JP4748078B2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP4748078B2
JP4748078B2 JP2007036499A JP2007036499A JP4748078B2 JP 4748078 B2 JP4748078 B2 JP 4748078B2 JP 2007036499 A JP2007036499 A JP 2007036499A JP 2007036499 A JP2007036499 A JP 2007036499A JP 4748078 B2 JP4748078 B2 JP 4748078B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coolant
internal combustion
combustion engine
piston
cooling water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007036499A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008202424A (en
Inventor
孝之 冬頭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2007036499A priority Critical patent/JP4748078B2/en
Publication of JP2008202424A publication Critical patent/JP2008202424A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4748078B2 publication Critical patent/JP4748078B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Description

本発明は、ピストンが往復運動するシリンダ内に燃料を噴射する内燃機関に関し、特に、その冷却に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine that injects fuel into a cylinder in which a piston reciprocates, and more particularly to cooling thereof.

一般的な内燃機関の冷却構造においては、シリンダヘッド内部とシリンダブロック内部とに冷却水が流れる水ジャケットを形成し、ピストンに冷却用のオイルが流れるクーリングチャンネルを形成している。下記非特許文献1によると、燃焼によって生じてピストンに伝わった熱のうち過半数の熱は、クーリングチャンネルを通過するオイルに伝わり、クーリングチャンネル出口よりピストン外へ放出される。ピストンに伝わった残りの熱は、ピストンリングやピストンスカートを通じてシリンダライナに伝わり、水ジャケット内を流れる冷却水へ放出される。また、燃焼によって生じてシリンダヘッド下面に伝わった熱は、シリンダヘッド内部の水ジャケット内を流れる冷却水へ放出される。冷却水に放出された熱は、ラジエータによって大気中へ放出される。オイルに伝わった熱もオイルパンやオイルクーラーを通じて大気中へ放出される。   In a general internal combustion engine cooling structure, a water jacket through which cooling water flows is formed inside the cylinder head and inside the cylinder block, and a cooling channel through which cooling oil flows is formed in the piston. According to the following Non-Patent Document 1, a majority of the heat generated by combustion and transferred to the piston is transferred to the oil passing through the cooling channel and released from the cooling channel outlet to the outside of the piston. The remaining heat transferred to the piston is transferred to the cylinder liner through the piston ring and piston skirt, and released to the cooling water flowing in the water jacket. Further, the heat generated by the combustion and transmitted to the lower surface of the cylinder head is released to the cooling water flowing in the water jacket inside the cylinder head. The heat released to the cooling water is released into the atmosphere by the radiator. The heat transmitted to the oil is also released into the atmosphere through the oil pan and oil cooler.

また、冷却損失を低減するために、セラミックで燃焼室壁面をコーティングしたセラミック遮熱型の内燃機関が提案されており、その関連技術が下記非特許文献2に開示されている。   In order to reduce the cooling loss, a ceramic heat shield internal combustion engine in which the combustion chamber wall surface is coated with ceramic has been proposed, and the related technology is disclosed in Non-Patent Document 2 below.

また、燃料と水とを同一の噴射弁から燃焼室内に噴射する二種流体噴射装置をシリンダヘッドに配設した内燃機関が提案されており、その関連技術が下記特許文献1及び非特許文献3に開示されている。特許文献1においては、主に燃焼制御(NOxや煤)を抑制するために噴射される水をシリンダヘッド側から排気弁等の燃焼室壁高温部へ向けて噴射することで、燃焼室壁面の熱応力の低減を図っている。   In addition, an internal combustion engine in which a two-fluid injection device for injecting fuel and water into the combustion chamber from the same injection valve is disposed in a cylinder head has been proposed. Is disclosed. In Patent Document 1, water injected mainly to suppress combustion control (NOx and soot) is injected from the cylinder head side toward a combustion chamber wall high temperature portion such as an exhaust valve, so that the combustion chamber wall surface The thermal stress is reduced.

特開平7−150966号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-150966 エンジンテクノロジー編集委員会編、「自動車エンジン要素技術I 進化を続けるテクノロジーのすべて」、初版、株式会社山海堂、2006年5月15日、p.62Edited by the Engine Technology Editorial Committee, “Automotive Engine Element Technology I, All Evolving Technologies”, First Edition, Sankai-do Co., Ltd., May 15, 2006, p.62 関山恵夫、他2名、「セラミック遮熱ディーゼルエンジンにおける高温燃焼の観察」、自動車技術会論文集、1994年1月、Vol25、No1、p.28-33Keio Sekiyama and two others, "Observation of high-temperature combustion in ceramic thermal insulation diesel engine", Proceedings of the Society of Automotive Engineers of Japan, January 1994, Vol 25, No. 1, p. 高石龍夫、他5名、「水利用層状噴射によるスモークレスディーゼルエンジンの研究開発」、[online]、JPEC(財団法人石油産業活性化センター)、[2006年10月2日検索]、インターネット、<URL:http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2005report/05P315.pdf>Tatsuo Takaishi and five others, “Research and development of smokeless diesel engines using water-based stratified injection,” [online], JPEC (Oil Institute for Petroleum Industry Activation), [October 2, 2006 search], Internet, < URL: http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2005report/05P315.pdf>

上述した一般的な内燃機関の冷却構造においては、燃焼によって生じる熱の約1/3程度がピストン頂面等の燃焼室壁面から冷媒を介して冷却損失として放出されており、熱効率が低い。特に、ピストン頂面については、燃焼によって生じる熱の伝達が大きくなり、熱がピストン頂面から冷媒を介して冷却損失として放出されやすい。燃焼室壁面が断熱壁であれば、この壁面への冷却損失が無く、理想的な熱効率が得られる。   In the cooling structure for a general internal combustion engine described above, about 1/3 of the heat generated by combustion is released from the combustion chamber wall surface such as the piston top surface as a cooling loss through the refrigerant, and the thermal efficiency is low. In particular, on the piston top surface, the transfer of heat generated by combustion becomes large, and heat is easily released from the piston top surface as a cooling loss through the refrigerant. If the combustion chamber wall surface is a heat insulating wall, there is no cooling loss to the wall surface, and ideal thermal efficiency can be obtained.

そこで、セラミック遮熱型の内燃機関においては、セラミック壁で断熱を図ることにより、冷却損失の低減を図っている。しかし、この場合は、セラミック壁に熱が蓄積され、燃焼室壁の温度が高温になるという欠点がある。   In view of this, in a ceramic heat insulation type internal combustion engine, cooling loss is reduced by insulating the ceramic wall. However, in this case, there is a disadvantage that heat is accumulated in the ceramic wall and the temperature of the combustion chamber wall becomes high.

また、水をシリンダヘッド側から燃焼室壁へ向けて噴射する内燃機関において、水をピストン頂面へ向けて噴射してピストン頂面を冷却しようとすると、噴射された水がピストン頂面に到達する前に高温の筒内ガス中を進む過程で、水分の多くが筒内ガスから熱を受けて蒸発する。したがって、ピストン頂面を冷却するためには、ピストン頂面に到達して冷却を行う水量に加えて、途中で蒸発して失われる水量も余分に噴射する必要がある。   Also, in an internal combustion engine that injects water from the cylinder head toward the combustion chamber wall, when water is injected toward the piston top surface to cool the piston top surface, the injected water reaches the piston top surface. In the process of proceeding through the high-temperature in-cylinder gas before starting, most of the water is evaporated by receiving heat from the in-cylinder gas. Therefore, in order to cool the piston top surface, in addition to the amount of water that reaches the piston top surface and cools, it is necessary to inject an extra amount of water that evaporates and is lost in the middle.

本発明は、冷却損失を低減することができ、熱効率を向上させることができる内燃機関を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the internal combustion engine which can reduce a cooling loss and can improve thermal efficiency.

本発明に係る内燃機関は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。   The internal combustion engine according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.

本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダ内に燃料を噴射する内燃機関であって、ピストン内部には、冷却液が供給される冷却液流路と、冷却液流路内の冷却液をピストン頂面に送り出すための冷却液送出口と、冷却液流路と冷却液送出口との連通を許容または遮断する送出調整弁と、が設けられており、冷却液流路に冷却液を供給する冷却液供給手段と、シリンダ内で燃料を燃焼させる際に、送出調整弁を駆動して冷却液流路と冷却液送出口とを連通させることで、冷却液流路内の冷却液を冷却液送出口からピストン頂面に送り出す送出調整弁駆動手段と、を備えることを要旨とする。   An internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine that injects fuel into a cylinder in which a piston reciprocates, and inside the piston, a coolant flow path to which a coolant is supplied, and a cooling in the coolant flow path A coolant delivery port for delivering the liquid to the piston top surface, and a delivery adjusting valve that allows or blocks communication between the coolant flow channel and the coolant delivery port. When the fuel is burned in the cylinder, the coolant supply means for supplying the coolant is driven to connect the coolant flow path and the coolant discharge port so that the coolant in the coolant flow path is communicated. And a delivery adjusting valve driving means for delivering the gas from the coolant delivery port to the piston top surface.

本発明によれば、シリンダ内で燃料を燃焼させる際に、ピストンに設けた冷却液送出口から冷却液流路内の冷却液をピストン頂面に送り出すことで、ピストン頂面上に水膜を形成する。そして、この水膜と水膜が蒸発してできる水蒸気とを断熱層として利用して、シリンダ内の高温の燃焼ガスからピストン頂面への熱伝達を低下させることができる。したがって、ピストン頂面の温度上昇を抑制することができるとともに、ピストン頂面からの冷却損失を低減することができる。その結果、内燃機関の熱効率を向上させることができる。   According to the present invention, when the fuel is burned in the cylinder, the coolant in the coolant channel is sent to the piston top surface from the coolant delivery port provided in the piston, so that the water film is formed on the piston top surface. Form. And the heat transfer from the high-temperature combustion gas in a cylinder to the piston top surface can be reduced using this water film and the water vapor | steam which a water film evaporates as a heat insulation layer. Therefore, the temperature rise of the piston top surface can be suppressed, and the cooling loss from the piston top surface can be reduced. As a result, the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved.

本発明の一態様では、送出調整弁は、冷却液流路内の冷却液の圧力上昇に応じて冷却液流路と冷却液送出口との連通を許容する弁であり、送出調整弁駆動手段は、シリンダ軸線方向においてピストンと対向してシリンダヘッドに配設され、シリンダ軸線方向に沿って移動することが可能な可動部材と、シリンダ軸線方向において可動部材と対向してピストンに配設され、可動部材により押圧されることで冷却液流路内の冷却液を加圧する加圧部材と、可動部材を加圧部材側へ移動させて、可動部材により加圧部材を押圧することで、送出調整弁を駆動して冷却液流路と冷却液送出口とを連通させる可動部材駆動手段と、を含むことが好適である。これによって、ピストン内部に設けられた送出調整弁をシリンダヘッド側から駆動することができる。   In one aspect of the present invention, the delivery adjustment valve is a valve that allows communication between the coolant flow path and the coolant delivery port according to an increase in the pressure of the coolant in the coolant flow path, and a delivery adjustment valve driving means. Is disposed on the cylinder head facing the piston in the cylinder axial direction, and is movable on the piston facing the movable member in the cylinder axial direction. Pressure adjustment by pressurizing the coolant in the coolant flow path by being pressed by the movable member, and moving the movable member to the pressure member side, and pressing the pressure member by the movable member to adjust delivery It is preferable to include a movable member driving means for driving the valve to communicate the coolant flow path and the coolant delivery port. Thereby, the delivery adjusting valve provided in the piston can be driven from the cylinder head side.

本発明の一態様では、可動部材駆動手段は、可動部材を加圧部材側へ移動させる期間と可動部材の加圧部材側への移動量とのいずれか1つ以上を調整することで、冷却液送出口からの冷却液の送出期間及び送出量のいずれか1つ以上を調整することが好適である。これによって、シリンダ内の高温の燃焼ガスからピストン頂面への熱伝達を調整することができる。   In one aspect of the present invention, the movable member driving means adjusts at least one of a period during which the movable member is moved to the pressure member side and a moving amount of the movable member to the pressure member side. It is preferable to adjust at least one of the cooling liquid delivery period and the delivery amount from the liquid delivery outlet. Thereby, heat transfer from the high-temperature combustion gas in the cylinder to the piston top surface can be adjusted.

本発明の一態様では、可動部材駆動手段は、ピストンが圧縮上死点付近に位置する時期に可動部材が加圧部材を押圧するように、可動部材を加圧部材側へ移動させることが好適である。これによって、ピストンが圧縮上死点付近に位置する時期に冷却液をピストン頂面に送り出すことができる。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the movable member driving means moves the movable member to the pressure member side so that the movable member presses the pressure member when the piston is positioned near the compression top dead center. It is. As a result, the coolant can be sent to the top surface of the piston when the piston is positioned near the compression top dead center.

本発明の一態様では、可動部材駆動手段は、クランクシャフトの回転に伴う回転運動を可動部材のシリンダ軸線方向の運動に変換するための送出用カム機構を含むことが好適である。これによって、クランクシャフトの回転を利用して送出調整弁を駆動することができる。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the movable member driving means includes a feeding cam mechanism for converting a rotational movement accompanying the rotation of the crankshaft into a movement of the movable member in the cylinder axial direction. As a result, the delivery adjusting valve can be driven using the rotation of the crankshaft.

本発明の一態様では、可動部材は、吸気弁よりも排気弁の方が近い位置に配置されていることが好適である。   In one embodiment of the present invention, it is preferable that the movable member is disposed at a position closer to the exhaust valve than to the intake valve.

