KR100808275B1 - 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법 및 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진 - Google Patents

Abstract

크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진이 관련 피스톤에 대한 피스톤 링의 회전 위치는 다음과 같은 방법으로 변화된다. 엔진이 원하는 일정한 부하 또는 원하는 일정한 속도에서 연속적으로 작동하도록 설정되며, 상기 실린더이 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화는 상기 실린더의 평균 유효 압력은 적어도 0.5 바아 변화하도록 적어도 상기 실린더상의 부하를 변화시키고, 그리고 소정의 시간동안 상기 실린더의 변화된 부하를 유지함으로써 구현된다.

2행정, 크로스헤드, 내연기관

Description

피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법 및 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진{A method of causing a forced change in rotational position of piston rings, and a two-stroke internal combustion engine of the crosshead type}

도 1은 위에서 바라본, 본 발명의 엔진의 실시예를 도시하는 도면이다.

도 2는 도 1의 엔진의 실린더를 통한 공기 및 가스 유동을 도시하는 도면이다.

도 3은 도 2의 실린더의 상부의 수직 단면을 보다 상세하게 도시하는 도면이다.

도 4는 피스톤 링을 구비한 피스톤의 상세도이다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 방법에 따른 실린더상의 부하 변화를 나타내는 다이아그램이다.

도 10 및 도 11은 실린더에 대한 연료 분사 시스템의 다른 2가지 실시예에 대한 도면이다.

본 발명은 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관의 관련된 피스톤 및 그러한 2행정 내연기관 엔진에 관한 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법에 관한 것이다.

영국 특허 제1 503 255호는 피스톤 링을 구비한 복수개의 실린더를 가진 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진 및 상기 엔진의 작동시에 관련 피스톤에 대한 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 모니터링하는 센서에 대하여 설명한다. 상기 피스톤 링은 실린더 라이너상의 주행면(running surface)을 향하는 외측 링 표면의 리세스가 제공된 특수한 경우로 되어 있다. 상기 리세스는 피스톤 링의 상부 및 저부측 사이에서 헬리칼(helical)하게 연장된다. 상기 센서는 실린더 라이너에 장착된 전기적 접근 센서(유도 센서)이다. 리세스가 헬리칼하게 연장되기 때문에, 피스톤 링의 거의 최근의 회전 위치를 탐지하는 것이 가능하게 된다. 회전 위치를 모니터링하는 것은 피스톤 링의 수리시에 실린더로부터 피스톤이 제거되어야 할 때를 결정하기 위하여 피스톤 링상의 마모 정도를 가늠하는데 사용된다.

피스톤 링의 회전 위치에서 힘의 변화를 야기하는 몇몇 다양한 수단이 공지되어 있다. 영국 특허 제1 327 180호에서, 상기 피스톤은 분할되어 있으며, 일방향 주행 장치는 상기 링의 단부들 사이에 배치된다. 상기 일방향 주행 장치는 링 그루브의 상부측에 연결되는 스트링 장전된 볼을 포함한다. 영국 특허 제1 504 478호에서, 피스톤 링의 외측 표면에는 피스톤 링의 기본 재료와 다른 마찰 특성을 가진 고체 재료로 충진된 상당히 깊고 경사진 그루브가 제공된다. 이러한 것이 피스톤 링의 회전을 야기하는 것으로 전해진다. DE 30 20 744 A1은 그루브의 통과시 에 링을 가로질러 압력 강하가 등가(equal)로 되도록 주행 표면에서의 큰 헬리칼 그루브가 제공된 실린더 라이너를 설명하고 있다. 독일 특허 제34 20 404호에서, 피스톤 링에는 대칭으로 그 배면측에 절개부가 제공된다. 상기 절개부는 링이 회전하게 하도록 대칭적으로 피스톤 링을 가압하게 된다.

이러한 다양한 수단은 복잡한 구조이며 피스톤 링 또는 실린더 라이너상에 추가적인 기계 가공이 필요하며, 그들은 바람직하지 않은 방식으로 실린더에 마찰 조건에 영향을 주게 된다.

2행정 내연 기관 엔진의 피스톤 링의 회전을 보장할 필요가 있다. 이러한 엔진은 일반적으로 매우 크기가 크며, 선박 또는 파워 플랜트의 원동기와 같은 메인 엔진으로서 작동하게 되며, 그 양자의 유형에서, 엔진은 쉬지 않고 장시간 또는 며칠동안 작동하게 된다. 만약 하나 또는 복수개의 피스톤 링이 피스톤에 대하여 회전하는 것을 정지한다면, 작동시의 상당한 시간은 링 랜드 상의 버어닝(burning), 피스톤 슬라이드 표면상의 버어닝, 스커핑(scuffing) 또는 가열에 기인한 실린더 라이너의 크랙 또는 파손된 피스톤 링과 같은 심각한 파손 조건으로 파손 조건이 발전하게 되는 시간은 허용하게 된다.

