JP2020148112A - エンジンシリンダ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ軸が略平行に配向されるエンジンのシリンダ内周面の偏摩耗を回避しながら、エンジン停止時にピストンのオイルリング内のオイルの残存量を低減することが可能なエンジンシリンダ構造を提供する。【解決手段】ピストン下死点におけるオイルリング２８の位置よりもクランクシャフト寄りの位置からクランクシャフト側に向けてシリンダ１６の軸と略平行に伸長して該クランクシャフト側まで連通し且つ少なくともエンジン１０の車両搭載状態におけるシリンダ１６の最下部に開口する溝３０を形成する。エンジン停止時にピストン１８のオイルリング２８内に残存したオイルは、そのオイルリング２８の近傍で開口している溝３０内に自重で流れ込み、その溝３０を通じてクランクシャフト側、すなわちオイルパン１４に還流する。また、溝３０はオイルリング２８の移動範囲内に開口しない。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンシリンダ構造、特に、車両用のエンジンにあって軸が略水平方向に配向されるシリンダの構造に関する。

車両用のエンジンには多種多様な形式のものがあり、その中には、水平対向エンジンのように、シリンダの軸が略水平方向に配向されるエンジンもある。こうしたエンジンのシリンダでは、エンジン停止時にピストンのオイルリング内に残存したエンジンオイル（以下、単にオイル）がオイルパンに流下しにくい。その結果、例えば、吸気行程にある状態でエンジンが停止されたシリンダでは、エンジン始動時において、オイルリング内に残存しているオイルが燃焼室側に吸引されて燃焼し、すすが発生する。近年では、ガソリンで走行する車両の排ガス中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）のＰＮ（Particulate Number：ＰＭの粒子数）が規制される傾向にあることから、すす発生を極力抑制することが要求され、したがって軸が略水平なシリンダでもピストンのオイルリング内に残存するオイルの量を低減することが要求される。

このようなシリンダ内のピストンのオイルリング内のオイルをオイルパンに還流する技術として、例えば下記特許文献１に記載されるエンジン構造が挙げられる。このエンジン構造では、ピストンの下側の外周面に、一端部がオイルリング溝に通じ且つ他端部が塞がれている溝又はスリットが形成されている。また、シリンダの壁部内には、ピストンの往復動時に上記溝又はスリットと連通する連通孔がシリンダ内周壁面からクランクケースまで貫通形成されている。この連通孔は、ピストンの下死点におけるオイルリング溝位置と一致する位置でシリンダ内周壁面に開口している。このエンジン構造によれば、ピストンが上死点から下死点に移行する際にオイルリングが掻いたオイルが溝又はスリットに溜まり、その溝又はスリットが連通孔と通じたときにオイルが連通孔を通じてクランクケース、すなわちオイルパンに還流される。また、ピストンが下死点から上死点に移行する際には、クランクケース内の負圧を利用して、連通孔内のオイルをクランクケース、すなわちオイルパンに吸引する。

実開平３−８６４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるエンジン構造では、連通孔のシリンダ開口部がオイルリングと擦れる。オイルリングのサイドレールは、コンプレッションリングほどではないものの、シリンダの内周面に当接していることから、例えば、このサイドレールが連通孔のシリンダ開口部と擦れると、その開口部の周縁部が偏摩耗するおそれがある。シリンダ内周面の偏摩耗は、たとえそれが行程に直接関与しない部分でも、極力回避すべきである。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダ内周面の偏摩耗を回避しながら、エンジン停止時にピストンのオイルリング内のオイルの残存量を低減することが可能なエンジンシリンダ構造を提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１に記載のエンジンシリンダ構造は、
車両用のエンジンにあって軸が略水平方向に配向されるシリンダのエンジンシリンダ構造において、
前記シリンダの内面には、該シリンダ内におけるピストンの下死点でのオイルリングの位置の近傍で且つ該オイルリングの位置よりもクランクシャフト寄りの位置から該クランクシャフト側に向けて前記軸と略平行に伸長して該クランクシャフト側まで連通する溝が形成され、該溝の位置は、前記エンジンの車両搭載状態における前記シリンダの最下部に設定されたことを特徴とする。

