(57)【要約】  少ない部品点数で冷却性能を確保できる上、小型化を促進し得る内燃機関を提供する。  冷却装置６０は、ウォータジャケット６１、冷却液配管６２、蒸気配管６３及びラジエータ６４を含む沸騰冷却装置６５と、機関本体１の外面から突出するクランクシャフト８の一端側に結合された空冷ファン７０と、空冷ファン７０を覆うように機関本体１に設けられ、ラジエータコア６４Ｂに向けて延びる冷却風通路７５を形成するカバー部材７２とを備える。【選択図】図３
2018135190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジャケットが形成された内燃機関本体と、
前記ウォータジャケット内の冷却液を冷却する冷却装置とを備えた内燃機関であって、
前記冷却装置は、
大部分が前記ウォータジャケットの上端よりも上方に位置するように設けられたラジエータと、
前記ウォータジャケットの上部を前記ラジエータに連通させ、前記ウォータジャケットにおいて沸騰した冷却液を前記ラジエータに送る蒸気配管と、
前記ラジエータ及び前記ウォータジャケットの下部同士を互いに連通させ、前記ラジエータにおいて冷却された冷却液を前記ウォータジャケットに送る冷却液配管と、
前記内燃機関本体の外面から突出するクランクシャフトの一端側に結合された空冷ファンと、
前記空冷ファンを覆うように前記内燃機関本体に設けられ、前記ラジエータの放熱部に向けて延びる冷却風通路を形成するカバー部材とを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記空冷ファンが遠心ファンであり、
前記カバー部材が、前記遠心ファンから接線方向に延出し、前記ラジエータに至るダクトを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関本体は、前記クランクシャフトの回転軸線が左右に延び、且つシリンダ軸線が概ね前後に延びるように設けられ、
前記ラジエータは、前記クランクシャフトの回転軸線方向における前記一端側に上端を傾ける姿勢をもって、下端が前記ウォータジャケットの上端よりも高くなる位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ダクトが前記ラジエータの前記放熱部の下向き傾斜面に向けて延びていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記蒸気配管が前記ラジエータの下部に連通していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記内燃機関本体の外面に複数のフィンが形成され、
前記カバー部材が、前記フィンの側に冷却風取入口を形成していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置を備えた内燃機関に関し、詳細には冷却装置が沸騰冷却のためのラジエータと空冷ファンとを有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置には、空冷式や水冷式が多く採用されている。一方、制御自着火（ＣＡＩ）燃焼方法を用いたＣＡＩ燃焼エンジンでは、冷却液を始動時にできるだけ早く適切な温度まで上昇させると共に、温度が高くなり過ぎることを抑制して、燃焼を安定させる必要がある。また、汎用エンジンには小型化が要求される。そこで、本出願人は、内燃機関のウォータジャケット及びラジエータの下部同士を冷却液配管によって互いに連通し、ウォータジャケットの上部を蒸気配管によってラジエータに連通し、ラジエータの実質的大部分をウォータジャケットの上端よりも上方に配置した沸騰冷却装置を提案している（特許文献１）。この沸騰冷却装置では、短時間で燃焼を安定させることができる上、ウォータポンプを設けることなく、冷却液をラジエータ及びウォータジャケットに自然循環させることができ、部品点数の削減及び小型化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６０９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に係る沸騰冷却装置は、ラジエータの実質的大部分をウォータジャケットの上端よりも上方に配置しなければならないため、冷却性能を確保するためにラジエータを大型化すると、ラジエータを含む内燃機関が大型化してしまう。ラジエータに電動の冷却ファンを付設して熱交換効率を高めることも可能であるが、この場合にも、冷却ファンが内燃機関の大型化を招く上、冷却ファン駆動用の電動機が必要になる。