(57)【要約】空気／燃料／潤滑油の混合気を供給する混合気調製デバイス(15)と、クランクケースまたはシリンダに接続されることでクランクケース内部空間(12)に対して少なくとも空気(13)を供給する吸気チャネル(16)と、クランクケースもしくはシリンダに対して且つ吸気弁(8)を備えた吸気開口(7)に対して接続されることでクランクケース内部空間から吸気開口に対して少なくとも空気および燃料を供給する溢流チャネル(17)と、クランク軸(4)により駆動されて吸気弁(8)および排気弁(10)を起動するバルブ駆動アセンブリ(18)と、クランクケース内部空間とは別体である一つ以上の区画であって少なくとも一つの小寸通路(23、24、25、26、27)を介してクランクケース内部空間と排他的に連通する一つ以上の区画(19、20、21、21'、22)を有するバルブ駆動アセンブリ・ハウジング(19、20、21、21'、22)とを特に備え、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの各区画(19、20、21、21'、22)は、シリンダボアの軸心方向において更に高位に載置された、すなわち、クランクケースの最下部分よりも燃焼室に接近して載置された最下部分を有する、クランクケース掃気／潤滑式の４ストローク・エンジン(1)。
2005516148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ(2)と、
コネクティングロッド(5)を介してクランク軸(4)を回転駆動するために前記シリンダ内に移動可能に取付けられたピストン(3)と、
前記シリンダおよび前記ピストンは協働して燃焼室(6)を画定し、
前記シリンダは、吸気開口(7)と、前記吸気開口を開閉する吸気弁(8)とを有し、
また、前記シリンダは、排気開口(9)と、前記排気開口を開閉する排気弁(10)とを      有すると共に、排気ダクト(28)が追随しており、
空気／燃料−潤滑油の混合気を供給する、または、空気／潤滑油の混合気および空気／燃料の混合気を２段階で供給する混合気調製デバイス(15)と、
前記シリンダに接続されたクランクケース(11)であって、前記ピストン(3)の下側と協働してクランクケース内部空間(12)を画定し、前記クランクケース内部空間に対して少なくとも空気(13)および潤滑油(14)が前記混合気調製デバイスにより供給されるクランクケース(11)と、
前記クランクケースまたはシリンダに接続されることで前記クランクケース内部空間(12)に対して少なくとも空気(13)を供給する吸気チャネル(16)と、
前記クランクケースもしくはシリンダに対して且つ吸気弁(8)を備えた前記吸気開口(7)に対して接続されることで前記クランクケース内部空間から前記吸気に対して少なくとも空気および潤滑油を供給する溢流チャネル(17)と、
前記クランク軸(4)により駆動されて前記吸気弁(8)および前記排気弁(10)を起動するバルブ駆動アセンブリ(18)と、
を備えるクランクケース掃気／潤滑式の４ストローク・エンジン(1)において、
前記クランクケース内部空間とは別体である一つ以上の区画であって少なくとも一つの小寸通路(23、24、25、26、27)を介して前記クランクケース内部空間と排他的に連通する一つ以上の区画(19、20、21、21'、22)を有するバルブ駆動アセンブリ・ハウジング(19、20、21、21'、22)を備え、且つ、
前記バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの各区画(19、20、21、21'、22)は、シリンダボアの軸心方向において更に高位に載置された、すなわち、前記クランクケースの最下部分よりも前記燃焼室に接近して載置された最下部分を有することを特徴とする、クランクケース掃気／潤滑式の４ストローク・エンジン(1)。
【請求項２】
前記バルブ駆動アセンブリは、クランク軸歯車(29)、または、前記クランク軸上に配置されたチェーン・スプロケットを有し、且つ、
前記クランク軸歯車を囲む前記バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの最下区画(19)は、前記クランクケースの対応する半径よりも相当に小さい概略半径を有することからオイルサンプを形成し得ない、請求項１に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項３】
前記少なくとも一つの小寸通路(23)はバルブを有さない、請求項１に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項４】
