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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie
eine Zylinderschmiervorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
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Bei dem aus WO 92/20909 bekannten Verfahren wird die Schmiermitteldosis bei jedem
Kolbentakt durch eine Schmierbohrung mit großer Kraft vor dem sich zum oberen
Totpunkt bewegenden Kolben in den Zylinder eingespritzt. Die elektronische
Steuereinrichtung verändert die Schmiermitteldosis an der Kolbenpumpe, beispielsweise in
Abhängigkeit von der detektierten Motorbelastung.
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Bei einem aus WO 96/09492 bekannten Verfahren lassen sich die Schmiermitteldosis pro
Förderhub sowie der Beginn und das Ende des Förderhubs ferngesteuert an der der
Schmierstelle zugeordneten Kolbenpumpe einstellen.
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Die Kolbenpumpe der WO 96/09492 wird für das in WO 00/26194 beschriebene
Verfahren gemäß empfohlen, bei dem die Schmiermitteldosis zunächst an einem
druckabhängig öffnenden Stauventil gestaut und nach Öffnen des Stauventils über eine
Zerstäuberdüse im Zylinder bzw. gegen die Zylinderwand zerstäubt wird. Das Stauventil und die
Zerstäuberdüse sind nach Art eines Brennstoff-Einspritzventils konzipiert. Die
Zerstäubung erfolgt bei jedem Kolbentakt und ehe der Kolben beim Hub zum oberen Totpunkt
die Ringzone der Schmierstellen erreicht, so dass das zerstäubte Schmiermittel vor dem
Durchgang des Kolbens einen ringförmigen Schmierfilm an der Zylinderwand formt.
Beim Zerstäuben der Schmiermitteldosis in einer Einrichtung ähnlich einem Brennstoff-
Einspritzventil hängt die erzielbare Schmierqualität signifikant davon ab, ob bei jedem
Schmiertakt im wesentlichen das gleiche Druckverhältnis und das gleiche Druckprofil
vorliegen. Ein langsamerer Druckaufbau oder überhöhter Druck beeinflussen nämlich die
Zerstäubung nachhaltig. Wird nun zur Anpassung an die Betriebskondition des Motors
die Schmiermitteldosis an der Kolbenpumpe verstellt, dann können sich die
Druckverhältnisse bzw. der Druckaufbau für die Zerstäubung erheblich verändern. Der
Zerstäubungsbeginn kann beispielsweise fluktuieren, oder die Tröpfchengröße bzw. Verteilung
der Tröpfchen durch den Spülwirbel im Zylinder. Mit der Veränderung der
Schmiermitteldosis an der Pumpe ergibt sich eine unerwünschte Veränderung der Schmierqualität im
Zylinder. In anderen Worten werden nur in einem Bereich um eine bestimmte
Schmiermitteldosis optimale Zerstäubungsverhältnisse erzielt, während sich mit sehr geringer
Schmiermitteldosis bzw. sehr hoher Schmiermitteldosis unbefriedigende
Zerstäubungsverhältnisse ergeben. Wird also bei einem Zerstäubungs-Schmierverfahren die
Schmiermitteldosis an den Schmierbedarf des Motors über die Pumpe angepasst, dann müssen
zwangsweise die Schmierqualität beeinträchtigende Zerstäubungsverhältnisse in Kauf
genommen werden.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, bei einer Kolbenpumpe mit verstellbarem Förderhub
die Schmiermitteldosis ohne nennenswerte Zerstäubung durch eine Schmierbohrung an
der Schmierstelle in den Zylinder einzubringen und gegebenenfalls bei ausgewählten
Motorkolbenhüben keinen Förderhub einzusteuern. Die Schmiermitteldosis kann durch
Ändern des Förderhubs der Kolbenpumpe verändert werden. Das Einbringen der
Schmiermitteldosis erfolgt z. B. in einer Motorkolbenhubphase, bei der sich Kolbenringe
vor der Schmierstelle befinden. Dabei spielen die Druckverhältnisse bzw. das Druckprofil
beim Schmiertakt im Vergleich zu einem Versprühvorgang oberhalb des Kolbens eine
untergeordnete Rolle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
sowie eine Zylinderschmiervorrichtung anzugeben, mit denen bei Anpassung der
Schmierung an Betriebskonditionen des Motors gleichbleibende
Zerstäubungsverhältnisse und eine gleichbleibend hohe Schmierqualität erzielbar sind.
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Die gestellte Aufgabe wird verfahrensgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und
mit der Zylinderschmiervorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst.