【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、少ない部品点数で冷却性能を確保できる上、小型化が可能な内燃機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の一態様は、ウォータジャケット（６１）が形成された内燃機関本体（１）と、前記ウォータジャケット内の冷却液（Ｗ）を冷却する冷却装置（６０）とを備えた内燃機関（Ｅ）であって、前記冷却装置は、大部分が前記ウォータジャケットの上端よりも上方に位置するように設けられたラジエータ（６４）と、前記ウォータジャケットの上部を前記ラジエータに連通させ、前記ウォータジャケットにおいて沸騰した冷却液を前記ラジエータに送る蒸気配管（６３）と、前記ラジエータ及び前記ウォータジャケットの下部同士を互いに連通させ、前記ラジエータにおいて冷却された冷却液を前記ウォータジャケットに送る冷却液配管（６２）と、前記内燃機関本体の外面から突出するクランクシャフト（８）の一端側に結合された空冷ファン（７０）と、前記空冷ファンを覆うように前記内燃機関本体に設けられ、前記ラジエータの放熱部（６４Ｂ）に向けて延びる冷却風通路（７５）を形成するカバー部材（７２）とを備えたことを特徴とする。【０００７】
この態様によれば、空冷ファンはクランクシャフトにより駆動されるため、電動機が不要である。また、カバー部材がラジエータの放熱部に向けて延びる冷却風通路を形成し、ラジエータが空冷ファンによって送風されることで、ラジエータの熱交換効率が高くなるため、ラジエータを小型化することができる。更に、冷却装置が、空冷ファンによる空冷と強制風冷式のラジエータを用いた沸騰冷却とを併用するため、ラジエータをより小型化することができる。【０００８】
また、上記の態様において、前記空冷ファン（７０）が遠心ファンであり、前記カバー部材（７２）が、前記遠心ファンから接線方向に延出し、前記ラジエータ（６４）に至るダクト（７６）を含むとよい。【０００９】
この態様によれば、ダクトがカバー部材の外周側に配置されるため、クランクシャフトの回転軸線方向において内燃機関の寸法を縮小できる。【００１０】
また、上記の態様において、前記内燃機関本体（１）は、前記クランクシャフト（８）の回転軸線が左右に延び、且つシリンダ軸線（Ａ）が概ね前後に延びるように設けられ、前記ラジエータ（６４）は、前記クランクシャフトの回転軸線方向における前記一端側（左方）に上端を傾ける姿勢をもって、下端が前記ウォータジャケット（６１）の上端よりも高くなる位置に配置されるとよい。【００１１】
この態様によれば、高さ方向における内燃機関の寸法を縮小できる。【００１２】
また、上記の態様において、前記ダクト（７６）が前記ラジエータ（６４）の前記放熱部（６４Ｂ）の下向き傾斜面（６４Ｄ）に向けて延びているとよい。【００１３】
この態様によれば、ダクトが直線的に且つ短くなり、内燃機関を小型化できる。【００１４】
また、上記の態様において、前記蒸気配管（６３）が前記ラジエータ（６４）の下部（６４Ｃ）に連通しているとよい。【００１５】
この態様によれば、蒸気配管の延長が短くなり、内燃機関の小型化が可能である。【００１６】
また、上記の態様において、前記内燃機関本体（１）の外面に複数のフィン（３Ａ、４Ａ）が形成され、前記カバー部材（７２）が、前記フィンの側に冷却風取入口（７２Ａ）を形成しているとよい。【００１７】
この態様によれば、内燃機関本体を空冷ファンによって効率的に冷却することができる。これに伴い、ラジエータを小型化しても冷却性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の構成によれば、少ない部品点数で冷却性能を確保できる上、小型化が可能な内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る冷却装置を備えたエンジンの縦断面図
【図２】図１中のII−II線に沿って示すエンジンの平断面図
【図３】実施形態に係るエンジンを一部破断して示す正面図
【図４】実施形態に係るエンジンの左側面図
【図５】実施形態に係る冷却装置を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明を単気筒のユニフロー２ストロークエンジン（以下、エンジンＥという）に適用した実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、エンジンＥは、発電機の駆動源として使用される。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、エンジンＥの機関本体１は、内部にクランク室２Ａを画成するクランクケース２と、クランクケース２の前部に結合されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の前部に結合されたシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の前部に結合され、シリンダヘッド４との間に動弁室７を画成するヘッドカバー５とを有する。機関本体１は、前後に延び、シリンダ軸線Ａが前後に略水平に配置されている。クランクケース２の下部外面には、機関本体１を所定の姿勢に維持する台座６（図１）が結合されている。
