KR20120090777A - 실린더 윤활 장치 - Google Patents

Abstract

내연기관을 위한 윤활제 주입 장치 (30, 60, 130) 가 윤활제 분배 요소 (31, 61, 131) 그리고 윤활제 분배 요소 (31, 61, 131) 에 윤활제를 공급하기 위한 통로 (32, 62, 132) 그리고 윤활제 공급 장치 (34, 64, 134) 로부터 윤활제를 수용하기 위한 입구 개구 (33, 63, 133) 를 포함한다. 윤활제 분배 요소 (31, 61, 131) 는 피스톤 (4) 또는 실린더 라이너 (8) 의 표면 상에 윤활제를 분배하기 위한 개구 (35, 65, 135) 를 포함하고, 상기 개구 (35, 65, 135) 는 윤활제 공급을 중단하기 위해 폐쇄 요소 (36, 66, 136) 에 의해 폐쇄 가능하다. 윤활제 주입 장치는 통로 (32, 62, 132) 내의 윤활제를 가열하기 위해 윤활제 가열 요소 (38, 68, 138) 를 또한 갖는다.

Description

실린더 윤활 장치{CYLINDER LUBRICATION DEVICE}

본 발명은 대형 엔진, 특히 대형 크기의 디젤 엔진을 위한 실린더 윤활 장치에 관한 것이다.

다양한 타입의 실린더 윤활 장치가 대형 엔진을 위해 또는 자동차 섹터에 사용되는 내연기관을 위해 구성되어 왔다.

특히 2 행정 또는 4 행정 내연기관으로서 디자인될 수 있는 대형 디젤 엔진의 버전에서의 대형 엔진은 선박을 위한 구동 유닛 또는 또한, 정지 상태의 작동에서 예컨대 전기 에너지의 발생을 위한 대형 발전기의 구동을 위한 구동 유닛으로서 빈번하게 사용된다. 이러한 점에서, 대형 엔진은 대체로 상당한 시간 기간에 걸처 운행하고, 이는 이러한 엔진의 이용 가능성 및 작동 안전성에 높은 요구를 설정한다. 특히 긴 서비스 간격에서, 작동 공급 아이템의 경제적인 취급 및 낮은 마모가 따라서 중요한 기준이 된다.

엔진이 운행할 때, 피스톤은 실린더의 벽의 표면을 따라 미끄러진다. 실린더는 운행 표면의 역할을 하고 보통 실린더 라이너의 형태로 디자인된다. 실린더 윤활 및/또는 피스톤 윤활은 실린더 라이너에서 왕복운동하는 피스톤에 대하여 제공될 수 있다. 한편, 피스톤은 실린더에서 가능한한 매끄럽게, 즉 장애물 없이 미끄러져야만 하고; 다른 한편, 피스톤은 작업 공간에서 수행되는 연소 공정에서 방출되는 에너지의 효율적인 전환을 보장하기 위해 가능한한 많이 작업 공간을 밀봉해야만 한다.

따라서 윤활제, 예컨대 윤활 오일이 일반적으로 피스톤의 양호한 운행 특성을 달성하고 운행 표면, 피스톤 및 피스톤 링의 마모를 가능한한 작게 유지하기 위해 대형 엔진의 작동 동안 실린더 라이너의 내부 표면 상에 유입된다. 윤활제는 또한 침략적인 연소 생성물을 중화시키는 것을 도와 부식을 피하는데 기여한다. 이러한 수 많은 요구 때문에, 높은 품질의 물질이 윤활제로서 빈번하게 사용되고, 이러한 물질은 결과적으로 비싸다. 따라서 엔진의 특히 효율적이고 경제적인 작동에 대하여 가능한한 작은 윤활 비율로 작업하는 것이 요구된다.

대형 엔진에서, 하지만 이러한 대형 엔진에서 뿐만 아니라, 각각의 실린더에서 앞뒤로 이동하는 각각의 피스톤의 윤활은 실린더 라이너의 벽에서 또는 왕복운동 피스톤에서 예견된 윤활 장치에 의해 행해진다. 윤활제는 피스톤과 운행 표면 사이의 마찰을 최소화시키고 따라서 운행 표면과 피스톤 링의 마모를 줄이기 위해 운행 표면에 도포된다. 예컨대 Waertsilae's RTA 엔진과 같은 현대의 엔진의 경우, 운행 표면의 마모는 1000 시간의 작동 시간에 대하여 0.05 ㎜ 미만이다. 전달되는 윤활제의 양은 약 1.3 g/㎾h 미만이고, 특히 비용의 이유로 인해 더 줄어들어야 한다. 동시에 마모는 최소화되어야 한다.

윤활 장치 자체의 실제 작동에 대하여 뿐만 아니라 윤활 방법에 대하여서, 완전히 상이한 해결책이 운행 표면을 윤활하기 위한 윤활 시스템에 대하여 공지되어 있다. 공지된 해결책에 따르면, 윤활제는 둘레 방향으로 실린더 벽에 수용되는, 다수의 윤활제 개구를 통하여 윤활제 개구를 지나서 운행하는 피스톤에 도포되고, 윤활제는 둘레 방향 뿐만 아니라 축선 방향으로 피스톤 링에 의해 분배된다.

윤활제, 통상적으로는 윤활 오일이 피스톤의 내부를 통하여 운반되고 그 후 피스톤 내부로부터 피스톤 상에 또는 실린더 운행 표면 상에 피스톤의 표면에 제공되는 하나 이상의 윤활 구역을 통하여 도포되는 소위 내부 윤활이 입증된 방법이다. 이러한 방법은 예컨대 EP-A-0 903 473 에 기재되어 있다.

