KR20020085808A - 내연기관의 실린더에 윤활유를 분사하는 방법 - Google Patents

Abstract

노즐 밸브(3)에 이르는 윤활 튜브(4)의 체적(15)에 1회분의 윤활유를 전달하도록 펌프(6)가 주기적으로 작동하며, 상기 노즐 밸브는 그것의 개방압력보다 더 낮은 압력에서 폐쇄된다. 상기 윤활유는 상기 체적(15)에서 점진적인 압력 증가 중 축적되지만, 상기 윤활유는 펌프로부터 그 체적까지 전달된다. 상기 축적된 윤활유는, 상기 체적내의 윤활유 압력이 노즐 밸브의 개방압력을 초과할 때에 노즐 밸브(3)를 통하여 분무되는 것에 의해 방출된다.

Description

내연기관의 실린더에 윤활유를 분사하는 방법{A METHOD OF INJECTING LUBRICATING OIL IN A CYLINDER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관, 특히, 2행정 크로스헤드 엔진의 실린더에 윤활유를 분사하는 방법에 관한 것으로, 윤활 시점에 펌프의 출구와 노즐 밸브를 상호연결하는 윤활 튜브에 1회분의 윤활유를 전달하도록 펌프가 주기적으로 작동하며, 상기 윤활 튜브의 압력이 예정된 개방 압력을 초과할 경우 실린더내로 유활유의 분무를 위해 노즐 밸브가 개방된다.

그러한 방법은 국제특허 공개 제WO 00/28194호에 공지되어 있는데, 상기 특허는 노즐 밸브가 실린더 라이너의 주위를 따라 일렬로 분포되며, 상기 노즐은 윤활유를 노즐에 인접하게 배치된 실린더 라이너의 내측면의 부분에 분무하도록 배향된다. 다수의 노즐, 예를들면, 10개의 노즐이 윤활유를 전체 라이너 주위에 배포하는데 사용된다.

노즐에 윤활유의 전달에 관하여, 국제특허 공개 제WO 00/28194호는, 윤활 튜브에서의 윤활유의 압축성이 시간의 관점에서 윤활유의 정확한 전달을 어렵게 한다는 것을 문제점으로 언급한다. 전달시, 윤활유는 일반적인 연료분사에서 공지된 것과같은 노즐 밸브의 개방 압력을 초과하여야 한다는 것이, 윤활유의 소기의 분무를 달성하기 위한 조건으로서 언급된다. 연료 분사시, 오일의 양이 너무 빠르게 전달되는 것이 일반적이며, 그러한 적절히 많은 양에 있어서, 펌프와 노즐 사이의 오일 튜브의 압력은, 분사가 시작하도록 하는 연료 펌프로부터 오일의 초기 전달시의 노즐의 개방 압력을 즉시 초과함으로써, 상기 연료의 양이, 개방 압력을 얻기 위해 필요한 기간보다 10-50배 더 길게 될 수 있는 기간 중 펌프로부터 실린더내로 지속적으로 전달된다.

실린더내로 윤활유의 분무는, 1995년의 일본특허 공보 제7-34837호에 더 공지되어 있는데, 상기 특허에 따르면, 연료 분사시, 실린더 커버에 정렬된 노즐 밸브를 통하여 윤활유가 분사된다. 여기서 윤활유 펌프가 내연기관의 크랭크샤프트에 행정방향으로 연계됨으로써, 각각의 엔진 회전시 윤활유가 분무에 의해 실린더 라이너의 내측면상으로 전달된다.

본 출원인의 덴마크 특허 제81275호(1954년)는, 윤활유의 전달이 엔진의 rpm 과 관련하여 간헐적으로 조절됨으로써, 윤활유가 예를들면 엔진의 매 1, 2 또는 3회전시 실린더 라이너의 내측면상의 윤활지점에 전달되도록 하는 윤활유 시스템을개시한다. 피스톤 운동에 관련한 시간에 정확하게 되는 윤활 지점에 윤활유를 전달하도록 하기 위하여, 각각의 윤활 지점에 바로 인접한 윤활 튜브에 제어된 컷-오프 밸브(cut-off valve)가 삽입된다. 윤활 지점에서 윤활이 실행되어야 할때마다, 윤활유 펌프가, 컷-오프 밸브에 의해 윤활 튜브에 저압으로 보유되는 정확하게 정해진 양의 윤활유를, 피스톤이 윤활 지점의 맞은편에 배치될 때까지 전달한다. 그러한 정확한 시간에 컷-오프 밸브가 작동되어, 윤활유가 해제되어 윤활 지점에 방출되는데, 상기 윤활 지점에서는 피스톤 링들이 실린더 라이너의 원주방향으로 윤활유를 배포시킬 수 있다. 상기 밸브의 작동시 윤활 튜브에서의 압력 강하를 회피하기 위하여, 상기 윤활 튜브에는 작은 어큐뮬레이터 체적(accumulator volume)이 존재하며, 거기서 상기 윤활유는 스프링 장전식 피스톤을 통하여 가압된 상태로 유지된다. 이러한 형태의 공지된 윤활 시스템에 있어서, 윤활유는 단지 몇 바의 압력으로 전달된다.