バルブの無い単一の小寸通路(23)のみが在る、請求項３に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項５】
前記クランクケース内部空間と、前記バルブ駆動アセンブリ・ハウジング(19、20、21、21'、22)により構成される潤滑箇所とを接続する前記少なくとも一つの小寸通路(24)もしくはダクトは、逆止弁を備える、請求項１、請求項２または請求項３のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項６】
前記逆止弁は、前記バルブ駆動アセンブリ・ハウジング内への流れのみを許容すべく配置される、請求項５に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項７】
前記逆止弁は、前記バルブ駆動アセンブリ・ハウジングからの流れのみを許容すべく配置される、請求項５または請求項６に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項８】
前記少なくとも一つの通路(25)は、前記ピストン(3)により開閉される、請求項１から請求項３または請求項５から請求項７のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項９】
前記少なくとも一つの通路(26、27)は、回転弁により制御される、請求項１から請求項８のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの小寸通路(23、24、25、26、27)は、前記シリンダの直径の40％、好適には前記シリンダの直径の30％の直径を備えた開孔の断面積よりも小さな組み合わせ断面積を有する、請求項１から請求項９のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの小寸通路(23、24、25、26、27)は、前記シリンダの直径の20％、好適には前記シリンダの直径の10％の直径を備えた開孔の断面積よりも小さな組み合わせ断面積を有する、請求項１から請求項１０のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１２】
前記混合気調製デバイスは、前記クランクケース内部空間に対して空気／燃料／潤滑油の混合気を提供するキャブレター（carburettor）もしくは低圧噴射システム（low  pressure  injection  system）の形態である、請求項１から請求項１１のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１３】
前記混合気調製デバイスは、第１段階でタンクからの潤滑油を前記吸気ダクト内のもしくは前記クランクケース内部空間内の空気と混合し、第２段階で燃料を前記溢流チャネル(7)内の空気と混合する、二段式装置の形態である、請求項１から請求項１２のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１４】
前記溢流チャネル(17)は、前記クランクケースからの流れのみを許容する逆止弁(30)を備える、請求項１から請求項１３のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１５】
前記溢流チャネル(17)は、回転弁により制御される、請求項１から請求項１４のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１６】
前記溢流チャネル(17)および前記吸気チャネル(16)の両者は、回転弁により制御される、請求項１５に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１７】
前記回転弁は、クランク機構(31、31')により構成される、請求項９、請求項１５または請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の４ストローク・エンジン。
【請求項１８】
前記回転弁は、前記カムシャフトにより駆動される部材、または、前記カムシャフトと同一速度すなわち前記クランク軸の半分の速度で駆動される部材により構成される、請求項９または請求項１５に記載の４ストローク・エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に係るクランクケース掃気式(crankcase scavenged)４ストローク・エンジンに関する。本発明は主として、チェーンソー(chain saw)、刈込み器(trimmer)もしくは動力カッタ(power cutter)などの携帯式工具を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
