JP4576995B2 - ２サイクルエンジンの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される特に水冷式の２サイクル並列多気筒エンジンの冷却構造に関する。

たとえば、スノーモービル等の小型雪上車に搭載されるエンジンは、構造が比較的に簡単であり、軽量コンパクトで高出力の２サイクルエンジンが主流となっている。一般にスノーモービルに用いられる２サイクルエンジンでは、水冷エンジンが採用され、エンジンを安定して冷却することでオーバーヒートやオーバークールを防止するとともに、出力向上を図り、しかも騒音抑制にも有効である。

たとえば特許文献１に開示されるように、この２サイクルエンジンではヒートエクスチェンジャ（ラジエタ）により冷却された冷却水は、クランクケースに一体化されたサーモスタットを流れ、クランク軸と直交するウォータポンプによって先ずシリンダヘッドへ流される。その後、シリンダおよびクランクケースへと流れ、ヒートエクスチェンジャに戻されるというものである。

特開２００２−３３９７４５号公報

しかしながら、従来の２サイクルエンジンもしくはその冷却構造では、冷却水は最も高温になるシリンダヘッドの冷却には有効であるが、シリンダヘッドによって一旦温められた冷却水が、つぎに高温になる排気ポート周辺へ流れる構造である。そのため排気ポート周辺部位に対しては、冷却効果として不利である。
また、レイアウト上シリンダヘッドから冷却水を流したとしても、排気ポート上部まわりについては冷却効果を得られるが、排気ポート下部までは流れず、袋状になっている。すなわち、スロットルボディ等の外部に水を抜かないと冷却水が流通しない構造になっている。

さらに、排気ポートの下側まで十分に冷却するためには、外部に抜く水量を増加しなければならない。また、抜いた水は水圧の関係でウォータポンプに戻さなければならず、その結果、温水が循環してしまい、エンジン全体としての冷却性能を低下させる原因になってしまう。

また、特にエンジン分解時等、エンジン外部へ抜くユニオン構造では、レイアウト上必ずしも十分に水抜きをすることができない。そのためシリンダをクランクケースから外す際、クランクケースのウォータジャケットに残っている水が、エンジン内部（特にクランクケース）へ入ってしまう原因となる。そのような場合、結果的にエンジン全体を分解しなければならなくなり、整備性に著しく影響する。

本発明はかかる実情に鑑み、有効かつ効果的に冷却性能を向上し、簡素かつコンパクト化を実現し得る２サイクルエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。

本発明の２サイクルエンジンの冷却構造は、車両に搭載される水冷式の２サイクル並列多気筒エンジンの冷却構造であって、シリンダブロックに排気ポートを備え、その排気ポートの下方のクランクケースに吸気ポートを配設する一方、前記排気ポートの反対側の前記クランクケースにウォータポンプを配設し、前記ウォータポンプから吐出される冷却水をシリンダヘッドの冷却水ジャケットへ直接導く第１の冷却水通路を設けるとともに、前記ウォータポンプから吐出される冷却水の一部を前記第１の冷却水通路から分岐して前記排気ポートの下方の冷却水ジャケットへ直接導く第２の冷却水通路を前記クランクケースに配設し、前記第２の冷却水通路を流通する高圧の冷却水を、前記第１の冷却水通路を流通する冷却水よりも少量に供給したことを特徴とする。

また、本発明の２サイクルエンジンの冷却構造において、前記第２の冷却水通路を前記クランクケースの気筒間に形成するとともに、前記第２の冷却水通路の端部に左右の前記排気ポートに指向させた冷却水出口を設けたことを特徴とする。

また、本発明の２サイクルエンジンの冷却構造において、車両搭載状態でシリンダを傾斜させて、前記排気ポートを傾斜させたエンジンの上面側に、前記ウォータポンプを該エンジンの下面側に配置したことを特徴とする。