この構成によれば、エンジン停止時にピストンのオイルリング内に残存したオイルは、そのオイルリングの近傍で開口している溝内に自重で流れ込み、その溝を通じてクランクシャフト側、すなわちオイルパンに還流する。この溝の開口部にオイルリングは接触しないので、溝の開口部の周縁部でシリンダ内周面が偏摩耗することはない。したがって、シリンダ内周面の偏摩耗を回避しながら、エンジン停止時にピストンのオイルリング内のオイルの残存量を低減することができる。

請求項２に記載のエンジンシリンダ構造は、請求項１に記載のエンジンシリンダ構造において、前記溝の底部は、前記エンジンの車両搭載状態で、燃焼室側から前記クランクシャフト側に向けて次第に低くなるように形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、エンジン停止時にピストンのオイルリングから溝内に流れ込んだオイルが確実にクランクシャフト側、すなわちオイルパンに還流する。

請求項３に記載のエンジンシリンダ構造は、請求項１又は２に記載のエンジンシリンダ構造において、前記シリンダの内面には、前記下死点での前記ピストンのスカートの位置よりも前記クランクシャフト寄りの位置から前記エンジンの車両搭載状態で少なくとも最下部となる領域に、前記クランクシャフト側に向けて下方に傾斜する傾斜面が形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、エンジン停止時のみならず、エンジンの運転時にあっても、シリンダ内で且つピストンよりもクランクシャフト側に存在するオイルは傾斜面を通じてクランクシャフト側、すなわちオイルパンへ還流される。これにより、軸が略水平に配向されるシリンダ内にあっても、エンジン停止時にピストンのオイルリングに残存するオイルの量を低減することができる。また、ピストンのスカートが往復動する範囲はシリンダの内周面が確保されるので、ピストン往復動時のピストンの傾倒抑制効果が確保される。

請求項４に記載のエンジンシリンダ構造は、請求項３に記載のエンジンシリンダ構造において、前記傾斜面は、前記軸を中心とする円錐台形状の円錐面であることを特徴とする。

この構成によれば、例えば、シリンダのボーリング加工時に傾斜面を一緒に加工形成することが可能となることから、傾斜面加工のための新たな工程を追加する必要がなく、その分だけ、コストの増大を抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、エンジン停止時にピストンのオイルリング内に残存したオイルは、そのオイルリングの近傍で開口している溝内に自重で流れ込み、その溝を通じてオイルパンに還流する。この溝の開口部にオイルリングは接触しないので、溝の開口部の周縁部でシリンダ内周面が偏摩耗することはない。以上より、シリンダ内周面の偏摩耗を回避しながら、エンジン停止時にピストンのオイルリング内のオイルの残存量を低減することができる。これにより、吸気行程にある状態でエンジンが停止されたシリンダのエンジン始動時におけるすすの発生を抑制することができる。

本発明のエンジンシリンダ構造が適用されたエンジンの一実施の形態を示す概略構成側面図である。 図１のエンジンのシリンダの三面図である。 図２のシリンダの詳細図である。

以下に、本発明のエンジンシリンダ構造の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この実施の形態のエンジンシリンダ構造が適用された車両用エンジンの概略構成側面図であり、車両搭載状態を示している。このエンジン１０は前置きの水平対向エンジンであり、図示の例は、片側２気筒の４気筒エンジンである。水平対向エンジン１０では、シリンダの軸は水平方向に配向される。エンジン１０の車両後方側にはトランスミッション１２が連接され、エンジン１０の下部にはエンジンオイル（オイル）を貯留するオイルパン１４が取付けられている。オイルパン１４の上方には、他のエンジンと同様に、図示しないクランクシャフトが配設されている。

この実施の形態の車両では、前輪だけでなく、後輪にも駆動力を伝達するために、トランスミッション１２の車両後方に図示しないプロペラシャフトが配設され、このプロペラシャフトを介して後輪に駆動力を伝達する。例えば、このプロペラシャフトのユニバーサルジョイント部における折れ角を小さくするために、トランスミッション１２の図示しない出力軸を車両後方下がりに設定し、これに伴ってエンジン１０の図示しないクランクシャフトも車両後方下がりに設定している。その結果、エンジン１０の片側２つの気筒（シリンダ）１６は、車両後方側の気筒が車両前方側の気筒よりも下方になるようにレイアウトされている。なお、エンジン１０の傾斜角はやや強調して図示されている。

