JP3777236B2 - 水冷エンジン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各燃焼室に対応して少なくとも2個の排気弁を有する水冷エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平3−168353号公報には、シリンダヘッドの各燃焼室に設けられた1個の排気弁から延びる排気通路の下流端をシリンダヘッド及びシリンダブロックの結合面に開口させたエンジンが開示されている。また特開平63−253157号公報には、各燃焼室に設けられた2個の排気弁から延びる一対の排気通路の下流端を、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面とは異なるシリンダヘッドの外側面に開口させたエンジンが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各燃焼室に設けられた2個の排気弁から延びる一対の排気通路の下流端をシリンダブロック/シリンダヘッド結合面に開口させた場合、両排気通路を仕切る隔壁は排気ガスの熱で極めて高温になるため、その隔壁を効果的に冷却できるように冷却水ジャケットの形状を考慮する必要がある。
【0004】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、各燃焼室に一対の排気通路を有する水冷エンジンの冷却性能を向上させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された発明では、シリンダヘッドの燃焼室に連なる一対の第1排気通路が隔壁を挟んで形成されており、この第1排気通路の近傍を冷却すべくシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットの一部が前記隔壁の内部に延びて隔壁内通路を構成している。従って、隔壁内通路を流れる冷却水で隔壁を冷却することにより、シリンダヘッドの冷却効果が向上する。またシリンダヘッドの第1排気通路はシリンダヘッドおよびシリンダブロックの結合面に形成した開口を介してシリンダブロックの第2排気通路に連通しており、前記隔壁内通路は前記開口よりも燃焼室側から反燃焼室側まで延びるとともに、反燃焼室側の端部が前記結合面を通してシリンダブロックに形成された冷却水ジャケットに連通するので、シリンダヘッドの冷却水ジャケット及びシリンダブロックの冷却水ジャケット間の冷却水の流通が促進されて冷却効果が向上するだけでなく、シリンダブロックの冷却水ジャケットで第2排気通路の近傍を効果的に冷却することができる。
【0006】
また請求項2に記載された発明では、シリンダヘッドの隔壁内通路とシリンダブロックの冷却水ジャケットとが、前記開口よりも燃焼室側のシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットと前記結合面とを通して連通するので、シリンダヘッドの燃焼室及び第1排気通路の近傍の高温部分を効果的に冷却することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図1〜図12は本発明の一実施例を示すもので、図1は船外機の全体右側面図、図2はエンジンの左側面図、図3は図2の3−3線拡大断面図、図4は図2の4−4線拡大断面図、図5は図4の5−5線断面図、図6は図4の6−6線断面図、図7は図2の7−7線断面図、図8は図2の8−8線断面図、図9は図4及び図7の9−9線断面図、図10は図4及び図7の10−10線断面図、図11は図1の要部拡大断面図、図12は冷却系のスケルトン図である。
【0008】
図1に示すように、船外機Oは、エクステンションケース1の上部に結合されたマウントケース2を備えており、このマウントケース2の上面に水冷直列4気筒4サイクルエンジンEがクランク軸15を縦置きに支持される。マウントケース2には上面が開放したアンダーケース3が結合されており、このアンダーケース3の上部にエンジンカバー4が着脱自在に装着される。マウントケース2の外側を覆うように、アンダーケース3の下縁とエクステンションケース1の上端近傍の縁との間にアンダーカバー5が装着される。
【0009】
