KR20160134846A - 실린더에 윤활유를 투여하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 예컨대, 선박 엔지과 같은, 바람직하게 2행정 디젤 엔진의 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 시스템에 관한 것이다.
상기 시스템은:
- 각각의 실린더에 사용되면서 실린더 벽(57)에 제공되는 주입 유닛(251);
- 압력을 통해, 상기 주입 유닛으로 일정량의 윤활유를 이송하기 위한 윤활 장치(252);
- 엔진 부하를 감지하기 위한 수단(56);
- 배출 밸브를 변위시키기 위한 액추에이터(53, actuator)에 연결된 배출 밸브(55);
- 신호가 액추에이터로 전송되고, 실제 엔진 부하에 대한 배출 밸브의 폐쇄 시간의 조절이 수행되면서, 엔진 부하의 감지에 따라 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간의 전자 제어 및 타이밍 조절을 위한 제어 유닛으로서, 또한 윤활유 이송의 전자 제어 및 타이밍을 위해 적용된 제어 유닛(50).
엔진 배기가스를 개선하고 윤활유의 활용성을 증대할 수 있도록, 시스템은:
- 엔진 부하를 감지하기 위한 수단(56)과 감지된 데이터를 전송하기 위한 제어 유닛(50) 사이의 연결(44);
- 엔진 부하에 따라 윤활유 이송의 타이밍 조절을 위해 윤활 장치로 제어 신호를 전송하기 위한 제어 유닛(50)과 윤활 장치(252) 사이의 연결(43)을 추가로 포함한다.

Description

실린더에 윤활유를 투여하는 방법 및 시스템{Method and system for dosing lubricating oil into cylinders}
본 발명은 예컨대 선박 엔진의, 바람직하게는 2 행정 디젤 엔진의 실린더에 윤활유를 투여하기 위한 방법에 관한 것으로서, 다음의 단계를 포함한다:
- 각각의 실린더에 다수의 주입 유닛(unit)이 사용되며, 일정량의 윤활유를 윤활 장치에서 실린더 벽에 구비된 주입 유닛으로 압력을 통해 이송시키는 단계;
- 엔진 부하를 감지하는 단계;
- 배출 밸브의 폐쇄 시간의 조정이 실제 엔진 부하에 대해 수행되면서, 엔진 부하 감지에 따라 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간을 맞추기 위해 전자 제어를 이용하는 단계; 및
- 윤활유 이송 타이밍을 위해 전자 제어를 사용하는 단계.
본 발명은, 예컨대 선박 엔진, 바람직하게 2 행정 디젤 엔진의, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 시스템을 포함하며, 이는 다음을 포함한다:
- 실린더 벽에 구비된 주입 유닛, 다수의 주입 유닛이 각 실린더에 대해 사용되며;
- 주입 유닛으로 압력을 통해 일정량의 윤활유를 이송하기 위한 윤활 장치;
- 엔진 부하를 감지하기 위한 수단;
- 엔진 부하의 감지에 따라 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간을 조절하고 전자 제어를 하기 위한 제어 유닛으로서, 신호가 액추에이터로 전송되면서, 실제 엔진 부하에 대해 배출 밸브의 폐쇄 시간의 조절이 수행되고, 상기 제어 유닛은 또한 윤활유 이송 시간을 조절하고 전자 제어하게 된다.
증가하고 있는 2 행정 디젤 엔진의 전자 제어의 사용에 대하여, 엔진을 작동하는 새로운 방식을 설정할 수 있다.
다양하게 엔진의 배출 밸브를 제어함으로써, 엔진의 배기가스 수준을 개선할 수 있다(낮은 NOx 및 연기가 나지 않는 작동)는 것은 경험으로 나타난다.
더욱이, 또한 낮은 부하 또는 부분 부하를 통해, 실제 엔진 부하에 대한 배출 밸브의 폐쇄 시간을 조절함으로써 엔진의 성능을 개선할 수 있다는 것은 명백하다.
현재 2행정 디젤 엔진에 실린더 윤활 시스템을 사용하는 경우, 이는 통상적으로 피스톤 링을 가진 피스톤이 실린더로 윤활유를 이송하는 중 지나가도록 윤활유의 이송 시간을 맞춤으로써 수행된다. 피스톤 링(the piston rings)을 통해, 이로써 윤활유의 분배를 제공하는 것이 가능하게 된다. 이는, 오일이 항상 링 조립체로 직접 이송되려고 하기 때문에, 엔진 부하에 관계없이 타이밍이 동일하다는 것을 의미한다.
최근, 새로운 타입의 실린더 윤활 시스템이 소개되었다. 이러한 새로운 윤활유 시스템을 통해, 오일은 피스톤이 지나가기 전에 실린더로 직접 이송된다. 이러한 시스템을 통해, 배출 밸브의 폐쇄 시간은 주입 시간에 중요한 조건에 영향을 미칠 것이다.
예를 들어, 예컨대 WO/0028194에 명시된 SIP 윤활 시스템이 존재한다. 이 시스템에서, 배출 단계 중 실린더 내에 형성된 공기 소용돌이(swirl)는 실린더 벽에 분무된 윤활유의 분포를 돕는데 사용된다. 그러므로 공기 소용돌이는 피스톤의 통행 전 오일 방울을 실린더 벽 위로 이송하는데 기여한다. 실린더 벽에서의 윤활유의 더 나은 분배는 이러한 방식으로 성취된다. 동시에 피스톤이 피스톤 링으로 윤활유 분배를 도우면서 윤활유는 공기 소용돌이에 의해 실린더 위쪽으로 상대적으로 넓은 면적에 걸쳐 분포된다.
