JP4278131B2

JP4278131B2 - Cooling structure for water-cooled internal combustion engine

Info

Publication number: JP4278131B2
Application number: JP2003101120A
Authority: JP
Inventors: 良久保田; 一紀菊池
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: CN100420832C; CN1536209A; JP2004308501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式内燃機関の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のピストンのスムーズな運転のためには、潤滑油の粘度が低いことが粘性抵抗の低減のために必要である。しかしながら、運転初期において、シリンダブロックがまだ低温の時には、潤滑油の粘度が高い。更に、水冷式の場合は、運転初期には冷却水の温度も低い。このため、運転開始後すぐにシリンダブロックに低温の冷却水を循環させることは、潤滑油の粘度を下がりにくくすることであるため、冷却水の温度が低い運転初期には、シリンダブロックには冷却水を循環させないほうが良い。運転初期にシリンダブロックを冷却しないと、シリンダブロックが比較的早く温度上昇し、潤滑油の粘度が早く低下するので、スムーズな運転が早まる。また、運転初期には、シリンダヘッドにのみ冷却水を循環させて、冷却水の温度をある程度高めた後、シリンダブロックへ循環させることによって、暖機時間を短縮することができる。
【０００３】
従来、上記目的を達成するために、サーモスタット弁を２個備え、循環する冷却水の温度を３段階に分けて、冷却水の温度に応じて循環対象を次のようにしている例がある（例えば、特許文献１参照。）。
冷却水低温時：ウオーターポンプ→シリンダヘッド→ウオーターポンプ。
冷却水中温時：ウオーターポンプ→シリンダヘッド→ラジエータ→ウオーターポンプ。
冷却水高温時：ウオーターポンプ→シリンダブロック→シリンダヘッド→ラジエータ→ウオーターポンプ。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９７９５９号公報（図１〜図９）。
【０００５】
【解決しようとする課題】
上記従来技術のように、冷却水温度を３段階に分け、サーモスタット弁を２個備えた構成とすると、内燃機関の冷却構造が複雑となり、重量も増加するので、この構成は小型車両に搭載される内燃機関の冷却構造としては適していない。本発明は、サーモスタット弁を１個とし、冷却水温度を低温と高温の２段階として構成を簡単化することによって、前述の目的に沿い、かつ、小型車両搭載に適した水冷式内燃機関の冷却構造を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および効果】
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、水冷式内燃機関の冷却構造において、ラジエータと、上記ラジエータとシリンダヘッドのウオータジャケットの上流端とを結ぶ冷却水通路と、上記冷却水通路とシリンダヘッドのウオータジャケットの上流端との間に挿入され所定の冷却水温になると開弁するサーモスタット弁と、上記サーモスタット弁の下流側に設けたウオーターポンプと、シリンダヘッドのウオータジャケットを循環した冷却水をシリンダブロックのウオータジャケットへ流通させる通水孔を備えシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着されるガスケットと、上記シリンダブロックのウオータジャケットを循環した冷却水を上記ラジエータへ戻す冷却水通路と、上記シリンダヘッドのウオータジャケットを流れた冷却水を上記ウオーターポンプの上流に戻すバイパス通路と、上記サーモスタット弁の開閉動作に連動してサーモスタット弁が開弁して、前記ラジエータと前記ウォータポンプの流入口とが連通される時に上記バイパス通路を閉弁するバイパス通路開閉弁とからなり、前記バイパス通路は上記シリンダヘッドに設けられ、上記ラジエータに連通する上記サーモスタット弁内の上流側空間と上記シリンダヘッドのウォータジャケットに連通する前記サーモスタット弁内の下流側空間とを仕切る仕切板に小孔が設けられ、上記シリンダヘッドのウォータジャケットの下流側のバイパス通路から冷却水と空気を上記ラジエータの上流端に導入するエア抜き通路が設けられたことを特徴とする水冷式内燃機関の冷却構造に関するものである。
【０００７】
本発明は上記のように構成されているので、運転初期の、冷却水が所定温度に達するまでは、冷却水はシリンダブロックの方へは循環しないので、シリンダブロックは冷却されない。このため比較的早く温度が上昇して潤滑油粘度が低下し、早急にスムーズな運転が可能となる。また、冷却水が所定温度に達するまでは、冷却水を、バイパス通路を介してシリンダヘッド内にのみ循環させ、冷却水が温度上昇してからシリンダブロックへ循環させるので、暖機時間を短縮することができる。冷却水が所定温度に達した後には、シリンダヘッドとシリンダブロックを循環して高温になった冷却水はラジエータで冷却される。本発明は上記の作用を実現するために、サーモスタット弁を１個とし、冷却水温度を低温と高温の２段階として、構成を簡単化しているので、小型車両搭載に適した水冷式内燃機関の冷却構造を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る水冷式４ストロークサイクル内燃機関１を搭載した自動二輪車２の側面図である。この自動二輪車２の車体は、前方上部から後方下部に傾斜しているメインフレーム３と、メインフレーム３の前方上部に前端部が一体に結合されたダウンチューブ４と、メインフレーム３の後方下部に一体に結合され斜後上方へ指向した後部フレーム５と、メインフレーム３の前端に一体に結合されたヘッドパイプ６とからなっている。水冷式４ストロークサイクル内燃機関１は、シリンダ軸線が水平よりやや上方に傾き前方へ指向した姿勢で、メインフレーム３とダウンチューブ４とに取付けられている。
【０００９】
ヘッドパイプ６にはステアリングシャフト７が左右に旋回自在に嵌装され、ステアリングシャフト７の下端に設けられたフロントフォーク８の下端には前輪９が回転自在に取付けられている。メインフレーム３の後方下部にリヤフォーク10の前端が上下へ揺動自在に枢支され、リヤフォーク10の後端には後輪11が回転自在に取付けられている。後部フレーム５とリヤフォーク10の後端との間にはダンパ12が介装されている。
【００１０】
