JP2008032157A - 内燃機関のバランサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の停止中にバランスシャフトギアがオイルに浸かったままとなる状態を回避できる内燃機関のバランサ装置を提供する。
【解決手段】バランサ装置１０Ａは、バランスシャフト１１を駆動するバランスシャフトギア１２を囲い、かつ内燃機関のオイルパン３内に配置されたバランスシャフトハウジング１３を備えている。バランスシャフトハウジング１３には、内部に溜ったオイルをオイルパン３へ排出するためのオイル戻し穴１３ａが形成されており、オイルパン３内のオイルの油面の変動に応じて動作する開閉部材２１を利用して、内燃機関の停止時にオイル戻し穴１３ａを開いてオイルを排出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランクシャフトの回転に起因した慣性力及び慣性偶力を低減する内燃機関のバランサ装置に関する。

バランスシャフトハウジング内の潤滑油をオイルパン外部に汲み出す電動オイルポンプを備え、内燃機関の冷間始動時、高速回転時及び高負荷時に電動オイルポンプを駆動して潤滑油を汲み出すバランサ装置がある（特許文献１）。この装置によれば、バランスシャフトハウジング内の潤滑油（オイル）を汲み出して油面を下げることにより、内燃機関の始動時等にバランスシャフトの回転抵抗を低減することができる。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜６が存在する。

特開２００４−０６８８６８号公報 特開平５−００５４１０号公報 特開平６−３２３１１６号公報 実開平５−０１２７９９号公報 特許第３４８８７２７号公報 特開平８−２４６８９４号公報

特許文献１の装置は、機関運転中のバランスシャフトの回転抵抗の低減のみを目的とし、機関停止時におけるバランスシャフトハウジング内のオイルを低減するものではない。そのため、内燃機関の停止中、つまり内燃機関の停止から次に始動までの間にハウジング内にオイルが溜った状態に保持されることがある。これにより、内燃機関の停止中にバランスシャフトを駆動するバランスシャフトギアがオイルに浸かったままになるおそれがある。その結果、内燃機関が停止してから次の始動時にバランスシャフトハウジング内に溜ったオイルがバランスシャフト等によって撹拌されるのでスタータモータの負荷が増大する。また、バランスシャフトギアを樹脂製にした場合、そのギアがオイルに浸かった状態が長引くと膨潤して、運転時の異音発生原因になるおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の停止中にバランスシャフトギアがオイルに浸かったままとなる状態を回避できる内燃機関のバランサ装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のバランサ装置は、バランスシャフトを駆動するバランスシャフトギアを囲い、かつ内燃機関のオイルパン内に配置されたバランスシャフトハウジングを備えた内燃機関のバランサ装置において、前記内燃機関の停止時における前記バランスシャフトハウジング内のオイル量が低減するように、前記バランスシャフトハウジング内のオイルを排出する油量調整装置を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

このバランサ装置によれば、内燃機関の停止時におけるバランスシャフトハウジング内のオイル量が低減するように油量調整装置にてバランスシャフトハウジング内のオイルが排出される。そのため、内燃機関の停止中、即ち停止時から次の始動時までの間にバランスシャフトギアがオイルに浸かったままになる状態を回避することができる。

油量調整装置の構成には特段の制限がなく、例えば、前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、前記油量調整装置として、前記オイル戻し穴を開閉可能で、かつ前記内燃機関の停止時に前記オイル戻し穴を開く開閉機構が設けられていてもよい（請求項２）。この態様の場合、内燃機関が停止すると開閉機構にてオイル戻し穴が開かれて、バランスシャフトハウジング内のオイルが排出されるようになる。

この開閉機構は、前記オイルパン内のオイル量の変動に応じて前記オイル戻し穴を開閉できるように構成されており、前記オイルパン内のオイル量の増加に応じて前記オイル戻し穴を開いてもよい（請求項３）。内燃機関の運転時には、オイルパン内のオイルは内燃機関の各部に圧送されるので、停止時と比べてオイルパン内のオイル量が減少し、内燃機関の停止時には、内燃機関の各部からオイルパンにオイルが戻されるのでオイルパン内のオイル量は運転時と比べて増加する。この態様によれば、内燃機関の停止によりオイルパン内のオイル量が増加すると、オイル戻し穴が開かれてバランスシャフトハウジングからオイルが排出される。

この態様においては、前記開閉機構は、前記オイル戻し穴を閉じることが可能な蓋部材と、前記蓋部材に連結されるとともに、前記バランスシャフトハウジングの外部に引き出されて前記オイルパン内に配置され、かつ前記オイルパン内のオイルの比重よりも比重が小さくなるように構成された操作部材と、を有した開閉部材を備えていてもよい（請求項４）。上述のように、内燃機関の運転時と停止時とでは、オイルパン内のオイル量が変化するので、オイルの油面の高さも変化する。即ち、内燃機関の運転時には停止時と比べて油面が低下し、停止時には運転時と比べて油面が上昇する。この態様の開閉機構は、蓋部材に連結された操作部材がオイルの比重よりも比重が小さくなるように構成されているので、操作部材に生じた浮力によりオイルパン内の油面変動に追従して操作部材が上下動する。この上下動により操作部材と連結された蓋部材が駆動されてオイル戻し穴が開かれるようになる。このように、開閉部材は内燃機関の運転時と停止時とでオイルパン内の油面が変化することを利用してオイル戻し穴を開閉できるので、オイル戻し穴を開閉させる特別な駆動源を設ける必要がなく、簡素な構成で開閉機構を構成できる。