【００２２】
クランクケース２は、上下に延びる面（シリンダ軸線Ａを通る面）で左右に分割された一対のクランクケース半体によって構成される。左右のクランクケース半体は、ボルトによって互いに締結され、両半体間にクランク室２Ａを形成する。クランクケース２の左の側壁２Ｂ及び右の側壁２Ｃには、軸受を介してクランクシャフト８が回転可能に支持されている。
【００２３】
クランクシャフト８は、クランクケース２の側壁２Ｂ、２Ｃ（図２）に支持される一対のジャーナルと、両ジャーナル間に設けられた一対のウェブと、両ウェブによってジャーナルから偏心した位置に支持されたクランクピンとを有する。クランクシャフト８の回転軸線は左右に略水平に延びている。
【００２４】
クランクシャフト８の左端部はクランクケース２の左の側壁２Ｂを貫通して左方に突出し、クランクシャフト８の右端部はクランクケース２の右の側壁２Ｃを貫通して右方へと突出している。クランクシャフト８の左端部が左の側壁２Ｂを貫通する部分、右端部が右の側壁２Ｃを貫通する部分には、クランク室２Ａの気密性を確保するためのシール部材がそれぞれ設けられている。
【００２５】
クランクケース２の前部には、前後に延び、前端がクランクケース２の前端面に開口すると共に、後端がクランク室２Ａに向けて開口する断面円形の第１スリーブ受容孔１６が形成されている。
【００２６】
シリンダブロック３は、前後に延び、後端面においてクランクケース２の前端面に締結されている。シリンダブロック３には、前端面から後端面に前後に貫通する第２スリーブ受容孔１８が形成されている。第２スリーブ受容孔１８の後端開口は、シリンダブロック３の第１スリーブ受容孔１６の前端開口と同軸に対向し、互いに接続される。第１スリーブ受容孔１６及び第２スリーブ受容孔１８の内径は等しく、連続した孔を形成する。
【００２７】
第１スリーブ受容孔１６及び第２スリーブ受容孔１８には、円筒状のシリンダスリーブ１９が圧入される。シリンダスリーブ１９の後端は、第１スリーブ受容孔１６の後端開口から後方に突出し、クランク室２Ａの内部において突出端となっている。シリンダスリーブ１９の前端はシリンダブロック３の前端面と面一となる位置に配置され、シリンダブロック３に結合されるシリンダヘッド４の後端面に当接する。シリンダスリーブ１９の内孔は、シリンダ２２を形成する。
【００２８】
シリンダ２２には、往復動可能にピストン２３が受容されている。ピストン２３は、クランクシャフト８と平行に延びるピストンピンを有し、ピストンピンにはコンロッド２６の小端部が回動可能に支持される。コンロッド２６の大端部は、軸受を介してクランクピンに回動可能に支持される。ピストン２３とクランクシャフト８とがコンロッド２６によって連結されることによって、ピストン２３の往復動がクランクシャフト８の回転運動に変換される。
【００２９】
シリンダヘッド４の後端面におけるシリンダスリーブ１９に対応する位置には、半球状の燃焼室凹部２８が形成されている。シリンダ２２の前部は、燃焼室凹部２８及びピストン２３の頂面と共に燃焼室２９を形成する。
【００３０】
シリンダヘッド４には、点火プラグ（不図示）が燃焼室２９に臨むように設けられている。また、シリンダヘッド４には、排気ポート３１が燃焼室２９の頂部に開口するように形成されると共に、排気ポート３１を開閉するポペット型の排気弁３２（図１）が設けられている。排気弁３２は、そのステムエンドが動弁室７に配置され、バルブスプリング３３（図１）によって閉方向に付勢されている。排気弁３２は、動弁機構３４によって、クランクシャフト８の回転に同期して開閉駆動される。
【００３１】
動弁機構３４は、カムシャフト３６と、ロッカアーム３７とを有する。カムシャフト３６は、クランクシャフト８と平行に、且つシリンダヘッド４に回転可能に支持され、その右端部がシリンダヘッド４の外方に突出している。カムシャフト３６は、伝達機構３８（図２）によってクランクシャフト８と連結されている。図２に示されるように、伝達機構３８は、クランクシャフト８の右端部に結合されたクランクプーリ３８Ａと、カムシャフト３６の右端部に設けられたカムプーリ３８Ｂと、クランクプーリ３８Ａ及びカムプーリ３８Ｂに架け渡されたタイミングベルト３８Ｃとを有する。伝達機構３８によって、カムシャフト３６は、クランクシャフト８と同じ角速度で回転する。
