JP2004100545A - Oil jet for cooling piston of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけることで、このピストンを冷却する内燃機関のピストン冷却用オイルジェットに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的なエンジンにて、エンジン本体には複数のシリンダが形成され、各シリンダにはピストンが上下に摺動自在に嵌合しており、エンジン本体とピストンによって燃焼室が構成されている。この燃焼室には吸気ポート及び排気ポートが接続され、各ポートに吸気弁及び排気弁の先端部が臨み、燃焼室と各ポートとの開閉を行うことができる。また、エンジン本体の下部にはクランクシャフトが回転自在に配設されており、このクランクシャフトの偏心部とピストンとがコンロッドにより連結されている。
【0003】
このようなエンジンの高負荷時には、ピストンが高温となって熱膨張し、適正な作動に支障を来す虞がある他に、ピストンが長時間高温状態におかれると熱劣化を起こしてしまうため、このピストンを冷却する必要がある。従来、エンジン本体の下部にオイルジェットを設け、作動中のピストンに対して、オイルジェットからその頂部の背面に向かってエンジンオイルを吹きつけて冷却している。この場合、ピストンの内部に環状の冷却用空間部が設けられており、オイルジェットから噴射されたエンジンオイルが入口から冷却用空間部に入り、出口から排出されることでピストンを冷却している。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−077833号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エンジンの高出力化によりピストンの冷却効率を更に向上させる要求がある。この場合、オイルジェットからピストンに噴射するオイルの噴射量を増加させることで、ピストンの冷却効率を高めることが考えられるが、これによりオイルポンプの駆動力が増大してしまい、燃費が悪化してしまうという問題がある。また、ピストンの冷却効率に影響を与えるのは、オイルジェットからのオイル噴射量ではなく、ピストン内部の冷却用空間部に入ったオイル量である。即ち、オイルジェットから噴射するオイルの噴射量を単に増加させただけでは、噴射されたオイルが扇状に拡散してしまい、冷却用空間部の入口に適正に到達しておらず、冷却用空間部に入るオイル量はほとんど増加していない。
【0006】
また、上述した特許文献1では、オイルジェットの先端部の口金通路を複数形成し、その内径及び間隔を所定値としている。この場合、オイルジェットの先端部の口金通路を細くすることで、噴射されたオイルを層流として扇状に拡散するのを防止することができる。ところが、このようにオイルジェットの先端部の口金通路を細くすると、オイル中に含まれる異物が口金通路に詰まることがあり、オイルの噴射抵抗となって十分な噴射量を確保することができない虞がある。
【0007】
本発明はこのような問題を解決するものであって、オイルジェットの噴口を適正な内径とすることで十分な量のエンジンオイルをピストンに供給してピストンの冷却効率の向上を図った内燃機関のピストン冷却用オイルジェットを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項1の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットでは、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲となるように設定している。
【0009】
また、請求項2の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットでは、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径をオイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定している。
【0010】
更に、請求項3の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットでは、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲で、且つ、オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定している。
【0011】
従って、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲に設定したり、オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上に設定することで、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することができ、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0013】
図1に本発明の第1実施形態に係る内燃機関のピストン冷却用オイルジェットの断面、図2に本実施形態のオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面、図3にオイルジェットからの噴油量に対する捕捉油量を表すグラフ、図4に噴油レイノルズ数に対する捕捉率を表すグラフ、図5に噴油レイノルズ数に対する噴油広がり角を表すグラフを示す。
【0014】
