KR20110135814A - 실린더 윤활장치를 가진 대형 엔진 및 대형 엔진의 실린더를 윤활하는 방법 - Google Patents

Abstract

대형 엔진은 보어 (B) 와 길이방향 축선 (A) 를 가지는 적어도 한 개의 실린더 (20) 를 포함하며, 상기 실린더 내에는 활주면 (21) 을 따라 앞뒤로 이동 가능한 피스톤 (25) 이 배열되며, 실린더 윤활을 위한 윤활 장치 (10) 가 제공되며, 상기 윤활 장치는, 윤활제가 활주면 (21) 에 도포될 수 있는 적어도 2 개의 윤활 지점 (7,17) 을 포함하며 또한 윤활제 공급부 (30) 로부터 윤활 지점 (7, 17) 까지 윤활제를 공급하는 윤활 라인을 포함한다. 상기 윤활 장치 (10) 는 펌프 (1), 분배기 (3), 적어도 두 개의 윤활 라인 (8,18), 각각의 윤활 라인 (8,18) 에 배열된 적어도 하나의 각각의 차단 부재 (5,15) 를 포함한다. 상기 윤활제는, 펌프 (1) 에 의해 분배기 (3) 안으로 또한 차단 부재 (5,15) 가 개방 위치에 유지되는 한 분배기 (3) 로부터 윤활 라인을 통해 윤활 지점 (7,17) 으로 공급된다. 차단 부재 (5,15) 의 위치는 대형 엔진의 작동 상태에 따라 중앙 유닛 (50) 에 의해 조정될 수 있으므로, 차단 부재 (5,15) 는 대응하는 윤활 지점 (7,17) 에 대한 윤활제의 공급이 실시될 수 있도록 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의의 미리 정할 수 있는 시점에 개방될 수 있으며, 윤활제는 대응하는 실린더 (20) 의 활주면 (21) 에 도포될 수 있다. 대형 엔진의 작동 상태에 따라 차단 부재 (5,15) 가 개방 상태로 유지되는 시간은 윤활 지점 (7,17) 으로 공급되는 윤활제의 양이 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의로 설정 가능하게 되어 있는 시점과는 독립적으로 조정될 수 있다.

Description

실린더 윤활장치를 가진 대형 엔진 및 대형 엔진의 실린더를 윤활하는 방법 {LARGE ENGINE HAVING A CYLINDER LUBRICATION APPARATUS AND METHOD FOR LUBRICATING A CYLINDER OF A LARGE ENGINE}

본 발명은 대형 엔진 실린더의 실린더벽의 활주면의 윤활 방법 뿐만 아니라, 실린더 윤활장치를 가진 대형 엔진에 관한 것이다.

대형 엔진은 특히 예컨대 선박 건조 시 저속 대형 디젤엔진으로 사용되는 왕복 피스톤 연소엔진이다. 대형 엔진은 선박을 위한 운전 유닛으로서 또는 예컨대 전기 에너지를 발생시키기 위해 대형 발전기를 운전하기 위한 고정된 작동에 빈번히 사용된다. 이와 관련하여 엔진은 작동 안정성 및 가용성에 대한 높은 요구가 있는 연속적인 작동모드에서 대체로 상당한 시간 동안 동작된다. 이러한 이유로, 특히 유지관리 사이의 긴 간격, 제한적인 마모, 및 연료와 작동물질의 경제적인 취급은 작업자에게 기계장치의 작동을 위한 중심적인 기준이 된다. 다른 많은 것들 중에서, 이와 같은 대직경 저속 대형 엔진의 피스톤 동작 거동은 유지관리 사이 간격의 길이와 가용성에 대해, 또한 윤활제 소비로 인해 작동 비용, 따라서 경제적 효율성에 대해 직접적으로 결정적인 요인이 된다. 이러한 이유로, 대형 엔진의 윤활에 있어서의 복합적인 문제점은 그 어느 때보다 큰 중요성을 갖게 된다.

꼭 국한되는 것은 아니지만 대형 디젤 엔진에서, 피스톤 윤활은 앞뒤로 움직이는 피스톤 내에 배열된 또는 실린더벽 내에 배열된 윤활장치를 통해서 이루어지는데, 이 장치에 의해 윤활유가 실린더벽의 활주면에 도포되어 피스톤과 활주면 사이의 마찰을 줄이고, 활주면 및 피스톤 링의 마모를 감소시키게 된다. 예를 들면, 예컨대 와르실라 (Wartsila) 의 RTA 엔진과 같은 현재의 현대적인 엔진의 경우에 활주면의 마모는 1000 시간의 작동시간 동안 0.05 ㎜ 미만이다. 이와 같은 엔진을 위해 공급되는 윤활제의 양은 약 1.3 g/kWh 이하이며, 적어도 비용 및 마모는 동시에 최소화되어야 하기 때문에 가능한 한 최대로 더욱 감소되어야만 한다.

현재의 윤활장치의 특정 디자인에 대하여 또한 윤활방법에 대하여 활주면의 윤활을 위한 윤활 시스템으로서 매우 다른 해결책이 알려져 있다. 예컨대, 윤활장치는 윤활유가 실린더벽의 둘레방향으로 배열된 복수의 윤활 개구부를 통해서 윤활 개구부를 지나 동작하는 피스톤 상으로 도포되는 것으로 알려져 있는데, 여기에서 윤활제는 둘레방향 및 축방향 양쪽으로 피스톤 링에 의해 분포된다. 윤활제는 실린더벽의 활주면 상으로 넓게 도포되지 않지만, 피스톤의 측면에서 피스톤 링들 사이에 다소 선택적으로 도포된다.

이와 관련하여서도 또한 다른 방법이 알려져 있다. 예컨대, 윤활 시스템이 국제공개특허 WO 00/28194 에 제안되어 있는데, 여기에서 윤활유는 실린더벽 내에 배열된 스프레이 노즐에 의해서 반드시 실린더벽에 대해 본질적으로 접선방향으로 연소 공간 내에 존재하는 소기 중에 고압 스프레이되며, 여기에서 윤활유는 매우 작은 입자로 원자화된다. 이를 통해, 원자화된 윤활유는 소기 중에 미세하게 공급되며, 소기, 따라서 미세하게 공급되는 윤활유를 또한 유지하는 원심력으로 인해 발생하는 와류로 인해, 입자들은 실린더벽의 활주면에 대해 투입된다.

복수의 윤활노즐은 바람직하게는 다른 방법으로 움직이는 피스톤 내에 구비되는데, 여기에서 윤활 노즐이라는 용어는 윤활제가 임의의 위치에서 활주면의 전체 높이에 걸쳐 단순히 도포될 수 있도록 체크밸브를 갖는 유닛 및/또는 단순한 출구 개구부를 포함할 수 있다.

윤활제가 실린더벽의 활주면에 도포되는 유형 및 방식, 윤활제 계량 및 윤활제가 대형 엔진의 실린더 안으로 도입되는 시점은 윤활 품질에 매우 중요한 영향을 미친다.

단위 시간당 그리고 단위 면적당 활주면 상으로 도포되는 윤활제의 양은 대형 엔진의 작동 중에 서로 다른 많은 변수에 의존할 수 있다. 예컨대, 사용된 연료의 화학적 조성 특히, 그 황 성분은 중요한 역할을 한다. 실린더의 윤활 즉, 피스톤과 실린더 활주면 사이의, 보다 구체적으로 피스톤 링과 실린더벽의 활주면 사이의 마찰 감소 이외에도, 윤활제는 다른 무엇보다 엔진의 연소 공간에서 연소 과정 중에 발생하는 특히 황 함유 산과 같은 공격적인 산의 중화를 위해 또한 사용된다. 이러한 이유로, 서로 다른 유형의 윤활제가 사용 연료에 따라 사용될 수 있는데, 이 윤활제는 다른 무엇보다도 그 중화용량이 서로 다르며, 여기에서 소위 윤활제의 BN 값은 중화용량의 측정값이다. 예를 들면, 높은 BN값을 갖는 윤활제는 산에 대하여 큰 중화효과를 가지므로, 황성분이 적은 연료에 대해서보다 황성분이 많은 연료에 대해서 높은 BN 값을 갖는 윤활제를 사용하는 것이 유리하다.

그러나, 질이 다른 연료에 대해서는 동일한 유형의 윤활제가 사용되는 것도 또한 빈번히 가능하다. 예컨대, 연소 산물 내의 높은 또는 낮은 산 성분은 이와 같은 경우에 사용되는 대응하는 윤활제 양의 증가 또는 감소에 의해 보상될 수 있다.

도포되는 윤활제의 양을 측정하는 것과 관련된 또 다른 문제점은 윤활제 층의 상태 특히, 왕복 피스톤 연소 엔진이 작동하는 상태에서의 윤활제 층의 두께의 시간적 및/또는 공간적 편차로 나타난다.

