JP5655711B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関する。

内燃機関で発生する振動を打ち消すために、バランサをクランクケース内のクランク軸下方に設置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、ピストンが往復することによりクランクケース内の容積が変動するため、クランクケース内に圧力の脈動が発生してしまう。このため、クランクケース内の圧力が大気圧以上になる場合があり、クランクケースに新気を取り入れることが困難となる虞がある。また、クランクケース内の圧力が吸気通路内の圧力よりも低くなると、クランクケース内からブローバイガスを吸引することが困難となる虞がある。

特開２００６−１４４６１６号公報 国際公開第２００９／１２２６１６号 特開２００５−２４０７９２号公報

本発明は、クランクケース内の圧力の脈動を抑制することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、
内燃機関のクランクケース室内に設けられるクランク軸と連動して回転するバランサ軸を備えた内燃機関において、
前記バランサ軸に偏心して設けられるバランサウェイトと、
前記バランサウェイトの回転軌跡を囲んで該バランサウェイトを密閉する隔壁と、
前記隔壁よりも内側であって前記バランサウェイトが存在していない空間である空間部と、前記隔壁よりも外側のクランクケース室内と、を連通する開口部と、
を備え、
前記クランクケース室内の容積が所定値以上のときに前記バランサウェイトが前記開口部を閉じることで前記空間部と前記クランクケース室内との連通を遮断し、前記クランクケース室内の容積が所定値未満のときに前記バランサウェイトが前記開口部を開くことで前記空間部と前記クランクケース室内とを連通する。

バランサウェイトは、隔壁よりも内側で回転する。バランサウェイトはバランサ軸に偏心して設けられているため、バランサウェイトを回転可能に隔壁で囲むことで、バランサウェイトの存在していない空間部は、ガスで満たされる。そして、バランサウェイトは、少なくとも開口部の周囲の隔壁と接する時期があり、この時期にはバランサウェイトが開口部を覆うことで該開口部を閉じている。このときには、クランクケース室内と隔壁よりも内側とでガスの出入りはない。一方、バランサウェイトが開口部から離れると、該開口部が開かれて空間部とクランクケース室内とが連通される。このため、空間部とクランクケース室内とで圧力の高いほうから低いほうへガスが流れる。このように、バランサウェイトが回転することで開口部を開閉する。

ここで、開口部が開いていると、クランクケース室から空間部へガスを流すことができる。このため、クランクケース室内の容積が空間部の分だけ見かけ上大きな状態となっている。ところで、ピストンが往復することでクランクケース室内の容積が変化すると、圧力の脈動が発生する虞がある。これに対し、クランクケース室内の容積が所定値未満となるときに開口部を開くことにより、圧力の上昇を抑制することができるため、圧力の脈動が発生することを抑制できる。すなわち、所定値とは、クランクケース室内にて圧力の脈動が発生し得るクランクケース室内の容積とすることができる。このように、クランクケース室内の容積に応じて開口部を開閉することにより、圧力の脈動が発生することを抑制できる。

本発明においては、前記バランサウェイトは、前記内燃機関のピストンが上死点と下死点との中間よりも、下死点側にあるときに前記開口部を開き、上死点側にあるときに前記開口部を閉じることができる。

すなわち、前記所定値を、ピストンが上死点と下死点との中間に位置するときのクランクケース室内の容積としている。ピストンが上死点と下死点との中間に位置するときには、クランクケース室内の圧力が、該圧力の平均値に近い値となっている。そして、この平均値は、大気圧と略等しい。すなわち、クランクケース室内の圧力は、ピストンが前記中間に位置するときよりも上死点側のときに負圧となり、下死点側のときに正圧となる。そして、クランクケース室内の圧力が正圧となるときに開口部を開くことにより、クランクケース室内の圧力が高くなりすぎることを抑制できる。

本発明においては、前記空間部と前記内燃機関の吸気通路とを連通するブローバイガス排出通路を備え、
前記バランサウェイトは、前記内燃機関のピストンが上死点と下死点との中間よりも、下死点側にあるときに前記排出通路を開き、上死点側にあるときに前記排出通路を閉じることができる。

