JPS584175B2 - 内燃機関の燃料調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関、特にディーゼル機関における燃料噴
射量を規制する装置の改良に関する。

一般に内燃機関、特にデイーゼル機関においてはガバナ
にて燃料噴射量を調整することにより機関を所要の回転
速度にて運転している。

第１図は従前におけるこの種ディーゼル機関用機械式ガ
バナの１例を示し、同図において０１は機関により回転
駆動される駆動軸０２に枢支されたフライウェイト、０
３はシフタ、０４は調速ばね、０５は図示しない燃料噴
射ポンプの調整ラックに連結されるガバナ出力軸、０６
はリンク９を介して図示しない操縦ハンドルに連結され
るコントロールレバーである。

同図において、例えば機関の回転速度が上昇するとフラ
イウェイト０１の遠心力が増加してこれが外方に開きシ
フタ０３が調速ばね０４の弾力とバランスするまで右方
に移動しガバナ出力軸０５が燃料減の方向（第１図Ｙ矢
方向）に回動して図示しない燃料噴射ポンプの噴射量を
減少せしめる。

機関の回転速度を例えば増加せしめる際には図示しない
操縦ハンドルによりコントロールレバー０６を第１図Ｚ
矢の方向に回動し玄調整ばね０４のばね荷重を増加せし
める。

かかるガバナにおいては、機関の運転時における最大燃
料噴射量は最大燃料制限杆０７にて制限している。

即ち、ガバナ出力軸０５とシフタ０３とを連結するフロ
ーチンダレパー０８の一端０８ａが制限杆の先端０７ａ
に当接したときが最犬の燃料噴射量となっている。

しかしながら、通常ディーゼル機関においては、寒冷時
に機関を始動する際に、燃料噴射量をフローチンダレパ
ー０８が制限杆０７に当接する最大噴射量まで増加して
も始動しない場合がある。

このためかかる場合には始動時に制限杆０７を燃料増の
方向（第１図Ｗ矢方向）に手動にて移動せしめて機関を
始動し、始動后に該制限杆０７を元に戻していた。

また、かかるディーゼル機関においては、最大出力時よ
りも低負荷運転時即ち部分負荷時において負荷が急激に
増加して燃料噴射量が急増し燃料の不完全燃焼を誘発し
て黒煙を発生することがある。

即ち第１図のようにガバナを装着した機関においては、
空気量の少ない部分負荷時においても制限杆０７により
規制される最大噴射量まで燃料噴射量を増加することが
できるので、負荷が急激に増加した場合にはかかる不完
全燃焼が誘発されている。

上記のことから、機関の始動時には燃料噴射量を自動的
に増加せしめて始動を容易にすると共に機関の全運転域
において自動的に最適の最大燃料噴射量を設定するよう
にして負荷の急激時における黒煙の発生を防止できるデ
ィーゼル機関が要求されている。

従来においては始動時における燃料噴射量を自動的に増
加せしめる手段及び部分負荷時における最大燃料噴射量
を自動的に設定する手段はそれぞれ単独に提供されてい
たが、これら従来の手段は、構造が複雑である。

調整の精度が悪い、ガバナの出力軸の反力が調整装置に
附加される、等の問題点があり、極めて簡単な構造で調
整の精度が良くかつ耐久性を有する装置で以って、始動
時並びに最大負荷時、部分負荷時等全ての運転域におい
て最大燃料噴射量を自動的に設定できる手段は提供され
ていなかった。

本発明は上記に鑑みなされたもので、極めて簡単かつ竪
牢な装置で以って機関の始動時並びに最大負荷時、部分
負荷時等の全運転域における最大燃料噴射量を自動的か
つ正確に設定できる内燃機関の燃料調整装置を提供する
ことを目的とする。

このため本発明に係る内燃機関の燃料調整装置は、機関
の給気圧力により往復動するピストンの運動をラック及
びピニオンにより回動運動に変え該ピニオンと一体に回
転する摺動軸を静止部材に螺合して摺動軸の一端をガバ
ナ出力軸に当接可能とし、ガバナ出力軸の燃料増方向へ
の移動を規制すると共に、該螺合部にてガバナ出力軸の
反力を受けるようにした給気圧力を補償装置、並びに、
流体圧シリンダ内に摺動自在に嵌合されると共に上記給
気圧力補償装置のピストンの一端に当接可能にされた流
体圧ピストンに附与される駆動力にて上記給気圧力補償
装置のピストンを変位せしめることにより上記ラック、
ピニオン及び摺動軸を介して上記ガバナ出力軸の最大燃
料噴射量位置を変化せしめる始動時燃料調整装置を併設
したことを特徴としている。

