JP6792377B2

JP6792377B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP6792377B2
Application number: JP2016165983A
Authority: JP
Inventors: 和田　聡; 聡和田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: JP2018031362A

Description

本願発明は自動車用等の内燃機関に関するものであり、オイルのリリーフ構造に特徴を有している。

内燃機関においては、主として潤滑のためにオイルが使用されており、オイルは、クランク軸によって駆動されるオイルポンプによってオイルパンから汲み上げられて、オイルフィルターを経由して送油通路（メインギャラリー）から各潤滑部等に送られているが、オイルの圧力が過剰にならないように、オイルポンプとオイルフィルターとの間に、リリーフバルブを介してリリーフ通路が接続されており、リリーフオイルは、オイルパンに速やかに戻されている（例えば特許文献１）。

特開２００２−３０９９１９号公報

特許文献１を初めとして従来技術では、リリーフ通路は必要最小限度の長さになっており、リリーフ通路の終端はオイルパンに開口しているため、リリーフオイルがオイルパンに勢い良く流れ込みやすい。このため、リリーフオイルによって、オイルパンのオイルに泡立ち現象が発生しやすくなっており、その結果、オイルポンプに汲み上げられたオイルに多数の気泡が混入して、潤滑性能が低下するおそれがあった。

また、リリーフバルブが開いてオイルがリリーフ通路からオイルパンに戻されることは、それだけ動力損失が発生していることを意味している。特に、冷間始動時でオイルが十分に昇温していない状態でリリーフオイルが発生すると、動力損失は特に大きくなると云える。また、オイルの早期昇温のためにオイルパンを２槽式に構成してオイルを内槽に戻すことが行われているが、リリーフオイルは機関を巡ることなくオイルパンに戻るために、オイルパンを２槽式に構成したことの意味が低下してしまうことも懸念される。

内燃機関において、送油通路にリリーフバルブとリリーフ通路とを設けることは自体は不可欠であるが、リリーフオイルを有効利用できると、動力損失を低減して燃費の向上に貢献できると云える。

本願発明は、このような現状を契機として成されたものである。

本願発明の内燃機関は、
「クランク軸が回転自在に保持されたシリンダブロックとその上面に固定されたシリンダヘッド、及び、前記クランク軸によって駆動されるオイルポンプとを備えて、前記オイルポンプの吐出口に、オイルフィルターを備えた送油通路が接続されており、
前記送油通路のうちオイルポンプとオイルフィルターとの間の部位に、リリーフバルブを備えると共に前記シリンダヘッドに形成された排気ポートの近くを通るように形成されたリリーフ通路が接続されている」
という基本構成において、
「前記リリーフ通路は、前記送油通路から分岐して前記シリンダヘッドの排気側エリアに至る部分と、前記シリンダヘッドの排気側エリアにおいて前記排気ポートの箇所を冷却する冷却部と、前記冷却部からオイルをオイルパンに戻す部分とを有しており、前記冷却部は、前記排気ポートを囲う環状通路を備えている」
という特徴を備えている。

リリーフオイルは排気ポートの近くを通って冷却の仕事をしてからオイルパンに戻るが、冷却の仕事をしたリリーフオイルは、専用のオイル落とし通路（オイル落とし穴）からオイルパンに戻してもよいし、動弁機構を潤滑したオイルをオイルパンに戻すために従来から形成されているオイル落とし穴を利用してオイルパンに戻してもよい。

内燃機関の運転に伴うシリンダヘッドの昇温は一様ではなく、排気ポートの箇所が最も温度が高くなる傾向を呈する。このため、冷却水による冷却も排気ポートの周辺部を強く冷却するように配慮されているが、シリンダヘッドの吸気側と排気側とで温度差が発生することは不可避であり、温度差が大きくなり過ぎると熱応力が過大になって種々の弊害が生じる。

しかるに、本願発明では、排気ポートの周辺部がリリーフオイルによっても冷却されるため、シリンダヘッドの熱応力を軽減できる。その結果、シリンダヘッドの熱変形等の弊害を抑制できる。特に、機関の高速回転時にはリリーフオイルの発生量が多くなるが、高速回転状態ではシリンダヘッドの冷却の必要性も高くなるため、不可避的に発生したリリーフオイルを有効利用してシリンダヘッドの冷却を促進できる。

そして、リリーフオイルは、オイルフィルターを通過せずにシリンダヘッドに送られているため、動力損失は僅かであるし、オイルポンプの負荷の軽減にも貢献できる。また、リリーフオイルはオイルフィルターを通過していないため異物が混入しているおそれがあるが、リリーフオイルは潤滑に供されるのではなく、単にシリンダヘッドを冷却してオイルパンに戻るに過ぎないため、異物が混入していても特段の問題は生じない。

