JPH05222931A - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 吸気弁側のスキッシエリアに未燃焼ガスがた
とえ残留し、ピストン上昇の圧縮工程中に燃焼室内の温
度が高まったとしても、未燃焼ガスが自己着火すること
を防止することでノッキングの発生を防止する。 【構成】 くさび型エンジン構成またはスキッシュエリ
アの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造におい
て、ピストン１が略上死点位置に移動した際に、ピスト
ン１の上面部とシリンダヘッド９による燃焼室２の天井
部とから形成されるエンドガスゾーンの内、吸気弁６側
のエンドガスゾーンＳ１の冷却性を排気弁側のエンドガ
スゾーンよりも高めるためのヘッド冷却水路部材（ヘッ
ド冷却手段）１３、ボア冷却水路（ボア冷却手段）１
２、及びオイル管（オイル噴出手段）１０を具備してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの冷却構造に
係り、特に耐ノッキング性を向上でき、かつ燃焼安定性
に優れたエンジンの冷却構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、燃焼室の天井部から燃焼室内に点火部が突
出して設けられる点火プラグから最も離れた部位である
ボア内周近傍部位はエンドガスゾーンとも呼ばれてい
る。この箇所は、点火部から離れていることから、燃焼
工程における火炎伝播が困難とされている。また、混合
気の吸気弁の周囲近くは混合気導入により一時的に濡れ
る状態となることから、スキッシエリアと呼ばれる。以
降、スキッシエリアの点火プラグから最も離れた部位を
エンドガスゾーンもスキッシエリアと呼ぶことにする。

【０００３】一方、ノッキングは燃焼末端ガスの温度が
高いほど、また高温に保持される時間が長いほど発生し
易いために、この両者を制御すればノッキングを制える
ことができることが知られている。このノッキング対策
には、燃焼室内の壁面温度を下げるたり、点火プラグの
配設位置を工夫して、着火より燃焼完了までの時間短縮
を図る一方、くさび型燃焼室において乱流を強化して燃
焼速度を上げるなどしている。（自動車工学ハンドブッ
ク、図書出版社による） 図を参照して述べると、図２５は従来のエンジンの冷却
構造の断面図であり、くさび型燃焼室のごく一般的な構
成例であり、本願出願人の開発になるものであり、後述
の各実施例のベースエンジンでもある。

【０００４】本図において、燃焼室２はシリンダブロッ
ク８のボア８ｃ内部と、燃焼室の屋根部を形成するシリ
ンダヘッド９とから形成されており、点火プラグ５を燃
焼室２の略中央に設け、吸気弁６と排気弁７を図示のよ
うにやや傾斜させて設けている。一方、ピストン１は破
線図示の上死点位置と実線図示の下死点位置に移動可能
であり、吸気弁６が実線図示の位置に移動した際に、ス
ワール流Ｗを発生しつつ、ピストン１が上昇して行き、
ピストン１が略上死点位置に移動した際に、点火プラグ
の点火がなされ燃焼が始まるものである。

【０００５】ここで、図中において円Ｓで囲んで示した
部分が、上述のスキッシエリアであり、この箇所は点火
プラグ５の点火部から最も離れており、しかも排気弁７
に比べて冷えた混合気の流入を行うので温度上昇が促進
されないこともあり、燃焼工程における火炎伝播が困難
とされている。この結果、スキッシエリアＳにおける未
燃焼ガスがピストンの吸気工程中に突然に自己着火する
ことがノッキングの発生原因となることが多い。

【０００６】一方、本願出願人は実開昭６２−１２７５
４号公報の「ヘッド、ブロックの合わせ面構造」におい
て、シリンダブロックとシリンダヘッドの合わせ面に用
いられる板状部材（ガスケット）にガス抜き用の溝をプ
レス加工して、合わせ面において発生するガス対策を図
っている。また、本願出願人は実開昭６１−１７１６１
号公報の「多気筒エンジンのシリンダヘッド構造」にお
いて、シリンダヘッドの長手方向に延びる分岐冷却水通
路を燃焼室の隔壁を形成するロアデッキを底面にして形
成し、隣接する気筒間のロアデッキ部位に側方部分を形
成する提案をしている。さらに、本願出願人は特開昭６
２−１１３８２７号公報の「エンジンの燃焼室構造」に
おいて、スキッシュエリアにおける燃焼室周縁からの幅
が広い部分を燃焼室における点火プラグ側に指向させる
とともに、同部位におけるスキッシュクリアランスを幅
の狭い部位よりも大きく設定して、スキッシュ効果を高
める提案をしている。そして、本願出願人は特開昭６２
−１７８７１８号公報の「内燃機関の燃焼室」におい
て、ピストン頂点の隆起部の側面に沿って、その中央部
が隆起部に湾曲するような凹溝を設けることにより、ス
キッシュゾーンを犠牲にすることなく強力なスワール流
が生成される提案をしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各提案のいづれの構成においても、点火プラグの点火部
から最も離れた吸気弁側のスキッシエリアは、排気弁側
のスキッシエリアに比べて冷えた混合気の流入を常時行
うこともあって、少なくとも排気弁側のスキッシエリア
に比べて温度上昇が促進されないので、燃焼工程におけ
る火炎伝播が依然として困難である。このために、吸気
弁側のスキッシエリアには未燃焼ガスが残留し、ピスト
ン上昇圧縮工程中に燃焼室内の温度が高まると未燃焼ガ
スが突然自己着火して、ノッキングを発生する問題点が
ある。

