KR19980032736A - 멀티실린더 내연기관용 실린더 윤활장치와 그로부터의 분배량 제어방법 - Google Patents

Abstract

멀티실린더의 내연기관용 실린더는 각각의 실린더(1)에 피스톤링이 실린더 라이너의 내측면에서 슬라이드하는 왕복동하는 피스톤을 구비하고 있다. 실린더 윤활장치(3)는 도징(dosing) 실린더(42)에서 종방향으로 이동가능한 복수개의 도징 피스톤(53)들에 의해 윤활유를 계량 분배하여 상기 라이너의 내측면에 형성된 복수개의 윤활포인트들(2)에 공급하며, 상기 복수개의 도징 피스톤(53)들은 액튜에이터 피스톤(44,44a,44b)에 장착되며, 액튜에이터 피스톤은 유압챔버(45)를 구비한 유압 실린더에 삽입되고, 상기 유압 챔버는 유압유체가 액튜에이터 피스톤과 그의 도징 피스톤들을 종방향으로 이동하게 하여서 윤활 포인트들로 윤활유를 공급하는 송출행정을 도징 피스톤들이 수행하도록 제어밸브(37)에 의해 압력원 또는 배출관과 연결될 수 있다.

Description

멀티실린더 내연기관용 실린더 윤활장치와 그로부터의 분배량 제어방법

본 발명은 피스톤 링들이 실린더 라이너의 내측면에서 슬라이드하는 왕복운동하는 피스톤을 각각의 실린더에 구비한 멀티실린더 내연기관용 윤활장치에 관한 것으로, 상기 윤활장치는 실린더 라이너의 내측면에 형성된 복수개의 윤활포인트들에 계량된 윤활유 분배량을, 연합된 도징(dosing) 실린더들에서 종방향으로 이동가능한 다수의 도징 피스톤들에 의해 공급한다.

그러한 실린더 윤활장치는 독일 특허 A1-28 27 626호에 알려져 있으며, 상기 특허에서 도징 피스톤들은 윤활유 용기의 저면에 일열로 배열되어 장착되어 있으며, 상기 용기는 하단이 해당 피스톤의 반대쪽에 있는 회전아암을 각 피스톤에서 지지하는 샤프트를 포함한다. 각 회전아암의 상단의 반대쪽에는 회전아암의 회전을 제한하는 고정 스크류가 제공되어 있다. 상기 고정 스크류를 조정함으로써, 해당 피스톤의 출발위치와 행정이 결정된다. 상기 피스톤들은 윤활유 용기에 저널(journel)로 연결된 회전 캠축에 의해 왕복운동하게 구동되며, 상기 캠은 도징 피스톤으로부터 먼쪽을 향한 회전아암의 하단의 측면에 작용한다. 상기 캠축은 엔진의 크랭크축과 동기회전하며 각 엔진 싸이클에 대해 엔진 크랭크축의 일회전당 한 행정을 이루는 도징행정을 하도록 한다. 엔진의 동작모드에서 도징 피스톤의 각 행정에서 최대량의 윤활유를 공급할 필요가 없다면, 회전가능한 스톱부재가 회전아암의 상단에 접촉하도록 되어 도징 피스톤이 더 이상 출발위치로 귀환되지 않도록 함으로써 캠축의 캠에 의해 후속적인 작동시 윤활유가 공급되지 않게 할 수 있다.

이러한 유형의 윤활장치는 많은 기계부품들로 구성되고, 엔진의 크랭크축과 동기회전하는 캠축의 캠이 회전할 때만 도징 피스톤이 작동될 수 있어서 작동이 느리다. 더욱이, 윤활장치의 캠축과 크랭크축 사이에 기계적인 구동력 전달수단이 필요한 단점이 있다. 또한, 도징 실린더들은 비귀환밸브를 통하여 윤활유가 충전되므로 윤활유의 점성에 도징 실린더들의 충전이 영향을 받는 단점이 있다. 그러므로, 가능하는 한 요구되는 윤활유 공급량이 윤활유의 유입온도와 그 품질에 무관하도록 하기 위하여 윤활장치의 윤활유를 가열하는 것이 통상 필수적인 것으로 여겨졌다.

독일의 뵈겔이라는 브랜드의 실린더 윤활장치는 2위치 4포트의 스위칭 밸브를 통해 압유원이, 해당 실린더들에서 상이한 단면적을 갖는 2개의 피스톤을 구비한 도징장치에 연결되어 있다. 약 70바(bar)의 높은 유압이 피스톤의 일단에 작용하여 피스톤을 작동시키며, 작은 면적이 피스톤은 정상 작동시에 많은 량의 윤활유 공급이 필요할 때, 면적이 큰 다른 피스톤은 전술한 작은 면적의 피스톤 대신에 작동한다. 작동 피스톤의 두 단부들은 윤활유 송출행정을 수행하기 위하여 압력원 또는 배출관과 교대로 연결된다. 그 송출압력은 공급압력과 같으며 한 위치로부터 다른 위치로의 전환은 송출량이 변화될 때 발생한다. 상기 윤활장치는 윤활포인트마다 2개의 도징 피스톤들이 사용되며 윤활유 포인트로의 공급압력은 송출압력과 같아야 한다는 단점이 있다. 도징 피스톤의 이동은 윤활장치의 송출량을 변화시키기 위하여 변화될 수 있지만 그러나 엔진이 정지상태일 때만 가능하다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 엔진 크랭크축에 기계적으로 독립하여 구동되며 필요한 윤활유량을 정확하고 신속하게 분배하는 신뢰성이 매우 높은 윤활장치를 제공하는 것이다.