【００３２】
カムシャフト３６がシリンダヘッド４を貫通する部分には、動弁室７の気密性を確保するためのシール部材が設けられており、動弁室７は密閉されている。動弁室７には、潤滑油が貯留されている。動弁室７に貯留された潤滑油は、カムシャフト３６によって巻き上げられ、カムシャフト３６やロッカアーム３７等の各摺動部を潤滑する。
【００３３】
図１に示されるように、ロッカアーム３７は、シリンダヘッド４に支持されたロッカシャフト３９に回動可能に支持されている。ロッカシャフト３９は、カムシャフト３６と平行に延びている。ロッカアーム３７は、一端において排気弁３２のステムエンドに接触しており、カムシャフト３６に押されることにより回動し、バルブスプリング３３に抗して排気弁３２を開側に押す。排気弁３２は、クランクシャフト８が１回転する間に一度開かれる。
【００３４】
図２に示されるように、クランクケース２、シリンダブロック３、及びシリンダヘッド４の右側面には、エンドプレート４１が結合されている。エンドプレート４１は、周縁部においてクランクケース２、シリンダブロック３、及びシリンダヘッド４の外面に締結され、伝達機構３８を覆っている。
【００３５】
図１に示されるように、クランクケース２の上壁２Ｄには、上方に突出した突出部２Ｆが形成されている。突出部２Ｆの内部は、上下に延びる吸気ポート４３を形成し、下端においてクランク室２Ａに連通し、上端において外部に開口している。吸気ポート４３の外端には、吸気通路４４を形成する吸気管４５の下流端が接続される。吸気通路４４は、上流側から順に、エアインレット、エアクリーナ４６、スロットルバルブ４７を有する。吸気ポート４３と吸気通路４４との間には、吸気弁４８が介装されている。
【００３６】
吸気弁４８は、吸気通路４４側から吸気ポート４３（クランク室２Ａ）側への流体の流れを許容する一方、吸気ポート４３（クランク室２Ａ）側から吸気ポート４３側への流体の流れを阻止する一方向弁である。吸気弁４８は、クランク室２Ａ側に突出する山形のベースと、ベースを貫通するように形成された貫通孔と、貫通孔のクランク室２Ａ側の端部を覆うように設けられた可撓性を有するリードとによって構成されたリード弁である。吸気弁４８は、通常は閉弁しており、ピストン２３の上昇によってクランク室２Ａ内の圧力が吸気通路４４内の圧力より所定値以上低下すると、リードが屈曲して開弁する。
【００３７】
図１及び図２に示されるように、クランクケース２及びシリンダスリーブ１９には、クランク室２Ａとシリンダスリーブ１９の内部とを連通する掃気通路５０が形成されている。掃気通路５０は、シリンダスリーブ１９に形成された掃気口５０Ａと、掃気口５０Ａからクランク室２Ａに延びる通路部５０Ｂとを含む。通路部５０Ｂは、クランクケース２の前部であって、第１スリーブ受容孔１６の周囲に形成されている。本実施形態では、通路部５０Ｂは、シリンダスリーブ１９の上方及び下方をクランク室２Ａから前方に延びる２つの直線部と、シリンダスリーブ１９の外周に沿って環状に延び、２つの直線部の前端に接続された環状部とを有している。通路部５０Ｂは、環状部において掃気口５０Ａと接続している。本実施形態では、掃気口５０Ａはシリンダスリーブ１９の左右側部に形成されている。掃気口５０Ａの前後長さは、ピストン２３の外周面の前後長さよりも小さく設定されている。
【００３８】
掃気口５０Ａ（掃気通路５０）は、ピストン２３の往復動によって開閉される。具体的には、ピストン２３が掃気口５０Ａと対応する位置にある時には、掃気通路５０はピストン２３の外周部によって閉じられ、ピストン２３の後縁が掃気口５０Ａの後縁よりも前方（上死点側）にある時には、掃気通路５０がシリンダ２２のピストン２３よりも後側部分（クランク室２Ａ）と連通するように開かれ、ピストン２３の前縁が掃気口５０Ａの前縁よりも後方（下死点側）にある時には、掃気通路５０がシリンダ２２のピストン２３よりも前側部分（燃焼室２９）と連通するように開かれる。
【００３９】
図２に示されるように、シリンダヘッド４の左側部には、排気ポート３１に接続する排気装置５２が結合されている。排気装置５２は、一連の排気通路を形成し、下流端に消音器５２Ａ（図５）を有する。図５に示されるように、消音器５２Ａは、クランクケース２及びシリンダブロック３の上方に配置される。
【００４０】
図１に示されるように、クランクケース２の上壁２Ｄには、燃料噴射弁５４が取り付けられている。燃料噴射弁５４の先端は、掃気通路５０の通路部５０Ｂを向き、通路部５０Ｂに向けて燃料を噴射する。より好ましくは、燃料噴射弁５４は、掃気通路５０の掃気口５０Ａにより近い位置で噴射することが好ましい。燃料噴射弁５４は、所定のタイミングでクランク室２Ａに燃料を噴射する。
