JP4562780B2

JP4562780B2 - ユニットスイング式エンジン

Info

Publication number: JP4562780B2
Application number: JP2008060235A
Authority: JP
Inventors: 義治井坂
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2008151148A

Description

本発明は、後輪とともに揺動自在に車体によって支持されたユニットスイング式エンジンに関する。

水冷エンジンにおいては、ラジエータからの冷却水をシリンダに流した後、シリンダヘッドに通してラジエータに戻す構成が一般的に採用されている。

ところで、５０ｃｃエンジン等の小型エンジンを搭載する自動二輪車等においては、交通の流れに沿って走ることができる性能を得るためにエンジン出力の向上が求められ、そのためにはエンジンの体積効率の向上と摩擦損失の低減を図ることができる冷却構造が必要となる。

而して、エンジンの体積効率の向上を図るためには、シリンダヘッドの特に吸気通路近傍を冷却し、吸気の温度を下げてその比重量を上げる必要があり、又、エンジンの摩擦損失の低減を図るためには、シリンダの温度を一定以上に保ってオイルの粘度を下げ、ピストンとシリンダの摺動抵抗を低く抑える必要がある。

そこで、ラジエータからの冷却水を先ずシリンダヘッドに流して該シリンダヘッドを冷却した後、温度の高くなった冷却水をシリンダに導く構成が採用されている。

ところが、上記のような冷却水経路を採用する水冷エンジンにおいては、シリンダの温度を一定以上に保ってオイルの粘度を下げ、ピストンとシリンダの摺動抵抗を低く抑えることは可能であるが、シリンダヘッドを流れる吸気を冷却して体積効率を高めるには至らず、エンジン出力を効果的に高めるには不十分であった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、体積効率の向上、摩擦損失の低減等によってエンジン出力の向上を図ることができる水冷エンジンの冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、後輪とともに揺動自在に車体によって支持されたユニットスイング式エンジンであって、前記ユニットスイング式エンジンは、シリンダ、シリンダヘッド、クランク軸、及び前記クランク軸が配されるクランクケースを有し、前記車体には、前記ユニットスイング式エンジンが懸架されるエンジン懸架ブラケットが固着され、前記シリンダは、前記クランクケースから前方に突出するように設けられ、前記ユニットスイング式エンジンに接続される吸気管は、車体側方視において、前記エンジン懸架ブラケットよりも前方に少なくとも一部が位置し、前記吸気管は、車体側方視において、前記シリンダヘッドより前方に配置されたエアクリーナから上方に立ち上がった後に車体後方へ折り曲げられるとともに、前記車体後方へ折り曲げられた位置よりも車体後方において、下方に折り曲げられて前記ユニットスイング式エンジンに接続され、前記シリンダに形成されたボアの中心線は、水平線に対して前方上向きに傾斜するとともに、前記クランク軸の中心に対して下方にオフセットしたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ラジエータからの冷却水をシリンダヘッドを経てシリンダに流してこれらを冷却する水冷エンジンの冷却装置において、前記ラジエータからの冷却水をシリンダヘッドの吸気通路近傍に入れた後、シリンダヘッドを排気側に流して排気通路下部からシリンダの排気側に導き、シリンダの吸気側からラジエータに戻すよう構成したことを特徴とする。

従って、本発明によれば、ラジエータからの温度の低い冷却水が先ずシリンダヘッドの吸気ポート近傍に導かれるため、吸気が効果的に冷却されてその比重量が高められ、この結果、水冷エンジンの体積効率が高められてエンジン出力の向上が図られる。又、ラジエータからの温度の低い冷却水が先ず最初にシリンダヘッドに流されるため、放熱量が多く特に冷却したいシリンダヘッドが効率良く冷却され、耐ノック性が高められるために圧縮比を上げることができ、これによってもエンジン出力の向上を図ることができる。