エンジンEはシリンダブロック6、クランクケース7、シリンダヘッド8、ヘッドカバー9、下部ベルトカバー10及び上部ベルトカバー11を備えており、シリンダブロック6及びクランクケース7の下面が前記マウントケース2の上面に支持される。シリンダブロック6に形成した4個のシリンダ12…にそれぞれピストン13…が摺動自在に嵌合しており、各ピストン13…がコネクティングロッド14…を介して鉛直方向に配置したクランク軸15に連接される。
【0010】
クランク軸15の下端にフライホイール16と共に連結された駆動軸17は、エクステンションケース1の内部を下方に延び、その下端はギヤケース18の内部に設けたベベルギヤ機構19を介して、後端にプロペラ20を有するプロペラ軸21に接続される。ベベルギヤ機構19の前部には、プロペラ軸21の回転方向を切り換えるべくシフトロッド22の下端が接続される。
【0011】
マウントケース2に設けたアッパーマウント23とエクステンションケース1に設けたロアマウント24間にスイベル軸25が固定されており、このスイベル軸25を回転自在に支持するスイベルケース26が、船尾Sに装着されたスターンブラケット27にチルト軸28を介して上下揺動可能に支持される。
【0012】
マウントケース2の下面にはオイルパン29と排気管30とが結合される。排気管30からエクステンションケース1の内部空間に排出された排気ガスは、ギヤケース18の内部空間及びプロペラ20のボス部の内部を通過して水中に排出される。駆動軸17の下部及び上部にはそれぞれウオータポンプ31及びオイルポンプ32が設けられる。ウオータポンプ31は冷却水パイプ33を介して汲み上げた水をエンジンEの冷却水ジャケットに供給する。またオイルポンプ32はオイルパン29から汲み上げたオイルをエンジンEの潤滑部に供給する。
【0013】
図3及び図4に示すように、シリンダヘッド8には、シリンダブロック6とシリンダヘッド8とを結合するシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36に開口する4個の燃焼室37…が形成される。各燃焼室37には一対の吸気孔38,38と一対の排気孔39,39とが形成されており、一対の吸気孔38,38から延びる一対の吸気通路40,40はシリンダヘッド8の側面において吸気マニホールド41に接続される。また一対の排気孔39,39から延びる一対の第1排気通路42,42は、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口45を介して、シリンダブロック6に上下方向に形成された共通の第2排気通路43に接続される。各燃焼室37の一対の排気通路40,40を仕切る隔壁44は、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口45の僅かに手前で終わっており(図5参照)、従って一対の排気通路40,40は共通の開口45を介して第2排気通路43に連通する。
【0014】
シリンダヘッド8及びヘッドカバー9により囲まれた動弁室35には、各燃焼室37に対応する吸気カム46及び排気カム47を有するカムシャフト48と、吸気ロッカーアーム49を揺動自在に支持する吸気ロッカーシャフト50と、排気ロッカーアーム51を揺動自在に支持する排気ロッカーシャフト52とが設けられており、一端を吸気カム46に当接させた吸気ロッカーアーム49の他端が吸気孔38を開閉する吸気弁53のステムエンドに当接するとともに、一端を排気カム47に当接させた排気ロッカーアーム51の他端が排気孔39を開閉する排気弁54のステムエンドに当接する。図6から明らかなように、各燃焼室37の中央部には、シリンダヘッド8に螺着された点火プラグ55の先端が臨んでいる。
【0015】
図4、図7及び図11から明らかなように、動弁室35の下端に滞留するオイルをオイルパン29に戻すべく、動弁室35とオイルパン29とが、シリンダヘッド8に形成した第1オイル通路60、シリンダブロック6に形成した第2オイル通路61、マウントケース2に形成した第3オイル通路62及びマウントケース2の下面に固定したオイル戻しパイプ63によって連通する。シリンダブロック6に形成した第2オイル通路61は断面L字状に屈曲しており、その一端はシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36に臨む開口64(図4及び図7参照)を介してシリンダヘッド8の第1オイル通路60に連通するとともに、その他端はシリンダブロック/マウントケース結合面65に臨む開口66(図8参照)を介してマウントケース2の第3オイル通路62に連通する。尚、図11における符号67及び符号68は、オイルポンプ32(図1参照)に連なるメッシュ内蔵のストレーナ及びオイル供給パイプである。
