JP2019094865A - ２ストロークエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】２ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とする。【解決手段】シリンダ部と、上記シリンダ部のシリンダライナ内を摺動するピストンロッドとを有する２ストロークエンジンであって、上記シリンダ部を上記ピストンロッドの摺動方向に沿って移動させることにより、圧縮比を可変とする移動機構を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、２ストロークエンジンに関するものである。

例えば、特許文献１には、船舶等に搭載される２ストロークエンジンが開示されている。このような２ストロークエンジンは、ピストンと、ピストンが摺動されるシリンダとを備え、ピストンが上死点まで移動されることにより、シリンダ内の燃焼ガスが圧縮されて自着火する。

特開２０１３−７３２０号公報

このような構成の２ストロークエンジンにおいて、燃焼効率を向上させるためには、高圧縮比で運転することが考えられる。しかしながら、運転状況によって最適な圧縮比が異なるため、燃焼時の圧縮比を運転中に変更することが求められている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、２ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、シリンダ部と、上記シリンダ部のシリンダライナ内を摺動するピストンロッドとを有する２ストロークエンジンであって、上記シリンダ部を上記ピストンロッドの摺動方向に沿って移動させることにより、圧縮比を可変とする移動機構を有する、という構成を採用する。

本発明によれば、運転中において、シリンダの位置を移動させることにより、燃焼室の容積を可変とし、圧縮比を変更することができる。したがって、２ストロークエンジンにおいて、着火点の異なる燃料を切り替えて使用することが可能である。

本発明の一実施形態におけるエンジンシステムの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

本実施形態のエンジンシステム１００は、例えば大型タンカなど船舶に搭載され、図１に示すように、エンジン１と、過給機２００と、制御部３００とを有している。
エンジン１は、多気筒のユニフロー掃気ディーゼルエンジン（２ストロークエンジン）とされ、天然ガス等の気体燃料を重油などの液体燃料と共に燃焼させるガス運転モードと、重油などの液体燃料を燃焼させるディーゼル運転モードとを有している。なお、ガス運転モードでは、気体燃料のみを燃焼させても良い。このようなエンジン１は、架構２と、シリンダ部３と、ピストン４と、排気弁ユニット５と、ピストンロッド６と、クロスヘッド７と、移動部８（移動機構）と、連接棒９と、クランク角センサ１０と、クランク軸１１と、掃気溜１２と、排気溜１３と、空気冷却器１４とを有している。

架構２は、エンジン１の全体を支持する強度部材であり、クロスヘッド７、連接棒９及びクランク軸１１が収容されている。また、架構２は、内部において、クロスヘッド７の後述するクロスヘッドピンが往復動可能とされている。

シリンダ部３は、燃焼室Ｒ１を有する円筒状のシリンダライナ３ａと、排気ポートＨが形成されると共に排気溜１３と接続されるシリンダヘッド３ｂと、架構２とシリンダライナ３ａとの間に設けられると共にシリンダライナ３ａの下端部が挿入された円筒状のシリンダジャケット３ｃとを有している。また、シリンダジャケット３ｃには、掃気室Ｒ２が設けられており、掃気溜１２と接続されている。

ピストン４は、略円柱状とされ、後述するピストンロッド６と接続されてシリンダライナ３ａの内側に配置されている。ピストン４は、燃焼室Ｒ１における圧力の変動により、ピストンロッド６を伴ってシリンダライナ３ａ内を摺動する。

排気弁ユニット５は、排気弁５ａと、排気弁筐５ｂと、排気弁駆動部５ｃとを有している。排気弁５ａは、シリンダヘッド３ｂの内側に設けられ、排気弁駆動部５ｃにより、シリンダ部３内の排気ポートＨを閉塞する。排気弁筐５ｂは、排気弁５ａの端部を収容する円筒形の筐体である。排気弁駆動部５ｃは、排気弁５ａをピストン４のストローク方向に沿う方向に移動させるアクチュエータである。

ピストンロッド６は、一端がピストン４と接続され、他端がクロスヘッド７と連結された長尺状部材である。クロスヘッド７は、不図示のクロスヘッドピンを有している。クロスヘッド７は、ピストンロッド６の端部及び連接棒９の端部と連結され、ピストン４の直線運動を連接棒９へと伝達している。

