JP6451486B2 - 油圧発生装置およびクロスヘッド型エンジン - Google Patents

Description

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。

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機構となっている。

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。

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おいて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った。

本発明は、このような課題に鑑み、別途、油圧ポンプの設置が不要、または、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、本発明の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一端、および、クランクシャフトに連結される連接棒の一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、一端が本体部材の外方に位置し、他端を本体部材の内部で昇圧室に臨ませ、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、を備えたことを特徴とする。

本体部材は、クロスヘッドに設けられていてもよい。

プランジャ押圧部材は、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、傾斜面は、第１押圧部から第２押圧部まで、本体部材との離隔距離が漸減してもよい。

プランジャ押圧部材は、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、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作動してもよい。

プランジャは、昇圧室を挟んで摺動方向に互いに離隔して１対設けられ、昇圧室には、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、プランジャ押圧部材は、１対のプランジャそれぞれに設けられてもよい。

本体部材には、導入ポートから昇圧室への作動油の流れを許容し、昇圧室から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、昇圧室から吐出ポートへの作動油の流れを許容し、吐出ポートから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てもよい。

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、上記の油圧発生装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、別途、油圧ポンプの設置が不要、または、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示す説明図である。 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ための説明図である。 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ための説明図である。 油圧発生装置の配置を説明するための説明図である。 本体部材を説明するための図である。 油圧発生装置の作用を説明するための図である。 油圧発生装置の制御を説明するための図である。

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。

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サイクルエンジン１００（クロスヘッド型エンジン）の全体構成を示す説明図である。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サイクルエンジン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１１２ａの下端（一端）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の一端に設けられた孔に挿通されており、連接棒１１６の一端を支持している。また、連接棒１１６の他端は、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が回転することとなる。

すなわち、ピストン１１２が固定されるピストンロッド１１２ａの一端、および、クランクシャフト１１８に連結される連接棒１１６の一端がクロスヘッド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気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摺動され、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気ガスは、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。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内の差圧をもって掃気ポート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。かかる燃料油は、シリンダヘッド１１０ａと、シリンダライナ１１０ｂと、ピストン１１２とに囲繞された燃焼室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ものとする。また、燃料ガスは、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。

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２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ための説明図であり、図２（ａ）には、図１の一点鎖線部分を抽出した拡大図を示し、図２（ｂ）には、図２（ａ）のＩＩ（ｂ）―ＩＩ（ｂ）線断面を示す。

図２（ａ）、（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の一端が挿入される。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２（ｂ）中、左右方向）に垂直に延在する連結穴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の一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の一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の外径が一端側よりも大きい大径部１６２ａと、大径部１６２ａよりも一端側に位置し、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に挿入可能な寸法関係となっている。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Ｏ_１が配される。

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がピストンロッド１１２ａの上端側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Ｏ_２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に固定蓋１６６が当接する。

また、ピストンロッド１１２ａとクロスヘッドピン１１４ａとの連結部分であって、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繞される。

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、固定蓋１６６によって囲繞される。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の一端側と他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よりも一端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よりも上端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、一端が大径穴部１６４ａと小径穴部１６４ｂの内径差による段差面に開口し、他端が後述する油圧発生装置に連通している。排油路１７０ｂは、一端が大径穴部１６４ａと小径穴部１６４ｂの内径差による段差面に開口し、不図示の電磁弁に連通している。

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、油圧ポンプに連通している。

図３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ための説明図であり、図３（ａ）では、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３（ｂ）では、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３（ａ）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３（ｂ）に示すように、第１油圧室１６８ａのピストン１１２のストローク方向の長さが短くなる。一方、第２油圧室１６８ｂは、ピストン１１２のストローク方向の長さが長くなる。

第１油圧室１６８ａおよび第２油圧室１６８ｂのピストン１１２のストローク方向の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を可変としている。

ところで、図３（ｂ）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ことから、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、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３中、上下方向）の流路幅が広く形成されており、図３（ａ）、（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わっても、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の軸方向に挟んで、Ｏリングで構成される第３シール部材Ｏ_３、第４シール部材Ｏ_４が配される（図２参照）。

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。ここでは、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在し、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は、内部に冷却管１７８が配されており、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の軸方向に延在する出口孔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１１４ａ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の他端に連通し、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の配置を説明するための説明図である。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、架橋２０６に固定されている。ここでは、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５は、本体部材２０２を説明するための図であり、本体部材２０２の概略断面図を示す。図５に示すように、本体部材２０２には、図５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から突出した端部に設けられる。ローラ２１４は、図５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の一端（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の他端（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の端部２１２ａは互いに離隔しており、プランジャ本体２１２の端部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の端部２１２ａ（プランジャ２１０ａ、２１０ｂの他端）は、本体部材２０２の内部で昇圧室２１６に臨んでいる。そして、プランジャ２１０ａ、２１０ｂは、貫通孔２０８内を摺動する。図５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の端部２１２ａにそれぞれ固定されている。

本体部材２０２のうち、図５中、上側には導入ポート２２０が設けられ、図５中、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、ここでは、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５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５（ａ）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５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５（ｂ）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６は、油圧発生装置２００の作用を説明するための図である。図６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側にストローク方向に移動した状態を示す。

図６（ａ）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、ストローク方向の下側（図６（ａ）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、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６（ａ）中、上側の端部であり、プランジャ２１０ａ、２１０ｂの摺動方向（図６中、左右方向）に本体部材２０２から離隔して配され、本体部材２０２との離隔距離が第１の距離Ｌａである。そして、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（ここでは、０）となる。

すなわち、本体部材２０２がストローク方向に図６中、下側に向かって移動し、図６（ａ）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から押し込まれない。そして、本体部材２０２が図６（ｂ）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６（ａ）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６（ｂ）の位置から図６（ｃ）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、ピストンロッド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がストローク方向に、図６（ａ）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、本体部材２０２がストローク方向に、図６（ａ）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６（ａ）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７は、油圧発生装置２００の制御を説明するための図である。図７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７（ａ）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７（ｂ）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７（ａ）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７（ａ）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７（ａ）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７（ｂ）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７（ｂ）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、２０４ｂは、図７（ａ）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７（ｂ）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作動する。そのため、油圧発生装置２００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、２０４ｂ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７（ａ）に示す昇圧位置から図７（ｂ）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、別途、油圧ポンプの設置が不要となるか、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、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のストローク方向の移動範囲の任意の位置に配置でき、設置自由度が高い。

上述した実施形態では、油圧発生装置２００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は、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は、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は、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には、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、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発明の技術的範囲に属するものと了解される。

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サイクルエンジン（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 プランジャ押圧部材
２０４ｂ プランジャ押圧部材
２１０ａ プランジャ
２１０ｂ プランジャ
２１２ａ 端部（他端）
２１４ａ 端部（一端）
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 第１押圧部
２３８ 第２押圧部
２４０ 第１押圧部

Claims (7)

1. ピストンが固定されるピストンロッドの一端、および、クランクシャフトに連結される連接棒の一端がクロスヘッドを介して接続され、該クロスヘッドが該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、該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、該導入ポートから該本体部材に導かれた作動油を昇圧して該吐出ポートから吐出する昇圧室と、
   一端が前記本体部材の外方に位置し、他端を該本体部材の内部で前記昇圧室に臨ませ、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、該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、該第１押圧部と前記ストローク方向の位置を異にし、該本体部材との離隔距離が該第１の距離よりも小さい第２の距離であって、該昇圧室側への該プランジャの押し込み量が該第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、該プランジャが該第１押圧部から該第２押圧部へ移動する過程で、該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、
   を備えたことを特徴とするクロスヘッド型エンジンの油圧発生装置。
2. 前記本体部材は、前記クロスヘッドに設けられていることを特徴とする請求項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は、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、該傾斜面は、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ことを特徴とする請求項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は、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、該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作動することを特徴とする請求項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. 前記プランジャは、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は、前記１対のプランジャそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項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、該昇圧室から該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、該昇圧室から前記吐出ポートへの作動油の流れを許容し、該吐出ポートから該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ことを特徴とする請求項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. 前記請求項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ことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。

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