JP2011196335A

JP2011196335A - 油圧ガバナ

Info

Publication number: JP2011196335A
Application number: JP2010066592A
Authority: JP
Inventors: Hajime Imanaka; 肇今中; Shinobu Sakuma; 忍佐久間; Yoshisuke Okamoto; 良輔岡本
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】従来の油圧ガバナでは、燃料噴射装置に連動連結するパワーピストンの両油室側の受圧面積に差を設け、エンジン始動時には、該両油室に補助油圧ポンプ等から高圧作動油を追加供給してパワーピストンを高速移動させてエンジン始動性を向上させたため、部品コストが高くなり、組立性やメンテナンス性も低下する、という問題があった。
【解決手段】パワーピストン３と、パワーピストン３により仕切られる第一油室１４・第二油室１５と、パワーピストン３への作動油の油路を切り換えるコントロールバルブ５を備え、第二油室１５側の受圧面積よりも第一油室１４側の受圧面積を小さくし、受圧面積の差により第一油室１４側にパワーピストン３を移動して燃料噴射量を増加させる油圧ガバナ１に、エンジン始動時に第一油室１４内の作動油の油圧を第二油室１５内よりも低く設定可能な始動補助機能を有する油路切換構造８４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンの燃料噴射装置からの燃料噴射量をエンジン回転数に応じて制御する油圧ガバナに関し、特に、エンジン始動時のガバナ出力軸のトルク不足を補うための始動補助機能を有する油路切換構造に関する。

従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの燃料噴射量をエンジン回転数に応じて制御する油圧ガバナ１０１が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
図１０に示すように、該油圧ガバナ１０１は、ハウジング１０２と、該ハウジング１０２に内蔵されると共に図示せぬエンジンの燃料噴射装置へのガバナ出力軸１７０に連動連結するパワーピストン１０３と、スリーブ１１７内をスプール１２２が移動して前記パワーピストン１０３への作動油の油路を切り換えるコントロールバルブ１０５とを備える。そして、前記スプール１２２は、エンジン回転数によって変位するフライウェイト１１３と連動している。

前記ハウジング１０２内には、前記パワーピストン１０３で摺動方向前後に仕切ることにより、第一油室１１４と第二油室１１５とが形成され、該第一油室１１４と第二油室１１５とは、それぞれ、前記スリーブ１１７に開口した第一ポート１３７と第二ポート１１８に連通されている。更に、このパワーピストン１０３では、前記第一油室１１４側における受圧面積の方が、第二油室１１５側における受圧面積よりも小さく設定されている。

このような構成において、エンジン負荷が大きいエンジン始動時には、前記第一ポート１３７と第二ポート１１８のいずれも、図示せぬ油圧ポンプからのポンプ油路１４４に連通されており、第一油室１１４と第二油室１１５内の作動油は略等しい高圧に設定される。

すると、前述の如く受圧面積は第一油室１１４側の方が小さいため、該第一油室１１４側からパワーピストン１０３が受ける押動力も小さいことから、該パワーピストン１０３は、この第一油室１１４側に移動し、燃料噴射量が増加してエンジン回転数が上昇する。

更に、エンジン始動後、エンジン負荷が減少してエンジン回転数が上昇すると、前記フライウェイト１１３が開いてコントロールバルブ１０５のスプール１２２が移動し、それに伴い、該スプール１２２に形成されたランド１２１が位置８１から位置８２まで移動する。これにより、第一ポート１３７はポンプ油路１４４と連通したままで、第二ポート１１８のみが低圧ポート１４０を介してドレン油路１４１に連通されるようになり、第一油室１１４内の作動油は高圧に保持される一方、第二油室１１５内の作動油は低圧に設定される。

すると、該第二油室１１５側からパワーピストン１０３が受ける押動力の方が小さくなり、該パワーピストン１０３は、この第二油室１１５側に移動し、燃料噴射量が減少してエンジン回転数も低下する。

このように、パワーピストン１０３を用いることにより、エンジン負荷に応じてエンジン回転数を増減させ、エンジンを平衡状態に復帰させることができる。この油圧ガバナ１０１を、エンジン始動の確実性が特に要求される非常発電用エンジンや、油圧ガバナの出力軸のトルクに余裕があまりない高出力エンジン等に適用することを目的として、始動補助機能を油圧ガバナ１０１に付与し、エンジン始動性を向上させる技術が知られている。

該技術では、始動補助機能を付与するために、例えば補助油圧ポンプ８３が新たに設置される。該補助油圧ポンプ８３によって、エンジン始動時に、既に前述の如く高圧に保持されている前記第一油室１１４と第二油室１１５内に高圧作動油を追加供給し、第一油室１１４と第二油室１１５内の作動油の油圧を更に上昇させる。

すると、その油圧上昇の分だけ、第一油室１１４側からの押動力と第二油室１１５側からの押動力との差が増大し、パワーピストン１０３は受圧面積の小さい第一油室１１４側に高速で移動して、エンジン始動に必要な所定量まで燃料噴射量を迅速に増加させることができ、エンジン始動性が著しく向上する。

