JPH0633740B2 - 内燃機関用エアモ−タの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用のエアモータにおける制御装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関用のエアモータからなる始動装置は、特
公昭５８−２１１０１号公報や米国特許第４１２６１１
３号明細書で知られている。かかる始動装置は駆動軸の
先端に設けられたピニオンが回転しながら前進し、内燃
機関のリングギャに噛み合い、内燃機関を始動させるも
ので、その動作は駆動軸に嵌合されたエアピストンに圧
縮エアを供給し、エアピストンの前進に伴い駆動軸を前
進させると共に、エアモータにより駆動軸を高速に回転
させ、内燃機関を始動させるものである。

そして、従来のエアモータからなる始動装置は、その起
動指令用に電磁弁を用いると共に、内燃機関が始動され
た後、始動装置のピニオンを内燃機関のリングギャから
離脱させる際にも、電磁弁を手動または自動的（例え
ば、特公昭58-21101号公報のものでは、内燃機関が使用
された際、機関の排気ガス圧をセンサーとして、電磁弁
を作動させる）に作動させて離脱している。

かかる場合、機関始動後、電磁弁の切りが遅れると、始
動装置は機関回転により逆に１０倍前後に増速駆動さ
れ、最悪の場合は破損されてしまう。そのため、各種の
逆駆動の防止装置や電気的保護回路を介在させている。
しかしながら、かかる対策において、電気的保護回路で
は、高価になると共に、エアモータを用いた内燃機関の
使用場所、例えば、山中とか海上では、その保守・点検
が困難であり、また、機械的保護装置は充分その機能を
果たしていない。

そこで本発明者は、先に特開昭59-226273 号公報や特開
昭６０−８１４６４号公報によって紹介されているよう
に、第１の通路、および、該第１の通路とパイロットバ
ルブを介して連通される第２の通路から通って供給され
た圧縮エアで前進し且つピストンスプリング等で後進す
るエアピストンと、エアモータで回転される駆動軸と、
該駆動軸の先端に設けられ、内燃機関と係合するピニオ
ンまたはスプラインと、からなり、該エアピストンの前
進に伴って該駆動軸が前進すると共に、該エアピストン
の前進により前記第２の通路に供給された圧縮エアが第
３の通路に連通されて前記エアモータのメインバルブを
開くよう作動する内燃機関用エアモータにあって、前記
第３の通路から供給された圧縮エアが前記パイロットバ
ルブを閉塞した後、第１の通路の圧縮エアでその閉塞を
維持するようにすると共に、前記エアピストンの後進に
伴い第３の通路の圧縮エアが大気に排出されて前記メイ
ンバルブを閉じるようにした内燃機関用エアモータを提
供している。

しかしながら、かかるいずれの内燃機関用エアモータで
も内燃機関のリングギャが一瞬でも所定の回転になれ
ば、直ちにエアピストンは後退し、エアモータに圧縮エ
アを供給するためのメインバルブが閉じ、エアモータに
おる機動力を失うよう構成されているので、内燃機関の
リングギャが一瞬所定の回転になって、以後失速状態に
なってもエアモータにはリングギャを回転させる動力が
ないので、始動のやり直しをしなければならない問題が
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、かかる従来の問題点を解消するため創
作されたもので、その要旨とするところは、エアタンク
(101)に連通した第１の通路(103)からパイロットバルブ
(7)を介して連通された第２の通路(106) を通って供給
された圧縮エアで前進し且つピストンスプリング(21)等
で後進するエアピストン(3)と、エアモータ(1)で回転さ
れる駆動軸(4)と、該駆動軸(4)の先端に設けられ且つ内
燃機関と係合する係合部と、からなり、前記エアピスト
ン(3)の前進に伴って駆動軸(4)が前進すると共に、エア
ピストン(3)の前進により前記第２の通路(106)に供給さ
れた圧縮エアが第３の通路(104) に連通されて前記エア
モータ(1)のメインバルブ(6)を開くように作動する内燃
機関用エアモータにおいて、前記第２の通路(106)が前
記エアピストン(3)の後進ストロークエンドで開口さ
れ、且つ、第３の通路(104)が前記エアピストン(3)の前
進ストロークエンドで、該第２の通路(106) の開口部と
連通して開口されたピストンハウジング(2)に、前記エ
アピストン(3)が内嵌され、該ピストンハウジング(2)の
第３の通路(104)のエアピストン(3)の前進ストロークエ
ンド開口部より前進側に、エアピストン(3)との間をシ
ールするためのシール材を設けると共に、該シール材の
更にエアピストン(3)の前進側に、大気に連通するディ
フューザ(45)を設け、常時パイロットスプリング(25)に
より開かれている前記パイロットバルブ(7)を、エアモ
ータ(1)起動前には前記１の通路(103)と第２の通路(10
6)とを連通するようにし、且つ、前記第３の通路(104)
の圧縮エアで閉塞するようにし、しかも、前記第３の通
路(104) の圧縮エアによる前記パイロットバルブ(7)の
閉塞時には、前記第１の通路(103) の圧縮エアによりパ
イロットスプリング(25)に抗して該パイロットバルブ
(7) の閉塞を維持すると共に、前記第１の通路(103) と
第３の通路(104)とを絞り孔(35′)を介して短絡して連
通することにより、前記メインバルブ(6) の閉塞を遅ら
すようにしたことを特徴とする内燃機関用エアモータの
制御装置にある。

