阅读说明：本技术 发动机 (Engine ) 是由 增田裕 梅本义幸 金平良一 于 2019-03-14 设计创作，主要内容包括：发动机(100)具备：汽缸,其形成有汽缸衬；活塞,其设于汽缸衬内；活塞环,其设于活塞；接触检测部(184),其检测在汽缸衬的内周面形成的台阶与活塞环的接触；以及压缩比控制部(182),如果检测到接触,则该压缩比控制部控制活塞的上止点位置,使得上止点位置处的活塞环比台阶更位于燃烧室侧。(An engine (100) is provided with: a cylinder formed with a cylinder liner; a piston provided in the cylinder liner; a piston ring provided to the piston; a contact detection unit (184) that detects contact between a piston ring and a step formed on the inner circumferential surface of the cylinder liner; and a compression ratio control portion (182) that controls a top dead center position of the piston such that the piston ring at the top dead center position is located on the combustion chamber side than the step if the contact is detected.)

发动机

技术领域

本公开涉及发动机。本申请主张基于在2018年3月16日提出的日本专利申请第2018-050005号的优先权的利益，将其内容引用于本申请中。

背景技术

在船舶用的发动机中，有时候使用十字头型。例如，在专利文献1所记载的发动机中，在十字头内配置有液压活塞，液压活塞通过液压而工作，从而活塞的上止点位置移动。由此，发动机的几何压缩比是可变的。

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

可是，在发动机中，活塞环滑动于汽缸内周面。因此，汽缸内周面由于活塞环而磨损，直到当活塞到达上止点位置时的活塞环的位置为止。其结果是，由于长期使用，有时候在汽缸内周面产生台阶。随后，如果活塞的上止点位置向高压缩比侧移动，则活塞环与台阶接触。如果台阶过大，则接触所导致的冲击变大。这不限于船舶用或十字头型，是在例如汽车用等其他的发动机中也产生的现象。

本公开鉴于这样的课题，其目的在于，提供能够抑制汽缸内周面的磨损所导致的台阶的发动机。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本公开的一个方式所涉及的发动机具备：汽缸，其形成有汽缸衬；活塞，其设于汽缸衬内；活塞环，其设于活塞；检测部，其输出与在汽缸衬的内周面形成的台阶和活塞环的接触相应的检测信号；以及压缩比控制部，其根据检测信号而将活塞的上止点位置或下止点位置控制成活塞环越过台阶的位置。

为了解决上述课题，本公开的一个方式所涉及的另一种发动机具备：汽缸，其形成有汽缸衬；活塞，其设于汽缸衬内；活塞环，其设于活塞；检测部，其输出与在汽缸衬的内周面形成的台阶和活塞环的接触相应的检测信号；以及压缩比控制部，其根据检测信号而将活塞的上止点位置或下止点位置控制成活塞环不越过台阶的位置。

为了解决上述课题，本公开的一个方式所涉及的另一种发动机具备：汽缸，其形成有汽缸衬；活塞，其设于汽缸衬内；活塞环，其设于活塞；压缩比控制部，其控制活塞的上止点位置或下止点位置；检测部，其输出与在汽缸衬的内周面形成的台阶和活塞环的接触相应的检测信号；以及通知部，其根据检测信号而进行通知。

为了解决上述课题，本公开的一个方式所涉及的另一种发动机具备：汽缸，其形成有汽缸衬；活塞，其设于汽缸衬内；活塞环，其设于活塞；压缩比控制部，其控制活塞的上止点位置或下止点位置；检测部，其输出与在汽缸衬的内周面形成的台阶和活塞环的接触相应的检测信号；以及输出控制部，其根据检测信号而降低发动机输出。

