JP2004156556A - オイルパン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、潤滑オイルの昇温をより効果的に行えるオイルパン構造を提供すること。
【解決手段】本発明のオイルパン構造は、オイルパン２の内部を吸込口が配置される主室（オイルパンセパレータ３内側）と吸込口が配置されない副室（オイルパンセパレータ３外側）とに仕切るオイルパンセパレータ３と、該主室とエンジンブロック１内部との間に配された一対のバランスシャフト６とを備え、オイルパンセパレータ３は主室を形成する凹部を有し、主室がバランスシャフト６を介してエンジンブロック１の内部と連通され、凹部は主室と副室とを連通させる連通孔３ｃ，３ｄを有していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンオイルを貯留させるオイルパンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの潤滑・冷却にはエンジンオイルが用いられている。このエンジンオイルは、エンジンの下部に設けられたオイルパンに貯留され、オイルポンプによってエンジン各部に循環される。エンジン各部を循環したエンジンオイルは、下方のオイルパン内に滴下する。そして、オイルパン内に滴下したエンジンオイルは、再度オイルポンプによってエンジン各部に循環される。この間、エンジンオイルはエンジン各部から熱を受け取って各部を冷却する。また、エンジンオイルは、エンジン各部で油膜を形成して各部品間の潤滑を促進すると共に、部品の酸化を防止するなどの役目もある。
【０００３】
冷間始動直後は、オイルパン内部に貯留されたエンジンオイルも冷えており、粘性も高く、エンジン各部を循環して各部を潤滑させるのに適した状態ではない。そこで、冷間始動直後は、できるだけ早くエンジンオイルを昇温させて適度な粘性を有する状態にさせたい。このためには、オイルパンを複数の区画に分け、冷間始動直後は一方の区画内のエンジンオイルが循環されやすい状況を作り、この区画内のエンジンオイルをより早期に昇温させて好ましい状態とすることが既に検討されている［特許文献１］。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１７６３３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６３４２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エンジンオイルの昇温をより一層早期に行なえるような改善が望まれていた。エンジンオイルの早期昇温は、フリクションの早期低減による燃費向上にも寄与するので、近年の燃費向上に対する強い要望からも改善が望まれる点である。従って、本発明の目的は、エンジンオイルの昇温をより効果的に行えるオイルパン構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のオイルパン構造は、オイルパン内部を吸込口が配置される主室と吸込口が配置されない副室とに仕切るオイルパンセパレータと、該主室とエンジンブロック内部との間に配された一対のバランスシャフトとを備え、オイルパンセパレータは主室を形成する凹部を有し、主室がバランスシャフトを介してエンジンブロックの内部と連通され、凹部は主室と副室とを連通させる連通孔を有していることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のオイルパン構造において、一対のバランスシャフトがハウジングの内部に収納されており、該ハウジングの表面が樹脂によって形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のオイルパン構造において、エンジンブロックから還流する潤滑オイルを貯留させ、かつ、貯留したオイルをエンジンブロックに対して供給する蓄熱タンクと、該蓄熱タンクからエンジンブロック内へのオイル流路上に配設された温度切替弁とをさらに備えており、エンジン冷間始動直後には、温度切替弁によって、蓄熱タンクに貯留された潤滑オイルを優先的にエンジンブロックに供給することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のオイルパン構造の一実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。