이러한 파손 조건을 최소화하고 회피하기 위하여, 본 발명에 따른, 관련된 피스톤에 대한 피스톤 링의 회전 위치의 힘의 변화를 야기하는 방법은, 상기 엔진이 원하는 일정한 하중 또는 일정한 속도에서 연속적으로 작동하도록 설정되어 있는 동안, 상기 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제적 변화는 적어도 상기 실린 더 상의 부하를 변화시킴으로써 효과를 나타내게 되며, 상기 실린더의 평균 유효 압력은 일정 시간동안 상기 실린더의 변화된 부하를 유지함으로써 적어도 0,5 바아 변화하게 된다.

실린더상의 부하의 임의의 변화는 피스톤 링을 변화 위치로 강제하게 한다는 것은 놀라운 일이다. 이러한 메카니즘은 지금은 완전히 이해되지 않지만, 실린더상의 부하가 변화할 때 피스톤의 형상 또는 실린더의 형상의 변화에 기인하여, 강제된 변화가 발생하게 되는 것을 예상할 수 있다. 상기 실린더 라이너는 원형 단면을 가지는 주행 표면으로 제조되지만, 실린더 라이너상의 열적 영향에 따라 약간 비원형 형상으로 그 형상이 변화하게 된다. 동일한 것이 피스톤에도 적용될 수 있다. 열적 영향의 분포는 피스톤 및/또는 실린더 라이너의 원주방향으로 변화하게 된다.

2행정 내연기관은 디젤 엔진이며 이러한 엔진에서 연료는 실린더의 상부에 장착된 연료 분사기에 의해 분사되며, 연소시의 실린더의 열 분포는 분사된 열의 양에 따라 그리고 실린더상의 부하에 따라 변화하게 된다.

상기 엔진의 실린더는 실린더 라이너의 저부의 소기구 및 실린더의 상부의 배기밸브를 구비하는데, 환언하면, 상기 실린더는 균일 유동 소기 실린더인 것이 일반적이다. 소기 공기는 실린더 라이너 내부에서 와류 운동으로 유동하게 되며, 이러한 와류의 회전 축은 실린더 라이너의 중심선에 대하여 비대칭적이다. 상기 와류의 회전축은 소기 공기압이 변화할 때 위치를 변화시키며 엔진 부하가 증가할 때 증가하고 그 반대로도 된다 . 그러나, 엔진 부하가 변화하기 않기 때문에 소기 공기압이 일정한 경우에도, 다른 실린더상의 부하의 변화에 의해 균형이 맞추어지는 실린더의 부하의 변화는 실린더의 연소 과정에서의 변화를 일으키며, 이것은 와류의 회전축의 위치에 영향을 미치게 된다. 와류의 회전축이 실린더 라이너의 중앙선에 대하여 비대칭적이며, 실린더 라이너상의 열적 부하는 다소 불균일하게 되며, 이것은 주행 표면의 비-원형 형상으로 유도하게 된다. 연소 과정에서의 이러한 변화는 피스톤에 영향을 주게되어, 피스톤을 회전시키게 된다.

상기 피스톤 링은 실린더의 주행 표면상의 윤활유와 접촉하도록 외측으로 가압되어, 실린더 라이너의 주행 표면의 단면 형상이 변화될 때, 피스톤 링은 이러한 변화를 따르게 된다. 실린더 라이너의 특정 형상에 대하여, 피스톤 링은 특정 회전 위치를 구비하게 되며, 이러한 위치에서 피스톤 링은 회전을 멈추게 되는데(평형 위치), 상기 주행 표면의 형상에서의 약간의 변화 및 피스톤 링의 약간의 변화는 피스톤 링이 새로운 회전 위치를 찾게 한다.

상기 실린더상의 부하가 약 0.5바아의 실린더의 평균 유효 압력의 변화를 야기하고 실린더 라이너의 재료의 온도 변화를 일으키는 열적 조건에서의 대응 변화를 허용하는 소정의 시간동안의 이러한 변화를 유지하도록 충분히 변화하게 되어, 상기 주행 표면의 형상 및 피스톤 링의 형상의 변화는 링이 새로운 회전 위치로 변화하게 하며, 환언하면, 상기 실린더의 피스톤상의 피스톤 링은 회전 위치를 변화하도록 강제하게 된다.

상기 피스톤 링의 회전 위치에서의 변화를 야기하는데 소요되는 시간은 하나의 위치에서 그 다음의 위치로 변화하게 되며, 연속적인 작동을 위한 설정에 대응 되는 최적 실린더 부하의 관점에서 보아 추가적인 부하 또는 실린더상의 감소된 부하로써 엔진을 작동하는 것은 바람직하지 않다. 피스톤 링의 회전 위치가 모니터링 되고 변화된 부하는 피스톤 링의 회전 운동이 탐지될 때까지 유지되는 것이 바람직하다. 한편으로, 이러한 모니터링 피스톤 링 회전을 실질적으로 야기하는 충분한 시간동안 변화된 부하에서 작동하는 것을 보장하며, 그리고 다른 한편으로, 이러한 모니터링은 가능한 한 빨리 원래 설정 부하로 실린더 부하가 다시 변화하는 것을 허용한다.

