JP2016191330A

JP2016191330A - エンジン

Info

Publication number: JP2016191330A
Application number: JP2015070774A
Authority: JP
Inventors: 健太郎海住; Kentaro Umizumi
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: US20160290190A1; CN106014619A; JP6055505B2

Abstract

【課題】耐傾斜性を向上するとともにマグネトを効果的に冷却可能なエンジンを提供する。【解決手段】エンジン１を、クランクシャフト１０を収容するクランクケース２０と、クランクケースの下部に設けられオイルが貯留されるオイルパン５０と、クランクケースにおけるクランクシャフトの回転軸方向における一方の端部に隣接して設けられ、マグネト６０を収容するとともに下部にオイルが貯留されるマグネト室Ｍと、オイルパンの側方かつマグネト室の下側にマグネト室と隔壁を介して隣接して配置され、オイルパンからオイルが流入可能とされたサブオイルパン８０とを備える構成とする。【選択図】図４

Description

本発明は、ウェットサンプ方式のエンジンに関し、特に耐傾斜性を向上するとともにマグネトを効果的に冷却可能なものに関する。

例えば４輪のＡＴＶなどのオフロード車両用として一般的に用いられるウェットサンプ方式のエンジンにおいては、クランクケースの下部に設けられたオイルパンに潤滑用のオイルを貯留するとともに、オイルパンの内部に配置されたストレーナから吸い上げたオイルを、オイルポンプによって潤滑が必要な各部位に圧送している。
このようなウェットサンプ方式のエンジンの場合、悪路走行などによってエンジンが傾斜すると、オイルパンの液面（油面）の一部がエンジンに対して相対的に傾斜することになる。
このとき、油面がクランクシャフトなどの回転部品に接触すると、オイルがエンジン内部で掻き上げられてミスト状となり、ブリーザからのオイル噴きなどの問題が発生する。
一方、オフロード車両用の多気筒エンジンにおいては、要求油量が多いにも関わらず、搭載性及び走破性を確保するためには、オイルパンの深さを拡大することは困難である。
これに対し、油量を減らすとメインテナンスサイクルが短くなってユーザの利便性が損なわれる。
また、クランクケースから独立したリザーバタンクを有するドライサンプ方式とすればエンジンの全高を押えつつ油量を確保することは可能であるが、部品点数が増加して構造が複雑化し、重量やコストも増加してしまう。
このため、ウェットサンプ方式において、他の手法によって貯油量と耐傾斜性との両立を図ることが要望されている。

ウェットサンプ方式のエンジンにおけるオイルパンに関する従来技術として、例えば特許文献１には、部品点数の増加を抑えつつ、補強構造を必要とせず、オイル充填量を増大することを目的として、オイルパンの側部から張り出して形成された膨出部を介してオイルパンと連通するサブオイルパンを設けることが記載されている。
特許文献２には、クランクケースに隣接する伝動ケースの下部に、補機駆動用プーリの下方側に突出した延長部を形成することにより、デッドスペースを利用してオイルパンの容量を拡大したエンジンのオイルパン構造が記載されている。
特許文献３には、クランク軸方向に傾斜した状態の潤滑性を確保すること等を目的として、クランクケース下部の第１貯留部の側方に、第１貯留部よりも底部が上方に設けられた第２貯留部を設けた鞍乗型四輪車両が記載されている。
特許文献４には、オイルパンのクランクケースとの接合箇所から側方へ張り出した部分を、補機の下方に対応する部位に形成することによって、貯油量を確保しつつエンジン全高を抑制するエンジン用オイルパンが記載されている。