〔実施例〕 以下、本発明の構成を添付図面に示す実施例にもとづい
て詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の全体断面図、第２図は第１図
の実施例に用いられるエア回路図、第３図は第１図のＸ
部の拡大図である。

本実施例の内燃機関用始動装置は５０馬力から２０００
馬力のデイーゼル機関すなわち、多気筒内燃機関に好適
であるが、小形ガスタービンにも適用可能である。

〔実施例における構成の概要〕

第２図のエア回路図において、図示の始動装置における
エアモータ１は、エアピストン３が内蔵されているピス
ントンハウジング２と一体となっており、このエアモー
タ１で駆動される駆動軸４はピストンハウジング２に横
設され、駆動軸４の先端にはピニオン５（またはスプラ
イン、これらを本明細書では係合部という）が設けら
れ、このピニオン５が、図示しない内燃機関のリングギ
ャと噛合・離脱するようになっている。エアモータ１は
エアタンク１０１からメインバルブ６を介して圧縮エア
によって高速に回転される。また、前記エアピストン３
はエアタンク１０１からの圧縮エアによって前進（第２
図で右方向に移動すること）するが、エアピストン３と
エアタンク１０１との間には起動指令弁１０２およびパ
イロットバルブ７が介在しており、これらのメインバル
ブ６とパイロットバルブ７は、第２図中２点鎖線Ｌで囲
って図示されている。

かかる内燃機関用始動装置の動作についていえば、先ず
起動指令弁１０２を開くと、エアタンク１０１からの圧
縮エアは、エアモータ起動前には、第１の通路１０３に
供給され、パイロットバルブ７を介して第２の通路１０
６に供給されて、続いてピストンハウジング２に穿設さ
れた供給孔Ａ（これを本明細書では、エアピストン３の
後進ストロークエンドの開口という）に供給されるの
で、エアピストン３は前進する。エアピストン３が前進
すると、これに伴って駆動軸４も前進し、その先端に設
けられたピニオン５がリングギャと噛み合う。

一方、パイロツトバルブ７に供給された後、分岐された
圧縮エアは、分岐路１０７に設けられた逆止弁９を介し
て絞られながらエアモータ１に供給され、エアモータ１
を低速で回転させる。

次いで、エアピストン３が更に前進すると、供給孔Ａと
吐出口Ｂ（これを本明細書では、エアピストン３の前進
ストロークエンドの開口という）とが連通することとな
り、該吐出口Ｂからの第３の通路１０４へ圧縮エアは供
給され、メインバルブ６が開かれる。その結果、エアタ
ンク１０１からの大量の圧縮エアが第４の通路１０５を
通り、エアモータ１に供給され、エアモータ１を高速に
回転させ、前記ピニオン５によってリングギャを高速回
転させ、内燃機関を始動させる。