【0016】
次に、図12のスケルトン図を中心とし、これに図3〜図8を併せて参照しながらエンジン冷却系を説明する。
【0017】
ウオータポンプ31で汲み上げられた冷却水はマウントケース2を下方から上方に通過し、シリンダブロック/マウントケース結合面65(図8参照)に形成した3個の開口70,71,72からシリンダブロック6内に流入する。シリンダブロック6には4個のシリンダ12…の外周を囲繞するように冷却水ジャケットJB1 (図3及び図7参照)が形成されており、この冷却水ジャケットJB1 は2個の通孔73,73(図8参照)を介して前記開口70に連通している。
【0018】
図2及び図3から明らかなように、シリンダブロック6の第2排気通路43の外側壁面に第1カバー74がボルト75で固定されており、シリンダブロック6及び第1カバー74間に冷却水供給通路76及び冷却水排出通路77が平行に形成される。第1カバー74の外側には第2カバー78がボルト79で固定されており、第1カバー74及び第2カバー78間にリリーフ通路80が形成される。冷却水供給通路76の下端はシリンダブロック/マウントケース結合面65(図8参照)に形成した開口71に連通するとともに、リリーフ通路80の下端も前記シリンダブロック/マウントケース結合面65に形成した開口72に連通する。更にシリンダブロック/マウントケース結合面65には冷却水排出通路77に連通する開口81が形成されており、これら4個の開口71,72,73,81は第2排気通路43の回りを囲むように配置される。
【0019】
シリンダブロック/マウントケース結合面65(図8参照)の開口70はL字状に屈曲してシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口82(図4、図5及び図7)に連通しており、この開口82はシリンダヘッド8の冷却水ジャケットJH1 (図5参照)に連通する。冷却水ジャケットJH1 はシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36に形成した複数の開口83…及びシリンダブロック6に形成した冷却水ジャケットJB2 を介して冷却水供給通路76に連通する(図5参照)。
【0020】
図3から明らかなように、シリンダヘッド8の中央部には吸気弁53…及び排気弁54…に挟まれるように冷却水ジャケットJH2 が上下方向に形成されており、この冷却水ジャケットJH2 は4個の通孔85…(図5参照)を介して前記冷却水ジャケットJH1 に連通する。またシリンダヘッド8の吸気通路40…の内側に形成した冷却水ジャケットJH3 は、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口86…を介してシリンダブロック6の冷却水ジャケットJB1 に連通するとともに、シリンダヘッド8の第1排気通路42…の内側に形成した冷却水ジャケットJH4 は、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口87…を介してシリンダブロック6の冷却水ジャケットJB1 に連通する。更にシリンダブロック6には第2排気通路43に臨むように冷却水ジャケットJB3 が形成されており、この冷却水ジャケットJB3 は複数の通孔88…を介してシリンダ12…を囲む前記冷却水ジャケットJB1 に連通する。
【0021】
シリンダブロック6内を上方に延びる冷却水ジャケットJB1 に連なる冷却水通路89(図7参照)は、シリンダブロック6の上面に設けた第1サーモバルブ90を経て冷却水排出通路77に接続される。またシリンダヘッド8内を上方に延びる冷却水ジャケットJH1 に連なる冷却水通路58(図4参照)は、シリンダヘッド8の上面に設けた第2サーモバルブ91と、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口92とを経て冷却水排出通路77に接続される。シリンダブロック6の冷却水通路89とシリンダヘッド8の冷却水通路58とは、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口59を経て相互に連通する(図4及び図7参照)。更にリリーフ通路80の上端と冷却水排出通路77の上端とはリリーフバルブ93(図2参照)を介して接続される。