새로운 전자 제어 엔진에서, 다양한 타이밍으로 배출 밸브가 작동하는 것은 오늘날 매우 일반적이다.
동일한 방식으로, 더욱 전통적인 2행정 디젤 엔진(MC, RTA or UEC 엔진)에서 또한 다양한 타이밍으로 작동된다. 여기에 낮은 하중과 배기가스 특성에서의 작동에 대한 큰 가능성이 있음은 또한 명백하다.
배출 밸브의 타이밍이 조절되는 방법에 대한 다양한 접근 방법이 있다. 그러나 통상적으로 엔진의 부하 범위 전체에 걸쳐 분배된 15도에서 30도의 순서로의 조정이 수행된다. 하중에 따른 배출 밸브의 폐쇄 시간에 대한 명확한 변위를 설정하는 것은 불가능하다. 대신, 특정 엔진에서의 실험에 의한 경험적 데이터를 알아낼 필요가 있다. 이로써 특정 엔진에서 최적으로 작동하는 폐쇄 시간에 대한 조절/변위를 경험적으로 확인하는 것이 가능하다.
오늘날 사용되는 윤활유에 의해, 고정된 시간(고정된 각도)에서 윤활유의 주입 시간을 조절하는 것이 가능하다. 일부 시스템에서, 분배 키(distribution key)에 근거하여 주입 시간을 변화시키는 것이 또한 가능하다.
배출 밸브의 폐쇄 시간의 분배가 윤활유의 주입 시간의 타이밍의 일부를 형성하는 시스템은 없다.
몇몇 이점들은 피스톤의 위치에 따른 것만이 아니라 엔진 부하에 따르는 윤활유의 이송에 대한 시간의 타이밍을 설정함으로써 성취될 수 있는 것으로 여겨진다. 이는 특히 배출 밸브의 폐쇄 시간의 변화에 따라 작동하는 엔진을 가진 경우이다.
이로써, 공기 소용돌이가 윤활유의 분배에 기여하는 윤활유 시스템에서, 배출 밸브의 폐쇄에 따른 이송 타이밍의 이점을 얻을 수 있다는 것은 명백해진다. 그로 인해, 오일 방울의 이송을 분배하고 동시에 분무된 윤활유가 배출 가스와 함께 빠져나가는 것을 피하기 위한 최적의 공기 소용돌이를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 목적은 엔진의 배기를 개선하고 윤활유의 활용성을 증가시킬 수 있는 도입부에 나타난 종류의 방법 및 시스템을 나타내는 것이다.
이는 도입부에서 언급된 종류의 방법에 의한 본 발명에 따라 성취되며, 방법이 다음의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로한다:
- 엔진 부하의 직접 또는 간접적인 결정을 위해 데이터를 설정하는 단계;
- 윤활유 이송의 타이밍이 엔진 부하에 따라 변화하는 윤활유 이송의 타이밍 조절에 대한 엔진 부하의 데이터를 조절하는 단계.
본 발명에 따른 시스템은 다음 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 엔진 부하를 검출하기 위한 수단과 검출 데이터를 전송하기 위한 제어 유닛 사이의 연결;
- 엔진 부하에 따라 윤활유 이송의 타이밍을 조절하기 위해 윤활 장치로 제어 신호를 전송하기 위한 제어 유닛과 윤활 장치 사이의 연결.
본 발명에 따른 방법 및 윤활 시스템을 통해, 이로써 하중에 따른 윤활유 이송의 타이밍을 변화시킬 수 있게 된다.
일반적으로, 본 발명에 따른 윤활유 시스템과 방법은 엔진의 실제 부하에 대한 윤활유 이송을 위해 시간을 조절함으로써 작동한다. 따라서 윤활유에 대한 더욱 최적의 사용이 성취될 수 있다. 이로써 실제 엔진 부하에 따른 배기가스를 줄이는 것이 가능하면서 동시에 사용되어야 하는 윤활유의 양을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 윤활 시스템을 통해, 하중에 따른 윤활유 이송이 주어진 상황에 대해 사용자에 의해 정의되는 다양한 작동 프로파일(operational profiles)과 결합할 수 있는 장점을 얻는다.
이는 제1 예시에서의 본 발명에 따른 시스템이 엔진 시스템에 이미 존재하는 같은 구성요소를 포함하는 것을 의미한다.
따라서 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 윤활유를 이송하기 위한 다양한 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이러한 시스템의 예시는 WO 2008/009291, DK 173512 및 EP 1350929에 명시되어 있다.
이러한 종래의 윤활유 이송 시스템은, 실제 엔진 부하를 감지하며, 윤활유 이송의 전자 제어의 타이밍을 결정하는데 사용되는 플라이휠(flywheel)(위치, 속도 및 방향에 대한 데이터 감지를 위한)의 픽업(pickup) 시스템을 구비한다.
본 발명에 따른 사용은 이러한 공지된 픽업 시스템으로부터의 신호로 이루어질 수 있다. 상응하는 엔진 부하 데이터의 직접적 또는 간접적 감지를 위한 다른 시스템과 플라이휠 데이터도 사용될 수 있지만, 종래 설계를 사용하는 것이 바람직하다.
