(57)【要約】【課題】この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関に関し、バランサピストンの往復動による空気抵抗やクランクケースの内圧変動を低減できるピストン式バランサを備える内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】ピストン式バランサを備える内燃機関であって、内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して上下動するバランサピストン４０を有する、またバランサピストンの頂面４０ａと反対面４０ｂとを貫通する通気孔５２を備える。さらに、バランサピストン４０の頂面４０ａの全長はバランサピストン４０の高さよりも大きく構成される。【選択図】図４
2010133524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して上下動するバランサピストンと、
前記バランサピストンの頂面と反対面とを貫通する通気孔と、
を備えることを特徴とするピストン式バランサを備える内燃機関。
【請求項２】
オイルを蓄えるオイルパンと、
前記バランサピストンの側面部を囲み、前記オイルパンの基準オイル面よりも低い位置で底面が開口されるライナと、
前記ライナの底面開口部を隙間を開けて覆い、前記基準オイル面よりも高い位置で上面が開口される容器と、
前記通気孔に配置され、前記バランサピストンが上昇する場合に開弁し、下降する場合に閉弁する逆止弁と、を備え、
前記バランサピストンの最下降位置は、前記基準オイル面よりも低い位置に設定されること、
を特徴とする請求項１記載のピストン式バランサを備える内燃機関。
【請求項３】
前記バランサピストンの頂面の全長が、前記バランサピストンの高さよりも大きいこと、を特徴とする請求項１又は２記載のピストン式バランサを備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関に係り、特に、車両に搭載する場合に好適なピストン式バランサを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、ピストン式バランサを備える内燃機関が知られている。また、本公報には、バランサピストンの昇降領域とバランサピストン下方領域とを隔壁で囲み、隔壁で隔壁内部領域と隔壁周囲領域とを区画することが開示されている。さらに、隔壁の上開口部を隔壁周囲領域のオイル面よりも高く位置させ、そのオイル面上方領域とバランサピストン下方領域とを連通させ、バランサピストン下方領域と隔壁周囲領域とを連通させることが開示されている。このような技術によれば、バランサピストンの昇降により隔壁内空間のオイル面を隔壁周囲領域のオイル面よりも低くすることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０１３１６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１９３２号公報
【特許文献３】特開２００３−２８６８５５号公報
【特許文献４】特開２００５−３６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の内燃機関のように、単にオイル面を低くするだけでは、バランサピストンの往復動による空気抵抗やクランクケースの内圧変動により生じるフリクション悪化を十分に抑制しえない。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バランサピストンの往復動による空気抵抗やクランクケースの内圧変動を低減できるピストン式バランサを備える内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ピストン式バランサを備える内燃機関であって、
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して上下動するバランサピストンと、前記バランサピストンの頂面と反対面とを貫通する通気孔とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
オイルを蓄えるオイルパンと、
前記バランサピストンの側面部を囲み、前記オイルパンの基準オイル面よりも低い位置で底面が開口されるライナと、
前記ライナの底面開口部を隙間を開けて覆い、前記基準オイル面よりも高い位置で上面が開口される容器と、
前記通気孔に配置され、前記バランサピストンが上昇する場合に開弁し、下降する場合に閉弁する逆止弁と、を備え、
前記バランサピストンの最下降位置は、前記基準オイル面よりも低い位置に設定されることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、
前記バランサピストンの頂面の全長が、前記バランサピストンの高さよりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、バランサピストンに通気孔を設ける。通気孔を設けることにより、バランサピストンの上下運動による空気抵抗及びクランク室の内圧変動を低減することができ、良好なフリクション特性を得ることができる。
【００１０】
第２の発明によれば、バランサピストンが上昇する行程において、通気孔に設けられた逆止弁を開くことができる。逆止弁を開くことで、バランサピストンの上昇による空気抵抗及びクランク室の内圧変動を低減することができる。また、容器内にオイルパン内のオイルを巻き込むことを軽減することができる。