대조적으로, 상기 언급된 윤활유 시스템의 윤활유는 보다 높은 압력으로 전달되어 윤활유의 분무를 가능하게 한다. 그러한 보다 높은 압력은 윤활유의 공급측에서 여러가지 문제점을 수반하는데, 그것들 중, 전달된 윤활유의 양에 있어서의 결정된 누설의 변화의 위험이 있다. 이러한 문제점들은 실린더 당 사용되는 노즐 밸브의 수가 보다 많아지는 경우에 심각하게 되는데, 그 이유는 윤활 튜브의 상기 축압 체적이 전달된 윤활유의 양에 관련하여 비례적으로 더 커지기 때문이다.

본 발명의 목적은 고압에서 비교적 적은 양의 윤활유의 신뢰성 있는 전달을가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.

도1은 실린더의 측면도이다.

도2는 4개의 노즐 밸브를 구비한 단일 실린더를 제시한다.

도3은 실린더에 대한 윤활유 공급 시스템의 다이어그램이다.

도4 내지 도7은 윤활 시퀀스의 예를 제시한다.

그러한 목적에 비추어, 본 발명에 따른 방법은, 노즐 밸브가 그것의 개방 압력보다 더 낮은 압력에서 폐쇄되며, 윤활유가 펌프로부터 역지밸브(non-return valve)를 통하여 그 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적으로 전달되는데, 상기 체적에서 윤활유는 점진적인 압력 증가 중 일시적으로 축적되지만, 윤활유는 펌프로부터 그 체적까지 전달되며, 상기 축적된 윤활유의 양은, 그 체적의 윤활유 압력이 노즐 밸브의 개방압력을 초과할 때에 노즐 밸브를 통하여 분무되는 것에 의해 방출되는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐 밸브는 큰 개방압력을 지니며, 상기 펌프로부터 전달된 윤활유는 상기 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적에서 상기 큰 개방압력까지 가압될 수 있다. 상기 체적에 윤활유의 축적은, 상기 윤활유가 불가피하게 일정한 양의 공기를 포함하기 때문에 가능한데, 상기 공기는 압축되어 상기 윤활유의 압력 증가를 초래하지만, 윤활유는 상기 체적내에 수용되어 있다. 상기 축적된 윤활유의 양이 너무 많아져서, 윤활유의 압력이 노즐 밸브의 개방압력을 초과하면, 상기 노즐 밸브는 실린더내로의 분무를 위해 개방된다. 상기 분무 중 전달된 윤활유의 양은 노즐 밸브의 폐쇄압력에 따라 결정되는데, 보다 낮은 폐쇄압력이, 보다 높은 폐쇄압력보다, 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적으로부터 보다 많은 윤활유의 방출을 초래한다. 상기 역지밸브는 공급단부에서 상기 체적을 효율적으로 차단되도록 함으로써, 윤활유가 노즐 밸브를 통하여 반드시 완전히 비워지도록 한다.

한가지 실시예에 있어서, 상기 윤활유는 수회의 주입에 있어서 펌프로부터 역지밸브를 통하여 상기 체적까지 전달되는데, 윤활유의 주입량이 상기 체적으로 전달됨에 따라 압력은 단계적으로 증가하며, 마지막으로 전달된 윤활유의 주입량이 상기 체적내의 윤활유의 압력을 노즐 밸브의 개방압력을 초과하도록 할 경우 윤활유가 노즐 밸브를 통하여 분무된다. 윤활 펌프의 수회의 작동을 통하여 윤활유의 필요한 압력을 증대시킴으로써, 펌프는 보다 작은 크기를 지닐 수 있으며, 또한 전체 분무 과정에 대하여 윤활유의 전체적인 양을 여전히 전달할 수 있다. 따라서, 펌프는 보다 작은 누출 영역을 지니며, 결과적으로, 결정된 누설 압력 변화에 덜 민감하게 된다. 윤활유가 축적되는 윤활 튜브 체적의 공급 단부에서의 상기 역지밸브는 대체적으로 누출이 없으며, 펌프의 2회 작동 사이의 윤활유 전달의 일시적인 중단은, 윤활 튜브 내측의 큰 초과압력으로 인하여 장기간동안 압력이 유지될 수 있기 때문에 어떠한 문제도 초래하지 않는다. 상기 단계적인 압력 증대는, 예를들면, 노즐 밸브가 개방되어 수회의 또는 여러번의 펌프 행정을 통하여 축적된 윤활유의 양을 분무에 의해 실린더내로 방출하기 전에, 수회의 또는 여러번의 엔진 회전에 걸쳐 연장시킬 수 있다.

엔진 사이클에 관하여 자유롭게 제어된 윤활 펌프를 사용할 수 있음으로써, 예를들면, 상기 펌프는, 중단기간에 후에 윤활유의 분무가 발생하기 바로 전에 단일 엔진 회전중 1회 또는 수회 신속하게 연속하여 작동하도록 되지만, 바람직하게는, 상기 펌프는 내연기관의 rpm, 다시말하면, 예정된 횟수의 엔진 회전 중의 예정된 횟수의 작동에 비례하여 작동된다. 상기 비례적인 작동은 엔진의 부하가 강하될때 단위시간당 윤활유의 평균량의 하향 조절을 초래한다.

상기 펌프는 윤활유의 분무당 2 내지 30회 작동되는 것이 적절하며, 바람직하게는 최대 10회 작동된다. 그러므로, 상기 펌프는 전체 윤활유 양의 단지 소량만을 전달하여야 한다. 필요한 오일 양의 전달을 위한 30회 이상의 작동시, 누출 조건의 개선을 이루어지지 않으며, 따라서, 일반적으로 작동 횟수를 최대 10회까지 유지하는 것이 바람직할 것이다.

