JP4124717B2 - ディーゼルエンジンの逆回転防止機構 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンにおける逆回転防止機構に関する。

従来から、ディーゼルエンジンの始動時には、逆回転が発生することがあった。
例えば、単気筒で手始動のディーゼルエンジンにおいては、デコンプ状態で燃料を噴射しながらフライホイールを回し、回転立ち上がり後に、デコンプを解除した際に、デコンプ時に噴射した大量の燃料が、圧力・温度の上昇と共に、気化・活性化し、ピストンが上死点に到達する前に着火を開始し、フライホイールの慣性力を持ってしても、上死点を超えられずに戻され、逆回転が発生する。

このように逆回転してしまうと、吸気系と排気系とが反対の作用となり、マフラーから空気を吸い込み、エアクリーナから排気ガスを排気することになるため、排気により吸気系部材が汚損する不具合があった。そこで、逆回転を防止するための逆回転防止機構が吸気弁又は排気弁を開閉するカム軸に設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−１４６９３８号公報

特許文献１に示される技術においては、カム軸に取り付けられるデコンプ部材を、スプリングにより排気カム又は吸気カムに圧接して摩擦的に連れ回り可能に構成して逆回転防止機構を構成しているが、吸気カムや排気カム以外のスプリングやデコンプ部材等を必要とするため、部品点数が多くなり、コストが嵩むという問題がある。そこで本発明は、燃料噴射ポンプ用カムのカム形状を変更することで逆回転防止機構を構成し、ディーゼルエンジンにおいて始動時に発生する可能性のある逆回転を防止することを課題とする。

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。

請求項１においては、クランク軸（５）より動力伝達手段を介してカム軸（１３）を駆動し、該カム軸（１３）上に燃料噴射ポンプ（１２）を駆動する燃料噴射ポンプ用カム（１４）と、吸気弁（３１）を駆動する吸気カム（２１）と、排気弁（３２）を駆動する排気カム（２２）を設けた構成において、前記燃料噴射ポンプ用カム（１４）の最大径部分（５２）から回転方向後側に、最小径部分（５１）よりも大径の中段部分（５３）を所定角度（Ｒ３）で形成し、前記中段部分（５３）の高さを、カム駆動による燃料噴射ポンプ（１２）が始動時に噴射を終了する際のプランジャ（４３）の始動時噴射終了リフト量（Ｌ１）時の高さと略同じ高さに構成し、前記最大径部分（５１）から、径を徐々に小さくする傾斜部分（６２）を経て、該中段部分（５３）へ移行する位置を、該排気弁（３２）が開き始める位置近傍に形成し、前記中段部分（５３）から、前記最小径部分（５１）に変化する傾斜部分（６３）へ移行する位置を、該吸気弁（３１）が開き始める部分近傍に形成し、該中段部分（５３）の範囲である所定角度（Ｒ３）は、排気弁（３２）を開閉する排気カム（２２）のプロフィール（６６）が、開けてから閉じるまでの範囲と略一致させて構成したものである。

請求項２においては、請求項１に記載のディーゼルエンジンの逆回転防止機構において、前記中段部分（５３）の高さをコンロッド（６）先端の回動軌跡と干渉しない高さとしたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、クランク軸（５）より動力伝達手段を介してカム軸（１３）を駆動し、該カム軸（１３）上に燃料噴射ポンプ（１２）を駆動する燃料噴射ポンプ用カム（１４）と、吸気弁（３１）を駆動する吸気カム（２１）と、排気弁（３２）を駆動する排気カム（２２）を設けた構成において、前記燃料噴射ポンプ用カム（１４）の最大径部分（５２）から回転方向後側に、最小径部分（５１）よりも大径の中段部分（５３）を所定角度（Ｒ３）で形成し、前記中段部分（５３）の高さを、カム駆動による燃料噴射ポンプ（１２）が始動時に噴射を終了する際のプランジャ（４３）の始動時噴射終了リフト量（Ｌ１）時の高さと略同じ高さに構成し、前記最大径部分（５１）から、径を徐々に小さくする傾斜部分（６２）を経て、該中段部分（５３）へ移行する位置を、該排気弁（３２）が開き始める位置近傍に形成し、前記中段部分（５３）から、前記最小径部分（５１）に変化する傾斜部分（６３）へ移行する位置を、該吸気弁（３１）が開き始める部分近傍に形成し、該中段部分（５３）の範囲である所定角度（Ｒ３）は、排気弁（３２）を開閉する排気カム（２２）のプロフィール（６６）が、開けてから閉じるまでの範囲と略一致させて構成したので、中段部分を形成することにより、始動時に、例えクランク軸が逆回転しても、シリンダ内に噴射される燃料の噴射量が少なく、燃焼が生じることがないため、逆回転が続行することを防止することができる。

