JP3731697B2 - 水冷式内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、排気量の比較的小さな水冷式内燃機関、例えば、自動二輪車等の小型車両に搭載される水冷式内燃機関の冷却装置に関し、特に冷却水ポンプ、シリンダまたはシリンダヘッド部に形成された冷却水ジャケットおよびラジエータ間の配置関係に工夫を施した水冷式内燃機関の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来のこの種水冷式内燃機関の冷却装置においては、ラジエータは、シリンダ軸線上の冷却水ポンプと冷却水ジャケットとによって決められる高さ範囲の外側に、クランクを挟んで反対側に配置されていた（実公平６−４８０９９号公報参照）。
【０００３】
【解決しようとする課題】
このため、冷却水の流通経路が長くなり、複雑に折れ曲がって、通路抵抗が増大し、該通路抵抗に打ち勝つために、冷却水ポンプの容量が大きくなって、冷却水ポンプが大型化していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段および効果】
本願の発明は、前記のような課題を解決した水冷式内燃機関の改良に係り、その請求項１に記載された発明は、内燃機関のシリンダまたはシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットに冷却水を圧送する冷却水ポンプが、シリンダまたはシリンダヘッド部に設けられ、ラジエータの冷却水出入開口が前記シリンダを跨ぎ、かつ前記シリンダ軸線上の前記冷却水ポンプと前記冷却水ジャケットとによって決められる高さ範囲内に、ラジエータが設けられ、前記ラジエータの吸入開口は、前記冷却水ジャケットの左右一側に連結され、
前記ラジエータの吐出開口は、前記シリンダの左右他側に配置されるとともに、該吐出開口からの冷却水は、前記冷却水ポンプおよび冷却水通路を介して前記冷却水ジャケットの他側に供給されることを特徴とするものである。
【０００５】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、冷却水ポンプ、シリンダまたはシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットおよびラジエータが、比較的近接して配置され、冷却水の流通経路が短くなり、単純になって、通路抵抗が減少するので、冷却水ポンプの容量を小さくすることができ、冷却水ポンプの小型化が可能になる。
【０００６】
また、冷却水の流通経路が短くなり、単純になるので、その間に使用されるパイプ、ホース、バンド等の部品点数を削減することができる。
【０００７】
また、請求項２記載のように請求項１記載の発明を構成することにより、請求項１記載の発明が奏する前記のような効果を一層よく奏することができるようになる。
【０００８】
さらに、請求項３記載のように請求項２記載の発明を構成することにより、ラジエータには、前方から後方に向う走行風が勢いよく当たるので、ラジエータ内の冷却水は、効果的に冷却される。また、ラジエータの下方には、シリンダブロックが配置されているので、車両の走行に伴なう飛石から、ラジエータが保護される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、先ず、図１ないし図６に図示される本願の請求項１ないし請求項３記載の発明の一実施形態（実施形態１）について説明する。
図１は、本実施形態１における水冷式内燃機関の冷却装置が適用される水冷式内燃機関の概略を示した斜視図であり、頭上カム軸式４ストロークサイクル（通称４サイクル）単気筒の水冷式内燃機関１は、図示されない小型自動二輪車の車体に、その前後車輪の中間に位置して搭載されている。
【００１０】
そして、水冷式内燃機関１は、左右割のクランクケース２、３と、シリンダブロック（シリンダ）４と、シリンダヘッド５と、シリンダヘッドカバー６とからなり、クランクケース２、３の前端に、シリンダブロック４のシリンダ孔７の中心軸線が略水平前方に向くようにして、シリンダブロック４が重ねられ、さらに、シリンダブロック４の前方に、シリンダヘッド５およびシリンダヘッドカバー６からなるシリンダヘッド部が順次重ねられ、これらクランクケース２、３、シリンダブロック４、シリンダヘッド５およびシリンダヘッドカバー６は、相互に一体に結合されている。
