JP2009144652A - 内燃機関の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼室２０の外周部のエンドガス領域３４の冷却効果を高めて、ノッキングの発生を抑制する。
【解決手段】 ヘッドガスケット１４を介してシリンダヘッド１２が固定されるシリンダブロック１０に、ピストンが往復動可能に嵌合する円筒状のシリンダ１８を設ける。シリンダ１８の上面１８Ａとシリンダヘッド１２の下面１２Ａとの間に、シリンダ１８と同心状をなすリング状部材３２を圧縮状態で介装する。このリング状部材３２の内周面をピストン上方の燃焼室２０のエンドガス領域３４に露出させる。このリング状部材３２を、少なくともヘッドガスケット１４よりも熱伝導率の高いものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却構造の改良に関する。

ガソリン内燃機関に代表される火花点火式の内燃機関では、周知のように、ピストン上死点近傍における燃焼室内で点火プラグから最も離れた部位である燃焼室の外周部分の、いわゆるエンドガス領域で、エンドガスの自発火いわゆるノッキングを生じ易いという問題がある。このようなノッキング対策としてエンドガス領域を冷却することが有効であり、例えば特許文献１では、内部に冷却水路が形成されたボア冷却水路部材を、シリンダボア上端の燃焼室に露出する位置に設けている。ボア冷却水路部材は、アルミニウム金属のような熱伝導率の高い材質から構成され、シリンダブロックのシリンダとシリンダヘッドとの間にシール部材を介して介装されている。
特開平５−２２２９３１号公報 図８及び段落［００２７］等

シリンダブロックとシリンダヘッドとの間には、シリンダの周囲の部分を含めて、通常、両者間をシールするためのヘッドガスケットが介装されている。ヘッドガスケットは、例えばステンレス基材を積層した構造をなしており、熱伝導性よりはむしろ耐液体性，耐熱性等を考慮したものとなっている。また、上端が燃焼室のエンドガス領域に露出することとなるシリンダもまた、熱伝導性よりはむしろ強度，摺動特性等を考慮して、鋳鉄，アルミニウム合金や別体のスチール製のシリンダライナなどにより形成されている。従って、高温なエンドガスの熱をシリンダやシリンダヘッド側へ良好へ伝達させることが困難であった。

また、上記特許文献１のものでは、ボア冷却水路部材が内部に冷却水路が形成された閉断面構造であるため、ある程度の大型化を避けらず、このボア冷却水路部材の分、シリンダヘッド下面からピストンリング摺動範囲上端までの寸法を確保する必要があり、シリンダ高さ方向寸法の増加を招くおそれがある。加えて、内部の冷却水路の流量・流路面積を確保するために、冷却水流路を半径方向に拡げると、シリンダヘッド下面とシリンダブロック上面との間に挟まれるボア冷却水路部材の剛性が低下し、シール性の低下を招くおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、エンドガス領域を有効に冷却してノッキングの発生を抑制し得る新規な内燃機関の冷却構造を提供することを主たる目的としている。

シリンダブロック上にヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが固定されるとともに、上記シリンダブロックに設けられた円筒状のシリンダにピストンが往復動可能に嵌合しており、このピストンの上方に燃焼室が形成されている。上記シリンダの上面とシリンダヘッドの下面との間に、上記シリンダと同心状をなすリング状部材が圧縮状態で介装され、このリング状部材は、その内周面が上記燃焼室に露出しており、かつ、少なくとも上記ヘッドガスケットよりも熱伝導率の高いものである。

なお、本明細書において、上記の「ピストンの上方に」等で用いられる「上下」は、基本的には、シリンダ軸線に沿う方向でシリンダヘッド側・ピストン上死点側を「上」，ピストン下死点側を「下」とするものである。

ヘッドガスケットよりも熱伝導率が高く熱伝導性に優れたリング状部材の内周面が燃焼室のエンドガス領域と露出することとなり、かつ、このリング状部材がシリンダブロックのシリンダの上面とシリンダヘッドの下面とに直接的に接触しているために、エンドガス領域の冷却効果を高めて、ノッキングの発生を抑制することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例に係る火花点火式のガソリン内燃機関の冷却構造を示している。シリンダブロック１０上にはシリンダヘッド１２がボルト孔１６（図３，図４参照）に螺合する複数のヘッドボルト（図示省略）によりヘッドガスケット１４を介して共締め固定されている。シリンダブロック１０には、ピストン（図示省略）が昇降可能に嵌合する複数のシリンダ１８が設けられており、ピストン上方のシリンダ１８内に燃焼室２０が形成されている。シリンダヘッド１２の下面側には、ペントルーフ型をなす燃焼室２０の天井面２２が凹設されており、その中央の頂部に燃焼室２０へ臨んだ点火プラグ２４が設けられている。この点火プラグ２４によりピストン上死点近傍で燃焼室２０内に閉じこめられた混合気が火花点火される。