ステアリングシャフト７の上端にバーハンドル13が一体に装着されている。ダウンチューブ４の上部前方にラジエータ14が配置されている。フロントフォーク８にフロントフェンダ15が一体に装着され、後部フレーム５にリアフェンダ16が装着されている。内燃機関の排気ポートには排気管17および消音器18が接続されている。後部フレームの上方に乗車用シート19が設けてある。
【００１１】
図２は上記内燃機関の横断面を車載状態で上から見た図である。図において、この内燃機関の外殻は左クランクケース20、右クランクケース21、左クランクケースカバー22、右クランクケースカバー23、シリンダブロック24、シリンダヘッド25、シリンダヘッドカバー26から構成されている。クランク軸27は左右の部分からなり、クランクピン28によって一体化されている。クランク軸27は、左クランクケース20と右クランクケース21にそれぞれころがり軸受29、30を介して回転可能に支持されている。クランクピン28にはコンロッド31を介してピストン32が接続され、同ピストン32はシリンダ孔33の中でシリンダ軸線方向に往復運動をする。シリンダヘッド25の下面に燃焼室34が形成されている。シリンダヘッド25には図示していない点火プラグが装着され、その先端は上記燃焼室34に臨んでいる。シリンダヘッド25の中には動弁機構のカムシャフト35が回転可能に支持されている。
【００１２】
上記のように組立てられた内燃機関の左側部に、カムシャフト35の左端部空間から左クランクケース20の内部までを貫通するカムチェーン室36が設けてある。クランク軸27の左側部分に駆動スプロケット37が設けられ、カムシャフト35の左端部には従動スプロケット38が固定され、この両スプロケットには、カムチェーン39が架け渡されている。これによって、クランク軸27の回転駆動力をカムシャフト35へ伝達し、シリンダヘッド25に配置されている吸排気弁を所定タイミングで駆動することができる。
【００１３】
動弁機構の左側にウオータポンプ40が設けてある。ポンプケーシングシング41の中心部に、上記カムシャフト35と共通の中心線をもつが、接続されていないポンプ軸42が回転可能に設けてある。ポンプ軸42には羽根43とポンプ従動用永久磁石44が取付けてあり、同ポンプ軸42と一体的に回転する。上記カムチェーン39で駆動される従動スプロケット38には、ポンプ駆動用永久磁石45が、同従動スプロケット38と一体回転するよう取付けてある。カムチェーン39によって、従動スプロケット38およびカムシャフト35が回転駆動される時、ポンプ駆動用永久磁石45もポンプケーシングシング41の外周で回転し、ポンプケーシングシング41の中のポンプ従動用永久磁石を駆動してウオータポンプ40を作動させる。
【００１４】
シリンダヘッド25の燃焼室34の上方に隣接してウオータジャケット46が形成されている。また、シリンダブロック24の燃焼室に近い部分の周囲にウオータジャケット47が形成されている。
【００１５】
クランク軸27の一方の端部には交流発電機50が設けてある。クランク軸27の他方の端部には発進クラッチ51が設けてある。52は変速機の切換クラッチ、53は変速機の歯車群である。
【００１６】
図３は上記内燃機関の縦断面を左側から見た図である。右クランクケース21の中にクランク軸27があり、クランクピン28に連なるコンロッド31の端にピストン32が設けられ、シリンダブロック24のシリンダ孔33の中でシリンダ軸線に沿って摺動可能である。
【００１７】
シリンダヘッド25の、ピストン32に対向する側に燃焼室34が形成され、内燃機関上部から燃焼室34に通じる吸気ポート60が設けてあり、燃焼室34から内燃機関下部へ抜ける排気ポート61が設けてある。吸気ポート60には吸気バルブ62が、排気ポート61には排気バルブ63が設けてある。シリンダヘッド25の中央部に前述のカムシャフト35が設けてある。カムシャフト35に隣接して、一対のロッカーシャフト64、一対のロッカーアーム65およびローラ66が設けてあり、これらによって上記吸気バルブ62、排気バルブ63が駆動される。シリンダヘッド25にはウオータジャケット46が設けてある。シリンダブロック24にはウオータジャケット47が設けてある。
【００１８】
図４は、本実施形態に用いるサーモスタット弁70の内部を見えるようにした図である。図５は図４のＶ−Ｖ断面図である。図４、図５共に、サーモスタット弁70を流通する冷却水温度が低い時の弁体の位置を示している。サーモスタット弁70はケーシングシング71と蓋72との中に収納されている。蓋72にはラジエータ戻り水入口73が、ケーシングシング71にはバイパス水入口74が設けてあり、さらにケーシングシング71にはウオーターポンプの流入口に直結する流出口75が設けてある。
【００１９】
図５において、サーモスタット弁70の内部には、ブリッジ部77を有する仕切板76がケーシングシング71と蓋72とに挟まれて固定されている。同ブリッジ部77に円筒状可動部78から突出するプランジャ79の一端が保持されている。同プランジャ79の他端部は円筒状可動部78の中に挿入されている。同円筒状可動部78の大径部の内部にはワックスが封入され、感温部として機能する。流通している水の温度が上昇すると、上記プランジャ79を押し出し、プランジャ79の一端がブリッジ部77に保持されているため、その反力によって、同円筒状可動部78自体が動く。
【００２０】
円筒状可動部78には第１弁体80と第２弁体81が設けてある。第１弁体80は円筒状可動部78に固定されている。第２弁体81は円筒状可動部78から円錐状コイルばね82で付勢されている。仕切板76に固定されたばね支持部材83と第１弁体80との間にコイルばね84が装着してある。第１弁体の通路が主通路であり、第２弁体の通路がバイパス水の通路である。
【００２１】
図５は、運転初期の、流通している水の温度が低い時の、弁体の位置と水流を示している。図の太線矢印は大量の水の流れ、細線矢印は少量の水の流れを示している。水温が低い時には、第１弁体80が閉鎖位置にあり、第２弁体81が開放位置にある。仕切板76には小孔85が設けてあり、第１弁体80が閉鎖位置にある時でも、ラジエータ戻り水入口73から少量の水を流入させるようになっている。水温が低い時には、バイパス水入口74から大量の水が流入して流出口75へ流れ出る。ラジエータ戻り水入口73からは少量の水が流入して、小孔85を通り流出口75へ流れ出る。
【００２２】
図６は、運転開始後時間が経過し、上記サーモスタット弁70を流通する水の温度が高くなった時の、弁体の位置と水流を示している。図の太線矢印は大量の水の流れ、細線矢印は少量の水の流れを示している。水温が高い時には、第１弁体80が開き、第２弁体81が閉じている。円筒状可動部78の温度が上昇すると、内部に充填されているワックスの膨張によって、円筒状可動部78はプランジャ79を押し出す。プランジャ79の先端が固定されているので、反力によって、円筒状可動部78自体がコイルばね84の弾発力に抗して移動する。図では右方へ移動し、第１弁体80を開き、第２弁体81を閉じる。水温が高い時には、ラジエータ戻り水入口73から大量の水が流入して流出口75へ流れ出る。小孔85を通りサーモスタット弁70に流入する少量の水があるが、これは上記大量の水に合流して流出口75から流れ出る。バイパス水入口74からは水は流入しない。
