JP6536422B2 - Piston cooling device for internal combustion engine and internal combustion engine having the same - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関のピストン冷却装置、およびそれを備える内燃機関に関する。 The present invention relates to a piston cooling device for an internal combustion engine and an internal combustion engine provided with the same.
エンジンのピストンの熱は、シリンダを介してウォータジャケットの冷却水に放熱される。近年、エンジンは体格を小さく抑えつつ高出力が求められており、発熱量が多いため放熱をさらに行なう必要がある。 The heat of the piston of the engine is dissipated to the cooling water of the water jacket through the cylinder. In recent years, the engine is required to have a high output while keeping the size of the engine small, and since the amount of heat generation is large, it is necessary to further dissipate heat.
このため、近年のエンジンには潤滑油をピストンの裏側に噴射して冷却するオイルジェットが採用されている。特にピストンの温度が上昇しやすいターボチャージャ付きエンジンや、熱負荷が高いキャビティが形成されている直接筒内噴射式エンジンでは、ピストンにクーリングチャンネルという潤滑油を流し込む円環状の空洞が形成され、オイルジェットの冷却効果が高められている。 For this reason, in recent engines, an oil jet is adopted which injects lubricating oil to the back side of a piston to cool it. In particular, in a turbocharged engine in which the temperature of the piston tends to rise or a direct cylinder injection type engine having a cavity with a high thermal load, an annular cavity is formed in which a lubricating oil called cooling channel flows in the piston. The cooling effect of the jet is enhanced.
特開平10−68319号公報(特許文献1)には、このようなクーリングチャンネル(オイルギャラリーとも呼ばれる)が形成されたピストンをオイルジェットによって冷却するエンジンが開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-68319 (Patent Document 1) discloses an engine that cools a piston having such a cooling channel (also called an oil gallery) by oil jet.
一般に、オイルジェットの潤滑油はオイルポンプから供給される。オイルポンプからの油圧は、エンジン回転が上がると上昇する。この油圧がオイルジェットの潤滑油供給経路に設けられたチェックバルブの圧力を超えると、オイルが噴射されピストンが冷却される。これに対し、上記特開平10−68319号公報に開示されたエンジンでは、高速高負荷領域においてオイルジェットからオイルを噴射し、低中速低中負荷域ではオイルジェットからのオイルの噴射を停止させ、過剰冷却を抑制している。 Generally, oil jet lubricating oil is supplied from an oil pump. The oil pressure from the oil pump rises as the engine speed rises. When this oil pressure exceeds the pressure of the check valve provided in the lubricating oil supply path of the oil jet, the oil is injected and the piston is cooled. On the other hand, in the engine disclosed in the above-mentioned JP-A-10-68319, oil is injected from the oil jet in the high speed and high load area, and the injection of oil from the oil jet is stopped in the low, medium speed, low and medium load area. , Over cooling is suppressed.
オイルジェットから噴射された潤滑油は、クーリングチャンネルの入口からクーリングチャンネルの内部に充填される。クーリングチャンネル内の潤滑油は、ピストンの上下によって撹拌され、熱交換によってピストンの熱を奪ってオイル排出口から排出される。このように良好な熱交換による排熱が行なわれるためには、クーリングチャンネルの潤滑油による充填率は平均50%以上が望ましい。 The lubricating oil injected from the oil jet is charged into the interior of the cooling channel from the inlet of the cooling channel. The lubricating oil in the cooling channel is agitated by the upper and lower sides of the piston, and heat exchange with the piston takes heat of the piston and is discharged from the oil outlet. In order to achieve such good heat exchange by heat exchange, it is desirable that the filling ratio of the cooling channel by the lubricating oil be 50% or more on average.
このため、上記特開平10−68319号公報に開示されたエンジンでは、高速高負荷領域においては、オイルジェットからオイルを常時噴射している。しかし、エンジンが回転中のピストン上昇時においては、オイルジェットからのオイル噴射速度がピストンスピードを下回る場合があり、潤滑油がクーリングチャンネル内部に到達せず、ピストン冷却に貢献しない。 Therefore, in the engine disclosed in JP-A-10-68319, oil is constantly jetted from the oil jet in the high speed and high load region. However, when the piston is rising while the engine is rotating, the oil injection speed from the oil jet may fall below the piston speed, and the lubricating oil does not reach the inside of the cooling channel and does not contribute to the piston cooling.
