WO2019107549A1 - エンジンシステム及び可変圧縮装置の制御方法 - Google Patents

エンジンシステム及び可変圧縮装置の制御方法 Download PDF

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WO2019107549A1
WO2019107549A1 PCT/JP2018/044210 JP2018044210W WO2019107549A1 WO 2019107549 A1 WO2019107549 A1 WO 2019107549A1 JP 2018044210 W JP2018044210 W JP 2018044210W WO 2019107549 A1 WO2019107549 A1 WO 2019107549A1
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piston rod
piston
working fluid
hydraulic
chamber
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PCT/JP2018/044210
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裕 増田
孝行 廣瀬
敬之 山田
中島　勇人
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株式会社Ihi
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    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present disclosure relates to an engine system and a control method of a variable compression device.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2017-230697, filed Nov. 30, 2017, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a large reciprocating piston combustion engine having a crosshead.
  • the large-sized reciprocating piston combustion engine of Patent Document 1 is a dual fuel engine that can be operated with both liquid fuel such as heavy oil and gaseous fuel such as natural gas.
  • the piston rod is moved relative to the crosshead by hydraulic pressure to correspond to both the compression ratio suitable for operation with liquid fuel and the compression ratio suitable for operation with gaseous fuel.
  • An adjustment mechanism for changing the compression ratio is provided in the crosshead portion.
  • An engine system having a compression adjustment device that changes the compression ratio as described above changes the bottom dead center and top dead center position of the piston by changing the position (relative position to the crosshead) in the movement direction of the piston rod And adjust the compression ratio.
  • Such adjustment of the compression ratio is performed by the control system of the engine system based on the operation of the operator or the like.
  • the control device does not know the actual compression ratio, and the compression Control of the working fluid to maintain the ratio may be difficult.
  • the variable compression device the compression ratio may be unintentionally changed.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described problems, and an object of the present disclosure is to maintain a set compression ratio in an engine system having a variable compression device.
  • the engine system of the first aspect of the present disclosure is a fluid in which a piston rod connected to a piston is moved in a direction to increase a compression ratio by being supplied with a boosted working fluid.
  • a variable compression device having a chamber, a pressure raising mechanism for pressurizing the working fluid to supply the fluid chamber, a detection device for outputting a signal including positional information of the piston rod, and the piston rod based on the positional information
  • a controller configured to control the boosting mechanism so as to hold the moving position of
  • the detection device is configured to output a signal provided on a cylinder liner in which the piston is housed and including positional information of the piston. .
  • the detection device has a sensor unit that detects the movement of the detection target fixed to the piston rod without contact.
  • the pressure raising mechanism includes a discharge valve provided in a flow path that communicates the fluid chamber with the outside.
  • a control device is configured to control the pressure raising mechanism and the discharge valve to discharge the working fluid from the fluid chamber while supplying the working fluid to the fluid chamber.
  • a fifth aspect of the present disclosure is a control method of a variable compression device having a fluid chamber in which a piston rod connected to a piston is moved in a direction to increase a compression ratio by supplying a boosted working fluid. Configured to pressurize the working fluid and supply it to the fluid chamber or discharge the working fluid from the fluid chamber so as to hold the moving position of the piston rod based on the positional information of the piston rod. Control the boost mechanism.
  • 1 is a cross-sectional view of an engine system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a part of an engine system according to a first embodiment of the present disclosure. It is a functional block diagram of a control part of an engine system in a 1st embodiment of this indication. It is a flow chart which shows operation of a control part in a 1st embodiment of this indication. It is a perspective view which shows the position detection part of the engine system in 2nd Embodiment of this indication. It is a sectional view showing a position detection part of an engine system in a 3rd embodiment of this indication.
  • the engine 1 is a multi-cylinder uniflow scavenging diesel engine, and can execute a gas operation mode in which a gaseous fuel such as natural gas is burned together with a liquid fuel such as heavy oil, and a diesel operation mode in which a liquid fuel such as heavy oil is burned It is a dual fuel engine. In the gas operation mode, only gaseous fuel may be burned.
  • Such an engine 1 includes a frame 2, a cylinder portion 3, a piston 4, an exhaust valve unit 5, a piston rod 6, a cross head 7, a hydraulic portion 8 (boost mechanism), and a connecting rod 9.
  • a crank angle sensor 10, a crankshaft 11, a scavenging air reservoir 12, an exhaust reservoir 13 and an air cooler 14 are provided. Further, a cylinder is constituted by the cylinder portion 3, the piston 4, the exhaust valve unit 5 and the piston rod 6.
  • the frame 2 is a strength member that supports the entire engine 1, and the crosshead 7, the hydraulic unit 8, and the connecting rod 9 are accommodated.
  • a cross head pin 7a, which will be described later, of the cross head 7 can reciprocate.
  • the cylinder portion 3 has a cylindrical cylinder liner 3a, a cylinder head 3b, and a cylinder jacket 3c.
  • the cylinder liner 3a is a cylindrical member, and the sliding surface with the piston 4 is formed on the inner side (inner peripheral surface).
  • a space surrounded by the inner circumferential surface of the cylinder liner 3a and the piston 4 is a combustion chamber R1.
  • a plurality of scavenging ports S are formed in the lower portion of the cylinder liner 3a.
  • the scavenging port S is an opening arranged along the circumferential surface of the cylinder liner 3a, and communicates the scavenging chamber R2 inside the cylinder jacket 3c with the inside of the cylinder liner 3a.
  • the cylinder head 3 b is a lid member provided at the upper end portion of the cylinder liner 3 a.
  • the cylinder head 3 b is formed with an exhaust port H at a central portion in plan view, and is connected to the exhaust reservoir 13.
  • the cylinder head 3b is provided with an in-cylinder pressure sensor 3d (detection device).
  • the in-cylinder pressure sensor 3 d detects the pressure in the combustion chamber R 1 and transmits the pressure to the control unit 300. If the pressure in the combustion chamber R1 can be detected, the in-cylinder pressure sensor 3d may be provided in the cylinder liner 3a or the like.
  • a fuel injection valve (not shown) is provided in the vicinity of the in-cylinder pressure sensor 3d of the cylinder head 3b.
  • the piston 4 has a substantially cylindrical shape, is connected to a piston rod 6 described later, and is disposed inside the cylinder liner 3a. Further, a piston ring (not shown) is provided on the outer peripheral surface of the piston 4, and the piston ring seals the gap between the piston 4 and the cylinder liner 3 a. The piston 4 slides in the cylinder liner 3a with the piston rod 6 due to the pressure fluctuation in the combustion chamber R1.
  • the piston rod 6 is an elongated member having one end (upper end) connected to the piston 4 and the other end (lower end) connected to the cross head pin 7a.
  • the end (lower end) of the piston rod 6 is inserted into the crosshead pin 7a, and the connecting rod 9 is connected so as to be rotatable.
  • a large diameter portion 6a that protrudes outward in the radial direction is provided on a part of the outer peripheral surface of the end (lower end) on the cross head pin 7a side in the piston rod 6 (see FIG. 2). That is, the outer diameter of the large diameter portion 6 a is larger than the outer diameter of the piston rod 6.
  • the cross head 7 has a cross head pin 7a, a guide shoe 7b, and a lid member 7c.
  • the crosshead pin 7a is a cylindrical member for movably connecting the piston rod 6 and the connecting rod 9, and in the insertion space into which the end (lower end) of the piston rod 6 is inserted, working oil (working fluid)
  • a hydraulic chamber R3 (fluid chamber) in which supply and discharge are performed is formed.
  • the central axis of the cross head pin 7a extends in the direction perpendicular to the vertical direction.
  • an insertion recess is formed which is open upward and in which the large diameter portion 6a is slidably inserted in the vertical direction.
  • the above-described hydraulic pressure chamber R3 is provided between the bottom surface of the insertion recess and the lower surface of the large diameter portion 6a.
  • an outlet hole O penetrating along the axial direction of the crosshead pin 7a is formed below the center.
  • the outlet hole O is an opening through which the cooling oil having passed through a cooling flow passage (not shown) of the piston rod 6 is discharged.
  • a supply flow path R4 connecting the hydraulic pressure chamber R3 and a plunger pump 8c described later, and a relief flow path R5 connecting the hydraulic pressure chamber R3 and a relief valve 8f (discharge valve) described later Flow path) is provided in the crosshead pin 7a.
  • the relief flow passage R5 is a flow passage that communicates the hydraulic pressure chamber R3 with the outside thereof, and the relief flow passage R5 is provided with the relief valve 8f.
  • the hydraulic unit 8 includes a supply pump 8a, a rocking pipe 8b, a plunger pump 8c, and a first check valve 8d and a second check valve 8e connected to the plunger pump 8c. , And a relief valve 8f.
  • the piston rod 6, the cross head 7, the hydraulic unit 8, the control unit 300, and the in-cylinder pressure sensor 3d may function as the variable compression device A in the present disclosure.
  • the variable compression device A may include the piston rod 6, the crosshead 7, the hydraulic unit 8, and the in-cylinder pressure sensor 3d.
  • the plunger pump 8c is fixed to the cross head pin 7a, and includes a rod-like plunger 8c1, a cylindrical cylinder 8c2 slidably accommodating the plunger 8c1, and a plunger driving unit 8c3.
  • the plunger pump 8c slides in the cylinder 8c2 by connecting the plunger 8c1 to a drive unit (not shown), and pressurizes the hydraulic oil and supplies it to the hydraulic chamber R3.
  • a first check valve 8d is provided at the discharge side opening of the hydraulic oil provided at the end, and a second check valve 8e is provided at the suction side opening provided on the side circumferential surface. It is provided.
  • the plunger driving unit 8c3 is connected to the plunger 8c1 and reciprocates the plunger 8c1 based on an instruction from the control unit 300.
  • the first check valve 8d is structured such that the valve body is biased toward the inside of the cylinder 8c2 by a biasing member (not shown) so as to close the valve, and the hydraulic oil supplied to the hydraulic chamber R3 is transmitted to the cylinder 8c2 It prevents the backflow to the back.
  • the first check valve 8d when the pressure of the hydraulic oil in the cylinder 8c2 becomes equal to or greater than the biasing force (opening pressure) of the biasing member of the first check valve 8d, the valve body is pushed by the hydraulic oil. Open the valve.
  • the second check valve 8e is biased toward the outside of the cylinder 8c2 by a biasing member (not shown) to prevent the hydraulic oil supplied to the cylinder 8c2 from flowing back to the supply pump 8a. .
  • the valve body becomes hydraulic fluid. It opens by being pushed.
  • the first check valve 8d has a valve opening pressure higher than that of the second check valve 8e, and is supplied from the supply pump 8a during steady-state operation operated at a preset compression ratio. It does not open due to the pressure of the hydraulic fluid.
  • the relief valve 8f is provided on the cross head pin 7a, and has a main body 8f1 and a relief valve drive 8f2.
  • the main body 8f1 is a valve connected to the hydraulic pressure chamber R3 and a hydraulic oil tank (not shown).
  • the relief valve drive unit 8f2 is connected to the valve body of the main body 8f1 and opens and closes the main body 8f1 based on an instruction from the control unit 300.
  • the relief valve 8f is opened by the relief valve drive unit 8f2, whereby the hydraulic oil stored in the hydraulic pressure chamber R3 is returned to the hydraulic oil tank.
  • the connecting rod 9 is an elongated member connected to the crosshead pin 7 a and connected to the crankshaft 11.
  • the connecting rod 9 converts the linear motion of the piston 4 transmitted to the crosshead pin 7a into rotational motion.
  • the crank angle sensor 10 is a sensor for measuring the crank angle of the crankshaft 11, and transmits a crank pulse signal for calculating the crank angle to the control unit 300.
  • the crankshaft 11 is an elongated member connected to a connecting rod 9 provided in a cylinder, and transmits power to, for example, a screw or the like by being rotated by rotational motion transmitted by the connecting rod 9.
  • the scavenging air reservoir 12 is provided between the cylinder jacket 3c and the supercharger 200, and the air pressurized by the supercharger 200 flows in.
  • an air cooler 14 is provided inside the scavenging air reservoir 12.
  • the exhaust reservoir 13 is a tubular member connected to the exhaust port H of each cylinder and connected to the turbocharger 200. The gas discharged from the exhaust port H is temporarily stored in the exhaust reservoir 13 and is thus supplied to the turbocharger 200 in a state where pulsation is suppressed.
  • the air cooler 14 is a device that cools the air inside the scavenging gas reservoir 12.
  • such a control unit 300 includes a piston rod position acquisition unit 310, a temperature acquisition unit 320, a plunger pump control unit 330, and a relief valve control unit 340.
  • the control unit 300 physically inputs one or more processors, a main storage device such as a random access memory (RAM) and a read only memory (ROM), an auxiliary storage device such as a hard disk drive, and an operation panel.
  • the computer may be configured as a computer including an apparatus, an output device such as a display, and hardware such as a communication module that is a data transmission / reception device.
  • the functions of the piston rod position acquisition unit 310, the temperature acquisition unit 320, the plunger pump control unit 330, and the relief valve control unit 340 are, for example, hardware of the main storage device based on a signal from a temperature sensor (not shown). Operating each hardware under the control of one or more processors and reading and writing data in the main storage device and the auxiliary storage device by reading one or more predetermined computer programs. Is realized by
  • the piston rod position acquisition unit 310 detects the pressure in the combustion chamber R1 based on the input from the in-cylinder pressure sensor 3d (detection device), in the piston 4 sliding direction (height direction, vertical direction) of the piston rod 6. Calculate the position. Then, the piston rod position acquisition unit 310 compares the position of the piston rod 6 based on the set compression ratio with the actual position of the piston rod 6. The temperature acquisition unit 320 acquires the temperature of the hydraulic fluid based on a signal from a temperature sensor (not shown) that measures the temperature of the hydraulic fluid in the hydraulic chamber R3. Then, the temperature acquisition unit 320 compares the preset threshold value with the actual temperature of the hydraulic fluid.
  • the plunger pump control unit 330 calculates the driving time and the discharge amount of the plunger pump 8c based on the position information of the piston rod 6 and the temperature information of the hydraulic oil, and controls the plunger pump 8c.
  • the relief valve control unit 340 calculates the opening time of the relief valve 8 f based on the position information of the piston rod 6 and the temperature information of the hydraulic fluid, and controls the relief valve 8 f.
  • the in-cylinder pressure sensor 3d of the present embodiment can output a signal including position information of the piston rod 6. That is, in the present embodiment, the “signal including the position information of the piston rod 6” is not only a signal indicating the relative position of the piston rod 6 to the cross head pin 7a or the relative position to the hydraulic pressure chamber R3. It may be a signal used to calculate, for example, a signal indicating the pressure in the combustion chamber R1.
  • Such an engine system 100 is a device that causes the piston 4 to slide in the cylinder liner 3 a by igniting and detonating the fuel injected into the combustion chamber R1 from a fuel injection valve (not shown), and rotates the crankshaft 11. is there. More specifically, the fuel supplied to the combustion chamber R1 is mixed with the air flowing in from the scavenging port S, and then compressed by movement of the piston 4 toward the top dead center to raise the temperature, resulting in natural Ignite. In the case of liquid fuel, it is vaporized by temperature rise in the combustion chamber R1 and spontaneously ignited.
  • the fuel in the combustion chamber R1 is rapidly ignited by natural ignition, and the pressure is applied to the piston 4 in the direction of the bottom dead center.
  • the piston 4 moves in the bottom dead center direction
  • the piston rod 6 is moved along with the piston 4, and the crankshaft 11 is rotated via the connecting rod 9.
  • pressurized air flows from the scavenging port S into the combustion chamber R1.
  • the exhaust port H is opened by driving the exhaust valve unit 5, and the exhaust gas in the combustion chamber R1 is pushed out to the exhaust reservoir 13 by the pressurized air.
  • the control unit 300 drives the supply pump 8a to supply hydraulic oil to the plunger pump 8c. Then, the control unit 300 drives the plunger pump 8 c to press the hydraulic oil to a pressure capable of lifting the piston rod 6, and supplies the hydraulic oil to the hydraulic chamber R 3. The end of the piston rod 6 is lifted by the pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic chamber R3, and the top dead center position of the piston 4 is moved upward (exhaust port H side) accordingly.
  • the relief valve 8f is driven by the control unit 300, and the hydraulic pressure chamber R3 and a hydraulic oil tank (not shown) are in communication. Then, the load of the piston rod 6 is applied to the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3, and the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 is pushed out to the hydraulic oil tank via the relief valve 8f. As a result, the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 decreases, and the piston rod 6 is moved downward (toward the crankshaft 11), and the top dead center position of the piston 4 is moved downward accordingly.
  • the control unit 300 causes the temperature acquisition unit 320 to calculate the hydraulic oil temperature based on the input from the temperature sensor (step S1). Then, the control unit 300 causes the temperature acquisition unit 320 to determine whether the calculated hydraulic fluid temperature is equal to or higher than a threshold (step S2). If the temperature acquisition unit 320 determines that the hydraulic fluid temperature is equal to or higher than the threshold value, that is, if the determination in step S2 is YES, the control unit 300 causes the plunger pump control unit 330 and the relief valve control unit 340 to The drive time of 8c and the relief valve 8f is calculated, and the plunger pump 8c and the relief valve 8f are driven (step S3). As a result, in the hydraulic chamber R3, the internal hydraulic oil is discharged and new hydraulic oil is supplied, and the temperature of the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 decreases.
  • step S4 the control unit 300 proceeds to step S4. Then, the control unit 300 causes the piston rod position acquisition unit 310 to calculate the position in the height direction of the piston rod 6 based on the input from the in-cylinder pressure sensor 3d (step S4).
  • the position in the height direction of the piston rod 6 is calculated by the following procedure. Assuming that the in-cylinder pressure when the piston 4 is located at the bottom dead center is P 0 and the in-cylinder pressure when the piston 4 is located at the top dead center is P 1 , the compression ratio ⁇ is expressed by the following equation 1.
  • ⁇ represents a polytropic index.
  • the control unit 300 causes the piston rod position acquisition unit 310 to calculate the compression ratio in the cylinder unit 3 based on the above equation 1 from the electric signal (signal including position information of the piston rod 6) output by the in-cylinder pressure sensor 3d. Further, the control unit 300 causes the piston rod position acquisition unit 310 to calculate the position in the height direction of the piston rod 6 based on the compression ratio.
  • the control unit 300 causes the piston rod position acquisition unit 310 to determine whether the position of the piston rod 6 is lower than the position (set position) based on the preset compression ratio (step S5).
  • the control unit 300 causes the plunger pump control unit 330 to The discharge amount of the pump 8c is increased (step S6).
  • the plunger pump control unit 330 controls the discharge amount of the plunger pump 8c. Decrease (step S7).
  • the piston rod 6 when the control unit 300 acquires the position of the piston rod 6 and the position of the piston rod 6 changes unintentionally due to leakage of hydraulic fluid or the like, the piston rod 6 is set on the setting.
  • the plunger pump 8c can be controlled to return to the position (to maintain the moved position). This makes it possible to prevent an unintended change in compression ratio and maintain the compression ratio.
  • the "moving position of the piston rod 6" in this embodiment refers to the position of the piston rod 6 moved by the hydraulic chamber R3, in other words, the relative position of the piston rod 6 to the cross head pin 7a, or the hydraulic chamber It is the relative position to R3.
  • the control unit 300 controls the relief valve 8f based on temperature information of the hydraulic oil, the hydraulic oil can be discharged from the hydraulic chamber R3 when the hydraulic oil becomes high temperature. .
  • the hydraulic oil can be discharged from the hydraulic chamber R3 when the hydraulic oil becomes high temperature. .
  • the engine system 100 in the present embodiment has a position detection unit 400 (detection device).
  • the position detection unit 400 has a magnetic sensor 410 (sensor unit), a rod unit 420, and a communication unit 430, as shown in FIG.
  • the magnetic sensor 410 is fixed to the lid member 7c, and is a sensor that generates an electric signal (a signal including positional information of the piston rod 6) by a change of a magnetic field accompanying the movement of a rod 421 described later.
  • the rod portion 420 includes a rod 421, a holding portion 422, a biasing spring 423, and a magnetic member 424.
  • the rod 421 is a rod-like member having a flange that holds the biasing spring 423 near the end.
  • the rod 421 is inserted into the through hole formed in the lid member 7c together with the holding portion 422, arranged along the extending direction of the piston rod 6, and the large diameter portion 6a of the end of the piston rod 6 by the biasing spring 423. Is pressed against and fixed.
  • the holding portion 422 is a cylindrical member fixed to the lid 7 c and into which the rod 421 is inserted.
  • the rod 421 is capable of reciprocating within the holding portion 422.
  • the biasing spring 423 is provided between the flange of the rod 421 and the large diameter portion 6 a of the piston rod 6 and biases the rod 421 toward the large diameter portion 6 a of the piston rod 6.
  • the magnetic member 424 is a member in which a plurality of magnets are arranged at equal intervals, and is provided on the circumferential surface of the rod 421 along the extending direction of the rod 421.
  • the communication unit 430 is a telemeter that transmits the electric signal detected by the magnetic sensor 410 to the control unit 300 by wireless communication.
  • the piston rod position acquisition unit 310 calculates the position of the piston rod 6 based on the input from the position detection unit 400.
  • the control unit 300 acquires the position of the piston rod 6 based on the input from the position detection unit 400, and the position of the piston rod 6 changes unintentionally due to leakage of hydraulic oil or the like.
  • the plunger pump 8c can be controlled to return the piston rod 6 to the set position. This makes it possible to prevent an unintended change in compression ratio and maintain the compression ratio.
  • the position in the height direction of the piston rod 6 can be detected directly, and the position in the height direction of the piston rod 6 can be grasped more accurately.
  • the engine system 100 in the present embodiment has a position detection unit 500 (detection device) instead of the position detection unit 400 of the second embodiment.
  • the position detection unit 500 includes a sensor unit 510 and a detection unit 520, as shown in FIG.
  • the sensor unit 510 is embedded and fixed on the lower end side of the inner peripheral surface of the cylinder liner 3a, which is a position farther from the combustion chamber R1 than the scavenging port S.
  • the sensor unit 510 is a sensor that generates an electric signal (a signal including positional information of the piston rod 6) by a change in distance to the surface of the detected unit 520 in accordance with the movement of the two detected units 520.
  • the to-be-detected part 520 is provided in the sliding surface lower end side of the piston 4, and is respectively comprised by the several unevenness
  • the detected part 520 is provided below (on the piston rod 6 side) the piston ring (not shown) provided on the piston 4. Thereby, the influence of the lubricating oil on the sliding surface of the piston 4 with respect to the detected portion 520 can be reduced.
  • the piston rod position acquisition unit 310 calculates the position of the piston rod 6 based on the input from the position detection unit 500.
  • the control unit 300 acquires the position of the piston rod 6 based on the input from the position detection unit 500, and the position of the piston rod 6 changes unintentionally due to leakage of hydraulic oil or the like.
  • the plunger pump 8c can be controlled to return the piston rod 6 to the set position. This makes it possible to prevent an unintended change in compression ratio and maintain the compression ratio.
  • variable compression device A having the hydraulic chamber R3 in which the piston rod 6 connected to the piston 4 is moved in the direction to increase the compression ratio by being supplied with the boosted working fluid
  • a hydraulic unit 8 for boosting the working fluid and supplying it to the hydraulic chamber R3, a detection device (3d, 400, 500) for outputting a signal including position information of the piston rod 6, and a piston rod based on the position information
  • a control unit 300 configured to control the hydraulic unit 8 so as to hold the movement position of 6.
  • the detection device (3d) may be provided on the cylinder liner 3a in which the piston 4 is housed and configured to output a signal including positional information of the piston 4.
  • the detection device (400, 500) may have a sensor unit (410, 510) for detecting the movement of the detection target fixed to the piston rod 6 in a noncontact manner.
  • the hydraulic unit 8 has a relief valve 8f provided in a relief flow passage R5 which communicates the hydraulic chamber R3 with the outside, and the control unit 300 controls the hydraulic unit 8 and the relief valve 8f to make the working fluid It may be configured to discharge from the hydraulic pressure chamber R3 while supplying to the hydraulic pressure chamber R3.
  • the control method of the variable compression device A having the hydraulic chamber R3 in which the piston rod 6 connected to the piston 4 is moved in the direction to increase the compression ratio by supplying the boosted working fluid is the position of the piston rod 6
  • the hydraulic fluid pressure is increased and supplied to the hydraulic pressure chamber R3 or the hydraulic pressure unit 8 configured to discharge the hydraulic fluid from the hydraulic pressure chamber R3 is controlled Do.
  • control part 300 judges only whether a position of a height direction of piston rod 6 is lower than a setting position, this indication is not limited to this. For example, it is determined also when the position in the height direction of the piston rod 6 is higher than the set position, and the relief valve control unit 340 opens the relief valve 8 f based on the position information in the height direction of the piston rod 6. And the hydraulic oil may be discharged.

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Abstract

このエンジンシステム（１００）は、昇圧された作動流体が供給されることで、ピストン（４）と接続されるピストンロッド（６）が圧縮比を高める方向に移動される流体室（Ｒ３）を有する可変圧縮装置（Ａ）と、上記作動流体を昇圧して上記流体室に供給する昇圧機構（８）と、上記ピストンロッドの位置情報を含む信号を出力する検出装置（３ｄ、４００、５００）と、上記位置情報に基づいて上記ピストンロッドの移動位置を保持するように上記昇圧機構を制御するよう構成された制御装置（３００）とを有する。

Description

エンジンシステム及び可変圧縮装置の制御方法
　本開示は、エンジンシステム及び可変圧縮装置の制御方法に関する。
　本願は、２０１７年１１月３０日に日本に出願された特願２０１７－２３０６９７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、特許文献１には、クロスヘッドを有する大型往復ピストン燃焼エンジンが開示されている。特許文献１の大型往復ピストン燃焼エンジンは、重油などの液体燃料と天然ガス等の気体燃料との両方での稼働が可能とされるデュアルフュエルエンジンである。特許文献１の大型往復ピストン燃焼エンジンは、液体燃料による稼働に適する圧縮比と気体燃料による稼働に適する圧縮比との双方に対応するため、油圧によりピストンロッドをクロスヘッドに対して相対移動させることで圧縮比を変更させる調整機構をクロスヘッド部分に設けている。
日本国特開２０１４－２０３７５号公報
　上述のような圧縮比を変更する圧縮調整装置を有するエンジンシステムは、ピストンロッドの移動方向における位置（クロスヘッドに対する相対位置）を変更することにより、ピストンの下死点及び上死点位置を変更し、圧縮比を調整している。このような圧縮比の調整は、操縦者の操作等に基づいてエンジンシステムの制御装置が行っている。しかしながら、ピストンロッドを移動させるための流体室から作動流体が漏出する等、流体室における作動流体の体積の変化が発生しても、制御装置は、実際の圧縮比を把握しておらず、圧縮比を維持するための作動流体の制御が難しい場合がある。したがって、可変圧縮装置において、意図せず圧縮比が変化している可能性がある。
　本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、可変圧縮装置を有するエンジンシステムにおいて、設定された圧縮比を維持することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示の第１の態様のエンジンシステムは、昇圧された作動流体が供給されることで、ピストンと接続されるピストンロッドが圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置と、上記作動流体を昇圧して上記流体室に供給する昇圧機構と、上記ピストンロッドの位置情報を含む信号を出力する検出装置と、上記位置情報に基づいて上記ピストンロッドの移動位置を保持するように上記昇圧機構を制御するよう構成された制御装置とを有する。
　本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記検出装置が、上記ピストンが収容されるシリンダライナに設けられると共に上記ピストンの位置情報を含む信号を出力するように構成されている。
　本開示の第３の態様は、上記第１の態様において、上記検出装置が、上記ピストンロッドに固定された被検出部の移動を非接触で検出するセンサ部を有する。
　本開示の第４の態様は、上記第１～３の態様のいずれか１つにおいて、上記昇圧機構が、上記流体室と外部とを連通する流路に設けられた排出弁を有し、上記制御装置が、上記昇圧機構と上記排出弁とを制御して上記作動流体を上記流体室へ供給しつつ上記流体室から排出させるように構成されている。
　本開示の第５の態様は、昇圧された作動流体が供給されることで、ピストンと接続されるピストンロッドが圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置の制御方法であって、上記ピストンロッドの位置情報に基づいて、上記ピストンロッドの移動位置を保持するように、上記作動流体を昇圧して上記流体室に供給するまたは上記作動流体を上記流体室から排出するよう構成された昇圧機構を制御する。
　本開示によれば、制御装置がピストンロッドの位置を取得しており、ピストンロッドの位置が作動流体の流体室からの漏れ等により意図せず変化した場合であっても、ピストンロッドが設定上の位置となるように昇圧機構を制御し、作動流体を流体室に供給することができる。これにより、意図しない圧縮比の変化を防止することができる。
本開示の第１実施形態におけるエンジンシステムの断面図である。 本開示の第１実施形態におけるエンジンシステムの一部を示す模式断面図である。 本開示の第１実施形態におけるエンジンシステムの制御部の機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。 本開示の第２実施形態におけるエンジンシステムの位置検出部を示す斜視図である。 本開示の第３実施形態におけるエンジンシステムの位置検出部を示す断面図である。
　以下、図面を参照して、本開示におけるエンジンシステム１００の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
　本実施形態のエンジンシステム１００は、例えば大型タンカなど船舶に搭載され、図１に示すように、エンジン１と、過給機２００と、制御部３００（制御装置）とを有している。なお、本実施形態においては、過給機２００を補機として捉え、エンジン１（主機）と別体として説明する。但し、過給機２００をエンジン１の一部として構成することも可能である。なお、過給機２００は、本実施形態のエンジンシステム１００に必須の構成要素ではなく、エンジンシステム１００に設けられずともよい。
　図１は、エンジンシステム１００に設けられた後述する円筒状のシリンダライナ３ａの中心軸に沿った縦断面図である。図１において、後述する排気弁ユニット５が設けられている側を上側、後述するクランク軸１１が設けられている側を下側と称する場合がある。シリンダライナ３ａの中心軸に交差する方向を径方向と称する場合がある。シリンダライナ３ａの中心軸方向から見た図を平面視と称する場合がある。
　エンジン１は、多気筒のユニフロー掃気ディーゼルエンジンとされ、天然ガス等の気体燃料を重油などの液体燃料と共に燃焼させるガス運転モードと、重油などの液体燃料を燃焼させるディーゼル運転モードとを実行可能なデュアルフュエルエンジンである。なお、ガス運転モードでは、気体燃料のみを燃焼させても良い。このようなエンジン１は、架構２と、シリンダ部３と、ピストン４と、排気弁ユニット５と、ピストンロッド６と、クロスヘッド７と、油圧部８（昇圧機構）と、連接棒９と、クランク角センサ１０と、クランク軸１１と、掃気溜１２と、排気溜１３と、空気冷却器１４とを有している。また、シリンダ部３、ピストン４、排気弁ユニット５及びピストンロッド６により、気筒が構成されている。
　架構２は、エンジン１の全体を支持する強度部材であり、クロスヘッド７、油圧部８及び連接棒９が収容されている。また、架構２は、内部において、クロスヘッド７の後述するクロスヘッドピン７ａが往復動可能とされている。
　シリンダ部３は、円筒状のシリンダライナ３ａと、シリンダヘッド３ｂと、シリンダジャケット３ｃとを有している。シリンダライナ３ａは、円筒状の部材であり、ピストン４との摺動面が内側（内周面）に形成されている。このようなシリンダライナ３ａの内周面とピストン４とにより囲まれた空間が燃焼室Ｒ１とされている。また、シリンダライナ３ａの下部には、複数の掃気ポートＳが形成されている。掃気ポートＳは、シリンダライナ３ａの周面に沿って配列された開口であり、シリンダジャケット３ｃ内部の掃気室Ｒ２とシリンダライナ３ａの内側とを連通している。シリンダヘッド３ｂは、シリンダライナ３ａの上端部に設けられた蓋部材である。シリンダヘッド３ｂは、平面視において中央部に排気ポートＨが形成され、排気溜１３と接続されている。また、シリンダヘッド３ｂには、筒内圧センサ３ｄ（検出装置）が設けられている。筒内圧センサ３ｄは、燃焼室Ｒ１内の圧力を検出し、制御部３００へと送信している。なお、燃焼室Ｒ１内の圧力を検出できるのであれば、筒内圧センサ３ｄはシリンダライナ３ａ等に設けられてもよい。シリンダヘッド３ｂの筒内圧センサ３ｄの近傍には、不図示の燃料噴射弁が設けられている。シリンダジャケット３ｃは、架構２とシリンダライナ３ａとの間に設けられ、シリンダライナ３ａの下端部が挿入された円筒状の部材であり、内部に掃気室Ｒ２が形成されている。また、シリンダジャケット３ｃの掃気室Ｒ２は、掃気溜１２と接続されている。
　ピストン４は、略円柱状とされ、後述するピストンロッド６と接続されてシリンダライナ３ａの内側に配置されている。また、ピストン４の外周面には不図示のピストンリングが設けられ、ピストンリングにより、ピストン４とシリンダライナ３ａとの間隙を封止している。ピストン４は、燃焼室Ｒ１における圧力の変動により、ピストンロッド６を伴ってシリンダライナ３ａ内を摺動する。
　排気弁ユニット５は、排気弁５ａと、排気弁筐５ｂと、排気弁駆動部５ｃとを有している。排気弁５ａは、シリンダヘッド３ｂの内側に設けられ、排気弁駆動部５ｃにより、シリンダ部３内の排気ポートＨを閉塞する。排気弁筐５ｂは、排気弁５ａの端部を収容する円筒形の筐体である。排気弁駆動部５ｃは、排気弁５ａをピストン４のストローク方向に沿う方向に移動させるアクチュエータである。
　ピストンロッド６は、一端（上端）がピストン４と接続され、他端（下端）がクロスヘッドピン７ａと連結された長尺状部材である。ピストンロッド６の端部（下端部）は、クロスヘッドピン７ａに挿入され、連接棒９が回転可能となるように連結されている。また、ピストンロッド６における、クロスヘッドピン７ａ側の端部（下端部）の一部の外周面には、径方向外側に突出する太径部６ａが設けられている（図２参照）。すなわち、太径部６ａの外径はピストンロッド６の外径よりも大きい。
　クロスヘッド７は、クロスヘッドピン７ａと、ガイドシュー７ｂと、蓋部材７ｃとを有している。クロスヘッドピン７ａは、ピストンロッド６と連接棒９とを移動可能に連結する円柱状部材であり、ピストンロッド６の端部（下端部）が挿入される挿入空間に、作動油（作動流体）の供給及び排出が行われる油圧室Ｒ３（流体室）が形成される。クロスヘッドピン７ａの中心軸は、上下方向と直交する方向に延びている。クロスヘッドピン７ａの上部には、上方に向けて開口し太径部６ａが上下摺動可能に挿入された挿入凹部が形成されている。上述した油圧室Ｒ３は、上記挿入凹部の底面と太径部６ａの下面との間に設けられている。クロスヘッドピン７ａには、中心よりも下側に、クロスヘッドピン７ａの軸方向に沿って貫通する出口孔Ｏが形成されている。出口孔Ｏは、ピストンロッド６の不図示の冷却流路を通過した冷却油が排出される開口である。内部また、クロスヘッドピン７ａには、油圧室Ｒ３と後述するプランジャポンプ８ｃとを接続する供給流路Ｒ４と、油圧室Ｒ３と後述するリリーフ弁８ｆ（排出弁）とを接続するリリーフ流路Ｒ５（流路）とが設けられている。言い換えれば、リリーフ流路Ｒ５は、油圧室Ｒ３とその外部とを連通する流路であり、リリーフ流路Ｒ５にリリーフ弁８ｆが設けられている。