また、本発明のバランサ装置においては、前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、前記油量調整装置は、前記オイル戻し穴を開閉可能な弁手段と、前記内燃機関の停止を判定する停止判定手段と、前記停止判定手段が前記内燃機関の停止を判定した場合に前記オイル戻し穴が開かれるように前記弁手段を制御する弁制御手段と、を備えてもよい（請求項５）。この態様によれば、内燃機関の停止を判定する停止判定手段の判定結果に基づいてオイル戻し穴が開かれるので、内燃機関の停止時においてバランスシャフトハウジング内からオイルを確実に排出することができるようになる。

本発明の以上の各態様は、内燃機関の停止時にバランスシャフトハウジング内のオイル量を油量調整装置にて排出するものであるが、内燃機関の停止時におけるオイル量が低減するように内燃機関の運転時に油量調整装置にてオイルを排出するものであってもよい。

例えば、前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、前記油量調整装置として、前記オイルパン内のオイルの液位が前記バランスシャフトギアと干渉する位置に満たない場合に前記オイル戻し穴が開かれ、かつ前記オイルパン内のオイルの液位が前記バランスシャフトギアと干渉する位置を超えている場合に前記オイル戻し穴が閉じられるように構成された開閉機構が設けられていてもよい（請求項６）。この態様によれば、オイルパン内の液位がバランスシャフトギアと干渉する位置に満たない場合にはオイル戻し穴が開かれてバランスシャフトハウジング内のオイルが排出される。そして、オイルパン内の液位がバランスシャフトギアと干渉する位置を超えている場合にはオイル戻し穴が閉じられるので、オイルパン内のオイルがオイル戻し穴を通じてバランスシャフトハウジング内に流入して、オイルとバランスシャフトギアとが干渉することを防止できる。従って、バランスシャフトハウジング内のオイル量がオイルとバランスシャフトギアとが干渉しない程度に制限される。このため、内燃機関の運転が停止された停止時において、バランスシャフトハウジング内のオイルを可能な限り低減することができる。

また、前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、前記油量調整装置として、前記オイル戻し穴を開閉可能な弁手段と、前記内燃機関の回転速度を考慮して前記オイルパン内のオイルの液位が前記バランスシャフトギアと干渉する位置を超えるか否かを予測する液位予測手段と、オイルの液位が前記位置を超えると前記液位予測手段が予測した場合に前記オイル戻し穴が閉じられ、かつオイルの液位が前記位置を超えないと前記液位予測手段が予測した場合に前記オイル戻し穴が開かれるように前記弁手段を制御する弁制御手段と、を備える開閉機構が設けられていてもよい（請求項７）。この態様によれば、オイルパン内のオイルの液位がバランスシャフトギアと干渉する位置を超えると予測された場合にオイル戻し穴が閉じられる一方で、その液位がバランスシャフトギアと干渉する位置を超えないと予測された場合にオイル戻し穴が開かれるから、バランスシャフトハウジング内のオイル量がオイルとバランスシャフトギアとが干渉しない程度に制限される。このため、内燃機関の運転が停止された停止時において、バランスシャフトハウジング内のオイルを可能な限り低減することができる。

この態様においては、前記液位予測手段は、前記内燃機関の所定回転速度範囲内での積算運転時間を考慮して前記オイルパン内のオイルの液位が前記位置を超えるか否かを予測してもよい（請求項８）。一般に、内燃機関の回転速度が大きくなるほど各部へのオイル供給量が増加するので、オイルパンの液位は低下する傾向にある。但し、内燃機関の回転速度に応じた液位に変化するにはある程度の時間が必要である。つまり、一時的に回転速度が大きくなったり小さくなったりしても、その回転速度の変動は液位の変動に殆ど寄与しない。この態様によれば、所定回転速度範囲内での積算運転時間が考慮されて液位が予測されるので、液位の変動に寄与しないような一時的な回転速度の変動を除外できる。従って、液位の予測精度が向上し制御が安定化する。

前記液位予測手段は、前記積算運転時間が所定時間以上となり、かつ、その後前記内燃機関の回転速度が前記所定回転速度範囲の下限値よりも小さい所定値以下となったことを条件として、前記オイルパン内のオイルの液位が前記位置を超えると予測してもよい（請求項９）。内燃機関がある回転速度で定常運転されていた状態から回転速度が所定回転速度範囲内まで上昇し、その範囲内における運転が所定時間以上続き、その後内燃機関がもとの定常運転に戻された場合、所定回転速度範囲内における運転でオイル中に混入する気泡量が増加することを原因として、オイルパン内の液位が回転速度上昇前よりも一時的に高くなる。従って、仮に、回転速度上昇前の定常運転時のオイルの液位がバランスシャフトギアと干渉する位置を超えていない場合でも、このような過程を経て回転速度が変化すると回転速度上昇前の状態に戻したときにオイルの液位がその位置を超えてしまう場合がある。この態様によれば、以上のような過程を経て回転速度が変化した場合に、オイルの液位がバランスシャフトギアと干渉する位置を超えることを液位予測手段が予測できるので、バランスシャフトギアと干渉する位置を超えてしまうほどオイルが流入することを確実に防止できるようになる。