【００４１】
このように構成されたエンジンＥは、始動後、次のように動作する。まず、ピストン２３の上昇行程では、ピストン２３の上昇（前進）に伴って、掃気通路５０が閉じられる。また、ピストン２３の前進に伴うクランク室２Ａの膨張によって、クランク室２Ａの圧力が低下する。これにより、吸気弁４８が開弁し、新気が吸気ポート４３を介してクランク室２Ａに流入する。同時に、シリンダ２２の前部（燃焼室２９）内の混合気はピストン２３によって圧縮される。ピストン２３が上死点近傍にある時に、点火プラグや自着火による点火が行われ、燃料が燃焼する。
【００４２】
その後、ピストン２３が下降行程に移ると、ピストン２３の下降（後退）に伴うクランク室２Ａの収縮によって、クランク室２Ａの圧力が上昇する。これにより、吸気弁４８が閉じられ、クランク室２Ａ内のガスが圧縮される。ピストン２３の下降が進むと、動弁機構３４に駆動された排気弁３２が排気ポート３１を開く。これにより、燃焼室２９内の膨張した排気ガス（既燃焼ガス）がブローダウン流となって排気ポート３１に流れる。
【００４３】
その後、ピストン２３の下降が進み、ピストン２３の前端縁が掃気口５０Ａの上縁より下がると（ピストン２３が掃気通路５０を開くと）、燃焼室２９と掃気通路５０とが連通する。燃焼室２９内の既燃焼ガスの圧力が十分に低下し、クランク室２Ａの圧力よりも低くなると、掃気通路５０から燃焼室２９にガスが流れる。この時、燃料噴射弁５４は、掃気通路５０を流れるガスに燃料を噴射する。
【００４４】
ピストン２３が再び上昇行程に移ると、掃気通路５０がピストン２３によって閉じられる。その後、ピストン２３が更に上昇すると、排気弁３２が排気ポート３１を閉じ、ピストン２３の上昇に伴って燃焼室２９内の混合気が圧縮される。同時に、クランク室２Ａ内が減圧され、吸気弁４８が開かれて新気が吸気ポート４３からクランク室２Ａ内に吸入される。
【００４５】
このようにして、エンジンＥは２サイクル動作を行う。掃気通路５０からシリンダ２２を経由して排気ポート３１へと流れる掃気及び排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。
【００４６】
エンジンＥは、始動時には点火プラグによる点火によって燃料を燃焼させ、暖機の完了後には自着火によって燃料を燃焼させる。運転が継続すると、機関本体１の温度が高くなり過ぎて、着火のタイミングが早まる。そのため、エンジンＥは、運転によって温度が上昇した機関本体１を冷却するための冷却装置６０を備えている。以下、冷却装置６０について詳述する。
【００４７】
シリンダブロック３及びシリンダヘッド４には、冷却液Ｗが流通する空洞部であるウォータジャケット６１が燃焼室２９を取り囲むように形成されている。また、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４には、外面から突出する複数のフィン３Ａ、４Ａが一体形成されている。
【００４８】
ウォータジャケット６１は、冷却液配管６２と蒸気配管６３とを介して、ラジエータ６４と接続されている。冷却液Ｗは、沸騰冷却に適用し得るものであればよく、所謂ＬＬＣ（ロングライフ冷却液）であってよく、冷却液配管６２及び蒸気配管６３を介してウォータジャケット６１及びラジエータ６４を循環する。なお、冷却液配管６２及び蒸気配管６３における機関本体１とラジエータ６４との間はそれぞれホースにより接続されていてよい。
【００４９】
図３に併せて示されるように、ラジエータ６４は、上側から、上部タンク６４Ａ、ラジエータコア６４Ｂ及び下部タンク６４Ｃを一体的に備え、放熱部であるラジエータコア６４Ｂを介して上部タンク６４Ａと下部タンク６４Ｃとが互いに連通する公知の構造である。ラジエータ６４は、上部タンク６４Ａを左側に傾ける姿勢をもって、下部タンク６４Ｃの下端がウォータジャケット６１上端及びシリンダブロック３の上面よりも高くなる位置に配置されている。ラジエータ６４は、鉛直線ＶＬに対し、左面６４Ｄを下向きにした角度θで傾斜している。角度θは、直立を０度とした場合に０度より大きく、６０度までの範囲であるとよく、特に３０〜６０度であるとよい。
【００５０】
図３及び図４に示されるように、冷却液配管６２は、下部タンク６４Ｃとウォータジャケット６１との下部同士を互いに連通させるように、下部タンク６４Ｃの底面及びシリンダブロック３の下面に接続されている。蒸気配管６３は、下部タンク６４Ｃの上部とウォータジャケット６１の上部とを連通させるように、下部タンク６４Ｃの斜め上に向く側面及びシリンダブロック３の上面に接続されている。
