(57)【要約】  本発明は、液体噴流（２０，１２０）を用いて内燃機関のピストン（１０）を冷却するピストン噴射ノズル（１２，１１２）であって、液体噴流（２０，１２０）がピストン（１０）の冷却室（１４）に向けられている形式のものに関する。このような形式のピストン噴射ノズルにおいて、本発明の構成では、ピストン噴射ノズル（１２，１１２）の流出開口（１５，１１５）の中心に、流出する液体噴流（２０，１２０，２２０）にほぼ管状の形状を与える横断面ほぼ真円形の部材（１６，１１６，２１６）が配置されている。本発明によるピストン噴射ノズルは、束状にまとめられた層流の液体噴流を生ぜしめ、この液体噴流の形状は、冷却面（１４）に衝突するまでほぼ保たれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体噴流（２０，１２０）を用いて内燃機関のピストン（１０）を冷却するピストン噴射ノズル（１２，１１２）であって、液体噴流（２０，１２０）がピストン（１０）の冷却室（１４）に向けられている形式のものにおいて、ピストン噴射ノズル（１２，１１２）の流出開口（１５，１１５）の中心に、流出する液体噴流（２０，１２０，２２０）にほぼ管状の形状を与える横断面ほぼ真円形の部材（１６，１１６，２１６）が配置されていることを特徴とするピストン噴射ノズル。
【請求項２】
前記部材（１６，１１６）が、ピストン噴射ノズル（１２，１１２）の流出開口（１５，１１５）と同一平面で終わっている、請求項１記載のピストン噴射ノズル。
【請求項３】
前記部材（１６，１１６）がピストン噴射ノズル（１５，１１５）の流出開口（１５，１１５）の上又は下で終わっている、請求項１又は２記載のピストン噴射ノズル。
【請求項４】
前記部材が、少なくとも１つの半径方向のウェブを用いて、ピストン噴射ノズル（１２）のハウジング（２２）と結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン噴射ノズル。
【請求項５】
前記部材が、リング絞り状に形成された部材（１６）である、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン噴射ノズル。
【請求項６】
リング絞り状に形成された部材（１６）が中心にピン（１８）を有していて、該ピン（１８）が、少なくとも１つの半径方向のウェブ（１９）を用いて、リング絞り状に形成された部材（１６）のリング（１７）と結合されている、請求項５記載のピストン噴射ノズル。
【請求項７】
前記部材（１１６）が、ピストン噴射ノズル（１１２）のハウジング（１２２）に保持された空気管（３０）によって形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載ピストン噴射ノズル。
【請求項８】
空気管（３０）がハウジング（１２２）の壁を貫通している、請求項７記載のピストン噴射ノズル。
【請求項９】
空気管（３０）がハウジング（１２２）の壁に、空気及び液体に対するシール作用をもって保持されている、請求項７記載のピストン噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴流を用いて内燃機関のピストンを冷却するピストン噴射ノズルであって、液体噴流がピストンの冷却室に向けられている形式のものに関する。
【０００２】
内燃機関では、極めて高いピストン温度を回避するために、ピストンは冷却される。特に、軽金属材料から製造されたピストンでは、極めて高い温度はピストンのクリープ強度に対してそれを弱化するような影響を与える。極めて高い温度はさらに、熱に基づくピストンリング溝におけるオイルカーボンの付着及び堆積の原因となる。さらにまた、極めて高い温度では、本来のピストンジオメトリが変化してしまうおそれもある。
【０００３】
ピストン温度を下げる公知の処置としては、特にピストンヘッド又はピストン内のリング状の冷却室によって形成される、ピストンの冷却面に、例えば内燃機関のオイル回路から潤滑オイルを吹き付けることが挙げられる。そのためにクランクケースの領域には複数のピストン噴射ノズルが設けられ、これらのピストン噴射ノズルは、内燃機関の潤滑オイル回路と接続されている。ピストン噴射ノズルの流出開口はこの場合、その液体が冷却面もしくは冷却室の供給孔内に衝突もしくは進入するように、方向付けされている。
【０００４】
実地において分かったことであるが、内燃機関の運転温度が上昇すると、冷却液の全噴流を束状にまとめておくことが困難になる。それというのは、液体、特に潤滑オイルは、温度上昇に連れて希薄にもしくは流動性が高くなるからである。さらに、温度上昇に基づいて上昇するオイル圧によって、液体噴流は扇状に広がってしまい、このことは、束状にまとめられた液体噴流を冷却面に所望のように衝突させることを困難にする。
