(57)【要約】【課題】オイルに溶存している空気が脱離して発生した気泡が、オイル通路壁面に付着し成長して空気断熱層を形成することによって生じる、熱伝達率の低下を抑制する。【解決手段】機関内部にオイル通路を有する内燃機関１において、オイル通路２ｂ、２２または機関内部でオイルと接する部位２１のうち、オイルとの熱の授受を主な目的とする部位２ａ、２０ａ、２１ａ〜２１ｃの少なくとも一部を、気泡が離脱しやすい表面性状とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関内部にオイル通路を有する内燃機関において、
前記オイル通路または機関内部でオイルと接する部位のうち、オイルとの熱の授受を主な目的とする部位の少なくとも一部が、気泡が離脱しやすい表面性状となっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
機関冷却用の主な冷却媒体がオイルであって、シリンダ周辺にラビリンス形状のオイル通路または冷却フィンを有するオイル通路を有し、このオイル通路が気泡が離脱しやすい表面性状となっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記気泡が離脱しやすい表面性状となっている部位の下流側にあり、かつオイルの移送を主な目的とする部位が、撥油性を有する表面性状となってい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。
【請求項４】
前記オイル通路または機関内部でオイルと接する部位のうち、走行風または冷却ファン風に晒される側にある部位が、前記気泡が離脱しやすい表面性状となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記オイル通路または機関内部でオイルと接する部位の壁面に、微細な突起または穴を設けることによって、前記気泡が離脱しやすい表面性状にすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記オイル通路または機関内部でオイルと接する部位の壁面に、水素を含まないグラファイトを用いたＤＬＣコーティングを施すことによって、前記気泡が離脱しやすい表面性状にすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記微細な穴に封孔処理を施すことによって撥油性を有する表面性状にすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項８】
フッ素樹脂を塗布することによって撥油性を有する表面性状とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項９】
オイルパンの排気側の内壁面が撥油性の表面性状を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項１０】
車両用の内燃機関であって、
車両前部のエンジンルーム内に車両進行方向に対して気筒列が直交するように、かつシリンダヘッドの車両後方側から排気することを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のオイル通路壁面及びオイルに接する面の表面性状に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の潤滑及び冷却等のために、オイルが用いられている。オイルは、内燃機関下部または外部に設けたオイルパンから、オイルポンプによってシリンダヘッド及びシリンダブロックに送られ、潤滑機能や冷却機能を果たして再びオイルパンに回収される。この回収性が高ければ、オイルパン内のオイル量を減らすことができ、結果としてオイルの早期昇温を実現することができる。そこで、特許文献１では、回収性を向上させるために、オイル通路の壁面に撥油処理を施している。
【特許文献１】特開２００６−２４９９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、エンジン運転中には、オイルに溶存している空気が気泡核としてオイル通路壁面に発生し、気泡核がオイル流の影響を受ける程度まで大きく成長すると、壁面から離れるという現象が起きる。気泡の成長過程では、オイル通路の壁面とオイルとの間に空気断熱層が形成されることになるので、内燃機関からオイルへの熱伝達率が低下する。特に、特許文献１に記載されたオイル通路のように壁面に撥油処理が施されていると、壁面に気泡が付着しやすくなるので、熱伝達率が低下しやすくなる。
【０００４】
