JP2005299439A - エンジンの風圧ガバナ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラップ等の自重による影響を回避又は極めて少なくして応答性に優れ且つ安定したエンジン回転数の調速を実現する。
【解決手段】 エンジン本体（シリンダブロック２）に設けられた支持軸３０に基端部３１ａを回転自在に支持するフラップ３１を冷却風の送風方向に対向配置し、フラップ３１にほぼＶ字型に一体的に形成されてフラップ３１の基端部から延在するガバナレバー３２を設け、ガバナレバー３２の先端３２ａと気化器４０のスロットル軸４１との間をガバナロッド３３によって揺動自在に連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却風の風圧を利用してエンジン回転数を調速するエンジンの風圧ガバナ機構に関する。

発電機の原動機等として使用される汎用エンジンには、エンジン負荷の変動にかかわらずエンジン回転数をほぼ一定に維持するためのガバナ機構が設けられている。このガバナ機構としてエンジンを冷却する冷却ファンからの冷却風の風圧を利用してエンジン回転数を調速する風圧ガバナ機構が知られている。

この種の風圧ガバナ機構を備えたエンジン１００は、例えば図５に示すようにシリンダ部１０１の下方にクランクケース１０２が一体的に形成されたシリンダブロック１０３を有し、クランクケース１０２に回転自在に支持されたクランク軸１０４の一端に多数のフィン１０６ａが形成された円板状の冷却ファン１０６が設けられている。

一方、シリンダ部１０１の上部に設けられたシリンダヘッド１０５に形成された吸気ポートに接続管を介して気化器１１１とエアクリーナ１０７が直列に結合され、排気ポートにマフラ１０８が取り付けられている。

さらに、冷却ファン１０６を囲むと共にシリンダ部１０１側に連続する周壁１０９及び図示しないファンカバーによって周壁１０９に沿って冷却ファン１０６の外周からシリンダ部１０１及びシリンダヘッド１０５に向かって上方に連続する送風路１１０が形成され、回転するクランク軸１０４に連動して回転する冷却ファン１０６によってファンカバーに開口する吸入口から導入された冷却風が送風路１１０によってシリンダ部１０１及びシリンダヘッド１０５に向かって誘導される。

気化器１１１には、その吸気通路１１２を開閉するスロットルバルブ１１３がスロットル軸１１４により回動自在に支持され、スロットル軸１１４の回動によりスロットルバルブ１１３が開閉する。送風路１１０内に臨むスロットル軸１１４の端部にスロットル軸１１４の軸方向と交差するレバー１１５の一端が結合され、レバー１１５にフラップ１１６が一体形成されている。スロットル軸１１４に図示しないスピードコントロールレバーに連結されて回動する調整板が回動可能に嵌合し、調整板とレバー１１５の間に掛け渡された調速バネによってスロットルバルブ１１３を開弁方向に付勢している。

そして、エンジン運転時、スピードコントロールレバーの操作に伴ってスロットルバルブ１１３が調速バネの付勢力で所定の開弁位置に回動され、フラップ１１６が送風路１１０の冷却風の流れにほぼ垂直な姿勢になる。エンジン１００の運転に伴って冷却ファン１０６が回転すると、外気がファンカバーに形成された吸入口から冷却ファン１０６の軸方向へ吸い込まれて冷却風として送風路１１０に送られ、シリンダ部１０１及びシリンダヘッド１０５に吹き付けられてシリンダ部１０１及びシリンダヘッド１０５が冷却される。

ここで、エンジン回転数が上昇するにつれて、送風路１１０内を下方から上方に流れる冷却風の風量と流速が増加して、フラップ１１６が受ける風圧が大きくなる。そして、エンジン回転数が規定回転数より上昇すると、風圧によりフラップ１１６が調速バネの付勢力に抗して回動され、スロットルバルブ１１３の開度減少によりエンジン回転数が低下して、エンジン回転数が規定回転数に調速される（例えば、特許文献１参照）。すなわち、風圧ガバナ機構は、冷却風による風圧と調速バネによる付勢力との釣合いでエンジン回転数を規定の回転数に調速するものであり、風圧ガバナ機構によれば、複雑な機構を要することなくガバナ機構を実現することができ、コストを低減できる。