【０００８】したがって、本発明は上記の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、吸気
弁側のスキッシエリアに未燃焼ガスがたとえ残留し、ピ
ストン上昇の圧縮工程中に燃焼室内の温度が高まったと
しても、未燃焼ガスが自己着火することを防止すること
でノッキングの発生を防止したエンジンの冷却構造を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】及び

【作用】上述の課題を解決し、目的を達成するために本
発明は以下の構成を備える。即ち、ペントルーフ型燃焼
室またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエ
ンジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に
移動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから
形成されるエンドガスゾーンの内、吸気弁側のエンドガ
スゾーンの冷却性を排気弁側のエンドガスゾーンよりも
高めるための冷却手段を具備してなり、吸気弁側のスキ
ッシエリアに未燃焼ガスがたとえ残留しても自己着火を
冷却手段により冷やしてノッキングの発生を防止するよ
うに働く。

【００１０】また、好ましくは、ペントルーフ型燃焼室
またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエン
ジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから形
成される吸気弁側のエンドガスゾーンの内、前記燃焼室
内に点火部が望む点火手段から最も遠い排気弁側のエン
ドガスゾーン部位の冷却性を他のエンドガスゾーンより
も高める冷却手段を具備してなり、ノッキングの発生し
易い部位を確実に冷やしてノッキングの発生をより効果
的に防止するように働く。

【００１１】また、好ましくは、ペントルーフ型燃焼室
またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエン
ジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから形
成されるエンドガスゾーンの冷却をする冷却手段を、シ
リンダボアの上部縁部を高い熱伝導率を有し、かつ内部
に冷却水の水路を構成してなるボア冷却手段で形成し
て、少なくとも吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行
うように構成して、ノッキングの発生をより効果的に防
止するように働く。

【００１２】また、好ましくは、ペントルーフ型燃焼室
またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエン
ジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから形
成されるエンドガスゾーンの冷却をする冷却手段を有し
てなり、該冷却手段を、内部に冷却水の水路を構成して
なり、シリンダボア上部縁部と前記天井部の周縁部位を
同時に冷却する共通冷却手段を具備してなり、少なくと
も吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うように構成
して、ボア内部の熱引きが向上し、かつ別体に共通冷却
手段を形成し、共通冷却手段を燃焼室に近づけるように
してノッキングの発生をより効果的に防止するように働
く。

【００１３】また、好ましくは、ペントルーフ型燃焼室
またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエン
ジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから形
成されるエンドガスゾーンの冷却をする冷却手段を有し
てなり、該冷却手段をシリンダボアよりも高い熱伝導率
を有し、かつ内部に冷却水の水路を構成してなるシリン
ダボア上部縁部を前記天井部と一体形成して、少なくと
も吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うように構成
して、ノッキングの発生をより効果的に防止するように
働く。

【００１４】また、好ましくは、ペントルーフ型燃焼室
またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエン
ジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから形
成されるエンドガスゾーンの冷却をする冷却手段を有し
てなり、該冷却手段を少なくとも吸気弁側のエンドガス
ゾーンに望むように埋設されるとともに、冷却水の水路
を構成してなるヘッド冷却手段を設けて、少なくとも吸
気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うように構成し
て、ノッキングの発生をより効果的に防止するように働
く。また、好ましくは、ヘッド冷却手段を燃焼室側に突
出して設けて、ノッキングが発生し易い上死点後におけ
る未燃焼ガス成分がスキッシュエリアへ流入する際に、
ヘッド冷却手段に積極的に未燃焼ガス成分を衝突させて
熱交換を促進させて、ノッキングの発生をより効果的に
防止するように働く。

【００１５】また、好ましくは、ペントルーフ型燃焼室
またはスキッシュエリアの少なくとも一方を備えたエン
ジンの冷却構造において、ピストンが略上死点位置に移
動した際に、ピストン上面部と燃焼室の天井部とから形
成されるエンドガスゾーンの冷却をする冷却手段を有し
てなり、該冷却手段を少なくとも吸気弁側のエンドガス
ゾーンに望む前記ピストン内側面を薄肉に構成し、かつ
噴出オイルで部分的に冷却するオイル噴出手段を具備し
てなり、ノッキングの発生をより効果的に防止するよう
に働く。そして、好ましくは、前記ボア冷却手段、前記
ヘッド冷却手段、前記共通冷却手段に設けられた水路内
を循環する水温をエンジン本体内を循環する水温よりも
低く設定して、ノッキングの発生をより効果的に防止す
るように働く。

