JPH0127263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関、殊に小形ガスタービンの
始動用エアモータに関する。

従来より、内燃機関の始動装置には、始動時に
ピニオンが高速回転しながら機関のリングギヤに
噛合い、機関始動後はピニオンが後退しリングギ
ヤとの噛合を離脱する方式や、内燃機関のクラン
ク軸等回転軸端に、スプラインを刻設した高速回
転する軸が嵌入し、機関始動後は該スプラインの
先端が後退する方式があつたが、いずれにしても
特別な方策を講じなければ始動装置と内燃機関と
の噛合は大きな衝撃破損がしばしば発生してい
る。例えば、電気的駆動であるセルモータを用い
た内燃機関の始動装置では、該装置のピニオンを
回転する速度を予め低速回転しながらリングギヤ
に噛合せ、センサーにもとづいて、次いで高速回
転で始動させることにより、衝撃破損を回避して
おり、この方式は広く知られている。

しかしながら、この電気始動装置では、バツテ
リ、充電圧調整器などが必要であり、殊に、非常
用作業機直結の大型内燃機関では、補機用の小型
内燃機関を付設し、これでもつて大型内燃機関を
始動させるが、この小型内燃機関を電気始動装置
で始動させようとしても、その電気始動装置が非
常時には通電せず不便でもあつた。

そのため、エアモータを用いた内燃機関の始動
装置が普及し始め、この始動装置でも衝撃破損を
防ぐため、ピニオンとリングギヤとの噛合い時は
低速に回転し、噛合後は一旦停止した後、高速回
転させ機関を始動させる装置が提案されている。
この提案では、ピニオンとリングギヤとの噛合い
の際、ピニオンはピストンのみによつて押し出さ
れるようになつているため、たとえ低速回転の噛
合であつても、依然としてエアモータの特性上相
当なスピードで回転しており、破損の起るおそれ
があつた。

以上の例は噛合時の問題解決策であるが、本発
明は、エアモータを用いた内燃機関の始動装置
で、エア駆動による急激な運動特性に注意しなが
ら、ネジスプラインによつて飛び出す機関係合部
材と機関との急激な「離脱時」の衝撃破損を防ぐ
点に着目した信頼性の高い内燃機関用始動装置を
提供するものである。

以下、本発明の構成を添付図面に示す実施例に
もとづき詳細に説明する。第１図は全体の概略
図、第２図はエア制御バルブを省略したエアモー
タの断面図、第３図はエア制御バルブの拡大断面
図を示す。

〔構成の概略〕

第１図において、１は図示しないコンプレツサ
により圧縮されたエアを貯蔵するエアタンク、２
は仕切弁、３は圧縮エア中の異物を除去するフイ
ルタ、４はエアモータに潤滑油を供給する潤滑油
混入用のオイラー、５はエア制御バルブ、６はエ
アモータ本体、７はサイレンサ、８はピニオン、
９は該ピニオンと噛合う内燃機関のリングギヤ、
１０はスタートバルブで、供給・排出のコントロ
ールチユーブ１０′，１０′で前記エアモータ本体
６と連通している。

この装置の作動の概略は、スタートバルブ１０
を手動で押すことにより、エア制御バルブ５を作
動し、エアモータを始動させピニオン８を飛び出
させて、すなわち前進させてリングギヤ９と噛合
わせ、内燃機関を始動させる。

〔エアバルブ及びエアモータの構成〕

さて、本実施例では、エアバルブ５及びエアモ
ータについては以下のような構成を採用してい
る。

第２図において、エアモータはベーン形モータ
で、シリンダ１１内に該シリンダ１１に対し偏心
したロータ１２を収容し、該ロータ１２はその両
側に突設したロータ軸１３，１４によつて両サイ
ドハウジング１５，１６にボールベアリング１７
及びローラベアリング１８を介して回転自在に支
承されている。該ロータ１２には複数個のブレー
ド１９がロータ１２の中心に対し放射状に摺動自
在に設けられ、これらブレード１９の外端は常に
シリンダ１１に内接されている。該シリンダ１１
には入口側にエアの流入通路溝２０と出口側に流
出通路溝２１をそれぞれ複数個設けており、入口
側は、第１図で説明したオイラー４側に、出口側
はサイレンサ７に連通している。それらの機構は
公知になつている（特開昭57−91375号公報）。

