JP5953889B2

JP5953889B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP5953889B2
Application number: JP2012084647A
Authority: JP
Inventors: 富樫　千晴; 千晴富樫
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-04-03
Also published as: JP2013213450A

Description

本発明は、自動車の内燃機関の構造に関するものである。

従来、自動車等の内燃機関（エンジン）に、例えば、４つのピストンを直列に配置した直列４気筒エンジンや、Ｖ型８気筒エンジン、水平対向６気筒エンジン等が採用されている。図５に、従来の直列４気筒の内燃機関（以下、エンジンという）の構造の概略を示す。また、図６に、図５におけるＣＣ矢視図（左図）と、その分解図（右図）を示す。

エンジン１Ｘは、１番ピストン１１、２番ピストン１２、３番ピストン１３及び４番ピストン１４（総称する場合はピストン１０という）と、各ピストン１０を隔てる複数のバルクヘッド２Ｘを含むクランクケース４と、クランクケース４内に配置されたクランクシャフトと６と、クランクケース４の下方に設置されたオイルパン５を有している。このオイルパン５には、オイル２３が供給されている。

このクランクシャフト６は、カウンターウェイト８と、動力を外部に伝達するクランクプーリー２２を有している。また、クランクシャフト６は、コンロッド２１を介して各ピストン１０に連結されている。

次に、エンジン１Ｘの作動について説明する。エンジン１Ｘは、第１ピストン１１と第４ピストン１４の第１組が同位相で上下動する。また、第２ピストン１２と第３ピストン１３の第２組が同位相で上下動する。また、第１ピストン１１を含む第１組と第２ピストン１２を含む第２組の上下動は、１８０°の位相のずれを有している。

このピストン１０の上下動は、ピストン１０下側とオイルパン５の間（クランクケース４内）の空間の圧力により、損失を受けている（ポンピングロスという）。これは、ピストン１０とバルクヘッド２Ｘの間を漏れ出したブローバイガスにより、クランクケース４内の圧力が上昇するためである。この圧力上昇に伴うピストンの摺動抵抗の増大により、エンジン１Ｘの燃費が悪化していた。

また、例えば各ピストン１０が図５の白抜き矢印に示す方向に上下動した場合、２番ピストン１２及び３番ピストン１３の下面の気体が、矢印で示すように他のピストンの下方側に移動する。この気体の移動に伴う抵抗（気体移動に伴う摩擦損失）により、エンジンの仕事効率が低下し、燃費が悪化していた。

上記のポンピングロスを低減するために、クランクケース４からブローバイガスを抜き、クランクケース４内の圧力を低下させるエンジンの構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のエンジンは、図５で示すと１番ピストンと、２番ピストン及び３番ピストンと、４番ピストンが配置された３つの部屋に分離するように、バルクヘッドをオイルパンの底面まで延伸して固定されている。また、バルクヘッド及びクランクケースには、外気を導入する新気導入孔が形成されており、カウンターウェイトの回転により、開閉されるように構成されている。

この特許文献１に記載のエンジンは、ピストンが上昇してクランクケースの下方の容積が増大する場合（ピストンが上死点近傍にある場合）新気導入孔から外気を導入し、ピストンが下降してクランクケース内の容積が縮小する場合（ピストンが下死点近傍にある場合）にクランクケース内のブローバイガスを外部に押し出すように構成されている。この
構成により、クランクケース内のブローバイガスの換気を促し、ブローバイガスによる圧力上昇を抑制することができていた。特に、１番ピストンと２番ピストンの間、及び３番ピストンと４番ピストンの間のバルクヘッドを、オイルパンまで延伸して、クランクケースを３つの独立した部屋に分離する構成により、ブローバイガスに十分な圧力をかけ、外部に排出することができていた。このエンジンの外にブローバイガスを排出する構成により、クランクケース内の圧力上昇を抑制し、ピストンの摺動抵抗を抑制し、エンジンの燃費を改善することができていた。

しかしながら、図５に記載のエンジン及び特許文献１に記載のエンジンはいくつかの問題点を有している。第１に、従来のエンジンは、燃費を十分に改善することができないという問題を有している。これは、クランクケース内の気体が長距離且つ複雑に移動し、この気体移動に伴う摩擦損失を抑制できないからである。

第２に、特許文献１に記載のエンジンであっても、燃費を十分に改善することができないという問題を有している。これは、同位相で上下動する２番ピストンと３番ピストンを１つの部屋として分離独立する構成により、ブローバイガスを加圧してクランクケース外へ排出することができるが、同時に、クランクケース内の圧力が大幅に変動し、圧力変動に伴うピストンの摺動抵抗を発生させてしまうからである。

第３に、特許文献１に記載のエンジンは、エンジンの騒音が増大するという問題を有している。これは、バルクヘッドをオイルパンに直接固定した構成により、ピストン等の振動がバルクヘッドを介してオイルパンに伝達され、拡散してしまうからである。

