JP6904130B2 - Variable compressor and engine system - Google Patents

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本発明は、可変圧縮装置及びエンジンシステムに関するものである。 The present invention relates to a variable compression device and an engine system.

例えば、特許文献1には、クロスヘッドを有する大型往復ピストン燃焼エンジンが開示されている。特許文献1の大型往復ピストン燃焼エンジンは、重油などの液体燃料と天然ガス等の気体燃料との両方での稼働が可能とされるデュアルフュエルエンジンである。特許文献1の大型往復ピストン燃焼エンジンは、液体燃料による稼働に適する圧縮比と気体燃料による稼働に適する圧縮比との双方に対応するため、圧縮比を変更可能とする調整機構をクロスヘッド部分に設けている。 For example, Patent Document 1 discloses a large reciprocating piston combustion engine having a crosshead. The large reciprocating piston combustion engine of Patent Document 1 is a dual fuel engine capable of operating on both a liquid fuel such as heavy oil and a gaseous fuel such as natural gas. The large reciprocating piston combustion engine of Patent Document 1 has an adjustment mechanism in the crosshead portion that allows the compression ratio to be changed in order to support both a compression ratio suitable for operation with liquid fuel and a compression ratio suitable for operation with gas fuel. It is provided.

特開2014−20375号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-20375

上記のようなエンジンの調整機構においては、圧縮比が一定のピストン燃焼エンジンと異なり、ピストンロッドがクロスヘッドに対して移動可能とされているため、ピストンロッドがクロスヘッドピンに固定されていない。このため、ピストンロッドがクロスヘッドピンに対して回転する可能性がある。ピストンロッドが回転することでピストンが回転し、ピストンのシリンダライナに対する摺動特性が変化する可能性がある。 In the engine adjustment mechanism as described above, unlike the piston combustion engine having a constant compression ratio, the piston rod is movable with respect to the crosshead, so that the piston rod is not fixed to the crosshead pin. Therefore, the piston rod may rotate with respect to the crosshead pin. The rotation of the piston rod may cause the piston to rotate, changing the sliding characteristics of the piston with respect to the cylinder liner.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ピストンの回転方向の移動を規制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to regulate the movement of the piston in the rotational direction.

本発明は、上記課題を解決するための可変圧縮装置に係る第1の手段として、昇圧された作動流体が供給されることでピストンロッドが圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置であって、上記ピストンロッドの回転方向への移動を規制する規制部材を備える、という構成を採用する。 The present invention has a variable chamber having a fluid chamber in which the piston rod is moved in a direction of increasing the compression ratio by supplying a boosted working fluid as a first means for a variable compression device for solving the above problems. The compression device is provided with a regulating member that regulates the movement of the piston rod in the rotational direction.

可変圧縮装置に係る第2の手段として、上記第1の手段において、上記規制部材は、上記ピストンロッドの下方から上記ピストンロッドの開口に挿入される規制ピンを有する、という構成を採用する。 As a second means relating to the variable compression device, in the first means, the regulating member adopts a configuration in which the regulating member has a regulating pin inserted into the opening of the piston rod from below the piston rod.

可変圧縮装置に係る第3の手段として、上記第1の手段において、上記規制部材は、上記ピストンロッドの開口に挿入される規制ピンを有する、という構成を採用する。 As a third means relating to the variable compression device, in the first means, the regulating member has a regulating pin inserted into the opening of the piston rod.

エンジンシステムに係る第1の手段として、上記第1〜3のいずれかの手段の可変圧縮装置を備える、という構成を採用する。 As the first means relating to the engine system, a configuration is adopted in which a variable compression device of any of the above-mentioned first to third means is provided.

本発明によれば、規制部材により、ピストンロッドの回転方向への移動が規制され、これに伴ってピストンロッドに接続されたピストンの回転方向への移動が規制される。これにより、ピストンのシリンダライナに対する摺動特性が変化することを防止できる。 According to the present invention, the restricting member regulates the movement of the piston rod in the rotational direction, and accordingly, the movement of the piston connected to the piston rod in the rotational direction is restricted. This makes it possible to prevent the sliding characteristics of the piston with respect to the cylinder liner from changing.

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。It is sectional drawing of the engine system in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムの部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the engine system in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における可変圧縮装置の一部の拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of a part of the variable compression apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における可変圧縮装置の変形例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the modification of the variable compression apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における可変圧縮装置の変形例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the modification of the variable compression apparatus in one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステム100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。 Hereinafter, an embodiment of the engine system 100 according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member recognizable.