また、リリーフオイルはシリンダヘッドから受熱し、昇温してからオイルパンに戻るため、オイルの早期昇温に貢献できる。従って、コールドスタート後の暖機運転の短縮に貢献できる。特に、外気温度が低いほどオイルの早期昇温の必要性が高いが、低温状態ではオイルの粘度は高くなってリリーフオイルが発生しやすいため、リリーフオイルの昇温を通じてオイルの早期昇温に貢献できる。

このように、本願発明では、リリーフオイルを有効利用して燃費の向上に貢献できる（オイルポンプの動力損失を、オイルの早期昇温によるメカロスの低減という形で回収できるといえる。）。特に、オイルパンが内槽と外槽との二槽式に構成されている場合は、昇温したオイルが内槽に戻るため、早期昇温を的確に行うことができて、特に好適である。

また、リリーフ通路は従来に比べて長さが格段に長くなるため、リリーフオイルに気泡が混入していても、リリーフ通路を流れる過程で気泡を分離させることができる一方、リリーフオイルをオイルパンに戻すに際しては、例えば、バッフルプレートに滴の状態で流下させる等して油面の泡立ちを無くすことができる。このような２つの側面から、オイルパンでの気泡の発生を防止して、潤滑性能の向上に貢献できる。

全体の構成を示す模式図である。要部の縦断正面図である。（Ａ）は図２のIII-III 視断面図、（Ｂ）は別例図である。

(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。まず、図１を参照して概要を説明する。本実施形態は自動車の４気筒内燃機関に適用しており、内燃機関は、複数（４つ）のシリンダボア２を有するシリンダブロック１と、その上面に固定されたシリンダヘッド３と、シリンダブロック１の下面に固定されたオイルパン４とを有しており、更に、シリンダヘッド３とシリンダブロック１とオイルパン４の前面には、タイミングチェーンを覆うフロントカバー５が固定されている。シリンダヘッド３の上面には、ヘッドカバー６が固定されている。

シリンダボア２にはピストン７が摺動自在に嵌まっており、ピストン７の往復動はコンロッド８によってクランク軸９の回転に変換される。クランク軸９の前端部はフロントカバー５を貫通して露出しており、この露出端部に、補機駆動プーリ１０が固定されている。

内燃機関は、オイルポンプ１１を備えている。本実施形態のオイルポンプ１１は、フロントカバー５に形成した内向きの凹所に内蔵されており、ロータはクランク軸９に直結されている。但し、補機駆動プーリ１０に巻き掛けられた補機駆動ベルトで駆動する方式もある。オイルポンプ１１は実線で表示しているが、これは位置関係を明瞭にするための便宜的な措置であり、オイルポンプ１１が外部に露出しているわけではない。

オイルパン４にはストレーナ１２が配置されており、オイルは、ストレーナ１２から吸引通路１３を介してオイルポンプ１１の吸入口に吸い上げられる。オイルパン４が内槽４ａを有する２槽式である場合は、ストレーナ１２は内槽４ａに浸漬される。

オイルポンプ１１の吐出口には送油通路１５が接続されており、送油通路１５にオイルフィルター１６が介挿されている。本実施形態では、オイルフィルター１６はフロントカバー５に装着している。このため、送油通路１５のうち始端側のある程度の範囲はフロントカバー５に形成されており、残りの大部分は、シリンダブロック１の内部（肉厚部内）に形成されている。オイルフィルター１６は、シリンダブロック１に装着したりオイルパン４に装着したりすることも可能であり、これに伴って、リリーフ通路の具体的な態様は若干異なってくる。

便宜的に、送油通路１５のうち、オイルポンプ１１とオイルフィルター１６との間の部分を送油通路第１部分１５ａと呼び、オイルフィルター１６よりも下流側でフロントカバー５に形成されている部分を送油通路第２部分１５ｂと呼び、シリンダブロック１に形成されている部分を送油通路第３部分１５ｃと呼ぶこととする。

送油通路第３部分１５ｃは、クランク軸９への潤滑部や、ピストン５を冷却するためのオイルジェット部、カム軸１７の潤滑部などに分岐している。油圧式バルブ可変装置を備えている場合は、油圧式バルブ可変装置には、送油通路第３部分１５ｃからオイルが供給される。また、排気ターボ過給機を備えている場合は、送油通路第３部分１５ｃから軸受部にオイルが供給される。

送油通路第１部分１５ａには、上流端にリリーフバルブ１８を備えたリリーフ通路１９が接続されており、リリーフ通路１９をシリンダヘッド３の排気側エリアに導くことにより、リリーフオイルでシリンダヘッド３の排気側エリアを冷却している。
そこで、リリーフ通路１９は、フロントカバー５に形成された第１部分２０と、第１部分２０に連通した状態でシリンダブロック１に形成された第２部分２１と、第２部分２１に連通した状態でシリンダヘッド３の排気側エリアに形成された第３部分２２と、冷却の仕事をしたオイルをオイルパン４に戻す第４部分２３とを有しており、第４部分２３は、シリンダヘッド３とシリンダブロック１とを貫通している。図１でリリーフ通路１９を点線で表示しているが、これは他の線と区別して見やすくするための措置である。

