JP6357119B2 - エンジンの潤滑装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型作業機などに搭載可能なエンジンの潤滑装置に関する。

刈払機などの携帯型作業機に搭載されるエンジンは、ピストンの上下動によって内部の圧力が変動するクランク室と、クランク室の下方に配置されて潤滑用のオイルを貯留するオイル溜め室とを備え得る。このようなエンジンは特許文献１に開示されている。
特許文献１では、クランク室とオイル溜め室とが開口部を介して連通しており、オイル溜め室内で生成されたミストオイルが前記開口部を介してクランク室に供給される。

特開２００４−２９３４４８号公報

しかしながら、特許文献１では、クランク室とオイル溜め室とを連通する開口部の開口面積が比較的大きい。それゆえ、クランク室内の正圧時に、クランク室内の気体が前記開口部を通ってオイル溜め室内の広範囲にわたって供給されるので、当該気体がオイル面に衝突する力（圧力）が比較的小さく、ゆえに、オイル溜め室内でミストオイルを十分に生成することが難しかった。
本発明は、このような実状に鑑み、オイル溜め室内でミストオイルを効率良く生成することを目的とする。

そのため本発明に係るエンジンの潤滑装置は、ピストンの上下動によって内部の圧力が変動するクランク室と、クランク室の下方に配置されて潤滑用のオイルを貯留するオイル溜め室と、クランク室の側方に配置されて吸気・排気の各バルブ機構の駆動部品を収容するバルブ駆動室と、クランク室とオイル溜め室とを仕切る第１仕切壁と、クランク室とバルブ駆動室とを仕切る第２仕切壁と、第１仕切壁を貫通してクランク室とオイル溜め室とを連通する第１開口部と、第２仕切壁を貫通してクランク室とバルブ駆動室とを連通する第２開口部と、を含んで構成される。第１開口部は、その開口面積が、ピストンの断面積の３％以上かつ４０％以下の範囲内である。エンジンの潤滑装置では、クランク室内の正圧時に、クランク室内の気体が第１開口部からオイル溜め室内に噴射されてオイル溜め室内のオイルに衝突することによってオイル溜め室内にてミストオイルが生成されると共に、クランク室内のミストオイルが第２開口部を通ってバルブ駆動室に供給される。エンジンの潤滑装置では、クランク室内の負圧時に、オイル溜め室内のミストオイルが第１開口部を通ってクランク室に供給される。

本発明によれば、クランク室内の正圧時に、クランク室内の気体が第１開口部からオイル溜め室内に噴射されてオイル溜め室内のオイルに衝突することによってオイル溜め室内にてミストオイルが生成される。これにより、クランク室からの高圧の気体をオイル溜め室内のオイル面に吹き付けてオイル溜め室内のオイルの霧化（ミスト化）を促進することができるので、オイル溜め室内でミストオイルを効率良く生成することができる。

本発明の一実施形態におけるエンジンの斜視図 同上実施形態におけるエンジンの平面図 図２のＩ−Ｉ断面図 同上実施形態のエンジンのクランクケースをオイル溜め室側から見た場合におけるクランクケースの部分斜視図 同上実施形態のエンジンのクランク軸を回転可能に支持するベアリングを示す図 同上実施形態におけるエンジンの潤滑装置の概略説明図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態におけるエンジンの斜視図及び平面図である。図３は図２のＩ−Ｉ断面図である。尚、図３は、ピストンが上死点付近に位置した状態にあるときのエンジンを示している。また、本実施形態において、上側とは、エンジンが最も長く使用される状態（正立状態）における鉛直上側と略一致する。

エンジン１は、ＯＨＶ（Over Head Valve）形式の４ストロークエンジンであり、空冷式である。
エンジン１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２の長手方向の一端側（下端側）に配置されてクランク室３を形成するクランクケース４と、シリンダブロック２の長手方向の他端側（上端側）に配置されてシリンダブロック２と共に燃焼室５を形成するシリンダヘッド６と、を備える。

本実施形態では、シリンダブロック２、クランクケース４及びシリンダヘッド６は、それぞれ別体で構成され、ボルトにより連結されている。
クランクケース４の下端には、潤滑用のオイルを貯留するオイルケース７が連結されている。

