KR100575425B1 - 대형 디젤엔진의 실린더 윤활방법 및 이 방법으로 작동되는 실린더벽 윤활 시스템을 갖춘 디젤엔진 - Google Patents

Abstract

선박용 디젤엔진의 실린더를 윤활함에 있어, 피스톤링의 통과와 바로 관련하여 실린더의 링 영역에 있는 비복귀 밸브를 통해 오일을 공급하는 것이 일반적이다. 이는 실린더의 원주면을 따라 다소 균일하게 오일을 산포시키기 위한 것이다. 그러나, 이 영역을 따라 현저한 마모 변동이 확인되고 있다. 본 발명에서는, 미립화 노즐을 통한 고압분사가 채용되고 있어, 산포된 오일 연무가 개별 노즐의 맞은 편에서 생기게 되며, 오일 연무는 실린더내의 회전하는 소기작용 공기에 의해 원심력으로 실린더벽에 부딪히게 되며, 피스톤링의 통과 바로 전에 링 영역에서 실질적으로 연속적인 오일막이 형성된다. 이렇게 해서, 윤활를 양호하게 이용할 수 있어 윤활유를 절약할 수 있으며 실린더 표면상의 마모가 감소 및 더욱 균일하게 되며, 또한 종래의 윤활 방식 보다 오일 투여 시간이 덜 중요하게 된다.

Description

대형 디젤엔진의 실린더 윤활방법 및 이 방법으로 작동되는 실린더벽 윤활 시스템을 갖춘 디젤엔진{LUBRICATION SYSTEM FOR LARGE DIESEL ENGINES}

통상의 실린더 윤활 시스템에 있어 주로 대형 2행정 디젤엔진용으로 하나 이상의 중앙 윤활기가 사용되고 있는데, 이들 각 윤활기는, 예컨대 관련 시간 간격으로 오일을 개개의 연결관을 통해 여러 윤활지점에 압력이송함으로써 단일 또는 복수 개 실린더상의 윤활지점을 담당하게 된다. 이와 관련해서는 DK/EP 0678152 를 참고할 수 있다. 일반적으로 상기 관련 시간 간격은, 피스톤이 위로 움직일 때의 압축행정 동안에 피스톤링들이 관련 윤활지점의 맞은 편에 위치하게 되는 때일 수 있다.

그러나, 파이프에서 발생하는 오일의 압축성은 이 정확한 "타이밍" 을 맞추는 것을 어렵게 함이 밝혀졌다. 실제 사용되는 오일 파이프의 길이가 종종 너무 길게 되어 있어, 비교적 적은 양의 오일이 파이프의 일단에 도입되면, 파이프내의 오일이 압축은 되지만, 상응하는 양의 오일이 실린더 표면에 있는 타단 밖으로 가압될 정도의 충분히 큰 압력은 생기지 않는다. 종종 오일은 상기 시간에 투여되지 않고, 대신에, 피스톤이 상방 또는 하방으로 통과한 후 실린더내의 압력이 충분히 낮은 때에 투여된다. 이러한 현상이 하향 운동 중에 일어나면, 오일은 윤활 지점으로부터 실린더 표면에 분산되며 윤활이 가장 필요한 실린더의 "고온" 단부를 향해 윗쪽으로 가지않고 실린더 라이닝에서 아랫쪽으로 가게 된다.

더욱 많은 엔진의 사용을 목표로 하는 개발로 인해, 실린더 라이닝 및 피스톤링에 대한 기계적 및 열적 부하가 증가하게 되었으며, 통상 이러한 부하는 실린더 오일의 투여량을 증가시킴으로써 수용되었다. 그러나, 투여량이 증가하여 어떤 한도- 규정되어 있지는 않음 - 를 넘게 되면, 오일이 실린더내로 도입되는 속도가 너무 커져, 이 오일이 실린더 표면에 남아 있지 않고 실린더 공동부내에서 젯트(jet)로 되어 손실되게 된다. 피스톤링들이 피스톤의 맞은 편에 있을 때는 이것은 중요한 문제는 아니지만, 전술한 바와 같이 투여가 이 기간 외에 이루어지면, 투여되는 오일로부터 효과를 기대할 수 없게 된다.

오일을 실린더 표면에 분포하는 통상적인 방식은, 실린더 표면의 윤활지점 마다 두개의 경사형 슬롯을 만드는 것으로, 이들 슬롯은 윤활지점으로부터 밖으로, 또한 실린더의 정부(top)로부터 멀어지는 방향으로 신장되어 있다. 피스톤링이 슬롯을 지나면, 피스톤링을 가로질러 그 슬롯에서 압력강하가 발생하게 되며, 피스톤링은 오일을 윤활지점으로부터 멀어지는 방향으로 가압된다. 그러나, 이러한 방법 및 다른 방법은, 실제로 실린더의 원주면을 따른 마모의 현저한 변화가 확인되기 때문에 부적절한 것으로 밝혀졌다.

