JP2553842B2 - 頭上弁式強制空冷エンジンの部分液冷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、頭上弁式強制空冷エンジンの部分液冷装置
に関し、シリンダの熱歪を防止し、このような熱歪によ
る性能や耐久性の低下を防止できるようにするものであ
る。

〈従来技術〉 従来、比較的安価な強制空冷エンジンとしてはシリン
ダヘッドの形状を比較的単純にできる側弁式エンジンが
主流を占めているが、今日では高出力化を図るために頭
上弁式エンジンが多く見られるようになってきた。一般
に、頭上弁式強制空冷エンジンでは、シリンダヘッドに
吸気弁座、排気弁座、吸気ポート、排気ポート等が形成
され、シリンダヘッドの形状が側弁式エンジンよりも複
雑になっている。また、このような頭上弁式強制空冷エ
ンジンの多くは低価格化を図るとともに、エンジンの全
高を低くするために、クランクケース内に動弁カムを配
置し、シリンダの側方に配置したタペット及びプッシュ
ロッドとヘッドブロックに枢支したロッカーアームを介
して吸気弁や排気弁を開弁駆動するように構成される。
この場合、エンジンの小型化を図るために、シリンダの
片側に隔壁を間に置いてプッシュロッドを挿通するプッ
シュロッド室が形成され、冷却風はプッシュロッド室の
シリンダと反対側の壁の外表面に接触するように構成さ
れるのが通例である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記のように、シリンダヘッドの形状が複雑な頭上弁
式強制空冷エンジンでは、冷却風を均等に供給すること
が困難であり、ヘッドブロックの温度分布が不均一にな
ってヘッドブロックに熱歪が発生し、このような熱歪に
よってエンジンの性能や耐久性が低下する虞れがある。

また、シリンダとプッシュロッド室を区画する隔壁は
シリンダ内の高温に直接曝される一方、プッシュロッド
室によって冷却風から隔壁されているので、シリンダの
他の部分よりも強く加熱されるうえ、冷却風による冷却
が得られず、高温化してシリンダの周方向の熱分布が不
均一になってシリンダブロックに熱歪が発生することに
なる。このシリンダブロックの熱歪は、ヘッドブロック
の熱歪と同様にエンジンの性能や耐久性を低下させる虞
れがある。

空冷エンジンのヘッドブロックの熱分布を均一化させ
る従来技術としては、例えば、特開昭57−81113号公報
に示すように、ヘッドブロック内に冷却液ジャケットを
形成して、このジャケットに冷却用の潤滑油ポンプによ
って潤滑油を循環させ、ヘッドブロックの温度分布を均
一化させるものが知られている。

このようにヘッドブロック内に冷却液ジャケットを形
成した部分油冷式の空冷エンジンでは、ヘッドブロック
の熱歪による性能や耐久性に対する悪影響をなくすこと
は可能であるが、シリンダブロックの熱分布の不均一に
よるシリンダの熱歪を防止することはできない。

一方、シリンダブロックの熱分布を均一化させる従来
技術としては、例えば、特開昭56−47621号公報に示す
ように、自然対流する潤滑油によって、シリンダブロッ
クの高温部を部分冷却することが知られている。

この従来技術を利用して、プッシュロッド室を水平シ
リンダの下側に配置し、クランクルーム底部に形成され
たオイルパンとこのプッシュロッド室とを連通させてシ
リンダとプッシュロッド室の間の隔壁を冷却することは
可能である。しかし、この場合には、プッシュロッドが
シリンダの下側を通過し、吸気口及び排気口ができるだ
け大きい開口面積を得るようにシリンダの中央部に水平
方向に並べて配置されるので、ロッカーアームの枢支軸
がヘッドブロックの下半部分に配置され、副室、吸気ポ
ート及び排気ポート等はシリンダヘッドの中央部よりも
上側に配置されるのが通例である。これに対して、オイ
ルパンの潤滑油面はシリンダの下周縁より低く設定され
るのが通例であるから、自然対流する潤滑油によってヘ
ッドブロックの高温部を冷却することはできない。シリ
ンダが水平でない、傾斜シリンダエンジンや縦型エンジ
ンではヘッドブロックの高温部だけでなく、シリンダと
プッシュロッド室との隔壁を冷却することも出来なくな
る。

