JP2006070795A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク室が各気筒間で複数に区画されている内燃機関においても、構成部品のコンパクト化とポンピングロスの低減を実現できる。
【解決手段】 スカート部２ａに各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロック２と、上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁３ｂを有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース３と、ロワケース３の下方に締結されクランク軸の軸方向に異なる深さの底面を有するオイルパン４とを備えた内燃機関において、区画された複数のクランク室のうちオイルパンの底面が浅い部分の上方に位置するクランク室間のみをシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路（２ｄ等）を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリンダブロックにロワケースあるいはクランクキャップを結合させてクランク軸を回転可能に支持するとともに複数の気筒の下方のスカート部内が各気筒間の隔壁によって複数のクランク室に区画されている内燃機関に関する。

自動車等に搭載される複数気筒を有する内燃機関には、直列に配置された複数の気筒（シリンダ）を有するシリンダブロックのスカート部にロワケースが結合され、ロワケースの下端部にオイルパンが結合されて構成されているものがある。そして、シリンダブロックおよびロワケースの各気筒間の隔壁にそれぞれ形成された軸受部を互いに結合させて、クランク軸を回転可能に支持する軸受が形成される。そして、複数の気筒の下方のスカート部内が各気筒間の隔壁によって複数のクランク室に区画されている。

そして、これら各クランク室の容積は、シリンダに嵌合されたピストンの変位に伴って変化する。そして、それに伴い、各クランク室内のガスが、ピストンの下降によって収縮されたクランク室からピストンの上昇によって拡張されたクランク室へ、ロワケースの隔壁とオイルパンに貯留されたオイルの油面との隙間を流通し、この隙間の流通抵抗によってポンピングロスが生じる。また、ガスが流通することにより、オイル内へ空気が混入して油圧低下を引き起こすおそれがある。このような不具合を防止するために、特許文献１に記載の内燃機関では、シリンダブロックおよびロワケースの各気筒間の隔壁に通気口を設けることが提案されている。そして、通気口を、ロワケースをシリンダブロックに結合するボルトとオーバーラップさせることによりシリンダブロックおよびロワケースのコンパクト化を図っている。
特開平１１−５０９０９号公報 特開昭６３−１１１２２１号公報

特許文献１に記載の内燃機関のように、シリンダブロックおよびロワケースの各気筒間の隔壁に、ロワケースをシリンダブロックに結合するボルトとオーバーラップさせて通気口を設けるのでは、強度の観点からは好ましくなく、十分な強度を確保するには通気口を小さくせざるを得ない。また、クランクシャフトのバランスウェイトがこの通気口を塞いでしまい通気口としての機能を十分に果たし難い。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クランク室が各気筒間で複数に区画されている内燃機関においても、構成部品のコンパクト化とポンピングロスの低減を実現できる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関にあっては、複数の気筒を有し、スカート部に各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロックと、当該シリンダブロックに締結され前記上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁を有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース又はクランクキャップと、前記ロワケース又はクランクキャップの下方に締結されクランク軸の軸方向に異なる深さの底面を有するオイルパンと、を備えた内燃機関において、前記区画された複数のクランク室のうち前記オイルパンの底面が浅い部分の上方に位置するクランク室間のみをシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を設けたことを特徴とする。

上部隔壁および下部隔壁にて各気筒間でクランク室が区画された内燃機関においては、各クランク室内のガスが、ピストンの下降によって収縮されたクランク室からピストンの上昇によって拡張されたクランク室へ、下部隔壁と、オイルパンの底面あるいはオイルパンに貯留されたオイルの油面との隙間を流通する。そして、この隙間が小さい場合には、ガスが流通する際の流通抵抗によってポンピングロスが生じる。一方、オイルパンの底面がクランク軸の軸方向に深さが異なっている場合には、通常下部隔壁の高さは同一であるので、浅い底面と下部隔壁との隙間の方が、深い底面と下部隔壁との隙間よりも小さい。つまり、浅い底面と下部隔壁との隙間を通過するガスの流通抵抗の方が、深い底面と下部隔壁との隙間を通過するガスの流通抵抗よりも大きくなり、その分ポンピングロスも大きくなる。