したがって、ピストン上昇時のオイルジェットからのオイル噴射は、オイルポンプの無駄な仕事を発生させてしまう。また、クーリングチャンネル内部に進入しない潤滑油の一部は、シリンダ内壁面(ボア面)に付着する。潤滑油のシリンダ内壁面への付着量が余剰となると、ピストン上昇時にピストンリングによって燃焼室に掻き上げられ燃料と共に燃焼してしまうので、潤滑油の消費量が増えてしまう。 Therefore, oil injection from the oil jet at the time of piston rise causes unnecessary work of the oil pump. In addition, part of the lubricating oil that does not enter the cooling channel adheres to the cylinder inner wall surface (bore surface). When the adhesion amount of the lubricating oil to the cylinder inner wall surface becomes excessive, the piston ring is scraped up to the combustion chamber by the piston ring and burned with the fuel when the piston ascends, so the consumption amount of the lubricating oil increases.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、オイルポンプ仕事に対するピストン冷却効率を向上させた内燃機関のピストン冷却装置、およびそれを備える内燃機関を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a piston cooling device for an internal combustion engine with an improved piston cooling efficiency for oil pump work, and an internal combustion engine having the same. To provide.
この発明は、ピストンをオイルジェットによって冷却する内燃機関のピストン冷却装置に関するものである。ピストンの内部には、潤滑油を出入りさせることによってピストンを冷却するためのクーリングチャンネルが設けられる。ピストン冷却装置は、クーリングチャンネルの入口に向けて潤滑油を噴射するオイルジェットノズルと、クランクシャフトが1回転する間に開閉することによって、オイルジェットノズルからの潤滑油の噴射および噴射停止を制御する電磁弁とを備える。電磁弁は、ピストンがオイルジェットノズルから遠ざかる速度が最速となるピストン位置に対応するクランク角を含む第1のクランク角度範囲において閉じるとともに、第1のクランク角度範囲と重ならない第2のクランク角度範囲において開く。 The present invention relates to a piston cooling device of an internal combustion engine which cools a piston by an oil jet. Inside the piston is provided a cooling channel for cooling the piston by letting lubricating oil in and out. The piston cooling device controls the injection and the injection stop of the lubricating oil from the oil jet nozzle by opening and closing during one rotation of the crankshaft and an oil jet nozzle for injecting the lubricating oil toward the inlet of the cooling channel. And a solenoid valve. The solenoid valve closes in a first crank angle range that includes the crank angle corresponding to the piston position at which the speed at which the piston moves away from the oil jet nozzle is the fastest. The second crank angle range does not overlap with the first crank angle range. Open at
好ましくは、電磁弁を制御する制御部をさらに備える。制御部は、内燃機関の運転状態に基づいて決定されるピストンを目標温度以下に冷却するのに必要な潤滑油の流量に対応させて、電磁弁の開期間を変更する。 Preferably, the control unit further includes a control unit that controls the solenoid valve. The control unit changes the open period of the solenoid valve in accordance with the flow rate of the lubricating oil required to cool the piston below the target temperature, which is determined based on the operating state of the internal combustion engine.
より好ましくは、制御部は、潤滑油の圧力と温度とに基づいて決定されるオイルジェットノズルからの潤滑油の噴射の広がりを示す噴霧角が広いほど電磁弁の開期間を長く設定する。 More preferably, the control unit sets the open period of the solenoid valve longer as the spray angle indicating the spread of the injection of the lubricating oil from the oil jet nozzle determined based on the pressure and the temperature of the lubricating oil is wider.
好ましくは、ピストンの上死点に対応するクランク角を0°とすると、第1のクランク角度範囲は、少なくとも0〜180°の範囲を含む。 Preferably, when the crank angle corresponding to the top dead center of the piston is 0 °, the first crank angle range includes a range of at least 0 to 180 °.
この発明は、他の局面では、上記いずれか1項に記載のピストン冷却装置を備える内燃機関である。 This invention is an internal combustion engine provided with the piston cooling device of any one of the said, in another aspect.
本発明によれば、オイルポンプ仕事に対するピストン冷却効率が向上する。また、潤滑油の消費量を低減させることができる。 According to the present invention, piston cooling efficiency for oil pump work is improved. In addition, the consumption of lubricating oil can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係る冷却装置を備えるエンジン1の概略構成を示す図である。エンジン1は、複数のシリンダを備える場合もあり、図1には代表的に1つのシリンダの断面が概略的に示される。
First Embodiment
FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an
エンジン1は、シリンダヘッド2と、シリンダブロック4と、オイルパン6と、ピストン26と、クランクシャフト27と、コネクティングロッド28とを含む。
The
各シリンダには、図示しないが、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)、燃焼室内に空気を供給する吸気通路を開閉する吸気バルブ、燃焼後の排気ガスを排出するための排気通路を開閉する排気バルブ等が設けられている。 Although not illustrated, each cylinder includes an injector (fuel injection valve) for injecting fuel into the combustion chamber, an intake valve for opening and closing an intake passage for supplying air into the combustion chamber, and an exhaust passage for discharging exhaust gas after combustion. The exhaust valve etc. which open and close are provided.
