JP2007187133A - ドライサンプ式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ドライサンプ式エンジンにおいて、クランク室からのオイルの排出を促進する。
【解決手段】オイルタンク３とクランク室２とを連結する第二連通路２６と、当該第二連通路２６に設置されピストン５の上昇時にのみ開くようにされた脱気弁２７と、を備え、且つオイルタンク３を閉塞状態とする。ピストン５の上昇に伴ってクランク室２内とオイルタンク３内とが減圧され、これによって第一連通路２３を通じてクランク室２内のオイルがオイルタンク３内に排出される。
【選択図】図３

Description

本発明は、クランク室とオイルタンクとの間を連結し、両者の間でオイルを移動させるようにしたドライサンプ式エンジンに関する。

クランク室とオイルタンクとの間を連結してなるドライサンプ式エンジンが種々提案されている。例えば特許文献１のエンジンは、クランク室下部にオイル溜まりを設け、このオイル溜まりの出口に、クランク室の圧力が高いときに開くリード弁を設けている。この装置では、ピストン下降時のクランク室の正圧によって、オイル溜まり内のオイルが、リード弁を通じてオイルタンクに排出される。

特開２０００−８７７１４号公報

しかしながら、この特許文献１の構成は、クランク室内の正圧を利用してクランク室内のオイルを外部に排出するものであるところ、低回転低負荷時にはクランク室内の圧力が比較的低いため、オイルの排出が不十分となる。また、低温始動時にはオイルの粘度が高いためバルブの開閉の障害となる場合がある。

そこで本発明の目的は、クランク室とオイルタンクとの間を連結し、両者の間でオイルを移動させるようにしたドライサンプ式エンジンにおいて、クランク室からのオイルの排出を促進できる新規な手段を提供することにある。

本発明のドライサンプ式エンジンは、シリンダの下部に閉塞状態で画成されピストンの上下動に伴い圧力変動を繰り返すクランク室と、前記クランク室とオイルタンクとの間を連結する第一連通路と、を備えたドライサンプ式エンジンであって、前記オイルタンクと前記クランク室とを連結する第二連通路と、当該第二連通路に設置され前記ピストンの上昇時に開くようにされた脱気弁と、を更に備え、且つ前記オイルタンクを閉塞状態としたことを特徴とする。

本発明では、オイルタンクとクランク室とを連結する第二連通路と、当該第二連通路に設置されピストンの上昇時に開くようにされた脱気弁と、を備え、且つオイルタンクを閉塞状態としたので、ピストンの上昇に伴ってクランク室内とオイルタンク内とが減圧され、これによって第一連通路を通じてクランク室内のオイルがオイルタンク内に排出される。したがって、クランク室からのオイルの排出を促進することができる。

本発明における第二連通路は、気液分離手段を有することが望ましい。例えば、第二連通路の吸入口を、オイルタンクにおけるオイル面よりも高い位置に配置することにより、簡易な構成によって所期の効果を得ることができる。

本発明において第二連通路に設けられる脱気弁は、ピストンの上昇時に開くようにされた弁機構であればどのようなものでも採用でき、カム機構などによって駆動される機械式のものであっても、あるいは電気的に駆動される電動式のものであってもよい。しかしながら、脱気弁をオイルタンクからクランク室に向かう流れを許容する一方向弁とすれば、簡易な構成によって所期の効果を得ることができる。

好ましくは、前記第一連通路の排出口は、前記オイルタンクにおけるオイル面よりも高い位置に配置されている。

好ましくは、前記第一連通路には、前記ピストンの下降時に開くようにされたオイル排出弁が設けられている。

好ましくは、前記オイル排出弁は、前記クランク室から前記オイルタンクに向かう流れを許容する一方向弁である。

本発明に係るドライサンプ式エンジンは、前記第一連通路における前記オイル排出弁よりもオイルタンク側に形成されたオイル貯留部と、当該オイル貯留部に連通した新気導入路と、を更に備えていてもよい。この場合には、オイルタンク内が減圧されているときに、これによって、新気導入路を通じオイル貯留部を経由して新気を導入することが可能になる。

好ましくは、前記新気導入路はシリンダヘッドの内部に連通しており、当該新気導入路を経由してシリンダヘッドからのオイルが前記オイル貯留部に移動可能にされている。この場合には、好ましくは、前記新気導入路は、オイルの逆流を抑制する逆流抑制手段を有する。逆流防止手段はオイルの逆流を抑制できるような多様な変形を採用できるが、バルブとしてもよく、段部としてもよい。

本発明に係るドライサンプ式エンジンは、好ましくは、前記クランク室と吸気経路とを結ぶブローバイガス還元通路を更に備える。また、このブローバイガス還元通路は、好ましくは圧力制御弁を有する。

本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の実施形態に係るドライサンプ式エンジン１は、不図示の燃料噴射弁を有する４サイクルガソリンエンジンであり、クランク室２と、オイルタンク３とを備えている。図１は１つのシリンダ４のみを図示しているが、エンジン１は４つのシリンダ４を有する。各シリンダ４にはピストン５が上下動自在に配置され、ピストン５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。

エンジン１のシリンダヘッド８ａには、吸気バルブ９および排気バルブ１０がセットされており、これらバルブ９，１０はカムシャフト１１，１２により駆動されて、吸気ポート１３及び排気ポート１４を開閉する。吸気ポート１３に連通された吸気経路には、その上流側からエアクリーナ１５、スロットル弁１６およびサージタンク１７が設置されている。

クランク室２は、シリンダ４の下部に閉塞状態で画成されている。すなわち、クランク室２は、オイルをその下部に液密状態に貯留することができると共に、ピストンリングとシリンダ４との微小間隙や後述する第二連通路２６等を通じてその外部に連通されてはいるものの、ピストン５の上下動に伴って十分に圧力変動を生じうる閉じた空間として形成されている。クランク室２は、シリンダ４ごとに１つずつ、互いに独立して画成されている。

オイルタンク３は、クランク室２の外部に閉塞状態で画成されている。すなわち、オイルタンク３は、オイルをその下部に液密状態に貯留することができると共に、後述する第一連通路２３及び第二連通路２６等を通じてその外部に連通されてはいるものの、第二連通路２６を通じた吸引に伴って十分に圧力変動を生じうる閉じた空間として形成されている。エンジン１は単一のオイルタンク３を有し、オイルタンク３は４つのシリンダ４について共通である。オイルタンク３は不図示のオイルポンプに接続されており、オイルタンク３に回収されたオイルは当該オイルポンプによりエンジン１の所定の潤滑点に給送される。

クランク室２の下部には、単一のオイル貯留部２１が形成されている。オイル貯留部２１は４つのシリンダ４について共通であり、クランク軸７に平行な方向を長手とした概ね函状の内部形状を有する。各クランク室２とオイル貯留部２１との間には、オイル排出弁２２が設置されている。オイル排出弁２２は一方向弁であり、クランク室２内の圧力が相対的に低い場合、及びクランク室２内の圧力がオイル貯留部２１内の圧力と所定範囲内で一致している状態では閉塞状態にあるが、クランク室２内の圧力がオイル貯留部２１内の圧力よりも上記所定範囲を超えて高くなった場合に開状態すなわち連通状態になるようにされている。オイル排出弁２２には、例えばその閉塞状態を弁体の弾性復帰力によって実現する周知のリードバルブを用いるのが好適である。

オイル貯留部２１には、第一連通路２３および新気導入路２４が連結されている。第一連通路２３は、クランク室２とオイルタンク３との間を、オイル貯留部２１を経て連通させている。図２に示されるように、第一連通路２３は、断面が略長円形の管体であり、クランク室２の形状に沿って略弧状に湾曲している。第一連通路２３の排出口２３ａは、オイルタンク３におけるオイル面（好ましくは、想定されるオイル面の最高位置）よりも高い位置に配置されている。第一連通路２３の排出口２３ａには、第一連通路２３の延長上に交差するように、湾曲した板状の舌片２３ｂが設置されている。舌片２３ｂの先端は、オイルタンク３の壁面に当接し、または固定されている。なお、図１においては理解の容易のため、舌片２３ｂの先端はオイルタンク３の壁面から離して描かれている。

新気導入路２４は、シリンダ４を画成する不図示のシリンダブロック、及びクランク室２を画成する不図示のクランクケースを通じて開けられた通孔であり、その上端はシリンダヘッド８ａ内の空室内に開口している。シリンダヘッド８ａ内の空室の上面を画成するヘッドカバー８ｂは、ブリーザパイプ３２によって、吸気通路内のエアクリーナ１５とスロットル弁１６との間に接続されている。新気導入路２４は、ブリーザパイプ３２からの新気をクランク室２内に導入する経路と、シリンダヘッド８ａ内のオイルをオイルタンク３に還元するためのオイル落とし孔とを兼ねている。

第一連通路２３の吸入口は、オイル貯留部２１の底面に沿って開口している。新気導入路２４の排出口は、第一連通路２３の吸入口よりも高い位置であって、オイル貯留部２１の上端部の近傍に開口している。

オイルタンク３の上部には、オイルタンク３とクランク室２との間を液密に区画する隔壁２５が設置されている。隔壁２５に設けられた開口部から、クランク室２に設けられた排出口２ａまでの領域は、第二連通路２６とされている。隔壁２５の開口部には、脱気弁２７が設置されている。脱気弁２７は一方向弁であり、クランク室２内の圧力が相対的に高い場合、及びクランク室２内の圧力がオイルタンク３内の圧力と所定範囲内で一致している状態では閉塞状態にあるが、クランク室２内の圧力がオイルタンク３内の圧力よりも上記所定範囲を超えて低くなった場合に開状態すなわち連通状態になるようにされている。脱気弁２７には、例えば上記オイル排出弁２２と同様のリードバルブを用いるのが好適である。

隔壁２５の上部側には、第二連通路２６とその上部とを液密に画成する隔壁２０，２８が形成されている。隔壁２８に設けられた開口部には、ブローバイガス逆流防止弁２９が設置されており、その上部側には、ブローバイガス還元通路３０の一端が接続されている。ブローバイガス還元通路３０の他端部は、吸気通路におけるサージタンク１７よりも下流側の吸気マニホールド近傍に接続されている。ブローバイガス還元通路３０には、圧力制御弁３１が設置されている。圧力制御弁３１はブローバイガス還元通路３０の流量の上限を設定する。

ブローバイガス逆流防止弁２９は一方向弁であり、クランク室２内の圧力が相対的に低い場合、及びクランク室２内の圧力がオイルタンク３内の圧力と所定範囲内で一致している状態では閉塞状態にあるが、クランク室２内の圧力がブローバイガス還元通路３０内の圧力よりも上記所定範囲を超えて高くなった場合に開状態すなわち連通状態になるようにされている。ブローバイガス逆流防止弁２９には、例えば上記オイル排出弁２２と同様のリードバルブを用いるのが好適である。ブローバイガス逆流防止弁２９は、クランク室２内の想定されるオイル面よりも高い位置に設置するのが好適である。

以上のとおり構成された本実施形態の動作について説明する。本実施形態では、クランク室２は上述のとおり閉塞状態で画成されているため、ピストン５の上下動に伴い圧力変動を繰り返す。

ピストン５の上昇時には、図３に示されるように、ピストン５の上昇に伴うクランク室２の容積増大によって、クランク室２内が減圧される。この減圧の結果、脱気弁２７が開かれ、オイルタンク３内の上部の空間が減圧される。これによって、オイル貯留部２１及び第一連通路２３内に存在するオイルとガスとが、第一連通路２３を通じて吸引され（矢印ａ）、排出口２３ａからオイルタンク３内のオイル面より上の空間に吐出される。

そして、ガスは第二連通路２６を経由してクランク室２内に吸引され（矢印ｂ）、オイルは自重で下降する（矢印ｃ）。排出口２３ａに設けられている舌片２３ｂは、オイルに対する障害物として作用し、オイルの飛散を抑制してこれを下向きに誘導する。舌片２３ｂの先端部はオイルタンク３の壁面に当接または固定されているので、オイルがオイルタンク３の壁面に付着・流下することでその滴下が抑制され、オイルとガスの混合が抑制される。

また、オイル貯留部２１内の減圧の結果、ブリーザパイプ３２及び新気導入路２４から、オイル貯留部２１に、オイルと共に新気が導入される（矢印ｄ、矢印ｅ）。これらの動作の間、オイル排出弁２２およびブローバイガス逆流防止弁２９は閉じている。

ピストン５の下降時には、図４に示されるように、ピストン５の下降に伴うクランク室２の容積減少によって、クランク室２内が昇圧される。この昇圧の結果、オイル排出弁２２が開かれ、クランク室内のオイルとガスとがオイル貯留部２１内に排出される（矢印ｆ）。また、ブローバイガス逆流防止弁２９が開かれ、ガスがブローバイガス還元通路３０を通じて、吸気通路内に排出される（矢印ｇ、矢印ｈ）。

また、高負荷・高回転運転時には、ピストンリングとシリンダ４との間からクランク室２内に侵入するブローバイガス量が増大するので、クランク室２内の圧力が更に高まる。このため、図５に示されるように、オイル排出弁２２が開かれ、クランク室内のオイルとガスとが、オイル貯留部２１内に排出されると共に、それらの一部がオイル貯留部２１から第一連通路２３を通じてオイルタンク３内に吐出され（矢印ｉ）、他の一部が新気導入路２４を逆流しようとする（矢印ｊ）。ここで、新気導入路２４はその排出口をオイル貯留部２１の上部に設けたので、オイル貯留部２１の側壁面のうち新気導入路２４の排出口を囲む段部２１ａがオイルの逆流に対する障害物として作用し、オイルの逆流が抑制される。

以上のとおり、本実施形態では、オイルタンク３とクランク室２とを連結する第二連通路２６と、当該第二連通路２６に設置されピストン５の上昇時にのみ開くようにされた脱気弁２７と、を備え、且つオイルタンク３を閉塞状態としたので、ピストン５の上昇に伴ってクランク室２内とオイルタンク３内とが減圧され、これによって第一連通路２３を通じてクランク室２内のオイルがオイルタンク３内に排出される。したがって、クランク室２からのオイルの排出を促進することができる。

また本実施形態では、第二連通路２６の吸入口（隔壁２５の開口部）を、オイルタンク３におけるオイル面よりも高い位置に配置したので、簡易な構成によってオイルとガスとを分離することができ、クランク室２内へのオイルの再侵入を抑制することができる。また、第一連通路２３の排出口２３ａに、第一連通路２３の軸線上に交差するように舌片２３ｂを設置したので、オイルとガスとの分離を更に促進することができる。

また本実施形態では、脱気弁２７をオイルタンクからクランク室に向かう流れのみを許容する一方向弁としたので、簡易な構成によって所期の効果を得ることができる。

また本実施形態では、第一連通路２３の排出口２３ａを、オイルタンク３におけるオイル面よりも高い位置に配置したので、簡易な構成によってオイルタンク３からオイル貯留部２１へのオイルの逆流を抑制することができる。

また、本実施形態では、オイル貯留部２１に連通した新気導入路２４を設けたので、オイルタンク３内が減圧されているときに、新気導入路２４を通じて新気を導入することが可能になる。したがって、クランク室２内に滞留するブローバイガスに起因した機関の劣化を抑制し、その耐久性を向上することが可能になる。

また、本実施形態では新気導入路２４がシリンダヘッドからのオイル落とし孔を兼ねることとしたので、新気導入路の設置に伴うエンジン１のサイズの増大を抑制できる。

また本実施形態では、クランク室２と吸気経路とを結ぶブローバイガス還元通路３０を設けたので、このブローバイガス還元通路３０を通じたブローバイガスの排出によって機関の劣化を更に抑制することが可能になる。また、このブローバイガス還元通路３０に圧力制御弁３１を設けたので、ブローバイガスの過剰な還元に起因した空燃比の変動を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、上記実施形態では、第二連通路２６に設けられる脱気弁２７、およびクランク室２からのオイル排出経路中に設けられるオイル排出弁２２として、一方向弁を採用したが、本発明における脱気弁およびオイル排出弁としては、ピストンの上昇時（あるいは下降時）に開くようにされた弁機構であればどのようなものでも採用でき、たとえば、カム機構などによって駆動される機械式のもの、ロータリソレノイド等によって電気的に駆動される電動式のもの、あるいは油圧式のものであってもよい。電動式あるいは油圧式の弁機構を採用する場合には、その開閉を制御するタイミングはクランク軸７の角度を検出するクランク角センサ（不図示）の検出値に基づいて決定してもよいし、クランク室２内あるいはオイルタンク３内の実際の圧力あるいはそれらの推定値に基づいて決定しても良い。

また、上記実施形態では、オイルタンク３からクランク室２内へのオイルの再侵入を防止するための気液分離手段として、第二連通路の吸入口（隔壁２５の開口部）をオイルタンク３におけるオイル面よりも高い位置に配置する構造と、第一連通路２３の吐出口に設けられた舌片２３ｂとを採用したが、この気液分離手段としては、オイルタンク３からクランク室２までの経路中に配置されるオイルミストの付着を促進するための突起やメッシュ層などの各種の障害物あるいは迂回路など、各種の構成を採用することができる。

また、上記実施形態では新気導入路２４におけるオイルの逆流を抑制する逆流抑制手段として、オイル貯留部２１の側壁面のうち新気導入路２４の排出口を囲む部分によって形成される段部を採用したが、逆流防止手段はオイルの逆流を抑制できるような多様な変形を採用できる。例えば、図６に示されるように、新気導入路２４の排出口をその断面積が端部に向けて漸増するように拡張し、その底部をオイル貯留部２１の底面に連なるスロープ２４ａとしてもよく、この場合にはスロープ２４ａに起因するオイル付着面積の拡張およびオイルの自重による下降の促進によって、新気導入路２４を通じたオイルの逆流を抑制できる上、上記実施形態のように段部２１ａの下部の隅部にオイルが滞留するおそれがある構造に比較して、オイルの排出を促進することができる。また、図７に示すように、新気導入路２４の排出口をオイル貯留部２１の底面に沿う位置に接続する共に、新気導入路２４の途中に垂直部２４ｂを設けてもよく、この場合にも同様にオイルの排出を促進することができる。

また新気導入路２４の途中に、ピストン５の上昇時にのみ開くようにされた逆流防止弁を設置してもよい。図８に示される例では、逆流防止弁２４ｃとしてロータリソレノイドによって駆動される電動式の弁機構を採用すると共に、これを電子制御装置（ＥＣＵ）１００によって制御するようにしている。逆流防止弁２４ｃの開閉を制御するタイミングはクランク軸７の角度を検出するクランク角センサ（不図示）の検出値に基づいて決定してもよいし、クランク室２内あるいはオイルタンク３内の実際の圧力あるいはそれらの推定値に基づいて決定してもよい。このような構成のほかに、逆流防止弁としてはピストン５の上昇時にのみ開くようにされた弁機構であればどのようなものでも採用でき、圧力差によって駆動されるリードバルブなどの一方向弁のほか、たとえば、カム機構などによって駆動される機械式のもの、上記以外の電動式のもの、あるいは油圧式のものであってもよい。

また、上記実施形態では脱気弁２７を隔壁２０に設けたが、脱気弁２７はクランク室２とオイルタンク３とを画成するクランクケース壁面など、オイルタンク３からクランク室２に至る通気経路中のいずれかの点に設ければよい。また、上記実施形態ではオイルタンク３をクランク室２の下方に設けたが、オイルタンクの位置はクランク室２の側方など任意の位置とすることができる。

また、上記実施形態および各変形例では、脱気弁２７、オイル排出弁２２、ブローバイガス逆流防止弁２９、逆流防止弁２４ｃを、いずれも順方向の流れのみを許容するものとしたが、これらは順方向の流れを主として許容するものであれば多少の逆方向の流れをも許容する場合があってもよい。すなわち、本発明はこれらの弁の少なくともいずれかが逆方向の流れを許容するものであってもよい。

また、上記実施形態では本発明をガソリンエンジンに適用した例について説明したが、本発明は自然着火式のディーゼルエンジンなど、往復動するピストンを有する各種の内燃機関に適用することが可能であり、そのような変形はいずれも本発明の範疇に属するものである。

本発明の実施形態に係るドライサンプ式エンジンの概略構成図である。 実施形態における第一連通路を示す斜視図である。 ピストン上昇時における実施形態の動作を示す概略構成図である。 ピストン下降時における実施形態の動作を示す概略構成図である。 高負荷・高回転運転時における実施形態の動作を示す概略構成図である。 本発明の実施形態の変形例を示す要部断面図である。 本発明の実施形態の別の変形例を示す要部断面図である。 本発明の実施形態のまた別の変形例を示す要部断面図である。

符号の説明

１ ドライサンプ式エンジン
２ クランク室
３ オイルタンク
４ シリンダ
５ ピストン
２１ オイル貯留部
２２ オイル排出弁
２３ｂ 舌片
２３ａ 排出口
２３ 第一連通路
２４ 新気導入路
２６ 第二連通路
２７ 脱気弁
２９ ブローバイガス逆流防止弁
３０ ブローバイガス還元経路

Claims (13)

1. シリンダの下部に閉塞状態で画成されピストンの上下動に伴い圧力変動を繰り返すクランク室と、前記クランク室とオイルタンクとの間を連結する第一連通路と、を備えたドライサンプ式エンジンであって、
   前記オイルタンクと前記クランク室とを連結する第二連通路と、
   当該第二連通路に設置され前記ピストンの上昇時に開くようにされた脱気弁と、
   を更に備え、
   且つ前記オイルタンクを閉塞状態としたことを特徴とするドライサンプ式エンジン。
2. 請求項１に記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記第二連通路における吸入口は、前記オイルタンクにおけるオイル面よりも高い位置に配置されていることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
3. 請求項１または２に記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記脱気弁は、前記オイルタンクから前記クランク室に向かう流れを許容する一方向弁であることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記第一連通路の排出口は、前記オイルタンクにおけるオイル面よりも高い位置に配置されていることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記第一連通路には、前記ピストンの下降時に開くようにされたオイル排出弁が設けられていることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
6. 請求項５に記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記オイル排出弁は、前記クランク室から前記オイルタンクに向かう流れを許容する一方向弁であることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記第一連通路における前記オイル排出弁よりもオイルタンク側に形成されたオイル貯留部と、
   当該オイル貯留部に連通した新気導入路と、
   を更に備えたことを特徴とするドライサンプ式エンジン。
8. 請求項７に記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記新気導入路はシリンダヘッドの内部に連通しており、当該新気導入路を経由してシリンダヘッドからのオイルが前記オイル貯留部に移動可能にされていることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
9. 請求項８に記載のドライサンプ式エンジンであって、
   前記新気導入路は、オイルの逆流を抑制する逆流抑制手段を有することを特徴とするドライサンプ式エンジン。
10. 請求項９に記載のドライサンプ式エンジンであって、
    前記逆流抑制手段はバルブであることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
11. 請求項９に記載のドライサンプ式エンジンであって、
    前記逆流抑制手段は段部であることを特徴とするドライサンプ式エンジン。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のドライサンプ式エンジンであって、
    前記クランク室と吸気経路とを結ぶブローバイガス還元通路を更に備えたことを特徴とするドライサンプ式エンジン。
13. 請求項１２に記載のドライサンプ式エンジンであって、
    前記ブローバイガス還元通路は圧力制御弁を有することを特徴とするドライサンプ式エンジン。
    
    

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