内燃机用活塞以及内燃机 【技术领域】
本发明涉及内燃机用活塞以及内燃机。背景技术 在活塞的顶部设置用于使燃料燃烧的凹腔 （キヤビテイ， 凹顶） 、 在该凹腔的周边 设置润滑油流通的环状路作为冷却通道的技术众所周知 （例如， 参照专利文献 1。 ） 。在该技 术中， 为了在分别制造活塞的上部与下部后将该上部与下部接合时形成环状路， 在该上部 以及下部上分别设有环状的槽。
在这里， 通过使凹腔表面的温度在发动机起动后迅速上升， 能够使燃烧状态稳定。 因此， 考虑在凹腔周边使用绝热性较高的材料。但是， 如果使用这样的材料， 则在活塞的温 度变得充分高后， 即使向冷却通道供给润滑油， 温度也不会立即下降， 所以具有活塞过热的 危险。另外， 来自凹腔的热量难以向润滑油传导， 所以也有冷却能力不足的情况。即， 凹腔 的温度的调节变得困难。进而， 能够通过来自凹腔的热量使润滑油的温度上升而使摩擦损 失下降， 但如果来自凹腔的热量难以向润滑油传导， 则润滑油的温度上升变得缓慢。
在先技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 特开 2007-270812 号公报
专利文献 2 ： 特开平 09-021319 号公报
专利文献 3 ： 特开平 07-077105 号公报
专利文献 4 ： 特开 2004-285944 号公报
专利文献 5 ： 日本专利第 3290671 号公报
发明内容 发明要解决的问题
本发明是鉴于上述的问题点而进行的， 其目的在于提供使活塞的尽早温度上升与 过热的抑制同时成立的技术。
用于解决课题的方案
为了达成上述课题， 本发明的内燃机用活塞采用下面的结构。 即， 本发明中的内燃 机用活塞， 其特征在于， 包括 ：
顶部， 其形成有从活塞上表面向活塞下侧凹陷的凹腔 ；
外周部， 其包围所述顶部的至少活塞外周侧而与该顶部接合， 在外周具有用于保 持活塞环的活塞环槽 ；
冷却通道， 其包含所述顶部与所述外周部之间的间隙， 形成于所述凹腔的活塞外 周侧以及活塞下侧， 将该活塞外周侧与活塞下侧连通 ； 和
至少 2 个连通孔， 其将所述冷却通道与活塞外部连通， 作为润滑油的入口或者出 口。
在这里， 所谓活塞上表面， 是与燃烧室相对的表面。 另外， 所谓活塞下侧， 是曲轴一 侧。将活塞上表面的一部分设为凹陷形状， 形成凹腔。在具备该活塞的内燃机中， 向凹腔内 喷射燃料。凹腔仅由顶部形成。
外周部包围顶部的至少活塞外周侧， 所以可以说凹腔的活塞外周侧也由外周部包 围。外周部与顶部各自的一部分紧密接触而接合。在该接合面以外， 在外周部与顶部之间 设有间隙。而且， 该间隙成为冷却通道。顶部与外周部以在润滑油在冷却通道内流通时该 润滑油不向燃烧室一侧流入的方式接合。另外， 连通孔成为润滑油的入口或者出口。从一 个连通孔向冷却通道供给的润滑油在通过了冷却通道后从另一个连通孔流出。
冷却通道设置于凹腔的活塞外周侧以及活塞下侧。 设置于凹腔的活塞下侧的冷却 通道的底面可以是顶部的一部分， 也可以是外周部的一部分。 而且， 以包围凹腔的方式形成 冷却通道， 所以在凹腔产生的热量容易向润滑油传导。 另外， 形成于凹腔的活塞外周侧的冷 却通道与形成于凹腔的活塞下侧的冷却通道连通， 所以润滑油能够从活塞外周侧向活塞下 侧或者从活塞下侧向活塞外周侧移动。由此， 能够使凹腔的温度均匀。
在这里， 如果不向冷却通道供给润滑油或者减少供给量， 则顶部的温度容易上升。 因此， 能够进行凹腔的尽早温度上升。另一方面， 如果使润滑油向冷却通道流通， 则润滑油 以包围凹腔的方式流通， 所以能够均匀冷却凹腔。另外， 凹腔的热量容易向润滑油传导， 所 以通过迅速使润滑油的温度上升， 能够降低摩擦损失。 由此， 能够使活塞的尽早温度上升与 过热的抑制同时成立。
在本发明中， 也可以设为 ：
所述外周部也包围所述顶部的活塞下侧 ； 所述冷却通道为所述顶部与所述外周部之间的间隙， 形成于所述顶部的活塞外周 侧以及活塞下侧。
