(57)【要約】【課題】コンロッド及びクランクシャフト間の摺接部位へ効率的に潤滑油を供給することのできる内燃機関の潤滑装置を提供する。【解決手段】メインジャーナルを介してクランクシャフトの主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧が最大になるタイミングで、主軸部２ａ内の第１貫通孔Ｃ１（開口端Ｍ１又は開口端Ｍ２）とメインジャーナル１ｃ内の油路との間を開放状態とする設定を行い、第１貫通孔Ｃ１に連通する第２貫通孔Ｃ２への潤滑油の移送、ひいてはクランクピン及びコンロッド（ピンジャーナル）間の摺接部位への潤滑油の移送を効率的に行う。【選択図】　図１
2004060492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの往復運動をコンロッドを介してクランクシャフトの回転力に変換する内燃機関に備えられ、前記コンロッド及び前記クランクシャフト間の摺接部位を潤滑する潤滑装置であって、
潤滑油を圧送供給するオイルポンプと、
前記クランクシャフトの内部に形成され、該クランクシャフトの回転周面に設けられた回転周面側開口端と該クランクシャフト及び前記コンロッド間の摺接部位に設けられたコンロッド側開口端とを有する内部油路と、
前記オイルポンプの潤滑油吐出口に連通する上流側開口端と前記クランクシャフトの回転周面に設けられた開口端に周期的に連通する下流側開口端とを有する移送油路と、
を有し、
前記移送油路内における潤滑油の圧力が所定圧を上回るタイミングと、前記クランクシャフトの回転周面側開口端および前記移送油路の下流側開口端が連通するタイミングとを同期させた
ことを特徴とする内燃機関の潤滑装置。
【請求項２】
前記オイルポンプは、前記クランクシャフトの回転力によって動作する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の潤滑装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のコンロッドおよびクランクシャフト間の摺接部位を効率的に潤滑する潤滑装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の潤滑装置は、内燃機関の運転中、コンロッド及びクランクシャフト間の連結部位等、内燃機関を構成する各要素間の摺接部位に潤滑油を供給し、各部位における摩擦を低減する。
【０００３】
このような潤滑装置は一般に、所定の備蓄源に蓄えられた潤滑油を吸い込み、所定圧で吐出するオイルポンプと、クランクシャフトの回転周面を軸受けする環状軸受部の内部に形成され、当該軸受部の内周面（クランクシャフトの回転周面に摺接する部位）に開口する移送油路と、クランクシャフトの内部に形成され、軸受部との摺接部位及びコンロッドとの連結部位（摺接部位）の間を連絡する内部油路とを備えて構成される。
【０００４】
オイルポンプから継続的に圧送供給される潤滑油は、軸受部の移送油路を通じてクランクシャフトの回転周面と軸受部との間の摺接部位に供給され、当該摺接部位を潤滑する。さらに、クランクシャフトの回転周面と軸受部との間の摺接部位に供給された潤滑油の一部は、クランクシャフトの内部油路を通じてクランクシャフトとコンロッドとの連結部位（摺接部位）に移送され、当該摺接部位を潤滑することになる（例えば特開平９−２８００２７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、オイルポンプの機械的な特性上、移送油路内における潤滑油の圧力は周期的な変動（脈動）を繰り返すことになる。また、クランクシャフト及びコンロッド間の摺接部位に到達する潤滑油の量は、軸受部の移送油路およびクランクシャフトの内部通路を通じて移送される潤滑油の圧力に依存するため、潤滑装置の設計上、オイルポンプには、脈動する潤滑油の圧力の最低値によってクランクシャフト及びコンロッド間の摺接部位へ十分量の潤滑油が供給される程度の圧送能力が要求されていた。潤滑油の供給がクランクシャフトの内部油路を経て間接的にしか行われないこと、また、わずかな期間でも潤滑油の供給量が不十分になると、摺接部位が焼き付いてしまう懸念があること等々の理由から、クランクシャフトおよびコンロッド間の摺接部位は、継続的に、且つ確実に十分な潤滑が行われるように、厳格な条件が求められるからである。
【０００６】