更に、本発明によれば、シリンダヘッドを冷却して温度の上がった冷却水によってシリンダが冷却されるため、該シリンダとオイルの温度が一定以上に保たれ、オイルの粘度が下がるためにシリンダとピストンの摩擦損失が低く抑えられててエンジン出力が高められる。又、シリンダヘッドからの冷却水は、シリンダの温度の高い排気側に先に導かれて排気側の冷却に供されるため、シリンダ全体の温度が略均一となって該シリンダの変形が抑制され、シリンダとピストンとの隙間が小さく抑えられ、この隙間を通過するブローバイガスの量が低く抑えられる。

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ラジエータからの冷却水をシリンダヘッドを経てシリンダに流してこれらを冷却する水冷エンジンの冷却装置において、前記ラジエータからの冷却水をシリンダヘッドの吸気通路近傍に入れた後、シリンダヘッドを排気側に流して排気通路下部からシリンダの排気側に導き、シリンダの吸気側からラジエータに戻すよう構成したため、体積効率の向上、摩擦損失の低減等によってエンジン出力の向上を図ることができるという効果が得られる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１はスクータ型自動二輪車１の側面図であり、図示のスクータ型自動二輪車１の車体前方上部にはヘッドパイプ２が位置しており、該ヘッドパイプ２内にはステアリング軸３が回動自在に挿通している。そして、このステアリング軸３の上端にはハンドル４が取り付けられ、同ステアリング軸３の下端にはフロントフォーク５が結着されており、該フロントフォーク５の下端部には前輪６が回転自在に軸支されている。

又、前記ヘッドパイプ２からはダウンチューブ７が車体後方に向かって斜め下方に延出した後、折り曲げられて車体方向に向かって略水平に延出しており、該ダウンチューブ７の途中からは左右一対のバックステー８が分岐して車体後方に向かって斜め上方に延設されている。

ところで、車体前部の前記ヘッドパイプ２、ダウンチューブ７等は樹脂製のフロントカバー９によって覆われており、該フロントカバー９の後半部は同じく樹脂製のレッグシールド１０を構成している。

更に、前記ハンドル４の後方にはシート１１が配置されており、該シート１１とハンドル４との間には低床式のフートステップ１２が設けられている。そして、このフートステップ１２の斜め前下方の空間にはラジエータ１３が配設されている。

又、上記フートステップ１２の後方であって、前記シート１１の下方には、動力ユニットとしてのユニットスイング式エンジン１４が設けられている。

上記ユニットスイング式エンジン１４は、車体の左側に配され、これは駆動源としての水冷エンジン１５と不図示のＶベルト式自動変速機及び減速機構を内蔵して成る伝動ケース１６を一体化して構成され、伝動ケース１６は水冷エンジン１５の車体左側から車体後方に延び、その後端には後輪１７が回転自在に軸支されている。

又、水冷エンジン１５の左側方にはエアクリーナ１８が配置されており、該エアクリーナ１８の上部から延びる吸気管１９は、上方に立ち上がった後に車体後方へ折り曲げられ、その端部にはキャブレタ２０が取り付けられている。そして、キャブレタ２０から車体方向へ延びる吸気管２１は、下方の折り曲げられて前記水冷エンジン１５の吸気系に接続されている。

他方、水冷エンジン１５の下部の排気系から延びる排気管２２は、車体後方に向かって車体の右側を後方に延設され、その端部には排気マフラー２３が取り付けられている。

又、エンジン１５の車体前方に配置された前記ラジエータ１３から車体後方に向かって略水平に延びる冷却水配管２４，２５は、図示のように水冷エンジン１５に接続されている。

以上の構成を有するユニットスイング式エンジン１４は、前記バックステー８に固着されたエンジン懸架ブラケット２６にリンク２７を介して上下に揺動自在に支持されており、その後端は後輪１７と共にリヤクッション２８を介してバックステー８に支持されている。

