(57)【要約】【課題】  小型で燃焼効率が良い４サイクルエンジンを提供する。【解決手段】  ４サイクルエンジン１は、吸気ポート３１に接続されて燃焼室３０に燃料を含んだ混合気を供給する吸気通路３２と、クランク室２０内の圧力変化を利用してクランク軸２１や動弁機構等の可動部品に潤滑油を供給する潤滑機構３と、これによって可動部品に供給されて潤滑油のうち余った潤滑油を含む混合気を吸気通路３２に戻す戻し通路６０と、吸気通路３２とクランク室２０との間を繋ぐ供給通路７０とを備える。戻し通路６０は、この中心軸線が吸気通路３２の中心軸線３２Ｓと非交差する方向に延びて、吸気通路３２に接続される。戻し通路６０から吸気通路３２に流入する混合気は、吸気通路３２内において旋回流を形成して、これにより吸気通路３２を流れる燃料を含んだ混合気の攪拌を十分に行わせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに接続されて燃焼室に燃料を含んだ混合気を供給する吸気通路と、クランク室内の圧力変化を利用してクランク軸や動弁機構等の可動部品に潤滑油を供給する潤滑機構と、該潤滑機構によって前記可動部品に供給された潤滑油のうち余った潤滑油を含む混合気を前記吸気通路に戻す戻し通路とを備えた４サイクルエンジンにおいて、
前記戻し通路を、該戻し通路の中心軸線が前記吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びて、前記吸気通路に接続することを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記戻し通路を、前記吸気ポートに接続された前記吸気通路の下流側端部内に配設された吸気弁の弁棒の近傍位置に接続することを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記吸気通路と前記クランク室との間を繋ぐ供給通路を有し、
前記供給通路を、該供給通路の中心軸線が前記吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びて、前記吸気通路に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記供給通路から前記吸気通路に流入する潤滑油を含んだ混合気と前記戻し通路から前記吸気通路に流入する潤滑油を含んだ混合気とが前記吸気通路内において同一方向の旋回流を形成するように、前記戻し通路及び前記供給通路を前記吸気通路に接続することを特徴とする請求項３に記載の４サイクルエンジン。
【請求項５】
前記潤滑油と前記燃料を混合した混合燃料を使用する混合燃料潤滑方式、又は前記潤滑油及び前記燃料を別個に使用する分離給油方式を適用することを特徴とする前記請求項１から４の少なくともいずれかに記載の４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手持ち式作業機、特に草刈機、刈払機等に搭載される４サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
手持ち式作業機には、動力源として４サイクルエンジン（以下、「エンジン」と記す。）を搭載したものがある。このような作業機は、作業者の作業姿勢の変化によってエンジン内の潤滑油がクランク軸や動弁機構等の可動部品に供給されない虞が生じるため、潤滑油を可動部品に常に供給可能に構成されている（特許文献１から４参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の作業機のエンジン（文献では４サイクル内燃機関６）は、燃料と潤滑油とを別個に供給するいわゆる分離給油方式のエンジンであり、クランク室の下方位置に設けられたオイル溜め領域内に貯留する潤滑油を、ピストンの上下運動にともなうクランク室内の圧力変化を利用してミスト化して可動部品（文献では歯車列１６、動弁機構３０）に送ってこれを潤滑する。余った潤滑油は、カム室からクランク室に繋がる管路（文献ではシリンダブロック垂直管路５２）を流れて、クランク室内のクランク軸を潤滑してオイル溜め領域に戻される。圧縮行程でクランク室に漏れ出したブローバイガスは、クランク室の圧力変化によって、クランク室からオイル溜め領域、歯車室、カム室等を経て吸入ポートに戻される。
【０００４】
特許文献２から４に記載の作業機のエンジンは、燃料と潤滑油を含んだ混合気を使用するいわゆる混合燃料潤滑方式である。これらのエンジンは、燃料と潤滑油を含んだ混合気を、キャブレターから吸気通路に流すとともに、吸気通路とクランク室とを繋いだバイパス通路に流すように構成されている。クランク室内に供給された混合気は、クランク軸を潤滑するとともに、クランク室内の圧力変化によって動弁機構等に供給されてこれらを潤滑して吸気通路に戻される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０７７３６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２３１１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１９２８４９号公報
