JP2016211462A - 油圧発生装置およびクロスヘッド型エンジン - Google Patents

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Abstract

【課題】別途、油圧ポンプの設置が不要、または、設置する油圧ポンプを小出力とする。【解決手段】クロスヘッド型エンジンの油圧発生装置200は、一端が本体部材の外方に位置し、他端を本体部材202の内部で昇圧室216に臨ませ、ピストンのストローク方向に交差する方向に摺動するプランジャ210a、210bと、プランジャの摺動方向に本体部材から離隔して配され、本体部材との離隔距離が第1の距離Laであって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第1押し込み量となる第1押圧部236、240と、本体部材との離隔距離が第2の距離Lbであって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第1押し込み量よりも大きい第2押し込み量となる第2押圧部238と、を有し、プランジャが第1押圧部から第2押圧部へ移動する過程で、プランジャを昇圧室側へ押し込むプランジャ押圧部材204a、204bと、を備える。【選択図】図6

Description

本発明は、ピストンロッドにクロスヘッドが固定されたクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置、および、クロスヘッド型エンジンに関する。
舶用エンジンに多く採用されているクロスヘッド型エンジンでは、ピストンが固定されるピストンロッドの端部にクロスヘッドが設けられている。連接棒(コネクティングロッド)は、クロスヘッドとクランクシャフトを連結しており、クロスヘッドの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される機構となっている。
特許文献1のエンジンは、このようなクロスヘッド型エンジンであって、クロスヘッド内に油圧ピストンが配され、油圧ピストンが油圧によって作動することで、ピストンの上死点の位置を変化させて圧縮比を可変としている。
特開2014−020375号公報
上述した特許文献1に記載のようなクロスヘッド型エンジンにおいて油圧機構を設ける場合、油圧を昇圧するための油圧ポンプを設ける必要がある。また、油圧機構の用途によっては高圧を生じさせることが可能な、出力の大きな油圧ポンプが必要となる場合があった。
本発明は、このような課題に鑑み、別途、油圧ポンプの設置が不要、または、設置する油圧ポンプを小出力とすることが可能なクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置、および、クロスヘッド型エンジンを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置は、ピストンが固定されるピストンロッドの一端、および、クランクシャフトに連結される連接棒の一端がクロスヘッドを介して接続され、クロスヘッドがピストンのストローク方向に往復移動するクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置であって、ピストンのストローク方向に、ピストンおよびクロスヘッドと一体に往復移動する本体部材と、本体部材に形成され、作動油の供給源に接続される導入ポート、および、作動油の供給先に接続される吐出ポートに連通し、導入ポートから本体部材に導かれた作動油を昇圧して吐出ポートから吐出する昇圧室と、一端が本体部材の外方に位置し、他端を本体部材の内部で昇圧室に臨ませ、ピストンのストローク方向に交差する方向に摺動するプランジャと、プランジャの摺動方向に本体部材から離隔して配され、本体部材との離隔距離が第1の距離であって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第1押し込み量となる第1押圧部と、第1押圧部とストローク方向の位置を異にし、本体部材との離隔距離が第1の距離よりも小さい第2の距離であって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第1押し込み量よりも大きい第2押し込み量となる第2押圧部と、を有し、プランジャが第1押圧部から第2押圧部へ移動する過程で、プランジャを昇圧室側へ押し込むプランジャ押圧部材と、を備えたことを特徴とする。
本体部材は、クロスヘッドに設けられていてもよい。
プランジャ押圧部材は、プランジャの一端を押し込む曲面状もしくは直線状の傾斜面を備え、傾斜面は、第1押圧部から第2押圧部まで、本体部材との離隔距離が漸減してもよい。
プランジャ押圧部材は、昇圧室における作動油の昇圧作用が可能となる昇圧位置から、昇圧室における作動油の昇圧作用が不可能となる退避位置まで作動してもよい。
プランジャは、昇圧室を挟んで摺動方向に互いに離隔して1対設けられ、昇圧室には、1対のプランジャを互いに離隔する方向に付勢力を作用させる弾性部材が設けられ、プランジャ押圧部材は、1対のプランジャそれぞれに設けられてもよい。