비교적 간단한 펌프의 사용을 가능하게 하기 위해, 펌프로부터 윤활유의 각각의 공급은 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적에 1 내지 10 바, 바람직하게는 2 내지 5 바의 압력 증가를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 전달은 노즐 측부상에 폐쇄된 튜브 체적에 대한 윤활유의 제한된 양에 관계되므로, 상기 체적의 압력이 60 바 이상으로 상당히 높은 경우에도 윤활유의 전달을 위해 사용될 수 있다.

윤활유의 전달 조건을 엔진의 부하에 따라 변할 수 있다. 개방 압력을 극복하기 위하여, 펌프는, 내연기관이 전부하로 운전될 때보다 부분부하로 운전될 때에 더 많은 시간 작동되는 것이 바람직하다. 이것은 부분부하에서 비교적 더 많은 누출량이 받아들여질 수 있도록 하며, 따라서, 펌프는 보다 큰 공차와 보다 긴 수명으로 설계될 수 있다.

상기 방법은, 내연기관의 전부하의 P 퍼센트의 부분부하에서, P 퍼센트 ×전부하에서 kWh 당 윤활유 양보다 더 많은 윤활유 양이 kWh 당 전달되도록 더 개선될 수 있다. 상기 윤활 시스템은, 하강하는 실린더 압력으로 인한 개방 압력 강하를 지니는 노즐 밸브를 적용함으로써, 엔진 사이클의 압축 행정의 특정한 시간에 실린더 압력이 전부하에서보다 부분부하에서 더 낮게 되는 것을 이용하는 방식으로 윤활유 양을 자동적으로 변화시키도록 설계될 수 있다.

각각의 실린더의 노즐 밸브의 갯수를 감소시키기 위하여, 상기 노즐 밸브는, 윤활유가 실리더내로 분무될 때 엔진 사이클 시각의 실린더 압력보다 높은 15 내지 40 바의 간격으로 예정된 압력에서 개방되는 것이 바람직하다. 이러한 초과압력은 윤활유의 효율적인 분무를 제공하며, 특히, 압력이 30 내지 40 바의 범위로 될 경우, 윤활유가 실린더 공간을 통하여 적절히 더 멀리 분사될 수 있도록 분무가 효율적으로 되며, 따라서, 내측 실린더 내표면의 유리하게 넓은 부분에 걸쳐 적절히 균일하게 분포되는 윤활유를 가할 수 있다.

노즐 밸브의 개방압력이 윤활유의 분무의 강도를 제어하지만, 분무의 빈도와 분무당 윤활유의 양은 노즐 밸브의 폐쇄 압력에 의해 제어될 수 있다.

분무에 대항하는 역압(counter-pressure)이 실린더 압력 증가와 함께 증가하지만, 노즐 밸브는, 실린더 압력이 내연기관의 최대 압축압력의 40 퍼센트보다 더 크게 되는 시간에 개방되는 것이 바람직하다. 윤활유는 피스톤 링에 대한 실린더 라이너 작동면의 위쪽 부분에서 유리하게 분무될 수 있는데, 그 이유는 그곳에서 라이너 재료에 대한 부하가 가장 크기 때문이다. 피스톤의 상향 행정에서 비교적 늦게 작동면상에 윤활유를 분무하는 것은, 피스톤 링들이 바로 윤활된 작동면을 통과할 때까지 분무가 실시되는 기간을 단축시킨다. 이것은, 윤활에 대한 필요가 가장 큰 실린더 라이너의 상부에 윤활유를 유지시키는데 기여한다.

부분부하에서 적절한 윤활을 달성하고, 윤활유의 펌핑시 누출 손실을 보상하기 위하여, 윤활유 펌프의 1회 작동시의 전달량이 조절가능하게 될 수 있다. 상기 1회 작동시의 전달량은 엔진이 부분부하에서 작동할 때 적절히 증가될 수 있는데, 그것은, 부분부하에서 더 낮은 rpm 을 갖은 엔진에 있어서, 부분부하에서의 1회의 전달량에 대한 증가된 전달 시간으로 인하여 증가된 누출에도 불구하고 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적내로 전부하에서와 동일한 윤활유 양을 부분부하에서 전달할 수 있도록 한다.

다른 실시예에 있어서, P 퍼센트 ×전부하에서 엔진 회전당 평균하여 실린더내로 분무되는 윤활유의 양보다 적은 윤활유의 양이, 내연기관의 전부하의 P 퍼센트의 부분부하에서 엔진 회전당 평균하여 실린더내로 분무된다. 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적내에 형성된 압력으로 인하여 가늘게 분포되고 유효한 분사에 더하여, 상기 윤활유 양의 부하에 따른 조절은 윤활유의 감소된 소비율의 형태로 비용상의 이점을 제공한다. 분무의 개시전 튜브 체적에 형성된 압력을 통하여 이루어진 유효한 분사와 노즐당 윤활유의 적절히 많은 양은 내측 라이너 표면상에 윤활유를 양호하게 분포시킴으로써, 부분부하 작동시 내측 라이너 표면상의 낮은 온도 수준이 더 적은 윤활유의 살포를 위해 사용될 수 있도록 한다. 이러한 점에서, 상기 압력의 형성이, 비교적 작은 펌프로 수회의 펌프 작동으로부터 초래되어 단계적으로 되는지 또는 보다 큰 펌프로부터의 전달에 의한 연속적인지 여부는 중요하지 않다.

