(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関のピストンを冷却するシステムにおいて、トップリングの温度変化幅を小さくすることを課題とする。【解決手段】本発明のピストンの冷却システムは、ピストンに埋設される環状のオイル通路であってトップリング溝に隣接するように配置されたクーリングチャネルと、クーリングチャネルへオイルを供給するオイルジェットと、を備え、燃焼室で発生する熱量が多いときは少ないときに比べオイルジェットからクーリングチャネルへ供給されるオイル量を多くするようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの外周面に設けられる環状の溝であって、トップリングが取り付けられるトップリング溝と、
前記ピストンに埋設される環状のオイル通路であって、前記トップリング溝に隣接するクーリングチャネルと、
前記クーリングチャネルへオイルを供給するオイルジェットと、
燃焼室で発生する熱量が多いときは少ないときに比べ、前記オイルジェットから前記クーリングチャネルへ供給されるオイル量を多くする制御部と、
を備えるピストンの冷却システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御部は、燃焼室で発生する熱量が予め定められた下限値以下となるときは、前記オイルジェットから前記クーリングチャネルへのオイル供給を停止させるピストンの冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記クーリングチャネルは、前記トップリング溝とセカンドランドとに隣接するように形成されるピストンの冷却システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項において、前記制御部は、内燃機関が暖機過程にあるときは、機関負荷及び機関回転数が同等となる暖機完了後に比べ、前記オイルジェットから前記クーリングチャネルへ供給されるオイル量を多くするピストンの冷却システム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項において、前記制御部は、冷却水の温度が予め定められた上限水温以上であるとき、又はオイルの温度が予め定められた上限油温以上であるときは、前記オイルジェットの停止を禁止するピストンの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンを冷却する技術に関し、特にクーリングチャネルを具備したピストンを冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンには、切れ目（合口）を有する環状のピストンリングが取り付けられる。このようなピストンリングとしては、合口を介して対向する２つの端面（対向端面）のそれぞれに弾性樹脂を設けたものが提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０３１７８９号公報
【特許文献２】特開２００９−２８７４８６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、気筒内（燃焼室）で燃料が燃焼した際に発生する熱の一部は、ピストンを介してピストンリングへ伝達される。そのため、燃焼室で発生する熱量が多くなると、ピストンリングの熱膨張量が増加する。その結果、合口の幅（隙間）が狭められ、圧縮漏れやブローバイガスが低減される。
【０００５】
しかしながら、燃焼室で発生する熱量がさらに増加すると、ピストンリングの熱膨張量がさらに増加するため、合口の対向端面が互いに突き当たる可能性がある。ピストンリングの合口において対向端面が互いに突き当たると、ピストンリングに作用する応力が増大したり、ピストンリングとシリンダボア壁面との接触荷重が増大したりする可能性があるこのような問題は、燃焼室に最も近いピストンリング（トップリング）において顕著となる。
【０００６】
このような問題に対し、合口の隙間を大きくする方法が考えられるが、燃焼室で発生する熱量が少ないとき、又はピストンの温度が低いときに、合口隙間が過大となって圧縮漏れやブローバイガスが増加するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関のピストンを冷却するシステムにおいて、トップリングの温度変化幅を小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、上記した課題を解決するために、ピストンに設けられるクーリングチャネルを利用することにより、トップリングの温度を調整可能な事項を見出した。すなわち、本願発明者は、鋭意の実験及び検証を行った結果、ピストンにおいてトップリングが取り付けられるトップリング溝にクーリングチャネルを隣接させ、該クーリングチャネルに対するオイル供給量を燃焼室で発生する熱量に応じて調整することにより、内燃機関の運転時におけるピストンリングの温度変化幅が小さくなることを見出した。
【０００９】
そこで、本発明の内燃機関のピストン冷却システムは、
ピストンの外周面に設けられた環状の溝であって、トップリングが取り付けられるトップリング溝と、
前記ピストンに設けられた環状のオイル通路であって、前記トップリング溝に隣接するクーリングチャネルと、
前記クーリングチャネルへオイルを供給するオイルジェットと、
燃焼室で発生する熱量が多いときは少ないときに比べ、前記オイルジェットから前記クーリングチャネルへ供給されるオイル量を多くする制御部と、
を備えるようにした。
【００１０】
燃焼室で発生した熱は、ピストンの頂面に伝達される。ピストンの頂面に伝達された熱は、主としてピストン頂面からトップリング溝へ向かってピストン内を伝わり、トップリング溝からトップリングを介してシリンダボア壁面へ放熱される。
【００１１】
燃焼室で発生する熱量が多いときは、ピストンからトップリングへ伝わる熱量に対し、トップリングからシリンダボア壁面へ伝わる熱量の比率が低くなる。そのため、燃焼室で発生する熱量が多いときは、トップリングの温度上昇量が多くなる。
【００１２】
一方、燃焼室で発生する熱量が少ないときは、ピストンからトップリングへ伝わる熱量に対し、トップリングからシリンダボア壁面へ伝わる熱量の比率が高くなる。そのため、燃焼室で発生する熱量が少ないときは、トップリングの温度上昇量が少なくなる。
【００１３】
このように、トップリングの温度は燃焼室で発生する熱量に応じて大きく変化する。トップリングの温度が大きく変化すると、それに応じて合口隙間の大きさも大きく変化する。そのため、トップリングの温度が低いときに合口隙間が適当な大きさとなるようにトップリングが形成された場合は、トップリングの温度が高くなったときに合口の対向端面が互いに突き当たる事態が発生する。一方、トップリングの温度が高いときに合口隙間が適当な大きさとなるようにトップリングが形成された場合は、トップリングの温度が低くなったときに合口隙間の大きさが過大となる事態が発生する。
【００１４】
これに対し、クーリングチャネルがトップリング溝に隣接して配置された場合、特にピストン頂面からトップリング溝へ向かう伝達経路上にクーリングチャネルが配置された場合は、ピストン頂面からトップリング溝へ伝わる熱がクーリングチャネル内のオイルに奪われるようになる。
【００１５】
したがって、燃焼室で発生する熱量が多いときにクーリングチャネルを流れるオイル量が多くされると、ピストン頂面からトップリング溝へ向かう熱のうち、クーリングチャネル内のオイルに奪われる熱量が多くなる。そのため、ピストン頂面からトップリング溝へ伝わる熱量が過剰に多くなる事態を回避することができる。その結果、燃焼室で発生する熱量が多いときに、トップリングの温度が過剰に高くなる事態を回避することができる。
【００１６】
