KR101106058B1 - 스커핑 검출 - Google Patents

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포그 예스페르 바이스
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맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
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Abstract

적어도 2 개의 상이한 실린더 관련 온도들로부터의 정보에 기초하여 프리-스커핑 이벤트들의 특성 온도 변동을 인식함으로써 대형 다중 실린더의 2 행정 디젤 엔진에서 프리-스커핑 이벤트들을 검출하는 방법이 개시된다. 실린더 관련 온도들은 상이한 위치들에서 취해지고, 상이한 매체에 관한 것일 수 있다.

Description

스커핑 검출{Scuffing detection}
본 발명은 대형 2 행정 디젤 엔진에서 스커핑(scuffing)을 검출하는 방법에 관한 것으로서, 특히 프리-스커핑(pre-scuffing) 상태를 검출하는 방법 및, 프리 스커핑 상태를 검출하는 장치에 관한 것이다.
대형 2 행정 디젤 엔진들에서 작동의 간섭은 동력의 감소와 실린더 및 피스톤들에 대한 손상으로 이어질 수 있다. 동력의 손실은 상당할 수 있으며 엔진이 작동을 멈추어야 한다면 큰 문제를 야기할 수 있는데, 예를 들면 대형 2 행정 디젤 엔진이 대양(大洋)의 선박에서 주 동력원으로서 이용되는 때에 그러하다.
피스톤 링들 및 라이너(liner)의 표면은 모두 스트리벡 곡선(Stribeck curve)(도 1)에 의해 설명되는 모두 3 개의 마모 체제를 겪게 되는데, 스트리벡 곡선은 (점도, 부하 및 속도)를 마찰 계수에 관련시킨다. 이들 3 개의 체제들은 경계 윤활, 혼합 윤활 및 유체역학적 윤활이다. 유체 역학적 윤활은 오일 필름에 의하여 표면들이 완전히 분리되는 상태이다. 부하(load)가 부분적으로는 오일 필름 압력에 의해서 유지되고 부분적으로는 비평탄면(asperties)에 의한 접촉에 의해 유지된다면, 그러한 상태는 혼합 윤활이라고 칭해진다. 부하가 비평탄면에 의해 완전히 유지되고, 분리(separation)는 오직 분자의 얇은 오일 필름에 의해서일 뿐이라면, 그 러한 상태는 경계 윤활로 알려져 있다.
대형 2 행정 디젤 엔진에서, 경계 윤활은 피스톤의 속도가 제로에 접근하는 상사점(top dead center, TDC) 부근에서 항상 작은 정도로 나타난다. 보어의 폴리싱(bore polishing)이 발생되는 경우에, 경계 윤활의 양은 스커핑이 발생될 레벨로 상승할 수 있다.
상사점에 근접한 실린더 라이너 벽에 있는 온도 센서들은 프리 스커핑 이벤트(pre-scuffing event)를 검출하도록 이용되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 센서가 접착 접촉(adhesive contact; 이것은 센서 바로 위 또는 아래 또는 센서의 위치와 환경이 다른 위치에서 발생될 수 있다)의 국부 위치에 근접한 경우에만, 접착 접촉에 의해 야기되는 국부적인 온도 상승이 센서의 영역에서 온도 상승을 초래할 것이다. 따라서, 초기 온도 상승은 센서로부터 접착 접촉이 발생되는 위치까지의 거리에 많이 의존할 것이다. 그러므로, 접착 접촉이 센서로부터 다소 떨어진 위치에서 발생될 때, 프리-스커핑 이벤트를 검출하는데 실질적인 지연이 있을 것이다. 이는 실린더 라이너를 아끼기 위해서 신속한 작용이 필요하기 때문에 치명적일 수 있다.
연구에 따르면 경계 윤활이 임계 값의 양을 가질 때 마찰 계수의 변화는 라이너 표면 온도의 특이한 온도 변동 패턴을 초래한다. 이러한 조건은 그 어떤 스커핑이라도 발생되기 전에 대략 10 내지 20 분의 기간 동안 존재할 것이다. 이러한 기간중에 경고 시스템을 실린더 윤활기 시스템에 연결시킴으로써 적절한 대응 조치가 수동 또는 자동으로 취해질 수 있다.