例えば、特開昭54−16040号公報に示すように、ヘッ
ドブロック及びシリンダブロックを全体的に潤滑油で冷
却してヘッドブロック及びシリンダブロックの熱分布の
均一化を図ろうとする従来技術も知られているが、この
ように全油冷式エンジンにすると相当多量の潤滑油を必
要とし、また、小型及び軽量化を図る上で不利になる。
この点は、例えば、特開昭59−5826号公報に示すよう
に、シリンダブロックを全部潤滑油で油冷し、ヘッドブ
ロックを水冷にする場合でも、冷却用の潤滑油と冷却水
とを合計した冷却液の総量が多くなるので、同じであ
る。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであっ
て、比較的小量の冷却液を用いてシリンダブロックの熱
歪の発生を防止できるように構成された頭上弁式強制空
冷エンジンの部分液冷装置を提供することを目的とする
ものである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成するために、例えば第１図
〜第５図に示すように、次のように構成したことを特徴
とする。

即ち、頭上弁式強制空冷エンジンのシリンダブロック
２のシリンダ24の片側に隔壁16を間に置いてプッシュロ
ッド室18を形成し、このプッシュロッド室18とシリンダ
24との間で上記隔壁16の肉厚内に冷却液サイドジャケッ
ト17を形成し、この冷却液サイドジャケット17の横断面
を、シリンダ24中心からみてプッシュロッド室18を覆う
長さでシリンダ24の周壁に沿った円弧状に形成するとと
もに、シリンダ24の径方向の幅を周方向の長さよりも短
かく形成し、冷却液をこの冷却液サイドジャケット17内
へ満たす状態で循環させる循環経路を形成したことを特
徴としている。

なお、冷却液としては、エンジンの潤滑系から分配さ
れる潤滑油を使用することが可能であり、また、エンジ
ンの潤滑系から独立して潤滑される油、水、エチレング
リコール水溶液（不凍液）、その他の熱媒体を使用する
ことが可能である。

更に、冷却後の循環は自然対流を利用してもよく、ポ
ンプを使用して強制循環させてもよい。

また、必要に応じて冷却液の冷却手段を設けてもよ
く、この冷却手段としては、ラジエータ、オイルクーラ
等の熱交換器を使用してもよく、また、例えば、オイル
パンのように多量の冷却液に加熱された冷却液を自然拡
散させて熱を放散させるものを使用してもよい。

〈作用〉 上記のように構成された頭上弁式強制空冷エンジンの
部分液冷装置によれば、プッシュロッド室を形成したシ
リンダの片側では冷却風による冷却が得られないが、シ
リンダ中心から見てこのプッシュロッド室を覆う長さの
円弧状に形成した冷却液サイドジャケットをシリンダの
周壁に沿って設けてあるので、プッシュロッド室の形成
により冷却風から隔離される上記シリンダの片側が広範
囲に亘って、冷却液サイドジャケットを通る冷却液によ
り均一に冷却される。そして、冷却風により冷却される
シリンダの他の部分との熱分布も均一となり、この結
果、シリンダブロックの熱歪の発生が防止される。

また、上記冷却液サイドジャケットはプッシュロッド
室とシリンダとの間に形成してあるためシリンダの周壁
に近接しており、シリンダの周壁と冷却液サイドジャケ
ットの内壁との間の温度勾配が大きい。しかも、冷却液
サイドジャケット内には冷却液が満たされているため、
冷却液サイドジャケットの内壁に対し、冷却液の接触率
が高い。さらに、この冷却液サイドジャケットは、横断
面をシリンダの径方向より周方向に長い長穴状に形成し
てあるため、通路断面積を同一にした円形のジャケット
に比べて、ジャケットの内壁が広く、放熱面積が大き
い。これらの結果、シリンダからの多くの熱量が冷却液
サイドジャケット内を通過する冷却液により効率よく奪
われる。

