JP2021092185A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】動作効率を向上させた内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、少なくとも一つの気筒２１と、クランクケース１１と、オイルパン１２（図３参照）と、を備える内燃機関であって、クランクケース１１は、少なくとも一つの気筒２１に繋がる空間である圧力室を区画する隔壁部２２（図４参照）を備え、隔壁部２２は、圧力室の内部と外部を連通する呼吸孔３１を有し、オイルパン１２は、オイルパン１２の内部に貯留されている潤滑油をオイルパン１２外部へ供給するとともに、圧力室に連通している経路２３ａ（図４参照）を有し、圧力室が繋がる気筒のうち一つの気筒２１のピストンが上死点から下死点へ移動する期間の所定のクランク角範囲において、ピストンに対応するクランクシャフトのカウンタウェイト２４（図６参照）が、呼吸孔３１を遮る。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来、このような分野の技術として、特開平０５−０２６０２２号公報がある。この公報に記載された内燃機関（エンジン）の構造では、エンジンと駆動連結されるオイルポンプにより、潤滑油を被潤滑部位に供給する潤滑構造について記載されている。

特開平０５−０２６０２２号公報 特開２００７−１９８２３２号公報

しかしながら、一般にオイルポンプを駆動させてオイルを循環させるための動力は、エンジンの駆動トルクから与えられている。ここで特許文献２には、伝達経路上のサイド方向に呼吸穴の位置を移すことによって、呼吸制御を行い、エンジンの内圧の上昇や下降を制御することによって、ブロックの外壁振動を抑制することが記載されている。しかしながら、クランクケースの内圧上昇をより積極的に利用して、内燃機関の効率を上昇させたいという要望がある。
本発明は、動作効率を向上させた内燃機関を提供するものである。

本発明にかかる内燃機関は、少なくとも一つの気筒と、クランクケースと、オイルパンと、を備える内燃機関であって、前記クランクケースは、前記少なくとも一つの気筒に繋がる空間である圧力室を区画する隔壁部を備え、前記隔壁部は、前記圧力室の内部と外部を連通する呼吸孔を有し、前記オイルパンは、前記オイルパンの内部に貯留されている潤滑油をオイルパン外部へ供給するとともに、前記圧力室に連通している経路を有し、前記圧力室が繋がる気筒のうち一つの気筒のピストンが上死点から下死点へ移動する期間の所定のクランク角範囲において、前記ピストンに対応するクランクシャフトのカウンタウェイトが、前記呼吸孔を遮る。
これにより、圧力室内で高められた圧力を利用し、圧送による潤滑油の供給を行うことができる。

これにより、動作効率を向上させた内燃機関を提供することができる。

実施の形態１にかかるエンジンを示す図である。 実施の形態１にかかる各構成物品の配置の一例を示す模式図である。 実施の形態１にかかるオイルパンの一例を示す図である。 実施の形態１にかかる分配モジュールの概略を示す図である。 実施の形態１にかかる分配モジュールの断面を示す図である。 実施の形態１にかかるカウンタウェイトの動作を示す図である。 実施の形態１にかかるオイルポンプの仕事による潤滑油の圧送先が減少した状態を示す図である。 実施の形態１にかかるオイルポンプの仕事減によりエンジンにおける必要な駆動トルクが減少した状態を示す図である。 実施の形態２にかかるクランクケース、圧力室、圧送機構が一体化されたものの上側を示した図である。 実施の形態２にかかるクランクケース、圧力室、圧送機構が一体化されたものの下側を示した図である。 実施の形態２にかかるＸＩ−ＸＩ断面を示した図である。 実施の形態２にかかるＸＩＩ−ＸＩＩ断面を示した図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜図３に示すように、エンジン１には、内部でピストンが上下動を行う気筒２１と、気筒２１に繋がる空間である圧力室を区画するための隔壁部２２を有するクランクケース１１と、内部に潤滑油を貯留し外部に潤滑油を供給するオイルパン１２と、オイルパン１２内に配置され、圧力室と連通してサブギャラリーへオイルを供給するための経路２３ａを提供する分配モジュール２３と、隔壁部２２に設けられた呼吸孔３１に対し、気筒の動作に連動させて開閉状態を変更させるカウンタウェイト２４と、を備える。

