(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の一端部を機関本体の外側に露出させて、前記クランク軸の一端部に、前記機関本体の外側に位置したフライホイール又はその他の回転体を固定しており、前記クランク軸の外周と前記機関本体との間にオイルシールを設けており、
更に、前記機関本体と回転体とが相対向する部位のうち前記オイルシールの外周よりも半径方向外側の部位に、水が半径方向外側から侵入することを抑止する狭い隙間の環状水封部が一体に形成されている構成であって、
前記機関本体は、クランク室が下向き開口しているシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下面に固定された上向き開口のオイルパンとを有しており、前記シリンダブロックとオイルパンとに、前記環状水封部を構成する本体側水封用リブが略半周ずつ形成されていて、オイルパンに設けた本体側水封用リブの巾寸法がシリンダブロックに設けた本体側水封用リブの巾寸法よりも大きくなっている一方、
前記回転体には、前記オイルパンに設けた本体側水封用リブの巾寸法と略同じかそれよりも大きい巾寸法の回転体側水封用リブが、前記シリンダブロック及びオイルパンの本体側水封用リブと対向するように形成されている、
内燃機関。
【請求項２】
クランク軸の一端部を機関本体の外側に露出させて、前記クランク軸の一端部に、前記機関本体の外側に位置したフライホイール又はその他の回転体を固定しており、前記クランク軸の外周と前記機関本体との間にオイルシールを設けており、
更に、前記機関本体と回転体とが相対向する部位のうち前記オイルシールの外周よりも半径方向外側の部位に、水が半径方向外側から侵入することを抑止する狭い隙間の環状水封部が一体に形成されている構成であって、
前記環状水封部の隙間寸法をｙｍｍ、同じくクランク軸線方向から見た前記環状水封部のオーバーラップ寸法をｘｍｍと、自然対数をＬｎとした場合、ｙとｘとが、ｙ＝−０．０１７９ｘ2 ＋０．４７７３ｘを満たす近似式と、ｙ＝１．０１８Ｌｎ（ｘ）−０．９２３９を満たす近似式との間の範囲に包含されており、
１１００〜１８００ｒｐｍの回転域を有している、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関に関するもので、車両用内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランク軸は機関本体の両側に突出しており、突出した端部にフライホイールやクランクプーリ等の回転体を固定している。そして、クランク軸はシリンダブロックの軸受けにて回転自在に保持されているが、オイルの漏洩を防止するため、軸受け部の外側にオイルシールを配置している。オイルシールは軸受け部からオイルが外部に漏れ出ることを防止するためのものであるが、外部からの水の侵入を抑制し難いという性質がある（オイルと水とは粘度が違うため、オイルはシールできても水は確実にはシールできない。）。また、水に混ざっているダストや砂がオイルシールに噛み込むと、シール部を傷つけて破損させる恐れがある。
【０００３】
従って、例えば、車両用内燃機関の場合、車両が冠水した道路を走行することで、内燃機関の下部が水に漬かると、オイルシールの外面が水に漬かるため、水がオイルシールを介して軸受けやクランク室に侵入しやすくなるという問題がある。
【０００４】
この点については、例えば特許文献１に記載されているように、オイルシールに水封用のシール材を設けることが考えられるが、この構成では、オイルシールとクランク軸との間の摩擦抵抗が増大するという問題がある。他方、特許文献２には、フライホイールの内側面に磁気エンコーダを固定して、磁気エンコーダとセンサとの間の間隔を狭めることにより、非接触式ダストシールを形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−４５３３４号のＣＤ−ＲＯＭ
【特許文献２】特開２００６−４６０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２のダストシールは非接触式なので摩擦抵抗の増大はないが、磁気エンコーダを備えていない内燃機関には適用できず、また、磁気エンコーダが水中に浸かった状態で使用できない場合にも適用できず、一般性に欠けるという問題がある。
