CN107429841B - 十字头式发动机 - Google Patents

Abstract

十字头式发动机的十字头具备十字头轴承、十字头销(114a)、油压室(第1油压室(168a)及第2油压室(168b))、变形抑止层(170)，前述十字头轴承被设置于连接棒的第2端，前述十字头销(114a)被轴支承于十字头轴承，前述油压室(第1油压室(168a)及第2油压室(168b))被设置于十字头销，活塞杆(112a)的第1端侧被插入，并且使油压作用于活塞杆的第1端侧，使活塞和十字头销的相对位置变化，前述变形抑止层(170)被设置于十字头销，位于被插入于油压室的活塞杆的第1端的径向外侧，抑制由油压室内的油压引起的十字头销的变形。

Description

十字头式发动机

技术领域

本发明涉及在活塞杆上固定有十字头的十字头式发动机。

本发明基于2015年5月11日向日本申请的特愿2015-96716号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

在多被用于船用发动机的十字头式发动机中，在固定活塞的活塞杆的端部设有十字头。连接棒(连杆)将十字头与曲轴连结，十字头的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。

专利文献1的发动机是这样的十字头式发动机，在十字头内配置油压活塞，油压活塞借助油压工作，由此使活塞的上死点的位置变化，使压缩比可变。

专利文献1：日本特开2014-020375号公报。

像专利文献1那样，在十字头内设置油压室的情况下，受到油压室内的油压的影响，十字头变形，有十字头销的轴承性能下降的可能性。

发明内容

本发明鉴于这样的问题，目的在于提供一种十字头式发动机，前述十字头式发动机能够抑制，由被形成于十字头内的油压室内的油压的影响导致的十字头销的轴承性能的下降。

为了解决上述问题，本发明的第一技术方案涉及十字头式发动机，活塞被固定的活塞杆的第1端、及被连结于曲轴的连接棒的第2端经由十字头被连接，十字头具备十字头轴承、十字头销、油压室、变形抑止层，前述十字头轴承被设置于连接棒的第2端，前述十字头销被轴支承于十字头轴承，前述油压室被设置于十字头销，活塞杆的第1端侧被插入，并且使油压作用于活塞杆的第1端侧，使活塞和十字头销的相对位置变化，前述变形抑止层被设置于十字头销，位于被插入至油压室的活塞杆的第1端的径向外侧，抑制由油压室内的油压引起的十字头销的变形。

根据本发明的十字头式发动机，能够抑制由被形成于十字头内的油压室内的油压的影响导致的十字头销的轴承性能的下降。

附图说明

图1是说明单流扫气式双循环发动机的整体结构的图。

图2A是说明活塞杆和十字头销的连结部分的图。

图2B是说明活塞杆和十字头销的连结部分的图。

图3A是说明活塞杆和十字头销的相对位置的变化的图。

图3B是说明活塞杆和十字头销的相对位置的变化的图。

图4是说明变形抑止层的图。

图5A是说明变形例的变形抑止层及圆筒部件的图。

图5B是说明变形例的圆筒部件的图。

图5C是说明变形例的圆筒部件的图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的适合的实施方式进行详细的说明。本实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等仅是为了使发明容易理解的例示，除了特别说明的情况下，不对本发明进行限定。另外，在本说明书及附图中，对实质上具有相同功能、结构的要素标注相同的附图标记，由此省略重复说明，此外省略与本发明没有直接关系的要素的图示。

在以下的实施方式中，对能够选择性地执行气体运转模式和柴油运转模式的某一个运转模式的所谓的双燃料式的发动机进行说明，前述气体运转模式主要使作为气体燃料的燃料气体燃烧，前述柴油运转模式使作为液体燃料的燃料油燃烧。此外，对在双行程中完成一个循环的发动机(双循环发动机、双冲程发动机)中，在压力缸内部气体在一个方向上流动的单流扫气式的情况进行说明。但是，发动机的种类不限于双燃料式、双循环式、单流扫气式，只要是十字头式的发动机即可。

图1是说明单流扫气式双循环发动机100 (十字头式发动机)的整体结构的图。本实施方式的单流扫气式双循环发动机100例如被用于船舶等。具体地，单流扫气式双循环发动机100构成为包括压力缸110、活塞112、十字头114、连接棒116、曲轴118、排气口120、排气阀122、扫气口124、扫气积存空间(掃気溜)126、冷却器128、扫气室130、燃烧室132。

