JP7269599B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるエンジンの冷却装置に関するものであり、特に、ピストンを冷却するエンジンの冷却装置に関する。

車両に搭載されるエンジンは、シリンダブロックの上部にシリンダが形成され、シリンダ内には、ピストンが挿入されている。ピストンは、コネクティングロッド等を介して、クランクシャフトに連結されている。シリンダブロックの下部には、エンジンの回転部や摺動部に供給されるオイルを収容するオイルパンが連結されている。

エンジンには、該エンジンの回転で駆動するオイルポンプが備えられ、オイルポンプはシリンダブロックに設けられたオイル循環路にオイルを供給し、オイル循環路に供給されたオイルによって、エンジンの回転部および摺動部が潤滑される。

このようなエンジンにおいて、ピストンが過加熱状態になると、異常燃焼が発生しやすくなるとともに、ピストンの熱膨張によりピストンの外周面とシリンダの内周壁との間のクリアランスがなくなり、摩擦抵抗が増大する。また、過加熱と冷却とが繰り返されると、ピストンの頂部に劣化または損傷が生じることがある。

そこで、この種のエンジンでは、一般に、シリンダブロックに取り付けられるとともに、オイル循環路からオイルが供給され、ピストンにオイルを噴射するオイルジェットが備えられている。

オイルジェットは、例えば、前述のオイル循環路からオイルを流入する入口部と、ノズル部が取り付けられた出口部と、を有する流路が設けられた本体部とを備え、本体部には、流路を開閉するバルブ機構が設けられている。バルブ機構は、流路に形成された座面部と、座面部を開閉する球状の弁体としてのボールと、ボールを座面部に着座させる方向に付勢する付勢手段としてのスプリングとを備えている。

オイルジェットの流路は、オイル循環路に連通されており、このようなオイルジェットを備えたエンジンにおいては、オイル循環路の油圧が設定値以上になると、この油圧によりスプリングが圧縮され、ボールが下降してバルブ機構が開弁状態となる。その結果、オイル循環路内のオイルが、ノズルの先端から噴射される。噴射されたオイルは、ピストンの背面に吹き付けられてピストンが冷却される。

ところで、エンジンの回転数とオイルポンプの回転数とは同調しているので、エンジンの回転数が高くなることに伴って、オイルジェットのオイル吐出量が多くなる。また、エンジンは、低回転時と高回転時ではピストンの発熱量が異なり、高回転時の方が高温になりやすい。そのため、高回転時に必要とされるオイル吐出量を確保するためには、オイルポンプの大型化が考えられるが、燃費性能の観点から課題がある。

これに対して、特許文献１に記載のオイルジェットでは、オイルポンプの大型化を抑制しつつ、高回転時に必要なオイル吐出量を確保可能にされている。

具体的には、特許文献１のオイルジェットは、オイル循環路に連通された流路をオイル循環路側に位置する第１流路と、ノズル側に位置するとともに第１流路よりも大径の第２流路と、を備えた構成とされている。これにより、オイルジェットの流路に流入したオイルが、ボールが第２流路に位置する高回転時において、流路を通過するオイルの流量を増大させることができる。なお、特許文献１のオイルジェットは、エンジンの低回転時と高回転時とで２段階のオイル吐出量が選択できるようにされている。

特開２０１５－１７５２５７号公報

ところで、エンジンの熱損失の抑制を目的に、ピストンにアルミと比べて熱伝導率の低い材質（例えば、スチール）を用いる場合がある。熱伝導率の低い材質は、熱損失を改善できる一方で、燃焼の熱をより蓄熱してしまうため、低回転低負荷等の高回転時に比して低い回転数となる中回転および低回転時（以下、中低回転時ともいう）においても冷却が必要となる。そして、中低回転時（オイル循環路内の油圧が高回転時に比して低油圧であるとき）にオイルジェットの吐出流量を増大させるために、オイルポンプを大型化することが考えられるが、前述のように燃費性能の観点から改善の余地がある。

これに対して、特許文献１のように、流路の内壁面とボールとの間のクリアランスを大きくすることが考えられる。この場合、例えば、オイル循環路内の油圧が変動したときに、ボールが振動して流路の内壁面に衝突し、摩耗を生じさせる場合がある。このため、オイルジェットのオイル吐出量が意に反して増大する等によって、ピストンの冷却を適切に行うことができなくなる虞がある。

そこで、本発明では、エンジンの冷却装置において、オイルジェットの耐久性を確保しながら、オイルポンプを大型化させることなく、エンジンの中低回転時においてもオイルジェットのオイル吐出流量を増大させることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るエンジンの冷却装置は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、
エンジンの冷却装置であって、
シリンダブロックと、
前記シリンダブロックに摺動可能に配設されたピストンと、
前記シリンダブロックに設けられたオイル循環路と、
前記シリンダブロックに取り付けられて前記ピストンの裏面にオイルを噴射するオイルジェットと、を備え、
該オイルジェットは、
前記オイル循環路からオイルを流入する入口部と、ノズル部が取り付けられた出口部と、を有する流路が設けられた本体部と、
前記本体部に内装され、前記流路を開閉する球状の弁体と、を有し、
前記流路には、前記弁体の移動を案内する円筒状の弁体案内部と、該弁体案内部に設けられて前記流路に沿って延びる溝部とが設けられ、
前記溝部は、前記流路の上流側から下流側に向かうに連れて断面積が増大されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記オイルジェットは、前記弁体を前記流路が閉じられる方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または前記請求項２に記載の発明において、
前記溝部は、オイルの流れと平行して設けられていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から前記請求項３のいずれか１項に記載の発明において、
前記溝部は、略半円形状であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から前記請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
前記溝部は、前記弁体が開方向に移動したときに、先に弁体が到達する第１の溝部と、該第１の溝部よりも後に前記弁体が到達する第２の溝部とを有していることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、例えば、エンジンの中低回転時におけるオイル循環路の油圧が、所定値に達することで、弁体が弁体案内部に案内されて下流側へ移動すると、流路が開状態となる。開状態の流路内には、入口部からオイルが流入する。入口部から流入したオイルは、弁体と流路との間の隙間を通過してノズル部から噴射される。

