JP6946977B2 - Variable compressor and engine system - Google Patents

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Description

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、油圧によりピストンロッドを移動させることで圧縮比を変更させ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 changes the compression ratio by moving the piston rod by hydraulic pressure in order to correspond to both the compression ratio suitable for operation with liquid fuel and the compression ratio suitable for operation with gaseous fuel. An adjustment mechanism is provided in the cross head portion.

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

上述のような圧縮比を変更する圧縮調整装置を有するエンジンシステムでは、調整機構(油圧室)に供給される作動流体の一部を、ピストンロッドを介してピストン内部に冷却流体として供給する場合がある。ピストンロッドを介してピストン内部に冷却流体を供給するためには、油圧室側から漏れ出す作動流体を用いるか、ピストンロッドの側方に形成された開口より冷却流体を供給することが考えられる。しかしながら、流体室側から漏れ出す作動流体を用いる場合には、安定的に作動流体を供給することが難しい。また、ピストンロッドの側方に形成された開口よりピストンロッドの内部へと冷却流体を供給する場合には、ピストンロッドと流体室との相対位置が圧縮比によって異なるため、ピストンロッドにおける開口部を大きく設ける必要があり、ピストンロッドの可動域が制限されてしまう。 In an engine system having a compression adjustment device that changes the compression ratio as described above, a part of the working fluid supplied to the adjustment mechanism (hydraulic chamber) may be supplied to the inside of the piston as a cooling fluid via a piston rod. be. In order to supply the cooling fluid to the inside of the piston via the piston rod, it is conceivable to use the working fluid leaking from the hydraulic chamber side or to supply the cooling fluid from the opening formed on the side of the piston rod. However, when a working fluid leaking from the fluid chamber side is used, it is difficult to stably supply the working fluid. Further, when the cooling fluid is supplied to the inside of the piston rod from the opening formed on the side of the piston rod, the relative position between the piston rod and the fluid chamber differs depending on the compression ratio, so that the opening in the piston rod is opened. It is necessary to provide a large size, which limits the movable range of the piston rod.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、安定的に冷却流体を供給でき、かつピストンロッドの可動域を広げ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 be able to stably supply a cooling fluid and to widen the range of motion of the piston rod.

本発明は、上記課題を解決するための第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と、上記ピストンロッドの圧縮比を高める方向への移動を規制する規制部材とを有する可変圧縮装置であって、上記ピストンロッドにおいて、上記流体室側の端部にフランジが形成され、上記フランジを底面として上記フランジと上記規制部材との間において形成される規制部材側流体室と、上記規制部材側流体室に冷却流体を供給する供給流路と上記底面に開口端を有すると共に、上記規制部材側流体室内の上記冷却流体を上記ピストンロッドの内側に案内するピストンロッド内流路とを有する、という構成を採用する。 In the present invention, as a first means for solving the above-mentioned problems, a fluid chamber in which the piston rod is moved in a direction of increasing the compression ratio by supplying a pressurized working fluid, and the compression ratio of the piston rod. A variable compression device having a restricting member for restricting movement in a direction of increasing the amount of water, wherein a flange is formed at an end of the piston rod on the fluid chamber side, and the flange and the restricting member are used as the bottom surface. It has a regulating member side fluid chamber formed between the two, a supply flow path for supplying cooling fluid to the regulating member side fluid chamber, and an opening end on the bottom surface, and the cooling fluid in the regulating member side fluid chamber. A configuration is adopted in which the piston rod has a flow path inside the piston rod that guides the inside of the piston rod.

第2の手段として、上記第1の手段において、上記規制部材の上記規制部材側流体室側の面には、上記供給流路の開口端が形成される、という構成を採用する。 As the second means, in the first means, a configuration is adopted in which an open end of the supply flow path is formed on the surface of the regulating member on the fluid chamber side on the regulating member side.

第3の手段として、上記第1の手段において、上記ピストンロッドの端部が挿入されることにより上記規制部材側流体室の一部を構成する流体室形成部材をさらに備え、上記底面に切欠が形成され、上記流体室形成部材の上記規制部材側流体室側の面には、上記供給流路の開口端が形成され、上記切欠には、上記ピストンロッド内流路の開口端が形成される、という構成を採用する。 As a third means, in the first means, a fluid chamber forming member forming a part of the fluid chamber on the regulating member side by inserting the end portion of the piston rod is further provided, and a notch is formed on the bottom surface. The open end of the supply flow path is formed on the surface of the fluid chamber forming member on the fluid chamber side on the regulation member side, and the open end of the flow path in the piston rod is formed in the notch. , Is adopted.

