JP5215223B2 - エンジンのメカニカルガバナ - Google Patents
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Description
この種のメカニカルガバナによれば、鋳造製のガバナレバーを用いた場合に比べ、メカニカルガバナを軽量で低コスト化できる利点がある。
しかし、この種の従来技術では、曲げ加工したガバナレバーに熱処理等の後処理がなされていないため、問題がある。
曲げ加工したガバナレバーに熱処理等の後処理がなされていない。このため、応答性を高めるためにガバナレバーを薄肉にしている場合には、ガバナレバーの剛性が低く、ガバナレバーが経時的に変形し、メカニカルガバナによる調速精度が低下する場合がある。
調速精度の低下を防止するため、ガバナレバーを厚肉にして、ガバナレバーの剛性を高めた場合には、ガバナレバーの重量が大きくなり、メカニカルガバナの応答感度が低くなる。
図1、図2に例示するように、板金をコの字形に曲げ加工し、両側板(18a)(18b)(19a)(19b)を連結板(18c)(19c)で連結した構造のガバナレバー(18)(19)を用いたエンジンのメカニカルガバナにおいて、
曲げ加工したガバナレバー(18)(19)に表面熱処理を施して剛性を高めるとともに、
両側板(18a)(18b)(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)(19d)(19e)をあけた、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。
(請求項1に係る発明に固有の発明特定事項)
図1に例示するように、枠形状の連結板(18f)を備えたガバナレバー(18)に表面熱処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。
(請求項2に係る発明に固有の発明特定事項)
図2に例示するように、両側板(19a)(19b)の基端部間に連結板(19c)を架設し、この連結板(19c)で片持ち支持された両側板(19a)(19b)の先端部間にスプリング先端係止部材(6)を架設し、このスプリング先端係止部材(6)にガバナスプリング先端フック(7)を係止するに当たり、
スプリング先端係止部材(6)と一体でガバナレバー(19)に表面熱処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。
(請求項7に係る発明に固有の発明特定事項)
図3、図4に例示するように、ガバナレバー(18)の両側板(18a)(18b)に沿う両側一対のガバナ力入力部(38a)(38b)を設け、この一対のガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ端面(24a)を接当させ、ガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ(24)を介してフライウェイト(23)からガバナ力(21a)を入力するに当たり、
ガバナレバー(18)(19)の両側板(18a)(18b)(19a)(19b)の間に枢支ボス(36)を架設し、この枢支ボス(36)の中央部(36a)を介してガバナレバー(18)(19)をガバナレバー軸(20)に枢支した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。
請求項1に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果1−1》 メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
図1、図2に例示するように、曲げ加工したガバナレバー(18)(19)に表面熱処理を施して剛性を高めるので、応答性を高めるためにガバナレバー(18)(19)を薄肉にしている場合でも、ガバナレバー(18)(19)の剛性を高くすることができる。このため、ガバナレバー(18)(19)の経時的変形を抑制し、メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
図1、図2に例示するように、両側板(18a)(18b)(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)(19d)(19e)をあけたので、ガバナレバー(18)(19)が軽量になり、メカニカルガバナの応答感度を高くできる。
図1に例示するように、枠形状の連結板(18f)を備えたガバナレバー(18)に表面熱処理を施したので、連結板(18f)が両側板(18a)(18b)の支えとなり、両側板(18a)(18b)の焼き歪みが抑制され、ガバナレバー(18)の成形精度が高まり、メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明の効果1−1,1−2に加え、次の効果を奏する。
《効果》 メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