프리 스커핑 조건이 검출되었을 때 실린더 윤활 오일 투여량은 스커핑 상태가 발생되는 것을 방지하는데 정상적으로 필요한 투여량에 비하여 증가될 수 있다. 다른 가능성은 알람 시스템을 엔진의 전자 제어 시스템에 연결하는 것인데, 이것은 관련된 실린더상의 부하를 감소시킬 수 있다. 이러한 조건은 "고 마찰 조건(High Friction Condition)"이라 칭하며, 도면에 도시되어 있다. 적절한 조치가 취해지지 않는다면 이러한 조건은 실린더 라이너의 심한 마모와 함께 스커핑으로 진전될 것이다. 스커핑 조건에서 라이너의 온도는 높은 레벨에서 안정된다. 이러한 조건은 도 5 에 도시된 바와 같이 "스커핑 조건(Scuffing Condition)"이라 칭한다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 프리-스커핑 조건을 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 대형 다중 실린더의 터보 과급 2 행정 디젤 엔진에서 프리-스커핑 조건을 검출하는 방법을 제공함으로써 달성되는데, 상기 방법은 모든 실린더들에 대하여 실린더 벽 온도를 연속적으로 또는 간헐적으로 측정하는 단계, 모든 실린더들에 대한 소기 공기 박스내 공기 온도를 연속적 또는 간헐적으로 측정하는 단계, 실린더의 온도 전개가 프리 스커핑 이벤트를 나타내는지의 여부를 소기 공기 박스에서의 공기 온도 및 실린더 벽 온도의 조합된 정보에 기초하여 판정하는 단계 및, 프리 스커핑 이벤트가 판정되었을 때 프리 스커핑 경고를 발생시키는 단계를 포함한다.
실린더 벽과 상이한 지점에서 실린더 라이너 온도를 측정하는 추가적인 센서들을 제공함으로써, 온도가 전개되는 실린더 라이너상의 정보에 대한 추가적인 소스(source)가 얻어지고 그에 의해서 프리-스커핑 이벤트 검출에 대한 신뢰성 및 응답성이 향상될 수 있다.
상기 방법은, 소기 공기 박스내의 공기 온도 및 실린더 벽과 상이한 위치에서의 모든 실린더 및 다른 실린더 관련 온도를 연속적 또는 간헐적으로 측정하는 단계 및, 실린더 벽 온도, 소기 공기 박스내의 공기 온도 및 다른 실린더 관련 온도들의 조합된 정보에 기초하여 프리-스커핑 이벤트의 상기 판정을 수행하는 단계를 포함한다.
실린더의 온도가 변동하고, 관련 실린더의 온도 변동의 정점 또는 저점들이 미리 정해진 범위에 속하는 시간 간격으로 분리되고, 온도 변동의 정점들과 저점들 사이의 온도 차이가 미리 정해진 쓰레숄드(threshold)를 초과할 때 경고가 발생될 수 있다.
프리-스커핑 경고는, 미리 정해진 변동들의 수를 가진 적어도 시퀀스(sequence)가 발생될 때 이루어질 수 있다.
상기 방법은 경고가 발생되는 실린더에 대하여, 정상 작동의 레벨을 초과하는 레벨로 실린더 윤활 레벨을 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 경고가 발생되는 실린더에 대하여, 정상 작동의 레벨 아래인 레벨로 부하의 레벨을 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직스럽게는, 상기 방법에서 측정될 수 있고 이용될 수 있는 다른 실린더 관련 온도가 액체 매체에서 측정된다.
상기 방법에서 측정되고 이용되는 다른 실린더 관련 온도는 실린더 라이너 냉각수 온도일 수 있다.
측정된 다른 실린더 관련 온도들은 기체 매체일 수 있다.
상이한 방법의 상이한 매체 응답 및 다양한 매체를 이용함으로써 프리 스커핑 이벤트를 신속하게 검출하기 위한 정보 이용 가능성을 보장할 수 있다.