本実施形態のオイルジェットが装着されたエンジンにおいて、図2に示すように、シリンダブロック11上にはシリンダヘッド12がボルト締結されており、このシリンダブロック11内のシリンダ13内にはピストン14が上下動自在に嵌合している。シリンダブロック11とシリンダヘッド12、ピストン14によって燃焼室15が構成され、この燃焼室15には吸気ポート16及び排気ポート17が接続され、この吸気ポート16及び排気ポート17には吸気弁18と排気弁19の先端部が臨み、燃焼室15と各ポート16,17との開閉を行うことができるようになっている。また、シリンダブロック11の下部にはクランクシャフト20が回転自在に支持されており、このクランクシャフト20の偏心部21とピストン14とがコンロッド22により連結されている。
【0015】
また、シリンダヘッド12の上部には吸気用カムシャフト23と排気用カムシャフト24とが回転自在に支持され、それぞれ各気筒ごとに所定のリフト量をもつ吸気カム25と排気カム26が一体に形成され、この吸気カム25と排気カム26により吸気弁18及び排気弁19を押し下げて燃焼室15と吸気ポート16及び排気ポート17とを連通可能となっている。更に、シリンダヘッド12には先端部が燃焼室15内に臨む点火プラグ27が装着されると共に、吸気ポート16内に燃料を噴射するインジェクタ(図示略)が装着されている。
【0016】
上述したピストン14には、その頂部に位置して環状をなす冷却用空間部31が形成されると共に、冷却用空間部31から下方に開口するオイル入口32及びオイル出口33が形成されており、このオイル入口32とオイル出口33は周方向にほぼ180度対向して位置している。ピストン14の下方には、オイルジェット34がオイル入口32と対向するようにシリンダブロック11に装着されている。このオイルジェット34はシリンダブロック11に形成されたメインギャラリ35と図示しない開閉バルブを介して連通可能となっている。
【0017】
従って、エンジンで駆動するオイルポンプによりオイル供給圧が所定値(例えば、2〜4kg/cm2)以上になると開閉バルブが開放し、メインギャラリ35のエンジンオイルが開閉バルブを通ってオイルジェット34に供給され、このオイルジェット34からピストン14のオイル入口32に向かってエンジンオイルが噴射される。すると、オイルジェット34から噴射されたエンジンオイルはオイル入口32から冷却用空間部31に捕捉され、ピストン14を冷却した後にオイル出口33から排出される。
【0018】
本実施形態のオイルジェット34は、図1に示すように、メインギャラリ35に連通するオイル通路34aに対して、先端側が絞られた絞り部34bが形成され、更にこの絞り部34bに所定長さLだけ平行な噴口34cが連続して形成されている。そして、この噴口34cの内径dを、噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲になるように設定し、オイル入口32での噴油捕捉率が所定値(例えば、70%)以上となるように設定している。
【0019】
即ち、図3に示すグラフは、オイルジェット34から噴射されたエンジンオイルの噴油量に対する、オイル入口32から冷却用空間部31に捕捉される捕捉油量を表したものである。このグラフから、噴油量が増加しても捕捉油量も比例して増加するものではなく、所定の捕捉油量でほぼ一定となっており、実際に、エンジンオイルの捕捉率は70%程度であることがわかり、捕捉率が70%以上確保すれば良いことが読み取れる。
【0020】
一方、このエンジンオイルの捕捉率は、噴油レイノルズ数Reと関係している。図4に示すグラフは、噴油レイノルズ数Reに対する捕捉率を表すものである。このグラフから、噴油レイノルズ数Reが増加するのに伴って捕捉率が減少しているのが分かる。このグラフに前述したエンジンオイルの捕捉率70%以上の範囲を加味すると、噴油レイノルズ数Reが5000以下が適正であることが判明する。なお、前述したように、オイル供給圧が所定値以上になると、開閉バルブが開放してメインギャラリ35のエンジンオイルがオイルジェット34に供給されて噴口34cから噴射されるため、このときの噴油レイノルズ数Reがほぼ2000である。従って、噴油レイノルズ数Reの適正範囲は、2000〜5000であると設定できる。
【0021】
このことは図5のグラフからも分かる。図5のグラフは、噴油レイノルズ数に対する噴油広がり角を表すグラフであり、噴油レイノルズ数が増加するのに伴って噴油広がり角も増加していることがわかり、噴油レイノルズ数Reが5000より大きくなると、噴油広がり角は10(deg)以上となり、エンジンオイルをオイル入口32に適正に噴射することができなくなってしまう。
【0022】
この噴油レイノルズ数Reは、下記数式で求めることができる。
Re=(V・d)/ν
なお、Vは噴口34cでの噴油流速、νはエンジンオイルの動粘度である。
【0023】
従って、エンジンオイルの動粘度νは、エンジンオイルの温度に応じて変化する(エンジンオイルの温度上昇に伴って動粘度νは低くなる)ものの、ほぼ一定な定数として設定することができる。そして、噴油流速Vは、オイル供給圧と内径dによって設定されるため、噴油レイノルズ数Reが適正値(2000〜5000)となるように、噴口34cの内径dとオイル供給圧に応じた噴油流速Vを適正値に設定すればよい。
【0024】
なお、噴油レイノルズ数Reは、前述したように、噴油広がり角及び捕捉率の面で、適正範囲(2000〜5000)内でなるべく小さい値に設定することが望ましいが、エンジン性能を考慮して最低限必要な噴油量を確保する上で、適正値に設定することが望ましい。
【0025】
このように第1実施形態の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、オイルジェット34の噴口34cの内径dを噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲になるように設定し、オイル入口32での噴油捕捉率が所定値(例えば、70%)以上となるようにしている。従って、オイルジェット34により十分な量のエンジンオイルをピストン14に供給することができ、ピストン14の冷却効率を向上することができると共に、エンジンオイルの噴射量を増加させるためにオイルポンプの駆動力を増大する必要もなく、燃費の悪化を防止することができる。