また、本発明の２サイクルエンジンの冷却構造において、前記エンジンの排気ポートを車両前方に向けて雪上車に搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、ウォータポンプから冷たい冷却水を直接排気ポート下部に送り込んで冷却することで、排気ポートの冷却効率を向上するとともに、吸気ポートへの熱影響を低減することができる。また、従来不可欠であった排水ホースやその接続用ユニオン等を廃止することができ、エンジンのコンパクト化が可能になる。

また、２気筒に対して１つの冷却水通路で対応することで、エンジンの大型化を防ぐことができる。この場合、第２の冷却水通路の冷却水出口を左右の排気ポートに指向させることにより、冷却水が排気ポートに直接当たるため冷却効果を格段に向上する。

さらに、エンジンのメンテナンス時には冷却水を抜き取る際、冷却水が冷却水ジャケット内に溜まることがないため、分解時のエンジン内に冷却水が入ってしまう等の不都合が全く生じない。また、排気ポート下部とシリンダヘッドを独立構造としてもエンジンの大型化を防ぐことができ、これによりコンパクトかつ高出力の雪上車を実現することができる。

以下、図面に基づき、本発明による２サイクルエンジンの冷却構造における好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の適用例として雪上車１００を示している。ここでまず、雪上車１００の全体概略構成について説明する。雪上車１００において前後方向に延びた車体フレーム１０１は前部フレーム１０２と後部フレーム１０３を有し、前部フレーム１０２の下部には左右一対の操舵用そり１０４が左右方向に向くように回動自在に支持され、後部フレーム１０３の下部にはトラックベルト１０５を循環させる駆動用のクローラ１０６が配置されている。なお、図１において、雪上車１００の車両前方を矢印Ｆｒにより、また車両後方を矢印Ｒｒによりそれぞれ示す。

クローラ１０６は、後部フレーム１０３の前端に配置された駆動輪１０７と、後端に配置された従動輪１０８と、複数個の中間輪１０９と、サスペンション機構１１０と、各車輪の周囲に巻かけられて循環するトラックベルト１０５とを含んでいる。

車体フレーム１０１はモノコックフレーム構造を有し、後述するエンジンユニット１０およびその付帯装置等が搭載される前部フレーム（エンジンマウントフレーム）１０２において、その主部１０２ａから前部分が上方に突出形成され、操舵用そり１０４を支持するためのフロントサスペンション１１１の上部を収容するようになっている。また、前部フレーム１０２の主部１０２ａから後部分が斜め後ろ上方に立ち上がる形状で、クローラ１０６の駆動輪１０７の上方付近を収容するようになっており、後部フレーム１０３と連続的かつ一体的に形成されている。

後部フレーム１０３は、クローラ１０６全体をその下方に収容するカバー兼用として構成され、車両前後方向で後端部まで延設されている。また、後部フレーム１０３の上方には鞍形のシート１１２が配置され、該シート１１２の車幅方向両側には、シート１１２よりも一段低く形成されたステップ１１３が設けられている。

雪上車１００の前側部分においてエンジンルーム１１４を形成する前部カバー１１５が設けられ、シート１１２と前部カバー１１５との間のほぼ車幅方向中央部にはステアリングシャフトが立設される。ステアリングシャフトの上端にはバーハンドル１１６がやや後方に傾いて水平方向左右に延設される。バーハンドル１１６の前方至近位置には、ウインドシールド１１７が立設されており、該ウインドシールド１１７の基部から前部カバー１１５が略流線形状に前方に向かいなだらかに下がった概略船底を逆さにした形状を呈している。バーハンドル１１６によりステアリングシャフトを介して操舵用そり１０４を操作し得るようになっている。なお、ウインドシールド１１７の基部の車幅方向中央部にはヘッドライト（前照灯）を装備している。

つぎに、本発明の実施形態に係るエンジンユニット１０まわりを説明する。この実施形態において雪上車１００は、２サイクル並列多気筒（この例では２気筒）エンジンを搭載し、このエンジンの動力を駆動輪１０７に伝達してトラックベルト１０５を走行駆動するようにしている。