一方、燃焼室で発生する熱量が少ないときにクーリングチャネルを流れるオイル量が少なくされると、ピストン頂面からトップリング溝へ向かう熱のうち、クーリングチャネル内のオイルに奪われる熱量が少なくなる。そのため、ピストン頂面からトップリング溝へ伝達される熱量が過剰に少なくなる事態を回避することができる。その結果、燃焼室で発生する熱量が少ないときに、トップリングの温度が過剰に低くなる事態を回避することができる。
【００１７】
なお、燃焼室で発生する熱量が極めて少ないとき（たとえば、内燃機関が低負荷かつ低回転で運転されるとき）は、燃焼室からピストンへ伝達される熱の大部分がシリンダボア壁面へ放熱される可能性がある。そのような場合は、ピストン及びトップリングの温度は
、一時的に上昇した後に低下してしまう可能性がある。
【００１８】
これに対し、本発明の制御部は、燃焼室で発生する熱量が予め定められた下限値以下であるときは、オイルジェットからクーリングチャネルへ供給されるオイル量を零（オイルジェットを停止）にしてもよい。ここでいう「下限値」は、トップリングの温度が予め想定した温度域（トップリングの合口隙間が想定した大きさとなる温度域）より低くなると考えられる値であり、予め実験などを用いた適合処理によって定められている。
【００１９】
オイルジェットが停止された場合は、ピストンからオイルへ放熱される熱量が略零となる。また、オイルジェットが停止された場合は、クーリングチャネル内が空気で満たされることになる。クーリングチャネル内の空気は、ピストン頂面からトップリング溝へ伝わる熱を減少又は遮断する断熱層として機能する。そのため、ピストンからシリンダボア壁面へ放熱される熱量が減少する。
【００２０】
このようにピストンからオイルへ放熱される熱量、及びピストンからシリンダボア壁面へ放熱される熱量が減少されると、ピストン（特に、トップリング溝周辺）の温度低下が抑制される。トップリング周辺の温度低下が抑制されると、それに応じてトップリングの温度低下も抑制される。
【００２１】
以上述べたようにオイルジェットからクーリングチャネルへ供給される熱量が調整されると、トップリングの温度が略一定の温度（以下、「適温」と称する）に保たれるようになる。その結果、内燃機関の運転中において、トップリングの合口隙間の大きさを略一定に保つことが可能になる。
【００２２】
内燃機関の運転時においてトップリングの合口隙間の大きさが略一定に保たれるようになると、上記した適温において合口隙間が所望の大きさとなるようにトップリングを設計することができる。その結果、燃焼室で発生する熱量などにかかわらず圧縮漏れやブローバイガスを可及的に低減することも可能となる。
【００２３】
ここで、燃焼室で発生する熱量は、燃料噴射量に相関する。そこで、制御部は、燃料噴射量をパラメータとして、オイルジェットからクーリングチャネルへ供給されるオイル量を調整してもよい。また、燃料噴射量は機関負荷と機関回転数をパラメータとして決定されるため、制御部は、機関回転数と機関負荷をパラメータとして、オイルジェットからクーリングチャネルへ供給されるオイル量を調整してもよい。
【００２４】
ところで、トップリングとピストンとシリンダボアとに囲まれた空間（以下、「第１空間」と称する）の圧力は、燃焼室の圧力変化と略同期して変化する。これに対し、トップリングとセカンドリングとピストンとシリンダボアとに囲まれた空間（以下、「第２空間」と称する）の圧力変化は、燃焼室の圧力変化より遅くなる。その際のタイムラグは、トップリングの合口隙間から第２空間へ流入するブローバイガスの流量が少なくなるほど大きくなる。すなわち、上記したタイムラグは、トップリングの合口隙間が小さくなるほど大きくなる。
【００２５】
したがって、トップリングの合口隙間が可及的に小さくされた場合は、上記したタイムラグが大きくなる。そのため、第２空間の圧力が第１空間の圧力を上回る事態が発生する可能性がある。そのような場合は、トップリングがトップリング溝内で浮き上がるため、トップリングのシール性能が低下する可能性もある。
【００２６】
なお、第２空間の圧力が第１空間の圧力より高くなる現象は、燃焼室で発生する熱量が多いときに発生しやすい。これは、燃焼室で発生する熱量が多いときは、ピストンにおけ
るセカンドランド（トップリング溝とセカンドリング溝との間の部位）の外径が拡大して第２空間の容積が縮小するためであると考えられる。
【００２７】
そこで、本発明に係わるクーリングチャネルは、トップリング溝に加え、セカンドランドにも隣接するように形成されてもよい。このような構成によれば、燃焼室で発生する熱量が多いときに、セカンドランドの熱がクーリングチャネル内のオイルに奪われるようになる。その結果、セカンドランドの温度上昇が抑制される。
【００２８】
セカンドランドの温度上昇が抑制されると、セカンドランドの外径の拡大（熱膨張）が抑制される。その結果、第２空間の容積の縮小が緩和される。第２空間の容積の縮小が緩和されると、第２空間の圧力が第１空間の圧力より高くなる現象が発生しにくくなる。
【００２９】
また、本発明に係わる制御部は、内燃機関が暖機過程にあるときは、機関負荷及び機関回転数が同等となる暖機完了後に比べ、オイルジェットからクーリングチャネルへ供給されるオイル量が多くなるようにオイルジェットを制御してもよい。
【００３０】
内燃機関が暖機過程にあるときは、ピストンとシリンダボアとの温度差が大きくなる。これは、ピストンは燃焼室で発生した熱により直接暖められるが、シリンダボアはピストンから放出される熱を受けて間接的に暖められることになるからである。さらに、シリンダボアの熱容量はピストンより大きいため、シリンダボアの昇温速度はピストンより遅くなる。
【００３１】
ピストンとシリンダボアとの温度差が大きいときは、ピストンが膨張した状態（ピストンの外径が拡大した状態）になる一方で、シリンダボアが殆ど膨張していない状態（シリンダボアの内径が殆ど拡大していない状態）になる。そのため、ピストンとシリンダボアのクリアランスや、ピストンリングとシリンダボアのクリアランスが小さくなる。その結果、ピストン、ピストンリング、シリンダボアなどが摩耗したり、フリクションが大きくなったりする可能性がある。
【００３２】
これに対し、内燃機関が暖機過程にあるときにオイルジェットからクーリングチャネルへ供給されるオイル量が暖機完了後より多くされると、ピストンの熱膨張が緩和される。その結果、上記した問題の発生を回避することができる。
【００３３】
また、本発明に係わる制御部は、内燃機関の冷却水温度が予め定められた上限水温以上であるとき、又はオイルの温度（油温）が予め定められた上限油温以上であるときは、オイルジェットを作動させ続けるようにしてもよい。言い換えれば、冷却水温度が上限水温以上であるとき、又は油温が上限油温以上であるときは、オイルジェットの停止が禁止されるようにしてもよい。ここでいう「上限水温」及び「上限油温」は、内燃機関が過熱すると考えられる温度又はオイルの油膜切れが発生すると考えられる温度から所定のマージンを減算した温度である。このようにオイルジェットが制御されると、内燃機関の過熱やオイルの油膜切れを防止することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、内燃機関のピストンを冷却するシステムにおいて、トップリングの温度変化幅を小さくすることができる。そのため、トップリングの合口隙間を好適な間隔に維持することが可能となり、圧縮漏れやブローバイガスを可及的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施例におけるピストンの冷却システムの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施例におけるピストンの構成を示す断面図である。
【図３】温度差ΔＴと機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を示す図である。
【図４】第１の実施例において、オイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図５】ピストンにおける熱の伝達経路を模式的に示す図である。