发动机也可以具备在活塞、活塞销以及十字头中的任一个设置的液压室，检测部检测液压室的液压变化。

检测部也可以检测汽缸衬的振动的振幅。

压缩比控制部也可以在既定的契机完成如下的台阶检测处理：使活塞的上止点位置朝与下止点位置相反的一侧移动，或者使活塞的下止点位置朝与上止点位置相反的一侧移动。

发明的效果

依据本公开的发动机，能够抑制汽缸内周面的磨损所导致的台阶。

附图说明

图1是示出发动机的整体构成的说明图。

图2是提取活塞杆与十字头销的联接部分的提取图。

图3是发动机的功能框图。

图4(a)、图4(b)是汽缸和活塞附近的提取图。

图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)是举例示出活塞的上止点位置和下止点位置的图。

图6是示出液压室的液压与曲柄角的关系的图。

图7是示出台阶抑制处理的流程的流程图。

图8是用于说明第一变形例的图。

图9是示出汽缸的振动的一个示例的图。

图10(a)是用于说明第二变形例的图。图10(b)是用于说明第三变形例的图。图10(c)是用于说明第四变形例的图。

具体实施方式

以下，参照附图同时对本公开的实施方式详细地说明。实施方式中示出的尺寸、材料、其它具体数值等只不过是用于使理解变容易的例示，除了特别阐明的情况以外，都不限定本公开。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同的功能、构成的要素标记相同符号，从而省略重复说明。另外，与本公开无直接关系的要素省略图示。

图1是示出发动机100的整体构成的说明图。如图1所示，发动机100包括以下而构成：汽缸110、活塞112、活塞杆114、十字头116、连杆118、曲柄轴120、飞轮122、汽缸盖124、排气阀壳126、燃烧室128、排气阀130、排气阀驱动装置132、排气管134、扫气积存部136、冷却器138、汽缸套140以及燃料喷射阀142。

在汽缸110内设有活塞112。活塞112在汽缸110内往复移动。活塞杆114的一端安装于活塞112。十字头116的十字头销150联接至活塞杆114的另一端。十字头116与活塞112一起往复移动。通过导靴116a限制十字头116的图1中左右方向(与活塞112的冲程方向垂直的方向)的移动。

十字头销150被在连杆118的一端设置的十字头轴承118a轴支承。十字头销150支撑连杆118的一端。活塞杆114的另一端和连杆118的一端经由十字头116来连接。

连杆118的另一端联接至曲柄轴120。曲柄轴120能够相对于连杆118旋转。如果伴随着活塞112的往复移动，十字头116往复移动，则曲柄轴120旋转。

在曲柄轴120安装有飞轮122。由于飞轮122的惯性，曲柄轴120等的旋转稳定化。汽缸盖124设于汽缸110的上端。排气阀壳126***贯通至汽缸盖124。

排气阀壳126的一端面向活塞112。排气端口126a在排气阀壳126的一端开口。排气端口126a开口于燃烧室128。燃烧室128被汽缸盖124、汽缸110以及活塞112围绕，形成于汽缸110的内部。

排气阀130的阀***于燃烧室128。在排气阀130的杆部，安装有排气阀驱动装置132。排气阀驱动装置132配置于排气阀壳126。排气阀驱动装置132使排气阀130沿活塞112的冲程方向移动。

如果排气阀130向活塞112侧移动而开阀，则在汽缸110内产生的燃烧后的排出气体从排气端口126a排出。在排气之后，排气阀130向排气阀壳126侧移动，排气端口126a被闭阀。

排气管134安装于排气阀壳126和增压器C。排气管134的内部与排气端口126a和增压器C的涡轮连通。从排气端口126a排出的排出气体在通过排气管134供给至增压器C的涡轮(未图示)之后，被排出至外部。

另外，通过增压器C的压缩机(未图示)对活性气体加压。在此，活性气体是例如空气。加压的活性气体在扫气积存部136中通过冷却器138冷却。汽缸110的下端被汽缸套140围绕。在汽缸套140的内部形成有扫气室140a。冷却后的活性气体被压入至扫气室140a。

在汽缸110的下端侧设有扫气端口110a。扫气端口110a是从汽缸110的内周面贯通直至外周面的孔。沿汽缸110的周向方向隔开而设有多个扫气端口110a。

如果活塞112移动至比扫气端口110a更靠近下止点侧，则活性气体通过扫气室140a与汽缸110内的差压而从扫气端口110a被吸入至汽缸110内。

另外，在汽缸盖124设有燃料喷射阀142。燃料喷射阀142的顶端朝向燃烧室128侧。燃料喷射阀142将液体燃料(燃料油)喷出至燃烧室128。液体燃料燃烧，通过其膨胀压而活塞112往复移动。