本発明の一態様では、ピストンには、冷却液流路に供給される冷却液を受け入れる冷却液受入口と、冷却液受入口を開閉する受入調整弁と、がシリンダ軸線方向においてシリンダヘッドと対向して設けられており、冷却液供給手段は、シリンダヘッド側から受入調整弁を駆動して冷却液受入口を開けて冷却液流路に冷却液を供給する手段であることが好適である。   In one aspect of the present invention, the piston has a coolant receiving port that receives the coolant supplied to the coolant channel, and a receiving adjustment valve that opens and closes the coolant receiving port facing the cylinder head in the cylinder axial direction. Preferably, the coolant supply means is a means for driving the reception adjusting valve from the cylinder head side to open the coolant reception port and supplying the coolant to the coolant flow path.

本発明の一態様では、冷却液供給手段は、シリンダ軸線方向においてピストンと対向してシリンダヘッドに配設された冷却液供給ノズルであって、冷却液を吐出する冷却液吐出口と、シリンダ軸線方向において受入調整弁と対向し且つ受入調整弁側へ移動することで冷却液吐出口を開ける吐出調整弁と、が設けられた冷却液供給ノズルと、冷却液供給ノズルをピストン側へ移動させてピストンに当接させるノズル駆動手段と、冷却液供給ノズルがピストンに当接している状態で、吐出調整弁を受入調整弁側へ移動させて、吐出調整弁により受入調整弁を駆動して冷却液受入口を開けることで、冷却液吐出口から冷却液受入口を通じて冷却液流路に冷却液を供給する吐出調整弁駆動手段と、を含むことが好適である。これによって、ピストン内部に設けられた冷却液流路に冷却液をシリンダヘッド側から供給することができる。   In one aspect of the present invention, the coolant supply means is a coolant supply nozzle disposed in the cylinder head so as to face the piston in the cylinder axial direction, and includes a coolant discharge port for discharging the coolant, and a cylinder axis. The coolant supply nozzle provided with a discharge adjustment valve that opens the coolant discharge port by moving to the reception adjustment valve side in the direction and moving the coolant supply nozzle to the piston side. With the nozzle drive means that contacts the piston and the coolant supply nozzle in contact with the piston, the discharge adjustment valve is moved to the reception adjustment valve side, and the reception adjustment valve is driven by the discharge adjustment valve to cool the coolant. It is preferable to include a discharge adjusting valve driving unit that opens the receiving port to supply the cooling liquid from the cooling liquid discharge port to the cooling liquid flow path through the cooling liquid receiving port. Thus, the coolant can be supplied from the cylinder head side to the coolant flow path provided in the piston.

本発明の一態様では、ノズル駆動手段は、ピストンが吸気上死点付近に位置する時期に冷却液供給ノズルがピストンに当接するように、冷却液供給ノズルをピストン側へ移動させることが好適である。これによって、ピストンが吸気上死点付近に位置する時期に冷却液を冷却液流路に供給することができる。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the nozzle driving means moves the coolant supply nozzle toward the piston so that the coolant supply nozzle contacts the piston when the piston is positioned near the intake top dead center. is there. Thus, the coolant can be supplied to the coolant flow path when the piston is positioned near the intake top dead center.

本発明の一態様では、ノズル駆動手段は、クランクシャフトの回転に伴う回転運動を冷却液供給ノズルのシリンダ軸線方向の運動に変換するための供給用カム機構を含むことが好適である。これによって、クランクシャフトの回転を利用して冷却液供給ノズルをピストン側へ移動させることができる。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the nozzle driving means includes a supply cam mechanism for converting the rotational movement accompanying the rotation of the crankshaft into the movement of the coolant supply nozzle in the cylinder axial direction. Thereby, the coolant supply nozzle can be moved to the piston side by utilizing the rotation of the crankshaft.

本発明の一態様では、冷却液供給ノズルは、排気弁よりも吸気弁の方が近い位置に配置されていることが好適である。これによって、冷却液供給ノズルが高熱に晒されるのを避けることができる。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the coolant supply nozzle is disposed at a position closer to the intake valve than to the exhaust valve. This can avoid exposing the coolant supply nozzle to high heat.

本発明の一態様では、ピストン頂面の中央部には窪み部が形成されており、冷却液流路は窪み部の周囲に設けられていることが好適である。この態様では、冷却液送出口は、ピストン頂面における窪み部の縁部に冷却液を送り出すことで、シリンダ内の燃焼ガスからの熱伝達が大きくなる領域に水膜を形成することができる。また、この態様では、冷却液送出口は、ピストン頂面における窪み部より外側に冷却液を送り出すことによっても、シリンダ内の燃焼ガスからの熱伝達が大きくなる領域に水膜を形成することができる。   In one aspect of the present invention, it is preferable that a recess is formed in the central portion of the piston top surface, and the coolant flow path is provided around the recess. In this aspect, the coolant supply outlet can form a water film in a region where heat transfer from the combustion gas in the cylinder is increased by sending the coolant to the edge of the recess on the piston top surface. Further, in this aspect, the coolant delivery port can also form a water film in a region where heat transfer from the combustion gas in the cylinder is increased by sending the coolant outside the recess on the piston top surface. it can.

本発明の一態様では、冷却液流路内の冷却液が沸騰しているか否かを判定する沸騰判定手段を備えることが好適である。この態様では、沸騰判定手段で冷却液流路内の冷却液が沸騰していると判定された場合は、シリンダ内への燃料噴射量を減少させる、またはシリンダ内への燃料噴射を停止させることで、冷却液流路内の冷却液の温度を下げることができる。また、この態様では、沸騰判定手段で冷却液流路内の冷却液が沸騰していると判定された場合は、冷却液送出口からの冷却液の送出量を増大させることによっても、冷却液流路内の冷却液の温度を下げることができる。また、この態様では、沸騰判定手段は、冷却液供給手段から冷却液流路に冷却液が供給される際に、冷却液供給手段における冷却液の圧力変化に基づいて、冷却液流路内の冷却液が沸騰しているか否かを判定することが好適である。   In one aspect of the present invention, it is preferable to include a boiling determination unit that determines whether or not the coolant in the coolant channel is boiling. In this aspect, when it is determined by the boiling determination means that the coolant in the coolant channel is boiling, the fuel injection amount into the cylinder is decreased or the fuel injection into the cylinder is stopped. Thus, the temperature of the coolant in the coolant channel can be lowered. Further, in this aspect, when the boiling determination means determines that the coolant in the coolant channel is boiling, the coolant can also be increased by increasing the amount of coolant sent from the coolant outlet. The temperature of the coolant in the flow path can be lowered. Further, in this aspect, the boiling determination unit is configured to detect the inside of the cooling fluid channel based on the pressure change of the cooling fluid in the cooling fluid supply unit when the cooling fluid is supplied from the cooling fluid supply unit to the cooling fluid channel. It is preferable to determine whether or not the coolant is boiling.

以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1,2は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図であり、本発明をディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関に適用した場合を示す。図1はシリンダ11の軸線方向と直交する方向から見た内部構成の概略を示し、図2はシリンダ11の軸線方向上側から見た内部構成の概略を示す。内燃機関(エンジン)は、シリンダブロック9及びシリンダヘッド10を備え、シリンダブロック9及びシリンダヘッド10によりシリンダ11を形成する。シリンダ11内には、その軸線方向に沿って往復運動するピストン12が収容されている。ピストン12の頂面12a、シリンダブロック9の内壁、及びシリンダヘッド10の下面10aに囲まれた空間は、燃焼室13を形成する。シリンダヘッド10には、燃料をシリンダ11内(燃焼室13内)に直接噴射する燃料噴射弁14が燃焼室13に臨んで配設されている。例えばピストン12が圧縮上死点付近に位置するときに燃料噴射弁14から燃焼室13内に燃料を噴射すると、燃焼室13内の燃料が自着火して燃焼する。ここでの燃料噴射制御は、図示しない電子制御装置により行われる。また、燃焼室13に面するピストン頂面12aの中央部には、窪み部12b(ピストンキャビティ)が形成されている。図1,2は、噴孔が形成された燃料噴射弁14の先端部が燃焼室13内のほぼ中央部に臨んで配置され、燃料噴射弁14の噴孔から燃料噴霧15が窪み部12bへ向けて放射状に噴出する例を示している。   1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, and show a case where the present invention is applied to a compression self-ignition internal combustion engine such as a diesel engine. FIG. 1 shows an outline of an internal configuration viewed from a direction orthogonal to the axial direction of the cylinder 11, and FIG. 2 shows an outline of an internal configuration viewed from the upper side of the cylinder 11 in the axial direction. The internal combustion engine (engine) includes a cylinder block 9 and a cylinder head 10, and a cylinder 11 is formed by the cylinder block 9 and the cylinder head 10. A piston 12 that reciprocates along the axial direction is accommodated in the cylinder 11. A space surrounded by the top surface 12 a of the piston 12, the inner wall of the cylinder block 9, and the lower surface 10 a of the cylinder head 10 forms a combustion chamber 13. A fuel injection valve 14 that directly injects fuel into the cylinder 11 (inside the combustion chamber 13) is disposed in the cylinder head 10 so as to face the combustion chamber 13. For example, when fuel is injected from the fuel injection valve 14 into the combustion chamber 13 when the piston 12 is positioned near the compression top dead center, the fuel in the combustion chamber 13 is self-ignited and burns. The fuel injection control here is performed by an electronic control device (not shown). A recess 12b (piston cavity) is formed at the center of the piston top surface 12a facing the combustion chamber 13. 1 and 2, the tip of the fuel injection valve 14 in which the injection hole is formed is disposed so as to face the substantially central portion in the combustion chamber 13, and the fuel spray 15 is directed from the injection hole of the fuel injection valve 14 to the recess 12b. The example which erupts radially toward is shown.

本実施形態では、ピストン12の内部には、冷却水(冷却液)が供給される環状の水チャンネル(冷却液流路)22が窪み部12bの周囲を取り囲んで形成されている。水チャンネル22に冷却水を供給するための構成については後述する。さらに、ピストン12の内部には、水チャンネル22内の冷却水をピストン頂面12aに送り出すための複数の冷却水送出口24と、水チャンネル22と複数の冷却水送出口24との連通を許容または遮断する送出調整弁26と、が設けられている。図1,2は、送出調整弁26として、シリンダ周方向に沿って移動可能な円環状のスライド弁が設けられた例を示している。送出調整弁(スライド弁)26には受圧プランジャ27が連結されており、受圧プランジャ27には、ばね28による付勢力と、水チャンネル22内の冷却水による押圧力と、が互いに反対方向に作用する。水チャンネル22内の冷却水の圧力が低下してばね28による付勢力が水チャンネル22内の冷却水による押圧力を上まわるときは、図3に示すように、スライド弁26がシリンダ周方向の一方側(図の反時計まわり)へ付勢されることで、水チャンネル22と冷却水送出口24との連通が遮断される。一方、水チャンネル22内の冷却水の圧力が上昇して水チャンネル22内の冷却水による押圧力がばね28による付勢力を上まわると、図2に示すように、スライド弁26がシリンダ周方向の他方側(図の時計まわり)に回転移動することで、水チャンネル22と冷却水送出口24との連通が許容される。このように、送出調整弁26は、水チャンネル22内の冷却水の圧力上昇に応じて水チャンネル22と冷却水送出口24との連通を許容し、水チャンネル22内の冷却水の圧力低下に応じて水チャンネル22と冷却水送出口24との連通を遮断する。   In the present embodiment, an annular water channel (cooling liquid flow path) 22 to which cooling water (cooling liquid) is supplied is formed in the piston 12 so as to surround the recess 12b. A configuration for supplying cooling water to the water channel 22 will be described later. Further, inside the piston 12, the plurality of cooling water outlets 24 for sending the cooling water in the water channel 22 to the piston top surface 12a and the communication between the water channel 22 and the plurality of cooling water outlets 24 are allowed. Or the delivery adjustment valve 26 which interrupts | blocks is provided. 1 and 2 show an example in which an annular slide valve that is movable in the circumferential direction of the cylinder is provided as the delivery adjusting valve 26. A pressure receiving plunger 27 is connected to the delivery adjusting valve (slide valve) 26, and an urging force by a spring 28 and a pressing force by cooling water in the water channel 22 act on the pressure receiving plunger 27 in opposite directions. To do. When the pressure of the cooling water in the water channel 22 decreases and the urging force of the spring 28 exceeds the pressing force of the cooling water in the water channel 22, the slide valve 26 is moved in the cylinder circumferential direction as shown in FIG. By energizing to one side (counterclockwise in the figure), communication between the water channel 22 and the cooling water delivery port 24 is blocked. On the other hand, when the pressure of the cooling water in the water channel 22 rises and the pressing force by the cooling water in the water channel 22 exceeds the urging force of the spring 28, the slide valve 26 moves in the cylinder circumferential direction as shown in FIG. The water channel 22 and the coolant outlet 24 are allowed to communicate with each other by rotating to the other side (clockwise in the figure). As described above, the delivery adjustment valve 26 allows the communication between the water channel 22 and the cooling water outlet 24 according to the increase in the pressure of the cooling water in the water channel 22, and reduces the pressure of the cooling water in the water channel 22. Accordingly, the communication between the water channel 22 and the coolant outlet 24 is blocked.