【００１６】

【実施例】以下に、添付図面を参照して本願発明の好適
な各実施例を順次説明する。図１は第１実施例に係るエ
ンジンの断面図であり、上述の図２５のエンジンを改造
したものである。本図において、図１はくさび型燃焼室
のごく一般的な構成例であり、燃焼室２はシリンダブロ
ック８のボア８ｃ内部と、燃焼室の屋根部を形成するシ
リンダヘッド９とから形成されており、点火プラグ５を
燃焼室２の略中央に設け、吸気弁６と排気弁７を図示の
ようにやや傾斜させて設けている。

【００１７】一方、ピストン１は上死点位置に移動して
おり、点火プラグの点火がなされて着火され燃焼が始ま
るものである。ここで、図中において円Ｓ１で囲んで示
した部分が、上述のスキッシエリアＳに相当するスキッ
シエリアＳ１であり、この箇所は点火プラグ５の点火部
から最も離れており、しかも排気弁７側のスキッシエリ
アＳ２に比べて、冷えた混合気の流入を行うので温度上
昇が促進されないこともあり、燃焼工程における火炎伝
播が最も困難となる。

【００１８】これらの各スキッシエリアＳ１、Ｓ２に
は、ピストン１の上面部１ａの縁部から連続状（図中の
前後方向に延びる）凸状部３の一対分がピストン１と一
体形成もしくは別体にして設けられている。また、シリ
ンダヘッド９の凸状部位３に相当する部位には上記の凸
状部位３に対して嵌挿するとともに、容積室４を形成し
た連続状の凹状部９ｄが形成されている。以上のように
各スキッシエリアＳ１、Ｓ２を形成することで、主燃焼
室である燃焼室２からエンドガスゾーンの各スキッシエ
リアＳ１、Ｓ２を隔離している。

【００１９】以上説明の構成において、ピストン１の上
昇に前後して吸気弁６が開いて混合気が燃焼室内部に導
入されて上死点近くにおいて点火プラグ５の点火が行わ
れると、混合気に着火されて火炎伝播が燃焼室２内全体
に伝わり、上述の各スキッシエリアＳ１、Ｓ２まで火炎
伝播が進行しようとするが、各スキッシエリアＳ１、Ｓ
２は隔離されているので、火炎伝播することがなくな
る。この結果、火炎伝播距離が実質的に短くされてノッ
キングの発生が防止される。また、ピストン１の下降運
動にともない隔離した部分から未燃焼ガスを高速度で主
燃焼室の燃焼室２内に導入することで熱交換を促進され
ることになる。ここで、上述のように主燃焼室より容積
が絶対的に小さな容積室４を形成することで、未燃焼ガ
スを高速度で主燃焼室の燃焼室２内により多く導入でき
るようになるのでノッキングの発生をより効果的に防止
することができるものであるが、容積室４を形成しなく
とも火炎伝播距離が実質的に短くされるのでノッキング
の発生が防止されることになる。

【００２０】次に、図２は第２実施例に係るエンジンの
断面図であり、上述の図１のエンジンを改造したもので
ある。本図において、図１で説明済の構成部分について
は同一符号を付して説明を割愛して相違部分に限定して
述べると、シリンダヘッド９とシリンダブロック８のボ
ア８ｃの合わせ目近傍において、シリンダヘッド９側に
は一対の凸状部９ｂが一体形成されている。また、これ
らの凸状部９ｂに対応するピストン１の上面部１ａ上の
縁部には凹状部１ｂが図示のように凸状部９ｂを嵌挿す
る状態になるように形成されている。以上の構成によ
り、燃焼室２を各スキッシエリアＳ１、Ｓ２から隔離す
る状態にしている。

【００２１】以上説明の第２実施例においても、上述の
第１実施例と同様に火炎伝播距離が実質的に短くされて
ノッキングの発生が防止されるとともに、ピストン１の
下降運動にともない隔離された部分から未燃焼ガスを高
速度で主燃焼室の燃焼室２内に導入することで熱交換を
促進することになる。次に、図３（ａ）は第１変形例の
エンジンのピストンの平面図、（ｂ）は同側面図であ
り、両図においてピストン１の上面部１ａ上には凸状部
３が破線で示した吸気弁６側のみ設けられた様子を示し
ている。また、このピストン１がセットされるエンジン
のシリンダヘッド９側には凹状部９ｄが１か所分のみ設
けられており、吸気弁６側のスキッシュエリアＳ１側の
みを主燃焼室から隔離している。