エンジンの中低回転時におけるオイル循環路の油圧が、例えば、前記所定値よりも高く設定された第２の所定値に達することで、弁体が弁体案内部における溝部が設けられた位置に移動された場合、入口部から流入したオイルは、弁体と流路との間の隙間に加えて、溝部を通過してノズル部から噴射される。

これにより、オイル循環路の油圧が第２の所定値である場合の流路面積は、オイル循環路の油圧が所定値である場合の流路面積に比して拡大される。その結果、弁体案内部を通過して吐出されるオイル流量は、オイル循環路の油圧が同じ、かつ、溝部を有しない弁体案内部を通過してノズル部から吐出されるオイル吐出流量よりも増加される。

弁体は、弁体案内部に案内されて流路内を移動するので、流路内で振動することが抑制されるので、例えば、オイル循環路の油圧が変動したときに、弁体の振動による流路への衝突が抑制され得る。したがって、オイルジェットの耐久性を確保しながら、オイルポンプを大型化させることなく、エンジンの中低回転時においてもオイルジェットのオイル吐出流量を増大させることができるので、ピストンが適切に冷却され得る。
また、溝部は、流路の上流側から下流側に向かうにつれて断面積が増大されているので、弁体の位置が下流に向かうにつれて吐出流量を増大させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、オイル循環路の油圧と、該油圧に抗する付勢手段との関係によって、オイル循環路の油圧に対応させて弁体の位置を決定することができる。これにより、流路を開閉するオイル循環路の油圧を適宜設定することができるので、オイルジェットからオイルが吐出される開始時期を決定することができる。また、オイル循環路の油圧に応じた、弁体が弁体案内部の溝部に対応した位置に到達する時期を、付勢手段によって設定することができるので、ノズル部からのオイル吐出油量を増大させたい時期を適切に設定することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、オイル流れに対して溝部が平行して設けられているので、溝部によってオイルの流れを妨げる虞がなく、オイルの流路抵抗を小さくでき、ノズル部から噴射されるオイルの吐出流量を増大させやすい。

また、請求項４に記載の発明によれば、溝部が略半円形状であるので、オイルの流路抵抗が小さく、ノズル部から噴射されるオイルの吐出流量を増大させやすい。

また、請求項５に記載の発明によれば、弁体が開方向に移動したときに第１の溝部に到達する時期と、第２の溝部に到達する時期とが異なるので、オイルジェットのオイル吐出流量を、第１の溝部を通過するオイル流量から、第１の溝部に加え第２の溝部を通過するオイル流量に変更するタイミングを適切に設定することができる。オイル循環路の油圧が高くなるにつれて、吐出流量を増加させることで、例えば、低回転時と高回転時とにおいて、それぞれに必要な流量を確保しやすい。

本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置を備えたエンジンのシリンダブロックおよびピストンの一部断面図である。 図１におけるオイルジェット周辺を拡大して示す断面図である。 第１実施形態におけるオイルジェットの本体部の（ａ）拡大断面図、（ｂ）（ａ）におけるＸ１－Ｘ１断面図、（ｃ）（ａ）におけるＸ２－Ｘ２断面図である。 第１実施形態におけるオイルジェットの動作を示す説明図であり、ボールが座面部から離間して弁体案内部（第２流路）を移動している状態を示すものである。 実施形態におけるオイルジェットのオイル循環路の油圧に対する吐出流量の特性図である。 第２実施形態におけるオイルジェットの本体部の（ａ）拡大断面図、（ｂ）（ａ）におけるＸ３－Ｘ３断面図、（ｃ）（ａ）におけるＸ４－Ｘ４断面図である。 第３実施形態におけるオイルジェットの本体部の（ａ）拡大断面図、（ｂ）（ａ）におけるＸ５－Ｘ５断面図、（ｃ）（ａ）におけるＸ６－Ｘ６断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置について説明する。

図１に示すように、一般に、自動車用のエンジン１においては、シリンダブロック１１の上部にシリンダ１２が形成され、このシリンダ１２内にピストン１３が収容されている。シリンダブロック１１の上部には、シリンダ１２を冷却するための冷却水通路１４が設けられている。ピストン１３は、コンロッド１５を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されている。

シリンダブロック１１には、エンジン１のクランクシャフト等の回転部及びピストン１３等の摺動部等の要潤滑部にオイルを供給するためのオイル循環路１７が設けられている。オイル循環路１７は、気筒の配列方向に延びるように形成されている。オイルは、シリンダブロック１１の下側に取り付けられたオイルパン（図示せず）内に貯留されている。オイルは、エンジン１の回転で駆動するオイルポンプ（図示せず）によって、オイル循環路１７に供給される。

本実施形態において、ピストン１３は、アルミニウムよりも熱伝導率の低い材質（例えば、スチール）で形成されている。これにより、熱損失が抑制されて燃費の向上が図られている。なお、本実施形態においては、ピストン１３にスチールを用いた例を用いて説明したが、アルミニウムによって形成されていてもよい。

シリンダ１２の下端部近傍位置におけるシリンダブロック１１には、ピストン１３を冷却するためのオイルジェット２０が設けられている。オイルジェット２０は、オイル循環路１７から供給されるオイルを、ピストン１３の背面（ピストン１３の摺動方向に見て燃焼室とは反対側の面）に噴射し、燃焼によって蓄熱されるピストン１３を冷却するようになっている。