　ガイドシュー７ｂは、クロスヘッドピン７ａを回動可能に支持する部材であり、クロスヘッドピン７ａに伴ってピストン４のストローク方向に沿って不図示のガイドレール上を移動する。ガイドシュー７ｂがガイドレールに沿って移動することにより、クロスヘッドピン７ａは、ピストン４のストローク方向に沿う直線方向以外への移動が規制される。クロスヘッドピン７ａは、その中心軸回りの回転運動も規制されている。蓋部材７ｃは、クロスヘッドピン７ａの上部に固定され、ピストンロッド６の端部が挿入される環状部材である。蓋部材７ｃは、クロスヘッドピン７ａの上記挿入凹部の開口周縁部に設けられている。蓋部材７ｃの内径は、ピストンロッド６の外径と同等であり、太径部６ａの外径よりも小さい。このようなクロスヘッド７は、ピストン４の直線運動を連接棒９へと伝達している。
　図３に示すように、油圧部８は、供給ポンプ８ａと、揺動管８ｂと、プランジャポンプ８ｃと、プランジャポンプ８ｃに接続されている第１逆止弁８ｄ及び第２逆止弁８ｅと、リリーフ弁８ｆとを有している。また、ピストンロッド６、クロスヘッド７、油圧部８、制御部３００及び筒内圧センサ３ｄは、本開示における可変圧縮装置Ａとして機能してもよい。可変圧縮装置Ａが、ピストンロッド６、クロスヘッド７、油圧部８及び筒内圧センサ３ｄを備えてもよい。
　供給ポンプ８ａは、制御部３００からの指示に基づいて、不図示の作動油タンクから供給される作動油を昇圧してプランジャポンプ８ｃへと供給するポンプである。供給ポンプ８ａは、船舶のバッテリの電力により駆動され、燃焼室Ｒ１に液体燃料が供給されるよりも前に稼働することが可能である。揺動管８ｂは、供給ポンプ８ａと各気筒のプランジャポンプ８ｃとを接続する配管であり、クロスヘッドピン７ａに伴って移動するプランジャポンプ８ｃと、固定された供給ポンプ８ａとの間において、揺動可能とされている。
　プランジャポンプ８ｃは、クロスヘッドピン７ａに固定されており、棒状のプランジャ８ｃ１と、プランジャ８ｃ１を摺動可能に収容する筒状のシリンダ８ｃ２と、プランジャ駆動部８ｃ３とを有している。プランジャポンプ８ｃは、プランジャ８ｃ１が不図示の駆動部と接続されることで、シリンダ８ｃ２内を摺動し、作動油を昇圧して油圧室Ｒ３へと供給する。また、シリンダ８ｃ２には、端部に設けられた作動油の吐出側の開口に第１逆止弁８ｄが設けられ、側周面に設けられた吸入側の開口に第２逆止弁８ｅが設けられている。プランジャ駆動部８ｃ３は、プランジャ８ｃ１に接続され、制御部３００からの指示に基づいてプランジャ８ｃ１を往復動させる。
　第１逆止弁８ｄは、シリンダ８ｃ２の内側に向けて弁体が不図示の付勢部材によって付勢されることで閉弁する構造とされ、油圧室Ｒ３に供給された作動油がシリンダ８ｃ２へと逆流することを防止している。また、第１逆止弁８ｄは、シリンダ８ｃ２内の作動油の圧力が第１逆止弁８ｄの付勢部材の付勢力（開弁圧力）以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。第２逆止弁８ｅは、シリンダ８ｃ２の外側に向けて不図示の付勢部材によって付勢されており、シリンダ８ｃ２に供給された作動油が供給ポンプ８ａへと逆流することを防止している。また、第２逆止弁８ｅは、供給ポンプ８ａから供給される作動油の圧力が第２逆止弁８ｅの付勢部材の付勢力（開弁圧力）以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。なお、第１逆止弁８ｄは、開弁圧力が第２逆止弁８ｅの開弁圧力よりも高く、予め設定された圧縮比で運転される定常運転時においては、供給ポンプ８ａから供給される作動油の圧力により開弁することはない。
　リリーフ弁８ｆは、クロスヘッドピン７ａに設けられ、本体部８ｆ１と、リリーフ弁駆動部８ｆ２とを有している。本体部８ｆ１は、油圧室Ｒ３及び不図示の作動油タンクに接続される弁である。リリーフ弁駆動部８ｆ２は、本体部８ｆ１の弁体に接続され、制御部３００からの指示に基づいて本体部８ｆ１を開閉弁する。リリーフ弁８ｆがリリーフ弁駆動部８ｆ２により開弁することで、油圧室Ｒ３に貯留された作動油が作動油タンクに戻される。
　図１に示すように、連接棒９は、クロスヘッドピン７ａと連結されると共にクランク軸１１と連結されている長尺状部材である。連接棒９は、クロスヘッドピン７ａに伝えられたピストン４の直線運動を回転運動に変換している。クランク角センサ１０は、クランク軸１１のクランク角を計測するためのセンサであり、制御部３００へとクランク角を算出するためのクランクパルス信号を送信している。
　クランク軸１１は、気筒に設けられる連接棒９に接続された長尺状の部材であり、それぞれの連接棒９により伝えられる回転運動により回転されることで、例えばスクリュー等に動力を伝える。掃気溜１２は、シリンダジャケット３ｃと過給機２００との間に設けられ、過給機２００により加圧された空気が流入する。また、掃気溜１２には、空気冷却器１４が内部に設けられている。排気溜１３は、各気筒の排気ポートＨと接続されると共に過給機２００と接続される管状部材である。排気ポートＨより排出されるガスは、排気溜１３に一時的に貯留されることにより、脈動を抑制した状態で過給機２００へと供給される。空気冷却器１４は、掃気溜１２内部の空気を冷却する装置である。
　過給機２００は、排気ポートＨより排出されたガスにより回転されるタービンにより、不図示の吸気ポートから吸入した空気を加圧して燃焼室Ｒ１に供給する装置である。
　制御部３００は、船舶の操縦者による操作等に基づいて、燃料の供給量等を制御するコンピュータである。また、制御部３００は、油圧部８を制御することにより、燃焼室Ｒ１における圧縮比を変更する。具体的には、制御部３００は、筒内圧センサ３ｄからの信号に基づいてピストンロッド６の位置情報を取得し、プランジャポンプ８ｃ、供給ポンプ８ａ及びリリーフ弁８ｆを制御し、油圧室Ｒ３における作動油の量を調整することにより、ピストンロッド６の位置（ピストンロッド６の、クロスヘッドピン７ａに対する相対位置、または油圧室Ｒ３に対する相対位置）を変更させて圧縮比を変更する。このような制御部３００は、図３に示すように、ピストンロッド位置取得部３１０と、温度取得部３２０と、プランジャポンプ制御部３３０と、リリーフ弁制御部３４０とを有している。例えば、制御部３００は、物理的には、１又は複数のプロセッサ、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及びＲＯＭ（Read　Only　Memory)等の主記憶装置、ハードディスク装置等の補助記憶装置、操作パネル等の入力装置、ディスプレイ等の出力装置、並びに、データ送受信デバイスである通信モジュール等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成され得る。ピストンロッド位置取得部３１０と、温度取得部３２０と、プランジャポンプ制御部３３０と、リリーフ弁制御部３４０の機能は、例えば、不図示の温度センサからの信号に基づいて、主記憶装置のハードウェアに１又は複数の所定のコンピュータプログラムを読み込ませることにより、１又は複数のプロセッサの制御のもとで各ハードウェアを動作させるとともに、主記憶装置及び補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
　ピストンロッド位置取得部３１０は、燃焼室Ｒ１内の圧力を検出する筒内圧センサ３ｄ（検出装置）からの入力に基づいて、ピストンロッド６のピストン４摺動方向（高さ方向、上下方向）における位置を算出する。そして、ピストンロッド位置取得部３１０は、設定された圧縮比に基づくピストンロッド６の位置と、実際のピストンロッド６の位置とを比較する。温度取得部３２０は、油圧室Ｒ３内の作動油の温度を計測する不図示の温度センサからの信号に基づいて、作動油の温度を取得する。そして、温度取得部３２０は、予め設定された閾値と実際の作動油の温度とを比較する。プランジャポンプ制御部３３０は、ピストンロッド６の位置情報及び作動油の温度情報に基づいてプランジャポンプ８ｃの駆動時間及び吐出量を算出し、プランジャポンプ８ｃを制御する。リリーフ弁制御部３４０は、ピストンロッド６の位置情報及び作動油の温度情報に基づいて、リリーフ弁８ｆの開弁時間を算出し、リリーフ弁８ｆを制御する。なお、本実施形態の筒内圧センサ３ｄは、ピストンロッド６の位置情報を含む信号を出力可能である。すなわち本実施形態において、「ピストンロッド６の位置情報を含む信号」は、ピストンロッド６の、クロスヘッドピン７ａに対する相対位置や油圧室Ｒ３に対する相対位置を示す信号だけでなく、ピストンロッド６の位置を算出するために用いられる信号であってもよく、例えば、燃焼室Ｒ１内の圧力を示す信号であってもよい。