特開平０６−１２３２４３号公報

しかし、上記特許文献１に開示の風圧ガバナ機構は、エンジン運転時に送風路１１０内を下方から上方に流れる冷却風に対してほぼ垂直姿勢で風圧を受けるフラップ１１６が、スロットル軸１１４に端部が結合されたレバー１１５に形成されていることから、レバー１１５及びフラップ１１６がスロットル軸１１４に片持ち状で支持される。このため、レバー１１５及びフラップ１１６の自重によってスロットルバルブ１１３が常時、開弁方向に付勢される。従って、エンジン負荷の減少等に伴いエンジン回転数が上昇したときに、レバー１１５及びフラップ１１６の自重及び調速バネの付勢力に抗して、フラップ１１６に作用する風圧でスロットルバルブ１１３を閉弁方向に回動させてエンジン回転数を低下させるには、大きな風圧を要し、回転数の変化に対する応答性が妨げられ、安定した調速動作が得られない。

このため、フラップ１１６等の自重及び調速バネの付勢力に抗してフラップ１１６に作用する風圧によってスロットルバルブ１１３を閉弁方向に回動するには、冷却風の風圧を受けるフラップ１１６を大きくして十分な受圧面積を確保する必要がある。

しかし、汎用エンジンでは、そのパッケージ上、フラップの受圧面積を確保するスペースが限られており、フラップの大型化は困難である。また、上述の特許文献１の場合は、フラップ１１６を大型化すると、フラップ１１６の自重が増加し、レバー１１５の自重及び調速バネの付勢力と相俟ってスロットルバルブ１１３の常時開弁方向への付勢力がさらに増加することから、回転数の変化に対する応答性が妨げられて更に調速が緩慢となり、安定した調速動作が益々得られなくなる。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、フラップ等の自重による影響を回避又は極めて少なくして応答性に優れ且つ安定したエンジン回転数の調速が実現できるエンジンの風圧ガバナ機構を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係るエンジンの風圧ガバナ機構の発明は、クランク軸の回転に連動して回転する冷却ファンによって送風される冷却風の風圧によって揺動するフラップを備え、フラップの揺動に従ってエンジン回転数を調速するエンジンの風圧ガバナ機構において、エンジン本体に回転自在に支持されてクランク軸と連動して回転し冷却風を送風する冷却ファンと、エンジン本体に設けられた支持軸と、支持軸に基端部が回転自在に支持され冷却風の送風方向に対向配置されたフラップと、フラップにほぼＶ字型に一体的に形成されてフラップの基端部から延在するガバナレバーと、気化器のスロットル軸とガバナレバーの先端との間に揺動自在に掛け渡されたガバナロッドとを備え、ガバナレバーの揺動によってエンジン回転数を調速することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、フラップは、少なくともその揺動範囲において冷却風の送風方向とほぼ直交することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、支持軸とガバナレバーのガバナロッドとの連結位置とを結ぶ直線と、ガバナロッドの延在方向がほぼ直交することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によると、エンジン本体に設けられた支持軸に基端部が回転自在に支持され冷却風の送風方向に対向配置されたフラップと、フラップにほぼＶ字型に一体的に形成されてフラップの基端部から延在するガバナレバーを設け、このガバナレバーの先端と気化器のスロットル軸との間をガバナロッドによって揺動自在に連結することから、エンジン回転数の調速にあたり、フラップ及びガバナレバーの自重の影響を回避又は極めて少なくすることができる。従って、フラップの自重に影響されることなく、フラップに作用する冷却風の風圧でガバナレバー、ガバナロッドを介してスロットル軸を回動させることにより応答性に優れ且つ安定した動作の風圧ガバナ機構を得ることができる。これにより、応答性に優れ且つ安定したエンジン回転数の調速を実現することができる。

請求項２に記載の発明によると、エンジン負荷の変動に伴うエンジン回転数の変化によりフラップの受圧する風圧が変化しても、フラップがその風圧をほぼ直交する姿勢で受けることで、効果的に冷却風を受け止めることができ、フラップを大きくして受圧面積を確保する必要がなく、フラップの自重の増加を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によると、支持軸とガバナレバーのガバナロッドとの連結位置とを結ぶ直線と、ガバナロッドの延在方向がほぼ直交することによって、ガバナレバーを介してフラップをより確実に支持することができ、フラップの自重による影響をより抑制することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態における風圧ガバナ機構を備えた汎用エンジン１の概要を示す全体説明図、図２は、風圧ガバナ機構を説明する図１におけるＡ部拡大図、図３は、風圧ガバナ機構の要部平面図、図４は、風圧ガバナ機構の作動説明図である。

