JPH07139313A

JPH07139313A - ４サイクルエンジン

Info

Publication number: JPH07139313A
Application number: JP5307353A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tanba; 晨一丹波; Yoshiro Yamane; 芳郎山根
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1995-05-30
Also published as: CA2135540C; EP0653549A1; US5606943A; EP0653549B1; CA2135540A1

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量・コンパクトで低コストの４サイクルエ
ンジンを提供する。【構成】クランク軸１０上のギヤ１１を、そのギヤ１
１の二倍の歯数をもつ内歯歯車２１に噛み合わせ、その
内歯歯車２１の外面にカム２２を形成するとともに、吸
・排気弁４４の開閉を駆動する動弁機構４０をそのカム
２２に連結した。また、ギヤ１１と内歯歯車２１などに
オイルポンプの機能も付与した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４サイクルエンジン
−とくに、ポータブルの機械等に組み込まれる小型の
エンジン−に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】刈払機やチェンソーなど、ポータブルの
機械に組み込まれるエンジンは、小型で軽量であること
が不可欠である。実開平４−１１７１０３号公報には、
そのような携帯型作業機に好適な小型の４サイクルエン
ジンが記載されている。

【０００３】４サイクルエンジンでは、クランク軸（出
力軸）が２回転する間に各１回の頻度でバルブ（吸気弁
と排気弁）を開く必要があることから、バルブ開閉用の
カム軸がクランク軸とは別に設けられるのが普通であ
る。カム軸は、ギヤ（クランクギヤおよびカムギヤ）な
どを介してクランク軸から動力を受けながら、そのギヤ
比等に基づいてクランク軸の２分の１の回転数で回転す
る。このカム軸上のカムに、バルブ開閉用のプシュロッ
ドやロッカーアーム等の動弁機構が連結されることによ
り、上記の頻度で吸・排気弁が開閉するのである。上記
公報に記載されたエンジンにおいても、クランク軸とは
別にカム軸が配置されている。

【０００４】バルブの開閉のためにこのようにカム軸を
配置すると、その軸やギヤの分だけ部品点数が増えるう
えエンジンの重量および大きさも増すことになるが、特
開昭６１−２２９９０６号公報では、その点に鑑み、カ
ム軸を用いずに吸・排気弁を開閉する４サイクルエンジ
ンが提案されている。図４は、同公報に開示されたエン
ジンの縦断面図である。上記のカムに相当する機能をな
すものとしてクランク軸１０’上に特殊なガイド部１
１’が形成してあり、そのガイド部１１’の表面上に動
弁機構４０’の一端が連結（接触係合）されている。ガ
イド部１１’は、クランク軸１０’の外周面を２周して
元の位置に戻る経路をもつ溝状のもので、その底面に
は、回転中心に対して各部の半径が異なる、カムと同様
の輪郭（ただし輪郭曲線は２周で１サイクルをなす）が
付与されている。クランク軸１０’が回転するとき、動
弁機構４０’は、このガイド部１１’に案内されてクラ
ンク軸１０’の２回転あたり１回の動作をするので、上
述した適切な頻度でバルブ４４’が開閉されることにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示される前掲公
報の４サイクルエンジンは、カム軸やカムギヤ等を配置
する必要がないので、それらを有する従来の他の４サイ
クルエンジンに比べてとくに小型・軽量に構成され得る
が、下記の点では、なおも改善の余地がある。

【０００６】イ) ガイド部の形状が複雑であるためそれ
を形成するのが容易でなく、加工等にかなりの手間がか
り、工程（納期）およびコスト上の不利がある。

【０００７】ロ) クランク軸上を２周して元の位置へ戻
るようなガイド部は軸長方向（軸の中心線に沿う方向）
にほぼ２条分の広がりをもつため、その分だけクランク
軸が長くなり、エンジンのケーシング（クランクケー
ス）等も大きくなる。吸気弁用のガイド部と排気弁用の
ガイド部とは図示のように別々に（つまり合計２組）設
けられるのが普通なので、この点に基づく不利は無視で
きない。