다른 실린더 관련 온도는 관련 실린더의 배기 개스 온도일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 대형 다중 실린더의 터보 과급 2 행정 디젤 엔진에서 프리 스커핑 조건을 검출하기 위한 장치를 제공하는 것으로서, 상기 장치는 각각의 실린더에 대하여 실린더 벽 온도를 측정하기 위하여 각각의 실린더에 대한 적어도 하나의 온도 센서 및, 소기 공기 박스의 공기 온도를 측정하기 위한 각각의 실린더에 대한 적어도 하나의 다른 온도 센서를 가지고, 상기 온도 센서들은, 실린더의 온도 전개가 프리-스커핑 이벤트들을 나타내는지의 여부를 조합된 정보에 기초하여 판정하도록 구성된 프로세서에 결합되고, 상기 프로세서는 프리-스커핑 이벤트들이 판정되었을 때 프리-스커핑 경고를 발생시키도록 구성된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치의 다른 목적, 특징, 장점 및 특성들은 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
다음의 본 발명의 상세한 설명의 다음의 부분에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 구현예들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 다양한 윤활 체제를 설명하는 그래프이다.
도 2 는 본 발명의 구현예에 따른 다중 실린더 엔진의 단일 실린더에 대한 상부를 상세한 단면도로 도시한 것이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 실린더를 약간 덜 상세한 도면으로 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명의 구현예에 따른 엔진의 실린더, 분사 시스템, 실린더 윤활 시스템, 온도 감지 시스템 및 전자 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 8 은 프리-스커핑(pre-scuffing) 이벤트(event)를 나타내는 실린더의 상이한 실린더 관련 온도의 전개를 도시하는 그래프들이다.
도 1 은 소위 스트리벡(Stribeck) 곡선을 도시한다. 피스톤 링(piston ring) 및 라이너(liner)의 표면은 상기 곡선에 의해 나타낸 바와 같은 3 개의 마모 체제(wear regime)를 모두 경험하는데, 상기 곡선은 (점도, 하중, 속도)를 마찰 계수에 관련시키는 것이다. 이러한 3 개의 체제는 경계 윤활(Boundary Lubrication), 혼합 윤활(Mixed Lubrication) 및 유체 역학적 윤활(Hydrodynamic Lubrication)이다. 유첵 역학적 윤활은 오일 필름에 의해 완전한 표면 분리가 있는 상태이다. 오직 부분적으로만 부하(load)가 오일 필름 압력에 의해 유지되고 부분적으로 비평탄면(asperities)에 의한 접촉이 유지된다면, 그러한 상태는 혼합 윤활이라고 칭한다. 부하가 완전히 비평탄면에 의해 유지되고 분리(separation)가 오직 분자의 얇은 오일 필름으로만 이루어진다면, 그러한 상태는 경계 윤활로 공지되어 있다.
대형 2 행정 디젤 엔진들에서, 경계 윤활은 상사점(top dead center;TDC)의 둘레에서 작은 범위로 항상 존재하며, 상사점에서 피스톤의 속도는 제로에 가깝다. 보어(bore)의 폴리싱(polishing)이 발생하는 경우에, 경계 윤활의 양은 스커핑이 발생될 레벨로 상승할 수 있다.
본건 명세서에서 보어 폴리싱의 발생은 프리 스커핑 이벤트(pre-scuffing event)로 칭하기로 한다.
도 2 는 크로스헤드 유형(crosshead type)의 대형 다중 실린더 2 행정 디젤 엔진의 실린더(10)들중 하나를 도시한다. 피스톤(12)은 실린더(10) 안에서 상하로 움직인다. 실린더의 상부는 실린더 덮개(14)로 덮혀있다. 실린더 덮개(14)에는 배기 밸브(16) 및 연료 분사기(18)가 제공된다.
온도 센서(20,20')들은 피스톤(12)의 운동이 역전되는 영역에 제공되는데, 소위 상사점(TDC)(즉, 실린더들의 상부 영역)에 제공된다. 온도 센서(20,20')들은 실린더 라이너 벽에 위치되고, 신호 케이블(22)을 통하여 엔진(도 3)의 전자 제어 시스템(ECS)에 연결된다. 온도 센서(20,20')는 실린더의 상부에 근접한 실린더 벽 온도를 측정하고, 온도 센서들의 신호는 데이터 케이블(22)에 의해서 전자 제어 시스템(ECS)으로 전달되는데, 전자 제어 시스템에서 신호들이 프로세서에 의해 처리된다. 도시된 구현예에서, 2 개의 직경 방향으로 대향하는 온도 센서(20,20')들이 있다. 그러나, 실린더마다 오직 하나의 온도 센서(20)를 이용하거나, 또는 실린더의 원주를 따라서 분포되어 있는 실린더 마다 2 개 이상의 온도 센서를 이용하는 것도 가능하다.