【００１１】
シリンダヘッドカバー６のシリンダヘッド５への取付面（シリンダヘッドカバー６の割面）65は、図３および図４に図示されるように、後述するカムシャフト18の取付け位置に形成されるもう１つの取付面（割面）66の位置より低くされて、該取付面65部に配される周方向に亘り複数本のボルト67により、シリンダヘッドカバー６が、シリンダヘッド５に一体に結合されている。
【００１２】
このようにして、カムシャフト18の軸線が、シリンダヘッドカバー６の側壁を貫通するようにされ、シリンダヘッドカバー６の図において左方の側壁の該貫通部には、後述する冷却水ポンプ50の取付用孔68が形成されて、該左方の側壁外面69が、該冷却水ポンプ50の取付面とされている。
【００１３】
また、図３および図４に図示されるように、シリンダ孔７にピストン８が摺動可能に嵌装され、左右のクランクケース２、３に、クランクシャフト９が回転可能に枢支され、該ピストン８とクランクシャフト９とに、ピストンピン10とクランクピン11とを介してコネクティングロッド12の両端が回転可能に枢着されており、ピストン８が往復動すると、クランクシャフト９が回転駆動されるようになっている。
【００１４】
シリンダヘッド５には、シリンダ孔７の頂部の燃焼室13に連通する吸気ポート14と排気ポート15とが、それぞれ形成され、該吸気ポート14および排気ポート15に、それぞれ吸気弁16および排気弁17が、開閉自在に設けられている。
【００１５】
吸気弁16および排気弁17の頂端に隣接して、シリンダヘッド５の上部に、カムシャフト（カム軸）18が配置され、該カムシャフト18は、ベアリング19を介しシリンダヘッド５とカムシャフトホルダー20とに挟まれて回転自在に枢支され、該カムシャフト18の左端拡径部18ａに、ドリブンスプロケット21が一体に嵌着され、クランクシャフト９と一体のドライブスプロケット22とドリブンスプロケット21とに、無端チェーン23が架渡されており、カムシャフト18は、クランクシャフト９の半分の回転速度で回転駆動され、前記吸気弁16および排気弁17は、クランクシャフト９が２回転する度に、それぞれ１回ずつ開閉駆動されるようになっている。
【００１６】
また、図２、図５および図６に図示されるように、水冷式内燃機関１を冷却する冷却装置の放熱部たるラジエータ30は、シリンダブロック４の上方に配置され、該ラジエータ30は、左右両側の冷却水タンク31、32（図５では左右逆）と、車体前後方向に向いかつ鉛直面に沿い多数平行に配設された平板状の放熱フィン33と、前記冷却水タンク31、32の対向内壁および放熱フィン33を車巾水平方向に沿い貫通した断面円形の冷却水導管34（上下方向に３列、前後方向に２列または３列に配列されている）とよりなり、該冷却水タンク31、32の底面31ａ（図６に図示され、冷却水タンク32の底面は図示されていない）に冷却水出入開口35が形成され、該冷却水出入開口35には、接続スリーブ38が下方に向けて突出して嵌着されている。
【００１７】
また、該ラジエータ30は、冷却水タンク31、32の底部と一体のフランジ36、36を貫通して後述するラジエータ支持部40、41に螺着されるボルト47によって、シリンダブロック４に強固に取り付けられている。なお、冷却水タンク31の頂部にキャップ39が嵌脱自在に嵌着されている。
【００１８】
さらに、図３および図４に図示されるように、シリンダブロック４には、左右両側方へラジエータ支持部40、41が一体に突設され、該ラジエータ支持部40、41に設けられた冷却水通路42、43の内、右側の冷却水通路43は、燃焼室13の外周を囲む円筒状冷却水ジャケット44に連通され、シリンダヘッド５にも、冷却水ジャケット44の開口端に合致する冷却水ジャケット45が設けられ、これら冷却水ジャケット44、45は、シリンダブロック４、シリンダヘッド５の合せ面から奥に向い断面先細状に形成されている。