本体部材には、導入ポートから昇圧室への作動油の流れを許容し、昇圧室から導入ポートへの作動油の流れを抑止する第1逆止弁、および、昇圧室から吐出ポートへの作動油の流れを許容し、吐出ポートから昇圧室への作動油の流れを抑止する第2逆止弁が設けられていてもよい。
上記課題を解決するために、本発明のクロスヘッド型エンジンは、上記の油圧発生装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、別途、油圧ポンプの設置が不要、または、設置する油圧ポンプを小出力とすることが可能となる。
ユニフロー掃気式2サイクルエンジンの全体構成を示す説明図である。 ピストンロッドとクロスヘッドピンとの連結部分を説明するための説明図である。 ピストンロッドとクロスヘッドピンの相対的な位置の変化を説明するための説明図である。 油圧発生装置の配置を説明するための説明図である。 本体部材を説明するための図である。 油圧発生装置の作用を説明するための図である。 油圧発生装置の制御を説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
以下の実施形態では、気体燃料である燃料ガスを主に燃焼させるガス運転モードと、液体燃料である燃料油を燃焼させるディーゼル運転モードのいずれかの運転モードを選択的に実行することができる、所謂デュアルフューエル型のエンジンについて説明する。また、2行程で1サイクルを完結するエンジン(2サイクルエンジン、2ストロークエンジン)であって、シリンダ内部をガスが一方向に流れるユニフロー掃気式である場合について説明する。しかし、エンジンの種類は、デュアルフューエル型、2サイクル型、ユニフロー掃気式に限られず、クロスヘッド型のエンジンであればよい。
図1は、ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100(クロスヘッド型エンジン)の全体構成を示す説明図である。本実施形態のユニフロー掃気式2サイクルエンジン100は、例えば、船舶等に用いられる。具体的に、ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100は、シリンダ110と、ピストン112と、クロスヘッド114と、連接棒116と、クランクシャフト118と、排気ポート120と、排気弁122と、掃気ポート124と、掃気溜126と、冷却器128と、掃気室130と、燃焼室132とを含んで構成される。
ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100では、ピストン112の上昇行程および下降行程の2行程の間に、排気、吸気、圧縮、燃焼、膨張が行われて、ピストン112がシリンダ110内を往復移動する。ピストン112には、ピストンロッド112aの上端が固定されている。また、ピストンロッド112aの下端(一端)には、クロスヘッド114におけるクロスヘッドピン114aが連結されており、クロスヘッド114は、ピストン112とともに往復移動する。クロスヘッド114はクロスヘッドシュー114bによって、ピストン112のストローク方向に垂直な方向(図1中、左右方向)の移動が規制されている。
クロスヘッドピン114aは、連接棒116の一端に設けられた孔に挿通されており、連接棒116の一端を支持している。また、連接棒116の他端は、クランクシャフト118に連結され、連接棒116に対してクランクシャフト118が回転する構造となっている。その結果、ピストン112の往復移動に伴いクロスヘッド114が往復移動すると、その往復移動に連動して、クランクシャフト118が回転することとなる。
すなわち、ピストン112が固定されるピストンロッド112aの一端、および、クランクシャフト118に連結される連接棒116の一端がクロスヘッド114を介して接続され、クロスヘッド114がピストン112のストローク方向に往復移動する。
排気ポート120は、ピストン112の上死点より上方のシリンダヘッド110aに設けられた開口部であり、シリンダ110内で生じた燃焼後の排気ガスを排気するために開閉される。排気弁122は、不図示の排気弁駆動装置によって所定のタイミングで上下に摺動され、排気ポート120を開閉する。このようにして排気ポート120を介して排気された排気ガスは、排気管120aを介して過給機Cのタービン側に供給された後、外部に排気される。
掃気ポート124は、シリンダ110の下端側の内周面(シリンダライナ110bの内周面)から外周面まで貫通する孔であり、シリンダ110の全周囲に亘って、複数設けられている。そして、掃気ポート124は、ピストン112の摺動動作に応じてシリンダ110内に活性ガスを吸入する。かかる活性ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気(例えば空気)を含む。
掃気溜126には、過給機Cのコンプレッサによって加圧された活性ガス(例えば空気)が封入されており、冷却器128によって活性ガスが冷却されている。冷却された活性ガスはシリンダジャケット110c内に形成された掃気室130に圧入される。そして、掃気室130とシリンダ110内の差圧をもって掃気ポート124からシリンダ110内に活性ガスが吸入される。