図２に示すように、オイルジェット２０へは、シリンダブロック１１のオイル循環路１７の下方に位置するとともに、該オイル循環路１７に連通可能に形成されたオイル循環路開口部１８からオイルが供給される。

オイルジェット２０は、オイル循環路１７からオイルを流入する入口部３２と、オイルをピストン１３の背面に向けて噴射するノズル部４０が取り付けられる出口部３８とを備えた流路３１が設けられた本体部３０を有している。また、本体部３０には、バルブ機構５０を構成する弁体としてのボール５１が内装されている。

図２および図３（ａ）に示すように、本体部３０は、金属からなる円筒状部材であって、一端側から他端側に向けて貫通するように、入口部３２、第１流路３３、座面部３４、第２流路３５、プラグ固定穴３６が連通して内部に形成されている。これらは、本体部３０の長手方向に延びる中心軸に対して同心状に形成されている。オイルジェット２０は、本体部３０と一体的に形成された被取付部３０Ａを介してボルト６１等によって、シリンダブロック１１に取り付けられている。

入口部３２は、本体部３０の上端部３０ａに形成されるとともに、オイル循環路１７に接続されている。本体部３０の上端部３０ａの外径は、オイル循環路開口部１８の径よりも僅かに小径に設定されている。これにより、本体部３０の上端部３０ａは、オイル循環路開口部１８に挿入されて、オイルの供給を受ける。

入口部３２の下流側には、第１流路３３が連続して設けられ、第１流路３３のさらに下流側には、バルブ機構５０の一部を構成する座面部３４を介して、弁体案内部としての第２流路３５が連続して設けられている。第１流路３３の径Ｄ１は、全体として第２流路３５の径Ｄ２よりも小径に形成されている。

プラグ固定穴３６は、本体部３０の下端部３０ｂに形成されているとともに、プラグ３７が嵌め込まれることによって封止されている。プラグ３７は、円盤状の基部３７ａと略円柱状の柱状部３７ｂとを備えている。プラグ３７は、本体部３０の下端部３０ｂを基部３７ａに対してかしめることにより（かしめ加工）により本体部３０に取り付けられている。

第２流路３５の下流側には、径方向外側に突出するとともに、第２流路３５を本体部３０の外側と連通する出口部としてのボス部３８が形成されている。ボス部３８には、後述のノズル部４０の基端部４１ａが挿入されるとともに、例えば、ロウ付けによって固定されている。

図２に示すように、ノズル部４０は、金属からなる管状部材によって形成されている。ノズル部４０は、オイルジェット２０の本体部３０からシリンダブロック１１の中央部に向けて水平に延びる水平部４１と、該水平部４１からさらにシリンダブロック１１の中央側、かつ、斜め上方に延びる傾斜部４２と、該傾斜部４２の上端部から上方、かつ、シリンダ１２内に延びる上方延設部４３とを備えている。上方延設部４３の上端部には、ピストン１３の背面に向けてオイルを噴射する噴出口４４がさらに設けられている。ノズル部４０の基端部４１ａは、前述のように本体部３０の出口部３８に接続されて流路３１に連通されている。

バルブ機構５０は、図３（ａ）に示すように、座面部３４と、第１流路３３と第２流路３５との間を開閉する弁体としてのボール５１と、ボール５１を座面部３４に着座させる方向に付勢する付勢手段としてのスプリング５２と、スプリング５２の一端を支持するとともに本体部３０の下端部３０ｂを封止する前述のプラグ３７とを備えている。

ボール５１は、例えば金属で形成されている。ボール５１の径Ｄｂは、図３（ｂ）に示すように、第１流路３３の径Ｄ１よりも大径、かつ、第２流路３５の径Ｄ２よりも僅かに小径に形成されている。ボール５１は、後述のスプリング５２の不勢力によって、座面部３４に着座した状態で収容される。オイルジェット２０は、ボール５１の座面部３４への着座により閉弁し、ボール５１の座面部３４からの離間によって開弁する（図３（ａ）参照）。

スプリング５２は、例えばステンレス線やピアノ線をコイル状に巻回してなる圧縮コイルスプリングである。スプリング５２は、第２流路３５内に収納されている。スプリング５２の基端部５２ａは、プラグ３７に当接し、スプリング５２の先端部５２ｂは、ボール５１に当接するとともにボール５１を座面部３４方向に付勢する。スプリング５２は、流路３１に組み込まれた状態のプラグ３７の基部３７ａとボール５１との間に圧縮状態で収容されている。

ところで、本実施形態では、ピストン１３がアルミニウムよりも熱伝導率の低い材料（例えば、スチール）を用いているため、燃焼によって蓄熱しやすい。したがって、エンジンの高回転（例えば３０００ｒｐｍ以上）時よりも回転数の低い、低回転（例えば、１５００ｒｐｍ以下）時および中回転（例えば、１５００ｒｐｍ～３０００ｒｐｍ）時においてもピストン１３を冷却するためのオイル流量を確保する必要がある。

これに対して、本実施形態の第２流路３５において、中低回転時におけるオイルジェット２０からのオイルの吐出流量を増大させる構成を有しているので、以下に詳細を説明する。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第２流路３５の直径Ｄ２は、ボール５１の直径Ｄｂよりも僅かに大径となるように、所定のクリアランスＣＬ１が設けられている。所定のクリアランスＣＬ１は、ボール５１が第２流路３５内で振動しない程度の寸法にされている。これにより、第２流路３５の内壁面によって、流路３１内におけるボール５１の移動がガイドされる。

