(57)【要約】クロスヘッド型エンジンは、シリンダと、シリンダ内を摺動するピストンヘッドと、ピストンヘッドに一端が固定されたピストンロッド（１１２ｂ）とを含んで構成され、シリンダ内を往復移動するピストンと、ピストンロッドの他端側に固定され、ピストンと一体に往復移動するクロスヘッドと、一端がクロスヘッドに支持される連結棒と、連結棒に連結され、ピストンおよびクロスヘッドの往復移動に連動して回転するクランクシャフトと、を備え、ピストンロッドは、一端側に配される第１ロッドと、他端側に配される第２ロッドと、第１ロッドと第２ロッドとを連結するとともに、内部に供給された作動流体の圧力によって、ピストンの往復移動方向の長さが可変となる可変部とを含む。
2015108138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダ内を摺動するピストンヘッドと、前記ピストンヘッドに一端が固定されたピストンロッドとを含んで構成され、前記シリンダ内を往復移動するピストンと、
前記ピストンロッドの他端側に固定され、前記ピストンと一体に往復移動するクロスヘッドと、
一端が前記クロスヘッドに支持される連結棒と、
前記連結棒に連結され、前記ピストンおよび前記クロスヘッドの往復移動に連動して回転するクランクシャフトと、を備え、
前記ピストンロッドが、前記一端側に配される第１ロッドと、前記他端側に配される第２ロッドと、前記第１ロッドと前記第２ロッドとを連結するとともに、内部に供給された作動流体の圧力によって、前記ピストンの往復移動方向の長さが可変となる可変部とを含むクロスヘッド型エンジン。
【請求項２】
前記可変部が、作動油を前記作動流体とする油圧シリンダで構成される請求項１に記載のクロスヘッド型エンジン。
【請求項３】
前記シリンダ内において燃焼させる燃料を、液体燃料と気体燃料とで切り換える制御部をさらに備える請求項１に記載のクロスヘッド型エンジン。
【請求項４】
前記シリンダ内において燃焼させる燃料を、液体燃料と気体燃料とで切り換える制御部をさらに備える請求項２に記載のクロスヘッド型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
本願は、２０１４年１月２０日に日本に出願された特願２０１４−００８１０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
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、ピストンの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。連結棒（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。【０００３】
特許文献１のエンジンは、このようなクロスヘッド型のエンジンであって、ピストンヘッド内に油圧シリンダ室が設けられ、ピストンロッド内には、ピストンヘッド側の一端から他端まで連通する油路が設けられ、ピストンロッドの他端側には、油路に供給する作動油の油圧を制御するパイロット弁が組み込まれたパイロット弁箱が配されている。そして、油圧シリンダ室の油圧を切り換えることで、ピストンの長さを可変としている。
また、特許文献２には、油圧による緩衝機構を備えたピストンロッドを有するクロスヘッド型のエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特公昭６３−５２２２１号公報
【特許文献２】日本国特開昭６３−２５３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼室内の圧力が高くなり過ぎると、異常燃焼が発生したり、排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）量が増加したりする。この場合、排気弁の閉弁時期を遅らせるなどの制御によって、エンジンの実質的な圧縮比を低下させることも可能である。しかし、エンジンに吸気される空気量も減って空気過剰率が低下するため、異常燃焼やＮＯｘ量を抑制する効果が限られる場合がある。【０００６】
上述した特許文献１に記載のエンジンでは、機械的な圧縮比を下げることができるため、異常燃焼やＮＯｘ量の抑制には効果的と考えられるが、ピストンヘッド、ピストンロッドの双方に、ピストンの長さを可変とする機構を配さなければならない。また、ピストンロッドの他端側にパイロット弁箱を配する必要があるなど、構造が複雑となる。