次に、送出調整弁26を駆動するための構成例について説明する。図4に示すように、プッシュロッド32は、シリンダ軸線方向においてピストン12と対向してシリンダヘッド10に配設されており、シリンダヘッド10に対しシリンダ軸線方向に沿って摺動可能である。プッシュロッド32には、燃焼室13内のガスの流出を防止するためのガスシールリング33が装着されている。オイル室シリンダ36は、プッシュロッド32よりシリンダ軸線方向の一方側(図4の上側)でシリンダヘッド10に固定されており、プッシュロッド32には、ばね35の弾性力によりオイル室シリンダ36側への付勢力が作用している。さらに、プッシュロッド32よりシリンダ軸線方向の一方側には、オイル室シリンダ36に対しシリンダ軸線方向に沿って摺動可能なアクチュエータ38が配設されており、アクチュエータ38には、ばね39の弾性力によりシリンダ軸線方向の一方側への付勢力が作用している。   Next, a configuration example for driving the delivery adjusting valve 26 will be described. As shown in FIG. 4, the push rod 32 is disposed on the cylinder head 10 so as to face the piston 12 in the cylinder axial direction, and is slidable along the cylinder axial direction with respect to the cylinder head 10. The push rod 32 is provided with a gas seal ring 33 for preventing the gas in the combustion chamber 13 from flowing out. The oil chamber cylinder 36 is fixed to the cylinder head 10 on one side in the cylinder axial direction (the upper side in FIG. 4) from the push rod 32, and the push rod 32 is moved toward the oil chamber cylinder 36 by the elastic force of the spring 35. The urging force is acting. Further, an actuator 38 that is slidable along the cylinder axial direction with respect to the oil chamber cylinder 36 is disposed on one side of the push rod 32 in the cylinder axial direction. As a result, an urging force to one side in the cylinder axial direction is applied.

プッシュロッド32、アクチュエータ38、及びオイル室シリンダ36に囲まれた空間により、オイル室37が形成されている。逆止弁46は、オイル流入口36aからオイル室37へのオイルの流れを許容し、且つオイル室37からオイル流入口36aへのオイルの流れを遮断する。この逆止弁46によって、オイル室37内のオイル圧力が上昇したときにオイルの流れがせき止められる。制御弁48は、オイル室37とオイル流出口36bとの連通を許容または遮断する。制御弁48が閉じている場合は、オイル室37からオイル流出口36bへのオイルの流出が遮断され、制御弁48が開いている場合は、オイル室37からオイル流出口36bへのオイルの流出が許容される。ここでの制御弁48の開閉制御は、図示しない電子制御装置により行われる。   An oil chamber 37 is formed by a space surrounded by the push rod 32, the actuator 38, and the oil chamber cylinder 36. The check valve 46 allows the oil flow from the oil inlet 36a to the oil chamber 37 and blocks the oil flow from the oil chamber 37 to the oil inlet 36a. The check valve 46 blocks the oil flow when the oil pressure in the oil chamber 37 increases. The control valve 48 allows or blocks communication between the oil chamber 37 and the oil outlet 36b. When the control valve 48 is closed, the oil outflow from the oil chamber 37 to the oil outlet 36b is blocked, and when the control valve 48 is open, the oil outflow from the oil chamber 37 to the oil outlet 36b. Is acceptable. The opening / closing control of the control valve 48 here is performed by an electronic control device (not shown).

ロッカーアーム41は、アクチュエータ38に連結されており、アーム軸42まわりに揺動可能に支持されている。ローラー43はロッカーアーム41に回転自在に支持されており、送出用カム44はローラー43に当接している。送出用カム44の回転軸は図示しない排気カムの回転軸と一体であり、図示しないクランクシャフトの回転に連動して送出用カム44が回転し、クランクシャフトが2回転するのに対して送出用カム44が1回転する。送出用カム44の回転に連動して、ロッカーアーム41がアーム軸42まわりに揺動し、アクチュエータ38がシリンダ軸線方向に沿って移動する。制御弁48が閉じている場合は、オイル室37内のオイル圧力によってアクチュエータ38のシリンダ軸線方向の運動がプッシュロッド32に伝えられ、プッシュロッド32がシリンダ軸線方向に沿って移動する。このように、クランクシャフトの回転に伴う送出用カム44の回転運動がプッシュロッド32のシリンダ軸線方向の運動に変換される。   The rocker arm 41 is connected to the actuator 38 and supported so as to be swingable around the arm shaft 42. The roller 43 is rotatably supported by the rocker arm 41, and the sending cam 44 is in contact with the roller 43. The rotation shaft of the delivery cam 44 is integral with the rotation shaft of the exhaust cam (not shown), and the delivery cam 44 rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft (not shown), while the crankshaft rotates twice. The cam 44 makes one rotation. In conjunction with the rotation of the delivery cam 44, the rocker arm 41 swings around the arm shaft 42, and the actuator 38 moves along the cylinder axis direction. When the control valve 48 is closed, the movement of the actuator 38 in the cylinder axial direction is transmitted to the push rod 32 by the oil pressure in the oil chamber 37, and the push rod 32 moves along the cylinder axial direction. Thus, the rotational motion of the delivery cam 44 accompanying the rotation of the crankshaft is converted into the motion of the push rod 32 in the cylinder axis direction.

一方、ピストン12には、プランジャ34がシリンダ軸線方向においてプッシュロッド32と対向して配設されている。プランジャ34は、ピストン12に対しシリンダ軸線方向に沿って摺動可能である。送出用カム44の回転によりプッシュロッド32をプランジャ34側(シリンダ軸線方向の他方側、図4の下側)へ移動させて、プッシュロッド32によりプランジャ34を押圧することで、水チャンネル22内の冷却水がプランジャ34によって加圧される。水チャンネル22内の冷却水が加圧されると、送出調整弁26が駆動されて水チャンネル22と冷却水送出口24とが連通することで、水チャンネル22内の冷却水が冷却水送出口24からピストン頂面12aに送り出される。一方、プッシュロッド32がシリンダヘッド10側(シリンダ軸線方向の一方側)へ移動すると、プランジャ34による冷却水の加圧が終了し、水チャンネル22内の冷却水の圧力が低下することで、水チャンネル22と冷却水送出口24との連通が遮断され、冷却水送出口24からの冷却水の送出が停止する。このように、プッシュロッド32によりプランジャ34を押圧することで、ピストン12内部に設けられた送出調整弁26をシリンダヘッド10側から駆動することができる。さらに、クランクシャフトの回転を利用して送出調整弁26を駆動することができる。   On the other hand, a plunger 34 is disposed on the piston 12 so as to face the push rod 32 in the cylinder axial direction. The plunger 34 is slidable along the cylinder axis direction with respect to the piston 12. The push rod 32 is moved to the plunger 34 side (the other side in the cylinder axial direction, the lower side in FIG. 4) by the rotation of the delivery cam 44, and the plunger 34 is pressed by the push rod 32. Cooling water is pressurized by the plunger 34. When the cooling water in the water channel 22 is pressurized, the delivery regulating valve 26 is driven to connect the water channel 22 and the cooling water delivery port 24, so that the cooling water in the water channel 22 is cooled. 24 is sent out to the piston top surface 12a. On the other hand, when the push rod 32 moves to the cylinder head 10 side (one side in the cylinder axis direction), the pressurization of the cooling water by the plunger 34 ends, and the pressure of the cooling water in the water channel 22 decreases, The communication between the channel 22 and the cooling water outlet 24 is cut off, and the cooling water delivery from the cooling water outlet 24 is stopped. Thus, by pressing the plunger 34 with the push rod 32, the delivery adjusting valve 26 provided in the piston 12 can be driven from the cylinder head 10 side. Furthermore, the delivery adjusting valve 26 can be driven by utilizing the rotation of the crankshaft.

燃焼室13内の燃料の燃焼によって生じた熱がピストン頂面12a等の燃焼室13壁面に伝わると、冷媒を介して冷却損失として放出されることで熱効率が低下する。ピストン頂面12a等の燃焼室13壁面が断熱壁であれば、この壁面への冷却損失が無く、理想的な熱効率が得られる。   When the heat generated by the combustion of the fuel in the combustion chamber 13 is transmitted to the wall surface of the combustion chamber 13 such as the piston top surface 12a, the heat efficiency is lowered by being released as a cooling loss through the refrigerant. If the wall surface of the combustion chamber 13 such as the piston top surface 12a is a heat insulating wall, there is no cooling loss to this wall surface, and ideal thermal efficiency is obtained.

そこで、本実施形態では、図5〜7に示すように、シリンダ11内で燃料を燃焼させる際に、プッシュロッド32により送出調整弁26を駆動して水チャンネル22と冷却水送出口24とを連通させることで、水チャンネル22内の冷却水を冷却水送出口24からピストン頂面12a等の燃焼室13壁面に送り出す。ここでは、例えば圧縮行程終盤から、プッシュロッド32のプランジャ34側への移動が開始される。冷却水送出口24から流出した冷却水は、図6に示すように、ピストン頂面12a等の燃焼室13壁面上に水膜16を形成する。この水膜16と水膜16が蒸発してできる水蒸気層17とを断熱層として利用して、燃焼室13内の高温の燃焼ガス19から燃焼室13壁面への熱伝達を低下させることで、燃焼室13壁面からの冷却損失を低減する。また、この水蒸気層17によって燃焼温度を下げることで、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制する。ここでの水膜16については、図8に示すように、火炎18が激しく衝突して燃焼室13壁面への熱伝達が大きくなる領域に形成することが好ましい。例えば、冷却水送出口24は、燃料噴射弁14から噴射される燃料噴霧15の延長線上を含む領域に冷却水を送り出して水膜16を形成することが好ましい。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 5 to 7, when fuel is burned in the cylinder 11, the feed adjustment valve 26 is driven by the push rod 32 so that the water channel 22 and the cooling water delivery port 24 are connected. By communicating, the cooling water in the water channel 22 is sent out from the cooling water delivery port 24 to the wall surface of the combustion chamber 13 such as the piston top surface 12a. Here, for example, the movement of the push rod 32 toward the plunger 34 is started from the end of the compression stroke. As shown in FIG. 6, the cooling water flowing out from the cooling water delivery port 24 forms a water film 16 on the wall surface of the combustion chamber 13 such as the piston top surface 12a. By using the water film 16 and the water vapor layer 17 formed by evaporation of the water film 16 as a heat insulating layer, heat transfer from the high-temperature combustion gas 19 in the combustion chamber 13 to the wall surface of the combustion chamber 13 is reduced. Cooling loss from the wall surface of the combustion chamber 13 is reduced. Further, the combustion temperature is lowered by the water vapor layer 17 to suppress generation of nitrogen oxide (NOx). As shown in FIG. 8, the water film 16 here is preferably formed in a region where the flame 18 collides violently and heat transfer to the combustion chamber 13 wall surface increases. For example, it is preferable that the cooling water delivery port 24 feeds the cooling water to a region including the extension line of the fuel spray 15 injected from the fuel injection valve 14 to form the water film 16.

また、燃焼室13内の高温の燃焼ガス19は、ピストン12が下降を始めると、図7に示すように、ピストン12上部のスキッシュエリア13aへ流出する。その際に、燃焼ガス19のスキッシュエリア13aへの流出速度が極めて速くなることで流動が生じるため、ピストン頂面12aにおける窪み部12bの縁部(リップ部)12cや、ピストン頂面12aにおける窪み部12bより外側の領域(スキッシュエリア13aに面する領域)12dや、シリンダヘッド下面10aにおけるスキッシュエリア13aに面する領域10bへの熱流束が大きくなる。そのため、冷却水送出口24は、図6,7に示すように、ピストン頂面12aにおける窪み部12bの縁部12cに冷却水を送り出して水膜16を形成することが好ましい。また、冷却水送出口24は、図6,7に示すように、ピストン頂面12aにおける窪み部12bより外側の領域12dに冷却水を送り出して水膜16を形成することも好ましい。さらに、ピストン頂面12a(窪み部12bより外側の領域12d)に送り出された冷却水は、図6,7に示すように、ピストン頂面12aだけでなく、シリンダヘッド下面10a(スキッシュエリア13aに面する領域10b)にも到達して水膜16及び水蒸気層17を形成する。   Further, when the piston 12 starts to descend, the high-temperature combustion gas 19 in the combustion chamber 13 flows out to the squish area 13a above the piston 12 as shown in FIG. At that time, the flow rate is increased because the outflow rate of the combustion gas 19 to the squish area 13a is extremely high. Therefore, the edge (lip portion) 12c of the recess 12b in the piston top surface 12a or the recess in the piston top surface 12a. The heat flux to the region 12d outside the portion 12b (region facing the squish area 13a) and the region 10b facing the squish area 13a on the cylinder head lower surface 10a increases. Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, the cooling water delivery port 24 preferably feeds the cooling water to the edge 12 c of the recess 12 b on the piston top surface 12 a to form the water film 16. In addition, as shown in FIGS. 6 and 7, the cooling water delivery port 24 preferably forms the water film 16 by sending the cooling water to the region 12 d outside the recess 12 b on the piston top surface 12 a. Furthermore, as shown in FIGS. 6 and 7, the cooling water sent to the piston top surface 12a (region 12d outside the recess 12b) is not only the piston top surface 12a but also the cylinder head lower surface 10a (squish area 13a). The water film 16 and the water vapor layer 17 are also formed by reaching the facing region 10b).

