JP2005098249A - シリンダヘッドの冷却風通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 下部に燃焼室を、上部に動弁室を、一側部にカムチェーン室を備え、上記燃焼室と動弁室との間の前部に排気ポート、後部に吸気ポートが設けられた空冷式内燃機関のシリンダヘッドの冷却風通路構造において、空冷効果の一層の向上を可能にする構造を提案する。
【解決手段】 排気ポートをカムチェーン室から離して配置し、上記排気ポートと上記カムチェーン室との間を前部開口とし、吸気ポートをカムチェーン室に接近して配置し、上記吸気ポートのカムチェーン室とは反対の側を後部開口とし、上記前部開口と上記後部開口とを結ぶ前後方向冷却風通路を設け、かつ、上記前後方向冷却風通路のほぼ中央部から横方向へ分岐し、シリンダヘッド側面の側部開口へ連なる横方向冷却風通路を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動二輪車等に搭載される空冷式４ストロークサイクル内燃機関のシリンダヘッドの冷却風通路構造に関するものである。

空冷式４ストロークサイクル内燃機関では、シリンダヘッド部にバルブやカムや、これらを覆うシリンダヘッドカバーが設けてあるため、一般に、燃焼室の天井部の上側に隣接した高温部分には、自動二輪車等に搭載された状態では走行風が当たり難い。

上記従来の通風路の例としては、つぎのような構成のものがある。この内燃機関には、シリンダヘッドの前部に２個の排気ポートとこれらに対応する２個の排気弁、後部に２個の吸気ポートとこれらに対応する２個の吸気弁がそれぞれ並設され、上記４個の弁に囲まれる位置に点火プラグが設けられ、シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとの間に、左右方向に向くカム軸が設けられており、２個の排気弁の間、および２個の吸気弁の間を通り、シリンダヘッドを前後方向に貫通する冷却風通路が設けられ、かつ上記前後方向冷却風通路に連通する横方向冷却風通路が設けてある（特許文献１参照。）。この例では、点火プラグの本体部を周囲に隙間を有して囲む点火プラグ着脱孔がシリンダヘッドに設けられており、この点火プラグ着脱孔も上記前後方向冷却風通路に連通している。

この内燃機関は、自動二輪車に搭載された状態で、自動二輪車が走行すると、前後方向冷却風通路の前部開口から空気が流入し、その一部は上記点火プラグ着脱孔から内燃機関の上部外方へ抜け、さらに他の一部は横方向冷却風通路から内燃機関の側部外方へ抜け、残りの空気は前後方向冷却風通路の後部開口から後方に抜けるようになっている。上記空気流通の過程で、シリンダヘッドと点火プラグが冷却される。

特公昭６２−４３０５０号公報（図２、図３）。

従来の技術では、冷却風通路に十分な冷却風が通り難い。本発明は、冷却風通路における空冷効果の一層の向上を可能にする構造を提案しようとするものである。

本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、下部に燃焼室を、上部に動弁室を、一側部にカムチェーン室を備え、上記燃焼室と動弁室との間の前部に排気ポート、後部に吸気ポートが設けられた空冷式内燃機関のシリンダヘッドの冷却風通路構造において、上記排気ポートが上記カムチェーン室から離して配置され、該排気ポートと該カムチェーン室との間が前部開口とされ、上記吸気ポートは上記カムチェーン室に接近して配置され、該吸気ポートの上記カムチェーン室とは反対の側が後部開口とされ、上記前部開口と上記後部開口とを結ぶ前後方向冷却風通路が設けられ、かつ、上記前後方向冷却風通路のほぼ中央部から横方向へ分岐し、シリンダヘッドの側面に開口する側部開口へ連なる横方向冷却風通路が設けられたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却風通路構造において、上記冷却風通路の中に、点火プラグの軸部が露出することを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却風通路構造において、上記冷却風通路に面して、２次空気供給ポートが設けられたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却風通路構造において、冷却風通路の前部開口に、前部断面積を拡大した導風通路部材が設けられたことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、中央にカムチェーン室を備え、各気筒用シリンダヘッドが上記カムチェーン室の左右に一体的に形成された２気筒内燃機関用シリンダヘッドの冷却風通路構造において、左右の下部に燃焼室が設けられ、左右の上部に動弁室が設けられ、上記燃焼室と動弁室との間の前部に排気ポート、後部に吸気ポートが設けられ、上記排気ポートが上記カムチェーン室から離して配置され、該排気ポートと該カムチェーン室との間がそれぞれ前部開口とされ、上記吸気ポートは上記カムチェーン室に接近して配置され、該吸気ポートの上記カムチェーン室とは反対の側がそれぞれ後部開口とされ、左右それぞれの側において上記前部開口と上記後部開口とを結ぶ前後方向冷却風通路が設けられ、かつ、上記各前後方向冷却風通路のほぼ中央部からそれぞれ横方向へ分岐し、シリンダヘッドの両側面に開口する側部開口へそれぞれ連なる横方向冷却風通路が設けられたことを特徴とするものである。

