KR20100062945A - 검출 장치 및 왕복 피스톤 내연 기관을 작동시키기 위한 방법, 및 왕복 피스톤 내연 기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더(4)를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진용 검출 장치에 관한 것이고, 상기 실린더(4) 내에서 피스톤(5)은 작동면(2)을 따라 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며, 이 경우 도우징 장치(6)에 의해서 윤활제(7)를 공급받는 윤활제 노즐(61)은 작동 상태에서 윤활제(7)가 상기 윤활제 노즐(61)에 의해 실린더(4) 안으로 유입될 수 있도록 실린더(4)의 실린더 벽(3) 안에 제공되어 있다. 본 발명에 따른 검출 장치는 트리거링 유닛(81)을 구비한 센서 장치(8)를 포함하며, 이 경우에는 상기 트리거링 유닛(81)이 도우징 장치(6) 및 위치 센서(82)에 신호에 의해서 연결되어 있고, 상기 위치 센서(82)가 작동 상태에서 실린더(4)의 내부 챔버(43)와 측정 기술적으로 통신하도록 연결되어 있음으로써, 작동 상태에서는 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 하여 피스톤(5)의 위치(X)가 위치 센서(82)에 의해 검출될 수 있고, 왕복 피스톤 내연 기관은 상기 피스톤(5)의 위치(X)에 따라 제어되고/되거나 조절될 수 있다. 또한, 본 발명은 왕복 피스톤 내연 기관을 작동시키기 위한 방법, 및 왕복 피스톤 내연 기관에 관한 것이다.

검출 장치, 대형 디젤 엔진, 도우징 장치, 위치 센서

Description

검출 장치 및 왕복 피스톤 내연 기관을 작동시키기 위한 방법, 및 왕복 피스톤 내연 기관{DETECTION DEVICE, METHOD FOR OPERATING STROKE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND STROKE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 검출 장치, 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 대형 디젤 엔진의 실린더의 실린더 벽의 작동면을 작동시키기 위한 방법, 특히 이를 윤활하기 위한 방법, 및 각 카테고리의 독립 청구항의 전제부에 따른 왕복 피스톤 내연 기관과 관련이 있다.

대형 디젤 엔진은 선박용 구동 장치로서 자주 사용되거나 또는 정치식(stationary mode)으로서, 예를 들어 전기 에너지를 발생시키기 위한 대형 제너레이터를 구동시키기 위해서 사용된다. 상기와 같은 사용례에서 엔진은 일반적으로 상당한 시간에 걸쳐서 연속 모드로 작동하며, 이와 같은 방식의 작동은 작동 안전 및 이용 가능성에 있어서 높은 요구 조건들을 제기한다. 그렇기 때문에 조작자에게는 특별히 긴 관리 기간, 적은 마모 그리고 연료 및 작동 물질의 경제적인 처리가 기계의 작동을 위한 중요한 기준이 된다. 다른 무엇보다도 상기와 같이 큰 보어가 형성되어 있고 저속으로 주행하는 디젤 엔진의 피스톤 작동 특성은 관리 기 간의 길이, 이용 가능성 그리고 윤활제 소비를 통해서는 직접적으로 작동 비용 및 그와 더불어 경제성을 위해서도 결정적인 요인이 된다. 따라서, 대형 디젤 엔진의 윤활이라는 복잡한 문제에는 점점 더 큰 의미가 부여된다.

피스톤과 작동면 사이의 마찰과 그로 인한 작동면 및 피스톤 링의 마모를 최소로 만들기 위하여, 대형 디젤 엔진에서는 왕복 운동할 수 있는 피스톤 내에서 또는 윤활유를 실린더 벽의 작동면에 제공할 때 윤활유가 통과하는 실린더 벽 내에서 윤활 장치에 의해 피스톤 윤활이 이루어진다(단, 오로지 대형 디젤 엔진에서만 다음과 같은 과정이 이루어지는 것은 아님). 따라서, 베르트질레 사(社)의 RTA-엔진과 같은 최근의 엔진에서 작동면의 마모는 1000시간의 작동기간에서 0.05mm 미만이다. 상기와 같은 엔진에서 윤활제 이송량은 약 1.3g/kWh 미만이고, 특별히 비용적인 여러 가지 이유에서 가급적 좀 더 줄어야만 하며, 이와 동시에 마모도 최소로 되어야만 한다.

작동면을 윤활하기 위한 윤활 시스템으로서는, 윤활 장치의 구체적인 실시 자체와 관련이 있을 뿐만 아니라 윤활 방법과도 관련이 있는 매우 다양한 해결책들이 공지되어 있다. 따라서, 실린더 벽 안에 원주 방향으로 설치되어 있는 다수의 윤활제 개구를 통과한 윤활유가 상기 윤활제 개구를 스쳐가는 피스톤에 제공되는 방식의 윤활 장치가 공지되어 있으며, 이 경우 윤활제는 피스톤 링을 통해 원주 방향으로뿐만 아니라 축 방향으로도 분배된다. 그러나 상기 방법에서 윤활제는 실린더 벽의 작동면에 광범위하게 제공되지 않고, 오히려 피스톤 링들 사이에서 피스톤 측면에 다소 점 형태로 제공된다.

다른 방법들도 공지되어 있다. 예를 들어 WO 00/28194호에는 윤활유가 실린더 벽 안에 배치된 분무 노즐을 통해 고압 상태에서 실린더 벽에 대하여 실제로 접선 방향으로, 연소 챔버 안에 있는 세척용 공기로 스프레잉 되며, 이 경우 윤활유는 작은 입자들로 분무된다. 그럼으로써 분무된 윤활유는 세척용 공기 안에 미세하게 분포되고, 세척용 공기 및 그와 더불어 상기 세척용 공기 안에 미세하게 분포된 윤활유 입자가 형성하는 소용돌이의 원심력에 의해 윤활유는 실린더 벽의 작동면을 향해 회전된다.

또 다른 방법에서는 자동으로 움직이는 피스톤 내에 바람직하게 다수의 윤활제 노즐이 배치됨으로써, 결과적으로 윤활제는 실제로 작동면의 전체 높이에 걸쳐서 임의의 장소에 제공될 수 있다.

윤활제가 실린더 벽의 작동면에 제공되는 것과 같은 유형 및 방식 이외에, 도우징 및 윤활제가 내연 기관의 실린더 내부로 유입되는 시점도 중요하다.

단위 시간 및 단위 면적당 작동면에 제공될 윤활제 양은 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 중에 다수의 다양한 파라미터에 의존할 수 있다. 따라서, 예를 들어 사용되는 추진제의 화학적 조성, 특히 상기 추진제의 유황 함량이 중요한 역할을 한다. 윤활제는 실린더의 윤활을 위해서, 다시 말해 피스톤과 실린더 작동면 사이의 마찰을 줄이기 위해서, 좀더 정확하게 말하자면 피스톤 링과 실린더 벽의 작동면 사이의 마찰을 줄이기 위해서 이용되는 이외에 다른 무엇보다 연소 과정 중에 엔진 연소 챔버 내에서 생성되는 침식성 산, 특히 유황 함유 산의 중화를 위해서도 이용된다.

그렇기 때문에 사용되는 추진제에 따라, 다른 무엇보다 윤활제의 소위 BN-값이 그 척도가 되는 중화 능력에 있어서 서로 구별되는 상이한 종류의 윤활제가 사용될 수 있다. 따라서, 연료 내 유황 함량이 높은 경우에는 유황 함량이 더 낮은 연료의 경우보다 BN-값이 더 높은 윤활제를 사용하는 것이 장점이 될 수 있는데, 그 이유는 BN-값이 더 높은 윤활제가 산에 대하여 더 강한 중화 작용을 하기 때문이다.

하지만, 상이한 품질의 추진제를 위해 동일한 종류의 윤활제를 사용해야만 하는 경우도 종종 있을 수 있다. 이와 같은 경우들에서는 예를 들어 사용되는 윤활제의 양을 상응하게 높이거나 낮춤으로써 연소 생성물 내부의 더 높은 또는 더 낮은 산 함량이 보상될 수 있다.