シリンダブロック２の下端にはクランクケース４が設けられており、これらシリンダブロック２とクランクケース４とでクランク軸９が回転可能に支持されている。
具体的には、クランク軸９の両端部は、クランクケース４の内部に形成されたクランク室３から突出するように配置されている。本実施形態では、クランク軸９のうちクランク室３から突出した両端部がシリンダブロック２及びクランクケース４により挟まれて回転可能に支持されている。
尚、本実施形態では、クランク軸９の一方の端部（後述するバルブ駆動室３０側の端部）が、シリンダブロック２とクランクケース４とにより、後述するベアリング４０を介して回転可能に支持されている。この詳細については、図５を用いて後述する。

シリンダブロック２内には、円柱状の空間を有するシリンダ１０が設けられている。シリンダ１０にはピストン１１が上下方向に往復移動可能に挿入されている。ピストン１１は、クランク室３のクランク軸９にクランクウェブ１２とコンロッド１３とを介して連接されている。これにより、ピストン１１の往復移動がクランク軸９の回転運動に変換されている。また、ピストン１１の往復移動によって、クランク室３内の圧力（気圧）が変動する。

シリンダヘッド６には吸気ポート１５及び排気ポート１６が設けられている。吸気ポート１５は気化器（図示せず）に連通している。排気ポート１６はマフラ１７に連通している。また、シリンダヘッド６には、吸気ポート１５を開閉する吸気バルブ１８と、排気ポート１６を開閉する排気バルブ１９とが配設されている。

また、シリンダヘッド６には、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９を収容する動弁室２０が形成されている。動弁室２０は、シリンダヘッド６と動弁室カバー２１とにより形成されている。

吸気バルブ１８及び排気バルブ１９には、これら吸気バルブ１８及び排気バルブ１９を駆動するための動弁機構２５（図６参照）が連設されている。
動弁機構２５は、クランク軸９に固着されたバルブ駆動ギヤ２６と、バルブ駆動ギヤ２６によって駆動されるカムギヤ２７と、カムギヤ２７の一端部に連設されたカム２８と、このカム２８により揺動され、シリンダブロック２に回動可能に支持された一対のカムフォロア（図示せず）と、シリンダブロック２の頭部に設けられたロッカー軸（図示せず）に支持されて一端を吸気バルブ１８及び排気バルブ１９の弁頭に当接させる一対のプッシュロッド（図示せず）と、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９のそれぞれを閉弁方向に付勢する弁ばね（図示せず）と、を含んで構成される。

動弁機構２５を構成する各部のうち、バルブ駆動ギヤ２６、カムギヤ２７及びカム２８は、バルブ駆動室３０内に収容されている。バルブ駆動室３０は、クランク室３の側方に配置されている。ここで、バルブ駆動室３０は、シリンダブロック２、クランクケース４及びバルブ駆動室カバー（図示せず）により形成されている。
動弁機構２５を構成する各部のうち、プッシュロッド及び弁ばねは、動弁室２０内に収容されている。動弁室２０は、燃焼室５の上方に配置されている。

ここで、動弁機構２５が、本発明の「吸気・排気の各バルブ機構」に対応する。また、バルブ駆動ギヤ２６、カムギヤ２７及びカム２８が、本発明の「吸気・排気の各バルブ機構の駆動部品」に対応する。

オイルケース７は、四方及び下方を囲んだ筺体により形成されている。クランクケース４にオイルケース７を装着することで、これらのケース４、７により、オイル溜め室３２が形成される。オイル溜め室３２には、潤滑用のオイルが貯留される。
クランクケース４のうち、クランク軸９を回転可能に収容する半円筒状の部分が、クランク室３とオイル溜め室３２とを仕切る第１仕切壁３３となる。

図４は、本実施形態のエンジン１のクランクケース４をオイル溜め室３２側から見た場合におけるクランクケース４の部分斜視図である。

図３及び図４に示すように、クランク室３とオイル溜め室３２とは、第１仕切壁３３によって仕切られている。第１仕切壁３３は、半筒形状をなして形成されている。すなわち、第１仕切壁３３は、クランク室３側で、このクランク室３内に収容されたクランクウェブ１２を回転可能に収容する役目を果たし、これに伴い、オイル溜め室３２側に突出する曲面部ができる。そして、この曲面部の中央部３４が、オイル溜め室３２側に最も突出している。

