KR102465298B1

KR102465298B1 - 가변 압축 장치 및 엔진 시스템

Info

Publication number: KR102465298B1
Application number: KR1020207033575A
Authority: KR
Inventors: 유타카 마스다
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2022-11-09
Also published as: WO2019225729A1; JPWO2019225729A1; CN112189086B; EP3805538A4; CN112189086A; JP6992890B2; EP3805538A1; KR20210002605A

Abstract

이 가변 압축 장치(A)는, 엔진(1)의 압축비를 변경 가능한 가변 압축 장치로서, 피스톤 로드(6)와, 작동 유체를 승압하는 펌프(8a)와, 승압된 상기 작동 유체가 공급됨으로써 피스톤 로드(6)가 압축비를 높이는 방향으로 이동되는 유체실(R3)이 내부에 형성됨과 아울러 피스톤 로드(6)와 접속되는 크로스헤드 핀(7a)과, 유체실(R3)로부터 작동 유체를 배출하는 배출 기구(15)와, 유체실(R3)로 공급되는 작동 유체를 안내함과 아울러 크로스헤드 핀(7a) 및 펌프(8a)와 접속되는 제1 작동 유체 유로(Rb)를 구비한다.

Description

가변 압축 장치 및 엔진 시스템

본 개시는, 가변 압축 장치 및 엔진 시스템에 관한 것이다.

본 원은, 2018년 5월 25일에 일본에 출원된 특허출원 2018－101048호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 크로스헤드를 가진 대형 왕복 피스톤 연소 엔진이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 대형 왕복 피스톤 연소 엔진은, 중유 등의 액체 연료와 천연 가스 등의 기체 연료의 양쪽 모두에 의한 가동이 가능하게 되어 있는 듀얼 연료 엔진이다. 특허문헌 1의 대형 왕복 피스톤 연소 엔진은, 액체 연료에 의한 가동에 적합한 압축비와 기체 연료에 의한 가동에 적합한 압축비의 쌍방에 대응하기 위해, 유압에 의해 피스톤 로드를 크로스헤드 핀과 상대적으로 이동시킴으로써 압축비를 변경시키는 조정 기구를 크로스헤드 부분에 마련하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는 내연 기관의 가변 압축비 기구가 개시되고, 특허문헌 3에는 왕복 기관(reciprocating engine)이 개시되며, 특허문헌 4에는 디젤 엔진이 개시되어 있다.

상술한 바와 같은 압축비를 변경하는 조정 기구는, 피스톤이 하사점까지 하강했을 때에, 크로스헤드 핀에 마련된 플런저 펌프 및 릴리프 밸브를 캠 플레이트와 접촉시킴으로써 가동시켜서, 유압실 내의 작동유의 공급 및 배출을 행하고 있다. 따라서, 압축비의 변경은, 피스톤이 하사점에 위치할 때에만 실시 가능하고, 피스톤이 하사점 이외에 위치하는 상태에서의 이상 연소시 등에 즉시 압축비를 변경할 수 없다.

특허문헌 1: 일본 공개특허 2014－20375호 공보 특허문헌 2: 일본 공개실용신안 소59－40538호 공보 특허문헌 3: 일본 공표특허 2005－511946호 공보 특허문헌 4: 일본 공개특허 평8－170551호 공보

본 개시는, 상술한 문제점을 감안하여 이루어지며, 가변 압축 장치에서, 크랭크 각에 관계없이 압축비를 변경 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 제1 태양은, 엔진의 압축비를 변경 가능한 가변 압축 장치로서, 피스톤 로드와, 작동 유체를 승압하는 펌프와, 승압된 상기 작동 유체가 공급됨으로써 상기 피스톤 로드가 압축비를 높이는 방향으로 이동되는 유체실이 내부에 형성됨과 아울러 상기 피스톤 로드와 접속되는 크로스헤드 핀과, 상기 유체실로부터 상기 작동 유체를 배출하는 배출 기구와, 상기 유체실로 공급되는 상기 작동 유체를 안내함과 아울러 상기 크로스헤드 핀 및 상기 펌프와 접속되는 제1 작동 유체 유로를 구비한다.

본 개시의 제2 태양은, 상기 제1 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 배출 기구가, 상기 유체실로부터 배출되는 상기 작동 유체를 안내하는 릴리프 유로와, 상기 릴리프 유로에 마련됨과 아울러 상기 작동 유체에 의해 구동하는 스풀 밸브를 구비하고, 상기 제1 태양의 가변 압축 장치가, 상기 스풀 밸브를 구동시키는 상기 작동 유체를 안내함과 아울러 상기 배출 기구와 접속되는 제2 작동 유체 유로를 더 구비한다.

본 개시의 제3 태양은, 상기 제1 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로가, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 요동관에 일체로 하여 마련된다.

본 개시의 제4 태양은, 상기 제1 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관(telescopic tube)의 내부에 마련된다.

본 개시의 제5 태양은, 상기 제1 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고, 상기 제1 작동 유체 유로가, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련된다.

본 개시의 제6 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로가 모두, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 하나의 요동관에 일체로 하여 마련된다.

본 개시의 제7 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로가, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 복수의 요동관에 각각 일체로 하여 마련된다.

본 개시의 제8 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 한쪽이, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 요동관에 일체로 하여 마련된다.

본 개시의 제9 태양은, 상기 제8 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 다른 쪽이, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관의 내부에 마련된다.

본 개시의 제10 태양은, 상기 제8 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 다른 쪽이, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련된다.

본 개시의 제11 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 복수의 텔레스코픽 관의 내부에 각각 마련된다.

본 개시의 제12 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 한쪽이, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관의 내부에 마련된다.

본 개시의 제13 태양은, 상기 제12 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 다른 쪽이, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련된다.

본 개시의 제14 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로가 모두, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련된다.

본 개시의 제15 태양은, 상기 제2 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고, 상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 한쪽이, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련된다.

본 개시의 제16 태양은, 상기 제1 내지 제15 중 어느 하나의 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 내부에 형성됨과 아울러 상기 유체실과 상기 제1 작동 유체 유로를 연통시키는 공급 유로를 구비한다.

본 개시의 제17 태양은, 상기 제1 내지 제15 중 어느 하나의 태양의 가변 압축 장치가, 상기 크로스헤드 핀의 외주에 마련됨과 아울러 상기 유체실과 상기 제1 작동 유체 유로를 연통시키는 공급 유로를 구비한다.

본 개시의 제18 태양의 엔진 시스템은, 상기 제1 내지 제17 중 어느 하나의 태양의 가변 압축 장치를 구비한다.　

본 개시에 의하면, 크랭크 각도에 관계없이, 유체실에의 작동 유체의 공급 및 배출을 행할 수 있다. 따라서, 크랭크 각도에 관계없이, 압축비를 변경하는 것이 가능하고, 적시에 압축비 변경이 가능하다.