第２流路３５には、図３（ａ）および（ｃ）に示すように、第２流路３５の内壁部を径方向外側に拡大するとともに流路方向に延びる４つの溝部３５ａ…３５ａが設けられている。各溝部３５ａは、径方向（流路方向と直交する方向）から見て、座面部３４に着座した状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１よりも下流側の所定位置からさらに下流側（本体部３０の下端部３０ｂ）に向かって延びるように形成されている。

各溝部３５ａは、図３（ａ）に示すように、第２流路３５の内壁部に沿って、流路方向に平行して設けられている。これにより、例えば、溝部３５ａがオイルの流れを妨げることがないので、オイルの流路抵抗を小さくでき、オイル流量を増大させやすい。

図３（ｃ）に示すように、隣接する溝部３５ａ同士の周方向距離が等間隔になるように配置されている。これにより、第２流路３５を通過するオイルが、第２流路３５内を偏って通過する等によって、第２流路３５内におけるボール５１の移動が妨げられることが抑制され得る。各溝部３５ａは、流路方向（軸方向）から見て略半円形状を有している。これにより、オイルの流路抵抗が小さく、オイル流量を増大させやすい。なお、本実施形態において溝部３５ａが４つ設けられている例を説明したが、溝部３５ａの数は、これに限定されるものではない。

以上のように、本実施形態においては、流路３１内の流路方向位置が下流側に向かうにつれて、複数の溝部３５ａ…３５ａによって流路が拡大されるようになっている。ここで、流路３１内におけるボール５１の位置に対応する流路面積について説明する。

図３（ａ）に示すように、ボール５１が僅かに離座した位置におけるボール５１の中心位置Ｐ１からボール５１の中心位置Ｐ１が各溝部３５ａに至る前までの間の流路方向（高さ）位置の範囲Ｌ１にある場合の第１の流路面積Ｓ１は、第２流路３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１における断面積Ｓｂとの差の隙間面積となる。

図３（ａ）の仮想線で示すように、ボール５１の中心位置Ｐ１が、第２流路３５における各溝部３５ａの上端３５ｂよりも下流側にある場合の第２の流路面積Ｓ２は、第２流路３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１における断面積Ｓｂとの差に、各溝部３５ａの軸方向視における断面積Ｓａを加えたものになる。したがって、第２の流路面積Ｓ２は、第１の流路面積Ｓ１に比して拡大される。

なお、オイル吐出流量は、ボール５１と弁体案内部３５との間の隙間面積で決まるため、各溝部３５ａは、少なくともボール５１の軸方向の移動軌跡の範囲内（図３（ａ）の実線で示す着座状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１の軸方向位置から、図３（ａ）の仮想線で示すプラグ３７の柱状部３７ｂの上端に当接する状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１の軸方向位置までの間）に設けられていればよい。

次に、第１実施形態におけるオイルジェット２０の作用について、図３～図５を用いて説明する。図５は、オイル循環路１７の油圧（エンジン回転数）に応じたオイル吐出量が示されている。オイルジェット２０のオイル吐出流量は、オイル循環路１７の油圧の増大に伴って増加する。

図３（ａ）は、オイル循環路１７内の油圧が非常に低く、バルブ機構５０が閉弁された状態にあるオイルジェット２０を示している。この状態では、ボール５１は、スプリング５２の付勢力により、座面部３４に押し付けられて当接し、第１流路３３と第２流路３５とは完全に閉弁状態とされる。したがって、オイルジェット２０からオイルは吐出されない（図５の矢印ａ参照）。

図４は、図３（ａ）の状態からエンジンの回転領域が低回転領域に移行することで、オイル循環路１７の油圧が所定の油圧ｐ１に達し、バルブ機構５０が開弁された直後のオイルジェット２０の状態を示している（図５の矢印ｂ参照）。このとき、ボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向（上下方向）において、第２流路３５における各溝部３５ａの上端３５ｂに至る前の領域Ｌ１内に留まっている。

この状態における流面積は、第２流路３５の断面積Ｓからボール５１の中心位置Ｐ１での断面積Ｓｂを除いた第１の流路面積Ｓ１となる。したがって、図５の仮想線で示す流路に溝部を備えていない従来のオイルジェット２０における、オイル循環路１７の油圧に応じた吐出流量の特性と同様の特性となる。

エンジンの回転領域が低回転領域から中回転領域に移行すると、オイル循環路１７の油圧が所定の油圧ｐ１よりも高い第２の所定の油圧ｐ２に達する。このとき、ボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向（上下方向）において、第２流路３５における各溝部３５ａの上端３５ｂよりも下流側、例えば、図３（ａ）の仮想線で示すように、図４に示す状態よりもさらに下流側に位置し、最終的にプラグ３７の柱状部３７ｂの上端に当接する。

この状態における流路面積は、第２流路１３５の断面積Ｓからボール５１の中心位置での断面積Ｓｂを除いた第１の流路面積Ｓ１に、各第１の溝部１３５ａの軸方向視の断面積Ｓａを加えた第２の流路面積Ｓ２となる。オイルジェット２０の流路面積が第２の流路面積Ｓ２となる中回転領域では、第１の流路面積Ｓ１に比して流路面積が拡大されるため、図５の矢印ｃで示すように、図５の仮想線で示す従来のオイルジェットの吐出流量特性に比して吐出流量が増大する。

以上のように、エンジンの中低回転領域におけるオイル循環路１７の油圧が所定値ｐ１に達することで、ボール５１が第２流路３５に案内されて下流側へ移動すると、流路３１が開状態（第１流路３３と第２流路３５が連通された状態）となる。開状態の流路３１内には、入口部３２からオイルが流入するとともに、入口部３２から流入したオイルは、ボール５１と第２流路３５との間を通過してノズル部４０から噴射される。