その上、油圧シリンダ室が燃焼室に近く、燃焼室からの伝熱によって高温に晒されるため、油圧シリンダ室における摺動部分の耐久性が低下する。【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、耐久性が高く、かつ簡易な構造で、機械的な圧縮比を可変とし、異常燃焼やＮＯｘ量を抑制することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のクロスヘッド型エンジンは、シリンダと、シリンダ内を摺動するピストンヘッドと、ピストンヘッドに一端が固定されたピストンロッドとを含んで構成され、シリンダ内を往復移動するピストンと、ピストンロッドの他端側に固定され、ピストンと一体に往復移動するクロスヘッドと、一端がクロスヘッドに支持される連結棒と、連結棒に連結され、ピストンおよびクロスヘッドの往復移動に連動して回転するクランクシャフトと、を備える。さらに、ピストンロッドは、一端側に配される第１ロッドと、他端側に配される第２ロッドと、第１ロッドと第２ロッドとを連結するとともに、内部に供給された作動流体の圧力によって、ピストンの往復移動方向の長さが可変となる可変部とを含む。【０００９】
可変部は、作動油を作動流体とする油圧シリンダで構成されてもよい。【００１０】
シリンダ内において燃焼させる燃料を、液体燃料と気体燃料とで切り換える制御部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のクロスヘッド型エンジンによれば、耐久性が高く、かつ簡易な構造で、機械的な圧縮比を可変とし、異常燃焼やＮＯｘ量を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ユニフロー掃気式２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
【図２Ａ】各制御部の動作を示す図である。
【図２Ｂ】各制御部の動作を示す図である。
【図３Ａ】ピストンロッドの断面図である。
【図３Ｂ】ピストンロッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明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、本発明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、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
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、１周期が２サイクル（２ストローク）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、本発明が適用されるエンジンの種類は、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。
【００１５】
図１は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００（クロスヘッド型エンジン）の全体構成を示す図である。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サイクルエンジン１００は、シリンダ１１０と、ピストン１１２と、クロスヘッド１１４と、連結棒１１６と、クランクシャフト１１８と、パイロット噴射弁１２０と、燃焼室１２２と、排気ポート１２４と、排気弁駆動装置１２６と、排気弁１２８と、掃気ポート１３０と、掃気室１３２と、燃料噴射ポート１３４と、ロータリエンコーダ１３６と、ガバナー１５０（調速機）と、燃料噴射制御部１５２（制御部）と、排気制御部１５４と、油圧制御部１５６とを含んで構成される。
【００１６】
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、吸気（給気）、圧縮、燃焼、排気といった４つの連続する行程を通じて、ピストン１１２がシリンダ１１０内を往復移動する。ピストン１１２は、シリンダ１１０内を摺動するピストンヘッド１１２ａを含んで構成され、ピストンヘッド１１２ａには、ピストンロッド１１２ｂの一端が固定されている。また、ピストンロッド１１２ｂの他端には、クロスヘッド１１４が固定されており、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１１４ａによって、ピストン１１２のストローク方向（往復移動方向）に垂直な方向（図１中、左右方向）の移動が規制されている。
