JP2019215039A - 内燃機関の潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ内壁に対する潤滑油量を確保する。【解決手段】シリンダ１２内に収容されたピストン５０に連結される一端部２１及び、貫通孔２３が形成された他端部２２を含むコネクティングロッド２０と、貫通孔２３に回転可能に軸支されたクランクピン３２及び、他端部２２の側面２２Ａと対向するアーム部３４を含むクランクシャフト３０と、クランクシャフト３０内に形成されて貫通孔２３とクランクピン３２とが軸支された軸支部３７に潤滑油を供給可能な油路３９と、他端部２２とアーム部３４との対向側面２２Ａ，３４Ａの何れか一方に凹設されており、軸支部から流出する潤滑油を貯留可能な油溜り溝４１と、対向側面２２Ａ，３４Ａの何れか一方に凹設されており、ピストン５０が上死点付近に位置する状態で、油溜り溝４１内の潤滑油の少なくとも一部をシリンダ１２内に向けて噴出可能な油噴出溝４５とを備えた。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の潤滑構造に関する。

この種の内燃機関の潤滑構造として、クランクシャフトのメインジャーナル外周からクランクピン外周に向けて延びる油路を備え、該油路からクランクピンとコネクティングロッド大端部との間の軸受に潤滑油を供給するようにした構造が知られている。当該構造によれば、軸受に供給された潤滑油は、コネクティングロッド大端部とクランクアーム部との隙間を流れ、遠心力によって周囲に噴射されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１６１３３４号公報

ところで、特許文献１記載の構造のように、コネクティングロッド大端部とクランクアーム部との対向側面が全周に亘って略平面状に形成されていると、これら対向側面の隙間を流通する潤滑油は、一時的に貯留されることなく周囲に略均等に噴射されるようになる。このため、潤滑油の多くが、潤滑の必要性の低いシリンダブロックの下側壁面やクランクケース壁面等にも供給されるようになり、潤滑を必要とするシリンダ壁面の油量を効果的に確保できない可能性がある。

本開示の技術は、シリンダ壁面に対する潤滑油量を効果的に確保することを目的とする。

本開示の技術は、シリンダ内に往復移動自在に収容されたピストンに連結される一端部及び、貫通孔が形成された他端部を含むコネクティングロッドと、前記貫通孔に回転可能に軸支されたクランクピン及び、前記他端部の側面と対向するアーム部を含むクランクシャフトと、前記クランクシャフト内に形成されて前記貫通孔と前記クランクピンとが軸支された軸支部に潤滑油を供給可能な油路と、前記他端部と前記アーム部との対向側面の何れか一方に凹設されており、前記軸支部から流出する潤滑油を貯留可能な油溜り溝と、前記対向側面の何れか一方に凹設されており、前記ピストンが上死点付近に位置する状態で、前記油溜り溝内の潤滑油の少なくとも一部を前記シリンダ内に向けて噴出可能な油噴出溝と、を備えることを特徴とする。

また、前記油噴出溝は、前記対向側面のうち、前記油溜り溝とは反対側の側面に凹設されており、前記ピストンが上死点付近に位置する状態で、その一端側を前記油溜り溝の溝底面に対向させると共に、その他端部を前記シリンダの壁面に指向させることが好ましい。

また、前記クランクピンは、前記貫通孔にベアリングを介して軸支されており、前記油溜り溝は、前記対向側面のうち、前記アーム部の側面に前記クランクピンの外周に沿って環状に設けられると共に、その溝底面を前記ベアリングの端面と対向させていることが好ましい。

また、前記油噴出溝は、前記対向側面のうち、前記他端部の前記貫通孔よりも前記一端部側の側面に、前記一端部の中心と前記他端部の中心とを結ぶ直線上に位置して設けられていることが好ましい。

本開示の技術によれば、シリンダ内壁に対する潤滑油量を効果的に確保することができる。

本実施形態に係る内燃機関をクランク軸方向から視た模式的な断面図である。 本実施形態に係るクランクシャフト、コネクティングロッド及び、シリンダブロックの一部を示す模式的な部分断面図である。 本実施形態に係る潤滑構造を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係るクランクウェブをクランク軸方向から視た模式図である。 本実施形態に係るコネクティングロッドをクランク軸方向から視た模式図である。 本実施形態に係る潤滑構造において、（Ａ）はクランク角約−１０度の状態、（Ｂ）はクランク角約＋１０度の状態を示す模式図である。 他の実施形態に係る潤滑構造を示す模式図である。 他の実施形態に係る潤滑構造を示す模式図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る内燃機関の潤滑構造について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関１０をクランク軸方向から視た模式的な断面図である。内燃機関１０は、例えば、直噴式のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと称する）である。エンジン１０は、シリンダ１２が形成されたシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に設けられたシリンダヘッド１３と、シリンダ１２内に往復移動自在に収容されたピストン５０と、シリンダブロック１１の下端から下方に延設されたクランクケース１４と、クランクケース１４の下部に固定されて潤滑油を貯留するオイルパン１５とを備えている。なお、エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限定されず、予混合式のガソリンエンジンや天然ガスエンジン等の他の内燃機関であってもよい。