도 1은 본 개시의 일 실시형태에 관한 엔진 시스템의 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시형태에 관한 엔진 시스템의 일부를 나타내는 모식 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시형태에 관한 가변 압축 장치의 기능을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 관한 엔진 시스템의 제1 변형예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시형태에 관한 엔진 시스템의 제2 변형예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시형태에 관한 엔진 시스템의 제3 변형예에서의 크랭크축의 부분 단면 측면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시형태에 관한 엔진 시스템의 제3 변형예에서의 연접봉의 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 개시의 엔진 시스템(100)의 일 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태의 엔진 시스템(100)은, 예를 들어 대형 탱커 등 선박에 탑재되며, 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진(1)과, 과급기(過給機)(200)와, 제어부(300)를 갖고 있다. 또, 본 실시형태에서는, 과급기(200)를 보기(補機)로서 간주하고, 엔진(1)(주기(主機))과 별체로 설명한다. 단, 과급기(200)를 엔진(1)의 일부로 구성하는 것도 가능하다. 또, 과급기(200)는, 본 실시형태의 엔진 시스템(100)에 필수 구성요소가 아니며, 엔진 시스템(100)에 마련되지 않아도 된다.

도 1은, 엔진 시스템(100)에 마련된 후술하는 원통 형상의 실린더 라이너(3a)의 중심축에 따른 종단면도이다. 본 실시형태에서는, 실린더 라이너(3a)의 중심축선 방향에서, 도 1에서의 후술하는 배기 밸브 유닛(5)이 마련되어 있는 쪽을 상측, 후술하는 크랭크축(11)이 마련되어 있는 쪽을 하측이라고 칭하는 경우가 있다. 실린더 라이너(3a)의 중심축에 교차하는 방향을 지름 방향이라고 칭하는 경우가 있다. 실린더 라이너(3a)의 중심축 방향에서 본 도면을 평면에서 본 도면이라고 칭하는 경우가 있다.

엔진(1)은, 다기통의 유니플로 소기 디젤 엔진으로 되며, 천연 가스 등의 기체 연료를 중유 등의 액체 연료와 함께 연소시키는 가스 운전 모드와, 중유 등의 액체 연료를 연소시키는 디젤 운전 모드를 실행 가능한 듀얼 퓨얼 엔진이다. 또, 가스 운전 모드에서는, 기체 연료만을 연소시켜도 된다. 이러한 엔진(1)은, 가구(架構)(2)와, 실린더부(3)와, 피스톤(4)과, 배기 밸브 유닛(5)과, 피스톤 로드(6)와, 크로스헤드(7)와, 유압부(8)(승압 기구)와, 연접봉(9)과, 크랭크각 센서(10)와, 크랭크축(11)과, 소기탱크부(12)와, 배기탱크부(13)와, 공기 냉각기(14)를 갖고 있다. 또한, 실린더부(3), 피스톤(4), 배기 밸브 유닛(5) 및 피스톤 로드(6)에 의해, 기통이 구성되어 있다.

가구(2)는, 엔진(1)의 전체를 지지하는 강도 부재이며, 크로스헤드(7), 유압부(8) 및 연접봉(9)이 수용되어 있다. 또한, 가구(2)는, 내부에서, 크로스헤드(7)의 후술하는 크로스헤드 핀(7a)이 왕복 이동 가능하게 되어 있다.

실린더부(3)는, 원통 형상의 실린더 라이너(3a)와, 실린더 헤드(3b)와 실린더 재킷(3c)을 갖고 있다. 실린더 라이너(3a)는, 원통 형상의 부재이며, 피스톤(4)과의 슬라이딩면이 내측(내주면)에 형성되어 있다. 이러한 실린더 라이너(3a)의 내주면과 피스톤(4)에 의해 둘러싸인 공간이 연소실(R1)로 되어 있다. 또한, 실린더 라이너(3a)의 하부에는, 복수의 소기 포트(S)가 형성되어 있다. 소기 포트(S)는, 실린더 라이너(3a)의 주면(周面)을 따라 배열된 개구이며, 실린더 재킷(3c) 내부의 소기실(R2)과 실린더 라이너(3a)의 내측을 연통시키고 있다. 실린더 헤드(3b)는, 실린더 라이너(3a)의 상단부에 마련된 덮개 부재이다. 실린더 헤드(3b)는, 평면시에서 중앙부에 배기 포트(H)가 형성되고, 배기탱크부(13)와 접속되어 있다. 또한, 실린더 헤드(3b)에는, 연료 분사 밸브(미도시)가 마련되어 있다. 또, 실린더 헤드(3b)의 연료 분사 밸브의 근방에는, 통내압 센서(미도시)가 마련되어 있다. 실린더 재킷(3c)은, 가구(2)와 실린더 라이너(3a) 사이에 마련되고, 실린더 라이너(3a)의 하단부가 삽입된 원통 형상의 부재이며, 내부에 소기실(R2)이 형성되어 있다. 또한, 실린더 재킷(3c)의 소기실(R2)은, 소기탱크부(12)와 접속되어 있다.

피스톤(4)은, 대략 원기둥 형상으로 되고, 후술하는 피스톤 로드(6)와 접속되어 실린더 라이너(3a)의 내측에 배치되어 있다. 또한, 피스톤(4)의 외주면에는 피스톤 링(미도시)이 마련되고, 피스톤 링에 의해, 피스톤(4)과 실린더 라이너(3a) 사이의 간극을 봉지(封止)하고 있다. 피스톤(4)은, 연소실(R1)에서의 압력의 변동에 의해, 피스톤 로드(6)를 따라 실린더 라이너(3a) 내를 상하 방향으로 슬라이딩한다.

배기 밸브 유닛(5)은, 배기 밸브(5a)와, 배기 밸브 케이스(5b)와, 배기 밸브 구동부(5c)를 갖고 있다. 배기 밸브(5a)는, 실린더 헤드(3b)의 내측에 마련되며, 배기 밸브 구동부(5c)에 의해, 실린더부(3)의 배기 포트(H)를 폐색한다. 배기 밸브 케이스(5b)는, 배기 밸브(5a)의 단부를 수용하는 원통 형상의 케이스이다. 배기 밸브 구동부(5c)는, 배기 밸브(5a)를 피스톤(4)의 스트로크 방향(슬라이딩 방향, 상하 방향)을 따르는 방향으로 이동시키는 액츄에이터이다.

피스톤 로드(6)는, 일단(상단)이 피스톤(4)과 접속되고, 타단(하단)이 크로스헤드 핀(7a)과 연결된 장척(長尺) 형상의 부재이다. 피스톤 로드(6)의 단부(하단부)는, 크로스헤드 핀(7a)에 삽입되며, 연접봉(9)이 회전 가능하도록 연결되어 있다. 또한, 피스톤 로드(6)는, 크로스헤드 핀(7a)측 단부의 일부의 지름이 굵게 형성된 큰직경부(6a)(도 2 참조)를 갖고 있다. 다시 말하면, 피스톤 로드(6)의, 크로스헤드 핀(7a)측 단부(하단부)의 외주면에는, 지름 방향 외측에 돌출하는 큰직경부(6a)가 마련되어 있고, 따라서 큰직경부(6a)의 외경은 피스톤 로드(6)의 외경보다 크다. 또한, 피스톤 로드(6)는, 중공으로 되어 있어, 내부에 냉각유(작동유)가 유통하는 냉각 유로(미도시)가 형성되어 있다.

