WO2017057252A1 - ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

運転中に逆回転が生じた場合に逆回転の継続を防止することができるディーゼルエンジンを提供する。そのため、ディーゼルエンジン（１）は、クランク軸（５）によって駆動されるカム軸（１３）と、カム軸（１３）上に設けられ、燃料噴射ポンプ（１２）を駆動し、最大径部（５３）と、最小径部（５１）と、最大径部（５３）よりも小径かつ最小径部（５１）よりも大径の中段部（５５）と、中段部（５５）から最小径部（５１）に変化する傾斜部（５６）と、が形成され、逆回転方向に沿って中段部（５５）から傾斜部（５６）を経て最小径部（５１）までが形成される燃料噴射ポンプ駆動用カム（１４）と、カム軸（１３）上に設けられ、吸気弁（３１）を駆動する吸気カム（２２）と、を具備し、燃料噴射ポンプ駆動用カム（１４）は、中段部（５５）から傾斜部（５６）に移行する位置が、吸気弁（３１）が少なくとも吸気弁（３１）の最大リフト量の半分以上開いてから、開始するように形成される。

Description

ディーゼルエンジン

　本発明は、ディーゼルエンジンの技術に関する。

　従来、ディーゼルエンジンにおいて、始動時の逆回転を防止する技術は公知となっている（例えば、特許文献１）。しかし、単気筒のディーゼルエンジンでは、始動時のみならず運転中に逆回転が生じる場合がある。例えば、ディーゼルエンジンの運転中に、フライホイールが慣性力によって少しだけ戻り（逆回転し）、その際にタイミング良く燃料が噴射された場合には、逆回転が継続するおそれがある。

特開２００５－１３３５８１号公報

　本発明の解決しようとする課題は、万が一運転中に逆回転が生じた場合に逆回転の継続を防止することができるディーゼルエンジンを提供する。

　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。

　即ち、請求項１においては、クランク軸によって駆動されるカム軸と、前記カム軸上に設けられ、燃料噴射ポンプを駆動し、最大径部と、最小径部と、前記最大径部よりも小径かつ前記最小径部よりも大径の中段部と、前記中段部から前記最小径部に変化する傾斜部と、が形成され、逆回転方向に沿って前記中段部から前記傾斜部を経て前記最小径部までが形成される燃料噴射ポンプ駆動用カムと、前記カム軸上に設けられ、吸気弁を駆動する吸気カムと、を具備し、前記燃料噴射ポンプ駆動用カムは、前記中段部から前記傾斜部に移行する位置が、前記吸気弁が少なくとも該吸気弁の最大リフト量の半分以上開いてから、開始するように形成されるものである。

　請求項２においては、請求項１記載のディーゼルエンジンであって、前記燃料噴射ポンプ駆動用カムは、前記最大径部よりも小径かつ前記中段部よりも大径の上段部が形成され、逆回転方向に沿って前記中段部から前記上段部を経て前記傾斜部までが形成されるものである。

　本発明のディーゼルエンジンによれば、運転中に逆回転が生じた場合に逆回転の継続を防止することができる。

ディーゼルエンジンの構成を示した一部断面正面図。 ディーゼルエンジン下部の構成を示した一部断面側面図。 ディーゼルエンジン上部の構成を示した一部断面側面図。 燃料噴射ポンプの構成を示した一部断面正面図。 燃料噴射ポンプ駆動用カムの構成を示した正面図。 燃料噴射ポンプ駆動用カムの作用を示したグラフ図。 別の燃料噴射ポンプ駆動用カムの構成を示した正面図。 別の燃料噴射ポンプ駆動用カムの作用を示したグラフ図。

　図１乃至図３を用いて、ディーゼルエンジン１について説明する。
　なお、図１では、ディーゼルエンジン１の構成を一部断面視とした正面図によって表し、図２では、ディーゼルエンジン１の下部構成を一部断面視とした側面図によって表し、図３では、ディーゼルエンジン１の上部構成を一部断面視とした側面図によって表している。

　ディーゼルエンジン１は、本発明のディーゼルエンジンに係る実施形態である。本実施形態のディーゼルエンジン１は、単気筒の空冷ディーゼルエンジンとされている。

　ディーゼルエンジン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とから構成されている。シリンダブロック２の中央には、シリンダ２ａが上下方向に形成されている。シリンダ２ａには、ピストン４が収納されている。

　シリンダブロック２の上方には、シリンダヘッド７が配置されている。シリンダヘッド７の上方には、ボンネットカバー８が配置されている。ボンネットカバー８の内部は、弁腕室８ａとして形成され、吸気弁腕２７と、排気弁腕２８と、吸気弁３１の上端部と、排気弁３２の上端部と、吸気プッシュロッド２５の上端部と、排気プッシュロッド２６の上端部と、が内装されている（図３参照）。