【0026】
図6に本発明の第2実施形態に係るオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面、図7に図6のVII−VII断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0027】
第2実施形態では、図6及び図7に示すように、ピストン14の冷却用空間部31に2つのオイル入口32を周方向にほぼ180度対向して形成すると共に、2つのオイル出口33を周方向にほぼ180度対向して形成し、オイル入口32とオイル出口33とを周方向にほぼ90度ずらして配設している。そして、ピストン14の下方に、2つのオイルジェット34を各オイル入口32と対向するようにシリンダブロック11に装着している。
【0028】
このように2つのオイルジェット34を設けることで、必要な噴油量を確保しながらも、噴油レイノルズ数Reを適正範囲(2000〜5000)内でなるべく小さい値に設定することができ、ピストン14の冷却効率を向上しながらも、エンジンオイルポンプの最適化を図ることができる。
【0029】
なお、上述の実施形態では、吸気通路に燃料を供給するガソリンエンジンに基づいて説明したが、これに限定されるものではなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンなどの全ての内燃機関に適用することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項1の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲となるように設定したので、オイル入口での噴油捕捉率を所定値以上確保することができ、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することで、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【0031】
また、請求項2の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径をオイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定したので、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することができ、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【0032】
更に、請求項3の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が2000〜5000の範囲で、且つ、オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定したので、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することができ、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る内燃機関のピストン冷却用オイルジェットの断面図である。
【図2】本実施形態のオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面図である。
【図3】オイルジェットからの噴油量に対する捕捉油量を表すグラフである。
【図4】噴油レイノルズ数に対する捕捉率を表すグラフである。
【図5】噴油レイノルズ数に対する噴油広がり角を表すグラフである。
【図6】本発明の第2実施形態に係るオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面図である。
【図7】図6のVII−VII断面図である。
【符号の説明】
13 シリンダ
14 ピストン
22 コンロッド
31 冷却用空間部
32 オイル入口
33 オイル出口
34 オイルジェット
34c 噴口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine, which cools the piston by spraying engine oil on the back surface of the top of the piston of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a general engine, a plurality of cylinders are formed in an engine main body, and a piston is slidably fitted in each cylinder up and down. A combustion chamber is formed by the engine main body and the piston. An intake port and an exhaust port are connected to the combustion chamber, and front ends of the intake valve and the exhaust valve face each port, so that the combustion chamber and each port can be opened and closed. A crankshaft is rotatably disposed below the engine body, and an eccentric portion of the crankshaft and a piston are connected by a connecting rod.
