JP2010060072A - ピストン式バランサを備える内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動によってオイルパン内のオイルの油面を掻き乱すのを抑制でき、オイル内に気泡が発生するのを効果的に低減させ得る構成を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の気筒１２内に配置される気筒内ピストン１４と対向して運動するバランサピストン２６を備える。バランサピストン２６の下方に配置され、内燃機関１０の各部を循環するオイルを貯留するオイルパン３０を備える。バランサピストン２６の頂部２６ａが、オイルパン３０内のオイルの油面３０ａに向けて凸状に形成されている。より具体的には、バランサピストン２６の頂部２６ａは、円錐状に形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、往復動バランサ付きエンジンが開示されている。この従来のエンジンでは、ガイド筒（バランサライナ）内を往復動するロッド（バランサピストン）の往復運動を、オイルポンプや燃料ポンプとして利用するようにしている。また、この従来の技術では、クランク室からシリンダを斜め上向きに突出させた傾斜型エンジンに、当該往復動バランサ機構を適用している。

特開２００４−２９３３６３号公報 特開２００２−２１９３２号公報 特開２００２−２１９３３号公報 特開昭６２−５２２３６号公報 特開２００４−３０１３１６号公報 特開２００４−３０１２７２号公報 特開平７−１９０５１号公報 特開２００３−２０１８１６号公報 特開２００７−７１２１２号公報

ところで、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの下方にオイルパンを配置する構成では、内燃機関の全高を低く抑えるべくバランサピストンがオイルパン内のオイルの油面近くで往復運動するように配置されていると、バランサピストンがオイルと干渉し、オイル内に気泡が発生してしまうことが懸念される。そして、気泡を含んだオイルがオイルポンプによって吸引されると、油圧が不安定となったり、内燃機関に故障が生じたりすることが懸念される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動によってオイルパン内のオイルの油面を掻き乱すのを抑制でき、オイル内に気泡が発生するのを効果的に低減させ得る構成を提供することを目的とする。

第１の発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関であって、
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して運動するバランサピストンと、
前記バランサピストンの下方に配置され、前記内燃機関の各部を循環するオイルを貯留するオイルパンと、を備え、
前記バランサピストンの頂部が、前記オイルパン内のオイルの油面に向けて凸状に形成されていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記バランサピストンは、前記油面が当該バランサピストンの往復区間内に及ぶように、前記油面との位置関係が設定されていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記バランサピストンの前記頂部は、円錐状に形成されていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明において、
前記バランサピストンの前記頂部は、当該頂部を当該バランサピストンの軸線と直交する方向から見て、前記オイルパン内の前記オイルの汲み上げ位置に近い側の部位の傾斜角度が、当該汲み上げ位置から遠い側の部位の傾斜角度よりも急となるように形成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、バランサピストンの頂部がオイルの油面に浸かっていく際に、当該油面によって仮想的に切断された頂部の断面積の変化が、当該頂部が一般的な平坦形状である場合に比して緩やかになるようにすることができる。これにより、バランサピストンが油面に干渉する状態になったときにも、油面に対してバランサピストンが徐々に浸かっていくようにすることができるので、バランサピストンの往復運動によって油面が掻き乱されるのを抑制することができる。このため、オイル内に気泡が発生するのを効果的に抑制することができる。

第２の発明によれば、内燃機関を垂直搭載する際に、内燃機関の全高を効果的に低く抑えつつ、オイル内に気泡が発生するのを効果的に抑制することが可能となる。

第３の発明によれば、バランサピストンの往復運動によって油面が掻き乱されるのを抑制できるバランサピストンの好適な頂部形状を得ることができる。

第４の発明によれば、バランサピストンの頂部が油面に浸かっていく際に、オイルの汲み上げ位置に近い側の部位における頂部の断面積変化が、当該汲み上げ位置から遠い側の部位における頂部の断面積変化に対して緩やかなるようにすることができる。これにより、バランサピストンが油面に浸かっていく際に、上記汲み上げ位置に近い側に発生する気泡が、上記汲み上げ位置から遠い側に発生する気泡よりも小さくすることが可能となる。このため、内燃機関の各部に気泡を含んだオイルが吸引されるのを効果的に抑制することが可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関１０の概略的な構成を説明するための図である。
本発明では、内燃機関の気筒数を特に問わないが、ここでは、図１に示すように、内燃機関１０は、直列２気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の各気筒１２の内部には、気筒内ピストン１４が摺動可能に配置されている。気筒内ピストン１４は、コンロッド１６を介して、クランク軸１８に設けられたクランクピン２０と連結されている。尚、ここでは、内燃機関１０の２つの気筒がそれぞれ備えるクランクピン２０は、同位相となるように設定されているものとする。つまり、内燃機関１０は、爆発行程が等間隔となるように構成されている。

