WO2016182004A1 - 油圧発生装置およびクロスヘッド型エンジン - Google Patents

油圧発生装置およびクロスヘッド型エンジン Download PDF

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WO2016182004A1
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main body
hydraulic
crosshead
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山田　剛
義幸 梅本
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株式会社Ihi
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    • F16C5/00—Crossheads; Constructions of connecting-rod heads or piston-rod connections rigid with crossheads
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines

Definitions

  • the present disclosure relates to a hydraulic generator for a crosshead engine in which a crosshead is fixed to a piston rod, and a crosshead engine.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-96717 for which it applied to Japan on May 11, 2015, and uses the content here.
  • a crosshead In a crosshead type engine that is widely used in marine engines, a crosshead is provided at an end of a piston rod to which a piston is fixed.
  • the connecting rod connects the crosshead and the crankshaft, and the reciprocating motion of the crosshead is converted into the rotational motion of the crankshaft.
  • the engine of Patent Document 1 is such a crosshead type engine, in which a hydraulic piston is arranged in the crosshead, and the hydraulic piston is operated by hydraulic pressure, so that the position of the top dead center of the piston is changed and compressed.
  • the ratio is variable.
  • the present disclosure provides a hydraulic generator for a crosshead engine that does not require installation of a new hydraulic pump, or enables a newly installed hydraulic pump to have a small output, and a crosshead. It aims to provide a type engine.
  • a hydraulic pressure generator for a crosshead type engine includes a first end of a piston rod to which a piston is fixed, and a connecting rod connected to a crankshaft.
  • This is a hydraulic generator for a crosshead engine in which the second end is connected via a crosshead and the crosshead reciprocates in the piston stroke direction, and reciprocates integrally with the piston and crosshead in the piston stroke direction.
  • a pressure boosting chamber that pressurizes oil and discharges it from the discharge port; a distal end is located outside the main body member; a proximal end faces the pressure increasing chamber inside the main body member; and the piston A plunger that slides in a direction that intersects the stroke direction, and is spaced apart from the main body member in the sliding direction of the plunger, the separation distance from the main body member being a first distance, and the plunger toward the boosting chamber side
  • the first pressing portion where the pressing amount becomes the first pressing amount, and the first pressing portion and the position in the stroke direction are different, and the separation distance from the main body member is a second distance smaller than the first distance, In the process of moving the plunger from the first pressing portion to the second pressing portion, the second pressing portion having a second pressing amount that is larger than the first pressing amount.
  • a crosshead engine of the present disclosure includes the above-described hydraulic pressure generator.
  • the engine it is possible to selectively execute any one of a gas operation mode in which fuel gas that is gaseous fuel is mainly burned and a diesel operation mode in which fuel oil that is liquid fuel is burned.
  • a so-called dual fuel type engine will be described. Further, a description will be given of a case where the engine completes one cycle in two strokes (two-cycle engine, two-stroke engine) and is a uniflow scavenging type in which gas flows in one direction inside the cylinder.
  • the type of engine is not limited to the dual fuel type, the two-cycle type, and the uniflow scavenging type, and may be a crosshead type engine.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of a uniflow scavenging two-cycle engine 100 (crosshead engine).
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 of the present embodiment is used for, for example, ships.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 includes a cylinder 110, a piston 112, a crosshead 114, a connecting rod 116, a crankshaft 118, an exhaust port 120, an exhaust valve 122, and a scavenging port 124.
  • the scavenging reservoir 126, the cooler 128, the scavenging chamber 130, and the combustion chamber 132 are configured.
  • the piston 112 has an upper end fixed to the piston rod 112a.
  • the lower end (first end) of the piston rod 112 a is connected to a cross head pin 114a in the cross head 114, and the cross head 114 reciprocates together with the piston 112.
  • the cross head 114 is restricted from moving in the direction perpendicular to the stroke direction of the piston 112 (left and right direction in FIG. 1) by the cross head shoe 114b.
  • the cross head pin 114 a is inserted through a hole provided at the upper end (second end) of the connecting rod 116 and supports the second end of the connecting rod 116.
  • the lower end of the connecting rod 116 is connected to the crankshaft 118 so that the crankshaft 118 rotates with respect to the connecting rod 116.
  • the first end of the piston rod 112a to which the piston 112 is fixed and the second end of the connecting rod 116 connected to the crankshaft 118 are connected via the cross head 114, and the cross head 114 is connected to the stroke of the piston 112. Move back and forth in the direction.
  • the exhaust port 120 is an opening provided in the cylinder head 110 a above the top dead center of the piston 112, and is opened and closed to exhaust the exhaust gas after combustion generated in the cylinder 110.
  • the exhaust valve 122 is moved up and down at a predetermined timing by an unillustrated exhaust valve driving device to open and close the exhaust port 120.
  • the exhaust gas exhausted through the exhaust port 120 in this way is supplied to the turbine side of the supercharger C through the exhaust pipe 120a and then exhausted to the outside.
  • the scavenging port 124 is a hole penetrating from the inner peripheral surface on the lower end side of the cylinder 110 (the inner peripheral surface of the cylinder liner 110 b) to the outer peripheral surface, and a plurality of scavenging ports 124 are provided over the entire periphery of the cylinder 110.
  • the scavenging port 124 sucks the active gas into the cylinder 110 according to the sliding motion of the piston 112.
  • This active gas contains an oxidizing agent such as oxygen and ozone, or a mixture thereof (for example, air).
  • the scavenging reservoir 126 is filled with active gas (for example, air) pressurized by the compressor of the supercharger C, and the active gas is cooled by the cooler 128.
  • active gas for example, air
  • the cooled active gas is pressed into a scavenging chamber 130 formed in the cylinder jacket 110c.
  • the active gas is sucked into the cylinder 110 from the scavenging port 124 due to the differential pressure between the scavenging chamber 130 and the cylinder 110.
  • the cylinder head 110a is provided with a liquid fuel injection valve 134.
  • a liquid fuel injection valve 134 In the gas operation mode, an appropriate amount of fuel oil is injected from the liquid fuel injection valve 134 at a desired point in the engine cycle.
  • the fuel oil is vaporized by the heat of the combustion chamber 132 surrounded by the cylinder head 110a, the cylinder liner 110b, and the piston 112, and is spontaneously ignited and burns in a short time, so that the temperature of the combustion chamber 132 is extremely reduced. Make it high.
  • a gas fuel injection valve (not shown) is provided in the vicinity of the scavenging port 124 or in a portion of the cylinder 110 from the scavenging port 124 to the combustion chamber 132, and is injected from the gaseous fuel injection valve and flows into the cylinder 110.
  • the fuel gas is reliably burned at a desired timing by being heated by the combustion heat of the fuel oil.
  • the piston 112 reciprocates mainly by the expansion pressure due to the combustion of fuel gas.
  • the fuel gas is generated, for example, by gasifying LNG (liquefied natural gas).
  • LNG liquefied natural gas
  • the fuel gas is not limited to LNG, and for example, LPG (liquefied petroleum gas), light oil, heavy oil, etc. can be gasified and applied.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 selectively executes one of the gas operation mode and the diesel operation mode.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is provided with a variable mechanism.
  • the variable mechanism will be described in detail.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams for explaining a connecting portion between the piston rod 112a and the cross head pin 114a.
  • FIG. 2A shows an enlarged view in which a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 1 is extracted, and
  • FIG. 2A shows a cross section taken along line II (b) -II (b) in FIG. 2A.
  • the first end of the piston rod 112a is inserted into the crosshead pin 114a.
  • the cross head pin 114a is formed with a connection hole 160 extending perpendicularly to the axial direction of the cross head pin 114a (the left-right direction in FIG. 2B).
  • the connection hole 160 is a hydraulic chamber, and the first end of the piston rod 112a is inserted into the hydraulic chamber.
  • the first end of the piston rod 112a is inserted into the connection hole 160, whereby the cross head pin 114a and the piston rod 112a are connected.
  • the piston rod 112a has a large-diameter portion 162a in which the outer diameter of the piston rod 112a is larger than that of the first end side, and is positioned on the first end side of the large-diameter portion 162a.
  • a small-diameter portion 162b having a smaller outer diameter is formed.
  • the connecting hole 160 is continuous to the connecting rod 116 side with respect to the large-diameter hole 164a located on the piston 112 side in the connecting hole 160 and the large-diameter hole 164a, and has an inner diameter smaller than that of the large-diameter hole 164a. And a small-diameter hole 164b.
  • the small diameter portion 162b of the piston rod 112a can be inserted into the small diameter hole portion 164b of the connection hole 160, and the large diameter portion 162a of the piston rod 112a is set to a size that can be inserted into the large diameter hole portion 164a of the connection hole 160.