엔진에서의 실린더상에 장착된 센서를 필요로 하는 모니터링으로써, 변화된 부하는 2 내지 6분의 범위에서 소정의 시간동안 유지된다. 실험에 의하면, 2분 이하의 시간은 강제된 링을 회전시키는데 불충분하며, 6분 이상의 시간이 사용될 수도 있는데 이때에는 강제된 링이 회전하게 된다. 그러나, 이러한 회전은 6분이 경과했을 때 일어나서, 6분 이상의 시간동안 부하를 변화시킬 필요는 없다.

엔진 부하의 강제된 변화는 엔진 실린더에 짝을 이루는 방식으로 가해져서, 상기 실린더의 변화된 부하는 증가하며, 엔진에서의 다른 실린더의 부하는 부하의 증가에 대응하여 동시에 감소하게 되고, 원하는 일정한 엔진 부하가 유지된다. 2개의 실린더에서 동시에 부하를 변화시킴으로써, 양 실린더의 실린더 조건은 상기 방법으로부터 분명하게 장점이 있으며, 강제된 변화는 엔진의 부하를 변화시키지 않고 가해지게 되며, 상기 엔진은 원하는 성능을 계속적으로 나타내게 된다.

상기 엔진에서의 단지 하나의 실린더 또는 엔진의 몇몇 실린더에 이러한 방법을 적용하는 것이 가능하다. 이것은 엔진상의 임의의 실린더가 피스톤 링 회전 을 정지시키는 형상을 보여주지만 다른 실린더는 그렇지 않은 것과 관련된다. 그러나, 실린더 상의 부하를 변화시킴으로써 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화가 엔진의 모든 실린더에 적용되는 것이 바람직하다. 엔진이 모든 실린더에 이러한 방법을 하루 또는 반나절과 같은 연장된 시간을 넘어서 적용함으로써, 모든 실린더는 허용가능한 피스톤 링 조건에서 작동이 유지된다.

상기 방법을 사용함으로써, 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 엔진의 모든 실린더의 부하를 동시에 변화시킴으로서 행해진다. 이것은 다양한 방식으로 행해질 수 있다. 하나의 가능성으로서 실린더의 절반에서 부하를 증가시키거나 실린더의 다른 절반에서 부하를 감소시켜서, 엔진 부하는 변하지 않고 남게된다. 다른 가능성으로서, 모든 실린더의 부하를 증가시켜서(또는 감소시켜서) 그 결과 엔진 부하가 증가(또는 감소)하게 된다. 이렇게 하는 장점은 제어가 간단하다는 것인데, 그 이유는 모든 실린더는 엔진 부하 제어에 의해 부하를 변화시키기 때문이며, 단점은, 엔진은 원하는 연속적인 동작으로 일시적으로 주행하지 않으며, 그 동작은 원하는 일정한 평균 부하 또는 속도를 달성하도록 나중에 부하 변화를 보상하는 것을 필요로 하며 그 결과 높은 연료 소비율을 나타내게 된다.

상기 방법은 엔진의 모든 실린더에 적용될 수 있으며, 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 한번에, 또는 동시에 하나의 실린더에 가해지거나, 한번에 또는 동시에 2개의 실린더에 가해지거나, 한번에 3개 이상의 실린더에 가해지거나, 모든 실린더를 커버하는 연속적인 방법으로 가해진다. 만약, 강제된 변화가 한번에 단일의 실린더에 가해지면, 선택적으로, 다른 복수개의 실린더에서의 작은 대응 부하 변화상에 하나의 실린더에 가해지는 부하의 변화를 분포시킴으로써 엔진 부하의 변화를 피할 수 있게 된다. 단일 실린더가 감소된 부하를 가지고 있다면, 대응하는 부하는 단일 실린더상의 이러한 부하 감소의 20%에 달하는 부하 증가로 5개의 다른 실린더상의 부하 증가에 의해 얻어진다. 실린더상의 이러한 방식의 부하 변화 제어는 특히 엔진이 100%에 가까운 부하 상태에서 작동할 때 유리한데, 왜냐하면, 복수개의 실린더상에서의 분포면에서 과도한 부하는 작아지기 때문이다. 동일한 원리가 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화가 한번에 2개 이상의 실린더에 가해질 때에 적용될 수 있다.

