KR20120083888A - 2행정 엔진의 윤활 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, - 실린더 오일용 제 1 입구 (21) 및 시스템 오일용 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 를 갖는 2행정 엔진 (2); - 엔진 (2) 에서 사용되는 시스템 오일용 섬프로서, 입구 (31), 및 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 에 연결된 출구 (32) 를 갖는 섬프 (3); - 엔진 (2) 의 제 1 입구 (21) 에 연결된 제 1 출구 (41), 섬프 (3) 의 입구 (31) 에 연결된 제 2 출구 (42), 및 섬프 (3) 의 출구 (32) 에 연결된 제 1 입구 (43) 를 갖는 오일 저장소 (4); 및 - 섬프 (3) 의 출구 (32), 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23), 및 오일 저장소 (4) 의 제 1 입구 (43) 에 연결된 스플리터 (7) 를 적어도 포함하는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1) 을 제공한다.

Description

2행정 엔진의 윤활 시스템{SYSTEM FOR LUBRICATING A TWO-STROKE ENGINE}
본 발명은 2행정 엔진의 윤활 시스템에 관한 것이다.
JP 07 054627 는 다른 시스템으로부터 시스템 오일 및 실린더 오일을 사용하는 4행정 디젤 엔진의 윤활유 분배 시스템에 관한 것이다. 본 발명과 달리, JP 07 054627 의 시스템에서는 1 초과 타입의 오일이 사용된다.
DE 101 24 476 은 오일 공급 장치에 관한 것이다.
US 2006/148661 은 2행정 엔진을 작동하는 동안 연료 경제 및 환경 영향을 향상시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
예컨대 WO 2006/032271 Al 에서 설명된 바와 같이, 해양용 (marine) 또는 고정식 적용에 사용되는 2행정 엔진은 통상적으로 2 개의 개별 윤활유 시스템을 구비한다. 그 중 하나의 윤활유 시스템은, 다양한 밸브 등의 작동 및/또는 제어뿐만 아니라 엔진 베어링과 예컨대 기름 냉각 피스톤의 윤활과 냉각을 위해 사용되는 이른바 시스템 오일을 포함한다. 다른 하나의 윤활 시스템은 엔진의 실린더, 피스톤 링 및 피스톤 조립체의 윤활을 위해 통상적으로 사용되는 실린더 오일을 포함한다.
전형적인 2행정 크로스헤드 엔진에서, 실린더 오일은 엔진의 매 회전에 의해 연속적으로 소비되는 반면, 시스템 오일은 (소량의 의도하지 않은 누설을 제외하고는) 원리적으로 소비되지 않는다. 실린더 오일은 소비되기 때문에 종종 "줄곧 줄어드는 (all-loss)" 윤활유로 불린다. 시스템 오일(들)과 실린더 오일(들) 양자의 다양한 타입과 사용이 본 기술분야에 잘 알려져 있다.