  • the inner peripheral surface of the small-diameter hole portion 164b, the first seal member O 1 constituted by O-ring is described.
  • a fixed lid 166 having an outer diameter larger than that of the connection hole 160 is fixed to the upper end (second end) side of the piston rod 112a from the large diameter portion 162a of the piston rod 112a.
  • the fixed lid 166 is an annular member, and the piston rod 112a is inserted from above.
  • the inner peripheral surface of the fixed cover 166 of the piston rod 112a is inserted, the second sealing member O 2 is arranged constituted by an O-ring.
  • a recess 114c that is recessed in the radial direction of the crosshead pin 114a is formed on the outer peripheral surface of the crosshead pin 114a, and a fixed lid 166 is fitted inside the recess 114c.
  • a first hydraulic chamber 168a (hydraulic chamber) and a second hydraulic chamber 168b (hydraulic chamber) are formed inside the cross head pin 114a at the connecting portion between the piston rod 112a and the cross head pin 114a.
  • the first hydraulic chamber 168a includes a step surface due to a difference in outer diameter between the large diameter portion 162a and the small diameter portion 162b, an inner peripheral surface of the large diameter hole portion 164a, and a step due to a difference in inner diameter between the large diameter hole portion 164a and the small diameter hole portion 164b. Surrounded by a face.
  • the second hydraulic chamber 168b is surrounded by the end surface on the upper end side of the piston rod 112a, the inner peripheral surface of the large diameter hole 164a, and the rotation lid 166 in the large diameter portion 162a. That is, the large diameter portion 162a of the piston rod 112a divides the large diameter hole portion 164a into the first end side of the piston rod 112a and the second end side of the connecting rod 116. Then, the first hydraulic chamber 168a is formed by the large-diameter hole 164a defined below the large-diameter portion 162a with the large-diameter portion 162a as a boundary, and the large-diameter portion 164a defined above the large-diameter portion 162a. A second hydraulic chamber 168b is formed by the diameter hole portion 164a.
  • a supply oil passage 170a and a drain oil passage 170b communicate with the first hydraulic chamber 168a.
  • the supply oil passage 170a has an upper end (second end) that opens to a stepped surface due to an inner diameter difference between the large-diameter hole 164a and the small-diameter hole 164b, and a lower end (first end) that communicates with a later-described hydraulic pressure generator.
  • the oil drainage path 170b communicates with a solenoid valve (not shown), and an upper end (second end) opens to a stepped surface due to a difference in inner diameter between the large diameter hole 164a and the small diameter hole 164b.
  • An auxiliary oil passage 170c that opens to the wall surface of the fixed lid 166 communicates with the second hydraulic chamber 168b.
  • the auxiliary oil passage 170c passes through the inside of the cross head pin 114a via a contact portion between the fixed lid 166 and the cross head pin 114a, and communicates with a hydraulic pump (not shown).
  • FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining changes in the relative positions of the piston rod 112a and the crosshead pin 114a.
  • FIG. 3A shows a state in which the piston rod 112a has entered the connection hole 160 shallowly
  • FIG. A state in which the piston rod 112a has entered the connection hole 160 deeply is shown.
  • the first hydraulic chamber 168a has a variable length in the stroke direction of the piston 112.
  • the inertial force of the piston rod 112a may be large, and the piston rod 112a may move too much to the piston 112 side.
  • the hydraulic pressure from the hydraulic pump is applied to the second hydraulic chamber 168b via the auxiliary oil passage 170c to suppress such movement of the piston rod 112a. Yes.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is used at a relatively low rotational speed, the inertial force of the piston rod 112a is small, and even if the hydraulic pressure supplied to the second hydraulic chamber 168b is low, the top dead center position can be obtained. Deviation can be suppressed.
  • the piston rod 112a is provided with a flow path hole 172 that extends radially inward from the outer peripheral surface of the piston rod 112a.
  • the cross head pin 114a is provided with a through hole 174 that penetrates from the outer peripheral surface side of the cross head pin 114a to the connection hole 160.
  • the through hole 174 communicates with the hydraulic pump described above.
  • the flow path hole 172 and the through hole 174 are opposed to each other in the radial direction of the piston rod 112a, and the flow path hole 172 and the through hole 174 communicate with each other.
  • the end of the flow path hole 172 on the outer peripheral surface side is formed wider than the other part of the flow path hole 172 in the stroke direction of the piston 112 (vertical direction in FIGS. 3A and 3B). As shown in FIGS. 3A and 3B, even if the relative positions of the piston rod 112a and the cross head pin 114a change, the communication state of the flow path hole 172 and the through hole 174 is maintained.
  • a third seal member O 3 composed of an O-ring is formed so that the end on the outer peripheral surface side of the flow path hole 172 is sandwiched from above and below along the axial direction of the piston rod 112a. 4 the sealing member O 4 is disposed (see FIG. 2A and B).
  • the large-diameter portion 162a has a smaller area facing the inner peripheral surface of the large-diameter hole 164a by the amount corresponding to the flow path hole 172, and is easily inclined with respect to the large-diameter hole 164a.
  • the small-diameter portion 162b is guided by the small-diameter hole portion 164b, so that the inclination of the piston rod 112a with respect to the stroke direction is suppressed.
  • a cooling oil passage 176 that extends in the stroke direction of the piston 112 and through which cooling oil for cooling the piston 112 and the piston rod 112a flows is formed inside the piston rod 112a.
  • a cooling pipe 178 is arranged inside the cooling oil path 176, and the cooling oil path 176 is divided by the cooling pipe 178 into a forward path 176a on the radially outer side of the piston rod 112a and an inner return path 176b.
  • the flow path hole 172 opens in the forward path 176 a of the cooling oil path 176.
  • the cooling oil supplied from the hydraulic pump flows into the forward path 176 a of the cooling oil path 176 through the through hole 174 and the flow path hole 172.
  • the forward path 176a and the return path 176b communicate with each other inside the piston 112, and the cooling oil that has flowed through the forward path 176a returns to the small diameter portion 162b side through the return path 176b when reaching the inner wall of the piston 112.
  • the piston 112 is cooled by the cooling oil coming into contact with the inner wall of the cooling oil passage 176 and the inner wall of the piston 112.
  • the cross head pin 114 a is formed with an outlet hole 180 extending in the axial direction of the cross head pin 114 a, and the small diameter hole portion 164 b communicates with the outlet hole 180.
  • the cooling oil that has flowed into the small-diameter hole 164b from the cooling oil passage 176 is discharged out of the crosshead pin 114 ⁇ a through the outlet hole 180, and circulates to the tank.
  • the hydraulic oil supplied to the first hydraulic chamber 168a and the second hydraulic chamber 168b and the cooling oil supplied to the cooling oil passage 176 are both circulated to the same tank and boosted by the same hydraulic pump. For this reason, it is possible to perform the supply of hydraulic oil for applying hydraulic pressure and the supply of cooling oil for cooling with a single hydraulic pump, thereby reducing the cost.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the arrangement of the hydraulic pressure generator 200.
  • the hydraulic pressure generator 200 includes a main body member 202 and a pair of plunger pressing members 204 a and 204 b.
  • the main body member 202 is fixed to one end surface 114d of the cross head pin 114a.
  • the main body member 202 reciprocates integrally with the piston 112 and the cross head 114 in the stroke direction of the piston 112.
  • the position of the cross head pin 114a in the axial direction is located on the front side in FIG. 4 with respect to the connecting rod 116, and is fixed to the frame 206, respectively.
  • the main body member 202 and the plunger pressing members 204a and 204b are arranged so that the axial positions of the cross head pins 114a overlap each other.
  • the body member 202 reciprocates together with the piston 112 and the cross head 114, the body member 202 passes between the pair of plunger pressing members 204a and 204b.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating the main body member 202, and a schematic cross-sectional view of the main body member 202 is shown.
  • the main body member 202 is formed with a through-hole 208 that penetrates in the left-right direction in FIGS. 5A and 5B, and a pair of plungers 210a and 210b are inserted through the through-hole 208. .
  • Each of the plungers 210a and 210b has a plunger main body 212 and a roller 214.
  • the plunger body 212 is inserted into the through hole 208 and has a tip protruding from the through hole 208.
  • the rollers 214 are provided at the tip of the plunger body 212 protruding from the through hole 208, respectively. 5A and 5B, the roller 214 is rotatable with the direction perpendicular to the paper surface as the rotation axis direction.
  • the tips of the plungers 210 a and 210 b are located outside the main body member 202.
  • the base ends of the plungers 210 a and 210 b are located inside the through hole 208 of the main body member 202.
  • the base end portions 212 a of the plunger main body 212 of the plungers 210 a and 210 b are spaced apart from each other, and the pressure increasing chamber 216 is formed by the base end portion 212 a of the plunger main body 212 and the inner wall of the through hole 208.
  • the base end portions 212 a of the plunger main bodies 212 of the plungers 210 a and 210 b face the pressurizing chamber 216 inside the main body member 202.
  • the plungers 210 a and 210 b slide in the through hole 208.
  • the stroke direction of the piston 112 is the vertical direction
  • the plungers 210a and 210b slide in a direction intersecting the stroke direction of the piston 112 (here, a direction perpendicular to the stroke direction of the piston 112). To do.
  • the pair of plungers 210a and 210b are provided so as to be spaced apart from each other in the sliding direction across the boosting chamber 216, and in the boosting chamber 216, the pair of plungers 210a and 210b are separated from each other.
  • An elastic member 218 for applying a biasing force is provided. Both ends of the elastic member 218 are fixed to base end portions 212a of the plunger main bodies 212 of the plungers 210a and 210b, respectively.
  • the introduction port 220 is provided on the upper side of the main body member 202, and the discharge port 222 is provided on the lower side.
  • the introduction port 220 is connected to a hydraulic oil supply source, for example, a hydraulic oil tank, and the hydraulic oil is guided from the hydraulic oil tank.
  • the discharge port 222 communicates with the first hydraulic chamber 168a via the above-described supply oil passage 170a.
  • the main body member 202 is provided with a first communication passage 228 that communicates from the introduction port 220 to the pressure increasing chamber 216.
  • the first communication passage 228 is formed with a taper 228a having a smaller inner diameter toward the introduction port 220, and a first check valve 224 is provided closer to the pressure increasing chamber 216 than the taper 228a.
  • the first check valve 224 includes a spherical valve body 224a and an elastic spring 224b, and the valve body 224a is biased upward in FIGS. 5A and 5B by the elastic spring 224b.
  • the valve body 224a comes into contact with the taper 228a in the first communication passage 228 and causes the first communication passage 228 to enter. close.
  • the first check valve 224 suppresses the flow of hydraulic oil from the pressure increasing chamber 216 to the introduction port 220.
  • the main body member 202 is provided with a second communication passage 230 that communicates from the pressure increasing chamber 216 to the discharge port 222.
  • the second communication passage 230 is formed with a taper 230a whose inner diameter increases toward the discharge port 222, and a second check valve 226 is provided closer to the discharge port 222 than the taper 230a.
  • the second check valve 226 includes a spherical valve body 226a and an elastic spring 226b, and the valve body 226a is biased upward in FIGS. 5A and 5B by the elastic spring 226b.
  • the valve body 226 a contacts the taper 230 a in the second communication path 230 and closes the second communication path 230. In this way, the second check valve 226 suppresses the flow of hydraulic oil from the discharge port 222 to the pressure increasing chamber 216.
  • FIG. 6A to 6C are diagrams for explaining the operation of the hydraulic pressure generator 200.
  • FIG. 6A to 6C show a state in which the main body member 202 is moved to the plunger pressing members 204a and 204b side along the stroke direction of the piston 112, compared to the state shown in FIG.
  • each of the plunger pressing members 204a and 204b has a first inclined surface 232 (an inclined surface) and a second inclined surface 234 (an inclined surface).
  • the first inclined surface 232 is inclined in the direction in which the facing distance between the plunger pressing members 204a and 204b becomes narrower toward the lower side in the stroke direction (lower side in FIG. 6A).
  • the 2nd inclined surface 234 inclines in the direction where the opposing space
  • the first pressing portion 236 is the upper end portion of the first inclined surface 232 of the plunger pressing members 204a and 204b in FIG. 6A, and the sliding direction of the plungers 210a and 210b (the left-right direction in FIGS. 6A to 6C). ) Is separated from the main body member 202.
  • the distance in the left-right direction between the first pressing portion 236 and the main body member 202 is defined as a first distance La.
  • the pushing amount of the plungers 210a and 210b toward the boosting chamber 216 is set to a first pushing amount (here, 0).
  • the 2nd press part 238 is a site
  • the second pressing portion 238 is the second distance Lb in which the horizontal distance from the main body member 202 is smaller than the first distance La, and the facing distance between the plunger pressing members 204a and 204b is the smallest. It is a part.
  • the pressing amount of the plungers 210a and 210b toward the boosting chamber 216 becomes a second pressing amount larger than the first pressing amount.
  • the roller 214 is pressed by the plunger pressing members 204a and 204b while sliding on the first inclined surface 232, and the plungers 210a and 210b are moved to the first position.
  • the pressure is pushed into the pressurizing chamber 216 by the amount pushed by two.
  • the plunger pressing members 204a and 204b push the plungers 210a and 210b toward the pressure increasing chamber 216 in the process in which the plungers 210a and 210b move from the first pressing portion 236 to the second pressing portion 238.
  • the pressurizing chamber 216 pressurizes the hydraulic oil guided from the introduction port 220 to the main body member 202 and discharges it from the discharge port 222.
  • the hydraulic oil discharged from the discharge port 222 flows into the first hydraulic chamber 168a through the supply oil passage 170a, and the relative positions of the piston rod 112a and the cross head pin 114a change.
  • the second inclined surface 234 is also the second inclined surface 234 when the main body member 202 moved downward from the second pressing portion 238 moves upward in FIG. 6A in the stroke direction. It operates in the same manner as the one inclined surface 232. That is, in FIG. 6A, the lower end portion of the second inclined surface 234 serves as the first pressing portion 240, and the plunger pressing members 204 a and 204 b have the plungers 210 a and 210 b that are separated from the first pressing portion 240. In the process of moving to the second pressing portion 238, the plungers 210a and 210b are pushed into the pressure increasing chamber 216 side.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining the control of the hydraulic pressure generator 200.
  • a swing mechanism 242 is provided on the plunger pressing member 204a side.
  • the swing mechanism 242 includes a support portion 242a and an actuator 242b.
  • the support portion 242a pivotally supports the lower end side in FIG. 7A of the plunger pressing member 204a.
  • the plunger pressing member 204a can swing to the position shown in FIG. 7B with the fulcrum pivotally supported by the support portion 242a as the rotation axis center. Further, the support portion 242a biases the plunger pressing member 204a in the direction of rotating counterclockwise.
  • the actuator 242b is, for example, a hydraulic type, and a roller 242c is provided at the tip. Then, the actuator 242b receives a pressing force by hydraulic pressure, and the tip portion moves in the left-right direction in FIG. 7A. The roller 242c comes into contact with the plunger pressing member 204a from the left side in FIG. 7A and presses the plunger pressing member 204a in the clockwise rotation direction.
  • the plunger pressing members 204a and 204b are in the pressure increasing position where the pressure of the hydraulic oil in the pressure increasing chamber 216 can be increased.
  • the actuator 242b is activated and the roller 242c moves to the left as shown in FIG. 7B
  • the plunger pressing member 204a swings following the roller 242c by the urging force from the support portion 242a, and the plunger pressing member
  • the separation distance between the second pressing portion 238 of 204a and the second pressing portion 238 of the plunger pressing member 204b is increased.
  • the plunger pressing member 204a reduces the volume of the boosting chamber 216 shown in FIG. 7A, and boosts the hydraulic oil in the boosting chamber 216 shown in FIG. 7B from the boosting position where the hydraulic fluid can be boosted. Move to the retreat position where it becomes impossible. Therefore, the hydraulic pressure generator 200 can switch ON / OFF of hydraulic pressure generation with a simple configuration. When the hydraulic pressure is unnecessary, by setting the plunger pressing member 204a to the retracted position, it is possible to suppress fuel consumption without applying unnecessary resistance to the piston 112.
  • produce can be adjusted by controlling the plunger press member 204a to the arbitrary positions from the pressure
  • the hydraulic pressure can be generated by the hydraulic pressure generator 200, it is not necessary to install a new hydraulic pump for generating the hydraulic pressure in the crosshead engine. Alternatively, even if a hydraulic pump is installed, the installed hydraulic pump has a small output, and the hydraulic pressure generator 200 can boost the hydraulic oil to a high pressure by the power of the piston 112.
  • the roller 214 contacts the plunger pressing members 204a and 204b from the direction intersecting the stroke direction of the piston 112. To do. Therefore, the impact at the time of contact is small, and it is possible to suppress the shock wave generated in the hydraulic oil. Further, the plunger pressing members 204a and 204b can be arranged at any position in the movement range along the stroke direction of the main body member 202, and the degree of freedom of installation is high.
  • the hydraulic pressure generating device 200 generates the hydraulic pressure for changing the relative positions of the piston rod 112a and the cross head pin 114a has been described.
  • the hydraulic pressure generated by the hydraulic pressure generating device 200 is not limited to this. You may use for the use.
  • the main body member 202 is provided on the cross head 114 .
  • the main body member 202 moves integrally with the piston 112 in the stroke direction of the piston 112
  • the main body member is attached to a member other than the cross head 114. 202 may be provided.
  • the main body member 202 is provided on the cross head 114, it can be easily arranged without interfering with other members.
  • both the 1st inclined surface 232 and the 2nd inclined surface 234 are essential. Absent. However, by providing the first inclined surface 232 and the second inclined surface 234, the hydraulic pressure can be gradually increased. In addition, only one of the first inclined surface 232 and the second inclined surface 234 may be provided, but by providing both the first inclined surface 232 and the second inclined surface 234, 2 may be provided during one stroke. The hydraulic pressure can be increased, allowing for quick pressure increase.
  • first inclined surface 232 and the second inclined surface 234 are illustrated as linear shapes, the first inclined surface 232 and the second inclined surface 234 are curved surfaces calculated so that the hydraulic pressure increase rate due to movement of the main body member 202 in the stroke direction does not change abruptly. There may be.
  • the plunger pressing members 204a and 204b are operated from the boosting position to the retracted position.
  • the plunger pressing members 204a and 204b are not operated, for example, the operation discharged from the discharge port 222.
  • a switching valve or the like may be provided in the oil passage of oil to switch ON / OFF of pressure increase.
  • the plungers 210a and 210b have been described as being provided with a pair of the pressure increasing chamber 216 spaced apart from each other in the sliding direction. However, only one of the plungers 210a and 210b is provided. Also good. However, when both the plungers 210a and 210b are provided, the elastic member 218 is provided in the pressure increasing chamber 216, and the plunger pressing members 204a and 204b are provided for the pair of plungers 210a and 210b, the following effects are obtained.
  • the desired pressure increase performance is exhibited as long as the distance between the plunger pressing members 204a and 204b is not shifted. can do. That is, by providing a pair of plungers 210a and 210b, strict management of dimensions is not required, and design work and assembly work can be simplified.
  • first check valve 224 and the second check valve 226 are provided in the main body member 202 .
  • first check valve 224 and the second check valve 226 are provided.
  • an electromagnetic valve or the like may be provided.
  • the flow of the hydraulic oil is controlled with a simple configuration and high accuracy, and the hydraulic pressure in the boost chamber 216 is increased. It becomes possible to do.
  • the present disclosure can be used for a crosshead type engine hydraulic pressure generator in which a crosshead is fixed to a piston rod, and a crosshead type engine.

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Abstract

クロスヘッド型エンジンの油圧発生装置（２００）は、先端が本体部材の外方に位置し、基端が本体部材（２０２）の内部で昇圧室（２１６）に面し、ピストンのストローク方向に交差する方向に摺動するプランジャ（２１０ａ、２１０ｂ）と、プランジャの摺動方向に本体部材から離隔して配され、本体部材との離隔距離が第１の距離（Ｌａ）であって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第１押し込み量となる第１押圧部（２３６、２４０）と、本体部材との離隔距離が第２の距離（Ｌｂ）であって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第１押し込み量よりも大きい第２押し込み量となる第２押圧部（２３８）と、を有し、プランジャが第１押圧部から第２押圧部へ移動する過程で、プランジャを昇圧室側へ押し込むプランジャ押圧部材（２０４ａ、２０４ｂ）と、を備える。

Description

油圧発生装置およびクロスヘッド型エンジン
　本開示は、ピストンロッドにクロスヘッドが固定されたクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置、および、クロスヘッド型エンジンに関する。
　本願は、２０１５年５月１１日に日本に出願された特願２０１５－９６７１７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
舶用エンジンに多く採用されているクロスヘッド型エンジンでは、ピストンが固定されるピストンロッドの端部にクロスヘッドが設けられている。連接棒（コネクティングロッド）は、クロスヘッドとクランクシャフトを連結しており、クロスヘッドの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される。
特許文献１のエンジンは、このようなクロスヘッド型エンジンであって、クロスヘッド内に油圧ピストンが配され、油圧ピストンが油圧によって作動することで、ピストンの上死点の位置を変化させて圧縮比を可変としている。
日本国特開２０１４－０２０３７５号公報
上述した特許文献１に記載のようなクロスヘッド型エンジンに油圧機構を設ける場合、油圧を昇圧するための油圧ポンプを設ける必要がある。また、油圧機構の用途によっては、高圧を生じさせることが可能な、出力の大きな油圧ポンプが必要となる場合がある。
本開示は、このような課題に鑑み、新たな油圧ポンプの設置が不要、または、新たに設置する油圧ポンプを小出力とすることが可能なクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置、および、クロスヘッド型エンジンを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本開示の第一の態様に係るクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置は、ピストンが固定されるピストンロッドの第１端、および、クランクシャフトに連結される連接棒の第２端がクロスヘッドを介して接続され、クロスヘッドがピストンのストローク方向に往復移動するクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置であって、ピストンのストローク方向に、ピストンおよびクロスヘッドと一体に往復移動する本体部材と、本体部材に形成され、作動油の供給源に接続される導入ポート、および、作動油の供給先に接続される吐出ポートに連通し、導入ポートから本体部材に導かれた作動油を昇圧して吐出ポートから吐出する昇圧室と、先端が本体部材の外方に位置し、基端が本体部材の内部で昇圧室に面し、ピストンのストローク方向に交差する方向に摺動するプランジャと、プランジャの摺動方向に本体部材から離隔して配され、本体部材との離隔距離が第１の距離であって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第１押し込み量となる第１押圧部と、第１押圧部とストローク方向の位置を異にし、本体部材との離隔距離が第１の距離よりも小さい第２の距離であって、昇圧室側へのプランジャの押し込み量が第１押し込み量よりも大きい第２押し込み量となる第２押圧部と、を有し、プランジャが第１押圧部から第２押圧部へ移動する過程で、プランジャを昇圧室側へ押し込むプランジャ押圧部材と、を備える。
また、上記課題を解決するために、本開示のクロスヘッド型エンジンは、上記の油圧発生装置を備える。
本開示によれば、クロスヘッド型エンジンに、油圧発生のための新たな油圧ポンプの設置が不要、または、新たに設置する油圧ポンプを小出力とすることが可能となる。
ユニフロー掃気式２サイクルエンジンの全体構成を説明する図である。 ピストンロッドとクロスヘッドピンとの連結部分を説明する図である。 ピストンロッドとクロスヘッドピンとの連結部分を説明する図である。 ピストンロッドとクロスヘッドピンの相対的な位置の変化を説明する図である。 ピストンロッドとクロスヘッドピンの相対的な位置の変化を説明する図である。 油圧発生装置の配置を説明する図である。 本体部材を説明する図である。 本体部材を説明する図である。 油圧発生装置の作用を説明する図である。 油圧発生装置の作用を説明する図である。 油圧発生装置の作用を説明する図である。 油圧発生装置の制御を説明する図である。 油圧発生装置の制御を説明する図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、開示の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
以下の実施形態では、気体燃料である燃料ガスを主に燃焼させるガス運転モードと、液体燃料である燃料油を燃焼させるディーゼル運転モードのいずれかの運転モードを選択的に実行することができる、所謂デュアルフューエル型のエンジンについて説明する。また、２行程で１サイクルを完結するエンジン（２サイクルエンジン、２ストロークエンジン）であって、シリンダ内部をガスが一方向に流れるユニフロー掃気式である場合について説明する。しかし、エンジンの種類は、デュアルフューエル型、２サイクル型、ユニフロー掃気式に限られず、クロスヘッド型のエンジンであればよい。
図１は、ユニフロー掃気式２サイクルンジン１００（クロスヘッド型エンジン）の全体構成を説明する図である。本実施形態のユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、例えば、船舶等に用いられる。具体的に、ユニフロー掃気式２サイクルンジン１００は、シリンダ１１０と、ピストン１１２と、クロスヘッド１１４と、連接棒１１６と、クランクシャフト１１８と、排気ポート１２０と、排気弁１２２と、掃気ポート１２４と、掃気溜１２６と、冷却器１２８と、掃気室１３０と、燃焼室１３２とを含んで構成される。
ユニフロー掃気式２サイクルンジン１００では、ピストン１１２の上昇行程および下降行程の２行程の間に、排気、吸気、圧縮、燃焼、膨張が行われて、ピストン１１２がシリンダ１１０内を往復移動する。ピストン１１２には、ピストンロッド１１２ａの上端が固定されている。また、ピストンロッド１１２ ａの下端（第１端）には、クロスヘッド１１４におけるクロスヘッドピン１１４ａが連結されており、クロスヘッド１１４は、ピストン１１２とともに往復移動する。クロスヘッド１１４はクロスヘッドシュー１１４ｂによって、ピストン１１２のストローク方向に垂直な方向（図１中、左右方向）の移動が規制されている。
クロスヘッドピン１１４ａは、連接棒１１６の上端（第２端）に設けられた孔に挿通されており、連接棒１１６の第２端を支持している。また、連接棒１１６の下端は、クランクシャフト１１８に連結され、連接棒１１６に対してクランクシャフト１１８が回転する構造となっている。その結果、ピストン１１２の往復移動に伴いクロスヘッド１１４が往復移動すると、その往復移動に連動して、クランクシャフト１１８が回転する。
すなわち、ピストン１１２が固定されるピストンロッド１１２ａの第１端、および、クランクシャフト１１８に連結される連接棒１１６の第２端がクロスヘッド１１４を介して接続され、クロスヘッド１１４がピストン１１２のストローク方向に往復移動する。
排気ポート１２０は、ピストン１１２の上死点より上方のシリンダヘッド１１０ａに設けられた開口部であり、シリンダ１１０内で生じた燃焼後の排ガスを排気するために開閉される。排気弁１２２は、不図示の排気弁駆動装置によって所定のタイミングで上下に移動され、排気ポート１２０を開閉する。このようにして排気ポート１２０を介して排気された排ガスは、排気管１２０ａを介して過給機Ｃのタービン側に供給された後、外部に排気される。
掃気ポート１２４は、シリンダ１１０の下端側の内周面（シリンダライナ１１０ｂの内周面）から外周面まで貫通する孔であり、シリンダ１１０の全周囲に亘って、複数設けられている。そして、掃気ポート１２４は、ピストン１１２の摺動動作に応じてシリンダ１１０内に活性ガスを吸入する。この活性ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気（例えば空気）を含む。
掃気溜１２６には、過給機Ｃのコンプレッサによって加圧された活性ガス（例えば空気）が封入されており、冷却器１２８によって活性ガスが冷却されている。冷却された活性ガスはシリンダジャケット１１０ｃ内に形成された掃気室１３０に圧入される。そして、掃気室１３０とシリンダ１１０内の差圧により、掃気ポート１２４からシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。
また、シリンダヘッド１１０ａには、液体燃料噴射弁１３４が設けられる。ガス運転モードにおいては、エンジンサイクルにおける所望の時点で適量の燃料油が液体燃料噴射弁１３４から噴射される。この燃料油は、シリンダヘッド１１０ａと、シリンダライナ１１０ｂと、ピストン１１２とに囲まれた燃焼室１３２の熱で気化するとともに自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室１３２の温度を極めて高くする。掃気ポート１２４近傍、または、シリンダ１１０のうち、掃気ポート１２４から燃焼室１３２までの部位に不図示の気体燃料噴射弁が設けられており、気体燃料噴射弁から噴射されてシリンダ１１０内に流入した燃料ガスは、燃料油の燃焼熱によって昇温されることで、所望のタイミングで確実に燃焼する。ピストン１１２は、主に燃料ガスの燃焼による膨張圧によって往復移動する。
ここで、燃料ガスは、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化して生成される。また、燃料ガスには、ＬＮＧに限らず、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油等をガス化して適用することもできる。
一方、ディーゼル運転モードにおいては、気体燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射が停止されるとともに、ガス運転モードにおける燃料油の噴射量よりも多量の燃料油がパイロット噴射弁から噴射される。ピストン１１２は、燃料ガスではなく、燃料油の燃焼による膨張圧によって往復移動する。
このように、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、ガス運転モードとディーゼル運転モードのいずれかの運転モードを選択的に実行する。そして、それぞれの選択モードに応じてピストン１１２の圧縮比を可変とするため、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００には、可変機構が設けられている。以下、可変機構について詳述する。
図２ＡおよびＢは、ピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａとの連結部分を説明する図であり、図２Ａには、図１の一点鎖線で囲まれた部分を抽出した拡大図を示し、図２Ｂ には、図２Ａ のＩＩ（ｂ）－ＩＩ（ｂ）線に沿った断面を示す。
図２ＡおよびＢに示すように、クロスヘッドピン１１４ａには、ピストンロッド１１２ａの第１端が挿入される。具体的に、クロスヘッドピン１１４ａには、クロスヘッドピン１１４ａの軸方向（図２Ｂ中、左右方向）に垂直に延びる連結穴１６０が形成されている。この連結穴１６０は油圧室となっており、この油圧室に、ピストンロッド１１２ａの第１端が挿入されている。このように、連結穴１６０にピストンロッド１１２ａの第１端が挿入されることで、クロスヘッドピン１１４ａと、ピストンロッド１１２ａが連結される。
より詳細に説明すると、ピストンロッド１１２ａには、ピストンロッド１１２ａの外径が第１端側よりも大きい大径部１６２ａと、大径部１６２ａよりも第１端側に位置し、大径部１６２ａよりも外径が小さい小径部１６２ｂが形成されている。
そして、連結穴１６０は、連結穴１６０におけるピストン１１２側に位置する大径穴部１６４ａと、大径穴部１６４ａに対して連接棒１１６側に連続し、大径穴部１６４ａよりも内径が小さい小径穴部１６４ｂとを有している。
ピストンロッド１１２ａの小径部１６２ｂは、連結穴１６０の小径穴部１６４ｂに挿入可能であって、ピストンロッド１１２ａの大径部１６２ａは、連結穴１６０の大径穴部１６４ａに挿入可能なサイズに設定されている。小径穴部１６４ｂの内周面には、Ｏリングで構成される第１シール部材Ｏ１ が記される。
ピストンロッド１１２ａの大径部１６２ａよりピストンロッド１１２ａの上端（第２端）側には、連結穴１６０よりも外径が大きい固定蓋１６６が固定されている。固定蓋１６６は環状部材であって、ピストンロッド１１２ａが上方から挿通されている。ピストンロッド１１２ａが挿通される固定蓋１６６の内周面には、Ｏリングで構成される第２シール部材Ｏ２が配される。
クロスヘッドピン１１４ａの外周面には、クロスヘッドピン１１４ａの径方向に窪んだ窪み１１４ｃが形成されており、この窪み１１４ｃの内部に固定蓋１６６が嵌合する。
また、ピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａとの連結部分における、クロスヘッドピン１１４ａの内部には、第１油圧室１６８ａ（油圧室）および第２油圧室１６８ｂ（油圧室）が形成されている。
第１油圧室１６８ａは、大径部１６２ａと小径部１６２ｂの外径差による段差面と、大径穴部１６４ａの内周面と、大径穴部１６４ａと小径穴部１６４ｂの内径差による段差面によって囲まれる。
第２油圧室１６８ｂは、大径部１６２ａのうち、ピストンロッド１１２ａの上端側の端面と、大径穴部１６４ａの内周面と、回定蓋１６６によって囲まれる。つまり、ピストンロッド１１２ａの大径部１６２ａによって、大径穴部１６４ａが、ピストンロッド１１２ａの第１端側と、連接棒１１６の第２端側とに区画される。そして、大径部１６２ａを境にして、大径部１６２ａよりも下側に区画された大径穴部１６４ａによって第１油圧室１６８ａが形成され、大径部１６２ａよりも上側に区画された大径穴部１６４ａによって第２油圧室１６８ｂが形成されている。
第１油圧室１６８ａには、供給油路１７０ａおよび排油路１７０ｂが連通している。供給油路１７０ａは、上端（第２端）が大径穴部１６４ａと小径穴部１６４ｂの内径差による段差面に開口し、下端（第１端）が後述する油圧発生装置に連通している。排油路１７０ｂは、不図示の電磁弁に連通し、かつ上端（第２端）が大径穴部１６４ａと小径穴部１６４ｂの内径差による段差面に開口している。
第２油圧室１６８ｂには、固定蓋１６６の壁面に開口する補助油路１７０ｃが連通している。補助油路１７０ｃは、固定蓋１６６とクロスヘッドピン１１４ａとの当接部分を介してクロスヘッドピン１１４ａの内部を通り、不図示の油圧ポンプに連通している。
図３ＡおよびＢは、ピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａの相対的な位置の変化を説明する図であり、図３Ａは、ピストンロッド１１２ａが連結穴１６０に浅く進入した状態を示し、図３Ｂは、ピストンロッド１１２ａが連結穴１６０に深く進入した状態を示す。
第１油圧室１６８ａは、ピストン１１２のストローク方向の長さが可変となっており、第１油圧室１６８ａに作動油を供給した状態で第１油圧室１６８ａを密閉すると、図３Ａの状態を維持可能となっている。
そして、不図示の電磁弁が開口すると、ピストン１１２の往復移動によるピストンロッド１１２ａおよびクロスヘッドピン１１４ａからの圧縮荷重によって、作動油が第１油圧室１６８ａから排油路１７０ｂを通って電磁弁側に排出される。その結果、図３Ｂに示すように、ピストン１１２のストローク方向に沿った第１油圧室１６８ａの長さが短くなる。一方、第２油圧室１６８ｂでは、ピストン１１２のストローク方向に沿った長さが長くなる。
第１油圧室１６８ａおよび第２油圧室１６８ｂのピストン１１２のストローク方向に沿った長さが変更された分、ピストンロッド１１２ａがクロスヘッドピン１１４ａの連結穴１６０（油圧室）に進入する進入位置（進入深さ）が変化する。このように、ピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａの相対的な位置を変化させることで、ピストン１１２の上死点および下死点の位置が可変となる。
ところで、図３Ｂに示す状態でピストン１１２が上死点に到達したとき、クロスヘッドピン１１４ａは連接棒１１６によってピストン１１２のストローク方向の位置が固定されている。一方、ピストンロッド１１２ａは、クロスヘッドピン１１４ａに連結されているものの、第２油圧室１６８ｂの分だけ、ピストン１１２のストローク方向に遊びが生じている。
そのため、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の回転数によってはピストンロッド１１２ａの慣性力が大きく、ピストンロッド１１２ａがピストン１１２側に移動しすぎてしまう可能性がある。このように上死点位置のずれが生じないように、第２油圧室１６８ｂには、補助油路１７０ｃを介して油圧ポンプからの油圧を作用させ、このようなピストンロッド１１２ａの移動を抑えている。
また、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、比較的低速の回転数で用いられるため、ピストンロッド１１２ａの慣性力が小さく、第２油圧室１６８ｂに供給する油圧が低くても、上死点位置のずれを抑えることができる。
また、ピストンロッド１１２ａには、ピストンロッド１１２ａの外周面から径方向内側に向かう流路穴１７２が設けられている。また、クロスヘッドピン１１４ａには、クロスヘッドピン１１４ａの外周面側から連結穴１６０まで貫通する貫通孔１７４が設けられている。貫通孔１７４は、上述の油圧ポンプと連通している。
また、流路穴１７２と貫通孔１７４は、ピストンロッド１１２ａの径方向に対向しており、流路穴１７２と貫通孔１７４が連通している。流路穴１７２の外周面側の端部は、流路穴１７２の他の部位よりも、ピストン１１２のストローク方向（図３ＡおよびＢ中、上下方向）の流路幅が広く形成されており、図３ＡおよびＢに示すように、ピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａの相対的な位置が変っても、流路穴１７２と貫通孔１７４の連通状態が維持される。
ピストンロッド１１２ａの外周面には、流路穴１７２の外周面側の端部をピストンロッド１１２ａの軸方向に沿って上下から挟むように、Ｏリングで構成される第３シール部材Ｏ３、第４シール部材Ｏ４が配される（図２ＡおよびＢ参照）。
大径部１６２ａは、流路穴１７２の分だけ、大径穴部１６４ａの内周面に対向する面積が小さくなり、大径穴部１６４ａに対して傾き易くなる。これに対し、小径部１６２ｂが小径穴部１６４ｂにガイドされることで、ピストンロッド１１２ａの上記ストローク方向に対する傾きが抑えられている。
そして、ピストンロッド１１２ａの内部には、ピストン１１２のストローク方向に延び、ピストン１１２およびピストンロッド１１２ａを冷却する冷却油が流通する冷却油路１７６が形成されている。冷却油路１７６の内部には冷却管１７８が配されており、冷却油路１７６は、冷却管１７８によってピストンロッド１１２ａの径方向外側の往路１７６ａと内側の復路１７６ｂに分けられている。流路穴１７２は、冷却油路１７６のうちの往路１７６ａに開口している。
油圧ポンプから供給された冷却油は、貫通孔１７４、流路穴１７２を介して冷却油路１７６の往路１７６ａに流入する。往路１７６ａと復路１７６ｂは、ピストン１１２の内部で連通しており、往路１７６ａを流れた冷却油は、ピストン１１２の内壁に到達すると復路１７６ｂを通って、小径部１６２ｂ側に戻る。冷却油路１７６の内壁およびピストン１１２の内壁に冷却油が接触することで、ピストン１１２が冷却される。
また、クロスヘッドピン１１４ａには、クロスヘッドピン１１４ａの軸方向に延びる出口孔１８０が形成されており、小径穴部１６４ｂは、出口孔１８０に連通している。ピストン１１２を冷却した後に、冷却油路１７６から小径穴部１６４ｂに流入した冷却油は、出口孔１８０を通って、クロスヘッドピン１１４ ａ外に排出され、タンクに環流する。
第１油圧室１６８ａおよび第２油圧室１６８ｂに供給される作動油と、冷却油路１７６に供給される冷却油は、いずれも同じタンクに環流して同じ油圧ポンプで昇圧される。そのため、油圧を作用させる作動油の供給と、冷却用の冷却油の供給を、１つの油圧ポンプで遂行でき、コストを低減することが可能となる。
続いて、供給油路１７０ａの下端（第１端）に連通し、供給油路１７０ａを介して第１油圧室１６８ａに作動油を圧入する油圧発生装置について詳述する。
図４は、油圧発生装置２００の配置を説明する図である。図４に示すように、油圧発生装置２００は、本体部材２０２と一対のプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂとを有している。本体部材２０２は、クロスヘッドピン１１４ａの一方の端面１１４ｄに固定されている。そして、本体部材２０２は、ピストン１１２のストローク方向に、ピストン１１２およびクロスヘッド１１４と一体に往復移動する。
プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂは、それぞれ、クロスヘッドピン１１４ａの軸方向の位置が、連接棒１１６よりも、図４中、手前側に位置しており、それぞれ、架構２０６に固定されている。また、本体部材２０２とプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂとは、クロスヘッドピン１１４ａの軸方向の位置が重なり合うように配置されている。そして、本体部材２０２は、ピストン１１２およびクロスヘッド１１４と共に往復移動するとき、一対のプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの間を通過する。
図５ＡおよびＢは、本体部材２０２を説明する図であり、本体部材２０２の概略断面図を示す。図５ＡおよびＢに示すように、本体部材２０２には、図５ＡおよびＢ中、左右方向に貫通する貫通孔２０８が形成されており、貫通孔２０８に一対のプランジャ２１０ａ、２１０ｂが挿通されている。
プランジャ２１０ａ、２１０ｂは、それぞれ、プランジャ本体２１２と、ローラ２１４とを有する。プランジャ本体２１２は、貫通孔２０８に挿通されるとともに先端部が貫通孔２０８から突出しており、ローラ２１４は、プランジャ本体２１２のうちの貫通孔２０８から突出した先端部にそれぞれ設けられる。ローラ２１４は、図５ＡおよびＢ中、紙面に垂直な方向を回転軸方向として回転自在となっている。
すなわち、プランジャ２１０ａ、２１０ｂの先端（ローラ２１４のうちプランジャ本体２１２と反対側の端部２１４ａ） は、本体部材２０２の外方に位置する。また、プランジャ２１０ａ、２１０ｂの基端（プランジャ本体２１２のうちローラ２１４と反対側の端部２１２ａ） は、本体部材２０２の貫通孔２０８の内部に位置している。
また、プランジャ２１０ａ、２１０ｂのプランジャ本体２１２の基端部２１２ａは互いに離隔しており、これらプランジャ本体２１２の基端部２１２ａおよび、貫通孔２０８の内壁によって昇圧室２１６が形成されている。
すなわち、プランジャ２１０ａ、２１０ｂのプランジャ本体２１２の基端部２１２ａ（プランジャ２１０ａ、２１０ｂの基端）は、本体部材２０２の内部で昇圧室２１６に面している。そして、プランジャ２１０ａ、２１０ｂは、貫通孔２０８内を摺動する。図５ＡおよびＢ中、ピストン１１２のストローク方向は、上下方向であって、プランジャ２１０ａ、２１０ｂは、ピストン１１２のストローク方向に交差する方向（ここでは、ピストン１１２のストローク方向に対する垂直方向）に摺動する。
このように、昇圧室２１６を挟んで摺動方向に互いに離隔して１対のプランジャ２１０ａ、２１０ｂが設けられており、昇圧室２１６には、１対のプランジャ２１０ａ 、２１０ｂを互いに離隔する方向に付勢力を作用させる弾性部材２１８が設けられる。弾性部材２１８の両端は、プランジャ２１０ａ、２１０ｂのプランジャ本体２１２の基端部２１２ａにそれぞれ固定されている。
本体部材２０２のうち、図５ＡおよびＢ中、上側には導入ポート２２０が設けられ、下側には吐出ポート２２２が設けられている。導入ポート２２０は、作動油の供給源、例えば作動油タンクに接続されており、作動油タンクから作動油が導かれる。吐出ポート２２２は、上述した供給油路１７０ａを介して第１油圧室１６８ａに連通している。
また、本体部材２０２には、導入ポート２２０から昇圧室２１６まで連通する第１連通路２２８が設けられている。第１連通路２２８は、導入ポート２２０側ほど内径が小さくなるテーパ２２８ａが形成され、テーパ２２８ａよりも昇圧室２１６側には、第１逆止弁２２４が設けられている。具体的に、第１逆止弁２２４は、球状の弁体２２４ａと弾性バネ２２４ｂを有し、弁体２２４ａが弾性バネ２２４ｂによって図５ＡおよびＢ中、上側に付勢されている。導入ポート２２０から昇圧室２１６側に作動油が流れるとき、図５Ａに示すように、弁体２２４ａは作動油の流れに押されて第１連通路２２８を開き、導入ポート２２０から昇圧室２１６への作動油の流れを許容する。
一方、昇圧室２１６の油圧が高まり、昇圧室２１６から導入ポート２２０側に作動油が流れようとしても、弁体２２４ａが第１連通路２２８内のテーパ２２８ａに当接して第１連通路２２８を閉じる。こうして、第１逆止弁２２４は、昇圧室２１６から導入ポート２２０への作動油の流れを抑止する。
また、本体部材２０２には、昇圧室２１６から吐出ポート２２２まで連通する第２連通路２３０が設けられている。第２連通路２３０は、吐出ポート２２２側ほど内径が大きくなるテーパ２３０ａが形成され、テーパ２３０ａよりも吐出ポート２２２側には、第２逆止弁２２６が設けられている。具体的に、第２逆止弁２２６は、球状の弁体２２６ａと弾性バネ２２６ｂを有し、弁体２２６ａが弾性バネ２２６ｂによって図５ＡおよびＢ中、上側に付勢されている。昇圧室２１６の油圧が高まり、昇圧室２１６から吐出ポート２２２側に作動油が流れるとき、図５Ｂに示すように、弁体２２６ａは作動油の流れに押されて第２連通路２３０を開き、昇圧室２１６から吐出ポート２２２への作動油の流れを許容する。
一方、吐出ポート２２２から昇圧室２１６側に作動油が流れようとしても、弁体２２６ａが第２連通路２３０内のテーパ２３０ａに当接して第２連通路２３０を閉じる。こうして、第２逆止弁２２６は、吐出ポート２２２から昇圧室２１６への作動油の流れを抑止する。
図６Ａ～Ｃは、油圧発生装置２００の作用を説明する図である。図６Ａ～Ｃでは、図４に示す状態よりも、本体部材２０２がプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂ側に、ピストン１１２のストローク方向に沿って移動した状態を示す。
図６Ａに示すように、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂは、それぞれ、第１傾斜面２３２（傾斜面）と第２傾斜面２３４（傾斜面）を有する。第１傾斜面２３２は、上記ストローク方向の下側（図６Ａ中、下側）ほど、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの対向間隔が狭くなる方向に傾斜する。また、第２傾斜面２３４は、上記ストローク方向の下側ほど、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの対向間隔が広くなる方向に傾斜する。
第１押圧部２３６は、プランジャ押圧部材２０４ａ，２０４ｂの第１傾斜面２３２のうち、図６Ａ中、上側の端部であり、プランジャ２１０ａ、２１０ｂの摺動方向（図６Ａ～Ｃ中、左右方向）に本体部材２０２から離隔して配されている。第１押圧部２３６と本体部材２０２との上記左右方向の離隔距離を、第１の距離Ｌａとする。そして、昇圧室２１６側へのプランジャ２１０ａ、２１０ｂの押し込み量を第１押し込み量（ここでは、０）とする。
すなわち、本体部材２０２が上記ストローク方向に図６Ａ～Ｃ中、下側に向かつて移動し、図６Ａに示すように、ローラ２１４が第１押圧部２３６に対向したとき、ローラ２１４は、第１押圧部２３６から離隔しており、プランジャ２１０ａ、２１０ｂは、第１押圧部２３６により押し込まれない。そして、本体部材２０２が図６Ｂの位置まで移動すると、ローラ２１４がプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂに当接する。
第２押圧部２３８は、第１押圧部２３６と上記ストローク方向の位置を異にする部位であって、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの第１傾斜面２３２のうち、図６Ａ中、下側の端部である。すなわち、第２押圧部２３８は、本体部材２０２との上記左右方向の離隔距離が第１の距離Ｌａよりも小さい第２の距離Ｌｂであり、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの対向間隔が最も小さくなる部位である。この第２押圧部２３８では、昇圧室２１６側へのプランジャ２１０ａ、２１０ｂの押し込み量が第１押し込み量よりも大きい第２押し込み量となる。
すなわち、本体部材２０２が図６Ｂの位置から図６Ｃの位置まで移動する間に、ローラ２１４が第１傾斜面２３２を摺動しながらプランジャ押圧部材２０４ａ，２０４ｂに押圧され、プランジャ２１０ａ、２１０ｂが第２押し込み量分、昇圧室２１６側に押し込まれる。
このように、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂは、プランジャ２１０ａ、２１０ｂが第１押圧部２３６から第２押圧部２３８へ移動する過程で、プランジャ２１０ａ、２１０ｂを昇圧室２１６側へ押し込む。
その結果、昇圧室２１６は、導入ポート２２０から本体部材２０２に導かれた作動油を昇圧して吐出ポート２２２から吐出する。吐出ポート２２２から吐出された作動油は、供給油路１７０ａを介して第１油圧室１６８ａに流入し、ピストロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａの相対的な位置が変化する。
ここでは、本体部材２０２が上記ストローク方向に、図６Ａ中、下側に向かって移動する場合について説明した。重複説明を避けるため詳細は割愛するが、第２押圧部２３８より下方に移動した本体部材２０２が上記ストローク方向に、図６Ａ中、上側に向かって移動する場合も、第２傾斜面２３４が第１傾斜面２３２と同様に作用する。すなわち、第２傾斜面２３４のうち、図６Ａ中、下側の端部が第１押圧部２４０となっており、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂは、プランジャ２１０ａ、２１０ｂが第１押圧部２４０から第２押圧部２３８へ移動する過程で、プランジャ２１０ａ、２１０ｂを昇圧室２１６側へ押し込む。
図７ＡおよびＢは、油圧発生装置２００の制御を説明する図である。図７ＡおよびＢに示すように、プランジャ押圧部材２０４ａ側には、揺動機構２４２が設けられている。揺動機構２４２は、支持部２４２ａと、アクチュエータ２４２ｂで構成される。
支持部２４２ａは、プランジャ押圧部材２０４ａのうち、図７Ａ中、下端側を軸支する。プランジャ押圧部材２０４ａは、支持部２４２ａで軸支された支点を回転軸中心として、図７Ｂに示す位置まで揺動可能となっている。また、支持部２４２ａは、プランジャ押圧部材２０４ａを、反時計回りに回転する方向に付勢している。
アクチュエータ２４２ｂは、例えば、油圧式であって、先端部にローラ２４２ｃが設けられている。そして、アクチュエータ２４２ｂは、油圧による押圧力を受けて、先端部が、図７Ａ中、左右方向に移動する。ローラ２４２ｃは、プランジャ押圧部材２０４ａに図７Ａ中、左側から当接して、プランジャ押圧部材２０４ａを時計回りに回転する方向に押圧する。
図７Ａに示す配置では、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂは、昇圧室２１６における作動油の昇圧が可能となる昇圧位置となっている。そして、アクチュエータ２４２ｂが作動し、図７Ｂに示すように、ローラ２４２ｃが左側に移動すると、プランジャ押圧部材２０４ａが支持部２４２ａからの付勢力によって、ローラ２４２ｃに追従して揺動し、プランジャ押圧部材２０４ａの第２押圧部２３８と、プランジャ押圧部材２０４ｂの第２押圧部２３８の離隔距離が大きくなる。
その結果、プランジャ２１０ａ、２１０ｂが第２押圧部２３８に対向する位置まで本体部材２０２が移動したとき、プランジャ２１０ｂは第２押圧部２３８に押圧されて、図７Ｂ中、左側に移動するものの、その分、プランジャ２１０ａが左側に移動することから、昇圧室２１６の容積は変わらず、作動油は昇圧されない。その後、プランジャ押圧部材２０４ａが再び揺動するまで、昇圧室２１６における作動油の昇圧が不可能となる。
このように、プランジャ押圧部材２０４ａは、図７Ａに示す、昇圧室２１６の容積を縮小させ、作動油の昇圧が可能となる昇圧位置から、図７Ｂに示す、昇圧室２１６における作動油の昇圧が不可能となる退避位置まで移動する。そのため、油圧発生装置２００では、簡易な構成で、油圧の発生のＯＮ、ＯＦＦを切換可能となっている。油圧が不要の場合、プランジャ押圧部材２０４ａを退避位置とすることで、ピストン１１２に不要な抵抗を作用させずに燃料の消費を抑制できる。
また、プランジャ押圧部材２０４ａを、図７Ａに示す昇圧位置から図７Ｂに示す退避位置までの任意の位置に制御することで、発生させる油圧の大きさを調整可能となる。
上述したように、油圧発生装置２００によって油圧を発生させることができるため、クロスヘッド型エンジンにおける、油圧発生のための新たな油圧ポンプの設置が不要となる。または、油圧ポンプを設置するとしても、設置する油圧ポンプを小出力とし、油圧発生装置２００が、ピストン１１２の動力で、作動油を高圧まで昇圧可能となる。
また、油圧発生装置２００では、プランジャ２１０ａ、２１０ｂがプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂに押圧され始めるとき、ローラ２１４は、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂに対して、ピストン１１２のストローク方向に交差する方向から接触する。そのため、接触時の衝撃が小さく、作動油に生じる衝撃波を抑制することが可能となる。また、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂは、本体部材２０２の上記ストローク方向に沿った移動範囲の任意の位置に配置でき、設置の自由度が高い。
上述した実施形態では、油圧発生装置２００がピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａの相対的な位置を可変とするための油圧を発生させる場合について説明したが、油圧発生装置２００が発生させた油圧を他の用途に用いてもよい。
また、上述した実施形態では、本体部材２０２がクロスヘッド１１４に設けられている場合について説明したが、ピストン１１２のストローク方向にピストン１１２と一体に移動すれば、クロスヘッド１１４以外の部材に本体部材２０２を設けてもよい。ただし、本体部材２０２をクロスヘッド１１４に設ける場合、他の部材と干渉せずに容易に配置可能となる。
また、上述した実施形態では、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂが第１傾斜面２３２および第２傾斜面２３４を備える場合について説明したが、第１傾斜面２３２および第２傾斜面２３４の双方は必須ではない。ただし、第１傾斜面２３２および第２傾斜面２３４を設けることで、油圧を徐々に上昇させることが可能となる。また、第１傾斜面２３２および第２傾斜面２３４は、いずれか一方のみを設けてもよいが、第１傾斜面２３２および第２傾斜面２３４の双方を設けることで、１ストロークの間に２回油圧を昇圧でき、迅速な昇圧が可能となる。また、第１傾斜面２３２および第２傾斜面２３４は、直線状の形状を図示したが、本体部材２０２のストローク方向の移動による油圧の上昇速度が急激に変化しないように計算された曲面状であってもよい。
また、上述した実施形態では、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂが昇圧位置から退避位置まで作動する場合について説明したが、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂが作動せず、例えば、吐出ポート２２２から吐出された作動油の油路に、切換弁などを設けて、昇圧のＯＮ、ＯＦＦを切り換えてもよい。
また、上述した実施形態では、プランジャ２１０ａ、２１０ｂは、昇圧室２１６を挟んで摺動方向に互いに離隔して１対設けられる場合について説明したが、プランジャ２１０ａ、２１０ｂの一方のみが設けられていてもよい。ただし、プランジャ２１０ａ、２１０ｂの双方を設け、昇圧室２１６に弾性部材２１８を設けるとともに、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂを、１対のプランジャ２１０ａ、２１０ｂそれぞれに対して設けると、以下の効果がある。すなわち、本体部材２０２に対するプランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの配置が、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの対向方向にずれても、プランジャ押圧部材２０４ａ、２０４ｂの間隔がずれなければ、所期の昇圧性能を発揮することができる。つまり、１対のプランジャ２１０ａ、２１０ｂを設けることで、厳密な寸法の管理が要求されなくなり、設計作業や組み付け作業を簡素化することができる。
また、上述した実施形態では、本体部材２０２に第１逆止弁２２４、および、第２逆止弁２２６が設けられている場合について説明したが、第１逆止弁２２４、および、第２逆止弁２２６の代わりに、電磁弁などを設けてもよい。ただし、本体部材２０２に、第１逆止弁２２４、および、第２逆止弁２２６を設けることで、簡易な構成かつ高精度に作動油の流れを制御して、昇圧室２１６の油圧を昇圧することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
本開示は、ピストンロッドにクロスヘッドが固定されたクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置、および、クロスヘッド型エンジンに利用することができる。
１００　ユニフロー掃気式２サイクルンジン（クロスヘッド型エンジン）
１１２　ピストン
１１２ａ　ピストンロッド
１１４　クロスヘッド
２００　油圧発生装置
２０２　本体部材
２０４ａ、２０４ｂ　プランジャ押圧部材
２１０ａ、２１０ｂ　プランジャ
２１２ａ　端部（基端）
２１４ａ　端部（先端）
２１６　昇圧室
２１８　弾性部材
２２０　導入ポート
２２２　吐出ポート
２３２　第１傾斜面（傾斜面）
２３４　第２傾斜面（傾斜面）
２３６、２４０　第１押圧部
２３８　第２押圧部

Claims (7)

  1. ピストンが固定されるピストンロッドの第１端、および、クランクシャフトに連結される連接棒の第２端がクロスヘッドを介して接続され、前記クロスヘッドが前記ピストンのストローク方向に往復移動するクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置であって、
    前記ピストンのストローク方向に、前記ピストンおよび前記クロスヘッドと一体に往復移動する本体部材と、
    前記本体部材に形成され、作動油の供給源に接続される導入ポート、および、作動油の供給先に接続される吐出ポートに連通し、前記導入ポートから前記本体部材に導かれた作動油を昇圧して前記吐出ポートから吐出する昇圧室と、
    先端が前記本体部材の外方に位置し、基端が前記本体部材の内部で前記昇圧室に面し、前記ピストンのストローク方向に交差する方向に摺動するプランジャと、
    前記プランジャの摺動方向に前記本体部材から離隔して配され、前記本体部材との離隔距離が第１の距離であって、前記昇圧室側への前記プランジャの押し込み量が第１押し込み量となる第１押圧部と、前記第１押圧部と前記ストローク方向の位置を異にし、前記本体部材との離隔距離が前記第１の距離よりも小さい第２の距離であって、前記昇圧室側への前記プランジャの押し込み量が前記第１押し込み量よりも大きい第２押し込み量となる第２押圧部と、を有し、前記プランジャが前記第１押圧部から前記第２押圧部へ移動する過程で、前記プランジャを前記昇圧室側へ押し込むプランジャ押圧部材と、
    を備えるクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  2. 前記本体部材が、前記クロスヘッドに設けられている請求項１に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  3. 前記プランジャ押圧部材が、前記プランジャの一端を押し込む曲面状もしくは直線状の傾斜面を備え、前記傾斜面が、前記第１押圧部から前記第２押圧部まで、前記本体部材との離隔距離が漸減するよう構成されている請求項１または２に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  4. 前記プランジャ押圧部材が、前記昇圧室における作動油の昇圧作用が可能となる昇圧位置から、前記昇圧室における作動油の昇圧作用が不可能となる退避位置まで移動する請求項１から３のいずれか１項に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  5. 前記プランジャが、前記昇圧室を挟んで前記摺動方向に互いに離隔して１対設けられ、前記昇圧室には、前記１対のプランジャを互いに離隔する方向に付勢力を作用させる弾性部材が設けられ、
    前記プランジャ押圧部材が、前記１対のプランジャにそれぞれ設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  6. 前記本体部材には、前記導入ポートから前記昇圧室への作動油の流れを許容し、前記昇圧室から前記導入ポートへの作動油の流れを抑止する第１逆止弁、および、前記昇圧室から前記吐出ポートへの作動油の流れを許容し、前記吐出ポートから前記昇圧室への作動油の流れを抑止する第２逆止弁が設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載のクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の油圧発生装置を備えるクロスヘッド型エンジン。
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