チェーンソーもしくは動力カッタなどの携帯式工具は多くの異なる取扱い位置で使用され、逆さまとされることさえある。故にそれらは通常はクランクケース掃気式であり、たとえばオイルなどの潤滑油はクランクケースに供給される。この潤滑システムは、全ての取扱い位置にて機能する。これらのエンジンは通常は２ストローク形式であるが、４ストローク・エンジンも示唆されている。
【０００３】
米国特許第4,708,107号明細書、米国特許第5,347,967号明細書、米国特許第5,579,735号明細書および米国特許第6,145,484号明細書およびDE 30 22 901号明細書は、クランクケース掃気式の燃料内オイル型のエンジンを示している。流れは、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングから吸気弁を介して燃焼室内へと設定される。このシステムは良好な潤滑を提供するが、非常に高温のエンジン部分に接触する取入空気が強く加熱される。これにより、出力は低下する。このことは、米国特許第6,401,701号明細書およびDE 34 38 031号明細書における一部の流れにも当てはまる。但し、これは吸気システムの非常に複雑な構造を必要とする。
【０００４】
クランクケースが掃気も潤滑もされないという設計態様も在る。これらの設計態様においてオイルのサンプ(sump)もしくはタンクは、推奨されたオイルレベルまでオイルで満たされる。故に、燃料に対してオイルを供給する必要はない。しかしその代わりに、それらは相当のサイズのオイルタンクもしくはオイルサンプを必要とする。このタンクもしくはサンプは通常、クランクケースのレベルの相当下方に達する。故に、エンジンのサイズおよび重量は相当に増大する。その例は、EP 1 134 365号明細書およびEP 1 136 665号明細書である。それらはまた、オイルのミスト(mist)を生成する特殊な追加部材も使用する。
【０００５】
米国特許第6,152,098号明細書は、クランクケースの相当下方に達する相当のサイズのオイルサンプを備えた設計態様を示している。それは、所定レベルまでオイルにより満たされるものである。重量およびサイズは上記のEP出願の設計態様と比較して幾分かは減少されるが、依然として問題である。上記エンジンは、純粋な燃料、すなわちオイルと混合されない燃料を用いるクランクケース掃気式である。
【０００６】
米国特許第6,145,484号明細書は、クランクケース掃気式ではなく、複雑な様式により吸気ダクトからクランクケースとバルブ駆動アセンブリとの両者に通ずるダクトを有する幾つかの形態を示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上で概説された問題を実質的に緩和すると共に多くの点において利点もたらすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、添付の特許請求の範囲の各請求項から明らかとなる特徴を有する本発明に係るクランクケース掃気式の４ストローク・エンジンにおいて達成される。本発明に係るクランクケース掃気式エンジンは本質的に、クランクケース内部空間とは別体である一つ以上の区画であって少なくとも一つの小寸通路を介してクランクケース内部空間と排他的に連通する一つ以上の区画を有するバルブ駆動アセンブリ・ハウジングを備え、且つ、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの各区画は、シリンダボア（cylinder  bore）の軸心方向において更に高位に載置された、すなわち、クランクケースの最下部分よりも燃焼室に接近して載置された最下部分を有することを特徴とする。これが意味する処は、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングから燃焼室内への流れが無いことである。故に取入空気は本質的に、エンジンの非常に高温な部分により加熱されない。これにより出力が増大される。クランクケースの吸排(pumping)の容量に対する小寸通路の影響は限られる。オイルサンプもしくはオイルタンクが無いので、本エンジンは、よりコンパクトで軽量とされ、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの最下部分はクランクケースよりも高位に載置される。バルブ駆動アセンブリ・ハウジングが小型であるということは、ハウジングはエンジンの通常動作の間において少量のオイルのみを収集することを意味する。