배기 밸브 하우징에 배치된 온도 센서(23)는 실린더를 떠나는 배기 개스의 온도를 측정한다. 데이터 케이블(25)은 온도 센서(23)를 전자 제어 시스템(ECS)에 연결한다.
실린더 윤활기 포트(cylinder lubricator port, 26)도 실린더의 원주를 따라서 제공된다. 주로 실린더의 보어에 따라서 다른 개수의 실린더 윤활 포트들이 이용될 수 있을지라도, 통상적으로 3 개 내지 10 개의 실린더 윤활 포트(26)들이 가각의 실린더를 위해서 제공된다. 실린더 윤활 포트(26)들에는 각각의 실린더와 결합된 실린더 오일 펌프(24)가 제공된다. 실린더 오일 펌프(24)는 실린더 오일의 투여 적량(dosage)을 엔진의 작동 상태들에 대하여 맞춘다. 정상적인 작동 동안에 투여 적량은 적정량 보다 많지 않게 설정되는데, 이는 실린더 오일이 상대적으로 값비싸기 때문이다. 투여 적량은 연료 품질에 의한 영향을 받을 것이며, 높은 유황 함량을 가진 저품질 연료가 이용될 때 많아지게 되고, 엔진의 부하 및 작동 속도에 따르거나 또는 특정 실린더의 부하에 따르게 된다.
도 3 은 적시에 정확하게 프리-스커핑 이벤트(pre-scuffing events)들을 검출하기 위해 보다 우수하고 많은 정보를 얻을 수 있도록, 실린더 둘레의 다양한 위치들에서 실린더 관련 온도를 측정하기 위하여 각각의 실린더들과 결합된 다른 온도 센서들을 도시한다.
온도 센서(30)는 실린더 라이너 냉각 재킷 온도를 측정하는데, 바람직스럽게는 실린더 라이너 냉각수 재킷의 유출 파이프에서 측정한다. 온도 센서(30)의 신호는 데이터 케이블(32)에 의해서 전자 제어 시스템(ECS)으로 전달된다. 벽 센서들과는 반대로, 프리-스커핑 이벤트 동안에 증가된 마찰 계수의 커다란 효과에 기인하여 그 어떤 국부적인 열의 과도한 전개가 있는 경우에, 냉각수 센서(30)는 즉시 작 용할 것이다. 이러한 열의 전개는, 라이너 상부 부분에서의 접촉 손상의 위치에 무관하게, 온도에 일관되게 영향을 미칠 것이다. 온도 상승은 약간 작을 수 있으며, 따라서 일 구현예에서는 온도 그래디언트(temperature gradient)가 트리거 상태(trigger condition)를 검출하기 위한 프로세서에 의해 이용되기도 한다.
온도 센서(50)는 실린더 냉각 오일 온도를 측정하며, 바람직스럽게는 실린더 라이너 냉각 오일의 유출 도관에서 실린더 냉각 오일 온도를 측정한다. 온도 센서(50)의 신호는 데이터 케이블(52)에 의해서 전자 제어 시스템(ECS)으로 전달된다. 벽 센서들과는 반대로, 프리-스커핑 이벤트 동안, 부품들 사이의 점착성 접촉의 커다란 효과 때문에 그 어떤 국부적인 과도한 열의 전개가 있는 경우, 피스톤 냉각 오일 센서(50)는 즉각 작용할 것이다. 이러한 열의 전개는, 라이너 상부 부분의 접촉 손상의 위치에 무관하게, 일관되게 온도에 영향을 미칠 것이다.