半円筒形状の第１仕切壁３３の中央部３４には、クランク室３とオイル溜め室３２とを連通する第１開口部３５が貫通形成されている。
第１開口部３５は、第１仕切壁３３におけるピストン１１の投影面内に位置している。すなわち、燃焼室５側から第１仕切壁３３を見たときに、ピストン１１によって隠れる領域内に、第１開口部３５が貫通形成されている。

第１開口部３５は、ピストン１１の中心部の真下に位置することが好ましい。換言すれば、第１開口部３５の中心軸と、ピストン１１の中心軸とが、同一軸線上に位置することが好ましい。

第１開口部３５は、その開口面積が、好ましくは、ピストン１１の断面積の３％以上かつ４０％以下の範囲内であり、更に好ましくは、ピストン１１の断面積の５％以上かつ３５％以下の範囲内である。
ここで、ピストン１１の断面積とは、ピストン１１の往復移動方向（換言すれば、ピストン１１の中心軸）に直交する平面における、ピストン１１の断面積である。

尚、本実施形態では、第１開口部３５の断面形状が矩形状であるが、第１開口部３５の断面形状はこれに限らず、例えば円形状であってもよい。
また、本実施形態では、第１開口部３５は、１つの貫通孔により構成されているが、この他、２つ以上の貫通孔により構成されてもよい。第１開口部３５が２つ以上の貫通孔により構成される場合には、２つ以上の貫通孔の開口面積の総和（総開口面積）が、好ましくは、ピストン１１の断面積の３％以上かつ４０％以下の範囲内であり、更に好ましくは、ピストン１１の断面積の５％以上かつ３５％以下の範囲内である。

半円筒形状の第１仕切壁３３の下面には、第１開口部３５の周囲を囲むように筒状部３６が設けられている。筒状部３６は、第１仕切壁３３の下面より下方に向けて張り出している。
尚、本実施形態では、筒状部３６の断面形状が矩形状であるが、筒状部３６の断面形状はこれに限らず、例えば円形状であってもよい。

図５は、本実施形態のエンジン１のクランク軸９を回転可能に支持するベアリング４０を示す図である。
クランク室３とバルブ駆動室３０とは、第２仕切壁４２によって仕切られている。第２仕切壁４２は、シリンダブロック２とクランクケース４とにより構成される。

第２仕切壁４２のうち、シリンダブロック２の下端部には、半円状の断面形状をなす上側開口部４３が形成されている。
第２仕切壁４２のうち、クランクケース４の上端部には、半円状の断面形状をなす下側開口部４４が形成されている。

第２開口部４５は、半円状の上側開口部４３と、半円状の下側開口部４４とにより構成されて、断面形状が円形状である。
第２開口部４５は、第２仕切壁４２を貫通して、クランク室３とバルブ駆動室３０とを連通する。

第２仕切壁４２の第２開口部４５には、ベアリング４０が挿入されている。すなわち、第２仕切壁４２の第２開口部４５内には、ベアリング４０が設けられている。
ベアリング４０は、その内輪と外輪との間に間隙を有し、かつ、その複数のボール間に間隙を有する、開放型のボールベアリングである。それゆえ、ベアリング４０は、ミストオイル（ミスト状のオイル）の通過を許容する。

ベアリング４０は、その内輪にクランク軸９の一方の端部（バルブ駆動室３０側の端部）が挿入されて、クランク軸９を回転可能に支持する。
それゆえ、クランク軸９の一方の端部（バルブ駆動室３０側の端部）は、シリンダブロック２とクランクケース４とにより、ベアリング４０を介して回転可能に支持される。
ここで、クランク軸９の一方の端部のうち、バルブ駆動室３０内に位置する部分には、バルブ駆動ギヤ２６が固着されている。尚、図５では、バルブ駆動ギヤ２６によって駆動されるカムギヤ２７の図示を省略している。