左側の冷却水通路42は、その上方開口部に接続スリーブ38の下端が嵌着されており、該接続スリーブ38を介して冷却水タンク31に連なっている。
【００１９】
以上の説明および図３、図４より明らかなように、ラジエータ30の取付位置は、シリンダブロック４のシリンダ孔７の中心軸線上において、冷却水ポンプ50と冷却水ジャケット45、44とにより決められる高さ範囲内に、これらができるだけ近接して配置されるようにして、設定されている。
【００２０】
また、図３および図４に図示されるように、カムシャフト18の左端拡径部18ａの中心部は、端面から欠除されて凹部18ｂが形成され、該凹部18ｂの内周面に、複数個の永久磁石24が周方向に亘り等間隔に配設されている。
【００２１】
カムシャフト18により回転駆動される冷却水ポンプ50は、隔壁（ポンプケーシング）51と、ポンプカバー52と、該隔壁51のロータ収納部51ａ内にて隔壁51およびポンプカバー52に支持軸53を介して回転自在に枢支されたインペラ54とよりなり、該インペラ54の軸部54ａの外周面には、隔壁51のロータ収納部51ａを介してカムシャフト18の永久磁石24に相対する永久磁石55が、周方向に亘り複数個一体に設けられており、これら永久磁石55、24によりマグネットカップリングが形成されて、冷却水ポンプ50のインペラ54の軸部54ａが、カムシャフト18に磁気的に結合され、該カムシャフト18の回転に呼応して、インペラ54が回転駆動されるようになっている。
【００２２】
冷却水ポンプ50の隔壁（マグネットカップリングの隔壁）51は、ＰＰＳ等の樹脂材料により形成され、そのロータ収納部51ａの基端の大径部が、シリンダヘッドカバー６の左方の側壁に形成されたポンプ取付用孔68に嵌合されて、該シリンダヘッドカバー６の左方の側壁とポンプカバー52とにより挟み込まれて取り付けられている。
【００２３】
冷却水ポンプ50の吸入部56は、図６に図示されるように、連通管46を介して左方ラジエータ支持部40の冷却水通路42の下方開口42ａに連通され、図４に図示されるように、冷却水ポンプ50の吐出部57は、ポンプカバー52の吐出通路58（隔壁51により閉塞されて形成されている）に連通され、該吐出通路58に連通する隔壁51の連通路59と、シリンダヘッド５の冷却水ジャケット45に連通する連通路60とに、連通管61の両端が水密に嵌着されており、ラジエータ30の左方冷却水タンク31内の冷却水は、左方ラジエータ支持部40の冷却水通路42、連通管46および吸入部56を介して冷却水ポンプ50内に吸入され、冷却水ポンプ50のインペラ54で加圧された冷却水は、吐出部57から吐出通路58、連通路59、連通管61および連通路60を介して冷却水ジャケット45、冷却水ジャケット44に吐出されるようになっている。
【００２４】
なお、本実施形態１においては、連通管61は、連通路59側においては、後述する伝動機構室62を囲むシリンダヘッド５の外側壁に形成された孔63内に嵌入されており、これによっても、水密に支持されている。該連通管61は、冷却水ポンプ50の隔壁51と一体に形成されてもよい。
【００２５】
さらに、図３および図４に図示されるように、連通管61の外周に、無端チェーン23と噛合うアイドラスプロケット（アイドルプーリ）25が回転自在に嵌装され、アイドラスプロケット25よりクランクシャフト９寄りに位置して、シリンダブロック４に、ピン26を介してアイドラスプロケット27が枢着され、図６に図示されるように、クランクシャフト９の近くに、無端チェーン23を上下から挟むように、アイドラスプロケット28、29が設けられている。
【００２６】
連通管61は、図６に図示されるように、無端チェーン23が収容される伝動機構室62内であって、しかも、該無端チェーン23の走行経路が囲む領域中に配置されているので、該連通管61の外周に嵌装されるアイドラスプロケット25も、同じ領域中に配置されており、この結果、アイドラスプロケット25は、無端チェーン23の走行経路の内側から、該無端チェーン23と噛合うようになっている。
【００２７】
本実施形態１は、前記のように構成されているので、次のような作用、効果を奏することができる。
