KR101160047B1

KR101160047B1 - 왕복 엔진의 피스톤의 실린더 베어링 면에 윤활제 공급을제어하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101160047B1
Application number: KR1020067018366A
Authority: KR
Inventors: 베르너 샬레
Original assignee: 샬레 오토메이션 인더스트리얼 오토메이션테크닉 카게
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2012-06-25
Also published as: CN1926312A; JP2007527969A; WO2005093226A1; DK178428B1; CN100487230C; TW200530492A; DK200601299A; TWI338077B; KR20070020218A; WO2005093226A8; CH697582B1

Abstract

본 발명은 왕복 엔진, 특히 2 행정 왕복 엔진의 피스톤의 실린더 베어링 면에의 윤활제 공급을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 윤활제 공급량의 제어를 개선하기 위해, 실린더 벽(4)과 피스톤(6) 사이의 전류 통과를 관측하고, 전류 통과의 교란 신호가 실린더 베어링 면(16)에서의 윤활 막 파괴를 알릴 때까지 윤활제 공급을 점진적으로 감소시키며, 그런 연후에 교란 신호가 사라지는 값으로 윤활제 공급량을 다시 증가시킨다.

왕복 엔진, 피스톤, 실린더, 실린더 베어링 면, 윤활제, 공급량, 전류 통과, 교란 신호

Description

왕복 엔진의 피스톤의 실린더 베어링 면에 윤활제 공급을 제어하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE SUPPLY OF LUBRICANT TO THE CYLINDER BEARING FACE OF A PISTON OF A RECIPROCATING ENGINE}

본 발명은 왕복 엔진, 특히 2 행정 왕복 엔진의 피스톤의 실린더 베어링 면에 윤활제 공급을 제어하는 청구항 1에 따른 방법 및 그 방법을 행하기 위한 청구항 11에 따른 장치에 관한 것이다.

산업적으로 사용되는 것(디젤 발전소)과 같은, 특히 선박 구조물에 사용되는 것과 같은 대형 왕복 엔진, 특히 2 행정 왕복 엔진에서는, 실린더 내에 있는 피스톤의 실린더 베어링 면이 별도로 공급되는 윤활제에 의해 윤활되어야 한다는 문제점이 있다. 그 실린더가 1 미터까지의 크기 및 3 미터까지의 행정을 가질 수 있는 그러한 왕복 엔진에서는, 윤활제의 필요량을 결정하기가 매우 어렵다. 현재는, 안전한 쪽으로 하기 위해 경험치를 기반으로 10 내지 20% 정도 더 높여서 윤활제의 필요량을 결정하고 있다. 공지의 경험치는 예컨대 0.2 내지 0.6g/㎾h이다. 그것은 30,000㎾의 평균 출력에서는 1일 소비량이 3,600㎏으로 된다는 것을 의미한다. 따라서, 그러한 윤활제 소비는 결코 사소하지 않은 지출이 된다.

DE-A 33 38 420 및 WO 00/65205로부터, 대형 엔진의 윤활 지점을 감시하면서 손상이 시작되기 전에 미리 윤활의 단절을 지시하여 대응 조치를 도입하도록 하는 방법 및 장치가 공지되어 있다. 그러나, 그러한 공지의 방법 및 장치는 오로지 선미 관 베어링(stern tube bearing)만을 검토하고 있는 것에 불과하다. 그 선행 기술로부터는, 실린더 베어링 면 및 돌발적인 윤활제 공급을 감시하는 것에 관한 언급을 찾아볼 수 없다.

본 발명의 목적은 왕복 엔진, 특히 2 행정 왕복 엔진의 피스톤의 실린더 베어링 면에 윤활제 공급을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라

a) 청구항 1에 따른 방법; 및

b) 청구항 11에 따른 장치에 의해 달성되게 된다.

실린더 벽과 피스톤 사이의 전류 통과를 관측하고, 전류 통과의 교란 신호가 실린더 베어링 면에서 윤활 막 파괴를 알릴 때까지 윤활제 공급을 점진적으로 감소시키며, 그런 연후에 교란 신호가 사라지는 값으로 윤활제 공급량을 다시 증가시킴으로써, 윤활제의 임계 필요량을 정밀하게 조사할 수 있고, 그에 의해 윤활제 공급을 실제로 필요한 값으로 줄일 수 있게 된다. 그것은 윤활제를 종래의 방법에 비해 현저하게 절감하게 된다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 방법 및 장치의 바람직한 구성들이 청구항 2 내지 청구항 10 및 청구항 12 내지 청구항 14에 기재되어 있다.