【図６】第２の実施異例におけるピストンの構成を示す断面図である。
【図７】ピストンとシリンダボア壁面との隙間の拡大図である。
【図８】第１空間の圧力Ｐｖ１と第２空間の圧力Ｐｖ２の変化を示す図である。
【図９】トップリングの浮き上がり現象を模式的に示す図である。
【図１０】第３の実施例において、オイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図１１】冷却水温度の経時変化を示す図である。
【図１２】内燃機関が暖機過程において定常運転された場合のオイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図１３】内燃機関が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合のオイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図１４】内燃機関が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合のオイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図１５】図１２に示した例より冷却水温度が低い条件下におけるオイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図１６】図１３に示した例より冷却水温度が低い条件下におけるオイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図１７】図１４に示した例より冷却水温度が低い条件下におけるオイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３７】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図５に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図２は、本実施例におけるピストンの構成を示す断面図である。
【００３８】
内燃機関１は、複数の気筒（シリンダ）２を有する圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、図１においては、複数の気筒２のうち１つの気筒２のみが示されている。内燃機関１の各気筒２には、ピストン３がシリンダ軸方向へ摺動自在に装填されている。ピストン３は、図示しないクランクシャフトとコネクティングロッド４を介して連結されている。
【００３９】
ピストン３の頂面には、略円筒状に窪んだ燃焼室３０が形成されている。また、ピストン３の外周面には、３本の環状溝３１，３２，３３が形成されている。３本の環状溝３１，３２，３３のうち、最も上死点寄り（図２中の最も上）に位置する環状溝３１は、トップリング５を嵌合させるための溝である（以下、環状溝３１を「トップリング溝３１」と記す）。３本の環状溝３１，３２，３３のうち、トップリング溝３１の直下に位置する環状溝３２は、セカンドリング６を嵌合させるための溝である（以下、環状溝３２を「セカンドリング溝３２」と記す）。３本の環状溝３１，３２，３３のうち、最も下死点寄り（図２中の最も下）に位置する環状溝３３は、オイルリング７を嵌合させるための溝（以下、環状溝３３を「オイルリング溝３３」と記す）。なお、トップリング５、セカンドリン
グ６、及びオイルリング７は、合口を備えた環状の部材である。
【００４０】
トップリング溝３１は、ピストン３に鋳込まれた耐摩環３００の外周面に設けられている。耐摩環３００は、ピストン３より硬度及び耐摩耗性が高い材料（たとえば、ニレジスト材）により形成された環状の部材である。
【００４１】
ピストン３において、前記耐摩環３００の内側には中空耐摩環３１０が鋳込まれている。中空耐摩環３１０は、外周側に開口部を有する断面コ字状の環状部材である。中空耐摩環３１０の外周側は、前記耐摩環３００の内周面に当接している。つまり、中空耐摩環３１０の断面コ字状の開口部は前記耐摩環３００の内周面によって閉塞されている。中空耐摩環３１０と耐摩環３００とに囲まれた環状の空間３４は、後述するオイルジェット８から供給されるオイルの通路として機能する（以下、空間３４を「クーリングチャネル３４」と記す）。
【００４２】
ピストン３には、該ピストン３の底面に形成された開口部と前記クーリングチャネル３４とを連通する連通路３５，３６が形成されている。連通路３５，３６のうち、一方の連通路３５は、オイルジェット８から噴射されたオイルをクーリングチャネル３４へ導く通路として機能する（以下、連通路３５を「導入路３５」と記す）。連通路３５，３６のうち、他方の連通路３６は、クーリングチャネル３４から流出するオイルを排出する排出路として機能する（以下、連通路３６を「排出路３６」と記す）。
【００４３】
内燃機関１は、気筒２内の下死点側から上死点側へオイルを噴射するオイルジェット８を備えている。なお、オイルジェット８は、ピストン３が下死点に位置するときに該ピストン３より下方に位置するように配置されるものとする。さらに、オイルジェット８は、該オイルジェット８から噴射されたオイルが前記導入路３５へ指向するように配置及び形成されるものとする。
【００４４】
オイルジェット８は、供給路９を介してオイルパン１０に連通している。供給路９の途中には、オイルパン１０内のオイルを吸い上げるオイルポンプ１１が設けられている。オイルジェット８とオイルポンプ１１との間の供給路９には、流量調整弁１２が配置されている。流量調整弁１２は、供給路９内を流れるオイルの量を調整する弁である。流量調整弁１２が供給路９内のオイル流量を調整することにより、オイルジェット８から噴射されるオイル量（オイル噴射量）が増減されるようになっている。
【００４５】
なお、流量調整弁１２としては、開弁時間と閉弁時間との比率をデューティ制御される電動式の弁機構や、開度を連続的又は段階的に変更可能な電動式の弁機構を用いることができる。また、流量調整弁１２は、オイルの圧力が一定値以上のときに開弁するチェック弁と、供給路９内のオイルの圧力を調整する圧力調整弁と、を含む弁機構であってもよい。
【００４６】
前記供給路９には、前記オイルポンプ１１を迂回するリターン通路１３が設けられている。このリターン通路１３は、オイルポンプ１１より下流の供給路９からオイルポンプ１１より上流の供給路９へ余剰のオイルを戻すための通路である。リターン通路１３には、オイルポンプ１１より下流の供給路９からオイルポンプ１１より上流の供給路９へ向かう流れのみを許容するワンウェイバルブ（チェックバルブ）１４が配置されている。
【００４７】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１５が併設されている。ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１５には、水温センサ１６、クランクポジションセンサ１８、アクセルポジションセンサ１９、油温センサ２０などの各種センサの出力信号が入力されるようになっている。
【００４８】
水温センサ１６は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ１８は、クランクシャフトの回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１９は、アクセルペダルの踏み込み量（機関負荷）に相関する電気信号を出力するセンサである。油温センサ２０は、内燃機関１を循環するオイルの温度（油温）に相関する電気信号を出力するセンサである。
【００４９】
ＥＣＵ１５は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、燃料噴射制御などの既知の制御に加え、オイルジェット８からクーリングチャネル３４へ供給されるオイル量を制御（以下、「オイルジェット制御」と称する）する。以下、オイルジェット制御の実行方法について述べる。なお、ＥＣＵ１５がオイルジェット制御を実行することにより本発明に係わる制御部が実現される。
【００５０】
本実施例のオイルジェット制御は、トップリング５の温度が略一定の温度となるようにオイルジェット８のオイル噴射量を調整する制御である。つまり、本実施例のオイルジェット制御は、トップリング５の合口隙間が略一定の大きさとなるようにオイルジェット８のオイル噴射量を調整する制御である。
【００５１】
トップリング５の温度は、燃焼室３０で発生する熱量に応じて変化する。たとえば、燃焼室３０で発生する熱量が多いときは、ピストン３の温度上昇量が多くなるため、それに応じてトップリング５の温度上昇量も多くなる。
【００５２】
トップリング５の温度が高くなると、該トップリング５が熱膨張して合口隙間が小さくなる。トップリング５の温度がさらに上昇すると、合口の対向端面が互いに突き当たり、トップリング５の外径を拡大させようとする力を発生させる。
【００５３】
その際、気筒２の内壁面（シリンダボア壁面）の温度が高ければ、気筒２の内径が拡大することによって上記した力が相殺される。しかしながら、シリンダボア壁面の温度がピストン３の温度より低く、かつその温度差が大きいときは、トップリング５と気筒２とが締まりばめになるため、トップリング５に作用する応力が過大となったり、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となったりする可能性がある。
【００５４】
よって、トップリング５の温度が高く、かつシリンダボア壁面の温度が低くなる場合に、合口の対向端面が互いに押し合う事態が発生しないように合口隙間の大きさを決める必要がある。しかしながら、このような方法により合口隙間の大きさが決定されると、トップリング５の温度が低いときに合口隙間が過大となって圧縮漏れやブローバイガスの増加を招く可能性がある。
【００５５】
そこで、本実施例のオイルジェット制御では、ＥＣＵ１５は、燃焼室３０で発生する熱量が多くなるとき（ピストン３とシリンダボア壁面との温度差が大きくなるとき）はトップリング５の温度上昇を抑制し、燃焼室３０で発生する熱量が少なくなるとき（ピストン３とシリンダボア壁面との温度差が小さくなるとき）はトップリング５の温度低下を抑制又は温度上昇を促進するようにオイル噴射量を調整するようにした。
【００５６】
燃焼室３０で発生する熱量は、燃焼室３０で燃焼される燃料の量、すなわち燃料噴射量によって変化する。燃料噴射量は、原則として内燃機関１の負荷（機関負荷）Ｑと内燃機関１の回転数（機関回転数）Ｎｅとをパラメータにして決定される。そこで、本実施例では、機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとをパラメータにしてオイル噴射量を調整する例について述べる。
【００５７】
図３は、温度差ΔＴと機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を示す図である。ここでいう「温度差ΔＴ」は、ピストン３の温度（好ましくは、トップリング溝３１の温度）とシリンダボア壁面の温度との差である。
【００５８】
図３において、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが低いときは高いときに比べ、燃焼室３０で発生する熱量が少なくなる。そのため、温度差ΔＴが小さくなるとともに、トップリング５の合口隙間が大きくなる。
【００５９】
一方、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いときは低いときに比べ、燃焼室３０で発生する熱量が多くなる。そのため、温度差ΔＴが大きくなるとともに、トップリング５の合口隙間が小さくなる。
【００６０】
これに対し、ＥＣＵ１５は、燃焼室３０で発生する熱量が多いときは少ないときに比べ、オイルジェット８のオイル噴射量が多くなるように流量調整弁１２を制御する。言い換えると、ＥＣＵ１５は、前記温度差ΔＴが大きいときは小さいときに比べ、オイルジェット８のオイル噴射量が多くなるように流量調整弁１２を制御する。
【００６１】
詳細には、ＥＣＵ１５は、図４に示すようなマップにしたがって流量調整弁１２を制御してもよい。図４に示すマップは、機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとオイル噴射量との関係を定めたマップである。
【００６２】
図４において、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いとき（図４中の領域Ａ）は、オイル噴射量が最大量にされる。機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが低いとき（図４中の領域Ｃ）は、オイル噴射量が零（オイルジェット８を停止）にされる。ただし、ピストン３とシリンダボア壁面との間の潤滑、或いはピストン３とコネクティングロッド４との間の潤滑を目的としたオイル噴射は実施されてもよい。また、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが領域Ａと領域Ｃの中間の領域（図４中の領域Ｂ）にあるときは、オイル噴射量が前記した最大量より少なくされる。なお、図４中の領域Ｃは、燃焼室３０で発生する熱量が下限値以下となる領域である。ここでいう「下限値」は、トップリング５の温度が後述する適温より低くなる可能性がある値である。
【００６３】
ここで、燃焼室３０で発生した熱の一部は、ピストン３の頂面からトップリング溝３１へ向かって伝わり、トップリング溝３１からシリンダボア壁面へ放熱される。詳細には、図５に示すように、燃焼室３０内からピストン３へ伝達される熱は、主としてピストン３における燃焼室３０の上縁部３０ａからトップリング溝３１（耐摩環３００）へ向かって伝わる（図５中の矢印を参照）。これに対し、トップリング溝３１の内側にクーリングチャネル３４が配置されると、該クーリングチャネル３４は前記した熱の経路上に位置することになる。言い換えると、クーリングチャネル３４は、前記した熱の経路上に配置されることが好ましいといえる。
【００６４】
よって、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いときにオイル噴射量が最大にされると、前記上縁部３０ａからトップリング溝３１へ向かう熱の大部分がクーリングチャネル３４内のオイルによって奪われるようになる。その結果、ピストン３及びトップリング溝３１の温度上昇が抑制され、それに応じてトップリング５の温度上昇も抑制される。
【００６５】
機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いときにトップリング５の温度上昇が抑制されると、トップリング５の合口において対向端面が突き当たる事態を回避することができる。よって、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となる事態を回避することが可能となる。
【００６６】
一方、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが低いときにオイル噴射量が零にされると、クーリングチャネル３４内が空気で満たされるようになる。クーリングチャネル３４内の空気は、前記上縁部３０ａからトップリング溝３１へ向かう熱を遮断する断熱層として機能する。そのため、ピストン３からシリンダボア壁面へ放熱される熱量が減少する。その結果、ピストン３及びトップリング５溝の温度低下が抑制され、それに応じてトップリング５の温度低下も抑制される。
【００６７】
機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが低いときにトップリング５の温度低下がされると、トップリング５の合口隙間が過大となる事態を回避することができる。よって、圧縮漏れやブローバイガスが増加する事態を回避することが可能となる。また、トップリング溝３１の温度低下が抑制されると、ピストン３のトップランドとシリンダボア壁面との隙間（クレビス）の雰囲気温度が高く保たれることになる。クレビスの雰囲気温度が高いときは低いときに比べ、トップリング５の合口隙間を通過するガスの温度も高くなる。その結果、トップリング５の合口隙間を流れるガスの質量がさらに減少する。
【００６８】
機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが中負荷・中回転領域にあるときにオイル噴射量が最大量より少なくされると、前記上縁部３０ａからトップリング溝３１へ向かう熱の量に対して、ピストン３からオイルへ奪われる熱の量が過大となる事態が回避される。その結果、ピストン３及びトップリング溝３１の過冷却が抑制され、それに応じてトップリング５の過冷却も抑制される。なお、前述した図４の領域Ｂにおけるオイル噴射量は、固定量であってもよいが、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅに応じて変更される量であってもよい。その際のオイル噴射量は、機関負荷Ｑが低いときより高いときに多くされるとともに、機関回転数Ｎｅが低いときより高いときに多くされてもよい。
【００６９】
以上述べたようにＥＣＵ１５がオイルジェット制御を実行することにより、内燃機関１の運転状態に関わらず、トップリング５の温度を略一定の温度（適温）に保つことが可能になる。ここでいう「適温」は、トップリング５の合口における対向端面の突き当たりが発生しない範囲内で前記合口隙間が最も小さくなる温度である。なお、トップリング５は、前記した適温において前記合口隙間が所望の大きさとなるように設計されるものとする。
【００７０】
したがって、本実施例のピストンの冷却システムによれば、燃焼室３０で発生する熱量が多いときにトップリング５の合口隙間が過少となって合口の対向端面が互いに突き当たる事態、並びに、燃焼室３０で発生する熱量が少ないときにトップリング５の合口隙間が過大となって圧縮漏れやブローバイガスが増加する事態を回避することが可能となる。
【００７１】
なお、本実施例では、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが低いときにオイルジェット８を停止させる例について述べたが、水温センサ１６の出力信号（冷却水温度）が上限水温以上である場合及び油温センサ２０の出力信号（オイル温度）が上限油温以上である場合は、オイルジェット８の停止が禁止されるようにしてもよい。ここでいう「上限水温」及び「上限油温」は、内燃機関が過熱する可能性がある温度又はオイルの油膜切れが発生する可能性がある温度から所定のマージンを減算した温度である。このようにオイルジェット８の停止が禁止されると、内燃機関１の過熱やオイルの油膜切れを防止することができる。
【００７２】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図６乃至図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００７３】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、クーリングチャネルの構成にある。前述した第１の実施例ではクーリングチャネルがトップリング溝を集中的に冷却するように配置される例について述べたが、本実施例ではクーリングチャネルがトップリング溝に加えセカンドランドも冷却するように配置される例について述べる。
【００７４】
図６は、本実施例におけるピストン３の構成を示す断面図である。図６において、前述した第１の実施例（図２を参照）と同様の構成要素には同一の符号が付されている。本実施例の耐摩環３００は、シリンダ軸方向の長さ（幅）が前述した第１の実施例より広く形成されている。詳細には、耐摩環３００は、ピストン３のトップランドからサードランドに及ぶ幅を有している。
【００７５】
耐摩環３００には、トップリング溝３１に加え、セカンドリング溝３２も形成されている。その結果、トップリング溝３１とセカンドリング６溝との間に位置する耐摩環３００がセカンドランド３７を兼ねるようになっている。
【００７６】
ピストン３における耐摩環３００の内側には、該耐摩環３００と略同等の幅を有する中空耐摩環３１０が鋳込まれている。中空耐摩環３１０は、前述した第１の実施例と同様に断面コ字状の環状部材である。中空耐摩環３１０の開口部は前記耐摩環３００の内周面によって閉塞されている。中空耐摩環３１０と耐摩環３００とに囲まれた環状の空間３４は、クーリングチャネルとして機能する。
【００７７】
このように構成されたピストン３に対して、前述した第１の実施例と同様のオイルジェット制御が実行されると、燃焼室３０で発生する熱量が多いとき（機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いとき）にトップリング５の温度上昇が抑制されるとともに、セカンドランド３７の温度上昇も抑制されることになる。
【００７８】
ここで、ピストン３とシリンダボア壁面との隙間の拡大図を図７に示す。図７中のＶ１は、トップリング５とピストン３（トップランド）とシリンダボア壁面とに囲まれた空間（第１空間）を示している。図７中のＶ２は、トップリング５とピストン３（セカンドランド３７）とセカンドリング６とシリンダボア壁面とに囲まれた空間（第２空間）を示している。
【００７９】
第１空間Ｖ１の圧力Ｐｖ１は、図８に示すように、燃焼室３０内の圧力と略同期して変化する（図８中の実線を参照）。これに対し、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２は、燃焼室３０内の圧力より遅れて変化する（図８中の一点鎖線を参照）。その際のタイムラグは、トップリング５の合口隙間が小さくなるほど大きくなる。よって、前述した第１の実施例で述べたように、トップリング５の合口隙間が可及的に小さくされると、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が第１空間Ｖ１の圧力Ｐｖ１より高くなる期間（図８中の網掛け部分を参照）が発生する可能性がある。
【００８０】
特に、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いとき、言い換えればセカンドランド３７とシリンダボア壁面との温度差が大きくなるときは、第２空間Ｖ２の容積が縮小するため、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が第１空間Ｖ１の圧力Ｐｖ１より高くなり易い。
【００８１】
第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が第１空間Ｖ１の圧力Ｐｖ１より高くなると、図９に示すように、トップリング５がトップリング溝３１内においてシリンダ軸方向の上死点側へ浮き上がる現象が発生する。このようにトップリング５が浮き上がると、トップリング５とトップリング溝３１との隙間からブローバイガスが漏れる可能性がある。
【００８２】
これに対し、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが高いときにセカンドランド３７の温度上昇が抑制されると、セカンドランド３７の外径の拡大が抑制され、或いはセカンドランド３７の外径が縮小される。その場合、第２空間Ｖ２の容積の縮小が抑制され、或いは第２空間Ｖ２の容積が拡大する。その結果、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が上昇し難くなる。
【００８３】
また、セカンドランド３７の温度上昇が抑制されると、第２空間Ｖ２に存在するガスの容積拡大も抑制される。その結果、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が一層上昇し難くなる。さらに、クーリングチャネル３４内のオイルによってセカンドリング溝３２及びセカンドリング６が少なからず冷却されるため、セカンドリング６の合口隙間が拡大する。セカンドリング６の合口隙間が拡大すると、第２空間Ｖ２のガスが合口隙間から排出される。その結果、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が第１空間Ｖ１の圧力Ｐｖ１より高くなる事態をより確実に回避することが可能になる。
【００８４】
以上述べた実施例によれば、第２空間Ｖ２の圧力Ｐｖ２が第１空間Ｖ１の圧力Ｐｖ１より高くなる事態が回避されるため、前述した第１の実施例と同等の効果に加え、トップリング５の浮き上がり現象を抑制することもできる。その結果、トップリング５のシール性の低下によるブローバイガスの増加を抑制することができる。
【００８５】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図１０に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００８６】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、内燃機関１が暖機過程にあるときと内燃機関１の暖機完了後とにおいて、オイルジェット制御の実行方法を変える点にある。ピストン３はシリンダブロックに比べ熱容量が小さい。さらに、シリンダボア壁面はピストン３及びピストンリングを介して間接的に燃焼室３０の熱を受けるのに対し、ピストン３は燃焼室３０の熱を直に受ける。よって、内燃機関１が暖機過程にあるときは暖機完了後に比べ、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴが大きくなり易い。
【００８７】
ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴが大きくなると、トップリング５の外径の拡大量と気筒２の内径の拡大量との差が大きくなる。その結果、トップリング５に作用する応力が過大となったり、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となったりする可能性がある。
【００８８】
そこで、ＥＣＵ１５は、内燃機関１が暖機過程にあるときは暖機完了後に比べ、オイル噴射量が多くなるようにオイルジェット８を制御するようにした。図１０は、オイル噴射量と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとの関係を規定したマップの模式図である。図１０中の実線は暖機過程における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線を示し、図１０中の一点鎖線は暖機完了における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線を示している。
【００８９】
図１０に示すように、内燃機関１が暖機過程にあるときは暖機完了後に比べ、各境界線が低負荷・低回転側へシフトしている。そのため、内燃機関１が暖機過程にあるときは暖機完了に比べ、オイルジェット８のオイル噴射量が多くなる。
【００９０】
その結果、内燃機関１の暖機過程において、トップリング５の外径の拡大量と気筒２の内径の拡大量との差が暖機完了後より大きくなる事態が回避される。よって、内燃機関１が暖機過程にある場合であっても、圧縮漏れやブローバイガスの増加を抑えつつ、トップリング５に作用する応力が過大となる事態やトップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となる事態を回避することが可能になる。
【００９１】
＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図１１乃至図１７に基づいて説明する。ここでは前述した第３の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００９２】
前述した第３の実施例では内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合のオイルジェット制御の実行方法について述べたが、本実施例では内燃機関１が暖機過程において過渡運転された場合のオイルジェット制御の実行方法について述べる。
【００９３】
内燃機関１が冷間始動後に過渡運転されると、ピストン３の温度は急速に上昇するが、シリンダボア壁面（シリンダブロック）の温度は殆ど上昇しない事態が発生する。そのような場合は、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴがより大きくなる可能性がある。ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴが大きくなると、トップリング５の外径の拡大量と気筒２の内径の拡大量との差が大きくなる。その結果、トップリング５に作用する応力が過大となったり、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となったりする可能性がある。このような問題は、ピストン３の温度上昇率（温度上昇速度）が高く、且つシリンダボア壁面の温度が低くなるほど顕著となる。
【００９４】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ１５は、ピストン３の温度上昇率とシリンダボア壁面の温度とをパラメータとしてオイルジェット制御の実行方法を変更するようにした。たとえば、ＥＣＵ１５は、ピストン３の温度上昇率が高く且つシリンダボア壁面の温度が低いときは、ピストン３の温度上昇率が低く且つシリンダボア壁面の温度が高いときに比べ、オイル噴射量が多くなるように流量調整弁１２を制御する。ここでいう「ピストン３の温度上昇率が高く且つシリンダボア壁面の温度が低いとき」と「ピストン３の温度上昇率が低く且つシリンダボア壁面の温度が高いとき」とは、機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅが同等であるものとする。
【００９５】
ピストン３の温度上昇率は、冷却水温度の温度上昇率と相関する。そのため、ピストン３の温度上昇率としては、一定時間あたりにおける冷却水温度の変化量を用いることができる。また、シリンダボア壁面の温度は、シリンダブロックを流れる冷却水の温度と略同等となる。そのため、シリンダボア壁面の温度としては、水温センサ１６の出力信号（冷却水温度）を用いることができる。
【００９６】
図１１は、冷却水温度の経時変化を示す図である。図１１中の２点鎖線Ｘ１は、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合の冷却水温度の変化を示している。図１１中の一点鎖線Ｘ２は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合の冷却水温度の変化を示している。図１１中の実線Ｘ３は、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合の冷却水温度の変化を示している。図１１中のｔｈｗ０は、オイルジェット制御実行時における冷却水温度を示している。図１１中のΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３は、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の各々の所定時間ｔあたりにおける冷却水温度の変化量（温度上昇率）を示している。
【００９７】
図１１中の２点鎖線Ｘ１に示すように、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合は、ＥＣＵ１５は、図１２に示すようなマップにしたがってオイル噴射量を制御する。なお、図１２に示すマップは、前述した第３の実施例で述べたマップ（図１０を参照）と同等であり、内燃機関１の暖機完了後に比べ領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線が低負荷・低回転側へシフトされている。
【００９８】
次に、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合の温度上昇率ΔＰ２は、内燃機関１が暖機過程においてアイドル運転された場合の温度上昇率ΔＰ１より大
きくなる。そのため、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合は、内燃機関１が暖機過程においてアイドル運転された場合に比べ、ピストン３とシリンダブロックとの温度差ΔＴが大きくなると予想される。
【００９９】
そこで、図１１中の一点鎖線Ｘ２で示すように、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合は、ＥＣＵ１５は、図１３に示すようなマップにしたがってオイル噴射量を制御する。なお、図１３中の実線は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線を示している。図１３中の一点鎖線は、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線を示している。
【０１００】
図１３において、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線は、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線に比べ、低負荷・低回転側へシフトされている。よって、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合のオイル噴射量は、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合のオイル噴射量よりも多くなる。その結果、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴの拡大を抑制することができる。
【０１０１】
また、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合の温度上昇率ΔＰ３は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合の温度上昇率ΔＰ２よりさらに大きくなる。そのため、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合に比べ、ピストン３とシリンダブロックとの温度差ΔＴがさらに多くなると予想される。
【０１０２】
そこで、図１１中の実線Ｘ３に示すように、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合は、ＥＣＵ１５は、図１４に示すようなマップにしたがってオイル噴射量を制御する。なお、図１４中の実線は、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合における領域Ａ，Ｂの境界線を示している。図１４中の一点鎖線は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合における領域Ａ，Ｂの境界線を示している。
【０１０３】
図１４において、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合における領域Ａ，Ｂの境界線は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合における領域Ａ，Ｂの境界線に比べ、低負荷・低回転側へシフトしている。さらに、図１４に示すマップでは、オイルジェット８の停止領域（図１２，１３中の領域Ｃに相当する領域）が削除されている。すなわち、内燃機関１が高負荷・高回転運転領域から低負荷・低回転運転領域へ移行した場合であっても、オイルジェット８から少量のオイルが噴射されるようになっている。
【０１０４】
よって、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合のオイル噴射量は、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合のオイル噴射量よりも多くなる。その結果、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴの拡大を抑制することができる。
【０１０５】
なお、オイルジェット制御実行時における冷却水温度（シリンダボア壁面の温度）が前述したｔｈｗ０より低い場合は、冷却水温度がｔｈｗ０である場合に比べ、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴが大きくなる可能性がある。よって、冷却水温度がｔｈｗより低い場合は、冷却水温度がｔｈｗ０である場合に比べ、オイル噴射量がさらに多くされることが望ましい。
【０１０６】
たとえば、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合は、ＥＣＵ１５は、図１５に示すようなマップにしたがってオイル噴射量を制御する。なお、図１５中の実線は冷却水温度がｔｈｗ０より低い場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線を示し、図１５中の一点鎖線は冷却水温度がｔｈｗ０である場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線（図１２における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線と同等である）を示している。
【０１０７】
図１５において、冷却水温度がｔｈｗ０より低い場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線は、冷却水温度がｔｈｗ０である場合における領域Ａ，Ｂ，Ｃの境界線に比べ、低負荷・低回転側へシフトされている。よって、内燃機関１が暖機過程において定常運転された場合のオイル噴射量は、冷却水温度が低くなるほど多くなる。その結果、冷却水温度（シリンダボア壁面の温度）が低くなった場合であっても、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴの拡大が抑制される。
【０１０８】
また、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合は、ＥＣＵ１５は、図１６に示すようなマップにしたがってオイル噴射量を制御する。なお、図１６中の実線は冷却水温度がｔｈｗ０より低い場合における領域Ａ，Ｂの境界線を示し、図１６中の一点鎖線は冷却水温度がｔｈｗ０である場合における領域Ａ，Ｂの境界線（図１３における領域Ａ，Ｂの境界線と同等である）を示している。
【０１０９】
図１６において、冷却水温度がｔｈｗ０より低い場合における領域Ａ，Ｂの境界線は、冷却水温度がｔｈｗ０である場合における領域Ａ，Ｂの境界線に比べ、低負荷・低回転側へシフトされている。さらに、図１６に示すマップにおいては、オイルジェット８の停止領域（図１３における領域Ｃに相当する領域）は削除されている。よって、内燃機関１が暖機過程において中負荷・中回転運転された場合のオイル噴射量は、冷却水温度が低くなるほど多くなる。その結果、冷却水温度（シリンダボア壁面の温度）が低くなった場合であっても、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴの拡大が抑制される。
【０１１０】
さらに、内燃機関１が暖機過程において高負荷・高回転運転された場合は、ＥＣＵ１５は、図１７に示すようなマップにしたがってオイル噴射量を制御する。図１７に示すマップにおいては、オイルジェット８から少量のオイルが噴射される領域（図１４における領域Ｂに相当する領域）は削除されている。すなわち、内燃機関１の全ての運転領域においてオイル噴射量が最大量にされている。よって、内燃機関１が暖機過程にあり且つシリンダボア壁面の温度が低いときに、内燃機関１が高負荷・高回転運転されても、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴの拡大を抑制することができる。
【０１１１】
以上述べた実施例によれば、内燃機関１の暖機過程においてピストン３の温度上昇率ΔＰが高くなった場合であっても、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴの拡大を抑制することができる。その結果、トップリング５の外径の拡大量を少なく抑えることが可能となる。よって、トップリング５に作用する応力が過大となったり、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となったりする事態を回避することができる。
【０１１２】
なお、本実施例では、オイルジェット制御実行時における冷却水温度と冷却水の温度上昇率ΔＰとをパラメータにしてマップを切り換える例について述べたが、前述した図１２から図１７に示す関係を網羅する関数式を用いてもよい。すなわち、冷却水温度と温度上昇率と機関負荷Ｑと機関回転数Ｎｅとを引数とする関数式を用いてオイル噴射量が決定されるようにしてもよい。
【０１１３】
また、本実施例では、ピストン３の温度上昇率として、冷却水温度の温度上昇率を用いる例について述べたが、ピストン３の温度変化が冷却水温度に反映されるまでには多少のタイムラグが発生する可能性がある。
【０１１４】
そこで、燃料噴射量をパラメータとして燃焼室３０からピストン３へ伝わる熱量を演算し、その演算結果とシリンダボア壁面の温度（冷却水温度）とをパラメータにしてマップの切り換えが行われるようにしてもよい。その際、一定時間ｔｉｎｊあたりに燃焼室３０からピストン３へ伝わる熱量Ｈｑは、以下の式に基づいて算出してもよい。
【０１１５】
Ｈｑ＝Ｈｉｎｊ×∫（ΣＦｉｎｊ）ｄｔ÷ｔｉｎｊ
【０１１６】
上記した式において、Ｈｉｎｊは燃料の低発熱量（Ｊ／ｇ）を示し、ΣＦｉｎｊは一定時間ｔｉｎｊ内における燃料噴射量Ｆｉｎｊの総和を示す。
【０１１７】
ＥＣＵ１５は、上記した式により求められた熱量Ｈｑが多く且つ冷却水温度（シリンダボア壁面の温度）が低い場合は、熱量Ｈｑが少なく且つ冷却水温度（シリンダボア壁面の温度）が高い場合に比べ、オイル噴射量が多くなるように流量調整弁１２を制御すればよい。
【０１１８】
このような方法によれば、ピストン３の実際の温度に応じたオイルジェット制御を実行することが可能になる。
【０１１９】
なお、ＥＣＵ１５は、冷却水温度の温度上昇率ΔＰに基づくオイル噴射量の演算と、燃焼室３０からピストン３へ伝わる熱量Ｈｑに基づくオイル噴射量の演算と、を並行して実行し、２つの演算結果のうち何れか多い方にしたがって流量調整弁１２を制御してもよい。この方法によれば、ピストン３とシリンダボア壁面の温度差ΔＴの拡大をより確実に抑制することが可能となる。
【０１２０】
＜実施例５＞
次に、本発明の第５の実施例について説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同等の構成については説明を省略する。
【０１２１】
本実施例では、内燃機関１の冷却系が故障した場合、特にサーモスタットバルブが開弁状態で固着した場合のように、シリンダボア壁面が過冷却される場合にオイルジェット制御を実行する例について述べる。
【０１２２】
サーモスタットバルブが開弁状態で固着した場合は、冷却水温度がサーモスタットバルブの開弁温度（又は閉弁温度）未満であっても、冷却水がラジエータを通過することになる。そのため、冷却水温度が一層低下する可能性がある。このように冷却水温度が低下すると、シリンダボア壁面が過冷却されることになる。
【０１２３】
シリンダボア壁面が過冷却されると、燃焼室３０で発生する熱量が少ない場合であっても、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴが拡大する可能性がある。ピストン３とシリンダボア壁面との温度差ΔＴが拡大すると、トップリング５の外径の拡大量が気筒２の内径の拡大量に対して過大となる可能性がある。その結果、燃焼室３０で発生する熱量が少ない場合であっても、トップリング５に作用する応力が過大となったり、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大になったりする可能性がある。
【０１２４】
これに対し、本実施例のオイルジェット制御では、ＥＣＵ１５は、冷却系の故障が発生した場合は、前述した図１７のマップと同様に、内燃機関１の運転状態（機関負荷Ｑ及び機関回転数Ｎｅ）にかかわらずオイル噴射量を最大量に設定するようにした。
【０１２５】
ここで、冷却系の故障を検出する方法としては、冷却水温度の低下率（低下速度）が予
め定められた上限低下率より大きい場合、又は冷却水の温度低下量が予め定められた上限低下量より大きい場合に、冷却系が故障していると判定する方法を用いることができる。ここでいう「上限低下率」は、サーモスタットバルブが開弁状態で故障した場合の低下率又は該低下率から所定のマージンを減算した値である。また、「上限低下量」は、サーモスタットバルブが開弁状態で固着した場合の温度低下量、又は該温度低下量から所定のマージンを減算した値である。
【０１２６】
本実施例によれば、冷却系が故障した場合に、ピストン３とシリンダボア壁面との温度差が拡大する事態を回避することができる。その結果、トップリング５の外径の拡大が抑制される。よって、燃焼室３０で発生する熱量が少ない場合に、トップリング５に作用する応力が過大となったり、トップリング５とシリンダボア壁面との接触荷重が過大となったりする事態を回避することが可能になる。
【０１２７】
なお、以上述べた第１から第５の実施例の少なくとも２つ、或いは全部を組み合わせることができる。その結果、内燃機関１が暖機過程にある場合、内燃機関１が暖機完了状態にある場合、内燃機関１の冷却系が故障している場合などの様々な場合において、トップリング５の合口隙間を略一定の大きさに維持することができる。
【０１２８】
また、以上述べた第１から第５の実施例では、クーリングチャネル３４が中空耐摩環によって構成される例について述べたが、トップリング５（及びセカンドランド３７）に隣接して配置される限り、如何なる構成であっても構わない。
【符号の説明】
【０１２９】
１     内燃機関
２     気筒
３     ピストン
４     コネクティングロッド
５     トップリング
６     セカンドリング
７     オイルリング
８     オイルジェット
９     供給路
１０   オイルパン
１１   オイルポンプ
１２   流量調整弁
１３   リターン通路
１４   ワンウェイバルブ
１５   ＥＣＵ
１６   水温センサ
１８   クランクポジションセンサ
１９   アクセルポジションセンサ
２０   油温センサ
３０   燃焼室
３０ａ 上縁部
３１   トップリング溝
３２   セカンドリング溝
３３   オイルリング溝
３４   クーリングチャネル
３５   導入路
３６   排出路
３７   セカンドランド
３００ 耐摩環
３１０ 中空耐摩環
【図１】
2011256742.tif 000003
【図２】
2011256742.tif 000004
【図３】
2011256742.tif 000005
【図４】
2011256742.tif 000006
【図５】
2011256742.tif 000007
【図６】
2011256742.tif 000008
【図７】
2011256742.tif 000009
【図８】
2011256742.tif 000010
【図９】
2011256742.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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