ここで、図１はクランクシャフトの軸方向から、隔壁部２２にカウンタウェイト２４が設けられていない状態のクランクケース１１の一例を示した図である。図２は、エンジン１における各構成物品の配置を示す模式図である。図３は、オイルパン１２の一例を示した図である。なおエンジン１では、気筒２１の延在方向が上下方向であって、気筒２１の下方にクランクシャフトが設けられ、さらにその下方にオイルパン１２が配置されているものとして説明する。なおここでは、クランクシャフトの延方向が気筒２１の延在方向に対して略垂直に設けられているとともに、クランクシャフトの軸方向は、水平方向となるように設けられているものとする。なお気筒２１は、クランクケース１１内に設けられた圧力室に繋がっている。

典型的には、クランクケース１１は、クランクシャフトの軸受構造を有し、異物などによりエンジンの動作が妨げられることを防ぐケースである。また、クランクケース１１は、シリンダブロックの一部にクランクケースの構成部位が一体化されて形成されている。

典型的には、オイルパン１２は、エンジン１の下部に配置されている。オイルパン１２では、オイル使用機器からのオイルの流出を防ぎ、一定量までせき止める機能を持つ囲いであって、シリンダブロックより下方に配置されている。オイルパン１２には、潤滑油（エンジンオイル）が貯留されており、オイルポンプを駆動することによってオイルパン１２内に貯留した潤滑油を、各部に送り出すことができる。

またオイルパン１２内には、オイルパン１２の外部と、クランクケース１１に設けられた圧力室と、を連通している経路２３ａを有する分配モジュール２３が配置されている。なお分配モジュール２３は、油中に埋められた状態で配置されている。

例えば図４及び図５に示すように、分配モジュール２３の経路２３ａは所定の方向に延びるように形成されている。また例えば、分配モジュール２３に設けられた経路２３ａの少なくとも一部は、分配モジュール２３をオイルパン１２内に配置した場合に、クランクシャフトの軸方向に対して略平行に延在するように配置されている。なお、図５は、図４に示した分配モジュール２３の断面を示した図である。

図３に示されている隔壁部２２は、クランクケース１１に設けられた圧力室を区画するために設けられている。隔壁部２２には、圧力室の内部と外部を連通する呼吸孔３１が形成されている。例えば図１に示すように、クランクシャフトの軸方向から見た場合において、呼吸孔３１が形成されている位置は、クランクシャフトの軸に対して略水平の位置である。なお呼吸孔３１の位置はこれに限られず、後に詳述するように、気筒２１のピストンと同期して動作するカウンタウェイト２４により、所定のタイミングで遮られる位置であればよい。

カウンタウェイト２４は、気筒２１におけるストロークに同期して回転動作する。より具体的には、カウンタウェイト２４は、中心部２４ａと、中心部２４ａの外側に設けられ、中心部２４ａとともに回転し、呼吸孔３１を遮ることで開閉させる羽部２４ｂと、を備える。すなわち、カウンタウェイト２４は隔壁部２２の近傍に配置されており、特に、羽部２４ｂと隔壁部２２が近接して配置されている。また典型的には、中心部２４ａはクランクシャフトの連結されており、カウンタウェイト２４は、クランクシャフトの回転動作に応じて動作する。

ここで、羽部２４ｂにより呼吸孔３１を遮った状態とは、クランクシャフトの軸方向からの視点において、羽部２４ｂが中心部２４ａを中心として動作した際に、羽部２４ｂの少なくとも一部が呼吸孔３１と重なった状態であるものとする。

また望ましくは、羽部２４ｂと、呼吸孔３１が設けられている隔壁部２２との間隔が５ｍｍ以下であるものとする。このとき、羽部２４ｂにより呼吸孔３１を完全に封止するものではないが、少しの隙間を設けた状態であっても圧力室の内圧を高めることができるため、羽部２４ｂにより呼吸孔３１を遮ることによって圧力室の内圧を高めることができる。

図６は、カウンタウェイト２４の動作を説明するための図である。ここでカウンタウェイト２４が図６（ａ）の状態であるとき、気筒２１におけるピストンの上死点であってクランク角が０度の状態とする。一方、カウンタウェイト２４が図６（ｇ）の状態であるとき、気筒２１におけるピストンの下死点であってクランク角が１８０度の状態とする。図６（ｂ）〜図６（ｆ）はこれらの中間の過程を示している。

ここで、図６（ａ）に示した０度を超えた角度、かつ、図６（ｄ）に示した９０度の未満の角度を第１クランク角とする。また、図６（ｄ）に示した９０度を超えた角度、かつ、図６（ｇ）に示した１８０度未満の角度を第２クランク角とする。

カウンタウェイト２４は、第１クランク角と、第２クランク角との間において、呼吸孔３１を遮る。特に、隔壁部２２における呼吸孔３１は、気筒２１におけるピストンストロークが最大となった場合に、カウンタウェイト２４の羽部２４ｂによって遮られた状態となる位置に形成されている。

したがって一例として、エンジン１における各部の動作は以下のようになる。

気筒２１に設けられたピストンが上死点から下死点に移動する。このとき、ピストンの移動速度が最大となる期間がある。

隔壁部２２の近傍に配置されているカウンタウェイト２４は、ピストンの動作に合わせて動作し、隔壁部２２に設けられた呼吸孔３１を遮る。なお例えば、この遮る期間とは、上述のピストンの移動速度が最大となる期間であるが、最大となる直前、及び直後の期間を含めても良い。

ここで呼吸孔３１が遮られた状態となることによって、隔壁部２２から圧力が外部に逃げることを抑制することができるため、圧力室内の内圧が増加する。

オイルパン１２では、圧力室内の内圧の高圧を利用してオイルパン１２に貯留されていた潤滑油を圧送する。すなわち、オイルパン１２に配置されている分配モジュール２３を利用し、その分配モジュールに形成されている経路２３ａを介して、潤滑油の圧送を行う。

これにより、適切なタイミングで呼吸孔を遮ることによって、圧力室内の圧力を高圧にし、この圧力を利用してオイルパン１２内の潤滑油を各部に圧送することができる。したがって、潤滑油を各部に圧送する際に、オイルポンプを用いて圧送する負担を軽減することができる。

ここで図７は、関連するエンジンではオイルポンプにより潤滑油を圧送していた圧送先の数箇所について、圧力室内の内圧の高圧を利用してオイルパン１２に貯留されていた潤滑油を圧送するように変更した一例を示している。

特に図７に示した例では、チェーンジェット、カムジャーナル、カムシャワー、バランサ、ピストンジェットへの潤滑油の圧送について、オイルポンプを用いて潤滑油を圧送している状態から、圧力室内の内圧を利用した圧送に変更することができることから、オイルポンプを用いることによる潤滑油の圧送先を減少させた状態を示している。

この変更により、オイルポンプの仕事によって圧送される潤滑油の油量を、約５７％低減させることができる。

図８は、図７に示したオイルポンプを用いた潤滑油の圧送の油量を低減させたことにより、オイルポンプの仕事量が低減し、その結果、エンジン駆動が所定の回転数となるように動作させるための駆動トルクが低減した結果の一例を示す図である。

したがって、オイルポンプを動作させるために割り当てられていたエンジンの駆動トルクの一部を低減させることができ、エンジンの効率を向上させることができる。

実施の形態２
図９及び図１０は、クランクケース４１を構成しているフレームにおいて、クランクシャフトを支持する孔部４２が形成されているとともに、圧力室４３と、オイル経路４４が一体化されて形成されている状態を示している。ここで図９はクランクケース４１の上側を示しており、図９は下側を示している。以下では、このクランクケース４１を、実施の形態１に示したエンジン１において適用する場合について説明する。

図９に示すように、クランクケース４１のフレームには、ベアリングを介してクランクシャフトを支持するための孔部４２が形成されている。ここで、クランクケース４１のフレームは、長手方向に延びる２つの平行するフレーム４１ａと、このフレーム４１ａの間に設けられた梁状の複数のフレーム４１ｂにより形成されているものとする。