また、始動時に逆回転しても、燃料噴射ポンプからシリンダ内に燃料を殆ど送ることがないので、燃焼することもない。よって、逆回転を防止することができる。

また、逆回転時には、前記小径部分から中段部分へ変化する位置で燃料の噴射が終了した後も吸気弁が開いた状態となるので、更に燃料をシリンダ内に吸い込むことができなくなり、燃焼が生じることを防止できる。したがって、逆回転の継続を阻止することができ、始動時におけるエンジンの逆回転を防止することができる。

また、逆回転時には、例えシリンダ内に燃料噴射ポンプから燃料が供給されても、排気弁が開いて排気が行われた後にピストンで圧縮することになるため、燃焼が殆ど生じない。そして、燃料噴射ポンプにおいてプランジャが更に上昇しても、燃料の圧送は終了しており、燃料がシリンダ内に供給されることがなく、燃焼が生じない。したがって、エンジンの逆回転を防止できる。

請求項２においては、クランク軸とカム軸をできるだけ近づけて配置することができので、エンジンをコンパクトに構成できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係るエンジンの正面断面図、図２は本発明に係るエンジン下部の側面断面図、図３は本発明に係るエンジン上部の側面断面図、図４は燃料噴射ポンプの断面図、図５は燃料噴射ポンプ用カムの形状を示す側面図、図６は燃料噴射ポンプ用カムのプロフィールを示す図である。

本発明に係るエンジンの全体構成について、図１から図４を用いて説明する。図１に示すように、エンジン１の本体は、上部のシリンダブロック２と下部のクランクケース３とから構成されており、該シリンダブロック２の中央にシリンダ２ａが上下方向に形成され、該シリンダ２ａにピストン４が収納されている。そして、該シリンダブロック２上にはシリンダヘッド７が配置され、該シリンダヘッド７上にボンネットカバー８が配置されて、弁腕２７・２８、吸気弁３１と排気弁３２の上端部、プッシュロッド２５・２６の上端部等を内装する弁腕室８ａが形成されている。該エンジン１上部のボンネットカバー８の一側（図１における左側）にはマフラー９が配置され、他側（図１における右側）には燃料タンク１０が配置されている。

前記クランクケース３にはクランク軸５が図１における前後方向に軸支されており、該クランク軸５とピストン４とがコンロッド６により連結されている。また、クランクケース３内にはバランスウエイトやガバナ装置１１等が配置され、該ガバナ装置１１の上方に燃料噴射ポンプ１２やカム軸１３等が配置されている。該カム軸１３はクランク軸５と平行にクランクケース３に軸支されており、その一端にカムギア１７が固定されている。該カムギア１７はクランク軸５の一端に固定されたギア１８と噛合されて、該ギア１８とカムギア１７とを介してクランク軸５からカム軸１３に駆動力を伝達可能としている。

また、前記カム軸１３の中途部には吸気カム２１と排気カム２２とが所定間隔で設けられるとともに、該吸気カム２１と排気カム２２との間に燃料噴射用カム１４が設けられている。吸気カム２１と排気カム２２にはタペット２３・２４がそれぞれ当接され、各タペット２３・２４に吸気プッシュロッド２５・排気プッシュロッド２６の下端が連結されている。一方、吸気プッシュロッド２５・排気プッシュロッド２６の上端は、シリンダブロック２とシリンダヘッド７に上下方向に開口されたロッド孔を経て、ボンネットカバー８内の弁腕室８ａまで延出されている。そして、吸気プッシュロッド２５と排気プッシュロッド２６の上端が吸気弁腕２７・排気弁腕２８の一側下端にそれぞれ当接され、吸気弁腕２７・排気弁腕２８の他側の下端にそれぞれ吸気弁３１と排気弁３２の上端が当接されている