윤활제가 실린더 라이너의 운행 표면에 도포되는 방법에 더하여, 윤활제의 정량 주입은 정확한 양의 윤활제가 각각의 윤활 지점에 도달하는 것을 보장하기 위해 관리되어져야 한다. 이를 위해, 매우 다양한 상이한 오일 정량 주입 펌프가 최근의 당업계로부터 공지되어 있다. 내연기관의 실린더의 윤활 퀼 (quill) 에 대한 고른 오일 분배를 보장하기 위해, 공지된 오일 정량 주입 펌프는 작동 피스톤에 연결 또는 부착되는 특정한 개수의 정량 주입 플런저를 구동시키는 작동 피스톤을 포함한다. 정량 주입 플런저는 보통 플런저 축선의 방향으로 뻗어있는 작업 경로를 따라 송출 (delivery) 및 귀환 행정 (return stroke) 을 수행하도록 왕복운동하기 위해 정량 주입 공간에 이동 가능하게 구성된다. 귀환 행정 동안, 미리 설정가능한 양의 윤활 오일이 플런저의 정상부의 정량 주입 공간 안에 채워진다. 주입 신호를 받을 때, 작동 피스톤은 이동하기 시작하고 윤활 오일은 작동 피스톤에 의해 구동되는 플런저에 의해 압력을 받게 되고 윤활 오일은 각각의 정량 주입 공간으로부터 각각의 윤활 퀼로 공급된다.

예로서 CH 673 506, DE 197 43 955 B4, 또는 EP 1 386 063 A1 에 기재된 것과 같은 이러한 공지된 실린더 오일 정량 주입 펌프는 모두 구조가 매우 복잡하고 펌프에 대하여 비교적 높은 가격을 초래한다.

2 행정 해양 디젤 엔진은 각각의 엔진 실린더의 주변의 복수개의 지점에 정확하게 시한을 갖고, 계량되고 독립적으로 송출되는 맥동의 윤활제 흐름을 요구한다. 각각의 엔진 실린더가 그 각자의 펌프를 요구하기 때문에, 이러한 펌프는 가능한한 간단하고 신뢰할 수 있으면서 최저의 가능한 가격에서 제조되어야 한다. 이러한 요구에 부합하기 위해, 다른 펌프 제의는 복수개의 흐름을 송출하기 위해 단지 단일 피스톤을 사용하지만, 이러한 경우 엔진 실린더의 각각의 주입 구역으로의 개별적인 흐름을 보증하는 것이 가능하지 않다. 윤활제가 높은 점도의 오일일 수 있다는 사실 때문에 이러한 펌프는 윤활 구역으로의 윤활제의 최적의 정량 주입을 제공하기에 충분하지 않을 수 있다. 특히, 엔진이 차가운 경우, 각각의 윤활 구역에 송출되는 윤활제의 양은 불충분할 수 있다.

본 발명의 목적은 엔진의 작동 조건에 대한 윤활제의 정량 주입을 개선하는 것이다.

본 발명의 목적은 윤활 구역의 근처에서 국부적으로 윤활제를 가열함으로써 달성된다.

분명히, 유체의 점성을 그의 정밀한 용적을 계량할 때 고려하는 것이 종래 기술에서 고려되어 왔다. 이러한 장치는 연료 주입을 위해 예컨대 US 4252097 에 기재되어 있다. 연료의 점성은 액체 연료의 원하는 용적을 계량하는데 요구되는 시간을 결정한다. 연료를 내연기관의 실린더 안으로 주입하는 전자 연료 주입기가, 계량 밸브를 통하여 흐르는 액체 연료의 양을 제어하는 계량 솔레노이드에 의해 제어된다. 계량 솔레노이드가 더 길게 작동될수록, 연료 주입기의 계량 밸브를 통하여 흐르는 연료의 양이 더 많아진다. 고정된 시간 기간이 주어지면, 낮은 점성을 갖는 연료의 양보다 높은 점성을 갖는 연료의 양이 더 적게 계량 밸브를 통하여 흐를 것이다.

하지만, 이러한 해결책은, 윤활제가 주어진 크랭크 각도, 따라서 실린더 라이너의 피스톤의 주어진 위치에서 계량되어만 할 때 윤활제를 계량하기 위한 시간이 변경될 수 없는 이유 때문에 윤활제 주입에 대하여 적용 가능하지 않다.

US 6109543 에 기재된 것과 같이, 자동차 엔진의 실린더 또는 흡기 매니폴드 안으로 주입되는 연료를 예열하는 것이 또한 고려되어 왔다. 대부분 경제적인 이유로 인해, 연료 주입기는 연료 소비를 최소화하기 위해 최적의 온도 및 압력의 연료를 제공하기 위해 최적화되었다.

하지만, 윤활제 소비는 자동차 엔진에서 주요하지 않은 관심사인데 이는 윤활제가 오일 저장소에 보통 제공되고 이로부터 윤활제가 피스톤에 의해 실린더 벽 상에 분배된다는 사실 때문이다. 윤활제는 오일 저장소에서 다시 수집되고 보통 주기적으로 충전된다. 오일 필터가 실린더 표면 또는 피스톤의 마모 및 마멸을 초래하는 윤활제로부터의 어떠한 고체 입자를 여과하기 위해 제공될 수 있다.

하지만, 이러한 컨셉은 해양 분야에 주로 사용되는 대형 크기의 디젤 엔진과 같은 대형 엔진에 적용할 수 없다. 적어도 600 ㎜ 의 직경을 갖는 피스톤에 대하여, 오일 저장소의 사용은 윤활제가 저장소로부터 윤활을 요구하는 구역으로 이동해야만 하는 긴 거리 때문에 심각한 단점을 가졌다. 결과적으로, 이러한 컨셉은 매우 높은 윤활제 소비를 초래할 수 있다. 윤활을 요구하는 운행 표면은 대형 엔진에서 수 제곱 미터일 수 있다. 이러한 특별한 적용을 위해, 윤활제 소비가 고려할 만한 관심사라는 사실 때문에, 이러한 컨셉은 너무 높은 윤활제 소비를 유도할 수 있다.