次に、本実施形態におけるエンジン１の潤滑装置５０について、図６を用いて説明する。
図６は、本実施形態におけるエンジン１の潤滑装置５０の概略説明図である。
エンジン１の潤滑装置５０は、ピストン１１の往復動によるクランク室３内の圧力変動を利用して、オイル溜め室３２に貯留されたオイルを循環させて、エンジン１の各部を潤滑する。

オイル溜め室３２と動弁室２０との間には、オイルを循環させる循環経路６１が設けられている。この循環経路６１は、第１開口部３５、第２開口部４５、バルブ駆動室３０、動弁室２０、送油通路６２、及び、クランク室３により構成されている。

ピストン１１の上死点側への移動に起因してクランク室３内が負圧状態になると、オイル溜め室３２内のミストオイルは、第１開口部３５を通って、クランク室３に供給される。
この後、ピストン１１の下死点側への移動に起因してクランク室３内が正圧状態になると、クランク室３内のミストオイルが、第２開口部４５を通って、バルブ駆動室３０及び動弁室２０に供給される。

ここで、第２開口部４５内にはベアリング４０が設けられている（図５参照）。これにより、クランク室３内のミストオイルのうち、粒径が比較的大きなミストオイルは、ベアリング４０にて掻き落とされるので、クランク室３からバルブ駆動室３０への流通が規制される。一方、クランク室３内のミストオイルのうち、粒径が比較的小さなミストオイルは、ベアリング４０の内輪と外輪との間の間隙、及び、複数のボール間の間隙を通って、バルブ駆動室３０に供給される。
動弁機構２５を構成するバルブ駆動ギヤ２６、カムギヤ２７、カム２８、プッシュロッド及び弁ばねは、循環経路６１を流れるミストオイルにより潤滑される。

動弁室２０の内側には、動弁室２０内に滞留するオイルを吸引する吸引通路６４が配設されている。吸引通路６４とクランク室３との間には、送油通路６２が配設されている。
送油通路６２は、その一端側の開口端部が吸引通路６４に連設されて、他端側がクランク室３に連設されている。ここで、送油通路６２の他端側の開口端部は、ピストン１１が上死点に達する際、全開する位置に配置されている。

動弁室２０に滞留するミストオイルは、ピストン１１の上死点への移動に起因してクランク室３内が負圧状態になるときに、送油通路６２の開口より吸い込まれて、吸引通路６４及び送油通路６２を介してクランク室３へ送られる。
クランク室３内に送られたオイルは、第１開口部３５を介してオイル溜め室３２に戻る。

動弁室２０の内側には、オイルの循環経路中に含まれるブローバイガスを燃焼室５に排出するための排出通路６５が配設されている。排出通路６５は、その一端側６６が動弁室２０内に連設されて、他端側がエアクリーナ６７に連設されている。ここで、エアクリーナ６７は前述の気化器の上流側に設けられており、空気中のごみ等を除去する機能を有する。

エアクリーナ６７に送られた、オイル分を含むブローバイガスは、エアクリーナ６７内に設けられたオイルセパレータ６８により、ブローバイガスとオイルとに気液分離される。分離されたオイルは、エアクリーナ６７とクランク室３とを連通する還流通路７０を通ってクランク室３に送られる。ここで、還流通路７０のクランク室３側の開口端部は、ピストン１１が上死点に達する際、全開する位置に配置されている。それゆえ、オイルセパレータ６８で分離されたオイルは、ピストン１１の上死点への移動に起因してクランク室３内が負圧状態になるときに、還流通路７０を介して吸い込まれて、クランク室３へ送られる。一方、オイルセパレータ６８で分離されたブローバイガスは、燃焼室５で燃焼されてからマフラ１７を介して外部へ排出される。

ピストン１１の下死点側への移動に起因してクランク室３内が正圧状態になると、クランク室３内の高圧の気体が、第１開口部３５からオイル溜め室３２内に噴射される。換言すれば、ピストン１１の下死点側への移動に伴って押し出されるクランク室３内の気体が、第１開口部３５からオイル溜め室３２内に噴射される。この噴射された気体が、オイル溜め室３２内のオイルに衝突する。このようにして、クランク室３からの高圧の気体がオイル溜め室３２内のオイル面に吹き付けられることで、オイル溜め室３２内のオイルのミスト化が促進されて、オイル溜め室３２内にて、ミストオイルが効率良く生成される。

