JP2012136953A - 内燃機関用ピストンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関用ピストンの冷却装置に関し、プレイグニッションが発生し易い低回転高負荷領域において、プレイグニッションの発生確率を効果的に低減させることを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０を潤滑する潤滑油をピストン３４に向けて噴射可能なオイルジェット機構３６を備える。オイルジェット機構３６は、内燃機関１０の運転領域がプレイグニッションの発生し易い所定の低回転高負荷領域である場合に、爆発行程でのみ、潤滑油がピストン３４に向けて噴射されるように制御される。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関用ピストンの冷却装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、エンジンオイル（潤滑油）をピストンに向けて噴射するオイルジェット機構を備える内燃機関用ピストンの冷却装置が開示されている。この従来の冷却装置では、内燃機関の高負荷時に、オイルジェット機構を用いてピストンに向けてエンジンオイルを噴射するようにしている。

特開２００５−３２５６９４号公報 特開２００８−５７５００号公報 特開２０１０−１３９９６号公報 特開平４−１３４１２０号公報 特開２００３−９７２６９号公報

内燃機関の低回転高負荷領域には、オイル上がりによって燃焼室側に流入した潤滑油の存在に起因してプレイグニッションが発生し易いプレイグニッション発生領域が存在する。上記従来の技術では、高負荷時にオイルジェット機構を用いてピストンに向けて潤滑油を噴射するため、プレイグニッションの発生を助長させる恐れがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、プレイグニッションが発生し易い低回転高負荷領域において、プレイグニッションの発生確率を効果的に低減させることのできる内燃機関用ピストンの冷却装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関用ピストンの冷却装置であって、
内燃機関を潤滑する潤滑油をピストンに向けて噴射可能なオイルジェット機構を備え、
前記オイルジェット機構は、前記内燃機関の運転領域がプレイグニッションの発生し易い所定の低回転高負荷領域である場合に、爆発行程でのみ、前記潤滑油が前記ピストンに向けて噴射されるように制御され、もしくは設定されていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の運転領域が前記低回転高負荷領域であるか否かを判定するプレイグ領域判定手段と、
前記内燃機関の運転領域が前記低回転高負荷領域であると判定された場合に、爆発行程でのみ前記潤滑油が前記ピストンに向けて噴射されるように前記オイルジェット機構を制御するオイルジェット制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。

第１または第２の発明によれば、プレイグニッションの発生し易い低回転高負荷領域では、爆発行程でのみ、潤滑油がピストンに向けて噴射されるようになる。爆発行程は、燃焼により生じた熱がピストンに伝達される期間である。本発明によれば、ピストンの冷却が必要とされるそのような期間に限って潤滑油が噴射される。つまり、潤滑油の噴射が必要最小限の行程での噴射のみに留められることになる。これにより、上記低回転高負荷領域において潤滑油を用いたピストンの冷却を図りつつ、本領域において潤滑油を常時噴射する場合と比べて、シリンダボアに付着する燃料量を低減することができるので、オイル上がり量を低減することができる。その結果、上記低回転高負荷領域におけるプレイグニッションの発生確率を効果的に低減させることができる。

本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 図１に示す内燃機関の筒内の構成を説明するための模式図である。 内燃機関の運転領域（トルクとエンジン回転数とで規定）との関係でプレイグニッションの発生領域を表した図である。 本発明の実施の形態１における特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるオイルジェット機構の特徴的な構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。内燃機関１０の各気筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。

吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。

コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。スロットルバルブ２４の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットルポジションセンサ２６が配置されている。また、内燃機関１０の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２８が設けられている。更に、内燃機関１０の各気筒には、混合気に点火するための点火プラグ３０が設けられている。

図２は、図１に示す内燃機関１０の筒内の構成を説明するための模式図である。
図２に示すように、内燃機関１０の各気筒内には、シリンダボア３２に沿って往復移動するピストン３４が配置されている。また、シリンダボア３２の下端部付近には、内燃機関１０を潤滑するための潤滑油をピストン３４の裏面に向けて噴射するオイルジェット機構３６が設置されている。

オイルジェット機構３６は、潤滑油が流れるオイル通路３６ａを備えている。オイル通路３６ａの先端には、図２に示すように、噴出口がピストン３４の裏面に向くように設定されたノズル部３６ａ１が設けられている。また、オイル通路３６ａの途中には、当該オイル通路３６ａの開閉を担う開閉弁３６ｂが設置されている。より具体的には、開閉弁３６ｂは、後述するＥＣＵ４０からの駆動指令を受けた際に、内燃機関１０のクランクシャフト（図示省略）の回転と同期して所定のタイミング（図４を参照して後述）で開閉動作を行うバルブとして構成されているものとする。