공지되어 있는 2행정 엔진의 윤활 시스템의 문제는 특히 비교적 공간을 많이 차지하여 경제적 비용 (CAPEX) 이 많이 든다는 것이다 일례로, 공지 시스템은 비교적 큰 섬프 (sump) (또는 "윤골유 (lube oil) 드레인 탱크") 크기, 즉 사용된 시스템 오일을 수집하는데 필요한 공간을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 최소화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공지되어 있는 2행정 엔진의 윤활 시스템을 단순화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대안적인 2행정 엔진의 윤활 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기한 또는 다른 목적 중 1 이상은,
- 실린더 오일용 제 1 입구 및 시스템 오일용 제 2 및 제 3 입구를 갖는 2행정 엔진;
- 엔진에서 사용되는 시스템 오일용 섬프로서, 입구, 및 엔진의 제 2 및 제 3 입구에 연결된 출구를 갖는 섬프;
- 엔진의 제 1 입구에 연결된 제 1 출구, 섬프의 입구에 연결된 제 2 출구, 및 섬프의 출구에 연결된 제 1 입구를 갖는 오일 저장소; 및
- 섬프의 출구, 엔진의 제 2 및 제 3 입구, 및 오일 저장소의 제 1 입구에 연결된 스플리터 (splitter)
를 적어도 포함하는 2행정 엔진의 윤활 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 매우 간단한 시스템을 사용함으로써, 특히 적은 오일 저장 설비가 요구되므로, CAPEX 및 OPEX 가 현저히 저감될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이 점에서, 본 시스템이 작동 목적에 요구되는 더 적은 체적의 오일을 가능하게 하기 때문에, OPEX 가 더 낮다는 점에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 특별한 이점은, (예컨대, 실린더 오일과 시스템 오일이 상이한 조성을 갖는 JP 07 054627 과 달리) 윤활 시스템에서 실린더 오일과 시스템 오일 양자를 위해 단 하나의 타입의 오일이 필요하고 사용된다는 것이다. 그 결과, 작동이 간단해질 뿐만 아니라 저장 용량이 감소되고, 오일을 위한 인벤토리 등이 감소된다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은 신규 선박 (vessel) 에 용이하게 구현될 수 있고 기존 선박에 용이하게 제공될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 2행정 엔진에 대하여 특별한 제한은 없다. 바람직하게는 2행정 엔진이 선박용 디젤 엔진으로서 사용되는 엔진이다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, "선박용" 이라는 용어가 그러한 엔진을 수상 선박에 사용되는 것으로 제한하지 않는다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 즉, 상기한 용어는 동력 생성 분야에 사용되는 엔진을 더 포함한다.
전형적으로 2행정 엔진은 직접 커플링된, 직접 역전형 2행정 사이클 엔진이다. 바람직하게는 2행정 엔진은 연소 생성물이 크랭크케이스에 들어가서 시스템 오일과 혼합되는 것을 막기 위해 조작 실린더 (power cylinder) 를 크랭크케이스로부터 분리하는 스터핑 박스와 다이어프램을 갖는 크로스헤드 구조이다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 기술분야의 통상의 기술자는 "실린더 오일" 및 "시스템 오일" 의 사용과 다양한 타입에 익숙하다. 본 발명에 따라 동일한 저장 탱크로부터 공급되는 단 하나의 타입의 오일이 실린더 오일과 시스템 오일 쌍방을 위해 사용되므로, 본 기술분야의 통상의 기술자는 양호한 산화 및 열적 안정성, 물 황 유화도 (water demulsibility), 부식 방지성 및 양호한 소포성 (antifoam performance) 을 제공할 필요가 있다는 것을 이해할 것이다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 시스템을 포함하는 선박을 제공한다. 본 선박은 전형적으로 해양용 선박이다.
다른 양태에서, 본 발명은, 2행정 엔진의 윤활 방법으로서, 엔진에서 시스템 오일 및 실린더 오일로서 사용된 오일이 동일한 섬프 (및/또는 동일한 오일 저장소) 로부터 공급되는 2행정 엔진의 윤활 방법을 제공한다.
바람직하게는, 본 방법은
(a) 제 1 저장소로부터, 제 1 입구에서 실린더 오일을 그리고 제 2 입구 및 제 3 입구에서 시스템 오일을 엔진에 공급하는 단계;
(b) 엔진으로부터 사용된 시스템 오일을 섬프로 제거하는 단계;
(c) 사용된 시스템 오일의 제 1 부분 및 제 2 부분을 엔진의 제 2 입구 및 제 3 입구로 되돌리고 사용된 시스템 오일의 제 3 부분을 오일 저장소로 되돌리는 단계를 적어도 포함하고,
상기 사용된 시스템 오일의 제 1, 제 2 및 제 3 부분은 스플리터를 경유하여 공급된다.
이하에서, 비제한적인 첨부 도면에 본 발명을 더 나타낸다.
도 1 은 본 발명에 따른 2행정 엔진의 윤활 시스템의 제 1 실시형태의 개략도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 2행정 엔진의 윤활 시스템의 제 2 실시형태의 개략도이다.
묘사의 목적으로, 라인뿐만 아니라 그 라인에서 운반되는 스트림에 단일 도면부호를 부여한다. 동일한 도면부호는 유사한 부품을 가리킨다.
