(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク室近傍に、いかなる傾斜状態でも内部に貯留する潤滑用のオイルが外部に油漏れしない油溜室を設け、該油溜室からクランク室、該クランク室に連通するシリンダ部及び吸・排気バルブ機構を収納した動弁室に送油して各部の潤滑を行う４サイクルエンジンの潤滑装置において、
ピストンの上昇している時に前記クランク室及びシリンダ部に発生する負圧により、前記油溜室内のオイルを前記クランク室及びシリンダ部へ送る第１送り手段と、
ピストンが上死点及びその近傍に位置する所定のタイミングにおいて前記クランク室及びシリンダ部に発生する負圧により、前記油溜室から前記クランク室及びシリンダ部に空気を導入する第２空気導入手段と、
前記第２空気導入手段によって油溜室に発生する負圧により該油溜室の外部から油溜室に空気を導入すると共に第１送り手段によって油溜室に発生する負圧により該油溜室の外部から油溜室に空気を導入する第１空気導入手段と、
を有することを特徴とする４サイクルエンジンの潤滑装置。
【請求項２】
前記第１空気導入手段は、
前記油溜室が負圧となった時に外部から空気を導入し、前記油溜室が正圧となった時に空気の導入を停止する一方向弁を有することを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジンの潤滑装置。
【請求項３】
前記第２空気導入手段は、
前記クランク室及びシリンダ部が負圧となった時に前記油溜室から空気を導入し、前記クランク室及びシリンダ部が正圧となった時に空気の導入を停止し、前記エンジンが倒立した状態では前記クランク室及びシリンダ部に前記油溜室のオイルが流入することを防ぐボール弁を有することを特徴とする請求項１または２に記載の４サイクルエンジンの潤滑装置。
【請求項４】
前記クランク室及びシリンダ部に発生する正圧により、前記クランク室及びシリンダ部と前記動弁室とを連通する連通路を介して、前記クランク室及びシリンダ部のオイルを前記動弁室に送る第２送り手段を更に有し、
前記第２送り手段は、前記クランク室及びシリンダ部が正圧となった時に前記クランク室及びシリンダ部からオイル及び空気を送り、前記クランク室及びシリンダ部が負圧となった時にオイル及び空気の送りを停止する一方向弁により構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の４サイクルエンジンの潤滑装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４サイクルエンジン、特に手持ち式の噴霧機、刈払機等に搭載されて使用される小型４サイクルエンジンの潤滑装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
草木向けの噴霧機や刈払機（トリマー）に代表される手持ち式作業機は、作業者が不自由な姿勢をとることなく作業できることが要求される。これにより、作業機の駆動源であるエンジンにはどんな角度に傾けても安定して作動する能力が必須である。２サイクルエンジンはピストンの上昇時に発生する負圧を利用して潤滑用のオイルを燃料と共にエンジン内部に吸入し各可動部の潤滑を行う機構を有するため自由な角度で使用可能な構造が容易に実現される。従って、上記の作業機には傾斜性能に優れ小型軽量な２サイクルエンジンが広く使用されてきている。一方、一般の４サイクルエンジンは、設計・加工技術等の進歩により小型軽量なものは製作できるが、クランク室下部に設けられた油溜部（オイルパン）にオイルを貯留させ、そこから跳ね上げたりポンプで汲み上げることで各可動部の潤滑を行う機構を採用しているため基本的には正立させて使用しなければならない。すなわち、この潤滑機構が２サイクルエンジンに比して劣った傾斜性能を４サイクルエンジンが有する要因となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２サイクルエンジンは排気ガス中の炭化水素が多い、騒音が大きい等の問題を有しており、近年の排気ガス浄化等の観点から、排気ガス特性が良好でかつ低騒音な４サイクルエンジンの手持ち式作業機への利用が要請されている。そこで４サイクルエンジンを搭載しても自由な角度で作業できるように傾斜性能に優れる４サイクルエンジンの潤滑装置の開発が望まれている。同時に、傾斜性能に優れた潤滑装置は、密閉的な構造となることから各部の圧力状態を調整することが課題となる。更に、積極的に外部から空気を導入することでエンジン内部の圧力状態を調整すると共に内部冷却を行う機構を設ければ、エンジン内での熱バランスが長期間維持され、より滑らかなエンジン動作が可能である。
【０００４】