【0022】
上記構成の冷却系の作用を説明すると、エンジンEの暖気運転時でない通常運転時には、ウオータポンプ31及び冷却水パイプ33を介して汲み上げられた冷却水はマウントケース2の内部で3方に分岐し、シリンダブロック/マウントケース結合面65の3個の開口70,71,72からシリンダブロック6に流入する。開口70から流入した冷却水はシリンダブロック6の冷却水ジャケットJB1 を上方に流れ、その間に4個のシリンダ12の周辺を冷却する。開口71から流入した冷却水はシリンダブロック6及び第1カバー74間に形成した冷却水供給通路76を上方に流れる間に、シリンダブロック6に形成された第2排気通路43に沿う冷却水ジャケットJB2 ,JB3 と、シリンダヘッド8に形成された第1排気通路42…に沿う冷却水ジャケットJH1 とに冷却水を配分し、第1、第2排気通路42…,43の周辺を冷却する。開口70からシリンダブロック6に流入した冷却水の一部は、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口82を通過してシリンダヘッド8に流入した後、冷却水供給通路76から配分された冷却水と合流してシリンダヘッド8の冷却水ジャケットJH1 を上方に流れ、第1排気通路42…の周辺を冷却する。
【0023】
シリンダブロック6の上端及びシリンダヘッド8の上端にそれぞれ設けた第1サーモバルブ90及び第2サーモバルブ91を通過した冷却水は合流して冷却水排出通路77を下方に流れ、エクステンションケース1の内部に排出される。またウオータポンプ31の吐出水圧が所定値を越えて増加するとリリーフ通路80に設けたリリーフバルブ93が開弁し、余剰の冷却水は冷却水排出通路77に排出される。
【0024】
一方、エンジンEの暖気運転時に第1サーモバルブ90及び第2サーモバルブ91は閉弁状態にあり、シリンダブロック6の冷却水ジャケットJB1 〜JB3 及びシリンダヘッド8の冷却水ジャケットJH1 〜JH4 内の冷却水は流通を阻止されるため、エンジンEの暖気が促進される。暖気運転中にスロットル開度が増加してウオータポンプ31の吐出水圧が所定値を越えて増加した場合にも、リリーフバルブ93が開弁して余剰の冷却水が冷却水排出通路77に排出される。そしてエンジンEの暖気が完了して第1サーモバルブ90及び第2サーモバルブ91が開弁すると、前記各冷却水ジャケットJB1 〜JB3 ,JH1 〜JH4 が冷却水排出通路77に連通し、前述した通常運転時の状態に移行する。
【0025】
次に、図3〜図6に基づいてシリンダヘッド8の冷却水ジャケットJH1 の形状を更に詳しく説明する。
【0026】
冷却水ジャケットJH1 はシリンダヘッド8に形成された第1排気通路42…及び燃焼室37…の近傍を冷却するためのもので、シリンダヘッド8を鋳造する際に中子を用いて形成される。図5及び図6に最も良く示されるように、冷却水ジャケットJH1 は隣接する一対の第1排気通路42,42を仕切る隔壁44の内部に延びる隔壁内通路94を含んでおり、この隔壁内通路94は燃焼室37及び点火プラグ55の近傍まで延びている。隔壁内通路94は燃焼室37から遠い側でシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36の開口83に連なるとともに、燃焼室37の近傍で冷却水ジャケットJH4 に連通している。
【0027】
このように、シリンダヘッド8のなかで最も高温になる第1排気通路42,42,燃焼室37及び点火プラグ55の近傍を隔壁内通路94を…を含む冷却水ジャケットJH1 と、この冷却水ジャケットJH1 を通孔87…を経てシリンダブロック6の冷却水ジャケットJB1 に連通させる冷却水ジャケットJH4 とによって囲むことにより、前記高温部分を効果的に冷却することができる。
【0028】
図5において、冷却水ジャケットJH1 はシリンダヘッド8を鋳造する際に中子を用いて形成され、また冷却水ジャケットJH4 は母型を用いて成形される。冷却水ジャケットJH1 及び冷却水ジャケットJH4 を同じ中子を用いて形成すると仮定すると、その中子を成形する型の構造が複雑化するが、冷却水ジャケットJH4 を独立して母型で成形することにより、冷却水ジャケットJH1 の中子を型を単純化することができる。尚、図4及び図6における符号95…はシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36に形成された凹部であって、前記冷却水ジャケットJH4 を成形する際に同じ母型で同時に形成される。
