JPH1122491A - ディーゼルエンジンの遠心式ガバナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠心式ガバナ装置において簡単な機械的構成
でガバナ差を低減する。 【解決手段】 ガバナレバー２の一端側を基端軸３に揺
動自在に枢支して、そのガバナレバー２にガバナフォー
ス６とガバナスプリング７の引っ張り力を作用させる。
ガバナスプリング７は調速レバー８に連動連結され、調
速レバー８の先端側には、アクチュエータ１７が係合し
てある。リミットスイッチ２０によってコントロールラ
ック５が所定低負荷位置以下の位置にあると判別したと
きに、アクチュエータ１７の作動部１８が調速レバー８
の先端側を押して、調速レバー８を低速回転数設定リミ
ットボルト１３に当接する位置にまで回動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の遠心式ガバナ装置に関し、さらに詳しくはガバナ差を
簡単な構成で低減できる遠心式ガバナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠心式ガバナ装置を備えたディーゼルエ
ンジンにおいて、エンジンが全負荷最高回転数Ｎｆで運
転している場合、何かの原因でエンジンの負荷が減少し
たときは、遠心式ガバナ装置は回転数変動を防止するた
めに噴射量を減少させるように機能するが、この機能に
も限度があり、ある程度は回転数が上昇する。

【０００３】図４は、横軸にエンジンの回転数、縦軸に
燃料噴射量を取り、全負荷状態(４／４)での最高回転数
Ｎａと無負荷状態(０／４)での最高回転数Ｎｆの差ｄを
示した図であり、この差ｄが小さいほど、ガバナ装置の
性能が高いことになる。また、このガバナ装置の負荷に
対する回転安定性能を示すものとして、速度変動率Ｋ
(％)が定義され、速度変動率Ｋは、 Ｋ＝(Ｎｆ−Ｎａ)／Ｎｆ で与えられている。上記速度変動率Ｋはガバナ差とも呼
ばれている。エンジンの性質上、ガバナ差は小さいほど
よいことになるが、回転数の変動がある程度許容される
ような作業機に搭載されるエンジンの場合、上記ガバナ
差を小さくする要求はそれほど強くない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ン発電機などでは、エンジンの回転数が変化すると発電
周波数が変化することになるので、負荷変動に対する回
転安定性が厳しく要求される。

【０００５】このような負荷変動があった場合において
も、エンジンの回転安定性を高く維持するために採用さ
れている従来の方法は、例えば、以下の通りである。ま
ず、第１の方法は、ガバナ差を小さくするようにガバナ
装置の設定を行う方法である。例えば、燃料噴射ポンプ
のコントロールラックにガバナレバーを連動連結し、コ
ンロールラックをガバナレバーを介してガバナスプリン
グにより燃料増量側(Ｒ)に付勢するのに対して、ガバナ
フォースで燃料減量側に付勢する方式の遠心式ガバナ装
置では、燃料を燃料減量側に引っ張るガバナスプリング
のフック係数を小さくして弱いスプリングを採用する方
法である。しかしこの方法では遠心式ガバナ装置の動作
が不安定になり、ハンチングが発生しやすい問題があ
る。

【０００６】第２の方法は、電子ガバナ装置を採用して
ガバナ差を小さくする方法である。この電子ガバナを採
用する方法であると、ガバナ差を事実上、ゼロにするこ
とが可能である。しかし、高価な中央処理装置(ＣＰ
Ｕ)、センサ等を用いる必要があり、エンジンの製造コ
ストが上昇する問題がある。また、極低温あるいは高温
環境条件下での長期間にわたる連続運転など、苛酷な条
件で使用されることの多い作業機用エンジンを考えた場
合、ＣＰＵ、センサの環境安定性に不安が残る。

