JP2007263007A

JP2007263007A - ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP2007263007A
Application number: JP2006090052A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Takami; 雅保高見; Tetsuya Kosaka; 哲也小坂; Norikazu Takemoto; 能和竹本; Tadao Yamato; 忠夫大和
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】メカニカルガバナによる制御の精度が高く、エンジンの製造コストが安いディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】逆アングライヒ手段５を、ニューマチック式アクチュエータ６と逆アングライヒレバー７とで構成し、逆アングライヒレバー７をレバー収容ケース８に収容し、このレバー収容ケース８のケース壁９にニューマチック式アクチュエータ６を取り付け、アクチュエータ出力部１７に逆アングライヒレバー７の力点部１８を連結し、過給圧１９と戻しバネ１６のバネ力２０との不釣合い力で受圧作動部１５を作動させることにより、逆アングライヒレバー７を支点２１を中心として揺動させ、逆アングライヒレバー７の作用点部２２で燃料調量ラック４への入力部２３を押圧して、燃料調量ラック４を燃料減量側に偏倚させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、メカニカルガバナによる制御の精度が高く、エンジンの製造コストが安いディーゼルエンジンに関するものである。

従来のディーゼルエンジンとして、本発明と同様、調速操作手段にメカニカルガバナを介して燃料噴射ポンプの燃料調量ラックを連動連結し、逆アングライヒ手段により、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料調量ラックの位置を燃料減量側に偏倚させる逆アングライヒ機能が得られるようにしたものがある(例えば、特許文献１参照)。
この種のディーゼルエンジンでは、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料噴射量が増加する噴射特性の燃料噴射ポンプを用いる場合、メカニカルガバナのみでは、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料噴射量が過剰となるため、これを逆アングライヒ手段で減少させ、適正な燃料噴射量を得ることができる利点がある。

しかし、上記従来のディーゼルエンジンでは、逆アングライヒ手段として、中折れ式のガバナレバーを用い、ガバナレバーに逆アングライヒホルダを設け、この逆アングライヒホルダに逆アングライヒピンと逆アングライヒスプリングを収容しているため、問題がある。

特開２００２−２７６３９１号公報(図１、図２参照)

上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》メカニカルガバナによる制御の精度が低くなる。
逆アングライヒ手段として、中折れ式のガバナレバーを用い、ガバナレバーに逆アングライヒホルダを設け、この逆アングライヒホルダに逆アングライヒピンと逆アングライヒスプリングを収容しているため、ガバナレバーが高重量化する。このため、ガバナレバーの重量慣性によりメカニカルガバナの感度が鈍くなり、メカニカルガバナによる制御の精度が低くなる。

《問題》エンジンの製造コストが高くなる。
逆アングライヒホルダを有する中折れ式のガバナレバーは、既存のガバナレバーの改造では製作できないため、新たなガバナレバーを製作する必要があり、エンジンの製造コストが高くなる。

本発明は、上記問題点を解決することができるディーゼルエンジン、すなわち、メカニカルガバナによる制御の精度が高く、エンジンの製造コストが安いディーゼルエンジンを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１または図３に例示するように、調速操作手段(１)にメカニカルガバナ(２)を介して燃料噴射ポンプ(３)の燃料調量ラック(４)を連動連結し、逆アングライヒ手段(５)により、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料調量ラック(４)の位置を燃料減量側に偏倚させる逆アングライヒ機能が得られるようにしたディーゼルエンジンにおいて、

逆アングライヒ手段(５)を、ニューマチック式アクチュエータ(６)と逆アングライヒレバー(７)とで構成し、逆アングライヒレバー(７)をレバー収容ケース(８)に収容し、このレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にニューマチック式アクチュエータ(６)を取り付け、

過給機(１０)のコンプレッサ(１１)と連通する吸気通路(１２)から過給圧導出通路(１３)を導出し、この過給圧導出通路(１３)の導出端にニューマチック式アクチュエータ(６)の過給圧導入室(１４)を連通させ、この過給圧導入室(１４)に受圧作動部(１５)を臨ませ、この受圧作動部(１５)を戻しバネ(１６)で付勢し、この受圧作動部(１５)にアクチュエータ出力部(１７)を連動連結し、

このアクチュエータ出力部(１７)に逆アングライヒレバー(７)の力点部(１８)を連結し、過給圧(１９)と戻しバネ(１６)のバネ力(２０)との不釣合い力で受圧作動部(１５)を作動させることにより、逆アングライヒレバー(７)を支点(２１)を中心として揺動させ、逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)で燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、燃料調量ラック(４)を燃料減量側に偏倚させ、