他方、車体のシート１１よりも下方の部位は樹脂製の車体カバー２９によって覆われており、該車体カバー２９内の前記ユニットスイング式エンジン１４の上方には、上面が開口する収納ボックス３０が配置され、その後方には燃料タンク３１が配設されている。ここで、前記収納ボックス３０はヘルメット３２を収納するためのものであって、その底壁の前半部はヘルメット３２の外形形状に合わせて円弧曲面状に成形されている。そして、この収納ボックス３０上に前記シート１１が支持され、シート１１は、その前端が不図示のヒンジを中心として上下に回動して収納ボックス３０を開閉する。

ここで、前記水冷エンジン１５の構成の詳細を図２及び図３に基づいて説明する。図２及び図３はエンジンの縦断面図である。

前記水冷エンジン１５は、４サイクル単気筒ＤＯＨＣエンジンであって、そのシリンダ３３とシリンダヘッド３４は略水平に前傾されている。具体的には、図２に示すように、シリンダ３３に形成されたボア３５の軸中心線（以下、シリンダ軸線と称する）Ｍは、水平線Ｈに対して上方に角度θだけ傾斜するとともに、クランク中心Ｏに対して下方にεだけオフセットされて。尚、角度θは、ＤＯＨＣエンジン１５において、図３に示すチェーン室３６において最も下方に位置する部位からのオイル戻りが可能な値に設定されている。

前記シリンダ３３に形成されたボア３５にはピストン３７が摺動自在に嵌挿されており、このピストン３７はコンロッド３８を介してクランク軸３９に連結されている。ここで、クランク軸３９は、前記伝動ケース１６と一体を成すクランクケース４０内に回転自在に図２の紙面垂直方向（車幅方向）に長く配されており、該クランク軸３９のウェブ３９ａには前記コンロッド３８の大端部がクランクピン４１によって連結され、コンロッド３８の小端部は、ピストンピン４２を介してピストン３７に連結されている。尚、ピストン３７のシリンダボア３５内での往復直線運動は、コンロッド３８を介してクランク軸３９の回転運動に変換される。

又、シリンダ３３の端面に被着された前記シリンダヘッド３４の上下部にはそれぞれ吸気通路４３と排気通路４４が形成されており、吸気通路４３には前記吸気管２１が接続され、排気通路４４には前記排気管２２が接続されている。そして、吸気通路４３と排気通路４４の燃焼室Ｓへの開口部である吸気ポートと排気ポートは、吸気バルブ４５と排気バルブ４６によってそれぞれ適当なタイミングで開閉され、これによってシリンダボア３５内で所要のガス交換がなされる。尚、シリンダヘッド３４には点火プラグ４８が螺着されており、該点火プラグ４８の電極部は燃焼室Ｓの頂部に臨んでいる。

ここで、水冷エンジン１５においては、吸気バルブ４５と排気バルブ４６を開閉駆動する動弁機構としてＤＯＨＣ（ツインカム）形式が採用されているが、以下、この動弁機構の構成と作用について説明する。

前記吸気バルブ４５と排気バルブ４６は、シリンダヘッド３４に圧入されたバルブガイド４９，５０にそれぞれ摺動自在に挿通支持されており、これらはバルブスプリング５１，５２によって常時閉じ側に付勢されている。

又、シリンダヘッド３４の上下部には、ロッカアーム５３，５４がロッカ軸５５，５６によってそれぞれ回動自在に支持されており、各ロッカアーム５３，５４の先端は吸気バルブ４５と排気バルブ４６の頂部にそれぞれ当接している。そして、シリンダヘッド３４の上下部のロッカアーム５３，５４の近傍には、車幅方向（図２の紙面垂直方向）に延びる吸気カム軸５７と排気カム軸５８がそれぞれ回転自在に支持されており、これらに一体に形成された吸気カム５７ａと排気カム５８ａはそれぞれロッカアーム５３，５４の背面部に当接している。尚、吸気カム軸５７と排気カム軸５８は、シリンダヘッド３４に被着されたヘッドカバー５９によって覆われている。