前記吸気弁３１（排気弁３２）は、下端部の弁頭３１ａ（３２ａ）と胴部の弁棒３１ｂ（３２ｂ）とからなり、前記ピストン４の上方に配置されている。弁頭３１ａ（３２ａ）は、シリンダヘッド７下面に形成されたバルブシートに対して着座・離間可能に配置され、シリンダヘッド７に形成された吸気ポート７ａ（排気ポート７ｂ）とシリンダブロック２に形成されたシリンダ２ａの燃焼室とを連通・遮断することを可能としている。吸気ポート７ａはシリンダヘッド７の一側面（後面）に設けられたエアクリーナ２０と連通され、排気ポート６ｂは排気マニホールド２９を介してマフラー９と連通されている。

前記弁棒３１ｂ（３２ｂ）は、シリンダヘッド７を上方に貫通してボンネットカバー８側に摺動可能に突出され、その上端が弁腕２７（２８）に当接されている。そして、弁腕室８ａ内において、該弁棒３１ｂ（３２ｂ）にバネ３３（３３）が外嵌され、該バネ３３により弁頭３１ａ（３２ａ）が上方に摺動するように付勢されて、吸気弁３１（排気弁３２）が閉じるように構成されている。

したがって、クランク軸５が回動されることによって、ギア１８及びカムギア１７を介してカム軸１３が回動され、該カム軸１３の回転により吸気カム２１・排気カム２２がタペット２３・２４を昇降する。そして、タペット２３・２４の昇降により、該タペット２３・２４に連結されたプッシュロッド２５・２６、弁腕２７・２８を介して吸気弁３１及び排気弁３２が上下に摺動されて、開閉することになる。つまり、吸気弁３１・排気弁３２の開閉がカム軸１３の吸気カム２１・排気カム２２の回転に連動されて行われる。

また、前記吸気弁３１と排気弁３２との間には噴射ノズル１５が配置されている。該噴射ノズル１５は、その先端（吐出部）がシリンダ２ａの中心上方に位置するようにシリンダヘッド７を貫通して下方に突出され、シリンダ２ａ内に燃料噴射ポンプ１２により供給された燃料を噴射できるようになっている。

図４に示すように、前記燃料噴射ポンプ１２はクランクケース３内に配置されたガバナ装置１１の上方にカム軸１３とともに配置されている。燃料噴射ポンプ１２においては、タペット４１に軸支されたローラ４２がカム軸１３の吸気カム２１と排気カム２２との間に設けられた燃料噴射ポンプ用カム１４に当接され、該カム１４の回転によりローラ４２・タペット４１を介してプランジャ４３が往復摺動されて、燃料タンク１０の燃料が吸入部４４からプランジャバレル４５内に吸入される。そして、燃料噴射ポンプ用カム１４の更なる回転でローラ４２を上昇させ、該ローラ４２・タペット４１を介してプランジャ４３を上昇させることにより、プランジャバレル４５内の燃料が圧縮され、出口弁４８が開いて吐出部４６から高圧管４７を介して前記燃料噴射ノズル１５に所定のタイミングで所定量の燃料が供給される。

なお、該燃料噴射ノズル１５による燃料噴射量は、燃料噴射ポンプ１２のコントロールレバー１６をガバナ装置１１により回動し、プランジャ４３のストロークを変更することで調節可能となっている。

次に、前記カム軸１３に設けられる燃料噴射ポンプ用駆動カム１４について、図４と図５と図６を用いて説明する。燃料噴射ポンプ用カム１４のカム形状は、ピストン４の往復、及び、クランク軸５の回転角度に合わせて半径が異なるように構成している。つまり、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４は回転方向に沿って順に、最小径部分から最大径部分に至り、更に、最小径部分よりも大径の中段部分５３を所定角度Ｒ３で形成し、その回転方向後側に最小径部分を形成している。