【0029】
上記構造を備えたシリンダブロック6及びシリンダヘッド8はシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36において突き合わされ、シリンダヘッド8側から挿入される10本のボルト96…によって一体に結合される。図4及び図7から明らかなように、各シリンダ12の中心線に対して前記ボルト96…の4本が同心円上に配置されており、隣接する2個のシリンダ12,12の間では前記ボルト96…の2本が両シリンダ12,12に対して共用されている。更に、シリンダブロック6及びシリンダヘッド8は第2排気通路43を挟んでシリンダ12…の反対側において、シリンダヘッド8側から挿入される5本のボルト97…によって一体に結合される。
【0030】
ところで、シリンダ軸線から見てシリンダブロック6及びシリンダヘッド8を結合する10本のボルト96…の半径方向内側の位置、即ちシリンダ12…を取り囲む冷却水ジャケットJB1 の位置では充分な締結力が得られるが、シリンダ軸線から見て10本のボルト96…の半径方向外側の位置、特に4個のシリンダ12…の配列方向両端であるシリンダブロック6及びシリンダヘッド8の下端部及び上端部ではボルト96…の締結力だけに頼らざるを得ないため、前記半径方向外側にオイル通路や冷却水通路の開口を形成する場合に、その開口を充分に大きくできないとか、半径方向外側への張り出しに制約を受けるという問題がある。
【0031】
例えば、図4及び図7に示すように、シリンダブロック6及びシリンダヘッド8の下端部におけるシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36には、シリンダ12の中心線から見てボルト96…よりも半径方向外側にオイル通路の開口64及び冷却水通路の開口82が形成されており、これら開口64,82の形状や位置等に関して性能的な要求以外の設計上の制約を受けることになる。
【0032】
しかしながら、図9に示すようにオイル通路の開口64の両端に隣接する部分でシリンダ12の外周を囲むボルト96…よりも半径方向外側に位置する2本のボルト98,98でシリンダブロック6及びシリンダヘッド8を締結することにより、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36のシール性が高められ、前記開口64,82の形状や位置等の制約が解消される。特に、図7に示すように、前記2本のボルト98,98のうちの1本は、オイル通路の開口64に隣接する冷却水通路の開口82との間を遮るように配置されているので、この間の締結力を充分に高めることができる。
【0033】
また、図4及び図7に示すように、シリンダブロック6及びシリンダヘッド8の上端部におけるシリンダブロック/シリンダヘッド結合面36には、シリンダブロック6の冷却水通路89とシリンダヘッド8の冷却水通路58とを連通させる開口59が、シリンダ12の中心線から見てボルト96…よりも半径方向外側に位置するように形成されているため、この開口58の形状や位置等に制約を受けることになる。
【0034】
しかしながら、図10に示すように、冷却水通路89,58の開口59の近傍でシリンダ12の外周を囲むボルト96よりも半径方向外側に位置する1本のボルト99でシリンダブロック6及びシリンダヘッド8を締結することにより、シリンダブロック/シリンダヘッド結合面36のシール性が高められるので、前記開口59の形状や位置等の制約を解消して設計自由度を高めることができる。
【0035】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0036】
例えば、実施例では船外機O用のエンジンEを例示したが、請求項1〜4に記載された発明は船外機用以外の用途のエンジンに対しても適用することができる。また実施例では各燃焼室37に対応して一対の第1排気通路42,42が形成されているが、3本以上の第1排気通路を備えるものであっても良い。この場合、隣接する一対の排気通路が請求項1,4における一対の排気通路に対応することになる。
