KR100557902B1 - 엔코더에 의해 주유시기 조정가능한 대형 선박엔진용인버터모터 구동식 실린더유 주유장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 실린더유 주유장치에 관한 것으로서,

실린더 라이너에 실린더유 분사용 노즐(1)을 장착하고, 상기 노즐과 연통된 배관이 주유기의 토출구와 연통되며, 상기 주유기 몸체(40)에 단순진원옵셋 캠(42)이 형성된 캠샤프트(9)를 결합하고, 상기 캠샤프트(9)의 구동원으로 인버터모터(7)를 사용하며, 상기 인버터모터(7)를 제어하기 위한 제어판넬(6)이 상기 인버터모터(7)에 부착되며, 상기 캠샤프트(9)의 축단부에 엔코더(8)를 부착하여 각 실린더마다 분사시기를 일정하게 하고, 분사량을 효율적으로 제어하며, 윤활성능을 개선하여 실린더유의 소비량을 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다.

단순진원옵셋 캠, 경보 감지기, 부하변동 추종장치, 인버터모터 구동식, 실린더유 주유장치, 주유기

Description

엔코더에 의해 주유시기 조정가능한 대형 선박엔진용 인버터모터 구동식 실린더유 주유장치 {Cylinder lubrication system for large marine engine with injection timing-controlled by encoder and inverter motor-controlled driving}

도 1은 본 발명의 대형 선박디젤엔진용 주유장치의 전체구성도.

도 2는 본 발명의 주유장치의 블록선도

도 3은 본 발명의 대형 선박디젤엔진 실린더유 주유기의 정면도

도 4는 본 발명의 대형 선박디젤엔진 실린더유 주유기의 측단면도

도 5는 본 발명에 사용되어지는 경보센서유닛의 결합상태도

도 6은 본 발명의 엔코더 회로

<도면의 상세한 설명>

1: 실린더유 분사용 노즐 2: 실린더라이너 3: 리턴라인 4: 윤활배관

5: 실린더유 저장탱크 6: 제어판넬 7: 인버터모터 8: 엔코더

9: 캠샤프트 10: 주유기 11: 오일회수관 12: 오일복귀관 13: 기어

101: 입력장치 102: 중앙처리장치 103: 표시장치 104: 엔진출력신호

105: 피드백회로소자

40: 주유기 몸체 41: 레버 42: 단순진원 오프셋캠 43: 플런저 펌프유닛

44: 스프링 45: 플런저 46: 흡입 역지변 47: 토출 역지변

48: 조정스크류 50: 경보센서유닛 51: 오일흐름 감지글라스

52: 육안감시용 강철볼 53: 오일유량표시계 54: 부표

본 발명은 대형 선박디젤엔진용 실린더유 주유장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 디젤엔진에 있어서 실린더유 분사에 연료분사용 노즐과 형상 및 기능이 유사한 실린더유 분사용 노즐을 사용하고, 실린더유의 주유량과 분사시기를 제어판넬과 전기적으로 연결된 인버터모터, 엔코더에 의해 제어함으로써, 효율적인 윤활을 통하여 피스톤과 실린더라이너 간의 마찰, 마모를 방지하고, 실린더유의 사용량을 절감시키며, 엔진의 정지시에도 수동으로 사전 윤활작동이 가능한 디젤엔진 실린더유 주유장치에 관한 것이다.

종래의 주유장치는 엔진의 크랭크축에 의해 플런저 펌프를 연동시키고, 이 펌프로부터 압송된 실린더유를 단순역지밸브가 형성된 퀼(quill)을 통하여 기관의 실린더 내에 주유하는 기계적 제어 주유방식을 취하고 있다.

상기 주유장치는, 엔진의 동력에 의해 회전하는 캠샤프트의 캠으로 로커 아암을 요동시키고, 이 아암의 일단부에 플런저 펌프의 플런저를 지지시키는 동시에, 상기 플런저는 스프링에 의해 복귀방향으로 탄성지지되고 있으며, 플런저 펌프의 토출구에는 하나 이상의 퀼(quill)에 연통되어 있고. 이들 각 퀼(quill)을 통하여 실린더에 실린더유가 주유된다.