【００２３】
図７は上記内燃機関１の冷却水流路系統図であり、各部を左側から見た図である。図にはシリンダヘッド25とシリンダブロック24は離して描いてあるが、実際には接続されており、ウオータジャケット46とウオータジャケット47はガスケット90に設けられた通水孔90ａを介して連通している。
【００２４】
シリンダヘッド25の左側部に前述のウオーターポンプ40が設けてある。ウオーターポンプ40の流入口48は、ウオーターポンプ40の中心に近いところに開口している。ウオーターポンプ40の吐出口49は中心から離れたところに設けてあり、シリンダヘッド25のウオータジャケット46に連通している。
【００２５】
ウオーターポンプ40に隣接して上述のサーモスタット弁70が設けてある。サーモスタット弁70には水の入口が２箇所ある。ラジエータ戻り水入口73とバイパス水入口74である。サーモスタット弁70には流出口75があり、上記ウオーターポンプ40の流入口48に直結している。シリンダヘッド側ウオータジャケット46にはエア出口91が設けてある。シリンダブロック側ウオータジャケット47には冷却水出口92が設けてある。
【００２６】
上記冷却水流路系統には、各機器をつなぐ流体通路が、図の左側から順に、次のように４本設けてある。
（１）ラジエータ戻り水通路93：ラジエータ14で冷やされた水が、サーモスタット弁70のラジエータ戻り水入口73へ向かって流れる通路である。
（２）バイパス通路94：シリンダヘッド側ウオータジャケット46の水がサーモスタット弁70のバイパス水入口74へ向かって流れる通路である。
（３）エア抜き通路95：シリンダヘッド側ウオータジャケット46のエア出口91からラジエータ14へつながる内径の小さい通路である。これは内燃機関使用開始前の、ウオータジャケットに冷却水を注入する時に、中にある空気を逃がすための通路であり、空気はラジエータ14の蓋98を開けた開口部から逃げる。機関運転中は、この通路を少量の水が流れる。
（４）シリンダブロック戻り水通路96：シリンダブロック側ウオータジャケット47を経由した水が、冷却水出口92から出てラジエータ14へ向かって流れる通路である。
【００２７】
図８は、図７の冷却水流路系統を別な角度から見た図である。左側の図はシリンダヘッド25を後方（燃焼室側）から見た図、右側の図はシリンダブロック24を前方（燃焼室側）から見た図、中央の図はシリンダヘッド25とシリンダブロック24との間に介装されるガスケット90を前方から見た図である。ガスケット90のシリンダ孔周囲部には１個の通水孔90ａが設けてある。シリンダヘッド側ウオータジャケット46とシリンダブロック側ウオータジャケット47とはこの通水孔90ａを介して連通している。90ｂは注排水時のための連通孔である。
【００２８】
図７と図８の矢印は、運転初期、すなわち、サーモスタット弁70内を流通する水の温度が低い時の、水の流れを示している。図の太線矢印は大量の水の流れ、細線矢印は少量の水の流れを示している。サーモスタット弁70からウオーターポンプ40の流入口48へ送られた水は、吐出口49からシリンダヘッド25のウオータジャケット46へ吐出され、ウオータジャケット46内を一巡して燃焼室34の周辺を冷却し、大部分の水はバイパス通路94からサーモスタット弁70のバイパス水入口74へ戻り、ウオーターポンプ40へ送られる。
【００２９】
ラジエータ14の水は、ラジエータ戻り水通路93とサーモスタット弁70の小孔85（図５）を介して、ウオーターポンプ40に吸引されている。このため、ラジエータ14に向かう少量の水流が発生している。第１の少量水流は、シリンダヘッド25のウオータジャケット46のエア出口91から出て、エア抜き通路95を経て、ラジエータ入口97からラジエータ14に入る水流である。第２の少量水流は、シリンダヘッド25のウオータジャケット46から、ガスケット90の通水孔90ａを経て、シリンダブロック24のウオータジャケット47へ入り、シリンダ孔33の外周のウオータジャケット47を一巡し、冷却水出口92から出て、シリンダブロック戻り水通路96を経て、ラジエータ14に入る水流である。第１・第２の少量水流はラジエータ14内で合流して冷却され、ラジエータ戻り水通路93を経てサーモスタット弁70に吸い込まれる。
【００３０】
シリンダブロック24のウオータジャケット47の水は、運転初期においても、上記第２の少量水量となって流通するので、シリンダブロック内の滞留水が過熱されることによる不具合、例えば冷却が必要になった時、高温滞留水によってシリンダの冷却が遅れ、ノッキングが生じるような事態、を避けることができる。
【００３１】
図９と図１０は、運転継続時、すなわち、サーモスタット弁70内を流通する水の温度が高い時の、水の流れを示している。図の太線矢印は大量の水の流れ、細線矢印は少量の水の流れを示している。サーモスタット弁70からウオーターポンプ40の流入口48へ送られた水は、吐出口49からシリンダヘッド25のウオータジャケット46へ吐出され、ウオータジャケット46内を一巡して燃焼室34の周辺を冷却する。流通する水が高温の時には、サーモスタット弁70のバイパス水入口74側の弁は閉鎖されるので、水はバイパス通路94の方へ流れることはできない。大部分の水はシリンダヘッド25のウオータジャケット46から、ガスケット90の通水孔90ａを経て、シリンダブロック24のウオータジャケット47へ入り、シリンダ孔33の外周のウオータジャケット47内を一巡して、シリンダブロック24を冷却し、水自体は高温となって、冷却水出口92から出て、シリンダブロック戻り水通路96およびラジエータ入口97を経て、ラジエータ14へ入る。
【００３２】
上記大量水流の外、シリンダヘッド25のウオータジャケット46のエア出口91から流出し、エア抜き通路95を経てラジエータ14に入る少量水流がある。上記大量水流と少量水流は、ラジエータ14内で合流して冷却され、ラジエータ戻り水通路93をへてサーモスタット弁70に吸い込まれる。
【００３３】
以上詳述したように、本実施形態の内燃機関の冷却構造においては、サーモスタット弁を１個備え、冷却水の温度を２段階に分けて、主要冷却水の循環を次のようにしている。
冷却水低温時：ウオーターポンプ→シリンダヘッド→ウオーターポンプ。
冷却水高温時：ウオーターポンプ→シリンダヘッド→シリンダブロック→ラジエータ→ウオーターポンプ。
運転初期の、冷却水が所定温度に達するまでは、冷却水はシリンダブロックの方へは循環しないので、シリンダブロックは冷却されず、比較的早く温度が上昇して潤滑油粘度が低下するので、早急にスムーズな運転が可能となる。また、冷却水が所定温度に達するまでは、冷却水を、バイパス通路を介してシリンダヘッド内にのみ循環させ、特に排気ポート付近の高温によって冷却水が温度上昇してからシリンダブロックへ循環させるので、暖機時間を短縮することができる。冷却水が所定温度に達した後には、シリンダヘッドとシリンダブロックを循環して高温になった冷却水はラジエータで冷却される。本実施形態においては、サーモスタット弁を１個とし、冷却水温度を低温と高温の２段階として構成を簡単化して、上記の作用を実現しているので、小型車両搭載に適した水冷式内燃機関の冷却構造を提供することができる。
