JP2013015122A - 空冷式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグ及び吸気ポートに対する冷却効果を向上できるエアジャケットを備える空冷式内燃機関を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１４に、排気ポート３８、吸気ポート３７、及び点火プラグが設けられる空冷式内燃機関において、シリンダヘッド１４に、点火プラグの取付けのためのプラグホール３２と、プラグホール３２の開口を空気導入口４１及び空気排出口４２としてプラグホール３２から吸気ポート３７外周まで延出するエアジャケット４０と、排気ポート３８の外周に位置し、エアジャケット４０と排気ポート３８との間に内部空間を形成する断熱部４３とが形成される。
【選択図】図７

Description

本発明は、空冷式内燃機関に関する。

シリンダを水平に配置した空冷式内燃機関において、シリンダヘッドに走行風導入のためのエアジャケットが形成される構造が特許文献１に開示されている。

特開２００７−１８７００４号公報

ところで、上記特許文献１に開示される内燃機関においてエアジャケットは、走行風がシリンダヘッド前面に形成された排気ポートの外周を通過した後に、点火プラグや吸気ポートに導入される構造のため、点火プラグや吸気ポートに到達するまでに走行風が温まってしまい、冷却効率が低下してしまう課題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、点火プラグ及び吸気ポートに対する冷却効果を向上できる空冷式内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載の発明は、冷却フィン（３１）を有するシリンダヘッド（１４）に、排気ポート（３８）、吸気ポート（３７）、及び点火プラグ（３３）が設けられる空冷式内燃機関において、前記シリンダヘッド（１４）に、前記点火プラグ（３３）の取付けのためのプラグホール（３２）と、前記プラグホール（３２）の開口（３２Ａ）を空気導入口（４１）及び空気排出口（４２）として該プラグホール（３２）から前記吸気ポート（３７）外周まで延出するエアジャケット（４０）と、前記排気ポート（３８）の外周に位置し、前記エアジャケット（４０）と前記排気ポート（３８）との間に内部空間を形成する断熱部（４３）と、が形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空冷式内燃機関において、前記シリンダヘッド（１４）は、シリンダ軸線を前後方向に沿わせるように配置され、該シリンダヘッド（１４）にはさらに、前記エアジャケット（４０）の前記空気導入口（４１）及び前記空気排出口（４２）に隣接して、走行風によって前記エアジャケット（４０）内の空気排出を促進する排出促進部（４４）が形成され、前記排出促進部（４４）は、前方に開口する走行風入口（４９）と、後方に開口する、前記走行風入口（４９）よりも開口面積の小さい走行風出口（５０）とを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空冷式内燃機関において、前記シリンダヘッド（１４）に、前記エアジャケット（４０）に連通する開口部（４０Ａ）がさらに形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の空冷式内燃機関において、前記排出促進部（４４）が、前記エアジャケット（４０）の前記空気導入口（４１）及び前記空気排出口（４２）を、上方、下方、側方、及び後方から囲う壁部（４５，４６，４７，４８）で構成され、前記走行風入口（４９）が、前記壁部（４５，４６，４７，４８）において上方、下方、及び側方に位置する上壁部（４５）、下壁部（４６）、及び側壁部（４７）の前縁で構成され、前記走行風出口（５０）が、前記壁部（４５，４６，４７，４８）において後方に位置する後壁部（４８）に形成された上下方向に長いスリット孔で構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の空冷式内燃機関において、前記プラグホール（３２）を挟んで両側に位置する前記冷却フィン（３１）が、前記壁部（４５，４６，４７，４８）によって連結されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の空冷式内燃機関において、前記断熱部（４３）が、前記排気ポート（３７）の外周を一周に渡って囲むように形成され、前記排気ポート（３７）に接続される排気管（１８）には触媒（２６）が設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の空冷式内燃機において、前記断熱部（４３）が、前記排気ポート（３８）と、前記シリンダヘッド（１４）が固定されるシリンダブロック（１３）との間を通過し、前記シリンダブロック（１３）への熱を断熱するように形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、断熱部によって、排気ポートを断熱してエアジャケットへの熱の伝導を避けつつ、エアジャケットの空気導入口を排気ポートから離間させることで、エアジャケットによる点火プラグ及び吸気ポートの冷却効果を向上させることができる。