しかしこのことは同時に、クランクシャフト及びコンロッド間の摺接部位に十分な潤滑状態を確保するために必要最低限の油圧を得るのに、移送経路内における油圧脈動の平均値や最大値が不要に大きなオイルポンプを採用せざるを得ないことを意味し、オイルポンプの搭載性等に関する不利を否めなかった。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンロッド及びクランクシャフト間の摺接部位へ効率的に潤滑油を供給することのできる内燃機関の潤滑装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ピストンの往復運動をコンロッドを介してクランクシャフトの回転力に変換する内燃機関に備えられ、前記コンロッド及び前記クランクシャフト間の摺接部位を潤滑する潤滑装置であって、潤滑油を圧送供給するオイルポンプと、前記クランクシャフトの内部に形成され、該クランクシャフトの回転周面に設けられた回転周面側開口端と該クランクシャフト及び前記コンロッド間の摺接部位に設けられたコンロッド側開口端とを有する内部油路と、前記オイルポンプの潤滑油吐出口に連通する上流側開口端と前記クランクシャフトの回転周面に設けられた開口端に周期的に連通する下流側開口端とを有する移送油路と、を有し、前記移送油路内における潤滑油の圧力が所定圧を上回るタイミングと、前記クランクシャフトの回転周面側開口端および前記移送油路の下流側開口端が連通するタイミングとを同期させることを要旨とする。
【０００９】
なお、前記オイルポンプは、前記クランクシャフトの回転周期と相関のある油圧脈動を発生し、潤滑油を圧送供給するのが好ましい。
【００１０】
また、前記移送油路内における潤滑油の圧力が所定圧を上回るタイミングとは、時間軸上に現れる潤滑油の脈動波形が最大値（ピーク）を示すタイミング、或いはピークを示す時刻近傍の期間であるのが好ましい。
【００１１】
また、「２つの事象の発生タイミングが同期する」といった場合、両事象の発生タイミングが厳密に一致することを意味するばかりでなく、両事象の発生タイミングに何らかの関連性があることを広く意味する。
【００１２】
上記構成によるような設定を行うことにより、例えば、移送油路内において脈動を繰り返す潤滑油の圧力が最大値に達するタイミング、或いは最大値近傍にあるタイミングに併せて、前記クランクシャフトの回転周面側開口端および前記移送油路の下流側開口端を連通させることができる。これにより、オイルポンプの圧送機能を効率的に使い、該クランクシャフト及び前記コンロッド間の摺接部位に潤滑油を供給することができる。よって、オイルポンプに要求される圧送機能が軽減され、オイルポンプの小型化を図ることができるようになる。
【００１３】
また、前記オイルポンプとしては、前記クランクシャフトの回転力によって動作するものを採用するのが好ましい。
【００１４】
同構成によれば、オイルポンプの圧送機能に基づいて発生する前記移送油路内の潤滑油の圧力脈動の波形が、クランクシャフトの回転周期と確実に相関する。よって、前記移送油路内における潤滑油の圧力が所定圧を上回るタイミングと、前記クランクシャフトの回転周面側開口端および前記移送油路の下流側開口端が連通するタイミングとを同期させる設定を、容易且つ正確に行い、オイルポンプの圧送効率を高める作用を確実に得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車載用エンジンに設けられる潤滑装置として具体化した一実施の形態について説明する。
〔エンジンの基本構成〕
図１に示すように、直列４気筒内燃機関であるエンジン１は、シリンダブロック１ａと、シリンダヘッド１ｂとを主要外郭部材として備える。
【００１６】
シリンダブロック１ａ内の基底部には、機関出力軸であるクランクシャフト２が収容されている。クランクシャフト２の上部には、その軸方向に沿って４本の気筒（図示略）が直列配置されている。４本の気筒内に往復動可能に設けられたピストン３は、コンロッド４を介して、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト２に連結されている（１本の気筒についてのみピストン３やコンロッド４を図示）。気筒内におけるピストンの上側には燃焼室が形成されている。気筒内におけるピストン３の往復運動は、コンロッドを介してクランクシャフト２の回転運動に変換されるようになっている。
【００１７】
シリンダヘッド１ｂに進退自在に支持された吸気バルブ５は、燃焼室に臨む吸気ポート（図示略）の開口端を開閉する。また、同じくシリンダヘッド１ｂに進退自在に支持された排気バルブ６は、燃焼室に臨む排気ポートの開口端を開閉（図示略）する。これらバルブ５，６は、それぞれ吸気カムシャフト７および排気カムシャフト８の回転動作に連動する。吸気カムシャフト７及び排気カムシャフト８は相互にギア連結されている。排気カムシャフト７の先端部に取り付けられたプーリ９は、タイミングベルト１０を介してクランクシャフト２につながっている。