【００３４】
また、シリンダブロック24のウオータジャケット47の水は、運転初期においても、少量が循環するので、シリンダブロック内の滞留水が過熱されることによる不具合、例えば冷却が必要になった時、高温滞留水によってシリンダの冷却が遅れ、ノッキングが生じるような事態、を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水冷式４ストロークサイクル内燃機関１を搭載した自動二輪車２の側面図である。
【図２】上記内燃機関の横断面を車載状態で上から見た図である。
【図３】上記内燃機関の縦断面を左側から見た図である。
【図４】サーモスタット弁70の内部を見えるようにした図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図であり、サーモスタット弁70の冷却水低温状態における弁体の位置を示す図である。
【図６】上記サーモスタット弁70の冷却水高温状態における弁体の位置を示す図である。
【図７】上記内燃機関の冷却水流路系統図であり、冷却水低温状態における水の流れを示す図である。
【図８】図７の冷却水流路系統を別な角度から見た図であり、冷却水低温状態における水の流れを示す図である。
【図９】上記内燃機関の冷却水流路系統図であり、冷却水高温状態における水の流れを示す図である。
【図１０】図９の冷却水流路系統を別な角度から見た図であり、冷却水高温状態における水の流れを示す図である。
【符号の説明】
１…水冷式４ストロークサイクル内燃機関、２…自動二輪車、３…メインフレーム、４…ダウンチューブ、５…後部フレーム、６…ヘッドパイプ、７…ステアリングシャフト、８…フロントフォーク、９…前輪、10…リヤフォーク、11…後輪、12…ダンパ、13…バーハンドル、14…ラジエータ、15…フロントフェンダ、16…リアフェンダ、17…排気管、18…消音器、19…乗車用シート、20…左クランクケース、21…右クランクケース、22…左クランクケースカバー、23…右クランクケースカバー、24…シリンダブロック、25…シリンダヘッド、26…シリンダヘッドカバー、27…クランク軸、28…クランクピン、29…ころがり軸受、30…ころがり軸受、31…コンロッド、32…ピストン、33…シリンダ孔、34…燃焼室、35…カムシャフト、36…カムチェーン室、37…駆動スプロケット、38…従動スプロケット、39…カムチェーン、40…ウオータポンプ、41…ポンプケーシングシング、42…ポンプ軸、43…ポンプ羽根、44…ポンプ従動用永久磁石、45…ポンプ駆動用永久磁石、46…シリンダヘッド側ウオータジャケット、47…シリンダブロック側ウオータジャケット、48…ウオーターポンプの流入口、49…ウオーターポンプの吐出口、50…交流発電機、51…発進クラッチ、52…変速切換クラッチ、53…変速機歯車群、60…吸気ポート、61…排気ポート、62…吸気バルブ、63…排気バルブ、64…ロッカーシャフト、65…ロッカーアーム、66…ローラ、67…スタータモータ、70…サーモスタット弁、71…ケーシングシング、72…蓋、73…ラジエータ戻り水入口、74…バイパス水入口、75…流出口、76…仕切板、77…ブリッジ部、78…円筒状可動部、79…プランジャ、80…第１弁体、81…第２弁体、82…円錐状コイルばね、83…ばね支持部材、84…コイルばね、85…小孔、90…ガスケット、90ａ…ガスケットの通水孔、90ｂ…ガスケットのエア抜き孔、91…エア出口、92…冷却水出口、93…ラジエータ戻り水通路、94…バイパス通路、95…エア抜き通路、96…シリンダブロック戻り水通路、97…ラジエータ入口、98…ラジエータの蓋[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling structure for a water-cooled internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In order to smoothly operate the piston of the internal combustion engine, it is necessary for the viscosity of the lubricating oil to be low in order to reduce the viscous resistance. However, when the cylinder block is still low in the initial operation, the viscosity of the lubricating oil is high. Further, in the case of the water cooling type, the temperature of the cooling water is low at the initial stage of operation. For this reason, circulating low-temperature cooling water to the cylinder block immediately after the start of operation makes it difficult to lower the viscosity of the lubricating oil. It is better not to circulate water. If the cylinder block is not cooled in the initial stage of operation, the temperature of the cylinder block rises relatively quickly and the viscosity of the lubricating oil decreases quickly, so that smooth operation is accelerated. In the initial stage of operation, the cooling water is circulated only to the cylinder head, the temperature of the cooling water is raised to some extent, and then circulated to the cylinder block, whereby the warm-up time can be shortened.