シリンダの内部にはピストン26が収容され、ピストン26は上下往復運動が可能である。ピストン26は、クランクシャフト27にコネクティングロッド(コンロッド)28を介して連結されている。クランクシャフト27の回転軸には、クランク角センサープレート(パルサープレート)14が取り付けられ、クランク角センサ12でクランク角を測定することによって、エンジン回転速度Neが得られる。
A
シリンダブロック4には、ピストン26の裏面に向けて潤滑油(以下、単にオイルという)を噴射するオイルジェットが取り付けられている。オイルジェットは、オイルジェットノズル30と電磁弁29とを含む。
The
また、シリンダブロック4には、電磁弁29にオイルを供給するためのオイル流路38が形成されている。オイル流路38には、油圧センサ37が配置され、油圧Poが測定される。
Further, in the
シリンダヘッド2およびシリンダブロック4には、それぞれウォータジャケット22,24が形成される。ウォータジャケット22には、水温センサ36が配置され、エンジン冷却水の水温Twが測定される。
Water jackets 22 and 24 are formed on the
ECU(Electric Control Unit)40は、図示しないアクセル開度センサからアクセル開度Accを受け、クランク角センサ12から、クランク角CAおよびエンジン回転速度Neを受ける。ECU40は、さらに、水温センサ36、油圧センサ37からそれぞれ水温Tw、油圧Poを受ける。これらの受けた信号に基づいて、ECU40は、電磁弁29を制御する。
An ECU (Electric Control Unit) 40 receives an accelerator opening Acc from an accelerator opening sensor (not shown), and receives a crank angle CA and an engine rotational speed Ne from the
図2は、ピストンとオイルジェットの詳細を拡大して示した図である。図1、図2を参照して、ピストン26には、オイルジェットノズル30から噴射されたオイルが導入されるクーリングチャンネル32が形成されている。オイルジェットは、ピストン26の裏面のクーリングチャンネル32のオイル入口31に向けてオイルを噴射する。図2には、ピストン26が下死点に位置し、オイルジェットノズル30の先端がオイル入口31に最も近づいた状態が示されている。
FIG. 2 is an enlarged view of the details of the piston and the oil jet. Referring to FIGS. 1 and 2, the
クーリングチャンネル32にオイルが導入されることで、ピストン26が効率的に冷却される。なお、クーリングチャンネル32に導入されたオイルは、オイル排出口33からピストン26の外部に排出される。
The introduction of the oil into the cooling
図3は、オイルジェットから噴射されるオイルの噴霧角θを示す図である。オイルジェットとクーリングチャンネルを有するエンジンにおいて、ピストン26の上昇時は、オイルジェットからのオイル噴射設定速度VoがピストンスピードVpを下回る場合があり、潤滑油がクーリングチャンネル32内部に到達せず、ピストン冷却に貢献しない。このような場合のオイル噴射は、オイルポンプに無駄な仕事を発生させてしまう。
FIG. 3 is a view showing the spray angle θ of oil jetted from the oil jet. In an engine having an oil jet and a cooling channel, when the
また、噴霧角θに示すように、ピストン26とオイルジェットノズル30との間が遠いと、オイルの一部は広がってオイル入口31の外側に当たってしまい、クーリングチャンネル32内部に進入しない。したがって、オイルの一部はピストン下面にはじかれて、シリンダ内壁面(ボア面)に付着する。オイルのシリンダ内壁面への付着量が余剰となると、オイルは、ピストン上昇時にピストンリングによって掻き上げられ燃焼室に入り、燃料と共に燃焼してしまう。このため、オイルの消費量が増えてしまう。
Further, as indicated by the spray angle θ, when the distance between the
そこで、本実施の形態では、ピストンの上昇時にはオイルジェットを停止し、ピストンの下降時にオイルジェットを噴射することとした。 Therefore, in the present embodiment, the oil jet is stopped when the piston is lifted, and the oil jet is injected when the piston is lowered.
図4は、本実施の形態におけるオイル噴射制御を説明するための動作波形図である。図4には、上から順に、ピストン位置、ピストンスピード、ピストン−オイル相対速度、オイル噴射期間が示されている。 FIG. 4 is an operation waveform diagram for describing oil injection control in the present embodiment. The piston position, the piston speed, the piston-oil relative speed, and the oil injection period are shown from top to bottom in FIG. 4.
上死点TDCにおけるクランク角を0°とし、下死点BDCにおけるクランク角を±180°すると、クランク角−180°〜0°では、ピストンは上昇し、ピストンスピードVp>0である。クランク角0°〜180°では、ピストンは下降し、ピストンスピードVp<0である。 Assuming that the crank angle at the top dead center TDC is 0 ° and the crank angle at the bottom dead center BDC is ± 180 °, at a crank angle of −180 ° to 0 °, the piston rises and the piston speed Vp> 0. At a crank angle of 0 ° to 180 °, the piston descends, and the piston speed Vp <0.