また、シリンダヘッド110aには、液体燃料噴射弁134が設けられる。ガス運転モードにおいては、エンジンサイクルにおける所望の時点で適量の燃料油が液体燃料噴射弁134から噴射される。かかる燃料油は、シリンダヘッド110aと、シリンダライナ110bと、ピストン112とに囲繞された燃焼室132の熱で気化するとともに自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室132の温度を極めて高くする。掃気ポート124近傍、または、シリンダ110のうち、掃気ポート124から燃焼室132までの部位に不図示の気体燃料噴射弁が設けられており、気体燃料噴射弁から噴射されてシリンダ110内に流入した燃料ガスは、燃料油の燃焼熱によって昇温されることで所望のタイミングで確実に燃焼する。ピストン112は、主に燃料ガスの燃焼による膨張圧によって往復移動する。
ここで、燃料ガスは、例えば、LNG(液化天然ガス)をガス化して生成されるものとする。また、燃料ガスは、LNGに限らず、例えば、LPG(液化石油ガス)、軽油、重油等をガス化したものを適用することもできる。
一方、ディーゼル運転モードにおいては、気体燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射が停止されるとともに、ガス運転モードにおける燃料油の噴射量よりも多量の燃料油がパイロット噴射弁から噴射される。ピストン112は、燃料ガスではなく、燃料油の燃焼による膨張圧によって往復移動する。
このように、ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100は、ガス運転モードとディーゼル運転モードのいずれかの運転モードを選択的に実行する。そして、それぞれの選択モードに応じてピストン112の圧縮比を可変とするため、ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100には、可変機構が設けられている。以下、可変機構について詳述する。
図2は、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aとの連結部分を説明するための説明図であり、図2(a)には、図1の一点鎖線部分を抽出した拡大図を示し、図2(b)には、図2(a)のII(b)―II(b)線断面を示す。
図2(a)、(b)に示すように、クロスヘッドピン114aには、ピストンロッド112aの一端が挿入される。具体的に、クロスヘッドピン114aには、クロスヘッドピン114aの軸方向(図2(b)中、左右方向)に垂直に延在する連結穴160が形成されている。この連結穴160は油圧室となっており、この油圧室に、ピストンロッド112aの一端が挿入されている。このように、連結穴160にピストンロッド112aの一端が挿入されることで、クロスヘッドピン114aと、ピストンロッド112aが連結される。
より詳細に説明すると、ピストンロッド112aには、ピストンロッド112aの外径が一端側よりも大きい大径部162aと、大径部162aよりも一端側に位置し、大径部162aよりも外径が小さい小径部162bが形成されている。
そして、連結穴160は、連結穴160におけるピストン112側に位置する大径穴部164aと、大径穴部164aに対して連接棒116側に連続し、大径穴部164aよりも内径が小さい小径穴部164bとを有している。
ピストンロッド112aの小径部162bは、連結穴160の小径穴部164bに挿入可能であって、ピストンロッド112aの大径部162aは、連結穴160の大径穴部164aに挿入可能な寸法関係となっている。小径穴部164bの内周面には、Oリングで構成される第1シール部材Oが配される。
ピストンロッド112aの大径部162aよりピストンロッド112aの上端側には、連結穴160よりも外径が大きい固定蓋166が固定されている。固定蓋166は、環状部材であって、ピストンロッド112aがピストンロッド112aの上端側から挿通されている。ピストンロッド112aが挿通される固定蓋166の内周面には、Oリングで構成される第2シール部材Oが配される。
クロスヘッドピン114aの外周面には、クロスヘッドピン114aの径方向に窪んだ窪み114cが形成されており、この窪み114cに固定蓋166が当接する。
また、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aとの連結部分であって、クロスヘッドピン114aの内部には、第1油圧室168a(油圧室)および第2油圧室168bが形成されている。
第1油圧室168aは、大径部162aと小径部162bの外径差による段差面と、大径穴部164aの内周面と、大径穴部164aと小径穴部164bの内径差による段差面によって囲繞される。
第2油圧室168bは、大径部162aのうち、ピストンロッド112aの上端側の端面と、大径穴部164aの内周面と、固定蓋166によって囲繞される。つまり、ピストンロッド112aの大径部162aによって、大径穴部164aが、ピストンロッド112aの一端側と他端側とに区画される。そして、大径部162aを境にして、大径部162aよりも一端側に区画された大径穴部164aによって第1油圧室168aが形成され、大径部162aよりも上端側に区画された大径穴部164aによって第2油圧室168bが形成されている。