図2に例示するように、スプリング先端係止部材(6)と一体でガバナレバー(19)に表面熱処理を施したので、スプリング先端係止部材(6)が両側板(19a)(19b)の支えとなり、両側板(19a)(19b)の焼き歪みが抑制され、ガバナレバー(19)の成形精度が高まり、メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
請求項3に係る発明は、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》 メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
図2に例示するように、両側板(19a)(19b)に係止部取付孔(39)をあけ、この係止部取付孔(39)にスプリング先端係止部材(6)の各端部(6a)を差し込み、この各端部(6a)を抜け止めし、スプリング先端係止部材(6)と一体でガバナレバー(19)に浸炭焼き入れ処理を施したので、浸炭焼き入れ処理により係止部取付孔(39)の内周面への浸炭によりその内径が小さくなり、スプリング先端係止部材(6)の各端部(6a)の外周面への浸炭によりその外周面が大きくなり、スプリング先端係止部材(6)が回り止めされる。このため、スプリング先端係止部材(6)の回動によるガバナスプリング力(3a)の変動が回避され、メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
請求項4に係る発明は、請求項3に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 メカニカルガバナによる調速精度を高く維持できる。
図3に例示するように、ガバナスプリング(3)には、窒化処理により、スプリング先端フック(7)の表面部分に窒化層(8)を形成したものを用い、スプリング先端係止部材(6)には、鋼材の浸炭焼き入れ処理により、表面部分に浸炭層(9)を形成したものを用い、この浸炭層(9)にスプリング先端フック(7)の窒化層(8)を接触させたので、スプリング先端係止部材(6)とスプリング先端フック(7)の各接触部分の耐摩耗性が高めることができる。このため、この各接触部分の経時的な磨耗が抑制され、メカニカルガバナによる調速精度を高く維持できる。
各接触部分の耐摩耗性を高めることができる理由は明確ではないが、窒化層(8)と浸炭層(9)の金属組織同士の相性がよく、相互になじみやすいことに加え、窒化層(8)から浸炭層(9)に力が加わることにより、浸炭層(9)を構成するオーステナイト組織が変態によって硬化し、窒化層(8)の硬さに適合する硬さのマルテンサイト組織に変化するためではないかと推定される。
(請求項5に係る発明)
請求項5に係る発明は、請求項2から請求項4のいずれかに係る発明の効果に加え、請求項1に係る発明の効果1−3を奏する。
(請求項6に係る発明)
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項5のいずれかに係る発明の効果に加え、後述する請求項7の効果7を奏する。
請求項7に係る発明は、請求項1に係る発明の効果1−2,1−3に加え、次の効果を奏する。
《効果7》メカニカルガバナによる調速精度が低下しにくい。
図3に例示するように、ガバナレバー(18)(19)の両側板(18a)(18b)(19a)(19b)の間に枢支ボス(36)を架設し、この枢支ボス(36)の中央部(36a)を介してガバナレバー(18)(19)をガバナレバー軸(20)に枢支したので、ガバナスリーブ(24)のふら付きによりガバナスリーブ端面(24a)に片当たりした一方のガバナ入力部(38a)(38b)からガバナレバー(18)にガバナ力(21a)が入力された場合でも、メカニカルガバナによる調速精度が低下しにくい。
その理由としては、枢支ボス(36)の両端部を介してガバナレバー(18)(19)をガバナレバー軸(20)に枢支した場合には、枢支部となる枢支ボス(36)の両外側端部の離間距離が長く、上記片当たりによって僅かにガバナレバー(18)が捻じ曲げられただけで枢支部の摺動抵抗が増大するのに対して、本発明の場合には、枢支部となる枢支ボス(36)の中央部(36a)の両側端部の離間距離が短く、枢支部の摺動抵抗が増大しにくいためと考えられる。
(請求項8に係る発明)
請求項8に係る発明は、請求項1から請求項7のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
図1、図2に例示するように、大きい側板(18a)(19a)の除肉口(18d)(19d)の開口面積を小さい側板(18b)(19b)の除肉口(18e)(19e)の開口面積よりも大きくして表面熱処理を施したので、両側板(18a)(18b)(19a)(19b)の質量の差が小さく、質量差に基づく両側板(18a)(18b)(19a)(19b)の焼き歪みが抑制され、ガバナレバー(18)(19)の成形精度が高まり、メカニカルガバナによる調速精度を高くできる。