実開平６−４３２３１号公報

しかしながら、前述の如く、エンジン始動時に補助油圧ポンプ等によって前記第一油室１１４と第二油室１１５に高圧作動油を追加供給する技術では、エンジン始動性は確かに向上するものの、補助油圧ポンプ等を新たに設ける必要があり、部品コストが高くなると共に、補助油圧ポンプ等のための設置空間が必要となり、油圧ガバナ内における他の装置の設置空間が小さくなって組立性やメンテナンス性が低下する、という問題があった。更に、前記第一油室１１４と第二油室１１５内の作動油の油圧を大きく上昇させるために、部品間の液密性や部品自体の耐久性も高める必要があり、なお一層、部品コストが高くなると共に組立性やメンテナンス性が低下する、という問題があった。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジンの燃料噴射装置に連動連結するパワーピストンと、該パワーピストンにより仕切られる第一油室・第二油室と、該第一油室・第二油室にそれぞれ連通する第一ポート・第二ポートが開口されたスリーブ内をスプールのランドが移動して前記パワーピストンへの作動油の油路を切り換えるコントロールバルブとを備え、前記パワーピストンでは第二油室側の受圧面積よりも第一油室側の受圧面積を小さく設定し、該受圧面積の差により前記第一油室側にパワーピストンを移動して燃料噴射量を増加させる油圧ガバナにおいて、エンジン始動時に前記第一油室内の作動油の油圧を前記第二油室内の作動油の油圧よりも低く設定可能な始動補助機能を有する油路切換構造を設けたものである。
請求項２においては、前記油路切換構造では、前記第二ポートを高圧部側または低圧部側に切り換える第二ランドに加えて、前記第一ポートを高圧部側または低圧部側に切り換える第一ランドを設けることにより、前記ランドを構成し、該ランドにより、エンジン始動時には、前記第一ポート・第二ポートをそれぞれ低圧部側・高圧部側に切り換えるものである。
請求項３においては、前記油路切換構造では、前記第一ポートを高圧部に連通すると共に、該第一ポートと前記第一油室との間の油路に圧力切換バルブを介設し、該圧力切換バルブにより、エンジン始動時には、前記第一油室を低圧部側に連通させ、エンジン始動後に、前記高圧部内の作動油の油圧が所定値に達するか、あるいはエンジン回転数が所定値に達すると、前記第一油室を第一ポートを介して高圧部側に連通させるものである。

本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１により、エンジン始動時に第一油室と第二油室内の作動油の油圧を上昇させるための補助油圧ポンプ等を新たに設ける必要がなく、部品コストが低下すると共に、油圧ガバナ内における他の装置の設置空間が大きくなり、油圧ガバナの組立性やメンテナンス性が向上する。更に、前記第一油室と第二油室内の作動油の油圧上昇に備えて部品間の液密性や部品自体の耐久性を高めておく必要がなく、なお一層、部品コストが低下し、組立性やメンテナンス性も向上する。
請求項２により、従来のコントロールバルブや油路等の比較的簡単な変更だけで、前記油路切換構造を形成することができ、更なる部品コストの低下、組立性やメンテナンス性の向上を図ることができる。
請求項３により、圧力切換バルブを新たに設ける必要はあるものの、それ以外の構造は変更せずに済ますことができ、更なる部品コストの低下、組立性やメンテナンス性の向上を図ることができる。

本発明に関わる油圧ガバナの全体構成を示す、該油圧ガバナの側面一部断面図である。図１の油路切換構造による切換プロセスを示す、コントロールバルブ周辺の側面一部断面図であって、図２（ａ）は第一油室低圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図、図２（ｂ）は両油室高圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図、図２（ｃ）は第二油室低圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図である。両油室高圧モードを省いた別形態の油圧ガバナの全体構成を示す、該油圧ガバナの側面一部断面図である。図３の油路切換構造による切換プロセスを示す、コントロールバルブ周辺の側面一部断面図であって、図４（ａ）は第一油室低圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図、図４（ｂ）は第二油室低圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図である。油圧駆動式の圧力切換バルブを用いた油圧ガバナの全体構成を示す、該油圧ガバナの側面一部断面図である。図５の油路切換構造による切換プロセスのうち、第一油室低圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図である。図５の油路切換構造による切換プロセスのうち、両油室高圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図である。図５の油路切換構造による切換プロセスのうち、第二油室低圧モードにおけるコントロールバルブ周辺の側面一部断面図である。電磁駆動式の圧力切換バルブを用いた油圧ガバナの切換プロセスを示す、コントロールバルブ周辺の側面一部断面図である。従来の油圧ガバナの全体構成を示す、該油圧ガバナの側面一部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、図１の矢印Ｌで示す方向、矢印Ｕで示す方向を、それぞれ油圧ガバナ１の左方向、上方向とし、以下で述べる各部材の位置や方向等を説明する。

初めに、本発明に関わる油圧ガバナ１の全体構成について、図１により説明する。
該油圧ガバナ１はハウジング２を備え、該ハウジング２にパワーピストン３が内蔵されている。該パワーピストン３は、リンク機構６８を介してガバナ出力軸７０に連結され、該ガバナ出力軸７０には、図示せぬ燃料噴射装置のコントロールラックに連動連結する出力レバー６９が、揺動可能に取り付けられている。

そして、前記パワーピストン３により一対の油室１４・１５が仕切られ、該油室１４・１５は、いずれも前記ハウジング２内に形成されると共に、前記パワーピストン３の受圧面積は、上方側の第一油室１４における受圧面積の方が、下方側の第二油室１５における受圧面積よりも小さく設定されている。

更に、前記ハウジング２には、油圧ポンプ４が内蔵されている。該油圧ポンプ４は、互いに噛合する駆動ギア３２と従動ギア３３とを有するギアポンプであって、前記駆動ギア３２には、図示せぬエンジンのクランク軸からの動力が伝達されると共に、前記従動ギア３３は、ハウジング２に回転可能に挿入されたスリーブ１７に一体的に形成されている。

該スリーブ１７の上端には、フライウェイト１３が回動可能に取り付けられている。該フライウェイト１３の内端には、スプール２２が連結され、該スプール２２と前記スリーブ１７とからコントロールバルブ５が構成される。

