JP2007024054A - 内燃機関の磨耗を制御するための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】機関の試運転をする段階と、機関部品の三体アブレシブ摩耗のレベルを決定する段階とを備え、前記アブレシブ摩耗が規定の摩耗許容程度より大きい場合、シリンダ壁と接触する燃料または残存燃料がより少なくなるように機関構成を変える段階および/または燃料供給装置の燃料から三体摩耗の原因となる物質を除去する能力を増大させる段階および/または機関部品の耐摩耗性を向上させる段階を備える。
【選択図】図2
Description
さらに、本発明は、燃料供給装置によりシリンダに燃料が供給され、新しい潤滑油が供給され、使用済みの潤滑油が排出される往復ピストン内燃機関、さらに詳細には大型2行程式ディーゼル機関の構成を改良する方法に関する。
ドイツ特許第10112691号は、使用済みの潤滑油の鉄含有量を測定し、摩耗の許容レベルと比較する大型2行程式ディーゼル機関を開示している。これを基に、シリンダに供給する潤滑油の量をどのように変えるかを決定する。
・ 機関部品の三体摩耗の程度を示す、燃料または使用済み潤滑油のパラメータを測定する段階
を含む前述の種類の方法を提供することにより達成される。
したがって、問題になっている機関部品の実際の摩耗程度を決定でき、そして過剰な摩耗を防ぐために適時に適切な処置を施すことができる。
測定されるパラメータは、好ましくは硬質メッキされた機関部品の主に三体アブレシブ摩耗によって潤滑油内に到達する、使用済み潤滑油内の成分の含有量でよい。
また、測定されるパラメータは、三体摩耗に関連する物質の燃料内の含有量でもよい。
三体摩耗に関連する物質は、計測されたパラメータの直接的または間接的関数として変化する。
さらに、機関の運転状態を、測定されたパラメータの直接的または間接的関数として変化させることも可能である。
好ましくは、測定されるパラメータの含有量が規定の閾値を超えると、三体摩耗に関連する物質を低減させる。
測定されたパラメータが規定の時間内に規定の閾値を越える値からその閾値未満に下がると、三体摩耗に関連する物質を標準レベルに戻すことができる。
パラメータは、連続的にまたは周期的に測定可能である。
使用済みの潤滑油のパラメータは、機関のシリンダ毎に個別に測定できる。
三体摩耗に関連する物質を減らしても、測定されたパラメータが規定の時間内に閾値未満に下がらない場合、第2段階の警告を発することができる。
使用済みの潤滑油内で測定される成分は、Cr、Ni、Mo、Ti、W、Mnおよび/またはCoのいずれかでよく、どの成分が機関部品の硬質メッキに使用されているかによる。
シリンダに供給された燃料内の触媒微粉の量は、燃料処理装置、好ましくは、遠心触媒微粉除去段階および/または微粉ろ過段階を含む燃料処理システムにより低減できる。
多くの場合、リング溝および/またはピストンリングのような該機関部品を硬質メッキするためにCrを使用する。
・ 潤滑油内の触媒微粉によって生じる機関部品の三体摩耗の程度を示す、燃料または使用済みの潤滑油のパラメータを測定する手段と
・ 前記測定されたパラメータの直接的または間接的関数として前記燃料内の触媒微粉の量を変化させるための手段(12、17、6)
を備えるような機関を提供することにより達成される。
好ましくは、該機関は各シリンダについての抽出ライン内、または全シリンダに共通の抽出ライン内に、パラメータを測定するためのセンサを備える。
機関の燃料供給および処理装置は、好ましくは遠心機を備える遠心触媒微粉除去段階および/または微粉ろ過段階の形態の、好ましくは触媒微粉を燃料から除去するための手段を備える。
燃料供給および処理装置はまた、異なる触媒微粉含有量の燃料を収容するための1つ以上の燃料タンクと、所望の燃料特性を選択するためのバルブ手段とを備える。
機関はさらに、センサからの信号の入力と、遠心機、バルブ手段、微粉フィルタおよび/または警告装置への出力を伴うコンピュータのような、プログラム可能な制御ユニットを備えてもよい。
・ 機関の試運転をする段階と
・ 機関部品の三体アブレシブ摩耗のレベルを決定する段階と
・ 前記アブレシブ摩耗が、規定の摩耗許容程度より大きい場合
・ シリンダ壁と接触する燃料または残存燃料がより少なくなるように機関構成を変える段階および/または
・ 燃料供給装置の、燃料から三体摩耗の原因となる物質を除去する能力を増大させる段階および/または
・ 機関部品の耐摩耗性を向上させる段階
を備えるそのような種類の方法を提供することによって達成される。
あるいは、三体アブレシブ摩耗のレベルは機械部品を測定、好ましくは機械部品上の硬質メッキの厚さを測定することにより決定できる。