以上説明したように、本発明のバランサ装置は、内燃機関の停止時又は運転中に油量調整装置にてバランスシャフトハウジング内のオイルが排出されるので、内燃機関の停止時におけるハウジング内のオイル量を低減できる。そのため、内燃機関の停止中にバランスシャフトギアが潤滑油に浸かったままになる状態を回避することができるようになる。

（第１の形態）
図１は、本発明のバランサ装置が組み込まれた内燃機関の要部を示している。図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面を拡大して示した断面模式図である。これらの図に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック２の下部とオイルパン３とで構成されたクランクケース４を有し、そのクランクケース４内にクランクシャフト５が収容されている。

バランサ装置１０Ａはオイルパン３内に、換言すればクランクケース４内のクランクシャフト５の下方に配置されている。バランサ装置１０Ａはクランクシャフト５の回転に伴う振動を低減できる機能を有しており、クランクシャフト５と略平行に延びる一対のバランスシャフト１１、１１と、各バランスシャフト１１に一体回転可能に設けられて各バランスシャフト１１を駆動するためのバランスシャフトギア１２、１２と、これらを囲むバランスシャフトハウジング（以下、ハウジングと表示する場合がある。）１３とを備えている。各バランスシャフト１１には、クランクシャフト１１の回転による慣性力等を打ち消すための複数のマス１１ａが設けられている。二つのバランスシャフトギア１２、１２の少なくとも一方は、歯部が樹脂で構成されている。二つのバランスシャフトギア１２、１２は互いに噛み合い、かつ一方のギア１２には、クランクシャフト５に一体回転可能に設けられた駆動ギア５０が噛み合わされてクランクシャフト５の回転が伝達される。これにより、クランクシャフト５の回転と同期して各バランスシャフト１１も回転することができる。各ギア５０、１２の回転方向は図２の矢印に示した通りである。

図１に示すように、ハウジング１３の両側部には、ハウジング内部のオイルを外部に排出するためのオイル排出窓１４が設けられている。そのため、内燃機関１の運転中にはバランスシャフト１１及びバランスシャフトギア１２の回転に伴ってオイル排出窓１４からオイルが外部へ掻き出される。なお図示を省略したが、ハウジング１３には各バランスシャフト１１を回転可能に支持する軸受け部が設けられている。

ハウジング１３の底部には、内部のオイルをオイルパン３へ排出するためのオイル戻し穴１３ａが形成されている。バランサ装置１０Ａは、開閉部材２１を利用してオイル戻し穴１３ａを開閉できる油量調整装置としての開閉機構２０Ａを備えている。図３に詳しく示すように、開閉部材２１は、ハウジング１３内に配置されてオイル戻し穴１３ａを閉じることができる蓋部材２２と、この蓋部材２２に連結されるとともに、ハウジング１３の外部に引き出されてオイルパン３内に配置された操作部材２３とを有している。操作部材２３は、オイル戻し穴１３ａに挿入された連結軸２４を介在させて蓋部材２２に連結されている。

操作部材２３は、内部に空洞２３ａが形成された中空部材であり、オイルの比重よりも比重が小さくなるように構成されている。なお、操作部材２３を構成する材料として、オイルの比重よりも小さい比重の材料を適宜に選択することにより、操作部材２３を中空部材ではなく中実部材とすることも可能である。操作部材２３の比重は、開閉部材２１が自重によってオイルに沈まない浮力が生じるように調整されている。蓋部材２２は、連結軸２４がオイル戻し穴１３ａ内をその半径方向に移動した場合でもオイル戻し穴１３ａを閉じることができる大きさに設定されている。また、オイル戻し穴１３ａの周囲には、開閉部材２１の自重によって蓋部材２２がオイル戻し穴１３ａを閉じた場合の密封性を高めるため、ゴム等の弾性体で構成されたＯリング２５がハウジング１３に形成されたリング溝１３ｂに嵌め込まれており、このＯリング２５はシール部材として機能する。

開閉機構２０Ａによれば、オイルパン３内のオイルの油面が上昇すると、浮力により開閉部材２１の蓋部材２２が上方に押し上げられることによりオイル戻し穴１３ａが開かれる。逆に、油面が操作部材２３よりも低い位置まで下降すると、開閉部材２１の自重によってオイル戻し穴１３ａが閉じられる。図４は、内燃機関１の停止時及び運転時における開閉部材２１の状態を示し、（ａ）は内燃機関１の停止時を、（ｂ）は内燃機関１の運転時をそれぞれ示している。これらの図に示すように、オイルパン３内のオイルの油面Ｓの高さは、運転中に各部に圧送されていたオイルがオイルパン３に戻されるので、内燃機関１の停止時の方が運転時よりも高い。そこで、開閉機構２０Ａは内燃機関１の停止時の油面の高さ及び運転時の油面の高さをそれぞれ考慮して、内燃機関１の停止時にオイル戻し穴１３ａが開かれ、かつ内燃機関１の運転時にオイル戻し穴１３ａが閉じられるように、開閉部材２１の蓋部材２２から操作部材２３までの寸法が設定されている。これにより、図４（ａ）に示すように、内燃機関１の停止時にオイル戻し穴１３ａが開かれて、ハウジング１３の内部に溜ったオイルＯＩＬがオイル戻し穴１３ａを介してオイルパン３に排出される。そのため、内燃機関１が停止している間にバランスシャフトギア１２がオイルに浸かったままとなる状態を回避できる。一方、図４（ｂ）に示すように、内燃機関１の運転中には、オイルパン３の油面Ｓが下がりオイル戻し穴１３が閉じられるので、オイルパン３からハウジング１３内へのオイルの流入が防止される。これにより、バランスシャフト１１やバランスシャフトギア１２によるハウジング１３内のオイルの撹拌を低減することができる。こうして、開閉機構２０Ａはオイルパン３内のオイル量の変動に応じてオイル戻し穴１３ａを開閉できるように構成される。

（第２の形態）
次に、第２の形態を図５及び図６を参照して説明する。この形態のバランサ装置１０Ｂは開閉機構２０Ｂの構成を除き第１の形態と同様の構成を有している。そのため、第１の形態と共通の構成についての説明は省略し、特に断らない限り図１及び図２が適宜に参照される。図５は、第２の形態のバランサ装置１０Ｂの要部を模式的に示している。バランサ装置１０Ｂはオイル戻し穴１３ａを開閉できる油量調整装置としての開閉機構２０Ｂを備えている。開閉機構２０Ｂは電磁駆動式の弁手段としての開閉弁２６と、開閉弁２６の動作を制御する弁制御手段としての制御装置２７とを有する。この開閉弁２６はオイル戻し穴１３ａを閉じることができる弁体２８と、その弁体２８を駆動するアクチュエータ２９とを備えている。アクチュエータ２９は制御装置２７と電気的に接続されていて、制御装置２７により内蔵の電磁コイルに通電されると弁体２８がオイル戻し穴１３ａを閉じ、その通電が停止されると弁体２８がオイル戻し穴１３ａを開くように、弁体２８を動作させる。制御装置２７には、開閉弁２６の制御に必要な情報、例えば機関回転数Ｎｅや水温Ｔｗ等が入力される。なお、制御装置２７は内燃機関１の運転状態を適正に制御するために設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と兼用させてもよいし、ＥＣＵと分離して独自に設けてもよい。

図６は、制御装置２７が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムは、制御装置２７が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に予め保持されており、記憶手段から適宜に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。制御装置２７は、まずステップＳ１において、内燃機関１の停止を判定する。この判定は適宜の手法で判定される。例えば、制御装置２７に入力された機関回転数Ｎｅが０（ゼロ）となった場合に内燃機関１の停止を判定してもよいし、機関回転数Ｎｅがゼロとなってから所定時間経過後に内燃機関１の停止を判定してもよい。また、イグニッションスイッチ（不図示）がオンからオフに切替えられた場合に内燃機関１の停止を判定してもよい。

ステップＳ１で内燃機関１の停止を判定した場合には、ステップＳ２に進みオイル戻し穴１３ａが開かれるように開閉弁２６を制御して今回のルーチンを終了する。即ち、制御装置２７はアクチュエータ２９への通電を停止する。一方、ステップＳ１で内燃機関１の停止が判定されない場合、内燃機関１の状態は、始動完了後の運転中又は始動完了前の始動中のいずれかである。そこで、ステップＳ１で否定判定した場合には、ステップＳ３に進み内燃機関１の始動完了後か否かを判定する。なお、ここで云う始動完了後とは、完爆が判定された後の状態を意味し、始動中とはスタータモータ（不図示）が作動してから完爆が判定される前までの状態を意味する。完爆の判定は適宜の手法で実施してよく、例えば機関回転数Ｎｅに所定の閾値を設定し、機関回転数Ｎｅがその閾値を超えた場合に完爆を判定してもよい。この完爆判定の閾値は一定値でもよいし、冷却水温Ｔｗの大きさに応じて変化させてもよい。

ステップＳ３で始動完了後であると判定した場合には、ステップＳ４に進み、オイル戻し穴１３ａが閉じられるように、アクチュエータ２９へ通電することにより開閉弁２６を制御して今回のルーチンを終了する。ステップＳ３において、始動完了後でないと判定した場合には、ステップＳ２に進みオイル戻し穴１３ａが開かれるようにする。

以上のルーチンが制御装置２７によって繰り返し実行されることにより、内燃機関１の停止時にオイル戻し穴１３ａが開かれて、ハウジング１３内のオイルがオイルパン３に排出される。そのため、内燃機関１が停止している間にバランスシャフトギア１２がオイルに浸かったままとなる状態を回避できる。一方、内燃機関１の運転中には、オイル戻し穴１３が閉じられるので、オイルパン３からハウジング１３内へのオイルの流入が防止される。そのため、バランスシャフト１１やバランスシャフトギア１２によるハウジング１３内のオイルの撹拌を低減することができる。図６のステップＳ１が制御装置２７により実行されることにより、制御装置２７は本発明の停止判定手段として機能する。

