JPS6187915A - 液冷式機関冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、往復動ピストン機関の為の液冷式機関冷ｆ
ｉ１１装置に関する。

（従来の技術） 内端と外端とを有したシリンダを備えた往復動ピストン
ｔｉ関は種々のタイプが従来から知られている。ピスト
ンはシリンダの内部に設けられていて、上死点と下死点
との間を移動する。上死点において、ピストンの上端（
即ち、外端）はシリンダの上端（即ち、外端）に極めて
接近することによりピストンの外端とシリンダの外端と
の間に比較的小さな燃焼室を構成する。またこれとは逆
に、下死点において、ビス１−ンの外端はシリンダの外
端から遠ざかる。

当該技術分野において良く知られている如く、ピストン
が下死点から上死点に移動する間にピストンは燃焼室中
で燃料／空気・混合気を圧縮し、圧縮された燃料／空気
・混合気は従来良く知られている点火手段によって点火
される。点火の結果生ずる燃焼ガスの膨張は、ピストン
を下死点に向かって移動させる。２ストロ一ク機関にお
いてはピストンが上死点に到達あるいは接近する度ごと
に燃料／空気・混合気に点火され、４ストロ一ク機関に
おいてはピストンが上死点に到達あるいは接近する時の
１つおきに燃料／空気・混合気に点火される。

これら従来の往復動ピストン機関の燃焼室中における燃
料／空気・混合気の点火により生ずる熱負荷は、シリン
ダばかりでなくピストンにも伝達される。この熱負荷は
、ピストンおよび／またはシリンダに高温度の熱により
損傷が生ずるのを避ける為ひいては往復動ピストン機関
に損傷を与えるのを避ける為に、ピストンおよびシリン
ダの両者から放散あるいは除去されなければならない。

往復動ピストン係関のシリンダおよびピストンの両者を
冷却する為の従来の礪関冷却装置には、空冷式と液冷式
の２種類がある。空冷式の機関冷却装置においては、複
数の放熱フィンがシリンダに固定され、シリンダの外表
面から外方に向かって延出している。これらの放熱フィ
ンは、シリンダおよびピストンからの熱を複数の放熱フ
ィンの間を通過する空気の流れへと伝達するヒートシン
クを構成している。

この従来の空冷式の機関冷却装置は多くの種類の往復動
ピストン礪関に適応することが出来るｈｔ、この多くの
種類の往復動ピストン機関にお０て１才所望の熱放散を
得るのに十分な量の空気が複数の放熱フィンの間を通過
しない。さらには、これら従来の放熱フィンは重くかつ
嵩だかであり、例えば航空はの動力ｔｉｌ関の如き重量
の軽化化が好ましい対瞭物の為には適していない。

多シリンダ往復動ピストン機関の為の空冷式の１関冷却
装置は良く設計されている放熱フィンを使用した例えば
ラジェータの如き熱交換器と比べると効率が良くないの
で、同等の液冷式橢閏冷却装置の為のラジェータに比べ
て非常に多聞の冷却用の空気を必要とし、航空機の場合
には非常に大きな空気抵抗を生じさせる。そして通常は
空冷式の多シリンダ往復動ピストン機関上にお（Ｘで冷
却用の空気の均一な分散を達成することは難しく、液冷
式の多シリンダ往復動ピストン機関（、を上述した如き
冷却用の空気の分散の問題を軽減して複数のシリンダ間
の冷却の均一性を向上させ、さらには空気抵抗を小さく
する。

また空冷式の往復動ピストンｎｒ’Ａのシリンダにおけ
る金属の典型的な温度形状は、シリンダの周囲の冷却空
気の流れの振動の故に、一定ではない。

即ち、燃焼室の金属の温度が非常に変化し、シリンダの
胴部（側壁）領域における温度形状が機関の運転中にお
いて生じる４部の楕円形状の膨張によって不均一となる
ので、ピストンとシリンダとの間に比較的大きな運転隙
間が必要となる。

従来の液冷式の往復動ピストンｄ間においては、ハウジ
ング（即ち、冷却ジャケット）がシリンダの外端を覆っ
ており、冷却ジャケットはピストンが上死点に到達した
時のピストンの内端よりも内方の位置までシリンダの胴
部（側壁）に沿って延出−している。例えば水やグリコ
ールやこれらと同等の物質による液体冷却媒体が冷却ジ
ャケット中に圧送されると熱がシリンダおよびピストン
から液体冷却媒体へと伝達され、そして熱交換器あるい
は他の熱放散手段により他のいずれかの場所で放散され
る。このような従来の冷却方式は、機能は優秀であるが
、上死点に到達した時のピストンの内端よりも内方まで
冷却ジャケットがシリンダの胸部（ｌｌＩ’Ｊ壁）に沿
って延出しており、しかもしばしばシリンダの全長さに
渡り延出しているので、ｆｆ１ｆｆｉが比較的大である
。液冷式の多シリンダ往復動ピストン機関においては、
通常は冷却ジャケットがシリンダの胸部（側壁）の全体
を覆っている。

