JP2003301744A

JP2003301744A - ピストン冷却装置及び方法

Info

Publication number: JP2003301744A
Application number: JP2002105474A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Kumagai; 厚法熊谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の一本のノズルから発射されるオイルジェ
ットによりピストンに設けられた冷却空洞を冷却する方
法では、冷却不足が生じると共に不均一な冷却となって
いた。【解決手段】ピストン２３のクランクシャフト側方向に
オイルを噴射するノズル５８ａ、ノズル５８ｂを設け
る。このノズル５８ａよりピストン２３が上死点にある
時にピストン２３に設けられた入出孔２９ａにオイル噴
射を行って冷却空洞２６内にオイルを注入する。またノ
ズル５８ｂよりピストン２３が下死点にある時には、ピ
ストン２３に設けられた入出孔にオイル噴射を行って冷
却空洞２６内にオイルを注入することにより、ピストン
２３の冷却効率を上げると共に均一に冷却することを可
能とする。

Description

【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
ンに冷却用のオイルを噴射する装置及び方法に関し、特
にピストンに形成した冷却空洞とピストンの裏面にそれ
ぞれオイルを噴射供給するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のエンジンの高性能化に伴い、ピス
トンに対する熱負荷が増大している。この問題の解決の
ためにピストンに冷却空洞を設けるとともに、この冷却
空洞内部にオイルを噴射してピストンを冷却する方法が
ある。しかしながらピストンの熱負荷が更に増加した場
合は、上記の方法によるピストンの冷却ではその効率が
追いつかず、ピストン裏面の温度が上昇するためにコン
ロッド等に加わる熱負荷が増大して焼けが発生する場合
がある。特に吸気系に過給器等を設けて高圧縮比となる
内燃機関ではこの現象は顕著である。

【０００３】この問題に対して、例えば公開技報９１−
６５９０号にあるように、冷却空洞の開口部に向かって
噴射するオイルジェットを設けると共に、ピストン裏面
に向かって噴射するオイルジェットを設け、それぞれ個
別にオイルを噴射してピストンを冷却する方法が提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の方法
では、ピストン全体としてみれば冷却効率が向上し、熱
負荷を抑制することが可能となっているが、一方向から
冷却空洞内にオイルを噴射して他方向からオイルを排出
するために、冷却空洞の入口と出口でその周辺温度が異
なること、及び一方向からピンボス面にオイルを噴射す
ると、ピンボス面に接続されているコンロッド等が障害
となってピンボス面に均等にオイルが噴射できなこと等
の理由から、ピストンに局部的に冷却が行われない箇所
が発生し、不均一な冷却となり、冷却の効率が悪くな
る。

【０００５】本発明は、前記の問題に鑑みてされたもの
で、冷却用のオイルをピストンに噴射することでピスト
ンを冷却する装置及び方法において、ピストンの冷却効
率を向上させると共に、ピストンを均一に冷却すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、内燃機関の気筒内に設けられたピストンと、このピ
ストンの駆体内部に設けられた空洞である冷却空洞と、
前記ピストンのピンボスが設けられている面であるピン
ボス面に穿設されて前記冷却空洞まで貫通する複数の入
出孔と、前記気筒のピストンに対して、その噴出孔の噴
出方向がピンボス下面に対して斜状に設けられたノズル
と、を含む冷却装置であって、前記複数のノズルより冷
却液を噴射する際に、第１のノズルから前記ピストンが
上死点又は上死点近傍の位置にある時に第１の入出孔に
向けた冷却液噴射を行って冷却空洞内へ冷却液を注入
し、第２のノズルから前記ピストンが下死点又は下死点
近傍の位置にある時に、第２の入出孔に向かって冷却液
噴射を行い、前記冷却空洞内へ冷却液を注入するピスト
ン冷却装置を使用した。

【０００７】このピストン冷却装置は、複数個設けられ
た各ノズルより噴射する冷却液を冷却空洞に至るまで穿
設した各冷却液入出孔に交互に噴射する。このそれぞれ
の冷却液入出孔に交互に冷却液を噴射することによっ
て、冷却空洞内を通る冷却液の流れ方向が交互に変化可
能となる。これにより各入出孔周辺、及び冷却空洞内の
冷却効率をほぼ均一にすることが可能となる。