本発明はこうした点を鑑みてなされたもので、その目的はどのような傾斜状態でもエンジン内部が常に適切な圧力状態及び熱平衡状態に維持され、円滑に内部潤滑を行う４サイクルエンジンの潤滑装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の４サイクルエンジンの潤滑装置の発明は、エンジンのクランク室近傍に、いかなる傾斜状態でも内部に貯留する潤滑用のオイルが外部に油漏れしない油溜室を設け、該油溜室からクランク室、該クランク室に連通するシリンダ部及び吸・排気バルブ機構を収納した動弁室に送油して各部の潤滑を行う４サイクルエンジンの潤滑装置において、ピストンの上昇している時に前記クランク室及びシリンダ部に発生する負圧により、前記油溜室内のオイルを前記クランク室及びシリンダ部へ送る第１送り手段と、上記ピストンが上死点及びその近傍に位置する所定のタイミングにおいて前記クランク室及びシリンダ部に発生する負圧により前記油溜室から前記クランク室及びシリンダ部に空気を導入する第２空気導入手段と、前記第２空気導入手段によって油溜室に発生する負圧により該油溜室の外部から油溜室に空気を導入すると共に第１送り手段によって油溜室に発生する負圧により該油溜室の外部から油溜室に空気を導入する第１空気導入手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
これにより、密閉的に形成された油溜室から負圧によりオイルをクランク室及びシリンダ部へ送り、このオイルを送ることで負圧になった油溜室に空気を導入して大気圧よりわずかな負圧状態とすることが可能である。また、ピストンが上死点及びその近傍に位置するタイミングでクランク室及びシリンダ部に空気を送り込むことにより、シリンダ及びピストンを積極的に冷却する。更に、クランク室及びシリンダ部の昇圧に必要な空気を送ることで、潤滑が必要な動弁室に空気及びオイルを確実に送ることができる。
【０００９】
請求項２係るに４サイクルエンジンの潤滑装置は、前記第１空気導入手段は、前記油溜室が負圧となった時に外部から空気を導入し、前記油溜室が正圧となった時に空気の導入を停止する一方向弁を有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、負圧となった油溜室に、逆流を起こさず、より確実に空気を導入し油溜室を大気圧よりわずかな負圧状態とすることが可能である。
【００１１】
請求項３係るに４サイクルエンジンの潤滑装置は、前記第２空気導入手段は、前記クランク室及びシリンダ部が負圧となった時に前記油溜室から空気を導入し、前記クランク室及びシリンダ部が正圧となった時に空気の導入を停止し、前記エンジンが倒立した状態では前記クランク室及びシリンダ部に前記油溜室のオイルが流入することを防ぐボール弁を有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成を有する潤滑装置では、逆流を起こさず、より確実にクランク室及びシリンダ部に空気を送り込むことが可能である。
【００１３】
請求項４係るに４サイクルエンジンの潤滑装置は、前記第２空気導入手段は、前記クランク室及びシリンダ部が負圧となった時に前記油溜室から空気を導入し、前記クランク室及びシリンダ部が正圧となった時に空気の導入を停止し、前記エンジンが倒立した状態では前記クランク室及びシリンダ部に前記油溜室のオイルが流入することを防ぐボール弁を有することを特徴とする。
【００１４】
こうした構成により、逆流を起こさず、より確実に動弁室にオイル及び空気を送り込むことが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。図１には本発明の潤滑装置を備えた４サイクルエンジンの正面断面図、図２、図３及び図４はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線における断面図、図５は図３のＤ−Ｄ線における断面図、そして図６は図３のＥ−Ｅ線における断面図である。
【００１６】
４サイクルエンジンＥは、左側面に気化器４及び外部から空気を取り入れ浄化するエアクリーナ２、右側面に排気マフラ６０を配置して構成されており（図２参照）、シリンダヘッド１０を一体化して有するシリンダブロック１２とクランクケース１４とで形成されたクランク室１６及びクランクケース１４の下部に設けられた油溜室１８を有している。この油溜室１８は本発明の特徴的な構成を有しており、クランクケース１４と下面壁１４ａにて仕切られ、全体として密閉した空間を形成して潤滑用のオイルを貯留している。なお、このオイルには、オイルミスト化したオイルも含まれる。
【００１７】