図１における内燃機関１０の向きは、当該内燃機関１０が実際に車両に搭載された際の搭載方向に対応している。すなわち、ここでは、内燃機関１０は、気筒内ピストン１４の軸線方向（更には、後述するバランサピストン２６の軸線方向）が地面に対して垂直方向となるようにして車両に搭載されているものとする。尚、以下の明細書中においては、このような向きでの車両に対する内燃機関１０の搭載手法を、単に「垂直搭載」と称することがある。

また、クランク軸１８には、クランク軸１８の軸中心を中心としてクランクピン２０と対称となる位置に、バランサ用クランクピン２２が設けられている。バランサ用クランクピン２２は、バランサ用コンロッド２４を介して、バランサピストン２６に連結されている。バランサピストン２６の周囲には、当該バランサピストン２６の挿入を受けるバランサライナ２８が設けられている。

より具体的には、バランサピストン２６は、バランサライナ２８によって摺動可能に案内された状態で、クランク軸１８の回転に伴って、気筒内ピストン１４と１８０°対向して運動するように構成されている。また、バランサピストン２６は、気筒内ピストン１４の慣性力に釣り合う力であって、かつ逆向きの慣性力が発生するようにその質量が調整されている。以上のようなバランサ用クランクピン２２、バランサ用コンロッド２４、バランサピストン２６、およびバランサライナ２８によって、本実施形態の内燃機関１０のピストン式バランサ機構が実現されている。

また、図１に示すように、バランサピストン２６の下方には、内燃機関１０の各部を潤滑するオイルを溜めておくためのオイルパン３０が設置されている。更に、本実施形態では、オイルパン３０内のオイルの油面３０ａが、バランサピストン２６の往復区間内に及ぶように、バランサピストン２６とオイルパン３０との位置関係が設定されている。

言い換えれば、本実施形態では、バランサピストン２６と油面３０ａとの干渉を許容するように、バランサピストン２６とオイルパン３０との位置関係が設定されている。尚、オイルパン３０内のオイルは、オイル内に挿入されたオイルストレーナ（図３参照）を介して、オイルポンプ（図示省略）によって汲み上げられ、内燃機関１０の各部に供給されるようになっている。

図２は、図１に示すバランサピストン２６の周辺部位を拡大して表した図である。
バランサピストン２６の頂部２６ａは、当該頂部２６ａがオイルの油面３０ａに浸かっていく際に、当該油面３０ａによって仮想的に切断された頂部２６ａの断面積の変化が、当該頂部が一般的な平坦形状である場合に比して緩やかになるようにすべく、図２に示すように、オイルの油面３０ａに向かって凸状に形成されている。より具体的には、当該頂部２６ａは、ここでは、その好ましい一例として、円錐状に形成されている。

上述した形状とは異なり、バランサピストンの頂部が一般的なピストンのような平坦形状とされている場合には、バランサピストンが油面に浸かる際に、大きな断面積をもってバランサピストンが油面に衝突するようになってしまう。これに対し、本実施形態のバランサピストン２６の頂部２６ａの形状によれば、上記の如く、当該頂部２６ａがオイルの油面に浸かっていく際に、当該油面によって仮想的に切断された頂部２６ａの断面積の変化が、当該頂部が一般的な平坦形状である場合に比して緩やかになるようにすることができる。

これにより、バランサピストン２６が油面３０ａに干渉する状態になったときにも、油面３０ａに対してバランサピストン２６が徐々に浸かっていくようにすることができるので、バランサピストン２６の往復運動によって油面３０ａが掻き乱されるのを抑制することができる。このため、オイル内に気泡が発生するのを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の内燃機関１０のように等間隔で爆発が行われる直列２気筒エンジンでは、気筒内ピストンが上下動する際の慣性力によって、エンジンが当該ピストンの上下方向に振動する。これに対し、本実施形態の内燃機関１０は、気筒内ピストン１４と対向して運動するように構成されたバランサピストン２６を備えているので、気筒内ピストン１４の慣性力をバランサピストン２６の慣性力で打ち消すことができ、内燃機関１０（クランク軸１８）の回転バランスを良好に確保することができる。更に、本実施形態の内燃機関１０は、上記のように、車両に対して垂直搭載が行われているので、ピストン式バランサを備える内燃機関における回転バランスをより良好に確保することができるようになる。

本実施形態では、上記のように、車両に対して垂直搭載が行われている内燃機関１０において、オイルパン３０内のオイルの油面３０ａが、バランサピストン２６の往復区間内に及ぶように、バランサピストン２６とオイルパン３０との位置関係が設定されている。このため、ピストン式バランサを備える内燃機関１０において良好な回転バランスを得るべく垂直搭載を行う際に、内燃機関１０の全高を効果的に低く抑えつつ、オイル内に気泡が発生するのを効果的に抑制することが可能となる。