图2是提取活塞杆114与十字头销150的联接部分的提取图。如图2所示，在十字头销150中的活塞112侧的外周面，形成有平面部152。平面部152沿相对于活塞112的冲程方向而大致垂直的方向延伸。

在十字头销150形成有销孔154。销孔154开口于平面部152。销孔154从平面部152沿着冲程方向朝曲柄轴120侧(图2中，下侧)延伸。

在十字头销150的平面部152设有盖部件160。盖部件160通过紧固部件162而安装于十字头销150的平面部152。盖部件160覆盖销孔154。在盖部件160设有沿冲程方向贯通的盖孔160a。

活塞杆114具有大直径部114a和小直径部114b。大直径部114a的外径比小直径部114b的外径更大。大直径部114a形成于活塞杆114的另一端。大直径部114a***贯通至十字头销150的销孔154。小直径部114b形成于比大直径部114a更靠近活塞杆114的一端侧。小直径部114b***贯通至盖部件160的盖孔160a。

液压室154a形成于销孔154的内部。销孔154通过大直径部114a沿冲程方向分隔。液压室154a是通过大直径部114a分隔的销孔154的底表面154b侧的空间。

油路156的一端开口于底表面154b。油路156的另一端开口于十字头销150的外部。在油路156的另一端连接有液压配管170。在液压配管170设有液压传感器Sa(检测部)。由液压传感器Sa检测与液压配管170连通的液压室154a的液压。

液压泵172与液压配管170连通。在液压泵172与油路156之间设有止回阀174。由止回阀174抑制工作油从油路156侧向液压泵172侧的流动。工作油从液压泵172经由油路156被压入至液压室154a。

另外，在液压配管170中的油路156与止回阀174之间，连接有分支配管176。在分支配管176设有切换阀178。切换阀178是例如电磁阀。在液压泵172的工作中，切换阀178闭阀。在液压泵172的停止中，如果切换阀178开阀，则工作油从液压室154a被排出至分支配管176侧。切换阀178中与油路156相反的一侧连通至未图示的油罐。所排出的工作油存积于油罐。油罐将工作油供给至液压泵172。

根据液压室154a的工作油的油量，大直径部114a沿冲程方向滑动于销孔154的内周面。其结果是，活塞杆114沿冲程方向移动。活塞112与活塞杆114一体地移动。如此，活塞112的上止点位置成为可变的。

即，发动机100具备压缩比可变机构V。压缩比可变机构V包括上述的液压室154a和活塞杆114的大直径部114a而构成。压缩比可变机构V使活塞112的上止点位置移动，从而使压缩比成为可变的。

在此，对设有一个液压室154a的情况进行了说明。可是，通过大直径部114a分隔的销孔154中的盖部件160侧的空间154c也可以作为液压室。该液压室可以与液压室154a并用，也可以单独地使用。

图3是发动机100的功能框图。在图3中主要示出与压缩比可变机构V的控制有关的构成。如图3所示，发动机100具备控制装置180。控制装置180由例如ECU(Engine ControlUnit，发动机控制单元)构成。控制装置180由中央处理装置(CPU)、存储程序等的ROM、作为工作区的RAM等构成，控制发动机100整体。另外，控制装置180作为压缩比控制部182、接触检测部184起作用。

压缩比控制部182控制液压泵172和切换阀178，使活塞112的上止点位置移动。这样，压缩比控制部182控制发动机100的几何压缩比。

接触检测部184从液压传感器Sa取得表示液压室154a的液压的检测信号。后面对液压室154a的液压进行阐述。

图4(a)、图4(b)是汽缸110和活塞112附近的提取图。在此，举例说明汽缸110的内周面形成汽缸衬L的情况。但是，汽缸衬L也可以由分开的部件构成并安装于汽缸110。如图4(a)所示，活塞112设在汽缸衬L内。