【００２２】以上のように、、吸気弁６側のスキッシュ
エリアＳ１側のみを隔離したのみでも、上述のようにス
キッシュエリアＳ１側においてノッキングが最も発生し
易いことから効果的である。次に、図４（ａ）は第３実
施例を示したエンジンのピストンの平面図、（ｂ）同側
面図である。両図において、破線図示の吸気弁６は燃焼
室内において反時計回りのスワール流を発生するように
混合気を導入するものであり、この吸気弁６の下方にお
けるピストン１の上面部１ａ上の一方には凸状部３が開
口端３ａを形成して設けられている。また、ピストン１
の上面部１ａ上の他方の対称位置には凸状部３が開口端
３ａを形成して設けられている。さらにまた、このピス
トン１がセットされるエンジンのシリンダヘッド９側に
は凹状部９ｄが夫々の相当位置に２か所分設けられてお
り、上述のスキッシュエリアＳ１、Ｓ２を燃焼室２から
隔離している。

【００２３】以上の構成において、図５に示した動作図
のように、吸気弁６側からのスワール流Ｗであって、方
向性を有した混合気はピストン１の圧縮工程において、
開口端３ａから主燃焼室の燃焼室２内に高速度で気流を
導入する結果、スワール流が乱されて乱流となり燃焼安
定化を図ることができる。この燃焼の直後には、未燃焼
ガスを高速度で主燃焼室の燃焼室２内により多く導入で
きるようになるのでノッキングの発生をより効果的に防
止することができる。

【００２４】次に、図６は（ａ）は第２変形例を示した
エンジンのピストンの平面図、（ｂ）同側面図である。
両図において、ピストン１の上面部１ａ上に一対部が形
成された凸状部３の略中央には開口部１ｄが上面部１ａ
と同一面にされて形成されている。以上の構成により、
吸気弁６側からのスワール流Ｗであって、方向性を有し
た混合気はピストン１の圧縮工程において、開口部１ｄ
から主燃焼室の燃焼室２内に高速度で気流を導入する結
果、スワール流が乱されて乱流となる。この結果、燃焼
安定化を図ることができる。この燃焼後には、未燃焼ガ
スを高速度で主燃焼室の燃焼室２内により多く導入でき
るようになるのでノッキングの発生をより効果的に防止
することができる。

【００２５】さらに図７（ａ）は第３変形例を示したエ
ンジンのピストンの平面図、（ｂ）同側面図である。両
図において、ピストン１の上面部１ａ上に一対部が形成
された凸状部３の両端部３ａはピストン１の上面部１ａ
の外周縁部から内側で終っており、開口部が上面部１ａ
において形成されている。以上の構成により、吸気弁６
側からのスワール流Ｗであって、方向性を有した混合気
はピストン１の圧縮工程において、両端部３ａの開口部
から主燃焼室の燃焼室２内に高速度で気流を導入する結
果、スワール流が乱されて乱流となる。この結果、燃焼
安定化を図ることができる。

【００２６】次に、上述のように凹凸状部を形成してス
キッシュエリアＳ１、Ｓ２を燃焼室２から隔離してノッ
キングを防止するのに代えて、各スキッシュエリアを積
極的に冷やすことで、ノッキングを防止する構成につい
て以下に述べることにする。図８は第４実施例のエンジ
ンの断面図であり、未燃焼ガスが発火温度にまで上昇し
て自己発火することを、スキッシュエリアＳ１を冷却す
ることで防止し、ノッキングを防止する構成を示してお
り、後述の各実験データを得るようにしたものである。
図８において、図１で説明済の構成部分については同一
符号を付して説明を割愛して相違部分に限定して述べる
と、シリンダヘッド９には冷却水の通路となる冷却水路
９ａがシリンダブロック８の冷却水路８ａに対して流入
可能に形成されており、ボア８ｃとシリンダヘッド９側
のスキッシュエリアＳ１を冷却可能にしている。

【００２７】また、以降、対策Ａと呼ぶように、シリン
ダヘッド９とシリンダブロック８の合わせ目には上下に
シール１１を介してアルミニウム金属のように熱伝導率
の高い材質から構成されたボア冷却水路部材１２が介在
されている。また、以降、対策Ｃと呼ぶように、スキッ
シュエリアＳ１に望むボア冷却水路部材１２内部におい
て冷却水路１２ａが形成されており、冷却水を循環可能
にしている。

【００２８】一方、以降、対策Ｂと呼ぶように、シリン
ダヘッド９のスキッシュエリアＳ１に望む部位には円環
状の溝部９ｈが加工形成されるとともに、この溝部９ｈ
内にはスキッシュエリアＳ１を冷却するために、スキッ
シュエリアＳ１に望む内部において冷却水路１３ａが形
成されたヘッド冷却水路部材１３が圧入などされて設け
られており、冷却水を冷却水路１３ａにおいて循環可能
にしている。