　ディーゼルエンジン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が配置されている。ボンネットカバー８の他側（図１における右側）には、燃料タンク１０が配置されている。

　クランクケース３には、クランク軸５が軸支されている。クランク軸５は、コンロッド６によってピストン４と連結されている。クランクケース３の内部には、バランスウエイトと、ガバナ装置１１と、が配置されている。ガバナ装置１１の上方には、燃料噴射ポンプ１２と、カム軸１３と、が配置されている。

　カム軸１３は、クランク軸５と平行になるようにクランクケース３に軸支されている。カム軸１３の一端には、カムギア１７が固定されている。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、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。

　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ている。吸気カム２１と排気カム２２との間には、燃料噴射ポンプ駆動用カム１４が設けられている。

　吸気カム２１にはタペット２３が当接されている。タペット２３には、吸気プッシュロッド２５の下端が連結されている。吸気プッシュロッド２５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の内部の弁腕室８ａまで延出されている。吸気プッシュロッド２５の上端が吸気弁腕２７の一側下端に当接され、吸気弁腕２７の他側の下端に吸気弁３１の上端が当接されている。

　吸気弁３１は、下端部の弁頭３１ａと胴部の弁棒３１ｂとからなり、ピストン４の上方に配置されている。弁頭３１ａ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又は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の燃焼室とを連通又は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と連通されている。

　弁棒３１ｂ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、その上端が吸気弁腕２７に当接されている。弁腕室８ａ内では、弁棒３１ｂにバネ３３が外嵌され、バネ３３により弁頭３１ａが上方に摺動するように付勢されて、吸気弁３１が閉じるように構成されている。

　排気カム２２には、タペット２４が当接されている。タペット２３には、吸気プッシュロッド２５の下端が連結されている。タペット２４には、排気プッシュロッド２６の下端が連結されている。

　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の内部の弁腕室８ａまで延出されている。排気プッシュロッド２６の上端が排気弁腕２８の一側下端に当接され、排気弁腕２８の他側の下端に排気弁３２の上端が当接されている。

　排気弁３２は、下端部の弁頭３２ａと胴部の弁棒３２ｂとからなり、ピストン４の上方に配置されている。弁頭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又は離間可能に配置され、シリンダヘッド７に形成された排気ポート７ｂとシリンダブロック２に形成されたシリンダ２ａの燃焼室とを連通又は遮断することを可能としている。排気ポート７ｂ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。

　弁棒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、その上端が排気弁腕２８に当接されている。弁腕室８ａ内では、弁棒３２ｂにバネ３３が外嵌され、バネ３３により弁頭３２ａが上方に摺動するように付勢されて、排気弁３２が閉じるように構成されている。

　吸気弁３１と排気弁３２との間には、燃料噴射ノズル１５が配置されている。燃料噴射ノズル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。

　このような構成とすることによって、ディーゼルエンジン１では、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、カム軸１３の回転により吸気カム２１がタペット２３を昇降し、排気カム２２がタペット２４を昇降する。

　タペット２３の昇降により、タペット２３に連結された吸気プッシュロッド２５、吸気弁腕２７を介して吸気弁３１が上下に摺動されて、開閉することになる。タペット２４の昇降により、タペット２４に連結された排気プッシュロッド２６、排気弁腕２８を介して排気弁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及び排気弁３２の開閉がカム軸１３の吸気カム２１及び排気カム２２の回転に連動されて行われる。

　図４を用いて、燃料噴射ポンプ１２について説明する。
　なお、図４では、燃料噴射ポンプ１２の構成を一部断面視にて模式的に表している。

　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では、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駆動用カム１４に当接され、燃料噴射ポンプ駆動用カム１４の回転によりローラ４２及びタペット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。

　このような構成とすることによって、燃料噴射ポンプ１２では、燃料噴射ポンプ駆動用カム１４の更なる回転でローラ４２を上昇させ、ローラ４２及びタペット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、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。

　図５を用いて、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４の構成について説明する。
　なお、図５では、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４を正面視にて模式的に表している。また、二点鎖線は各部位の境界を表している。

　燃料噴射ポンプ駆動用カム１４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されている。燃料噴射ポンプ用駆動カム１４は逆回転方向に沿って、径の異なる部分として、最小径部５１と、傾斜部５２と、最大径部５３と、傾斜部５４と、中段部５５と、傾斜部５６と、最小径部５１と、が形成されている。

