JP6200718B2 - 多気筒内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は多気筒内燃機関に関するものであり、特に、クランク室の換気に特徴を有している。

内燃機関では、燃焼ガス又は未燃焼ガス（ブローバイガス）がピストンとシリンダボアとの間の隙間からクランク室に吹き抜ける現象が生じる。そこで、潤滑油の劣化防止や未燃焼燃料の回収等ため、クランク室に吸気系から新気を導入すると共に、ブローバイガス排出通路からブローバイガスを吸気系に戻している。しかし、クランク室内での空気の循環が十分に行われずに、ブローバイガスがクランク室の隅部に滞留することがある。

他方、ピストンの下降に際してクランクケース内の空気が抵抗として作用する。そこで、ピストンの下降動に対する抵抗を抑制してポンピングロスを低減するため、多気筒内燃機関では、隣り合ったシリンダボアの間の隔壁に連通穴を設けることも行われている。その例として特許文献１では、機関の回転数に応じて連通穴の開度を調節することが開示されている。また、特許文献２には、シリンダボアを仕切る隔壁ごとに新気導入穴とブローバイガス排出穴とを設けて、各シリンダボアごとに換気することが開示されている。

特開２０１０−１８０８３４号公報 特開２００９−２９３５４９号公報

特許文献１はポンピングロスの低減を目的としたものであり、換気については教示していない。これに対して特許文献２は換気を目的にした発明であり、各シリンダボアを的確に換気できると云えるが、構造が非常に複雑化になるため製造コストが嵩む問題や、新気導入通路やブローバイガス通路が多数存在することでシリンダブロックの強度が低下するおそれがあり、これを回避するためには機関が大型化するおそれがある。

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、簡単な構造で換気性能を向上せんとするものである。

請求項１の発明は、
クランク軸が回転自在に配置されたクランクケースと、前記クランクケースの内部のクランク室に上方から連通した複数のシリンダボアと、前記クランク室に向けて開口した新気導入口及びブローバイガス排出口と、前記クランクケースの下面に固定されたオイルパンとを有しており、
前記シリンダボアには、前記クランク軸にコンロッドを介して連結されたピストンが往復動自在に嵌挿されている一方、
前記クランクケースは、隣り合ったシリンダボアの間に位置した隔壁と、前記シリンダボアの群の外側の箇所に位置した外壁とを有していて、前記隔壁と外壁とに設けた軸受け部によって前記クランク軸が回転自在に保持されており、
前記クランクケースとオイルパンとで囲われた空間は、前記隔壁で仕切られて各シリンダボアの箇所ごとに存在する単位空間の群と、各単位空間の群の下方においてクランク軸線方向に一連に広がる下部空間とから成っている構成であって、
前記各隔壁に、前記軸受け部よりも上の部位において隣り合った単位空間を連通させる通気穴が、前記ピストンの動きに伴って空気をクランク軸の軸線方向に向いた一方方向に流しやすい形態にして形成されている一方、
前記一方方向を向いて手前側に位置した外壁に、前記新気導入口が、前記軸受け部を挟んだ上下に分かれて形成されている。

請求項２の発明は、
クランク軸が回転自在に配置されたクランクケースと、前記クランクケースの内部のクランク室に上方から連通した複数のシリンダボアと、前記クランク室に向けて開口した新気導入口及びブローバイガス排出口と、前記クランクケースの下面に固定されたオイルパンとを有しており、
前記シリンダボアには、前記クランク軸にクランクアーム及びコンロッドを介して連結されたピストンが往復動自在に嵌挿されており、前記クランクアームにはカウンターウエイトが一体に設けられている一方、
前記クランクケースは、隣り合ったシリンダボアの間に位置した隔壁と、前記シリンダボアの群の外側の箇所の下方に位置した外壁とを有していて、前記隔壁と外壁とに設けた軸受け部によって前記クランク軸が回転自在に保持されており、
前記クランクケースとオイルパンとで囲われた空間は、前記隔壁で仕切られて各シリンダボアの箇所ごとに存在する単位空間の群と、前記単位空間の群の下方においてクランク軸線方向に一連に広がる下部空間とから成っている構成であって、
前記各隔壁に、隣り合った単位空間に連通した通気穴を空けることにより、空気が前記単位空間の群を通過することが許容されていて、前記単位空間を挟んで隔壁に連通した２つの通気穴を、前記ピストンの下降時に前記カウンターウエイトの回動の影響で両通気穴の通気量が変わるようにずらして設けることにより、ピストンの動きに伴って空気が隣り合った一方の単位空間から他方の単位空間に流れるように方向付けられており、かつ、前記各通気穴は、前記軸受け部よりも上の領域に形成されている。

