CN111356827A - 可变压缩装置和发动机*** - Google Patents

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山田敬之
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Abstract

一种可变压缩装置，是具有活塞杆(6)和被供给升压的工作流体从而使活塞杆(6)沿提高压缩比的方向移动的流体室(R3)的可变压缩装置，在流体室(R3)的底面或者与流体室(R3)的底面接触的活塞杆(6)的接触面，形成有槽流路(R6)。

Description

可变压缩装置和发动机***
技术领域
本公开涉及可变压缩装置和发动机***。本申请基于2017年11月24日在日本申请的日本特愿2017-225617号而主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
例如，在专利文献1中，公开了具有十字头的大型往复活塞燃烧发动机。专利文献1的大型往复活塞燃烧发动机是能够利用重油等液体燃料和天然气等气体燃料两者来开动的双燃料发动机。专利文献1的大型往复活塞燃烧发动机为了应对适于利用液体燃料的开动的压缩比和适于利用气体燃料的开动的压缩比两者，将通过利用液压使活塞杆移动从而使压缩比变更的调整机构设于十字头部分。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-020375号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在具有如上所述的变更压缩比的压缩调整装置的发动机***中，将工作油(工作流体)供给至设于十字头的液压室(流体室)，由工作流体将配置于流体室的活塞杆提起，由此变更压缩比。然而，在活塞杆配置于流体室的底面的情况下，在将工作流体供给至流体室时，流入到活塞杆与流体室的底面之间的工作流体的量少，活塞杆和工作流体的承压面积小。因此，有时候难以将活塞杆从流体室的底面提起。因此，有必要始终预先确保为了将活塞杆提起而需要的工作油的承压面积。
本公开是鉴于上述的问题点而作出的，其目的在于，在可变压缩装置中，即使从活塞杆抵接于流体室的底面的状态起，也能够通过工作流体来移动活塞杆。
用于解决课题的方案
本公开作为用于解决上述课题的第一方式而采用可变压缩装置，其是具有活塞杆和流体室的可变压缩装置，流体室被供给升压的工作流体而沿提高压缩比的方向移动活塞杆，其中在流体室的底面或者与前述流体室的底面接触的活塞杆的接触面，形成有槽流路。
本公开作为第二方式而采用如下的可变压缩装置：在上述第一方式中，在流体室的底面形成有工作流体的供给开口，槽流路形成为与供给开口重叠。
本公开作为第三方式而采用如下的可变压缩装置：在上述第二方式中，在底面或接触面，在比槽流路更靠上述活塞杆的径向方向外侧，形成有凹陷部。
作为第四方式，采用如下的可变压缩装置：在上述第一至第三的任一个方式中，槽流路为环状。
作为第五方式，采用发动机***，其具备上述第一至第四的任一个方案所记载的可变压缩装置。
发明的效果
依据本公开，流入到流体室的工作流体流入到槽流路，由此能够使工作流体与活塞杆接触的面积增加。由此，变得易于由工作流体将活塞杆提起。因此，即使从活塞杆抵接于流体室的底面的状态起，也能够使活塞杆沿增大压缩比的方向移动。
附图说明
图1是本公开的一个实施方式中的发动机的截面图。
图2是示出本公开的一个实施方式中的发动机的一部分的示意截面图。
图3是图2的A-A截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开中的二冲程发动机的一个实施方式进行说明。
本实施方式的发动机***100搭载于例如大型油轮等船舶，如图1所示，具有发动机1、增压器200以及控制部300。此外，在本实施方式中，将发动机1视为主机，将增压器200视为辅机，将发动机1(主机)和增压器200(辅机)分体地说明。但是，也能够将增压器200作为发动机1的一部分而构成。
发动机1为多缸的单流扫气柴油发动机，能够执行使天然气等气体燃料与重油等液体燃料一起燃烧的气体运转模式和使重油等液体燃料燃烧的柴油运转模式。此外，在气体运转模式下，也可以仅使气体燃料燃烧。这样的发动机1具有构架2、汽缸部3、活塞4、排气阀单元5、活塞杆6、十字头7、液压部8、连杆9、曲柄角传感器10、曲柄轴11、扫气积存部12、排气积存部13以及空气冷却器14。另外，由汽缸部3、活塞4、排气阀单元5以及活塞杆6构成缸。此外，在图1中，有时候将设有排气阀单元5的一侧称为上侧，将设有后述曲柄轴11的一侧称为下侧。有时候将从活塞杆6的中心轴方向观察的图称为俯视。
构架2是支撑发动机1整体的强度部件。容纳十字头7、液压部8以及连杆9。另外，在构架2的内部，十字头7的后述十字头销7a以能够往复运动的方式设置。
汽缸部3具有圆筒状的汽缸衬3a、汽缸头3b以及汽缸套3c。汽缸衬3a是圆筒状的部件，在内侧形成有活塞4滑动的滑动面。被这样的汽缸衬3a的内周面和活塞4包围的空间成为燃烧室R1。另外，在汽缸衬3a的下部，形成有沿着周向方向排列的多个扫气端口S。各扫气端口S具备在汽缸衬3a的内周面和外周面开口的开口，将汽缸套3c内部的扫气室R2与汽缸衬3a的内侧连通。汽缸头3b是盖部件，设于汽缸衬3a的上端部。汽缸头3b具备在俯视下形成于中央部的排气端口H，与排气积存部13连接。另外，在汽缸头3b，设有未图示的燃料喷射阀。而且，在汽缸头3b的燃料喷射阀的附近，设有未图示的筒内压传感器。筒内压传感器检测燃烧室R1内的压力并发送到控制部300。汽缸套3c是圆筒状的部件，设于构架2与汽缸衬3a之间，***有汽缸衬3a的下端部，具备在内部形成的扫气室R2。另外，汽缸套3c的扫气室R2与扫气积存部12连接。
活塞4是大致圆柱状的部件，与后述的活塞杆6连接而配置于汽缸衬3a的内侧。另外，由在活塞4的外周面设置的未图示的活塞环将活塞4与汽缸衬3a的间隙封闭。由于燃烧室R1中的压力的变动，活塞4伴随着活塞杆6而在汽缸衬3a内滑动。
排气阀单元5具有排气阀5a、排气阀壳5b以及排气阀驱动部5c。排气阀5a设于汽缸头3b的内侧，通过排气阀驱动部5c而将汽缸部3内的排气端口H闭塞。排气阀壳5b是圆筒形的壳体，容纳排气阀5a的远离汽缸部3的端部。排气阀驱动部5c是使排气阀5a在沿着活塞4的冲程方向的方向上移动的致动器。
活塞杆6是长尺寸状部件，一端部与活塞4连接、另一端部与十字头销7a联接。活塞杆6的另一端部***至十字头销7a，连杆9可旋转地联接至十字头销7a。另外，活塞杆6具有另一端部的一部分的直径比活塞杆6的其它部分的直径更粗的凸缘。
十字头7具有十字头销7a、导靴7b以及盖部件7c。十字头销7a是圆柱状部件，将活塞杆6与连杆9可移动地联接。十字头销7a具备活塞杆6的另一端部所***的***空间。在该***空间中，在与活塞杆6的凸缘之间，形成有进行工作油(工作流体)的供给和排出的液压室R3(流体室)。活塞杆6的凸缘的下表面与成为液压室R3的底面的***空间的底面彼此平行。另外，在十字头销7a，如图3所示，在液压室R3的底面，设有环状的槽流路R6和在槽流路R6的径向方向外侧形成的环状的凹陷部R7。槽流路R6形成为与后述的供给流路R4的开口和泄放流路R5的开口在俯视下重叠。凹陷部R7在液压室R3的底面沿着其外缘以环状形成。在十字头销7a，在比中心更靠下侧，形成有沿着十字头销7a的轴向方向贯通的排出口O。排出口O是通过活塞杆6的未图示的冷却流路的冷却油(润滑流体)流通并被排出的开口。另外，在十字头销7a，设有：供给流路R4，其将液压室R3与后述的柱塞泵8c连接；和泄放流路R5，其将液压室R3与后述的泄放阀8f连接。