　最小径部５１は、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４において最小径となる部分である。最大径部５３は、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４において最大径となる部分である。中段部５５は、最大径部５３よりも小径かつ最小径部５１よりも大径となる部分である。

　傾斜部５２は、逆回転方向に沿って最小径部５１から最大径部５３に変化する部分である。傾斜部５４は、逆回転方向に沿って最大径部５３から中段部５５に変化する部分である。傾斜部５６は、逆回転方向に沿って中段部５５から最小径部５１に変化する部分である。

　図６を用いて、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４の作用について説明する。
　なお、図６では、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４の作用を、横軸にクランク角度を表し、縦軸にリフト量を表したグラフ図として模式的に表している。また、図６では、燃料カムリフトを実線で表し、排気弁リフトを破線で表し、吸気弁リフトを一点鎖線で表し、燃料圧送のタイミングを二点鎖線で表している。

　まず、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４の正転時（図６の左から右に向かう方向）の作用について説明する。最小径部５１にローラ４２が当接している段階では、燃料カムリフト量が最小位置であって、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）となる。そして、傾斜部５２にローラ４２が当接している段階では、所定クランク角度にて燃料噴射が行なわれる。より具体的には、図６の二点鎖線のポイントＰ１の位置から燃料の圧送が開始され、圧送された燃料がノズル開弁圧に達した後に、燃料が噴射される。つまり、燃料噴射のタイミングは、燃料圧送のタイミングのポイントＰ１より後になり、燃料圧送のタイミングと燃料噴射のタイミングとはずれることになる。

　次に、最大径部５３にローラ４２が当接している段階では、燃料カムリフト量が最大位置であって、燃料噴射ポンプ１２のプランジャ４３が最縮小した（圧縮した）位置となる。そして、中段部５５にローラ４２が当接している段階では、排気弁３２が開閉作動され、吸気弁３１が開き始める。

　次に、中段部５５から傾斜部５６に移行する位置にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が少なくとも吸気弁３１の全開リフト量の略半分まで開いている状態となる。本実施形態では、中段部５５から傾斜部５６に移行する位置にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が略全開状態となるようにしている。そして、傾斜部５６から最小径部５１に移行する位置にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が閉じ終わった状態となる。

　言い換えれば、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４は、中段部５５から傾斜部５６に移行する位置が、吸気弁３１が少なくとも吸気弁３１の最大リフト量の半分以上開いてから開始するように形成されている。

　次に、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４の逆転時（図６の右から左に向かう方向）の作用について説明する。最小径部５１にローラ４２が当接している段階では、燃料噴射ポンプ１２のプランジャ４３は最伸長した位置（非圧縮位置）となる。そして、傾斜部５６にローラ４２が当接している段階では、所定クランク角度にて燃料噴射がされることになる。図６に示すように、逆転時の燃料噴射のタイミングは、正転時の燃料噴射のタイミングとはずれている。正転時の燃料噴射のタイミングと逆転時の燃料噴射のタイミングとでは、正転側と比べて、逆転側が燃料圧送タイミングのポイントＰ２からみて遅くなっており、ずれることになる。

　このとき同時に、傾斜部５６にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が十分に開いている状態となる。そのため、噴射された燃料が吸気ポート７ａから排出され、シリンダ２ａ内では燃焼に必要な燃料量が確保できずに燃焼が生じないことになる。

　ディーゼルエンジン１の効果について説明する。
　ディーゼルエンジン１によれば、燃料噴射ポンプ用駆動カム１４を用いることで、運転中に逆回転が生じた場合に逆回転の継続を防止することができる。

　図７を用いて、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４の構成について説明する。
　なお、図７では、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４を正面視にて模式的に表している。また、二点鎖線は各部位の境界を表している。

　燃料噴射ポンプ駆動用カム７４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。燃料噴射ポンプ用駆動カム７４は逆回転方向に沿って順に、径の異なる部分として、最小径部６１、傾斜部６２、最大径部６３、傾斜部６４、中段部６５、傾斜部６６、上段部６７、傾斜部６８、最小径部６１の順で形成されている。

　最小径部６１は、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４にて最小径となる部分である。最大径部６３は、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４にて最大径となる部分である。中段部６５は、最大径部６３よりも小径かつ最小径部６１よりも大径となる部分である。

　傾斜部６２は、逆回転方向に沿って最小径部６１から最大径部６３に変化する部分である。傾斜部６４は、逆回転方向に沿って最大径部６３から中段部６５に変化する部分である。傾斜部６６は、逆回転方向に沿って中段部６５から上段部６７に変化する部分である。上段部６７は、最大径部６３よりも小径かつ中段部６５よりも大径となる部分である。