【０００８】ハ) 上記のとおりガイド部は軸長方向に広
がりをもつので、これに案内される動弁機構の一部が軸
長方向にも移動し得なければならない、このことは、動
弁機構の端部に関節状の可動部分などが必要であること
を意味し、部品点数の増加や重量増・コストアップにつ
ながる。

【０００９】ニ) クランク軸上のガイド部や、オイルパ
ンの部分から離れた外側の軸受などについては、自然な
潤滑が難しいため、別にオイルポンプを設けて強制的な
給油を行う必要がある。オイルポンプも相当の重量や大
きさを備え、かつコストのかかるものであることは言う
までもない。

【００１０】本発明の目的は、以上の点を改善すること
により、より軽量・コンパクトで低コストの４サイクル
エンジンを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の４サイクルエン
ジンは、クランク軸上のギヤ（外歯歯車。ピニオン）
を、そのギヤの二倍の歯数をもつ内歯歯車に噛み合わせ
（つまり内接状態に噛み合わせ）、その内歯歯車の外面
にカムを形成するとともに、吸・排気弁の開閉を駆動す
る動弁機構をそのカムに連結したものである。なお、内
歯歯車は、そのピッチ円をクランク軸上のギヤのピッチ
円に内接させた状態を保って回転するように支持してエ
ンジンのケーシングの内に配置する。上記のカムは、そ
うして支持された内歯歯車の外面の任意の箇所に、回転
中心に対して各部の半径が異なり、動弁機構との接触面
が所望の輪郭曲線を描くように形成する。カムはたとえ
ば、図４の例と同様に溝状にして他の部分よりも凹にす
ることも可能だが、突出面として他よりも凸にすること
もできる。

【００１２】この４サイクルエンジンについては、さら
に請求項２に記載したように、上記のギヤと内歯歯車と
の間の空間を密閉したうえ、その空間を二分する部材を
配置し（つまりこの部材により、双方の歯が噛み合って
いく側と離れていく側とを別々の空間にする）、二分さ
れた空間の一方に潤滑油の吸入口を設けるとともに他方
に吐出口を設け、かつ、これら吸入口および吐出口につ
ながる給油経路を形成するとよい。

【００１３】また請求項３のように、単気筒エンジンに
おけるシリンダの片側（クランク軸を軸長方向にみて、
コンロッドをはめた部分から一方の側）であって上記ギ
ヤの位置をはさむ二箇所にのみ軸受を配置することによ
ってクランク軸を支持（つまり、いわゆる片持ち形式に
支持）させるのもよい。

【００１４】

【作用】本発明の４サイクルエンジンでは、クランク軸
上のギヤがそれと噛み合っている内歯歯車を駆動して回
転させるが、動弁機構は、その内歯歯車の外面に形成さ
れたカムによって駆動され、吸・排気弁を開閉させる。
内歯歯車の歯数はギヤの歯数の二倍なので、ギヤすなわ
ちクランク軸が２回転する間に１回転する。したがって
上記のカムは、１周で１サイクルをなす一般的なもので
あれば、４サイクルエンジンとしての必要十分な頻度の
動作を動弁機構に伝えることができ、図４の例のように
２周して元に戻るような複雑なガイド部等を設ける必要
はない。

【００１５】クランク軸とは別にカム軸を配置する必要
がない（したがっていわゆるカムギヤも不要である）た
め、カム軸を有する従来の４サイクルエンジンよりも部
品点数が少なく、全体がコンパクトで軽量に構成され
る。カムギヤに相当する内歯歯車があるとはいえ、同歯
車は中空であって中実の軸部が不要なために軽量である
うえ、その中空部分にクランク軸のギヤが配置されるこ
とでスペースが有効利用される。また、カムギヤとは別
の位置にカムがある通常のカム軸とは異なり、内歯歯車
とカムとが軸長方向に重なる位置にあることも、軸長方
向に寸法を短縮できる理由である。