また、図１に示すように、クランクシャフトの近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３８が設けられている。図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ１８、スロットルポジションセンサ２６およびクランク角センサ３８等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０および開閉弁３６ｂ等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

図３は、内燃機関１０の運転領域（トルクとエンジン回転数とで規定）との関係でプレイグニッションの発生領域を表した図である。
図３に示すように、ターボ過給機２０を備える内燃機関１０の低回転高負荷（トルク）領域には、オイル上がりによって燃焼室４２（図２参照）側に流入した潤滑油の存在に起因してプレイグニッションが発生し易いプレイグニッション領域（以下、「プレイグ発生領域」と略する）が存在する。このようなプレイグ発生領域において、オイルジェット機構を用いた潤滑油の噴射が不用意に行われると、プレイグニッションの発生を助長させる恐れがある。

図４は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を説明するための図である。
上記の課題を解決するために、本実施形態では、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合には、爆発行程でのみ、潤滑油がピストン３４の裏面に向けて噴射されるようにオイルジェット機構３６を制御するようにした。

具体的には、本実施形態では、上記のようにクランクシャフトの回転と同期して所定のタイミングで開閉動作が可能な開閉弁３６ｂを、図４（Ａ）に示すように爆発行程においては開弁し、かつ、図４（Ｂ）に示すように爆発行程以外の行程においては閉弁するように構成した。そのうえで、ＥＣＵ４０が、現在の運転領域が上記プレイグ発生領域であると判定した場合に、図４に示す開閉動作を行うように開閉弁３６ｂに駆動指令を与えるようにした。

図５は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の現在の運転領域がプレイグ発生領域（図４中にハッチングを付して示す低回転高負荷領域）であるか否かが判定される（ステップ１００）。本ステップ１００では、運転領域がプレイグ発生領域であるか否かを、トルクを判断するための情報としての吸入空気量とエンジン回転数との関係で上記プレイグ発生領域を予め定めたマップ（図示省略）に基づいて判断する。尚、本判定は、上記の手法に代え、吸気管負圧とエンジン回転数との関係、もしくはスロットル開度とエンジン回転数との関係で上記プレイグ発生領域を予め定めたマップ（図示省略）に基づいて判断してもよい。

上記ステップ１００において現在の運転領域が上記プレイグ発生領域であると判定された場合には、オイルジェット機構３６の開閉弁３６ｂに対して上記図４に示す開閉動作を行う駆動指令が発せられる（ステップ１０２）。

以上説明した図５に示すルーチンによれば、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合に、開閉弁３６ｂが上記図４に示す開閉動作を行うようになる。その結果、上記プレイグ発生領域では、爆発行程でのみ、ノズル部３６ａ１を介して潤滑油がピストン３４の裏面に向けて噴射されるようになる。爆発行程は、燃焼により生じた熱がピストン３４に伝達される期間である。上記ルーチンの処理によれば、ピストン３４の冷却が必要とされるそのような期間に限って潤滑油が噴射される。つまり、潤滑油の噴射が必要最小限の行程での噴射のみに留められることになる。これにより、プレイグ発生領域において潤滑油を用いたピストン３４の冷却を図りつつ、本領域において潤滑油を常時噴射する場合と比べて、シリンダボア３２に付着する燃料量を低減することができるので、オイル上がり量を低減することができる。その結果、上記プレイグ発生領域におけるプレイグニッションの発生確率を効果的に低減させることができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、現在の運転領域が上記プレイグ発生領域であるか否かを判定したうえで、上記プレイグ発生領域である場合には、爆発行程でのみ、潤滑油の噴射が行われるように開閉弁３６ｂに駆動指令を発するようになっている。しかしながら、本発明は、このようにＥＣＵ４０からの駆動指令に基づいて開閉弁３６ｂが開閉動作する構成により実現されるものに限定されるものではない。すなわち、本発明は、例えば、内燃機関の運転領域が上記プレイグ発生領域に入った際に、爆発行程でのみ、潤滑油がピストンに向けて噴射されるように設定された（機械仕掛けの）オイルジェット機構を備えるものであってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「プレイグ領域判定手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「オイルジェット制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図６は、本発明の実施の形態２におけるオイルジェット機構５０の特徴的な構成を説明するための図である。尚、図６は、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合の動作を表した図である。また、図６においては、ピストン３４等の図示を省略している。

図６に示すオイルジェット機構５０は、上述した実施の形態１のオイルジェット機構３６と同様に、先端にノズル部５０ａ１が設けられたオイル通路５０ａと、上記開閉弁３６ｂと同様の構成を有する開閉弁５０ｂとを備えている。そのうえで、オイルジェット機構５０は、オイル通路５０ａの途中に（図６の例では、開閉弁５０ｂの下流側に）、ＥＣＵ４０からの指令に基づいて開閉駆動される電磁弁５０ｃを備えている。