당연히, 요구되는 윤활제 양은 또한 예컨대 회전수, 연소 온도, 엔진 온도, 엔진 냉각을 위한 냉각능, 부하, 및 기타 작동변수와 같은 서로 다른 작동변수에 따라 좌우된다. 예를 들면, 소정의 회전수 및 높은 부하에 대해서는 동일한 회전수 및 낮은 부하에 대해서와는 다른 양의 윤활제가 실린더의 활주면에 도포되는 것이 가능하다.

더욱이, 연소 엔진 자체의 상태는 또한 윤활제 양에 대해 영향을 미친다. 예컨대, 사용되는 윤활제 양은 실린더 활주면의, 피스톤 링의, 피스톤 등의 마모 상태에 따라 크게 변화될 수 있는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 어느 정도까지 마찰 증가량은 또한 활주가 이루어진 적이 없는 새로운 실린더 활주면을 갖는 실린더 및/또는 새로운 피스톤 링의 작동 시간 동안 바람직할 수 있으며, 이에 따라 활주 상대 즉, 예컨대 피스톤 링, 피스톤 링홈 및 활주면은 연마되어, 서로에 대해 이상적으로 동기화된다. 이는 다른 무엇보다 상당 회수의 작동시간 동안 이미 작동되었던 실린더에 비해 실린더 작동 시간 동안 다른 양의 윤활제를 통상 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 이유로, 윤활제의 양 특히, 각 실린더에 대한 윤활제의 양은 복수의 실린더를 갖는 기계장치에서 흔히 개별적으로 설정될 수 있다.

실린더 활주면은 또한 일반적으로 수행된 작동시간의 회수에 따라 둘레방향 및 길이방향 양쪽으로 마모된다. 이는 마찬가지로 예컨대 피스톤 링 및 피스톤 자체에 대해서도 사실이다.

따라서, 윤활제의 양은 왕복 피스톤 연소 엔진에 대해서 수행된 작동시간의 회수에 따라 설정되어야 할 뿐만 아니라, 또한 실린더벽 활주면의 서로 다른 위치에서 요건에 따라 바로 그 실린더 내부에서 공간적으로 서로 다르면서 적시에 측정되어야 한다.

이러한 이유로, 바람직하게는 개별적으로 제어될 수 있도록 서로 다른 구역에서 움직이는 피스톤 내에 또는 실린더의 활주면 내에 윤활제 노즐을 제공하여, 윤활제 양이 요건에 따라 시간 및 공간적으로 유연하게 변화될 수 있도록 하는 것이 오랜 기간 알려져 있다.

특정 시간에 특정 윤활 노즐에 의해 도입되는 윤활제의 양을 결정하는 다른 방법이 알려져 있다. 단순한 경우에, 윤활제의 양은 예컨대 부하의 또는 회전수의 함수로서 가능하면 연료 및 현재 사용된 윤활제의 질을 고려하여 제어된 방식으로 단순히 왕복 연소 엔진의 작동 상태에 따라 도입되며, 여기에서 활주 상대의 마모 상태 또한 이미 수행된 작동시간을 기초로 하여 고려될 수 있다.

예를 들어, 당해 기술분야의 당업자는 저급한 윤활 및 혼합된 윤활 상태와 소위 수력학적 윤활 부분 사이의 차이를 분별한다. 어떤 두께의 윤활층이 활주 상대와의 사이에 즉, 예컨대 실린더벽의 활주면과 피스톤의 피스톤 링 사이에 형성되어, 활주 상대들의 표면이 윤활제 층에 의해 서로 잘 분리되어 접촉하지 않도록 하는 것을 수력학적 윤활이라고 한다. 서로 다른 경계적 경우가 소위 혼합된 마찰 또는 혼합된 윤활의 상태로 나타난다. 혼합된 마찰의 경우에, 활주 상대들 사이의 윤활제 층은 적어도 부분적으로 너무 얇아 활주 상대들이 서로 직접 접촉하도록 한다. 이 경우, 스커핑 (scuffing) 이 발생할 위험이 있으며 끝내 피스톤 교착으로 이어진다. 이 두 가지 경계적 경우의 사이에서는 소위 저급한 윤활이 가능하다. 저급 윤활의 상태에서, 윤활제 층은 활주 상대들이 더 이상 서로 접촉하지 않을 정도로 두껍지만; 활주 상대들 사이의 윤활제 양은 수력학적 윤활이 발생할 수 있을 정도로 충분하지는 않다. 앞서, 혼합된 윤활 상태 및 저급한 윤활 상태는 모두 가능한 한 최대로 방지되었다. 이는 윤활층의 두께가 바람직하게는 수력학적 윤활의 상태가 활주 상대들 사이로 설정되도록 선택되었다는 것을 의미한다.

수력학적 윤활 부분에서의 작동은 당연히 상대적으로 많은 양의 윤활제 소비를 가져온다. 이는 한편으로는 매우 경제적이지 못할 뿐만 아니라, 의외로 윤활제의 부족 뿐만 아니라 윤활제 과다 또한 실린더 내의 활주 상대에 손상을 가져올 수 있는 것을 보여준다.

이 문제점은 윤활제 층의 특징적 치수가 작동 상태에서 센서에 의해 결정되며, 조정유닛에 의한 센서 신호의 평가에 따라 활주면 상의 윤활제 층의 상태 변수가 최적화되는데, 특히 윤활제 층의 두께는 바람직하게는 공급되는 윤활제를 대응하여 측정함으로써 공간적으로 최적화되는 것에 의해 최초로 만족스럽게 해결되었다. 대응하는 장치 및 관련된 방법은 유럽공개특허 EP 1 505 270 A1 에서 출원인에 의해 이미 상세하게 설명된 바 있다.

이 혁신적인 방법이 실린더 활주면 상에서 특정 피스톤으로 공급되어야 하는 윤활제의 요구량 결정의 문제를 이상적으로 해결하였지만, 실린더 안으로 윤활제를 분사하는 이상적인 시점을 결정하는 데 있어서의 문제점은 항상 여전히 존재한다.

이와 관련하여 이상적인 시점은 많은 변수 특히, 연소 엔진이 작동되는 서로 다른 작동 상태에 따라 좌우될 수 있다. 이와 관련한 역할을 하는 많은 변수는 정확한 윤활제 층 두께와 관련한 변수와 동일하며 위에서 이미 언급한 바 있다. 특히, 정확한 시점은 당연히 상기한 서로 다른 윤활 방법에 일차적으로 좌우된다. 예컨대, 윤활제의 분사 시점은 당연히 윤활제가 예컨대 소기 안으로 분사되는지 또는 예컨대 이미 동작했던 피스톤 상으로 예컨대, 피스톤의 피스톤 링 패키지 상으로 직접 분사되는지 여부에 따라 민감하게 좌우된다.

다른 무엇보다 윤활유 분사의 시점도 또한 대형 엔진의 정적 및 동적인 기하학적 변수에 특히, 윤활 노즐의 위치에 대한 상사점 구역과 하사점 구역 사이의 피스톤 위치에 따라 좌우되는 것이 명백하게 분명하다. 이는 실린더로의 윤활제의 이상적인 분사가 확실하게 되도록 하기 위해서, 위치 즉, 피스톤의 위치 (X) 는 가능한 정확하게 윤활제의 분사 시점에서 실린더의 길이방향 축선에 대하여 알려져 있어야 한다는 것을 의미한다.

하사점 구역과 상사점 구역 사이의 각 피스톤의 위치 (X) 까지는 엔진의 각 피스톤의 대형 엔진의 현재 크랭크 각도가 서로 다른 방법에 따라 단일의 중앙 크랭크 각도 측정값으로부터 예컨대 윤활제 펌프로 이어진 축과 직접 결합되는 체인 구동부에 의해 결정된다는 점에서 실린더 내에서 결정된다.

일반적으로 말해서, 대형 엔진의 현재 크랭크 각도는 현재에도 작동 상태에서 여전히 측정되고 있으며, 이 중앙 크랭크 각도 측정값으로부터 실린더 내의 모든 피스톤의 위치는 계산된다. 관련된 실린더 안으로 윤활제가 분사되는 시점은 측정된 크랭크 각도로부터 계산되는 실린더 내 피스톤의 위치 (X) 로부터 계산된다.

그러나, 지금까지 사용된 방법은 실린더 내의 피스톤의 계산된 위치가 특히 예컨대, 높은 또는 최대 회전수에서 또는 총 부하에서와 같은 특정 작동 조건 하에서 또는 기타 극단적인 작동 조건 하에서 실제로 허용될 수 없는 큰 에러를 동반한다는 결정적인 단점을 가진다.

그러나, 또한 정상적인 작동 조건 하에서 이러한 에러는 윤활제가 단순히 실린더 안으로 이상적인 시점에 도입되지 않도록 하며, 이는 조기 마모, 단축된 유지관리 간격, 및 그에 따라 비용의 증대, 최악의 경우에는 실린더 부품들에 대한 상당한 손상을 야기하게 되는 결과를 가져올 수 있다.