図２は、図１のエンジン１０のシリンダ１６だけを取り出した説明図であり、都合上、三面図の状態に配置しているが、図２（ｃ）は、シリンダ１６をクランクシャフト側から見た図であり、図２（ｂ）は図２（ｃ）のＡ−Ａ断面図、図２（ａ）は図２（ｃ）のＢ−Ｂ断面図である。図２（ｃ）は、エンジン１０を車両に搭載した状態で下方になる方向を図の下方に一致させて示しており、したがって図２（ｂ）の下方も車両搭載状態におけるエンジン１０の下方に一致している。「シリンダ」は定義しにくいが、ここでは、ピストンが往復動する円筒状部分を示す。水冷式エンジンの場合、シリンダ１６の周囲の大部分はウォータジャケットで覆われている。また、例えばシリンダ１６の外壁部がアルミニウム合金などで構成される場合、シリンダ１６の内周面２６の部分に、鋼製のいわゆるシリンダライナを埋め込む（鋳込む）こともある。

また、図２（ａ）及び図２（ｂ）には、シリンダ１６内のピストン１８を、それぞれ２か所、二点鎖線で示している。図中の左側のピストン１８は上死点に位置し、図中の右側のピストン１８は下死点に位置している。複数の気筒が並列に配置されるエンジン１０では、図１にも示すように、クランクシャフトの軸（軸線）Ｃは気筒配列方向と平行になる。したがって、ピストン１８をコネクティングロッドに連結するピストンピン２０の軸もクランクシャフトの軸と平行になる。主として、シリンダ１６内を往復動するピストン１８の傾倒を抑制するために設けられるピストン１８のスカート２２は、ピストンピン２０の軸と直交方向の領域にだけ設けられることが多いので、この実施の形態の水平対向エンジン１０では、図２（ｂ）に示すように、シリンダ１６の上下方向の領域だけにスカート２２が設けられている。正確には、この実施の形態では、前述のようにクランクシャフトの軸が車両後方下がりに配置されているので、スカート２２の配設位置は、そのクランクシャフトの軸Ｃの水平面からの傾斜角だけ、図２（ｂ）の上下方向よりも少しずれている。

この実施の形態のシリンダ１６では、ピストン１８が往復動する内周面２６に対し、下死点におけるピストン１８のスカート２２の位置よりもクランクシャフト寄りの部分が次第に拡径するテーパ面になっている。このテーパ面は、シリンダ１６の軸を中心とする円錐台形の円錐面２４になっており、例えば、シリンダ１６の内周面２６をボーリングする際に、同時に加工して形成されている。この円錐面２４は、後述するように、下死点におけるピストン１８のスカート２２よりもクランクシャフト寄りの領域で、エンジン１０の車両搭載時におけるシリンダ１６の最下部を含む部分が、燃焼室側に対してクランクシャフト側が下り傾斜になる傾斜面であればよい。しかし、平坦な傾斜面をシリンダ１６の内面に加工形成するのは時間を要するので、この実施の形態では、例えばシリンダ１６の内周面２６のボーリング加工時に円錐面２４を加工形成した。なお、この円錐面２４（傾斜面であってもよい）は、例えばクランクケースを含むシリンダブロックの製造時、例えば鋳造時に同時に形成されるようにしてもよい。

また、この実施の形態のシリンダ１６では、ピストン１８が往復動する内周面２６及び上記の円錐面（傾斜面）２４を含めて、下死点におけるピストン１８のオイルリング２８の位置よりもクランクシャフト寄りの位置からクランクシャフト側に向けて、シリンダ１６の軸と略平行に伸長する溝３０を、エンジン１０の車両搭載時に最下部となる部分に形成した。換言すれば、この溝３０は、エンジン１０の車両搭載時におけるシリンダ１６の最下部を含む領域で開口している。また、この溝３０は、上記下死点におけるピストン１８のオイルリング２８の近傍からクランクシャフト側まで連通しており、具体的にはクランクシャフト側の端部が上記円錐面（傾斜面）２４に開口しており、更に、エンジン１０の車両搭載時、燃焼室側からクランクシャフト側に向けて次第に低くなるように底部３２が形成されている。