【００１７】
クロスヘッド１１４は、連結棒１１６の一端を軸支している。また、連結棒１１６の他端は、クランクシャフト１１８に連結され、連結棒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。
【００１８】
このようなクロスヘッド型エンジンでは、シリンダ１１０内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン１１２に作用する側圧をクロスヘッド１１４に受けさせることが可能なので、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の高出力化を図ることができる。さらに、シリンダ１１０とクロスヘッド１１４が収まる不図示のクランク室とが隔離されるので、低質燃料を用いる場合においてもクランク室内における潤滑油の汚損劣化を防止することができる。
【００１９】
パイロット噴射弁１２０は、ピストン１１２の上死点より上方のシリンダヘッド１１０ａに設けられる。
【００２０】
ガス運転モードにおいては、パイロット噴射弁１２０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を噴射する。かかる燃料油は、シリンダヘッド１１０ａと、シリンダブロック１１０ｂにおけるシリンダライナと、ピストン１１２とに囲まれた燃焼室１２２の熱で自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室１２２の温度を極めて高くする。
【００２１】
その結果、後述する燃料噴射ポート１３４から流入した燃料ガスを含む予混合気を、所望のタイミングで確実に燃焼することができる。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。
【００２２】
一方、ディーゼル運転モードにおいては、パイロット噴射弁１２０は、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を噴射する。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。
【００２３】
排気ポート１２４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気ガスを排気するために開閉される。排気弁駆動装置１２６は、所定のタイミングで排気弁１２８を上下に摺動させ、排気ポート１２４を開閉する。このようにして排気ポート１２４を介して排気された排気ガスは、例えば、不図示の過給機のタービン側に供給された後、外部に排気される。
【００２４】
掃気ポート１３０は、シリンダ１１０の下端側の内周面（シリンダブロック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１３０から、ピストン１１２の摺動動作に応じてシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。かかる活性ガスは、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。掃気室１３２には、不図示の過給機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、掃気室１３２とシリンダ１１０内の差圧によって掃気ポート１３０から活性ガスが吸入される。掃気室１３２の圧力は、ほぼ一定とすることができるが、掃気室１３２の圧力が変化する場合には、掃気ポート１３０に圧力計を設け、その計測値に応じて燃料ガスの噴射量等、他のパラメータを制御してもよい。
【００２５】
燃料噴射ポート１３４は、シリンダ１１０内周面において、周方向に所定の間隔を空けて設けられた複数の開口部である。燃料噴射弁１３４ａは、各燃料噴射ポート１３４内に配置される。上述したディーゼル運転モードにおいては、燃料噴射弁１３４ａは開弁せず、燃料ガスは噴射されない。
【００２６】
一方、ガス運転モードにおいては、燃料噴射弁１３４ａは、燃料噴射制御部１５２からの指令を受けて、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化した燃料ガスを噴射する。こうしてシリンダ１１０内に燃料ガスが供給される。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、重油等をガス化したものを適用することもできる。
