CN107614845B - 内燃机用喷油嘴以及内燃机用活塞的冷却装置 - Google Patents

Abstract

喷油嘴(23)具备将从油供给通路供给的发动机油向活塞喷射的喷射嘴(32)。该喷射嘴(32)具有第一管路(36)和第二管路(38)，第一管路(36)具有与油供给通路侧连通的供给口(35)，第二管路(38)具有喷射发动机油的喷射口(37)，这些第一管路(36)和第二管路(38)以轴心成规定角度的方式连结。喷射口(37)的截面积形成为比第一管路(36)的最小径向截面积大。

Description

内燃机用喷油嘴以及内燃机用活塞的冷却装置

技术领域

本发明涉及内燃机用喷油嘴以及内燃机用活塞的冷却装置的改良。

背景技术

众所周知，内燃机的喷油嘴通过向活塞的背面侧喷射发动机油来降低活塞的温度，确保活塞的强度和可靠性，并且减轻爆震。

近年来为了降低内燃机的燃料消耗、希望使产生发动机油油压的油泵小型化、节能化，降低向喷油嘴的发动机油供给量等而以少的油量进行高效的热交换。在这里，通常的现有的喷油嘴的喷射口侧的前端变窄，使流速提高而将油呈直线状喷出。因此，油的喷射流直线前进性高且产生喷嘴前端内径程度的喷流径，由于局部被冷却，因此不能高效地对活塞整体进行冷却。

于是，在专利文献1中公开了使喷油嘴的前端部成为各种各样的形状，对所喷射出的喷流形状进行控制的技术。并且在专利文献2中提出了在喷油嘴的管内表面具有螺旋状的槽的构造。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)实开平4-105935号公报

专利文献2：(日本)实开昭50-52341号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而如专利文献1所示，通过对喷油嘴的喷嘴前端附加各种各样的形状，制造工时和制造成本相应地上升。并且，如专利文献2所示，在喷油嘴的成为曲面的管内表面形成螺旋状的槽在技术上非常困难，制造工时和制造成本也会上升。

于是本发明的目的在于提供一种制造和加工容易、能够以大范围喷射发动机油并且冷却效果好的内燃机用喷油嘴以及内燃机用活塞的冷却装置。

用于解决技术问题的技术方案

本发明涉及设置在内燃机的内部并向活塞的背面侧喷油的作为冷却装置的内燃机用喷油嘴。该喷油嘴具备将从内燃机的油供给通路供给的油向上述活塞喷射的喷射嘴。该喷射嘴具有与上述供给通路连通的第一管路和具有喷油的喷射口的第二管路，这些第一管路和第二管路以轴心成规定角度的方式连结。而且，上述喷射口的截面积形成为比上述第一管路的径向最小截面积大。