ここで、オイルジェットの速度をVoとすると、ピストン−オイル相対速度は、Vo−Vpであらわされる。図4において、時刻t1〜t2では、ピストン−オイル相対速度は、負の値(−V1)である。したがって、この間にオイルを噴射してもピストンはオイルから離れていくので、オイルポンプの無駄な仕事を抑制するために、時刻t1〜t2においてはオイル噴射を行なわない(オイル噴射OFF)。 Here, assuming that the velocity of the oil jet is Vo, the piston-oil relative velocity is expressed by Vo-Vp. In FIG. 4, at time t1 to t2, the piston-oil relative velocity is a negative value (-V1). Therefore, even if oil is injected during this time, the piston is separated from the oil, so oil injection is not performed at time t1 to t2 (oil injection OFF) in order to suppress unnecessary work of the oil pump.
一方、図4において、時刻t2〜t3では、ピストン−オイル相対速度は、正の値(+V2)である。したがって、この間にオイルを噴射すると、ピストンはオイルに近づいてくるので、時刻t2〜t3においてはオイル噴射を行なう(オイル噴射ON)。 On the other hand, in FIG. 4, at time t2 to t3, the piston-oil relative velocity is a positive value (+ V2). Therefore, if oil is injected during this time, the piston approaches the oil, so oil injection is performed from time t2 to t3 (oil injection ON).
このように、本実施の形態に係るピストン冷却装置は、ピストンをオイルジェットによって冷却する。ピストン26の内部には、オイルを出入りさせることによってピストン26を冷却するためのクーリングチャンネル32が設けられる。ピストン冷却装置は、クーリングチャンネル32のオイル入口31に向けてオイルを噴射するオイルジェットノズル30と、クランクシャフト27が1回転する間に開閉することによって、オイルジェットノズル30からのオイルの噴射および噴射停止を制御する電磁弁29とを備える。電磁弁29の閉期間は、オイルの噴射設定速度Voがオイルジェットノズル30からピストン26が遠ざかる速度(ピストン速度Vp)より小さくなる期間に設定している。すなわち、図4に示すように、Vo−Vp<0である期間を電磁弁29の閉期間に設定している。
Thus, the piston cooling device according to the present embodiment cools the piston by the oil jet. Inside the
ただし、Vo−Vp<0である期間のすべてを電磁弁29の閉期間とする必要は無い。すなわち、Vo−Vp<0である期間の一部分でも電磁弁29を閉じていれば、その分オイルポンプの仕事を減らすことができるので、無駄な仕事を抑制することによる燃費の向上が期待できる。 However, it is not necessary to set all of the periods in which Vo-Vp <0 as the closing period of the solenoid valve 29. That is, if the electromagnetic valve 29 is closed even in a part of the period Vo-Vp <0, the work of the oil pump can be reduced by that amount, so improvement of fuel consumption by suppressing unnecessary work can be expected.
好ましくは、本実施の形態のピストン冷却装置は、ECU40をさらに備える。ECU40は、ピストン26がオイルジェットノズル30から遠ざかる速度(−Vp)が最速となるピストン位置に対応するクランク角(図4では−90°)を含む第1のクランク角度範囲(CA1〜CA2)において電磁弁29を閉じ(オイルの噴射が停止)るとともに、第1のクランク角度範囲と重ならない第2のクランク角度範囲(CA2〜CA3)において電磁弁29を開く(オイルが噴射する)ように電磁弁29を制御する。
Preferably, the piston cooling device of the present embodiment further includes an
より好ましくは、ピストンの上死点に対応するクランク角を0°とすると、第1のクランク角度範囲(CA1〜CA2)は、少なくとも0〜180°の範囲を含む。なお、オイルジェットのピストンへの到達時間などの遅れを考慮して、電磁弁の開閉タイミングを適宜調整することを行なっても良い。 More preferably, when the crank angle corresponding to the top dead center of the piston is 0 °, the first crank angle range (CA1 to CA2) includes at least a range of 0 to 180 °. Note that the opening / closing timing of the solenoid valve may be appropriately adjusted in consideration of the delay of the arrival time of the oil jet to the piston or the like.
