JP7409907B2

JP7409907B2 - 単気筒内燃機関又はピストン同期昇降型多気筒内燃機関。

Info

Publication number: JP7409907B2
Application number: JP2020033447A
Authority: JP
Inventors: 将祐奥田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2024-01-09
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: JP2021134764A

Description

本発明は、単気筒内燃機関又はピストンが同期して昇降する多気筒内燃機関に関するものである。なお、単気筒内燃機関及び多気筒内燃機関とも、４サイクルと２サイクルとを含んでいる。

レシプロ式の内燃機関はピストンの往復動をクランク軸の回転に変換しているが、単気筒内燃機関では、ピストンの動きによってクランク室の圧力が変動する現象がある。４サイクル２気筒内燃機関では、一般に、２つの気筒の行程を３６０°ずらすことによって各回転ごとにクランク軸にトルクを付与しているが、この場合も、２つの気筒のピストンは同期して昇降するため、クランク室に圧力変動が発生する。

この圧力変動による弊害の一つとして、オイルパンに溜まったオイルの油面の変動があり、その対策として特許文献１には、オイルパンに貯油部を塞ぐバッフルプレートを設けて、このバッフルプレートに、クランク室の内圧が高くなると開く弁板を設けることが開示されている。

他方、機関の構造とは関係なくクランク室にブローバイガスが吹き抜ける問題があり、そこで、従来から、ＰＣＶ通路（ブローバイガス排出通路）を設けてブローバイガスをクランク室から排出すると共に、クランク室に新気を導入してオイルの劣化防止とブローバイガスの排出促進とを図っている。

ブローバイガスに含まれたオイルミストはオイルセパレータ室で分離しているが、オイルセパレータ室をヘッドカバーに設けることは広く行われており、この場合は、オイルミストが分離されたブローバイガスは、動弁室を巡った換気用新気と一緒にＰＣＶバルブを介して吸気系に還流していることが多い。

特開２００５－３２５７３７号公報

さて、単気筒内燃機関及びピストン同期昇降型４サイクル２気筒内燃機関においてもブローバイガスの排出と新気の導入は必要であるが、これらのタイプの内燃機関ではクランク室内で圧力変動があることから、圧力変動がＰＣＶ通路とクランク室用新気導入通路との両方に作用することになる。このため、圧力上昇時に新気が押し戻されたり、圧力低下時にブローバイガスがクランク室に吸い戻されたりして、ブローバイガスの排出と新気の導入とが不安定になるおそれがあった。

また、クランク室と動弁室とは、例えばタイミングチェーンを覆うフロントカバーとシリンダブロックとの間の空間を介して連通しているため、クランク室の空気が動弁室に行来することによってクランク室の圧力変動が緩和されているが、圧力変動が緩和されるとピストンの摺動抵抗はそのままポンピングロスになって燃費悪化の要因になっていた。

また、特許文献１について検討するに、クランク室の圧力上昇によって弁板が開くが、弁板が開くことによって貯油部の内圧も上昇するため、圧力変動がストレーナに作用して、オイルポンプによるオイルの吸い上げ量がピストンの動きに連動して変動すること（オイルの吐出に脈動が発生すること）も懸念される。

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ある。

本願発明は、単気筒内燃機関又はピストンが同期して昇降する多気筒内燃機関を対象にしており、この内燃機関は、
「シリンダブロックとその下面に固定されたオイルパンとで構成されたクランク室と、シリンダヘッドとその上面に固定されたヘッドカバーとで構成された動弁室と、
前記クランク室に新気導入ポートを介して新気を送る第１新気導入通路と、前記動弁室に新気を送る第２新気導入通路と、前記クランク室に吹き抜けたブローバイガスを前記動弁室に送る機関内蔵式のＰＣＶ通路と、前記動弁室からブローバイガスを排出する換気出口とを備えている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記クランク室は略密閉状態に保持されていると共に、前記オイルパンは貯油部がバッフルプレートによって略密閉状態に保持されて、前記貯油部とＰＣＶ通路とは空気が流れにくいオリフィス状の連通穴を介して連通しており、
前記バッフルプレートに、ピストンの下降動によってクランク室内の圧力が高くなると開く一方弁を設けて、前記第１新気導入通路及び第２新気導入通路に、それぞれ前記クランク室又は動弁室が負圧状態になると開く一方弁を設けており、
かつ、前記新気導入ポートと連通穴とは、クランク軸心方向を向いて前後両端に分かれて配置されている」
という特徴を備えている。