また、エンジンの冷却を全部液冷式にせず、基本的に
は強制空冷し、特に、強制空冷では充分に冷却できない
高温部のみを液冷にするので、冷却液を比較的少量にで
きる。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて具体的に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を適用した縦型頭上弁強制
空冷副室式ディーゼルエンジンのヘッドブロック及びシ
リンダブロックの縦断背面図であり、第２図はそのエン
ジンの背面図であり、第３図は第１図のＡ−Ａ線横断平
面図であり、第４図はそのシリンダブロックの平面図で
あり、第５図はこのエンジンの縦断側面図である。

この縦型頭上弁強制空冷副室式ディーゼルエンジンは
アルミニウム合金製の一体鋳造されたクランクケース１
及びシリンダブロック２を備え、その上側にアルミニウ
ム合金製のヘッドブロック３が結合される。クランクケ
ース１内にはクランク軸４、バランサ軸５、動弁カム軸
６がそれぞれ枢支されている。上記クランク軸４の前端
部4aはクランクケース１の前方に突出させてあり、この
クランク軸４の前端部4aに冷却ファン７が固定される。
この冷却ファン７及びエンジンの前面は導風ケース８で
覆われ、導風ケース８の前部に形成された吸風口９から
冷却ファン７が吸入した大気は冷却風として導風ケース
８に案内されてエンジンのシリンダブロック２及びヘッ
ドブロック３に供給される。また、クランクケース１の
後壁1aにはトロコイド型の潤滑油ポンプ10が組み込まれ
る。この潤滑油ポンプ10はギヤ装置11を介してクランク
軸４に連動され、クランクケース１の底部に形成された
オイルパン12からオイルストレーナ13を介して潤滑油を
汲み上げ、クランク軸４等の内部に形成された潤滑油供
給路14を介してエンジンの各部に潤滑油を供給するよう
に構成されている。

この潤滑油供給路14の途中から冷却油往路15が分岐さ
れ、この冷却油往路15は、クランクケース１の後壁1a内
を通り、シリンダブロック２の片側の下部に導かれる。
シリンダブロック２の片側の肉壁の内部には上下方向に
延びるプッシュロッド室18が形成され、このプッシュロ
ッド室18とシリンダ24とを区画する隔壁16の内部に、上
下方向に延び、シリンダブロック２の上端面に開口され
た冷却液サイドジャケット17が形成されている。この冷
却液サイドジャケット17の下部はリリーフ弁19を介して
冷却油往路15に連通される。冷却油サイドジャケット17
のシリンダ24周方向の幅はプッシュロッド室18のそれよ
りも若干狭く形成されている。プッシュロッド室18に
は、動弁カム軸６のカム20に従って上下動する一対のタ
ペット21の上部と、各タペット21の上端に当接され、各
タペット21に追随して上下動するプッシュロッド22が挿
通される。上記プッシュロッド室18の底壁にはクランク
ケース１に連通する油戻し穴23が形成されている。尚、
シリンダブロック２の前側部には、クランクケース１内
のクランクルーム39とヘッドカバー25内のロッカーアー
ム室26とを連通する油戻し穴兼ブレザ通路27が形成され
ている。

シリンダブロック２の上側に固定されるヘッドブロッ
ク３には、副室28、吸気弁座29、排気弁座30、吸気ポー
ト31及び排気ポート32が形成される。副室28はシリンダ
24中心に対して右方（第１図上では左方、第３図上では
下方）に偏心し、かつ、シリンダ24中心に対して若干後
方（第３図上では左方）に偏心した位置に配置され、吸
気弁座29と排気弁座30はシリンダ24の左右方向の中心線
上に前後に並べて配置されている。吸気ポート31は吸気
弁座29から副室28の前方を横切ってヘッドブロック３の
右側面に導出され、排気ポート32は排気弁座30から後方
に延びている。

このヘッドブロック３の副室28の周囲にはこれと排気
ポート32の始端部及び吸気ポート31の周壁に至る範囲に
わたって冷却液ヘッドジャケット33が形成される。この
冷却液ヘッドジャケット33は冷却液サイドジャケット17
に対向して開口し、吸気ポート31と排気ポート32との間
の肉壁部を通る冷却油導入部34を介して冷却液サイドジ
ャケット17に連通される一方、必要に応じて設けられた
オイルクーラ35を介して、プッシュロッド室18に対向し
て開口する冷却油導出路36に接続されている。このオイ
ルクーラ35は、必要に応じて、冷却ファン７から供給さ
れ、導風ケース８により案内される冷却風の一部分によ
って冷却される。尚、冷却液ヘッドジャケット33に供給
れさる油量が充分多く、潤滑油の昇温が比較的少ない場
合、あるいは、潤滑油の総量が充分多く、加熱された潤
滑油が速やかに他の潤滑油と混合されて充分冷却される
場合等には、潤滑油の熱による劣化を充分長期間にわた
って防止できるので、このオイルクーラ35は省略するこ
とができる。又、このヘッドブロック３の比較的低温の
部分、即ち、冷却風路37の冷却風によく接触する吸気ポ
ート31の周壁前部、排気ポート32の周壁、主燃焼室38の
上壁等は冷却ファン７から供給され、導風ケース８によ
り案内される冷却風によって強制空冷される。

上記の構成において、ヘッドブロック３及びシリンダ
ブロック２の全体としては冷却ファン７により供給さ
れ、導風ケース８により案内された冷却風により強制空
冷されているが、上記隔壁16においては、シリンダ24の
内周面とシリンダブロック２の外表面との距離が大きく
厚肉部を形成するために蓄熱され易い。又、この隔壁16
はプッシュロッド室18によって冷却風路から隔壁されて
いるので、冷却風によって冷却されない。従って、この
隔壁16は、強制空冷のみによる冷却方式では本質的に高
温部を構成することになり、シリンダ24の周方向の温度
分布が不均一になる。しかしながら、この高温部である
隔壁16の高温化は潤滑油で冷却することによって防止さ
れる。即ち、オイルパン12内の潤滑油はオイルストレー
ナ13で濾過された後、潤滑油ポンプ10によって、一方で
は潤滑油供給路14を介してエンジンの各部に供給され、
他方では冷却油往路15を通って隔壁16に形成した冷却液
サイドジャケット17に導かれる。そして、この冷却液サ
イドジャケット17を通る間に隔壁16の蓄熱を奪ってこれ
を冷却する。このようにして隔壁16の蓄熱を潤滑油に吸
収させて取り除くことにより隔壁16の高温化が防止さ
れ、シリンダ24の周方向の温度分布が均一に保持される
ことになる。かくして、シリンダブロック２の熱歪の発
生が防止され、シリンダブロック２の熱歪による出力や
耐久性の低下が防止される。

更に、冷却液サイドジャケット17から冷却油導入部34
を経て冷却液ヘッドジャケット33に導かれた潤滑油は、
冷却油導入路34や冷却液ヘッドジャケット33を通過する
間に吸気ポート31と排気ポート32との間の肉壁部や副室
28の周変から熱を吸収してこれらの部分の高温化を防止
する一方、吸気ポート31の周壁を介して吸気を冷却す
る。これにより、ヘッドブロック３の熱分布が均一化さ
れ、ヘッドブロック３の熱歪の発生や、ヘッドブロック
３の熱歪による出力や耐久性の低下が防止される一方、
吸気充填効率が高められるのである。

この実施例では、エンジンの潤滑油を冷却液として使
用し、かつ、その冷却液をエンジン各部に潤滑油を送る
潤滑油ポンプ10によって強制循環させているので、クラ
ンクケース１に冷却油往路15を形成し、シリンダブロッ
ク２に冷却液サイドジャケット17を形成し、ヘッドブロ
ック３に冷却液ヘッドジャケット33、冷却油導入路34及
び冷却油導出路36を形成するだけで済み、必要に応じて
設けられるリリーフ弁19やオイルクーラ35を含めても、
構成が簡単で安価に実施できる。

尚、ヘッドブロック３を、例えば、直噴型ディーゼル
エンジンのヘッドブロックのように、強制空冷だけで熱
歪を生ずることなく冷却できるようなヘッドブロックに
交換して、シリンダブロック２の熱歪の発生のみを防止
するように構成することも可能である。この場合には、
ヘッドブロックには冷却液ヘッドジャケット、冷却油導
入路及び冷却油導出路を形成せずに、シリンダブロック
２の上端面、あるいはヘッドブロックの下端面に冷却液
サイドジャケット17とプッシュロッド室18とを連通させ
る凹部を形成したり、ヘッドブロックとシリンダブロッ
ク２との間に挿入されるガスケットの一部分に冷却液サ
イドジャケット17とプッシュロッド室18とを連通させる
切除部を形成すればよい。このようにヘッドブロックを
組変えるだけで、冷却系の異なる複数種類のエンジンを
構成することができ、ヘッドブロック以外の部品を共通
化してコストダウンを図ることが可能である。

上記の一実施例では、潤滑油が強制循環されている
が、理論的には潤滑油をこれの自然対流力を利用して循
環させることも可能である。また、冷却液はエンジンの
潤滑系から分配される潤滑油に限定されるものではな
く、潤滑系とは独立して潤滑する油、水、あるいはエチ
レングリコール水溶液等の他の熱媒体で構成してもよ
い。

〈発明の効果〉 以上の本発明の頭上弁式強制空冷エンジンによれば、
以下の効果を奏することができる。

（イ）シリンダとプッシュロッド室の間に冷却液サイド
ジャケットを形成し、この冷却液サイドジャケットの横
断面を、シリンダ中心から見てプッシュロッド室を覆う
長さでシリンダの周壁に沿った円弧状に形成してあるの
で、プッシュロッド室の形成により冷却風から隔離され
るシリンダの片側を広範囲に亘って、この冷却液サイド
ジャケットを通る冷却液により均一に冷却することがで
きる。そして、冷却風により冷却されるシリンダの他の
部分との熱分布も均一になり、この結果、シリンダブロ
ック全体の熱歪の発生を防止でき、このような熱歪によ
る出力や耐久性の低下を防止できる。

（ロ）エンジンの大部分は強制空冷により冷却し、液冷
は部分的であるので、冷却流量を比較的少量にすること
ができ、エンジンの小型化及び軽量化を図る上で有利で
ある。

（ハ）しかも、冷却液サイドジャケットを通過する冷却
液は冷却効率が高く、冷却流量を一層少量にすることが
できる。

即ち、冷却液サイドジャケットはプッシュロッド室と
シリンダとの間に形成してあるためシリンダの周壁に近
接しており、シリンダの周壁と冷却液サイドジャケット
の内壁との間の温度勾配が大きい。また、冷却液サイド
ジャケット内には冷却液が満たされているため、冷却液
サイドジャケットの内壁に対する冷却液の接触率が高
い。しかも、この冷却液サイドジャケットは、横断面を
シリンダの径方向より周方向に長い長穴状に形成してあ
るため、通路断面積を同一にした円形のジャケットに比
べて、ジャケットの内壁が広く、放熱面積が大きい。

これらの結果、冷却液サイドジャケット内を通過する
冷却液の冷却効率を高くでき、シリンダからの多くの熱
量を効率よく奪うことができる。このため、冷却に要す
る冷却液の液量を少なくできるうえ、小型、かつ低負荷
の安価な冷却液圧送手段をを使用でき、エンジンの小型
化、低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を適用した縦型頭上弁強制空
冷副室式ディーゼルエンジンのヘッドブロック及びシリ
ンダブロックの縦断背面図、第２図はそのエンジンの背
面図、第３図は第１図のＡ−Ａ線横断平面図、第４図は
そのシリンダブロックの平面図、第５図はそのエンジン
の縦断側面図である。 ２……シリンダブロック、16……隔壁、17……冷却液サ
イドジャケット、18……プッシュロッド室、24……シリ
ンダ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】頭上弁式強制空冷エンジンのシリンダブロ
   ック（２）のシリンダ（24）の片側に隔壁（16）を間に
   置いてプッシュロッド室（18）を形成し、 このプッシュロッド室（18）とシリンダ（24）との間で
   上記隔壁（16）の肉厚内に冷却液サイドジャケット（1
   7）を形成し、 この冷却液サイドジャケット（17）の横断面を、シリン
   ダ（24）中心からみてプッシュロッド室（18）を覆う長
   さでシリンダ（24）の周璧に沿った円弧状に形成すると
   ともに、シリンダ（24）の径方向の幅を周方向の長さよ
   りも短かく形成し、 冷却液をこの冷却液サイドジャケット（17）内へ満たす
   状態で循環させる循環経路を形成したことを特徴とす
   る、頭上弁式強制空冷エンジンの部分液冷装置。