크로스헤드(7)는, 크로스헤드 핀(7a)과, 가이드 슈(7b)와, 덮개 부재(7c)를 갖고 있다. 크로스헤드 핀(7a)은, 피스톤 로드(6)와 연접봉(9)을 이동 가능하게 연결하는 원기둥 형상의 부재이며, 피스톤 로드(6)의 단부(하단부)가 삽입되는 삽입 공간에, 작동유(작동 유체)의 공급 및 배출이 이루어지는 유압실(R3)(유체실)이 형성된다. 크로스헤드 핀(7a)의 중심축은, 상하 방향과 대략 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 크로스헤드 핀(7a)의 상부에는, 상방을 향해 개구되어 큰직경부(6a)가 상하 슬라이딩 가능하게 삽입된 삽입 오목부가 형성되어 있다. 상술한 유압실(R3)은, 상기 삽입 오목부의 바닥면과 큰직경부(6a)의 하면과의 사이에 마련되어 있다. 크로스헤드 핀(7a)에는, 중심보다도 하측에, 크로스헤드 핀(7a)의 축방향을 따라 관통하는 출구 구멍(O)이 형성되어 있다. 출구 구멍(O)은, 피스톤 로드(6)의 냉각 유로(미도시)를 통과한 냉각유가 배출되는 통로이다. 또한, 크로스헤드 핀(7a)에는, 유압실(R3)과 접속하는 공급 유로(R4)와, 유압실(R3)과 후술하는 스풀 밸브(8d)를 접속하는 릴리프 유로(R5)가 마련되어 있다. 또한, 크로스헤드 핀(7a)과 덮개 부재(7c)에 의해 둘러싸여 형성되는 공간은, 상부 유실(油室)(R6)로 되며, 냉각유로서 피스톤 로드(6) 내의 냉각 유로로 공급되는 작동유의 일부가 저장된다. 다시 말하면, 상부 유실(R6)은, 덮개 부재(7c)의 하면과, 크로스헤드 핀(7a)의 상기 삽입 오목부의 내주면과, 피스톤 로드(6)의 외주면과, 큰직경부(6a)의 상면에 의해 둘러싸여 형성되어 있다.

가이드 슈(7b)는, 크로스헤드 핀(7a)을 회동 가능하게 지지하는 부재이며, 크로스헤드 핀(7a)에 따라 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따라 가이드 레일(미도시) 위를 이동한다. 가이드 슈(7b)가 가이드 레일을 따라 이동함으로써, 크로스헤드 핀(7a)은, 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따르는 직선 방향 이외로의 이동이 규제된다. 크로스헤드 핀(7a)은, 그 중심축을 따른 회전 운동도 규제되고 있다. 덮개 부재(7c)는, 크로스헤드 핀(7a)의 상부에 고정되며, 피스톤 로드(6)의 단부(하단부)가 삽입되는 환상 부재이다. 덮개 부재(7c)는, 크로스헤드 핀(7a)의 상기 삽입 오목부의 개구 주연부(周緣部)에 마련되어 있다. 덮개 부재(7c)의 내경은, 피스톤 로드(6)의 외경과 동등하고, 큰직경부(6a)의 외경보다 작다. 이러한 크로스헤드(7)는, 피스톤(4)의 직선 운동을 연접봉(9)으로 전달하고 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 유압부(8)는, 공급 펌프(8a)(펌프)와, 요동관(8b)과, 체크 밸브(8c)와, 스풀 밸브(8d)와, 제1 밸브(8e)와, 제2 밸브(8f)와, 제3 밸브(8g)를 갖고 있다. 또한, 피스톤 로드(6), 크로스헤드(7), 유압부(8)는, 본 개시에서의 가변 압축 장치(A)로서 기능해도 된다. 또한, 스풀 밸브(8d) 및 릴리프 유로(R5)는, 본 개시에서의 배출 기구(15)에 상당한다.

공급 펌프(8a)는, 제어부(300)로부터의 지시에 기초하여, 작동유 탱크(미도시)로부터 공급되는 작동유를 승압하여 후술하는 냉각용 유로(Ra), 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)로 공급하는 펌프이다. 공급 펌프(8a)는, 선박의 배터리의 전력에 의해 구동되며, 연소실(R1)에 액체 연료가 공급되는 것보다도 이전에 가동하는 것이 가능하다. 또한, 공급 펌프(8a)로부터 토출되는 작동유는, 3방향으로 분기되어 있다.

요동관(8b)은, 공급 펌프(8a)와 각 기통의 공급 유로(R4), 스풀 밸브(8d) 및 상부 유실(R6)을 접속하는 배관이며, 크로스헤드 핀(7a)에 따라 이동하는 상부 유실(R6)과, 고정된 공급 펌프(8a)와의 사이에서, 요동 가능하게 되어 있다. 요동관(8b)은 크로스헤드 핀(7a)에 요동 가능하게 접속되며, 크로스헤드 핀(7a)이 상하 왕복 이동할 때에도 크로스헤드 핀(7a)과의 접속이 유지되는 구조이면 된다. 또한, 요동관(8b) 내에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각용 유로(Ra)와, 공급용 유로(Rb)(제1 작동 유체 유로, 제1 작동 유체 배관)와, 배출 기구용 유로(Rc)(제2 작동 유체 유로, 제2 작동 유체 배관)의 3개의 유로가 형성되어 있다. 냉각용 유로(Ra)는, 상부 유실(R6)로 공급되는 작동유(냉각유)를 안내하는 유로이다. 공급용 유로(Rb)는, 크로스헤드 핀(7a) 내의 공급 유로(R4), 또 유압실(R3)로 공급되는 작동유를 안내하는 유로이다. 배출 기구용 유로(Rc)는, 스풀 밸브(8d)로 공급되는 작동유를 안내하는 유로이다. 냉각용 유로(Ra), 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)는, 공급 펌프(8a)에 각각 접속되어 있다.

체크 밸브(8c)는, 크로스헤드 핀(7a)의 공급 유로(R4)의 예를 들어 입구에 마련되며, 유압실(R3)로부터 공급용 유로(Rb)로의 작동유의 역류를 방지한다.