また、シリンダ11内にスワール流を形成する内燃機関においては、図8に示すように、燃焼に伴って生じる火炎18がスワール流によってスワール下流側へ流される。そのため、冷却水送出口24は、図8に示すように、燃料噴射弁14から噴射される燃料噴霧15の延長線上よりスワール下流側の領域に冷却水を送り出して水膜16を形成することが好ましい。また、燃焼室13壁面(ピストン頂面12aやシリンダヘッド下面10a)に送り出された冷却水は、スワール流によって燃焼室13壁面に伝ってスワール下流側へ流される。そのため、冷却水送出口24は、図2,8に示すように、シリンダ径方向に対してスワール下流側に傾斜して形成されていることが好ましい。これによって、ピストン頂面12aやシリンダヘッド下面10aに水膜16及び水蒸気層17(断熱層)を形成する領域を広げることができ、燃焼室13内の高温の燃焼ガス19からピストン頂面12aやシリンダヘッド下面10aへの熱伝達をより効果的に低下させることができる。なお、シリンダ11内にスワール流を形成するための具体的構成については、公知技術を適用可能であるため、ここでは説明を省略する。   Further, in the internal combustion engine that forms a swirl flow in the cylinder 11, as shown in FIG. 8, the flame 18 that accompanies combustion is caused to flow downstream by the swirl flow. Therefore, as shown in FIG. 8, the cooling water delivery port 24 can send the cooling water to the region downstream of the swirl from the extension line of the fuel spray 15 injected from the fuel injection valve 14 to form the water film 16. preferable. Moreover, the cooling water sent out to the combustion chamber 13 wall surface (piston top surface 12a and cylinder head lower surface 10a) is transmitted to the combustion chamber 13 wall surface by the swirl flow and flows downstream on the swirl. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 8, the cooling water delivery port 24 is preferably formed to be inclined toward the downstream side of the swirl with respect to the cylinder radial direction. As a result, a region where the water film 16 and the water vapor layer 17 (heat insulating layer) are formed on the piston top surface 12a and the cylinder head lower surface 10a can be widened, and the piston top surface 12a and the piston top surface 12a Heat transfer to the cylinder head lower surface 10a can be reduced more effectively. In addition, since a well-known technique is applicable about the specific structure for forming a swirl flow in the cylinder 11, description is abbreviate | omitted here.

現状の水冷式の内燃機関においては、図9に示すように、高温の燃焼ガスから金属壁(燃焼室壁)へ熱が伝わり、金属壁から冷却水へ熱が伝わる。この場合の熱伝達率は、燃焼ガスと金属壁との間の熱伝達率αgよりも金属壁から冷却水への熱伝達率αwの方が大きく、言い換えれば、熱流路は、燃焼ガスと金属壁との間よりも金属壁から冷却水の方が広くなっている。そのため、熱流束、すなわち燃焼室壁面からの冷却損失は、燃焼ガスと金属壁との間の熱伝達率αgで制限されている。   In the current water-cooled internal combustion engine, as shown in FIG. 9, heat is transferred from the high-temperature combustion gas to the metal wall (combustion chamber wall), and heat is transferred from the metal wall to the cooling water. In this case, the heat transfer coefficient αw from the metal wall to the cooling water is larger than the heat transfer coefficient αg between the combustion gas and the metal wall, in other words, the heat flow path is composed of the combustion gas and the metal. The cooling water is wider from the metal wall than between the walls. Therefore, the heat flux, that is, the cooling loss from the wall surface of the combustion chamber is limited by the heat transfer coefficient αg between the combustion gas and the metal wall.

また、セラミック遮熱型の内燃機関においては、金属壁の代わりに耐熱性の高いセラミックを用いることで水冷無しの状態に耐えられ、熱が遮断される。この場合の熱流束をみると、図9に示すように、燃焼ガスとセラミック壁との間の熱伝達率αgは、素材を金属からセラミックに換えてもあまり変化しないが、セラミック壁から外側空気への熱伝達率αwが小さくなることで熱流束が制限される。しかし、この場合は、セラミック壁内に熱が蓄積されていくため、セラミック壁の温度が上昇する。そのため、セラミック壁からの受熱により吸気温度が上昇し、例えば圧縮上死点で一般的な水冷式の内燃機関より約250℃高い温度となる。高温雰囲気に噴射された燃料噴霧は着火遅れ期間が減少し、十分な予混合気を形成することなく拡散燃焼が進行する。そのため、初期熱発生率のピークが低く、等容燃焼割合が少なくなって熱効率が低下する。また、燃焼期間中のガス温度が水冷式の内燃機関に比べて大きく上昇するため、NOxが増加する。また、吸入空気が燃焼室壁面より熱を受けて膨張するため、吸気の体積効率が低下する。その結果、空気不足のため、煤排出量が増加する。このように、圧縮自着火式内燃機関においてセラミック壁により遮熱を行っても、熱効率を向上させることができず、排気エミッションも増大する。   Further, in a ceramic heat insulation type internal combustion engine, by using a highly heat-resistant ceramic instead of a metal wall, it can withstand a state without water cooling and heat is cut off. Looking at the heat flux in this case, as shown in FIG. 9, the heat transfer coefficient αg between the combustion gas and the ceramic wall does not change much even if the material is changed from metal to ceramic. The heat flux is limited by decreasing the heat transfer coefficient αw to the heat flux. However, in this case, since heat is accumulated in the ceramic wall, the temperature of the ceramic wall rises. Therefore, the intake air temperature rises due to the heat received from the ceramic wall, and becomes a temperature about 250 ° C. higher than that of a general water-cooled internal combustion engine, for example, at the compression top dead center. The fuel spray injected into the high-temperature atmosphere has a reduced ignition delay period, and diffusion combustion proceeds without forming a sufficient premixed gas. Therefore, the peak of the initial heat generation rate is low, the isobaric combustion ratio is reduced, and the thermal efficiency is lowered. Further, since the gas temperature during the combustion period is greatly increased as compared with the water-cooled internal combustion engine, NOx increases. Further, since the intake air receives heat from the wall surface of the combustion chamber and expands, the volumetric efficiency of the intake air decreases. As a result, soot emissions increase due to lack of air. As described above, even if heat is shielded by the ceramic wall in the compression self-ignition internal combustion engine, the thermal efficiency cannot be improved and the exhaust emission increases.

これに対して本実施形態では、図7,9に示すように、金属壁(ピストン頂面12aやシリンダヘッド下面10a)と燃焼ガス19との間に水膜16及び水蒸気層17による断熱層を形成し、この断熱層により燃焼室13内の熱を閉じこめることで、燃焼室13内の燃焼ガス19から金属壁(燃焼室13壁面)への熱伝達率αgを低下させることができる。したがって、燃焼室13壁面(ピストン頂面12aやシリンダヘッド下面10a)に伝わる熱量が減ることで、燃焼室13壁面の温度上昇を抑制することができるとともに、燃焼室13壁面から外部へ熱が放出されることで生じる冷却損失を低減することができる。その結果、内燃機関の熱効率を向上させることができ、燃費を向上させることができる。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 9, a heat insulating layer composed of a water film 16 and a water vapor layer 17 is provided between the metal wall (piston top surface 12 a and cylinder head lower surface 10 a) and the combustion gas 19. The heat transfer coefficient αg from the combustion gas 19 in the combustion chamber 13 to the metal wall (combustion chamber 13 wall surface) can be reduced by forming and confining the heat in the combustion chamber 13 by this heat insulating layer. Therefore, the amount of heat transmitted to the combustion chamber 13 wall surface (piston top surface 12a and cylinder head lower surface 10a) can be reduced, so that the temperature rise of the combustion chamber 13 wall surface can be suppressed and heat is released from the combustion chamber 13 wall surface to the outside. This can reduce the cooling loss caused. As a result, the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved, and the fuel consumption can be improved.

そして、燃焼室13壁面に伝わる熱量を減らすことができるため、水ジャケット内の冷却水を経由して大気へ放出される熱量も減らすことができる。その結果、ラジエータの小型化を図ることができ、エンジンの小型化及び軽量化を図ることができる。同様に、クーリングチャンネル内のオイルを経由して大気へ放出される熱量も減らすことができるので、オイルクーラーの小型化もしくは省略が可能となり、オイルの熱的劣化を弱めることができる。   And since the amount of heat transmitted to the wall surface of the combustion chamber 13 can be reduced, the amount of heat released to the atmosphere via the cooling water in the water jacket can also be reduced. As a result, the radiator can be reduced in size, and the engine can be reduced in size and weight. Similarly, since the amount of heat released to the atmosphere via the oil in the cooling channel can be reduced, the oil cooler can be downsized or omitted, and the thermal deterioration of the oil can be weakened.

また、本実施形態では、冷却水送出口24から送り出された冷却水が蒸発することで、燃焼室13内の火炎の燃焼温度を下げることができる。その結果、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制することができる。なお、NOxの抑制にはEGR(排気再循環)が用いられるが、排気ガスが燃焼室を出て排気管→EGRクーラー→吸気管を経て再び燃焼室に供給される過程で時間遅れが生じるため、過渡運転時にはNOx抑制効果が低下する。これに対して本実施形態では、時間遅れが生じることなく、燃焼期間直前に燃焼室13内に水を直接供給することができるため、過渡運転時でもNOxの生成を十分に抑制することができる。   Moreover, in this embodiment, the combustion temperature of the flame in the combustion chamber 13 can be lowered | hung because the cooling water sent out from the cooling water delivery port 24 evaporates. As a result, generation of nitrogen oxide (NOx) can be suppressed. Although EGR (exhaust gas recirculation) is used to suppress NOx, there is a time delay in the process in which the exhaust gas leaves the combustion chamber and is supplied again to the combustion chamber via the exhaust pipe → EGR cooler → intake pipe. In addition, the NOx suppression effect decreases during transient operation. On the other hand, in this embodiment, since water can be directly supplied into the combustion chamber 13 immediately before the combustion period without causing a time delay, the generation of NOx can be sufficiently suppressed even during transient operation. .

なお、冷却水をシリンダヘッド側からピストン頂面へ向けて噴射して水膜を形成する場合は、噴射された冷却水がピストン頂面に到達する前に高温の筒内ガス中を進む過程で、水分の多くが筒内ガスから熱を受けて蒸発する。したがって、ピストン頂面に水膜を形成するためには、ピストン頂面に到達する水量に加えて、途中で蒸発して失われる水量も余分に噴射する必要がある。   In addition, when the cooling water is jetted from the cylinder head side toward the piston top surface to form a water film, the jetted cooling water travels through the high-temperature in-cylinder gas before reaching the piston top surface. Most of the water evaporates by receiving heat from the in-cylinder gas. Therefore, in order to form a water film on the piston top surface, in addition to the amount of water reaching the piston top surface, it is necessary to inject an extra amount of water lost by evaporation in the middle.

これに対して本実施形態では、水膜16を形成するピストン頂面12aにピストン12内部から冷却水が供給されるため、冷却水が高温の筒内ガス中を通過して無駄に蒸発するのを抑えることができる。なお、冷却水がシリンダヘッド下面10a(スキッシュエリア13aに面する領域10b)に供給される際には、冷却水が高温の筒内ガス中を通過することになるが、燃焼期間中のピストン頂面12a(窪み部12bより外側の領域12d)とシリンダヘッド下面10a(スキッシュエリア13aに面する領域10b)との距離は極めて短いため、シリンダヘッド下面10aに到達する前に蒸発して失われる冷却水の量は僅かである。また、水等の液体(非圧縮性流体)であれば、圧縮後の燃焼室13内へ送り出すことは比較的容易である。液体は、気体(圧縮性流体)とは異なり密度変化がほとんど無いため、圧力を上げることが容易であり、そのための機械仕事も少なくて済む。   On the other hand, in this embodiment, since cooling water is supplied from the inside of the piston 12 to the piston top surface 12a forming the water film 16, the cooling water passes through the high-temperature in-cylinder gas and evaporates wastefully. Can be suppressed. When the cooling water is supplied to the cylinder head lower surface 10a (region 10b facing the squish area 13a), the cooling water passes through the high-temperature in-cylinder gas. Since the distance between the surface 12a (region 12d outside the recess 12b) and the cylinder head lower surface 10a (region 10b facing the squish area 13a) is very short, the cooling lost by evaporation before reaching the cylinder head lower surface 10a The amount of water is small. Moreover, if it is liquids (incompressible fluid), such as water, it will be comparatively easy to send out into the combustion chamber 13 after compression. Unlike gas (compressible fluid), liquid has almost no change in density, so it is easy to increase the pressure and less mechanical work is required.

さらに、本実施形態では、プッシュロッド32(送出調整弁26)の駆動制御により、プッシュロッド32をプランジャ34側へ移動させる期間とプッシュロッド32のプランジャ34側へ移動量とのいずれか1つ以上を制御することができ、冷却水送出口24からの冷却水の送出期間及び送出量のいずれか1つ以上を制御することができる。これによって、燃焼室13内の高温の燃焼ガス19から燃焼室13壁面(ピストン頂面12aやシリンダヘッド下面10a)へ伝達される熱量を制御することができる。以下、冷却水送出口24からの冷却水の送出期間・送出量の制御の具体例について、図10〜13を用いて説明する。   Further, in the present embodiment, one or more of a period during which the push rod 32 is moved toward the plunger 34 and a movement amount of the push rod 32 toward the plunger 34 by driving control of the push rod 32 (delivery adjustment valve 26). , And any one or more of the cooling water delivery period and delivery amount from the cooling water delivery port 24 can be controlled. This makes it possible to control the amount of heat transferred from the high-temperature combustion gas 19 in the combustion chamber 13 to the combustion chamber 13 wall surface (piston top surface 12a and cylinder head lower surface 10a). Hereinafter, a specific example of the control of the cooling water delivery period and the delivery amount from the cooling water delivery port 24 will be described with reference to FIGS.