그러므로, 실린더 원주면에의 오일 분산을 개선시킬 수 있는 방법을 모색할 필요가 있는 것이다.

본 발명에서, 오일은 소정의 시간 간격으로 투여되지만, 피스톤이 상방으로 운동할 때 윤활지점을 지나기 전에 실린더 표면에 뿌려지게 된다.

일방향 소기형 2행정 디젤기관에서 소기용 공기포트는, 소기 동안에, 가스가 실린더에서 위로 변위될 때 가스 혼합물이 회전운동을 하고 또한 실린더의 정부에 있는 배기밸브를 통해 실린더를 빠져나가도록 배치된다. 이렇게 해서, 실린더내의 가스는 소기용 공기포트로부터 배기밸브로 갈 때 나선형 경로를 따르게 되는데, 즉 스월운동을 하게 된다. 원심력 때문에, 이 스월에 존재하는 충분히 작은 오일 입자는 실린더 벽 쪽으로 강제로 보내지게 되며, 결국에 이 벽에 달라붙게 된다. 이 효과는, 노즐을 통해 미립화된 적당한 크기의 오일 입자의 "연무(mist)"로서 오일을 실린더내로 도입시킴으로써 얻어진다. 노즐의 크기와 노즐 앞에서의 , 오일의 유출속도 및 압력을 조정함으로써, 오일 연무내의 오일 액적의 평균 크기를 제어할 수 있다. 오일의 입자 또는 액적이 너무 작으면, 가스 흐름중에서 너무 길게 "부유(float)" 하게 되며, 결국에는 실린더의 벽에 충돌하지 않고 소기용 공기와 함께 날라가 버리게 된다. 오일의 입자 또는 액적이 너무 크면, 관성 때문에 초기 경로에서 너무 길게 지속되어 실린더 벽에 도달하지 않게 되는데, 그 이유는, 피스톤에 인계되어 피스톤의 정부에 달라붙기 때문이다.

개별 오일 액적과 실린더내 가스유동 사이의 반응이 오일 액적이 두 윤활지점 사이의 원주방향 구간에 대체로 대응하는 영역에서 실린더 벽에 충돌하는 것을 보장하도록, 실린더내의 유동에 대해 노즐의 방향을 조절할 수 있다. 이렇게 해서, 피스톤링의 통과전에 오일은 실린더 표면에 다소 균일하게 분산되게 된다. 또한, 오일이 노즐 보다 높은 실린더 벽에 충돌하도록 노즐을 조절할 수 있다. 따라서, 오일이 이미 실린더내에 도입되면, 오일은 실린더 표면에 더 양호게 분산될 뿐만 아니라, 윤활이 가장 필요한 실린더의 정부에 더 가까운 실린더 표면에도 "전달"된다. 이들 두 조건으로 더 양호하게 오일을 이용할 수 있으며, 아울러 실린더 수명/오일 소비 관계에서의 개선도 기대할 수 있다.

전술한 종래의 시간의존형 시스템에서 처럼, 실린더 표면에의 오일의 공급은 계량된 양으로 이루어져야 한다. 공급수단은 일반적인 윤활기가 될 수 있으나, 상응하는 특성을 갖는 다른 공급수단도 사용할 수 있다.

실린더내의 압력이 오일튜브에서 후방으로 전달되지 않도록 하기 위해, 실린더 라이닝의 내측면 바로 앞에서 비복귀 밸브를 통상의 방식으로 윤활 파이프의 단부에 설치하게 된다. 이러한 비복귀 밸브에 의해, 오일이 오일튜브로부터 실린더 라이닝으로 가게 되지만, 반대방향으로의 가스 유동은 일어나지 못하게 된다. 이러한 비복귀 밸브는 일반적으로 가장 적당한 개방 압력(수 바아(bar))를 갖는다.

의도하는 미립화가 상당히 높게 (50∼100 바아 정도) 되는 것을 보장하기 위해서는, 새로운 시스템에 존재하는 압력이 펌프와 노즐 사이의 윤활 파이프에서 필요하다. 일반적인 비복귀 밸브의 개방압력을 현저히 증대시킴으로써 이것을 보장하려고 한다면, 더 강하고 더 많은 공간을 필요로 하는 스프링이 요구되는데, 이렇게 되면, 밸브와 노즐 사이에서 "위험 공간" 이 더 많이 생기게 된다. 일반적인 시스템의 경우, 위험공간은 투여될 오일의 양과 같거나 더 크게 되며, 이에 따라 노즐 전방의 압력이 불안정하게 된다. 필요한 미립화를 보장하기 위해서는, 미립 화에요구되는 압력을 투여 개시 때 즉시 이용할 수 있어야 한다. 예컨대 이는 다음과 같은 밸브를 사용함으로써 가능해지는데, 즉 종래의 연료 오일 분사 시스템처럼, 각 오일튜브가 실린더안으로 열려 있고 윤활기와 밸브 사이의 오일 파이프내의 압력이 소정의 값에 이르면 이 압력에 의해 열리게 되는 밸브를 사용하는 것이다.

