JPH10115202A - 携帯型作業機用４サイクル内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 機体長手方向及び上下方向長さを短縮化する
ことによって機体全体の小型化を達成した携帯型作業機
用４サイクル内燃機関を提供する。 【解決手段】 携帯型作業機用４サイクル内燃機関２２
において、カムシャフト３０を、シリンダ２４の上方で
前記吸気弁３２と排気弁３４との間の空きスペース５０
に配置し、さらに所定のカムプロファイル５２を備えた
単一のカム５４、及び一端部がいずれもカムプロファイ
ルに当接し、他端部がそれぞれ吸気弁及び前記排気弁の
各頂端部に連結された一対の揺動式く形アーム３６、３
８とを設け、前記一対の揺動式く形アームの各々は、く
形曲がり部の尖部８４、８６を上方に向けてカムより上
方に配置し、前記各く形曲がり部で互いに交差し、該交
差部に前記各揺動式く形アームの回動中心８８を形成す
る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型作業機用４
サイクル内燃機関に関し、より詳細にはOHC 式の弁駆動
機構を採用して高性能化を図りつつ、機関の上下方向長
さの増大を防止して機関全体の小型化を達成した携帯型
作業機用４サイクル内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】刈払機或いはチェーンソー等の携帯型作
業機用内燃機関として、主として騒音低減及び排ガスの
清浄化の観点から、２サイクル機関とともに４サイクル
内燃機関が採用されている。このうち、OHV 式の弁駆動
機構を採用した携帯型作業機用４サイクル内燃機関が、
例えば実開平4-117103号公報に開示されている。かかる
４サイクル内燃機関は、クランクシャフトから歯車伝動
によって直接回転を伝達されるカムシャフトを吸排気弁
の下方に配置し、このカムシャフトに固設した単一のカ
ムに一対の揺動式リフターを当接させつつ、リフター軸
を中心として揺動させ、かかる揺動式リフターの各々に
連結し、互いに交差して設けた一対のプッシュロッドを
介して吸排気弁を開閉させる弁駆動機構を採用するもの
である。この方式にあっては、吸排気弁開閉用のカムを
単一のカムで兼用することによって、吸排気用カムを別
個に設ける場合に較べて、携帯型作業機向け機関にとっ
て重要な小型化及び軽量化にある程度寄与することが可
能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
OHV 式の弁駆動機構にあっては、たとえ単一のカムによ
って吸排気を行うとしても、カムをシリンダ下方の一側
に設置したことに起因して、カム及びカム歯車の設置ス
ペースがクランクシャフトの長手方向に必要とされ、そ
の分軸方向長さがかさむとともに、吸排気弁とカムシャ
フトとの間隔が大きいことに起因して、クランクシャフ
トの回転を吸排気弁の開閉動作に変換するのに、細長く
て耐久性に劣る複雑な駆動機構、即ちプッシュロッドリ
フター及びプッシュロッドを必要とする。かかる課題を
解決すべく、OHC 方式、即ちカムシャフトをシリンダ室
の上方に配置する弁駆動機構を採用すれば、その分カム
及びカム歯車の設置スペース削減によって軸方向の長さ
を短縮化し、しかも吸排気弁とカムシャフト間の間隔を
狭めることによって、複雑な駆動機構を削除するととも
に、内燃機関の高速回転化に対する駆動機構の耐久性向
上が可能になる。