게다가, 픽업 시스템의 신호로부터의 이러한 데이터의 감지뿐만 아니라, 본 발명에 따라, 배출 밸브의 위치를 아는 것 또한 바람직할 것이다.
바람직하게 이는 배출 밸브가 실제 엔진 부하에 대해 닫힌 때에 대한 경험적 바탕을 기록한 데이터를 규정함으로써 성취될 수 있다. 이는 바람직하게 곡선 또는 표의 형태로 성취될 수 있다. 이러한 데이터는 사전에 전자 제어 및 타이밍을 위해 제어 유닛에 저장되고 측정된다. 배출 밸브를 위한 다양한 폐쇄 시간에 대한 정보는 배출 밸브가 제어되는 엔진 제어로 알려져 있다.
따라서, 엔진 플라이휠로부터의 픽업 신호는 윤활유 투여의 일반적인 타이밍을 결정하기 위해서도 사용될 수 있음을 알아야 한다. 본 발명에 따라서, 바람직하게 배출 밸브의 폐쇄 시간으로 나타나는 엔진 부하에 기초한 타이밍을 바로잡을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 통해, 윤활유 이송의 정확한 타이밍을 수행하기 위해 엔진 플라이휠의 위치, 속도 및 방향을 아는 것도 필요하다.
대안으로, 윤활유 이송 타이밍 또는 배출 밸브의 폐쇄 시간을 정의하는 표 색인(table lookup)을 만들기 위해 실제 엔진 부하로부터의 데이터를 사용하기 위해, 윤활유 이송의 타이밍을 제어하는 것은 배출 밸브의 위치에 대한 신호에 직접적으로 의존할 수 있다. 이론상으로, 배출 밸브의 직접적이거나 간접적인 위치 결정으로부터 직접적으로 윤활유 이송 시간을 조절하는 것이 가능하다.
배출 밸브의 다양한 타이밍을 이용함으로써, 윤활유 이송의 타이밍이 조정되고; 그러나 그와 별개로 윤활 시스템은 윤활유 투여량에 대한 공지된 이론을 근거로 윤활유의 양을 또한 변화시킬 수 있음을 알아야 한다.
예컨대, WO 2008/009291로 공지된 것처럼, 윤활유의 양은 부하(엔진에 의해 수득된 킬로와트당 윤활유의 양은 항상 일정)에 따라 또는 다른 사용자 정의 제어 알고리즘을 통해 변할 수 있다.
엔진 부하를 측정하고 결정하는 다양한 방법이 있다. 이는 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 받을 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실시예는 방법이 다음의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 실제 실린더 부하에 대한 실린더의 배출 밸브를 위한 폐쇄 시간을 감지하는 단계;
- 윤활유 이송 타이밍이 엔진 부하에 따라 변하도록 실린더 배출 밸브의 폐쇄 시간에 따른 윤활유 이송의 타이밍 조절에 폐쇄 시간의 감지를 적용하는 단계.
이는 폐쇄 시간이 엔진 부하에 따른 표/곡선에 의해 미리 정해질 수 있으며, 따라서 감지가 상기 표/곡선에 의해 수행될 수 있음을 의미한다.
전술한 것처럼, 더 새로운 전자 엔진에서는, 엔진 부하에 따른 배출 밸브가 다양한 타이밍으로 개방 및 폐쇄 작동한다. 그러므로, 윤활유 이송의 타이밍을 조절하기 위한 배출 밸브의 폐쇄 시간을 이용하는 것은 윤활유 이송의 부하에 따른 변화를 얻기 위한 기술적으로 간단한 해결책이 될 것이다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 방법이 다음의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 윤활유 양이 엔진 부하에 따라 변화하는 것을 또한 포함하는 실제 실린더 부하에 대한 실린더 배출 밸브의 폐쇄 시간의 감지의 적용 단계.
본 발명에 다른 방법 및 시스템은 또한 배출 밸브의 폐쇄 시간을 근거로 윤활유 양을 조절하는데 사용될 수 있다.
이는, 예컨대, 윤활유 제어 알고리즘이 만들어진 경우, 배출 밸브의 폐쇄 시간에 따른 윤활유 양의 조절을 수행한 후, 가능하다. 후자는 예컨대 투여되어야 할 윤활유의 양이 피스톤의 통행 전에 이송되기에 너무 많은 경우, 또는 위쪽으로 가는 공기 소용돌이가 윤활유의 주입에 대한 이상적인 기간에 비해 너무 많은 경우 사용될 수 있다.
상기 제어 알고리즘은 시간의 기간에 대해 그리고 엔진 부하에 따라, 윤활유 양이 변하지만, 또한 전체 제어 알고리즘에 따르도록 디자인될 수 있다. 후자는 일정한 공급률(g/kWh)이 시간의 전체 기간에 걸쳐 달성되지만, 시간의 총 기간 내에서 시간의 더 짧은 기간 또는 더 긴 기간에 대해 가능한 공급률을 변화시키는 것으로서 부하에 따른 윤활유 투여가 설정될 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 방법이 다음의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 배출 밸브의 위치를 직접 또는 간접적으로 결정하고 이러한 위치를 감지하기 위해 위치 픽업을 사용하는 단계; 및
- 윤활유 이송 시간을 조절하기 위해 위치 픽업의 감지를 이용하는 단계.