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とを備えている。なお、本実施形態においては、過給機200を補機として捉え、エンジン1(主機)と別体として説明する。但し、過給機200をエンジン1の一部として構成することも可能である。 The engine system 100 of the present embodiment is mounted on a ship such as a large tanker, and includes an engine 1, a supercharger 200, and a control unit 300 as shown in FIG. In the present embodiment, the supercharger 200 will be regarded as an auxiliary machine, and will be described as a separate body from the engine 1 (main engine). However, it is also possible to configure the turbocharger 200 as a part of the engine 1.

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、図1及び図2に示すように、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、油圧部8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とを備えている。また、シリンダ部3、ピストン4、排気弁ユニット5及びピストンロッド6により、気筒が構成されている。 The engine 1 is a multi-cylinder uniflow scavenging diesel engine, and has a gas operation mode in which a gas fuel such as natural gas is burned together with a liquid fuel such as heavy oil, and a diesel operation mode in which the liquid fuel such as heavy oil is burned. There is. In the gas operation mode, only the gas fuel may be burned. As shown in FIGS. 1 and 2, such an engine 1 includes a frame 2, a cylinder portion 3, a piston 4, an exhaust valve unit 5, a piston rod 6, a crosshead 7, and a hydraulic portion 8. A connecting rod 9, a crank angle sensor 10, a crankshaft 11, a scavenging reservoir 12, an exhaust reservoir 13, and an air cooler 14 are provided. Further, the cylinder is composed of the cylinder portion 3, the piston 4, the exhaust valve unit 5, and the piston rod 6.

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、油圧部8及び連接棒9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7aが往復動可能とされている。 The frame 2 is a strength member that supports the entire engine 1, and houses a crosshead 7, a hydraulic unit 8, and a connecting rod 9. Further, inside the frame 2, the crosshead pin 7a, which will be described later, of the crosshead 7 can reciprocate.

シリンダ部3は、円筒状のシリンダカバー3aと、シリンダライナ3bと、シリンダヘッド3cとシリンダジャケット3dとを備えている。シリンダライナ3bは、シリンダカバー3aに収容される円筒状の部材であり、ピストン4との摺動面が内側に形成されている。このようなシリンダライナ3bの内周面とピストン4とにより囲まれた空間が燃焼室R1とされている。また、シリンダライナ3bの下部には、複数の掃気ポートSが形成されている。掃気ポートSは、シリンダライナ3bの周面に沿って配列された開口であり、シリンダジャケット3d内部の掃気室R2とシリンダライナ3bの内側とを連通している。シリンダヘッド3cは、シリンダカバー3aの上端部に設けられた蓋部材である。シリンダヘッド3cは、平面視において中央部に排気ポートHが形成され、排気溜13と接続されている。また、シリンダヘッド3cには、不図示の燃料噴射弁が設けられている。シリンダジャケット3dは、架構2とシリンダカバー3aとの間に設けられ、シリンダライナ3bの下端部が挿入された円筒状の部材であり、内部に掃気室R2が形成されている。また、シリンダジャケット3dの掃気室R2は、掃気溜12と接続されている。 The cylinder portion 3 includes a cylindrical cylinder cover 3a, a cylinder liner 3b, a cylinder head 3c, and a cylinder jacket 3d. The cylinder liner 3b is a cylindrical member housed in the cylinder cover 3a, and a sliding surface with the piston 4 is formed inside. The space surrounded by the inner peripheral surface of the cylinder liner 3b and the piston 4 is defined as the combustion chamber R1. Further, a plurality of scavenging ports S are formed in the lower part of the cylinder liner 3b. The scavenging port S is an opening arranged along the peripheral surface of the cylinder liner 3b, and communicates the scavenging chamber R2 inside the cylinder jacket 3d with the inside of the cylinder liner 3b. The cylinder head 3c is a lid member provided at the upper end of the cylinder cover 3a. The cylinder head 3c is connected to the exhaust reservoir 13 by forming an exhaust port H at the center in a plan view. Further, the cylinder head 3c is provided with a fuel injection valve (not shown). The cylinder jacket 3d is a cylindrical member provided between the frame 2 and the cylinder cover 3a and into which the lower end of the cylinder liner 3b is inserted, and a scavenging chamber R2 is formed therein. Further, the scavenging chamber R2 of the cylinder jacket 3d is connected to the scavenging reservoir 12.