윤활제는 각각의 윤활 구역으로 명확한 시간 기간 동안 시간 내에 명확한 지점에 정밀한 양으로 송출되어야 한다. 윤활제는 윤활제 펌프에 의해 각각의 윤활 구역으로 공급되고 이로부터 윤활제가 실린더 라이너의 내부 표면 상에 방출된다. 윤활 구역은 실린더 라이너의 내부 표면 또는 피스톤 중 적어도 하나에 제공될 수 있다.

윤활 구역에서, 윤활제는 소기 (scavenging) 공간 또는 작업 공간 안으로의 분사 (spray) 로서 또는 실린더 라이너 표면에 걸쳐 펼쳐지는 액체 필름을 양성하는 (nurturing) 개구를 통하여 액체로서 송출된다. 작업 공간에 의해 이 공간은 압축되고 연소되는 연료 및 가스를 담고있는, 피스톤, 실린더 헤드 및 실린더 라이너 사이에 뻗어있는 것으로 의도된다. 소기 공간 하에 이 공간은 피스톤의 아래측으로부터 크랭크케이스로 뻗어있는 것으로 의도된다. 소기 공간의 실린더 라이너는 적어도 일부의 피스톤 로드와 소기 슬롯을 갖는다. 윤활제를 이 소기 공간 안으로 송출하는 것이 유리할 수 있다. 이는 연소 공정에 노출되지 않는다. 따라서, 연소 공간으로 들어갈 수 있는, 윤활제로부터 초래되는 잔여물에 의한 어떠한 오염이 회피될 수 있다. 실린더 헤드, 특히 배기 밸브 또는 연료 주입 시스템의 연소 조건 하의 고온 가스 부식을 야기할 수 있는 첨가제를 윤활제가 함유할 수 있다는 사실 때문에, 연소 공간의 어떠한 윤활제의 존재는 회피되어야 한다.

연료 점성은 윤활제의 점성의 4 배 및 5 배 사이이다. 통상적으로 연료 점성은 50℃ 에서 700 ~ 1000 cst 이지만, 윤활제의 점성은 통상적으로 40℃ 에서 최대 500 cst, 바람직하게는 최대 300 cst, 특히 15 cst ~ 약 220 cst 이다. 연료 주입의 경우, 주입 온도는 보통 일정하게 유지되며 이 온도는 연소 챔버 안으로 분사되는 연료의 적절한 양을 초래하는 주입 시스템을 통하는 연료의 정확한 유량을 보장하기 위해 가장 적절하다.

하지만, 윤활제 주입의 경우에 조건은 유량이 연료 주입과 비교하여 더욱 더 작을 때 상이하다. 통상적으로 피스톤 행정 당 송출되는 윤활제의 용적은 퀼 당, 따라서 윤활 구역 당 최대 1 g, 바람직하게는 퀼 당 최대 500 ㎎, 특히 바람직하게는 퀼 당 최대 300 ㎎ 이다. 다수의 퀼이 피스톤 및/또는 실린더 라이너에 제공될 수 있다. 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 8 개의 퀼이 실린더 라이너당 제공된다. 실린더 라이너 윤활의 목적을 위해 이용되는 매우 제한된 양의 윤활제는 실린더 라이너 표면이 분사 패턴에 따라 매우 세심하게 윤활제에 의해 덮이게 한다. 또한 윤활제의 양은 주로 주입 동안 다양한 로드에서의 작업 공간의 조건 및 윤활제의 점성에 달려있다. 다양한 로드에서의 윤활제의 점성의 조절은 따라서 주입기 디자인 및 엔진 작동에 따라서 실린더 라이너 표면에 걸친 오일 분배를 예상외로 개선할 수 있다.

이전에 언급된 모든 이유로 인하여, 윤활제는 작업 공간 또는 또한 소기 공간 안으로 최대한 정밀하게 유입되어야만 한다. 윤활제의 양은, 어떠한 윤활제가 연소 동안 작업 공간에 존재하는 것을 회피하도록 조절되어야만 한다. 하지만, 충분한 윤활제가 충분한 윤활을 보장하기 위해 피스톤 행정의 어떠한 부분에 존재하게 된다.

윤활 주입 장치의 성능은 따라서 주입 동안의 윤활제의 점성에 달려있다. 특히, 해양 대형 보어 디젤 엔진의 윤활 시스템의 예열은 윤활제의 유동성을 증가시키기 위한 목적을 갖는다. 증가된 유동성은 윤활제의 운반을 개선하고, 예컨대 실린더 라이너의 퀼인 윤활 구역으로 유도하는 도관을 통하는 윤활제의 펌핑을 용이하게 하는 것을 돕는다. 윤활제의 온도가 예열 시스템에 의해 증가된다면, 윤활제의 줄어든 점성이, 이에 의해 윤활 구역으로의 도관을 통한 그의 분배를 용이하게 하는 결과를 초래할 것이다.

윤활 구역에서, 윤활제는 윤활 공간으로 들어간다. 유리하게는 윤활제는 윤활제의 주어진 양에 대하여 표면의 가능한 최대 영역을 덮고, 따라서 특정한 윤활 목적을 위한 윤활제의 요구를 최소화하기 위해 윤활되는 표면 상에 분사된다. 편리하게는 분사 노즐이 윤활되는 표면 상에 윤활제를 분사하기 위해 제공된다. 이러한 분사 노즐은 윤활제 주입 장치의 일부를 형성한다.

분사 노즐의 위치에 존재하는 윤활제는 윤활되는 표면의 적용 범위를 보장하는 균일한 윤활제 분사를 보장하기 위한 정확한 점성을 가질 것 같지 않다. 윤활제의 점성은 따라서 분사 패턴에 따라서 윤활제에 의해 덮이는 실제 표면에 상당한 영향을 갖는다. 점성이 계획된 점성으로부터 벗어난다면, 덮이게 되는 표면의 영역은 이상적 조건 하에서 덮일 수 있는 표면의 영역보다 상당히 더 작아질 수 있다. 결과적으로, 표면의 일부가 최적의 윤활을 보장하는 양보다 못한 윤활제 또는 윤활제의 양에 노출되지 않을 수 있다. 따라서 분사 노즐의 위치의 윤활제의 점성은 정확하게 제어되어야만 한다.

윤활제의 점성이 온도와 상호 관련된다는 사실 때문에, 분사 노즐의 위치의 윤활제의 온도는 관찰되고 제어되어야만 한다.

윤활제 온도는 윤활 구역으로 유도하는 파이프 시스템을 통하여 방출되는 열에 의해 또한 영향을 받고 윤활제 주입 장치의 윤활제 분배 요소의 위치의 실린더 라이너 온도에 매우 의존한다. 결과적으로 분배 시스템이 위치되는, 작업 공간 또는 소기 공간, 및 실린더 라이너 벽 온도, 엔진 로드, 실린더 라이너 냉각 시스템의 효율과 같은 엔진 작동 조건 모두가 윤활 시스템의 성능에 부정적인 영향을 갖는 주입 시기의 윤활제의 점성을 변경시키는데 기여한다.

따라서, 본 발명의 다른 목적은 대형 엔진, 특히 대형 크기의 디젤 엔진을 위한 윤활제 주입 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 또한 재장착 (retrofitting) 에 의해 이미 작동 중인 종래의 엔진에 윤활제 주입 장치를 장착시킴으로써 또한 설치하기 쉬운 윤활제 주입 장치를 제공하는 것이다.

따라서, 내연기관을 위한 윤활제 주입 장치는 윤활제 분배 요소 그리고 윤활제 분배 요소에 윤활제를 공급하기 위한 통로 그리고 윤활제 공급 장치로부터 윤활제를 수용하기 위한 입구 개구를 포함한다. 윤활제 분배 요소는 피스톤 또는 실린더 라이너의 표면 상에 윤활제를 분배하기 위한 개구를 포함하고, 상기 개구는 윤활제 공급을 중단하기 위한 폐쇄 요소에 의해 폐쇄 가능하다. 상기 윤활제 주입 장치는 통로의 윤활제를 가열하기 위한 윤활제 가열 요소를 갖는다. 윤활제 분배 요소, 개구, 폐쇄 요소 및 통로는 이러한 요소를 위한 하우징을 형성하는 연료 주입 장치 본체에 구성된다. 가열 요소는 또한 하우징에 구성될 수 있지만 또한 하우징의 둘레에 구성될 수 있다.

윤활제 주입 장치는 EP 2133 520 A1 에 기재된 것과 같이 피스톤으로부터 라이너 표면을 향하는 윤활을 위해 적절하다. 또한 피스톤 표면에 위치되는 노즐을 떠나는 윤활제를 분무하는 것이 가능하다. 윤활제는 가열 요소, 예컨대 주입기 본체 내측의 열 니들에 의해 점성을 제어함으로써 피스톤과 실린더 라이너 사이의 공간 안으로 방울의 형태로 분산된다.

통로의 평균 직경은 유리하게는 적어도 5 ㎜, 바람직하게는 적어도 10 ㎜, 특히 바람직하게는 적어도 15 ㎜ 이다. 적어도 10 ㎜ 의 직경이 통로를 통하여 흐를 때 윤활제에 대한 낮은 압력 강하를 초래한다. 따라서 윤활제 공급 장치의 전력을 위한 요구가 줄어들 수 있다.

원하는 직경은 윤활제의 요구되는 온도가 달성되도록 주입기 본체를 통하여 흐르는 윤활제와 가열 요소 사이의 열 복사를 최적화 하는 것을 목적으로 하는 통로 내의 윤활제의 요구되는 속도에 또한 달려있다.

윤활 구역에서의 윤활제의 점성은 500 cst 미만, 바람직하게는 400 cst 미만, 특히 바람직하게는 15 cst ~ 최대 220 cst 이하이다. 주입기 디자인 및 주입의 경계 조건은 설정되는 적절한 점성을 규정하기 위한 기본이다.

실시형태에 따르면 윤활제를 운반하기 위한 통로는 통로의 범위를 한정하는 통로 벽을 갖고, 통로 벽은 가열 요소를 갖는다. 통로 벽은 주입기 본체의 일부이다. 가열 요소는 적어도 하나의 전기 저항기 또는 열 교환기를 포함할 수 있다. 유리한 변형예에 따르면, 열 교환기는 가열 유체를 갖는다. 가열 유체는, 연료가 작업 공간에서 연소될 때 실시되는 연소 공정에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 가열되는 유체일 수 있다.

대안적인 실시형태에 따르면, 윤활제를 운반하기 위한 통로는 가열 요소를 갖는다. 가열 요소는 통로의 적어도 일부에 걸쳐 뻗어있는 로드 또는 스터브 (stub) 와 같은, 기다란 요소일 수 있다. 유리하게는, 기다란 요소는 적어도 하나의 저항기, 가열 유체의 순환을 위한 통로 또는 열 발생 요소를 갖는다. 윤활제 통로는 가열 요소 주위에 둘레적으로 구성될 수 있다. 특히, 윤활제 통로는 스파이럴 (spiral) 형상일 수 있으며, 따라서 나선의 형상일 수 있다. 나선은, 윤활제가 통로로 들어가게 되는 입구 개구와, 윤활제가 통로를 떠나 윤활 구역에서 주입되게 되는 출구 개구 사이에 뻗어있다. 특히 노즐이 출구 개구로 유도하는 통로에 형성될 수 있으며, 노즐은 유리하게는 분사 노즐로서 구성될 수 있다.

이전의 실시형태 중 어느 하나에 따른 윤활제 주입 장치는 대형 엔진의 일부일 수 있다. 대형 엔진은 특히 대형 크기의 디젤 엔진으로서 구성될 수 있다.

대형 엔진은 이전의 실시형태 중 어느 하나에 따른 윤활제 주입 장치를 포함하는 적어도 하나의 실린더 라이너 및/또는 피스톤을 갖는다.

또한, 본 발명은 이전의 실시형태 중 어느 하나에 따른 윤활제 주입 장치를 포함하는 실린더 라이너의 내부 표면을 윤활하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 윤활제로 윤활제 통로를 채우는 단계 그리고 윤활제가 그의 윤활 온도에 도달했을 때 상기 통로로부터 상기 윤활제를 배출하기 위해 출구 개구를 개방하는 단계를 포함한다.

유리하게는, 윤활제 통로는 미리 정해진 용적의 윤활제의 주입에 대응하는 시간 기간 이후 폐쇄된다.

특히 바람직한 실시형태에 따른 윤활제 주입 장치에는 따라서 윤활제 구역에 직접적으로 주입될 때에 윤활제의 온도를 정밀하게 제어하기 위한 수단이 구비된다. 윤활제는 분사 노즐을 갖는 출구 개구를 통하여 윤활 구역에서 윤활제 주입 장치를 떠난다.

윤활제의 온도는 어떠한 다른 환경적 및 작동적 조건과 독립적으로 요구되는 분사 패턴을 달성하기 위해 주입 동안 윤활제의 적절한 점성을 보증하기 위해 제어된다.

특히 바람직한 실시형태에 따른 윤활제 주입 장치에는 윤활제의 점성을 직접적으로 그리고 신속하게 변화시키기 위해 가열 요소가 배치된다. 이에 의해, 실린더 라이너 둘레에 걸친 침투, 분배 및 분사의 종료에 있어서의 주입 조건이 최적화된다. 최적화는 낮은 또는 높은 로드 조건과 같은 엔진 작동으로부터 파생될 수 있는 상이한 경계 조건의 균형 맞춤을 초래한다. 윤활제의 점성을 변경시킴으로써, 분사 패턴은 상이한 엔진 로드 조건에 또한 적응될 수 있다. 예컨대, 주입 지속 기간은 피스톤의 속도의 함수로서 적응될 수 있다.

실시형태에서, 윤활제 주입 장치에는, 바람직하게는 니들로서의 형상을 갖는 로드의 형상의 기다란 요소가 구비된다. 니들의 온도는 열 저항기의 열 방출에 의해 변경될 수 있으며 윤활제 온도는 주입이 시작되기 전까지 그리고 작업 공간 또는 연소 챔버 안으로 들어가는 안정적인 윤활제 분사를 보증하는 주입 기간 동안까지 계속 제어될 수 있다. 주입기 본체에는 니들을 둘러싸는 스파이럴 형상의 통로가 배치된다. 스파이럴 형상의 통로의 길이는 윤활제가 요구되는 온도 및 점성을 얻기 위해 스파이럴 형상의 통로를 통하여 충분한 시간 동안 흐르는 것을 보장하게 된다. 스파이럴 형상의 통로는 윤활제 주입 장치가 더 컴팩트하게 되는 것을 돕는다. 윤활제의 잔류 시간은 윤활제 통로의 길이에 의해 결정된다. 스파이럴 형상의 통로를 제공함으로써, 윤활제 통로의 길이는 주입기 본체의 길이의 증가를 요구하지 않으면서 증가될 수 있다. 와인딩이 360°의 각도에 걸쳐 뻗어있는 윤활제 통로의 길이의 일부로서 규정된다. 유리하게는 와인딩의 개수는 적어도 3 개, 바람직하게는 적어도 5 개, 특히 바람직하게는 적어도 10 개이다.

니들의 온도는 교환 가능하게 되도록 외부 전력 공급부에 의해 제어되고 윤활제의 요구되는 온도는 적절한 주입 품질을 위해 요구되는 점성을 얻기 위해 제어 하에 유지되고 조정된다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 취해진, 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1 은 대형 엔진의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 연료 주입 요소와 작업 공간을 통한 단면을 나타내는 도면이다.
도 3 은 크랭크 섀프트에 작용하는 힘의 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 윤활제 주입 장치의 제 2 실시형태의 일부를 통한 단면을 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 윤활제 주입 장치의 제 3 실시형태의 일부를 통한 단면을 나타내는 도면이다.

도 1 은 이하에 참조 번호 1 로 나타낸 실린더 헤드를 포함하는 대형 엔진의 실린더 (3) 를 개략도로 나타내는 도면이다. 실린더 헤드 (1) 는 유니플로 (uniflow) 소기를 갖는 2 행정 디젤 연소 엔진으로서 대부분 디자인되는 대형 크기의 디젤 엔진에 특히 적합하다. 대체로 다수의 실린더 (3) 를 갖는 대형 엔진의 실질적인 구성 요소가 그 자체로 공지되어 있다.