【特許文献４】米国特許第６１９９５３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような作業機は、作業者によって保持されながら使用され、また搬送されるものであるので、小型でなければならない。また作業機のエンジンから排出される排気ガス中に未燃焼ガスが含まれていると環境に悪影響を与えるため、エンジンの燃焼効率を向上させる必要もある。そこで、燃焼室内に吸気される空気と燃料を含んだ混合気が燃焼室内で渦を形成するように、燃焼室やこれと吸気通路との接続部分を所定の形状に設計してもよいが、このようにすると、エンジンが大きくなって作業機が大型化したり、製造コストが増加したりするという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、作業機を大型化させることなく、燃焼効率が良く、製造コストの増加を抑制可能な４サイクルエンジン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】
【０００８】
このような課題を解決するため、本発明は、吸気ポートに接続されて燃焼室に燃料を含んだ混合気を供給する吸気通路と、クランク室内の圧力変化を利用してクランク軸や動弁機構等の可動部品に潤滑油を供給する潤滑機構と、該潤滑機構によって可動部品に供給された潤滑油のうち余った潤滑油を含む混合気を吸気通路に戻す戻し通路とを備えた４サイクルエンジンにおいて、戻し通路を、該戻し通路の中心軸線が吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びて、吸気通路に接続することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、戻し通路を、この中心軸線が吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びて吸気通路に接続することで、戻し通路から吸気通路に流入する混合気は吸気通路の内面に沿って流れて旋回流となる。このため、吸気通路内において強い旋回流が発生し、これにより吸気通路を流れる燃料を含んだ混合気の攪拌が十分に行われて、混合気は空気との混合状態が良好な状態となって燃焼室に供給される。その結果、エンジンの燃焼効率が向上し、エンジン出力が向上し、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量を低減することができる。また、本発明は、戻し通路の吸気通路への接続位置を変えるだけであるので、エンジンの大きさを大きくすることなく、エンジンを搭載した作業機を小型のままにすることができ、また製造コストの増加を抑制することができる。
【００１０】
また本発明は、戻し通路を、吸気ポートに接続された吸気通路の下流側端部内に配設された吸気弁の弁棒の近傍位置に接続することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、戻し通路を吸気弁の弁棒の近傍位置の吸気通路に接続することで、戻し通路から吸気通路に流入する混合気は、弁棒と吸気通路の内面との間を流れる。つまり、混合気は、戻し通路と弁棒によって囲まれる環状の流路を流れる。このため、吸気通路内においてより強い旋回流が発生し、これにより吸気通路を流れる燃料を含んだ混合気の攪拌がより十分に行われ、エンジンの燃焼効率をより向上させることができる。
【００１２】
また本発明は、吸気通路とクランク室との間を繋ぐ供給通路を有し、供給通路を、該供給通路の中心軸線が吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びて、吸気通路に接続することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、吸気通路とクランク室との間を繋ぐ供給通路を、その中心軸線が吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びた状態で吸気通路に接続することにより、供給通路から吸気通路に流入する混合気は吸気通路の内面に沿って流れて旋回流となる。このため、吸気通路内において旋回流が発生し、これにより吸気通路を流れる燃料を含んだ混合気の攪拌が十分に行われて、この混合気が燃焼室に供給される。その結果、エンジンの燃焼効率がより向上し、エンジン出力がより向上し、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量をさらに低減することができる。
【００１４】