また、図３に示したように油溜室１８には、油溜室１８が負圧となった時に油溜室１８の外部から油溜室１８へ空気を流入し、油溜室が正圧となった時にこの空気の流入を停止する一方向弁６と、図１に示したように油溜室１８に貯留したオイルをいかなる傾斜状態でも確実に吸入する吸入部４０とが設けられている。従って、油溜室１８内に圧力変化がない限りこの一方向弁６は閉鎖されているので、油溜室１８はいかなる傾斜状態においても外部に油漏れしない構成を有している。
【００１８】
上記のエアクリーナ２には、一端を一方向弁６に連通させた管体３がその他端をエアクリーナ内に設けられたフィルタ２ａ近傍の下流位置に連通させて配設されている。これらエアクリーナ２、管体３及び一方向弁６が第１空気導入手段を構成する。また、エアクリーナ２内には、一方向弁６と同様の構成で後述のブリーザ室７８が正圧のときにエアクリーナ２内に空気を送り出し、ブリーザ室７８が負圧となった時に空気の送りを停止する一方向弁７７が設けられている。
【００１９】
図１に示したシリンダブロック１２とクランクケース１４とは、軸線を水平方向に設けたクランク軸２０を支承している。このクランク軸２０のクランクピンにコンロッドを介して連接するピストン２４は、シリンダブロック１２の内部に設けられたシリンダ１２ａに摺動自在に嵌装されている。
【００２０】
図２に示したシリンダ１２ａの頂壁には、上記の気化器４及び排気マフラ６０にそれぞれ連なる吸気ポート及び排気ポートが形成されると共に、これらを開閉する吸気バルブ２７及び排気バルブ２９が挿設されている。また、図１に示したようにこれらバルブを駆動するバルブ駆動部３０は、シリンダブロック１２の頭部と側部とに形成された動弁室３４及びこの動弁室３４とクランク室１６を連通させるように、シリンダブロック１２とクランクケース１４の側部に形成された連通路３２に配設されている。
【００２１】
クランク室１６と油溜室１８との間には、本発明の特徴的な構成要素である吸入部４０、通路４４及び間欠送油部４６が第１送り手段として設けられている。吸入部４０は、例えばゴム材のような弾性材により容易に撓む管体４２により形成されており、その先端には錘４３が設けられている。すなわち、この錘４３の重力により常に鉛直下方に撓む構成となっている。これにより、吸入部４０の先端は、油溜室１８がいかなる傾斜状態にあっても常に適量溜まったオイルの油面下に存在する。吸入部４０の管体４２及び錘４３の材質は耐油性、耐熱性を有するものが好適である。
【００２２】
また、吸入部４０の他端は、クランク軸２０周辺の断面図である図４に示したようにクランクケース１４に穿設された通路４４に連通されている。この通路４４はクランク軸２０の外周面に達し円弧状に所定範囲広がって接している。
【００２３】
一方、クランク軸２０側の間欠送油部４６（図１参照）は、クランク室１６側からクランク軸２０の中心近傍に所定の内径で外部に貫通することなく穿設された通路Ｔ１及びこれに連続してクランク軸２０の半径方向外方へ向けて穿設された通路Ｔ２により形成されている。この通路Ｔ２はピストン２４の上昇によりクランク室１６が負圧となる際のクランク軸２０の回転角度内においてクランクケース１４の通路４４と連通するような配置とされている。
【００２４】
従って、ピストン２４が上昇している際の所定の時期に、吸入部４０、通路４４及び間欠送油部４６が連通し、この時クランク室１６に発生する負圧を利用して油溜室１８からオイルが吸引され、クランク室１６内に送られる。
【００２５】
油溜室１８とシリンダ１２ａとの間には、第２空気導入手段として本発明の特徴的な構成を有する導入通路９２がクランクケース１４及びシリンダブロック１２に形成されている。すなわち、図２及び図６に示したように導入通路９２の一端は油溜室１８に配され、その他端はシリンダ１２ａの側壁上に設けられた開口部９２ａとされている。この開口部９２ａは、ピストン２４が上死点位置及びその近傍にある場合以外は、ピストン２４の側面により閉鎖されるよう配されている。
【００２６】
これにより、ピストン２４が上昇中には開口部９２ａが閉鎖されているので空気は導入されず、シリンダ１２ａ及びクランク室１６に負圧が発生する。この負圧により、第１送り手段を介してクランク室１６にオイルが適量送られた後、ピストン２４が上死点位置に至ることで開口部９２ａが開放され、油溜室１８から空気が送り込まれ、シリンダ１２ａ及びクランク室１６に充填される。換言すれば、導入通路９２は、シリンダ１２ａに発生する負圧を利用しピストン２４の上昇に応じた所定のタイミングで油溜室１８からシリンダ１２ａに空気を導入する通路である。
【００２７】