回転方向に沿って具体的に説明すると、まず燃料噴射ポンプ１２のプランジャ４３が最伸長した位置（非圧縮位置）において、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４の最小径部分となるベース円５０部分にローラ４２が当接するようにしている。該ベース円５０上の部分を所定角度Ｒ１の範囲で構成し最小径部分５１としている。この角度Ｒ１の範囲は図６に示すように吸気弁３１が開き終わって（最大開位置から）プランジャ４３が開き始めるまでの範囲である。

そして、ベース円５０から半径が大きくなり、傾斜部分６１を経て半径方向外側へ突出した所定角度Ｒ２の範囲を最大径部分５２としており、該最大径部分５２はプランジャ４３が最縮小した（圧縮した）位置となる。

そして、半径が徐々に小さくなる傾斜部分６２を経て、最大径部分５２から回転方向後側に最小径部分５１よりも大径の中段部分５３が所定角度Ｒ３の範囲で形成されている。該所定角度Ｒ３は図６に示すように、最大径部分５２から径を徐々に小さくして中段部分５３へ変化する位置を、排気弁３２が開き始める位置近傍に形成して、中段部分５３から小径部分５１へ変化する位置を排気弁３２が略閉じる位置としている。言い換えれば、所定角度Ｒ３は略排気弁３２が開き始めてから略閉じ終わるまでの間の範囲としている。

また、中段部分５３から小径部分５１へ変化する位置６３を吸気弁３１が開き始める部分近傍に形成している。つまり、中段部分５３から傾斜部分６３へ変化する位置は吸気弁３１と排気弁３２がオーバーラップして開いている部分近傍に配置している。

このようにして、ベース円５０上に回転方向の順に最小径部分５１、最大径部分５２、中段部分５３が形成されて、燃料噴射ポンプ用カム１４が構成されている。

前記中段部分５３の高さ、つまり半径は、各位相において図１におけるコンロッド６の右端の回動軌跡６ａと干渉しない高さとされている。すなわち、ピストン４が下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に至る時に、コンロッド６は図１において右側に振れるが、このとき、コンロッド６の側面が燃料噴射ポンプ用カム１４に当接しないように構成しているのである。そして、この接近する時の間隔、つまり中段部分５３とコンロッド６先端の回動軌跡との間に生じる間隙ができるだけ小さくなるように構成されている。これにより、クランク軸５の回転によりコンロッド６が回転され、ギア１８とカムギア１７を介してカム軸１３に駆動力が伝達されて燃料噴射ポンプ用カム１４が回転される際に、該カム１４とコンロッド６とが干渉することを防止でき、加えてクランクケース３内において平行に軸支されるクランク軸５とカム軸１３とをできるだけ近づけて配置することができる。よって、エンジン１をコンパクトに構成することができる。なお、燃料噴射ポンプ用カム１４はクランク軸５が２回転する間に１回転するようにしており、次の圧縮工程で接近するときには、燃料噴射ポンプ用カム１４は最小径部分５１とコンロッド６が対向しており、干渉することはない。

さらに、図６に示す燃料噴射ポンプ用カム１４のプロフィール６０において、燃料噴射ポンプ１２のローラ４２にカム１４が当接して、プランジャ４３のリフト量が最小となる最小径部分５１からリフト量が最大となる最大径部分５２に変化する前記傾斜部分６１は、図６において上昇リフト期間７１に略相当する。この上昇リフト期間７１の途中でピストン４が上死点（ＴＤＣ）に達し燃焼が生じる。なお、吸気弁３１は閉じているので燃料噴射ポンプ用カム１４により燃料は圧縮されたままとなっている。