これにより、図示せぬエンジンが作動して前記駆動ギア３２が回転し、該駆動ギア３２に噛合する従動ギア３３と一緒に前記スリーブ１７が回転すると、フライウェイト１３が遠心力によって変位し、その変位量に応じて、前記スプール２２が上下方向に移動する。

すると、後述する作動油の油路切換構造８４とその切換プロセスに従って、コントロールバルブ５が切り換えられ、作動油が、前記油圧ポンプ４からパワーピストン３に供給されたり、逆に、該パワーピストン３からタンク９に排出されることにより、パワーピストン３が上下方向に移動する。このようにしてパワーピストン３が上下動すると、リンク機構６８を介してガバナ出力軸７０が回動し、出力レバー６９等を介して図示せぬ燃料噴射装置が作動し、該燃料噴射装置からの燃料噴射量が増減する。これにより、エンジン回転数が制御されてエンジンが平衡状態に復帰する。

また、前記ハウジング２には、コンペンセーティングピストン８が内蔵されている。該コンペンセーティングピストン８は、前記パワーピストン３に、連結ロッド１６を介して連結されている。

このコンペンセーティングピストン８により一対の油室１０・１１が仕切られ、該油室１０・１１は、いずれも前記ハウジング２内に形成されると共に、低圧部であるタンク９に連通されている。このうちの下方側の第四油室１１は、ドレン油路４０を介して前記タンク９と直接連通されるのに対し、上方側の第三油室１０とタンク９との間には、コンペンセータバルブとしてニードル弁１２が介設されている。

該ニードル弁１２と前記第三油室１０との間に設けた補償油路２０の途中部は、前記コントロールバルブ５のスリーブ１７の挿入孔３４に連通されており、前記第三油室１０内の作動油の油圧が、補償油路２０を介してスプール２２の下端側に作用するようにしている。

このような構成において、平衡状態からエンジン回転数が上昇し、フライウェイト１３が開いてスプール２２が上方に移動すると、後述の第二油室低圧モードのように、パワーピストン３に連結されるコンペンセーティングピストン８は下方に移動する。すると、前記第三油室１０の上下高さが大きくなって容積が増加し、補償油路２０内が負圧となって、前記スプール２２のそれ以上の上方への移動、すなわち、それ以上の燃料減少方向への移動が抑制される。

逆に、平衡状態からエンジン回転数が低下し、フライウェイト１３が閉じてコントロールバルブ５のスプール２２が下方に移動すると、後述の第一油室低圧モード・両油室高圧モードのように、コンペンセーティングピストン８は上方に移動し、前記第三油室１０の上下高さが小さくなって容積が減少し、補償油路２０内が正圧となって、スプール２２のそれ以上の下方への移動、すなわち、それ以上の燃料増加方向への移動が抑制される。

このようにして、パワーピストン３のオーバーシュートが抑制され、エンジン回転数の変化に対する燃料噴射量の変化の応答速度が速くなり、ハンチングが防止される。そして、この際の補償油路２０内の圧力調整は、前記ニードル弁１２の開度調整により行うようにしており、該開度調整により、エンジン回転数の整定時間を調節することができる。

また、前記ハウジング２には、エンジン回転数設定用のコントロールレバー２５が揺動可能に取り付けられ、該コントロールレバー２５には、リンク機構２６を介して圧縮バネ２７が連結され、該圧縮バネ２７によって、前記コントロールバルブ５のスプール２２には、該スプール２２を下方、すなわち燃料増加方向に押圧する弾性力が常時作用している。そして、該弾性力は前記コントロールレバー２５の操作により変化することから、該コントロールレバー２５を操作することにより、スプール２２を移動させてエンジン回転数を変更できるようにしている。
なお、以下の説明で取り上げる図において、油路中に記載した細実線から成る矢印線は、高圧作動油が流れる経路と方向を示し、細破線から成る矢印線は、低圧作動油が流れる経路と方向を示す。

次に、前記パワーピストン３に送る作動油の油路切換構造８４とその切換プロセスについて、図１、図２により説明する。
図１に示すように、該油路切換構造８４においては、前記コントロールバルブ５のスリーブ１７の外周に、複数の環状溝４５・４６・４７・４８・４９が形成され、該複数の環状溝４５・４６・４７・４８・４９のそれぞれの底部から、スリーブ１７の内周面部１８にかけて、複数のポート３５・３６・３７・３８・３９が半径方向に延出して形成されている。

該ポート３５・３６・３７・３８・３９は、前記スリーブ１７に上から順に配置されており、最上位置の上低圧ポート３５と最下位置の下低圧ポート３９とは、それぞれ環状溝４５と環状溝４９を介して、共通のドレン油路４１に連通され、該ドレン油路４１は低圧部である前記タンク９に連通されており、上下の低圧ポート３５・３９を介して作動油がタンク９に常時排出されるようにしている。

前記高圧ポート３７は、上下略中央位置に配置されると共に、環状溝４７を介してポンプ油路４４に連通され、該ポンプ油路４４には、前記油圧ポンプ４の吐出口が連通されており、該油圧ポンプ４からの高圧作動油を前記高圧ポート３７に常時供給できるようにしている。更に、該高圧ポート３７を挟んで上下に前記第一ポート３６と第二ポート３８が配置され、該第一ポート３６と第二ポート３８は、それぞれ、環状溝４６と環状溝４８を介して、前記第一油室１４に連通する第一油路２３と、前記第二油室１５に連通する第二油路２４とに接続されている。