ブローバイガスは、クランクケース室内の圧力が吸気通路内の圧力よりも高いときに、クランクケース室からブローバイガス排出通路を介して吸気通路へ排出される。しかし、クランクケース室内の圧力が吸気通路内の圧力よりも低いときにブローバイガス排出通路が開いていると、ブローバイガスが逆流してしまう。これに対し、内燃機関のピストンが上死点と下死点との中間よりも上死点側にあるときにバランサウェイトが排出通路を閉じることで、ブローバイガスが逆流することを抑制できる。

本発明によれば、クランクケース内の圧力の脈動を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 ウェイトと、開口部及び排出部と、の関係を示した図である。 クランク角度に対するクランクケース室内の圧力の推移を示した図である。

以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、２つの気筒を有する４ストローク機関である。なお、本実施例は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であっても同様に適用することができる。

内燃機関１の各気筒には、往復運動を行うピストン２が備えられている。ピストン２は、コネクティングロッド３によりクランク軸４に連結されている。

クランク軸４は、クランクケース室１１内に備わる。また、クランクケース室１１内には、振動を抑制するためのバランサ５が設けられている。バランサ５は、回転中心となる軸部５１、軸部５１から偏心したウェイト５２、ウェイト５２を囲む隔壁５３、隔壁５３よりも内側と外側とを連通する開口部５４、隔壁５３の内側のガスをクランクケース室１１の外部へ排出させるときの出口となる排出部５５を備えて構成されている。また、隔壁５３内において、軸部５１及びウェイト５２が存在しない箇所には、ガスで満たされている空間部５６が形成される。

軸部５１は、その中心軸がクランク軸４の中心軸と平行になるように配置されている。そして、軸部５１は、クランク軸４と連動して該クランク軸４とは逆方向に回転する。図１では、クランク軸４が右回転にて１周する間に、軸部５１は左回転にて１周する。なお、本実施例においては軸部５１が、本発明におけるバランサ軸に相当する。

ウェイト５２は、軸部５１の中心軸を中心として、該軸部５１と一体となって回転する。そして、隔壁５３の内壁は、ウェイト５２の回転軌跡の外周面に沿って、該外周面と接するように形成されている。なお、ウェイト５２と隔壁５３とは、少なくとも、開口部５４の周囲、及び、排出部５５の周囲で接していればよい。

そして、ウェイト５２が回転することにより、空間部５６も軸部５１の中心軸を中心として回転する。なお、本実施例においてはウェイト５２が、本発明におけるバランサウェイトに相当する。

開口部５４は、ウェイト５２の回転軌跡の外周面と隔壁５３とが接する位置に設けられている。軸部５１が回転することにより、開口部５４にはウェイト５２と空間部５６とが交互に接する。そして、ウェイト５２が開口部５４を覆うことにより、開口部５４が閉じられて、該開口部を介したガスの流通が遮断される。一方、ウェイト５２が開口部５４から離れると、開口部５４が開かれて、空間部５６とクランクケース室１１とが連通されるため、該開口部５４を介してガスの流通が可能となる。このように、ウェイト５２が回転することにより、開口部５４が開閉される。すなわち、ウェイト５２は、開口部５４を開閉する弁の役割を果たす。

排出部５５は、ＰＣＶ通路６を介して内燃機関１の吸気通路７に接続される。ＰＣＶ通路６は、クランクケース室１１内のブローバイガスを吸気通路へ排出させるときの該ブローバイガスの通路である。ＰＣＶ通路６は、吸気通路７に備わるスロットル７１よりも下流側に接続される。排出部５５は、開口部５４と同様にして、ウェイト５２により開閉される。なお、本実施例においてはＰＣＶ通路６が、本発明におけるブローバイガス排出通路に相当する。

また、スロットル７１よりも上流側の吸気通路７と、内燃機関１のシリンダヘッド室１２内と、を接続する新気供給通路７２が設けられている。新気供給通路７２を介してシリンダヘッド室１２内に供給される新気は、内燃機関１の内部を流通してクランクケース室１１内に到達する。