전체적인 엔진 온도 변화(예를 들면, 냉 시동(cold start) 이후)의 측정시에 그 어떤 간섭 영향이라도 회피하기 위하여, 일 구현예에서, 실린더의 실린더 라이너 냉각 물 재킷의 온도 전개는 프로세서에 의하여 엔진의 다른 실린더들의 일부 또는 전부의 실린더 라이너 냉각 물 재킷 온도의 평균 온도의 전개와 비교된다. 일 구현예에서, 실린더의 실린더 라이너 냉각 물 재킷은 다른 실린더들 모두의 평균 온도의 전개와 비교된다.
온도 센서(34)는 소기 공기 박스(scavenging air box)내의 공기 온도를 측정하며, 바람직스럽게는 소기 포트들에 근접한 위치에서 소기 공기 박스(5) 안의 공기 온도를 측정한다. 온도 센서(34)의 신호는 데이터 케이블(36)에 의해서 전자 제어 시스템(ECS)으로 전달된다. 피스톤 링과 실린더 라이너 사이의 점착성 접촉의 경우에, 연소 개스에 대하여 부품들 사이를 시일(seal)시키는 윤활 오일의 특정한 역할은 적절하게 수행되지 않을 것이다. 이것은 연소 개스의 국부적인 개스 누출(blow-by)의 위험성이 증가되는 것을 의미한다. 국부적인 개스 누출은 소기 공기 박스(5) 안의 공기 온도 상승을 야기할 것이다. 따라서 이러한 제 3 실린더 관련 온도는 프리-스커핑 이벤트들의 발생에 관한 추가적인 정보를 제공할 것이며, 프리-스커핑 이벤트의 발생을 측정하기 위하여 전자 제어 시스템(ECS)의 프로세서에 의해 이용될 수 있다.
도 4 는 5 개의 실린더(10)를 가진 본 발명의 구현예에 따른 엔진을 도시한다. 이러한 구현예에서 실린더들의 수는 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 그 어떤 다른 수의 실린더들을 가진 다중-실린더 대형 2 행정 디젤 엔진들에서 이용될 수 있다.
실린더(10)들 각각의 온도 센서(20,20', 30, 34)들은 신호 케이블(22,32,36)을 통하여 엔진의 전자 제어 시스템(ECS)에 연결된다. 각각의 실린더(10)의 실린더 윤활 펌프(24)들도 전자 제어 시스템에 연결된다. 동일한 것이 연료 분사 시스템에도 적용되는데, 연료 분사 시스템은 신호 케이블(28)을 통하여 전자 제어 시스템(ECS)에 연결된다.
실린더(10)들의 온도 센서(20,20',30,34)에 의해 제공되는 소기 공기 박스 온도에서의 공기 온도, 실린더 벽 온도 값 및, 실린더 재킷 냉각수는 전자 제어 시스템(ECS)에 의해 측정되고 평가된다. 전자 제어 시스템(ECS)은 실린더 관련 온도 신호들을 측정하고, 분석하고 처리하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 실린더 관련 온도들의 측정은 간헐적일 수 있으며, 예를 들면 매 1 초마다 한번이거나 또는 연속적일 수 있다.
프로세서는 실린더(10)들 각각의 실린더 관련 온도들을 분석하고, 실린더(10)들 각각의 실린더 관련 온도들에서의 온도의 전개를 분석한다. 구성에 따라서, 프로세서는 3 개의 이용 가능한 실린더 관련 온도들중에서 2 개를 이용할 것이다. 3 개의 실린더 관련 온도들은 예를 들면: 소기 공기 박스 안의 공기 온도, 실린더 벽 온도, 실린더 재킷 냉각수 온도이다.
실린더들중 그 어느 것이라도 프리-스커핑 이벤트에 전형적인 온도 전개를 나타낸다면, 프로세서는 프리-스커핑 경고를 발생시킬 것이다.
도 5 내지 도 8 은 다양한 실린더 관련 온도들에 대하여 실린더의 수가 4 인 경우에 전형적인 프리-스커핑 이벤트와 그 이후의 가상적인 스커핑 이벤트(도 5에서 점선으로 표시됨)를 나타내는 것이다.
프리 스커핑 이벤트는 실린더 관련 온도의 변동에 의해 시작된다. 실린더 벽 온도에 대하여 이들 변동들은 통상적으로 대략 25 내지 대략 65 ℃ 사이 범위의 변동 크기를 가진다.