【０００７】

【発明の目的】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、上記課題を解決できる、ディ
ーゼルエンジンの遠心式ガバナ装置を提供することにあ
る。具体的な目的の一例を示すと、以下の通りである。 (ａ)遠心式ガバナ装置の安価かつ環境安定性が良い特徴
を生かしつつ、簡単な構成でガバナ差を低減する。な
お、上記に記載した以外の発明の課題及びその解決手段
は、後述する課題を解決するための手段、作用及び発明
の実施の形態の欄において詳しく説明する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明を、例えば、
図１〜図３を参照して説明すれば、燃料噴射ポンプ４の
コントロールラック５にガバナレバー２を連動連結し、
コンロールラック５をガバナレバー２を介してガバナス
プリング７により燃料増量側Ｒに付勢するのに対して、
ガバナフォース６で燃料減量側Ｌに付勢し、ガバナスプ
リング７に連結された調速レバー８を操作することによ
りガバナスプリング７の張力を調節操作可能に構成し、
さらに、調速レバー８を所定高速位置に付勢する付勢手
段１４と、調速レバー８を低速回転側へ駆動する駆動手
段１６と、コンロールラック５が所定低負荷位置以下の
位置にあるか否かを判別する位置判別手段１９とを設
け、予め、付勢手段１４により調速レバー８を所定高速
位置に設定したエンジンの運転時において、位置判別手
段１９によってコンロールラック５が所定低負荷位置よ
り大きな負荷の位置にあると判別したことに応答して、
付勢手段１４により調速レバー８が所定高速位置を維持
するように構成し、位置判別手段１９によってコンロー
ルラック５が所定低負荷位置以下の位置にあると判別し
たことに応答して、付勢手段１４の付勢力に逆らって駆
動手段１６により調速レバー８を所定低速位置に操作
し、その所定低速位置を維持するように構成したことを
特徴とする。

【０００９】第２の発明を、例えば、図１〜図３を参照
して説明すれば、燃料噴射ポンプ４の燃料調量具３３を
ガバナレバー２を介してガバナスプリング７で燃料増量
側Ｒに付勢するのに対して、ガバナフォース６で燃料減
量側Ｌに付勢し、ガバナスプリング７と連結された調速
操作具９の位置の移動によりガバナスプリング７の張力
を調節操作可能に構成し、燃料調量具３３が所定低負荷
位置以下の位置にあるか否かを判別する位置判別手段１
９とを設け、予め、調速操作具９を所定高速位置に設定
したエンジンの運転時において、位置判別手段１９によ
って燃料調量具３３が所定低負荷位置より大きな負荷の
位置にあると判別したことに応答して、調速操作具９が
所定高速位置を維持するように構成し、位置判別手段１
９によって燃料調量具３３が所定低負荷位置以下の位置
にあると判別したことに応答して、調速操作具９が所定
低速位置に操作され、その所定低速位置を維持するよう
に構成したことを特徴とする。

【００１０】

【発明の作用】第１の発明であれば、エンジン運転時に
おいて、位置判別手段１９によってコンロールラック５
が所定低負荷位置より大きな負荷の位置にあると判別し
たことに応答して、付勢手段１４により調速レバー８が
所定高速位置を維持し、位置判別手段１９によってコン
ロールラック５が所定低負荷位置以下の位置にあると判
別したことに応答して、付勢手段１４の付勢力に逆らっ
て駆動手段１６により調速レバー８を所定低速位置に操
作し、その所定低速位置を維持する。これにより、無負
荷状態(０／４)の時は、調速レバー８が所定低速位置に
あることになり、図２に示すように無負荷状態(０／４)
の高速回転数Ｎｆ’を従来の場合（図２のＮｆ参照）に
比べて小さくすることができるととに、全負荷状態(４
／４)の時は、調速レバー８が所定高速位置にあること
になり、全負荷状態(４／４)の高速回転数Ｎａ’を従来
と同様の大きさ（図４のＮａ参照）にすることができ
る。したがって、（Ｎｆ’−Ｎａ’）／Ｎｆ’を従来の
（Ｎｆ−Ｎａ）／Ｎｆに比べて小さく設定することが可
能になる。この場合でも、ガバナスプリング７の強さは
ハンチングを起こさない程度に強くすることが可能であ
り、不安定なガバナ動作を防止しつつ、ガバナ差を小さ
くすることができる。

