(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンヘッドの頂面に凹部が形成されたピストンであって、上記凹部を冷却する凹部冷却通路と、上記凹部の側壁面と上記ピストンヘッドの外周面との間に位置し、上記ピストンヘッドの周縁部を冷却するピストンヘッド冷却通路と、を有し、上記凹部冷却通路と上記ピストンヘッド冷却通路とが互いに別系統のオイル流通経路として形成されていると共に、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給が、上記内燃機関の運転状態と燃焼形態に基づいて互いに独立して行われ、高負荷運転領域で火花点火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路の双方に冷却オイルを供給し、中負荷運転領域で圧縮による自己着火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路への冷却オイルの供給を停止し、かつ上記ピストンヘッド冷却通路に冷却オイルを供給し、低負荷運転領域で火花点火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路に冷却オイルを供給し、かつ上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルを供給を停止することを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
ピストンヘッドの頂面に凹部が形成されたピストンであって、上記凹部を冷却する凹部冷却通路と、上記凹部の側壁面と上記ピストンヘッドの外周面との間に位置し、上記ピストンヘッドの周縁部を冷却するピストンヘッド冷却通路と、を有し、上記凹部冷却通路と上記ピストンヘッド冷却通路とが互いに別系統のオイル流通経路として形成されていると共に、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給が、上記内燃機関の運転状態と燃焼形態に基づいて互いに独立して行われ、高負荷運転領域で火花点火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路の双方に冷却オイルを供給し、中負荷運転領域で圧縮による自己着火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路への冷却オイルの供給を停止し、かつ上記ピストンヘッド冷却通路に冷却オイルを供給し、低負荷運転領域で圧縮による自己着火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路双方への冷却オイルの供給を停止することを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項３】
上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給の制御が、上記内燃機関の暖機状態によって異なることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のピストン。
【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関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピストンヘッドの頂面に形成された凹部内で燃料を燃焼させる内燃機関のピストンにあっては、上記凹部の内壁面が燃料の燃焼により高温となってしまうため冷却する必要がある。
【０００３】
そこで、ピストンヘッドの内部に環状の冷却通路を形成し、この冷却通路にオイルジェット等から噴出させた冷却オイルを供給することによって、ピストンヘッド全体を冷却し、上記凹部の内壁面の冷却を図るようにした構造のピストンが従来から知られている（例えば、特開平５−６５８５０号公報等を参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構造のピストンにおいては、燃料の燃焼により、ピストンヘッドの頂面及び外周面等の周縁部に比べ、上記凹部の内壁面の方が高温状態となるが、ピストンヘッドの冷却制御は、ピストンの構造上、冷却通路へのオイルの供給あるいは非供給でしか行うことができず、ピストンヘッドの頂面の温度と上記凹部の内壁面の温度を独立して制御することができないという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に記載の発明は、ピストンヘッドの頂面に凹部が形成されたピストンであって、上記凹部を冷却する凹部冷却通路と、上記凹部の側壁面と上記ピストンヘッドの外周面との間に位置し、上記ピストンヘッドの周縁部を冷却するピストンヘッド冷却通路と、を有し、上記凹部冷却通路と上記ピストンヘッド冷却通路とが互いに別系統のオイル流通経路として形成されていると共に、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給が、上記内燃機関の運転状態と燃焼形態に基づいて互いに独立して行われ、高負荷運転領域で火花点火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路の双方に冷却オイルを供給し、中負荷運転領域で圧縮による自己着火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路への冷却オイルの供給を停止し、かつ上記ピストンヘッド冷却通路に冷却オイルを供給し、低負荷運転領域で火花点火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路に冷却オイルを供給し、かつ上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルを供給を停止することを特徴としている。これによって、ピストンヘッドの周縁部の冷却制御と、ピストンヘッドの頂面に設けられた凹部内壁面の冷却制御と、が独立して行われる。
【０００６】
また、上記内燃機関は、その運転条件に応じて、燃焼室全体あるいは上記凹部内で局部的に燃料を燃焼させている。これにより、運転条件に応じて、凹部冷却通路及びピストンヘッド冷却通路へ冷却オイルが供給される。
【０００８】
そして、燃料の燃焼形態に応じてピストンの冷却が行われる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、ピストンヘッドの頂面に凹部が形成されたピストンであって、上記凹部を冷却する凹部冷却通路と、上記凹部の側壁面と上記ピストンヘッドの外周面との間に位置し、上記ピストンヘッドの周縁部を冷却するピストンヘッド冷却通路と、を有し、上記凹部冷却通路と上記ピストンヘッド冷却通路とが互いに別系統のオイル流通経路として形成されていると共に、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給が、上記内燃機関の運転状態と燃焼形態に基づいて互いに独立して行われ、高負荷運転領域で火花点火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路の双方に冷却オイルを供給し、中負荷運転領域で圧縮による自己着火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路への冷却オイルの供給を停止し、かつ上記ピストンヘッド冷却通路に冷却オイルを供給し、低負荷運転領域で圧縮による自己着火燃焼の場合には、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路双方への冷却オイルの供給を停止することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関のピストンにおいて、上記凹部冷却通路及び上記ピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給の制御が、上記内燃機関の暖機状態によって異なることを特徴としている。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストンヘッドの頂面に設けられた凹部を冷却する凹部冷却通路と、ピストンヘッドの周縁部を冷却するピストンヘッド冷却通路と、を設けることによって、上記凹部と上記ピストンヘッドの周縁部の冷却制御を独立させることができる。
【００１２】
そして、凹部冷却通路及びピストンヘッド冷却通路への冷却オイルの供給が内燃機関の運転条件によって制御できるので、異なる運転条件に対してピストンの温度を最適に保つことができる。
【００１３】
また、内燃機関の運転条件をこの内燃機関の燃焼形態によって判別するので、上記内燃機関の異なる燃焼形態に対して最適なピストンの冷却を行うことができる。
【００１４】
そして、内燃機関の運転条件に応じて、この内燃機関の圧縮着火の領域を分けて判別するので、最適な圧縮着火燃焼時のピストンの温度制御を行うことができる。
【００１５】
請求項３では、第１オイル通路及び第２オイル通路への冷却オイルの供給が、内燃機関の暖機状態、つまりピストンの温度条件できめ細かく制御されるので、暖機運転中の燃料の燃焼を良好に保つことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２は、本発明に係る内燃機関のピストン２の構造を示している。
【００１８】
上記ピストン２は、例えば筒内直接噴射式のガソリン機関のピストンであって、頂面６に、略円筒状の凹部８が形成されたピストンヘッド４と、このピストンヘッド４から図１における下方に向かって延出する、略円筒形状で薄肉のスカート部１０と、から大略構成されている。
【００１９】
上記凹部８は、上記ピストンヘッド４の略中央に位置しており、該凹部８の側壁面１２と該ピストンヘッドの外周面１４との間は比較的肉厚となる環状の側壁１６となっている。
【００２０】
上記ピストンヘッド４の内部には、冷却オイルが供給される環状の凹部冷却通路１８及び環状のピストンヘッド冷却通路２０が形成されている。
【００２１】
上記凹部冷却通路１８は、上記凹部８の底面２２を冷却する略環状の第１通路部２４と、上記凹部８の側壁面１２を冷却する略環状の第２通路部２６とからなっている。上記第１通路部２４は、上記凹部８の底面２２の下方に近接し、この底面に沿って断面が扁平に形成されている。上記第２通路部２６は、上記凹部８の側壁面１２を覆うように、該側壁面１２の外側に近接して形成されている。
【００２２】
上記ピストンヘッド４の下面側には、上記凹部冷却通路１８に冷却オイルを導入するための冷却オイル供給口２８が形成されている。この冷却オイル供給口２８は、上記第１通路部２４及び上記第２通路部２６に連通している。
【００２３】
そして、上記凹部冷却通路１８の冷却オイル戻り口３０は、上記ピストンヘッド４の軸中心を挟んで上記冷却オイル供給口２８と対向する位置に形成され、上記冷却オイル供給口２８と同様に上記第１通路部２４及び上記第２通路部２６に連通している。
【００２４】
一方、上記ピストンヘッド冷却通路２０は、上記凹部冷却通路１８の第２通路部２６の外側に位置し、上記ピストンヘッド４の側壁１６に環状に形成されている。そして、このピストンヘッド冷却通路２０は、上記第２通路部２６よりもその流路断面積が大きく、かつ該第２通路部２６の上記ピストンヘッド４頂面側の端部よりも、そのピストンヘッド４頂面側の端部が上記頂面６に対して近接していると共に、上記凹部８の側壁面１２よりも上記ピストンヘッド４の外周面に対して近接するよう形成されている。
【００２５】
上記ピストンヘッド冷却通路２０の冷却オイル供給口３２は、上記凹部冷却通路１８と同様に上記ピストンヘッド４の下面側に形成されているが、上記凹部冷却通路１８の冷却オイル供給口２８に対して、該ピストンヘッド４の周方向にオフセットした位置に形成されている。そして、上記ピストンヘッド冷却通路２０の冷却オイル戻り口３４は、上記ピストンヘッド４の軸中心を挟んで上記冷却オイル供給口３２と略対向する位置に形成されている。
【００２６】
図３は、上記各冷却オイル供給口２８，３２に冷却オイルを供給するオイルジェット３６を示したものであり、上記ピストンヘッド４の下方に位置し、上記ピストン２のシリンダ内の往復動に干渉することがないシリンダ壁面（図示せず）に設けられている。
【００２７】
上記ピストン２は、上記凹部冷却通路１８によって凹部８の冷却が可能であると共に、上記ピストンヘッド冷却通路２０によって、ピストンヘッド２の周縁部の冷却が可能となっており、これら２つの冷却通路１８，２０によりピストンヘッド４全体が冷却可能となっている。尚、ここでいうピストンヘッド周縁部とは、ピストンヘッド４の頂面６及びピストンヘッド４の外周面１４を含むピストンヘッド４の側壁１６である。
【００２８】
図４は、上述した構造を有するピストン２を備え、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを使い分ける内燃機関のエンジン回転数−負荷と燃料の燃焼形態の関係を示している。図４中のＡ領域は高回転高負荷の運転領域を示し、Ｂ領域は低中速中負荷の運転領域、Ｃ領域は低中速低負荷の運転領域をそれぞれ示している。
【００２９】
また、上述したＡ，Ｂ，Ｃの各運転領域における上記凹部冷却通路１８及び上記ピストンヘッド冷却通路２０の冷却の関係を表１に示す。
【００３０】
火花点火燃焼により燃料が燃焼室全体で燃焼する運転領域Ａでは、エンジンが高回転高負荷運転状態で発熱が非常に多く、ピストン２全体を冷却する必要があるため、上記オイルジェット３６から、上記凹部冷却通路１８及び上記ピストンヘッド冷却通路２０の各オイル供給口２８，３２に冷却オイルが供給される。各オイル供給口２８，３２から供給された冷却オイルは、上記凹部冷却通路１８及び上記ピストンヘッド冷却通路２０の内部を流れ、各冷却オイル戻り口３０，３４から排出され、オイルパン（図示せず）へ戻される。
【００３１】
運転領域Ｂは、エンジンの中負荷運転状態に当たり、燃焼室に供給される燃料が、主に、上記凹部８に混合気を形成し、高圧縮比により自己着火を行い高効率の燃焼を行う。
【００３２】
この場合、燃料が圧縮による自己着火を行うためには、上記ピストンヘッド４の凹部８の温度を高くしておく必要があるため、上記凹部８の冷却を停止する。すなわち、上記凹部冷却通路１８への冷却オイルの供給が停止される。
【００３３】
しかし、上記ピストンヘッド４の周縁部の冷却は必要であるため、上記ピストンヘッド冷却通路２０のオイル供給口３２に上記オイルジェット３６から冷却オイルが供給される。
【００３４】
運転領域Ｃは、エンジンの低負荷運転状態に当たり、上記ピストンヘッド４の凹部８内で火花着火により燃料が燃焼する。
【００３５】
この場合は、上記ピストンヘッド４の凹部８のみを冷却する。すなわち、上記凹部冷却通路１８にのみ上記オイルジェット３６から冷却オイルが供給される。
【００３６】
このように、冷却オイルの流通経路が互いに異なる、ピストンヘッド４の凹部８を冷却する凹部冷却通路１８と、ピストンヘッド４の周縁部を冷却するピストンヘッド冷却通路２０と、を設けることによって、上記ピストンヘッド４の周縁部及び上記ピストンヘッド４の凹部８の冷却を、内燃機関の運転条件に応じて独立して行うことができる。
【００３７】
さらに、自己着火、火花着火といった燃料の燃焼形態に応じて、上記凹部冷却通路１８及び上記ピストンヘッド冷却通路２０への冷却オイルの供給の制御を行うことにより、ピストンヘッド４の各部位の温度を最適な状態に制御することができる。
【００３８】
次に本発明に第２実施例について説明する。この第２実施例は、上述した第１実施と同一のピストンを用いた内燃機関であるが、図５に示すように、内燃機関のエンジン回転数−負荷と燃料の燃焼形態の関係が上述した第１実施例と異なっている。すなわち、エンジンが高回転高負荷となる運転領域Ａ’では、燃料が燃焼室全体に広がった火花点火燃焼を行い、エンジンが低速中負荷及び中速低中負荷の運転状態となる運転領域Ｂ’並びに低速低負荷運転状態となる運転領域Ｃ’では、上記凹部８内で燃料が自己着火燃焼を行う。
【００３９】
そして、図５のＡ’，Ｂ’，Ｃ’の各運転領域における凹部冷却通路１８及びピストンヘッド冷却通路２０の冷却の関係を表２に示す。尚、凹部冷却通路１８及びピストンヘッド冷却通路２０への冷却オイルの供給は、第１実施例と同様に上述したオイルジェット３６によって行われている。
【００４０】
運転領域Ａ’では、発熱が非常に多く、ピストン２全体を冷却する必要があるため、上記オイルジェット３６から、上記凹部冷却通路１８及び上記ピストンヘッド冷却通路２０の各オイル供給口２８，３２に冷却オイルが供給される。
【００４１】
運転領域Ｂ’では、燃焼室に供給される燃料が、主に、上記凹部８に混合気を形成し、高圧縮比により自己着火を行い高効率の燃焼を行う。この場合、圧縮による自己着火を行うためには、上記ピストンヘッド４の凹部８の温度を高くしておく必要があるため、上記凹部８の冷却を停止する。しかし、上記ピストンヘッド４の周縁部の冷却は必要であるため、上記ピストンヘッド冷却通路２０には上記オイルジェット３６から冷却オイルが供給される。
【００４２】
運転領域Ｃ’では、上記ピストンヘッド４の凹部８内で自己着火により燃料が燃焼するので、上記凹部８の温度維持のため凹部冷却通路１８への冷却オイルの供給が停止される。また、低負荷であるため圧縮自己着火の燃焼による発熱は大きくないので、ピストンヘッド冷却通路２０への冷却オイルの供給も停止される。
【００４３】
この第２実施例によれば、燃料が圧縮着火する燃焼形態であっても、エンジンの運転状態に応じて、最適なピストン２の温度制御を行うことができる。
【００４４】
尚、凹部冷却通路１８及びピストンヘッド冷却通路２０への冷却オイルの供給の制御に、ピストンヘッド４の暖機状態を加味することで、暖機途中の燃料の燃焼状態を良好に保つことができる。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
【表２】
0003826652.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関のピストンの断面図。
【図２】本発明に係る内燃機関のピストンの下面図。
【図３】本発明に係る内燃機関のピストンと冷却オイルを供給するオイルジェットの位置関係を示す説明図。
【図４】本発明に係るピストンを備えた内燃機関のエンジン回転数−負荷と燃焼状態の関係を示す説明図。
【図５】本発明の第２実施例における内燃機関のエンジン回転数−負荷と燃焼状態の関係を示す説明図。
【符号の説明】
４…ピストンヘッド
８…凹部
１８…凹部冷却通路
２０…ピストンヘッド冷却通路
【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】
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