また本発明は、上記給気圧力補償装置及び始動時燃料調
整装置に加えて、上記始動時燃料調整装置の流体圧ピス
トンを介して上記給気圧力補償装置のピストンに附与さ
れる駆動力が機関の給気圧力により上記給気圧力補償装
置のピストンに附与される駆動力の最大値を超えたとき
にのみ上記摺動軸の位置を機関の運転時における最大燃
料噴射量相当位置から更に燃料増方向に移動可能にした
係止装置を併設したことをも特徴としている。

以下第２図ないし第５図を参照して本発明の１実施例に
つき説明すると、第２図において１はカバー１ａ及び本
体１ｂからなる空気シリンダ、２はピストン、３は内周
をピストン２に，外周を空気シリンダ１に固定されたダ
イヤフラムであり、該空気シリンダ１内はピストン２及
びダイヤフラム３により空気室４とばね室５に区画され
ている。

上記空気室４内には機関の給気路（図示せず）から分岐
された給気が給気管３１、継手３２を経て導入される。

上記ピストン２は空気シリンダ１の本体１ｂに摺動自在
に嵌合されたピストン田ンド２ａを具えている。

６は調整ばねであり、上記ピストン２はその上面に加わ
る給気圧力と該調整はね６の弾力とが釣合う位置で静定
するようになっている。

７は上記ピストンロツド２ａにターンバックル８を介し
て連結されたラックで、該ラツク７はピストン２と一体
でラックケース９内を往復動せしめられる。

ラツク７には第３図に示すようにピニオン１０が噛み合
い、このピニオン１０は外周に台形ねじ１１ａが形成さ
れた摺動軸１１にキー１２を介して嵌挿されていて、該
摺動軸１１と一体に回転可能にかつ摺動軸１１の軸方向
に摺動可能とされている。

また摺動軸１１は台形ねじ１１ａにてラックケース９に
螺合される。

従って摺動軸１１はピニオン１０により回転されながら
台形ね．じ１１ａを介してラックケース９内を往復動す
ることとなる。

１３はガバナの出力軸であり図示しない燃料噴射ポンプ
の噴射量調整ラックに連結される。

上記出力軸１３にはレバー１４が固着され、該レバー１
４には調整ねじ１５が螺合されて該調整ねじ１５の先端
が摺動軸１１の先端に当接するようになっている。

上記ガバナ出力軸１３はこれが第２図■矢方向に回動じ
たとき燃料増となる。

また給気圧力が増加してピストン２及びラツク７が第２
図Ｕ矢の方向に移動すると摺動軸１１は同図Ｔ矢の方向
に移動してガバナ出力軸１３の燃料増方向への移動を許
容するようになっている。

上記ラツクケース９はガバナケース１６にボルト等にて
固着される。

１７は摺動軸１１の一端を支承する軸受、１８はピスト
ン２及びラツク７の最大行程を調整するための調整ねじ
てある。

上記調整ねじ１８はこれにラツク７の先端が当接したと
き、ガバナ出力軸１３が機関の運転時における最大燃料
噴射量位置よりも燃料増になるようにその出代を調整さ
れる。

以上により給気圧力補償装置を構成する。

第２図において、２０は油圧シリンダ、２１は該油圧シ
リンダ２０内に摺動可能に嵌合された油圧ピストン、２
２は該油圧ピストン２１の戻しばね、２３は油圧ピスト
ン２１のストツパである。

２４は機関（図示せず）を始動するためのスタータ、２
５はスタータ２４の出力軸から歯車列２７を介して駆動
されるオイルポンプである。

該オイルポンプ２５はこれがスタータ２４により駆動さ
れるとオイルタンク２６から作動油を汲み上げ加圧して
、これを油路２８及び継手２９を経て油圧シリンダ２０
内に形成された油室３０内に送る。