【００１１】第２の発明であれば、エンジン運転時にお
いて、位置判別手段１９によって燃料調量具３３が所定
低負荷位置より大きな負荷の位置にあると判別したこと
に応答して、調速操作具９が所定高速位置を維持し、位
置判別手段１９によって燃料調量具３３が所定低負荷位
置以下の位置にあると判別したことに応答して、調速操
作具９が所定低速位置に操作され、その所定低速位置を
維持する。これにより、無負荷状態(０／４)の時は、調
速レバー８が所定低速位置にあることになり、図２に示
すように無負荷状態(０／４)の高速回転数Ｎｆ’を従来
の場合（図２のＮｆ参照）に比べて小さくすることがで
きるととに、全負荷状態(４／４)の時は、調速レバー８
が所定高速位置にあることになり、全負荷状態(４／４)
の高速回転数Ｎａ’を従来と同様の大きさ（図４のＮａ
参照）にすることができる。したがって、（Ｎｆ’−Ｎ
ａ’）／Ｎｆ’を従来の（Ｎｆ−Ｎａ）／Ｎｆに比べて
小さく設定することが可能になる。この場合でも、ガバ
ナスプリング７の強さはハンチングを起こさない程度に
強くすることが可能であり、不安定なガバナ動作を防止
しつつ、ガバナ差を小さくすることができる。

【００１２】

【発明の効果】以上、説明したように、第１の発明及び
第２の発明であれば、下記の(イ)(ロ)の特有の効果を有
する。 (イ)基本的なガバナの制御動作は遠心式ガバナの動作を
採用でき、エンジン運転時に調速レバーあるいは調速操
作具を移動させることによりガバナ差を低減するので、
移動させる機構も簡単な構成で実施できる。 (ロ)調速レバーあるいは調速操作具を移動させることに
よりガバナ差を低減するので複雑な回路は不要であり、
ＣＰＵを用いた電子ガバナよりも安価かつ環境安定性に
優れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面によって
詳細に説明する。図１は本発明に係るディーゼルエンジ
ンの遠心式ガバナ装置を説明するための概略構成図、図
２(Ａ)(Ｂ)はそれぞれ遠心式ガバナ装置の動作を説明す
る図である。

【００１４】図１の遠心式ガバナ装置１は、以下のよう
に構成してある。まず、ガバナレバー２の一端側を基端
軸３に揺動自在に枢支して、他端側を燃料噴射ポンプ４
のコントロールラック５に連動連結してある。ガバナレ
バー２には図示しないガバナウエィトの回転によりガバ
ナフォース６がかかり、そのガバナフォース６によりコ
ントロールラック５を燃料減量側Ｌに付勢するように構
成してある。一方、ガバナレバー２にはガバナスプリン
グ７の一端側が固定され、そのガバナスプリング７の他
端側はエンジンの調速レバー８に連動連結してある。ガ
バナスプリング７の引っ張り力はコントロールラック５
を燃料増量側Ｒに付勢する。なお、コントロールラック
５は燃料調量具３３として例示してある。

【００１５】調速操作具９としての調速レバー８は基端
軸３５により揺動自在に枢支され、その調速レバー８の
回動範囲は、所定高速位置設定具１０と所定低速位置設
定具１１により、規定されるようになっている。図１に
示す実施形態では、所定高速位置設定具１０、所定低速
位置設定具１１は、それぞれ高速回転数設定リミットボ
ルト１２、低速回転数設定リミットボルト１３で構成し
てある。