실린더 재킷 냉각수 온도도 실린더 벽 온도 변동과 같은 정점과 저점 사이의 시간 간격을 가지고 변동하지만(도 6), 온도 변동의 크기는 실린더 벽 온도 변동들에 대한 것보다 훨씬 작다(통상적으로 1 내지 5℃). 이것은 실린더 벽에서 국부적으로 전개된 열이 높은 열 용량을 가지는 냉각수 안에 분배되는 효과 때문이다. 재킷 냉각 온도도 높은 마찰 상태의 이벤트 동안에 점진적으로 상승하는 경향을 가진 다.
그럼에도 불구하고 실린더 재킷 냉각수로부터의 온도 신호는 실린더내의 이벤트에 관한 정보에 상당히 기여하는데, 이는 실린더 벽 온도 변동보다 냉각수 온도 변동이 훨씬 더 재현 가능하기 때문이다.
실린더 재킷 냉각수 온도에서의 변동의 이용 가능성을 향상시키기 위하여, 일 구현예에서 프로세서는 감도(sensitiveness)를 향상시키도록 온도 그래디언트(△t/△T)를 이용하도록 구성된다.
또한, 일 구현예에서, 프로세서는 실린더 재킷 냉각수 온도의 온도 전개를 다른 실린더들의 실린더 재킷 냉각수 온도의 전개와 비교하며, 예를 들면 다른 실린더들 모두 또는 일부의 평균 온도의 전개와 비교한다. 따라서, 조건을 변화시킴으로써 야기되거나 또는 냉 시동(cold start) 이후에 발생하는 것과 같은, 엔진 온도의 일반적인 변화들은 필터링(filtering)될 수 있으며, 프리-스커핑 이벤트에 관련된 변동으로 잘못 해석되지 않을 것이다. 따라서, 상대적인 실린더 재킷 냉각수 온도가 얻어진다. 온도 전개를 다른 실린더들의 온도 전개에 비교하는 마찬가지의 과정이 다른 실린더 관련 온도들인, 실린더 벽 온도, 소기 공기 박스내의 공기 온도 및 배기 개스 온도에 유리하게 적용될 수 있다.
실린더 관련 온도 변동들의 정점 사이의 시간 간격 (또는 저점 사이의 시간 간격)은 통상적으로 대략 6 분 내지 대략 18 분 사이의 범위이다. 도 5 내지 도 7에서 이러한 이벤트들이 발생되는 시간의 기간은 "고 마찰 조건"으로 표시되어 있다. 이러한 조건에서 마찰은 증가되지만, 실제의 스커핑 동안에 발생되는 마찰의 수준으로 증가되지는 않는다.
실린더 벽 온도 변동의 크기 범위는 엔진마다 변할 수 있고, 엔진 크기 및 디자인에 따를 수 있으며, 실험적으로 측정될 수 있다. 이것은 또한 온도 변동의 정점들 사이의 시간 간격의 범위에 적용된다.
온도 변동의 크기는 4 개의 실린더 관련 온도들 각각에 대하여 상이하다. 실린더 벽 온도에 대한 온도 간격은 통상적으로 섭씨 수십도의 크기인 반면에, 실린더 재킷 냉각수 온도에 대한 온도 간격은 통상적으로 섭씨 몇 도의 크기이다.
소기 공기 박스 안의 공기 온도는 통상적으로 변동하지 않지만, 높은 마찰 상태에서는 점진적으로 상승한다. 소기 공기 박스 안의 공기 온도에 대한 온도 간격은 (도 7) 프리-스커핑 이벤트로부터 실제의 스커핑까지 통상적으로 5 내지 20℃ 이다.
배기 밸브 하우징 안의 배기 개스 온도는 통상적으로 변동하지 않지만, 고 마찰 조건에서는 점진적으로 상승한다. 배기 밸브 하우징 안의 배기 개스 온도에 대한 온도 간격은 (도 8) 프리-스커핑의 시작으로부터 실제 스커핑까지 통상적으로 10 내지 40℃ 이다.
온도 변동이 스커핑 이벤트의 특성들과 부합한다는 것을 프로세서가 측정했을 때 프로세서는 프리-스커핑 경고를 발생시킨다. 이와 관련하여 프로세서는 2 개, 또는 3 개, 또는 이용 가능하다면 3 개 이상의 실린더 관련 온도를 이용할 수 있다. 따라서, 프로세서는 변동의 정점 사이의 시간 간격이 미리 정해진 범위내에 속하는지의 여부를 측정하고, 온도 변동이 미리 정해진 크기를 초과하는지의 여부를 측정한다.
일 구현예에 따라서, 프로세서는, 이용 가능한 실린더 관련 온도들중 오직 하나만이 프리-스커핑 이벤트와 부합되는 기준에 달성되었을 때만, 프리-스커핑 이벤트 경고의 발생을 판정하도록 구성된다. 다른 구현예에 따르면, 프로세서는 이용 가능한 실린더 관련 온도들중 적어도 2 개가 프리-스커핑 이벤트와 부합되는 기준을 충족시켰을 때 프리-스커핑 이벤트 경고의 발생을 판정하도록 구성된다.
프리-스커핑 이벤트의 판정이 양성(positive)이라면, 프로세서는 프리-스커핑 경고를 발생하고, 일 구현예에서 프로세서는 자동적으로 프리-스커핑 이벤트 대응 조치를 개시할 것이다. 이러한 프리-스커핑 이벤트 대응 조치는 실린더 윤활 오일 투여 적량을 정상 작동의 투여 적량 이상의 레벨로 증가시키는 것을 포함한다.
이러한 증가는, 전자 엔진 제어 시스템(ECS)으로부터 프리-스커핑 경고가 발생되었던 실린더의 실린더 윤활 펌프(24)에 대한 신호에 의해서 이루어진다. 프리-스커핑 이벤트 대응 조치는 경고가 발생되었던 실린더에 대한 부하 감소를 포함하기도 할 수 있다. 이러한 대응 조치는 전자 제어 시스템(ECS)에 의해서 개별 신호 케이블(28)을 통하여 연료 분사의 타이밍 및/또는 양을 변화시킴으로써 이루어진다. 프리-스커핑 이벤트 대응 조치들은 엔진 속도를 감소시키는 것을 포함할 수도 있다.
일 구현예에서 프로세서는 프리-스커핑 이벤트의 검출을 위하여 보다 엄밀한 제어를 적용하도록 구성된다. 특별한 제한(extra restriction)은 경고가 발생된 이후에 일어나야 하는 연속적인 실린더 관련 온도 변동의 최소 수의 형태이다. 연속적인 변동의 최소 수는 2 개 또는 3 개의 변동(3 개의 정점들중 적어도 2 개)들로 설정될 수 있다.
본 발명은 다양한 장점들을 가진다. 상이한 구현예 또는 실시예들이 다음의 장점들중 하나 또는 그 이상을 산출한다. 그 장점들은 남김 없는 목록이 아니며 여기에서 설명되지 않은 다른 장점들이 있을 수 있다. 본 발명의 한가지 장점은 프리스커핑 이벤트들을 탐지하기 위한 신뢰성 있는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 장점은 프리-스커핑 이벤트의 검출시에 대응 조치들의 자동적인 개시를 제공한다는 것이다. 본 발명의 다른 장점은 몇 개의 실린더 관련 온도들에 있는 정보가 프리-스커핑의 발생 측정을 위해서 조합될 수 있다는 것이다. 또한 본 발명의 다른 장점은 실린더 온도 정보가 상이한 매체로부터, 예를 들면 고체 매체, 액체 매체 및 기체 매체와 같은 것으로부터 취해질 수 있다는 것이다.
청구항에서 사용되는 용어 "포함하는"은 다른 요소들이나 또는 단계들을 배제하지 않는다. 청구항에서 부정관사로 이용되는 용어는 복수개를 배제하지 않는다.
상기의 상세한 설명이 특히 중요한 것으로 믿어지는 본 발명의 특징들에 주의를 기울이도록 노력할지라도, 출원인은 특별한 강조가 이루어졌거나 또는 그렇지 않거나 간에 위에서 설명되거나 그리고/또는 도면들에 도시되었던 그 어떤 특허 가능한 특징 또는 특징들의 조합에 관한 보호를 주장한다는 점이 이해되어야 한다. 더욱이, 당업자는 본 발명에 기재된 바를 고려함으로써 본 발명의 장치에 대한 개량 및/또는 향상을 이루어낼 수 있으며 그것은 다음의 청구항들에 기재된 범위 및 사상의 안에서 유지된다는 점이 이해되어야 한다.
본 발명은 대형 다중 실린더의 터보과급된(turbocharged) 2 행정 디젤 엔진에서 프리 스커핑 상태를 검출하는데 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 대형 다중 실린더의 터보과급된(turbocharged) 2 행정 디젤 엔진에서 프리 스커핑 상태의 검출 방법으로서, 상기 검출 방법은:
    실린더들 각각에 대하여, 실린더의 벽 온도를 연속적으로 또는 간헐적으로 측정하는 단계;
    실린더들 각각에 대하여, 소기 공기 박스(scavenging air box) 안의 소기 포트들에 근접한 곳에서 공기 온도를 연속적으로 또는 간헐적으로 측정하는 단계;
    실린더들 각각에 대하여, 상기 측정된 실린더의 벽 온도 및 소기 공기 박스 안의 소기 포트들에 근접한 곳에서의 상기 측정된 공기 온도에 기초하여 프리-스커핑(pre-scuffing)을 판정하는 단계; 및,
    실린더들중 하나에 대하여, 다음의 이벤트들의 조합이 발생할 때 프리 스커핑 경고를 발생시키는 단계로서, 상기 이벤트들은,
    (i) 상기 측정된 실린더의 벽 온도가 변동하고, 상기 실린더의 벽 온도의 변동의 정점(peak)들 또는 저점(dip)들이 미리 정해진 범위에 속하는 시간 간격(time span)에 의해서 분리되고, 온도 변동의 정점과 저점 사이의 온도 차이가 미리 정해진 쓰레숄드(threshold)를 초과하며, 적어도 상기 변동들의 미리 결정된 수(number)를 가지는 시퀀스(sequence)가 발생되고,
    (ii) 소기 공기 박스 안의 소기 포트들에 근접한 곳에서의 상기 측정된 공기 온도가 점진적으로 상승하는 것인, 프리 스커핑 경고 발생 단계;를 포함하는, 대형 다중 실린더의 터보과급된 2 행정 디젤 엔진에서의 프리-스커핑 상태의 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    경고가 발생되는 실린더에 대하여 정상 작동 레벨 초과의 레벨로, 실린더 윤활 레벨을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 대형 다중 실린더의 터보과급된 2 행정 디젤 엔진에서의 프리-스커핑 상태의 측정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    경고가 발생되는 실린더에 대하여 정상 작동의 레벨 미만의 레벨로, 부하 레벨(load level)을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 대형 다중 실린더의 터보과급된 2 행정 디젤 엔진에서의 프리-스커핑 상태의 측정 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나의 실린더에 대하여 상기 측정된 온도들의 전개를, 다른 실린더에 대하여 상기 측정된 온도들의 전개와 비교하는 단계를 더 포함하는, 대형 다중 실린더의 터보과급된 2 행정 디젤 엔진에서의 프리-스커핑 상태의 측정 방법.
  5. 대형 다중 실린더의 터보과급된 2 행정 디젤 엔진에서 프리-스커핑 조건을 검출하기 위한 장치로서, 상기 장치는 각각의 실린더에 대하여,
    상사점(Top Dead Center)의 영역에 배치되어 실린더의 벽 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 센서 및,
    소기 공기 박스(scavenging air box) 안에 배치되어 소기 포트들에 근접한 곳의 공기 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 센서를 구비하고,
    상기 온도 센서들은 상기 측정된 온도들에 기초하여 프리-스커핑(pre-scuffing)을 판정하도록 구성된 프로세서(processor)에 결합되고,
    상기 프로세서는 상기 소기 공기 박스 안의 소기 포트에 근접한 곳의 상기 측정된 공기 온도가 점진적으로 상승할 때 프리-스커핑 경고를 발생시키도록 구성된, 대형 다중 실린더의 터보과급된 2 행정 디젤 엔진에서의 프리-스커핑 조건의 검출 장치.
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