KR100536559B1

KR100536559B1 - 디젤엔진및그작동방법

Info

Publication number: KR100536559B1
Application number: KR1019980038960A
Authority: KR
Inventors: 쉐러 한스; 켈러 발터
Original assignee: 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2006-03-14
Also published as: JPH11153012A; DK0903473T3; EP0903473B1; DE59711374D1; PL328561A1; PL194274B1; EP0903473A1; KR19990029990A

Abstract

본 발명의 디젤 엔진은 피스톤(3)이 전후로 운동할 수 있는 적어도 하나의 실린더(2)를 가지며 윤활제를 실린더(2) 내로 이송하기 위한 이송 장치(20; 20a)를 갖는데, 상기 실린더(2)는 피스톤 로드(4)에 의해 크로스헤드(5)에 연결되며, 이 크로스헤드는 트러스트 로드(6)에 의해 크랭크샤프트(7)에 연결된다. 작동 수단(30)은 이송 장치(20; 20a)용으로 제공되며, 이송 장치(20;20a)가 크로스헤드(5)의 운동에 의해 작동되는 방법으로 설계되고 배열된다. 디젤 엔진 작동 방법에서 이송 장치(20; 20a)는 크로스헤드(5)의 운동에 의해 작동된다.

Description

디젤 엔진 및 그 작동 방법

본 발명은 크로스헤드를 갖는 디젤 엔진 및 각 독립 청구 범위의 전문(preamble)에 따른 디젤 엔진의 동작 방법에 관한 것이다.

상술한 종류의 디젤 엔진은 예를 들어 조선(造船)시에 추진 기관으로 사용되는 사용되고 있는 바와 같이 대개 대형 엔진이다. 실린더 내에서 전후로 이동하는 전진 피스톤의 직선 운동은 피스톤 로드에 의해 크로스헤드에 전달되는데, 이 크로스헤드는 트러스트 로드에 의해 크랭크샤프트에 자체적으로 연결되어 있다. 동작 상태에서, 피스톤은 실린더의 내벽을 따라 슬라이딩하는데, 이러한 방식은 실린더 설계에서 가장 흔히 사용되는 방식이다. 피스톤 및 실린더 내벽 사이의 윤활 작용은 디젤 엔진이 능력을 발휘하는데 필수적인 중요한 요소이다. 한편, 피스톤은 가능한한 용이하게, 즉, 실린더 내에서 방해받지 않고 슬라이딩되어야 하며, 그 반면, 피스톤은 연소 공정에서 발생되는 에너지를 기계적인 일로 효율적으로 변환하기 위해 가능한한 실린더뿐만 아니라 연소실을 양호하게 밀봉하여야 한다. 이러한 이유 때문에, 피스톤의 양호한 동작 특성을 달성하고 실린더 벽, 피스톤 및 피스톤 링의 마모를 가능한한 낮게 유지하기 위해 디젤 엔진이 동작하는 동안 윤활유는 통상 실린더 내로 이송된다. 또한, 윤활유가 공급되어 유해한 연소 생성물을 중화시키고 부식을 방지한다. 이러한 다수의 요구 조건들로 인해, 윤활유로서 흔히 매우 고품질이며 고가의 물질이 사용된다.

크로스헤드를 갖는 디젤 엔진에서, 윤활유는 하나 이상의 입구를 경유하여 실린더 벽을 통해 실린더의 내부로 이송된다. 라인들이 입구로부터 실린더 내로 윤활유를 이송하는 외부 펌프까지 연결되어 있다. 실린더의 수에 따라, 통상 상기 펌프가 복수개 제공되는데, 이 펌프들은 예를 들어 전기적 방식 또는 유압 방식으로 동작한다. 이러한 펌프는 통상 엔진 하우징 외부에 위치되기 때문에, 윤활유 라인은 매우 길다. 이것은 공급되는 윤활유의 양이 제어될 수 있다 하더라도 극히 어렵고 매우 복잡하며 큰 비용이 든다는 단점을 가지며, 또한 변형을 일으키기 쉽다. 따라서, 윤활유의 부족으로 인한 손상을 피하기 위해, 실제로 필요한 것보다 더 많은 윤활유를 실린더 슬리브에 공급하는 경향이 있다. 과도한 윤활유는 피스톤 링에 의해 닦여진 후 실린더의 베이스에 모이게 되는데, 이 윤활유는 배출부의 개구부를 통해 유출될 수 있다. 과도한 공급에 의해 발생하는 고품질이며 고가인 윤활유의 손실은 경제적인 관점에서 볼 때 단점이라고 할 수 있다. 또한 실린더의 베이스에 윤활유가 축적되는 경우 점화의 위험성이 있어서, 실린더 내에 원하지 않는 폭발이 발생할 수 있다. 본 발명의 목적은 이러한 종래 기술로부터의 상술한 단점을 갖지 않는 크로스헤드를 구비한 디젤 엔진을 제공하는 것이다. 피스톤의 윤활 작용은 가능한한 효율적으로 수행되어야 하며, 예를 들어, 과도한 양의 윤활제를 주입하여 윤활제의 손실 가능한한 작아져야 한다. 또한, 본 발명의 추가적인 목적은 가능한한 효율적이며 손실이 없이 실린더 내의 윤활 작용이 이루어질 수 있도록 하는 크로스헤드를 갖는 디젤 엔진의 작동 방법을 제공하는 것이다.

장치 및 방법의 관점으로부터 이러한 목적을 만족시키는 본 발명의 주제의 특징은 각 독립 청구범위 내용에 의해 정해진다. 따라서, 본 발명에 따른 디젤 엔진에서, 작동 수단은 실린더로 윤활제를 이송하기 위한 이송 장치용으로 제공되며 상기 이송 장치가 크로스헤드의 이동에 의해 작동하는 방법으로 설계되며 배열된다.

이러한 방법을 통해, 실린더 내로의 윤활제의 이송은 크로스헤드의 운동과 결합되어 피스톤의 작동 주기(working cycle) 또는 운동 주기와 동기화되거나 또는 일치(clock)된다. 이러한 방법으로 피스톤의 각 운동 주기 동안 실질적으로 동일한 양의 윤활제가 실린더 내로 이송되도록 하는 것이 가능하다. 결과적으로, 매 운동 주기 당 주입되는 윤활제 양의 변화가 실질적으로 더 이상 없기 때문에 실제 필요한 양과 매우 정확하게 일치될 수 있다. 따라서, 과도한 양의 윤활유가 주입되는 경우 발생되는 손실이 최소화될 수 있으며, 이 손실과 관련되는 실린더의 베이스에서의 폭발의 위험성이 상당히 감소될 수 있다. 이것은 피스톤의 윤활 작용이 특히 효율적이며 경제적으로 이루어질 수 있도록 해준다.

윤활유가 이송 장치에 의해 실린더 내로 이송될 수 있는 윤활제의 공급 라인은 피스톤 로드의 내부에서 연장되는 것이 바람직하며 실질적으로는 피스톤 로드의 길이 방향 축을 따르는 방향으로 연장된다. 이러한 방법을 통해 필요한 윤활제가 실린더 벽을 통해 흐르는 것이 방지되며 예를 들어, 외부로부터 실린더를 냉각시키는 냉각수와 접촉되어 냉각수에 의해 오염되는 것이 방지된다.

바람직한 실시예에서, 이송 장치는 크로스헤드 또는 피스톤 로드에 장착되는데, 구체적으로는 크로스헤드가 연결되는 단부에 장착된다. 따라서, 이송 장치는 크로스헤드의 운동에 의해 간단한 방법으로 작동될 수 있는데, 예를 들어, 크로스헤드의 운동 중에 받침대가 이송 장치의 스트로크 운동을 일으키는 방법으로 이송 장치가 받침대에 대하여 이동하는 방법으로 배열되는 받침대에 의해 특히 간단한 방법으로 작동될 수 있다. 크로스헤드 또는 피스톤 로드에서 이송 장치를 상기와 같이 배열하면 이송 장치로부터 실린더 내로의 공급 라인이 특히 짧아서 예를 들어 누출에 의해 손실이 실질적으로 발생하지 않는다는 추가적인 장점을 갖는다.

크로스헤드를 갖는 디젤 엔진을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법은 이송 장치가 크로스헤드의 운동에 의해 작동된다는 특징을 갖는다. 이것은 특히 피스톤이 효율적이며 손실이 적은 윤활 작용이 가능하도록 한다.

본 발명에 따른 디젤 엔진 및 본 발명에 따른 방법의 추가적인 장점 및 바람직한 실시예가 종속 청구범위에 개시되어 있다.

장치적인 측면 및 방법적인 측면 양자가 예시된 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명이 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 기능에 있어서 동일하거나 동등한 도면 부분은 동일한 참조 기호를 사용한다. 개략도가 도시되며, 이러한 도면은 동일한 축적으로 도시된 것은 아니다.

이하의 본 발명의 설명에서, 본 발명에 필수적인 특징 및 부분이 더욱 상세히 설명된다. 나머지 구성 요소 및 방법은 공지의 디젤 엔진 분야에서와 같이 그 자체가 공지 사항이며 본 명세서에 더욱 상세히 기술되어 있지 않은 방법으로 실행될 수 있다.

도 1은 공지의 크로스헤드를 갖는 디젤 엔진 (1)의 필수 부분의 개략적인 예시를 도시한다. 특히 도 1은 2 스트로크 원리에 따라 작동하는 세로 방향 배기관을 갖는 대형 디젤 엔진의 일부를 도시한다. 이러한 종류의 디젤 엔진 (1)은 예를 들어 선박의 추진 기관으로 사용된다. 도 1에는 통상적으로 복수의 실린더가 제공되며 엔진 하우징 (10)에 배열되는 실린더 (2) 중 하나가 도시되어 있다. 피스톤 (3)은 실린더 (2) 내에서 상하로 움직일 수 있으며 피스톤 로드 (4)에 의해 크로스헤드 (5)에 연결된다. 크로스헤드 (5)는 트러스트 로드 (6)에 의해 크랭크 샤프트 (7)에 연결된다. 크로스헤드 (5)는 트러스트 로드(6)와 일체로된 구성 요소이며 크로스헤드의 단부 중 하나를 형성하는 베어링 베이스 (56), 피스톤 로드 (4)의 일단부가 고정되며 베어링 베이스 (56) 및 트러스트 로드 (6)가 회전하는 핀 (52), 베어링 베이스 (56)와 함께 핀 (52)을 둘러싸는 베어링 커버 (53), 및 디젤 엔진 (1)이 동작하는 동안 크로스헤드 (5)가 예시되지 않은 슬라이딩 경로 내에서 상하로 슬라이딩―도 1의 예시와 관련하여―하며 측방향으로 배열되는 슬라이딩 슈 (51)(도 1에는 단지 하나만이 도시됨)를 포함한다.

또한, 2개의 관절형 레버 (8), (9)이 제공되는데, 이들 레버는 각각 엔진 하우징 (10) 및 크로스헤드 (5) 사이에 관절형 연결을 형성한다. 관절형 레버 (8), (9) 각각은 3개의 조인트를 갖는다. 관절형 레버 (8), (9)의 일단부는 각각 엔진 하우징 (10)에 대해 정지되어 있는 상태로 배열되며 다른 단부는 크로스헤드 (5)에 대해 정지되어 있는 상태로 배열된다. 관절형 레버 (8), (9)은 각각 자신이 크로스헤드 (5)의 상하 운동을 추종할 수 있는 방법으로 설계된다. 관절형 레버 (8), (9)은 작동시 윤활제 및/또는 냉각제를 공급하는데 사용된다. 예를 들어 윤활유와 같은 윤활제가 관절형 레버 (9)의 내부를 통해 크로스헤드 (5)의 내부로 이송되어 먼저 핀 (52)과 베어링 베이스 (56) 간의 윤활 작용에 사용된다. 예를 들어 냉각유와 같은 냉각제는 관절형 레버 (8)의 내부를 통해 공급된 후 피스톤 로드 (4)의 내부를 통해 피스톤 (3)의 내부 공간 내로 이송된다. 따라서, 피스톤 (3)은 동작하는 동안 내부로부터 냉각된다. 그 다음에 냉각유는 피스톤 로드 (4) 및 핀 (52)의 내부를 통해 공지의 방법으로 유출된다.

크로스헤드 (5)를 갖는 이러한 종류의 공지된 디젤 엔진 (1)에서, 피스톤 윤활용 윤활유는 크로스헤드를 윤활하는데 사용되는 것과는 일반적으로 다르며 상술한 바와 같이 외부로부터 실린더벽 (2)을 통해 예를 들어 실린더 슬리브의 형태로 형성되는 내부벽으로 공급된다. 이러한 경우, 예를 들어, 엔진 하우징 (10)의 외부에 배열되며, 하나 이상의 공급 라인을 통해 윤활유를 실린더 (2)의 벽 내에 위치된 입구로 이송하는 이송 장치, 예를 들어 펌프(도 1에는 도시되지 않음)가 제공되는데, 윤활유는 이 공급 라인을 통해 실린더의 내부벽에 도달한다.

본 발명에 따르면 이송 장치용 작동 수단은 예를 들어 윤활유와 같은 윤활제를 실린더 (2) 내로 이송하기 위해 제공되는데, 이 작동 수단은 이송 장치가 크로스헤드 (5)의 운동에 의해 작동되는 방법으로 설계 및 수행되도록 제안된다.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 1 실시예의 단면을 개략적인 단면도로 도시한다. 이러한 실시예에서, 이송 장치는 작동 챔버 (22) 및 작동 피스톤 (21)을 갖는 윤활 펌프 (20)를 포함한다. 작동 피스톤 (21)은 스프링 (23)의 힘에 대항하여 작동 챔버 (22)의 체적을 감소시키기 위한 스트로크 운동을 수행함으로써 펌핑 동작이 이루어진다.

윤활 펌프 (20)는 크로스헤드 (5)에 연결된 피스톤 로드 (4)의 단부 상에 견고하게 장착된다. 또한, 윤활 펌프 (20)에 예를 들어 윤활유와 같은 윤활제를 공급하는 공급 라인 (40)이 제공된다. 윤활유는 공급 라인 (40)을 통해 예를 들어, 기어 펌프와 같은 예시되지 않은 펌프에 의해 윤활 펌프 (20)의 저압 단부로 이송된다.

공급 라인 (50)(도 7 또한 참조)은 윤활 펌프 (20)의 고압 단부로부터 피스톤 (3)의 내부 공간 내로 처음에는 피스톤 로드 (4)의 단부를 통과하는 통로의 형태로 연장되며, 그 다음에는 그 내부에서 피스톤 로드 (4)의 길이 방향축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장된다. 피스톤 (3)의 내부 공간으로부터 구멍(bore)(도시되지 않음)이 외부로 연장되어 윤활유가 공급 라인 (50)을 통과한 후 피스톤 (3) 내의 이러한 구멍을 통해 실린더 (2)의 내벽으로 유입될 수 있다. 상기 구멍은 피스톤 링을 수용하는 홈과 유사하게 설계된 링형 디스트리뷰터 홈(ring-shaped distributor groove)까지 연장된다.

또한, 역지(逆止: non-return) 밸브 (70)는 공급 라인 (50) 내에 배열되며 압력이 윤활 펌프 (20)의 저압 단부에서의 윤활유 압력보다 더 큰 압력에 도달하는 경우에만 통로 방향으로 개방된다.

또한, 도2는 피스톤 로드 내에서 연장되는 피스톤(3)을 냉각하기 위한 냉각 오일용 복귀 라인(return line) (60)을 도시한다.

윤활 펌프 (20)용 작동 수단은 엔진 하우징 (10)에 대해 고정된 상태로 배열되는 받침대 (30)를 포함하는데, 크로스헤드(5)가 움직이는 경우, 받침대 (30)는 윤활 펌프 (20)의 작동 피스톤 (21)의 스트로크 운동을 일으키는 방법으로 윤활 펌프 (20)가 받침대 (30) 방향으로 이동한다.

윤활 펌프는 동작 상태 동안 상기 받침대의 선회식(피봇식) 이동으로 인하여 베어링 커버 (53)와 충돌하지 않도록 하기 위해, 가능하면 도 2에 해칭되어 도시되어 있는, 베어링 커버 (53) 내의 컷-아웃(cut-out) (53a)를 제공할 필요가 있다.

공급 라인 (40)은 피스톤 로드 (4)에 견고하게 연결되어 있는 윤활 펌프 (20)의 이동을 추종할 수 있도록 하기 위해 이동 가능하며 유연성을 갖도록 설계된다. 제 1 실시예에서, 공급 라인 (40)은 도 1에 도시된 관절형 레버 (8), (9)과 유사하게 설계된 관절형 레버를 포함한다.

도 3은 윤활 펌프 (20)의 저압측 및 공급 라인 (40)의 관절형 레버의 단부 (44) 사이의 연결을 명확히 해주는 상세도이다. 도3은 도 2의 선 III-III를 따라 절취한 단면도를 도시한다. 공급 라인의 관절형 레버의 단부 (44)는 볼트 (41)를 둘러 싸며 볼트 (41)를 중심으로 회전이 가능한(pivotal) 부분 (45)을 갖는다. 볼트 (41)는 윤활 펌프 (20)에 견고하게 연결되며(예를 들어, 나사못으로 고정됨), 윤활 펌프 (20)의 작동 챔버 (22) 내로 개방되는 내부의 통로 (42)를 갖는다. 예시되지 않은 기어 펌프에 의해 이송되는 윤활유는 공급 라인 (40)의 관절형 레버의 내부 및 볼트 (41) 내의 구멍 (46)을 통해 볼트 (41)의 내부에 있는 통로 (42)―기호 S1의 화살표로 표시되어 있는 바와 같이―로 유입되며 이러한 통로 (42)를 통해 작동 챔버 (22) 내로 유입된다. 또한 통로 (42)에 역지 밸브 (43)가 제공되어 윤활유가 공급 라인 (40)내로 역류하는 것을 방지한다.

대안적으로, 예를 들어, 유연성 호스 연결, 신축 연결(telescope connection) 또는 공급 라인 (40)이 크로스헤드 (5) 또는 피스톤 로드 (4)의 이동을 개별적으로 추종할 수 있는 기능적으로 동등물인 수단을 갖는 공급 라인 (40)을 설계하는 것이 가능하다.

디젤 엔진 (1)의 작동 중에 크로스 로드 (5)가 (도 2의 예시에 따라) 상방향으로 이동하는 경우, 오일 펌프 (20)도 전체적으로 상방향으로 이동한다. 따라서, 오일 펌프 (20)의 작동 피스톤 (21)은 받침대 (30) 쪽으로 이동하고 그 결과 작동 챔버 (22)의 외부로 유출된 윤활유가 공급 라인 (50)을 통해 피스톤 (3) 내로 이송되며 작업 챔버로부터 실린더 (2)의 내벽 상으로 이송되는 스트로크 운동을 수행한다. (각각 도 1또는 도 2의 예시에 따라) 크로스헤드 (5)의 상하 이동의 완료와 일치하는 실린더 (2)내의 피스톤 (3)의 각 운동 주기 동안, 윤활 펌프 (20)의 작동 피스톤 (21)은 스트로크 운동을 수행한다. 따라서, 윤활유는 "윤활유 펄스"의 형태로 실린더 (2) 내에 펄스형으로 주입되며, 피스톤 (3) 또는 크로스헤드 (5)의 운동 주기에 의해 동기화되는 방법으로 실린더 (2) 내로 펄스형으로 주입된다. 이 경우, 운동 주기 당 실린더 (2)의 내벽 상에 인가되는 윤활유의 양은 윤활 펌프 (20)의 작동 챔버 (22)의 유효 스트로크 및 직경에 의해 결정되며 각 운동 주기에 대해 거의 동일하다.

도 4는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 2 실시예의 이송 장치 및 작동 수단을 나타내는 단면을 도시한다. 또한 본 명세서에서, 이송 장치는 작동 피스톤 (21) 및 작동 챔버 (22)를 갖는 윤활 펌프 (20)를 포함한다. 윤활 펌프 (20)는 크로스헤드 (5)의 핀 (52)에 장착된 피스톤 로드 (4)의 단부에 견고하게 연결되어 있다. 제 1 실시예와는 달리, 제 2 실시예에서는 윤활 펌프 (20)가 캠 드라이브에 의해 작동된다.

윤활 펌프 (20)의 저압 단부에서 공급 라인 (40)은 관절형 레버 (48)를 포함하고, 이 관절형 레버 (48)의 길이를 통해 윤활 오일이 예를 들어 기어 펌프와 같은 예시되지 않은 펌프에 의해 윤활 펌프 (20)의 저압측으로 이송될 수 있다. 동시에 관절형 레버 (48)는 윤활 펌프 (20)용 작동 수단(actuation)의 일부를 형성한다. 예를 들어, 도 3에 예시된 것과 유사한 방법으로, 그 일단부는 엔진 하우징 (10)에 대해 고정된 상태로 배열되어 있으며, 다른 단부는 윤활 펌프 (20)에 회전할 수 있도록 연결되어 있다. 이러한 관절형 레버 (48)의 단부는 윤활 펌프 (20)에 견고하게 연결되는 축 (80)을 중심으로 회전한다. 마찬가지로 높이가 H인 캠 (82)을 갖는 디스크 (81)는 축(80)에 배치되며 관절형 레버(48)의 회전 단부(pivotal end)에 회전 가능하게 고정되는 방법으로 연결된다. 캠 (82)은 캠 종동부 롤러에 연결된 작동 피스톤 (21)의 스트로크 운동을 발생시키는데, 이러한 운동은 캠 종동부 롤러 (83)를 통해 스프링 (23)에 의해 가해지는 힘에 반발하여 이루어지는 것으로 공지되어 있다

윤활유는 축 (80) 및 도 4에서 도시되지 않은 통로를 통해 공급 라인 (40)으로부터 화살표 S2의 점선으로 표시된 유입 개구부를 통해 작동 챔버로 유입된다. 역지 밸브 (70)를 갖는 공급 라인 (50)은 제 1 실시예와 유사하게 윤활 펌프 (20)의 고압 단부로부터 피스톤 로드 (4)의 내부를 통해 피스톤 (3)으로 연장된다.

작동 상태에서, 크로스헤드 (5) 및 전체 윤활 펌프 (20)는 도 4의 이중 화살표 B로 표시되는 바와 같이 상하로 운동한다. 이러한 운동을 통해 관절형 레버 (48)는 축 (80)을 중심으로 회전하고, 또한 캠 (82)은 축 (80)을 중심으로 회전되며 캠 종동부 롤러 (83)를 통해 작동 피스톤 (21)을 이동시킨다. 따라서, 캠 (82)은 크로스헤드 (5)가 운동하는 동안 윤활 펌프 (20)를 작동시킨다.

이러한 제 2 실시예에서는, 또한 윤활 펌프 (20)의 작동 피스톤 (21)이 실린더 (2) 내의 피스톤 (3)의 운동 주기 당 1 스트로크 운동을 수행한다. 윤활유 펄스 당 실린더의 내벽에 인가되는 윤활유의 용량은 실질적으로 작동 피스톤 (21)의 직경 및 캠 (83)의 높이 H에 의해 결정된다. 제 2 실시예에서, 각 경우에 윤활 수단의 펄스는 실린더 슬리브에 인가되는 피스톤 (3)의 운동 주기의 세그먼트가 매우 간단하게 선택될 수 있다는 점에서 특히 효과적이다. 캠 (82)이 디스크 (81) 상에서 배열되는 위치에 따라서 예를 들어 피스톤 (3)이 상사점 영역 또는 하사점 영역 또는 그 사이의 영역에 위치되는 각각 경우에 피스톤 윤활 작용이 일어난다. 또한 한편으로는 공급 라인 (40)의 일부로서 기능하며 다른 한편으로는 윤활 펌프 (20)용 작동 수단으로서 기능하는 관절형 레버 (48)의 이중 기능은 장치의 원가 및 복잡성을 가능한한 가장 낮게 한다는 점에서 장점을 갖는다.

도 5는 본 발명에 따른 제 3 실시예의 윤활 펌프 (20) 및 작동 수단을 나타내는 단면도를 도시한다. 본 명세서에서는 또한 윤활 펌프 (20)가 핀 (52)에 장착되는 피스톤 로드 (4)의 단부에 견고하게 연결된다. 저압 단부 상의 윤활유용 공급 라인 (40)은 이미 앞서 설명한 바와 같이 관절형 레버, 또는 다른 관절형 연결부 또는 운동 가능한 연결부를 포함한다. 제 3 실시예에서, 윤활 펌프 (20)용 작동 수단은 작동 피스톤 (21)에 연결되며 작동 피스톤 (21)의 길이 방향 축의 방향으로 이동 가능하고 가이드 피스톤 (24)을 통해 작동 피스톤에 연결되는 롤러 (83a)를 포함한다. 롤러 (83a)는 기능에 있어서 도 4의 캠 종동부 롤러 (83)와 일치한다.

작동 수단은 램프형 표면 (38)을 갖는 런-업 장치(run-up device) (35)를 포함한다. 런-업 장치 (35)는 엔진 하우징 (10)에 대해 고정되어 있으며, 예를 들어 스크류 (37)에 의해 엔진 하우징에 장착되며 크로스헤드 (5) (및 전체 윤활 펌프 (20))의 이동 동안 롤러 (38a)가 램프형 표면 (38)을 따라 이동되는 방법으로 배열되며, 작동 피스톤 (21)이 스트로크 운동을 수행하는 프로세스시 작동 피스톤 (21)의 길이 방향 축의 방향으로 이동된다. 따라서, 런-업 장치 (35)는 일종의 "선형 캠"(캠 트랙)으로 제공되는데, 롤러 (83a)는 이 선형 캠을 따라 이동한다.

롤러 (83a)를 작동 피스톤 (21)에 연결시키는 가이드 피스톤 (24)은 윤활 펌프 (20)의 하우징에 대해 고정 위치에 있는 핀 (26)이 맞물리는 안내 홈 (25)을 갖는다. 핀 (26)은 홈 (25)과 함께 받침대를 형성하는데, 이 받침대는 (도 5의 예시에 대해) 롤러 (83a)가 런-업 장치 (35)의 하단부를 넘어서 이동하는 경우 작동 피스톤 (21)이 스프링 (23)의 힘에 의해 윤활 펌프 (20)으로부터 너무 멀리 이동하는 것을 방지한다.

크로스헤드가 상하 운동을 하는 동안, 롤러 (83a)는 램프형 표면 (38)을 따라 구름(roll)으로써 상술한 실시예와 유사한 방법으로 실린더 (2) 내의 피스톤 (3)의 운동 주기 당 작동 피스톤이 1회의 스트로크 운동을 하도록 한다.

또한, 제 3 실시예는 윤활유 펄스가 각 경우에 대해서 실린더 슬리브에 인가되는 피스톤 (3)의 운동 주기의 세그먼트(segment)가 매우 간단한 방법, 즉, 런-업 장치 (35)의 위치를 통해 결정될 수 있다는 장점을 갖는다. 런-업 장치 (35)가 엔진 하우징 (10)에 대해 장착되는 스크류 (37)는, 예를 들어, 런-업 장치 (35)의 길이 방향 슬릿 (36) 내로 가이드되어 런-업 장치 (35)가 피스톤 로드 (4)의 길이 방향으로 전체적으로 이동 및/또는 조정될 수 있다.

런-업 장치의 높이차 HD는 작동 피스톤 (21)의 직경과 함께 운동 주기 당 이송되는 윤활유의 양(volume of the quantity)을 결정한다.

도 8은 런-업 장치의 다른 변형예를 도시한다. 이러한 변형 런-업 장치 (35)는 두 개의 램프형 표면 (38a) 및 (38b)을 포함한다. 크로스헤드 (5)가 상하 운동을 하는 동안 롤러 (38a)(도 5)는 램프형 표면 (38a) 및 (38b)을 따라 구름으로써 실린더 (2) 내의 피스톤 (3)의 운동 주기 당 작동 피스톤 (21)이 2회의 스트로크 운동을 하도록 한다.

이러한 방법으로, 운동 주기당 2개의 윤활유 펄스가 이송되어, 윤활시 긍정적인 효과를 가질 수 있다. 2개의 램프형 표면 (38a) 및 (38b)보다 많은 램프형 표면이, 예를 들어, 피스톤의 운동 주기 당 두 개 이상의 오일 펄스가 필요한 경우에도 또한 제공될 수 있다는 것은 당연하다. 또한, 예를 들어, 두 개의 램프형 표면 (38a) 및 (38b)의 상이한 높이차 HD를 통해 두 개의 윤활유 펄스에 의해 두 개의 상이한 윤활유 양을 안내하는 것도 가능하다.

피스톤의 윤활 작용 및/또는 이송 장치의 작동이 크로스헤드 (5)의 운동에 결합되어 크로스헤드의 운동과 동기화되는 본 발명에 따른 디젤 엔진 및 본 발명에 따른 방법은 특히 실린더 (2)에서 피스톤 (3)의 각 운동 주기 동안 거의 동일한 양의 윤활유가 윤활유 펄스의 형태로 실린더 (2)의 내벽에 인가되는 장점을 갖는다. 따라서, 운동 주기 당 이송되는 윤활제의 양은 비요란(非擾亂) 작동(disturbance-free operation)에 필요한 실제 양과 매우 정확히 일치될 수 있다. 상술한 이유로 인해, 피스톤의 과도한 윤활 작용을 피할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이것은 피스톤 윤활 작용에 사용되는 고품질 및 고가의 오일의 소비가 상당히 감소될 수 있기 때문에 추가적인 장점이 될 수 있다.

운동 주기당 이송되는 윤활유의 양은 매우 간단한 방법, 즉, 윤활 펌프 (20)의 작동 피스톤 (21)의 직경 및 유효 스트로크를 통해 설정될 수 있다. 통상의 2 스트로크 대형 디젤 엔진은 예를 들어 실린더 및 운동 (회전) 주기 당 약 0.36 cm³의 피스톤 윤활용 윤활유를 필요로 한다. 약 10 mm의 직경을 갖는 작동 피스톤 (21)이 선택되는 경우, 유효 스트로크는, 예를 들어, 받침대 (30)의 위치(도 2), 캠 (82)의 높이 H(도 4) 및 런-업 장치 (35)의 높이차 HD에 의해 약 0.46 mm로 설정된다.

디젤 엔진이 작동 중에 윤활유의 양을 변경시키는 것이 가능하다는 것은 당연하다.

윤활유 펄스가 피스톤 (3)의 운동 주기 중 어느 세그먼트에서 실린더 (2)의 내벽에 인가되는지가 간단한 방법으로 결정될 수 있다는 장점이 있다. 도 2에 따른 소정 실시예에서는, 피스톤 (3)이 상사점에 도달하기 전에 예를 들면 매번 간단히 윤활 오일 펄스가 발생된다. 받침대가 도 2의 예시에 대해서는 작동 피스톤 아래에 배열되는 방법으로 제 1 실시예(도 2)를 수행하여 하사점에 도달되기 전에 윤활유 펄스 또는 분사가 매번 발생되는 것이 가능하다는 것은 당연하다. 윤활유 펄스를 발생시키는 피스톤 (3)의 운동 주기의 세그먼트는 제 2 실시예(도4)에서는 디스크 (81) 상의 캠 (82)을 통해 매우 간단히 결정될 수 있으며 제 3 실시예에서는 크로스헤드 (5)에 대한 런-업 장치 (35)의 위치를 통해 간단히 결정될 수 있다.

피스톤 로드 (4)의 내부를 통해 공급 라인 (50)을 안내하는 바람직한 방법으로부터, 윤활 펌프 (20)의 고압 단부 및 실린더 (2)의 내벽 사이의 연결이 매우 짧아지게 된다. 이러한 방법은 윤활유가 실린더 (2)의 내벽을 통해 흐를 필요가 없어서 예를 들어 냉각수에 의해 윤활유의 오염이 실질적으로 차단된다는 장점을 제공한다. 또한 원칙적으로 상술한 실시예에서는 윤활 펌프를 측방향으로 베어링 베이스에, 즉, 트러스트 로드 (thrust rod)에 부착시키는 것이 가능하다. 그러나, 마찬가지로 윤활 펌프 (20)가 회전 운동을 수행하기 때문에, 공급 라인 (50)은 상이한 운동, 즉, 트러스트 로드의 회전 운동 및 피스톤 로드의 직선 운동을 보정할 수 있는 방법으로 설계되어야 한다.

도 6은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 4 실시예의 이송 장치 (20a) 및 작동 수단 (30a), (30b)를 나타내는 단면도를 도시한다. 다른 실시예와는 달리, 이송 장치 (20a)는 엔진 하우징 (10)에 대해 고정된 상태로 배열되며 일종의 "탭 포인트(tap point)"로 설계된다. 이송 장치 (20a)는 공급 장치 (40)가 열려져 있는 공급 챔버 (22a)를 갖는다. 다음에 역지 밸브 (43a)는 공급 라인 (40) 내에 제공된다. 공급 챔버 (22a)는 콘 (cone) (21a)가 위치되며 부분적으로 원추 형태로 연장되는 배출구 (28a)를 추가로 갖는다. 콘 (21a)은 스프링 (23a)에 의해 배출구 (28a)의 원추형 부분 내로 가압되어 도 6에 도시되는 폐쇄된 상태로 배출구 (28a)를 폐쇄한다. 콘 (21a)은 구멍(bore) (291a)를 통해 콘 (21a)의 외부 공간에 연결되는 내부 통로를 갖는다.

윤활유는 도시되지 않은 펌프에 의해 공급 라인 (40)을 통해 공급 챔버 (22a) 내로 펌핑된다. 제 4 실시예에서 이러한 펌프는 상기 3개 실시예의 윤활 펌프의 고압측의 압력과 실질적으로 일치하는 상기 압력하에서 윤활유를 미리 공급 챔버 (22a) 내로 이송한다.

제 4 실시예에서 작동 수단은 상기 핀 (52) 및 핀 (30b)에 장착되는 피스톤 로드 (4)의 단부에 견고하게 연결되는 확장편(extension piece) (30a)를 포함하는데, 상기 핀 (30b)은 확장편 (30a)에 부착되며 이송 장치 (20a)의 배출구 (28a) 내로 통과할 수 있는 방법으로 설계된다. 공급 라인 (50)은 핀 (30b) 및 확장편 (30a)을 통해 피스톤 로드 (4) 내로 연장되며, 이미 앞서 설명된 바와 같이 길이 방향 축 (A)에 평행(도 2 참조)한 방향으로 피스톤 (3) 내로 연장된다. 역지 밸브(도 6에 도시되지 않음)가 제 4 실시예의 공급 라인 (50)에 제공될 수 있다.

(도 6의 예시에 따른) 디젤 엔진의 작동 상태에서 크로스헤드 (5)가 상방향으로 이동하는 경우, 그 다음에 도 6의 화살표 (C)로 표시되는 바와 같이 핀 (30b)이 이송 장치 (20a) 방향으로 이동하여 배출구 (28a)를 통과하고 그 결과 스프링 (23a)의 힘에 대항하여 콘 (21a)을 공급 챔버 (22a) 내로 밀어낸다. 따라서, 콘 (21a)은 개방 상태가 된다. 윤활유가 구멍 (291a)을 통해 내부 통로 (29a) 내로 통과하여 구멍 (291a)으로부터 공급 라인 (50) 내로 유입되는데, 윤활유는 이 공급 라인을 통해 실린더 (2)의 내벽에 도달하게 된다. 후속적으로 크로스헤드 (5)가 하향 운동하는 동안 콘 (21a)은 스프링 (23a)에 의해 자신의 시트(seat)로 다시 밀려 내려가 배출구 (28a)가 폐쇄된다.

이러한 방법으로 이송 장치 (20a)는 크로스헤드 (5)의 운동 중에 작동하며 윤활유용 공급 라인 (50)에 연결된다. 제 4 실시예에서, 실린더 (2)의 내벽에 대한 윤활유 공급도 역시 피스톤 (3)의 운동 주기로 동기화된다.

또한, 엔진 하우징 (10)에 대해 고정되는 이송 장치가 작동 피스톤을 갖는 윤활 펌프로서 수행되는 제 4 실시예에서도 당연히 변형이 가능하다. 그 다음에 핀 (30b)은 상기 3개 실시예에 관해서 설명되었던 것과 유사한 방법으로 작동 피스톤의 스트로크 운동을 발생시키는데 사용된다.

제 7도는 모든 실시예에 사용될 수 있는 피스톤 로드 (4)의 가능한 실시예를 나타내는 단면도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 냉각 오일용 복귀 라인 (60)은 피스톤 로드 (4)의 길이 방향 축 A와 편심 상태로 배열된다. 튜브는 복귀 라인 (60)의 측면을 따라 길이 방향 축 A에 평행한 축방향으로 연장되며 피스톤의 윤활을 위한 윤활유용 공급 라인 (50)의 일부를 이룬다. 냉각 오일은 두 개의 개구부 (61)를 통해 피스톤 로드의 내벽과 복귀 라인 (60)의 외벽 사이에 유입될 수 있다. 대안적으로, 공급 라인 (50)의 튜브를 복귀 라인 (60) 내에 배열하는 것도 가능하다. 또한 공급 라인 (50)에 대해 튜브 대신 도관의 개방된 쪽이 복귀 라인 (60)의 벽에 의해 덮혀지거나 또는 폐쇄되는 방법으로 단면이 실질적으로 U자형―즉 일측면이 개방되어 있음―으로 된 복귀 라인 (60)에 도관(conduit)을 부착하는 것이 가능하다. 또한 소위 결합 튜브(combination tube)로 불리우는 두 개의 분리형 챔버를 갖는 튜브를 사용하는 것이 가능하며 윤활유의 공급 라인 (50)에 대해 이러한 챔버들 중 하나를 사용하는 것이 가능하다. 또한 공급 라인 (50)의 일부로서 사용되는 피스톤 로드 (4)의 벽에 구멍을 제공하는 것이 가능한데, 피스톤의 윤활용 윤활유는 이 피스톤 로드 (4)를 통해 이송 장치로부터 피스톤에 도달하게 된다.

상이한 실린더에 내장되어 있는 이송 장치는 공급 라인 (40)을 통해 각 경우에 하나의 공통 펌프 또는 복수의 개별 펌프에 의해 윤활유가 공급될 수 있다. 예를 들어, 이러한 펌프는 기어 펌프로서 설계된다. 추가적인 부스터 펌프는 특히 디젤 엔진을 기동하기 위해 제공되는데, 예를 들어 이 부스터 펌프는 압축 공기에 의해 작동되며 디젤 엔진을 기동하는 동안 또는 기동하기 전에 이송 장치 및 공급 라인 (50)을 윤활유로 채우는 기능을 한다.

본 발명에 따른 디젤 에진 및 방법은 특히 실린더 (2)에서 피스톤 (3)의 각 운동 주기 동안 실질적으로 동일한 양의 윤활유가 윤활유 펄스의 형태로 실린더 (2)의 내벽에 인가되는 장점을 갖는다. 따라서, 피스톤의 과도한 윤활 작용을 피할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이것은 피스톤 윤활 작용에 사용되는 고품질 및 고가의 오일의 소비가 상당히 감소될 수 있다.

도 1은 크로스헤드를 갖는 디젤 엔진의 필수 구성 부분을 예시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 1 실시예의 (크로스헤드, 피스톤 로드, 이송 장치, 작동 수단) 부분의 단면을 나타내는 도면.

도 3은 도 2의 선 III-III를 따라 절취한 단면을 예시하는 상세도.

도 4는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 2 실시예의 이송 장치 및 작동 수단을 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 3 실시예의 이송 장치 및 작동 수단을 나타내는 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제 4 실시예의 이송 장치 및 작동 수단을 나타내는 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 소정 실시예의 피스톤 로드를 나타내는 단면도.

도 8은 제 3 실시예의 런-업 장치(run-up device)의 변형예.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 실린더

3 : 피스톤

4 : 피스톤 로드

5 : 크로스헤드

10 : 엔진 하우징

20 : 윤활 펌프

21 : 작동 피스톤

40, 50 : 공급 라인

70 : 역지 밸브

Claims

피스톤(3)이 전후로 이동될 수 있으며, 피스톤 로드(4)에 의해 크로스헤드(5)에 연결되고, 크로스헤드(5)는 트러스트 로드(6)에 의해 크랭크샤프트(7)에 연결되는, 하나 이상의 실린더(2) 및 실린더(2) 내로 윤활제를 안내하는 이송 장치(20; 20a)를 포함하고,

냉각제가 상기 피스톤 로드(4)의 내부를 통해 상기 피스톤(3)에 공급될 수 있고,

상기 이송 장치(20; 20a)는 윤활제를 이송 장치에 공급하는 공급 라인(40)에 연결되며, 윤활제가 이송 장치(20; 20a)에 의해 실린더(2) 내로 안내될 수 있는 공급 라인(50)에 연결되며,

작동 수단(30; 82, 83; 83a, 35; 30a, 30b)은 이송 장치(20; 20a)용으로 제공되며, 이송 장치(20; 20a)가 크로스헤드(5)의 운동에 의해 작동되는 방법으로 설계되며 배열되고,

상기 윤활제용 공급 라인(50)은 상기 피스톤 로드의 내부로 연장되어 상기 윤활제가 상기 냉각제와는 별도로 상기 피스톤 로드를 통해 공급될 수 있도록 되어 있는

디젤 엔진.
제1항에 있어서, 상기 이송 장치(20)가 특히 크로스헤드(5)에 연결되는 단부에서 크로스 로드(5) 또는 피스톤 로드(4)에 장착되는 디젤 엔진.
제1항에 있어서, 상기 이송 장치가 작동 피스톤(21)을 갖는 윤활 펌프를 포함하며,

이송 장치용 작동 수단 (30; 82, 83; 83a, 35)이 윤활 펌프(20)의 작동 피스톤(21)이 실린더(2) 내의 피스톤(3)의 각 운동 주기 동안 1 스트로크 이상의 운동을 수행하는 방법으로 윤활 펌프(20)를 크로스헤드(5)에 결합시키는

디젤 엔진.
제3항에 있어서,

이송 장치용 작동 수단이 받침대를 포함하며, 상기 받침대가 윤활 펌프(20)의 작동 피스톤(21)의 소정 스트로크 운동을 수행하는 방식으로 크로스헤드(5)가 운동하는 동안 상기 윤활 펌프(20)가 받침대(30)에 대해 가이드되는 방식으로 배열되는 디젤 엔진.
제1항에 있어서,

이송 장치(20)용 작동 수단은 그 일단부가 엔진 하우징(10)에 대해 고정되도록 배열되고 다른 단부가 이송 장치(20)에 회전 가능하게(pivotally) 연결되는 관절형 레버(48)를 포함하고,

크로스헤드(5)가 운동하는 동안 이송 장치(20)가 작동되는 방식으로 이송 장치(20)에 연결되는 관절형 레버(48)의 단부에 배열되는 캠(82)을 갖는

디젤 엔진.
제3항에 있어서,

상기 작동 수단은 윤활 펌프(20)의 작동 피스톤(21)에 연결되며 작동 피스톤(21)의 길이 방향 축의 방향으로 이동될 수 있는 롤러(83a)와, 엔진 하우징(10)에 고정되며 롤러(38a)가 크로스헤드(5)가 운동하는 동안 램프형 표면(38)을 따라 이동하며 길이 방향 축(21)의 방향으로 이동하는 방식으로 배열되는 램프형 표면(38)을 갖춘 런-업 장치(35)를 포함하는 디젤 엔진.
제6항에 있어서, 상기 런-업 장치가 2개 이상의 램프형 표면을 포함하는 디젤 엔진.
제1항에 있어서,

상기 이송 장치(20a)는 크로스헤드의 운동 중에 이송 장치(20a)를 작동시키며 윤활유용 공급 라인(50)에 연결되는 방식으로 엔진 하우징(10)에 대해 고정된 위치로 배열되며, 상기 작동 수단(30A, 30B)은 피스톤 로드(4) 또는 크로스헤드(5)에 배열되는 디젤 엔진.
피스톤(3)이 전후로 이동될 수 있으며, 피스톤 로드(4)에 의해 크로스헤드(5)에 연결되고, 크로스헤드(5)는 트러스트 로드(6)에 의해 크랭크샤프트(7)에 연결되며, 피스톤(3)이 전후로 이동할 수 있는 하나 이상의 실린더(2)를 갖는 디젤 엔진의 작동 방법에 있어서,

상기 피스톤 로드(4)의 내부를 통해 냉각제를 상기 피스톤(3)에 공급하고,

윤활제가 이송 장치(20; 20a)에 의해 안내되고, 이송 장치(20; 20a)가 크로스헤드(5)의 운동에 의해 작동되도록 하고,

상기 윤활제는 냉각제와는 별도로 상기 피스톤 로드(4)의 내부를 통해 상기 실린더(2)에 공급하는

디젤 엔진 작동 방법.
제9항에 있어서, 상기 윤활제가 피스톤(3)의 운동 주기에 의해 동기화되는 방법으로 펄스형으로 실린더(20) 내로 안내되는 디젤 엔진 작동 방법.