このうちの第一ポート３６と第二ポート３８との間隔よりも大きい間隔をあけるようにして、第一ランド６と第二ランド７が、前記スプール２２の外周に径を太くして設けられている。該第一ランド６と第二ランド７は、いずれも前記スリーブ１７の内周面部１８に摺接されており、第一ランド６の外周面部６ａまたは第二ランド７の外周面部７ａによって、各ポート３５・３６・３７・３８を開閉できるようにしている。

そして、前記スリーブ１７とスプール２２との間の隙間のうち、前記第一ランド６よりも上方、第一ランド６と第二ランド７との間、第二ランド７よりも下方には、それぞれ、環状断面の上低圧通路２８、高圧通路２９、下低圧通路３０が形成されている。このうちの上下の低圧通路２８・３０には、それぞれ、上下の前記低圧ポート３５・３９が開口されており、該低圧通路２８・３０はタンク９に常時連通される。一方、前記高圧通路２９には、前記高圧ポート３７が開口されており、高圧通路２９は油圧ポンプ４の吐出口に常時連通されている。

また、このような油路切換構造８４の切換プロセスについて説明する。
図２（ａ）に示すように、エンジン始動時には、第一ランド６は、前記第一ポート３６と高圧ポート３７との間、第二ランド７は、第二ポート３８と下低圧ポート３９との間に位置している。つまり、第一ポート３６は、第一ランド６よりも上方にあって低圧部側である前記上低圧通路２８に開口されており、この第一ポート３６を介して、第一油室１４がタンク９に連通し、第一油室１４内の作動油は低圧となる。一方、前記第二ポート３８は、第一ランド６と第二ランド７との間にあって高圧部側である前記高圧通路２９に開口されており、この第二ポート３８を介して、第二油室１５が油圧ポンプ４に連通し、第二油室１５内の作動油は高圧となる。

従って、パワーピストン３の第一油室１４内の作動油の油圧は、第二油室１５内の作動油の油圧よりも低くなり（以下、「第一油室低圧モード」とする）、この油圧差が前述した受圧面積差に加わった結果、第一油室１４側からの押動力と第二油室１５側からの押動力との差が増大される。これにより、パワーピストン３は第一油室１４側に高速移動し、エンジン始動に必要な所定量まで燃料噴射量を迅速に増加させることができ、エンジン始動性が著しく向上する。

図２（ｂ）に示すように、エンジン始動後からエンジン回転数が上昇していくと、前記フライウェイト１３が開いてスプール２２が上方に移動し、第一ランド６は、前記上低圧ポート３５と第一ポート３６との間に移動するが、第二ランド７は、第二ポート３８と下低圧ポート３９との間に位置したままとなる。つまり、第一ポート３６、第二ポート３８のいずれも、第一ランド６と第二ランド７との間にあって前記高圧通路２９に開口されており、第一油室１４・第二油室１５内の作動油は、略等しい高圧となる（以下、「両油室高圧モード」とする）。

ここで、前述の如く受圧面積は第一油室１４側の方が小さいため、該第一油室１４側からパワーピストン３が受ける押動力は小さくなり、該パワーピストン３は、この第一油室１４側に移動し、燃料噴射量が増加してエンジン回転数が上昇する。ただし、前述したエンジン始動時とは異なり、第一油室１４と第二油室１５間の油圧差がないため、パワーピストン３は、第一油室１４側にエンジン始動時ほど高速では移動できない。

図２（ｃ）に示すように、更にエンジン回転数が上昇すると、第一ランド６は、前記上低圧ポート３５と第一ポート３６との間に位置したままで、第二ランド７のみが、高圧ポート３７と第二ポート３８との間に移動する。つまり、第一ポート３６は、第一ランド６と第二ランド７との間にあって前記高圧通路２９に開口されており、この第一ポート３６を介して、第一油室１４が油圧ポンプ４に連通し、第一油室１４内の作動油は高圧となる。一方、第二ポート３８は、第二ランド７よりも下方にあって前記下低圧通路３０に開口されており、この第二ポート３８を介して、第二油室１５がタンク９に連通し、第二油室１５内の作動油は低圧となる。

従って、パワーピストン３の第二油室１５内の作動油の油圧は、第一油室１４内の作動油の油圧よりも低くなり（以下、「第二油室低圧モード」とする）、この油圧差によって、第二油室１５側からパワーピストン３が受ける押動力も小さくなり、該パワーピストン３は、この第二油室１５側に移動し、燃料噴射量が減少してエンジン回転数が低下する。

すなわち、エンジンの燃料噴射装置に連動連結するパワーピストン３と、該パワーピストン３により仕切られる第一油室１４・第二油室１５と、該第一油室１４・第二油室１５にそれぞれ連通する第一ポート３６・第二ポート３８が開口されたスリーブ１７内をスプール２２のランド６・７が移動して前記パワーピストン３への作動油の油路を切り換えるコントロールバルブ５とを備え、前記パワーピストン３では第二油室１５側の受圧面積よりも第一油室１４側の受圧面積を小さく設定し、該受圧面積の差により前記第一油室１４側にパワーピストン３を移動して燃料噴射量を増加させる油圧ガバナ１において、エンジン始動時に前記第一油室１４内の作動油の油圧を前記第二油室１５内の作動油の油圧よりも低く設定可能な始動補助機能を有する油路切換構造８４を設けたので、エンジン始動時に第一油室１４と第二油室１５内の作動油の油圧を上昇させるための補助油圧ポンプ８３等を新たに設ける必要がなく、部品コストが低下すると共に、油圧ガバナ１内における他の装置の設置空間が大きくなり、油圧ガバナ１の組立性やメンテナンス性が向上する。更に、前記第一油室１４と第二油室１５内の作動油の油圧上昇に備えて部品間の液密性や部品自体の耐久性を高めておく必要がなく、なお一層、部品コストが低下し、組立性やメンテナンス性も向上する。