　図８を用いて、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４の作用について説明する。
　なお、図８では、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４の作用を、横軸にクランク角度を表し、縦軸にリフト量を表したグラフ図として模式的に表している。また、図８では、燃料カムリフトを実線で表し、排気弁リフトを破線で表し、吸気弁リフトを一点鎖線で表し、燃料圧送のタイミングを二点鎖線で表している。

　まず、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４の正転時（図８の左から右に向かう方向）の作用について説明する。最小径部６１にローラ４２が当接している段階では、燃料カムリフト量が最小位置であって、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）となる。そして、傾斜部６２にローラ４２が当接している段階では、所定クランク角度にて燃料噴射が行なわれる。より具体的には、図８の二点鎖線のポイントＰ１の位置から燃料の圧送が開始され、圧送された燃料がノズル開弁圧に達した後に、燃料が噴射される。つまり、燃料噴射のタイミングは、燃料圧送のタイミングのポイントＰ１より後になり、燃料圧送のタイミングと燃料噴射のタイミングとはずれることになる。

　次に、最大径部６３にローラ４２が当接している段階では、燃料カムリフト量が最小位置であって、燃料噴射ポンプ１２のプランジャ４３が最縮小した（圧縮した）位置となる。そして、中段部６５にローラ４２が当接している段階では、排気弁３２が開閉作動され、吸気弁３１が開き始める。

　次に、傾斜部６６にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が少なくとも吸気弁３１の全開リフト量の略半分まで開いている状態となる。そして、上段部６７にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が略全開状態となる。そして、最小径部５１にローラ４２が当接し始める段階では、吸気弁３１が閉じた状態となる。

　言い換えれば、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４は、上段部６７が形成される位置が、吸気弁３１が略全開状態となる位置に形成されている。

　次に、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４の逆転時（図８の右から左に向かう方向）の作用について説明する。最小径部６１にローラ４２が当接している段階では、燃料噴射ポンプ１２のプランジャ４３は最伸長した位置（非圧縮位置）となる。そして、傾斜部６８にローラ４２が当接している段階では、所定クランク角度にて燃料噴射がされることになる。図８に示すように、逆転時の燃料噴射のタイミングは、正転時の燃料噴射のタイミングとはずれている。正転時の燃料噴射のタイミングと逆転時の燃料噴射のタイミングとでは、正転側と比べて、逆転側が燃料圧送タイミングのポイントＰ２からみて遅くなっており、ずれることになる。

　このとき同時に、傾斜部６８にローラ４２が当接している段階では、吸気弁３１が十分に開いている状態となる。そのため、噴射された燃料が吸気ポート７ａから排出され、シリンダ２ａ内では燃焼に必要な燃料量が確保できずに燃焼が生じないことになる。

　ディーゼルエンジン１の効果について説明する。
　ディーゼルエンジン１によれば、燃料噴射ポンプ用駆動カム７４を用いることで、運転中に逆回転が生じた場合に逆回転の継続を防止することができる。

　本発明は、様々なディーゼルエンジンに利用可能であり、特に単気筒のディーゼルエンジンに有効に利用可能である。

　１　　　　ディーゼルエンジン
　５　　　　クランク軸
　１２　　　燃料噴射ポンプ
　１３　　　カム軸
　１４　　　燃料噴射ポンプ駆動用カム
　５１　　　最小径部
　５２　　　傾斜部
　５３　　　最大径部
　５４　　　傾斜部
　５５　　　中段部
　５６　　　傾斜部

Claims (2)

1. 　クランク軸によって駆動されるカム軸と、
   　前記カム軸上に設けられ、燃料噴射ポンプを駆動し、最大径部と、最小径部と、前記最大径部よりも小径かつ前記最小径部よりも大径の中段部と、前記中段部から前記最小径部に変化する傾斜部と、が形成され、逆回転方向に沿って前記中段部から前記傾斜部を経て前記最小径部までが形成される燃料噴射ポンプ駆動用カムと、
   　前記カム軸上に設けられ、吸気弁を駆動する吸気カムと、
   　を具備し、
   　前記燃料噴射ポンプ駆動用カムは、前記中段部から前記傾斜部に移行する位置が、前記吸気弁が少なくとも該吸気弁の最大リフト量の半分以上開いてから、開始するように形成される、
   　ディーゼルエンジン。
2. 　請求項１記載のディーゼルエンジンであって、
   　前記燃料噴射ポンプ駆動用カムは、前記最大径部よりも小径かつ前記中段部よりも大径の上段部が形成され、逆回転方向に沿って前記中段部から前記上段部を経て前記傾斜部までが形成される、
   　ディーゼルエンジン。

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