【０００８】ピストンを冷却するために、ピストン内部
に空洞を設けると共に、この空洞に冷却液を注入する注
入孔を設けて、この注入孔より冷却液を注入してピスト
ンを冷却する技術は公知であり、この冷却空洞に冷却液
を注入する入出孔は、その目的から少なくとも２以上の
孔より構成される。しかし、従来のピストン冷却では、
一方向からの冷却液の噴射である。これに対して２以上
の入出孔より冷却液を冷却空洞内部に注入する場合に
は、それぞれの入出孔から個別に冷却液を注入するため
に、複数のノズルを、それぞれの冷却液入出孔に冷却液
を入出できるように設ける。

【０００９】ピストンの冷却効率をより高めるために、
前記ピストン冷却装置は前記第１又は第２の何れかのノ
ズルより噴射される冷却液の軌跡とピストンのピンボス
面に穿設された冷却液入出孔とが重ならない位置で冷却
液を噴射する。

【００１０】ピストンの入出孔に冷却液を注入する際に
は、気筒内に設けたノズルより冷却液を噴射する。この
時ノズルの噴射方向をピンボス面向けると共にピンボス
面に対して斜めより噴射されたオイルが当たるようにし
て、ピストンが上下運動する際のある一点でのみノズル
より噴射される冷却液の軌跡とピンボス面に設けられた
入出孔とが重なるようにするのが好ましい。これによ
り、ピストンの所定の位置でのみ冷却空洞内部に冷却液
を注入することが可能となるばかりでなく、所定の位置
以外では入出孔以外の場所、例えば冷却空洞より離れた
位置にあるピストンピンボス等に冷却液を噴射すること
が可能となる。よってピストン内部に設けられた冷却空
洞だけでなくピンボス面からの冷却ができる。

【００１１】また、冷却効率を高めるために、前記ピス
トンが上死点と下死点の中間位置にある時に、少なくと
も前記第１又は第２の何れかのノズルより噴射される冷
却液の軌跡と重なるように配置された第３の入出孔であ
って、前記ピストンが上死点と下死点の中間位置にある
時に、前記第１又は第２の何れかのノズルより噴射され
る冷却液によって、この第３の冷却液入出孔より冷却液
が冷却空洞に注入されるピストン冷却装置とすることが
できる。

【００１２】冷却液を噴射するノズルは前記のように、
ピンボス面に対して斜に冷却液を噴射するように取り付
けられている。よって、ピンボス面に設けられた一つの
入出孔とはピストンの可動範囲内のある特定の位置での
み噴射された冷却液の軌跡と重なる、すなわち入出孔よ
り冷却液が注入されるようになる。よって、ノズルに対
応して冷却液が注入される第１又は第２の入出孔の付近
に新たに第３の入出孔を設けて、ピストンが他の位置に
移動した際に第１又は第２の入出孔何れかに噴射するノ
ズルより第３の入出孔に噴射可能とする。これにより、
ピストンが動く際に一つのノズルから少なくとも２回は
冷却空洞内部に冷却液を注入することが可能となる。

【００１３】また、ピストンを冷却する際に、ピストン
温度が低下することによる燃焼効率の悪化を防止するた
めに、内燃機関の気筒内の温度に応じて、ピストンに冷
却液を噴射するノズルの本数を変更する。

【００１４】ディーゼル機関等の気筒内の燃焼室に直接
燃料を添加する形式の内燃機関では、ピストン温度が低
下することにより、燃焼室を構成するピストン上面に添
加された燃料が凝縮すること等、燃焼性に悪影響を及ぼ
す問題がある。よってピストン冷却方法によるピストン
の不必要な冷却を防止するために、ピストン温度に応じ
て冷却液を噴射するノズルの本数を変更することが好ま
しい。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明に
係る実施の形態１について述べる。図１において、内燃
機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、
燃焼室２０、吸気系３０、排気系３５、冷却系５０及び
潤滑系６０等を主要部として構成される直列４気筒の圧
縮着火式であるディーゼルエンジンシステムである。以
下、本ディーゼルエンジンシステムの構成について説明
する。

【００１６】燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、
蓄圧室（コモンレール）１２、燃料噴射弁１３、機関燃
料通路Ｐ１等を備えて構成される。

【００１７】サプライポンプ１１は燃料タンク（図外）
からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介
してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は
サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定の圧
力に保持（蓄圧）する機能を有し、この蓄圧した燃料を
各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３はその内
部に電磁ソレノイド（図外）を備えた電磁弁であり、適
宜開弁して燃焼室２０内に燃料を供給噴射する。

