KR20200029577A

KR20200029577A - 가변 압축 장치 및 엔진 시스템

Info

Publication number: KR20200029577A
Application number: KR1020207004977A
Authority: KR
Inventors: 유타카 마스다; 요시유키 우메모토
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-03-18
Also published as: CN111527291A; WO2019132031A1; KR102259352B1; EP3734040A4; EP3734040B1; EP3734040A1; CN111527291B; JP2019120165A; DK3734040T3; JP6947025B2

Abstract

본 개시의 가변 압축 장치는, 피스톤 로드(6)와, 승압된 작동 유체가 공급됨으로써, 피스톤 로드가 압축비를 높이는 방향으로 이동시키는 유체실(R3)의 일부를 형성하는 유체실 형성 부재(7a)와, 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재(7c)와, 유체실 형성 부재에 대해 슬라이딩 가능하게 피스톤 로드의 둘레면에 마련된 슬라이딩 링(6d)을 구비하며, 슬라이딩 링의 하방에, 유체실 형성 부재와, 피스톤 로드로 둘러싸이는 하방 공간(R7)이 형성되고, 슬라이딩 링의 상방에, 유체실 형성 부재와, 피스톤 로드와, 규제 부재로 둘러싸이는 상방 공간(R6)이 형성되며, 유체실 형성 부재는, 하방 공간에 냉각제로서 공급되는 작동 유체의 일부를, 상방 공간으로 안내하는 연통 유로(R11)를 가진다.

Description

가변 압축 장치 및 엔진 시스템

본 개시는, 가변 압축 장치 및 엔진 시스템에 관한 것이다.

본원은, 2017년 12월 28일에 출원된 일본특허출원 2017-254343호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 크로스 헤드를 갖는 대형 왕복 피스톤 연소 엔진이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 대형 왕복 피스톤 연소 엔진은, 중유 등의 액체 연료와 천연가스 등의 기체 연료 모두에서의 가동이 가능하게 되는 듀얼 퓨얼 엔진이다. 특허문헌 1의 대형 왕복 피스톤 연소 엔진은, 액체 연료에 의한 가동에 적합한 압축비와 기체 연료에 의한 가동에 적합한 압축비 둘 다에 대응하기 위해, 유압에 의해 피스톤 로드를 이동시킴으로써 압축비를 변경시키는 조정 기구(가변 압축 장치)를 크로스 헤드 부분에 마련하고 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2014-20375호 공보

상술한 바와 같은 압축비를 변경하는 압축 조정 장치에서는, 압축비를 높이는 방향에 있어서 피스톤 로드의 이동을 규제하는 규제 부재를 마련하는 경우가 있다. 고압축비로 운전할 때에는, 규제 부재에 대해 피스톤 로드가 접촉한다. 그러나, 예를 들어, 엔진 시동시 등과 같이 연소실 내에 연소 압력이 발생하지 않은 상태에서 피스톤 로드가 이동될 때에는, 피스톤 로드가 규제 부재에 충돌함으로써, 규제 부재에 큰 힘이 가해질 가능성이 있다. 이에 대해, 규제 부재와 피스톤 로드 사이의 공간(상방 공간)에 작동 유체를 저류하여, 작동 유체를 댐퍼로서 기능시킴으로써, 규제 부재와 피스톤 로드의 충돌 에너지를 흡수하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 피스톤 로드와 유체실 형성 부재의 사이는 슬라이딩 링에 의해 봉지되어 있기 때문에, 상방 공간에 대해 작동 유체를 안정적으로 공급하는 것이 어렵다.

본 개시는, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 상방 공간에 대해 안정적으로 작동 유체를 공급하여, 규제 부재와 피스톤 로드의 충돌을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 일 태양의 가변 압축 장치는, 엔진의 연소실에서의 압축비를 변경하는 가변 압축 장치로서, 피스톤 로드와, 승압된 작동 유체가 공급됨으로써 상기 피스톤 로드가 압축비를 높이는 방향으로 이동시키는 유체실의 일부를 형성하는 유체실 형성 부재와, 상기 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재와, 상기 유체실 형성 부재에 대해 슬라이딩 가능하게 상기 피스톤 로드의 둘레면에 마련된 슬라이딩 링을 구비하며, 상기 슬라이딩 링의 하방에, 상기 유체실 형성 부재와, 상기 피스톤 로드로 둘러싸이는 하방 공간이 형성되고, 상기 슬라이딩 링의 상방에, 상기 유체실 형성 부재와, 상기 피스톤 로드와, 상기 규제 부재로 둘러싸이는 상방 공간이 형성되며, 상기 유체실 형성 부재는, 상기 하방 공간에 냉각제로서 공급되는 상기 작동 유체의 일부를, 상기 상방 공간으로 안내하는 연통 유로를 가진다.

상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 연통 유로에 마련됨과 아울러 상기 연통 유로에서의 상기 작동 유체의 흐름을 조정하는 조정부를 더 구비하고 있어도 된다.

상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 조정부는, 상기 연통 유로의 일부를 직경 축소시키는 직경 축소부이어도 된다.

상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 조정부는, 체크 밸브이어도 된다.

상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 유체실 형성 부재 또는 상기 규제 부재는, 상기 규제 부재측 유체실과 외부를 연통시키는 방출 유로를 가지고 있어도 된다.

본 개시의 일 태양의 엔진 시스템은, 상기 일 태양의 가변 압축 장치를 구비한다.

본 개시에 의하면, 연통 유로에 의해, 슬라이딩 링을 우회하여 하방 공간으로부터 상방 공간으로 작동 유체를 공급할 수 있다. 따라서, 안정적으로 상방 공간으로 작동 유체를 공급할 수 있고, 상방 공간에 공급된 작동 유체에 의해, 규제 부재와 피스톤 로드의 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.

도 1은, 본 개시의 일 실시형태에서의 엔진 시스템의 단면도이다.
도 2는, 본 개시의 일 실시형태에서의 엔진 시스템의 일부를 나타내는 모식 단면도이다.
도 3은, 본 개시의 일 실시형태에서의 엔진 시스템의 변형예에서의 유량 조정부를 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 개시에서의 엔진 시스템의 일 실시형태에 대해 설명한다.

[제1 실시형태]

본 실시형태의 엔진 시스템(100)은, 예를 들어 대형 탱커 등 선박에 탑재되고, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)과, 과급기(200)와, 제어부(300)를 가지고 있다. 또, 본 실시형태에서는, 과급기(200)를 보기(補機)로서 파악하고, 엔진(1)(주기(主機))과 별도의 몸체로서 설명한다. 단, 과급기(200)를 엔진(1)의 일부로서 구성하는 것도 가능하다.

도 1은, 엔진 시스템(100)에 마련된 후술하는 원통형의 실린더 라이너(3a)의 중심축에 따른 종단면도이다. 도 1에서, 후술하는 배기 밸브 유닛(5)이 마련되어 있는 측을 상측, 후술하는 크랭크축(11)이 마련되어 있는 측을 하측이라고 칭하는 경우가 있다. 실린더 라이너(3a)의 중심축 방향에서 본 도면을 '평면에서 볼 때'라고 칭하는 경우가 있다.

엔진(1)은, 다기통의 유니플로 소기 디젤 엔진으로, 천연가스 등의 기체 연료를 중유 등의 액체 연료와 함께 연소시키는 가스 운전 모드와, 중유 등의 액체 연료를 연소시키는 디젤 운전 모드를 가지고 있다. 또, 가스 운전 모드에서는, 기체 연료만을 연소시켜도 된다. 엔진(1)은, 가구(架構)(2)와, 실린더부(3)와, 피스톤(4)과, 배기 밸브 유닛(5)과, 피스톤 로드(6)와, 크로스 헤드(7)와, 유압부(8)(승압 기구)와, 연접봉(9)과, 크랭크각 센서(10)와, 크랭크축(11)과, 소기 탱크부(12)와, 배기 탱크부(13)와, 공기 냉각기(14)를 가지고 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 부재이다. 가구(2)에는, 크로스 헤드(7), 유압부(8) 및 연접봉(9)이 수용되어 있다. 또한, 가구(2)의 내부에 있어서, 크로스 헤드(7)의 후술하는 크로스 헤드 핀(7a)이 왕복이동 가능하게 되어 있다.

실린더부(3)는, 원통형의 실린더 라이너(3a)와, 실린더 헤드(3b)와, 실린더 자켓(3c)을 가지고 있다. 실린더 라이너(3a)는, 원통형의 부재이다. 실린더 라이너(3a)의 내측(내주면)에는, 피스톤(4)과의 슬라이딩면이 형성되어 있다. 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 둘레면을 따라 배열된 개구로서, 실린더 자켓(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)의 평면에서 볼 때의 중앙부에는 배기 포트(H)가 형성되고, 배기 포트(H)는 배기 탱크부(13)와 접속되어 있다. 또한, 실린더 헤드(3b)에는, 도시하지 않은 연료 분사 밸브가 마련되어 있다. 또한, 실린더 헤드(3b)의 연료 분사 밸브의 근방에는, 도시하지 않은 통내압 센서가 마련되어 있다. 통내압 센서는, 연소실(R1) 내의 압력을 검출하여, 제어부(300)로 송신하고 있다. 실린더 자켓(3c)은, 가구(2)와 실린더 라이너(3a)의 사이에 마련되고, 실린더 라이너(3a)의 하단부가 삽입된 원통형의 부재이다. 실린더 자켓(3c)의 내부에는, 소기실(R2)이 형성되어 있다. 또한, 실린더 자켓(3c)의 소기실(R2)은, 소기 탱크부(12)와 접속되어 있다.

피스톤(4)은, 대략 원기둥형상이 되고, 후술하는 피스톤 로드(6)와 접속되어 실린더 라이너(3a)의 내측에 배치되어 있다. 또한, 피스톤(4)의 외주면에는 도시하지 않은 피스톤 링이 마련되고, 피스톤 링에 의해, 피스톤(4)과 실린더 라이너(3a)의 간극을 봉지하고 있다. 피스톤(4)은, 연소실(R1)에서의 압력의 변동에 의해, 피스톤 로드(6)를 따라 실린더 라이너(3a) 내를 슬라이딩한다.

배기 밸브 유닛(5)은, 배기 밸브(5a)와, 배기 밸브 케이싱(5b)과, 배기 밸브 구동부(5c)를 가지고 있다. 배기 밸브(5a)는, 실린더 헤드(3b)의 내측에 마련되고, 배기 밸브 구동부(5c)에 의해, 실린더부(3) 내의 배기 포트(H)를 폐색한다. 배기 밸브 케이싱(5b)은, 배기 밸브(5a)의 단부를 수용하는 원통형의 케이싱이다. 배기 밸브 구동부(5c)는, 배기 밸브(5a)를 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따라 이동시키는 액추에이터이다.

피스톤 로드(6)는, 일단이 피스톤(4)과 접속되고, 타단이 크로스 헤드 핀(7a)과 연결된 장척(長尺)형상 부재이다. 피스톤 로드(6)의 단부(타단부)는, 크로스 헤드 핀(7a)에 삽입되고, 연접봉(9)이 회전 가능해지도록 연결되어 있다. 또한, 피스톤 로드(6)의 크로스 헤드 핀(7a) 측의 단부(타단부)의 일부에는, 직경이 굵게 형성된 플랜지(6a)를 가지고 있다.

또한, 피스톤 로드(6)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외관(6b)과, 내관(6c)에 의해 구성되어 있는 이중관 구조로 되어 있다. 피스톤 로드(6)는, 외관(6b)과 내관(6c)의 사이에 형성되는 외측 유로(R8)를 가지고 있다. 또한, 내관(6c)에는, 피스톤(4)의 내측의 공동(空洞)과 연통됨과 아울러 피스톤 로드(6)의 하단부(크로스 헤드(7) 측의 단부)까지 연장되는 내측 유로(R9)가 형성되어 있다. 또한, 외관(6b)은, 외측 유로(R8)와 입구 유실(油室)(R7)을 연통시키는 입구 유로(R10)를 가지고 있다. 또, 입구 유실(R7), 외측 유로(R8) 및 내측 유로(R9)에는, 냉각제로서 작동유가 공급된다. 플랜지(6a)의 둘레면에는, 후술하는 크로스 헤드 핀(7a)의 내측을 슬라이딩하는 피스톤 링(6d)(슬라이딩 링)이 마련되어 있다. 피스톤 링(6d)은, 플랜지(6a)의 상단부와 하단부에 마련되어 있다. 또한, 플랜지(6a)의 둘레면 중, 상하 2개의 피스톤 링(6d)의 사이에는, 환상의 오목부가 플랜지(6a)의 전체둘레에 걸쳐 형성되어 있다.

크로스 헤드(7)는, 크로스 헤드 핀(7a)(유체실 형성 부재)과, 가이드 슈(7b)와, 덮개 부재(7c)(규제 부재)와, 오리피스(7d)(직경 축소부)를 가지고 있다. 크로스 헤드 핀(7a)은, 피스톤 로드(6)와 연접봉(9)을 이동 가능하게 연결하는 원기둥형상 부재이다. 크로스 헤드 핀(7a) 중, 피스톤 로드(6)의 단부가 삽입되는 삽입 공간에는, 작동유(작동 유체)의 공급 및 배출이 행해지는 유압실(R3)(유체실)이 형성된다. 크로스 헤드 핀(7a)에는, 크로스 헤드 핀(7a)과, 덮개 부재(7c)와, 피스톤 로드(6)의 플랜지(6a)로 둘러싸인 상부 유압실(R6)(상방 공간)이 형성된다. 또한, 피스톤 로드(6)의 플랜지(6a)의 둘레면에 형성된 오목부와, 크로스 헤드 핀(7a)으로 둘러싸인 입구 유실(R7)(하방 공간)이 형성되어 있다. 또한, 크로스 헤드 핀(7a)에는, 상부 유압실(R6)과 입구 유실(R7)을 연통시키는 연통 유로(R11)가 마련되어 있다. 즉, 연통 유로(R11)는, 피스톤 링(6d)을 우회하여 입구 유실(R7)로부터 상부 유압실(R6)로 작동유를 안내한다. 크로스 헤드 핀(7a)의 중심보다 하측에는, 크로스 헤드 핀(7a)의 축방향을 따라 관통하는 출구 구멍(O)이 형성되어 있다. 출구 구멍(O)은, 피스톤 로드(6)의 도시하지 않은 냉각 유로를 통과한 냉각유가 배출되는 개구이다. 또한, 크로스 헤드 핀(7a)에는, 유압실(R3)과 후술하는 플런저 펌프(8c)를 접속하는 공급 유로(R4)와, 유압실(R3)과 후술하는 릴리프 밸브(8f)를 접속하는 릴리프 유로(R5)가 마련되어 있다.

가이드 슈(7b)는, 크로스 헤드 핀(7a)을 회동 가능하게 지지하는 부재로서, 크로스 헤드 핀(7a)에 따라 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따라 도시하지 않은 가이드 레일 상을 이동한다. 가이드 슈(7b)가 가이드 레일을 따라 이동함으로써, 크로스 헤드 핀(7a)은, 회전 운동과, 피스톤(4)의 스트로크 방향에 따른 직선 방향 이외로의 이동이 규제된다. 덮개 부재(7c)는, 크로스 헤드 핀(7a)의 상부에 고정되고, 피스톤 로드(6)의 단부가 삽입되는 환상 부재이다. 오리피스(7d)는, 중앙에 개구를 갖는 원반상의 부재로서, 연통 유로(R11)의 내부에 마련된다. 연통 유로(R11)의 유로 직경은, 오리피스(7d)에 의해, 일부에서 축소되어 있다. 크로스 헤드(7)는, 피스톤(4)의 직선 운동을 연접봉(9)으로 전달하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유압부(8)는, 공급 펌프(8a)와, 요동관(8b)과, 플런저 펌프(8c)와, 플런저 펌프(8c)가 갖는 제1 체크 밸브(8d) 및 제2 체크 밸브(8e)와, 릴리프 밸브(8f)를 가지고 있다. 또한, 피스톤 로드(6), 크로스 헤드(7), 유압부(8), 제어부(300)는, 본 개시에서의 가변 압축 장치로서 기능한다.

