JP6709244B2 - 自動車用内燃機関の潤滑装置 - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用内燃機関の潤滑装置に関するものである。

内燃機関では、運転の停止時にはオイルはオイルパンに戻って溜まるが、外気温度が零度以下であると、オイルに含まれていた水分が凍結し、始動時にトラブルを引き起こすことがある。

そこで、特許文献１には、排気ガス通路に、オイルパンの内部に入り込むバイパス通路を設けて、オイルパン内に氷塊が発生していると判断した場合は、排気ガスをバイパス通路に流して氷塊を溶かすことが開示されている。

また、特許文献２には、オイルを吸い込むストレーナを、第１パイプと第２パイプとを有する二股に形成して、第１パイプに、吸い込み負圧が所定値以下では閉じるようにバルブを設けることにより、氷塊が発生した場合はこれを第２パイプに吸い込むようにした構成が開示されている。すなわち、特許文献２では、第２パイプには氷塊の通過を阻止するフィルターを設けており、取り込まれた氷塊が第２パイプに溜まると、第２パイプの流れ抵抗が高くなることにより、第１パイプの負圧が高くなってバルブが開くようになっており、結果として、第１パイプには氷塊を含まないオイルが流入することになる。

特開２０１６−１６９６２５号公報 特開２０１６−１５６３５９号公報

特許文献２では、オイルパンには下向きに凹んだ凹所が形成されており、ストレーナの吸い込み口を凹所の内部に入り込ませている。このように、ストレーナの吸い込み口を凹所内に入り込ませると、自動車が旋回してオイルがオイルパン内を移動しても凹所はオイルで満たされているため、ストレーナの吸い込み口は常に油中にある。従って、ストレーナの吸い込み口が油面の上になってしまってオイルポンプが空気を吸ってしまう現象を防止できる。

しかし、本願発明者が研究したところ、オイルパンに吸い込み用の凹所が形成されていると、凹所の開口面に広がるように氷の膜が生成する現象が起きており、このため、凹所が氷の膜で蓋をされた状態になって、オイルポンプが駆動されても空回りするだけの「空吸い」の状態になってしまうことがあった。

この点について、特許文献１，２は、オイルの内部に浮遊している氷塊の対策には成り得るが、凹所の開口面に膜状に生成する氷の対策にはなっていないといえる。また、特許文献１，２は、いずれも構造が非常に複雑でコストも嵩むのみならず、特別の部材を要して重量が増大するため燃費の低下を招来することは否めず、現実性に劣っていると解される。

更に、オイル中の水分が凍結することによる弊害は始動時に現れるが、特許文献１の場合は、機関を始動してある程度の時間を経過してから排気ガスと氷塊との熱交換が始まるため、氷の影響を受けることなく機関を始動させるという要請に応えているとは言い難い。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、オイル中の水分の凍結（氷結）による問題を簡単な構造で抑止しようとするものである。

本願発明の潤滑装置は、
「オイルに漬かる上向き開口の凹所を設けたオイルパンと、前記凹所の箇所からオイルを吸い上げる上下長手のストレーナとを有しており、前記ストレーナの下端に、当該ストレーナの軸心方向に開口した吸い込み口が、その全体がオイルに浸漬しつつ一部は前記凹所の開口面よりも上に位置するようにして形成されている」
という構成において、
「前記ストレーナの吸い込み口には、前記ストレーナの軸心と前記凹所の開口面とに対して傾斜した２つの傾斜部が、それぞれ一部が前記凹所の開口面の上に位置するようにして形成されている」
という特徴を備えている。

本願発明において、オイルが下限以上入っている限り、ストレーナの吸い込み口は、常にオイルで浸漬されている。特に、運転を停止するとオイルはオイルパンに流下するため、始動時の油面のレベルは運転時よりも高くなっている。また、自動車の旋回等に際してオイルがオイルパン内を移動し、油面が傾斜することがあるが、凹所にはオイルが充満しているため、自動車が旋回しても空吸いの現象が生じることはない。

