JP5517812B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載される内燃機関に関し、特に、バランス軸を備える内燃機関に関するものである。

従来、気筒数の少ない内燃機関、例えば二気筒のクランク位相が３６０°である内燃機関では、それぞれの気筒のピストンが同位相で往復するため、クランク室内の圧力がピストンの動きに伴って大きく変動する。このようなクランク室内圧の変動は、内燃機関の各部にあるオイルシール部分のシール性能を低下させたり、クランク室内の換気をするためのＰＣＶバルブの作動を妨げたりする等の、機能的な問題の原因となることがある。

このようなクランク室内圧の変動を抑制するために例えば、特許文献１では、クランク室と排気通路とを連通する連通路を設け、その連通路に一方弁を設けて、クランク室内圧が負圧になるようにしている。

一方、このような二気筒の内燃機関では、ピストンの往復運動に起因する慣性力を打ち消すために、１本あるいは、特許文献２のもののように、２本のバランス軸を備えることがある。通常、バランス軸は、シリンダブロックの側面に形成されるバランス軸室内に配置される。

しかしながら、特許文献１のもののように、クランク室内に負圧を導入しようとすると、そのための管路や装置が必要になる。また、バランス軸にあっては、ピストンの往復運動による振動は抑制できるものの、クランク室内の圧力による振動は抑制できない。

特開平８‐２４６８３８号公報 特開平６‐３１３４６３号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、クランク室内圧の変動に伴う振動を、機関構成を大きく変更することなく抑制することを図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関は、クランク軸が内部に配置されるクランク室と、偏心バランスウェイトを備えてクランク軸と平行に配置されるバランス軸と、そのバランス軸を収納するバランス軸室と、バランス軸室に設けられてバランス軸室とクランク室とを連通させる開口とを備えてなる内燃機関であって、開口には、開口を開閉する開閉手段が配置されてなり、開閉手段が、クランク室内の圧力が高くなる際に開口を開けることを特徴とする。

このような構成によれば、クランク室内の圧力が上昇する行程において、開閉手段が作動して開口を介してクランク室内とバランス軸室とが連通する。これにより、バランス軸室の容積がクランク室の容積に加算される。したがって、クランク室の容積が増加することによりクランク室内の圧力変動を緩和することが可能になる。

構成を簡素化するためには、偏心バランスウェイトの外周の一部がバランス軸室の内面に接して回転するようにバランス軸をバランス軸室内に配置し、偏心バランスウェイトを開閉手段と兼用することが好ましい。

本発明は、以上説明したような構成であり、クランク室の圧力が上昇する行程において、開口によりバランス軸室内の容積がクランク室の容積に加算され、実質的にクランク室の容積が拡大されることによりクランク室内の圧力変動を緩和することができる。

本発明の実施形態のエンジンの一気筒の構成を、ピストンが上死点にある場合の偏心バランスウェイトと開口との関係を含めて示す断面図。 同実施形態のバランス軸の正面図。 同実施形態のバランス軸の斜視図。 同実施形態におけるピストンが上死点にある状態からクランク軸が上死点から９０°クランク角度（以下、ＣＡと記す）回転した場合の、偏心バランスウェイトと開口との関係を示す図１相当図。 同実施形態におけるピストンが下死点にある場合の偏心バランスウェイトと開口との関係を示す図１相当図。 同実施形態におけるピストンが上死点にある状態からクランク軸が上死点から２７０°ＣＡ回転した場合の、偏心バランスウェイトと開口との関係を示す図１相当図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態のエンジン１００は、二気筒３６０°位相のもので、それぞれの気筒のピストン１が同時に上下する。エンジン１００は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、ピストン１、コネクティングロッド４、クランク軸５及びオイルパン６を基本的に備えている。ピストン１、コネクティングロッド４、クランク軸５及びオイルパン６については、この分野で広く知られているものを適用することができるので、説明を割愛する。

シリンダブロック３は、シリンダヘッド２の下面に密着して取り付けられるもので、ピストン１が往復運動するシリンダボア７及びその下方にクランク室８を備えている。クランク室８は、オイルパン６がシリンダブロック３の下面に固定されることで形成される。又、シリンダブロック３はクランク室８の側面部分になる位置に、バランス軸１０が回転可能に収納されるバランス軸室１１を備えている。

バランス軸室１１は例えば、シリンダブロック３を鋳造する際に、シリンダブロック３の前後方向から鋳抜きで形成する。バランス軸室１１は、バランス軸１０の回転時の最大外径に対応した内径を有する円筒形状のものである。バランス軸室１１のクランク室８に面する内壁部１２には、クランク軸５の回転位置に応じて開閉される開口１３が設けてある。開口１３は、開かれた際に、バランス軸室１１とクランク室８とを連通する。

バランス軸１０は、クランク室８内に回転可能に配置されるクランク軸５に平行に、バランス軸室１１に配置される。バランス軸１０は、その全長のほぼ２／３程度の長さの偏心バランスウェイト１４とその偏心バランスウェイト１４を回転できるように支持する回転軸部分１５及び軸受け部分１６とを有している。バランス軸１０は、クランク軸５とは反対方向に、クランク軸５と等速で回転するように構成してある。バランス軸１０の機能自体は、この分野で広く知られているものと同じで、クランク軸５と反対方向に回転することにより偏心バランスウェイト１４が振動の一次成分に作用して、エンジン１００の振動を抑制するものである。

偏心バランスウェイト１４は、回転軸部分の外径のほぼ二倍程度の外径を備える中空ではない中実の円柱を、円柱の回転軸に沿って１／２に分割した半円柱形状のもので、その回転軸がバランス軸１０の回転軸つまり回転軸部分１５の回転軸と同じにして回転軸部分１５に結合される。つまり、偏心バランスウェイト１４は、その重心がバランス軸１０の回転軸上にはなく、バランス軸１０の回転軸から外側に偏った位置にして設けてある。

また、偏心バランスウェイト１４は、その外側曲面１７が、バランス軸室１１の内曲面１８に密接する外径であり、バランス軸１０の回転時には偏心バランスウェイト１４の外側曲面１７の軌跡が最大外径を形成して、バランス軸室１１の内径とほぼ等しくなる。したがって、バランス軸室１１内にはエンジン１００の潤滑油が導入され、偏心バランスウェイト１４がバランス軸室１１の内曲面１８に密接している部分の摩耗が低減されるとともに、円滑なバランス軸１０の回転を保証している。このような偏心バランスウェイト１４は、開口１３を開閉する開閉手段として機能する。なお、バランス軸室１１の潤滑油は、開口１３が開かれた際にバランス軸室１１からその余剰量が排出されるもので、したがって開口１３は潤滑油がオイルパン６に還流するための貫通孔としても機能する。

内壁部１２に設けられた開口１３は、偏心バランスウェイト１４の長さより短い長さ寸法を有している。開口１３は、ピストン１が上死点に位置してクランク軸５の回転角が０°ＣＡでは、偏心バランスウェイト１４により閉じられており、クランク軸５が９０°ＣＡまで回転することで、バランス軸５が回転して偏心バランスウェイト１４が移動すると全開となり、その後、クランク軸５が２７０°ＣＡまで回転することで全閉となる位置に設けられる。したがって、開口１３の幅は例えば、クランク軸５が数度ＣＡ回転する間に移動する偏心バランスウェイト１４の移動距離に対応する寸法である。

開口１３のこのような大きさ及び位置に対応して、例えば歯車によりクランク軸５とは反対方向に回転されるバランス軸１０は、ピストン１が上死点に位置する場合に、偏心バランスウェイト１４がバランス軸室１１内の下半分の空間に位置する、つまり開口１３を閉じている位置に、バランス軸１０の初期位置を設定している。この初期位置は、バランス軸１０をバランス軸室１１に組み込む場合に調整する。

このような構成において、エンジン１００を運転すると、ピストン１が往復作動し、クランク軸５が回転する。そしてクランク軸５の回転に応じて、バランス軸１０がクランク軸５とは逆方向に回転する。これによって、ピストン１下側とクランク室８内にある気体（以下、室内気体と称する）は、加圧と減圧とを繰り返されることになる。例えば膨張行程においてピストン１が上死点から下死点に移動する場合、気体は加圧（圧縮）されることになる。この実施形態のエンジン１００は、二気筒で３６０°位相であるので、いずれかの気筒が膨張行程及び吸気行程にある場合、それぞれの気筒のピストン１が上死点から下死点に向かって移動する。これにより、ピストン１から下側のシリンダボア７とクランク室８とに存在する気体が、ピストン１の下降状態に応じて圧縮される。

そして、クランク軸５の回転に対応してバランス軸１０が回転することにより偏心バランスウェイト１４が、図１に示す初期位置から移動して、ピストン１が上死点から移動してクランク軸５が９０°ＣＡ回転した時点で開口１３が全開する（図４）。このように開口１３が全開になることで、クランク室８とバランス軸室１１とが連通する。これにより、バランス軸室１１の全容積から偏心バランスウェイト１４と回転軸部分１５の体積を減じた容積がクランク室８の容積に加算される。つまり、クランク室８の容積は、偏心バランスウェイト１４の移動により開口１３が開かれて、実質的に増加する。

この後、開口１３は、ピストン１が下死点を通過し、クランク軸５が２７０°ＣＡの手前まで回転する間、開いている。言い換えれば、ピストン１がほぼ最大速度となるシリンダボア７の高さ方向のほぼ中間位置から降下し続け、下死点（図５）を通過した後シリンダボア７の高さ方向のほぼ中間位置の手前まで上昇する間、開口１３は開いている。

したがって、クランク軸５が９０°ＣＡになる手前から２７０°ＣＡ手前までの間においては、クランク室８の容積は、実質的にバランス軸室１１の容積分だけ増加している。この後、クランク軸５が２７０°ＣＡまで回転した時点で、開口１３は全閉する（図６）。

このように、ピストン１の降下に合わせて開口１３を開き、実質的なクランク室８の容積を増加させることにより、ピストン１が降下する際にクランク室８内の気体が圧縮されても、クランク室８内の圧力の上昇を低減することができる。したがって、クランク室８の気体が、ピストン１の降下時にバランス軸室１１の容積を加算しないときのように高圧にならず、ピストン１の降下時と上昇時とにおけるクランク室８内の圧力変動を緩和することができる。

また、クランク室８内の圧力変動を吸収するために経路や調整弁を新設することなく、バランス軸室１１の容積を用いているので、製造費を増加させず、又エンジン１００の重量が増加することも抑えることができる。加えて、この実施形態にあっては、偏心バランスウェイト１４を開口１３の開閉手段としているので、さらなる製造費の増加を抑えることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

バランス軸室１１の位置は、上述の実施形態における位置以外であってよい。ただし、バランス軸室１１内に配置されるバランス軸１０は、その機能を十分に発揮させるために、クランク軸５と平行に配置されなければならない。

開口を、バランス軸１０の回転軸部分１５に対応するバランス軸室１１の内壁部１２に設けるものであってもよい。この場合は、開口の開閉手段は、偏心バランスウェイト１４ではなく、例えば電磁アクチュエータにより開閉される弁体のように、偏心バランスウェイト１４とは独立な弁体を適用するものであってよい。このような弁体を開閉手段とすることで、開口１３を開閉するタイミングを、例えばピストン１の上死点直後の位置から下死点直後の位置までを開期間とするように制御できる。

また、バランス軸１０を、振動の一次成分用と二次成分用との二本備えるものであってもよい。この場合に、それぞれのバランス軸を上述の実施形態と同様に、クランク室８とは区画され、かつ開閉手段により選択的にクランク室８と連通する構成とする。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、エンジンの振動を吸収するためにバランス軸を備え、かつそのバランス軸をクランク室とは独立した収納部分に収納する型式を有するエンジン、特には、単気筒、二気筒、三気筒などの気筒数の少ないエンジンに適用することが挙げられる。

５…クランク軸
８…クランク室
１４…偏心バランスウェイト
１０…バランス軸
１１…バランス軸室
１３…開口

Claims (2)

1. クランク軸が内部に配置されるクランク室と、偏心バランスウェイトを備えてクランク軸と平行に配置されるバランス軸と、そのバランス軸を収納するバランス軸室と、バランス軸室に設けられてバランス軸室とクランク室とを連通させる開口とを備えてなる内燃機関であって、
   開口には、開口を開閉する開閉手段が配置されてなり、
   開閉手段が、クランク室内の圧力が高くなる際に開口を開ける内燃機関。
2. 偏心バランスウェイトの外周の一部がバランス軸室の内面に接して回転するようにバランス軸をバランス軸室内に配置し、偏心バランスウェイトを開閉手段と兼用する請求項１記載の内燃機関。

Images