공급 펌프(8a)는, 제어부(300)로부터의 지시에 기초하여, 도시하지 않은 작동유 탱크로부터 공급되는 작동유를 승압하여 플런저 펌프(8c)로 공급한다. 공급 펌프(8a)는, 예를 들어 선박의 발전기의 전력에 의해 구동되고, 연소실(R1)에 액체 연료가 공급되는 것보다 이전에 가동하는 것이 가능하다. 또, 공급 펌프(8a)로부터 압송되는 작동 유체의 일부는, 크로스 헤드 핀(7a)의 내부를 통과하여, 입구 유실(R7)로 공급된다. 요동관(8b)은, 공급 펌프(8a)와 각 기통의 플런저 펌프(8c)를 접속하는 배관으로, 크로스 헤드 핀(7a)에 따라 이동하는 플런저 펌프(8c)와, 고정된 공급 펌프(8a)의 사이에서 요동 가능하게 되어 있다.

플런저 펌프(8c)는, 크로스 헤드 핀(7a)에 고정되어 있고, 봉상(棒狀)의 플런저(8c1)와, 플런저(8c1)를 슬라이딩 가능하게 수용하는 통형의 실린더(8c2)와, 플런저 구동부(8c3)를 가지고 있다. 플런저 펌프(8c)는, 플런저(8c1)가 플런저 구동부(8c3)에 의해 구동되어 실린더(8c2) 내를 슬라이딩함으로써, 작동유를 승압하여 유압실(R3)로 공급한다. 또한, 실린더(8c2)의 단부에 마련된 작동유의 토출측의 개구에 제1 체크 밸브(8d)가 마련되고, 실린더(8c2)의 측둘레면에 마련된 흡입측의 개구에 제2 체크 밸브(8e)가 마련되어 있다. 플런저 구동부(8c3)는, 플런저(8c1)에 접속되고, 제어부(300)로부터의 지시에 기초하여 플런저(8c1)를 왕복이동시킨다.

제1 체크 밸브(8d)는, 실린더(8c2)의 내측을 향하여 밸브체가 바이어스됨으로써 폐쇄되는 구조가 되고, 유압실(R3)에 공급된 작동유가 실린더(8c2)로 역류하는 것을 방지하고 있다. 또한, 제1 체크 밸브(8d)는, 실린더(8c2) 내의 작동유의 압력이 제1 체크 밸브(8d)의 바이어스 부재의 바이어스력(개방 압력) 이상이 되면, 밸브체가 작동유에 눌림으로써 개방된다. 제2 체크 밸브(8e)는, 실린더(8c2)의 외측을 향하여 바이어스되어 있고, 실린더(8c2)에 공급된 작동유가 공급 펌프(8a)로 역류하는 것을 방지하고 있다. 또한, 제2 체크 밸브(8e)는, 공급 펌프(8a)로부터 공급되는 작동유의 압력이 제2 체크 밸브(8e)의 바이어스 부재의 바이어스력(개방 압력) 이상이 되면, 밸브체가 작동유에 눌림으로써 개방된다. 또, 제1 체크 밸브(8d)는, 개방 압력이 제2 체크 밸브(8e)의 개방 압력보다 높고, 미리 설정된 압축비로 운전되는 정상 운전시에서는, 공급 펌프(8a)로부터 공급되는 작동유의 압력에 의해 개방되는 일은 없다.

릴리프 밸브(8f)는, 크로스 헤드 핀(7a)에 마련되고, 본체부(8f1)와, 릴리프 밸브 구동부(8f2)를 가지고 있다. 본체부(8f1)는, 유압실(R3) 및 도시하지 않은 작동유 탱크에 접속되는 밸브이다. 릴리프 밸브 구동부(8f2)는, 본체부(8f1)의 밸브체에 접속되고, 제어부(300)로부터의 지시에 기초하여 본체부(8f1)를 개폐한다. 릴리프 밸브(8f)가 릴리프 밸브 구동부(8f2)에 의해 개방됨으로써, 유압실(R3)에 저류된 작동유가 작동유 탱크로 되돌려진다.

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

크랭크축(11)은, 기통에 마련되는 연접봉(9)에 접속된 장척형상의 부재로서, 각각의 연접봉(9)에 의해 전달되는 회전 운동에 의해 회전됨으로써, 예를 들어 스크류 등에 동력을 전달한다. 소기 탱크부(12)는, 실린더 자켓(3c)과 과급기(200)의 사이에 마련된다. 소기 탱크부(12)에는, 과급기(200)에 의해 가압된 공기가 유입된다. 또한, 소기 탱크부(12)의 내부에는, 공기 냉각기(14)가 마련되어 있다. 배기 탱크부(13)는, 각 기통의 배기 포트(H)와 접속됨과 아울러 과급기(200)와 접속되는 관형상 부재이다. 배기 포트(H)로부터 배출되는 가스는, 배기 탱크부(13)에 일시적으로 저류됨으로써 맥동이 억제되고, 그 후 과급기(200)로 공급된다. 공기 냉각기(14)는, 소기 탱크부(12) 내부의 공기를 냉각한다.

과급기(200)는, 배기 포트(H)로부터 배출된 가스에 의해 회전되는 터빈을 가지며, 도시하지 않은 흡기 포트로부터 흡입한 공기를 가압하여 연소실(R1)에 공급한다.

제어부(300)는, 예를 들어 선박의 조종자에 의한 조작 등에 기초하여, 연료의 공급량 등을 제어하는 컴퓨터이다. 또한, 제어부(300)는, 유압부(8)를 제어함으로써, 연소실(R1)에서의 압축비를 변경한다. 구체적으로는, 제어부(300)는, 플런저 펌프(8c), 공급 펌프(8a) 및 릴리프 밸브(8f)를 제어하여, 유압실(R3)에서의 작동유의 양을 조정함으로써, 피스톤 로드(6)의 위치를 변경시켜 압축비를 변경한다.

이러한 엔진 시스템(100)은, 도시하지 않은 연료 분사 밸브로부터 연소실(R1)에 분사된 연료를 착화, 폭발시킴으로써 피스톤(4)을 실린더 라이너(3a) 내에서 슬라이딩시켜, 크랭크축(11)을 회전시킨다. 상세히 설명하면, 연소실(R1)에 공급된 연료는, 소기 포트(S)로부터 유입된 공기와 혼합된 후, 피스톤(4)이 상사점 방향을 향하여 이동함으로써 압축되어 온도가 상승하여 자연 착화한다. 또한, 액체 연료의 경우에는, 연소실(R1)에서 온도 상승함으로써 기화하여 자연 착화한다.

그리고, 연소실(R1) 내의 연료가 자연 착화함으로써 급격하게 팽창하여, 피스톤(4)에는 하사점 방향을 향한 압력이 걸린다. 이에 의해, 피스톤(4)이 하사점 방향으로 이동하고, 피스톤(4)에 따라 피스톤 로드(6)가 이동되어, 연접봉(9)을 개재하여 크랭크축(11)이 회전된다. 또한, 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 배기가스가, 가압 공기에 의해 배기 탱크부(13)로 밀려나온다.

압축비를 크게 하는 경우에는, 제어부(300)에 의해 공급 펌프(8a)가 구동되어, 플런저 펌프(8c)에 작동유가 공급된다. 그리고, 제어부(300)는, 플런저 펌프(8c)를 구동하여 작동유를, 피스톤 로드(6)를 들어올리는 것이 가능한 압력이 될 때까지 가압하여, 유압실(R3)로 작동유를 공급한다. 유압실(R3)의 작동유의 압력에 의해, 피스톤 로드(6)의 단부가 올라가고, 이에 따라 피스톤(4)의 상사점 위치가 상방(배기 포트(H) 측)으로 이동된다.

압축비를 작게 하는 경우에는, 제어부(300)에 의해 릴리프 밸브(8f)가 구동되어, 유압실(R3)과 도시하지 않은 작동유 탱크가 연통 상태가 된다. 그리고, 피스톤 로드(6)의 하중이 유압실(R3)의 작동유에 걸려, 유압실(R3) 내의 작동유가 릴리프 밸브(8f)를 개재하여 작동유 탱크로 밀려나온다. 이에 의해, 유압실(R3)의 작동유가 감소하여, 피스톤 로드(6)가 하방(크랭크축(11) 측)으로 이동되고, 이에 따라 피스톤(4)의 상사점 위치가 하방으로 이동된다.

또한, 공급 펌프(8a)로부터 압송된 작동유의 일부는, 입구 유실(R7)로 공급된다. 그리고, 입구 유실(R7) 내의 작동유는, 입구 유로(R10)를 개재하여 외측 유로(R8)로 흘러, 피스톤(4)의 내부로 공급된다. 피스톤(4)의 내부에 흐른 작동유는, 피스톤(4)을 냉각함과 아울러 내측 유로(R9)를 통과하여 출구 구멍(O)으로부터 배출된다. 또한, 입구 유실(R7)에 공급된 작동유의 일부는, 연통 유로(R11)를 개재하여 상부 유압실(R6)로 공급된다. 이 때, 작동유에는, 오리피스(7d)를 통과함으로써 압력 손실이 발생한다. 이에 의해, 연통 유로(R11) 내의 작동유는, 일정한 방향으로 흐르기 쉬워진다.

엔진(1)의 시동시에 있어서, 연소 압력이 발생하지 않은 상태로 피스톤 로드(6)가 상방향으로 이동된다. 이 때에, 상부 유압실(R6) 내에 작동유가 공급되어 있음으로써, 상부 유압실(R6) 내의 작동유가 댐퍼로서 기능하기 때문에, 덮개 부재(7c)와 플랜지(6a)가 충돌하는 것을 방지한다. 또한, 오리피스(7d)에 의해, 상부 유압실(R6)에 공급된 작동유가, 플랜지(6a)로부터 받는 압력으로 입구 유실(R7)로 눌려 되돌려지는 것을 방지한다.

또한, 상부 유압실(R6)에서의 작동유는, 피스톤 로드(6)의 상승에 따라 소정값 이상으로 압력이 높아지면, 연통 유로(R11)를 통과하여, 입구 유실(R7)로 되돌려진다.

본 실시형태에 의하면, 연통 유로(R11)에 의해, 입구 유실(R7)에 공급된 작동유의 일부를 상부 유압실(R6)에 안정적으로 공급할 수 있다. 따라서, 상부 유압실(R6) 내의 작동유에 의해, 덮개 부재(7c)와 피스톤 로드(6)의 플랜지(6a)의 충돌 에너지를 흡수하여, 충돌을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 오리피스(7d)에 의해, 연통 유로(R11) 내의 유량을 제한하고 있기 때문에, 상부 유압실(R6) 내의 작동유가 전부 연통 유로(R11)로부터 입구 유실(R7) 측으로 되돌아가는 일이 없고, 상부 유압실(R6) 내에 적절한 양의 작동유가 항상 저류된 상태를 유지할 수 있다.

[제2 실시형태]

이어서, 상기 제1 실시형태의 변형예를 제2 실시형태로 하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 또, 공통되는 구성 부재는 부호를 동일하게 하고, 설명을 생략한다.

본 실시형태의 엔진 시스템(100)에서는, 크로스 헤드(7)는, 오리피스(7d)를 가지지 않고, 연통 유로(R11)에서 체크 밸브(7e)를 가지고 있다. 체크 밸브(7e)는, 입구 유실(R7)로부터 상부 유압실(R6)로 향하는 방향을 순방향으로 하고, 상부 유압실(R6)로부터 입구 유실(R7)로 향하는 방향으로 작동유가 역류하는 것을 방지한다. 또한, 덮개 부재(7c)에는, 상부 유압실(R6)과 외부를 연통시키는 방출 유로(R12)가 형성되어 있다.

본 실시형태에서는, 공급 펌프(8a)로부터 압송되는 작동유의 일부는, 입구 유실(R7)로부터 연통 유로(R11)를 통과하여 상부 유압실(R6)로 공급된다. 이에 의해, 상부 유압실(R6) 내의 작동유가 댐퍼로서 기능하기 때문에, 덮개 부재(7c)와 플랜지(6a)의 충돌 에너지가 흡수된다. 또한, 상부 유압실(R6) 내의 작동유는, 상부 유압실(R6) 내에서 압력이 높아지면, 방출 유로(R12)로부터 외부로 배출된다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 연통 유로(R11) 중에 체크 밸브(7e)를 마련함으로써, 연통 유로(R11) 내의 작동유의 흐름 방향을 일방향으로 할 수 있고, 보다 원활하게 상부 유압실(R6)에 작동유를 공급할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 방출 유로(R12)를 마련함으로써, 상부 유압실(R6) 내의 작동유의 압력이 높아졌을 때에, 방출 유로(R12)로부터 작동유를 배출할 수 있다.

