JPH08177492A - 内燃機関のピストン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関のピストン冷却装置において、可変
動弁機構等の作動性を確保しつつ、ピストンの冷却性を
高める。 【構成】 ウォータジャケットの上流側に位置する上流
側気筒のピストンの熱負荷が低い低熱負荷時を判定する
低熱負荷時判定手段ｃと、低熱負荷時に上流側気筒のオ
イルジェットノズルａから噴射される潤滑油量を弁手段
ｂを介して低減する噴射量低減手段ｄとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピストンに潤滑油を噴
射する内燃機関のピストン冷却装置の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば過給機関のように熱負荷の高い内
燃機関において、ピストンの耐久性を向上させるため
に、ピストンの背面側から冷却用の潤滑油を吹きかける
ようにしたピストンの冷却装置が従来から知られている
(実開昭６２−５６７０７号公報、実開平３−１０２０
２３号公報、参照)。

【０００３】このピストン冷却装置では、シリンダ壁の
下端部から突出させたオイルジェットノズルにオイルポ
ンプから送られる潤滑油を導くとともに、その油通路の
途中に所定油圧に応動して開弁する油圧バルブが設けら
れている。オイルポンプから導かれる潤滑油圧が設定値
を越えると、油圧バルブが開弁し、潤滑油がオイルジェ
ットノズルから噴射される。オイルジェットノズルから
噴射される潤滑油は、ピストンの背面に当たり、ピスト
ンおよびシリンダ壁の熱を持ち去るようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直列に
並ぶ各気筒のまわりを冷却水が気筒列方向に沿って流れ
るウォータジャケットを備える水冷式の内燃機関にあっ
ては、ウォータジャケットの最も上流側に位置する第一
気筒のピストンが冷却水に放熱する熱量が他の気筒より
大きいため、各オイルジェットノズルからの潤滑油噴射
量が全気筒について画一的に制御されると、第一気筒の
ピストンが過剰に冷却される可能性がある。

【０００５】また、オイルポンプの吐出圧に応動して弁
のリフト特性を切換える可変動弁機構を備える内燃機関
にあっては、各オイルジェットノズルからの潤滑油噴射
量が全気筒で同時に制御されると、オイルジェットノズ
ルから潤滑油が噴射され始めるのに伴ってオイルポンプ
の吐出圧が大きく低下するため、例えば潤滑油温度が上
昇してオイルポンプの吐出圧が低下した運転状態で、可
変動弁機構の作動に必要な油圧が得られず、所期の運転
条件で弁のリフト特性を切換えられない可能性がある。

【０００６】本発明は上記の問題点を解消し、内燃機関
のピストン冷却装置において、可変動弁機構等の作動性
を確保しつつ、ピストンの冷却性を高めることを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関のピストン冷却装置は、図５に示すように、直列に並
ぶ複数の気筒と、各気筒のまわりを冷却水が気筒列方向
に沿って流れるウォータジャケットと、各気筒のピスト
ンに向けて潤滑油を噴射するオイルジェットノズルａ
と、オイルジェットノズルａへの潤滑油の供給を制御す
る弁手段ｂと、ウォータジャケットの上流側に位置する
上流側気筒のピストンの熱負荷が低い低熱負荷時を判定
する低熱負荷時判定手段ｃと、低熱負荷時に上流側気筒
のオイルジェットノズルａから噴射される潤滑油量を弁
手段ｂを介して低減する噴射量低減手段ｄと、を備え
る。

【０００８】請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１に記載の発明において、図６に示すよ
うに、オイルポンプの吐出圧に応動して作動する油圧ア
クチュエータと、機関の冷却水温度を検出する水温検出
手段ｆと、オイルポンプの吐出圧を検出する油圧検出手
段ｇと、ポンプ吐出圧が油圧アクチュエータの作動に必
要な第一の基準値未満である低油圧時を判定する低油圧
時判定手段ｈと、低油圧時と判定された場合に、冷却水
温度が基準値未満、ポンプ吐出圧が第二の基準値以上で
ある運転条件を低熱負荷時と判定する低熱負荷時判定手
段ｃと、を備える。

【０００９】請求項３に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１または２に記載の発明において、上流
側気筒をウォータジャケットに冷却水が流入する冷却水
入口に最も近い第一気筒とする。