【００１０】
図１には、エンジンブロック１の下方部分を構成するロアケース１ｂと、オイルパン２と、このオイルパン２の内部に配設されてオイルパン２の内部を二つの区画（主室及び副室）に仕切るオイルパンセパレータ３と、一対のバランスシャフト６とが主として示されている。なお、ロアケース１ｂは、その上部がシリンダブロック１ａに結合されている。シリンダブロック１ａやロアケース１ｂなどでエンジンブロック１を構成している。エンジンブロック１（シリンダブロック１ａ及びロアケース１ｂ）は従来とほぼ同様の材質、構造を有している。本実施形態のオイルパン２に関しても、従来から一般的に用いられている金属（鋼板）製のものが使用されている。
【００１１】
オイルパン２の内部には、オイルパン２に貯留されたエンジンオイルを吸い上げるための吸込口（吸込部）となるストレーナ４が配設されている。ストレーナ４はオイル吸上管４ａを有しており、オイル吸上管４ａは、エンジンブロック１内部のオイル流路に連通されている。オイル流路の先にはオイルポンプがある。ストレーナ４は、オイル吸上管４ａ及びステー４ｂを介してシリンダブロック１ａに固定されている。ストレーナ４を金属製ではなく樹脂製とすれば、ストレーナ４を伝って逃げる熱を抑制することができるので、より一層オイルの早期昇温に寄与する。
【００１２】
ストレーナ４の先端部は、後述するオイルパンセパレータ３の内部に位置している。このストレーナ４の先端が配設される部分のオイルパンセパレータ３は、凹部状に形成されている。オイルパン２の内部はオイルパンセパレータ３によって二つの区画に仕切られているが、ストレーナ４の先端が配設されているオイルパンセパレータ３の内側を主室、ストレーナ４の先端が配設されていないオイルパンセパレータ３の外側を副室と言うこととする。主室及び副室の各容量は適宜決定できる。なお、図１においては、図を見やすくするためストレーナ４のオイル吸上管４ａ及びステー４ｂを一部省略して図示してある。
【００１３】
ここでは、主室の全周囲に副室が存在するようになされている。そして、オイルパンセパレータ３の底部（主室）外面とオイルパン２の底部内面とは接触していない。このため、主室内のエンジンオイルの熱はオイルパン２自体やオイルパン２より外側の外気に逃げにくくなっている。なお、エンジンは多少傾けて車両などに搭載されることが多く、図１は車載状態の傾きで図示されており、オイルパン２の内部のエンジンオイル表面がほぼ水平となっている。オイルパンセパレータ３は、金属や断熱性を有する部材（例えば、合成樹脂：発泡樹脂など）で構成される。
【００１４】
本実施形態では、オイルパンセパレータ３は、ロアケース１ｂに固定された上部構造３ａとオイルパン２に固定された下部構造３ｂとからなる。上部構造３ａは、中央に凹部が形成され、該凹部の底部中央に開口部３ｆが形成されている。開口部３ｆ周囲の上述した底部は、上述した主室の上方を覆う蓋部３ｇとなる。蓋部３ｇは、主室内のエンジンオイルの上方への移動を抑制し、ストレーナ４によるエア吸い込みを防止する。エンジンオイルの上方への移動は、急制動や急旋回時などに生じやすい。一方、下部構造３ｂにも、その中央に凹部が形成されており、主としてこの凹部によって主室が形成されている。上部構造３ａの凹部下部と下部構造３ｂの凹部上部とは、隙間なく結合されている。この結果、エンジンブロック１の内部は主として（副室ではなく）主室と連通されている。
【００１５】
この主室とエンジンブロック１内部との間には、一対のバランスシャフト６が配設されている。一対のバランスシャフト６は、ハウジング６ｂの内部に収納されており、このハウジング６ｂがロアケース１ｂに結合されている。ハウジング６ｂと上述した上部構造３ａとは、ロアケース１ｂに対してボルトによって共締めされている。バランスシャフト６の状態を分かりやすく図２及び図３に示す。各バランスシャフト６は、一方の側に偏ったアンバランスウェイト６ａをそれぞれ有している。そして、一方のバランスシャフト６にはギア６ｄが結合され、他方のバランスシャフト６にはギア６ｅが結合されている。