또 다른 실시예에 있어서, 펌프는, P 퍼센트 ×전부하에서의 kWh 당 윤활유의 양보다 내연기관의 전부하의 P 퍼센트의 부분부하에서 kWh 당 더 많은 윤활유의양을 전달한다. 상기 언급된 바와같이, 윤활유의 분무는 윤활유의 부하에 따른 공급으로 유리하게 자기-조절될 수 있다. 이러한 점에서, 상기 압력의 형성이, 비교적 작은 펌프로 수회의 펌프 작동으로부터 초래되어 단계적으로 되는지 또는 보다 큰 펌프로부터의 전달에 의한 연속적인지 여부는 중요하지 않다.

이제, 본 발명이 개략적인 도면들을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

간단히 하기 위하여, 이하에서 설명되는 다양한 실시예에서 동일한 형태의 세부에 대하여는 동일한 참조번호가 사용된다.

22 cm 이상의 실린더 보어를 지니는, MC 타입의 2행정 크로스헤드 엔진 또는 대형 4행정 엔진과 같은 내연기관은 실린더 윤활 시스템을 구비한다. 그러한 엔진은 예를들면 4개 내지 28개의 범위로 되는 다수의 실린더를 지닌다. 그 실린더 보어는 예를들면 22 내지 120 cm, 바람직하게는 60 내지 100 cm 의 범위로 될 수 있다. 각각의 실린더(1)는 실린더 커버를 지니는 실린더 라이너 및 그 작동면(10)상에서 내측 라이너 표면을 따라 활주하는 피스톤 링(9)을 지니며 상기 라이너내에서 작동하는 피스톤(8)을 포함한다.

피스톤 링과 실린더 라이너 모두의 마모를 감소시키기 위하여, 작동면은 윤활유로 윤활되어야 하며, 그것은 라이너의 주위를 따라 분포되어 밸브 시트(12)상에 접합을 위해 스프링-장전된 밸브 니들(11)을 각각 지니는 수개의 노즐 밸브(3)에 의해 실행된다. 상기 시트의 하류 측부에는, 분무 중 윤활유가 분사되는 방향으로 보링가공된 하나 또는 그 이상의 분무기 구멍(13)이 제공된다. 노즐 밸브가 폐쇄되면, 밸브 시트내에 반경방향으로 배치된, 밸브 니들의 팁(14)은 노즐 밸브(3)에서의 실린더의 압력에 의해 영향을 받으며, 상기 압력은 분무기 구멍을 통하여 전달된다. 노즐 밸브가 개방되면, 밸브 니들의 전체 팁의 보다 넓은 영역이 실린더내의 압력에 의해 영향을 받으며, 그것은 밸브가 폐쇄압력보다 더 큰 개방압력을 지닌다는 것을 의미한다.

각각의 노즐 밸브(3)는 윤활 튜브(4)와 연결되는데, 상기 윤활 튜브는 역지밸브(5)를 통하여 펌프(6)에 연결되며, 상기 펌프(6)가 작동되면, 역지밸브(5)와 노즐 밸브(3) 사이에 형성된 튜브 체적(15)에 윤활유의 1회 공급량을 전달한다. 그 윤활유는 콘딧(7)을 통하여 각각의 펌프(6)까지 프리-펌프 압력(pre-pump pressure)으로 전달된다. 윤활 시스템은 대체로 위에서 설명된 것과 같이 기능한다.

2행정 엔진에 있어서, 실린더(1)는 유니플로 형(uniflow type)으로 될 수 있으며, 그 경우, 소기 공기가 실린더 하단에 있는 소기구(16)를 통하여 도입되어, 실린더를 통하여 위로 와류운동(도2에서 화살표A로 지시됨)하여 잘 공지된 방식으로 유동하지만, 실린더 상단부의 배기밸브(17)는 실린더의 계속되는 충전중 개방된다.

도2에 제시된 바와같이, 실린더의 원주방향으로 수개의, 여기서는 4개의 노즐 밸브들이 배치된다. 원주방향으로 노즐 밸브(3)의 균등한 배치는, 노즐들이 각각 작동면의 유사한 면적에 실린더 윤활유를 공급하는 동일한 설계로 될 수 있다는 이점을 제공한다. 실린더의 상호 다른 높이에 노즐 밸브를 정렬하는 것이 가능하며, 그것들은 또한 선택적으로 실린더 커버에 장착될 수도 있다. 실린더에 노즐 밸브(3)의 갯수는 실린더의 직경에 따르며, 정상적으로 B/10 ±2 의 갯수로 되는 것이 적절한데, 여기서, B 는 cm 으로 표현된 실린더 보어이다.

각각의 노즐 밸브는 하나의 펌프(6)와 연계되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 수개의 펌프들이 단일의 윤활 장치에 모이는데, 상기 윤활 장치는, 소형 엔진에서는, 수개의 또는 모든 엔진 실린더에 소용이 되며, 대형 엔진에서는, 단일 실린더의 윤활 포인트에 소용이 된다. 캠샤프트에 연결된 전기모터에 의해 전기적으로 구동되거나 또는 기계적으로 구동되는 캠샤프트를 통하여 펌프 피스톤을 구동할 수 있으며, 기계적으로 구동되는 경우의 작동은 엔진상의 구동 샤프트와 캠샤프트 사이의 체인 구동 또는 유사한 구동 연결을 통하여 기계적으로 제어되며, 전기적으로 구동되는 경우에는, 엔진의 작동에 대한 정보에 기초하여 전자적으로 제어된다.그러나, 펌프 피스톤은, 예를들면, 본 출원인의 소위 알파 윤활장치(Alpha Lubricator)와 같은 전자 제어 신호에 기초한 유압 액튜에이터에 의해 구동되는 것이 바람직하다. 액튜에이터 당 단지 하나의 펌프 피스톤이 배치될 수 있지만, 동일한 실린더와 관련된 수개의 펌프 피스톤들이 단일 액튜에이터에 의해 관절운동으로 구동되는 것이 바람직하다.