【００１８】吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給され
る吸気空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気
系３５は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路
（排気通路）を形成する。

【００１９】また、このエンジン１には、周知の過給器
（ターボチャージャ）４０が備えられている。ターボチ
ャージャ４０は、シャフト４を介して連結されたタービ
ンホイール４２とコンプレッサ４３とを備える。一方の
コンプレッサ４３は吸気系３０内の吸気に晒され、他方
のタービンホイール４２は排気系３５内の排気ガスに晒
されている。このような構成を有するターボチャージャ
４０は、タービンホイール４２が受ける排気流（排気
圧）を利用してコンプレッサ４３を回転させ、吸気圧を
高める効果（過給効果）を有する。

【００２０】吸気系３０において、ターボチャージャ４
０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇
温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よ
りも更に下流に設けられたスロットル弁３２は、その開
度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁
であり、所定の条件下において吸気通路の流路面積を絞
り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有す
る。

【００２１】また、エンジン１には、燃焼室２０の上流
（吸気系３０）及び下流（排気系３５）をバイパスする
排気環流通路（ＥＧＲ通路）４５が形成されている。具
体的には、ＥＧＲ通路４５は排気系３５におけるターボ
チャージャ４０上流の排気集合管３５ａと吸気系３０に
おけるスロットル弁３２の下流側を連通している。この
ＥＧＲ通路４５は、排気ガスの一部を適宜吸気系３０に
戻す機能を有する。ＥＧＲ通路４５には、電子制御によ
って無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在
に調節することが可能なＥＧＲ弁４６と、ＥＧＲ通路４
５を通過（環流）する排気ガスを冷却するためのＥＧＲ
クーラ４７が設けられている。

【００２２】また、排気系３５において、燃焼室より接
続する排気集合管４０ａ、タービンホイール４２が設け
られた部位より下流側には、排気ガスの流路に沿って排
気通路３５ｂ、その下流に触媒ケーシング３７、更に下
流に排気通路３５ｃが順次連結されている。触媒ケーシ
ング３７には、排気ガス中に含まれる微粒子を除去する
パティキュレートフィルタ、及びこのパティキュレート
フィルタ上に担持されてＮＯｘ等の有害成分を浄化する
触媒が収容されている。

【００２３】冷却系５０は、サーモスタット５１、ラジ
エータ５２、冷却ポンプ５３、クーリングファン５４及
びバイパスパイプ５５から構成される。エンジン１内部
の冷却水路を通過してエンジン廃熱等により熱せられた
冷却水がサーモスタット５１を経てラジエータ５２内に
流入する。ラジエータ５２は冷却水が流れる水路２５を
有すると共にその水路を形成する管の外部に多数の放熱
板（フィン）を有する。よって熱せされた冷却水はラジ
エータ５２内部を通過する際にクーリングファン５４に
よって強制的に冷却される。この冷却された冷却水が冷
却ポンプ５３によりエンジン１内部の冷却水路２５に送
られて各部を冷却する。

【００２４】またサーモスタット５１には熱により弁を
開閉する機構が設けられ、温度に応じて弁を開閉するこ
とによりバイパスパイプ５５に熱せられた冷却水を排水
し、冷却水の温度調節を行う。

【００２５】潤滑系６０は、オイルパン６１、オイルポ
ンプ６２、オイルストレーナ６３、オイルクーラ６４、
オイルフィルタ６５、オイルギャラリ６６、インジェク
ションポンプ６７及びノズル５８ａ、ノズル５８ｂより
構成される。オイルパン６１はオイルを貯留すると共
に、高温となったオイルを冷却する。またオイルポンプ
６２、オイルストレーナ６３でオイルパン６１に貯留さ
れたオイルを吸い上げる際に、オイルの慣性力等による
空気の巻き込みが起こらないようにオイルパン６１は、
仕切板等で仕切られてオイルが不用意に偏らないように
する。オイルポンプ６２で吸い上げられたオイルは、オ
イルクーラ６４に流入して冷却される。このオイルクー
ラ６４内部には冷却水が流れる管が設けられており、こ
の管を介して冷却水とオイルの熱交換を行う。この後に
オイルフィルタ６５に流入し、オイルフィルタ６５内の
濾紙にてオイル中に含まれる微少な不純物が除去され
る。その後にオイルの流通経路であるオイルギャラリ６
６を経て、インジェクションポンプ６７で加圧されてノ
ズル５８ａ、ノズル５８ｂよりオイルジェットとして噴
射される。ノズル５８ａ、ノズル５８ｂは気筒内若しく
はクランクケース内に設けられており、その噴出孔がピ
ストンのピンボス面に向かって斜に噴射するように設置
されている。