このような理由から、上述した従来の冷却方式は、例え
ば航空機の動力機関の如き重量の１１減化を望む対雫に
は好ましくない。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は上記事情に基づいてなされ、この発明の目的
は、従来の液冷式機関冷却装置に比べてシリンダの軸方
向に沿った（即ち、胴部に治った）冷却ジャケットの長
さをはるかに短縮することが出来て中量を同等の空冷式
機関冷却装置の重量よりも軽くすることが出来、しかも
燃焼室およびシリンダの胴部（即ち、側壁）における冷
却を均一にすることが出来、そして往復動ピストン機関
の周囲の温度形状を均一にすることが出来る、液冷式機
関冷却装置を提供することである。

（問題点を解決する為の手段） 上述したこの発明の目的は、クランクケースに取り付け
られた内端を有する少なくとも１つのシリンダと、個々
のシリンダの為の独立した冷却ジャケットと、内端ζ外
端とを有したピストンと、を備えており、ピストンがシ
リンダ中に摺動自在に設けられピストンの外端がシリン
ダの外端に接近した上死点とピストンの外端がシリンダ
の外端から遠ざかった下死点との間で往復動する、往復
動ピストン機関の為のものであってニジリンダの外端を
取り囲むとともにシリンダの内端に向がって延出してお
り、自身の内端が上死点に達した時のピストンの内端か
ら軸方向の外方にｗｉ間している冷却ジャケットと；冷
却ジャケット中に形成され、入口と出口とを有した流体
通路と；液体冷却媒体を流体通路の入口中に圧入して流
体通路中で液体冷却媒体を循環させた後、流体通路の出
口から液体冷却媒体を排出させるポンプ手段と；を具備
したことを特徴とする液冷式機関冷却装置によって達成
することが出来る。

（発明の作用および効果） 即ち、燃焼室の領域でシリンダの外端を取り囲んでいる
とともにシリンダの軸方向に沿ってシリンダの内端に向
かい延出している冷却ジャケットか、従来の液冷式機関
冷却装Ｃとは異なって、上死点に到達したビス１−ンの
内端から軸方向の外方に離間しているので、シリンダの
側壁の内方領域が冷却ジャケットに覆われていない。従
って従来の液冷式ｎ間冷ｍ′！装置に比べてシリンダの
軸方向に沿った冷却ジャケットの長さをはるかに短縮す
ることが出来て重量を同等の空冷式機関冷却装置の重量
よりも軽くすることが出来る。しかも冷却効果が高くて
燃焼室およびシリンダの側壁（即ち、胴部）における冷
却を均一にすることが出来、そして往復動ビス１ヘン別
閏の周囲の温度形状を均一にすることが出来る。そして
同等の空冷式機関冷却￥Ａ置に比べてはるかに均一に冷
却することが出来るので、機関の運転効率を向上させる
為にピストンとシリンダとの間の隙間を空冷式往復動ピ
ストン機関の場合に比べて減少させても往復動ピストン
機関の寿命を向上させることが出来る。

ポンプが冷却液体媒体を流体通路の入口中に圧入すると
流体通路中の冷却液体媒体へ燃焼室から熱が伝達され、
流体通路の出口からは冷却液体媒体が熱交換器に向かっ
て送り出され、ここにおいて従来良く知られている方法
で熱負荷が放散される。

上述した如き構成のこの発明による液冷式機関冷却装置
においては、冷却ジャケットに取り囲まれていないシリ
ンダの側壁の領域がピストンドームに向けられたオイル
ノズルからのオイルの噴霧によって冷却されることが好
ましい。さらには、このオイルノズルはクランクケース
の中に設けられていて、オイルノズルからのオイルの噴
霧がピストンドームの内表面に向けられていることが好
ましい。

このオイル噴霧は、先ず第１にシリンダの側壁で冷却ジ
ャケットに取り囲まれていない領域を冷却し、ひいては
ピストンの冷Ｗも行なう。往復動ピストン機関の運転中
にｉ閏の潤滑油がオイルポンプによってオイルノズルに
圧送される。シリンダの側壁およびピストンからの熱は
そのｌＩ￥！滑油に伝達され、ひいては熱交換器に伝達
されて、そこで従来良く知られている方法により放散さ
れる。