（第３の形態）
次に、第３の形態を図７及び図８を参照して説明する。この形態のバランサ装置１０Ｃは後述する開閉機構２０Ｃの構成を除き第１の形態と同様の構成を有している。第１の形態と共通の構成についての説明は省略し、特に断らない限り図１及び図２が適宜に参照される。但し、この形態に係る内燃機関１は、運転停止時から油面の上昇が収まった状態においてその液位がバランスシャフトギア１２の下端（バランスシャフトギアと干渉する位置）を超える一方で、運転時において液位がバランスシャフトギア１２の下端よりも低い位置となるようにオイル量及びバランサ装置１０Ｃの配置位置がそれぞれ設定されている。従って、内燃機関１の運転停止後にオイル戻し穴１３ａが開いたままであると、オイルパン３内のオイルがオイル戻し穴１３ａからハウジング１３内に流入し、バランスシャフト１１やバランスシャフトギア１２がオイルに浸る。

図７はバランサ装置１０Ｃの要部を模式的に示している。バランサ装置１０Ｃはフロート弁３１を利用してオイル戻し穴１３ａを開閉できる油量調整装置としての開閉機構２０Ｃを備えている。フロート弁３１は、ハウジング１３の外部に設けられてオイル戻し穴１３ａを開閉できる弁体３２と、その弁体３２に連結されてハウジング１３の内部に設けられて弁体３２の脱落を防止できる抜け止め部材３３とを有している。抜け止め部材３３はオイル戻し穴１３ａに挿入された連結軸３４を介在させて弁体３２に連結されている。弁体３２は浮力を発生させるための空洞３２ａを有するとともに、ハウジング１３の底部と対向する側に形成されたリング溝３２ｂに嵌め込まれたＯリング３２ｃを有している。Ｏリング３２ｃはゴム等の弾性体で構成されており、弁体３２とハウジング１３とをシールするシール部材として機能する。弁体３２がオイル量の増加に応じてハウジング１３に押し付けられるとその底部に形成されたオイル戻し穴１３ａを閉じることができる。抜け止め部材３３には、ハウジング１３の底部に接している場合でもハウジング１３の内部のオイルをオイル戻し穴１３ａを介して排出できるように、複数の排出孔３３ａが形成されている。

図８はフロート弁３１の動作を示す説明図であり、（ａ）は内燃機関１の運転時を、（ｂ）は内燃機関１が停止してから油面Ｓの上昇が収まった状態をそれぞれ示している。内燃機関１の運転時には、液位がバランスシャフトギア１２の下端に満たない。更に図示の例では、その液位がオイル戻し穴１３ａよりも下側に位置するので、図８（ａ）に示すように、オイル戻し穴１３が開かれてハウジング１３内のオイルが矢印方向に排出されて、バランスシャフト１１やバランスシャフトギア１２によるハウジング１３内のオイルの撹拌を低減することができる。一方、内燃機関１が停止した後はオイルパン３内のオイル量が増加するので液位が高くなる。そして、この形態の場合、液位がバランスシャフトギア１２の下端に達する前にオイル戻し穴１３ａが弁体３２にて閉じられるので、図８（ｂ）に示すように、液位がバランスシャフトギア１２の下端を超えて高くなった場合でも、バランスシャフトギア１２の下端を超えるほどハウジング１３内にオイルが溜ることが防止される。これにより、内燃機関１が停止している間にバランスシャフトギア１２がオイルに浸かったままとなる事態を回避できる。

（第４の形態）
次に、本発明の第４の形態を図９及び図１０を参照して説明する。この形態のバランサ装置１０Ｄは開閉機構２０Ｄの構成を除き第１の形態と同様の構成を有している。そのため、第１の形態と共通する構成についての説明は省略し、特に断らない限り図１及び図２が適宜に参照される。但し、この形態の内燃機関１は第３の形態と同様の液位の変動が生じる。即ち、内燃機関１は運転停止時から油面の上昇が収まった状態においてその液位がバランスシャフトギア１２の下端（バランスシャフトギアと干渉する位置）を超える一方で、運転時において液位がバランスシャフトギア１２の下端よりも低い位置となるようにオイル量及びバランサ装置１０Ｃの配置位置がそれぞれ設定されている。従って、内燃機関１の運転停止後にオイル戻し穴１３ａが開いたままであると、オイルパン３内のオイルがオイル戻し穴１３ａからハウジング１３内に流入し、バランスシャフト１１やバランスシャフトギア１２がオイルに浸る。

図９は、第４の形態のバランサ装置１０Ｄの要部を模式的に示している。バランサ装置１０Ｄはオイル戻し穴１３ａを開閉できる油量調整装置としての開閉機構２０Ｄを備えている。開閉機構２０Ｄは電磁駆動式の弁手段としての開閉弁４１と、開閉弁４１の動作を制御する弁制御手段としての制御装置４２と、その制御装置４２に電気的に接続されるとともにオイルパン３内に設けられてオイルの液位を検出する液位センサ４３とを有する。開閉弁４１はオイル戻し穴１３ａを閉じることができる弁体４４と、その弁体４４を駆動するアクチュエータ４５とを備えている。アクチュエータ４５は制御装置４２と電気的に接続されていて、制御装置４２により内蔵の電磁コイルに通電されると弁体４４がオイル戻し穴１３ａを開き、その通電が停止されると弁体４４がオイル戻し穴１３ａを閉じるように、弁体４４を動作させる。制御装置４２には、開閉弁４１の制御に必要な情報として、液位センサ４３の出力信号が入力される。なお、制御装置４２は内燃機関１の運転状態を適正に制御するために設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と兼用させてもよいし、ＥＣＵと分離して独自に設けてもよい。