【００２７】
ロータリエンコーダ１３６は、クランクシャフト１１８の回転角を示す角度信号（以下、クランク角度信号と言う。）を検出する。
【００２８】
ガバナー１５０は、上位の制御装置から入力されたエンジン出力指令値および運転モードと、ロータリエンコーダ１３６からのクランク角度信号によるエンジン回転数に基づいて、燃料噴射量を導出し、燃料噴射量と運転モードを示す情報を燃料噴射制御部１５２に出力する。
【００２９】
燃料噴射制御部１５２は、ガバナー１５０から入力された燃料噴射量と運転モードを示す情報と、ロータリエンコーダ１３６からのクランク角度信号に基づいて、パイロット噴射弁１２０および燃料噴射弁１３４ａを制御する。
【００３０】
排気制御部１５４は、燃料噴射制御部１５２からの燃料噴射量や運転モードにかかる信号、および、ロータリエンコーダ１３６からのクランク角度信号に基づいて、排気弁駆動装置１２６に排気弁操作信号を出力する。
【００３１】
油圧制御部１５６は、上位の制御装置から入力された運転モードに基づいて、油圧ポンプ１５８を制御する。油圧ポンプ１５８は、ピストンロッド１１２ｂの内部に連通して、ピストンロッド１１２ｂの内部に作動油を供給する。
【００３２】
続いて、上述したユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００のエンジンサイクルにおける各制御部の動作について説明する。
【００３３】
図２ＡおよびＢは、各制御部の動作を示す図であり、図２Ａには、ガス運転モードにおけるタイミングチャートを示し、図２Ｂには、ディーゼル運転モードにおけるタイミングチャートを示す。
【００３４】
ガス運転モードにおいては、図２Ａに示すように、燃焼行程後の排気行程では、排気ポート１２４および掃気ポート１３０が閉塞状態にあり、燃焼室１２２（シリンダ１１０内）には排気ガスが充満している。
【００３５】
燃焼室１２２の燃焼作用によって生じる爆発圧力により、ピストン１１２が下降し下死点に近づくと、排気制御部１５４は排気弁駆動装置１２６を通じて排気弁１２８を開弁し（図２Ａに示すｔ１）、続いて、ピストン１１２の摺動動作に応じて掃気ポート１３０が開口する（図２Ａに示すｔ２）。すると、掃気ポート１３０から活性ガスが吸入される。活性ガスはシリンダ１１０内を上昇し、燃焼室１２２（シリンダ１１０内）の排気ガスを排気ポート１２４から押し出す。
【００３６】
そして、ピストン１１２が下死点から上死点に向けて上昇する圧縮行程では、掃気ポート１３０が閉口され、活性ガスの吸入が停止される。
【００３７】
このとき、排気制御部１５４は、排気弁１２８を開弁状態に維持しており、ピストン１１２の上昇によって、引き続き、燃焼室１２２（シリンダ１１０内）の排気ガスが、排気ポート１２４から排出される。
【００３８】
そして、ピストン１１２が上死点に向かって摺動している間に（図２Ａに示すｔ３）、燃料噴射制御部１５２は、ガバナー１５０から入力された燃料噴射量を示す情報や、ロータリエンコーダ１３６からのクランク角度信号によって導出されるエンジン回転数等に基づいて、燃料噴射弁１３４ａを開弁して、燃料噴射ポート１３４から燃焼室１２２内に燃料を噴射させた後、燃料噴射弁１３４ａを閉弁する。
【００３９】
その後、さらにピストン１１２が上昇すると、排気制御部１５４は、排気弁１２８を閉弁して排気ポート１２４を閉口する（図２Ａに示すｔ４）。そして、ピストン１１２が上死点に到達する前に、燃料噴射制御部１５２は、パイロット噴射弁１２０を開弁させ、燃料油を噴射して燃料ガスの燃焼を誘発する（図２Ａに示すｔ５）。
【００４０】
図２Ｂに示すように、ディーゼル運転モードにおいては、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１３４ａを開弁させない。燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２が上死点に到達する前に、パイロット噴射弁１２０を開弁させ、燃料油を噴射して燃焼させる（図２Ｂに示すｔ５）。このとき、パイロット噴射弁１２０の開弁期間は、ガス運転モードにおけるパイロット噴射弁１２０の開弁期間よりも長く、その結果、燃料油の噴射量が多くなる。
【００４１】
このように、燃料噴射制御部１５２は、運転モードに応じて、燃焼室１２２で燃焼させる燃料を、燃料油と燃料ガスとで切り換えている。