제공될 윤활제 양을 도우징 할 때의 추가의 문제점은 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 모드에서 윤활제 막의 상태, 특히 윤활제 막의 두께가 시간 및/또는 공간에 따라 변동된다는 것이다.

하지만, 필요한 윤활제 양은 예를 들어 회전수, 연소 온도, 엔진 온도, 엔진을 냉각시키기 위한 냉각 파워, 부하와 같은 매우 상이한 작동 파라미터 그리고 다른 많은 작동 파라미터에도 더 많이 의존할 수 있다. 따라서, 회전수가 주어져 있고 부하가 더 높은 경우에는 회전수가 동일하고 부하가 더 낮은 경우와는 다른 양의 윤활제를 실린더 작동면에 제공해야만 하는 경우도 있을 수 있다.

또한, 연소 기관 자체의 상태도 윤활제 양에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 예를 들어 실린더 작동면, 피스톤 링, 피스톤 등의 마모 상태에 따라 사용될 윤활 제 양이 심하게 변동될 수 있다는 내용도 공지되어 있다. 따라서, 실린더가 아직까지 시동 되지 않은 아홉 개의 실린더 작동면을 구비한 경우 및/또는 아홉 개의 피스톤 링이 시동 단계에 있는 경우에는 대응 작동 파트너, 다시 말해 예컨대 피스톤 링들, 피스톤 홈들 그리고 작동면이 마멸되어 상호 최적의 상태로 조절될 수 있도록 하기 위하여, 소정의 범위 안에서 마찰을 높이는 것이 매우 바람직하다. 이와 같은 과정은 다른 무엇보다도 실린더 시동 단계에서는 이미 상당한 작동 시간 동안 작동하고 있는 실린더의 경우와 다른 양의 윤활제로 전체적인 동작이 이루어짐으로써 성취될 수 있다. 그렇기 때문에 다수의 실린더를 구비한 기관에서는 특히 각각의 실린더를 위한 윤활제 양이 별도로 조절될 수 있는 경우가 종종 있다.

또한, 일반적으로 실린더 작동면은 원주 방향으로뿐만 아니라 세로 방향으로도, 실행된 작동 시간의 수에 따라 상이하게 마모된다. 이와 같은 내용은 예를 들어 피스톤 링 및 피스톤 자체에도 유사하게 적용된다.

따라서, 윤활제 양은 왕복 피스톤 내연 기관에서는 실행된 작동 시간의 수에 따라 조절되어야만 할 뿐만 아니라, 윤활제 양은 동일한 실린더 내부에서 실린더 벽의 작동면의 상이한 장소에서 요구 조건에 따라 시간 및 공간에 따라서 상이하게 도우징 될 수 있어야만 한다.

그렇기 때문에 실린더의 작동면 내에서 또는 자동으로 움직이는 피스톤 내에서 상이한 영역에 바람직하게는 모두 각적으로 트리거링 될 수 있는 윤활제 노즐을 제공함으로써, 결과적으로 윤활제 양이 요구 조건에 따라 시간적으로뿐만 아니라 공간적으로도 유연하게 변동될 수 있다는 내용은 오래전부터 공지되어 있다.

특정 윤활제 노즐에 의해서 특정 시점에 유입될 윤활제 양을 검출하기 위한 다양한 방법들이 공지되어 있다. 가장 간단한 경우에 윤활제 양은 경우에 따라서는 사용되는 추진제 및 윤활제 자체의 품질을 고려하여, 간단히 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 상태에 따라 예컨대 부하 또는 회전수의 함수로서 제어되며, 이 경우에는 이미 실행된 작동 시간으로 인해 대응 작동 파트너의 마모 상태도 고려될 수 있다.

윤활제 양을 조절하기 위한 완전히 차별화된 방법들도 공지되어 있다. 따라서, 예를 들어 CH 613 495호에는 피스톤 내연 기관용 실린더 장치가 공지되어 있으며, 상기 실린더 장치는 작동 중에 피스톤 링의 침식을 보호하기 위하여 피스톤 링의 비정상적인 마찰 상태를 온도 센서 또는 진동 센서를 이용해서 검출하고, 상기와 같은 장애들이 발생하는 경우에는 특정 윤활 장소로부터 송출되는 윤활유의 양을 높여준다. EP 0 652 426호는 실린더 벽 내부의 온도를 주기적으로 측정함으로써 스커핑(Scuffing) 또는 마모 침식의 발생을 그 특징적인 온도 파형을 참조해서 검출하고, 자동으로 파워를 줄이거나, 추가적으로 윤활제 공급을 높임으로써 상응하는 손상을 저지하는 방법을 보여주고 있다. 내연 기관의 임계적인 작동 상태를 조기에 검출하기 위한 공지된 추가의 방법은 EP 1 006 271호에 기재된 초음파 방법이며, 상기 방법에서는 실린더 내에 배치된 초음파 변환기에 의해 대응 작동 파트너에 초음파 신호가 제공되고, 반사되는 에코 신호는 상기 대응 작동 파트너의 상태를 결정하기 위해서 이용된다.

하지만, 전술된 모든 장치들 및 방법들의 공통점은, 피스톤 링의 침식이 시 작되는 장소 또는 실린더 벽의 작동면에서 잘 알려진 스커핑과 같은 마모 현상들의 발생 장소가 단지 불충분하게 정확하거나 또는 그 장소를 전혀 확인할 수 없다는 것이다. 다시 말하자면, 상기와 같은 공지된 방법들 및 장치들에 의해서는 왕복 피스톤 내연 기관의 비정상적인 작동 상태들의 발생이 기본적으로 확인될 수는 있으나, 이와 같은 비정상적인 작동 상태들의 원인이 생성 장소에서 제거될 수는 없는데, 그 이유는 공지된 방법 및 장치들에 의해서는 실린더 내부에 있는 생성 장소가 반드시 필요한 장소 해상도로 검출될 수 없기 때문이다. 다른 무엇보다도 상기와 같은 사실이 궁극적으로 의미하는 바는, 윤활제 막의 두께가 최상의 경우에는 상황에 따라 존재하는 센서들 바로 근처에서, 예를 들면 전술된 초음파 센서들 근처에서 신뢰할만하게 결정될 수 있다는 것이다. 그와 달리 윤활제 막이 실린더 벽의 작동면에 걸쳐 완전히 팽창된 경우에는 상기 윤활제 막의 상태를 조절할 수가 없다.

예를 들어 전술된 공지된 장치들의 특정 실린더 내에서 피스톤 침식 또는 스커핑의 발생이 검출되면, 검출된 비정상적인 작동 상태가 재차 사라지고 상기 실린더에 단위 시간당 공급되는 윤활제 양이 재차 줄어들 수 있을 때까지 상기 실린더를 위한 윤활제의 양이 증가한다.

따라서, 당업자는 소위 유체 동역학적 윤활 분야를 희박 윤활 및 혼합 윤활 상태와 구분한다. 유체 동역학적 윤활이란, 대응 작동 파트너의 표면들이 윤활제 막에 의해 완전히 상호 분리됨으로써, 상기 표면들이 서로 접촉하지 않을 정도 두께의 윤활제 막이 상기 대응 작동 파트너들 사이에, 다시 말해 예컨대 실린더 벽의 작동면과 피스톤의 피스톤 링 사이에 형성되는 경우를 말한다. 소위 혼합 마찰 상태 또는 혼합 윤활 상태는 다른 한계 상황이다. 혼합 마찰의 경우에 대응 작동 파트너들 사이에 있는 윤활제 막은 상기 대응 작동 파트너들이 직접 접할 정도로 적어도 부분적으로 얇아진다. 이 경우에는 스커핑 위험 및 궁극적으로는 피스톤 침식 형성 위험이 존재한다. 상기 두 가지 한계 상황 사이에서는 소위 희박 윤활이 설정된다. 희박 윤활 상태에서 윤활제 막의 두께는 대응 작동 파트너들이 더 이상 접하지 않을 정도이다. 하지만, 대응 작동 파트너들 사이의 윤활제 양은 유체 동역학적 윤활 상태가 구성될 수 있을 정도로 충분하지는 않다. 혼합 윤활 상태뿐만 아니라 희박 윤활 상태도 최대한 그 이전에 방지되었다. 다시 말해, 윤활제 막의 두께는 바람직하게 대응 작동 파트너들 사이에서 유체 동역학적 윤활 상태가 설정되도록 선택되었다.

