(57)【要約】【課題】内燃機関のピストン冷却用オイルジェットにおいて、オイルジェットの噴口を適正な内径とすることで十分な量のエンジンオイルをピストンに供給してピストンの冷却効率の向上を図る。【解決手段】オイルジェット３４の噴口３４ｃの内径ｄを噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲になるように設定し、オイル入口３２での噴油捕捉率が所定値（例えば、７０％）以上となるようにする。【選択図】　　　　図１
2004100545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、該噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲となるように設定することを特徴とする内燃機関のピストン冷却用オイルジェット。
【請求項２】
内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、前記ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、該噴口の内径を前記オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定することを特徴とする内燃機関のピストン冷却用オイルジェット。
【請求項３】
内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、前記ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、該噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲で、且つ、前記オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定することを特徴とする内燃機関のピストン冷却用オイルジェット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけることで、このピストンを冷却する内燃機関のピストン冷却用オイルジェットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なエンジンにて、エンジン本体には複数のシリンダが形成され、各シリンダにはピストンが上下に摺動自在に嵌合しており、エンジン本体とピストンによって燃焼室が構成されている。この燃焼室には吸気ポート及び排気ポートが接続され、各ポートに吸気弁及び排気弁の先端部が臨み、燃焼室と各ポートとの開閉を行うことができる。また、エンジン本体の下部にはクランクシャフトが回転自在に配設されており、このクランクシャフトの偏心部とピストンとがコンロッドにより連結されている。
【０００３】
このようなエンジンの高負荷時には、ピストンが高温となって熱膨張し、適正な作動に支障を来す虞がある他に、ピストンが長時間高温状態におかれると熱劣化を起こしてしまうため、このピストンを冷却する必要がある。従来、エンジン本体の下部にオイルジェットを設け、作動中のピストンに対して、オイルジェットからその頂部の背面に向かってエンジンオイルを吹きつけて冷却している。この場合、ピストンの内部に環状の冷却用空間部が設けられており、オイルジェットから噴射されたエンジンオイルが入口から冷却用空間部に入り、出口から排出されることでピストンを冷却している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−０７７８３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エンジンの高出力化によりピストンの冷却効率を更に向上させる要求がある。この場合、オイルジェットからピストンに噴射するオイルの噴射量を増加させることで、ピストンの冷却効率を高めることが考えられるが、これによりオイルポンプの駆動力が増大してしまい、燃費が悪化してしまうという問題がある。また、ピストンの冷却効率に影響を与えるのは、オイルジェットからのオイル噴射量ではなく、ピストン内部の冷却用空間部に入ったオイル量である。即ち、オイルジェットから噴射するオイルの噴射量を単に増加させただけでは、噴射されたオイルが扇状に拡散してしまい、冷却用空間部の入口に適正に到達しておらず、冷却用空間部に入るオイル量はほとんど増加していない。
【０００６】
また、上述した特許文献１では、オイルジェットの先端部の口金通路を複数形成し、その内径及び間隔を所定値としている。この場合、オイルジェットの先端部の口金通路を細くすることで、噴射されたオイルを層流として扇状に拡散するのを防止することができる。ところが、このようにオイルジェットの先端部の口金通路を細くすると、オイル中に含まれる異物が口金通路に詰まることがあり、オイルの噴射抵抗となって十分な噴射量を確保することができない虞がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、オイルジェットの噴口を適正な内径とすることで十分な量のエンジンオイルをピストンに供給してピストンの冷却効率の向上を図った内燃機関のピストン冷却用オイルジェットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットでは、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲となるように設定している。
【０００９】
また、請求項２の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットでは、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径をオイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定している。
【００１０】