図１０は、制御装置４２が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムは、制御装置４２が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に予め保持されており、記憶手段から適宜に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。制御装置４２は、まずステップＳ４１において、液位センサ４３の出力を参照してオイルパン３内の液位がバランスシャフトギア１２の下端に達したか否かを判定する。その結果、液位が下端に達したと判定したときは、ステップＳ４２に進み、オイル戻し穴１３ａが閉じられるように開閉弁４１を制御する。一方、オイル戻し穴１３ａの位置に満たないないと判定したときは、ステップＳ４３に進み、オイル戻し穴１３ａが開かれるように開閉弁４１を制御する。

図１０の制御を実行することにより、開閉機構２０Ｄは内燃機関１の運転状態（停止時を含む）に拘わらず、オイルパン３内のオイル量の増加に応じてオイル戻し穴１３ａを閉じることができるので、バランスシャフトギア１２の下端を超えるほどのハウジング１３内へのオイル流入を防止できる。アクチュエータ４５は通電が停止されると弁体４４がオイル戻し穴１３ａを閉じるように弁体４４を動作させるので、内燃機関１が停止した場合にはオイル戻し穴１３ａが閉じられた状態に保持される。これにより、内燃機関１の停止時におけるハウジング１３内のオイル量を低減でき、内燃機関１が停止している間にバランスシャフトギア１２がオイルに浸かったままとなる事態を回避できる。

また、第１の形態や第３の形態のようにオイル戻し穴１３ａの開閉を液位の変動に委ねる形態と比べて、確実な動作が実現できるとともにオイル戻し穴１３ａを閉じた際のシール性が向上する。また、制御装置４２は、開閉弁４１の動作の正常又は不良について容易に把握することができるので、例えば動作不良時にウォーニングを表示させることもできる。そのため開閉弁４１の不具合を早期に摘出することができる。また、液位センサ４３によって液位を直接検出するので、例えばオイル交換やオイル消費によってオイル量が変化することにより液位の変化態様が変わった場合でも、開閉弁４１の動作特性を維持できる。つまりオイル量の変化に対するロバスト性が向上する。

（第５の形態）
次に本発明の第５の形態を図１１〜図１３を参照して説明する。この形態のバランサ装置１０Ｅは開閉機構２０Ｅの構成を除き第１の形態と同様の構成を有している。そのため、第１の形態と共通する構成についての説明は省略し、特に断らない限り図１及び図２が適宜に参照される。但し、この形態の内燃機関１は第３の形態と同様の液位の変動が生じる。即ち、内燃機関１は運転停止時から油面の上昇が収まった状態においてその液位がバランスシャフトギア１２の下端（バランスシャフトギアと干渉する位置）を超える一方で、運転時において液位がバランスシャフトギア１２の下端よりも低い位置となるようにオイル量及びバランサ装置１０Ｃの配置位置がそれぞれ設定されている。従って、内燃機関１の運転停止後にオイル戻し穴１３ａが開いたままであると、オイルパン３内のオイルがオイル戻し穴１３ａからハウジング１３内に流入し、バランスシャフト１１やバランスシャフトギア１２がオイルに浸る。

図１１は、第５の形態のバランサ装置１０Ｅの要部を模式的に示している。バランサ装置１０Ｅはオイル戻し穴１３ａを開閉できる油量調整装置としての開閉機構２０Ｅを備えている。なお、開閉機構２０Ｅが備える構成のうち、図９と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。開閉弁４１のアクチュエータ４５は弁制御手段としての制御装置５２と電気的に接続されいる。制御装置５２には、開閉弁４１の制御に必要な情報として、例えば機関回転数（回転速度）Ｎｅが入力される。なお、制御装置５２は内燃機関１の運転状態を適正に制御するために設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と兼用させてもよいし、ＥＣＵと分離して独自に設けてもよい。

図１２は、制御装置５２が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムは、制御装置５２が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に予め保持されており、記憶手段から適宜に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。制御装置５２は、まずステップＳ５１において、内燃機関１の回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ１以上か否かを判定する。この所定値Ｎｅ１は、バランスシャフトギア１２の下端よりも液位が低くなる回転速度の下限値に設定される。例えば、内燃機関１が３０００ｒｐｍ以上になるとオイルパン３の液位がその下端よりも低くなる場合、所定値は３０００ｒｐｍに設定される。従って、ステップＳ５１を実行することにより、制御装置５２は液位がバランスシャフトギア１２と干渉する位置を超えるか否かを予測する予測手段として機能する。

ステップＳ５１で所定値Ｎｅ１以上と判定した場合には、液位がバランスシャフトギア１２の下端を超えないことが予測されるので、ステップＳ５２に進みオイル戻し穴１３ａが開かれるように開閉弁４１を制御する。一方、ステップＳ５１で所定値Ｎｅ１未満と判定した場合には、液位がその下端を超えることが予測されるので、ステップＳ５３に進みオイル戻し穴１３ａが閉じられるように開閉弁４１を制御する。