請求項２〜４に記載の発明によれば、走行風入口から導入された走行風を走行風出口に通過させるときに、走行風の流速を高めることで、エアジャケット内の空気を走行風出口に引き込むことができ、エアジャケット内の空気排出の促進を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明のように、エアジャケットに連通する開口部をさらに形成した場合は、この開口部から空気を導入し、走行風出口から排出でき、点火プラグの冷却を促進できる。

請求項５に記載の発明によれば、冷却フィンを、排出促進部を構成する壁部によって相互に補強できる。

請求項６に記載の発明によれば、排気ポートの熱を断熱し排気管に高温の排気を流すことで、触媒の活性効率を向上できる。

請求項７に記載の発明によれば、シリンダブロックの温度上昇を抑えて燃焼室の温度低下を図ることで、燃焼効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る空冷式内燃機関を有する自動二輪車の左側面図である。 上記自動二輪車が備える空冷式内燃機関であるパワーユニットの右側面図である。 上記パワーユニットのシリンダヘッドの前面図である。 上記シリンダヘッドの後面図である。 上記シリンダヘッドの右側面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿うシリンダヘッドの断面図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿うシリンダヘッドの断面図である。 図４のＣ−Ｃ線に沿うシリンダヘッドの断面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。以下で説明する図において、矢印ＦＲは車両前方を示し、矢印ＬＨは車両左方を示し、矢印ＵＰは車両上方を示している。

図１は本実施形態に係る空冷式内燃機関を備える自動二輪車１を示し、この自動二輪車１は複数種の鋼材が溶接等により一体に結合された車体フレーム２を備えている。車体フレーム２の前端には前輪懸架系３を操向可能に支持するヘッドパイプ４が設けられ、前輪懸架系３の下部には前輪５が回転可能に支持され、前輪懸架系３の上部には操向ハンドル６が固定されている。

車体フレーム２は、ヘッドパイプ４から後斜め下方に延出する一本の矩形断面の鋼製パイプ材からなるメインフレーム７と、メインフレーム７の後端から二股状に分岐して後斜め上方に延出し、その後、略水平状態で後方に延出するシートレール８とを含んで構成され、メインフレーム７の下部後側にはピボットプレート９が設けられている。

ピボットプレート９の前方であって、メインフレーム７の後部下方には、空冷式単気筒の内燃機関であるパワーユニット１０が支持され、シートレール８の上方には、運転者が着座するシート１１が支持されている。図２も参照し、パワーユニット１０は、車体フレーム２に支持されるパワーユニットケース１２と、パワーユニットケース１２に支持されて前方に突出するシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３の前端に取付けられたシリンダヘッド１４と、シリンダヘッド１４の開口を閉じるヘッドカバー１４ａとを備えている。

図１に示すように、パワーユニットケース１２の後部はピボットプレート９に支持され、パワーユニットケース１２の上部はメインフレーム７に設けられたハンガ１５に支持されている。パワーユニット１０はシリンダ軸線Ｌ１が略水平状態となる姿勢で支持され、メインフレーム７の下部後側のピボットプレート９にピボットシャフト１６ａを介してスイングアーム１６ｂが上下方向に揺動可能に支持されている。スイングアーム１６ｂの後部には後輪１７が回転自在に支持されている。

シリンダヘッド１４の下面には後方へ延びる排気管１８の前端が接続され、排気管１８の後端には、後輪１７の右側方において後方に延出するマフラ１９が接続されている。排気管１８はシリンダヘッド１４の下面から前方に湾曲し後方に延出する。排気管１８におけるシリンダブロック１３及びシリンダヘッド１４の下方の部位には触媒２５が収容される収納部２６が形成されている。

シリンダヘッド１４の上面には吸気管２０が接続され、吸気管２０は前上方に延出してスロットルボディ２１の下流側に接続されている。スロットルボディ２１の上流側はエアクリーナ２２に接続されている。エアクリーナ２２は、パワーユニット１０の前上方に配置され、メインフレーム７に設けられたブラケット２３に支持されている。

図１において符号２４は、シリンダブロック１３、シリンダヘッド１４、エアクリーナ２２、及びメインフレーム７等を覆う樹脂製の車体カバーを示し、車体カバー２４は、シート１１に着座した乗員の脚部を前方から覆うレッグシールド２７と、レッグシールド２７の後方からメインフレーム７両側方に沿うように車両前後方向に延びるインナーカバー２８とを含んで構成されている。