そして、水はオイルよりも比重が大きいため、機関の運転を停止すると、オイルパン内において、オイル中に含まれていた水分は徐々に降下して凹所に溜まっていくが、外気温か零度以下であると、凹所に溜まった水が凍結していき、凹所の開口面全体を覆う膜に成長していく現象が見られる（池に氷が張るように、氷の膜は凹所の開口縁から中央部に向けて成長していき、やがて開口面全体を覆うに至るものと推測される。）。

しかし、本願発明では、ストレーナの吸い込み口の一部が凹所の開口面よりも高い位置にあるため、凹所の開口面を覆うように氷の膜が生成されていても、始動時には、氷の膜の上に溜まっているオイルを吸い込むことができる。

従って、凹所が氷の膜で塞がれていても、始動時に空吸いの現象が発生することを防止して、各潤滑部等にオイルを供給することができる。しかも、特別の部材は不要で構造はごく簡単であるため、コストの抑制に大きく貢献できると共に、燃費の悪化も生じない。むしろ、ストレーナの吸い込み口の一部が従来よりも高くなるため、ストレーナの重量は従来よりも軽くなり、結果として、燃費の向上に貢献できるといえる。
また、吸い込み口に傾斜部を形成してその一部ずつを凹所の内部に入り込ませると、自動車の旋回や発進・停止等によって凹所の内部でオイルが移動しても、そのオイルの移動を吸い込み口の箇所の壁面によって抑止できるため、オイルの吸い込みを確実化できる利点もある。

なお、機関を始動してからある程度の時間が経過すると、凹所に形成されていた氷の膜は、昇温したオイルの熱やオイルの流れによって割れたり溶けたりしていき、やがて消滅する。

実施形態を示す図で、ストレーナを仮想線で表示した平面図である。 オイルパン外槽の平面図である。 （Ａ）は図２のIIIA-IIIA視側面図、（Ｂ）は図２のIIIA-IIIA視背面図である。 オイルパン内槽の平面図である。 図１のV-V視断面図である。 図１のVI-VI視断面図である。 （Ａ）はストレーナを図１の矢印VIIAの方向から見た一部破断図、（Ｂ）はストレーナの底面図である。

(1).概要
次に、本願発明の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、クランク軸線方向を前後方向としている。念のため、図１等に方向を明示している。

図５，６に示すように、本実施形態では、オイルパンは、金属製のオイルパン外槽１と合成樹脂製のオイルパン内槽２との２槽式になっている。このように２槽式に構成しているのは、オイルパン内槽２を熱伝導率が低い合成樹脂製とすることにより、オイルからの放熱を抑制してオイルの早期昇温等を図るためである。図１，２，４に示す平行斜線は、オイルパン外槽１又はオイルパン内槽２の上面を明示するためのものであり、断面を示すものではない。

両槽１，２とも、前半部が深くて後半部が浅くなっており、オイルは、前半部の深い部分に溜まるようになっている。すなわち、両槽１，２とも、前半部はオイルが溜まる深底部１ａ，２ａになって、後半部はオイルＯが流れるだけの浅底部１ｂ，２ｂになっている。

オイルパン外槽１の上面には外側に張り出したフランジ３が形成されており、左右のフランジ３と後部のフランジ３とはシリンダブロック（図示せず）に固定されて、前部のフランジ３は、フロントカバー４（図５，６参照）の下面に固定されている。

オイルパン内槽２の上端にも、外側に僅かに張り出したフランジ５が形成されている。図５，６に示すように、オイルパン内槽２の上端はオイルパン外槽１の上端よりも少し下に位置しており、オイルパン内槽２のフランジ５により、オイルパン外槽１の内側面との間の間隔を保持している（オイルパン内槽２には、フランジ５が存在しない箇所も部分的に存在している。）。また、オイルパン内槽２の底部は、複数箇所においてオイルパン外槽１にビスで固定されている。図１，２，４で、両槽１，２の固定部を、符号６で表示している。