【００１６】調速レバー８の先端側には、調速レバー８
を高速側へ引っ張る前記付勢手段１４としての引っ張り
スプリング１５が係止されており、この引っ張りスプリ
ング１５の引っ張りにより、エンジン運転時において調
速レバー８は、高速回転数設定リミットボルト１２に当
接した状態（即ち、所定高速位置）を維持するように設
定してある。

【００１７】また、調速レバー８の先端側には、上記駆
動手段１６としてのアクチュエータ１７が係合してあ
り、アクチュエータ１７がオン状態になると、アクチュ
エータ１７の作動部１８が調速レバー８の先端側を押し
て、引っ張りスプリング１５の張力に打ち勝って、調速
レバー８を低速回転数設定リミットボルト１３に当接す
る状態（即ち、所定低速位置）にまで回動させるように
構成してある。

【００１８】燃料噴射ポンプ４のコントロールラック５
の減量側の左端部５ａには、上記位置判別手段１９とし
てのリミットスイッチ２０が配設してある。リミットス
イッチ２０は、１２Ｖ電源にリレーコイル２１を介して
導電当接具２２を接続した構成としてある。導電当接具
２２の先端には導電性スプリング２３が設けられ、所定
低負荷位置以下の負荷位置にコントロールラック５があ
る場合は、コントロールラック５の移動に導電性スプリ
ング２３が当接状態を維持したまま追従するように構成
してある。また、所定低負荷位置よりも高い負荷位置に
コントロールラック５がある場合は、導電性スプリング
２３の先端はコントロールラック５の左端部５ａから離
隔するようになっている。

【００１９】また、導電当接具２２はエンジンの所定壁
に絶縁物２４を介して配設してあり、コントロールラッ
ク５に導電当接具２２の導電性スプリング２３が当接し
た状態では、１２Ｖ電源からリレーコイル２１、導電当
接具２２、コントロールラック５、エンジン基体へと電
流が流れ、リレーコイル２１のスイッチ接点２５をオン
(短絡状態)にする。スイッチ接点２５には、上記アクチ
ュエータ１７のアース側端子２６が接続してあるので、
所定低負荷位置以下にコントロールラック５が移動した
時に、アクチュエータ１７がオンされ、想像線３４で示
すように作動部１８が突出することにより、低速回転数
設定リミットボルト１３に当接する位置にまで調速レバ
ー８が回動される。上記遠心式ガバナ装置は、エンジン
発電機のようにエンジンの回転数が一定回転数で運転さ
れることを前提とした作業機に搭載される。このような
作業機の場合は、コントロールラックの位置だけでエン
ジンの負荷状態を検出するようにしても、実用上、問題
となるほどその検出精度が悪くなることはない。

【００２０】上記構成のディーゼルエンジンの遠心式ガ
バナ装置の動作について図２を参照しつつ説明する。図
２(Ａ)(Ｂ)はそれぞれ横軸にエンジンの回転数、縦軸に
燃料噴射ポンプの燃料噴射量をとったガバナの動作説明
図であり、図４に対応するものである。

【００２１】図２(Ａ)(Ｂ)において、特性曲線２７、特
性曲線２８はそれぞれ負荷変動に伴う回転数変動を示す
ものである。ここで、特性曲線２７は、調速レバー８が
高速回転数設定リミットボルト１２に当接した状態での
特性を示し、特性曲線２８は調速レバー８が低速回転数
設定リミットボルト１３に当接した状態での特性を示し
ている。特性曲線２７において例えば、無負荷(０／４)
の時にエンジンの回転数Ｎｆが４０００ｒｐｍであり、
全負荷(４／４)の時のエンジンの回転数Ｎａが３６００
ｒｐｍである場合には、ガバナ差は４００／４０００で
あり、１０％もあることになる。一方、特性曲線２８に
よれば、調速レバー８が低速回転数設定リミットボルト
１３に当接した状態では無負荷(０／４)のエンジンの回
転数Ｎｆ’は３７００ｒｐｍである。