在单流扫气式双循环发动机100中，在活塞112的上升行程及下降行程的双行程的开始，进行排气、吸气、压缩、燃烧、膨胀，活塞112在压力缸110内往复移动。活塞杆112a的上端被固定于活塞112。此外，十字头114的十字头销114a被连结于活塞杆112a的下端(第1端)，十字头114与活塞112一同往复移动。十字头114借助十字头滑块114b，与活塞112的冲程方向垂直的方向(图1中为左右方向)的移动被限制。

十字头销114a被插通于在连接棒116的上端(第2端)被设置的十字头轴承116a，被十字头轴承116a轴支承，并且将连接棒116的第2端支承。这样，固定活塞112的活塞杆112a的第1端、及被连结于曲轴118的连接棒116的第2端经由十字头114被连接。

此外，连接棒116的下端被连结于曲轴118，呈曲轴118相对于连接棒116旋转的结构。结果，若随着活塞112的往复移动，十字头114往复移动，则与该往复移动联动，曲轴118旋转。

排气口120是被设于比活塞112的上死点靠上方的压力缸盖110a的开口部，用于将在压力缸110内产生的燃烧后的废气排出而开闭。排气阀122借助无图示的排气阀驱动装量以既定的时机上下移动，将排气口120开闭。这样，经由排气口120被排出的废气被经由排气管120a供给至增压器C的涡轮侧后，被向外部排出。

扫气口124是从压力缸110的下端侧的内周面(压力缸套110b的内周面)贯通至外周面的孔，遍及压力缸110的整周设有多个。并且，扫气口124与活塞112的滑动动作对应，将活性气体吸入至压力缸110内。该活性气体包括氧气、臭氧等氧化剂、或其混合气(例如空气)。

向扫气积存空间126封入借助增压器C的压缩机被加压的活性气体(例如空气)，活性气体借助冷却器128被冷却。被冷却的活性气体被压入至在压力缸罩110c内形成的扫气室130。并且，借助扫气室130和压力缸110内的差压，活性气体被从扫气口124向压力缸110内吸入。

此外，在压力缸盖110a上设置液体燃料喷射阀134。在气体运转模式中，在发动机循环的所希望的时刻，适量的燃料油被从液体燃料喷射阀134喷射。该燃料油借助被压力缸盖110a、压力缸套110b、活塞112所围成的燃烧室132的热气化，并且自燃，在较少的时间内燃烧，使燃烧室132的温度变为极高。此外，在扫气口124附近、或压力缸110的从扫气口124至燃烧室132的部位处设置无图示的气体燃料喷射阀，被从气体燃料喷射阀喷射而向压力缸110内流入的燃料气体借助燃料油的燃烧热升温，由此在所希望的时刻切实地燃烧。活塞112主要借助燃料气体的燃烧引起的膨胀压而往复移动。

这里，燃料气体例如将LNG (液化天然气)气化来生成。此外，燃料气体不限于LNG，例如，也能够将LPG(液化石油气)、轻油、重油等气化来应用。

另一方面，在柴油运转模式中，来自气体燃料喷射阀的燃料气体的喷射停止，并且从液体燃料喷射阀134喷射比气体运转模式的燃料油的喷射量多的燃料油。活塞112不是借助燃料气体，而是借助燃料油的燃烧引起的膨胀压来往复移动。

这样，单流扫气式双循环发动机100选择性地执行气体运转模式和柴油运转模式的某一个运转模式。并且，为了能够与各个选择模式对应地使活塞112的压缩比为可变的，在单流扫气式双循环发动机100上设置有可变机构。以下，对可变机构进行详细说明。

图2A及图2B是说明活塞杆112a和十字头销114a的连结部分的图，在图2A中，表示将图1的由单点划线围成的部分抽出来的放大图，在图2B中，表示图2A的沿II(b)-II(b)线的截面。

如图2A及图2B所示，活塞杆112a的第1端被插入于十字头销114a。具体地，在十字头销114 上，形成有与十字头销114a的轴向(图2B中为左右方向)垂直地延伸的连结孔160。在该连结孔160的内部设置油压室168，活塞杆112a的第1端插入(进入)该油压室168。这样，活塞杆112a的第1端被插入于连结孔160，由此十字头销114a和活塞杆112a被连结。

若更详细地说明，则在活塞杆112a上形成有大径部162a和小径部162b，前述大径部162a处，活塞杆112a的外径比第1端大，前述小径部162b位于比大径部162a靠第1端侧的位置，外径比大径部162a小。