바람직한 방법의 예로서, 적어도 하나의 실린더의 피스톤 링의 회전 위치는 간격을 가진 채로, 바람직하게는 원하는 일정한 부하 또는 원하는 일정한 속도에서의 매 4시간당 적어도 한번 반복된다. 회전 위치에서의 강제된 변화가 특정 실린더상의 링 회전에서의 실제 정지를 탐지하는 센서에 의해 개시되지 않을 때 이러한 방법이 특히 유용하지만, 대신에 링 회전의 정지에 대한 사전 예방책으로서 사용된다. 실린더에서 링 위치의 강제된 변화를 실행하는 소정의 구성은 링 회전이 정지하여 실린더 라이너, 피스톤 및/또는 피스톤 링상의 영구적인 기계적 손상을 일으킬 때 야기되는 고비용의 손실에 대한 대비책으로서 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 간격을 가진 채, 바람직하게는 엔진이 소정의 연속적인 조전에서 작동을 계속하는 동안에 과정을 반복할 필요가 있다. 이러한 간격은 4시간일 필요는 없지만 8시간, 16시간, 24시간 또는 며칠 정도의 긴 시간일 수는 없다. 그러나, 신뢰할 만한 이유로서, 이러한 간격은 2시간 이내, 또는 30분 이내와 같은 4시간 이내 의 시간이다. 또다른 시간 간격도 가능하다. 바람직하게는, 적어도 하나의 실린더에서의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 원하는 일정한 부하 또는 원하는 일정한 속도에서 매 시간당 한번 또는 두번 반복된다.

전술한 바와 같이, 피스톤 링이 회전하는지 여부를 모니터링하는 것이 가능하다. 피스톤 링의 회전 위치가 적어도 하나의 실린더상에서 모니터링될 때, 실린더상의 부하를 변화시킴으로써 피스톤 링의 회전 위치에서의 강제된 변화는, 그 모니터링이 실린더에서의 피스톤 링의 불충분한 회전을 나타낼 때 실린더에 적용되는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 피스톤 링이 운동 상태에 유지된다는 점에서 고착되어 있는 피스톤 링으로 인하여 심각한 손상의 조건에 대하여 매우 안전성을 제공한다.

이러한 실시예에서, 상기 엔진은 선박에서의 추진 엔진이면서 이러한 엔진은 설정된 평균 속도에서 선박을 추진하도록 제어하며, 상기 엔진의 부하는 엔진의 실린더의 그 평균 유효 압력이 적어도 0.5 바아만큼 변화하도록 간격을 가진채로 변화된다. 이러한 실시예는 전체 엔진에 대하여 공통되는 기계적인 조절자가 피스톤 링 또는 모든 엔진 실린더의 회전 위치의 강제된 변화를 실행하는데 사용될 수 있는 장점을 구비하며, 이러한 실시예는 엔진 부하가 설정된 평균 속도에서 선박을 추진하는 엔진 부하로부터 변경될 때 선박의 항적에서 최적으로 작동하지 않는 단점을 가지고 있다. 일정한 간격으로 몇분동안 다른 부하로서 엔진을 가동시키는 비용은 연료 소모면에서 증가하게 되며, 그 비용은 피스톤, 라이너 및 피스톤 링을 수선하는 것을 절감함으로써 보상된다. 엔진의 신뢰성은 실린더 라이너, 피스톤 및 피스톤 링의 예측할 수 없는 파손이 감소되기 때문에 향상된다. 대형 컨테이너 선박에서, 이러한 신뢰도에 대한 문제는 매우 중요하며, 그 결과, 이러한 방법은 엔진 부하를 변화에 대한 필요에 의해 야기되는 연료 소모의 증가에도 불구하고, 캠샤프트 및 캠-작동 연료 펌프를 가지는 2행정 크로스헤드 엔진에 적용될 수 있다.

본 발명의 특징은 엔진의 작동시에 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 모니터링하는 적어도 하나의 센서와 피스톤 링을 구비한 피스톤을 가진 다수개의 실린더를 가진 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 엔진은, 실린더 부하 제어 유니트는 불충분한 피스톤 링 회전을 보여주는 적어도 하나의 센서로부터의 신호에 응답하여 그리고/또는 링 회전을 보장하는 소정의 구성에 따른 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화를 행함으로써 적어도 하나의 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 야기하는 것을 특징으로 한다. 적어도 하나의 센서로부터의 신호에 대한 응답 또는 소정의 구성에 따른 실린더 부하를 변화시키는 장점에 대하여 전술한 사항을 참조할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 실린더 부하 제어 유니트는 하나의 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화가 감소할 때 적어도 하나의 실린더상의 부하를 증가시킴으로써, 그리고 상기 하나의 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화가 증가할 때 적어도 하나의 다른 실린더상의 부하를 감소시킴으로써 엔진부하를 일정하게 유지하게 된다. 이러한 방법으로, 엔진의 전체 부하는 일정하게 유지되며, 엔진의 실 린더는 부하를 변화시키게 된다.