そして、本実施例では、ウェイト５２、開口部５４、排出部５５を、クランク軸４の回転角に対して以下の関係となるように形成している。

ここで、図２−９は、ウェイト５２と、開口部５４及び排出部５５と、の関係を示した図である。図２はピストン２が上死点に位置するときを示し、図３はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後４５度のときを示し、図４はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後９０度のときを示し、図５はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後１３５度のときを示し、図６はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後１８０度のとき（下死点のとき）を示し、図７はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後２１５度のときを示し、図８はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後２７０度のときを示し、図９はクランク軸４の回転角がピストン２の上死点後３１５度のときを示している。

なお、クランクケース室１１内の容積は、ピストンの行程容積及び空間部５６内の容積分だけ変化し得る。

図２に示したように、ピストン２が上死点にあるときには、クランクケース室１１内の容積が大きい。ここで、ピストン２が上昇するにしたがって、クランクケース室１１内の圧力は負圧となる。このときには、開口部５４及び排出部５５がウェイト５２により閉じられる。このようにすることで、隔壁５３内及びＰＣＶ通路６内のブローバイガスが逆流することを抑制できる。

図３に示したように、ピストン２が下降を始めると、クランクケース室１１内の容積が小さくなるために、該クランクケース室１１内のガスが圧縮される。これにより、クランクケース室１１内の圧力が上昇し始めるが、まだ負圧の状態である。このときにも、開口部５４及び排出部５５がウェイト５２により閉じられる。このようにすることで、隔壁５３内及びＰＣＶ通路６内のブローバイガスが逆流することを抑制できる。

図４に示したように、ピストン２が上死点と下死点との中間位置まで移動すると、クランクケース室１１内の容積がさらに小さくなるので、該クランクケース室１１内の圧力がさらに上昇する。このため、クランクケース室１１内の圧力が、大気圧と略等しくなる。そして、クランクケース室１１内の圧力が、大気圧と略等しくなるときに、開口部５４が開かれる。これにより、空間部５６とクランクケース室１１とが連通されるため、見かけ上、クランクケース室１１内の容積が空間部５６の分だけ大きくなる。

図５に示したように、ピストン２が上死点と下死点との中間位置よりもさらに下死点側に下降すると、開口部５４が開かれている状態であっても、クランクケース室１１内の圧力が、大気圧よりも高くなり始める。このように、クランクケース室１１内の圧力が、大気圧よりも高くなるときに、排出部５５が開かれる。ここで、スロットル７１よりも下流側の吸気通路７内の圧力は、大気圧よりも低いために、排出部５５が開かれたときには、ＰＣＶ通路６のクランクケース室１１側の圧力のほうが、吸気通路７側の圧力よりも高い。このため、ＰＣＶ通路６では、クランクケース室１１側から吸気通路７側へ向かってブローバイガスが流れる。なお、過給器を備えている場合には、クランクケース室１１内の圧力よりも、吸気通路７内の圧力のほうが高くなり得る。この場合には、ＰＣＶ通路６を過給機よりも上流側の吸気通路７に接続することにより、吸気通路７内の圧力がクランク
ケース室１１内の圧力よりも低くなる。

図６に示したように、ピストン２が下死点に到達し、その後、図７に示したように、ピストン２が上昇を始めると、クランクケース室１１内の容積は大きくなり始める。これにより、クランクケース室１１内の圧力が下降し始めるが、このときには、まだ正圧である。このときには、開口部５４及び排出部５５が開かれているので、引き続きブローバイガスがＰＣＶ通路６を介して吸気通路７へ排出される。

図８に示したように、ピストン２が上死点と下死点との中間位置まで上昇すると、クランクケース室１１内の圧力は、さらに下降して、大気圧と略等しくなる。このように、クランクケース室１１内の圧力が大気圧と略等しくなるときに、開口部５４が閉じられる。これにより、空間部５６内のガスがクランクケース室１１内に逆流することを抑制できる。また、このときに、排出部５５を開いていると、空間部５６内から吸気通路７へガスが流れ、該空間部５６内の圧力が負圧となる。

図９に示したように、ピストン２がさらに上昇してクランクケース室１１内の圧力がさらに下降すると、クランクケース室１１内は負圧となる。このときには、開口部５４及び排出部５５が閉じられているため、吸気通路７側からクランクケース室１１側へＰＣＶ通路６をブローバイガスが逆流することもない。

