JPH05163965A - 内燃機関用調速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関用調速機に使用されるダイヤフラム
式アクチュエータの作動を確実且つ円滑なものとするこ
と。 【構成】 ダイヤフラム式のアクチュエータによって内
燃機関への燃料供給量を制御する機械式調速機におい
て、ダイヤフラム５に取り付けられたボルト３６の先端
３８を球面形状となすと共に、平面状の端部２２を備え
たプッシュロッド１４をガイド２５によって摺動可能に
支持して前記ボルト３６の球面形状をした先端３８に当
接させることにより、プッシュロッドの往復の伝達特性
を改良した機構を構成し、アクチュエータの取り付け位
置等によってボルト３６がプッシュロッド１４の中心軸
線に対して傾いても、力の作用点が偏らないためプッシ
ュロッド１４が傾くことがなく、ガイド２５に対するプ
ッシュロッドの作用摩擦力を、実用上殆ど無視すること
ができる程度に小さくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば過給機付きディ
ーゼルエンジン用の燃料噴射装置に使用されるブースト
コンペンセータ付きの機械式調速機のように、ダイヤフ
ラム式アクチュエータを備えた内燃機関用調速機に係
り、特に、ダイヤフラム伝達機構の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】特開平１−１５６８７号公報には、ブー
ストコンペンセータ付きの機械式調速機を備えた燃料噴
射装置の従来技術の一つが記載されている。この燃料噴
射装置は図３に示すような構造を有しており、図３にお
いて、１は燃料噴射ポンプ、２はガバナ（調速機）、３
は燃料噴射量を制御するコントロールラック、４はブー
ストコンペンセータ、５は第１のダイヤフラム、６はブ
ースト圧導入口８によって図示しない機関の吸気マニホ
ールドに連通するブースト圧室、７は外気に通じる大気
圧室、９は大気連通穴、１０は第１のダイヤフラム５の
リターンスプリング、１４はケーシング１９の貫通孔１
５にクリアランスをもって挿入されたプッシュロッド
で、その一端は第１のダイヤフラム５に取り付けられて
いる当接部材１８に接触しており、他端の係合面１６は
アーム１７の一端１７ｂと接触している。アーム１７の
他端１７ａはラック３の端部に突設したストッパ３ａと
係合する位置に置かれている。なお、このアーム１７は
図３において時計方向に旋回するような力を与えられて
いる。１２は第２のダイヤフラム、１３はそのリターン
スプリングであって、この従来技術の特徴とするダッシ
ュポットを構成する部分であるが、本発明と直接の関係
はない。

【０００３】図３に示されているのは、ブースト圧室６
にブースト圧が作用していない状態であって、プッシュ
ロッド１４は上昇端に位置している。機関の過給圧が上
昇すると、ブースト圧室６の圧力が高くなるので、その
圧力によってダイヤフラム５がリターンスプリング１０
に抗して下方へ押圧され、ダイヤフラム５に固定されて
いる当接部材１８を介してプッシュロッド１４を下方へ
押し下げる。プッシュロッド１４の下方への変位によっ
て、コントロールラック３のストッパ３ａがアーム１７
の端部１７ａに接触して停止させられる位置が図におい
てΔＸだけ左方へ移動するので、その分だけ燃料噴射量
が増大して過給される空気量に適応するようになる。