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3bの内側に配置されている。また、ピストン4の外周面には不図示のピストンリングが設けられ、ピストンリングにより、ピストン4とシリンダライナ3bとの間隙を封止している。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3b内を摺動する。 The piston 4 has a substantially cylindrical shape, is connected to a piston rod 6 described later, and is arranged inside the cylinder liner 3b. Further, a piston ring (not shown) is provided on the outer peripheral surface of the piston 4, and the gap between the piston 4 and the cylinder liner 3b is sealed by the piston ring. The piston 4 slides in the cylinder liner 3b together with the piston rod 6 due to the fluctuation of the pressure in the combustion chamber R1.

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とを備えている。排気弁5aは、シリンダヘッド3c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。 The exhaust valve unit 5 includes an exhaust valve 5a, an exhaust valve housing 5b, and an exhaust valve drive unit 5c. The exhaust valve 5a is provided inside the cylinder head 3c, and the exhaust valve driving portion 5c closes the exhaust port H in the cylinder portion 3. The exhaust valve housing 5b is a cylindrical housing that accommodates an end portion of the exhaust valve 5a. The exhaust valve drive unit 5c is an actuator that moves the exhaust valve 5a in the direction along the stroke direction of the piston 4.

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ピン7aと連結された長尺状部材である。ピストンロッド6の端部は、クロスヘッドピン7aに挿入され、連接棒9が回転可能となるように連結されている。また、図3(a)に示すように、ピストンロッド6は、後述する蓋部材7cの内側に配置される部位において、外周面に複数の突起が断続的に形成されることにより、外周面に凹凸が形成されている。ピストンロッド6の上記凹凸は、セレーションとして機能する。 The piston rod 6 is a long member having one end connected to the piston 4 and the other end connected to the crosshead pin 7a. The end of the piston rod 6 is inserted into the crosshead pin 7a and is connected so that the connecting rod 9 can rotate. Further, as shown in FIG. 3A, the piston rod 6 is formed on the outer peripheral surface of the piston rod 6 by intermittently forming a plurality of protrusions on the outer peripheral surface at a portion arranged inside the lid member 7c described later. Unevenness is formed. The unevenness of the piston rod 6 functions as serrations.

クロスヘッド7は、クロスヘッドピン7aと、ガイドシュー7bと、蓋部材7cとを備えている。クロスヘッドピン7aは、ピストンロッド6と連接棒9とを移動可能に連結する円柱状部材であり、ピストンロッド6の端部が挿入される挿入空間に、作動油(作動流体)の供給及び排出が行われる油圧室R3(流体室)が形成される。クロスヘッドピン7aには、中心よりも下側に、クロスヘッドピン7aの軸方向に沿って貫通する出口孔Oが形成されている。出口孔Oは、ピストンロッド6の不図示の冷却流路を通過した冷却油が排出される開口である。内部また、クロスヘッドピン7aには、油圧室R3と後述するプランジャポンプ8cとを接続する供給流路R4と、油圧室R3と後述するリリーフ弁8fとを接続するリリーフ流路R5とが設けられている。さらに、クロスヘッド7には、クロスヘッドピン7aと、蓋部材7cとを連通し、ピストンロッド6の周面及びクロスヘッドピン7aの周面に開口する補助流路R6が形成されている。 The crosshead 7 includes a crosshead pin 7a, a guide shoe 7b, and a lid member 7c. The cross head pin 7a is a columnar member that movably connects the piston rod 6 and the connecting rod 9, and supplies and discharges hydraulic oil (working fluid) to the insertion space into which the end of the piston rod 6 is inserted. The hydraulic chamber R3 (fluid chamber) to be performed is formed. The cross head pin 7a is formed with an outlet hole O that penetrates along the axial direction of the cross head pin 7a below the center. The outlet hole O is an opening through which the cooling oil that has passed through the cooling flow path (not shown) of the piston rod 6 is discharged. Internally, the crosshead pin 7a is provided with a supply flow path R4 for connecting the hydraulic chamber R3 and the plunger pump 8c described later, and a relief flow path R5 for connecting the hydraulic chamber R3 and the relief valve 8f described later. There is. Further, the crosshead 7 is formed with an auxiliary flow path R6 in which the crosshead pin 7a and the lid member 7c are communicated with each other and opened on the peripheral surface of the piston rod 6 and the peripheral surface of the crosshead pin 7a.