更に、請求項３の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットでは、内燃機関のピストンの頂部の背面にエンジンオイルを吹きつけて冷却するオイルジェットにおいて、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲で、且つ、オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定している。
【００１１】
従って、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲に設定したり、オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上に設定することで、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することができ、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に本発明の第１実施形態に係る内燃機関のピストン冷却用オイルジェットの断面、図２に本実施形態のオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面、図３にオイルジェットからの噴油量に対する捕捉油量を表すグラフ、図４に噴油レイノルズ数に対する捕捉率を表すグラフ、図５に噴油レイノルズ数に対する噴油広がり角を表すグラフを示す。
【００１４】
本実施形態のオイルジェットが装着されたエンジンにおいて、図２に示すように、シリンダブロック１１上にはシリンダヘッド１２がボルト締結されており、このシリンダブロック１１内のシリンダ１３内にはピストン１４が上下動自在に嵌合している。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２、ピストン１４によって燃焼室１５が構成され、この燃焼室１５には吸気ポート１６及び排気ポート１７が接続され、この吸気ポート１６及び排気ポート１７には吸気弁１８と排気弁１９の先端部が臨み、燃焼室１５と各ポート１６，１７との開閉を行うことができるようになっている。また、シリンダブロック１１の下部にはクランクシャフト２０が回転自在に支持されており、このクランクシャフト２０の偏心部２１とピストン１４とがコンロッド２２により連結されている。
【００１５】
また、シリンダヘッド１２の上部には吸気用カムシャフト２３と排気用カムシャフト２４とが回転自在に支持され、それぞれ各気筒ごとに所定のリフト量をもつ吸気カム２５と排気カム２６が一体に形成され、この吸気カム２５と排気カム２６により吸気弁１８及び排気弁１９を押し下げて燃焼室１５と吸気ポート１６及び排気ポート１７とを連通可能となっている。更に、シリンダヘッド１２には先端部が燃焼室１５内に臨む点火プラグ２７が装着されると共に、吸気ポート１６内に燃料を噴射するインジェクタ（図示略）が装着されている。
【００１６】
上述したピストン１４には、その頂部に位置して環状をなす冷却用空間部３１が形成されると共に、冷却用空間部３１から下方に開口するオイル入口３２及びオイル出口３３が形成されており、このオイル入口３２とオイル出口３３は周方向にほぼ１８０度対向して位置している。ピストン１４の下方には、オイルジェット３４がオイル入口３２と対向するようにシリンダブロック１１に装着されている。このオイルジェット３４はシリンダブロック１１に形成されたメインギャラリ３５と図示しない開閉バルブを介して連通可能となっている。
【００１７】
従って、エンジンで駆動するオイルポンプによりオイル供給圧が所定値（例えば、２〜４ｋｇ／ｃｍ２）以上になると開閉バルブが開放し、メインギャラリ３５のエンジンオイルが開閉バルブを通ってオイルジェット３４に供給され、このオイルジェット３４からピストン１４のオイル入口３２に向かってエンジンオイルが噴射される。すると、オイルジェット３４から噴射されたエンジンオイルはオイル入口３２から冷却用空間部３１に捕捉され、ピストン１４を冷却した後にオイル出口３３から排出される。
【００１８】
本実施形態のオイルジェット３４は、図１に示すように、メインギャラリ３５に連通するオイル通路３４ａに対して、先端側が絞られた絞り部３４ｂが形成され、更にこの絞り部３４ｂに所定長さＬだけ平行な噴口３４ｃが連続して形成されている。そして、この噴口３４ｃの内径ｄを、噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲になるように設定し、オイル入口３２での噴油捕捉率が所定値（例えば、７０％）以上となるように設定している。
【００１９】
即ち、図３に示すグラフは、オイルジェット３４から噴射されたエンジンオイルの噴油量に対する、オイル入口３２から冷却用空間部３１に捕捉される捕捉油量を表したものである。このグラフから、噴油量が増加しても捕捉油量も比例して増加するものではなく、所定の捕捉油量でほぼ一定となっており、実際に、エンジンオイルの捕捉率は７０％程度であることがわかり、捕捉率が７０％以上確保すれば良いことが読み取れる。
【００２０】
一方、このエンジンオイルの捕捉率は、噴油レイノルズ数Ｒｅと関係している。図４に示すグラフは、噴油レイノルズ数Ｒｅに対する捕捉率を表すものである。このグラフから、噴油レイノルズ数Ｒｅが増加するのに伴って捕捉率が減少しているのが分かる。このグラフに前述したエンジンオイルの捕捉率７０％以上の範囲を加味すると、噴油レイノルズ数Ｒｅが５０００以下が適正であることが判明する。なお、前述したように、オイル供給圧が所定値以上になると、開閉バルブが開放してメインギャラリ３５のエンジンオイルがオイルジェット３４に供給されて噴口３４ｃから噴射されるため、このときの噴油レイノルズ数Ｒｅがほぼ２０００である。従って、噴油レイノルズ数Ｒｅの適正範囲は、２０００〜５０００であると設定できる。
【００２１】
このことは図５のグラフからも分かる。図５のグラフは、噴油レイノルズ数に対する噴油広がり角を表すグラフであり、噴油レイノルズ数が増加するのに伴って噴油広がり角も増加していることがわかり、噴油レイノルズ数Ｒｅが５０００より大きくなると、噴油広がり角は１０（ｄｅｇ）以上となり、エンジンオイルをオイル入口３２に適正に噴射することができなくなってしまう。
