JP2021134763A - 単気筒又は２気筒内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】バランサとしてのスイングアームを備えた単気筒内燃機関又は２気筒内燃機関において、バッフルプレートに一方弁を設けたことによる圧力変動を抑制できる構造を提供する。【解決手段】内燃機関は例えば４サイクル２気筒であり、クランク軸７における一対のクランクアーム１１に、バランサとしてのスイングアーム１７が回動可能に連結されている。貯油部２４はバッフルプレート２５によって塞がれており、バッフルプレート２５の底部２５ａに、ピストン４の下降時に開く弁板２８を設けている。更に、バッフルプレート２５は壁部３２（２５ｂ）を備えており、壁部３２にオリフィス３３を設けている。ピストン４の下降によって生じた内圧の一部は弁板２８の開きに作用し、他の一部はオリフィス３３から貯油部２４に逃げる。【選択図】図１

Description

本発明は、単気筒内燃機関又は２気筒内燃機関に関するものである（単気筒及び２気筒とも、４サイクルと２サイクルとを含んでいる。）。

レシプロ式の内燃機関はピストンの往復動をクランク軸の回転に変換しているが、単気筒内燃機関及び３６０°間隔で点火される４サイクル２気筒内燃機関では、クランク軸に１８０°間隔で逆向きの大きな慣性力が作用するという問題がある。そこで、スイング式等のバランサを設けて慣性力を打ち消すことが行われているが、スイング式バランサを設けると、バランサによるオイル叩きの現象が発生しやすい。

そこで、オイルパンに貯油部を覆うバッフルプレートを設けて、スイング式バランサの動きがオイルに波及することを防止することが行われている。また、クランクアームに形成したカウンタウエイトによるオイル叩きの現象も問題であり、カウンタウエイトによるオイル叩き防止を目的としてバッフルプレートを設けることも提案されている。その例として特許文献１には、バッフルプレートに、ピストンの下降によってクランクケースの内圧が上昇すると開いてオイルを貯油部に戻す仕切り板（弁板）を設けることが開示されている。

なお、特許文献１には機関の種類は明記されていないが、ピストンの動きに伴ってクランクケース内で大きな圧力が変動するのは単気筒内燃機関及び２つのピストンが同期して昇降する２気筒内燃機関に特有の現象であるので、特許文献１は、単気筒内燃機関又は２つのピストンが同期して昇降する２気筒内燃機関を対象にしていると推測される。

特開２００５−３２５７３７号公報

内燃機関において、オイルは、カム軸の潤滑やクランク軸の潤滑などの様々な部位で仕事をしており、動弁室に排出されたオイルは、シリンダブロックに形成されたオイル落とし穴を介してオイルパンに戻すことができる。従って、機関を循環するオイルのうちのかなりの量は、クランクケースの内圧変動の影響を受けることなくオイルパンに還流させることがきると云える。

他方、ピストン冷却用のオイルジェットに使用されたオイルや、クランク軸とクランクジャーナルから滲み出たオイルなど、クランクケース内に流下するオイルも相当量あり、これらのオイルはバッフルプレートに流下する。従って、バッフルプレートにオイル戻し穴を設けることは必須である。

そして、特許文献１のように、バッフルプレートに、ピストンの下降動によって開く仕切り板（弁板）を設けると、オイル叩き現象は防止しつつオイルを貯油部に戻せるとは云えるが、ピストンは高速で昇降してクランクケース内の圧力変動も短時間で切り替わるため、特許文献１のようにバッフルプレートに仕切り板を設けただけの構成では、仕切り板の応答遅れによってクランクケースの圧力を逃がすことができずに、機関にポンピングロスが発生するおそれがある。

また、特許文献１では、クランクケースに発生した正圧によって仕切り板が開くと、貯油部にはクランクケースの正圧がそのまま作用するため、貯油部内で大きな圧力変動が生じて、バッフルプレートを設けた意義が低減してしまうことにもなりかねない。更に、特許文献１の構成では、ピストンの上昇工程ではクランクケースは負圧気味になるため、ピストンの動きが阻害されてポンピングロスが発生しやすくなると懸念される。