【０００５】
ＤＥ１９６３４７４２Ａ１に基づいて公知のピストン噴射ノズルでは、少なくとも２つの互いに平行に位置している流出開口が設けられており、これらの流出開口は、層流の液体噴流を生ぜしめるために、所定の直径を備えた長い流出通路として形成されている。
【０００６】
ＤＥ３１２５８３５Ｃ２に基づいて公知のピストン冷却のための噴射ノズルでは、冷却液のための流出開口は管の折り目によって形成される。この場合流出開口の形状は円形とは異なっている。
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の内燃機関のピストンを冷却するピストン噴射ノズルを改良して、運転温度に左右されずに、束状にまとめられた層流の液体噴流を確実に生ぜしめることができ、ひいてはピストンの効果的な冷却を可能にするピストン噴射ノズルを提供することである。
【０００８】
この課題を解決するために本発明の構成では、請求項１の特徴部に記載のように、すなわち、ピストン噴射ノズルの流出開口の中心に、流出する液体噴流にほぼ管状の形状を与える横断面ほぼ真円形の部材が配置されているようにした。
【０００９】
本発明による燃料噴射ノズルは、束状にまとめられた層流の液体噴流を生ぜしめることによって特徴付けられており、このような液体噴流は、冷却面に衝突するまでもしくはピストンの冷却室に達するまでほぼ維持され、扇状に広がることはない。それというのはこの場合、液体噴流の速度に基づいて、ほぼ管状の液体噴流のいわば「内室」における内圧は、液体噴流に対して外側から作用する外圧に比べて低いからである。この圧力差によって、内圧に比べて高い外圧が液体噴流の広がることを阻止するので、液体噴流のまとまった状態は、ノズル流出開口とピストンの冷却面との間においてほぼ維持される。つまりピストン噴射ノズルが本発明のように構成されていると、内燃機関の運転温度に左右されないピストンの冷却が達成される。
【００１０】
本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【００１１】
本発明による横断面ほぼ真円形の部材は、ピストン噴射ノズルの流出開口と同一平面で終わっていてよいし、ピストン噴射ノズルの流出開口の上又は下で終わっていてもよい。このように前記部材の配置形式を変えられることによって、本発明によるピストン噴射ノズルを個々の事例における内燃機関の要求及び寸法に最適に合わせることができる。
【００１２】
本発明の別の有利な構成では、前記部材が、少なくとも１つの半径方向のウェブを用いて、ピストン噴射ノズルのハウジングと結合されている。本発明によるピストン噴射ノズルのこの単純な構成によって、つまり極めて単純な手段によって、液体噴流の安定的な形状付与が得られる。
【００１３】
本発明によるピストン噴射ノズルの別の有利な構成では、前記部材が、リング絞り状に形成された部材である。このような部材によって、液体噴流の形状付与をさらに最適化することができる。リング絞り形状の部材はまた、ピストン噴射ノズルのハウジングに簡単に取り付けることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の有利な構成では、リング絞り形状の部材が中心にピンを有していて、該ピンが、少なくとも１つの半径方向のウェブを用いて、リング絞り形状の部材のリングと結合されている。このように構成されたリング絞り形状の部材は、単にピストン噴射ノズルのハウジングに挿入もしくはプレス嵌めするだけでよいコンパクトな部材である。そしてこれにより、本発明によるピストン噴射ノズルの組立てはさらに簡単になる。
【００１５】
本発明によるピストン噴射ノズルの別の有利な構成では、横断面ほぼ真円形の部材が、ピストン噴射ノズルのハウジングに保持された空気管によって形成されている。このような構成では、外圧と液体噴流の「中空室」における内圧との間における圧力差が特に大きいので、液体噴流の形状はさらに効果的に安定化される。この圧力差は、付加的に「中空室」を貫流する空気流の速度によって生ぜしめられる。このような構成において、空気管がハウジングの壁に、空気及び液体に対するシール作用をもって保持されていると、有利である。
【００１６】
次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。
【００１７】
図１は、本発明によるピストン噴射ノズルの第１実施例を示す図であり、
図２は、図１に示されたピストン噴射ノズルの一部を拡大して示す図であり、
図３は、図２に示されたピストン噴射ノズルを上から見て示す平面図であり、