【００１６】
クランクシャフト５には、一方のギア６ｄのみと噛み合うギア５ａが結合されている。クランクシャフト５のギア５ａの回転に伴ってギア６ｄが回転されると、これと噛み合うギア６ｅはギア６ｄとは逆方向に回転する。この結果、一対のバランスシャフト６は互いに逆回転する。図２及び図３に示されるように、四気筒エンジンである本実施形態のエンジンは四つのピストン７を有しており、そのうちの二つが上死点にあるとき他の二つは下死点にある。アンバランスウェイト６ａは、何れかのピストン７が上死点又は下死点にあるとき、必ず下方に位置するようになっている。即ち、クランクシャフト５の一回転につき、バランスシャフト６は二回転する。
【００１７】
このようにすることで、クランクシャフト５の回転によって生じる二次慣性力を一対のバランスシャフト６によって相殺している。なお、アンバランスウェイト６ａの回転による横方向の慣性力は、一対のバランスシャフト６間で相殺される。本実施形態の場合、バランスシャフト６のハウジング６ｂは、アルミ合金製であるが、その表面（内外表面）には、樹脂コーティングが施されている。ただし、バランスシャフト６の軸受部６ｃに関しては、バランスシャフト６と摺動するため、耐久性上の観点からアルミ合金が露出された状態となっている。
【００１８】
エンジンブロック１から滴下するエンジンオイルは上述したように主室に滴下するが、その間にこの一対のバランスシャフト６が位置しているため、滴下するエンジンオイルはバランスシャフト６（ハウジング６ｂ内部など）を経由することとなる。このため、滴下するエンジンオイルは、バランスシャフト６部分で発生する熱でより早期に昇温される。これは特に冷間始動時に有効である。バランスシャフト６部分では、その軸受部６ｃやギア６ｄ，６ｅで発生する摩擦熱や、ハウジング６ｂ内でアンバランスウェイト６ａによって攪拌されるときに発生する熱で、エンジンオイルを昇温させることとなる。
【００１９】
このとき、発生した熱がハウジング６ｂを介してロアケース１ｂ側に逃げてしまうと、逃げた熱の分だけエンジンオイルを暖める効果が減ってしまう。そこで、ここではハウジング６ｂの表面を樹脂化して、エンジンオイルからハウジング６ｂへの熱伝導を抑止してエンジンオイルの温度低下を抑止すると共に、ハウジング６ｂからロアケース１ｂへの熱伝導も抑止してハウジング６ｂ自体の熱も奪われないようにしている。このようにすることで、バランスシャフト６部分で発生した熱を有効にエンジンオイルに吸収させることができ、エンジンオイルの早期昇温に効果がある。
【００２０】
オイルパンセパレータ３には、その内側の主室と外側の副室との間でオイルを連通させる連通孔が凹部の側壁部に形成されている。ここでは、大きめの第一連通孔３ｃが上方に、小さめの第二連通孔３ｄが下方に形成されている。例えば、第一連通孔３ｃをφ８ｍｍで数個、第二連通孔３ｄをφ２ｍｍで十数〜数十個形成されている。そして、第一連通孔３ｃと第二連通孔３ｄとは、主室の中心に対して互いにほぼ対向する位置に配置されている。副室内のエンジンオイルの粘度が高いうちは、主室内のエンジンオイルだけで循環が行われる。副室内のエンジンオイルの粘度が低くなれば、第二連通孔３ｄから主室内にエンジンオイルが導入される。即ち、エンジンオイルの粘度変化を利用して副室と主室との間のエンジンオイルの導通を制御するようになっている。
【００２１】
これは、第一連通孔３ｃの方が開口径が大きく抵抗が少ないこと、副室内でも上方のエンジンオイルの方が温度が高く粘性が小さいことによる。この結果、副室から主室に向けてエンジンオイルを導入する際には、より温度の高い粘性の小さいエンジンオイルが供給される。なお、エンジンオイルの主室への戻り量が多ければ、副室内のエンジンオイルの温度が低くて粘度が高いと副室から主室へのエンジンオイルの導入よりも、主室内のエンジンオイルが優先して再循環される。
【００２２】