図10〜13は、クランク角度(時間)に対するプッシュロッド32先端及びピストン頂面12aの位置(シリンダヘッド10の下面10aを0とする)の関係を示す。図10〜13では、時期t0にてプッシュロッド32がピストン頂面12a(プランジャ34)側へ移動し始める。そして、プッシュロッド32先端がピストン頂面12a(プランジャ34上端)に当たる時期t1から、送出調整弁26が駆動されて冷却水送出口24からの冷却水の流出が始まり、プッシュロッド32先端がプランジャ34を最も深い位置まで押し込んだ時期、言い換えればプッシュロッド32先端位置とピストン頂面12a位置との距離が最大になる時期t2に、冷却水送出口24からの冷却水の流出が終了する。ここで、時期t0から時期t2までの期間は、プッシュロッド32がプランジャ34側へ移動する期間である。そして、時期t1から時期t2までの期間は、プッシュロッド32がプランジャ34を押圧する期間であり、冷却水送出口24からの冷却水の送出期間である。さらに、時期t2におけるプッシュロッド32先端位置とピストン頂面12a位置との距離は、冷却水送出口24からの冷却水の送出量に相当する。   10 to 13 show the relationship between the tip of the push rod 32 and the position of the piston top surface 12a (the lower surface 10a of the cylinder head 10 is 0) with respect to the crank angle (time). 10 to 13, the push rod 32 starts to move toward the piston top surface 12a (plunger 34) at time t0. Then, from time t1 when the tip of the push rod 32 hits the piston top surface 12a (upper end of the plunger 34), the delivery adjusting valve 26 is driven to start the cooling water outflow from the cooling water outlet 24, and the tip of the push rod 32 is moved to the plunger 34. The cooling water outflow from the cooling water outlet 24 is completed at a time t2 when the valve is pushed to the deepest position, in other words, at a time t2 when the distance between the tip position of the push rod 32 and the position of the piston top surface 12a becomes maximum. Here, the period from time t0 to time t2 is a period during which the push rod 32 moves to the plunger 34 side. The period from time t1 to time t2 is a period during which the push rod 32 presses the plunger 34, and is a period during which the cooling water is sent from the cooling water delivery port 24. Further, the distance between the tip position of the push rod 32 and the position of the piston top surface 12a at time t2 corresponds to the amount of cooling water delivered from the cooling water delivery port 24.

図10に示す例では、制御弁48が閉状態に保たれている。さらに、プッシュロッド32の繰り出しが開始される時期t0、及びプッシュロッド32がプランジャ34に当たる時期t1が圧縮上死点TDC前になり、且つプッシュロッド32の繰り出し量が最大となる時期t2が圧縮上死点TDCに一致するように、送出用カム44のプロフィールが設定されている。   In the example shown in FIG. 10, the control valve 48 is kept closed. Furthermore, the timing t0 when the push rod 32 starts to be fed, and the timing t1 when the push rod 32 hits the plunger 34 are before the compression top dead center TDC, and the timing t2 when the push rod 32 is fed are maximized. The profile of the delivery cam 44 is set so as to coincide with the dead point TDC.

図11に示す例では、図10に示す例と比較して、圧縮上死点TDC前の時期t0にて制御弁48を開状態から閉状態に切り換える。制御弁48が開状態にあるとき(時期t0以前)には、送出用カム44がアクチュエータ38を駆動しても、オイル室37内のオイルが制御弁48を通ってオイル流出口36bへ流出することで、アクチュエータ38の運動がプッシュロッド32に伝えられないため、プッシュロッド32は駆動されない。そして、制御弁48が閉状態に切り換えられた後(時期t0以後)に、プッシュロッド32が繰り出される。図11に示す例では、図10に示す例と比較して、プッシュロッド32の繰り出し開始時期t0が遅くなることで、冷却水の送出開始時期t1が遅くなるため、冷却水の送出期間が短くなり、冷却水の送出量が減少する。   In the example shown in FIG. 11, as compared with the example shown in FIG. 10, the control valve 48 is switched from the open state to the closed state at time t0 before the compression top dead center TDC. When the control valve 48 is in the open state (before time t0), even if the delivery cam 44 drives the actuator 38, the oil in the oil chamber 37 flows out to the oil outlet 36b through the control valve 48. Thus, since the motion of the actuator 38 is not transmitted to the push rod 32, the push rod 32 is not driven. Then, after the control valve 48 is switched to the closed state (after time t0), the push rod 32 is fed out. In the example shown in FIG. 11, compared with the example shown in FIG. 10, the delivery start time t <b> 1 of the push rod 32 is delayed, and therefore the delivery start time t <b> 1 of the coolant is delayed. Thus, the amount of cooling water delivered is reduced.

図12に示す例では、図10に示す例と比較して、圧縮上死点TDC前の時期t2にて制御弁48を閉状態から開状態に切り換える。制御弁48が開状態に切り換えられた後(時期t2以後)は、オイル室37内のオイルが制御弁48を通ってオイル流出口36bへ流出することで、プッシュロッド32がシリンダヘッド10側へ戻り、冷却水の送出が停止する。図12に示す例では、図10に示す例と比較して、冷却水の送出終了時期t2が早くなることで、冷却水の送出期間が短くなり、冷却水の送出量が減少する。   In the example shown in FIG. 12, as compared with the example shown in FIG. 10, the control valve 48 is switched from the closed state to the open state at time t2 before the compression top dead center TDC. After the control valve 48 is switched to the open state (after time t2), the oil in the oil chamber 37 flows out through the control valve 48 to the oil outlet 36b, so that the push rod 32 moves toward the cylinder head 10. Return, cooling water delivery stops. In the example shown in FIG. 12, the cooling water delivery end time t2 is earlier than in the example shown in FIG. 10, so that the cooling water delivery period is shortened and the cooling water delivery amount is reduced.

図13に示す例では、図10に示す例と比較して、プッシュロッド32(アクチュエータ38)のフルリフト量が大きく揚程区間の傾きが急になるように、送出用カム44のプロフィールが設定されている。圧縮上死点TDC前の時期t1にてプッシュロッド32がプランジャ34に当たることで冷却水の送出が開始され、圧縮上死点TDCを過ぎてもプッシュロッド32がプランジャ34を押圧し続けることで冷却水の送出が続けられる。そして、圧縮上死点TDC後の時期t2にてプッシュロッド32先端位置とピストン頂面12a位置との距離が最大になり、冷却水の送出が終了する。図13に示す例では、図10に示す例と比較して、冷却水の送出終了時期t2が遅くなることで冷却水の送出期間が長くなり、プッシュロッド32の繰り出し量が増大することで冷却水の送出量が増大する。内燃機関の高負荷運転時には、燃焼期間が長くなり、圧縮上死点TDC後20°以降まで燃焼室13が高温の燃焼ガス19に晒される。そのため、内燃機関の高負荷運転時には、、燃焼ガス19から燃焼室13壁面への熱伝達を低下させるために、図13に示すように、圧縮上死点TDC以降においても冷却水の送出を続けて冷却水の送出量を増大させる。なお、図13に示すように、冷却水の送出終了時期t2にて制御弁48を閉状態から開状態に切り換えることで、冷却水の送出を終了した後にプッシュロッド32をシリンダヘッド10側へ速やかに戻すことができる。また、図11,12に示す例と同様に制御弁48の開閉制御を行うことで、冷却水の送出期間を短くすることもできるし、冷却水の送出量を減少させることもできる。   In the example shown in FIG. 13, the profile of the delivery cam 44 is set so that the full lift amount of the push rod 32 (actuator 38) is large and the inclination of the lift section becomes steep compared to the example shown in FIG. Yes. Cooling water starts to be delivered by the push rod 32 hitting the plunger 34 at the timing t1 before the compression top dead center TDC, and the push rod 32 continues to press the plunger 34 even after the compression top dead center TDC, thereby cooling. Water delivery continues. Then, at the time t2 after the compression top dead center TDC, the distance between the tip end position of the push rod 32 and the position of the piston top surface 12a is maximized, and the cooling water delivery ends. In the example shown in FIG. 13, compared with the example shown in FIG. 10, the cooling water delivery end time t <b> 2 is delayed, the cooling water delivery period becomes longer, and the push rod 32 feed amount increases to reduce the cooling time. The amount of water delivered increases. During high-load operation of the internal combustion engine, the combustion period becomes longer, and the combustion chamber 13 is exposed to the high-temperature combustion gas 19 until 20 ° after the compression top dead center TDC. Therefore, during high load operation of the internal combustion engine, in order to reduce the heat transfer from the combustion gas 19 to the wall surface of the combustion chamber 13, the cooling water continues to be sent after the compression top dead center TDC as shown in FIG. Increase the amount of cooling water delivered. As shown in FIG. 13, by switching the control valve 48 from the closed state to the open state at the cooling water delivery end timing t2, the push rod 32 is quickly moved toward the cylinder head 10 after the cooling water delivery is finished. Can be returned to. Further, by performing opening / closing control of the control valve 48 as in the examples shown in FIGS. 11 and 12, the cooling water delivery period can be shortened, and the cooling water delivery amount can be reduced.

上記のように、ピストン12が圧縮上死点TDC付近に位置する時期にプッシュロッド32がプランジャ34を押圧するように、プッシュロッド32のプランジャ34側への移動が送出用カム44により行われる。さらに、制御弁48の開閉制御を行うことで、プッシュロッド32(送出調整弁26)の駆動制御を行うことができ、冷却水送出口24からの冷却水の送出期間及び送出量のいずれか1つ以上を制御することができる。ただし、本実施形態では、プッシュロッド32を駆動する送出用カム44を切り換えて送出用カム44のプロフィールを変更することによっても、プッシュロッド32をプランジャ34側へ移動させる期間とプッシュロッド32のプランジャ34側へ移動量とのいずれか1つ以上を変更することができ、冷却水送出口24からの冷却水の送出期間及び送出量のいずれか1つ以上を変化させることができる。なお、送出用カム44を切り換えるための具体的構成については、可変バルブタイミング機構の公知技術を適用可能であるため、ここでは説明を省略する。   As described above, the push cam 32 is moved toward the plunger 34 side by the delivery cam 44 so that the push rod 32 presses the plunger 34 when the piston 12 is positioned near the compression top dead center TDC. Furthermore, by controlling the opening and closing of the control valve 48, the drive control of the push rod 32 (delivery adjustment valve 26) can be performed, and any one of the delivery period and delivery amount of the cooling water from the cooling water delivery port 24 can be performed. More than one can be controlled. However, in the present embodiment, the period during which the push rod 32 is moved toward the plunger 34 and the plunger of the push rod 32 can also be changed by changing the profile of the delivery cam 44 by switching the delivery cam 44 that drives the push rod 32. Any one or more of the movement amounts to the 34 side can be changed, and any one or more of the cooling water delivery period and the delivery amount from the cooling water delivery port 24 can be changed. In addition, about the specific structure for switching the delivery cam 44, since the well-known technique of a variable valve timing mechanism is applicable, description is abbreviate | omitted here.

次に、水チャンネル22に冷却水を供給するための構成例について説明する。水チャンネル22への冷却水の供給については、現状の内燃機関で広く用いられているピストンピンへのオイル供給方法、すなわちクランクシャフト〜コネクティングロッド〜ピストンピンという経路で各部品の内部に流路を設けてオイルを送り出す方法を冷却水の供給にも適用することが可能である。ただし、この場合は、各軸受け部品から冷却水が漏れることが避けられず、クランクシャフト等の潤滑をオイルで行う場合は冷却水がオイルと混ざりやすくなる。この方法を用いるには、オイル水分離装置を追加する、もしくはクランクシャフト等の潤滑を水で行う必要がある。そのため、本実施形態では、シリンダヘッド10側から水チャンネル22に冷却水を供給することが好ましい。以下、その構成例について説明する。   Next, a configuration example for supplying cooling water to the water channel 22 will be described. As for the supply of cooling water to the water channel 22, the oil supply method to the piston pin widely used in the current internal combustion engine, that is, the flow path is provided inside each component by the route of crankshaft to connecting rod to piston pin. It is possible to apply the method of providing and sending out oil to the supply of cooling water. However, in this case, it is inevitable that the cooling water leaks from the respective bearing components, and when the crankshaft or the like is lubricated with oil, the cooling water is likely to be mixed with the oil. In order to use this method, it is necessary to add an oil / water separator or lubricate the crankshaft with water. Therefore, in this embodiment, it is preferable to supply cooling water to the water channel 22 from the cylinder head 10 side. Hereinafter, an example of the configuration will be described.

図14に示すように、ピストン12には、水チャンネル22に供給される冷却水を受け入れる冷却水受入口54と、冷却水受入口54を開閉する受入調整弁56と、がシリンダ軸線方向においてシリンダヘッド10と対向して設けられている。受入調整弁56には、ばね55の弾性力によりシリンダヘッド10側(シリンダ軸線方向の一方側)への付勢力が作用している。ばね55の付勢力によって受入調整弁56がピストン12に設けられたシート部に当接している場合は、冷却水受入口54が閉じている。   As shown in FIG. 14, the piston 12 has a cooling water inlet 54 that receives the cooling water supplied to the water channel 22, and a receiving adjustment valve 56 that opens and closes the cooling water inlet 54 in the cylinder axial direction. It is provided facing the head 10. A biasing force to the cylinder head 10 side (one side in the cylinder axial direction) is applied to the receiving adjustment valve 56 by the elastic force of the spring 55. When the receiving adjustment valve 56 is in contact with the seat portion provided in the piston 12 by the urging force of the spring 55, the cooling water receiving port 54 is closed.