스풀 밸브(8d)는, 크로스헤드 핀(7a)의 릴리프 유로(R5)의 출구에 마련되며, 통체(筒體)(8d1)와 밸브체(8d2)를 구비하고 있다. 통체(8d1)는, 바닥이 있는 원통 형상으로 되며, 내부에 밸브체(8d2)가 수용된다. 즉, 통체(8d1)는, 양단이 폐색된 통체이다. 또한, 통체(8d1)는, 하부 주면(도 3에서의 하부)에서 릴리프 유로(R5)와 접속됨과 아울러, 상부 주면(도 3에서의 상부)에서 배출 기구용 유로(Rc)와 접속되고, 또 하부 주면에 외부와 연통하는 배출구가 형성되어 있다. 이 배출구는, 릴리프 유로(R5)를 개재하여 통체(8d1)에 공급된 작동유를 외부로 배출 가능하게 되어 있다. 밸브체(8d2)는, 통체(8d1) 내에서 상하 방향으로 이동 가능하게 되며, 로드와 로드의 상하에 마련된 2개의 원기둥 형상의 밸브부를 갖고 있고, 하부의 밸브부에 의해 통체(8d1)의 배출구를 폐색한다. 또한, 밸브체(8d2)의 상부의 밸브부와 통체(8d1)와의 사이에 형성되는 상부 공간은, 배출 기구용 유로(Rc)로부터 공급되는 작동유에 의해 채워진다. 배출 기구용 유로(Rc)를 개재한 통체(8d1)의 상기 상부 공간으로의 작동유의 공급에 따라, 밸브체(8d2)는 상하로 이동하고, 따라서 밸브체(8d2)가 통체(8d1)의 배출구의 개방과 폐색을 절환할 수 있다.

또, 상기 설명에서의 상하 방향은, 연직 방향에 한정되는 것이 아니라, 크로스헤드 핀(7a)에의 설치 형태에 의해 변화한다.

제1 밸브(8e)는, 냉각용 유로(Ra)에 마련되며, 제어부(300)에 의해 제어되는 개폐 밸브이다. 제2 밸브(8f)는, 공급용 유로(Rb)에 마련되며, 제어부(300)에 의해 제어되는 개폐 밸브이다. 제3 밸브(8g)는, 배출 기구용 유로(Rc)에 마련되며, 제어부(300)에 의해 제어되는 개폐 밸브이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 연접봉(9)은, 크로스헤드 핀(7a)과 연결됨과 아울러 크랭크축(11)과 연결되어 있는 장척 형상의 부재이다. 연접봉(9)은, 크로스헤드 핀(7a)에 전달된 피스톤(4)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하고 있다. 크랭크각 센서(10)는, 크랭크축(11)의 크랭크각을 계측하기 위한 센서이며, 제어부(300)로 크랭크각을 산출하기 위한 크랭크 펄스 신호를 송신하고 있다.

크랭크축(11)은, 기통에 마련되는 연접봉(9)에 접속된 장척 형상의 부재이며, 각각의 연접봉(9)에 의해 전달되는 회전 운동에 의해 회전되는 것으로, 예를 들어 추진기 등에 동력을 전달한다. 소기탱크부(12)는, 실린더 재킷(3c)과 과급기(200) 사이에 마련되며, 과급기(200)에 의해 가압된 공기가 유입된다. 또한, 소기탱크부(12)에는, 공기 냉각기(14)가 내부에 마련되어 있다. 배기탱크부(13)는, 각 기통의 배기 포트(H)와 접속됨과 아울러 과급기(200)와 접속되는 관(管) 형상의 부재이다. 배기 포트(H)로부터 배출되는 가스는, 배기탱크부(13)에 일시적으로 저장됨으로써, 맥동(脈動)을 억제한 상태에서 과급기(200)로 공급된다. 공기 냉각기(14)는, 소기탱크부(12) 내부의 공기를 냉각하는 장치이다.

과급기(200)는, 배기 포트(H)로부터 배출된 가스에 의해 회전되는 터빈에 의해, 흡기 포트(미도시)로부터 흡입한 공기를 가압하여 연소실(R1)에 공급하는 장치이다.

제어부(300)는, 선박의 조종자에 의한 조작 등에 기초하여, 연료의 공급량 등을 제어하는 컴퓨터이다. 또한, 제어부(300)는, 유압부(8)를 제어함으로써, 연소실(R1)에서의 압축비를 변경한다.

제어부(300)는 컴퓨터로 구성 가능하며, 이 컴퓨터는, CPU(중앙 처리 장치), 기억 장치, 및 입출력 장치 등을 구비한다. 기억 장치는, RAM(Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory) 등의 불휘발성 메모리, HDD(Hard Disk Drive), 및 SSD(Solid State Drive) 중 하나 이상을 포함한다. 입출력 장치는, 유선 또는 무선으로, 배기 밸브 구동부(5c), 유압부(8)의 제1 밸브(8e), 제2 밸브(8f) 및 제3 밸브(8g), 및 크랭크각 센서(10)와 신호나 데이터 등의 주고받음을 행한다. 컴퓨터는, 기억 장치에 저장된 프로그램 등에 기초하여 소정의 기능을 다할 수 있다.

이러한 엔진 시스템(100)은, 연료 분사 밸브(미도시)로부터 연소실(R1)에 분사된 연료를 착화, 폭발시킴으로써 피스톤(4)을 실린더 라이너(3a) 내에서 슬라이딩시켜, 크랭크축(11)을 회전시키는 장치이다. 상세히 설명하면, 연소실(R1)에 공급된 연료는, 소기 포트(S)로부터 유입된 공기와 혼합된 후, 피스톤(4)이 상사점 방향을 향해 이동함으로써 압축되어 온도가 상승함과 아울러 착화한다. 또한, 액체 연료의 경우에는, 연소실(R1)에서 온도가 상승함으로써 기화하고, 자연 착화한다.

그리고, 연소실(R1) 내의 연료가 자연 착화함으로써 급격하게 팽창하여, 피스톤(4)에는 하사점 방향을 향한 압력이 가해진다. 이에 의해, 피스톤(4)이 하사점 방향으로 이동하고, 피스톤(4)을 따라 피스톤 로드(6)가 이동되며, 연접봉(9)을 개재하여 크랭크축(11)이 회전된다. 또, 피스톤(4)이 하사점으로 이동됨으로써, 소기 포트(S)로부터 연소실(R1)로 가압 공기가 유입된다. 배기 밸브 유닛(5)이 구동함으로써 배기 포트(H)가 열리고, 연소실(R1) 내의 배기 가스가, 가압 공기에 의해 배기탱크부(13)로 밀려 나온다.

압축비를 크게 하는 경우에는, 제어부(300)에 의해 공급 펌프(8a)가 구동됨과 아울러 제2 밸브(8f)가 열리고, 작동유가, 피스톤 로드(6)를 들어 올리는 것이 가능한 압력이 될 때까지 가압된 후에, 공급용 유로(Rb) 및 공급 유로(R4)를 개재하여 유압실(R3)로 공급된다. 이에 의해, 유압실(R3)의 작동유의 압력에 의해, 피스톤 로드(6)의 단부(큰직경부(6a))가 들어 올려지고, 이에 따라 피스톤(4)의 상사점 위치가 상방(배기 포트(H)측)으로 이동된다. 즉, 피스톤(4) 및 피스톤 로드(6)가 크로스헤드 핀(7a)으로부터 이격되도록 이동하고, 피스톤(4)의 상사점 위치가 상방으로 변경되며, 따라서 엔진(1)의 압축비가 상승한다.