さらに本発明は、供給通路から吸気通路に流入する潤滑油を含んだ混合気と戻し通路から吸気通路に流入する潤滑油を含んだ混合気とが吸気通路内において同一方向の旋回流を形成するように、戻し通路及び供給通路を吸気通路に接続することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、供給通路から吸気通路に流入する混合気と戻し通路から吸気通路に流入する混合気とが吸気通路内で同一方向の旋回流を形成するように、戻し通路及び供給通路を吸気通路に接続することで、戻し通路からの混合気と相まって吸気通路内においてより強い旋回流が発生し、これにより吸気通路を流れる燃料を含んだ混合気の攪拌が十分に行われて、この混合気が燃焼室に供給される。その結果、エンジンの燃焼効率がより向上し、エンジン出力がより向上し、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量をさらに低減することができる。
【００１６】
また本発明は、潤滑油と燃料を混合した混合燃料を使用する混合燃料潤滑方式、又は潤滑油及び燃料を別個に使用する分離給油方式を適用することを特徴とする請求項１から４の少なくともいずれかに記載の４サイクルエンジン。
【００１７】
この発明によれば、請求項１から４に記載の４サイクルエンジンは、混合燃料潤滑方式又は分離給油方式を適用することにより、作業機の大きさを小型にしたままで、エンジンの燃焼効率が良く、エンジン出力が向上し、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量が少ないという利点を有して、混合燃料潤滑方式又は分離給油方式を適用した４サイクルエンジンを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係わる４サイクルエンジンによれば、戻し通路を、この中心軸線が吸気通路の中心軸線と非交差する方向に延びて吸気通路に接続することで、エンジンを搭載した作業機の大きさを小型にしたままで、燃焼効率が良く、製造コストの増加を抑制可能な４サイクルエンジンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係わる４サイクルエンジンの好ましい実施の形態を図１から図６に基づいて説明する。本実施の形態は、潤滑油と燃料を混合した混合燃料を使用する混合燃料潤滑方式を適用した４サイクルエンジンを例にして、以下説明する。
【００２０】
[第１の実施の形態]
先ず、本発明に係わる４サイクルエンジンの第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態の４サイクルエンジン１は、図１（断面図）に示すように、上下方向に延びるシリンダ１０と、シリンダ１０の下部に繋がったクランク室２０と、シリンダ１０の上部に形成された燃焼室３０とを有してなる。シリンダ１０内にはピストン１１が上下方向に摺動自在に嵌合する。クランク室２０内には横方向に延びるクランク軸２１が回転動自在に支持されている。クランク軸２１は、ピストン１１との間で回動自在に連結されたコンロッド１２を介して回転動可能である。このため、ピストン１１が上下動すると、クランク軸２１は回転する。
【００２１】
燃焼室３０の上部には吸気ポート３１及び排気ポート４１が開口している。吸気ポート３１には、吸気ポート３１から上方へ延びて一方側へ屈曲して横方向へ延びる吸気通路３２が接続されている。吸気通路３２の先端側端部には、潤滑油を混ぜた燃料と空気との混合気を吐出するキャブレター３５が接続されている。一方、排気ポート４１には排気通路４２を介してマフラ４３が接続されている。吸気ポート３１及び排気ポート４１のそれぞれには、吸気弁３３及び排気弁４４が上下方向に移動可能に配設されている。吸気弁３３及び排気弁４４は弁座３３ａ、４４ａから上方へ延びる弁棒３３ｂ、４４ｂを備える。これらの弁棒３３ｂ、４４ｂは、吸気通路３２及び排気通路４２の端部内を上下方向に延びて吸気通路３２及び排気通路４２の上部から上方へ突出して、これらの通路の上方位置に配設されたロッカアーム室５０内に延びる。吸気弁３３及び排気弁４４は、ロッカアーム室５０内に設けられた動弁機構(図示せず)によってクランク軸２１の回転と同期して上下動するように構成されている。動弁機構は、ロッカアーム室５０に繋がってクランク軸側へ延びるカムギア室５５内に設けられた図示しない伝動機構からの動力を受けて回転動し、伝動機構はクランク軸２１から動力を受けて駆動する。キャブレター３５は図示しない燃料タンクに連通し、混合燃料潤滑方式では燃料タンクにはクランク軸２１、伝動機構及び動弁機構等の可動部品を潤滑する潤滑油と燃料とが所定の混合比で混ぜられた状態で貯留している。
【００２２】