図２に例示するように、全負荷運転時には、定格回転速度の６０％以上のエンジン回転速度から逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)が燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、逆アングライヒ機能が開始され、定格回転速度の４０％以下のエンジン回転速度まで逆アングライヒ機能が継続するようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

（請求項１に係る発明）
《効果》メカニカルガバナによる調速制御の精度が高い。
図１または図３に例示するように、逆アングライヒ手段(５)を、ニューマチック式アクチュエータ(６)と逆アングライヒレバー(７)とで構成し、逆アングライヒレバー(７)をレバー収容ケース(８)に収容し、このレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にニューマチック式アクチュエータ(６)を取り付け、逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)で燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、燃料調量ラック(４)を燃料減量側に偏倚させるので、ガバナレバー(２４)が逆アングライヒ手段(５)によって高重量化することがない。このため、ガバナレバー(２４)の重量慣性によるメカニカルガバナ(２)の感度低下もなく、メカニカルガバナ(２)による制御の精度が高い。

《効果》エンジンの製造コストが安くなる。
図１または図３に例示するように、ニューマチック式アクチュエータ(６)を用い、過給圧(１９)と戻しバネ(１６)のバネ力(２０)との不釣合い力で受圧作動部(１５)を作動させることにより、逆アングライヒレバー(７)を支点(２１)を中心として揺動させ、逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)で燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、燃料調量ラック(４)を燃料減量側に偏倚させる。このため、ニューマチック式アクチュエータ(６)は、既存のブーストコンペンセータで用いるニューマチック式アクチュエータの戻しバネをバネ定数の異なる他種のものに変更し、初期設定圧を調節する等、ストロークを変更する改造によって容易に製作することができ、エンジンの製造コストが安くなる。

《効果》過負荷作業領域での過剰な燃料噴射による黒煙の発生を抑制することができる。
図１・図２に例示するように、全負荷運転時には、定格回転速度の６０％以上のエンジン回転速度から逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)が燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、逆アングライヒ機能が開始され、定格回転速度の４０％以下のエンジン回転速度まで逆アングライヒ機能が継続するようにしたので、過負荷作業域での過剰な燃料噴射による黒煙の発生を抑制することができる。

《効果》ブーストコンペンセータとしての機能も維持される。
全負荷運転時には、定格回転速度の４０％以下のエンジン回転速度まで逆アングライヒ機能が継続するようにしたので、低速運転状態から調速操作手段(１)の急加速操作を行っても、過給圧(１９)が所定圧に増加するまで、逆アングライヒレバー(７)が燃料調量ラック(４)の増量方向への移動を受け止めるので、ブーストコンペンセータとしての機能も維持される。

（請求項２に係る発明）
請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》低速作業時に大きなトルクを確保し、エンストを抑制することができる。
図１または図３に例示するように、逆アングライヒレバー(７)を収容したレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にストッパ支持ボルト(２４)を取り付け、このストッパ支持ボルト(２４)にストッパ(２５)を取り付け、このストッパ(２５)を逆アングライヒレバー(７)に臨ませ、逆アングライヒレバー(７)の揺動をストッパ(２５)で受け止めることにより、逆アングライヒ機能が終了するようにしたので、低速領域での燃料減量を抑制し、低速作業時に大きなトルクを確保し、エンストを抑制することができる。

（請求項３に係る発明）
請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》逆アングライヒ機能が終了するエンジン回転速度の設定を調節することができる。
図１または図３に例示するように、レバー収容ケース(８)のケース壁(９)にストッパ支持ボルト(２４)を進退自在に取り付け、ストッパ支持ボルト(２４)の進退調節により、ストッパ(２５)の位置を調節することができるようにしたので、逆アングライヒ機能が終了するエンジン回転速度の設定を調節することができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図３は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンを説明する図で、この実施形態では、過給機付きのディーゼルエンジンについて説明する。

本発明の実施形態の概要は、次の通りである。
図３に示すように、ギヤケース(２７)の前壁にポンプ収容ケース(２５)を取り付け、このポンプ収容ケース(２５)に燃料噴射ポンプ(３)を上から差し込んで収容し、燃料噴射ポンプ(３)の下方に燃料噴射カム軸(２６)を架設している。ポンプ収容ケース(２５)の前部にガバナ収容ケース(２８)を取り付け、このガバナ収容ケース(２８)にメカニカルガバナ(２)を収容している。この燃料噴射ポンプ(３)は、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料噴射量が増加する噴射特性を備えている。