【０００７】
本願発明は、このような現状を改善すべくなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の内燃機関は、
「クランク軸の一端部を機関本体の外側に露出させて、前記クランク軸の一端部に、前記機関本体の外側に位置したフライホイール又はその他の回転体を固定しており、前記クランク軸の外周と前記機関本体との間にオイルシールを設けており、
更に、前記機関本体と回転体とが相対向する部位のうち前記オイルシールの外周よりも半径方向外側の部位に、水が半径方向外側から侵入することを抑止する狭い隙間の環状水封部が一体に形成されている」
という基本構成である。
【００１１】
そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、
「前記機関本体は、クランク室が下向き開口しているシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下面に固定された上向き開口のオイルパンとを有しており、前記シリンダブロックとオイルパンとに、前記環状水封部を構成する本体側水封用リブが略半周ずつ形成されていて、オイルパンに設けた本体側水封用リブの巾寸法がシリンダブロックに設けた本体側水封用リブの巾寸法よりも大きくなっている一方、
前記回転体には、前記オイルパンに設けた本体側水封用リブの巾寸法と略同じかそれよりも大きい巾寸法の回転体側水封用リブが、前記シリンダブロック及びオイルパンの本体側水封用リブと対向するように形成されている」
という構成になっている。
【００１２】
請求項２の発明は、上記基本構成において、
「前記環状水封部の隙間寸法をｙｍｍ、同じくクランク軸線方向から見た前記環状水封部のオーバーラップ寸法をｘｍｍと、自然対数をＬｎとした場合、ｙとｘとが、ｙ＝−０．０１７９ｘ2 ＋０．４７７３ｘを満たす近似式と、ｙ＝１．０１８Ｌｎ（ｘ）−０．９２３９を満たす近似式との間の範囲に包含されており、
１１００〜１８００ｒｐｍの回転域を有している」
という構成になっている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明では、道路が冠水する等して機関本体の下部が水に浸かっても、環状水封部の存在により、水がオイルシールに侵入することを防止又は著しく抑制できる。すなわち、回転体の回転により、環状水封部の箇所に空気のバリア層が形成されて、環状水封部の内部への水の侵入が阻止されたり、環状水封部の箇所において回転体にて水が外側に弾き飛ばされて水の侵入が阻止されたり、或いは、水が環状水封部より半径内側に侵入しても、回転体の回転による遠心力で排除したりできるのであり、これにより、水がオイルシールに侵入することを防止又は著しく低減できる。
【００１５】
そして、環状水封部は機関本体又は回転体に一体に設けているから、各種の内燃機関に適用できて汎用性に優れていると共に、部材の脱落のような問題はなくて耐久性にも優れている。
【００１６】
また、本願発明では、オイルシールを取り付けるためのリブを環状水封部の形成部材に兼用できるため、それだけ構造を簡単化できる。しかも、水に浸かっていない通常運転状態では、回転体の回転によって生じた空気流でオイルシール保持リブが冷却されるため、オイルシールからの放熱を促進して、オイルシールの耐久性を向上できる。
【００１７】
環状水封部の効果は巾が大きいほど高くなるが、全周にわたって巾が大きいと、密閉性が高くなり過ぎて、回転体の回転によって負圧効果が発生し、水を外部から吸引してしまう可能性が出ている。また、通常時に熱が籠もるおそれがある。更に、水の排出性が悪くなることも懸念される。他方、機関本体が水に漬かる場合は、水位は下から上に上昇していくため、水に漬かる機会はオイルパンの下部ほど高くなる。
【００１８】
そして、請求項１の構成を採用すると、水に漬かる機会が多いオイルパンの箇所では環状水封部は巾広になっているため水の侵入防止機能に優れていると共に、シリンダブロックの箇所では環状水封部の巾は狭くなっているため、負圧を発生させることなく水の侵入を防止又は抑止できると共に、侵入した水の排除機能にも優れており、かつ、密閉性が過剰になることはないため、熱の籠もりも防止してオイルシールの放熱性も確保できる。また、シリンダブロックのリブは薄くなっているため、重量増大も抑制できる。