カムギア室５５は図３に示す連通路２２を介してクランク室２０に連通するとともに、ロッカアーム室５０に連通する。つまり、クランク室２０は、連通路２２及びカムギア室５５を介してロッカアーム室５０に連通している。従って、後述するクランク室２０内の混合気は、連通路２２及びカムギア室５５を通ってロッカアーム室５０に供給可能である。ロッカアーム室５０には吸気通路３２と連通する戻し通路６０が繋がっている。戻し通路６０は、図２（断面図）に示すように、その中心軸線６０Ｓが吸気通路３２の中心軸線３２Ｓと非交差する方向に延びて吸気通路３２に接続されている。さらに詳細には、戻し通路６０は、その中心軸線６０Ｓが上下方向に延びて且つ戻し通路６０の先端部が横方向に延びる吸気通路３２の中心軸線３２Ｓから横方向にずれた状態で、吸気通路３２の側部に接続されている。このため、戻し通路６０から吸気通路３２内に流入した混合気は、吸気通路３２の内面に沿って流れて吸気通路３２内において旋回流を形成する。なお、戻し通路６０の吸気通路３２への取り付け方向は、戻し通路６０の中心軸線６０Ｓが吸気通路３２の中心軸線３２Ｓと非交差する方向に延びていれば上下方向に限るものではなく、左右方向や斜め上下方向のいずれでもよい。
【００２３】
再び図１に示すように、シリンダ１０と吸気通路３２との間には、可動部品（クランク軸２１、伝動機構及び動弁機構等）に潤滑油を供給するための供給通路７０が接続されている。供給通路７０のシリンダ側の開口部７０ａは、ピストン１１が下死点から上死点側に移動すると、ピストン１１が上死点の近傍位置に移動したときだけ開口し、ピストン１１が上死点から下死点側に移動すると、ピストン１１が上死点の近傍位置にある場合を除きピストン１１によって閉じられる。つまり、ピストン１１が圧縮行程にあるときだけ開口部７０ａは開口して、潤滑油を含んだ混合気がクランク室２０に流入するのを許容する。
【００２４】
なお、供給通路７０、クランク室２０、連通路２２、カムギア室５５及びロッカアーム室５０からなる機構を、可動部品に潤滑油を供給するための潤滑機構３と記す。
【００２５】
次に、４サイクルエンジン１の動作について説明する。先ず、４サイクルエンジンの吸入行程では、動弁機構によって吸入弁３３が押し下げられて吸入ポート３１が開口し、混合燃料潤滑方式ではピストン１１が上死点から下死点側に移動して燃焼室３０内が負圧になる。そして、混合燃料潤滑方式では潤滑油と燃料を含んだ混合燃料は、燃料タンクから吸引されてキャブレター３５によって気化される。そして、気化された混合気は吸気通路３２を通って燃焼室３０内に流れ込む。これと同時に、ピストン１１の下死点側への移動により、クランク室２０内の混合気は圧縮される。なお、クランク室２０内の混合気は、前述するように、ピストン１１が下死点から上死点側に移動する圧縮行程において、供給通路７０を介してクランク室２０内に流入したものである。
【００２６】
そして、高圧化されたクランク室２０内の混合気は、潤滑機構３の連通路２２、カムギア室５５及びロッカアーム室５０を流れて、伝動機構及び動弁機構を潤滑する。潤滑されずに余った潤滑油を含む混合気は、戻り通路６０を流れて吸気通路３２に流入する。ここで、戻り通路６０は、図２に示す戻り通路６０の中心軸線６０Ｓが吸気通路３２の中心軸線３２Ｓと非交差する方向に延びて吸気通路３２に接続されているので、戻り通路６０から吸気通路３２に流入した混合気は、吸気通路３２の内面に沿って流れて旋回流となる。このため、吸気通路３２内において強い旋回気流が発生し、これにより吸気通路３２を流れる潤滑油を含んだ混合気は十分に攪拌されて、空気との混合状態が良好となって燃焼室３０に供給される。その結果、エンジンの燃焼効率が向上し、エンジン出力が向上し、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量を低減することができる。
【００２７】
圧縮行程では、ピストン１１が下死点から上死点側に移動して、燃焼室３０内の混合気は圧縮される。ピストン１１が上死点の近傍位置に移動すると、前述したように潤滑機構３の供給通路７０を介して吸気通路３２を流れる混合気がクランク室２０内に流入して、混合気に含まれる潤滑油によってクランク軸２１が潤滑される。なお、供給通路７０は、ピストン１１が下死点から上死点側に移動する過程において、その殆どの移動範囲内で遮断されているので、クランク室２０内の混合気が供給通路７０を逆流することはない。
【００２８】
爆発行程では、圧縮された混合気は点火プラグ(図示せず)によって点火されて燃焼爆発し、ピストン１１は下死点側に押し下げられる。そして、ピストン１１が下死点に移動すると、排気弁４４が開弁して排気行程に移る。排気行程では、ピストン１１が下死点から上死点側に移動して、燃焼室３０内の燃焼ガスが排気通路４２及びマフラ４３を通って外部に排気ガスとして排出される。
【００２９】
なお、吸入行程において、吸入通路３２を流れる混合気が戻し通路６０を逆流してロッカアーム室５０に流入したり、さらにカムギア室５５を通ってクランク室２０に流入したりするのを規制するため、戻し通路６０やカムギア室５５とクランク室２０を繋ぐ連通路２２に、クランク軸２１の回転と同期して作動する弁機構(図示せず)を設けてもよい。
【００３０】
このように、戻し通路６０の吸気通路３２への接続位置を変えるだけでエンジンの燃焼効率を向上させることができるので、少ない設計変更で性能が高い４サイクルエンジン１を提供することができるとともに、製造コストの増加を抑制することができる。
【００３１】
なお、図３及び図４に示すように、戻し通路６０を、吸気通路３２の下流側端部内の吸気弁３３の弁棒３３ｂの近傍位置に接続してもよい。このように戻し通路６０を吸気通路３２に接続すると、戻し通路６０から吸気通路３２に流れる混合気は、弁棒３３ｂと吸気通路３２の内面との間を流れる。つまり、戻し通路６０からの混合気は、吸気通路３２と弁棒３３ｂによって囲まれる環状の流路を強制的に流れることになる。このため、吸気通路３２内においてより強い旋回気流を発生させることができ、その結果としてエンジンの燃焼効率やエンジン出力をより向上させ、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量をより低減することができる。
【００３２】
[第２の実施の形態]
次に、本発明に係わる４サイクルエンジンの第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態との相違点のみを説明し、第１の実施の形態と同一態様部分については同一符号を附してその説明を省略する。第２の実施の形態における４サイクルエンジン１は、図５に示すように、供給通路７０の一端部がクランク室２０に繋がり、この供給通路７０の一端側の開口部７０ａの近傍位置にリード弁７１が設けられている。リード弁７１はクランク室２０内が負圧になると開弁し、正圧になると閉弁するように作動する。またリード弁７１はクランク室２０から供給通路７０側への混合気の流入をある程度許容する開口部(図示せず)を有している。
【００３３】
リード弁７１はピストン１１が下死点から上死点側に移動すると開弁して、吸気通路３２からの混合気が供給通路７０を通ってクランク室２０に流入する。一方、リード弁７１はピストン１１が上死点から下死点側に移動すると閉弁して、クランク室２０内の混合気は、潤滑機構３の連通路２２、カムギア室５５及びロッカアーム室５０を通って可動部品（伝動機構、動弁機構）を潤滑するとともに、開口部をある程度通って供給通路７０を流れて吸気通路３２に戻される。開口部は、可動部品（伝動機構、動弁機構）の潤滑性能を低減させない程度の大きさを有して開口している。つまり、開口部は、ピストン１１の下死点側の移動によってクランク室２０から戻し通路６０を通って吸気通路３２に排出しきれない混合気を、開口部を介して吸気通路３２に戻す働きを有している。その結果、クランク室２０内の混合気が滞留することはなく、可動部品の潤滑を充分に行うことができる。なお、リード弁７１は、供給通路７０の吸気通路３２側の開口部７０ｂの近傍位置に設けてもよい。
【００３４】
供給通路７０の上側は、図６に示すように、供給通路７０の中心軸線７０Ｓが吸気通路３２の中心軸線３２Ｓと非交差する方向に延びて吸気通路３２に接続されている。さらに詳細には、供給通路７０は、その中心軸線７０Ｓが上下方向に延びて且つ供給通路７０の先端部が横方向に延びる吸気通路３２の中心軸線３２Ｓから戻し通路６０が接続された側と反対側にずれた状態で、吸気通路３２の側部に接続されている。このため、供給通路７０から吸気通路３２内に流入する混合気は、戻し通路６０から吸気通路３２内に流れる混合気の旋回流を付勢するように吸気通路３２内に流入する。このため、戻し通路６０からの混合気と相まって吸気通路３２内においてより強い旋回流を発生させることができ、これにより吸気通路３２を流れる燃料を含んだ混合気の攪拌が十分に行われて、混合気は空気との混合状態がさらに良好な状態となって図５に示す燃焼室３０に供給される。その結果、エンジンの燃焼効率やエンジン出力がより向上し、排気ガス中に含まれる未燃焼物質の量をさらに低減することができる。
【００３５】
なお、前述した第１及び第２の実施の形態では、潤滑油と燃料を混合して使用する混合燃料潤滑方式を適用した４サイクルエンジン１について説明したが、潤滑油と燃料を別個に使用する分離給油方式を適用した４サイクルエンジンでもブローバイガスの戻し通路を吸気通路に連結し同様に実施することで同様の効果を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる４サイクルエンジンの断面図を示す。
【図２】図１のＩ−Ｉ矢視に相当する部分の断面図を示す。
【図３】本発明の第１の他の実施の形態に係わる４サイクルエンジンの断面図を示す。
【図４】図３のIII−III矢視に相当する部分の断面図を示す。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる４サイクルエンジンの断面図を示す。
【図６】図５のＶ−Ｖ矢視に相当する部分の断面図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１  ４サイクルエンジン
３  潤滑機構
２０  クランク室
２１  クランク軸
３０  燃焼室
３１  吸気ポート
３２  吸気通路
３２Ｓ、６０Ｓ、７０Ｓ  中心軸線
３３  吸気弁
３３ｂ  弁棒
６０  戻し通路
７０  供給通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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