次に、エアモータに連結した減速機構について
述べれば、前記ロータ軸１４の延出端部にピニオ
ン２３を刻設し、該ピニオン２３を内歯歯車２２
と噛合せ、ロータ１２の回転を内歯歯車２２で減
速し後述の駆動軸３０を回転する。該内歯歯車２
２にはそれより小径となつた筒体２４を一体延設
して伝動軸とし、これら内歯歯車２２と筒体２４
はボールベアリング２５及びローラベアリング２
６によつて支承されている。該ボールベアリング
２５は前記サイドハウジング１６に支承され、該
ローラベアリング２６は中間シリンダ２８に支承
され、該中間シリンダ２８の基部はケーシング２
７に嵌合されている。前に筒体２４の内周にはネ
ジスプライン２９を刻設し、該ネジスプライン２
９は駆動軸３０に刻設したネジスプラインと噛合
つている。このネジスプライン２９は被駆動軸の
回転を停止しようとすれば軸が前進するような機
能をする。該駆動軸３０のネジスプライン２９側
の端部にはストツパ３１を固着し、他方の端部に
は第１図で説明したピニオン８が固着されてい
る。該ピニオン８とネジスプライン２９との中間
にはスラストも受けるローラベアリング３２を設
け、該ローラベアリング３２とストツパ３１で駆
動軸３０を支承している。又、前記中間シリンダ
２８とケーシング２７とで形成されたリング状空
間では、ピストン３３が摺動可能に設けられ、該
ピストン３３の延長部３４内に前記ローラベアリ
ング３２が内蔵されているので、ピストン３３の
摺動によつてローラベアリング３２とともに駆動
軸３０も前進する。

該ピストン３３のヘツド側には作動室３５が、
スカート側には連通ポート３６がそれぞれ設けら
れ、該ピストン３３はスプリング３８で常に作動
室３５へ押圧付勢されている。

〔エア制御バルブの構成〕

次に、エア制御バルブ５について述べれば、第
３図において、エアモータ本体６のシリンダ１１
における入口側に、メインバルブ本体３９を載置
固定し、該バルブ本体３９にエア制御バルブ５が
添設している。

メインバルブ本体３９は大略弁４０、弁バネ４
１及び弁棒４２からなり、弁棒４２は該バルブ本
体３９の中間フレーム４３で上下に案内されて摺
動する。弁棒４２の上端にピストン４４が固定さ
れ、該ピストン４４の背部と前記中間フレーム４
３とで作動室４５を形成している。３９′はオイ
ラー４側に連通する開口部を示す。

エア制御バルブ５は大略上部スプール弁４７、
下部円錐弁４８、バレル４９及び弁座５０からな
り、上部スプール弁４７の中央孔５１に下部円錐
弁４８の突棒５２が嵌入し、接合離反可能に結合
されおり、両者ともバレル４９内を上下に摺動す
る。上部スプール弁４７及び下部円錐弁４８はと
もに、圧縮付勢の弁バネ５３，５４を有し上方に
押圧付勢されている。

エア制御バルブ５のポートについて述べれば、
第１のポート５５は第１図で説明したコントロー
ルチユーブ１０′に連通しているが、該コントロ
ールチユーブ１０′はスタートバルブ１０を介し
てエアタンク１側に連通している。該第１のポー
ト５５は下部円錐弁４８が内蔵された円錐弁室５
６に臨設している。第２のポート５７は第２図で
説明した作動室３５と連通するとともに、円錐弁
室５６に臨設している。第３のポート５８は細孔
でもつて絞られ第２のポート５７と連通するとと
もに、シリンダ１１の入口側に臨設している。第
４のポート５９は前記作動室４５に連通するとと
もに、バレル４９の外周切欠６０に臨設してい
る。該外周欠６０は突棒５２の中心孔６１に連通
するとともに、バレル４９の小ランド６２と上部
スプール弁４７のＯリング６３とからなる開閉弁
を介して円錐弁室５６に連通している。第５のポ
ート６４は第２図で説明した連通ポート３６と連
通するとともに、上部スプール弁室６５に臨設し
ている。

