JP6082770B2 - ガバナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、汎用エンジンに設けられるガバナ装置に関し、特に簡単な構成によりガバナスプリングの共振を抑制したものに関する。

例えば建設機械等のセット機を駆動する汎用エンジンには、エンジン回転数を自律的に調整する調速機構であるガバナ装置が設けられる。
ガバナ装置は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられたガバナウェイトに作用する遠心力を利用して、エンジン回転数の増加に応じてスロットルバルブを閉弁方向に付勢するものである。
ガバナ装置には、ガバナウェイトに連動するガバナレバーの動作をスロットルバルブに伝達するガバナロッドと、スピードコントローラとガバナレバーとの間に掛けわたされガバナレバーをスロットル開弁側に付勢するガバナスプリングが設けられる。
ガバナ装置は、ガバナウェイトの遠心力とガバナスプリングの付勢力とが釣り合うエンジン回転数となる位置にスロットルバルブを保持し、エンジン回転数の調速を行う。

例えばランマ等の建設機械のように搭載機械の振動が大きい場合に、ガバナ装置のガバナスプリングが共振することによって、エンジンの回転が不安定となったり、さらにはガバナスプリングの折損や、スピードコントローラのガバナスプリングとの連結箇所の破損などに至る場合がある。
このようなガバナ装置に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、スロットルレバーとガバナレバーとの間に緩衝バネを架着し、緩衝バネのバネ定数をガバナスプリングのバネ定数以下に設定することが記載されている。
特許文献２には、ガバナスプリングの振動によるエンジンの回転変動を防止するため、棒状に形成された制振具をコイル内に内嵌することが記載されている。
特許文献３には、ガバナスプリングの共振防止を図るため、ガバナスプリングの長さ方向の中央部に直線状部を設け、弾性防振具の支持部をこの直線状部に支持させることが記載されている。
特許文献４には、ガバナレバーに作用する振れを抑制して安定したエンジン回転を得るため、ガバナレバーの基部に回転モーメントを打ち消すバランスウェイトを固設することが記載されている。

実開昭５９− ５２１４７号公報 特開平１１−１０１１３５号公報 実開平 ２− ９１２３１号公報 特開２００４−２７８４８０号公報

上記した各従来技術においては、防振用として防振材やウェイト等の部品を新規に追加する必要があり、部品点数が増加して製造工程が煩雑となり、ガバナ装置の重量、コストも増加してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構成によりガバナスプリングの共振を抑制したガバナ装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、エンジンの吸入空気量を調節するスロットルバルブを開閉するスロットルレバーと、ガバナロッドを介して前記スロットルレバーと連結され、クランクシャフトに取り付けられたガバナウェイトに作用する遠心力の増加に応じて前記スロットルレバーを前記スロットルバルブを閉じる方向に駆動するガバナレバーと、前記ガバナレバーを前記スロットルレバーを介して前記スロットルバルブを開く方向に付勢するガバナスプリングとを備えるガバナ装置であって、前記ガバナスプリングは、一方の端部が前記エンジンの運転速度調整を行うスピードコントローラに連結され、他方の端部が前記ガバナロッドの中間部分に形成された被係止部に連結された引張コイルばねであることを特徴とするガバナ装置である。

これによれば、ガバナスプリングの端部をガバナレバーに連結する一般的な構成に対してガバナスプリングの長さを短縮し、ガバナスプリングの共振周波数（固有振動数）を高くしてセット機などからの加振周波数と離間させるとともに、振幅も小さくして共振を抑制することができる。
これによって、例えば防振材やウェイトを追加する従来技術のように、部品点数や重量を増加させることなく、エンジン回転数が不安定となったり、ガバナスプリングの折損や周辺部品の損傷が生じることを防止し、エンジンの耐久性を向上することができる。
また、ガバナロッド上におけるガバナスプリングの連結箇所の軸方向位置の設定自由度が高いことから、ガバナスプリングの共振周波数のチューニングが容易であり、例えばセット機の特性などによって加振振動数が異なる場合であっても簡単な設計変更によって対応することが可能である。
さらに、ガバナロッド及びガバナスプリングの設計変更のみで既存のエンジンにも容易に適用することが可能である。