即， 外周部包围顶部的活塞外周侧以及活塞下侧， 所以可以说包围凹腔的活塞外 周侧以及活塞下侧。而且， 在外周部与顶部的接合面以外， 在外周部与顶部之间设有间隙， 该间隙成为冷却通道。
在本发明中， 也可以设为 ： 所述顶部具有加强部， 所述加强部向所述冷却通道一侧 突出而对该顶部进行加强， 留出用于润滑油在形成于所述凹腔的活塞外周侧与活塞下侧的 各冷却通道之间移动的通路而配置。
即， 能够通过加强部抑制由燃料的燃烧产生的力引起的顶部的变形或者破损。另 外， 通过对顶部进行加强， 能够实现该顶部的薄壁化， 所以能够减小该顶部的热容量。 于是， 如果在冷起动时等不向冷却通道供给润滑油或者减少供给量， 则能够迅速使凹腔的温度上 升。进而， 如果向冷却通道供给润滑油， 则能够迅速使该润滑油的温度上升， 所以能够降低 摩擦损失。
另外， 加强部配置成留出用于润滑油移动的通路， 所以各冷却通道被连通在一起。 而且， 通过调节加强部的形状， 能够调节润滑油流动的方向。由此， 例如能够重点使润滑油 或者使润滑油均匀流通。 另外， 在通过加强部对顶部进行加强 向温度容易上升的部位流通， 时， 还能够扩大冷却通道的容积。
在本发明中， 也可以设为 ： 将用于所述润滑油移动的通路设置于所述加强部的活 塞下侧。
即， 润滑油能够通过加强部的活塞下侧在各冷却通道之间移动。 另外， 在内燃机的 停止时， 润滑油在加强部的下侧流通， 由此能够迅速将润滑油从冷却通道向活塞外部排出。
在本发明中， 也可以设为 ： 所述顶部使用比热比所述外周部小的材料。
由此， 能够减小顶部的热容量。于是， 在冷起动时能够迅速使凹腔的温度上升。另 外， 在向冷却通道供给润滑油时， 能够迅速使凹腔的温度下降， 所以能够抑制凹腔的过热。 进而， 能够迅速使在冷却通道流通的润滑油的温度上升， 所以能够降低摩擦损失。
在本发明中， 也可以设为 ：
所述顶部具有从所述凹腔的外表面突出而在活塞中心线上延伸到所述冷却通道 的底面的中心加强部 ；
在所述冷却通道的底面上， 所述中心加强部的周边向活塞下侧凹陷。
即， 在冷却通道的底面上， 中心加强部的周边为沿着该中心加强部向活塞下侧凹 陷的状态。 在该凹陷的部位， 即使在将润滑油的供给停止而从贯通孔将润滑油排出后， 也储 存有润滑油。通过该润滑油， 能够经由中心加强部使凹腔的温度下降。由此， 能够抑制在温 度的上升容易的凹腔中心部的壁面上产生热点 （ヒ一トスポツト） ， 所以能够进一步提高可 靠性以及耐久性。 另外， 在冷却通道的底面由外周部构成的情况下， 在将外周部与顶部接合 时， 通过凹陷， 定位变得容易。 在本发明中， 也可以设为 ： 所述顶部构成为包含活塞的裙部。
裙部是比用于保持活塞环的活塞环槽还靠活塞下侧的部位。而且， 顶部延伸到裙 部。由此， 能够将凹腔的热量迅速向裙部传导， 所以能够迅速使该裙部的温度上升。由此， 例如能够使油的温度上升， 所以能够降低摩擦阻力。另外， 裙部可以由外周部与顶部构成， 也可以仅由顶部构成。
另外， 为了达成上述课题， 本发明中的内燃机采用下面的结构。即， 本发明中的内 燃机， 其特征在于， 包括 ：
上述的内燃机用活塞 ；
润滑油供给装置， 其经由所述连通孔向所述冷却通道供给润滑油 ；
调节装置， 其调节从所述润滑油供给装置向所述冷却通道供给的润滑油的量 ； 和
控制装置， 其使润滑油的供给量在内燃机的温度低时比高时少。
即， 通过在内燃机的温度较低时使润滑油的供给量较少， 能够减少从顶部和 / 或 外周部夺取的热量， 所以能够迅速使该顶部和 / 或外周部的温度上升。另外， 通过在内燃机 的温度较高时使润滑油的供给量较多， 能够增加从顶部和 / 或外周部夺取的热量， 所以能 够抑制该顶部和 / 或外周部过热。
控制装置也可以有选择地控制供给润滑油或者使供给停止的一方。另外， 也可以 根据温度阶段性或者连续变更润滑油的供给量。而且， 能够温度越高则越增加润滑油的供 给量。
发明的效果
根据本发明， 能够使活塞的尽早温度上升与过热的抑制同时成立。
附图说明