第4の手段として、上記第1〜3のいずれかの手段において、上記フランジは、上記ピストンロッド内流路の開口端と重なる領域に溝流路を有する、という構成を採用する。 As a fourth means, in any of the first to third means, the flange adopts a configuration in which the groove flow path is provided in a region overlapping the opening end of the flow path in the piston rod.

第5の手段として、上記第1〜4のいずれかの手段に記載された可変圧縮装置を有する、という構成を採用する。 As a fifth means, a configuration is adopted in which the variable compression device described in any of the first to fourth means is provided.

本発明によれば、上部流体室の底面にあたるピストンロッドのフランジに形成された流路開口よりピストンロッド内流路へと案内する。これにより、ピストンへと冷却流体を供給する際に、フランジの側方からピストンロッド内流路と接続される径方向の流路を形成する必要がない。したがって、ピストンロッドのフランジの厚さに制限がなくなるため、冷却流体を安定的に供給しつつ流体室内におけるフランジの移動量、すなわち可変圧縮装置によるピストンロッドの移動量を十分に確保することができる。 According to the present invention, the flow path is guided from the flow path opening formed in the flange of the piston rod, which is the bottom surface of the upper fluid chamber, to the flow path in the piston rod. As a result, when supplying the cooling fluid to the piston, it is not necessary to form a radial flow path connected to the flow path in the piston rod from the side of the flange. Therefore, since the thickness of the flange of the piston rod is not limited, it is possible to sufficiently secure the amount of movement of the flange in the fluid chamber, that is, the amount of movement of the piston rod by the variable compression device while stably supplying the cooling fluid. ..

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一部を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows a part 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作動油の流れを示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the flow of the hydraulic oil 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変形例における作動油の流れを示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the flow of hydraulic oil in the modification of the engine system in one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明における2ストロークエンジン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 two-stroke engine 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.

[第1実施形態]
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。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。
[First Embodiment]
The engine system 100 of the present embodiment is mounted on a ship such as a large tanker, and has 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 supercharger 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、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(昇圧機構)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。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 gaseous 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. 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, a hydraulic portion 8 (boosting mechanism), and a connecting rod 9. It has a crank angle sensor 10, a crankshaft 11, a scavenging reservoir 12, an exhaust reservoir 13, and an air cooler 14. 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、円筒状のシリンダライナ3aと、シリンダヘッド3bとシリンダジャケット3cとを有している。シリンダライナ3aは、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3a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3a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3a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3c内部の掃気室R2とシリンダライナ3aの内側とを連通している。シリンダヘッド3bは、シリンダライナ3aの上端部に設けられた蓋部材である。シリンダヘッド3b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3bには、不図示の燃料噴射弁が設けられている。さらに、シリンダヘッド3bの燃料噴射弁の近傍には、不図示の筒内圧センサが設けられている。筒内圧センサは、燃焼室R1内の圧力を検出し、制御部300へと送信している。シリンダジャケット3cは、架構2とシリンダライナ3aとの間に設けられ、シリンダライナ3a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3cの掃気室R2は、掃気溜12と接続されている。 The cylinder portion 3 has a cylindrical cylinder liner 3a, a cylinder head 3b, and a cylinder jacket 3c. The cylinder liner 3a is a cylindrical member, and a sliding surface with the piston 4 is formed inside. The space surrounded by the inner peripheral surface of the cylinder liner 3a 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 3a. The scavenging port S is an opening arranged along the peripheral surface of the cylinder liner 3a, and communicates the scavenging chamber R2 inside the cylinder jacket 3c with the inside of the cylinder liner 3a. The cylinder head 3b is a lid member provided at the upper end of the cylinder liner 3a. The cylinder head 3b is connected to the exhaust reservoir 13 by forming an exhaust port H at the center in a plan view. Further, the cylinder head 3b is provided with a fuel injection valve (not shown). Further, an in-cylinder pressure sensor (not shown) is provided in the vicinity of the fuel injection valve of the cylinder head 3b. The in-cylinder pressure sensor detects the pressure in the combustion chamber R1 and transmits it to the control unit 300. The cylinder jacket 3c is a cylindrical member provided between the frame 2 and the cylinder liner 3a and into which the lower end of the cylinder liner 3a is inserted, and a scavenging chamber R2 is formed therein. Further, the scavenging chamber R2 of the cylinder jacket 3c 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3a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3a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3a内を摺動する。また、ピストン4は、内側が空洞とされ、内部の下面側に、後述する外側流路R8の噴出口4aが形成されている。 The piston 4 has a substantially cylindrical shape, is connected to a piston rod 6 described later, and is arranged inside the cylinder liner 3a. 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 3a is sealed by the piston ring. The piston 4 slides in the cylinder liner 3a together with the piston rod 6 due to the fluctuation of the pressure in the combustion chamber R1. Further, the inside of the piston 4 is hollow, and the ejection port 4a of the outer flow path R8, which will be described later, is formed on the lower surface side of the inside.