윤활 시스템의 한가지 예가 도3에 도시되어 있는데, 탱크(18)는 실린더 윤활유를 포함하며, 상기 윤활유는, 상세히 도시되지 않은, 가열장치(19)를 통하여 예열될 수 있다. 대형 엔진 시스템에 사용되는 다른 모든 윤활유에 반하여, 실린더 윤활유는 사용전에 분리기에 의해 원심분리되지 않는다. 그 실린더 윤활유는, 일반적으로, 탄산칼슘이 오일에 부유되도록 하기 위해 미립자로 캡슐에 넣어진 착화합물의 탄산칼슘을 포함하는 고-첨가제, 산성 중화 오일이다. 원심분리는 실린더 윤활유로부터 상기 미립자를 제거할 것이다. 원심분리를 하지 않으면, 실린더 윤활유는 불가피하게 작은 기포를 포함하게 된다.

프라이머 펌프(20)가 필터(21)를 통하여 공급 콘딧(22)까지 윤활유를 펌핑하며, 상기 공급 콘딧(22)으로부터 콘딧(7)이 액튜에이터(25)까지 분기되는데, 상기 액튜에이터는 도면에 단지 하나만 도시된 단일 실린더(1)와 연계된 펌프들을 지닌다. 어큐뮬레이터(23)가 액튜에이터에 연결되는데, 상기 액튜에이터는 펌프의 충전과 관련한 압력 변동을 감쇠시키기 위한 펌프들을 지닌다. 다른 어큐뮬레이터(24)가 콘딧(7)의 압력 변동을 감쇠시킨다. 상기 펌프(6)들은 신호 와이어를 통하여 전자 제어 유닛(도시되지 않았슴)에 연결된 솔레노이드 밸브(26)를 통하여 제어된다. 피드백 센서(27)가 액튜에이터 피스톤의 실질적 작동에 대한 정보를 제어 유닛에 공급한다. 리턴 브랜치(28)가 초과 윤활유를 탱크(18)에 연결된 리턴 콘딧(29)으로 반송시킨다. 압력 제어 유닛(30)이 공급 콘딧의 압력을 예정된 값, 예를들면, 1 내지 60 바의 범위로, 전형적으로는, 7 내지 20 바의 범위로 조절한다.

도2에 제시된 바와같이, 펌프(6)는 피스톤 펌프로 될 수 있는데, 그것은 전달되는 윤활유의 양이 각각의 펌프 행정에서 용량측정가능하게 공급된다는 이점을 제공하며, 그것은 비교적 낮은 프라이머 펌프 압력에서 실행되는데, 상기 압력에서는 윤활유의 공기 함량에서 발생하는 작은 변화가 당해 체적의 윤활유의 양에 심각한 영향을 미치지 않는다.

각각의 작동에 있어서, 펌프(6)는 역지밸브(5)를 통하여 튜브 체적(15)에 실린더 윤활유의 일회분을 공급하며, 상기 튜브 체적은 노즐 밸브(3)의 압력 챔버(31)와 직접 연통한다. 노즐 밸브가 폐쇄되면, 압력 챔버는 노즐 하우징, 밸브 시트(12) 및 밸브 니들(11)에 의해 형성되며, 상기 밸브 니들은 압축 스프링(32)에 의해 밸브 시트와 접합되도록 가압된다. 상기 압력 챔버의 압력은 스프링력에 대항하는 개방력으로 압력 챔버의 밸브 니들의 노출된 영역에 영향을 미친다. 펌프로부터 1회 이상의 공급에 의해, 다량의 윤활유가 압력 챔버로 전달되어 압력 챔버내의 압력이 스프링력보다 더 큰 힘으로 밸브 니들에 영향을 미칠 경우, 밸브 니들이 밸브 시트로부터 이격되게 변위되는 동시에, 가압된 윤활유가 분무기 구멍까지 전방으로 유동하여 실린더내로 분무된다. 노즐 밸브가 개방되면, 압력 챔버(31)의 압력은 전체 밸브 니들의 횡단면적에 영향을 미치지만, 노즐 밸브의 폐쇄위치에서의 압력은 밸브 시트에 의해 차단된 중앙 영역에 작용하지 않는다. 개방위치에서의 보다 큰 영역의 결과로서, 압력 챔버(31)의 개방압력보다 작은 압력이 스프링(32)으로부터의 압축력을 극복하여, 밸브 니들을 개방위치에 유지할 수 있다. 상기 밸브 니들은, 압력 챔버의 압력이 폐쇄압력 이하로 떨어질 경우에, 밸브 시트와 접촉하는 폐쇄위치로 변할뿐이며, 상기 폐쇄압력은 스프링(32)으로부터의 힘이 밸브 니들(11)의 전체 횡단면적상의 윤활유 압력을 초과하는 압력이다.