【００２２】
この噴油レイノルズ数Ｒｅは、下記数式で求めることができる。
Ｒｅ＝（Ｖ・ｄ）／ν
なお、Ｖは噴口３４ｃでの噴油流速、νはエンジンオイルの動粘度である。
【００２３】
従って、エンジンオイルの動粘度νは、エンジンオイルの温度に応じて変化する（エンジンオイルの温度上昇に伴って動粘度νは低くなる）ものの、ほぼ一定な定数として設定することができる。そして、噴油流速Ｖは、オイル供給圧と内径ｄによって設定されるため、噴油レイノルズ数Ｒｅが適正値（２０００〜５０００）となるように、噴口３４ｃの内径ｄとオイル供給圧に応じた噴油流速Ｖを適正値に設定すればよい。
【００２４】
なお、噴油レイノルズ数Ｒｅは、前述したように、噴油広がり角及び捕捉率の面で、適正範囲（２０００〜５０００）内でなるべく小さい値に設定することが望ましいが、エンジン性能を考慮して最低限必要な噴油量を確保する上で、適正値に設定することが望ましい。
【００２５】
このように第１実施形態の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、オイルジェット３４の噴口３４ｃの内径ｄを噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲になるように設定し、オイル入口３２での噴油捕捉率が所定値（例えば、７０％）以上となるようにしている。従って、オイルジェット３４により十分な量のエンジンオイルをピストン１４に供給することができ、ピストン１４の冷却効率を向上することができると共に、エンジンオイルの噴射量を増加させるためにオイルポンプの駆動力を増大する必要もなく、燃費の悪化を防止することができる。
【００２６】
図６に本発明の第２実施形態に係るオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面、図７に図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００２７】
第２実施形態では、図６及び図７に示すように、ピストン１４の冷却用空間部３１に２つのオイル入口３２を周方向にほぼ１８０度対向して形成すると共に、２つのオイル出口３３を周方向にほぼ１８０度対向して形成し、オイル入口３２とオイル出口３３とを周方向にほぼ９０度ずらして配設している。そして、ピストン１４の下方に、２つのオイルジェット３４を各オイル入口３２と対向するようにシリンダブロック１１に装着している。
【００２８】
このように２つのオイルジェット３４を設けることで、必要な噴油量を確保しながらも、噴油レイノルズ数Ｒｅを適正範囲（２０００〜５０００）内でなるべく小さい値に設定することができ、ピストン１４の冷却効率を向上しながらも、エンジンオイルポンプの最適化を図ることができる。
【００２９】
なお、上述の実施形態では、吸気通路に燃料を供給するガソリンエンジンに基づいて説明したが、これに限定されるものではなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンなどの全ての内燃機関に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲となるように設定したので、オイル入口での噴油捕捉率を所定値以上確保することができ、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することで、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【００３１】
また、請求項２の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径をオイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定したので、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することができ、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【００３２】
更に、請求項３の発明の内燃機関のピストン冷却用オイルジェットによれば、ピストンにオイル入口及びオイル出口を有する環状の冷却用空間部を設け、エンジンオイルを噴射する噴口を単一に形成し、この噴口の内径を噴油レイノルズ数が２０００〜５０００の範囲で、且つ、オイル入口での噴油捕捉率が所定値以上となるように設定したので、十分な量のエンジンオイルをピストンに供給することができ、ピストンの冷却効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関のピストン冷却用オイルジェットの断面図である。
【図２】本実施形態のオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面図である。
【図３】オイルジェットからの噴油量に対する捕捉油量を表すグラフである。
【図４】噴油レイノルズ数に対する捕捉率を表すグラフである。
【図５】噴油レイノルズ数に対する噴油広がり角を表すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るオイルジェットが装着されたエンジンの要部断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１３　シリンダ
１４　ピストン
２２　コンロッド
３１　冷却用空間部
３２　オイル入口
３３　オイル出口
３４　オイルジェット
３４ｃ　噴口
【図１】
2004100545.tif 000003
【図２】
2004100545.tif 000004
【図３】
2004100545.tif 000005
【図４】
2004100545.tif 000006
【図５】
2004100545.tif 000007
【図６】
2004100545.tif 000008
【図７】
2004100545.tif 000009