【００２９】さらに、以降、対策Ｄと呼ぶように、ピス
トン１は図示のように上面の外周縁部１ｅが主部１ｔよ
りも肉厚にされるとともに、スキッシュエリアＳ１に近
い内周側において穴部１ｆを機械加工などして設ける一
方、この穴部１ｆに対してエンジン下方に設けられたオ
イル管１０からオイル噴射することで、スキッシュエリ
アＳ１に近いピストンの一部を冷却可能にしている。

【００３０】以上説明の各対策の評価を、図９の第４実
施例のエンジンの各対策を単独で設けた場合のノッキン
グ限度と、軸トルクとエンジン回転数の相関関係図にお
いて述べると、図９において横軸にエンジン回転数であ
って、ノッキングの発生し易い１０００から３０００ｒ
ｐｍまでを取り、縦軸上方にノッキング限界をクランク
回転角度として取り、縦軸下方に発生軸トルクを取って
いる。

【００３１】図中の折れ線Ｚ１は従来（図２５）の未対
策エンジンのノッキング限界を示しており、図示のよう
に３０００ｒｐｍの時に０度であったが、１５００ｒｐ
ｍの時には−９度になっている。一方、折れ線Ｗ１は上
述の対策Ｃをした場合に得られたノッキング限界であ
り、折れ線Ｘ１は対策Ｂを、また折れ線Ｙ１は対策Ａを
夫々施した場合に得られた特性である。

【００３２】本図から対策Ｃであるアルミニウム金属の
ように熱伝導率の高い材質から構成されたボア冷却水路
部材１２を設け、スキッシュエリアＳ１に望むボア冷却
水路部材１２内の冷却水路１２ａに冷却水を循環した場
合が最もノッキング限界を伸ばせることが判明した。ま
た、対策Ａ、Ｂを個別に実施しても従来エンジン構成よ
りもノッキング限界が延びることが判明した。さらに、
軸トルクについても、各折れ線Ｗ２、Ｘ２、Ｙ２で示す
ように未対策のエンジンの折れ線Ｚ２に比べて各エンジ
ン回転時において概ねトルクが大きくなることが判明し
た。

【００３３】次に、図１０は第４実施例のエンジンの各
対策Ａ乃至Ｄを同時に設けた場合のノッキング限度と、
軸トルクとエンジン回転数の相関関係図である。本図に
おいて、破線で示した折れ線Ｗ３は上述の対策Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの全てを施した場合であり、一点鎖線で示した折
れ線Ｘ３は対策Ａ、Ｂ、Ｃまでを施した場合のノッキン
グ限界の結果である。また、破線で示した折れ線Ｗ４は
上述の対策Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの全てを施した場合であり、
また一点鎖線で示した折れ線Ｘ４は対策Ａ、Ｂ、Ｃまで
を施した場合の軸トルクの結果であって、未対策の折れ
線Ｚ３、Ｚ４との比較において、全て改善されることが
判明した。

【００３４】そして、図１１は第４実施例のエンジンの
各対策の各水温状態における、ノッキング限度と、軸ト
ルクとエンジン回転数の相関関係図である。本図におい
て、未対策エンジンの折れ線Ｚ５とＺ６に比較して、上
述の各対策Ａ、Ｂ、Ｃを施して、冷却水路１２ａに６０
℃の冷却水を循環した場合の折れ線Ｗ５の結果が最良で
あり、以下、エンジンの冷却水の温度を約９０℃に保持
した場合の折れ線Ｙ５までを得たが、未対策エンジンの
折れ線Ｚ５のノッキング限界に比べて、改善された。さ
らにまた、軸トルクについても、折れ線Ｗ６乃至Ｙ６で
示したよううに未対策エンジン（折れ線Ｚ６）に比べて
改善されることが判明した。

【００３５】図１２は、上述の対策Ｄの具体的構成例で
あるが、ピストン１は上死点位置にあり、図示のように
上面の外周縁部１ｅが主部１ｔよりも肉厚にされるとと
もに、スキッシュエリアＳ１に近い内周側において穴部
１ｆを機械加工などして設ける一方、この穴部１ｆに対
してエンジン下方に設けられたオイル管１０からオイル
噴射するものである。

【００３６】以下において、第４実施例の各変形例を図
面を参照の上で述べる。図１３は第４変形例のエンジン
の断面図であり、シリンダブロック８のボア８ｃに連続
するシリンダヘッド９との合わせ目の内周面には円環状
または円弧状の溝座部９ｄが加工形成されており、この
溝座部９ｄに対してボア冷却水路部材１２が設けられて
いる。一方、シリンダヘッド９側には円環状または円弧
状の溝部９ｄが加工形成されており、この溝部９ｄ内に
ヘッド冷却水路部材１３が設けられている。以上の構成
によれば上述のようにノッキングを防止できる。