챔버(33)내의 유압과 같은, 밸브 니들(11)상의 폐쇄력을 발생시키기 위한 압축 스프링(32) 또는 다른 공급원이 노즐 밸브의 개방압력을 결정한다. 스프링력 또는 챔버(33)의 유압은 엔진의 현재 작동 조건에 관하여 개방압력을 변화시키도록조절될 수 있다.

윤활 튜브(4)의 길이는 펌프(6)와 노즐 밸브(3) 사이의 거리에 따른다. 전형적으로, 0.5 내지 8 m 간격의 튜브 길이가 예를들면 3 내지 5 m 에 포함되며, 튜브 직경은, 노즐 밸브의 단일 작동을 위해 필요한 실린더 윤활유의 양의 체적으로 압축을 가능하게 하는 적적한 크기로 된다. 윤활 튜브(4)는, 예를들면, 5 mm 의 내경과, 역지밸브(5)와 노즐 밸브(3) 사이에 4 m 의 길이를 지님으로써, 31.4 cm³의 튜브 체적으로 될 수 있다. 실험에 따르면, 상기 체적에 대한 실린더 윤활유의 약 0.1 cm³의 전달량은 약 5 바의 압력 증가를 초래한다.

내연기관이 시동되면, 상기 체적(15)내의 압력은 우선 일련의 펌프 작동을 통하여 노즐 밸브의 폐쇄압력(Pc)에 상응하는 수준까지 상승되는데, 상기 폐쇄압력은 예를들면 40 내지 150 바, 전형적으로는 50 내지 130 바의 범위로 될 수 있다. 이러한 여러가지 작동은, 엔진이 시동되기 전에 또는 시동 중에 실시될 수 있다. 펌프(6)로부터 실린더 윤활유의 계속되는 전달시, 체적(15)내의 압력은 일부 단계에서 노즐 밸브의 개방압력(Po)을 초과할 것이며, 그 결과, 윤활유는 체적내의 압력이 폐쇄압력(Pc) 이하로 떨어질때까지 분사된다. 따라서, 윤활유의 분사된 양은 노즐 밸브의 개방압력과 폐쇄압력 사이의 차이 및 체적(15)의 크기에 따른다. 동시에, 윤활유의 분사된 양은 노즐 밸브의 2개의 작동 사이에 펌프(6)에 의해 전달된 윤활유의 전체량에 상당한다는 것이 자명하다.

실린더 윤활유의 높은 가격으로 인하여, 실린더에 의해 발생되는 kWh 당 소비되는 윤활유의 양을 최소화하는 것이 유리하다. 윤활유의 소비된 양에 비하여 효율적인 윤활을 달성하기 위하여, 윤활유가 최적의 방식으로 작동면에 전달되도록, 노즐 밸브의 작동 당 윤활유의 적절한 양을 분사하는 것이 바람직하다. 이것은, 엔진의 회전시마다 윤활하는 것보다는, 차라리, 엔진에 다수의 회전에 대하여 단지 한번, 예를들면, 매 2회, 3회, 4회, 5회, 6회, 7회 또는 8회의 회전시에 한번 윤활하는 것이 바람직하다는 것을 의미한다.

도4는, 예를들면, 펌프가 엔진의 크랭크샤프트의 회전에 비례하여 회전하도록 확실히 구동되는 캠샤프트에 의해 캠-작동되기 때문에, 펌프(6)가 엔진 크랭크샤프트의 매 회전에 대하여 1회 작동되는 전달 시퀀스를 제시한다. 각각의 작동 시, 체적(15)내의 압력은, 마지막 작동시의 압력이 노즐 밸브의 개방압력을 초과할 때까지 단계적으로 증가하며, 따라서, 실린더내로 윤활유의 분사는, 체적내의 압력이 폐쇄압력까지 급강하하는 중에 이루어지며, 그 후에, 압력이 형성되는 새로운 사이클이 시작된다.

도5는, 펌프(6)가 노즐 밸브(3)의 각각의 개방시의 전달량에 실질적으로 상응하는, 작동당 전달량을 발생시키도록 설계되는 경우의 전달 시퀀스를 제시한다. 따라서, 체적(15)내의 압력은, 엔진의 대부분의 작동중의, 그러나, 윤활유의 분사기 이루어지기 바로 전의 폐쇄압력에 상당하며, 펌프(6)는 체적내의 압력이 개방압력(Po)을 초과하도록 하는 윤활유의 양을 전달하도록 작동되며, 따라서, 윤활유가 분사된다.

보다 작은 펌프(6)로, 펌프를 수회 신속하게 연속하여 작동시킴으로써 동일한 엔진 사이클내에서 적절히 큰 압력 증가를 얻을 수 있다. 도6은, 마지막 작동이 노즐 밸브의 개방 압력을 초과하는 압력으로 되게 하는, 신속한 연속적인 4회의 작동시 얻어진 압력의 시퀀스를 제시한다. 이것은, 작동시 전달량은 적절히 많지만, 작은 펌프의 크기로 인하여 작은 누출 영역을 지니는 펌프(6)의 이점을 이용한다.