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Zur Anpassung an den Schmierbedarf wird mit einer optimale Zerstäubungsverhältnisse
gewährleistenden Schmiermitteldosis, die zur Anpassung nicht verstellt wird, im Falle
geringeren Schmierbedarfs nicht bei jedem Kolbenhub ein Förderhub der Kolbenpumpe
eingesteuert, sondern es wird dann das Verhältnis zwischen der Anzahl der Kolbenhübe
und der Anzahl der Förderhübe entsprechend dem verringerten Schmierbedarf
gegenüber 1 : 1 verringert. In der Zylinderschmiervorrichtung verfügt die Steuereinrichtung über
eine Steuerungssektion, die Informationen zur Betriebskondition und/oder dem
Schmierbedarf erhält und unter Berücksichtigung dieser Informationen Förderhübe nur bei aus
der Motorkolbenhubfolge ausgewählten Motorkolbenhüben einsteuert. Bei maximalem
Schmierbedarf wird bei jedem Motorkolbenhub ein Förderhub eingesteuert. Bei
verringertem Schmierbedarf wird hingegen nur bedarfsabhängig geschmiert, d. h. bei einem
ausgewählten Motorkolbenhub wird ein Förderhub eingesteuert, bei einem anderen
hingegen nicht. Durch die konstant gehaltene Schmiermitteldosis pro Förderhub der
Kolbenpumpe, ergibt sich bei jedem Schmiertakt das gleiche Druckverhältnis und der
gleiche Druckaufbau für die Zerstäubung, und wird die Schmiermitteldosis unabhängig vom
Schmierbedarf jeweils auf die gleiche, optimierte Weise zerstäubt. Im Kern wird
unabhängig vom Schmierbedarf, der Schmierungsqualität bei jedem Schmiertakt Vorrang
gegeben, während nachrangig die Anpassung bei verringertem Schmierbedarf durch
schmiertaktfreie Motorkolbenhübe erfolgt. Dadurch wird die hohe Schmierqualität eines
Schmiertaktes auch für wenigstens einen weiteren Kolbenhub eingesetzt und lässt sich
das Schmiermittel abhängig vom Schmierbedarf ohne Einfluss auf die momentane
Schmierqualität sehr feinfühlig dosieren, d. h. es wird die durch die Zerstäubung in einer
Ventileinrichtung ähnlich einem Brennstoff-Einspritzventil mögliche, hohe Schmierqualität
über mehrere Motorkolbenhübe gesehen mit optimal geringer Schmiermittelmenge
gewährleistet. Voraussetzung ist eine Kolbenpumpe, die sehr hohe aber auch niedrige
Schmiertaktfrequenzen bei unveränderter Schmiermitteldosis ermöglicht,
zweckmäßigerweise eine Kolbenpumpe, die beim Förderhub und beim Rückholhub hydraulisch
angetrieben wird. Dieses Antriebsprinzip der Kolbenpumpe lässt es nämlich zu, die
Zeitdauer jedes Förderhubs, das Druckprofil während des Förderhubs und die Zeitdauer
zwischen dem Ende eines Förderhubs und dem Beginn des nächsten Förderhubs
präzise selbst bis zu sehr hohen Schmiertaktfrequenzen einzustellen, und die richtige
Schmiermitteldosis für die Zerstäubung unabhängig von der Schmiertaktfrequenz mit
gleichbleibenden Druckverhältnissen zu fördern.
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Zweckmäßig wird die Schmiermitteldosis pro Förderhub so eingestellt, dass bei einem
Verhältnis von 1 : 1 der maximale Schmierbedarf an der Schmierstelle gedeckt wird. Bei
geringerem Schmierbedarf wird das Verhältnis gegenüber 1 : 1 verringert; es wird jedoch
weiterhin die gleiche Schmiermitteldosis pro Schmiertakt eingebracht und beim
Einbringen unter gleichbleibenden Sprühverhältnissen versprüht.
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Zweckmäßig wird bei verringertem Schmierbedarf an der Schmierstelle nur bei
ausgewählten Motorkolbenhüben jeweils ein Schmiertakt durchgeführt, d. h., es wird bei
anderen Motorkolbenhüben kein Förderhub eingesteuert.
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Zweckmäßig wird bei verringertem Schmierbedarf ein gegenüber 1 : 1 regelmäßig und
geradzahlig verringertes Verhältnis eingesteuert, beispielsweise 1 : 2, 1 : 3, usw. Dies
bedeutet, dass nur bei jedem zweiten bzw. dritten Motorkolbenhub ein Schmiertakt erfolgt.