レッグシールド２７は、前方下部が一部切り欠かれるように形成され、ヘッドカバー１４ａを前方に露出させ、インナーカバー２８は、ヘッドカバー１４ａ、シリンダヘッド１４及びシリンダブロック１３の両側方を覆ってパワーユニットケース１２の前端まで延出しており、パワーユニットケース１２は外部に露出している。

図２を参照し、パワーユニット１０のシリンダブロック１３及びシリンダヘッド１４の外壁には、車幅方向外側に延出する複数のシリンダブロック１３の冷却フィン３０、シリンダヘッド１４の冷却フィン３１が形成されている。シリンダヘッド１４の冷却フィン３１は上下分断されており、上下の冷却フィン３１の間にはシリンダヘッド１４の右側壁部から車幅方向内側に凹むプラグホール３２が形成され、プラグホール３２には点火プラグ３３が取付けられている。

図３はシリンダヘッド１４の前面図を示し、図４はシリンダヘッド１４の後面図を示し、図５はシリンダヘッド１４の右側面図を示している。図３において、シリンダヘッド１４には動弁機構を構成するカムシャフト（図示略）を回転可能に支持する左右一対のカムジャーナル壁部３４が形成され、上記カムシャフトを駆動するカムチェーン（図示略）を挿通させるカムチェーン室３５が左のカムジャーナル壁部３４の側方に形成されている。

カムチェーン室３５は、図４に示すように、シリンダブロック１３側に貫通し、シリンダブロック１３側のカムチェーン室に接続される。また、シリンダヘッド１４の後面には燃焼室３６が形成され、燃焼室３６には吸気ポート３７及び排気ポート３８が開口する。吸気ポート３７は、燃焼室３６から上方に延出してシリンダヘッド１４の上面で開口して吸気管２０と接続し、排気ポート３８は、燃焼室３６から上方に延出してシリンダヘッド１４の下面で開口して排気管１８と接続する。

図６は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、同図に参照されるように、プラグホール３２は燃焼室３６に向けて凹んでおり、その底部には、点火プラグ３３を燃焼室３６に臨ませるとともに固定する貫通孔３９が形成されている。図６において符号４０は、プラグホール３２に連続して形成されるエアジャケットを示している。

エアジャケット４０は、プラグホール３２の開口３２Ａを空気導入口４１及び空気排出口４２として、燃焼室３６中央前方側まで延出し、さらに図７に示すように分岐して、吸気ポート３７の外周を断面視で覆うように延出する。エアジャケット４０は、空気導入口４１から導入した走行風で点火プラグ３３を冷却するとともに吸気ポート３７の外周を冷却する。また、エアジャケット４０の上記のように分岐した端部は、吸気ポート３７が開口するシリンダヘッド１４の上壁部に形成された開口部４０Ａ，４０Ａによって外部に連通している。なお、この開口部４０Ａ，４０Ａを形成せずに、エアジャケット４０の分岐した端部を閉塞させてもよい。

図７に示すように、シリンダヘッド１４には排気ポート３８の外周に位置し、エアジャケット４０と排気ポート３８との間に内部空間を形成する断熱部４３が形成され、図８に示すように、断熱部４３は、排気ポート３８との外周を一周に渡って囲むように形成され、排気ポート３８とシリンダブロック１３との間を通過する。本実施形態で断熱部４３のシリンダブロック１３側の部位の一部は、図４も参照し、シリンダブロック１３側に開放している。

断熱部４３は、排気ポート３８の熱のエアジャケット４０及びシリンダヘッド１４側への伝達を遮断し、ここで、図８においては触媒２５を収容した排気管１８の収納部２６が示され、触媒２５は排気ポート３８から比較的近接した位置に配置されている。これによれば、断熱部４３は排気ポート３８を周囲から断熱するため、排気ポート３８から流れる排気は高温が維持され、このため触媒２５は活性効率が良好となる。

図３乃至図７を参照し、シリンダヘッド１４の右側壁部には、エアジャケット４０の空気導入口４１及び空気排出口４２（プラグホール３２の開口３２Ａ）に側方から隣接して、走行風によってエアジャケット４０内の空気排出を促進する排出促進部４４が形成されている。