【００２２】このガバナ差を小さくするために、本実施
形態では、前記所定低負荷位置Ｐ以下の負荷位置になっ
たときに、特性曲線２７から特性曲線２８に移行するよ
うに、アクチュエータ１７を駆動して、調速レバー８の
設定位置を所定高速位置から所定低速位置へ変化させ
る。そのアクチュエータ１７の駆動が瞬時に行われる場
合の特性曲線が図２(Ａ)において太線で示す第１実際動
作曲線２９であり、アクチュエータ１７の駆動が徐々に
行われる場合の特性曲線が図２(Ｂ)において太線で示す
第２実際動作曲線３０である。このように第１実際動作
曲線２９、第２実際動作曲線３０で示すように運転させ
れば、無負荷(０／４)時のエンジンの高速回転数Ｎｆ’
が３７００ｒｐｍであり、全負荷(４／４)時のエンジン
の高速回転数Ｎａ’（図４のＮａに同じ）が３６００ｒ
ｐｍとなり、ガバナ差は１００／３７００となり、１０
％から２．７％程度にガバナ差を向上できることにな
る。

【００２３】なお、図２(Ａ)に示すような第１実際動作
曲線２９は、図１に示すアクチュエータ１７をオン、オ
フ式のソレノイドで構成して、作動部１８が突出する場
合と、引っ込む場合の２つの状態しか取れないようにす
ることで構成できる。この構成であると、安価に実施で
きる利点がある。図２(Ｂ)に示すような第２実際動作曲
線３０は、アクチュエータ１７として、作動部１８の突
出量が連続的に変化できるものを採用し、例えばリミッ
トスイッチ２０がオンになり、アクチュエータ１７に１
２Ｖ電圧が供給された時から、図示しないタイマ等によ
り突出量を時間とともに徐々に変化させる構成で実現で
きる。このように構成することにより、燃料噴射量が短
時間の間に急激に変化することを防止でき、円滑な運転
が実現できる。

【００２４】図３はこの発明の第２実施形態を説明する
ための概略構成図である。この第２実施形態が第１実施
形態と異なる点は、調速レバー８を設けず、ガバナスプ
リング７の他端を直接にアクチュエータ１７の作動部１
８に連結した点である。なお、この第２実施形態では前
述した調速操作具９はアクチュエータ１７の作動部１８
で構成されていることになる。なお、アクチュエータ１
７の作動部１８の位置はガバナスプリング７の引っ張り
力によって変動することがないように構成してある。さ
らに、オペレータの操作によりアクチュエータ１７の作
動部１８の位置を自由に変えられるように手動操作盤３
１が設けてある。この手動操作盤３１を操作している間
は、上記リミッチスイッチ２０による制御動作は解除さ
れ、手動操作盤３１の操作を停止したとき、即ち、手動
操作盤３１により所定高速位置を設定した後に、リミッ
チスイッチ２０のオン、オフによる制御動作が開始され
るように構成してある。

【００２５】この第２実施形態の構成でも、第１実施形
態と同様の動作を行うことができる。また、この第２実
施形態では、手動操作盤３１によりアクチュエータ１７
を操作できるようにする必要があるが、第１実施形態の
構成に比べて調速レバー８、低速回転数設定リミットボ
ルト１３、高速回転数設定リミットボルト１２、引っ張
りスプリング１５などが不要になり、調速機構がコンパ
クトになる利点がある。これに対して前記第１実施形態
の構成であれば、調速レバー８を備えた一般的な仕様の
エンジンを発電機用にも流用でき、製造コストを低減で
きる利点がある。