請求項２に係る発明は、前記被係止部は前記ガバナロッドの中間部分をクランク状に屈曲して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガバナ装置である。
これによれば、部品点数を増加させることなく簡単な構成によって被係止部を形成することができる。
請求項３に係る発明は、前記ガバナスプリングの一端部は、前記ガバナロッドのクランク状に屈曲形成された突端部に係止されるとともに、前記ガバナスプリングの一端部の前記突端部からの脱落を防止する留め具が前記ガバナロッドに係止されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガバナ装置である。
これによれば、ガバナロッドからガバナスプリングが脱落することを防止して信頼性を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によりガバナスプリングの共振を抑制したガバナ装置を提供することができる。

本発明を適用したガバナ装置の実施例１を有するエンジンの外観斜視図である。 図１のエンジンからエアクリーナ、燃料タンク等を取り外した状態を上面から見た平面図である。 図１のエンジンを水平方向から見た図である。 図１のエンジンからエアクリーナ、マフラ、燃料タンク等を取り外した状態をシリンダヘッド側の斜め上方側から見た斜視図である。 図１のエンジンからエアクリーナ、マフラ、燃料タンク等を取り外した状態をクランクケース側の斜め上方側から見た斜視図である。 本発明の比較例であるガバナ装置を有するエンジンからエアクリーナ、燃料タンク等を取り外した状態を上面から見た平面図である。 本発明を適用したガバナ装置の実施例２のガバナロッドとガバナスプリングとの連結部を上方から見た図である。

本発明は、簡単な構成によりガバナスプリングの共振を抑制したガバナ装置を提供する課題を、ガバナスプリングのガバナレバー側の一方の端部をガバナロッドの中間部に形成された係止部に連結し、ガバナスプリングを短縮して共振周波数を高くし、エンジン運転中に発生する振動の周波数とずらすことによって解決した。

以下、本発明を適用したガバナ装置の実施例１について説明する。
実施例１のガバナ装置は、例えば建設機械等のセット機器に組み合わされて駆動力を発生する汎用エンジンに設けられる自動調速機構である。

図１は、実施例１のガバナ装置を有するエンジンの外観斜視図である。
図２は、図１のエンジンからエアクリーナ、燃料タンク等を取り外した状態を上面から見た平面図である。
図３は、図１のエンジンを水平方向（クランクシャフト軸線方向におけるブロワファン側）から見た図である。
図４は、図１のエンジンからエアクリーナ、マフラ、燃料タンク等を取り外した状態をシリンダヘッド側の斜め上方側から見た斜視図である。
図５は、図１のエンジンからエアクリーナ、マフラ、燃料タンク等を取り外した状態をクランクケース側の斜め上方側から見た斜視図である。

エンジン１は、例えば、強制空冷４ストローク単気筒のＯＨＣガソリンエンジンである。
エンジン１は、クランクケース１０、シリンダ２０、シリンダヘッド３０、キャブレタ４０、エアクリーナ５０、マフラ６０、燃料タンク７０、ブロワファン８０、ガバナ装置１００等を有して構成されている。

クランクケース１０は、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１１を回転可能に支持するとともに収容する容器状の部分である。
クランクシャフト１１の両端部は、クランクケース１０から突出して配置され、一方の端部にはブロワファン８０のファン本体が固定される。
他方の端部は、クランクケース１０から突出し、図示しないセット機器の被駆動部材が連結される。

シリンダ２０は、クランクシャフト１１にコネクティングロッドを介して連結された図示しないピストンが往復可能に挿入される筒状の部分である。
シリンダ２０は、シリンダヘッド３０側がクランクケース１０側よりも高くなるように中心軸線が傾斜した状態で、クランクケース１０から斜め上方へ突出して形成されている。
シリンダ２０の外面部には、冷却用のフィンが複数形成されている。

シリンダヘッド３０は、シリンダ２０のクランクケース１０側とは反対側の端部に設けられ、燃焼室、点火栓、吸排気ポート、吸排気バルブ及び動弁駆動機構などが設けられている。
シリンダヘッド３０の外面部には、冷却用のフィンが形成されている。