また上記油圧ピストン２１の一端は上記給気圧力補償装
置のピストン２の上端面に当接可能とされる。

以上により始動時燃料調整装置を構成する。

上記装置において、機関の停止時においてはスタータ２
４が回転しないので油圧ピストン２１は戻しばね２２の
弾力によりストツパ２３に押付けられており、また給気
圧力がゼロであるので給気圧力補償装置のピストン２は
調整ばね６により最上方に移動せしめられその上端が油
圧ピストン２１の下端に当接している。

従って摺動軸１１は第２図の最左方位置にありガバナ出
力軸１３は燃料噴射量が最も少ない位置に規制される。

（第２図は機関の停止時の状況を示す） 機関の運転時においては、給気圧力の上昇に従いピスト
ン２は第２図Ｕ矢方向に給気圧力が調整はね６の弾力と
釣り合う位置まで移動するので、摺動軸１１は第２図Ｔ
矢方向に移動する。

従ってガバナ出力軸１３は燃料増方向への移動が可能と
なり最大燃料噴射量が増加する。

即ち機関の運転時においてはピストン２、ラツク７及び
摺動軸１１は給気圧力の変化に従い変位することになり
、摺動軸１１の先端にて規制される最大燃料噴射量も第
４図に示すように給気圧力の変化に比例して変化するこ
ととなる。

一般にディーゼル機関においては機関の出力Ｈと回転速
度Ｎとの間には第５図八曲線にて示すようにＨｃｘ：Ｎ
３ の関係があるが、機関の各回転速度毎の最大燃料噴
射量即ち燃料が正常に燃焼するための限界の噴射量から
割出した出力は第５図Ｂ線のようになる。

従って同図Ｂ線よりも下側（斜線内）で運転すれば機関
は正常な燃焼をすることとなるので、ガバナ出力軸１３
の最大噴射量位置が第５図Ｂ線に対応する噴射量の位置
になるように調整ばね６のばね定数及び取付荷重を設定
すればよい。

尚第５図においてＨＭＸは機関の最大出力、ＮＭＸは最
大出力時の回転速度を示す。

また、上記調整ねじ１５の先端と摺動軸１１とが当接し
ているときは、ガバナ出力軸１３の反力が摺動軸１１に
作用するが、台形ねじ部１１ａにてこの反力を受持つの
で給気圧力補償装置のピストン２の抵抗は非常に小さく
なり、給気圧力の変化に対するピストン２の追従性は非
常によい。

機関の始動時においては、スタータ２４が回転している
ので、オイルポンプ２５が駆動されこれに加圧された作
動油が油圧シリンダ２０の油室３０内に送られ、該作動
油は油圧ピストン２１を戻しばね２２及び調整ばね６の
弾力に抗して第２図Ｕ矢方向にラツク７の先端が調整ね
じ１８に当接するまで押し下げる。

ラツク７の移動により摺動軸１１が第２図Ｔ矢方向に、
機関の運転時における最大燃料噴射量相当位置よりも燃
料増の位置まで移動せしめられる。

従って、ガバナ出力軸１３は機関の運転時における最大
燃料噴射量位置よりも燃料増方向に移動可能となり、始
動時における燃料噴射量が運転時における最大燃料噴射
量よりも大きくなる。

始動時における燃料噴射量は調整ねじ１８の出代を調節
することにより変化せしめる。

即ち調整ねじ１８を第２図Ｓ矢方向に移動させれば上記
燃料噴射量が増加し、これとは逆方向に移動させれば減
少する。

機関が始動してスタータ２４が停止するとオイルポンプ
２５が停止して油室３０内の圧力が下がり、油圧ピスト
ン２１は戻しばね２２の弾力によりストツパ２３に当接
するまで押し戻される。

従って給気圧力補償装置のピストン２は給気圧力の変化
即ち給気量の変化に応じて自由に変位することができる
。

即ち上記装置においては、機関の始動操作時のみ燃料噴
射量を機関の運転時のそれよりも大きくすることが可能
となる。

上記の場合は、スタータ２４に駆動されるオイルポンプ
２５からの圧油を油圧シリンダ２０内のピストン２１に
作用させて摺動軸１１を変位させたが、空気始動式内燃
機関においては、上記油圧シリンダ２０の代わりに空気
シリンダを設け、該空気シリンダ内を摺動する空気圧ピ
ストンに始動用空気を作用させて、始動用空気が機関に
供給されている始動操作時のみ給気圧力補償装置のピス
トン２及びこれに連結される摺動軸１１を燃焼増方向に
移動せしめる。