第1油圧室168aには、供給油路170aおよび排油路170bが連通している。供給油路170aは、一端が大径穴部164aと小径穴部164bの内径差による段差面に開口し、他端が後述する油圧発生装置に連通している。排油路170bは、一端が大径穴部164aと小径穴部164bの内径差による段差面に開口し、不図示の電磁弁に連通している。
第2油圧室168bには、固定蓋166の壁面に開口する補助油路170cが連通している。補助油路170cは、固定蓋166とクロスヘッドピン114aとの当接部分を介してクロスヘッドピン114aの内部を通り、油圧ポンプに連通している。
図3は、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aの相対的な位置の変化を説明するための説明図であり、図3(a)では、ピストンロッド112aが連結穴160に浅く進入した状態を示し、図3(b)では、ピストンロッド112aが連結穴160に深く進入した状態を示す。
第1油圧室168aは、ピストン112のストローク方向の長さが可変となっており、第1油圧室168aに作動油を供給した状態で第1油圧室168aを密閉すると、図3(a)の状態を維持可能となっている。
そして、不図示の電磁弁が開口すると、ピストン112の往復移動によるピストンロッド112aおよびクロスヘッドピン114aからの圧縮荷重によって、作動油が第1油圧室168aから排油路170bを通って電磁弁側に排出される。その結果、図3(b)に示すように、第1油圧室168aのピストン112のストローク方向の長さが短くなる。一方、第2油圧室168bは、ピストン112のストローク方向の長さが長くなる。
第1油圧室168aおよび第2油圧室168bのピストン112のストローク方向の長さが変更された分、ピストンロッド112aがクロスヘッドピン114aの連結穴160(油圧室)に進入する進入位置(進入深さ)が変化する。このように、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aの相対的な位置を変化させることで、ピストン112の上死点および下死点の位置を可変としている。
ところで、図3(b)に示す状態でピストン112が上死点に到達したとき、クロスヘッドピン114aは連接棒116によってピストン112のストローク方向の位置が固定されている。一方、ピストンロッド112aは、クロスヘッドピン114aに連結されているものの、第2油圧室168bの分だけ遊びが生じている。
そのため、ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100の回転数によってはピストンロッド112aの慣性力が大きく、ピストンロッド112aがピストン112側に移動しすぎてしまう可能性がある。このように上死点位置のずれが生じないように、第2油圧室168bには、補助油路170cを介して油圧ポンプからの油圧を作用させ、このようなピストンロッド112aの移動を抑えている。
また、ユニフロー掃気式2サイクルエンジン100は、比較的低速の回転数で用いられることから、ピストンロッド112aの慣性力が小さく、第2油圧室168bに供給する油圧が低くても、上死点位置のずれを抑えることができる。
また、ピストンロッド112aには、ピストンロッド112aの外周面から径方向内側に向かう流路穴172が設けられている。また、クロスヘッドピン114aには、クロスヘッドピン114aの外周面側から連結穴160まで貫通する貫通孔174が設けられている。貫通孔174は、油圧ポンプと連通している。
また、流路穴172と貫通孔174は、ピストンロッド112aの径方向に対向しており、流路穴172と貫通孔174が連通している。流路穴172の外周面側の端部は、流路穴172の他の部位よりも、ピストン112のストローク方向(図3中、上下方向)の流路幅が広く形成されており、図3(a)、(b)に示すように、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aの相対的な位置が変わっても、流路穴172と貫通孔174の連通状態が維持される。
ピストンロッド112aの外周面には、流路穴172の外周面側の端部をピストンロッド112aの軸方向に挟んで、Oリングで構成される第3シール部材O、第4シール部材Oが配される(図2参照)。
大径部162aは、流路穴172の分だけ、大径穴部164aの内周面に対向する面積が小さくなり、大径穴部164aに対して傾き易くなる。ここでは、小径部162bが小径穴部164bにガイドされることで、ピストンロッド112aのストローク方向に対する傾きが抑えられている。
そして、ピストンロッド112aの内部には、ピストン112のストローク方向に延在し、ピストン112およびピストンロッド112aを冷却する冷却油が流通する冷却油路176が形成されている。冷却油路176は、内部に冷却管178が配されており、冷却管178によってピストンロッド112aの径方向外側の往路176aと内側の復路176bに分けられている。流路穴172は、冷却油路176のうちの往路176aに開口している。
油圧ポンプから供給された冷却油は、貫通孔174、流路穴172を介して冷却油路176の往路176aに流入する。往路176aと復路176bは、ピストン112の内部で連通しており、往路176aを流れた冷却油は、ピストン112の内壁に到達すると復路176bを通って、小径部162b側に戻る。冷却油路176の内壁およびピストン112の内壁に冷却油が接触することで、ピストン112が冷却される。
また、クロスヘッドピン114aには、クロスヘッドピン114aの軸方向に延在する出口孔180が形成されており、小径穴部164bは、出口孔180に連通している。ピストン112を冷却した後に、冷却油路176から小径穴部164bに流入した冷却油は、出口孔180を通って、クロスヘッドピン114a外に排出され、タンクに環流する。
第1油圧室168aおよび第2油圧室168bに供給される作動油と、冷却油路176に供給される冷却油は、いずれも同じタンクに環流して同じ油圧ポンプで昇圧される。そのため、油圧を作用させる作動油の供給と、冷却用の冷却油の供給を、1つの油圧ポンプで遂行でき、コストを低減することが可能となる。
続いて、供給油路170aの他端に連通し、供給油路170aを介して第1油圧室168aに作動油を圧入する油圧発生装置について詳述する。
図4は、油圧発生装置200の配置を説明するための説明図である。図4に示すように、油圧発生装置200は、本体部材202と一対のプランジャ押圧部材204a、204bとを有している。本体部材202は、クロスヘッドピン114aの一端面114dに固定されている。そして、本体部材202は、ピストン112のストローク方向に、ピストン112およびクロスヘッド114と一体に往復移動する。
プランジャ押圧部材204a、204bは、それぞれ、クロスヘッドピン114aの軸方向の位置が、連接棒116よりも、図4中、手前側に位置しており、それぞれ、架橋206に固定されている。ここでは、本体部材202とプランジャ押圧部材204a、204bとは、クロスヘッドピン114aの軸方向の位置が重なり合うように配置されている。そして、本体部材202は、ピストン112およびクロスヘッド114と共に往復移動するとき、一対のプランジャ押圧部材204a、204bの間を通過する。
図5は、本体部材202を説明するための図であり、本体部材202の概略断面図を示す。図5に示すように、本体部材202には、図5中、左右方向に貫通する貫通孔208が形成されており、貫通孔208に一対のプランジャ210a、210bが挿通されている。
プランジャ210a、210bは、それぞれ、プランジャ本体212と、ローラ214とを有する。プランジャ本体212は、貫通孔208に挿通されるとともに端部が貫通孔208から突出しており、ローラ214は、プランジャ本体212のうちの貫通孔208から突出した端部に設けられる。ローラ214は、図5中、紙面に垂直な方向を回転軸方向として回転自在となっている。
すなわち、プランジャ210a、210bの一端(ローラ214のうちプランジャ本体212と反対側の端部214a)は、本体部材202の外方に位置する。また、プランジャ210a、210bの他端(プランジャ本体212のうちローラ214と反対側の端部212a)は、本体部材202の貫通孔208の内部に位置している。
また、プランジャ210a、210bのプランジャ本体212の端部212aは互いに離隔しており、プランジャ本体212の端部212a、および、貫通孔208の内壁によって昇圧室216が形成されている。
すなわち、プランジャ210a、210bのプランジャ本体212の端部212a(プランジャ210a、210bの他端)は、本体部材202の内部で昇圧室216に臨んでいる。そして、プランジャ210a、210bは、貫通孔208内を摺動する。図5中、ピストン112のストローク方向は、上下方向であって、プランジャ210a、210bは、ピストン112のストローク方向に交差する方向(ここでは、ピストン112のストローク方向に対する垂直方向)に摺動する。
このように、昇圧室216を挟んで摺動方向に互いに離隔して1対のプランジャ210a、210bが設けられており、昇圧室216には、1対のプランジャ210a、210bを互いに離隔する方向に付勢力を作用させる弾性部材218が設けられる。弾性部材218の両端は、プランジャ210a、210bのプランジャ本体212の端部212aにそれぞれ固定されている。
本体部材202のうち、図5中、上側には導入ポート220が設けられ、図5中、下側には吐出ポート222が設けられている。導入ポート220は、作動油の供給源、ここでは、例えば、作動油タンクに接続されており、作動油タンクから作動油が導かれる。吐出ポート222は、上述した供給油路170aを介して第1油圧室168aに連通している。
また、本体部材202には、導入ポート220から昇圧室216まで連通する第1連通路228が設けられている。第1連通路228は、導入ポート220側ほど内径が小さくなるテーパ228aが形成され、テーパ228aよりも昇圧室216側には、第1逆止弁224が設けられている。具体的に、第1逆止弁224は、球状の弁体224aと弾性バネ224bを有し、弁体224aが弾性バネ224bによって図5中、上側に付勢されている。導入ポート220から昇圧室216側に作動油が流れるとき、図5(a)に示すように、弁体224aは作動油の流れに押されて第1連通路228を開き、導入ポート220から昇圧室216への作動油の流れを許容する。
一方、昇圧室216の油圧が高まり、昇圧室216から導入ポート220側に作動油が流れようとしても、弁体224aが第1連通路228内のテーパ228aに当接して第1連通路228を閉じる。こうして、第1逆止弁224は、昇圧室216から導入ポート220への作動油の流れを抑止する。
