JP3689293B2 - ４サイクル内燃エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、燃料に潤滑剤を添加した混合燃料を使用した４サイクル内燃エンジンに関し、特に手持ち式の刈払機、芝刈機、チェーンソーなどの小型動力作業機の動力源として好適な４サイクル内燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
刈払機、チェーンソーに代表される手持ち式の作業機は、作業者が限定した姿勢をとることなく作業ができるようにすることが求められる。このことから、このような作業機に搭載される動力源としての内燃エンジンは、その使用時の姿勢を例えば横向きにしたとしても常に安定した作動が求められる。
【０００３】
このような要請に応じるため、従来一般的に、燃料と潤滑油とを一定の割合で混合した混合燃料を使用する小型空冷２サイクルガソリンエンジン（以下、単に２サイクルエンジンという）が採用されてきた。しかしながら、２サイクルエンジンは、一般的に、ガスフローによる掃気方式を採用していることに起因して、排気ガス成分に未燃ガスを多く含むため、有効なる排気ガス対策、つまり、エミッション対策を施すのが難しいという欠点がある。
【０００４】
このエミッション対策に関しては、未燃ガスの排出が少ない４サイクル内燃エンジン（Otto engine）が有利であり、このことから、手持ち式作業機においても、２サイクルエンジンに代わって４サイクルエンジンの採用が検討されている。この４サイクルエンジンは、典型的には、クランクシャフトを収容するクランク室の底部にオイル溜めを有し、このオイル溜めの中の潤滑油を、ポンプによって汲み上げる及び／又は回転部材によって掻き上げることによってシリンダ内面や動弁機構の潤滑を行うようになっている。しかし、潤滑油の送出及び回収等の機構が加わるため、構造が複雑で重くなることが、手持ち式作業機用エンジンとしては望ましくない。
【０００５】
このオイル溜めの存在は、エンジンを所定の姿勢（一般的にはシリンダ縦向き）に保持した状態で使用することを強要するものであり、このことが理由で、典型的な４サイクルエンジンをそのまま手持ち式の作業機に搭載することを難しくしている。また、姿勢変化による潤滑油の供給不良、潤滑油過少などによるエンジンの焼き付きの危険がある。手持ち式作業機として作業の便利さにも支障をきたす。このような問題点を解消するため、従来から様々な提案がなされており、その一つに、２サイクルエンジンと同様に、燃料と潤滑油とからなる混合燃料を使用するようにした４サイクルエンジンが提案されている。
【０００６】
この混合燃料を用いる４サイクル内燃エンジンは、例えば特開平5−222944号公報、特開平7−150920号公報、米国特許第5,347,967号明細書、米国特許第5,579,735号明細書に見られるように、気化器を含む吸気系部品が、クランク室を形成するクランクケースに直結されており、この吸気系部品からクランクケース内に導入された潤滑油を含むミスト状の混合燃料は、シリンダ内壁やクランク室内の回転部材を潤滑した後に、クランクケースとシリンダヘッドとを連結する連通路を通じてシリンダヘッド内に導かれ、このシリンダヘッド内で、吸気バルブ及び排気バルブの弁機構を潤滑すると共に、吸気ポートを通って燃焼室に導入されるようになっている。
【０００７】
このような混合燃料を用いた４サイクル内燃エンジンによれば、クランク室の底部にオイル溜めを設ける必要が無く、または、独立したオイル供給装置（ポンプまたは潤滑油を掻き上げるための部材）を設ける必要が無く、また、回収装置もいらないため、エンジンを様々な姿勢で使用したとしても作動の安定性を確保することができることや、手持ち式作業機用エンジンとして、軽量、構造簡単などのメリットが維持できるという利点がある。
【０００８】
また、混合燃料を用いる他の形式の４サイクル内燃エンジンが特開平１１−２２３１１６号公報に開示されている。この公報は、ＯＨＶ型エンジンに関する発明を開示しており、吸気通路から分岐した分岐吸気通路を介して、潤滑油を含む混合燃料をクランクケースに導入してシリンダ内壁やクランク室内の回転部材を潤滑した後に、ＯＨＶ機構のプッシュロッドを収容する空間を介して、このクランクケースからシリンダヘッドへ混合燃料を導いてシリンダヘッド内の弁機構を潤滑した後に、この混合燃料を吸気通路に戻すことを教示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように潤滑油を含む混合燃料を用いてエンジン内部の潤滑を行う形式の４サイクルエンジンにあっては、多量の潤滑油が燃料と共に燃焼室に導入されることから、燃焼室に入り込んだ潤滑油による排気ガスへの悪影響を無視することができない。また、燃焼室内で高温に晒された潤滑油が、吸気バルブ及び排気バルブのバルブシート及び／又は点火プラグに付着することによって、エンジン性能が悪化する恐れがある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、潤滑油を含む混合燃料を用いた４サイクル内燃エンジンを前提として、燃料に随伴して燃焼室へ導入される潤滑油の量を抑えることのできる４サイクル内燃エンジンを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】
かかる技術的課題は、本発明によれば、潤滑剤を添加した混合燃料を使用してエンジン内部の潤滑を行うようにした４サイクル内燃エンジンにおいて、
前記混合燃料を前記エンジンの内部に導入して前記エンジンの燃焼室に充填する前までの前記混合燃料の経路で前記エンジンが発生する熱を利用して前記混合燃料を加熱し、該混合燃料に含まれる燃料成分を気化させることを特徴とする４サイクル内燃エンジンを提供することによって、達成される。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、潤滑油を含む混合燃料が燃焼室に導入される前にエンジンが発生する熱によって加熱され、混合燃料中の燃料成分が気化して潤滑油から分離されることから、潤滑油を外部へ排出することなくエンジン内部に残留させることができる。換言すれば、燃焼室に導入する前段階で、混合燃料の燃料成分を気化させることにより、燃焼室に導入される混合燃料が含む潤滑油の量を、可及的に低減することができる。
【００１３】
【実施の形態】
本発明は、その具体的な形態として、クランクシャフトを収容したクランク室とシリンダヘッドに設けられた動弁室とを連通する第一連通路をシリンダブロックに形成し、該シリンダブロックの熱によって、前記第一連通路を通る混合燃料を加熱して該混合燃料に含まれる燃料成分を気化させるようにしてもよい。既知のように、クランクケース内の前記クランク室と前記シリンダヘッド内の動弁室とを比較したときに、前記クランク室の方が、潤滑油の要求量が大きい。このことから、前記クランク室から前記動弁室へ移行する過程で、前記シリンダブロックの熱によって混合燃料を加熱して燃料成分を気化させることは合理的である。
【００１４】
また、前記動弁室と前記クランク室とに連通する第二の連通路を設け、前記動弁室内の潤滑油を前記クランク室に戻すようにして、該クランク室内の潤滑油の量をリッチな状態にするのが好ましい。
【００１５】
本発明は、前述した特開平5−222944号公報などに開示されているような、吸気系部品をクランクケースに直結した形式のエンジンに適用することができ、また、前述した特開平１１−２２３１１６号公報に開示されているような、吸気通路から分岐した分岐吸気通路を介して潤滑油を含む混合燃料をクランクケースに導入する形式のエンジンに対しても適用することができる。
【００１６】
また、エンジンの形式としては、ＯＨＣ形式であってもよく、ＯＨＶ形式であってもよい。ＯＨＶ形式のエンジンであるときには、前記クランク室から前記シリンダヘッドの動弁室へ混合燃料を導入するための連通路として、動弁機構の一部を構成するプッシュロッドを通すための孔を利用し、この孔をシリンダブロックに形成することで、前記クランク室から前記動弁室へ移行する過程で、混合燃料を加熱して燃料成分を気化させるようにしてもよい。
本発明の他の目的及び作用効果は、以下の本発明の好ましい実施例の説明から明らかになろう。
【００１７】
【実施例】
