JP5814744B2

JP5814744B2 - エンジン

Info

Publication number: JP5814744B2
Application number: JP2011235618A
Authority: JP
Inventors: 彰古屋
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: JP2013092129A

Description

本発明は、クランクシャフトが上下方向にほぼ沿って配置されるエンジンであって、クランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングを良好に潤滑可能なものに関する。

例えば芝刈機、小型耕運機、高圧洗浄機などに用いられる汎用エンジンには、クランクシャフトの回転中心軸を上下方向にほぼ沿って配置したいわゆるＶ軸（縦軸）のものがある。
このようなクランクシャフトの上端部を回転可能に支持するベアリングは、一般にクランクケース内に飛散するミスト状のオイルによって潤滑される。

このようなＶ軸の汎用エンジンに関する従来技術として、例えば特許文献１（図３等）には、動弁系の潤滑を良好に行なうことを目的として、調速用の遠心ガバナの回転盤の一部に羽根車を形成してオイルを飛散させるとともに、上部ベアリングの近傍に、オイルのミストをベアリングに供給する通路を設けることが記載されている。
特許文献１に記載された技術においては、羽根車と上部ベアリング近傍の通路との間は、クランクシャフトのウェブ部によって遮られており、上部ベアリングには、オイルはミストとして供給されるものと認められる。

特開平１０−１３１７３３号公報

しかし、例えばエンジンの冷間始動直後のようにオイルが低温である場合には、オイルの粘度が高いためミスト状に飛散しにくく、上部のベアリングの潤滑を良好に行なうことが困難であり、潤滑不良による焼き付きなどが懸念される。
特に、コスト低減のためにアルミニウム合金系のクランクケース自体を機械加工して、直接メタルベアリングとして用いる場合には、別体の軸受を設ける場合などに対して、潤滑条件をより改善することが要求される。
本発明の課題は、上下方向にほぼ沿って配置されたクランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングを良好に潤滑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、回転中心軸が上下方向にほぼ沿って配置されたクランクシャフトと、前記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上部に設けられ、前記クランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングと、前記クランクケース内の下部に設けられ、前記クランクシャフトと連動してほぼ水平に配置された回転軸回りに回転するガバナ機構とを有するエンジンであって、前記ガバナ機構の一部に設けられ、前記クランクケースの下部に貯留されたオイルを上方へかき上げる羽根部と、前記クランクケースの上部に設けられ、前記羽根部がかき上げたオイルの一部を前記メタルベアリングの摺動部に導入するオイル通路とを有し、前記羽根部から前記羽根部の外径方向に向かって前記オイル通路の入口までに延在するオイルが通過する経路は、前記クランクシャフトのウェブ部が通過する領域を避けて配置され、前記羽根部は、回転中心からみて内径側の端部に対して外径側の端部が、回転方向に対して後退するように径方向に対して傾斜して配置されることを特徴とするエンジンである。
これによれば、羽根部がかき上げたオイルがクランクシャフトのカウンタウェイト、クランクアーム等からなるウェブ部によって遮られることなく直接オイル通路の入口に入るため、オイルの粘度が高くミストが形成されにくい低温時であっても、クランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングを良好に潤滑することができる。
また、粘度の高い低温のオイルを、低〜中回転時時に良好にかき上げることができる。また、オイルの粘度が低下する高温時や、オイルの飛散量が増加する高回転時において、オイルが過度に多く飛散してブローバイが増加することを防止でき、運転状態の変化に応じたオイルの飛散量を安定化させることができる。

請求項２に係る発明は、前記羽根部の端縁部に隣接して、前記羽根部によってかき上げられるオイルを上方へ案内するガイド面部を形成した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、オイルが羽根部の外径側や側方に逃げることを抑制して、より良好にオイルをオイル通路側へ飛ばすことができる。

以上説明したように、本発明によれば、上下方向にほぼ沿って配置されたクランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングを良好に潤滑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をシリンダ中心軸を含む鉛直面で切って見た断面図である。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。