도 1은 내연기관용 실린더 윤활유 시스템의 개략적인 구성도이며,

도 2는 도 1의 윤활유 시스템의 압력제어장치의 개략적인 종단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 실린더 윤활장치의 제1실시예의 종단면도이며,

도 4와 도 5는 각각 본 발명에 따른 실린더 윤활장치의 제2 및 제3실시예의 종단면도이며,

도 6은 도 4의 선Ⅵ-Ⅵ에 대한 단면도로부터 보여지는 피스톤 지지 요크의 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:(엔진)실린더2:윤활포인트

3:실린더 윤활장치37:제어밸브

42:도징 실린더44,44a,44b:액튜에이터 피스톤

45:챔버53:도징 피스톤

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실린더 윤활장치는 복수개의 도징 피스톤들이 액튜에이터 피스톤에 장착되며, 액튜에이터 피스톤은 유압 챔버를 구비한 유압 실린더에 삽입되며, 유압유체가 액튜에이터 피스톤과 그의 도징 피스톤들을 종방향으로 이동하게 하여서 윤활 포인트들로 윤활유를 공급하는 송출행정을 도징 피스톤들이 수행하도록 상기 유압챔버는 제어밸브에 의해 압력원 또는 배출관과 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 실린더 윤활장치는 해당 축 구동부들을 구비한 회전가능한 축을 사용하지 않도록 하여 윤활장치의 구조를 상당히 단순화시킬 수 있는 한편, 도징 피스톤들의 구동은 엔진 크랭크축에 기계적으로 독립적이다. 상기 도징 피스톤들은 액튜에이터 피스톤에 장착되며 그에 의해 왕복운동할 수 있는 장점이 있다. 종래에 사용된 실린더 윤활장치와 비교하여, 각 도징 피스톤용 회전캠을 사용하지 않는 대신에 회전하는 부품들 없이 윤활장치의 도징 피스톤들을 모두 작동시키는 단일의 액튜에이터 피스톤을 사용하는 점에서 신뢰성이 향상된다. 더욱이 구동부에 있어서 도징 피스톤마다 구동부를 갖는 대신에 본 발명에서는 하나의 공용하는 구동부를 갖는다.

뵈겔형의 윤활장치와 비교하여, 본 발명에 따른 윤활장치는 윤활 포인트마다 오직 하나의 도징 피스톤만이 사용되며, 공통의 액튜에이터 피스톤이 윤활장치의 모든 도징 피스톤들을 구동하는 점에서 구조가 상당히 단순화된다. 유압 실린더의 액튜에이터 피스톤의 단면적이 관련된 도징 실린더들의 도징 피스톤들의 단면적들의 합보다 상당히 더 큰 것이 바람직하다. 구동부에 있어서, 액튜에이터 피스톤의 상대적으로 넓은 면적은, 구동 유압유체의 바람직한 낮은 압력으로 실린더로의 윤활유의 유입시 윤활 포인트에서의 실린더 압력보다 더 큰 송출압력을 생성하는 것을 가능하게 한다. 특히, 바람직한 실시예에서 액튜에이터 피스톤의 단면적은 도징 피스톤들의 단면적 합보다 적어도 4배, 바람직하게는 6-15배 더 크다. 이와같은 면적비로 송출압은, 예를들어 10바 이하의 유압유체의 구동압력으로 예를들어 80바 이상이 된다. 이러한 낮은 구동압력은 바람직한 작은 에너지 소모의 송출펌프들에 의해 제공된다. 낮은 유압은 또한 송출측 도관장치가 큰 압력장치 사이즈로 되지 않게 한다.

제어밸브는 엔진 또는 실린더 컨트롤 장치로부터 받은 제어신호에의해 전자식으로 제어될 수 있도록 한다. 전자식으로 작동되는 밸브들은, 다른 실린더 부품들을 제어할 수 있는 전자제어기로 직접 제어될 수 있는 솔레노이드밸브들과 같은 신속하게 작동하는 표준의 구성요소들이다. 액튜에이터 피스톤이 스프링에 의해 액튜에이터 피스톤에 대해 피스톤의 출발위치를 향한 탄성력을 받을 때, 밸브는 3포트 2위치를 갖는 것이 바람직하며, 액튜에이터 피스톤이 출발위치로부터 먼쪽으로 향한 피스톤 표면에 대한 유압의 영향으로 출발위치로 귀환되면, 밸브는 4포트 2위치를 가질 수 있다.

실린더 윤활장치는 엔진의 어떤 작동조건에서 보다 많은 량의 윤활유를 송출하도록 스위치될 수 있는 것이 요망된다. 단순한 방법으로 상이한 송출량으로 윤활유를 송출하기 위하여 스위칭될 수 있도록 개선된 본 발명의 실시예는, 액튜에이터 피스톤이 메인 피스톤과 보조피스톤으로 분할되어 있으며, 상기 메인 피스톤과 보조피스톤들 사이에 보조유압챔버를형성하며, 도징 피스톤들은 보조 피스톤에 장착되고, 보조피스톤은 출발위치로부터 메인 피스톤의 전방 이동이 스톱부재에 의해 저지되는 중간위치로 메인 피스톤과 함께 이동가능하며, 보조피스톤은 보조유압챔버의 압력이 미리 설정된 작동압력을 초과할 때 상기 중간위치로부터 전방을 향해 이동가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 실린더 윤활장치가 비교적 작은 량의 윤활유를 송출하려고 할 때 유압은 보조피스톤의 작동압력보다 낮게 유지된다. 이러한 동작모드에서, 액튜에이터 피스톤은 출발위치로부터 중간위치 까지의 간격에 해당하는 거리만큼 도징 피스톤들을 매번 이동시킨다. 엔진부하의 변경과 같이 엔진의 동작상태가 실린더 라이너로 보다 많은 량의 윤활유 공급을 필요로 할 때, 유압은 상기 작동압력보다 더 크게 증가된다. 윤활장치가 작동되고 메인 피스톤의 움직임은 스톱부재에 의해 정지될 때, 윤활장치의 유압유체용 유입구측의 유압과 보조유압챔버의 유압은 보조피스톤용 작동압력보다 더 크게 되며, 그러므로 보조피스톤은 도징 피스톤들을 전방으로 계속 구동하며, 이로써 윤활장치의 각 작동시 분배되는 윤활유의 량이 증대된다.