이러한 잘못된 위치 결정의 원인은 다른 무엇보다도 엔진, 그 가동 부품 및 고정 부품의 탄성, 또한 크랭크 샤프트의 큰 진동과 비틀림 운동에 있다.

특히, 이는 대형 엔진의 임의의 구성부품 또는 임의의 위치에서 측정된 크랭크 각도가 실린더 내 임의의 피스톤의 현재의 위치와 분명한 방식으로 정확하게 상관 관계를 가질 수 없게 되나, 적어도 계산할 수 없는 에러를 포함하는 정확성으로 예컨대, 대형 엔진의 부하 또는 회전수 또는 대형 엔진의 기타 모든 작동변수와 같은 상태에 따라 복수의 크랭크 각도값으로 쉽게 합산될 수 있게 되는 효과를 가진다. 윤활제는 따라서 아마도 완전히 잘못된 시점에 분사될 것이다. 최악의 경우에, 윤활제는 예컨대 압축 행정 중에 피스톤 벽으로 분사되지 않고 피스톤 아래로 분사되는 것처럼 윤활을 위해 사용되지도 않으며, 따라서 적어도 피스톤의 압축 행정 중에 윤활에 전혀 기여하지 않는다.

문제를 확대시키는 것은 항상은 아니지만 대체로 다수의 예컨대, 6, 8, 10, 12, 14 개보다 많은 수의, 바람직하게는 일렬로 배열된 실린더를 가지는 대형 엔진의 각 실린더의 에러는 위에서 언급한 진동, 비틀림 등 기타 진폭, 가능하게는 기타 주파수 스펙트럼이 실린더가 위치하는 크랭크 샤프트의 단면 및/또는 위치에 따라 서로 다른 영향을 미침에 따라서 서로 다른 에러를 갖는다는 사실이다.

이외에도, 엔진의 미세 조정 및/또는 각 실린더 내에서의 압축에 대한 미세 조정을 위해서, 피스톤의 상사점 구역은 예컨대 특정 지지 디스크 및/또는 분리 서포트에 의해 개별적으로 조정되며, 이는 소위 "압축 쐐기" 가 피스톤, 피스톤 로드, 횡단 헤드 또는 피스톤의 기타 부착 부재의 적절한 부착 위치에서 각각의 실린더를 위해 개별적으로 구비되며, 이에 의해 각 실린더 내에서의 압축은 최적화된다는 것이다. 이로 인해, 피스톤 실린더의 위치가 임의의 위치에서 측정된 크랭크 각도와 정확하게 상관된다 하더라도, 실린더의 위치는 각 피스톤의 위치 계산이 서로 다르게 이루어져, 압축 쐐기에 의해 개별 피스톤에 대해 이루어지는 서로 다른 조정으로 인해 통상 공지의 수정 요인이 되지 않게 됨에 따라 여전히 정확하게 계산되지 못한다는 사실이 야기된다.

그러나, 이러한 수정 요인이 공지되어 있지 않으므로, 에러는 현재 수행된 실린더 내 피스톤의 위치 계산 중에 통상 증가한다.

아울러, 전자적으로 조정되는 윤활 시스템은 너무 많은 양의 윤활제가 활주면에 도달하는 것을 반드시 방지하지 않아도 된다. 그 이유는 소정량의 윤활제가 추가된 상태에서 대형 엔진이 총 부하 조건으로 작동하는지가 고려될 수 없는 데 있다.

윤활제의 측정은 통상 예컨대 유럽공개특허 EP 2 177 720 A1 에서 보여진 것과 같은 윤활 시스템 내에서 미리 정해진다. 이 윤활 시스템은 소정량의 윤활제를 실린더 활주면에서의 각 윤활 지점에 공급하기 위한 펌프 노즐 유닛을 포함한다. 펌프는 왕복 피스톤 펌프로서 설계된다. 펌프 공간에 존재하는 윤활제는 하나 또는 많아야 두 곳의 윤활 지점으로 작동 피스톤의 행정에 의해 공급된다. 작동 피스톤은 유압 매체에 의해 작동된다. 행정은 작동 피스톤으로 이어진 유압 라인이 스위치 밸브에 의해 개방되어 유압 매체가 작동 피스톤으로 작용하게 된 때 개시된다.

절환 밸브는 크랭크 샤프트의 속도, 부하, 위치 및/또는 위치와 같은 대형 엔진의 작동 상태에 따라 절환된다. 작동 상태는 센서 유닛에 의해 대형 엔진에서 검출되며, 조정 유닛으로 분사되는 전기 신호로 변환된다. 조정 유닛은 전기 신호가 윤활제의 공급을 필요하게 만드는 작동 상태에 대응하는지 여부를 모니터하고, 대응하는 출력 신호를 가능한 대로 절환 밸브로 전송한다.

윤활 지점 또는 윤활 지점 쌍이 한 차례만 공급이 이루어질 수 있고 펌프 공간의 크기에 의해 정해지는 소정량의 윤활제는 이러한 배열에 대해서는 불리하다. 소정량은 충분히 커서 대형 엔진이 총 부하로 작동되는 동안에도 또한 충분한 윤활을 보장한다.

그러나, 대형 엔진이 부분적인 부하로 작동되면, 윤활 지점으로 공급되는 윤활제의 양이 매우 많아져 상기한 수력학적 윤활 부분에 도달할 수 있게 된다.

개방 시간이 개별적으로 제어될 수 있도록 각각의 윤활 지점에 대해 각각의 밸브가 제공되는 것 또한 유럽특허 EP 1 426 571 B1 에 제안되었다. 이러한 이유로, 윤활제를 위한 중앙 압력원은 대형 엔진의 모든 실린더의 모든 윤활 지점이 윤활제를 공급 받을 수 있도록 하기 위해 사용된다. 이러한 윤활 시스템에 의해 개방 시간을 정확하게 조정함으로써 윤활제의 양을 설정하는 것도 가능할 수 있으나, 상당 수의 작동 변수가 모니터되어야 한다. 이러한 조정 요건은 비용 증가 이외에도, 작동 안전성이 장시간 동안 확보되어야 할 때 또한 상당한 노력의 증대를 요한다.

더욱이, 펌프는 압력원으로 공급하기 위해 구비된다. 대형 엔진이 예컨대 부분적인 부하로 작동됨에 따라 압력원의 윤활제 양이 최대로 요구되지 않으면, 압력원에 연결된 밸브는 윤활제가 회로 안으로 공급될 수 있도록 개방된다.

윤활 지점으로 공급되는 윤활제의 양은 따라서 압력원과 윤활 지점 사이의 윤활라인에 위치하는 절환 밸브의 개방 시간에 의해서만 결정된다.

유럽특허 EP 1582706 에는, 모든 실린더에 공통인 윤활제 공급장치 내의 단일 펌프로부터 각각의 실린더에 구비된 인젝터로 이어진 윤활제 통로에 의해 윤활제를 전달하는 것이 제안된 바 있다. 각각의 윤활 위치는 따라서 그 자체의 인젝터를 가진다. 각각의 이들 인젝터는 전자기 밸브에 의해 배치되어 각각의 분사 위치에 독립적으로 윤활제를 공급하도록 되어 있다. 이것은 이 과정에 따라 윤활제 공급을 위한 시점과 윤활제의 양이 임의로 설정될 수 있다는 것을 의미한다.

각각의 실린더로의 윤활제 공급통로 내에 배열된 작은 윤활제원 또는 어큐뮬레이터를 예측하는 것도 또한 유럽특허 EP 0368430 으로부터 알려져 있다. 실린더에서 윤활 위치에 윤활제를 공급하는 것은 공통의 단일 전자기 밸브에 의해 제어된다. 전자기 밸브는 어큐뮬레이터와 윤활제 공급 밸브 사이에 배열된다. 윤활제 공급 밸브는 특정 실린더에서 모든 윤활 위치로의 모든 통로를 개방할 수 있다. 이것은 이 해결수단에 따라 윤활 시점과 이 실린더로 공급되는 윤활제의 양이 제어될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 각각의 윤활 위치로 공급되는 윤활제의 양은 폐쇄 부재가 윤활제 공급 밸브의 하류에 배열되지 않는다는 사실로 인해 더 이상 영향을 받을 수 없게 된다. 그러므로, 윤활제 양과 윤활 시점의 제어는 서로 대해 독립적으로 영향을 주지 않는다.

그러나, 각각의 실린더로 공급되는 윤활제의 양은 절환 밸브 예컨대, 유럽공개특허 EP 1 582 706 A2 의 전자기 밸브의 개방 시간이 동일하게 남아 있을 때 변할 수 없게 되는 것이 불리한 것으로 나타난 바 있다. 이는 윤활제의 양이 절환 밸브의 개방 시간에 의해서만 변화될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 단위 시간 당 절환 밸브를 통과하는 체적 유동은 고정값으로 결정된다.