メカニカルガバナの構成は、次の通りである。
図１に示すように、ガバナレバー(２４)はガバナ力入力レバー(２９)とスプリング力入力レバー(３０)の一対のレバーからなる。ガバナ力入力レバー(２９)は、下端にガバナ力入力部(３１)を備え、上端に出力部(３２)を備えている。図３に示すように、ガバナ力入力部(３１)はフライウェイト(５３)に連動させるガバナスリーブ(５４)に接触させている。フライウェイト(５３)とガバナスリーブ(５４)は燃料噴射カム軸(２６)に取り付けている。

図１に示すように、スプリング力入力レバー(３０)はガバナスプリング(３３)を介して調速操作レバー(１)に連動連結されている。スプリング力入力レバー(３０)は、ガバナ力入力バー(２９)にその燃料減量側から臨ませ、ガバナスプリング力(３４)とガバナ力(３５)とで、両レバー(２９)(３０)を相互に接触させ、ガバナスプリング力(３４)とガバナ力(３５)との不釣合い力で、両レバー(２９)(３０)を一体に揺動させるようになっている。スプリング力入力レバー(３３)には、その燃料増量側から燃料制限ボルト(３６)を臨ませ、スプリング力入力レバー(３３)を燃料制限ボルト(３６)で受け止めることにより、定格回転速度での最大燃料噴射量を制限し、最大出力を調節できるようになっている。定格回転速度とは、最大出力が得られる回転速度をいう。

図１に示すように、燃料調量ラック(３)は連動ロッド(３８)を介してメカニカルガバナ(２)に連動連結している。連動ロッド(３８)の燃料減量側端部はラックピン(３９)に枢支させ、連動ロッド(３８)の燃料増量側端部は長孔(４０)とし、スプリング力入力レバー(２９)の出力部(３２)を摺動自在に内嵌している。燃料調量ラック(３)は始動用スプリング(４１)で燃料増量側に付勢され、この付勢力で連動ロッド(３８)の長孔(４０)の燃料減量側端縁はスプリング力入力レバー(２９)の出力部(３２)に接触している。このため、ガバナレバー(２４)の揺動に燃料調量ラック(３)が追従する。また、エンジン停止時には、図３に示すエンジン停止ソレノイド(５２)で連動ロッド(３８)を燃料減量側に押すと、燃料調量ラック(４)と連動ロッド(３８)はガバナレバー(２４)を置き残したまま、燃料減量側に移動する。この場合、ガバナスプリング(３３)の抵抗がないため、エンジン停止ソレノイド(５２)に小出力のものを用いることができる。

この実施形態では、図１に示すように、調速操作手段(１)にメカニカルガバナ(２)を介して燃料噴射ポンプ(３)の燃料調量ラック(４)を連動連結し、逆アングライヒ手段(５)により、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料調量ラック(４)の位置を燃料減量側に偏倚させる逆アングライヒ機能が得られるようにしている。

逆アングライヒ手段の概要は、次の通りである。
図１に示すように、逆アングライヒ手段(５)を、ニューマチック式アクチュエータ(６)と逆アングライヒレバー(７)とで構成し、逆アングライヒレバー(７)をレバー収容ケース(８)に収容し、このレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にニューマチック式アクチュエータ(６)を取り付けている。図３に示すように、レバー収容ケース(８)は、ガバナ収容ケース(２８)の上部に取り付けている。

逆アングライヒ手段の詳細は、次の通りである。
図１に示すように、過給機(１０)のコンプレッサ(１１)と連通する吸気通路(１２)から過給圧導出通路(１３)を導出し、この過給圧導出通路(１３)の導出端にニューマチック式アクチュエータ(６)の過給圧導入室(１４)を連通させ、この過給圧導入室(１４)に受圧作動部(１５)を臨ませ、この受圧作動部(１５)を戻しバネ(１６)で付勢し、この受圧作動部(１５)にアクチュエータ出力部(１７)を連動連結している。このアクチュエータ出力部(１７)に逆アングライヒレバー(７)の力点部(１８)を連結し、過給圧(１９)と戻しバネ(１６)のバネ力(２０)との不釣合い力で受圧作動部(１５)を作動させることにより、逆アングライヒレバー(７)を支点(２１)を中心として揺動させ、逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)で燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、燃料調量ラック(４)を燃料減量側に偏倚させている。