【００１６】またカムは、上記のとおり１周で１サイク
ルをなすものであればよいので軸長方向への広がりが不
要だが、その点からも上記と同様の利点がもたらされ
る。すなわち、クランク軸やケーシングをその分だけ短
くできるほか、動弁機構のうちカムと連結される部分
に、軸長方向の動きができる関節部など特殊な可動部分
を設ける必要がなくなる。

【００１７】請求項２に記載の４サイクルエンジンは、
上述のように噛み合ったギヤと内歯歯車とにオイルポン
プとしての機能を付加したもので、この機能を利用して
必要な各所に潤滑油を供給する。ギヤと内歯歯車との間
の空間を密閉したうえ、その空間を二分して双方の歯が
噛み合っていく側と離れていく側とを別の空間にし、そ
れらに給油経路を接続すれば、油圧装置等に使用される
ギヤポンプと同じ原理により、一方（歯が噛み合ってい
く側）の空間からは潤滑油が押し出され、他方（歯が離
れていく側）の空間へは潤滑油が吸い込まれる。したが
って、前者を潤滑油の吐出口として給油先寄りに接続す
るとともに後者を吸入口としてオイルパン等に近い側に
接続すれば、別にオイルポンプを設けなくても必要な箇
所を強制潤滑できるのである。

【００１８】請求項３の４サイクルエンジンは、単気筒
エンジンであることに加え、クランク軸がシリンダの片
側のみにおいて軸受によりいわゆる片持ち形式に支持さ
れるため、エンジンがその軸長方向に一層コンパクトに
なり、かつ軽量化される。なぜなら、まずクランク軸
が、軸受を設けない側においてジャーナル部とともにク
ランクアームの一側を省くなど短縮化され得るほか、エ
ンジンのケーシング（クランクケースなど）について
も、その側において軸受部分を設ける必要がなく、軸を
支持するための強度も不要だからである。ただしクラン
ク軸は、二箇所において軸受で支持されるため、曲げ力
に対する強度が十分である限り、ピストン等から軸と直
角方向の力を受けても軸心が移動もしくは傾くことがな
い。しかもその二箇所は上記のギヤをはさむ位置である
ため、ギヤと内歯歯車との噛み合いが安定的に維持され
る点で好ましい。

【００１９】

【実施例】図１(ａ)・(ｂ)・(ｃ)に本発明の第一実施例
を示す。図示したものは、ポータブルチェンソーの駆動
源などとして用いられる汎用・小型の空冷単気筒４サイ
クルエンジンである。同(ａ)はそのエンジンの縦断面
図、同(ｂ)は同(ａ)におけるｂ−ｂ断面図、また同(ｃ)
は、同(ａ)とは異なる位置（同(ｂ)におけるｃ−ｃ）に
切断面をとって描いた要部の断面図である。

【００２０】通常のエンジンと同様にこのエンジンで
も、図１(ａ)のようにシリンダブロック１内にピストン
６やクランク軸１０などが配置されている。ピストン６
は、シリンダブロック１のうちのシリンダ３の内側に配
置され、燃焼室３ａでの混合気の爆発にともなって往復
動作をする。その往復動作が、コンロッド６ａやクラン
クアーム１０ａなどを介してクランク軸１０の回転に変
換され、出力として取り出される。シリンダ３内へ混合
気を導入し、かつ燃焼ガスを排出することは、燃焼室３
ａの上部に配置された吸気用・排気用の各バルブ（弁）
４４を、ロッカーアーム４３やプシュロッド４２などを
含む動弁機構４０にて規則的に開閉させることによって
行う。また、シリンダブロック１のうちクランクケース
２の部分には、軸シール部材１４を含むクランクケース
カバー５が取り付けられる一方、その反対の側にオイル
パン４が接合されている。

【００２１】さてこのエンジンは、以上の点では従来の
一般的なエンジンととくに差異のあるものではないが、
軽量化・小型化もしくは低コスト化のため以下のような
工夫を施した点に特徴がある。

【００２２】工夫の第一点は、動弁機構４０に規則的な
駆動力を与えるために、一般のカムに代えて図１(ｂ)に
示すギヤリング２０を使用したことである。ギヤリング
２０は、内歯歯車２１を内側に形成するとともに外周面
に溝状のカム２２（溝の底面にカムとしてのプロファイ
ルを有するもの）を形成し、その外周面（内歯歯車２１
のピッチ円と同心）をクランクケース２の凹部内に回転
自在に嵌め入れたものである。内歯歯車２１は、クラン
ク軸１０上に嵌めたギヤ１１に噛み合わせるものとし、
その歯数はギヤ１１の２倍とする。またカム２２のプロ
ファイルは、バルブ開閉用の一般のカムに似た卵型のも
のとし、全周のうちに一箇所の突出部分を形成する。カ
ム２２は図１(ａ)のように２条（２すじ）形成し、各条
のプロファイルにおける突出部分の位置が違えてある
が、その一方に吸気用の動弁機構４０を連結し、他方に
排気用の動弁機構４０を連結する。なお、カム２２と動
弁機構４０との連結については、この例では、プシュロ
ッド４２の先端部４１に転動体を付け、そうした先端部
４１をロッカーアーム４３のスプリング４３ａの力でカ
ム２２の底面に押し付けるものとした。

【００２３】こうしたギヤリング２０は、クランク軸１
０上のギヤ１１にて回転させられながら外周のカム２２
で動弁機構４０を駆動してバルブ４４を開閉する。ギヤ
１１と内歯歯車２１との上記の歯数比によりギヤリング
２０はクランク軸１０が２回転する間に１回転するた
め、バルブ４４の開閉は４サイクルエンジンとして適切
な頻度となる。動弁機構４０をカム２２で駆動するとは
いえ、クランク軸１０とは別にカム軸を配置する必要は
全くない。また、ギヤリング２０とは軸長方向位置の相
違しない部分にカム２２を設けるうえ、ギヤリング２０
の内側の空間内にギヤ１１を収納配置できることにもな
る。以上の点より、使用したギヤリング２０は、動弁機
構４０に対して必要十分な動作を及ぼすとともに、エン
ジンの小型・軽量化等に寄与するものだといえる。

【００２４】このエンジンにおける工夫の第二点は、上
記のギヤ１１と内歯歯車２１とによって一種のギヤポン
プを構成し、エンジン本体以外にオイルポンプを設ける
必要性をなくした点にある。すなわち、まず、ギヤ１１
と内歯歯車２１とで囲まれる空間を図１(ａ)のようにク
ランクケース２とクランクケースカバー５とではさむこ
とにより密閉するとともに、図１(ｂ)のように両者間の
空間にスペーサ３９を入れ、スペーサ３９で分けられた
二つの空間のそれぞれに潤滑油の吸入口３２と吐出口３
３を設ける。スペーサ３９は、この例ではクランクケー
ス２と一体の物として形成している。潤滑油は、ギヤ１
１と内歯歯車２１とが離れていく図示右側の空間におい
て、歯が離れてできるスペースに吸入口３２から吸い込
まれ、ギヤ１１と内歯歯車２１の歯みぞに充満してスペ
ーサ３９の内外周に沿って運ばれたうえ、歯が噛み合っ
ていく図示左側の空間において歯の噛み合いにより押し
出され、吐出口３３から出ていく。そして、ギヤ１１と
内歯歯車２１とにこのようにオイルポンプとしての機能
を付与したうえで、図１(ｃ)のように、給油経路３１を
介して吸入口３２をオイルパン４内の潤滑油溜まりに連
通させ、吐出口３３を、給油経路３４・３５・３６など
を介して必要な給油箇所に接続している。給油経路３４
は軸受１２（オイルパン４から遠い外側に配置されたも
の）の摺動面を潤滑するための経路、給油経路３５は、
ギヤリング２０とクランクケース２との間およびカム２
２とプシュロッド４２の先端部４１との間を潤滑する経
路、そして給油経路３６は、クランク軸１０の内部より
クランクアーム１０ａ内を通る経路３７（図１(ａ)参
照）を経由し、遠心力等による噴射によってシリンダ３
の内面等を潤滑するための経路である。