在活塞112的外周面112a形成有外周槽112b。在外周槽112b安装有活塞环190。在此，对设有一组活塞环190、外周槽112b的情况进行了说明。可是，也可以在比活塞环190、外周槽112b更靠近下止点位置侧，进一步设有一个或多个活塞环、外周槽。

活塞环190滑动于汽缸衬L。因此，汽缸衬L由于活塞环190而磨损，直到当活塞112到达上止点位置时的活塞环190的位置为止。其结果是，由于长期使用，有时候在汽缸衬L的内周面产生台阶La。随后，如图4(b)中由虚线表示的，如果活塞112的上止点位置向高压缩比侧移动，则在活塞112朝向上止点位置的压缩行程的途中，活塞环190与台阶La接触。如果台阶La过大，则接触所导致的冲击变大，存在活塞环190或汽缸衬L损伤的可能性。

图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)是举例示出活塞112的上止点位置和下止点位置的图。图5(a)中，活塞112的上止点位置为最低压缩比侧(图中，下侧)的最小压缩比位置。图5(d)中，活塞112的上止点位置为最高压缩比侧(图中，上侧)的最大压缩比位置。

图5(b)中，活塞112的上止点位置为最大压缩比位置与最小压缩比位置之间的第一位置。图5(c)中，活塞112的上止点位置为最大压缩比位置与第一位置之间的第二位置。

例如，在活塞112的上止点位置成为第一位置的状态下，长期航行。其结果是，如图5(b)所示，在汽缸衬L形成有台阶La。压缩比控制部182在既定的契机(例如，经过既定航行时期)完成台阶检测处理。台阶检测处理是使活塞112的上止点位置向高压缩比侧(与下止点位置相反的一侧)移动的处理。即，压缩比控制部182控制压缩比可变机构V，使得例如如图5(d)所示，活塞112的上止点位置成为最大压缩比位置。

在此，对压缩比控制部182在台阶检测处理中控制压缩比可变机构V以便成为最大压缩比位置的情况进行了说明。但是也可以是，压缩比控制部182在台阶检测处理中控制压缩比可变机构V，使得例如如图5(c)所示，成为比长期航行时的第一位置更靠近活塞112的上止点位置侧的第二位置。第二位置例如比第一位置以活塞环190的冲程方向的厚度程度以上更位于活塞112的上止点位置侧即可。

图6是示出液压室154a的液压与曲柄角的关系的图。图6中，由虚线表示当活塞112的上止点位置成为第一位置时的液压室154a的液压。如上所述，由实线表示在形成台阶La之后进行台阶检测处理时的液压室154a的液压。

在台阶检测处理中，在压缩行程中活塞环190与台阶La接触。由于该接触的冲击，液压室154a的液压瞬间地急剧增加(液压差D)。液压传感器Sa将与在汽缸衬L的内周面形成的台阶La和活塞环190的接触相应的检测信号输出至接触检测部184。接触检测部184通过来自液压传感器Sa的检测信号而监视液压室154a的液压变化。然后，如果液压室154a的液压在既定时期内上升至预先设定的阈值以上，则判定为活塞环190与台阶La接触。但也可以是，如果液压室154a的液压的微分值成为预先设定的微分阈值，则接触检测部184判定为活塞环190与台阶La接触。

然后，如果检测到接触，则压缩比控制部182控制活塞112的上止点位置，使得活塞112的上止点位置处的活塞环190比台阶La更位于燃烧室128侧(台阶缩小研磨处理)。即，压缩比控制部182控制压缩比可变机构V，使得活塞环190滑动直至比台阶La更靠近活塞112的上止点位置侧。换言之，压缩比控制部182将活塞112的上止点位置控制成使得(定位成)活塞环190越过台阶La而滑动至活塞112的上止点位置侧。

此时，接触检测部184根据例如当在台阶检测处理中检测到接触时的曲柄角而特别规定活塞环190的位置。然后，压缩比控制部182也可以控制压缩比可变机构V，使得活塞环190滑动至比特别规定的位置更靠近活塞112的上止点位置侧。

这样，在发动机100的运转中，通过活塞环190研磨台阶La。因此，台阶La变形为平滑的圆锥状。其结果是，在发动机100中，磨损所导致的汽缸衬L的台阶La被抑制。例如，通过以恰当的频率完成台阶检测处理，从而如果在台阶La过度地变大之前使活塞环190强行与台阶La接触，则谋求了台阶La的抑制。

图7是示出台阶抑制处理的流程的流程图。图7所示的处理以既定间隔重复执行。

(S200)

压缩比控制部182判定是否成为既定的契机。如果未成为既定的契机，则结束该台阶抑制处理。如果成为既定的契机，则将处理转移至S202。此外，作为既定的契机的一个示例，列举发动机100的起动时、停止时、发动机100的驱动时间达到既定时间等。

(S202)

压缩比控制部182完成台阶检测处理。

(S204)

接触检测部184针对液压室154a的液压而判定既定时期的上升幅度是否比阈值更大。如果液压的上升幅度为阈值以下，则结束该台阶抑制处理。如果液压的上升幅度比阈值更大，则将处理转移至S206。

(S206)

压缩比控制部182完成台阶缩小研磨处理。

图8是用于说明第一变形例的图。如图8所示，在第一变形例的发动机300中，代替液压传感器Sa而设有振动传感器Sb(检测部)。振动传感器Sb是例如振动加速度传感器，由AE(acoustic emission，声发射)传感器等构成，检测汽缸110的振动。因此，振动传感器Sb例如安装于汽缸110的外周面。但是，振动传感器Sb只要能够检测汽缸110的振动，就也可以安装于其它部位。

接触检测部384从振动传感器Sb取得表示汽缸110的振动的信号。接触检测部384根据来自振动传感器Sb的信号而特别规定振幅。通过特别规定的振幅而检测活塞环190与台阶La的接触。即，振动传感器Sb与液压传感器Sa同样地，将与在汽缸衬L的内周面形成的台阶La和活塞环190的接触相应的检测信号输出至接触检测部384。

图9是示出汽缸110的振动的一个示例的图。如图9所示，如果活塞环190与台阶La接触，则汽缸110的振动的振幅瞬间地变大。如果汽缸110的振动的振幅比预先设定的振幅阈值更大，则接触检测部384判定为活塞环190与台阶La接触。接触检测部384也可以代替上述液压室154a的液压或除此之外而进行基于汽缸110的振动振幅的接触的检测。

图10(a)是用于说明第二变形例的图。图10(b)是用于说明第三变形例的图。图10(c)是用于说明第四变形例的图。

如图10(a)所示，第二变形例的发动机400具备通知控制部486和通知部488。通知部488是例如显示器等显示装置。如果判定为活塞环190与台阶La接触，则通知控制部486使该要点通知到通知部488。在此，对通知部488为显示器的情况进行了说明，但是通知部488也可以是例如扬声器，也可以是警告灯。由于通过通知部488来通知存在台阶La，因而对台阶La的应对是可能的。

如图10(b)所示，第三变形例的发动机500具备输出控制部586。如果判定为活塞环190与台阶La接触，则输出控制部586使从气体燃料喷射阀588喷出的燃料的量减少。这样，输出控制部586至少与即将检测到接触之前相比而降低发动机500的输出。因此，活塞环190与台阶La的接触所导致的冲击被抑制。

如图10(c)所示，第四变形例的发动机600具备压缩比控制部682。如果判定为活塞环190与台阶La接触，则压缩比控制部682控制活塞112的上止点位置，使得当活塞112位于上止点位置时的活塞环190比台阶La更位于活塞112的下止点位置侧。即，压缩比控制部682控制压缩比可变机构V，使得活塞环190不与台阶La接触。换言之，压缩比控制部682将活塞112的上止点位置控制成使得(定位成)活塞环190不越过台阶La。因此，避免了活塞环190与台阶La的接触所导致的冲击。

以上，参照附图同时对一个实施方式进行了说明，但本公开当然不限定于上述实施方式。只要是本领域技术人员，就了解显然能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，关于这些示例，当然也属于本公开的技术范围。