以下に、添付した図面に基づいて本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
第１実施例（図１〜図４）
図１〜図４は、本発明を空冷式単気筒４サイクル内燃エンジンに適用した第１実施例を示すものであり、図１は、クランクシャフトの軸線に沿って切断した第１実施例のエンジンの縦断面図であり、図２は、クランクシャフトを横断する方向に切断した、図１と同じエンジンの縦断面図であり、図３はシリンダブロックの一部の縦断面拡大図であり、図４は図１のIV−IV線に沿った断面図である。
【００１８】
図示のエンジン１００は、排気量２０cc〜６０cc程度の比較的小型のものであり、刈払機の動力源に適用される形態のものを例示するものである。該エンジン１００は、冷却フィン２を備えたシリンダブロック３と、その上に一体的に固設されたシリンダヘッド４とを有し、前記シリンダブロック３のシリンダボア５に上下に摺動自在に嵌挿されたピストン６と前記シリンダヘッド４との間に燃焼室７が画成されている。
【００１９】
前記シリンダヘッド４は、前記燃焼室７に臨んで配置された点火プラグ８（図１）と、前記燃焼室７に開口する吸気ポート９及び排気ポート１０（図２）と、を備え、前記吸気ポート９は吸気バルブ１１よって開閉され、前記排気ポート１０は排気バルブ１２によって開閉される。
【００２０】
図示のエンジン１００は、また、前記シリンダヘッド４とその上のヘッドカバー４ａとで、動弁機構１５を配置するための動弁室１６が画成されている。前記動弁機構１５は、従来から既知のように、カムシャフト１７、ロッカーアーム１８（図２）等を含んでいる。このことから理解できるように、前記エンジン１００は、いわゆるＯＨＣ式のエンジンである。なお、前記動弁機構１５の主要な要素の一つとして、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２が閉弁する方向に前記ロッカーアーム１８を付勢するためのバルブスプリングがあるが、このスプリングは、その構成自体周知のものであり、図面中の線図の錯綜を避けるために省略してある。
【００２１】
前記シリンダブロック３の下端には、密閉したクランク室２０を形成するためのクランクケース２１が取付けられ、前記クランク室２０内に配置されたエンジン出力軸としてのクランクシャフト２２は、連接棒２３及びピストンピン２４を介して、前記ピストン６に連結されている。前記クランクシャフト２２は、タイミングベルト２５（図１）を介して前記カムシャフト１７に作動上連結されており、これにより、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２は、前記クランクシャフト２２の回転に同期した所定のタイミングで開閉される。
【００２２】
図１中、参照符号２６はリコイルスタータを示し、このリコイルスタータ２６は前記クランクシャフト２２に作動上連結されている。前記エンジン１００の始動時には、前記リコイルスタータ２６を用いて、手動により前記エンジン１００の起動が行われる。また、Ｃは遠心クラッチであり、前記クランクシャフト２２の回転駆動力を図示しない刈刃装置に出力する。
【００２３】
前記吸気ポート９には、図２に示すように、これに連なる吸気通路３０を形成するための吸気系部品３１が連結されており、この吸気系部品３１は、エアクリーナ３２と、スロットルバルブ（図示せず）を含む燃料供給手段であるダイヤフラム式気化器３３と、前記エアクリーナ３２と前記気化器３３とを連結して該気化器３３よりも上流側の吸気通路３０ａを形成する上流側吸気管３４と、前記気化器３３と前記吸気ポート９とを連結して前記気化器３３よりも下流側の吸気通路３０ｂを形成する下流側吸気管３５と、で構成されている。なお、前記排気ポート１０には、排気系部品としてのマフラー３６が連結されている。
【００２４】
前記エンジン１００の下方には、前記クランクケース２１に近接して燃料タンク４０が配置され、該燃料タンク４０には、燃料としてのガソリンに潤滑油を添加した混合燃料Ｆが収容される。この燃料タンク４０内の混合燃料Ｆは、配管４１を介して前記気化器３３に供給され、該気化器３３によって霧化されて前記下流側の吸気通路３０ｂに放出される。
【００２５】
前記エンジン１００は、また、前記下流側吸気管３５と前記クランクケース２１とに連結されて前記下流側吸気通路３０ｂと前記クランク室２０とを連通させるための外部配管５０（図２）を有し、この外部配管５０によって、前記下流側吸気通路３０ｂから分岐してこの下流側吸気通路３０ｂを通る混合気、つまり潤滑油を含む混合気を前記クランク室２０の中に導入するための分岐吸気通路５０ａが形成されている。前記下流側吸気管３５と前記外部配管５０との接続部分には、適宜の形式の第一逆止弁５２が介装されており、この第一逆止弁５２は、前記下流側吸気通路３０ｂから前記クランク室２０への流体の流れを許容するが、その逆の流れを禁止する。この第一逆止弁５２は、前記下流側吸気通路３０ｂと前記クランク室２０とを連通させる通路の任意の箇所に配置すればよく、例えば前記外部配管５０と前記クランクケース２１との接続部分に配置してもよい。
【００２６】
前記エンジン１００は、また、前記クランク室２０と前記動弁室１６とに接続されてこれらの間を連通させるための第一、第二の連通路５５、５６（図１）を備えている。前記第一の連通路５５は第一の貫通孔５７によって形成され、該第一の貫通孔５７は、その大部分が前記シリンダブロック３の壁を上下に貫通し且つ前記シリンダボア５に隣接して位置している。
【００２７】
前記第一の貫通孔５７は、特に限定するものではないが、前記シリンダブロック３の円周方向に離間して四つ設けられており（図４）、これら第一の貫通孔５７の下端は、前記クランクケース２１の上面に形成された円周方向に連続するギャラリー５８に連結されている。該ギャラリー５８は、前記クランクケース２１の側壁の形成されたケース内通路５９を通じて前記クランクシャフト２２の隣接する軸受６０とオイルシール６１との間の空間６２に連通し、この空間６２はクランクシャフト２２の軸線に沿って延びるシャフト内通路６５を通じて前記クランク室２０に連通されている（図１）。
【００２８】
前記第二の連通路５６は、その上端が、前記動弁室１６の底壁に形成された凹所１６ａに開口している（図１）。前記第二の連通路５６は、前記シリンダブロック３を上下に貫通する一本の貫通孔６６で形成され、この貫通孔６６はその下端が、適宜の形成の第二逆止弁６７を介して前記ケース内通路５９とは偏倚した位置に設けられて、前記クランク室２０に開放されている（図１）。この第二逆止弁６７は、前記動弁室１６から前記クランク室２０への流体の流れを許容し、その逆の流れを禁止して、流体のサーキュレーションをより確実に維持せしめるために介装せしめたものであり、場合によっては省略することも可能である。
【００２９】
前記シリンダヘッド４は、また、前記吸気ポート９と前記動弁室１６とに連通する貫通孔７０を有し、この貫通孔７０によって、前記動弁室１６内の混合燃料と空気の混合気を前記吸気ポート９に環流させる環流通路７１が形成されており、この環流通路７１には、例えば、手動回転式の開閉弁７２が取付けられている。前記環流通路７１は、前記動弁室１６と前記吸気通路３０とを連通させるものであればよく、例えば、前記動弁室１６と前記下流側吸気管３５との間に設けてもよく、又は前記動弁室１６と前記上流側吸気管３４との間に設けるようにしてもよい。前記手動式の開閉弁７２は、エンジン始動時に、前記環流通路７１を閉じるように操作され、エンジン始動後は開放状態に保持される。なお、この開閉弁７２は、必ずしも必須ではなく、該開閉弁７２を省いてもよい。
【００３０】
以上の構成からなる前記エンジン１００は、吸気行程〜排気行程に至る一連の各行程で次のような動作を行う。
(1)吸気行程：
吸気行程では、前記排気バルブ１２が閉弁状態になり、その一方で、前記吸気バルブ１１が開弁状態になり、この状態で前記ピストン６が下降移動することから、前記吸気通路３０を通じて混合気が前記燃焼室７に導入される。該吸気行程では、前記ピストン６の下降移動に伴って前記クランク室２０が正圧（加圧）の状態になる。
【００３１】