エンジン１は、図１に示すように、シリンダ部３の下部にクランクケース４が一体結合されたシリンダブロック２を有し、シリンダブロック２にシリンダヘッド５が取り付けられ、これらシリンダブロック２及びシリンダヘッド５によってエンジン本体を構成している。クランクケース４の上方には、燃料タンク９が設けられ、シリンダヘッド５の上方にはエアクリーナ８が設けられている。そして、クランクケース４にベアリングを介して回転自在に取り付けられたクランク軸６とシリンダ部３内に往復自在に配設された図示しないピストンとがコネクティングロッドを介して連結され、ピストンの往復動によりクランク軸６が回転駆動される。

シリンダヘッド５には、吸気ポートを開閉する吸気弁、排気ポートを開閉する排気弁、点火プラグ（いずれも図示せず）が設けられ、吸気弁を開閉動作するカムを有するカムシャフトがクランク軸６と平行配置されてシリンダヘッド５に回転自在に設けられている。カムシャフトの回転によってカムのカム面に接触して揺動するロッカアームが吸気弁に連接されている。排気弁の開閉動作は、カムシャフトのカムと位相をずらして取り付けられたカム及びロッカアームによって行われる。シリンダヘッド５には、ロッカアームやカムシャフト等の動弁機構を覆うヘッドカバー７が着脱自在に取り付けられている。

クランク軸６の一端側には、複数のフィン１１を突出形成した円板状の冷却ファン１０が固設されている。冷却ファン１０は、一部がシリンダ部３方向に延在するファンカバー１２で全体を覆われ、冷却ファン１０の外周から上方のシリンダヘッド５に向かって連続する送風路１３が形成されている。

クランク軸６の回転に連動して冷却ファン１０が回転すると、ファンカバー１２に開口した図示しない吸入口から冷却ファン１０の軸方向に向かって外気が吸い込まれ、冷却風として、冷却ファン１０の回転速度、すなわちエンジン回転数に応じた風量及び流速で送風路１３内をファンカバー１２に沿って誘導されてシリンダ部３乃至シリンダヘッド５等に吹き付けられ、シリンダ部３乃至シリンダヘッド５等を冷却する。

ここで、送風路１３内に、風圧ガバナ機構２０の主要部が設けられており、エンジン本体を構成するシリンダブロック２に、冷却ファン１０の外周近傍位置において支持軸３０がクランク軸６と平行配置されて固設されている。そして、支持軸３０に冷却風を受けて揺動するフラップ３１の基端部３１ａが回転自在に支持されている。フラップ３１は支持軸３０に枢支された基端部３１ａから冷却ファン１０と離反する方向に延在する薄板状で、送風路１３内を下方から上方に流れる冷却風の送風方向に対向配置されている。このフラップ３１の基端部３１ａに、フラップ３１の回転方向においてフラップ３１と位相をもってほぼ上方に延在するガバナレバー３２の基端が結合されて、フラップ３１にガバナレバー３２がほぼＶ字状に一体形成されている。これにより、フラップ３１が送風路１３内を下方から上方に流れる冷却風を受けて、その風圧によってフラップ３１とガバナレバー３２が支持軸３０を中心として冷却風の送風方向に沿ってほぼ上下方向に一体に揺動する。

フラップ３１は、少なくともその揺動範囲において、図２に示すように送風路１３内の冷却風の流れに対してほぼ直交する方向に延在している。これにより、エンジン負荷の変動等に伴うエンジン回転数の変化によりフラップ３１の受圧する風圧が変化しても、フラップ３１がその風圧をほぼ直交する姿勢で受けることで、効果的に冷却風を受け止めることができ、フラップを大きくして受圧面積を確保する必要がなく、フラップの自重の増加を抑制できる。従って、フラップ３１の自重増加を防止して、冷却風の風圧に応じてフラップ３１を上下方向に円滑に揺動することができる。

ガバナレバー３２のＬ字状に折曲形成された先端３２ａは、図２及び図３に示すように、気化器４０のスロットル軸４１に形成されたレバー４１ａにガバナロッド３３を介在して揺動自在に連設されている。本実施の形態は、冷却風の風圧により、フラップ３１及びガバナレバー３２が支持軸３０を中心として図１において時計回り方向に回動すると、ガバナロッド３３を介してスロットル軸４１が閉弁方向に回転してスロットルバルブの開度が減少する。