【０００４】一般にブーストコンペンセータはこのよう
な構造と作用を有するが、ブーストコンペンセータ４の
取り付け方向が、例えば横向きであるとか、斜め向きで
あるような場合には、図３のように垂直向きである場合
に比べて、ダイヤフラム５や当接部材１８の自重等によ
ってそれらの姿勢が微妙に変化して、プッシュロッド１
４の先端に対するダイヤフラム５の当接部材１８の接触
位置がずれたり、当接部材１８が傾いた状態では、ダイ
ヤフラム５に発生する力が正しくプッシュロッド１４に
伝えられない場合が起こる可能性がある。図４に示した
ように、プッシュロッド１４に対してダイヤフラム５と
当接部材１８が傾斜した状態で作用すると、当接部材１
８はダイヤフラム５が発生する力Ｐを、プッシュロッド
１４の先端に形成された球面部分の頂点ではなく、その
側方から斜め向きにプッシュロッド１４に加えることに
なる。その結果、プッシュロッド１４をその軸心方向に
押し下げる有効な力は、軸方向の分力Ｐａのように力Ｐ
よりも小さくなるだけでなく、横方向の分力Ｐｂが発生
して、プッシュロッド１４がケーシング１９の貫通孔１
５の壁面に押し付けられ、或いは貫通孔１５内でクリア
ランスの分だけ傾けられて、それによって発生する摩擦
力が増大し、ダイヤフラム５による押し下げ時と、リタ
ーンスプリング１３による戻り時にプッシュロッド１４
に働く作用力の向きが異なることによって、燃料調節の
コントロールラックの往復の動きにヒステリシス現象が
発生し、機関の回転の上昇及び下降が円滑に行われなく
なるという問題があった。

【０００５】図３に示した従来技術に限らず、より一般
的に使用されている図５に示すような構造の、従来のダ
イヤフラムアクチュエータの力の伝達機構においては、
更に問題は大きくなる。従来一般の伝達機構において
は、ダイヤフラムとその両面を挟んでいる２枚の金属板
を共に貫通している短いボルト２０をナットによって締
めつけることによって、ボルト２０をダイヤフラムに取
り付けており、ボルトの頭２１が図３及び図４に示した
当接部材１８の働きをするようになっている。そして図
５に示すように、ボルトの頭２１がプッシュロッド１４
の頭部２２に形成された頂部平面２３に当接する。

【０００６】ボルトの頭２１の先端面も平面２４となっ
ており、それが相当な大きさを有するから、前述のよう
な理由によってボルト２０がプッシュロッド１４の中心
軸線に対して傾いたときは、ボルトの頭２１がプッシュ
ロッド１４の頂部平面２３に対して当接する位置はプッ
シュロッド１４の中心軸線上からはずれて、例えば点Ｑ
のようなところへ移動することが多い。従って、ダイヤ
フラムに作用する力Ｐの垂直方向（プッシュロッド１４
の中心軸方向）の分力Ｐａは、 Ｐａ＝Ｐ・ｃｏｓθ によって表されるように、力Ｐよりも小さくなるだけで
なく、力の作用点Ｑがプッシュロッド１４の中心軸線か
ら距離ｒだけ偏った偏荷重になるため、距離ｒを腕とす
る力Ｐａのモーメント Ｍ＝Ｐａ・ｒ＝Ｐ・ｒ・Ｃｏｓθ を生じて、プッシュロッド１４を図６に矢印で示すよう
に傾かせようとする。

【０００７】ケーシング１９に設けられたガイド２５の
貫通孔１５にはプッシュロッド１４に対して多少ともク
リアランスがあるから、プッシュロッド１４が貫通孔１
５の中で傾斜した場合には、摩擦力が不規則に且つ非常
に増大して、ガイド２５に対してプッシュロッド１４が
摺動するのを妨げ、摺動しても円滑さを欠き、摺動の向
きによって摩擦力の大きさが変わるのでダイヤフラムの
応答の特性にヒステリシス現象が現れて、そのブースト
コンペンセータを備えた燃料噴射装置の作動において一
義的な応答が得られず、機関回転の上昇、下降が円滑に
行われにくくなり、ドライバーの不快感又は疲れ等を生
じさせていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術におけるダイ
ヤフラム式アクチュエータの発生する力の伝達機構には
前述のような問題があり、それが原因となって機関の回
転の追従性や排気の特性が悪化するので、本発明は、従
来技術に対する前述のような問題点解消のため、従来の
力の伝達機構を改良し、ダイヤフラム式アクチュエータ
の作動を確実且つ円滑なものとすることを課題とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するための手段として、ダイヤフラム式のアクチュエ
ータによって内燃機関への燃料供給量を制御する機械式
調速機において、ダイヤフラムに取り付けられたボルト
の先端を球面形状にし、平面状の端部を備えたプッシュ
ロッドをガイドによって摺動可能に支持して前記ボルト
の球面形状をした先端に当接させたことを特徴とする内
燃機関用調速機を提供する。