【００２６】この発明は、上記実施形態に限定されるも
のではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内におい
て種々の設計変更を施すことが可能である。以下、その
ような実施形態を説明する。 (１)リミットスイッチ２０の構成、設ける位置などは適
宜、エンジンの仕様に応じて設定できることは言うまで
もない。また、位置判別手段１９の構成もスイッチの構
成に限定されるものではない。 (２)第１実施形態では調速操作具９の一例として、調速
レバー８を挙げたが、各種エンジンに採用される各種の
調速操作具９であってもガバナスプリング７に連動連結
したものであれば、同様に適用できる。但し、特殊な構
成の調速操作具９である場合には、駆動するアクチュエ
ータ１７の構成を考える必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの遠心式ガバ
ナ装置を説明するための概略構成図である。

【図２】図２(Ａ)(Ｂ)はそれぞれ遠心式ガバナ装置の動
作を説明する図である。

【図３】本発明の第２実施形態を説明するための概略構
成図である。

【図４】図４は従来の遠心式ガバナ装置のガバナ差を説
明するための図である。

【符号の説明】

２…ガバナレバー、４…燃料噴射ポンプ、５…コントロ
ールラック、６…ガバナフォース、７…ガバナスプリン
グ、８…調速レバー、９…調速操作具、１４…付勢手
段、１６…駆動手段、１９…位置判別手段、３３…燃料
調量具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/40 Ｆ０２Ｄ 41/40 Ｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプ(４)のコントロールラッ
   ク(５)にガバナレバー(２)を連動連結し、コンロールラ
   ック(５)をガバナレバー(２)を介してガバナスプリング
   (７)により燃料増量側(Ｒ)に付勢するのに対して、ガバ
   ナフォース(６)で燃料減量側(Ｌ)に付勢し、ガバナスプ
   リング(７)に連結された調速レバー(８)を操作すること
   によりガバナスプリング(７)の張力を調節操作可能に構
   成し、 さらに、調速レバー(８)を所定高速位置に付勢する付勢
   手段(１４)と、調速レバー(８)を低速回転側へ駆動する
   駆動手段(１６)と、コンロールラック(５)が所定低負荷
   位置以下の位置にあるか否かを判別する位置判別手段
   (１９)とを設け、 予め、付勢手段(１４)により調速レバー(８)を所定高速
   位置に設定したエンジンの運転時において、位置判別手
   段(１９)によってコンロールラック(５)が所定低負荷位
   置より大きな負荷の位置にあると判別したことに応答し
   て、付勢手段(１４)により調速レバー(８)が所定高速位
   置を維持するように構成し、位置判別手段(１９)によっ
   てコンロールラック(５)が所定低負荷位置以下の位置に
   あると判別したことに応答して、付勢手段(１４)の付勢
   力に逆らって駆動手段(１６)により調速レバー(８)を所
   定低速位置に操作し、その所定低速位置を維持するよう
   に構成したことを特徴とする、ディーゼルエンジンの遠
   心式ガバナ装置。
2. 【請求項２】 燃料噴射ポンプ(４)の燃料調量具(３３)
   をガバナレバー(２)を介してガバナスプリング(７)で燃
   料増量側(Ｒ)に付勢するのに対して、ガバナフォース
   (６)で燃料減量側(Ｌ)に付勢し、ガバナスプリング(７)
   と連結された調速操作具(９)の位置の移動によりガバナ
   スプリング(７)の張力を調節操作可能に構成し、燃料調
   量具(３３)が所定低負荷位置以下の位置にあるか否かを
   判別する位置判別手段(１９)とを設け、 予め、調速操作具(９)を所定高速位置に設定したエンジ
   ンの運転時において、位置判別手段(１９)によって燃料
   調量具(３３)が所定低負荷位置より大きな負荷の位置に
   あると判別したことに応答して、調速操作具(９)が所定
   高速位置を維持するように構成し、位置判別手段(１９)
   によって燃料調量具(３３)が所定低負荷位置以下の位置
   にあると判別したことに応答して、調速操作具(９)が所
   定低速位置に操作され、その所定低速位置を維持するよ
   うに構成したことを特徴とする、ディーゼルエンジンの
   遠心式ガバナ装置。