(57)【要約】【課題】２ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とする。【解決手段】燃焼室を有するシリンダと、上記シリンダ内を摺動するピストンと、上記ピストンに連動するクランク軸とを有する２ストロークエンジンであって、上記クランク軸は、主軸と、上記主軸から径方向外側に向けて設けられる共に前記主軸からの前記径方向における距離が変更可能とされるクランクアームとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するシリンダと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記ピストンに連動するクランク軸とを有する２ストロークエンジンであって、
前記クランク軸は、主軸と、前記主軸から径方向外側に向けて設けられる共に前記主軸からの前記径方向における距離が変更可能とされるクランクアームとを有することを特徴とする２ストロークエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストロークエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、船舶等に搭載される２ストロークエンジンが開示されている。このような２ストロークエンジンは、ピストンと、ピストンが摺動されるシリンダとを備え、ピストンが上死点まで移動されることにより、シリンダ内の燃焼ガスが圧縮されて自着火する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成の２ストロークエンジンにおいて、燃焼効率を向上させるためには、高圧縮比で運転することが考えられる。しかしながら、運転状況や、供給される燃料の組成によって最適な圧縮比が異なるため、燃焼時の圧縮比を運転中に変更することが求められている。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、２ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、燃焼室を有するシリンダと、上記シリンダ内を摺動するピストンと、上記ピストンに連動するクランク軸とを有する２ストロークエンジンであって、上記クランク軸は、主軸と、上記主軸から径方向外側に向けて設けられる共に前記主軸からの前記径方向における距離が変更可能とされるクランクアームとを有する、という構成を採用する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、運転中に主軸とクランクピンとの主軸径方向における距離が変更可能であることにより、ピストンロッドを介してピストンのシリンダ内における上死点の位置を変更することができる。これにより、燃焼室の容積が変化し、圧縮比を変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における２ストロークエンジンの模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１０】
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、制御部２００とを有している。
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（２ストロークエンジン）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有している。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、シリンダ部２と、燃料噴射弁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、連接棒８と、クランク軸９と、油圧ポンプ１０とを有している。
【００１１】
シリンダ部２は、燃焼室Ｒ１を有する円筒状のシリンダライナ２ａと、排気ポートＨが形成されると共に不図示の排気溜と接続されるシリンダヘッド２ｂと、シリンダライナ２ａの下部設けられると共にシリンダライナ２ａの下端部が挿入された円筒状のシリンダジャケット２ｃとを有している。また、シリンダジャケット２ｃには、掃気ポートＳ、掃気室Ｒ２が設けられており、掃気溜と接続されている。
【００１２】
燃料噴射弁３は、シリンダヘッド２ｂに設けられた弁装置である。燃料噴射弁３は、液体燃料による運転の際には、燃焼室Ｒ１に向けて液体燃料を噴射する。また、燃料噴射弁３は、気体燃料による運転の際には、始動時のパイロット燃料として少量の液体燃料を燃焼室Ｒ１に向けて噴射する。
【００１３】
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２ａの内側に配置されている。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２ａ内を摺動する。
【００１４】
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２ｂの内側に設けられ、排気弁駆動部５ｃにより、シリンダ部２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。
【００１５】
ピストンロッド６は、一端がピストン４と接続され、他端がクロスヘッド７と連結された長尺状部材である。クロスヘッド７は、不図示のクロスヘッドピンを有している。クロスヘッド７は、ピストンロッド６の端部及び連接棒８の端部と連結され、ピストン４の直線運動を連接棒８へと伝達している。
【００１６】
図１に示すように、連接棒８は、クロスヘッドピン７ａと連結されると共にクランク軸９と連結されている長尺状部材である。連接棒８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。
【００１７】
クランク軸９は、ピストンロッド６及び連接棒８を介してピストン４と接続され、ピストン４に連動する部材であり、主軸９ａと、複数のクランクアーム９ｂと、クランクピン９ｃとを有している。主軸９ａは、略円柱状とされ、中心に回転軸を有する長尺状部材である。また、主軸９ａは、不図示のタービン等とギアを介して接続され、回転運動をタービン等に伝えている。
【００１８】
クランクアーム９ｂは、可動部９ｄと、固定部９ｅとを有している。可動部９ｄは、油圧室Ｒ３を形成する凹部を有しており、端部においてクランクピン９ｃと接合されている。また、可動部９ｄには、油圧室Ｒ３と連通する不図示のリリーフ流路が設けられている。リリーフ流路には、制御部２００により制御されるリリーフ弁が設けられる。固定部９ｅは、油圧室Ｒ３に一端が挿入されると共に、主軸９ａに一端が接合された部材である。このようなクランクアーム９ｂは、主軸９ａから径方向外側に向けて突出しており、２個１対とされてクランクピン９ｃによりそれぞれ連結されている。
クランクピン９ｃは、クランクアーム９ｂの可動部９ｄと接合され、連接棒８の一端が連結された円柱状の部材である。
【００１９】
油圧ポンプ１０は、制御部２００からの指示に基づいて作動油を油圧室Ｒ３に供給するポンプであり、クランク軸９と別体として外部に固定されている。油圧ポンプ１０には、例えば、ピストン４に供給される冷却油の一部が作動油として供給される。
【００２０】
制御部２００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２００は、油圧ポンプ１０を制御することにより、油圧室Ｒ３の容積を変更させ、圧縮比を変更する。
【００２１】
このようなエンジンシステム１００において、圧縮比を高める場合には、制御部２００は、油圧ポンプ１０を駆動して油圧室Ｒ３に作動油を供給する。これにより、可動部９ｄが固定部９ｅから浮き上がり、クランクアーム９ｂの長さが伸びる。したがって、連接棒８及びピストンロッド６を介してクランクピン９ｃに接続されるピストン４の上死点がより上方へと移動し、圧縮比が高められる。
【００２２】
また、圧縮比を下げる場合には、制御部２００は、油圧室Ｒ３に連通するリリーフ流路のリリーフ弁を開放し、油圧室Ｒ３内の作動油を外部へと放出する。これにより、可動部９ｄが固定部９ｅと密着した状態となり、クランクアーム９ｂの長さが短くなる。したがって、連接棒８及びピストンロッド６を介してクランクピン９ｃに接続されるピストン４の上死点が下方へと移動し、圧縮比が下げられる。
【００２３】
このような本実施形態によれば、クランクアーム９ｂの長さを変更することにより、主軸９ａとクランクピン９ｃとの主軸９ａの径方向における距離を変更することができ、ピストン４の上死点位置を変更することができる。したがって、運転中に容易に圧縮比を変更することが可能である。
【００２４】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。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、本発明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。
【００２５】
上記実施形態においては、クランクアーム９ｂ内に設けられた油圧室Ｒ３によりクランクアーム９ｂの長さを変更するものとしたが、本発明はこれに限定されない。クランクアーム９ｂの可動部９ｄと固定部９ｅとの間にジャッキ等の装置が設けられ、クランクアーム９ｂの長さが変更されるものとしてもよい。
【００２６】
また、上記実施形態においては、クランクアーム９ｂは、クランクピン９ｃ側に可動部９ｄが設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、クランクアーム９ｂにおけるクランクピン９ｃの接続位置が油圧シリンダ等により径方向外側に向けて移動されるものとしてもよい。また、同様に、クランクアーム９ｂにおける主軸９ａの接続位置が油圧シリンダ等により径方向内側に向けて移動されるものとしてもよい。これらの場合においても、上記実施形態と同様に、主軸９ａとクランクピン９ｃとの相対的な距離が変化するため、ピストン４の上死点位置が変化し、圧縮比を変更可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  エンジン
２  シリンダ部
２ａ  シリンダライナ
２ｂ  シリンダヘッド
２ｃ  シリンダジャケット
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  ピストンロッド
７  クロスヘッド
８  連接棒
９  クランク軸
９ａ  主軸
９ｂ  クランクアーム
９ｃ  クランクピン
９ｄ  可動部
９ｅ  固定部
１００  エンジンシステム
２００  制御部
Ｈ  排気ポート
Ｒ１  燃焼室
Ｒ２  掃気室
Ｓ  掃気ポート
【図１】
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