この実施の形態の溝３０は、底浅幅広の方形断面に形成されている。この溝３０の幅や深さは任意に設定することが可能であるが、後述のように、エンジン停止時にオイルリング２８内に残留するオイルを流れ集めてクランクシャフト側、すなわちオイルパン１４に回収するためには、例えば、幅が大きい方が有利である。しかし一方で、溝幅が大きくなると、或いは深さが大きくなると、シリンダ１６の強度が低下するおそれがあり、その結果、シリンダ内周面２６の真円度などに影響することが考えられる。したがって、溝３０の幅や深さは、オイルの収集とシリンダ強度とをバランスさせて設定する。この実施の形態では、この溝３０を機械加工によって形成しているが、上記円錐面（傾斜面）２４と同様に、例えばクランクケースを含むシリンダブロックの製造時、例えば鋳造時に同時に形成されるようにしてもよい。また、溝３０の断面形状は、方形に限らず、例えば、Ｕ字状やＶ字状など、任意に設定することができる。

図３は、図２（ｂ）における円錐面（傾斜面）２４及び溝３０の詳細図である。周知のように、ピストン１８のオイルリング２８が、３ピースオイルリングである場合、２つのサイドレール２８ａの間にスペーサ（エキスパンダ）２８ｂが介装されて構成される。エンジン停止時にオイルリング２８内に残存するオイルは、このスペーサ２８ｂの部分、すなわち２つのサイドレール２８ａの間に存在すると考えられる。そこで、ピストン１８の下死点におけるオイルリング２８の近傍において、そのオイルリング２８の位置よりもクランクシャフト寄りの位置に溝３０を開口しておけば、オイルリング２８内に残存するオイルが自重で溝３０内に流れ込む。この溝３０は、エンジン１０の車両搭載状態で、底部３２が燃焼室側からクランクシャフト側に向けて次第に低くなるように形成されているので、溝３０内に流れ込んだオイルは溝３０内を通ってクランクシャフト側に流れ、オイルパン１４に回収（還流）される。このとき、往復動するピストン１８のオイルリング２８は、サイドレール２８ａを含めて、溝３０の開口部に接触することはない。したがって、溝３０の開口部の周縁部がオイルリング２８と擦れて偏摩耗するおそれはない。

また、ピストン１８の下死点におけるスカート２２の位置よりもクランクシャフト寄りの領域で、エンジン１０の車両搭載状態における最下部が、燃焼室側に対してクランクシャフト側が下方となる円錐面（傾斜面）２４では、エンジンの運転時にあっても、シリンダ１６内で且つピストン１８よりもクランクシャフト側に存在するオイルは円錐面（傾斜面）２４を通じて流下し、クランクシャフト側、すなわちオイルパン１４へ還流される。したがって、水平対向エンジンのシリンダ１６であっても、エンジン停止時にピストン１８のオイルリング２８に残存するオイルの量を低減することができる。このとき、ピストン１８のスカート２２が往復動する範囲はシリンダ１６の内周面２６が確保されるので、ピストン往復動時のピストン１８の傾倒抑制が確保される。すなわち、ピストン１８のスカート２２がシリンダ１６の内周面２６に接触することでピストン１８の傾倒が抑制される。シリンダ１６の内面に形成される円錐面（傾斜面）２４はピストン１８の下死点におけるスカート２２の位置よりもクランクシャフト寄りの領域にしか形成されていないので、往復動するピストン１８のスカート移動範囲はシリンダ１６の内周面２６が連続しており、したがってピストン１８の傾倒抑制効果は確保される。