最大径部分５２から径を徐々に小さくして中段部分５３へ変化する傾斜部分６２は、図６において第一下降リフト期間７２に略相当する。そして、中段部分５３におけるプランジャ４３の上昇リフト量が、始動時に燃料噴射ポンプ１２が噴射を終了する際のプランジャ４３の上昇リフト量と略同じとなるように構成されている。言い換えれば、前記中段部分５３のベース円５０からの高さが、燃料噴射ポンプ１２が始動時に噴射を終了する際のカム１４の回転によるプランジャ４３の位置と略同じに構成されている。

つまり、図４に示すように、プランジャ４３の上部（タペット４１と反対側）外周にはリード（らせん状の切欠）４３ａが形成されプランジャバレル４５内と連通されている。該プランジャ４３は前記コントロールレバー１６の回動により回転されるように構成されている。そして、前記吸入部４４からリード４３ａを介してプランジャバレル４５内に燃料が吸入されるようになっている。始動時においては、回転数設定レバーを回動してコントロールレバー１６を回動し、プランジャ４３を回転してリード４３ａの位置を調整して、始動時における燃料吸入量を設定している。この状態でプランジャ４３を縮小方向に摺動して、燃料を圧縮して圧送し、所定量摺動した位置で吸入部４４とリード４３ａが連通して燃料噴射が終了する。この終了位置を始動時噴射終了リフト量Ｌ１（図６）とすると、前記中段部分５３の高さは始動時噴射終了リフト量Ｌ１と略一致させているのである。この中段部分５３の範囲（所定角度Ｒ３）は排気弁（３２）を開閉する排気カム（２２）のプロフィール６６の開けてから閉じるまでの範囲と略一致させている。

そして、前記中段部分５３から最小径部分５１に変化する傾斜部分６３が図６における第二下降リフト期間７３に略相当する。この傾斜部分６３の範囲は吸気カム２１のプロフィール６５における吸気弁３１を開け初めてから最も開放した位置までに略相当するように形成されている。さらに詳しく説明すると、図６におけるリフト量Ｌ２は、始動時においてプランジャ４３が縮小して圧縮を開始し、プランジャバレル４５内の燃料の圧力を増加して、該プランジャバレル４５と高圧管４７の間に配設される出口弁４８を開ける位置であり、該リフト位置Ｌ２からＬ１までの間が始動時の噴射量に相当する。このように構成することで後述する逆回転時に燃料の圧送をできるだけ少なくして逆回転を防止しているのである。

このようにして、上昇リフト期間７１で上昇したリフト量を第一下降リフト期間７２と第二下降リフト期間７３の二回に分かれて下降するように、燃料噴射ポンプ用カム１４が構成されている。

以上のような構成において、始動時に逆回転が生じた場合、燃料噴射ポンプ用カム１４も逆回転し、該燃料噴射ポンプ用カム１４とローラ４２との当接部分が最小径部分５１から中段部分５３へ変化する。ローラ４２が当接する傾斜部分６３、つまり第二下降リフト期間７３において、プランジャ４３が上昇（圧縮）してＬ２を越えると燃料の噴射が開始される。このとき、吸気弁３１は吸気カム２１のプロフィール６５により吸気カム２１の上昇リフト量が最大、つまり吸気弁３１が最大に開いている状態から、該吸気弁３１が閉じる過程の途中に位置している。

これにより、逆回転時には、前記小径部分５１から中段部分５３へ変化する第二下降リフト期間７３において、吸気弁３１が閉じ動作の終了近くのときに燃料の噴射が行われるので、燃料は吸気ポート７ａから排出され燃料が、シリンダ２ａ内に吸い込まれる量は少なく、燃焼に必要な燃料の量に至らず燃焼が生じない。したがって、逆回転の継続を阻止することができ、始動時における逆回転を防止することができる。また、このときピストン４は上昇過程であるためシリンダ２ａ内にはわずかしか入ることができない。

さらに、吸気弁３１と排気弁３２の両方が開いているオーバーラップ位置の手前で、プランジャ４３は中段部分５３に至るので、燃料の噴射は終了し、排気弁３２が開き始めた状態でピストン４が上死点に至るので、燃料は排気弁３２を介して出て行くことになる。