【００１０】請求項４に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項２または３に記載の発明において、油圧
アクチュエータをオイルポンプの吐出圧に応動して弁の
リフト特性を切換える可変動弁機構とする。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の内燃機関のピストン冷却装置
において、シリンダ壁およびピストンがウォータジャケ
ットを流れる冷却水によって持ち去られる熱量は、冷却
水入口に近い上流側気筒の方が下流側の気筒より大きい
ため、上流側気筒のピストンの熱負荷が低い低熱負荷時
で、上流側気筒のオイルジェットノズルａから噴射され
る潤滑油量を減らす構成により、上流側気筒のシリンダ
壁およびピストンが過剰に冷却されることを防止し、フ
リクションの増加を抑えられる。

【００１２】請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、ポンプ吐出圧が油圧アクチュエータの作
動に必要な第一の基準値未満である低油圧時と判定され
た場合に、冷却水温度が基準値未満、ポンプ吐出圧が第
二の基準値以上である運転条件を低熱負荷時と判定し、
上流側気筒のオイルジェットノズルａから噴射される潤
滑油量を減らす構成により、ポンプ吐出圧が上昇して、
油圧アクチュエータの作動が可能となる。

【００１３】冷却水温度が基準値以上、あるいはポンプ
吐出圧が第二の基準値未満である運転条件では、ピスト
ンの熱負荷が高い可能性があるので、上流側気筒のオイ
ルジェットノズルａから潤滑油を噴射し、油圧アクチュ
エータの作動よりピストンの耐熱性を優先して確保す
る。

【００１４】請求項３に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、第一気筒は冷却水入口から低温冷却水が
導かれ、シリンダ壁およびピストンから冷却水によって
持ち去られる熱量が、他の気筒に比べて最も大きいた
め、第一気筒のピストンの熱負荷が低い運転状態で、第
一気筒のオイルジェットノズルから噴射される潤滑油量
を減らす構成により、第一気筒のシリンダ壁およびピス
トンが過剰に冷却されることを防止し、フリクションの
増加を抑えられる。

【００１５】請求項４に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、オイルポンプの吐出圧に応動して弁のリ
フト特性を切換える可変動弁機構は、潤滑油温度が上昇
してオイルポンプの吐出圧がある程度低下した運転状態
でも、上流側気筒におけるオイルジェットノズルから噴
射される潤滑油量を減らす構成により、可変動弁機構の
作動に必要な油圧が得られ、予め設定された運転条件で
弁のリフト特性を適確に切換えられ、発生トルクの急激
な変動を抑えられる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１７】図１は、直列４気筒エンジン５における前
端に位置する第一気筒の断面を示している。

【００１８】シリンダブロック５１は、シリンダ壁５２
のまわりにエンジン冷却水を循環させるウォータジャケ
ット２１が設けられる。

【００１９】ウォータジャケット２１の前端には、図示
しないウォータポンプから吐出する冷却水を流入させる
冷却水入口が形成される。ウォータジャケット２１の後
端には、冷却水を流出させる図示しない冷却水出口が形
成される。

【００２０】冷却水入口から流入した冷却水は、ウォー
タジャケット２１において第一気筒、第二気筒、第三気
筒、第四気筒の順に気筒列方向に流れ、各気筒のシリン
ダ壁５２の熱を持ち去るようになっている。冷却水出口
から流出する冷却水は図示しないラジエータまたはバイ
パス通路を通ってウォータポンプに吸入される。

【００２１】図２に示すように、エンジンにより定容量
型オイルポンプ１は、オイルパン２から吸い上げた潤滑
油をオイルフィルタ３を経てエンジン各部に供給する。

【００２２】オイルポンプ１の吐出側にはメインギャラ
リ８が接続される。オイルポンプ１から吐出される潤滑
油の一部はメインギャラリ８からクランクシャフト１１
を支承する各主軸受１２に供給される。

【００２３】各主軸受１２に供給された潤滑油の一部
は、クランクシャフト１１の内部に形成されたクランク
内部通路１５を通って、コンロッド１３に対するコンロ
ッド軸受１４に供給される。

【００２４】オイルポンプ１の吐出側にはヘッドギャラ
リ６が接続される。オイルポンプ１から吐出される潤滑
油の一部はヘッドギャラリ６を通ってカムシャフト１６
を支承するカムシャフト軸受１７に供給されるととも
に、可変動弁機構１８の摺接部に供給される。

【００２５】オイルポンプ１から吐出される潤滑油の一
部は、メインギャラリ８を通って各気筒毎に設けられた
各オイルジェットノズル１０に導かれる。オイルジェッ
トノズル１０から噴射される潤滑油は、ピストン２０の
背面に当たり、ピストン２０およびシリンダ壁５２の熱
を持ち去るようになっている。

【００２６】第一気筒に備えられるオイルジェットノズ
ル１０は、メインギャラリ８に対して電磁バルブ７を介
して接続される。

【００２７】電磁バルブ７はその弁体４１を閉弁方向に
付勢するリターンスプリング４２を備えるとともに、弁
体４１をリターンスプリング４２に抗して電磁力により
開弁させるソレノイド４３を備える。