また、ガバナロッド３３は、支持軸３０とガバナレバー３２の先端３２ａとを結ぶ直線と、ガバナロッド３３の延在方向がほぼ直交して配置され、ガバナレバー３２の先端３２ａに揺動自在に連設されている。

このように、エンジン本体（シリンダブロック２）に設けられた支持軸３０にフラップ３１の基端部３１ａを回転自在に支持し、フラップ３１にほぼＶ字型に一体的に形成されてフラップ３１の基端部から延在するガバナレバー３２を設けて、ガバナロッド３３の一端側がガバナレバー３２の先端３２ａに連設され、他端側がスロットル軸４１のレバー４１ａに連結される構成により、自重の影響によるフラップ３１の下方への揺動及びフラップ３１の揺動に連動するガバナレバー３２の冷却ファン１０から離反する方向への揺動をガバナロッド３３を介してスロットル軸４１で支持するので、フラップ３１及びガバナレバー３２の自重の影響を回避又は極めて少なくすることができる。特に、支持軸３０とガバナレバー３２の先端３２ａとを結ぶ直線と、ガバナロッド３３の延在方向がほぼ直交配置することにより、より確実にフラップ３１及びガバナレバー３２の自重の影響を有効的に減少することができる。

一方、図２及び図３に示すように、その操作位置によりエンジン回転数を規定するため、スロットル軸４１との間に張設されたガバナスプリング４３を介してスピードコントロールレバー４２が設置されている。すなわち、スピードコントロールレバー４２の操作位置によるガバナスプリング４３の付勢力により、スロットル軸４１が開弁方向に回転してスロットルバルブの開度が増加し、ガバナスプリング４３による付勢力とフラップ３１に作用する冷却風による風圧との釣合いでスロットルバルブの開度が調整されて、エンジン回転数が規定の回転数に調速される。

次に、上記構成による作用を説明する。エンジン運転中に負荷変動が生じた場合、これに起因してクランク軸６の回転速度が変化し、このクランク軸６の回転速度の変化に対応して冷却ファン１０によって送風されて送風路１３内を流れる冷却風の風量及び流速が変化する。これにより、フラップ３１に作用する冷却風の風圧に変化が生じ、その変化に応じてフラップ３１及びフラップ３１に一体形成されたガバナレバー３２が支持軸３０を中心として上下方向に所定量だけ揺動する。そして、この揺動量に対応してガバナロッド３３を介して気化器４０のスロットル軸４１が回動し、スロットルバルブの開度が調整されてエンジン回転数が調速される。

例えば、エンジン負荷の増加等によりエンジン回転数が低下、すなわちクランク軸６の回転速度が低下すると、送風路１３内を流れる冷却風の風量及び流速は小さくなるので、フラップ３１に作用する冷却風の風圧が小さくなる。これにより、図２に示すようにフラップ３１は、風圧の低下分に応じて自重の影響を殆ど受けることなくガバナスプリング４３の付勢力によって支持軸３０を中心として反時計回り方向に回動して下方に揺動し、フラップ３１と略Ｖ字状に一体形成されたガバナレバー３２は冷却ファン１０から離反する方向に揺動する。そして、ガバナレバー３２の揺動に連動して、ガバナロッド３３を介してスロットル軸４１がスロットルバルブの開弁方向に回動される。

従って、エンジン負荷の増加等によりエンジン回転数がスピードコントロールレバー４２の設定位置により規定される回転数よりも低下したときは、冷却風の風圧によるフラップ３１、ガバナレバー３２、ガバナロッド３３を介してのスロットル軸４１に対するスロットルバルブ閉弁方向への回動力が低下し、スピードコントロールレバー４２の設定位置によるガバナスプリング４３の付勢力によりスロットル軸４１がスロットルバルブ開弁方向に回動し、スロットルバルブの開弁動作によりエンジン１の吸入空気量を増加させてエンジン回転数を上昇させることができる。