실린더 헤드 (1) 는 도 1 에 나타낸 것과 같이, 장착된 상태에서 실린더 (3) 의 연소 챔버 (7) 의 경계를 정하는 측면 영역 (6) 과 지붕 영역 (5) 을 포함한다. 이와 관련하여, 장착된 상태의 실린더 헤드 (1) 의 지붕 영역 (5) 은 도 2 에 나타낸 것과 같이 피스톤 단부면 (41) 에 대향하여 놓이고 실린더 헤드 (1) 의 축선 (A-A) 에 수직으로 놓이는 연소 챔버 (7) 의 경계 표면을 형성한다. 측면 영역 (6) 은 지붕 영역 (5) 과 인접하고 도면에 따르면 지붕 영역 (5) 으로 이어지는 그의 상부 부분은 실린더 헤드 (1) 의 축선 (A-A) 에 비스듬하게 뻗어있어서 측면 영역 (6) 은 지붕 영역 (5) 으로 둔각으로 이어진다. 피스톤 (4) 이 실린더 (3) 에 축선 (A-A) 을 따라 앞뒤로 이동 가능하게 구성된다. 실린더 헤드 (1) 는 도 2 에 나타낸 것과 같이 연료 주입 노즐을 수용하기 위한 지붕 영역 (5) 에 또는 또한 측면 영역 (6) 에 실질적으로 중심적으로 구성될 수 있는 장착 개구를 갖는다. 연료 주입 노즐 (9) 은 연료 라인 (91) 을 통하여 연료를 주입 노즐 (9) 을 통하여 실린더 (3) 의 작업 공간 (7) 안으로 유입하는 주입 기구 (도시되지 않음) 에 연결된다. 출구 개구 (10) 가 밸브 (11) 를 수용하기 위해 실린더 헤드 (1) 의 측면 영역 (6) 또는 지붕 영역 (5) 에 구성된다. 밸브 (11) 는 피스톤 (4) 의 압축 행정의 완료 시에 작업 공간 (7) 에서 수행되는 연소 공정의 배기 가스를 배출하고 공기를 공급하기 위해 유체 교환 통로를 폐쇄하고 개방한다. 밸브 구동 유닛 (12) 이 도 2 에 개략적으로 나타나 있다.

연소 공정 동안 팽창 가스에 의해 수행되는 작업은 피스톤 (4) 이 팽창 행정을 수행하게 한다. 도 1 에서 피스톤은 팽창 행정 동안 하방으로 이동한다. 실린더 (2) 의 하부 영역에서, 소기 개구 (14) 가 제공되며, 이는 피스톤 (4) 이 하사점 또는 그 근처에 위치될 때 작업 공간 (7) 으로부터 실린더 공간 (15) 안으로의 통로를 형성한다. 따라서, 피스톤이 그의 팽창 행정을 수행한 이후 신선한 공기가 작업 공간 (7) 안으로 공급될 수 있다.

피스톤은 엔진 챔버 또는 크랭크케이스 (16) 내에서 피스톤 로드 (17) 에 연결된다. 피스톤 로드 (17) 는 실린더 (2) 내의 피스톤의 앞뒤 운동을 크로스 헤드 (18) 와 커넥팅 로드 (19) 에 전달하고, 커넥팅 로드는 디젤 엔진의 작동 동안 크랭크 섀프트 (20) 에 장착되는 캠에 연결된다. 크랭크 섀프트 (20) 는

로 나타낸 각도를 중심으로 각속도 (ω) 로 회전한다. 크로스 헤드 (18) 는 레일 (23) 상에서 오르내리는 슬라이딩 슈 (22) 를 갖는 크로스헤드 핀 (21) 을 갖는다.

커넥팅 로드 (19) 는, 피스톤에 의해 가해지는 힘 (K) 그리고 도시되지 않은 가이드 상의 수직력 (normal force) 인, 레일에 의해 가해지는 반력 (reaction force) 으로 이루어지는 힘 (S) 에 의해 크랭크 저널 (24) 에 작용한다. 힘 (K) 은 작업 공간 (7) 의 과도한 압력과 피스톤 (4) 의 로드된 표면 (A) 의 산물이다.

K = A * (p-p₀) 이며 p 는 작업 공간 (7) 의 압력이며 p₀ 는 주변 압력이다. 크랭크 섀프트 (20) 에 나타난 도 1 에 나태는 힘 비율에서 나타나는 것과 같이, 회전력 (T) 은 유효 토크 (Mt) 가 도 3 에 나타낸 힘의 쌍 (+S, -S) 에 대응하여 초래되는 크랭크의 레버 아암 (r) 을 사용하여 발생된다. 이러한 유효 토크 (Mt) 는 한 쌍의 힘 (+S, -S) 에 의해 가로질러지는 영역과 동일한 크기를 갖는다. 유효 토크 (Mt) 는 피스톤이 사점 중심 위치 (즉,

= 0°또는 180°) 에 도달할 때 사라진다. 유효 토크 (Mt) 는 측정되고 제어 시스템에 입력될 수 있다. 제어 시스템은 이러한 정보로부터 최대 토크의 크기와 상호 관련되는 엔진의 로드에 대한 표시를 발생할 수 있으며 또한 토크의 시간 거동을 발생할 수 있다. 이러한 정보를 기본으로 하여 윤활제 주입의 정밀한 타이밍이 결정될 수 있다. 대안적으로는, 윤활제 주입 시간은 크랭크 섀프트 각도와 상호 관련될 수 있다.

도 2 에는 필수적인 특징을 더 명백하게 하기 위해 비율에 맞게 도시되지는 않은 윤활제 주입 장치 (30) 가 나타나 있다. 윤활제 주입 장치 (30) 는 윤활제 분배 요소 (31) 그리고 윤활제 분배 요소 (31) 에 윤활제를 공급하기 위한 통로 (32) 를 포함한다. 또한 윤활제 주입 장치는 윤활제 공급 장치 (34) 로부터 윤활제를 수용하기 위한 입구 개구 (33) 를 갖는다. 윤활제 분배 요소 (31) 는 피스톤 링 (13) 또는 실린더 라이너 (8) 의 표면 상에 윤활제를 분배하기 위한 개구 (35) 를 포함한다. 개구 (35) 는 윤활제 공급을 중단하기 위한 폐쇄 요소 (36) 에 의해 폐쇄 가능하고, 상기 윤활제 주입 장치는 통로 (32) 의 윤활제를 가열하기 위한 윤활제 가열 요소 (38) 를 갖는 것을 특징으로 한다. 가열 요소 (38) 는 전류를 인가함으로써 가열되는 스커트 (skirt) 로서 디자인된다. 스커트는 이를 통과하는 전류에 대한 저항기로서 작용한다. 스템 (stem) 에 의해 공급되는 전류는 교류 전류 공급 또는 또한 직류 전류 공급을 형성한다.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 윤활제 주입 장치를 나타내는 도면이다. 윤활제 주입 장치 (60) 는 윤활제 분배 요소 (61) 그리고 윤활제 분배 요소 (61) 에 윤활제를 공급하기 위한 통로 (62) 를 포함한다. 윤활제 분배 요소 (61) 는 작업 공간 안으로 윤활제의 주입을 위한 적어도 하나의 출구 개구 (81) 를 갖는다.