图 1 是沿着实施例 1 中的活塞的中心轴将该活塞纵向切断时的纵剖图。图 2 是通过图 1 所示的切断线 Z 将活塞切断时的横剖图。 图 3 是组装有实施例中的活塞的发动机的概略结构图。 图 4 是表示中心接合部的纵剖图的图。 图 5 是表示中心接合部的纵剖图的图。 图 6 是表示凹腔壁面的温度的推移的时间图。 图 7 是将实施例 1 中的活塞切断时的其他的横剖图。 图 8 是表示实施例中的截止阀的控制流程的流程图。 图 9 是沿着实施例 2 中的活塞的中心轴 A 将该活塞纵向切断时的纵剖图。 图 10 是通过图 9 所示的切断线 Z 将活塞切断时的横剖图。 图 11 是沿着实施例 3 中的活塞的中心轴 A 将该活塞纵向切断时的纵剖图。 图 12 是通过图 11 所示的切断线 Z 将活塞切断时的横剖图。具体实施方式
下面， 基于附图对本发明中的内燃机用活塞以及内燃机的具体的实施方式进行说 明。
实施例 1
图 1 以及图 2 表示本实施例 1 中的直喷式柴油发动机用活塞。图 1 是沿着活塞 1 的中心轴将该活塞 1 纵向切断时的纵剖图。另外， 图 2 是通过图 1 所示的切断线 Z 将活塞 1 切断时的横剖图。另外， 图 3 是组装有本实施例中的活塞 1 的发动机 100 的概略结构图。 另外， 为了简洁显示活塞 1 以及发动机 100， 将一部分构成要素的显示省略。
发动机 100 具备气缸体 2。在气缸体 2 上， 形成有收纳活塞 1 的气缸 3。在气缸体 2 的上部组装有气缸盖 4。在气缸盖 4 上， 形成有与气缸 3 相通的进气口 5。在进气口 5 与 气缸 3 的边界设有进气门 6。另外， 在气缸盖 4 上， 形成有与气缸 3 相通的排气口 7。在排 气口 7 与气缸 3 的边界设有排气门 8。另外， 在气缸盖 4 上， 形成有喷射燃料的燃料喷射阀 9。该燃料喷射阀 9 设置于活塞 1 的中心轴 A 上。
在活塞 1 上， 经由连杆 101 连接有曲轴 102。另外， 相对于活塞 1， 将气缸盖 4 一侧 设为上方向， 将曲轴 102 一侧设为下方向。
活塞 1 构成为具备顶部 11 与外周部 12。顶部 11 配置于气缸盖 4 一侧并且是中心 轴 A 一侧。另外， 外周部 12 配制成包围顶部 11 的外周侧以及下侧 （曲轴 102 一侧） 。顶部 11 与外周部 12 在分别制造后接合。通过顶部 11 的上表面与外周部 12 的上表面形成活塞 1 的上表面 13。
在顶部 11， 设有凹腔 14。凹腔 14 通过从活塞 1 的上表面 13 向该活塞 1 的下方向 凹陷而形成。凹腔 14 的形状由凹腔壁面 15 规定。顶部 11 的外表面 （外周部 12 一侧的表 面） 16 沿着凹腔壁面 15 而形成。顶部 11 的壁厚在例如能够承受在发动机 100 的运行中在 凹腔 14 产生的应力的范围内， 设置得尽可能小。另外， 在顶部 11 的外表面 16 的一部分即 作为外周侧的表面的外周面 17 形成为以活塞 1 的中心轴 A 为中心的圆柱形状。另外， 顶部 11 的外表面 16 也可以设为凹腔 14 的外表面。
另外， 在本实施例中， 活塞 1 的中心轴 A 与凹腔 14 的中心轴相同， 但凹腔 14 的中 心轴也可以从活塞 1 的中心轴 A 错位。另外， 在本实施例中， 凹腔 14 的横向的截面形状为圆形， 但也可以设为椭圆形等其他的形状。
在外周部 12， 形成有为了将顶部 11 嵌入而从上表面 13 向下方凹陷的凹部 18。凹 部 18 的横向的截面形状为圆形。该凹部 18 的开口部 19 的直径比顶部 11 的外周面 17 的 直径稍大， 能够将顶部 11 嵌入凹部 18。另外， 在开口部 19 的下侧， 凹部 18 的内周面 20 的 直径比顶部 11 的外周面 17 的直径大。进而， 从上表面 13 的任意的位置到底面 21 的距离 比到外表面 16 的距离长。
外周部 12 的凹部 18 与顶部 11 的外表面 16 在活塞 1 的上表面 13 及其附近 （也可 以设为开口部 19） 以及活塞中心轴 A 及其附近接合。另外， 将在上表面 13 及其附近接合的 部位称为上表面接合部 22， 将在中心轴 A 及其附近接合的部位称为中心接合部 23。