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、単気筒内燃機関又は２つのピストンが同期して昇降する２気筒内燃機関を対象にしており、この内燃機関は、請求項１のとおり、
「ピストンが摺動自在に嵌挿されたシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下面に固定されたオイルパンとを備えており、前記オイルパンに、貯油部を略密閉状態に仕切るバッフルプレートが取り付けられている構成において、
前記バッフルプレートに、前記ピストンが下降してクランクケース内の圧力が上昇すると開いてオイルを前記貯油部に戻す一方弁と、前記ピストンが下降してクランクケース内の圧力が上昇するとその圧力の一部を前記貯油部に逃がすオリフィスとを設けている」
という構成になっている。

本願発明は、請求項２の発明も含んでいる。この発明は、２つのピストンが同期して昇降する２気筒内燃機関に適用したもので、
「前記シリンダブロックには２つのシリンダボアが形成されており、
前記バッフルプレートの底部に、オイルが集まるように下向きに開口した凹所が、前記シリンダボアの軸心方向から見て２つのシリンダボアが同じ状態に重なるように対称状に形成されており、前記凹所の中央部に前記一方弁が配置されている一方、
前記オリフィスは、クランク軸線方向から見て前記凹所を挟んだ前後両側に形成されている」
という構成になっている。

本発明では、ピストンの下降によってクランクケース内の圧力が高くなると、その圧力の一部は一方弁を開くことに使用されて、残りの一部はオリフィスから貯油部に逃げることになる。従って、一方弁の応答遅れによってクランクケースの内圧が高くなったままになることを防止して、ポンピングロスを低減できる。

また、ピストンの上昇行程では、貯油部の圧力がオリフィスを介してクランクケースに逃げることにより、貯油部が正圧のままになることを防止できる。従って、ピストンの上昇行程でクランクケースの内部が負圧になることを防止して、ポンピングロスを低減できる。

結局、本願発明では、クランクケースの内部と貯油部との圧力変動を小さくしつつ、オイルを貯油部に還流させることができると共に、ポンピングロスを低減して燃費の向上に貢献できる。

請求項２の構成を採用すると、２つのピストンの下降による動圧が凹所に均等に作用するため、一方弁の開きとオリフィスからの圧力の逃がしとの応答性を向上できる。従って、オイルの還流性能を向上できると共に、ポンピングロス低減効果とを確実化できる。

第１実施形態の縦断側面図である。 （Ａ）は図１のIIA-IIA視断面図、（Ｂ）は図１のIIB-IIB視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図である。 第２実施形態の縦断側面図である。 第３実施形態の縦断側面図である。 一方弁の別例図であり、（Ａ）は第４実施形態の縦断図、（Ａ）は第５実施形態の縦断図、（Ｃ）第６実施形態の縦断面図、（Ｄ）は第７実施形態の縦断面図である。

次に、本願発明を車両用の４サイクル２気筒内燃機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。

(1).第１実施形態の基本構造
まず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。図１に示すように、内燃機関は、シリンダブロック１とその頂面に固定されたシリンダヘッド２とを主要要素とする機関本体を備えており、シリンダブロック１には２つのシリンダボア３が形成されて、各シリンダボア３にはそれぞれピストン４が摺動自在に嵌挿されている。シリンダヘッド２には、ペントルーフ形の凹所５が形成されている。

各ピストン４は、コンロッド６を介してクランク軸７に連結されている。クランク軸７は、その一端部と他端部に形成したジャーナル部８がクランクキャップ９介してシリンダブロック１に回転自在に保持されている。また、クランク軸７は、２つのピストン４に対応した一対ずつのクランクアーム１０，１１を備えており、一対のクランクアーム１０，１１に設けたクランクピン１２にコンロッド６の大端部６ａを連結されて、コンロッド６の小端部６ｂはピストン４にピストンピン１３で連結されている。