【0037】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、隔壁を挟んで形成された一対の第1排気通路を冷却すべくシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットが前記隔壁内に形成された隔壁内通路を含み、この隔壁内通路はシリンダブロックに形成された冷却水ジャケットにシリンダヘッド及びシリンダブロックの結合面を通して連通するので、隔壁内通路の内部を流れる冷却水で第1排気通路の近傍を効果的に冷却することができるばかりか、第1排気通路に連なる燃焼室の近傍をも効果的に冷却することができる。またシリンダヘッドの第1排気通路はシリンダヘッドおよびシリンダブロックの結合面に形成した開口を介してシリンダブロックの第2排気通路に連通しており、前記隔壁内通路は前記開口よりも燃焼室側から反燃焼室側まで延びるとともに、反燃焼室側の端部が前記結合面を通してシリンダブロックに形成された冷却水ジャケットに連通するので、シリンダヘッドの冷却水ジャケット及びシリンダブロックの冷却水ジャケット間の冷却水の流通が促進されて冷却効果が向上するだけでなく、シリンダブロックの冷却水ジャケットで第2排気通路の近傍を効果的に冷却することができる。
【0038】
また請求項2に記載された発明によれば、シリンダヘッドの隔壁内通路とシリンダブロックの冷却水ジャケットとが、前記開口よりも燃焼室側のシリンダヘッドに形成された冷却水ジャケットと前記結合面とを通して連通するので、高温になるシリンダヘッドの燃焼室及び第1排気通路の近傍をシリンダブロック側と同等に冷却することができる。
【0039】
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1および請求項2の何れかに記載の水冷エンジンが船外機の動力源として使用されるので、船外機用エンジンの冷却性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 船外機の全体右側面図
【図2】 エンジンの左側面図
【図3】 図2の3−3線拡大断面図
【図4】 図2の4−4線拡大断面図
【図5】 図4の5−5線断面図
【図6】 図4の6−6線断面図
【図7】 図2の7−7線断面図
【図8】 図2の8−8線断面図
【図9】 図4及び図7の9−9線断面図
【図10】 図4及び図7の10−10線断面図
【図11】 図1の要部拡大断面図
【図12】 冷却系のスケルトン図
【符号の説明】
6 シリンダブロック
8 シリンダヘッド
12 シリンダ
36 シリンダブロック/シリンダヘッド結合面(結合面)
37 燃焼室
39 排気孔
42 第1排気通路
43 第2排気通路
44 隔壁
94 隔壁内通路
JB1 冷却水ジャケット
JB2 冷却水ジャケット
JH1 冷却水ジャケット
JH4 冷却水ジャケット
O 船外機
Claims (3)
- シリンダ(12)を有するシリンダブロック(6)と、
シリンダ(12)に連なる燃焼室(37)を有してシリンダブロック(6)に結合されるシリンダヘッド(8)と、
燃焼室(37)に開口する一対の排気孔(39)と、
シリンダヘッド(8)に形成されて前記一対の排気孔(39)からシリンダブロック(6)との結合面(36)に形成された開口(45)へと延びる一対の第1排気通路(42)と、
シリンダヘッド(8)に形成されて前記一対の第1排気通路(42)間を仕切る隔壁(44)と、
シリンダブロック(6)に形成されて前記開口(45)を介して第1排気通路(42)に連通する第2排気通路(43)と、
前記一対の第1排気通路(42)を冷却すべくシリンダヘッド(8)に形成された冷却水ジャケット(JH1 )と、
を備えた水冷エンジンにおいて、
前記冷却水ジャケット(JH1 )が前記隔壁(44)内に形成された隔壁内通路(94)を含み、この隔壁内通路(94)は前記開口(45)よりも燃焼室(37)側から反燃焼室(37)側まで延びるとともに、反燃焼室(37)側の端部が前記結合面(36)を通してシリンダブロック(6)に形成された冷却水ジャケット(JB 2 )に連通することを特徴とする水冷エンジン。 - 前記隔壁内通路(94)は、前記開口(45)よりも燃焼室(37)側のシリンダヘッド(8)に形成された冷却水ジャケット(JH 4 )と前記結合面(36)とを通して、シリンダブロック(6)に形成された冷却水ジャケット(JB 1 )に連通することを特徴とする、請求項1に記載の水冷エンジン。
- 船外機(O)の動力源として使用される請求項1または請求項2に記載の水冷エンジン。
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