即ちこの場合は第６図に示すように、空気シリンダ５０
に設けた空気室５２内に機関の始動空気管路から分岐さ
れた始動用空気を空気管５３及び継手５４を経て導入し
、これを空気圧ピストン５１に作用させることにより、
該空気圧ピストン５１のピストンロツド５１ａに当接さ
れる給気圧力補償装置のピストン２を移動させる。

５５は空気圧ピストン５１の戻しばね、５６はストツパ
である。

第７図は本発明の更に他の実施例を示し、この場合は、
給気圧力補償装置の構成は第２図の場合と同様である。

第７図において６０は油圧シリンダ、６１は油圧シリン
ダ６０内に摺動自在に嵌合された油圧ピストン、６３は
油圧シリンダ６０内に形成された油室、６４は油圧ピス
トン６１の戻しばね、６５は油圧ピストン６１のストツ
パであり、上記油室６３内には機関の潤滑油ポンプから
吐出された潤滑油が油路６６、継手６７を経て導入され
る。

上記戻しはね６４は給気圧力補償装置の調整ばね６より
も強いばねとする。

即ち第８図に示すように、戻しばね６４が伸長して空気
圧ピストン６１を介して給気圧力補償装置のピストン２
及びラツク７を押し、ラツク７の先端が調整ねじ１８に
当接したときの空気圧ピストン６１の変位Ｓ１における
戻しばね６４のばね荷重Ｆ１がこのときの調整ばね６の
ばね荷重Ｆ３よりも大きくなる様に構成する。

第７図に示す装置において、機関の停止時及び始動時に
おいては機関の潤滑油ポンプが作動していないので油室
６３内には圧油が導入されてなく、このため油圧ピスト
ン６１及び給気圧力補償装置のピストン２、ラツク７は
、戻しはね６４により調整はね６の弾力に抗して第２図
及び第７図Ｕ矢方向に、ラツク７の先端が調整ねじ１８
に当接する迄押し下げられている。

従って機関の始動時には摺動軸１１の先端は運転時にお
ける最大燃料噴射量位置よりも燃料増方向に移動してお
り、このためガバナ出力軸１３は運転時における最大燃
料噴射量相当位置よりも燃料増方向に変位可能となり、
始動時における燃料噴射量は運転時における最大燃料噴
射量よりも増量される。

機関が始動され、潤滑油ポンプが作動し始めると始動時
燃料増量装置の油室６３内に圧油が導入され、油圧ピス
トン６１は第７図に示すように、戻しはね６４の弾力に
抗してストツパ６５に当接するまで押し戻される。

従って給気圧力補償装置のピストン２は給気圧力の変化
に応じて自由に変位することができ、第２図及び第６図
の実施例のものと同様の作用を行う。

上記各実施例においては、給気圧力補償装置のピストン
２及びラツク７の移動量は調整ねじ１８にて規制してい
たが、該調整ねじ１８の代りに第９図に示すような係止
装置を用いてもよい。

即ち第９図において、７１はラックケース９に螺合され
たスプリングケース、７２は戻しばね、７３はスプリン
グケース７１の止めナット、７４はばね受であり、該ば
ね受７４はスプリングケース７１内に摺動自在に嵌合さ
れて戻しはね７２により止め輪７５に押付けられている
。

上記スプリングケース７１は、給気圧力補償装置のピス
トン２及びラツク７が第２図及び第９図Ｕ矢方向に移動
して第９図鎖線に示すようにラツク７の先端がばね受７
４の上面に当接したとき運転時における最大燃料噴射量
となるようにその出代を調整される。