〔ピニオンとリングギヤとの噛合始め作動〕

本実施例の構成は、以上のようになつているの
で、次のような作動を行う。

先ず始めに、スタートバルブ１０を開くと、第
１のポート５５にエアタンク１より圧縮エアが導
入され、弁バネ５４によつて持上げられた下部円
錐弁４８と弁座５０との間から圧縮エアは第２の
ポート５７と第３のポート５８とに分流されて流
出する。第２のポート５７より流出した圧縮エア
は、第２図で示す作動室３５へ導入され、ピスト
ン３３をピエオン８の飛び出し方向に摺動させ
る。一方、第３のポート５８で絞られて流出した
圧縮エアは、シリンダ１１内に導入され、ロータ
１２を低速で回転させる。その結果、符号２３→
２２→２４により、ネジスプライン２９を介して
駆動軸３０は回転するとともに、ピストン３３の
摺動によつてローラベアリング３２を介して駆動
軸３０は飛び出し方向、すなわち前進方向に引き
出されようとする。しかしながら、前記ネジスプ
ライン２９は回転している駆動軸３０を止めれば
前進するようにネジ切りされているので、ピスト
ン３３で駆動軸３０を前進させようとすれば、か
えつて駆動軸３０は逆転されようとし、ピニオン
８の回転は更に緩慢な状態となり、そこでリング
ギヤ９との係合が若干行われる。そして、一旦、
ピニオン８とリングギヤ９とが係合し始めると、
今度は、リングギヤ９による駆動軸３０に対する
回転阻止力がネジスプライン２９に作用し、ピス
トン３３の前進速度より速くなつて、駆動軸３０
はすみやかに前進し、すなわちピストンと嵌まり
ピニオン８とリングギヤ９との噛合は完全とな
る。この位置は、駆動軸３０のストツパ３１が筒
体２４の段部６６に当接する位置で、これにより
駆動軸３０の前進は停止する。しかも同位置はピ
ストン３３が移動して作動室３５と連通ポート３
６とが連通し、連通ポート３６より圧縮エアが上
部スプール弁室６５に導入する位置でもある。

〔メインバルブ本体の弁の開く作動〕

前記のようにピストン３３の移動により作動室
３５と連通ポート３６とが連通し、圧縮エアは第
５のポート６４より上部スプール弁室６５に導入
され、上部スプール弁４７を下方に押し下げ、下
部円錐弁４８を弁座５０に着座させるとともに、
今迄閉じられていたバレル４９の小ランド６２と
上部スプール弁４７のＯリング６３とは開かれ、
円錐弁室５６と外周切欠６０とは連通する。した
がつて圧縮エアは第４のポート５９より作動室４
５に導入され、ピストン４４を押し上げ、メイン
バルブの弁４０を開く。その結果、エアタンク１
からの圧縮エアはシリンダ１１へ大量に導入さ
れ、ロータ１２を高速回転する。この際、下部円
錐弁４８が弁座５０に着座しているので、第３の
ポート５８より圧縮エアは今迄とは逆に導入さ
れ、第２のポート５７を経由して作動室３５へ導
入され、ピストン３３を押し続ける。

〔メインバルブ本体の弁の閉じる作動〕

ロータ１２の高速回転で内燃機関は始動する
が、内燃機関の始動によりリングギヤ９の回転が
ピニオン８の回転より速くなり、駆動軸３０をよ
り速く回転させようとする力が働くので、スプラ
イン２９によつて後退しようとし、更にスプリン
グ３８の弾力も加わり、駆動軸３０は後退し、ピ
ニオン８とリングギヤ９とはその噛合が外れる。
駆動軸３０の後退によつてピストン３３も作動室
３５の圧縮エアに抗して後退し、連通ポート３６
を閉じる。

