KR101267506B1 - scuffing detection - Google Patents
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Abstract
사전-스커핑 발생의 특징적인 온도 파동을 감지함에 의하여 대형 다중-실린더 2행정 디젤 엔진에서의 사전-스커핑 발생을 검출하기 위한 방법이 제공된다. 온도 파동은 최고점들 사이의 시간 간격과 파동의 폭에 의하여 특징지워진다. 사전-스커핑 발생의 검출 후에는 자동적인 반대작용조치가 개시될 수 있다. 반대작용조치는 자동적으로 종료될 수 있다.A method is provided for detecting a pre-scuffing occurrence in a large multi-cylinder two-stroke diesel engine by sensing a temperature fluctuation characteristic of the pre-scuffing occurrence. Temperature fluctuations are characterized by the time interval between peaks and the width of the wave. After detection of the pre-scuffing occurrence, automatic countermeasures can be initiated. Countermeasures can be terminated automatically.
Description
본 발명은 대형 2행정 디젤 엔진에서의 스커핑 검출 방법, 특히 사전-스커핑(pre-scuffing) 상태의 검출 방법, 스커핑 상태의 검출 방법, 및 스커핑 상태의 종료의 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting scuffing in a large two-stroke diesel engine, in particular a method for detecting a pre-scuffing state, a method for detecting a scuffing state, and a method for detecting the end of a scuffing state.
대형 2행정 디젤 엔진의 작동 혼란은 동력 저감 및 실린더와 피스톤의 손상으로 이어질 수 있다. 동력 손실은 현저할 수 있으며, 엔진이 작동되지 않도록 된다면 이것은 상당히 큰 문제를 유발할 수 있는데, 예를 들어 그 대형 2행정 디젤 엔진이 대양 선박에서의 동력원으로서 이용되는 때에 그러하다.Operating confusion in large two-stroke diesel engines can lead to reduced power and damage to the cylinders and pistons. Power loss can be significant and this can cause a significant problem if the engine is not running, for example when the large two-stroke diesel engine is used as a power source in ocean vessels.
피스톤 링 및 라이너 표면(liner surface)은 (점성, 부하, 속도)를 마찰계수에 관련시키는 스트리벡 곡선(Stribeck curve)(도 1)에 의하여 기술되는 바와 같이 세가지 모두의 마모 유형(wear regime)들을 겪는다. 이 세가지 유형은, 경계 윤활(Boundary Lubrication), 혼합 윤활(Mixed Lubrication), 및 유체역학적 윤활(Hydrodynamic Lubrication)이다. 유체역학적 윤활은 오일 박막(oil film)에 의한 표면들의 완전한 분리가 있는 상태이다. 부하가 오일 박막 압력에 의하여 부분적으로만 견뎌지고 부분적으로는 거친 부분(asperities)에 의한 접촉에 의하여 견뎌진다면, 그 상태는 혼합 윤활로 일컬어진다. 부하 전체가 거친 부분에 의하여 지탱되고 분리가 분자성의 얇은 오일 박막인 뿐이라면, 이 상태는 경계 윤활이라 한다.The piston ring and liner surface cover all three wear regimes as described by the Stribeck curve (FIG. 1) that relates (viscosity, load, speed) to the coefficient of friction. Suffer. These three types are Boundary Lubrication, Mixed Lubrication, and Hydrodynamic Lubrication. Hydrodynamic lubrication is a state where there is complete separation of surfaces by an oil film. If the load is only partially tolerated by oil film pressure and partially by contact by asperities, the condition is referred to as mixed lubrication. This condition is called boundary lubrication if the entire load is supported by rough parts and the separation is only a thin molecular film of molecular oil.
대형 2행정 디젤 엔진에서는 피스톤의 속도가 0에 근접하는 상사점 (Top Dead Center; TDC) 근처에서 적은 양의 경계 윤활이 언제나 존재한다. 보어(bore) 연마가 일어나는 경우에는, 경계 윤활의 양이 스커핑이 발생할 정도로 증가할 수 있다.In large two-stroke diesel engines, there is always a small amount of boundary lubrication near the Top Dead Center (TDC) where the piston speed approaches zero. If bore polishing occurs, the amount of boundary lubrication may increase to the extent that scuffing occurs.
실린더 윤활 오일이 상대적으로 고가이기 때문에 현존하는 반대작용조치(countermeasures)는 많은 비용이 소요되고 또한 동력 저감도 바람직하지 못하다. 따라서, 반대작용조치가 좋은 시점에 철회될 수 있도록 하기 위하여 스커핑 상태가 중단되었는지의 여부를 판별하는 것이 중요하다.Because cylinder lubricating oil is relatively expensive, existing countermeasures are expensive and power reduction is undesirable. Therefore, it is important to determine whether the scuffing state has been interrupted so that the countermeasures can be withdrawn at a good time.
출원인의 연구에 따르면, 경계 윤활이 임계값에 달하는 때에 마찰 계수의 변화는 라이너 표면 온도의 고유한 온도 파동 패턴(unique temperature fluctuation pattern)으로 귀결되는 것으로 나타난다. 이 상태는 스커핑 발생의 대략 10 내지 20 분전의 기간 동안에 존재한다. 경보 시스템을 실린더 윤활기 시스템(cylinder lubricator system)에 연결시킴에 의하여, 이 기간 동안에 자동적으로 또는 수동적으로 적절한 대응작용(counteraction)이 취해질 수 있다.Applicants' studies show that when boundary lubrication reaches a threshold, the change in friction coefficient results in a unique temperature fluctuation pattern of the liner surface temperature. This condition exists for a period of approximately 10-20 minutes before the occurrence of scuffing. By connecting the alarm system to a cylinder lubricator system, an appropriate counteraction can be taken automatically or manually during this period.