【０００４】しかしながら、一方でカム機構をシリンダ
室の上方に設置することに伴い、今度は機体の上下方向
長さが増大し、さらにカムシャフトとクランクシャフト
の間隔が大きくなることに伴い、歯車伝動からベルト或
いはチェーン伝動に切り換える必要が生じる。ベルト或
いはチェーン伝動にあっては、組み立ての際に無端状ベ
ルト或いはチェーンをカム歯車及びクランク歯車に同時
に巻き掛ける必要を生じ、そのため組み立て手順に対す
る制約が大きくなる。特に刈払機或いはチェーンソー等
の携帯型作業機にあっては、一般車両向け内燃機関と異
なり、ユーザ自身が適宜分解保守点検を行うことが多い
ため、かかる制約は大きな問題となる。かかる課題に鑑
み、本発明の目的は、内燃機関の性能を維持しつつ、機
体長手方向及び上下方向長さを短縮化することによって
機体全体の小型化を達成した携帯型作業機用４サイクル
内燃機関を提供することにある。本発明の別の目的は、
機関全体の小型化を達成しつつ、保守点検を容易にした
携帯型作業機用４サイクル内燃機関を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明の携帯型作業機用4 サイクル内燃機関にあって
は、シリンダ内で上下往復運動するピストンによって回
転駆動される前記シリンダの下方に配置されたクランク
シャフトと、該クランクシャフトに駆動上連結されると
ともに平行に配置されたカムシャフトと、該カムシャフ
トの回転運動によってそれぞれ斜め往復運動することに
よって前記シリンダの上部で開閉動作を行う常閉の吸気
弁及び排気弁とを有する携帯型作業機用４サイクル内燃
機関において、前記カムシャフトは、前記シリンダの上
方で前記吸気弁と前記排気弁との間の空きスペースに配
置され、さらに前記カムシャフトに固設されて、所定の
カムプロファイルを備えた単一のカムを有し、一端部が
いずれも前記カムプロファイルに当接し、他端部がそれ
ぞれ前記吸気弁及び前記排気弁の各頂端部に連結された
一対の揺動式く形アームとをさらに有し、前記一対の揺
動式く形アームの各々は、く形曲がり部の尖部を上方に
向けて前記単一のカムより上方に配置され、前記各く形
曲がり部で互いに交差し、該交差部に前記各揺動式く形
アームの回動中心を形成する構成としてある。

【０００６】又、前記カムシャフト及び前記クランクシ
ャフトは、該各シャフトに固設されたカム歯車及びクラ
ンク歯車をそれぞれ有し、前記カム歯車と前記クランク
歯車との間に遊び歯車を介在させることによって、前記
クランクシャフトの回転力を前記カムシャフトに伝達す
るとよい。さらに、前記一対の揺動式く形アームの前記
回動中心及び前記単一のカムの回転中心は、前記シリン
ダの中心線上に位置決めされるとよい。さらに又、前記
一対の揺動式く形アームの回動中心は、ほぼ前記吸気弁
及び排気弁の各頂端部の位置に位置決めされるとよい。

【０００７】

【作用】本発明の携帯型作業機用４サイクル内燃機関に
よれば、OHC 式の弁駆動機構を採用し、しかも、吸気弁
及び排気弁の開閉動作用の単一のカムを、吸気弁と排気
弁との間の空きスペースを利用して設置することによ
り、OHV 式の弁駆動機構に較べて高速回転化に対する耐
久性の確保を可能にしつつ、機体長手方向の長さの短縮
化を実現するとともに、機体上下方向の長さの増大を防
止して、総じて機体全体の小型化を実現することが可能
になった。又、クランクシャフトとカムシャフト間に遊
び歯車を介在させてクランクシャフトの回転力をカムシ
ャフトに伝達する歯車伝動とすることにより、組立の自
由度が増大し、その結果保守点検作業等が容易になっ
た。

【０００８】

【発明の実施の形態】携帯型作業機として刈払機を例に
して、本発明の一実施の形態を添付図面を参照して以下
に詳細に説明する。刈払機１０は、図１に示すように、
細長の動力伝達軸部１２の後端部には、４サイクル内燃
機関２２を準備し、該機関２２による回転力を遠心クラ
ッチ（図示せず）等を介して前記動力伝達軸部１２に伝
達し、該動力伝達軸部１２の前端部には、矢印のように
回転して刈払いを行う刈払刃１６ａを備えた作業機器部
１６をそれぞれ有し、使用者が排気マフラー１８を使用
者から反対側に向けた状態で、前記動力伝達軸部１２の
中間に設けられた把持部２０を手で持って作業するよう
になっている。