并且，连结孔160具有大径孔部164a和小径孔部164b，前述大径孔部164a位于连结孔160的活塞112侧，前述小径孔部164b相对于大径孔部164a与连接棒116侧(图2A及图2B中为下侧)连续，小径孔部164b与大径孔部164a相比内径较小。其中，大径孔部164a形成有油压室168。

活塞杆112a的小径部162b被设定成能够插入连结孔160的小径孔部164b的尺寸，活塞杆112a的大径部162a被设定成能够插入连结孔160的大径孔部164a的尺寸。

在活塞杆112a的比大径部162a靠活塞杆112a的上端(第2端)侧(图2中为上侧)，配置与连结孔160相比外径较大的固定盖166。固定盖166是环状部件，活塞杆112a被从上方插通。此外，在十字头销114a的外周面，形成有向十字头销114a的径向凹陷的凹处114c，固定盖166嵌合于该凹处114c的内部。并且，固定盖166经由螺母N借助螺栓B被设定（同定）于十字头销114a。

此外，油压室168被分为第1油压室168a(油压室)及第2油压室168b(油压室)。第1油压室168a被由大径部162a和小径部162b的外径差形成的台阶面、大径孔部164a的内周面、由大径孔部164a和小径孔部164b的内径差形成的台阶面包围。

第2油压室168b被大径部162a的、活塞杆112a的上端侧的端面、大径孔部164a的内周面、固定盖166包围。即，借助活塞杆112a的大径部162a，大径孔部164a(油压室168) 被上下地划分。并且，以大径部162a为界，借助比大径部162a靠图2中的下侧地划分的大径孔部164a形成第1油压室168a，借助比大径部162a靠图2中的上侧地划分的大径孔部164a形成有第2油压室168b。

在第1油压室168a及第2油压室168b上分别连通有无图示的油路，被从油压泵排出的工作油被引导。借助对第1油压室168a及第2油压室168b的每一个作用的油压，活塞杆112a进入至连结孔160的深度不同。以下，对油压向第1油压室168a及第2油压室168b作用时状态进行详细说明。

图3A及图3B是说明活塞杆112a和十字头销114a的相对位置的变化的图，在图3A中，表示活塞杆112a较浅地进入至连结孔160的状态，在图3B中，表示活塞杆112a较深地进入至连结孔160的状态。

第1油压室168a的活塞112的冲程方向的长度是可变的，若在对第1油压室168a供给工作油的状态下将第1油压室168a密闭，则能够维持图3A的状态。

并且，在从图3A的状态改变压缩比的情况下，借助由活塞112的往复移动引起的来自活塞杆112a及十字头销114a的压缩负载，将工作油从第1油压室168a经由无图示的油路排出，并且向第2油压室168b供给工作油。

由此，如图3B所示，沿着活塞112的冲程方向的第1油压室168a的长度变短。另一方面，在第2油压室168b中，沿着活塞112的冲程方向的长度变长。

与第1油压室168a及第2油压室168b的沿着活塞112的冲程方向的长度改变相应地，活塞杆112a进入十字头销114a的连结孔160(油压室)的进入位置(进入深度)发生变化。

即，在被设置于十字头销114a的油压室168中，插入活塞杆112a的第1端侧，并且使油压作用于活塞杆112a的第1端侧，使活塞112和十字头销114a的相对位置变化。这样，通过使活塞杆112a和十字头销114a的相对位置变化，活塞112的上死点及下死点的位置能够改变。

但是，在将油压室168设置于十字头114内的情况下，有受到油压室168内的油压的影响而十字头114变形的可能性。为了抑制这样的变形，在本实施方式中设置有变形抑止层170。

图4是用于说明变形抑止层170的图，表示十字头销114a的图3A的IV向视图。在十字头114的凹处114c的底面114d上，在连结孔160的周向上设置有多个缓冲孔172。多个缓冲孔172沿活塞杆112a的周向维持间隔地形成，沿活塞112的冲程方向延伸至油压室168的径向外侧(参照图3A及图3B)。

变形抑止层170指十字头114的形成有缓冲孔172的部分，位于被插入至油压室168的活塞杆112a的第1端侧的径向外侧。形成有变形抑止层170，所以即使由于油压室168内的油压，油压室168的内壁变形，该变形也通过构成变形抑止层170的各个缓冲孔172沿着活塞杆112a的径向的变形而被吸收。结果，变形难以进展至变形抑止层170的外侧。因此，十字头销114a的变形被抑止，能够抑制十字头销114a的轴承性能下降。