一方、シリンダヘッド10には、水供給ノズル62がシリンダ軸線方向においてピストン12と対向して配設されている。水供給ノズル62は、シリンダヘッド10に対しシリンダ軸線方向に沿って摺動可能である。オイル室シリンダ66は、水供給ノズル62よりシリンダ軸線方向の一方側でシリンダヘッド10に固定されており、水供給ノズル62には、ばね65の弾性力によりオイル室シリンダ66側への付勢力が作用している。さらに、水供給ノズル62よりシリンダ軸線方向の一方側には、オイル室シリンダ66に対しシリンダ軸線方向に沿って摺動可能なアクチュエータ68が配設されており、アクチュエータ68には、ばね69の弾性力によりシリンダ軸線方向の一方側への付勢力が作用している。   On the other hand, the cylinder head 10 is provided with a water supply nozzle 62 facing the piston 12 in the cylinder axial direction. The water supply nozzle 62 is slidable along the cylinder axis direction with respect to the cylinder head 10. The oil chamber cylinder 66 is fixed to the cylinder head 10 on one side in the cylinder axial direction from the water supply nozzle 62, and the water supply nozzle 62 is biased toward the oil chamber cylinder 66 by the elastic force of the spring 65. It works. Further, an actuator 68 slidable along the cylinder axial direction with respect to the oil chamber cylinder 66 is disposed on one side of the water supply nozzle 62 in the cylinder axial direction. A biasing force is applied to one side in the cylinder axis direction by the force.

水供給ノズル62、アクチュエータ68、及びオイル室シリンダ66に囲まれた空間により、オイル室67が形成されている。逆止弁76は、オイル流入口66aからオイル室67へのオイルの流れを許容し、且つオイル室67からオイル流入口66aへのオイルの流れを遮断する。開閉制御弁78は、オイル室67とオイル流出口66bとの連通を許容または遮断する。開閉制御弁78が閉じている場合は、オイル室67からオイル流出口66bへのオイルの流出が遮断され、開閉制御弁78が開いている場合は、オイル室67からオイル流出口66bへのオイルの流出が許容される。ここでの開閉制御弁78の開閉制御は、図示しない電子制御装置により行われる。さらに、オイル室67とオイル流出口66bとの間には、圧力制御弁79が開閉制御弁78と並列に設けられている。オイル室67内のオイルの圧力が設定圧力より高い場合には、開閉制御弁78が閉じていても圧力制御弁79が開くことで、オイル室67からオイル流出口66bへのオイルの流出が許容される。これによって、オイル室67内のオイルの圧力が設定圧力以下に保たれる。   An oil chamber 67 is formed by a space surrounded by the water supply nozzle 62, the actuator 68, and the oil chamber cylinder 66. The check valve 76 allows the oil flow from the oil inlet 66a to the oil chamber 67 and blocks the oil flow from the oil chamber 67 to the oil inlet 66a. The open / close control valve 78 allows or blocks communication between the oil chamber 67 and the oil outlet 66b. When the open / close control valve 78 is closed, the oil flow from the oil chamber 67 to the oil outlet 66b is blocked, and when the open / close control valve 78 is open, the oil from the oil chamber 67 to the oil outlet 66b is blocked. Spillage is allowed. The opening / closing control of the opening / closing control valve 78 here is performed by an electronic control device (not shown). Further, a pressure control valve 79 is provided in parallel with the open / close control valve 78 between the oil chamber 67 and the oil outlet 66b. When the pressure of the oil in the oil chamber 67 is higher than the set pressure, the pressure control valve 79 is opened even when the open / close control valve 78 is closed, so that the oil can flow out from the oil chamber 67 to the oil outlet 66b. Is done. As a result, the pressure of the oil in the oil chamber 67 is kept below the set pressure.

ロッカーアーム71は、アクチュエータ68に連結されており、アーム軸72まわりに揺動可能に支持されている。ローラー73はロッカーアーム71に回転自在に支持されており、供給用カム74はローラー73に当接している。供給用カム74の回転軸は図示しない吸気カムの回転軸と一体であり、クランクシャフトの回転に連動して供給用カム74が回転し、クランクシャフトが2回転するのに対して供給用カム74が1回転する。供給用カム74の回転に連動して、ロッカーアーム71がアーム軸72まわりに揺動し、アクチュエータ68がシリンダ軸線方向に沿って移動する。開閉制御弁78が閉じている場合は、オイル室67内のオイル圧力によってアクチュエータ68のシリンダ軸線方向の運動が水供給ノズル62に伝えられ、水供給ノズル62がシリンダ軸線方向に沿って移動する。このように、クランクシャフトの回転に伴う供給用カム74の回転運動が水供給ノズル62のシリンダ軸線方向の運動に変換される。   The rocker arm 71 is connected to the actuator 68 and is supported so as to be swingable around the arm shaft 72. The roller 73 is rotatably supported by the rocker arm 71, and the supply cam 74 is in contact with the roller 73. The rotation axis of the supply cam 74 is integral with the rotation axis of the intake cam (not shown). The supply cam 74 rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft, while the crankshaft rotates twice. Rotates once. In conjunction with the rotation of the supply cam 74, the rocker arm 71 swings around the arm shaft 72, and the actuator 68 moves along the cylinder axis direction. When the open / close control valve 78 is closed, the movement of the actuator 68 in the cylinder axial direction is transmitted to the water supply nozzle 62 by the oil pressure in the oil chamber 67, and the water supply nozzle 62 moves along the cylinder axial direction. In this way, the rotational movement of the supply cam 74 accompanying the rotation of the crankshaft is converted into the movement of the water supply nozzle 62 in the cylinder axis direction.

水供給ノズル62には、図示しない冷却水供給源から冷却水(高圧水)が供給される加圧室83と、加圧室83に供給された冷却水を吐出する冷却水吐出口84と、シリンダ軸線方向において受入調整弁56と対向し且つシリンダ軸線方向に沿って摺動することで冷却水吐出口84を開閉する吐出調整弁86と、が設けられている。吐出調整弁86には、ばね85の弾性力により加圧室83側(シリンダ軸線方向の一方側)への付勢力が作用するとともに、加圧室83内の冷却水の圧力により受入調整弁56側(シリンダ軸線方向の他方側)への押圧力が作用する。ここでの吐出調整弁86は、受入調整弁56側へ移動することで冷却水吐出口84を開け、加圧室83側へ移動することで冷却水吐出口84を閉じる外開弁である。開閉制御弁88は、冷却水供給源と加圧室83との連通を許容または遮断する。開閉制御弁88を閉じる場合は、冷却水供給源から加圧室83への冷却水の供給が遮断されることで、ばね85による付勢力が加圧室83内の冷却水による押圧力を上まわり、吐出調整弁86は冷却水吐出口84を閉じる。一方、開閉制御弁88を開ける場合は、冷却水供給源から加圧室83への冷却水の供給が許容されることで、加圧室83内の冷却水による押圧力がばね85による付勢力を上まわり、吐出調整弁86は受入調整弁56側へ移動して冷却水吐出口84を開ける。ここでの開閉制御弁88の開閉制御は、図示しない電子制御装置により行われる。冷却水供給源から加圧室83に冷却水が供給される際には、水供給ノズル62に設けられた水シールリング91,92により冷却水の漏れが防止される。   The water supply nozzle 62 has a pressurizing chamber 83 to which cooling water (high pressure water) is supplied from a cooling water supply source (not shown), a cooling water discharge port 84 for discharging the cooling water supplied to the pressurizing chamber 83, A discharge adjusting valve 86 that opens and closes the cooling water discharge port 84 by facing the receiving adjustment valve 56 in the cylinder axial direction and sliding along the cylinder axial direction is provided. A biasing force to the pressurizing chamber 83 side (one side in the cylinder axial direction) acts on the discharge adjusting valve 86 due to the elastic force of the spring 85, and the acceptance adjusting valve 56 by the pressure of the cooling water in the pressurizing chamber 83. A pressing force to the side (the other side in the cylinder axial direction) acts. The discharge adjustment valve 86 here is an open valve that opens the cooling water discharge port 84 by moving to the reception adjustment valve 56 side and closes the cooling water discharge port 84 by moving to the pressurizing chamber 83 side. The opening / closing control valve 88 allows or blocks communication between the cooling water supply source and the pressurizing chamber 83. When closing the open / close control valve 88, the supply of cooling water from the cooling water supply source to the pressurizing chamber 83 is shut off, so that the urging force of the spring 85 increases the pressing force of the cooling water in the pressurizing chamber 83. Around, the discharge regulating valve 86 closes the cooling water discharge port 84. On the other hand, when the opening / closing control valve 88 is opened, the supply of cooling water from the cooling water supply source to the pressurizing chamber 83 is allowed, so that the pressing force of the cooling water in the pressurizing chamber 83 is applied by the spring 85. The discharge adjustment valve 86 moves to the reception adjustment valve 56 side and opens the cooling water discharge port 84. The opening / closing control of the opening / closing control valve 88 here is performed by an electronic control device (not shown). When cooling water is supplied to the pressurizing chamber 83 from the cooling water supply source, leakage of the cooling water is prevented by the water seal rings 91 and 92 provided in the water supply nozzle 62.

図15〜19に、冷却水供給過程を示す。まず排気行程終盤において、図15に示すように、供給用カム74の回転により水供給ノズル62をピストン12側(シリンダ軸線方向の他方側)へ移動させて、水供給ノズル62を最下点まで繰り出しておく。ここでは、開閉制御弁78は閉じており、水供給ノズル62の運動は供給用カム74の運動に従っている。その後、水供給ノズル62が上昇中にピストン12がそれより速い速度で上昇して水供給ノズル62に追いつくことで、図16に示すように、水供給ノズル62とピストン12とがドッキング(当接)する。このとき、オイル室67が水供給ノズル62によって押されてオイル室67内のオイルの圧力が前述の設定圧力を超えると、圧力制御弁79が開いてオイル室67内のオイルが流出することで、ドッキングの際の衝撃を和らげることができる。その後、ピストン12が吸気上死点付近に位置する時期において、水供給ノズル62先端は、一定のオイル圧力でピストン頂面12aに当接する。その際には、水供給ノズル62先端に設けられたシール座金93により水供給ノズル62とピストン12との間のシールが確保される。   15 to 19 show the cooling water supply process. First, at the end of the exhaust stroke, as shown in FIG. 15, the water supply nozzle 62 is moved to the piston 12 side (the other side in the cylinder axial direction) by the rotation of the supply cam 74, and the water supply nozzle 62 is moved to the lowest point. Feed it out. Here, the open / close control valve 78 is closed, and the movement of the water supply nozzle 62 follows the movement of the supply cam 74. Thereafter, the piston 12 rises at a faster speed while the water supply nozzle 62 is rising and catches up with the water supply nozzle 62, so that the water supply nozzle 62 and the piston 12 are docked (contacted) as shown in FIG. ) At this time, when the oil chamber 67 is pushed by the water supply nozzle 62 and the pressure of the oil in the oil chamber 67 exceeds the set pressure, the pressure control valve 79 is opened and the oil in the oil chamber 67 flows out. Can reduce the impact of docking. Thereafter, at the time when the piston 12 is positioned near the intake top dead center, the tip of the water supply nozzle 62 contacts the piston top surface 12a with a constant oil pressure. At that time, a seal between the water supply nozzle 62 and the piston 12 is secured by a seal washer 93 provided at the tip of the water supply nozzle 62.

水供給ノズル62がピストン12に当接している状態で、開閉制御弁88を閉状態から開状態に切り換えると、吐出調整弁86は、加圧室83に供給された冷却水の圧力によって受入調整弁56側へ移動する。これによって、図17に示すように、冷却水吐出口84が開くとともに、吐出調整弁86が受入調整弁56を押圧することで、受入調整弁56がピストン12に設けられたシート部から離れて冷却水受入口54が開く。そのため、加圧室83内の冷却水が冷却水吐出口84及び冷却水受入口54を通って水チャンネル22に供給される。このように、吐出調整弁86によりシリンダヘッド10側から受入調整弁56を駆動して冷却水受入口54を開けることで、冷却水吐出口84から冷却水受入口54を通じて水チャンネル22に冷却水を供給することができる。開閉制御弁88を開状態から閉状態に切り換えると、吐出調整弁86が加圧室83側へ移動することで、冷却水吐出口84及び冷却水受入口54が閉じ、水供給ノズル62から水チャンネル22への冷却水の供給が停止する。その後、ピストン12は上死点で上昇を止めて下降に転じ、水供給ノズル62は上昇を続けるため、図18に示すように、水供給ノズル62はピストン12から離れる。そして、図19に示すように、水供給ノズル62はシリンダヘッド10内に格納される。アクチュエータ68は供給用カム74の回転に従って上昇し、途中でオイル室67内のオイルの圧力が下がるため、逆止弁76を介してオイル室67にオイルが供給される。   When the open / close control valve 88 is switched from the closed state to the open state while the water supply nozzle 62 is in contact with the piston 12, the discharge adjustment valve 86 adjusts the reception by the pressure of the cooling water supplied to the pressurizing chamber 83. Move to the valve 56 side. As a result, as shown in FIG. 17, the cooling water discharge port 84 is opened, and the discharge adjustment valve 86 presses the reception adjustment valve 56 so that the reception adjustment valve 56 is separated from the seat portion provided in the piston 12. The cooling water inlet 54 opens. Therefore, the cooling water in the pressurizing chamber 83 is supplied to the water channel 22 through the cooling water discharge port 84 and the cooling water receiving port 54. In this way, the discharge adjusting valve 86 drives the receiving adjustment valve 56 from the cylinder head 10 side to open the cooling water receiving port 54, whereby the cooling water is supplied from the cooling water discharging port 84 to the water channel 22 through the cooling water receiving port 54. Can be supplied. When the open / close control valve 88 is switched from the open state to the closed state, the discharge adjusting valve 86 moves to the pressurizing chamber 83 side, whereby the cooling water discharge port 84 and the cooling water receiving port 54 are closed, and water is supplied from the water supply nozzle 62. The supply of cooling water to the channel 22 is stopped. Thereafter, the piston 12 stops rising at the top dead center and turns downward, and the water supply nozzle 62 continues to rise, so that the water supply nozzle 62 moves away from the piston 12 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 19, the water supply nozzle 62 is stored in the cylinder head 10. The actuator 68 rises according to the rotation of the supply cam 74, and the oil pressure in the oil chamber 67 decreases along the way, so that oil is supplied to the oil chamber 67 via the check valve 76.

