JP2020045872A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】オルタネータの廃熱を利用してオイルを効率良く早期昇温可能な内燃機関を提供する。【解決手段】オルタネータ７は、クランク軸線方向から見て、フロントカバー３及びシリンダブロック１の外側に配置されている。オルタネータ７を構成するハウジング１４の前部と後部との外周面には、内部で発生した温風を放射方向に排出する排気口が周方向に多数並んでいる。フロントカバー３のうちオルタネータ７の外周面の外側部位に、オルタネータ７の温風がダイレクトに当たるようにオイルフィルター２５が配置されている。オイルフィルター２５の外面は薄金属板製の本体ケースで構成されており、オイルへの伝熱性が高い。従って、オルタネータ７で発生した温風を有効利用してオイルを早期昇温させることができる。その結果、特別の部材を要することなく、暖機時間を短縮できる。【選択図】図１

Description

本発明は、オルタネータやＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ、或いはモータ・ジェネレータ）のような発電補機と、着脱式のオイルフィルターとを備えている内燃機関に関するものである。

自動車用の内燃機関は、補機として、発電のためにオルタネータ又はＩＳＧを備えている。オルタネータは発電専用の装置であり、ＩＳＧは発電及び駆動のための装置であるが、本来の機能とは異なる機能を持たせる提案が成されている。

その例として特許文献１には、オルタネータの内部に冷却ファンが配置されている点に着目して、オルタネータの後方にオイルポンプを配置して、オルタネータの冷却風によってオイルポンプを冷却することにより、オイルクーラを不要にすることが開示されている。また、特許文献１には、オルタネータの軸心方向の後ろにオイルフィルターを配置し、オイルフィルターについても、オルタネータの冷却ファンで冷却することが開示されている。

実開昭６１−７８２１１号のマイクロフィルム

オルタネータでは、駆動されて発電するときに内部で相当の熱が発生する。そこで、冷却ファンを設けて放熱しており、特許文献１は、オルタネータから後ろ向きに吹き出された冷却風をオイルポンプに接触させる旨が記載されているが、オルタネータに設けている冷却ファンは、空気を軸方向から吸い込んで外周方向（放射方向）に吐出するものであるため、オイルポンプをオルタネータの後ろに配置しても、オルタネータから排出された冷却風がオイルポンプに効率良く当たるとは云えない。

従って、特許文献１において、オイルポンプから排出された冷却風によって冷却効果を確保できるか否か、疑問である。特に、オイルフィルターについては、オルタネータの軸心方向の真後ろに配置されているため、オルタネータから外周方向に排出された冷却風が当たるとは考えられず、逆に、オルタネータに向かう吸引風に晒されると解される。

また、オイルポンプは、ロータを回転自在に保持する必要から厚いハウジングで構成されていて頑丈な構造になっているため、オルタネータの冷却風をハウジングに当てても、オイルに熱交換されるのにかなりの時間が必要であり、オルタネータの冷却風によってオイルを効率良く冷却するのは難しいと思料される。

さて、特許文献１は、オイルの冷却を問題にしているが、コールドスタート時の暖機運転時においては、暖機時間の短縮のためにはオイルの早期昇温を図る必要がある。この点、特許文献１において、オルタネータから排出される冷却風は加温されて温風になっていると解されるため、コールドスタート時には、温風によってオイルポンプを昇温できると推測はできるが、上記のとおり、特許文献１の構成では、冷却風がオイルポンプやオイルフィルターに効率良く当たるとは解されないため、コールドスタート時のオイルの早期昇温効果も期待できないと云える。

特に、オイルフィルターについては、上記のとおり、オルタネータから排出された冷却風が当たるとは思えず、逆にオルタネータに吸い込まれる吸引風に晒されると云えるため、コールドスタート時のオイルの昇温効果は期待できないと思料される。

更に、特許文献１では、オイルポンプをオルタネータに近い特定部位に配置することになるが、そのためには、クランク軸の回転をロータの回転に伝達するための動力伝達機構などの関連した構成を設計し直す必要があり、例えば、クランク軸にロータを直結したタイプのオイルポンプに適用できないといった問題がある。従って、一般性にも欠けているといえる。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、
「クランクプーリに巻き掛けられた補機駆動ベルトで駆動される発電補機と、機関本体に配置されたオイルフィルターとを備えており、前記発電補機の外周部には、駆動によって発生した温風を回転軸心と直交した放射方向に排出する排気口が開口している構成であって、
前記オイルフィルターが、前記発電補機から排出された温風が当たるように、クランク軸線方向から見て前記オルタネータの外周面の外側に配置されている」
という構成になっている。

オルタネータやＩＳＧの排気口は周方向に沿って多数形成されており、発電によって発生した温風は、回転軸心と直交した放射方向に噴出する。他方、オイルフィルターの本体ケースは薄い金属板で形成されたコップ状の形態であり、本願発明のレイアウトでは、オルタネータやＩＳＧで発生した温風のうち一部が、必然的に本体ケースの外周の一部に当たることになる。