また、本体部材202には、昇圧室216から吐出ポート222まで連通する第2連通路230が設けられている。第2連通路230は、吐出ポート222側ほど内径が大きくなるテーパ230aが形成され、テーパ230aよりも吐出ポート222側には、第2逆止弁226が設けられている。具体的に、第2逆止弁226は、球状の弁体226aと弾性バネ226bを有し、弁体226aが弾性バネ226bによって図5中、上側に付勢されている。昇圧室216の油圧が高まり、昇圧室216から吐出ポート222側に作動油が流れるとき、図5(b)に示すように、弁体226aは作動油の流れに押されて第2連通路230を開き、昇圧室216から吐出ポート222への作動油の流れを許容する。
一方、吐出ポート222から昇圧室216側に作動油が流れようとしても、弁体226aが第2連通路230内のテーパ230aに当接して第2連通路230を閉じる。こうして、第2逆止弁226は、吐出ポート222から昇圧室216への作動油の流れを抑止する。
図6は、油圧発生装置200の作用を説明するための図である。図6では、図4に示す状態よりも、本体部材202がプランジャ押圧部材204a、204b側にストローク方向に移動した状態を示す。
図6(a)に示すように、プランジャ押圧部材204a、204bは、それぞれ、第1傾斜面232(傾斜面)と第2傾斜面234(傾斜面)を有する。第1傾斜面232は、ストローク方向の下側(図6(a)中、下側)ほど、プランジャ押圧部材204a、204bの対向間隔が狭くなる方向に傾斜する。また、第2傾斜面234は、ストローク方向の下側ほど、プランジャ押圧部材204a、204bの対向間隔が広くなる方向に傾斜する。
第1押圧部236は、プランジャ押圧部材204a、204bの第1傾斜面232のうち、図6(a)中、上側の端部であり、プランジャ210a、210bの摺動方向(図6中、左右方向)に本体部材202から離隔して配され、本体部材202との離隔距離が第1の距離Laである。そして、昇圧室216側へのプランジャ210a、210bの押し込み量が第1押し込み量(ここでは、0)となる。
すなわち、本体部材202がストローク方向に図6中、下側に向かって移動し、図6(a)に示すように、ローラ214が第1押圧部236に対向したとき、ローラ214は、第1押圧部236から離隔しており、プランジャ210a、210bは、第1押圧部236から押し込まれない。そして、本体部材202が図6(b)の位置まで移動すると、ローラ214がプランジャ押圧部材204a、204bに当接する。
第2押圧部238は、第1押圧部236とストローク方向の位置を異にする部位であって、プランジャ押圧部材204a、204bの第1傾斜面232のうち、図6(a)中、下側の端部である。すなわち、第2押圧部238は、本体部材202との離隔距離が第1の距離Laよりも小さい第2の距離Lbであり、プランジャ押圧部材204a、204bの対向間隔が最も小さくなる部位である。この第2押圧部238では、昇圧室216側へのプランジャ210a、210bの押し込み量が第1押し込み量よりも大きい第2押し込み量となる。
すなわち、本体部材202が図6(b)の位置から図6(c)の位置まで移動する間に、ローラ214が第1傾斜面232を摺動しながらプランジャ押圧部材204a、204bに押圧され、プランジャ210a、210bが第2押し込み量分、昇圧室216側に押し込まれる。
このように、プランジャ押圧部材204a、204bは、プランジャ210a、210bが第1押圧部236から第2押圧部238へ移動する過程で、プランジャ210a、210bを昇圧室216側へ押し込む。
その結果、昇圧室216は、導入ポート220から本体部材202に導かれた作動油を昇圧して吐出ポート222から吐出する。吐出ポート222から吐出された作動油は、供給油路170aを介して第1油圧室168aに流入し、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aの相対的な位置が変化する。
ここでは、本体部材202がストローク方向に、図6(a)中、下側に向かって移動する場合について説明した。重複説明を避けるため詳細は割愛するが、本体部材202がストローク方向に、図6(a)中、上側に向かって移動する場合も、第2傾斜面234が第1傾斜面232と同様に作用する。すなわち、第2傾斜面234のうち、図6(a)中、下側の端部が第1押圧部240となっており、プランジャ押圧部材204a、204bは、プランジャ210a、210bが第1押圧部240から第2押圧部238へ移動する過程で、プランジャ210a、210bを昇圧室216側へ押し込む。
図7は、油圧発生装置200の制御を説明するための図である。図7に示すように、プランジャ押圧部材204a側には、揺動機構242が設けられている。揺動機構242は、支持部242aと、アクチュエータ242bで構成される。
支持部242aは、プランジャ押圧部材204aのうち、図7(a)中、下端側を軸支する。プランジャ押圧部材204aは、支持部242aで軸支された支点を回転軸中心として、図7(b)に示す位置まで揺動可能となっている。また、支持部242aは、プランジャ押圧部材204aを、反時計回りに回転する方向に付勢している。