【００２８】第二気筒、第三気筒、第四気筒に備えられ
るオイルジェットノズル１０は、メインギャラリ８に対
して油圧バルブ９を介してそれぞれ接続される。

【００２９】油圧バルブ９はオイルポンプ１の吐出圧が
所定値以下の低中回転域では図示しないスプリングの付
勢力によりメインギャラリ８とオイルジェットノズル１
０の連通を遮断し、オイルポンプ１の吐出圧が所定値を
越えて上昇する高回転域でスプリングに抗して開弁し、
メインギャラリ８とオイルジェットノズル１０を連通
し、オイルジェットノズル１０から潤滑油を噴射するよ
うになっている。

【００３０】また、オイルポンプ１の吐出側にはバルブ
リフトおよびバルブタイミングを調整する可変動弁機構
１８に送られる油圧を調節する油圧切換弁３０が連通し
ている。

【００３１】可変動弁機構１８は、エンジンの低回転時
において要求される弁リフト特性を満足するプロフィー
ルを有する低速カムと、高回転時において要求される弁
リフト特性を満足するプロフィールを有する低速カムと
高速カムを備え、油圧切換弁３０を介してオイルポンプ
１の吐出圧が導かれると、吸・排気弁の開閉に携わるカ
ムを、低速カムから高速カムに切換えるようになってい
る。

【００３２】油圧切換弁３０の作動を制御する図示しな
いコントロールユニットは、基本的にエンジン回転数と
負荷の検出信号等を入力して、図４に示すマップに基づ
いて、予め設定された高速カムの使用領域Ａにおいて、
エンジントルクの急激な変動を抑えつつ、低速カムから
高速カムへ切換えを円滑に行うようになっている。

【００３３】図１において、３１は電磁バルブ７の開閉
を電子制御するコントロールユニットである。コントロ
ールユニット３１は、エンジン回転数ＮＥを検出するエ
ンジン回転センサ３２からの信号、冷却水温ＴＷを検出
する冷却水温センサ３３からの信号、オイルポンプ１の
吐出圧Ｐを検出する油圧センサ３４からの信号、吸気量
を調節するスロットルバルブ３５の開度ＴＨを検出する
開度センサ３６からの信号等をそれぞれ入力する。

【００３４】コントロールユニット３１は、これらの検
出値に基づいて、可変動弁機構１８の作動性を確保しつ
つ、ピストン２０の冷却性を高めるように、電磁バルブ
７の開閉を制御する。

【００３５】すなわち、ポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ
以上である場合に、潤滑油の温度はそれほど高くなく、
第一気筒のピストン２０の熱負荷が低い低熱負荷時であ
ると判定し、第二、第三、第四気筒のオイルジェットノ
ズル１０から潤滑油が噴射される運転条件でも、電磁バ
ルブ７を閉弁して、第一気筒のオイルジェットノズル１
０から潤滑油の噴射を停止する。

【００３６】第一気筒において、冷却水入口に近いシリ
ンダ壁５２およびピストン２０が冷却水によって持ち去
られる熱量は、他の気筒より大きいため、第一気筒のピ
ストン２０の熱負荷が低い運転状態で、第一気筒のオイ
ルジェットノズル１０から潤滑油を噴射しないことによ
り、第一気筒のシリンダ壁５２およびピストン２０が過
剰に冷却されることを防止し、フリクションの増加を抑
えられる。

【００３７】また、冷却水温ＴＷが９０°Ｃより低く、
ポンプ吐出圧Ｐが０．３ＭＰａ未満、０．２ＭＰａ以上
である運転条件では、第一気筒のピストン２０の熱負荷
が低く、可変動弁機構１８の作動に必要な油圧が得られ
ない運転状態であると判定し、電磁バルブ７を閉弁し
て、第一気筒のオイルジェットノズル１０から潤滑油の
噴射を停止する。

【００３８】これにより、第一気筒のピストン２０の熱
負荷が低い低熱負荷時に、第一気筒のオイルジェットノ
ズル１０から潤滑油を噴射しないことにより、第一気筒
のシリンダ壁５２およびピストン２０が過熱されること
を防止しつつ、可変動弁機構１８が低速カムから高速カ
ムに切換作動を行うのに必要なポンプ吐出圧Ｐが確保さ
れる。すなわち、潤滑油温度が上昇してオイルポンプ１
の吐出圧がある程度低下した運転状態でも、可変動弁機
構１８の作動に必要な油圧が得られ、予め設定された運
転条件で低速カムから高速カムへ適確に切換えられ、エ
ンジントルクの急激な変動を抑えることができる。