[0003]
Conventionally, in order to achieve the above-mentioned object, there are examples in which two thermostat valves are provided, the temperature of circulating cooling water is divided into three stages, and the circulation target is set as follows according to the temperature of the cooling water ( For example, see Patent Document 1.)
When cooling water is cold: water pump → cylinder head → water pump.
Cooling water temperature: Water pump → Cylinder head → Radiator → Water pump.
When cooling water is hot: Water pump → Cylinder block → Cylinder head → Radiator → Water pump.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-97959 A (FIGS. 1 to 9).
[0005]
[Problems to be solved]
If the cooling water temperature is divided into three stages and the two thermostat valves are provided as in the above prior art, the cooling structure of the internal combustion engine becomes complicated and the weight increases, so this structure is mounted on a small vehicle. It is not suitable as a cooling structure for internal combustion engines. According to the present invention, a single thermostat valve and a cooling water temperature of two stages, low temperature and high temperature, simplify the configuration, thereby cooling the water-cooled internal combustion engine that meets the above-mentioned purpose and is suitable for mounting on a small vehicle. It is intended to provide a structure.
[0006]
[Means for solving the problems and effects]
The present invention solves the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 is a cooling structure for a water-cooled internal combustion engine, in which cooling water is connected between the radiator and the upstream end of the water jacket of the cylinder head. A thermostat valve which is inserted between the passage, the cooling water passage and the upstream end of the water jacket of the cylinder head and opens when a predetermined cooling water temperature is reached; a water pump provided on the downstream side of the thermostat valve; and a cylinder head A gasket that is provided between the cylinder head and the cylinder block with a water passage hole through which the cooling water circulated through the water jacket of the cylinder block is circulated to the water jacket of the cylinder block, and the cooling water that has circulated through the water jacket of the cylinder block. Cooling water passage returning to the radiator and the cylinder head wall A bypass passage for returning the cooling water flowing through the jacket upstream of the water pump, and opened the thermostatic valve in conjunction with the opening and closing of the thermostatic valve, the inlet of the radiator and the water pump is communicated A bypass passage opening / closing valve that sometimes closes the bypass passage. The bypass passage is provided in the cylinder head and communicates with an upstream space in the thermostat valve that communicates with the radiator and a water jacket of the cylinder head. A small hole is provided in the partition plate that partitions the downstream space in the thermostat valve, and an air vent passage for introducing cooling water and air from the bypass passage on the downstream side of the water jacket of the cylinder head to the upstream end of the radiator. The present invention relates to a cooling structure for a water-cooled internal combustion engine characterized by being provided Than is.
[0007]
Since the present invention is configured as described above, the cooling water does not circulate toward the cylinder block until the cooling water reaches a predetermined temperature in the initial stage of operation, so that the cylinder block is not cooled. For this reason, the temperature rises relatively quickly, the viscosity of the lubricating oil decreases, and a smooth operation can be achieved quickly. Further, until the cooling water reaches a predetermined temperature, the cooling water is circulated only in the cylinder head via the bypass passage, and the cooling water is circulated to the cylinder block after the temperature rises, thereby shortening the warm-up time. be able to. After the cooling water reaches a predetermined temperature, the cooling water that has reached a high temperature by circulating through the cylinder head and the cylinder block is cooled by the radiator. In order to realize the above-mentioned operation, the present invention simplifies the configuration by using one thermostat valve and the cooling water temperature in two stages of low temperature and high temperature, so that the water-cooled internal combustion engine suitable for mounting on a small vehicle can be obtained. A cooling structure can be provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a side view of a motorcycle 2 equipped with a water-cooled four-stroke cycle internal combustion engine 1 according to the present invention. The body of the motorcycle 2 includes a main frame 3 that is inclined from the front upper portion to the lower rear portion, a down tube 4 having a front end integrally coupled to the front upper portion of the main frame 3, and a rear lower portion of the main frame 3. The rear frame 5 is integrally connected and directed upward obliquely, and the head pipe 6 is integrally connected to the front end of the main frame 3. The water-cooled four-stroke cycle internal combustion engine 1 is attached to the main frame 3 and the down tube 4 with the cylinder axis inclined slightly upward from the horizontal and oriented forward.
[0009]
A steering shaft 7 is fitted to the head pipe 6 so as to be able to turn left and right, and a front wheel 9 is rotatably attached to the lower end of a front fork 8 provided at the lower end of the steering shaft 7. A front end of the rear fork 10 is pivotally supported in the lower rear part of the main frame 3 so as to swing up and down, and a rear wheel 11 is rotatably attached to the rear end of the rear fork 10. A damper 12 is interposed between the rear frame 5 and the rear end of the rear fork 10.
[0010]
A bar handle 13 is integrally attached to the upper end of the steering shaft 7. A radiator 14 is arranged in front of the upper portion of the down tube 4. A front fender 15 is integrally attached to the front fork 8, and a rear fender 16 is attached to the rear frame 5. An exhaust pipe 17 and a silencer 18 are connected to the exhaust port of the internal combustion engine. A riding seat 19 is provided above the rear frame.
[0011]
FIG. 2 is a view of a cross section of the internal combustion engine as viewed from above in a vehicle-mounted state. In the figure, the outer shell of the internal combustion engine includes a left crankcase 20, a right crankcase 21, a left crankcase cover 22, a right crankcase cover 23, a cylinder block 24, a cylinder head 25, and a cylinder head cover 26. The crankshaft 27 is composed of left and right parts, and is integrated by a crankpin 28. The crankshaft 27 is rotatably supported by the left crankcase 20 and the right crankcase 21 via rolling bearings 29 and 30, respectively. A piston 32 is connected to the crank pin 28 via a connecting rod 31, and the piston 32 reciprocates in the cylinder axis direction in the cylinder hole 33. A combustion chamber 34 is formed on the lower surface of the cylinder head 25. A spark plug (not shown) is attached to the cylinder head 25, and its tip faces the combustion chamber 34. In the cylinder head 25, a camshaft 35 of a valve mechanism is rotatably supported.
