(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室においてタンブル流が生成されるエンジンのピストンに適用され、
冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が、前記エンジンの前記燃焼室のうち、燃焼速度が遅い部分である排気側の部分に対応させて部分環状に設けられているピストンの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストンに適用されるピストンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
クーリングチャンネルを備えるエンジンのピストンが知られている。特許文献１では、環状のクーリングチャンネルの通路断面が、ピストン軸方向に比べてピストン半径方向の長さが大きくなる幅広形状に形成されている内燃機関用ピストンが開示されている。特許文献２では、ピストンの上部内で環状に延びるクーリングチャンネルが設けられている内燃機関用ピストンの冷却構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８５７４５号公報
【特許文献２】特開２００２−４８００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５は機関回転数とタンブル比（ピストンが一往復する間にタンブル流が回転する回数）とに応じたノッキングの発生位置の一例を示す図である。図５ではタンブル比については、低タンブル比である場合と高タンブル比である場合とを示している。例えば燃焼室にタンブル流を生成するエンジンでは、機関回転数が高く、且つ高タンブル比である場合に燃焼室のうち、吸気側の部分で強い乱れが発生する傾向がある。そして、燃焼室の吸気側と排気側とで燃焼速度のバランスが大きく崩れる結果、燃焼速度が極端に遅くなる燃焼室の排気側で、ノッキングが発生し易くなる傾向がある。
【０００５】
これに対し、ノッキングを改善するには、例えば全周に亘る環状のクーリングチャンネルをピストンに設けることができる。しかしながらこの場合には、ピストン強度が低下する結果、ピストンの破損を招き易くなる虞がある。また、ピストンのうち、吸気側の部分が過度に冷却される結果、冷却損失が増大する虞がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、ピストン強度の低下を抑制しつつ、冷却損失の低減とノッキングの改善を図ることが可能なピストンの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は燃焼室においてタンブル流が生成されるエンジンのピストンに適用され、冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が、前記エンジンの前記燃焼室のうち、燃焼速度が遅い部分である排気側の部分に対応させて部分環状に設けられているピストンの構造である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ピストン強度の低下を抑制しつつ、冷却損失の低減とノッキングの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンの概略構成図である。
【図２】ピストンの上面図である。
【図３】ＥＣＵの概略構成図である。
【図４】ＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。
【図５】機関回転数とタンブル比とに応じたノッキングの発生位置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１はエンジン５０の概略構成図である。エンジン５０は火花点火式の内燃機関であり、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５４と、排気弁５５と、点火プラグ５６と、オイルジェット５７と、電動ポンプ５８とを備えている。
【００１２】
シリンダブロック５１には、シリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。ピストン５３はクーリングチャンネル５３ａが設けられている。クーリングチャンネル５３ａはピストン５３の上部に設けられている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室Ｅはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００１３】
シリンダヘッド５２には、燃焼室Ｅに吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室Ｅからガスを排出する排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室Ｅにタンブル流Ｔを生成するように吸気を導入する。このため、燃焼室Ｅに導入された吸気はタンブル流Ｔを形成する。タンブル流Ｔを生成するにあたり、エンジン５０は例えば吸気ポート５２ａにタンブル流Ｔを生成するための気流制御弁を備えてもよい。シリンダヘッド５２には、吸気ポート５２ａを開閉する吸気弁５４と、排気ポート５２ｂを開閉する排気弁５５とが設けられている。このほかシリンダヘッド５２には、点火プラグ５６が設けられている。
【００１４】
オイルジェット５７はオイル噴射部であり、シリンダブロック５１に設けられている。オイルジェット５７は、クーリングチャンネル５３ａに向けてオイルを噴射するように設けられている。電動ポンプ５８はオイルジェット５７にオイルを供給する。電動ポンプ５８はオイルの吐出量を変更可能な可変オイルポンプとなっている。
【００１５】
図２はピストン５３の上面図である。クーリングチャンネル５３ａはピストン５３の周方向に沿って設けられている。クーリングチャンネル５３ａの一端部にはオイル導入口Ｉｎが、他端部にはオイル排出口Ｏｕｔが設けられている。オイル導入口Ｉｎとオイル排出口Ｏｕｔとはともにピストン５３の裏側に開口している。オイルジェット５７は具体的にはオイル導入口Ｉｎに向けてオイルを噴射する。そして、噴射されたオイルはオイル導入口Ｉｎからクーリングチャンネル５３ａに導入され、クーリングチャンネル５３ａを流通した後、オイル排出口Ｏｕｔから排出される。
【００１６】
クーリングチャンネル５３ａは、燃焼室Ｅのうち、燃焼速度が遅い部分に対応させて、ピストン５３の内部に部分環状に設けられている。燃焼速度が遅い部分は、エンジン５０が所定の運転状態にある場合にその他の部分と比較して相対的に燃焼速度が遅くなる部分となっている。燃焼速度が遅い部分は、具体的には燃焼室Ｅのうち、排気側の部分となっている。また、エンジン５０の回転数ＮＥが高く、且つ高タンブル比である場合に、吸気側の部分と比較して相対的に燃焼速度が遅くなる部分となっている。