ここで、第１開口部３５の開口面積が大きすぎると、クランク室３内の気体を、第１開口部３５を介して、オイル溜め室３２内のオイル面に勢いよく衝突させることが難しくなり、ひいては、オイルのミスト化を良好に行えない可能性がある。また、第１開口部３５の開口面積が小さすぎると、クランク室３がポンプのように機能して、エンジン１の出力が低下しかねない。すなわち、第１開口部３５の開口面積の上限値は、オイル溜め室３２内でのミストオイルの生成効率を考慮して設定され得る。また、第１開口部３５の開口面積の下限値は、エンジン１の要求出力を考慮して設定され得る。これらを考慮すると、第１開口部３５は、その開口面積が、好ましくは、ピストン１１の断面積の３％以上かつ４０％以下の範囲内であり、更に好ましくは、ピストン１１の断面積の５％以上かつ３５％以下の範囲内である。

本実施形態によれば、エンジン１の潤滑装置５０は、ピストン１１の上下動によって内部の圧力が変動するクランク室３と、クランク室３の下方に配置されて潤滑用のオイルを貯留するオイル溜め室３２と、クランク室３の側方に配置されて吸気・排気の各バルブ機構の駆動部品を収容するバルブ駆動室３０と、クランク室３とオイル溜め室３２とを仕切る第１仕切壁３３と、クランク室３とバルブ駆動室３０とを仕切る第２仕切壁４２と、第１仕切壁３３を貫通してクランク室３とオイル溜め室３２とを連通する第１開口部３５と、第２仕切壁４２を貫通してクランク室３とバルブ駆動室３０とを連通する第２開口部４５と、を含んで構成される。エンジン１の潤滑装置５０では、クランク室３内の正圧時に、クランク室３内の気体が第１開口部３５からオイル溜め室３２内に噴射されてオイル溜め室３２内のオイルに衝突することによってオイル溜め室３２内にてミストオイルが生成されると共に、クランク室３内のミストオイルが第２開口部４５を通ってバルブ駆動室３０に供給される。エンジン１の潤滑装置５０では、クランク室３内の負圧時に、オイル溜め室３２内のミストオイルが第１開口部３５を通ってクランク室３に供給される。これにより、クランク室３からの高圧の気体をオイル溜め室３２内のオイル面に吹き付けて波立たせることで、オイル溜め室３２内のオイルのミスト化を促進することができるので、オイル溜め室３２内でミストオイルを効率良く生成することができる。

また本実施形態によれば、第１開口部３５は、第１仕切壁３３におけるピストン１１の投影面内に位置する。これにより、ピストン１１の往復移動によりクランク室３内にて発生する高圧の気体を第１開口部３５からオイル溜め室３２内のオイル面に対して勢いよく吹き付けて波立たせることができるので、オイル溜め室３２内でのミストオイルの生成をより効率的に行うことができる。

また本実施形態によれば、第１開口部３５は、その開口面積が、ピストン１１の断面積の３％以上かつ４０％以下の範囲内である。これにより、オイル溜め室３２内にてミストオイルを効率良く生成することができると共に、エンジン１の要求出力を確保することができる。

また本実施形態によれば、第１仕切壁３３は、第１開口部３５の周囲を囲むように第１仕切壁３３の下面より下方に張り出す筒状部３６を有する。これにより、エンジン１の倒立運転時などに、オイル溜め室３２内のオイルが第１開口部３５を通ってクランク室３内に過剰に流入することを抑制することができる。

また本実施形態によれば、第２開口部４５内には、クランク軸９を回転可能に支持するベアリング４０が設けられる。ベアリング４０は、ミストオイルの通過を許容する開放型のボールベアリングである。これにより、クランク室３内のミストオイルのうち、粒径が比較的小さなミストオイルが、ベアリング４０の内輪と外輪との間の間隙、及び、複数のボール間の間隙を通って、バルブ駆動室３０に供給されるので、バルブ駆動室３０及び動弁室２０へのオイルの過度の供給を抑制することができる。