【０００９】
一実施例においては、バルブの無い単一の小寸通路のみが在るが、更に多くの通路が在り得ると共に異なる種類のバルブも配備されることができる。
【００１０】
本発明の更なる特徴および利点は、好適実施例の説明から明らかとなろう。各実施例は組み合わせ可能である。
【００１１】
本発明は、異なる図面における同一の番号が相互に対応する部材を表す添付図面を参照して、本発明の種々の実施例により以下において詳述される。便宜的に、エンジンにおける上下は各図において上下と言及される。本エンジンは、異なる製品において種々の位置で配置され得ると共に、斯かる製品は種々の位置で使用されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係るクランクケース掃気式４ストローク・エンジン1の斜視図を示している。本エンジンは、冷却フィン32および点火プラグ33を備えたシリンダ2を有する。シリンダ2の下方には、クランクケース11が接続される。クランクケースまたはシリンダと、吸気弁を備えた吸気開口とに対しては、溢流チャネル(overflow channel)17が接続される。シリンダに対しては、空気／燃料／潤滑油の混合気を供給する混合気調製デバイス15が接続される。バルブ駆動アセンブリ18は、バルブ駆動アセンブリ・ハウジング19、20、21、21'、22内に囲い込まれる。
【００１３】
クランクケース11とバルブ駆動アセンブリ・ハウジングの最下区画19との間には、小寸通路23が接続される。バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの第2最下区画20は、蓋部34により覆われる。バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの頂部区画22は、管21、21'を介して下側の区画20、19に接続され且つ蓋部35により覆われる。
【００１４】
図２は、図１に係るエンジンの側面図を示している。蓋部34は取り外されている。同様に、頂部区画22の蓋部35も取り外されている。これにより、バルブ駆動アセンブリ18の一部が示されている。２つのロッカ・アーム36、36'、ならびに、２つのプッシュ・ロッド37、37'も示される。クランクケース11から外方に突出した両端にてクランク軸4も視認可能である。
【００１５】
図３Ａおよび図３Ｂにおいては、本エンジンの２つの最も重要な断面が示される。これら２つの断面は並んで示され、クランク軸4は軸心38上に位置している。図３Ｂは、コネクティングロッド(connecting  rod）5を介してクランク軸4を回転駆動するためにエンジン・シリンダ2内に移動可能に取付けられたピストン3を備えたシリンダ2を示している。シリンダおよびピストンは、協働して燃焼室6を画定する。シリンダは、吸気開口7と、この吸気開口を開閉する吸気弁8とを有する。シリンダは排気開口9と、この排気開口を開閉する排気弁10とを有し、続いて排気ダクト28がある。クランクケースもしくはシリンダと吸気開口7とを接続する溢流チャネル17は、混合気調製デバイス15として明確に示される。混合気調製デバイスは、クランクケース内部空間12に対して空気／燃料／潤滑油の混合気を供給する。それはまた、クランクケース内部空間12に対して空気および潤滑油を供給することもできる。この場合、燃料は溢流チャネル17に供給されて空気と混合されるか、または、おそらくは燃焼室6内に直接的に向けられる。故に、二段式装置が可能である。クランク軸4は、このクランク軸をコネクティングロッド5に接続するクランク機構31、31'を有する。小寸通路23は、クランクケース内部空間12をバルブ駆動アセンブリ・ハウジング19、20、21、21'、22に接続する。このハウジングは、図３Ａに明確に示される。クランクケース11から到来する小寸通路23は、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの最下区画19に到達する。次の区画すなわち中央区画20は、管21、21'を介して頂部区画22に接続される。
【００１６】
クランク軸上には、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングの最下区画19においてクランク軸歯車（crankshaft  gear  wheel）29が配置される。この区画は、クランクケースの対応する半径よりも相当に小さい概略半径を有することから、オイルサンプを形成し得ない。協働する歯車39には固定カム40が配備される。このカム上には、２つのカム従動子41、41'が当接する。カム従動子41、41'はそれぞれ、ロッカ・アーム36、36'を介して弁8、10を駆動するプッシュ・ロッド37、37'を有する。このことは慣習的であることから、更なる記述は行わない。
