JP7127416B2

JP7127416B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP7127416B2
Application number: JP2018150351A
Authority: JP
Inventors: 慶遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: JP2020026737A

Description

本発明は、内燃機関に関する。

車両が旋回する際に、内燃機関のオイルパンに貯留されているオイルが旋回時の遠心力によって片寄ることがある。このとき、オイルパンに設けられているオイルストレーナの吸入口がオイルの液面から露出すると、吸入口から空気が吸入されてオイルの吸入量が不足する場合がある。

特許文献１に開示されているオイルストレーナ及びオイルポンプでは、オイルが片寄った場合にオイルの吸入量を確保するため、オイルポンプに接続されたリターンパイプの開口をオイルストレーナの吸入口近傍に配置することによって、リターンパイプを介してオイルポンプから還流させたオイルをオイルストレーナの吸入口から吸入するように構成している。

特開２０００‐１７９３１９号公報

特許文献１に開示されているオイルポンプでは、還流させたオイルが再び吸入されるようにリターンパイプを配置する必要があった。さらに、リターンパイプを介してオイルを還流させるための余剰な吐出量を設定する必要があった。リターンパイプを介してオイルを還流させることなく、車両の旋回時において、オイルパンからオイルストレーナへのオイル吸入量を確保できる構成が求められていた。

上記課題を解決するための内燃機関は、クランクシャフトの延伸方向が車両の幅方向に沿うように車両に搭載される内燃機関であり、前記クランクシャフトとカムシャフトとの間で回転動力を伝達するタイミングチェーンと、前記クランクシャフトの延伸方向における一端側においてシリンダブロックに取り付けられており前記タイミングチェーンを覆うチェーンカバーと、内燃機関の潤滑油としてのオイルを貯留するオイルパンと、ポンプハウジング内に区画されている油室と、動力が入力される回転軸と、該回転軸と一体回転するロータと、を有しており、前記チェーンカバーの内部に配置されているオイルポンプと、前記オイルパンに貯留されているオイルを前記オイルポンプに供給する吸入管と、前記吸入管における前記オイルパン側の端部に取り付けられているストレーナと、前記シリンダブロックに設けられておりオイルを前記オイルパンに戻すオイル戻し通路と、を備え、前記オイルポンプは、前記回転軸と前記ロータとの間で前記回転軸と前記ロータとの少なくとも一方に前記回転軸の軸方向に沿った連通溝を有し、前記回転軸の軸方向における前記ポンプハウジングと前記ロータとの間の間隙と、前記連通溝と、を介して前記油室のオイルを前記オイルパンに戻すことが可能に構成されており、前記ストレーナに開口している吸入口と、前記オイル戻し通路が有する吐出口と、が前記クランクシャフトの延伸方向に対する前記シリンダブロックの中央位置よりも前記チェーンカバー側に設けられていることをその要旨とする。

内燃機関が搭載される車両が、例えばチェーンカバーが配置されている側とは反対側に旋回した場合、オイルパンに貯留されているオイルは、旋回時の遠心力によってチェーンカバー側に片寄る。この場合、上記構成では、ストレーナの吸入口が中央位置よりもチェーンカバー側に設けられているため、吸入口がオイルの液面から露出しにくい。これによって、ストレーナの吸入口から空気が吸入されることを抑制でき、オイルの吸入量を確保できる。

一方、チェーンカバーが配置されている側に車両が旋回した場合には、オイルは、旋回時の遠心力によってチェーンカバーが配置されている側とは反対側に片寄る。上記構成では、オイル戻し通路の吐出口が中央位置よりもチェーンカバー側に設けられている。したがって、オイル戻し通路を通過したオイルがチェーンカバー側に戻される。このため、遠心力によってチェーンカバーが配置されている側とは反対側にオイルが片寄るとしても、チェーンカバー側のオイルが確保されやすい。すなわち、オイルが片寄ることによるチェーンカバー側のオイルの不足を、オイル戻し通路からオイルパンに戻されるオイルによって補うことができる。これによって、ストレーナの吸入口がオイルの液面から露出することを抑制でき、吸入口からのオイルの吸入量を確保できる。