【００２６】また、エンジン１の各部位には、各種セン
サが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジ
ン１の運転状態に関する信号を出力する。

【００２７】すなわち、レール圧センサ７０は、コモン
レール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出
信号を出力する。エアフローメータ７２は、吸気系３０
内のスロットル弁３２上流において吸入空気の流量（吸
気量）に応じた検出信号を出力する。水温センサ７１は
エンジン１内部にて暖められた冷却水温に応じた検出信
号を出力する。

【００２８】また、アクセル開度センサ７６はアクセル
ペダル（図外）に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応
じてエンジン１において要求する仕事量の基となる検出
信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１
の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に
検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７０〜
７９は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続さ
れている。

【００２９】図２に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算
処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び運転停止後も記
憶した情報が消去されないバックアップＲＡＭ、タイマ
カウンタ等と、Ａ／Ｄ変換器を含む入力ポートと、出力
ポートとが、双方向性バスにより接続されて構成される
論理演算回路を備える。

【００３０】ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号
を入力ポートを介して入力し、これら信号に基づいてＥ
ＣＵ８０に有するＣＰＵにおいて、ＲＯＭに記憶されて
いるプログラムから、エンジン１の燃料噴射等について
の基本制御を行う他、排気浄化に伴う還元剤（還元剤と
して機能する燃料）添加に係る燃料噴射の供給量等、エ
ンジン１の運転状態に関係する各種制御を行う。

【００３１】尚、ノズル５８ａ、ノズル５８ｂを通じて
各気筒に冷却剤となるオイルを供給する潤滑系６０、エ
ンジン１を冷却すると共にオイルを冷却する潤滑系５０
の機能を制御するＥＣＵ８０等は、併せて本実施の形態
に係るエンジン１の冷却装置を構成する。前記冷却制御
等は、当該制御に関する指令信号を出力するＥＣＵ８０
を含め、この冷却装置を構成する各種部材の作動を通じ
て実施される。

【００３２】以下、燃焼室２０内での燃料の燃焼に伴う
発熱の冷却方法について述べる。ディーゼル機関は、燃
焼室内に取り込まれた空気を高圧縮し、この圧縮時に発
生する圧縮熱で燃焼室内に噴射された燃料を燃焼させて
動力を得ている。即ち燃焼室内の温度を上昇させて発火
点にまですることによって燃料に点火し燃焼させること
に起因する燃焼室２０内の気体の体積膨張を動力として
いる。

【００３３】この燃焼源となる燃料は一般にピストンが
上死点になる前から燃焼室内に噴射されて燃焼室内に拡
散する。そしてピストンが上死点付近において初めて燃
料に着火して燃焼開始し、この燃焼による内部気体の膨
張により燃焼室の体積膨張を促すものである。

【００３４】燃焼室内の壁温が高温になった状態で通常
の燃焼行程を行うと、燃焼室内の気体が圧縮されて高温
になると共に、燃焼室の壁温よりの熱が供給されてピス
トンが上死点付近になる前に燃焼を開始する場合があ
る。この時にピストンには背圧、すなわちクランクシャ
フトが回転する方向とは逆の力が作用する。よって、燃
料が運動量に変わる効率である燃焼効率が低下すること
や、場合によってはピストンとクランクシャフトを連結
するコンロッドの破損等が発生する。

【００３５】その他にも、燃焼室周辺が高温になること
により、燃焼室を形成する駆体の外気側と燃焼室側で熱
膨張率が変わり、駆体の変形や、接合箇所の気密性低下
等が生じる場合がある。よって、燃焼室周辺を冷却し、
正常な機関運転を行うことが必要となる。

【００３６】図２に燃焼室２０周辺の断面概略図を示
す。燃焼室２０はシリンダブロック２１内部に、筒状に
形成されたシリンダライナ２４を貫入し、この上方にシ
リンダヘッド２２を接合すると共に、下方よりシリンダ
ライナ２４内にピストン２３を挿入することにより形成
されている。