【００１９】
環状水封部の隙間簡単が狭くなるほど水は侵入しにくくなり、また、環状水封部のオーバーラップ寸法が大きくなるほど水は侵入しにくくなると思われるが、本願発明者たちが研究したところ、水の侵入しにくさと環状水封部の隙間寸法とは常に一定の傾向を呈するとは云えず、回転数によって傾向が変化することが判明した。すなわち、１８００ｒｐｍといった回転域（中回転域）では、水の侵入量は隙間寸法に比例するが、１１００ｒｐｍといった回転域（低回転域）では、隙間が広がると水の侵入量は減少する（隙間寸法に反比例する）傾向が見られた。
【００２０】
請求項２はこのような研究結果に立脚したものであり、請求項２のような関係式に基づいて、隙間寸法とオーバーラップ寸法との関係が料式の間に収まるように設定することにより、各回転域で水の侵入を最低限度に抑えることができる。なお、現実的には、隙間寸法は部材の加工誤差の制約があるので、１．０〜２．０ｍｍ程度が好ましいと云える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の要部の縦断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の部分拡大図、（Ｂ）は更に（Ａ）の部分拡大図である。
【図３】（Ａ）は機関本体の分離断面図、（Ｂ）（Ｃ）は回転体の一例たるフライホイールの断面図である。
【図４】オイルパンをシリンダブロックに固定した状態での図３の IV-IV視図である。
【図５】各要素と水の侵入量との関係を示すグラフである。
【図６】図５の結果から導かれた近似式を表示したグラフである。
【図７】他の実施形態及び参考例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
(1).第１実施形態の構造
次に、本願発明を実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両用内燃機関に適用している。内燃機関は、機関本体１の構成要素として、シリンダブロック２とその下面に固定されたオイルパン３とを備えている。シリンダブロック２及びオイルパン３は、アルミ等の金属を素材にした鋳造品であるが、オイルパン３は、板金加工品を使用したり、樹脂の成形品を使用したりすることも可能である。
【００２４】
シリンダブロック２のクランク室には、クランク軸４が配置されている。クランク軸４はクランクアーム５やクランクピン６を備えており、メインジャーナル（エンドジャーナル）７及び中間ジャーナル８は、シリンダブロック２に設けた軸受け部９に、メタル軸受け１０及びクランクキャップ１１を介して回転自在に保持されている。
【００２５】
クランク軸４の一端部１２はシリンダブロック２の外側に露出しており、この一端部１２はメインジャーナル７よりも大径に形成されて、その外側の端面に、回転体の一例としてのフライホイール１３がボルト１４で固定されている。クランク軸４の一端部１２には、フライホイール１３に嵌合する位置決め筒部１５が一体に形成されている。
【００２６】
クランク軸４における大径の一端部１２には、オイルシール１６が摺動自在に嵌まっており、オイルシール１６は、シリンダブロック２に一体に設けた上部オイルシール保持リブ１７と、オイルパン３に一体に設けた下部オイルシール保持リブ１８とで外側から囲われている。すなわち、オイルシール１６は、上下のオイルシール保持リブ１７，１８で回転不能に抱持されている。
【００２７】
そして、本実施形態では、上下のオイルシール保持リブ１７，１８は、環状水封部を構成する本体側水封用リブに兼用されており、フライホイール１３のうち上下のオイルシール保持リブ１７，１８と対向した部位に、上下オイルシール保持リブ１７，１８に向けて突出したリング状の回転体側水封用リブ１９を一体に設けることにより、上下オイルシール保持リブ１７，１８の端面と回転体側水封用リブ１９の端面とで挟まれた空間を環状水封部２０と成している。
【００２８】
オイルシール保持リブ１７，１８の端面はオイルシール１６の端面と概ね一致しており、オイルシール保持リブ１７，１８と回転体側水封用リブ１９との隙間間隔Ｅ１は、約２ｍｍに設定している。
【００２９】