上記のとおり、本願発明では、オルタネータから排出された温風がオイルフィルターの本体ケースにダイレクトに当たるが、本体ケースは薄金属板製であってオイルに対する伝熱性に優れているため、オイルへの熱交換も効率よく行われる。

従って、本願発明では、オルタネータ等の発電補機で発生した熱を有効利用して、コールドスタート時のオイルの早期昇温に貢献できる。その結果、コールドスタート時の暖機時間短縮に貢献できる。

また、オイルポンプは、ロータやポンプ室や動力伝動機構を備えていてその位置を設計し直すのは非常に面倒であるが、オイルフィルターの配置位置の変更は油路を設計し直すだけで対応できるため、オイルフィルターの配置位置を変更することは容易である。従って、本願発明は、既存の内燃機関についても、オイルポンプを設計変更することなく対応可能であり、従って、現実性・適用性にも優れている。

実施形態の正面図である。 図１のII-II 視側面図である。

(1).実施形態の構造
次に、本願発明を自動車用内燃機関に具体化した実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、この文言は、クランク軸線方向を前後方向として、クランク軸線及び気筒軸線と直交した方向を左右方向としている。前後については、タイミングチェーンを配置している側を前として、ミッションを配置している側を後ろとしている。

図２のとおり、内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２を備えており、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の前面にフロントカバー３が固定されている（シリンダヘッド２及びフロントカバー３の上部は省略している。）。シリンダブロック１、シリンダヘッド２、フロントカバー３は、機関本体を構成する主要部材になっている。

フロントカバー３からクランク軸４の前端部が突出して、突出した前端部にクランクプーリ５が固定されており、補機駆動ベルト６が、クランクプーリ５と、オルタネータ７のプーリ８と、ウォータポンプ９のプーリ１０と、エアコン用コンプレッサ１１のプーリ１２と、アイドラプーリ１３とに巻き掛けられている。

クランク軸線方向から見た正面視において、オルタネータ７は、フロントカバー３を挟んで吸気側の外側に配置されている一方、ウォータポンプ９とエアコン用コンプレッサ１１は、フロントカバー３を挟んで排気側に配置されており、かつ、エアコン用コンプレッサ１１はウォータポンプ９の下方に配置されている。エアコン用コンプレッサ１１は、図示しないブラケットを介してシリンダブロック１とオイルパンとに固定されている。また、ウォータポンプ９のハウジングは、シリンダブロック１に固定されている（シリンダブロック１に一体に設けることも可能である。）。なお、ウォータポンプ９は、フロントカバー３に配置することも可能である。

アイドラプーリ１３は、クランクプーリ５の上方の部位においてフロントカバー３に取付けられており、補機駆動ベルト６をアイドラプーリ１３の箇所で大きく蛇行させることにより、クランクプーリ５及びオルタネータ７のプーリ８に対する補機駆動ベルト６の接触長さを長くしている。加えて、クランクプーリ５及びオルタネータ７のプーリ８を補機駆動ベルト６が巻く角度を大きくしている。

図２のとおり、オルタネータ７のハウジング１４には、前後の上ブラケット１５，１６と、前後の下ブラケット１７，１８とが形成されており、上ブラケット１５，１６は、図１に示すように、シリンダブロック１及びフロントカバー３に設けた上ボス部１９にボルト２０で固定されている。他方、下ブラケット１７，１８は、シリンダブロック１及びフロントカバー３に設けた下ボス部２１にボルト２２で固定されている。

オルタネータ７の内部には前後のファンが内蔵されているが、図２に明示するように、ハウジング１４の前部と後部とに、ファンによって生じた温風を排出するための前後の排気口２３，２４の群が、周方向に多数並んで開口している。従って、ハウジング１４の内部で発生した温風は、オルタネータ７の軸心と直交した放射方向に噴出する。

そして、フロントカバー３の前面のうち、オルタネータ７とクランクプーリ５との間の部位に、クランク軸４と平行な姿勢のオイルフィルター２５が取付けられている。オイルフィルター２５は、クランク軸線方向から見ると、図１のとおり、オルタネータ７における前部の外周面の外側に配置されている一方、クランク軸線方向及び気筒軸線と直交した側面視方向から見ると、図２のとおり、フロントカバー３に取り付いた基部が、オルタネータ７における前部の排気口２３の群と部分的に重なるように配置されている。

また、図２に示されているとおり、オイルフィルター２５の先端（前端）は補機駆動ベルト６よりも手前に位置しているが、図１のとおり、補機駆動ベルト６はアイドラプーリ１３によって大きく蛇行しているため、オイルフィルター２５が補機駆動ベルト６に干渉することはないし、オイルフィルター２５の交換に際してオイルが零れても、オイルが補機駆動ベルト６に掛かることはない。