图 4 以及图 5 是表示中心接合部 23 的纵剖图的图。图 4（A） 以及图 5（A） 表示 接合前的状态， 图 4（B） 以及图 5（B） 表示接合后的状态。在中心接合部 23， 从顶部 11 在 活塞 1 的中心轴 A 上向外周部 12 的底面 21 延伸有圆柱形状的中心加强部 24。该中心加强 部 24 形成为截面面积随着朝向顶端而缩小的锥形状。
在外周部 12， 形成有用于将中心加强部 24 嵌入的贯通孔 25。贯通孔 25 的内径比 中心加强部 24 的外径稍大， 能够将中心加强部 24 嵌入贯通孔 25。贯通孔 25 以及中心加强 部 24 起到将顶部 11 安装于外周部 12 时的定位的作用。另外， 通过将该中心加强部 24 焊 接于贯通孔 25， 起到对顶部 11 进行加强的作用。进而， 中心加强部 24 还起到传递顶部 11 的热的作用。即， 温度变得特别高的中心部的凹腔壁面 15 的冷却效率提高。 在图 4 以及图 5 中， 贯通孔 25 的上侧的边缘 26 的剖面越向上侧越扩大。即， 在外 周部 12， 中心接合部 23 的周边向活塞下侧凹陷。另外， 图 5 表示边缘 26 的凹陷的直径比图 4 大的情况。通过将中心加强部 24 的顶端形成为锥形状和贯通孔 25 的上侧的边缘 26 向活 塞下侧凹陷， 能够容易地向贯通孔 25 嵌入中心加强部 24。
这样构成的活塞 1 除了上表面接合部 22 以及中心接合部 23 以外， 在凹部 18 的内 周面 20 以及底面 21 与顶部 11 的外表面 16 具有间隙。另外， 将凹部 18 的内周面 20 以及 底面 21 总称为外周部 12 的内表面 27。该外周部 12 的内表面 27 与顶部 11 的外表面 16 的 间隙成为冷却通道 28。即， 在本实施例中的活塞 1， 在凹腔 14 的外周方向以及下方具备冷 却通道 28。
而且， 在凹部 18 的底面 21 上， 设有与活塞 1 的中心轴 A 平行地贯通到该外周部 12 的下侧的贯通孔 29。该贯通孔 29 相对于中心轴 A 线对称地设有 2 个， 一方成为油的入口， 另一方成为油的出口。另外， 在凹部 18 的底面 21 上， 将活塞 1 的中心轴 A 设为中心而形成 有环状槽 30， 在该环状槽 30 的底面上设有贯通孔 29。
在外周部 12 的外周面 31 上， 形成有 3 个用于保持活塞环的活塞环槽 32。在其下 侧， 形成有向曲轴 102 一侧延伸的裙部 33。另外， 连杆 101 连接于外周部 12。
另外， 在顶部 11 的外表面 16 上， 在与形成于凹部 18 的底面 21 的环状槽 30 相对 的部位， 形成有多个将活塞 1 的中心轴 A 设为中心而放射状配置的加强肋 34。加强肋 34 从 顶部 11 向下方板状延伸。另外， 加强肋 34 不与外周部 12 接触。即， 在加强肋 34 的下方形 成有环状槽 30， 所以在加强肋 34 的下侧具备油的通路。另外， 加强肋 34 放射状配置， 所以 与相邻的加强肋 34 之间成为油的通路。即， 油能够在顶部 11 的外周方向以及下方具备的 各冷却通道 28 之间移动。
在顶部 11， 使用例如铁系或者不锈钢系的材料。即， 在凹腔壁面 15， 由于燃料的燃 烧而产生大的应力， 在形成有该凹腔壁面 15 的顶部 11 使用杨氏模量较高的材料或者疲劳 极限较高的材料。通过使用这样的材料， 能够谋求顶部 11 的薄壁化， 所以能够降低该顶部 11 的质量， 所以能够减小该顶部 11 的热容量。
另一方面， 在外周部 12， 使用例如铝系的材料。由此， 能够抑制由与气缸壁面的滑 动引起的磨耗。另外， 能够抑制活塞环粘连。而且， 通过使用这些材料， 顶部 11 的比热 （比 熱， 比热容） 变得比外周部 12 的比热小。另外， 顶部 11 与外周部 12 的材料相同也能够得到 冷却通道 28 的效果。另外， 上表面接合部 22 以及中心接合部 23 通过例如电子束焊接而接 合。