なお、本願発明において、クランク室及び貯油部は厳密な意味で密閉している必要はない。すなわち、ピストンの下降による圧力上昇によってバッフルプレートの一方弁が開く状態であればよく、動弁室等と多少連通していてもよい。

本願発明では、クランク室用の第１新気導入通路と動弁室用の第２新気導入通路とに一方弁を設けているため、新気が逆流することはなくて、クランク室が正圧になると、ブローバイガスが換気用新気と一緒にＰＣＶ通路から排出され、動弁室が正圧になると、ブローバイガスと換気用新気とは一緒に排出される。従って、ブローバイガス及び換気用新気がクランク室や動弁室に滞留したり新気導入通路に逆流したりすることはなくて、ブローバイガス及び換気用新気の排出を確実化できる。

また、バッフルプレートに流下したオイルは、特許文献１と同様に、ピストンが下降した圧力上昇時に貯油部に還流するが、ブローバイガスはオイルと一緒に貯油部に流入してＰＣＶ通路から排出されるため、貯油部の圧力変動を無くすか大幅に低減できる。これにより、オイルポンプの吸い上げに変動（脈動）が発生することを防止して、オイルの吐出圧を安定させることができる。

また、クランク室は略密閉されているため、バッフルプレートに設けた一方弁からの空気の排出量を調整することにより、クランク室に圧力変動が残るように設定できるが、ピストンの下降によって発生した正圧によってピストンの上昇をアシストし、ピストンの上昇によって発生した負圧によってピストンの下降をアシストすることができる。これにより、ピストンのポンピングロスを低減して燃費の向上に貢献できる。
さて、ＰＣＶ通路の下端の連通穴は面積が小さくて空気が流れるに際して抵抗が大きいため、ピストンが下降してクランク室の圧力が高くなっても、ピストンの下降によって発生したクランク室の圧力はその一部しか連通穴からは抜けず、クランク室に発生した圧力の大部分はクランク室に残る。このため、ピストンの上昇時には、クランク室の正圧によってピストン４の上昇がアシストされる。
逆に、ピストンが上昇すると第１一方弁が開いて新気がクランク室に流入するが、第１新気導入通路は小径で流れ抵抗が大きいため、ピストンが上昇しても流入する新気の量は僅かであり、ピストンの上昇によって発生した負圧は、その大部分がクランク室に残っている。従って、ピストンが下降するときに、その下降動が負圧によってアシストされる。従って、ピストンの上下動によって交互に発生する正圧と負圧がピストンの往復動をアシストして、ポンピングロスを低減できる。

実施形態の大まかな縦断側面図である。（Ａ）は図１のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図である。図２（Ｂ）と同じ方向から見た別例図である。

次に、本願発明を車両用内燃機関に適用した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、前後方向はクランク軸方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前、ミッションケースが配置される側を後ろとしている。

図１に示すように、内燃機関は、シリンダブロック１とその頂面に固定されたシリンダヘッド２とを主要要素とする機関本体を備えており、シリンダブロック１には２つのシリンダボア３が形成されて、各シリンダボア３にはそれぞれピストン４が摺動自在に嵌挿されている。シリンダヘッド２には、ペントルーフ形の凹所５が形成されている。

各ピストン４は、コンロッド６を介してクランク軸７に連結されている。クランク軸７は、その一端部と他端部に位置したメインジャーナル８と、両者の間に位置した中間ジャーナル９とを備えており、これらジャーナル８，９は、クランクキャップ１０介してシリンダブロック１に回転自在に保持されている。

また、クランク軸７は、２つのピストン４に対応した一対ずつのクランクアーム１１を備えており、一対のクランクアーム１１に設けたクランクピン１２にコンロッド６の大端部６ａが連結されて、コンロッド６の小端部６ｂはピストン４にピストンピン１３で連結されている。各クランクアーム１１には、ピストン４と反対方向にはみ出たカウンタウエイト１４を設けている。