【００５１】
図５に示されるように、ウォータジャケット６１内の冷却液Ｗは、燃焼室２９が高温になることにより燃焼室２９側の壁面で沸騰し、その沸騰による潜熱により、沸騰しない水冷システムよりも多くの熱を燃焼室２９の周囲の壁から奪う。これにより、高い熱効率で機関本体１が冷却される。沸騰により発生した蒸気Ｓは、蒸気配管６３を通ってラジエータ６４の下部タンク６４Ｃに流入する。
【００５２】
下部タンク６４Ｃには、蒸気配管６３からの蒸気Ｓと高温の冷却液Ｗとが混合した状態で流入する。高温の冷却液Ｗは、下部タンク６４Ｃに貯容されている冷却液Ｗと混合され、蒸気Ｓのみが下部タンク６４Ｃからラジエータコア６４Ｂに入る。ラジエータコア６４Ｂに入った蒸気Ｓは、破線の矢印に示されるようにラジエータコア６４Ｂを上昇り、ラジエータコア６４Ｂで冷却されることにより凝縮する。ラジエータコア６４Ｂで凝縮した冷却液Ｗの液滴Ｗｄは、実線の矢印に示されるように、ラジエータコア６４Ｂ内を流下し、下部タンク６４Ｃに冷却液Ｗとして貯容される。
【００５３】
ラジエータコア６４Ｂの内部においては、蒸気Ｓが流通して冷却される部分と、液滴Ｗｄが流下する部分とが明確に分かれるため、蒸気配管６３を上部タンク６４Ａに接続して蒸気Ｓと液滴Ｗｄとの流通方向を同一にする必要はない。他の実施形態では、蒸気配管６３は、ウォータジャケット６１の上部と上部タンク６４Ａとを連通させるように上部タンク６４Ａに接続されてもよい。
【００５４】
冷却液Ｗの量は、蒸気Ｓが発生している状態でラジエータ６４内の液面Ｗａがウォータジャケット６１の上端よりも高く、且つ下部タンク６４Ｃの中間部となるように設定されている。蒸気Ｓの発生により、ラジエータ６４内の液面Ｗａは、蒸気配管６３内の冷却液Ｗの液面Ｗｂよりも、図５にｈで示されるように高くなる。これにより、ラジエータ６４内の冷却液Ｗはウォータジャケット６１に向けて流れてゆき、ウォータポンプが設けられていなくても、冷却液Ｗがラジエータ６４及びウォータジャケット６１を自然循環する。
【００５５】
これらウォータジャケット６１、冷却液配管６２、蒸気配管６３及びラジエータ６４により、沸騰冷却装置６５が構成される。この沸騰冷却装置６５によれば、ウォータポンプを設けることなく、冷却液Ｗを、ラジエータ６４及びウォータジャケット６１に自然循環させることができる。また、蒸気Ｓと共にラジエータ６４に戻されてきた冷却液Ｗが、下部タンク６４Ｃで蒸気Ｓから分離され、蒸気Ｓのみがラジエータコア６４Ｂに入るため、気液分離器を設ける必要もない。このように、ウォータポンプ及び気液分離器を設ける必要がないため、従来のそれらの部品を備えたものに対し、沸騰冷却装置６５の部品点数の削減及び小型化が実現される。そして、ラジエータ６４の実質的大部分となるラジエータコア６４Ｂにより蒸気Ｓを凝縮させることができるため、蒸気Ｓを凝縮させる効率を高めることができる。
【００５６】
特に、制御自動着火（ＣＡＩ）燃焼方法を用いたＣＡＩ燃焼エンジンに適用する場合に、ＣＡＩ燃焼エンジンでは冷却液Ｗを始動時にできるだけ早く適切な温度まで上昇させる必要があり、沸騰冷却装置６５によってそれが可能になっている。これにより、冷間始動時に冷却液Ｗの温度が安定するまでの時間が短く、暖機完了までの間の燃焼において、燃焼が不安定になる不具合が発生することが抑制される。また、沸騰冷却における冷媒（冷却液Ｗ）の沸点が冷却液Ｗの温度となることから、サーモスタット等による水温コントロールよりも冷却液温度の変動が小さく、安定した燃焼が得られる。
【００５７】
図２に示されるように、クランクケース２から突出するクランクシャフト８の左端側には、空冷ファン７０が結合されている。空冷ファン７０は、有底円筒状を呈しており、フライホイールを兼ねている。機関本体１には、空冷ファン７０を左方から覆うカバー部材７２が締結されている。空冷ファン７０の円板部の左面外周部には、径方向外側に向けて回転方向と相反する方向に傾斜した複数の羽根７０Ａが周方向に間隔を空けて突設され、円板部の内周部には、複数の通気孔７０Ｂが形成されている。空冷ファン７０は、クランクシャフト８と一体回転し、回転部の右方から通気孔７０Ｂを介して吸引した空気を羽根７０Ａにより径方向外側に送風する遠心ファンを構成する。
【００５８】
カバー部材７２は、前側の縁部がシリンダブロック３の外面との間に隙間を空けて配置され、他の縁部がクランクケース２及びシリンダブロック３の外面との間に隙間を空けないように配置されている。即ち、カバー部材７２は、空冷ファン７０の右方且つ前方であって、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４のフィン３Ａ、４Ａ側に、外気を取り込むための冷却風取入口７２Ａを形成している。また、カバー部材７２は、図３に併せて示されるように、空冷ファン７０が径方向外側に送風する空気を排出するための冷却風吐出口７２Ｂを、空冷ファン７０の前方且つ上方に上向きに形成している。