유체 동역학적 윤활 분야에서의 작동은 당연히 상응하게 높은 윤활제 소비를 야기한다. 이와 같은 결과는 한 편으로는 비경제적이라고 언급될 뿐만 아니라, 다른 한 편으로는 놀랍게도 윤활제 부족뿐만 아니라 윤활제 초과도 실린더 내에 있는 대응 작동 파트너들의 손상을 야기할 수 있다는 사실도 드러냈다.

상기와 같은 문제점은 처음에는, 작동 상태에서 센서에 의해 윤활제 막을 특징짓는 특성값이 결정되고, 조절 유닛을 이용해서 센서 신호를 평가한 후에 윤활제 공급을 상응하게 도우징 함으로써 실린더 작동면 상에서의 윤활제 막의 작동 파라미터, 특히 윤활 막의 두께가 바람직하게는 국부적으로 최적화됨으로써 성공적으로 해결되었다. 상응하는 장치 및 해당 방법은 동일 출원인에 의해 이미 EP 1 505 270 A1호에서 상세하게 기재되었다.

상기와 같은 혁신적인 방법에 의해서는 실린더 작동면의 특정 장소에 제공되어야만 하는 필수적인 윤활제 양을 결정하는 문제가 최상으로 해결되었지만, 실린더 내부에 윤활제를 분사하기 위한 최적의 시점을 결정하는 작업에는 지금까지도 여전히 어려움이 상존한다.

상기 최적의 윤활유 분사 시점은 다수의 파라미터, 특히 내연 기관을 작동시키는 상이한 작동 상태들에 의존할 수 있다. 한 가지 역할을 할 수 있는 다수의 파라미터는 적절한 윤활 막 두께와 관련이 있는 파라미터들로서 서문에 이미 열거되어 있다. 적절한 시점은 당연히 다른 무엇보다도 전술된 다양한 윤활 방법에 의존한다. 따라서, 윤활제를 분사하기 위한 시점은 당연히 윤활제가 예를 들어 세척용 공기에 공급되어야만 하는지 아니면 예컨대 스쳐가는 피스톤에, 예컨대 피스톤의 피스톤 링 패킷 안에 직접 분사되어야만 하는지에 민감하게 의존한다.

따라서, 윤활유 분사 시점이 다른 무엇보다도 엔진의 정적인 그리고 동적인 구조적 파라미터, 특히 윤활제 노즐의 장소에 대하여 상대적으로 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에 놓여 있는 피스톤 위치에도 의존한다는 사실은 명백하다. 다시 말해, 실린더 내부로의 최적의 윤활제 분사를 보증하기 위해서는 피스톤의 상태, 다시 말해 실린더 종축을 기준으로 하는 피스톤의 위치(X)가 윤활제 분사 시점에 가급적 정확하게 검출될 수 있어야만 한다.

지금까지 실린더 내에서 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에 놓여 있는 각각의 피스톤의 위치(X)는, 엔진의 모든 피스톤을 위한 내연 기관의 순간적인 크랭크 각 이 상이한 방법에 따라 단 한 번의 중앙 크랭크 각 측정으로부터 결정됨으로써 결정되었다. 예를 들면 윤활제 펌프 샤프트에 직접 연결되어 있는 체인 구동 장치를 통해서 결정되었다.

아주 일반적으로 지금까지는 작동 상태에서 내연 기관의 순간적인 크랭크 각이 측정되고, 상기 중앙 크랭크 각 측정으로부터 실린더 내에 있는 모든 피스톤의 위치가 산출된다. 그 다음에, 측정된 크랭크 각으로부터 산출되는 상기 실린더 내에 있는 한 피스톤의 위치(X)로부터는 관련 실린더 내에서 이루어지는 윤활제 분사의 시점이 산출된다.

하지만, 지금까지 사용된 상기 방법의 결정적인 단점은, 상기와 같은 방식으로 산출된 실린더 내 피스톤의 위치들이 특히 특수한 작동 조건들 하에서, 예컨대 전부하 상태에서, 높거나 또는 완전한 회전수에서 또는 다른 극단적인 작동 조건들 하에서는 실제로 허용될 수 없는 큰 에러들과 결부되어 있다는 것이다.

그러나, 정상적인 작동 조건들 하에서도 상기와 같은 에러들은 윤활제가 최적의 시점에 실린더 내부로 유입되지 못하도록 하고, 조기 마모를 야기하며, 관리 기간을 단축하고, 그와 더불어 비용을 상승시키며, 최악의 경우에는 실린더 소자들의 심각한 손상을 야기할 수도 있다.

상기와 같은 위치 결정 에러의 원인은 다른 무엇보다도 엔진의 탄성, 엔진의 가동적 부분과 비가동적 부분의 탄성, 및 크랭크 샤프트의 광범위한 진동 및 비틀림 동작에 있다.

상기와 같은 에러들에 의해, 특히 엔진의 특정 장소 또는 구성 부품에서 측 정된 크랭크 각이 실린더 내에 있는 특정 피스톤의 실제 위치와 정확한 상관 관계를 형성할 수 없게 되며, 오히려 상기 크랭크 각은 계산 불가능한 에러를 포함하는 상황에 따라, 예컨대 엔진 부하, 또는 회전수, 또는 내연 기관의 다른 작동 파라미터에 따라 완전히 더 큰 크랭크 각도에 달할 수 있는 최대의 정확성과 상관 관계를 형성하게 된다. 그 경우 윤활제는 상황에 따라서는 완전히 잘못된 시점에 분사된다. 최악의 경우에 윤활제는 궁극적으로 윤활을 위해서 사용되지 않는데, 그 이유는 예컨대 압축 행정에서는 윤활유가 피스톤 벽에 분사되지 않고 오히려 피스톤 아래로 분사되어 결국 적어도 상기와 같은 피스톤의 압축 행정에서는 윤활제가 윤활에 기여하지 못하기 때문이다.

상기와 같은 문제점을 더욱 심각하게 하는 것은, 필수적인 것은 아니지만 종종 6, 8, 10, 12, 14개 이상의 다수의 실린더가 바람직하게 연속으로 배치된 내연기관의 각각의 실린더에 대한 에러가 다른 에러라는 사실인데, 그 이유는 실린더의 크랭크 샤프트가 어느 섹션에 있는지 또는 어느 장소에 있는지에 따라 전술된 진동, 비틀림 등이 다른 진폭, 경우에 따라서는 다른 주파수 스펙트럼 및 그로 인해 다른 작용들을 갖기 때문이다.

엔진을 정밀하게 조정하기 위하여 또는 각 실린더 내부에서의 압축을 정밀하게 조정하기 위하여, 예를 들어 특수한 지지 플레이트 또는 간격 유지 부재에 의해 피스톤의 상사점(OT)이 각적으로 조정되는데, 다시 말하자면 피스톤, 피스톤 로드, 십자 헤드 또는 피스톤의 다른 고정 소자를 고정하기 위한 적합한 장소에 소위 "컴프레션 심(compression shims)"이 각각의 실린더를 위해 각적으로 제공됨으로써 각 각의 실린더 내에서는 압축이 최적화된다. 그 결과, 심지어 실린더 내 피스톤의 위치가 특정 장소에서 측정된 크랭크 각과 정확하게 상관 관계를 맺고 있는 경우에도 실린더 내 피스톤의 위치는 정확하게 산출될 수가 없는데, 그 이유는 컴프레션 심에 의한 각 피스톤의 상이한 조정으로 인하여 각각의 피스톤의 위치 산출이 대부분 공지되어 있지 않은 다른 보정 인자에 의해서 실시될 수밖에 없기 때문이다.