支点(２１)はレバー収容ケース(８)のケース壁(９)に取り付けたサーモスタット(３７)の先端に形成している。冷始動時には、サーモスタット(３７)の収縮により支点(２１)が燃料増量側に退避しており、始動増量を妨げないようになっている。温始動時には、サーモスタット(３７)の伸長により支点(２１)が燃料減量側に進出しており、入力部(２３)を受け止めることにより、始動増量を制限する。始動後のエンジン運転中は、支点(２１)は温始動時の進出位置に止まる。

図２に示すように、全負荷運転時には、定格回転速度の７２％のエンジン回転速度から逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)が燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、逆アングライヒ機能が開始され、定格回転速度の３２％のエンジン回転速度まで逆アングライヒ機能が継続するようにしている。全負荷運転とは、調速操作手段(１)を最高速に設定した場合の運転状態をいう。

逆アングライヒ機能が開始されるエンジン回転速度は、使用頻度の高い過負荷作業領域での過剰な燃料噴射による黒煙の発生を抑制する観点からは、全負荷運転時に、定格回転速度の６０％以上となるようにし、７０％以上となるようにするのが望ましい。逆アングライヒ機能が開始されるエンジン回転速度は、ブーストコンペンセータとしての機能を維持する観点から、全負荷運転時に、定格回転速度の４０％以下となるようにする。ニューマチック式アクチュエータ(６)は、既存のブーストコンペンセータで用いるニューマチック式アクチュエータの戻しバネをバネ定数の異なる他種のものに交換し、戻しバネの初期設定圧を調節し、ストロークを変更した改造品である。

他の工夫は、次の通りである。
図１に示すように、逆アングライヒレバー(７)を収容したレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にストッパ支持ボルト(２４)を取り付け、このストッパ支持ボルト(２４)にストッパ(２５)を取り付け、このストッパ(２５)を逆アングライヒレバー(７)に臨ませ、逆アングライヒレバー(７)の揺動をストッパ(２５)で受け止めることにより、逆アングライヒ機能が終了するようにしている。

また、図１に示すように、レバー収容ケース(８)のケース壁(９)にストッパ支持ボルト(２４)を進退自在に取り付け、ストッパ支持ボルト(２４)の進退調節により、ストッパ(２５)の位置を調節することができるようにしている。

メカニカルガバナと逆アングライヒ手段による燃料調量ラックのラック位置の移動特性とエンジン回転速度の関係は、次の通りである。
図２に示すように、全負荷運転時には、定格回転速度を超えるエンジン回転速度ではメカニカルガバナ(２)の調速線(４２)に従って、燃料調量ラック(４)の位置が制御され、負荷の増加とともに、燃料調量ラック(４)は燃料増量側に移動し、エンジン回転速度は次第に定格回転速度に近づく。負荷が定格負荷に至ると、スプリング力入力レバー(３０)が燃料制限ボルト(３６)に受け止められ、燃料調量ラック(４)は定格位置(４３)に止められる。過負荷になると、全負荷線(４４)のように、燃料調量ラック(４)は定格位置(４３)を維持したまま、負荷の増加とともに、エンジン回転速度は次第に低下する。

エンジン回転速度が定格回転速度の７２％に至ると、過給圧の低下によって逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)が燃料調量ラック(４)への入力部(２３)に接触し、逆アングライヒ手段(５)による逆アングライヒ機能が開始され、逆アングライヒ線(４５)のように、負荷の増加とともに、燃料調量ラック(４)は燃料減量側に偏倚され、エンジン回転速度は次第に低下し、エンジン回転速度が定格回転速度の３２％に至ると、逆アングライヒレバー(７)がストッパ(２５)に受け止められ、逆アングライヒ機能が終了する。その後、負荷が増加しても、燃料調量ラック(４)は逆アングライヒ機能が終了した時点のラック位置を維持したまま、負荷の増加とともに、エンジン回転速度は次第に低下する。

エンジンのトルク特性は、次の通りである。
定格回転速度から逆アングライヒ機能が開始されるまでは、燃料調量ラック(４)は定格位置(４３)を維持しているが、燃料噴射ポンプ(３)の燃料噴射特性により、エンジン回転速度が低いほど燃料噴射量が増加するため、実線(４７)で示すように、エンジン回転速度が低下するにつれてトルクが増加する左上がりのトルク特性となる。更にエンジン回転速度が低下した場合、逆アングライヒ機能がないと、鎖線(４８)で示すように、エンジン回転速度が低下するにつれてトルクが増加する左上がりのトルク特性を維持することになるが、実際には、逆アングライヒ機能があるため、実線(４９)で示すように、エンジン回転速度が低下するにつれてトルクが減少する左下がりのトルク特性となる。