リリーフ通路１９の第３部分２２は、シリンダヘッド３の前端部に位置した立ち上がり部２２ａと、立ち上がり部２２ａに連通してカム軸１７と略平行に延びる水平状部２２ｂとを有しており、水平状部２２ｂから各排気ポート２４に向けて冷却部２２ｃが分岐している。

(2).リリーフ通路の要部
図２では、シリンダヘッド３の要部を示している。この構造は、従来から知られている基本的なものであり、シリンダヘッド３には、１つの気筒に対応して、一対の吸気弁２６及び吸気ポート２７と、一対の排気弁２８及び単位排気ポート２９とが形成されており、２つの単位排気ポート２９は１つの集合排気ポート２４に連通している。

シリンダヘッド３には、冷却のためのウォータジャケット３０が形成されている。特に、排気ポート２９，２４が形成されている排気側エリアでは、内部ができるだけ冷却水に晒されるように配慮されている。

図２，３に示すように、リリーフ通路１９における第３部分２２の各冷却部２２ｃは、水平状部２２ｂから各単位排気ポート２９に向けて延びる分岐通路３１と、単位排気ポート２９をぐるりと抱持する環状通路３２と、一対の環状通路３２に連通した集合通路３３とから成っており、集合通路３３に第４部分２３が接続されている。

図３（Ａ）の例では、第４部分２３はリリーフオイルの専用の逃がし通路になっており、シリンダヘッド３とシリンダブロック１とに略鉛直姿勢（縦長姿勢）で形成されている。第４部分２３はシリンダブロック１の排気側長手側面の近くに位置しているので、リリーフオイルはオイルパン４の縁部から流入する。従って、リリーフオイルは、シリンダブロック１の壁を伝うようにしてオイルパン４に流入させることができる。このため、オイルパン４でのオイルの泡立ち現象を防止できる。

２つの環状通路３２は互いに繋がっているが、これはスペースの問題に起因したものであり、２つの環状通路３２を互いに分離してもよい。また、各単位排気ポート２９ごとに環状通路３２を形成せずに、１つの環状通路３２で２つの単位排気ポート２９をぐるりと囲う状態に形成することも可能である。

また、図３（Ｂ）に示すように、各環状通路３２を１本の水平状逃がし通路３４に連通させて、水平状逃がし通路３４と鉛直状の第４部分２３とを接続してもよい。第４部分２３として、動弁機構を潤滑したオイルが流下するオイル落とし穴を流用することも可能であり、この場合は、それだけ構造が簡単になる。

リリーフ通路１９の第３部分２２は、シリンダヘッド３の鋳造に際して形成してもよいし、ドリルによる後加工で形成することも可能である。但し、湾曲した環状通路３２はドリル加工では形成できないので、鋳造に際して形成しておくことになる。この場合、第３部分２２の全体をアルミ等の金属パイプで構成して、金属パイプを鋳込むことでシリンダヘッド３を製造すると、複雑な中子型を使用することなく、シリンダヘッド３を容易に製造できる。

以上のとおり、本実施形態では、リリーフオイルによってシリンダヘッド３の排気側エリアを冷却できるため、シリンダヘッド３がいびつに熱変形することを抑制して、内燃機関の信頼性を向上できる。特に、高速回転状態では冷却の必要性が高くなる一方でリリーフオイルの発生量が増大するため、リリーフオイルを有効利用してシリンダヘッド３の冷却を的確に行うことができる。

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
３シリンダヘッド
４オイルパン
５フロントカバー
９クランク軸
１１オイルポンプ
１５送油通路
１５ａ送油通路第１部分
１７カム軸
１８リリーフバルブ
１９リリーフ通路
２０リリーフ通路の第１部分（シリンダヘッドの排気側エリアに至る部分）
２１リリーフ通路の第２部分（シリンダヘッドの排気側エリアに至る部分）
２２リリーフ通路の第３部分（シリンダヘッドの排気側エリアに位置した部分）
２３リリーフ通路の第４部分
２２ｃ冷却部
３２環状通路

Claims

クランク軸が回転自在に保持されたシリンダブロックとその上面に固定されたシリンダヘッド、及び、前記クランク軸によって駆動されるオイルポンプとを備えて、前記オイルポンプの吐出口に、オイルフィルターを備えた送油通路が接続されており、
前記送油通路のうちオイルポンプとオイルフィルターとの間の部位に、リリーフバルブを備えると共に前記シリンダヘッドに形成された排気ポートの近くを通るように形成されたリリーフ通路が接続されている構成であって、
前記リリーフ通路は、前記送油通路から分岐して前記シリンダヘッドの排気側エリアに至る部分と、前記シリンダヘッドの排気側エリアにおいて前記排気ポートの箇所を冷却する冷却部と、前記冷却部からオイルをオイルパンに戻す部分とを有しており、前記冷却部は、前記排気ポートを囲う環状通路を備えている、
内燃機関。