フロントカバー４は、タイミングチェーン（図示せず）を覆うものであるが、下部にはクランク軸貫通穴７が開口しており、クランク軸のうちフロントカバー４から突出した前端部に、補機を駆動するクランクプーリ（図示せず）が固定される。

既述のとおり、両槽１，２の略前半部は深底部１ａ，２ａになっているが、両深底部１ａ，２ａの間にはある程度の間隔（オイル溜まり空間）が空いている。そして、オイルパン内槽２の深底部２ａに、下向きに凹んだ裁頭円錐形（台錘形）の凹所８が形成されている。図１，４のとおり、凹所８は、平面視で、両槽１，２の長手中心線９を挟んで片側（排気側）に寄せて形成されている。また、凹所８の底部８ａは、開口面９ｂに対して長手中心線９の側に少しずれている。また、底部８ａのうち長手中心線９から遠い部位に、水抜き穴１０が上下に貫通するように空けられている。

本実施形態では、ストレーナ１１はフロントカバー４に取付けている。このため、フロントカバー４の内面に、ストレーナ取付けボス部１２を張り出すように形成しており、ストレーナ取付けボス部１２の下端に、三角形状のフランジ１２ａを形成している。なお、オイルポンプは、フロントカバー４と一体的に構成することが可能である（すなわち、フロントカバー４をオイルポンプのハウジングの一部として利用し、クランク軸にロータを設けることが可能である。）。

(2).ストレーナ
ストレーナ１１は、上端にフランジ１３ａを設けた上筒１３と、上筒１３に下方から嵌め込んだ下筒１４とを備えており、上筒１３のフランジ１３ａが、ストレーナ取付けボス部１２のフランジ１２ａにボルトで固定されている。下筒１４の下端には、吸い込み口１５が開口している。従って、吸い込み口１５はストレーナ１１の軸心方向に開口しており、オイルは、吸い込み口１５からストレーナ１１の軸心方向に吸い上げられる。

図１に示すように、ストレーナ１１は、平面視では、両槽１，２のコーナー部から略対角方向に向いた姿勢になっている。このため、図５，６に示すように、ストレーナ１１の軸心は、正面視と側面視との両方において鉛直線に対して傾斜している。この場合、図５の側面視で、上筒１３の軸心と下筒１４の軸心とは、側面視で少し交差している（正確には、鉛直線に対する傾斜角度は、上筒１３よりも下筒１４が小さくなっている。従って、ストレーナ１１は屈曲した形態になっている。ストレーナ１１は、屈曲しているため上筒１３と下筒１４とで構成しているが、真っ直ぐな形態である場合は１本で構成したらよい。

図７に明示するように、吸い込み口１５は、全体として下筒１４の軸線に対して斜めカットされた姿勢になっており、かつ、第１傾斜部１６と、それから段落ちした第２傾斜部１７とを有している。最も下に位置した部位１８と、最も上に位置した部位１９とは、両傾斜部１６，１７の境界部になっている。

そして、凹所８の開口面８ｂは水平になっているが、第１傾斜部１６のうちの下側の一部と、第２傾斜部１７のうちの下側の一部とが凹所８の開口面８ｂの下方に位置して、第１傾斜部１６のうちの上側の一部と、第２傾斜部１７のうちの上側の一部とが開口面８ｂの上方に位置するように配置されている。従って、両傾斜部１６，１７は、ストレーナ１１の下筒部１４（及び上筒部１３）の軸心に対して傾斜していると共に、凹所８の開口面８ｂに対して傾斜している。

吸い込み口１５は、全体としては、半分程度の面積が開口面８ｂの下方に入り込んで（すなわち、凹所８の内部に入り込んで）、半分程度の面積は開口面８ｂの上方に位置している。図７（Ｂ）で、開口面８ｂの下方に位置した侵入部を符号２０で示して、そのエリアを点線の平行斜線で明示している。開口面８ｂの上に位置した非侵入部には、符号２１を付している。