また上記戻しはね７２の取付荷重は、給気圧力補償装置
のピストン２に作用する給気圧力によりラツク７がばね
受７４の当接面７４ａを押圧したときには戻しばね７２
が撓むことなく、また油圧ピストン２１に作用する油圧
によりラツク７が上記当接面７４ａを押圧したときには
戻しはね７２が撓むような値，即ち第２図に示す油圧ピ
ストン２１に附与される油圧により上記当接面７４ａに
作用する力が給気圧力補償装置のピストン２に附与され
る給気圧力により該当接面７４ａに作用する力の最大値
よりも小さいときは戻しはね７２が撓むことなく、また
上記油圧により当接面７４ａに作用する力が上記最大値
を超えると戻しはね７２が撓むような値に設定される。

上記装置において、機関の運転時に給気圧力が増加する
に従い給気圧力補償装置のピストン２及びラツク７は第
２図及び第９図Ｕ矢方向に移動し、機関の最大出力時に
おいてラツク７の一端がばね受γ４の当接面７４ａに当
接し、ラツク１及びこれに連結される摺動軸１１はこれ
以上の移動を阻止される。

従ってガバナ出力軸１３は機関の運転時における最大燃
料噴射量相当位置以上には移動不可能となる。

一方機関の始動時において、油圧シリンダ２０の油室３
０内に作動油が導入されると油圧ピストン２１は給気圧
が補償装置のピストン２及びラツク７を介してばね受７
４の当接面７４ａを押圧し、ばね受７４の下端面７４ｂ
がスプリングケース７１に当接するまで戻しばね７２を
撓ませる。

従って摺動軸１１は機関の最大出力時よりも第９図Ｃに
相当する量だけ燃料増方向に移動することとなり、その
分だけ燃料噴射量の増加が可能となる。

以上のように本発明は、機関の給気圧力により往復動す
るピストンの運動をラック及びピニオンを介して、静止
部材に螺合された摺動軸に伝え、該摺動軸の一端をガバ
ナ出力軸に当接可能としてガバナ出力軸の燃料増方向へ
の移動を規制すると共に該螺合部にてガバナ出力軸の反
力を受けるようにした給気圧力補償装置、並びに、該流
体圧シリンダ内に摺動自在に嵌合されると共に上記給気
圧力補償装置のピストンの一端に当接可能にされた流体
圧ピストンに附与される駆動力にて上記給気圧力補償装
置のピストンを変位せしめることにより上記ラック、ピ
ニオン及び摺動軸を介して上記ガバナ出力軸の最大燃料
噴射量位置を変化せしめる始動時燃料調整装置を併設し
たので、下記の利点がある。

（１）機関の運転時には全運転域において給気圧力補償
装置により最大燃料噴射量を給気量に適合した値に自動
的に規制することができることにより良好な燃焼状態を
保持することができ、従って負荷の急変時においても黒
煙を発生することがない。

また、機関の始動時には始動時燃料調整装置により燃料
噴射量を運転時における最大燃料噴射量よりも自動的に
増量せしめ得ることにより如何なる大気条件においても
機関を極めて容易に始動することが可能となる。

更に給気圧力補償装置及び始動時燃料調整装置は、流体
圧シリンダと、ラック、ピニオン機構及びねじ機構を巧
妙に組合せたものであるので、装置の構造が簡単かつコ
ンパクトであり、調整もし易い。

即ち、簡単かつコンパクトな装置で以って機関の全運転
域における最大燃料噴射量を自動的かつ正確に設定する
ことができると共に、機関の始動時においては自動的に
燃料噴射量を増量せしめて機関を容易に始動することが
できる。

（２）ガバナ出力軸からの反力を摺動軸の螺合部で受け
るようになっているので、給気圧力により往復動するピ
ストンの抵抗が非常に少なく、給気圧力の変化に対する
ピストンの追従性が良好であり、給気圧力の変化即ち給
気量の変化に対して最大燃料噴射量を正確に調整するこ
とができる。