この油溜室１８に貯められシリンダ１２ａに導入される空気は、エンジンの燃焼室内で発生する燃焼熱が直接伝播するシリンダ１２ａ及びピストン２４の熱を吸収することが可能である。そこで、導入通路９２を介した空気導入を冷却手段として積極的に利用するため、空気導入及びシリンダブロック１２の外周に設けられた放熱板９６等による冷却とエンジン燃焼に伴う発生熱との熱平衡が保たれるよう導入通路９２の内径、油溜室１８の容積・配置等が考慮され決定されている。
【００２８】
更に、導入通路９２は、図７に示したようにシリンダ１２ａが負圧となった時に栓体であるゴムボール９４ａが開口部９２ａ方向に吸引されて空気が導入され、シリンダ１２ａが正圧となった時にゴムボール９４ａが孔部９４ｂに押し付けられて空気の導入を阻止するボール弁９４をその途中位置に有していてもよい。このボール弁９４によれば、４サイクルエンジンＥの倒立時にゴムボール９４ａが孔部９４ｂに押し付けられるので油溜室１８からシリンダ１２ａにオイルが流入するのを有効に防止できる。
【００２９】
図１又は図２に示すようにクランク室１６と連通路３２との間には、本発明の特徴的な構成を有する一方向弁７０が第２送り手段として設けられている。一方向弁７０はクランクケース１４の下部に穿設されたバルブ孔７２と、ピストン２４の昇降動作に伴いクランク室１６が正圧になった際にバルブ孔７２を開き、クランク室１６が負圧になった際にバルブ孔７２を閉鎖するように、油溜室１８側からクランクケース１４にねじにより締結され所定の弾性を有したバルブプレート７４とにより構成されている。バルブプレート７４の材質は耐油性、耐熱性を有するものであればいずれでもよい。
【００３０】
また、図３に示したシリンダブロック１２には、その頭部側で一端が動弁室３４内に形成されオイルと空気を分離するブリーザ室７８に配設され、他端がエアクリーナ２に設けられた一方向弁７７に接合され空気を開放するブリーザ管８０が備えられている。
【００３１】
更に、図３、図５及び図６に示したように、シリンダブロック１２には、それぞれ一端が動弁室３４及びブリーザ室７８に配設され、他端が油溜室１８に配されてオイルを動弁室３４側から油溜室１８に戻す２本の戻し通路８２，８４が備えられている。
【００３２】
このように構成した本実施の形態の動作は以下の通りである。図１は、４サイクルエンジンＥを搭載した手持ち式作業機の姿勢により、エンジン本体１の動弁室３４を上方に向けて傾斜状態にない、いわゆる正立位置での使用状態を示している。このとき、クランク室１６、油溜室１８及び動弁室３４には、潤滑用のオイルが適量溜まっている。油溜室１８の吸入部４０の先端はオイル中に没している。
【００３３】
この４サイクルエンジンＥを作動させると、ピストン２４の昇降運動によりクランク室１６に圧力変化が生じる。すなわち、ピストン２４の上昇行程ではクランク室１６が減圧され負圧状態となり、下降行程ではクランク室１６が昇圧されて正圧状態となる。
【００３４】
このクランク室１６が負圧になることでクランク室１６と油溜室１８に差圧が生じ、ピストン２４の上昇時に油溜室１８と連通するように回動するクランク軸２０に設けられた間欠送油部４６の通路Ｔ１，Ｔ２及び吸入部４０を介してクランク室内に油溜室１８に貯留されたオイルが供給される。
【００３５】
このオイルは、重力及び回動による遠心力の作用でクランク軸２０に固着されたクランクウエッブ６４を伝わり、クランクウエッブ６４の端部からクランク室１６内壁に飛散してクランク軸２０やクランク室１６内の各部品を潤滑する。
オイルが送られた油留室１８は、一時的に内部圧力が低下し負圧となる。これにより、一方向弁６が動作し、エアクリーナ２、管体３を介して空気が導入されて油溜室１８は大気圧よりわずかな負圧状態となる。従って、以降の空気導入に不必要な油留室１８の負圧は解消される。
【００３６】
上述のオイル供給は、ピストン２４の上昇時の所定範囲内で通路Ｔ２に連通するよう形成された通路４４の構造から、常に適量になされ、過剰供給による動力損失を防ぐことができる。
【００３７】
クランク軸２０の回転により通路Ｔ２と通路４４との連通が遮断された後、ピストン２４が更に上昇して上死点位置に至り導入通路９２を開放する。そして油留室１８からシリンダ１２ａに空気が導入され、シリンダ１２ａ及びクランク室１６に充填される。これにより、次行程のピストン２４の下降においてシリンダ１２ａ及びクランク室１６の昇圧が可能となる。更に、シリンダ１２ａに導入された空気がシリンダ１２ａ及びピストン２４の熱を吸収し、いわゆる冷却作用をもたらす。
【００３８】
空気が送出されて負圧となった油留室１８では、再度一方向弁６が動作し、エアクリーナ２、管体３を介して空気が導入されて大気圧よりわずかな負圧状態となる。従って、ここでも油留室１８の負圧は解消され、次のオイル送りに備えた圧力状態となり安定したオイル供給が実現される。
【００３９】