而且， 如图 3 所示， 在发动机 100， 具备用于使油在该发动机 100 的内部循环的油 泵 103。在该油泵 103 上连接有油通路 104， 该油通路 104 向各滑动部以及机油喷嘴 106 连 通。油泵 103 从油底壳 105 将油吸上来， 将该油向各滑动部以及机油喷嘴 106 供给。
机油喷嘴 106 向与冷却通道 28 相通的贯通孔 29 的一方喷射油。在油通路 104 的 中途， 设有将该油通路 104 切断的截止阀 107。在将截止阀 107 打开时从机油喷嘴 106 喷射 油而向冷却通道 28 内供给该油， 在将截止阀 107 关闭时使油的从机油喷嘴 106 的喷射停止 而将油的向冷却通道 28 内的供给停止。在油的从机油喷嘴 106 的喷射停止时， 油经由 2 个 贯通孔 29 从冷却通道 28 向活塞 1 的外部流出。而且， 存在于活塞 1 的下侧的气体流入冷 却通道 28 内。因此， 在发动机 100 的停止时， 冷却通道 28 内被气体充满。 另外， 截止阀 107 由 ECU110 控制。该 ECU110 此外还进行燃料喷射阀 9 的控制。而 且， 在本实施例中油泵 103 相当于本发明中的润滑油供给装置。另外， 在本实施例中截止阀 107 相当于本发明中的调节装置。进而， 在本实施例中的 ECU110 相当于本发明中的控制装 置。
而且， 向冷却通道 28 内供给的油的一部分沿着环状槽 30 流动。另外， 油的一部分 从环状槽 30 溢出。从环状槽 30 溢出的油如图 2 的箭头所示， 分为通过凹部 18 的内周面 20 一侧 （顶部 11 的外周侧） 的油与通过凹部 18 的底面 21 一侧 （顶部 11 的下侧） 的油。另外， 从环状槽 30 溢出的油在加强肋 34 与加强肋 34 之间流动。
于是， 油毫无遗漏地走遍顶部 11 的外周侧以及下侧， 所以油包着该顶部 11 而流 动。由此， 能够迅速冷却顶部 11 的整体。另外， 在顶部 11 使用比热较小的材料， 并且顶部 11 薄壁化， 由此该顶部 11 的热容量变小。因此， 在发动机 100 的冷起动时等顶部 11 的温度 较低时， 如果将截止阀 107 完全关闭而使油向冷却通道 28 流动， 则通过燃烧产生的热量， 顶 部 11 的温度迅速上升。于是， 能够尽早改善燃烧状态， 所以能够降低 HC 和 / 或 CO 的排出 量。
另外， 通过在活塞 1 的温度适度上升后， 将截止阀 107 打开而向冷却通道 28 供给 油， 能够抑制该活塞 1 的过热。另外， 在油的温度较低时通过使油向冷却通道 28 流通， 能够 迅速使该油的温度上升。由此， 能够迅速使油的粘度下降， 所以能够降低摩擦损失。
另外， 如图 4 以及图 5 所示， 设为在中心加强部 24 的周围的外周部 12 储存油的构 造， 所以能够抑制顶部 11 的中心轴 A 附近的温度上升。由此， 能够抑制在凹腔壁面 15 上产 生热点。
进而， 通过加强肋 34 对顶部 11 进行加强， 所以能够扩大冷却通道 28 的容积， 所以
提高了油的预热性能， 并且顶部 11 的温度控制也变得容易。
在这里， 图 6 是表示凹腔壁面 15 的温度的推移的时间图。实线表示本实施例中的 活塞 1 的情况， 单点划线表示以往的铝合金制的活塞的情况。在 A 所示的时刻发动机 100 起动。此时， 截止阀 107 被关闭， 油的供给停止。从发动机 100 的起动后， 凹腔壁面 15 的温 度逐渐上升。此时的温度上升率是本实施例中的活塞 1 一方高。即， 通过减小顶部 11 的热 容量， 凹腔壁面 15 的温度的上升速度升高。而且， 在本实施例中的活塞 1， 在 B 所示的时刻 到达 C 所示的温度。另外， C 所示的温度是烟雾的增加或者填充效率的降低超过允许范围 的温度。在到达 C 所示的温度时， 将截止阀 107 打开而从机油喷嘴 106 喷射油。在以往的 活塞中， 在 D 所示的时刻上升到 C 所示的温度。即， 从发动机 100 起动到上升到 C 所示的温 度所花费的时间， 本实施例中的活塞 1 比以往的活塞早。这样， 本实施例中的活塞 1 的预热 性能较高。