ガイドシュー7bは、クロスヘッドピン7aを回動可能に支持する部材であり、クロスヘッドピン7aに伴ってピストン4のストローク方向に沿って不図示のガイドレール上を移動する。ガイドシュー7bがガイドレールに沿って移動することにより、クロスヘッドピン7aは、回転運動と、ピストン4のストローク方向に沿う直線方向以外への移動が規制される。蓋部材7cは、クロスヘッドピン7aの上部に固定され、ピストンロッド6の端部が挿入される環状部材である。また、蓋部材7cは、ピストンロッド6が挿入される貫通孔の内周面に、ピストンロッド6の外周の突起と対応する凹部が形成されている。ピストンロッド6の突起部と蓋部材7cの凹部とが噛み合うことにより、蓋部材7cは、ピストンロッド6の回転を規制する規制部材として機能する。このようなクロスヘッド7は、ピストン4の直線運動を連接棒9へと伝達している。 The guide shoe 7b is a member that rotatably supports the cross head pin 7a, and moves along the stroke direction of the piston 4 on a guide rail (not shown) along with the cross head pin 7a. When the guide shoe 7b moves along the guide rail, the cross head pin 7a is restricted from rotating and moving in a direction other than the linear direction along the stroke direction of the piston 4. The lid member 7c is an annular member fixed to the upper portion of the cross head pin 7a and into which the end portion of the piston rod 6 is inserted. Further, the lid member 7c is formed with a recess corresponding to a protrusion on the outer periphery of the piston rod 6 on the inner peripheral surface of the through hole into which the piston rod 6 is inserted. When the protrusion of the piston rod 6 and the recess of the lid member 7c mesh with each other, the lid member 7c functions as a regulating member that regulates the rotation of the piston rod 6. Such a crosshead 7 transmits the linear motion of the piston 4 to the connecting rod 9.

図2に示すように、油圧部8は、供給ポンプ8aと、揺動管8bと、プランジャポンプ8cと、プランジャポンプ8cが有する第1逆止弁8d及び第2逆止弁8eと、リリーフ弁8fとを備えている。また、ピストンロッド6、クロスヘッド7、油圧部8及び制御部300は、本発明における可変圧縮装置として機能する。さらに、供給ポンプ8a、揺動管8b、プランジャポンプ8c、第1逆止弁8d及び第2逆止弁8eは、本発明における昇圧流体供給部に相当する。 As shown in FIG. 2, the hydraulic unit 8 includes a supply pump 8a, a swing pipe 8b, a plunger pump 8c, a first check valve 8d and a second check valve 8e included in the plunger pump 8c, and a relief valve. It has 8f. Further, the piston rod 6, the crosshead 7, the hydraulic unit 8, and the control unit 300 function as the variable compression device in the present invention. Further, the supply pump 8a, the swing pipe 8b, the plunger pump 8c, the first check valve 8d and the second check valve 8e correspond to the boosted fluid supply unit in the present invention.

供給ポンプ8aは、制御部300からの指示に基づいて、不図示の作動油タンクから供給される作動油を昇圧してプランジャポンプ8cへと供給するポンプである。供給ポンプ8aは、船舶のバッテリの電力により駆動され、燃焼室R1に液体燃料が供給されるよりも前に稼働することが可能である。揺動管8bは、供給ポンプ8aと各気筒のプランジャポンプ8cとを接続する配管であり、クロスヘッドピン7aに伴って移動するプランジャポンプ8cと、固定された供給ポンプ8aとの間において、揺動可能とされている。 The supply pump 8a is a pump that boosts the hydraulic oil supplied from the hydraulic oil tank (not shown) and supplies it to the plunger pump 8c based on the instruction from the control unit 300. The supply pump 8a is driven by the electric power of the battery of the ship and can be operated before the liquid fuel is supplied to the combustion chamber R1. The swing pipe 8b is a pipe that connects the supply pump 8a and the plunger pump 8c of each cylinder, and swings between the plunger pump 8c that moves along with the crosshead pin 7a and the fixed supply pump 8a. It is possible.

プランジャポンプ8cは、クロスヘッドピン7aに固定されており、棒状のプランジャ8c1と、プランジャ8c1を摺動可能に収容する筒状のシリンダ8c2と、プランジャ駆動部8c3とを備えている。プランジャポンプ8cは、プランジャ8c1が不図示の駆動部と接続されることで、シリンダ8c2内を摺動し、作動油を昇圧して油圧室R3へと供給する。また、シリンダ8c2には、端部に設けられた作動油の吐出側の開口に第1逆止弁8dが設けられ、側周面に設けられた吸入側の開口に第2逆止弁8eが設けられている。プランジャ駆動部8c3は、プランジャ8c1に接続され、制御部300からの指示に基づいてプランジャ8c1を往復動させる。 The plunger pump 8c is fixed to a cross head pin 7a, and includes a rod-shaped plunger 8c1, a tubular cylinder 8c2 that slidably accommodates the plunger 8c1, and a plunger drive unit 8c3. When the plunger 8c1 is connected to a drive unit (not shown), the plunger pump 8c slides in the cylinder 8c2 to boost the hydraulic oil and supply it to the hydraulic chamber R3. Further, the cylinder 8c2 is provided with a first check valve 8d at the opening on the discharge side of the hydraulic oil provided at the end, and a second check valve 8e is provided at the opening on the suction side provided on the side peripheral surface. It is provided. The plunger drive unit 8c3 is connected to the plunger 8c1 and reciprocates the plunger 8c1 based on an instruction from the control unit 300.

第1逆止弁8dは、シリンダ8c2の内側に向けて弁体が付勢されることで閉弁する構造とされ、油圧室R3に供給された作動油がシリンダ8c2へと逆流することを防止している。また、第1逆止弁8dは、シリンダ8c2内の作動油の圧力が第1逆止弁8dの付勢部材の付勢力(開弁圧力)以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。第2逆止弁8eは、シリンダ8c2の外側に向けて付勢されており、シリンダ8c2に供給された作動油が供給ポンプ8aへと逆流することを防止している。また、第2逆止弁8eは、供給ポンプ8aから供給される作動油の圧力が第2逆止弁8eの付勢部材の付勢力(開弁圧力)以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。なお、第1逆止弁8dは、開弁圧力が第2逆止弁8eの開弁圧力よりも高く、予め設定された圧縮比で運転される定常運転時においては、供給ポンプ8aから供給される作動油の圧力により開弁することはない。 The first check valve 8d has a structure in which the valve body is urged toward the inside of the cylinder 8c2 to close the valve, and prevents the hydraulic oil supplied to the hydraulic chamber R3 from flowing back into the cylinder 8c2. doing. Further, in the first check valve 8d, the valve body is pushed by the hydraulic oil when the pressure of the hydraulic oil in the cylinder 8c2 becomes equal to or higher than the urging force (valve opening pressure) of the urging member of the first check valve 8d. To open the valve. The second check valve 8e is urged toward the outside of the cylinder 8c2 to prevent the hydraulic oil supplied to the cylinder 8c2 from flowing back to the supply pump 8a. Further, in the second check valve 8e, when the pressure of the hydraulic oil supplied from the supply pump 8a becomes equal to or higher than the urging force (valve opening pressure) of the urging member of the second check valve 8e, the valve body becomes the hydraulic oil. The valve is opened by being pushed. The first check valve 8d is supplied from the supply pump 8a during steady operation in which the valve opening pressure is higher than the valve opening pressure of the second check valve 8e and is operated at a preset compression ratio. The valve does not open due to the pressure of the hydraulic oil.

リリーフ弁8fは、クロスヘッドピン7aに設けられ、本体部8f1と、リリーフ弁駆動部8f2とを備えている。本体部8f1は、油圧室R3及び不図示の作動油タンクに接続される弁である。リリーフ弁駆動部8f2は、本体部8f1の弁体に接続され、制御部300からの指示に基づいて本体部8f1を開閉弁する。リリーフ弁8fがリリーフ弁駆動部8f2により開弁することで、油圧室R3に貯留された作動油が作動油タンクに戻される。 The relief valve 8f is provided on the cross head pin 7a, and includes a main body portion 8f1 and a relief valve driving portion 8f2. The main body 8f1 is a valve connected to the hydraulic chamber R3 and a hydraulic oil tank (not shown). The relief valve drive unit 8f2 is connected to the valve body of the main body 8f1 and opens and closes the main body 8f1 based on an instruction from the control unit 300. When the relief valve 8f is opened by the relief valve drive unit 8f2, the hydraulic oil stored in the hydraulic chamber R3 is returned to the hydraulic oil tank.

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。 As shown in FIG. 1, the connecting rod 9 is a long member that is connected to the cross head pin 7a and also to the crankshaft 11. The connecting rod 9 converts the linear motion of the piston 4 transmitted to the crosshead pin 7a into a rotary motion. The crank angle sensor 10 is a sensor for measuring the crank angle of the crankshaft 11, and transmits a crank pulse signal for calculating the crank angle to the control unit 300.

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3d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。 The crankshaft 11 is a long member connected to a connecting rod 9 provided in a cylinder, and is rotated by a rotational motion transmitted by each connecting rod 9, thereby transmitting power to, for example, a screw or the like. The scavenging reservoir 12 is provided between the cylinder jacket 3d and the supercharger 200, and the air pressurized by the supercharger 200 flows into the scavenging reservoir 12. Further, the scavenging reservoir 12 is provided with an air cooler 14 inside. The exhaust reservoir 13 is a tubular member connected to the exhaust port H of each cylinder and connected to the supercharger 200. The gas discharged from the exhaust port H is temporarily stored in the exhaust reservoir 13 and is supplied to the supercharger 200 in a state where pulsation is suppressed. The air cooler 14 is a device that cools the air inside the scavenging reservoir 12.

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。 The supercharger 200 is a device that pressurizes the air sucked from the intake port (not shown) by a turbine rotated by the gas discharged from the exhaust port H and supplies the air to the combustion chamber R1.

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、油圧部8を制御することにより、燃焼室R1における圧縮比を変更する。具体的には、制御部300は、プランジャポンプ8c、供給ポンプ8a及びリリーフ弁8fを制御し、油圧室R3における作動油の量を調整することにより、ピストンロッド6の位置を変更させて圧縮比を変更する。 The control unit 300 is a computer that controls the fuel supply amount and the like based on the operation and the like by the operator of the ship. Further, the control unit 300 changes the compression ratio in the combustion chamber R1 by controlling the hydraulic unit 8. Specifically, the control unit 300 controls the plunger pump 8c, the supply pump 8a, and the relief valve 8f, and adjusts the amount of hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 to change the position of the piston rod 6 and reduce the compression ratio. To change.

このようなエンジンシステム100は、不図示の燃料噴射弁より燃焼室R1に噴射された燃料を着火、爆発させることによりピストン4をシリンダライナ3b内で摺動させ、クランク軸11を回転させる装置である。詳述すると、燃焼室R1に供給された燃料は、掃気ポートSより流入した空気と混合された後、ピストン4が上死点方向に向けて移動することにより圧縮されて温度が上昇し、自然着火する。また、液体燃料の場合には、燃焼室R1において温度上昇することにより気化し、自然着火する。 Such an engine system 100 is a device that ignites and explodes the fuel injected into the combustion chamber R1 from a fuel injection valve (not shown) to slide the piston 4 in the cylinder liner 3b and rotate the crankshaft 11. is there. More specifically, the fuel supplied to the combustion chamber R1 is mixed with the air flowing in from the scavenging port S, and then compressed by the piston 4 moving toward the top dead center, and the temperature rises naturally. Ignite. Further, in the case of liquid fuel, the temperature rises in the combustion chamber R1 to vaporize and spontaneously ignite.

そして、燃焼室R1内の燃料が自然着火することで急激に膨張し、ピストン4には下死点方向に向けた圧力がかかる。これにより、ピストン4が下死点方向に移動し、ピストン4に伴ってピストンロッド6が移動され、連接棒9を介してクランク軸11が回転される。さらに、ピストン4が下死点に移動されることで、掃気ポートSより燃焼室R1へと加圧空気が流入する。排気弁ユニット5が駆動することで排気ポートHが開き、燃焼室R1内の排気ガスが、加圧空気により排気溜13へと押し出される。 Then, the fuel in the combustion chamber R1 spontaneously ignites and rapidly expands, and pressure is applied to the piston 4 toward the bottom dead center. As a result, the piston 4 moves toward the bottom dead center, the piston rod 6 is moved along with the piston 4, and the crankshaft 11 is rotated via the connecting rod 9. Further, when the piston 4 is moved to the bottom dead center, pressurized air flows into the combustion chamber R1 from the scavenging port S. When the exhaust valve unit 5 is driven, the exhaust port H is opened, and the exhaust gas in the combustion chamber R1 is pushed out to the exhaust reservoir 13 by the pressurized air.

圧縮比を大きくする場合には、制御部300により供給ポンプ8aが駆動され、プランジャポンプ8cに作動油が供給される。そして、制御部300は、プランジャポンプ8cを駆動して作動油を、ピストンロッド6を持ち上げることが可能な圧力となるまで加圧し、油圧室R3へと作動油を供給する。油圧室R3の作動油の圧力により、ピストンロッド6の端部が持ち上がり、これに伴ってピストン4の上死点位置が上方(排気ポートH側)に移動される。 When the compression ratio is increased, the supply pump 8a is driven by the control unit 300, and hydraulic oil is supplied to the plunger pump 8c. Then, the control unit 300 drives the plunger pump 8c to pressurize the hydraulic oil until the pressure is such that the piston rod 6 can be lifted, and supplies the hydraulic oil to the hydraulic chamber R3. The pressure of the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 lifts the end of the piston rod 6, and the top dead center position of the piston 4 is moved upward (exhaust port H side) accordingly.

圧縮比を小さくする場合には、制御部300によりリリーフ弁8fが駆動され、油圧室R3と不図示の作動油タンクとが連通状態となる。そして、ピストンロッド6の荷重が油圧室R3の作動油にかかり、油圧室R3内の作動油がリリーフ弁8fを介して作動油タンクへと押し出される。これにより、油圧室R3の作動油が減少し、ピストンロッド6が下方(クランク軸11側)に移動され、これに伴ってピストン4の上死点位置が下方に移動される。 When the compression ratio is reduced, the relief valve 8f is driven by the control unit 300, and the hydraulic chamber R3 and the hydraulic oil tank (not shown) are in communication with each other. Then, the load of the piston rod 6 is applied to the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3, and the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 is pushed out to the hydraulic oil tank via the relief valve 8f. As a result, the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 is reduced, the piston rod 6 is moved downward (crankshaft 11 side), and the top dead center position of the piston 4 is moved downward accordingly.

このような本実施形態における可変圧縮装置によれば、ピストンロッド6の突起と蓋部材7cの凹部とが係合することにより、ピストンロッド6の回転方向への移動が規制され、これに伴ってピストン4の回転方向への移動が規制される。これにより、ピストン4の摺動特性が変化することを防止できる。 According to such a variable compression device in the present embodiment, the movement of the piston rod 6 in the rotational direction is restricted by the engagement between the protrusion of the piston rod 6 and the recess of the lid member 7c, and accordingly. The movement of the piston 4 in the rotational direction is restricted. This makes it possible to prevent the sliding characteristics of the piston 4 from changing.

また、本実施形態における可変圧縮装置によれば、ピストンロッド6及び蓋部材7cに加工を施すことにより、回転方向への移動を規制している。このため、規制部材が油圧室R3に与える影響を最小限とすることができ、エンジン1の性能への影響が少ない。 Further, according to the variable compression device in the present embodiment, the movement in the rotation direction is restricted by processing the piston rod 6 and the lid member 7c. Therefore, the influence of the regulation member on the hydraulic chamber R3 can be minimized, and the influence on the performance of the engine 1 is small.

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。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

ピストンロッド6及び蓋部材7cのセレーションの形状は、上記実施形態の図3(a)の形状に限定されるものではない。セレーションは、ピストンロッド6に設けられたシールリングが干渉しない位置であれば、ピストンロッド6の下端部(油圧室R3よりも下側の位置)と、クロスヘッドピン7aの内周面とに設けられても良い。また、例えば、図3(b)に示すように、ピストンロッド6の周面の突起は、細かいピッチで多数設けられてもよい。また、図3(c)に示すように、ピストンロッド6の突起は、先端が尖った形状とされてもよい。
さらに、ピストンロッド6の表面の潤滑油の廃油を掻き取るスタッフィングボックスと、ピストンロッド6のスタッフィングボックスと当接する位置とにセレーション加工が施されるものとしてもよい。
The shape of the serrations of the piston rod 6 and the lid member 7c is not limited to the shape of FIG. 3A of the above embodiment. Serrations are provided at the lower end of the piston rod 6 (position below the hydraulic chamber R3) and the inner peripheral surface of the cross head pin 7a as long as the seal ring provided on the piston rod 6 does not interfere. You may. Further, for example, as shown in FIG. 3B, a large number of protrusions on the peripheral surface of the piston rod 6 may be provided at a fine pitch. Further, as shown in FIG. 3C, the protrusion of the piston rod 6 may have a shape with a sharp tip.
Further, the stuffing box for scraping off the waste oil of the lubricating oil on the surface of the piston rod 6 and the position where the piston rod 6 comes into contact with the stuffing box may be serrated.

また、ピストンロッド6及び蓋部材7cにセレーションが形成されず、図4に示すように、ピストンロッド6の太径部の上面部に開口が形成されると共に、エンジン1は、移動規制部15を備えるものとしてもよい。移動規制部15は、ピストンロッド6の太径部の上方において周方向に等間隔で複数設けられる規制ピン15aを有し、規制ピン15aがピストンロッド6の開口に挿入されることで、ピストンロッド6の回転方向への移動を規制することができる。なお、規制ピン15aは、溶接または締り嵌め等により、蓋部材7cに固定されている。また、規制ピン15aは、ピストンロッド6の太径部の外側に設けられるものとしてもよい。
また、移動規制部15が駆動部15bを有しても良い。駆動部15bは、ピストンロッド6の高圧縮比方向及び低圧縮比方向への移動に伴って、制御部300からの指示に基づいて、規制ピン15aを昇降させ、規制ピン15aをピストンロッド6の開口に挿入可能とする。
Further, serrations are not formed in the piston rod 6 and the lid member 7c, and as shown in FIG. 4, an opening is formed in the upper surface portion of the large diameter portion of the piston rod 6, and the engine 1 sets the movement restricting portion 15 in place. It may be provided. The movement restricting portion 15 has a plurality of restricting pins 15a provided above the large diameter portion of the piston rod 6 at equal intervals in the circumferential direction, and the restricting pins 15a are inserted into the opening of the piston rod 6 to cause the piston rod. The movement of 6 in the rotation direction can be regulated. The regulation pin 15a is fixed to the lid member 7c by welding, tightening, or the like. Further, the regulation pin 15a may be provided on the outside of the large diameter portion of the piston rod 6.
Further, the movement restricting unit 15 may have a driving unit 15b. The drive unit 15b raises and lowers the regulation pin 15a based on the instruction from the control unit 300 as the piston rod 6 moves in the high compression ratio direction and the low compression ratio direction, and moves the regulation pin 15a to the piston rod 6. It can be inserted into the opening.

さらに、図5に示すように、移動規制部15は、ピストンロッド6の太径部の下方に設けられる規制ピン15cを有してもよい。この場合には、ピストンロッド6の太径部の上面部に開口が形成され、上記開口に規制ピン15cが挿入されることで、ピストンロッド6の回転方向への移動を規制することができる。なお、この場合にも同様に、駆動部15bを設けることも可能である。 Further, as shown in FIG. 5, the movement restricting portion 15 may have a restricting pin 15c provided below the large diameter portion of the piston rod 6. In this case, an opening is formed in the upper surface of the large diameter portion of the piston rod 6, and the regulation pin 15c is inserted into the opening to restrict the movement of the piston rod 6 in the rotational direction. In this case as well, it is possible to provide the drive unit 15b in the same manner.

1 エンジン
2 架構
3 シリンダ部
3a シリンダカバー
3b シリンダライナ
3c シリンダヘッド
3d 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
7a クロスヘッドピン
7b ガイドシュー
7c 蓋部材
8 油圧部
8a 供給ポンプ
8b 揺動管
8c プランジャポンプ
8c1 プランジャ
8c2 シリンダ
8c3 プランジャ駆動部
8d 第1逆止弁
8e 第2逆止弁
8f リリーフ弁
8f1 本体部
8f2 リリーフ弁駆動部
8g 昇圧ポンプ
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
15 移動規制部
15a 規制ピン
15b 駆動部
15c 規制ピン
100 エンジンシステム
200 過給機
300 制御部
H 排気ポート
O 出口孔
R1 燃焼室
R2 掃気室
R3 油圧室
R4 供給流路
R5 リリーフ流路
R6 補助流路
S 掃気ポート
1 Engine 2 Frame 3 Cylinder part 3a Cylinder cover 3b Cylinder liner 3c Cylinder head 3d Cylinder jacket 4 Piston 5 Exhaust valve unit 5a Exhaust valve 5b Exhaust valve housing 5c Exhaust valve drive part 6 Piston rod 7 Cross head 7a Cross head pin 7b Guide shoe 7c Lid member 8 Hydraulic part 8a Supply pump 8b Swing pipe 8c Plunger pump 8c1 Plunger 8c2 Cylinder 8c3 Plunger drive part 8d 1st check valve 8e 2nd check valve 8f Relief valve 8f1 Main body part 8f2 Relief valve drive part 8g Booster pump 9 Connecting rod 10 Cylinder angle sensor 11 Crankshaft 12 Sweeping reservoir 13 Exhaust reservoir 14 Air cooler 15 Movement regulation unit 15a Regulation pin 15b Drive unit 15c Regulation pin 100 Engine system 200 Supercharger 300 Control unit H Exhaust port O Outlet hole R1 Combustion Chamber R2 Sweep chamber R3 Hydraulic chamber R4 Supply flow path R5 Relief flow path R6 Auxiliary flow path S Sweep port

Claims (2)

昇圧された作動流体が供給されることでピストンロッドが圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置であって、
前記ピストンロッドの回転方向への移動を規制する規制部材を備え
前記規制部材は、クロスヘッドピン上端側の外周面に凹凸形状を有することを特徴とする可変圧縮装置。
A variable compression device having a fluid chamber in which the piston rod is moved in a direction of increasing the compression ratio by supplying a boosted working fluid.
A regulating member that regulates the movement of the piston rod in the rotational direction is provided .
The regulating member is a variable compression device characterized in that the outer peripheral surface on the upper end side of the cross head pin has an uneven shape.
請求項1に記載の可変圧縮装置を備えることを特徴とするエンジンシステム。An engine system including the variable compression device according to claim 1.
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