一方、バランサピストンが下降する行程において、通気孔に設けられた逆止弁を閉じることができる。逆止弁を閉じることで、バランサピストンの下降により、ライナに囲まれたバランサピストン下部領域の空気が押し出される。押し出される空気と共に、容器内のオイルを排出させることができる。容器内のオイルを排出させることで、バランサピストンがオイルを叩くことを軽減することができる。
このため、本発明によれば、バランサピストンの最下降位置がオイルパンのオイル面より低い場合においても、良好なフリクション特性を維持することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、バランサピストンの形状を扁平化することができる。扁平化により、エンジンの全高を高くすることなく、バランサピストンのオイル面への干渉を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
［実施の形態１の基本構成］
図１は、本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関１０の構成を説明するための構成図である。
本発明では、内燃機関の気筒数を特に問わないが、ここでは、図１に示す内燃機関１０は、直列２気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の各気筒１２の内部には、気筒内ピストン１４が摺動可能に配置されている。気筒内ピストン１４は、コンロッド１６を介して、クランク軸１８に設けられたクランクピン２０と連結されている。尚、ここでは、内燃機関１０の２つの気筒がそれぞれ備えるクランクピン２０は、同位相となるように設定されているものとする。つまり、内燃機関１０は、爆発行程が等間隔となるように構成されている。
【００１３】
図１における内燃機関１０の向きは、当該内燃機関１０が実際に車両に搭載された際の搭載方向に対応している。すなわち、ここでは、内燃機関１０は、気筒内ピストン１４の軸線方向（更には、後述するバランサピストン４０の軸線方向）が地面に対して垂直方向となるようにして車両に搭載されているものとする。尚、以下の明細書中においては、このような向きでの車両に対する内燃機関１０の搭載手法を、単に「垂直搭載」と称することがある。
【００１４】
内燃機関１０の各気筒１２を構成する部材であるシリンダブロック２２の上方には、シリンダヘッド２４が取り付けられている。また、シリンダブロック２２内の気筒１２、気筒内ピストン１４、およびシリンダヘッド２４とで囲まれた空間として、内燃機関１０の燃焼室２６が形成されている。
【００１５】
また、シリンダブロック２２の下方には、クランクケース２８が取り付けられている。更に、クランクケース２８の下方には、内燃機関１０の各部を潤滑するためのオイルを溜めておくためのオイルパン３０が取り付けられている。また、気筒内ピストン１４を間に介する燃焼室２６の反対側には、シリンダブロック２２、クランクケース２８、およびオイルパン３０とで囲まれた空間として、クランク室３２が形成されている。
【００１６】
クランクケース２８には、内燃機関１０のトルクを動力として作動するオイルポンプ３４が設置されている。オイルポンプ３４は、オイルパン３０内に溜められたオイルを汲み上げて内燃機関１０の各部に供給する。
【００１７】
また、クランク軸１８には、クランク軸１８の軸中心を中心としてクランクピン２０と対称となる位置に、バランサ用クランクピン３６が設けられている。バランサ用クランクピン３６は、バランサ用コンロッド３８を介して、バランサピストン４０に連結されている。バランサピストン４０の周囲には、当該バランサピストン４０の挿入を受けるバランサライナ４２が配置されている。バランサライナ４２は、バランサピストン４０の底面側（頂面側）が開口している。
【００１８】
より具体的には、バランサピストン４０は、その側面部がバランサライナ４２によって摺動可能に案内された状態で、クランク軸１８の回転に伴って、気筒内ピストン１４と対向して運動するように構成されている。また、バランサピストン４０は、気筒内ピストン１４の慣性力に釣り合う力であって、かつ逆向きの慣性力が発生するようにその質量が調整されている。以上のようなバランサ用クランクピン３６、バランサ用コンロッド３８、バランサピストン４０、およびバランサライナ４２によって、内燃機関１０のピストン式バランサ機構が実現されている。
【００１９】
［実施の形態１における特徴的構成］
次に、本実施形態のシステムの特徴的構成について図２〜図５を用いて説明する。本実施形態のシステムの特徴的構成は主にバランサピストン４０の構造にある。そこで、まず、本実施形態のシステムにおけるバランサピストン４０の比較対象として、一般的なバランサピストン（以下、比較対象バランサピストンという。）について説明する。図２は、比較対象バランサピストンが下降した際のオイルパン内の状態を示す図である。比較対象バランサピストンは、後述する図３に点線で示すように、本実施形態のバランサピストン４０に比してピストン頂面の全長は短く、ピストン高は高く構成されている。また、ピストン頂面とその反対面とはピストン本体で遮断されている。
【００２０】