シリンダヘッド１３には、吸気ポート６０及び、排気ポート６１が設けられている。また、シリンダヘッド１３には、ピストン５０の頂面とシリンダ１２内壁とにより区画される燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ６２が設けられている。さらに、シリンダヘッド１３には、開閉作動により吸気ポート６０から燃焼室内に新気を導入する吸気バルブ６３及び、開閉作動により燃焼室内から排気ポート６１に排気を導出する排気バルブ６４が設けられている。これら吸気バルブ６３及び排気バルブ６４は、シリンダヘッド１３の上部に配された動弁機構６５，６６によってそれぞれ開閉作動される。

ピストン５０には、ピストンピン５１を介してコネクティングロッド２０の小端部２１が回転可能に連結されている。コネクティングロッド２０は、小端部２１（一端部）と、大端部２２（他端部）と、これら小端部２１及び大端部２２をつなぐロッド部２４とを一体に有する。コネクティングロッド２０の大端部２２には、クランクシャフト３０のクランクピン３２が回転可能に連結されている。ピストン５０がシリンダ１２内を往復運動すると、この往復運動がコネクティングロッド２０によって回転運動に変換され、クランクシャフト３０が回転するようになっている。

図２は、本実施形態に係るクランクシャフト３０、コネクティングロッド２０及び、シリンダブロック１１の一部を示す模式的な部分断面図である。同図に示すように、クランクシャフト３０は、メインジャーナル３１と、クランクピン３２と、クランクウェブ３３と、油路３９とを備えている。

メインジャーナル３１は、クランクシャフト３０の主軸であって、不図示のベアリングを介してシリンダブロック１１に回転可能に軸支されている。メインジャーナル３１には、油路３９の上流側流路が形成されている。メインジャーナル３１の外周部には、油路３９の入口部が開口する。

クランクピン３２は、クランクウェブ３３を介してメインジャーナル３１に連結されている。クランクピン３２は、メインジャーナル３１に対して径方向に偏心して設けられている。クランクピン３２には、油路３９の下流側流路が形成されている。クランクピン３２の外周部には、油路３９の出口部が開口し、さらに、この外周部には、軸支部としてのベアリング３７（例えば、滑り軸受）を介してコネクティングロッド２０の大端部２２が回転可能に軸支されている。

クランクウェブ３３は、クランクアーム部３４（アーム部）と、カウンタウェイト部３５とを一体に有する。クランクアーム部３４は、メインジャーナル３１とクランクピン３２とを連結する部材である。カウンタウェイト部３５は、クランクピン３２側に偏る重心を調整すべく、クランクピン３２とは反対側に設けられている。

クランクウェブ３３には、油路３９が貫通形成されている。シリンダブロック１１のギャラリ（破線矢印参照）を流れる潤滑油が、メインジャーナル３１の外周から油路３９内に流れ込み、油路３９を流通した潤滑油がクランクピン３２外周のベアリング３７に供給されるようになっている。

本実施形態の潤滑構造４０は、互いに対向するコネクティングロッド２０の大端部２２側面と、クランクアーム部３４側面とに設けられている。以下、潤滑構造４０の詳細について説明する。

［潤滑構造］
図３は、本実施形態に係る潤滑構造４０を示す模式的な断面図である。図３において、図中左側の潤滑構造４０は、ピストン５０が上死点付近（クランク角約０度）に位置する状態を示し、図中右側の潤滑構造４０は、ピストン５０が下死点付近（クランク角約１８０度）に位置する状態をそれぞれ示している。

図３に示すように、コネクティングロッド２０の大端部２２には、ベアリング３７が嵌め込まれたクランクピン３２を挿通支持する貫通孔２３が形成されている。また、大端部２２の貫通孔２３の周囲は、クランクアーム部３４のアーム側面３４Ａと微小なクリアランスを隔てて略平行に対向する大端部側面２２Ａとされている。