더욱이, 윤활제가 중앙 압력원으로부터 윤활 지점까지의 긴 경로를 따라 이동해야 하기 때문에, 윤활제의 점도를 모니터하는 것이 요구되는 것이 불리한 것으로 나타내져 왔다. 윤활 지점으로 이동하는 도중에, 윤활 라인이 받는 온도는 윤활제의 점도에 상당한 영향을 미칠 정도로 크게 변화할 수 있다. 특히, 윤활제는 개별 윤활 라인 내에서 굳어 라인을 막게 되는 것이 회피되어야 한다. 이 문제에 도움이 되도록, 특히 길거나 또는 저온 구역을 통과하여야 하는 윤활 라인에서 적어도 점도 및/또는 온도가 제공되어야 한다.

이러한 이유로, 또 다른 윤활 시스템이 유럽공개특허 EP 1 767 751 A1 에서 개발되었는데, 여기에서 각각의 실린더는 각자 자체의 윤활 모듈과 관련되어 있다. 이 윤활 모듈은 윤활제가 측정되어 윤활 노즐로 펄스와 같이 공급되도록 하는 단속 공급 윤활제 펌프를 포함한다. 이 펌프는 복수의 공급 피스톤을 갖는 왕복 피스톤 펌프와 같이 형성된다. 이 공급 피스톤은 펌프 공간 내에 이동 가능하게 배열된다. 펌프 공간은 각각의 행정에 의해 각각의 윤활 지점으로 운반될 수 있는 윤활제의 부피를 결정한다.

각각의 윤활 지점은 공급 피스톤과 관련된다. 펌프가 1 행정을 수행할 때, 펌프 공간에 존재하는 윤활제의 부피는 대응하는 윤활 지점으로 공급된다. 이는 임의의 변경 불가한 부피의 윤활제가 매 행정마다 윤활 지점에 도달한다는 것을 의미한다. 행정 주파수는 임의의 시간 간격 내에 이루어지는 공급 행정수를 의미하는데, 이는 변화될 수 있다. 펌프는 서보 오일에 의해 작동한다. 공급 피스톤은 행정을 수행하는 작동 피스톤에 의해 움직인다. 작동 피스톤은 서보 오일과 충돌될다. 절환 밸브는 작동 피스톤의 움직임을 제어한다. 절환 밸브는 연소 엔진의 작동변수에 따라 제어된다. 이는 단위 시간 당 행정수가 절환 밸브를 제어하는 조정 유닛을 통해 변할 수 있다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전술한 문제점들을 방지하고 또한 그의 사용을 통해 윤활유가 실린더로 도입되는 이상적인 시점이 결정될 수 있는 대형 엔진의 실린더 활주면을 윤활하는 개량된 윤활장치 및 개량된 방법을 제공하는데 있다.

장치의 양태와 관련하여 또한 공정의 엔지니어링 양태와 관련하여 이러한 목적을 달성하는 과제는 각 카테고리의 독립항의 특징에 의해서 특징지워진다.

각각의 종속항은 특히 본 발명의 유리한 실시예와 관련된다.

대형 엔진은 적어도 제 1 및 제 2 실린더를 포함하며, 각각의 실린더는 보어 (B) 와 길이방향 축선 (A) 을 가지며, 실린더 내에는 활주면을 따라 앞뒤로 이동할 수 있도록 피스톤이 배열된다. 윤활 장치는 실린더 윤활을 위해 제공되는데, 윤활제가 활주면에 도포될 수 있는 적어도 두 개의 윤활 지점을 포함하며, 또한 윤활제 공급부로부터 윤활 지점까지 윤활제를 공급하는 윤활 라인을 포함한다. 이 윤활 장치는 각각의 실린더를 위한 펌프, 분배기, 적어도 두 개의 윤활 라인 및 각각의 윤활 라인에 배열되는 적어도 하나의 각각의 차단 부재를 포함한다. 윤활제는 펌프에 의해 분배기 안으로 그리고 차단 부재가 개방 위치에 유지된다는 것을 전제로 윤활 라인을 통해 분배기로부터 윤활 지점으로 공급된다. 차단 부재의 위치는 대형 엔진의 작동 상태에 따라 중앙 유닛에 의해 조정될 수 있으므로, 차단 부재는 대응하는 윤활 지점에 대한 윤활제의 공급이 실시될 수 있도록 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의의 미리 정할 수 있는 시점에 개방될 수 있게 되어 있으며, 윤활제는 대응하는 실린더의 활주면에 도포될 수 있게 되어 있다. 차단 부재가 대형 엔진의 개방 상태에 따라 개방 상태로 유지되는 지속시간은 시점과는 독립적으로 조정될 수 있으므로, 윤활 지점으로 공급되는 윤활제의 양은 엔진의 작동 상태에 따라 임의로 설정 가능하게 된다.

예컨대, 회전수 및/또는 부하 및/또는 실린더 온도 및/또는 연소 공간의 온도 및/또는 기타 현재의 작동변수는 작동변수로서 결정될 수 있다.

특히, 다른 무엇보다도 예컨대 사용된 연료 특히, 사용된 연료의 황 성분 및/또는 사용된 윤활제의 유형 및/또는 윤활제의 BN 값과 같은 사용된 작동 물질과 그 특성은 또한 이상적인 분사시간 및/또는 이상적인 윤활제의 분사 지속시간을 위해 중심적인 역할을 할 수 있으며, 이는 또한 설정값의 결정을 위해 유리하게 사용될 수 있으며, 필요하다면 또는 유리하다면 작동 중에 적절한 측정장치로 모니터될 수 있다.

윤활제의 분사를 위한 이상적인 시점 및/또는 시간 간격의 설정값 결정을 위해 고려될 수 있으며 유리하게 사용될 수 있는 왕복 피스톤 연소 엔진 작동 상태의 변수 및/또는 데이터에 대한 전술한 목록은 결론적인 것이 아니며, 설정값의 결정을 위해 더 많은 관련 변수 및 데이터를 또한 포함할 수 있다는 것은 당연히 이해되어야 한다.

차단 부재는 적어도 대형 엔진의 각각의 제 3 회전 중에 개방 상태로 유지될 수 있으므로 윤활 지점으로의 윤활제 공급이 이루어질 수 있도록 한다. 특히, 윤활은 동시에 또는 동일한 피스톤 위치에서 항상 발생할 수 있으므로, 윤활 공정은 매우 정밀하게 결정될 수 있다.

차단 부재는 매 10 분의 1 초마다 적어도 한 번에서 분 당 적어도 한 번까지 개방 상태로 유지되므로, 윤활 지점은 윤활제를 공급받을 수 있다. 이에 의해, 특히 단순한 윤활 공정의 제어가 달성될 수 있다. 특히, 긴급 윤활의 경우에 윤활 지점에 윤활제가 주기적으로 공급되도록 확실하게 하는 것이 필요할 수 있다. 0.5 초 주기의 공급 사이클은 특히 유리하다.

특히, 개방 상태는 대형 엔진의 크랭크 각도 및/또는 회전수 및/또는 토크 및/또는 실린더 내에서의 피스톤의 위치의 측정에 의해 결정될 수 있다.

분배기는 각 실린더를 위한 모든 윤활 라인에 연결되는 윤활제를 위한 커먼 레일 저장기로서 설계될 수 있다. 이에 의해 동일한 압력이 각각의 윤활 라인에 존재하는 것을 보장할 수 있다.

윤활 지점은 실린더의 길이방향 축선 (A) 에 의해 결정되는 축방향에 대하여 실린더벽의 서로 다른 위치에서 배열될 수 있다. 윤활제가 실린더 둘레를 따라 공급되는 복수의 지점에서 분사될 뿐 아니라 서로 다른 축방향 위치로 분사될 때, 윤활제는 활주면의 큰 표면적 전체로 균일하게 공급될 수 있다. 윤활제의 공급은 이와 관련하여 동시에 이루어질 수 있으며, 이는 모든 차단 부재가 동일한 시점에 개방된다는 것을 의미한다. 그러나, 서로 다른 시점에 윤활제의 분사가 이루어지는 것도 또한 가능하다. 이는 예컨대 윤활이 피스톤의 움직임에 선행한다는 것을 의미한다.

펌프는 특히 복수의 공급 피스톤을 가지는 피스톤 펌프로서의 형태를 취할 수 있다. 공급 피스톤은 바람직하게는 캠 샤프트에 의해 구동된다. 특히, 캠 샤프트는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 캠 샤프트의 회전수는 단위 시간 당 공급 행정의 회수를 의미하며, 전기 모터에 의한 미리 정해진 범위의 회전수내에서 변화될 수 있다. 공급 피스톤은 또한 또 다른 변형에 따라 작동 피스톤에 연결될 수 있으며, 여기에서 작동 피스톤은 유체압력 수단에 의해 이동 가능하므로, 공급 행정이 수행될 수 있도록 한다.

이 공급 피스톤은 분배기로 윤활제를 공급한다. 회전 피스톤 펌프의 공급 피스톤들이 그 공급 행정을 차례로 수행했을 때, 분배기 내의 압력 편차는 특히 캠 샤프트의 캠들이 서로에 대해 각지게 변위된 채 배열될 때 감소된다.

유체압력 수단은 추가 윤활제 공급에 의해 제공되는 윤활제일 수 있다. 특히, 이러한 윤활제 공급은 윤활에 사용되는 윤활제 공급보다 더 높은 압력으로 가압될 수 있다. 이 윤활제 공급부는 50 bar의 압력까지 가압될 수 있다. 윤활 장치를 위한 윤활제는 특히 최대 30 bar의 압력에서 가압되는 윤활제 공급에 의해 제공된다.

두 가지 윤활제의 공급부의 사용은, 통상 서로 다른 압력의 두 개의 윤활제 공급원 또는 윤활제 용기가 윤활제로 펌프를 작동시키는 것을 의미한다. 이에 의해 구동 유체와 작동 유체 사이의 밀봉은 제공될 필요가 없게 되는데, 즉, 윤활을 위한 윤활제가 불필요하게 된다. 이에 의해 펌프 내에서의 밀봉 부재의 구비는 무시될 수 있으며, 이는 작동 및 유지관리의 단순화를 가져올 뿐 아니라, 비용효율이 보다 높은 펌프 생산을 가능하게 한다.

윤활 장치를 위한 윤활제 공급부의 압력은 바람직하게는 펌프의 작동 피스톤의 작동을 위한 윤활제 공급부의 압력보다 작다.

본 발명은 또한 대형 엔진의 실린더 활주면을 윤활하는 방법에 관한 것으로, 여기에서 실린더는 보어 (B) 와 길이방향 축선 (A) 을 가지며, 여기에서 피스톤은 활주면을 따라 앞뒤로 이동되고, 이에 의해 윤활 장치는 실린더 윤활을 예측하게 되며, 이는 윤활제가 활주면으로 도포되는 실린더벽 내에 구비된 적어도 두 개의 윤활 지점을 포함하고, 여기에서 윤활제는 윤활제 공급부로부터 윤활 지점에 도달한다. 펌프는 윤활제 공급부로부터 분배기 안으로 윤활제를 공급하는데, 여기에서 분배기는 유체 운반 연결이 분배기와 대응하는 윤활 지점 사이에 존재하여 윤활제가 차단 부재가 개방 위치에 있는 것을 전제로 하여 윤활 라인으로부터 윤활 지점으로 공급되게 된 때 각각의 윤활 라인에 각각 배열된 적어도 하나의 차단 부재를 통하여 그리고 적어도 두 개의 윤활 라인을 통하여 실린더벽 활주면의 윤활 지점으로 윤활제를 공급하며, 여기에서 차단 부재의 위치는 대형 엔진의 작동 상태에 따라 조정되어 대응 윤활 지점에 대한 윤활제의 공급이 이루어지도록 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의의 시점에서 임의의 시간 간격 동안 차단 부재를 개방 상태로 유지시키고, 여기에서 대형 모터는 적어도 제 1 및 제 2 실린더를 가지며 윤활장치는 각 실린더를 위한 적어도 하나의 펌프를 포함한다.

바람직하게는 차단 부재의 설정은 대형 엔진의 부하에 따라 이루어진다. 이에 따라 윤활제 공급은 훨씬 더 정확하게 수요에 일치될 수 있다.

차단 부재의 설정은 대형 엔진의 크랭크 각도 및/또는 회전수 및/또는 토크 및/또는 실린더 내의 피스톤 위치에 따라 이루어진다.

특히 단순한 변형예에 따르면, 실린더벽의 활주면에의 윤활제 공급은 실린더 공간 내의 압력이 윤활제 공급 압력보다 클 때 방해를 받는다. 이에 따라, 피스톤이 상사점 부근에 있을 때 실린더의 연소 공간으로는 윤활제가 전혀 도달하지 못하도록 하는 것을 보장할 수 있게 된다. 이에 따라, 윤활제가 연소 공정 중에 연소 공간에 존재하여, 원하지 않는 퇴적물 및 배기 가스를 가져오는 윤활제의 연소를 야기시키는 것이 방지될 수 있다.

윤활제의 압력은 예컨대 압력 센서에 의해 분배기 내에서 측정될 수 있으며, 중앙 유닛으로 전송될 수 있다. 중앙 유닛은 압력이 상한값과 하한값에 의해 확정되는 미리 정해진 압력 범위 내에 있는지 여부를 검사하며, 여기에서 압력 범위의 상한값을 초과하는 경우 분사는 연장되고 그리고/또는 차단 부재는 강제적으로 개방 상태로 유지되며 그리고/또는 안전 밸브가 작동되고 그리고/또는 펌프는 스위치 오프되며 압력 저하 시에 알람이 개시된다. 압력 저하는 특히 장시간 동안인 경우에 윤활 장치 내에 누설이 발생하였음을 알릴 수 있으며, 이때 윤활 장치는 윤활제의 누설로 인한 손상을 방지하도록 가능한 한 신속하게 검사되어야 한다.

도 1 은 종래의 윤활 장치를 가진 2 행정 대형 디젤 엔진의 실린더를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 윤활 장치를 가진 2 행정 대형 디젤 엔진의 실린더를 도시한다.
도 3 은 제 1 변형예에 따른 윤활제의 압력 뿐 아니라 크랭크 각도에 따른 연소 공간 내의 압력분포를 나타낸 그래프이다.
도 4 는 제 2 변형예에 따른 윤활제의 압력 뿐 아니라 크랭크 각도에 따른 연소 공간 내의 압력분포를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 도 1 에 따른 시스템의 분사 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6a 는 본 발명에 따른 분사 특성을 나타낸 그래프이다.'
도 6b 는 도 6a 의 압력 분포를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 개략 도면을 참조로 다음과 같이 상세하게 설명될 것이다.

일반적인 윤활 장치를 갖는 2 행정 대형 디젤 엔진의 실린더가 도 1 에 단면 상태로 개략적으로 도시된다. 2 행정 대형 디젤 엔진의 각각의 실린더는 그 자체의 윤활 모듈 (100) 과 관련되어 있다. 이 윤활 모듈은 윤활제가 측정되어 윤활 노즐 (107,117) 로 펄스 방식으로 공급되도록 하는 단속 공급 윤활제 펌프 (101) 를 포함한다. 이 펌프 (101) 는 복수의 공급 피스톤 (138) 을 갖는 왕복 피스톤 펌프와 같이 형성된다. 이 공급 피스톤 (138) 은 펌프 공간 (136) 내에 이동 가능하게 배열된다. 펌프 공간 (136) 은 매 행정에 의해 각각의 윤활 지점으로 공급될 수 있는 윤활제의 부피를 결정한다. 공급 피스톤 (138) 은 각각의 윤활 지점과 연결된다. 펌프 (101) 가 1 행정을 수행할 때, 대응하는 펌프 공간 (136) 에 존재하는 일정 부피의 윤활제는 대응하는 윤활 지점으로 공급된다. 이는 매 행정마다 특정된 변경 불가한 부피의 윤활제가 윤활 지점 즉, 각각의 윤활 노즐 (107,117) 에 도달한다는 것을 의미한다.

펌프 (101) 의 펌프 공간 (136) 은 모두 동일한 치수를 가지므로 동일한 양의 윤활제가 각각의 윤활 지점으로 공급될 수 있게 된다.

행정 주파수는 임의의 단위 시간 내에 이루어지는 공급 행정수를 의미하는데, 이는 변화될 수 있다. 펌프가 서보 오일에 의해 작동된다. 공급 피스톤 (138) 은 행정을 실시하는 작동 피스톤 (133) 에 의해 이동된다. 작동 피스톤 (133) 은 서보 오일과 충돌된다. 절환 밸브 (132) 는 작동 피스톤의 이동을 제어한다. 절환 밸브 (132) 는 연소 엔진의 작동 변수에 따라서 제어된다. 즉, 단위 시간당 행정수는 절환 밸브 (132) 를 제어하는 조정 유닛 (150) 을 통하여 변경될 수 있다.

펌프 (101) 가 서보 오일에 의해 작동됨에 따라, 작동 피스톤 공간 (135) 의 구동 측의 작동 피스톤 공간 (134) 의 공급 피스톤 측에 대한 밀봉이 요구된다. 윤활제는 예컨대 공통의 레일 저장기 (111) 에 의해 윤활제를 공급하는 작동 피스톤 공간 (134) 의 공급 피스톤 측으로 분사된다. 윤활 라인 (112) 은 공통의 레일 저장기 (111) 로부터 작동 피스톤 (134) 으로 이어진다. 이러한 배열은 각각의 실린더에 대해 반복되는데, 본 실시예의 경우에 또 다른 윤활 라인 (162) 이 표시되어 있는데, 이 라인은 2 행정 대형 디젤 엔진의 또 다른 실린더를 위한 개략 도시된 윤활 모듈 (200) 로 이어져 있다.