更にエンジン回転速度が低下した場合、逆アングライヒレバー(７)のストッパ(２５)がないと、鎖線(５０)で示すように、エンジン回転速度が低下するにつれて大きくトルクが減少する急な左下がりのトルク特性を維持することになるが、実際には逆アングライヒレバー(７)のストッパ(２５)があるため、実線(５１)で示すように、エンジン回転速度が低下するにつれて僅かにトルクが減少する緩やかな左下がりのトルク特性となる。

本発明の実施形態に係るエンジンの逆アングライヒ手段を説明する模式図である。本発明の実施形態に係るエンジンの全負荷運転でのエンジン回転速度に対するラック位置とトルクを示す図である。本発明の実施形態に係るエンジンの逆アングライヒ手段を説明する燃料噴射ポンプ周辺の縦断側面図である。

符号の説明

(１) 調速操作手段
(２) メカニカルガバナ
(３) 燃料噴射ポンプ
(４) 燃料調量ラック
(５) 逆アングライヒ手段
(６) ニューマチック式アクチュエータ
(７) 逆アングライヒレバー
(８) レバー収容ケース
(９) ケース壁
(１０) 過給機
(１１) コンプレッサ
(１２) 吸気通路
(１３) 過給圧導出通路
(１４) 過給圧導入室
(１５) 受圧作動部
(１６) 戻しバネ
(１７) アクチュエータ出力部
(１８) 力点部
(１９) 過給圧
(２０) バネ力
(２１) 支点
(２２) 作用点部
(２３) 入力部

Claims

調速操作手段(１)にメカニカルガバナ(２)を介して燃料噴射ポンプ(３)の燃料調量ラック(４)を連動連結し、逆アングライヒ手段(５)により、エンジン回転速度が低下するにつれて燃料調量ラック(４)の位置を燃料減量側に偏倚させる逆アングライヒ機能が得られるようにしたディーゼルエンジンにおいて、
逆アングライヒ手段(５)を、ニューマチック式アクチュエータ(６)と逆アングライヒレバー(７)とで構成し、逆アングライヒレバー(７)をレバー収容ケース(８)に収容し、このレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にニューマチック式アクチュエータ(６)を取り付け、
過給機(１０)のコンプレッサ(１１)と連通する吸気通路(１２)から過給圧導出通路(１３)を導出し、この過給圧導出通路(１３)の導出端にニューマチック式アクチュエータ(６)の過給圧導入室(１４)を連通させ、この過給圧導入室(１４)に受圧作動部(１５)を臨ませ、この受圧作動部(１５)を戻しバネ(１６)で付勢し、この受圧作動部(１５)にアクチュエータ出力部(１７)を連動連結し、
このアクチュエータ出力部(１７)に逆アングライヒレバー(７)の力点部(１８)を連結し、過給圧(１９)と戻しバネ(１６)のバネ力(２０)との不釣合い力で受圧作動部(１５)を作動させることにより、逆アングライヒレバー(７)を支点(２１)を中心として揺動させ、逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)で燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、燃料調量ラック(４)を燃料減量側に偏倚させ、
全負荷運転時には、定格回転速度の６０％以上のエンジン回転速度から逆アングライヒレバー(７)の作用点部(２２)が燃料調量ラック(４)への入力部(２３)を押圧して、逆アングライヒ機能が開始され、定格回転速度の４０％以下のエンジン回転速度まで逆アングライヒ機能が継続するようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１に記載したディーゼルエンジンにおいて、
逆アングライヒレバー(７)を収容したレバー収容ケース(８)のケース壁(９)にストッパ支持ボルト(２４)を取り付け、このストッパ支持ボルト(２４)にストッパ(２５)を取り付け、このストッパ(２５)を逆アングライヒレバー(７)に臨ませ、逆アングライヒレバー(７)の揺動をストッパ(２５)で受け止めることにより、逆アングライヒ機能が終了するようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項２に記載したディーゼルエンジンにおいて、
レバー収容ケース(８)のケース壁(９)にストッパ支持ボルト(２４)を進退自在に取り付け、ストッパ支持ボルト(２４)の進退調節により、ストッパ(２５)の位置を調節することができるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジン。