JP3942693B2 - 内燃機関のオイルセパレータ構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のオイルセパレータ構造に関し、特にバランサ回転の遠心力を利用してオイルを分離するオイルセパレータ構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
4サイクルエンジンの爆発行程において、燃焼室内の燃焼ガスまたは未燃焼ガスの一部がブローバイガスとしてピストンリングの隙間を通過してクランク室内に入る。このブローバイガスは、新気とともに吸気系に戻され再び燃料ガスとして吸入行程で燃焼室内に吸引される。クランク室底部には、エンジン各部を循環したオイルが落下して溜められている。ブローバイガスはこのクランク室内のオイルと混合したミストとなってクランク室から取り出される。クランク室から取り出されたブローバイガスとオイルとの混合体(ミスト)は、途中でオイルセパレータによりオイルを分離され、ブローバイガス(微粒化した液体燃料)のみが吸気系に戻される。
【0003】
従来のオイルセパレータは、シリンダブロックまたはシリンダヘッドの壁体内に設けたラビリンス(迷路)構造の分離通路からなり、このラビリンス通路部分にミストを導入することにより、ガスのみがラビリンスを通過しオイルはラビリンス壁面に衝突してガスと分離されクランク室内に滴下する。
【0004】
一方、クランク軸による回転モーメントを打消すように回転し、エンジンの振動を抑えるためのバランサがクランク軸に並列して設けられる。このバランサはクランク軸から回転伝達されるバランサ軸とこのバランサ軸に設けたバランサウェイトからなり、クランク軸に同期してバランサウェイトが回転する。このようなバランサには、クランク軸と平行に1本のバランサ軸を設けた1軸バランサと、クランク軸前後に平行な2本のバランサ軸を設けた2軸バランサがある。1軸バランサは、クランクウェイトの一次慣性力に対する不釣り合いをバランスさせる。2軸バランサは、この一次慣性力による振動を抑えるとともにバランサとクランクウェイト間の偶力モーメントによる振動を抑制する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のオイルセパレータ構造においては、ラビリンス構造がエンジン壁体に形成されるため、エンジン自体の形状が複雑になり、鋳型による製造作業も面倒になる。
【0006】
本発明は、このような従来技術のラビリンス構造のオイルセパレータに代えて、オイル分離方式を遠心力による分離方式として、クランク軸に近接して設けられているバランサ軸を利用し、エンジン壁体自体を複雑にすることなく、またスペースを増加させることなく、エンジン回転力を有効に利用して確実なオイル分離が達成できる内燃機関のオイルセパレータ構造の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係るオイルセパレータ構造は、内筒と外筒との間に隙間を有する二重管構造をなし、クランク軸により回転駆動される回転軸と、この回転軸の外筒の軸方向中間部に位置しかつ前記隙間から半径方向外側に延在するオイル分離通路とを備え、前記内筒の軸方向中間部を遮蔽板で塞ぐとともに、この遮蔽板の両側に位置する内筒の側壁に連通孔を設け、この連通孔および前記隙間を介して、前記遮蔽板の両側の内筒内どうしを連通させ、前記内筒の一端側に分離すべき混合体の導入口を有し、他端側に分離したガスの取り出し口を有するものである。
【0008】
この構成によれば、二重管の一端側の導入口から内筒内に流入した混合ミストは、遠心力により連通孔を通して内筒外に流出し、内筒と外筒との間の隙間を流れる。この隙間を流れる間にも混合ミストは遠心力を受け、質量が大きいオイルは、この隙間を進む間に外筒側に設けた分離通路を通して半径方向外側に向けて放出される。混合ミスト中のガスはこの隙間内に充満して分離通路を通過してさらに進行し、内筒の連通孔を通して内筒内に流入する。内筒内に流入したガスは端部のガス取出し口から外部に吸引されて流出する。
【0009】
このような構成により、二重管に作用する遠心力を利用して混合ミストからオイルを分離し、ガスのみを取り出すことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
好ましい実施の形態においては、前記二重管は、バランサ軸またはバランサ軸への回転伝達用アイドラ軸であることを特徴としている。
【0011】
この構成によれば、エンジンのクランク室に備るバランサ軸またはアイドラ軸を二重管構造として、オイルセパレータを構成することができエンジン壁体側にラビリンス構造を設ける必要がなく、バランサ内にオイルセパレータを組込んで構成しコンパクトなエンジン形状が得られる。
【0012】
さらに好ましい実施の形態においては、前記二重管の混合体導入口は、クランク室に隣接するカムチェーン室に連通することを特徴としている。
【0013】
この構成によれば、チェーン駆動の動弁機構を有するエンジンにおいて、カムチェーン室を通してクランク室に新気を導入し、ブローバイガスとともに吸気系に戻すブローバイガス循環系を利用して、混合ミストを二重管内に取入れ、ここからオイルを分離することができる。
【0014】
【実施例】
図1は本発明の実施例に係る遠心力を利用したオイルセパレータの断面図である。この例は、1軸バランサのアイドラ軸にオイルセパレータを組込んだ例である。このアイドラ軸1は、内筒2および外筒3からなる二重管構造である。内筒2は例えば圧入により外筒3内に装着される。このアイドラ軸1はベアリング4を介してクランク室壁5に装着される。外筒3上の両端部近傍には、一対のギヤ6が装着される。各ギヤ6は図示しないクランク軸のバランサウェイトと噛み合う。この場合、各ギヤ6には互いに反対方向のスラスト力を受けるヘリカルギヤ6a,6bが形成され、軸方向のスラスト力を打消して安定した回転伝達作用が図られる。
【0015】
内筒2と外筒3との間には、隙間7が形成される。また、内筒2内の中間部には遮蔽板8が装着され内筒2内を分離して仕切る。この遮蔽板8の両側の内筒2の側壁にはそれぞれ複数の連通孔9が設けられる。
外筒3のほぼ中央部外側には円板10が設けられ、この円板10内に、例えば十字状に半径方向外側に向かうオイル分離通路11が形成される。このオイル分離通路11は、内外筒2、3間の隙間7に開口する。
【0016】
アイドラ軸1の一端部側はガス導入口12が形成され、図示しないカムチェーン室に連通する。アイドラ軸1の他端部側はガス取出し口13が形成され、図示しない吸気系に連通する。
【0017】
アイドラ軸1を支持する入口側および出口側のベアリング4の内面側はシール用のバッフル材14、15で覆われる。この場合、出口側のバッフル材15については、ベアリング4に対し、軸内で分離したブローバイガスを逃すことなくクランク室側から幾分かのオイルを供給するために、若干の隙間を形成しておく。なお、このような構成に代えて、外部からのオイル供給が不要なシールドベアリングを用いてもよい。
【0018】
上記構成の二重管構造のアイドラ軸において、ガス導入口12から導入されたブローバイガスと新気およびオイルが混合したミストは、矢印のように内筒2内に流入し、連通孔9を通して内外筒2、3間の隙間7内に入り、この隙間7内を流れる。このときアイドラ軸1が回転しているため、隙間7内を流れるミストに対し半径方向外側に向かう遠心力が作用する。この場合、ミスト中のオイルは質量が大きいため大きな遠心力が作用し、隙間7に開口するオイル分離通路11から外側に押出される。これにより、ミスト中のオイルはオイル分離通路11の端部からクランク室内に放出される。
【0019】
一方、隙間7内を進行するガスに対しては大きな遠心力は作用しないため、ブローバイガスは、オイル分離通路11内に押出されることなく、隙間7内を進行し、遮蔽板8を越えた位置の連通孔9を通して内筒2内に流入する。このブローバイガスはガス出口13を通して図示しない吸気系のスロットル下流側に戻される。
【0020】
図2(A)(B)は、図1のアイドラ軸が装着されたバランサ全体を示すエンジンの平面図およびバランサウェイトの正面図である。クランク室16内にクランク軸17が装着される。このクランク軸17のクランクウェブ18の両外側にバランサウェイト19が装着される。バランサウェイト19は、(B)図に示すように、外側に前記アイドラ軸のヘリカルギヤ6a,6bと噛み合うヘリカルギヤ19aが形成され、ウェブ部分に凹み(又は穴)19bが形成されこれにより肉厚が厚いウェイト部19cが形成される。このバランサウェイト19はベアリング20を介してクランク軸17に回転可能に装着される。
【0021】
クランク軸17の端部にはフライホイル21が装着され、反対側の端部にはオイルポンプ等のエンジン補機を駆動するための補機プーリ22が装着される。クランク室16の外側のクランク軸17上にはカムスプロケット23が装着され、図示しないカムチェーンを介してカム軸を駆動する。このカムスプロケット23の外側のクランク軸17上にアイドラスプロケット24が装着されアイドラチェーン25を介してアイドラ軸1を回転駆動する。
【0022】
クランク室16の外側のカムスプロケット23やアイドラスプロケット24およびカムチェーンやアイドラチェーン25はチェーンカバー26で覆われ、クランク室16の外側にカムチェーン室27が形成される。このカムチェーン室27は図示しない開口部を介してクランク室16内と連通し、カムチェーン等に上部シリンダヘッド側から供給されるオイルはクランク室内に落下して戻る。
【0023】
このような構成において、クランク軸17が回転すると、アイドラスプロケット24およびアイドラチェーン25を介して、アイドラ軸1がクランク軸17と同じ方向に回転する。このアイドラ軸1の回転はギヤ6を介して逆回転でバランサウェイト19に伝達される。これにより、バランサウェイト19はクランク軸17上でベアリング20を介して、クランク軸17と逆方向に回転して、所定のバランサ機能を達成する。
【0024】
図3、図4および図5はそれぞれ図2のエンジンの正面図、左側面図および右側面図である。エンジン28のシリンダヘッドに相当する上部外側に新気導入口29が設けられ、エアクリーナ(図示しない)を通した新気がオリフィス30およびリード弁装置31を介してエンジン上部(シリンダヘッド部32)内に導入される。このエンジン上部には動弁機構を構成するカム軸33が設けられその端部にカムスプロケット34が装着される。このカムスプロケット34にカムチェーン35が巻回し、クランク軸17のカムスプロケット23(図2、図3)を介して回転力が伝達される。
【0025】
前述のオイルセパレータを構成するアイドラ軸1のガス取出し口13は、エンジン壁体に設けたガス通路36を通し、リード弁装置37を介してガス室38に連通する。このガス室38は連通口39を介してスロットル下流側の吸気通路に連通する。
【0026】
このような構成において、エンジン吸入行程では、クランク室内が負圧となるため、カムチェーン室27に連通するリード弁装置31が開く。これにより、新気が新気導入口29を介してエンジン内に導入される。この新気およびブローバイガスとオイルとの混合ミストは、前述のようにアイドラ軸1内に流入し、軸内に形成したオイルセパレータ構造を通して遠心力によりオイルが分離される。
【0027】
一方、エンジンの圧縮および排気行程では、クランク室内が高圧になって、エンジン上部のリード弁装置31は閉じる。これにより、エンジン側から新気導入口29を介してオイルや燃料ガス等が逆流することが防止される。
【0028】
混合ミストからオイルが除去されたブローバイガスは、吸気負圧により、ガス取出し口13からガス通路36を通してリード弁装置37を介してガス室38内に吸引される。この場合、リード弁装置37により、吸気系側とアイドラ軸1内部との圧力バランスがくずれてアイドラ軸側が高い負圧になっても、吸気系側からの燃焼ガスがアイドラ軸1側に逆流することはない。
【0029】
このような遠心力によるオイルセパレータ構造によりオイルが分離されたブローバイガスは、従来と同様の通路あるいは新たな連通管等を介して吸気系のスロットル下流側に導入される。
【0030】
図6は本発明の別の実施例の断面図である。この例は2軸バランサに本発明を適用した例であり、図6は、一方のバランサ軸の構成を示す(他方のバランサ軸の構成も同じである)。
【0031】
このバランサ軸40は、前述の図1の実施例と同様に、内筒2と外筒3からなる二重管構造である。図6の実施例では、図1の例と異なり、外筒3に設けたバランサウェイト41内にオイル分離通路42が形成され、またバランサウェイトを駆動するためのギヤ6は不要である。その他の構成および作用効果は前述の図1の実施例と同様であり、混合ミストがガス導入口12から導入され、遠心力によりオイルのみがオイル分離通路42を通してクランク室内に放出される。
【0032】
図7および図8はこの2軸バランサを装着したエンジンの平面図および側面図である。2本のバランサ軸40はクランク軸17に設けたバランサスプロケット24’に巻回するバランサチェーン25’によりクランク軸17と逆方向に回転する。このバランサ軸40の回転により、前述の実施例と同様に遠心力によりオイルが分離される。
【0033】
なお、図6、図7および図8において、図1から図5までの実施例と同じまたは対応する部材には同じ番号を付してあり、その構成および作用効果は実質上同じである。
【0034】
また、上記実施例は4サイクル単気筒エンジンについて説明したが、本発明はこれに限らず、360度クランクの直列2気筒エンジンに対しても有効であり、また2サイクルエンジンに対しても適用可能である。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、クランク軸と平行に設けたバランサ軸等を二重管構造とすることにより、二重管に作用する遠心力を利用して混合ミストからオイルを分離し、ブローバイガスを取り出すことができる。これにより、エンジン壁体内にオイルセパレータを形成する構成に代えて、バランサ等を利用してコンパクトなエンジン壁体構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の断面図。
【図2】 図1の実施例を装着したエンジンの平面図およびバランサウェイトの正面図。
【図3】 図1の実施例を装着したエンジンの正面図。
【図4】 図3のエンジンの左側面図。
【図5】 図3のエンジンの右側面図。
【図6】 本発明の別の実施例の断面図。
【図7】 図6の実施例を装着したエンジンの平面図。
【図8】 図7のエンジンの側面図。
【符号の説明】
1:アイドラ軸、2:内筒、3:外筒、4:ベアリング、
5:クランク室壁、6:ギヤ、7:隙間、8:遮蔽板、9:連通孔、
10:円板、11:オイル分離通路、12:ガス導入口、
13:ガス取出し口、14,15:バッフル材、16:クランク室、
17:クランク軸、18:クランクウェブ、19:バランサウェイト、
20:ベアリング、21:フライホイル、22:補機プーリ、
23:カムスプロケット、24:アイドラスプロケット、
24’:バランサスプロケット、25:アイドラチェーン、
25’:バランサチェーン、26:チェーンカバー、27:カムチェーン室、
28:エンジン、29:新気導入口、30:オリフィス、
31:リード弁装置、32:シリンダヘッド部、33:カムシャフト、
34:カムスプロケット、35:カムチェーン、36:ガス通路、
37:リード弁装置、38:ガス室、39:連通口、40:バランサ軸、
41:バランサウェイト、42:オイル分離通路。
Claims (3)
- 内筒と外筒との間に隙間を有する二重管構造をなし、クランク軸により回転駆動される回転軸と、
この回転軸の外筒の軸方向中間部に位置しかつ前記隙間から半径方向外側に延在するオイル分離通路とを備え、
前記内筒の軸方向中間部を遮蔽板で塞ぐとともに、この遮蔽板の両側に位置する内筒の側壁に連通孔を設け、
この連通孔および前記隙間を介して、前記遮蔽板の両側の内筒内どうしを連通させ、
前記内筒の一端側に分離すべき混合体の導入口を有し、他端側に分離したガスの取り出し口を有することを特徴とする内燃機関のオイルセパレータ構造。 - 前記回転軸は、バランサ軸またはバランサ軸への回転伝達用アイドラ軸であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のオイルセパレータ構造。
- 前記回転軸の混合体導入口は、クランク室に隣接するカムチェーン室に連通することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のオイルセパレータ構造。
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