上述した比較対象バランスピストンを、本実施形態における内燃機関１０のピストン式バランサ機構に用いた場合には、比較対象バランサピストンの上下運動により生じるクランク室３２の内圧変動や空気抵抗が大きいため、フリクションの悪化が懸念される。また、比較対象バランサピストンは、ピストン高が高いためピストンが下降にした際に、オイルパン内のオイル面を大きく叩くこととなりフリクションが悪化する。なお、オイル面が叩かれることで、オイルに多くの気泡が発生し、内燃機関１０を循環するオイルの性能が悪化する場合もある。
【００２１】
このような課題に対して、比較対象バランサピストンがオイルを叩かないようにするために、オイルパン３０の底面を下げることでオイル面を下げる構成も考えられる。しかしながら、オイルパンの底面を下げれば内燃機関１０の全高が高くなるという問題が生じる。また、比較対象バランサピストンの上下運動によるクランク室３２の内圧変動や空気抵抗によるフリクションの悪化は改善されない。
【００２２】
そこで、本実施形態のシステムにおいては、内燃機関１０の全高を高くすることなく、バランサピストン４０のオイル油没を抑制するとともに、バランサピストン４０の上下運動による空気抵抗やクランク室の内圧変動により生じるフリクションの悪化を低減しうるようにバランサピストン４０を構成することとした。
【００２３】
具体的なバランサピストン４０の構成について図３〜図５を用いて説明する。図３は、比較対象バランサピストン及び本実施形態のバランサピストン４０の側面図である。図３の点線は、比較対象バランサピストンの側面図を示す。一方、図３の実線は、本実施形態のバランサピストン４０の側面図を示す。バランサピストン４０は、比較対象バランサピストンに比して、コンプハイト（ピストンピン孔５０の中心からピストン頂面までの距離をいう。）が小さい構造となっている。ピストンピンボスの最低肉厚（重量・材質等によって実験で定める。）を確保して必要な強度を確保しつつ、コンプハイトを小さくすることで、ピストン頂面４０ａを比較対象バランサピストンの頂面に比して高く設定されている。また、コンプハイトを小さくすると共に、バランサピストン４０の重心をピストンピン孔５０の中心軸近傍とするため、比較対象バランサピストンに比してピストン頂面４０ａの全長又は全幅を大きくするとともにピストン高を低くする構成としている。このため、バランサピストン４０の形状は、ピストン頂面４０ａの全長又は全幅（ピストンが円形の場合は直径、楕円形の場合には長軸）がピストン高よりも大きくなるように扁平化されている。
【００２４】
図４は、本実施形態におけるバランサピストン４０の斜視図である。図４に示すとおり、バランサピストン４０には、頂面４０ａとその反対面４０ｂとを貫通する通気孔５２が、ピストンの重心を保ちつつ四隅に設けられている。
【００２５】
図５は、図１におけるバランサピストン４０近傍の詳細な構成を示す構成図である。図５に示すとおり、上下動するバランスピストン４０の摺動領域は、バランサライナ４２によって囲まれている。また、バランサピストン４０の頂面４０ａ側の空間とその反対面４０ｂ側の空間とは、通気孔５２を介して連通している。
【００２６】
以上説明したように、図３〜図５に示す本実施形態の構成によれば、コンプハイトを小さくし、バランサピストン４０の外形を扁平化することにより、バランサピストン４０とオイルパン３０のオイル面５４との干渉を低減することができる。そのため、内燃機関１０の全高を上げることなく、オイル面を叩くことによるフリクション悪化や気泡の発生を大幅に軽減することができる。
また、バランサピストン４０に通気孔５２を設けることにより、バランサピストンの上下運動により生じる空気抵抗及びクランク室３２の内圧変動を低減することができる。そのため、良好なフリクション特性を実現することができる。特に、バランサピストン４０は扁平化によって、ピストン下降時に押し出す面積及び空気量が増大するとともに、クランク室３２内の通路面積が相対的に狭くなるため、通気孔５２を設けることで、空気抵抗及びクランク室３２の内圧変動を大きく低減することができる。
このように、本実施形態のシステムによれば、バランサピストン４０の上下動によるオイル面５４との干渉、空気抵抗、クランク室３２の内圧変動を軽減することができ、良好なフリクション特性を実現することができる。
【００２７】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、バランサピストン４０の頂面４０ａを平らな形状としているが、この頂面４０ａの形状はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、ピストンピンボス部以外の頂面４０ａをさらに高い位置に設定し、オイル面５４との干渉を低減する構成としても良い。
【００２８】
尚、上述した実施の形態１においては、バランサピストン４０が前記第１の発明における「バランサピストン」に、通気孔５２が前記第１の発明における「通気孔」に、それぞれ相当している。
【００２９】
実施の形態２．
［実施の形態２の基本構成］
次に、図７〜図９を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成に、後述する逆止弁５６及び内部容器５８が加えられている点を除き、図１に示す構成と同様である。そのため、図１に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３０】
［実施の形態２における特徴的構成］