사전-스커핑 상태가 검출되는 때에는, 실린더 윤활 오일 투여가 보통으로 필요한 것에 비하여 증가되어서 스커핑 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 다른 가능성은 경보 시스템을 엔진의 전자 제어 시스템에 연결시키는 것인데, 그 전자 제어 시스템은 관련된 실린더에서의 부하를 저감시킬 수 있다. 이 상태는 "고 마찰 상태"로 불린다(도면 참조). 적절한 작용이 취해지지 않는다면, 이 상태는 실린더 라이너의 중한 마모와 함께 스커핑으로 발전할 것이다. 스커핑 상태에서의 라이너 온도는 높은 수준에서 안정적이다.When a pre-scuffing condition is detected, the cylinder lubrication oil administration can be increased compared to what is normally required to prevent the scuffing condition from occurring. Another possibility is to connect the alarm system to the engine's electronic control system, which can reduce the load on the associated cylinder. This state is called a "high friction state" (see drawing). If no proper action is taken, this condition will develop into scuffing with heavy wear of the cylinder liner. The liner temperature in the scuffing state is stable at high levels.
이와 같은 배경에서, 본 발명은 사전-스커핑 상태를 검출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In this context, the present invention aims to provide a method for detecting a pre-scuffing state.
상기 목적은 대형 다중-실린더 터보차지식 2행정 디젤 엔진(large multi-cylinder turbocharged two-stroke diesel engine)에서 사전-스커핑 상태(pre-scuffing condition)를 검출하는 방법을 제공함에 의하여 달성되는바, 이 방법은: 실린더들의 상측 영역에서의 실린더 벽 온도(cylinder wall temperature)를 지속적으로 또는 간헐적으로 측정하는 단계; 실린더의 온도 추이(temperature development)가 파동을 이루는지의 여부를 판별하는 단계; 및 관련된 실린더의 온도 파동의 최고점들 또는 최저점들이 미리 결정된 범위 내에 해당하는 시간 간격에 의하여 분리되고, 또한 온도 파동의 최고점들과 최저점들 간의 온도 차이가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 때에 사전-스커핑 경보를 발령하는 단계;를 포함한다.This object is achieved by providing a method for detecting pre-scuffing conditions in a large multi-cylinder turbocharged two-stroke diesel engine. The method comprises the steps of: continuously or intermittently measuring the cylinder wall temperature in the upper region of the cylinders; Determining whether temperature development of the cylinder is pulsating; And pre-scuffing when the peaks or troughs of the temperature fluctuations of the associated cylinders are separated by a time interval that falls within a predetermined range, and the temperature difference between the peaks and troughs of the temperature fluctuations exceeds a predetermined threshold. Issuing an alert.
우리의 연구에 따르면, 실린더 벽 온도 파동의 최저점들 사이 또는 최고점들 사이의 시간 간격과 파동의 폭이 사전-스커핑 발생의 가장 특징적인 사항이다. 온도 파동의 최고점들 또는 최저점들 사이의 시간 간격이 미리 결정된 범위 내에 있는 것을 확인하고 또한 최저점들 및 최고점들 사이의 온도 차이가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 것을 확인함에 의하여, 사전-스커핑이 발생되는 때에 사전-스커핑 경보가 신뢰성있게 발령되면서도, 잘못된 경보가 최소로 되고 또한 사전-스커핑 발생 시에 경보가 발령되지 않는 경우가 최소로 되는 것을 보장할 수 있게 된다.According to our study, the time interval and the width of the waves between or between the lowest points of the cylinder wall temperature fluctuations are the most characteristic of the pre-scuffing occurrence. Pre-scuffing occurs by confirming that the time interval between the peaks or troughs of the temperature fluctuations is within a predetermined range and that the temperature difference between the troughs and peaks exceeds a predetermined threshold. It is possible to ensure that the pre-scuffing alert is reliably issued at the time of occurrence, but the false alarm is minimized and the case where the alert is not issued at the time of pre-scuffing occurs is minimized.
바람직하게는, 적어도 미리 결정된 갯수의 연속적인 상기 파동들이 발생되는 때에 사전-스커핑 경보가 발령된다. 따라서 잘못된 사전-스커핑 경보의 횟수가 더 감소도리 수 있다.Preferably, a pre-scuffing alert is issued when at least a predetermined number of consecutive waves are generated. Thus, the number of false pre-scuffing alerts can be further reduced.
상기 방법은, 경보가 발령된 실린더에 대하여, 실린더 윤활 수준을 보통 작동의 수준을 초과하도록 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 반대작용조치는 사전-스커핑 발생을 더욱 방지하는 역할을 한다.The method may further comprise increasing the cylinder lubrication level above the level of normal operation for the cylinder for which the alert has been issued. This countermeasure serves to further prevent the occurrence of pre-scuffing.
상기 방법은, 경보가 발령된 실린더에 대하여, 부하 수준을 보통 작동의 수준 미만으로 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 반대작용조치는 사전-스커핑 발생을 더욱 방지하는 역할을 한다.The method may further comprise reducing the load level below the level of normal operation, for the cylinder with an alert. This countermeasure serves to further prevent the occurrence of pre-scuffing.