另外， 在图 2 所示的加强肋 34 的形状中， 油在从一方的贯通孔 29 向另一方的贯通 孔 29 流动时容易在中心轴 A 附近流动。因此， 在增加冷却通道 28 内的油的循环量方面有 利， 但也具有油难以向顶部 11 的外周侧流动的问题。在这里， 在顶部 11 的外周侧流动的油 的量与在下侧流动的油的量能够通过加强肋 34 的形状调节。即， 根据加强肋 34 的形状， 油 容易流动的方向和 / 或油的流通量变化， 所以通过调节加强肋 34 的形状， 能够调节顶部 11 的冷却性能等。例如， 将油容易向顶部 11 的外周侧流动的加强肋的形状表示于图 7。 图 7 是将本实施例中的活塞 1 切断时的其他的横剖图。除了加强肋 35 的形状以 外， 与图 2 所示的活塞 1 相同。图 2 所示的加强肋 34 将活塞 1 的中心轴 A 设为中心而放射 状配置有多个， 与此相对， 图 7 所示的加强肋 35 沿着将活塞 1 的中心轴 A 设为中心的圆的 圆周配置有多个。图 7 所示的加强肋 35 也形成于与环状槽 30 相对的部位。即， 在加强肋 35 的下方形成有环状槽 30， 所以在加强肋 35 的下侧具备油的通路。另外， 在各加强肋 35 之间设有间隙， 该间隙成为油的通路。即， 油能够在顶部 11 的外周方向以及下方具备的各 冷却通道 28 之间移动。
在图 7 所示的加强肋 35 的形状下， 油在从一方的贯通孔 29 向另一方的贯通孔 29 流动时， 油难以从一方的贯通孔 29 向中心轴 A 方向流动。因此， 在增加冷却通道 28 内的油 的循环量方面不利， 但油变得容易向顶部 11 的外周侧流动。这样， 通过加强肋的形状， 容易 冷却的位置变化， 所以该加强肋的形状也可以根据发动机 100 的种类和 / 或使用条件而设 定。另外， 在本实施例中加强肋 34、 35 相当于本发明中的加强部。
图 8 是表示实施例中的截止阀 107 的控制流程的流程图。本例程由 ECU110 每隔 预定时间反复执行。另外， 在发动机 100 的起动时， 截止阀 107 是关闭的。
在步骤 S101， 判定从发动机 100 起动开始的经过时间是否为预定时间以上。该预 定时间是为了计测将截止阀 107 打开的定时而设定的值。该预定时间根据 HC 的排出量或 者摩擦损失的至少一方而设定。例如， 能够将从发动机 100 起动开始， 凹腔壁面 15 的温度 上升， HC 的排出量还在允许范围内的时间设为预定时间。预定时间通过例如实验等而求取 最佳值。
在这里， 在发动机 100 的冷起动时如果使将截止阀 107 打开的时间滞后， 则虽然能 够促进凹腔壁面 15 的温度上升， 但在将截止阀 107 打开之前不能通过冷却通道 28 使油的 温度上升。另一方面， 如果使将截止阀 107 打开的时间提前， 则虽然能够使油的温度上升，
但凹腔壁面 15 的温度上升变得缓慢。即， 也可以通过 HC 的排出量的降低或者摩擦损失的 降低的哪一方优先而确定将截止阀 107 打开的定时。另外， 也可以根据发动机 100 所要求 的性能而确定预定时间。
然后， 当在步骤 S101 中进行肯定判定时进入步骤 S102， 在进行否定判定时保持将 截止阀 107 关闭而使本例程结束。
在步骤 S102， 打开截止阀 107。 由此， 向冷却通道 28 内供给油。 另外， 在本例程中， 基于从发动机 100 起动开始后的经过时间供给油， 但也可以代替于此， 基于发动机 1 的冷却 水或者油的温度供给油。即， 也可以在冷却水或者油的温度为例如 25℃到 40℃左右时， 使 油的供给停止或者减少供给量， 谋求凹腔壁面 15 的温度上升。另外， 也可以根据从发动机 100 起动开始后的经过时间或者冷却水等的温度使油的供给量增加。
如上所说明， 根据本实施例， 顶部 11 的热容量较小， 所以在冷起动时也能够使凹 腔壁面 15 的温度尽早上升。由此， 能够降低 HC 等的排出量。另外， 在凹腔 14 产生的热量 容易向油传导， 所以能够迅速使该油的温度上升。由此， 能够降低摩擦损失。进而， 使油在 凹腔 14 的外周侧以及下侧流通， 所以能够抑制凹腔壁面 15 的过热。
实施例 2
图 9 以及图 10 表示本实施例 2 中的直喷式柴油发动机用活塞 200。图 9 是沿着活 塞 200 的中心轴 A 将该活塞 1 纵向切断时的纵剖图。另外， 图 10 是通过图 9 所示的切断线 Z 将活塞 200 切断时的横剖图。另外， 为了简洁显示活塞 200， 将一部分构成要素的显示省 略。另外， 对于活塞 200 以外的装置， 与实施例 1 相同， 所以将说明省略。
活塞 200 构成为具备中心部 201 与外周部 202。中心部 201 配置于中心轴 A 一侧。 另外， 外周部 202 配置于中心部 201 的外周侧且包含活塞环槽 32 的范围。中心部 201 与外 周部 202 在分别制造后接合。通过中心部 201 的上表面与外周部 202 的上表面形成活塞 200 的上表面 13。
在中心部 201， 设有凹腔 14。凹腔 14 通过从活塞 200 的上表面 13 向该活塞 200 的下方向凹陷而形成。凹腔 14 的形状由凹腔壁面 15 规定。在凹腔 14 的下侧， 形成有冷却 通道 203。
冷却通道 203 的上表面 204 沿着凹腔壁面 15 而形成。凹腔壁面 15 与冷却通道 203 的上表面 204 之间的壁厚在例如能够承受在发动机 100 的运行中在凹腔 14 产生的应力 的范围内， 设置得尽可能小。作为中心部 201 的外周侧的表面的外周面 205 形成为以活塞 200 的中心轴 A 为中心的圆柱形状。
另外， 在本实施例中， 活塞 200 的中心轴 A 与凹腔 14 的中心轴相同， 但凹腔 14 的 中心轴也可以从活塞 200 的中心轴 A 错位。另外， 在本实施例中， 凹腔 14 的横向的截面形 状为圆形， 但也可以设为椭圆形等其他的形状。
在冷却通道 203 的底面 206 上， 设有与活塞 200 的中心轴 A 平行地贯通到中心部 201 的下侧的贯通孔 29。该贯通孔 29 相对于中心轴 A 线对称地设有 2 个， 一方成为油的入 口， 另一方成为油的出口。另外， 在冷却通道 203 的底面 206 上， 将活塞 200 的中心轴 A 设 为中心地形成有环状槽 30， 在该环状槽 30 的底面上设有贯通孔 29。
另外， 在环状槽 30 的外周侧， 设有多个连接冷却通道 203 的上表面 204 与底面 206 的截面长方形的柱 207。该柱 207 配置成将活塞 200 的中心轴 A 设为中心的放射状。另外，在活塞 200 的中心轴 A 上， 设有连接冷却通道 203 的上表面 204 与底面 206 的截面圆形的中 心加强部 208。另外， 在本实施例中柱 207 相当于本发明中的加强部。而且， 冷却通道 203 下侧的中心部 201 延伸到裙部 212。该裙部 212 包含于中心部 201。
外周部 202 形成为将中心轴 A 设为中心的筒状， 其内面 213 的直径比中心部 201 的外周面 205 的直径稍大， 能够将中心部 201 嵌入外周部 202。另外， 在外周部 202 的外周 面 31 上， 形成有 3 个用于保持活塞环的活塞环槽 32。另外， 连杆 101 连接于中心部 201。
外周部 202 设置于凹腔 14 以及冷却通道 203 的外周侧。通过外周部 202 的内面 213 的上部 209 以及下部 210 与中心部 201 接合。而且， 在外周部 202 的上部 209 与下部 210 之间， 在外周部 202 与中心部 201 之间设有间隙。该间隙作为冷却通道 211 而起作用。 即， 在本实施例中的活塞 200 中， 在凹腔 14 的外周方向以及下方具备冷却通道 203、 211。
而且， 设置于凹腔 14 的下方的冷却通道 203 与设置于凹腔 14 的外周方向的冷却 通道 211 在柱 207 与柱 207 之间连通。