[0012]
A cam chain chamber 36 penetrating from the left end space of the camshaft 35 to the inside of the left crankcase 20 is provided on the left side of the internal combustion engine assembled as described above. A drive sprocket 37 is provided on the left side portion of the crankshaft 27, a driven sprocket 38 is fixed to the left end portion of the camshaft 35, and a cam chain 39 is bridged between the two sprockets. As a result, the rotational driving force of the crankshaft 27 can be transmitted to the camshaft 35, and the intake / exhaust valves arranged in the cylinder head 25 can be driven at a predetermined timing.
[0013]
A water pump 40 is provided on the left side of the valve operating mechanism. A pump shaft 42 having a common center line with the camshaft 35 but not connected to the central portion of the pump casing ring 41 is rotatably provided. A blade 43 and a pump driven permanent magnet 44 are attached to the pump shaft 42 and rotate integrally with the pump shaft 42. A pump driving permanent magnet 45 is attached to the driven sprocket 38 driven by the cam chain 39 so as to rotate integrally with the driven sprocket 38. When the driven sprocket 38 and the camshaft 35 are driven to rotate by the cam chain 39, the pump driving permanent magnet 45 also rotates on the outer periphery of the pump casing single 41 to drive the pump driven permanent magnet in the pump casing single 41. Then, the water pump 40 is operated.
[0014]
A water jacket 46 is formed adjacent to and above the combustion chamber 34 of the cylinder head 25. A water jacket 47 is formed around a portion of the cylinder block 24 close to the combustion chamber.
[0015]
An AC generator 50 is provided at one end of the crankshaft 27. A start clutch 51 is provided at the other end of the crankshaft 27. 52 is a transmission switching clutch, and 53 is a gear group of the transmission.
[0016]
FIG. 3 is a view of a longitudinal section of the internal combustion engine as viewed from the left side. A crankshaft 27 is provided in the right crankcase 21, and a piston 32 is provided at an end of a connecting rod 31 connected to the crankpin 28. The crankshaft 27 is slidable along the cylinder axis in the cylinder hole 33 of the cylinder block 24.
[0017]
A combustion chamber 34 is formed on the side of the cylinder head 25 facing the piston 32, an intake port 60 leading from the upper part of the internal combustion engine to the combustion chamber 34 is provided, and an exhaust port 61 passing from the combustion chamber 34 to the lower part of the internal combustion engine is provided. It is. The intake port 60 is provided with an intake valve 62, and the exhaust port 61 is provided with an exhaust valve 63. The aforementioned cam shaft 35 is provided at the center of the cylinder head 25. A pair of rocker shafts 64, a pair of rocker arms 65 and rollers 66 are provided adjacent to the camshaft 35, and the intake valve 62 and the exhaust valve 63 are driven by these. The cylinder head 25 is provided with a water jacket 46. The cylinder block 24 is provided with a water jacket 47.
[0018]
FIG. 4 is a view showing the inside of the thermostat valve 70 used in the present embodiment. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 4 and 5 both show the position of the valve body when the temperature of the cooling water flowing through the thermostat valve 70 is low. The thermostat valve 70 is accommodated in a casing ring 71 and a lid 72. The lid 72 is provided with a radiator return water inlet 73, the casing single 71 is provided with a bypass water inlet 74, and the casing single 71 is further provided with an outlet 75 directly connected to the inlet of the water pump.
[0019]
In FIG. 5, a partition plate 76 having a bridge portion 77 is fixed between a casing ring 71 and a lid 72 inside the thermostat valve 70. One end of a plunger 79 protruding from the cylindrical movable portion 78 is held by the bridge portion 77. The other end of the plunger 79 is inserted into a cylindrical movable part 78. Wax is enclosed inside the large diameter portion of the cylindrical movable portion 78 and functions as a temperature sensing portion. When the temperature of the circulating water rises, the plunger 79 is pushed out, and one end of the plunger 79 is held by the bridge portion 77. Therefore, the cylindrical movable portion 78 itself moves by the reaction force.
[0020]
The cylindrical movable portion 78 is provided with a first valve body 80 and a second valve body 81. The first valve body 80 is fixed to the cylindrical movable portion 78. The second valve body 81 is biased by the conical coil spring 82 from the cylindrical movable portion 78. A coil spring 84 is mounted between the spring support member 83 fixed to the partition plate 76 and the first valve body 80. The passage of the first valve body is the main passage, and the passage of the second valve body is the bypass water passage.
[0021]
FIG. 5 shows the position of the valve element and the water flow when the temperature of the circulating water is low at the initial stage of operation. The thick arrow in the figure indicates a large amount of water flow, and the thin line arrow indicates a small amount of water flow. When the water temperature is low, the first valve body 80 is in the closed position and the second valve body 81 is in the open position. A small hole 85 is provided in the partition plate 76 so that a small amount of water can flow from the radiator return water inlet 73 even when the first valve body 80 is in the closed position. When the water temperature is low, a large amount of water flows from the bypass water inlet 74 and flows out to the outlet 75. A small amount of water flows in from the radiator return water inlet 73 and flows out through the small hole 85 to the outlet 75.
[0022]
FIG. 6 shows the position of the valve body and the water flow when the time after the start of operation elapses and the temperature of the water flowing through the thermostat valve 70 becomes high. The thick arrow in the figure indicates a large amount of water flow, and the thin line arrow indicates a small amount of water flow. When the water temperature is high, the first valve body 80 is opened and the second valve body 81 is closed. When the temperature of the cylindrical movable part 78 rises, the cylindrical movable part 78 pushes out the plunger 79 due to the expansion of the wax filled therein. Since the tip of the plunger 79 is fixed, the cylindrical movable portion 78 itself moves against the elastic force of the coil spring 84 by the reaction force. In the figure, it moves to the right, opens the first valve body 80 and closes the second valve body 81. When the water temperature is high, a large amount of water flows from the radiator return water inlet 73 and flows out to the outlet 75. There is a small amount of water that flows into the thermostat valve 70 through the small hole 85, but this flows into the large amount of water and flows out from the outlet 75. Water does not flow from the bypass water inlet 74.