本実施例では、上記効果が得られるように、開口部５４が開く時期、開口部５４が閉じる時期、排出部５５が開く時期、排出部５５が閉じる時期、ウェイト５２の形状が設定される。すなわち、ピストン２の下降時であって上死点と下死点との中間位置付近で開口部５４が開き、ピストン２の上昇時であって上死点と下死点との中間位置付近で開口部５４が閉じるように、開口部５４及びウェイト５２を形成する。同様に、ピストン２の下降時であって上死点と下死点との中間位置付近で排出部５５が開き、ピストン２の上昇時であって上死点と下死点との中間位置付近で排出部５５が閉じるように、排出部５５及びウェイト５２が形成される。

なお、クランクケース室１１内の圧力が吸気通路７内の圧力よりも高いときに開口部５４及び排出部５５が開くように設定してもよい。また、これらの関係は、実験等により求めてもよい。

図１０は、クランク角度に対するクランクケース室１１内の圧力の推移を示した図である。実線は本実施例に係る内燃機関１の場合を示し、一点鎖線及び二点鎖線は従来の内燃機関の場合を示している。また、「平均値」とは、本実施例に係る内燃機関１の場合におけるクランクケース室１１内の圧力の平均値を示している。このように、本実施例に係る内燃機関１では、クランクケース室１１内の圧力を従来よりも低く維持することができる。そして、クランクケース室１１内の圧力の平均値を、大気圧以下にすることができる。そうすると、クランクケース室１１内のブローバイガスを吸気通路７へ効率よく排出させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、バランサ５を利用してクランクケース室１１内の圧力を調整すると共に、ブローバイガスを排出させることができる。これにより、装置の小型化が可能となる。また、バランサ５を隔壁５３で囲っているため、該バランサ５によりオイルが撹拌されることを抑制できる。さらに、従来必要であったブローバイガスの逆流を防止するための逆止弁が不要となる。

また、２気筒機関などのようにクランクケース室１１内の圧力の脈動が大きくなる内燃機関であっても、圧力の脈動を抑制することが可能となるため、ブローバイガスの排出を
促進させることができる。

１ 内燃機関
２ ピストン
３ コネクティングロッド
４ クランク軸
５ バランサ
６ ＰＣＶ通路
７ 吸気通路
１１ クランクケース室
１２ シリンダヘッド室
５１ 軸部
５２ ウェイト
５３ 隔壁
５４ 開口部
５５ 排出部
５６ 空間部
７１ スロットル
７２ 新気供給通路

Claims (2)

1. ピストンが往復することによりクランクケース内の容積が変動する内燃機関のクランクケース室内に設けられるクランク軸と連動して回転するバランサ軸を備えた内燃機関において、
   前記バランサ軸に偏心して設けられるバランサウェイトと、
   前記バランサウェイトの回転軌跡を囲んで該バランサウェイトを密閉する隔壁と、
   前記隔壁よりも内側であって前記バランサウェイトが存在していない空間である空間部と、前記隔壁よりも外側のクランクケース室内と、を連通する開口部と、
   前記空間部と前記内燃機関の吸気通路とを連通するブローバイガス排出通路と、
   を備え、
   前記クランクケース室内の容積が所定値以上のときに前記バランサウェイトが前記開口部を閉じることで前記空間部と前記クランクケース室内との連通を遮断し、前記クランクケース室内の容積が所定値未満のときに前記バランサウェイトが前記開口部を開くことで前記空間部と前記クランクケース室内とを連通し、
   前記内燃機関のピストンが上死点と下死点との中間よりも下死点側にあるときであって、前記空間部と前記クランクケース室内とを連通した後に前記バランサウェイトが前記排出通路を開き、前記内燃機関のピストンが上死点と下死点との中間よりも上死点側にあるときであって、前記空間部と前記クランクケース室内との連通を遮断した後に前記バランサウェイトが前記排出通路を閉じる内燃機関。
2. 前記バランサウェイトは、前記内燃機関のピストンが上死点と下死点との中間よりも、下死点側にあるときに前記開口部を開き、上死点側にあるときに前記開口部を閉じる請求項１に記載の内燃機関。

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