また、車両の旋回時の遠心力によってオイルポンプのロータが回転軸の軸方向における一方に押し付けられると、旋回方向側ではロータとポンプハウジングとの間の間隙が大きくなる。これによって油室から当該間隙にオイルが漏出しやすくなる。上記構成では、油室のオイルをオイルパンに戻すことが可能な連通溝を有している。すなわち、間隙と連通溝とを介して、オイルポンプの油室からオイルパンにオイルを戻すことができる。こうしたオイルポンプがチェーンカバー内部に配置されているため、オイルポンプから漏出したオイルは、チェーンカバー側に戻される。このようにオイルポンプから漏出したオイルによっても、オイルが片寄ることによるチェーンカバー側のオイルの不足を補うことができる。これによって、ストレーナの吸入口がオイルの液面から露出することを抑制でき、吸入口からのオイルの吸入量を確保できる。

すなわち、上記構成によれば、旋回時の遠心力によってオイルが片寄った場合に、その旋回方向に関わらずストレーナの吸入口からのオイルの吸入量を確保することができる。ストレーナの吸入口から空気が吸入されることを抑制できるため、空気が吸入されることに起因したオイルの気泡率の増加を抑制することができる。

内燃機関の一実施形態を示す模式図。同実施形態にかかる内燃機関が有するオイルポンプの断面図。同実施形態にかかる内燃機関をオイルパン側から見た正面図。同実施形態にかかる内燃機関が有するチェーンテンショナの断面図。

以下、内燃機関の一実施形態について、図１～図４を参照して説明する。
図１には、内燃機関１０を示している。内燃機関１０は、駆動軸であるクランクシャフト２１を備えている。クランクシャフト２１は、図１における左右方向に延伸している。クランクシャフト２１は、クランクケース１１に収容されている。内燃機関１０は、内燃機関１０の吸気バルブ及び排気バルブを開閉駆動するカムシャフト２２を備えている。図１では図示を省略しているが、内燃機関１０は、吸気バルブを駆動する吸気側のカムシャフト２２と、排気バルブを駆動する排気側のカムシャフト２２とを備えている。吸気バルブ及び排気バルブは、シリンダヘッド１３に設けられている。

内燃機関１０は、クランクシャフト２１の延伸方向が車両の幅方向に沿うように車両に搭載される。図１には、内燃機関１０が車両に搭載された場合における車両の幅方向である車幅方向と、鉛直上方と鉛直下方とを示す矢印を表示している。

内燃機関１０は、回転動力を伝達するタイミングチェーン２３を備えている。タイミングチェーン２３は、クランクシャフト２１に取り付けられているスプロケットと、後述する可変動弁機構２４に巻き付けられている。内燃機関１０は、タイミングチェーン２３を覆うチェーンカバー１７を備えている。チェーンカバー１７は、シリンダブロック１２に取り付けられている。チェーンカバー１７によって覆われている空間は、クランクケース１１内と連通している。チェーンカバー１７における鉛直下方側の底面は、シリンダブロック１２に近づくほど鉛直下方に位置するように傾斜した傾斜部を有している。

内燃機関１０は、クランクシャフト２１の回転角度に対するカムシャフト２２の相対的な回転角度を変更する可変動弁機構２４（以下、「ＶＶＴ２４」という。）を備えている。ＶＶＴ２４は、吸気側のカムシャフト２２と、排気側のカムシャフト２２のそれぞれに設けられている。ＶＶＴ２４には、ＶＶＴ２４へのオイルの給排を制御するオイルコントロールバルブ２５（以下、「ＯＣＶ２５」という。）が内蔵されている。ＯＣＶ２５は、カムシャフト２２の軸方向に変位可能なスプール弁と、スプール弁を収容するスリーブとを有している。ＯＣＶ２５には、オイルの給排態様として五つの形態が設定されている。また、スプール弁とスリーブとの間には、所定のクリアランスが設定されている。当該クリアランスは、ＯＣＶ２５からオイルの漏出が許容される大きさに設定されている。

クランクケース１１の鉛直下方には、内燃機関１０の潤滑油としてのオイルを貯留するオイルパン１４が取り付けられている。
内燃機関１０は、オイルパン１４に貯留されているオイルを内燃機関１０の各部に供給するためのオイルポンプ４０を備えている。オイルポンプ４０は、チェーンカバー１７内に配置されている。なお、チェーンカバー１７がオイルポンプ４０のハウジングの一部を構成している。

図２を参照してオイルポンプ４０について説明する。オイルポンプ４０は、クランクシャフト２１から動力が伝達される回転軸４２を備えている。図２には、回転軸４２の中心軸に沿った軸線Ｃ２を表示している。オイルポンプ４０は、インナーロータ４３とアウターロータ４５とを備える内接歯車型のオイルポンプである。インナーロータ４３及びアウターロータ４５は、ポンプハウジング４１に収容されている。インナーロータ４３は、回転軸４２と一体回転するロータである。アウターロータ４５は、インナーロータ４３の回転に伴って回転する。インナーロータ４３及びアウターロータ４５の回転によって、インナーロータ４３とアウターロータ４５との間に形成される油室４４の容積が変動する。オイルポンプ４０では、油室４４の容積が変動することによってオイルの吸引と排出とが行われる。

オイルポンプ４０では、軸線Ｃ２の延伸方向において、インナーロータ４３及びアウターロータ４５とポンプハウジング４１との間には、インナーロータ４３及びアウターロータ４５の回転を妨げないようにクリアランスが設定されている。

インナーロータ４３の内周面には、連通溝４３Ａが形成されている。連通溝４３Ａは、軸線Ｃ２と直交する方向に規定の深さを有する溝として形成されている。連通溝４３Ａは、軸線Ｃ２の延伸方向におけるインナーロータ４３の一端から他端までを連通するように形成されている。

オイルポンプ４０から排出されたオイルは、例えば、タイミングチェーン２３、カムシャフト２２、及びクランクシャフト２１等の駆動部分の潤滑に用いられる。また、オイルは、油圧を用いて作動するＶＶＴ２４のＯＣＶ２５や、後述するチェーンテンショナ３０に供給される。内燃機関１０の各部に供給されたオイルは、オイルパン１４に戻るように構成されている。例えば、チェーンカバー１７内に配置されているタイミングチェーン２３、ＯＣＶ２５、チェーンテンショナ３０、オイルポンプ４０等から飛散したオイルは、チェーンカバー１７の底面側に向けて落下する。こうして落下したオイルは、チェーンカバー１７の底面を経由してオイルパン１４に戻される、もしくは、直接オイルパン１４に落下する。また、図１に示すように、シリンダブロック１２には、オイルパン１４へオイルを案内するためのオイル戻し通路１６が形成されている。オイル戻し通路１６は、鉛直方向に延設されている。オイル戻し通路１６の鉛直下方側の端部には、オイルを排出する吐出口１６Ａが形成されている。

図１には、クランクシャフト２１の延伸方向におけるシリンダブロック１２の中央位置を通過する直線であり、鉛直方向に沿った中心線Ｃ１を表示している。オイル戻し通路１６の吐出口１６Ａは、中心線Ｃ１よりもチェーンカバー１７側に配置されている。

オイルポンプ４０には、吸入管４９を通じてオイルパン１４内のオイルが吸引される。吸入管４９のオイルパン１４側の端部には、オイルポンプ４０へと吸引されるオイル中に含まれる異物を除去するためのストレーナ４７が取り付けられている。ストレーナ４７は、オイルパン１４の内部に配置されている。ストレーナ４７には、オイルを吸引する吸入口４８が設けられている。吸入口４８は、オイルパン１４の底面に向かって開口している。吸入口４８が中心線Ｃ１よりもチェーンカバー１７側に位置するように、ストレーナ４７が配置されている。

図３には、オイルパン１４の底面側から見た内燃機関１０を示している。オイルパン１４は、図３における上方に膨出した拡張部１５を備えている。拡張部１５は、オイルパン１４において中心線Ｃ１よりもチェーンカバー１７側の方がオイルを貯留可能な容積が大きくなるように膨出して形成されている。

図１及び図４に示すように内燃機関１０は、タイミングチェーン２３の張力を調整するためのチェーンテンショナ３０を備えている。チェーンカバー１７内には、タイミングチェーン２３を案内するチェーンガイド５１が配置されている。チェーンテンショナ３０は、突出部３３の突出長さを変更することによってチェーンガイド５１を押圧する。これによって、タイミングチェーン２３の張力が調整される。チェーンテンショナ３０は、スプリング３４による突出部３３への付勢と突出部３３に作用する油圧とによって突出部３３の突出長さを変更することができる。図４には、突出部３３の突出方向を示す矢印を表示している。

チェーンテンショナ３０は、チェーンガイド５１に当接する突出部３３と、突出部３３を収容するテンショナハウジング３１とを有している。テンショナハウジング３１には、突出部３３を収容する収容孔の一部が拡径されたオイル導入隙３８が設けられている。オイル導入隙３８が形成されている範囲においては、テンショナハウジング３１の内周面と突出部３３の外周面とが接触していない。また、テンショナハウジング３１には、オイル導入隙３８に連通するようにオイル導入孔３７が形成されている。オイル導入孔３７を介してテンショナハウジング３１内にオイルが導入される。突出部３３には、オイル導入隙３８と連通するオイル孔３９が形成されている。オイル孔３９を介して突出部３３の内部にオイルが導入される。

チェーンテンショナ３０において、突出部３３の突出方向とは反対側には、テンショナハウジング３１と突出部３３によって区画された油圧室３２が設けられている。油圧室３２には、突出部３３を突出方向に付勢するスプリング３４が設けられている。油圧室３２には、油圧室３２と突出部３３の内部とを連通する孔を閉塞可能な弁体３６が設けられている。弁体３６は、突出部３３に取り付けられているリテーナ３５に収容されている。

突出部３３の外周面には、漏出溝３３Ａが形成されている。漏出溝３３Ａは、突出部３３の突出方向において突出部３３の一端から他端に亘って形成されている。漏出溝３３Ａは、チェーンテンショナ３０の機能を損なわない範囲で油圧室３２からオイルが漏出可能な深さの溝として形成されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
図１には、内燃機関１０が搭載される車両が旋回する場合の車両の旋回方向を表示している。図１における左側の方向を第１方向ＴＬとして、右側の方向を第２方向ＴＲとして表示している。また、以下では、「中心線Ｃ１よりもチェーンカバー１７側」のことをＴＣＣ側という。「中心線Ｃ１に対してチェーンカバー１７とは反対側」のことを反ＴＣＣ側という。

内燃機関１０を搭載する車両が第１方向ＴＬに旋回した場合、オイルパン１４に貯留されているオイルは、旋回時の遠心力によってＴＣＣ側に片寄る。図１には、このときのオイルの液面を第１液面ＳＬとして破線で表示している。

内燃機関１０では、ストレーナ４７の吸入口４８がＴＣＣ側に設けられている。このため、車両が第１方向ＴＬに旋回してオイルがＴＣＣ側に片寄った場合、図１に示すように、第１液面ＳＬが吸入口４８よりも鉛直上方になりやすい。すなわち、吸入口４８がオイルの液面から露出しにくい。これによって、ストレーナ４７の吸入口４８から空気が吸入されることを抑制でき、オイルの吸入量を確保できる。

一方、車両が第２方向ＴＲに旋回した場合には、オイルは、旋回時の遠心力によって反ＴＣＣ側に片寄る。図１には、このときのオイルの液面を第２液面ＳＲとして二点鎖線で表示している。第２液面ＳＲは、ＴＣＣ側に配置されているストレーナ４７の吸入口４８よりも鉛直下方になりやすい。すなわち、吸入口４８がオイルの液面から露出しやすい。この点、内燃機関１０では、オイル戻し通路１６の吐出口１６ＡがＴＣＣ側に設けられている。このため、オイル戻し通路１６を通過したオイルは、ＴＣＣ側に戻される。オイルパン１４におけるＴＣＣ側にオイルが戻されやすいため、第２方向ＴＲへの旋回時の遠心力によって反ＴＣＣ側にオイルが片寄るとしても、ＴＣＣ側のオイルが確保されやすい。すなわち、車両が第２方向ＴＲに旋回した場合にオイルが反ＴＣＣ側に片寄ることによるＴＣＣ側のオイルの不足を、オイル戻し通路１６からオイルパン１４に戻されるオイルによって補うことができる。これによって、ストレーナ４７の吸入口４８がオイルの液面から露出することを抑制でき、吸入口４８からのオイルの吸入量を確保できる。

また、車両が第２方向ＴＲに旋回した場合、旋回時の遠心力によってオイルポンプ４０のインナーロータ４３及びアウターロータ４５がポンプハウジング４１に押し付けられる。図２には、インナーロータ４３に作用する遠心力ＣＦを例示している。このように遠心力ＣＦが作用すると、ポンプハウジング４１とインナーロータ４３及びアウターロータ４５との間のクリアランスが一方向において拡大する。図２には、クリアランスが拡大した間隙を間隙Ｄ１として示している。ここで、オイルポンプ４０では、インナーロータ４３に連通溝４３Ａが形成されている。間隙Ｄ１と連通溝４３Ａとが連通すると、油室４４からオイルを漏出可能な漏出経路が形成される。なお、オイルポンプ４０からのオイルの漏出を抑制するオイルシールが設けられているとしても、間隙Ｄ１と連通溝４３Ａからなる漏出経路は、オイルシールを避けるようにオイルを漏出させることができる。オイルポンプ４０がチェーンカバー１７内部に配置されているため、オイルポンプ４０から漏出したオイルは、ＴＣＣ側に戻される。このようにオイルポンプ４０から漏出したオイルによっても、車両が第２方向ＴＲに旋回した場合にオイルが反ＴＣＣ側に片寄ることによるＴＣＣ側のオイルの不足を補うことができる。これによって、ストレーナ４７の吸入口４８がオイルの液面から露出することを抑制でき、吸入口４８からのオイルの吸入量を確保できる。

さらに、内燃機関１０では、ＶＶＴ２４のＯＣＶ２５から漏出したオイルがＴＣＣ側に戻される。また、チェーンテンショナ３０に漏出溝３３Ａが設けられていることによって漏出溝３３Ａを介してオイルが漏出しやすい。そして、チェーンテンショナ３０から漏出したオイルはＴＣＣ側に戻される。このように内燃機関１０は、ＴＣＣ側にオイルが戻されやすい。これによって、車両が第２方向ＴＲに旋回した場合に、ストレーナ４７の吸入口４８がオイルの液面から露出することを抑制でき、吸入口４８からのオイルの吸入量を確保できる。

また、オイルパン１４が拡張部１５を備えていることによって、オイルを貯留可能な容積がＴＣＣ側の方が大きくなっている。オイルパン１４では、より多くのオイルをＴＣＣ側に貯留することができるため、車両が第２方向ＴＲに旋回してオイルが反ＴＣＣ側に片寄ったとしても、ＴＣＣ側のオイルが確保されやすい。これによって、車両が第２方向ＴＲに旋回した場合に、ストレーナ４７の吸入口４８がオイルの液面から露出することを抑制でき、吸入口４８からのオイルの吸入量を確保できる。

以上のように内燃機関１０によれば、旋回時の遠心力によってオイルが片寄った場合に、その旋回方向に関わらずストレーナ４７の吸入口４８からのオイルの吸入量を確保することができる。ストレーナ４７の吸入口４８から空気が吸入されることを抑制できるため、空気が吸入されることに起因したオイルの気泡率の増加を抑制することができる。

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。
・上記実施形態では、内燃機関１０を搭載する車両が第１方向ＴＬに旋回した場合に旋回時の遠心力によってオイルが片寄る側にチェーンカバー１７を設けている。車両が第２方向ＴＲに旋回した場合にオイルが片寄る側にチェーンカバー１７を設けてもよい。すなわち、図１における左側にチェーンカバー１７が設けられていてもよい。この場合でも、吸入口４８が中心線Ｃ１よりもチェーンカバー１７側に位置するようにストレーナ４７を配置し、吐出口１６Ａが中心線Ｃ１よりもチェーンカバー１７側に位置するようにオイル戻し通路１６を設けることによって、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

・上記実施形態では、インナーロータ４３に連通溝４３Ａを形成しているが、間隙Ｄ１と連通することによって漏出経路を形成可能な溝を回転軸４２に設けてもよい。また、インナーロータ４３及び回転軸４２に溝を形成することもできる。

・インナーロータ４３に複数本の連通溝４３Ａを形成してもよい。
・上記実施形態では、突出部３３の外周面に漏出溝３３Ａを形成しているが、テンショナハウジング３１の内周面に溝を形成することによってチェーンテンショナ３０からオイルを漏出可能にしてもよい。また、突出部３３の外周面及びテンショナハウジング３１の内周面に溝を形成することもできる。

・上記実施形態では、突出部３３の一端から他端に亘って漏出溝３３Ａを形成した。漏出溝３３Ａは、突出部３３の一部分に設けられていてもよい。例えば、油圧室３２からオイル孔３９までの範囲にのみ漏出溝を形成してもよい。この場合でも、漏出溝を介して油圧室３２からオイルを漏出させやすくなる。

・オイルパン１４の形状は、オイルを貯留可能な容積がＴＣＣ側の方が大きくなっているのであれば、図３に例示した形状に限られるものではない。

１０…内燃機関、１１…クランクケース、１２…シリンダブロック、１３…シリンダヘッド、１４…オイルパン、１５…拡張部、１６…通路、１６Ａ…吐出口、１７…チェーンカバー、２１…クランクシャフト、２２…カムシャフト、２３…タイミングチェーン、２４…可変動弁機構（ＶＶＴ）、２５…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、３０…チェーンテンショナ、３１…テンショナハウジング、３２…油圧室、３３…突出部、３３Ａ…漏出溝、３４…スプリング、３５…リテーナ、３６…弁体、３７…オイル導入孔、３８…オイル導入隙、３９…オイル孔、４０…オイルポンプ、４１…ポンプハウジング、４２…回転軸、４３…インナーロータ、４３Ａ…連通溝、４４…油室、４５…アウターロータ、４７…ストレーナ、４８…吸入口、４９…吸入管、５１…チェーンガイド。

Claims

クランクシャフトの延伸方向が車両の幅方向に沿うように車両に搭載される内燃機関であり、
前記クランクシャフトとカムシャフトとの間で回転動力を伝達するタイミングチェーンと、
前記クランクシャフトの延伸方向における一端側においてシリンダブロックに取り付けられており前記タイミングチェーンを覆うチェーンカバーと、
内燃機関の潤滑油としてのオイルを貯留するオイルパンと、
ポンプハウジング内に区画されている油室と、動力が入力される回転軸と、該回転軸と一体回転するロータと、を有しており、前記チェーンカバーの内部に配置されているオイルポンプと、
前記オイルパンに貯留されているオイルを前記オイルポンプに供給する吸入管と、
前記吸入管における前記オイルパン側の端部に取り付けられているストレーナと、
前記シリンダブロックに設けられておりオイルを前記オイルパンに戻すオイル戻し通路と、を備え、
前記オイルポンプは、前記回転軸の外周面から前記回転軸の軸方向に直交する方向に規定の深さを有するとともに前記回転軸の軸方向に沿った連通溝、及び前記ロータの内周面から前記回転軸の軸方向に直交する方向に規定の深さを有するととともに前記回転軸の軸方向に沿った連通溝、の少なくとも一方の連通溝を有し、前記回転軸の軸方向における前記ポンプハウジングと前記ロータとの間の間隙と、前記連通溝と、を介して前記油室のオイルを前記オイルパンに戻すことが可能に構成されており、
前記ストレーナに開口している吸入口と、前記オイル戻し通路が有する吐出口と、が前記クランクシャフトの延伸方向に対する前記シリンダブロックの中央位置よりも前記チェーンカバー側に設けられている
内燃機関。