JP6878339B2 - エンジン - Google Patents

Description

本開示は、エンジンに関する。

舶用のエンジンでは、クロスヘッド型が用いられることがある。例えば、特許文献１に記載のエンジンでは、クロスヘッド内に摺動部が配され、摺動部が油圧によって作動することで、ピストンの上死点位置が移動する。これにより、エンジンの幾何的な圧縮比が可変される。

また、エンジンでは、燃焼最高圧力が高くなり過ぎると、燃焼温度が上昇して排気ガス中のＮＯｘが増加してしまう。そこで、特許文献２に記載のエンジンでは、ピストンの内部に油圧室が設けられる。燃焼室の圧力が上昇すると、作動油が油圧室から排出されることで、ピストンの冠面が押し下げられる。これにより、燃焼最高圧力の上昇が抑制される。

特開２０１４−０２０３７５号公報 特許第５２７３２９０号公報

上記のような圧縮比を可変する機構、および、燃焼最高圧力を抑制する機構の双方を設けると、構造が複雑化してしまう。これは、舶用やクロスヘッド型に限らず、例えば、自動車用などほかのエンジンにも生じる現象である。

本開示は、このような課題に鑑み、構造の複雑化を抑制することが可能な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、本開示の一態様に係るエンジンは、シリンダと、シリンダに収容されたピストンと、ピストンに面する燃焼室と、ピストンと一体にストロークする摺動部と、摺動部のうち、燃焼室と反対側に臨む油圧面と、油圧面が面する油圧室と、油圧室に接続された油圧ポンプと、油圧ポンプを用いて、ピストンの上死点位置を変更させる圧縮比可変機構と、油圧室と連通し、油圧室内の油圧に応じて容積が変化する副油圧室と、仕切ピストンが摺動自在に設けられ、仕切ピストンによって内部が副油圧室と収容室とに仕切られる小径穴と、収容室側から副油圧室側に仕切ピストンを押圧する弾性部材と、摺動部が収容され、油圧面に対向する底面を有し、油圧面と底面との間に油圧室が形成される大径穴と、を備え、大径穴の底面に小径穴が開口し、油圧ポンプは、大径穴の底面に開口する油路を介して、油圧室に接続される。

本開示のエンジンによれば、構造の複雑化を抑制することが可能となる。

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抽出した抽出図である。 エンジンの機能ブロック図である。 図４（ａ）、図４（ｂ）は、燃焼圧抑制機構を説明するための図である。 エンジンのＰ−Ｖ線図の一例である。 図６（ａ）、図６（ｂ）は、第１変形例を説明するための図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）は、第２変形例を説明するための図である。 エンジンの機能ブロック図である。 第３変形例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、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、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、本開示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する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１００の全体構成を示す説明図である。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダ１１０と、ピストン１１２と、ピストンロッド１１４と、クロスヘッド１１６と、連接棒１１８と、クランクシャフト１２０と、フライホイール１２２と、シリンダカバー１２４と、排気弁箱１２６と、燃焼室１２８と、排気弁１３０と、排気弁駆動装置１３２と、排気管１３４と、掃気溜１３６と、冷却器１３８と、シリンダジャケット１４０と、燃料噴射弁１４２とを含んで構成される。

シリンダ１１０内にピストン１１２が設けられる。ピストン１１２は、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１１４の一端が取り付けられている。ピストンロッド１１４の他端には、クロスヘッド１１６のクロスヘッドピン１５０が連結される。クロスヘッド１１６は、ピストン１１２とともに往復移動する。ガイドシュー１１６ａによって、クロスヘッド１１６の図１中、左右方向（ピストン１１２のストローク方向に垂直な方向）の移動が規制される。

クロスヘッドピン１５０は、連接棒１１８の一端に設けられたクロスヘッド軸受１１８ａに軸支される。クロスヘッドピン１５０は、連接棒１１８の一端を支持している。ピストンロッド１１４の他端と連接棒１１８の一端は、クロスヘッド１１６を介して接続される。

