JP7283433B2

JP7283433B2 - シール構造

Info

Publication number: JP7283433B2
Application number: JP2020062811A
Authority: JP
Inventors: 秀樹今峰
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021161908A

Description

本開示は、シール構造に関し、特に、エンジンのクランクシャフトのシール構造に好適な技術に関するものである。

例えば、特許文献１には、エンジンブロックの外壁部とクランクシャフトの外周面との隙間から潤滑油が外部に漏洩するのを防止するために、これらエンジンブロックとクランクシャフトとの間に、クランクシャフトの外周面と摺接する密封部材（クランクオイルシール）を設けた構造が開示されている。

特開２０１７－１８０５５５号公報

上記密封部材は、エンジンの傾き度合いや、オイルパンに貯留された潤滑油の油面レベルによっては、クランク室側から浸入する潤滑油に浸漬されて油没する場合がある。密封部材が油没すると、潤滑油がクランクシャフトの後端側のフライホイールハウジング内、或いは、クランクシャフトの前端側のクランクプーリ側へと漏れ出す可能性がある。

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、潤滑油がエンジンのブロック体とクランクシャフトとの間から外部に漏れ出ることを効果的に抑止することを目的とする。

本開示の技術は、エンジンの上側ブロック体と下側ブロック体との間に回転可能に支持されるクランクシャフトのシール構造であって、前記上側ブロック体と前記下側ブロック体との間には、前記クランクシャフトのジャーナル部を軸支する複数の軸受穴が設けられており、前記複数の軸受穴のうち、前記クランクシャフトの軸方向一端側のジャーナル部を軸支する一端側軸受穴には、前記上側ブロック体から下方に延びると共に、ジャーナル部の少なくとも上側部分を所定の隙間を隔てて受容する上側凹部を有する上側シール壁と、前記下側ブロック体から上方に延びると共に、ジャーナル部の少なくとも下側部分を所定の隙間を隔てて受容する下側凹部を有する下側シール壁とが設けられており、前記上側シール壁及び、前記下側シール壁が互いに軸方向に隣接して配されて、前記一端側軸受穴内に環状溝を区画することによりラビリンスシールを形成することを特徴とする。

また、前記上側シール壁が前記下側シール壁よりも軸方向の他端側に配されていることが好ましい。

また、前記上側シール壁が前記上側ブロック体のクランク室に臨む内壁面から該クランク室側に所定量突出して設けられており、前記下側シール壁の少なくとも前記下側凹部の上方が前記上側シール壁によって覆われていることが好ましい。

また、前記クランクシャフトの軸方向一端側の終端部には、フライホイールが設けられることが好ましい。

本開示の技術によれば、潤滑油がエンジンのブロック体とクランクシャフトとの間から外部に漏れ出ることを効果的に抑止することができる。

本実施形態に係るエンジンの模式的な部分断面図である。本実施形態に係るシール構造を示す模式的な斜視図である。本実施形態に係るシール構造を示す模式的な断面図である。他の実施形態に係るシール構造を示す模式的な断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るシール構造を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の模式的な部分断面図である。

図１に示すように、エンジン１０は、例えば、直列４気筒エンジンであって、上側から順に、ヘッドカバー１２、シリンダヘッド１３、シリンダブロック１４、クランクケース１６及び、オイルパン１９等を含むエンジン本体部１１を備えている。なお、エンジン１０は、図示例の直列４気筒に限定されず、４気筒以外の直列多気筒、Ｖ型多気筒、水平対向多気筒、或いは、単気筒エンジンであってもよい。

シリンダヘッド１３には、燃焼室内に燃料を直噴するインジェクタＪ１～Ｊ４がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室に新気を導入する不図示の吸気ポートや、燃焼室から排気を導出する不図示の排気ポートが設けられている。なお、エンジン１０は、図示例の直噴式エンジンに限定されず、予混合式エンジンであってもよい。

シリンダブロック１４（本開示の上側ブロック体）は、隔壁１５によって区画された複数の気筒Ｃ１～Ｃ４を備えている。また、各気筒Ｃ１～Ｃ４には、ピストンＰ１～Ｐ４がそれぞれ往復移動可能に収容されている。ピストンＰ１～Ｐ４には、ピストンピン２１を介してコネクティングロッド２２の小端部が揺動自在に連結されている。ピストンＰ１～Ｐ４の頂面と、気筒Ｃ１～Ｃ４の内周面と、シリンダヘッド１３の下面とにより燃焼室が区画形成されている。