실린더 윤활장치는 윤활유원과 연통하는 내측 챔버를 가지며, 각각의 도징실린더는 피스톤의 전단면 앞에 위치하고 액튜에이터 피스톤이 그 출발위치에 있을 때 상기 내측 챔버와 도징 실린더를 연결하는 유입 채널을 구비하고 있으며, 도징 피스톤이 상기 유입 채널을 통과하여 차단할 때 도징 실린더로부터의 상기 윤활유 송출이 개시된다. 이러한 윤활장치에서 도징 피스톤은 유입 채널의 개폐를 제어하여 채널이 어떠한 비귀환밸브 없이 단순히 개방된 보어로서 형성될 수 있게 한다. 이것은 도징 실린더로부터의 윤활유 송출량이 윤활유의 점성과 무관하게 하는 장점을 제공하며, 그것은 유입 채널이 도징 피스톤에 의해 완전히 차단되는 순간에 도징 피스톤의 전방에서의 윤활유량이 그 점성조건이 무관하게 일정하기 때문이다. 각각의 송출행정전에 도징 피스톤은 유입 채널이 적어도 부분적으로 닫히지 않은 출발위치에 배치되어야 한다. 윤활유의 송출행정이 끝난 다음에 도징 피스톤은 그의 출발위치로 귀환되며, 그 귀환운동중에 도징 피스톤의 전방에 도징 실린더에서는 진공이 발생하게 된다. 유입 채널이 닫히지 않았을 때 진공발생과 동시에 그 진공이 제거되게 도징 실린더에는 내측 챔버로부터 유입 채널을 통하여 흘러들어오는 윤활유가 급히 충진된다. 상기 진공은 실린더의 충진을 촉진시키며 또한 이것은 본 실시예의 장점이다.

특히, 단순한 실시예에서 유압유체는 윤활유이며, 내측 챔버는 유압유체용 드레인포트와 연결되어 있으며, 드레인포트에서의 윤활유의 압벽은 윤활장치 외부의 대기 공기압력보다 더 높다. 윤활유체로서 윤활유를 사용함에 따라, 실린더 윤활장치는 하나의 도관장치와 연결되어야 한다. 내측 챔버는 드레인포트의 상대적으로 낮은 압력의 윤활유로 충전되며, 액튜에이터 피스톤은 이 압력에 대하여 차단될 필요가 없으며, 이것은 윤활장치로의 윤활유 송출압력보다 상당히 더 낮다. 또한, 액튜에이터를 구동하는데 사용된 윤활유의 일부가 내측 챔버로 유입되고 도징 실린더들에 사용되는 장점이 있으며, 윤활장치로부터 귀환되는 윤활유의 량은 가능한한 작다.

하나의 윤활장치에 의해 윤활 포인트들에 분배되는 윤활유 량은 개별적으로 조정가능하여서 윤활유 소모가 미세하게 조정될 수 있으며 또한, 최소화될 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 도징 실린더들은 장착위치의 개별적인 길이 조정이 가능하게 윤활장치에 장착될 수 있으며, 도징 피스톤들은 그 전단부와 액튜에이터 피스톤 사이의 거리의 개별적인 조정이 가능하게 액튜에이터 피스톤에 장착될 수 있다.

본 발명은 실린더 윤활장치로부터 윤활유 송출량을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 액튜에이터 피스톤에 장착된 복수개의 도징 피스톤들이 동시적인 종방향 이동을 위하여 유압 구동 액튜에이터 피스톤이 사용되고, 윤활장치는 관련 실린더의 엔진 싸이클중에 적어도 하나의 미리 설정된 순간에 작동하여 액튜에이터 피스톤이 도징 피스톤들의 종방향으로의 적어도 미리 설정된 거리만큼 이동됨으로써 윤활유의 기본적인 분배량이 각각의 도징 피스톤으로부터 실린더의 관련 윤활 포인트로 송출되며, 윤활장치는 엔진이 작동하는 동안 임의로 제어가능하여서 기본분배량보다 더 많은 윤활유량이 각각의 윤활포인트로 송출되는 것을 특징으로 한다.

복수개의 도징 피스톤들의 이동을 위한 액튜에이터 피스톤의 사용한 신속한 동작과 단순하며 매우 신뢰할 수 있는 윤활장치의 형태로 상기 장점들을 제공한다. 엔진 싸이클의 미리 설정된 순간에서의 윤활장치의 작동은 엔진 실린더의 피스톤이 윤활 포인트들에 반대쪽 위치에서, 예를들어 실린더 피스톤의 피스톤링부분이 윤활유가 공급된 윤활 포인트들에 반대쪽에 위치할 때의 위치에서 윤활유가 공급되는 것을 가능하게 한다. 액튜에이터 피스톤의 전방으로의 이동시 윤활포인트들 각각으로 미리 설정된 윤활유의 기본 분배량의 공급과 보다 많은 윤활유량을 공급하기 위하여 윤활장치를 임의적으로 제어할 수 있는 가능성은 내연기관의 실린더 윤활시 제기되는 윤활의 필요를 충족한다. 즉, 일정한 엔진 부하에서의 정상적인 운전시 실린더 윤활은 엔진 부하에 통상적으로 비례하여 비교적 작은, 미세한 량으로 이루어지는 반면에, 부하의 변화시 또는 비정상적인 엔진 작동조건하에서는 보다 많은 량의 윤활유가 공급될 수 있다.