このように、中段部分５３の高さが、燃料噴射ポンプ１２が噴射を終了する際のプランジャ４３の高さと略同じに構成されているので、始動時に逆回転した時に燃料噴射ポンプ１２による燃料の圧縮トップ前の噴射量がわずかなものとなり、燃料噴射ポンプ１２からシリンダ２ａの燃焼室に燃料が殆ど送られなくなる。よって、燃焼室内において燃焼が生じず、逆回転が続行不可能となるので、逆回転を防止することができる。

さらに、燃料噴射が終了した後に、燃料噴射ポンプ用カム１４の中段部分５３にローラ４２が当接し、該ローラ４２がこの中段部分５３に当接している期間において、排気カム２２のプロフィール６６によって、排気弁３２が開閉するように構成されている。

これにより、逆回転時には、例えシリンダ２ａ内に燃料噴射ポンプ１２から燃料が供給されても、排気弁３２が開いて排気が行われた後にピストン４で圧縮することになるため、燃焼が殆ど生じない。そして、燃料噴射ポンプ１２において更に圧縮されても、燃料供給部となるプランジャ４３の吐出部４６は閉じているので、燃料がシリンダ２ａ内に供給されることがなく、燃焼が生じない。したがって、エンジン１の逆回転を防止できる。

以上のように、クランク軸５より動力伝達手段を介してカム軸１３を駆動し、該カム軸１３上に燃料噴射ポンプ１２と吸気弁３１と排気弁３２を駆動するカム１４・２１・２２を設けた構成において、前記燃料噴射ポンプ用カム１４の最大径部分５２から回転方向後側に最小径部分５１よりも大径の中段部分５３を所定角度Ｒ３で形成したので、始動時に例えクランク軸５が逆回転しても、シリンダ２ａ内に残留する燃料の量が少なく、燃焼が生じることがないため、逆回転が続行することを防止することができる。

本発明に係るエンジンの正面断面図。 本発明に係るエンジン下部の側面断面図。 本発明に係るエンジン上部の側面断面図。 燃料噴射ポンプの断面図。 燃料噴射ポンプ用カムの形状を示す側面図。 燃料噴射ポンプ用カムのプロフィールを示す図。

符号の説明

５ クランク軸
１２ 燃料噴射ポンプ
１３ カム軸
１４ 燃料噴射ポンプ用カム
２１ 吸気カム
２２ 排気カム
５１ 最小径部分
５２ 最大径部分
５３ 中段部分

Claims (2)

1. クランク軸（５）より動力伝達手段を介してカム軸（１３）を駆動し、該カム軸（１３）上に燃料噴射ポンプ（１２）を駆動する燃料噴射ポンプ用カム（１４）と、吸気弁（３１）を駆動する吸気カム（２１）と、排気弁（３２）を駆動する排気カム（２２）を設けた構成において、前記燃料噴射ポンプ用カム（１４）の最大径部分（５２）から回転方向後側に、最小径部分（５１）よりも大径の中段部分（５３）を所定角度（Ｒ３）で形成し、前記中段部分（５３）の高さを、カム駆動による燃料噴射ポンプ（１２）が始動時に噴射を終了する際のプランジャ（４３）の始動時噴射終了リフト量（Ｌ１）時の高さと略同じ高さに構成し、前記最大径部分（５１）から、径を徐々に小さくする傾斜部分（６２）を経て、該中段部分（５３）へ移行する位置を、該排気弁（３２）が開き始める位置近傍に形成し、前記中段部分（５３）から、前記最小径部分（５１）に変化する傾斜部分（６３）へ移行する位置を、該吸気弁（３１）が開き始める部分近傍に形成し、該中段部分（５３）の範囲である所定角度（Ｒ３）は、排気弁（３２）を開閉する排気カム（２２）のプロフィール（６６）が、開けてから閉じるまでの範囲と略一致させて構成したことを特徴とするディーゼルエンジンの逆回転防止機構。
2. 請求項１に記載のディーゼルエンジンの逆回転防止機構において、前記中段部分（５３）の高さをコンロッド（６）先端の回動軌跡と干渉しない高さとしたことを特徴とするディーゼルエンジンの逆回転防止機構。

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