一方、内燃機関の素材として一般的に用いられるアルミ合金、鉄のいずれも、表面エネルギは５００〜２０００ｍＮ／ｍであり、オイルの表面エネルギは３０ｍＮ／ｍ程度であるから、オイル通路壁面の濡れ性（親油性）は高い。しかしながら、オイル通路壁面で気泡核が発生して成長する。これは、オイル通路壁面から気泡を離脱させるためには、親油性のオイル通路壁面に付着している気泡を押し流すだけの流体力（流速）が必要なためであり、壁面付近ではオイルの流速が低いためである。つまり、オイル通路壁面に撥油処理を施さずに親油性のままにするだけでは、気泡がオイル通路壁面から離脱しやすくなるとはいえない。
【０００５】
そこで、本発明では、オイル通路壁面への気泡付着による熱伝達率の低下を抑制し得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】
本発明の内燃機関は、機関内部にオイル通路を有する内燃機関である。そして、オイル通路または機関内部でオイルと接する部位のうち、オイルとの熱の授受を主な目的とする部位の少なくとも一部が、気泡が離脱しやすい表面性状となっている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、オイルとの熱の授受を主な目的とする部位への気泡の付着が抑制されるので、熱伝達率の低下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】
【０００８】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図1は、第１実施形態を適用する多気筒内燃機関（以下、単に内燃機関という）１を機関前方から見た概略構成図であり、（Ａ）はシリンダ部分、（Ｂ）は気筒間部分について示した図である。
【００１０】
２はシリンダヘッド、３はシリンダブロック、４はシリンダブロック３に設けたシリンダ内に摺動可能に収められたピストン、５は吸気ポート、６は排気ポート、７は吸気バルブ、８は排気バルブ、９は吸気バルブ用カムシャフト、１０は排気バルブ用カムシャフト、１１はプラグタワー、１２は点火栓、１３は点火コイル、１４は水温センサ、１５はクランクシャフト、１６はシリンダヘッド２内の冷却液通路、１７はシリンダブロック３内の冷却液通路、１８は燃焼室、１９は燃料噴射弁、２０はシリンダヘッド２の上面開口部を塞ぐカムカバー、２１はシリンダブロック３下面に取り付けられたオイルパン、２２はブローバイ通路、２３は吸気バルブ７のバルブタイミングを運転状態に応じて変化させる可変動弁装置（ＶＴＣ）である。なお、シリンダヘッド２内の冷却液通路１６は便宜的に示したものである。
【００１１】
吸気ポート５は、シリンダヘッド２下面に設けた燃焼室１８とシリンダヘッド２の一方の側面とを連通し、その燃焼室１８側の開口部は、吸気バルブ用カムシャフト９により駆動される吸気バルブ７によって開閉される。排気ポート６も同様に燃焼室１８とシリンダヘッド２の他方の側面とを連通し、排気バルブ６により開閉される。
【００１２】
シリンダヘッド２には、燃焼室１８の頂部近傍とシリンダヘッド２上面とを連通するようにプラグタワー１１が設けられ、このプラグタワー１１には、先端側にある中心電極が燃焼室１８内に臨むように点火栓１２が備えられ、点火栓１２の基端側には点火コイル１３が接続される。点火コイル１３は図示しないコントロールユニットからの信号に応じて、点火栓１２に電圧を印加する。また、シリンダヘッド２は上面が開口しており、この開口部をカムカバー２０で塞ぐことによって、後述するシリンダヘッド内オイル通路３４の一部であるオイル通路２ｂを形成している。そして、ブローバイ通路２２は、このオイル通路２ｂとシリンダブロック３内部のクランクケース３ａとを連通している。
【００１３】
燃料噴射弁１９は、吸気ポート５の開口部近傍のシリンダヘッド２壁面から燃焼室１８内に直接燃料を噴射する。
【００１４】
シリンダブロック３内の冷却液通路１７は、シリンダの周囲を囲むように設けられている。
【００１５】
上記のように構成される内燃機関１の潤滑系回路について図２を参照して説明する。
【００１６】
図２は、内燃機関１の潤滑系回路について示した図である。
【００１７】
オイルパン２１に溜められたオイルは、オイルポンプ３１によってストレーナ３０を介して汲み上げられ、シリンダブロック３内に設けたメインギャラリ３３へと圧送される。
【００１８】
メインギャラリ３３に送られたオイルの一部は分岐して、シリンダヘッド内オイル通路３４及びＶＴＣ２３に供給され、その他はクランクシャフト１５の軸受け部であるメインジャーナル３５等に供給される。なお、オイルポンプ３１とメインギャラリ３３の間にはレギュレータ３２が設けられており、予め設定された圧力を超えるとオイルポンプ３１を通過したオイルの一部はオイルパン２１に戻される。
【００１９】