したがって、前記分岐吸気通路５０ａを開閉する前記第一逆止弁５２は閉じた状態となるため、この吸気行程では、前記下流側吸気通路３０ｂから前記クランク室２０へ混合気の導入は行われない。他方、前記クランク室２０内の混合気は前記ピストン６の下降移動によって第一のシリンダブロック内連通路５５へ押し出され、この第一連通路５５を通って前記動弁室１６に流入して、前記動弁室１６内で前記動弁機構１５等などの潤滑を行う。なお、前記第二のシリンダブロック内連通路５６は、前記第二逆止弁６７によって閉鎖された状態にある。
【００３２】
(2)圧縮行程：
次に、前記エンジン１００が圧縮行程に移行すると、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２が共に閉弁状態になり、この状態で前記ピストン６が上昇移動して、前記燃焼室７の中の混合気が圧縮される。この圧縮行程では、前記ピストン６の上昇移動に伴って前記クランク室２０が負圧（減圧）の状態になる。したがって、前記分岐吸気通路５０ａの第一逆止弁５２は開いた状態となり、前記下流側吸気通路３０ｂの混合気の一部が前記分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０の中へ導入される。
【００３３】
(3)膨張行程：
次に、前記点火プラグ８によって前記燃焼室７内の混合気に点火され、膨張行程に移行する。この膨張行程では、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２が共に閉弁状態にあり、この状態で前記ピストン６が下降移動する。この膨張行程では、前記ピストン６の下降移動に伴って前記クランク室２０が正圧の状態になる。
【００３４】
したがって、前記分岐吸気通路５０ａの前記第一逆止弁５２は閉じた状態となるため、この膨張行程では、前記下流側吸気通路３０ｂから前記クランク室２０へ混合気の導入は行われない。他方、前記クランク室２０内の混合気は、前記ピストン６の下降移動によって、前記シャフト内通路６５、前記空間６２、前記ケース内通路５９、及び前記ギャラリー５８を介して、前記第一のシリンダブロック内連通路５５へ押し出され、このブロック内通路５５を通って前記動弁室１６に流入する。
【００３５】
(4)排気行程：
排気行程では、前記吸気バルブ１１が閉弁状態にあり、その一方で前記排気バルブ１２が開弁状態になり、この状態で前記ピストン６が上昇移動することから、前記燃焼室７の中の燃焼ガスは、前記排気ポート１０を通り、前記マフラー３６を通って外部に排出される。この排気行程では、前記ピストン６の上昇移動に伴って前記クランク室２０が負圧の状態になる。したがって、前記外部配管５０の前記逆止弁５２は開いた状態となり、前記下流側吸気通路３０ｂの混合気が、前記分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０の中へ導入される。
【００３６】
上記の排気行程が完了すると、前記エンジン１００は、前述した吸気行程に戻って、順次、前述した圧縮行程、膨張行程、排気行程を繰り返すものであるが、排気行程から吸気行程に移行したときには、前記動弁室１６の中の混合気が、前記シリンダヘッド４内の前記貫通孔７０を通って前記吸気ポート９に流出し、前記燃焼室７に導入される。
【００３７】
(5)始動時：
前記エンジン１００の始動時には、作業者が、前記開閉弁７２を操作して、前記環流通路７１を閉じて、前記動弁室１６と前記吸気ポート９との連通を遮断させる（前記開閉弁７２を閉じる）。これにより、前記燃焼室７には、唯一、前記吸気系部品３１を通じて混合気が導入される。換言すれば、始動時に、前記動弁室１６を経由した混合気が前記吸気ポート９に流入して混合比が変化することによる、始動性の悪化を防止することができる。
【００３８】
上述した第１実施例のエンジン１００によれば、圧縮行程と排気行程で、前記下流側吸気通路３０ｂの混合気の一部が前記分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０に導入され、このクランク室２０に流入した混合気は、膨張行程及び吸気行程で前記動弁室１６に入り、吸気行程において前記環流通路７１を通じて前記吸気ポート９に還流されて、最終的には前記燃焼室７に充填される。
【００３９】
このようにして前記エンジン１００の一連の行程の経る過程で前記クランク室２０及び前記動弁室１６に導入される混合気は、前述したように潤滑油を含んでいることから、この混合気に含まれている潤滑油によってエンジン内部の必要な潤滑が行われる。したがって、従来の４サイクル内燃エンジンでは一般的に必要なオイル溜めが不要であり、これによって、例えば前記エンジン１００を搭載した刈払機（図示せず）を操作している過程で、前記エンジン１００の姿勢が例えば左右に大きく傾いたとしても、これが原因で潤滑不良に陥って前記エンジン１００の作動が悪化することはない。
【００４０】
また、前記エンジン１００によれば、前記燃焼室７に開口する前記吸気ポート９に、一般的な４サイクルエンジンと同様に前記吸気系部品３１を連結する構成を採用してあるため、前記エンジン１００の設計において、通常の４サイクルエンジンの基本的なレイアウトをそのまま流用することができることから、例えばエンジン設計に要する開発費を削減することができるなどの実際上の利点がある。
【００４１】
また、この構成、つまり前記燃焼室７に開口する前記吸気ポート９に、これに直結した前記吸気系部品３１を通じて混合気の供給を行うようにしてあるため、応答性の点で、吸気系を吸気ポートに連結した従来一般的な４サイクルエンジンと同等の性能を確保することできる。換言すれば、前述した吸気系部品をクランクケースに直結して混合燃料で潤滑を行う形式の従来の４サイクル内燃エンジンに比べて、応答性を改善することができる。
【００４２】
また、前記エンジン１００によれば、前記シリンダブロック３に形成した前記第一の連通路５５を通じて、前記クランク室２０から前記動弁室１６に混合気を導入するようにしてあるため、前記クランク室２０内で関連部材を潤滑した後の潤滑油を含む混合気は、前記第一の連通路５５を通る過程で、前記シリンダブロック３の熱によって加熱されてガソリン成分が気化する。
【００４３】
すなわち、前記第一の連通路５５を通る混合気は、前記シリンダブロック３の熱によって、比較的気化し易いガソリン成分が気化し、潤滑油成分とガソリン成分とに分離される。これにより前記第一連通路５５の例えば、内壁面には潤滑油成分が付着し易くなり、この内壁面に付着した潤滑油は、この内壁面を伝って流下し、前記ギャラリー５８から前記シャフト内通路６５を通じて前記クランク室２０に環流される。
【００４４】
また、前記動弁室１６内に入り込んだ混合気は、前記排気ポート１０の回りの熱によって、ガソリン成分の気化状態が維持される。これにより、混合気の潤滑油成分は、前記動弁機構１５などの各摺動面への付着割合が増大することから、効率良く潤滑に寄与する。また、前記動弁室１６の内壁面に付着した潤滑油は、前記動弁室１６の前記凹所１６ａから前記第二連通路５６を通じて前記クランク室２０に流下して、潤滑油の要求量が多い前記クランク室２０内の潤滑油をリッチ状態にする。すなわち、前記動弁室１６内に貯まった潤滑油を前記クランク室２０に導入することで、潤滑油の要求量が多い前記クランク室２０の潤滑油をリッチ化することができる。
【００４５】
また、このクランク室２０内に比較的多量に留まるようであれば、例えば、前記クランクシャフト２２に掻き上げ部材（図示せず）を設けて、この掻き上げ部材で前記クランク室２０内に貯留する潤滑油を掻き上げて前記クランク室２０内及び前記シリンダボア５内壁の補助的な潤滑を行うようにしてもよい。
【００４６】
前記シリンダブロック３に形成した前記第一の連通路５５で、前記クランク室２０から前記動弁室１６に移行する混合気を加熱して、ガソリン成分を気化した状態で前記動弁室１６に混合気を導入するようにしてあるため、前記動弁室１６に入り込んだ混合気に含まれる潤滑油は、前記クランク室２０内の混合気よりも相対的リーンな状態になるが、前記クランク室２０と前記動弁室１６とを比較したときに、前記動弁室１６の方が潤滑油の要求量が少ないため、前記第一の連通路５５で混合気を加熱して前記動弁室１６に導入される混合気の潤滑油成分が前記クランク室２０内の混合気よりも相対的にリーンになったとしても、前記動弁室１６での潤滑に支障を招くことはない。
【００４７】
また、前記動弁室１６内の混合気は、前記シリンダブロック３の熱によってガソリン成分の気化状態が維持されるため、潤滑を必要とする前記動弁機構１５へは、この気化状態のガソリン成分よりも潤滑油の方が付着し易くなるため、効率的に動弁機構１５を潤滑することができる。