ところで、図３に示すように、前記吸気カム軸５７と排気カム軸５８の各一端には、同径のチェーンスプロケット６０，６１がボルト６２，６３によってそれぞれ取り付けられており、これらのチェーンスプロケット６０，６１と前記クランク軸３９の一端に取り付けられた小径のチェーンスプロケット６４には無端状のカムチェーン６５が巻装されている。尚、図３において、６６はカムチェーン６５に所定のテンションを付与するためのチェーンテンショナ、６７，６８はカムチェーン６５の振れを防ぐためのチェーンガイドである。

而して、水冷エンジン１５の駆動中、クランク軸３９の回転はチェーンスプロケット６４、カムチェーン６５及びチェーンスプロケット６０，６１を経て１／２に減速されて吸気カム軸５７と排気カム軸５８にそれぞれ伝達され、これらの吸気カム軸５７と排気カム軸５８が回転駆動される。すると、吸気カム軸５７と排気カム軸５８に形成された吸気カム５７ａと排気カム５８ａがそれぞれ適当なタイミングでロッカアーム５３，５４を押圧し、これによってロッカアーム５３，５４がロッカ軸５５，５６を中心に回動してそれぞれ吸気バルブ４５と排気バルブ４６を押し開くため、前述のようにシリンダボア３５内で所要のガス交換がなされる。

次に、水冷エンジン１５の作用について説明する。

水冷エンジン１５が始動されると、ピストン３７がシリンダボア３５内を斜めに下降する吸気行程において発生する吸気負圧に引かれて新気がエアクリーナ１８内に吸引され、この吸引された新気は、エアクリーナ１８において浄化された後、吸気管１９を通ってキャブレタ２０に導入される。キャブレタ２０においては、ここを流れる新気に噴霧状の燃料が混合されることによって所定の空燃比（Ａ／Ｆ）の混合気が形成され、この混合気は吸気管２１とシリンダヘッド３４の吸気通路４３及び開状態にある吸気バルブ４５を通ってシリンダボア３５内に流入される。尚、吸気行程においては、排気バルブ４６は閉じられている。

そして、ピストン３７が下死点（ＢＤＣ）を過ぎて上昇する圧縮行程に移行すると、吸気バルブ４５が閉じられ、混合気は、シリンダボア３５内でピストン３７によって圧縮され、ピストン３７が上死点（ＴＤＣ）に達する直前に点火プラグ４８によって着火燃焼せしめられる。すると、混合気の燃焼によって発生する高圧を受けてピストン３７がシリンダボア３５内を下降する爆発（仕事）行程に移行し、ピストン３７が下死点を過ぎて上昇する排気行程において排気バルブ４６が開くと、高温・高圧の排気ガスがシリンダヘッド３４の排気通路４４へと排出され、排気ガスは排気管２２及び排気マフラー２３を通って大気中に排出される。

以後、同様の行程が繰り返されて水冷エンジン１５が連続運転され、前述のようにピストン３７のシリンダボア３５内での往復直線運動はコンロッド３８によってクランク軸３９の回転運動に変換されるため、このクランク軸３９の回転が伝動ケース１６に内蔵された不図示のＶベルト式自動変速機及び減速機構を経て後輪１７に伝達される。この結果、後輪１７が回転駆動されてスクータ型自動二輪車１が所定の速度で走行せしめられる。

次に、水冷エンジン１５の冷却装置の詳細を図４〜図１０に基づいて説明する。尚、図４は本発明に係る冷却装置の冷却水経路を示す水冷エンジンの縦断面図、図５は水冷エンジンの一部を破断した右側面図、図６は図４のＡ−Ａ線断面図、図７は図４のＢ−Ｂ線断面図、図８は図４のＣ−Ｃ線断面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図、図１０は図８のＥ−Ｅ線断面図である。