連接棒１１８の他端は、クランクシャフト１２０に連結される。連接棒１１８に対してクランクシャフト１２０が回転可能である。ピストン１１２の往復移動に伴いクロスヘッド１１６が往復移動すると、クランクシャフト１２０が回転する。

クランクシャフト１２０には、フライホイール１２２が取り付けられる。フライホイール１２２の慣性によってクランクシャフト１２０などの回転が安定化する。シリンダカバー１２４は、シリンダ１１０の上端に設けられる。シリンダカバー１２４には、排気弁箱１２６が挿通される。

排気弁箱１２６の一端は、ピストン１１２に臨んでいる。排気弁箱１２６の一端には、排気ポート１２６ａが開口する。排気ポート１２６ａは、燃焼室１２８に開口する。燃焼室１２８は、ピストン１１２の冠面に面する。燃焼室１２８は、シリンダカバー１２４とシリンダ１１０とピストン１１２に囲繞されてシリンダ１１０の内部に形成される。

燃焼室１２８には、排気弁１３０の弁体が位置する。排気弁１３０のロッド部には、排気弁駆動装置１３２が取り付けられる。排気弁駆動装置１３２は、排気弁箱１２６に配される。排気弁駆動装置１３２は、排気弁１３０をピストン１１２のストローク方向に移動させる。

排気弁１３０がピストン１１２側に移動して開弁すると、シリンダ１１０内で生じた燃焼後の排気ガスが、排気ポート１２６ａから排気される。排気後、排気弁１３０が排気弁箱１２６側に移動して、排気ポート１２６ａが閉弁される。

排気管１３４は、排気弁箱１２６および過給機Ｃに取り付けられる。排気管１３４の内部は、排気ポート１２６ａおよび過給機Ｃのタービンに連通する。排気ポート１２６ａから排気された排気ガスは、排気管１３４を通って過給機Ｃのタービン（不図示）に供給された後、外部に排気される。

また、過給機Ｃのコンプレッサ（不図示）によって、活性ガスが加圧される。ここで、活性ガスは、例えば、空気である。加圧された活性ガスは、掃気溜１３６において、冷却器１３８によって冷却される。シリンダ１１０の下端は、シリンダジャケット１４０で囲繞される。シリンダジャケット１４０の内部には、掃気室１４０ａが形成される。冷却後の活性ガスは、掃気室１４０ａに圧入される。

シリンダ１１０の下端側には、掃気ポート１１０ａが設けられる。掃気ポート１１０ａは、シリンダ１１０の内周面から外周面まで貫通する孔である。掃気ポート１１０ａは、シリンダ１１０の周方向に離隔して複数設けられている。

ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点位置側に移動すると、掃気室１４０ａとシリンダ１１０内の差圧によって、掃気ポート１１０ａからシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。

また、シリンダカバー１２４には、燃料噴射弁１４２が設けられる。燃料噴射弁１４２の先端は燃焼室１２８側に向けられる。燃料噴射弁１４２は、燃焼室１２８に液体燃料（燃料油）を噴出する。液体燃料が燃焼し、その膨張圧によってピストン１１２が往復移動する。

図２は、ピストンロッド１１４とクロスヘッドピン１５０との連結部分を抽出した抽出図である。図２に示すように、クロスヘッドピン１５０のうち、ピストン１１２側の外周面には、平面部１５２が形成される。平面部１５２は、ピストン１１２のストローク方向に対して、大凡垂直な方向に延在する。

クロスヘッドピン１５０には、ピン穴１５４（大径穴）が形成される。ピン穴１５４は、平面部１５２に開口する。ピン穴１５４は、平面部１５２からストローク方向に沿ってクランクシャフト１２０側（図２中、下側）に延在する。

クロスヘッドピン１５０の平面部１５２には、カバー部材１６０が設けられる。カバー部材１６０は、締結部材１６２によってクロスヘッドピン１５０の平面部１５２に取り付けられる。カバー部材１６０は、ピン穴１５４を覆う。カバー部材１６０には、ストローク方向に貫通するカバー孔１６０ａが設けられる。

ピストンロッド１１４は、大径部１１４ａ（摺動部）および小径部１１４ｂを有する。大径部１１４ａの外径は、小径部１１４ｂの外径よりも大きい。大径部１１４ａは、ピストンロッド１１４の他端に形成される。大径部１１４ａは、クロスヘッドピン１５０のピン穴１５４に挿通（収容）される。小径部１１４ｂは、大径部１１４ａよりピストンロッド１１４の一端側に形成される。小径部１１４ｂは、カバー部材１６０のカバー孔１６０ａに挿通される。

油圧室１５４ａは、ピン穴１５４の内部に形成される。ピン穴１５４は、大径部１１４ａによってストローク方向に仕切られる。大径部１１４ａは、油圧室１５４ａのうち、ピストン１１２の上死点位置側に位置する。油圧室１５４ａは、大径部１１４ａで仕切られたピン穴１５４の底面１５４ｂ側の空間である。大径部１１４ａのうち、燃焼室１２８と反対側に臨む（図２中、下側の）油圧面１１４ａ_１は、油圧室１５４ａおよびピン穴１５４の底面１５４ｂに面する。油圧室１５４ａは、油圧面１１４ａ_１と底面１５４ｂとの間に形成される。

油圧室１５４ａの側壁（すなわち、ピン穴１５４の側壁１５４ｃ）は、ストローク方向に延在する。ピン穴１５４の底面１５４ｂには、油路１５６の一端が開口する。油路１５６の他端は、クロスヘッドピン１５０の外部に開口する。油路１５６の他端には、油圧配管１７０が接続される。

油圧配管１７０には、油圧ポンプ１７２が連通する。すなわち、油圧ポンプ１７２は、油圧室１５４ａに接続される。油圧ポンプ１７２と油路１５６との間に逆止弁１７４が設けられる。逆止弁１７４によって油路１５６側から油圧ポンプ１７２側への作動油の流れが抑制される。油圧ポンプ１７２から油路１５６を介して油圧室１５４ａに作動油が圧入（送出）される。

また、油圧配管１７０のうち、油路１５６と逆止弁１７４の間には分岐配管１７６が接続される。分岐配管１７６には、切換弁１７８が設けられる。切換弁１７８は、例えば、電磁弁である。油圧ポンプ１７２の作動中、切換弁１７８は閉弁される。油圧ポンプ１７２の停止中、切換弁１７８が開弁すると、油圧室１５４ａから分岐配管１７６側に作動油が排出される。切換弁１７８のうち、油路１５６と反対側は、不図示のオイルタンクに連通する。排出された作動油は、オイルタンクに貯留される。オイルタンクは、油圧ポンプ１７２に作動油を供給する。

油圧室１５４ａの作動油の油量に応じて、大径部１１４ａがストローク方向にピン穴１５４の内周面を摺動する。大径部１１４ａは、油圧室１５４ａの作動油の量に応じて側壁１５４ｃに対して摺動する。その結果、ピストンロッド１１４がストローク方向に移動する。ピストン１１２は、ピストンロッド１１４（大径部１１４ａ）と一体に移動（ストローク）する。油圧室１５４ａの内部の作動油が増量されるとピストン１１２の上死点位置が燃焼室１２８側に移動する。油圧室１５４ａの内部の作動油が減量されるとピストン１１２の上死点位置が下死点位置側に移動する。こうして、ピストン１１２の上死点位置が可変となる。

すなわち、エンジン１００は、圧縮比可変機構Ｖを備える。圧縮比可変機構Ｖは、上記の油圧室１５４ａ、および、ピストンロッド１１４の大径部１１４ａを含んで構成される。圧縮比可変機構Ｖは、ピストン１１２の上死点位置を移動させることで、圧縮比を可変とする。

ここでは、一つの油圧室１５４ａが設けられる場合について説明した。しかし、大径部１１４ａで仕切られたピン穴１５４のうち、カバー部材１６０側の空間１５４ｄも油圧室としてもよい。この油圧室は、油圧室１５４ａと併用されても単独で用いられてもよい。

図３は、エンジン１００の機能ブロック図である。図３では、主に圧縮比可変機構Ｖの制御に関する構成を示す。図３に示すように、エンジン１００は、制御装置１８０を備える。制御装置１８０は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）で構成される。制御装置１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等で構成され、エンジン１００全体を制御する。また、制御装置１８０は、圧縮比制御部１８２として機能する。

圧縮比制御部１８２は、油圧ポンプ１７２および切換弁１７８を制御して、ピストン１１２の上死点位置を変更（移動）させる。こうして、圧縮比制御部１８２は、エンジン１００の幾何的な圧縮比を制御する。

図４（ａ）、図４（ｂ）は、燃焼圧抑制機構Ｐを説明するための図である。図４（ａ）、図４（ｂ）は、図２と同じ箇所の抽出図である。図４（ａ）に示すように、エンジン１００は、燃焼圧抑制機構Ｐを備える。燃焼圧抑制機構Ｐは、上記の油圧室１５４ａと、小径穴１５８と、仕切ピストン１６４と、弾性部材１６６とを含んで構成される。

小径穴１５８は、ピン穴１５４の底面１５４ｂに開口する。小径穴１５８は、ピン穴１５４の油圧室１５４ａから連続してストローク方向に延在する。すなわち、小径穴１５８の側壁１５８ａは、ストローク方向に延在する。小径穴１５８の内径は、ピン穴１５４（油圧室１５４ａ）の内径よりも小さい。

仕切ピストン１６４は、小径穴１５８に摺動自在に設けられる。仕切ピストン１６４は、小径穴１５８を副油圧室１５８ｂと収容室１５８ｃとに仕切る。副油圧室１５８ｂは、仕切ピストン１６４よりも油圧室１５４ａ側に位置する。収容室１５８ｃは、仕切ピストン１６４よりも油圧室１５４ａから離隔する側に位置する。

副油圧室１５８ｂは、油圧室１５４ａに連続する。副油圧室１５８ｂには、油圧室１５４ａに供給された作動油の一部が流入する。仕切ピストン１６４は、作動油の油圧によって収容室１５８ｃ側に押圧される。

収容室１５８ｃには、弾性部材１６６が配される。弾性部材１６６は、例えば、弾性バネで構成される。弾性部材１６６は、仕切ピストン１６４を、作動油の油圧に抗して、収容室１５８ｃ側から副油圧室１５８ｂ側（油圧室１５４ａ側、ピストンロッド１１４側）に押圧する。

燃焼室１２８の燃焼圧によってピストン１１２が下死点位置側に押圧されると、大径部１１４ａが油圧室１５４ａ側に押圧され、油圧室１５４ａの油圧が上昇する。油圧室１５４ａの油圧が上昇すると、仕切ピストン１６４が収容室１５８ｃ側に押圧される。そのため、図４（ｂ）に示すように、仕切ピストン１６４が収容室１５８ｃ側に移動する。その結果、弾性部材１６６が圧縮され、仕切ピストン１６４を押圧する弾性力が上昇する。仕切ピストン１６４は、油圧による押圧力と、弾性力による押圧力が釣り合ったところで停止する。

その結果、副油圧室１５８ｂの容積が大きくなる。このように、副油圧室１５８ｂは、内部の油圧に応じて容積が変化する。その分、作動油が油圧室１５４ａから副油圧室１５８ｂに流入する。油圧室１５４ａの作動油の油量が減少した分、大径部１１４ａが底面１５４ｂ側に移動する。そのため、ピストン１１２が下死点位置側に移動する。その結果、燃焼室１２８が拡大し、燃焼室１２８の燃焼最高圧力が抑制される。

ピストン１１２が下死点位置側に移動し、燃焼室１２８の圧力が下がると、油圧室１５４ａの油圧が下がる。仕切ピストン１６４を押圧する油圧による押圧力が、弾性力による押圧力より小さくなり、仕切ピストン１６４が油圧室１５４ａ側に移動する。作動油が副油圧室１５８ｂから油圧室１５４ａに流入する。このように、燃焼圧抑制機構Ｐは、作動油のアキュームレータとして機能する。

図５は、エンジン１００のＰ−Ｖ線図の一例である。図５に示す例では、圧縮比可変機構Ｖの切換弁１７８は閉弁、油圧ポンプ１７２は停止しているものとする。図５に一点鎖線で示すように、エンジン１００の理論的な燃焼サイクルは、定容燃焼と定圧燃焼が組み合わさったサバテサイクル（複合サイクル）である。しかし、実際には、図５に破線で示す比較例のように、定容燃焼と定圧燃焼が完全には実現されない。具体的には、サバテサイクルの燃焼最高圧力Ｐ_１に対して、比較例の燃焼最高圧力Ｐ_２の方が高くなってしまう。そのため、燃焼温度が上昇して排気ガス中のＮＯｘが増加してしまう。

エンジン１００では、上記のように、燃焼圧抑制機構Ｐによって燃焼最高圧力Ｐ_３は、比較例の燃焼最高圧力Ｐ_２よりも低く抑えられる。すなわち、燃焼最高圧力Ｐ_３がサバテサイクルの燃焼最高圧力Ｐ_１に近づく。燃焼室１２８の圧力に応じて副油圧室１５８ｂに作動油が逃げることで、燃焼サイクルの一部を定圧燃焼に近づけることが可能となる。

このように、エンジン１００では、燃焼圧抑制機構Ｐによって燃焼温度の上昇が抑えられ、排気ガス中のＮＯｘが抑制される。また、燃焼最高圧力Ｐ_３が抑えられることから、比較例の燃焼最高圧力Ｐ_２に耐え得るほどの部材強度が要求されない。また、上記のように、油圧室１５４ａは、圧縮比可変機構Ｖおよび燃焼圧抑制機構Ｐで共用される。そのため、圧縮比可変機構Ｖのための油圧室１５４ａと、燃焼圧抑制機構Ｐのための油圧室１５４ａを個別に設ける場合に比べ、構造の複雑化が抑えられる。

また、圧縮比可変機構Ｖによって圧縮比が高められる場合、燃焼最高圧力も高くなる。燃焼圧抑制機構Ｐでは、弾性部材１６６の変形量は、燃焼室１２８の圧力に比例する。そのため、圧縮比可変機構Ｖによって高圧縮比となったときに、弾性部材１６６が大きく変形し、燃焼最高圧力の上昇が抑制され易い。一方、低圧縮比のときは、弾性部材１６６の変形量が小さく、燃焼最高圧力への影響が抑えられる。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、第１変形例を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、第１変形例のエンジン２００の燃焼圧抑制機構Ｐａでは、小径穴１５８が蓋部材２１０によって封止される。蓋部材２１０は、ピン穴１５４と小径穴１５８を仕切る。具体的に、小径穴１５８のうち、ピン穴１５４側の端部の内周面にフランジ溝１５８ｄが形成される。蓋部材２１０は、段差部２１０ａを有する。段差部２１０ａは、フランジ溝１５８ｄに嵌合する。

連通路２２０は、クロスヘッドピン１５０に設けられる。連通路２２０の一端は、ピン穴１５４の側壁１５４ｃに開口する。副油圧室１５８ｂは、仕切ピストン１６４と蓋部材２１０によって挟まれる。連通路２２０の他端は、副油圧室１５８ｂの側壁１５８ａのうち、蓋部材２１０側に開口する。

図６（ｂ）に示すように、連通路２２０の一端は、大径部１１４ａの位置によっては、大径部１１４ａによって閉じられる。また、図６（ａ）に示すように、連通路２２０の一端は、大径部１１４ａの位置によっては、大径部１１４ａによって閉じられずに開口する。換言すれば、大径部１１４ａは、ピン穴１５４の側壁１５４ｃに形成される連通路２２０の開口に対して、ストローク方向に直交する方向に対向する場合と、ストローク方向に直交する方向に非対向となる場合とがある。

すなわち、連通路２２０の一端からカバー部材１６０までの長さは、大径部１１４ａのストローク方向の厚さよりも長い。連通路２２０は、大径部１１４ａが所定範囲内にあるとき、油圧室１５４ａに一端を開口させる。大径部１１４ａが所定範囲よりも燃焼室１２８から離隔する側（副油圧室１５８ｂ側）にあるとき、連通路２２０の一端が閉じられる。

所定範囲は、例えば、図６（ｂ）に示す所定位置、および、所定位置よりも燃焼室１２８側の範囲である。ただし、所定位置は、図示の位置よりもピストン１１２側（図中、上側）であってもよいし、副油圧室１５８ｂ側であってもよい。少なくとも、連通路２２０の一端を、大径部１１４ａによって閉じることが可能な位置であればよい。

このように、大径部１１４ａが所定範囲内にあるとき、連通路２２０は、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂとを連通させる。そのため、大径部１１４ａが所定範囲内にあるとき、油圧室１５４ａの油圧は、副油圧室１５８ｂ側の仕切ピストン１６４に作用する。

また、大径部１１４ａが所定範囲よりも副油圧室１５８ｂ側にあるとき、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂは連通しない。そのため、大径部１１４ａが所定範囲よりも副油圧室１５８ｂ側にあるとき、油圧室１５４ａの油圧は、副油圧室１５８ｂ側の仕切ピストン１６４に作用しない。すなわち、燃焼圧抑制機構Ｐａは機能しない。

ここで、大径部１１４ａが所定位置にあるときの圧縮比を所定圧縮比とする。そうすると、以下のように言い換えられる。すなわち、圧縮比可変機構Ｖにより、圧縮比が所定圧縮比以上に制御されるとき、燃焼圧抑制機構Ｐａが機能する。圧縮比可変機構Ｖにより、圧縮比が所定圧縮比未満に制御されるとき、燃焼圧抑制機構Ｐａは機能しない。

上記のように、圧縮比可変機構Ｖによって圧縮比が高められる場合、燃焼最高圧力も高くなる。圧縮比可変機構Ｖによって所定圧縮比以上となったときに、弾性部材１６６が大きく変形し、燃焼最高圧力の上昇が抑制される。所定圧縮比未満のときは、燃焼最高圧力が下がらないため、熱効率の低下が回避される。

図７（ａ）、図７（ｂ）は、第２変形例を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、第２変形例のエンジン３００の燃焼圧抑制機構Ｐｂでは、第１変形例と同様、小径穴１５８が蓋部材２１０によって封止される。副油圧室１５８ｂは、仕切ピストン１６４と蓋部材２１０によって挟まれる。副油圧室１５８ｂの側壁１５８ａのうち、蓋部材２１０側には、連通路２２０の一端が開口する。連通路２２０は、クロスヘッドピン１５０に設けられる。

第１変形例と異なり、第２変形例では、連通路２２０の一端は、ピン穴１５４の底面１５４ｂに開口する。ただし、連通路２２０の一端は、第１変形例と同様の位置に開口してもよい。

連通路２２０には、制御弁３３０が設けられる。制御弁３３０は、例えば、電磁弁である。連通路２２０は、制御弁３３０によって開閉される。図７（ａ）に示すように、制御弁３３０が閉弁すると、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂは連通しない。図７（ｂ）に示すように、制御弁３３０が開弁すると、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂは連通する。

また、油圧配管１７０には、油圧センサＳａが設けられる。油圧センサＳａによって油圧配管１７０に連通する油圧室１５４ａの油圧が検出される。

図８は、エンジン３００の機能ブロック図である。図８では、主に圧縮比可変機構Ｖおよび連通機構ＣＭａの制御に関する構成を示す。図８に示すように、エンジン３００は、連通機構ＣＭａを備える。連通機構ＣＭａは、上記の連通路２２０、油圧センサＳａ、制御弁３３０、弁制御部３４０を含んで構成される。

制御装置１８０は、上記の圧縮比制御部１８２の他に、弁制御部３４０として機能する。弁制御部３４０は、油圧センサＳａが検出した油圧が予め設定された第１閾値（閾値）を超えると、制御弁３３０を開弁させる。弁制御部３４０は、油圧センサＳａが検出した油圧が第１閾値以下となると、制御弁３３０を閉弁させる。

すなわち、連通機構ＣＭａは、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値を超えると、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂとを連通させる。すなわち、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値を超えると、燃焼圧抑制機構Ｐｂは機能する。連通機構ＣＭａは、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値以下のとき、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂとを非連通とする。すなわち、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値以下となると、燃焼圧抑制機構Ｐｂは機能しない。

上記のように、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値を超えるとき燃焼最高圧力も高くなっている。このとき、制御弁３３０を開弁させることで、弾性部材１６６が大きく変形し、燃焼最高圧力の上昇が抑制される。油圧室１５４ａの油圧が第１閾値以下のときは、燃焼最高圧力が下がらないため、熱効率の低下が回避される。油圧室１５４ａの油圧は、燃焼圧に直接的に連動し易いため、燃焼圧抑制機構Ｐｂは、燃焼最高圧力が高いときに適切に機能する。

ここでは、制御弁３３０が弁制御部３４０によって制御される場合について説明した。しかし、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値を超えるとき、連通路２２０が開弁し、油圧室１５４ａの油圧が第１閾値以下のとき、連通路２２０が閉弁すればよい。例えば、このように動作する油圧回路が用いられてもよい。

図９は、第３変形例を説明するための図である。図９に示すように、第３変形例のエンジン４００では、連通機構ＣＭｂは、圧力センサＳｂ、制御弁３３０、弁制御部４４０を含んで構成される。圧力センサＳｂは、燃焼室１２８内の圧力を検出する。

制御装置１８０は、上記の圧縮比制御部１８２の他に、弁制御部４４０として機能する。弁制御部４４０は、圧力センサＳｂが検出した燃焼室１２８内の圧力が予め設定された第２閾値（閾値）を超えると、制御弁３３０を開弁させる。弁制御部４４０は、圧力センサＳｂが検出した燃焼室１２８内の圧力が第２閾値以下となると、制御弁３３０を閉弁させる。

燃焼室１２８内の圧力が第２閾値を超えるとき燃焼最高圧力が高くなっている。上記の第２変形例と同様、制御弁３３０を開弁させることで、弾性部材１６６が大きく変形し、燃焼最高圧力の上昇が抑制される。燃焼室１２８内の圧力が第２閾値以下のときは、燃焼最高圧力が下がらないため、熱効率の低下が回避される。燃焼室１２８内の圧力が測定されるため、燃焼圧抑制機構Ｐｂは、燃焼最高圧力が高いときに適切に機能する。

ここでは、制御弁３３０が弁制御部４４０によって制御される場合について説明した。しかし、上記の第２変形例と同様、燃焼室１２８内の圧力が第２閾値を超えるとき、連通路２２０が開弁し、燃焼室１２８内の圧力が第２閾値以下のとき、連通路２２０が閉弁すればよい。例えば、このように動作する油圧回路が用いられてもよい。

第２変形例、第３変形例に記載のように、油圧室１５４ａの油圧、または、燃焼室１２８内の圧力は、油圧室１５４ａと副油圧室１５８ｂの連通、非連通を決定するための指標値として用いられる。

第１変形例、第２変形例、第３変形例においても、上述した実施形態と同様、燃焼サイクルの一部を定圧燃焼に近づけることが可能となる。その結果、燃焼温度の上昇が抑えられ、排気ガス中のＮＯｘが抑制される。また、燃焼最高圧力が抑えられるため高い部材強度が要求されない。圧縮比可変機構Ｖのための油圧室１５４ａと、燃焼圧抑制機構Ｐａ、Ｐｂのための油圧室１５４ａを個別に設ける場合に比べ、構造の複雑化が抑えられる。

以上、添付図面を参照しながら一実施形態について説明したが、本開示は上記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開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態および変形例では、２サイクル型、ユニフロー掃気式、クロスヘッド型のエンジン１００、２００、３００、４００を例に挙げて説明した。しかし、エンジンの種類は、２サイクル型、ユニフロー掃気式、クロスヘッド型に限られない。少なくともエンジンであればよい。また、エンジン１００は、舶用に限らず、例えば、自動車用であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、液体燃料が用いられる場合について説明した。しかし、例えば、気体燃料が用いられてもよい。この場合、燃料噴射弁１４２に加えて、気体燃料噴射弁が、掃気ポート１１０ａ近傍、または、シリンダ１１０のうち、掃気ポート１１０ａからシリンダカバー１２４までの部位に設けられる。燃料ガスは、気体燃料噴射弁から噴射された後、シリンダ１１０内に流入する。燃料噴射弁１４２から少量の液体燃料が噴射されると、その燃焼熱によって、燃料ガスおよび活性ガスの混合気が着火されて燃焼する。この場合、Ｐ−Ｖ線図は、図５に示すサバテサイクルの代わりに、オットーサイクルに近いものとなる。ここで、燃料ガスは、ＬＮＧ、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油等をガス化したものである。また、エンジン１００は、例えば、気体燃料と液体燃料を使い分けるデュアルフューエル型であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、仕切ピストン１６４および弾性部材１６６が設けられる場合について説明した。しかし、仕切ピストン１６４および弾性部材１６６は、必須構成ではない。少なくとも、副油圧室１５８ｂの内部の油圧に応じて、副油圧室１５８ｂの容積が変わる機構があればよい。

また、上述した実施形態および変形例では、ピン穴１５４に連続する小径穴１５８に副油圧室１５８ｂが形成される場合について説明した。この場合、副油圧室１５８ｂを形成する加工が容易となる。しかし、副油圧室１５８ｂは、小径穴１５８に形成される構成に限られない。副油圧室１５８ｂは、少なくとも油圧室１５４ａと連通していればよい。

また、上述した実施形態および変形例では、油圧室１５４ａがクロスヘッド１１６のクロスヘッドピン１５０に設けられる場合について説明した。ただし、油圧室は、ピストン１１２、ピストンピン、および、クロスヘッド１１６のいずれに設けられてもよい。少なくとも、ピストン１１２と一体にストロークする摺動部の油圧面が油圧室に面していればよい。

本開示は、エンジンに利用することができる。

１００ エンジン
１１０ シリンダ
１１２ ピストン
１１４ａ 大径部（摺動部）
１１４ａ_１ 油圧面
１２８ 燃焼室
１５４ ピン穴（大径穴）
１５４ａ 油圧室
１５４ｂ 底面
１５８ 小径穴
１５８ｂ 副油圧室
１５８ｃ 収容室
１６４ 仕切ピストン
１６６ 弾性部材
１７２ 油圧ポンプ
２００ エンジン
３００ エンジン
４００ エンジン

Claims (1)

1. シリンダと、
   前記シリンダに収容されたピストンと、
   前記ピストンに面する燃焼室と、
   前記ピストンと一体にストロークする摺動部と、
   前記摺動部のうち、前記燃焼室と反対側に臨む油圧面と、
   前記油圧面が面する油圧室と、
   前記油圧室に接続された油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプを用いて、前記ピストンの上死点位置を変更させる圧縮比可変機構と、
   前記油圧室と連通し、前記油圧室内の油圧に応じて容積が変化する副油圧室と、
   仕切ピストンが摺動自在に設けられ、前記仕切ピストンによって内部が前記副油圧室と収容室とに仕切られる小径穴と、
   前記収容室側から前記副油圧室側に前記仕切ピストンを押圧する弾性部材と、
   前記摺動部が収容され、前記油圧面に対向する底面を有し、前記油圧面と前記底面との間に前記油圧室が形成される大径穴と、を備え、
   前記大径穴の前記底面に前記小径穴が開口し、
   前記油圧ポンプは、前記大径穴の前記底面に開口する油路を介して、前記油圧室に接続される、エンジン。

Images