燃料噴射器の種類、噴射量および位置を変えることにより機関構成を変えることができる。これらの点それぞれは、燃焼前の燃料粒子の広がりに影響し、および燃焼過程そのものに影響する。
場合によっては反復検査および/またはコンピュータ分析によってこれらの点を慎重に変えることにより、過度の負担をかけることなく噴射器およびガスフローパターンの最適配置を決定できる。
本発明のさらなる目的は、上述の方法で得られた構成に従って構成された往復ピストン内燃機関を提供することである。
本発明による方法および機関のこの他の目的、特徴、利点および特性は詳細な説明により明らかになるはずである。
本発明を適用できる主要分野は、大型機関の分野、さらに詳細には、例えば船舶の推進力や固定動力装置として用いられるような大型2行程式ディーゼル機関の分野である。この種類の機関の構成および運転方法は、既に知られており、従ってここではさらに説明する必要はない。
シリンダ1に供給される潤滑剤は、機関にかかる破壊荷重の関数として測定される。この荷重が大きいほど、より多くの潤滑剤が供給される。荷重に依存している潤滑剤測定は、摩耗の許容程度を基に、シリンダ1に供給される燃料のS含有量(硫黄含有量)の直接的または間接的関数として変化してよい。
流体床接触分解(FCC)は、1940年代の初期に開発され、現在、触媒には多くのグレードがあり、多くの触媒製造業者がいる。これらの全グレードに共通しているのは、それらは全て珪酸アルミニウムを含んでいるが、相互連結している空隙の枠組み内に結合されている錯体結晶粒子であるということである。
触媒微粉の大きさは数ミクロンから約80ミクロン、場合によってはそれ以上の範囲におよぶ。一方、触媒微粉はしばしば球形粒子と考えられるが必ずしもそうではない。使用済みの油の中に存在する硬質相材料(HP)は主に、炭化鉄およびリン化鉄のようなシリンダ摺動表面材料の摩耗による粒子からなる。機関の運転中、少量の硬質相材料が鋳鉄シリンダのシリンダ壁から削られ、そして潤滑油内に到達する。
サンプルは、抽出ライン内の使用済みの潤滑油から、250時間毎に採った。グラフはAl+Si+HPの含有量をppm単位でグラフの左縦軸に示し、そしてクロムの含有量をppm単位でグラフの右縦軸に示し、横軸には日単位の時間をとった。
グラフはAl+Si+HP含有量とCr含有量の間に強い相関があることを示しており、CrはAl+Si+HPとの三体摩耗により摩耗されることを示唆している。相関は試験の最後の部分では弱くなっているようである。しかしこれは、試験の最後の部分ではCr含有量が非常に少なくなっているので、測定公差によるものである。リング溝のCrメッキの測定により、使用済みの潤滑油内のCr含有量はピストンリング溝上のCrメッキに起因することがわかった。
この変化をさせるために、測定装置11が配設されている。これは自動閉ループ制御装置として構成でき、制御ユニットまたはレギュレータとして機能するプログラム可能なコンピュータ12を備える。コンピュータ12は、必要な実効値の入力部と生成された制御信号の出力部を備える。
このために、少なくとも1つのセンサ22が抽出ライン10に配置されており、該センサは信号ライン23を介してコンピュータの関連入力部24に連結している。最も単純な場合、連結ライン10aの入口下流に設けた1つのCrセンサを抽出ライン10に関連させるだけでも十分である。
しかし、図1に追加的に示したように、コンピュータ12の関連入力部に連結されている対応するセンサ22を、シリンダ1から伸びている各連結ライン10aに設置することが便宜上可能である。この方法では、シリンダ1の摩耗を個別に決定できる。
測定したCr値から、コンピュータ12は実際の摩耗の程度を計算し、それを所望の、すなわち摩耗の許容程度と比較する。摩耗の程度が大きいということは、潤滑油の中に触媒微粉が非常に多く、過剰な三体摩耗を引き起こす状態であることを示唆する。速やかに改善措置がとれるように、そのような場合には警告を発する。このために、信号ライン26を介してコンピュータ12の関連出力部に連結されている警告装置25が配置されている。
タンク4a、4bに収容された燃料の触媒微粉含有量は、収容の時点で既に確定でき、コンピュータ12に保存できる。このために、コンピュータ12には、適切なメモリ16と、手動運転される入力装置に関連する入力部15を設けることができる。電気的に作動されるバルブ6を介してタンク4aまたは4bのいずれが燃料ライン5に連結されているかによって、含有量のどれか一方の値を用いて、また遠心機17と組み合わせて、シリンダに供給される燃料内の触媒微粉の含有量を制御することができる。コンピュータは、測定されたCrレベルに基づいて、どちらの燃料タンクを用いるか決定し、そして対応する信号を、信号ライン18を介してバルブ6に送る。