【０００９】前記携帯型作業機用４サイクル内燃機関２
２は、図２にその一実施の態様を示すように、従来から
一般車両向けエンジンとしては既知のSOHC式の弁駆動機
構を備えた４サイクル内燃機関のうち、カム機構の設置
位置、特にカムと揺動式アームとの上下位置関係に特徴
を有するものである。従って、SOHC式４サイクル機関の
一般的な説明は概略に止め、以下に主に特徴部分につい
て説明を行う。図２及び図３を参照すれば良く理解され
るように、前記携帯型作業機用４サイクル内燃機関２２
は、シリンダ２４と、該シリンダ２４内で上下往復運動
をするピストン２６と、該ピストン２６に連結し、前記
シリンダ２４下方に設置されたクランクシャフト２８
と、該クランクシャフト２８によって回転駆動されるカ
ムシャフト３０と、前記シリンダ２４の上部に配置され
た吸気弁３２及び排気弁３４と、該吸気弁３２及び排気
弁３４を開閉動作せしめるために前記カムシャフト３０
の回転運動を伝達する一対の揺動式く形アーム３６、３
８とから概略構成されている。

【００１０】前記シリンダ２４は、円筒形状の従来既知
のタイプで、内部で前記ピストン２６が摺接可能に上下
死点間（図２及び図３は、前記ピストン２６が上死点位
置に至った状態を示す）を上下往復運動して、前記シリ
ンダ２４上方に形成される燃焼室４０内の混合気を所定
の圧縮比で圧縮するようになっている。前記燃焼室４０
は、図３に示すように、従来既知の半球形のタイプで、
その各傾斜上面に、それぞれの周縁に亘ってバルブシー
ト９０、９２を配設した吸気開口９４及び排気開口９６
をそれぞれ有し、該吸気開口９４及び排気開口９６を通
って、後に説明する前記吸気弁３２及び前記排気弁３４
のバルブヘッド６８、７０がそれぞれ前記燃焼室４０内
部に突出し、常に斜め上方に付勢されて前記バルブヘッ
ド６８、７０の上面が前記バルブシート９０、９２に密
着することにより、前記吸気開口９４及び排気開口９６
を常に閉じるようになっている。

【００１１】前記クランクシャフト２８は、図２に示す
ように、二つの軸受４２、４４によって回転自在に支持
され、後端部でコネクティングロッド４６を介して前記
ピストン２６に連結され、前端部には、前記遠心クラッ
チ（図示せず）を介して刈払刃１６ａを備えた前記作業
機器１６が取り付けられている。これによって、前記ピ
ストン２６の上下往復運動が前記クランクシャフト２８
の回転運動に変換されて、前記動力伝達軸部１２を介し
て前記作業機器１６に伝達され、刈り払い作業を行える
ようになっている。前記カムシャフト３０は、図３に示
すように、前記シリンダ２４の上方で、後に説明する前
記吸気弁３２及び前記排気弁３４との間の空きスペース
５０に前記クランクシャフト２８と平行に配置される。
前記カムシャフト３０には、所定の非円形形状のカムプ
ロファイル５２を備えた単一のカム５４が一体的に固設
され、前記カムシャフト３０と一体に回転するようにな
っている。このとき、前記単一のカム５４（前記カムシ
ャフト３０）の回転の中心と前記カムプロファイル５２
との間の距離が最小のとき、前記各バルブヘッド６８、
７０が前記バルブシート９０、９２にそれぞれ密着して
バルブ閉状態となるようになっている。