[0003]
When the engine is under a high load, the piston becomes hot and thermally expands, which may hinder proper operation.In addition, if the piston is kept at a high temperature for a long time, thermal deterioration may occur. Need to cool this piston. Conventionally, an oil jet is provided at a lower portion of an engine body, and engine oil is blown from an oil jet toward a back surface of a top portion of an operating piston to cool the piston. In this case, an annular cooling space is provided inside the piston, and the engine oil injected from the oil jet enters the cooling space from the inlet and is discharged from the outlet to cool the piston. .
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-077833
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a demand for further improving the cooling efficiency of the piston by increasing the output of the engine. In this case, it is conceivable to increase the cooling efficiency of the piston by increasing the injection amount of oil injected from the oil jet to the piston, but this increases the driving force of the oil pump and deteriorates fuel efficiency. Problem. Also, what affects the cooling efficiency of the piston is not the amount of oil injected from the oil jet, but the amount of oil entering the cooling space inside the piston. That is, if the amount of oil injected from the oil jet is simply increased, the injected oil diffuses in a fan shape and does not properly reach the inlet of the cooling space. The amount of oil going in has hardly increased.
[0006]
Further, in Patent Document 1 described above, a plurality of base passages at the tip end of the oil jet are formed, and the inner diameter and the interval are set to predetermined values. In this case, by narrowing the base passage at the tip of the oil jet, it is possible to prevent the injected oil from diffusing in a fan shape as a laminar flow. However, when the base passage at the tip of the oil jet is narrowed in this way, foreign matters contained in the oil may be blocked in the base passage, and the injection resistance of the oil may be insufficient to secure a sufficient injection amount. There is.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and an internal combustion engine in which a sufficient amount of engine oil is supplied to a piston by setting an injection hole of an oil jet to an appropriate inner diameter to improve the cooling efficiency of the piston. It is an object of the present invention to provide a piston cooling oil jet.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided an oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, wherein the engine oil is injected into an oil jet that cools the piston of the internal combustion engine by blowing the engine oil on the back surface of the top of the piston. A single injection port is formed, and the inner diameter of the injection port is set so that the injection oil Reynolds number is in the range of 2000 to 5000.
[0009]
Further, in the oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine according to the second aspect of the present invention, in the oil jet for cooling by blowing engine oil on the back surface of the top of the piston of the internal combustion engine, the piston has an annular oil inlet and an oil outlet. A cooling space is provided, a single injection port for injecting engine oil is formed, and the inner diameter of the injection port is set so that the injection rate of the injection oil at the oil inlet becomes a predetermined value or more.
[0010]
Further, in the oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine according to the third aspect of the present invention, in the oil jet for cooling by spraying engine oil on the back surface of the top of the piston of the internal combustion engine, the annular oil jet has an oil inlet and an oil outlet on the piston. A cooling space is provided, and a single injection port for injecting engine oil is formed. The inner diameter of this injection port is adjusted so that the injection oil Reynolds number is in the range of 2000 to 5000, and the injection rate of the injection oil at the oil inlet is a predetermined value. It is set so that it becomes above.
[0011]
Therefore, a single injection port for injecting engine oil is formed, and the inner diameter of the injection port is set to a range of 2000 to 5000 for the injection oil Reynolds number, or the injection oil capture rate at the oil inlet is set to a predetermined value or more. Thus, a sufficient amount of engine oil can be supplied to the piston, and the cooling efficiency of the piston can be improved.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
1 is a cross-sectional view of an oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of an engine equipped with the oil jet of the present embodiment, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the trapped oil amount with respect to the oil amount, FIG. 4 is a graph showing the trapped ratio with respect to the injected oil Reynolds number, and FIG.