図5は、実施の形態1においてECUが実行するオイルジェットの制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに、エンジン制御のメインルーチンから呼び出されて実行される。まず、処理が開始されると、ECU40は、クランク角センサ12が検出しているクランク角CAがCA1<CA<CA2を満たすか否かを判断する。
FIG. 5 is a flowchart for illustrating control of oil jets executed by the ECU in the first embodiment. The processing of this flowchart is called from the main routine of engine control and executed at fixed time intervals or whenever a predetermined condition is satisfied. First, when the process is started, the
ステップS1においてCA1<CA<CA2が成立した場合(S1でYES)、ステップS2に処理が進められ、ECU40は、電磁弁29に、閉弁するように制御信号SVを送信する。そして、ステップS5に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。
If CA1 <CA <CA2 holds in step S1 (YES in S1), the process proceeds to step S2, and the
一方、ステップS1においてCA1<CA<CA2が成立しなかった場合(S1でNO)、ステップS3に処理が進められる。ステップS3では、クランク角センサ12が検出しているクランク角CAがCA2<CA<CA3を満たすか否かを判断する。
On the other hand, if CA1 <CA <CA2 does not hold in step S1 (NO in S1), the process proceeds to step S3. In step S3, it is determined whether the crank angle CA detected by the
ステップS3においてCA2<CA<CA3が成立した場合(S3でYES)、ステップS4に処理が進められ、ECU40は、電磁弁29に、開弁するように制御信号SVを送信する。そして、ステップS5に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。
If CA2 <CA <CA3 holds in step S3 (YES in S3), the process proceeds to step S4, where the
なお、ステップS3においてCA2<CA<CA3が成立しなかった場合(S3でNO)、ステップS5に処理が進められ制御信号SVは変更されずに制御はメインルーチンに戻される。 If CA2 <CA <CA3 is not satisfied in step S3 (NO in S3), the process proceeds to step S5, the control signal SV is not changed, and the control is returned to the main routine.
なお、以上において、ステップS1およびステップS3の判定値であるCA1,CA2,CA3は、予め実験などにより決められた値であっても良いし、エンジン回転速度、油温、水温、アクセル開度などのエンジン運転条件に基づいてマップを参照して定める値であっても良い。また、ステップS1とステップS3の判断を必ずしも両方行なう必要は無い。たとえば、ステップS1でNOに分岐された場合に、ステップS3の判断を行なわずに直ちにステップS4に処理を進めるようにしても良い。 In the above, CA1, CA2 and CA3 which are the determination values of step S1 and step S3 may be values determined in advance by experiment etc., and engine rotation speed, oil temperature, water temperature, accelerator opening degree, etc. It may be a value determined with reference to the map based on the engine operating conditions of Further, it is not necessary to make both of the determinations in step S1 and step S3. For example, when the process branches to NO in step S1, the process may be immediately advanced to step S4 without performing the determination in step S3.
以上説明したように、実施の形態1に係るピストン冷却装置によれば、クランクシャフトの1回転の間において、噴射期間と停止期間とに期間を区切っている。これにより、ピストン〜オイル相対速度の高い領域のみオイルを噴射するので、効率的にピストンの冷却を行なうことができる。 As described above, according to the piston cooling device according to the first embodiment, the period is divided into the injection period and the stop period during one rotation of the crankshaft. As a result, since the oil is injected only in the region where the piston to oil relative velocity is high, the piston can be efficiently cooled.
また、上記制御を行なうことによってクランクシャフト1回転あたりの噴射油量が減るので、オイルポンプ吐出仕事(オイルポンプ容量)を下げることができる。これによって、オイルポンプを駆動することに起因するエンジンのフリクションを低減させることが可能となり、燃費を向上させることができる。 In addition, since the amount of injected oil per one rotation of the crankshaft is reduced by performing the above control, the oil pump discharge work (oil pump capacity) can be reduced. By this, it is possible to reduce the friction of the engine caused by driving the oil pump, and the fuel consumption can be improved.
さらに、オイルが拡散しシリンダ内壁面へのオイル付着が起き易いピストン上死点付近のオイル噴射を停止するため、過度のボア面へのオイル付着が減りオイル消費量が低減する。 Furthermore, since oil is diffused and oil injection near the piston top dead center where oil adhesion to the inner surface of the cylinder is likely to occur is stopped, excessive oil adhesion to the bore surface is reduced, and oil consumption is reduced.
[実施の形態2]
実施の形態1では、クランクシャフト1回転中に噴射停止期間を設けることによって、オイルポンプの無駄な仕事を削減した。一例として、クランク角0°〜180°を含むCA2〜CA3を噴射期間とし、他を停止期間とした。
Second Embodiment
In the first embodiment, unnecessary work of the oil pump is reduced by providing the injection stop period during one rotation of the crankshaft. As an example, CA2-CA3 including the
しかし、中低負荷運転領域では、ピストンの冷却に必要なオイル量をさらに減らしてよい場合がある。 However, in the low and medium load operating region, it may be possible to further reduce the amount of oil required to cool the piston.
