JP7107183B2 - 内燃機関のオイル貯留構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のオイル貯留構造に関する。

特許文献１の内燃機関においては、気筒が区画されているシリンダブロックの下側に、オイルが貯留される有底箱形状のオイルパンが取り付けられている。また、内燃機関は、オイルパン内に貯留されているオイルを各部に圧送するためのオイルポンプを備えている。オイルポンプからは、オイルパンの底面に向けて吸入管が延びており、その先端にはオイル中に含まれる異物を除去するためのストレーナが取り付けられている。

特開２０１２－１１７４８０号公報

特許文献１の内燃機関において、オイルパンへと流下するオイルがクランクシャフトによって撹拌されたり、オイルパンへと流下するオイルがクランクシャフトに衝突して飛散したりすると、オイルの液面や液中に気泡が生じることがある。このような気泡が潰れずに残存していると、ストレーナに気泡が吸い込まれてオイルポンプから適切にオイルが吐出されなくなる可能性がある。

上記課題を解決するための内燃機関のオイル貯留構造は、オイルが貯留される有底箱形状のオイルパンと、前記オイルパンの内部のオイルを吸引して内燃機関の各部に圧送するオイルポンプと、前記オイルポンプから前記オイルパンの底面に向けて延びる吸入管と、前記吸入管の先端に取り付けられたストレーナとを備えている内燃機関のオイル貯留構造であって、前記オイルパンの内部におけるオイル貯留空間を区画する内壁面からは、凸部が突出しており、前記凸部の共振周波数は、前記内燃機関が自立して運転を継続可能な機関回転数で発生する振動の周波数の範囲内である。

上記構成によれば、内燃機関が駆動してその機関回転数で発生する振動の周波数が凸部の共振周波数に近いときに凸部が振動する。そして、凸部が振動すると、オイルパン内のオイルの液面が振動して、オイル液面に存在する気泡がその衝撃で割れる。したがって、オイルパン内のオイルの液面に多量の気泡が残存することは抑制できる。

上記構成において、前記凸部は、前記オイルパンの底面から突出していてもよい。上記構成では、オイルパン内のオイルの量が少なくなって、オイルの液面位置が下側になっても、凸部の少なくとも一部はオイル内に没している。したがって、オイルの液面の位置に拘らず、凸部の振動をオイルに伝えることができる。

上記構成において、前記凸部は、前記ストレーナを外側から取り囲むように延びていてもよい。上記構成によれば、例えば、車両の加減速時や旋回時にオイルパン内においてオイルが片側に偏ろうとしても、凸部の内側、すなわちストレーナの周囲には、一時的にオイルが貯められる。したがって、オイルパン内においてオイルが偏ろうとしたときでも、ストレーナから空気が吸い込まれることは抑制できる。

上記構成において、前記凸部の共振周波数は、１０～２０ｋＨｚの範囲内であってもよい。一般的に、内燃機関では、当該内燃機関の機関回転数が大きくなるほど、オイルポンプから内燃機関の各部に圧送されるオイル量が多くなる。このようにオイルポンプから内燃機関の各部に圧送されるオイル量が多くなると、オイルパンの内部に貯留されるオイル量が少なくなる。そして、オイルパンの内部のオイルの液面位置が低下すると、オイルの液面の気泡がストレーナから吸い込まれやすい。

上記構成では、凸部の共振周波数が、内燃機関の機関回転数が比較的に高い場合において内燃機関に生じる振動の周波数に合わせた周波数になっている。したがって、オイルパンの内部に貯留されるオイル量が少なくなり得る状況下で凸部が振動して、オイルの液面の気泡を効率的に割ることができる。

内燃機関の部分断面図。 図１における２－２線での断面図。

以下、車両の内燃機関１００のオイル貯留構造について図１及び図２にしたがって説明する。まず、内燃機関１００の概略構成を説明する。なお、以下の説明では、内燃機関１００が車両に搭載されているものとし、車両の上下方向を、内燃機関１００の上下方向として説明する。

図１に示すように、内燃機関１００は、全体として四角柱形状のシリンダブロック１３を備えている。シリンダブロック１３の内部には、図示しない複数の気筒が区画されている。各気筒は、クランクシャフトの軸線方向Ｌ（図１における左右方向）に並設されている。なお、以下の説明では、クランクシャフトの軸線方向Ｌの一方側（図１における右側）を内燃機関１００の前側とし、クランクシャフトの軸線方向Ｌの他方側（図１における左側）を内燃機関１００の後側として説明する。