【００１２】前記カムシャフト３０及び前記クランクシ
ャフト２８は、図４に示すように、各シャフト３０、２
８にキー又はピンを介して固設された、所定の歯数関係
を有するカム歯車５６及びクランク歯車５８をそれぞれ
有し、該カム歯車５６と該クランク歯車５８との間に第
１及び第２遊び歯車６０、６２を介在させることによっ
て、前記クランクシャフト２８の回転力が、図４に矢印
で示すように回転方向を逆にして前記カムシャフト３０
に伝達される。前記第１及び第２の遊び歯車６０、６２
は、同形のもので前記クランクシャフト２８の回転速度
を１／２減速して前記カムシャフト３０に伝達するよう
になっている。再び図３を参照すれば、前記吸気弁３２
及び前記排気弁３４は、それぞれ下端に前記バルブシー
ト９０、９２と上面が密着するきのこ形の前記バルブヘ
ッド６８、７０を備え、バルブガイド９８、１００に案
内されて斜め往復運動を行う細長の弁ステム６４、６６
を有する従来既知のタイプであって、その詳しい説明は
省略するが、前記各弁ステム６４、６６は、図３に角度
βで示すように、前記シリンダ２４の中心線０に対して
所定角度をなして斜め上方に延びる。又、前記吸気弁３
２及び排気弁３４には、それぞれバルブスプリング７
２、７４が付設され、それぞれの弁を常時上方に向けて
付勢する、即ち常閉となるように構成されている。前記
各弁ステム６４、６６の頂端部には、後に説明する一対
の揺動式く形アーム３６、３８が連結され、前記カムシ
ャフト３０の回転に伴って、前記バルブスプリング７
２、７４の付勢力に抗してバルブ開動作を行い、それぞ
れ前記燃焼室４０内を吸気通路３９、排気通路４１に連
通するようになっている。なお、前記吸気弁３２及び前
記排気弁３４は、機体全体の小型化を図るべく、前記ク
ランクシャフト２８と直角に交わる平面内に配置してあ
る。

【００１３】次に前記一対の揺動式く形アーム３６、３
８を説明すれば、該各揺動式く形アーム３６、３８は、
弁側アーム７６、７８とカム側アーム８０、８２とから
構成されたワンピースのく形状をなし、前記カム側アー
ム８０、８２のそれぞれの揺動端部が、いずれも前記カ
ムプロファイル５２に上方から当接し、前記弁側アーム
７６、７８のそれぞれの揺動端部が、それぞれ前記吸気
弁３２及び前記排気弁３４の前記各弁ステム６４、６６
の頂端部に連結する。前記弁側アーム７６、７８と前記
カム側アーム８０、８２とのそれぞれの連結部にく形曲
がり部が形成され、前記各揺動式く形アーム３６、３８
は、前記く形曲がり部の尖部８４、８６を上方に向けて
前記単一のカム５４より上方に配設され、前記各く形曲
がり部で互いに交差し、この交差部に前記カムシャフト
３０と平行に延びる枢軸８８が貫通し、前記各揺動式く
形アーム３６、３８の回動中心を形成し、該各揺動式く
形アーム３６、３８が全体として揺動するように構成さ
れている。図２に明瞭に示すように、前記各揺動式く形
アーム３６、３８は、前記枢軸８８の軸方向に沿って前
後に隣接して配置されている。この回転中心及び前記単
一のカム５４の回転中心は、前記シリンダ２４の前記中
心線０上に位置決めされている（図３）。又、これ等の
回転中心は、ほぼ前記吸気弁３２及び排気弁３４の頂端
部の位置に位置決めされているため、収まりがよい。こ
のように、前記シリンダ２４の中心線０に関して、前記
吸気弁３２及び排気弁３４と前記一対の揺動式く形アー
ム３６、３８を左右対称に配置することによって、前記
カムプロファイル５２を左右対称に形成でき、その分製
造コスト、製造の手間等を削減することが可能になる。

【００１４】なお、図２に示すように、前記カムシャフ
ト３０、前記一対の揺動式く形アーム３６、３８、前記
枢軸８８及び前記カム歯車５６を収容するカム機構室１
０６は、前記第１及び第２遊び歯車６０、６２を収容す
る歯車室１０８と連通し、該歯車室１０８は、前記カム
機構室１０６から前記シリンダ２４の前側に沿って下方
に延びて、オイルミストが出入り自在なブリーザポート
１０８ａを介して前記クランクシャフト２８を収容する
クランクケース１１５に連通するようにしてある。な
お、図中の４８は、機関始動用のリコイルスタータ装
置、１１４は燃料タンク、１１１はオイルパン、１２２
は潤滑油を前記キランクケース１１５と前記オイルパン
１１１間に適宜に出入りせしめるためのスリット、そし
て１１３は前記コネクティングロッド４６の下端に一体
に形成されたオイルティッパーである。