請求項１の発明では、吸気ポートに比して高温となる排気ポートを左右両側から効果的に冷却できる。また、燃焼室を均一に冷却することができるので、圧縮比増加による燃焼効率の向上、排出不燃物質の抑制、及びノッキングの抑制を図ることができる。

請求項２の発明では、冷却風が、点火プラグの軸部の両側をスムーズに流れるので、点火プラグが効果的に冷却される。

請求項３の発明によって、前後方向冷却風通路を通る走行風によって２次空気供給装置や２次空気供給ポートが冷却される。

請求項４の発明では、導風通路部材の前部拡大部によって広い範囲から走行風を集めて走行風通路へ流すことができるので、冷却性能が向上する。

請求項５の発明では、２気筒内燃機関に対しても、コンパクトな形状で、燃焼室や動弁室を効果的に冷却することが出来る。

図１は、自動二輪車のフレームに、本発明の第１実施形態に係る空冷式４ストロークサイクル内燃機関が搭載されている状態を示す側面図である。フレームは主フレーム１と副フレーム２がヘッドパイプ３に固定されている。内燃機関４は、これらのフレーム１、２に取付部材を介して懸架されている。内燃機関４の外殻は、クランクケース５、シリンダブロック６、シリンダヘッド７から構成されている。シリンダヘッド７の前後に取付けられるシリンダヘッドカバーは図示省略されている。この内燃機関４は、吸気管８と排気管９とを備えている。19は点火プラグである。矢印Ｗは走行風の方向を示している。

図２は、上記内燃機関４のシリンダヘッド７の側面図であり、矢印Ｆは内燃機関の前方を指している（以下の他の図においても同じ。）。車両搭載状態では、内燃機関の前方（Ｆ方向）は若干下方に傾斜させて搭載される。シリンダヘッド７の外周には複数の空冷用フィン10が形成されている。シリンダヘッド７の下面には燃焼室11が形成されている（破線で示してある。）。シリンダヘッド７の下部のほぼ中央に点火プラグ螺着用雌ネジ孔12が開口している。図示していない点火プラグは、その先端が上記燃焼室11に臨むようにシリンダヘッド７の右側から斜めに挿入螺着される。シリンダヘッド７の上部に動弁室13があり、動弁室13の側壁に、カム軸支持孔14、吸気弁用ロッカーアーム軸支持孔15、排気弁用ロッカーアーム軸支持孔16が設けてある。上記動弁室の前後を覆うシリンダヘッドカバー（図示なし）は、シリンダヘッドカバー取付用雌ネジ孔17、18によって取付けられる。

図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、シリンダヘッド７の下部の水平断面を示している。図において、破線７ａはシリンダヘッド７の筒状部の外周線、破線11ａはシリンダヘッド下面に設けられた燃焼室11の周縁線である。シリンダヘッド７の後部には、燃焼室11に連なる吸気ポート20と吸気弁ガイド21が設けてあり、シリンダヘッド７の前部には、燃焼室11に連なる排気ポート22と排気弁ガイド23が設けてある。吸気弁の弁座20ａ及び排気弁の弁座22ａが破線で示してある。排気ポート22には、排気管９が接続されている。吸気ポート20と排気ポート22とに挟まれた部分に、前記点火プラグ螺着用雌ネジ孔12が開口している。24は動弁室の底面を支える冷却フィンである。シリンダブロック７の左側部にはカムチェーン室25が設けてあり、図示していないクランク軸から、図示していないカム軸へ動力を伝える図示していないカムチェーンが収容される。26Ａ、26Ｂ、26Ｃ、26Ｄはクランクケース３とシリンダブロック６とシリンダヘッド７とを連結するスタッドボルトの挿通孔である。