본 발명의 다른 실시예들은 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

도 1의 실시예에서, 2행정 내연기관 엔진(1)은 일렬(인-라인 엔진)을 이루어 배치된 6개의 실린더(21)를 구비한다. 상기 엔진은 4 내지 15개의 실린더와 같은 다수의 실린더를 구비할 수 있다. 상기 엔진은 예를 들어 MAN B&W 디젤사의 MC 또는 ME 타입이거나, 베르트질레사의 Sulzer RT-flex 또는 Sulzer RTA 이거나, 미쯔비시사의 제품일 수 있다. 상기 실린더는 25 내지 120cm 바람직하게는 35 내지 120cm, 보다 바람직하게는 50 내지 110cm의 범위를 가진 보어를 구비한다. 상기 엔진은 실린더당 270 내지 8500kW, 바람직하게는 1000 내지 7000kW의 동력을 구비한다. 본 발명에 따른 엔진은 대형 엔진이다.

개별 실린더(2)는 실린더 라이너의 상단부에 위치한 배기 밸브(6) 및 실린더 커버(5)를 구비하며 실린더 라이너의 하단부 영역의 일렬의 소기 포트(4)를 구비한 실린더 라이너(3)를 구비한다. 피스톤(7)은 피스톤 로드(8) 상에 장착된다. 피스톤 로드는 크로스헤드(9) 및 연결 로드(10)를 통하여 크랭크샤프트(미도시)상의 크랭크 핀과 연결되는 전통적인 방식으로 연결된다. 크로스헤드는 가이드 평면(12)을 따라 슬라이딩하는 가이드 슈(11)에 의해 횡방향으로 가이드된다. 상기 피스톤(7)은 엔진이 작동시에 실린더 라이너에서 상하로 슬라이딩한다. 도 1에서, 상기 피스톤은 피스톤의 상부가 소기 포트(4) 아래에 위치되는 하사점(BDC)에 있게 된다. 입구측 공기는 엔진 부하가 50 내지 100%의 범위에 있을 때 1.5 내지 5 바 아(abs), 보다 자세하게는 2 내지 4 바아(abs)의 범위에 오게 되는 소기 공기압력(Psc)으로 터보차져(13)에 의해 압축된다. 전기적으로 구동되는 보조 블로우어는 시동시에 그리고 낮은 엔진 부하에서 입구측 공기를 압축하는데 사용된다. 소기 공기 압력은 엔진 부하가 높을 때, 그리고 그 역의 경우, 예를 들어, 50% 엔진 부하에서 Psc = 2.1 바아, 75% 에진 부하에서 2.75바아, 100% 엔진 부하에서 3.6 바아일 때 높게 된다.

소기 공기는 실린더 라이너 내에서 외류 유동하게 되며, 와류의 회전축은 실린더 라이너의 중앙선에 대하여 비대칭인데, 환언하면, 와류의 회전축은 실린더 라이너의 중앙선에 나란하게 연장되며, 이에 대하여 반경방향으로 오프셋되거나 2개의 축이 동축방향을 이룬다.

배기 덕트(14)는 배기 밸브(6)로부터, 다수의 실린더에 공통되는 배기 가스 리시버(15)로 연장된다. 상기 배기 가스 리시버는 상기 배기 덕트로부터 나오는 백 가스 펄스에 의해 야기되는 압력 변화를 균등하게 하는 압력 용기이어서, 그 터보차져(13)는 보다 더 일정한 배기 가스 압력에 의해 구동된다. 도 2에서 화살표로 도시된, 입구측 공기는 공기 냉각기(16)를 통하여 터보챠져(13)로부터 소기 포트의 영역의 실린더 라이너를 둘러싸는 실린더 구역(18)에 연결된 소기 가스 리시버(17)로 유동하게 된다.

피스톤(7)은 도 3에 보다 상세하게 도시되는데, 도 3은 실린더가 적어도 하나의 엔진 제어 유니트에 연결된 별개의 실린더 제어 유니트를 가지는 경우 엔진상의 실린더에 대한 전기적 제어 유니트의 부분 또는 상사점에서의 상태로 도시된다.

상기 연료가 연소 챔버(19)에서 연소될 때, 그 압력은 상승하여 피스톤을 아래로 강제하게 된다. 연소 챔버내의 압력은 엔진 사이클 동안에 변화하게 되며, 엔진 사이클 동안의 연소 챔버의 평균 유효 압력은 실린더에 의해 형성되는 동력의 지표이다. 실린더에서 평균 유효 압력을 어떻게 구하는지는 공지되어 있다. 예전에는, 인디케이터 다이아그램(압력-부피)은 측정되어져서, 이러한 평균 유효 압력에 기초하여 인디케이터 다이아그램의 폐곡선의 영역에 기초하여 계산되었다. 오늘날, 상기 실린더 압력은 연속적으로 모니터링되며, 엔진 사이클상의 정보과 함께 제어 유니트에 공급되며, 제어 유니트의 이러한 데이타에 기초하여 평균 유효 압력이 계산되었다. 평균 유효 압력이 실린더의 동력에 직접 관련되므로, 엔진 사이클동안의 실린더로 공급되는 연료의 량에 의해 그것이 제어되었다. 만약 평균 유효 압력이 감소하면, 실린더에 공급되는 연료량은 감소하게되며, 그 반대로 될 수도 있다.

