JPH0642346A - 内燃機関のピストン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストン４の耐久性確保を図りつつ冷機時の
ピストン４の過冷却を防止し、ＨＣを低減させる。 【構成】 ピストン４の下面側へ向けて潤滑油を噴射す
るようにノズル部が配置され、その油経路に開閉弁１１
が設けられている。開閉弁１１はコントロールユニット
１７によって開閉制御される。コントロールユニット１
７には、油圧センサ１２，油温センサ１３および触媒温
度センサ１６の各検出信号が入力されており、触媒温度
Ｔが活性化温度以下のときには原則として潤滑油噴射を
停止する。但し、油温Ｔｏや油圧Ｐが高いときには、ピ
ストン４の熱負荷が高い運転条件であるので噴射を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ピストンの下面側か
らオイルジェットとして潤滑油を吹きかけることにより
ピストン冠部を冷却するようにした内燃機関のピストン
冷却装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば過給機関のように熱負荷の高い内
燃機関において、ピストンの耐久性を向上させるため
に、ピストンの下面側から冷却用の潤滑油を吹きかける
ようにしたピストン冷却装置が従来から知られている
（例えば実開昭６２−５６７０７号公報、実開平３−１
０２０２３号公報等）。

【０００３】このピストン冷却装置では、シリンダボア
下端部に突出させたノズル部にオイルギャラリから潤滑
油を導くとともに、その通路中に、所定油圧で開弁する
チェックバルブを介在させた構成となっており、潤滑油
圧が上記チェックバルブの設定油圧を越えると、潤滑油
がノズル部から噴出し、ピストンに衝突するようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成においては、潤滑油がチェックバルブの設定油
圧を越えると無条件にピストンの冷却が行われるので、
冷機状態などではピストンが過冷却されてしまい、トッ
プランド部の熱膨張抑制によるクレビス容積の増大やク
エンチの増加によってＨＣの排出量が増大するという不
具合がある。特に、排気浄化のために排気系に設けられ
ている触媒が活性化温度に達していない段階では、増大
したＨＣが殆ど処理されずに外部へ放出されてしまうた
め、好ましくない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
のピストン冷却装置は、ピストンの下面側へ向けて潤滑
油を噴射するオイルジェット機構と、このオイルジェッ
ト機構からの潤滑油噴射を停止する開閉弁と、少なくと
も排気系の触媒温度を含む機関運転状態を検出する運転
状態検出手段と、この機関運転状態に基づき上記触媒温
度が触媒活性化温度以上になったとき上記開閉弁を開弁
制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

【０００６】上記運転状態検出手段としては、例えば潤
滑油通路の油圧を検出する油圧センサと、潤滑油温を検
出する油温センサと、触媒温度を検出する触媒温度セン
サとから構成される。

【０００７】あるいは、機関回転数を検出する回転数セ
ンサと、機関負荷を検出する負荷センサと、潤滑油温を
検出する油温センサと、触媒温度を検出する触媒温度セ
ンサとから構成される。

【０００８】

【作用】上記開閉弁が開いている状態では、オイルジェ
ット機構からピストンの下面側へ向けて潤滑油が噴射さ
れ、ピストンが冷却される。開閉弁が閉じれば、潤滑油
噴射が停止される。

【０００９】開閉弁は、機関運転状態、例えば潤滑油
圧，潤滑油温，触媒温度の組み合わせ、あるいは機関回
転数，負荷，潤滑油温，触媒温度の組み合わせなどに基
づいて制御されるが、その際に触媒活性化温度が一つの
条件として考慮され、触媒活性化温度に達していないと
きにはピストンの冷却が抑制される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１１】図１は、この発明の第１実施例を示すもの
で、内燃機関１のシリンダブロック２に複数のシリンダ
ボア３が形成されており、このシリンダボア３内にピス
トン４が摺動可能に嵌合している。ピストン４はピスト
ンピン５を介してコンロッド６に連結しており、かつコ
ンロッド６大端部はクランクピン７に連結している。ま
たピストン４は、計３本のピストンリング８を備えてい
る。

【００１２】シリンダブロック２のシリンダボア３下端
部には、オイルジェット機構として、噴出口をピストン
４下面側へ向けたノズル部９が各気筒毎に設けられてい
る。このノズル部９には、シリンダブロック２内のオイ
ルギャラリ１０から潤滑油が供給されるようになってお
り、かつこのノズル部９の基部に、弁体１１ａとソレノ
イド１１ｂとからなる開閉弁１１が個々に設けられてい
る。そして、上記オイルギャラリ１０には、潤滑油圧Ｐ
を検出する油圧センサ１２と、潤滑油温Ｔｏを検出する
油温センサ１３とが配設されている。