[0023]
FIG. 7 is a cooling water flow system diagram of the internal combustion engine 1, and is a view of each part viewed from the left side. In the figure, the cylinder head 25 and the cylinder block 24 are drawn apart from each other, but they are actually connected, and the water jacket 46 and the water jacket 47 communicate with each other through a water passage hole 90 a provided in the gasket 90. Yes.
[0024]
The aforementioned water pump 40 is provided on the left side of the cylinder head 25. The inlet 48 of the water pump 40 opens near the center of the water pump 40. The discharge port 49 of the water pump 40 is provided at a position away from the center and communicates with the water jacket 46 of the cylinder head 25.
[0025]
The above-described thermostat valve 70 is provided adjacent to the water pump 40. The thermostat valve 70 has two water inlets. A radiator return water inlet 73 and a bypass water inlet 74 are provided. The thermostat valve 70 has an outlet 75 and is directly connected to the inlet 48 of the water pump 40. An air outlet 91 is provided in the cylinder head side water jacket 46. The cylinder block side water jacket 47 is provided with a cooling water outlet 92.
[0026]
In the cooling water flow path system, four fluid passages for connecting the respective devices are provided in order from the left side of the drawing as follows.
(1) Radiator return water passage 93: This is a passage in which water cooled by the radiator 14 flows toward the radiator return water inlet 73 of the thermostat valve 70.
(2) Bypass passage 94: A passage through which water in the cylinder head side water jacket 46 flows toward the bypass water inlet 74 of the thermostat valve 70.
(3) Air vent passage 95: A passage having a small inner diameter connected from the air outlet 91 of the cylinder head side water jacket 46 to the radiator 14. This is a passage for escaping air inside when water is injected into the water jacket before the start of use of the internal combustion engine, and the air escapes from the opening portion where the lid 98 of the radiator 14 is opened. During engine operation, a small amount of water flows through this passage.
(4) Cylinder block return water passage 96: A passage through which water passing through the cylinder block water jacket 47 flows from the cooling water outlet 92 toward the radiator 14.
[0027]
FIG. 8 is a view of the cooling water passage system of FIG. 7 as seen from another angle. The figure on the left shows the cylinder head 25 viewed from the rear (combustion chamber side), the figure on the right shows the cylinder block 24 viewed from the front (combustion chamber side), and the figure on the center shows the cylinder head 25 and the cylinder block 24. It is the figure which looked at the gasket 90 interposed between these from the front. A single water passage hole 90 a is provided around the cylinder hole of the gasket 90. The cylinder head side water jacket 46 and the cylinder block side water jacket 47 communicate with each other through this water passage hole 90a. 90b is a communication hole for pouring and draining.
[0028]
The arrows in FIGS. 7 and 8 indicate the flow of water at the beginning of operation, that is, when the temperature of the water flowing through the thermostat valve 70 is low. The thick arrow in the figure indicates a large amount of water flow, and the thin line arrow indicates a small amount of water flow. The water sent from the thermostat valve 70 to the inlet 48 of the water pump 40 is discharged from the discharge port 49 to the water jacket 46 of the cylinder head 25, goes around the water jacket 46 and cools the periphery of the combustion chamber 34, Most of the water returns from the bypass passage 94 to the bypass water inlet 74 of the thermostat valve 70 and is sent to the water pump 40.
[0029]
The water of the radiator 14 is sucked into the water pump 40 through the radiator return water passage 93 and the small hole 85 (FIG. 5) of the thermostat valve 70. For this reason, a small amount of water flow toward the radiator 14 is generated. The first small amount of water flow is a water flow that exits from the air outlet 91 of the water jacket 46 of the cylinder head 25 and enters the radiator 14 from the radiator inlet 97 through the air vent passage 95. The second small amount of water flow enters the water jacket 47 of the cylinder block 24 from the water jacket 46 of the cylinder head 25 through the water passage hole 90a of the gasket 90, and goes around the water jacket 47 on the outer periphery of the cylinder hole 33 for cooling. The water flow exits the water outlet 92 and enters the radiator 14 through the cylinder block return water passage 96. The first and second small amounts of water flow merge in the radiator 14 and are cooled, and are sucked into the thermostat valve 70 through the radiator return water passage 93.
[0030]
The water in the water jacket 47 of the cylinder block 24 circulates in the second small amount of water even in the initial stage of operation, so that a problem caused by overheating of the accumulated water in the cylinder block, for example, cooling is required. At times, it is possible to avoid a situation in which the cooling of the cylinder is delayed due to the high-temperature staying water and knocking occurs.
[0031]
9 and 10 show the flow of water when the operation is continued, that is, when the temperature of the water flowing through the thermostat valve 70 is high. The thick arrow in the figure indicates a large amount of water flow, and the thin line arrow indicates a small amount of water flow. The water sent from the thermostat valve 70 to the inlet 48 of the water pump 40 is discharged from the discharge port 49 to the water jacket 46 of the cylinder head 25 and goes around the water jacket 46 to cool the periphery of the combustion chamber 34. When the circulating water is hot, the valve on the bypass water inlet 74 side of the thermostat valve 70 is closed, so that the water cannot flow toward the bypass passage 94. Most of the water enters the water jacket 47 of the cylinder block 24 from the water jacket 46 of the cylinder head 25 through the water passage hole 90a of the gasket 90, and makes a round in the water jacket 47 on the outer periphery of the cylinder hole 33. The block 24 is cooled, the water itself becomes high temperature, exits from the cooling water outlet 92, enters the radiator 14 through the cylinder block return water passage 96 and the radiator inlet 97.
[0032]
In addition to the large amount of water flow, there is a small amount of water that flows out from the air outlet 91 of the water jacket 46 of the cylinder head 25 and enters the radiator 14 through the air vent passage 95. The large amount of water flow and the small amount of water flow are merged and cooled in the radiator 14 and are sucked into the thermostat valve 70 through the radiator return water passage 93.
[0033]
As described above in detail, the cooling structure for the internal combustion engine of the present embodiment includes one thermostat valve, divides the temperature of the cooling water into two stages, and circulates the main cooling water as follows.
When cooling water is cold: water pump → cylinder head → water pump.
When cooling water is hot: water pump → cylinder head → cylinder block → radiator → water pump.