更に、前記油路切換構造８４では、前記第二ポート３８を高圧部である高圧通路２９側または低圧部である下低圧通路３０側に切り換える第二ランド７に加えて、前記第一ポート３６を高圧部である高圧通路２９側または低圧部である上低圧通路２８側に切り換える第一ランド６を設けることにより、前記ランド６・７を構成し、該ランド６・７により、エンジン始動時には、前記第一ポート３６・第二ポート３８をそれぞれ上低圧通路２８側・高圧通路２９側に切り換えるので、従来のコントロールバルブ１０５や油路であるドレン油路１４１等の比較的簡単な変更だけで、前記油路切換構造を形成することができ、更なる部品コストの低下、組立性やメンテナンス性の向上を図ることができる。

なお、以下に前記油路切換構造８４の各種別形態について説明するが、異なる構成を中心に説明し、同等の構成のものは、同じ符号で表記すると共に、その説明は簡略化している。

次に、前記油路切換構造８４の別形態である油路切換構造８４Ａについて、図３、図４により説明する。
該油路切換構造８４Ａは、前記油路切換構造８４における両油室高圧モードを省くことにより、パワーピストン３が第一油室１４側に高速移動する前記第一油室低圧モードの占める割合を拡大し、エンジン始動性を更に向上させたものである。

図３に示すように、油圧ガバナ１Ａの油路切換構造８４Ａにおいては、前記油路切換構造８４と同様に、コントロールバルブ５Ａのスリーブ１７Ａの外周には複数の環状溝４５・４６Ａ・４７・４８Ａ・４９が形成され、該複数の環状溝４５・４６Ａ・４７・４８Ａ・４９のそれぞれの底部から、スリーブ１７Ａの内周面部１８Ａにかけて、複数のポート３５・３６Ａ・３７・３８Ａ・３９が半径方向に延出して形成されている。

そして、このうちの第一ポート３６Ａと第二ポート３８Ａは、その間隔が前記油路切換構造８４の場合よりも広がり、前記第一ランド６と第二ランド７との間隔に略等しく設定されている。これにより、第一ポート３６Ａと第二ポート３８Ａが、第一ランド６と第二ランド７との間に形成された前記高圧通路２９内に、同時には開口されないようにしている。

また、このような油路切換構造８４Ａの切換プロセスについて説明する。
図４（ａ）に示すように、エンジン始動時には、前記油路切換構造８４と同様に、第一ランド６は、前記第一ポート３６Ａと高圧ポート３７との間、第二ランド７は、第二ポート３８Ａと下低圧ポート３９との間に位置しており、第一ポート３６Ａが前記上低圧通路２８に開口されて第一油室１４内の作動油が低圧となる一方、第二ポート３８Ａが前記高圧通路２９に開口されて第二油室１５内の作動油が高圧となる。

従って、前記第一油室低圧モードでエンジンが始動して、パワーピストン３が第一油室１４側に高速移動するため、エンジン始動に必要な所定量まで燃料噴射量を迅速に増加させることができ、エンジン始動性が著しく向上する。

図４（ｂ）に示すように、エンジン始動後からエンジン回転数が上昇すると、第一ランド６は前記上低圧ポート３５と第一ポート３６Ａとの間に向かって、第二ランド７は高圧ポート３７と第二ポート３８Ａとの間に向かって、同時に移動する。すると、移動途中で、第一ランド６と第二ランド７が、それぞれ第一ポート３６Ａと第二ポート３８Ａを閉じた後は、第一ポート３６Ａが前記高圧通路２９に開口されて第一油室１４内の作動油が高圧となる一方、第二ポート３８Ａが前記下低圧通路３０に開口されて第一油室１４内の作動油が低圧となる。

従って、エンジン回転数が上昇すると前記第二油室低圧モードとなり、パワーピストン３が第二油室１５側に移動するため、燃料噴射量が減少してエンジン回転数が低下する。

次に、以上述べた油路切換構造８４・８４Ａとは異なる油路切換構造２８４について、図５乃至図８により説明する。
前記油路切換構造８４・８４Ａでは、エンジン始動時に第一油室１４内の作動油の油圧を第二油室１５内の作動油の油圧よりも低く設定するため、第一ランド６を新たに設け、エンジン始動時には、該第一ランド６によって、第一油室１４に連通する第一ポート３６・３６Ａを上低圧通路２８に開口させている。一方、ここで説明する油路切換構造２８４では、高圧部に常時連通している前記第一油路２２３の途中部に油圧駆動式の圧力切換バルブ５０を介設し、エンジン始動時には、該圧力切換バルブ５０により、第一油路２２３の途中部を低圧部であるタンク９に連通させるようにしている。

図５に示すように、この油路切換構造２８４を設ける油圧ガバナ２０１は、前記油圧ガバナ１・１Ａと同様に、ハウジング２０２を備え、該ハウジング２０２にパワーピストン３が内蔵されている。そして、該パワーピストン３により一対の油室１４・１５が仕切られると共に、該パワーピストン３の受圧面積は、上方側の第一油室１４における受圧面積の方が、下方側の第二油室１５における受圧面積よりも小さく設定されている。

このパワーピストン３を制御するコントロールバルブ２０５においては、前記油圧ガバナ１・１Ａとは異なり、スプール２２２では、前記第一ランド６が省略されて単一のランド２０７のみが設けられると共に、スリーブ２１７では、前記上低圧ポート３５と高圧ポート３７が省略されており、従来の前記油圧ガバナ１０１のコントロールバルブ１０５と略同一構造となっている。