アクチュエータ242bは、例えば、油圧式であって、先端部にローラ242cが設けられている。そして、アクチュエータ242bは、油圧による押圧力を受けて、先端部が、図7(a)中、左右方向に移動する。ローラ242cは、プランジャ押圧部材204aに図7(a)中、左側から当接して、プランジャ押圧部材204aを時計回りに回転する方向に押圧する。
図7(a)に示す配置では、プランジャ押圧部材204a、204bは、昇圧室216における作動油の昇圧が可能となる昇圧位置となっている。そして、アクチュエータ242bが作動し、図7(b)に示すように、ローラ242cが左側に移動すると、プランジャ押圧部材204aが支持部242aからの付勢力によって、ローラ242cに追従して揺動し、プランジャ押圧部材204aの第2押圧部238と、プランジャ押圧部材204bの第2押圧部238の離隔距離が大きくなる。
その結果、プランジャ210a、210bが第2押圧部238に対向する位置まで本体部材202が移動したとき、プランジャ210bは第2押圧部238に押圧されて、図7(b)中、左側に移動するものの、その分、プランジャ210aが左側に移動することから、昇圧室216の容積は変わらず、作動油は昇圧されない。その後、プランジャ押圧部材204aが再び揺動するまで、昇圧室216における作動油の昇圧が不可能となる。
このように、プランジャ押圧部材204a、204bは、図7(a)に示す、昇圧室216の容積を縮小させ、作動油の昇圧が可能となる昇圧位置から、図7(b)に示す、昇圧室216における作動油の昇圧が不可能となる退避位置まで作動する。そのため、油圧発生装置200は、簡易な構成で、油圧の発生のON、OFFを切換可能となっている。油圧が不要の場合、プランジャ押圧部材204a、204bを退避位置とすることで、ピストン112に不要な抵抗を作用させずに燃料の消費を抑制できる。
また、プランジャ押圧部材204aを、図7(a)に示す昇圧位置から図7(b)に示す退避位置までの任意の位置に制御することで、発生させる油圧の大きさを調整可能となる。
上述したように、油圧発生装置200によって油圧を発生させることができるため、別途、油圧ポンプの設置が不要となるか、または、油圧ポンプを設置するとしても、設置する油圧ポンプを小出力とし、油圧発生装置200が、ピストン112の動力で作動油を高圧まで昇圧可能となる。
また、油圧発生装置200では、プランジャ210a、210bがプランジャ押圧部材204a、204bに押圧され始めるとき、ローラ214は、プランジャ押圧部材204a、204bに対して、ストローク方向に交差する方向から接触する。そのため、接触時の衝撃が小さく、作動油に生じる衝撃波を抑制することが可能となる。また、プランジャ押圧部材204a、204bは、本体部材202のストローク方向の移動範囲の任意の位置に配置でき、設置自由度が高い。
上述した実施形態では、油圧発生装置200は、ピストンロッド112aとクロスヘッドピン114aの相対的な位置を可変とするための油圧を発生させる場合について説明したが、油圧発生装置200が発生させた油圧を他の用途に用いてもよい。
また、上述した実施形態では、本体部材202は、クロスヘッド114に設けられている場合について説明したが、ピストン112のストローク方向にピストン112と一体に移動すれば、クロスヘッド114以外の部材に本体部材202を設けてもよい。ただし、本体部材202をクロスヘッド114に設ける場合、他の部材と干渉せずに容易に配置可能となる。
また、上述した実施形態では、プランジャ押圧部材204a、204bは、第1傾斜面232および第2傾斜面234を備える場合について説明したが、第1傾斜面232および第2傾斜面234の双方は必須ではない。ただし、第1傾斜面232および第2傾斜面234を設けることで、油圧を徐々に上昇させることが可能となる。また、第1傾斜面232および第2傾斜面234は、いずれか一方のみを設けてもよいが、第1傾斜面232および第2傾斜面234の双方を設けることで、1ストロークの間に2回油圧を昇圧でき、迅速な昇圧が可能となる。また、第1傾斜面232および第2傾斜面234は、直線状の形状を図示したが、本体部材202のストローク方向の移動による油圧の上昇速度が急激に変化しないように計算された曲面状であってもよい。
また、上述した実施形態では、プランジャ押圧部材204a、204bは、昇圧位置から退避位置まで作動する場合について説明したが、プランジャ押圧部材204a、204bが作動せず、例えば、吐出ポート222から吐出された作動油の油路に、切換弁などを設けて、昇圧のON、OFFを切り換えてもよい。
また、上述した実施形態では、プランジャ210a、210bは、昇圧室216を挟んで摺動方向に互いに離隔して1対設けられる場合について説明したが、プランジャ210a、210bの一方のみが設けられていてもよい。ただし、プランジャ210a、210bの双方を設け、昇圧室216に弾性部材218を設けるとともに、プランジャ押圧部材204a、204bを、1対のプランジャ210a、210bそれぞれに対して設けると、以下の効果がある。すなわち、本体部材202に対するプランジャ押圧部材204a、204bの配置が、プランジャ押圧部材204a、204bの対向方向にずれても、プランジャ押圧部材204a、204bの間隔がずれなければ、所期の昇圧性能を発揮することができる。つまり、1対のプランジャ210a、210bを設けることで、厳密な寸法管理が要求されなくなり、設計作業や組み付け作業を簡素化することができる。