导靴7b是可转动地支撑十字头销7a的部件，伴随着十字头销7a而沿着活塞4的冲程方向在未图示的导轨上移动。导靴7b沿着导轨移动，从而十字头销7a的旋转运动被限制，沿着沿活塞4的冲程方向的除了直线方向以外的方向的移动也被限制。盖部件7c是环状部件，固定于十字头销7a的上部，***有活塞杆6的远离汽缸部3的端部。这样的十字头7将活塞4的直线运动传递到连杆9。
如图2所示，液压部8具有供给泵8a、摇动管8b、柱塞泵8c、柱塞泵8c具有的第一止回阀8d和第二止回阀8e、以及泄放阀8f。另外，活塞杆6、十字头7、液压部8以及控制部300作为本公开中的可变压缩装置起作用。
供给泵8a是基于从控制部300收到的指示将从未图示的工作油罐供给的工作油升压而供给到柱塞泵8c的泵。供给泵8a由船舶的电池的电力驱动，能够在液体燃料被供给至燃烧室R1之前开动。摇动管8b是将供给泵8a与各缸的柱塞泵8c连接的配管，以能够在伴随着十字头销7a移动的柱塞泵8c与被固定而不移动的供给泵8a之间摇动的方式设置。
柱塞泵8c固定于十字头销7a，具有：棒状的柱塞8c1；筒状的汽缸8c2，其可滑动地容纳柱塞8c1；以及柱塞驱动部8c3。柱塞泵8c中，柱塞8c1与未图示的驱动部连接，由此在汽缸8c2内滑动，将工作油升压而供给到液压室R3。另外，在设于汽缸8c2的接近供给流路R4的端部的吐出工作油的开口，设有第一止回阀8d。另外，在设于汽缸8c2的侧周面的吸入工作油的开口，设有第二止回阀8e。柱塞驱动部8c3连接至柱塞8c1，基于从控制部300接收的指示而使柱塞8c1往复运动。
第一止回阀8d为通过对阀体朝向汽缸8c2的内侧偏压而闭阀的构造，防止供给至液压室R3的工作油逆流到汽缸8c2。另外，第一止回阀8d中，如果汽缸8c2内的工作油的压力比对第一止回阀8d的阀体偏压的偏压部件的偏压力(开阀压力)更大，则阀体被汽缸8c2内的工作油推动，从而开阀。第二止回阀8e为通过对阀体朝向汽缸8c2的外侧偏压而闭阀的构造，防止供给至汽缸8c2的工作油逆流到供给泵8a。另外，第二止回阀8e中，如果从供给泵8a供给的工作油的压力比对第二止回阀8e的阀体偏压的偏压部件的偏压力(开阀压力)更大，则阀体被从供给泵8a供给的工作油推动，从而开阀。此外，第一止回阀8d具备比第二止回阀8e的开阀压力更高的开阀压力。因此，在发动机***以预先设定的压缩比运转的稳定运转时，未通过从供给泵8a供给的工作油的压力而开阀。
泄放阀8f设于十字头销7a，具有主体部8f1和泄放阀驱动部8f2。主体部8f1是连接至液压室R3和未图示的工作油罐的阀体。泄放阀驱动部8f2连接至主体部8f1，基于从控制部300接收的指示而使主体部8f1开闭。泄放阀8f通过泄放阀驱动部8f2而开阀，从而存积于液压室R3内的工作油返回至工作油罐。
如图1所示，连杆9是长尺寸状部件，一端部与十字头销7a联接，另一端部与曲柄轴11联接。连杆9将传送至十字头销7a的活塞4的直线运动变换成旋转运动。曲柄角传感器10是用于计量曲柄轴11的曲柄角的传感器，将用于算出曲柄角的曲柄脉冲信号发送到控制部300。
曲柄轴11是长尺寸状部件，连接至设于各缸的连杆9，通过由连杆9传送的旋转运动而旋转。由此，将动力传送至例如螺旋件等。扫气积存部12设于汽缸套3c与增压器200之间，通过增压器200加压的空气流入该扫气积存部12。另外，在扫气积存部12，在内部设有空气冷却器14。排气积存部13是管状部件，与各缸的排气端口H连接，并且与增压器200连接。从排气端口H排出的气体暂时地存积于排气积存部13，从而在抑制脉动的状态下被供给到增压器200。空气冷却器14冷却位于扫气积存部12内部的空气。
压器200通过利用从排气端口H排出的气体来旋转的涡轮，将从未图示的吸气端口吸入的空气加压，并经由扫气端口S供给至燃烧室R1。
控制部300是基于船舶的操纵者所作出的操作等而控制燃料的供给量等的计算机。另外，控制部300通过控制液压部8而变更燃烧室R1中的压缩比。具体而言，控制部300控制柱塞泵8c、供给泵8a以及泄放阀8f，从而调整液压室R3内的工作油的量。由此，变更活塞杆6的位置，变更压缩比。
这样的发动机***100使从未图示的燃料喷射阀喷射至燃烧室R1的燃料着火、***，由此使活塞4在汽缸衬3a内滑动，使曲柄轴11旋转。详细而言，在供给至燃烧室R1的燃料与从扫气端口S流入的加压空气混合之后，活塞4沿冲程方向中的朝向上止点的方向移动，由此燃料被压缩，温度上升并自然着火。另外，在燃料是液体燃料的情况下，在燃烧室R1中，液体燃料温度上升，汽化并自然着火。
然后，燃烧室R1内的燃料自然着火而急剧地膨胀，从而压力沿冲程方向中的朝向下止点的方向施加到活塞4。由此，活塞4伴随着活塞杆6沿朝向下止点的方向移动，曲柄轴11经由连杆9而旋转。进而，活塞4移动至下止点，由此加压空气从扫气端口S流入到燃烧室R1。排气阀单元5驱动，从而排气端口H打开。由此，燃烧室R1内的排出气体被加压空气经由排气端口H推出到排气积存部13。
在增大压缩比的情况下，由控制部300驱动供给泵8a，由供给泵8a将工作油供给至柱塞泵8c。然后，由控制部300驱动柱塞泵8c，由柱塞泵8c将工作油加压，直到具备能够将活塞杆6提起的压力为止，并将工作油供给到液压室R3。此时，流入到供给流路R4的工作油流入到设置成与供给流路R4中的接近液压室R3的开口(供给开口)在俯视下重叠的槽流路R6。然后，通过流入到在液压室R3的底面形成的槽流路R6的工作油的压力将活塞杆6的凸缘从液压室R3的底面提起，工作油进一步流入到被提起的凸缘与液压室R3的底面的间隙。由此，活塞杆6向上方移动，活塞4的上止点向上方(即，排气端口H的附近)移动。
在减小压缩比的情况下，由控制部300驱动泄放阀8f，泄放阀8f打开，从而液压室R3和未图示的工作油罐成为连通状态。然后，活塞杆6的载荷施加到液压室R3的工作油，液压室R3内的工作油经由泄放阀8f被推出到工作油罐。由此，液压室R3内的工作油减少，活塞杆6向下方(即，曲柄轴11的附近)移动，活塞4的上止点位置向下方移动。
依据本实施方式，使流入到供给流路R4的工作油流入到槽流路R6，从而能够使工作油与活塞杆6的凸缘接触的面积增加。由此，变得易于由工作油将活塞杆6提起，变得易于使活塞杆6沿增大压缩比的方向移动。另外，在将工作油从液压室R3排出时，能够由槽流路R6将工作油引导至泄放流路R5的接近液压室R3的开口(排出开口)，能够更快速地将工作油从液压室R3排出。
另外，槽流路R6设置成与供给流路R4的接近液压室R3的开口(供给开口)在俯视下重叠，从而易于将从供给流路R4流入到液压室R3的工作油引导至槽流路R6。因此，变得更易于由工作油将活塞杆6提起，能够使增大压缩比时的响应性提高。
另外，依据本实施方式，在槽流路R6的外侧形成有凹陷部R7，从而空气或工作油预先存积于凹陷部R7。由此，在低压缩比时(压缩比小时)，防止活塞杆6的凸缘与液压室R3的底面紧贴。因此，在使活塞杆6沿成为更高压缩比的方向(压缩比变大的方向)移动时，能够使活塞杆6的凸缘不贴附于液压室R3的底面，而是顺利地从液压室R3的底面离开。
另外，依据本实施方式，以环状形成槽流路R6，从而从供给流路R4供给至液压室R3的工作油沿周向方向扩散。由此，能够快速地大面积地引导从供给流路R4供给至液压室R3的工作油。
以上，参照附图同时对本公开的合适实施方式进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式。在上述的实施方式中示出的各构成部件的诸多形状或组合等是一个示例，在不脱离本公开的宗旨的范围内，能够基于设计要求等而进行各种变更。
在上述实施方式中，槽流路R6以环状形成，但本公开不限定于此。槽流路R6也可以例如以格子状形成。在此情况下，能够进一步增大槽流路R6的表面积，因而能够更高效地快速地大面积地引导工作油。
另外，槽流路R6也可以例如以螺旋状形成。在此情况下，也能够进一步增大槽流路R6的表面积，因而能够更高效地快速地大面积地引导工作油。
另外，在上述实施方式中，凹陷部R7以环状形成，但本公开不限定于此。凹陷部R7也可以是例如在液压室R3的底面沿着其外缘等间隔地形成的多个凹陷。在此情况下，也与上述实施方式同样地能够防止活塞杆6的凸缘的贴附。此外，凹陷部R7也可以不形成于液压室R3的底面，例如也可以形成于活塞杆6的凸缘面。另外，凹陷部R7也可以形成于槽流路R6的内侧。
另外，在上述实施方式中，在液压室R3形成有槽流路R6，但本公开不限定于此。槽流路也可以形成于活塞杆6的凸缘的下表面(与液压室R3的底面接触的接触面)。在此情况下，槽流路也形成为与供给流路R4的开口和泄放流路R5的开口在俯视下重叠。但是，在此情况下，能够通过对活塞杆6进行加工而形成槽流路，因而易于加工。
产业上的可利用性
依据本公开，流入到流体室的工作流体流入到槽流路，由此能够使工作流体与活塞杆接触的面积增加。由此，变得易于由工作流体将活塞杆提起。因此，即使在活塞杆抵接于流体室的底面的状态下，也能够使活塞杆沿增大压缩比的方向移动。
符号说明
1 发动机
2 构架
3 汽缸部
3a 汽缸衬
3b 汽缸头
3c 汽缸套
4 活塞
5 排气阀单元
5a 排气阀
5b 排气阀壳
5c 排气阀驱动部
6 活塞杆
7 十字头
7a 十字头销
7b 导靴
7c 盖部件
8 液压部
8a 供给泵
8b 摇动管
8c 柱塞泵
8c1 柱塞
8c2 汽缸
8c3 柱塞驱动部
8d 第一止回阀
8e 第二止回阀
8f 泄放阀
8f1 主体部
8f2 泄放阀驱动部
9 连杆
10 曲柄角传感器
11 曲柄轴
12 扫气积存部
13 排气积存部
14 空气冷却器
100 发动机***
200 增压器
300 控制部
H 排气端口
O 排出口
R1 燃烧室
R2 扫气室
R3 液压室
R4 供给流路
R5 泄放流路
R6 槽流路
R7 凹陷部
S 扫气端口。

Claims (6)

1.一种可变压缩装置，是具有活塞杆和流体室的可变压缩装置，所述流体室被供给升压的工作流体从而使所述活塞杆沿提高压缩比的方向移动，其中，
在所述流体室的底面或者与所述流体室的底面接触的所述活塞杆的接触面，形成有槽流路。
2.根据权利要求1所述的可变压缩装置，其特征在于，
在所述底面，形成有所述工作流体的供给开口，
所述槽流路形成为与所述供给开口重叠。
3.根据权利要求2所述的可变压缩装置，其特征在于，在所述底面或所述接触面，在比所述槽流路更靠所述活塞杆的径向方向外侧，形成有凹陷部。
4.根据权利要求2所述的可变压缩装置，其特征在于，在所述底面或所述接触面，在比所述槽流路更靠所述活塞杆的径向方向内侧，形成有凹陷部。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的可变压缩装置，其特征在于，所述槽流路为环状。
6.一种发动机***，具有根据权利要求1至5中的任一项所述的可变压缩装置。
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