エンジンの中低回転時におけるオイル循環路の油圧が、例えば、前述の所定値ｐ１よりも高く設定された第２の所定値ｐ２に達すると、ボール５１が第２流路３５における各溝部３５ａが設けられた位置に移動する。これにより、ボール５１と第２流路との間の隙間に加えて、各溝部３５ａによって増大された流量のオイルが、ノズル部４０から噴射される。

これにより、オイル循環路１７の油圧が第２の所定値ｐ２となるエンジンの中回転領域である場合の第２の流路面積Ｓ２は、オイル循環路１７の油圧が所定値ｐ１となるエンジンの低回転領域である場合の第１の流路面積Ｓ１に比して拡大される。その結果、オイルジェット２０の吐出流量は、オイル循環路の油圧が同じ、かつ、溝部を有しないオイルジェットの吐出流量よりも増加される。

ボール５１は、第２流路３５に案内されて流路３１内を移動するので、流路３１内で振動することが抑制されるので、例えば、オイル循環路の油圧が変動したときに、ボール５１の振動による流路３１への衝突が抑制され得る。したがって、オイルジェット２０の耐久性を確保しながら、オイルポンプを大型化させることなく、エンジンの中低回転時においてもオイルジェット２０のオイル吐出流量を増大させることができるので、ピストン１３が適切に冷却され得る。

また、オイル循環路１７の油圧と、該油圧に抗するスプリング５２との関係によって、油圧に対応させてボール５１の位置を決定することができる。これにより、オイル循環路１７から流路３１に流入させる油圧を適宜設定することができるので、オイルジェット２０の吐出開始時期を適切に決定することができる。また、オイル循環路１７の油圧に応じて、ボール５１が第２流路３５の溝部３５ａの位置に到達する時期をスプリング５２で設定することができるので、オイル吐出量を増大させたい時期を適切に設定することができる。
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態におけるオイルジェット１２０を示す断面図である。オイルジェット１２０の説明において、第１実施形態で説明したものと同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、オイルジェット１２０は、オイル循環路１７からオイルを流入する入口部３２と、オイルをピストン１３の背面に向けて噴射するノズル部４０が取り付けられる出口部３８とを備えた流路３１が設けられた本体部３０を有している。また、本体部３０には、バルブ機構５０が備えられている。

本体部３０は、金属からなる円筒状部材であって、一端側から他端側に向けて貫通するように、入口部３２、第１流路３３、座面部３４、第２流路１３５、プラグ固定穴３６が連通して内部に形成されている。第１流路３３の径Ｄ１は、全体として第２流路３５の径Ｄ２よりも小径に形成されている。バルブ機構５０は、座面部３４と、ボール５１と、スプリング５２と、スプリング５２の一端を支持するプラグ３７とを備えている。

ボール５１の径Ｄｂは、図６（ｂ）に示すように、第１流路３３の径Ｄ１よりも大径、かつ、第２流路３５の径Ｄ２よりも僅かに小径に形成されている。ボール５１は、スプリング５２の不勢力によって座面部３４に着座した状態で収容される。オイルジェット２０は、第１実施形態同様にボール５１の座面部３４への着座により閉弁し、ボール５１の座面部３４からの離間によって開弁する（図６（ａ）参照）。

図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第２流路１３５の直径Ｄ２は、ボール５１の直径Ｄｂよりも僅かに大径となるように、所定のクリアランスＣＬ１が設けられている。所定のクリアランスＣＬ１は、ボール５１が第２流路１３５内で振動しない程度の寸法にされている。これにより、第２流路１３５の内壁面によって、流路３１内におけるボール５１の移動がガイドされる。

第２流路１３５には、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、第２流路１３５の内壁部を径方向外側に拡大するとともに流路方向に延びる４つの第１の溝部１３５ａ…１３５ａと、第１の溝部１３５ａ…１３５ａとは周方向に異なる位置で第２流路１３５の内壁部を径方向外側に拡大するとともに流路方向に延びる４つの第２の溝部１３５ｃ…１３５ｃとが設けられている。

各第１の溝部１３５ａは、径方向（流路方向と直交する方向）から見て、座面部３４に着座した状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１よりも下流側の所定位置からさらに下流側（本体部３０の下端部３０ｂ）に向かって延びるように形成されている。各第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂは、座面部３４に着座した状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１よりも下流側の所定位置に配置されている。

各第１の溝部１３５ａは、図６（ａ）に示すように、第２流路１３５の内壁部に沿って、流路方向に平行して設けられている。これにより、例えば、各第１の溝部１３５ａがオイルの流れを妨げることがないので、オイルの流路抵抗を小さくでき、オイル流量を増大させやすい。

図６（ｂ）に示すように、隣接する各第１の溝部１３５ａ同士の周方向距離は、等間隔になるように配置されている。これにより、第２流路１３５を通過するオイルが、第２流路１３５内を偏って通過する等によって、第２流路１３５内におけるボール５１の移動が妨げられることが抑制され得る。各第１の溝部１３５ａは、流路方向（軸方向）から見て略半円形状を有している。これにより、オイルの流路抵抗が小さく、オイル流量を増大させやすい。なお、本実施形態において各第１の溝部１３５ａが４つ設けられている例を説明したが、第１の溝部１３５ａの数は、これに限定されるものではない。

複数の第２の溝部１３５ｃ…１３５ｃは、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、第１の溝部１３５ａ…１３５ａと異なる周方向位置に、第１の溝部１３５ａと同様に、第２流路１３５の内壁部を径方向外側に拡大するとともに流路方向に延びて設けられている。

各第２の溝部１３５ｃは、径方向（流路方向と直交する方向）から見て、第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂよりも下流側の位置から本体部３０の下端部３０ｂ（さらに下流側）に向かって延びるように形成されている。各第２の溝部１３５ｃの上端１３５ｄは、各第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂよりも下流側の所定位置に配置されている。