クランクケース１６（本開示の下側ブロック体）は、シリンダブロック１４の下部に不図示のボルト等で締結固定されている。具体的には、クランクケース１６は、クランクシャフト３０の軸方向に延びるラダーフレーム１７と、ラダーフレーム１７の上部に各壁部１５にそれぞれ対応して設けられたベアリングキャップ１８とを備えている。ベアリングキャップ１８及び、各隔壁１５には、半円弧状に窪む凹部がそれぞれ形成されており、両凹部を突き合わせた円形状の軸受穴にベアリング２（例えば、半割のすべり軸受）を取り付けることにより、クランクシャフト３０が軸心周りに回転自在に支持されている。

より詳しくは、クランクシャフト３０は、コネクティングロッド２２の大端部がそれぞれベアリング３（例えば、半割のすべり軸受）を介して揺動自在に連結された複数のクランクピン３１と、隔壁１５とベアリングキャップ１８との間のベアリング２に回転自在に軸支されたジャーナル部３２と、各クランクピン３１と各ジャーナル部３２とを接続する複数のクランクウェブ３３と、クランクウェブ３３に対して、クランクシャフト３０の回転軸心を挟んで対向する複数のカウンタウェイト３４とを備えている。

ピストンＰ１～Ｐ４が燃焼室内の爆発力によりシリンダＣ１～Ｃ４内を往復運動すると、この往復運動がコネクティングロッド２２からクランクピン３１に伝達されて回転運動に変換され、クランクシャフト３０がジャーナル部３２を軸心に回転するようになっている。

なお、以下の説明では、シリンダブロック１４の前壁を構成する部分をブロック前壁部１４Ａ、シリンダブロック１４の後壁を構成する部分をブロック後壁部１４Ｂという。また、クランクケース１６の前壁を構成する部分をケース前壁部１６Ａ、クランクケース１６の後壁を構成する部分をケース後壁部１６Ｂという。

各ジャーナル部３２のうち、ブロック前壁部１４Ａとケース前壁部１６Ａとの間の軸受穴に支持されたジャーナル部３２には、エンジン本体部１１の前側に向けて突出するクランクシャフト３０の前端部３５が設けられている。この前端部３５には、補機類等に動力を伝達する不図示のクランクプーリが設けられている。また、ブロック前壁部１４Ａとケース前壁部１６Ａとの間の軸受穴には、ジャーナル部３２との隙間を封止する円環状の前側密封部材２７が設けられている。

各ジャーナル部３２のうち、ブロック後壁部１４Ｂとケース後壁部１６Ｂとの間の軸受穴（本開示の一端側軸受穴の一例）に支持されたジャーナル部３２には、エンジン本体部１１の後側に向けて突出するクランクシャフト３０の後端部３６が設けられている。この後端部３６には、フライホイール３７が一体回転可能に設けられている。フライホイール３７は、クランクシャフト３０の回転を慣性力によって安定化させつつ、クランクシャフト３０の回転力を不図示の変速機等に伝達するクラッチ装置の一部として機能する。なお、図中において、符号３８は、フライホイール３７の周囲を囲うフライホイールハウジングを示している。

ブロック後壁部１４Ｂとケース後壁部１６Ｂとの間の軸受穴には、ジャーナル部３２との隙間を封止する円環状の後側密封部材２９が設けられている。さらに、ブロック後壁部１４Ｂとケース後壁部１６Ｂとの間の軸受穴の、後側密封部材２９よりもクランク室１側には、ジャーナル部３２との隙間をシールする本開示のシール構造４０が設けられている。以下、シール構造４０の詳細について説明する。

［シール構造］
図２は、本実施形態に係るシール構造４０をクランク室１側から視た模式的な斜視図であり、図３は、本実施形態に係るシール構造４０を示す模式的な断面図である。なお、図２において、クランクシャフト３０、ベアリング２及び、後側密封部材２９は、図示を省略している。

図２及び、図３に示すように、シール構造４０は、ブロック後壁部１４Ｂとケース後壁部１６Ｂとの間の軸受穴２８（本開示の一端側軸受穴）に設けられている。具体的には、シール構造４０は、ブロック後壁部１４Ｂ側から下方に延びる上側シール壁部４１と、ケース後壁部１６Ｂから上方に延びる下側シール壁部４２とを備えており、これら各壁部４１，４２によってラビリンスシールを形成する。

上側シール壁部４１は、ブロック後壁部１４Ｂのクランク室１に臨む壁面からクランク室１内に所定量突出すると共に、下方に向けて延設されている。また、上側シール壁部４１の下端部には、上方に半円弧状に窪む上側凹部４１Ａが設けられている。上側凹部４１Ａの円弧半径は、軸受穴２８の穴半径よりも小径、且つ、ジャーナル部３２（図３参照）の軸半径よりも大径（好ましくは、僅かに大径）に形成されている。この上側凹部４１Ａ内には、ジャーナル部３２の少なくとも上側半分が受容される。