【００１５】以上の構成を有する携帯型作業機用４サイ
クル内燃機関について、その作用を以下に説明する。な
お、サイクル全体については、通常の4 サイクル、即ち
吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程から構成さ
れており、従来から周知であるので、その説明は省略
し、特に本発明と係わる吸気及び排気行程に関して図３
及び図５を参照しながら以下に説明する。クランク角度
１８０°、即ち前記ピストン２６の下死点位置（BDC)よ
り僅か手前から、前記クランクシャフト２８の回転に伴
って前記カムプロファイル５２に当接した前記排気側揺
動式く形アーム３８の前記カム側アーム８２が押し上げ
られ、それによって、前記排気側揺動式く形アーム３８
は前記枢軸８８を中心として回転し、その結果前記排気
弁側アーム７８が反対に押し下げられ、前記排気弁３４
を前記バルブスプリング７４の上方付勢力に抗して下方
に移動させて、前記排気弁３４が開き始める。前記ピス
トン２６が上死点（TDC)に向かうとともに、前記排気弁
３４の開度がピークに達し、前記燃焼室４０内部の排気
が排出され、徐々に開度が減少した後、上死点（TDC)を
僅かに越えた位置で前記排気弁３４が閉じる。それとと
もに、前記ピストン２６の上死点位置（TDC)より僅か手
前から、前記吸気側揺動式く形アーム３６が前記排気側
揺動式アーム３８と同様な作動を経て、前記吸気弁３２
が開き始め、混合気が前記燃焼室４０内部に吸入され、
下死点(BCD) を僅かに越えた位置で前記吸気弁３２が閉
じる。このように、高速回転化に伴う混合気の慣性力増
大に対処すべく、前記吸気弁３２及び排気弁３４間に従
来既知のオーバラップ期を設けている。この場合、図３
に示すように、前記吸気弁３２及び排気弁３４を押し下
げる前記揺動式く形アーム３６、３８の各弁側アーム７
６、７８の作動端部と前記カムシャフト３０の中心とを
結ぶ角度αを調整することにより、図５に示すように、
吸排気のタイミングを調節することができる。

【００１６】次に、図示の４サイクル内燃機関の、歯車
駆動部の組立方法の概略を以下に説明する（図２参
照）。シリンダヘッドカバー１１０及び前記シリンダ２
４を装着しない状態で、前記クランク歯車５８をキー止
めした前記クランクシャフト２８を前記クランクケース
１１５に差し込み、次いで前記第２遊び歯車６２を前記
クランク歯車５８と噛み合うように装着した状態で、第
２回転シャフト１０４を前記クランクケース１１５に取
り付け、前記第１遊び歯車６０を前記シリンダ２４に形
成された前記歯車室１０８内に前記第２遊び歯車６２と
噛み合うように装着した状態で、第１回転シャフト１０
２を前記シリンダ２４に取り付ける。最後に前記カム歯
車５６を前記第１遊び歯車６０に噛み合うように、前記
カムシャフト３０にキー止めして歯車駆動部の組立を完
了する。

【００１７】以上、本発明の一実施の形態を詳細に説明
したが、請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々
の変更、修正が可能である。例えば、この携帯型作業機
用４サイクル内燃機関は、携帯型作業機として刈払機に
限らず、内燃機関によって発生した回転駆動力を利用し
て、携帯しながら作業を行ういかなる作業機にも有効に
適用可能である。又、遊び歯車の設置数は、二つに限ら
ず、伝達すべき回転駆動力等との関係で適宜選択すれば
よい。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の携
帯型作業機用４サイクル内燃機関によれば、OHC 方式を
採用しつつ、吸気弁と排気弁との間の空きスペースを利
用してそこに単一カムを設置することにより吸気弁及び
排気弁を駆動することによって、機体の長手方向及び高
さ方向の寸法の短縮化を実現し、全体として機体の小型
を達成し、それと同時にクランクシャフトとカムシャフ
ト間に遊び歯車を介在させて、クランクシャフトの回転
力をカムシャフトに伝達する歯車伝動とすることによ
り、組み立ての自由度を拡げ、以て保守点検作業等を容
易にすることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る携帯型作業機用４サイ
クル内燃機関を備えた携帯型作業機の一例としての刈払
機を示す概略図である。