潤滑構造４０は、クランクアーム部３４に凹設された油溜り溝４１と、コネクティングロッド２０の大端部２２に凹設された油噴出溝４５とを備えている。

油溜り溝４１は、アーム側面３４Ａから大端部側面２２Ａとは反対側にクランク軸方向に所定の深さで窪む凹状の溝であって、クランクピン３２の外周面の全周に沿って略円環状に形成されている。具体的には、油溜り溝４１は、クランクピン３２の外径と略同径に形成されてクランクピン３２の外周面と連続する溝内周面４１Ａと、溝内周面４１Ａの溝底側の端部からクランクピン３２の径方向に延びてベアリング３７の端面と対向する溝底面４１Ｂと、溝底面４１Ｂの径方向外側端から大端部側面２２Ａ側に延びて溝内周面４１Ａと対向する溝外周面４１Ｃとを有する。

溝内周面４１Ａと溝外周面４１Ｃとの対向距離、言い換えれば、油溜り溝４１の溝幅は、クランクアーム部３４先端側の溝幅Ｗ１がカウンタウェイト部３５側の溝幅Ｗ２よりも広幅となるように形成されている。

具体的には、図４に示すように、油溜り溝４１の溝幅は、クランクアーム部３４の先端側に向かうに従い拡張するように形成されている。例えば、油溜り溝４１には、溝幅Ｗ１を溝幅Ｗ２よりも広幅にした円弧状に湾曲して突出する拡張溝部４２が設けられている。

図５に示すように、油噴出溝４５は、大端部２２の貫通孔２３よりもロッド部２４側の大端部側面２２Ａに、小端部２１の中心Ｃ１と大端部２２の中心Ｃ２とを結んだ直線上に位置して設けられている。

より詳しくは、図３に示すように、油噴出溝４５は、大端部側面２２Ａからアーム側面３４Ａとは反対側に断面略円弧状に凹設されている。油噴出溝４５の貫通孔２３側の端部と、ベアリング３７内周面（又は、クランクピン３２外周面）との離間距離Ｌ１は、油溜り溝４１のカウンタウェイト部３５側の溝幅Ｗ２よりも長く、且つ、油溜り溝４１のクランクアーム部３４先端側の溝幅Ｗ１よりも短く形成されている。また、油噴出溝４５のロッド部２４側の端部と、ベアリング３７内周面（又は、クランクピン３２外周面）との離間距離Ｌ２は、クランクピン３２外周面とクランクアーム部３４の先端との離間距離Ｌ３よりも長く形成されている。

すなわち、油噴出溝４５は、ピストン５０が下死点付近に位置する図３中の右側に示す状態においては、その全体が油溜り溝４１と対向しない非対向状態になる。一方、油噴出溝４５は、ピストン５０が上死点付近に位置する図３中の左側に示す状態においては、少なくともその基端側が油溜り溝４１と対向する連通状態となり、且つ、その先端側がクランクアーム部３４の先端から露出して、シリンダ１２の内壁に指向するように形成されている。

このように、ピストン５０が下死点付近に位置するときは、油溜り溝４１と油噴出溝４５とを非対向状態にすることで、油路３９（図２参照）からベアリング３７に供給されて該ベアリング３７の端面から流出する潤滑油は、その多くが油溜り溝４１内に一時的に溜められるようになる。そして、ピストン５０が上死点付近に位置するときは、油溜り溝４１と油噴出溝４５とを対向させた連通状態にすることで、油溜り溝４１内に溜められていた潤滑油は、その多くがクランクウェブ３３の回転に伴う遠心力によって油噴出溝４５からシリンダ１２壁面（ピストン５０の下面をも含む）に向けて噴出されるようになる。これにより、ピストン５０の上死点付近にて、油溜り溝４１内の潤滑油をシリンダ１２壁面に効果的に供給することが可能になる。

本実施形態において、油溜り溝４１と油噴出溝４５との連通状態は、好ましくは、図６（Ａ）に示すピストン５０が上死点に向けて上昇する上死点前の所定の進角位置（例えば、クランク角約−１０度）から、図６（Ｂ）に示すピストン５０が下死点に向けて降下する下死点後の所定の遅角位置（例えば、クランク角約＋１０度）に亘って維持されるように構成されている。このように、ピストン５０が上死点前の所定の進角位置から上死点後の所定の遅角位置に達するまで、油溜り溝４１と油噴出溝４５との連通（対向）を維持することで、シリンダ１２壁面がピストン５０の下方に大きく露出する期間に亘って潤滑油を効果的に供給することが可能になる。