发明的效果

根据本发明，制造和加工容易，能够以大范围喷油，并且使冷却效率大幅提高。

附图说明

图1是表示适用本发明的内燃机用喷油嘴的内燃机的一个例子的剖面图。

图2是从背面侧观察图1的活塞的底视图。

图3是表示本发明第一实施例的内燃机用喷油嘴的立体图。

图4是表示上述第一实施例的内燃机用喷油嘴的剖面图。

图5是以时间序列示意性表示上述第一实施例的喷射嘴内的发动机油的流动的说明图。

图6是示意性表示参考例(A)和上述第一实施例(B)的发动机油的喷射形态的说明图。

图7是表示相对于第二管路的直径、直径的比以及截面积的比的、空洞的发生的有无的试验结果的特性图。

图8是表示本发明第二实施例的内燃机用喷油嘴的主要部分的立体图。

图9是以时间序列示意性表示上述第二实施例的喷射嘴内的发动机油的流动的说明图。

图10是示意性表示上述第二实施例的发动机油的喷射形态的说明图。

图11是用于对上述第二实施例的喷油嘴的试验内容进行说明的说明图。

图12是表示上述第二实施例的喷油嘴的试验结果的说明图。

图13是表示本发明第三实施例的内燃机用喷油嘴的主要部分的立体图。

图14是表示上述第三实施例的内燃机用喷油嘴的主要部分的剖面图。

图15是表示本发明第四实施例的内燃机用喷油嘴的主要部分的立体图。

图16是表示本发明第五实施例的内燃机用喷油嘴的立体图。

图17是表示上述第五实施例的内燃机用喷油嘴的剖面图。

图18是表示上述第五实施例的供给管的变形例的剖面图。

图19是表示本发明第六实施例的内燃机用喷油嘴的立体图。

具体实施方式

以下，通过图示的实施例对本发明的内燃机用喷油嘴以及内燃机用活塞的冷却装置进行说明。

如图1所示，在气缸体10的内部设有圆筒形的气缸套11，活塞12能够往复地配置在该气缸套11的内部。在气缸套11设有供冷却水流通的水套13。活塞12由铝合金、铸铁等金属材料铸造为有底筒状，在活塞上部16具有面向形成在活塞12上方的燃烧室14的活塞冠面15，在活塞上部16遍及圆周方向整周地凹设有多个环槽17。在各环槽17安装有活塞环(省略图示)，利用该活塞环对与气缸套11的内表面之间的间隙进行密封并且刮去附着在气缸套11的内表面的发动机油。在活塞12的下部设有沿与活塞销21正交的推力－反推力方向向下方延伸的圆筒形状的裙部18，利用该裙部18来抑制活塞的倾倒。

如图1和图2所示，活塞12的销座部19与连杆20的上端由插入两者的活塞销21能够相对旋转地被连结，连杆20的下端能够旋转地安装于曲轴的曲柄销22。因此，在活塞冠面15所面对的燃烧室14中点火的燃烧气体的压力(荷重)经由活塞销21和连杆20向曲轴的曲柄销21传递。

并且，在气缸体10上安装有作为内燃机用活塞的冷却装置的喷油嘴23。该喷油嘴23通过向活塞12的背面侧喷射、供给发动机油而具有对活塞12进行冷却的功能，为了避免与连杆20、曲轴等的干涉，使用固定螺栓25连接、固定在气缸套11的下端的安装面24。

在气缸体10设有向包括喷油嘴23在内的油供给部位供给发动机油的油供给通路26。虽然没有图示，存留于在内燃机的下方设置的油盘的发动机油被油泵加压，并且经由上述油供给通路26向喷油嘴23、润滑部位、油压工作设备等供给。

作为喷油嘴23代表性的构造，能够举出图18所示的压铸型、图16和图 17所示的双段焊接型以及图3和图4所示的一体焊接型。在压铸型和双段焊接型的情况下，典型来说，通过内置止回球的固定螺栓连接、固定于气缸体 10。对于一体焊接型，在内置阀机构的情况下，也能够通过不内置止回球的一般的固定螺栓固定于气缸体侧。

在这里虽未图示，众所周知，止回球被弹簧向封堵油供给通路26的方向施力，油供给通路26(主油道)内的发动机油的油压超过弹簧的预设荷载而向喷油嘴23供给发动机油。也就是说，在向内燃机的油供给通路26供给的发动机油的油压达到规定值以上时，自发地喷射发动机油。流入喷油嘴23的发动机油通过喷油嘴23内部的管路而向活塞冠面15的背面侧喷射、供给。

图3和图4表示将本发明适用于一体焊接型喷油嘴23A的第一实施例。在喷油嘴本体30形成有供内置止回球的固定螺栓25过盈地贯通的圆柱状的螺栓贯通孔31，并且一体形成有管状的喷射嘴32。发动机油从气缸体10内的油供给通路26而流入沿着固定螺栓25的轴心形成的螺栓内通路33，通过在固定螺栓25的外周与螺栓贯通孔31的内周之间形成的空间即筒状的通路 34、上述喷射嘴32内的管路而向活塞12喷射、供给。