各第２の溝部１３５ｃは、図６（ｃ）に示すように、第２流路１３５の内壁部に沿って設けられるとともに、隣接する第２の溝部１３５ｃ同士の周方向距離が等間隔になるように配置されている。各第２の溝部１３５ｃは、各第１の溝部１３５ａと同様に、流路方向（軸方向）から見て略半円形状を有している。

各第１の溝部１３５ａと各第２の溝部１３５ｃとは、周方向において交互に配置されているとともに、隣接する第１の溝部１３５ａと第２の溝部１３５ｃの周方向距離が等間隔になるように配置されている。これにより、第２流路１３５を通過するオイルが、第２流路１３５内を偏って通過する等によって、第２流路１３５内におけるボール５１の移動が妨げられることが抑制され得る。

以上のように、第２実施形態においては、第１実施形態同様に流路３１内の流路方向位置が下流側に向かうに連れて、複数の第１の溝部１３５ａ…１３５ａ、および、複数の第２の溝部１３５ｃ…１３５ｃによって流路が拡大されるようになっている。ここで、流路３１内におけるボール５１の位置に対応した流路面積について説明する。

図６（ａ）に示すように、ボール５１が僅かに離座した位置におけるボール５１の中心位置Ｐ１からボール５１の中心位置Ｐ１が各第１の溝部１３５ａに至る前までの間の流路方向（高さ）位置の範囲Ｌ１にある場合の第１の流路面積Ｓ１は、第１実施形態同様に、第２流路３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１における断面積Ｓｂとの差の隙間面積となる（図３（ｂ）参照）。

ボール５１の中心位置Ｐ１が、第２流路１３５における各第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂより下流側で、かつ、各第２の溝部１３５ｃの上端１３５ｄより上流側の範囲Ｌ２にある場合の第２の流路面積Ｓ２は、第２流路１３５の流路面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１における断面積Ｓｂとの差に、各第１の溝部１３５ａの軸方向に見たときの面積Ｓａを加えた隙間面積となる（図６（ｂ）参照）。第２の流路面積Ｓ２は、第１の流路面積Ｓ１に比して拡大されている。

ボール５１の中心位置Ｐ１が、第２流路１３５における各第２の溝部１３５ｃの上端１３５ｄよりも下流側の高さ位置の範囲Ｌ３にある場合の第３の流路面積Ｓ３は、第２の流路面積Ｓ２に、各第２の溝部１３５ｃの軸方向に見た時の面積Ｓｃを加えた隙間面積となる（図６（ｃ）参照）。第３の流路面積Ｓ３は、第２の流路面積Ｓ２よりもさらに拡大されている。

なお、オイル吐出流量は、ボール５１と第２流路１３５との間の隙間面積で決まるため、各第１の溝部１３５ａは、少なくともボール５１の軸方向の移動軌跡の範囲内（図６（ａ）の実線で示す着座状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１の軸方向位置から、図６（ａ）の仮想線で示すプラグ３７の柱状部３７ｂの上端に当接する状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１の軸方向位置までの間）に設けられていればよい。一方、各第２の溝部１３５ｃは、各第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂよりも下方位置から少なくともボール５１の軸方向の移動軌跡の範囲内に設けられていればよい。

次に、第２実施形態におけるオイルジェット２２０の作用について、図５および図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、オイル循環路１７内の油圧が非常に低く、バルブ機構５０が閉弁された状態にあるオイルジェット２０を示している。この状態では、ボール５１は、スプリング５２の付勢力により、座面部３４に押し付けられて当接し、入口部３２は完全に閉状態とされる。したがって、オイルジェット２０からオイルは吐出されない（図５の矢印ａ参照）。

図６（ａ）の状態からエンジンの回転領域が低回転領域に移行すると、オイル循環路１７の油圧が所定の油圧ｐ１に達し、バルブ機構５０が開弁される（図５矢印ｂ参照）。このとき、ボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向（上下方向）において、第２流路１３５における各第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂに至る前の領域Ｌ１内に留まっている。

この状態における流路断面積は、第２流路１３５の断面積Ｓからボール５１の中心位置での断面積Ｓｂを除いた第１の流路面積Ｓ１となる。したがって、図５の仮想線で示す流路に溝部を備えていない従来のオイルジェット２０における、オイル循環路１７内のオイル圧力に応じたオイル吐出量の特性と同様の特性を示す。

エンジンの回転領域が低回転領域から中回転領域に移行すると、オイル循環路１７の油圧が所定の油圧ｐ１よりも高い第２の所定の油圧ｐ２に達する。このとき、ボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向（上下方向）において、第２流路１３５における各第１の溝部１３５ａの上端１３５ｂよりも下流側で、かつ、各第２の溝部１３５ｃの上端１３５ｄよりも上流側の領域Ｌ２内に位置している。

この状態における流路面積は、第２流路１３５の断面積Ｓからボール５１の中心位置での断面積Ｓｂを除いた第１の流路面積Ｓ１に各第１の溝部１３５ａの軸方向視の断面積Ｓａを加えた第２の流路面積Ｓ２となる。オイルジェット１２０の流路面積が第２の流路面積Ｓ２となる中回転領域では、第１の流路面積Ｓ１に比して流路面積が拡大されるため、図５の矢印ｃで示すように、図５の仮想線で示す従来のオイルジェットの吐出流量特性に比して吐出流量が増大する。

エンジンの回転領域が中回転領域から高回転領域に移行すると、オイル循環路１７の油圧が第２の所定の油圧ｐ２よりも高い第３の所定の油圧ｐ３に達する。このとき、ボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向(上下方向)において、第２流路１３５における各第２の溝部１３５ｃの上端１３５ｄよりも下流側の領域Ｌ３内に位置している（図６（ａ）仮想線参照）。