図4に示すように、シリンダブロック(図外)の横にポンプケース(11)を配置し、このポンプケース(11)内に列型の燃料噴射ポンプ(12)と燃料噴射カム軸(13)を収容し、ポンプケース(11)の後部にガバナケース(14)を配置し、このガバナケース(14)内にメカニカルガバナ(15)を収容している。ガバナケース(14)にはエンジン停止用ソレノイド(16)とブーストコンペンセータ(17)を取り付けている。
図4に示すように、メカニカルガバナ(15)のガバナレバーをガバナ力(21a)を入力する第1ガバナレバー(18)とガバナスプリング力(3a)を入力する第2ガバナレバー(19)とで構成し、各ガバナレバー(18)(19)をガバナレバー軸(20)で揺動自在に枢支し、第1ガバナレバー(18)の入力部にガバナ力発生手段(21)を当接させ、第1ガバナレバー(18)の出力部に燃料噴射ポンプ(12)の燃料調量部(22)を連動連結し、第2ガバナレバー(19)をガバナスプリング(3)を介して調速レバー(1)に連動連結している。
図1、図2に示すように、第1ガバナレバー(18)と第2ガバナレバー(19)とは、いずれも板金の折り曲げ成型品である。図3に示すように、調速レバー(1)は板金の打ち抜き成形品である。図2に示すように、第2ガバナレバー(19)には、金属棒のスプリング先端係止部材(6)を架設して取り付け、図3に示すように、調速レバー(1)には、金属棒のスプリング基端係止部材(2)を片持ち状で取り付けている。ガバナレバー軸(20)は、ガバナケース(33)に架設している。図4に示すように、ガバナ力発生手段(21)は、フライウェイト(23)とガバナスリーブ(24)からなる。燃料噴射カム軸(13)の後端部をガバナケース(14)内に突出させ、この突出部にフライウェイト(23)とガバナスリーブ(24)とを取り付けている。第1ガバナレバー(18)の出力部となる連結ピン(25a)には、連動プレート(25)を介して、燃料噴射ポンプ(12)の燃料調量部(22)を連動連結している。この燃料調量部(22)は、燃料調量ラックである。
図3に示すように、調速レバー(1)を高速位置に設定した場合、部分負荷運転時には、ガバナスプリング力(3a)とガバナ力(21a)とでトルクピン(28)をその基端方向に押し込んだまま、ガバナスプリング力(3a)とガバナ力(21a)との不釣合い力で、第1ガバナレバー(18)と第2ガバナレバー(19)とを一体に揺動させることにより、燃料調量部(22)を部分負荷調量領域(31)で調量移動させる。定格負荷運転時には、燃料制限具(30)に第2ガバナレバー(19)を当接させることにより、燃料調量部(22)を定格負荷調量位置(32)に位置させる。過負荷運転時には、燃料制限具(30)に第2ガバナレバー(19)を当接させたまま、ガバナ力(21a)とトルクバネ力(29a)との不釣合い力により、トルクピン(28)先端の出代に応じて、第1ガバナレバー(18)のみを揺動させることにより、燃料調量部(22)を過負荷調量領域(33)で調量移動させる。尚、図3中の符号(34)は始動用スプリング、(34a)は始動用スプリング力である。
曲げ加工した第1ガバナレバー(18)と第2ガバナレバー(19)に表面熱処理を施して剛性を高めるとともに、図1に示すように、第1ガバナレバー(18)の両側板(18a)(18b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)をあけ、図2に示すように、第2ガバナレバー(19)の両側板(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(19d)(19e)をあけている。
図2に示すように第2ガバナレバー(19)では、各外周縁で囲まれる面積が大小異なる両側板(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(19d)(19e)をあけるに当たり、大きい側板(19a)の除肉口(19d)の開口面積を小さい側板(19b)の除肉口(19e)の開口面積よりも大きくして表面熱処理を施している。
第1ガバナレバー(18)では、両側板(18a)(18b)の一方(18a)に連結ピン(25a)を片持ち支持させ、この連結ピン(25a)と一体で第1ガバナレバー(18)に表面熱処理を施している。
第2ガバナレバー(19)では、両側板(19a)(19b)に係止部取付孔(39)をあけ、この係止部取付孔(39)にスプリング先端係止部材(6)の各端部(6a)を差し込み、この各端部(6a)を抜け止めし、スプリング先端係止部材(6)と一体で第2ガバナレバー(19)に表面熱処理を施している。スプリング先端係止部材(6)の各端部(6a)の抜け止めはカシメによって行う。
第1ガバナレバー(18)と第2ガバナレバー(19)にはいずれも低炭素鋼の鋼材の板金を用い、連結ピン(25a)やスプリング先端係止部材(6)にはいずれも低炭素鋼の鋼材の丸棒を用いている。
この浸炭焼き入れ処理では、一酸化炭素の雰囲気下、850°C〜930°Cの処理温度で、5時間〜8時間の処理時間で焼入れ処理を行った後、ガス窒化法により、アンモニアガス雰囲気下、800°C〜870°Cの処理温度で、2時間〜5時間の処理時間で窒化処理を行い、その後、150°C〜300°Cの処理温度で、2時間〜5時間の処理時間で焼戻し処理を行う。