【００４８】
以上のことから、前記動弁室１６を通過して該動弁室１６を出る混合気は、これが含有する潤滑油成分が大幅に減少した状態となる。つまり、前記動弁室１６から前記吸気ポート９を通じて前記燃焼室７に導入される混合気に含まれる潤滑油の量を減少させることができる。以上、第一実施例のエンジン１００をＯＨＣ形式のエンジンを例に説明したが、ＯＨＶ形式のエンジンに対しても等しく適用することができる。
【００４９】
図５以降の図面は、本発明の他の実施例を示すものであり、互いに共通する要素には同一の参照符号を付すことにより、その重複した説明を省略し、以下に、図５以降の実施例の特徴部分について説明を加えることにする。
【００５０】
第二実施例（図５）
図５は、本発明の第二実施例のエンジンを概略的に示す。この第二実施例のエンジン２００は、前記シリンダヘッド４と前記下流側吸気管３５とに接続された第二外部配管２０１を有し、この第二外部配管２０１によって前記環流通路７１が形成されている。また、前記クランクケース２１の底部には、比較的小さな潤滑油貯留室２０２が形成され、該潤滑油貯留室２０２に貯まった潤滑油は、定期的に、キャップ２０３を取り外して外部に排出される。なお、図５の参照符号７５はスロットルバルブである。
【００５１】
この第二実施例のエンジン２００及び／又は前記第一実施例のエンジン１００は、前記分岐吸気通路５０ａから枝別れした第二分岐通路２０３（図５に仮想線で示してある）を設け、この第二分岐通路２０３を前記シリンダブロック３内に通過させた後に前記クランク室２０に開放させるようにしてもよい。これによれば、前記分岐吸気通路５０ａを通る混合気の一部を、前記シリンダブロク３の熱によって加熱して、内在するガソリン成分を気化させることができる。
【００５２】
第三実施例（図６）
図６は本発明の第三実施例のエンジンを概略的に示す。この第三実施例のエンジン３００は、前記吸気系部品３１が前記クランクケース２１に連結され、前記下流側吸気通路３０ｂが直接的に前記クランク室２０に連通されている。したがって、このエンジン３００にあっては、前記吸気系部品３１で生成された潤滑油を含む混合気の全量が前記クランク室２０に導入される。
【００５３】
前記吸気系部品３１に含まれる始動燃料供給ポンプ（図示せず）には外部燃料供給管３０１が接続され、該外部燃料供給管３０１の他端は前記吸気ポート９に開放されている。前記エンジン３００の始動時には、増量すべき燃料が、前記外部燃料供給管３０１を通じて前記吸気ポート９に直接的に供給される。
【００５４】
前記第二実施例のエンジン２００及び／又は前記第三実施例のエンジン３００は、前記第一実施例のエンジン１００と同様にＯＨＣ形式のエンジンであってもよく、また、ＯＨＶ形式のエンジンであってもよい。前記エンジン２００及び／又は３００が、ＯＨＶ形式のエンジンである場合、前記クランクシャフト２２の近傍のカム８０と、前記動弁室１６内の前記ロッカーアーム１８との間に介装されたプッシュロッド８１を、前記シリンダブロック３を上下に貫通する貫通孔８２の中に収容し、このシリンダブロック内貫通孔８２を前記第一連通路５５として兼用するようにしてもよい（図７、図８）。このことは前述した第一の実施例のエンジン１００についても言えることである。
【００５５】
前記貫通孔８２は、前記シリンダブロック３に形成されているため、前記クランク室２０内の混合気が前記貫通孔８２を通って前記動弁室１６に移行する過程で前記シリンダブロック３の熱によって加熱され、これにより混合気のガソリン成分を気化させることができる。
【００５６】
第四実施例（図９）
図９は第四実施例のエンジンを概略的に示す。このエンジン４００は、吸気通路３０から分岐した分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０と前記動弁室１６とが連通されると共に、該動弁室１６と前記吸気通路３０とが、長い環流通路７１によって連通され、前記吸気通路３０に環流される混合気を前記環流通路７１で加熱して、ガソリン成分を気化させるようにしてある。
【００５７】
前記長い環流通路７１には、その途中に、前記クランク室２０に通じる油戻し通路４０１を設けるのがよく、該油戻し通路４０１は、例えば前記長い環流通路７１の最も低い部分となる垂直部分７１ａの下端に開口させるのがよい。
【００５８】
前記長い環流通路７１は、例えば、その上流部分を７１ｂを前記シリンダブロック３内に形成し、前記垂直部分７１ａを外部配管で構成して、該外部配管の下流端を前記下流側吸気管３５に連結するようにしてもよい。
【００５９】
前記環流通路７１を通る混合気を加熱してガソリン成分を気化させるための熱源としては、前記エンジン４００の前記シリンダブロック３の熱を利用してもよく及び／又は排気ガスの熱を利用するようにしてもよい。図１０は、排気ポート又は排気管の回りに前記環流通路７１を形成した例を示す。
【００６０】
なお、このエンジン４００にあっても、前記クランク室２０と前記動弁室１６とを連通させる前記第一連通路５５を、前記シリンダブロック３の前記貫通孔５７で構成して、前記クランク室２０から前記動弁室１６へ移行する過程で、前記シリンダブロック３の熱で混合気を加熱して、ガソリン成分を気化させるようにしてもよい。
【００６１】
図示の前記エンジン４００は、ＯＨＣ形式のエンジンを例示しているが、ＯＨＶ形式のエンジンであってもよく、また、図６に関連して説明した、前記吸気系部品３１を前記クランクケース２１に直結した形式のエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】クランクシャフトに沿って切断した第１実施例のエンジンの縦断面図である。
【図２】クランクシャフトを横断する方向に切断した図１のエンジンの縦断面図である。
【図３】図１の図示のエンジンに含まれるシリンダブロックの一部を抽出したエンジンの部分断面拡大図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿って切断した断面図である。
【図５】第二実施例のエンジンの概略構成図である。
【図６】第三実施例のエンジンの概略構成図である。
【図７】ＯＨＶ形式のエンジンのプッシュロッドを収容するシリンダブロック内の孔を利用してクランク室と動弁室とを連通させる構成を説明するための概略断面図である。
【図８】図７と同様に、ＯＨＶ形式のエンジンのプッシュロッドを収容するシリンダブロック内の孔を利用してクランク室と動弁室とを連通させる構成を説明するための、図７に関連した概略断面図である。
【図９】第四実施例のエンジンの概略構成図である。
【図１０】クランク室に導入した混合気を動弁室を経由して吸気通路に戻す一連の経路のいずれかで排気ガスの熱を利用して混合気を加熱する具体的な構成を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１００ ４サイクル内燃エンジン（第１実施例）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
７ 燃焼室
９ 吸気ポート
１６ 動弁室
２０ クランク室
２１ クランクケース
２２ クランクシャフト
３０ 吸気通路
３０ａ 下流側吸気通路
３１ 吸気系部品
３３ 気化器（燃料供給手段）
５０ａ 分岐吸気通路
５５ 第一連通路（経路）
２０３ 第二分岐通路（経路）
Ｆ 混合燃料
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、燃料に潤滑剤を添加した混合燃料を使用した４サイクル内燃エンジンに関し、特に手持ち式の刈払機、芝刈機、チェーンソーなどの小型動力作業機の動力源として好適な４サイクル内燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
刈払機、チェーンソーに代表される手持ち式の作業機は、作業者が限定した姿勢をとることなく作業ができるようにすることが求められる。このことから、このような作業機に搭載される動力源としての内燃エンジンは、その使用時の姿勢を例えば横向きにしたとしても常に安定した作動が求められる。
【０００３】