従って、本実施形態では、オイルフィルター２５は、フロントカバー３のうちオルタネータ７の近くに、補機駆動ベルト６が蛇行して形成されたデッドスペースが存在していることを利用して、オイルフィルター２５を取付けていることになる。

オイルフィルター２５は従来公知のものであり、薄金属板製の本体ケースと、これを塞ぐ底板とを備えている。内部には、軸心に位置した雌ねじ付きの中心筒と、中心筒の外側に配置したフィルターエレメントとが配置されており、中心筒が、フロントカバー３に形成された雄ねじ付き中空ボスにねじ込まれている。

図示は省略するが、オイルポンプはフロントカバー３に内蔵されており、ロータ（インナーロータ）はクランク軸に直結されている。オイルフィルター２５から排出された浄化済みのオイルは、シリンダブロック１に形成されたメインギャラリーに向けて吐出される。

(2).まとめ
図示は省略しているが、オルタネータ７を構成するハウジング１４の前面と後面とには、冷却風の吸引口が多数開口している。そして、オルタネータ７のハウジング１４の内部には前後のファンが配置されており、ハウジング１４の前部では、風は前から吸引されて前部の排気口２３から放射方向に排出される。他方、ハウジング１４の後部では、風は後ろから吸引されて、後部の排気口２４から放射方向に排出される。

そして、本実施形態では、オイルフィルター２５の一部が、オルタネータ７における前部の排気口２３の外側に位置しているため、オイルフィルター２５の外周面の一部にオルタネータ７で発生した温風がダイレクトに当たるが、オイルフィルター２５の外面を構成する本体ケースは薄金属製であるため、オルタネータ７から吹き出した温風によって直ちに昇温し、内部を流れるオイルを直ちに昇温させる。従って、オルタネータ７で発生した温風を有効利用して、コールドスタート時の暖機時間低減に貢献できる。

オイルフィルター２５の底面には、取付け座との間のシール性を確保するためにＯリングを取り付けているのが普通であるが、ゴム質のＯリングは伝熱性が低いため、オイルフィルター２５のケース本体からフロントカバー３への伝熱は、Ｏリングによって遮断される。従って、オイルフィルター２５の本体ケースからフロントカバー３への伝熱を防止して、オルタネータ７から本体カバーに受けた熱の略全量をオイルに熱交換できる。この面においても、オイルの早期昇温に貢献できる。

オルタネータ７のハウジング１４は、発電によって温度が高くなっていく。そして、本実施形態では、手前側の下ブラケット１７が、フロントカバー３のうちオイルフィルター２５の近くに形成されているため、ハウジング１４の熱は、フロントカバー３に形成した下ボス部２１に手前側の下ブラケット１７を介して伝わり、油路を流れるオイルに伝熱される。従って、オルタネータ７の熱を更に有効利用して、オイルの早期昇温に貢献できる。

一般に、内燃機関ではオイルは最高で１３０℃程度まで昇温する一方、オルタネータ７の温風の最高温度は１００℃程度であるため、暖機運転を脱した状態では、オルタネータ７の温風によってオイルを冷却することが可能である。従って、オイルフィルター２５にオイルクーラの役割を持たせることができる。

実施形態では、重量があるオルタネータ７とエアコン用コンプレッサ１１とが、クランクプーリ５を挟んだ左右両側に配置されている。このため、内燃機関の重量のバランスが取れて、振動を抑制することができる。また、内燃機関は複数箇所（一般に３か所）が弾性マウントを介して車体に支持されており、ピストンの運動に起因していわゆるスリコギ運動と呼ばれる振動が発生するが、本実施形態では、内燃機関の重心がクランク軸の軸心に寄るため、振動の振幅を小さくして振動を抑制できる利点がある。

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 機関本体を構成するシリンダブロック
３ 機関本体を構成するフロントカバー
４ クランク軸
５ クランクプーリ
６ 補機駆動ベルト
７ 発電補機の一例としてのオルタネータ
８ オルタネータのプーリ
９ ウォータポンプ
１１ エアコン用コンプレッサ
１３ アイドラプーリ
１４ オルタネータのハウジング
１５〜１８ ハウジングに設けたブラケット
１９，２１ フロントカバーに設けたボス
２３，２４ 排気口
２５ オイルフィルター

Claims (1)

1. クランクプーリに巻き掛けられた補機駆動ベルトで駆動される発電補機と、機関本体に配置されたオイルフィルターとを備えており、前記発電補機の外周部には、駆動によって発生した温風を回転軸心と直交した放射方向に排出する排気口が開口している構成であって、
   前記オイルフィルターが、前記発電補機から排出された温風が当たるように、クランク軸線方向から見てオルタネータの外周面の外側に配置されている、
   内燃機関。

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