【００３７】シリンダブロック２１のシリンダライナ２
４の外側に接する部分には冷却水路２５が設けられ、内
部を冷却水が流通するようになっている。

【００３８】同様にシリンダヘッド２２にも、その駆体
に設けられた燃料噴射弁１３や、吸気バルブ２７ａ、排
気バルブ２７ｂ等を冷却するために冷却水を流通させる
冷却水路２５が設けられている。この冷却水路２５内を
冷却水が流れることにより、燃料が燃焼して高温になる
シリンダヘッド２２及びシリンダブロック２１が冷却さ
れる。

【００３９】また、シリンダヘッド２２には、燃焼室２
０に大気を吸入させる吸気ポート３３と、燃焼室２０内
で燃料を燃焼したガスを排気するための排気ポート３８
が設けられ、これら吸気ポート３３、排気ポート３８は
それぞれ吸気バルブ２７ａ、排気バルブ２７ｂによって
開閉され、燃焼室２０で吸排気を行う。

【００４０】燃焼室２０の下方にはピストン２３がシリ
ンダライナ２４に貫入されている。ピストン２３はピン
ボス２８を介してコンロッド９０とピン接合されてお
り、このコンロッド９０はクランクシャフト（図外）に
連結されている。前記コンロッド９０は、ピストン２３
が行う直線運動をクランクシャフトの回転運動に変える
役割を果たす。よってこのクランクシャフトが回転する
ことによりピストン２３はシリンダライナ２４内部にて
直線往復運動を行う。

【００４１】ピストン２３は、燃焼室２０の下面を形成
し、燃焼室２０が燃焼により膨張する際の稼働面とな
る。また、ピストン２３はその上面に燃料が噴射されて
燃焼する。よってその駆体は燃焼熱により加熱されて過
熱状態となり、この燃焼熱によるピストン２３の過熱状
態を改善するために冷却が必要となる。そこでピストン
２３は、その内部に冷却空洞２６を有すると共に、この
冷却空洞２６に冷却液であるオイルを入出させる入出孔
２９ａ、２９ｂを有する。また、ピストン２３の下方に
は斜上方に向かいオイルを噴射するノズル５８ａ、ノズ
ル５８ｂが設けられている。以下、このオイル噴射によ
るピストン２３の冷却について述べる。

【００４２】前述したように、冷却水を内部に流通させ
ることにより、燃焼室２０を形成するシリンダブロック
２１、シリンダヘッド２２は、この冷却水で直接冷却す
ることが可能である。しかし、ピストン２３は常時稼働
している箇所であるため、シリンダブロック２１等から
冷却水路を延長することは不可能である。よってピスト
ン２３を直接冷却水で冷却することは難しい。したがっ
て予め冷却水で冷却された潤滑油となるオイルを、ピス
トン２３に噴射することによりピストン２３の冷却を行
う。

【００４３】具体的には、ノズル５８ａ、ノズル５８ｂ
からピストン２３の下面にオイルを噴射すると共に、ピ
ストン２３に設けられた冷却空洞２６内部に、この冷却
空洞２６に貫通する入出孔２９ａ、２９ｂよりオイルを
注入する。また、オイルを噴射するノズル５８ａ、ノズ
ル５８ｂはそれぞれピストン２３が往復する軸線に対し
て斜方となるように取り付けられている。

【００４４】ノズル５８ｂは図２及び図３に示すよう
に、ピストン２３が上死点付近にある時には、ピンボス
２８周辺に向かってオイルを噴射する。またピストン２
３が下死点付近にある時には入出孔２９ｂに向かってオ
イルを噴射して冷却空洞２６の内部をオイルで満たす。

【００４５】ノズル５８ａは、図４及び図５に示すよう
に、ピストン２３が上死点付近にある時には入出孔２９
ａに向かってオイルを噴射して冷却空洞２６の内部をオ
イルで満たす。またピストン２３が下死点付近にある時
にはピストン２３の下面に噴射して下面全体を冷却す
る。

【００４６】即ち、ノズル５８ａ、ノズル５８ｂをそれ
ぞれ斜に設置することにより、ピストン２３が移動した
際に、このピストン２３の下面とノズルから噴射される
オイルの軌跡とが異なる位置にて交わるようにした。ま
た、ピストン２３が上死点付近にある時には入出孔２９
ａからオイルを注入して２９ｂより排出し、下死点付近
にある時には入出孔２９ｂからオイルを注入して２９ａ
より排出する。一般にオイルが注入される箇所に対し
て、オイルが排出される箇所の温度が高くなる。よって
入出孔２９ａと入出孔２９ｂとに交互にオイルを噴射す
ることにより、ピストン２３を均一に冷却することが可
能となる。