【００１０】

【作用】ダイヤフラムに取り付けられたボルトの先端が
球面形状になっていると共に、プッシュロッドの先端が
平面形状になっていて、それらが当接して出力伝達機構
を構成しているため、調速機の取り付け位置や姿勢によ
って、ボルトの中心軸線がプッシュロッドの中心軸線に
対して傾いた場合でも、ボルト先端の球面形状の中心点
がプッシュロッドの中心軸線上から大きく外れることが
ない。従って、ダイヤフラムに作用する力を伝達する際
に、プッシュロッドを傾かせようとするモーメントや中
心軸線に対して直角方向の横方向の分力が発生せず、プ
ッシュロッドはガイドに対して大きな摩擦を伴うことな
く円滑に摺動することができ、ダイヤフラムに作用する
力を確実にプッシュロッドの中心軸線に伝達することが
可能となる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示し、図２は作
動状態における第１実施例の要部を拡大して示してい
る。図３に示した従来例との対比を容易にするために、
実質的に同じ構造部分には同じ部分名称と符号を付すこ
とにする。即ち、図１は図３のブーストコンペンセータ
４の部分に対応するもので、形状、構造が多少異なると
しても、ダイヤフラム５、ブースト圧室６、大気圧室
７、リターンスプリング１０、プッシュロッド１４、貫
通孔１５、係合面１６、ケーシング１９等は同様な働き
をするものであり、図１には図示していないが、燃料噴
射ポンプ１、ガバナ２、コントロールラック３、ブース
ト圧導入口８、大気連通穴９、アーム１７等に対応する
ものも設けられる。

【００１２】なお、図１において、２５は図５に示した
ものと同様な貫通孔１５を備えたガイドであって、ハウ
ジング２６の貫通開口部分に設けられており、その外周
に形成された雄螺子２５ａには、リターンスプリング１
０等を支持するばね座としての調節ねじ２７が螺合して
いる。プッシュロッド１４の頭部２２に形成された頂部
平面２３は、図３のその部分と同様なものである。頭部
２２には鍔状のばね受け２８が形成され、調節ねじ２７
との間にプッシュロッド１４のためのリターンスプリン
グ２９が設けられて、プッシュロッド１４を上方に向か
って付勢している。３０はケーシング１９の頂部の螺子
孔に螺入されたストッパ３０で、ブースト圧室６内への
突出長さを調節した後、ロックナット３１によってその
位置を固定し、キャップ３２を嵌めて保護する。３３は
プッシュロッド１４に対する係合面１６を構成する座付
きナットの調節された位置を固定するためのロックナッ
トで、３４はケーシング１９をハウジング２６に締結す
るためのボルトを示している。

【００１３】ダイヤフラム５と、その中心を挟んでいる
２枚の金属板３５、３５’を貫通する短いボルト３６が
ナット３７によって締めつけられており、ボルト３６の
上端はリターンスプリング１０に押されてストッパ３０
に接触している。本発明の特徴に対応して、図１の実施
例ではボルト３６の頭部３８が球面形の先端を有してい
る。それに限定する訳ではないが、球面の曲率半径はプ
ッシュロッド１４の軸部の直径と同程度にするのが適当
である。ボルト３６はプッシュロッド１４と共に十分な
硬度を持たせるために、熱処理の可能な材質から製作す
るのがよい。ボルト３６の頭部３８とプッシュロッド１
４の頂部平面２３は、耐摩耗性を得るために必要な面粗
度（２５Ｚ▽’）となるように仕上げられ、且つ焼き入
れ（硬度ＨＲＣ≧５０）が実施される。