シリンダブロック１の下面には、オイルを溜めるオイルパン１５が固定されている。すなわち、オイルパン１５の開口縁にフランジ１５ａを形成し、フランジ１５ａをシリンダブロック１の下面にボルト（図示せず）で固定しており、シリンダブロック１とオイルパン１５とで囲われた空間がクランク室１６になっている。

シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の前面には１枚のフロトンカバー１７が重ね固定されており、フロントカバー１７とシリンダブロック１及びシリンダヘッド２との間に形成された前部空間１８に、カム軸を駆動するタイミングチェーン（図示せず）が配置されている。また、シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー１９が重ね固定されており、ヘッドカバー１９で囲われた空間が動弁室２０になっている。なお、ヘッドカバー１９はフロントカバー１７の上面にも固定されている。実施形態では、前部空間１８はＰＣＶ通路を兼用している。

オイルパン１５には、貯油部２１を略密閉状態に仕切るバッフルプレート２２が固定されている。バッフルプレート２２は、油面に沿って広がる底部２２ａと、底部２２ａから立ち上がった壁部２２ｂとを有しており、壁部２２ｂの上端にフランジ２２ｃを設けて、このフランジ２２ｃをオイルパン１５のフランジ１５ａと一緒にシリンダブロック１の下面に共締めしている。

なお、バッフルプレート２２は、オイルパン１５の内周面に固定したり、オイルパン１５の内周面に形成した内向き段部の上面に固定したりしてもよい。更に、オイルパン１５の底部からボス部（支柱部）を突設して、このボス部にバッフルプレート２２の底部２２ａをボルトで固定することも可能である。

バッフルプレート２２の底部２２ａはその中央部に向けて緩く下向き傾斜しており、底部２２ａの略中央部にオイル落とし穴２３を空けて、オイル落とし穴２３をリード弁２４で下方から塞いでいる。リード弁２４は一方弁の一例であり、例えば板ばね製である。リード弁２４は、ヒンジ部２４ａを介して繋がった基部２４ｂを備えており、基部２４ｂがバッフルプレート２２の底部２２ａに溶接等で固定されている。オイル落とし穴２３及びリード弁２４は平面視四角形に形成しているが、円形などの他の形状であってもよい。

図３（Ａ）の別例ではリード弁２４を枠体２３ｂに取り付けており、図３（Ｂ）に示す別例では、枠体２３ｂに蝶番方式の一対のリード弁２４を観音開き状に配置している。図３（Ｂ）のリード弁２４は、ばねで閉じ方向に付勢されている。

クランク室１６はオイルパン１５によって密閉状態に保持されており、また、貯油部２１はバッフルプレート２２によって密閉されているが、オイルパン１５及びバッフルプレート２２に、貯油部２１と前部空間１８とに連通した連通穴２５を空けている。

そして、オイルパン１５及びバッフルプレート２２の後部に、クランク室１６に開口した新気導入ポート２６を設け、新気導入ポート２６に第１新気導入通路２７を接続している。第１新気導入通路２７には、クランク室１６が負圧になったら新気をクランク室１６に送り、逆流はしない第１一方弁２８を設けている。

他方、ヘッドカバー１９の下面にバッフルプレート１９ａを配置することによって内部空間２９を形成し、内部空間２９にオイルセパレータ通路と新気流路とを形成している。内部空間２９に、新気流路に連通した新気ポート３０を設けており、新気ポート３０に第２新気導入通路３１を接続し、第２新気導入通路３１に、負圧状態になると開く第２一方弁３２を配置している。新気流路に流入した新気は、小穴等を介して動弁室２０に噴出する。ブローバイガスから補集されたオイルミストも、バッフルプレート１９ａに設けた小穴から動弁室に滴下する。

また、ヘッドカバー１９に、換気出口となるＰＣＶバルブ３３を設け、ＰＣＶバルブ３３に還流通路３４を接続している。還流通路３４は、吸気マニホールド等の吸気系に接続されている。他方、新気導入通路２７，３１は、吸気通路のうちエアクリーナとスロットルバルブとの間の部位に接続されている。