移動部８は、油圧ポンプ８ａと、複数の油圧ジャッキ８ｂとを有している。油圧ポンプ８ａは、制御部３００からの指示に基づき、油圧ジャッキ８ｂへと作動油を供給するポンプである。油圧ジャッキ８ｂは、シリンダジャケット３ｃと架構２との間に設けられ、油圧ポンプ８ａにより作動油が供給されることにより、シリンダ部３を上方（圧縮端方向に沿う方向）へと移動させる。また、油圧ジャッキ８ｂは、周方向に沿って複数設けられている。

図１に示すように、連接棒９は、クロスヘッドピン７ａと連結されると共にクランク軸１１と連結されている長尺状部材である。連接棒９は、クロスヘッドピン７ａに伝えられたピストン４の直線運動を回転運動に変換している。クランク角センサ１０は、クランク軸１１のクランク角を計測するためのセンサであり、制御部３００へとクランク角を算出するためのクランクパルス信号を送信している。

クランク軸１１は、気筒に設けられる連接棒９に接続された長尺状の部材であり、それぞれの連接棒９により伝えられる回転運動により回転されることで、例えばスクリュー等に動力を伝える。掃気溜１２は、シリンダジャケット３ｃと過給機２００との間に設けられ、過給機２００により加圧された空気が流入する。また、掃気溜１２には、空気冷却器１４が内部に設けられている。排気溜１３は、各気筒の排気ポートＨと接続されると共に過給機２００と接続される管状部材である。排気ポートＨより排出されるガスは、排気溜１３に一時的に貯留されることにより、脈動を抑制した状態で過給機２００へと供給される。空気冷却器１４は、掃気溜１２内部の空気を冷却する装置である。

過給機２００は、排気ポートＨより排出されたガスにより回転されるタービンにより、不図示の吸気ポートから吸入した空気を加圧して燃焼室Ｒ１に供給する装置である。

制御部３００は、船舶の操縦者による操作等に基づいて、燃料の供給量等を制御するコンピュータである。また、制御部３００は、移動部８を制御することにより、燃焼室Ｒ１の容積を変更する。

このようなエンジンシステム１００において、シリンダジャケット３ｃが架構２に接着座した状態、すなわち、油圧ジャッキ８ｂが駆動されていない状態が通常状態（圧縮比が大きい状態）とされる。圧縮比を小さくする場合には、油圧ジャッキ８ｂを駆動し、シリンダジャケット３ｃを上方へと持ち上げることにより、シリンダライナ３ａを持ち上げる。なお、この際、シリンダヘッド３ｂ、排気弁ユニット５、掃気溜１２、排気溜１３、空気冷却器１４及び過給機２００についてもシリンダジャケット３ｃと共に上方へと移動される。これにより、上死点の位置が相対的に下がり、上死点における圧縮量が通常状態よりも減少し、圧縮比が小さくなる。

このような本実施形態によれば、運転中にシリンダ部３の位置を移動させることにより、燃焼室Ｒ１の容積を変更することができ、圧縮比を変更することができる。したがって、エンジンシステム１００において、着火点の異なる燃料を切り替えて使用することが可能である。

以上、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、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、シリンダジャケット３ｃと架構２との間に油圧ジャッキ８ｂを設けるものとしたが、本発明はこれに限定されない。シリンダヘッド３ｂを上下方向に移動させることにより、燃焼室Ｒ１の容積を変更し、圧縮比を可変とすることも可能である。また、架構２に油圧ジャッキ８ｂを設け、架構２と共に、シリンダ部３を上下方向に移動させることも可能である。

１ エンジン
２ 架構
３ シリンダ部
３ａ シリンダライナ
３ｂ シリンダヘッド
３ｃ シリンダジャケット
４ ピストン
５ 排気弁ユニット
５ａ 排気弁
５ｂ 排気弁筐
５ｃ 排気弁駆動部
６ ピストンロッド
７ クロスヘッド
９ 連接棒
１０ クランク角センサ
１１ クランク軸
１２ 掃気溜
１３ 排気溜
１４ 空気冷却器
１００ エンジンシステム
２００ 過給機
３００ 制御部
Ｈ 排気ポート
Ｒ１ 燃焼室
Ｒ２ 掃気室
Ｓ 掃気ポート

Claims (1)

1. シリンダ部と、前記シリンダ部のシリンダライナ内を摺動するピストンロッドとを有する２ストロークエンジンであって、
   前記シリンダ部を前記ピストンロッドの摺動方向に沿って移動させることにより、圧縮比を可変とする移動機構を有することを特徴とする２ストロークエンジン。

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