本発明に係る内燃機関にあっては、上部隔壁および下部隔壁にて区画された複数のクランク室のうちオイルパンの底面が浅い部分の上方に位置するクランク室間を連通させる連通通路が設けられているので、ポンピングロスが低減される。また、連通通路は、シリンダブロック外部を介して連通させるものであるので、シリンダブロック内部に連通通路を形成する場合と比べてシリンダブロック，ロワケース，クランクキャップなどの構成部品の高強度化あるいはコンパクト化を図ることができる。また、連通通路は、オイルパンの底面が浅い部分の上方に位置するクランク室間のみを連通させるものであるので、連通通路を設けることに起因する部品点数増、組立て工数増等を最小限に抑えることができる。

また、本発明に係る内燃機関にあっては、複数の気筒を有し、スカート部に各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロックと、当該シリンダブロックに締結され前記上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁を有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース又はクランクキャップと、前記ロワケース又はクランクキャップの下方に締結されるオイルパンと、を備えた内燃機関において、前記オイルパンから見て前記クランク軸のカウンタウェイトが当該オイルパン内部を通過した直後に進行する側とは反対側に、前記区画されたクランク室同士をシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を有することを特徴とする。

クランク室同士をシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を設けることによりポンピングロスを低減させることができるとともに構成部品のコンパクト化を図ることができるが、当該連通通路はシリンダブロック外部を介するものであるため、当該連通通路にクランク軸のカウンタウェイトによって撥ね上げられたオイルが溜まるおそれがある。

本発明に係る内燃機関にあっては、オイルパンから見てクランク軸のカウンタウェイトがオイルパン内部を通過した直後に進行する側とは反対側に、連通通路が設けられているのでかかる不具合を最小限に抑制することができる。

また、本発明に係る内燃機関にあっては、複数の気筒を有し、スカート部に各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロックと、当該シリンダブロックに締結され前記上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁を有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース又はクランクキャップと、前記ロワケース又はクランクキャップの下方に締結されるオイルパンと、を備えた内燃機関において、前記区画された複数のクランク室のうちピストンの位相がクランク軸回転角度１８０度異なる気筒の下方のクランク室同士をシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を有することを特徴とする。

このように構成された内燃機関においては、クランク室同士をシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を設けることによりポンピングロスを低減させることができる
とともに連通通路を設けることに起因する構成部品の低強度化あるいは大型化を抑制することができる。さらに、連通通路は、区画された複数のクランク室のうちピストンの位相がクランク軸回転角度１８０度異なる気筒の下方のクランク室同士を連通させるものであるので、ポンピングロスを最小にすることができる。

なお、上述した連通通路は、シリンダブロックのスカート部に設けられた連通孔とシリンダブロックの外部に形成された連通室により形成されることが好適である。また、前記連通通路は、シリンダブロックのスカート部の上部に設けられることが好適である。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関によれば、クランク室が各気筒間で複数に区画されている内燃機関においても、構成部品のコンパクト化とポンピングロスの低減を実現できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４個の気筒（第１気筒（＃１）、第２気筒（＃２）、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４））を直列に有するシリンダブロック２を有し、その下部に位置するスカート部２ａにロワケース３が結合される。また、ロワケース３の下面にはオイルパン４が結合される。

クランク軸５は図１に示した形状をしており、第１気筒（＃１）→第３気筒（＃３）→第４気筒（＃４）→第２気筒（＃２）→第１気筒（＃１）→…の順に１８０度クランク角（以下、「ＣＡ」という。）の等間隔で爆発行程を迎えるようになっている。つまり、爆発行程が１８０度ＣＡの位相差で等間隔に生じる。

図２に、図１のＡ−Ａ部の断面およびＢ−Ｂ部の断面を示した。Ａ−Ａ部は、第３気筒（＃３）のシリンダボア中心を通りクランク軸５の軸方向に直交する面で切断するものであり、Ｂ−Ｂ部は、第２気筒（＃２）のシリンダボア中心を通りクランク軸の軸方向に直交する面で切断するものである。

図１，図２に示すように、シリンダブロック２およびロワケース３の外壁２ｂ，３ａ、および各気筒間の隔壁２ｃ，３ｂにそれぞれ形成された軸受部を互いに結合させて、クランク軸５を回転可能に支持する軸受を形成している。また、シリンダブロック２の隔壁（上部隔壁）２ｃおよびロワケース３の隔壁（下部隔壁）３ｂにより、クランク室が複数に区画されている。