【００２５】上記のようなギヤ１１と内歯歯車２１およ
び給油経路３４・３５・３６などによれば、エンジンに
別途オイルポンプを設けなくても必要な部分の潤滑が可
能である。エンジン本体以外にオイルポンプが不要であ
ることは、エンジンの全体を小型化・軽量化し、コスト
ダウンをはかるうえで極めて好ましい。

【００２６】このエンジンではさらに第三の工夫とし
て、クランク軸１０をいわゆる片持ち形式で支持させる
ことによってもコンパクト化をはかっている。すなわ
ち、クランク軸１０は図１(ａ)のように、前述のギヤ１
１とクランクアーム１０ａとの間でブッシュ形式の軸受
１３を介してクランクケース２に支持させるとともに、
ギヤ１１の外側において同様の形式の軸受１２を介しク
ランクケースカバー５によって支持させている。クラン
クケースカバー５は、インロウ部５ａの嵌め合いによっ
てクランクケース２の外側に付けられ、ボルト（図示せ
ず）によって固定されている。クランク軸１０は、軸受
１２と軸受１３との二箇所において支持されるのでその
軸心が傾いたり変位したりすることはなく、またそれら
の軸受１２・１３がギヤ１１をはさむ位置にあるので、
ギヤ１１と内歯歯車２１との噛み合いも好ましい状態に
保たれる。

【００２７】このように片持ち形式にしたことによって
クランク軸１０は、図１(ａ)のように、支持していない
側（図の左方）において軸部が不要になり、またクラン
クアーム１０ａの一方が省略できている。そしてオイル
パン４の部分は、本来なら（いわゆる両持ち形式なら
ば）軸受とそれを支える強度のあるケーシングが必要で
あるが、それらが不要になり、簡単・軽量なオイルパン
４のみの取り付けで足りる結果となった。このような点
も、エンジンの小型化・軽量化・コストダウンに結び付
いていることは言うまでもない。

【００２８】図２は、図１に示したものとは一部が異な
る第二実施例のエンジンについて要部を示す断面図であ
る。図１のエンジンと差異のない部分には同じ符号を付
して説明を省略するが、このエンジンでは、ギヤ１１と
内歯歯車２１とをオイルポンプとしては使用せず（した
がって図１の例にあったスペーサ３９がない）、またオ
イルパン４に近い内側の軸受として転がり軸受１６を配
置している。ギヤ１１等にオイルポンプとしての機能は
兼ねさせず、また回転抵抗の小さい転がり軸受１６を使
用しているので、エンジン内部においていわゆるメカロ
スが少なく、出力効率のよいエンジンが構成できる。た
だし、外側の軸受１２などを潤滑するには別途オイルポ
ンプを設ける必要がある。

【００２９】つづいて図３には、本発明の第三実施例の
エンジンを示す。この図もエンジンの要部のみを示すも
ので、図１のものと差異のない部分には同じ符号を付け
ている。前記の実施例と同様に、クランク軸１０上のギ
ヤ１１に内歯歯車６１（歯数はギヤ１１の二倍）が噛み
合うようにギヤリング６０を設けている。しかしながら
そのギヤリング６０は、溝状ではなく外側へ突出した鍔
状のカム６２を外周に二条形成し、また軸方向の一端部
で回転自在に支持するものとした。カム６２のそれぞれ
にはやはり全周のうちに一箇所の突出部分を設ける一
方、カム６２に従って上下動する従動片７１は、カム６
２の表面に摺動自在に接触させたうえプシュロッド７２
と連結している。クランク軸１０の回転にともなってギ
ヤリング６０が回転することにより、前記実施例と同じ
く、各バルブが規則的に開閉する。