一対ずつのクランクアーム１０，１１のうちボア間部１４に近い側に位置したクランクアーム１１には、クランクピン１２と反対側に突出したカウンタウエイト１５を設けて、前後のカウンタウエイト１５を繋ぐバランサピン１６に、バランサとなるスイングアーム１７の大端部１７ａを相対回動可能に連結している。

図２（Ａ）に示すように、スイングアーム１７は、バランサピン１６にキャップ１８を介して相対回動可能に連結された大端部１７ａと、バランサピン１６の軸心と直交した左右方向に延びる小端部１７ｂとを有しており、小端部１７ｂは、シリンダブロック１に第１ピン１９で左右回動可能に連結されたリンク２０に第２ピン２１によって相対回動可能に連結されている。両連結ピン１９，２１の軸線はクランク軸７と平行に延びている。

スイングアーム１７を設けたことにより、シリンダブロック１の長手一側部には、クランク軸７と直交した方向に突出した張り出し部２２が形成されている。実施形態では張り出し部２２をシリンダブロック１に一体に鋳造しているが、別部材で構成してボルトでシリンダブロック１の本体部に固定してもよい。

リンク２０は、スイングアーム１７の動きを許容する保持部材の一例である。リンク２０は上下方向に長い姿勢で傾斜しているが、左右方向に長い姿勢に配置することも可能である。また、リンク２０は、図２（Ａ）の状態でシリンダボア３の軸心と平行な姿勢に配置してもよい（この場合は、リンク２０は、シリンダボア３の軸心と平行な姿勢を境にして左右に均等に揺動する。）。

シリンダブロック１の下面には、オイルを溜めるオイルパン２３が固定されている。すなわち、オイルパン２３の開口部にフランジ２３ａを形成し、フランジ２３ａをシリンダブロック１の下面にボルト（図示せず）で固定している。なお、オイルパン２３は、その前部がタイミングチェーンを覆うフロントカバーに固定される場合もある。

(2).バッフルプレート
オイルパン２３には、貯油部２４を略密閉状態に仕切るバッフルプレート２５が固定されている。バッフルプレート２５は、油面に沿って広がる底部２５ａと、底部２５ａから立ち上がった壁部２５ｂとを有しており、壁部２５ｂの上端にフランジ２５ｃを設けて、このフランジ２５ｃをオイルパン２３のフランジ２３ａと一緒にシリンダブロック１の下面に共締めしている。

なお、バッフルプレート２５は、オイルパン２３の内周面に固定したり、内周面に形成した内向き段部の上面に固定したりしてもよい。更に、オイルパン２３の底部からボス部（支柱部）を突設して、このボス部にバッフルプレート２５の底部２５ａをボルトで固定することも可能である。

バッフルプレート２５の底部２５ａには、オイルが流れ込む下向きの凹所２６を形成している。凹所２６は平面視四角形になっており（円形や前後長手の小判形又は楕円形であってもよい。）、クランク室を前後に二分する中心線Ｏ１を挟んで前後対称状の形状であり、かつ、前後開口縁（内周面）がシリンダボア３の軸心Ｏ２の略真下にくるように設定している。

もとより、平面視でシリンダボア３の全体が凹所２６と重なるように設定したり、図１の状態で凹所２６の開口縁がシリンダボア３の軸心Ｏ２の前後外側に位置するように設定したり、凹所２６の開口縁がシリンダボア３の軸心Ｏ２よりも内側にくるように設定することも可能である。図２（Ａ）に示すように、凹所２６は、クランク軸線方向から見た状態で、シリンダボア３の軸心Ｏ２を挟んで対称の形状になっている。

バッフルプレート２５における底部２５ａの中央部には、四角形（円形でもよい）の補助凹所２７を下向きに突設し、かつ、補助凹所２７の中央部に筒部２９を下向き突設している。そして、補助凹所２７の開口縁に、請求項に規制した一方弁の一例として、補助凹所２７を開閉する板ばね製の弁板（リードバルブ）２８を配置している。

図２（Ｃ）に示すように、弁板２８は、補助凹所２７の内側面に固定された基板２８ａにヒンジ部３０を介して一体に繋がっており、ピストン４の下降によってクランクケース内の圧力が高くなると下向きに回動する。これにより、凹所２６に溜まっていたオイルは補助凹所２７に流れ込んで、筒部２９を介して貯油部に押し戻される。弁板２８は自身の弾性力で閉じ状態に戻るが、閉じ姿勢を保持するため、底部２５ａには、弁板２８の自由端部が下方から当たるストッパー片３１を設けている。なお、補助凹所２７は平面視角形になっているが、円形等の他の形態であってもよい。

バッフルプレート２５の壁部２５ｂには、オイルパン２３の壁部との間に若干の間隔（例えば数ｍｍ〜１０ｍｍ程度）を空けた離間部３２を形成しており、この離間部３２に、小径のオリフィス３３を形成している。オリフィス３３はクランクケースの内部に向けて突出した内窄まりの筒状に形成しているが、単なる穴であってもよいし、ストレート筒状であってもよい。バッフルプレート２５の底部２５ａは、オイルが筒部２９に向かように下向きに傾斜している。

また、実施形態ではオリフィス３３をバッフルプレート２５における前後左右の壁部２５ｂに形成しているが、前後の壁部２５ｂのみに形成したり、左右の壁部２５ｂのみに形成したりすることも可能であるが、少なくとも前後の壁部２５ｂに形成するのが好ましいと云える。図示していないが、オイルパン２３には、バッフルプレート２５を貫通した状態でストレーナを配置している。

以上の構成において、既に述べたように、ピストン４が下降してクランクケースの内圧が上昇すると、弁板２８が回動して、凹所２６に溜まっていたオイルは補助凹所２７に押されて筒部２９から貯油部に還流するが、クランクケースの内圧のうち一部は、オリフィス３３から貯油部２４に逃げる。

従って、図２に点線で示すように、オイルが貯油部２４に還流することによって貯油部２４の油面は上昇するが、オリフィス３３から空気が貯油部２４に流入するため、筒部から空気が大量に貯油部２４に流入することはなくて、オイル槽への空気の混入を防止又は著しく抑制できる。

また、ピストン４の下降時にはクランクケース内の圧力の一部が貯油部２４に逃げて、ピストン４の上昇時には貯油部２４から空気の一部がクランクケース内に戻るため、クランクケースの内部と貯油部２４との圧力変動を少なくできる。従って、貯油部２４においては、油面の変動を抑制してオイルへの空気の混入を防止できる一方、シリンダブロック１においては、ピストン４の動きに対する抵抗を抑制してポンピングロスを低減できる。

弁板２８は、ピストン４の下降によってクランクケース内に生じる圧力上昇によって開かねばならない。従って、ピストン４の下降時に弁板２８が必ず開くように、弁板２８の面積及び弾性復元力と、オリフィス３３の開口面積の総和とを調整する必要がある。ピストン４の下降時にオリフィス３３から貯油部２４に逃げる空気の量は、機関の総排気量の１／４程度になるように設定するのが好適である。

実施形態のように凹所２６を前後対称に形成すると、ピストン４の下降時に凹所２６にピストン４の動圧が均等に作用するため、オイルをスムースに排出できる利点がある。

(3).他の実施形態
次に、図３以下に示す他の実施形態を説明する。図３に示す第２実施形態は、スイングアーム１７の保持手段に関する別例であり、スイングアーム１７にその長手方向に長い長穴３５を形成して、長穴３５に、シリンダブロック１に設けたガイドピン３６が嵌まっている。従って、スイングアーム１７は、ガイドピン３６にガイドされて左右方向及び上下方向に往復動する。