シリンダヘッド内オイル通路３４に供給されたオイルは、吸気バルブ用カムシャフト９及び排気バルブ用カムシャフト１０のカムジャーナルや、ハイドロリック・ラッシュ・アジャスタ等に供給され、その後ブローバイ通路２２、オイル落とし通路（図１には示さず）を介してクランクケース３ａに流入し、クランクケース３ａの下部に設けたオイルパン２１に回収される。
【００２０】
メインギャラリ３３からメインジャーナル３５等に供給されたオイルは、潤滑等に供された後、メインジャーナル３５等の摺動部からクランクケース３ａ内に流れ出し、オイルパン２１に回収される。
【００２１】
上記の潤滑系回路において、シリンダヘッド２の上面開口部分の壁面２ａ、カムカバー２０の内面２０ａ、及びシリンダヘッド内オイル通路３４の内壁面を、気泡が離脱しやすい表面性状にする。ここでいう「気泡が離脱しやすい」とは、単なる親油性の表面性状と比べて気泡が離脱しやすいことをいう。
【００２２】
気泡が離脱しやすい表面性状は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような微細な穴を設けることにより得られる。この微細な穴は、１つ１つの開口部が数ナノメートル四方に収まる程度の大きさであり、シリンダヘッド２及びシリンダブロック３がアルミ合金の場合には、印加電圧、電解液濃度、流速等の条件を調整して行う陽極酸化処理及びエッチング処理により形成する。なお、図３（Ａ）では開口部が６角形の穴を示したが、円形、その他の形状、あるいはそれらの組み合わせであっても構わない。また、穴ではなく、微細な突起を設けるようにしてもよい。
【００２３】
このような表面性状にすることにより、オイルに溶存している空気が温度上昇に伴って離脱して発生した気泡や、オイルが部分的又は全体的に沸騰して発生した気泡が離脱しやすく、かつ再付着しにくくなる。そのため、気泡が集まり成長して、オイルと壁面との間に空気断熱層を形成することを防止できるので、熱伝達効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
したがって、シリンダヘッド２の上側開口部分の壁面２ａ、カムカバー２０の内面２０ａ、及びシリンダヘッド内オイル通路３４の内壁面のように、熱の授受を積極的に行う面を気泡が離脱しやすい表面性状とすることで、壁面とオイルとの熱伝達が促進され、冷却性が向上する。
【００２５】
一方、オイル落とし通路及びブローバイ通路２２の内壁面は、撥油性を有する表面性状にする。これにより、オイルの回収性を高めることができる。
【００２６】
撥油性の表面性状は、図３と同様に形成した微細な穴に封孔処理を施すことによって形成する。封孔処理は、加圧水蒸気または沸騰水によって水和反応させて行う処理である。なお、疎水性能を高めるために、さらにフッ素樹脂を塗布してもよい。
【００２７】
上記のような方法によれば、陽極酸化処理までは気泡が離脱しやすい表面性状の形成方法と共通になるので、生産性を高めることができる。
【００２８】
なお、内燃機関１がアルミ合金以外の材質の場合には、水素を含まないグラファイトを用いたＤＬＣコーティング（水素フリーＤＬＣコーティング）を施すことによって、気泡が離脱しやすい表面性状を形成することができる。一般的なＤＬＣコーティングでは、蒸発源として炭化水素を用いることが多いが、これではコーティング膜中に水素が含有されて撥油性となってしまう。しかし、水素フリーＤＬＣであればコーティング膜中に水素が存在しないため、オイルとの密着性を高まり、気泡が離脱しやすくなる。この場合には、撥油性を有する表面性状は、フッ素樹脂を塗布することにより作成する。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００３０】
（１）オイルとの熱の授受を主な目的とする部位の少なくとも一部が、気泡が離脱しやすい表面性状となっているので、気泡付着による熱伝達率の低下を抑制することができる。
【００３１】
（２）気泡が離脱しやすい表面性状となっている部位の下流側にあり、かつオイルの移送を主な目的とする部位、例えばブローバイ通路２２が、撥油性を有する表面性状となっているので、循環するオイル中から気泡を分離することができる。このため、冷却性能及び潤滑性能を満足するオイル流量の適正化を図ることができ、結果として冷却装置及び潤滑装置をコンパクト化することができる。
【００３２】
（３）撥油性を有する表面性状は、気泡が離脱しやすい表面性状と同様の陽極酸化処理によって得られた微細な穴に封孔処理を施したものである。したがって、気泡が離脱しやすい表面性状と撥油性を有する表面性状とを、封孔処理を施す部位を変化させるだけで容易に作り分けることができる。
【００３３】