압축비를 작게 하는 경우에는, 제어부(300)에 의해, 공급 펌프(8a)가 구동됨과 아울러 제3 밸브(8g)가 열리고, 작동유가 배출 기구용 유로(Rc)를 개재하여 통체(8d1)의 상부 공간으로 공급된다. 이에 의해, 통체(8d1)의 상부 공간의 압력이 상승하고, 밸브체(8d2)가 하방으로 이동됨으로써, 배출구와 릴리프 유로(R5)가 연통되며, 유압실(R3) 내의 작동유가 배출구로부터 배출된다. 그리고, 유압실(R3)의 작동유가 감소하고, 피스톤 로드(6)가 하방(크랭크축(11)측)으로 이동되며, 이에 따라 피스톤(4)의 상사점 위치가 하방으로 이동된다. 즉, 피스톤(4) 및 피스톤 로드(6)가 크로스헤드 핀(7a)에 접근하도록 이동하고, 피스톤(4)의 상사점 위치가 하방으로 변경되며, 따라서 엔진(1)의 압축비가 저하한다.

또한, 제어부(300)는, 기체 연료로부터 액체 연료로 절환할 때에는, 우선 연료를 액체 연료로 절환한 후에, 상술한 방법에 의해 압축비를 상승시킨다. 또한, 제어부(300)는, 액체 연료로부터 기체 연료로 절환할 때에는, 우선 상술한 방법에 의해 압축비를 하강시키고, 원하는 압축비에 도달한 후에, 연료를 기체 연료로 절환한다.

본 실시형태에 의하면, 피스톤(4)의 위치에 관계없이 제어부(300)가 공급 펌프(8a), 제2 밸브(8f) 및 제3 밸브(8g)를 구동시킴으로써, 유압실(R3)에의 작동유의 공급 및 배출을 행할 수 있다. 따라서, 엔진(1)의 크랭크 각도에 관계없이, 압축비를 변경하는 것이 가능하고, 피스톤(4)이 하사점 이외에 위치하는 상태에서의 이상 연소시 등에 즉시 압축비 변경이 가능하다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 릴리프 유로(R5)에 마련된 스풀 밸브(8d)를 작동유에 의해 제어함으로써, 압축비를 저하시키는 것이 가능하다. 따라서, 크로스헤드 핀(7a) 내에 작동유를 공급함으로써, 유압실(R3) 내의 작동유의 배출이 가능하며, 단순한 구성으로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 크로스헤드 핀(7a) 내에 공급 유로(R4) 및 릴리프 유로(R5)를 형성하고 있다. 이에 의해, 크로스헤드 핀(7a)의 외부에 배관을 형성할 필요가 없어, 크로스헤드 핀(7a)의 배치가 용이하다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 냉각용 유로(Ra), 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)를 일체로 하여 요동관(8b)에 형성하고 있다. 이에 의해, 가변 압축 장치의 구성을 단순하게 하는 것이 가능하다.

본 실시형태의 가변 압축 장치(A)는, 엔진(1)의 압축비를 변경 가능한 가변 압축 장치로서, 피스톤 로드(6)와, 작동유(작동 유체)를 승압하는 공급 펌프(8a)와, 승압된 상기 작동유가 공급됨으로써 피스톤 로드(6)가 압축비를 높이는 방향으로 이동되는 유압실(R3)(유체실)이 내부에 형성됨과 아울러 피스톤 로드(6)와 접속되는 크로스헤드 핀(7a)과, 유압실(R3)로부터 작동유를 배출하는 배출 기구(15)와, 유압실(R3)로 공급되는 작동유를 안내함과 아울러 크로스헤드 핀(7a) 및 공급 펌프(8a)와 접속되는 공급용 유로(Rb)(제1 작동 유체 유로)를 구비한다.

배출 기구(15)는, 유압실(R3)로부터 배출되는 작동유를 안내하는 릴리프 유로(R5)와, 릴리프 유로(R5)에 마련됨과 아울러 작동유에 의해 구동하는 스풀 밸브(8d)를 구비하고, 가변 압축 장치(A)는, 스풀 밸브(8d)를 구동시키는 작동유를 안내함과 아울러 배출 기구(15)와 접속되는 배출 기구용 유로(Rc)(제2 작동 유체 유로)를 더 구비한다.

공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)는, 크로스헤드 핀(7a)에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 요동관(8b)에 일체로 하여 마련된다.

가변 압축 장치(A)는, 크로스헤드 핀(7a)의 내부에 형성됨과 아울러 유압실(R3)과 공급용 유로(Rb)를 연통시키는 공급 유로(R4)를 구비한다.

본 실시형태의 엔진 시스템(100)은, 가변 압축 장치(A)를 구비한다.

이어서, 상기 실시형태에서의 엔진 시스템(100)의 복수의 변형예를 이하에 설명한다. 이하의 설명에서, 상기 실시형태의 구성 요소와 동등한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.

(제1 변형예)

도 4는, 상기 실시형태에 관한 엔진 시스템(100)의 제1 변형예를 나타내는 모식 단면도로, 크로스헤드 핀(7a)의 중심축선에 직교하는 방향에서의 횡단면도이다.

상기 실시형태에서는, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)는 모두, 크로스헤드 핀(7a)에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 하나의 요동관(8b)에 일체로 하여 마련되어 있다. 즉, 상기 실시형태의 가변 압축 장치(A)는, 하나의 요동관(8b)을 구비하고 있다.

이 제1 변형예에서는, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)가, 크로스헤드 핀(7a)에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 복수의 요동관(8h 및 8i)에 각각 일체로 하여 마련되어 있다. 요동관(8h 및 8i)은, 크로스헤드 핀(7a)의, 실린더 라이너(3a)(도 1 참조)의 중심축선(C1)을 사이에 둔 양측에 각각 접속되어 있다. 또, 요동관(8h 및 8i)은, 크로스헤드 핀(7a)의 서로 다른 위치에 접속되어 있으면 되고, 예를 들어, 복수의 요동관(8h 및 8i)이 모두, 크로스헤드 핀(7a)의 일측에 접속되어도 된다. 본 변형예의 가변 압축 장치(A)는, 복수의 요동관(8h 및 8i)을 구비하고 있다.

공급용 유로(Rb)가, 요동관(8h)에 일체로 마련되어 있다. 다시 말하면, 요동관(8h)의 내부 영역이, 공급용 유로(Rb)의 일부를 구성하고 있다. 배출 기구용 유로(Rc)가, 요동관(8i)에 일체로 마련되어 있다. 다시 말하면, 요동관(8i)의 내부 영역이, 배출 기구용 유로(Rc)의 일부를 구성하고 있다.

도 4에서, 냉각용 유로(Ra)의 기재는 생략되어 있지만, 냉각용 유로(Ra)가 요동관(8h 및 8i)의 한쪽에 일체로 하여 마련되어도 되고, 크로스헤드 핀(7a)에 접속됨과 아울러 요동 가능 가능하고 요동관(8h 및 8i)과 서로 다른 타 요동관(미도시)에 일체로 하여 마련되어도 된다.

제1 변형예에서는, 요동관(8h 및 8i)은, 크로스헤드 핀(7a)의, 피스톤 로드(6)의 중심축선(C1)을 사이에 둔 양측에 각각 접속되어 있으므로, 다른 부재와의 간섭 등에 의해 요동관(8h 및 8i)을 모두 크로스헤드 핀(7a)의 일측에 접속하는 것이 어려운 경우에도, 요동관(8h 및 8i)을 적절히 가구(2) 내에 배치할 수 있다.

또, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc) 중 어느 한쪽이, 크로스헤드 핀(7a)에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 하나의 요동관에 일체로 하여 마련되어도 된다.

(제2 변형예)

도 5는, 상기 실시형태에 관한 엔진 시스템(100)의 제2 변형예를 나타내는 모식 단면도로, 도 1에 나타내는 엔진 시스템(100)의 크로스헤드(7) 및 그 주변의 확대 단면도이다.

크로스헤드 핀(7a)은, 실린더 라이너(3a)(도 1 참조)의 중심축선(C1) 방향을 따라 왕복 직선 이동한다. 본 변형예의 가변 압축 장치(A)는, 크로스헤드 핀(7a)의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관(16)을 구비하고 있다. 텔레스코픽 관(16)은, 크로스헤드 핀(7a)의 왕복 직선 이동 방향으로 연장됨과 아울러 실린더 재킷(3c)에 고정된 외통(外筒)(16a)과, 외통(16a)에 삽입되면서 상기 직선 이동 방향으로 외통(16a)과 상대 이동 가능한 내통(16b)을 갖고 있다. 텔레스코픽 관(16)은, 그 내부에서 외통(16a)으로부터 내통(16b)을 향해 작동유를 유동 가능하게 구성되어 있다. 외통(16a)과 내통(16b) 사이의 간극은, 이 간극을 개재한 작동유의 누출이 억제되는 크기로 설정되어 있다. 또, 외통(16a)과 내통(16b) 사이의 간극에, 작동유의 누출을 방지하기 위한 시일(seal) 부재(O링 등)를 배치해도 된다.

외통(16a)의 상단(내통(16b)로부터 먼 쪽의 단부)은, 제2 밸브(8f)를 개재하여 공급 펌프(8a)와 접속되어 있다. 내통(16b)의 하단(외통(16a)로부터 먼 쪽의 단부)은, 크랭크 형태로 굴곡되어 있고, 체결 부재(미도시)나 브래킷 등을 개재하여 가이드 슈(7b)에 접속되어 있다. 또, 내통(16b)의 하단은 굴곡되지 않고 직선 형태여도 된다. 내통(16b)의 내부 영역은, 가이드 슈(7b)에 형성된 관통공(R7)을 개재하여 크로스헤드 핀(7a)의 공급 유로(R4)에 연통되어 있다. 또, 내통(16b)의 하단이 직접 크로스헤드 핀(7a)에 접속되며, 내통(16b)의 내부 영역이, 크로스헤드 핀(7a)의 공급 유로(R4)에 직접 연통되어 있어도 된다.

본 변형예에서는, 공급용 유로(Rb)가, 텔레스코픽 관(16)의 내부에 마련되어 있다. 다시 말하면, 텔레스코픽 관(16)의 내부 영역이, 공급용 유로(Rb)의 일부를 구성하고 있다.

도 5에서, 냉각용 유로(Ra) 및 배출 기구용 유로(Rc)의 기재는 생략되어 있지만, 냉각용 유로(Ra) 및 배출 기구용 유로(Rc)가, 크로스헤드 핀(7a)의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능하고 텔레스코픽 관(16)과 서로 다른 2개의 텔레스코픽 관의 내부에 각각 마련되어도 된다. 즉, 냉각용 유로(Ra), 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)가, 크로스헤드 핀(7a)의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능하게 되어 있는 복수의 텔레스코픽 관의 내부에 각각 마련되어도 된다. 이러한 복수의 텔레스코픽 관은, 중심축선(C1)의 일측에 마련되어도 되고, 중심축선(C1)를 사이에 둔 양측에 각각 마련되어도 된다.

본 변형예에 의하면, 왕복 직선 이동하는 크로스헤드 핀(7a)에 대해서도, 텔레스코픽 관(16) 등을 개재하여 작동유를 적절히 공급할 수 있다.

또 , 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc) 중 어느 한쪽이, 크로스헤드 핀(7a)의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관의 내부에 마련되어도 된다.

(제3 변형예)

도 6은, 상기 실시형태에 관한 엔진 시스템(100)의 제3 변형예에서의 크랭크축(11)의 부분 단면 측면도이다. 도 7은, 상기 실시형태에 관한 엔진 시스템(100)의 제3 변형예에서의 연접봉(9)의 사시도이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 변형예의 크랭크축(11)은, 그 중심축선(C2) 방향으로 연장되는 메인 저널(11a)과, 메인 저널(11a)로부터 중심축선(C2)의 지름 방향 외측에 변위하며 또한 크랭크 아암(11b)을 개재하여 메인 저널(11a)에 연결된 복수의 크랭크 핀(11c)과, 중심축선(C2)을 사이에 두고 크랭크 핀(11c)과 반대측에 배치된 카운터 웨이트(11d)를 갖고 있다. 메인 저널(11a) 및 크랭크 핀(11c)은 모두 원기둥 형상으로 형성되고, 크랭크 핀(11c)의 중심축선은 상기 중심축선(C2)에 평행하다.

메인 저널(11a)은, 가구(2)의 베어링 부재(미도시)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 크랭크 핀(11c)에는, 연접봉(9)이 회전 가능하게 연결되어 있다.

본 변형예의 가변 압축 장치(A)는, 상기 실시형태에서 나타낸 구성 요소에 더하여, 크랭크축(11)과, 이 크랭크축(11) 및 크로스헤드 핀(7a)을 서로 연결하는 연접봉(9)을 더 구비하고 있다.

이러한 크랭크축(11)에는, 제1 크랭크 샤프트 유공(油孔)(11f)과 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)의 쌍이 복수 마련되어 있다. 제1 크랭크 샤프트 유공(11f) 및 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)은, 서로 평행하게 직선 형태로 연장되어 있고, 모두 중심축선(C2)에 대해 경사져 있다. 또, 도 6에서, 작동유의 흐름을 화살표로 나타내고 있다.