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。 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 3b, 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、ピストンロッド6は、クロスヘッドピン7a側端部の一部の径が太く形成されたフランジを有している。また、ピストンロッド6は、図3に示すように、二重管構造とされ、外管6aと、内管6bとにより構成されている。ピストンロッド6には、フランジの上面(後述する蓋部材7cに対向する面)から下方(フランジの下面に向かう方向)に向かい、径方向内側の内管6bに向けて屈曲され、さらに外管6aと内管6bとの間を通る外側流路R8(ピストンロッド内流路)が形成されている。すなわち、ピストンロッド6のフランジには、上面に流路開口が形成されている。また、内管6bには、ピストン4の内側の空洞と連通されると共にピストンロッド6の下端(クロスヘッド7側端部)まで延在する内側流路R9が形成されている。 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, the piston rod 6 has a flange formed with a large diameter at a part of the end portion on the side of the cross head pin 7a. Further, as shown in FIG. 3, the piston rod 6 has a double pipe structure, and is composed of an outer pipe 6a and an inner pipe 6b. The piston rod 6 is bent downward (toward the lower surface of the flange) from the upper surface of the flange (the surface facing the lid member 7c described later) toward the inner pipe 6b on the inner side in the radial direction, and further bent toward the inner pipe 6b in the radial direction. An outer flow path R8 (a flow path inside the piston rod) passing between the inner pipe 6b and the inner pipe 6b is formed. That is, the flange of the piston rod 6 is formed with a flow path opening on the upper surface. Further, the inner pipe 6b is formed with an inner flow path R9 that communicates with the inner cavity of the piston 4 and extends to the lower end (end of the crosshead 7 side) of the piston rod 6.

クロスヘッド7は、クロスヘッドピン7a(流体室形成部材)と、ガイドシュー7bと、蓋部材7c(規制部材)とを有している。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の端部およびフランジが挿入され、ピストンロッド6のフランジとの間に作動油(作動流体)の供給及び排出が行われる流体室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排出口Oが形成されている。排出口Oは、ピストンロッド6の内側流路R9を通過した作動油(冷却流体)が排出される開口である。また、クロスヘッドピン7aには、流体室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、流体室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。 The crosshead 7 has a crosshead pin 7a (fluid chamber forming member), a guide shoe 7b, and a lid member 7c (regulatory member). The cross head pin 7a is a columnar member that movably connects the piston rod 6 and the connecting rod 9, and the end portion of the piston rod 6 and the flange are inserted into the cross head pin 7a. A fluid chamber R3 (fluid chamber) is formed in which the fluid) is supplied and discharged. The cross head pin 7a is formed with an discharge port O penetrating along the axial direction of the cross head pin 7a below the center. The discharge port O is an opening through which the hydraulic oil (cooling fluid) that has passed through the inner flow path R9 of the piston rod 6 is discharged. Further, the crosshead pin 7a is provided with a supply flow path R4 for connecting the fluid chamber R3 and the plunger pump 8c described later, and a relief flow path R5 for connecting the fluid chamber R3 and the relief valve 8f described later. ..