特開平７−１４５７１７号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関（エンジン）において、クランクケース内の圧力変動に伴うピストンの摺動抵抗及びクランクケース内の気体の移動に伴う摩擦損失を抑制して燃費を向上し、更に内燃機関から発生する騒音を抑制した内燃機関を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関は、少なくとも１番から４番の４つのピストンと、前記ピストンの側部に形成された複数のバルクヘッドを有するクランクケースと、前記クランクケースの下方に配置されたオイルパンを有する内燃機関において、前記内燃機関が、２番ピストンと３番ピストンの間に配置された前記バルクヘッド又は前記バルクヘッドに取り付けた隔壁を前記オイルパンの底面近傍まで延伸し、延伸された前記バルクヘッド又は前記隔壁が、１番ピストンと２番ピストンの下方に形成された第１空間と、３番ピストンと４番ピストンの下方に形成された第２空間の間の気体の移動を阻害するように構成するとともに、延伸された前記バルクヘッド又は前記隔壁の下端部が、前記オイルパンに接触しないように構成したことを特徴とする。

この構成により、内燃機関の燃費を向上することができる。これは、第１空間内及び第２空間内のそれぞれにおいて、異なる位相で２つのピストンが上下動するため、クランクケース内の圧力変動を抑制し、圧力変動に伴うピストンの摺動抵抗を抑制することができるからである。また、クランクケース内の気体の移動が、第１空間内又は第２空間内に限定され、気体の移動に伴う摩擦損失を抑制することができるからである。

更に、クランクケース内における気体移動に伴う摩擦損失を正確に評価する（シミュレーション等を行う）ことが可能となる。これは、気体の移動を第１空間又は第２空間に限定し、気体の移動を単純化することができるからである。

加えて、エンジンの騒音を低減することができる。これは、延伸されたバルクヘッド又は隔壁の設置により、バルクヘッドを含むクランクケースの剛性を向上することができるからである。

また、上記の内燃機関において、延伸された前記バルクヘッド又は前記隔壁の下端部が、前記オイルパンに接触しないように構成しているので、エンジンの騒音を抑制することができる。これは、ピストンの摺動に伴う振動等を、延伸されたバルクヘッド又は隔壁を介してオイルパンに伝達することがないためである。

本発明に係る内燃機関によれば、クランクケース内の圧力変動に伴うピストンの摺動抵抗及びクランクケース内の気体の移動に伴う摩擦損失を抑制して、燃費を向上し、更に内燃機関から発生する騒音を抑制した内燃機関を提供することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の構造の概略を示した図である。図１のＡＡ矢視図とその分解図である。本発明に係る別の実施の形態の内燃機関の構造の概略を示した図である。図３のＢＢ矢視図とその分解図である。従来の内燃機関の構造の概略を示した図である。図５のＣＣ矢視図とその分解図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の内燃機関（以下、エンジンという）１の概略を示す。エンジン１は、少なくとも１番から４番の４つのピストン１１、１２、１３、１４（以下、総称する場合はピストン１０という）と、ピストン１０の側部に形成された複数のバルクヘッド２Ｘを有するクランクケース４と、クランクケース４の下方に配置されたオイルパン５を有している。また、２番ピストン１２と３番ピストン１３の間に配置されたバルクヘッドが、オイルパン５の底面近傍まで延伸されている（以下、延伸されたバルクヘッド２という）。クランクケース４は、この延伸されたバルクヘッド２により、第１空間Ｐ１と第２空間Ｐ２に分割されている。

この第１空間Ｐ１は、クランクケース４と、第１ピストン１１及び第２ピストン１２の下面と、延伸されたバルクヘッド２と、オイル２３で囲まれた領域である。同様に、第２
空間Ｐ２は、クランクケース４と、第３ピストン１３及び第４ピストン１４の下面と、延伸されたバルクヘッド２と、オイル２３で囲まれた領域である。この第１空間Ｐ１と第２空間Ｐ２の間では、気体の移動がほとんど起きないように構成している。ここで、ピストン１０は、１番ピストン１１及び４番ピストン１４の第１組と、２番ピストン１２及び３番ピストン１３の第２組が、それぞれ同位相で上下動する。また、１番ピストン１１を含む第１組と２番ピストン１２を含む第２組の位相は、１８０度ずれている。

次に、エンジン１の作動について説明する。各ピストン１０が例えば白抜き矢印で示すように移動すると、２番ピストン１２の下方の気体は、矢印で示すように１番ピストン１１の下方に移動する。また、３番ピストン１３の下方の気体は、４番ピストン１４の下方に移動する。つまり、各ピストン１０の下方の気体は、第１空間Ｐ１又は第２空間Ｐ２内でのみ移動する。

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、エンジン１の燃費を向上することができる。これは、第１空間Ｐ１内及び第２空間Ｐ２内のそれぞれにおいて、異なる位相で２つのピストン１０が上下動するため、クランクケース４内の圧力変動を抑制し、圧力変動に伴うピストン１０の摺動抵抗を抑制することができるからである。また、クランクケース４内の気体の移動が、第１空間Ｐ１内又は第２空間Ｐ２内に限定され、気体の移動に伴う摩擦損失を抑制することができるからである。

なお、第１空間Ｐ１及び第２空間Ｐ２のそれぞれの容積は、ピストン１０の摺動により変動しない。これは、例えば第１空間Ｐ１内に配置された第１組の１番ピストン１１と、第２組の第２ピストン１２が、１８０度ずれた位相で上下動するからである。

第２に、クランクケース４内における気体移動に伴う摩擦損失を正確に評価する（シミュレーション等を行う）ことが可能となる。これは、気体の移動を第１空間Ｐ１又は第２空間Ｐ２に限定し、気体の移動を短距離で且つ単純にすることができるからである。

第３に、エンジン１の騒音を低減することができる。これは、延伸されたバルクヘッド２の採用により、バルクヘッド２を含むクランクケース４の剛性が向上するからである。

図２に、図１におけるＡＡ矢視図と、その分解図を示す。延伸されたバルクヘッド２は、その下方に配置されたベアリングキャップ７の両側を回り込むようにして、オイル２３の液面下まで延伸されている。また、ベアリングキャップ７もオイル２３の液面下まで延伸されている。

延伸されたバルクヘッド２及びベアリングキャップ７を、オイル２３の液面下まで延伸する構成により、エンジン１の燃費を向上することができる。これは、第１空間Ｐ１と第２空間Ｐ２を、分離独立させ、クランクケース４内における気体の移動に伴う摩擦損失を抑制できるからである。

また、延伸されたバルクヘッド２及びベアリングキャップ７の下端部が、オイルパン５の底面に接触しないように構成することが望ましい。延伸されたバルクヘッド２等をオイルパン５の底面に接触させると、ピストン１０の摺動に伴う振動等がオイルパン５に伝達され、オイルパン５から放射音が発生し、エンジンの騒音が大きくなるからである。

以上、４気筒のエンジン１について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。つまり、６気筒又は８気筒のエンジンなど、ピストン１０の上下動の位相が１８０度異なるピストン同士（第１組のピストンと第２組のピストン）を同一の空間に隔離するようにバルクヘッド２を延伸すれば、前述と同様の作用効果を得ることができる。つまり、ピスト
ン１０の摺動に伴い、形成した空間内の容積が変動しないように構成すればよい。

また、第１空間Ｐ１及び第２空間Ｐ２の外壁（クランクケース等）に、ブローバイガスを排出する逆支弁等のバルブ１５をそれぞれ設置することが望ましい（図１参照）。第１空間Ｐ１及び第２空間Ｐ２の圧力が、ブローバイガスにより上昇することを防止できるからである。

更に、第１空間Ｐ１と第２空間Ｐ２の境界において、気体が移動する隙間を、ゴム又は樹脂等で形成した閉止部材で閉止してもよい。この閉止部材は、例えば図２に示すベアリングキャップ７とバルクヘッド２の隙間や、バルクヘッド２の側方とオイルパン５の隙間を閉止するように配置することができる。ここで、閉止部材は、振動を伝達しにくい形状（例えば薄膜状や薄板状）で、且つ振動を伝達しにくい材質で構成することが望ましい。

図３に、本発明に係る別の実施の形態のエンジン１Ａの概略を示す。また、図４に、図３におけるＢＢ矢視図とその分解図を示す。このエンジン１Ａは、２番ピストン１２と３番ピストン１３の間のバルクヘッド２を延伸する代わりに、ベアリングキャップ７に隔壁３を設置する構成を有している。この隔壁３は、オイルパン５の底面近傍まで延伸されている。クランクケース４は、この隔壁３により、第１空間Ｐ１と第２空間Ｐ２に分割されている。なお、隔壁３は、ベアリングキャップ７の他に、対応するバルクヘッド２に固定してもよい。

この構成により、図１に示したエンジン１と同様の作用効果を得ることができる。加えて、バルクヘッド２を延伸する代わりに隔壁３を固定すればよいため、従来のクランクケース４を流用して、本発明のエンジン１Ａを構成することができる。そのため、低コストで本発明に係るエンジン１Ａを提供することが可能となる。

１、１Ａ内燃機関（エンジン）
２バルクヘッド
３隔壁
４クランクケース
５オイルパン
６クランクシャフト
７ベアリングキャップ
１０ピストン
１１１番ピストン
１２２番ピストン
１３３番ピストン
１４４番ピストン
１５バルブ
２３オイル
Ｐ１第１空間
Ｐ２第２空間

Claims

少なくとも１番から４番の４つのピストンと、前記ピストンの側部に形成された複数のバルクヘッドを有するクランクケースと、前記クランクケースの下方に配置されたオイルパンを有する内燃機関において、
前記内燃機関が、２番ピストンと３番ピストンの間に配置された前記バルクヘッド又は前記バルクヘッドに取り付けた隔壁を前記オイルパンの底面近傍まで延伸し、
延伸された前記バルクヘッド又は前記隔壁が、１番ピストンと２番ピストンの下方に形成された第１空間と、３番ピストンと４番ピストンの下方に形成された第２空間の間の気体の移動を阻害するように構成するとともに、延伸された前記バルクヘッド又は前記隔壁の下端部が、前記オイルパンに接触しないように構成したことを特徴とする内燃機関。