【００３７】図１４は第５変形例のエンジンの断面図で
あり、シリンダブロック８のボア８ｃに連続するシリン
ダヘッド９との合わせ目には円環状または円弧状の座部
９ｄが加工形成されており、この溝部９ｄに対して図示
のように燃焼室の上面縁部１４ｅと側面縁部１４ｃとを
一体形成した円環状または円弧状の共通冷却水路部材１
４が設けられており、冷却水路１４ａ中に冷却水を循環
させることでスキッシュエリアの冷却を行うことで、ノ
ッキングを防止できる。

【００３８】次に、図１５は第６変形例のエンジンの断
面図であり、シリンダブロック８とシリンダヘッド９と
の合わせ目には上下にシール１１を介してアルミニウム
金属のように熱伝導率の高い材質から構成された円環状
のボア冷却水路部材１５が介在されているが、このボア
冷却水路部材１５にはシリンダヘッド９の冷却水路９ａ
とシリンダブロック８の冷却水路８ａに連通する水路１
５ａが穿設されるとともに、スキッシュエリアＳ１に内
周面１５ｃが望んでおり、水路１５ａ中に冷却水路９ａ
と、８ａとともに冷却水を循環させることでスキッシュ
エリアの冷却を行うことで、ノッキングを防止できるも
のである。すなわち、ボア冷却水路部材１５を肉厚に形
成するだけてノッキング防止対策を有効に実現できる。

【００３９】図１６は第７変形例のエンジンの断面図で
あり、シリンダブロック８とシリンダヘッド９との合わ
せ目には上下にシール１１を介してアルミニウム金属の
ように熱伝導率の高い材質から構成された円環状のボア
冷却水路部材１５が介在されているが、このボア冷却水
路部材１５にはシリンダヘッド９の冷却水路９ａとシリ
ンダブロック８の冷却水路８ａに対して穴部８ｐを介し
て連通する水路１５ａであって、スキッシュエリアＳ１
にまで延びた深溝部１５ｃがさらに形成されており、水
路１５ａ中に冷却水路９ａとともに冷却水を循環させる
ことでスキッシュエリアの冷却を行うことで、ノッキン
グを防止できるものである。

【００４０】図１７は第８変形例のエンジンの断面図で
あり、シリンダブロック８とシリンダヘッド９との合わ
せ目には上下にシール１１を介して円環状のボア冷却水
路部材１２が介在されている。このボア冷却水路部材１
２にはシリンダヘッド９の冷却水路９ａとシリンダブロ
ック８の冷却水路８ａに対して穴部８ｐを介して連通す
る水路１２ａが内部に一体構成されるとともに、燃焼室
２内にさらに突出した小直径部１２ｈがさらに形成され
ており、水路１２ａ中に冷却水路９ａとともに冷却水を
循環させることでスキッシュエリアの冷却を行うこと
で、ノッキングを防止できるようにしている。

【００４１】図１８は第９変形例のエンジンの断面図で
あり、燃焼室２に望むシリンダヘッド９側には円環状の
溝部９ｄが加工形成されるとともに、この溝部９ｄ中に
図示のような中空円状のヘッド冷却水路部材１２が介在
されている。このヘッド冷却水路部材１２の冷却水路１
２ａに冷却水を循環させることでスキッシュエリアの冷
却を行うことで、ノッキングを防止できるようにしてい
る。

【００４２】引き続き、図１９は第５実施例のエンジン
の断面図であり、燃焼室２に望むシリンダヘッド９側は
図示のようにボア８ｃの内径よりも小さく設定されてお
り、スキッシュエリアのヘッド側を形成している。こ
の、シリンダヘッド９において穴部９ｐを直線的にドリ
ル加工して設け、内部に冷却水を循環させることでスキ
ッシュエリアの冷却を行うことで、ノッキングを防止で
きるようにしている。この穴部９ｐは円環状に設けても
良いが、後加工は略不可能であり困難である。

【００４３】図２０は第１０変形例のエンジンの断面図
であり、燃焼室２に望むシリンダヘッド９側は図示のよ
うにボア８ｃの内径よりも小さく設定されており、スキ
ッシュエリアのヘッド側を形成している。この、シリン
ダヘッド９において溝部９ｄを円環状に旋盤加工などし
て設けてから、円環状の蓋部材１６を被せるようにすれ
ば、穴部９ｐを円環状に形成できる。このようにして形
成された穴部９ｐの内部に冷却水を循環させることでス
キッシュエリアの冷却を行うことで、ノッキングを防止
できるようにしている。