도 1 은 2행정 엔진의 윤활 시스템 (전체적으로 도면부호 1 로 나타냄) 을 개략적으로 보여준다.
도 1 의 시스템 (1) 은 2행정 엔진 (2), 섬프 (3) 및 오일 저장소 (4) 를 포함한다.
2행정 엔진 (2) 은 피스톤 (24) (이 피스톤 (24) 은 그 운동에 의해 실린더 오일을 나중에 분배할 수 있다) 에 공급되는 실린더 오일 (10) 을 위한 제 1 입구 (21), 및 시스템 오일 (20, 30) 을 위한 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 를 갖는다. 엔진 (2) 은 소비된 실린더 오일을 수집하기 위한 폐기물 탱크에 연결된 다른 출구 (도시 안 됨) 를 더 포함할 수 있다. 엔진 (2) 은 전형적으로 피스톤 로드 (25), 베어링 (26), (크로스헤드) 베어링 (26) 용 안내면 (27), 커넥팅 로드 (28), 및 프로펠러 샤프트 (도시 안 됨; 도 1 에서 보이는 면에 수직함) 에 커플링된 크랭크 샤프트 (29) 를 더 포함한다. 바람직하게는 그리고 도 1 의 실시형태에 나타낸 바와 같이, 엔진 (2) 은 2행정 크로스헤드 엔진이다. 따라서. 이 실시형태에서는, 입구 (22) 에서, 크로스헤드 베어링 (26) 및 안내면 (27) 에 대한 공급물로서 시스템 오일 (20) 이 공급되는 한편, 입구 (23) 에서, 베어링 지지 크랭크샤프트 (29) 에 대한 공급물로서 그리고 피스톤 (24) 의 냉각용 오일로서 시스템 오일 (30) 이 공급된다.
엔진 (2) 에서 사용된 시스템 오일을 위한 섬프 (3) 는 입구 (31) 및 출구 (32) 를 갖고, 출구 (32) 는 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 에 연결된다. 전형적으로 그리고 도 1 의 실시형태에 나타낸 바와 같이, 섬프 (3) 는 엔진 (2) 의 일부를 형성한다; 하지만, 섬프 (3) 는 엔진 (2) 으로부터 멀리 떨어져 위치될 수도 있다. 후자의 경우에, 섬프 (3) 는 사용된 시스템 오일을 위한 다른 입구를 구비할 수 있다.
오일 저장소 (4) 는 엔진 (2) 의 제 1 입구 (21) 에 연결된 제 1 출구 (41), 섬프 (3) 의 입구 (31) 에 연결된 제 2 출구 (42), 및 섬프 (3) 의 출구 (32) 에 연결된 제 1 입구 (43) 를 갖는다. 오일 저장소 (4) 가 "보 (weir)" 로서 작동될 수 있으므로, 오일 저장소 (4) 는 레벨 제어기의 존재를 필요로 하지 않고; 오일 저장소 (4) 에서의 임의의 오버플로우는 제 2 출구 (42) 를 경유하여 제거될 수 있고 스트림 (60) 을 경유하여 섬프 (3) 의 입구 (31) 로 공급될 수 있다.
바람직하게는 그리고 도 1 에 나타낸 바와 같이, 시스템 (1) 은 입자상 물질 (particulate matter) 을 제거하기 위해 오일 저장소 (4) 의 제 1 출구 (41) 와 엔진 (2) 의 제 1 입구 (21) 사이에 클리닝 유닛 (5) 을 더 포함한다. 이 입자상 물질은 시스템 오일의 변질에 의해 생성될 수 있고, 이 입자상 물질은 시스템 오일과 함께 오일 저장소 (4) 로 재순환된다. 전형적으로, 클리닝 유닛 (5) 은 메시 필터 또는 원심성 필터와 같은 필터의 형태이고; 바람직하게는 필터는 BOLL & KIRCH Filterbau GmbH 로부터 입수가능한 것과 같은 자동 백플러싱 필터이다.