このような要請に応じるため、従来一般的に、燃料と潤滑油とを一定の割合で混合した混合燃料を使用する小型空冷２サイクルガソリンエンジン（以下、単に２サイクルエンジンという）が採用されてきた。しかしながら、２サイクルエンジンは、一般的に、ガスフローによる掃気方式を採用していることに起因して、排気ガス成分に未燃ガスを多く含むため、有効なる排気ガス対策、つまり、エミッション対策を施すのが難しいという欠点がある。
【０００４】
このエミッション対策に関しては、未燃ガスの排出が少ない４サイクル内燃エンジン（Otto engine）が有利であり、このことから、手持ち式作業機においても、２サイクルエンジンに代わって４サイクルエンジンの採用が検討されている。この４サイクルエンジンは、典型的には、クランクシャフトを収容するクランク室の底部にオイル溜めを有し、このオイル溜めの中の潤滑油を、ポンプによって汲み上げる及び／又は回転部材によって掻き上げることによってシリンダ内面や動弁機構の潤滑を行うようになっている。しかし、潤滑油の送出及び回収等の機構が加わるため、構造が複雑で重くなることが、手持ち式作業機用エンジンとしては望ましくない。
【０００５】
このオイル溜めの存在は、エンジンを所定の姿勢（一般的にはシリンダ縦向き）に保持した状態で使用することを強要するものであり、このことが理由で、典型的な４サイクルエンジンをそのまま手持ち式の作業機に搭載することを難しくしている。また、姿勢変化による潤滑油の供給不良、潤滑油過少などによるエンジンの焼き付きの危険がある。手持ち式作業機として作業の便利さにも支障をきたす。このような問題点を解消するため、従来から様々な提案がなされており、その一つに、２サイクルエンジンと同様に、燃料と潤滑油とからなる混合燃料を使用するようにした４サイクルエンジンが提案されている。
【０００６】
この混合燃料を用いる４サイクル内燃エンジンは、例えば特開平5−222944号公報、特開平7−150920号公報、米国特許第5,347,967号明細書、米国特許第5,579,735号明細書に見られるように、気化器を含む吸気系部品が、クランク室を形成するクランクケースに直結されており、この吸気系部品からクランクケース内に導入された潤滑油を含むミスト状の混合燃料は、シリンダ内壁やクランク室内の回転部材を潤滑した後に、クランクケースとシリンダヘッドとを連結する連通路を通じてシリンダヘッド内に導かれ、このシリンダヘッド内で、吸気バルブ及び排気バルブの弁機構を潤滑すると共に、吸気ポートを通って燃焼室に導入されるようになっている。
【０００７】
このような混合燃料を用いた４サイクル内燃エンジンによれば、クランク室の底部にオイル溜めを設ける必要が無く、または、独立したオイル供給装置（ポンプまたは潤滑油を掻き上げるための部材）を設ける必要が無く、また、回収装置もいらないため、エンジンを様々な姿勢で使用したとしても作動の安定性を確保することができることや、手持ち式作業機用エンジンとして、軽量、構造簡単などのメリットが維持できるという利点がある。
【０００８】
また、混合燃料を用いる他の形式の４サイクル内燃エンジンが特開平１１−２２３１１６号公報に開示されている。この公報は、ＯＨＶ型エンジンに関する発明を開示しており、吸気通路から分岐した分岐吸気通路を介して、潤滑油を含む混合燃料をクランクケースに導入してシリンダ内壁やクランク室内の回転部材を潤滑した後に、ＯＨＶ機構のプッシュロッドを収容する空間を介して、このクランクケースからシリンダヘッドへ混合燃料を導いてシリンダヘッド内の弁機構を潤滑した後に、この混合燃料を吸気通路に戻すことを教示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように潤滑油を含む混合燃料を用いてエンジン内部の潤滑を行う形式の４サイクルエンジンにあっては、多量の潤滑油が燃料と共に燃焼室に導入されることから、燃焼室に入り込んだ潤滑油による排気ガスへの悪影響を無視することができない。また、燃焼室内で高温に晒された潤滑油が、吸気バルブ及び排気バルブのバルブシート及び／又は点火プラグに付着することによって、エンジン性能が悪化する恐れがある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、潤滑油を含む混合燃料を用いた４サイクル内燃エンジンを前提として、燃料に随伴して燃焼室へ導入される潤滑油の量を抑えることのできる４サイクル内燃エンジンを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】
かかる技術的課題は、本発明によれば、潤滑剤を添加した混合燃料を使用してエンジン内部の潤滑を行うようにした４サイクル内燃エンジンにおいて、
前記混合燃料を前記エンジンの内部に導入して前記エンジンの燃焼室に充填する前までの前記混合燃料の経路で前記エンジンが発生する熱を利用して前記混合燃料を加熱し、該混合燃料に含まれる燃料成分を気化させることを特徴とする４サイクル内燃エンジンを提供することによって、達成される。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、潤滑油を含む混合燃料が燃焼室に導入される前にエンジンが発生する熱によって加熱され、混合燃料中の燃料成分が気化して潤滑油から分離されることから、潤滑油を外部へ排出することなくエンジン内部に残留させることができる。換言すれば、燃焼室に導入する前段階で、混合燃料の燃料成分を気化させることにより、燃焼室に導入される混合燃料が含む潤滑油の量を、可及的に低減することができる。
【００１３】
【実施の形態】
本発明は、その具体的な形態として、クランクシャフトを収容したクランク室とシリンダヘッドに設けられた動弁室とを連通する第一連通路をシリンダブロックに形成し、該シリンダブロックの熱によって、前記第一連通路を通る混合燃料を加熱して該混合燃料に含まれる燃料成分を気化させるようにしてもよい。既知のように、クランクケース内の前記クランク室と前記シリンダヘッド内の動弁室とを比較したときに、前記クランク室の方が、潤滑油の要求量が大きい。このことから、前記クランク室から前記動弁室へ移行する過程で、前記シリンダブロックの熱によって混合燃料を加熱して燃料成分を気化させることは合理的である。
【００１４】
また、前記動弁室と前記クランク室とに連通する第二の連通路を設け、前記動弁室内の潤滑油を前記クランク室に戻すようにして、該クランク室内の潤滑油の量をリッチな状態にするのが好ましい。
【００１５】
本発明は、前述した特開平5−222944号公報などに開示されているような、吸気系部品をクランクケースに直結した形式のエンジンに適用することができ、また、前述した特開平１１−２２３１１６号公報に開示されているような、吸気通路から分岐した分岐吸気通路を介して潤滑油を含む混合燃料をクランクケースに導入する形式のエンジンに対しても適用することができる。
【００１６】
また、エンジンの形式としては、ＯＨＣ形式であってもよく、ＯＨＶ形式であってもよい。ＯＨＶ形式のエンジンであるときには、前記クランク室から前記シリンダヘッドの動弁室へ混合燃料を導入するための連通路として、動弁機構の一部を構成するプッシュロッドを通すための孔を利用し、この孔をシリンダブロックに形成することで、前記クランク室から前記動弁室へ移行する過程で、混合燃料を加熱して燃料成分を気化させるようにしてもよい。
本発明の他の目的及び作用効果は、以下の本発明の好ましい実施例の説明から明らかになろう。
【００１７】
【実施例】
以下に、添付した図面に基づいて本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
第１実施例（図１〜図４）
図１〜図４は、本発明を空冷式単気筒４サイクル内燃エンジンに適用した第１実施例を示すものであり、図１は、クランクシャフトの軸線に沿って切断した第１実施例のエンジンの縦断面図であり、図２は、クランクシャフトを横断する方向に切断した、図１と同じエンジンの縦断面図であり、図３はシリンダブロックの一部の縦断面拡大図であり、図４は図１のIV−IV線に沿った断面図である。
【００１８】
図示のエンジン１００は、排気量２０cc〜６０cc程度の比較的小型のものであり、刈払機の動力源に適用される形態のものを例示するものである。該エンジン１００は、冷却フィン２を備えたシリンダブロック３と、その上に一体的に固設されたシリンダヘッド４とを有し、前記シリンダブロック３のシリンダボア５に上下に摺動自在に嵌挿されたピストン６と前記シリンダヘッド４との間に燃焼室７が画成されている。