기본적으로, 왕복 엔진은 교란 신호가 더 이상 발생하지 않는 윤활제의 임계량으로 운전된다. 그러나, 청구항 2에 따라 윤활제의 임계량을 안전율만큼 높이는 것이 바람직하다. 청구항 3에 따라 본 발명의 방법을 주기적으로 반복하는 것도 권할만하다. 청구항 4에 따라 엔진의 정상 부하(steady load)에서 방법을 행할 경우에, 최상의 결과가 얻어진다.

본 발명의 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 실린더와 피스톤 간의 상이한 재료들로 인해 생성되는 열 전류를 사용하여 전류 통과를 관측하는 청구항 5에 따른 구성이 특히 바람직하다. 그러한 열 전류는 피스톤과 실린더 베어링 면 사이에서 인지될 수 있는 마찰 손상이 일어나기 훨씬 전에 이미 실린더 벽과 피스톤 사이의 마이크로 마찰 지점에서 발생하고, 전기적 평가 시에 단시간의 소위 섬광 신호로서 나타난다. 그럴 경우, 사용되는 전기 회로에서의 과도 저항을 신호 평가에 고려하지 않은 채로 남겨 둘 있다는 점이 유리하다.

그렇지 않으면, 청구항 6에 따라 전류원에 의해 생성되는 전류를 인가함으로써 본 발명의 실시를 지원하거나 전적으로 외부 전류에 의해서만 본 발명의 방법을 실시할 수도 있다.

왕복 엔진을 통과하는 전류 경로가 최대한으로 짧을 경우에, 본 발명의 방법의 오류가 최소화된다. 그를 위해, 청구항 7에 따라 실린더 벽, 피스톤, 및 회로에 접속된 컬렉터(collector)가 배치된 피스톤 로드를 경유하는 회로를 형성하는 것이 매우 바람직하다. 컬렉터는 크랭크실의 밀봉을 위해 피스톤 하면에 맞대어 마련되는 스터핑 박스(stuffing box)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 그러한 변형 실시예는 2 행정 원리에 따라 작동하는 대형 왕복 엔진에 특히 유리하다.

왕복 엔진이 피스톤 로드를 구비하지 않고, 피스톤이 커넥팅 로드에 의해 크랭크 축에 연결되는 경우에는, 청구항 8에 따라 회로를 실린더 벽과 크랭크 축에 접속한다.

개개의 경우들에 있어 윤활제 공급을 제어하는데 적합한 값들은 시험을 통해 산출해야 하는데, 그 경우에는 특히 다른 베어링들에 의해 유발될 수 있는 교란 크기들도 감안해야 한다.

청구항 9에 따른 방법에 의해 부가의 장점이 주어지는데, 그에 따르면 교란 신호가 마찰 손상의 시작에 대한 소정의 한계 기준을 초과하는지를 감시하고, 그 한계 기준을 초과하면 손상 신호를 방출하게 된다. 특히, 청구항 10에 따라 다중 실린더 장치 각각의 실린더에서 감시를 행하여 시작된 손상이 해당 실린더에 대응되도록 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 개략적인 첨부 도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,

도 1은 피스톤이 피스톤 로드를 구비하는 왕복 엔진의 개요를 나타낸 도면이고;

도 2는 피스톤이 커넥팅 로드를 경유하여 크랭크 축에 연결되는 왕복 엔진의 개요를 나타낸 도면이다.

도 1은 실린더(4) 내에서 피스톤(6)이 왕복 이동할 수 있는 전형적인 왕복 엔진(2)의 개요를 나타낸 것이다. 피스톤(6)은 고정 가이드(10)에 슬라이딩 가능하게 장착된 피스톤 로드(8)에 배치된다. 도시된 예에서는, 가이드(10)가 피스톤(6)의 하면과 크랭크실(11) 사이의 가스 밀봉을 이루는 스터핑 박스로서 형성된다. 피스톤 로드(8)의 하단은 크로스헤드(12)를 구비한 커플링 부재(13)를 경유하여 크랭크 축(14)에 연결된다.

피스톤(6)과 실린더(4)의 실린더 베어링 면(16) 사이의 윤활 막을 감시하기 위해, 하나의 라인(20)이 실린더(4)의 벽에 접속되고 또 하나의 라인(22)이 컬렉터로서 작용하는 피스톤 로드(8)의 스터핑 박스(10)에 접속되는 회로(18)가 마련된다. 그를 위해, 스터핑 박스(10)는 엔진 몸체에 대해 전기적으로 절연된다. 도시를 생략한 또 다른 구성에서는, 컬렉터가 특수한 접점 요소에 의해, 예컨대 피스톤 로드(8)에 배치된 탄소 브러시에 의해 형성된다.

회로(18)는 저항(24)을 포함하고, 경우에 따라서는 전류원(26)을 포함한다. 왕복 엔진의 내부에서는, 회로(18)가 실린더(4)의 벽과 피스톤(6) 및 피스톤 로드(8)와 가이드(10) 사이로 진행한다. 실린더 베어링 면(16)을 경유한, 실린더(4)와 피스톤(6) 사이의 전류 통과의 변동을 확인하는 제어 장치(28)가 저항(24)과 병렬로 배치되는데, 여기서 그러한 전류 통과의 변동은 실린더 베어링 면에서 시작된 윤활 막의 파괴로 인해 발생할 수 있는 것이다. 제어 장치(28)는 피스톤(6)의 실린더 베어링 면(16)에 윤활제를 공급하는 장치(32)에 라인(30)을 경유하여 접속된다. 그를 위해, 적절한 윤활제 라인(34)이 실린더(4)에 접속된다.

윤활제의 필요량을 산출하기 위해, 피스톤(6)과 실린더(4) 사이의 윤활 막의 파괴가 시작되었음을 알리는 교란 신호가 회로(18)에서 발생할 때까지 왕복 엔진(2)에의 윤활제 공급을 점진적으로 감소시키는 방식으로 왕복 엔진(2)을 운전하는 것이 바람직하다. 그런 연후에, 제어 장치(28)는 교란 신호가 사라질 때까지 왕복 엔진(2)에의 윤활제 공급을 역시 점진적으로 증가시킨다. 그와 같이 되었을 때의 윤활제 공급량은 왕복 엔진을 장애 없이 운전하는데 충분한 양이 된다. 안전성을 높이기 위해, 그 양을 예컨대 약 5%의 안전율만큼 높일 수 있다. 전술된 방식으로 윤활제의 필요량을 주기적으로 점검하는 것이 바람직하다. 그러한 감시와 제어는 적절한 소프트웨어를 통해 전자동으로 이뤄질 수 있다.

도 2의 실시예는 도 1의 실시예와 거의 일치하므로, 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다. 도 1의 왕복 엔진(2)과는 달리, 도 2의 왕복 엔진(2a)은 커넥팅 로드(36)에 의해 크랭크 축(14a)에 연결되는 피스톤(6a)을 구비한다. 본 실시예에서의 기능 방식은 도 1의 그것과 일치하지만, 다만 커넥팅 로드(36)와 크랭크 축(14a)을 경유하는 회로(18a)의 좀더 긴 전류 경로가 더 높은 장애 취약성을 내포하게 되는데, 그 이유는 부가의 저항을 이루는 다수의 베어링을 극복해야 하기 때문이다.

그러한 대형 엔진은 상대적으로 낮은 회전수를 갖기 때문에, 라인(22)을 피스톤(6a)의 내부에 직접 접속하는 것을 전적으로 고려해 볼만하다. 그럼으로써, 피스톤(6)과 실린더(4) 사이의 윤활 막에 대한 직접적인 제어가 주어지는데, 그러한 제어는 최저의 장애 취약성을 내포하게 된다.

다중 실린더 왕복 엔진에서는, 별개의 제어 장치와 별개의 윤활제 공급 장치 를 각각의 실린더에 배치하여 개개의 실린더의 개별적 윤활 및 감시를 보장하는 것이 유리하다. 모든 실린더들에 공통되어 그 모든 실린더들에 윤활제를 공급하는 장치를 마련하되, 각각의 실린더의 제어를 개별적으로 행하고, 최대의 윤활제량을 알리는 제어 장치가 윤활제 공급을 좌우하도록 윤활제 공급 장치를 설정하는 것도 역시 고려해 볼만하다.

전술된 장치는 피스톤과 실린더 사이의 구동 손상을 조기에 인지하여 피스톤이 뜯겨 나가는 것을 회피하는데 부가적으로 사용된다. 전류 통과의 교란 신호가 구동 손상의 시작에 대해 특정된 소정의 한계 기준을 초과하는지를 감시하는 것이 바람직하다. 특히, 윤활제 공급의 증가에도 불구하고 교란 신호의 발생을 없앨 수 없다는데서 구동 손상을 인지할 수 있다. 그에 대해 대안적으로 또는 보충적으로, 임펄스 타입의 교란 신호들의 비율 또는 형태가 소정의 한계치, 즉 사전 시험에서 규명된 한계치를 초과하는지를 감시할 수도 있다. 한계 기준을 초과하게 되면, 예컨대 시각 경보 신호나 음향 경보 신호 또는 엔진을 끄는 신호로 존재할 수 있는 손상 신호가 방출된다.

전술된 감시 장치를 다중 실린더 장치의 실린더들의 각각에 설치하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 그와 같이 하여 시작된 마찰 손상을 국지화시킬 수 있기 때문, 즉 해당 실린더에 대응시킬 수 있기 때문이다.

<도면 부호의 설명>

2, 2a: 왕복 엔진 4: 실린더 6, 6a: 피스톤

8: 피스톤 로드 10: 가이드 11: 크랭크 축

12: 크로스헤드 14, 14a: 커플링 부재 16: 실린더 베어링 면

18, 18a: 회로 20, 22, 30: 라인 26: 전류원

28: 제어 장치 32: 윤활제 공급장치 34: 윤활제 라인

36: 커넥팅 로드

Claims

왕복 엔진, 특히 2 행정 왕복 엔진의 피스톤의 실린더 베어링 면에 윤활제 공급을 제어하는 방법에 있어서,

실린더 벽(4)과 피스톤(6, 6a) 사이의 전류 통과를 관측하고, 전류 통과의 교란 신호가 실린더 베어링 면(16)에서의 윤활 막 파괴를 알릴 때까지 윤활제 공급을 점진적으로 감소시키며, 그런 연후에 교란 신호가 사라지는 값으로 윤활제 공급량을 다시 증가시키는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제1항에 있어서, 윤활제 공급량을 교란 신호가 사라지는 임계량을 넘어 안전율만큼 높이는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 방법을 주기적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제3항에 있어서, 방법을 왕복 엔진(2, 2a)의 정상 부하에서 행하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제3항에 있어서, 실린더(4)와 피스톤(6, 6a) 간의 상이한 재료들로 인해 생성되는 열 전류를 사용하여 전류 통과를 관측하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제3항에 있어서, 전류 통과를 적어도 부분적으로 전류원(26)에 의해 일으키는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제3항에 있어서, 실린더 벽(4), 피스톤(6), 피스톤 로드(8), 피스톤 로드(8)에 부착된 컬렉터(10), 및 저항(24)을 경유하고 선택적으로 전류원(26)을 경유하는 회로(18)를 형성하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제3항에 있어서, 실린더 벽(4a), 피스톤(6a), 커넥팅 로드(36), 크랭크 축(14a), 및 저항(24)을 경유하고 선택적으로 전류원(26)을 경유하는 회로(18a)를 형성하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제3항에 있어서, 교란 신호가 마찰 손상의 시작에 대한 소정의 한계 기준을 초과하는지를 감시하고, 한계 기준을 초과하면 손상 신호를 방출하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
제9항에 있어서, 다중 실린더 장치 각각의 실린더에서 감시를 행하여 시작된 마찰 손상을 해당 실린더에 대응시키는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 방법.
적어도 왕복 엔진(2, 2a)의 실린더 벽(4)과 피스톤(6, 6a)을 포함하고, 제어 장치(28)를 포함하는 회로(18, 18a)를 구비한, 제3항에 따른 방법을 행하는 장치에 있어서,

상기 제어 장치(28)는 상기 피스톤(6, 6a)의 실린더 베어링 면(16)에 윤활제를 공급하는 윤활제 공급장치(32)에 접속되는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 회로(18)는 상기 피스톤(6)으로부터 상기 피스톤(6)의 피스톤 로드(8) 및 피스톤 로드(8)에 부착된 컬렉터(10)를 경유하여 상기 제어 장치(28)로 진행하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 장치.
제12항에 있어서, 상기 컬렉터는 상기 피스톤 로드(8)의 스터핑 박스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 회로(18a)는 상기 피스톤(6a)으로부터 커넥팅 로드(36) 및 크랭크 축(14a)을 경유하여 상기 제어 장치(28)로 진행하는 것을 특징으로 하는 윤활제 공급 제어 장치.