図１に示されるようにエンジンユニット１０は、そのシリンダを後方へ傾斜させて雪上車１００に搭載される。この場合、エンジンルーム１１４内において、エンジンユニット１０の前方にエアクリーナ装置１１８を搭載し、エンジン前部から吸気するようになっている。また、燃焼ガスをエンジン前部から排気するため、排気パイプ１１９もエンジンユニット１０の前方に配置される。この例では水冷式エンジンであり、そのためのヒートエクスチェンジャ１２０はエンジン後方に配置される。

エンジンユニット１０の基本構造において、図２〜図４を参照してクランクケース１１はクランクケースアッパ１１Ａおよびクランクケースロア１１Ｂからなり、それらの合せ面にクランクシャフト１２が支持される。クランクシャフト１２は雪上車１００の車幅方向（左右方向）に配置され、クランクシャフト１２の軸方向に沿って２つの気筒が並列配置される（図４）。クランクケースアッパ１１Ａの上部にはシリンダ１３が結合し、シリンダ１３にはシリンダヘッド１４が結合する。前述したようにシリンダ１３（およびシリンダヘッド１４）は、図２等に示されるように後方Ｒｒへ傾斜する。

シリンダ１３内に往復動可能に収容されたピストン１５は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１２と連結する。シリンダヘッド１４に前後方向に並置された２つの点火プラグ１７Ａ，１７Ｂを有し、一方の点火プラグ１７Ａ（Ｆｒ側）は略シリンダ軸線上に配置される。クランクケース１１（クランクケースアッパ１１Ａ）の前部には吸気マニホールド１８が突設され、その内部の吸気ポート１８ａを介してクランクケース１１内に混合気が供給される。吸気ポート１８ａは吸気パイプ１９を介してエアクリーナ装置１１８と接続し、エアクリーナ装置１１８からの吸気量がスロットルバルブ２０によって制御されるようになっている。吸気ポート１８ａの入口にはリードバルブ２１が装着されるとともに、吸気パイプ１９には燃料インジェクタ２２が配設される。

クランクケース１１はシリンダ１３の周囲に配設された複数のブーストポート２３を介して、シリンダ１３と連通する。シリンダ１３の前上部には排気マニホールド２４が突設され、排気ポート２４ａから燃焼ガスが排気される。この排気ポート２４ａは吸気ポート１８ａと同様に、前方Ｆｒに向けて開口する。排気ポート２４ａは排気パイプ１１９と接続し、排気パイプ１１９へ排気される排気量が補助バルブ２５によって制御されるようになっている。

つぎに、図５等に示されるように排気ポート２４ａの反対側、すなわち後方Ｒｒ側のクランクケース１１（クランクケースロア１１Ｂ）にウォータポンプ２６が配設される。後述するようにシリンダ１３まわりには冷却水ジャケットが形成され、ウォータポンプ２６から吐出される冷却水を冷却水ジャケットに流通させるようになっている。

ウォータポンプ２６は図４あるいは図６等に示すように、２つの気筒（シリンダ１３）の略中央にてクランクケースロア１１Ｂの後面に配置される。クランクケースロア１１Ｂ内には図７に示すように、クランクシャフト１２の軸心方向と略直角に、かつ略水平方向にポンプ駆動軸２７が配置され、該クランクシャフト１２と対向する位置にポンプ駆動軸２７に一体的に設けられたネジ歯車２８を介して、クランクシャフト１２の動力でポンプ駆動軸２７を回転駆動するようになっている。

ポンプ駆動軸２７はウォータポンプ２６と連結し、これを駆動する。すなわち、クランクケースロア１１Ｂの後面に設けられたポンプ室２９内には、ポンプ駆動軸２７に軸着したインペラ３０が収容され、インペラ３０はポンプ室２９内で回転する。ウォータポンプ２６に近接してウォータポンプ２６の冷却水供給側に、ポンプ内に冷却水を導入するための冷却水入口部３１が突設されたサーモスタットキャップ３２が配設され、冷却水入口部３１は、冷却水ホース３３（図１参照）を介してヒートエクスチェンジャ１２０に接続されている。

