JP2007527969A - ピストン・エンジンのピストンのシリンダ摺動面への潤滑剤供給を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ピストン・エンジン（２）とりわけ２サイクル・ピストン・エンジンのピストン（６）のシリンダ摺動面（１６）への潤滑剤供給を制御するための方法ならびに装置に関する。潤滑剤供給量の制御を向上させるため、シリンダ壁面（４）とピストン（６）との間の電流導通が監視され、潤滑剤供給量は電流導通障害信号によってシリンダ摺動面（１６）の潤滑膜の剥離が信号化されるまで徐々に減少させられ、その後、潤滑剤供給量は障害信号が消失する値にまで再び引上げられる。

Description

本発明は、ピストン・エンジンとりわけ２サイクル・ピストン・エンジンのピストンのシリンダ摺動面への潤滑剤供給を制御するための請求項１に記載の方法ならびに該方法を実施するための請求項１１に記載の装置に関する。

大型ピストン・エンジン、特に、工業用（ディーゼル発電施設）および特に船舶で使用されるような２サイクル・ピストン・エンジンには、シリンダ内におけるピストンのシリンダ摺動面が独立に供給される潤滑剤によって潤滑されなければならないという問題がある。たとえば、シリンダのサイズが１メートル、行程が３メートルまでに及ぶことのあるこの種のピストン・エンジンにおいて、潤滑剤の必要量を決定することは非常に困難である。この場合に依拠されるのは、安全面から１０〜２０％だけ引き上げられることとなる経験値である。公知の経験値はたとえば０．２〜０．６ｇ／ｋＷｈである。これは、平均機関出力が３０，０００ｋＷである場合の、３，６００ｋｇの日消費量を意味している。したがって、潤滑剤消費量は決して瑣末なコスト要因を表すものではない。

ドイツ特許出願公開第３３３８４２０号ならびに国際特許出願公開ＷＯ ００／６５２０５号の各明細書によって、大型機関の潤滑箇所を監視し、損傷の発生前にすでに潤滑膜の剥離を表示して対応処置を開始するための方法および装置が知られている。公知のこれらの方法および装置はもっぱら回転軸の軸受けにかかわっており、シリンダ摺動面ならびに場合によって必要となる潤滑剤供給の監視への注目は上記の従来の技術から看取することはできない。
ドイツ特許出願公開第３３３８４２０号明細書 国際特許出願公開ＷＯ ００／６５２０５号明細書

本発明の目的は、ピストン・エンジン特に２サイクル・ピストン・エンジンのピストンのシリンダ摺動面への潤滑剤の供給を制御するための方法および装置を開示することである。

前記課題は本発明により、
ａ）請求項１に記載の方法、および
ｂ）請求項１１に記載の装置
によって解決される。

シリンダ壁面とピストンとの間の電流導通を監視し、電流導通障害信号によってシリンダ摺動面の潤滑膜の剥離が信号化されるまで潤滑剤供給量を徐々に減少させ、その後再び障害信号が消失する値にまで潤滑剤供給量を増加させることにより、潤滑剤の所要限界量を精密に探知し、こうして潤滑剤供給を実際に必要とされる値にまで低減させることが可能である。これは従来の方法に比べて潤滑剤を大幅に節約できることを意味している。

本発明による方法ならびに装置の有利な実施態様は請求項２から１０までならびに１２から１４までに記載されている。

ピストン・エンジンは、もはや障害信号が生じない限界量の潤滑剤で運転することが基本的に可能である。ただし、請求項２に記載したように、潤滑剤供給量は潤滑剤限界量を越えて安全率分だけ増加させられるのが有利である。また、請求項３に記載したように、本方法が周期的に反復されるのも望ましい。最善の結果は、請求項４に記載したように、本方法が機関の連続負荷時に実施される場合に達成される。

本方法はさまざまな方法で実現することができる。特に好ましいのは、異なった材料によりシリンダとピストンとの間に生ずる熱電流を利用して電流導通監視が行われる請求項５に記載の実施態様である。この種の熱電流は―シリンダ摺動面とピストンとの間に認知可能な摩擦損傷がまだ発生する前に―すでにシリンダ壁面とピストンとの間の極めて小さな微小摩擦箇所で発生し、評価に際して、短時間の、いわゆるフラッシュ信号として現れる。この場合、使用される電流回路内の接触抵抗は信号評価に際して無視したままとし得るのが有利である。