図４は、本発明によるピストン噴射ノズルの別の実施例を示す図であり、
図５は、図４に示されたピストン噴射ノズルを上から見て示す平面図である。
【００１８】
図１には、内燃機関において使用されるピストン１０が示されている。このようなピストン１０の運転時には極めて高い温度が発生し、このような高い温度は、ピストン１０に、ひいてはピストン１０を取り囲むシリンダブロック１１にも損傷を与えるような影響を及ぼす。ピストン１０に対するこのような高温の影響を回避するために、ピストン１０は冷却される。
【００１９】
そのためにシリンダブロック１１にはピストン噴射ノズル１２が配置されており、このピストン噴射ノズル１２を用いてそれぞれ液体噴流２０が、例えば、冷却オイル入口を備えた冷却通路のようなピストン内に配置された冷却室１４に向かって、噴射される。この液体噴流２０は、内燃機関のオイルパンのオイルから成っており、ピストン噴射ノズル１２からピストン１０の冷却室にまで所定の距離を進まなくてはならない。冷却室を液体噴流２０によって可能な限り効果的に満たすために、液体噴流２０は可能な限り長い区間にわたって、可能な限り束状にまとめられて、つまり層流に、保たれることが望ましい。
【００２０】
図１〜図３にはこのような本発明によるピストン噴射ノズル１２の第１実施例が示されている。ピストン噴射ノズル１２は流出開口１５を備えたハウジング２２を有しており、この流出開口１５にはリング絞り状の部材１６が挿入されている。このリング絞り状の部材１６はリング１７と、該リング１７内に位置する中央のピン１８とを有している。このピン１８は有利には、単に半径方向のウェブ１９だけでリング１７を結合されており、このようになっていると、リング１７を流出開口１５において中央の位置で保持することができる。リング絞り状の部材１６を流出開口１５の中央に配置することによって、液体噴流２０は管状の噴流に成形される。
【００２１】
ピン１８に相当する部材は、ピストン噴射ノズル１２の流出開口１５に直接配置されていて、例えば少なくとも１つのウェブを用いてハウジング２２の内壁に固定されていることもできる（図示せず）。
【００２２】
上述のように構成された本発明によるピストン噴射ノズル１２によって、流出する管状に成形された液体噴流２０は、周囲の高い外圧と液体噴流２０のいわば「中空室」２１における低い内圧との間において生じる圧力差に基づいて、いわば「圧縮」される。その結果、液体噴流２０が不都合に拡散することが阻止され、又は少なくとも遅らされる。これによってピストン１０の著しく改善された冷却作用が可能になる。
【００２３】
図４及び図５には本発明によるピストン噴射ノズル１２の別の実施例が示されており、この実施例ではピストン噴射ノズル１２の流出開口１１５の中心に配置された部材１１６は空気管３０から成っている。この空気管３０はそのアーム３４で側部において外側からピストン噴射ノズル１１２のハウジング１２２を貫通している。この空気管の流出開口３１は、ハウジング１２２内に設けられた液体噴流１２０用の流出開口１１５の中央に、リング間隙３２を形成しながら配置されている。空気管３０は周囲空気と接続し、空気及び液体に対してシール作用をもってハウジング１２２内に保持されている。
【００２４】
このような本発明の変化実施例は次のような思想、すなわち流出開口１１５内に位置決めされた空気管３０によって、ほぼ管状に成形された液体噴流１２０を生ぜしめ、それと同時に、空気流３３を液体噴流１２０の中空室１２１内に連行するという思想に基づく。このようにして、流出開口１１５から流出する液体噴流１２０によって同時に、空気流３３が吸い込まれ、この空気流３３は、該空気流３３が中空室１２１内を流れる際の速度に基づいて、周囲における外圧に比べて低い内圧を有している。この圧力差に基づいて液体噴流１２０は極めてまとめられた状態を保たれ、これによって、束状にまとめられた噴流としてピストン１０の冷却室入口内に衝突し、その結果冷却作用は著しく改善される。
【００２５】
ゆえに本発明によって、ピストンの確実かつ有効な冷却が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるピストン噴射ノズルの第１実施例を示す図である。
【図２】図１に示されたピストン噴射ノズルの一部を拡大して示す図である。
【図３】図２に示されたピストン噴射ノズルを上から見て示す平面図である。
【図４】本発明によるピストン噴射ノズルの別の実施例を示す図である。
【図５】図４に示されたピストン噴射ノズルを上から見て示す平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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