【００１９】
前記シリンダヘッド４は、前記燃焼室７に臨んで配置された点火プラグ８（図１）と、前記燃焼室７に開口する吸気ポート９及び排気ポート１０（図２）と、を備え、前記吸気ポート９は吸気バルブ１１よって開閉され、前記排気ポート１０は排気バルブ１２によって開閉される。
【００２０】
図示のエンジン１００は、また、前記シリンダヘッド４とその上のヘッドカバー４ａとで、動弁機構１５を配置するための動弁室１６が画成されている。前記動弁機構１５は、従来から既知のように、カムシャフト１７、ロッカーアーム１８（図２）等を含んでいる。このことから理解できるように、前記エンジン１００は、いわゆるＯＨＣ式のエンジンである。なお、前記動弁機構１５の主要な要素の一つとして、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２が閉弁する方向に前記ロッカーアーム１８を付勢するためのバルブスプリングがあるが、このスプリングは、その構成自体周知のものであり、図面中の線図の錯綜を避けるために省略してある。
【００２１】
前記シリンダブロック３の下端には、密閉したクランク室２０を形成するためのクランクケース２１が取付けられ、前記クランク室２０内に配置されたエンジン出力軸としてのクランクシャフト２２は、連接棒２３及びピストンピン２４を介して、前記ピストン６に連結されている。前記クランクシャフト２２は、タイミングベルト２５（図１）を介して前記カムシャフト１７に作動上連結されており、これにより、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２は、前記クランクシャフト２２の回転に同期した所定のタイミングで開閉される。
【００２２】
図１中、参照符号２６はリコイルスタータを示し、このリコイルスタータ２６は前記クランクシャフト２２に作動上連結されている。前記エンジン１００の始動時には、前記リコイルスタータ２６を用いて、手動により前記エンジン１００の起動が行われる。また、Ｃは遠心クラッチであり、前記クランクシャフト２２の回転駆動力を図示しない刈刃装置に出力する。
【００２３】
前記吸気ポート９には、図２に示すように、これに連なる吸気通路３０を形成するための吸気系部品３１が連結されており、この吸気系部品３１は、エアクリーナ３２と、スロットルバルブ（図示せず）を含む燃料供給手段であるダイヤフラム式気化器３３と、前記エアクリーナ３２と前記気化器３３とを連結して該気化器３３よりも上流側の吸気通路３０ａを形成する上流側吸気管３４と、前記気化器３３と前記吸気ポート９とを連結して前記気化器３３よりも下流側の吸気通路３０ｂを形成する下流側吸気管３５と、で構成されている。なお、前記排気ポート１０には、排気系部品としてのマフラー３６が連結されている。
【００２４】
前記エンジン１００の下方には、前記クランクケース２１に近接して燃料タンク４０が配置され、該燃料タンク４０には、燃料としてのガソリンに潤滑油を添加した混合燃料Ｆが収容される。この燃料タンク４０内の混合燃料Ｆは、配管４１を介して前記気化器３３に供給され、該気化器３３によって霧化されて前記下流側の吸気通路３０ｂに放出される。
【００２５】
前記エンジン１００は、また、前記下流側吸気管３５と前記クランクケース２１とに連結されて前記下流側吸気通路３０ｂと前記クランク室２０とを連通させるための外部配管５０（図２）を有し、この外部配管５０によって、前記下流側吸気通路３０ｂから分岐してこの下流側吸気通路３０ｂを通る混合気、つまり潤滑油を含む混合気を前記クランク室２０の中に導入するための分岐吸気通路５０ａが形成されている。前記下流側吸気管３５と前記外部配管５０との接続部分には、適宜の形式の第一逆止弁５２が介装されており、この第一逆止弁５２は、前記下流側吸気通路３０ｂから前記クランク室２０への流体の流れを許容するが、その逆の流れを禁止する。この第一逆止弁５２は、前記下流側吸気通路３０ｂと前記クランク室２０とを連通させる通路の任意の箇所に配置すればよく、例えば前記外部配管５０と前記クランクケース２１との接続部分に配置してもよい。
【００２６】
前記エンジン１００は、また、前記クランク室２０と前記動弁室１６とに接続されてこれらの間を連通させるための第一、第二の連通路５５、５６（図１）を備えている。前記第一の連通路５５は第一の貫通孔５７によって形成され、該第一の貫通孔５７は、その大部分が前記シリンダブロック３の壁を上下に貫通し且つ前記シリンダボア５に隣接して位置している。
【００２７】
前記第一の貫通孔５７は、特に限定するものではないが、前記シリンダブロック３の円周方向に離間して四つ設けられており（図４）、これら第一の貫通孔５７の下端は、前記クランクケース２１の上面に形成された円周方向に連続するギャラリー５８に連結されている。該ギャラリー５８は、前記クランクケース２１の側壁の形成されたケース内通路５９を通じて前記クランクシャフト２２の隣接する軸受６０とオイルシール６１との間の空間６２に連通し、この空間６２はクランクシャフト２２の軸線に沿って延びるシャフト内通路６５を通じて前記クランク室２０に連通されている（図１）。
【００２８】
前記第二の連通路５６は、その上端が、前記動弁室１６の底壁に形成された凹所１６ａに開口している（図１）。前記第二の連通路５６は、前記シリンダブロック３を上下に貫通する一本の貫通孔６６で形成され、この貫通孔６６はその下端が、適宜の形成の第二逆止弁６７を介して前記ケース内通路５９とは偏倚した位置に設けられて、前記クランク室２０に開放されている（図１）。この第二逆止弁６７は、前記動弁室１６から前記クランク室２０への流体の流れを許容し、その逆の流れを禁止して、流体のサーキュレーションをより確実に維持せしめるために介装せしめたものであり、場合によっては省略することも可能である。
【００２９】
前記シリンダヘッド４は、また、前記吸気ポート９と前記動弁室１６とに連通する貫通孔７０を有し、この貫通孔７０によって、前記動弁室１６内の混合燃料と空気の混合気を前記吸気ポート９に環流させる環流通路７１が形成されており、この環流通路７１には、例えば、手動回転式の開閉弁７２が取付けられている。前記環流通路７１は、前記動弁室１６と前記吸気通路３０とを連通させるものであればよく、例えば、前記動弁室１６と前記下流側吸気管３５との間に設けてもよく、又は前記動弁室１６と前記上流側吸気管３４との間に設けるようにしてもよい。前記手動式の開閉弁７２は、エンジン始動時に、前記環流通路７１を閉じるように操作され、エンジン始動後は開放状態に保持される。なお、この開閉弁７２は、必ずしも必須ではなく、該開閉弁７２を省いてもよい。
【００３０】
以上の構成からなる前記エンジン１００は、吸気行程〜排気行程に至る一連の各行程で次のような動作を行う。
(1)吸気行程：
吸気行程では、前記排気バルブ１２が閉弁状態になり、その一方で、前記吸気バルブ１１が開弁状態になり、この状態で前記ピストン６が下降移動することから、前記吸気通路３０を通じて混合気が前記燃焼室７に導入される。該吸気行程では、前記ピストン６の下降移動に伴って前記クランク室２０が正圧（加圧）の状態になる。
【００３１】
したがって、前記分岐吸気通路５０ａを開閉する前記第一逆止弁５２は閉じた状態となるため、この吸気行程では、前記下流側吸気通路３０ｂから前記クランク室２０へ混合気の導入は行われない。他方、前記クランク室２０内の混合気は前記ピストン６の下降移動によって第一のシリンダブロック内連通路５５へ押し出され、この第一連通路５５を通って前記動弁室１６に流入して、前記動弁室１６内で前記動弁機構１５等などの潤滑を行う。なお、前記第二のシリンダブロック内連通路５６は、前記第二逆止弁６７によって閉鎖された状態にある。
【００３２】
(2)圧縮行程：
次に、前記エンジン１００が圧縮行程に移行すると、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２が共に閉弁状態になり、この状態で前記ピストン６が上昇移動して、前記燃焼室７の中の混合気が圧縮される。この圧縮行程では、前記ピストン６の上昇移動に伴って前記クランク室２０が負圧（減圧）の状態になる。したがって、前記分岐吸気通路５０ａの第一逆止弁５２は開いた状態となり、前記下流側吸気通路３０ｂの混合気の一部が前記分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０の中へ導入される。