Alternativ kann bei verringertem Schmierbedarf das Verhältnis unregelmäßig verändert
werden, d. h., dass beispielsweise bei drei aufeinanderfolgenden Motorkolbenhüben
jeweils ein Förderhub eingesteuert wird, und bei den drei nächstfolgenden
Motorkolbenhüben keine Förderhübe eingesteuert werden, od. dgl.
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In der Zylinderschmiervorrichtung weist die Steuerungssektion zweckmäßigerweise eine
Eingabesektion zum manuellen Auswählen der Motorkolbenhübe jeweils mit bzw. ohne
Förderhub auf. Auf diese Weise lässt sich die Schmierung sozusagen von vornherein für
verringerten Schmierbedarf einstellen.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, die Steuerungssektion mit Informationsgebern für die
Betriebskondition des Motors bzw. den momentanen Schmierbedarf zu verbinden, so dass
die Steuerungssektion permanent mit den notwendigen Informationen in der Lage ist, die
Schmierung automatisch richtig anzupassen.
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Wenn den Schmierstellen eines Zylinders Kolbenpumpengruppen zugeordnet sind, die
gruppenweise von jeweils einem eigenen Antriebshubkolben angetrieben werden, z. B.
für 24 Schmierstellen zwei Gruppen von jeweils 12 Kolbenpumpen mit je einem
Antriebshubkolben für 12 Kolbenpumpen, dann kann mit einer Gruppe sprühgeschmiert
werden, während die andere Gruppe bei verringertem Schmierbedarf keine Schmierung
durchführt.
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Zweckmäßig wird über die Steuerungssektion an der Magnetbetätigung des
Wegesteuerventils eingegriffen, um einen Förderhub einzusteuern oder zu unterlassen. Dies
ermöglicht ein präzises Timing.
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Zweckmäßig ist die Steuereinrichtung eine elektronische, vorzugsweise computerisierte
und programmierbare, Motormanagement-Steuereinrichtung des Motors, die nicht nur für
die Schmierung verantwortlich ist, sondern auch für das Motormanagement.
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Zur Durchführung des Verfahrens und als Bestandteil der Zylinderschmiervorrichtung
eignet sich besonders ein Schmierpumpenaggregat gemäß DE 201 07 681 U.
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Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 schematisch, teilweise als Blockschaltbild, eine Zylinderschmiervorrichtung,
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Fig. 2 ein Diagramm von Motorkolbenhüben über der Zeit mit zugeordneten
Förderhüben, und
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Fig. 3 ein weiteres Diagramm von Motorkolbenhüben über der Zeit, mit zugeordneten
Förderhüben.
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Eine in Fig. 1 schematisch angedeutete Zylinderschmiervorrichtung eines
Verbrennungsmotors, insbesondere eines Zweitakt-Großdieselmotors für Schiffe, dient zur
Schmierung mehrerer Zylinderschmierstellen 1 des Motors M. Nur eine Schmierstelle 1
ist angedeutet. Der Schmierstelle 1 ist eine Kolbenpumpe P zugeordnet, die bei jedem
Förderhub taktgenau eine vorbestimmte Schmiermitteldosis aus einem Anschluss 3 über
eine Leitung 2 zur Schmierstelle 1 fördert. Taktgenau bedeutet, dass ein Schmiertakt bei
einer exakt vorherbestimmten Kolbenhubphase des Motorkolbens K erfolgt, und zwar
während des Aufwärtshubes des Kolbens zum oberen Totpunkt und ehe der Kolben K
die Schmierstellen 1 erreicht. Über den Umfang des Zylinders Z des Motors M sind
mehrere Schmierstellen 1 verteilt, deren jede von einer Kolbenpumpe P versorgt wird.
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Die Kolbenpumpe P ist in einem Gehäuse 4 enthalten, das mit einem Pumpenfuß 5 und
darin enthaltenen, aktiven Komponenten eine vorfertigbare Baueinheit B bildet, die auf
einer Grundplatte G (ein Block 6) austauschbar angeordnet ist. Endverschraubungen
und die Anschlüsse 3 sowie Anschlüsse für Steueröl sind z. B. nur an und in der
Grundplatte G vorgesehen. An der Grundplatte G ist ferner ein Wegesteuerventil V (z. B. ein
4/2-Wegesteuerventil 7) mit wenigstens einem Schaltmagneten 8 angeordnet, der über
eine Steuerleitung 9 mit einer Steuereinrichtung CU verbunden ist, beispielsweise einer
Motormanagement-Steuereinrichtung CU.