このように、この実施の形態のエンジンシリンダ構造では、ピストン下死点におけるオイルリング２８の位置よりもクランクシャフト寄りの位置からクランクシャフト側に向けてシリンダ１６の軸と略平行に伸長して該クランクシャフト側まで連通し且つエンジン１０の車両搭載状態におけるシリンダ１６の最下部を含む領域に開口する溝３０を形成した。これにより、エンジン停止時にピストン１８のオイルリング２８内に残存したオイルは、そのオイルリング２８の近傍で開口している溝３０内に自重で流れ込み、その溝３０を通じてクランクシャフト側、すなわちオイルパン１４に還流する。この溝３０の開口部にオイルリング２８は接触しないので、溝３０の開口部の周縁部でシリンダ内周面２６が偏摩耗することはない。以上より、シリンダ内周面２６の偏摩耗を回避しながら、エンジン停止時にピストン１８のオイルリング２８内のオイルの残存量を低減することができる。

また、エンジン１０の車両搭載状態で、燃焼室側からクランクシャフト側に向けて次第に低くなるように溝３０の底部３２を形成した。これにより、エンジン停止時にピストン１８のオイルリング２８から溝３０内に流れ込んだオイルが確実にクランクシャフト側、すなわちオイルパン１４に還流する。

また、下死点での前記ピストン１８のスカート２２の位置よりもクランクシャフト寄りの位置からエンジン１０の車両搭載状態で少なくとも最下部となる領域を含めて燃焼室側に対してクランクシャフト側が下方に傾斜する傾斜面（円錐面）２４を形成した。これにより、エンジン停止時のみならず、エンジン１０の運転時にあっても、シリンダ１６内で且つピストン１８よりもクランクシャフト側に存在するオイルは傾斜面（円錐面）２４を通じてクランクシャフト側、すなわちオイルパン１４へ還流される。したがって、軸が略水平に配向されるシリンダ１６内にあっても、エンジン停止時にピストン１８のオイルリング２８に残存するオイルの量を低減することができる。また、ピストン１８のスカート２２が往復動する範囲はシリンダ１６の内周面２６が確保されるので、ピストン往復動時のピストン１８の傾倒抑制効果が確保される。

また、上記傾斜面を、シリンダ１６の軸を中心とする円錐台形状の円錐面２４としたことにより、例えば、シリンダ１６のボーリング加工時に傾斜面を一緒に加工形成することが可能となることから、傾斜面加工のための新たな工程を追加する必要がなく、その分だけ、コストの増大を抑制することができる。

以上、実施の形態に係るエンジンシリンダ構造について説明したが、本件発明は、上記実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、本件発明の要旨の範囲内で種々変更が可能である。例えば、上記実施の形態は、本件発明を水平対向エンジン１０に用いた例についてのみ詳述したが、本件発明は、車両用エンジンにあって軸が略水平方向に配向されるエンジンであれば同様に適用することが可能である。

１０ エンジン
１６ シリンダ
１８ ピストン
２２ スカート
２４ 円錐面（傾斜面）
２８ オイルリング
３０ 溝
３２ 底部

Claims (4)

1. 車両用のエンジンにあって軸が略水平方向に配向されるシリンダのエンジンシリンダ構造において、
   前記シリンダの内面には、該シリンダ内におけるピストンの下死点でのオイルリングの位置の近傍で且つ該オイルリングの位置よりもクランクシャフト寄りの位置から該クランクシャフト側に向けて前記軸と略平行に伸長して該クランクシャフト側まで連通する溝が形成され、
   該溝の位置は、前記エンジンの車両搭載状態における前記シリンダの最下部に設定されたことを特徴とするエンジンシリンダ構造。
2. 前記溝の底部は、前記エンジンの車両搭載状態で、燃焼室側から前記クランクシャフト側に向けて次第に低くなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンシリンダ構造。
3. 前記シリンダの内面には、前記下死点での前記ピストンのスカートの位置よりも前記クランクシャフト寄りの位置から前記エンジンの車両搭載状態で少なくとも最下部となる領域に、前記クランクシャフト側に向けて下方に傾斜する傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンシリンダ構造。
4. 前記傾斜面は、前記軸を中心とする円錐台形状の円錐面であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンシリンダ構造。

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