図6は、実施の形態2で実行されるオイルジェットの噴射制御の概略を説明するためのフローチャートである。なお、実施の形態2においても、図1、図2の構成は共通である。図6のフローチャートの処理が開始されると、まずステップS11において、ECU40は、ピストン温度の推定を行なう。続いて、ステップS12において、ECU40は、潤滑油温度の推定を行なう。
FIG. 6 is a flow chart for explaining an outline of the injection control of the oil jet performed in the second embodiment. Also in the second embodiment, the configurations of FIG. 1 and FIG. 2 are common. When the process of the flowchart of FIG. 6 is started, first, in step S11, the
そして、ステップS13において、推定された潤滑油温度におけるオイルジェットノズル30からのオイルの噴霧角θを推定する。さらにステップS14において、推定された潤滑油温度のオイルで推定されたピストン温度のピストンを適温に冷却するのに必要な潤滑油量、すなわちクーリングチャンネル32中へのオイル流入量を推定する。
Then, in step S13, the spray angle θ of the oil from the
そして、ステップS15において、必要な潤滑油量を確保するための効率的な噴射時期を決定する。その後、ステップS16に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。 Then, in step S15, the efficient injection timing for securing the necessary amount of lubricating oil is determined. Thereafter, the process proceeds to step S16, and the control is returned to the main routine.
図7は、噴霧角の推定等の処理の詳細を説明するためのブロック図である。図7に示される各ブロックは、ECU40によって実現される機能ブロック図であり、各々がハードウエアでもソフトウエアでも実現可能である。
FIG. 7 is a block diagram for explaining the details of processing such as estimation of the spray angle. Each block shown in FIG. 7 is a functional block diagram implemented by the
ECU40は、燃料噴射量決定部42と、トルク算出部44と、油温補正部48と、温度補正部52と、流量・噴霧角算出部58と、冷却油量算出部56と、電磁弁駆動信号発生部60とを含む。ECU40は、さらに、エンジン油温マップ46、ピストン温度マップ50、粘性係数マップ54等を記憶している記憶装置を含む。
The
燃料噴射量決定部42は、アクセル開度Accとエンジン回転速度Neとに基づいて、図示しない燃料噴射弁からの燃料噴射量を決定する。トルク算出部44は、燃料噴射量とエンジン回転速度Neとに基づいてエンジントルクを算出する。
The fuel injection
図8は、図7において参照されるエンジン油温マップの一例を示す図である。図8に示すように、エンジン油温マップ46は、横軸にエンジン回転速度Ne、縦軸にエンジントルクTeが示されており、使用しない領域が網掛けで表示されている。そして使用領域においては、トルクが小さく、かつエンジン回転速度が低いほど温度が低くなり、トルクが大きく、かつエンジン回転速度が高いほど温度が高くなるように、エンジン油温が規定されている。このようなマップは、実験やシミュレーションによって予め求めることができる。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an engine oil temperature map referred to in FIG. As shown in FIG. 8, in the engine
図9は、図7において参照されるピストン温度マップの一例を示す図である。図9に示すように、ピストン温度マップ50は、横軸にエンジン回転速度Ne、縦軸にエンジントルクTeが示されており、使用しない領域が網掛けで表示されている。そして使用領域においては、トルクが小さく、かつエンジン回転速度が低いほど温度が低くなり、トルクが大きく、かつエンジン回転速度が高いほど温度が高くなるように、ピストン温度が規定されている。このようなマップは、実験やシミュレーションによって予め求めることができる。
FIG. 9 is a view showing an example of a piston temperature map referred to in FIG. As shown in FIG. 9, in the
再び図7に戻って、エンジン油温マップ46によって推定されたエンジン油温は、油温補正部48において補正される。油温補正部48は、水温センサ36で測定された水温Twによって、油温を補正する。補正後の油温Toは、補正前の油温Bに対して補正係数Aを水温Twに掛けた値を加えることによって行なわれる(To=A×Tw+B)。
Referring back to FIG. 7 again, the engine oil temperature estimated by the engine
なお、水温の補正に代えて、エンジン油温マップ46を水温Twの影響も含めた3次元マップとしても良い。
Instead of the correction of the water temperature, the engine
一方、ピストン温度マップ50によって推定されたピストン温度も同様に温度補正部52において補正される。温度補正部52は、水温センサ36で測定された水温Twによって、ピストン温度を補正する。補正後のピストン温度Tpは、補正前のピストン温度Dに対して補正係数Cを水温Twに掛けた値を加えることによって行なわれる(Tp=C×Tw+D)。
On the other hand, the piston temperature estimated by the
なお、水温の補正に代えて、ピストン温度マップ50を水温Twの影響も含めた3次元マップとしても良い。
Instead of the correction of the water temperature, the
油温Toは、粘性係数マップ54においてオイルの粘性係数を求めるのに用いられる。そして、粘性係数と、油圧Poとが流量・噴霧角算出部58に与えられる。まず。オイルジェットノズル30からのオイル噴射流量Fは、油圧Poとノズル径φとの関数f1として与えられる(F=f1(Po,φ))。また、噴霧角θは、油圧Poとノズル径φと粘性係数kの関数f2として与えられる(θ=f2(Po,φ,k))。なお、関数f1,f2に代えて予め実験的に求めた値を記憶させたマップを使用しても良い。また、図7においては、流量・噴霧角算出部58は、センサで計測された油圧Poを用いているが、エンジン回転速度Neおよびエンジン油温Toから油圧Poを推定して用いても良い。