この浸炭焼き入れ処理は、鋼材の表面に炭素を拡散させた後、鋼材の表面の金属組織をオーステナイト層にするもので、正確には浸炭浸窒処理といわれるものである。
窒化層(8)での表面硬さはビッカース硬さでHv450以上、Hv650未満となる。
処理温度を300°C以上、500°C未満としたのは、処理温度が 500°Cを越えると、熱影響によりガバナスプリング(3)のバネ特性が狂うおそれがあり、処理温度が300°C未満では窒化層(8)の表面硬さを適正な値、すなわちビッカース硬さでHv450以上、Hv650未満の値にすることができない場合があるからである。
このような観点から、低温窒化処理は、350°C以上、450°C未満の処理温度とするのがより望ましい。
その理由は、明確ではないが、この温度範囲で窒化処理された窒化層(8)の金属組織は浸炭層(9)の金属組織との相性が特に良く、相互のなじみが特に良いためではないかと推定される。
また、ガバナスプリング(3)に、300°C以上、500°C未満の処理温度で窒化処理したものを用いると、ガバナスプリング(3)がバネ鋼材が窒化処理による熱影響を受けにくく、ガバナスプリング(3)のバネ特性の狂いを防止することができる。
また、ガバナスプリング(3)に、窒化層(8)での表面硬さがビッカース硬さでHv450以上、Hv650未満となるものを用いるとで、前記耐摩耗性が特に高い。
その理由は、明確ではないが、この表面硬さを有する窒化層(8)が浸炭層(9)を窒化層(8)との適合性が特に高い硬さに変えるためではないかと推定される。
図3に示すように、第1ガバナレバー(18)の両側板(18a)(18b)に沿う両側一対のガバナ力入力部(38a)(38b)を設け、この一対のガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ端面(24a)を接当させ、ガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ(24)を介してフライウェイト(23)からガバナ力(21a)を入力するに当たり、第1ガバナレバー(18)の両側板(18a)(18b)、第2ガバナレバー(19a)(19b)の間に枢支ボス(36)を架設し、この枢支ボス(36)の中央部(36a)を介して第1ガバナレバー(18)と第2ガバナレバー(19)をガバナレバー軸(20)に枢支している。
図3に示すように、ガバナケース(14)内にガバナレバー軸(20)が架設され、ガバナレバーにボス(36)が取り付けられ、ボス(36)の左右両側にブッシュ(37)が内嵌され、ボス(36)がガバナレバー軸(20)に外嵌され、枢支部が構成されている。ガバナレバー軸(20)にはその中心軸に沿う軸内オイル通路(40)が設けられ、オイルパン(41)内のエンジンオイル(42)がオイルポンプ(43)の圧送力で軸内オイル通路(40)に供給されるようになっている。ガバナレバー軸(40)の軸長方向中央部は小径部(44)とされ、この小径部(44)とボス(36)との間に給油隙間(46)が設けられ、小径部(44)の径方向にオイル流出孔(47)が設けられ、オイル流出孔(47)で軸内オイル通路(43)と給油隙間(46)が連通され、軸内オイル通路(40)からオイル流出孔(47)を経て給油隙間(46)に給油が行われるようにしてある。この給油隙間(46)に供給されたエンジンオイル(42)は、ガバナレバー軸(40)とブッシュ(37)との隙間を通過して、ガバナ収容ケース(4)の内底部に落下する。
(6a) 端部
(7) スプリング先端フック
(18) 第1ガバナレバー
(18a) 側板
(18b) 側板
(18c) 連結板
(18d) 除肉口
(18e) 除肉口
(18f) 連結板
(19) 第2ガバナレバー
(19a) 側板
(19b) 側板
(19c) 連結板
(19d) 除肉口
(19e) 除肉口
(20) ガバナレバー軸
(21) ガバナ力発生手段
(21a) ガバナ力
(22) 燃料調量部
(23) フライウェイト
(24) ガバナスリーブ
(24a) ガバナスリーブ端面
(36) 枢支ボス
(36a) 中央部
(37) ブッシュ
(38a) ガバナ力入力部
(38b) ガバナ力入力部
(39) 係止部取付孔
Claims (8)
- 板金をコの字形に曲げ加工し、両側板(18a)(18b)(19a)(19b)を連結板(18c)(19c)で連結した構造のガバナレバー(18)(19)を用いたエンジンのメカニカルガバナにおいて、
曲げ加工したガバナレバー(18)(19)に表面熱処理を施して剛性を高めるとともに、
両側板(18a)(18b)(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)(19d)(19e)をあけ、