喷射嘴32具有第一管路36和第二管路38，第一管路36具有与筒状的通路34(油供给通路26)侧连通的供给口35，第二管路38具有喷油的出口侧的喷射口37，这些第一管路36和第二管路38以轴心成规定角度(在该实施例中为约90度)的方式连接、连结。

第一管路36包括喷射口37在内形成为相等的径向截面积(通路截面积) 的直线状。第二管路38包括供给口35在内形成为相等的径向截面积的直线状，比喷射口37、第一管路36的最小径向截面积充分地大。具体地说，第二管路38的最小径向截面积为第一管路36的最小径向截面积的4倍以上。

图5是以时间序列(A)～(D)表示喷射嘴32内的发动机油的流动的说明图。发动机油首先如(A)所示地从通路截面积小且细的第一管路36流入通路截面积大的第二管路38，如(B)所示地由于其惯性而与第一管路36 的相反侧(图5的左侧)的第二管路38的内周面碰撞。

碰撞的发动机油如(C)所示地沿着第二管路38的内周面而从碰撞位置向两侧折返流动。因此，最终如(D)所示，在第二管路38的内部产生双极的涡流，隔着第一管路36的轴心在两侧形成两个空洞40。由于以这种方式产生空洞40，喷射口37所喷射的发动机油的流动变得不稳定，发动机油一边与空气混合一边喷出。

图6(A)表示的是使第二管路38的最小截面积比第一管路36的最小截面积小的参考例。在该参考例中，流速变高，由于发动机油呈大致直线状喷射，因而发动机油喷流的直线前进性高，成为喷射口的口径程度的喷流径，产生局部的冷却，不能对活塞整体高效地进行冷却。

与此相对，如图6(B)所示，在使第二管路38的最小径向截面积比第一管路36的最小径向截面积大的本实施例中，如上所述，由于发动机油一边与空气混合一边喷出，由上述参考例那样连续的流量场变为断续的液滴的流量场。通过生成这样的液滴的流量场，发动机油的喷射范围扩大，并且成为液滴的发动机油在与活塞冠面15的背面侧接触时容易飞散，能够得到喷射范围二次扩大的效果，因此热传递量增加，能够显著地提高冷却效率。

图7是表示相对于第二管路38的最小直径、第二管路38的最小直径与第一管路36的最小直径的比、第二管路的最小径向截面积与第一管路36的最小径向截面积的比，对第二管路38内是否产生空洞40进行实验的结果。如该图下侧两行的实验结果所示，在第二管路38的直径为第一管路的直径的 2倍以上或第二管路38的最小径向截面积为第一管路36的最小径向截面积的 4倍以上的情况下，能够确认在第二管路38的内部如上所述地产生空洞40。

接着，参照图8～图10对本发明第二实施例的喷油嘴23B进行说明。需要说明的是，在以下说明中，对于与已经说明的实施例相同的机构标注相同的附图标记并且适当地省略重复的说明。在该第二实施例中，使第一管路36 的轴心36A相对于第二管路38的轴心38A以规定的偏移量e(参照图9)偏移。

图9是与图5同样地以时间序列(A)～(D)表示喷射嘴32内的发动机油的流动的说明图。发动机油如(A)所示地从通路截面积小且细的第一管路36流入通路截面积大的第二管路38，如(B)所示，由于其惯性而与第一管路36的相反侧(图5的左侧)的第二管路38的内周面碰撞。

此时，在第二实施例中，由于第一管路36的轴心36A相对于第二管路 38的轴心38A向图9的下侧偏移，所碰撞的发动机油如(C)所示，其大半部分向偏移方向的相反侧(图9的上侧)、即顺时针方向流动，产生一个顺时针方向的旋转流Y1。此外，如图9(E)所示，即使第二管路38的通路截面积不大，也能够产生旋转流Y2。而且，最终如(D)所示，在第二管路38的内部能够在反偏移方向产生一个空洞41。

这样，在第二实施例中，由于能够在第二管路38的内部保持旋转流Y1 地进行喷射，因此如图10所示，首先在喷射之后立即产生向半径方向扩张的液膜，在该液膜行进而破裂时而成为液滴的流动。因此，除了能够得到与第一实施例同样的效果，还能够通过偏移的旋转流Y1而进一步扩大喷射范围，能够得到良好的冷却特性。

如果偏移量e过大，则旋转流Y1变得过强，喷雾的直线前进性恶化，因此优选偏移量e处于某一限定的范围。于是，如图11所示，为了确认相对于偏移量的直线前进性，以从喷射口通过处于50mm前方的直径8mm的面的流量，确认液膜流动的变化。其结果如图12所示。如该图所示，在相对于喷射口37的直径即出口径的偏移量e超过15％时，如图11(b)所示，丧失直线前进性，液膜处于扩大方向，在喷射之后扩散而不能到达活塞冠面15的背面侧。因此，优选偏移量相对于喷射口37的直径(出口径)为15％以下，更优选的是10％以下。

图13和图14表示本发明的第三实施例。在该第三实施例中，第二管路 38C通过多个开孔加工而成形为长孔状。并且，在图15所示的第四实施例中，第二管路38D形成为径向截面积向喷射口37逐渐扩大的圆锥形状。这些第三、第四实施例那样的第二管路38C、38D的形状也能够得到与上述第一、第二实施例同样的作用效果。

图16和图17表示将本发明适用于双段焊接型の喷油嘴的第五实施例。在喷油嘴本体30与第一实施例同样地形成有供内置止回球的固定螺栓25过盈地贯通的圆柱状的螺栓贯通孔31。而且，在该第五实施例中，相对于喷油嘴本体30固定分体的喷射管43，该喷射管43构成具有喷射口37的喷射嘴 32的一部分。喷射管43的径向截面积一定，并且，在中途设有适当弯曲的弯曲部44。

而且，在喷油嘴本体30一体地设有与喷射管43连接的供给管45。该供给管45的径向截面积设定为比喷射管43的内部的管路小。

因此，在该第五实施例的结构的情况下，比喷射管43的弯曲部44位于喷射口37侧的部分构成第二管路38，比喷射管43的弯曲部44位于反喷射口 37侧的部分和设有供给口35的上述供给管45构成第一管路36，包括喷射口 37在内的第二管路38(喷射管43)的径向截面积设定为比第一管路36的最小截面积即供给管45的内部的径向截面积大。

在这样的第五实施例中，由于与上述第一实施例同样地将第二管路38的通路截面积设定为比第一管路36大，因此能够提高冷却效率。

作为上述第五实施例的变形例，如图18所示，可以使供给管45的一部分46的径向截面积缩小为节流孔状。在该情况下，能够使供给管45的一部分46中的最小径向截面积比喷射口37的截面积小。

图19表示将本发明适用于压铸型的喷油嘴的第六实施例。在该例子中，为了向V型内燃机的左右斜向双方的活塞供给发动机油，在喷油嘴本体30 一起形成有前端具有喷射口37的两个喷射嘴32。本发明也能够适用于这样的压铸型构造。

接着，列举上述实施例的特征性的结构及其作用效果。

【1】如图4所示，喷射嘴32具有第一管路36和第二管路38，该第一管路36具有与油供给通路侧连通的供给口35，该第二管路38具有喷射发动机油的喷射口37，两者以轴心成规定角度的方式连结。而且，喷射口37的截面积形成为比第一管路36的最小径向截面积大。

因此，空气与所喷射的发动机油混合而成为粒状、液滴状的喷雾。其结果是，喷射范围扩大而扩张地附着在活塞冠面的背面侧，因此活塞温度降低效果飞跃性地提高。通过活塞温度的降低，能够抑制活塞自身的强度在高温时等降低，因此可靠性提高。并且，活塞冠面的温度降低，因此爆震也得以抑制。

【2】更具体地说，第二管路38的最小径向截面积形成为比第一管路36 的最小径向截面积大。因此，如图5所示，发动机油从细的第一管路36流向粗的第二管路38，在与第二管路的壁面碰撞时产生旋转流，该旋转流导致喷射范围更大。

【3】另外，内燃机用喷油嘴23构成为在向内燃机的油供给通路26供给的发动机油的油压达到规定值以上时自发地喷射发动机油。

这样通过油压自动地进行喷射，不需要使用电磁阀等而使构造简化。更具体地说，在以这种方式通过油压工作的类型的喷油嘴的情况下，在油压高的发动机起动时也喷油。在这里，如图6(A)的参考例所示，在发动机油呈直线状喷射的现有的喷油嘴的情况下，油以从油的附着地点向活塞冠面的背面侧扩张的方式流动，与此相对，在图6(B)所示的本实施例的喷油嘴的情况下，由于呈粒状喷油，油以呈粒状重叠的方式附着在活塞背面侧，油的附着时间变长，热交换得以促进。因此，油自身容易吸收温度，油的温度容易上升，因此能够提高起动时的油温度，降低油的粘度。因此能够使起动时的燃油经济性提高。

【4】如图4所示，第二管路38在喷射口37之前形成为直线状，从第一管路36流入第二管路38而形成的粒状发动机油直接从喷射口37喷出，因此容易得到喷油的粒状化。并且，通过钻头的开孔加工能够容易地形成第二管路38。

【5】第一管路36也同样形成为直线状，在第一管路36内流动的发动机油的沿着轴心的惯性力得以强化，能够促进发动机油与第二管路38的内壁面碰撞时的粒状化。并且，通过例如钻头加工能够容易地形成第一管路36。

【6】优选第一管路36和第二管路38以轴心成30度以上的角度的方式连结。由此，在第一管路36内流动的发动机油与第二管路38的内壁面碰撞时能够促进发动机油的粒状化、液滴化。

【7】如图7所示，第二管路38的最小径向截面积相对于第一管路36的最小径向截面积为4倍以上，如图5所示，在第二管路38的内部形成有空洞 40，所喷射的发动机油的液滴化得以促进。

【8】另外，在图8所示的第二实施例中，使第一管路36的轴心36A相对于第二管路38的轴心38A偏移。通过这样的偏移，如图9所示，旋转流Y1 得以强化，能够进一步扩大喷射范围。

【9】在第一管路36的轴心36A相对于第二管路38的轴心38A的偏移量 e变得过大时，所喷射的发动机油的旋转流变得过强，直线前进性变弱，存在不能到达活塞冠面的背面侧的隐患。于是如图12所示，优选偏移量e相对于第二管路38的直径(出口径)设定为15％以下。

作为基于以上所说明的实施例的内燃机用喷油嘴，例如，考虑以下所述的形态。

内燃机用喷油嘴在其一个形态中，设置在内燃机的内部，并且向活塞的背面侧喷油，该内燃机用喷油嘴的特征在于，具备将从上述内燃机的油供给通路供给的发动机油向上述活塞喷射的喷射嘴，该喷射嘴具有与上述油供给通路侧连通的第一管路和具有喷射发动机油的喷射口的第二管路，这些第一管路和第二管路以轴心成规定角度的方式连结，上述喷射口的截面积形成为比上述第一管路的最小径向截面积大。