【００１４】図１に示した第１実施例のブーストコンペ
ンセータ４は、取りつけの方向等の原因によって、作動
状態においてダイヤフラム５が異常な形状となって、図
２に示すようにボルト３６の中心軸線がプッシュロッド
１４の中心軸線に対して角度θだけ傾いたとしても、ボ
ルト３６の下端の頭部３８に形成された球面の中心ｃが
常にプッシュロッド１４の略中心軸線上か、多少外れた
としてもさほど大きくない距離の範囲内にあるので、図
５に示した従来例の場合のように、距離ｒというような
大きな偏りを生じることがない。従って、ブースト圧室
６と大気圧室７との差圧とリターンスプリング１０等の
釣り合いによって生じる力Ｐが傾いて、ボルト３６から
プッシュロッド１４の頭部２２の頂部平面２３に対して
角度θだけ傾いた力を加える場合でも、その垂直方向の
分力Ｐａは略プッシュロッド１４の中心軸線上に与えら
れることになり、プッシュロッド１４を傾かせようとす
るモーメントＭも発生することがなく、ガイド２５の貫
通孔１５に対するプッシュロッド１４の摺動は摩擦が少
ない状態で円滑に行われる。それによって作動特性に実
害となるヒステリシスが生じることがなく、燃料噴射量
の制御における応答性も良好なものとなり、車両搭載機
関では加速性がよく、回転の上昇、下降の際のドライバ
ーの運転フィーリングも快調となる。

【００１５】図７は、実公昭５３−４８９１６号公報に
記載された内燃機関の燃料制御装置に対して本発明を適
用した場合を、第２実施例として示したものである。こ
の装置の一部である過給圧応動装置３９は、図３におけ
るブーストコンペンセータ４と同様な働きをするもので
あるから、ケーシング１９内のダイヤフラム４０に取り
付けられた単一の作動杆を、本発明に従って球面形端部
４１を有する短いボルト４２と、ガイド２５内に摺動可
能に支持されたプッシュロッド４３との２つの部分に分
け、ダイヤフラムにボルト４２を取り付けると共に、プ
ッシュロッド４３にリンク４４を結合する。ダイヤフラ
ム４０はリターンスプリング４５によって付勢される
が、プッシュロッド４３は、リンク４４に連結されたリ
ンク４６とハウジング等の固定体との間にに張架されて
いる引っ張りばね型のリターンスプリング４７によって
付勢され、プッシュロッド４３の先端の平面をボルト４
２の球面形端部４１に当接させている。図７において、
前述の図３の従来例と実質的に同じ機能を有する部分に
は同じ参照数字を付している。

【００１６】図７の第２実施例においては、ダイヤフラ
ム４０に取り付けられたボルト４２が横向きに配置され
ているから、ボルト４２は自重によってプッシュロッド
４３の中心軸線に対して傾きやすいが、図２に示した第
１実施例の場合と同様に、ボルト４２が多少傾いても、
ボルト４２の球面形端部４１がプッシュロッド４３を、
大きく偏心した位置において押圧することがないので、
プッシュロッド４３の傾きは防止され、プッシュロッド
４３の摺動を妨げる異常な摩擦力の増大を抑制すること
ができる等、第１実施例と同様な効果を奏することがで
きる。

【００１７】図８は、特公昭５２−１８８５５号公報に
記載された燃料噴射式内燃機関における噴射燃料補正装
置に対して本発明を適用した場合を、第３実施例として
示したものである。この装置の一部である補正室４８に
は、上端を支持軸４９によって位置調整可能に取り付け
られたベローズ５０が挿入されており、ベローズ５０の
下端はプッシュロッド状の単一の補正軸の上端に直接に
固着されているが、本発明によって補正軸を２つの部分
に分け、ベローズ５０の下端に取り付けられた先端に球
面形を形成しているボルト５１と、その球面形先端に当
接する頂部平面５２を有するプッシュロッド５３とを設
けて、プッシュロッド５３をガイド２５の中に摺動自在
に支持している。