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Es wird mit Schmieröl geschmiert, das in einem Hochtank H bereitgehalten ist, der über
eine Leitung 10 an einen Anschluss 11 der Grundplatte G angeschlossen wird. Steueröl
wird beispielsweise über eine Versorgungspumpe 14 und eine Leitung 13 zu einem
Druckanschluss 12 der Grundplatte G gefördert, an die auch ein Rücklauf T
angeschlossen ist. An der Grundplatte kann zur Sicherheit (Redundanz-Anforderungen), oder um
eine zweite Gruppe an Schmierstellen 1 getrennt zu versorgen, eine zweite Baueinheit B'
mit einem zweiten Wegesteuerventil V' angebracht sein.
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Im Gehäuse 4 ist ein Antriebshubkolben 15 verschiebbar angeordnet, der über das
Steuerventil V sowohl in Förderrichtung als auch in Rückhubrichtung hydraulisch
betätigbar ist. Mit dem Hubkolben 15 sind gleichzeitig mehrere Dosierkolben 16 mechanisch
gekoppelt, die jeweils einer Schmierstelle 1 zugeordnet und in Dosierzylindern 17
verschiebbar sind. Jeder Dosierzylinder 17 ist über ein Druckventil 18 mit seinem Anschluss
3 verbunden. Gestrichelt sind die Beaufschlagungskanäle zwischen dem Steuerventil V
und den beiden Seiten des Antriebshubkolbens 15 angedeutet.
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An der Schmierstelle 1 des Motorzylinders Z ist z. B. ein Einsatz 19 angebracht, der ein
Stauventil S und wenigstens eine Zerstäuberdüse D aufweist. Mit der Zerstäuberdüse D
wird die Schmiermitteldosis unter Druck im Zylinder zerstäubt, ehe der Kolben K den
Bereich der Schmierstelle 1 erreicht, so dass die Zylinderwand 22 vor dem Kolben K
einen ringförmigen Schmierfilm erhält. Es wird die von der Kolbenpumpe P abgegebene
Schmiermitteldosis an dem Stauventil S gestaut, das erst bei einem vorbestimmten, z. B.
relativ hohen, Ansprechdruck öffnet. Nach Öffnen des Stauventils S wird die
Schmiermitteldosis über die Zerstäuberdüse D mit mindestens dem Ansprechdruck des
Stauventils S zerstäubt. Die Zerstäuberdüse D ist mit ihrer Düsenrichtung fast tangential zur
Zylinderwand 22 orientiert, und gegebenenfalls auch schräg nach oben in Richtung zum
Verbrennungsraum. Das Stauventil S weist eine im Gehäuse 19 verschiebbar geführte
Ventilnadel 26 auf, die durch eine Schließfeder 20 auf einen Ventilsitz 21 gepresst wird.
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Die Zerstäuberdüse D wird entweder durch die bauliche Zusammenwirkung zwischen
der Ventilnadel 26 und dem Ventilsitz 21 gebildet, oder, wie gezeigt, durch eine
gesonderte Zerstäuberdüse D stromab des Ventilsitzes 21. Der Abstand bzw. das Volumen
zwischen dem Ventilsitz 21 und der Zerstäuberdüse D sollte bei getrennter Bauweise so
klein wie möglich sein.
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Die Steuereinrichtung CU weist eine Steuersektion 24 auf, der ggfs. eine
Eingabesektion 23 zugeordnet ist. Zweckmäßig ist zumindest die Steuereinrichtung CU bzw. die
Steuersektion 24 mit wenigstens einem Informationsgeber 25 verbunden, der
informationen bereitstellt zur Betriebskondition des Motors und/oder dem Schmierbedarf. Die
Steuereinrichtung CU ist zweckmäßigerweise computerisiert und ggfs. programmierbar.
An der Eingabesektion 23 lassen sich z. B. Einstellungen bezüglich des Schmierbedarfs
bzw. für den Schmierbetrieb, z. B. für Normalschmierung oder auch eine Schmierung mit
Einlauföl, vornehmen.
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Die Schmiermitteldosis, die bei jedem Förderhub der Kolbenpumpe P abgegeben wird,
ist konstant. Gegebenenfalls lässt sie sich bei deaktivierter Baueinheit B durch manuell
vorzunehmende Einstellungen oder durch Austauschen von Bauteilen der Baueinheit B
verändern. Es kann ein Verstellmechanismus vorgesehen sein, der automatisch eine
Verstellung vornimmt, z. B. im Hinblick auf den Motortyp bzw. die Motorgröße.
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Die Schmiermitteldosis der Kolbenpumpe P ist z. B. so eingestellt, dass ein Förderhub
pro Motorkolben-Aufwärtshub (Verhältnis 1 : 1) den maximalen Schmierbedarf deckt. Bei
verringertem Schmierbedarf oder einer anderen Motorbetriebskondition mit geringerem
Schmierbedarf wird das Verhältnis gegenüber 1 : 1 verringert, d. h. es wird nicht bei jedem
Motorkolbenhub ein Förderhub gesteuert, sondern nur bei ausgewählten
Motorkolbenhüben in der Motorkolbenhubfolge, wobei jedoch die Schmiermitteldosis konstant bleibt.
Damit ist sichergestellt, dass der zur optimalen Zerstäubung notwendige Druck bei
jedem Schmiertakt auf die gleiche Weise aufgebaut wird und auch das Druckprofil für die
Zerstäubung gleich bleibt. Daraus resultiert eine optimale Zerstäubung mit hoher
Schmierqualität bei jedem Schmiertakt.
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Für verringerten Schmierbedarf kann das Verhältnis gegenüber 1 : 1 gleichförmig bzw.
geradzahlig verringert werden, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. In dem Diagramm der
Fig. 2 ist der Kolbenhub h des Motorkolbens K über der Zeit aufgetragen. Die
Hubposition h1 entspricht einer Position beim Aufwärtshub des Kolbens K zum oberen Totpunkt,
an der der Kolben K die Schmierstellen 1 noch nicht erreicht hat. Bei gleichförmiger
Motordrehzahl haben die Kolbenhübe k gleiche Abstände entlang der Zeitachse. Bei
niedrigerer Motordrehzahl vergrößern sich ihre Abstände, wie gezeigt. Bei den beiden ersten
Kolbenhüben k erfolgt jeweils ein Förderhub f (durch einen Pfeil angedeutet). Das
Verhältnis ist 1 : 1. Beim dritten Kolbenhub k erfolgt kein Förderhub mehr, so dass hier
zwischen dem zweiten und vierten Kolbenhub ein verringertes Verhältnis von 1 : 2 vorliegt.
Beim vierten Kolbenhub erfolgt wieder ein Förderhub, während bei den beiden
nächstfolgenden Kolbenhüben kein Förderhub gesteuert wird, so dass das Verhältnis auf 1 : 3
verringert ist. Das verringerte Verhältnis kann variabel sein cder sich regelmäßig
wiederholen.
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In Fig. 3 wird zunächst bei den beiden ersten Kolbenhüben k ein Förderhub f gesteuert,
so dass das Verhältnis 2 × 1 : 1 ist. Beim nachfolgenden dritten Kolbenhub erfolgt kein
Förderhub, so dass hier das Verhältnis 1× 0 : 1 ist. Bei den nächsten beiden Kolbenhüben
erfolgt wiederum jeweils ein Förderhub. In anderen Worten erfolgt hier nur bei jedem
dritten Kolbenhub ein Förderhub für einen Schmiertakt.
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Als weitere beispielsweise Alternative erfolgt ab dem zehnten Kolbenhub für die zehnten
und elften Kolbenhübe jeweils ein Förderhub f, während bei den nächsten beiden
Kolbenhüben keine Förderhübe gesteuert werden. Das Verhältnis ist dann 2 × 1 : 1 und 2 ×
0 : 1.
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Das jeweils verringerte Verhältnis wird für die Schmierstellen 1 gesteuert, die von
derselben Baueinheit B über den Antriebshubkolben 15 mit ihren Kolbenpumpen
angetrieben wird. Sind beispielsweise zwei getrennt antreibbare Antriebshubkolben 15
vorgesehen, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Dosierkolben 16 antreiben, dann können,
falls zweckmäßig, die beiden Gruppen abwechselnd bzw. voneinander verschieden
gesteuert werden, um eine weitere Anpassung an den Schmierbedarf bzw. die
Motorbetriebskondition vorzunehmen.
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Die Steuereinrichtung CU kann anders ausgelegt sein als gezeigt. Voraussetzung ist,
dass die Steuereinrichtung CU in der Lage ist, die Förderhübe der Dosierkolben 16
taktgenau und in Anpassung an den jeweiligen Schmierbedarf zu steuern.