つまり、コントロールバルブ２０５のスリーブ２１７の外周に、複数の環状溝２４６・２４８・２４９が形成され、該複数の環状溝２４６・２４８・２４９のそれぞれの底部から、スリーブ２１７の内周面部２１８にかけて、複数のポート２３６・２３８・２３９が半径方向に延出して形成されており、各ポート２３６・２３８・２３９は、前記ランド２０７の外周面部２０７ａによって開閉できるようにしている。

該ポート２３６・２３８・２３９は、前記スリーブ２１７に上から順に配置され、このうちの最上位置の第一ポート２３６は、環状溝２４６を介してポンプ油路２４４に連通され、該ポンプ油路２４４には、前記油圧ポンプ４の吐出口が連通されると共に、該第一ポート２３６は、途中部に圧力切換バルブ５０を介設した第一油路２２３に連通されており、この第一ポート２３６を介して、油圧ポンプ４からの高圧作動油を第一油路２２３に常時供給できるようにしている。なお、該第一油路２２３は、スプール側油路２２３ａと第一油室側油路２２３ｂとから構成されており、該スプール側油路２２３ａと第一油室側油路２２３ｂとの間に、前記圧力切換バルブ５０が介設されている。

上下中央位置の前記第二ポート２３８は、第二油路２４に連通されている。最下位置の前記低圧ポート２３９は、環状溝２４９を介してドレン油路２４１に連通され、該ドレン油路２４１は低圧部である前記タンク９に連通されており、低圧ポート２３９を介して、作動油がタンク９に排出されるようにしている。

そして、前記スリーブ２１７とスプール２２２との間の隙間のうち、前記ランド２０７よりも上方と、ランド２０７よりも下方とには、それぞれ、環状断面の高圧通路２２９と低圧通路２３０とが形成されている。このうちの高圧通路２２９には、前記第一ポート２３６が常時開口されており、高圧通路２２９は、前記ポンプ油路２４４を介して油圧ポンプ４の吐出口に連通されている。一方、前記低圧通路２３０には、前記低圧ポート２３９が常時開口されており、低圧通路２３０は、ドレン油路２４１を介してタンク９に連通されている。

ここで、前記圧力切換バルブ５０について説明する。
該圧力切換バルブ５０は、弁体５１と、該弁体５１を下方に向けて摺動可能に付勢するバネ等の弾性体５２と、該弾性体５２及び前記弁体５１を収納するシリンダ５８とから構成され、前記弁体５１を挟んで上下に上シリンダ室５３と下シリンダ室５４が形成されている。

前記シリンダ５８の上部は、ドレン開口５５を介して前記タンク９に連通されると共に、シリンダ５８の下部には下開口５６が形成され、シリンダ５８の内周側面には横開口５７が形成されている。このうちの下開口５６に、前記スプール側油路２２３ａが連通されると共に、該下開口５６は、前記弾性体５２によって付勢される弁体５１の先端部により、通常は閉塞されている。そして、前記横開口５７には、前記第一油室側油路２２３ｂが連通されている。

また、このような油路切換構造２８４の切換プロセスについて説明する。
図６に示すように、エンジン始動時には、ランド２０７は、前記第二ポート２３８と低圧ポート２３９との間に位置している。つまり、第一ポート２３６、第二ポート２３８のいずれも、ランド２０７よりも上方にあって前記高圧通路２２９に開口されており、高圧作動油が、第一ポート２３６と第二ポート２３８を介して、それぞれ第一油路２２３と第二油路２４に供給される。

該第二油路２４に供給された高圧作動油は、そのまま前記第二油室１５に供給され、第二油室１５内の作動油は高圧となる。しかしながら、前記第一油路２２３に供給された高圧作動油は、スプール側油路２２３ａ内に流入するものの、下開口５６が前述のように弁体５１によって閉塞されて「閉」状態となっているため、高圧作動油の流れが遮断される。

この際、弁体５１の上端は横開口５７の上端よりも下方にあり、該横開口５７が弁体５１によっては閉塞されずに「開」状態となっているため、前記第一油室側油路２２３ｂが、横開口５７から上シリンダ室５３とドレン開口５５を介して前記タンク９に連通し、第一油室１４内の作動油は低圧となる。

図７に示すように、エンジン始動後からエンジン回転数が上昇していくと、前記フライウェイト１３が開いてスプール２２２が上方に移動するものの、ランド２０７は、前記第二ポート２３８と低圧ポート２３９との間に位置したままである。つまり、第一ポート２３６、第二ポート２３８のいずれも、ランド２０７よりも上方にあって前記高圧通路２２９に開口されたままであり、高圧作動油が、第一ポート２３６と第二ポート２３８を介して、それぞれ第一油路２２３と第二油路２４に供給される。

ここで、エンジン回転数の上昇に伴って油圧ポンプ４の駆動ギア３２の回転数が上昇し、油圧ポンプ４から供給される高圧作動油の圧力、つまり、高圧部である高圧通路２２９内の作動油の油圧が所定値に達すると、前記第一油路２２３のスプール側油路２２３ａ内に流入した高圧作動油の圧力によって、前記弁体５１が弾性体５２の弾性力に抗して押し上げられる。

この際、弁体５１の下端が横開口５７の下端よりも上方にあり、下開口５６、横開口５７のいずれも「開」状態となっているため、前記第一油室側油路２２３ｂが、横開口５７から下シリンダ室５４、下開口５６、スプール側油路２２３ａを介して、前記高圧通路２２９に連通され、第一油室１４内の作動油が高圧となる。一方、第二油路２４に供給される高圧作動油は、そのまま前記第二油室１５に供給され、第二油室１５内の作動油も高圧となる。