【００４２】
そして、燃焼室１２２において燃料ガスや燃料油が燃焼することにより、上記のとおりに、排気、吸気、圧縮、燃焼行程が繰り返される。
【００４３】
ここでは、ディーゼル運転モードとガス運転モードとで、パイロット噴射弁１２０の開弁のタイミングが同じ場合について説明した（図２ＡおよびＢに示すｔ５）。しかし、ディーゼル運転モードにおけるパイロット噴射弁１２０の開弁期間を、ガス運転モードにおけるパイロット噴射弁１２０の開弁期間より長くするため、ディーゼル運転モードにおけるパイロット噴射弁１２０の開弁を、ガス運転モードにおけるパイロット噴射弁１２０の開弁より早めてもよい。
【００４４】
ところで、ディーゼル運転モードとガス運転モードとでは適切な圧縮比が異なる。本実施形態では、ピストンロッド１１２ｂの構造を改良することで、圧縮比を可変としている。以下、ピストンロッド１１２ｂの具体的な構造について詳述する。
【００４５】
図３ＡおよびＢは、ピストンロッド１１２ｂの断面図であり、図３Ａは、通常時のピストンロッド１１２ｂを示し、図３Ｂは、収縮時のピストンロッド１１２ｂを示す。図３ＡおよびＢのそれぞれにおいて、上側がピストンヘッド１１２ａの配される側で、下側がクロスヘッド１１４の配される側となっている。
【００４６】
図３ＡおよびＢに示すように、ピストンロッド１１２ｂは、第１ロッド１６０と、第２ロッド１６２とを含んで構成される。第１ロッド１６０は、ピストンヘッド１１２ａ側（一端側）に配され、第２ロッド１６２は、クロスヘッド１１４側（他端側）に配される。
【００４７】
第１ロッド１６０は、ピストンロッド１１２ｂの軸方向に貫通する貫通孔１６０ａを有する環状部材である。第１ロッド１６０のうち、図３ＡおよびＢ中、下側の端面１６０ｂには、端面１６０ｂから上記軸方向に突出する突出部１６０ｃが形成されており、貫通孔１６０ａは、突出部１６０ｃの中心を貫通している。
【００４８】
第２ロッド１６２は、第１ロッド１６０と同様、上記軸方向に貫通する貫通孔１６２ａを有する環状部材である。第２ロッド１６２の貫通孔１６２ａは、図３ＡおよびＢ中、上側の端面１６２ｂまで延びる大径部１６２ｃと、大径部１６２ｃよりも内径が小さく、大径部１６２ｃから、図３ＡおよびＢ中、下側に連続する小径部１６２ｄを含んでいる。大径部１６２ｃと小径部１６２ｄとの境界には、段差面１６２ｅが形成されている。
【００４９】
第２ロッド１６２の大径部１６２ｃの内径は、第１ロッド１６０の突出部１６０ｃの外径よりも僅かに大きく形成されており、第１ロッド１６０の突出部１６０ｃが、図３ＡおよびＢ中、上方から第２ロッド１６２の大径部１６２ｃに挿入されている。
【００５０】
第１ロッド１６０の貫通孔１６０ａと、第２ロッド１６２の貫通孔１６２ａの内部には、貫通孔１６０ａと貫通孔１６２ａを跨いでピストンロッド１１２ｂの軸線上に延びる油圧シリンダ１６４（可変部）が配されている。油圧シリンダ１６４は、ベース部１６６とプランジャ部１６８とを含んで構成され、第１ロッド１６０と第２ロッド１６２とを連結する。
【００５１】
ベース部１６６は、円柱状の部材であって、上記軸方向に延びる摺動穴１６６ａが形成される。摺動穴１６６ａの底面（図３ＡおよびＢ中、上端面）には、ベース部１６６の外部に貫通する油孔１６６ｂが設けられている。油孔１６６ｂには、不図示の油圧ホースが連結されて油圧ポンプ１５８と連通している。
【００５２】
プランジャ部１６８は、ベース部１６６と外径がほぼ等しい円柱状の部材である。プランジャ部１６８のうち、図３ＡおよびＢ中、上側に形成された小径部１６８ａは、ベース部１６６の摺動穴１６６ａの内径よりも、外径が僅かに小さい部位であって、図３ＡおよびＢ中、下方から摺動穴１６６ａに挿入されている。
【００５３】
第１ロッド１６０には、端面１６０ｂの上方にて、第１ロッド１６０を、その径方向に貫通する支持孔１６０ｄが設けられている。支持孔１６０ｄは、第１ロッド１６０の径方向に対向して２つ設けられており、これらの支持孔１６０ｄに、ベース支持部１７０の両端がそれぞれ挿入されている。
【００５４】
ベース支持部１７０は、板状部材であって、その中央部に、ベース部１６６が挿通される挿通孔１７０ａを有する。ベース部１６６は、ベース支持部１７０の挿通孔１７０ａに挿通された状態で、ベース支持部１７０に固定されている。
【００５５】
第２ロッド１６２の小径部１６２ｄには、その径方向に貫通する支持孔１６２ｆが設けられている。支持孔１６２ｆは、第２ロッド１６２の径方向に対向して２つ設けられており、これらの支持孔１６２ｆに、プランジャ支持部１７２の両端がそれぞれ挿入されている。
【００５６】
プランジャ支持部１７２は、板状部材であって、その中央部に、プランジャ部１６８が挿通される挿通孔１７２ａを有する。プランジャ部１６８は、プランジャ支持部１７２の挿通孔１７２ａに挿通された状態で、プランジャ支持部１７２に固定されている。
【００５７】
すなわち、ベース部１６６は、ベース支持部１７０によって、第１ロッド１６０に固定され、プランジャ部１６８は、プランジャ支持部１７２によって、第２ロッド１６２に固定されている。
【００５８】
ベース部１６６の摺動穴１６６ａ内には、油孔１６６ｂから、油圧ポンプ１５８で昇圧された作動油が流入しており、この作動油の油圧によってプランジャ部１６８が下方に押圧されている。また、ピストン１１２には、燃焼室１２２における燃料ガスや燃料油の燃焼に伴う膨張圧などによって、ピストン１１２を圧縮する方向の力が作用している。
【００５９】
そして、油圧ポンプ１５８による油圧が下がると、図３Ａの状態から図３Ｂの状態へと、ベース部１６６とプランジャ部１６８が、相対的に近づく方向に移動する。
【００６０】
油圧シリンダ１６４が収縮すると、ベース支持部１７０、プランジャ支持部１７２それぞれを介してベース部１６６、プランジャ部１６８に固定された第１ロッド１６０、第２ロッド１６２も連動して移動する。そして、大径部１６２ｃと小径部１６２ｄの境界に形成された段差面１６２ｅと、突出部１６０ｃとの間隔Ｄが小さくなる。
【００６１】
また、油圧ポンプ１５８による油圧が上がると、図３Ｂの状態から図３Ａの状態へと、ベース部１６６とプランジャ部１６８が、相対的に離間する方向に移動する。こうして、油圧シリンダ１６４が伸長する。
【００６２】
油圧シリンダ１６４が伸長すると、ベース支持部１７０、プランジャ支持部１７２それぞれを介してベース部１６６、プランジャ部１６８に固定された第１ロッド１６０、第２ロッド１６２も連動して移動する。そして、大径部１６２ｃと小径部１６２ｄの境界に形成された段差面１６２ｅと、突出部１６０ｃとの間隔Ｄが大きくなる。
【００６３】
こうして、油圧シリンダ１６４の伸長に伴ってピストンロッド１１２ｂが伸長し、油圧シリンダ１６４の収縮に伴ってピストンロッド１１２ｂが収縮する。このように、ピストンロッド１１２ｂは、ピストン１１２のストローク方向の長さを可変とする構成になっている。
【００６４】
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、クロスヘッド型エンジンであるため、連結棒１１６から伝達されるストローク方向に垂直な方向の力は、クロスヘッド１１４が受ける。そのため、ピストンロッド１１２ｂや油圧シリンダ１６４は、ストローク方向に垂直な方向の力を受け難いため、油圧による油圧シリンダ１６４の伸縮が可能となっている。
【００６５】
油圧制御部１５６は、ガス運転モードにおいては、低圧縮比となるように、油圧を下げて油圧シリンダ１６４を収縮させた状態とし（図３Ｂ参照）、ディーゼル運転モードにおいては、ディーゼル運転モードよりも高圧縮比となるように、油圧を上げて油圧シリンダ１６４を伸長させた状態とする（図３Ａ参照）。
【００６６】
その結果、ガス運転モードにおいて、異常燃焼およびノッキングの発生や、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量が抑制される。また、ディーゼル運転モードにおいて、高圧縮比による高効率化を実現することが可能となる。
【００６７】
また、排気弁１２８の閉弁時期を遅らせることで、実質的な圧縮比を下げる場合には、空気過剰率が低下するが、本実施形態では、ピストンロッド１１２ｂを収縮して圧縮比を下げることから、異常燃焼およびノッキングの発生を抑制することが可能となる。
【００６８】
また、ピストン１１２のうち、ピストンヘッド１１２ａではなく、ピストンロッド１１２ｂについて、ストローク方向の長さを可変とする構成としたため、ピストンヘッド１１２ａよりも燃焼室１２２から遠い位置に油圧シリンダ１６４が配される。その結果、油圧シリンダ１６４や作動油の高温化が抑制され、それらの耐久性を向上することが可能となる。
【００６９】
また、第１ロッド１６０の貫通孔１６０ａと第２ロッド１６２の貫通孔１６２ａの内部に設置した油圧シリンダ１６４内の油圧を調整することにより、ピストンロッド１１２ｂのストローク方向の長さが可変となっている。そのため、例えば上述した特許文献２等とは異なり、第１ロッド１６０および第２ロッド１６２の周囲をシリンダで覆い、第１ロッド１６０および第２ロッド１６２とシリンダで囲まれた空間に作動油を供給して第１ロッド１６０および第２ロッド１６２をシリンダ内で摺動させる必要はない。
すなわち、作動油のシール面としての、シリンダに対する第１ロッド１６０および第２ロッド１６２の摺動面が存在せず、作動油が、第１ロッド１６０および第２ロッド１６２の往復運動の影響を受けにくい。そのため、作動油のシール性が向上し、ストローク方向の長さが可変なピストンロッド１１２ｂの信頼性が向上する。
【００７０】
また、異常燃焼が発生して燃焼室１２２の圧力が過剰に高くなった場合、油圧シリンダ１６４に作用する圧縮力が大きくなり、油圧シリンダ１６４が自動的に収縮される。その結果、圧縮比が下がることから、異常燃焼が鎮静化される。このように、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、異常燃焼が発生したとき、異常燃焼の検知や油圧制御部１５６の制御といった処理を行わずとも、自動的に圧縮比を下げて、異常燃焼の鎮静化を図ることが可能となる。
【００７１】
また、上述した実施形態では、可変部が油圧シリンダ１６４で構成される場合について説明したが、可変部は、第１ロッド１６０と第２ロッド１６２を連結して作動流体の圧力によってストローク方向の長さを可変とする機構であれば、油圧シリンダ１６４でなくてもよい。可変部は、例えば、作動流体として作動油ではなく、空気を用いた空圧シリンダで構成されてもよいし、電動アクチュエータで構成されてもよい。しかし、作動油を作動流体とする油圧シリンダ１６４を用いると、作動油が圧縮による体積変化が小さいことから応答性がよく、ピストンロッド１１２ｂを安定的に伸縮させることが可能となる。
また、第１ロッド１６０と第２ロッド１６２とを油圧シリンダ１６４で連結した構造は、簡易な構成であることから、製造コストが低く、かつ、故障しにくい。
【００７２】
また、上述した実施形態では、油圧制御部１５６は、運転モードに基づいて油圧を制御し、ピストンロッド１１２ｂの長さを伸縮させる場合について説明した。しかし、油圧制御部１５６は、例えば、燃焼室１２２内の圧力が高くなり過ぎた場合に、油圧を下げてピストンロッド１１２ｂを収縮してもよい。このような制御によれば、異常燃焼およびノッキングの発生やＮＯｘ量を抑制することが可能となる。
【００７３】
また、上述した実施形態において、油圧ポンプ１５８は、ピストン１１２に作動油を供給する専用のポンプである場合について説明した。しかし、油圧ポンプ１５８には、シリンダ１１０内において、ピストンヘッド１１２ａの冷却のための冷却油を循環させるためのポンプを共用してもよい。この場合、油圧ポンプ１５８通常時は、シリンダ１１０内にピストンヘッド１１２ａの冷却油を供給し、ピストンロッド１１２ｂの長さを伸縮させるときのみ、上述した実施形態のピストン１１２に作動油を供給する。こうして、ポンプの設置数を減らして、製造コストを低減することが可能となる。
【００７４】
以上、添付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、本発明はかかる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、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発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、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に利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  ユニフロー掃気式２サイクルエンジン（クロスヘッド型エンジン）
１１０  シリンダ
１１２  ピストン
１１２ａ  ピストンヘッド
１１２ｂ  ピストンロッド
１１４  クロスヘッド
１１６  連結棒
１１８  クランクシャフト
１５２  燃料噴射制御部（制御部）
１６０  第１ロッド
１６２  第２ロッド
１６４  油圧シリンダ（可変部）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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