하지만, 상기 보정 인자들이 언급된 바와 같이 공지되어 있지 않기 때문에, 지금까지 실시된 실린더 내 피스톤의 위치를 산출하는 과정에서는 대부분 에러가 더 강화된다.

하지만, 상기와 같은 문제점은 윤활제 분사의 조절과 관련이 있을 뿐만 아니라, 다른 장치들 또는 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 중에 실행되는 과정들도 바람직하게는 실린더 내 피스톤의 위치에 따라 조정 혹은 제어 및/또는 조절되어야만 하거나 또는 조정 혹은 제어 및/또는 조절될 수 있다. 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 중에 실행되는 과정들로서는 다른 무엇보다도 실린더 내부로 분사되는 추진제 분사의 시점 및/또는 기간 및/또는 강도 혹은 양, 배출 밸브의 제어 및/또는 조절, 왕복 피스톤 내연 기관을 스타트하기 위한 스타트 공기 유입의 시점 및/또는 기간 및/또는 강도 혹은 양, 또는 진동 밸런서(vibration balancer)로도 불리는 진동 제거 장치의 제어 및/또는 조절을 예로 들 수 있다.

본 발명의 목적은, 개선된 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 왕복 피스톤 내연 기관을 작동시키기 위한, 특히 왕복 피스톤 내연 기관의 실린더의 작동면을 윤활하기 위한 개선된 윤활 장치 및 개선된 윤활 방법을 제안하는 것으로서, 본 발명을 통해 전술한 문제점들이 해소되고, 다양한 소자들 또는 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 중에 이루어지는 프로세스의 제어 및 조절의 개선이 가능해지며, 특히 실린더 내부로 유입되는 윤활유의 최적의 유입 시점이 결정될 수 있다.

장치와 관련된 관점 및 방법 기술적인 관점에서 상기 목적을 해결하고자 하는 본 발명의 대상들은 각 카테고리의 독립 청구항의 특징들을 포함한다.

각 종속 청구항들은 본 발명의 특히 바람직한 실시예들과 관련이 있다.

본 발명은 실린더를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진용 검출 장치에 관한 것으로서, 상기 실린더 내에서 피스톤은 작동면을 따라 하사점과 상사점 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며, 이 경우 도우징 장치에 의해서 윤활제를 공급받는 윤활제 노즐은 작동 상태에서 윤활제가 상기 윤활제 노즐을 통해 실린더 안으로 유입될 수 있도록 실린더의 실린더 벽 안에 제공되어 있다. 본 발명에 따른 검출 장치는 트리거링 유닛을 구비한 센서 장치를 포함하며, 이 경우에는 상기 트리거링 유닛이 도우징 장치 및 위치 센서에 신호에 의해서 연결되어 있고, 상기 위치 센서가 작동 상태에서 실린더의 내부 챔버와 측정 기술적으로 통신하도록 연결되어 있음으로써, 작동 상태에서는 실린더의 축 방향을 기준으로 하여 피스톤의 위치가 위치 센서에 의해 검출될 수 있고, 왕복 피스톤 내연 기관은 상기 피스톤의 위치에 따라 제어되고/되거나 조 절될 수 있다.

본 발명은 한 가지 특수한 실시예에서는 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진의 실린더의 실린더 벽의 작동면을 윤활하기 위한 윤활 장치와 관련이 있다. 실린더 내에서 피스톤은 작동면을 따라 하사점과 상사점 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며, 이 경우 도우징 장치에 의해서 윤활제를 공급받는 윤활제 노즐은 작동 상태에서 윤활제가 상기 윤활제 노즐을 통해 실린더 안으로 유입될 수 있도록 실린더 벽 안에 제공되어 있다. 본 발명에 따라 트리거링 유닛을 구비한 센서 장치가 제공되며, 이 경우에는 상기 트리거링 유닛이 도우징 장치 및 위치 센서에 신호에 의해서 연결되어 있고, 상기 위치 센서가 작동 상태에서 실린더의 내부 챔버와 측정 기술적으로 통신하도록 연결되어 있음으로써, 작동 상태에서는 실린더의 축 방향을 기준으로 하여 피스톤의 위치가 위치 센서에 의해 검출될 수 있다. 이때 윤활제는 검출된 피스톤 위치에 따라 윤활제 노즐을 통해 실린더 내부로 유입될 수 있다.

본 발명에 의해서는, 내연 기관의 크랭크 각과 무관하게 실린더 내에서의 피스톤의 축 방향 위치를 직접적으로 결정하거나 측정하는 것이 처음으로 가능하다. 따라서, 예를 들면 실린더 내부로 윤활제를 유입하기 위한 시점 또는 시간격을 최적으로 결정하는 것도 처음으로 가능해진다.

그러나, 다른 장치들 또는 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 중에 진행되는 과정들도 본 발명에 의해서는 바람직하게 실린더 내에서의 피스톤의 정확한 위치, 다시 말해 실제 위치에 따라 조정 혹은 제어 및/또는 조절될 수 있다. 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 중에 진행되는 과정들로서는 다른 무엇보다도 실린더 내부로 분사되는 추진제의 분사 시점 및/또는 기간 및/또는 강도 혹은 양, 배출 밸브의 제어 및/또는 조절, 왕복 피스톤 내연 기관을 스타트하기 위한 스타트 공기 유입의 시점 및/또는 기간 및/또는 강도 혹은 양, 내연 기관의 실린더로부터 연소 가스, 윤활유 또는 다른 물질을 목적한 바대로 배출시키는 것 또는 예를 들어 진동 밸런서로도 불리는 진동 제거 장치의 제어 및/또는 조절을 예로 들 수 있다.

진동 제거 장치는 공지된 바대로 내부 엔진 파워와 반대로 규정된 방향으로 규정된 파워를 발생시킨다. 그렇기 때문에 상기 진동 제거 장치는 상기 엔진 파워와 동시에, 다시 말해 크랭크 샤프트와 동시에 동작해야만 한다. 진동 제거 장치가 크랭크 샤프트에 의해서 직접 구동되지 않는 경우에는 트리거링 유닛, 다시 말해 진동 제거 장치의 엔진이 예컨대 2 행정-대형 디젤 엔진인 왕복 피스톤 내연 기관에 의해서 임펄스를 수신하게 되는데, 다시 말하자면 진동 제거 장치를 엔진과 동기화시키는 임펄스를 수신하게 된다. 이 목적을 위해서는 예컨대 본 발명에 따라 검출되는 실제 피스톤 위치가 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따라 피스톤의 위치가 직접적인 측정에 의해 결정되고 크랭크 각의 측정을 통해 간접적으로 결정되지 않음으로써, 본 발명에 따라 결정되는 실린더 내에서의 피스톤의 위치는 엔진의 탄성, 동적인 진동- 및 비틀림 동작으로 인한 또는 컴프레션 심을 이용한 압축의 정밀 조정 또는 다른 에러 변수들로 인한 전술된 에러들에 의해서도 더 이상 왜곡되지 않는다.

정적 또는 동적인 상이한 작동 파라미터들도 에러원으로서 실제로 완전히 배 제되는데, 그 이유는 피스톤의 위치가 직접 측정되고 크랭크 각의 측정으로부터 간접적으로 수학적인 방식으로 도출되지 않기 때문이다.

예를 들어 회전수가 동일한 경우에 두 가지 상이한 부하 조건하에서 엔진이 작동되면, 선행 기술에 공지된 산출 방법에 의해서는 필연적으로 제 1의 부하 조건 및 제 2의 다른 부하 조건에서 측정된 동일한 크랭크 각으로부터 실린더 내부에 있는 특정 피스톤의 동일 위치도 산출된다.

하지만, 상기 산출 결과는 일반적으로 틀릴 수 있는데, 그 이유는 상이한 두 가지 부하 조건들 하에서는 회전수가 동일한 경우에도 엔진의 동적 진동- 및 비틀림 특성이 상이해질 수 있기 때문이다. 그 결과, 회전수가 동일하고 측정된 크랭크 각이 동일한 경우에는 동일한 피스톤이 실제로 실린더 내부에 있는 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에서 다른 위치를 취하게 되며, 선행 기술에 공지된 방법은 기본적으로 상기와 같은 사실을 고려할 수 없다.

상기와 같은 사실은 본 발명에 따른 방법에 의해서 처음으로 가능해지는데, 그 이유는 본 발명은 피스톤의 위치를 직접적으로 측정하고, 크랭크 각의 측정값으로부터 결정하지 않기 때문이며, 상기와 같은 크랭크 각의 측정값은 최고로 잘못된 값이고, 큰 에러들과 결부되어 있으며, 실린더 내 피스톤의 실제 위치와 상관 관계를 형성하고 있다.

본 발명에 따른 검출 장치의 한 특별한 실시예에서 위치 센서는 실린더 벽 영역에 배치되어 있으며, 이 경우 바람직하게는 - 그러나 반드시 필요한 것은 아니다 - 실린더의 축 방향을 기준으로 변위 된 두 개 이상의 위치 센서가 왕복 피스톤 내연 기관의 하나의 동일한 실린더를 위해서 제공되었다.

두 개 이상의, 상황에 따라서는 심지어 세 개, 네 개 이상의 위치 센서가 동일한 실린더 내부에 배치됨으로써, 실린더 내부에 있는 상응하는 피스톤의 정확한 위치를 결정하기 위한 측정 정확성이 필요한 경우에는 상당히 증가 될 수 있다.

본 발명에서는 전술된 바와 같이 실린더의 축 방향을 기준으로 변위 된 두 개 이상의 위치 센서가 왕복 피스톤 내연 기관의 하나의 동일한 실린더를 위해서 제공될 수 있다. 이 경우에는 대안적으로 또는 추가로, 실린더의 축 방향을 기준으로 변위 되지 않은 두 개 이상의 위치 센서가 왕복 피스톤 내연 기관의 하나의 동일한 실린더를 위해 제공될 수도 있다. 다시 말하자면, 두 개 이상의 센서가 동일한 축 방향 위치에서 실린더 벽 내부에 원주 방향으로 배치될 수 있음으로써, 측정 정확성도 또한 증가 될 수 있다.

각각의 실린더 내에서의 피스톤의 정확한 위치를 각적으로 결정할 수 있기 위하여 일반적으로 왕복 피스톤 내연 기관의 각각의 실린더를 위해서 적어도 하나의 위치 센서가 제공된다.

실무를 위해 중요한 한 가지 실시예에서 적어도 하나의 위치 센서는 실린더의 축 방향을 기준으로, 실린더 벽 영역에서 윤활제 노즐과 실제로 동일한 높이로 배치되어 있다. 그럼으로써, 특별히 피스톤의 위치 결정은 윤활제의 분사 시점과 시간상으로 강한 상관 관계를 맺게 된다. 이와 같은 상황은 특히 윤활제가 예를 들어 스쳐가는 피스톤 벽에 직접적으로, 예를 들어 피스톤의 피스톤 링 패킷 안에 직접적으로 분사되어야만 하는 경우에 해당하지만 그 경우에만 장점이 되는 것은 아니다. 피스톤 위치의 측정 시점 및 그로부터 도출되는 윤활제 분사 시점이 매우 가깝게 놓여 있음으로써, 특히 정확한 분사 동작이 보증될 수 있다.

특별한 경우에 또는 특정 적용례를 위해서 또는 예컨대 윤활제를 실린더 안으로 유입시키는 방법에 따라 위치 센서가 예를 들어 실린더 내 피스톤의 상사점 위에도 배치될 수 있다는 사실이 자명해지는데, 예를 들면 실린더 벽 내에서는 위치 센서가 상사점 위에 배치되거나 또는 실린더 커버 영역 내부에 배치될 수도 있다. 이와 같은 상황은 특히 위치 센서가 실린더 내 피스톤의 위치를 결정하기 위하여 압력 또는 시간에 따른 압력 파형을 측정하는 압력 센서인 경우에 바람직할 수 있다.

실린더 내부의 다른 장소, 예를 들어 윤활제 노즐 영역에서도 바람직하게 압력 센서가 위치 센서로서 제공될 수 있다는 사실은 자명해진다. 압력 센서가 위치 센서로서 사용되면, 측정된 압력 및/또는 시간에 따른 실린더 내부의 압력 파형으로부터 피스톤의 위치가 결정되며, 이 경우에는 바람직하게(단, 필수 사항은 아님) 다양한 기계 또는 작동 상태 고유의 파라미터가 저장되어 있는 룩-업(Look-up) 테이블이 사용되고, 상기 파라미터로부터는 추후에 위치 센서에 의해 검출되는 압력 데이터를 참조해서 실린더 내 피스톤의 축 방향 위치 및 그와 더불어 윤활제 노즐을 이용해서 윤활제를 분사하기 위한 정확한 시점이 검출된다. 아래에서 기술되는 룩-업 테이블의 용도가 압력 센서의 사용에 한정되지 않고 오히려 바람직하게는 더 아래에서 계속 논의될 다른 타입의 위치 센서들과 함께 사용될 수 있다는 사실이 자명해진다.

왕복 피스톤 내연 기관의 다양한 작동 파라미터에 따라, 특히 회전수 및/또는 부하 및/또는 실린더 온도 및/또는 다른 작동 파라미터들에 따라 및/또는 연료 및/또는 윤활제 및/또는 다른 작동 물질의 조성에 따라 실린더 내부로 윤활제를 유입하기 위한 시점 또는 시간격은 바람직하게 다차원 데이터 필드의 형태로 존재할 수 있는 룩-업 테이블을 이용해서 결정되며, 실린더 내부로 윤활제를 유입하기 위한 시점 또는 시간격은 윤활제 노즐에 의해서 최적으로 된다.

예를 들어 트리거링 유닛의 부분일 수 있는 데이터 처리 장치 안에 데이터 뱅크로서 채워지는 룩-업 테이블 내부에는 윤활유 분사 시점을 검출하기 위해서 중요한 최상의 관련 시간 데이터가 저장되어 있다. 특별히 실제로 왕복 피스톤 내연 기관용으로 이미 공지되어 있는 적합한 장치들에 의해서는, 예를 들어 회전수 및/또는 부하 및/또는 실린더 온도 및/또는 연소 챔버 내부의 온도와 같은 실제 작동 파라미터 및/또는 다른 실제 작동 파라미터들이 추가로 결정될 수 있으며, 상기 실제 작동 파라미터들로부터는 상기 룩-업 테이블에 저장된 데이터 및 위치 센서의 측정값과 함께 각각의 작동 상태에 해당하는 윤활제 분사 시점 또는 시간격을 위한 목표값이 추후에 결정된다.

특히 다른 무엇보다도 사용된 작동 수단 및 상기 작동 수단의 특성들, 예컨대 사용된 추진제, 다른 무엇보다도 상기 추진제의 유황 함량 및/또는 사용된 윤활제의 종류 및/또는 상기 윤활제의 BN-값이 윤활제의 최적의 분사 시점 또는 최적의 기간을 위해 중추적인 역할을 할 수 있기 때문에, 상기와 같은 요소들도 목표값 검출을 위해서 바람직하게 이용될 수 있고, 반드시 필요한 경우에 또는 바람직하게 작동 중에는 적합한 측정 장치에 의해서 지속적으로 모니터링 될 수 있다.

윤활제 분사를 위한 최적의 시점 또는 시간격을 위한 목표값을 검출하기 위해서 바람직하게 이용될 수 있는 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 상태의 파라미터 및/또는 데이터를 전술된 바와 같이 열거하는 것은 최종적인 것이 아니며, 오히려 상기 목표값의 결정과 관련된 추가의 파라미터 및 데이터도 포함할 수 있다는 사실은 자명해진다.