特開２００６−３１６６２７号公報特開２００３−１７６７５４号公報特開２０１０− ５９９２４号公報特開２００３− ４１９１９号公報

クランクシャフトとともに回転するロータマグネット、及び、クランクケースに固定されたステータコイルを用いて直流電力を発電するマグネト（Magneto）機構を、クランクケース内と連通して設けられたマグネト室に収容したエンジンにおいては、マグネト室の下部に貯留されたオイルを、ロータマグネットに設けられた突起で掻き上げることによって冷却を行なっている。
しかし、マグネトは運転中高温となり、特にステータコイルの温度は例えば１７０℃以上の高温となることがある。
マグネトの信頼性、耐久性を確保するため、マグネトをより効果的に冷却することが要望されている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、耐傾斜性を向上するとともにマグネトを効果的に冷却可能なエンジンを提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、クランクシャフトを収容するクランクケースと、前記クランクケースの下部に設けられオイルが貯留されるオイルパンと、前記クランクケースにおける前記クランクシャフトの回転軸方向における一方の端部に隣接して設けられ、マグネトを収容するとともに下部にオイルが貯留されるマグネト室と、前記オイルパンに対して水平方向にオフセットしかつ前記マグネト室の下側に前記マグネト室と隔壁を介して隣接して配置され、前記オイルパンからオイルが流入可能とされたサブオイルパンとを備えることを特徴とするエンジンである。
これによれば、オイルをオイルパン及びサブオイルパンの双方で貯留可能とすることによって、オイルパンの深さを拡大することなく貯油量を確保することができる。
また、エンジンの傾斜時にサブオイルパンをバッファとして用いることにより、油面の上昇を抑制し、クランクシャフト等との干渉を防止し、オイル噴きの原因となるオイルミストの発生を抑制することができる。
また、マグネト室内に貯留された比較的高温のオイルから、サブオイルパン内の比較的低温のオイルへの熱伝導によってマグネト室内のオイルが冷却され、マグネトを効果的に冷却して信頼性、耐久性を改善することができる。
さらに、マグネト室内のオイルが過度に高温となって劣化が促進されることを防止できる。

請求項２に係る発明は、前記サブオイルパンは、一部が前記マグネト室の外壁を構成するマグネトカバーと一体に形成され、他部が前記クランクケースと一体に形成されること
を特徴とする請求項１に記載のエンジンである。
これによれば、部品点数を増加させることなく上述した効果を得ることができる。
また、クランクケースとマグネトカバーとの割位置に実質的に閉断面となる構造を形成することによって、エンジンの剛性を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、耐傾斜性を向上するとともにマグネトを効果的に冷却可能なエンジンを提供することができる。

本発明を適用したエンジンの実施例の断面図であって、クランクシャフト軸線及びシリンダ軸線を含む平面で切って見た図（図２のＩ−Ｉ部矢視断面図）である。図１のII−II部矢視断面図である。図１のIII−III部矢視断面図である。図３のIV−IV部矢視断面図である。

本発明は、耐傾斜性を向上するとともにマグネトを効果的に冷却可能なエンジンを提供する課題を、オイルパンの側方に張り出したサブオイルパンをマグネト室の底面部と隣接して配置し、サブオイルパンをエンジン傾斜時のバッファとして利用するとともに、サブオイルパン内のオイルによってマグネト室内の高温のオイルを冷却することによって解決した。

以下、本発明を適用したエンジンの実施例について説明する。
実施例のエンジンは、例えば、４輪のオフロード車両であるＡＴＶに走行用動力源として横置き搭載されるものである。
実施例のエンジンは、４ストローク水冷並列２気筒４バルブＤＯＨＣのガソリンエンジンである。
図１は、実施例のエンジンの断面図であって、クランクシャフト軸線及びシリンダ軸線を含む平面で切って見た図（図２のＩ−Ｉ部矢視断面図）である。
図２は、図１のII−II部矢視断面図である。
図３は、図１のIII−III部矢視断面図である。
図４は、図３のIV−IV部矢視断面図である。

エンジン１は、クランクシャフト１０、クランクケース２０、シリンダブロック３０、シリンダヘッド４０、オイルパン５０、マグネト６０、マグネトカバー７０、サブオイルパン８０等を有して構成されている。
クランクケース２０、シリンダブロック３０、シリンダヘッド４０、オイルパン５０、マグネトカバー７０は、例えばアルミニウム系合金を鋳造後、所定の機械加工を施して形成されている。

クランクシャフト１０は、エンジン１の出力軸であって、コネクティングロッド１１を介して図示しないピストンと連結されている。
コネクティングロッド１１の大端部は、クランクシャフト１０のクランクピンに対して揺動可能に連結されている。
コネクティングロッド１１の小端部は、ピストンピンを介して図示しないピストンに連結されている。
クランクシャフト１０は、例えば、鋼系の材料を鋳造又は鍛造して概形を成形した後に、軸部や端面、油路等に所定の機械加工を施して形成されている。
クランクシャフト１０は、中間に形成されたジャーナル部をクランクケース２０に軸方向に分散して配置された３箇所のメインベアリング２１〜２３によって回転可能に支持され、各メインベアリング２１〜２３の間隔に、第１気筒、第２気筒のクランクピン及びクランクウェブが設けられている。