　このようなエンジンシステム１００は、不図示の燃料噴射弁より燃焼室Ｒ１に噴射された燃料を着火、爆発させることによりピストン４をシリンダライナ３ａ内で摺動させ、クランク軸１１を回転させる装置である。詳述すると、燃焼室Ｒ１に供給された燃料は、掃気ポートＳより流入した空気と混合された後、ピストン４が上死点方向に向けて移動することにより圧縮されて温度が上昇し、自然着火する。また、液体燃料の場合には、燃焼室Ｒ１において温度上昇することにより気化し、自然着火する。
　そして、燃焼室Ｒ１内の燃料が自然着火することで急激に膨張し、ピストン４には下死点方向に向けた圧力がかかる。これにより、ピストン４が下死点方向に移動し、ピストン４に伴ってピストンロッド６が移動され、連接棒９を介してクランク軸１１が回転される。さらに、ピストン４が下死点に移動されることで、掃気ポートＳより燃焼室Ｒ１へと加圧空気が流入する。排気弁ユニット５が駆動することで排気ポートＨが開き、燃焼室Ｒ１内の排気ガスが、加圧空気により排気溜１３へと押し出される。
　圧縮比を大きくする場合には、制御部３００により供給ポンプ８ａが駆動され、プランジャポンプ８ｃに作動油が供給される。そして、制御部３００は、プランジャポンプ８ｃを駆動して作動油を、ピストンロッド６を持ち上げることが可能な圧力となるまで加圧し、油圧室Ｒ３へと作動油を供給する。油圧室Ｒ３の作動油の圧力により、ピストンロッド６の端部が持ち上がり、これに伴ってピストン４の上死点位置が上方（排気ポートＨ側）に移動される。
　圧縮比を小さくする場合には、制御部３００によりリリーフ弁８ｆが駆動され、油圧室Ｒ３と不図示の作動油タンクとが連通状態となる。そして、ピストンロッド６の荷重が油圧室Ｒ３の作動油にかかり、油圧室Ｒ３内の作動油がリリーフ弁８ｆを介して作動油タンクへと押し出される。これにより、油圧室Ｒ３の作動油が減少し、ピストンロッド６が下方（クランク軸１１側）に移動され、これに伴ってピストン４の上死点位置が下方に移動される。
　続いて、本実施形態におけるピストンロッド６の位置調整方法について説明する（図４参照）。
　まず、制御部３００は、温度取得部３２０により、温度センサからの入力に基づいて、作動油温度を算出する（ステップＳ１）。そして、制御部３００は、温度取得部３２０により、算出した作動油温度が閾値以上であるかを判断する（ステップＳ２）。温度取得部３２０が作動油温度は閾値以上であると判断した場合、すなわち、ステップＳ２の判断がＹＥＳの場合、制御部３００は、プランジャポンプ制御部３３０及びリリーフ弁制御部３４０により、それぞれプランジャポンプ８ｃ及びリリーフ弁８ｆの駆動時間を算出し、プランジャポンプ８ｃ及びリリーフ弁８ｆを駆動させる（ステップＳ３）。これにより、油圧室Ｒ３においては、内部の作動油が排出されると共に新たな作動油が供給され、油圧室Ｒ３内部の作動油の温度が低下する。
　また、温度取得部３２０が作動油温度は閾値未満であると判断した場合、すなわち、ステップＳ２の判断がＮＯの場合、制御部３００は、ステップＳ４へと進む。そして、制御部３００は、ピストンロッド位置取得部３１０により、筒内圧センサ３ｄからの入力に基づいて、ピストンロッド６の高さ方向の位置を算出する（ステップＳ４）。
　具体的には、ピストンロッド６の高さ方向の位置は、以下の手順で算出される。
　ピストン４が下死点に位置するときの筒内圧をＰ０、ピストン４が上死点に位置するときの筒内圧をＰ１としたとき、圧縮比εは、下記式１で示される。なおκは、ポリトロープ指数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　制御部３００は、ピストンロッド位置取得部３１０により、筒内圧センサ３ｄが出力する電気信号（ピストンロッド６の位置情報を含む信号）から上記式１に基づいてシリンダ部３における圧縮比を算出する。さらに、制御部３００は、ピストンロッド位置取得部３１０により、圧縮比に基づいてピストンロッド６の高さ方向の位置を算出する。
　そして、制御部３００は、ピストンロッド位置取得部３１０により、ピストンロッド６の位置が予め設定された圧縮比に基づく位置（設定位置）よりも低いかを判断する（ステップＳ５）。そして、ピストンロッド位置取得部３１０によりピストンロッド６の位置が設定位置よりも低いと判断された場合、すなわち、ステップＳ５の判断がＹＥＳの場合、制御部３００は、プランジャポンプ制御部３３０により、プランジャポンプ８ｃの吐出量を増加させる（ステップＳ６）。また、ピストンロッド位置取得部３１０によりピストンロッド６の位置が設定位置よりも高いと判断した場合、すなわち、ステップＳ５の判断がＮＯの場合、プランジャポンプ制御部３３０により、プランジャポンプ８ｃの吐出量を減少させる（ステップＳ７）。
　本実施形態によれば、制御部３００がピストンロッド６の位置を取得しており、ピストンロッド６の位置が、作動油の漏れ等により意図せず変化した場合に、ピストンロッド６が設定上の位置へと戻るように（移動位置を保持するように）プランジャポンプ８ｃを制御することができる。これにより、意図しない圧縮比の変化を防止し、圧縮比を維持することができる。なお、本実施形態における「ピストンロッド６の移動位置」とは、油圧室Ｒ３によって移動されるピストンロッド６の位置を指し、言い換えれば、ピストンロッド６の、クロスヘッドピン７ａに対する相対位置、または油圧室Ｒ３に対する相対位置のことである。
　また、本実施形態によれば、制御部３００が作動油の温度情報に基づいてリリーフ弁８ｆを制御するため、作動油が高温となった際に作動油を油圧室Ｒ３から排出することができる。これにより、作動油が油圧室Ｒ３内で高温となることを防止し、意図しない体積変化やキャビテーション等を防止できる。したがって、意図しない圧縮比の変化を防止し、圧縮比を維持することができる。
［第２実施形態］
　上記第１実施形態の変形例を第２実施形態として説明する。なお、この第２実施形態において上記第１実施形態と同一の構成の部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。
　本実施形態におけるエンジンシステム１００は、位置検出部４００（検出装置）を有している。位置検出部４００は、図５に示すように、磁気センサ４１０（センサ部）と、ロッド部４２０と、通信部４３０とを有している。磁気センサ４１０は、蓋部材７ｃに固定されており、後述するロッド４２１の移動に伴う磁界の変化により電気信号（ピストンロッド６の位置情報を含む信号）を発生させるセンサである。
　ロッド部４２０は、ロッド４２１と、保持部４２２と、付勢バネ４２３と、磁性部材４２４とを有している。ロッド４２１は、端部近傍に付勢バネ４２３を保持するフランジを有した棒状部材である。ロッド４２１は、保持部４２２と共に蓋部材７ｃに形成された貫通孔に挿入され、ピストンロッド６の延在方向に沿って配置され、付勢バネ４２３によりピストンロッド６の端部の太径部６ａに押し付けられて固定されている。保持部４２２は、蓋部材７ｃに固定され、ロッド４２１が挿入された筒状部材である。ロッド４２１は、保持部４２２内を往復動可能とされている。付勢バネ４２３は、ロッド４２１のフランジと、ピストンロッド６の太径部６ａとの間に設けられ、ロッド４２１をピストンロッド６の太径部６ａに向けて付勢している。磁性部材４２４は、等間隔で磁石が複数配列された部材であり、ロッド４２１の周面においてロッド４２１の延在方向に沿って設けられている。
　通信部４３０は、磁気センサ４１０の検出した電気信号を制御部３００に無線通信により送信するテレメータである。
　このような位置検出部４００は、ピストンロッド６の移動に伴ってロッド４２１が移動されると、磁性部材４２４が移動されることにより、磁気センサ４１０が検出する磁界が変化する。磁気センサ４１０は、このような磁界の変化を電気信号として出力する。磁気センサ４１０は、ピストンロッド６に固定されたロッド４２１（被検出部）の移動を非接触で検出可能である。
　本実施形態においては、ピストンロッド位置取得部３１０は、位置検出部４００からの入力に基づいて、ピストンロッド６の位置を算出する。