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には、ピストンロッド6との摺動面にシールリングが設けられている。これにより、クロスヘッドピン7aと、蓋部材7cと、ピストンロッド6のフランジとに囲まれた上部油圧室R7(規制部材側流体室)が形成されている。また、蓋部材7cには、上部油圧室R7へと供給される作動油を案内する冷却油供給流路R6(供給流路)の一部が形成されている。冷却油供給流路R6は、供給ポンプ8aにより圧送された作動油の一部を、クロスヘッドピン7aから蓋部材7cを介して上部油圧室R7へと案内する2本の流路である。2本の冷却油供給流路R6は、それぞれ蓋部材7cの上部油圧室R7側の面に供給開口(開口端)が形成されている。また、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 along the stroke direction of the piston 4 along with the cross head pin 7a on a guide rail (not shown). 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 provided with a seal ring on the sliding surface with the piston rod 6. As a result, the upper hydraulic chamber R7 (regulatory member side fluid chamber) surrounded by the cross head pin 7a, the lid member 7c, and the flange of the piston rod 6 is formed. Further, the lid member 7c is formed with a part of a cooling oil supply flow path R6 (supply flow path) for guiding the hydraulic oil supplied to the upper hydraulic chamber R7. The cooling oil supply flow path R6 is two flow paths that guide a part of the hydraulic oil pumped by the supply pump 8a from the cross head pin 7a to the upper hydraulic chamber R7 via the lid member 7c. Each of the two cooling oil supply flow paths R6 has a supply opening (open end) formed on the surface of the lid member 7c on the upper hydraulic chamber R7 side. Further, 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とを有している。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。 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.

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とを有している。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、作動油を昇圧して流体室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 has a rod-shaped plunger 8c1, a cylindrical 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 fluid 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、流体室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 fluid 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とを有している。本体部8f1は、流体室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、流体室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 has a main body portion 8f1 and a relief valve driving portion 8f2. The main body 8f1 is a valve connected to the fluid 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 fluid 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。 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 3c 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 turbocharger 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、流体室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 fluid 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3a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 3a and rotate the crankshaft 11. be. 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、流体室R3へと作動油を供給する。流体室R3の作動油の圧力により、ピストンロッド6のフランジが持ち上がり、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 fluid chamber R3. The pressure of the hydraulic oil in the fluid chamber R3 lifts the flange 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、流体室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の荷重が流体室R3の作動油にかかり、流体室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、流体室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 fluid 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 fluid chamber R3, and the hydraulic oil in the fluid chamber R3 is pushed out to the hydraulic oil tank via the relief valve 8f. As a result, the hydraulic oil in the fluid 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.

次に、作動油のピストンロッド6側の流れについて説明する。
供給ポンプ8aから供給される作動油の一部は、図3に示すように、冷却油供給流路R6を通過して蓋部材7cから上部油圧室R7へと供給される。これにより、上部油圧室R7が作動油で満たされた状態となる。そして、上部油圧室R7内の作動油は、ピストンロッド6のフランジ上面(上部油圧室R7の底面)に形成された流路開口より外側流路R8へと流入し、ピストンロッド6に沿って上方(圧縮方向)へと案内され、噴出口4aよりピストン4の内側へと吐出される。さらに、ピストン4の内側へ吐出された作動油は、内側流路R9へと案内され、ピストンロッド6の下端から吐出され、排出口Oより外部へと排出される。
Next, the flow of the hydraulic oil on the piston rod 6 side will be described.
As shown in FIG. 3, a part of the hydraulic oil supplied from the supply pump 8a passes through the cooling oil supply flow path R6 and is supplied from the lid member 7c to the upper hydraulic chamber R7. As a result, the upper hydraulic chamber R7 is filled with hydraulic oil. Then, the hydraulic oil in the upper hydraulic chamber R7 flows into the outer flow path R8 from the flow path opening formed on the upper surface of the flange of the piston rod 6 (the bottom surface of the upper hydraulic chamber R7), and flows upward along the piston rod 6. It is guided in the (compression direction) and is discharged from the ejection port 4a to the inside of the piston 4. Further, the hydraulic oil discharged to the inside of the piston 4 is guided to the inner flow path R9, discharged from the lower end of the piston rod 6, and discharged to the outside from the discharge port O.

このような本実施形態によれば、作動油を上部油圧室R7の上方より供給し、上部油圧室R7の底面にあたるピストンロッド6のフランジに形成された流路開口より外側流路R8へと案内する。これにより、ピストン4へと作動油(冷却油)を供給する際に、フランジの周面(クロスヘッドピン7aとの摺動面)に開口を形成する必要がない。したがって、フランジの厚さに制限がなくなるため、クロスヘッドピン7a内におけるフランジの移動量、すなわち可変圧縮機構によるピストンロッド6の移動量を十分に確保することができる。 According to this embodiment, hydraulic oil is supplied from above the upper hydraulic chamber R7 and guided to the outer flow path R8 from the flow path opening formed in the flange of the piston rod 6 which is the bottom surface of the upper hydraulic chamber R7. do. As a result, when supplying hydraulic oil (cooling oil) to the piston 4, it is not necessary to form an opening on the peripheral surface (sliding surface with the crosshead pin 7a) of the flange. Therefore, since the thickness of the flange is not limited, the amount of movement of the flange in the crosshead pin 7a, that is, the amount of movement of the piston rod 6 by the variable compression mechanism can be sufficiently secured.

また、本実施形態によれば、蓋部材7cに形成された冷却油供給流路R6の開口より、下方の上部油圧室R7に向けて作動油を供給している。これにより、圧縮比の変更に伴うピストンロッド6のクロスヘッドピン7aに対する位置に関わらず、作動油を供給することができる。 Further, according to the present embodiment, hydraulic oil is supplied toward the upper hydraulic chamber R7 below the opening of the cooling oil supply flow path R6 formed in the lid member 7c. As a result, the hydraulic oil can be supplied regardless of the position of the piston rod 6 with respect to the cross head pin 7a due to the change in the compression ratio.

[第2実施形態]
上記第1実施形態の変形例を第2実施形態として、図4を参照して説明する。なお、第1実施形態と共通の構成は符号を共通とし、説明を省略する。また、図4においては、油圧部8の構成の図示を省略している。
[Second Embodiment]
A modified example of the first embodiment will be described as a second embodiment with reference to FIG. It should be noted that the configuration common to the first embodiment has the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, in FIG. 4, the configuration of the hydraulic unit 8 is not shown.

本実施形態においては、ピストンロッド6のフランジに、蓋部材7cと対向する面(上部油圧室R7の底面)において、階段状の切欠が形成されている。そして、ピストンロッド6のフランジに形成された切欠には、外側流路R8の開口が形成されている。冷却油供給流路R6は、クロスヘッドピン7aにおいてピストンロッド6の径方向外側から内側に向けた直線状の流路とされ、上部油圧室R7の側周面(クロスヘッドピン7aの内側)に供給開口(開口端)が形成されている。なお、供給開口は、上下方向において、上側(クロスヘッドピン7aの蓋部材7cの近傍)に形成されている。これにより、ピストンロッド6が高圧縮比方向に移動され、フランジが蓋部材7cと当接した状態とされる際にも、供給開口がフランジの切欠に面しており、上部油圧室R7を介して外側流路R8と連通させることができる。この場合、蓋部材7cに冷却油供給流路R6を形成する必要がなく、冷却油供給流路R6の流路形成が容易である。 In the present embodiment, the flange of the piston rod 6 is formed with a stepped notch on the surface facing the lid member 7c (the bottom surface of the upper hydraulic chamber R7). An opening of the outer flow path R8 is formed in the notch formed in the flange of the piston rod 6. The cooling oil supply flow path R6 is a linear flow path from the radial outside to the inside of the piston rod 6 at the cross head pin 7a, and is a supply opening on the side peripheral surface (inside of the cross head pin 7a) of the upper hydraulic chamber R7. (Open end) is formed. The supply opening is formed on the upper side (near the lid member 7c of the cross head pin 7a) in the vertical direction. As a result, even when the piston rod 6 is moved in the high compression ratio direction and the flange is in contact with the lid member 7c, the supply opening faces the notch of the flange and passes through the upper hydraulic chamber R7. Can communicate with the outer flow path R8. In this case, it is not necessary to form the cooling oil supply flow path R6 in the lid member 7c, and it is easy to form the flow path of the cooling oil supply flow path R6.

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.

上記実施形態において、ピストンロッド6のフランジには、外側流路R8の流路開口と重なる位置を通る溝流路が形成されるものとしてもよい。この場合、溝流路により、上部油圧室R7に流入した作動油を効率よく流路開口へと案内することができる。 In the above embodiment, the flange of the piston rod 6 may be formed with a groove flow path passing through a position overlapping the flow path opening of the outer flow path R8. In this case, the groove flow path can efficiently guide the hydraulic oil flowing into the upper hydraulic chamber R7 to the flow path opening.

また、上記第2実施形態においては、フランジに形成された切欠が階段状であるとしたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、フランジの蓋部材7cと対向する面の縁部がテーパ状に切り欠かれており、テーパ面に外側流路R8の流路開口が形成されるものとしてもよい。この場合においても、上記第2実施形態と同様の効果を得ることが可能である。 Further, in the second embodiment, the notch formed in the flange is stepped, but the present invention is not limited to this. For example, the edge of the surface of the flange facing the lid member 7c may be cut out in a tapered shape, and a flow path opening of the outer flow path R8 may be formed on the tapered surface. Even in this case, it is possible to obtain the same effect as that of the second embodiment.

また、上記実施形態においては、作動油を冷却油として上部油圧室R7に供給するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、供給ポンプ8aと別体として冷却油ポンプを有しており、作動油と別系統として冷却油を供給するものとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the hydraulic oil is supplied to the upper hydraulic chamber R7 as cooling oil, but the present invention is not limited to this. For example, the cooling oil pump may be provided as a separate body from the supply pump 8a, and the cooling oil may be supplied as a separate system from the hydraulic oil.

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
4a 噴出口
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
6a 外管
6b 内管
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
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
O 排出口
R1 燃焼室
R2 掃気室
R3 流体室
R4 供給流路
R5 リリーフ流路
R6 冷却油供給流路
R7 上部油圧室
R8 外側流路
R9 内側流路
S 掃気ポート
1 Engine 2 Frame 3 Cylinder 3a Cylinder liner 3b Cylinder head 3c Cylinder jacket 4 Piston 4a Ejection 5 Exhaust valve unit 5a Exhaust valve 5b Exhaust valve housing 5c Exhaust valve drive 6 Piston rod 6a Outer pipe 6b Inner pipe 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 8f2 Relief valve Drive unit 9 Connecting rod 10 Cylinder angle sensor 11 Cylinder shaft 12 Sweeping air reservoir 13 Exhaust reservoir 14 Air cooler 100 Engine system 200 Supercharger 300 Control unit H Exhaust port O Exhaust port R1 Combustion chamber R2 Sweeping chamber R3 Fluid chamber R4 Supply flow Road R5 Relief flow path R6 Cooling oil supply flow path R7 Upper hydraulic chamber R8 Outer flow path R9 Inner flow path S Sweep port

Claims (4)

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と、前記ピストンロッドの圧縮比を高める方向への移動を規制する規制部材とを有する可変圧縮装置であって、
前記ピストンロッドにおいて、前記流体室側の端部にフランジが形成され、
前記フランジを底面として前記フランジと前記規制部材との間において形成される規制部材側流体室と、
前記規制部材側流体室に冷却流体を供給する供給流路と
前記底面に開口端を有すると共に、前記規制部材側流体室内の前記冷却流体を前記ピストンロッドの内側に案内するピストンロッド内流路と
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 pressurized working fluid, and a regulating member for restricting the movement of the piston rod in a direction of increasing the compression ratio. And
In the piston rod, a flange is formed at the end on the fluid chamber side.
A fluid chamber on the regulation member side formed between the flange and the regulation member with the flange as the bottom surface,
A supply flow path for supplying the cooling fluid to the fluid chamber on the regulating member side and a flow path in the piston rod having an opening end on the bottom surface and guiding the cooling fluid in the fluid chamber on the regulating member side to the inside of the piston rod. A variable compression device characterized by having.
前記規制部材の前記規制部材側流体室側の面には、前記供給流路の開口端が形成されることを特徴とする請求項1記載の可変圧縮装置。 The variable compression device according to claim 1, wherein an open end of the supply flow path is formed on the surface of the regulating member on the fluid chamber side on the regulating member side. 前記ピストンロッドの端部が挿入されることにより前記規制部材側流体室の一部を構成する流体室形成部材をさらに備え、
前記底面に切欠が形成され、
前記流体室形成部材の前記規制部材側流体室側の面には、前記供給流路の開口端が形成され、
前記切欠には、前記ピストンロッド内流路の開口端が形成される
ことを特徴とする請求項1記載の可変圧縮装置。
A fluid chamber forming member that forms a part of the fluid chamber on the regulation member side by inserting the end portion of the piston rod is further provided.
A notch is formed on the bottom surface,
An open end of the supply flow path is formed on the surface of the fluid chamber forming member on the regulation member side and the fluid chamber side.
The variable compression device according to claim 1, wherein an open end of the flow path in the piston rod is formed in the notch.
請求項1〜のいずれか一項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 comprising the variable compression device according to any one of claims 1 to 3.
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