この状態における流路面積は、第２の流路面積（第２流路１３５の断面積Ｓからボール５１の中心位置での断面積Ｓｂを除いた第１の流路面積Ｓ１に各第１の溝部１３５ａの軸方向視の断面積Ｓａを加えられた面積）Ｓ２に各第２の溝部１３５ｃの軸方向視の断面積Ｓｃを加えた第３の流路面積Ｓ３となる。オイルジェット１２０の流路面積が第３の流路面積Ｓ３となる高回転領域では、第２の流路面積Ｓ２に比して更に流路面積が拡大されるため、図５の矢印ｄで示すように吐出流量が増大する。

以上のように、オイルジェット１２０の吐出流量は、ボール５１が開方向に移動したときに、各第１の溝部１３５ａに到達する時期と各第２の溝部１３５ｃに到達する時期とが異なるので、各第１の溝部１３５ａを通過する第１の吐出流量から、各第１の溝部１３５ａに加えて各第２の溝部１３５ｃを通過する第２の吐出流量に変更するタイミングを適切に設定することができる。このように、オイル循環路１７の油圧が高くなるにつれて、吐出流量を増加させることができるので、低回転時と、中回転時と、高回転時とにおいて、それぞれに必要な吐出流量を確保しやすく、ピストンを適切に冷却することができる。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態におけるオイルジェット２２０を示す断面図である。オイルジェット２２０の説明において、第１実施形態で説明したものと同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図７（ａ）に示すように、オイルジェット２２０は、オイル循環路１７からオイルを流入する入口部３２と、オイルをピストン１３の背面に向けて噴射するノズル部４０が取り付けられる出口部３８とを備えた流路３１が設けられた本体部３０を有している。また、本体部３０には、バルブ機構５０が備えられている。

本体部３０は、金属からなる円筒状部材であって、一端側から他端側に向けて貫通するように、入口部３２、第１流路３３、座面部３４、第２流路２３５、プラグ固定穴３６が連通して内部に形成されている。第１流路３３の径Ｄ１は、全体として第２流路２３５の径Ｄ２よりも小径に形成されている。バルブ機構５０は、座面部３４と、ボール５１と、スプリング５２と、スプリング５２の一端を支持するプラグ３７とを備えている。

ボール５１の径Ｄｂは、図７（ｂ）に示すように、第１流路３３の径Ｄ１よりも大径、かつ、第２流路２３５の径Ｄ２よりも僅かに小径に形成されている。ボール５１は、スプリング５２の不勢力によって座面部３４に着座した状態で収容される。オイルジェット２２０は、第１実施形態同様にボール５１の座面部３４への着座により閉弁し、ボール５１の座面部３４からの離間によって開弁する（図７（ａ）参照）。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第２流路２３５の直径Ｄ２は、ボール５１の直径Ｄｂよりも僅かに大径となるように、所定のクリアランスＣＬ１が設けられている。所定のクリアランスＣＬ１は、ボール５１が第２流路２３５内で振動しない程度の寸法にされている。これにより、第２流路２３５の内壁面によって、流路３１内におけるボール５１の移動がガイドされる。

第２流路２３５には、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、第２流路２３５の内壁部を径方向外側に拡大するとともに流路方向に延びる４つの溝部２３５ａ…２３５ａが設けられている。各溝部２３５ａは、径方向（流路方向と直交する方向）から見て、全体として上流側から下流側に向かって徐々に拡大する台形状に形成されている。各溝部２３５ａは、座面部３４に着座した状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１とほぼ同じ高さ位置から下流側（本体部３０の下端部３０ｂ）に向かって延びて形成されている。

各溝部２３５ａは、図７（ａ）に示すように、第２流路２３５の内壁部に沿って、流路方向に平行して設けられている。これにより、例えば、複数の溝部２３５ａがオイルの流れを妨げることがないので、オイルの流路抵抗を小さくでき、オイル流量を増大させやすい。各溝部２３５ａは、流路の軸方向（上下方向）から見て略半円形状を有している。これにより、オイルの流路抵抗が小さく、オイル流量を増大させやすい。

隣接する溝部２３５ａ同士の周方向距離は、等間隔になるように配置されている。これにより、第２流路２３５を通過するオイルが、第２流路２３５内を偏って通過する等によって、第２流路２３５内におけるボール５１の移動が妨げられることが抑制され得る。なお、本実施形態において各溝部２３５ａが４つ設けられている例を説明したが、溝部２３５ａの数は、これに限定されるものではない。

以上のように、第３実施形態においては、第１実施形態同様に流路３１内の流路方向位置が下流側に向かうにつれて、複数の溝部２３５ａ…２３５ａによって流路が拡大されるようになっている。ここで、流路３１内におけるボール５１の位置に対応した流路面積について説明する。

図７（ａ）に示すように、ボール５１が僅かに離座した位置にある場合の第１の流路面積Ｓ２０１は、第２流路２３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１における断面積Ｓｂとの差に、各溝部２３５ａの上端位置よりも僅かに下流に移動したボール５１の中心位置Ｐ１における各溝部２３５ａの軸方向視の面積Ｓａを加えた値となる（図７（ｂ）参照）。

図７（ａ）の仮想線で示すように、ボール５１の中心位置Ｐ１が、第２流路２３５の各溝部２３５ａの上端２３５ｂよりも下流側の高さ位置、例えば、下端位置（ボール５１がプラグ３７に当接する）にある場合の第２の流路面積Ｓ２０２は、第２流路２３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１における断面積Ｓｂとの差に、ボール５１が下端位置に位置するときのボール５１の中心位置Ｐ１に対応した第２流路２３５の高さ位置における各溝部２３５ａの軸方向視の面積Ｓｄを加えた値となる（図７（ｃ）参照）。