一方、エンジン負荷の減少等に伴いエンジン回転数が上昇、すなわちクランク軸６の回転速度が上昇すると、送風路１３内を流れる冷却風の風量及び流速は大きくなるので、フラップ３１に作用する冷却風の風圧が大きくなる。これにより、図４に示すようにフラップ３１は、風圧の増加分に応じて自重の影響を殆ど受けることなくガバナスプリング４３の付勢力に抗して支持軸３０を中心として時計回り方向に回動して上方に揺動し、フラップ３１と略Ｖ字状に一体形成されたガバナレバー３２は冷却ファン１０へ接近する方向に揺動する。このガバナレバー３２の揺動に連動して、ガバナロッド３３を介してスロットル軸４１がスロットルバルブの閉弁方向に回動される。

従って、エンジン負荷の減少等によりエンジン回転数がスピードコントロールレバー４２の設定位置により規定される回転数よりも上昇したときは、冷却風の風圧の増加に伴いフラップ３１、ガバナレバー３２、ガバナロッド３３を介してのスロットル軸４１に対するスロットルバルブ閉弁方向への回動力が増加し、スピードコントロールレバー４２の設定位置によるガバナスプリング４３の付勢力を上回る。これにより、スロットル軸４１がスロットルバルブの閉弁方向に回動し、スロットルバルブの閉弁動作によりエンジン１の吸入空気量を減少させて、エンジン回転数を低下させることができる。

以上説明した風圧ガバナ機構２０を備えたエンジン１によると、エンジン本体（シリンダブロック２）に設けられた支持軸３０に基端部３１ａを回転自在に支持するフラップ３１を冷却風の送風方向に対向配置し、フラップ３１にほぼＶ字型に一体的に形成されてフラップ３１の基端部から延在するガバナレバー３２を設け、ガバナレバー３２の先端３２ａと気化器４０のスロットル軸４１との間をガバナロッド３３によって揺動自在に連結するので、風圧ガバナ機構２０によるエンジン回転数の調速に際し、フラップ３１及びガバナレバー３２の自重による影響を回避乃至極めて少なくすることができる。従って、従来の風圧ガバナ機構に対して、フラップ３１等の自重によりスロットル軸４１がスロットルバルブの開弁方向に常時付勢されることがないので、エンジン回転数の変化に伴い変化する冷却風の風圧変化に対し応答性に優れ、安定した動作の風圧ガバナ機構を得ることができる。これにより、応答性に優れ且つ安定したエンジン回転数の調速を実現することが可能となる。

本発明の風圧ガバナ機構を備えたエンジンの概要を示す全体説明図である。 図１のＡ部拡大図である。 風圧ガバナ機構の要部平面図である。 風圧ガバナ機構の作動説明図である。 従来の風圧ガバナ機構が配設されたエンジンの概要を示す全体説明図である。

符号の説明

１ 汎用エンジン（エンジン）
２ シリンダブロック（エンジン本体）
３ シリンダ部
４ クランクケース
５ シリンダヘッド
６ クランク軸
１０ 冷却ファン
１２ ファンカバー
１３ 送風路
２０ 風圧ガバナ機構
３０ 支持軸
３１ フラップ
３２ ガバナレバー
３３ ガバナロッド
４０ 気化器
４１ スロットル軸

Claims (3)

1. クランク軸の回転に連動して回転する冷却ファンによって送風される冷却風の風圧によって揺動するフラップを備え、該フラップの揺動に従ってエンジン回転数を調速するエンジンの風圧ガバナ機構において、
   エンジン本体に回転自在に支持されてクランク軸と連動して回転し冷却風を送風する冷却ファンと、
   前記エンジン本体に設けられた支持軸と、
   該支持軸に基端部が回転自在に支持され前記冷却風の送風方向に対向配置されたフラップと、
   前記フラップにほぼＶ字型に一体的に形成されてフラップの基端部から延在するガバナレバーと、
   気化器のスロットル軸と前記ガバナレバーの先端との間に揺動自在に掛け渡されたガバナロッドと、を備え、
   前記ガバナレバーの揺動によってエンジン回転数を調速することを特徴とするエンジンの風圧ガバナ機構。
2. 前記フラップは、
   少なくともその揺動範囲において前記冷却風の送風方向とほぼ直交することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの風圧ガバナ機構。
3. 前記支持軸と前記ガバナレバーの前記ガバナロッドとの連結位置とを結ぶ直線と、該ガバナロッドの延在方向がほぼ直交することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの風圧ガバナ機構。

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