【００３３】
(3)膨張行程：
次に、前記点火プラグ８によって前記燃焼室７内の混合気に点火され、膨張行程に移行する。この膨張行程では、前記吸気バルブ１１及び前記排気バルブ１２が共に閉弁状態にあり、この状態で前記ピストン６が下降移動する。この膨張行程では、前記ピストン６の下降移動に伴って前記クランク室２０が正圧の状態になる。
【００３４】
したがって、前記分岐吸気通路５０ａの前記第一逆止弁５２は閉じた状態となるため、この膨張行程では、前記下流側吸気通路３０ｂから前記クランク室２０へ混合気の導入は行われない。他方、前記クランク室２０内の混合気は、前記ピストン６の下降移動によって、前記シャフト内通路６５、前記空間６２、前記ケース内通路５９、及び前記ギャラリー５８を介して、前記第一のシリンダブロック内連通路５５へ押し出され、このブロック内通路５５を通って前記動弁室１６に流入する。
【００３５】
(4)排気行程：
排気行程では、前記吸気バルブ１１が閉弁状態にあり、その一方で前記排気バルブ１２が開弁状態になり、この状態で前記ピストン６が上昇移動することから、前記燃焼室７の中の燃焼ガスは、前記排気ポート１０を通り、前記マフラー３６を通って外部に排出される。この排気行程では、前記ピストン６の上昇移動に伴って前記クランク室２０が負圧の状態になる。したがって、前記外部配管５０の前記逆止弁５２は開いた状態となり、前記下流側吸気通路３０ｂの混合気が、前記分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０の中へ導入される。
【００３６】
上記の排気行程が完了すると、前記エンジン１００は、前述した吸気行程に戻って、順次、前述した圧縮行程、膨張行程、排気行程を繰り返すものであるが、排気行程から吸気行程に移行したときには、前記動弁室１６の中の混合気が、前記シリンダヘッド４内の前記貫通孔７０を通って前記吸気ポート９に流出し、前記燃焼室７に導入される。
【００３７】
(5)始動時：
前記エンジン１００の始動時には、作業者が、前記開閉弁７２を操作して、前記環流通路７１を閉じて、前記動弁室１６と前記吸気ポート９との連通を遮断させる（前記開閉弁７２を閉じる）。これにより、前記燃焼室７には、唯一、前記吸気系部品３１を通じて混合気が導入される。換言すれば、始動時に、前記動弁室１６を経由した混合気が前記吸気ポート９に流入して混合比が変化することによる、始動性の悪化を防止することができる。
【００３８】
上述した第１実施例のエンジン１００によれば、圧縮行程と排気行程で、前記下流側吸気通路３０ｂの混合気の一部が前記分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０に導入され、このクランク室２０に流入した混合気は、膨張行程及び吸気行程で前記動弁室１６に入り、吸気行程において前記環流通路７１を通じて前記吸気ポート９に還流されて、最終的には前記燃焼室７に充填される。
【００３９】
このようにして前記エンジン１００の一連の行程の経る過程で前記クランク室２０及び前記動弁室１６に導入される混合気は、前述したように潤滑油を含んでいることから、この混合気に含まれている潤滑油によってエンジン内部の必要な潤滑が行われる。したがって、従来の４サイクル内燃エンジンでは一般的に必要なオイル溜めが不要であり、これによって、例えば前記エンジン１００を搭載した刈払機（図示せず）を操作している過程で、前記エンジン１００の姿勢が例えば左右に大きく傾いたとしても、これが原因で潤滑不良に陥って前記エンジン１００の作動が悪化することはない。
【００４０】
また、前記エンジン１００によれば、前記燃焼室７に開口する前記吸気ポート９に、一般的な４サイクルエンジンと同様に前記吸気系部品３１を連結する構成を採用してあるため、前記エンジン１００の設計において、通常の４サイクルエンジンの基本的なレイアウトをそのまま流用することができることから、例えばエンジン設計に要する開発費を削減することができるなどの実際上の利点がある。
【００４１】
また、この構成、つまり前記燃焼室７に開口する前記吸気ポート９に、これに直結した前記吸気系部品３１を通じて混合気の供給を行うようにしてあるため、応答性の点で、吸気系を吸気ポートに連結した従来一般的な４サイクルエンジンと同等の性能を確保することできる。換言すれば、前述した吸気系部品をクランクケースに直結して混合燃料で潤滑を行う形式の従来の４サイクル内燃エンジンに比べて、応答性を改善することができる。
【００４２】
また、前記エンジン１００によれば、前記シリンダブロック３に形成した前記第一の連通路５５を通じて、前記クランク室２０から前記動弁室１６に混合気を導入するようにしてあるため、前記クランク室２０内で関連部材を潤滑した後の潤滑油を含む混合気は、前記第一の連通路５５を通る過程で、前記シリンダブロック３の熱によって加熱されてガソリン成分が気化する。
【００４３】
すなわち、前記第一の連通路５５を通る混合気は、前記シリンダブロック３の熱によって、比較的気化し易いガソリン成分が気化し、潤滑油成分とガソリン成分とに分離される。これにより前記第一連通路５５の例えば、内壁面には潤滑油成分が付着し易くなり、この内壁面に付着した潤滑油は、この内壁面を伝って流下し、前記ギャラリー５８から前記シャフト内通路６５を通じて前記クランク室２０に環流される。
【００４４】
また、前記動弁室１６内に入り込んだ混合気は、前記排気ポート１０の回りの熱によって、ガソリン成分の気化状態が維持される。これにより、混合気の潤滑油成分は、前記動弁機構１５などの各摺動面への付着割合が増大することから、効率良く潤滑に寄与する。また、前記動弁室１６の内壁面に付着した潤滑油は、前記動弁室１６の前記凹所１６ａから前記第二連通路５６を通じて前記クランク室２０に流下して、潤滑油の要求量が多い前記クランク室２０内の潤滑油をリッチ状態にする。すなわち、前記動弁室１６内に貯まった潤滑油を前記クランク室２０に導入することで、潤滑油の要求量が多い前記クランク室２０の潤滑油をリッチ化することができる。
【００４５】
また、このクランク室２０内に比較的多量に留まるようであれば、例えば、前記クランクシャフト２２に掻き上げ部材（図示せず）を設けて、この掻き上げ部材で前記クランク室２０内に貯留する潤滑油を掻き上げて前記クランク室２０内及び前記シリンダボア５内壁の補助的な潤滑を行うようにしてもよい。
【００４６】
前記シリンダブロック３に形成した前記第一の連通路５５で、前記クランク室２０から前記動弁室１６に移行する混合気を加熱して、ガソリン成分を気化した状態で前記動弁室１６に混合気を導入するようにしてあるため、前記動弁室１６に入り込んだ混合気に含まれる潤滑油は、前記クランク室２０内の混合気よりも相対的リーンな状態になるが、前記クランク室２０と前記動弁室１６とを比較したときに、前記動弁室１６の方が潤滑油の要求量が少ないため、前記第一の連通路５５で混合気を加熱して前記動弁室１６に導入される混合気の潤滑油成分が前記クランク室２０内の混合気よりも相対的にリーンになったとしても、前記動弁室１６での潤滑に支障を招くことはない。
【００４７】
また、前記動弁室１６内の混合気は、前記シリンダブロック３の熱によってガソリン成分の気化状態が維持されるため、潤滑を必要とする前記動弁機構１５へは、この気化状態のガソリン成分よりも潤滑油の方が付着し易くなるため、効率的に動弁機構１５を潤滑することができる。
【００４８】
以上のことから、前記動弁室１６を通過して該動弁室１６を出る混合気は、これが含有する潤滑油成分が大幅に減少した状態となる。つまり、前記動弁室１６から前記吸気ポート９を通じて前記燃焼室７に導入される混合気に含まれる潤滑油の量を減少させることができる。以上、第一実施例のエンジン１００をＯＨＣ形式のエンジンを例に説明したが、ＯＨＶ形式のエンジンに対しても等しく適用することができる。
【００４９】
図５以降の図面は、本発明の他の実施例を示すものであり、互いに共通する要素には同一の参照符号を付すことにより、その重複した説明を省略し、以下に、図５以降の実施例の特徴部分について説明を加えることにする。
【００５０】
第二実施例（図５）