従って、エンジン始動後からエンジン回転数が上昇して高圧通路２２９内の作動油の油圧が所定値に達すると、第一油室１４が第一ポート２３６を介して高圧通路２２９に連通し、前記両油室高圧モードとなり、パワーピストン３は、この第一油室１４側に移動し、燃料噴射量が増加してエンジン回転数が上昇する。ただし、前述したエンジン始動時とは異なり、第一油室１４と第二油室１５間の油圧差がないため、パワーピストン３は、第一油室１４側にエンジン始動時ほど高速では移動できない。

図８に示すように、更にエンジン回転数が上昇すると、前記フライウェイト１３が開いてスプール２２が更に上方に移動し、ランド２０７は、前記第一ポート２３６と第二ポート２３８との間に移動する。

つまり、第一ポート２３６は、ランド２０７よりも上方にあって前記高圧通路２２９に開口されたままであり、この際も、エンジン回転数の上昇に伴って増加する高圧通路２２９内の作動油の油圧によって、前記弁体５１が押し上げられ、弁体５１の下端が横開口５７の下端よりも上方になっている。これにより、下開口５６、横開口５７のいずれも「開」状態となり、前記第一油室側油路２２３ｂが、横開口５７から下シリンダ室５４、下開口５６、スプール側油路２２３ａを介して高圧通路２２９に開口され、第一油室１４内の作動油が高圧となっている。

一方、前記第二ポート２３８は、ランド２０７よりも下方にあって前記低圧通路２３０に開口されており、第二油室１５が、第二油路２４から、環状溝２４８、第二ポート２３８、低圧通路２３０、低圧ポート２３９、環状溝２４９、ドレン油路２４１を介してタンク９に連通し、第二油室１５内の作動油は低圧となる。

従って、更にエンジン回転数が上昇すると、前記第二油室低圧モードとなり、パワーピストン３が第二油室１５側に移動するため、燃料噴射量が減少してエンジン回転数が低下する。

次に、前記油路切換構造２８４の別形態である油路切換構造２８４Ａについて、図９により説明する。
該油路切換構造２８４Ａは、前記油路切換構造２８４における油圧駆動式の圧力切換バルブ５０の代わりに、電磁駆動式の圧力切換バルブ５０Ａを用いることにより、油路切換の応答性を高めると共に、適用するエンジン毎に油路切換時のエンジン回転数等の条件を調整可能として、エンジン始動性を更に向上させたものである。

この油路切換構造２８４Ａを設ける油圧ガバナ２０１Ａは、圧力切換バルブ５０Ａと、該圧力切換バルブ５０Ａの制御機構５９とを除き、前記油圧ガバナ２０１の構成とは略同一である。つまり、油圧ガバナ２０１Ａは、前記油圧ガバナ２０１と同様に、ハウジング２０２を備え、該ハウジング２０２にパワーピストン３が内蔵され、該パワーピストン３により一対の油室１４・１５が仕切られると共に、該パワーピストン３の受圧面積は、上方側の第一油室１４における受圧面積の方が、下方側の第二油室１５における受圧面積よりも小さく設定されている。

更に、前記パワーピストン３を制御するコントロールバルブ２０５を備え、該コントロールバルブ２０５において、スプール２２２には、単一のランド２０７が設けられると共に、スリーブ２１７には、第一ポート２３６、第二ポート２３８、低圧ポート２３９が形成されている。

そして、前記制御機構５９は、前記圧力切換バルブ５０Ａに接続され該圧力切換バルブ５０Ａに経路信号を送信するコントローラ６０と、該コントローラ６０に回転数信号を送信する回転センサ６１とから構成される。該回転センサ６１のセンサ部６１ａは、前記フライウェイト１３を支持する支持台２１９の外周に当接されると共に、該支持台２１９は、図示せぬエンジンと同期回転するスリーブ２１７の上部に外嵌固定されている。

前記圧力切換バルブ５０Ａ内には、第一油室側油路２２３ｂを低圧部である前記タンク９に連通する低圧作動油経路６２と、第一油室側油路２２３ｂを高圧部である前記高圧通路２２９に連通する高圧作動油経路６３とが形成されており、該高圧作動油経路６３と前記低圧作動油経路６２との間は、前記コントローラ６０からの経路信号に基づいて切換可能となっている。

また、このような油路切換構造２８４Ａの切換プロセスについて説明する。
エンジン始動時には、ランド２０７は位置２８１にあって、前記第二ポート２３８と低圧ポート２３９との間に位置している。つまり、第一ポート２３６、第二ポート２３８のいずれも、ランド２０７よりも上方にあって前記高圧通路２２９に開口されており、高圧作動油が、第一ポート２３６と第二ポート２３８を介して、それぞれ第一油路２２３と第二油路２４に供給される。

該第二油路２４に供給された高圧作動油は、そのまま前記第二油室１５に供給され、第二油室１５内の作動油は高圧となる。この際、回転センサ６１により検知されたエンジン回転数は所定値未満であって、コントローラ６０から圧力切換バルブ５０Ａには前記低圧作動油経路６２を選択する経路信号が送信されるため、前記第一油路２２３に供給された高圧作動油はスプール側油路２２３ａ内に流入するものの、その流れは圧力切換バルブ５０Ａによって遮断される。代わりに、第一油室側油路２２３ｂが低圧作動油経路６２を介してタンク９に連通し、第一油室１４内の作動油は低圧となる。

更に、エンジン始動後からエンジン回転数が上昇して、ランド２０７が位置２８２まで移動しても、該ランド２０７は前記第二ポート２３８と低圧ポート２３９との間に位置したままである。つまり、前記第一ポート２３６、第二ポート２３８のいずれも前記高圧通路２２９に開口されており、高圧作動油が、第一ポート２３６と第二ポート２３８を介して、それぞれ第一油路２２３と第二油路２４に供給される。