本発明は、上下方向にほぼ沿って配置されたクランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングを良好に潤滑可能なエンジンを提供する課題を、ガバナ機構に設けられた羽根部がはね上げたオイルを、クランクケース上部に設けたオイル通路を介してメタルベアリングに供給するとともに、羽根部からオイル通路までのオイルの通過経路を、クランクウェブが通過する領域からオフセットして配置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、例えば芝刈機等に搭載されるＶ軸（縦軸）の空冷単気筒ＯＨＣの汎用４ストロークガソリンエンジンである。
図１は、実施例のエンジンをシリンダ中心軸を含む鉛直面で切って見た断面図である。
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１等に示すように、エンジン１は、クランクシャフト１０、ピストン２０、クランクケースアッパ３０、クランクケースロワ４０、シリンダヘッド５０、タイミングチェーン６０、ガバナ機構７０、羽根８０等を有して構成されている。

クランクシャフト１０は、エンジン１の出力軸であって、回転中心軸が鉛直方向にほぼ沿うように配置されている。
クランクシャフト１０は、上方から順に、ネジ部１１ａ、フライホイール取付部１１ｂアッパジャーナル部１２、アッパクランクウェブ部１３、クランクピン部１４、ロワクランクウェブ部１５、ガバナドライブギヤ１６、ロワジャーナル部１７、出力部１８等を有して構成されている。

ネジ部１１ａは、フライホイール取付部１１ｂに固定されるフライホイールを固定するものである。
アッパジャーナル部１２は、クランクケースアッパ３０に設けられたアッパベアリング３２に回転可能に支持される軸部である。
アッパクランクウェブ部１３は、クランクピン１４を支持するクランクアーム１３ａ及びカウンタウェイト１３ｂを一体の板状に形成した部分である。カウンタウェイト１３ｂは、クランクアーム１３ａに対して、回転中心軸を挟んだ反対側に配置されている。
クランクピン部１４は、コンロッド２１の大端部２１ｂが揺動可能に接続される軸部である。
ロワクランクウェブ部１５は、クランクピン１４を支持するクランクアーム１５ａ及びカウンタウェイト１５ｂを一体の板状に形成した部分である。カウンタウェイト１５ｂは、クランクアーム１５ａに対して、回転中心軸を挟んだ反対側に配置されている。
ガバナドライブギヤ１６は、ガバナ機構７０のガバナドリブンギヤ７１を駆動するものである。ガバナドライブギヤ１６は、円盤状に形成され、その外周縁部にギヤ歯が形成されている。
ロワジャーナル部１７は、クランクケースロワ４０に設けられたロワベアリング４１に回転可能に支持される軸部である。
また、ガバナドライブギヤ１６とロワジャーナル部１７との間には、タイミングチェーン６０を駆動する図示しないドライブスプロケットが設けられている。
出力部１８は、クランクシャフト１０の下端部に設けられ、駆動対象となる機器等が接続される部分である。

ピストン２０は、クランクケースアッパ３０に設けられたシリンダ３１に挿入されて往復運動する部材であって、クランクシャフト１０のクランクピン部１４とコンロッド（コネクティングロッド）２１を介して接続されている。
ピストン２０の外周面部には、ピストンリング（コンプレッションリング）及びオイルリングが、それぞれ対応するリング溝にはめ込まれて装着されている。
コンロッド２１の小端部２１ａは、ピストンピン２２を介して、ピストン２０に対して揺動可能に連結されている。
コンロッド２１の大端部２１ｂは、クランクピン部１４に揺動可能に連結されている。

クランクケースアッパ３０及びクランクケースロワ４０は、協働してクランクシャフト１０等を収容する上下２つ割のクランクケースを構成するものである。
クランクケースアッパ３０及びクランクケースロワ４０は、例えばアルミニウム系合金を鋳造した後、部分的に機械加工することによって形成されている。