【００４７】また、オイルをノズル５８ａ、ノズル５８
ｂより噴出する出力はエンジン１の出力に依存する。よ
ってエンジン１の出力が低下した場合には必然的にオイ
ルを排出する出力も低下する。またエンジン出力が低下
した状態、すなわち低負荷状態では燃焼室内温度も低下
するため、エンジンが高負荷状態に比べて冷却の必要性
も低下する。よってエンジン１の負荷状態に応じてオイ
ルを噴射するノズルの本数を変更する。即ち、加速時、
登坂時等の高負荷状態ではノズル５８ａ、ノズル５８ｂ
の両方を用いて冷却を行う。定速走行時等の比較的負荷
が低い状態ではノズル５８ａ、ノズル５８ｂの何れかの
ノズルよりオイル噴射を行う。アイドリング時の低負荷
状態では、何れのノズルからもオイル噴射を行わない。

【００４８】このように、エンジン１の負荷状態に応じ
てオイル噴射ノズルの本数を変化させることにより、低
負荷時にオイル噴射によるピストン２３の過冷却を防止
することも可能である。

【００４９】（実施の形態２）本実施の形態１では、ピ
ストン２３が上死点若しくは下死点にある時に冷却空洞
２６内に向けてオイル噴射を行っている。この他にもピ
ストン２３が上死点と下死点との中間位置付近でオイル
噴射を行い冷却空洞２６内を冷却することも可能であ
る。本実施の形態２では、このような中間位置での冷却
が可能な例について説明する。

【００５０】この装置では、図６に示すように、入出孔
１２９ａの側に入出孔１２９ｃが設けられている。より
正確には、図７に示すように、入出孔１２９ａはピスト
ン２３が下死点及び下死点近傍に位置する時にノズル５
８ａより噴射するオイルの軌跡と重なり、入出孔１２９
ｃはピストン２３が上死点及び上死点近傍に位置する時
にノズル５８ａより噴出するオイルの軌跡と重なる位置
に設けられる。また、入出孔１２９ｂについては、図８
に示すように、ピストン２３が上死点と下死点との中間
位置付近に位置する時にノズル５８ｂより噴射されるオ
イルの軌跡と前記入出孔１２９ｂとが重なるように設け
られている。

【００５１】前記位置に入出孔１２９ａ、入出孔１２９
ｂ、入出孔１２９ｃを設けると共に、ピストン２３が上
死点及び上死点近傍に位置する時に、ノズル５８ａよ
り、入出孔１２９ａに向かいオイル噴射を行い、ノズル
５８ｂより、ピンボス面に向かいオイル噴射を行う。次
にピストン２３が上死点と下死点との中間位置付近にあ
る時に、ノズル５８ａよりピンボス面に向かいオイル噴
射を行い、ノズル５８ｂより、入出孔１２９ｂに向かい
オイル噴射を行う。そしてピストン２３が下死点及び下
死点近傍に位置する時に、ノズル５８ａより入出孔１２
９ｃに向かいオイル噴射を行い、ノズル５８ｂよりピン
ボス面に向かいオイル噴射を行う。これにより、ピスト
ン２３が上死点付近、上死点と下死点との中間位置付
近、下死点付近の何れの位置においても冷却空洞２６内
に冷却液であるオイルを注入することが可能となる。

【００５２】実施の形態１に示すように、ノズル５８ａ
よりピンボス面にオイルを噴射して冷却を行う場合に比
べ、冷却空洞２６内部にオイルを注入し、熱源となる燃
焼室２０により近い位置で冷却を行うことができるの
で、冷却性能はより優れたものとなる。このように、ピ
ストン２３の下面に、入出孔１２９ｃを設ける共にこの
入出孔１２９ｃにオイルを噴射することにより、ピスト
ン２３をより効果的に冷却することが可能となる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、冷却空洞内に二つのノ
ズルから交互にオイルを注入することにより、、ピスト
ンの冷却効率を向上させると共に、ピストンを均一に冷
却することが可能となる。また、オイルの入出孔を更に
設けて、この入出孔に何れかのノズルよりオイルを注入
することで、冷却空洞内を流通するオイル量を増加させ
ることが可能となり、冷却効果をより高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態に係るディーゼルエンジンシ
ステムを示す概略構成図。