필요하다면, 오일 저장소 (4) 의 제 1 출구 (41) 와 엔진 (2) 의 제 1 입구 (21) 사이에서, 부가적인 첨가제가, 예컨대 분사 노즐에 의해, 실린더 오일에 추가된다.
또한, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 시스템 (1) 이 섬프 (3) 의 출구 (32) 와 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 사이에 가압 유닛 (6) 을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 시스템 (1) 이 (전형적으로 가압 유닛 (6) 의 하류에) 섬프 (3) 의 출구 (32), 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 및 오일 저장소 (4) 의 제 1 입구 (43) 에 연결된 스플리터 (7) 를 더 포함하는 것이 바람직하고; 스필리터 (7) 는 유닛 (6) 으로부터 나오는 스트림 (70) 을, 입구 (22, 23) 에서 엔진 (2) 의 2 개의 개별 위치로 공급되는 2 개의 스트림 (20, 30) 으로 분할한다. 유닛 (6) 으로부터 오일 탱크 (4) 로의 복귀 라인 (50) 이 스플리터 (7) 의 바로 상류에 위치될 수 있음은 말할 나위도 없다.
필요하다면, 다양한 라인에서 희망하는 압력을 달성하기 위해, 적절한 밸브가 존재할 수 있다. 도 1 의 실시형태에서, 스플리터 (7) 와 섬프 (3) 의 입구 (32) 사이에 그리고 스플리터 (7) 와 오일 저장소 (4) 의 제 1 입구 (43) 사이에 밸브 (71, 72) 가 위치된다.
본 기술분야의 통상의 기술자는, 원한다면 다른 부재가 존재할 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
도 1 의 시스템의 사용 동안, 제 1 저장소 (4) 의 제 1 출구 (41) 로부터, 클리닝 유닛 (5) 을 경유하여 엔진 (2) 의 피스톤 (24) 에 피스톤의 제 1 입구 (21) 에서 실린더 오일 (10) 로서 오일이 공급된다. 실린더 오일은 피스톤 (24) 에 윤활작용을 제공하는 동안 ("줄곧 줄어드는" 윤활유로서) 소비되고, 임의의 잔류물이 소비된 실린더 오일을 수집하기 위한 폐기물 탱크 (도시 안 됨) 로 보내질 수 있다. 전형적으로, 소비된 실린더 오일은 섬프 (3) 로 절대 보내지지 않는데, 그 이유는 시스템 (1) 에서 사용되는 오일의 질에 크게 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.
또한, 오일 저장소 (4) 로부터, 그 출구 (42) 를 경유하여, 오일 (60) 이 섬프의 입구 (31) 로 보내진다. 섬프 (3) 로부터, 그 출구 (32) 를 경유하여, 오일 (40) 이 가압 유닛 (6) 을 경유하여 스플리터 (7) 로 보내진다. 스플리터 (7) 로부터, 오일의 제 1 및 제 2 부분 (20, 30) 이 엔진의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 에서 시스템 오일로서 엔진 (2) 에 공급된다. 엔진 (2) 의 제 2 입구 (22) 에서의 공급 압력은 전형적으로 제 3 입구 (23) 에서보다 더 높고; 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 에서의 전형적인 압력은 각각 15 bar 및 5 bar 이다 (물론 이는 사용된 실제 엔진에 의존할 수 있다). 그 뒤에, 엔진 (2) 으로부터 사용된 시스템 오일 (예컨대, 베어링 (26) 의 유출 및 피스톤 (24) 의 냉각에 사용된 복귀 오일) 이 섬프 (3) 에 수집된다. 스플리터 (7) 로부터 나오는 시스템 오일의 제 3 부분 (50) 이 재사용을 위해 오일 저장소 (4) 의 입구 (43) 로 되돌려진다.
도 2 의 실시형태에서, 시스템 (1) 은 (제 1) 오일 저장소 (4) 뿐만 아니라 제 2 오일 저장소 (8) 를 더 포함한다. 오일 저장소 (4) 의 제 2 출구 (42) 가 제 2 오일 저장소 (8) 의 입구 (81) 에 연결되고, 제 2 오일 저장소 (8) 는 오일 저장소 (4) 의 제 2 입구 (44) 에 연결된 출구 (82) 를 갖는다.
