(57)【要約】【課題】エンジンの冷機時であってもポスト噴射の効果を十分に得ることができるエンジンのピストンを提供する。【解決手段】シリンダ筒１内に燃料を直接噴射し、排気系に微粒子捕集フィルタを設け、ポスト噴射により前記微粒子捕集フィルタの強制再生を行うエンジンのピストン２において、頂部にキャビティ７を設け、このキャビティ７とトップリング溝２３とを流路８にて連通した。前記流路８は、前記キャビティ７側を前記トップリング溝２３側よりも大径とした。前記流路８は、ピストン平面視、ピストンピン３７とほぼ平行の方向から排気側に片寄った配置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ筒内に燃料を直接噴射し、排気系に微粒子捕集フィルタを設け、ポスト噴射により前記微粒子捕集フィルタの強制再生を行うエンジンのピストンにおいて、
頂部にキャビティを設け、
このキャビティとトップリング溝とを流路にて連通したことを特徴するエンジンのピストン。  
【請求項２】
前記流路は、前記キャビティ側を前記トップリング溝側よりも大径としたことを特徴する請求項１記載のエンジンのピストン。
【請求項３】
前記流路は、ピストン平面視、ピストンピンとほぼ平行の方向から排気側に片寄った配置としたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンのピストン。
【請求項４】
エンジンの圧縮行程時、燃料を、ピストン平面視でピストンピンとほぼ平行の方向から吸気側に片寄った位置に噴射する請求項１〜３のいずれか一つに記載のエンジンのピストン。
【請求項５】
ランド部を、排気―吸気方向を長軸とする断面楕円形状としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のエンジンのピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
シリンダ筒内に燃料を直接噴射し、排気系に微粒子捕集フィルタを設け、ポスト噴射により前記微粒子捕集フィルタの強制再生を行うエンジンのピストンに関する
【背景技術】
【０００２】
直噴エンジンでの微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）対策として、排気系に微粒子捕集フィルタ（例えば、Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）を設けた技術がある。この技術において、微粒子捕集フィルタが目詰まりすると微粒子捕集性能が低下する。
そこで、従来、特許文献１に開示されているように、燃焼行程後の燃料の追加噴射であるポスト噴射をすることで未燃ガスを触媒に送り込み、触媒反応により微粒子を燃焼・除去していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、シリンダ壁面が十分に温まっていない場合、ポスト噴射した燃料がシリンダ壁面に付着しやすくなり、シリンダ壁面に付着した燃料がオイルに混ざってオイル希釈が生じやすかった。
本発明の目的は、エンジンの冷機時であってもオイル希釈を低減でき、ポスト噴射をエンジンの冷機時から可能にして、微粒子捕集フィルタの目詰まりを効果的に抑制できるエンジンのピストンを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
シリンダ筒内に燃料を直接噴射し、排気系に微粒子捕集フィルタを設け、ポスト噴射により前記微粒子捕集フィルタの強制再生を行うエンジンのピストンにおいて、
頂部にキャビティを設け、
このキャビティとトップリング溝とを流路にて連通したことを特徴とする。（請求項１）この構成によれば、次の作用を奏することができる。
【０００６】
トップリング溝に嵌合したピストンリングが、ピストンの上昇に伴ってシリンダ壁面のガソリンや軽油などの燃料及びオイルを削り取る。そして、削り取った燃料及びオイルを、前記流路を通してキャビティに回収する。