排気ポート22の外壁、カムチェーン室25の外壁、及び吸気ポート20の外壁に囲まれた部分に、前部開口30、後部開口31、側部開口32を備えた空間が形成されている。前部開口30と後部開口31とを結び、ほぼ前後方向に走行風が吹き抜けうる空間は、前後方向Ｆに対して若干傾斜してはいるが、前後方向冷却風通路33と名付ける。上記前後方向冷却風通路33の中央部から側部開口32に抜ける空間は、横方向冷却風通路34である。図中の太い破線で描いてある矢印は、走行によって生じる冷却風Ｗの流線である。点火プラグ螺着用雌ネジ孔12に点火プラグが装着されると、同点火プラグの軸部は冷却風通路内に露出する。スタッドボルト挿通孔26Ｄの前方近傍に冷却風通路えぐれ部35が形成してある。補強リブ24の脇を通った冷却風の支流がそこで渦巻いて、スタッドボルト挿通孔26Ｄの周辺を冷却する。

図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面図であり、吸気ポート20と排気ポート22とを通り屈折した断面線を通る縦断面図である。図３に見られたように、排気ポート22は、進行方向に向かって右側に、吸気ポート20は、進行方向に向かって左側にずらしてあるが、図４はこれを一平面に表示したものである。図において、シリンダヘッド７の上半部は動弁室13が占有し、下部には、燃焼室11と、吸気ポート20、吸気弁の弁座20ａ、吸気弁ガイド21、排気ポート22、排気弁の弁座22ａ、および排気弁ガイド23が設けてある。

図５は図３のＶ−Ｖ断面図である。これは、ほぼ、図３に示した前後方向冷却風通路33を前後に吹き抜ける冷却風Ｗの流線に沿った縦断面図であり、上記図４の断面と交差している。図において、シリンダヘッド７の上半部は動弁室13が占有している。下部には、動弁室13の底面部材27と燃焼室11の天井部材28とがあり、その間に補強用リブ24が設けてある。上記底面部材27と上記天井部材28との間に、前部開口30から後部開口31に至る前後方向冷却風通路33が形成されている。図中の太い破線で描いてある矢印は、走行によって生じ、前部開口30から後部開口31へ吹き抜ける冷却風Ｗの流線である。

図６は図３のＶＩ−ＶＩ断面図であり、シリンダヘッド７の横断面を後方から見た図である。矢印Ｌは左方、矢印Ｒは右方を指している。図の左側部にカムチェーン室25、上部中央に動弁室13、下部に燃焼室11、中央部に補強リブ24、右側面に側部開口32がある。補強リブ24付近から側部開口32へ向かって横方向冷却風通路34が形成されている。図中に、太い破線で描いてある矢印は、前後方向冷却風通路33から分岐して横方向冷却風通路34を側部開口32へ向かって吹き抜ける冷却風Ｗの流線である。

第１実施形態の構成は以上のようになっている。この構成の特徴は、空冷式４ストロークサイクル内燃機関において、動弁室と燃焼室との間において、排気ポートをカムチェーン室から離した位置に設けて、バルブ配置を左右にずらしたＯｆｆ-Ｓｅｔ配置とし、燃焼室の中央上方に断面積の大きい走行風の前後方向冷却風通路33と横方向冷却風通路34とを形成したことである。

図７は本発明の第２実施形態に係るシリンダヘッド40の走行風通路部の水平断面図である。以下の実施形態においては、いずれも、第１実施形態と同じ機能の構成部分には、第１実施形態の構成部分と同じ符号を付して説明する。本実施形態は、第１実施形態のシリンダヘッド７に２次空気供給装置（図示なし）を設け、排気ポート22の側壁に上記２次空気供給装置に連なる２次空気供給ポート41を穿設し、排気ポート22内に２次空気を供給して、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化させ、公害防止を図るようにしたものであり、上記以外の構成は第１実施形態と同じである。

２次空気供給装置は、排気の脈動を利用し、逆止弁を介して大気から供給空気を直接吸引するエアサクション方式のものが使われる。この方式では、逆止弁の位置に負圧がきた時に空気が吸引される。逆止弁には薄い鋼板のリード弁が用いられる。２次空気供給装置は排気ポート22の近傍に設置されるので高温となる。しかし上記の前後方向冷却風通路33を通る走行風によって、２次空気供給装置や２次空気供給ポート41は冷却される。

図８は本発明の第３実施形態に係るシリンダヘッド50の走行風通路部の水平断面図、図９は同シリンダヘッド50の正面図である。本実施形態は、第１実施形態のシリンダヘッド７の前部開口30に、前部を拡大した導風通路部材51を設け、シリンダヘッドにボルト52によって固定したものである。導風通路部材51の前部拡大部によって広い範囲から走行風を集めて走行風通路33、34へ流すことができる。