【００３０】以上、三つの実施例を紹介したが、本発明
はこれら実施例のみに限定されるものではなく、たとえ
ば下記の態様で実施することも可能である。

【００３１】a) ギヤリング（内歯歯車）の外周に形成
したカムは、必ずしも二条必要ではなく、一条のみと
し、動弁機構につながる従動片をそのカム上の位相（角
度位置）の異なる箇所に当てることもできる。吸・排気
弁の開閉間隔が同じならば、同一プロファイルのカムを
兼用できるからである。

【００３２】b) カムを溝状もしくは鍔状には形成せ
ず、回転体（ギヤリング）の外周面そのものをカムとし
て形成することもできる。ただしこの場合は、その外周
面以外の真円断面の部分で回転体を支持する必要があ
る。

【００３３】c) エンジンの形式についても図示のもの
に限る理由はない。請求項２にしたがってオイルポンプ
を構成する場合には、本発明はとくに縦軸型エンジンに
好適であるともいえる。クランク軸が縦（鉛直）に配置
されていてその軸上のギヤや内歯歯車（すなわちオイル
ポンプとなる部分）が下方にあれば、その部分が常に潤
滑油に漬かることになり、給油経路を構成しやすいから
である。

【００３４】

【発明の効果】本発明の４サイクルエンジンにはつぎの
ような効果がある。すなわち、 1) 動弁機構を駆動するカムとして、２周して元に戻る
ような複雑な溝等を設ける必要はなく、１周で１サイク
ルをなす一般的なものを形成すればよい。したがって、
製造期間・コスト等に関し有利である。

【００３５】2) 従来の一般的な４サイクルエンジンの
ようにカム軸を設ける必要がないことなどにより、部品
点数が少なくて製造容易なうえ、コンパクトで軽量に構
成される。

【００３６】3) 上記1)の点からカムには軸長方向への
広がりが不要なので、クランク軸やケーシングをその分
だけ短くでき、また動弁機構のうちに軸長方向の動きが
できる関節部などを設ける必要がない。

【００３７】4) 請求項２に記載の４サイクルエンジン
は、オイルポンプとしての機能をエンジンそのもののう
ちに備えて必要箇所の強制潤滑を行うので、別途オイル
ポンプを設ける必要がなく、その接続のための配管も不
要である。

【００３８】5) 請求項３の４サイクルエンジンは、単
気筒であることに加え、クランク軸を短くでき、クラン
クケースなどのケーシングを単純化できることから、一
層の小型化・軽量化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第一実施例としての４サイクル
エンジンを示し、同(ａ)はその縦断面図、同(ｂ)は同
(ａ)におけるｂ−ｂ断面図、また同(ｃ)は同(ｂ)におけ
るｃ−ｃ断面図である。

【図２】図１のエンジンとは一部が異なる第二実施例の
４サイクルエンジンについて、要部を示す断面図であ
る。

【図３】図１・図２のエンジンと一部が異なる第三実施
例の４サイクルエンジンについて、要部を示す断面図で
ある。

【図４】従来の４サイクルエンジンを示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０クランク軸１１ギヤ２１内歯歯車２２カム３１・３４・３５・３６給油経路３２吸入口３３吐出口３９スペーサ（二分する部材）４０動弁機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランク軸上のギヤを、そのギヤの二倍
の歯数をもつ内歯歯車に噛み合わせ、その内歯歯車の外
面にカムを形成するとともに、吸・排気弁の開閉を駆動
する動弁機構をそのカムに連結したことを特徴とする４
サイクルエンジン。
【請求項２】上記のギヤと内歯歯車との間の空間を密
閉したうえ、その空間を二分する部材を配置し、二分さ
れた空間の一方に潤滑油の吸入口を設けるとともに他方
に吐出口を設け、かつ、これら吸入口および吐出口につ
ながる給油経路を形成した請求項１に記載の４サイクル
エンジン。
【請求項３】単気筒エンジンにおけるシリンダの片側
であって上記ギヤの位置をはさむ二箇所にのみ軸受を配
置することによってクランク軸を支持させた請求項１ま
たは２に記載の４サイクルエンジン。