シリンダブロック１３の上面には、全体として四角柱形状のシリンダヘッド１２が固定されている。シリンダヘッド１２の内部には、図示しない複数の吸気ポートや複数の排気ポートが区画されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気ポートを開閉する吸気バルブや排気ポートを開閉する排気バルブが取り付けられている。

シリンダヘッド１２の上面には、当該シリンダヘッド１２の上面を覆うヘッドカバー１１が固定されている。ヘッドカバー１１とシリンダヘッド１２とで区画される空間内には、吸気バルブや排気バルブを開閉駆動させるための図示しない動弁機構が収容されている。

シリンダブロック１３の下面には、全体として四角筒形状のクランクケース１４が固定されている。このクランクケース１４とシリンダブロック１３との間には、図示しないクランクシャフトが支持されている。また、シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３、及びクランクケース１４における前側（図１における右側）の外面には、チェーンケース１５が固定されている。チェーンケース１５は、上下方向において、シリンダヘッド１２の上端からクランクケース１４の下端付近にまで至っている。チェーンケース１５の上側は、ヘッドカバー１１によって覆われている。図示は省略するが、チェーンケース１５の内部には、クランクシャフトの回転力を伝達するための複数のスプロケットやこれらのスプロケットに巻回されるチェーンが収容されている。

クランクケース１４の下面には、全体として有底四角箱形状のオイルパン２０が固定されている。オイルパン２０の内部には、内燃機関１００の各部に供給されるオイルが貯留されている。また、オイルパン２０の内部には、略四角板形状のバッフルプレート３０が配置されている。バッフルプレート３０は、オイルパン２０の底面２０ａに対向するようにオイルパン２０の底面２０ａから離間して配置されている。オイルパン２０の内面とバッフルプレート３０の下面とによって、オイルを貯留するためのオイル貯留空間Ｘが区画されている。また、バッフルプレート３０の略中央部においては、当該バッフルプレート３０の厚み方向に挿通孔３１が貫通している。

クランクケース１４の内部には、内燃機関１００の各部にオイルを圧送するためのオイルポンプ６０が配置されている。オイルポンプ６０は、クランクケース１４における４つの側壁のうちの前側の側壁の内面に固定されている。図示は省略するが、オイルポンプ６０の駆動軸は、チェーンケース１５の内部のチェーンを介してクランクシャフトに駆動連結されている。

オイルポンプ６０からは、オイルパン２０の底面２０ａ側に向かって吸入管５０が延びている。具体的には、吸入管５０は、バッフルプレート３０の挿通孔３１を挿通されて、オイル貯留空間Ｘにまで至っている。吸入管５０の先端は、オイルパン２０を上面視したときに、当該オイルパン２０の略中央に位置している。

吸入管５０の先端には、オイル中に含まれる異物を除去するためのストレーナ４０が取り付けられている。ストレーナ４０の下端は、オイルパン２０の底面２０ａに対して離間している。上述したように、オイルパン２０を上側から平面視したときに、吸入管５０の先端がオイルパン２０の略中央に位置しているため、ストレーナ４０は、オイルパン２０の略中央に位置している。オイルポンプ６０が駆動すると、オイルパン２０の内部に貯留されているオイルがストレーナ４０から吸引される。そして、ストレーナ４０から吸引されたオイルは、吸入管５０及びオイルポンプ６０を介して内燃機関１００の各部に圧送される。

オイル貯留空間Ｘを区画する内壁面の一つであるオイルパン２０の底面２０ａからは、四角板形状の凸部２５が突出している。この実施形態では、凸部２５は、オイルパン２０の底面２０ａに対して直交する方向に沿って突出している。換言すると、凸部２５は、上下方向に沿って突出している。凸部２５の突出先端（上端）は、ストレーナ４０の下端よりも上側に位置している。

図２に示すように、凸部２５は、前後方向において、ストレーナ４０よりも前側に１つ、後側に１つ設けられている。また、上下方向及び前後方向のいずれにも直交する方向を幅方向としたとき、凸部２５は、ストレーナ４０よりも幅方向一方側に１つ、幅方向他方側に１つ設けられている。そして、これら４つの凸部２５は、全体としてストレーナ４０を外側から四角形状に取り囲むように延びている。隣り合う凸部２５は、互いに離間して配置されている。すなわち、ストレーナ４０を取り囲むように四角形状に延びる４つの凸部２５のうち、その四角形の四隅の部分が、凸部２５が形成されていない箇所になっている。

凸部２５の共振周波数は、内燃機関１００が自立して運転を継続可能な機関回転数で発生する振動の周波数の範囲内になっている。ここで、内燃機関１００が自立して運転を継続可能な機関回転数の下限値は、車両の運転者がアクセルペダルの操作を行っていない状態（アイドル運転状態）での機関回転数であり、例えば数百ｒｐｍ～千数百ｒｐｍ。また、内燃機関１００が自立して運転を継続可能な機関回転数の上限値は、車両の運転者がアクセルペダルを完全に踏み込んだ状態（フルスロットル状態）での機関回転数であり、例えば数千ｒｐｍである。

本実施形態では、凸部２５の共振周波数は、内燃機関１００の機関回転数が５５００ｒｐｍであるときに発生する振動の周波数と同じになっており、１０～２０ｋＨｚの範囲内のいずれかの周波数になっている。ここで、上記の機関回転数（５５００ｒｐｍ）は、車両を急加速させようとする際に達し得る機関回転数として定められている。換言すれば、上記の機関回転数（５５００ｒｐｍ）は、車両が極めて稀な走行条件でなくても、当該車両の運転者のアクセルペダルの操作によって達し得る機関回転数として定められている。また、上記の凸部２５の共振周波数（１０～２０ｋＨｚ）は、機関回転数が５５００ｒｐｍであるときに、オイルパン２０において発生する振動数として定められており、実験やシミュレーション等によって予め求められたものである。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
オイルパン２０の内部のオイルの液面や液中には、気泡が生じることがある。このような気泡が潰れずに残存していると、ストレーナ４０に気泡が吸い込まれてオイルポンプ６０に気泡が供給されることがある。仮にオイルポンプ６０に気泡が供給されてしまうと、オイルポンプ６０において適切な吐出圧が得られなかったり、オイルポンプ６０からのオイルで動作する油圧機器が期待どおりに動作しなかったりする可能性がある。

本実施形態では、オイル貯留空間Ｘの内壁面から凸部２５が突出している。そして、凸部２５の共振周波数は、内燃機関１００が自立して運転を継続可能な機関回転数で発生する振動の周波数の範囲内になっている。そのため、内燃機関１００が駆動して内燃機関１００の機関回転数が所定の機関回転数（５５００ｒｐｍ）になると、その機関回転数で発生する振動の周波数が凸部２５の共振周波数と一致する。すると、凸部２５は、オイルパン２０の内部のオイルの中で振動する。このように凸部２５が振動すると、オイルパン２０の内部のオイルの液面が振動して、オイルの液面に存在する気泡がその衝撃で割れる。これにより、オイルの液面に生じた気泡が減少するため、オイルパン２０内のオイルの液面に多量の気泡が残存することは抑制できる。

ここで、内燃機関１００の機関回転数が大きくなるほど、クランクシャフトの回転によって駆動するオイルポンプ６０から内燃機関１００の各部に圧送されるオイル量が多くなる。このようにオイルポンプ６０から内燃機関１００の各部に圧送されるオイル量が多くなると、オイルパン２０の内部に貯留されるオイル量が少なくなる。すると、オイルパン２０の内部のオイルの液面が低下する。仮にオイルの液面の高さ位置が、ストレーナ４０の下端の高さ位置に近くなると、オイルの液面で生じている気泡がストレーナ４０に吸い込まれやすくなる。

本実施形態では、凸部２５は、オイルパン２０の底面２０ａから突出している。そのため、上記のようにオイルパン２０の内部に貯留されるオイル量が少なくなってオイルの液面位置が下側になっても、凸部２５の少なくとも基端側の一部はオイルの中に没している。これにより、オイルの液面の位置に拘わらず、凸部２５の振動をオイルに伝達できる。

また、凸部２５の共振周波数は、内燃機関１００の機関回転数が５５００ｒｐｍであるときに発生する振動の周波数に合わせてある。そして、上述したとおり、機関回転数が５５００ｒｐｍであるときには、内燃機関１００の負荷が高くてオイルパン２０の内部のオイルの液面が低下しがちである。つまり、本実施形態では、オイルパン２０の内部のオイルの液面が低下しやすくてストレーナ４０に気泡が吸い込まれやすい状況下において凸部２５が振動する。そのため、気泡の存在による悪影響が生じやすい状況下において、凸部２５の振動によって気泡を割ることができる。その一方で、例えば、内燃機関１００がアイドル運転状態である場合には、凸部２５は振動しにくいので、凸部２５の振動に起因して発生する音が運転者に異音として知覚されるおそれは低い。

ところで、例えば、車両の加減速時や車両の旋回時には、オイルパン２０の内部のオイルが移動してオイルパン２０の片側に偏ることがある。ここで、仮に、凸部２５が存在しないと、オイルパン２０の内部のオイルがオイルパン２０の片側に偏った場合に、ストレーナ４０の周囲のオイル量が一時的に少なくなることがある。すると、ストレーナ４０から多くの空気が吸い込まれてしまうおそれがある。

本実施形態では、凸部２５は、ストレーナ４０を外側から取り囲むように４つ配置されている。そのため、オイルパン２０の内部のオイルがオイルパン２０の片側に偏ろうとしても、その偏ろうとするオイルの流れが凸部２５によって妨げられる。したがって、ストレーナ４０の周囲には、一時的にオイルが貯められる。このようにオイルパン２０の内部においてオイルが偏ろうとしたときでも、ある程度の量のオイルをストレーナ４０の周囲に留めておくことができ、ストレーナ４０から空気が吸い込まれることを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、凸部の突出位置は変更できる。例えば、オイルパン２０の側面から凸部が突出していてもよい。また、例えば、オイル貯留空間Ｘを区画する内壁面の一つであるバッフルプレート３０の下面から凸部が突出していてもよい。これらの場合にも、凸部の少なくとも一部がオイルの内部に没していれば、凸部の振動がオイルに伝達される。なお、凸部は、オイルパン２０の内部に規定量のオイルが貯留されている状況下で、少なくとも一部がオイル内に没していることが好ましい。

・上記実施形態において、凸部の数は変更できる。例えば、凸部は、３つ以下でも、５つ以上でもよい。
・上記実施形態において、凸部の形状は変更できる。例えば、凸部は、棒状であってもよい。また、例えば、１つの凸部がストレーナ４０を外側から取り囲むように延びていてもよい。

・上記実施形態において、凸部とストレーナとの位置関係は変更できる。例えば、オイルパン２０の内部のオイル量が多く、オイルパン２０の内部のオイルの偏りの影響が小さいのであれば、凸部がストレーナ４０を外側から取り囲む必要はない。

・上記実施形態において、凸部の共振周波数は変更できる。例えば、内燃機関１００の構造や材質等によっては、同一の機関回転数であってもオイルパンに２０に生じる振動の周波数は変わり得る。したがって、凸部の共振周波数は、内燃機関１００の構造や材質等に応じて変更すればよい。

また、内燃機関１００の構造や材質等によっては、高負荷状態といえる機関回転数が異なる。また、凸部２５の共振周波数を、あまりにも高負荷な状態での機関回転数に応じて設計すると、凸部２５が振動する機会が少なくなる。したがって、内燃機関１００の高負荷状態であってある程度の頻度で生じ得る機関回転数に合わせて、凸部２５の共振周波数を設計することが好ましい。なお、本出願の出願時において市販されている乗用自動車において上記のような条件を満たす機関回転数としては、４０００ｒｐｍ～７０００ｒｐｍ程度である。また、この機関回転数で生じるオイルパン２０の振動は、１０～２０Ｈｚである。

・上記実施形態において、オイルポンプとして、クランクシャフトの回転を駆動源とするオイルポンプ６０に代えて、電動のオイルポンプを採用してもよい。電動のオイルポンプの場合であっても、一般的に内燃機関１００の機関回転数が大きくなるほど、オイルポンプから内燃機関１００の各部に圧送されるオイルの量が多くなる傾向がある。したがって、電動のオイルポンプであっても上記実施形態の技術思想を適用することは有効である。

Ｌ…軸線方向、Ｘ…オイル貯留空間、１１…ヘッドカバー、１２…シリンダヘッド、１３…シリンダブロック、１４…クランクケース、１５…チェーンケース、２０…オイルパン、２０ａ…底面、２５…凸部、３０…バッフルプレート、３１…挿通孔、４０…ストレーナ、５０…吸入管、６０…オイルポンプ、１００…内燃機関。

Claims (3)

1. オイルが貯留される有底箱形状のオイルパンと、前記オイルパンの内部のオイルを吸引して内燃機関の各部に圧送するオイルポンプと、前記オイルポンプから前記オイルパンの底面に向けて延びる吸入管と、前記吸入管の先端に取り付けられたストレーナとを備えている内燃機関のオイル貯留構造であって、
   前記オイルパンの内部におけるオイル貯留空間を区画する内壁面からは、凸部が突出しており、
   前記凸部の共振周波数は、前記内燃機関が自立して運転を継続可能な機関回転数で発生する振動の周波数の範囲内であって、１０～２０ｋＨｚの範囲内である
   内燃機関のオイル貯留構造。
2. 前記凸部は、前記オイルパンの底面から突出している
   請求項１に記載の内燃機関のオイル貯留構造。
3. 前記凸部は、前記ストレーナを外側から取り囲むように延びている
   請求項２に記載の内燃機関のオイル貯留構造。

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