[0014]
In the engine equipped with the oil jet of the present embodiment, as shown in FIG. 2, a
[0015]
An
[0016]
The above-mentioned
[0017]
Therefore, when the oil supply pressure becomes equal to or higher than a predetermined value (for example, 2 to 4 kg / cm 2 ) by the oil pump driven by the engine, the opening / closing valve is opened, and the engine oil of the
[0018]
In the
[0019]
That is, the graph shown in FIG. 3 shows the amount of captured oil captured from the
[0020]
On the other hand, the trapping rate of the engine oil is related to the injected oil Reynolds number Re. The graph shown in FIG. 4 shows the trapping ratio with respect to the Reynolds number Re of the jet oil. From this graph, it can be seen that the trapping rate decreases as the oil Reynolds number Re increases. By taking into account the above-described range of the engine oil trapping rate of 70% or more to this graph, it is found that the injection oil Reynolds number Re is 5000 or less is appropriate. As described above, when the oil supply pressure becomes equal to or higher than a predetermined value, the opening / closing valve is opened and the engine oil of the
[0021]
This can be seen from the graph of FIG. The graph of FIG. 5 is a graph showing the oil spread angle with respect to the oil Reynolds number. It can be seen that the oil spread angle increases as the oil Reynolds number increases. Is greater than 5000, the oil spread angle becomes 10 (deg) or more, and the engine oil cannot be properly injected into the
[0022]
The oil Reynolds number Re can be obtained by the following equation.
Re = (V · d) / ν
V represents the flow rate of the oil at the
[0023]
Accordingly, although the kinematic viscosity ν of the engine oil changes according to the temperature of the engine oil (the kinematic viscosity ν decreases as the temperature of the engine oil increases), it can be set as a substantially constant constant. Since the oil flow velocity V is set by the oil supply pressure and the inner diameter d, the oil flow velocity V is adjusted according to the inner diameter d of the
[0024]
Although the oil Reynolds number Re is desirably set to a value as small as possible within an appropriate range (2000 to 5000) in terms of the oil spread angle and the trapping rate, as described above, the engine performance is taken into consideration. It is desirable to set it to an appropriate value in order to secure the minimum required amount of fuel oil.
[0025]
As described above, according to the oil jet for cooling the piston of the internal combustion engine of the first embodiment, the inner diameter d of the
[0026]
FIG. 6 shows a cross section of a main part of an engine equipped with an oil jet according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a cross section taken along line VII-VII of FIG. Note that members having the same functions as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0027]
In the second embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, two
[0028]
By providing the two
[0029]
In the above-described embodiment, a description has been given based on a gasoline engine that supplies fuel to the intake passage.However, the present invention is not limited to this. For all internal combustion engines such as a direct injection gasoline engine and a diesel engine, Can be applied.
[0030]
【The invention's effect】
As described in detail in the above embodiment, according to the piston cooling oil jet of the first aspect of the present invention, a single injection port for injecting engine oil is formed, and the inner diameter of this injection port is changed to the injection oil Reynolds. Since the number is set to be in the range of 2000 to 5000, it is possible to secure the injection oil capture rate at the oil inlet at a predetermined value or more, and to supply a sufficient amount of engine oil to the piston to cool the piston. Efficiency can be improved.
[0031]
According to the oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine of the invention of claim 2, the piston is provided with an annular cooling space having an oil inlet and an oil outlet, and a single injection port for injecting engine oil is formed. Since the inner diameter of the injection port is set so that the oil capture rate at the oil inlet is equal to or higher than a predetermined value, a sufficient amount of engine oil can be supplied to the piston, and the cooling efficiency of the piston can be improved. it can.
[0032]
Further, according to the oil jet for cooling a piston of an internal combustion engine according to the third aspect of the invention, the piston is provided with an annular cooling space having an oil inlet and an oil outlet, and a single injection port for injecting engine oil is formed. Since the inner diameter of the injection port is set so that the injection oil Reynolds number is in the range of 2000 to 5000 and the injection rate of the injection oil at the oil inlet is equal to or higher than a predetermined value, a sufficient amount of engine oil is supplied to the piston. The cooling efficiency of the piston can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a piston cooling oil jet of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a main part of an engine equipped with the oil jet according to the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the amount of trapped oil with respect to the amount of oil injected from an oil jet.
FIG. 4 is a graph showing a trapping rate with respect to a fuel oil Reynolds number.
FIG. 5 is a graph showing a spray oil spread angle with respect to a spray oil Reynolds number.
FIG. 6 is a sectional view of a main part of an engine equipped with an oil jet according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6;
[Explanation of symbols]
13
Claims (3)
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