The oil temperature To is used to determine the viscosity coefficient of the oil in the
流量・噴霧角算出部58の処理に並行して、冷却油量算出部56においてピストン温度を冷却するのに必要なクーリングチャンネルへの流量Fcoolが求められる。たとえば、ピストン温度Tpが油温Toよりも高い場合では、差ΔT(=Tp−To)が大きいほど必要な流量Fcoolは少なく、差が小さいほど必要な流量Fcoolは多くなる。
In parallel to the processing of the flow rate / spray
図7の処理の最後において、電磁弁駆動信号発生部60は、流量F、噴霧角θ、必要流量Fcoolおよびクランク角CAを受けて、電磁弁29を開閉させるための制御信号SVを出力する。以下に、電磁弁駆動信号発生部60の制御信号SVと噴霧角θとの関係を説明する。
At the end of the process of FIG. 7, the solenoid valve drive
図10は、噴霧角とクーリングチャンネルへのオイル流入量との関係を説明するための図である。図10(A)には噴霧角θ1の場合が示され、図10(B)には噴霧角θ2(>θ1)の場合が示されている。ピストン26とオイルジェットノズル30の先端との距離が等しい場合、噴霧角θ2の方が噴霧角θ1よりもオイルジェット流が広がっており、オイル密度は薄くなっている。したがって、クーリングチャンネルのオイル入口31の開口面積が等しければ、噴霧角θ2の場合の流量F2は、噴霧角θ1の場合の流量F1よりも少なくなってしまう。
FIG. 10 is a view for explaining the relationship between the spray angle and the amount of oil flowing into the cooling channel. FIG. 10A shows the case of the spray angle θ1, and FIG. 10B shows the case of the spray angle θ2 (> θ1). When the distance between the
図11は、噴霧角の違いに合わせて電磁弁の開弁期間を変更する制御について説明するための波形図である。クランク角CAが0〜180°の間は、基本的にはピストン−オイル相対速度Vo−Vp>0であるので、オイルはクーリングチャンネルに流入する。 FIG. 11 is a waveform diagram for describing control for changing the open period of the solenoid valve in accordance with the difference in the spray angle. Since the piston-oil relative velocity Vo-Vp> 0 is basically between the crank angle CA of 0 to 180 °, the oil flows into the cooling channel.
しかし、クランク角CA=0でピストンとノズルとの距離は最も離れており、クランク角CA=180°でピストンとノズルとの距離は最も近づく。相対速度と距離とを考慮すると、噴霧角θ1の場合に必要な流量Fcoolを効率よく得るには、クランク角CA11〜CA12に相当する期間T1を開弁期間とすることが望ましい。 However, at crank angle CA = 0, the distance between the piston and the nozzle is the largest, and at crank angle CA = 180 °, the distance between the piston and the nozzle is the closest. In consideration of the relative velocity and the distance, it is desirable to set the period T1 corresponding to the crank angles CA11 to CA12 as the valve opening period in order to efficiently obtain the flow rate Fcool necessary for the spray angle θ1.
これに対して、噴霧角θ2(>θ1)の場合には、時間当たりのクーリングチャンネルへのオイル流入量は、図11(θ=θ2)に示すように低下するので、同じ開弁期間であれば面積A1に相当する量が不足する。したがって、電磁弁29を閉じるタイミングをクランク角CA13まで遅らせて開弁期間T2に変更する。この場合、増加させた開弁期間分に流入する流量は面積A2に相当する。この面積A2を面積A1と等しくなるように開弁期間を伸ばせばよい。 On the other hand, in the case of the spray angle θ2 (> θ1), the oil inflow to the cooling channel per time decreases as shown in FIG. 11 (θ = θ2). For example, the amount corresponding to the area A1 runs short. Therefore, the timing at which the solenoid valve 29 is closed is delayed to the crank angle CA13 to change it to the valve opening period T2. In this case, the flow rate flowing into the increased valve opening period corresponds to the area A2. The opening period may be extended to make the area A2 equal to the area A1.
なお、図11の例では、噴霧角θ2の場合に電磁弁29を開くタイミングは同じとして閉じるタイミングを遅らせた例を示したが、これに限定されるものではない。たとえば、電磁弁29を開くタイミング(図11のCA11に相当)を早めても良い。 In the example shown in FIG. 11, the timing of opening the solenoid valve 29 is the same as in the case of the spray angle θ2, and the timing of closing is delayed. However, the present invention is not limited to this. For example, the timing at which the solenoid valve 29 is opened (corresponding to CA11 in FIG. 11) may be advanced.