上記図６に示す構成のオイルジェット機構５０を有する本実施形態のシステムは、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合に、爆発行程でのみ、かつ、間欠的に、潤滑油がピストン３４の裏面に向けて噴射されるようにオイルジェット機構５０を制御するようにしたという点に特徴を有している。

具体的には、本実施形態では、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域に入った場合には、基本的に電磁弁５０ｃを閉じるようにした。そのうえで、プレイグ発生領域での運転時間（積算時間）が所定時間（例えば、３０分）よりも長くなった場合に、短時間（一瞬）だけ電磁弁５０ｃを開くようにし、その後は、次の上記所定時間が経過するまで、再び電磁弁５０ｃを閉じるようにした。

上記開閉弁３６ｂと同様の構成を有するもう一方の開閉弁５０ｂは、図６に示すように、爆発行程でのみ開くように構成されている。従って、本実施形態のオイルジェット機構５０によれば、図６（Ｂ）に示すように、爆発行程以外の行程においては、電磁弁５０ｃは間欠的に開閉され、開閉弁５０ｂは閉じられた状態となる。また、図６（Ａ）に示すように、爆発行程においては、電磁弁５０ｃは間欠的に開閉され、開閉弁５０ｂは開かれた状態となる。このため、本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合に、爆発行程でのみ、かつ、間欠的に、潤滑油の噴射が行われるようになる。

図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図７において、実施の形態１における図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図７に示すルーチンでは、ステップ１００において現在の運転領域が上記プレイグ発生領域であると判定された場合には、オイルジェット機構５０の開閉弁５０ｂに対して上記図６に示す開閉動作を行う駆動指令が発せられる（ステップ２００）。この場合には、次いで、電磁弁５０ｃが間欠的に駆動される（ステップ２０２）。具体的には、プレイグ発生領域での積算運転時間が所定時間（例えば、３０分）を経過する毎に、一時的に開くように電磁弁５０ｃが制御される。

以上説明した図７に示すルーチンによれば、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合に、爆発行程でのみ、かつ、間欠的に、潤滑油の噴射が行われるようになる。これにより、上述した実施の形態１におけるオイルジェット噴射と比べて、潤滑油を噴射する機会が必要最小限に減らされる。これにより、プレイグ発生領域での潤滑油を用いたピストン３４の冷却を図りつつ、上述した実施の形態１と比べて、シリンダボア３２に付着する燃料量を更に低減することができるので、オイル上がり量を更に低減することができる。その結果、上記プレイグ発生領域におけるプレイグニッションの発生確率を更に効果的に低減させることができる。

尚、上記図６および図７に示す制御例では、内燃機関１０の運転領域が上記プレイグ発生領域である場合に、爆発行程でのみ、かつ、間欠的に、潤滑油の噴射を行うオイルジェット機構５０について説明を行った。このような制御例以外にも、例えば、次のような制御を行ってもよい。すなわち、上記電磁弁５０ｃと同様の電磁弁のみを有するオイルジェット機構を備えるようにし、爆発行程かそれ以外の行程であるかを問わずに、プレイグ発生領域での運転時間（積算時間）が所定時間（例えば、３０分）よりも長い場合に、短時間だけ電磁弁を開くようにし、その後は、次の上記所定時間が経過するまで、再び電磁弁を閉じるようにしてもよい。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１８ エアフローメータ
２０ ターボ過給機
２０ａ コンプレッサ
２０ｂ タービン
２４ スロットルバルブ
２６ スロットルポジションセンサ
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ シリンダボア
３４ ピストン
３６、５０ オイルジェット機構
３６ａ、５０ａ オイル通路
３６ａ１、５０ａ１ ノズル部
３６ｂ、５０ｂ 開閉弁
３８ クランク角センサ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ 燃焼室
５０ｃ 電磁弁

Claims (2)

1. 内燃機関を潤滑する潤滑油をピストンに向けて噴射可能なオイルジェット機構を備え、
   前記オイルジェット機構は、前記内燃機関の運転領域がプレイグニッションの発生し易い所定の低回転高負荷領域である場合に、爆発行程でのみ、前記潤滑油が前記ピストンに向けて噴射されるように制御され、もしくは設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストンの冷却装置。
2. 前記内燃機関の運転領域が前記低回転高負荷領域であるか否かを判定するプレイグ領域判定手段と、
   前記内燃機関の運転領域が前記低回転高負荷領域であると判定された場合に、爆発行程でのみ前記潤滑油が前記ピストンに向けて噴射されるように前記オイルジェット機構を制御するオイルジェット制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする内燃機関用ピストンの冷却装置。

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