【００３９】図３のフローチャートはコントロールユニ
ット３１において実行される電磁バルブ７の開閉を制御
するプログラムを示しており、これは一定周期毎に実行
される。

【００４０】まず、ステップＳ１で、エンジン回転数Ｎ
Ｅ、冷却水温ＴＷ、ポンプ吐出圧Ｐスロットルバルブ開
度ＴＨの信号をそれぞれ読込む。

【００４１】続いてステップＳ２に進んで、運転領域を
検索した後、ステップＳ３に進んで、図４に示すマップ
に基づいて現在の運転領域が予め設定された高速カム使
用領域Ａにあるかどうかを判定する。

【００４２】高速カム使用領域Ａにない場合、ステップ
Ｓ４に進んでポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ以上かどう
かを判定する。

【００４３】ポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ以上である
と判定された場合、ステップＳ８に進んで電磁バルブ７
を開弁させ、第一気筒のオイルジェットノズル１０から
も他の気筒と同様に潤滑油を噴射する。

【００４４】これにより、低速カムが使用される運転時
でも、全気筒のオイルジェットノズル１０から潤滑油が
噴射され、ピストン２０およびシリンダ壁５２の熱を持
ち去り、これらが過熱されることを防止する。

【００４５】ポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ未満である
と判定された場合、ステップＳ７に進んで電磁バルブ７
を閉弁させ、他の気筒と異なり第一気筒のオイルジェッ
トノズル１０から潤滑油を噴射しない。

【００４６】一方、高速カム使用領域Ａにある場合、ス
テップＳ５に進んで冷却水温ＴＷが９０°Ｃ以上かどう
かを判定する。

【００４７】冷却水温ＴＷが９０°Ｃ以上であると判定
されたエンジン５の高温状態では、ステップＳ８に進ん
で電磁バルブ７を開弁させ、第一気筒のオイルジェット
ノズル１０からも他の気筒と同様に潤滑油を噴射する。

【００４８】これにより、エンジン５の高温状態では、
全気筒のオイルジェットノズル１０から潤滑油が噴射さ
れ、ピストン２０およびシリンダ壁５２の熱を持ち去
り、これらが過熱されることを防止する。

【００４９】冷却水温ＴＷが９０°Ｃより低いと判定さ
れたエンジン５の高温状態でない場合は、ステップＳ６
に進んで、ポンプ吐出圧Ｐが第一の基準値である０．３
ＭＰａ以上かどうかを判定する。

【００５０】ポンプ吐出圧Ｐが０．３ＭＰａ以上である
と判定された場合、可変動弁機構１８の作動に必要な油
圧が確保されている運転状態であると判断し、ステップ
Ｓ８に進んで電磁バルブ７を開弁させ、第一気筒のオイ
ルジェットノズル１０からも他の気筒と同様に潤滑油を
噴射する。

【００５１】ポンプ吐出圧Ｐが０．３ＭＰａ未満である
と判定された場合、ステップＳ９に進んでポンプ吐出圧
Ｐが第二の基準値である０．２ＭＰａ以上かどうかを判
定する。

【００５２】ポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ以上である
と判定された場合、ステップＳ７に進んで電磁バルブ７
を閉弁させ、他の気筒と異なり第一気筒のオイルジェッ
トノズル１０から潤滑油を噴射しないこのように、ポン
プ吐出圧Ｐが０．３ＭＰａ未満、０．２ＭＰａ以上であ
る場合、潤滑油の温度はそれほど高くないと判断し、電
磁バルブ７を閉弁させることにより、可変動弁機構１８
が低速カムから高速カムに切換作動を行うのに必要なポ
ンプ吐出圧Ｐを確保する。

【００５３】ポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ未満と判定
された場合、高温化した潤滑油の粘度低下に伴ってポン
プ吐出圧Ｐが低下したエンジン５の高温状態であると判
断し、ステップＳ８に進んで電磁バルブ７を開弁させ、
第一気筒のオイルジェットノズル１０からも他の気筒と
同様に潤滑油を噴射する。