ここで、駆動軸３０の後端には前記のようにス
トツパー３１が固着されているが、該ストツパー
３１と駆動軸３０の後端面とでピストンの作用を
し、このピストンが、椀状の筒体６９で形成した
空気室６８内を摺動して、この空気室６８がシヨ
ツクアブゾーバの機能を果している。したがつて
内燃機関、この場合小形ガスタービンが高速回転
（30万rpm）し始めると、質量の大きい駆動軸３
０がハネ飛ばされるようにして後退するが、前記
作動室３５の圧縮エアと該空気室６８の空気によ
つて、急激に後退する駆動軸３０を停止する。な
お、該空気室６８は完全密封ではなく、絞り孔
（図示せず）によつて空気を室外に徐々に放出し、
空気室６８の弾力を減衰させている。

連通ポート３６を閉じる結果、上部スプール弁
室６５に導入された圧縮エアは、ピストン３３の
外周に穿設されたラビリンスを介して徐々に排出
されて減圧される。その結果、上部スプール弁４
７が円錐弁室６５の圧力により押し上げられると
ともに、小ランド６２とＯリング６３とは再び閉
じられ、外周切欠６０と円錐弁室５６とは不通と
なる。したがつて、作動室４５は圧縮エアがたた
れ、一方、上部スプール弁４７が後退しているの
で、作動室４５のエアは、中心孔６１、ポート６
７を通つて大気に放出され、他方、弁バネ４１に
より弁４０は閉じられ、ロータ１２の回転は停止
する。

この際、第１のポート５５には圧縮エアは、供
給され続けているので、円錐弁室５６は加圧され
ており、弁バネ５４に抗して下部円錐弁４８は着
座したままとなり、スタートバルブ１０の閉じ操
作をしなくても、ピニオン８は不用意に再飛び出
しはしなく、いわばロツクされている。

次いでスタートバルブ１０を閉じれば、下部円
錐弁４８は弁バネ５４により上昇し、初期の状態
にもどる。

以上要するに本発明は、特許請求の範囲に記載
の構成を採択したので、機関始動により後退する
ネジスプラインを有する質量の大きな駆動軸の慣
性力を、シヨツクアブゾーバ及びピストンの作動
室でもつて受止めるので、急激な後退をしても、
衝撃破損は回避でき、信頼性の高い始動装置とす
ることができる。しかも、駆動軸と機関係合部材
との間にオーバクラツチ等の駆動増速による破損
防止方策を介在させなく、単なるシヨツクアブゾ
ーバと、駆動軸前進用のピストンの作動室で協働
しているので、構造簡素で且つ安価な始動装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は全体の概略図、第２図はメインバルブ
本体及びエア制御バルブを省略したエアモータの
断面図、第３図はメインバルブ本体及びエア制御
バルブの断面図を示す。 ８…ピニオン、９…リングギヤ、２９…ネジス
プライン、３０…駆動軸、３３…ピストン、３５
…作動室、６８…空気室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関始動用エアモータにおいて、該エア
   モータにて、被駆動側の回転を停止しようとすれ
   ば軸が前進するようなネジスプラインを介して、
   駆動される駆動軸を設け、該駆動軸の先端に機関
   係合部材を、後端にシヨツクアブゾーバをそれぞ
   れ設け、前記エアモータ用の圧縮エアを分流し、
   該分流された圧縮エアで押圧されるピストンによ
   り前記駆動軸を前進せしめ、前記機関係合部材と
   機関とを係合せしめて機関始動させ、該機関回転
   力によつて該駆動軸及び該ピストンを後退せしめ
   るとともに、該後退を前記シヨツクアブゾーバと
   前記ピストン作動の圧縮エアでもつて停止させる
   ことを特徴とする内燃機関始動用エアモータ。