この排出促進部４４は、エアジャケット４０の空気導入口４１及び空気排出口４２（プラグホール３２の開口３２Ａ）を、上方から覆う上壁部４５、下方から覆う下壁部４６、右側方から覆う側壁部４７、及び後方から覆う後壁部４８を一体に備え、上壁部４５、下壁部４６、及び側壁部４７の前縁（並びにプラグホール３２の周囲の壁部）で走行風入口４９を構成し、走行風出口５０を、後壁部４８に上下方向に長いスリット孔を形成して構成されている。

排出促進部４４において上壁部４５、下壁部４６、及び後壁部４８は、プラグホール３２の上部、下部、及び後部内壁に連続し、車幅方向外側の延出するように形成されており、走行風入口４９は詳しくは、プラグホール３２の上部内壁、下部内壁、及びこれらに連続する上壁部４５、下壁部４６、並びに側壁部４７で囲われる前面視で矩形の部位をいうものとする。なお、図４〜図６を参照し、上壁部４５、下壁部４６、及び側壁部４７は、前後方向では点火プラグ３３に干渉しない高さ寸法に設定されている。

排出促進部４４において走行風入口４９は前方に開口し、走行風出口５０は後方に開口し、図３等に明らかなように、走行風出口５０の開口面積は走行風入口４９の開口面積に対して小さく設定される。この排出促進部４４は、走行風入口４９から導入された走行風をベルヌーイの定理によって走行風出口５０を通過する際に流速を高めることにより、エアジャケット４０内の空気排出を促進させることができる。

ここで、図５を参照し、シリンダヘッド１４の冷却フィン３１はプラグホール３２の形成によって上下分断されるが、これら分断された冷却フィン３１は、上壁部４５、下壁部４６、側壁部４７、及び後壁部４８によって連結されることになる。このため、冷却フィン３１は相互に補強し合い剛性が確保されることになる。

以上に記載したように、上記パワーユニット１０では、シリンダヘッド１４に、点火プラグ３３の取付けのためのプラグホール３２と、プラグホール３２の開口３２Ａを空気導入口４１及び空気排出口４２として該プラグホール３２から吸気ポート３７外周まで延出するエアジャケット４０と、排気ポート３８の外周に位置し、エアジャケット４０と排気ポート３８との間に内部空間を形成する断熱部４３とが形成されている。
このような構造によれば、断熱部４３によって、排気ポート３８を断熱してエアジャケット４０への熱の伝導を避けつつ、エアジャケット４０の空気導入口４１を排気ポート３８から離間させることで、エアジャケット４０による点火プラグ３３及び吸気ポート３７の冷却効果を向上させることができる。

また、シリンダヘッド１４にはさらに、エアジャケット４０の空気導入口４１及び空気排出口４２に隣接して、走行風によってエアジャケット４０内の空気排出を促進する排出促進部４４が形成され、この排出促進部４４は、前方に開口する走行風入口４９と、後方に開口する走行風入口４９よりも開口面積の小さい走行風出口５０とを備えて構成されている。より詳しくは、排出促進部４４は、エアジャケット４０の空気導入口４１及び空気排出口４２を、上方、下方、側方、及び後方から囲う上壁部４５、下壁部４６、側壁部４７及び後壁部４８で構成され、走行風入口４９が、上壁部４５、下壁部４６、及び側壁部４７の前縁で構成されるとともに、走行風出口５０が後壁部４８に形成された上下方向に長いスリット孔で構成されている。

このような排出促進部４４は、走行風入口４９から導入された走行風を走行風出口５０に通過させるときに、ベルヌーイの定理により走行風の流速を高めることで、エアジャケット４０内の空気を走行風出口５０に引き込むことができるため、エアジャケット４０内の空気排出の促進を図ることができる。また、シリンダヘッド１４の吸気ポート３７が開口する上壁部には、エアジャケット４０に連通する開口部４０Ａ，４０Ａが形成されるが、この場合、この開口部４０Ａ，４０Ａから空気を導入し、走行風出口５０から排出できるため、点火プラグ３３の冷却を促進できる。

また、上記パワーユニット１０では、プラグホール３２を挟んで両側に位置する冷却フィン３１は、上壁部４５、下壁部４６、側壁部４７及び後壁部４８によって連結されるが、このような構成では、冷却フィン３１を相互に補強できる。

さらに、上記パワーユニット１０では、上記断熱部４３が、排気ポート３８の外周を一周に渡って囲むように形成され、排気ポート３８に接続される排気管１８には触媒２５が設けられるが、このような構成では、排気ポート３８の熱を断熱し排気管１８に高温の排気を流すことで、触媒２５の活性効率を向上できる。

また、断熱部４３は、排気ポート３８とシリンダブロック１３との間を通過し、シリンダブロック１３への熱を断熱するように形成されるが、このような構成では、シリンダブロック１３の温度上昇を抑えて燃焼室３６の温度低下を図ることで、燃焼効率を向上させることができる。

１０ パワーユニット（空冷式内燃機関）
１３ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１８ 排気管
２６ 触媒
３１ 冷却フィン
３２ プラグホール
３２Ａ 開口
３３ 点火プラグ
３７ 吸気ポート
３８ 排気ポート
４０ エアジャケット
４０Ａ 開口部
４１ 空気導入口
４２ 空気排出口
４３ 断熱部
４４ 排出促進部
４５ 上壁部
４６ 下壁部
４７ 側壁部
４８ 後壁部
４９ 走行風入口
５０ 走行風出口

Claims (7)

1. 冷却フィン（３１）を有するシリンダヘッド（１４）に、排気ポート（３８）、吸気ポート（３７）、及び点火プラグ（３３）が設けられる空冷式内燃機関において、
   前記シリンダヘッド（１４）に、
   前記点火プラグ（３３）の取付けのためのプラグホール（３２）と、
   前記プラグホール（３２）の開口（３２Ａ）を空気導入口（４１）及び空気排出口（４２）として該プラグホール（３２）から前記吸気ポート（３７）外周まで延出するエアジャケット（４０）と、
   前記排気ポート（３８）の外周に位置し、前記エアジャケット（４０）と前記排気ポート（３８）との間に内部空間を形成する断熱部（４３）と、が形成されていることを特徴とする空冷式内燃機関。
2. 前記シリンダヘッド（１４）は、シリンダ軸線を前後方向に沿わせるように配置され、該シリンダヘッド（１４）にはさらに、前記エアジャケット（４０）の前記空気導入口（４１）及び前記空気排出口（４２）に隣接して、走行風によって前記エアジャケット（４０）内の空気排出を促進する排出促進部（４４）が形成され、
   前記排出促進部（４４）は、前方に開口する走行風入口（４９）と、後方に開口する、前記走行風入口（４９）よりも開口面積の小さい走行風出口（５０）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の空冷式内燃機関。
3. 前記シリンダヘッド（１４）には、前記エアジャケット（４０）に連通する開口部（４０Ａ）がさらに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の空冷式内燃機関。
4. 前記排出促進部（４４）が、前記エアジャケット（４０）の前記空気導入口（４１）及び前記空気排出口（４２）を、上方、下方、側方、及び後方から囲う壁部（４５，４６，４７，４８）で構成され、
   前記走行風入口（４９）が、前記壁部（４５，４６，４７，４８）において上方、下方、及び側方に位置する上壁部（４５）、下壁部（４６）、及び側壁部（４７）の前縁で構成され、
   前記走行風出口（５０）が、前記壁部（４５，４６，４７，４８）において後方に位置する後壁部（４８）に形成された上下方向に長いスリット孔で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の空冷式内燃機関。
5. 前記プラグホール（３２）を挟んで両側に位置する前記冷却フィン（３１）が、前記壁部（４５，４６，４７，４８）によって連結されていることを特徴とする請求項４に記載の空冷式内燃機関。
6. 前記断熱部（４３）が、前記排気ポート（３７）の外周を一周に渡って囲むように形成され、前記排気ポート（３７）に接続される排気管（１８）には触媒（２６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空冷式内燃機関。
7. 前記断熱部（４３）が、前記排気ポート（３８）と、前記シリンダヘッド（１４）が固定されるシリンダブロック（１３）との間を通過し、前記シリンダブロック（１３）への熱を断熱するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の空冷式内燃機関。

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