제1 크랭크 샤프트 유공(11f)의 일단은, 메인 저널(11a)의 외주면으로 개구된 제1 오일 공급공(11h)과 연통되어 있다. 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)의 타단은, 크랭크 아암(11b)의 외면에서 개구되어 있지만, 이 타단은 유공 블라인드 플러그(미도시)로 폐색되어 있다. 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)의 양단 사이의 중간부는, 크랭크 핀(11c)의 외주면으로 개구된 제1 오일 토출공(11i)과 연통되어 있다. 이러한 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)은, 크랭크 아암(11b)으로부터 메인 저널(11a)을 향해 드릴 등의 절삭 공구를 이용하여 형성할 수 있다. 또, 가공이 가능하면, 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)을, 메인 저널(11a)로부터 크랭크 핀(11c)을 향해 드릴 등의 절삭 공구를 이용하여 형성하고, 메인 저널(11a) 측의 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)의 단부를 유공 블라인드 플러그로 폐색해도 된다. 제1 크랭크 샤프트 유공(11f), 제1 오일 공급공(11h) 및 제1 오일 토출공(11i)의 가공 방법은 특별히 한정되지 않고, 메인 저널(11a)로부터 크랭크 핀(11c)을 향해 작동유를 공급 가능한 유공을 형성할 수 있으면 된다.

제1 오일 공급공(11h)은, 제2 밸브(8f)를 개재하여 공급 펌프(8a)에 접속되어 있다.

제2 크랭크 샤프트 유공(11g)의 일단은, 메인 저널(11a)의 외주면으로 개구된 제2 오일 공급공(11j)과 연통되어 있다. 제2 오일 공급공(11j)은, 제1 오일 공급공(11h)과 중심축선(C2) 방향에서 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)의 타단은, 크랭크 아암(11b)의 외면에서 개구해 있지만, 이 타단은 유공 블라인드 플러그(미도시)로 폐색되어 있다. 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)의 양단 사이의 중간부는, 크랭크 핀(11c)의 외주면으로 개구된 제2 오일 토출공(11k)과 연통되어 있다. 제2 오일 토출공(11k)은, 제1 오일 토출공(11i)과 중심축선(C2) 방향에서 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 이러한 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)은, 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)과 마찬가지로, 크랭크 아암(11b)으로부터 메인 저널(11a)을 향해 드릴 등의 절삭 공구를 이용하여 형성할 수 있다. 또, 가공이 가능하면, 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)을, 메인 저널(11a)로부터 크랭크 핀(11c)을 향해 드릴 등의 절삭 공구를 이용하여 형성하고, 메인 저널(11a) 측의 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)의 단부를 유공 블라인드 플러그로 폐색해도 된다. 제2 크랭크 샤프트 유공(11g), 제2 오일 공급공(11j) 및 제2 오일 토출공(11k)의 가공 방법은 특별히 한정되지 않고, 메인 저널(11a)로부터 크랭크 핀(11c)을 향해 작동유를 공급 가능한 유공을 형성할 수 있으면 된다.

제2 오일 공급공(11j)은, 제3 밸브(8g)를 개재하여 공급 펌프(8a)에 접속되어 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 연접봉(9)은 일방향으로 연장되는 장척 형상의 부재이며, 그 일단부에는 크랭크축(11)의 크랭크 핀(11c)이 회전 가능하게 삽입되는 제1 삽입통과공(9a)이 형성되고, 그 타단부에는 크로스헤드 핀(7a)이 회전 가능하게 삽입되는 제2 삽입통과공(9b)이 형성되어 있다. 제1 삽입통과공(9a) 및 제2 삽입통과공(9b)의 개구 방향은 서로 동일하며, 연접봉(9)의 연장 방향으로 직교하고 있다.

연접봉(9)은, 상기 일방향으로 연장되는 장척 형상의 로드 본체(9c)와, 로드 본체(9c)의 일단에 체결 부재(미도시) 등을 이용하여 연결되어 로드 본체(9c)와의 사이에 제1 삽입통과공(9a)을 형성하는 대략 원호상의 제1 캡(9d)과, 로드 본체(9c)의 타단에 체결 부재(미도시) 등을 이용하여 연결되어 로드 본체(9c)와의 사이에 제2 삽입통과공(9b)을 형성하는 대략 원호상의 제2 캡(9e)을 갖고 있다.

로드 본체(9c)의 내부에는, 그 연장 방향으로 연장되는 제1 로드 유공(9f) 및 제2 로드 유공(9g)이 형성되어 있다. 제1 로드 유공(9f) 및 제2 로드 유공(9g)은, 로드 본체(9c)의 연장 방향에 직교하는 방향, 즉 제1 삽입통과공(9a)이나 제2 삽입통과공(9b)의 개구 방향으로 나열되게 배치되어 있다.

크랭크축(11)에 마련된 제1 크랭크 샤프트 유공(11f)을 개재하여 크랭크 핀(11c)의 외주면과 제1 삽입통과공(9a)의 내주면 사이의 간극에 도입된 작동유는, 제1 로드 유공(9f)에 유입되고, 또 크로스헤드 핀(7a)(도 2 참조)의 외주면과 제2 삽입통과공(9b)의 내주면 사이의 간극에 도입되어, 크로스헤드 핀(7a)의 공급 유로(R4)에 유입된다.

크랭크축(11)에 마련된 제2 크랭크 샤프트 유공(11g)을 개재하여 크랭크 핀(11c)의 외주면과 제1 삽입통과공(9a)의 내주면 사이의 간극에 도입된 작동유는, 제2 로드 유공(9g)에 유입하고, 또 크로스헤드 핀(7a)의 외주면과 제2 삽입통과공(9b)의 내주면 사이의 간극에 도입되어, 크로스헤드 핀(7a)의 릴리프 유로(R5)에 마련된 스풀 밸브(8d)에서의 통체(8d1)의 상부 공간으로 유입한다.

즉, 본 변형예에서는, 공급용 유로(Rb)가, 크랭크축(11)의 내부 및 연접봉(9)의 내부에 마련된다. 다시 말하면, 크랭크축(11)에서의 제1 오일 공급공(11h), 제1 크랭크 샤프트 유공(11f) 및 제1 오일 토출공(11i), 및 연접봉(9)에서의 제1 로드 유공(9f)이, 공급용 유로(Rb)의 일부를 구성하고 있다.

또, 본 변형예에서는, 배출 기구용 유로(Rc)가, 크랭크축(11)의 내부 및 연접봉(9)의 내부에 마련된다. 다시 말하면, 크랭크축(11)에서의 제2 오일 공급공(11j), 제2 크랭크 샤프트 유공(11g) 및 제2 오일 토출공(11k), 및 연접봉(9)에서의 제2 로드 유공(9g)이, 배출 기구용 유로(Rc)의 일부를 구성하고 있다.

도 6에서, 냉각용 유로(Ra)의 기재는 생략되어 있지만, 냉각용 유로(Ra)가, 크랭크축(11)의 내부 및 연접봉(9)의 내부에 마련되어도 된다.

본 변형예에 의하면, 크로스헤드 핀(7a)의 외부에 크로스헤드 핀(7a)과 함께 이동 가능한 요동관이나 텔레스코픽 관을 마련하지 않고도, 크로스헤드 핀(7a)의 공급 유로(R4)나 스풀 밸브(8d)에 대해, 크랭크축(11) 및 연접봉(9)을 개재하여 작동유를 공급할 수 있다.

또, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc) 중 어느 한쪽이, 크랭크축(11)의 내부 및 연접봉(9)의 내부에 마련되어도 된다.