以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。

（実施例） 第１図には、クランクケース１２を有した往復動ピスト
ン内燃機関１０の一部が示されている。

クランクケース１２には少なくとも一つのシリンダ１４
が固定されており、シリンダ１４はクランクケース１２
から外方に延出している。第１図および第３図に特に良
く示す如く、シリンダ１４は内周面１６を有した略円筒
形状をしており、その内端５３がクランクケース１２に
取り付けられている。

第１図および第２図に示す如く、ピストン１８がシリン
ダ１４中に設けられており、ピストンリング１９が内周
面１６に密封状態で摺動自在となるように係合している
。ピストン１８は第１図に示す上死点と第２図に示す下
死点との間で往復移動し、上死点においてシリンダ１４
の外端２０に接近し、下死点においてシリンダ１４の外
ｉ２０から遠ざかる。

第１図に示す如く、シリンダヘッド２２が例えばねじ係
合２４の如き従来良く知られている結合手段によりシリ
ンダ１４に結合されている。シリンダヘッド２２はシリ
ンダ１４の開口している外端２０を覆っており、第１図
に示す上死点に到達した時のピストン１８の上端（即ち
、外＃）２８との間に燃焼室２６を構成する。燃焼室２
．６の中に燃料／空気・混合気を導入するとともに燃焼
後の燃焼生成物を燃焼室２６から排出する為の従来良く
知られている弁手段３０がシリンダヘッド２２に設けら
れている。

往復動ピストン内燃機関１０の上述した如き構成は、従
来良く知られている。さてこの発明の実施例による往復
動ピストン内燃機関１０においては、シリンダヘッド２
２がシリンダ１４の胴部（即ち、側壁）に沿って下方（
即ら、内方）に向かって延出した内方延出部３２を有し
ている。内方延出部３２の内端３４は、第１図に示す上
死点に到達した時のピストン１８の内端３６から外方に
僅かに離間した位置までしか達していない。

第１図および第２図に示す如く、入口４２と出口４４と
を有した流体通路４０がシリンダヘッド２２の上部（外
側）構造体および内方延出部３２に形成されており、こ
のような構成のシリンダヘッド２２は冷却ジャケットを
構成している。ポンプ４６が従来良く知られている方法
によって流体通路４０の入口４２に水密に連結されてお
り、ポンプ４６は液体冷却媒体を入口４２中に圧入し、
この液体冷却媒体は流体通路４０中を流れて出口４４か
ら例えばラジエタの如き熱放散手段４８へと流入する。

従って作動中には、シリンダヘッド２２、シリンダ１４
の外端領域、およびピストン１８からの熱は、流体通路
４０中を流れている液体冷却媒体に熱伝導により伝達さ
れる。流体通路４０はさらにシリンダヘッド２２中の弁
手段３０を取り囲んでおり、燃焼室２６の冷却も行なう
。

この発明による液冷式機関冷却装置の第１の特徴は、流
体通路４０が形成されているシリンダヘッド２２の内方
延出部３２の内端３４が上死点に到達した時のピストン
１８の内端３６から外方にわずかに離間した位置までし
か達していないことである。シリンダ１４の軸方向に沿
った全長さに渡り、あるいは上死点に到達した時のピス
トン１８の上記軸方向における全長さに渡り、流体通路
４０を延出させなくてもシリンダ１４およびピストン１
８の適切な冷却を行なうことが出来るということは既に
知られている。この結果、往復動ピストン内燃機関１０
の為のこの発明に従った液冷式機関冷却装置は冷却を適
切に行なうことが出来、しかも同等の空冷式機関冷却装
置にくらべて重量が軽い。従って、この発明による液冷
式機関冷却装置は、例えば航空機の如き重量の軽量化が
好ましい対象において特に好ましい。

第１図に示したこの発明の好ましい実施例においては、
オイルノズル５０がクランクケース１２に固定されてい
る。オイルノズル５０にはオイル潤滑装置５１が連結さ
れていて、オイルノズル５０の噴射孔５２がピストン１
８の内端６に向けられている。オイルノズル５０の噴射
孔５２から噴霧された潤滑油がピストン１８のドーム（
即ち、クラウン）内端に吹き付けられることにより、ピ
ストン１８からの熱が潤滑油に伝達される。同様にして
、流体通路４０が形成されているシリンダヘッド２２に
取り囲まれていないシリンダ１４の内方領域からの熱も
ピストン１８を介して潤滑油へと熱伝達により伝達され
る。熱の伝達を受けた潤滑油はクランクケース１２の底
部に集められ、そこから図示しない熱交換器に冷却の為
に送られる。このようにオイルノズル５０は、流体通路
４０が形成されているシリンダヘッド２２に取り囲まれ
ていないシリンダ１４の内方領域を冷却する、とともに
、ピストン１８の補助冷却も行なう。