また、上オイルシール保持リブ１７の巾寸法Ｗ１は３〜４ｍｍ程度に設定している一方、下オイルシール保持リブ１８の巾寸法Ｗ２は６ｍｍ程度に設定しており、従って、下オイルシール保持リブ１８の巾寸法Ｗ２は上オイルシール保持リブ１７の巾寸法Ｗ１の２倍程度になっている。下オイルシール保持リブ１８は全長に亙って等巾でもよいし、図４に一点鎖線で示すように、上端が上オイルシール保持リブ１７と同じ巾寸法になるように、両端部の巾寸法を徐々に小さくしてもよい。
【００３０】
他方、回転体側水封用リブ１９の巾寸法Ｗ３は、図１〜２や図３（Ｂ）に示すように、上オイルシール保持リブ１７の巾寸法Ｗ１と同じ程度に設定してもよいし、図３（Ｃ）に示すように、下オイルシール保持リブ１８の巾寸法Ｗ２と同じ程度に設定してもよい。或いは、上オイルシール保持リブ１７の巾寸法Ｗ１と下オイルシール保持リブ１８の巾寸法Ｗ２との間の中間的な寸法（例えば４．５ｍｍ程度）に設定することも可能である。
【００３１】
図１のとおり、フライホイール１３のうち回転体側水封用リブ１９よりも半径方向外側の部位には、機関本体１に向けて開口した環状凹所２１が形成されている。このため、環状凹所２１の外側は、機関本体１に向けて突出した環状突起２２で構成されている。そして、環状突起２２とオイルパン３との間の隙間間隔Ｅ２は、例えば３〜４ｍｍ程度と小さい寸法になっている一方、環状突起２２とシリンダブロック２との間の隙間間隔Ｅ３は、例えば１０ｍｍ程度かそれ以上の大きい寸法になっている。
【００３２】
(2).図５の説明
図５では、オイルパン３の略全体が冠水した状態でのオイルシール１６から機関内部への水の侵入量に関して、上下オイルシール保持リブ１７，１８と回転体側水封用リブ１９との巾方向のオーバーラップ寸法（クランク軸線方向から見た半径方向の重なり合い寸法）、機関の回転数、及び、上下オイルシール保持リブ１７，１８と回転体側水封用リブ１９との隙間寸法（Ｅ１）を変数として、これらの変数と水の侵入量との関係を示している。計測時間は５分間であった。水位はクランク軸４の軸心までとした。
【００３３】
図５のうち曲線Ａ〜Ｃは１８００回転であり、ＡはＷ１＝４ｍｍ、Ｗ２＝６ｍｍ、Ｗ３＝３．５ｍｍであり、ＢはＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれもが６ｍｍであり、ＣはＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれも１０ｍｍであった。
【００３４】
図５のうち曲線Ｄ〜Ｆは１１００回転であり、ＤはＷ１＝４ｍｍ、Ｗ２＝６ｍｍ、Ｗ３＝３．５ｍｍであり、ＢはＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれもが６ｍｍであり、ＣはＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれもが１０ｍｍであった。
【００３５】
この図から、１８００回転では、隙間寸法Ｅ１が小さくなるほど水の侵入量が少なくなることと、下オイルシール保持リブ１８と回転体側水封用リブ１９とのオーバーラップ量が大きいほど水の侵入量が少ないことが判る。他方、１１００回転では、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が小さい（或いはオーバーラップ寸法が小さい）と、水の侵入量は隙間寸法に比例するが、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３（或いはオーバーラップ寸法）が６ｍｍ以上と大きい場合は、水の侵入量は隙間寸法に反比例する傾向を呈していることが理解できる。
【００３６】
水の侵入量が隙間寸法に反比例する理由は必ずしも明確でないが、回転数が低いと遠心力が小さいため、水の粘度（表面張力）との関係で、水が排出されにくくなるためと推測される。
【００３７】
いずれにしても、機関本体１の側の上下オイルシール保持リブ１７，１８とフライホイール１３の回転体側水封用リブ１９とで小さい隙間間隔の環状水封部２０を形成したことにより、冠水状態での運転であっても、オイルシール１６を介して軸受けやクランク室への水の侵入を大幅に抑制することができる。
【００３８】
本実施形態では、フライホイール１３の環状突起２２とオイルパン３の端面との間隔寸法Ｅ２は数ｍｍと小さいため、オイルシール１６への水の侵入抑止機能が一層高くなる利点がある。また、フライホイール１３の環状突起２２とシリンダブロック２との間の間隔寸法Ｅ３は１０ｍｍ程度あるため、水の跳ね飛ばし機能に優れていると共に、通常運転時の熱の籠もりも防止できる。