第２実施形態について説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態を適用する内燃機関１を機関前方から見た概略構成図であり、図１（Ｂ）と同様に気筒間部分について示した図である。
【００３５】
内燃機関１は、車両進行方向に対して気筒列が直交する、いわゆる横置きの状態で車両に搭載されており、吸気側が車両前方、排気側が車両後方となっている。
【００３６】
内燃機関１の構成は、基本的には図１（Ｂ）と同様であるが、気泡が離脱しやすい表面性状となっている部位と、撥油性を有する表面性状となっている部位が異なる。本実施形態では、第１実施形態と同様の部位に加え、さらに、クランクケース３ａの排気側内壁面３ｂと、オイルパン２１の排気側内壁面２１ｃ及び底面２１ａと、が撥油性になっており、クランクケース３ａの吸気側内壁面３ｃと、オイルパン２１の吸気側内壁面２１ｂとが気泡が離脱しやすい表面性状になっている。
【００３７】
クランクケース壁面３ｃ及びオイルパン２１の吸気側壁面２１ｂのように、走行風または冷却ファン風に晒される部位を気泡が離脱しやすい表面性状にするので、壁面への気泡の付着防止による熱伝達率の低下抑制に加えて、さらに、走行風等による機関冷却の効果が得られる。
【００３８】
また、撥油性を有する表面性状にすると、壁面に気泡が付着することによって、壁面とオイルとの間に空気断熱層が形成される。したがって、クランクケース３ａの排気側内壁面３ｂ、オイルパン２１の排気側内壁面２１ｃ及び底面２１ａのように、走行風等が当たりにくく排気通路からの輻射熱によって温度上昇しやすい部位を、撥油性を有する表面性状にすると、空気断熱層によってオイルの温度上昇を抑制することができる。
【００３９】
以上のように本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００４０】
（１）走行風または冷却ファン風に晒される側にある部位が、気泡が離脱しやすい表面性状となっているので、気泡付着防止による熱伝達率の低下抑制に加えて、さらに、走行風等による機関冷却の効果が得られる。このため、機関の冷却装置を簡素化し、機関をよりコンパクト化することができる。
【００４１】
（２）オイルパンの排気側の内壁面が撥油性の表面性状を有するので、排気通路からの受熱を低減して、より高効率で冷却を行うことができる。
【００４２】
第３実施形態について説明する。
【００４３】
図５は、本実施形態を適用する内燃機関１を機関前方から見た概略構成図であり、図１（Ｂ）と同様に気筒間部分について示した図である。
【００４４】
内燃機関１は、車両進行方向と気筒列が平行な、いわゆる縦置きの状態で車両に搭載されている。
【００４５】
内燃機関1の構成は、基本的には図１（Ｂ）と同様であるが、撥油性を有する表面性状となっている部位が異なる。本実施形態では、ブローバイ通路２２の内壁面２２ａの他に、クランクケース３ａの内壁面３ｂ、３ｃと、オイルパン２１の内壁面２１ａ〜２１ｃが撥油性を有する表面性状となっている。
【００４６】
縦置きの内燃機関１において、クランクケース３ａの排気側内壁面２１ｂを撥油性にすることで、排気側内壁面２１ｂには気泡が付着、集合して断熱性が高まり、排気の輻射熱による温度上昇を抑制することができる。
【００４７】
また、クランクケース３ａの内壁面２１ａ〜２１ｃを撥油性にして壁面に気泡を集合させることにより、クランクケース３ａ内でオイルと気泡を分離することができる。つまり、オイルポンプ３１を通過する前にオイルと気泡が分離されるので、循環するオイル中の気泡の量を低減することができる。これにより、冷却性能及び潤滑性能の両方を満足しつつ流量を低減することができるので、冷却装置及び潤滑装置を簡素な構成にすることができ、機関全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４８】
以上のように本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００４９】
オイルパンの排気側の内壁面が撥油性の表面性状を有するので、排気通路からの受熱を低減して、より高効率で冷却を行うことができる。
【００５０】
第４実施形態について説明する。
【００５１】
図６は、本実施形態を適用する内燃機関１を機関前方から見た概略構成図であり、図１（Ａ）と同様にシリンダ部分について示した図である。
【００５２】
本実施形態の内燃機関１は、オイルを主な冷却媒体とする、いわゆる油冷式である。このため、シリンダブロック３には、シリンダを囲むようにラビリンス状のオイル通路４２が設けられている。そしてシリンダヘッド２内及びシリンダブロック３内のオイル通路は、潤滑用と冷却用を兼ねる。なお、ラビリンス状ではなく、冷却液通路周辺のシリンダブロック壁面に冷却用フィンを設けてもよい。
【００５３】