シリンダ１８は、この実施例ではアルミニウム合金や鋳鉄により鋳造されるブロック本体２６とは別体の、強度や摺動特性に優れたスチール製のシリンダライナとなっている。但し、シリンダ１８をブロック本体２６と一体的に鋳造したものであっても良い。シリンダブロック１０は、ブロック上部のトップデッキ２８によりシリンダ１８を取り囲むウォータジャケット３０の上方が閉塞された、いわゆるクローズドデッキ型の構造となっている。ヘッドガスケット１４は、トップデッキ２８の上面２８Ａとシリンダヘッド１２の下面１２Ａとの間に圧縮状態で介装されるもので、ステンレス基材を積層した構造をなし、その周縁部にシールラインを構成するビード１４Ａが形成されている。

そして本実施例では、シリンダ１８の上面１８Ａとシリンダヘッド１２の下面１２Ａとの間に、シリンダ１８と同心状をなすリング状部材３２が圧縮状態で介装されている。このリング状部材３２は、ヘッドガスケット１４やシリンダ（ライナ）１８やブロック本体２６よりも熱伝導率の高い銅やアルミニウム合金等の金属材料により形成された中実・矩形断面の環状をなし、その内周面が燃焼室２０の外周部分、つまり燃焼室２０の中で点火プラグ２４から最も遠くノッキングを生じ易いエンドガス領域３４に露出している。つまり、シリンダヘッド下面１２Ａから例えば数ミリ程度の高さ方向範囲のエンドガス領域３４の全体と面するように、リング状部材３２の高さ方向寸法が設定されている。

このリング状部材３２は、ヘッドボルト締結前には少なくともトップデッキ２８の上面２８Ａよりも上方へ突き出る寸法に設定されており、ヘッドボルト締結時にヘッドガスケット１４と同様に圧縮状態でシリンダブロック１０とシリンダヘッド１２との間に介装される。また、ヘッドボルト締結状態でのリング状部材３２の軸方向高さ（例えば数ｍｍ）はヘッドガスケット１４（例えば数μｍ〜数十μｍ）よりも高く設定されており、このリング状部材３２を受容するように、シリンダ１８の上面１８Ａはトップデッキ２８の下面１２Ａよりも下方へオフセットしている。このため、リング状部材３２の下面及び外周面が、それぞれシリンダ上面１８Ａと、トップデッキ２８の一部（シリンダ側の内周面）に直接的に接触している。言い換えると、シリンダ上面１８Ａとトップデッキ２８によってリング状部材３２を受容する断面Ｌ字状のリング受容部が形成されている。

以上のように、リング状部材３２は、その内周面が燃焼室２０のエンドガス領域３４に露出しており、かつ、その上面がシリンダヘッド１２の下面１２Ａと直接的に接触しているとともに、その下面及び外周面がそれぞれシリンダ（ライナ）１８の上面１８Ａ及びブロック本体２６のトップデッキ２８の一部（内周面）と直接的に接触している。従って、図１の矢印で示す如く、高温なエンドガスの熱がリング状部材３２を介して効率よくシリンダヘッド１２，シリンダ１８及びブロック本体２６側へ伝達され、エンドガス領域３４を良好に冷却してノッキングの発生を抑制することができる。

一般的に、ヘッドガスケットのシール部位の中でも、高温で大きな燃焼荷重が作用するシリンダ周縁部はシール性・耐久性等が特に問題となり易い箇所であるが、本実施例では、シリンダ周縁部にヘッドガスケット１４とは別体のリング状部材３２を設け、このリング状部材３２をヘッドガスケット１４と同じく圧縮状態でシリンダブロック１０とシリンダヘッド１２との間に介装させている。このために、ヘッドガスケット１４が高温のエンドガス領域３４にさらされることがなく、また、リング状部材３２によりヘッドガスケット１４への面圧の負担が軽減されることとなり、ヘッドガスケット１４のシリンダ周りのビード１４Ａの全屈を防止することができるとともに、ヘッドガスケット１４の耐久性，シール性及び信頼性を大幅に向上することができる。

以下に説明する実施例では、既述した構成要素と同じものには同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略し、既述した実施例と異なる部分について主に説明する。