クランクシャフト１０の一方の端部１２は、クランクケース２０から突出し、図示しない変速機の入力軸部に連結される。
クランクシャフト１０の他方の端部１３は、クランクケース２０から突出し、マグネトカバー７０内に配置されている。
端部１３の近傍には、先端側から順に、マグネト６０のロータマグネット６１、バランサシャフト１４の駆動ギア１５、タイミングチェーン１７を駆動するクランクスプロケット１６、オイルポンプ３３を駆動するスプロケット１８などが設けられている。
バランサシャフト１４は、クランクシャフト１０の上方にクランクシャフト１０と並行な回転中心軸回りに回転可能に設けられている。
バランサシャフト１４は、回転軸から径方向に張り出して形成された扇形のウェイトを有し、クランクシャフト１０の回転と同期して回転し、エンジン１の振動を軽減するよう構成されている。

クランクケース２０は、クランクシャフト１０、バランサシャフト１４等を収容し支持する容器状の部分であって、クランクシャフト１０を回転可能に支持するメインベアリング２１，２２，２３が設けられている。
クランクケース２０は、クランクシャフト１０を挟んで二つ割に構成されている。
クランクケース２０の上半部は、シリンダブロック３０と一体に形成されている。
クランクケース２０の下半部は、クランクシャフト１０の回転中心軸を含みシリンダスリーブ３１，３２の軸線と実質的に直交する平面に沿った接合面において、上半部に接合され締結されている。
クランクケース２０の下半部におけるシリンダブロック３０側とは反対側の端部には、開口部が設けられ、オイルパン５０の内部と連通するよう構成されている。
また、クランクケース２０の下部には、クランクケース２０及びオイルパン５０の下部に貯留されたオイルを吸引するオイルポンプ３３の吸い口であるストレーナ２４が配置されている。

シリンダブロック３０は、第１気筒、第２気筒のシリンダスリーブ３１，３２が平行に設けられたブロック状の部材である。
図２に示すように、シリンダスリーブ３１，３２の軸線は、クランクケース２０側に対してシリンダヘッド４０側が斜め上方となるように傾斜して配置されている。
シリンダブロック３０の下方側（排気側）の領域には、オイルポンプ３３、オイルフィルタ３４が設けられている。
オイルポンプ３３は、クランクシャフト１０からチェーンを介して駆動され、ストレーナ２４から吸い上げられたオイルを加圧してエンジン１の各部に圧送するものである。
オイルフィルタ３４は、オイルを濾紙によって濾過し、異物を除去するものである。

シリンダヘッド４０は、シリンダブロック３０のクランクケース２０側とは反対側の端部に締結されている。
シリンダヘッド４０は、燃焼室４１、吸気ポート４２、排気ポート４３、吸気カムシャフト４４、排気カムシャフト４５、点火栓取付部４６、インジェクタ４７等を有して構成されている。

燃焼室４１は、図示しないピストンの冠面や、シリンダスリーブ３１，３２と協働して、混合気が燃焼する空間部を構成するものである。
燃焼室４１は、シリンダヘッド４０のシリンダブロック３０側の面部を凹ませて形成された、例えばペントルーフ型の燃焼室である。
吸気ポート４２は、インテークマニホールド４２ａが接続され、燃焼室４１に混合気を導入する流路であって、シリンダヘッド４０の上方側に気筒あたり２本形成されている。
排気ポート４３は、燃焼室４１から既燃ガスを排出する流路であって、シリンダヘッド４０の下方側に気筒あたり２本形成されている。
各吸気ポート４２及び排気ポート４３には、それぞれ吸気バルブ及び排気バルブが気筒あたり２本ずつ（各ポートにつき１本ずつ）設けられ、所定のバルブタイミングで各ポートは開閉される。

吸気カムシャフト４４、排気カムシャフト４５は、それぞれ吸気バルブ及び排気バルブを駆動するカムローブが形成された回転軸であって、端部に設けられたカムスプロケット４４ａ，４５ａを、クランクスプロケット１６との間に巻き掛けられたタイミングチェーン１７で駆動されることによって、クランクシャフト１０の１／２の回転数で同期して回転するようになっている。
点火栓取付部４６は、所定の点火時期でスパークを発生する点火栓を、電極が燃焼室４１の中央部に配置されるよう取り付ける基部である。
点火栓取付部４６は、点火栓に形成されたネジ部が締結されるネジ穴及び座面等を有して構成されている。
インジェクタ４７は、燃料であるガソリンを、所定の噴射時期に吸気ポート４２内に噴射して混合気を形成するものである。