図４に示す第３実施形態もスイングアーム１７の保持手段に関する別例であり、この実施形態では、スイングアーム１７の先端は旋回式リンク３７に連結している。この実施形態では、リンク３７は旋回するため動きがスムースである。

図５の実施形態は一方弁の別例であり、このうち（Ａ）に示す第４実施形態では、弁板２８はばねを有する蝶番式になっており、一対の弁板２８を観音開き方式に配置している。この実施形態では、オイルが筒部２９にスムースに導かれる利点がある。特に、凹所２６を前後対称に形成すると、オイルの排出は一層スムースになる。

図５（Ｂ）に示す第５実施形態では、一方弁はボール方式になっており、ケース３８に配置したボール３８をばね３９で閉じ方向（上方向）に付勢している。この実施形態でも、オイルは筒部２９に向けて真下に押されるため、オイルの還流をスムース化できる。

図５（Ｃ）に示す第６実施形態では、補助凹所２７の壁部に、弁板４１で開閉される連通穴４０を設けている。連通穴４０及び弁板４１の配置位置は１か所のみでもよいし、例えば、軸心を挟んで対称状に複数箇所形成してもよい。このように連通穴４０を横向きに開口させると、オイルへの空気の混入を防止できる利点がある。下向きに開口した連通穴と横向きに開口した連通穴とを併設して、それぞれを弁板で開閉することも可能である。

図５（Ｃ）では、補助凹所２７に筒部２９を設けているが、密閉状態を高めるためには、筒部２９を設けずに、一点鎖線で示すように底板２７ａを設けてもよい。図５（Ｄ）に示す第７実施形態では、底板２７ａを上向きに縮径した円錐状に形成することにより、連通穴４０からのオイルの逃げを良好にしている。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、一方弁はバッフルプレートの底部の複数箇所に配置することも可能である。また、図示の実施形態では、ピストンの動きを回転に変換するクランクアームとスイングアームを連結するクランクアームとを共用しているが、一対のピストン用のクランクアームの間に一対の中間ジャーナルを設けて、両中間ジャーナルに固定されたクランクアームに設けたバランスピンにスイングアームを連結することも可能である。

本願発明、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
３ シリンダボア
４ ピストン
６ コンロッド
７ クランク軸
１０，１１ クランクアーム
１７ スイングアーム
２３ オイルパン
２４ 貯油部
２５ バッフルプレート
２５ａ 底部
２５ｂ 壁部
２６ 凹所
２７ 補助凹所
２８，４１ 一方弁の一例としての弁板
２９ 筒部
３２ 離間部
３３ オリフィス

Claims (2)

1. 単気筒又は２つのピストンが同期して昇降する２気筒内燃機関であって、
   ピストンが摺動自在に嵌挿されたシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下面に固定されたオイルパンとを備えており、前記オイルパンに、貯油部を略密閉状態に仕切るバッフルプレートが取り付けられている構成において、
   前記バッフルプレートに、前記ピストンが下降してクランクケース内の圧力が上昇すると開いてオイルを前記貯油部に戻す一方弁と、前記ピストンが下降してクランクケース内の圧力が上昇するとその圧力の一部を前記貯油部に逃がすオリフィスとを設けている、
   単気筒又は２気筒内燃機関。
2. 前記シリンダブロックには２つのシリンダボアが形成されており、
   前記バッフルプレートの底部に、オイルが集まるように下向きに開口した凹所が、前記シリンダボアの軸心方向から見て２つのシリンダボアが同じ状態に重なるように対称状に形成されており、前記凹所の中央部に前記一方弁が配置されている一方、
   前記オリフィスは、クランク軸線方向から見て前記凹所を挟んだ前後両側に形成されている、
   請求項１に記載した単気筒又は２気筒内燃機関。

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