【００１８】
エンジン１の運転時には、クランクシャフト２の回転力がタイミングベルト１０およびプーリ９を介して各カムシャフト７，８に伝達される。この結果、各カムシャフト７，８がクランクシャフト２の回転に同期して回転し、ピストン３の往復動に対応する所定のタイミングで各バルブ５，６を開閉する。すなわち、各バルブ５，６は、ピストン３の上下動に応じたエンジン１の吸気行程、圧縮行程、爆発・膨張行程及び排気行程に同期して、所定のタイミングで作動可能となっている。
〔オイルポンプ〕
エンジン１のクランクシャフト２に連結されたオイルポンプ２０は、周知の４歯５葉トロコイド型ポンプである。このオイルポンプ２０の作用により、オイルパン１１に備蓄された潤滑油が図１において矢印で示す経路に沿って循環し、エンジン１を構成する各要素間の摺接部位を潤滑する。
【００１９】
図２に拡大して示すように、オイルポンプ２０は、潤滑油の吸込口２１及び吐出口２２を備える。吸込口２１は、オイルパン１１と連通する油路に接続され、吐出口２２は、エンジン１各部に潤滑油を供給するための油路構造と連通する油路に接続される。オイルポンプ２０は、ドライブロータ２３及びドリブンロータ２４といった２つの回転体を備える。ドライブロータ２３はその外周に４つの外歯２３ａを備え、ドリブンロータ２４は、その内周に５つの内歯２４ａを備える。ドライブロータ２３の外周はドリブンロータ２４の内周に取り囲まれ、ドライブロータ２３の外歯２３ａとドリブンロータ２４の内歯２４ａは互いに噛み合うようになっている。ドライブロータ２３はクランクシャフト２に回転力を付与され、クランクシャフト２が１回転する毎に、軸Ｐ１を中心に１回転する。また、ドリブンロータ２４はドライブロータ２３の動きに従動して軸Ｐ２を中心に回転する。
【００２０】
ドライブロータ２３及びドリブンロータ２４の回転中心（Ｐ１，Ｐ２）が相互に異なるため、両部材２３，２４が回転すると、ドライブロータ２３の外歯２３ａとドリブンロータ２４の内歯２４ａとの間に形成された各空間Ｓの容積が変化する。この結果、吸込口２１から各空間Ｓに導入された潤滑油は吐出口２２に押し出され、エンジン１の各部に圧送供給される。ちなみに、オイルポンプ２０では、ドライブロータ２３（クランクシャフト２）が４分の１回転する毎に、吐出口２２を通じて所定量の潤滑油が送り出されるようになる。
【００２１】
上記のように構成されたオイルポンプ２０は、エンジン１各部に潤滑油を供給するための油路構造と合わせて、本実施の形態の潤滑装置を構成する。
〔クランクシャフト周辺の油路構造〕
図３には、エンジン１のクランクシャフト２周辺の内部構造を示す。同図３に示すように、クランクシャフト２の回転軸にあたる主軸部２ａは、シリンダブロック１ａ内に形成された複数の軸受部（メインジャーナル）１ｃにおいて、回転可能に軸支される。また、メインジャーナル１ｃの内周面と主軸部２ａの外周面との間の摺接部位に潤滑油を供給すべく、各メインジャーナル１ｃの内部には移送油路（図示略）が形成されている。移送油路は、オイルポンプ２０の吐出口２２に連通する上流側開口端と、各メインジャーナル１ｃの内周面に形成される下流側開口端とを有する。
【００２２】
また、コンロッド４に設けられた環状の基端部（ピンジャーナル）がクランクシャフト２の一部をなすクランクピン２ｂの外周を軸受けするかたちで、コンロッド４とクランクシャフト２とが連結される。クランクピン２ｂは、クランクシャフト２の回転中心から乖離した位置に軸中心を有し、クランクシャフト２の回転中心の周りを周回運動する。クランクピン２ｂの動きと連動し、コンロッド４の先端部に取り付けられたピストン３は、気筒１ｄ内を往復運動することになる。クランクシャフト２には、潤滑油の通路として、主軸部２ａを径方向に沿って貫通する第１貫通孔Ｃ１と、主軸部２ａ及びクランクピン２ｂを合わせ連ねて貫通する第２貫通孔Ｃ２とが形成されている。
【００２３】
図４（ａ）は、クランクシャフト２単体を拡大して示す側面図であり、図４（ｂ）は、クランクシャフト２を図４（ａ）のα方向に向かって見た場合、最も手前に位置する主軸部２ａ及びクランクピン２ｂ、並びにこれらの部位２ａ，２ｂに形成される第１貫通孔Ｃ１及び貫通孔Ｃ２の配置関係を示す平面図である。両図に示すように、第１貫通孔Ｃ１及び第２貫通孔Ｃ２にとって共通の開口端Ｍ１が、主軸部２ａの外周面に形成されている。第１貫通孔Ｃ１は、他の開口端Ｍ２を同じく主軸部の外周面に有する。これに対し、第２貫通孔Ｃ２は他の開口端Ｍ３をクランクピン２ｂの外周面に有する。言い換えると、主軸部２ａ外周面の所定部位（開口端Ｍ１）を起点として穿設された通路が分岐し、主軸部２ａ外周面の他部位（開口端Ｍ２）と、クランクピン２ｂの所定部位（開口端Ｍ３）に開口するようになっている。
〔潤滑装置の機能〕
図５は、オイルポンプ２０の作動に伴い、その下流（メインジャーナル１ｃの内部に形成された油路）に発生する油圧脈動（実線）を示すタイムチャートである。また、主軸部２ａの第１貫通孔Ｃ１の開口端Ｍ１，Ｍ２とメインジャーナル１ｃ内周面の油路の開口端との間の位置関係を、図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）として併せ示してある。
【００２４】
上述したように、オイルポンプ２０は、クランクシャフト２が４分の１回転する毎に所定量の潤滑油を１回送り出す。すなわち図５に示すように、クランクシャフト２が１回転する間、オイルポンプ２０の下流において油圧の最大値（ピーク）が４回出現することになる。本実施の形態にかかる潤滑装置では、主軸部２ａに形成される第１貫通孔Ｃ１の開口端Ｍ１とメインジャーナル１ｃ内周面の油路の開口端とが対峙するタイミング（例えば図（Ａ）の位置関係が成立するタイミング）を、オイルポンプ２０の下流において油圧の最大値（ピーク）が出現するタイミング（例えば図５のタイムチャート上における時刻ｔＡ）に一致させる設定を予め行う。すると、ピークの出現周期はドライブロータ２３（クランクシャフト２）が４分の１回転する時間と一致するため、開口端Ｍ１とメインジャーナル１ｃ内周面の開口端とが一致する次回のタイミング（図（Ｃ）参照）も、オイルポンプ２０の下流において油圧の最大値（ピーク）が出現するタイミング（ｔＣ）と一致するようになる。
【００２５】
さらに、第１貫通孔Ｃ１は主軸部２ａの径方向に沿って形成されているため、クランクシャフト２が２分の１回転する毎に、開口端Ｍ１とメインジャーナル１ｃ内周面の開口端とが一致する位置関係（図（Ａ）参照）と、開口端Ｍ２とメインジャーナル１ｃ内周面の開口端とが合致する位置関係（図（Ｂ）参照）とが交互に成立する。そして、各々の位置関係が成立するタイミングは、オイルポンプ２０の下流において油圧の最大値（ピーク）が出現するタイミングと例外なく合致する。
【００２６】
このような設定を行うことにより、メインジャーナル１ｃを介して主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧が最大になるタイミングで、主軸部２ａ内の第１貫通孔Ｃ１（開口端Ｍ１又は開口端Ｍ２）とメインジャーナル１ｃ内の油路との間が開放状態となるため、第１貫通孔Ｃ１に連通する第２貫通孔Ｃ２への潤滑油の移送、ひいてはクランクピン２ｂ及びコンロッド４（ピンジャーナル）間の摺接部位への潤滑油の移送が効率的に行われるようになる。
【００２７】
ここで、従来の潤滑装置では、クランクシャフト２及びコンロッド４間の摺接部位へ十分量の潤滑油が供給されるために要求される第２貫通孔Ｃ２内の圧力の下限値をＬ１とした場合、メインジャーナル１ｃ内の油路において脈動する油圧の最低値が少なくとも下限値Ｌ１を上回るような圧送能力（図５のタイムチャート上に二点鎖線で示す曲線を参照）を備えたオイルポンプを採用する必要があった。
【００２８】
この点、本実施の形態にかかる潤滑装置では、メインジャーナル１ｃを介して主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧が最大になったところで、主軸部２ａ内の第１貫通孔Ｃ１（開口端Ｍ１又は開口端Ｍ２）とメインジャーナル１ｃ内の油路との間が開放状態となり、第２貫通孔Ｃ２内に高い油圧が効率的に付与される。このため、メインジャーナル１ｃを介して主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧の最大値が下限値Ｌ１を上回る程度の圧送能力をオイルポンプ２０が有していれば、クランクシャフト２及びコンロッド４間の摺接部位において十分な潤滑状態が保証される。
【００２９】
すなわち、本実施の形態によれば、オイルポンプに要求される潤滑油の圧送能力が低減され、オイルポンプの小型化することができるようになる。或いは、クランクシャフト周辺の油路について、潤滑油のリリーフ圧を低く設定することで、油路構造に要求される強度を低減することができるようになる。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、潤滑装置の構成要素たるオイルポンプに、いわゆるトロコイド型のオイルポンプを採用することとした。しかしこれに限らず、例えばインボリュート型（内接ギア型）のオイルポンプや、外接ギア型のオイルポンプ等、当該ポンプから送り出される潤滑油に脈動を発生させる特性を有するものであり、とくにその脈動の周期がクランクシャフトの回転周期と相関を示すものであれば、如何なるオイルポンプを採用することもできる。