【図２】本発明の一実施例に係る携帯型作業機用４サイ
クル内燃機関の縦断面図である。

【図３】図２のIII-III 矢視断面図である。

【図４】図２のIV-IV 矢視断面図である。

【図５】クランク角度に対する吸気弁及び排気弁の開閉
タイミングを示す概略グラフである。

【符号の説明】

２２ 携帯型作業機用4 サイクル内燃機関 ２４ シリンダ ２６ ピストン ２８ クランクシャフト ３０ カムシャフト ３２ 吸気弁 ３４ 排気弁 ３６、３８ 揺動式く形アーム ５０ 空きスペース ５２ カムプロファイル ５４ 単一のカム ５６ カム歯車 ５８ クランク歯車 ６０、６２ 遊び歯車 ８４、８６ 尖部 ８８ 回転中心（枢軸） ０ 中心線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ（２４）内で上下往復運動する
   ピストン（２６）によって回転駆動される前記シリンダ
   （２４）の下方に配置されたクランクシャフト（２８）
   と、 該クランクシャフト（２８）に駆動上連結されるととも
   に平行に配置されたカムシャフト（３０）と、 該カムシャフト（３０）の回転運動によってそれぞれ斜
   め往復運動することによって前記シリンダ（２４）の上
   部で開閉動作を行う常閉の吸気弁（３２）及び排気弁
   （３４）とを有する携帯型作業機用４サイクル内燃機関
   （２２）において、 前記カムシャフト（３０）は、前記シリンダ（２４）の
   上方で前記吸気弁（３２）と前記排気弁（３４）との間
   の空きスペース（５０）に配置され、さらに前記カムシ
   ャフト（３０）に固設されて、所定のカムプロファイル
   （５２）を備えた単一のカム（５４）を有し、 一端部がいずれも前記カムプロファイル（５２）に当接
   し、他端部がそれぞれ前記吸気弁（３２）及び前記排気
   弁（３４）の各頂端部に連結された一対の揺動式く形ア
   ーム（３６、３８）とをさらに有し、 前記一対の揺動式く形アーム（３６、３８）の各々は、
   く形曲がり部の尖部（８４、８６）を上方に向けて前記
   単一のカム（５４）より上方に配置され、前記各く形曲
   がり部で互いに交差し、該交差部に前記各揺動式く形ア
   ーム（３６、３８）の回動中心（８８）を形成すること
   を特徴とする携帯型作業機用４サイクル内燃機関。
2. 【請求項２】 前記カムシャフト（３０）及び前記クラ
   ンクシャフト（２８）は、該各シャフト（３０、２８）
   に固設されたカム歯車（５６）及びクランク歯車（５
   ８）をそれぞれ有し、前記カム歯車（５６）と前記クラ
   ンク歯車（５８）との間に遊び歯車（６０、６２）を介
   在させることによって、前記クランクシャフト（２８）
   の回転力を前記カムシャフト（３０）に伝達する請求項
   １に記載の携帯型作業機用４サイクル内燃機関。
3. 【請求項３】 前記一対の揺動式く形アーム（３６、３
   ８）の前記回動中心（８８）及び前記単一のカム（５
   ４）の回転中心（３０）は、前記シリンダ（２４）の中
   心線（０）上に位置決めされる請求項１又は請求項２に
   記載の携帯型作業機用４サイクル内燃機関。
4. 【請求項４】 前記一対の揺動式く形アーム（３６、３
   ８）の前記回動中心（８８）は、ほぼ前記吸気弁（３
   ２）及び排気弁（３４）の各頂端部の位置に位置決めさ
   れる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の携帯
   型作業機用４サイクル内燃機関。