【００１８】プッシュロッド５３はリターンスプリング
５４によってボルト５１に向かって付勢されており、ベ
ルクランク５５を介してメータリングカム５６の制御軸
５７の長溝５８に係合している。往復動型燃料噴射ポン
プ５９のプランジャ６０は機関によって回転駆動される
メータリングカム５６に係合しており、制御軸５７は負
圧式ガバナ６１によって左右に移動して、プランジャ６
０に対するメータリングカム５６の有効半径、即ち燃料
噴射ポンプ５９のストロークが変化する。吸気負圧が負
圧式ガバナ６１と補正室４８に導かれており、大部分の
運転範囲では負圧式ガバナ６１によってメータリングカ
ム５６の位置が決まるが、吸気負圧が最も低い領域では
補正室４８のベローズ５０によってメータリングカム５
６を若干右方向へ引き戻し、増大しようとする燃料噴射
量を減少方向に補正する。

【００１９】第３実施例において、もしベローズ５０の
下端に取り付けられたボルト５１とプッシュロッド５３
とを直結した場合には、補正装置の取り付けの姿勢等に
よって、プッシュロッド５３が傾いてガイド２５内での
プッシュロッド５３の摺動摩擦が大きくなり、補正装置
としての応答性が低下する場合があるが、本発明によっ
て補正軸を２つの部分に分け、プッシュロッド５３の頂
部平面５２に対してボルト５１の球面状端部が係合する
構成をとることによって、プッシュロッド５３の摺動が
円滑になり、応答性が向上して作動が正確になる。

【００２０】以上説明した各実施例の内容から明らかな
ように、本発明においてはダイヤフラムとベローズは均
等のものであり、特許請求の範囲に言う「ダイヤフラ
ム」という語は、一般的に、ベローズを含んだ圧力応答
部材としての可撓性の隔膜を意味している。また、特許
請求の範囲に言う「ボルト」という語も、単なる雄螺子
を意味するものではなく、「ダイヤフラム」に取り付け
て固定することができ、且つ球面形状の端部を形成し得
るものであれば、リベットのように螺子溝を持たないも
のであっても、これを「ボルト」に含めることができ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明を実施することにより、ダイヤフ
ラムに作用する力を伝達する機構において、プッシュロ
ッドのガイドに対する傾きを防止して、不規則に増大す
る摩擦力の発生を未然に防ぎ、プッシュロッドがガイド
の貫通孔内を円滑に摺動し得るようにすることができ
る。それによって、吸気量に対する燃料噴射量の応答性
が向上し、ヒステリシスも改善されるから、本発明の調
速機を備えた機関は、スモーク値等の排気性能が改善さ
れ、高い出力性能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１の要部の作動状態を示す模式図である。

【図３】従来技術の一例を示す断面図である。

【図４】図３の一部の作動状態を示す模式図である。

【図５】他の従来技術の作動状態を示す模式図である。

【図６】図５の一部を拡大して示す模式図である。

【図７】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図８】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…燃料噴射ポンプ ２…ガバナ ３…コントロールラック ４…ブーストコンペンセータ ５…ダイヤフラム ６…ブースト圧室 ７…大気圧室 １０…リターンスプリング １４…プッシュロッド １５…貫通孔 １６…係合面 １８…当接部材 １９…ケーシング ２０…ボルト ２３…頂部平面 ２４…平面 ２５…ガイド ２９…リターンスプリング ３０…ストッパ ３６…ボルト ３９…過給圧応動装置 ４０…ダイヤフラム ４１…球面形端部 ４２…ボルト ４３…プッシュロッド ４５、４７…リターンスプリング ４８…補正室 ４９…支持軸 ５０…ベローズ ５１…ボルト ５２…頂部平面 ５３…プッシュロッド ５４…リターンスプリング ５６…メータリングカム ５７…制御軸 ５９…燃料噴射ポンプ ６０…プランジャ ６１…負圧式ガバナ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラム式のアクチュエータによっ
   て内燃機関への燃料供給量を制御する機械式調速機にお
   いて、ダイヤフラムに取り付けられたボルトの先端を球
   面形状となすと共に、平面状の端部を備えたプッシュロ
   ッドをガイドによって摺動可能に支持して前記ボルトの
   球面形状をした先端に当接させたことを特徴とする内燃
   機関用調速機。