図５及び図６に示すように、エンジン１５のヘッドカバー５９の一端面（右端面）には、冷却水ポンプ７０が前記排気カム軸５８と同軸で配されている。ここで、冷却水ポンプ７０は、排気カム軸５８と同軸に配されたポンプ軸７１の一端にインペラ７２を直結して構成されており、ポンプ軸７１は、ヘッドカバー５９の一端面に組み込まれたポンプハウジング７３に回転自在に支持され、その他端は排気カム軸５８の一端に凹凸嵌合によって連結されている。尚、ポンプ軸７１の外周にはシール部材７４が摺接している。

又、前記インペラ７２は、ポンプハウジング７３に被着されたポンプカバー７５によって覆われており、ポンプカバー７５には冷却水をインペラ７２に対して軸方向に導く冷却水通路７５ａが一体に形成されており、該冷却水通路７５ａには、前記ラジエータ１３の出口側から延びる前記冷却水配管２４（図１参照）が接続されている。そして、このポンプカバー７５のインペラ７２を囲む周囲にはスクロール室７６が形成されており、このスクロール室７６の出口はポンプハウジング７３に形成された冷却水通路７３ａに接続されている。尚、スクロール室７６は、ポンプ軸７１の外周に摺接する前記シール部材７４によってシールされている。

他方、図４及び図７〜図１０に示すように、シリンダヘッド３４の吸気通路４３と排気通路４４及び点火プラグ４８の周囲にはウォータジャケット７７が形成されており、又、シリンダ３３のシリンダボア３５の周囲にはウォータジャケット７８が形成されている。そして、シリンダヘッド３４に形成された前記ウォータジャケット７７の排気側の下部はシリンダ３３に形成された前記ウォータジャケット７８の排気側の下部に連通している。尚、図８に示すように、シリンダヘッド３４には、ウォータジャケット７７を流れる冷却水の流れを点火プラグ４８側に偏向させるためのリブ３４ａが左右に形成されている。

而して、シリンダヘッド３４の吸気側（上側）の側部には、前記ウォータジャケット７７に開口する円孔状の冷却水入口７７ａが形成されており、この冷却水入口７７ａにはポンプハウジング７３に形成された前記冷却水通路７３ａが接続されている。又、シリンダ３３の吸気側（上側）の側部には、前記ウォータジャケット７８に開口する円孔状の冷却水出口７８ａが形成されており、この冷却水出口７８ａには図６に示すようにプラグ７９が取り付けられており、このプラグ７９には前記冷却水配管２５（図１参照）の一端が接続され、冷却水配管２５の他端は前記ラジエータ１３（図１参照）の入口に接続されている。

以上のような冷却水経路を備える冷却水装置においては、ラジエータ１３からの冷却水は、シリンダヘッド３４の吸気通路４３の近傍に入れられた後、シリンダヘッド３４のウォータジャケット７７を排気側に向かって下方に流れ、排気通路４４の下部からシリンダ３３のウォータジャケット７８の排気側に導入され、シリンダ３３の吸気側からラジエータ１３に戻される。

即ち、水冷エンジン１５が始動されて前述のように排気カム軸５８が回転駆動されると、該排気カム軸５８に連結された冷却水ポンプ７０のポンプ軸７１とこれに直結されたインペラ７２が同速度で回転駆動され、ラジエータ１３において冷却された温度の低い冷却水が冷却水配管２４を通ってポンプカバー７５の冷却水通路７５ａから冷却水ポンプ７０のインペラ７２に軸方向に吸引される。そして、冷却水はインペラ７２によって昇圧されてスクロール室７６の出口からポンプハウジング７３の冷却水通路７３ａへと流れ、シリンダヘッド３４の吸気側に形成された冷却水入口７７ａから先ずシリンダヘッド３４内へと導かれる。