【００３９】
(3).図６の説明
一般的には、１８００回転において５分程度で０．１５グラム以下の侵入量であれば、実用的に問題はないと云える。そこで、図５の曲線Ａ〜Ｃにおいて、許容値である０．１５グラムを実現する隙間寸法Ａ′、Ｂ′，Ｃ′を見ると、Ａ′＝１．２６ｍｍ、 Ｂ′＝２．４ｍｍ、Ｃ′＝２．９４ｍｍであった。図６は縦軸に隙間寸法をとって横軸にオーバーラップ寸法をとったものであり、Ａ′、Ｂ′，Ｃ′をプロットして、これらの多項近似曲線として描いたのが、曲線Ｇであった。
【００４０】
隙間寸法をｙｍｍ、オーバーラップ寸法をｘｍｍとすると、曲線Ｇは、ｙ＝−０．０１７９ｘ2 ＋０．４７７３ｘの近似式で表される（Ｒ2 ＝０．９５１７）。従って、ｙはｘの増加関数になっており、かつ、ｘの増加割合に対してｙの増加割合は逓減する傾向を呈している。
【００４１】
１１００回転では０．０５グラム以下を許容値に設定しており、この許容値を満たす曲線Ｄの隙間寸法Ｄ′は１．０ｍｍ未満であり、曲線Ｅの対応隙間寸法Ｅ′は０．９０ｍｍであり、曲線Ｆの対応隙間寸法Ｆ′は１．４２ｍｍであった。図６では、Ｅ′とＦ′とをプロットして、対数近似法によってＨの近似式（近似曲線）を得た。つまり、隙間寸法と水の侵入量とが反比例するという結果のデータを（図５の曲線ＥとＦとを）利用しＨの近似式を得た。この近似式は、ｙ＝１．０１８Ｌｎ（ｘ）−０．９２３９で表される（Ｒ2 ＝１．０）。Ｌｎは自然対数である。
【００４２】
曲線Ｈもｙはｘの増加関数であり、同じ水封効果を得るためには、オーバーラップが大きい場合は隙間間隔も広くせねばならないことが判る。そして、曲線Ｈは曲線Ｇの下方に位置している。そこで、隙間寸法（ｙ）とオーバーラップ寸法（ｘ）との組み合わせを、曲線ＧとＨとの間の範囲に納まるように設定することで、１８００〜１１００の回転領域で高い水封効果を得ることができる。
【００４３】
(4).他の実施形態及び参考例
図７では、他の実施形態と参考例を模式的に示している。このうち（Ａ）に示すのは、回転体２４のみに環状リブ２５を設けて環状水封部２０を形成した実施形態であり、（Ｂ）に示すのは、機関本体１のみに環状リブ２５を設けて環状水封部２０を形成した実施形態である。（Ｃ）に示すのは、回転体２４に環状凹所２６を形成して機関本体１には環状リブ２５を設けて、メカニカルシール状の環状水封部２０を形成した参考例である。（Ｃ）では、環状凹所２６と環状リブ２５との配置を逆にしてもよい。
【００４４】
図７（Ｄ）に示す参考例では、機関本体１と回転体２４との両方に環状リブ２５，２７を設けた場合において、回転体２４の環状リブ２７を複数本に構成することで軽量化を図っている。機関本体１の環状リブ２５を複数本で構成してもよいし、両方の環状リブ２５，２７を複数本で構成してもよい。
【００４８】
本願発明は、上記の各実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、回転体としてクランクプーリに適用して、クランクプーリとフロントカバーとの間に環状水封部を形成することも可能である。また、環状水封部を構成するリブの端面に、水の排出を促進する溝や突起を形成してもよい（すなわち、リブにポンプ作用を持たせてもよい。）。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１  機関本体
２  シリンダブロック
３  オイルパン
４  クランク軸
７  クランク軸のメインジャーナル
９  軸受け部
１１  クランクキャップ
１２  クランク軸の露出した一端部
１３  回転体の一例としてのフライホイール
１６  オイルシール
１７，１８  本体側水封用リブの一例としてのオイルシール保持リブ
１９  回転体側水封用リブ
２０  環状水封部
【図１】
0006482109.tif 000002
【図２】
0006482109.tif 000003
【図３】
0006482109.tif 000004
【図４】
0006482109.tif 000005
【図５】
0006482109.tif 000006
【図６】
0006482109.tif 000007
【図７】
0006482109.tif 000008