実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図３は、本発明の実施の形態２におけるピストン式バランサを備える内燃機関４０における特徴的な構成を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、バランサピストン４２がオイルの油面３０ａに浸かる前の状態を示し、図３（Ｂ）は、バランサピストン４２がオイルの油面３０ａに浸かっている状態を示している。尚、図３において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

本実施形態においても、バランサピストン４２と油面３０ａとの干渉を許容するように、バランサピストン４２とオイルパン３０との位置関係が設定されているとともに、バランサピストン４２の頂部４２ａは、油面３０ａに向かって凸状に形成されている。

そのうえで、本実施形態のバランサピストン４２の頂部４２ａは、当該頂部４２ａをバランサピストン４２の軸線と直交する方向から見て（すなわち、図３に示す方向から見て）、オイルパン３０内のオイルの汲み上げ位置（オイルストレーナ４４の設置部位）に近い側の部位４２ｂの傾斜角度が、当該汲み上げ位置から遠い側の部位４２ｃの傾斜角度よりも急となるように形成されている。言い換えれば、本実施形態の頂部４２ａは、バランサピストン４２の軸線よりもオイルストレーナ４４側に、当該頂部４２ａの最突出位置４２ｄが位置するように形成されている。

オイルの油面３０ａに対してバランサピストンが徐々に浸かっていくようにするためには、バランサピストンの頂部が極めて急な傾斜角度を有して油面３０ａに向かって鋭角状に形成されていることが理想的であるといえる。しかしながら、そのように、傾斜角度を急にし過ぎると、頂部が油面３０ａ側に大きく突出するようになってしまい、却って、オイルパン３０の底面をより深く設定しなければならなくなる。また、バランサピストンと油面３０ａとの干渉を許容するようにすると、オイルに気泡が発生すること自体は避けられない。

本実施形態のバランサピストン４２の頂部４２ａの形状によれば、上記傾斜角度の配慮がなされているので、バランサピストン４２が油面３０ａに浸かっていく際に、上記汲み上げ位置に近い側の部位４２ｂにおける頂部４２ａの断面積変化が、当該汲み上げ位置から遠い側の部位４２ｃにおける頂部４２ａの断面積変化に対して緩やかになるようにすることができる。これにより、図３に示すように、バランサピストン４２が油面３０ａに浸かっていく際に、オイルを汲み上げるためのオイルストレーナ４４に近い側に発生する気泡が、当該オイルストレーナ４４から遠い側に発生する気泡よりも小さくすることが可能となる。このため、オイルポンプに気泡が吸引されるのを効果的に抑制することが可能となる。

また、更に付け加えると、本実施形態の頂部４２ａについての上記傾斜角度の配慮によれば、仮に油面３０ａ側への頂部の突出代をある値に制限した場合には、バランサピストンの頂部の最突出位置がバランサピストンの軸線上にある場合に比して、オイルの汲み上げ位置（オイルストレーナ４４の配置部位）に近い部位４２ｂの傾斜角度を急に設定することが可能となる。つまり、油面３０ａ側への頂部の突出代を制限することで内燃機関の全高の増大を抑制した場合において、オイルポンプに気泡が吸引されるのを効果的に抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関の概略的な構成を説明するための図である。 図１に示すバランサピストンの周辺部位を拡大して表した図である。 本発明の実施の形態２におけるピストン式バランサを備える内燃機関における特徴的な構成を説明するための図である。

符号の説明

１０、４０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ 気筒内ピストン
１６ コンロッド
１８ クランク軸
２０ クランクピン
２２ バランサ用クランクピン
２４ バランサ用コンロッド
２６、４２ バランサピストン
２６ａ、４２ａ バランサピストンの頂部
２８ バランサライナ
３０ オイルパン
３０ａ 油面
４２ｂ オイルの汲み上げ位置に近い部位
４２ｃ オイルの汲み上げ位置から遠い部位
４２ｄ バランサピストンの頂部の最突出位置
４４ オイルストレーナ

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して運動するバランサピストンと、
   前記バランサピストンの下方に配置され、前記内燃機関の各部を循環するオイルを貯留するオイルパンと、を備え、
   前記バランサピストンの頂部が、前記オイルパン内のオイルの油面に向けて凸状に形成されていることを特徴とするピストン式バランサを備える内燃機関。
2. 前記バランサピストンは、前記油面が当該バランサピストンの往復区間内に及ぶように、前記油面との位置関係が設定されていることを特徴とする請求項１記載のピストン式バランサを備える内燃機関。
3. 前記バランサピストンの前記頂部は、円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のピストン式バランサを備える内燃機関。
4. 前記バランサピストンの前記頂部は、当該頂部を当該バランサピストンの軸線と直交する方向から見て、前記オイルパン内の前記オイルの汲み上げ位置に近い側の部位の傾斜角度が、当該汲み上げ位置から遠い側の部位の傾斜角度よりも急となるように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のピストン式バランサを備える内燃機関。

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