이상, 도면을 참조하면서 본 개시의 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 개시는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시형태에서 나타낸 각 구성 부재의 여러 가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 개시의 취지로부터 벗어나지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 기초하여 여러 가지 변경 가능하다.

상기 실시형태에서는, 조정부로서, 오리피스(7d) 또는 체크 밸브(7e)를 마련하는 것으로 하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 조정부로서, 예를 들어 스로틀 밸브 등, 다른 부재를 마련해도 된다.

또한, 상기 제2 실시형태에서의 방출 유로(R12)에는, 작동유의 배출량을 조정하는 밸브 장치를 마련해도 된다.

본 개시는, 엔진의 연소실에서의 압축비를 변경 가능한 가변 압축 장치 및 이를 구비하는 엔진 시스템에 적용할 수 있다.

1 엔진
2 가구
3 실린더부
3a 실린더 라이너
3b 실린더 헤드
3c 실린더 자켓
4 피스톤
5 배기 밸브 유닛
5a 배기 밸브
5b 배기 밸브 케이싱
5c 배기 밸브 구동부
6 피스톤 로드
6a 플랜지
6b 외관
6c 내관
6d 피스톤 링(슬라이딩 링)
7 크로스 헤드
7a 크로스 헤드 핀(유체실 형성 부재)
7b 가이드 슈
7c 덮개 부재(규제 부재)
7d 오리피스(직경 축소부)
7e 체크 밸브
8 유압부
8a 공급 펌프
8b 요동관
8c 플런저 펌프
8c1 플런저
8c2 실린더
8c3 플런저 구동부
8d 제1 체크 밸브
8e 제2 체크 밸브
8f 릴리프 밸브
8f1 본체부
8f2 릴리프 밸브 구동부
9 연접봉
10 크랭크각 센서
11 크랭크축
12 소기 탱크부
13 배기 탱크부
14 공기 냉각기
15 상부 유압실 유압 기구
100 엔진 시스템
200 과급기
300 제어부
S 소기 포트
H 배기 포트
O 출구 구멍
R1 연소실
R2 소기실
R3 유압실(유체실)
R4 공급 유로
R5 릴리프 유로
R6 상부 유압실(상방 공간)
R7 입구 유실(하방 공간)
R8 외측 유로
R9 내측 유로
R10 입구 유로
R11 연통 유로
R12 방출 유로

Claims

엔진의 연소실에서의 압축비를 변경하는 가변 압축 장치로서,
피스톤 로드와,
승압된 작동 유체가 공급됨으로써, 상기 피스톤 로드가 압축비를 높이는 방향으로 이동시키는 유체실의 일부를 형성하는 유체실 형성 부재와,
상기 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재와,
상기 유체실 형성 부재에 대해 슬라이딩 가능하게 상기 피스톤 로드의 둘레면에 마련된 슬라이딩 링을 구비하며,
상기 슬라이딩 링의 하방에, 상기 유체실 형성 부재와, 상기 피스톤 로드로 둘러싸이는 하방 공간이 형성되고,
상기 슬라이딩 링의 상방에, 상기 유체실 형성 부재와, 상기 피스톤 로드와, 상기 규제 부재로 둘러싸이는 상방 공간이 형성되며,
상기 유체실 형성 부재는, 상기 하방 공간에 냉각제로서 공급되는 상기 작동 유체의 일부를, 상기 상방 공간으로 안내하는 연통 유로를 갖는 가변 압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연통 유로에 마련됨과 아울러 상기 연통 유로에서의 상기 작동 유체의 흐름을 조정하는 조정부를 더 구비하는 가변 압축 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 조정부는, 상기 연통 유로의 일부를 직경 축소시키는 직경 축소부인 가변 압축 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 조정부는, 체크 밸브인 가변 압축 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 유체실 형성 부재 또는 상기 규제 부재는, 상기 상방 공간과 외부를 연통시키는 방출 유로를 갖는 가변 압축 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 가변 압축 장치를 갖는 엔진 시스템.