작동 피스톤 공간 (134) 으로 분사되는 윤활제는 각각의 개구부 (139) 를 통해 펌프 공간 (136) 에 도달한다. 개구부 (139) 는, 작동 피스톤이 작동 피스톤 공간 (134) 에 남아 있는 한 작동 피스톤 공간 (134) 에 연결되는데, 이는 펌프의 행정이 아직 시작되지 않은 것을 의미한다. 작동 피스톤이 서보 오일과 충돌되자마자 작동 피스톤 공간 (135) 은 복귀수단 (137) 의 저항을 이기고 움직이기 시작한다. 각각의 개구부 (139) 는 공급 피스톤 (138) 에 의해 폐쇄되며 펌프 공간 (136) 에 존재하는 윤활제는 압축된다. 펌프 공간 내의 윤활제 압력이 요구 압력을 달성하면, 개방 밸브 (163) 는 개방되고 윤활제는 대응하는 윤활 노즐 (107,117) 로 이어진 윤활 라인 (108,118) 에 도달한다. 펌프 공간이 모두 동일한 체적을 가질 때, 동일한 양의 윤활제가 공급 행정마다 각각의 윤활 지점에 도달한다.

윤활제의 양은 따라서 변화할 수 없다. 2 행정 대형 디젤 엔진이 작동되면, 예컨대 부분 부하에서 실제로는 제공되는 윤활제 양의 일부만이 필요하다. 현재 요구되는 윤활제 양에 맞추는 것은 따라서 종래의 윤활 모듈에서는 가능하지가 않다.

종래 기술에 따라 윤활 모듈을 작동하기 위해서는, 두 개의 추가 회로가 요구되는데, 하나는 공통의 레일 저장기 (111) 에 의해 대표되는 윤활제 회로이고, 다른 하나는 서보 코일 공급 용기 (130,131) 에 의해 대표되는 서보 오일 회로이다.

본 발명에 따른 윤활 장치 (10) 를 갖는 2 행정 대형 디젤 엔진의 실린더가 도 2 에 단면 상태로 개략 도시되어 있다. 도 2 의 2 행정 대형 디젤 엔진은 복수의 실린더 (20) 를 포함하는데, 여기에서는 명료한 설명을 위해 하나의 실린더 (20) 만 예시적으로 도시된다. 실린더 (20) 는 그 자체로 알 수 있는 방식으로 실린더 (20) 의 내부 공간 (23) 을 둘레방향으로 형성하는 실린더벽 (22) 을 포함한다. 피스톤 (25) 은 실린더 (20) 의 축방향 (A) 으로 실린더벽 (22) 의 활주면 (21) 을 따라 앞뒤로 움직일 수 있도록 배열된 실린더 (20) 내부에 구비된다. 활주면 (21) 은 예컨대 열 스프레링에 의해 실린더벽 (22) 의 표면에 도포되는 표면층 (24) 상에서 도 1 의 특정예에 제공된다. 적어도 하나의 윤활 지점 (7,17) 이 실린더벽 (22) 내에 배열되며, 특히 윤활 노즐 (26,46) 은 그 자체로 알 수 있는 방식으로 펌프 (1) 에 의해 윤활제가 공급되는 실린더벽 (22) 내에 배열되므로, 작동 상태에서 실린더벽 (22) 의 활주면 (21) 상으로 윤활제 층이 도포될 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 윤활 지점 (7,17) 은 윤활 라인 (8,18) 을 통해 펌프 (1) 로 연결된다. 각각의 윤활 라인은 차단 부재 (5,15) 를 포함한다. 윤활 라인은 공통의 레일 저장기와 같은 형태로 될 수도 있는 분배기 (3) 의 일부이다. 펌프 (1) 는 분배기 (3) 를 통해서 윤활 공급부 (30) 로부터 윤활 지점 (7,17) 으로 윤활제를 공급한다.

펌프 (1) 는 도 1 에 이미 도시된 것과 동일한 유형의 구조를 가질 수 있다. 그러나, 종래 기술과 반대로 펌프는 서보 오일이 아니라 윤활제에 의해 작동된다. 이는 윤활제 공급부 (30) 가 약 20 bar 의 압력으로 윤활제를 제공한다는 것을 의미한다. 펌프 (1) 의 작동 피스톤 (33) 은 윤활 공급부 (30) 보다 높은 압력으로 윤활제 공급부 (31) 로부터 공급되는 윤활제에 의해 작동된다. 대체로, 윤활제 공급부 (31) 내의 압력은 40 에서 50 bar 사이, 특히 약 50 bar 이다.

작동 피스톤 공간 (34) 으로 분사되는 윤활제는 각각의 개구부 (39) 를 통해서 공급 공간 (36) 내에 도달한다. 개구부 (39) 는 작동 피스톤이 작동 피스톤 공간 (34) 내에 존재하는 한 작동 피스톤 공간 (34) 과 연결된다. 이는 펌프 (1) 의 행정이 아직 시작되지 않은 것을 의미한다. 작동 피스톤이 작동 피스톤 공간 (35) 내의 윤활제와 충돌되자마자 작동 피스톤은 복귀수단 (37) 의 저항을 이기고 움직인다. 각각의 개구부 (39) 는 공급 피스톤 (38) 에 의해 폐쇄되며, 공급 공간 (36) 에 존재하는 윤활제는 압축된다. 공급 공간 (36) 이 분배기 (3) 와 유체 연결된 상태이므로, 분배기 및/또는 윤활제 라인 (8,18) 에 존재하는 윤활제 또한 압축된다.

공급 행정이 완료되면, 윤활제는 윤활 라인 (8,18) 내의 요구 압력에 이르게 된다. 분배기 (3) 내의 압력 센서에 의해 윤활을 보장하기 위해 요구되는 미리 정해진 범위 내에 압력이 존재하는지 여부가 모니터될 수 있다. 이 범위는 통상 20 내지 50 bar 의 영역 내에 있다.

윤활제는 따라서 윤활 라인 (8,18) 내에 제공되므로, 원하는 시점에 실린더 (20) 의 활주면 (21) 상에 도포될 수 있게 된다. 원하는 시점은 신호 전송 라인 (42,43) 을 통해서 대응하는 막음 수단 (5,15) 의 개방 신호를 전송하는 중앙 유닛 (50) 에 의해 결정된다. 따라서, 윤활 시점은 중앙 유닛에 의해 완전히 자유롭게 결정될 수 있다.

당연히, 막음 수단 (5,15) 의 폐쇄 시점도 또한 중앙 유닛 (50) 에 의해 임의로 미리 결정될 수 있다. 이에 따라, 이 특정 윤활 사이클에 필요한 윤활제 양은 정밀하게 설정될 수 있다.

측정 장치 (40) 가 도 2 에 예시적으로 도시되는 바, 이 장치에 의하면 2 행정 대형 디젤 엔진의 작동 상태에 대한 특성값이 검출된다. 측정 장치 (40) 는 특성값의 특성인 전기 신호를 발생시키며, 신호 전송 라인 (41) 의 신호를 중앙 유닛 (50) 으로 전달하는데, 이 신호는 윤활 시스템의 제어를 위해 사용된다. 신호는 중앙 유닛 (50) 내에서 평가된다. 평가에 따라 윤활제가 필요하다고 결정되면, 신호 전송 라인 (42,43) 을 통해 신호가 중앙 유닛으로부터 차단 부재 (5,15) 로 전송되어, 이 부재들을 작동시키게 되는데, 이는 이 부재들이 윤활제의 통류를 위해 개폐되는 것을 의미한다. 신호는 또한 펌프 (1) 의 제어를 위해 사용될 수 있다. 이는 따라서 공급 유동이 변화될 수 있는 예컨대 원심 펌프, 임펠러 펌프와 같은 회전 펌프를 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 펌프를 구동하는 모터의 회전수는 펌프에 의해 공급되는 체적 유동이 단위 시간 당 변화될 수 있도록 변할 수 있다. 이 가능성은 또한 회전 피스톤 펌프에 대해서도 또한 적용될 수 있다. 이와 같은 회전 피스톤 펌프는 통상 캠 샤프트 구동 전기모터에 의해 움직이는 복수의 피스톤을 포함한다. 캠 샤프트의 회전수가 증가함에 따라 단위 시간 당 피스톤 행정수는 증가하며 따라서 펌프에 의해 공급되는 체적 유동은 변화된다. 당연히, 단일 공급 피스톤을 갖는 펌프도 또한 사용될 수 있는데, 여기에서 공급 피스톤은 유압식으로 또는 캠 샤프트에 의해 움직일 수 있다.

본 실시예의 경우에, 절환 밸브 (32) 의 절환 주파수는 변화될 수 있다. 이 경우에 신호는 중앙 유닛 (50) 으로부터 신호 전송 라인 (44) 을 통해 절환 밸브 (32) 로 전송된다. 절환 밸브 (32) 는 특히 자석 밸브로서 형성될 수 있다. 절환 밸브 (32) 는 2 개의 위치를 가질 수 있다. 제 1 위치에서 작동 피스톤 (33) 과 윤활제 공급부 (30) 사이의 연결은, 윤활제가 작동 피스톤 (33) 이 존재하는 공급 피스톤 공간 (34) 으로부터 윤활제 공급부 (30) 안으로 역으로 안내될 수 있도록 개방된다. 윤활제 공급부 (30) 와 공급 공간 (36) 사이의 연결 라인은 윤활제가 공급 공간 (36) 으로 유입될 수 있도록 개방된다.

작동 피스톤 (33) 는 복귀 수단 (37), 본 실시예의 경우에는 스프링에 의해 그 상단 위치로 옮겨지며, 비로소 공급 행정을 수행할 준비가 된다. 절환 밸브 (32) 가 중앙 유닛 (50) 으로부터 공급 행정을 수행하는 신호를 수신한 때, 윤활제 공급부 (31) 로의 연결이 개방되도록 비로소 절환된다. 고압의 윤활제는 윤활제 공급부 (31) 로부터 작동 피스톤 공간 (35) 으로 분사되며, 작동 피스톤 (33) 은 공급 행정을 수행하는데, 이는 윤활제가 공급 피스톤 (38) 에 의해서 공급 공간으로부터 분배기 (3) 안으로 펌핑되는 것을 의미한다. 더욱이, 작동 피스톤은 공급 공간으로부터 밀봉 상태로 분리되어야 할 필요가 없다. 작동 피스톤 공간 (34) 의 공급 피스톤 측에 대한 작동 피스톤 공간 (33) 의 구동 측의 밀봉은 따라서 필요 없게 된다.

차단 부재 (5,15) 는 측정 장치 (40) 의 측정값에 기초하여 특정 시간 주기 동안 각각 개방되어 윤활제가 활주면 (21) 상으로 도포되도록 한다. 각각의 차단 부재 (5,15) 가 개방 상태로 유지되는 시간 주기는 개별적으로 조절될 수 있으며, 측정 장치 (40) 에 의해 검출되는 측정값에 따라 좌우된다.

당연히, 복수의 측정 장치가 대형 엔진의 서로 다른 특성값을 결정하기 위해 구비될 수 있다.

펌프는 공급 전류를 조정하는 것과는 상관없이 차단 부재의 개방 시간을 조정하는 것과 결부되어야 한다.

본 발명에 따른 윤활 장치의 작동을 위한 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다: 실린더 (20) 의 활주면 (21) 상으로 윤활제를 분사하는 지속시간 및/또는 시점을 위한 설정값이 대형 엔진의 서로 다른 작동 변수에 따라 결정된다. 특히, 회전수 및/또는 부하 및/또는 실린더 온도 및/또는 크랭크 각도 및/또는 서로 다른 작동 변수 및/또는 사용된 연료의 화학적 조성 및/또는 사용된 윤활제 및/또는 사용된 기타 작동 물질에 따른다. 이들의 도움으로, 실린더 안으로의 윤활제 분사의 현재의 시점 및/또는 지속시간은 서로 다른 관련된 현재의 작동 변수 (B) 로부터 및/또는 대형 엔진을 위한 특정한 포괄적 작동 변수 (B) 로부터 및/또는 사용된 연료의 조성에 따라 특히, 사용된 연료 또는 사용된 윤활제에 따라 및/또는 다른 관련 요인을 고려하여 결정될 수 있다.

윤활제 분사의 시점 및/또는 지속시간은 이와 관련하여 대형 엔진의 작동 상태시 설정값으로 최적화된다.

예컨대, 측정값은 피스톤의 위치 (X) 에 대응하거나/대응하며 위치 (X) 의 적시 분포에 대응하는 위치 센서에 의해 측정될 수 있으며 측정값은 특히, 조정수단 뿐만 아니라 데이터 처리시스템을 포함하는 중앙 유닛 (50) 으로 공급될 수 있다. 이와 관련하여 바람직하게는 축방향 (A) 으로 서로 이격되어 있는 복수의 피스톤 센서가 피스톤의 위치 (X) 를 결정하기 위해 제공된다. 이와 같은 위치 센서는 또한 크랭크 각도의 측정을 위해 사용될 수 있다.

위치 센서가 예컨대 수동 음파방사 센서이면, 다른 무엇보다도 위치 센서에 의해 검출되는 신호의 전파 시간차의 결정을 통하거나/통하고 관련된 신호에 대한 공지된 기술을 고려하여, 이때 이것은 대응하는 신호 관련 함수의 조사를 의미하는데, 피스톤의 위치 (X) 는 특히 또한 시간에 따라 결정될 수 있다.

또한 다른 유형의 피스톤 센서가 실제로 음파방사 센서 대신에 유리하게 사용될 수 있는데, 특히 실린더 (20) 내부 가스 압력의 시간 의존성 및/또는 가스의 압력이 측정될 수 있거나/있고 실린더 내 피스톤의 위치 (X) 와 특징적인 방식으로 관련되는 압력 특성값이 측정될 수 있는 압력 센서가 사용될 수 있다는 것은 당연히 이해된다.

그러나, 또한 다른 유형의 센서 예컨대, 전기 피스톤 센서, 예컨대 유도 위치 센서와 같은 센서가 유리하게 사용될 수 있다. 사용되는 센서의 유형에 따라 피스톤은 예컨대 자석 표시 수단과 같은 표시수단을 또한 포함할 수 있으므로, 피스톤의 윤곽이 피스톤 센서에 의해 보다 잘 인식될 수 있게 된다.

아울러, 또 다른 측정 장치가 구비될 수 있는데, 이는 여기에 도시되어 있지 않지만, 예컨대 다른 무엇보다도 대형 엔진의 회전수, 부하 또는 실린더 온도와 같은 서로 다른 작동 변수 (B) 를 결정하여, 아마도 추가로 이 변수를 중앙 유닛 (50) 으로 보낼 것이다.

특히 간단한 변형예로서는, 실린더 내부 공간의 압력이 임의의 범위 내에 있을 때 실린더 내부 공간으로 윤활제가 접근할 수 있게만 하는 윤활 지점에 스프링이 장착된 막음 기구가 구비될 때 발생된다.

윤활제의 압력이 연소 공간 내에 존재하는 최대압과 연소 공간 내에 존재하는 최소압 사이에 있도록 윤활제 압력을 설정하는 것도 또한 가능하다. 연소 공간 내의 압력은 적어도 압축 행정의 종기에 그리고 또한 연료 공기 혼합기의 점화 시점에 그리고 팽창 시기가 시작될 때 윤활제의 압력보다 높으므로, 윤활제는 전혀 연소 공간으로 들어갈 수 없게 된다. 연소 공간의 압력이 팽창 시기, 새로운 공기 공급 또는 압축 행정의 제 1 시기 중에 윤활제의 압력보다 낮아질 때만 실린더 활주면으로의 윤활제의 분사가 가능하게 된다. 선택적으로 여기에서, 피스톤이 압축 행정 중 윤활 지점을 지나친 때 윤활제의 분사가 가능하게 된다. 이는 대응하는 소기압으로 소기가 충진된 실린더 공간으로 윤활 지점이 개방된 것을 의미한다. 이와 관련하여 소기압은 대체로 보통 약 3 bar 정도인 주위 압력보다 통상 약간 더 높다. 따라서 이 연결은 윤활 지점과 피스톤 사이의 위치에 존재한다. 피스톤이 윤활 지점 위에 위치한다면, 즉 피스톤 링 패킷이 윤활 지점 위에 있다면, 소기압은 연소 공간 내에 압력이 가해지는 동안 본질적으로 차단 부재 상에 있고, 이는 피스톤 패키지와 출구 밸브 사이의 실린더 공간이 상당히 높다는 것을 의미한다. 도 3 과 도 4 는 크랭크 각도에 따라 연소 공간 내의 압력을 보여주는 그래프를 보여준다. 크랭크 각도는 x-축 상에서 보여지고, 연소 공간 내의 압력은 y-축 상에 보여진다. 윤활제의 압력 분포 60 은 도 3 에 수평으로 그려진 선에 의해 표시된다. 이 경우 윤활제의 압력은 일정하다.

따라서, 윤활 지점이 압축 행정하는 동안 피스톤 링 패킷에 의해 덮이는 구역일 때, 이는 윤활제가 소기측에 대한 압력이 실린더 내의 연소측 압력보다 상당히 낮음에 따라 피스톤이 상부 사점 부근에 위치할 때 실린더 공간에 도달하는 효과를 갖는다.

도 4 에서, 이 경우는 윤활제의 압력 분포 60 이 크랭크 각도에 따라 다양해짐을 예시한다. 이 변형은 예를 들어, 펌프의 공급 양의 조정 때문에 일어날 수 있다.