【００５９】
エンジンＥの運転時には、空冷ファン７０が回転し、これによって空気が冷却風取入口７２Ａからカバー部材７２内に吸入され、図２に白抜き矢印で示されるように冷却風吐出口７２Ｂから後方且つ上方に排出される。この際、冷却風取入口７２Ａに吸入される空気は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４の周辺を流通することでフィン３Ａ、４Ａから受熱し、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４を冷却する。
【００６０】
なお、クランクシャフト８の左端部は、カバー部材７２を貫通して更に左方へ延出しており、空冷ファン７０の左方に配置されたＡＣジェネレータ７４のロータに結合されている。ＡＣジェネレータ７４のステータは、カバー部材７２に対して回転不能に配置されている。クランクシャフト８が回転することによって、ロータがステータに対して回転し、ＡＣジェネレータ７４による発電が行われる。
【００６１】
図３及び図４に示されるように、カバー部材７２は、冷却風吐出口７２Ｂから上方へ延びる冷却風通路７５（図３）を形成するダクト７６を一体に備えている。ダクト７６は、遠心ファンをなす空冷ファン７０から接線方向に延出し、ラジエータ６４に至っている。冷却風通路７５は、冷却風吐出口７２Ｂからラジエータコア６４Ｂの下向き傾斜面である左面６４Ｄに向けて延びており、冷却風吐出口７２Ｂから排出された冷却風をラジエータコア６４Ｂに流通させる。これにより、ラジエータ６４が強制風冷式とされ、自冷式の場合に比べて高い冷却効率を発揮する。
【００６２】
図５に示されるように、上記消音器５２Ａは、ラジエータコア６４Ｂの斜め上右方に設けられている。そのため、ラジエータコア６４Ｂで熱交換を行った空気が消音器５２Ａの外面に沿って流れることで、消音器５２Ａも冷却される。
【００６３】
このように、本実施形態に係るエンジンＥでは、機関本体１にウォータジャケット６１が形成され、ウォータジャケット６１内の冷却液Ｗを冷却する冷却装置６０が、上記の沸騰冷却装置６５に加え、図２に示されるように、機関本体１の外面から突出するクランクシャフト８の左端側に結合された空冷ファン７０と、空冷ファン７０を覆うように機関本体１に設けられ、ラジエータコア６４Ｂに向けて延びる冷却風通路７５を形成するカバー部材７２と（図３、図４）とを備えている。
【００６４】
これにより、次のような作用効果が得られる。即ち、空冷ファン７０はクランクシャフト８により駆動されるため、電動機が不要である。また、カバー部材７２がラジエータコア６４Ｂに向けて延びる冷却風通路７５を形成し、ラジエータコア６４Ｂが空冷ファン７０によって送風されることで、ラジエータ６４の熱交換効率が高くなるため、ラジエータ６４の小型化が可能である。更に、冷却装置６０が、空冷ファン７０による空冷と強制風冷式のラジエータ６４を用いた沸騰冷却とを併用するため、ラジエータ６４の一層の小型化が可能である。
【００６５】
なお、冷却風通路７５は、冷却風取入口７２Ａとラジエータコア６４Ｂとを連通させるように成形されてもよい。この場合、空冷ファン７０がラジエータコア６４Ｂを流通させて空気を吸入し、空気を機関本体１に向けて送るように、空気の流れは上記実施形態と逆になるが、同様の効果が得られる。
【００６６】
図２〜図４に示されるように、空冷ファン７０は遠心ファンであり、カバー部材７２が、遠心ファンから接線方向に延出し、ラジエータ６４に至るダクト７６を含んでいる。このように、ダクト７６がカバー部材７２の外周側に配置されるため、クランクシャフト８の回転軸線方向においてエンジンＥの寸法拡大が回避される。
【００６７】
また、図１及び図２に示されるように、機関本体１は、クランクシャフト８の回転軸線が左右に延び、且つシリンダ軸線Ａが概ね前後に延びるように設けられている。そして、ラジエータ６４は、図１及び図３に示されるように、クランクシャフト８の空冷ファン７０が結合された側である左方に上端を傾ける姿勢をもって、下端がウォータジャケット６１の上端よりも高くなる位置に配置されている。そのため、高さ方向におけるエンジンＥの寸法拡大が抑制される。
【００６８】
ダクト７６は、ラジエータコア６４Ｂの下向き傾斜面である左面６４Ｄに向けて延びている。そのため、ダクト７６が直線的に且つ短くなり、エンジンＥが小型化する。
【００６９】