상기 실린더 주유장치는 엔진의 운전에 의해 실린더유를 주유하도록 구성되어 있어 엔진의 정지 상태에서는 실린더유 분사가 이루어지지 않아 사전 윤활을 할 수 없으므로 엔진의 초기 시동시에 실린더 라이너 원주면에 마모가 많이 발생하게 된다. 그리고 종래의 주유시스템에서는 각 실린더마다 하나의 주유장치를 필요로 하므로 설치 면적이 많이 필요하였으며, 윤활 펌프의 구조가 복잡하고 설치비용 또한 많이 들게 된다. 또한 주유장치 캠샤프트의 회전수와 엔진의 회전수가 직접적으로 관련된 기계적 제어를 하므로 분사시기를 제어하는데 어려움이 있었고, 엔진의 운전 중에는 운전자의 판단에 따른 실린더유 분사량 조절에 어려움이 있었다. 그리고 단순 역지변의 기능을 가진 퀼(quill)을 통하여 라이너에 주유되었으나, 상기 퀼(quill)은 주유공의 지름이 2~5㎜로 점성이 높은 실린더유를 무화(mist)시킬 수 없어 윤활성능이 좋지 않았다. 그러므로 상기 윤활성능을 개선시키기 위해 실린더 라이너에 많은 양의 주유를 하여야 하므로 값 비싼 실린더유의 낭비가 심하였다.

본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 주유 장치의 분사시기를 제어판넬과 전기적으로 연결된 인버터모터와 주유기의 캠샤프트에 결합된 엔코더에 의해 제어하고, 이 주유장치를 단순 역지변의 퀼(quill) 대신에 실린더유 분사용 노즐을 사용하여 실린더라이너에 윤활막을 형성하므로 적정량의 실린더유 사용에 의해 실린더유의 낭비를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 윤활 성능 또한 개선시킬 수 있다.

또한, 엔진의 운전여부와 관계없이 수동으로 운전하여 윤활막을 형성할 수 있도록 함으로써 초기 시동시 실린더라이너의 마모량을 줄일 수 있으며, 상기 주유 장치의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

대형 선박디젤엔진용 실린더유 주유장치에 있어서,

주유기의 캠샤프트를 구동시키기 위한 인버터모터와, 상기 인버터모터 제어를 위한 제어회로가 내장된 제어판넬과, 캠 샤프트 축단부에 결합하여 분사시기를 일정하게 조절하기 위한 엔코더와, 상기 제어판넬의 제어회로와 동기하여 작동하는 엔코더회로와, 상기 주유기와 연통된 윤활 배관의 단부에 실린더유 분사용 노즐이 구비된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참고하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 대형 선박디젤엔진용 주유 장치의 전체 구성도에 관한 것으로 그 구체적인 구성요소는 다음과 같다.

분사시기 제어와 주유장치 구동을 위한 제어판넬(6)이 인버터모터(7)와 전기적으로 결합하며, 상기 인버터모터(7)의 구동축은 기어(13)을 통하여 주유기 몸체(40)를 관통한 캠샤프트(9)의 일측단부와 결합하고, 상기 캠샤프트(9)와 인버터모터(7)의 구동축이 결합하는 부위의 반대편 측단부에는 분사시기를 제어하기 위한 엔코더(8)가 부설되며, 상기 실린더유 주유기(10)의 전면에 결합된 경보센서유닛(50)이 있고, 상기 주유기의 각 토출구는 윤활배관(4)과 결합하며, 상기 윤활배관(4)은 실린더라이너(2)에 구비된 실린더유 분사용 노즐(1)과 연통하고, 상기 실린더유 분사용 노즐(1)은 실린더라이너 원주면의 접선방향에 수직하도록 장착된다. 상기 실린더유 분사용 노즐(1)의 형상은 연료 분사용 노즐의 형상과 유사하며, 상기 실린더유 분사용 노즐(1)이 상기 실린더라이너(2)에 장착된 상태에서 각 노즐의 분사방향이 각 노즐에 인접한 일측 실린더벽면을 향하도록 노즐 단부의 일측부에 분사구가 형성되며, 상기 노즐의 분사공의 지름은 연료분사용 노즐의 분사공과 거의 동일한 0.2㎜이며, 상기 분사공의 지름은 분사압력에 따라 다르게 형성할 수 있다. 실린더와 상기 실린더라이너(2)사이에 리턴라인(return-line)(3)을 형성하고, 상기 리턴라인(3)에 오일회수관(11)이 결합하며, 상기 오일회수관(11)은 오일복귀관(12)과 연통하고, 상기 오일복귀관(12)의 끝단부에 실린더유 저장탱크(5)가 위치하게 된다.