下側シール壁部４２は、ケース後壁部１６Ｂから、上側シール壁部４１よりも後側（クランク室１とは反対側）を上方に向けて延設されている。下側シール壁部４２の上端部には、下方に半円弧状に窪む下側凹部４２Ａが設けられている。下側凹部４２Ａの円弧半径は、軸受穴２８の穴半径よりも小径、且つ、ジャーナル部３２（図３参照）の軸半径よりも大径（好ましくは、僅かに大径）に形成されている。この下側凹部４２Ａ内には、ジャーナル部３２の少なくとも下側半分が受容される。

ブロック後壁部１４Ｂ及び、ケース後壁部１６Ｂを互いに固定すると、上側シール壁部４１及び、下側シール壁部４２が軸方向に隣接して配置されることで、これらの各凹部４１Ａ，４２Ａによってジャーナル部３２の外周面を微小なクリアランスＣを隔てて囲む略円形状の円形穴４３（図２参照）が形成される。

すなわち、各シール壁部４１，４２のクランク室１とは反対側の側面と、ベアリング２の側面とが互いに対向することにより、軸受穴２８内にジャーナル部３２の外周面を囲う環状溝４５が区画されるようになる。この環状溝４５は、圧損用空隙として機能し、クランク室１側からの漏れ流れに圧力損失を生じさせ、この圧力損失によって潤滑油の漏れ出しを抑制するシール機能を発揮する。

これにより、エンジン１０が、クランクシャフト３０の前端部３５を後端部３６よりも上方に位置させて傾くか、或いは、オイルパン１９に貯留されている潤滑油の油面レベルがシール構造４０に到達しても、潤滑油の軸受穴２８内における後側密封部材２９に向けた移動が抑制されるようになり、当該潤滑油のフライホイールハウジング３８内への漏れ出しを効果的に防止することが可能となる。

また、上側シール壁部４１を下側シール壁４２よりもクランク室１側に配置し、下側シール壁部４２の下側凹部４２Ａの上方側を、上側シール壁部４１のクランク室１側に突出する部分によって覆うように構成されている。これにより、クランクウェブ３３やカウンタウェイト３４等によって掻き上げられて上方から降り注ぐ潤滑油の軸受穴２８内への浸入を効果的に防止できるようになり、潤滑油の漏れ出しをより確実に防止することが可能となる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、図４に示すように、上側シール壁部４１及び、下側シール壁部４２を複数個（図示例では各２個）設けて、軸受穴２８内に複数の環状溝４５を区画するように形成してもよい。

また、本開示のシール構造４０は、クランクシャフト３０の前端側のジャーナル部３２を軸支する軸受穴に適用することも可能である。この場合は、潤滑油のクランクプーリ側への漏れ出しを効果的に防止することが可能となる。

１クランク室
２ベアリング
１０エンジン
１１エンジン本体部
１２ヘッドカバー
１３シリンダヘッド
１４シリンダブロック（上側ブロック体）
１４Ａブロック前壁部
１４Ｂブロック後壁部
１５隔壁
１６クランクケース（下側ブロック体）
１６Ａケース前壁部
１６Ｂケース後壁部
１７ラダーフレーム
１８ベアリングキャップ
１９オイルパン
Ｃ１～Ｃ４気筒
Ｐ１～Ｐ４ピストン
２１ピストンピン
２２コネクティングロッド
２８軸受穴（一端側軸受穴）
２９後側密封部材
３０クランクシャフト
３１クランクピン
３２ジャーナル部
３３クランクウェブ
３４カウンタウェイト
３５前端部
３６後端部
３７フライホイール
３８フライホイールハウジング
４０シール構造
４１上側シール壁部
４１Ａ上側凹部
４２下側シール壁部
４２Ａ下側凹部
４５環状溝

Claims

エンジンの上側ブロック体と下側ブロック体との間に回転可能に支持されるクランクシャフトのシール構造であって、
前記上側ブロック体と前記下側ブロック体との間には、前記クランクシャフトのジャーナル部を軸支する複数の軸受穴が設けられており、
前記複数の軸受穴のうち、前記クランクシャフトの軸方向一端側のジャーナル部を軸支する一端側軸受穴には、前記上側ブロック体から下方に延びると共に、ジャーナル部の少なくとも上側部分を受容する上側凹部を有する上側シール壁と、前記下側ブロック体から上方に延びると共に、ジャーナル部の少なくとも下側部分を受容する下側凹部を有する下側シール壁とが設けられており、
前記上側シール壁及び、前記下側シール壁が互いに軸方向に隣接して配されて、前記一端側軸受穴内に環状溝を区画することによりラビリンスシールを形成する
ことを特徴とするシール構造。
前記上側シール壁が前記下側シール壁よりも軸方向の他端側に配されている
請求項１に記載のシール構造。