ウォータポンプ２６の冷却水吐出側には、冷却水を吐出するための冷却水出口部３４が突出形成され、冷却水ホース３５（第１の冷却水通路）および冷却水入口部３６を介してシリンダヘッド１４内部に形成された冷却水通路であるウォータジャケット３７に接続されている。

ウォータポンプ２６のポンプカバー３８は、ウォータポンプ２６のハウジングを構成するとともに、クランクケースロア１１Ｂのジャケットカバーを兼用するように構成され、その内側に冷却水通路３９を構成する。クランクケースロア１１Ｂの冷却水入口部３１が設けられる冷却水通路４０には、冷却水の温度に応じてその流量を制御するサーモスタット４１が設けられ、サーモスタット４１を覆うようにサーモスタットキャップ３２が配設されている。サーモスタット４１は、ヒートエクスチェンジャー１２０からウォータポンプ２６に供給される冷却水の導入を制御する主弁４１ａと、エンジン本体からバイパスされてウォータポンプ２６へ直接供給される冷却水の導入を制御する副弁４１ｂとを備えている。

冷却水通路４０は、連通孔を介してポンプカバー３８の冷却水通路３９と連通するとともに、クランクケースロア１１Ｂの壁部に形成された冷却水バイパス通路を介して、クランクケースアッパ１１Ａおよびクランクケースロア１１Ｂ間で形成されたウォータジャケット４２（温水ジャケット）と連通している。上述の冷却水バイパス通路は、副弁４１ｂと対向する位置に開口形成され、該副弁４１ｂによって開閉される。

シリンダヘッド１４には図３あるいは図５等に示すように、内部の燃焼室４３を包囲するようにウォータジャケット３７が形成されている。ここで、シリンダ１３まわりには排気ポート２４ａの下部付近に形成されたウォータジャケット４４Ａを有する。このウォータジャケット４４Ａは図８等にも示すように、クランクケースアッパ１１Ａの部位にも形成される。シリンダヘッド１４のウォータジャケット３７は、排気ポート２４ａの上部に形成されたウォータジャケット４４Ｂと連通し、このウォータジャケット４４Ｂはブーストポート２３側のウォータジャケット４４Ｃと連通する。なお、図９のようにウォータジャケット４４Ａは、ウォータジャケット４４Ｂと連通している。

また、ブーストポート２３側のウォータジャケット４４Ｃは図６に示すように、クランクケースアッパ１１Ａに形成された複数の冷却水通路４５と連通し、各冷却水通路４５はそれぞれウォータジャケット４２と連通路する。ウォータジャケット４２の端部には、冷却水（温水）出口部４６が突出形成され、この冷却水出口部４６は冷却水ホースを介してヒートエクスチェンジャ１２０に接続されている。

さて、本発明のエンジンの冷却構造において特に、ウォータポンプ２６から吐出される冷却水の一部を排気ポート２４ａの下方の冷却水ジャケット、すなわちウォータジャケット４４Ａへ導く第２の冷却水通路４７がクランクケース１１に配設される。

図６〜図８等に示されるように第２の冷却水通路４７はその一端側が、ウォータポンプ２６の冷却水吐出側に設けられた冷却水出口部３４に連通し、クランクケースアッパ１１Ａの（シリンダ１３との）合せ面に付近に沿って前上りに傾斜する。この第２の冷却水通路４７の他端側は、クランクケースアッパ１１Ａの前面側まで延出し、プラグ４８によって栓止される。

第２の冷却水通路４７は、クランクケース１１の気筒間に形成される。第２の冷却水通路４７の前方側の端部手前付近には図９等に示されるように、左右の排気ポート２４ａに指向させた冷却水出口４７ａを有する。各冷却水出口４７ａは、左右各気筒のウォータジャケット４４Ａ内で排気ポート２４ａの斜め下方位置に開口し、したがってその先のウォータジャケット４４Ｂ、さらにはウォータジャケット４４Ｃと連通する。２つの冷却水出口４７ａは図示のように概略Ｖ字状に配置され、左右気筒に対してバランスよく均等に冷却水を供給することができる。