이상, 도면을 참조하면서 본 개시의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 개시는 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 상술한 실시형태에서 나타낸 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일 예로, 본 개시의 취지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양한 변경이 가능하다.

상기 실시형태에서는, 크로스헤드 핀(7a) 내에 공급 유로(R4) 및 릴리프 유로(R5)를 형성하고 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 공급 유로(R4) 및 릴리프 유로(R5)는, 크로스헤드 핀(7a)의 외주(외부)에 형성된 배관으로 하고, 유압실(R3)의 바닥면에 접속되어도 된다. 이 경우, 크로스헤드 핀(7a)의 내부에 유로를 형성하는 가공을 필요로 하지 않으며, 크로스헤드 핀(7a)을 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.

상기 실시형태에서는, 스풀 밸브(8d)를 작동시킴으로써 유압실(R3) 내의 작동유를 배출하고 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 요동관(8b)의 배출 기구용 유로(Rc)와 접속된 흡인용 펌프와, 릴리프 유로(R5)가 접속된 구성이어도 된다. 이 경우, 유압실(R3) 내의 작동유는, 흡인용 펌프에 의해 흡인되며, 외부로 배출된다. 또, 상기 실시형태의 「스풀 밸브」는, 하나의 유로를 개재한 작동유의 공급에 따라 구동되며, 다른 유로에서의 작동유의 유통과 정지를 절환할 수 있는 밸브를 포함한다.

상기 실시형태에서는, 요동관(8b)에는, 냉각용 유로(Ra)를 마련하고 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 냉각용 유로(Ra)는, 요동관(8b)과 별체의 요동관에 의해 상부 유실(R6)과 접속되어도 된다. 마찬가지로, 공급용 유로(Rb)와 배출 기구용 유로(Rc)에 대해서도, 각각 별체의 요동관에 의해 크로스헤드 핀(7a)과 접속되어도 된다.

상기 실시형태에서는, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)를 하나의 요동관에 마련하는 것이 가능하고, 제1 변형예에서는, 복수의 요동관에 각각 마련하는 것이 가능하다. 제2 변형예에서는, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)를 복수의 텔레스코픽 관에 각각 마련하는 것이 가능하다. 제3 변형예에서는, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)를 모두 크랭크축(11)의 내부 및 연접봉(9)의 내부에 마련하는 것이 가능하다. 그렇지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc)의 형성 대상으로서, 요동관과, 텔레스코픽 관과, 크랭크축(11)및 연접봉(9) 중의, 1개 또는 복수를 선택해도 된다. 예를 들어, 공급용 유로(Rb) 및 배출 기구용 유로(Rc) 중 어느 한쪽을 요동관에 마련하고, 어느 다른쪽을 텔레스코픽 관에 마련해도 된다.

상기 실시형태에서는, 배출 기구(15)는 릴리프 유로(R5)와 스풀 밸브(8d)를 구비하고 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 배출 기구(15)는 유압실(R3)로부터 작동유를 배출할 수 있는 구성이면 되고, 예를 들어, 유압실(R3)에 접속된 릴리프 유로와 이 릴리프 유로에 마련되어 유통과 폐색을 변환할 수 있는 밸브를 구비하고 있으면 된다. 이 밸브는 예를 들어 전자 밸브여도 된다.

1　엔진
2　가구(架構)
3　실린더부
3a　실린더 라이너
3b　실린더 헤드
3c　실린더 재킷
4　피스톤
5　배기 밸브 유닛
5a　배기 밸브
5b　배기 밸브 케이스
5c　배기 밸브 구동부
6　피스톤 로드
7　크로스헤드
7a　크로스헤드 핀
7b　가이드슈
7c　덮개 부재
8　유압부
8a　공급 펌프(펌프)
8b　요동관
8c　체크 밸브
8d　스풀 밸브
8d1　통체(筒體)
8d2　밸브 본체
8e　제1 밸브
8f　제2 밸브
8g　제3 밸브
9　연접봉
10　크랭크각 센서
11　크랭크축
12　소기탱크부
13　배기탱크부
14　공기 냉각기
15　배출 기구
100　엔진 시스템
200　과급기
300　제어부
A　가변 압축 장치
H　배기 포트
S　소기 포트
O　출구 구멍
R1　연소실
R2　소기실
R3　유압실
R4　공급 유로
R5　릴리프 유로
R6　상부 유실(油室)
Ra　냉각용 유로
Rb　공급용 유로(제1 작동 유체 유로)
Rc　배출 기구용 유로(제2 작동 유체 유로)

Claims

엔진의 압축비를 변경 가능한 가변 압축 장치로서,
피스톤 로드와,
작동 유체를 승압하는 펌프와,
승압된 상기 작동 유체가 공급됨으로써 상기 피스톤 로드가 압축비를 높이는 방향으로 이동되는 유체실이 내부에 형성됨과 아울러 상기 피스톤 로드와 접속되는 크로스헤드 핀과,
상기 유체실로부터 상기 작동 유체를 배출하는 배출 기구와,
상기 유체실로 공급되는 상기 작동 유체를 안내함과 아울러 상기 크로스헤드 핀 및 상기 펌프와 접속되는 제1 작동 유체 유로를 구비하며,
상기 배출 기구는, 상기 유체실로부터 배출되는 상기 작동 유체를 안내하는 릴리프 유로와, 상기 릴리프 유로에 마련됨과 아울러 상기 작동 유체에 의해 구동하는 스풀 밸브를 구비하고,
상기 스풀 밸브를 구동시키는 상기 작동 유체를 안내함과 아울러 상기 배출 기구와 접속되는 제2 작동 유체 유로를 더 구비하는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로는, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 요동관에 일체로 하여 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로는, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고,
상기 제1 작동 유체 유로는, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로는 모두, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 하나의 요동관에 일체로 하여 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로는, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 복수의 요동관에 각각 일체로 하여 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 한쪽은, 상기 크로스헤드 핀에 접속됨과 아울러 요동 가능하게 되어 있는 요동관에 일체로 하여 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 다른쪽은, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 다른쪽은, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로는, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능하게 되어 있는 복수의 텔레스코픽 관의 내부에 각각 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 한쪽은, 상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 이동과 함께 신축 가능한 텔레스코픽 관의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 다른쪽은, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로는 모두, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는, 크랭크축과 이 크랭크축 및 상기 크로스헤드 핀을 서로 연결하는 연접봉을 더 구비하고,
상기 제1 작동 유체 유로 및 상기 제2 작동 유체 유로 중 어느 한쪽은, 상기 크랭크축의 내부 및 상기 연접봉의 내부에 마련되는 가변 압축 장치.
청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 내부에 형성됨과 아울러 상기 유체실과 상기 제1 작동 유체 유로를 연통시키는 공급 유로를 구비하는 가변 압축 장치.
청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크로스헤드 핀의 외주에 마련됨과 아울러 상기 유체실과 상기 제1 작동 유체 유로를 연통시키는 공급 유로를 구비하는 가변 압축 장치.
청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 가변 압축 장치를 구비하는 엔진 시스템.
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