さもなければ、請求項６に記載したように電源によって発生させられる電流の供給によって本方法を支援するかまたはもっぱら外部電流によって本方法を実施することができる。

本方法のエラー源はピストン・エンジンを通る電路ができるだけ短く形成されていれば極めて僅かである。このため、請求項７に記載したように、シリンダ壁面、ピストンおよび、電流回路に接続されたコレクタに配置されたピストンロッドを経て電流回路が形成されていう場合は特に有利である。好ましくはコレクタは、ピストン下側面に対してクランクルームを封止するパッキン箱によって形成されている。この実施態様は大型の、２サイクル方式で作動するピストン・エンジンの場合に特に有利である。

ピストン・エンジンにピストンロッドがなく、ピストンがコネクチングロッドを経てクランクシャフトと連結されている場合には、電流回路の接続は請求項８に記載したようにシリンダ壁面とクランクシャフトとで有利に行われる。

個々のケースに応じた潤滑剤供給の制御に適した値はテストによって求められなければならず、その際、特にその他の軸受け箇所に起因し得る外乱も考慮されなければならない。

摩擦障害の発生を特徴づける所定の限界基準の超過に関して障害信号が監視され、限界基準の超過時に障害信号が発されるようにする請求項９に記載した方法によりさらにその他の利点が得られる。特に、請求項１０に記載したように、多気筒装置のシリンダのそれぞれの監視を行うことにより、摩擦損傷の発生したシリンダを特定することが可能である。

以下、概略的な図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、シリンダ４内をピストン６が上下動し得るピストン・エンジン２の典型的な模式を示している。ピストン６は、固定ガイド１０に摺動支持されたピストンロッド８に配されている。図示実施例において、ガイド１０は、ピストン６の下側面とクランクルーム１１との間の気密封止を形成するパッキン箱として構成されている。ピストンロッド８の下端はクロスヘッド１２を備えた連結肢１３を介してクランクシャフト１４と連結されている。

ピストン６とシリンダ４のシリンダ摺動面１６との間の潤滑膜を監視するために電流回路１８が設けられており、該回路の回線２０はシリンダ４の壁面に接続され、もう１本の回線２２はコレクタとして作用するピストンロッド８のパッキン箱１０に接続されている。このため、パッキン箱１０はエンジン本体から電気的に絶縁されている。図示されていないさらに別の実施態様において、コレクタは別個の接触部品たとえばピストンロッド８に配された炭素ブラシによって形成されている。

電流回路１８は抵抗２４と、場合により、電源２６とを含んでいる。ピストン・エンジンの内部において、電流回路はシリンダ４の壁面とピストン６ならびにピストンロッド８とガイド１０との間を結んでいる。抵抗２４と並列に制御器２８が配置され、該制御器はシリンダ摺動面１６の潤滑剤膜の剥離の発生によって生じ得る、シリンダ４とピストン６との間の電流導通量の変化はシリンダ摺動面１６を介して確認する。制御器２８は回線３０を経てピストン６のシリンダ摺動面への潤滑剤供給装置３２に接続されている。このため、適切な潤滑剤供給パイプ３４がシリンダ４に接続されている。

潤滑剤の必要量を求めるため、ピストン・エンジン２は好適には連続負荷にて、ピストン６とシリンダ４との間の潤滑剤膜の剥離の発生を合図する障害信号が電流回路１８に発生するまで装置３２による潤滑剤供給が徐々に減少させられるように運転される。次いで、制御器２８は、障害信号が消失するまで、装置３２による潤滑剤供給を同じく徐々に増加させる。このときに供給された潤滑剤量はピストン・エンジンを支障なく運転するのに十分である。安全性の向上を意図して、この量はたとえば安全率５％だけ増加させることができる。必要な潤滑剤量は上記の方法で周期的に新たにチェックされるのが好適である。こうした監視と制御は適切なソフトウェアによって全自動で行うことができる。

図２に示した実施例は図１に示した実施例と基本的に同じであるため、同じ部品には同じ符号が使用される。図１に示したピストン・エンジン２とは異なり、図２に示したピストン・エンジン２ａはコネクチングロッド３６を介してクランクシャフト１４ａと連結されたピストン６ａを有している。機能の仕方は図１のそれと同じであるが、コネクチングロッド３６とクランクシャフト１４ａとを介した長い電路を有する電流回路１８ａは、付加的な抵抗を表す複数の軸受け箇所を克服しなければならないために、より大きな障害感受性を有している。

こうした大型機関は回転数が相対的に低いため、回線２２をピストン６の内部と直接に接続することも十分に考えることができよう。こうした場合には、ピストン６とシリンダ４との間の潤滑剤膜を直接チェックできるため、障害感受性は極小さいものとなろう。

多気筒ピストン・エンジンの場合には、各々のシリンダに別々の制御器と別々の潤滑剤供給装置とが配置され、個々のシリンダの個別潤滑ならびに監視が保証されるのが有利である。また、全シリンダ用に１基の共通の潤滑剤供給装置を設けるが、各々のシリンダの制御は個別に行われ、しかも最大の潤滑剤量の信号を発する制御器に従って潤滑剤供給が行なわれるように装置を設定することも考えることができよう。

上述した装置のさらに別途使用の眼目は、ピストンとシリンダとの間の駆動障害を早期に認識して、ピストンのかじりを回避する点にある。この点で、駆動障害の発生を特徴づける所定の限界基準の超過に関連して障害信号を監視するのが好適である。駆動障害はとりわけ、発生した障害信号が潤滑剤供給の増加にもかかわらず消失しないことによって認識することができる。別法としてまたは上記に加えて、パルス状の障害信号の時間率または形態を所定の―つまりプレテストによって求められた―限界値の超過に関連して監視することも可能である。こうした限界基準が超えられると、たとえば視覚的ないし音響的な警告信号あるいは機関停止信号であってもよい障害信号が発される。

上述した監視システムは多気筒装置のシリンダのそれぞれに設けられるのが好適であるが、それはこのようにして摩擦障害の発生場所を早期に特定すること、つまり一定のシリンダに特定することができるからである。

ピストンがピストンロッドを備えているピストン・エンジンの概略図である。 ピストンがコネクチングロッドを介してクランクシャフトと連結されているピストン・エンジンの概略図である。

符号の説明

２ ピストン・エンジン
２ａ ピストン・エンジン
４ シリンダ
６ ピストン
６ａ ピストン
８ ピストンロッド
１０ ガイド
１１ クランクルーム
１２ クロスヘッド
１３ 連結肢
１４ クランクシャフト
１４ａ クランクシャフト
１６ シリンダ摺動面
１８ 電流回路
１８ａ 電流回路
２０ 回線
２２ 回線
２４ 抵抗
２６ 電源
２８ 制御器
３０ 回線
３２ 装置
３４ 潤滑剤供給パイプ
３６ コネクチングロッド

Claims (14)

1. ピストン・エンジン特に２サイクル・ピストン・エンジンのピストンのシリンダ摺動面への潤滑剤供給を制御するための方法であって、
   シリンダ壁面（４）とピストン（６、６ａ）との間の電流導通が監視され、潤滑剤供給量は電流導通障害信号によってシリンダ摺動面（１６）の潤滑膜の剥離が信号化されるまで徐々に減少させられ、その後、潤滑剤供給量は前記障害信号が消失する値にまで増加させられることを特徴とする方法。
2. 潤滑剤供給量は前記障害信号消失時の限界量を越えて安全率分だけ増加させられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は周期的に反復されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記方法はピストン・エンジン（２、２ａ）の連続負荷時に実施されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 異なった材料によりシリンダ（４）とピストン（６、６ａ）との間に生ずる熱電流を利用して電流導通監視が行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 電流導通は少なくとも一部は電源（２６）によって実現されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 電流回路（１８）は、シリンダ壁面（４）、ピストン（６）、ピストンロッド（８）、ピストンロッド（８）に配されたコレクタ（１０）ならびに抵抗（２４）および、場合により、電源（２６）を経て形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 電流回路（１８ａ）は、シリンダ壁面（４）、ピストン（６ａ）、コネクチングロッド（３６）、クランクシャフト（１４ａ）ならびに抵抗（２４）および、場合により、電源（２６）を経て形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
9. 摩擦障害の発生を特徴づける所定の限界基準の超過に関して障害信号が監視され、限界基準の超過時に障害信号が発されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 多気筒装置のシリンダのそれぞれの監視が行われることにより、摩擦障害の発生したシリンダが特定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. ピストン・エンジン（２、２ａ）の少なくとも１シリンダ壁面（４）と１ピストン（６、６ａ）ならびに制御器（２８）とを含む電流回路（１８、１８ａ）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置であって、
    制御器（２８）はピストン（６、６ａ）のシリンダ摺動面（１６）への潤滑剤供給装置（３２）に接続されていることを特徴とする装置。
12. 電流回路（１８）はピストン（６）からピストン（６）のピストンロッド（８）とピストンロッド（８）に配されたコレクタ（１０）とを経て制御器（２８）に達していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. コレクタはピストンロッド（８）のパッキン箱（１０）によって形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 電流回路（１８ａ）はピストン（６ａ）からコネクチングロッド（３６）とクランクシャフト（１４ａ）とを経て制御器（２８）に達していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。

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