続いて、ピストン２４が下降し導入通路９２が閉鎖され、クランク室１６が正圧になると再びクランク室１６と油溜室１８に圧力差が生じる。このとき、一方向弁７０のバルブプレート７４がバルブ孔７２を開き、クランク室１６及びシリンダ１２ａに貯められたオイル及び空気をクランク室１６から連通路３２へ送り込む。
【００４０】
ピストン２４の下降行程が終了し、上昇行程に移行すると再びクランク室１６に負圧が発生するので、一方向弁７０のバルブプレート７４はこの負圧に吸引されバルブ孔７２を閉鎖してオイル及び空気の送り動作を終了する。
【００４１】
連通路３２に送られたオイル及び空気は正圧により動弁室３４に圧送されると共にオイルがバルブ駆動部３０の各部品を潤滑する。吸気バルブ２７、排気バルブ２９等の位置まで送られ、潤滑を行ったオイルは、ブリーザ室７８に至る。オイルは図５及び図６に示した２本の戻し通路８２，８４を通じて一定の負圧に保たれた油溜室１８に回収される。一方、空気は図２に示したブリーザ管８０及び一方向弁７７を通じてエアクリーナ２内に開放される。
【００４２】
次に、４サイクルエンジンＥの作動中、手持ち式作業機の姿勢を変化させ、図８に示したようにエンジン本体１の動弁室３４を下方に向けて倒立位置で使用したり、或いは図９に示したようにエアクリーナ２及び排気マフラ６０を上下方向に向けた傾斜位置で使用した場合においても、油溜室１８内に配された吸入部４０の先端が、錘４３の鉛直下方への付勢力を受け、所定量貯留されたオイル中に常に没する。従って、潤滑用のオイルが上述の正立位置での使用と同様に４サイクルエンジンＥの内部を潤滑する。また、一方向弁６からはオイルの送りで発生した負圧により油溜室１８に空気が導入される。このとき、一方向弁６が油面下に没している場合でも、空気の導入は圧力差により行われるためオイルが一方向弁６及び管体３で逆流することはない。同様に、オイルはピストン２４の動作により発生した圧力差により一方向に限って送られるため動弁室３４、図５及び図６に示した戻し通路８２，８４等で逆流することがない。
【００４３】
更に、図１０に示したようにエンジン本体１の駆動軸９０及びクランク軸２０を上下方向に向けた傾斜位置で使用した場合にも、油溜室１８内で吸入部４０の先端が速やかに下方に移動し、貯留されたオイル中に没しオイルの供給が可能となる。また、所定量のオイルの送りをピストン２４の動作により発生した圧力差を利用して行うことから、このような傾斜位置でもオイルが過剰に供給されることなく４サイクルエンジンＥの内部を適切に潤滑する。空気の導入が圧力差によって行われ逆流を起こさない点は上述と同様である。
【００４４】
なお、本発明は本実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図示では本発明に係る潤滑装置がＯＨＶ方式の４サイクルエンジンに用いられたものを示したが、ＯＨＣ方式等に使用されてもよい。また一方向弁７０はバルブプレート７４及びバルブ孔７２から構成されるものの他、ボールバルブ方式等によることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる４サイクルエンジンの潤滑装置によれば、４サイクルエンジンがどのような傾斜状態にあっても、エンジン内部が常に適切な圧力状態及び熱平衡状態に維持され、円滑に内部潤滑が行われるという優れた効果を呈する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る潤滑装置を備えた４サイクルエンジンの正面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図３のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図３のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】ゴムボール方式のボール弁の概略構成図である。
【図８】４サイクルエンジンの動弁室を下方に向けた傾斜状態での潤滑説明図である。
【図９】４サイクルエンジンのエアクリーナ及び排気マフラを上下方向に向けた傾斜状態での潤滑説明図である。
【図１０】４サイクルエンジンの駆動軸及びクランク軸を上下方向に向けた傾斜状態での潤滑説明図である。
【符号の説明】
Ｅ ４サイクルエンジン
２ エアクリーナ
３ 管体
６ 一方向弁
１２ シリンダブロック
１６ クランク室
２０ クランク軸
１８ 油溜室
３４ 動弁室
４０ 吸入部
４４ 通路
４６ 間欠送油部
Ｔ１，Ｔ２ 通路
７０ 一方向弁
９２ 導入通路
９４ ボール弁
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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