シリンダヘッド３４においては、温度の低い冷却水はウォータジャケット７７を吸気側（上側）から排気側（下側）へと流れ、先ず最初に吸気通路４３の近傍を冷却した後、排気側に向かって下方に流れて点火プラグ４８及び排気通路４４の近傍を冷却する。このようにシリンダヘッド３４のウォータジャケット７７を吸気側から排気側に向かって流れて各部を冷却した温度の高い冷却水は、シリンダヘッド３３の排気通路４４の下部からシリンダ３３のウォータジャケット７８の排気側に導入され（図９及び図１０参照）、ウォータジャケット７８を排気側から吸気側（下方から上方）へ流れる過程でシリンダ３３のシリンダボア３５周りを冷却する。そして、最後に冷却水は、シリンダ３３の側部に形成された冷却水出口７８ａからシリンダ３３外へと排出され、冷却水配管２５を通ってラジエータ１３へと戻され、ラジエータ１３において走行風との熱交換によって冷却され、以後、前述と同様の冷却水経路を連続的に流れて水冷エンジン１５の各部を冷却する。

以上のように、本発明に係る冷却装置においては、ラジエータ１３からの温度の低い冷却水が先ずシリンダヘッド３４の吸気通路４３近傍に導かれるため、吸気（混合気）が効果的に冷却されてその比重量が高められ、この結果、水冷エンジン１５の体積効率が高められてエンジン出力の向上が図られる。

又、ラジエータ１３からの温度の低い冷却水が先ず最初にシリンダヘッド３４に流されるため、放熱量が多く特に冷却したいシリンダヘッド３４が効率良く冷却され、耐ノック性が高められるために圧縮比を上げることができ、これによってもエンジン出力の向上を図ることができる。

更に、本発明によれば、シリンダヘッド３４を冷却して温度の上がった冷却水によってシリンダ３３が冷却されるため、該シリンダ３３とオイルの温度が一定以上に保たれ、オイルの粘度が下がるためにシリンダ３３とピストン３７の摩擦損失（摺動抵抗）が低く抑えられててエンジン出力が高められる。

又、シリンダヘッド３４からの冷却水は、シリンダ３３の温度の高い排気側に先に導かれて排気側の冷却に供されるため、シリンダ３３全体の温度が略均一となって該シリンダ３３の変形が抑制され、シリンダボア３５とピストン３７との隙間が小さく抑えられ、この隙間を通過するブローバイガスの量が低く抑えられる。

尚、本実施の形態では、冷却水ポンプ７０を排気カム軸５８で駆動する構成を採用したが、吸気カム軸５７で冷却水ポンプ７０を駆動しても良いことは勿論である。

スクータ型自動二輪車の側面図である。水冷エンジンの縦断面図である。水冷エンジンの縦断面図である。本発明に係る冷却装置の冷却水経路を示す水冷エンジンの縦断面図である。水冷エンジンの一部を破断した右側面図である。図４のＡ−Ａ線断面図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。図４のＣ−Ｃ線断面図である。図８のＤ−Ｄ線断面である。図８のＥ−Ｅ線断面図である。

符号の説明

１３ラジエータ、
１５水冷エンジン、
３３シリンダ、
３４シリンダヘッド、
４３吸気通路
４４排気通路、
７０冷却ポンプ、
７７，７８ウォータジャケット

Claims

後輪とともに揺動自在に車体によって支持されたユニットスイング式エンジンであって、
前記ユニットスイング式エンジンは、シリンダ、シリンダヘッド、クランク軸、及び前記クランク軸が配されるクランクケースを有し、
前記車体には、前記ユニットスイング式エンジンが懸架されるエンジン懸架ブラケットが固着され、
前記シリンダは、前記クランクケースから前方に突出するように設けられ、
前記ユニットスイング式エンジンに接続される吸気管は、車体側方視において、前記エンジン懸架ブラケットよりも前方に少なくとも一部が位置し、
前記吸気管は、
車体側方視において、前記シリンダヘッドより前方に配置されたエアクリーナから上方に立ち上がった後に車体後方へ折り曲げられるとともに、
前記車体後方へ折り曲げられた位置よりも車体後方において、下方に折り曲げられて前記ユニットスイング式エンジンに接続され、
前記シリンダに形成されたボアの中心線は、水平線に対して前方上向きに傾斜するとともに、前記クランク軸の中心に対して下方にオフセットしたことを特徴とするユニットスイング式エンジン。