図１２の制御を実行することにより、開閉機構２０Ｅはオイルパン３内のオイル量の増加に応じてオイル戻し穴１３ａを閉じることができるので、バランスシャフトギア１２の下端を超えるほどのハウジング１３内へのオイルの流入を防止できる。また、アクチュエータ４５は通電が停止されると弁体４４がオイル戻し穴１３ａを閉じるように弁体４４を動作させるので、内燃機関１の停止中にはオイル戻し穴１３ａが閉じられた状態に保持される。これにより、内燃機関１の停止時におけるハウジング１３内のオイル量を低減でき、内燃機関１が停止している間にバランスシャフトギア１２がオイルに浸かったままとなる事態を回避できる。

ところで、内燃機関１がある回転速度で定常運転されていた状態から回転速度がある範囲内まで上昇し、その範囲内における運転が所定時間以上続き、その後内燃機関がもとの定常運転に戻された場合、ある範囲内での運転が続いたことによりオイル中に混入する気泡量が増加することを原因として、オイルパン内の液位が回転速度上昇前よりも一時的に高くなる場合がある。そのような場合には、仮に、回転速度上昇前の定常運転時のオイルの液位が所定位置を超えないときでも、このような過程を経て回転速度が変化すると回転速度上昇前の状態に戻したときにオイルの液位がその所定位置を超えることがある。従って、内燃機関１の運転履歴によっては、回転速度だけで正確な液位を予測するのに不十分な場合もあり得る。そこで、制御装置５２は次に説明する制御を実行することもできる。

図１３は、制御装置５２が実行する制御ルーチンの他の例を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムも図１２の例と同様に、制御装置５２が内蔵するＲＯＭ等の記憶手段に予め保持されており、記憶手段から適宜に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。まず、制御装置５２はステップＳ６１において、内燃機関１の回転速度Ｎｅが所定範囲ＡＲ１内であるか否かを判定する。この所定範囲は本発明に係る所定回転速度範囲に相当する。具体的な範囲は内燃機関１に搭載されるオイル量等に応じて適宜に設定されるが、この例では所定範囲として５０００ｒｐｍ以上の回転速度範囲に設定されている。回転速度が所定範囲ＡＲ１内であると判定した場合にはステップＳ６２に進み、所定範囲ＡＲ１内での積算運転時間ΣＴが所定時間Ｔ１以上か否かを判定する。所定時間Ｔ１は上記所定範囲の設定内容を考慮して設定される。この例では所定時間Ｔ１は１０秒に設定されている。

積算運転時間ΣＴが所定時間Ｔ１以上であると判定した場合にはステップＳ６３に進み、現在の回転速度Ｎｅが所定範囲ＡＲ１の下限値（５０００ｒｐｍ）よりも小さい所定値Ｎｅ２以下か否かを判定する。この所定値Ｎｅ２も上記の事情を考慮して適宜に設定すればよいが、この例では３５００ｒｐｍに設定されている。所定値Ｎｅ２以下である場合にはステップＳ６４に進み、オイル戻し穴１３ａが所定時間Ｔ２閉じられるように開閉弁４１を制御し、続くステップＳ６５でオイル戻し穴１３ａが開かれるように開閉弁４１を制御してルーチンを終了する。ステップＳ６４の所定時間Ｔ２は、一時的に上昇した液位が回復する時間に設定される。この例では２０秒が設定されている。

ステップＳ６１〜ステップＳ６３の全てで肯定判定されることにより、上述した一時的な液位上昇が予測される。即ち、液位がバランスシャフトギア１２の下端を超えることが予測される。従って、これらの処理を制御装置５２が実行することにより制御装置５２が本発明に係る液位予測手段として機能する。

ステップＳ６１又はステップＳ６２で否定判定された場合には、ステップＳ６６に進み、回転速度が所定値Ｎｅ３以下か否かを判定する。この所定値Ｎｅ３は、回転速度がそれ以上になるとバランスシャフトギア１２の下端を下回るような値に設定される。この例では所定値Ｎｅ３が２０００ｒｐｍに設定される。ステップＳ６６で所定値Ｎｅ３以下であると判定したときは、液位がバランスシャフトギア１２の下端を超えることが予測されるのでステップＳ６７に進んで、オイル戻し穴１３ａが閉じられるように開閉弁４１を制御して今回のルーチンを終える。一方、ステップＳ６６で所定値Ｎｅ３を超える場合には液位がバランスシャフトギア１２の下端を超えないことが予測されるので、ステップＳ６５に進み、オイル戻し穴１３ａが開かれるように開閉弁４１を制御して今回のルーチンを終了する。ステップＳ６１又はステップＳ６２を実行した後にステップＳ６６を実行することにより、制御装置５２は本発明に係る液位予測手段として機能する。また、ステップＳ６３で否定判定された場合にも、ステップＳ６４をスキップしてステップＳ６５に進み、オイル戻し穴１３ａが開かれるように開閉弁４１を制御して今回のルーチンを終える。

図１３の制御を実行することにより、開閉機構２０Ｅは上記と同様の効果を発揮できるとともに、以上のような過程を経て回転速度が変化した場合にオイルの液位がバランスシャフトギア１２の下端を超えると予測するので、回転速度のみに基づいて液位を予測する形態と比べてハウジング１３内へのオイルの流入を確実に防止できるようになる。

本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。第２の形態の開閉機構は、内燃機関１の停止を機関回転数Ｎｅに基づいて判定しているが、例えば、図９に示した第４の形態と同様に、オイルパン３内に液位センサを設け、その液位センサからの情報に基づいてオイル戻し穴１３ａが開閉されるように、開閉弁２６を制御することもできる。こうすることで、開閉機構がオイルパン内のオイル量の変動に応じてオイル戻し穴を開閉できるように構成されるので、オイルパン内のオイル量の増加に応じてオイル戻し穴を開くことができ、第１の形態の開閉機構と同様のオイル戻し穴の開閉動作を実現することができる。

本発明のバランサ装置が組み込まれた内燃機関の要部を示した図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面を拡大して示した断面模式図。 開閉部材とオイル戻し穴の詳細を示した斜視図。 内燃機関の停止時及び運転時における開閉部材の状態を示し、（ａ）は内燃機関の停止時を、（ｂ）は内燃機関の運転時をそれぞれ示している。 第２の形態のバランサ装置の要部を模式的に示した図。 第２の形態に係る制御装置が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第３の形態のバランサ装置の要部を模式的に示した図。 第３の形態に係る内燃機関の停止時及び運転時における開閉部材の状態を示し、（ａ）は内燃機関の停止時を、（ｂ）は内燃機関の運転時をそれぞれ示している。 第４の形態のバランサ装置の要部を模式的に示した図。 第４の形態に係る制御装置が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第５の形態のバランサ装置の要部を模式的に示した図。 第５の形態に係る制御装置が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第５の形態に係る制御装置が実行する制御ルーチンの他の例を示したフローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関
３ オイルパン
１０Ａ〜１０Ｅ バランサ装置
１１ バランスシャフト
１２ バランスシャフトギア
１３ バランスシャフトハウジング
１３ａ オイル戻し穴
２０Ａ〜２０Ｅ 開閉機構
２１ 開閉部材
２２ 蓋部材
２３ 操作部材
２６、４１ 開閉弁（弁手段）
２７、４２、５２ 制御装置（弁制御手段、停止判定手段、液位予測手段）

Claims (9)

1. バランスシャフトを駆動するバランスシャフトギアを囲い、かつ内燃機関のオイルパン内に配置されたバランスシャフトハウジングを備えた内燃機関のバランサ装置において、
   前記内燃機関の停止時における前記バランスシャフトハウジング内のオイル量が低減するように、前記バランスシャフトハウジング内のオイルを排出する油量調整装置を備えることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
2. 前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、
   前記油量調整装置として、前記オイル戻し穴を開閉可能で、かつ前記内燃機関の停止時に前記オイル戻し穴を開く開閉機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置。
3. 前記開閉機構は、前記オイルパン内のオイル量の変動に応じて前記オイル戻し穴を開閉できるように構成されており、前記オイルパン内のオイル量の増加に応じて前記オイル戻し穴を開くことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバランサ装置。
4. 前記開閉機構は、前記オイル戻し穴を閉じることが可能な蓋部材と、前記蓋部材に連結されるとともに、前記バランスシャフトハウジングの外部に引き出されて前記オイルパン内に配置され、かつ前記オイルパン内のオイルの比重よりも比重が小さくなるように構成された操作部材と、を有した開閉部材を備えていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバランサ装置。
5. 前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、
   前記油量調整装置として、前記オイル戻し穴を開閉可能な弁手段と、前記内燃機関の停止を判定する停止判定手段と、前記停止判定手段が前記内燃機関の停止を判定した場合に前記オイル戻し穴が開かれるように前記弁手段を制御する弁制御手段と、を備える開閉機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置。
6. 前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、
   前記油量調整装置として、前記オイルパン内のオイルの液位が前記バランスシャフトギアと干渉する位置に満たない場合に前記オイル戻し穴が開かれ、かつ前記オイルパン内のオイルの液位が前記バランスシャフトギアと干渉する位置を超えている場合に前記オイル戻し穴が閉じられるように構成された開閉機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置。
7. 前記バランスシャフトハウジングには、内部に溜ったオイルを前記オイルパンへ排出するためのオイル戻し穴が形成されており、
   前記油量調整装置として、前記オイル戻し穴を開閉可能な弁手段と、前記内燃機関の回転速度を考慮して前記オイルパン内のオイルの液位が前記バランスシャフトギアと干渉する位置を超えるか否かを予測する液位予測手段と、オイルの液位が前記位置を超えると前記液位予測手段が予測した場合に前記オイル戻し穴が閉じられ、かつオイルの液位が前記位置を超えないと前記液位予測手段が予測した場合に前記オイル戻し穴が開かれるように前記弁手段を制御する弁制御手段と、を備える開閉機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置。
8. 前記液位予測手段は、前記内燃機関の所定回転速度での積算運転時間を考慮して前記オイルパン内のオイルの液位が前記位置を超えるか否かを予測することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のバランサ装置。
9. 前記液位予測手段は、前記積算運転時間が所定時間以上となり、その後前記内燃機関の回転速度が前記所定回転速度範囲の下限値よりも小さい所定値以下となったことを条件として、前記オイルパン内のオイルの液位が前記位置を超えると予測することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関のバランサ装置。

Images