【００１７】
オイルは冷却媒体に相当する。また、クーリングチャンネル５３ａは冷却媒体通路に相当する。ピストン５３では、上述したようにクーリングチャンネル５３ａが設けられているピストンの構造が実現されている。
【００１８】
次にピストンの構造の作用効果について説明する。このピストンの構造は、部分環状にクーリングチャンネル５３ａを設けた構造になっている。このため、ピストン強度が低下することを抑制できる。同時にこのピストンの構造は、燃焼室Ｅのうち、燃焼速度が遅い部分に対応させて、クーリングチャンネル５３ａを設けた構造になっている。このため、クーリングチャンネル５３ａを流通するオイルの冷却効果によって、ノッキングの発生を抑制できる。また、燃焼室Ｅのうち、燃焼速度が遅い部分に対応する部分以外では、オイルによる冷却を行わないため、冷却損失の増大も抑制できる。
【００１９】
このピストンの構造は、燃焼室Ｅのうち、排気側の部分を燃焼速度が遅い部分として、クーリングチャンネル５３ａを設けることで、排気側のエンドガス領域を冷却することができる。そしてこれにより、回転数ＮＥが高く、且つ高タンブル比である場合に、ピストン強度の低下を抑制しつつ、冷却損失の低減とノッキングの改善を図ることができる。このため、燃焼室Ｅのうち、排気側の部分を燃焼速度が遅い部分とするピストンの構造は、エンジンが燃焼室Ｅにタンブル流Ｔを生成するエンジン５０である場合に好適である。
【実施例２】
【００２０】
本実施例では、実施例１で前述したエンジン５０に適用されるエンジンの制御装置について説明する。図３はＥＣＵ７０の概略構成図である。ＥＣＵ７０は電子制御装置であり、エンジンの制御装置に相当する。ＥＣＵ７０はＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３等からなるマイクロコンピュータと入出力回路７４、７５とを備えている。これらＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、および入出力回路７４、７５は互いにバス７６で接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ７０には、エンジン５０のクランク角度を検出するクランク角センサ８１や、エンジン５０の吸入空気量を計測するエアフロメータ８２など、各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。また、電動ポンプ５８など各種の制御対象が電気的に接続されている。
【００２２】
ＲＯＭ７２はＣＰＵ７１が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ７１がＲＯＭ７２に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ７３の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ７０では各種の機能部が機能的に実現される。
【００２３】
例えばＥＣＵ７０では、エンジン５０の回転数ＮＥと負荷ＫＬとに応じて、電動ポンプ５８が供給するオイル量を制御する制御部が機能的に実現される。制御部は具体的には、回転数ＮＥと負荷ＫＬとに基づき、回転数ＮＥと負荷ＫＬとに応じてオイル量を予め設定したマップデータを参照し、対応するオイル量を読み込む。そして、読み込んだオイル量を供給するように電動ポンプ５８を制御することで、回転数ＮＥと負荷ＫＬとに応じて、電動ポンプ５８が供給するオイル量を制御する。なお、マップデータはＲＯＭ７２に予め格納されている。
【００２４】
次にＥＣＵ７０の動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は、回転数ＮＥおよび負荷ＫＬを検出する（ステップＳ１）。回転数ＮＥは例えばクランク角センサ８１の出力に基づき、ＥＣＵ７０で検出できる。また、負荷ＫＬはクランク角センサ８１およびエアフロメータ８２の出力に基づき、ＥＣＵ７０で検出できる。続いて、ＥＣＵ７０は検出した回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに基づきマップデータを参照し、オイル量を読み込む（ステップＳ２）。その後、ＥＣＵ７０は読み込んだオイル量を供給するように電動ポンプ５８を制御する（ステップＳ３）。
【００２５】
次にＥＣＵ７０の作用効果について説明する。ＥＣＵ７０は回転数ＮＥと負荷ＫＬとに応じて、電動ポンプ５８から供給するオイルの量を制御する。このため、ＥＣＵ７０は例えば回転数ＮＥが低回転である場合など、ノッキングが発生する虞が低い場合には、電動ポンプ５８からオイルを供給しないか、或いは高回転である場合よりも少量のオイルを供給することによって、過度な冷却を防止できる。結果、実施例１で前述したピストンの構造を適用したピストン５３を備えるエンジン５０において、さらにエンジン５０の運転状態に応じて、冷却損失の増大を好適に抑制できる。
【００２６】
ＥＣＵ７０は例えば次のようにして電動ポンプ５８から供給するオイルの量を制御してもよい。すなわち、ＥＣＵ７０は例えば燃焼室Ｅのうち、燃焼速度が遅い部分（ここでは排気側の部分）と、燃焼速度が速い部分（ここでは吸気側の部分）とに対して燃焼圧センサをそれぞれ設けるとともに、燃焼圧センサそれぞれの出力に基づき、燃焼室Ｅのうち、燃焼速度が遅い部分でノッキングが発生するか否かを判定し、判定結果に基づき、電動ポンプ５８から供給するオイルの量を制御してもよい。
【００２７】
この場合、例えばノッキングが発生すると判定した場合に、電動ポンプ５８からオイルを供給するとともに、ノッキングが発生しないと判定した場合に、電動ポンプ５８からオイルを供給しないか、或いは高回転である場合よりも少量のオイルを供給することができる。この場合でも、エンジン５０の運転状態に応じて、冷却損失の増大を好適に抑制できる。
【００２８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
エンジン                  ５０
シリンダブロック          ５１
シリンダヘッド            ５２
ピストン                  ５３
クーリングチャンネル      ５３ａ
吸気弁                    ５４
排気弁                    ５５
点火プラグ                ５６
オイルジェット            ５７
電動ポンプ                ５８
ＥＣＵ                    ７０
【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】
0005609626.tif 000006