　本実施形態によれば、制御部３００が位置検出部４００からの入力に基づいて、ピストンロッド６の位置を取得しており、ピストンロッド６の位置が、作動油の漏れ等により意図せず変化した場合に、ピストンロッド６が設定上の位置へと戻るようにプランジャポンプ８ｃを制御することができる。これにより、意図しない圧縮比の変化を防止し、圧縮比を維持することができる。さらに、本実施形態によれば、直接ピストンロッド６の高さ方向の位置を検出することができ、より正確なピストンロッド６の高さ方向の位置を把握できる。
［第３実施形態］
　本実施形態におけるエンジンシステム１００は、上記第２実施形態の位置検出部４００の代わりに、位置検出部５００（検出装置）を有している。位置検出部５００は、図６に示すように、センサ部５１０と、被検出部５２０とを有している。センサ部５１０は、掃気ポートＳよりも燃焼室Ｒ１から離れた位置であるシリンダライナ３ａの内周面下端側に埋設されて固定されている。センサ部５１０は、２つの被検出部５２０の移動に伴う被検出部５２０の表面との距離の変化により電気信号（ピストンロッド６の位置情報を含む信号）を発生させるセンサである。
　被検出部５２０は、ピストン４の摺動面下端側に設けられ、それぞれ、ピストン４の摺動方向（上下方向）に向けて等間隔で形成された複数の凹凸により構成されている。なお、被検出部５２０は、ピストン４に設けられるピストンリング（不図示）よりも下方（ピストンロッド６側）に設けられている。これにより、被検出部５２０に対する、ピストン４の摺動面における潤滑油の影響を減らすことができる。
　このような位置検出部５００は、ピストンロッド６の移動に伴ってピストン４が移動されると、センサ部５１０に対して被検出部５２０の凹凸が相対的に移動されることにより、センサ部５１０が検出する被検出部５２０との距離が変化する。センサ部５１０は、このような凹凸の変化、すなわち被検出部５２０の表面との相対的な距離の変化を非接触で検出して電気信号として制御部３００に出力する。
　本実施形態においては、ピストンロッド位置取得部３１０は、位置検出部５００からの入力に基づいて、ピストンロッド６の位置を算出する。
　本実施形態によれば、制御部３００が位置検出部５００からの入力に基づいて、ピストンロッド６の位置を取得しており、ピストンロッド６の位置が、作動油の漏れ等により意図せず変化した場合に、ピストンロッド６が設定上の位置へと戻るようにプランジャポンプ８ｃを制御することができる。これにより、意図しない圧縮比の変化を防止し、圧縮比を維持することができる。
　さらに、センサ部５１０が架構２に固定されたシリンダライナ３ａに埋設されていることにより、センサ部５１０と制御部３００とを有線により容易に接続できる。したがって、センサ部５１０は、通信部等を設ける必要がなく、設置が容易である。
　上記実施形態のエンジンシステム１００は、昇圧された作動流体が供給されることで、ピストン４と接続されるピストンロッド６が圧縮比を高める方向に移動される油圧室Ｒ３を有する可変圧縮装置Ａと、上記作動流体を昇圧して油圧室Ｒ３に供給する油圧部８と、ピストンロッド６の位置情報を含む信号を出力する検出装置（３ｄ、４００、５００）と、上記位置情報に基づいてピストンロッド６の移動位置を保持するように油圧部８を制御するよう構成された制御部３００とを有する。
　上記検出装置（３ｄ）が、ピストン４が収容されるシリンダライナ３ａに設けられると共にピストン４の位置情報を含む信号を出力するように構成されてもよい。
　上記検出装置（４００、５００）が、ピストンロッド６に固定された被検出部の移動を非接触で検出するセンサ部（４１０、５１０）を有してもよい。
　油圧部８が、油圧室Ｒ３と外部とを連通するリリーフ流路Ｒ５に設けられたリリーフ弁８ｆを有し、制御部３００が、油圧部８とリリーフ弁８ｆとを制御して上記作動流体を油圧室Ｒ３へ供給しつつ油圧室Ｒ３から排出させるように構成されてもよい。
　昇圧された作動流体が供給されることで、ピストン４と接続されるピストンロッド６が圧縮比を高める方向に移動される油圧室Ｒ３を有する可変圧縮装置Ａの制御方法は、ピストンロッド６の位置情報に基づいて、ピストンロッド６の移動位置を保持するように、上記作動流体を昇圧して油圧室Ｒ３に供給するまたは上記作動流体を油圧室Ｒ３から排出するよう構成された油圧部８を制御する。
　以上、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、本開示は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　上記実施形態においては、制御部３００は、ピストンロッド６の高さ方向の位置が設定位置よりも低いか否かのみを判断しているが、本開示はこれに限定されない。例えば、ピストンロッド６の高さ方向の位置が設定位置よりも高い場合についても判断し、リリーフ弁制御部３４０により、ピストンロッド６の高さ方向の位置情報に基づいて、リリーフ弁８ｆを開弁させ、作動油を排出させてもよい。
　また、位置検出装置は、ピストンロッド６またはピストン４の移動を検出するレーザ距離センサを備える構成であってもよい。この場合、ピストンロッド６またはピストン４には、凹凸によるマーカ（被検出部）が設けられる。
１　エンジン
２　架構
３　シリンダ部
３ａ　シリンダライナ
３ｂ　シリンダヘッド
３ｃ　シリンダジャケット
３ｄ　筒内圧センサ（検出装置）
４　ピストン
５　排気弁ユニット
５ａ　排気弁
５ｂ　排気弁筐
５ｃ　排気弁駆動部
６　直接ピストンロッド
６　ピストンロッド
７　クロスヘッド
７ａ　クロスヘッドピン
７ｂ　ガイドシュー
７ｃ　蓋部材
８　油圧部（昇圧機構）
８ａ　供給ポンプ
８ｂ　揺動管
８ｃ　プランジャポンプ
８ｃ１　プランジャ
８ｃ２　シリンダ
８ｃ３　プランジャ駆動部
８ｄ　第１逆止弁
８ｅ　第２逆止弁
８ｆ　リリーフ弁（排出弁）
８ｆ１　本体部
８ｆ２　リリーフ弁駆動部
９　連接棒
１０　クランク角センサ
１１　クランク軸
１２　掃気溜
１３　排気溜
１４　空気冷却器
１００　エンジンシステム
２００　過給機
３００　制御部
３１０　ピストンロッド位置取得部
４００　位置検出部
４１０　磁気センサ（センサ部）
４１１　凹凸部
４１２　凹凸部
４２０　ロッド部
４２１　ロッド（被検出部）
４２２　保持部
４２３　付勢バネ
４２４　磁性部材
４３０　通信部
５００　位置検出部
５１０　センサ部
５２０　被検出部
Ａ　可変圧縮装置
Ｈ　排気ポート
Ｏ　出口孔
Ｒ１　燃焼室
Ｒ２　掃気室
Ｒ３　油圧室（流体室）
Ｒ４　供給流路
Ｒ５　リリーフ流路（流路）
Ｒ６　補助流路
Ｓ　掃気ポート

Claims (5)

  1. 　昇圧された作動流体が供給されることで、ピストンと接続されるピストンロッドが圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置と、
    　前記作動流体を昇圧して前記流体室に供給する昇圧機構と、
    　前記ピストンロッドの位置情報を含む信号を出力する検出装置と、
    　前記位置情報に基づいて前記ピストンロッドの移動位置を保持するように前記昇圧機構を制御するよう構成された制御装置と
    　を有するエンジンシステム。
  2. 　前記検出装置は、前記ピストンが収容されるシリンダライナに設けられると共に前記ピストンの位置情報を含む信号を出力するように構成されている請求項１に記載のエンジンシステム。
  3. 　前記検出装置は、前記ピストンロッドに固定された被検出部の移動を非接触で検出するセンサ部を有する請求項１に記載のエンジンシステム。
  4. 　前記昇圧機構は、前記流体室と外部とを連通する流路に設けられた排出弁を有し、
    　前記制御装置は、前記昇圧機構と前記排出弁とを制御して前記作動流体を前記流体室へ供給しつつ前記流体室から排出させるように構成されている請求項１～３のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  5. 　昇圧された作動流体が供給されることで、ピストンと接続されるピストンロッドが圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置の制御方法であって、
    　前記ピストンロッドの位置情報に基づいて、前記ピストンロッドの移動位置を保持するように、前記作動流体を昇圧して前記流体室に供給するまたは前記作動流体を前記流体室から排出するよう構成された昇圧機構を制御する可変圧縮装置の制御方法。
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