本願発明では、請求項１，２の発明を組み合わせることも可能である。

いずれの発明においても、クランク室の空気が隣り合った１つの単位空間から隣の単位空間に流れるように空気に方向性を付与できるため、クランク軸の軸線方向に複数の単位空間が並んだクランク室に、クランク軸の軸方向に流れる空気流を形成できる。

このため、単位空間を横断して流れる空気流に新気を乗せることで新気の強い流れを形成したり、クランク室にその内部を隈なく流れる空気流を生成したりすることが簡単にできる。そして、クランク室に生成された空気流をブローバイガス排出口に向かわせることにより、クランク室内を隈なく換気してブローバイガスを的確に還流させることができる。これにより、オイルの劣化を抑制できる。

しかも、隔壁に設けた通気穴を利用して空気流を形成するものであるため、ポンピングロスも低減できる。別の見方をすると、ポンピングロスを低減するための通気穴を利用して換気性を向上できるのであり、このため、構造が複雑化することを防止できるのであり、従って、特許文献２のような大幅なコストアップやシリンダブロックの強度低下や大型化といった問題は生じない。

本願両発明は、ピストンの動きによる空気の流れ（特に、ピストン下降時の流れ）に方向性を付与するものであり、クランクアーム及びカウンターウエイトには特段の加工を施す必要がないため、従来のクランクアーム及びカウンターウエイトをそのまま使用できる利点がある。

両発明において、クランク室の単位空間を横断して流れる空気流の始端部の箇所に新気導入口を配置すると、新気が含まれた空気流に乗せてブローバイガスをブローバイガス排出口に的確に誘導できるため、特に好適である。

第１実施形態を示す図で、（Ａ）は内燃機関の縦断正面図、（Ｂ）（Ｃ）はシリンダボア間でのガスの流れを示す図である。 （Ａ）は図１（Ａ）のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 第１実施形態の変形例である第２〜４実施形態を示す図である。 （Ａ）は第５実施形態を示す図で、（Ｂ）は第６実施形態を示す図である。 （Ａ）は第７実施形態を示す図で、（Ｂ）は第８実施形態を示す図である。

(1).第１実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。第１実施形態は請求項１の発明を具体化したものである。なお、以下の説明では「正面」「側面」「平面」の文言を使用するが、正面視は図１のようにクランク軸の軸線とシリンダボアの軸線とに直交した方向から見た状態と定義し、側面視はクランク軸の軸方向から見た状態と定義し、平面視はシリンダボアの軸線方向の上から見た状態と定義している。

本実施形態の内燃機関は４気筒であり、従って、シリンダブロック１には、４つのシリンダボア２が平面視で直列に並んでおり、各シリンダボア２にはピストン３が摺動自在に嵌まっている。シリンダブロック１の上面にはシリンダヘッド４が固定されている。シリンダブロック１の下部はクランクケース１′になっていて、その内部はクランク室５になっており、クランク室５に、シリンダボア２の並び方向に長いクランク軸６が回転自在に保持されている。クランク軸６に、一対ずつのクランクアーム７及びコンロッド８を介して各ピストン３が連結されている。図２（Ａ）のとおり、クランクアーム７には、回転軸心を挟んでクランクピン９と反対側に張り出したカウンターウエイト７ａが一体に形成されている。

クランク室５は、各シリンダボア２の箇所ごとに隔壁１０で仕切られている。従って、クランク室５は、各シリンダボア２に連通した単位空間５ａの群を有しており、各単位空間５ａは、外壁１ａ，１ｂと隔壁１０、又は隔壁１０同士で区画されている。