（３）更に本発明は、上記給気圧力補償装置及び始動時
燃料調整装置に加えて、上記始動時燃料調整装置の流体
圧ピストンを介して給気圧力補償装置のピストンに附与
される駆動力が機関の給気圧力により給気圧力補償装置
のピストンに附与される駆動力の最大値を超えたときに
のみ摺動軸を機関の運転時における最大燃料噴射量相当
位置よりも更に燃料増方向に移動可能にした係止装置を
併設したので、該係止装置を調整することにより機関の
運転時における最大燃料噴射量と始動時における最大燃
料噴射量の双方を同時にかつ正確に調整することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガバナの１例を示す機能図である。 第２図ないし第５図は本発明の１実施例を示し、第２図
は縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿う断面図、
第４図及び第５図は、作用を説明するための線図である
。 第６図及び第７図は本発明の他の実施例を示す図で何れ
も始動時燃料調整装置のみを示す断面図である。 第８図は第７図の実施例の作用を説明するための線図で
ある。 第９図は本発明の更に他の実施例を示す断面図である。 １・・一・・・油圧シリンダ、２・・・・・・ピストン
、４・・・・・・空気室、６・・・・・・調整ばね、７
・・・・・・ラック、９・・・・・・ラツクケース、１
０・・・・・・ピニオン、１１・・・・・・摺動軸、１
３・・・・・・ガバナ出力軸、１５，１８・・・・・・
調整ねじ、２０・・・・・・油圧シリンダ、２１・・・
・・・油圧ピストン、２２・・・・・・戻しばね、２４
・・−・・・スターク、２５・・・・・・オイルポンプ
、３０・・・・・・油室、５０・・・・・・空気シリン
ダ、５１・・・・・・空気圧ピストン、５２・・・・・
・空気室、５５・・・・・・戻しばね、６０・・・・・
・油圧シリンダ、６１・・・・・・油圧ピストン、６３
・・・・・・油室、６４・・・・・・戻しばね、１１・
・・・・・スプリングケース、７２・・・・・・戻しば
ね、１４−・・・・・ばね受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関の給気圧力の変化に応じて往復動するピストン
   と、該ピストンの往復運動を回転運動に変換するラック
   及びピニオンと、該ピニオンと一体に回転可能にされて
   静止物体に螺合され該螺合部にてガバナ出力軸からの反
   力を受け持つと共に上記ガバナ出力軸の燃料増方向への
   移動を規制する摺動軸とを具え、機関の給気圧力の変化
   に応じて上記ガバナ出力軸の燃料増方向への移動を規制
   する給気圧力補強装置、並びに、流体圧シリンダ内に摺
   動自在に嵌合されると共に上記給気圧力補償装置のピス
   トンの一端に当接可能に配置された流体圧ピストンを具
   え、該流体圧ピストンに附与される駆動力にて上記給気
   圧力補償装置のピストンを変位せしめることにより上記
   ラック、ピニオン及び摺動軸を介して上記ガバナ出力軸
   の最大燃料噴射量位置を変化せしめる始動時燃料調整装
   置を併設したことを特徴とする内燃機関の燃料調整装置
   。 ２ 機関の給気圧力の変化に応じて往復動ずるピストン
   と、該ピストンの往復運動を回転運動に変換するラック
   及びビニオンと、該ピニオンと一体に回転可能にされて
   静止物体に螺合され該螺合部にてガバナ出力軸からの反
   力を受け持つと共に上記ガバナ出力軸の燃料増方向への
   移動を規制する摺動軸とを具え、機関の給気圧力の変化
   に応じて上記ガバナ出力軸の燃料増方向への移動を規制
   する給気圧力補償装置、並びに、流体圧シリンダ内に摺
   動自在に嵌合されると共に上記給気圧力補償装置のピス
   トンの一端に当接可能に配置された流体圧ピストンを具
   え、該流体圧ピストンに附与される駆動力にて上記給気
   圧力補償装置のピストンを変位せしめることにより上記
   ラック、ピニオン及び摺動軸を介して上記ガバナ出力軸
   の最大燃料噴射量位置を変化せしめる始動時燃料調整装
   置、並びに、上記摺動軸の燃料増方向への移動を規制す
   ると共に上記始動時燃料調整装置の流体圧ピストンを介
   して上記給気圧力補償装置のピストンに附与される駆動
   力が機関の給気圧力により上記給気圧力補償装置のピス
   トンに附与される駆動力の最大値を超えたときにのみ上
   記摺動軸の規制位置を機関の運転時における最大燃料噴
   射量相当位置から更に燃料増方向に移動可能にした係止
   装置を併設したことを特徴とする内燃機関の燃料調整装
   置。