上記構成において、つぎに本実施形態に係る２サイクルエンジンの冷却構造の作用について説明する。ここで図１０は、本発明の実施形態における冷却系の冷却水（もしくは温水）の流れを示している。まず、冷却水は、ヒートエクスチェンジャ１２０よりウォータポンプ２６に供給される際に、サーモスタット４１を介してウォータポンプ２６内に導入される。

ウォータポンプ２６に導入された冷却水は、冷却水出口部３４から吐出され、冷却水ホース３５を通ってシリンダヘッド１４の冷却水入口部３６を介してエンジン内部に導入される。導入された冷却水は、シリンダヘッド１４内のウォータジャケット３７を通り、主に排気ポート２４ａ上部のウォータジャケット４４Ｂを経由してウォータジャケット４４Ｃへと流通する。この際、後述するようにウォータジャケット４４Ａからの冷却水と合流し、その後冷却水通路４５を通ってウォータジャケット４２に集合する。

ウォータジャケット４２内の温められた冷却水は、冷却水出口部４６に接続された冷却水ホースを通って、ヒートエクスチェンジャ１２０に送られる。そして、ヒートエクスチェンジャ１２０内の冷却水通路を通過するうちに冷却された冷却水は、再びウォータポンプ２６に供給され、エンジンに送られて前述した冷却行程を繰り返すことでエンジンの冷却が行われる。

ここで、エンジンが暖機運転状態のときウォータポンプ２６において、サーモスタット４１の働きにより主弁４１ａが閉塞され、かつ副弁４１ｂが開放された状態となる。このときウォータポンプ２６の冷却水入口側からは新たな冷却水は導入されず、エンジン本体に対して温められた冷却水が、クランクケースロア１１Ｂ側から冷却水バイパス通路を通って導入され、温かい冷却水がエンジン側に循環供給される。これにより不要にエンジンを冷却すること無く効率の良いエンジンの暖機運転を行うことができる。

一方、エンジンが運転状態のときウォータポンプ２６において、サーモスタット４１の働きにより暖機運転時とは逆に、主弁４１ａが開放され、かつ副弁４１ｂが閉塞された状態となる。このとき冷却水バイパス通路からは温められた冷却水が導入されず、ウォータポンプ２６の冷却水入口側から新たな冷却水のみが導入される。これにより運転状態で高温になったエンジンを効率良く冷却することができる。

さて、前述したように左右２つの気筒の間に第２の冷却水通路４７を設け、ウォータポンプ２６から吐出される冷却水の一部Ｗ（図５、図９、図１０参照）を、排気ポート２４ａの下方のウォータジャケット４４Ａへ導く。第２の冷却水通路４７の２つの冷却水出口４７ａからは冷却水の一部Ｗが、左右の排気ポート２４ａの下部に向けてバランスよく均等に供給される。

このようにウォータポンプ２６から第２の冷却水通路４７を介して、冷たい冷却水を直接排気ポート２４ａ下部に送り込んで冷却することで、高温になる排気ポート２４ａまわりの冷却効率を向上するとともに、吸気ポートへの熱影響を低減することができる。そして、排気ポート２４ａの周辺を強制的に冷却することで、冷却水沸騰に対する余裕度が増し、さらなる高出力化を図ることができる。

ちなみに、従来では図１１に示したように排気ポートの下側まで冷却するためには、外部に抜く水量を増加しなければならず、その抜いた水は水圧の関係でウォータポンプに戻さなければならず、その結果、温水ｗが循環してしまい、エンジン全体としての冷却性能を低下させる原因となってしまう。

また、第２の冷却水通路４７をクランクケース１１内部に設けることにより、省スペース化を図ることができる上、従来不可欠であった排水ホースやその接続用ユニオン等を廃止することができ、エンジンのコンパクト化およびコストダウンが可能になる。この場合排水ホースを廃止したことで、ホース抜けによる水漏れを防止することができる等の利点がある。

高圧の冷却水を排気ポート２４ａ下部に集中的に供給して冷却することで実質的に冷却水が少量で済み、冷却水の大半部分をシリンダヘッド１４の冷却に使うことができ、高い冷却効果を得ることができる。また、その冷却水をシリンダヘッド１４側からのものと合流させ、サーモスタット４１に繋がる４２に集合させる。これによりエンジン内部の冷却水循環量を制御し、かつ的確に冷却水温度を管理することができる。