또한, 윤활제 주입 장치는 윤활제 공급 장치 (64) 로부터 윤활제를 수용하기 위한 입구 개구 (63) 를 갖는다. 윤활제 분배 요소 (61) 는 도 2 의 피스톤 링 (13) 또는 실린더 라이너 (8) 의 표면 상에 윤활제를 분배하기 위한 개구 (65) 를 포함한다. 개구 (65) 는 윤활제 공급을 중단하기 위한 폐쇄 요소 (66) 에 의해 폐쇄 가능하다. 폐쇄 요소 (66) 는, 윤활제 주입 장치의 축선 (A-A) 을 따라 이동 가능한 스터브로서 형성된다. 스터브는, 개구 (65) 의 직경과 매치되는 직경을 갖는 제 1 단면 (71) 그리고 제 1 단면 (71) 의 헤드가 개구 (65) 를 폐쇄하는 위치로 스터브를 배향하기 위한 스프링 (73) 을 수용하는 제 2 단면 (72) 을 포함할 수 있다.

스프링 (73) 은 보어 (74) 안에 놓인다. 보어는 통로 (75) 를 통하여 보어에 들어가고 이를 떠나는 작동 유체로 채워질 수 있다. 보어는 작동 유체 그리고 윤활제가 서로 접촉하게 되지 않는다면 윤활제 통로로부터 밀봉된다.

정상적으로는 작동 유체는 충분한 압력을 받아서 개구 (65) 는 보어 (74) 의 작동 유체와 스프링의 조합된 힘에 의해 폐쇄된 위치로 유지될 것이다. 제어 시스템이 윤활에 대한 요구를 나타낸다면, 작동 유체는, 저장소로 작동 유체가 흐르게 하는 작동 유체 회로의 밸브를 개방시킴으로써 감압될 수 있다. 윤활제 공간 (76) 에 존재하는 가열된 윤활제는 제 2 단면 (72) 상에 압력을 가하고 스프링의 힘이 충분한 윤활제 압력에 의해 극복될 때 제 1 단면 (71) 의 헤드를 들어올릴 수 있다. 이러한 조건 하에서, 윤활제 압력은 출구 개구 (81) 또는 다수의 이러한 출구 개구를 통하여 떠나갈 때 정확한 주입 프로파일을 제공하기 위해 또한 적절하다.

윤활제 주입 장치 (60) 는 통로 (62) 의 윤활제를 가열하기 위한 윤활제 가열 요소 (68) 를 갖는다. 가열 요소 (68) 는 가열 유체를 위한 통로 (70) 를 갖는 본체 (69) 를 갖는다. 본체 (69) 는 통로 (70) 를 통하여 순환하는 가열 유체에 의해 가열된다. 가열 유체는 가열 유체 공간 (77) 으로부터 통로 (70) 에 공급된다. 본체 (69) 는 나사 가공, 압력 끼워맞춤 및/또는 용접에 의해 도 4 에 부분적으로 나타낸 윤활제 주입 장치 본체 (78) 상에 장착된다. 본체 (69) 의 통로 (70) 는 윤활제 통로 (62) 및 윤활제 공간 (76) 으로부터 밀봉되어 가열 유체에 의한 윤활제의 어떠한 오염을 가능하지 않게 하며 그 역도 가능하게 한다. 가열 유체는, 도 4 에 도시되지 않은 윤활제 주입 장치 본체 (78) 의 별개의 통로에 의해 가열 유체 공간 (77) 으로 공급될 수 있다.

본체 (69) 에 제공되는 가열 요소에 더하여 또는 대안으로서, 가열 요소는 도면에 도시되지 않은 스터브로 제공될 수 있다. 가열 요소는 가열 유체를 위한 통로로서 또한 형성될 수 있지만, 대안적으로는 또는 추가로 전기적으로 가열된 수단이 배치될 수 있다. 특히, 가열 요소는 저항기를 포함할 수 있다.

도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 윤활제 주입 장치를 나타내는 도면이다. 윤활제 주입 장치 (130) 는 윤활제 분배 요소 (131) 그리고 윤활제 분배 요소 (131) 에 윤활제를 공급하기 위한 통로 (132) 를 포함한다. 윤활제 분배 요소 (131) 는 작업 공간 (7) 안으로의 윤활제의 주입을 위한 적어도 하나의 출구 개구 (151) 를 갖는다.

또한, 윤활제 주입 장치는 윤활제 공급 장치 (134) 로부터 윤활제를 수용하기 위한 입구 개구 (133) 를 갖는다. 윤활제 분배 요소 (131) 는 도 2 의 피스톤 링 (13) 또는 실린더 라이너 (8) 의 표면 상에 윤활제를 분배하기 위한 개구 (135) 를 포함한다. 개구 (135) 는 윤활제 공급을 중단하기 위한 폐쇄 요소 (136) 에 의해 폐쇄 가능하다. 폐쇄 요소 (136) 는 윤활제 주입 장치의 축선 (A-A) 을 따라 이동 가능한 로드로서 형성된다. 로드는 가열 요소 (138) 를 포함한다. 로드는 개구 (135) 를 폐쇄하기 위한 헤드를 갖는 제 1 단면 (141) 그리고 제 1 단면 (141) 의 헤드가 개구 (135) 를 폐쇄하는 위치로 로드를 배향하기 위한 스프링 (143) 을 수용하는 제 2 단면 (142) 을 갖는다.

