可变压缩装置、发动机系统以及活塞杆位置调整方法与流程

本公开涉及可变压缩装置、发动机系统以及活塞杆位置调整方法。

本申请基于2017年8月25日在日本申请的日本特愿2017-162594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式发动机。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2014-20375号公报。

技术实现要素：

发明要解决的课题

如上所述的具有变更压缩比的压缩调整装置的发动机系统通过变更活塞杆的在移动方向上的位置，从而变更活塞的下止点和上止点位置，调整压缩比。这样的压缩比的调整基于操纵者的操作等而进行发动机系统的控制装置。然而，控制装置不掌握活塞杆的位置，难以正确地调整压缩比。

本公开是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于，在控制发动机的活塞杆的位置的控制装置中，正确地调整压缩比。

用于解决课题的方案

本公开的一个方式的可变压缩装置是变更发动机的燃烧室中的压缩比的可变压缩装置，具备：活塞杆；流体室，通过供给升压的工作流体从而使上述活塞杆沿提高压缩比的方向移动；升压机构，将上述工作流体升压而供给至上述流体室；检测部，至少一部分相对于上述活塞杆而配置，检测上述活塞杆的位置的位移，输出包括上述活塞杆的位置信息的信号；以及控制部，基于上述位置信息而控制上述升压机构。

在上述一个方式的可变压缩装置中，也可以是，上述检测部具有杆、设于上述杆与在上述活塞杆的下端部设置的粗径部之间的偏压部、以及非接触地检测上述杆的移动的传感器部，上述杆由上述偏压部推压至上述粗径部。

在上述一个方式的可变压缩装置中，也可以是，上述杆沿着上述活塞杆的移动方向配置。

在上述一个方式的可变压缩装置中，也可以是，上述检测部具有设于上述杆的磁性部件，上述传感器部是检测磁场的变化的磁传感器。

在上述一个方式的可变压缩装置中，也可以是，具备信息发送部，该信息发送部构成为将从上述检测部取得的上述位置信息发送至上述控制部。

本公开的一个方式的发动机系统具备上述一个方式的可变压缩装置。

本公开的一个方式的活塞杆位置调整方法是通过将工作流体供给至流体室从而使活塞杆沿提高发动机的燃烧室中的压缩比的方向移动的活塞杆位置调整方法，具有：位置取得工序，取得上述活塞杆的位置信息；和压力调整工序，基于上述位置信息而调整上述工作压力的供给压力。

在上述一个方式的活塞杆位置调整方法中，也可以是，上述位置取得工序基于上述燃烧室的上止点时的筒内压和上述燃烧室的下止点时的筒内压，算出上述活塞杆的位置。

在上述一个方式的活塞杆位置调整方法中，也可以是，上述位置取得工序基于包括从设于上述活塞杆的检测部取得的上述位置信息的信号，取得上述活塞杆的位置信息。

发明的效果

依据本公开，检测部输出包括活塞杆的移动方向上的位置信息的信号，控制部取得活塞杆的位置信息，基于该位置信息而调整活塞杆的位置。由此，控制部能够监视活塞杆的移动方向上的位置是否与作为目标的活塞杆的位置一致，正确地调整活塞杆的移动方向上的位置。而且，通过正确地掌握活塞杆的位置，从而能够减少使升压机构驱动的次数。

附图说明

图1是本公开的一个实施方式中的发动机系统的截面图。

图2是示出本公开的一个实施方式中的发动机系统的一部分的立体图。

图3是示出本公开的一个实施方式中的发动机系统的一部分的示意截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开中的发动机系统100的一个实施方式进行说明。

[第一实施方式]

本实施方式的发动机系统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、控制部300以及位置检测部400(参照图2，检测部)。此外，在本实施方式中，将增压器200视为辅机，与发动机1(主机)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是多缸的单流式扫气柴油发动机。发动机1具有：气体运转模式，使天然气等气体燃料与重油等液体燃料一起燃烧；和柴油运转模式，使重油等液体燃料燃烧。此外，在气体运转模式下，也可以仅使气体燃料燃烧。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(升压机构)、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。

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，十字头7的后述十字头销7a能够在构架2的内部往复运动。

汽缸部3具有圆筒状的汽缸衬里3a、汽缸头3b以及汽缸套3c。汽缸衬里3b是圆筒状的部件。在汽缸衬里3a的内侧(内周面)，形成有与活塞4滑动的滑动面。被汽缸衬里3a的内周面和活塞4包围的空间成为燃烧室r1。另外，在汽缸衬里3a的下部，形成有多个扫气端口s。扫气端口s是沿着汽缸衬里3a的周面排列的开口，将汽缸套3c内部的扫气室r2与汽缸衬里3a的内侧连通。汽缸头3b是在汽缸衬里3a的上端部设置的盖部件。在汽缸头3b的俯视下的中央部，形成有排气端口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，发送到控制部300。汽缸套3c设于构架2与汽缸衬里3a之间，是汽缸衬里3a的下端部所插入的圆筒状部件。在汽缸套3c的内部形成有扫气室r2。另外，汽缸套3c的扫气室r2与扫气积存部12连接。

活塞4为大致圆柱状，与后述的活塞杆6连接而配置于汽缸衬里3a的内侧。另外，在活塞4的外周面设有未图示的活塞环，由活塞环将活塞4与汽缸衬里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而在汽缸衬里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是容纳排气阀5a的端部的圆筒形壳体。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是一端与活塞4连接且另一端与十字头销7a联接的长尺寸状的部件。活塞杆6的端部插入至十字头销7a，以连杆9能够旋转的方式联接。另外，在活塞杆6的十字头销7a侧的端部(下端部)的一部分，具有直径较粗地形成的粗径部。

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是将活塞杆6与连杆9可移动地联接的圆柱状部件。在十字头销7a的、活塞杆6的端部所插入的插入空间，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)。在比十字头销7a的中心更靠下侧，形成有沿着十字头销7a的轴方向贯通的出口孔o。出口孔o是通过活塞杆6的未图示的冷却流路的冷却油被排出的开口。另外，在十字头销7a，设有：供给流路r4，将液压室r3与后述的柱塞泵8c连接；和泄放流路r5，将液压室r3与后述的泄放阀8f连接。而且，在十字头7，形成有辅助流路r6，其将十字头销7a与盖部件7c连通，在盖部件7c的周面和十字头销7a的周面开口。

导靴7b可转动地支撑十字头销7a。导靴7b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，由此十字头销7a的旋转运动和沿着活塞4的冲程方向的除了向直线方向移动以外的移动被限制。盖部件7c是固定于十字头销7a的上部且活塞杆6的端部所插入的环状部件。十字头7将活塞4的直线运动传递到连杆9。

如图3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、控制部300以及位置检测部400作为本公开中的可变压缩装置而起作用。

供给泵8a基于来自控制部300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。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将供给泵8a与各缸的柱塞泵8c连接。摇动管8b能够在伴随着十字头销7a移动的柱塞泵8c与被固定的供给泵8a之间摇动。

柱塞泵8c固定于十字头销7a。柱塞泵8c具有棒状的柱塞8c1、可滑动地容纳柱塞8c1的筒状汽缸8c2、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，从而在汽缸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的端部的工作油的吐出侧的开口，设有第一止回阀8d，在设于汽缸8c2的侧周面的工作油的吸入侧的开口，设有第二止回阀8e。柱塞驱动部8c3连接至柱塞8c1，基于来自控制部300的指示而使柱塞8c1往复运动。

第一止回阀8d为通过朝向汽缸8c2的内侧偏压阀体从而闭阀的构造，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内的工作油的压力成为第一止回阀8d的偏压部件的偏压力(开阀压力)以上，则阀体被工作油推动，由此开阀。第二止回阀8e朝向汽缸8c2的外侧被偏压，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成为第二止回阀8e的偏压部件的偏压力(开阀压力)以上，则阀体被工作油推动，由此开阀。此外，在第一止回阀8d的开阀压力比第二止回阀8e的开阀压力更高并以预先设定的压缩比运转的稳定运转时，第一止回阀8d不会通过从供给泵8a供给的工作油的压力而开阀。

泄放阀8f设于十字头销7a。泄放阀8f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。泄放阀驱动部8f2连接至主体部8f1的阀体，基于来自控制部300的指示而将主体部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的工作油返回至工作油罐。

如图1所示，连杆9是与十字头销7a联接并且与曲柄轴11联接的长尺寸状部件。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是连接至设于缸的连杆9的长尺寸状部件，通过由各个连杆9传送的旋转运动而旋转，从而将动力传送至例如螺旋状物等。扫气积存部12设于汽缸套3c与增压器200之间，由增压器200加压的空气流入。另外，在扫气积存部12的内部，设有空气冷却器14。排气积存部13是与各缸的排气端口h连接并且与增压器200连接的管状部件。从排气端口h排出的气体暂时地存积于排气积存部13，由此在抑制脉动的状态下被供给到增压器200。空气冷却器14冷却扫气积存部12内部的空气。

增压器200由通过从排气端口h排出的气体而旋转的涡轮，将从未图示的吸气端口吸入的空气加压而供给至燃烧室r1。

控制部300是基于船舶的操纵者的操作等而控制燃料的供给量等的计算机。控制部300具备接收位置检测部400的后述通信部430的无线通信的接收部。另外，控制部300控制液压部8，由此变更燃烧室r1中的压缩比。具体而言，控制部300基于来自位置检测部400的信号而取得活塞杆6的位置信息，控制柱塞泵8c、供给泵8a以及泄放阀8f，调整液压室r3中的工作油的量，由此使活塞杆6的位置变更而变更压缩比。

如图2和图3所示，位置检测部400具有磁传感器410(传感器部)、杆部420以及通信部430(信息发送部)。磁传感器410固定于盖部件7c。磁传感器410通过与后述杆421的移动相伴随的磁场的变化而使电信号(包括活塞杆6的位置信息的信号)产生。

杆部420具有杆421、保持部422、偏压弹簧423(偏压部)以及磁性部件424。杆421是具有设于其端部的附近并保持偏压弹簧423的凸缘的棒状部件。杆421插入至在保持部422和盖部件7c形成的贯通孔，沿着活塞杆6的延伸方向配置，由偏压弹簧423推压至活塞杆6的下端部的粗径部。即，当活塞杆6通过液压被上推时，杆421抵接于活塞杆6的粗径部的上表面。保持部422是固定于盖部件7c且杆421所插入的筒状部件。杆421能够在保持部422内往复运动。偏压弹簧423设于杆421的凸缘与活塞杆6的粗径部之间，朝向活塞杆6的粗径部偏压杆421。磁性部件424具有等间隔地排列的多个磁铁，在杆421的周面沿着杆421的延伸方向设置。

通信部430是将磁传感器410的检测到的电信号通过无线通信发送至控制部300的遥测仪。

发动机系统100使从未图示的燃料喷射阀喷射至燃烧室r1的燃料点火、爆炸，由此使活塞4在汽缸衬里3a内滑动，使曲柄轴11旋转。如果详细描述，则供给至燃烧室r1的燃料在与从扫气端口s流入的空气混合之后，通过活塞4朝向上止点方向移动从而被压缩，温度上升并自然点火。另外，在液体燃料的情况下，在燃烧室r1中温度上升，由此汽化并自然点火。

然后，燃烧室r1内的燃料自然点火从而急剧地膨胀，朝向下止点方向的压力施加到活塞4。由此，活塞4沿下止点方向移动，活塞杆6伴随着活塞4而移动，曲柄轴11经由连杆9而旋转。进而，活塞4移动至下止点，从而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，燃烧室r1内的排出气体被加压空气推出到排气积存部13。

在增大压缩比的情况下，由控制部300驱动供给泵8a，工作油被供给至柱塞泵8c。然后，控制部300驱动柱塞泵8c而将工作油加压，直到成为能够将活塞杆6提起的压力，并将工作油供给到液压室r3。通过液压室r3的工作油的压力，活塞杆6的端部提起，与此相伴的是，活塞4的上止点位置向上方(排气端口h侧)移动。

在减小压缩比的情况下，由控制部300驱动泄放阀8f，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的工作油减少，活塞杆6向下方(曲柄轴11侧)移动，与此相伴的是，活塞4的上止点位置向下方移动。

接着，对本实施方式中的活塞杆6的位置调整方法进行说明。

如果伴随着活塞杆6的移动而杆421移动，则磁性部件424移动，由此，磁传感器410检测的磁场变化。磁传感器410将这样的磁场的变化作为电信号而输出。通信部430将磁传感器410的电信号发送到控制部300。

控制部300接收磁传感器410的电信号，从基于电信号算出的杆421的位置取得活塞杆6的位置(位置取得工序)。然后，控制部300基于活塞杆6的位置而比较作为目标的压缩比和实际的压缩比，在实际的压缩比与作为目标的压缩比不同的情况下，控制液压部8而进行工作油的升压量(供给压力)的控制或者液压室r3内的工作油的排出，直到成为作为目标的压缩比(压力调整工序)。

依据本实施方式中的发动机系统100和活塞杆6的位置调整方法，由位置检测部400输出包括活塞杆6的移动方向上的位置信息的信号。由控制部300取得活塞杆6的位置信息，基于该位置信息而调整活塞杆6的位置。由此，控制部300能够监视活塞杆6的移动方向上的位置是否与作为目标的活塞杆6的位置一致，正确地调整活塞杆6的移动方向上的位置。而且，通过正确地掌握活塞杆6的位置，从而能够减少使液压部8的柱塞泵8c和泄放阀8f驱动的次数。

另外，依据本实施方式中的发动机系统100，位置检测部400具有与活塞杆6一起移动的杆421、和检测杆421的移动的磁传感器410。由此，不对活塞杆6进行直接加工，磁传感器410能够非接触地取得活塞杆6的位置信息。

另外，依据本实施方式中的发动机系统100，杆421沿着活塞杆6的移动方向配置。由此，能够沿着杆421的长度方向设置作为磁传感器410的检测对象的磁性部件424，能够使杆421的大小成为最低限度，同时取得活塞杆6的位置信息。

另外，在本实施方式中，位置检测部400通过磁传感器410使包括活塞杆6的位置信息的信号产生。磁传感器410能够在相对于重复往复运动的活塞杆6不接触的状态下计量活塞杆6的位置。而且，磁传感器410构造简单，即使是如发动机1那样容易成为高温的部位，也能够进行计量。

另外，在本实施方式中，由于设有通信部430，因而能够将由位置检测部400输出的电信号发送到位于分离的位置的控制部300。由此，能够将控制部300相对于发动机1而与位置检测部400分体地配置。

而且，在本实施方式中，通过偏压弹簧423将杆421推压至活塞杆6。由此，不加工活塞杆6而安装杆421，容易相对于现有的活塞杆6而安装杆421。

[第二实施方式]

将上述第一实施方式的变形例作为第二实施方式而说明。此外，对于与上述第一实施方式相同的构成的部件，标记相同的符号，并省略说明。

本实施方式中的发动机系统100不具有位置检测部400。在这样的构成中，控制部300基于从来自筒内压传感器的信号算出的燃烧室r1内的压力，算出实际的压缩比，并调整活塞杆6的位置。

在将当活塞4位于下止点时的筒内压作为p0，将当活塞4位于上止点时的筒内压作为p1时，压缩比ε由下述式1表示。此外，κ表示多变(polytrope)指数。

[数学式1]

控制部300基于上述式1，从筒内压传感器输出的信号算出汽缸部3中的压缩比。进而，控制部300从算出的压缩比算出活塞杆6的位置(位置取得工序)。然后，控制部300基于活塞杆6的位置而比较作为目标的压缩比和实际的压缩比，在实际的压缩比与作为目标的压缩比不同的情况下，控制液压部8而进行工作油的升压量的控制或者液压室r3内的工作油的排出，直到成为作为目标的压缩比(压力调整工序)。

依据这样的本实施方式中的活塞杆6的位置调整方法，通过筒内压传感器将筒内压(包括活塞杆6的移动方向上的位置信息的信号)输出至控制部300。通过控制部300取得活塞杆6的位置信息，基于该位置信息来调整活塞杆6的位置。由此，控制部300能够监视活塞杆6的移动方向上的位置是否与作为目标的活塞杆6的位置一致，正确地调整活塞杆6的移动方向上的位置。而且，通过正确地掌握活塞杆6的位置，从而能够减少使液压部8的柱塞泵8c和泄放阀8f驱动的次数。

另外，控制部300基于来自筒内压传感器的信号而算出压缩比，从而能够取得正确的压缩比，能够基于实际的压缩比而更加正确地调整活塞杆6的位置。

另外，在本实施方式中，未设置位置检测部400，可变压缩装置相对于发动机系统100的设置变得容易。

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。上述的实施方式中示出的各构成部件的各种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，位置检测部400设有磁传感器410和磁性部件424，但本公开不限定于此。位置检测部400也可以通过静电容传感器而输出包括活塞杆6的位置信息的信号。另外，位置检测部400也可以具备其它的非接触型位移传感器。

另外，在上述实施方式中，通信部430通过无线通信而发送，但本公开不限定于此。通信部430也可以通过有线而与控制部300连接。

在上述实施方式中，采用利用液压使活塞杆6移动而使压缩比变更的构成。然而，本公开不限定于此，包括通过除工作油以外的流体的压力而使活塞杆6移动的构成。

而且，位置检测部400也可以是脉冲位置传感器，代替杆421和磁性部件424而设有具有光学式或超声波式的脉冲型位移传感器的脉冲发射部的杆，代替磁传感器410而将上述脉冲的接收部设于盖部件7c。另外，位置检测部400也可以通过设于杆421的激光发生器和激光接收部而使用激光来检测位置。

产业上的可利用性

依据本公开，在控制发动机的活塞杆的位置的控制装置中，能够正确地调整压缩比。

符号说明

1发动机

2构架

3汽缸部

3a汽缸衬里

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(升压机构)

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

8g升压泵

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发动机系统

200增压器

300控制部

400位置检测部(检测部)

410磁传感器(传感器部)

420杆部

421杆

422保持部

423偏压弹簧

424磁性部件

430通信部(信息发送部)

h排气端口

o出口孔

r1燃烧室

r2扫气室

r3液压室(流体室)

r4供给流路

r5泄放流路

r6辅助流路

s扫气端口

ε压缩比。