Since the cooling water does not circulate toward the cylinder block until the cooling water reaches the predetermined temperature in the initial stage of operation, the cylinder block is not cooled, and the temperature rises relatively quickly and the lubricating oil viscosity decreases. Smooth operation is possible as soon as possible. Also, until the cooling water reaches a predetermined temperature, the cooling water is circulated only in the cylinder head via the bypass passage, and in particular, the cooling water is circulated to the cylinder block after the temperature rises due to the high temperature near the exhaust port. The warm-up time can be shortened. After the cooling water reaches a predetermined temperature, the cooling water that has reached a high temperature by circulating through the cylinder head and the cylinder block is cooled by the radiator. In this embodiment, the thermostat valve is used as one, the cooling water temperature is set in two stages of low temperature and high temperature, and the configuration is simplified to realize the above-described operation. Therefore, the water-cooled internal combustion engine suitable for mounting on a small vehicle is provided. The cooling structure can be provided.
[0034]
In addition, since a small amount of water in the water jacket 47 of the cylinder block 24 is circulated even in the initial operation, troubles caused by overheating of the accumulated water in the cylinder block, for example, when cooling is required, Therefore, it is possible to avoid a situation in which the cooling of the cylinder is delayed and knocking occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a motorcycle 2 equipped with a water-cooled four-stroke cycle internal combustion engine 1 according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal combustion engine as viewed from above in a vehicle-mounted state.
FIG. 3 is a view of a longitudinal section of the internal combustion engine as viewed from the left side.
4 is a view showing the inside of a thermostat valve 70. FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4 and shows a position of the valve body in a low temperature cooling water state of the thermostat valve 70. FIG.
6 is a view showing the position of the valve body of the thermostat valve 70 in a high temperature state of cooling water. FIG.
FIG. 7 is a cooling water flow system diagram of the internal combustion engine, showing a flow of water in a low temperature state of the cooling water.
8 is a view of the cooling water flow path system of FIG. 7 as seen from another angle, and is a view showing the flow of water in a cooling water low-temperature state.
FIG. 9 is a cooling water flow system diagram of the internal combustion engine, showing the flow of water in a high temperature state of the cooling water.
10 is a view of the cooling water flow path system of FIG. 9 as seen from another angle, showing the flow of water in a high temperature state of the cooling water.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water-cooling type 4-stroke cycle internal combustion engine, 2 ... Motorcycle, 3 ... Main frame, 4 ... Down tube, 5 ... Rear frame, 6 ... Head pipe, 7 ... Steering shaft, 8 ... Front fork, 9 ... Front wheel, 10 ... rear fork, 11 ... rear wheel, 12 ... damper, 13 ... bar handle, 14 ... radiator, 15 ... front fender, 16 ... rear fender, 17 ... exhaust pipe, 18 ... silencer, 19 ... riding seat, 20 ... left Crankcase, 21 ... Right crankcase, 22 ... Left crankcase cover, 23 ... Right crankcase cover, 24 ... Cylinder block, 25 ... Cylinder head, 26 ... Cylinder head cover, 27 ... Crank shaft, 28 ... Crank pin, 29 ... Rolling bearing, 30 ... Rolling bearing, 31 ... Connecting rod, 32 ... Piston, 33 ... Cylinder hole, 34 ... Combustion chamber, 35 ... Camshaft, 36 ... Cam chain chamber, 37 ... Dynamic sprocket, 38 ... driven sprocket, 39 ... cam chain, 40 ... water pump, 41 ... pump casing single, 42 ... pump shaft, 43 ... pump blade, 44 ... permanent magnet for pump driven, 45 ... permanent magnet for driving pump, 46 ... Cylinder head side water jacket, 47 ... Cylinder block side water jacket, 48 ... Water pump inlet, 49 ... Water pump outlet, 50 ... Alternator, 51 ... Starting clutch, 52 ... Shifting clutch, 53 ... Transmission gear group, 60 ... Intake port, 61 ... Exhaust port, 62 ... Intake valve, 63 ... Exhaust valve, 64 ... Rocker shaft, 65 ... Rocker arm, 66 ... Roller, 67 ... Starter motor, 70 ... Thermostat valve, 71 ... Casing Sing, 72 ... Lid, 73 ... Radiator return water inlet, 74 ... Bypass water inlet, 75 ... Outlet, 76 ... Partition plate, 77 ... Bridge part, 78 ... Cylindrical Movable part, 79 ... plunger, 80 ... first valve body, 81 ... second valve body, 82 ... conical coil spring, 83 ... spring support member, 84 ... coil spring, 85 ... small hole, 90 ... gasket, 90a ... Gasket water passage hole, 90b ... Gas air vent hole, 91 ... Air outlet, 92 ... Cooling water outlet, 93 ... Radiator return water passage, 94 ... Bypass passage, 95 ... Air vent passage, 96 ... Cylinder block return water passage 97 ... Radiator entrance, 98 ... Radiator lid

Claims

In the cooling structure of a water-cooled internal combustion engine,
With radiator,
A cooling water passage connecting the radiator and the upstream end of the water jacket of the cylinder head;
A thermostat valve that is inserted between the cooling water passage and the upstream end of the water jacket of the cylinder head and opens when a predetermined cooling water temperature is reached;
A water pump provided downstream of the thermostat valve;
A gasket that is provided between the cylinder head and the cylinder block, and has a water passage hole through which the cooling water circulated through the water jacket of the cylinder head flows to the water jacket of the cylinder block;
A coolant passage for returning the coolant circulated through the water jacket of the cylinder block to the radiator;
A bypass passage for returning the cooling water flowing through the water jacket of the cylinder head to the upstream side of the water pump;
The thermostat valve is opened in conjunction with the opening and closing operation of the thermostat valve, and includes a bypass passage opening and closing valve that closes the bypass passage when the radiator and the water pump inlet communicate with each other.
The bypass passage is provided in the cylinder head;
A small hole is provided in a partition plate that partitions an upstream space in the thermostat valve that communicates with the radiator and a downstream space in the thermostat valve that communicates with a water jacket of the cylinder head,
A cooling structure for a water-cooled internal combustion engine, characterized in that an air vent passage is provided for introducing cooling water and air from the bypass passage downstream of the water jacket of the cylinder head to the upstream end of the radiator.