キャブレタ（気化器）４０は、シリンダヘッド３０の吸気ポートに燃焼用空気（新気）を導入する吸気管路に設けられ、ベンチュリ効果を利用して燃料噴霧を供給し、混合気を形成するものである。
キャブレタ４０は、スロットルレバー４１を備えている。
スロットルレバー４１は、バレルを通過する新気流量を調節するバタフライバルブであるスロットルバルブの軸部に連結されている。
スロットルレバー４１は、軸部回りに回動可能であり、スロットルバルブはスロットルレバー４１の角度位置に応じて開度が変化するようになっている。
実施例１においては、スロットルレバー４１においてガバナロッド１２０の端部１２１が係止される先端部が、ガバナレバー１１０側へ回動することによってスロットルバルブが閉じられるよう構成されている。

エアクリーナ５０は、樹脂系材料によって容器状に形成されたケース内に濾紙などからなるフィルタエレメントを配置して構成され、外気を導入するとともにダスト等の異物を濾過してキャブレタ４０に供給するものである。

マフラ６０は、シリンダヘッド３０の排気ポートから排出される排ガス（既燃ガス）の音響エネルギを低減して外部に放出するものである。

燃料タンク７０は、エンジン１の燃料であるガソリンを貯留する容器である。
燃料タンク７０は、クランクケース１０の上部に配置され、自然落下によりキャブレタ４０のフロート室にガソリンを供給する。

ブロワファン８０は、クランクケース１０のクランクシャフト１１の回転軸方向における一方の端部に隣接して設けられ、エンジン１を冷却する冷却風を発生するものである。
ブロワファン８０は、クランクケース１０に固定されたファン本体の周囲を、導風効果を有するブロワハウジングで囲って構成されている。
ブロワファン８０の内部には、ユーザが手動によりエンジンを始動するリコイルスタータが設けられている。

ガバナ装置１００は、エンジン１の回転数（クランクシャフト１１の回転速度）を自律的に調整する調速機構である。
ガバナ装置１００は、図示しない遠心ガバナ機構を備え、さらに、ガバナレバー１１０、ガバナロッド１２０、スピードコントローラ１３０、ガバナスプリング１４０等を有して構成されている。
遠心ガバナ機構は、クランクケース１０の内部において、クランクシャフト１１に対して径方向に相対変位可能に取り付けられたガバナウェイトを備えている。
ガバナウェイトは、クランクシャフト１１の回転による遠心力の増加に応じて（回転数増加に応じて）、クランクシャフト１１に対して外径側に変位する。

ガバナレバー１１０は、クランクケース１０の上面部から外部側へ突出して設けられている。
ガバナレバー１１０は、実質的に鉛直方向に沿って配置され、クランクケース１０の上面から突出した回転軸１１１から、ブロワファン８０の上部側の方向へ、実質的に水平方向に沿って突出して形成されている。
ガバナレバー１１０は、クランクシャフト１１の回転数（回転速度）増加に伴うガバナウェイトの変位と連動して、突端部側がキャブレタ４０側から離間する方向（図２における反時計回り）に回動し、ガバナロッド１２０を牽引して、スロットルレバー４１をスロットルバルブを閉じる方向に駆動する。

ガバナロッド１２０は、両端部１２１，１２２をキャブレタ４０のスロットルレバー４１の先端部と、ガバナレバー１１０の先端部とにそれぞれ揺動可能に連結され、これらを連動させるリンケージ部材である。
ガバナロッド１２０は、例えば金属製の線材（棒材）によって、主要部分がほぼストレートに形成されており、スロットルレバー４１側の端部１２１とガバナレバー１１０側の端部１２２は、フック状に屈曲して形成されている。
また、ガバナロッド１２０の長手方向中央部よりも、ややガバナレバー１１０側の中間部には、上方から見て凸状あるいはコの字状となるようにクランク状に屈曲して形成されたガバナスプリング連結部１２３が設けられている。
ガバナスプリング連結部１２３には、ワッシャ１２４が設けられている。
ワッシャ１２４は、中央部に円形の開口が設けられた円盤状に形成され、開口の内部にガバナスプリング連結部１２３が嵌め込まれた状態でガバナロッド１２０に溶接等によって固定されている。