図５は、本発明の第二実施例のエンジンを概略的に示す。この第二実施例のエンジン２００は、前記シリンダヘッド４と前記下流側吸気管３５とに接続された第二外部配管２０１を有し、この第二外部配管２０１によって前記環流通路７１が形成されている。また、前記クランクケース２１の底部には、比較的小さな潤滑油貯留室２０２が形成され、該潤滑油貯留室２０２に貯まった潤滑油は、定期的に、キャップ２０３を取り外して外部に排出される。なお、図５の参照符号７５はスロットルバルブである。
【００５１】
この第二実施例のエンジン２００及び／又は前記第一実施例のエンジン１００は、前記分岐吸気通路５０ａから枝別れした第二分岐通路２０３（図５に仮想線で示してある）を設け、この第二分岐通路２０３を前記シリンダブロック３内に通過させた後に前記クランク室２０に開放させるようにしてもよい。これによれば、前記分岐吸気通路５０ａを通る混合気の一部を、前記シリンダブロク３の熱によって加熱して、内在するガソリン成分を気化させることができる。
【００５２】
第三実施例（図６）
図６は本発明の第三実施例のエンジンを概略的に示す。この第三実施例のエンジン３００は、前記吸気系部品３１が前記クランクケース２１に連結され、前記下流側吸気通路３０ｂが直接的に前記クランク室２０に連通されている。したがって、このエンジン３００にあっては、前記吸気系部品３１で生成された潤滑油を含む混合気の全量が前記クランク室２０に導入される。
【００５３】
前記吸気系部品３１に含まれる始動燃料供給ポンプ（図示せず）には外部燃料供給管３０１が接続され、該外部燃料供給管３０１の他端は前記吸気ポート９に開放されている。前記エンジン３００の始動時には、増量すべき燃料が、前記外部燃料供給管３０１を通じて前記吸気ポート９に直接的に供給される。
【００５４】
前記第二実施例のエンジン２００及び／又は前記第三実施例のエンジン３００は、前記第一実施例のエンジン１００と同様にＯＨＣ形式のエンジンであってもよく、また、ＯＨＶ形式のエンジンであってもよい。前記エンジン２００及び／又は３００が、ＯＨＶ形式のエンジンである場合、前記クランクシャフト２２の近傍のカム８０と、前記動弁室１６内の前記ロッカーアーム１８との間に介装されたプッシュロッド８１を、前記シリンダブロック３を上下に貫通する貫通孔８２の中に収容し、このシリンダブロック内貫通孔８２を前記第一連通路５５として兼用するようにしてもよい（図７、図８）。このことは前述した第一の実施例のエンジン１００についても言えることである。
【００５５】
前記貫通孔８２は、前記シリンダブロック３に形成されているため、前記クランク室２０内の混合気が前記貫通孔８２を通って前記動弁室１６に移行する過程で前記シリンダブロック３の熱によって加熱され、これにより混合気のガソリン成分を気化させることができる。
【００５６】
第四実施例（図９）
図９は第四実施例のエンジンを概略的に示す。このエンジン４００は、吸気通路３０から分岐した分岐吸気通路５０ａを通じて前記クランク室２０と前記動弁室１６とが連通されると共に、該動弁室１６と前記吸気通路３０とが、長い環流通路７１によって連通され、前記吸気通路３０に環流される混合気を前記環流通路７１で加熱して、ガソリン成分を気化させるようにしてある。
【００５７】
前記長い環流通路７１には、その途中に、前記クランク室２０に通じる油戻し通路４０１を設けるのがよく、該油戻し通路４０１は、例えば前記長い環流通路７１の最も低い部分となる垂直部分７１ａの下端に開口させるのがよい。
【００５８】
前記長い環流通路７１は、例えば、その上流部分を７１ｂを前記シリンダブロック３内に形成し、前記垂直部分７１ａを外部配管で構成して、該外部配管の下流端を前記下流側吸気管３５に連結するようにしてもよい。
【００５９】
前記環流通路７１を通る混合気を加熱してガソリン成分を気化させるための熱源としては、前記エンジン４００の前記シリンダブロック３の熱を利用してもよく及び／又は排気ガスの熱を利用するようにしてもよい。図１０は、排気ポート又は排気管の回りに前記環流通路７１を形成した例を示す。
【００６０】
なお、このエンジン４００にあっても、前記クランク室２０と前記動弁室１６とを連通させる前記第一連通路５５を、前記シリンダブロック３の前記貫通孔５７で構成して、前記クランク室２０から前記動弁室１６へ移行する過程で、前記シリンダブロック３の熱で混合気を加熱して、ガソリン成分を気化させるようにしてもよい。
【００６１】
図示の前記エンジン４００は、ＯＨＣ形式のエンジンを例示しているが、ＯＨＶ形式のエンジンであってもよく、また、図６に関連して説明した、前記吸気系部品３１を前記クランクケース２１に直結した形式のエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】クランクシャフトに沿って切断した第１実施例のエンジンの縦断面図である。
【図２】クランクシャフトを横断する方向に切断した図１のエンジンの縦断面図である。
【図３】図１の図示のエンジンに含まれるシリンダブロックの一部を抽出したエンジンの部分断面拡大図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿って切断した断面図である。
【図５】第二実施例のエンジンの概略構成図である。
【図６】第三実施例のエンジンの概略構成図である。
【図７】ＯＨＶ形式のエンジンのプッシュロッドを収容するシリンダブロック内の孔を利用してクランク室と動弁室とを連通させる構成を説明するための概略断面図である。
【図８】図７と同様に、ＯＨＶ形式のエンジンのプッシュロッドを収容するシリンダブロック内の孔を利用してクランク室と動弁室とを連通させる構成を説明するための、図７に関連した概略断面図である。
【図９】第四実施例のエンジンの概略構成図である。
【図１０】クランク室に導入した混合気を動弁室を経由して吸気通路に戻す一連の経路のいずれかで排気ガスの熱を利用して混合気を加熱する具体的な構成を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１００ ４サイクル内燃エンジン（第１実施例）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
７ 燃焼室
９ 吸気ポート
１６ 動弁室
２０ クランク室
２１ クランクケース
２２ クランクシャフト
３０ 吸気通路
３０ａ 下流側吸気通路
３１ 吸気系部品
３３ 気化器（燃料供給手段）
５０ａ 分岐吸気通路
５５ 第一連通路（経路）
２０３ 第二分岐通路（経路）
Ｆ 混合燃料
Claims (5)
- 潤滑剤を添加した混合燃料(F)を使用してエンジン内部の潤滑を行うようにした４サイクル内燃エンジン(100)において、
前記混合燃料(F)を前記エンジン(100)の内部に導入して前記エンジン(100)の燃焼室(7)に充填する前までの前記混合燃料(F)の経路(55,203)で前記エンジン(100)の熱を利用し、前記混合燃料(F)を加熱して該混合燃料に含まれる燃料成分を気化させて潤滑油から分離することを特徴とする４サイクル内燃エンジン。 - クランクシャフト(22)を収容したクランク室(20)とシリンダヘッド(4)に設けられた動弁室(16)とを連通する第一連通路(55)がシリンダブロック(3)に形成され、該シリンダブロック(3)の熱によって、前記第一連通路(55)を通る混合燃料(F)を加熱して該混合燃料(F)に含まれる燃料成分を気化させることを特徴とする請求項１に記載の４サイクル内燃エンジン。
- 前記動弁室(16)と前記クランク室(20)とに連通する第二の連通路(56)を介して前記動弁室(16)内の潤滑油を前記クランク室(20)に戻すことを特徴とする請求項２に記載の４サイクル内燃エンジン。
- 前記燃焼室(7)に開口する吸気ポート(9)に連なる吸気通路(30)に前記混合燃料(F)を供給するための燃料供給手段(33)と、
前記吸気通路(30)の前記燃料供給手段(33)よりも下流側に位置する下流側吸気通路(30b)から分岐して前記クランク室(20)と連通する分岐吸気通路(50a)と、を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の４サイクル内燃エンジン。 - 前記クランク室(20)に直接的に連結された吸気通路(30)に前記混合燃料(F)を供給するための燃料供給手段(33)を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の４サイクル内燃エンジン。
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