피스톤의 통과 전에 오일이 실린더 벽에 공급되므로, 피스톤링의 "팩(pack)" 이 윤활지점의 맞은 편에 있을 때 오일이 매우 짧은 기간내에 정확하게 공급되어야 하는 시스템에 비해 타이밍은 그리 중요치 않다.

시스템에 대한 일 실시예를 도 1 에 제시하였다.

다수의 밸브 (3) 들이 적당한 간격으로 실린더 라이닝 (5) 에 설치되어 있으며, 오일튜브 (2) 내의 압력이 소정의 값에 달하면 상기 밸브는 열리게 된다. 상기 오일튜브는 오일펌프 (1) 로부터 나와 개별 밸브 (3) 에 연결되어 있다. 내측 실린더면 바로 안에 있는 밸브 (3) 의 단부에는 노즐 (4) 이 장착되어 있으며, 오일튜브 (2) 내의 압력이 미리 규정된 값에 달하면 오일이 상기 노즐을 통해 미립화된다. 오일은, 각각의 오일튜브 (2) 를 위한 다수의 작은 펌프들로 구성된 오일펌프 (1) 로부터 각 오일튜브 (2) 에 공급된다. 상기 작은 펌프들은 공급탱크 (7) 로부터 오일을 받아들이게 된다. 오일 펌프들은 계량된 양의 오일을 주어진 시간 간격으로 전달할 수 있으며, 예컨대 PCT 출원번호가 PCT/DK/00378 인 국제출원 공개공보 WO96/09492 에 소개된 바와 같은 일반적인 시간 실린더 윤활기일 수 있으며, 그의 밸브 (3) 는, 오일 누출이 발생하는 경우 공급탱크 (7) 에 연결된 누출 오일용 복귀관 (6) 이 제공되도록 구성되어 있다. "J" 는 노즐 (3) 로부터 나온 오일 연무의 유동을 나타내며, "A" 는 이 젯트가 향하게 되는 실린더 벽의 원주방향 영역을 나타낸다.

Claims (6)

1. 선박용 엔진과 같은 대형 디젤엔진의 실린더 윤활 방법으로서, 피스톤의 상향운동과 관련하여, 윤활유의 분사가 관련 엔진 실린더 (5) 의 정부 (top) 의 아랫쪽에 위치한 링 영역에 있는 분사노즐 (3) 들을 통해 이루어지는 상기 윤활 방법에 있어서,

   피스톤의 피스톤링 수단이 상향 운동하여 상기 링 영역을 통과하기 직전에 윤활유가 한번에 미립화 노즐 (3) 을 통해 고압하에서 분사되며,

   개별 노즐 (3) 에 의해 행해지는 분사 (3) 는 노즐들이 장착되어 있는 링 영역내의 각 노즐에 인접해 있는 실린더 벽 (5) 의 영역을 향하고, 이에 따라, 상기 피스톤링 수단의 실제적인 통과 이전에, 미립화된 오일이 실린더 표면에서 실질적으로 균일하고 환상인 윤활유막을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 대형 디젤엔진의 실린더 윤활 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 노즐로부터 미립화된 오일은 실린더 (5) 내의 회전하는 소기작용 공기가 상기 링 영역을 휩쓸고 지나는 횡방향으로 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 실린더의 정부로부터 떨어진 실린더벽 (5) 의 링 영역에 설치된 다수의 오일 분사노즐 (3, 4) 에 압축 윤활유를 공급하기 위한 수단 (1) 과, 실린더 피스톤의 상향 행정단계 동안에 상기 노즐을 통한 오일 분사를 실행하기 위한 제어수단을 포함하며 제 1 항의 방법으로 작동되는 실린더벽 윤활 시스템을 갖춘 디젤엔진에 있어서,

   상기 분사노즐 (3, 4) 은 미립화 노즐로 이루어지며, 오일을 오일 연무 (mist; 3) 형태로 분사시키기 위해 오일공급수단 (1) 은 충분히 높은 압력으로 윤활유를 공급하고,

   상기 제어수단은 실린더의 피스톤링 수단이 상기 링 영역을 통과하기 바로 전 단계에서 오일 연무 분사를 실행시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 실린더벽 윤활 시스템을 갖춘 디젤엔진.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 미립화 노즐들은 노즐들이 장착되어 있는 링 영역에서 인접한 실린더벽 영역을 향해 오일 연무 (mist) 를 분사하도록 구성 및 장착된 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 미립화 노즐은 압력제어밸브를 구비하며, 이 밸브는 노즐이 윤활유를 미립화하는 데 충분한 정도까지 해당 공급 파이프내에서의 압력이 증가된 경우에 개방되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 압력은 50∼100 bar 인 것을 특징으로 하는 디젤엔진.

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