副室内のエンジンオイルの温度は徐々に上昇し、主室−副室間のエンジンオイルの交換量は徐々に大きくなり、最終的には同じになる。しかし、このように主室・副室に分けることによって、主室側のエンジンオイルをより早期に昇温させ、この早期に昇温させたエンジンオイルを優先的にエンジン各部に循環させることができる。このとき、オイルパンセパレータ３を断熱性に優れた材質で構成することも、主室内のエンジンオイルの早期昇温に有効である。
【００２３】
第一連通孔３ｃと第二連通孔３ｄとを、主室の中心に対して互いにほぼ対向する位置に配置するのは、以下の理由による。オイルの温度がまだ高くないうちはオイルパンセパレータ３の内部をより早期に昇温させるが、主室内のオイルの温度が十分に暖まった後は副室内のオイルを昇温させる。ここで、上述したように、主室からは上方に形成された第一連通孔３ｃを通って暖められたオイルが副室内に流れ込みやすい。この暖かいオイルによって副室内のオイルを暖めるが、すぐに主室に還流されてしまうようであると、副室内のオイルの温度がなかなか上昇しない。
【００２４】
そこで、第一連通孔３ｃを介して主室から副室に流出したオイルを、副室内を十分に循環させた後に第二連通孔３ｄから再び主室内に還流させることで、副室内の温度上昇を促進する。この場合、第一連通孔３ｃと第二連通孔３ｄとを、主室の中心に対して互いにほぼ対向する位置に配置することで、オイルを十分に循環させやすくなる。なお、第二連通孔３ｄの大きさが小さくされているため、副室内の第二連通孔３ｄ付近のオイル温度がある程度上昇して粘性が低くならないと、副室から主室へのオイルの流れは十分には発生しない。これも、主室内オイルが十分に昇温された後の副室内オイルの昇温を行う上で効果的である。
【００２５】
さらに、オイルパンセパレータ３における底部の最も低い部位には、ドレイン孔３ｅが形成されている。このドレイン孔３ｅは、オイルパン２の内部からエンジンオイルを抜くときに、主室内のエンジンオイルを副室側に排出させるためのものである。なお、オイルパン２には、オイル抜きのためのドレインボルト２ａが取り付けられている。
【００２６】
上述した構成のオイルパン構造の場合、オイルパン２内部のエンジンオイルがストレーナ４を介してエンジン各部に循環される場合、まず、オイルパンセパレータ３内部の主室からエンジンオイルが吸い上げられる。エンジン各部を循環して暖められたエンジンオイルは、バランスシャフト６のハウジング６ｂを経由して再度主室内に滴下するが、このときバランスシャフト６部分で熱を受け取ってさらに暖められる。バランスシャフト６のハウジング６ｂから排出される暖められたエンジンオイルは、上方からオイルパンセパレータ３の蓋部３ｇの上面に滴下し、順次主室内に流下する（図１中の矢印参照）。
【００２７】
即ち、エンジン各部で熱を受け取ったエンジンオイルはバランスシャフト６部分を経由して主室内に優先的に集められ、主室内のエンジンオイルがまず早期に昇温される。ストレーナ４の吸込口は主室内に配置されているので、主室内のより早期に昇温されたエンジンオイルが優先的にエンジン各部に循環される。そして、主室のエンジンオイルの温度上昇に伴って、熱伝導や主室副室間でのエンジンオイルのやりとりによって、徐々に副室内のエンジンオイルが昇温される。
【００２８】
エンジンの始動後しばらくは、主室内のエンジンオイルの方がより早期に昇温されるので、副室内のエンジンオイルは主室内のエンジンオイルよりも当初は温度が低くなる。このため、エンジンの始動後しばらくは、副室内のエンジンオイルの粘度が高く、副室から主室へのエンジンオイルの移動は起こりにくい傾向となる。これによって、主室内のエンジンオイルがより循環されやすく、主室内のエンジンオイルの昇温はより一層早期に行われる。
【００２９】
さらに、本実施形態においては、主室の周囲には全て副室が形成されている。主室内の熱は、副室が存在することによって外部（外気）に逃げにくくなり、主室のエンジンオイルをより一層早期に昇温させることとなる。オイルパンセパレータ３とオイルパン２とが接触していないので、オイルパン２に熱伝導で熱が奪われることもない。なお、主室から副室に逃げる熱もあるが、これは副室内のエンジンオイルの昇温に用いられるため無駄になるわけではない。最終的には、主室内のエンジンオイルの温度と副室内のエンジンオイルの温度とはほぼ同じになるが、始動直後にはより早期に適温まで昇温された主室内のエンジンオイルをエンジン各部に送出することができる。このため、より早期にエンジンを安定した状態で運転することが可能となる。
【００３０】
また、フリクションの早期低減による燃費向上効果を得ることができる。さらに、オイルパンセパレータ３を用いてオイルパン２の内部を区分するので、オイルパン２自体の交換時（路面と接触で潰れたりすることがある）にはオイルパン２のみを交換すればよい（下部構造３ｂの付け替えは必要）。オイルパン２自体は通常のものであるので、コスト的に高くなるようなことはない。また、上述した構造を構築するのに、各部形状の検討は必要であるが、構成部品に関してはオイルパンセパレータ３を増やすだけで対応できるので、エンジンの構造を複雑化させるようなこともない。
【００３１】
上述したように、オイルパンセパレータ３を用いてオイルパン２の内部を分割し、（冷間）始動直後は主室内のオイルを優先的に循環させること、及び、一旦エンジン各部を循環した後に還流するエンジンオイルをバランスシャフト６によってさらに昇温させることによって、より早期にエンジンを安定した状態で運転することが可能となる。さらに、本実施形態では、上述した機構に加えて、蓄熱タンク９やエンジンオイルの流路上の配置した温度切替弁８なども併用して、（冷間）始動直後のエンジンオイルの早期昇温・エンジン各部の潤滑の早期安定化を図っている。以下、これについて説明する。
【００３２】
エンジン内のエンジンオイルの潤滑経路を図４に示す。図４に示されるように、本実施形態では、オイルストレーナ４の吸込口近傍に、エンジンオイルの温度に応じて開閉する温度切替弁８が配設されている。温度切替弁８には、クランクシャフト５から後述する蓄熱タンク９を経由して還流するエンジンオイルを導く流路１０も接続されている。温度切替弁８は、バイメタルやサーモワックス等を利用したもので、エンジンオイルの温度によってその流路を切り替えるものである。ここでは、温度切替弁８によって、エンジンオイルの温度が低いときには、蓄熱タンク９からのエンジンオイルをオイルポンプへ流出させ（図中ＯＮ）、エンジンオイルが所定温度以上となった場合には、オイルパン２（オイルパンセパレータ３内部の主室）のエンジンオイルをオイルポンプに流出させる（図中ＯＦＦ）。
【００３３】
この切替温度は、オイルパン２（オイルパンセパレータ３内部の主室）内部のエンジンオイルに基づいており、オイルパン２（オイルパンセパレータ３内部の主室）内部のエンジンオイルがエンジン各部を潤滑させるのに適した温度として設定される。蓄熱タンク９は、クランクシャフト５から還流する暖められたエンジンオイルを貯留させておくものであり、断熱材によって周囲からの熱の放出が抑止されている。蓄熱タンク９内に還流されたエンジンオイルは、温度切替弁８がＯＦＦとなった後も、エンジンの熱で暖められている。なお、蓄熱タンク９と温度切替弁８との間には、温度切替弁８から蓄熱タンク９方向へのエンジンオイルの流れを防止する逆止弁１１が配設されている。
【００３４】
蓄熱タンク９内部のエンジンオイルは、オイルパン２内部のエンジンオイルよりもより長期間温度低下が抑止される。例えば、寒冷地に一晩おかれたような場合でも、外気温までは低下せずにエンジン潤滑をある程度安定的に行える程度の温度に保たれる。エンジンが冷間始動されると、オイルパン２内部のエンジンオイルの温度が低いので温度切替弁８はＯＮとなり、ストレーナ４には蓄熱タンク９の内部で保温されていたエンジンオイルが供給される。このエンジンオイルはエンジン各部に循環され、ある程度良好な潤滑を行いつつ、オイルパンセパレータ３内部の主室に還流されると共に、流路１０を介して一部が蓄熱タンク９に再度還流される。
【００３５】
オイルパンセパレータ３内部の主室に還流されるエンジンオイルに関しては、上述したようにバランスシャフト６によってさらに暖められることとなる。このようにして、蓄熱タンク９内のエンジンオイルは循環されつつ徐々に消費され、それと共にオイルパンセパレータ３内部の主室のエンジンオイルが早期に昇温される。オイルパンセパレータ３内部のエンジンオイルが所定の温度に達すると、温度切替弁８はＯＦＦとなり、それ以降はオイルパン２内部のエンジンオイルがエンジン各部に循環される。
【００３６】
温度切替弁８がＯＦＦとなった後も、蓄熱タンク９が一杯になるまでは流路１０を介して蓄熱タンク９へエンジンオイルが還流される。蓄熱タンク９が一杯になった後は、エンジンオイルはオイルパンセパレータ３内部の主室に全て還流される。蓄熱タンク９の容量は、温度切替弁８がＯＦＦとなるまでに完全に消費されてしまうことがないような容量とされている。このように、図１に示される機構に加えて、さらに図４に示されるような蓄熱タンク９を用いた機構を併用することで、エンジンオイルの温度を最適な温度にまでより早期に昇温させることができる。
【００３７】
なお、本発明のオイルパン構造は、上述した実施形態のものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、ハウジング６ｂは、樹脂コーティングが施されることでその表面が樹脂化されたが、ハウジング全体を合成樹脂によって形成することでその表面を樹脂化しても良い。この場合、バランスシャフトとの摺動面となる軸受部には、金属材をインサートするなどする。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のオイルパン構造によれば、オイルパン内部をオイルパンセパレータで主室と副室と二区分し、エンジン各部を循環して還流する暖められたエンジンオイルを主室に優先的に還流させる。また、これと同時に、主室に還流されるエンジンオイルをバランスシャフトを経由させることでさらに昇温させる。このため、エンジンオイルをより早期に昇温させることができる。この結果、エンジンの運年の早期安定化、フリクションの早期低減による騒音低下・燃費向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオイルパン構造の一実施形態を有するエンジン下部構造を示す断面図である。
【図２】バランスシャフト及びそのハウジングを示す分解斜視図である。
【図３】バランスシャフト及びそのハウジングの取付状況を示す断面図である。
【図４】エンジンオイルの循環経路を示す説明図である。
【符号の説明】
１…エンジンブロック、１ａ…シリンダブロック、１ｂ…ロアケース、２…オイルパン、３…オイルパンセパレータ、３ａ…上部構造、３ｂ…下部構造、３ｃ…第一連通孔、３ｄ…第二連通孔、３ｆ…開口部、３ｇ…蓋部、４…ストレーナ、４ａ…オイル吸上管、５…クランクシャフト、６…バランスシャフト、６ｂ…（バランスシャフトの）ハウジング、７…ピストン、８…温度切替弁、９…蓄熱タンク。

Claims (3)

1. オイルパン内部を吸込口が配置される主室と前記吸込口が配置されない副室とに仕切るオイルパンセパレータと、該主室とエンジンブロック内部との間に配された一対のバランスシャフトとを備え、
   前記オイルパンセパレータは前記主室を形成する凹部を有し、前記主室が前記バランスシャフトを介してエンジンブロックの内部と連通され、前記凹部は前記主室と前記副室とを連通させる連通孔を有していることを特徴とするオイルパン構造。
2. 一対の前記バランスシャフトがハウジングの内部に収納されており、該ハウジングの表面が樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオイルパン構造。
3. 前記エンジンブロックから還流する潤滑オイルを貯留させ、かつ、貯留したオイルをエンジンブロックに対して供給する蓄熱タンクと、該蓄熱タンクから前記エンジンブロック内へのオイル流路上に配設された温度切替弁とをさらに備えており、
   エンジン冷間始動直後には、前記温度切替弁によって、前記蓄熱タンクに貯留された潤滑オイルを優先的に前記エンジンブロックに供給することを特徴とする請求項１に記載のオイルパン構造。

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