スピードコントローラ１３０は、ユーザがエンジン１の目標回転速度を設定する部材である。
スピードコントローラ１３０は、エンジン１に対して、ガバナレバー１１０の回転軸１１１と実質的に平行な所定の軸回りに揺動可能に取り付けられたレバー状に構成されている。
スピードコントローラ１３０は、レバー先端部を任意の角度位置において固定する固定手段を備えている。
実施例１においては、軸はキャブレタ４０のクランクケース１０側に隣接して設けられ、スピードコントローラ１３０は、この軸からシリンダヘッド３０側から反対側に突出している。

ガバナスプリング１４０は、ガバナレバー１１０を、スロットルバルブ４１を開く方向（図２における時計回りの方向）に付勢する引張コイルバネである。
ガバナスプリング１４０の一方の端部１４１は、スピードコントローラ１３０のレバー先端部に連結されている。
ガバナスプリング１４０の他方の端部１４２は、ガバナロッド１２０の中間部に設けられたガバナスプリング連結部１２３に連結されている。
ガバナスプリング１４０の両端部１４１，１４２は、スピードコントローラ１３０、ガバナロッド１２０に対してそれぞれ所定の角度範囲内で揺動可能に連結されている。

エンジン１の運転時においては、クランクシャフト１１の回転数増加に応じてガバナウェイトに作用する遠心力が増加し、ガバナレバー１１０が図２における反時計回り方向に回動するが、このときガバナスプリング１４０は引張されてバネ反力が増加し、ガバナレバー１１０を図２における時計回りに回動させるモーメントを発生する。
このため、スロットルバルブの開度は、ガバナレバー１１０を回動させるガバナウェイトの遠心力と、ガバナスプリング１４０のバネ反力とが釣り合う状態におけるガバナレバー１１０の位置に応じて決定され、エンジン１の回転数は所定の範囲内に維持されるようになっている。

以下、上述した実施例１のガバナ装置の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
比較例及び後述する実施例２において、実施例１と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図６は、本発明の比較例であるガバナ装置を有するエンジンからエアクリーナ、燃料タンク等を取り外した状態を上面から見た平面図である。
図６は、実施例１における図２に相当する面を示している。
比較例のガバナ装置においては、ガバナロッド１２０にガバナスプリング連結部１２３を設けておらず、ガバナスプリング１４０の端部１４２は、ガバナレバー１１０の突端部に形成された開口に係止されている。

比較例においては、ガバナスプリング１４０が比較的長くなることから、共振周波数が低くなり、エンジン１の運転中にセット機器などから加振された際にガバナスプリング１４０の共振が発生しやすくなる傾向がある。
このため、エンジン１の回転数が不安定となったり、さらにはガバナスプリング１４０の折損や、スピードコントローラ１３０やガバナレバー１１０等の周辺部品の損傷が懸念される。

これに対し、本実施例によれば、ガバナスプリング１４０の端部１４２をガバナレバーに係止する比較例の構成に対して、ガバナスプリング１４０の長さを短縮し、ガバナスプリング１４０の共振周波数（固有振動数）を高くしてセット機などからの加振周波数と離間させるとともに、振幅も小さくして共振を抑制することができる。
これによって、例えば防振材やウェイトを追加する従来技術のように部品点数や重量を増加させることなくガバナスプリング１４０の折損や周辺部品の損傷を防止してエンジン１の耐久性を向上することができる。
また、ガバナロッド１２０上におけるガバナスプリング１４０の連結位置の軸方向位置の設定自由度が高いことから、ガバナスプリング１４０の共振周波数のチューニングが容易であり、例えばセット機の特性などによって加振振動数が異なる場合であっても簡単な設計変更によって対応することが可能である。
さらに、ガバナロッド１２０及びガバナスプリング１４０の設計変更のみで既存のエンジンにも容易に適用することが可能である。