【００１７】
但し、クランクケース内部空間12とバルブ駆動アセンブリ・ハウジング19、20、21、21'、22との間の小寸接続部は特別である。バルブ駆動アセンブリ・ハウジングは、クランクケース内部空間とは別体である一つ以上の区画19、20、21、21'、22であって小寸通路23を介してクランクケース内部空間と排他的に連通する一つ以上の区画19、20、21、21'、22を有する。明確に理解され得る如くバルブ駆動アセンブリ・ハウジングの各区画19、20、21、21'、22は、シリンダボア（cylinder  bore）の軸心方向において更に高位に載置された、すなわち、クランクケースの最下部分よりも燃焼室に接近して載置された最下部分を有する。故にそれらは、エンジンが通常位置で作動されるときにオイルサンプを形成し得ない。
【００１８】
図４Ａは、小寸通路23の一実施例を示している。この通路は、クランクケース11からバルブ駆動アセンブリ・ハウジングの最下区画19に至るダクトとして配置される。通路23にはバルブが無く、バルブの無い単一の小寸通路のみが在る。小寸通路23は、シリンダ直径の40％、好適にはシリンダ直径の30％よりも小さい直径を備えた開孔の断面積よりも小さな面積を有する。潤滑目的に対しては、シリンダ直径の20％、好適にはシリンダ直径の10％の直径を備えた開孔の断面積よりも非常に小さな断面積を有することが好適である。但し、１つ以上の通路も在り得る。この場合、総断面積は、言及されたサイズの断面積よりも小さくされるべきである。一つ以上の通路は、多くの様式で配置されることができる。図４Ａに示された如く、右側軸受42、すなわち、クランク機構31、31'の右側の軸受はシールされる。故に、それは、クランクケース内部空間12とバルブ駆動アセンブリ・ハウジングとの間に漏出をもたらさない。左側軸受43はシールされない。もしこの種の軸受が右側に使用されたなら、それは各内部空間の間に相当の漏出をもたらすであろう。但しそれは、適切な面積の小寸通路を形成すべく、部分的にシールされることもできる。
【００１９】
図４Ｂは、バルブを使用するが故に開閉される複数の種々の通路を示している。クランクケース内部空間と、バルブ駆動アセンブリ・ハウジング19、20、21、21'、22により構成される潤滑箇所とを接続する通路24は、逆止弁（check  valve）を備える。この逆止弁は、バルブ駆動アセンブリ・ハウジング内への流れのみを許容すべく配置されることができる。この逆止弁はまた、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングからの流れのみを許容する様にも配置されることもできる。逆止弁は通常、いずれの場合にも、バルブの無いまたはバルブにより制御される別の小寸通路と組み合わされる。このことは、通路25、26、27にも当てはまる。通路25は、ピストン3により制御されることから、ピストンのストローク毎にピストンにより開閉される。通路26は、クランク機構31'の軸心方向表面により制御される。図３Ｂと見比べると、通路26はクランク軸の回転毎に開閉されることは明らかである。故にクランク機構は、通路25に対してピストンにより提供される開閉の頻度の可能的には半分の頻度で開閉する回転弁(rotary valve)を形成する。回転弁制御は、制御に対して更なる可能性を提供することができる。回転弁により制御される通路の別の例は、クランク機構31の周縁外側半径により制御される通路27である。
【００２０】
図５から明らかな如く、溢流チャネル17はクランクケースからの流れのみを許容する逆止弁30を備える。これは、エンジンの出力を高めるべくエンジンの過給（pressure  charging）を提供する。逆止弁30はまた、図４Ｂにおいて通路25および26、27に対して示されたのと同一様式にて、ピストンにより開閉されるバルブ（piston  ported  valve）により、または、回転弁によっても置換されることができる。これにより、溢流チャネル17内には無拘束の流れ（unrestricted  flow）がもたらされることができる。理解される如く、吸気チャネル16はピストン3により制御され、すなわち、ピストンにより開閉される設計態様である。但し吸気チャネルはまた、逆止弁もしくは回転弁によっても制御されることもできる。