図７は、本実施形態において図１に示すバランサピストン４０の周辺構造を示す構成図である。図７に示すとおり、バランサピストン４０の最下降位置は、オイルパン３０の基準オイル面５５よりも低い位置に設定される。ここで、基準オイル面５５とは、例えばオイルパン３０内の設計上のオイル面である。また、バランサライナ４２は、上下動するバランサピストン４０の摺動領域を囲み、オイルパン３０の基準オイル面５５よりも低い位置で底部が開口される。内部容器５８は、バランサライナ４２の底面開口部を隙間を開けて覆い、オイルパン３０の基準オイル面５５よりも高い位置で上面が開口される。図７に示すとおり、内部容器５８とバランサライナ４２との隙間には排出口６０が形成される。通気孔５２の途中には逆止弁５６が設けられている。逆止弁５６として、例えばリードバルブが用いられる。本実施形態のシステムにおける逆止弁５６の開閉状態については後述する図８で説明する。
【００３１】
図８は、本実施形態のシステムにおけるバランサピストン４０の上下運動による逆止弁５６の開閉状態を示す図である。図８（Ａ）は、バランサピストン４０上昇時の逆止弁５６の状態を示す図である。バランサピストン４０上昇時には、逆止弁５６が開き、バランサライナ４２内部の空気及びオイルは、通気孔５２を通りバランサピストン４０の下方領域に排出される。一方、図８（Ｂ）は、バランサピストン４０下降時の逆止弁５６の状態を示す図である。バランサピストン４０下降時には、逆止弁５６が閉じ、頂面４０ａとバランサライナ４２とに囲まれた領域の空気を押し出す。内部容器５８はバッフルプレート（気体や液体をそらせたり制御したりする板）として機能し、排出口６０からは空気とオイルとが排出される。
【００３２】
以上説明したように、図７〜図８に示す構成によれば、バランサピストン４０の上昇時において、通気孔５２が開かれた状態となり、上述した実施の形態１と同様に、空気抵抗及びクランクケースの内圧変動を低減し、良好なフリクション特性を実現することができる。また、容器内にオイルパン内のオイルを巻き込むことを軽減することができる。
一方、バランサピストン４０の下降時には、通気孔５２が閉じられた状態となり、内部容器５８に溜まっているオイルを排出できるため、内部容器５８内のオイル面を、オイルパン３０の基準オイル面５５よりも低くすることができる。そのため、バランサピストン４０の最下降位置が、オイルパン３０の基準オイル面５５より低くても、バランサピストン４０がオイル面を叩くことを低減することができる。
このため、本実施形態のシステムによれば、オイルパン３０の底面を上げて基準オイル面５５をバランサピストン４０の最下降位置よりも高く設定する場合であっても、バランサピストン４０の上下動によるオイル面５４との干渉、空気抵抗、クランク室３２の内圧変動を軽減することができ、良好なフリクション特性を実現することができる。なお、オイルパン３０の底面を上げることで、垂直搭載される内燃機関１０の全高を下げることができる。
【００３３】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、バランサピストン４０の帳面４０ａ及び内部容器５８の形状を平らな形状としているが、この頂面４０ａの形状はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、頂面４０ａ及び内部容器５８を曲面とすることとしても良い。
【００３４】
尚、上述した実施の形態２においては、オイルパン３０が、前記第２の発明における「オイルパン」に、バランサライナ４２が前記第２の発明における「ライナ」に、内部容器５８が前記第２の発明における「容器」に、逆止弁５６が前記第２の発明における「逆止弁」に、それぞれ相当している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関１０の構成を説明するための構成図である。
【図２】実施の形態１における比較対象バランサピストンが下降した際のオイルパン内の状態を示す図である。
【図３】実施の形態１における比較対象バランサピストン及び実施の形態１のバランサピストン４０の側面図である。
【図４】実施の形態１におけるバランサピストン４０の斜視図である。
【図５】実施の形態１におけるバランサピストン４０近傍の詳細な構成を示す構成図である。
【図６】実施の形態１におけるバランサピストン４０の変形例を示す図である。
【図７】実施の形態２におけるバランサピストン４０の周辺構造を示す構成図である。
【図８】実施の形態２におけるバランサピストン４０の上下運動による逆止弁５６の開閉状態を示す図である。
【図９】実施の形態２におけるバランサピストン４０の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  内燃機関
３０  オイルパン
３２  クランク室
４０、４０ａ、４０ｂ  バランサピストン、頂面、反対面
４２  バランサライナ
５２  通気孔
５４  オイル面
５６  逆止弁
５８  内部容器
６０  排出口
【図１】
2010133524.tif 000003
【図２】
2010133524.tif 000004
【図３】
2010133524.tif 000005
【図４】
2010133524.tif 000006
【図５】
2010133524.tif 000007
【図６】
2010133524.tif 000008
【図７】
2010133524.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010133524.tif 000011