クランクケースアッパ３０は、シリンダ３１、アッパベアリング３２、チェーン室３３、オイル通路３４等が形成され、オイルシール３５等が設けられている。
シリンダ３１は、ピストン２０が挿入される円筒状の部分であって、中心軸がほぼ水平となるように配置されている。
シリンダ３１の内径側の部分には、円筒状のスリーブ３１ａが挿入されている。
シリンダ３１の外周面部には、冷却用のフィンが形成されている。
アッパベアリング３２は、クランクシャフト１０のアッパジャーナル部１２を回転可能に支持する部分であって、クランクケースアッパ３０の本体部を構成するアルミニウム系合金を機械加工した面部を、そのままメタルベアリング（滑り軸受）として利用する構成となっている。
チェーン室３３は、動弁系を駆動するタイミングチェーン６０が通過する空洞部であって、シリンダ３１の下方に設けられている。
オイル通路３４は、後述するガバナ機構７０に設けられる羽根８０がかき上げるオイルを、アッパベアリング３２の軸受面部（アッパジャーナル部１２と当接する面部）に導入する通路である。
オイル通路３４は、クランクケースの上面部に設けられ下方に向かって開口した入口部、及び、軸受面部に開口した出口部とを有し、これらの間を直線的に結ぶよう傾斜して配置されている。
オイル通路３４の入口部は、図１及び図２に示すように、羽根８０がオイルをかき上げて上昇し、回転中心軸の直上を通過するときに、この羽根８０のほぼ直上（回転中心軸のほぼ直上）となるように配置されている。
オイルシール３５は、アッパベアリング３２の上端部近傍に設けられ、オイルの外部への漏出を防止するものである。

クランクケースロワ４０は、ロワベアリング４１、ガイド部４２等が形成され、オイルシール４３等が設けられている。
ロワベアリング４１は、クランクシャフト１０のロワジャーナル部１７を回転可能に支持する部分であって、アルミニウム系合金を機械加工した面部をそのままメタルベアリング（滑り軸受）として利用する構成となっている。
ガイド部４２は、後述する羽根８０の回転中心から見て外径側の端縁部、及び、ガバナドリブンギヤ７１の鍔部７１ｂとは反対側の端縁部に隣接して形成された部分であって、羽根８０がかき上げるオイルを、上方へ案内する部分である。
このガイド部４２については、後に詳しく説明する。
オイルシール４３は、ロワベアリング４１の下端部近傍に設けられ、オイルの外部への漏出を防止するものである。

シリンダヘッド５０は、シリンダ３１のクランクシャフト１０側とは反対側の端部に設けられ、燃焼室を構成するとともに、図示しない吸排気ポート及びこれらを開閉する吸排気バルブ等の動弁系、各バルブを開閉駆動する動弁駆動系などを備えて構成されている。
シリンダヘッド５０は、ヘッドガスケット５１を挟んだ状態でシリンダ３１の端部に締結されている。
また、シリンダヘッド５０のシリンダ３１側と反対側の端部には、図示しないカムシャフトやロッカアーム等をカバーするカバー５２が取り付けられている。

タイミングチェーン６０は、クランクシャフト１０に設けられたドライブスプロケットによって駆動されるとともに、シリンダヘッド５０に設けられた図示しないカムスプロケットを介して、吸排気バルブを駆動する図示しないカムシャフトを駆動するものである。
タイミングチェーン６０は、ほぼ水平面内を周回するように配置され、その中間部はクランクケースアッパ３０のチェーン室３３内を通されている。

ガバナ機構７０は、エンジン１の調速制御を行う遠心調速装置であって、ガバナドリブンギヤ７１、遠心ガバナ７２等を有して構成されている。
ガバナドリブンギヤ７１は、シリンダ３１の中心軸とほぼ平行かつほぼ水平に配置された回転中心軸回りに回転可能に支持されるとともに、クランクシャフト１０のガバナドライブギヤ１６によって、クランクシャフト１０と連動して回転駆動されるものである。
ガバナドリブンギヤ７１は、一体に形成された中央部７１ａ、鍔部７１ｂを備えている。
中央部７１ａは、ガバナドリブンギヤ７１の中央部をクランクシャフト１０とは反対側にカップ状に張り出しさせて形成した部分である。
鍔部７１ｂは、中央部７１ａのクランクシャフト１０側の端部から、外径側に張り出して形成された部分である。ギヤ歯は、鍔部７１ｂの外周縁部からガバナドライブギヤ１６側に突き出して形成されている。
中央部７１ａの外周面部は、ガバナドリブンギヤ７１の回転中心軸と同心の円筒状に形成されている。
遠心ガバナ７２は、回転速度変動に伴う遠心力の変化を利用して、エンジン１の回転速度が所定の設定速度近傍となるように、図示しないスロットルバルブを開閉駆動するものである。遠心ガバナ７２は、中央部７１ａの側端部に固定されている。

また、ガバナドリブンギヤ７１には、クランクケース内の下部に貯留されたオイルを、上方へかき上げて飛ばす羽根８０が形成されている。
羽根８０は、平板状に形成されてガバナドリブンギヤ７１の中央部７１ａの外径側に設けられ、内周側の端部は、中央部７１ａの外周面に接続されている。
また、羽根８０の側端部は、ガバナドリブンギヤ７１における鍔部７１ｂに接続されている。
羽根８０は、ガバナドリブンギヤ７１と一体に形成され、回転中心軸対称に、例えば２枚が設けられている。

また、図２に示すように、羽根８０は、ガバナドリブンギヤ７１の回転軸方向から見たときに、内径側の端部に対して、外径側の端部が、回転方向に対して後退するように、ガバナドリブンギヤ７１の径方向に対して傾斜して配置されている。
このような構成とすることによって、低温時に粘度が高いオイルが羽根８０に多く粘りつき、その後遠心力で外径側（図２に示す経路Ｐ１〜Ｐ５の方向）へ飛ばされることによって、オイルを良好にかき上げることが可能となり、また、高温時や高回転時に過度に多量のオイルが飛散してブローバイが増加することを防止できる。

上述したクランクケースロワ４０のガイド部４２は、図１等に示す側壁部４２ａ、及び、図２等に示す周壁部４２ｂを有して構成されている。
側壁部４２ａは、羽根８０の鍔部７１ｂ側とは反対側（遠心ガバナ７２側）の端縁部が、回転時に通過する軌跡にほぼ沿って、ガバナドリブンギヤ７１の回転中心軸と直交する方向に延在する平板状に形成されている。
周壁部４２ｂは、羽根８０の回転時に外周側の端縁部が通過する軌跡にほぼ沿って、ガバナ機構７０の回転中心軸とほぼ同心の円筒内面状の凹曲面として形成されている。
ガイド部４２は、図２に示すように、ガバナドリブンギヤ７１の下部から、オイルをかき上げる側の回転中心軸よりもやや下方の領域にかけて配置されている。
これらガイド部４２の側壁部４２ａ、周壁部４２ｂは、ガバナドリブンギヤ７１の鍔部７１ｂと協働して、羽根８０によってかき上げられるオイルが、水平方向やガバナドリブンギヤ７１の外径側へ漏出することを抑制し、効率よくオイルをかき上げることに寄与する。

図２には、冷間時において羽根８０がかき上げて飛散させるオイルが通過する経路Ｐ１乃至Ｐ５を図示している。
また、図２には、エンジン１のオイルレベル上限位置、下限位置を、それぞれ図示している。
経路Ｐ１は、オイルレベル上限における１０００ｒｐｍ時、オイルレベル下限における７００ｒｐｍ時のオイル飛散経路を示している。
経路Ｐ２は、オイルレベル上限における１８００ｒｐｍ時、オイルレベル下限における１６００ｒｐｍ時のオイル飛散経路を示している。
これらの経路Ｐ１，Ｐ２においては、オイルはオイル通路３４の入口に至ることなく、再びクランクケース内の下部に落下している。

経路Ｐ３は、オイルレベル上限における２４００ｒｐｍ時、オイルレベル下限における２０００ｒｐｍ時のオイル飛散経路を示している。
この経路Ｐ３においては、オイルはオイル通路３４の入口に到達し、その一部はここからアッパベアリング３２に供給されてアッパベアリング３２を潤滑する。

経路Ｐ４は、オイルレベル上限における２８００ｒｐｍ時、オイルレベル下限における２４００ｒｐｍ時のオイル飛散経路を示している。
経路Ｐ５は、オイルレベル上限における３６００ｒｐｍ時、オイルレベル下限における３０００ｒｐｍ時のオイル飛散経路を示している。
これらの経路Ｐ４、Ｐ５においては、オイルはクランクケースアッパ３０の天井に衝突はするが、オイル通路３４の入口からは外れた位置となる。
しかし、このような高回転時には、クランクケース内部にオイルのミストが形成されるため、ミストがオイル通路３４に入ることによって、アッパベアリング３２にオイルが供給され、潤滑が行なわれる。

また、図１に示すように、羽根８０からオイル通路３４の入口にかき上げられ、飛ばされるオイルの経路は、クランクシャフト１０のアッパクランクウェブ部１３、ロワクランクウェブ部１５が回転時に通過する領域を避けるよう、シリンダ３１から離れた側へオフセットして配置されている。

以上説明したように、本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ガバナ機構７０のガバナドリブンギヤ７１に設けられた羽根８０によってオイルをかき上げて、クランクケースアッパ３０の上部に設けられたオイル通路３４までオイルを飛ばし、ここからアッパベアリング３２にオイルを供給することによって、オイルの粘度が高くミストが形成されにくい低温時であっても、アッパベアリング３２を良好に潤滑することができ、潤滑条件がシビアなメタルベアリングであっても焼き付きを防止することができる。
また、羽根８０からオイル通路３４まで飛ばされるオイルの経路がクランクシャフト１０のアッパクランクウェブ部１３、ロワクランクウェブ部１５が回転時に通過する領域からオフセットして配置されることによって、オイルが各クランクウェブ部によって遮られることがなく、アッパベアリング３２の潤滑を良好に行なうことができる。
（２）羽根８０に隣接してガイド部４２を形成したことによって、羽根８０がかき上げるオイルが水平方向や外径側へ漏出することが抑制され、より良好にオイルをオイル通路３４側に飛ばすことができる。
（３）羽根８０の外径側が内径側よりも回転方向に対して後退するように傾斜して配置されることによって、粘度の高い低温のオイルを、低〜中回転時から良好にかき上げることができる。また、オイルの粘度が低下する高温状態や、高回転時において、オイルが過度に多く飛散してブローバイが増加することを防止でき、運転状態の変化に応じたオイルの飛散量を安定化させることができる。

（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。
（１）エンジンを構成する各部材の形状、構造、寸法、材質、製法等は、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することができる。
（２）羽根の枚数、形状、角度や、ガイド部及びオイル通路の形状、位置等は、個々のエンジンの仕様等に応じて適宜変更することができる。
（３）実施例では、羽根をガバナドリブンギヤと一体に形成したが、羽根を別部材によって構成してもよい。

１エンジン１０クランクシャフト
１１ａネジ部１１ｂフライホイール取付部
１２アッパジャーナル部
１３アッパクランクウェブ部１３ａクランクアーム
１３ｂカウンタウェイト１４クランクピン部
１５ロワクランクウェブ部１５ａクランクアーム
１５ｂカウンタウェイト１６ガバナドライブギヤ
１７ロワジャーナル部１８出力部
２０ピストン
２１コンロッド２１ａ小端部
２１ｂ大端部２２ピストンピン
３０クランクケースアッパ３１シリンダ
３１ａスリーブ３２アッパベアリング
３３チェーン室３４オイル通路
３５オイルシール４０クランクケースロワ
４１ロワベアリング４２ガイド部
４２ａ側壁部４２ｂ周壁部
４３オイルシール５０シリンダヘッド
５１ヘッドガスケット５２カバー
６０タイミングチェーン７０ガバナ機構
７１ガバナドリブンギヤ７１ａ中央部
７１ｂ鍔部７２遠心ガバナ
８０羽根Ｐ１〜Ｐ５オイルの経路

Claims

回転中心軸が上下方向にほぼ沿って配置されたクランクシャフトと、
前記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上部に設けられ、前記クランクシャフトの上部を支持するメタルベアリングと、
前記クランクケース内の下部に設けられ、前記クランクシャフトと連動してほぼ水平に配置された回転軸回りに回転するガバナ機構と
を有するエンジンであって、
前記ガバナ機構の一部に設けられ、前記クランクケースの下部に貯留されたオイルを上方へかき上げる羽根部と、
前記クランクケースの上部に設けられ、前記羽根部がかき上げたオイルの一部を前記メタルベアリングの摺動部に導入するオイル通路とを有し、
前記羽根部から前記羽根部の外径方向に向かって前記オイル通路の入口までに延在するオイルが通過する経路は、前記クランクシャフトのウェブ部が通過する領域を避けて配置され、
前記羽根部は、回転中心からみて内径側の端部に対して外径側の端部が、回転方向に対して後退するように径方向に対して傾斜して配置されること
を特徴とするエンジン。
前記羽根部の端縁部に隣接して、前記羽根部によってかき上げられるオイルを上方へ案内するガイド面部を形成したこと
を特徴とする請求項１に記載のエンジン。