以上、実施の形態2に係るピストン冷却装置は、電磁弁29を制御するECU40をさらに備える。ECU40は、ピストン26を目標温度以下に冷却するのに必要なオイルの流量Fcoolに対応させて、電磁弁29の開期間(オイルジェットノズル30からのオイルの噴射期間)を変更する。流量Fcoolは、図7に示すように、エンジン1の運転状態(アクセル開度、エンジン回転速度、水温などから決まるピストン温度、オイル温度など)に基づいて決定される。
As described above, the piston cooling device according to the second embodiment further includes the
より好ましくは、図10、図11で説明したように、ECU40は、オイルの圧力Poと温度Toとに基づいて決定されるオイルジェットノズル30からのオイルの噴射の広がりを示す噴霧角θが広いほどクーリングチャンネルへ32のオイルの流入量を少なく見積もって電磁弁29の開期間(オイルの噴射期間)を長く設定する。
More preferably, as described in FIGS. 10 and 11, the
実施の形態2によれば、実施の形態1で得られる効果に加えて、さらに噴射する条件を限定して制御することにより、ピストン温度が高く冷却が本当に必要な使用条件で必要量だけオイルを噴射する。このため、さらなる燃費低減と潤滑油の消費量減少とが期待できる。 According to the second embodiment, in addition to the effect obtained in the first embodiment, by controlling the injection condition to be limited further, the piston temperature is high, and only the necessary amount of oil is used under the use condition that really requires cooling. Inject. For this reason, further reduction in fuel consumption and consumption of lubricating oil can be expected.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 エンジン、2 シリンダヘッド、4 シリンダブロック、6 オイルパン、12 クランク角センサ、22,24 ウォータジャケット、26 ピストン、28 コネクティングロッド、29 電磁弁、30 オイルジェットノズル、31 オイル入口、32 クーリングチャンネル、33 オイル排出口、36 水温センサ、37 油圧センサ、38 オイル流路、42 燃料噴射量決定部、44 トルク算出部、46 エンジン油温マップ、48 油温補正部、50 ピストン温度マップ、52 温度補正部、54 粘性係数マップ、56 冷却油量算出部、58 噴霧角算出部、60 電磁弁駆動信号発生部。 1 engine, 2 cylinder heads, 4 cylinder blocks, 6 oil pans, 12 crank angle sensors, 22 and 24 water jackets, 26 pistons, 28 connecting rods, 29 solenoid valves, 30 oil jet nozzles, 31 oil inlets, 32 cooling channels, 33 oil outlet, 36 water temperature sensor, 37 oil pressure sensor, 38 oil flow path, 42 fuel injection amount determination unit, 44 torque calculation unit, 46 engine oil temperature map, 48 oil temperature correction unit, 50 piston temperature map, 52 temperature correction Part, 54 Viscosity coefficient map, 56 Cooling oil amount calculation part, 58 Spray angle calculation part, 60 Solenoid valve drive signal generation part.
Claims (5)
前記ピストンの内部には、潤滑油を出入りさせることによって前記ピストンを冷却するためのクーリングチャンネルが設けられ、
前記クーリングチャンネルの入口に向けて前記潤滑油を噴射するオイルジェットノズルと、
クランクシャフトが1回転する間に開閉することによって、前記オイルジェットノズルからの前記潤滑油の噴射および噴射停止を制御する電磁弁と、
前記電磁弁を制御する制御部とを備え、
前記ピストンが前記オイルジェットノズルから遠ざかる速度が最速となるピストン位置に対応するクランク角を含む第1のクランク角度範囲において前記電磁弁が閉じるとともに、前記第1のクランク角度範囲と重ならない第2のクランク角度範囲において前記電磁弁が開き、
前記制御部は、前記潤滑油の圧力と温度とに基づいて決定される前記オイルジェットノズルからの前記潤滑油の噴射の広がりを示す噴霧角が広いほど前記電磁弁の開期間を長く設定する、内燃機関のピストン冷却装置。 A piston cooling device for an internal combustion engine, wherein the piston is cooled by an oil jet,
Inside the piston, a cooling channel is provided for cooling the piston by letting lubricating oil enter and leave it,
An oil jet nozzle for injecting the lubricating oil toward the inlet of the cooling channel;
A solenoid valve for controlling the injection and stop of injection of the lubricating oil from the oil jet nozzle by opening and closing during one rotation of a crankshaft ;
And a controller for controlling the solenoid valve.
The solenoid valve is closed in a first crank angle range including a crank angle corresponding to a piston position at which the speed at which the piston moves away from the oil jet nozzle is fastest, and the second crank angle does not overlap with the first crank angle range. the-out solenoid valve is opened at a crank angle range,
The control unit sets the open period of the solenoid valve longer as the spray angle indicating the spread of the injection of the lubricating oil from the oil jet nozzle determined based on the pressure and the temperature of the lubricating oil is wider . Piston cooling system for internal combustion engines.
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