엔진의 윤활 필요성이 낮은 동작모드에서 하나의 엔진 싸이클중에 윤활유의 기본 분배량은 윤활포인트로의 송출량에 해당하는 것이 바람직하며, 엔진에 보다 많은 량의 윤활유가 필요한 작동모드에서 도징 피스톤이 미리 설정된 거리보다 더 긴 거리만큼 이동됨으로써 액튜에이터 피스톤의 유압챔버와 연통된 압력원의 유압이 미리 설정된 작동압력을 초과하여 증가되기 때문에 보다 많은 윤활유량이 윤활장치로부터 공급된다. 본 발명의 방법에 의해 윤활장치가 작동함으로써, 보다 작거나 많은 량의 윤활유가 분배되어야 할 때 요구되는 윤활유량이 액튜에이터 피스톤의 단일 작동시에 송출된다. 이것은 윤활장치의 바람직한 단순한 제어를 제공한다. 더욱이, 본 발명의 방법은 단일의 윤활장치가 복수개의 실린더들의 윤활용으로 또는 윤활장치의 도징 피스톤들보다 더 많은 윤활포인트들에 같은 실린더의 윤활용으로 사용될 수 있게 한다. 그것은 윤활장치의 배출측에 윤활유가 액튜에이터 피스톤의 현재 작동에서 공급되어야 하는 윤활포인트들에 윤활장치를 연결하는 다수의 스위칭 밸브들이 제공되기 때문이다. 엔진 싸이클의 일부중에 신속하게 작동하는 윤활장치가 제1조의 연결된 윤활포인트들에 윤활유를 송출할 수 있으며, 그 때문에 스위칭 밸브는 다른 조의 윤활포인트들에 윤활장치를 연결하고 그에 의해 액튜에이터 피스톤이 작동된다.

본 발명의 변형예에 따른 방법에서, 윤활유의 기본적인 분배량은 한 엔진 싸이클동안에 윤활포인트로의 송출량보다 더 적으며, 액튜에이터 피스톤은 한 엔진 싸이클동안에 수회의 왕복운동 행정을 수행하도록 작동되며, 한 엔진 싸이클 동안에 더 많은 횟수로 액튜에이터가 작동함으로써 더 많은 윤활유량이 공급된다. 신속하게 작동하는 윤활장치가 단일의 엔진 싸이클중에 수회 작동될 수 있으며, 이로써 엔진 실린더의 왕복운동하는 피스톤의한 행정동안에 송출될 가장 적은 윤활유량보다 더 적게 한 동작당 기본 분배량을 선택하고 요구되는 윤활에 해당하는 전체 송출량을 제공하는 횟수로 액튜에이터 피스톤을 작동시키는 것을 가능하게 한다. 이것은 모든 동작조건들에서 매우 정확한 윤활을 할 수 있게 하며, 필요한 적합한 횟수로 윤활장치를 작동하게 전자제어장치에 의해 용이하게 제어하도록 한다.

액튜에이터 피스톤의 최대 행정길이로의 왕복운동 행정은 60ms, 보다 바람직하게는 40ms 미만으로 수행되는 것이 바람직하다. 대형의 2행정 크로스헤드 엔진의 충분한 엔진 싸이클은 전형적으로 0.25-1s이기 때문에, 한 엔진 싸이클 동안에 실린더 윤활장치는 적어도 3-16회, 바람직하게는 6-25회 동작될 수 있다. 그러한 신속하게 작동하는 윤활장치로, 실린더의 피스톤 위치에 관련하여 매우 정확한 량과 매우 정확한 타이밍으로 윤활이 수행될 수 있다. 또한, 동일한 윤활장치를 사용하여 복수의 실린더들을 윤활시키거나 또는 한 실린더에서 여러 레벨로 윤활시키는 것이 가능하다. 또한, 윤활장치는 4행정 엔진의 실린더들의 정확한 윤활을 수행하기에 충분히 신속히 작동하며 예를들어 0.6-0.1s 동안에 충분한 엔진 싸이클을 수행할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도시한 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 고정된 동력발생기관 또는 배의 추진기관인 2행정 크로스 헤드 엔진용 실린더 윤활유 시스템의 구성을 도시하고 있다. 엔진은 멀티실린더 엔진이며, 도면의 명료화를 위하여 엔진의 실리더(1)가 두 개만 도시되어 있다. 실린더 라이너의 내경은 통상 25㎝ 내지 100㎝의 범위에 있으며, 라이너에서 왕복운동하는 피스톤은 통상적으로 90㎝ 내지 300㎝ 범위의 행정길이로 이동하며, 라이너의 내측면에서 슬라이드하는 3개 내지 5개의 압력 시일용 피스톤 링들이 제공되어 있다. 실린더 윤활은, 라이너의 내측면과 피스톤링들 사이의 마찰이 적절히 낮게 유지되도록 실린더 라이너의 내측면에 윤활유막을 유지시키기 위한 것이다.

각각의 실린더 라이너는 하나 이상의 실린더 윤활유장치(3)에 의해 라이너의 내측면으로 윤활유가 분배되는 복수개의 급유 포인트들을 구비하고 있다. 각각의 급유 포인트로의 공급관(4)은, 윤활유가 급유되지 않을 때 실린더 압력이 공급관으로 작용하지 않도록 라이너의 구멍 부근에 체크밸브와 같은 비귀환 밸브95)가 제공된다. 라이너의 원주방향으로의 윤활유의 분포를 위하여 복수개, 예를들어 2개 내지 5개 또는 그 이상의 급유 포인트들이 라이너의 원주방향으로 열을 지어 균등하게 분포된다. 라이너는 그의 길이방향으로 다른 레벨에 배치된 급유 포인트들의 상기와 같은 열을 복수개 구비할 수 있다. 윤활장치(3)는 연합된 실린더의 모든 급유 포인트들에 윤활유를 공급하며, 각각의 실린더는 각각의 급유 포인트 열들에 윤활유를 공급하는 둘 또는 그 이상의 윤활장치를 구비할 수 있으며, 또는 윤활장치의 배출측이 연합된 실린더들 각각의 급유 포인트들과 교대로 연통하는 하나 또는 그 이상의 스위칭 밸브를 구비하는 경우 하나의 윤활장치가 복수개의 실린더의 급유 포인트들에 윤활유를 공급할 수도 있다.

정상적인 엔진 작동시에 실린더 윤활을 위한 윤활유 소비는 0.4g/kWh에서 0.9g/kWh의 범위이며, 통상적으로는 0.6g/kWh이다. 실린더 최대출력은, 에를들어 400kW 내지 5800kW의 범위에 있으며, 통상적으로 실린더당 240g/h 내지 3480g/h의 윤활유량을 필요로 한다.