以上詳述した本実施形態によれば、クランクアーム部３４のアーム側面３４Ａに、ベアリング３７の端面と対向する油溜り溝４１を凹設したことにより、油路３９からベアリング３７に供給されて該ベアリング３７から流出する潤滑油は、その多くがアーム側面３４Ａと大端部側面２２Ａとのクリアランスから周囲に直接的に噴出されることなく、油溜り溝４１内に一時的に溜められるようになる。

また、大端部側面２２Ａに、ピストン５０が上死点付近に達した際に油溜り溝４１と連通する油噴出溝４５を凹設したことにより、シリンダ１２壁面がピストン５０の下方に大きく露出するタイミングにて、油溜り溝４１内の潤滑油は遠心力によって油噴出溝４５からシリンダ１２壁面に向けて噴出されるようになる。これにより、シリンダ１２壁面の潤滑油量を効果的に確保することが可能になる。

また、シリンダ１２壁面の潤滑油量が確保されることで、ピストン５０の潤滑状態が効果的に維持されて、フリクションが低減されるようになり、エンジン１０の燃費性能を確実に向上しつつ、油膜切れによる焼付きも効果的に防止することが可能になる。

［変形例］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図７に示すように、油溜り溝４１を大端部２２側、油噴出溝４５をクランクアーム部３４側に入れ替えて構成してもよい。この場合も上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、図８（Ａ）に示すように、油噴出溝４５の長手方向がコネクティングロッド２０の軸心に対して反スラスト側に傾くように傾斜させてもよく、或は、図８（Ｂ）に示すように、油噴出溝４５の長手方向がコネクティングロッド２０の軸心に対してスラスト側に傾くように傾斜させてもよい。油噴出溝４５を反スラスト側に傾ければ、シリンダ１２の反スラスト側の壁面により多くの潤滑油を供給することが可能になり、油噴出溝４５をスラスト側に傾ければ、シリンダ１２のスラスト側の壁面により多くの潤滑油を供給することが可能になる。

１０ エンジン
１１ シリンダブロック
１２ シリンダ
２０ コネクティングロッド
２１ 小端部（一端部）
２２ 大端部（他端部）
２３ 貫通孔
２４ ロッド部
３０ クランクシャフト
３１ メインジャーナル
３２ クランクピン
３３ クランクウェブ
３４ クランクアーム部（アーム部）
３５ カウンタウェイト部
３７ ベアリング（軸支部）
３９ 油路
４０ 潤滑構造
４１ 油溜り溝
４５ 油噴出溝
５０ ピストン

Claims (4)

1. シリンダ内に往復移動自在に収容されたピストンに連結される一端部及び、貫通孔が形成された他端部を含むコネクティングロッドと、
   前記貫通孔に回転可能に軸支されたクランクピン及び、前記他端部の側面と対向するアーム部を含むクランクシャフトと、
   前記クランクシャフト内に形成されて前記貫通孔と前記クランクピンとが軸支された軸支部に潤滑油を供給可能な油路と、
   前記他端部と前記アーム部との対向側面の何れか一方に凹設されており、前記軸支部から流出する潤滑油を貯留可能な油溜り溝と、
   前記対向側面の何れか一方に凹設されており、前記ピストンが上死点付近に位置する状態で、前記油溜り溝内の潤滑油の少なくとも一部を前記シリンダ内に向けて噴出可能な油噴出溝と、を備える
   ことを特徴とする内燃機関の潤滑構造。
2. 前記油噴出溝は、前記対向側面のうち、前記油溜り溝とは反対側の側面に凹設されており、前記ピストンが上死点付近に位置する状態で、その一端側を前記油溜り溝の溝底面に対向させると共に、その他端部を前記シリンダの壁面に指向させる
   請求項１に記載の内燃機関の潤滑構造。
3. 前記クランクピンは、前記貫通孔にベアリングを介して軸支されており、
   前記油溜り溝は、前記対向側面のうち、前記アーム部の側面に前記クランクピンの外周に沿って環状に設けられると共に、その溝底面を前記ベアリングの端面と対向させている
   請求項１又は２に記載の内燃機関の潤滑構造。
4. 前記油噴出溝は、前記対向側面のうち、前記他端部の前記貫通孔よりも前記一端部側の側面に、前記一端部の中心と前記他端部の中心とを結ぶ直線上に位置して設けられている
   請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の潤滑構造。

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