そして、これら各クランク室の容積は、ピストンの変位に応じて変化する。それゆえ、各クランク室内のガスは、ピストンの下降によって容積が減少したクランク室からピストンの上昇によって容積が拡大したクランク室へ、ロワケース３の隔壁３ｂ下方の隙間Ｖを流通する。

ここで、オイルパン４の底面の形状について説明すると、オイルパン４の下方に、例えば電動式パワーステアリング関連部品を設置することができるように、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）の下方のオイルパン４の深さは、第１気筒（＃１）および第２気筒（
＃２）の下方のオイルパン４の深さに比して浅くなっている。

それゆえ、図２に示した油面高さＳまでオイルパン４にオイルが貯留されているとすると、第１気筒（＃１）のクランク室と第２気筒（＃２）のクランク室の間の隙間Ｖは、ロワケース３の隔壁（下部隔壁）３ｂおよびオイルパン４に貯留されたオイル等によって形成された隙間であるのに対して、第３気筒（＃３）のクランク室と第４気筒（＃４）のクランク室の間の隙間Ｖは、ロワケース３の隔壁（下部隔壁）３ｂおよびオイルパン４等よって形成された隙間となり、第３気筒（＃３）のクランク室と第４気筒（＃４）のクランク室の間の隙間Ｖの方が狭い。

したがって、第４気筒（＃４）が爆発行程であると仮定すると、爆発行程である＃４のピストンの下降に起因して容積が減少する＃４の下方のクランク室から排気行程である＃３あるいは圧縮行程である＃２のピストンの上昇に起因して容積が拡大する＃３あるいは＃２の下方のクランク室へ流れるガスの流通抵抗は、吸気行程である＃１のピストンの下降に起因して容積が減少する＃１の下方のクランク室から圧縮行程である＃２あるいは排気行程である＃３のピストンの上昇に起因して容積が拡大する＃３あるいは＃２の下方のクランク室へ流れるガスの流通抵抗よりも大きくなる。そしてこの流通抵抗によりポンピングロスが生じてしまう。

また、第３気筒（＃３）が爆発行程であると仮定すると、爆発行程である＃３のピストンの下降に起因して容積が減少する＃３の下方のクランク室から圧縮行程である＃４のピストンの上昇に起因して容積が拡大する＃４の下方のクランク室へ流れるガスの流通抵抗は、吸気行程である＃２のピストンの下降に起因して容積が減少する＃２の下方のクランク室から排気行程である＃１のピストンの上昇に起因して容積が拡大する＃１の下方のクランク室へ流れるガスの流通抵抗よりも大きくなる。そして、この流通抵抗によりポンピングロスが生じてしまうとともに、＃２の下方のクランク室のガスに加えて＃３の下方のクランク室のガスが＃１の下方のクランク室へ流れようとするので、オイル内へ空気が混入して空気とオイルが混ざることに起因して生じる油圧低下およびクランク軸５のカウンタウェイトによるオイルかき上げに起因して生じる機械的損失が増加してしまう。

そこで、本実施例に係る内燃機関１においては、図１，図２に示すように、第３気筒（＃３）と第４気筒（＃４）のシリンダブロック２のスカート部２ａに、連通孔２ｄと、スカート部２ａから外側に向かって延出する連通室外壁２ｅを設けている。さらに、シリンダブロック２の外部からキャップ６をボルト等を用いて締結することにより、スカート部２ａの外壁，連通室外壁２ｅの内側，キャップ６で連通室２ｆを形成している。そして、連通孔２ｄおよび連通室２ｆが、第３気筒（＃３）の下方のクランク室と第４気筒（＃４）の下方のクランク室をシリンダブロック２外部を介して連通させる連通通路２ｇとして機能する。

これにより、第３気筒（＃３）あるいは第４気筒（＃４）の一方の気筒において、ピストンが上死点から下死点に移行するのに起因してクランク室の容積が減少する際には、当該クランク室内のガスが、隙間Ｖに加えて連通通路２ｇを介して、ピストンが下死点から上死点に移行する他方の気筒の下方のクランク室へ流れるので、流通抵抗が減少する。その結果、上述したポンピングロス，油圧低下および機械的損失を減少させることができる。

また、本実施例に係る内燃機関１においては、図２に示すように、クランク軸５の回転方向は＃１側から見て時計周り方向と同じであり、連通通路２ｇは＃１側から見てクランク軸５の軸心に対して右側に形成されている。つまり、オイルパン４から見てクランク軸５のカウンタウェイトが当該オイルパン４内部を通過した直後に進行する側とは反対側に
連通通路５ｇを設けている。このようにすることにより、クランク軸５のカウンタウェイトがオイルを撥ね上げても連通通路２ｇにオイルが入り込み難くすることができる。

また、連通通路２ｇはシリンダブロック２のスカート部２ａ上部に設けることが好適である。これにより、クランク軸５のカウンタウェイトが撥ね上げたオイル、あるいはクランク軸，コンロッドなどを潤滑した後にオイルパンに戻るオイルが連通通路２ｇに入り込み当該通路にオイルが溜まることを防止することができる。

また、本実施例に係る内燃機関１は４個の気筒を有するが、そのうちオイルパン４の深さが浅い部分の上方の気筒の下方のクランク室内のガスを他の気筒の下方のクランク室に流通させることができるように、第３気筒（＃３）と第４気筒（＃４）とを連通させる連通通路のみを設けている。これにより、連通通路を形成することに起因してシリンダブロック２の重量増、部品点数増、組立工数大となることを最小限に抑制することができる。

また、連通室外壁２ｅを、シリンダブロック２の剛性を確保するために必要となるリブを兼ねるように形成することにより、シリンダブロック２に連通室外壁２ｅを形成することに起因してシリンダブロック２の重量増となることを最小限に抑制することができる。例えば、図１に示すように、シリンダブロック２の剛性を確保するために必要となるリブ２ｈ上に連通室外壁２ｅを設ける、あるいは先に連通室外壁２ｅの形状を決定し、当該連通室外壁２ｅをリブとして利用することが好適である。

また、図１，図２に示した内燃機関１においては、連通室外壁２ｅをシリンダブロック２の外側に延出して形成して、スカート部２ａの外壁をも利用して連通通路２ｇを形成しているが、特にこの態様に限定されるものではない。例えば、図３，図４に示すように、シリンダブロック２のスカート部２ａに連通孔２ｄおよび締結用ねじ穴を設け、シリンダブロック２の外部から連通室２ｆを有する連通部材７をボルト等を用いて締結する。そして、連通孔２ｄおよび連通部材７内の連通室２ｆを、第３気筒（＃３）のクランク室と第４気筒（＃４）のクランク室をシリンダブロック２の外部で連通させる連通通路２ｇとして機能させてもよい。なお、シリンダブロック２にスタッドボルトを立てておき、当該スタッドボルトに連通部材７を通し、ナットで締結してもよい。

また、上記した連通通路２ｇはクランク室の内部に発生する圧力の脈動を吸収するための圧力緩衝室としても機能することから、その容積をできる限り大きくすることが好適であり、シリンダヘッドに取り付けられるインマニとシリンダブロック２との間隙を利用して、図５に示すようにできる限り大きな容積を確保することが好適である。また、このように連通室２ｆを連通孔２ｄよりも上側に設けることにより、連通通路２ｇにオイルが溜まり難くすることができる。

なお、連通通路２ｇは、区画された複数のクランク室のうちピストンの変位が１８０度ＣＡの位相差となる気筒の下方のクランク室同士を連通させるのが好適である。上記した内燃機関１は直列４気筒の内燃機関を例示しているが、例えば、図６に示すように、右バンクに第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第５気筒（＃５）、第７気筒（＃７）、左バンクに第２気筒（＃２）、第４気筒（＃４）、第６気筒（＃６）、第８気筒（＃８）を有するＶ型８気筒の内燃機関であって、図７（ａ）に示すように＃１→＃８→＃４→＃３→＃６→＃５→＃７→＃２→＃１→…の順に９０度ＣＡの等間隔で爆発行程を迎えるようになっている内燃機関である場合には、ピストンの変位が１８０度ＣＡの位相差となる＃１と＃７の下方のクランク室同士を連通させる連通通路および／または、＃３と＃５の下方のクランク室同士を連通させる連通通路を設けることが好適である。

また、＃１と＃７の下方のクランク室同士を連通させる連通通路と、＃３と＃５の下方
のクランク室同士を連通させる連通通路を設けることは、Ｖ型８気筒の内燃機関が、図７（ｂ）に示すように＃１→＃８→＃７→＃２→＃６→＃５→＃４→＃３→＃１→…の順に９０度ＣＡの等間隔で爆発行程を迎える仕様、図７（ｃ）に示すように＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２→＃１→…の順に９０度ＣＡの等間隔で爆発行程を迎える仕様、図７（ｄ）に示すように＃１→＃５→＃４→＃３→＃６→＃８→＃７→＃２→＃１→…の順に９０度ＣＡの等間隔で爆発行程を迎える仕様である場合にも、ピストンの変位が１８０度ＣＡの位相差となる気筒の下方のクランク室同士を連通させることとなるので、好適である。

なお、図６に示したＶ型８気筒の内燃機関においては、シリンダブロック２の隔壁２ｃに隔壁（下部隔壁）８ａを有するクランクキャップ８が締結されており、クランク軸を回転可能に支持している。そして、シリンダブロック２の隔壁２ｃとクランクキャップ８の隔壁８ａで、各気筒間でクランク室を区画している。かかる仕様の内燃機関においてもポンピングロスを抑えるために上述した連通通路を設けることが好適である。これは、直列４気筒など他の内燃機関についても同様であり、シリンダブロック２のスカート部の隔壁とともに各気筒間でクランク室を区画する隔壁を有するのがクランクキャップである場合でも上述した連通通路を設けることが好適である。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ部断面およびＢ−Ｂ部断面を示す図である。 図１に示す内燃機関とは異なる態様の連通通路を有する内燃機関の概略構成を示す図である。 図３のＡ−Ａ部断面を示す図である。 他の態様の連通通路の概略構成を示す図である。 Ｖ型８気筒の内燃機関に適用した場合の連通通路の態様を示した図である。 Ｖ型８気筒の内燃機関における爆発順序を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
２ａ スカート部
２ｃ 隔壁（上部隔壁）
３ ロワケース
３ｂ 隔壁（下部隔壁）
４ オイルパン
５ クランク軸
６ キャップ
７ 連通部材
８ クランクキャップ

Claims (5)

1. 複数の気筒を有し、スカート部に各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロックと、
   当該シリンダブロックに締結され前記上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁を有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース又はクランクキャップと、
   前記ロワケース又はクランクキャップの下方に締結されクランク軸の軸方向に異なる深さの底面を有するオイルパンと、
   を備えた内燃機関において、
   前記区画された複数のクランク室のうち前記オイルパンの底面が浅い部分の上方に位置するクランク室間のみをシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を設けたことを特徴とする内燃機関。
2. 複数の気筒を有し、スカート部に各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロックと、
   当該シリンダブロックに締結され前記上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁を有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース又はクランクキャップと、
   前記ロワケース又はクランクキャップの下方に締結されるオイルパンと、
   を備えた内燃機関において、
   前記オイルパンから見て前記クランク軸のカウンタウェイトが当該オイルパン内部を通過した直後に進行する側とは反対側に、前記区画されたクランク室同士をシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を有することを特徴とする内燃機関。
3. 複数の気筒を有し、スカート部に各気筒間でクランク室を区画する上部隔壁を有するシリンダブロックと、
   当該シリンダブロックに締結され前記上部隔壁とともにクランク室を区画する下部隔壁を有しクランク軸を回転可能に支持するロワケース又はクランクキャップと、
   前記ロワケース又はクランクキャップの下方に締結されるオイルパンと、
   を備えた内燃機関において、
   前記区画された複数のクランク室のうちピストンの位相がクランク軸回転角度１８０度異なる気筒の下方のクランク室同士をシリンダブロック外部を介して連通させる連通通路を有することを特徴とする内燃機関。
4. 前記連通通路は、シリンダブロックのスカート部に設けられた連通孔とシリンダブロックの外部に形成された連通室により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記連通通路は、シリンダブロックのスカート部の上部に設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。

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