상기와 같은 구성에 의한 실린더유 주유장치의 작동과정은 아래와 같다.

실린더유 저장탱크에서 실린더유 주유기(10)로 실린더유가 공급되고 엔진부하에 따라 검출되는 4~20mA의 전기적 신호가 제어판넬(6)에 입력되면 이에 따라 인버터 모터(7)가 그 수치에 맞게 설정된 회전수로 캠샤프트(9)를 회전시키게 되고, 상기 실린더유 주유기(10)는 각 토출구와 연통된 윤활배관(4)을 통하여 실린더유를 각 실린더유 분사용 노즐(1)에 공급하게 되며, 상기 실린더유는 40바아(bar)의 압력으로 분사되며 무화(mist)가 이루어진다. 이러한 작용에 의하여 적정량의 실린더유를 단순역지변 퀼(quill)보다 주유공 지름이 작은 실린더유 분사용 노즐(1)을 통하여 실린더 라이너의 벽면에 넓게 분사하여 공급함으로써, 상기 퀼(quill)에 의한 실린더유 주유량보다 훨씬 적은 양의 실린더유를 사용함과 아울러 실린더유의 무화(mist)를 시킬 수 있으므로 실린더라이너의 넓은 면적에 실린더유를 도포할 수 있게 된다. 상기의 윤활작용 후 실린더유는 상기 리턴라인(3)으로부터 오일회수관(11)으로 유입되고, 상기 오일회수관(11)과 연통된 오일복귀관(12)을 통하여 상기 실린더유 저장 탱크(5)로 집합하게 된다.

상기와 같은 윤활과정에 있어서, 1번 실린더를 기준으로 하여 각각의 실린더마다 일정한 시기에 실린더유가 분사되도록 하기 위하여 상기 캠샤프트(9)에 각 실린더에 해당되는 단순 진원옵셋 형태의 캠(12)을 형성하며, 엔진의 크랭크축이나 플라이휠에 설치된 센서에서 감지되는 상기 1번 실린더의 각도 신호와 실린더유 주유기(10)에 설치된 엔코더(8)의 각도 차이가 2도 이상 차이가 나게되면 자동으로 편차를 0도로 맞추도록 제어회로(도2)와 엔코더 회로(도6)을 구성해 항상 1번 실린더에 분사되는 실린더유 분사시기가 일정하도록 유지하게 되고, 1번 실린더의 분사시기가 일정하게 되면 나머지 실린더의 분사시기가 일정하게 되며, 하나의 주유기에 의해 전 실린더에 실린더유를 공급하게 되므로 설치면적이 작아지게 되는 것이다.

제 2도는 본 발명인 주유장치의 블록선도에 관한 것으로서, 주유장치의 제어과정은 다음과 같다.

엔진에서 검출되어지는 4~20mA의 전기적 신호(104)가 중앙처리장치(102)로 입력이 되면 그 값이 인버터모터(7)의 회전수를 제어하게 되고, 그에 따라서 실린더유 주유기(10)가 윤활 작동을 하게 된다. 그리고 실린더유 분사시기에 대한 제어값이 엔코더(8)에 의해 다시 중앙처리장치(102)로 보내지게 되며, 엔코더(8)로부터 입력되어진 제어값이 피드백회로소자(105)로 보내지게 되고,상기 피드백회로소자(105)에 의해 제어값의 증감이 결정되고 그 결정된 값이 다시 상기중앙처리장치(102)로 보내지게 된다. 그리고 상기의 과정에 의한 윤활 상태가 표시장치(103)를 통하여 외부로 나타나게 되며, 입력장치(101)를 통하여 운전자가 필요로 하는 실린더유 분사량이나 시기를 수동으로 조작할 수도 있게된다.