尚、本実施形態では、エンジン１のシリンダ１０内でピストン１１が上下移動する範囲の体積（行程容積）に基づいて、第１開口部３５の寸法、開口面積、形状などを設定してもよい。
また、本実施形態では、第１開口部３５からオイル溜め室３２内に噴射されてオイル溜め室３２内のオイル面に吹き付けられる気体の流速（換言すれば、第１開口部３５における気体の吹き出し速度）は、好ましくは、１０００ｃｍ／ｓ以上かつ１００００ｃｍ／ｓ以下の範囲内であり、更に好ましくは、１５００ｃｍ／ｓ以上かつ８０００ｃｍ／ｓ以下の範囲内である。第１開口部３５における気体の吹き出し速度を前述の範囲内に設定することにより、オイル溜め室３２内でのミストオイルの生成を効率良く行うことができる。

また、本実施形態におけるエンジン１は、刈払機、穴掘機、コンクリートカッターなどの携帯型作業機にその駆動源として搭載可能である。また、エンジン１は、バックパックブロワ、スプレイヤ（噴霧機）、散粉機、背負い型刈払機などの背負い型作業機にその駆動源として搭載可能である。

以上からわかるように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ クランク室
４ クランクケース
５ 燃焼室
６ シリンダヘッド
７ オイルケース
９ クランク軸
１０ シリンダ
１１ ピストン
１２ クランクウェブ
１３ コンロッド
１５ 吸気ポート
１６ 排気ポート
１７ マフラ
１８ 吸気バルブ
１９ 排気バルブ
２０ 動弁室
２５ 動弁機構
２６ バルブ駆動ギヤ
２７ カムギヤ
２８ カム
３０ バルブ駆動室
３２ オイル溜め室
３３ 第１仕切壁
３４ 中央部
３５ 第１開口部
３６ 筒状部
４０ ベアリング
４２ 第２仕切壁
４３ 上側開口部
４４ 下側開口部
４５ 第２開口部
５０ 潤滑装置
６１ 循環経路
６２ 送油通路
６４ 吸引通路
６５ 排出通路
６７ エアクリーナ
６８ オイルセパレータ
７０ 還流通路

Claims (4)

1. ピストンの上下動によって内部の圧力が変動するクランク室と、
   前記クランク室の下方に配置されて潤滑用のオイルを貯留するオイル溜め室と、
   前記クランク室の側方に配置されて吸気・排気の各バルブ機構の駆動部品を収容するバルブ駆動室と、
   前記クランク室と前記オイル溜め室とを仕切る第１仕切壁と、
   前記クランク室と前記バルブ駆動室とを仕切る第２仕切壁と、
   前記第１仕切壁を貫通して前記クランク室と前記オイル溜め室とを連通する第１開口部と、
   前記第２仕切壁を貫通して前記クランク室と前記バルブ駆動室とを連通する第２開口部と、
   を含んで構成され、
   前記第１開口部は、その開口面積が、前記ピストンの断面積の３％以上かつ４０％以下の範囲内であり、
   前記クランク室内の正圧時に、前記クランク室内の気体が前記第１開口部から前記オイル溜め室内に噴射されて前記オイル溜め室内のオイルに衝突することによって前記オイル溜め室内にてミストオイルが生成されると共に、前記クランク室内のミストオイルが前記第２開口部を通って前記バルブ駆動室に供給され、
   前記クランク室内の負圧時に、前記オイル溜め室内のミストオイルが前記第１開口部を通って前記クランク室に供給される、エンジンの潤滑装置。
2. 前記第１開口部は、前記第１仕切壁における前記ピストンの投影面内に位置する、請求項１に記載のエンジンの潤滑装置。
3. 前記第１仕切壁は、前記第１開口部の周囲を囲むように前記第１仕切壁の下面より下方に張り出す筒状部を有する、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの潤滑装置。
4. 前記第２開口部内には、クランク軸を回転可能に支持するベアリングが設けられ、
   前記ベアリングは、前記ミストオイルの通過を許容する開放型のボールベアリングである、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの潤滑装置。