JP2537373B2 - Piston cooling device for internal combustion engine - Google Patents
Piston cooling device for internal combustion engineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関のピストン冷却装置、特に、環
境条件およびエンジン運転条件に応じて、冷却オイルを
供給するピストン冷却装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston cooling device for an internal combustion engine, and more particularly to a piston cooling device that supplies cooling oil according to environmental conditions and engine operating conditions.
エンジン中、最も苛酷な熱的負荷を受けるピストン部
を冷却し、ピストン温度を低下させて耐久性を向上し、
ノック等の異常燃焼を防止するため、ピストン部にオイ
ルを噴出させて冷却する方法は、特にディーゼルエンジ
ン等において、従来から広く採用されている。Cools the piston part that receives the most severe thermal load in the engine, lowers the piston temperature and improves durability,
In order to prevent abnormal combustion such as knocking, a method of ejecting oil to a piston portion to cool it has been widely adopted, especially in diesel engines.
すなわち、連接棒の大端部より小端部に小穴を穿設
し、小端部上側より油を噴出させる方法や、シリンダブ
ロックの潤滑油穴にジェットパイプを付設してピストン
背面に油を噴出させる方法等が行われている。That is, a method in which a small hole is drilled from the large end to the small end of the connecting rod and oil is jetted from the upper side of the small end, or a jet pipe is attached to the lubricating oil hole of the cylinder block to jet oil to the piston rear surface. The method of making it do is performed.
しかしながら、現在広く採用されているこれらのオイ
ルジェット冷却システムの多くは、エンジン（潤滑）オ
イル回路圧力のみによる制御が主であって、外気条件や
エンジンの負荷条件等が考慮されておらず、このオイル
圧力は主としてエンジン回転数とオイルの粘度（すなわ
ち油温）等の因子により決定されるため、冷却が不必要
な場合（例えば、低温時における暖機運転）において
も、オイル回路の圧力が上昇すると、不必要なオイルが
ピストンに供給されてピストン冷却が行われ、全体的な
熱効率が低下し、また、逆に油温が大幅に上昇した場
合、オイル回路の圧力が低下するため、高温時に必要な
冷却オイルを供給するだけのジェット径が設定できない
等の欠点があった。However, most of these oil jet cooling systems that are widely adopted at present are mainly controlled only by the engine (lubrication) oil circuit pressure, and the outside air condition and the load condition of the engine are not taken into consideration. Oil pressure is mainly determined by factors such as engine speed and oil viscosity (that is, oil temperature), so the pressure in the oil circuit rises even when cooling is unnecessary (for example, warm-up operation at low temperature). Then, unnecessary oil is supplied to the piston to cool the piston, which lowers the overall thermal efficiency, and conversely, when the oil temperature rises significantly, the pressure in the oil circuit drops, so at the time of high temperature There was a defect that the jet diameter could not be set enough to supply the required cooling oil.
また、最近は、オイル温度やエンジン回転数，負荷等
を検出してジェット噴射を制御するもの、あるいは、暖
機状態を検出して上記制御を行うもの等が提案されてい
るが、いずれも外気条件や総合的なエンジンの熱的負荷
条件が考慮されておらず、また、ピストン冷却油路自体
に冷却器を備えていなかったため、その時点における最
適温度／量のジェットオイルをピストンに供給すること
は不可能であった。Recently, there have been proposed those that detect the oil temperature, engine speed, load, etc. to control the jet injection, or those that detect the warm-up state and perform the above-mentioned control. Since the conditions and the overall thermal load condition of the engine were not taken into consideration, and the piston cooling oil passage itself was not equipped with a cooler, the jet oil of the optimum temperature / amount at that time should be supplied to the piston. Was impossible.
この発明は、以上のような従来例の問題点にかんがみ
てなされたもので、上記欠点を除去すると同時に、エン
ジンに要求される冷却オイル量を、その時点におけるエ
ンジン熱負荷に対応するよう、適温で供給することので
きるピストン冷却装置の提供を目的としている。The present invention has been made in consideration of the problems of the conventional example as described above, and at the same time as eliminating the above-mentioned drawbacks, the cooling oil amount required for the engine is adjusted to an appropriate temperature so as to correspond to the engine heat load at that time. The purpose is to provide a piston cooling device that can be supplied by.
このため、本発明においては、オイル噴射によるピス
トン冷却装置において、主潤滑油路から該ピストン冷却
油路を分岐し、オイル流量制御弁を配設すると共に、更
に２系統の通路に分岐して、その一方に冷却器を備え、
該エンジンの負荷等の運転条件と潤滑油温と、ピストン
冷却油温とを含む熱的負荷条件に関する入力電気信号に
より、予め設定された条件に適合するよう制御された適
温のピストン冷却用オイルをオイルジェットに供給すべ
く夫々該２系統の通路に流れるオイル量を制御するよう
構成することにより、前記目的を達成しようとするもの
である。Therefore, in the present invention, in the piston cooling device by oil injection, the piston cooling oil passage is branched from the main lubricating oil passage, the oil flow control valve is arranged, and further branched into two passages, One of them has a cooler,
An appropriate temperature piston cooling oil controlled to meet preset conditions by an input electric signal relating to thermal load conditions including operating conditions such as engine load, lubricating oil temperature, and piston cooling oil temperature. It is intended to achieve the above object by controlling the amount of oil flowing through the passages of the two systems to be supplied to the oil jet.
以上のような構成により、検出されたエンジン熱負荷
等の入力信号によりピストン冷却油路中のオイル流量制
御弁によって、予め設定された条件に適合する油温で所
定量のピストン冷却を行うことができる。With the above-described configuration, the oil flow rate control valve in the piston cooling oil passage can perform a predetermined amount of piston cooling at an oil temperature that meets a preset condition by an input signal such as the detected engine heat load. it can.
以下に、この発明を実施例に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on examples.
第１図に、この発明に係るピストン冷却装置の構成概
要図、第２図に、その制御回路のブロック図を示す。FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a piston cooling device according to the present invention, and FIG. 2 shows a block diagram of its control circuit.
（構成） 第１図において、１は、エンジンの一気筒中のピスト
ン、２は、ピストン１の背面に冷却オイルを噴射するた
めのオイルジェット、３はエンジンの吸入管、４は吸入
弁、５はスロットルバルブである。６は、エンジン潤滑
オイル系統のオイルリザーバとしてのオイルパン、７
は、オイル圧送／潤滑用のオイルポンプで、エンジンオ
イル（メイン）通路８を通じてエンジン各部へ送られ
る。一方、ピストン１冷却用のオイルジェット２へはオ
イル通路８より分岐した冷却オイル通路（油路）９に回
転式のオイル流量制御弁10を配設し、ここで通路９を、
通路A11と通路B12とに分岐し、それぞれ並列に、前室1
3、チェック弁（一方向弁）14を経て、前記オイルジェ
ット２へ接続してあり、通路B12中にはオイルクーラ
（油冷却器）15を介装している。(Structure) In FIG. 1, 1 is a piston in one cylinder of an engine, 2 is an oil jet for injecting cooling oil to the rear surface of the piston 1, 3 is an intake pipe of the engine, 4 is an intake valve, 5 Is a throttle valve. 6 is an oil pan as an oil reservoir for the engine lubricating oil system, 7
Is an oil pump for oil pressure feeding / lubrication, and is sent to each part of the engine through an engine oil (main) passage 8. On the other hand, a rotary oil flow rate control valve 10 is provided in a cooling oil passage (oil passage) 9 branched from the oil passage 8 to the oil jet 2 for cooling the piston 1, and the passage 9 is provided here.
Branch into aisle A11 and aisle B12.
3. It is connected to the oil jet 2 through a check valve (one-way valve) 14, and an oil cooler (oil cooler) 15 is provided in the passage B12.
また、第1,2図において、16は、ピストン冷却システ
ムを電子的に制御するための電子制御装置（ECU）で、
一方、回転式オイル流量制御弁10の弁体回転駆動用に、
ステップモータもしくはロータリソレノイド17が設けら
れ、その回転角度位置により、通路A/B,11/12に流れる
オイル量を精密に制御し得るようにしている。Further, in FIGS. 1 and 2, 16 is an electronic control unit (ECU) for electronically controlling the piston cooling system,
On the other hand, for rotating the valve body of the rotary oil flow control valve 10,
A step motor or a rotary solenoid 17 is provided, and the amount of oil flowing through the passages A / B and 11/12 can be precisely controlled by the rotation angle position thereof.
（制御用入力／動作）（第２図参照） 上記ECU16への制御用入力信号としては、下記の諸信
号がある。(Control Input / Operation) (See FIG. 2) As the control input signal to the ECU 16, there are the following signals.
１）エンジン負荷……スロットルバルブ開度，マニホル
ド負圧等，燃料供給量や空気流量等のエンジンの熱的負
荷を代表する信号を入力するが、図例においてはスロッ
トル弁５に連動する開度センサ5a信号をECU16に入力し
ている。1) Engine load: A signal representative of the thermal load of the engine such as throttle valve opening, manifold negative pressure, fuel supply amount, air flow rate, etc. is input, but in the example shown in FIG. The sensor 5a signal is input to the ECU 16.
２）エンジン回転速度（センサは不図示）……エンジン
回転数より熱負荷を算出する。2) Engine speed (sensor not shown) ........ Calculates heat load from engine speed.
３）オイル温度Ａ……温度センサ6aにより、オイルパン
６内のポンプ７吸入側温度等の信号をECU16に入力し、
エンジン内の温度を適正にする。3) Oil temperature A ... The temperature sensor 6a inputs signals such as the temperature of the pump 7 suction side in the oil pan 6 to the ECU 16,
Make the temperature inside the engine appropriate.
４）オイル温度Ｂ……温度センサ13aを前室13中に配設
し、ピストン冷却に必要なオイル温度を検出して流量制
御弁10を早期に適正状態とする。4) Oil temperature B ... A temperature sensor 13a is provided in the front chamber 13 to detect the oil temperature necessary for cooling the piston and bring the flow control valve 10 into an appropriate state early.
５）オイル圧力Ａ……エンジンオイルメイン通路８の入
口に設けた圧力センサ8aにより、エンジンに要求される
油圧を確保する。5) Oil pressure A ... The pressure sensor 8a provided at the inlet of the engine oil main passage 8 ensures the oil pressure required for the engine.
６）オイル圧力Ｂ……ピストン部冷却に必要な圧力を算
出し、制御弁10を適正状態とする。6) Oil pressure B ... Calculate the pressure required to cool the piston and put the control valve 10 in the proper state.
７）外気温度（センサは不図示）……ピストン冷却用回
路のオイルクーラ15へ送るオイル量を適正とするよう制
御弁10の状態を規制する。7) Outside air temperature (sensor not shown) ............. The state of the control valve 10 is regulated so that the amount of oil sent to the oil cooler 15 in the piston cooling circuit is appropriate.
以上のような各制御信号は、エンジンの要求運転条件
に応じて、不必要なものは省略しても差支えない。Of the control signals as described above, unnecessary control signals may be omitted depending on the required operating conditions of the engine.
（制御モード） 以上のような諸入力信号により、ECU16で制御する制
御モードはつぎのように分類される。(Control Mode) The control modes controlled by the ECU 16 are classified as follows according to the various input signals described above.
１）制御弁10により、冷却オイル通路９を遮断して、ピ
ストン部への冷却オイル供給停止する（例えば、低温時
の暖機運転等）。1) The control valve 10 shuts off the cooling oil passage 9 to stop the supply of the cooling oil to the piston portion (for example, warm-up operation at low temperature).
２）冷却オイルの全量をオイルクーラ15を通過させてピ
ストン部に通路B12により供給する。2) The entire amount of cooling oil is passed through the oil cooler 15 and is supplied to the piston portion via the passage B12.
３）冷却オイルの全量を通路A11を通してピストン部に
供給する。3) Supply the entire amount of cooling oil to the piston through passage A11.
４）通路A/B,11/12に、その時点の諸条件に適合する量
を流して、冷却オイル温度を適正に制御する。4) Flow the passages A / B and 11/12 in an amount suitable for the various conditions at that time to properly control the cooling oil temperature.
なお、低温時の暖機運転におけるモード１）の場合、
要すれば、エンジンオイル全体温度が早期に所定温度に
達するよう、モード３）を利用することもできる。In the case of mode 1) in warm-up operation at low temperature,
If necessary, the mode 3) can be used so that the temperature of the entire engine oil reaches the predetermined temperature early.
（エンジンオイル温度／ピストン温度特性） つぎに、この実施例構成／制御によるエンジンオイル
温度TOILおよびピストン温度TPの、エンジン回転数に対
する特性を、オイル圧力制御の従来例による特性図と対
比して説明する。第3,4図は本実施例、第５〜７図は、
従来例に関するものである。(Engine Oil Temperature / Piston Temperature Characteristic) Next, the characteristics of the engine oil temperature T OIL and the piston temperature T P according to the configuration / control of this embodiment with respect to the engine speed will be compared with the characteristic diagram according to the conventional example of oil pressure control. Explain. FIGS. 3 and 4 show the present embodiment, and FIGS.
This relates to a conventional example.
第５図は、各エンジン負荷における従来例TOIL−Ne特
性図で、実線は、ピストン冷却なしの場合、一点鎖線
は、4/4負荷時に、全回転供給のピストンオイル冷却を
行ったときのオイル温度曲線を示す。図示のようにオイ
ルジェット冷却を行うとエンジンオイル温度TOILは、そ
の受熱分だけ上昇することを示している。Fig. 5 is a conventional example T OIL -N e characteristic diagram at each engine load. The solid line shows the case without piston cooling, and the dashed-dotted line shows the case of full-rotation supply piston oil cooling at 4/4 load. Shows the oil temperature curve of. As shown, when the oil jet cooling is performed, the engine oil temperature T OIL rises by the amount of heat received.
また第６図は、4/4負荷時に、オイル圧力が所定値に
達する回転数で冷却オイルの供給が開始されオイルジェ
ットがONすると、その時点でピストン熱によりTOILはΔ
T3だけ不連続的に上昇することを示している。In addition, Fig. 6 shows that when the oil pressure reaches the specified value and the supply of the cooling oil is started at 4/4 load and the oil jet is turned on, T OIL is Δ due to the piston heat at that time.
It shows that it rises discontinuously by T 3 .
また、第７図は、TP−Ne特性図で、オイルジェットON
の時点において、ピストン温度TPがΔT4だけ不連続的に
低下することを示している。Fig. 7 is a T P -N e characteristic diagram showing that the oil jet is ON.
It shows that the piston temperature T P decreases discontinuously by ΔT 4 at the time point of.
以上のような従来例特性に対して、本実施例システム
においては、エンジンオイル温度TOILは、エンジンに要
求されるオイル温度特性（実線）に対し、ピストン冷却
用オイルの温度を、ピストン冷却により上昇すべき温度
（一点鎖線曲線，＋（ΔT1〜T2））だけ低下させた温度
のオイル（二点鎖線曲線，−（ΔT1′〜ΔT2′）を供給
する。（すなわち、ΔT1≒ΔT1′，ΔT2≒ΔT2′）とに
より、前記従来例第６図に対比して、エンジン要求オイ
ル温度（実線）に連続的に安定させることが可能とな
る。In contrast to the characteristics of the conventional example as described above, in the system of the present embodiment, the engine oil temperature T OIL is the oil temperature characteristic (solid line) required for the engine. temperature (dashed line curve, + (ΔT 1 ~T 2) ) to be raised by the temperature of the oil (two-dot chain line curve reduced, -. supplies (ΔT 1 '~ΔT 2') ( i.e., [Delta] T 1 ≒ [Delta] T 1 by a ', ΔT 2 ≒ ΔT 2' ), wherein in contrast to the conventional example FIG. 6, it is possible to continuously and stably be the required engine oil temperature (solid line).
また、このとき、ピストン以外のエンジン温度をも、
所定の安定領域としたい場合には、ΔT1＜ΔT1′，ΔT2
＜ΔT2′にすれば可能である。Also, at this time, the engine temperature other than the piston,
To set a predetermined stable region, ΔT 1 <ΔT 1 ′, ΔT 2
It is possible if <ΔT 2 ′.
また、ピストン温度TPは第４図TP−Ne線図の実線で示
すように、冷却オイルの流量／温度の適正制御により、
オイルジェットなし（二点鎖線）特性を、前記従来例第
７図に対比して連続的に円滑に低下させることができ
る。Further, the piston temperature T P can be controlled by appropriate control of the flow rate / temperature of the cooling oil as shown by the solid line in the T P -N e diagram in FIG.
The characteristic without oil jet (dashed-two-dotted line) can be continuously and smoothly lowered as compared with the conventional example shown in FIG.
（作用／効果） 以上の説明では明らかなように、この実施例において
は、 １）ピストンによりエンジンオイルに移動する熱量を予
測して、供給するオイル温度を予め適正温度に設定する
ことにより、オイルポンプ７の吸込み部の温度変化を極
力抑制している。(Operation / Effect) As is apparent from the above description, in this embodiment, 1) the amount of heat transferred to the engine oil by the piston is predicted and the oil temperature to be supplied is set to an appropriate temperature in advance. The temperature change of the suction part of the pump 7 is suppressed as much as possible.
エンジンにおける熱の移動は、水冷式の場合、壁面と
冷却水の間にオイルが介在するが、ピストン部は発熱部
とオイルとは、ピストンを介してのみ伝達されるため、
最も高温となり、これを適正値に制御することは従来困
難であったが、この発明においては、供給するピストン
冷却オイルの温度を制御することにより、これに対処し
ている。In the case of the water-cooled type, the heat transfer in the engine has oil interposed between the wall surface and the cooling water, but in the piston part, the heat generating part and the oil are transmitted only through the piston,
The highest temperature is reached, and it has been difficult to control this to an appropriate value in the past, but in the present invention, this is dealt with by controlling the temperature of the piston cooling oil to be supplied.
２）従来は全体的なエンジンオイルの温度を下げるため
にオイルクーラを設けていたが、この場合、ピストンを
冷却するオイルの温度は、機関全体潤滑用温度と同一で
あるため、ピストン部に供給されたオイルは、局部的受
熱により瞬間的には高温となり、オイルの劣化が促進さ
れるが、この発明においては、供給するピストン冷却オ
イルを予め全体のオイルよりも低目に設定することが可
能なにため、オイルの劣化を抑制することができ、ま
た、それ用のクーラ15のサイズも小形ですむ。2) Conventionally, an oil cooler was provided to lower the temperature of the entire engine oil, but in this case, the temperature of the oil that cools the piston is the same as the temperature for lubricating the entire engine, so it is supplied to the piston section. Due to the local heat reception, the temperature of the applied oil momentarily rises and the deterioration of the oil is promoted. In this invention, however, the piston cooling oil to be supplied can be set lower than the total oil in advance. Because of this, deterioration of oil can be suppressed, and the size of the cooler 15 for it can be small.