更に、蒸気配管６３はラジエータ６４の下部に連通している。そのため、蒸気配管６３の延長が短くなり、エンジンＥが小型化される。
【００７０】
加えて、図１に示されるように、機関本体１の外面に複数のフィン３Ａ、４Ａが形成され、冷却風取入口７２Ａがカバー部材７２のフィン３Ａ、４Ａの側に形成されている。そのため、機関本体１が空冷ファン７０によって効率的に冷却される。これにより、ラジエータ６４が小型化されても冷却性能が確保される。
【００７１】
以上、本発明を、その好適実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。例えば、上部タンク６４Ａを省略してもよい。この場合、例えばラジエータコア６４Ｂを公知のチューブとフィンとにより形成し、チューブの上端を閉塞すればよい。この場合でも、チューブ内を上昇した蒸気Ｓはラジエータコア６４Ｂの上側で冷却され、冷却により液化した冷却液Ｗはチューブ内を滴下し得る。
【符号の説明】
【００７２】
１      機関本体
３Ａ    フィン
４Ａ    フィン
８      クランクシャフト
６０    冷却装置
６１    ウォータジャケット
６２    冷却液配管
６３    蒸気配管
６４    ラジエータ
６４Ａ  上部タンク
６４Ｂ  ラジエータコア（放熱部）
６４Ｃ  下部タンク
６４Ｄ  左面（下向き傾斜面）
６５    沸騰冷却装置
７０    空冷ファン
７２    カバー部材
７２Ａ  冷却風取入口
７５    冷却風通路
７６    ダクト
Ａ      シリンダ軸線
Ｅ      エンジン
Ｗ      冷却液
【図１】
2018135190.tif 000003
【図２】
2018135190.tif 000004
【図３】
2018135190.tif 000005
【図４】
2018135190.tif 000006
【図５】
2018135190.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月15日(2018.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジャケットが形成された内燃機関本体と、
前記ウォータジャケット内の冷却液を冷却する冷却装置とを備えた内燃機関であって、
前記冷却装置は、
大部分が前記ウォータジャケットの上端よりも上方に位置するように設けられたラジエータと、
前記ウォータジャケットの上部を前記ラジエータに連通させ、前記ウォータジャケットにおいて沸騰した冷却液を前記ラジエータに送る蒸気配管と、
前記ラジエータ及び前記ウォータジャケットの下部同士を互いに連通させ、前記ラジエータにおいて冷却された冷却液を前記ウォータジャケットに送る冷却液配管と、
前記内燃機関本体の外面から突出するクランクシャフトの一端側に結合された空冷ファンと、
前記空冷ファンを覆うように前記内燃機関本体に設けられ、前記ラジエータの放熱部に向けて延びる冷却風通路を形成するカバー部材とを備え、
前記内燃機関本体の外面に複数のフィンが形成され、
前記カバー部材が、前記フィンの側に冷却風取入口を形成していることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記空冷ファンが遠心ファンであり、
前記カバー部材が、前記遠心ファンから接線方向に延出し、前記ラジエータに至るダクトを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関本体は、前記クランクシャフトの回転軸線が左右に延び、且つシリンダ軸線が概ね前後に延びるように設けられ、
前記ラジエータは、前記クランクシャフトの回転軸線方向における前記一端側に上端を傾ける姿勢をもって、下端が前記ウォータジャケットの上端よりも高くなる位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記空冷ファンが遠心ファンであり、
前記カバー部材が、前記遠心ファンから接線方向に延出し、前記ラジエータに至るダクトを含み、
前記ラジエータは上端を傾ける姿勢をもって配置されており、
前記ダクトが前記ラジエータの前記放熱部の下向き傾斜面に向けて延びていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記蒸気配管が前記ラジエータの下部に連通していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
（削除）
【国際調査報告】
2018135190.tif 000008
2018135190.tif 000009
2018135190.tif 000010
2018135190.tif 000011