【００４４】図２１は第６実施例のエンジンの断面図で
あり、燃焼室２に望むシリンダヘッド９側は図示のよう
にボア８ｃの内径よりも小さく設定されており、スキッ
シュエリアのヘッド側を形成している。この、シリンダ
ヘッド９において溝部９ｄを円環状に旋盤加工などして
設けてから、円環状、中空円状のヘッド冷却水路部材１
２を圧入などして設けた様子を示したものである。この
ようにして設けられたヘッド冷却水路部材１２の内部に
冷却水を循環させることでスキッシュエリアの冷却を行
うことで、ノッキングを防止できるようにしている。

【００４５】図２２は第７実施例のエンジンの断面図で
あり、燃焼室２に望むシリンダヘッド９側には図示のよ
うに円弧状の断面を有する溝部９ｄが円環状に加工形成
されており、円環状、中空円状のヘッド冷却水路部材１
２を設けている。一方、ピストン２の上面１ａには、円
環状の凹部１ｂが連続形成されており、図示のようにピ
ストンが上死点に位置している際には、ヘッド冷却水路
部材１２の一部が凹部１ｂに潜入する状態にしている。

【００４６】以上の構成により、ヘッド冷却水路部材１
２の内部に冷却水を循環させることでスキッシュエリア
の冷却を行うことで、ノッキングを防止できるようにす
る一方、第１実施例において述べたようにピストン１の
上昇に前後して吸気弁６が開いて混合気が燃焼室内部に
導入されて上死点近くにおいて点火プラグ５の点火が行
われると、混合気に着火されて火炎伝播が燃焼室２内全
体に伝わり、上述の各スキッシエリアＳ１、Ｓ２まで火
炎伝播が進行しようとするが、各スキッシエリアＳ１、
Ｓ２は隔離されているので、火炎伝播することがなくな
る。この結果、火炎伝播距離が実質的に短くされてノッ
キングの発生が防止される。また、ピストン１の下降運
動にともない隔離した部分から未燃焼ガスを高速度で主
燃焼室の燃焼室２内に導入することで熱交換を促進され
ることになる。

【００４７】図２３は第７実施例の変形例のエンジンの
断面図であり、燃焼室２に望むシリンダヘッド９側には
図示のように円弧状の断面を有する溝部９ｄが円環状に
加工形成されており、円環状、中空円状のヘッド冷却水
路部材１２を設けている。一方、ピストン２の上面１ａ
には、円環状の凹部１ｂが連続形成されており、図示の
ようにピストンが上死点位置にある場合において、十分
な間隔をスキッシエリアＳ１、Ｓ２において形成してい
る。このようにして設けられたヘッド冷却水路部材１２
の内部に冷却水を循環させることでスキッシュエリアの
冷却を行うことで、ノッキングを防止できるようにして
いる。

【００４８】そして、最後に図２４は第８のエンジンの
断面図であり、燃焼室２に望む図中クロスハッチングし
て示したシリンダヘッド９はアルミニウム合金のように
熱伝導の良い材質から構成されており、スキッシュエリ
アＳ１、Ｓ２をこのシリンダヘッド９とピストン１の上
面部１ａとで構成している。以上の構成において、シリ
ンダヘッド９の水路９ａ内部に冷却水を循環させること
で各スキッシュエリアの冷却を行うことで、ノッキング
を防止できるものであり、従来のエンジンに対する最小
限度の改造で実現可能である。

【００４９】なお、本願発明は、上記実施例の構成に限
定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて適宜設定変更可能なことは勿論であって、例え
ば、各実施例を適宜組み合わせることで製造工程、耐久
性などを考慮した最適化設計を図ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、吸
気弁側のスキッシエリアに未燃焼ガスがたとえ残留し、
ピストン上昇の圧縮工程中に燃焼室内の温度が高まった
としても、未燃焼ガスが自己着火することを防止するこ
とでノッキングの発生を防止したエンジンの冷却構造を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のエンジンの断面図である。