次に、本発明を適用したガバナ装置の実施例２について説明する。
図７は、実施例２のガバナ装置におけるガバナロッドとガバナスプリングとの連結部を上方から見た図である。
実施例２においては、実施例１のワッシャ１２４に代えて、以下説明する樹脂製の留め具１５０によってガバナスプリング１４０の端部１４２の脱落防止を図っている。
留め具１５０は、弾性を有する樹脂系材料をインジェクション成形して一体に形成されている。

留め具１５０は、実質的に水平方向（ガバナロッド１２０の本体部とガバナスプリング連結部１２３のコの字形状とを含む平面に沿った方向）に沿った平板状に形成されている。
留め具１５０には、上面部を凹ませて、ガバナロッド１２０のガバナスプリング連結部１２３を含む領域が嵌め込まれる溝部１５１が形成されている。
ガバナスプリング連結部１２３を含むガバナロッド１２０の一部は、留め具１５０の溝部１５１内に嵌め込まれ保持される。
溝部１５１には、ガバナロッド１２０の脱落を防止するタブ部１５２が設けられている。
タブ部１５２は、溝部１５１の上端部（留め具１５０の上面部近傍の領域）の一部における溝側面から、溝の中央側に突出して形成されている。
タブ部１５２は、溝部１５１内のロッドをその弾性力により押え、溝部１５１からの脱落を防止する機能を有する。
ガバナスプリング連結部１２３の突端部（ガバナロッド１２０の本体部から最も偏心した領域）は、留め具１５０の一方の端部から張り出して配置され、ガバナスプリング１４０の端部１４２はここに係止されている。

以上説明した実施例２によれば、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果に加え、留め具１５０を設けたことによってガバナスプリング１４０のガバナロッド１２０からの脱落をより確実に防止することができる。
また、このような樹脂成型品の留め具１５０は、組立作業者が容易に嵌め込み固定することができ、実施例１のワッシャ１２４のように溶接等を行う必要がなく、組立工程を簡素化することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
ガバナ装置及びエンジンを構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置、数量等は実施例の構成に限らず適宜変更することができる。
また、ガバナスプリングをガバナロッドの中間部に係止する個所における構成も特に限定されない。

１ エンジン １０ クランクケース
１１ クランクシャフト ２０ シリンダ
３０ シリンダヘッド ４０ キャブレタ
４１ スロットルレバー ５０ エアクリーナ
６０ マフラ ７０ 燃料タンク
８０ ブロワファン
１００ ガバナ装置 １１０ ガバナレバー
１１１ 回転軸 １２０ ガバナロッド
１２１，１２２ 端部 １２３ ガバナスプリング連結部
１２４ ワッシャ １３０ スピードコントローラ
１４０ ガバナスプリング １４１，１４２ 端部
１５０ 留め具 １５１ 溝部
１５２ タブ部

Claims (3)

1. エンジンの吸入空気量を調節するスロットルバルブを開閉するスロットルレバーと、
   ガバナロッドを介して前記スロットルレバーと連結され、クランクシャフトに取り付けられたガバナウェイトに作用する遠心力の増加に応じて前記スロットルレバーを前記スロットルバルブを閉じる方向に駆動するガバナレバーと、
   前記ガバナレバーを前記スロットルレバーを介して前記スロットルバルブを開く方向に付勢するガバナスプリングと
   を備えるガバナ装置であって、
   前記ガバナスプリングは、一方の端部が前記エンジンの運転速度調整を行うスピードコントローラに連結され、他方の端部が前記ガバナロッドの中間部分に形成された被係止部に連結された引張コイルばねであること
   を特徴とするガバナ装置。
2. 前記被係止部は前記ガバナロッドの中間部分をクランク状に屈曲して形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のガバナ装置。
3. 前記ガバナスプリングの一端部は、前記ガバナロッドのクランク状に屈曲形成された突端部に係止されるとともに、前記ガバナスプリングの一端部の前記突端部からの脱落を防止する留め具が前記ガバナロッドに係止されていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガバナ装置。
   

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