シリンダブロック３０のシリンダヘッド４０側の端部近傍におけるシリンダスリーブ３１，３２の周囲、及び、シリンダヘッド４０内における燃焼室４１及び排気ポート４３の周囲の領域には、冷却水が通流される流路であるウォータジャケットが形成されている。

オイルパン５０は、クランクケース２０の下方（シリンダブロック３０側とは反対側）の開口を閉塞するように取り付けられ、クランクケース２０の下部と協働して潤滑用のオイルを収容する（協働して広義のオイルパンを形成する）容器状の部材である。
オイルパン５０は、クランクケース２０の上半部、下半部の接合面と実質的に平行な平面に沿って形成された接合面において、クランクケース２０に接合され締結固定されている。

マグネト６０は、エンジン１の運転時（クランクシャフト１０の回転時）に直流電力を発生する発電機構である。
マグネト６０は、ロータマグネット６１、ステータコイル６２等を有して構成されている。

ロータマグネット６１は、クランクシャフト１０の端部１３に締結固定されるプーリ状の部品である。
ロータマグネット６１は、クランクシャフト１０から外径側に鍔状に張り出して形成された円盤部の外周縁部から、クランクシャフト１０と実質的に同心に形成された円筒部を、クランクケース２０側とは反対側に突出させて形成されている。
ロータマグネット６１の円筒部における内周面部には、周方向にわたって所定のパターンで永久磁石が配列されている。
ステータコイル６２は、ロータマグネット６１の円筒部の内径側に挿入され、外周面部には、周方向にわたってＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイルが、ロータマグネット６１の永久磁石と微小な間隔を隔てて対向するよう順次配列されている。
各相のコイルは、鉄芯に巻線を巻き回して構成されている。
ステータコイル６２は、マグネトカバー７０を介してクランクケース２０に対して固定されている。

マグネトカバー７０は、クランクケース２０におけるマグネト６０側の端部に設けられ、マグネト６０を収容する容器状の部材である。
マグネトカバー７０は、クランクケース２０の隣接する領域と協働してマグネト室Ｍを構成する。
マグネトカバー７０は、クランクケース２０側が開口したカップ状に形成され、クランクケース２０側の端部は、クランクシャフト１０の回転軸と直交する平面に沿った接合面において接合され締結されている。
マグネトカバー７０は、マグネト６０のステータコイル６２が取り付けられる基部７１を有する。
基部７１は、マグネトカバー７０のクランクケース２０側とは反対側の端面の中央部を、クランクケース２０側へ張り出させて形成されている。
基部７１の中心部には、クランクシャフト１０の端部１３を回転可能に支持するサブベアリング７２が設けられている。

マグネトカバー７０の内部は、クランクケース２０の内部と連通し、オイルが流入可能となっている。
また、図４に示すように、クランクケース２０においてメインベアリング２１が形成される壁面部は、マグネトカバー７０側に流入したオイルを堰き止めて、所定の油量を保持可能となっている。
その結果、マグネトカバー７０の内部には、マグネト６０のロータマグネット６１の外周面部が油面に接する程度の油量が常時保持されている。
ここに貯留されたオイルは、クランクスプロケット１６等によって掻き上げられ、タイミングチェーン１７等の潤滑に用いられるほか、ロータマグネット６１の外周面部によって掻き上げられ、ロータマグネット６１及びステータコイル６２の冷却（油冷）にも利用される。

サブオイルパン８０は、マグネト室Ｍの下方に設けられ、クランクケース２０及びオイルパン５０と連通し、オイルが流入可能とされた空間部である。
サブオイルパン８０は、マグネト室Ｍの底面部がその上面部となるように、マグネト室Ｍを構成するクランクケース２０、マグネトカバー７０の下面部におけるマグネト室Ｍ内に貯留されたオイルと接する領域から張り出して形成されている。
サブオイルパン８０は、オイルパン５０に対して側方に（水平方向にオフセットして）配置されている。
サブオイルパン８０は、クランクケース２０と一体に形成された半部８１と、マグネトカバー７０と一体に形成された半部８２とを有する二つ割の構成となっている。
各半部８１，８２は、クランクケース２０及びマグネトカバー７０の接合面と同一平面上に形成された接合面において接合されている。
図４に示すように、クランクケース２０側の半部８１におけるマグネトカバー７０側とは反対側の端部は、クランクケース２０内に開口しており、サブオイルパン８０側と、クランクケース２０及びオイルパン５０側との間で、図４に破線矢印で記したように、オイルの行き来が可能となっている。