바람직하게는, 섬프 (3) 에 레벨 제어기 (33) 가 제공되고, 이 제어기 (33) 는 제 2 오일 저장소 (8) 에 기능적으로 연결된다. 필요하다면, 예컨대 섬프 (3) 내 오일 레벨이 미리 결정된 하한 밑으로 떨어졌다고 레벨 제어기 (33) 가 판단한 경우에, 부가적인 오일 (70) 이 제 2 오일 저장소 (8) 로부터 오일 저장소 (4) 로 (그리고 그 뒤에 섬프 (3) 로) 전달될 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 많은 수정이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. - 실린더 오일용 제 1 입구 (21) 및 시스템 오일용 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 를 갖는 2행정 엔진 (2);
    - 엔진 (2) 에서 사용되는 시스템 오일용 섬프로서, 입구 (31), 및 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 에 연결된 출구 (32) 를 갖는 섬프 (3);
    - 엔진 (2) 의 제 1 입구 (21) 에 연결된 제 1 출구 (41), 섬프 (3) 의 입구 (31) 에 연결된 제 2 출구 (42), 및 섬프 (3) 의 출구 (32) 에 연결된 제 1 입구 (43) 를 갖는 오일 저장소 (4); 및
    - 섬프 (3) 의 출구 (32), 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23), 및 오일 저장소 (4) 의 제 1 입구 (43) 에 연결된 스플리터 (7)
    를 적어도 포함하는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  2. 제 1 항에 있어서, 입자상 물질을 제거하기 위해 오일 저장소 (4) 의 제 1 출구 (41) 와 엔진 (2) 의 제 1 입구 (21) 사이에 클리닝 유닛 (5) 을 더 포함하는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 섬프 (3) 의 출구 (32) 와 엔진 (2) 의 제 2 및 제 3 입구 (22, 23) 사이에 가압 유닛 (6) 을 더 포함하는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 1 이상의 항에 있어서, 오일 저장소 (4) 의 제 2 출구 (42) 가 제 2 오일 저장소 (8) 의 입구 (81) 에 연결되고, 제 2 오일 저장소 (8) 는 오일 저장소 (4) 의 제 2 입구 (44) 에 연결된 출구 (82) 를 갖는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 1 이상의 항에 있어서, 상기 섬프 (3) 에, 제 2 오일 저장소 (8) 에 기능적으로 연결된 레벨 제어기 (33) 가 제공되는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 1 이상의 항에 있어서, 상기 엔진 (2) 은 2행정 크로스헤드 엔진인 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  7. 제 6 항에 있어서, 엔진 (2) 의 제 2 입구 (22) 에서, 엔진의 크로스헤드에 오일이 공급될 수 있는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 1 이상의 항에 따른 2행정 엔진 (2) 의 윤활 시스템 (1) 을 포함하는 선박.
  9. 2행정 엔진 (2) 의 윤활 방법으로서, 엔진 (2) 에서 시스템 오일 및 실린더 오일로서 사용된 오일이 동일한 섬프 (3) 로부터 공급되는 2행정 엔진의 윤활 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    (a) 제 1 저장소 (4) 로부터, 제 1 입구 (21) 에서 실린더 오일을 그리고 제 2 입구 (22) 및 제 3 입구 (23) 에서 시스템 오일을 엔진 (2) 에 공급하는 단계;
    (b) 엔진 (2) 으로부터 사용된 시스템 오일을 섬프 (3) 로 제거하는 단계;
    (c) 사용된 시스템 오일의 제 1 부분 및 제 2 부분을 엔진 (2) 의 제 2 입구 (22) 및 제 3 입구 (23) 로 되돌리고 사용된 시스템 오일의 제 3 부분을 오일 저장소 (4) 로 되돌리는 단계를 적어도 포함하고,
    상기 사용된 시스템 오일의 제 1, 제 2 및 제 3 부분은 스플리터 (7) 를 경유하여 공급되는 2행정 엔진 (2) 의 윤활 방법.
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