図１に示すように、ストレーナ１１の吸い込み口１５は、凹所８の中心から長手中心線９の側に少し寄っている。これは、凹所８の位置が長手中心線９から少し横にずれていることに関連して、自動車が旋回したときにオイルの油面が最も低くなる位置に吸い込み口１５を開口させているものである。

(3).まとめ
機関の運転中の油面の下限高さは、例えば図７（Ａ）のＨ１の位置にあり、機関停止後の油面の下限高さは、例えば図７（Ａ）のＨ２の位置になっている。いずれにしても、吸い込み口１５は、その全体がオイルＯに浸漬している。自動車が旋回すると、慣性力でオイルＯが移動することにより、油面は図７の線２２，２３のように傾斜するが、この場合でも、吸い込み口１５はその全体がオイルＯに浸かるように設定されている。従って、自動車の走行中にオイルポンプが空気を吸い込む現象は発生しない。

他方、機関が停止すると、機関を巡っていたオイルはオイルパンに戻るが、クランク室や動弁室などで水分がオイルに付着するため、オイルパンのオイルには水分が含まれており、オイルに含まれている水分は、オイルよりも比重が大きいため徐々に降下して凹所８に落ちていく。

そして、凹所８に落ちてきた水分は水抜き穴１０から下方に流下していくが、水抜き穴１０がゴミ等で詰まっていたり、外気温度が非常に低くて水抜き穴１０から落ちる前に凍結が始まったりすると、水が凹所８に溜まって、凹所８の開口面８ｂを覆うように氷の膜２４が生成されることがある。

従って、ストレーナ１１の吸い込み口１５の全体が凹所８の内部に侵入していると、次の始動時にオイルの吸い上げがない空吸いの現象が発生することになるが、本実施形態では、吸い込み口１５の上半分程度は氷の膜２４の上に位置しているため、機関を始動すると、氷の膜２４の上のオイルＯが吸い込み口１５の非侵入部２１から吸い上げられる。

従って、何らかの理由で水抜き穴１０が塞がって凹所８に氷の膜２４が生成しても、運転停止中に凹所８の開口面が氷の膜２４で覆われてしまっても、始動時にオイルポンプの空吸いの現象は発生せずに、潤滑部等の各部位にオイルＯを確実に供給できる。従って、本実施形態におけるストレーナ１１の配置態様は、水抜き穴１０の機能を補完しているといえる。始動してから若干の時間が経過すると、氷の膜２４はオイルの流れ等によって割れたり溶けたりするため、侵入部２０からもオイルＯが吸い上げられる。

実施形態のように、吸い込み口１５に高さが相違する傾斜部１６，１７を形成してその一部ずつを凹所８の内部に入り込ませると、自動車の旋回や発進・停止等によって凹所８の内部でオイルＯが移動しても、そのオイルＯの移動を下筒１４の壁面によって抑止できるため、オイルの吸い込みを確実化できる利点がある。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。

更に、本願発明は、オイルパンが単槽式になっている潤滑装置にも適用できる。

本願発明は、内燃機関の潤滑装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ オイルパン外槽
２ オイルパン内槽
４ フロントカバー
８ 凹所
８ａ 底部
８ｂ 開口面
１１ ストレーナ
１３ 上筒
１４ 下筒
１５ 吸い込み口
１６，１７ 傾斜面
２４ 氷の膜
Ｏ オイル

Claims (1)

1. オイルに漬かる上向き開口の凹所を設けたオイルパンと、前記凹所の箇所からオイルを吸い上げる上下長手のストレーナとを有しており、前記ストレーナの下端に、当該ストレーナの軸心方向に開口した吸い込み口が、その全体がオイルに浸漬しつつ一部は前記凹所の開口面よりも上に位置するようにして形成されている構成であって、
   前記ストレーナの吸い込み口には、前記ストレーナの軸心と前記凹所の開口面とに対して傾斜した２つの傾斜部が、それぞれ一部が前記凹所の開口面の上に位置するようにして形成されている、
   自動車用内燃機関の潤滑装置。

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