孔部４２は、この複数の梁状に形成されたフレーム４１ｂのそれぞれにおいて１箇所ずつ形成されている。また、孔部４２は、クランクケース４１の長手方向と略平行方向に延在するシャフトを配置する際に、ベアリングを介してクランクシャフトを安定して支持できるように、梁状に形成されているフレーム４１ｂの一部を欠くように形成されている。典型的には、複数の梁状のフレームに形成されている孔部４２同士は、一直線状に配置されている。

また、クランクケース４１のフレームにおいて、クランクシャフトを支持した状態とした場合における軸方向の一端部側（軸方向外側）に、フレームと一体で形成された圧力室４３が配置されている。

ここで、クランクケース４１内において、クランクシャフトの軸方向外側に配置された圧力室４３の内部と、圧力室４３の外部と、を区画するように隔壁部４５が形成されている。さらに、隔壁部４５を貫通するように、呼吸孔４６が形成されている。

ここで、図９、図１０に示したクランクケース４１のフレームの上面、下面が略水平となるようにクランクケース４１を配置した場合に、呼吸孔４６は、孔部４２とは離れた位置に形成されている。言い換えると、呼吸孔４６は、隔壁部４５に設けられた孔部４２に対し、クランクケース４１の長手方向に対して垂直方向に離れた位置で、かつ、隔壁部４５を貫通するように形成されている。

ここで、図１１は図９のＸＩ−ＸＩ断面、図１２は図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面を示した図である。図１１及び図１２に示すように、クランクケース４１を形成しているフレームに、オイル経路４４が形成されている。

ここで、図１１に示しているように、圧力室４３はオイルパンに対して開口している。一方、隔壁部４５では、実施の形態１の図６を用いて示した動作と同様に、気筒に配置されたピストンと同期して動作するカウンタウェイトによって、呼吸孔４６を所定のタイミングで閉塞する。これにより、圧力室４３内におけるオイルの圧力を高めることができる。

そして、圧力室４３において圧力が高められたオイルは、経路４４を介して、ヘッド、バランサ、ピストンジェット、チェーンジェット等の各部に送出される。

このようにして、圧力室と、圧力室において圧力が高められたオイルを各部に送出するための経路を、クランクケースのフレームに一体にした構造とすることができる。言い換えると、オイルの圧送構造をクランクケースと一体化することができる。これにより、エンジン内の区画を整理することができるとともに、構成物品の部品点数を減らすことができることから、コストの低減をはかることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

例えば、実施の形態１において、説明を理解しやすくするために気筒が１つであるものとして説明したが、図２に示しているように気筒は複数であってもよい。その場合には、カウンタウェイト２４の動作はいずれかの気筒に同期させ、所定のタイミングにおいて、圧力室内の内圧が、オイルパン１２から潤滑油を圧送できるように高圧となることが望ましい。

１ エンジン
１１ クランクケース
１２ オイルパン
２１ 気筒
２２ 隔壁部
２３ 分配モジュール
２３ａ 経路
２４ カウンタウェイト
２４ａ 中心部
２４ｂ 羽部
３１ 呼吸孔
４１ クランクケース
４２ 孔部
４３ 圧力室
４４ 経路
４５ 隔壁部
４６ 呼吸孔

Claims (1)

1. 少なくとも一つの気筒と、クランクケースと、オイルパンと、を備える内燃機関であって、
   前記クランクケースは、前記少なくとも一つの気筒に繋がる空間である圧力室を区画する隔壁部を備え、
   前記隔壁部は、前記圧力室の内部と外部を連通する呼吸孔を有し、
   前記オイルパンは、前記オイルパンの内部に貯留されている潤滑油をオイルパン外部へ供給するとともに、前記圧力室に連通している経路を有し、
   前記圧力室が繋がる気筒のうち一つの気筒のピストンが上死点から下死点へ移動する期間の所定のクランク角範囲において、前記ピストンに対応するクランクシャフトのカウンタウェイトが、前記呼吸孔を遮る、
   内燃機関。

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