水冷式内燃機関１が運転状態となり、水冷式内燃機関１の運転に対応して回転するカムシャフト18に磁気的に結合された冷却水ポンプ50のインペラ54が回転駆動されると、ラジエータ30で冷却された左側冷却水タンク31内の冷却水は、冷却水出入開口35から接続スリーブ38と、ラジエータ支持部40の冷却水通路42と、連通管46とを介して冷却水ポンプ50の吸入部56に吸入され、冷却水ポンプ50のインペラ54で加圧された後、冷却水ポンプ50の吐出部57から吐出通路58、連通路59、連通管61および連通路60を介して冷却水ジャケット45、44に吐出され、該冷却水ジャケット45、44内の冷却水は、右側のラジエータ支持部41の冷却水通路43から右側の冷却水タンク32内に送られ、冷却水導管34を通過して左側冷却水タンク31内に戻り、このようにして、冷却水は冷却水系内を循環する。
【００２８】
そして、図示されない小型自動二輪車が走行すると、前方から後方に向う走行風が、ラジエータ30の放熱フィン33間を通過し、冷却水導管34内を流れる加熱された冷却水でもって加熱された放熱フィン33は、この走行風によって放熱され、この放熱フィン33の放熱によって、冷却水導管34内の冷却水は冷却される。この際、放熱フィン33が上下方向に配置されているので、停車中は、自然対流による放熱が効率よく行なわれる。
【００２９】
ラジエータ30は、シリンダ軸線上において、冷却水ポンプ50と冷却水ジャケット45、44とによって決められる高さ範囲内に設けられ、しかも、シリンダブロック４に、ラジエータ支持部40、41の個所において、直接取り付けられて設けられているので、冷却水ポンプ50、シリンダブロック４およびシリンダヘッド５に形成された冷却水ジャケット44、45、ラジエータ30は、比較的近接して配置されており、この結果、冷却水の流通経路が短くなり、かつ、単純になって、通路抵抗が減少するので、冷却水ポンプ50の容量を小さくできて、これを小型化することができる。
また、冷却水の流通経路が短くなり、単純になるので、その間に使用されるパイプ、ホース、バンド等の部品点数を削減することができる。
【００３０】
また、シリンダブロック４のシリンダ孔７の中心軸線は、略水平前方に向くようにして配置され、ラジエータ30は、シリンダブロック４の上方に、これに直接取り付けられて設けられているので、ラジエータ30には、前方から後方に向う走行風が勢いよく当たり、ラジエータ30内の冷却水は、効果的に冷却される。
さらに、ラジエータ30の下方には、シリンダブロック４が配置されているので、車両の走行に伴なう飛石から、ラジエータ30が保護される。
【００３１】
次に、図７および図８に図示される本願の請求項１ないし請求項３記載の発明の他の実施形態（実施形態２）について説明する。なお、これらの図において、実施形態１と対応する部分の同じ部品には、同じ符号を付している。
本実施形態２においては、実施形態１における冷却水ポンプ50が、略後述するシリンダブロック70の燃焼室13の高さ位置にまで移動されて、ここに、冷却水ポンプ80として、配置されている。
【００３２】
すなわち、冷却水ポンプ80は、シリンダブロック70のシリンダおよびシリンダヘッド相当部分の図７において左側壁に形成されたポンプ取付用孔71に、その隔壁（ポンプケーシング）81の大径部が水密に嵌合され、かつ、シリンダブロック70の左側面を覆うカバー72の壁面により、その隔壁81の小径部の底部が支持されて、取り付けられている。
【００３３】
ポンプ取付用孔71は、その上下位置が燃焼室13を上下に越えて延びており、シリンダ室および排気ポート15に隣接して、形成されている。したがって、冷却水ポンプ80の設置位置は、冷却水ジャケット73の形成位置を上下方向においてカバーしている。
【００３４】
シリンダブロック70とカバー72との間の空間は、伝動機構室62とされ、無端チェーン23が収容されている。そして、冷却水ポンプ80の隔壁81の小径部を囲んで回転自在に配置された永久磁石付ドリブンスプロケット83が、該無端チェーン23の走行により回転駆動されて、該ドリブンスプロケット83の回転により、マグネットカップリング式冷却水ポンプ80のインペラ85の軸部85a が回転駆動されるようになっている。ドリブンスプロケット83は、軸受84を介してカバー72の軸受部に回転自在に支承されている。なお、82は、インペラ85の軸部85a が回転自在に挿通された冷却水ポンプ80の支持軸である。