図20に、プッシュロッド32及び水供給ノズル62の配置例を示す。図20に示す例では、2つの排気弁EXの間にプッシュロッド32が配置され、2つの吸気弁INの間に水供給ノズル62が配置されている。つまり、プッシュロッド32は、吸気弁INよりも排気弁EXの方が近い位置に配置され、水供給ノズル62は、排気弁EXよりも吸気弁INの方が近い位置に配置されている。排気弁EXの間の領域は、排気行程中に排気ポートを通過する排気ガスによって吸気弁INの間の領域よりも高温になる。そこで、水チャンネル22に冷却水を供給する水供給ノズル62が高熱に晒されるのを避けるために、吸気弁INの間の領域に水供給ノズル62を配置している。一方、送出調整弁26を駆動するプッシュロッド32は高熱に晒されても問題は生じないため、排気弁EXの間の領域にプッシュロッド32を配置している。   FIG. 20 shows an arrangement example of the push rod 32 and the water supply nozzle 62. In the example shown in FIG. 20, the push rod 32 is disposed between the two exhaust valves EX, and the water supply nozzle 62 is disposed between the two intake valves IN. That is, the push rod 32 is disposed at a position closer to the exhaust valve EX than the intake valve IN, and the water supply nozzle 62 is disposed at a position closer to the intake valve IN than the exhaust valve EX. The region between the exhaust valves EX becomes hotter than the region between the intake valves IN due to the exhaust gas passing through the exhaust port during the exhaust stroke. Therefore, in order to prevent the water supply nozzle 62 that supplies the cooling water to the water channel 22 from being exposed to high heat, the water supply nozzle 62 is disposed in a region between the intake valves IN. On the other hand, since the push rod 32 that drives the delivery adjusting valve 26 does not cause a problem even if it is exposed to high heat, the push rod 32 is disposed in a region between the exhaust valves EX.

なお、水チャンネル22内の冷却水が沸騰すると、水チャンネル22の圧力が高くなって水チャンネル22への冷却水の供給が困難になることや、プランジャ34が水チャンネル22内の冷却水を押圧しても沸騰した蒸気によって吸収されて冷却水の送出量が減少する等の問題点が生じる。そこで、本実施形態では、図21に示すように、水チャンネル22内における冷却水の沸騰の有無を検知するために、図示しない冷却水供給源と水供給ノズル62(加圧室83)とを接続する水供給流路94に水圧センサ96を設けて、水供給流路94内の冷却水の圧力を検出する。そして、電子制御装置は、水供給ノズル62から水チャンネル22に冷却水を供給する際に、水圧センサ96で検出された水供給流路94内の冷却水の圧力変化に基づいて、水チャンネル22内の冷却水が沸騰しているか否かを判定する。   In addition, when the cooling water in the water channel 22 boils, the pressure of the water channel 22 becomes high and it becomes difficult to supply the cooling water to the water channel 22, or the plunger 34 presses the cooling water in the water channel 22. Even so, problems such as a decrease in the amount of cooling water delivered due to absorption by boiling steam occur. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 21, in order to detect the presence or absence of boiling of the cooling water in the water channel 22, a cooling water supply source (not shown) and the water supply nozzle 62 (pressure chamber 83) are provided. A water pressure sensor 96 is provided in the water supply channel 94 to be connected, and the pressure of the cooling water in the water supply channel 94 is detected. When the electronic control device supplies the cooling water from the water supply nozzle 62 to the water channel 22, the electronic control device is based on the pressure change of the cooling water in the water supply passage 94 detected by the water pressure sensor 96. It is determined whether the cooling water inside is boiling.

より具体的には、水チャンネル22内の冷却水に沸騰が生じていなければ、水チャンネル22内の冷却水の圧力が冷却水供給源からの冷却水の圧力より低いため、開閉制御弁88が開いて吐出調整弁86が受入調整弁56を駆動することで加圧室83が水チャンネル22に繋がった瞬間に、水供給流路94内の冷却水の圧力(水圧センサ96の検出圧力)が低下する。一方、水チャンネル22内の冷却水に沸騰が生じて圧力が高くなっていると、加圧室83が水チャンネル22に繋がった瞬間における水圧センサ96の検出圧力の低下幅が減少する。電子制御装置は、開閉制御弁88を開けたときにおける水圧センサ96の検出圧力の低下幅が所定値以下である場合は、水チャンネル22内の冷却水が沸騰していると判定する。   More specifically, if the cooling water in the water channel 22 does not boil, the pressure of the cooling water in the water channel 22 is lower than the pressure of the cooling water from the cooling water supply source. The pressure of the cooling water in the water supply flow path 94 (detected pressure of the water pressure sensor 96) is instant at the moment when the pressurizing chamber 83 is connected to the water channel 22 by opening the discharge regulating valve 86 and driving the receiving regulating valve 56. descend. On the other hand, when boiling occurs in the cooling water in the water channel 22 and the pressure is increased, the decrease in the detected pressure of the water pressure sensor 96 at the moment when the pressurizing chamber 83 is connected to the water channel 22 decreases. The electronic control unit determines that the cooling water in the water channel 22 is boiling when the decrease width of the detection pressure of the water pressure sensor 96 when the opening / closing control valve 88 is opened is equal to or less than a predetermined value.

そして、電子制御装置は、水チャンネル22内の冷却水が沸騰していると判定した場合は、その直後のサイクルにおいてシリンダ11内への燃料噴射量を減少させる、またはシリンダ11内への燃料噴射を停止させることで、ピストン12を冷却して水チャンネル22内の冷却水の温度を下げる。これによって、水チャンネル22内の冷却水の沸騰を抑える。また、電子制御装置は、水チャンネル22内の冷却水が沸騰していると判定した場合は、その直後のサイクルにおいて冷却水送出口24からの冷却水の送出量を増大させるようにプッシュロッド32の駆動制御を行うことによっても、ピストン12を冷却して水チャンネル22内の温度を下げることができる。また、水チャンネル22内で沸騰が生じないように水チャンネル22内の冷却水の圧力はできるだけ高めに設定する。なお、水チャンネル22内の冷却水が大量に沸騰すると、水チャンネル22の破損が懸念されるが、送出調整弁26は水チャンネル22内の圧力がある値を超えると自動的に開く構造になっているため、水チャンネル22内で大量に沸騰が生じても蒸気によって水チャンネル22が破損することなない。   If the electronic control unit determines that the cooling water in the water channel 22 is boiling, the electronic control unit decreases the fuel injection amount into the cylinder 11 or the fuel injection into the cylinder 11 in the cycle immediately thereafter. Is stopped, the piston 12 is cooled, and the temperature of the cooling water in the water channel 22 is lowered. Thereby, boiling of the cooling water in the water channel 22 is suppressed. Further, when the electronic control unit determines that the cooling water in the water channel 22 is boiling, the push rod 32 so as to increase the amount of cooling water delivered from the cooling water delivery port 24 in the cycle immediately after that. Also by performing the drive control, the piston 12 can be cooled and the temperature in the water channel 22 can be lowered. Further, the pressure of the cooling water in the water channel 22 is set as high as possible so that boiling does not occur in the water channel 22. If a large amount of cooling water in the water channel 22 boils, the water channel 22 may be damaged, but the delivery adjustment valve 26 automatically opens when the pressure in the water channel 22 exceeds a certain value. Therefore, even if a large amount of boiling occurs in the water channel 22, the water channel 22 is not damaged by the steam.

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。図22,23は、送出調整弁26として、シリンダ軸線方向に沿って移動可能なニードル弁が複数設けられた例を示している。送出調整弁(ニードル弁)26には、ばね28による付勢力と、水チャンネル22内の冷却水による押圧力と、が互いに反対方向に作用する。水チャンネル22内の冷却水の圧力が低下してばね28による付勢力が水チャンネル22内の冷却水による押圧力を上まわるときは、図24に示すように、ニードル弁26がシリンダ軸線方向の一方側(図の上側)へ付勢されてピストン12に設けられたシート部23に当接することで、水チャンネル22と冷却水送出口24との連通が遮断される。一方、水チャンネル22内の冷却水の圧力が上昇して水チャンネル22内の冷却水による押圧力がばね28による付勢力を上まわると、図22に示すように、ニードル弁26がシート部23から離れてシリンダ軸線方向の他方側(図の下側)に移動することで、水チャンネル22と冷却水送出口24との連通が許容される。図22,23に示す構成例でも、図1,2に示す構成例と同様に、プッシュロッド32によりプランジャ34を押圧することで、送出調整弁(ニードル弁)26を駆動して水チャンネル22と冷却水送出口24とを連通させることができる。   Next, another configuration example of this embodiment will be described. 22 and 23 show an example in which a plurality of needle valves that are movable along the cylinder axial direction are provided as the delivery adjusting valve 26. The urging force by the spring 28 and the pressing force by the cooling water in the water channel 22 act on the delivery adjusting valve (needle valve) 26 in opposite directions. When the pressure of the cooling water in the water channel 22 decreases and the urging force by the spring 28 exceeds the pressing force by the cooling water in the water channel 22, the needle valve 26 is moved in the cylinder axial direction as shown in FIG. By being urged to one side (the upper side in the figure) and coming into contact with the seat portion 23 provided on the piston 12, the communication between the water channel 22 and the cooling water delivery port 24 is blocked. On the other hand, when the pressure of the cooling water in the water channel 22 rises and the pressing force by the cooling water in the water channel 22 exceeds the urging force of the spring 28, as shown in FIG. The water channel 22 and the coolant outlet 24 are allowed to communicate with each other by moving to the other side (the lower side in the figure) in the cylinder axial direction. 22 and 23, similarly to the configuration examples shown in FIGS. 1 and 2, when the plunger 34 is pressed by the push rod 32, the delivery adjustment valve (needle valve) 26 is driven and the water channel 22. The cooling water delivery port 24 can be communicated.

以上の実施形態の説明では、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合について説明した。ただし、本発明を直噴ガソリンエンジン等の内燃機関に対しても適用することができる。   In the above description of the embodiment, the case where the present invention is applied to a diesel engine has been described. However, the present invention can also be applied to an internal combustion engine such as a direct injection gasoline engine.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 送出調整弁を駆動するための構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example for driving a delivery adjustment valve. 本発明の実施形態に係る内燃機関の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の作用効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 冷却水送出口からの冷却水の送出期間・送出量の制御の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of control of the sending period and the sending amount of the cooling water from a cooling water sending outlet. 冷却水送出口からの冷却水の送出期間・送出量の制御の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of control of the sending period and the sending amount of the cooling water from a cooling water sending outlet. 冷却水送出口からの冷却水の送出期間・送出量の制御の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of control of the sending period and the sending amount of the cooling water from a cooling water sending outlet. 冷却水送出口からの冷却水の送出期間・送出量の制御の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of control of the sending period and the sending amount of the cooling water from a cooling water sending outlet. 水チャンネルに冷却水を供給するための構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example for supplying cooling water to a water channel. 水供給ノズルから水チャンネルに冷却水を供給する動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement which supplies a cooling water to a water channel from a water supply nozzle. 水供給ノズルから水チャンネルに冷却水を供給する動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement which supplies a cooling water to a water channel from a water supply nozzle. 水供給ノズルから水チャンネルに冷却水を供給する動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement which supplies a cooling water to a water channel from a water supply nozzle. 水供給ノズルから水チャンネルに冷却水を供給する動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement which supplies a cooling water to a water channel from a water supply nozzle. 水供給ノズルから水チャンネルに冷却水を供給する動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement which supplies a cooling water to a water channel from a water supply nozzle. プッシュロッド及び水供給ノズルの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a push rod and a water supply nozzle. 水チャンネル内における冷却水の沸騰の有無を検知するための構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example for detecting the presence or absence of the boiling of the cooling water in a water channel. 本発明の実施形態に係る内燃機関の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

9 シリンダブロック、10 シリンダヘッド、11 シリンダ、12 ピストン、12a 頂面、12b 窪み部、13 燃焼室、14 燃料噴射弁、16 水膜、17 水蒸気層、18 火炎、19 燃焼ガス、22 水チャンネル、24 冷却水送出口、26 送出調整弁、32 プッシュロッド、34 プランジャ、37,67 オイル室、38,68 アクチュエータ、41,71 ロッカーアーム、42,72 アーム軸、43,73 ローラー、44 送出用カム、46,76 逆止弁、48 制御弁、54 冷却水受入口、56 受入調整弁、62 水供給ノズル、74 供給用カム、78,88 開閉制御弁、79 圧力制御弁、83 加圧室、86 吐出調整弁、94 水供給流路、96 水圧センサ。   9 Cylinder block, 10 Cylinder head, 11 Cylinder, 12 Piston, 12a Top surface, 12b Recessed part, 13 Combustion chamber, 14 Fuel injection valve, 16 Water film, 17 Water vapor layer, 18 Flame, 19 Combustion gas, 22 Water channel, 24 Cooling water delivery port, 26 Delivery adjustment valve, 32 Push rod, 34 Plunger, 37, 67 Oil chamber, 38, 68 Actuator, 41, 71 Rocker arm, 42, 72 Arm shaft, 43, 73 Roller, 44 Delivery cam , 46, 76 Check valve, 48 Control valve, 54 Cooling water inlet, 56 Receipt adjustment valve, 62 Water supply nozzle, 74 Supply cam, 78, 88 Open / close control valve, 79 Pressure control valve, 83 Pressure chamber, 86 Discharge adjustment valve, 94 water supply flow path, 96 water pressure sensor.