３）この発明は、ピストンに供給する冷却オイルの温度
を制御するため、エンジン全体の潤滑オイル温度を早期
に適正化することができ、まさつ損失動力を低減するこ
とができる。3) According to the present invention, the temperature of the cooling oil supplied to the piston is controlled, so that the lubricating oil temperature of the entire engine can be optimized at an early stage, and the power loss during the engine can be reduced.
４）エンジンが要求する条件時のみにピストンに冷却オ
イルを供給するため、不必要な熱をオイルに伝達させず
にすませることができる。4) Since the cooling oil is supplied to the piston only under the conditions required by the engine, it is possible to prevent unnecessary heat from being transferred to the oil.
以上説明したように、この発明によれば、その時点で
エンジンに要求されている適温／適量の冷却オイルをピ
ンに供給することができるようにしたため、メイン通路
のエンジンオイルと独立に最適のピストン冷却を行うこ
とができるようになった。As described above, according to the present invention, since it is possible to supply the appropriate temperature / appropriate amount of cooling oil required for the engine at that time to the pin, the optimum piston can be provided independently of the engine oil in the main passage. Cooling is now possible.
第１図は、この発明に係るピストン冷却装置の構成概要
図、第２図は、その制御回路ブロック図，第３図および
第４図は、この実施例のそれぞれエンジン回転数対エン
ジンオイル温度およびピストン温度特性図の各一例、第
５図および第６図は、従来のエンジンオイル温度特性図
の各一例、第７図はそのピストン温度特性図の一例であ
る。 １……ピストン ２……オイルジェット 5a……スロットル開度センサ 6a,13a……温度センサ 8a,13b……圧力センサ ９……ピストン冷却オイル通路（油圧） 10……オイル流量制御弁 11/12……通路A/B 15……オイルクーラ（冷却器） 16……ECU（電子式制御ユニット）FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a piston cooling device according to the present invention, FIG. 2 is a control circuit block diagram thereof, and FIGS. 3 and 4 are engine speed vs. engine oil temperature of this embodiment, respectively. Each example of the piston temperature characteristic diagram, FIG. 5 and FIG. 6 are each example of the conventional engine oil temperature characteristic diagram, and FIG. 7 is an example of the piston temperature characteristic diagram. 1 …… Piston 2 …… Oil jet 5a …… Throttle opening sensor 6a, 13a …… Temperature sensor 8a, 13b …… Pressure sensor 9 …… Piston cooling oil passage (hydraulic pressure) 10 …… Oil flow control valve 11/12 …… Aisle A / B 15 …… Oil cooler (cooler) 16 …… ECU (electronic control unit)
Claims (1)
て、主潤滑油路から該ピストン冷却油路を分岐し、オイ
ル流量制御弁を配設すると共に、更に２系統の通路に分
岐して、その一方に冷却器を備え、該エンジンの負荷等
の運転条件と潤滑油温と、ピストン冷却油温とを含む熱
的負荷条件に関する入力電気信号により、予め設定され
た条件に適合するよう制御された適温のピストン冷却用
オイルをオイルジェットに供給すべく夫々該２系統の通
路に流れるオイル量を制御するよう構成したことを特徴
とする内燃機関のピストン冷却装置。1. A piston cooling device using oil injection, wherein the piston cooling oil passage is branched from a main lubricating oil passage, an oil flow control valve is arranged, and further branched into two passages, one of which is provided. A cooler is provided, which has an appropriate temperature controlled to meet preset conditions by an input electric signal relating to operating conditions such as the load of the engine, lubricating oil temperature, and thermal load conditions including piston cooling oil temperature. A piston cooling device for an internal combustion engine, characterized in that the amount of oil flowing through the passages of the two systems is controlled so as to supply piston cooling oil to an oil jet.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6211288U (en) * | 1985-07-03 | 1987-01-23 |
-
1987
- 1987-09-18 JP JP62232404A patent/JP2537373B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6477719A (en) | 1989-03-23 |
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