第４図には上述した往復動ピストン内燃機関１０におけ
る熱の伝達経路が概略的に示されている。

ブロック１００中に示されている燃焼室２６中の燃焼熱
およびピストン１８の摩擦熱は、ブロック１０２に示さ
れている如くシリンダヘッド２２の流体通路４０中の液
体冷却媒体により冷却されているシリンダ胴部の冷却領
域へ伝達され、次にはブロック１０４に示されている如
くシリンダヘッド２２の流体通路４０中の液体冷却媒体
に伝達される。

またブロック１０６中に示されている如きピストン１８
およびピストンリング１９の摩擦熱は、ブロック１０２
に示されている如くシリンダヘッド２２の流体通路４０
中の液体冷却媒体により冷却されているシリンダ胴部の
冷却領域へ伝達されるとともにブロック１０８に示され
ている如くシリンダヘッド２２の流体通路４０中の液体
冷却媒体により冷却されていないシリンダ胴部の非冷却
領域へも伝達される。ブロック１０８に示されているシ
リンダヘッド２２の流体通路４０中の液体冷却媒体によ
り冷却されていないシリンダ胴部の非冷却領域へと伝達
された熱はブロック１０９に示されている如くピストン
スカートへと伝達される。ブロック１０９に伝達された
（即ちち、ピストンスカートに伝達された）熱は、ピス
トンクラウンの熱と同様に、オイルノズル５０から噴霧
された潤滑油によってブロック１１２および１１０に示
す如く熱を奪われ、そして冷却される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例による液冷式檄閏冷居装ｄ
が装着された往復動ピストン内燃機関においてビスｌ−
ンが上死点に配置された状態を概略的に示す縦断面図； 第２図は、第１図の往復動ピストン内燃別間においてピ
ストンが下死点に配置された状態を部分的に示した縦断
面図； 第３図は、第１図の３−３線に沿った横断面図：第４図
は、第１図に示された往復動ピストン内燃機関における
熱の伝達経路を概略的に示す図である。 １０・・・往復動ピストン内燃は閏、１２・・・クラン
クケース、１４・・・シリンダ、１６・・・内周面、１
８・・・ピストン、１９・・・ピストンリング、２０・
・・外端。 ２２・・・シリンダヘッド（冷却ジャケット）、２４・
・・ねじ係合、２６・・・燃焼室、２８・・・上端（外
端）。 ３０・・・弁手段、３２・・・内方延出部、３４．３６
・・・内端、４０・・・流体通路、４２・・・入口、４
４・・・出口。 ４６・・・ポンプ、４８・・・熱放散手段、５０・・・
オイルノズル、５１・・・オイル潤滑装置、５２・・・
噴射孔。 ５３・・・内端。 出顯人代理人　弁理士　鈴江武彦 （２−クランクケース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クランクケースに取り付けられた内端を有する少な
   くとも１つのシリンダと、個々のシリンダの為の独立し
   た冷却ジャケットと、内端と外端とを有したピストンと
   、を備えており、ピストンがシリンダ中に摺動自在に設
   けられピストンの外端がシリンダの外端に接近した上死
   点とピストンの外端がシリンダの外端から遠ざかった下
   死点との間で往復動する、往復動ピストン機関の為のも
   のであって： シリンダの外端を取り囲むとともにシリ ンダの内端に向かって延出しており、自身の内端が上死
   点に達した時のピストンの内端から軸方向の外方に離間
   している冷却ジャケットと； 冷却ジャケット中に形成され、入口と出 口とを有した流体通路と； 液体冷却媒体を流体通路の入口中に圧入 して流体通路中で液体冷却媒体を循環させた後、流体通
   路の出口から液体冷却媒体を排出させるポンプ手段と； を具備したことを特徴とする液冷式機関 冷却装置。 ２、シリンダの外端に弁手段が設けられており、流体通
   路が弁手段を取り囲んでいる、ことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の液冷式機関冷却装置。 ３、ピストンの内端に向けて往復動ピストン機関の潤滑
   装置中の潤滑油を噴霧する噴霧手段を備えている、こと
   を特徴する特許請求の範囲第１項に記載の液冷式機関冷
   却装置。 ４、噴霧手段がシリンダの内端近傍でクランクケースに
   設けられているノズルを有している、ことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載の液冷式機関冷却装置。