図２〜図４は、本発明の第２実施例に係る内燃機関の冷却構造を示している。この第２実施例においては、トップデッキ２８の上面のうちで、リング状部材３２の周囲の部分を下方へ部分的にオフセットさせる，つまり下方へ凹ませることで、冷却水が通流するウォータジャケットの一部をなすリング冷却部４０をリング状部材３２の背後に形成している。リング冷却部４０は、リング状部材３２の外周を囲う環状部４０Ａが隣り合うシリンダ間の挟部４０Ｂで互いに接続した形状をなしている。トップデッキ２８には、シリンダ１８の周囲を囲うウォータジャケット３０とリング冷却部４０の底面とを連通する複数の連通孔４２が形成されている。なお、この第２実施例ではリング冷却部４０の上方にはヘッドガスケット１４を設けていない。

この第２実施例によれば、第１実施例と同様の効果が得られることに加え、リング状部材３２の外周面がリング冷却部４０内の冷却水に直接的に接触しているために、リング状部材３２を介したエンドガス領域３４の冷却効果をより一層向上させることができる。

図５に示す第３実施例では、リング状部材３２の上面側の外周部分を窪ませて、ヘッドガスケット１４の一部を受容するガスケット受容部４４を形成している。すなわち、第２実施例に対してヘッドガスケット１４をリング冷却部４０の上方を跨いでガスケット受容部４４まで延長させている。この第３実施例によれば、第２実施例と同様の効果が得られることに加えて、ヘッドガスケット１４によるシリンダ周縁部の一層のシール性の向上を図ることができる。

図６は、リング状部材３２の断面形状の幾つかの変形例を示している。同図に示すように、リング状部材３２の下面に、シリンダ軸方向の剛性を調整（低下）するための適宜な断面形状の溝（又は空洞）４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃを形成しており、より具体的には、（Ａ）の例では断面三角形状の一つの溝４６Ａを形成しており、（Ｂ）の例ではジグザク状の断面形状をなす溝４６Ｂを形成しており、（Ｃ）の例では断面矩形状・チャンネル状の溝４６Ｃを形成している。これによって、リング状部材３２の圧縮方向（シリンダ軸方向）の剛性及び面圧を適切なものとして、シリンダヘッド−シリンダブロック間の面圧分布を最適化することができる。

本発明の第１実施例に係る内燃機関の冷却構造を示す断面図。 本発明の第２実施例に係る内燃機関の冷却構造を示す断面図。 図２のシリンダブロックを単体で示す斜視図。 図２のシリンダブロックの上面図。 本発明の第３実施例に係る内燃機関の冷却構造を示す要部断面図。 リング状部材の断面形状の３つの変更例（Ａ）〜（Ｃ）を示す断面図。

符号の説明

１０…シリンダブロック
１２…シリンダヘッド
１４…ヘッドガスケット
１８…シリンダ（ライナ）
２６…ブロック本体
２８…トップデッキ
３２…リング状部材
４０…リング冷却部
４４…ガスケット受容部
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ…溝

Claims (6)

1. シリンダブロック上にヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが固定されるとともに、上記シリンダブロックに設けられた円筒状のシリンダにピストンが往復動可能に嵌合しており、このピストンの上方に燃焼室が形成された内燃機関の冷却構造において、
   上記シリンダの上面とシリンダヘッドの下面との間に、上記シリンダと同心状をなすリング状部材が圧縮状態で介装され、
   このリング状部材は、その内周面が上記燃焼室に露出しており、かつ、少なくとも上記ヘッドガスケットよりも熱伝導率の高いものであることを特徴とする内燃機関の冷却構造。
2. 上記ヘッドガスケットがシリンダブロックのトップデッキの上面とシリンダヘッドの下面との間に圧縮状態で介装され、上記シリンダの上面が上記トップデッキの下面よりも下方にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
3. 上記トップデッキの上面のうちで、上記リング状部材の周囲の部分を下方へ部分的にオフセットさせることにより、冷却水が通流するウォータジャケットの一部をなすリング冷却部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却構造。
4. 上記リング状部材の上面側の外周部分に、上記ヘッドガスケットを受容するガスケット受容部が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の冷却構造。
5. 上記リング状部材の下面に、シリンダ軸方向の剛性を調整するための溝を形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の冷却構造。
6. 上記シリンダが、上記シリンダブロックのブロック本体とは別体のスチール製のシリンダライナであり、上記リング状部材がシリンダライナよりも熱伝導率の高いものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の冷却構造。

Images