【図２】本発明実施の形態１に係る燃焼室周りの断面概
略構成図（ピストン上死点位置）。

【図３】本発明実施の形態１に係る燃焼室周りの断面概
略構成図（ピストン下死点位置）。

【図４】本発明実施の形態１に係る燃焼室周りの断面概
略構成図（ピストン上死点位置）。

【図５】本発明実施の形態１に係る燃焼室周りの断面概
略構成図（ピストン下死点位置）。

【図６】本発明実施の形態２に係るピストンに設けられ
た入出孔の位置関係を示す概略図。

【図７】本発明実施の形態２に係る燃焼室周りの断面概
略構成図。

【図８】本発明実施の形態２に係る燃焼室周りの断面概
略構成図。

【符号の説明】

１エンジン１０燃料供給系１１サプライポンプ１２コモンレール１３燃料噴射弁１４遮断弁１７燃料添加ノズル２０燃焼室２１シリンダブロック２２シリンダヘッド２３ピストン２４シリンダライナ２５冷却水路２６冷却空洞２７ａ吸気バルブ２７ｂ排気バルブ２８ピンボス２９ａ入出孔２９ｂ入出孔３０吸気系３１インタークーラ３２スロットル弁３３吸気ポート３５排気系３５ａ排気集合管３５ｂ排気通路３５ｃ排気通路３７触媒ケーシング３８排気ポート４０ターボチャージャ４０ａ排気集合管４２タービンホイール４３コンプレッサ４５ＥＧＲ通路４６ＥＧＲ弁４７ＥＧＲクーラ５０冷却系５１サーモスタット５２ラジエータ５３冷却ポンプ５４クーリングファン５５バイパスパイプ５８ａノズル５８ｂノズル６０潤滑系６１オイルパン６２オイルポンプ６３オイルストレーナ６４オイルクーラ６５オイルフィルタ６６オイルギャラリ６７インジェクションポンプ７０レール圧センサ７１水温センサ７２エアフローメータ７６アクセル開度センサ７７クランク角センサ８０ＥＣＵ９０コンロッド１２９ａ入出孔１２９ｂ入出孔１２９ｃ入出孔Ｐ１機関燃料通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の気筒内に設けられたピストン
と、このピストンの駆体内部に設けられた空洞である冷却空
洞と、前記ピストンのピンボスが設けられている面であるピン
ボス面に穿設されて前記冷却空洞まで貫通する複数の入
出孔と、前記ピストンに対して、その噴出孔の噴出方向がピンボ
ス下面に対して斜状に設けられたノズルと、を含む冷却
装置であって、前記複数のノズルより冷却液を噴射する
際に、第１のノズルから前記ピストンが上死点又は上死
点近傍の位置にある時に第１の入出孔に向けた冷却液噴
射を行って冷却空洞内へ冷却液を注入し、第２のノズル
から前記ピストンが下死点又は下死点近傍の位置にある
時に、第２の入出孔に向かって冷却液噴射を行い、前記
冷却空洞内へ冷却液を注入するピストン冷却装置。
【請求項２】前記第１又は第２の何れかのノズルより噴
射される冷却液の軌跡とピストンのピンボス面に穿設さ
れた冷却液入出孔とが重ならない位置で冷却液を噴射す
ることを特徴とする請求項１に記載のピストン冷却装
置。
【請求項３】前記ピストンが上死点と下死点の中間位置
にある時に、少なくとも前記第１又は第２の何れかのノ
ズルより噴射される冷却液の軌跡と重なるように配置さ
れた第３の入出孔であって、前記ピストンが上死点と下死点の中間位置にある時に、
前記第１又は第２の何れかのノズルより噴射される冷却
液によって、この第３の冷却液入出孔より冷却液が冷却
空洞に注入されることを特徴とする請求項１又は２に記
載のピストン冷却装置。
【請求項４】内燃機関の気筒内の温度に応じて、ピスト
ンに冷却液を噴射するノズルの本数を変更することを特
徴とする請求項１〜３何れかに記載のピストン冷却装
置。
【請求項５】内燃機関の気筒内に設けられたピストンに
穿設された複数の入出孔へ向けて、複数のノズルより交
互に冷却液を発射して、前記入出孔に連なる冷却空洞内
に冷却液を流入させ、この冷却空洞内で交互に異なる冷
却液流れを形成してピストンを均一に冷却すると共に、
前記複数のノズルよりピストン壁面に冷却液を噴射して
ピストンを冷却するピストン冷却方法。