스프링 (143) 은 보어 (144) 안에 놓인다. 보어는 통로 (145) 를 통하여 보어로 들어가고 이를 떠나는 작동 유체로 채워질 수 있다. 보어는 작동 유체 그리고 윤활제가 서로 접촉하게 되지 않는다면 윤활제 통로로부터 밀봉된다.

로드의 제 2 단면은 연결 요소 (149) 를 통하여 전력 공급부 (150) 에 연결된다. 온도 측정 장치 (155) 가 윤활제 주입 장치에 들어가는 윤활제를 위해 제공될 수 있다. 온도 측정 장치 (155) 의 출력은 제어 유닛 (156) 안으로 공급될 수 있다. 제어 유닛은 원하는 온도가 온도 측정 장치 (155) 에 의해 측정될 때까지 가열 요소 (138) 를 작동시키도록 전력 공급부 (150) 에 신호를 보낼 수 있다.

제어 유닛은 또한 솔레노이드 (160) 로의 에너지의 공급 및/또는 작동 유체의 공급을 위한 밸브 (158) 를 폐쇄 또는 개방할 수 있다. 솔레노이드 (160) 는 윤활제가 통로 (132) 를 통하여 액체 분배 요소 (131) 로 그리고 작업 공간 (7) 안으로 주입되는 출구 개구 (151) 로 지나가게 하는, 개방 위치로 로드를 이동시키기 위해 스프링 (143) 에 추가로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.

도 4 에 나타낸 벽 요소는 피스톤 (4) 또는 실린더 라이너 (8) 의 일부일 수 있다. 윤활제 주입 장치는 용접, 납땜, 나사 연결 또는 압력 끼워맞춤에 의해 얻어지는 연결에 의해 상기 벽 요소에 고정될 수 있다.

본 발명은 따라서 쉽게 설치될 수 있고 보수를 요구하지 않으면서 긴 시간에 걸쳐 안전하게 작동될 수 있는 윤활제 주입 장치를 제공한다. 대형 엔진의 어떠한 피스톤 또는 실린더 라이너가 논의된 어떠한 실시형태에 따른 윤활제 주입 장치에 구비될 수 있다.

본 발명은 윤활제 주입 장치의 가열 요소의 몇몇의 실시형태를 또한 제공한다. 이러한 특징은 설치/작동의 비용을 줄이는 역할을 하고 이에 의해 윤활제 소비를 줄인다. 본 발명에 따른 윤활제 주입 장치에 의해, 대형 엔진은 종래의 윤활제 공급 장치가 구비되는 엔진보다 더 비용 효과적으로 작동될 수 있다.

Claims (15)

1. 내연기관을 위한 윤활제 주입 장치 (30, 60, 130) 로서 이 윤활제 주입 장치는 윤활제 분배 요소 (31, 61, 131) 그리고 윤활제 분배 요소 (31, 61, 131) 에 윤활제를 공급하기 위한 통로 (32, 62, 132) 그리고 윤활제 공급 장치 (34, 64, 134) 로부터 윤활제를 수용하기 위한 입구 개구 (33, 63, 133) 를 포함하고, 윤활제 분배 요소 (31, 61, 131) 는 피스톤 (4) 또는 실린더 라이너 (8) 의 표면 상에 윤활제를 분배하기 위한 개구 (35, 65, 135) 를 포함하고, 상기 개구 (35, 65, 135) 는 윤활제 공급을 중단하기 위한 폐쇄 요소 (36, 66, 136) 에 의해 폐쇄 가능한 윤활제 주입 장치에 있어서, 상기 윤활제 주입 장치는 통로 (32, 62, 132) 의 윤활제를 가열하기 위한 윤활제 가열 요소 (38, 68, 138) 를 갖는 것을 특징으로 하는 윤활제 주입 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 윤활제를 운반하기 위한 상기 통로 (32, 62, 132) 는 통로의 범위를 한정하는 통로 벽을 갖고, 이 통로 벽은 가열 요소 (38, 68, 138) 를 갖는 윤활제 주입 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 가열 요소 (38, 68, 138) 는 전기적 저항기를 포함하는 윤활제 주입 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 가열 요소 (38, 68, 138) 는 열 교환기를 포함하는 윤활제 주입 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 열 교환기는 가열 유체를 갖는 윤활제 주입 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제를 운반하기 위한 통로 (32, 62, 132) 는 가열 요소 (38, 68, 138) 를 갖는 윤활제 주입 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 가열 요소 (38, 68, 138) 는 통로 (32, 62, 132) 의 적어도 일부에 걸쳐 뻗어있는 기다란 요소인 윤활제 주입 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 기다란 요소는 저항기를 갖는 윤활제 주입 장치.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 기다란 요소는 열 발생 요소 또는 가열 유체의 순환을 위한 통로를 갖는 윤활제 주입 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통로 (32, 62, 132) 는 가열 요소를 중심으로 둘레적으로 구성되는 윤활제 주입 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 윤활제 주입 장치를 포함하는 대형 엔진으로서, 상기 대형 엔진은 특히 대형 크기의 디젤 엔진인 대형 엔진.
12. 제 11 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 윤활제 주입 장치를 포함하는 적어도 하나의 실린더 라이너 (8) 를 갖는 대형 엔진.
13. 제 11 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 윤활제 주입 장치를 포함하는 적어도 하나의 피스톤 (4) 을 갖는 대형 엔진.
14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 윤활제 주입 장치를 포함하는 실린더 라이너 (8) 의 내부 표면의 윤활 방법으로서, 이 방법은 윤활제로 윤활제 통로를 채우는 단계 그리고 윤활제가 그의 윤활 온도에 도달했을 때 상기 통로로부터 상기 윤활제를 배출하기 위해 출구 개구를 개방하는 단계를 포함하는 윤활 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 윤활제 통로는 윤활제의 미리 정해진 용적의 주입에 대응하는 시간 기간 이후에 폐쇄되는 윤활 방법.
    

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