なお、第２図中、１０８はコンプレッサー、109はドレ
ンタンク、１１０はリューブリケータ、111はオイルタ
ンク、４５はデイフューザを示す。

〔エアモータの構成〕

以上の実施例におけるエアモータ１の詳細は、以下のよ
うに構成されている。

すなわち、第１図において、エアモータ１は複数の羽根
を備えたロータ１０から構成され、このロータ１０はメ
インハウジング１１に内蔵されている。また、ロータ１
０はそのロータ軸１４の両端をベアリング１２，１２で
支持すると共に、ロータ軸１４の一方は突出され、その
端部にピニオン１５が刻設されている。このピニオン１
５は筒状軸１６の内周に刻設された内歯歯車１６′と噛
合されている。この筒状軸１６の内周には内歯歯車１
６′と並設してネジスプライン１７が刻設され、ネジス
プライン１７は駆動軸４に刻設されたねじスプライン１
８と噛合っている。これらのネジスプライン１７，１８
は、ピニオン５にその回転が阻止するような力が働けば
駆動軸４が前進作用をするネジで構成されており、した
がって、駆動軸４を前進させるような力が働けば、駆動
軸４が逆転されようとし、ピニオン５の回転が低速とな
る。また、筒状軸１６の外周にはニードルベアリング１
９を介してシリンダー２０が嵌合され、シリンダー２０
とピストンハウジング２とで形成された環状空間には、
エアピストン３が摺動自在に内蔵されている。このエア
ピストン３はスリーブ２３を介してピストンスプリング
２１で常時後進方向に押圧されている。このスリーブ２
３はベアリング１３のアウターレースと一体化され、更
に、ベアリング１３のインナレースは駆動軸４と一体化
されているので、スリーブ２３と駆動軸４とは、前後進
については同行するが、駆動軸４の回転はスリーブ２３
には伝達されない。

〔メインバルブおよびパイロットバルブの構成〕

以上の実施例におけるメインバルブ６およびパイロット
バルブ７の詳細は、以下のように構成されている。

すなわち、第１図および第３図において、これらのバル
ブ６、７はメインハウジング１１上に装着されていると
共に、第１の通路１０３、第２の通路１０６、第３の通
路１０４、および、第４の通路１０５が各連通されてい
る。第１の通路103 と第２の通路１０６とは、パイロッ
トバルブ７を介してエアモータ起動前には連通されてい
る。このパイロットバルブ７の本体２４はパイロットバ
ルブスプリング２５によって、バルブシート２６から常
時持上げられており、第１の通路１０３と第２の通路１
０６とを本始動装置の起動前には連通させている。本体
２４の頂部にはステム２７が突設され、ステム２７には
その途中に小径部２９が形成され、小径部２９には径方
向に貫通孔３０が穿設されている。この貫通孔３０はス
テム２７軸芯上に更に穿設されたキリ孔３１と連通し、
キリ孔３１はステム２７の頂部で開口している。このス
テム２７の頂部にはパイロットピストン３２の足３３の
先端が当接され、パイロットピストン３２にもその軸芯
にキリ孔３４が穿設され、キリ孔３４は前記キリ３１と
合致し連通している。このステム２７はステムサポート
３５で摺動自在に支持され、ステムサポート３５には、
第３の通路１０４と連通する絞り孔３５′が穿設され、
絞り孔３５′が前記小径部２９の外周で連通している。
この絞り孔３５′の開口部の足下には、Ｏリング３６が
設けられ、Ｏリング３６で第１の通路１０３と第３の通
路１０４とを遮断している。前記パイロットピストン３
２はパイロットピストンスプリング３７によって常時上
方に押圧されており、スプリング３７はパイロットピス
トン３２の足３３が摺動自在に挿入されたピストンサポ
ート３８で受けられている。

前記バルブシート２６には、第２の通路１０６より分岐
された分岐路１０７が穿設され、分岐路１０７は、逆止
弁９を介してロータ１０の室に連通している。

前記第３の通路１０４は、前記ピストンサポート３８の
外周を回ってメインバルブピス３９に連通されている
が、メインバルブピストン３９はメインバルブ本体４０
とバルブスピンドル４１で連結されている。メインバル
ブ本体４０はメインバルブピストンスプリング４２およ
びメインバルブ本体スプリング４３で、バルブシート４
４に通常押圧されている。