溢流チャネル17および吸気チャネル16の両者が回転弁により制御される場合、エンジンの出力を増大することが可能である。これは、吸気チャネル16、溢流チャネル17および吸気弁8に対する全ての三つのバルブの特別のタイミングにより設定される。もし、いわゆる重なり合いが設定されたなら、すなわち全ての３つのバルブが同時に開成されるなら、溢流チャネル17内の流動ガスの運動量は燃焼室6内への充填量を増大すべく使用されることができる。これにより、エンジンの出力が増大される。２つの異なる回転弁配置が示された。しかし回転弁は、カムシャフトにより駆動される部材、または、カムシャフトと同一速度すなわちクランク軸の半分の速度で駆動される部材によっても構成されることもできる。これは、特別のチューニング（tuning）の可能性を提供することができる。
【００２１】
図１乃至図５に記述されたエンジンは、バルブ制御に対してプッシュ・ロッド配置を使用する。それは、いわゆるOHVエンジンである。しかし、バルブ駆動アセンブリ・ハウジング19、20、21、21'、22を潤滑すべく記述された原理は、他の形式のバルブ駆動アセンブリに対しても使用することができる。歯車29および39の代わりに、チェーンと共に２つの対応するチェーン・スプロケットが使用されることができる。高位のスプロケットにはカム40が配備される。この様にしてカム40はエンジンの高位に配置されることで、プッシュ・ロッド37、37'を短寸化しまたはそれらを排除することができる。同一の成果を達成すべく、歯車29および39の間に配置された歯車を使用することも可能である。本エンジンはまた、いわゆるサイドバルブ(side valve)型とされることもできる。この場合にカム従動子41、41'は、バルブを直接的に制御することができる。
【００２２】
図６は、各バルブの上方に配置されてそれらを直接的にまたはロッカ・アームを介して制御するカムシャフト45を備えたエンジンを示している。これは、いわゆるOHCエンジンである。それは、歯付きベルト46により接続されたプーリ29'およびプーリ44を使用する。これは慣習的な設計態様であり、更なる記述は行わない。ベルトは潤滑されるべきでないことから、頂部区画22のみから成るバルブ駆動アセンブリ・ハウジングを使用することができる。このハウジング区画22は、少なくとも一つの小寸通路を介してクランクケース内部空間と連通する。多くの代替策が可能である。バルブの無い１つの通路23のみが在り得る。この通路は、図４Ｂにおいて記述された如く、逆止弁24、または、ピストンにより開閉されるバルブ25、または、回転弁26もしくは27を用いて他の通路により補足されることができる。バルブの無い２つの通路を有するような異なる組み合わせ、ならびに、１つのバルブを用いる各通路の組み合わせが可能である。１つのバルブを備えた１つの通路を用いると、頂部区画22に対する空気および潤滑油の流れを増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る４ストローク・エンジンの斜視図であり、また、本エンジンの主要部分、特に、バルブ駆動アセンブリ・ハウジングおよびその種々の区画を示している図である。
【図２】２つの蓋部が取り外されている、図１に係るエンジンの側面図である。
【図３Ａ】クランクケース内部空間およびバルブ駆動アセンブリ・ハウジングならびにその異なる断面がバルブ駆動アセンブリと共に明確に示されている、エンジンの１つの重要な断面図である。
【図３Ｂ】クランクケース内部空間およびバルブ駆動アセンブリ・ハウジングならびにその異なる断面がバルブ駆動アセンブリと共に明確に示されている、エンジンのもう１つの重要な断面図である。
【図４Ａ】エンジン、および、クランクケース内部空間とバルブ駆動アセンブリ・ハウジングとを接続する小寸通路の断面図である。
【図４Ｂ】バルブにより制御される複数の種々の小寸通路を示す図である。
【図５】クランク軸に沿って見られるエンジンの断面図である。
【図６】オーバヘッド・カムシャフトを有する４ストローク・エンジンの代替実施例を示す図である。
【図１】
2005516148.tif 000003
【図２】
2005516148.tif 000004
【図３Ａ】
2005516148.tif 000005
【図３Ｂ】
2005516148.tif 000006
【図４Ａ】
2005516148.tif 000007
【図４Ｂ】
2005516148.tif 000008
【図５】
2005516148.tif 000009
【図６】
2005516148.tif 000010
【国際調査報告】
2005516148.tif 000011
2005516148.tif 000012