【００５４】このように、ポンプ吐出圧Ｐが０．２ＭＰ
ａ未満である場合、全気筒のオイルジェットノズル１０
から潤滑油が噴射されることにより、ピストン２０およ
びシリンダ壁５２の熱を持ち去り、これらが過熱される
ことを防止する。このとき、ポンプ吐出圧Ｐの低下によ
り可変動弁機構１８が低速カムから高速カムに切換作動
を行うことができないが、エンジン５の耐熱性を確保す
ることを優先する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の内
燃機関のピストン冷却装置は、冷却水入口に近い上流側
気筒のピストンの熱負荷が低い低熱負荷時に、上流側気
筒のオイルジェットノズルから噴射される潤滑油量を減
らす構成により、シリンダ壁およびピストンから冷却水
によって持ち去られる熱量が大きい上流側気筒のシリン
ダ壁およびピストンが過剰に冷却されることを防止し、
フリクションの増加を抑えられ、燃費および出力を改善
できる。

【００５６】請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、ポンプ吐出圧が油圧アクチュエータの作動に必
要な第一の基準値未満である低油圧時と判定された場合
に、冷却水温度が基準値未満、ポンプ吐出圧が第二の基
準値以上である運転条件を低熱負荷時と判定し、上流側
気筒のオイルジェットノズルから潤滑油を噴射しない構
成により、ポンプ吐出圧が高められて、油圧アクチュエ
ータの作動が可能となる。また、冷却水温度が基準値以
上、あるいはポンプ吐出圧が第二の基準値未満である運
転条件では、上流側気筒のオイルジェットノズルから潤
滑油を噴射し、油圧アクチュエータの作動よりピストン
の耐熱性を優先して確保する。

【００５７】請求項３に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、第一気筒のピストンの熱負荷が低い運転状態
で、第一気筒のオイルジェットノズルから噴射される潤
滑油量を減らす構成により、第一気筒のシリンダ壁およ
びピストンが過剰に冷却されることを防止し、フリクシ
ョンの増加を抑えられ、燃費および出力を改善できる。

【００５８】請求項４に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、オイルポンプの吐出圧に応動して弁のリフト特
性を切換える可変動弁機構は、潤滑油温度が上昇してオ
イルポンプの吐出圧がある程度低下した運転状態におい
て、上流側気筒におけるオイルジェットノズルから噴射
される潤滑油量を減らす構成により、可変動弁機構の作
動に必要な油圧が得られ、予め設定された運転条件で弁
のリフト特性を適確に切換えられ、機関の発生トルクに
急激な変動が生じることを抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すシステム図。

【図２】同じく潤滑油経路図。

【図３】同じく制御内容を示すフローチャート。

【図４】同じく制御領域を示す特性図。

【図５】請求項１に記載の発明を示すクレーム対応図。

【図６】請求項２に記載の発明を示すクレーム対応図。

【符号の説明】

１ オイルポンプ ５ エンジン ７ 電磁バルブ ８ メインギャラリ ９ 油圧バルブ １０ オイルジェットノズル １８ 可変動弁機構 ２０ ピストン ２１ ウォータジャケット ３０ 油圧制御弁 ３１ コントロールユニット ３２ 回転センサ ３３ 水温センサ ３４ 油温センサ ３６ スロットル開度センサ ａ オイルジェットノズル ｂ 弁手段 ｃ 低熱負荷時判定手段 ｄ 噴射量低減手段 ｆ 水温検出手段 ｇ 油圧検出手段 ｈ 低油圧時判定手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に並ぶ複数の気筒と、 各気筒のまわりを冷却水が気筒列方向に沿って流れるウ
   ォータジャケットと、 各気筒のピストンに向けて潤滑油を噴射するオイルジェ
   ットノズルと、 オイルジェットノズルへの潤滑油の供給を制御する弁手
   段と、 ウォータジャケットの上流側に位置する上流側気筒のピ
   ストンの熱負荷が低い低熱負荷時を判定する低熱負荷時
   判定手段と、 低熱負荷時に上流側気筒のオイルジェットノズルから噴
   射される潤滑油量を他の気筒より低減する噴射量低減手
   段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のピストン冷却装
   置。
2. 【請求項２】オイルポンプの吐出圧に応動して作動する
   油圧アクチュエータと、 機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、 オイルポンプの吐出圧を検出する油圧検出手段と、 ポンプ吐出圧が油圧アクチュエータの作動に必要な第一
   の基準値未満である低油圧時を判定する低油圧時判定手
   段と、 低油圧時と判定された場合に、冷却水温度が基準値未満
   であり、ポンプ吐出圧が第二の基準値以上である運転条
   件を低熱負荷時と判定する低熱負荷時判定手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
   ピストン冷却装置。
3. 【請求項３】上流側気筒をウォータジャケットに冷却水
   が流入する冷却水入口に最も近い第一気筒としたことを
   特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のピスト
   ン冷却装置。
4. 【請求項４】油圧アクチュエータをオイルポンプの吐出
   圧に応動して弁のリフト特性を切換える可変動弁機構と
   したことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機
   関のピストン冷却装置。