또한, 본 발명은, 대형 다중-실린더 2행정 디젤 엔진에서 이용되는, 실린더들 중의 하나에 대하여 사전-스커핑 실린더 경보가 발령된 후에 반대작용조치가 취해진 다음에 보통 작동으로 복귀할 시기를 판별하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이 방법은: 반대작용조치의 개시(initiation) 이후로 경과된 시간 간격(time span)을 판별하는 단계; 및 상기 시간 간격이 미리 결정된 문턱값을 초과한 후에 사전-스커핑 경보가 발령되었던 실린더를 보통 작동으로 자동적으로 복귀시키는 단계;를 포함한다.In addition, the present invention is to determine when to return to normal operation after counteraction is taken after a pre-scuffing cylinder alert is issued for one of the cylinders used in a large multi-cylinder two-stroke diesel engine. It is an object of the present invention to provide a method for determining a time span that has elapsed since the initiation of an adverse action; And automatically returning the cylinder, in which the pre-scuffing alert was issued, to normal operation after the time interval exceeds a predetermined threshold.
보통 작동 상태로 자동적으로 복귀함에 의하여, 사전-스커핑 경보 상태와 관련된 비용 및 불편함이 최소로 유지될 수 있다.By automatically returning to the normal operating state, the cost and inconvenience associated with the pre-scuffing alert condition can be kept to a minimum.
바람직하게는, 보통 작동으로의 복귀는 점진적으로 수행된다.Preferably, return to normal operation is performed gradually.
또한, 본 발명은, 대형 다중-실린더 터보차지식 2행정 디젤 엔진에서 스커핑 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이 방법은: 실린더들의 상측 영역에서의 실린더 벽 온도를 지속적으로 또는 간헐적으로 측정하는 단계; 및 실린더의 실린더 벽 온도가 다른 실린더들의 평균 온도보다 미리 결정된 값을 초과하여 높은 때, 또는 실린더의 실린더 벽 온도가 미리 결정된 경보 온도를 초과하는 때에 실린더에 대한 스커핑 경보를 발령하는 단계;를 포함한다.It is also an object of the present invention to provide a method for detecting a scuffing condition in a large multi-cylinder turbocharged two-stroke diesel engine, the method comprising: maintaining the cylinder wall temperature in the upper region of the cylinders; Measuring with or intermittently; And issuing a scuffing alert for the cylinder when the cylinder wall temperature of the cylinder exceeds the predetermined value above the average temperature of the other cylinders, or when the cylinder wall temperature of the cylinder exceeds the predetermined alarm temperature. do.
스커핑 상태를 검출하기 위한 방법을 제공함으로써, 엔진에 더 많은 손상이 가해지는 것을 방지하기 위한 반대작용조치가 취해질 수 있다.By providing a method for detecting a scuffing condition, countermeasures can be taken to prevent further damage to the engine.
바람직하게는, 실린더의 실린더 벽 온도의 증가가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 온도 구배(temperature gradient)로 발생하는 때에만 스커핑 경보가 발령된다.Preferably, a scuffing alert is issued only when an increase in the cylinder wall temperature of the cylinder occurs with a temperature gradient above a predetermined threshold.
상기 방법은, 경보가 발령된 실린더에 대하여, 실린더 윤활을 보통 수준으로부터 증가된 수준으로 자동적으로 증가시키고, 또한 관련된 실린더의 부하를 보통 수준으로부터 감소된 수준으로 자동적으로 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further comprise automatically increasing cylinder lubrication from a moderate level to an increased level for the cylinder on which the alarm is issued, and also automatically reducing the load of the associated cylinder from a moderate level to a reduced level. have.
또한, 본 발명은, 대형 다중-실린더 2행정 디젤 엔진에서의 스커핑이 종료되었는지를 판별하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이 방법은: 실린더들의 상측 영역에서의 실린더 벽 온도를 지속적으로 또는 간헐적으로 측정하는 단계; 및 스커핑 경보가 발령되었던 실린더의 실린더 벽 온도가 다른 실린더들의 평균 실린더 벽 온도를 주어진 문턱값보다 작은 만큼 초과하거나, 또는 스커핑 경보가 발령되었던 실린더의 실린더 벽 온도가 미리 결정된 고정된 실린더 벽 경보 온도보다 미리 결정된 여유만큼 낮게 되었는지의 여부를 판별하는 단계;를 포함한다.It is also an object of the present invention to provide a method for determining whether scuffing in a large multi-cylinder two-stroke diesel engine has ended, which method comprises: continuously maintaining the cylinder wall temperature in the upper region of the cylinders; Or measuring intermittently; And a fixed cylinder wall alarm in which the cylinder wall temperature of the cylinder from which the scuffing alarm is issued exceeds the average cylinder wall temperature of other cylinders by less than a given threshold, or the cylinder wall temperature of the cylinder from which the scuffing alarm is issued is predetermined. Determining whether the temperature is lower by a predetermined margin than the temperature.
스커핑이 종료되었는지를 자동적으로 검출함에 의하여, 보통 작동 상태로 복귀하기 위한 조치가 취해질 수 있고, 사전-스커핑 경보 상태와 관련된 비용 및 불편함이 최소로 유지될 수 있다.By automatically detecting whether the scuffing has ended, steps can be taken to return to normal operation and the cost and inconvenience associated with the pre-scuffing alert condition can be kept to a minimum.