상기 엔진은, 예를들면, 50 내지 140 바의 범위, 바람직하게는, 75 내지 125 바의 범위의 최대 압축 압력을 지닐 수 있다. 노즐 밸브의 개방압력은, 예를들면, 15 내지 150 바의 범위, 바람직하게는, 30 내지 70 바의 범위로 될 수 있는 분사 초과 압력에 의해, 분사시에 밸브에서 실린더의 현재 압력을 초과할 수 있다. 바람직한 초과 압력은 완전히 분사의 특성에 따른다. 작은 윤활유 미립자의 매우 미세하게 분포된 연무(mist)의 형태로 분사가 이루어지는 것이 바람직한 경우, 상기 초과 압력은 미세한 분무를 달성하도록 비교적 높게 되어야 한다. 대신에, 윤활유의 보다 큰 드롭, 또는 보다 짙은 제트 또는 팬의 분사가 이루어지기를 원할 경우, 그것은 양호한 침투력을 갖는 실린더의 공기 와류를 통하여 공급될 수 있으며, 노즐 밸브로부터의 비교적 먼 거리에서 작동면상에 안전하게 전달될 수 있는데, 상기 압력 초과는 그렇게 크게 될 필요가 없다. 윤활유의 보다 큰 드롭, 또는 보다 짙은 제트 또는 팬-형상의 분사는, 그것들의 보다 큰 매스로 인하여, 큰 드롭들이 실린더 가스의 운동에 덜 의존하며, 그러한 운동의 변화에 덜 민감하기 때문에, 실린더 윤활유의 가장 유리한 분배를 제공하는 것으로 생각된다. 바람직한 형태의 분사를 제공하기 위해 노즐 기하학이 사용될 수 있는데, 그 이유는, 예를들면, 보다 큰 직경의 분무기 구멍이 동일한 과잉 압력에서 보다 큰 드롭 크기를 발생시키며, 그 구멍의 방향이 윤활유가 분사되는 방향을 결정하기 때문이다.

본 발명에 있어서, 과잉 압력에서 노즐 밸브를 통한 윤활유의 전달은, 실린더 윤활유가 윤활유의 보다 큰 드롭, 또는 제트-형상 또는 팬-형상 또는 구형의 분사로서, 미립자의 미세하게 분포된 연무의 형태로 분사되는지가 지정된 분무이다.

개방압력(Po)은 실린더의 높이방향으로 노즐 밸브의 위치에 따른다. 이것은, 실린더내의 압축압력이 피스톤의 상향 이동 중 상승한다는 사실에 기인한다. 피스톤의 상향 이동에 있어서 피스톤이 노즐 밸브를 통과하기 전에 분사가 이루어질 경우, 실린더에 노즐 밸브가 장착되는 위치가 높으면 높을수록, 동일한 초과 압력을 얻기 위해 필요한 개방압력은 더 높아진다.

노즐 밸브가 실린더의 하반부에 배치될 경우, 개방압력은 압축 압력에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 반면에, 노즐 밸브가 실린더의 위쪽에 또는 정상에 배치될 경우, 변동하는 압축 압력이 노즐 밸브의 개방압력에 영향을 미치는데, 그 이유는 압축 압력이 분무기 구멍을 통하여 전달되어, 개방방향으로 작용하는 힘으로 밸브 시트내의 밸브 니들의 영역에 영향을 미치기 때문이다.

상기의 사실은 압축 압력이 분사의 방출인자(releasing factor)로 되는 것을 가능하게 하는데, 그것이 도7에 도시되어 있다. 위쪽의 점선은 엔진 사이클 중 개방압력(Po)을 제시하며, 계단형 점선은 펌프(6)로부터 윤활유 전달의 결과로서 발생하는 체적(15)내의 압력 증가를 제시한다. 체적(15)내의 압력은 가장 낮은 개방압력(Po)보다 더 높은 수준까지 상승되는 것으로 보이는데, 그것은 피스톤이 그 상사점(TDC)에 도달하기 전에 윤활유의 분사를 보장한다.

적절한 체적(15)을 제공하는 튜브 직경을 갖는 윤활 튜브(4)를 설계하는 것은 용이하다. 짧은 튜브를 원할 경우, 튜브를, 그 튜브와 연결된 고정된 챔버로서, 또는 국부 튜브 확장(local tube expension)으로서 형성되는 것이 바람직한 독립된 보조 체적과 연계시기는 것도 물론 가능하다.

노즐 밸브의 폐쇄 압력(Pc)은 개방압력(Po)의 50 내지 96 퍼센트의 범위로 되는 것이 적절하며, 개방압력의 75 내지 95 퍼센트의 범위로 되는 것이 바람직하다. 낮은 개방압력은 노즐 밸브의 작동 사이의 더 긴 간격으로 인하여 더 많은 공급량을 초래하며, 그 역도 또한 성립된다.

노즐 밸브는 윤활유 분사의 효율적인 방향 제어를 가능하게 하는데, 그것은 실린더의 내표면의 윤활유 홈에 서서히 확산하는 저압에서 종래의 윤활유 전달에 관하여 일련의 선택적인 전달을 제공한다. 노즐 밸브를 소기구(16)의 바로 위의 수준에 정렬하여, 그 노즐 밸브가 실린더에서 상향으로 분사하도록 할 수 있는데, 그것은, 압축행정 중 피스톤이 노즐 밸브를 통과하기 전에, 또는 통과한 후에 분사가 이루어지는지 여부에 관계없이 저압에서 분사가 이루어지도록 한다.

노즐 밸브(3)는 또한, 예를들면, 작동면의 대략 중앙에서, 실린더의 위쪽에 정렬될 수 있으며, 그 경우, 윤활유의 제트는 라이너의 중앙에, 또는 작동면의 상부 영역 또는 하부 영역을 향하여 상향으로 또는 하향으로 조준될 수 있다.

노즐 밸브(3)를 라이너의 상부에 정렬하는 것 또한 가능한데, 이 경우, 노즐 밸브는, 피스톤이 노즐 밸브를 통과하기 전에 작동면상으로 윤활유를 분사할 수 있다.

실린더 윤활유의 방향성 분사의 가능성은, 실린더의 현재 필요를 고려하여 윤활유의 전달을 자유롭게 조절할 수 있도록 한다. 관통 보어들이 실린더 벽에 노즐 밸브의 장착을 위한 실린더의 일정한 수준에 제공되는 경우 조차, 더 상향 또는 더 하향과 같은 다른 방향으로 윤활유를 분사하도록 밸브를 회전시킴으로써, 작동면상에 윤활유의 전달을 변화시킬 수 있다.

첨부된 특허청구범위의 범위내에서 상기 실시예들의 세부사항들을 다른 실시예에 결합하는 것이 가능하다. 또한, 엔진 사이클 중 실린더에서 실린더 윤활유의 더 많은 시퀀스의 분사를 실행하는 것도 가능하다. 더우기, 분사 시퀀스는, 예를들면, 엔진의 부하에 따라 또는 윤활에 대한 필요가 일시적으로 증가되는 부하의 변화시에 전달되는 윤활유의 양의 변화로 공지되어 있는 엔진의 작동 조건에 맞추어 변할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고압에서 비교적 적은 양의 윤활유의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하는 이점이 있다.

Claims (16)

1. 윤활 시점에 펌프의 출구와 노즐 밸브(3)를 상호연결하는 윤활 튜브(4)에 1회분의 윤활유를 전달하도록 펌프(6)가 주기적으로 작동하며, 상기 윤활 튜브의 압력이 예정된 개방 압력을 초과할 경우 실린더내로 유활유의 분무를 위해 노즐 밸브가 개방되는 내연기관, 특히, 2행정 크로스헤드 엔진의 실린더(1)에 윤활유를 분사하는 방법에 있어서,

   상기 노즐 밸브(3)는 그것의 개방 압력보다 더 낮은 압력에서 폐쇄되며, 윤활유가 펌프(6)로부터 역지밸브(5)를 통하여 상기 역지밸브와 노즐 밸브 사이의 체적으로 전달되는데, 상기 체적(15)에서 윤활유는 점진적인 압력 증가 중 일시적으로 축적되지만, 윤활유는 펌프로부터 그 체적까지 전달되며, 상기 축적된 윤활유의 양은, 상기 체적(15)내의 윤활유 압력이 노즐 밸브의 개방압력을 초과할 때에 노즐 밸브(3)를 통하여 분무되는 것에 의해 방출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실린더에 윤활유를 분사하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 윤활유는 수회의 주입에 있어서 펌프(6)로부터 역지밸브(5)를 통하여 상기 체적(15)까지 전달되는데, 윤활유의 주입량이 상기 체적으로 전달됨에 따라 압력은 단계적으로 증가하며, 마지막으로 전달된 윤활유의 주입량이 상기 체적(15)내의 윤활유의 압력을 노즐 밸브의 개방압력을 초과하도록 할 경우 윤활유가 노즐 밸브(3)를 통하여 분무되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 펌프(6)는 내연기관의 rpm, 다시말하면, 예정된 횟수의 엔진 회전 중의 예정된 횟수의 작동에 비례하여 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 펌프(6)는 윤활유의 분무당 2 내지 30회 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 펌프는 윤활유의 분무당 최대 10회 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프(6)로부터 윤활유의 각각의 공급은 역지밸브(5)와 노즐 밸브(3) 사이의 체적(15)에 1 내지 10 바의 압력 증가를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 펌프(6)로부터 윤활유의 각각의 공급은 역지밸브(5)와 노즐 밸브(3) 사이의 체적(15)에 2 내지 5 바의 압력 증가를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 압력을 극복하기 위하여, 상기 펌프(6)는, 내연기관이 전부하로 운전될 때보다 부분부하로 운전될 때에 더 많은 시간 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관의 전부하의 P 퍼센트의 부분부하에서, P 퍼센트 ×전부하에서 kWh 당 윤활유 양보다 더 많은 윤활유 양이 kWh 당 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 밸브는, 윤활유가 실리더(1)내로 분무될 때 엔진 사이클 시각의 실린더 압력보다 높은 15 내지 40 바의 간격으로 예정된 압력에서 개방되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 밸브(3)는, 실린더 압력이 내연기관의 최대 압축압력의 40 퍼센트보다 더 크게 되는 시간에 개방되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활유 펌프(6)의 1회 작동시의 전달량이 조절가능하게 되며, 엔진이 부분부하로 작동할 때 적절히 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관의 전부하의 P 퍼센트의부분부하에서, P 퍼센트 ×전부하에서 엔진 회전당 평균하여 실린더내로 분무되는 윤활유의 양보다 적은 윤활유의 양이, 실린더내로 분무되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관의 전부하의 P 퍼센트의 부분부하에서, 상기 펌프는, P 퍼센트 ×전부하에서의 kWh 당 윤활유의 양보다 kWh 당 더 많은 윤활유의 양을 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 밸브(3)의 개방압력이 조절가능하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 노즐 밸브(3)의 폐쇄압력이 조절가능하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.