배출 밸브와 연결된 위치 픽업을 이용하는 것은 배출 밸브에 직접 기계 측정의 형태로 또는 공기유량계의 형태로 제공될 수 있다. 위치의 측정은 따라서 배출 밸브의 위치의 간접 또는 직접적인 결정일 수 있다. 또한 이러한 실시예에서, 측정의 결과는 배출 밸브의 위치의 결정 및 감지가 영향을 받을 제어 유닛으로 전송될 것이다. 제어 유닛은 이때 윤활 장치로 제어 신호를 전송한다.
감지 결과는 배출 밸브의 위치의 결정 및 감지가 수행되는 제어 유닛으로 전송된다. 제어 유닛은 이때 윤활 장치로 제어 신호를 전송한다. 여기에, 타이밍은 예컨대 하나 이상의 투여 피스톤을 활성화하기 위해 전자적으로 제어된 액추에이터를 이용함으로써 일어날 수 있다. 이러한 투여 피스톤은 윤활유의 양과 타이밍 모두가 작동 프로파일(operational profiles)에 대해 허용할 수 있으며 동시에 엔진 부하에 따를 수 있는 미리 정해진 알고리즘에 따라 수행되는 방식으로 작동된다.
실린더와 연결된 부하 픽업은 예컨대 압력 게이지 형식으로 제공될 수 있다. 실린더의 압력 측정은 예컨대 표 색인을 통해 배출 밸브가 폐쇄되는 경우에 대한 제어를 알리기 위해 사용될 수 있다. 따라서 압력 측정은 배출 밸브를 닫는 시점의 간접적인 측정으로 간주될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 다음의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 부하 픽업 또는 위치 픽업을 이용하는 것과 동시에 위치, 방향 및 속도를 위한 데이터를 감지하기 위해 엔진의 플라이휠에 픽업 시스템을 적용하는 단계;
- 윤활유 이송의 타이밍의 백업 및/또는 제어를 위해 엔진의 플라이휠의 픽업 시스템에서의 데이터를 적용하는 단계.
부하 픽업 또는 위치 픽업을 이용하는 것과 동시에 위치, 방향 및 속도에 대한 데이터를 감지하기 위한 엔진의 플라이휠의 픽업 시스템은 윤활유 이송의 타이밍의 백업 및/또는 제어를 얻는 간단한 방식이다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 다음의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 예컨대, 슬로우 스티밍(slow steaming), 밀러 타이밍(MILLER timing), 또는 다른 사용자 지정 변위와 같은 엔진의 작동을 위한 다양한 프로파일을 정의하는 단계; 및
- 선택된 작동 형태로 부하에 따라 윤활유 이송 시간을 조절하는 단계.
다양한 작동 프로파일과 조합된 부하에 따른 윤활유 이송은 사용자가 또한 주어진 상황에 사용되기 위해 필요할 수 있는 특정한 작동 프로파일을 사용할 수 있는 장점을 제공한다. 부하에 따른 윤활유 이송은 또한 이곳에 사용되어야 하는 윤활유의 양의 감소를 제공하며 동시에 실제 작동 프로파일을 통해 배기가스를 절감할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예는 엔진 부하를 감지하기 위한 수단이 실제 엔진 부하에서 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간을 감지하기 위한 픽업 시스템을 구비하는 것을 특징으로 한다.
배출 밸브의 폐쇄 시간을 감지하기 위해 픽업 시스템을 이용하는 것은 윤활유 이송에서 부하에 따른 변화를 설정하기 위한 기술적으로 단순한 해결책이다.
본 발명에 따른 시스템의 다른 실시예는 픽업 시스템이 다음을 구비하는 것을 특징으로 한다:
- 배출 밸브의 위치의 직접 또는 간접적인 결정을 위해 그리고 이 피스톤을 감지하기 위한 부하 픽업; 및/또는
- 배출 밸브의 위치의 직접 또는 간접적인 결정을 위해 그리고 이 피스톤을 감지하기 위한 위치 픽업;을 구비하되, 시스템은 다음을 추가로 구비한다.
- 부하 픽업 또는 위치 픽업을 이용하며 동시에 위치, 방향 및 속도를 위한 데이터를 측정하기 위해 엔진의 플라이휠의 픽업 시스템.
전술한 것처럼, 부하 픽업 또는 위치 픽업을 이용하며 동시에 위치, 방향 및 속도를 위한 데이터를 측정하기 위해 엔진의 플라이휠의 픽업 시스템은 윤활유 이송의 타이밍에 대한 백업 및/또는 제어를 얻는 단순한 방식이다.
배출 밸브의 위치를 직접적으로 또는 간접적으로 나타내는 픽업을 이용하며 타이밍을 위해 이러한 픽업으로부터 신호를 이용하는 것은 플라이휠의 픽업 시스템을 불필요하게 만들 수 있다. 그러나, 대안으로, 백업으로서 또는 타이밍을 위한 제어 옵션으로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 오직윤활유를 공급하는 시스템에 적용할 것이며, 예컨대 SI 밸브와 같은, 주입 유닛의 피스톤 통과 전의 피스톤에 적용할 것이다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템은 윤활유를 이송하기 위한 종래 시스템과 함께 사용될 수 있다. 상기 시스템의 예시는 WO 2008/009291, DK 173512 및 EP 1350929에 공지되어 있다.
본 발명의 장점들은 이로써 윤활유 공급의 정밀한 제어를 가진 종래 이송 시스템의 장점과 조합된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 하기에서 더욱 자세히 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략적인 레이아웃으로서, 피스톤은 공기 덕트를 청소하고 있는 내려진 위치의 상태이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 부분도를 나타내는 것으로서, 주입 유닛이 피스톤 위의 윤활유를 이송하는 위치에 있는의 피스톤을 나타낸다.
도 3은 도 2에 상응하는 부분도로서, 주입 유닛 맞은편 위치의 피스톤을 나타낸다.
도 4는 실제 엔진 부하에 대한 배출 밸브의 폐쇄 시간의 가능한 조절을 나타내는 곡선을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 시스템이 적용될 수 있는 여러 가지 실린더 및 여러 가진 윤활 장치를 가진 개략적 엔진 디자인을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템에 사용되기 위한 윤활 장치의 실시예에 대한 단면도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 시스템의 레이아웃이 원리적으로 도시되어 있다. 도 1에서, 본 발명을 이해하기 위해 필요한 부재들이 나타난다. 더 많은 부재들이 실제 시스템에 필요될 것이다.
도시된 시스템은 다음의 부재들을 포함한다:
위치, 속도 및 방향을 위한 데이터를 감지하기 위한 제1 플라이휠 픽업(40, flywheel pickup).
위치, 속도 및 방향을 위한 데이터를 감지하기 위한 제2 플라이휠 픽업(41).
예컨대, 토크 미터(torque meter) 형태의 대안 부하 픽업(42, load pickup).
실린더 윤활 장치를 위한 신호(43) 제어용 라인(line)(시간, 양 및 빈도수 위한 데이터).
예컨대, 실린더 평균 압력의 측정 형태의 부하 픽업(56)으로부터의 신호(44).
대안의 배출 밸브 위치 픽업(46)으로부터의 신호(45).
예컨대, 공기유동계 형태의, 밸브 위치의 직접적인 또는 간접적인 표시의 형태의 배출 밸브(55)의 위치를 위한 대안 픽업(46).
제2 플라이휠 픽업(41)으로부터의 신호를 위한 라인(47).
제1 플라이휠 픽업(40)으로부터의 신호를 위한 라인(48).
대안 부하 픽업(42)으로부터의 신호를 위한 라인(49).
실린더 윤활을 제어하기 위한 중앙 또는 분산된 제어 유닛(50, control unit). 제어 유닛(50)은 또한 배출 밸브 및 연료 밸브의 개방 및 폐쇄하는 것을 포함하는, 전체 엔진을 제어하는 중앙 또는 분산된 제어 유닛으로 만들어질 수 있다.
배출 밸브 개방/폐쇄를 위한 신호를 위한 라인(51).
배출 밸브 위치를 위한 위치 픽업(54)으로부터의 신호를 위한 라인(52).
배출 밸브(55)를 제어하기 위한 액추에이터(53, actuator).
배출 밸브(55)의 위치를 위한 픽업(54).
배출 밸브(55).
예컨대 압력 게이지 형태의, 엔진 부하를 위한 부하 픽업(56).
피스톤(61)이 변위가능하게 배치된, 엔진의 실린더(250, cylinder).
실린더(250)의 벽(57).
윤활 장치(252)로부터 실린더 윤활유를 공급하기 위한 파이프(110).
피스톤(61) 위로의 윤활유의 이송에 따라 분무 또는 분사 형태로 윤활유의 이송을 위한 주입 유닛(251).
청소용 공기 덕트(60, duct).
피스톤 링(piston rings)을 가진 피스톤(61).
플라이휠(62).
예컨대 WO 2008/009291, DK173512 및 EP 1350929에 공지된 윤활 장치의 형태의, 시간이 조절된 윤활유의 이송을 위한 윤활 장치(252).
주입 유닛(251)을 통과하기 전에 피스톤(61) 위로 분무 또는 분사 상태로 공급된 윤활유(64, 도 2 참고).
도 1에서 3에는 본 발명에 따른 시스템의 동일한 실시예가 도시되어 있다. 여기에서 3개의 도면들은 피스톤(61)을 구비한 실린더와 실린더 벽(57)의 링 구역에 배치되고 윤활 장치(252, 도 1에 도시됨)와 연결된 일련의 주입 유닛(251)를 관통하는 단면도를 나타낸다.
도 1에서, 피스톤(61)은 실린더의 청소용 공기 덕트(60) 아래에 그 상부측이 내려진 위치로 도시된다.
도 2에서, 피스톤(61)은 실린더의 청소용 공기 덕트(60) 위에 그 상부측이 있는 중간 위치로 도시된다. 윤활유(64)는 피스톤(61)이 주입 유닛(251)을 지나가기 전에 피스톤(61) 위로 이송된다. 윤활유(64)의 주입은 실린더 벽(57)의 링 구역에 직접적으로 각각의 주입 유닛(251)으로부터 수행된다. 이송은 피스톤이 위로 올라가는 동안 링 구역을 지나가기 직전에 피스톤(61) 위의 위치에서 일어난다.
도 3은 주입 유닛(251)이 피스톤(61) 양쪽에 위치에 있는 상황을 나타낸다.
필요한 경우, 가장 위쪽의 피스톤 링과 가장 아래쪽 피스톤 링 사이의 윤활유의 주입은 피스톤이 위로 움직이는 동안 각 주입 유닛으로부터 피스톤(61)에 직접적으로 수행될 수 있다.
또한, 각 주입 유닛으로부터의 윤활유의 주입은 피스톤이 위로 움직이는 동안 링 구역을 지나기 직전에 피스톤(61) 아래의 위치에서 실린더 벽의 링 구역에 직접적으로 수행될 수 있다.
도 4는 실제 엔진 부하에 대한 배출 밸브의 폐쇄 시간의 가능한 조정을 보여주는 그래프 곡선이다. 폐쇄 시간은 배출 밸브 위치의 각도로 표현된다.
X축은 총 엔진 부하에 대한 %로 측정된 엔진 부하를 나타낸다.
Y축은 특정 실린더의 하사점(bottom dead centre)에서 측정된 각도를 나타낸다.
실선 곡선은 실제 엔진 부하에 따른 폐쇄된 배출 밸브에 대한 각도를 나타낸다.
실선 곡선은 배출 밸브의 폐쇄 시간의 예시를 보여준다. 이 각도는 우리가 이론적으로 그리고 실제로 폐쇄되는 시간을 말하는 것으로서 명확하지 않다. 예를 들어, 배출 밸브가 완전히 폐쇄된 경우보다 95% 폐쇄된 경우로 더 잘 규정될 수 있다. 그러나, 폐쇄 시간의 타입이 결정된 경우, 이는 윤활유 투여가 수행되는 때를 규정하는데 사용될 수 있다.
점선 곡선은 마무리된 윤활 행정에 대한 각도(윤활 장치의 타이밍)를 나타낸다.
도면의 가장 아래의 곡선은 실제 엔진 부하에 대해 윤활유 투여가 마무리된 때(타이밍 점)에 대한 예시를 나타낸다. 각도는 통상적으로 특정 실린더의 하사점에서 측정된다.
도 5는 엔진 디자인과 몇몇 실린더와 윤활 장치를 구비한 윤활 시스템을 나타낸다. 본 발명에 따른 시스템은 이러한 엔진 디자인에 사용될 수 있다. 이 엔진 디자인과 이러한 윤활 시스템은 WO 2008/009291에 더 자세히 명시된다.
도 5는 개략적으로 4개의 실린더(250)가 나타나며, 각각의 실린더에는 8개의 주입 노즐(251)이 나타난다. 윤활 장치(252)는, 각각의 단일 윤활 장치(252)를 위한 통상적으로 지역 제어 유닛(254)를 가지고, 중앙 컴퓨터(253)와 연결된다. 중앙 컴퓨터(253)는 중앙 컴퓨터에 대한 백업(backup)을 구성하는 추가 제어 유닛(255)과 병행하여 연결된다. 게다가, 펌프(유압 펌프 또는 유압 스테이션일 수 있는)를 모니터링하는 모니터링 유닛(256)이 구비될 수 있으며, 모니터링 유닛(257)은 부하를 모니터링하며 모니터링 유닛(258)은 크랭크축의 위치를 모니터링한다.
도 5의 상부에는 유압유를 위한 탱크(262)의 펌프(261)를 구동하는 모터(260)가 구비된 유압 스테이션(259)이 도시된다. 유압 스테이션(259)은 더욱이 냉각기(263)와 필터(264)를 구비한다. 시스템 오일은 밸브(220)를 통해 윤활 장치로 공급 라인(265)을 통해 펌프된다. 또한, 유압 스테이션은 밸브를 통해 윤활 장치와 또한 연결되는 복귀 라인(266)과 연결된다.
윤활유는 라인(267)을 통해 윤활유 공급 탱크(미도시)로부터 윤활 장치(252)로 보내진다. 윤활유는 라인(110)을 통해 윤활 장치로부터 주입 노즐(251)로 보내진다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템에 사용될 수 있는 윤활 장치의 실시예를 나타낸다. 이러한 윤활 장치는 WO 2008/009291에 더 자세히 명시된다.
윤활 장치는 장치를 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브(115, 116, solenoid valves)가 장착되는 바닥 부분(110)으로 구성된다. 바닥 부분(110)의 측면에서, 스크류 조인트(screw joints)가 시스템 오일 압력 공급(142) 및 탱크(143)로의 시스템 오일 압력 복귀를 위해 제공된다.
구동 오일은 2개의 솔레노이드 밸브를 통해 공급될 수 있으며, 그 중 하나는 제1 솔레노이드 밸브(116)이며 다른 하나는 제2 솔레노이드 밸브(115)이다.
처음 위치에는 작동하는 제1 솔레노이드 밸브(116)가 있다. 구동 오일은 이곳에서 연관된 공급 스크류 조인트(142)로부터 제1 솔레노이드 밸브(116)로 수행되며, 그리고 스위치 밸브(117)를 매개로, 연결된 유압 피스톤 그룹으로 분배 채널(145, channel)을 통한 장치로 수행된다. 이러한 현상은 도 5에 도시된다.
제1 솔레노이드 밸브(116)가 고장날 경우, 자동적으로 제2 솔레노이드 밸브(115)로 연결될 수 있다. 이 밸브는 제2 솔레노이드 밸브(115)를 활성화시킴으로써 연결된다.
연결된 분배 채널은 이로써 압력을 받는다. 이러한 압력은, 스위치 밸브(117)가 오른쪽에 배치되고, 제1 솔레노이드 밸브(116)와 연관된 분배 채널 사이의 연결이 중단되는 것을 수반한다. 압력은 이로써 이러한 솔레노이드 밸브(116)로 연결된 유압 피스톤으로부터 제거된다.
제2 솔레노이드 밸브(115)를 작동함으로써, 연관되 분배 채널과 연관된 유압 피스톤은 압력을 받는다. 이는 분배 플레이트(7)가 이때 제2 솔레노이드 밸브(115)를 통해 장치로 수행된 오일에 의해 구동되는 것을 야기한다.
스위치 밸브(117)는 스프링(119)이 장착될 수 있다. 제2 솔레노이드 밸브를 통한 공급 압력이 부족할 경우, 스프링은 이때 자동적으로 스위치 밸브(117)를 상기 초기 위치로 돌려 놓을 것이다.
스위치 밸브는 스위치 밸브의 이러한 복귀가 지연될 수 있도록 제한장치가 장착될 수 있다. 도 6에서, 제한은 배수 핀(118, drain-pin)과 스위치 밸브(117) 사이에 형성된 슬롯에 의해 결정된다.
솔레노이드 밸브 각각이 유압 피스톤의 개별 그룹에 연결될 때, 솔레노이드 밸브들 사이의 독립성이 보장된다. 제1 솔레노이드 밸브(116)와 제2 솔레노이드 밸브(115) 사이의 이동 시, 압력이 유압 피스톤의 제1 그룹으로부터 제거되고 이로써, 제1 솔레노이드 밸브가 닫히는 경우에도, 제2 솔레노이드 밸브(115)의 작동을 가능하게 하도록 스위치 밸브(117)는 보장할 것이다.
참조번호(Pos. 121)는 블랭킹 스크류(blanking screw)를 나타낸다.
참조번호(122)는 부분적으로 스위치 밸브(117)의 멈춤쇠를 위한 말단 정지부 역할을 하고 부분적으로 패킹(미도시, packing)을 통해 또한 밀봉 기능을 하는 조합된 블랭킹 스크류/말단 멈춤부를 나타낸다.
유압 피스톤(6) 위에는 분배 플레이트(7)가 있다. 플레이트는 여기에서 상부 분배 플레이트 부재(125)와 하부 분배 플레이트 부재(123)를 가진 두 부분 디자인으로 도시된다. 투여 피스톤(21)은 상부 분배 플레이트 부재(125)에 장착된다. 다양한 오일이 구동 및 윤활을 위해 사용되는 장치에는, 상부와 하부 분배 플레이트 부재 사이에 피스톤 패킹(124, piston packing)이 있다. 원칙적으로, 하나는 구동 오일과 더불어 윤활유에 대해 한 종류의 오일을 이용하여도 충분할 수 있다.
투여 피스톤(21) 둘레에는 유압 피스톤(6)에 공급 압력이 끈긴 후 피스톤(21)을 복귀시키는 공통 복귀 스프링(9)이 있다. 복귀 스프링(9) 둘레에는 베이스 블록(111, base block)에 의해 외부적으로 한정되는 작은 윤활유 저장소(147)가 있다. 윤활유는 개별 스크류 조인트를 통해 패킹(138, 139)을 가지고 공급된다. 장치는 선택적으로 패킹(15, 16)을 가진 배출 스크류(venting screw)가 장착될 수 있다.
베이스 블록(111) 위에, 실린더 블록(112)은 투여 피스톤(21)이 왕복 운동을 위해 배치되는 위치에 위치된다. 투여 피스톤(21) 위에는 펌프 체임버(148, pump chamber)가 있다. 상기 체임버에는 스프링(14)에 의해 편향되는 역류 방지 밸브 볼(13)을 가진 배출구가 있다. 더욱이, 실린더 벽의 역류 방지 밸브/SIP 밸브와 직접적으로 연결된 스크류 조인트(128)가 제공된다.
행정을 조절하기 위해, 본 실시예에서는 세트 핀/세트 스크류(66, set pin/set screw) 위치를 바꿔서 행정을 조절하는 웜 휠(130, worm wheel)을 통해, 웜 드라이브(131, worm drive)에 연결된 모터(132)와의 결합을 나타낸다.
상기 실시예에서, 행정 정지의 위치를 변화시킴으로써 행정을 조절할 수 있다. 이는 원점의 고정된 지점이 사용되며 행정이 그 후 조절되는 이전 실시예와는 다르다.
실제 행정 길이를 제어하기 위해, 센서/픽업 유닛(114)은 예컨대, 인코더(encoder) 또는 전위차계(potentiometer) 형태의, 행정을 감지하기 위한 세트 핀/세트 스크류(66)의 연장으로 장착된다.
참조번호(113)는 세트 핀/세트 스크류 배열을 위한 하우징(housing)을 나타낸다.
참조번호(124)는 각각 바닥에서 구동 오일 측 그리고 상부에서 윤활유에서 유압 피스톤(6)을 우회하는 누출 오일로 두 공간(149, 147) 사이의 피스톤 패킹 밀봉을 나타낸다.
참조번호(127)는 베이스 블록(111)과 실린더 블록(112) 사이의 오링 밀봉(O-ring sealing)을 나타낸다.
참조번호(133)는 웜 휠(130)에 대한 베어링 케이스(bearing case)를 체결하기 위한 체결 나사를 나타낸다.
참조번호(134)는 바닥 플레이트(110)와 베이스 블록(111) 사이의 오링 밀봉을 나타낸다.

Claims (11)

  1. - 각각의 실린더에 다수의 주입 유닛(unit)이 사용되며, 일정량의 윤활유를 윤활 장치에서 실린더 벽에 구비된 주입 유닛으로 압력을 통해 이송하는 단계;
    - 엔진 부하를 감지하는 단계;
    - 엔진 부하 감지에 따라 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간을 조절하기 위해 전자 제어를 이용하는 단계로서, 배출 밸브의 폐쇄 시간의 조절은 실제 엔진 부하에 대해 수행되며;
    - 윤활유 이송 타이밍을 위해 전자 제어를 이용하는 단계를 포함하여 이루어진, 예컨대 선박 엔진과 같은 바람직하게는 2행정 디젤 엔진의 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법에 있어서,
    - 엔진 부하의 직접적 또는 간접적인 결정을 위한 데이터를 설정하는 단계; 및
    - 윤활유 이송의 타이밍이 엔진 부하에 따라 변하도록 윤활유 이송 타이밍의 조절에 엔진 부하의 데이터를 적용하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 실제 엔진 부하를 위한 실린더의 배출 밸브에 대한 폐쇄 시간을 감지하는 단계;
    - 윤활유 이송 타이밍이 엔진 부하에 따라 변하도록 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간에 따라 윤활유 이송 타이밍의 조절에 상기 폐쇄 시간 감지를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    - 또한 엔진 부하에 따라 윤활유 양이 변하는 것을 포함하는 실제 실린더 부하에 대한 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간의 감지 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 배출 밸브의 위치를 직접적으로 또는 간접적으로 결정하고 그 위치를 감지하기 위해 위치 픽업(picckup)을 이용하는 단계;
    - 윤활유 이송 타이밍을 위해 상기 위치 픽업의 감지를 이용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    - 부하 픽업 또는 위치 픽업을 이용하여 동시에 위치, 방향 및 속도에 대한 데이터를 감지하기 위한 엔진의 플라이휠(flywheel)에 픽업 시스템을 적용하는 단계;
    - 윤활유 이송 타이밍의 백업(backup) 및/또는 제어를 위해 엔진의 플라이휠에 픽업 시스템으로부터의 데이터를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 예컨대, 슬로우 스티밍(slow steaming), 밀러 타이밍(MILLER timing), 또는 다른 사용자 지정 변위와 같은, 엔진 작동을 위한 다양한 프로파일(profiles)을 정의하는 단계;
    - 선택된 작동 프로파일로 부하에 따라 윤활유 이송 타이밍을 정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 배출 밸브의 위치를 직접적으로 또는 간접적으로 결정하고 이 위치를 감지하기 위해 위치 픽업을 사용하는 단계;
    - 윤활유 이송 타이밍의 백업 및/또는 제어를 위해 픽업 시스템으로부터의 데이터를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 작동이 전체 시간의 기간에 걸쳐 일정한 공급 속도로 수행되며, 작동이 전체 시간의 기간 내에 짧거나 긴 시간의 기간 동안 공급 속도를 변화시키며 수행되는, 부하에 따른 윤활유 투여를 설정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 방법.
  9. - 각각의 실린더에 사용되면서 실린더 벽에 제공되는 주입 유닛;
    - 압력을 통해, 상기 주입 유닛으로 일정량의 윤활유를 이송하기 위한 윤활 장치;
    - 엔진 부하를 감지하기 위한 수단;
    - 배출 밸브를 변위시키기 위한 액추에이터(actuator)에 연결된 배출 밸브;
    - 엔진 부하의 감지에 따라 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간을 조절하고 전자 제어를 하기 위한 제어 유닛;으로서, 신호가 액추에이터로 전송되면서, 실제 엔진 부하에 대해 배출 밸브의 폐쇄 시간의 조절이 수행되고, 또한 윤활유 이송 타이밍과 전자 제어를 위한 제어 유닛을 구비하는,
    예컨대 선박 엔진 같은 2행정 디젤 엔진의 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 시스템에 있어서,
    - 엔진 부하를 감지하기 위한 수단과 감지된 데이터를 전송하기 위한 제어 유닛 사이의 연결;
    - 엔진 부하에 따라 윤활유 이송의 타이밍 조절을 위해 윤활 장치로 제어 신호를 전송하기 위한 제어 유닛과 윤활 장치 사이의 연결을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 엔진 부하를 감지하는 수단은 실제 엔진 부하에서의 실린더의 배출 밸브의 폐쇄 시간을 감지하기 위한 픽업 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 픽업 시스템은,
    - 배출 밸브의 위치의 직접적 또는 간접적인 결정과 이 위치를 감지하기 위한 부하 픽업; 및/또는
    - 배출 밸브의 위치의 직접적 또는 간접적인 결정과 이 위치를 감지하기 위한 위치 픽업;을 구비하되;
    - 상기 부하 픽업 또는 위치 픽업을 이용하여 동시에 위치, 방향 및 속도에 대한 데이터를 감지하기 위한 엔진의 플라이휠의 픽업 시스템;을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는, 실린더로 윤활유를 투여하기 위한 시스템.
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