本実施例の構成は以上のようになっているので次のよう
な動作を行う。

〔ピニオンとリングギャとの噛合始め動作〕

前記のように、起動指令弁１０２（通常電磁弁で構成さ
れているあ）を開くと、エアタンク１０１からの圧縮エ
アは、第１の通路１０３を通り、パイロットバルブ７の
外周に供給される。パイロットバルブ７はパイロットバ
ルブスプリング２５により常時上方に持上げられている
ので、圧縮エアはバルブシート２６を通り第２の通路１
０６より供給孔Ａに供給される。そのため、エアピスト
ン３はピストンスプリング２１に抗して前進する。その
結果、エアピストン３と一体となっている駆動軸４もネ
ジスプライン１７，１８の作用によって逆転されながら
徐々に前進し、ピニオン５がリングギャに当接する。

一方、パイロットバルブ７のバルブシート２６より分岐
された圧縮エアは、逆止弁９で絞られながらロータ１０
の室へ供給され、ロータ１０を低速に回転させる。ロー
タ１０の低速回転は、ピニオン１５および内歯歯車１
６′で更に減速されて駆動軸４のネジスプライン１８に
伝えられ、前記ピニオン５をきわめて低速に回転させ
る。そのため、ピニオン５はリングギャとの噛み合いを
模索しながら、若干係合が行われる。ところが、一旦、
ピニオン５とリングギャとが係合し始めると、今度は、
リングギャによってピニオン５の回転が阻止されるよう
力が働くので、これがネジスプライン１７，１８に作用
し、駆動軸４はエアピストン３の前進速度より速やかに
前進し、エアピストン３の前進端にくる前にピニオン５
とリングギャとの噛合が迅速に行われる。

〔メインバルブの開く動作〕

ピニオン５とリングギャとが完全に噛合い、次いで駆動
軸４が前進を停止した位置で、供給孔Ａと吐出孔Ｂとは
連通され、圧縮エアは吐出孔Ｂを介して、第３の通路１
０４を通ってメインバルブピストン３９へ供給される。
そのため、メインバルブ本体４は持上げられ、エアタン
ク１０１からの大量の圧縮エアが第４の通路１０５を通
り、ロータ１０に供給され、ロータ１０は高速に回転す
る。その際、メインバルブピストン３９へ供給された圧
縮エアは、後述のように、パイロットバルブ７をバルブ
シート２６に着座させる。

〔メインバルブのロック動作〕

このように、メインバルブ６を開くために、第３の通路
１０４へ圧縮エアが供給されるが、同時に、該圧縮エア
の一部は絞り孔３５′を通り、パイロットピストン３２
の頂部３２′へも絞られながら供給される。その結果、
パイロットピストン３２はパイロットピストンスプリン
グ３７に抗して押下げられ、ステム２７を押下げる。し
たがって、パイロットバルブ７はバルブシート２６に着
座するが、そのため第１の通路１０３よりの圧縮エア
は、第２の通路１０６へ供給されなくなる。そして、そ
の時期はロータ１０の回転が正規の高速回転に入る前後
の時期としている。一方、ステム２７が押下げられてい
るので、供給孔Ａ、吐出孔Ｂを迂回して通じている第３
の通路１０４の圧縮エアより若干高圧の、第１の通路１
０３の圧縮エアがステム２７の小径部２９より絞り部３
５′を介してメインバルブピストン３９へ供給されるこ
とから、メインバルブ６は完全に開いた状態が続く。そ
して、機関始動後、エアピストン３の後進により、第３
の通路１０４の圧縮エアが一気に大気に放出されて、メ
インバルブ６が閉じても、第１の通路１０３からの圧縮
エアがパイロットバルブ７をバルブシート２６に着座さ
せた状態を維持している。つまり、第１の通路１０３に
圧縮エアが導入されている限り、パイロットバルブ７は
閉じられ、ひいては、エアピストン３を再度、前進させ
たり、また、メインバルブ６を誤って再開させることは
ない。

そして、その際、第１の通路１０３の圧縮エアは、パイ
ロットバルブ７の頂面側や小径部２９の外周から絞り孔
３５′を通して、メインバルブ６を開とする第３の通路
１０４へ第２の通路１０６を通らずに短絡的に供給さ
れ、第３の通路１０４の圧縮エアが一気に大気へ放出さ
れても、メインバルブ６は後らせて徐々に閉塞すること
になる。その結果、ピニオン５がリングギャから離脱し
ようとする前に、内燃機関が失速（始動不良）し始める
と、依然として回転しているエアモータ１の動力が再び
リングギャに与えられて始動を行う。

〔メインバルブ６の閉じる動作〕 ロータ１０の高速回転によって内燃機関は始動するが、
内燃機関の始動によりリングギャの一瞬ではなく、継続
した回転がピニオン５の回転より速くなり、その結果、
駆動軸４にはより速く回転させようとする力が働くの
で、ネジスプライン17，１８の作用によって駆動軸４は
後進させられるが、これに加えて、ピストンスプリング
２１の付勢力も働き、起動軸４は速やかに後進すること
になり、ピニオン５とリングギャはその噛合が外れる。
その駆動軸４の後進に伴って、エアピストン５も後進す
るが、そのため、第２の通路１０６と第３の通路１０４
とは、その連通が遮断され、第３の通路１０４内の圧縮
エアは、ディフューサ４５より大気に一気に放出され
て、メインバルブピストン３９は下がり、メインバルブ
６が閉じる。一方、第２の通路１０６内の圧縮エアは、
前記のようにパイロットバルブ７は閉じられ、かつ、メ
インバルブ６も閉じられるがエアモータ１が惰性により
回転しているので、その吸引作用により逆止弁９を介し
て吸引される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エアピストンがシール材を超えて後退
すると、第３の通路の圧縮エアはディフューザを介して
一気に放出（但し、ディフューザであるので、ある程度
放出抵抗はある）されるが、第１の通路の圧縮エアが絞
り孔３５′を介して短絡的にこれを補充するので、メイ
ンバルブは徐々にしか閉じられず依然としてエアモータ
は起動力を有している。その結果、所定の時間（例え
ば、ピニオンがリングギャから離脱しない時間）に内燃
機関に始動性不良（例えば、極寒冷地において）が起て
もピニオンは依然としてリングギャに動力を伝えること
になり、したがって、始動指令弁を改めて作動すること
なく、自動的に作動のやり直しができる便益を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体断面図、第２図は第１図
に用いられるエア回路図、第３図は第１図のＸ部の拡大
図である。 １……エアモータ、３……エアピストン、４……ピニオ
ン、６……メインバルブ、７……パイロットバルブ、３
５′……絞り孔、１０３……第１の通路、１０４……第
３の通路、１０６……第２の通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エアタンク(101) に連通した第１の通路(1
   03) からパイロットバルブ(7)を介して連通された第２
   の通路(106) を通って供給された圧縮エアで前進し且つ
   ピストンスプリング(21)等で後進するエアピストン(3)
   と、エアモータ(1)で回転される駆動軸(4)と、該駆動軸
   (4)の先端に設けられ且つ内燃機関と係合する係合部
   と、からなり、前記エアピストン(3)の前進に伴って駆
   動軸(4)が前進すると共に、エアピストン(3)の前進によ
   り前記第２の通路(106)に供給された圧縮エアが第３の
   通路(104)に連通されて前記エアモータ(1)のメインバル
   ブ(6)を開くよう作動する内燃機関用エアモータにおい
   て、 前記第２の通路(106)が前記エアピストン(3)の後進スト
   ロークエンドで開口され、且つ、第３の通路(104)が前
   記エアピストン(3)の前進ストロークエンドで、該第２
   の通路(106) の開口部と連通して開口されたピストンハ
   ウジング(2)に、前記エアピストン(3)が内嵌され、該ピ
   ストンハウジング(2)の第３の通路(104)のエアピストン
   (3)の前進ストロークエンド開口部より前進側に、エア
   ピストン(3)との間をシールするためのシール材を設け
   ると共に、該シール材の更にエアピストン(3) の前進側
   に、大気に連通するディフューザ(45)を設け、 常時パイロットスプリング(25)により開かれている前記
   パイロットバルブ(7)を、エアモータ(1)起動前には前記
   第１の通路(103) と第２の通路(106) とを連通するよう
   にし、且つ、前記第３の通路(104)の圧縮エアで閉塞す
   るようにし、 しかも、前記第３の通路(104) の圧縮エアによる前記パ
   イロットバルブ(7)の閉塞時には、前記第１の通路(103)
   の圧縮エアによりパイロットスプリング(25)に抗して
   該パイロットバルブ(7) の閉塞を維持すると共に、前記
   第１の通路(103)と第３の通路(104)とを絞り孔(35′)を
   介して短絡して連通することにより、前記メインバルブ
   (6) の閉塞を遅らすようにしたことを特徴とする内燃機
   関用エアモータの制御装置。