各溝部２３５ａは、第２流路２３５の上流から下流に向かうに連れて周方向に拡幅されているので、オイルジェット２２０の流路面積は、前述のボール５１が座面部３４から僅かに離座する位置における第１の流路面積Ｓ２０１に比して、ボール５１が下端位置にある場合の流路面積Ｓ２０２が拡大されている。したがって、ボール５１が第２流路２３５の上流から下流に向かうにつれて、徐々にオイル吐出流量を増大させることができるように形成されている。

なお、オイル吐出流量は、ボール５１と第２流路２３５との間の隙間面積で決まるため、複数の溝部２３５ａ…２３５ａの下端位置は、少なくともボール５１の軸方向の移動軌跡の範囲内（図７（ａ）の実線で示す着座状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１の軸方向位置から、図７（ａ）の仮想線で示すプラグ３７の柱状部３７ｂの上端に当接する状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１の軸方向位置までの間）に設けられていればよい。

次に、第３実施形態におけるオイルジェット２２０の作用について、図５および図７を用いて説明する。

図７（ａ）は、オイル循環路１７内の油圧が非常に低く、バルブ機構５０が閉弁された状態にあるオイルジェット２２０を示している。この状態では、ボール５１は、スプリング５２の付勢力により、座面部３４に押し付けられて当接し、入口部３２は完全に閉状態とされる。したがって、オイルジェット２０からオイルは吐出されない（図５の矢印ａ参照）。

図７（ａ）の状態からエンジンの回転領域が低回転領域に移行すると、オイル循環路１７内の油圧が上昇し所定の油圧ｐ１に達し、バルブ機構５０が開弁される（図５矢印ｂ参照）。第３実施形態のオイルジェット２２０は、閉弁状態におけるボール５１の中心位置Ｐ１と、各溝部２３５ａの上端２３５ｂが略一致しているので、このときのボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向（上下方向）において、各溝部２３５ａの上端２３５ｂよりも下流側に位置する。

この状態における流路断面積は、第２流路２３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１での面積Ｓｂとの差に、各溝部２３５ａの断面積Ｓａを加えた第１の流路面積Ｓ２０１となる。したがって、極低回転領域から、図５の仮想線で示す流路に溝部を備えていない従来のオイルジェットの吐出流量よりも増加する。

エンジンの回転領域が低回転領域から中回転領域に移行すると、オイル循環路１７の油圧が上昇する。このとき、ボール５１の中心位置Ｐ１は、軸方向（上下方向）において、例えば、図７（ａ）の仮想線で示すように、低回転領域のボール５１の中心位置Ｐ１よりも下流側に位置し、最終的にプラグ３７の柱状部３７ｂの上端に当接する。

この状態における流路面積は、第２流路２３５の断面積Ｓとボール５１の中心位置Ｐ１での断面積Ｓｂとの差に、各溝部２３５ａの断面積Ｓｄを加えた第２の流路面積Ｓ２０２となる。各溝部２３５ａの形状は、上流から下流に向かうに連れて拡幅する台形状を有しているので、ボール５１が下降すると、流路断面積が徐々に拡大される。したがって、図５の矢印ｅで示すように、オイル循環路１７の油圧の上昇に伴ってボール５１が下流に向かうに連れて吐出流量が増大する。

以上のように、各溝部２３５ａは、第２流路２３５の上流側から下流側に向かうに連れて断面積が増大されているので、ボール５１の位置が下流に向かうに連れて吐出流量を増大させることができる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、オイルジェットの第２流路に設けられる溝部は、上流側から下流側に向けて径方向に拡大されるように形成されてもよい。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形および変更を行うことも可能である。

以上のように、本発明によれば、エンジンの冷却装置において、オイルジェットの耐久性を確保しながら、オイルポンプを大型化させることなく、エンジンの中低回転時においてもオイルジェットのオイル吐出流量を増大させることが可能となるから、この種の変速操作機構を備えた手動変速機の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１ エンジン
１１ シリンダブロック
１３ ピストン
１７ オイル循環路
２０ オイルジェット
３０ 本体部
３１ 流路
３２ 入口部
３５ 第２流路（弁体案内部）
３５ａ、２３５ａ 溝部
３８ 出口部
４０ ノズル部
５１ ボール（弁体）
５２ スプリング（付勢手段）
１３５ａ 第１の溝部
１３５ｃ 第２の溝部

Claims (5)

1. エンジンの冷却装置であって、
   シリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに摺動可能に配設されたピストンと、
   前記シリンダブロックに設けられたオイル循環路と、
   前記シリンダブロックに取り付けられて前記ピストンの裏面にオイルを噴射するオイルジェットと、を備え、
   該オイルジェットは、
   前記オイル循環路からオイルを流入する入口部と、ノズル部が取り付けられた出口部と、を有する流路が設けられた本体部と、
   前記本体部に内装され、前記流路を開閉する球状の弁体と、を有し、
   前記流路には、前記弁体の移動を案内する円筒状の弁体案内部と、該弁体案内部に設けられて前記流路に沿って延びる溝部とが設けられ、
   前記溝部は、前記流路の上流側から下流側に向かうに連れて断面積が増大されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記オイルジェットは、前記弁体を前記流路が閉じられる方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
3. 前記溝部は、オイルの流れと平行して設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
4. 前記溝部は、略半円形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジンの冷却装置。
5. 前記溝部は、前記弁体が開方向に移動したときに、先に弁体が到達する第１の溝部と、該第１の溝部よりも後に前記弁体が到達する第２の溝部とを有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエンジンの冷却装置。

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