クランク軸６の各ジャーナルのうち両端部は外壁１ａ，１ｂに設けた端部軸受け部１１′で軸支されて、両端部の間に位置した中間部のクランクジャーナル４ａは、隔壁１０の箇所において中間軸受け部１１で回転自在に保持されている。シリンダブロック１の下面にはオイルパン１ｃが固定されている。従って、クランクケースとオイルパン１ｃとで囲われた空間のうち単位空間５ａの下方の部位は、クランク軸線方向に一連に広がる空間になっており、本願ではこの空間を下部空間と称し、図では符号５ｂを付している。

クランク室５に吹き抜けたブローバイガスは吸気系に還流する。そこで、シリンダブロック１の側面部のうち、チェーンケース１２に近い隔壁１０にブローバイガス排出通路１３を設けている。従って、ブローバイガス排出通路１３の下端は、ブローバイガス排出口１３ａとしてクランク室５に開口している。図示していないが、ブローバイガス排出通路１３は、シリンダヘッドカバーに設けた気液分離室に連通しており、気液分離室でオイルが補集されてから吸気系に送られる。

また、潤滑油の劣化防止等のためにクランク室５に吸気系から新気を導入しており、そのため、シリンダブロック１のうちチェーンケース１２が重なっている外壁１ａに、クランク軸６の下に位置した下部新気導入口１４ａと、クランク軸６の上に位置した上部新気導入口１４ｂとが内外に貫通した状態で空いている。従って、本実施形態では、ブローバイガス排出通路１３と新気導入口１４ａ，１４ｂとは、クランク軸６の軸方向にかなり近い状態で配置されている。

また、本実施形態では、チェーンケース１２で囲われた空間が新気導入通路を形成しており、上部新気導入口１４ｂは、チェーンケース１２に近い端部の単位空間５ａに開口している。なお、新気導入通路は、シリンダブロック１及びシリンダヘッド４に形成した上下長手の貫通穴とすることも可能である。或いは、新気導入通路をパイプやチューブで構成して、シリンダブロック１に継手を介して接続することも可能である。他方、ブローバイガス排出通路１３も、パイプやチューブで構成した外付け構造とすることも可能である。

各隔壁１０に、隣り合った単位空間５ａに連通した通気穴１５を設けているが、この通気穴１５を、上部新気導入口１４ｂに近い側の開口面積が大きくて、上部新気導入口１４ｂから遠い側の開口面積が小さくなるテーパ状に形成している。上部新気導入口１４ｂも、各通気穴１５と同じ姿勢のテーパ形状になっている。

(2).第１実施形態のまとめ
以上の構成において、ピストン３の下降行程では、クランク室５における単位空間５ａの空気は通気穴１５又は上部新気導入口１４ｂから逃げようとするが、各通気穴１５及び上部新気導入口１４ｂが同じ一方方向に縮径したテーパ状であることにより、図１（Ｂ）に矢印で示すとおり、単位空間５ａに向けて大きく開口した通気穴１５には誘い込み効果で流入空気量が多くなって、単位空間５ａに向けた開口面積が小さい通気穴１５への流入量は小さい。

従って、白抜き矢印のとおり、１つの単位空間５ａにおいて、空気は上部新気導入口１４ｂに近い単位空間５ａから遠い単位空間５ａに向けて流れるように方向性が付与されるのであり、その結果、単位空間５ａの群で、シリンダブロック１の一端１ａの側から他端１ｂの側に向けて流れる空気流１６が発生する。

また、上部新気導入口１４ｂも各通気穴１５と同じ形状であるため、左端の単位空間５ａでは、上部新気導入口１４ｂから送られた新気が空気流１６によって隣あの単位空間５ａに向けて流れるような吸引作用を受けることになる。これにより、上部新気導入口１４ｂを経由した新気が、クランク室５の内部のうち単位空間５ａの群に送気される。

また、ピストン３の上昇行程では隣のシリンダボア２から空気が吸引される現象が生じるが、図１（Ｃ）のとおり、その単位空間５ａに小さく開口した通気穴１５では吸引抵抗が小さいため隣の単位空間５ａから空気を多く吸引するのに対して、その単位空間５ａに大きく開口した通気穴１５からの空気量は少なく、このため、ピストン３の上昇行程でも、上部新気導入口１４ｂに近い側の単位空間５ａから遠い側の単位空間５ａに向けて流れるように方向性が付与された空気流１６が生成される。

隣り合ったシリンダボア２ではピストン３は逆方向に動いているので、隣り合った単位空間５ａにおいて空気の押し作用と引き作用とは交互に発生しており、このため、隣り合った単位空間５ａでは、一方の単位空間５ａで強く押された空気を他方の単位空間５ａで強く引くという相乗作用が発生して、空気流１６がより強く発生すると推測される。

そして、ピストン３の動きによって単位空間５ａの群で空気流１６が発生し、これがシリンダブロック１の一端１ａの側から他端１ｂの側に流れるように方向付けられているため、図１（Ａ）に示すように、単位空間５ａの群の下方の下部空間５ｂにおいては、シリンダブロック１の他方の外壁１ｂから一方の外壁１ａの側に向いて流れる空気の反流（循環流）１７が発生するが、この反流１７と下部新気導入口１４ａからの新気の流れとがブローバイガス排出通路１３の下方で衝突することで、反流１７と下部新気導入口１４ａからの新気の流れとは、合流して上向きに方向を変えてブローバイガス排出通路１３に流入する。

このように、クランク室５の内部を舐めるように流れる空気流が発生するため、クランク室５でのブローバイガスの滞留は発生せずに、ブローバイガスを吸気系に的確に還流させることができる。このため、クランク室５を換気された状態に保持して、潤滑油の劣化を防止できると共に、ブローバイガスの排出を確実化して燃費の改善に貢献できる。また、ピストン３で押された空気が隣の単位空間５ａに速やかに逃げるため、ピストン３に対する抵抗が低減されてポンピングロスも低減できる。

また、新気導入口をクランク軸６の軸方向に離れた複数箇所に設けることも可能である。或いは、ブローバイガス排出通路１３と下部新気導入口１４ａとの両方をクランク軸６の軸方向に離れた複数箇所に設けることも可能である。両方とも複数設ける場合、その数を異ならせることも可能である。

(3).第２〜第５実施形態
図３に示す第２〜４実施形態も請求項１を具体化したものである。このうち図３（Ａ）の第２実施形態では、隣り合った２つの隔壁１０の通気穴１５の開口面積を変えることで、一方の単位空間５ａから他方の単位空間５ａに流れる空気流１６を構成している。他方、図３（Ｂ）の第３実施形態では、通気穴１５の個数を変えることで、単位空間５ａに空気流１６を形成している。敢えて述べるまでもないが、第２実施形態及び第３実施形態と１実施形態と組み合わせることも可能である。

図３（Ｃ）に示す第４実施形態では、片方の通気穴１５に連通した凹所１９を形成して、片方の通気穴１５の箇所において隔壁１０の厚さを部分的に小さくすることで、当該片方の通気穴１５の流れ抵抗を小さくしている。従って、空気は凹所１９を設けた通気穴１５から多く流れる傾向を呈して、その結果として空気流１６が生成される。

空気流１６は、単位空間５ａを挟んだ２つの隔壁１０の通気穴１５の流れ抵抗の違いによって発生する。従って、流れ抵抗の違いを付与する手段としては、単位空間５ａを挟んで配置された２つの通気穴１５の長さを変えることも採用できる。また、図示は省略するが、通気穴１５に、片側への通気のみを許容する回動式等の逆止弁を設けることも可能であり、かかる構成も請求項１に含まれる。

(4).第５〜８実施形態（図４，５）
次に、図４，５に示す第５〜８実施形態を説明する。これらの実施形態は請求項２の発明を具体化したものである。これら図４，５では隔壁１０をクランク軸６の軸線方向から見ており、白抜き円で表示した通気穴１５′は、図に表示したシリンダボア２の手前側の隔壁１０（図面では表示されていない）に開口しており、網かけ円で表示した通気穴１５″は、図に表示されたシリンダボア２の向こう側の隔壁１０に開口している。
いずれの実施形態でも、通気穴１５，１５′は軸受け部１１よりも上（シリンダボア２の側）に形成されている。

そして、図４（Ａ）に示す第５実施形態では、２つの通気穴１５′，１５″はいずれもカウンターウエイト７ａの外周の回転軌跡２０の内側のエリアに位置していると共に、手前側の通気穴１５′と向こう側の通気穴１５″とは、カウンターウエイト７ａの回転方向に沿ってずれている。

図示の例では、２つの通気穴１５′，１５″は、クランク軸６の軸線方向から見てシリンダボア２の軸心２１を挟んだ左右対称の位置に設けているが、例えば、手前側の通気穴１５′をシリンダボア２の軸心２１の近傍部に配置して、向こう側の通気穴１５″をその右側に配置すると言ったことも可能である。クランク軸６の回転軸心から両通気穴１５′，１５″までの距離を異ならせることも可能である。

この図４（Ａ）の実施形態では、ピストン３の下降行程時に、クランクアーム７の回転によって手前側の通気穴１５′が先に塞がれるため、空気の動圧が高い状態で手前側の通気穴１５′が塞がれることになる。従って、空気は手前側の通気穴１５′からは抜けにくくて向こう側の通気穴１５″からは抜けやすくなっている。従って、空気は、紙面に向かって手前から向こう側に流れるように方向性が付与される。

つまり、この実施形態では、２つの通気穴１５がカウンターウエイト７ａで塞がれるタイミングが異なることにより、２つの通気穴１５の空気流量が相違し、その結果、第１実施形態と同様に、隣り合った一方の単位空間５ａから他方の単位空間５ａに向かう空気流１６が発生するのである。この実施形態では、第１実施形態と同様に、空気流１６の流れ方向に向かって最も手前に位置した単位空間５ａの手前側の外壁１ａに上部新気導入口１４ｂを設けるのが好ましい。

図４（Ｂ）に示す第６実施形態では、手前側の通気穴１５′はカウンターウエイト７ａの回転軌跡２０の内側に位置して、向こう側の通気穴１５″がカウンターウエイト７ａの回転軌跡２０の外側に位置している。すなわち、この実施形態では、手前側の通気穴１５′と向こう側の通気穴１５″との配置エリアが、カウンターウエイト７ａの回転軌跡２０の外側と内側とに分離している。

従って、ピストン３の下降時に、空気は向こう側の通気穴１５″に多く流れて手前側の通気穴１５′には流れにくくなっている。このため、本実施形態でも、紙面と直交した手前側から向こう側に流れる空気流が形成される。

図５（Ａ）に示す７実施形態は第５実施形態と第６実施形態とを組み合わせたもので、手前側の通気穴１５′は、カウンターウエイト７ａの回転軌跡の内側でかつ、シリンダボア２の軸心２１よりもカウンターウエイト７ａの回転方向手前側に位置している一方、向こう側の通気穴１５″は、カウンターウエイト７ａの回転軌跡の外側でかつ、シリンダボア２の軸心２１よりもカウンターウエイト７ａの回転方向前方側に位置している。従って、この実施形態では、図４（Ｂ）と同様に、ピストン３の下降動に際して、空気は紙面と直交した手前側から向こう側に流れる。

図５（Ｂ）に示す第８実施形態では、手前側の通気穴１５′と向こう側の通気穴１５″とはいずれも黒丸で示す共通位置の基準穴１５ａを有しており、この基準穴１５ａはカウンターウエイト７ａの回転軌跡の内側でかつ、シリンダボア２の軸心２１の箇所に位置している。そして、向こう側の通気穴１５″は、基準穴１５ａに連通して上向きに延びてカウンターウエイト７ａの回転軌跡２０の外側にはみ出る上向き延長部１５ｂを有している
そして、この実施形態では、手前側の通気穴１５′の開口面積が向こう側の通気穴１５″の開口面積よりも小さいため、ピストン３の下降時には、空気は向こう側の通気穴１５″に多く流れる。従って、隣り合った単位空間５ａの間には、紙面と直交した手前側から向こう側に流れる。