도 1의 2행정 엔진의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화를 야기하는 다양한 방법이 추가적으로 상세하게 설명된다. 엔진은 6개의 실린더(2)를 구비하는데, 도 5는 제1실시예를 도시한다. 이경우, 다른 실시예는 도 6 내지 도 9에 도시되는데, 엔진의 개별 실린더의 동력은 각각 시간(t)에 대한 함수로서, 라인(Pc1 내지Pc6)으로 도시되는데, 엔진의 전체 동력은 최상측 라인(Ptot)에 의해 도시된다. 도 5에서, 엔진의 전체 동력은 과정 전체를 통하여 일정하게 도시된다. 상기 엔진은 이러한 전체 동력에 대응하는 일정한 부하로 연속적인 작동을 위하여 설정된다. 초기에, 모든 실린더는 전체 부하의 1/6에 대응하는 동일한 일정한 부하로 가동한 다. t = 10 분에서, 실린더(C1)의 부하는 증가하며, 실린더(C3)의 부하는 적어도 0.5 바아의 실린더의 평균 유효 압력의 변화를 야기하는 동력과 동등한 수준으로 감소하게 된다. 변화된 부하는 4분 동안 유지되며 실린더의 원래의 균일한 부하는 재개된다. t= 20분에서, 보다 작은 부하 변화는 4분 동안 실린더(C2) 및 실린더(C5)에 효과를 주게된다. t= 30분에서, 보다 작은 부하 변화는 4분동안 실린더(C4) 및 실린더(C6)에 영향을 주게 된다. 실린더에 일시적인 부하 변화를 일으키는 전술한 구성은 미리 결정되며, 매 시간마다 일정한 간격으로 반복된다.

피스톤 링 회전을 위하여 다른 부하 변화 구성도 가능하다. 도 6에서, 상기 부하는 한번에 하나의 실린더에서 변화하게 되는데 환언하면, 실린더(C1, C3, C2, C5, C4)에서 순차적으로 변화하게 된다. 그 결과, 엔진의 전체 부하는 외상측 라인(Ptot)으로 도시된 바와 같이 변화하게 된다. 상기 변화는 4분 동안 부하의 증가를 보여주며, 그 후 1분후에 4분동안 작은 부하 감소를 보여주며, 그 결과, 전체 엔진 부하는 원하는 일정한 엔진 부하에 평균적으로 동일하게 유지된다.

도 7에서, 엔진의 모든 실린더들은 부하를 동시에 변화시키며, 부하가 증가하는 형태인 일측 절반부(C1, C2, C3) 및 부하가 감소하는 다른 절반부(C4, C5, C6), 및 변화된 실린더 부하는 4분동안 유지되는데, 여기서, 실린더의 원래 균일한 부하가 재개된다. 전체 엔진 부하는 실린더 부하의 변화에 의해 영향을 받지 않는다. 소정의 부하 변화는 연속적인 엔진 작동이 130분동안 된 후에 반복된다.

도 8은 피스톤 링의 회전을 보장하는 추가적은 소정의 구성을 도시하는데, 이에 의하면, 실린더 부하는 적어도 0.5 바아의 실린더의 평균 유효 압력의 변화를 야기하기에 충분한 시간으로 하나의 실린더에서 감소하며, 동시에 전체 엔진 부하가 일정하게 유지되도록 하나의 실린더상에서 부하 감소의 1/5만큼 다른 5개의 실린더의 실린더 부하가 증가하게 된다. 변화된 부하로써 6분 후에, 상기 실린더 부하는 6분 동안의 원래값으로 복귀하게 되며, 다음 실린더의 실린더 부하는 6분동안 동일한 방식으로 변화하게 되며, 실린더 부하를 변화시킴으로써 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화가 모든 6개의 엔진 실린더에 가해질 때까지 계속된다. 완료된 절차는 일정한 간격으로 반복된다.

피스톤 링 위치의 변화를 일으키기 위하여 개별 실린더상의 부하 변화는 모든 실린더에서 동일할 필요는 없다. 하나 이상의 실린더 또는 하나 이상의 쌍의 실린더는 실린더(C5, C6)에 대하여 도 9에 도시된 바와 같이 다른 실린더보다는 큰 부하 변화를 받게 된다. 특정 실린더(C5 또는 C6)상의 피스톤 링이 다른 실린더의 피스톤 링의 회전보다 유지하기에 더 어렵다는 것을 보여주는 경험상의 서비스에서의 다양한 기간을 피스톤 또는 피스톤 링이 가지는 장점이 있다.