Claims (18)

ピストンが往復運動するシリンダ内に燃料を噴射する内燃機関であって、
ピストン内部には、冷却液が供給される冷却液流路と、冷却液流路内の冷却液をピストン頂面に送り出すための冷却液送出口と、冷却液流路と冷却液送出口との連通を許容または遮断する送出調整弁と、が設けられており、
冷却液流路に冷却液を供給する冷却液供給手段と、
シリンダ内で燃料を燃焼させる際に、送出調整弁を駆動して冷却液流路と冷却液送出口とを連通させることで、冷却液流路内の冷却液を冷却液送出口からピストン頂面に送り出す送出調整弁駆動手段と、
を備える、内燃機関。
An internal combustion engine that injects fuel into a cylinder in which a piston reciprocates,
Inside the piston, there are a coolant channel to which coolant is supplied, a coolant outlet for sending the coolant in the coolant channel to the top surface of the piston, a coolant channel and a coolant outlet. A delivery regulating valve that allows or blocks communication, and
A coolant supply means for supplying the coolant to the coolant flow path;
When the fuel is burned in the cylinder, the coolant is driven from the coolant outlet to the top surface of the piston by driving the delivery adjusting valve to connect the coolant passage and the coolant outlet. A delivery adjusting valve driving means for feeding to
An internal combustion engine comprising:
請求項1に記載の内燃機関であって、
送出調整弁は、冷却液流路内の冷却液の圧力上昇に応じて冷却液流路と冷却液送出口との連通を許容する弁であり、
送出調整弁駆動手段は、
シリンダ軸線方向においてピストンと対向してシリンダヘッドに配設され、シリンダ軸線方向に沿って移動することが可能な可動部材と、
シリンダ軸線方向において可動部材と対向してピストンに配設され、可動部材により押圧されることで冷却液流路内の冷却液を加圧する加圧部材と、
可動部材を加圧部材側へ移動させて、可動部材により加圧部材を押圧することで、送出調整弁を駆動して冷却液流路と冷却液送出口とを連通させる可動部材駆動手段と、
を含む、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The delivery adjustment valve is a valve that allows communication between the coolant flow path and the coolant delivery port according to an increase in the pressure of the coolant in the coolant flow path.
The delivery adjusting valve driving means is
A movable member disposed on the cylinder head facing the piston in the cylinder axial direction and capable of moving along the cylinder axial direction;
A pressurizing member disposed on the piston facing the movable member in the cylinder axis direction, and pressurizing the coolant in the coolant flow path by being pressed by the movable member;
A movable member driving means that moves the movable member to the pressure member side and presses the pressure member by the movable member, thereby driving the delivery adjustment valve to connect the coolant flow path and the coolant delivery port;
Including an internal combustion engine.
請求項2に記載の内燃機関であって、
可動部材駆動手段は、可動部材を加圧部材側へ移動させる期間と可動部材の加圧部材側への移動量とのいずれか1つ以上を調整することで、冷却液送出口からの冷却液の送出期間及び送出量のいずれか1つ以上を調整する、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 2,
The movable member driving means adjusts at least one of the period during which the movable member is moved to the pressure member side and the amount of movement of the movable member to the pressure member side, so that the coolant from the coolant delivery port is adjusted. An internal combustion engine that adjusts at least one of a delivery period and a delivery amount of the engine.
請求項2または3に記載の内燃機関であって、
可動部材駆動手段は、ピストンが圧縮上死点付近に位置する時期に可動部材が加圧部材を押圧するように、可動部材を加圧部材側へ移動させる、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 2 or 3,
The movable member driving means is an internal combustion engine that moves the movable member toward the pressure member so that the movable member presses the pressure member when the piston is positioned near the compression top dead center.
請求項2〜4のいずれか1に記載の内燃機関であって、
可動部材駆動手段は、クランクシャフトの回転に伴う回転運動を可動部材のシリンダ軸線方向の運動に変換するための送出用カム機構を含む、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4,
The movable member drive means is an internal combustion engine including a delivery cam mechanism for converting a rotational motion accompanying the rotation of the crankshaft into a motion of the movable member in the cylinder axial direction.
請求項2〜5のいずれか1に記載の内燃機関であって、
可動部材は、吸気弁よりも排気弁の方が近い位置に配置されている、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 2 to 5,
The internal combustion engine, wherein the movable member is disposed at a position closer to the exhaust valve than to the intake valve.
請求項1〜6のいずれか1に記載の内燃機関であって、
ピストンには、冷却液流路に供給される冷却液を受け入れる冷却液受入口と、冷却液受入口を開閉する受入調整弁と、がシリンダ軸線方向においてシリンダヘッドと対向して設けられており、
冷却液供給手段は、シリンダヘッド側から受入調整弁を駆動して冷却液受入口を開けて冷却液流路に冷却液を供給する手段である、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
The piston is provided with a coolant inlet that receives the coolant supplied to the coolant channel, and a receiving adjustment valve that opens and closes the coolant inlet, facing the cylinder head in the cylinder axial direction.
The coolant supply means is an internal combustion engine that is a means for driving the reception adjusting valve from the cylinder head side to open the coolant reception inlet and supplying the coolant to the coolant flow path.
請求項7に記載の内燃機関であって、
冷却液供給手段は、
シリンダ軸線方向においてピストンと対向してシリンダヘッドに配設された冷却液供給ノズルであって、冷却液を吐出する冷却液吐出口と、シリンダ軸線方向において受入調整弁と対向し且つ受入調整弁側へ移動することで冷却液吐出口を開ける吐出調整弁と、が設けられた冷却液供給ノズルと、
冷却液供給ノズルをピストン側へ移動させてピストンに当接させるノズル駆動手段と、
冷却液供給ノズルがピストンに当接している状態で、吐出調整弁を受入調整弁側へ移動させて、吐出調整弁により受入調整弁を駆動して冷却液受入口を開けることで、冷却液吐出口から冷却液受入口を通じて冷却液流路に冷却液を供給する吐出調整弁駆動手段と、
を含む、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 7,
The coolant supply means
A coolant supply nozzle disposed in the cylinder head facing the piston in the cylinder axial direction, the coolant discharge port for discharging the coolant, and the receiving adjustment valve side facing the receiving adjustment valve in the cylinder axial direction A discharge adjusting valve that opens the coolant discharge port by moving to, a coolant supply nozzle provided with,
Nozzle driving means for moving the coolant supply nozzle to the piston side and contacting the piston;
While the coolant supply nozzle is in contact with the piston, move the discharge adjustment valve to the acceptance adjustment valve side, drive the acceptance adjustment valve with the discharge adjustment valve, and open the coolant acceptance port. A discharge regulating valve driving means for supplying the coolant to the coolant channel from the outlet through the coolant inlet;
Including an internal combustion engine.
請求項8に記載の内燃機関であって、
ノズル駆動手段は、ピストンが吸気上死点付近に位置する時期に冷却液供給ノズルがピストンに当接するように、冷却液供給ノズルをピストン側へ移動させる、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 8,
The nozzle drive means is an internal combustion engine that moves the coolant supply nozzle to the piston side so that the coolant supply nozzle contacts the piston when the piston is located near the intake top dead center.
請求項8または9に記載の内燃機関であって、
ノズル駆動手段は、クランクシャフトの回転に伴う回転運動を冷却液供給ノズルのシリンダ軸線方向の運動に変換するための供給用カム機構を含む、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 8 or 9, wherein
The nozzle driving means is an internal combustion engine including a supply cam mechanism for converting a rotational movement accompanying the rotation of the crankshaft into a movement of the coolant supply nozzle in the cylinder axial direction.
請求項8〜10のいずれか1に記載の内燃機関であって、
冷却液供給ノズルは、排気弁よりも吸気弁の方が近い位置に配置されている、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 8 to 10,
The internal combustion engine, wherein the coolant supply nozzle is disposed at a position closer to the intake valve than to the exhaust valve.
請求項1〜11のいずれか1に記載の内燃機関であって、
ピストン頂面の中央部には窪み部が形成されており、
冷却液流路は窪み部の周囲に設けられている、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 11,
A hollow is formed in the center of the piston top surface,
An internal combustion engine in which the coolant flow path is provided around the recess.
請求項12に記載の内燃機関であって、
冷却液送出口は、ピストン頂面における窪み部の縁部に冷却液を送り出す、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 12,
The coolant delivery port is an internal combustion engine that delivers coolant to the edge of the recess on the top surface of the piston.
請求項12または13に記載の内燃機関であって、
冷却液送出口は、ピストン頂面における窪み部より外側に冷却液を送り出す、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 12 or 13,
The cooling liquid delivery port is an internal combustion engine that sends out the cooling liquid to the outside of the recess in the piston top surface.
請求項1〜14のいずれか1に記載の内燃機関であって、
冷却液流路内の冷却液が沸騰しているか否かを判定する沸騰判定手段を備える、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 14,
An internal combustion engine comprising boiling determination means for determining whether or not the coolant in the coolant flow path is boiling.
請求項15に記載の内燃機関であって、
沸騰判定手段で冷却液流路内の冷却液が沸騰していると判定された場合は、シリンダ内への燃料噴射量を減少させる、またはシリンダ内への燃料噴射を停止させる、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 15,
An internal combustion engine that reduces the fuel injection amount into the cylinder or stops the fuel injection into the cylinder when it is determined by the boiling determination means that the coolant in the coolant channel is boiling.
請求項15または16に記載の内燃機関であって、
沸騰判定手段で冷却液流路内の冷却液が沸騰していると判定された場合は、冷却液送出口からの冷却液の送出量を増大させる、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 15 or 16,
An internal combustion engine that increases the amount of coolant delivered from the coolant outlet when it is judged by the boiling judgment means that the coolant in the coolant channel is boiling.
請求項15〜17のいずれか1に記載の内燃機関であって、
沸騰判定手段は、冷却液供給手段から冷却液流路に冷却液が供給される際に、冷却液供給手段における冷却液の圧力変化に基づいて、冷却液流路内の冷却液が沸騰しているか否かを判定する、内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 15 to 17,
When the cooling liquid is supplied from the cooling liquid supply means to the cooling liquid flow path, the boiling determination means causes the cooling liquid in the cooling liquid flow path to boil based on the change in pressure of the cooling liquid in the cooling liquid supply means. An internal combustion engine that determines whether or not.
JP2007036499A 2007-02-16 2007-02-16 Internal combustion engine Expired - Fee Related JP4748078B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007036499A JP4748078B2 (en) 2007-02-16 2007-02-16 Internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007036499A JP4748078B2 (en) 2007-02-16 2007-02-16 Internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008202424A JP2008202424A (en) 2008-09-04
JP4748078B2 true JP4748078B2 (en) 2011-08-17

Family

ID=39780201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007036499A Expired - Fee Related JP4748078B2 (en) 2007-02-16 2007-02-16 Internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4748078B2 (en)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50121632A (en) * 1974-03-12 1975-09-23
US4270494A (en) * 1979-01-11 1981-06-02 General Motors Corporation Insulated oil cooled piston assembly
DE3151422C2 (en) * 1981-12-24 1984-05-30 Karl 3350 Kreiensen Burgsmüller Internal combustion piston engine
JPS6469714A (en) * 1987-09-09 1989-03-15 Mitsui Shipbuilding Eng Cooling method for exhaust valve for internal combustion engine
JPH01124013A (en) * 1987-11-10 1989-05-16 Furukawa Electric Co Ltd:The Constant current source circuit
JPH07150966A (en) * 1993-11-26 1995-06-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Dual fluid injection device
US5477820A (en) * 1994-09-29 1995-12-26 Ford Motor Company Thermal management system for heat engine components
DE10022035A1 (en) * 2000-05-05 2001-11-08 Mahle Gmbh Internal combustion engine with built piston; has piston with base and lower part connected by screw having device in head to transfer oil from connecting rod to cooling chamber in piston
DE10153486A1 (en) * 2001-10-22 2003-05-08 Bosch Gmbh Robert Method, computer program and control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine
JP2006017020A (en) * 2004-06-30 2006-01-19 Toyota Motor Corp Controller of premixed compression spontaneous internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008202424A (en) 2008-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9957936B2 (en) Fuel gas feed and ignition apparatus for a gas engine
JP4814063B2 (en) Method for controlling intake and / or exhaust of at least one inactive cylinder of an internal combustion engine
US9650951B2 (en) Single piston sleeve valve with optional variable compression ratio capability
US11156147B1 (en) Prechamber device for internal combustion engine
JP4871141B2 (en) Sub-chamber engine
US20010039795A1 (en) Internal combustion engine
JP4934106B2 (en) engine
JP6465147B2 (en) Premixed compression ignition engine
JP5325020B2 (en) Sub-chamber engine
JP2018035763A (en) Controller of engine
EP3889401A1 (en) Valve, combustion-chamber structure, engine and vehicle
JP2009036086A (en) Direct injection engine and method for controlling the same
JP4748078B2 (en) Internal combustion engine
JP5527119B2 (en) Internal combustion engine
JP5071234B2 (en) Variable valve operating device for internal combustion engine
WO2013025657A2 (en) Systems and methods for improved engine cooling and energy generation
JP6323909B2 (en) engine
WO2018135191A1 (en) Two-stroke engine
US20210131336A1 (en) Systems, apparatus, and methods for increasing combustion temperature of fuel-air mixtures in internal combustion engines
JP2018168719A (en) Internal combustion engine
JP6156204B2 (en) Control unit for direct injection gasoline engine
JP4545698B2 (en) Premixed compression self-ignition engine
RU2493394C2 (en) Internal combustion engine with compression ignition and method of its operation
JP2007170300A (en) Subsidiary chamber type engine
JP4359324B2 (en) Injection timing control structure of distributed fuel injection pump

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091211

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110324

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110419

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110502

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees