KR940006051B1 - 디이젤기관의 크랭크축 비틀림 진동억제장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

디이젤기관의 크랭크축 비틀림 진동억제장치
제 1 도는 실시예의 구조블록선도.
제 2(a) 도는 동지압선도.
제 2(b) 도는 크랭크 메카니즘도.
제 3 도는 조화성분도.
제 4 도는 공진곡선도.
제 5 도는 1절 비틀림진폭 모우드도.
제 6 도는 비틀림 진동억제장치의 작용의 순서도 1.
제 7 도는 비틀림 진동억제장치의 작용의 순서도 2.
제 8 도는 연소분사계 구동도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11~16: 분사밸브 3 : 축압기
4 : 연료펌프 5 : 로울러
6 ; 분사캠 7 : 연료분사밸브
8 : 정규지압선도 9 : 변경지압선도
12 : 정규분사 6차 토오크성분선 13 : 변경분사 6차 토오크성분선
14 : 정규분사 6차 토오크성분위치 15 : 변경분사 6차 토오크성분위상
16 : 정규운전공진선 17 : 변경분사공진선
18 : 정규운전회피영역 19 : 변경분사운전회피영역
20 : 1절비틀림 공진모우드선 21B1~21B6: 비진폭(比振巾)
Figure kpo00001
∼
Figure kpo00002
: 기통번호 01 : 스크루우 프로펠러
221~226: 관제밸브 231~236: 작동기
24 : 연료분사시기설정기 25 : 기억장치
26 : 기관회전각도검출기
본 발명은 디이젤기관의 비틀림진동억제장치에 관한 것이다.
제 8 도에 표시한 바와같이 종래의 디이젤기관의 연료분사장치(7)은, 캠(6) 및 로울러(5)에 의해 구동되고 있으며, 각 실린더 다같이 동일한 분사타이밍(시기)과 분사기간에 연료가 분사되는 기구로 되어 있다.
종래의 분사장치를 장비한 디이젤기관에서는 크랭크축계 비틀림진동의 공진응력을 억제할 경우에는 그 축계의 길이나 축직경을 변경하거나, 부가질량을 추가하거나 또는 비틀림진동댐퍼를 부착하므로서 그 대책을 행하고 있었다. 예를들면 6실린더의 선박용디이젤기관의 경우에는 제 4 도와 같이 비틀림진도의 1절 6차의 공진점(16)은 통상 운전범위내에 존재하고 통상 비교적 광범위한 운전회피영역(버어드레인지) (18)을 설정하므로, 운전가능한 회전수범위가 제한되기 때문에, 조향상 불편한 경우가 있었다. 이 1절 6차의 공진응력을 억제할려면, 축직경을 극단적으로 크게해서 고회전쪽으로 추켜올리거나, 한편 극단적으로 큰질량을 엔진전단부에 부착해서 저회전쪽으로 끌어내리거나, 또 값비싼 비틀림진동댐퍼를 설치하는 등 대단한 설계변경과 비용을 필요로 하고 있었다.
본 발명의 목적은 상기 종래 장치의 문제점을 해소하고, 공진점응력의 억제를 연료분사계의 조정만으로 가능하게하는 디이젤기관의 크랭크축 비틀림진동억제장치를 제출하는데 있다.
각 실린더마다 연료분사시기나 연료분사기간(분사량)을 비틀림진동공진점 근처에서 적당하게 조정하고, 통내압력의 커어브(8) (9)를 변화시켜 커어브(8) (9)에 의해서 각 실린더에 부가되는 토오크(11)의 공진차수의 조화성분(12) (13)의 크기를 작게하거나, 각 실린더에서의 조화성분(12) (13)의 위상차 (14) (15)를 조정해서, 당해 진동모우드에 대하여 외력을 부정하도록 해서 공진응력을 억제한다.
디이젤기관의 비틀림진동의 공진점에 있어서의 응력의 크기는 각 실린더에 부가되는 토오크(11)의 공진차수의 조화성분(12) (13)의 벡터합의 크기에 비례한다. 따라서, 공진시에 공진차수의 조화성분(12) (13)의 크기나 벡터합의 크기를 작게할 수 있으면, 공진응력을 억제할 수 있게 된다.
따라서, 연로분사시기나 연료분사기간을 적당히 변화시켜서 각 실린더마다 통내압력커어브(8) (9)를 조정하여, 각 실린더에 발생하는 토오크의 조화성분을 작게하거나, 벡터합을 작게하면, 공진응력을 작게 할 수 있다.
이하, 제1도~제8도를 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 실린더수는 6기통인때에 대해서 설명한다.
제 1 도는 실시예의 구조블록선도, 제 2(a) 도는 동지압선도, 제 2(b) 도는 크랭크메카니즘도, 제 3 도는 조화성분도, 제 4 도는 공진곡선도, 제 5 도는 1절비틀림진폭모우드로, 제 6 도는 비틀림진폭 억제장치의 작용의 순서도 1, 제 7도는 비틀림진동 제어장치의 작용의 순서도 2, 제 8 도는 연료분사계 구동도이다.
먼저 제 1 실시예의 구성에 대해서 설명하면, 비틀림진동의 공진 혹은 그 근처에 있는 운전중의 크랭크축에 발생하는 응력은 가진력(加振力)인 기관의 합성토오크의 공진차수의 조화성분의 크기에 비례하므로, 각 기통에 의한 토오크의 공진차수의 조화성분을 작게 하므로서 합성토오크의 상기의 조화성분을 작게하고, 크랭트축의 공진 또는 그 근처의 응력을 작게해서, 공진에 의한 위험을 피할려고 하는 것이다.
제 1 도에 있어서 (26)은 기관회전각도검출기로서, 기관의 크랭크 축에 결합되어 있다. (24)는 연료분사시기설정기로서 상기 기관회전각도검출기(26)가 접속되어 있다. (25)는 기억장치로서 상기 연료분사시기설정기(24)에 접속되어 있다. (231)~(266)은 작동기로서 각 기통에 각각 할당되어 있으며, 각각 상기 연료분사시설정기(24)에 접속되어 있다. (221)~(226)은 관제밸브이고, 각각 상기 작동기(231)~(236)에 접속되어 있다. (4)는 연료펌프, (3)은 축압기로서 상기 연료펌프가 접속되어 있으며, 또한 이 축압기와 상기 관제밸브(221)~(226)과는 각각 병렬로 접속되어 있다.
(11)~(66)은 연료분사밸브로서 각 실린더헤드에 각각 설치되어서 연소실에 개구하고, 각각 상기 관제밸브(221)~(226)과 접속되어 있다.
다음에 제 1 실시예의 작용을 설명한다.
기관회전각도검출기(26)은 제 1 기통의 상사점을 원통으로해서 크랭크축의 회전각도와 시간을 검출하고, 그 신호를 출력한다. 연료분사시기설정기(24)는 상기 기관회전 각도검출기(26)의 신호를 받아 제 6 도 비틀림진동억제장치의 작용의 순서도 1에 표시한 바와같이, 기관회전속도를 산출하고, 그것이 비틀림진동 공진범위에 있는지 아닌지를 접속되어 있는 상기 기억장치(25)의 기억내용에 의해서 판단한다. 상기 범위내에 없다고 판단하면 각 기통에 정규운전의 연료분사과정을 설정하고, 작동기(231)~(236)에 각각 신호를 보낸다. 이에 의해 작동기(231)~(236)은 작동해서 각각 관제밸브(221)~(226)을 작동시키고, 이에 의해 연료분사밸브(11)~(66)은 상기 축압기(3)에 가압보존되어 있는 연료를 각 기통연소실에 정규분사한다. 이것을 반복한다.
상기 연료분사시기설정기(24)가 크랭크축 회전속도가 비틀림진동공진범위내에 있다고 판단하면, 제 6 도 비틀림진동 억제장치의 작용의 순서도 1에 표시한 바와같이, 연료분사시기설정기(24)는 기억장치(25)의 기억내용에 의거하여, 각 기통공통의 분사기지연량과, 열효율이 나빠지고 연비가 많아지므로 분사기간 연장량을 설정하고, 상기 작동기(231)~(236)에 각각 신호를 보낸다. 이것을 받아서 작동기(231)~(236)이 각각 작동하여 관제밸브(221)~(226)을 작동시키고, 그것에 의해 연료분사밸브(11)~(16)은 각각 똑같이 변경된 연료분사를 행한다. 이것을 반복한다.
비틀림진동 공진범위를 탈출하면 상기 연료분사시기설정기(24)는 비틀림진동공진범위내에 없는 것을 판단할 수 있으므로, 상기와 같이 정규분사의 설정으로 되돌아간다.
다음에 제 2 실시예의 구조는 상기 제 1 실시예와 기억장치의 내용이 다를뿐이므로 생략한다.
다음에 제 2 실시예의 작용에 대해서 설명한다.
직렬 6기통기관의 크랭크축의 비틀림진동은 6차가 운전범위내에서 1절진동에 공진한다. 공진한 상태를 제 4 도 공진곡선의 (16)에 표시한다. 동도면에 있어서 (18)은 운전회피영역이다.
정규운전상태에서는 각 기통의 연료분사과정은 상대적으로 동일하다. 따라서 각 기통의 지압선도는 같으므로 각 기통에 의한 크랭크축토오크의 조화성분도 같으며, 또 각 기통의 상사점으로부터의 위상도 같다. 제 3 도 조화성분도의 (12)는 정규운전시의 1개의 기통에 의한 크랭크축토오크의 6차의 조화성분이며, (14)는 상사점으로부터의 위상이다. 직렬 6기통기관에서 착화는 등간격이므로, 각 기통에 의한 크랭크축 토오크의 6차의 조화성분의 위상은 꼭 일치한다. 1절 비틀림진동의 모우드는 제 5 도의 1절비틀림진동모우드도의 (20)에 표시한 대로이고, 각 기통위치의 비진폭(21)은 같은 방향이므로, 6차의 동일위상의 토오크성분은 이진동을 강하게 여진(勵振)한다. 따라서 6기통중의 3기통의 연료분사과정을 변경하고, 제 2 도 지압선도에 표시한 정규연료분사시의 지압선도(8)을 제 2 도의 파선으로 표시한 동선도(9)로 한다. 이것에 의해 크랭크축토오크의 6차 조화성분을 제 3 도 조화성분도의 (13)에서 표시한 바와같이 변경시켜서 동도면에 표시한 바와 같이, 상사점에 대한 위상을 제 3도의 (14)에 표시한 것보다 약 30°지연시켜서 동도면의 (15)에 표시한 바와같이 해서 역상(逆相)으로 하면, 1절비틀림진동모우드에 대하여 6기통에 의한 크랭크축 토오크는 종합적으로 서로 부정해서 공진에 있어서의 진폭도 작게 할 수 있다. 이것을 제 4 도 공진곡선도의 (17)로 표시한다. 동도면에 있어서(19)는 이 실시예에 있어서도 운전회피하지 않으면 안되는 범위이나, 종래에 비해 훨씬 좁아지고 있다.
기관회전각도검출기(26)는 크랭크축의 제 1 기통의 상사점을 원점으로 하는 회전각과 시간을 검출하여 그 신호를 출력한다. 연료분사시기검출기(24)는 제 7 도 비틀림진동억제장치의 작용의 순서도 2에 표시한 바와 같이 크랭크축의 회전속도를 산출한다. 이어서 기억장치(25)의 내용에 의거하여 산출된 크랭크축 회전속도가 비틀림진동공진범위내에 있는지 아닌지를 판단하나, 상기 범위내에 없다고 판단했을 경우는, 상기 제 1 실시예와 동일하므로 생략된다. 상기 범위내에 있다고 판단했을 경우에는, 6기통중 3기통은 정규대로하고, 나머지의 3기통에 대하여 상기 기억장치(25)의 내용에 의거하여 3기통 공통의 약 30°의 분사시기지연량 즉 분사기관 증가량을 설정하고, 상기 3기통에 대응하는 작동기(23)에 각각 신호를 보낸다. 이에 의해 상기 작동기(23)이 작동하여 각각의 관제밸브(22)를 작동시키고, 이에 의해 각각의 상기 분사밸브는 변경된 연료분사를 행한다. 상기 과정을 반복한다.
기관회전속도가 비틀림진동 공진범위를 탈출하면 상기 연료분사시기설정기(24)가 그것을 판단하여 정규분사과정으로 되돌린다.
본 발명은 디이젤기관에 있어서, 연료분사시기의 변경에 의해서 크랭크축의 비틀림진동의 공진점 근처에 있어서의 기진(起振) 토오크성분을 작게 하므로서 공진점 근처의 공진에 의한 부가응력을 작게 해서 운전회피영역을 좁게하고, 경우에 따라서는 이것을 없앨 수 있다. 또 비틀림진동댐퍼를 설치하지 않으면 안되었던 공진의 억제가 연료분사계의 조정만으로 가능하게 된다.
또 이 수법에 의한 공진의 위험제(危險制)는 기진력의 감소에 따르고 있기 때문에, 1절뿐만아니라 2절등 모든 진동모우드에 대해서 효과를 낼수 있다.

Claims (1)

  1. 기관회전각도검출기(26)과, 통상 운전시의 연료분사시기 및 비틀림진동공진시의 연료분사시기를 격납하는 기억장치(25)와, 기관회전각도검출기(26)로부터 기관회전각도를 입력해서 기관회전수를 구하고, 이 회전수가 비틀림진동공진영역인지 아닌지를 판정하고, 이 범위내에 있을때는 기억장치(25)의 비틀림진동공진시의 연료분사시기를 추출하고, 이 시기에 연료를 분사시키는 연료분사시기설정기(24)를 가지고 이루어진것을 특징으로 하는 디이젤기관의 크랭크축 비틀림 진동억제장치.
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