KR20200112992A - 가변 압축 장치 및 엔진 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 가변 압축 장치는, 피스톤 로드(6)와, 승압된 작동 유체가 공급됨으로써, 피스톤 로드를 압축비를 높이는 방향으로 이동시키는 제1 유체실(R3)과, 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재(7c)와, 피스톤 로드와 규제 부재의 사이에 마련됨과 아울러 작동 유체가 저류되는 제2 유체실(R6)과, 제2 유체실에 공급되는 작동 유체를 안내하는 공급 유로(R7)와, 제2 유체실로부터 배출되는 작동 유체를 안내하는 배출 유로(R8)와, 배출 유로에 마련됨과 아울러, 피스톤 로드가 규제 부재에 가까워질 때에, 작동 유체의 유통을 규제하는 유량 규제부(15b)를 구비한다.

Description

가변 압축 장치 및 엔진 시스템
본 개시는, 가변 압축 장치 및 엔진 시스템에 관한 것이다.
본원은, 2018년 4월 6일에 출원된 일본특허출원 2018-074126호 및 2018년 4월 6일에 출원된 일본특허출원 2018-074127호에 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
이러한 구성의 가변 압축 장치는, 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재를 가지고 있다. 그런데, 엔진 시동시나, 엔진의 급정지시 등, 연소 압력이 가해지지 않은 상태에서는, 피스톤 로드의 왕복에 의한 상향 관성력보다, 실린더 내 압력에 의한 피스톤을 아래로 눌러 내리는 힘이 작아져, 피스톤 로드가 하부 유실의 유압에 따르지 않고 자신의 관성력으로 상승한다. 이에 의해, 피스톤 로드가 규제 부재에 가까워지는 방향(압축비를 높이는 방향)으로 관성력에 의해 이동되면, 규제 부재와 피스톤 로드가 충돌한다.
또한, 고압축비로 운전할 때에는, 규제 부재에 대해 피스톤 로드가 접촉하게 된다. 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.
본 개시는, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 가변 압축 장치에 있어서, 규제 부재와 피스톤 로드의 충돌을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 개시는, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 피스톤 로드로부터 규제 부재에 가해지는 충돌 에너지를 억제하는 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 로드를 압축비를 높이는 방향으로 이동시키는 제1 유체실과, 상기 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재와, 상기 피스톤 로드와 상기 규제 부재의 사이에 마련됨과 아울러 작동 유체가 저류되는 제2 유체실과, 상기 제2 유체실에 공급되는 작동 유체를 안내하는 공급 유로와, 상기 제2 유체실로부터 배출되는 작동 유체를 안내하는 배출 유로와, 상기 배출 유로에 마련됨과 아울러, 상기 피스톤 로드가 상기 규제 부재에 가까워질 때에, 상기 작동 유체의 유통을 규제하는 유량 규제부를 구비한다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 유량 규제부는, 상기 피스톤 로드와 함께 이동 가능하게 되는 추(錘)부재와, 상기 추부재의 이동에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 이동되는 밸브체를 가지고 있어도 된다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 유량 규제부는, 상기 추부재를 밸브 개방 방향으로 바이어스시키는 바이어스 부재를 가지고 있어도 된다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 제2 유체실에는, 상기 제1 유체실에 공급되는 상기 작동 유체의 일부가 공급되어도 된다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치는, 상기 제1 유체실의 일부를 형성하는 유체실 형성 부재와, 상기 규제 부재 또는 피스톤 로드에 고정되고, 상기 규제 부재와 상기 피스톤 로드의 충돌 에너지를 탄성 변형에 의해 흡수하는 흡수 부재를 더 구비하고 있어도 된다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치는, 상기 유체실 형성 부재에 대해 상기 규제 부재를 고정하는 고정 부재를 더 구비하고, 상기 고정 부재는, 상기 규제 부재 및 상기 유체실 형성 부재에 삽입되는 축부와, 상기 축부에 고정됨과 아울러 상기 규제 부재와 이간하여 배치되는 머리부를 가지며, 상기 흡수 부재는, 상기 규제 부재와 상기 머리부의 사이에 마련되어 있어도 된다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 흡수 부재는, 상기 규제 부재와 상기 피스톤 로드의 사이에 마련되어 있어도 된다.
상기 일 태양의 가변 압축 장치에 있어서, 상기 규제 부재는, 상기 흡수 부재가 끼워맞춤되는 오목부를 가지고 있어도 된다.
본 개시의 일 태양의 엔진 시스템은, 상기 가변 압축 장치를 구비한다.
본 개시에 의하면, 피스톤 로드가 규제 부재에 가까워지는 방향으로 이동되었을 때에, 유량 규제부가 배출 유로를 폐쇄하여, 제2 유체실에 작동유를 저류한 상태를 유지할 수 있다. 제2 유체실 내의 작동 유체가 댐퍼로서 작용함으로써, 피스톤 로드가 규제 부재에 큰 힘으로 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 흡수 부재가 탄성 변형됨으로써, 규제 부재에 피스톤 로드가 충돌할 때의 충돌 에너지를 흡수할 수 있다. 따라서, 규제 부재가 피스톤 로드로부터 받는 충돌 에너지를 감소시킬 수 있어, 규제 부재에 가해지는 충격을 감소시킬 수 있다.
도 1은, 본 개시의 제1 실시형태에서의 엔진 시스템의 단면도이다.
도 2는, 본 개시의 제1 실시형태에서의 엔진 시스템의 일부를 나타내는 모식 단면도이다.
도 3은, 본 개시의 제1 실시형태에서의 엔진 시스템이 구비하는 유량 규제부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 개시의 제2 실시형태에서의 엔진 시스템의 일부를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는, 본 개시의 제3 실시형태에서의 엔진 시스템의 일부를 나타내는 모식 단면도이다.
[제1 실시형태]
이하, 도 1~3을 참조하여, 본 개시에서의 엔진 시스템의 제1 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태의 엔진 시스템(100)은, 예를 들어 대형 탱커 등 선박에 탑재된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 시스템(100)은, 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.
엔진(1)은, 다기통의 유니플로 소기 디젤 엔진이다. 엔진(1)은, 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)와, 상부 유압실 유압 기구(15)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(强度) 부재로서, 크로스 헤드(7), 유압부(8) 및 연접봉(9)이 수용되어 있다. 또한, 가구(2)의 내부에서, 크로스 헤드(7)의 후술하는 크로스 헤드 핀(7a)이 왕복동 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 형성되어 있다. 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(筒內壓) 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 원통형 또는 상자형의 부재이다. 실린더 자켓(3c)의 내부에 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, 도시하지 않은 배기 밸브 구동부를 가지고 있다. 배기 밸브(5a)는, 실린더 헤드(3b)의 내측에 마련되고, 배기 밸브 구동부에 의해, 실린더부(3) 내의 배기 포트(H)를 폐색한다. 배기 밸브 케이싱(5b)은, 배기 밸브(5a)의 단부를 수용하는 원통형의 케이싱이다. 배기 밸브 구동부는, 배기 밸브(5a)를 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따르는 방향으로 이동시키는 액추에이터이다.
피스톤 로드(6)는, 일단이 피스톤(4)과 접속되고, 타단이 크로스 헤드 핀(7a)과 연결된 장척(長尺)형 부재이다. 피스톤 로드(6)의 단부는, 크로스 헤드 핀(7a)에 삽입되어, 연접봉(9)이 회전 가능해지도록 연결되어 있다. 또한, 피스톤 로드(6)는, 크로스 헤드 핀(7a) 측의 단부의 일부에, 직경이 크게 형성된 대직경부를 가지고 있다.
크로스 헤드(7)는, 크로스 헤드 핀(7a)과, 가이드 슈(7b)와, 덮개 부재(7c)(규제 부재)를 가지고 있다. 크로스 헤드 핀(7a)은, 피스톤 로드(6)와 연접봉(9)을 이동 가능하게 연결하는 원기둥형상 부재이다. 크로스 헤드 핀(7a)의 피스톤 로드(6)의 단부가 삽입되는 삽입 공간에, 작동유(작동 유체)의 공급 및 배출이 행해지는 유압실(R3)(유체실, 제1 유체실)이 형성된다. 크로스 헤드 핀(7a)의 중심보다 하측에, 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 지지한다. 가이드 슈(7b)는, 크로스 헤드 핀(7a)을 따라 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따르는 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 방향을 따르는 직선 방향으로의 이동 이외의 이동이 규제된다. 덮개 부재(7c)는, 크로스 헤드 핀(7a)의 상부에 고정되고, 피스톤 로드(6)의 단부가 삽입되는 환상 부재이다. 또한, 덮개 부재(7c)의 피스톤 로드(6)와의 슬라이딩면에 시일(seal) 링이 마련되어 있다. 이에 의해, 덮개 부재(7c)와, 피스톤 로드(6)의 대직경부의 사이에, 상부 유압실(R6)(규제 부재측 유체실, 제2 유체실)이 형성되어 있다. 또한, 덮개 부재(7c)에는, 상부 유압실(R6)로 공급되는 작동유를 안내하는 공급 유로(R7)의 일부와, 상부 유압실(R6)로부터 배출되는 작동유를 안내하는 배출 유로(R8)의 일부가 형성되어 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), 상부 유압실 유압 기구(15), 제어부(300)는, 본 실시형태에서의 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, 선박의 발전기의 전력에 의해 구동되고, 연소실(R1)에 액체 연료가 공급되기 전에 가동하는 것이 가능하다. 요동관(8b)은, 공급 펌프(8a)와 각 기통의 플런저 펌프(8c)를 접속한다. 요동관(8b)은, 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 있다. 플런저 펌프(8c)는, 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 도시하지 않은 구동부와 접속됨으로써, 실린더(8c2) 내를 슬라이딩하여, 작동유를 승압하여 유압실(R3)로 공급한다. 또한, 실린더(8c2)의 단부에 마련된 작동유의 토출측의 개구에는 제1 체크 밸브(8d)가 마련되고, 실린더(8c2)의 측둘레면에 마련된 흡입측의 개구에는 제2 체크 밸브(8e)가 마련되어 있다. 플런저 구동부(8c3)는, 플런저(8c1)에 접속되고, 제어부(300)로부터의 지시에 기초하여 플런저(8c1)를 왕복동시킨다.
제1 체크 밸브(8d)는, 실린더(8c2)의 내측을 향하여 밸브체가 바이어스됨으로써 폐쇄되는 구조가 되어, 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 밸브 개방된다. 제2 체크 밸브(8e)는, 실린더(8c2)의 외측을 향하여 바이어스되어 있어, 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 밸브 개방된다. 또, 제1 체크 밸브(8d)의 개방 압력이 제2 체크 밸브(8e)의 개방 압력보다 높고, 미리 설정된 압축비로 운전되는 정상 운전시에서는, 제1 체크 밸브(8d)는, 공급 펌프(8a)로부터 공급되는 작동유의 압력에 의해 개방되는 일은 없다.
릴리프 밸브(8f)는, 크로스 헤드 핀(7a)에 마련된다. 릴리프 밸브(8f)는, 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 장척형 부재이다. 연접봉(9)의 일단에는 크로스 헤드 핀(7a)이 회전 가능하게 접속되어 있고, 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 장척형의 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 마련되고, 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 관(管)형상 부재이다. 배기 포트(H)로부터 배출되는 가스는, 배기 탱크부(13)에 일시적으로 저류됨으로써, 맥동을 억제한 상태로 과급기(200)로 공급된다. 공기 냉각기(14)는, 소기 탱크부(12) 내부의 공기를 냉각한다.
상부 유압실 유압 기구(15)는, 체크 밸브(15a)와, 스로틀 밸브 장치(15b)(유량 규제부)를 구비하고 있다. 체크 밸브(15a)는, 공급 유로(R7) 중에 마련되어, 상부 유압실(R6) 중의 작동유가 공급 펌프(8a) 측으로 역류하는 것을 방지한다. 스로틀 밸브 장치(15b)는, 유로 부재(15c)와, 추부재(15d)와, 바이어스 스프링(15e)(바이어스 부재)과, 지지 부재(15f)를 가지고 있다.
유로 부재(15c)는, 도시하지 않은 베어링 부재 등에 의해 덮개 부재(7c)에 회전 가능하게 고정된 원기둥형상 부재이다. 유로 부재(15c)는, 개방 상태로 배출 유로(R8)의 일부를 형성함과 아울러, 회전됨으로써, 배출 유로(R8)의 유통을 규제한다. 추부재(15d)는, 덮개 부재(7c)에 고정된 지지 부재(15f)에 의해 하방으로부터 지지됨과 아울러, 피스톤 로드(6)에 고정된 바이어스 스프링(15e)에 의해 매달린 상태로 지지된다.
추부재(15d)는, 유로 부재(15c)에 접속되어 있고, 관성력에 의해 연직(鉛直) 방향으로 이동된다. 즉, 추부재(15d)는, 크로스 헤드 핀(7a)을 따라 덮개 부재(7c)가 연직 방향 상향의 방향으로 이동됨으로써, 연직 방향 상측을 향하여 관성력이 작용하였을 때에, 연직 방향 상측을 향하여 이동된다. 바이어스 스프링(15e)의 연직 방향 상측의 일단은, 지지 부재(15f)에 고정된다. 바이어스 스프링(15e)에는, 추부재(15d)가 매달린다. 지지 부재(15f)는, 덮개 부재(7c)에 고정되고, 덮개 부재(7c)와 함께 상하 이동한다. 지지 부재(15f)는, 추부재(15d) 및 바이어스 스프링(15e)을 지지하고 있다.
과급기(200)는, 배기 포트(H)로부터 배출된 가스에 의해 회전되는 터빈에 의해, 도시하지 않은 흡기 포트로부터 흡입한 공기를 가압하여 연소실(R1)에 공급한다.
제어부(300)는, 선박의 조종자에 의한 조작 등에 기초하여, 연료의 공급량 등을 제어하는 컴퓨터이다. 제어부(300)는, 도시하지 않은 위치 검출부의 통신부의 무선 통신을 수신하는 수신부를 구비하고 있다. 또한, 제어부(300)는, 유압부(8)를 제어함으로써, 연소실(R1)에서의 압축비를 변경한다. 구체적으로는, 제어부(300)는, 위치 검출부로부터의 신호에 기초하여 피스톤 로드(6)의 위치 정보를 취득하고, 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.
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. 상술하면, 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 가해진다. 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. 나아가 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 들어 올려지고, 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, 공급 유로(R7)를 통해 작동유의 일부가 상부 유압실(R6)로 유입되어, 상부 유압실(R6)이 작동유에 의해 채워진다. 피스톤 로드(6)에 가해지는 힘이 연직 방향 하향인 경우, 배출 유로(R8)에 마련된 스로틀 밸브 장치(15b)가 항상 개방 상태이며, 상부 유압실(R6)로부터 흘러넘친 작동유는, 배출 유로(R8)를 통해 외부로 배출된다. 또, 공급 펌프(8a)로부터 공급되는 작동유는, 플런저 펌프(8c)를 개재하여 공급되는 작동유보다 압력이 낮다. 따라서, 상부 유압실(R6) 내의 작동유의 압력은 유압실(R3) 내의 작동유의 압력보다 작게 설정되어 있다.
크로스 헤드 핀(7a)의 상하 이동에 따라 연접봉(9)을 개재하여 크랭크축(11)이 회전된다. 피스톤(4) 및 피스톤 로드(6)는, 상하 방향에서 크로스 헤드 핀(7a)에 고정되지 않은 상태이기 때문에, 크로스 헤드 핀(7a)의 이동에 대해, 피스톤(4) 및 피스톤 로드(6)에 관성력이 작용한다. 크래쉬 어스턴(crash astern) 등에 의해 엔진(1)을 급정지시키는 경우 및 엔진(1)의 시동시에는, 연소 압력이 피스톤(4)에 가해지지 않아, 실린더 내 압력에 의해 피스톤(4)을 아래로 눌러 내리는 힘이 작아진다. 피스톤 로드(6)에 대해, 실린더 내 압력에 의해 피스톤(4)을 아래로 눌러 내리는 힘보다 큰 연직 방향 상향의 관성력이 가해지면, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 가까워지는 방향으로 이동된다. 이 때, 바이어스 스프링(15e)에 이동 가능하게 지지된 추부재(15d)에는, 연직 방향 상향으로 가해지는 관성력과 바이어스 스프링(15e)의 탄성력이 작용하여, 연직 방향 상향으로 들어 올려지고, 이에 의해 유로 부재(15c)가 회전된다. 유로 부재(15c)의 회전에 의해, 배출 유로(R8)가 폐쇄되고, 상부 유압실(R6) 내의 작동유가, 상부 유압실(R6)로부터 배출되지 않게 된다. 따라서, 피스톤 로드(6)가 관성력에 의해 연직 방향 상방향으로 들어 올려져도, 상부 유압실(R6) 내의 작동유가 댐퍼로서 작용함으로써, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 큰 힘으로 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
피스톤 로드(6)가 반동 등으로 연직 방향 하향(덮개 부재(7c)로부터 떨어지는 방향)으로 이동을 개시하면, 추부재(15d)는, 자중에 의해, 연직 방향 하향으로 이동하고, 유로 부재(15c)가 회전되어, 배출 유로(R8)가 개방된다.
또한, 엔진(1)의 회전수가 변화할 때에도, 추부재(15d)에 관성력이 작용하여, 추부재(15d)가 연직 방향 상향으로 약간 들어 올려진다. 이에 의해, 유로 부재(15c)가 약간 회전하여, 유로 부재(15c)의 입구 및 출구가 좁아짐으로써, 배출 유로(R8)의 유량을 감소시킬 수 있다.
이러한 본 실시형태에 의하면, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 가까워지는 방향으로 이동되었을 때에, 스로틀 밸브 장치(15b)가 작동하여, 상부 유압실(R6) 내에 작동유를 저류한 상태를 유지할 수 있다. 상부 유압실(R6) 내에 저류된 작동유가 댐퍼로서 작용함으로써, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 큰 힘으로 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 스로틀 밸브 장치(15b)는, 유로 부재(15c)를 피스톤 로드(6)와 함께 이동하는 추부재(15d)에 의해 회전시킴으로써, 배출 유로(R8)의 개방, 폐쇄를 전환하고 있다. 이에 의해, 기계적으로 스로틀 밸브 장치(15b)를 개폐할 수 있어, 복잡한 센싱 등을 행하지 않고, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 큰 힘으로 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 추부재(15d)는, 바이어스 스프링(15e)에 의해 연직 방향 상향(밸브 개방 방향)으로 바이어스되어 있다. 이에 의해, 한 번 스로틀 밸브 장치(15b)가 폐쇄된 후에, 피스톤 로드(6)의 이동과 함께 원활하게 유로 부재(15c)를 회전시켜 개방시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 유압실(R3)에 공급되는 작동유의 일부가 공급 유로(R7)를 통해 상부 유압실(R6)에 공급된다. 이에 의해, 상부 유압실(R6)을 마련하기 위한 새로운 유압 계통을 마련할 필요가 없어, 구성을 단순하게 할 수 있다.
[제2 실시형태]
이어서, 본 개시에서의 엔진 시스템의 제2 실시형태에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 또, 제1 실시형태와 공통되는 구성 부재는 부호를 동일하게 하고, 설명을 생략한다.
본 실시형태의 엔진 시스템(100)에서는, 상부 유압실 유압 기구(15), 공급 유로(R7) 및 배출 유로(R8)가 마련되어 있지 않다. 본 실시형태의 엔진 시스템(100)에서는, 크로스 헤드(107)에, 고정 볼트(107d) 및 코일 스프링(107e)이 마련되어 있다.
크로스 헤드(107)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 크로스 헤드 핀(107a)(유체실 형성 부재)과, 가이드 슈(7b)와, 덮개 부재(107c)(규제 부재)와, 복수의 고정 볼트(107d)(고정 부재)와, 코일 스프링(107e)(흡수 부재)을 가지고 있다. 크로스 헤드 핀(107a)은, 피스톤 로드(6)와 연접봉(9)을 이동 가능하게 연결하는 원기둥형상 부재이다. 크로스 헤드 핀(107a)에서의 피스톤 로드(6)의 단부가 삽입되는 삽입 공간과, 피스톤 로드(6)의 플랜지(대직경부)에 의해, 작동유(작동 유체)의 공급 및 배출이 행해지는 유압실(R3)(유체실, 제1 유체실)이 형성된다. 크로스 헤드 핀(107a)의 중심보다 하측에는, 크로스 헤드 핀(107a)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(107a)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(107a)을 지지한다. 가이드 슈(7b)는, 크로스 헤드 핀(107a)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(107a)은, 피스톤(4)의 스트로크 방향을 따르는 직선 방향으로의 이동 이외의 이동이 규제된다. 덮개 부재(107c)는, 크로스 헤드 핀(107a)의 상부에 고정되고, 피스톤 로드(6)의 단부가 삽입되는 환상 부재이다.
고정 볼트(107d)는, 머리부(107d1)와 축부(107d2)를 가진다. 축부(107d2)가 덮개 부재(107c)에 마련된 볼트 구멍에 삽입됨으로써, 고정 볼트(107d)는, 덮개 부재(107c)를 크로스 헤드 핀(107a)에 대해 고정한다. 또한, 고정 볼트(107d)의 머리부(107d1)는 덮개 부재(107c)로부터 이간되어 있고, 머리부(107d1)와 덮개 부재(107c)의 사이에 코일 스프링(107e)(흡수 부재)이 삽입되어 있다. 코일 스프링(107e)은, 고정 볼트(107d)의 머리부(107d1)에 의해, 덮개 부재(107c)에서의 크로스 헤드 핀(107a)과 접촉하지 않는 면(상면)에 고정되고, 덮개 부재(107c)를 크로스 헤드 핀(107a)을 향하여(하방향을 향하여) 바이어스시키고 있다. 크로스 헤드(107)는, 피스톤(4)의 직선 운동을 연접봉(9)으로 전달하고 있다.
도 4에 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(107), 유압부(8), 제어부(300)는, 본 실시형태에서의 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, 선박의 발전기의 전력에 의해 구동되고, 연소실(R1)에 액체 연료가 공급되기 전에 가동하는 것이 가능하다. 요동관(8b)은, 공급 펌프(8a)와 각 기통의 플런저 펌프(8c)를 접속한다. 요동관(8b)은, 크로스 헤드 핀(107a)에 따라 이동하는 플런저 펌프(8c)와, 고정된 공급 펌프(8a)의 사이에서 요동 가능하게 되어 있다.
플런저 펌프(8c)는, 크로스 헤드 핀(107a)에 고정되어 있다. 플런저 펌프(8c)는, 봉상의 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 도시하지 않은 구동부와 접속됨으로써, 실린더(8c2) 내를 슬라이딩하여, 작동유를 승압하여 유압실(R3)로 공급한다. 또한, 실린더(8c2)의 단부에 마련된 작동유의 토출측의 개구에는 제1 체크 밸브(8d)가 마련되고, 실린더(8c2)의 측둘레면에 마련된 흡입측의 개구에는 제2 체크 밸브(8e)가 마련되어 있다. 플런저 구동부(8c3)는, 플런저(8c1)에 접속되고, 제어부(300)로부터의 지시에 기초하여 플런저(8c1)를 왕복동시킨다.
제1 체크 밸브(8d)는, 실린더(8c2)의 내측을 향하여 밸브체가 바이어스됨으로써 폐쇄되는 구조가 되어, 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 밸브 개방된다. 제2 체크 밸브(8e)는, 실린더(8c2)의 외측을 향하여 바이어스되어 있어, 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 밸브 개방된다. 또, 제1 체크 밸브(8d)의 개방 압력은 제2 체크 밸브(8e)의 개방 압력보다 높고, 미리 설정된 압축비로 운전되는 정상 운전시에서는, 제1 체크 밸브(8d)는, 공급 펌프(8a)로부터 공급되는 작동유의 압력에 의해 개방되는 일은 없다.
릴리프 밸브(8f)는, 크로스 헤드 핀(107a)에 마련된다. 릴리프 밸브(8f)는, 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(107a)과 연결됨과 아울러 크랭크축(11)과 연결되어 있는 장척형 부재이다. 연접봉(9)은, 크로스 헤드 핀(107a)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 장척형의 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 마련되고, 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, 맥동을 억제한 상태로 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 터빈에 의해, 도시하지 않은 구동된 블로어 등에 의해 기관 외부로부터 흡입한 공기를 가압하여 소기 탱크부(12)에 공급한다.
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. 구체적으로는, 제어부(300)는, 통내압 센서로부터의 신호에 기초하여 피스톤 로드(6)의 위치 정보를 취득하고, 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. 나아가 제어부(300)는, 피스톤 로드(6)의 위치 정보에 기초하여, 주유량 및 주유 타이밍을 변경한다.
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. 상술하면, 연소실(R1)에 공급된 기체 연료는, 소기 포트(S)로부터 유입된 공기와 혼합된 후, 피스톤(4)이 상사점 방향을 향하여 이동함으로써 압축되어 온도가 상승하고, 이 때 액체 연료를 착화원으로 하여 소량 분사함으로써 연소한다. 또한, 액체 연료의 경우에는, 연소실(R1)에서 압축된 공기에 분사됨으로써 연소한다.
그리고, 연소실(R1) 내의 연료가 연소함으로써 급격하게 팽창하여, 피스톤(4)에는 하사점 방향을 향한 압력이 가해진다. 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. 나아가 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 들어 올려지고, 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.
피스톤 로드(6)가 고압축비 방향으로 이동될 때에는, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(107c)에 접촉한다. 이 때, 덮개 부재(107c)는, 약간 크로스 헤드 핀(107a)으로부터 들어 올려지는데, 코일 스프링(107e)의 바이어스력에 의해 크로스 헤드 핀(107a) 측으로 되돌아간다. 이에 의해, 덮개 부재(107c)가 피스톤 로드(6)로부터 받는 충돌 에너지는, 코일 스프링(107e)에 의해 흡수되어, 덮개 부재(107c)에 큰 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 피스톤 로드(6)와 코일 스프링(107e)이 접촉하지 않기 때문에, 피스톤 로드(6)가 고압축비 방향으로 이동될 때에, 코일 스프링(107e)에 의해 피스톤 로드(6)의 이동이 방해되는 일이 없다.
[제3 실시형태]
이어서, 상기 제2 실시형태의 변형예를 제3 실시형태로 하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 또, 제2 실시형태와 동일한 구성 부재에 대해서는 부호를 동일하게 하고, 설명을 생략한다.
본 실시형태에서의 엔진(1)에서는, 고정 볼트(107d)에 코일 스프링(107e)이 삽입되지 않고, 덮개 부재(207c)의 피스톤 로드(6)의 플랜지(대직경부)와 접촉하는 면(하면)에 등간격으로 복수 마련된 오목부(207c1)에 복수의 코일 스프링(207e)이 끼워맞춤되어 있다. 즉, 코일 스프링(207e)은, 피스톤 로드(6)의 플랜지(대직경부)와, 덮개 부재(207c)의 사이에 마련되어 있다. 또, 코일 스프링(207e)이 완전히 압축된 상태에서, 덮개 부재(207c)와 플랜지(대직경부)는 접촉하지 않는다.
이러한 본 실시형태에 의하면, 고압축비 방향을 향하여 피스톤 로드(6)가 이동될 때에, 피스톤 로드(6)는, 덮개 부재(207c)와 접촉하기 전에 코일 스프링(207e)과 접촉하여, 코일 스프링(207e)이 탄성 변형됨으로써, 충돌 에너지가 흡수되어, 이동 속도가 저하된다. 이에 의해, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(207c)에 대해 심하게 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
나아가 본 실시형태에서는, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(207c)에 접촉하기 전에 코일 스프링(207e)과 접촉하기 때문에, 보다 효과적으로 덮개 부재(207c)에의 충격을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 덮개 부재(207c)에서의 코일 스프링(207e)이 설치되는 위치에 오목부(207c1)가 형성되어 있고, 코일 스프링(207e)이 오목부(207c1)에 끼워맞춤되어 고정되어 있다. 이에 의해, 코일 스프링(207e)이 소정의 위치로부터 벗어나는 일이 없고, 항상 일정한 위치에서 코일 스프링(207e)과 피스톤 로드(6)가 접촉하여, 효과적으로 충돌 에너지를 흡수할 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 제1 실시형태에서는, 유량 규제부로서, 스로틀 밸브 장치(15b)를 이용하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유량 규제부로서, 도 3에 도시된 스로틀 밸브(16)를 이용해도 된다. 스로틀 밸브(16)는, 유로 부재(16a)와, 유로 부재(16a)에 내설(內設)되는 밸브체(16b)와, 밸브체(16b)를 밸브 개방 방향으로 바이어스시키는 바이어스 스프링(16c)을 가지고 있다. 유로 부재(16a)는, 덮개 부재(7c)에 고정됨과 아울러, 배출 유로(R8)의 일부를 형성하고 있다. 밸브체(16b)는, 유로 부재(16a) 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 마련된다. 밸브체(16b)는, 관성력에 의해 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 가까워지는 방향으로 이동될 때에, 밸브 폐쇄 방향으로 이동된다. 이러한 스로틀 밸브(16)를 이용해도, 상기 실시형태와 마찬가지로, 피스톤 로드(6)가 덮개 부재(7c)에 가까워지는 방향으로 이동될 때에, 유로 부재(16a)를 폐쇄함으로써 상부 유압실(R6) 내의 작동유를 보유하여, 피스톤 로드(6)와 덮개 부재(7c)의 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시형태에서는, 스로틀 밸브 장치(15b)를 이용하였지만, 피스톤 로드(6)의 위치를 검출하는 위치 검출 센서를 마련하고, 배출 유로(R8)에 전자(電磁) 밸브를 마련함으로써, 피스톤 로드(6)의 위치에 기초하여, 전자 밸브의 개방, 폐쇄를 전자 제어로 전환해도 된다.
또한, 상기 제1 실시형태에서는, 유압실(R3)에 공급되는 작동유의 일부를 상부 유압실(R6)에 공급하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 상부 유압실(R6)에는, 다른 계통으로 작동유를 공급해도 된다.
상기 제2, 제3 실시형태에서는, 흡수 부재로서 코일 스프링(107e, 207e)이 마련되었지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 흡수 부재로서 코일 스프링(107e, 207e) 대신에, 고무 등이 마련되어도 된다.
상기 제2 실시형태에서는, 코일 스프링(107e)을 고정 볼트(107d)의 머리부와 덮개 부재(107c)의 사이에 배치하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 코일 스프링(107e)은, 고정 볼트(107d)와 따로 마련된 스프링 고정 부재와, 덮개 부재(107c)의 사이에 마련되어도 된다.
또한, 코일 스프링(107e, 207e)은, 덮개 부재(107c, 207c)에 마련되지 않고, 피스톤 로드(6)의 플랜지(대직경부)에서의 덮개 부재(107c, 207c)와 접촉하는 면에 마련되어도 된다.
또한, 상기 제2, 제3 실시형태에서는, 코일 스프링(107e, 207e)은, 덮개 부재(107c, 207c)에 대해 끼워맞춤 또는 고정 볼트(107d)에 의해 직접 고정되었지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 코일 스프링(107e, 207e)은, 예를 들어, 와셔 등의 다른 부재를 개재하여 간접적으로 덮개 부재(107c, 207c) 또는 피스톤 로드(6)에 고정되어도 된다.
또한, 제1 실시형태의 엔진 시스템(100)에, 제2 실시형태에 기재된 코일 스프링(107e)(흡수 부재)을 조합해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 공급 유로(R7), 배출 유로(R8), 및 상부 유압실 유압 기구(15)와, 고정 볼트(107d) 및 코일 스프링(107e)을, 덮개 부재(7c)의 둘레방향에서 다른 위치에 배치해도 된다. 또한, 공급 유로(R7) 및 배출 유로(R8)를, 크로스 헤드 핀(7a)의 내벽으로부터 외부로 연통하도록 형성해도 된다.
또한, 제1 실시형태의 엔진 시스템(100)에, 제3 실시형태에 기재된 코일 스프링(207e)(흡수 부재)을 조합해도 된다.
<산업상 이용가능성>
본 개시는, 가변 압축 장치 및 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
6 피스톤 로드
7, 107 크로스 헤드
7a, 107a 크로스 헤드 핀(유체실 형성 부재)
7b 가이드 슈
7c, 107c, 207c 덮개 부재(규제 부재)
107d 고정 볼트(고정 부재)
107e, 207e 코일 스프링(흡수 부재)
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
15a 체크 밸브
15b 스로틀 밸브 장치(유량 규제부)
15c 유로 부재
15d 추부재
15e 바이어스 스프링(바이어스 부재)
16 스로틀 밸브(유량 규제부)
16a 유로 부재
16b 밸브체
16c 바이어스 스프링
100 엔진 시스템
200 과급기
300 제어부
H 배기 포트
O 출구 구멍
R1 연소실
R2 소기실
R3 유압실(제1 유체실)
R4 공급 유로
R5 릴리프 유로
R6 상부 유압실(제2 유체실)
R7 공급 유로
R8 배출 유로
S 소기 포트

Claims (9)

  1. 엔진의 연소실에서의 압축비를 변경하는 가변 압축 장치로서,
    피스톤 로드와,
    승압된 작동 유체가 공급됨으로써, 상기 피스톤 로드를 압축비를 높이는 방향으로 이동시키는 제1 유체실과,
    상기 피스톤 로드의 압축비를 높이는 방향으로의 이동을 규제하는 규제 부재와,
    상기 피스톤 로드와 상기 규제 부재의 사이에 마련됨과 아울러 작동 유체가 저류되는 제2 유체실과,
    상기 제2 유체실에 공급되는 작동 유체를 안내하는 공급 유로와,
    상기 제2 유체실로부터 배출되는 작동 유체를 안내하는 배출 유로와,
    상기 배출 유로에 마련됨과 아울러, 상기 피스톤 로드가 상기 규제 부재에 가까워질 때에, 상기 작동 유체의 유통을 규제하는 유량 규제부를 구비하는 가변 압축 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량 규제부는, 상기 피스톤 로드와 함께 이동 가능하게 되는 추(錘)부재와, 상기 추부재의 이동에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 이동되는 밸브체를 갖는 가변 압축 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유량 규제부는, 상기 추부재를 밸브 개방 방향으로 바이어스시키는 바이어스 부재를 갖는 가변 압축 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유체실에는, 상기 제1 유체실에 공급되는 상기 작동 유체의 일부가 공급되는 가변 압축 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유체실의 일부를 형성하는 유체실 형성 부재와,
    상기 규제 부재 또는 상기 피스톤 로드에 고정되고, 상기 규제 부재와 상기 피스톤 로드의 충돌 에너지를 탄성 변형에 의해 흡수하는 흡수 부재를 더 구비하는 가변 압축 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유체실 형성 부재에 대해 상기 규제 부재를 고정하는 고정 부재를 더 구비하고,
    상기 고정 부재는, 상기 규제 부재 및 상기 유체실 형성 부재에 삽입되는 축부와, 상기 축부에 고정됨과 아울러 상기 규제 부재와 이간하여 배치되는 머리부를 가지며,
    상기 흡수 부재는, 상기 규제 부재와 상기 머리부의 사이에 마련되는 가변 압축 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 흡수 부재는, 상기 규제 부재와 상기 피스톤 로드의 사이에 마련되는 가변 압축 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 규제 부재는, 상기 흡수 부재가 끼워맞춤되는 오목부를 갖는 가변 압축 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 가변 압축 장치를 갖는 엔진 시스템.
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