【００３１】
さらに、クランクシャフトの回転動作と機械的には連動しない電動式オイルポンプ等を採用して、上記実施の形態に準ずる効果を奏することもできる。すなわち、電動式オイルポンプの駆動によって生じる潤滑油の圧力脈動の周期がクランクシャフトの回転周期に同期するようにそのポンプ動作を制御し、メインジャーナル１ｃを介して主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧が最大になるタイミングで、第１貫通孔Ｃ１（開口端Ｍ１若しくは開口端Ｍ２）がメインジャーナル１ｃ内の油路に対して開放状態となるようにすればよい。
【００３２】
また、メインジャーナル１ｃを介して主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧が最大になるタイミングと、第１貫通孔Ｃ１（開口端Ｍ１又は開口端Ｍ２）がメインジャーナル１ｃ内の油路に対して開放状態となるタイミングとは、本実施の形態のように正確に一致しなくてもよい（図５）。すなわち、メインジャーナル１ｃを介して主軸部２ａの外周面に達する潤滑油の油圧が所定値（例えばＬ１）を上回る期間内において、第１貫通孔Ｃ１（開口端Ｍ１又は開口端Ｍ２）がメインジャーナル１ｃ内の油路に対して開放状態となるようにすれば、上記実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏することができる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、第１貫通孔Ｃ１及び第２貫通孔Ｃ２をクランクシャフト２の内部油路として採用した。しかし、これに限らずクランクシャフト２（主軸部２ａ）の回転周面に設けられた回転周面側開口端と、クランクシャフト２（クランクピン２ｂ）及びコンロッド４間の摺接部位に設けられたコンロッド側開口端とを有する他の形状・構造からなる内部油路を採用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば、移送油路内において脈動を繰り返す潤滑油の圧力が最大値に達するタイミング、或いは最大値近傍にあるタイミングに併せて、クランクシャフトの回転周面側開口端および移送油路の下流側開口端を連通させることができる。これにより、オイルポンプの圧送機能を効率的に使い、クランクシャフト及びコンロッド間の摺接部位に潤滑油を供給することができる。よって、オイルポンプに要求される圧送機能が軽減され、オイルポンプの小型・軽量化を図ること、或いはクランクシャフト周辺に供給される潤滑油の油路構造におけるリリーフ圧を低く設定することができるようになる。
【００３５】
従って、内燃機関に対する潤滑装置の搭載性、エンジン自体の軽量化、燃費の向上、製造コストの低減等が図られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるエンジンの基本構成を示す略図。
【図２】同実施の形態にかかるエンジンに備えられたオイルポンプの内部構造を示す断面図。
【図３】同実施の形態にかかるエンジンについて、クランクシャフト周辺の構造を示す略図。
【図４】同実施の形態にかかるクランクシャフトをその内部に形成された潤滑油の通路と併せ示す側面図等。
【図５】同実施の形態において、オイルポンプから吐出される潤滑油の圧力推移を示すタイムチャートの一例。
【符号の説明】
１　エンジン
１ａ　シリンダブロック
１ｂ　シリンダヘッド
１ｃ　メインジャーナル
１ｄ　気筒
２　クランクシャフト
２ａ　主軸部
２ｂ　クランクピン
３　ピストン
４　コンロッド
５　吸気バルブ
６　排気バルブ
７　吸気カムシャフト
８　排気カムシャフト
９　プーリ
１０　タイミングベルト
１１　オイルパン
２０　オイルポンプ
２１　吸込口
２２　吐出口
２３　ドライブロータ
２３ａ　外歯
２４　ドリブンロータ
２４ａ　内歯
Ｃ１　第１貫通孔
Ｃ２　第２貫通孔
Ｍ１　開口端（回転周面側開口端）
Ｍ２　開口端（回転周面側開口端）
Ｍ３　開口端（コンロッド側開口端）
Ｐ１，Ｐ２　回転中心
Ｓ　空間
【図１】
2004060492.tif 000003
【図２】
2004060492.tif 000004
【図３】
2004060492.tif 000005
【図４】
2004060492.tif 000006
【図５】
2004060492.tif 000007