なお、向こう側の通気穴１５″の延長部１５ｂは、一点鎖線に示すように、カウンターウエイト７ａの回転方向の前方に向けて延ばしてもよく、この場合も向こう側の通気穴１５″に空気が流れやすいため、紙面に向かって手前側から向こう側に向いた空気流が発生する。

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 シリンダブロック
２ シリンダボア（シリンダボア）
３ ピストン
５ クランク室
５ａ 単位空間
５ｂ 下部空間
６ クランク軸
７ クランクアーム
７ａ カウンターウエイト
１０ 隔壁
１２ チェーンケース
１３ ブローバイガス排出通路
１４ａ，１４ｂ 新気導入口
１５，１５′，１５″ 通気穴
１６ 単位空間に生成した空気流
１７ 下部空間に生じた反流
２０ カウンターウエイトの外周の回転軌跡

Claims (2)

1. クランク軸が回転自在に配置されたクランクケースと、前記クランクケースの内部のクランク室に上方から連通した複数のシリンダボアと、前記クランク室に向けて開口した新気導入口及びブローバイガス排出口と、前記クランクケースの下面に固定されたオイルパンとを有しており、
   前記シリンダボアには、前記クランク軸にコンロッドを介して連結されたピストンが往復動自在に嵌挿されている一方、
   前記クランクケースは、隣り合ったシリンダボアの間に位置した隔壁と、前記シリンダボアの群の外側の箇所に位置した外壁とを有していて、前記隔壁と外壁とに設けた軸受け部によって前記クランク軸が回転自在に保持されており、
   前記クランクケースとオイルパンとで囲われた空間は、前記隔壁で仕切られて各シリンダボアの箇所ごとに存在する単位空間の群と、各単位空間の群の下方においてクランク軸線方向に一連に広がる下部空間とから成っている構成であって、
   前記各隔壁に、前記軸受け部よりも上の部位において隣り合った単位空間を連通させる通気穴が、前記ピストンの動きに伴って空気をクランク軸の軸線方向に向いた一方方向に流しやすい形態にして形成されている一方、
   前記一方方向を向いて手前側に位置した外壁に、前記新気導入口が、前記軸受け部を挟んだ上下に分かれて形成されている、
   多気筒内燃機関。
2. クランク軸が回転自在に配置されたクランクケースと、前記クランクケースの内部のクランク室に上方から連通した複数のシリンダボアと、前記クランク室に向けて開口した新気導入口及びブローバイガス排出口と、前記クランクケースの下面に固定されたオイルパンとを有しており、
   前記シリンダボアには、前記クランク軸にクランクアーム及びコンロッドを介して連結されたピストンが往復動自在に嵌挿されており、前記クランクアームにはカウンターウエイトが一体に設けられている一方、
   前記クランクケースは、隣り合ったシリンダボアの間に位置した隔壁と、前記シリンダボアの群の外側の箇所の下方に位置した外壁とを有していて、前記隔壁と外壁とに設けた軸受け部によって前記クランク軸が回転自在に保持されており、
   前記クランクケースとオイルパンとで囲われた空間は、前記隔壁で仕切られて各シリンダボアの箇所ごとに存在する単位空間の群と、前記単位空間の群の下方においてクランク軸線方向に一連に広がる下部空間とから成っている構成であって、
   前記各隔壁に、隣り合った単位空間に連通した通気穴を空けることにより、空気が前記単位空間の群を通過することが許容されていて、前記単位空間を挟んで隔壁に連通した２つの通気穴を、前記ピストンの下降時に前記カウンターウエイトの回動の影響で両通気穴の通気量が変わるようにずらして設けることにより、ピストンの動きに伴って空気が隣り合った一方の単位空間から他方の単位空間に流れるように方向付けられており、かつ、前記各通気穴は、前記軸受け部よりも上の領域に形成されている、
   多気筒内燃機関。

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