바람직하게는, 상기 방법이 스커핑 종료의 판별로부터 미리 결정된 지연 시간 후에 스커핑 경보가 발령되었던 실린더를 보통 작동으로 복귀시키는 단계를 더 포함한다.Advantageously, the method further comprises returning to the normal operation the cylinder from which the scuffing alert was issued after a predetermined delay time from the determination of the end of the scuffing.
또한, 본 발명은, 대형 다중-실린더 터보차지식 2행정 디젤 엔진에서 사전-스커핑 상태를 검출하기 위한 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 상기 장치는 각 실린더마다 실린더 벽의 상측 영역에 적어도 하나의 온도 센서를 구비하고, 상기 온도 센서는 프로세서에 연결되며, 상기 프로세서는 실린더의 온도 추이가 파동을 이루는지 여부를 판별하여, 관련된 실린더의 온도 파동의 최고점들 또는 최저점들이 미리 결정된 범위 내에 해당하는 시간 간격에 의하여 분리되고 또한 온도 파동의 최고점들 및 최저점들 간의 온도 차이가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 때에 사전-스커핑 경보를 발령한다.It is also an object of the present invention to provide an apparatus for performing a method for detecting a pre-scuffing condition in a large multi-cylinder turbocharged two-stroke diesel engine, the apparatus comprising a cylinder wall for each cylinder. At least one temperature sensor is provided in an upper region, the temperature sensor is connected to a processor, the processor determines whether the temperature trend of the cylinder is a wave, so that the peaks or troughs of the associated temperature fluctuations of the cylinder are preliminary. The pre-scuffing alert is issued when the temperature difference between the peaks and troughs of the temperature fluctuations is separated by a time interval that falls within the determined range and exceeds a predetermined threshold.
나아가, 본 발명은, 사전-스커핑 실린더 경보가 발령된 것과 관련하여 반대작용조치가 취해진 다음에 보통 작동으로 복귀할 시기를 판별하기 위한 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 상기 장치는 각 실린더마다 실린더 벽의 상측 영역에 적어도 하나의 온도 센서를 구비하고, 상기 온도 센서는 프로세서(processor)에 연결되며, 상기 프로세서는 반대작용조치의 개시 이후로 경과된 시간 간격을 판별하고, 상기 프로세서는 상기 시간 간격이 미리 결정된 문턱값을 초과한 후에 보통 작동으로 자동적으로 복귀시킨다.Furthermore, it is an object of the present invention to provide an apparatus for performing a method for determining when to return to normal operation after an adverse action is taken in connection with a pre-scuffing cylinder alert being issued, The device has at least one temperature sensor in the upper region of the cylinder wall for each cylinder, the temperature sensor connected to a processor, the processor determining the time interval that has elapsed since the initiation of the countermeasure and The processor automatically returns to normal operation after the time interval exceeds a predetermined threshold.
나아가, 본 발명은, 대형 다중-실린더 터보차지식 2행정 디젤 엔진에서 스커핑 경보를 발령하기 위한 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이 장치는 각 실린더마다 실린더 벽의 상측 영역에 적어도 하나의 온도 센서를 구비하고, 상기 온도 센서는 프로세서에 연결되며, 프로세서는 실린더의 실린더 벽 온도가 다른 실린더들의 평균 온도보다 미리 결정된 값을 초과하여 높은 때, 또는 실린더의 실린더 벽 온도가 미리 결정된 경보 온도를 초과하는 때에 그 실린더에 대해 스커핑 경보를 발령한다.It is further an object of the present invention to provide a device for performing a method for issuing a scuffing alarm in a large multi-cylinder turbocharged two-stroke diesel engine, the device having an upper region of the cylinder wall for each cylinder. And at least one temperature sensor, wherein the temperature sensor is coupled to the processor, wherein the processor is in advance when the cylinder wall temperature of the cylinder is higher than a predetermined value above the average temperature of the other cylinders, or the cylinder wall temperature of the cylinder is in advance. A scuffing alarm is issued for that cylinder when the determined alarm temperature is exceeded.
나아가, 본 발명은 대형 다중-실린더 2행정 디젤 엔진에서 실린더의 스커핑 상태가 종료되었는지를 자동적으로 검출하기 위한 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 상기 장치는 각 실린더마다 실린더 벽의 상측 영역에 적어도 하나의 온도 센서를 구비하고, 상기 온도 센서는 프로세서에 연결되며, 프로세서는 스커핑 경보가 발령되었던 실린더의 실린더 벽 온도가 다른 실린더들의 평균 실린더 벽 온도를 주어진 문턱값 미만으로 초과하는지, 또는 스커핑 경보가 발령되었던 실린더의 실린더 벽 온도가 미리 결정된 고정된 실린더 벽 경보 온도를 미리 결정된 여유만큼 낮게 되었는지를 판별한다.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a device for performing a method for automatically detecting whether the scuffing state of a cylinder has ended in a large multi-cylinder two-stroke diesel engine, the device having a cylinder wall for each cylinder. At least one temperature sensor in an upper region of the sensor, wherein the temperature sensor is coupled to the processor, the processor having a cylinder wall temperature of a cylinder for which a scuffing alarm has been issued that exceeds the average cylinder wall temperature of other cylinders below a given threshold. Or determine whether the cylinder wall temperature of the cylinder for which the scuffing alarm was issued has been lowered by a predetermined margin to a predetermined fixed cylinder wall alarm temperature.
본 발명에 따른 방법 및 장치의 다른 목적, 특징, 장점, 및 특성들은 발명의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.Other objects, features, advantages, and characteristics of the method and apparatus according to the present invention will become apparent from the detailed description of the invention.
본 발명에 의하여, 대형 2행정 디젤 엔진에서의 스커핑 검출 방법, 특히 사전-스커핑(pre-scuffing) 상태의 검출 방법, 스커핑 상태의 검출 방법, 및 스커핑 상태의 종료의 검출 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a scuffing detection method in a large two-stroke diesel engine, in particular a method of detecting a pre-scuffing state, a method of detecting a scuffing state, and a method of detecting the end of a scuffing state. do.
하기의 상세한 설명에서, 본 발명은 아래와 같은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조로 하여 보다 상세히 설명된다.
도 1 은 다양한 윤활 유형들을 도시하는 그래프이고,
도 2 는 다중 실린더 엔진의 단일 실린더의 상부를 도시하는 상세 단면도이고,
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 전자 제어 시스템(electronic control system), 온도 감지 시스템(temperature sensing system), 실린더 윤활 시스템(cylinder lubrication system), 주입 시스템(injection system), 및 실린더들의 개략도이고,
도 4 는 사전-스커핑 발생을 나타내는 실린더의 실린더 벽 온도 추이를 도시하는 그래프이다.In the following detailed description, the invention is described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the following figures.
1 is a graph illustrating various lubrication types,
2 is a detailed cross-sectional view showing the top of a single cylinder of a multi cylinder engine,
3 is a schematic diagram of an electronic control system, a temperature sensing system, a cylinder lubrication system, an injection system, and cylinders of an engine according to an embodiment of the present invention; ego,
4 is a graph showing the cylinder wall temperature trend of a cylinder indicating pre-scuffing occurrence.
도 1 에는 소위 스트리벡 곡선이 도시되어 있다. 피스톤 링 및 라이너 표면은 (점도, 부하, 속도)를 마찰계수와 관련시키는 이 곡선에 의하여 기술되는 세가지 마모 유형들 모두를 겪는다. 이 세 가지 유형들은 경계 윤활, 혼합 윤활, 및 유체역학적 윤활이다. 유체역학적 윤활은, 표면들이 오일 박막에 의하여 완전히 분리된 상태이다. 부하의 일부분만이 오일 박막 압력에 의하여 지탱되고 부분적으로는 거친 부분에 의한 접촉에 의해서 지탱된다면, 그 상태는 혼합 윤활로 불린다. 모든 부하가 거친 부분에 의하여 지탱되고, 부분적으로 분자성의 얇은 오일 박막에 의한 분리만이 있다면, 이 상태는 경계 윤활로 불린다.In Fig. 1 a so-called Striebeck curve is shown. The piston ring and liner surface undergoes all three types of wear described by this curve, which relates (viscosity, load, speed) to the coefficient of friction. These three types are boundary lubrication, mixed lubrication, and hydrodynamic lubrication. Hydrodynamic lubrication is where the surfaces are completely separated by an oil film. If only part of the load is sustained by the oil film pressure and partly by contact by the rough, the condition is called mixed lubrication. This condition is called boundary lubrication if all the load is carried by the rough and only partially separated by a molecular thin oil film.
대형 2행정 디젤 엔진에서는, 피스톤의 속도가 0에 근접하는 상사점(TDC) 근처에서 항상 적은 양의 경계 윤활이 존재한다. 보어의 연마가 일어나는 경우에는, 경계 윤활의 양이 스커핑이 발생할 레벨로까지 상승할 수 있다.In large two-stroke diesel engines, there is always a small amount of boundary lubrication near the top dead center (TDC) where the speed of the piston approaches zero. When grinding of the bore occurs, the amount of boundary lubrication may rise to the level at which scuffing will occur.
본 문헌에서 보어 연마의 발생은 사전-스커핑 발생으로 칭해진다.The occurrence of bore polishing in this document is referred to as pre-scuffing occurrence.
도 2 에는 크로스헤드 형태의 대형 다중-실린더 2행정 디젤 엔진의 실린더(10)들 중의 하나가 도시되어 있다. 피스톤(12)은 실린더(10) 내에서 상하로 움직인다. 실린더의 상부는 실린더 커버(cylinder cover; 14)에 의하여 덮인다. 실린더 커버(14)에는 연료 주입기(fuel injector; 18)들 및 배기 밸브(exhaust valve; 16)가 제공된다.2 shows one of the
피스톤(12)의 움직임이 반전되는 영역, 소위 상사점(TDC)에는 온도 센서들(20, 20')이 제공된다. 온도 센서들(20, 20')은 실린더 라이너 벽에 위치되고, 신호 케이블(22)들을 거쳐서 엔진(도 3)의 전자 제어 시스템(ECS)에 연결된다. 온도 센서들(20, 20')은 각 실린더의 상측 영역에서 실린더 벽의 온도를 측정하고, 온도 센서들의 신호는 데이터 케이블(22)에 의하여 전자 제어 시스템으로 전송된다. 도시된 실시예에는, 직경방향으로 대향된 두 개의 온도 센서들(20, 20')이 존재한다. 그러나, 실린더 당 단일의 온도 센서(20)만을 이용하거나, 또는 실린더 하나당 실린더의 원주를 따라서 배분된 둘 이상의 온도 센서들을 이용하는 것도 가능할 것이다.
실린더 윤활기 포트(cylinder lubricator port; 26)들도 실린더의 원주를 따라서 제공된다. 통상적으로는 각 실린더마다 세 개의 실린더 윤활 포트(26)들이 제공되지만, 다른 갯수의 실리니더 윤활 포트들이 이용될 수도 있다. 실린더 윤활 포트(26)들에는 각 실린더와 연계된 실린더 오일 펌프(cylinder oil pump; 24)에 의하여 실린더 오일이 제공된다. 실린더 오일 펌프(24)는 엔진의 작동 상태에 맞게 실린더 오일의 투여량을 조정한다. 실린더 오일은 상대적으로 고가이기 때문에, 정상 작동 중에는 그 투여량이 적정 수준을 초과하지 않도록 설정된다. 그 투여량은 연료 품질에 의하여 영향을 받아서 높은 황 함량을 가진 낮은 품질의 연료가 이용되는 때에는 높게 되고, 특정 실린더의 부하 또는 엔진의 구동 속도 및 부하에 따라 달라진다.
도 3 에는 5개의 실린더(10)들을 구비한 본 발명의 실시예에 따른 엔진이 도시되어 있다. 이 실시예에서의 실린더들의 갯수는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명은 실린더들의 갯수가 상이한 다중-실린더의 대형 2행정 디젤 엔진에 이용될 수 있다.3 shows an engine according to an embodiment of the invention with five
실린더(10)들 각각의 온도 센서들(20, 20')은 신호 케이블(22)을 거쳐서 엔진의 전자 제어 시스템(ECS)에 연결된다. 실린더(10)들 각각의 실린더 윤활 펌프(24)들도 전자 제어 시스템에 연결된다. 이것은 연료 주입 시스템에 대하여도 동일하게 적용되는바, 연료 주입 시스템은 신호 케이블(28)을 거쳐서 전자 제어 시스템(ECS)에 연결된다.The
실린더(10)들의 온도 센서들(20, 20')에 의하여 제공되는 실린더 벽 온도의 값들은 전자 제어 시스템에 의하여 측정 및 평가된다. 전자 제어 시스템은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함하는바, 그 프로세서는 실린더 벽 온도 신호들을 측정 및 분석하도록 이루어진다. 실린더 벽 온도들의 측정은 예를 들어 매 초마다 이루어지는 식으로 간헐적이거나, 또는 지속적으로 이루어질 수 있다.The values of the cylinder wall temperature provided by the
프로세서는 실린더(10)들 각각의 실린더 벽 온도들을 분석하고, 실린더(10)들 각각의 실린더 벽 온도들에 대한 그 추이를 분석한다. 만일 실린더들 중의 어느 것이 사전-스커핑 발생시에 전형적인 온도 추이를 나타내는 경우에는, 프로세서가 사전-스커핑 경보를 발령한다.The processor analyzes the cylinder wall temperatures of each of the
도 4 에는 4번 실린더에 있어서의 가상적인 스커핑 발생(파선에 의하여 표시됨) 전의 전형적인 사전-스커핑 발생의 경우가 도시되어 있다. 사전-스커핑은, 대략 25 내지 대략 65℃의 범위 내에서의 파동 폭을 가진 실린더 벽 온도 파동에 의하여 시작된다.4 shows a typical case of pre-scuffing occurrence before the hypothetical scuffing occurrence (indicated by dashed lines) in cylinder 4. Pre-scuffing is initiated by cylinder wall temperature fluctuations with wave widths in the range of approximately 25 to approximately 65 ° C.
실린더 벽 온도 파동의 최고점들 사이(또는 최저점들 사이)의 시간 간격은 통상적으로 대략 6 내지 대략 18 분 사이의 범위 내에 있다. 도 4 에서 이와 같은 경우가 발생하는 시간 기간은 "고 마찰 상태"로 부른다. 이 상태에서, 마찰은 증가되지만 실제 스커핑 중에 발생하는 마찰 정도까지는 아니다.The time interval between the peaks (or between the peaks) of the cylinder wall temperature fluctuations is typically in the range of about 6 to about 18 minutes. The time period in which this case occurs in FIG. 4 is called "high frictional state". In this state, friction is increased but not to the extent of friction that occurs during actual scuffing.
실린더 벽 온도 파동의 폭 범위는 엔진마다 다를 수 있고, 엔진의 크기 및 설계에 의존적이며, 실험적으로 결정될 수 있다. 또한 이것은 온도 파동의 최고점들 사이의 시간 간격의 범위에도 적용된다.The width range of the cylinder wall temperature fluctuations can vary from engine to engine, depend on the size and design of the engine, and can be determined experimentally. This also applies to the range of time intervals between the peaks of the temperature fluctuations.
프로세서가 온도 파동이 스커핑 발생의 특성과 일치한다고 판별한 때에는, 프로세서가 사전-스커핑 경보를 발령한다. 따라서, 프로세서는 파동의 최고점들 사이의 시간 간격이 미리 결정된 범위 내에 있는지의 여부와 온도 파동이 미리 결정된 폭을 초과하는지의 여부를 판별한다.When the processor determines that the temperature fluctuations match the characteristics of the occurrence of scuffing, the processor issues a pre-scuffing alert. Thus, the processor determines whether the time interval between the peaks of the wave is within a predetermined range and whether the temperature wave exceeds a predetermined width.
이러한 판별에 대해 긍적적인 결과가 나오면 프로세서는 사전-스커핑 경보를 발령하고, 일 실시예에서 그 프로세서는 자동적으로 추가적인 사전-스커핑(pre-scuffing)을 방지하기 위한 반대작용조치(countermeasure)를 제공한다. 이와 같은 사전-스커핑 발생 반대 작용수단에는, 실린더 윤활 오일 투여량을 정상 작동시의 경우보다 높은 수준으로 증가시키는 것이 포함된다. 이와 같은 증가는, 사전-스커핑 경보가 발령된 실린더의 실린더 윤활 펌프(24)에 대하여 보내지는 전자 엔진 제어 시스템(ECS)로부터의 신호에 의하여 수행된다. 사전-스커핑 발생 반대작용 수단에는, 경보가 발령된 실린더에 대한 부하를 감소시키는 것도 포함된다. 이 반대작용조치는, 전자 제어 시스템(ECS)이 개별 신호 케이블(28)을 거쳐서 연료 주입의 타이밍 및/또는 양을 변화시킴에 의하여 수행된다. 사전-스커핑 발생 반대작용조치에는 엔진 속도를 저감시키는 것도 포함된다.If a positive result is obtained for this determination, the processor issues a pre-scuffing alert and in one embodiment the processor automatically takes countermeasures to prevent further pre-scuffing. to provide. Such pre-scuffing countermeasures include increasing the cylinder lubricating oil dose to a higher level than in normal operation. This increase is performed by a signal from an electronic engine control system (ECS) sent to the
일 실시예에서, 프로세서는 사전-스커핑 발생의 검출에 더 엄격한 제어를 적용하도록 구성된다. 추가적인 요건은, 경보가 발령되기 전에 발생되어야 하는 연속적인 실린더 벽 온도 파동들의 최소 개수의 형태를 갖는다. 연속 파동의 최소 갯수는 둘 또는 셋의 파동(fluctuation)(적어도 2 내지 3 개의 최고점들)으로 설정될 수 있다.In one embodiment, the processor is configured to apply tighter control to the detection of pre-scuffing occurrences. An additional requirement is in the form of a minimum number of continuous cylinder wall temperature fluctuations that must be generated before an alarm is issued. The minimum number of continuous waves can be set to two or three fluctuations (at least two to three peaks).
일 실시예에서, 프로세서는, 실린더(10)들 중의 하나에 대하여 사전-스커핑 실린더 경보가 발령된 이후에 반대작용조치가 취해진 때에, 언제 정상 작동으로 복귀할 것인지를 자동적으로 판별하도록 구성될 수도 있다. 여기에서, 프로세서는 반대작용조치들의 개시 이후에 경과된 시간 간격을 판별하고, 시간 간격이 미리 결정된 문턱값을 초과한 후에는 사전-스커핑 경보가 발령된 실린더(10)를 자동적으로 정상 작동으로 복귀시킨다. 정상 작동으로의 복귀는 점진적으로 수행된다.In one embodiment, the processor may be configured to automatically determine when to return to normal operation when an adverse action is taken after a pre-scuffing cylinder alert has been issued for one of the
반대작용조치가 취해지지 않는다면, 사전-스커핑 발생은 결국 스커핑 상태로 귀결될 것이다. 스커핑 발생 경우의 실린더 온도 추이는 도 4 의 파선에 의하여 도시되어 있다. (예를 들어 사전-스커핑 발생이 검출되지 않았거나 또는 사전-스커핑 경보 시의 반대작용조치가 부적절하는 등의 이유로) 스커핑이 발생한다면, 프로세서는 관련된 실린더의 온도 구배 (Δt/ΔT)가 시간의 최소량(minimum amount of time) 동안 주어진 문턱값을 초과하는 때에 스커핑 경보를 발령한다. 또한, 주어진 실린더의 실린더 벽 온도가 최대 경보 설정점을 초과한다면, 스커핑 상태 경보가 발령된다.If no countermeasures are taken, the pre-scuffing occurrence will eventually result in a scuffing state. The cylinder temperature trend in the case of scuffing is shown by the broken line of FIG. If scuffing occurs (for example, because no pre-scuffing occurrence has been detected or the countermeasures in the pre-scuffing alert are inadequate, etc.), then the processor will determine the temperature gradient (Δt / ΔT) of the cylinder involved. The scuffing alert is issued when is greater than a given threshold for a minimum amount of time. Also, if the cylinder wall temperature of a given cylinder exceeds the maximum alarm set point, a scuffing state alarm is issued.
프로세서는 스커핑 상태가 존재하는지를 검출하여 자동적으로 스커핑 경보를 발령한다. 또한, 일 실시예에서, 프로세서는, 스커핑 발생이 검출되는 때에 실린더 윤활 오일의 투여를 현저하게, 예를 들어 최대 수준으로 증가시키는 등의 반대작용조치를 자동적으로 적용한다. 반대작용조치에는, 관련된 실린더의 연료 주입의 조작을 통하여, 경보가 발령된 실린더의 부하를 저감시키는 것이 포함될 수 있다. 또한 프로세서는, 스커핑 경보가 발령된 후에, 반대작용조치로서 엔진 속력을 자동적으로 감소시킬 수 있다.The processor detects whether a scuffing state exists and automatically issues a scuffing alert. In addition, in one embodiment, the processor automatically applies countermeasures such as significantly increasing the administration of the cylinder lubricating oil when the occurrence of scuffing is detected, for example to a maximum level. The countermeasures may include reducing the load on the cylinder for which the alarm has been issued, through manipulation of fuel injection of the associated cylinder. The processor may also automatically reduce engine speed as a countermeasure after a scuffing alert is issued.
일 실시예에서, 프로세서는, 스커핑이 종료된 때를 판별할 수도 있다. 이 경우, 프로세서는 경보가 발령되었던 실린더의 실린더 온도가 최대 경보 설정점 미만으로 미리 결정된 여유(margin)만큼 감소된 때에 스커핑 경보를 철회한다. 또한, 프로세서는 스커핑이 종료된 것으로 프로세서가 판별한 때의 시점으로부터 미리 결정된 지연시간이 지난 후에 스커핑 반대작용조치를 자동적으로 종료시킬 수 있다. 프로세서에 의한 스커핑 반대작용조치의 자동 종료는 점진적으로 또는 단계별로 수행될 수 있다.In one embodiment, the processor may determine when scuffing has ended. In this case, the processor withdraws the scuffing alarm when the cylinder temperature of the cylinder from which the alarm was issued is reduced by a predetermined margin below the maximum alarm set point. In addition, the processor may automatically terminate the scuffing countermeasure after a predetermined delay time elapses from the time when the processor determines that the scuffing is finished. Automatic termination of scuffing countermeasures by the processor may be performed gradually or in stages.
본 발명은 다양한 장점들을 갖는다. 상이한 실시예들 또는 구현예들은 다음과 같은 장점들 중 하나 이상을 가질 수 있다. 이것은 국한적인 열거사항이 아니며, 여기에 기술되지 않은 다른 장점들도 있을 수 있다는 점에 유의한다. 본 발명의 일 장점은 사전-스커핑 발생을 검출하는 신뢰성있는 방법을 제공한다는 것이다. 본 발명의 다른 장점은, 사전-스커핑 발생의 검출 시에 반대작용조치를 자동적으로 개시함을 제공한다는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은, 사전-스커핑 발생에 대한 반대작용조치의 자동 종료를 제공한다는 것이다. 본 발명의 다른 장점은, 스커핑 발생을 검출하는 신뢰성있는 방법을 제공한다는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은, 스커핑 발생의 검출 시에 반대작용조치를 자동적으로 개시시키는 방법을 제공한다는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은, 스커핑 종료의 자동 검출을 제공하는 것이다.The present invention has various advantages. Different embodiments or implementations may have one or more of the following advantages. Note that this is not a local list, and there may be other advantages not described here. One advantage of the present invention is that it provides a reliable method of detecting pre-scuffing occurrences. Another advantage of the present invention is that it provides for automatically initiating countermeasures upon detection of pre-scuffing occurrences. Another advantage of the present invention is that it provides automatic termination of countermeasures against pre-scuffing occurrence. Another advantage of the present invention is that it provides a reliable method of detecting occurrence of scuffing. Another advantage of the present invention is that it provides a method of automatically initiating countermeasures upon detection of scuffing occurrences. Another advantage of the present invention is to provide automatic detection of the end of scuffing.
청구범위에 이용된 "포함"이라는 용어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하는 것이 아니다. 청구범위에서 단수형으로 기재된 요소는 그 요소가 복수 개 존재할 수 있다는 것을 배제하는 것이 아니다.The term "comprising" as used in the claims does not exclude other elements or steps. The elements described in the singular in the claims are not intended to exclude the presence of a plurality of elements.
상기 상세한 설명에서는 본 발명에서 특히 중요한 것으로 생각되는 사항들에 대하여 설명하였으나, 출원인은 특별히 강조되었는가의 여부에 관계없이 앞서 설명된 사항 및/또는 도면들에 도시된 사항들의 임의의 특허가능한 특징 또는 그 특징들의 임의적 조합에 대한 권리보호를 청구한다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 문헌을 감안하여, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 변형 및/또는 개선을 가할 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다.While the foregoing detailed description has described matters that are particularly important to the present invention, the applicant has regarded any patentable features of the matters described above and / or shown in the drawings, or whether or not specifically emphasized. It should be understood that claims protection of any combination of features. In addition, it should be understood that those skilled in the art can make modifications and / or improvements within the scope and spirit of the present invention as set forth in the following claims in view of the present document. will be.
10: 실린더 12: 피스톤
14: 실린더 커버 16: 배기 밸브
18: 연료 주입기 20, 20': 온도 센서
22: 케이블 ECS: 전자 제어 시스템10: cylinder 12: piston
14: cylinder cover 16: exhaust valve
18:
22: cable ECS: electronic control system
Claims (16)
반대작용조치의 개시(initiation) 이후로 경과된 시간 간격(time span)을 판별하는 단계; 및
상기 시간 간격이 미리 결정된 문턱값을 초과한 후에 사전-스커핑 경보가 발령되었던 실린더를 보통 작동으로 자동적으로 복귀시키는 단계;를 포함하는, 복귀 시기의 판별 방법.Usually used in large multi-cylinder two-stroke diesel engines, after the pre-scuffing cylinder alert is issued for one of the cylinders, countermeasures are usually taken to prevent further pre-scuffing. As a method for determining when to return to operation,
Determining a time span that has elapsed since the initiation of the counteraction; And
Automatically returning to the normal operation the cylinder from which the pre-scuffing alert was issued after the time interval exceeds a predetermined threshold.
상기 보통 작동으로의 복귀는 점진적으로 수행되는, 복귀 시기의 판별 방법.The method of claim 1,
And the return to normal operation is performed gradually.
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