【００１３】また内燃機関１の排気通路１４には、三元
触媒等からなる触媒コンバータ１５が介装されており、
その出口側部分に、触媒温度Ｔを検出する触媒温度セン
サ１６が配設されている。

【００１４】上記各センサ１２，１３，１６の検出信号
は、開閉弁１１の開閉制御を司るコントロールユニット
１７にそれぞれ入力されている。このコントロールユニ
ット１７は、いわゆるマイクロコンピュータシステムを
利用したもので、所定のプログラムに従って開閉弁１１
を制御している。

【００１５】図２は、この開閉弁１１の制御の流れを示
すフローチャートであって、以下、これを説明する。こ
のルーチンは例えば所定時間毎に繰り返し実行されるも
のであって、先ず、ステップ１で各センサが検出した触
媒温度Ｔ，油圧Ｐ，油温Ｔｏを読み込んだ後に、ステッ
プ２で触媒温度Ｔが所定の活性化温度、例えば３００℃
に達しているか否かを判定する。ここで活性化温度以上
であった場合には、ステップ３で油圧Ｐが、噴射に必要
な圧力例えば０．３ＭＰａに達しているかを判定し、油
圧Ｐが十分であればステップ４へ進んで開閉弁１１を開
く。つまり潤滑油の噴射を実行し、ピストン４を冷却す
る。尚、油圧Ｐが不十分な場合は、ステップ７へ進み、
開閉弁１１を閉状態として潤滑油噴射を停止する。

【００１６】一方、触媒温度Ｔが３００℃未満であった
場合には、ステップ５で油圧Ｐが機関高速域に対応する
値、例えば０．４ＭＰａ以上か判定し、ここで０．４Ｍ
Ｐａ以上であれば次にステップ６で油温Ｔｏが８０℃以
上か判定する。そして、８０℃以上であれば、ステップ
４へ進んで噴射を行う。つまり、油圧Ｐが０．４ＭＰａ
以上でかつ油温Ｔｏが８０℃以上の場合には、ピストン
４の熱負荷が高いものと考えられるので、触媒温度Ｔが
３００℃未満であってもピストン４の冷却を行う。これ
以外の場合には、ステップ７へ進んで潤滑油噴射を停止
する。

【００１７】つまり、触媒温度Ｔが活性化温度以下の場
合は原則として潤滑油噴射によるピストン４の冷却が停
止し、ピストン４の温度上昇が促進される。これによっ
てピストン４のトップランド部４ａが早期に熱膨張し、
実働時のクレビス容積が減少するとともに、冠面でのク
エンチが抑制され、ＨＣ排出量が低減する。

【００１８】そして、油温Ｔｏが高く、かつ高速域（油
圧が０．４ＭＰａのとき）である場合は、触媒温度Ｔに
拘わらずピストン４の冷却がなされるので、再始動直後
の高負荷運転のような場合でもピストン４が確実に冷却
され、耐久性確保が図れる。

【００１９】次表は、上述したような各条件の組み合わ
せに対する潤滑油噴射の作動，停止をまとめて示したも
のである。尚、機関回転数は上述したように油圧Ｐでも
って示される。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に図３はこの発明の第２実施例を示して
いる。この実施例は、運転状態検出手段として上述した
油温センサ１３と触媒温度センサ１６を備えているほ
か、機関回転数ＮＥを検出する回転数センサ２１と、機
関負荷に相当するスロットル弁２２の開度ＴＨを検出す
るスロットル開度センサ２３とを備えている。コントロ
ールユニット１７は、これらの各センサ１３，１６，２
１，２３の各検出信号に基づいて開閉弁１１を制御して
いる。

【００２２】図４は、この開閉弁１１の制御の流れを示
すフローチャートであって、ステップ１で各センサが検
出した油温Ｔｏ，触媒温度Ｔ，機関回転数ＮＥ，スロッ
トル開度ＴＨを読み込んだ後に、ステップ２で実際の機
関運転領域を検索する。そして、図５に示すような所定
のマップに基づき、ステップ３で実際の機関運転領域が
高速高負荷側の領域Ａ内にあるか否かを判定する。ここ
で領域Ａ内にあれば、温度条件に無関係にステップ８へ
進み、開閉弁１１を開いて潤滑油の噴射を実行する。