【００３５】
シリンダブロック70は、通常の内燃機関におけるシリンダと、シリンダヘッドと、シリンダヘッドカバーとが合体されて一体に形成されたものであって、その上部のシリンダヘッドカバー相当部分には、カムシャフト18を軸受19を介して回転自在に支持するための大小２つの軸受孔74、75が形成されており、これら軸受孔74、75に、カムシャフト18の組立体が図７において左方から挿入されて、固定具76により、シリンダブロック70に対して位置決め固定されるようになっている。なお、カムシャフト18の左端には、無端チェーン23により回転駆動されるドリブンスプロケット21が、一体に取り付けられている。
【００３６】
シリンダブロック70の右側面は、詳細には図示されていないが、カバー77により部分的に覆われており、該カバー77のフィン形成部77a は窪まされて、冷却水ジャケット73の壁面の一部を構成している。また、カバー77には、吸気ポート14に連なる吸気通路14ａが形成されている。
【００３７】
ラジエータ90は、本実施形態２においては、上下部タンク92、91を有し、これら上下部タンク92、91は、複数本の冷却水導管94により連結され、これら複数本の冷却水導管94には、複数枚の板状体からなる放熱フィン93が、これら冷却水導管94により貫通されて、積層状に取り付けられている。
【００３８】
また、上部タンク92は、連通管96により冷却水ポンプ80の吐出通路86に流体連通され、下部タンク91は、図示されない連通管により冷却水ジャケット73の略吐出通路86と左右反対側部分に流体連通されている。
ラジエータ90は、そのフランジ部95の前後２個所、左右２個所において、ボルト47によりシリンダブロック70に直接取り付けられ、堅固に固定されている。
【００３９】
したがって、水冷式内燃機関１が運転状態となり、水冷式内燃機関１の運転に対応して回転走行する無端チェーン23によりドリブンスプロケット83が回転駆動され、該ドリブンスプロケット83に磁気的に結合された冷却水ポンプ80のインペラ85の軸部85a が回転駆動されて、インペラ85が回転すると、冷却水ジャケット73で加熱されて高温となった冷却水は、該冷却水ポンプ80により吸引され、加圧されて、吐出通路86を流れ、次いで、連通管96内を流れて、上部タンク92に流入する。
【００４０】
上部タンク92に流入した冷却水は、複数本の冷却水導管94に分かれて流入し、走行風により放熱フィン93を通じて効果的に放熱されて、下部タンク91に流入する。下部タンク91に流入した冷却水は、次いで、図示されない連通管により冷却水ジャケット73に戻って、冷却水は、冷却水系内を循環する。
その他の点は、実施形態１と略同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００４１】
本実施形態２は、前記のように構成されているので、ラジエータ90は、シリンダ軸線上において、冷却水ポンプ80と冷却水ジャケット73とによって決められる高さ範囲内に設けられており、しかも、冷却水ポンプ80と冷却水ジャケット73とは、同じ高さ位置に配置されもしくは形成されているので、これら冷却水ポンプ80、冷却水ジャケット73、ラジエータ90は、実施形態１と比較して、きわめて近接して配置されており、この結果、冷却水の流通経路（ポンプ吐出通路86、連通管96、図示されない連通管および図示されないポンプ吸入通路とからなる）がきわめて短くなり、かつ、単純になって、通路抵抗が大幅に減少するので、冷却水ポンプ80の容量をさらに小さくでき、これをさらに小型化することができる。
【００４２】