在中心部 201， 使用例如铁系或者不锈钢系的材料。即， 在凹腔壁面 15， 由于燃料 的燃烧而产生大的应力， 在形成有该凹腔壁面 15 的中心部 201 使用杨氏模量较高的材料或 者疲劳极限较高的材料。通过使用这样的材料， 能够谋求凹腔壁面 15 与冷却通道 203 的上 表面 204 之间的薄壁化， 所以能够减小凹腔 14 周边的热容量。 另一方面， 在外周部 202， 使用例如铝系的材料。例如， 通过铸造预先制造中心部 201， 通过浇铸制造外周部 202。然后， 外周部 202 的上部 209 以及下部 210 通过例如电子束 焊接而接合于中心部 201。 通过使用这样的材料， 能够抑制由与气缸 3 的壁面的滑动引起的 磨损。另外， 能够抑制活塞环粘连。而且， 中心部 201 的比热变得比外周部 202 的比热小。 另外， 中心部 201 与外周部 202 的材料相同也能够得到冷却通道 203、 211 的效果。
在这样构成的活塞 200， 能够将凹腔 14 的热量迅速向裙部 212 传导， 所以能够迅速 使油的粘度下降。另外， 活塞环槽 32 周边使用导热系数比铁高的铝系的材料， 所以能够抑 制活塞环的粘连。
而且， 凹腔 14 周边的热容量较小， 所以在冷起动时也能够使凹腔壁面 15 的温度尽 早上升。由此， 能够降低 HC 等的排出量。另外， 在凹腔 14 产生的热量容易向油传导， 所以 能够迅速使该油的温度上升。由此， 能够降低摩擦损失。进而， 使油在凹腔 14 的外周侧以 及下侧流通， 所以能够抑制凹腔壁面 15 的过热。即， 根据本实施例， 能够抑制活塞环的粘连 同时降低摩擦损失。
实施例 3
图 11 以及图 12 表示本实施例 3 中的直喷式柴油发动机用活塞 300。图 11 是沿着 活塞 300 的中心轴 A 将该活塞 300 纵向切断时的纵剖图。另外， 图 12 是通过图 11 所示的 切断线 Z 将活塞 300 切断时的横剖图。另外， 为了简洁显示活塞 300， 将一部分构成要素的 显示省略。另外， 对于活塞 300 以外的装置， 与实施例 1 相同， 所以将说明省略。另外， 对于 活塞 300， 对与实施例 2 不同的方面进行说明。
活塞 300 构成为具备中心部 301 与外周部 302。中心部 301 配置于中心轴 A 一侧。 另外， 外周部 302 配置于中心部 301 的外周侧、 活塞环槽 32 的周边及其下侧的裙部 303。中 心部 301 与外周部 302 在分别制造后接合。
在裙部 303 的中心轴 A 一侧， 设有从中心部 301 延伸的加强肋 304。加强肋 304 将
中心轴 A 设为中心地放射状配置有多个。裙部 303 与加强肋 304 通过例如电子束焊接而接 合。
在这样构成的活塞 300 中， 能够将凹腔 14 的热量经由加强肋 304 迅速向裙部 303 传导， 所以能够迅速使油的粘度下降。在这里， 如果裙部 303 全部使用铁系的材料， 则由于 温度变得过高， 具有变为边界润滑、 摩擦损失增大的危险， 但在本实施例中， 能够抑制该情 况。
即， 根据本实施例， 能够抑制活塞环的粘连同时进一步降低摩擦损失。
符号说明
1： 活塞
2： 气缸体
3： 气缸
4： 气缸盖
5： 进气口
6： 进气门
7： 排气口
8： 排气门 9： 燃料喷射阀 11 ： 顶部 12 ： 外周部 13 ： 上表面 14 ： 凹腔 15 ： 凹腔壁面 16 ： 外表面 17 ： 外周面 18 ： 凹部 19 ： 开口部 20 ： 内周面 21 ： 底面 22 ： 上表面接合部 23 ： 中心接合部 24 ： 中心加强部 25 ： 贯通孔 26 ： 边缘 27 ： 内表面 28 ： 冷却通道 29 ： 贯通孔 30 ： 环状槽 31 ： 外周面 32 ： 活塞环槽33 ： 裙部 34 ： 加强肋 （筋， リブ ) 35 ： 加强肋 100 ： 发动机 101 ： 连杆 102 ： 曲轴 103 ： 油泵 104 ： 油通路 105 ： 油底壳 106 ： 机油喷嘴 107 ： 截止阀 110 ： ECU