제3도는 실린더라이너 주유기의 정면도이고, 제4도는 실린더라이너 주유기의 측단면도이다. 이하 제 4도에 있어서 본 발명의 실린더유 주유기를 설명하면,

주유기 몸체(40)에 캠 샤프트(9)가 관통하여 결합되고, 상기 캠샤프트를 구동하도록 상기 캠샤프트(9)의 축단부에 인버터모터(7)가 결합하며, 상기 인버터모터(7)와 결합한 상기 캠 샤프트(9)의 축선을 기준으로 하여 캠샤프트(9)의 원주면을 따라 일정한 회전각도를 갖도록 단순진원옵셋 캠(42)을 캠샤프트(9)의 축선상에 일정한 간격으로 형성하고, 상기 단순진원옵셋 캠마다 하나의 실린더를 담당하게 된다. 상기 캠 샤프트(9)에 형성된 상기 단순진원옵셋 캠(42)의 회전에 의해 레버 (41)가 플런저펌프유닛(43)의 플런저(45)에 접촉하여 압축력을 전달하도록 단순진원옵셋 캠(42)의 원주면과 상기 레버(41)의 일측단부는 동일 면상에 위치하며, 상기 레버(41)의 단순진원옵셋 캠(42)과 접촉하는 일측단부의 반대측 단부는 조정스크류(49)에 의해 지지되도록 상기 레버(41)를 배치한다.

상기 레버(41)의 중앙부에 베어링을 부설하고, 상기 베어링의 중공부를 관통하는 축이 상기 주유기몸체(40)에 관통결합하며, 상기 레버(41)를 상기 축선상에 일렬로 상기 주유기의 토출구 수만큼 상기 축선상에 배치하고, 상기 각 레버는 상기 주유기의 캠샤프트에 형성된 단순진원옵셋 캠에 의해 구동되며, 상기 레버(41)는 상기 축선상에서 좌우로 움직이지 않도록 고정된다.

상기 구성에 의해 주유기(10)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 주유기 몸체(40)에 결합한 상기 캠 샤프트(9)가 상기 인버터 모터(7)에 의해 회전하면 상기 캠 샤프트(9)에 형성된 상기 단순진원옵셋 캠(42)이 회전하면서 상기 레버(41)를 상기 플런저펌프유닛(43)의 압축방향으로 밀게 되고, 상기 플런저펌프유닛(43)의 플런저(45)가 압축행정을 수행함과 동시에 흡입 역지변(46)의 폐쇄와 토출역지변(47)의 개방이 이루어지며, 상기 주유기 몸체(40)에 각 토출구와 연통된 오일흐름 감지 글라스(51)내에 있는 육안 감시용 강철볼(52)이 상승하면서 실린더유가 윤활배관(4)을 통하여 각 실린더유 분사용 노즐(1)에 공급되어 실린더라이너(2)에 실린더유가 공급된다. 그리고 다시 상기 단순진원옵셋 캠(42)이 회전하면서 상기 레버(41)에 의해 상기 플런저펌프유닛(43)에 가해지던 압력이 감소하면 상기 플런저펌프유닛(43)의 스프링에 의해 상기 플런저(45)가 압축방향의 반대 방향으로 이동하게 됨과 동시에 상기 토출역지변(47)이 폐쇄되고 상기 흡입역지변(46)이 개방되어 실린더유가 흡입되게 된다. 그리고 상기 주유기 몸체(40)의 전면 상부에 관통하여 결합하는 조정스크류(48)는 상기 레버(41)의 일측 단부를 지지하게 된다. 상기 조정스크류(48)를 풀거나 조임으로써, 상기 플런저(45)의 스트로크를 조정하여 엔진의 가동중에도 엔진을 정지시키지 않고 실린더유의 분사량을 수동으로 조정할 수 있게 된다.

제5도는 본 발명의 실린더 주유기에 사용되는 경보센서유닛의 결합상태도로서, 그 구성은 다음과 같다.

상기 주유기 몸체(40)의 전면하부에 상기 경보센서유닛(50)을 부설하며, 상기 주유기 몸체(40)에 형성된 오일흐름 감지기(51)의 상태를 알 수 있도록 상기 오일흐름 감지기(51)내의 유로에 실린더유의 흐름에 따라 수직운동을 할 수 있는 육안 감시용 강철볼(52)을 삽입하고. 상기 오일흐름 감지기(51)의 하단부에 오일흐름 상태를 감지하기 위한 근접센서를 구비하며, 상기 근접센서는 상기 경보센서유닛(50)과 전자적으로 결합하며, 또한 오일레벨경보를 위한 오일유량표시계(53)를 상기 주유기 전면 중앙부에 부설하고, 상기 오일유량표시계(53)내에는 오일의 유량에 따라 상하운동을 할 수 있는 부표(54)를 삽입하며, 상기 부표(54)하단에 스테인레스 조각을 부착하고, 상기 부표(54)를 감지하기 위한 근접센서를 상기 경보센서유닛(50)에 구비한다.