在上述内燃机用喷油嘴优选的一个形态中，上述第二管路的最小径向截面积形成为比上述第一管路的最小径向截面积大。

在其他更为优选的形态中，上述内燃机用喷油嘴形成为在向上述内燃机的油供给通路供给的发动机油的油压在规定值以上时喷射发动机油。

在优选的一个形态中，上述第二管路形成为直线状。

在优选的一个形态中，上述第一管路形成为直线状。

上述第一管路与第二管路例如以轴心成30度以上的角度的方式连结。

在优选的一个形态中，上述第二管路的最小径向截面积为上述第一管路的最小径向截面积的4倍以上。

在其他优选的形态中，使上述第一管路的轴心相对于上述第二管路的轴心偏移。

在其他优选的形态中，上述第一管路的轴心相对于上述第二管路的轴心的偏移量设定为上述第二管路的直径的15％以下。

在其他优选的形态中，上述第二管路通过多个开孔加工而成形为长孔状。

在其他更为优选的形态中，上述第二管路形成为径向截面积向喷射口扩张的圆锥形状。

另外，从其他观点出发，作为内燃机用喷油嘴的冷却装置，设置在内燃机的内部，并且向活塞的背面侧喷射发动机油，该内燃机用活塞的冷却装置的特征在于，具备：供给管，其从上述内燃机供给发动机油；喷射管，其与该供给管连通，并且具有向上述活塞喷油的喷射口；上述喷射口的截面积形成为比上述供给管的最小径向截面积大。

在优选的一个形态中，上述供给管的一部分的径向截面积缩小为节流孔状。

在其他更为优选的形态中，上述供给管与上述喷射管连接的部分的径向截面积小。

进一步从其他观点出发，作为内燃机用喷油嘴，其设置在内燃机的内部，并且向活塞的背面侧喷油，该内燃机用喷油嘴的特征在于，具备将从上述内燃机的油供给通路供给的油向上述活塞喷射的喷射嘴，该喷射嘴具有与上述供给通路连通的第一管路和具有喷油的喷射口的第二管路，这些第一管路与第二管路以轴心成规定角度的方式连结，上述第二管路的轴心相对于上述第一管路的轴心偏移。

Claims (11)

1.一种内燃机用喷油嘴，设置在内燃机的内部，并且向活塞的背面侧喷油，该内燃机用喷油嘴的特征在于，具备：

喷油嘴本体，其从上述内燃机的油供给通路供给有发动机油；

筒状的第一管路，其设置于上述喷油嘴本体，并且与上述油供给通路连接；

筒状的第二管路，其具有朝向上述活塞的背面侧喷射发动机油的喷射口、在与上述喷射口相对的位置设置的底部、从上述底部的外周朝向上述喷射口延伸并且与上述第一管路连接的筒部，轴心相对于上述第一管路的轴心偏移。

2.根据权利要求1所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第二管路的最小径向截面积形成为比上述第一管路的最小径向截面积大。

3.根据权利要求2所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述内燃机用喷油嘴形成为在向上述内燃机的油供给通路供给的发动机油的油压在规定值以上时喷射发动机油。

4.根据权利要求2所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第二管路形成为直线状。

5.根据权利要求4所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第一管路形成为直线状。

6.根据权利要求5所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第一管路和第二管路以30度以上的角度连结。

7.根据权利要求2所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第二管路的最小径向截面积形成为上述第一管路的最小径向截面积的4倍以上。

8.根据权利要求1所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第一管路的轴心相对于上述第二管路的轴心的偏移量设定为上述第二管路的直径的15％以下。

9.根据权利要求2所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第二管路通过多个开孔加工而成形为长孔状。

10.根据权利要求2所述的内燃机用喷油嘴，其特征在于，

上述第二管路形成为径向截面积向喷射口扩张的圆锥形状。

11.一种内燃机用喷油嘴，设置在内燃机的内部，并且向活塞的背面侧喷油，该内燃机用喷油嘴的特征在于，

具备将从上述内燃机的油供给通路供给的油向上述活塞喷射的喷射嘴，

该喷射嘴具有与上述供给通路连通的第一管路和具有喷油的喷射口的第二管路，这些第一管路和第二管路以规定角度连结，

上述第二管路的轴心相对于上述第一管路的轴心偏移。

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