例如，在上述的实施方式和变形例中，举例说明了二冲程型、单流扫气式、十字头型的发动机100。可是，发动机的种类不限于二冲程型、单流扫气式、十字头型。只要至少是发动机即可。另外，发动机100不限于船舶用，也可以是例如汽车用。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对使用液体燃料的情况进行了说明。可是，例如也可以使用气体燃料。在此情况下，除了燃料喷射阀142之外，还在扫气端口110a附近或者在汽缸110中的从扫气端口110a直至汽缸盖124的部位设有气体燃料喷射阀。燃料气体在从气体燃料喷射阀喷射之后，流入至汽缸110内。如果从燃料喷射阀142喷射少量的液体燃料，则由于其燃烧热，燃料气体和活性气体的混合气体着火而燃烧。燃料气体是使LNG、LPG(液化石油气)、轻油、重油等气化后的气体。

另外，上述的实施方式和变形例也可以按任意的组合来组合。例如，也可以使第四变形例的压缩比控制部682与实施方式的压缩比控制部182组合。在此情况下，例如作为液压的上升幅度的阈值，设有第一阈值和比第一阈值更大的第二阈值。在既定时期的液压的上升超过第二阈值的情况下，压缩比控制部控制压缩比可变机构V，使得活塞环190不与台阶La接触。在既定时期的液压的上升为第二阈值以下并超过第一阈值的情况下，压缩比控制部完成台阶缩小研磨处理。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对接触检测部184、384检测压缩行程中的活塞环190与台阶La的接触的情况进行了说明。但是，接触检测部184、384也可以检测膨胀行程中的活塞环190与台阶La的接触。另外，在将销孔154的空间154c用作液压室的情况下，也可以通过空间154c的液压室的液压而检测活塞环190与台阶La的接触。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对液压室154a设于十字头116的十字头销150的情况进行了说明。但是，液压室也可以设于活塞112、活塞销以及十字头116中的任一个。

另外，在上述的实施方式和变形例中，列举液压传感器Sa、振动传感器Sb作为检测部的一个示例。可是，检测部不限于液压传感器Sa、振动传感器Sb。检测部至少输出与活塞环190和台阶La的接触相应的检测信号即可。总之，如果从检测信号特别规定的指标值(液压差D，与振幅对应)超过预先设定的指标阈值，则接触检测部184、384判定为活塞环190与台阶La接触。压缩比控制部182、682、通知控制部486、输出控制部586如上所述地完成应对台阶La的处理。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对在活塞112的上止点位置侧形成有台阶La的情况进行了说明。可是，在活塞环190滑动直至下止点位置的过程中台阶La形成于下止点位置侧的情况下，也适用上述构成。在此情况下，在上述的实施方式中，在从检测信号特别规定的既定时期内的液压分D为阈值以上的情况下，压缩比控制部182将下止点位置控制成使得(定位成)活塞环190越过台阶La而滑动至下止点位置侧。另外，在上述的第一变形例中，接触检测部384通过从检测信号特别规定的振动的振幅来检测活塞环190与下止点侧的台阶的接触。在上述的第二变形例中，在从检测信号特别规定的既定时期内的液压差D为阈值以上的情况下，通知控制部486使该要点通知到通知部488。在上述的第三变形例中，在从检测信号特别规定的既定时期内的液压差D为阈值以上的情况下，输出控制部586降低发动机500的输出。在上述的第四变形例中，在从检测信号特别规定的既定时期内的液压差D为阈值以上的情况下，压缩比控制部682将下止点位置控制成使得(定位成)活塞环190不越过台阶La。另外，在台阶检测处理中，使活塞112的下止点位置朝与上止点位置相反的一侧移动。

产业上的可利用性

本公开能够利用于发动机。

符号说明

100、300、400、500、600：发动机

110：汽缸

112：活塞

116：十字头

128：燃烧室

154a：液压室

182、682：压缩比控制部

190：活塞环

488：通知部

586：输出控制部

L：汽缸衬

La：台阶

Sa：液压传感器(检测部)

Sb：振动传感器(检测部)。