원칙적으로 각각의 센서가 바람직하게는 실린더 내 피스톤의 위치를 충분한 정확성으로 검출하는 위치 센서로서 사용될 수 있다는 사실이 자명해진다. 따라서, 상기 위치 센서는 전기식 위치 센서일 수 있다. 상기 센서가 피스톤이 센서에 근접하거나 또는 센서를 통과할 때 용량성 센서의 용량 또는 유도성 센서의 유도성이 변동되는 예컨대 공지된 용량성 센서 또는 유도성 센서일 수 있음으로써, 결과적으로 상기와 같은 변동으로부터는 피스톤의 위치 및 그와 더불어 윤활유의 유입 시점이 결정될 수 있다.

예컨대 능동적 또는 수동적 초음파 센서, 또는 예컨대 측정을 위해 피에조 전기 효과를 활용하는 임팩트 사운드 센서 또는 광학 센서 또는 실린더 내 피스톤의 위치를 적합하게 결정할 수 있는, 특별히 시간 함수로서도 결정할 수 있는 다른 모든 적합한 센서와 같은 다른 타입의 센서들도 생각할 수 있다.

요구 조건에 따라, 예컨대 윤활유 분사를 위한 시점 또는 시간격을 결정하기 위한 정확성에 대한 요구 조건에 따라서는, 특히 바람직하게 실린더 내 피스톤의 위치 또는 실린더 내 피스톤 위치의 시간 파형을 결정하는 상이한 센서 타입들의 모든 조합도 하나의 동일한 실린더 내에 제공될 수 있음은 명백하다.

실린더 내부로 윤활유를 유입시키는 내용이 본 출원서의 틀 안에 매우 상세하게 기재되어 있더라도, 본 발명은 윤활유 유입과만 관련되지 않고, 오히려 특별한 실시예들에서는 본 발명에 따른 검출 장치에 의해서 예컨대 실린더 내부로의 연료 분사 및/또는 실린더의 배출 밸브의 트리거링 및/또는 실린더 내부로의 스타트 공기의 유입도 제어 및/또는 조절될 수 있으며, 그리고/또는 왕복 피스톤 내연 기관의 진동 제거 장치도 상기 피스톤의 검출된 위치에 따라 제어 및/또는 조절될 수 있다.

본 발명은 또한 실린더를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진을 작동시키기 위한 방법과 관련이 있고, 상기 실린더 내에서 피스톤은 작동면을 따라 하사점과 상사점 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며, 이 경우 도우징 장치에 의해서 윤활제를 공급받는 윤활제 노즐은 실린더 벽 안에 제공되고, 윤활제는 상기 윤활제 노즐을 통해 실린더 안으로 유입되며, 이 경우 검출 장치에는 트리거링 유닛을 포함하는 센서 장치가 제공되며, 이 경우 상기 트리거링 유닛은 실린더의 내부 챔버와 측정 기술적으로 통신하는 위치 센서에 신호에 의해서 연결되고, 실린더의 축 방향을 기준으로 하여 피스톤의 위치가 위치 센서에 의해 검출되며, 왕복 피스톤 내연 기관은 상기 피스톤의 검출된 위치에 따라 제어 및/또는 조절된다.

본 발명은 특정 일 실시예에서는 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진의 실린더의 한 실린더 벽의 작동면을 윤활하기 위한 방법과 관련이 있다. 실린더 내에서 피스톤은 작동면을 따라 하사점과 상사점 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며, 이 경우 도우징 장치에 의해서 윤활제를 공급받는 윤활제 노즐은 실린더 벽 안에 제공되고, 윤활제는 상기 윤활제 노즐을 통해 실린더 안으로 유입된다. 본 발명에 따라 트리거링 유닛을 구비한 센서 장치가 제공되며, 이 경우 상기 트리거링 유닛은 도우징 장치 및 실린더의 내부 챔버와 측정 기술적으로 통신하는 위치 센서에 신호에 의해서 연결된다. 실린더의 축 방향을 기준으로 하여 피스톤의 위치가 위치 센서에 의해 검출되며, 윤활제는 상기 피스톤의 검출된 위치에 따라 윤활제 노즐을 통해 실린더 내부로 유입된다.

본 발명에 따른 방법의 한 특별한 실시예에서는 왕복 피스톤 내연 기관의 하나의 동일한 실린더를 위해 다수의 위치 센서가 제공된다.

실무를 위해 특히 중요한 한 가지 예에서는, 피스톤이 축 방향을 따라 이동하는 경우 상기 피스톤이 윤활제 노즐을 통과하기 전에, 윤활제가 실린더 내부 챔버 안으로 유입된다.

실무를 위해 마찬가지로 중요한 또 다른 방법에서는, 윤활제가 실린더 내부 챔버 안으로 유입되는 한편 피스톤은 축 방향을 따라 이동할 때 윤활제 노즐을 통과하게 되며, 이 경우 특히 윤활제는 피스톤의 피스톤 링 패킷 상에 또는 내부에 분사된다.

본 발명에 따른 방법의 추가의 한 가지 특별한 실시예에서는 실린더 내부로의 연료 분사 및/또는 실린더 배출 밸브의 트리거링 및/또는 스타트 공기의 실린더 내부로의 유입 및/또는 왕복 피스톤 내연 기관의 진동 제거 장치가 피스톤의 검출 된 위치에 따라 제어 및/또는 조절된다.

전술된 바와 같이, 바람직하게 피스톤의 위치는 축 방향을 기준으로 한 윤활제 노즐의 위치 높이에서 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 한 실시예에서 피스톤의 위치는 상사점 위에서 위치 센서에 의해, 특히 실린더 벽 내에서 또는 실린더 커버 상에서 상사점 위에 제공되는 위치 센서에 의해 검출되며, 이 경우 상기 위치 센서는 바람직하게 - 그러나 필수 사항은 아니다 - 압력 센서이거나 또는 능동적 혹은 수동적인 초음파 센서이거나 또는 임팩트 사운드 센서이다.

특히 위에 상세하게 기술된 바와 같이 아주 일반적으로는 모든 종류의 적합한 위치 센서가 제공될 수 있으며, 특히 모든 적합한 종류의 전기식 센서도 제공될 수 있다.

더 나아가 본 발명은, 본 발명의 한 방법에 따른 작동 상태에서 작동되는 전술된 검출 장치를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관과도 관련이 있다.

본 발명은 개략적인 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1에는 본 발명에 따른 윤활 장치(1)를 구비한 2 행정-대형 디젤 엔진의 실린더가 개략적인 단면도로 도시되어 있다. 도 1의 2 행정-대형 디젤 엔진은 다수의 실린더(4)를 포함하며, 본 경우에는 개관을 명확히 할 목적으로 단 하나의 실린더(4)만 예로 도시되어 있다. 실린더(4)는 실린더 벽(3)을 포함하고, 상기 실린더 벽은 실린더(4)의 내부 챔버(43)를 공지된 방식으로 원주 방향으로 제한한다. 실린더(4) 내부에는 피스톤(5)이 제공되어 있으며, 상기 피스톤은 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 실린더 벽(3)의 작동면(2)을 따라 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있다. 작동면(2)은 도 1의 특수한 예에서 표면층(42)에 제공되어 있으며, 상기 표면층은 예를 들어 열적 분무 방식에 의해서 실린더 벽 표면(41)에 제공된다. 실린더 벽(3) 내에는 적어도 하나의 윤활제 노즐(61)이 배치되어 있으며, 상기 윤활제 노즐이 도우징 장치(6)에 의해서 공지된 방식으로 윤활제(7)를 공급받음으로써, 결과적으로 작동 상태에서는 윤활제 막이 실린더 벽(3)의 작동면(2) 상에 제공될 수 있다.

본 발명에 따라 트리거링 유닛(81)을 구비한 센서 장치(8)가 제공되어 있으며, 상기 트리거링 유닛(81)이 도우징 장치(61) 및 위치 센서(82)에 신호에 의해서 연결되고, 상기 위치 센서(82)가 작동 상태에서 실린더(4)의 내부 챔버(43)와 측정 기술적으로 통신하도록 연결됨으로써, 작동 상태에서는 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 피스톤(5)의 위치(X)가 위치 센서(82)에 의해서 검출될 수 있고, 윤활제(7)는 상기 피스톤(5)의 검출된 위치(X)에 따라 윤활제 노즐(61)을 통해 실린더(3) 내부로 유입될 수 있다.

도 1의 예에는 전기식 위치 센서(82)가 예로 도시되어 있으며, 상기 위치 센서에 의해서는 2 행정-대형 디젤 엔진의 작동 상태에서 피스톤(5)의 위치(X)가 검출된다.

도 1에는 각각 단 하나의 윤활제 노즐(61) 및 단 하나의 위치 센서(82)가 예로 도시되어 있다. 왕복 피스톤 내연 기관의 모든 실린더(4)가 각각 동일한 형태 또는 상이한 형태의 다수의 위치 센서(82) 및 다수의 윤활제 노즐(61)을 포함할 수 있음은 자명하며, 상기 윤활제 노즐은 실린더 벽(3) 내부 및/또는 실린더 벽에 있는 다양한 장소에 적절하게 제공될 수 있다.

트리거링 유닛(81)은 바람직하게 도면에 명시적으로 도시되지 않은 데이터 처리 장치를 포함하며, 상기 데이터 처리 장치에 의해 위치 센서(82)의 신호들이 평가될 수 있음으로써, 결과적으로 윤활제 노즐(61)은 윤활제(7)가 최적의 시점에 실린더(4) 내부로 유입될 수 있도록 구동될 수 있다. 도 1의 특수한 예에서 윤활 장치(1)는 윤활제가 피스톤 스커트(piston skirt) 상에, 바람직하게는 피스톤 링 캐링 안에 분사되도록 형성되었고 그와 같은 방식으로 작동된다.

도 2에는 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위하여 두 개의 위치 센서를 구비한 보다 바람직한 한 가지 변형 실시예가 도시되어 있으며, 이 경우 실린더(4) 내부로 분사되는 윤활제(7)의 분사 시점 및/또는 분사기간을 위한 목표값은 왕복 피스톤 내연 기관의 다양한 작동 파라미터(B)에 따라, 특히 회전수 및/또는 부하 및/또는 실린더 온도 및/또는 다른 작동 파라미터(B)에 따라 그리고/또는 사용된 연료 및/또는 윤활제 및/또는 다른 작동 물질의 조성에 따라 본 특수한 예에서 다차원 데이터 필드의 형태로 존재하는 룩-업 테이블(LT)에 의해서 결정된다. 이때 윤활제 분사의 시점 또는 기간은 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 상태에서 상기 룩-업 테이블(LT)에 의해 검출된 목표값에 맞추어 최적으로 된다.

예컨대 왕복 피스톤 내연 기관으로부터 임팩트 사운드 웨이브를 검출하기 위한 수동적인 임팩트 사운드 센서이고 또한 예를 들어 도면에 도시되지 않은 실린더 커버 안에 그리고/또는 상기 실린더(4)에 이웃하는 왕복 피스톤 내연 기관의 부품 안에 배치될 수 있는 위치 센서(8)에 의해서는, 예를 들어 피스톤(5)의 실제 위치(X) 또는 상기 위치(X)의 시간 파형에 상응하는 측정 변수가 측정되고, 상기 측정된 값은 특히 데이터 처리 장치 및 조절 수단을 포함하는 트리거링 유닛(81)에 제공된다. 이 경우에는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 축 방향(A)으로 상호 변위 된 다수의 위치 센서(82)가 피스톤(5)의 위치(X)를 결정하기 위해 제공되었다.

위치 센서(82)가 예컨대 전술된 바와 같이 수동적인 임팩트 사운드 센서인 경우에는, 다른 무엇보다도 상기 위치 센서(82)에 의해 검출된 신호들의 실행 시간차를 검출함으로써 그리고/또는 신호들의 공지된 상관 관계 기술을 이용함으로써, 다시 말해 신호들의 상응하는 상관 관계 함수를 분석함으로써 피스톤(5)의 위치(X)는 특히 시간에 따라서도 결정될 수 있다.

임팩트 사운드 센서 대신에 실제로 바람직하게 다른 타입의 위치 센서(82)도 사용될 수 있음은 자명하다. 특히 바람직하게는 도 3에 기술된 바와 같은 압력 센서도 사용되는데, 상기 압력 센서에 의해서는 실린더(4) 내부에서의 가스 압력 또는 상기 가스 압력의 시간 의존성, 즉 실린더(4) 내 피스톤(5)의 위치(X)와 특이한 방식으로 연관되는 압력 특성값들이 측정될 수 있다.

그러나 예컨대 도 3의 예에서는 유도성 위치 센서(82)인 전기식 위치 센서(82)와 같은 다른 타입의 센서들도 바람직하게 사용될 수 있다. 사용되는 센서 타입에 따라 피스톤(5)이 또 하나의 마아킹 수단, 예컨대 자성 마아킹 수단을 더 포함할 수 있음으로써, 결과적으로 피스톤(5)은 위치 센서(82)에 의해서 더 우수하게 검출된다.

추가로, 도면에 도시되어 있지 않은 추가의 측정 장치들이 더 제공될 수 있으며, 상기 추가의 측정 장치들은 예컨대 다른 무엇보다도 회전수, 부하 또는 왕복 피스톤 내연 기관의 실린더 온도와 같은 다양한 작동 파라미터(B)를 검출하여 상기 작동 파라미터를 경우에 따라 추가로 트리거링 유닛(81)에 제공한다.

실린더(4) 내부로 분사되는 윤활제(7)의 분사 시점 및/또는 기간을 위한 목표값을 검출하기 위하여, 도 2a에 개략적인 방식으로 예로 도시되어 있는 룩-업 테이블(LT)이 이용될 수 있다. 이때 상기 룩-업 테이블(LT)은 2차원 또는 다차원 데이터 필드이며, 상기 데이터 필드에 의해서는 예컨대 왕복 피스톤 내연 기관 특유의 글로벌한 그리고/또는 실제의 다양한 관련 작동 파라미터(B)로부터 및/또는 사용된 작동 물질, 특히 추진제 또는 유입된 윤활제의 조성에 따라, 및/또는 다른 관련 인자들을 고려해서 실린더(4) 내부로 분사되는 윤활제(7)의 실제 분사 시점 및/또는 기간이 검출된다. 이와 같은 방식으로 검출된 목표값은 위치 센서(82)에 의해 검출된 피스톤(5)의 위치(X), 다시 말해 본 경우에는 실린더(4) 내에서의 피스톤(5)의 실제 위치(X)와 상관 관계를 설정하게 된다. 그 다음에 이와 같은 상관 관계로부터 트리거링 유닛(81)에 의해 윤활제 노즐(61)을 구동시키기 위한 도우징 장치(6)에서 신호가 발생 됨으로써, 결과적으로 윤활제 노즐(61)은 적절한 시점에 그리고 적절한 기간 동안 윤활제(7)를 실린더(4) 내부로 유입시킨다.

다시 말해, 룩-업 테이블(LT) 내에는 실린더(4) 내부로 유입되는 최적의 윤 활제 엔트리의 검출과 관련된 다양한 데이터가 저장되어 있다. 추가로, 바람직하게는 실제로 왕복 피스톤 내연 기관용으로 이미 공지된 적합한 장치들에 의해서 예를 들어 회전수 및/또는 부하 및/또는 실린더 온도 및/또는 연소 챔버 내부의 온도와 같은 실제 작동 파라미터(B) 및/또는 다른 실제 작동 파라미터(B)가 결정되며, 상기와 같은 작동 파라미터로부터는 실린더(4) 내부로 유입되는 최적의 윤활제 엔트리를 위한 목표값이 룩-업 테이블(LT) 내에 저장된 데이터와 공동으로 각각의 작동 상태를 위해 계속해서 새롭게 결정된다. 특히 다른 무엇보다 사용되는 작동 수단 및 상기 작동 수단의 특성들, 예컨대 사용되는 추진제, 다른 무엇보다 상기 추진제의 유황 함량 및/또는 사용되는 윤활제의 종류 및/또는 윤활제의 BN-값 자체도 최적의 윤활제 엔트리를 위해 중추적인 역할을 할 수 있기 때문에, 상기와 같은 파라미터들도 목표값 검출을 위해 바람직하게 이용될 수 있고, 작동 중에 적합한 측정 장치에 의해서 지속적으로 모니터링 될 수 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 윤활 장치의 추가의 한 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3은 도 2에 따른 실린더(4)를 절단선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단하여 도시한 횡단면을 보여주고 있다. 도 3의 도시로부터는, 도면에서 하부 위치 센서(82)의 축 방향 높이에 다수의 윤활제 노즐(61), 본 경우에는 네 개의 윤활제 노즐(61)이 실린더 벽(3) 내에 있는 공통의 축 방향 위치에 제공되어 있음을 알 수 있으며, 그로 인해 원주 방향으로의 윤활이 최적으로 될 수 있다. 도 2에 따른 장치와의 차이점은, 위치 센서(82)가 압력 센서라는 것 그리고 센서 신호를 평가하기 위해 룩-업 테이블이 전혀 사용되지 않는다는 것이다.

축 방향으로 상호 변위 된 윤활제 노즐(61)도 제공될 수 있고, 특정의 경우에는 압력 센서(82)의 신호들도 룩-업 테이블을 사용해서 평가될 수 있다는 사실은 자명하다.

본 발명에 따른 윤활 장치 및 본 발명의 방법에 의해 피스톤, 피스톤 링 및 실린더 작동면의 수명이 현저하게 증가할 뿐만 아니라, 그와 동시에 윤활제 소비량도 최소가 되고 관리 기간도 현저하게 연장된다.

도 1은 본 발명에 따른 윤활 장치를 구비한 2 행정-대형 디젤 엔진의 실린더를 도시한 개략도.

도 2는 룩-업 테이블을 사용하여 방법을 실시하기 위한 장치의 개략도.

도 2a는 윤활제 분사 시점 또는 기간을 위한 목표값을 검출하기 위한 룩-업 테이블.

도 3은 본 발명에 따른 윤활 장치의 추가된 일 실시예.

Claims (15)

1. 실린더(4)를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진용 검출 장치로서,

   상기 실린더(4) 내에서 피스톤(5)은 작동면(2)을 따라 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며,

   도우징 장치(6)에 의해서 윤활제(7)를 공급받는 윤활제 노즐(61)은 작동 상태에서 윤활제(7)가 상기 윤활제 노즐(61)을 통해 실린더(4) 안으로 유입될 수 있도록 실린더(4)의 실린더 벽(3) 안에 제공되어 있고,

   상기 검출 장치는 트리거링 유닛(81)을 구비한 센서 장치(8)를 포함하며, 상기 트리거링 유닛(81)이 상기 도우징 장치(6) 및 상기 위치 센서(82)에 신호로 연결되고, 상기 위치 센서(82)가 작동 상태에서 실린더(4)의 내부 챔버(43)와 측정 기술적으로 통신하도록 연결되어 있음으로써, 작동 상태에서 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 하여 피스톤(5)의 위치(X)가 상기 위치 센서(82)에 의해 검출될 수 있으며,

   상기 왕복 피스톤 내연 기관은 상기 피스톤(5)의 위치(X)에 따라 제어 및 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 위치 센서(82)는 실린더 벽(3)의 영역에 배치되거나, 또는 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 이격되어 배치된 두 개 이상의 위치 센서(82)가 왕복 피스톤 내연 기관의 하나의 동일한 실린더(4)를 위해 제공된 것을 특징으로 하는 검출 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 위치 센서(82)는 상기 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 상기 윤활제 노즐(61)과 실제로 동일한 높이로 실린더 벽(3)의 영역에 배치되거나, 또는 상기 위치 센서(82)가 상사점(OT) 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 위치 센서(82)는 압력 센서 또는 전기식 위치 센서인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 실린더(4)의 실린더 벽(3)의 작동면(2)을 윤활하기 위한 윤활 장치가 제공되며, 상기 윤활 장치에 의해 윤활제(7)가 상기 피스톤(5)의 검출된 위치(X)에 따라 윤활제 노즐(61)을 통해 실린더(3) 내부로 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 실린더(4) 내부로의 연료 분사, 실린더(4)의 배출 밸브의 구동, 실린더(4) 내부로의 스타트 공기의 유입, 또는 왕복 피스톤 내연 기관의 진동 제거 장치는 상기 피스톤(5)의 검출된 위치(X)에 따라 제어 및 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
7. 실린더(4)를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 저속으로 주행하는 2 행정-대형 디젤 엔진을 작동시키기 위한 방법으로서,

   상기 실린더(4) 내에서 피스톤(5)은 작동면(2)을 따라 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 배치되어 있으며,

   도우징 장치(6)에 의해서 윤활제를 공급받는 윤활제 노즐(7)은 실린더 벽 안에 제공되고, 윤활제(7)는 상기 윤활제 노즐(61)을 통해 실린더 안으로 유입되고,

   트리거링 유닛(81)을 포함하는 센서 장치(8)를 구비한 검출 장치를 제공하며, 상기 트리거링 유닛(81)을 실린더(4)의 내부 챔버(43)와 측정 기술적으로 통신하는 위치 센서(82)에 신호에 의해서 연결하고, 실린더(4)의 축 방향(A)을 기준으로 하여 피스톤(5)의 위치(X)를 위치 센서(82)에 의해 검출하며,

   상기 왕복 피스톤 내연 기관을 상기 피스톤(5)의 검출된 위치(X)에 따라 제어 및 조절하는 것을 특징으로 하는것을 특징으로 하는 작동 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 왕복 피스톤 내연 기관의 하나의 동일한 실린더(4)를 위해 다수의 위치 센서(82)를 제공하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 도우징 장치(6)에 의해서 윤활제(7)를 공급받는 윤활제 노즐(61)을 실린더 벽(3) 내에 제공하며, 상기 피스톤(5)의 검출된 위치(X)에 따라 상기 윤활제 노즐(61)을 이용해서 윤활제(7)를 상기 실린더(4) 내부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피스톤(5)이 축 방향(A)을 따라 움직일 때 상기 피스톤이 윤활제 노즐(61)을 통과하기 전에 윤활제(7)를 상기 실린더(4)의 내부 챔버(43) 안으로 유입시키는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피스톤(5)이 축 방향(A)을 따라 움직일 때 상기 피스톤이 윤활제 노즐(61)을 통과하는 동안에 윤활제(7)를 상기 실린더(4)의 내부 챔버(43) 안으로 유입시키는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피스톤(5)의 위치(X)를 축 방향(A)을 기준으로 하여 상기 윤활제 노 즐(61)의 위치 높이에서 검출하거나, 또는 상기 피스톤(5)의 위치(X)를 상사점(OT) 위에서 위치 센서(82)에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 위치 센서(82)는 압력 센서 또는 전기식 센서인 것을 특징으로 하는 작동 방법.
14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 실린더(4) 내부로의 연료 분사, 실린더(4)의 배출 밸브의 구동, 실린더(4) 내부로의 스타트 공기의 유입, 또는 왕복 피스톤 내연 기관의 진동 제거 장치를 상기 피스톤(5)의 검출된 위치(X)에 따라 제어 및 조절하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 검출 장치를 구비한 왕복 피스톤 내연 기관으로서,

    상기 왕복 피스톤 내연 기관이 작동 상태에서는 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 작동되는 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 내연 기관.

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