本実施例においては、サブオイルパン８０を設けたことによって、オイルパン５０やクランクケース２０下部の深さ方向（上下方向）の寸法を拡大することなく、オイルの貯留量を確保することができる。
また、サブオイルパン８０側が低くなるようにエンジン１が傾斜した場合であっても、サブオイルパン８０をバッファとして利用することによって、クランクケース２０内の油面上昇を抑制し、油面とクランクシャフト１０等との干渉を防止することができる。
また、マグネト６０のステータコイル６２は、発電運転中には高温となり、マグネト室Ｍ内に貯留されたオイルの油温は例えば１７０〜１８０℃程度に達する場合があるが、これをマグネト室Ｍの底面を介して、サブオイルパン８０内の例えば最高１４０℃程度のオイルで冷却することができ、マグネト６０を効果的に冷却することができる。

以上説明したように、実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）オイルをオイルパン５０及びサブオイルパン８０の双方で貯留可能とすることによって、オイルパン５０の深さ（上下方向寸法）を拡大することなく貯油量を確保することができる。
また、エンジン１の傾斜時にサブオイルパン８０をバッファとして用いることによりクランクケース２０内の油面の上昇を抑制し、クランクシャフト１０等の各種回転部品との干渉を防止し、オイル噴きの原因となるオイルミストの発生を抑制することができる。
また、マグネト室内に貯留された比較的高温のオイルから、サブオイルパン８０内の比較的低温のオイルへの熱伝導によってマグネト室内のオイルが冷却され、マグネト６０を効果的に冷却して信頼性、耐久性を改善することができる。
（２）サブオイルパン８０をクランクケース２０とマグネトカバー７０との合わせ箇所に形成し、サブオイルパン８０の一部（半部８１）及び残部（半部８２）をこれらと一体に形成したことによって、部品点数を増加させることなく上述した効果を得ることができる。
また、クランクケース２０とマグネトカバー７０との割位置に実質的に閉断面となる構造を形成することによって、エンジン１の剛性を向上することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、エンジンを構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置、数量等は適宜変更することが可能であり、シリンダレイアウト、動弁駆動方式、用途なども特に限定されない。
また、実施例においては、クランクケースに対して一方側（マグネト室側）のみにサブオイルパンを設けているが、設置可能なスペースが存在するのであればクランクケースの反対側にもサブオイルパンを設けることが可能である。

１エンジン１０クランクシャフト
１１コネクティングロッド１２端部
１３端部１４バランサシャフト
１５駆動ギア１６クランクスプロケット
１７タイミングチェーン１８スプロケット
２０クランクケース２１〜２３メインベアリング
２４ストレーナ３０シリンダブロック
３１，３２シリンダスリーブ３３オイルポンプ
３４オイルフィルタ４０シリンダヘッド
４１燃焼室４２吸気ポート
４２ａインテークマニホールド４３排気ポート
４４吸気カムシャフト４４ａ吸気カムスプロケット
４５排気カムシャフト４５ａ排気カムスプロケット
４６点火栓取付部４７インジェクタ
５０オイルパン６０マグネト
６１ロータマグネット６２ステータコイル
７０マグネトカバー７１基部
７２サブベアリング８０サブオイルパン
８１，８２半部Ｍマグネト室

Claims

クランクシャフトを収容するクランクケースと、
前記クランクケースの下部に設けられオイルが貯留されるオイルパンと、
前記クランクケースにおける前記クランクシャフトの回転軸方向における一方の端部に隣接して設けられ、マグネトを収容するとともに下部にオイルが貯留されるマグネト室と、
前記オイルパンに対して水平方向にオフセットしかつ前記マグネト室の下側に前記マグネト室と隔壁を介して隣接して配置され、前記オイルパンからオイルが流入可能とされたサブオイルパンと
を備えることを特徴とするエンジン。
前記サブオイルパンは、一部が前記マグネト室の外壁を構成するマグネトカバーと一体に形成され、他部が前記クランクケースと一体に形成されること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン。