KR20180071359A

KR20180071359A - Sip 윤활제 분사기를 갖춘 대형 저속 2행정 엔진

Info

Publication number: KR20180071359A
Application number: KR1020187014805A
Authority: KR
Inventors: 닉 포우 벤네드센
Original assignee: 한스 옌젠 루브리케이터스 에이/에스
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2018-06-27
Also published as: JP2018536799A; JP6812427B2; DK3368751T3; US10731527B2; US10961881B2; CN108350772A; CN112554991A; US20210003048A1; RU2692192C1; CN112554991B; KR102515916B1; KR20220072882A; EP4050193B1; EP3368751B1; CN108350772B; US20180313239A1; WO2017071706A1; EP3368751A1; EP3368751A4; KR102406205B1

Abstract

저속 구동 2행정 엔진, 특히 선박 디젤 엔진에서 윤활에 대한 개선은 윤활제 분사기(4)를 피스톤(32)의 완전 행정의 1/5 보다 TDC에 더 가깝게 위치시킴으로써 선회 분사 원리(SIP)를 사용하는 윤활에서 달성될 수 있으며, 이 거리는 일반적인 선박 디젤 엔진에서의 것보다 더 가깝다. 이는 실린더 라이너(2)를 재제작함으로써 또는 실린더(3)에 새로운 장착 구멍을 더함으로써 달성될 수 있다. 그러한 재제작이 불가능한 경우에, SIP 원리의 개선은 또한 TDC를 향해 스프레이를 안내함으로써 또는 SIP 밸브의 위치에 비교하여 TDC에 더 가까운 실린더 라이너(2)상에 위치에 안내합으로써, 예를 들어 실린더 축에 수직한 평면에서 측정될 때 30도 이상 또는 60도 이상의 각 하에, 달성될 수 있다. 두 개선사항은 조합될 수 있다.

Description

SIP 윤활제 분사기를 갖춘 대형 저속 2행정 엔진

본 발명은 대형 저속 2행정 엔진(a large slow-running two-stroke engine)에 관한 것으로, 예를 들어 선박 디젤 엔진(marine diesel engine) 또는 발전소(a power plant)에 가스 또는 디젤 엔진(gas or diesel engine)으로, 실린더에 피스톤(the piston)의 상사점(Top Dead Center, TDC) 주변에 윤활제 분사기(lubricant injector)를 갖춘 것에 관한 것이다.

환경보호에 대한 관심 때문에, 선박 엔진(marine engines)으로부터 배출물(emissions)의 감소에 대한 노력이 진행중이다. 이는 또한 그러한 엔진의 윤활 시스템의 안정적인 최적화(the steady optimization of lubrication systems)을 포함한다. 여기에 경쟁 증대(increased competition) 및 오일 소비(oil consumption)의 감소의 경제적 측면이 더해지며, 이는 이 측면이 선박(ships)의 구동 비용(the operational costs)의 상당한 부분(a significant part)이기 때문이다. 추가적 고려점(a further concern)은 감소된 윤활제에도 불구한 적절한 윤활(proper lubrication)이며 이는 디젤 엔진의 수명(the longevity of diesel engines)이 오일 소비 감소에 의해 약화(compromised)되어서는 안되기 ?문이다. 따라서, 윤활에 대한 안정적인 개선(steady improvements)에 대한 필요가 있다.

대형 저속 2행정 선박 엔진의 윤활에 있어서, 다수의 다른 시스템이 존재하며, 이는 실린더 라이너(the cylinder linder)로의 윤활유(lubrication oil)의 분사 또는 피스톤 표면(the piston surface)로의 오일 퀼(oil quills)의 분사를 포함한다.

상업적으로 선회 분사 원리(Swirl Injection Principle, SIP)로 불리는, 대안적인 방법은 상대적으로 새로우며 실린더 내부 소기 공기 선회(the scavenging air swirl)로의 윤활유 액적의 스프레이 분사(injection of a spray of atomized droplets of lubrication oil)에 기초한다. 나선상 상향 선회(the helically upwards directed swirl)는 윤활제가 실린더의 상사점(TDC)을 향해 당겨지고 실린더 벽(the cylinder wall)에 대해 얇고 균등한 막(a thin and even layer)으로서 외향으로(outwards) 눌리도록(pressed) 야기한다. 이는 국제특허출원 WO2010/149162에 구체적으로 설명된다. 윤활제 분사기(the lubricant injectors)는 분사 하우징(an injector housing)을 포함하는 역류 방지 밸브(non-return valves)이며 이 안에 왕복 밸브 부재(a reciprocating valve member)가 제공되며, 이는 일반적으로 밸브 니들(a valve needle)이다. 예를 들어 니들 팁(a needle tip)을 갖춘, 밸브 하우징(a valve housing)에 밸브 부재는 정확한 타이밍(a precise timing)에 따라 노즐 구멍(a nozzle aperture)로의 윤활제의 접근을 폐쇄 및 개방한다. 기존 SIP 시스템(current SIP systems)에서, 액적 스프레이(a spray with atomized droplets)는 35에서 40 Bar의 압력에서 달성되며, 이는 실린더에 주입되는 콤팩트 오일 제트(compact oil jets)와 함께 작동하는 시스템에 사용되는 10 bar 이하의 오일 압력보다 실질적으로 더 높다. SIP 밸브의 일부 타입에서, 고압의 윤활유는 스프링 적재 밸브 부재(a spring-loaded valve member)를 스프링힘에 대해 노즐 구멍에 이격되도록 이동시켜서 고가압 오일(the highly pressurised oil)이 액적으로서 분출(released)되도록 하는데 또한 사용된다. 오일의 방출(the ejection of oil)은 밸브 부재 안에 오일 압력의 저하(a lowering of the pressure of the oil)를 유도하여, 밸브 부재가 고가압 윤활유가 윤활제 분사기에 다시 공급되는 다음 윤활제 주기(the next lubricant cycle)까지 출발지(its origin)로 돌아가도록 야기한다.

그러한 대형 선박 엔진에서, 복수의 분사기는 실린더축(a cylinder axis)에 수직한 평면(a plane)에 실린더 주위의 원(a circle)으로 배열되며 각 분사기는 윤활제 제트 또는 스프레이를 실린더로 각 분사기로부터 전달(delivering)하는 팁(the tip)에 하나 이상의 노즐 구멍을 포함한다. 선박 엔진에 SIP 윤활제 분사기 시스템은 국제특허출원 WO02/35068, WO2004/038189, WO2005/124112, WO2010/149162, WO2012/126480, WO2012/126473, WO2014/048438에 공개되며, 이는 본 발명에서 참조사항으로서 포함된다.

일반적으로, 엔진의 실린더는 실린더의 상사점(TDC)에서 이격되어(at a distance) 위치된 오일 분사기의 개구부(openings)를 갖추고 제작되었으며, 이 때 이격거리는 실린더의 총 스트로크(the total stroke of the cylinder)의 약 1/3 이상이다. 그러나, 실린더의 길이를 증가시키기 위해, 윤활 노즐이 TDC에 인접한 실린더에 적절한 윤활을 보호(safeguard)하기 위해 TDC를 향해 추가로 이동되야하는지 여부에 대한 고려사항이 적용되며, 적절한 윤활이 가장 중요할 때(critical) 열(the heat)이 높다. 오일 퀼(oil quills)이 피스톤에 직접적으로 적용되기 때문에, 그러한 고려사항은, 상하이에 CIMAC 회의 2013(CIMAC Congress 2013)에서 연소 기관(Combustion Engines)에 대한 국제 협회(the International Council)에 의해 출판된, "PAPER NO.: 177 Cylinder liner and piston ring lubrication issues in relation to increase stroke/bore ratio" 문서에서 미야케 등(Miyake et al.)에 의해 공개되었다. 이러한 실험에서, TDC에서 1.2m라는 큰 거리로 이격된 윤활 밸브의 위치조정(the positioning)이 오일이 연소실(the combustion chamber)로 훑고 들어가도록(scraped into) 야기한다는 것이 발견되었다. 연소실에 오일 재생(oil refreshment) 및 황산 중화(neutralization of sulphuric acid)에서, 윤활 밸브를 TDC로 0.3m로 더 가깝게 재위치시키는 것(repositioning)은 67%의 오일이 연소실로 훑고 들어가기 때문에 유리한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 전체 실린더의 전체 윤활(overall lubrication)에 있어서, 2단계 윤활(two-level lubrication)은 20%의 오일이 연소실로 훑고 들어감으로써 상황을 크게 개선했다.

오일 퀼이 실린더의 상측부(the upper part)로 훑고 들어가는 것에 비교하여, 특수한 고려사항은 SIP 윤활에 적용되는데 이는 SIP 밸브 노즐(SIP valve nozzles)에서 스프레이의 일부는 상향 나선형으로 TDC를 향해 들어가고 연소실로 들어가서 SIP 노즐에서 TDC까지의 큰 거리에 걸쳐서도 더 나은 윤활을 제공하기 때문이다. 이는 오일을 SIP 윤활로 훑고 들여보내는 퀼으로부터 바꾸는 것(changing)이 일반적으로 개선된 조건을 보이도록 밝혀진 이유이기도 하다. 이러한 이유로 또한, SIP 분사기를 TDC에 더 가까운 위치로 이동시키는 것이 실린더 라이너의 수정(the modification)을 정당화할만한 어떤 개선사항(any improvement)을 야기할 것이라는 것은 일반적으로 받아들여지지 않는다. 특히, 오일 퀼 윤활 밸브의 재위치조정(the re-positioning)에 대해 미야케에 의해 발견된 것과 같은 개선사항은 기대할 수 없다. 따라서, 더 관용적인(more traditional) 윤활 시스템의 퀼 노즐 또는 제트 노즐을 더 TDC를 행해 이동시키는 것을 고려해볼 수 있으나, 이러한 고려사항은 오일 운송 나선 선회(the oil-transporting helical swirl) 때문에 SIP 윤활 원리의 윤활제 스프레이에 적용되지 못하는 듯 하다.

그러나, SIP 윤활 시스템의 이러한 명백한 이점에도 불구하고, 개선을 위한 일반적인 꾸준한 동기는 계속 존재한다.

따라서 선행기술에 개선사항을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 특히, SIP 밸브를 이용한 윤활(lubrication with SIP valves)를 개선시키는 것이 목적이다. 대형 저속 2행정 엔진(a large slow-running two-stroke engine), 특히 선박 디젤 엔진에서 실린더상에 마모(wear)를 감소시키는 것이 추가적인 목적이다. 이러한 목적은 아래에 구체적으로 기술되는 바와 같이 대형 저속 2행정 엔진에 개선된 윤활 시스템 및 방법에 의해 달성된다.

도입된 이래로 SIP 윤활 원리가, 스프레이가 TDC를 향해 선회되고(swirled) 연소실을 윤활시키기(lubricates) 때문에, 오일 퀼 윤활(oil quill lubrication)을 넘는 개선안으로 인식었지만, 윤활에 대한 더 추가적인 최근 개선안이 실험적으로SIP 윤활에서SIP 분사기를 TDC에 더 가깝게 위치시킴으로써 달성되었다. 특히, 기대보다 크게 낮은 마모는 피스톤의 완전 행정 거리(the full stroke distance)의 1/3 대신에 1/8의 TDC로부터의 상대적인 거리에 SIP 스프레이 분사기를 제공하는 실린더 라이너에서 실험적으로 발견되었다. 이는 매우 놀라운 것이었는데, 이는 실린더 라이너를 바꾼 후에 엔진의 기동 시간(the run-in period)에서 마모가 기동 시간 후에 시간(the period following the running-in)보다 훨씬 큰 것으로 매우 잘 알려져있기 때문이다. 따라서, SIP 윤활의 다른 윤활 시스템에 비교하여 이전에 일반적인 이점 및 더 나은 성능에도 불구하고, 추가적인 개선이 가능했다.

실험이 완전 행정의 1/8의 TDC로부터의 상대적인 거리에 SIP 분사기로 수행되었지만, 개선된 SIP에 대한 거리는 윤활은 완전 행정의 1/6 또는 1/5까지도 연장될 수 있다고 받아들여지고 있고, 이는 일반적인 엔진에서보다 TDC에 더 가까운 SIP 분사기의 위치이며, 이는 일반적으로 완전 행정의 약 1/3이다. 실험이 오래 걸린다는 사실 때문에, 상기 효과가 1/6 및 1/5 상대적 거리에서도 달성된다는 실험적 증거가 아직 제공되지 않았으나, 철저한 기술적 고려(thorough technical considerations)와 초기 정성적 결과(first qualitative indications)가 이를 뒷받침해주는듯이 보인다.

TDC에 대해 상대적으로 SIP 분사기를 재위치조정하는 것은 시작부터(from the onset) 장착 구멍(mounting holes)을 TDC에 가까운 실린더 라이너를 대응하게 제작(constructing)함으로써 또는 새로운 장착 구멍을 기존 실린더 라이너에 추가함으로써 달성될 수 있고, 새로운 장착 구멍은 기존의 것보다 TDC에 더 가깝다.

분사기 장착 구멍을 TDC에 더 가까운 실린더 라이너를 재제작(reconstruction)하는 것이 불가능한 경우에, SIP 원리의 개선은 윤활제 스프레이 방향(the lubricant spray direction)을 일반적인 0에서 20도에서 TDC를 향해 더 큰 각으로 바꾸는 것으로 또한 달성될 수 있으며, 이는 스프레이를 SIP 분사기에서 TDC를 향해 또는 SIP 밸브의 위치에 비교하여 TDC에 더 가까운 실린더 라이너상에 위치로 안내(direct)하기 위해서이며, 예를 들어 30도 이상의 각도 하에서(under), 실린더축에 수직한 평면에서 측정될 때 45도 또는 60도까지도 된다.

스프레이를 TDC에 가까운 영역을 향해 안내함으로써 나타나는 개선점은 그 영역에 있는 스프레이 분사기의 위치보다 덜 효율적이라고 믿어지고 있으나, 이는, 윤활제 분사기가 예를 들어 실린더 라이더 주위에 제작상 제약사항(constructional constraints) 때문에 TDC에 충분히 가깝게 제공되지 못한다면, 유용한 대안일 수 있다. 일부 경우 최적화를 위해, 분사기를 TDC에 가깝게 위치시키는 것과 TDC를 향해 스프레이하는 두 가지 기술된 방법이 필요시 결합될 수 있다.

대형 저속 2행정 엔진이라는 용어는 예를 들어 실린더 직경이 30cm 또는 100cm 이상도 되는 일반적으로 선박(ships) 또는 발전소(power plants)에 사용되는 사이즈를 가진 엔진을 의미한다. 해당하는 일반적인 엔진(typical engine of concern)은 디젤 엔진이지만, 가스 구동 엔진(gas driven engines)도 사용될 수 있다. 윤활 시스템 및 방법의 특수한 용법은 선박에 대형 저속 2행정 디젤 엔진을 위한 것이다.

그러한 엔진은 복수의 실린더를 포함하며, 그 각각은 안에 피스톤을 갖추며, 피스톤은 상사점(a top dead centre, TDC) 및 하사점(a bottom dead centre, BDC) 사이에 길이방향 실린더(a longitudinal cylinder axis)에 따라 왕복운동하며, TDC 및 BDC 사이에 거리는 완전 행정(a full stroke)에 대응한다. 실린더는 실린더의 둘레(a perimeter)를 따라 분배되는(distributed) 복수의 윤활제 분사기(a plurality of lubricant injectors)를 포함하며, 이는 예를 들어 동일한 각 거리(identical angular distance)로, TDC 및 BDC 사이에 둘레상에 다양한 위치에 있는 실린더로의 윤활제의 분사를 위한 것이며, 각 윤활제 분사기는 스프레이를 방출(ejecting)하는 한 구멍(an aperture)를 가진 스프레이 노즐을 포함하지만, 스프레이 노즐은 또한 다수의 구멍을 가질 수 있다. 스프레이의 방향은 스프레이에 액적(the droplets)의 평균 방향(an average direction)으로서 정의된다. 일부 실시예에서, 제1 노즐(a first nozzle)에서 미스트(a mist)로도 불리는 입자화 스프레이(the atomized spray)는 실린더 라이너를 향해 제1 노즐 및 둘레상에 있는 다음 노즐(the next nozzle) 사이에 영역으로 안내(directed)된다.

윤활제 분사기는 제어 시스템(a control system)을 포함하며 이는 윤활유를 소정 윤활제 압력(a predetermined lubricant pressure)로 윤활제 분사기에 대응하는 파이프 시스템을 통해 제공하도록 설정되고, 윤활제의 실린더로의 분사의 타이밍을 제어하도록 설정된다. 타이밍은 결과적으로 엔진의 회전(the revolutions of the engine)에, 예를 들어 한 회전당 1회 분사(one injection per revolution) 또는 각 제2 회전당 1회 회전(one injection for each second revolution)으로, 연결된다. 분사 타이밍은 주기적으로 증가하는(periodic increased), 윤활제 분사기에 공급되는, 오일 압력에 의해 결정된다. 예를 들어, 오일 압력이 윤활제 분사기 내부에 특정 소정 한계점(a certain predetermined threshold)을 넘으면 분사가 수행된다.

SIP 원리에 있어서, 윤활제 분사기의 각각은 실린더로 연장되는 노즐을 갖춘다. 노즐은 윤활유의 액적으로 스프레이를 제공하기 위해 크기조정(dimensioned)되며, 이는 오일 미스트(mist of oil)로도 불리며, 이 때 소정 한계점 윤활제 압력의 윤활유가 제공된다.

제어 시스템은 또한, 피스톤이 배기 공기(scavenging air)에 액적을 확산(diffusing) 시키는 TDC를 향한 이동으로 윤활제 분사기를 통과하고 TDC를 향한 배기 공기의 선회 운동을 활용하는 TDC를 향한 방향의 액적의 운송(transport of the atomized droplets)에 의해 실린더상으로 액적을 분배하기 전에(prior to), 윤활제 분사기가 스프레이를 실린더에 배기 공기로 분사하도록 야기하도록 설정된다.

특히, 실린더에 윤활제 분사기의 노즐은 TDC에서 제1 특정 거리(a first specific distance)에 위치되며, 제1 특정 거리는 피스톤의 완전 행정의 일정비율(a fraction)의 이하이거나 동일하며, 이 때 일정비율은 1/5이다. 예를 들어, 제1 특정 거리는 완전 행정의 1/6, 1/7, 또는 1/8이다.

엔진의 구동 동안 적절한 SIP 윤활을 제공하기 위해, 윤활유 액적의 스프레이는, 피스톤이 TDC를 향한 이동으로 윤활제 분사기를 통과하기 전에, 윤활제 분사기에 의해 실린더에 배기 공기로 반복적으로(repeatedly) 분사된다. 배기 공기에서, 액적은 실린더 벽상으로 확산 및 분배되며, 이 때 그들은 TDC를 향한 배기 공기의 선회 운동에 의한 TDC를 향한 방향으로 이송된다.

스프레이의 입자화(the atomization of the spray)는 노즐에 윤활제 분사기에 고가압된 윤활유(highly pressurized lubrication oil)에 의한 것이다. 압력은 10 bar보다 높으며, 일반적으로 이러한 고압 분사(this high pressure injection)에 대해 25 bar와 100 bar 사이가 된다. 예는 30과 80 bar 사이의 간격이며, 선택적으로 35와 50 bar 사이가 된다.

예를 들어, 윤활제 분사기는 0.1과 1 mm 사이의, 예를 들어 0.2와 0.5 사이의, 오일 미스트라고도 불리는 스프레이 또는 액적을 방출하는 구멍을 가진 스프레이 노즐을 포함한다.

또한, 점성률(the viscosity)는 입자화에 영향을 미친다. 선박 엔진에 사용되는 ExxonMobil® Mobilgard^TM 560VS와 같은 윤활유는 섭씨 40도에서 약 220 cSt이며 섭씨 100도에서 약 20cSt의 일반적인 운동 점성률(a typical kinematic viscosity)을 가지며, 이는 202 및 37 mPa·s 사이의 동적 점성률(a dynamic viscosity)로 변환된다. 선박 엔진에 사용되는 다른 윤활유는 다른 Mobilgard^TM 오일뿐만 아니라 Castrol® Cyltech 오일도 있으며, 이는 섭씨 40에서 100도까지의 범위에서 거의 같은 점성률을 가지며, 예를 들어 0.1 내지 0.8 mm의 노즐 구멍을 가질 때, 입자화에 유용하며, 윤활유는 구멍에서 30에서 80 bar의 압력 및 섭씨 30 내지 100도 사이 또는 섭씨 40 내지 100도 사이의 범위의 온도를 갖는다.

SIP 윤활에 있어서 일반적인 것은 오일이 방사상 방향(a radial direction)으로 분사되지 않는다는 것이며, 이는 실린더 라이너에서 중심 실린더축(the central cylinder axis)까지 방향이다. 대신, 윤활제 분사기의 노즐 구멍은 방사상 구성요소(a radial component)보다 큰 접선 구성요소(a tangential component)를 가지는 스프레이 방향에 실린더 벽을 향해 안내된다. 방사상 구성요소는 윤활제 분사기에서 실린더의 중심에 실린더축까지의 방향에 수평하며, 접선 구성요소는 실린더에 접하는 방향에 수평하다. 예를 들어, 제1 노즐에서 입자화된 스프레이는 실린더 라이너를 향해 제1 노즐 및 둘레상에 다음 노즐 사이에 영역으로 안내된다. 흔히, 노즐은 실린더축에 수직한 평면에 실린더 주위 노즐 사이에 동일한 각 거리로 배열된다.

스프레이의 전파(the propagation of the spray)가 실린더 라이너에서 물질(the material)에 의해 이 방향에서 방해받는(hindered) 것을 방지하지 않기 위해서, 실린더 라이너는 각 윤활제 분사기의 그루브(a groove)를 유리하게 포함하며, 그루브는 스프레이 방향을 따라 노즐 구멍에서 연장된다.

새로운 실린더 라이너는 윤활제 분사기의 장착 구멍(mounting holes)을 갖출 수 있고, 이 때 장착 구멍은 시작부터 TDC에서 제1 특정 거리에 있도록 제공되며, 시스템은 또한 분사기의 레트로피트(retrofit)에 유용하며, 이 때 추가적인 장착 구멍은 예를 들어 기존 장착 구멍보다 TDC에 더 가까운 실린더 라이너에 장착 구멍을 뚫고(drilling) 들어감으로써 설치(established)된다. 선택적으로(optionally), 더 큰 거리에 있는 기존 장착 구멍 및 TDC와 더 가까운 추가적 구멍은 양쪽 모두 윤활제 분사기의 장착에 사용될 수 있으나, 흔히, TDS에서 더 큰 거리에 있는 장착 구멍은 블라인드(blinded)되고 윤활에 사용되지 않을 것이다.

예를 들어, 실린더는 TDC에서 특정 거리에 있는 윤활제 분사기의 장착 구멍 제1 세트(a first set of mounting holes)를 갖추며, 특정 거리는 완전 행정의 1/5 이상으로 예를 들어 완전 행정의 1/4 이상 또는 1/3 이상이다. 실린더는 TDC에서 제1 특정 거리에 있는 실린더에 장착 구멍 제2 세트(a second set of mounting holes)를 설치함으로써 수정되며, 제1 특정거리는 완전 행정의 1/5 이하거나 동일하며, 예를 들어 환전 행정의 1/6 이하, /7 이하, 또는 1/8 이하이다. 윤활제 분사기는 장착 구멍 제2 세트에 장착되며, 장착 구멍 제2 세트를 스프레이 분사에 사용한다. 그러나 일반적으로, 거리가 완전 행정의 1/8보다 가까울 필요는 없다.

일부 실용적인 실시예에서, 윤활제 분사기는 분사 하우징(the injector housing)이 실린더 벽에 장착될 때 실린더에 도달하기 위한 분사 하우징의 단부(one end)에 노즐 팁(a nozzle tip)을 갖춘 분사 하우징을 포함한다. 예를 들어, 노즐 팁은 분사 하우징의 일체로된 부분(an integral part)이지만, 항상 그런 것은 아니다. 실린더 라이너가 스프레이의 그루브를 갖춘다면, 노즐 팁은 그루브에 도달한다. 노즐 팁은 구멍을 포함하며, 분사 하우징 내부에 내부 공동(an inner cavity)로부터 연장되며 내부 공동에서 가압 윤활유(pressurised lubrication oil)의 방출을 위한 노즐 팁의 벽을 통해 연장되며 구멍을 통해 분사 하우징의 바깥으로 연장된다. 분사 하우징의 내부에, 분사기의 개방 및 폐쇄 상태(an open and closed state) 사이로 왕복운동식으로(reciprocally) 슬라이드하는 장착된 밸브 부재가 있다. 밸브 부재는 윤활유의 구멍으로의 접근을 방치하기 위해 폐쇄 상태일 때 노즐의 구멍을 밀봉식으로(sealingly) 막는다. 밸브 부재는, 노즐의 구멍으로 나가는 오일 방출 단계(an oil ejection phase) 동안 내부 공동에서 구멍으로 윤활유의 접근을 제공하기 위한 개방 상태 동안, 노즐의 구멍에서 이격되게 이동된다. 윤활제의 배출은 챔버에서 후속적 감압(subsequent decrease of pressure)에 의해 멈춰진다. 밸브 부재의 왕복운동은 피스톤의 이동에 따라서 적절한 타이밍으로 반복된다.

예를 들어, 윤활제 분사기는 윤활유를 소정 압력에서 제어 시스템에서 윤활제 분사기의 내부 공동으로 수용한다. 내부 공동은 노즐 구멍에서 이격되는 밸브 부재의 이동이 내부 챔버의 체적(the volume of the inner chamber)를 증가시키도록 노즐 및 밸브 부재 사이에 제공된다. 가압 오일이 내부 챔버로 들어갈 때, 이는 밸브 부재를 누르고(presses), 예를 들어 내부 챔버의 체적을 증가시키기 위해 밸브 부재의 숄더(a shoulder)에 대해 눌리고, 소정 한계점 압력(a predetermined pressure) 위로 증가된 압력은 밸브 부재가 노즐 구멍에서 분리되도록(displaced) 야기하여, 내부 공동에서 노즐 구멍을 통한 윤활유의 배출을 가능하게 한다. 내부 공동 내부에 고압을 제공하기 위해, 유리하게, 밸브 부재는 일정 위치를 향한(towards a position)에 스프링에 의해 압력을 받으며(pressured) 이 때 이는 노즐의 구멍을 덮고 폐쇄한다. 각각의 반복 윤활 주기(each repeated lubrication cycle)에 있어서, 윤활유는, 예를 들어 25 내지 100 bar 사이 압력으로 일반적으로는 30 내지 80 bar 사이로, 고압에서 내부 공동으로 펌핑되어 들어가며(pumped into), 밸브 부재를 구멍에서 이격되게 이동시킨다. 예를 들어, 밸브 부재는 숄더를 가지며 이에 대해 가압된 윤활유가 내부 공동의 체적을 증가시키기 위해 눌리며, 밸브 부재에 대한 윤활유의 압력이 스프링에 의한 밸브 부재상에 압력보다 커지게 되면, 노즐의 바깥으로 윤활유를 배출시킨다. 이 경우에, 스프링 압력은 스프레이 방출을 위한 한계점 압력을 결정한다.

밸브 부재를 이동시키는 대안적인 방법의 예는 전자기계 시스템(an electromechanical system)으로, 예를 들어 밸브 부재에 연결된 자기 반응 코어 또는 쉘(a magnetically responsive core or shell)을 이동시키는 솔레노이드(a solenoid)이다. 밸브 부재는 오일 압력이 구멍이 입자화된 스프레이를 제공하기에 충분히 높을 때에만 이동될 것이다.

SIP 원리에 관련된 스프레이 분사기의 예는 위에 언급된 특허 출원 WO02/35068, WO2004/038189, WO2012/126480, WO2012/126473, WO2014/048438에 기술된다. 윤활 제어 시스템(a lubrication control system)은 국제 특허 출원 WO2010/149162에 구체적으로 설명된다. 이들 공보는 참고사항으로서 본 명세서에 반영되어 있다.

실린더 라이너가 제1 특정 거리만큼 가까운 분사기에 장착 구멍을 갖추지 못하는 경우에, 예를 들어 쿨링 캡(a cooling cap)이 장착부(mounting)에 접근을 방지하기 때문이거나 또는 레트로피트(a retrofit)에서 부서지는 실린더 라이너 내부에 쿨링 채널(cooling channels)이 제공되기 때문에, 위에 언급되고 아래에 더 구체적으로 기술될 다른 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법은 TDC에 가깝게 윤활제 분사기를 제공하는 것만큼 효율적이라고 고려되지 않는다. 그러나, 이는 선행기술에 비해 상대적으로 개선된 윤활을 제공할 것이다. 대략적으로(in coarse terms), 아래의 방법은 SIP 윤활 방법이며, 이 때 윤활제 스프레이 방향이 일반적인 0에서 20도에서 TDC를 향해 더 큰 각으로 변화하며, 각은 30도보다 크며, 예를 들어 45도 이상이거나 또는 60도보다도 크다. 각은 실린더축에 수직한 평면에서 측정된다. 예를 들어, 이러한 각은 30 내지 80도 사이 범위에 있고, 선택적으로 45 내지 80도 또는 60 내지 80도가 된다.

TDC를 향해 스프레이 방향을 바꿈으로써, 윤활유는 선회(the swirl)에 의해 TDC를 향해 더 쉽게 이송된다. 다시 말해서, 스프레이의 증가된 기울임(the increased inclination)은 TDC를 향하고 연소실로 들어가는 오일의 이송에서 선회를 도운다(assists).

일반적으로, TDC에 가까운 윤활 분사기를 장착할 때, 그러한 TDC를 향한 크게 기울여진 스프레이 방향(such highly inclined spray direction)은 필요하지 않다. 그러나, 원칙적으로, 20도보다 더 높게 기울여진 스프레이 방향은 위에 언급된 바와 같이 TDC에 가깝게 윤활제 분사기의 장착부와 결합될 수 있다.

예를 들어, 윤활제 분사기는 TDC에서 특정 거리에 제공되며, 특정거리는 피스톤의 완전 행정의 1/5 이상이며, 예를 들어 완전 행정의 1/4 이상이 된다. 다수의 엔진에서, 윤활제 분사기는 TDC로부터 완전 행정의 1/3 이상의 거리에 제공된다. 윤활제 분사기는 실린더 라이너상에 영역을 향해 스프레이 방향으로 장착되며, 영역은 TDC 및 TDC로부터의 제1 특정 거리 사이에 위치되며, 제1 특정 거리는 피스톤의 완전 행정의 1/5 이하로, 예를 들어 완전 행정의 1/6, 1/7, 또는 1/8이거나 그 이하가 된다.

예를 들어, 스프레이 방향은 실린더 벽을 향해 안내되며 방사상 구성요소보다 더 큰 접선 구성요소를 가지며, 방사상 구성요소는 실린더의 중심축을 향한 윤활제 분사기로부터의 방향에 수평하며 접선 구성요소는 실린더에 접선상에(tangential) 방향에 수평하다. 스프레이 방향에 대한 각도에 관련하여, 실린더 라이너는 대응하는 그루브에 잠재적으로(potentially) 조정되며 이를 통해 스프레이는 윤활제 분가시의 노즐에서 스프레이 방향에 실린더로 거의 방해받지 않고(largely unhindered) 전파될 수 있다.

스프레이라는 용어(the term spray)는 여기서 윤활제의 입자화된 방출(an atomized ejection)을 지칭하며, 또한 오일 미스트를 지칭한다. 윤활제라는 용어(the term lubricant)는, 특히 더 높은 점성률 때문에 디젤 오일도 어느 정도의 윤활 특성을 가지고 있음에도 불구하고, 디젤 오일과 다르게 윤활유로 사용된다.

스프레이가 제1 노즐에 의해 실린더로 방사상으로 안내되지 않고 준접선적으로(quasi-tangentially) 안내되기 위해서, 즉 접선(the tangent)과 작은 각 하에, 둘레(the perimeter)상에 제1 노즐 및 다음 노즐 사이 실린더상에 오일을 스프레이(spray)하기 위해서, 라이너는 그루브를 갖추고 이를 통해 스프레이가 준접선 경로(a quasi-tangential path)상에 실린더로 전파될 수 있다. 스프레이의 방향이 TDC 근처 영역을 향해 안내되는 이 경우에, 그러한 방향으로 스프레이의 전파를(progagation of the spray)를 방해받지 ?고 가능하게 하는 실린더 라이너에 그루브를 제공하는 것은 유리하다. 예를 들어, 그루브는, 조정 방향(the adjected direction)으로 스프레이의 전파를 방해하지 않고 스프레이 방향의 자유로운 조정(free adjustment)를 가능하게 하는, 반구형(semispherical)이다.

스프레이 방향의 접선 구성요소(the tangential component)는 오일 미스트를 나선 이동으로 TDC를 향해 가속시키는 선회를 돕는다. 그러나, 원칙적으로, 방사상 분사(a radial injection)도 위에 기술된 바와 같이 TDC를 향한 각으로 가능하다.

요약해서, 윤활에 있어 개선(an improvement for lubrication)은 SIP 분사기를 피스톤의 완전 행정의 일정 비율보다 TDC에 더 가깝게 위치시킴으로써 달성되고, 이 때 비율은 1/5 이하이고, 예를 들어 1/8이 되거나 그 이하가 된다. 이는 일반적은 엔진에서보다 TDC에 더 가까운 것이다. 이는 실린더 라이너를 재제작(reconstructing)함으로써 또는 실린더에 새로운 장착 구멍을 더함으로써 달성될 수 있다. 그러한 재제작이 불가능할 경우에, SIP 원리의 개선은 TDC를 향해 스프레이를 안내함으로써 또는 SIP 밸브의 위치에 비교하여 TDC에 더 가까운 위치를 향해, 예를 들어 실린더축에 수직한 평면으로부터 측정될 때 30도 이상의 각 하에서나, 45도 이상 또는 60도 이상으로 안내함으로써 달성될 수 있다. 또한, 기술된 두 가지 방법은 조합될 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명될 것이다.
도 1은 대형 저속 2행정 엔진에 실린더 윤활 시스템을 도시하며, 예를 들어 선박 디젤 엔진을 도시하는 a)평면도 및 b)개략적인 측면도이다.
도 2 a), b), c)는 세 타입의 윤활유 분사기이다.
도 3은 두 실린더가 TDC에 더 가까운 윤활제 분사기에 보정된 엔진에 대한 실험적인 데이터이다.

도 1은 대형 저속 2행정 엔진의, 예를 들어 선박 디젤 엔진의, 실린더의 절반을 도시한다. 실린더(the cylinder, 1)는 실린더 벽(the cylinder wall, 3)의 내부 측면(the inner side)상에 실린더 라이너(a cylinder liner, 2)를 포함한다. 실린더 벽(3)의 내부에, 인접한 분사기(injectors, 4) 사이에 동일한 각 거리(identical angular distance)로 원(a circle)을 따라 분배되는 복수의 윤활제 분사기(lubricant injectors, 4)가 제공된다. 분사기(4)는 윤활 공급 라인(lubrication supply lines, 9)을 통해 윤활기 펌프 및 제어기 시스템(a lubricator pump and controller system, 11)에서 윤활유를 수용한다. 공급 오일은 일반적으로 특정 온도(a specific temperature)로, 예를 들어 50 내지 60도로 가열된다. 윤활제의 일부는 윤활제 리턴 라인(lubricant return lines, 10)에 의해 펌프로 돌아간다. 윤활기 펌프 및 제어기 시스템(11)은 가압된 윤활유를 정확히 타이밍된 펄스(precisely timed pulses)로 분사기(4)에 공급하며, 엔진의 실린더(1)에 피스톤 운동과 동기화된다(synchronised). 동기화(synchronisation)에 있어서, 윤활기 펌프 및 제어기 시스템(11)은, 크랭크 샤프트(the crankshaft)의 속력(speed), 하중(load), 위치를 포함하는 엔진의 실제 상태 및 운동에 대한 파라미터(parameters)를 감시하는 컴퓨터를 포함하며, 후자(the latter)는 실린더에 피스톤의 위치를 나타낸다.

분사기(4)의 각각은 구멍을 갖춘 노즐(a nozzle, 5)을 가지며 이 노즐에서 오일 미스트(oil mist)로도 불리는 윤활유의 입자화된 스프레이(an atomized spray, 7)는 실린더(1)에 고압 하에 방출된다. 예를 들어, 노즐 구멍(the nozzle aperture)은 0.1 내지 0.8 mm 사이의 직경을 가지고, 예를 들어 0.2 내지 0.5 mm 사이에 직경을 가지며, 이는 10 내지 100 bar에서, 예를 들어 25 내지 100 bar에서, 또는 일반적으로 30 내지 80 bar에서 윤활제를 미세 스프레이(a fine spray)로 입자화하며, 이는 조밀한 제트의 윤활제(a compact jet of lubricant)와 대조된다. 실린더(1)에 배기 공기(the scavenging air)의 선회(the swirl, 9)는, 실린더 라이너(2)상에 윤활유의 균등한 분배가 달성되도록, 실린더 라이너(2)에 대해 스프레이(the spray, 8)를 누른다(presses). 윤활 시스템은 본 분야에서 선회 분사 원리(Swirl Injection Principle, SIP)로 알려져 있다. 일반적으로, 실린더 라이너(2)는 비방사성 방식으로(in a non-radial way) 분사기에서 스프레이의 전파를 위한 적절한 공간(adequate space)를 제공하는 그루부(grooves, 6)를 예시된 바와 같이 갖추며, 이 때 방향은 두 인접 노즐(two adjacent nozzles) 사이 영역을 윤활시키는 실린더 벽을 따르거나, 예시된 바와 같이 더 길게, 선회에 의한 윤활유의 이송을 돕는다.

도 1b에서, 개략도(a schematic drawing)는 실린더(2)가 도시되어 있고 이 내부에 피스톤(a piston, 32)이 하사점(a bottom dead centre, BDC) 및 상사점(a top dead centre, TDC) 사이에 중심 실린더 축(a central cylinder axis, 33)을 따라 왕복운동하며, 상사점은 실린더 상부(the cylinder top, 35)의 약간 아래에 있다. TDC로부터 윤활제 분사기의 거리 D(the distance D)는 TDC로부터의 길이로 표현될 수 있고 또는, 대안적으로, 완전 행정의 일정 비율(fraction)으로 본 발명에 나타내어지며, 이는 TDC 및 BDC 사이에 거리이다.

도 2a는 윤활유 분사기(lubrication oil injector)의 제1 타입(a first type, 4a)을 도시한다. 분사기의 일반화된 원리(the generalized principle)은 단일 노즐 구멍(a single nozzle aperture)에 대한 WO02/35068, WO2004/038189, 또는 WO2005/124212에 공개된 것이나 다중 노즐 구멍(multiple nozzle apertures)에 대한 WO2012/126480에 공개된 바와 유사하다. 이러한 참조문헌도 추가적인 기술적인 세부사항뿐만 아니라 본 발명에 나타낸 분사기의 기능에 대한 설명도 제공하며, 이는 편의상 여기서 반복되지 않는다.

분사기(4a)는 한 단부에 분사기 하우징(an injector housing, 12)에 결합되는(integral with) 노즐 팁(a nozzle top, 13)을 가진 분사기 하우징(12)을 포함한다. 노즐 구멍(a nozzle aperture, 14’)를 갖춘 노즐(a nozzle, 14)은 윤활유의 방출을 위한 노즐 팁(13)에서 제공된다. 노즐(14)은 또한 노즐 구멍(14’)으로부터 노즐 팁(13)의 벽(the wall, 21)에 걸쳐 분사기 하우징(12)의 실린더 내부 공동(a cylindrical inner cavity, 15)에 연장되는 덕트(a duct, 20)를 포함한다. 밸브 부재(a valve member, 16)는 분사기 하우징(12)의 내부에 제공된다. 밸브 부재(16)는 평범한 베어링(a plain bearing, 23) 내부에 왕복운동을 위해 슬라이드식으로 안내되는 스템(a stem, 17)을 포함하며, 이는 도시된 실시에에서 분사기 하우징(12) 내부에 개별 정적 부분(a separate stationary part)이지만, 이는 또한 분사기 하우징(12)의 부분 그 자체일 수 있다. 스템(17)의 동축 길이방향 연장(a coaxial longitudinal extension)으로서, 밸브 니들(a valve needle, 18)은 분사기 하우징(12)의 내부 공동(15)에 제공된다. 밸브 니들(18)은 내부 공동(15)의 직경(the diameter)보다 더 작은 직경을 가져서 윤활이 밸브 니들(18)에 따라 그리고 덕트(20)로 그리고 노즐 구멍(14’) 바깥으로 유동되고 이 때 니들 팁(a needle tip, 22)은, 예를 들어 밸브 니들(18)의 단부에 있는 원추형 단부(a conical end part)는, 덕트(14)의 제2 단부에서 밸브 시트(a valve seat , 19) 에서 들어가고(retracted) 덕트(20)가 이것이 방출되는 곳에서 노즐 구멍(14’)까지 윤활제 유동(flow of lubricant)을 위해 개방된다. 밸브 부재(16) 및 밸브 니들(18)의 위치는 밸브 부재(the valve member, 16)의 반대 부재(the opposite end)상에 가해지는 적당한 스프링 압력(moderate spring pressure)에 의해 노즐 팁(13)에 의해 선가압되며(pre-stressed), 밸브 니들(the valve needle ,18)을 갖춘 밸브 부재(16)는 공동(15)에서 오일 압력의 증가에 의해 시트(the seat, 19)에서 이격되게 후향으로(backwards) 상쇄된다. 오일의 방출은, 오일 압력에 의해 밸브 부재(16)의 변위(the displacement)가 스프링에 의한 선가압력(the pre-stressed force)를 견딜 ?(overcomes), 일어난다. 이러한 방식으로, 스프링힘(the spring force)은 방출 오일의 압력을 조절(regulates)한다. 이는 본 명세서에 참조되는 선행기술 참고문헌에 더 구체적으로 설명된다.

도 2b는 윤활유 분사기의 제2 타입(a second type, 4b)을 도시한다. 분사기의 일반화된 원리는 WO2014/048438에 공기된 것과 유사하다. 이러한 참고문헌은 또한 추가적인 기술적 세부사항뿐만 아니라 본 발명에 나타낸 분사기의 기능에 대한 설명을 제공하며, 이는 편의상 여기서 반복되지 않는다.

분사기(4b)는 한 단부에서 분사기 하우징(12)과 결합되는 노즐 팁(13)을 가진 분사기 하우징(12)를 포함한다. 노즐 구멍(a nozzle aperture, 14')은 윤활유의 방출을 위한 노즐 팁(13)에 제공된다. 분사기 하우징(12)의 공동(15) 내부에, 밸브 부재(16)가 제공되며, 밸브 부재(16)는 스템(a stem, 17)과 실린더형 밀봉 헤드(a cylindrical sealing head, 25)를 포함하며 헤드는 분사기 하우징(12)의 노즐 팁(13)에 실린더형 공동 부분(a cylindrical cavity part, 15')에 슬라이드식으로 배열된다. 밸브 부재(16)의 위치는 스프링(a spring, 26)에 의해 노즐 팁(13)에 이격되게 후향으로 선가압되며 스템의 후방 부분(the back part, 27)상에 채널(a channel, 28)을 통해 가해지는(acting) 오일 압력에 의해 전향으로(forwards) 상쇄되며, 오일 압력은 스프링(26) 힘에 대해 가해진다. 노즐 구멍(14')은 밀봉 헤드(25)에 의해 밀봉식으로 덮혀지며 헤드는, 밸브 부재(16)가 전향으로 밀려서(pushed) 밀봉 헤드(25)가 노즐 구멍(14')을 통과하고 이로부터 이격되게 슬라이드되어(slides) 윤활제 오일이 내부 공동(15)에서 방출을 위한 노즐 구멍(14')을 통해 흐르는 것을 가능하게 하지 않는한, 노즐 팁(13)에 실린더형 공동 부분(15')에 인접한다.

도 2는 윤활유 분사기의 제3 타입(a third type, 4c)를 도시한다. 분사기의 일반화된 원리는 WO2012/126473에 공개된 것과 유사하다. 이러한 참고문헌은 또한 추가적인 기술적 세부사항뿐만 아니라 본 발명에 나타난 분사기의 기능에 대한 설명을 제공하며, 이는 편의상 여기에 다시 반복되지 않는다.

분사기(42)는 노즐 팁(13)을 가진 분사기 하우징(12)을 포함하며, 여기에서 노즐(a nozzle, 14)은 덕트(20)와 덕트(20)의 제1 단부에 노즐 구멍(14')을 갖춘다. 덕트(20)는 노즐 구멍(14')에서 노즐 팁(13)의 벽(21)을 통해 분사기 하우징(12)의 내부 공동(15)으로 연장된다. 분사기 하우징(12)의 공동(15) 내부에, 밸브 부재(16)가 제공되며, 밸브 부재(16)는 평범한 베어링(23) 내부에 왕복운동을 위해 슬라이드식으로 안내되는 스템(17)을 포함하며, 이는 실시예에서 분사기 하우징 내부에 개별 정적 부분으로서 도시되지만, 이는 또한 분사기 하우징(12)의 부분 그 자체일 수 있다. 밸브 부재(16)의 위치는 스프링(26)에 의해 노즐 팁(13)을 향해 전향으로 선가압된다. 하나의 가능한 후퇴 메커니즘(one possible retraction mechanism)은 WO2012/126473에 공개되며 여기에서 전기적 코일(an electrical coil)은 밸브 부재상에 전자기력(an electromagnetic force)를 가하며(exerts), 이는 대응하는 전자기 반응 부분(a correspondingly electromagnetic responsive part)을 갖춘다(is equipped with). 하지만, 원칙적으로, 적절한 제작(suitable construction)에 의해서 밸브 부재(16)가 스프링(26) 힘에 대해 밸브 부재(16)상에 가해지는 공동(15)에 증가된 오일 압력에 의해서 후향으로 상쇄되는 것이 또한 가능하다. 스템(17)의 동축 길이방향 연장부(a coaxial longitudinal extension)에 있어서, 밸브 부재(16)는 밸브 니들(18)을 포함하며 여기에 고정된(fastened) 밀봉 볼 부재(a sealing ball member, 28)가 니들 팁(a needle tip, 22)의 일부로서 존재하며, 이는 폐쇄 밸브 조건(closed valve conditions)에서 윤활유가 내부 공동(15)에서 통과하고 볼(the ball, 28)을 갖춘 니들 팁(22)을 통과하고 덕트(20)로 그리고 노즐 구멍(14')의 바깥으로 나가는 것을 가능하게 하는 거리를 시트(19)로부터 상쇄한다. O링(an O-ring, 31)에 의해서, 내부 공동(15)은 분사기 하우징(12) 내부에 잉여 부분(the remaining parts)을 향해 후향으로 밀봉된다.

분사기 하우징의 일반적인 크기(typical dimensions)는 직경 10에서 30 mm이며 길이 50에서 130 mm 이지만, 분사기는 후방부(the back end)를 포함하며 이 때 연결된 공급 라인(the supply lines)은 어느 정도(somewhat) 더 길 수 있다. 밸브 부재(16)는 일반적인 길이 40에서 80 mm에 스템에서 직경 5에서 7 mm와 밸브 니들(18)에 대해서 더 작은 직경을 가진다. 하우징 팁(13)은 일반적인 직경 6에서 10 mm를 가지며, 이는 분사기 하우징(12)의 전체 크기에 따른다. 노즐 구멍(14')은 0.1에서 1 mm 범위 내에 직경을 가지며, 예를 들어 0.2 mm에서 0.7 mm 범위 내에 직경을 가진다.

도 3은 MAN B&W®에 의해 생산된 9S90ME-C9.2-TII 타입의 선박 디젤 엔진상에 측정사항(measurements)이다. 최대 라이너 마모(the maximum liner wear)는 네 개의 실린더에 대해서 측정되었다. 제1 실린더(Cyl. 1) 및 제2 실린더(Cyl. 2)에서, 라이너는 1600과 1800 시간의 구동 후에 각각 유사한 타입의 새로운 라이너로 바뀌었으나, 분사기의 장착 구멍이 완전 행정의 약 1/8 정도의 TDC로부터의 거리에 제공되며, HJL Lubtronic? 시스템(system)에 연결된 SIP 분사기가 설치되었다. 제3 실린더(Cyl. 3)와 추가로 제4 실린더(Cyl. 4)에서 1200과 500 시간의 구동 후에 각각 일반적인 논리턴 밸브(a traditional non-return valve))를 갖춘, SIP 분사기가 설치되었다.

모든 AIP 분사기에는 HJL Lubtronic? 시스템의 윤활유가 공급된다. HJL Lubtronic? 시스템은 전자적으로 제어된, 유압식 윤활기(an electronically controlled, hydraulic lubricator)이며 이 때 하중(load)은 감소된 실린더 오일의 소모를 위한 윤활 및 최적화된 실린더 조건(optimised cylinder conditions)에 따르며, 모든 피스톤 행정(every piston stroke)에 새로운 실린더 오일(fresh cylinder oil)을 전달한다. HJ Lubtronic? 시스템은 각 실린더에 전자적으로 제어된 실린더 윤활기에 기초하며, 이는 국부 제어기(a local controller)에 의해 전자적으로 구동되며, 엔진 플라이휠 회전(engine flywheel rotation)을 갖춘 시스템의 동기화(synchronization of the system)에 대한 정보를 수용하고 시스템의 제어 파라미터(a control parameter)로서 엔진 하중 정보(engine load information)을 사용한다. 각 개별 실린더 윤활기의 제어(control of each individual cylinder lubricator)가 가능하다.

변화(the change) 이전과 이후 도 3에 커브(the curves)를 비교할 때, 그래프를 통해 슬로프(the slopes)가 다르다는 것을 볼 수 있고, 이는 다른 마모 속도(different speeds of wear)를 나타낸다. 마모 속도는 각각 논리턴 밸브에 대해 약 0.08 mm/1000 hrs 였으며 반면 SIP Lubtronic?® 분사 시스템(injection system)에 대해서는 약 0.03 mm/1000 hrs 였다.

도 3에 또한 보여진 바와 같이, 1/8의 거리에 있는 SIP 밸브와 1/3의 거리에 있는 SIP 밸브는 같은 마모 속도를 나타낸다. 이는 매우 놀라운 결과인데, 제1 주기의 구동(the first period of running)은 런인 주기(run-in period)를 초과하는 실린더 라이너의 것보다 훨씬 높아야 하기 때문이다. 후자는 해당 분야에서 상식이며 또한 서비스 레터(Service Letter) SL2014-587/JAP라 불리는 MAN®에 의한 서류에 5 페이지에 기술되었다. 런인 단계(the run-in phase) 동안 1/8 행정에서 분사기를 갖춘 새로운 라이너상에 마모가 예상보다 훨씬 낮아서, 행정의 1/3에 있는 TDC에 위치된 SIP 분사기에 대해 예상될 수 있는 것보다 훨씬 낮아서, 행정의 1/3 때신 행정의 1/8의 거리 형식 TDC(a distance form TDC)에 스프레이 분사기를 갖춘 SIP 시스템의 사용은 훨씬 더 좋은 윤활을 제공하는 것으로 해석될 수 있다. 놀라운 점(the surprise)은 해당 분야에서 배기 공기가 윤활제를 라이너를 따라 TDC까지 효율적으로 분배할 것이라 일반적으로 받아들여졌던 사실에 기초한다(stems from). 그러나, 도 3에 도시된 바와 같은 이러한 실험적 결과는, 행정의 1/3 대신 1/8의 TDC로부터의 거리에 있는 윤활제 분사기의 위치가 더 낮은 마모를 야기하여(yield) 그에 따라 TDC 근처에 더 나은 윤활을 야기한다는 점에서, 다르게 나타난다(proof differently).

실험은 완전 행정의 1/8(0.125)에 TDC에서 거리로 수행되었지만, 효과가 완전 행정의 1/7 또는 1/6 또는 1/5(=0.20)의 값에서 까지 나타났다고 생각하는데 합리적이며, 반면에 선박 디젤 엔진에 SIP 분사기의 다양한 이전 측정사항에 비교하여 놀랍도록 개선된 효과(a surprisingly improved effect)는 완전 행정의 1/3의 거리에 대해서 관찰되지 않았다.

1: 실린더
2: 실린더 라이너
4: 윤활제 분사기
9: 선회 운동
14: 스프레이 노즐
14': 구멍
32: 피스톤
33: 중심축

Claims

대형 저속 2행정 엔진을 윤활하는 방법에 있어서,
엔진은 내부에 피스톤(23)을 갖춘 실린더(1)를 포함하며, 피스톤(32)은 상사점(TDC) 및 하사점(BDC) 사이에 길이방향 실린더 축을 따라 왕복운동하며, TDC 및 BDC 사이의 거리는 완전 행정에 대응하고,
실린더(1)는 둘레상에 다양한 위치에 실린더(1)로의 윤활제의 분사에 대해 TDC 및 BDC 사이에 실린더(1)의 둘레에 따라 분배되는 복수의 윤활제 분사기(4)를 갖추며,
방법은 스프레이에 액적의 평균 방향인 스프레이 방향에서 스프레이를 방출하기 위한 구멍(14')을 가진 스프레이 노즐(14)을 갖춘 윤활제 분사기(4)를 제공하는 것을 포함하며,
방법은 엔진의 구동 동안 피스톤(32)이 TDC를 향한 이동으로 윤활제 분사기(4)를 통과하기 전에, 윤활유 액적을 갖춘 스프레이를 윤활제 분사기(4)에 의해 실린더(1)에 배기 공기로 반복적으로 분사하는 것과, 액적을 배기 공기에 확산시키는 것과 액적을, TDC를 향해 배기 공기의 선회 운동(9)을 활용하여 TDC를 향한 방향으로 액적을 이송함으로써 실린더 벽으로 분배하는 것을 포함하며,
TDC에서의 제1 특정 거리 D에 실린더(1)에 있는 윤활제 분사기(4)를 제공하는 것을 더 포함하며, 제1 특정 거리는 피스톤(32)의 완전 행정의 1/5이거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 특정 거리 D가 피스톤(32)의 완전 행정의 1/6이거나 그 이하인 방법.
제1항에 있어서,
제1 특정 거리 D가 피스톤(32)의 완전 행정의 1/8이거나 그 이하인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
방법이 고압 분사에 대해 25 내지 100 bar 사이의 압력에서 윤활유를 윤활제 분사기(4)에 제공하는 것을 포함하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
방법이 스프레이를 방출하기 위한 구멍(14')을 가진 스프레이 노즐(14)을 갖춘 윤활제 분사기(4)를 제공하는 것을 포함하며, 구멍(14')이 0.1 내지 0.8 mm 사이의 직경을 갖는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
그루브(6)를 갖춘 실린더 라이너(2)를 제공하는 것을 포함하되, 이를 통해 스프레이가 윤활제 분사기(4)의 노즐(14)에서 실린더(1)로 거의 방해받지 않고 실린더 벽(3)을 향해 안내된 스프레이 방향으로 전파될 수 있으며 스프레이 방향은 방사상 구성요소보다 더 큰 접선 구성요소를 가지며, 방사상 구성요소는 실린더(1)의 중심축(33)을 향한 윤활제 분사기(4)로부터의 방향에 수평하고 접선 구성요소는 실린더(1)에 접선인 방향에 수평인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
TDC에 더 가까운 윤활제 분사기(4)의 레트로피트이며 TDC에서 특정 거리에 있는 윤활제 분사기(4)를 위한 장착 구멍 제1 세트를 갖춘 실린더(1)를 제공하는 것을 포함하며, 이 때 특정 거리는 완전 행정의 1/5의 비율 이상이며, 완전 행정의 1/5의 비율보다 낮은 TDS에서의 제1 특정 거리 D에 실린더에 장착 구멍 제2 세트를 설치함으로써 실린더(1)를 수정하는 것을 포함하며, 장착 구멍 제2 세트에 윤활제 분사기(4)를 장착하는 것을 포함하는 방법.
제7항에 있어서,
방법이 장착 구멍 제1 세트를 블라인드 하는 것과 단지 윤활제 분사기의 장착 구멍 제2 세트를 사용하는 것을 더 포함하는 방법.
대형 저속 2행정 선박 디젤 엔진을 윤활하기 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용법.
대형 저속 2행정 엔진을 윤활하는 시스템에 있어서,
엔진은 피스톤(32)을 내부에 갖춘 실린더(1)를 포함하며, 피스톤(32)은 상사점(TDC) 및 하사점(BDC) 사이에 길이방향 실린더 축(33)을 따라 왕복운동하며, TDC 및 BDC 사이에 거리는 완전 행정에 대응하며,
실린더(1)는 둘레상에 다양한 위치에 실린더(1)로 윤활제의 분사를 위한 TDC 및 BDC 사이에 실린더(1)의 둘레를 따라 분배되는 복수의 윤활제 분사기(4)를 포함하며,
윤활제 분사기(4)는 스프레이 방향으로 스프레이를 방출하기 위한 구멍(14')를 가진 스프레이 노즐(14)을 포함하며, 방향은 스프레이에 액적의 평균 방향이고,
윤활제 분사기(4)는 소정 윤활제 압력으로 윤활유을 윤활제 분사기(4)에 제공하도록 구성되고 실린더(1)로의 윤활제 분사의 타이밍을 제어하도록 구성된 제어 시스템(11)에 기능상 연결되며,
윤활제 분사기(4)는 실린더(1)로 연장되는 노즐(14)을 갖추며, 노즐(14)은 소정 윤활제 압력으로 윤활유가 제공될 대 윤활유 액적으로 스프레이를 제공하도록 크기조정된 노즐 구멍(14')을 가지며,
제어 시스템(11)은, 피스톤(32)이 배기 공기에 액적을 확산시키기 위한 TDC를 향한 이동으로 윤활제 분사기(4)를 통과하고 TDC를 향한 배기 공기의 선회 운동(9)을 활용하여 TDC를 향한 방향으로 액적의 이송에 의해 실린더 벽(3)에 액적을 분배하기 전에, 윤활제 분사기(4)가 스프레이를 실린더(1)에 배기 공기로 분사하도록 야기하게 구성되며,
실린더에 윤활제 분사이의 노즐(14)이 TDC으로부터 제1 특정 거리 D에 위치되며, 제1 특정 거리가 피스톤(32)의 완전 행정의 1/5거나 그 이하인 시스템.
제10항에 있어서,
제1 특정 거리 D가 피스톤의 완전 행정의 1/6이거나 그 이하인 시스템.
제11항에 있어서,
제1 특정 거리 D가 피스톤의 완전 행정의 1/8이거나 그 이하인 시스템.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
소정 오일 압력이 25 내지 100 bar 사이인 시스템.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
윤활제 분사기(4)가 스프레이를 방출하기 위한 0.1 내지 0.8 mm 사이의 구멍(14')을 가진 스프레이 노즐(14)을 포함하는 시스템.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
윤활제 분사기(4)는 방사성 구성요소보다 더 큰 접선 구성요소를 가진 스프레이 방향을 제공하기 위한 실린더 벽(3)을 향해 안내되는 구멍(14')을 갖춘 노즐(14)을 포함하며, 방사성 구성요소는 실린더(1)의 중심축(33)을 향한 윤활제 분사기(4)로부터의 방향에 수평하며 접선 구성요소는 실린더(1)에 접선인 방향에 수평하고, 실린더 라이너(2)가 각 윤활제 분사기(4)를 위한 그르부(6)를 포함하며, 그루브(6)는 실린더 벽(3)을 향해 안내되는 경로상에 스프레이 방향을 따른 노즐 구멍으로부터 거의 방해받지 않고 전파되는 스프레이의 스프레이 방향에 따른 노즐 구멍(14')에서 연장되는 시스템.
윤활제 분사기(4)가 분사기 하우징(12)을 포함하며,
분사기 하우징(12)이 분사기 하우징이 실린더에 장착될 때 그루브(6)에 도달하기 위한 분사기 하우징(12)의 한 단부에 노즐 팁(13)을 포함하고,
구멍(14')을 갖춘 스프레이 노즐(14)이 노즐 팁(13)에서 제공되고, 노즐(14)의 구멍(14')이 분사기 하우징(12) 내부에 내부 공동(15)으로부터 연장되고 노즐(14)의 구멍(14')을 통해 분사기 하우징(12) 바깥으로 내부 공동(14)으로부터 윤활제를 방출하기 위한 노즐 팁(13)의 벽(21)을 통해 연장되며,
밸브 부재(16)가 분사기 하우징(12) 내부에 제공되며, 밸브 부재(16)가 분사기(4)의 개방 및 폐쇄 상태 사이에 왕복운동식으로 장착되고,
밸브 부재(16)가 폐쇄 상태에 있을 때 구멍(14')으로의 윤활유의 접근을 방지하기 위해 노즐(14)의 구멍(14')을 밀봉식으로 막으며, 밸브 부재(16)가 구멍(14') 바깥으로의 오일 방출 단계 동안 노즐(14)의 구멍(14')으로 내부 공동(15)으로부터 윤활유의 접근을 제공하기 위한 개방 상태 동안 구멍(14')에서 이격되게 이동가능한 시스템.
제16항에 있어서,
밸브 부재(16)가 노즐(14)의 구멍(14')을 덮기 위한 스프링(26)에 의해 선가압되며, 윤활제 분사기(4)가, 내부 공동(15)에 윤활유의 압력을 대응하게 반복적으로 증가시킴으로써 구멍(14')에서 이격되게 밸브 부재(16)를 반복적으로 이동시키고 위한 변위 압력에서, 파이프 시스템(9)을 통해 제어 시스템(11)에서 내부 공동(15)으로 윤활제를 수용하도록 구성되고 노즐(14)의 구멍(14')을 통해 내부 공동(15)에서 윤활유의 배출을 가능하게 하는 시스템.
엔진을 윤활하기 위한 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 갖춘 대형 저속 2행정 선박 디젤 엔진.