該第二油路２４に供給された高圧作動油は、そのまま前記第二油室１５に供給され、第二油室１５内の作動油は高圧となる。同時に、エンジン回転数の上昇に伴って、回転センサ６１が検知したエンジン回転数が所定値に達し、コントローラ６０から圧力切換バルブ５０Ａに、前記高圧作動油経路６３を選択する経路信号が送信されるため、前記第一油路２２３に供給された高圧作動油は、スプール側油路２２３ａから高圧作動油経路６３を介して第一油室側油路２２３ｂに供給され、第一油室１４内の作動油も高圧となる。

従って、エンジン始動後からエンジン回転数が上昇して所定値に達すると、第一油室１４が第一ポート２３６を介して高圧通路２２９に連通し、前記両油室高圧モードとなり、パワーピストン３は、この第一油室１４側に移動し、燃料噴射量が増加してエンジン回転数が上昇する。ただし、パワーピストン３は、エンジン始動時ほど高速では移動できない。

更にエンジン回転数が上昇して、ランド２０７が位置２８３まで移動すると、ランド２０７は、前記第一ポート２３６と第二ポート２３８との間に移動する。つまり、第一ポート２３６は前記高圧通路２２９に開口されると共に、前記高圧作動油経路６３も選択されたままであり、前記第一油室側油路２２３ｂが、高圧作動油経路６３からスプール側油路２２３ａを介して高圧通路２２９に連通されており、第一油室１４内の作動油は高圧のままである。

一方、前記第二ポート２３８は前記低圧通路２３０に開口されており、第二油室１５が、第二油路２４から低圧通路２３０等を介してタンク９に連通し、第二油室１５内の作動油は低圧となる。

すなわち、以上のような構成から成る前記油路切換構造２８４・２８４Ａでは、前記第一ポート２３６を高圧部である高圧通路２２９に連通すると共に、該第一ポート２３６と前記第一油室１４との間の油路である第一油路２２３に圧力切換バルブ５０・５０Ａを介設し、該圧力切換バルブ５０・５０Ａにより、エンジン始動時には、前記第一油室１４を低圧部であるタンク９側に連通させ、エンジン始動後に、前記高圧通路２２９内の作動油の油圧が所定値に達するか、あるいはエンジン回転数が所定値に達すると、前記第一油室１４を第一ポート２３６を介して高圧通路２２９側に連通させるので、圧力切換バルブ５０・５０Ａを新たに設ける必要はあるものの、それ以外の構造は変更せずに済ますことができ、更なる部品コストの低下、組立性やメンテナンス性の向上を図ることができる。

本発明は、エンジンの燃料噴射装置に連動連結するパワーピストンと、該パワーピストンにより仕切られる第一油室・第二油室と、該第一油室・第二油室にそれぞれ連通する第一ポート・第二ポートが開口されたスリーブ内をスプールのランドが移動して前記パワーピストンへの作動油の油路を切り換えるコントロールバルブとを備え、前記パワーピストンでは第二油室側の受圧面積よりも第一油室側の受圧面積を小さく設定し、該受圧面積の差により前記第一油室側にパワーピストンを移動して燃料噴射量を増加させる、全ての油圧ガバナに適用することができる。

１・１Ａ・２０１・２０１Ａ油圧ガバナ
５・５Ａ・２０５コントロールバルブ
６ランド・第一ランド
７ランド・第二ランド
９タンク（低圧部）
１３パワーピストン
１４第一油室
１５第二油室
１７・２１７スリーブ
２２・２２２スプール
２８上低圧通路（低圧部）
２９・２２９高圧通路（高圧部）
３０下低圧通路（低圧部）
３６・３６Ａ・２３６第一ポート
３８・３８Ａ・２３８第二ポート
５０・５０Ａ圧力切換バルブ
８４・８４Ａ・２８４・２８４Ａ油路切換構造
２０７ランド
２２３第一油路（油路）

Claims

エンジンの燃料噴射装置に連動連結するパワーピストンと、該パワーピストンにより仕切られる第一油室・第二油室と、該第一油室・第二油室にそれぞれ連通する第一ポート・第二ポートが開口されたスリーブ内をスプールのランドが移動して前記パワーピストンへの作動油の油路を切り換えるコントロールバルブとを備え、前記パワーピストンでは第二油室側の受圧面積よりも第一油室側の受圧面積を小さく設定し、該受圧面積の差により前記第一油室側にパワーピストンを移動して燃料噴射量を増加させる油圧ガバナにおいて、エンジン始動時に前記第一油室内の作動油の油圧を前記第二油室内の作動油の油圧よりも低く設定可能な始動補助機能を有する油路切換構造を設けたことを特徴とする油圧ガバナ。
前記油路切換構造では、前記第二ポートを高圧部側または低圧部側に切り換える第二ランドに加えて、前記第一ポートを高圧部側または低圧部側に切り換える第一ランドを設けることにより、前記ランドを構成し、該ランドにより、エンジン始動時には、前記第一ポート・第二ポートをそれぞれ低圧部側・高圧部側に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の油圧ガバナ。
前記油路切換構造では、前記第一ポートを高圧部に連通すると共に、該第一ポートと前記第一油室との間の油路に圧力切換バルブを介設し、該圧力切換バルブにより、エンジン始動時には、前記第一油室を低圧部側に連通させ、エンジン始動後に、前記高圧部内の作動油の油圧が所定値に達するか、あるいはエンジン回転数が所定値に達すると、前記第一油室を第一ポートを介して高圧部側に連通させることを特徴とする請求項１に記載の油圧ガバナ。