンダボア２７の内部にはピストン１９がそれぞれ往復動可能に収容されている。シリンダブロック２１の下部にはクランクケース２２が組み付けられており、シリンダブロック２１の上部にはシリンダヘッド１１が組み付けられている。シリンダヘッド１１には、燃焼室２０に連通する吸気ポート１２及び排気ポート１３が設けられている。またシリンダヘッド１１は、吸気ポート１２を開閉可能に設けられた吸気バルブ１７と、排気ポート１３を開閉可能に設けられた排気バルブ１８と、を備えている。
【００１３】
シリンダブロック２１においては、シリンダボア２７の周囲にウォータジャケット２５が形成されている。ウォータジャケット２５はシリンダヘッド１１側に開口しており、同じくシリンダヘッド１１にシリンダブロック２１側に開口して形成されたウォータジャケット１５と連通している。
【００１４】
図２に示すように、内燃機関１０には、同内燃機関１０の各部位を冷却する冷却機構５０が搭載されている。冷却機構５０は、ウォータジャケット２５等を含めた冷却水通路５１、ラジエータ５３、サーモスタット５４、及びウォータポンプ５５を含んで構成されている。なお、冷却水通路５１は、ラジエータ５３を迂回する迂回通路５２を備えており、この迂回通路５２における冷却水の流れ方向の下流端部にサーモスタット５４が設けられている。そして、冷却水通路５１におけるサーモスタット５４が設けられている部分とウォータジャケット２５との間にウォータポンプ５５が設けられている。冷却機構５０では、このウォータポンプ５５が、図２に矢印で示すようにウォータジャケット２５を経由して冷却水を循環させる。
【００１５】
また、ウォータポンプ５５は内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフトの回転を利用して駆動される機関駆動式のウォータポンプである。
サーモスタット５４は、内部に設けられた弁体の位置がサーモスタット５４に流れ込む冷却水の温度に応じて変化する感温式のものであり、冷却水通路５１においてラジエータ５３を流通する冷却水の流量を調整する。
【００１６】
すなわち、サーモスタット５４に流れ込む冷却水の温度が低いときには、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入が禁止され、迂回通路５２からウォータジャケット２５への冷却水の流入が許容される。これにより、ラジエータ５３を介さずに冷却水が循環することになり、内燃機関１０の暖機が促進される。
【００１７】
一方、サーモスタット５４に流れ込む冷却水の温度が高いときには、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入が許容されることにより、ウォータポンプ５５からウォータジャケット２５に吐出された冷却水が、ラジエータ５３を介して再びウォータジャケット２５に戻されるようになる。その結果、ラジエータ５３において放熱した後の冷却水が、ウォータジャケット２５に流入するようになる。
【００１８】
図１に示すように、内燃機関１０には、ピストン１９に向けてオイルを噴射するオイルジェット機構３０を備えるオイルジェット装置２９が搭載されている。オイルジェット機構３０は、ピストン１９の頂面１９ａとは反対側の面である裏面１９ｂに向けてシリンダボア２７の下方からオイルを噴射する噴射ノズル３３と、同噴射ノズル３３へのオイルの供給量を調整可能なオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ３１）と、を備えている。噴射ノズル３３は各気筒にそれぞれ１つずつ配設されており、全ての噴射ノズル３３へのオイルの供給量は１つのＯＣＶ３１によって調整される。なお、ＯＣＶ３１と複数の噴射ノズル３３とは、各気筒に対応するように通路途中で複数の通路に分岐するオイル供給路３２によって接続されている。また、ＯＣＶ３１は、機関駆動式のオイルポンプ３５やオイルギャラリを介して、オイルの貯留されたオイルパン３６に繋がっている。
【００１９】
また、オイルジェット装置２９は、オイルジェット機構３０を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、水温センサ４５によって検出されたウォータジャケット２５内の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を取得する温度取得部４１と、回転速度センサ４６によって検出されたウォータポンプ５５の回転速度ＮＰを取得する回転速度取得部４２と、を備えている。
【００２０】
そして、制御装置４０は、ＯＣＶ３１の開閉制御を行うことによってオイルジェット機構３０の制御を行っている。
具体的には、ＯＣＶ３１が開放状態に制御されるときには、オイルが、オイルパン３６からオイルポンプ３５及びオイルギャラリを経て、噴射ノズル３３に供給される。これにより、各ピストン１９の裏面１９ｂに向けて噴射ノズル３３からオイルが噴射される。こうして噴射ノズル３３によってオイルが噴射されることにより、ピストン１９が冷却され、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抑制することができる。
【００２１】
一方、ＯＣＶ３１が閉鎖状態に制御されるときには、噴射ノズル３３へのオイルの供給が停止されるため、同噴射ノズル３３からのオイルの噴射が停止される。
本実施形態では、基本的には、極めて低負荷での運転時等、ピストン１９を冷却する必要のない状況下では、オイル噴射条件が成立しないとして、ＯＣＶ３１を閉鎖状態にして噴射ノズル３３へのオイルの供給が停止される。一方で、ある程度以上の負荷での運転が継続されている等、ピストン１９を冷却する必要のある状況下では、オイル噴射条件が成立するとして、ＯＣＶ３１を開放状態にして噴射ノズル３３にオイルが供給される。
【００２２】
また、制御装置４０は、温度取得部４１が取得した冷却水温ＴＨＷと回転速度取得部４２が取得した回転速度ＮＰとに基づいてシリンダボア２７における上部２７ａと下部２７ｂとの温度差ΔＴを算出する温度差算出部４３をさらに備えている。なお、本実施形態では、シリンダボア２７を、同シリンダボア２７の中心軸の延伸方向において２等分し、燃焼室２０側の部分を上部２７ａ、クランクケース２２側の部分を下部２７ｂとしている。
【００２３】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、制御装置４０によって行われるオイルジェット機構３０によるオイル噴射の実行可否判定処理について、その処理手順を説明する。なお、この処理は、内燃機関１０の運転中に所定の周期毎に繰り返し実行される。
【００２４】
図３に示すように、オイル噴射の実行可否判定処理では、温度差算出部４３が、まず温度取得部４１によって取得された冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｔより低いか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この所定温度ＴＨＷｔは、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｔ未満であるときに、サーモスタット５４に流れ込む冷却水の温度が低く、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入が禁止される状況であると想定される温度に設定されている。また、この所定温度ＴＨＷｔは実験等により予め設定された値である。
【００２５】
冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｔ未満であると判定すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入が禁止されている状況下であるとして、温度差算出部４３は、シリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差ΔＴを算出する（ステップＳ１２０）。なお、ステップＳ１２０では、温度差算出部４３は、温度取得部４１によって取得された冷却水温ＴＨＷと回転速度取得部４２によって取得されたウォータポンプ５５の回転速度ＮＰとに基づいて温度差ΔＴの算出を行う。
【００２６】
具体的には、温度差算出部４３は、実験の結果などに基づいて作成された演算マップを参照して、温度差ΔＴを算出する。この演算マップには、冷却水温ＴＨＷと回転速度ＮＰとを入力変数とする二次元マップであり、冷却水温ＴＨＷと回転速度ＮＰとの組み合わせに対応した温度差ΔＴが出力値として格納されている。この演算マップは、冷却水温ＴＨＷが等しい場合、回転速度ＮＰが低いほど温度差ΔＴが大きくなる傾向を有している。
【００２７】
これは、回転速度ＮＰが低いときほどウォータジャケット２５内で冷却水の撹拌が行われにくく、撹拌があまり行われていない状況ではシリンダボア２７の上部２７ａ近傍に位置するウォータジャケット２５上部の冷却水が集中的に温められ、上部２７ａの温度が下部２７ｂの温度よりも高くなりやすいことに対応した傾向である。
【００２８】
そして、次に制御装置４０は、算出された温度差ΔＴが所定値Ｔｐよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。温度差ΔＴが所定値Ｔｐよりも大きいと判定すると（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、オイルジェット機構３０によるオイル噴射を禁止する（ステップＳ１４０）。こうしてオイル噴射が禁止されていると、上記のオイル噴射条件が成立していても噴射ノズル３３からのオイル噴射が実行されなくなる。すなわち、上記のオイル噴射条件が成立しているか否かによらず、噴射ノズル３３からのオイル噴射が停止される。
【００２９】
一方、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｔ以上であると判定すると（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入が許可されている状況下であるとして、オイルジェット機構３０によるオイル噴射を許可する（ステップＳ１５０）。また、温度差ΔＴが所定値Ｔｐ以下であると判定した場合にも（ステップＳ１３０：ＮＯ）、オイルジェット機構３０によるオイル噴射を許可する（ステップＳ１５０）。こうしてオイル噴射が許可されていると、上記のオイル噴射条件が成立している場合には噴射ノズル３３からのオイル噴射が実行される。一方、上記のオイル噴射条件が成立していない場合には噴射ノズル３３からのオイル噴射が停止される。すなわち、上記のオイル噴射条件が成立しているか否かに応じて、噴射ノズル３３からのオイル噴射が実行されたり、停止されたりする。
【００３０】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本実施形態の内燃機関１０のオイルジェット装置２９の作用を効果と併せて説明する。
冷却水温ＴＨＷが低く、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入が禁止されている状況下であるときには、ラジエータ５３によって冷却された冷却水がウォータジャケット２５内に流入しなくなる。このため、ウォータジャケット２５内の冷却水によってシリンダボア２７が冷却されにくくなる。
【００３１】
また、ウォータポンプ５５の回転速度ＮＰが高く、ウォータジャケット２５内の冷却水の流量が多いときには、ウォータジャケット２５内で冷却水が十分に撹拌される。その一方で、ウォータポンプ５５の回転速度ＮＰが低く、ウォータジャケット２５内の冷却水の流量が少ないときには、ウォータジャケット２５内の冷却水が撹拌されにくくなる。
【００３２】
冷却水温ＴＨＷが低く、且つ回転速度ＮＰが低い状況下にあるときには、内燃機関１０のシリンダボア２７のうち、同シリンダボア２７の上部２７ａが、燃焼室２０での混合気の燃焼による熱を受けて高温になりやすい。そして、シリンダボア２７の上部２７ａ近傍に位置するウォータジャケット２５の上部の冷却水の温度が上昇しやすく、シリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差が大きくなる。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、シリンダボア２７の上部２７ａが高温になってシリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差ΔＴが大きくなると、シリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとで熱膨張量の差も大きくなり、シリンダボア２７の上部２７ａの内部空間が下部２７ｂの内部空間よりも広がった状態となる。こうした場合では、シリンダボア２７の上部２７ａにおいてピストン１９との隙間が大きくなり、ピストン１９の傾きが大きくなることによってピストン１９がシリンダボア２７に衝突し、異音（ピストン打音）が発生するおそれがある。
【００３４】
ここで、本実施形態では、冷却水温ＴＨＷだけでなく、シリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差ΔＴと相関するウォータポンプ５５の回転速度ＮＰを用いて、シリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差ΔＴを算出している。そして、こうして算出されたシリンダボア２７の上部２７ａと下部２７ｂとの温度差ΔＴが所定値Ｔｐよりも大きいことを条件にオイルジェット機構３０によるオイルの噴射を禁止している。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、上記の通りオイルジェット機構３０によるオイルの噴射を禁止すれば、シリンダボア２７の上部２７ａが熱膨張しているときに、オイルによるピストン１９の冷却を停止してピストン１９を熱膨張させ、同ピストン１９とシリンダボア２７の上部２７ａとの間隙を小さくすることができる。したがって、ウォータジャケット２５内の冷却水の温度に偏りが生じる場合にもシリンダボア２７の内部におけるピストン１９の傾きを小さくすることができ、ピストン１９の傾きに起因するピストン打音の発生を、好適に抑制することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・ステップＳ１２０において冷却水温ＴＨＷと回転速度ＮＰとに基づいて温度差ΔＴを算出する例を示したが、ステップＳ１１０において冷却水温ＴＨＷが低いことが判定されている（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）状況であれば、回転速度ＮＰのみからでも大まかに温度差ΔＴを算出することができる。そのため、ステップＳ１２０において回転速度ＮＰのみから温度差ΔＴを算出するようにしてもよい。この場合にも、温度差算出部４３は、回転速度ＮＰが低いときほど、温度差ΔＴとして大きな値を算出する。なお、この場合には、温度差算出部４３は、ステップＳ１１０及びステップＳ１２０を通じて冷却水温ＴＨＷと回転速度ＮＰとに基づいて温度差ΔＴを算出していることになる。
【００３７】
・ＯＣＶ３１を、各気筒に対応した数だけ配設する等、複数配設するようにしてもよい。こうした場合にも、ＯＣＶ３１を制御装置４０によって制御することにより、オイルジェット機構３０によるオイル噴射を制御することができる。
【００３８】
・水温センサ４５は、例えば冷却水通路５１の冷却水の流れ方向におけるサーモスタット５４の上流等、冷却水通路５１を流れる冷却水の温度を検出可能な範囲内であれば、その配設位置を変更可能である。
【００３９】
・サーモスタット５４に代えて電動弁を冷却水通路５１に設けるようにしてもよい。こうした形態では、水温センサ４５により検出された冷却水温ＴＨＷに基づいて電動弁の開度を調整することにより、ラジエータ５３からウォータジャケット２５への冷却水の流入の可否を切り替えることができる。
【００４０】
・ウォータポンプ５５は電動式であってもよい。また、オイルポンプ３５は電動式であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…内燃機関、１９…ピストン、２０…燃焼室、２１…シリンダブロック、２２…クランクケース、２５…ウォータジャケット、２７…シリンダボア、２７ａ…上部、２７ｂ…下部、２９…オイルジェット装置、３０…オイルジェット機構、３３…噴射ノズル、３５…オイルポンプ、４０…制御装置、４１…温度取得部、４２…回転速度取得部、４３…温度差算出部、４５…水温センサ、４６…回転速度センサ、５３…ラジエータ、５５…ウォータポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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