【図２】第２実施例のエンジンの断面図である。

【図３】（ａ）第１変形例のエンジンのピストンの平面
図、（ｂ）同側面図である。

【図４】（ａ）第３実施例のエンジンのピストンの平面
図、（ｂ）同側面図である。

【図５】第３実施例の動作を示したエンジンのピストン
の平面図である。

【図６】（ａ）第２変形例のエンジンのピストンの平面
図、（ｂ）同側面図である。

【図７】第３変形例のエンジンのピストンの平面図、
（ｂ）同側面図である。

【図８】第４実施例のエンジンの断面図である。

【図９】第４実施例のエンジンの各対策を単独で設けた
場合のノッキング限度と、軸トルクとエンジン回転数の
相関関係図である。

【図１０】第４実施例のエンジンの各対策を同時に設け
た場合のノッキング限度と、軸トルクとエンジン回転数
の相関関係図である。

【図１１】第４実施例のエンジンの各対策の各水温状態
における、ノッキング限度と、軸トルクとエンジン回転
数の相関関係図である。

【図１２】エンジンのシリンダブロック側の断面図であ
る。

【図１３】第４変形例のエンジンの断面図である。

【図１４】第５変形例のエンジンの断面図である。

【図１５】第６変形例のエンジンの断面図である。

【図１６】第７変形例のエンジンの断面図である。

【図１７】第８変形例のエンジンの断面図である。

【図１８】第９変形例のエンジンの断面図である。

【図１９】第５実施例のエンジンの断面図である。

【図２０】第１０変形例のエンジンの断面図である。

【図２１】第６実施例のエンジンの断面図である。

【図２２】第７実施例のエンジンの断面図である。

【図２３】第１１変形例のエンジンの断面図である。

【図２４】第８実施例のエンジンの断面図である。

【図２５】従来のエンジンの断面図である。

【符号の説明】

１ ピストン、 ２ 燃焼室、 ３ 凸部、 ４ 容積室、 ５ 点火プラグ、 ６ 吸気弁、 ７ 排気弁、 ８ シリンダブロック、 ９ シリンダヘッド（天井部を形成）、 １０ オイル管（オイル噴出手段）、 １１ シール、 １２ ヘッド冷却水路部材（ヘッド冷却手段）、 １３ ボア冷却水路部材（ボア冷却手段）、 １４ 共通冷却水路部材（共通冷却手段）、 １６ 蓋部材、 Ｓ スキッシュエリアである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 1/36 Ａ 8503−3Ｇ 1/38 Ｚ 8503−3Ｇ 3/20 8503−3Ｇ (72)発明者 林 好徳 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成されるエンドガスゾーン
   の内、吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却性を排気弁側
   のエンドガスゾーンよりも高めるための冷却手段を具備
   したことを特徴とするエンジンの冷却構造。
2. 【請求項２】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成される吸気弁側のエンド
   ガスゾーンの内、 前記燃焼室内に点火部が望む点火手段から最も遠い排気
   弁側のエンドガスゾーン部位の冷却性を他のエンドガス
   ゾーンよりも高める冷却手段を具備したことを特徴とす
   るエンジンの冷却構造。
3. 【請求項３】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成されるエンドガスゾーン
   を冷却する冷却手段を有し、該冷却手段はシリンダボア
   の上部縁部を高い熱伝導率を有し、かつ内部に冷却水の
   水路を構成してなるボア冷却手段であり、 少なくとも吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うよ
   うに構成したことを特徴とするエンジンの冷却構造。
4. 【請求項４】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成されるエンドガスゾーン
   を冷却する冷却手段を有し、該冷却手段は、 内部に冷却水の水路を構成してなり、シリンダボア上部
   縁部と前記天井部の周縁部位を同時に冷却する共通冷却
   手段を具備してなり、 少なくとも吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うよ
   うに構成したことを特徴とするエンジンの冷却構造。
5. 【請求項５】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成されるエンドガスゾーン
   を冷却する冷却手段を有し、該冷却手段は、シリンダボ
   アよりも高い熱伝導率を有し、かつ内部に冷却水の水路
   を構成してなるシリンダボア上部縁部を前記天井部と一
   体形成して、 少なくとも吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うよ
   うに構成したことを特徴とするエンジンの冷却構造。
6. 【請求項６】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成されるエンドガスゾーン
   の冷却のために、 少なくとも吸気弁側のエンドガスゾーンに望むように埋
   設されるとともに、冷却水の水路を構成してなるヘッド
   冷却手段を設けて、 少なくとも吸気弁側のエンドガスゾーンの冷却を行うよ
   うに構成したことを特徴とするエンジンの冷却構造。
7. 【請求項７】 請求項６のエンジンの冷却構造におい
   て、 前記ヘッド冷却手段を前記燃焼室側に突出して設けたこ
   とを特徴とするエンジンの冷却構造。
8. 【請求項８】 ペントルーフ型燃焼室またはスキッシュ
   エリアの少なくとも一方を備えたエンジンの冷却構造に
   おいて、 ピストンが略上死点位置に移動した際に、ピストン上面
   部と燃焼室の天井部とから形成されるエンドガスゾーン
   を冷却する冷却手段を有し、該冷却手段は少なくとも吸
   気弁側のエンドガスゾーンに望む前記ピストン内側面を
   薄肉に構成し、かつ噴出オイルで部分的に冷却するオイ
   ル噴出手段を具備することを特徴とするエンジンの冷却
   構造。
9. 【請求項９】 前記ボア冷却手段、前記ヘッド冷却手
   段、前記共通冷却手段に設けられた水路内を循環する水
   温をエンジン本体内を循環する水温よりも低く設定した
   ことを特徴とする請求項３、４、６、７に記載のエンジ
   ンの冷却構造。