図１０は本発明の第４実施形態に係る２気筒内燃機関用シリンダヘッド60の走行風通路部の水平断面図である。本実施形態のシリンダヘッド60は、２気筒内燃機関に対して、第１実施形態に示した走行風通路の構成を適用した例である。シリンダヘッド60は第１実施形態のシリンダヘッド７とそれを左右逆にしたシリンダヘッドとをカムチェーン室25を中心として対称形に一体形成した形のものである。左右の気筒に共通のカムチェーン室25が中央に配置されているので、シリンダヘッドは左右対称の構成となっている。前部開口30はシリンダヘッド前面に２箇所、後部開口31はシリンダヘッド後面に２箇所設けてあるが、側部開口32はシリンダヘッドの左右にそれぞれ１箇所づつ設けてある。左右の冷却風の通路33、34はそれぞれ対称形である。

図１１は本発明の第５実施形態に係るシリンダヘッド70の走行風通路部の水平断面図である。本実施形態は、第１実施形態のシリンダヘッド７（図３）を改良したものであって、第１実施形態で存在していた冷却風通路えぐれ部35に相当する位置71に連通する新たな後部開口72を、スタッドボルト挿通孔26Ｄと吸気ポート20との間に設けたものである。これによって、第１実施形態において冷却風の滞留を生じる可能性のあった冷却風通路えぐれ部35を解消し、冷却風通路えぐれ部相当位置71の空気を後部開口72からスムーズに流出させることができるので、上記えぐれ部相当位置71付近、およびスタッドボルト挿通孔26Ｄや吸気ポート20付近の冷却効果を高めることができる。

以上に各種の実施形態によって、シリンダヘッドの冷却風通路構造について述べた。これらの実施形態では、次のような効果が期待される。
（１）従来の通常の構成では排気ポート22とカムチェーン室25とは隣接し、その間に空気が流通することはなかったが、本実施形態では、ここに走行風の前後方向冷却風通路33を形成したので、吸気ポート20に比して高温となる排気ポート22を左右両側から効果的に冷却できる。
（２）１個の気筒について４個設けてあるスタッドボルト挿通孔26Ａ、26Ｂ、26Ｃ、26Ｄに挿通される４本のボルトのうち、特に前部の排気ポート22の近くにあり、かつカムチェーン室25に隣接しているスタッドボルト挿通孔26Ａに挿通されるスタッドボルトは、従来の通常の構成では排気ポートとカムチェーン室とが隣接していたため、他のスタッドボルトに比べてより高温になりやすいが、上記各実施形態ではここに形成された前後方向冷却風通路33を通る走行風によって効果的に冷却される。これによって、４本のスタッドボルトの温度が均一化するので、シリンダブロック６とシリンダヘッド７との間のガスケットの面圧分布を安定化させることができる。
（３）燃焼室11の中央上部をまたいで、シリンダヘッド７の前部からシリンダヘッド７の後部及び側部に至る滑らかな冷却風通路33、34を形成したので、燃焼室11を均一に冷却することができる。これによって、圧縮比増加による燃焼効率の向上、排出不燃物質の抑制、ノッキングの抑制を図ることができる。
（４）点火プラグの軸部、動弁室底面部材27、及び補強部材24は、冷却風通路33、34の中に位置しているので、効果的に冷却され、耐久性が向上する。以上は各実施形態共通の効果である。
（５）第２実施形態：シリンダヘッドの排気ポート22の近傍に設置される２次空気供給装置や２次空気供給ポート41は、従来の通常の構成では高温となっていたが、本実施形態のシリンダヘッド40では、前後方向冷却風通路33を通る走行風によって冷却される。
（６）第３実施形態：本発明の冷却風通路の前部開口に、前部を拡大した導風通路部材51を設け、シリンダヘッドにボルト52によって固定したものである。導風通路部材51の前部拡大部によって広い範囲から走行風を集めて走行風通路33、34へ流すことができる。
（７）第４実施形態：本発明の冷却風通路構造は、２気筒内燃機関のシリンダヘッドに対しても適用できることを示したものである。
（８）第５実施形態：第１実施形態で存在していた冷却風通路えぐれ部35に相当する位置71に連通する新たな後部開口72を、スタッドボルト挿通孔26Ｄと吸気ポート20との間に設けたものである。これによって、冷却風通路えぐれ部35を解消し、冷却風の流れをスムーズにし、冷却機能を一層高めることができる。