개별 실린더상의 부하 변화는 엔진 사이클당 실린더에 가해진 연료의 양을 변화시킴으로써 영향을 받게 된다. 캠 샤프트로 작동되는 연료 펌프를 가진 엔진에서, 연료량은 인덱스 아암을 변위시킴으로써 조절되는데, 이는 연료 펌프의 플런저에 연결된다. 이러한 시스템에서, 개별 연료 펌프에 대한 인덱스 아암은 엔진의 조절기상에 설정된 원하는 전체 엔진 부하에 의존하여 모든 실린더에 공통되는 전체 설정과 관하여 인덱스 아암의 개별 조정을 야기하는 공압 피스톤과 같은 액추에이터와 관련된다. 개별 연료 펌프에 대한 인덱스 펌프가 액추에이터에 관련될 때, 소정의 간격에서 액추에이터의 작동을 야기하는 타이머로서 실린더 부하 제어 유니트(26)를 설계하는 것이 가능하다. 엔진이 중앙 조정기를 구비할 때, 상기 조정기는 소정의 전체 부하에 엔진의 실제 전체 부하를 자동적으로 조정하게 되며, 다라서 개별 실린더상의 액추에이터가 그러한 실린더상의 부하를 일시적으로 변화시키도록 작동될 때, 상기 조정기는 다른 실린더상의 부하를 자동적으로 조정하게 되어, 전체 부하는 소정의 전체 부하로 일정하게 유지된다.

캠샤프트가 없는 전기적으로 제어되는 엔진에서, 개별 실린더상의 연료 분사 시스템은 도 10에 도시된 펌프 타입이거나, 도 11에 도시된 컴먼 레일 타입(comon rail type)이다.

도 10에서, 연료 펌프(30)는 공급 라인(31)을 통하여 예를 들어 4 바아의 낮은 압력에서 연료를 공급받아, 실린더상의 인젝터(20)로 라인(32)을 통하여 예를 들어 800 바아의 고압하에 연료를 이송한다. 연료 펌프는 플런저(33) 및 관련된 엑추에이터 피스톤(34)을 구비하며, 이것은 고압 유동 유체 또는 드레인(38)에 대한 소스(37)에 액추에이터 챔버(36)를 연결하는 제어밸브(35)에 의해 제어되고 유압 구동된다. 제어 밸브(35)는 상기 실린더 부하 제어 유니트로부터 제어 신호를 수신한다.

도 11에 도시된 컴먼 레일 시스템에서, 연료 유니트(28)는 800 내지 1100 바아의 범위의 압력과 같은 인젝터에 필요한 분사 압력보다 높은 압력에서 연료의 고압 소스로서 구현되는 연료 소스(29)에 연결되는 연료 분사 제어 유니트(40)를 포함한다. 상기 연료 분사 제어 유니트(40)는 가압된 유압 유체(41)에 대한 소스에 연결된다. 상기 실린더 뷰다 제어 유니트(26)는 연료 분사 제어 유니트(40)상의 각 인젝터(20)에 대한 제어 밸브에 연결되어, 상기 인젝터는 분사 순서상에서 개별적으로 제어된다. 상기 실린더 부하 제어 유니트는 크랭크 샤프트 각도 센서(42)로부터 신호를 수신한다. 또한, 배기밸브 작동 유니트(44)를 통하여 배기 밸브(6)에 대한 액추에이터(43)를 실린더 부하 제어 유니트(26)가 제어하는 것도 또한 가능하다.

설명된 다양한 실시예에 대한 상세한 사항들은 청구범위의 범위 내에서 추가적인 실시예와 결합될 수 있다. 또한, 변화된 실린더 부하의 기간동안은 4분일 필요는 없지만, 2 내지 6분이 범위의 기간과 같이 보다 길거나 보다 짧을 수 있으며, 15분과 같이 6분보다 더 길 수도 있다. 12개의 실린더와같은 많은 실린더를 구비한 엔진에서, 과정을 반복하는데 원하는 간격 내에서 엔진상의 모든 실린더에 대한 변화된 부하의 과정을 완결하기 위하여 한번에 2개 이상의 실린더의 부하를 변화시킬 필요가 있다.