また、冷却水の流通経路がきわめて短くなり、単純になるので、その間に使用されるパイプ、ホース、バンド等の部品点数をさらに削減することができる。その他、実施形態１におけると同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１ないし請求項３記載の発明の一実施形態（実施形態１）における水冷式内燃機関の冷却装置が適用された水冷式内燃機関の概略斜視図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿って裁断した縦断平面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】図２のＶ矢視図であって、一部を欠裁した正面図である。
【図６】図１の一部欠裁左側面図である。
【図７】本願の請求項１ないし請求項３記載の発明の他の実施形態（実施形態２）における水冷式内燃機関の冷却装置の縦断平面図である。
【図８】図７の一部欠裁概略左側面図であって、冷却水ポンプを羽根位置とマグネットカップリング位置で裁断した２つの部分断面図を重ねて示す図である。
【符号の説明】
１…水冷式内燃機関、２、３…クランクケース、４…シリンダブロック（シリンダ）、５…シリンダヘッド、６…シリンダヘッドカバー、７…シリンダ孔、８…ピストン、９…クランクシャフト、10…ピストンピン、11…クランクピン、12…コネクティングロッド、13…燃焼室、14…吸気ポート、14a …吸気通路、15…排気ポート、16…吸気弁、17…排気弁、18…カムシャフト、18a …拡径部、18b …凹部、19…ベアリング、20…カムシャフトホルダー、21…ドリブンスプロケット、22…ドライブスプロケット、23…無端チェーン、24…永久磁石、25…アイドラスプロケット、26…ピン、27、28、29…アイドラスプロケット、30…ラジエータ、31、32…冷却水タンク、33…放熱フィン、34…冷却水導管、35…冷却水出入開口、36…フランジ、38…接続スリーブ、39…キャップ、40、41…ラジエータ支持部、42、43…冷却水通路、44、45…冷却水ジャケット、46…連通管、47…ボルト、50…マグネットカップリング式冷却水ポンプ、51…隔壁（ポンプケーシング）、52…ポンプカバー、53…支持軸、54…インペラ、54ａ…軸部、55…永久磁石、56…吸入部、57…吐出部、58…吐出通路、59、60…連通路、61…連通管、62…伝動機構室、63…孔、65…取付面（シリンダヘッドカバー割面）、66…取付面（割面）、67…ボルト、68…ポンプ取付用孔、69…シリンダヘッドカバー側壁外面（ポンプ取付面）、70…シリンダブロック、71…ポンプ取付用孔、72…カバー、73…冷却水ジャケット、74、75…軸受孔、76…固定具、77…カバー、77a …フィン形成部、80…冷却水ポンプ、81…隔壁（ポンプケーシング）、82…支持軸、83…ドリブンスプロケット、84…軸受、85…インペラ、85a …軸部、86…ポンプ吐出通路、90…ラジエータ、91…下部タンク、92…上部タンク、93…放熱フィン、94…冷却水導管、95…フランジ部、96…連通管。

Claims (3)

1. 内燃機関のシリンダまたはシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットに冷却水を圧送する冷却水ポンプが、シリンダまたはシリンダヘッド部に設けられ、
   ラジエータの冷却水出入開口が前記シリンダを跨ぎ、かつ前記シリンダ軸線上の前記冷却水ポンプと前記冷却水ジャケットとによって決められる高さ範囲内に、ラジエータが設けられ、
   前記ラジエータの吸入開口は、前記冷却水ジャケットの左右一側に連結され、
   前記ラジエータの吐出開口は、前記シリンダの左右他側に配置されるとともに、該吐出開口からの冷却水は、前記冷却水ポンプおよび冷却水通路を介して前記冷却水ジャケットの他側に供給されることを特徴とする水冷式内燃機関の冷却装置。
2. 前記ラジエータは、前記シリンダまたは前記シリンダヘッド部に直接取り付けられて設けられたことを特徴とする請求項１記載の水冷式内燃機関の冷却装置。
3. 前記シリンダは、略水平方向を向いており、
   前記ラジエータは、前記シリンダの上方に直接取り付けられて設けられたことを特徴とする請求項２記載の水冷式内燃機関の冷却装置。

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