본원에 따른 윤활 장치 또는 본 발명의 방식에 의해, 피스톤, 피스톤 링과 실린더 활주면의 수명이 상당히 증가될 뿐 아니라, 윤활제 소비는 또한 동시에 감소되고 유지관리 간격은 상당히 확장된다. 더욱이, 본원에 따른 윤활 장치는 단지 매우 간단하며, 이러한 이유로, 예를 들어 유럽특허 EP 1 426 571 B1 에서 보여지는 바와 같이, 시스템에 관한 실패 가능성을 상당히 줄여주는 에러-발생이 적은 조정 회로를 요구한다.

도 5 는 도 1 에 따라 윤활 모듈 (101) 을 갖는 윤활 노즐에 의한 분사 분포를 보여준다. 도 5 에서 보여지는 그래프는 시간에 따라 y-축에 보여지는 압력 분포를 보여주며, 이는 x-축에 보여진다. 본원의 측정은 엔진 대기 동안, 윤활 노즐 당 310 ㎣ 의 분사 부피를 갖는 RT-flex96C-B 유형의 엔진에 대해서 수행된다.

그래프는 커다란 변동을 보여주며, 펌프 출구에서 압력 분포가 기록되어졌고, 이는 출구 밸브 (163) 의 바로 하류를 의미한다.

도 6a 는 도 2 에 따른 윤활 장치 (10) 에 의한 윤활 지점 (7,17) 에서의 분사의 분포를 도시한다. 도 6 에 도시된 그래프는 x-축에 도시된 시간에 따른, y-축에 도시된 체적 유동을 나타낸다. 시뮬레이션에 의해 확인되는 체적 유동의 분포는 작은 압력 편차가 도 2 에 따른 분배기 (3,8,18) 내의 압력 분포에 대해 도 6b 에 따른 관련된 다이어그램에서 보여지듯이 나타난다. 도 6b 는 그래서 시간에 따른 윤활 지점에서의 압력 분포를 나타낸다.

당연히, 본 발명에 따른 효과는, 도면에 예시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 본 발명에 따른 각각의 윤활 시스템의 결과를 따른다.

Claims (15)

1. 적어도 제 1 및 제 2 실린더 (20) 를 포함하는 대형 엔진으로서, 각각의 실린더는 보어 (B) 와 길이방향 축선 (A) 을 가지며, 상기 실린더 내에는 활주면 (21) 을 따라 앞뒤로 이동가능한 피스톤 (25) 이 배열되고,
   실린더 윤활을 위해 윤활 장치 (10) 가 제공되며, 상기 윤활 장치는, 윤활제를 활주면 (21) 에 도포할 수 있는 적어도 두 개의 윤활 지점 (7,17) 을 포함하고, 또한 윤활제 공급부 (30) 로부터 윤활 지점 (7,17) 까지 윤활제를 공급하는 윤활 라인을 포함하는 대형 엔진에 있어서,
   상기 윤활 장치 (10) 는 각각의 실린더를 위한 펌프 (1), 분배기 (3), 적어도 2 개의 윤활 라인 (8,18) 및 이러한 윤활 라인 (8,18) 각각에 배열되는 적어도 하나의 각각의 차단 부재 (5,15) 를 포함하며,
   상기 윤활제는 펌프 (1) 에 의해 분배기 (3) 안으로 또한 차단 부재 (5,15) 가 개방 위치에 유지되는 한 분배기 (3) 로부터 윤활 라인을 통해 윤활 지점 (7,17) 으로 공급되고,
   상기 차단 부재 (5,15) 의 위치는 대형 엔진의 작동 상태에 따라 중앙 유닛 (50) 에 의해 조정될 수 있으므로, 차단 부재 (5,15) 는 대응하는 윤활 지점 (7,17) 에 대한 윤활제의 공급이 실시될 수 있도록 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의의 미리 정할 수 있는 시점에 개방될 수 있고 또한 윤활제는 대응하는 실린더 (20) 의 활주면 (21) 에 도포될 수 있으며, 차단 부재 (5,15) 가 대형 엔진의 작동 상태에 따라 개방 상태로 유지되는 지속시간은, 윤활 지점 (7,17) 으로 공급되는 윤활제의 양이 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의로 설정가능한 시점과는 독립적으로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차단 부재 (5,15) 는 대형 엔진의 각각의 회전 중, 적어도 각각의 세 번째 회전 중에 한차례 개방 상태로 유지되어, 윤활 지점으로 윤활제 공급이 실시될 수 있는 대형 엔진.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 차단 부재 (5,15) 는 매 10 분의 1 초마다 적어도 한 번에서 분당 적어도 한 번까지 개방 상태로 유지되어, 윤활 지점 (7, 17) 은 윤활제를 공급받을 수 있는 대형 엔진.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작동 상태는 대형 엔진의 크랭크 각도 및/또는 회전수 및/또는 토크 및/또는 실린더 (20) 내에서의 피스톤 (25) 위치를 측정함으로써 결정되는 대형 엔진.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분배기 (3) 는 각각의 실린더 (20) 을 위한 모든 윤활 라인 (8,18) 에 연결되는 윤활제를 위한 공통의 레일 저장기로서 구성되는 대형 엔진.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 윤활 지점 (7,17) 은 실린더 (2) 의 길이방향 축선 (A) 에 의해 한정되는 축방향에 대하여 실린더벽 (22) 의 서로 다른 위치에 배열되는 대형 엔진.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프 (1) 는 복수의 공급 피스톤 (38) 을 갖는 피스톤 펌프인 대형 엔진.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 공급 피스톤은 캠 샤프트에 의해 구동될 수 있는 대형 엔진.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 공급 피스톤은 윤활제를 분배기 (3) 로 공급하는 대형 디젤 엔진.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배기 (3) 내에는 압력 센서가 배열되는 대형 엔진.
11. 대형 엔진의 실린더 (20) 의 실린더벽 (22) 의 활주면 (21) 을 윤활하는 방법으로서, 실린더 (20) 는 보어 (B) 와 길이방향 축선 (A) 를 가지며, 상기 실린더내에서 피스톤 (25) 은 활주면 (21) 을 따라 앞뒤로 이동하며, 이에 의해 실린더 윤활을 위한 윤활 장치 (10) 가 예측되며, 상기 윤활 장치는 윤활제가 활주면 (21) 에 도포되는 실린더벽 (22) 에 형성된 적어도 2 개의 윤활 지점 (7,17) 을 포함하고, 상기 윤활제는 윤활제 공급부 (30) 로부터 윤활 지점 (7,17) 에 도달하며, 펌프 (1) 는 윤활제 공급부 (30) 로부터 분배기 (3) 안으로 윤활제를 공급하며, 상기 분배기 (3) 는, 분배기 (3) 와 대응하는 윤활 지점 (7,17) 사이에 유체 운반 연결이 존재할 때, 각각의 윤활 라인 (8,18) 에 각각 배열된 적어도 하나의 차단 부재 (5,15) 를 통하여 또한 적어도 2 개의 윤활 라인 (8,18) 을 통하여 실린더벽 (22) 의 활주면 (20) 에서 윤활 지점 (7, 17) 으로 윤활제를 공급하여, 차단 부재 (5,15) 가 개방 위치에 있는 한 윤활 라인 (8,18) 으로부터 윤활 지점으로 윤활제를 공급하며, 상기 차단 부재 (5,15) 의 위치는 대형 엔진의 작동 상태에 따라 조정되어, 대응 윤활 지점 (7,17) 에 대한 윤활제의 공급이 실시되도록 대형 엔진의 작동 상태에 따라 임의의 시점에서 임의의 시간 간격 동안 차단 부재 (5,15) 를 개방 상태로 유지시키고, 대형 모터는 적어도 제 1 및 제 2 실린더를 가지며, 윤활 장치 (10) 는 각 실린더를 위한 적어도 하나의 펌프 (1) 를 포함하는 윤활 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차단 부재 (5,15) 의 설정은 대형 엔진의 부하에 따라 실시되는 윤활 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 차단 부재 (5,15) 의 설정은 대형 엔진의 크랭크 각도 및/또는 회전수 및/또는 토크 및/또는 실린더 (20) 내의 피스톤 (25) 위치에 따라 실시되는 윤활 방법.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더벽 (22) 의 활주면 (21) 으로의 윤활제 공급은 실린더 공간 내의 압력이 윤활제의 공급 압력보다 클 때 중단되는 윤활 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    윤활제의 압력은 분배기 (3) 내에서 측정되며 또한 중앙 유닛 (50) 으로 전송되며, 상기 중앙 유닛은 압력이 상한값과 하한값에 의해 한정되는 미리 정해진 압력 범위 내에 있는지의 여부를 검사하며, 압력 범위의 상한값을 초과할 때 분사는 연장되고 그리고/또는 차단 부재는 강제적으로 개방 상태로 유지되며 그리고/또는 안전 밸브가 작동되고 그리고/또는 펌프 (1) 는 스위치 오프되며 압력 저하 시에 알람이 개시되는 윤활 방법.

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