상기의 구성에 의한 경보센서유닛(50)의 작동은 하기와 같다.

상기 실린더 주유기(10)의 작동으로 인해 상기 오일흐름 감지글라스(51)내로 실린더유가 유입이 되면 육안감시용 강철볼(52)이 상승하게 되고, 유입된 실린더유는 윤활배관(4)을 통하여 각 실린더라이너(2)에 실린더유가 공급되게 된다.

상기와 같은 실린더유 공급과정 중에 상기 주유장치의 고장으로 실린더유가 토출되지 않아 실린더유가 흐르지 않으면 오일흐름 감지글라스(51)내의 육안감시용 강철볼(52)이 중력에 의해 최하단까지 내려오게 되고, 상기 육안감시용 강철볼(52)을 경보센서유닛에 구비된 오일흐름 감지용 근접센서가 감지하게 되면 경보가 작동하게 되고, 오일 흐름의 정지상태를 검출하여 신호를 출력하면, 상기 신호를 기관제어실로 보내어 운전자로 하여금 엔진을 저속으로 감속하도록 하여 엔진을 보호하도록 되어있다. 또한 주유기(10)내로 오일 공급이 안되어 일정 수준이하로 오일의 레벨이 낮아지면 상기 오일유량표시계(53)에 삽입되어 있는 부표(54)가 경보센서유닛에 장착된 오일레벨 감지용 근접센서에 접근하게 되어 신호가 출력되게 된다.

본 발명에 의한 캠축의 인버터모터 구동 방식의 부하추종 제어장치를 갖는 대형 선박엔진 실린더유 주유장치는 기존의 기계식 연동장치로는 불가능한 엔진 부하에 따른 주유량과 주유시기의 정밀 제어가 가능할 뿐만 아니라 기존의 연료용 노즐과 유사한 구조의 실린더유 분사용 노즐을 사용함으로써 불필요한 실린더유의 과다소모를 방지할 수 있으며, 중앙 집중 방식의 주유 장치로써 설치 공간이 적어도 되는 이점이 있다.

또한 정밀한 제어를 통하여 적정한 최소량의 주유를 함으로써 고가의 실린더 유를 절감하게 되고, 엔진이 정지된 상태에서도 인버터모터를 수동으로 구동시킴으로써 엔진의 운전 여부와 관계없이 사전윤활이 가능하게 하고, 무화(mist)효율이 우수한 연료용 노즐과 유사한 실린더유 분사용 노즐을 사용함으로써 도포면적을 넓게 하여 윤활성능을 개선시켜 고가의 실린더유를 절감함과 동시에 실린더 라이너의 마모량을 감소시킴으로써 선박의 유지비용을 줄일 수 있게 된다. 또한 선박이 운행중인 경우에도 엔진을 정지하지 않고 각각의 실린더마다 주유되는 유량 조정이 가능하여 실린더유 주유장치 시스템의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있게 된다. 그리고 실린더유가 사용되고 나면 대부분 슬러지로 변환되며 이러한 슬러지의 일부는 해양에 투기되어 왔으나, 본 발명에 의한 주유기를 사용하면 실린더오일 사용량이 줄어들기 때문에 해양 오염 방지에도 기여하게 된다.

Claims (2)

1. 대형 선박디젤엔진용 실린더유 주유장치에 있어서,

   주유기의 캠샤프트를 구동시키기 위한 인버터모터와,

   상기 인버터모터 제어를 위한 제어회로가 내장된 제어판넬과,

   캠샤프트 축단부에 결합하여 분사시기를 일정하게 조절하기 위한 엔코더와,

   상기 제어판넬의 제어회로와 동기하여 작동하는 엔코더회로와,

   상기 주유기와 연통된 윤활 배관의 끝단부에 실린더유 분사용 노즐이 구비된 것을 특징으로 하는 실린더유 주유장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주유장치에 오일흐름상태 여부와 주유기 내부의 오일레벨을 알 수 있게 하는 경보센서유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 실린더유 주유 장치

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