【００２３】領域Ａ以外であった場合は、次にステップ
４で、領域Ａより若干負荷の小さな領域Ｂ（図５参照）
内にあるか否かを判定する。領域Ｂ以外であった場合
は、ピストン４の熱負荷が小さい領域であるため、ステ
ップ７へ進み、開閉弁１１を閉状態として潤滑油噴射を
停止する。また領域Ｂ内であれば、ステップ５，ステッ
プ６で、触媒温度Ｔが３００℃以上か、あるいは油温Ｔ
ｏが１００℃以上かを判定し、いずれかに該当する場合
は、ステップ８へ進んで潤滑油噴射を行う。いずれにも
該当しない場合は、ステップ７へ進んで潤滑油噴射を停
止する。

【００２４】このように上記実施例では、触媒温度Ｔが
３００℃未満のときは原則として潤滑油噴射が停止さ
れ、ＨＣ増大が防止される。但し、機関が高速高負荷運
転されている場合（領域Ａ内）あるいは油温Ｔｏがかな
り高くなっている場合には、触媒温度Ｔが３００℃未満
であっても潤滑油噴射を行い、ピストン４の耐久性を確
保する。

【００２５】次に、図６は、ピストン４における最上部
のピストンリング８Ａの位置をピストン４頂面に近付け
てトップランド４ａの長さを短縮した所謂ハイリングピ
ストン構造の機関に本発明を適用した第３実施例を示し
ている。このようなハイリングピストン構造のもので
は、ピストン４のクレビス部容積が減少するため、ＨＣ
排出量は低減するが、その反面、最上部のピストンリン
グ８Ａの温度が過度に高くなり易い。そこで前述した運
転領域Ａ，Ｂをより低速低負荷側に設定してやれば良
い。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関のピストン冷却装置によれば、機関の冷
機状態特に触媒が活性化温度に達していないときにピス
トンの過冷却が抑制され、ＨＣの排出量の増加を回避で
きる。

【００２７】更に請求項２あるいは請求項５のように構
成すれば、油温センサや負荷センサ等によってピストン
の熱負荷が示されるので、触媒活性化温度とともにピス
トン熱負荷を考慮した冷却が行え、ピストンの耐久性確
保とＨＣの低減とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るピストン冷却装置の第１実施例
を示す構成説明図。

【図２】第１実施例における制御の内容を示すフローチ
ャート。

【図３】この発明の第２実施例を示す構成説明図。

【図４】第２実施例における制御の内容を示すフローチ
ャート。

【図５】第２実施例の制御領域を示す特性図。

【図６】この発明の第３実施例を示す構成説明図。

【符号の説明】

４…ピストン ９…ノズル部 １１…開閉弁 １２…油圧センサ １３…油温センサ １６…触媒温度センサ １７…コントロールユニット ２１…回転数センサ ２３…スロットル開度センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの下面側へ向けて潤滑油を噴射
   するオイルジェット機構と、このオイルジェット機構か
   らの潤滑油噴射を停止する開閉弁と、少なくとも排気系
   の触媒温度を含む機関運転状態を検出する運転状態検出
   手段と、この機関運転状態に基づき上記触媒温度が触媒
   活性化温度以上になったとき上記開閉弁を開弁制御する
   制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関のピスト
   ン冷却装置。
2. 【請求項２】 上記運転状態検出手段が、潤滑油通路の
   油圧を検出する油圧センサと、潤滑油温を検出する油温
   センサと、触媒温度を検出する触媒温度センサとからな
   ることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストン
   冷却装置。
3. 【請求項３】 上記運転状態検出手段が、機関回転数を
   検出する回転数センサと、機関負荷を検出する負荷セン
   サと、潤滑油温を検出する油温センサと、触媒温度を検
   出する触媒温度センサとからなることを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関のピストン冷却装置。
4. 【請求項４】 潤滑油通路の油圧が所定圧以上のときの
   み、上記開閉弁が開弁されることを特徴とする請求項２
   記載の内燃機関のピストン冷却装置。
5. 【請求項５】 機関回転数が所定回転数以上のときのみ
   上記開閉弁が開弁されることを特徴とする請求項３記載
   の内燃機関のピストン冷却装置。