실린더 윤활장치(3)는 하나는 작동펌프이고 다른 하나는 리저브 펌프인 2개의 엔진 또는 모터구동 압력펌프(8)로부터의 전달관(7)에 연결된 압력관(6) 형태의 유압유체용 압력원과 그리고 과잉 공급 윤활유를 탱크(10)로 귀환시키는 귀환관(9) 형태의 유압유체용 드레인관에 연결된다. 탱크(10)는 배출관(vent; 11)과 충전관(12)을 구비한다. 유입구측에는 두 개의 펌프(8)가 탱크(10)로부터의 공급관(13)과 평팽하게 연결되어 있고, 각각의 펌프 앞의 공급관에는 차단밸브(14)와 필터(15)가 제공되며, 상기 필터는 100㎛ 내지 200㎛의 다소 거친 메시(mesh) 크기를 갖는다. 가압펌프(8)는 전달측에서 각각의 비귀환밸브(16)를 통해 압력관(6)과 그리고 윤활유의 적당한 순도를 확보하도록 10-50㎛ 메시 크기의 미세필터(17)와 평행하게 연결된다. 펌프(8)와 그에 연합된 밸브(14)들은 전자제어장치(18)에 의해 제어되며, 상기 전자제어장치(18)는 후술하는 바와같이 압력관(6)의 압력에 의하거나 도시되지 않은 다수의 유량계를 통해 펌프들의 작동상태를 모니터할 수 있다. 동작펌프가 고장난 경우, 전자제어장치(18)는 두 밸브(14)들을 스위칭시키고, 예비 펌프를 초기화시킨다. 축압기(19)는 3개의 작동개시에 압력관(6)에서 발생하는 어떠한 압력 펄스도 균등화시킨다.

펌프(8)는 실린더 윤활장치(3)의 유입구에서 요구되는 최고압력을 초과하는 압력으로 윤활유를 정량 토출한다. 압력관(6)의 압력을 압력제어장치(20)에 의해 항상 요구되는 수준으로 하향 조정되며, 상기 압력제어장치(20)는 요구되는 압력에 따라 귀환관(9)으로 다소간의 윤활유를 드레인시킨다. 압력제어장치는 도 2에 보다 상세히 도시되어 있으며, 2개의 포트(21,22)에서 각각 압력관(6) 및 귀환관(9)과 연통된다. 압력 트랜스유서(23)는 압력관(6)의 압력을 계속 측정하여 그에 대한 신호를 신호선(24)를 통해 전자제어장치(18)로 전달한다. 예를들어, 솔레노이드형 마그네틱 밸브와 같은 2위치 3포트 제어밸브(25)는 포트(21)를 미리 설정된 조정가능한 최대 압력에서 개방되는 압력 제어밸브(26) 혹은 미리 설정된 조정가능한 최소 압력에서 개방되는 압력제어밸브(27) 중 어느 하나와 연통된다. 상기 압력들은 압력관(6)에서 요구되는 최대압력과 최소압력들에 대응하여 설정된다. 이용가능한 압력을 예로들어 설명하면, 압력제어밸브(26)는 20바(bar)의 압력에서 개방될 수 있으며, 압력제어밸브(27)는 5바의 압력에서 개방된다. 압력제어밸브(26, 27)의 배출측은 포트(22)에서 연통된다. 제어밸브(25)는 신호선(28)을 통해 전자제어장치(18)로부터의 제어신호를 입력받는다.

압력관(6)의 압력은, 적당한 스위칭 비율로 두 위치들 사이에서 제어밸브(25)를 스위칭함으로써 최대와 최소 압력들 사이에서 필요한 수준의 압력으로 제어될 수 있다. 압력제어밸브(26)가 압력관(6)에 연통되면, 압력관의 압력은 최대 압력에 근접하게 상승되고, 압력제어밸브(27)가 압력관(6)과 연통되면 압력관(6)의 압력은 최소 압력에 근접하게 된다. 이것은 제어밸브(25)로 전자제어장치(18)에 의해 주기적으로 제어되는 압력 조정이다. 바람직하게는, 내연기관의 안전을 위해 제어밸브(25)는, 자화전류가 신호선(28)에 흐르지 않을 때, 포트(21)가 압력제어밸브(26)와 연통된 위치에 있게 된다. 전자압력제어장치의 어떤 요소가 고장나게 되면, 압력관(6)의 압력이 최대 압력으로 설정되도록 되어 있다.

상기한 유형의 압력제어장치는 압력을 제어하고 고정된 토출유량을 갖는 펌프를 사용하는 대신에 펌프는 토출유량으로 압력관(6)의 압력을 제어할 수 있다. 대신에, 압력제어장치는, 제어장치로부터 받는 전압레벨에 따라 압력을 설정하는 가변적인 밸브로 될 수 있다.

전자제어장치(18)는 와이어(29)에 의해 전원에 연결되며, 다수의 와이어(30-32)을 통해 엔진의 현재 작동상태에 대한 정보를 받는다. 그러한 정보는, 예를 들어 와이어(30)가 제공하는 엔진부하에 대한 신호 및 엔진 가버너로부터의 신호, 와이어(31)가 제공하는 크랭크축의 회전운동에 대한 신호와, 와이어(32)가 제공하는 하나 이상의 엔진 실린더를 증가된 윤활유 량으로 윤활시킬 필요가 있는 특별한 운전조건에 대한 신호등이다. 상기 크랭크축의 회전운동에 대한 신호는, 예를들어 소위 증분기록으로부터 얻을 수 있으며, 크랭크축의 현재 각위치에 대한 정보를 담을 수 있다. 제어장치는 더욱이 압력관(6)의 현재 압력에 대해 압력 트랜스듀서(24)로부터 정보를 받는다. 와이어(33,34)들과 도시되지 않은 밸브(14)로의 와이어들을 통해 전자제어장치(18)는 가압펌프(8)에 의해 와이어(28)를 통하여 제어된다. 와이어(35,36)를 통해 제어장치는 각각의 윤활장치(3)의 제어밸브(37)와 연결된다. 제어장치가 비정상적인 작동상태를 탐지하면 와이어(38)를 통해 경보가 발생된다. 안전을 위하여 압력 트랜스듀서(25)와 그리고 윤활장치의 가능한 다른 요소들은, 한 요소가 고장나는 경우에 대비하여 하나 이상의 동일 유형의 예비 요소들에 의해 이중으로 되어 있다.

실린더 윤활에 대한 제어장치에 의한 작동 모니터링은 압력관(6)에서의 압력 변동에 대하여 압력 트랜스듀서(25)에 의한 탐지 확인과 그에 대한 즉각적인, 제어 밸브(37)로의 작동 신호의 제공을 포함한다 .이러한 압력 변동은, 관련된 윤활장치가 압력관(6)으로부터 윤활유를 퍼뜨리는 도징행정을 수행하는 것을 보여준다. 압력 변동이 예상되면, 제어장치는 실린더 윤활장치에서의 가능한 결함에 대한 경보를 발생한다.

실린더 윤활장치93)의 예가 도 3에 도시되어 있다. 제어밸브(37)는 케이징(39)에 장착되며, 상기 케이징은 압력관(6)용 연결부(40)와 귀환관(9)용 연결부(41)를 구비한 제1부분(39a)과, 도징 실린더들로부터 동시에 윤활 포인트들로 오일을 공급하는 각각의 공급관(4)용 연결부(43)를 포함한다. 케이징의 부분들은 커버측으로부터 삽입되어 제1부분(39a)의 나사가 형성된 저면의 홀들속으로 나사체결되는 도시하지 않은 볼트들에 의해 일체화 된다.

액튜에이터 피스톤(44)은 제1부분(39a)의 보어에 삽입되어 유압실린더로서 작용하며, 피스톤의 단부면과 보어는 채널(46)을 통하여 제어밸브의 배출포트(47)와 연통하는 압유 챔버(45)를 형성한다. 피스톤의 대칭축은 도징실린더들의 종방향 축들과 평행하게 연장되어 있다. 제어밸브(37)는 더욱이 압력관(6)과 계속하여 연통된 유입포트(48)와, 귀환관(9)과 계속하여 연통된 드레인 포트(49)를 구비하고 있다. 슬라이드 밸브(50)는 2위치에서, 즉 드레인 포트(49)와 배출포트(47)가 연통된 도면에 도시된 위치와 배출포트가 유입포트(48)와 연통되는 위치사이에서 이동한다. 코일(52')이 자화되면, 슬라이드 밸브는 드레인 포트(49)를 차단하도록 이동된다.

유압실린더의 외측에서 피스톤(44)은 도징 피스톤(53)이 장착된 요크(52)로서 작용하는 반경방향으로 돌출한 칼라(collar)부를 구비하고 있다. 도징 피스톤들은 그 단부에서 2개의 돌출된 칼라부들을 구비하여, 도징 피스톤들이 도 압력관(6)에서 도시되어 있듯이 피스톤 칼라부(52)의 외측으로 개방된 요홈(54)에 조립위치로 눌려질 때 피스톤 칼라부(52)의 양측면을 파지하도록 한다. 상기 도면에서는 하나의 피스톤(53)이 제거되어 해당 요홈(54)를 보여주고 있다. 이와같은 조립으로 상기 도징 피스톤들은 액튜에이터 피스톤에서 길이방향으로 변위되지 않도록 고정되며, 그러나 반경방향 및 원주방향으로의 미세한 조정은 가능하여 도징 피스톤들이 도징 실린더(42)들과 충분하게 동축상태로 유지되게 한다.

케이징(39)은 내측 챔버(55)를 구비하며, 그 챔버는 액튜에이터 피스톤의 구멍(56)과 채널(57)을 통하여 귀환로용의 연결통로(41)와 흐름이 연속되게 연통되어 있어서 내측 챔버에 채워진 윤활유의 압력이 예를들어 1 내지 3 바로 유지되게 한다. 챔버(55)는 도징 실린더들을 가로지르는 환형의 그루브(groove:58)를 구비하여 드징 피스톤들이 도면에 도시된 출발위치에 있을 때 챔버(55)와 도징 실린더를 연결하는 공급 채널을 각 실린더에 간편하게 제공한다. 변형적으로, 상기 각 도징 실린더에 상기 채널을 구성하는 보어가 제공될 수도 있다.

각각의 도징 실린더는 스프링이 장전된 볼(59)의 형태로 된 비귀환밸브를 배출단에 구비하여 윤활유가 실린더에서 오직 배출될 수만 있도록 한다.

스톱부재(60)는 각 행정시에 액튜에이터 피스톤의 행정을 결정짓게 되며, 그것은 피스톤의 전단부가 스톱부재의 단부면과 부딪힘으로써 이루어진다. 압축스프링(61)은 출발위치를 향한 방향으로 액튜에이터 피스톤에 미리 작용하며 스톱부재를 단부(39c)의 나사구멍에 체결된 조정스크류(압력관(6)2)에 대하여 접촉되게 유지하며, 조정스크류를 조이는 정도에 따라 액튜에이터 피스톤의 행정과 그에 따라서 매 행정당 도징 피스톤들에 의해 전달되는 윤활유량을 제한하게 된다. 상기 조정스크류에는 윤활유 전달량과 스크류의 조정 사이의 관계를 보여주는 스케일이 제공될 수 있다.

제어장치가 윤활장치를 작동시키는 신호를 발생하면, 코일(52')은 자화되고 슬라이드 밸브(50)는 압력관(6)과 압유챔버를 연통시켜서 가압된 윤활유가 챔버(45) 속으로 흘러들어오게 하여 길이방향으로 액튜에이터 피스톤과 그에 장착된 도징피스톤을 도면에서 좌측을 향해 이동시킨다. 도징 피스톤들의 전단부면들은 초기 이동시에 유입 채널들을 통과하여 그 채널들을 차단하며, 그때 윤활지점들로의 윤활유의 전달이 개시된다. 액튜에이터 피스톤이 스톱부재(60)와 접촉할 때 윤활유의 전달은 중지된다. 그때 슬라이드 밸브(50)는 챔버(45)와 귀환도관(41)을 연통시키도록 전환되므로 챔버속의 윤활유는 가압배출되며 액튜에이터 피스톤은 스프링(61)에 의해 그 출발위치로 귀환된다. 도징 피스톤의 귀환운동에서 피스톤 단부들이 유입 채널들을 덮지 않을 때까지 도징 실린더(42)들에서 진공이 발생하게 되며 내측 챔버로부터의 윤활유는 실린더들로 흐른다.

변형예에 대한 이하의 설명에서 동일기능을 갖는 요소들에 대해서는 전술한 것과 같은 부호를 사용하며, 제1실시예에 대하여 오직 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도 4는 액튜에이터 피스톤이 메인 피스톤(44a)과 보조피스톤(44b)으로 분할되어 있는 실시예를 보여주고 있다. 메인 피스톤은 보조피스톤의 보어속에 삽입되어 있어서 상기 피스톤들은 그들 사이에 환형의 보조 압유 챔버(63)가 형성된다. 상기 챔버(63)는 메인 피스톤의 길이방향의 채널(64)을 통해 챔버(45)와 계속적으로 연통하게 되어 있다. 메인 피스톤(44a)은 보조피스톤의 단부벽을 관통하는 중앙부재(65)를 구비하고 있다. 상기 액튜에이터 피스톤의 환형의 칼라부(52)가 보조피스톤(44b)에 구비됨으로써 도징 피스톤들이 그의 움직임에 따라 동작하게 된다.

제어밸브(37)가 작동될 때, 가압된 윤활유는 압유 챔버(45, 63)로 유입되고 2개의 피스톤들은 도면에서 좌측을 향해 사실상 함께 종방향으로 이동하게 된다. 중앙부재(65)의 단부면이 스톱부재(60)에 접하게 되면, 메인 피스톤(44a)의 전방으로의 이동은 저지된다. 그러한 움직임중에 보조피스톤에는 중간위치에서, 압유챔버(63)의 단부벽을 이루는 환형의 영역에 대해 귀환관(9)에서와 압력관(6)에서의 윤활유 압력 사이의 압력차의 작용에 의해 발생된 힘과 스프링(61)의 압축력이 작용된다.

압력관(6)에서의 압력이 중간위치에서의 보조피스톤에 작용하는 스프링의 탄성력과 상기 환형의 영역에서 힘이 같게 하는 미리 설정된 작동 압력보다 작으면, 상기 보조피스톤은 그 중간위치에서 전방으로 더 이동하지 못하게 된다.

압력관(6)에서의 압력이 작동압력보다 크면, 단부에서의 압력은 스프링의 탄성력을 극복하여 보조피스톤의 전방으로의 이동이 메인 피스톤의 이동이 저지된 다음에도 계속된다. 스프링(61)으로부터의 압축력은 스프링의 압축에 따라 증대된다. 그러므로 보조피스톤을 항상 제2부분(39a)의 턱(66))에 접촉하도록 이동시키기 위하여 작동압력보다 챔버(63)에서 소위 단부압력이라고 하는 더 큰 압력이 요구된다. 상기 작동압력과 단부압력 사이의 값이 되도록 압력관(6)에서의 압력을 제어함으로써 윤활유의 도징은, 턱(66)이 항상 접촉하도록 보조피스톤의 이동에 의해 얻어지는 최대 도징과 중간 위치로의 이동에 의해 전달되는 기본 도징 사이의 슬라이딩 스케일에서 조정될 수 있다.

도 3에 도시된 제1실시예의 액튜에이터 피스톤(44)은 스프링의 탄성력에 대항하여 이동되며, 윤활유의 도징량의 조정은 압력관(6)의 압력제어에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 도 4에 도시된 실시예는 보조피스톤의 환형 영역이 액튜에이터 피스톤의 전체영역보다 상당히 작아서 윤활유의 도징량을 변화시키기 위해서는 보다 큰 압력변화가 필요하게 되므로 따라서 정확한 제어가 가능한 장점이 있다.

제2실시예의 2개의 케이징부(39b,39c)들 사이에는, 케이징부(39d)가 삽입되며 그 속에는 각 도징 실린더의 배출구의 반대쪽에 유량계가 제공된다. 상기 유량계는 스프링에 장착된 볼(67)을 포함하며, 상기 볼(67)은 윤활유가 실린더로부터 배출될 때 도시된 출발위치에서 멀어지게 이동된다. 상기와 같은 볼(67)의 이동은 제어장치(18)로 동작신호를 출력하는 신호발생기를 작동시킨다. 상기 유량계는 각각의 윤활포인트들로의 윤활유의 송출을 확인하게 된다.

도 5에서 도시된 실시예는 다음과 같은 점에서 전술한 실시예들과 다르다. 즉, 도징 실린더로의 윤활유의 공급은 케이징부(39b)를 둘러싸는 챔버(69)로부터 공급되어 유입 채널(68)들을 통해 이루어진다. 상기 유입 채널들에는 비귀환밸브(70)들이 제공된다. 본 실시예는 윤활유외의 다른 유체가 묽은 압유와 같은 유압유체로서 사용될 때 특히 유용하다.

상술한 실시예들의 세세한 부분들을 결합하여 새로운 실시예들을 만들 수 있으므로 유량계는 도시된 기본적인 설계사양들에 임의 선택사항으로 채택될 수도 있다. 또한, 본 발명의 범위내에서 도면에 도시된 요소들에 대해 여러 가지의 변형을 가할 수 있다. 예를들어, 기계적인 스프링(61)을 사용하는 대신에, 에어 스프링 또는 유압에 의한 귀환수단이 사용될 수 있다. 더욱이, 제어밸브는 도시된 바와같은 전자식 대신에 기계 또는 공압으로 구동되게 할 수도 있다. 유압유체가 윤활유가 아닌 경우에는, 내측의 오일이 충진된 챔버를 사용하되 독립적인 윤활유원에 연결하여 사용되며, 유압장치용 채널(57)은 더 이상 필요하지 않게 된다.

내용없슴

Claims (12)

1. 피스톤링이 실린더 라이너의 내측면에서 슬라이드하는 왕복동하는 피스톤과, 도징(dosing) 실린더(42)에서 종방향으로 이동가능한 다수의 도징 피스톤들에 의해 윤활유를 계량 분배하여 상기 라이너의 내측면에 형성된 복수개의 윤활포인트들(2)에 공급하는 윤활장치를 각각의 실린더(1)에 구비한 멀티실리더의 내연기관용 실린더 윤활장치(3)에 있어서, 복수개의 도징 피스톤(53)들이 액튜에이터 피스톤에 장착되며, 액튜에이터 피스톤(44,44a,44b)은 유압 챔버(45)를 구비한 유압 실린더에 삽입되며, 유압유체가 액튜에이터 피스톤과 그의 도징 피스톤들을 종방향으로 이동하게 하여서 윤활 포인트들로 윤활유를 공급하는 송출행정을 도징 피스톤들이 수행하도록 상기 유압챔버는 제어밸브(37)에 의해 압력원 또는 배출관과 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유압 실린더의 액튜에이터 피스톤(44,44a)의 단면적이 관련된 도징 실린더(42)들의 도징 피스톤(53)들의 단면적들의 합보다 상당히 더 큰 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 액튜에이터 피스톤의 단면적은 도징 피스톤들의 단면적 합보다 적어도 4배, 바람직하게는 6-16배 더 큰 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
4. 제1 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어밸브(37)는 3포트 2위치 밸브로서 엔진 또는 실린더 제어장치(18)로부터 받은 제어신호에 의해 동작가능한 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
5. 제1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액튜에이터 피스톤이 메인 피스톤(44a)과 보조피스톤(44b)으로 분할되어 있으며, 상기 메인 피스톤과 보조피스톤들 사이에 보조유압챔버(63)를 형성하며, 도징 피스톤들은 보조피스톤에 장착되고, 보조피스톤은 출발위치로부터 메인 피스톤의 전방 이동이 스톱부재(60)에 의해 저지되는 중간위치로 메인 피스톤과 함께 이동가능하며, 보조피스톤은 보조유압챔버의 압력이 미리 설정된 작동압력을 초과할 때 상기 중간위치로부터 전방을 향해 이동가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활장치(3)는 윤활유원과 연결된 내측 챔버(55)를 구비하고, 각각의 도징 실린더는 피스톤(53)의 전단면 앞에 위치한 유입 채널(58)을 구비하고 액튜에이터 피스톤이 출발위치에 있을 때 내측 챔버와 도징 실린더를 연결하며, 상기 도징 피스톤이 유입 채널을 통과하여 차단할 때 도징 실린더로부터 윤활유 송출이 개시되는 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 유압유체는 윤활유이며, 내측 챔버(55)는 유압유체용 드레인포트(49)와 연결되고, 상기 드레인포트의 윤활유 압력은 윤활장치(3) 외부의 대기 공기 압력보다 더 큰 것을 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
8. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도징 실린더들은 장착위치의 개별적인 길이 조정이 가능하게 윤활장치에 장착될 수 있으며, 도징 피스톤들은 그 전단부와 액튜에이터 피스톤(44,44a,44b) 사이의 거리의 개별적인 조정이 가능하게 액튜에이터 피스톤에 장착될 수 있는 특징으로 하는 실린더 윤활장치.
9. 실린더 윤활장치(3)로부터의 윤활유 송출량을 제어하는 방법에 있어서, 상기 액튜에이터 피스톤(44,44a,44b)에 장착된 복수개의 도징 피스톤(53)들의 동시적인 종방향 이동을 위하여 유압 구동 액튜에이터 피스톤이 사용되고, 윤활장치는 관련 실린더(1)의 엔진 싸이클중에 적어도 하나의 미리 설정된 순간에 작동하여 액튜에이터 피스톤이 도징 피스톤들의 종방향으로의 적어도 미리 설정된 거리만큼 이동됨으로써 윤활유의 기본적인 분배량이 각각의 도징 피스톤(53)으로부터 실린더의 관련 윤활 포인트로 송출되며, 윤활장치는 엔진이 작동하는 동안 임의로 제어가능하여서 기본 분배량보다 더 많은 윤활유량이 각각의 윤활포인트로 송출되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 엔진의 윤활 필요성이 낮은 동작모드에서 하나의 엔진 싸이클중에 윤활유의 기본 분배량은 윤활포인트(53)로의 송출량에 해당하며, 엔진에 보다 많은 량의 윤활유가 필요한 작동모드에서 도징 피스톤이 미리 설정된 거리보다 더 긴 거리만큼 이동됨으로써 액튜에이터 피스톤의 유압챔버(45; 45, 63)와 연통된 압력원의 유압이 미리 설정된 작동압력을 초과하여 증가되기 때문에 보다 많은 윤활유량이 윤활장치로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 윤활유의 기본적인 분배량은 한 엔진 사이클동안에 윤활포인트로의 송출량보다 더 적으며, 액튜에이터 피스톤(44,44a,44b)은 한 엔진싸이클 동안에 수회의 왕복운동 행정을 수행하도록 작동되며, 한 엔진 싸이클 동안에 더 많은 횟수로 액튜에이터가 작동함으로써 더 많은 윤활유량이 공급되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
12. 제9 내지 11항에 있어서, 상기 액튜에이터 피스톤(44,44a,44b)의 최대 행정 길이로의 왕복운동 행정은 60ms 미만으로, 보다 바람직하게는 40ms 미만으로 수행되는 것을 특징으로 하는 제어방법.