自動二輪車のフレームに、本発明の第１実施形態に係る空冷式４ストロークサイクル内燃機関が搭載されている状態を示す側面図である。 上記内燃機関４のシリンダヘッド７の側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、シリンダヘッド７の下部の水平断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３のＶ−Ｖ断面図である。 図３のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明の第２実施形態に係るシリンダヘッドの走行風通路部の水平断面図である。 本発明の第３実施形態に係るシリンダヘッドの走行風通路部の水平断面図である。 上記実施形態のシリンダヘッドの正面図である。 本発明の第４実施形態に係る２気筒内燃機関用シリンダヘッドの走行風通路部の水平断面図である。 本発明の第５実施形態に係るシリンダヘッドの走行風通路部の水平断面図である。

符号の説明

１…主フレーム、２…副フレーム、３…ヘッドパイプ、４…内燃機関、５…クランクケース、６…シリンダブロック、７…シリンダヘッド、７ａ…シリンダヘッドの筒状部の外周線（破線）、８…吸気管、９…排気管、10…空冷用フィン、11…燃焼室、11ａ…燃焼室の周縁線（破線）、12…点火プラグ螺着用雌ネジ孔、13…動弁室、14…カム軸支持孔、15…吸気弁用ロッカーアーム軸支持孔、16…排気弁用ロッカーアーム軸支持孔、17…シリンダヘッドカバー取付用雌ネジ孔、18…シリンダヘッドカバー取付用雌ネジ孔、19…点火プラグ、20…吸気ポート、20ａ…吸気弁の弁座、21…吸気弁ガイド、22…排気ポート、22ａ…排気弁の弁座、23…排気弁ガイド、24…冷却フィン、25…カムチェーン室、26Ａ、26Ｂ、26Ｃ、26Ｄ…スタッドボルト挿通孔、27…動弁室底面部材、28…燃焼室天井部材、30…前部開口、31…後部開口、32…側部開口、33…前後方向冷却風通路、34…横方向冷却風通路、35…冷却風通路えぐれ部、40…シリンダヘッド（第２実施形態）、41…２次空気供給ポート、50…シリンダヘッド（第３実施形態）、51…導風通路部材、52…ボルト、60…２気筒内燃機関用シリンダヘッド（第４実施形態）、70…シリンダヘッド（第５実施形態）、71…冷却風通路えぐれ部相当位置、72…後部開口。

Claims (5)

1. 燃焼室の、上部に動弁室と、一側部にカムチェーン室とを備え、上記燃焼室と動弁室との間の前部に排気ポート、後部に吸気ポートが設けられた空冷式内燃機関のシリンダヘッドの冷却風通路構造において、
   上記排気ポートが上記カムチェーン室から離して配置され、該排気ポートと該カムチェーン室との間が前部開口とされ、
   上記吸気ポートは上記カムチェーン室に接近して配置され、該吸気ポートの上記カムチェーン室とは反対の側が後部開口とされ、
   上記前部開口と上記後部開口とを結ぶ前後方向冷却風通路が設けられ、
   かつ、上記前後方向冷却風通路のほぼ中央部から横方向へ分岐し、シリンダヘッドの側面に開口する側部開口へ連なる横方向冷却風通路が設けられたことを特徴とするシリンダヘッドの冷却風通路構造。
2. 上記冷却風通路の中に、点火プラグの軸部が露出することを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却風通路構造。
3. 上記冷却風通路に面して、２次空気供給ポートが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却風通路構造。
4. 冷却風通路の前部開口に、前部断面積を拡大した導風通路部材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却風通路構造。
5. 中央にカムチェーン室を備え、各気筒用シリンダヘッドが上記カムチェーン室の左右に一体的に形成された２気筒内燃機関用シリンダヘッドの冷却風通路構造において、
   左右の下部に燃焼室が設けられ、左右の上部に動弁室が設けられ、上記燃焼室と動弁室との間の前部に排気ポート、後部に吸気ポートが設けられ、 上記排気ポートが上記カムチェーン室から離して配置され、該排気ポートと該カムチェーン室との間がそれぞれ前部開口とされ、
   上記吸気ポートは上記カムチェーン室に接近して配置され、該吸気ポートの上記カムチェーン室とは反対の側がそれぞれ後部開口とされ、左右それぞれの側において上記前部開口と上記後部開口とを結ぶ前後方向冷却風通路が設けられ、
   かつ、上記各前後方向冷却風通路のほぼ中央部からそれぞれ横方向へ分岐し、シリンダヘッドの両側面に開口する側部開口へそれぞれ連なる横方向冷却風通路が設けられたことを特徴とする２気筒内燃機関用シリンダヘッドの冷却風通路構造。
   

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