コンピュータ12は、機関の運転状況をCr含有量の直接的なまたは間接的な関数として変化させられるようにプログラムされている。警告が発せられた瞬間から規定の時間内、例えば24時間以内に、測定されたCr含有量が許容レベル未満に戻らない場合は、機関の負荷、最大圧力および/または運転速度が低減する。この点に関して、コンピュータ12は、信号を直接的に電子機関管理システム(図示されていない)に送るか、または拡声器25および信号ライン26を介して機関オペレータに警告を送る。
警告が発せられた瞬間から規定の時間内、例えば24時間以内に、使用済みの潤滑油内のCr含有量が許容レベル未満に下がらない場合は、第2段階の警告が発せられる。これにより、オペレータは、例えば負荷、最大圧力、潤滑油の投与量、および噴射の持続時間などの機関の運転状況を、手動で運転し、変更することができるようになる。
あるいは、クロムメッキの三体アブレシブ摩耗の程度は機械部品自体の硬質メッキの厚さを測定することにより確定できる。
この点に関して、燃料噴射器2の種類および数を変えることができる。また、例えばシリンダ1の接線および軸に対する燃料噴射器2の傾きを変えることができる。さらに、掃気中および燃焼中のシリンダ内のガスフローパターンの変化は調整でき、特に生じたスワールの強さを変えることにより調整できる。スワールの強さは、掃気ポート(図示されていない)の傾きおよび設計を変えることにより左右できる。燃料によって生じるスワールは、燃料の少なくとも一部分をスワールの回転方向と反対の方向に噴射することで低減できる。
構成を変えた後、できれば変化の効果を検査するためのコンピュータによるシミュレーションの後に、該変更後の構成で試運転を行う。構成変更の過程を、摩耗レベルが許容レベル未満に下がるまで繰り返す。
2 燃料噴射器(噴射ノズル)
3 燃料供給装置
4 タンク装置
4a、4b タンク
5 燃料ライン
5a、5b 燃料タップライン
6 選択装置(バルブ)
7 潤滑剤供給装置
8 潤滑剤供給容器
9 潤滑剤供給ライン
9a 潤滑剤タップライン
10 抽出ライン
10a 吸い込みライン、連結ライン
11 測定装置
12 コンピュータ
15 入力部
16 メモリ
17 遠心機
22、31、33 センサ
23 信号ライン
24 入力部
25 拡声器、警告装置
27、28 微粉フィルタ
14、18、23、26、31、32、34 信号ライン
Claims (6)
- シリンダ(1)に、燃料供給装置(3)からは燃料が供給され、潤滑油供給装置(7)からは新しい潤滑油が供給され、前記シリンダから使用済みの潤滑油が排出される、往復ピストン内燃機関、より詳細には大型2行程式ディーゼル機関の構成を向上するための方法であって、
前記機関を試運転する段階と
前記機関の部品の三体アブレシブ摩耗の程度を決定する段階と
前記決定された三体アブレシブ摩耗の程度が規定の摩耗許容程度よりも大きい場合には
・ 前記シリンダの壁面と接触する燃料または残存燃料がより少なくなるように機関構成を変える段階、および/または
・ 前記燃料供給装置(3)の、前記燃料から三体アブレシブ摩耗を生じさせる物質を除去する能力を増大させる段階、および/または
・ 前記機関部品の耐摩耗性を向上させる段階
を備えることを特徴とする方法。 - 前記三体アブレシブ摩耗の程度は、硬質メッキされた前記機関部品の主に三体アブレシブ摩耗が原因で、前記排出された潤滑油中に含まれることになった少なくとも1つの成分の含有量について、前記排出された潤滑油を分析することにより決定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記三体アブレシブ摩耗の程度は、前記機関部品の硬質メッキの厚さを測定することにより決定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記機関構成は、燃料噴射器(2)の種類、噴射量および位置を変えることにより変えられることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記機関構成は、掃気中および燃焼中のシリンダ(1)内のガスフローパターン、特に生じたスワールの強度を変えることにより変えられることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法により得られる向上された構成を有する機関。
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