ところで、油冷の場合には、広く一般的に使用されている水冷の場合と比較すると、冷却媒体と潤滑媒体との統合化が図れるため、コンパクトな構成にすることができるという点で有利である。
【００５４】
一方、オイルを冷却媒体としてみると、水に比べて比熱が小さく、また熱伝導率が小さいため、同一の比出力内燃機関を水冷と同様に冷却するためには、流速を増加させる、受熱面積を増加させる等の方策が必要となる。しかし、流速を増加させると、通路内での衝突や攪拌によって空気を巻き込みやすくなる。
【００５５】
また、オイルは、低温かつ水分が多い条件でのオイル泥状化防止のために、ベンチレーションが必要となる。このため、クランク室内等ではオイルの周りに新気が存在することとなり、オイルに溶存している空気は、オイルが高温になったときに一旦離脱しても、低温になると再び溶解してしまう。
【００５６】
上記の衝突や攪拌により巻き込まれた空気や溶存している空気が、内燃機関運転中に気泡としてオイルから離脱してオイル通路壁面に付着すると、壁面に空気断熱層が形成されることになるので、オイル通路壁面とオイルとの熱伝達率が低下し、結果として内燃機関からオイルへの熱の授受が効率的に行えなくなる。
【００５７】
そこで本実施形態では、第３実施形態と同様にシリンダヘッド２の上面開口部内側壁面２ａと、クランクケース３ａ及びオイルパン２１の内側を気泡が離脱し易い表面性状に、ブローバイ通路２２の壁面を撥油性の表面性状にし、さらに、オイル通路４０、４１及びラビリンス状のオイル通路４２を、気泡が離脱し易い表面性状にする。
【００５８】
シリンダヘッド２内のオイル通路４０、シリンダブロック３内のオイル通路４１、及びラビリンス状のオイル通路４２は、いずれも流路断面積が小さいため、気泡が付着すると熱伝達率が大きく低下する。しかし、上記のように気泡が離脱し易い表面性状にすることで、流路壁面からの気泡の離脱が促進されるので、オイルの流速を上げたり衝突噴流を用いたりしても、気泡による熱伝達率の低下を抑制することができる。このため、シリンダブロック３の小型軽量化を図ることもできる。
【００５９】
以上のように本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００６０】
油冷式の内燃機関１であって、シリンダブロック３内のシリンダ周辺にラビリンス形状または冷却フィンを有するオイル通路４２を有し、このオイル通路４２が気泡が離脱しやすい表面性状となっているので、狭い通路での気泡の離脱が促進され、流速を上げたり、衝突噴流を用いたりしても、気泡による熱伝達率の低下を抑制することができる。これにより、シリンダブロック３の小型化を図ることもできる。
【００６１】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１実施形態を適用する多気筒内燃機関を機関前方から見た概略構成図であり、（Ａ）はシリンダ部分、（Ｂ）は気筒間部分について示した図である。
【図２】潤滑系回路図である。
【図３】気泡が離脱しやすい表面性状について示した図であり、（Ａ）は表面に設けた穴を示す図、(Ｂ)は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】第２実施形態を適用する多気筒内燃機関の気筒間部分について示した図である。
【図５】第３実施形態を適用する多気筒内燃機関の気筒間部分について示した図である。
【図６】第４実施形態を適用する多気筒内燃機関を機関前方から見た概略構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    多気筒内燃機関（内燃機関）
２    シリンダヘッド
３    シリンダブロック
４    ピストン
５    吸気ポート
６    排気ポート
７    吸気バルブ
８    排気バルブ
９    吸気バルブ用カムシャフト
１０  排気バルブ用カムシャフト
１１  プラグホール
１２  点火栓
１３  点火コイル
１４  水温センサ
１５  クランクシャフト
１６  冷却液通路
１７  冷却液通路
１８  燃焼室
１９  燃料噴射弁
２０  カムカバー
２１  オイルパン
２２  ブローバイ通路
２３  可変動弁装置（ＶＴＣ）
３０  ストレーナ
３１  オイルポンプ
３２  レギュレータ
３３  メインギャラリ
３４  シリンダヘッド内オイル通路
３５  メインジャーナル
４０〜４２  オイル通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010127168.tif 000005
【図４】
2010127168.tif 000006
【図５】
2010127168.tif 000007
【図６】
2010127168.tif 000008