また、上述した実施形態では、本体部材202には、第1逆止弁224、および、第2逆止弁226が設けられている場合について説明したが、第1逆止弁224、および、第2逆止弁226の代わりに、電磁弁などを設けてもよい。ただし、本体部材202に、第1逆止弁224、および、第2逆止弁226を設けることで、簡易な構成かつ高精度に作動油の流れを制御して、昇圧室216の油圧を昇圧することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、ピストンロッドにクロスヘッドが固定されたクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置、および、クロスヘッド型エンジンに利用することができる。
100 ユニフロー掃気式2サイクルエンジン(クロスヘッド型エンジン)
112 ピストン
112a ピストンロッド
114 クロスヘッド
200 油圧発生装置
202 本体部材
204a プランジャ押圧部材
204b プランジャ押圧部材
210a プランジャ
210b プランジャ
212a 端部(他端)
214a 端部(一端)
216 昇圧室
218 弾性部材
220 導入ポート
222 吐出ポート
232 第1傾斜面(傾斜面)
234 第2傾斜面(傾斜面)
236 第1押圧部
238 第2押圧部
240 第1押圧部

Claims (7)

  1. ピストンが固定されるピストンロッドの一端、および、クランクシャフトに連結される連接棒の一端がクロスヘッドを介して接続され、該クロスヘッドが該ピストンのストローク方向に往復移動するクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置であって、
    前記ピストンのストローク方向に、該ピストンおよび前記クロスヘッドと一体に往復移動する本体部材と、
    前記本体部材に形成され、作動油の供給源に接続される導入ポート、および、作動油の供給先に接続される吐出ポートに連通し、該導入ポートから該本体部材に導かれた作動油を昇圧して該吐出ポートから吐出する昇圧室と、
    一端が前記本体部材の外方に位置し、他端を該本体部材の内部で前記昇圧室に臨ませ、前記ピストンのストローク方向に交差する方向に摺動するプランジャと、
    前記プランジャの摺動方向に前記本体部材から離隔して配され、該本体部材との離隔距離が第1の距離であって、前記昇圧室側への前記プランジャの押し込み量が第1押し込み量となる第1押圧部と、該第1押圧部と前記ストローク方向の位置を異にし、該本体部材との離隔距離が該第1の距離よりも小さい第2の距離であって、該昇圧室側への該プランジャの押し込み量が該第1押し込み量よりも大きい第2押し込み量となる第2押圧部と、を有し、該プランジャが該第1押圧部から該第2押圧部へ移動する過程で、該プランジャを前記昇圧室側へ押し込むプランジャ押圧部材と、
    を備えたことを特徴とするクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  2. 前記本体部材は、前記クロスヘッドに設けられていることを特徴とする請求項1に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  3. 前記プランジャ押圧部材は、前記プランジャの一端を押し込む曲面状もしくは直線状の傾斜面を備え、該傾斜面は、前記第1押圧部から前記第2押圧部まで、前記本体部材との離隔距離が漸減することを特徴とする請求項1または2に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  4. 前記プランジャ押圧部材は、前記昇圧室における作動油の昇圧作用が可能となる昇圧位置から、該昇圧室における作動油の昇圧作用が不可能となる退避位置まで作動することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  5. 前記プランジャは、前記昇圧室を挟んで前記摺動方向に互いに離隔して1対設けられ、
    前記昇圧室には、前記1対のプランジャを互いに離隔する方向に付勢力を作用させる弾性部材が設けられ、
    前記プランジャ押圧部材は、前記1対のプランジャそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  6. 前記本体部材には、前記導入ポートから前記昇圧室への作動油の流れを許容し、該昇圧室から該導入ポートへの作動油の流れを抑止する第1逆止弁、および、該昇圧室から前記吐出ポートへの作動油の流れを許容し、該吐出ポートから該昇圧室への作動油の流れを抑止する第2逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  7. 前記請求項1から6のいずれか1項に記載の油圧発生装置を備えることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
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