また、サーモスタット４１の副弁４１ｂが閉じているときはエンジン内部循環を停止して冷却水全量がヒートエクスチェンジャ１２０に送られる。従来の場合よりもヒートエクスチェンジャ１２０へ戻る量が増加するため、結果的として実質的に小型のヒートエクスチェンジャ１２０でも十分対応可能になる。さらに、冷却効率が向上することに伴い、ウォータポンプ２６自体を小型化することができ、それによって消費される動力を減少し、すなわちその分エンジン出力を増大することが可能になる。

以上、本発明を実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
たとえば第２の冷却水通路４７の適所に、運転条件に応じて排気ポート２４ａの下部へ供給される冷却水量を調整可能な弁を設けてもよい。これによりエンジン出力状態（たとえばエンジン回転数等）に適した量の冷却水を供給し、高い精度で冷却もしくは冷却水を管理することができる。

本発明に係る２サイクルエンジンの冷却構造を適用した雪上車の例を示す側面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンの例を示す外観側面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンの側断面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンの後方斜視図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンの側断面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンのクランクケースまわりの後方斜視図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンのクランクケースまわりの外観側面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンのクランクケースまわりの上面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンの排気ポートまわりの正面図および断面図である。 本発明の実施形態における２サイクルエンジンの冷却系を示す図である。 従来の２サイクルエンジンの冷却系を示す図である。

符号の説明

１０ エンジンユニット
１１ クランクケース
１１Ａ クランクケースアッパ
１１Ｂ クランクケースロア
１２ クランクシャフト
１３ シリンダ
１４ シリンダヘッド
１５ ピストン
１６ コンロッド
１７Ａ，１７Ｂ 点火プラグ
１８ 吸気マニホールド
１８ａ 吸気ポート
２３ ブーストポート
２４ 排気マニホールド
２４ａ 排気ポート
２６ ウォータポンプ
２７ ポンプ駆動軸
２９ ポンプ室
３０ インペラ
３１ 冷却水入口部
３２ サーモスタットキャップ
３３ 冷却水ホース
３４ 冷却水出口部
３５ 冷却水ホース
３６ 冷却水入口部
３７ ウォータジャケット
３８ ポンプカバー
３９，４０ 冷却水通路
４１ サーモスタット
４６ 冷却水（温水）出口部
４７ 第２の冷却水通路
４７ａ 冷却水出口
４８ プラグ

Claims (4)

1. 車両に搭載される水冷式の２サイクル並列多気筒エンジンの冷却構造であって、
   シリンダブロックに排気ポートを備え、その排気ポートの下方のクランクケースに吸気ポートを配設する一方、前記排気ポートの反対側の前記クランクケースにウォータポンプを配設し、
   前記ウォータポンプから吐出される冷却水をシリンダヘッドの冷却水ジャケットへ直接導く第１の冷却水通路を設けるとともに、前記ウォータポンプから吐出される冷却水の一部を前記第１の冷却水通路から分岐して前記排気ポートの下方の冷却水ジャケットへ直接導く第２の冷却水通路を前記クランクケースに配設し、
   前記第２の冷却水通路を流通する高圧の冷却水を、前記第１の冷却水通路を流通する冷却水よりも少量に供給したことを特徴とする２サイクルエンジンの冷却構造。
2. 前記第２の冷却水通路を前記クランクケースの気筒間に形成するとともに、前記第２の冷却水通路の端部に左右の前記排気ポートに指向させた冷却水出口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジンの冷却構造。
3. 車両搭載状態でシリンダを傾斜させて、前記排気ポートを傾斜させたエンジンの上面側に、前記ウォータポンプを該エンジンの下面側に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の２サイクルエンジンの冷却構造。
4. 前記エンジンの排気ポートを車両前方に向けて雪上車に搭載したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２サイクルエンジンの冷却構造。

Images