실린더 부하를 변경하는 소정의 구성을 사용하는 것을 회피하는 것이 가능하며, 대신에 적어도 하나의 센서(25)에 의해 피스톤 링의 실제 작동을 모니터링하는 것이 가능하게 된다. 이러한 모니터링이 불충분한 피스톤 링 회전을 보여주는 경우에, 피스톤 링 또는 피스톤 링의 회전 위치를 변화시키는 과정이 발동된다. 이러한 발동은 엔진상의 피스톤 링의 일부에 영향을 주게 되지만, 바람직하게는 그러한 발동은 엔진상의 모든 실린더에 대해서 행해지게 된다. 그러한 발동은 전술한 구성 중 하나를 따르게 된다. 이 경우, 소정의 방법으로 설명된 방법 및 불충분한 피스톤 링 회전을 탐지하는 것에 반응하여 뒤따르는 과정들 간의 차이점은 반복되는 과정들 간의 시간 지연에 주로 놓이게 된다. 소정의 과정에서, 방지를 기반으로 하는 일정한 간격으로 반복이 일어나며 이러한 센서로부터의 신호에 기초한 과정에서, 반복은 탐지의 필요성에 기초하여 행해진다.

Claims (16)

1. 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법으로서,

   상기 엔진이 원하는 일정한 부하 또는 원하는 일정한 속도로 연속적으로 작동하도록 설정되는 동안, 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 실린더의 평균 유효 압력이 적어도 0.5 바아 변화하도록 상기 실린더상의 부하를 변화시키고 소정의 시간동안 상기 실린더의 변화된 부하를 유지함으로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   피스톤 링의 회전 위치는 모니터링되며, 변화된 부하는 피스톤 링의 회전 운동이 탐지될 때까지 유지되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 변화된 부하는 2 내지 6분동안의 범위의 소정의 시간동안 유지되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대 하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더의 변화된 부하는 증가하게 되며 엔진의 다른 실린더상의 부하는 이러한 부하 증가에 대응하여 동시에 부하가 감소하게 되어 원하는 일정한 엔진 부하가 유지되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   실린더상의 부하를 변화시킴으로써 실린더의 피스톤 링의 회전 위치에서의 강제된 변화는 엔진의 모든 실린더에 적용되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 엔진의 모든 실린더상의 부하를 동시에 변화시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 한번에 하나의 실린더에 적용되거나, 한번에 2개의 실린더에 동시에 적용되거나, 한번에 3개 이상의 실린더에 동시에 적용되어서 모든 실린더를 순차적으로 커버하게 되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 하나의 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 일정 시간 간격으로 반복되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   적어도 하나의 실린더에서의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 원하는 일정한 부하 또는 원하는 일정한 속도에서 매시간의 작동시간마다 적어도 한번 반복되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
10. 제 4 항에 있어서,

    피스톤 링의 회전 위치는 상기 실린더 중 적어도 하나에서 모니터링되며, 상기 실린더상의 부하를 변화시킴으로써 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 그 모니터링 결과가 실린더의 피스톤 링의 불충분한 회전을 가리킬 때 실린더에 적용되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 엔진은 선박의 추진 엔진이며, 상기 엔진은 설정된 평균 속도에서 선박을 추진하도록 제어되며, 상기 엔진의 부하는 엔진의 실린더의 평균 유효 압력이 적어도 0.5 바아 변화하도록 일정 시간 간격으로 변화하는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연기관 엔진의 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
12. 엔진의 작동시에 관련 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 모니터링하는 적어도 하나의 센서와 피스톤 링을 구비한 피스톤을 가진 다수의 실린더를 가진 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진에 있어서,

    실린더 부하 제어 유니트는 피스톤 링의 회전을 보장하도록 사전에 정해진 구성에 따라서 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화를 행함으로써 적어도 하나의 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 야기하는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진.
13. 제 12 항에 있어서,

    실린더 부하 제어 유니트는 상기 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화가 감소할 때 적어도 하나의 다른 실린더상의 부하를 증가시키고 상기 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화가 증가할 때 적어도 하나의 다른 실린더상의 부하를 감소시킴으로써 엔진의 부하를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진.
14. 제 8 항에 있어서,

    적어도 하나의 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 강제된 변화는 원하는 일정한 부하 또는 원하는 일정한 속도에서 4시간의 작동시간마다 적어도 한번씩 반복되는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진과 관련된 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 강제 변화를 야기하는 방법.
15. 엔진의 작동시에 관련 피스톤에 대하여 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 모니터링하는 적어도 하나의 센서와 피스톤 링을 구비한 피스톤을 가진 다수의 실린더를 가진 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진에 있어서,

    실린더 부하 제어 유니트는 불충분한 피스톤 링의 회전을 보여주는 적어도 하나의 센서로부터의 신호에 응답하여 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화를 행함으로써 적어도 하나의 실린더의 피스톤 링의 회전 위치의 변화를 야기하는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진.
16. 제 15 항에 있어서,

    실린더 부하 제어 유니트는 상기 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화가 감소할 때 적어도 하나의 다른 실린더상의 부하를 증가시키고 상기 실린더상의 소정의 일시적인 부하 변화가 증가할 때 적어도 하나의 다른 실린더상의 부하를 감소시킴으로써 엔진의 부하를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는, 크로스헤드 타입의 2행정 내연 기관 엔진.

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