枠形状の連結板(18f)を備えたガバナレバー(18)に表面熱処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 板金をコの字形に曲げ加工し、両側板(18a)(18b)(19a)(19b)を連結板(18c)(19c)で連結した構造のガバナレバー(18)(19)を用いたエンジンのメカニカルガバナにおいて、
曲げ加工したガバナレバー(18)(19)に表面熱処理を施して剛性を高めるとともに、
両側板(18a)(18b)(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)(19d)(19e)をあけ、
両側板(19a)(19b)の基端部間に連結板(19c)を架設し、この連結板(19c)で片持ち支持された両側板(19a)(19b)の先端部間にスプリング先端係止部材(6)を架設し、このスプリング先端係止部材(6)にガバナスプリング先端フック(7)を係止するに当たり、
スプリング先端係止部材(6)と一体でガバナレバー(19)に表面熱処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 請求項2に記載したエンジンのメカニカルガバナにおいて、
両側板(19a)(19b)に係止部取付孔(39)をあけ、この係止部取付孔(39)にスプリング先端係止部材(6)の各端部(6a)を差し込み、この各端部(6a)を抜け止めし、スプリング先端係止部材(6)と一体でガバナレバー(19)に浸炭焼き入れ処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 請求項3に記載したエンジンのメカニカルガバナにおいて、
ガバナスプリング(3)には、窒化処理により、スプリング先端フック(7)の表面部分に窒化層(8)を形成したものを用い、
スプリング先端係止部材(6)には、鋼材の浸炭焼き入れ処理により、表面部分に浸炭層(9)を形成したものを用い、この浸炭層(9)にスプリング先端フック(7)の窒化層(8)を接触させた、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載したエンジンのメカニカルガバナにおいて、
枠形状の連結板(18f)を備えたガバナレバー(18)に表面熱処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載したエンジンのメカニカルガバナにおいて、
ガバナレバー(18)の両側板(18a)(18b)に沿う両側一対のガバナ力入力部(38a)(38b)を設け、この一対のガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ端面(24a)を接当させ、ガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ(24)を介してフライウェイト(23)からガバナ力(21a)を入力するに当たり、
ガバナレバー(18)(19)の両側板(18a)(18b)(19a)(19b)の間に枢支ボス(36)を架設し、この枢支ボス(36)の中央部(36a)を介してガバナレバー(18)(19)をガバナレバー軸(20)に枢支した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 板金をコの字形に曲げ加工し、両側板(18a)(18b)(19a)(19b)を連結板(18c)(19c)で連結した構造のガバナレバー(18)(19)を用いたエンジンのメカニカルガバナにおいて、
曲げ加工したガバナレバー(18)(19)に表面熱処理を施して剛性を高めるとともに、
両側板(18a)(18b)(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)(19d)(19e)をあけ、
ガバナレバー(18)の両側板(18a)(18b)に沿う両側一対のガバナ力入力部(38a)(38b)を設け、この一対のガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ端面(24a)を接当させ、ガバナ入力部(38a)(38b)にガバナスリーブ(24)を介してフライウェイト(23)からガバナ力(21a)を入力するに当たり、
ガバナレバー(18)(19)の両側板(18a)(18b)(19a)(19b)の間に枢支ボス(36)を架設し、この枢支ボス(36)の中央部(36a)を介してガバナレバー(18)(19)をガバナレバー軸(20)に枢支した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載したエンジンのメカニカルガバナにおいて、
各外周縁で囲まれる面積が大小異なる両側板(18a)(18b)(19a)(19b)にそれぞれ除肉口(18d)(18e)(19d)(19e)をあけるに当たり、
大きい側板(18a)(19a)の除肉口(18d)(19d)の開口面積を小さい側板(18b)(19b)の除肉口(18e)(19e)の開口面積よりも大きくして表面熱処理を施した、ことを特徴とするエンジンのメカニカルガバナ。
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