图5A~图5C是说明变形例的变形抑止层270及圆筒部件272、372、472的图。在图5A所表示的第1变形例中，油压室168被环状的圆筒部件272包围而形成。圆筒部件272被活塞杆112a的大径部162a插通，并且被容纳于在十字头销114a上形成的大径孔部164a，被固定盖166固封。

大径孔部164a的内周面和圆筒部件272的外周面在径向上分离而形成空隙S。变形抑止层270是该空隙S，即使借助油压室168的油压，圆筒部件272变形，也借助构成变形抑止层270的空隙S，变形被吸收，变形不会传播至变形抑止层270的外侧。结果，变形抑止层270的外侧的变形被抑止，能够抑制十字头销114a的轴承性能的下降。

在图5B及图5C中，分别将第2变形例的圆筒部件372 (变形抑止部件)及第3变形例的圆筒部件472 (变形抑止部件)抽出来表示。在第1变形例中，圆筒部件272受到油压室168的油压而变形。此时，若变形量变得过大，则有产生工作油的漏出等的可能性，所以在第2变形例及第3变形例中，将圆筒部件372、472强化。圆筒部件372及圆筒部件472与圆筒部件272相同，被配置于变形抑止层270(空隙S)和油压室168之间。

如图5B所示，第2变形例的圆筒部件372由内筒372a和外筒372b构成，通过热套（焼嵌め）或冷镶（冷嵌め）来互相组装，在内筒372a及外筒372b各自的内部上产生有残留应力。

如图5C所示，第3变形例的圆筒部件472由内筒472a、在内筒472a的外周上缠绕强化纤维来形成的强化纤维层472b构成。这些圆筒部件372、472比十字头销114a强度高。

根据第2变形例及第3变形例，即使油压室168的油压变高，圆筒部件372、472的变形也被抑制在构成变形抑止层270的空隙S的范围内，能够抑制十字头销114a的轴承性能的下降。

在上述实施方式中，对变形抑止层170包括多个缓冲孔172来构成的情况进行了说明，但也可以取代多个缓冲孔172，设置成例如将多个缓冲孔172在活塞杆112a的周向上连结的环状的槽(空隙)。但是，能够将变形抑止层170设置成包括多个缓冲孔172的结构，由此通过简易的加工形成变形抑止层170。

此外，也可以是，设置上述的实施方式的变形抑止层170，并且将第2变形例的圆筒部件372、第3变形例的圆筒部件472配置于在十字头销114a上形成的大径孔部164a的内周面侧。该情况下，圆筒部件372、472的变形被抑制，所以变形抑止层170产生的变形抑止层170的外侧的变形被进一步抑制。

以上，参照附图，对本发明的适合的实施方式进行了说明，但显然本发明不限于该实施方式。显然只要是本领域技术人员，就能够在权利要求书所记载的范围内想到各种改变例或修正例，可知对此也当然属于本发明的技术范围。

产业上的可利用性

本发明能够利用于在活塞杆上固定有十字头的十字头式发动机。

附图标记说明

S 空隙

100 单流扫气式双循环发动机(十字头式发动机)

112 活塞

112a 活塞杆

114 十字头

114a 十字头销

116 连接棒

116a 十字头轴承

118 曲轴

168 油压室

168a 第1油压室(油压室)

168b 第2油压室(油压室)

170 变形抑止层

372、472 圆筒部件(变形抑止部件)。

Claims (4)

1.一种十字头式发动机，活塞被固定的活塞杆的第1端、及被连结于曲轴的连接棒的第2端经由十字头被连接，其特征在于，

前述十字头具备十字头轴承、十字头销、油压室、变形抑止层，

前述十字头轴承被设置于前述连接棒的第2端，

前述十字头销被轴支承于前述十字头轴承，

前述油压室被设置于前述十字头销，前述活塞杆的第1端侧被插入，并且使油压作用于前述活塞杆的第1端侧，使前述活塞和前述十字头销的相对位置变化，

前述变形抑止层被设置于前述十字头销，位于被插入至前述油压室的前述活塞杆的第1端的径向外侧，使得由前述油压室内的油压引起的前述油压室的内壁的变形不会传播至外侧，抑制前述十字头销的变形。

2.如权利要求1所述的十字头式发动机，其特征在于，

前述变形抑止层构成为，包括在前述活塞杆的周向上维持间隔而形成的多个缓冲孔。

3.如权利要求1所述的十字头式发动机，其特征在于，

前述变形抑止层是被形成于前述十字头销的空隙。

4.如权利要求1至3中任一项所述的十字头式发动机，其特征在于，

比前述十字头销强度高的变形抑止部件被配置于前述变形抑止层和前述油压室之间。

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