以上の構成において、ピストン４が下降してクランク室１６の内圧が上昇すると、内圧の一部の仕事として、リード弁２４が開いてオイルとブローバイガスとが貯油部２１に流入し、ブローバイガスは連通穴２５から前部空間１８に流れ込んで、前部空間１８から動弁室２０を介して内部空間２９に流入し、吸気系が負圧になるとＰＣＶバルブ３３が開いてブローバイガスは還流通路３４から吸気系に還流する。

そして、ピストン４が下降してクランク室１６が正圧になっている状態では第１一方弁２８は閉じており、ピストン４が上昇してクランク室１６が負圧状態になると、第１一方弁２８は開いて新気がクランク室１６に流入する。

他方、ＰＣＶバルブ３３が閉じて動弁室２０が正圧になっている状態では、第２新気導入通路３１の第２一方弁３２は閉じて、ＰＣＶバルブ３３が開いて動弁室２０が負圧状態になると、第２新気導入通路３１の第２一方弁３２は開いて動弁室２０に新気が流入する。

連通穴２５は面積が小さいオリフィス状になっていて空気が流れるに際して抵抗が大きいため、ピストン４が下降してクランク室１６の圧力が高くなっても、ピストン４の下降によって発生したクランク室１６の圧力はその一部しか連通穴２５からは抜けず、クランク室１６に発生した圧力の大部分はクランク室１６に残る。このため、ピストン４の上昇時には、クランク室１６の正圧によってピストン４の上昇がアシストされる。

逆に、ピストン４が上昇すると第１一方弁２８が開いて新気がクランク室１６に流入するが、第１新気導入通路２７は小径で流れ抵抗が大きいため、ピストン４が上昇しても流入する新気の量は僅かであり、ピストン４の上昇によって発生した負圧は、その大部分がクランク室１６に残っている。従って、ピストン４が下降するときに、その下降動が負圧によってアシストされる。従って、ピストン４の上下動によって交互に発生する正圧と負圧がピストン４の往復動をアシストして、ポンピングロスを低減できる。

実施形態では一方弁としてリード弁を使用したが、ボール式等の他の構造の一方弁も使用できる。第１一方弁をオイルパン又はバッフルプレートに設け、第２一方弁をヘッドカバーに設けることも可能である。また、ＰＣＶ通路はシリンダブロック及びシリンダヘッドに形成してもよい。

本願発明は、単気筒内燃機関又は多気筒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シリンダヘッド
３シリンダボア
４ピストン
７クランク軸
１５オイルパン
１６クランク室
１８ＰＣＶ通路となる前部空間
１９ヘッドカバー
２０動弁室
２１貯油部
２２バッフルプレート
２５連通穴
２６新気導入ポート
２７第１新気導入通路
２８第１一方弁
３１第２新気導入通路
３２第２一方弁
３３ＰＣＶバルブ（換気出口）

Claims

単気筒内燃機関又は複数のピストンが同期して昇降する多気筒内燃機関であって、
シリンダブロックとその下面に固定されたオイルパンとで構成されたクランク室と、シリンダヘッドとその上面に固定されたヘッドカバーとで構成された動弁室と、
前記クランク室に新気導入ポートを介して新気を送る第１新気導入通路と、前記動弁室に新気を送る第２新気導入通路と、前記クランク室に吹き抜けたブローバイガスを前記動弁室に送る機関内蔵式のＰＣＶ通路と、前記動弁室からブローバイガスを排出する換気出口とを備えている構成において、
前記クランク室は略密閉状態に保持されていると共に、前記オイルパンは貯油部がバッフルプレートによって略密閉状態に保持されて、前記貯油部とＰＣＶ通路とは空気が流れにくいオリフィス状の連通穴を介して連通しており、
前記バッフルプレートに、ピストンの下降動によってクランク室内の圧力が高くなると開く一方弁を設けて、前記第１新気導入通路及び第２新気導入通路に、それぞれ前記クランク室又は動弁室が負圧状態になると開く一方弁を設けており、
かつ、前記新気導入ポートと連通穴とは、クランク軸心方向を向いて前後両端に分かれて配置されている、
単気筒内燃機関又はピストン同期昇降型多気筒内燃機関。