前記キャビティに回収する燃料は、ピストンからの熱でほとんど（大半）が気化する。一方、オイルは前記流路やキャビティに残ることがあるが、オイルが流路やキャビティに残っても、このオイルを燃焼爆発時の火炎で焼き切ることができる。これにより、オイルの希釈を低減することができる。さらに、燃焼爆発ごとに火炎が流路に届いて、タール又はカーボンによる流路の詰まりを抑えることができる。
従って、ポスト噴射がエンジンの冷機時から可能であり、かつ、有効に作用する。そして、短時間運転の繰り返しで、完全暖機にはならない運転の繰り返しを行っても、ポスト噴射が有効に作用する。その結果、微粒子捕集フィルタの目詰まりを効果的に抑えることができる。（請求項１）
【０００７】
本発明において、
前記流路は、前記キャビティ側を前記トップリング溝側よりも大径としたことを特徴すると、次の作用を奏することができる。（請求項２）
【０００８】
燃焼爆発ごとに生ずる火炎が、流路のトップリング溝側の奥まで届きやすくすることができる。これにより、タール又はカーボンによる流路の詰まりを、より確実に抑えることができる。（請求項２）
【０００９】
本発明において、
前記流路は、ピストン平面視、ピストンピンとほぼ平行の方向から排気側に片寄った配置としたことを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項３）
【００１０】
流路を通してキャビティに回収したオイルが、吸気によるキャビティの温度低下の影響を極力受けにくくすることができる。従って、タール又はカーボンによる流路の詰まりを、より確実に抑えることができる。（請求項３）
【００１１】
本発明において、
エンジンの圧縮行程時、燃料を、ピストン平面視でピストンピンとほぼ平行の方向から吸気側に片寄った位置に噴射すると、次の作用を奏することができる。（請求項４）
【００１２】
火炎を流路内に侵入させやすくすることができる。また、噴射による流路の温度低下を低減することができる。(請求項４)  
【００１３】
本発明において、
ランド部を、排気―吸気方向を長軸とする断面楕円形状としたことを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項５）
【００１４】
シリンダはほぼ真円であることから、シリンダ壁面とランド部との間に隙間が形成され、この隙間に溜まった燃料及びオイルを流路内に導入しやすくすることができる。（請求項５）
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、
エンジンの冷機時であってもオイル希釈を低減でき、ポスト噴射をエンジンの冷機時から可能にして、微粒子捕集フィルタの目詰まりを効果的に抑制できるエンジンのピストンを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）はシリンダとピストンの縦断面図、（ｂ）は燃料リングと流路の作用を示す断面図
【図２】（ａ）はピストンを軸芯方向から見た図、（ｂ）はピストンの縦断面図
【図３】エンジンの縦断面図
【図４】ピストンの流路の加工方法を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図３に、シリンダ筒１内に燃料を直接噴射する自動車のエンジン３０を示してある。このエンジン３０は、前記シリンダ筒１と、頂部にキャビティ７を形成したピストン２と、吸気通路１５と、吸気通路１５の開口１５Ａを開閉する吸気バルブ１３と、排気通路１６と、排気通路１６の開口１６Ａを開閉する排気バルブ１４と、点火プラグ１９と、燃料噴射装置１２とを備えている。
【００１８】
この種の直噴エンジン３０では微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の排出量が多いので、エンジン３０の排気系に微粒子捕集フィルタ（図示せず）を設けてある。この微粒子捕集フィルタが目詰まりすると微粒子捕集性能が低下する。そこで、捕集した微粒子を除去するために、燃料をポスト噴射（燃焼行程後の追加噴射）して、微粒子捕集フィルタを強制再生するように構成してある。
【００１９】
すなわち、未燃ガスを触媒に送り込み、フィルタ温度を、一例として２５０°Ｃ〜３００°Ｃに上昇させて微粒子を燃焼・除去する。昇温は、排気ガスの熱エネルギーや燃料を触媒内で燃焼させることによって得た熱を利用して行う。
【００２０】
ポスト噴射とは、上記のようにシリンダ筒１内の燃焼が終了した後に燃料を噴射することであり、未燃燃料を排気系に送り込むことから、燃料の一部がシリンダ壁面１Ｎに付着しやすい。シリンダ壁面１Ｎに付着した燃料はエンジンオイル(以下、「オイル」と称する)に混ざり込み、オイルを希釈するという問題がある。
【００２１】
この問題を解消するために、エンジン３０のピストン２を次のように構成してある。
［エンジン３０のピストン２の構造］
ピストン２の一般的な構造から説明すると、図１（ａ），図１（ｂ），図２（ｂ）に示すように、ピストン２の外周部に、下から順にオイルリング溝２６・下側圧力リング溝２５・上側圧力リング溝２４を全周にわたって形成してある。そして、各溝２６，２５，２４に、オイルリング６・下側圧力リング５・上側圧力リング４を嵌合してある。本発明のピストン２では、この構造に加え、上側圧力リング溝２４の上方のピストン２の外周部に、燃料リング溝２３（トップリング溝に相当）を全周にわたって形成し、燃料リング溝２３に燃料リング３（ピストンリングに相当）を外嵌してある。
【００２２】
また、図１（ｂ）に示すように、燃料リング３の外周面を下窄まりのテーパ面に形成して、燃料リング３の外周縁を尖らせてある。さらに、燃料リング３の厚さを燃料リング溝２３の上下の内面２３Ｊ，２３Ｋ間の長さよりも小さく設定してある。これにより、燃料リング３と燃料リング溝２３との間に隙間が形成される。
【００２３】
そして、図１（ａ），図１（ｂ），図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、ピストン２のキャビティ７と燃料リング溝２３とを連通する一対の流路８をピストン２に貫通形成してある。一対の流路８は、ピストン２の軸芯に関して点対称に位置し、ピストンピン３７（図３参照）の軸芯Ｏに沿っている。ピストンピン３７の軸芯方向（ピストンピン３７の長手方向）は、排気―吸気方向（吸気通路１５の開口１５Ａと、排気通路１６の開口１６Ａとが並ぶ方向）と直交する方向である（図３参照）。
【００２４】
前記流路８は、キャビティ７側の排出口８Ｂを燃料リング溝２３側の流入口８Ａよりも大径としてある。つまり、前記流路８をキャビティ７側ほど大径の断面円形のテーパ孔状に形成してある。流路８はピストン２の軸芯側ほど上方に位置するように傾斜し、流路８のキャビティ７側の排出口８Ｂは、キャビティ７の底面７Ｔよりも上側に位置する。
【００２５】
前記流路８をピストン２に形成する場合、図４に示すように、キャビティ７側からドリル１１でピストン２に孔開け加工する手段を採用することができる。
【００２６】
図１（ａ），図１（ｂ）に示すように、燃料リング溝２３に嵌合した燃料リング３が、ピストン２の上昇に伴ってシリンダ壁面１Ｎのガソリンや軽油などの燃料及びオイル１０を削り取る。この時、燃料リング３の下面３Ｋは、燃料リング溝２３の下側の内面２３Ｋに圧接し、燃料リング３の上面３Ｊと燃料リング溝２３の上側の内面２３Ｊとの間に隙間が形成されている。また、上側圧力リング４の下面４Ｋが上側圧力リング溝２４の下面２４Ｋに圧接して、上側圧力リング４がガスシール性を保つ機能を発揮する。
【００２７】
そして、削り取った燃料及びオイルを、前記隙間及び流路８を通してキャビティ７に回収する（図１（ｂ）の矢印参照）。図２（ｂ）の符号Ｂは、キャビティ７に回収されて燃焼している状態の燃料及びオイルである。
【００２８】
前記キャビティ７に回収する燃料は、ピストン２からの熱でほとんど（大半）が気化する。一方、オイルは前記流路８やキャビティ７に残ることがあるが、オイルが前記流路８やキャビティ７に残っても、このオイルを燃焼爆発時の火炎で焼き切ることができる。これにより、オイルの希釈を低減することができる。さらに、燃焼爆発ごとに火炎が流路８に届いて、タール又はカーボンによる流路８の詰まりを抑えることができる。
【００２９】
従って、ポスト噴射がエンジン３０の冷機時から可能であり、かつ、有効に作用する。そして、短時間運転の繰り返しで、完全暖機にはならない運転の繰り返しを行っても、ポスト噴射が有効に作用する。その結果、微粒子捕集フィルタの目詰まりを効果的に抑えることができる。
【００３０】
また、前記流路８は、キャビティ７側の排出口８Ｂを燃料リング溝２３側の流入口８Ａよりも大径として、キャビティ７側ほど大径の断面円形のテーパ孔状に形成してあるから、燃焼爆発ごとに生ずる火炎が、流路８の燃料リング溝２３側の奥まで届きやすくすることができる。これにより、タール又はカーボンによる流路８の詰まりをより確実に抑えることができる。
【００３１】
さらに、前記流路８のキャビティ７側の排出口８Ｂは、キャビティ７の底面７Ｔよりも上側に位置するから、キャビティ７に燃料及びオイルが溜まった際、燃料及びオイルが流路８へ逆流することを回避することができる。
【００３２】
ピストン２の下降時の直後には、燃料リング３の上面３Ｊが、燃料リング溝２３の上側の内面２３Ｊに圧接し、燃料リング３の下面３Ｋと燃料リング溝２３の下側の内面２３Ｋとの間に隙間が形成される。
【００３３】
図２（ａ），図３に示すように、エンジン３０の圧縮行程時、燃料噴射装置１２は、燃料１７をピストン平面視でピストンピン３７とほぼ平行の方向から吸気側Ｗ１に片寄った位置に噴射する。つまり、燃料噴射装置１２は、燃料１７をピストン平面視で（ピストン２を軸芯方向から見て）ピストンピン３７の軸芯Ｏよりも吸気側Ｗ１に片寄った位置に噴射する。これにより、火炎を流路８内に侵入させやすくすることができる。図３の符号１８は気化した燃料である。
【００３４】
図２（ｂ），図４に示すように、各リング溝２３，２４，２５，２６の隣り合うもの同士の間のランド部３３を、排気―吸気方向（吸気通路１５の開口１５Ａと、排気通路１６の開口１６Ａとが並ぶ方向）を長軸とする楕円形状としてある。これにより、一対の流路８が、前記楕円の短軸方向に沿った状態になり、一対の流路８の燃料リング溝２３側の流入口８Ａの近くのランド部３３と、シリンダ壁面１Ｎとの間に隙間ができて、燃料及びオイルを流路８内に導入しやすくすることができる。
【００３５】
また、燃料リング３とシリンダ壁面１Ｎとの間に、わずかな隙間を形成し、燃料リング３に所定の圧力が加わった場合には、その下の上側圧力リング４側に圧力を逃がすよう構成してある。
【００３６】
［別実施形態］
（１）  図２（ａ）に二点鎖線で示すように、前記一対の流路８を、ピストン平面視、ピストンピンとほぼ平行の方向から排気側Ｗ２に片寄った配置としてあってもよい。つまり、前記流路８は、ピストン２の軸芯方向から見て、ピストンピンの軸芯Ｏ（図２（ｂ）参照）よりも排気側Ｗ２に片寄って位置する。ピストンピンと平行の方向は、ピストン２の断面楕円形状プロフィルの短軸方向である。図２において符号Ａは噴射燃料である。
【００３７】
この構成によれば、前記流路８は、前記短軸方向から排気側Ｗ２（ピストンピンの軸芯Ｏよりも排気側Ｗ２）に片寄って位置するから、吸気によるキャビティ７の温度低下の影響を極力受けにくくすることができる。その結果、タール又はカーボンによる流路８の詰まりをより確実に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１        シリンダ筒
２        ピストン
７        キャビティ
８        流路
２３      トップリング溝（燃料リング溝）
３０      エンジン
３３      ランド部
３７      ピストンピン
Ｗ１      吸気側
Ｗ２      排気側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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