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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zylinderschmierung bei Säure generierende Brennstoffe verbrennenden Verbrennungsmotoren des Kolbentyps, wobei mehrere Schmierstoffe mit unterschiedlichem Neutralisierungsvermögen Verwendung finden, die in einem vom jeweils benötigten Neutralisierungs- und Schmierbedarf abhängigen Verhältnis miteinander verschnitten werden.
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Im Folgenden werden die Begriffe ”Zylinder” und ”Zylinderbüchse” alternativ verwendet und sollen derart verstanden werden, dass sie beide im Allgemeinen jegliches Teil bezeichnen, welches mindestens eine Zylinderbohrung für einen sich auf- und abbewegenden Kolben hat, um ein Volumen einer zugeordneten Verbrennungskammer zu begrenzen, was ebenfalls mit dem Schutzumfang der Ansprüche beabsichtigt wird. Der beabsichtigte Typ von Schmierung der Lauffläche eines Zylinders oder eines Zylindergehäuses wird überwiegend in großen Motoren vorgefunden, welche oftmals vom Kreuzkopf-Typ sind und eine Möglichkeit haben zum Auseinanderhalten der Schmierumgebung für den Zylinder-/Kolbenbereich von möglichen Schmierumgebungen von häufig kritischerem Typ (z. B. zur Schmierung der Lager an einer Kurbelwelle). Zylinder eines Motors sind häufig in einer Reihe mit parallelen vertikalen Zylinderachsen angeordnet. Jedoch sei verstanden, dass jede Zylinderachsenanordnung und jede relative Positionierung von möglicherweise mehr Zylinderachsen eines Motors ebenfalls umfasst sind.
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Mit der Schmierung der Gleitflächen zwischen den Zylinderbüchsen und den hierin bewegten Kolben von Hubkolbenbrennkraftmaschinen werden mehrere Ziele verfolgt. Zum einen soll durch das Schmiermittel ein Schmierfilm gebildet werden, um einen direkten Kontakt der den beiderseitigen Gleitflächen zugrundeliegenden Materialien zu vermeiden. Dabei handelt es sich üblicher Weise um die Vermeidung eines direkten Kontakts von Metall auf Metall, auch wenn dies bei anderen Materialkombinationen auch relevant ist. Zum anderen soll das Schmiermittel einen Säureangriff auf die Gleitflächen verhindern, indem die bei der Verbrennung, insbesondere bei der Verbrennung von Schweröl mit hohem Schwefelgehalt, entstehenden Säureprodukte neutralisiert werden. Das Neutralisierungsvermögen eines Schmiermittels wird in der Regel in BN-Einheiten (mgKOH/g) angegeben.
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Es wurde bereits vorgeschlagen (
DE 101 12 691 A1 ), für die Zylinderschmierung ein Schmiermittel mit einer bestimmten BN-Zahl zu verwenden und die Menge des den Zylindern zugeführten Schmiermittels in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des verwendeten Brennstoffs zu erhöhen oder zu erniedrigen. Dem sind jedoch bei sehr hohem oder sehr geringem Schwefelgehalt Grenzen gesetzt. Eine Steigerung des zugeführten Schmiermittels über eine bestimmte Menge hinaus und ebenso eine Drosselung des Schmiermittels unter eine bestimmte Menge würden zu Schädigungen des Motors führen. Ein Schmiermittelüberschuss kann erfahrungsgemäß zu einem sogenannten Polieren führen. Die Folge davon ist eine mangelhafte Haftung des Schmiermittels an den zu schmierenden Oberflächen und damit ein zu einem erhöhten Verschleiß führender direkter Kontakt der den beiderseitigen Gletflächen zugrundeliegenden Materialien. Dies tritt beispielsweise bei der der
DE 101 12 691 A1 zugrundeliegenden Anordnung auf, da dort ein direkter Kontakt von Metall auf Metall vorgesehen ist. Durch Beschränkung der zugeführten Menge wird jedoch in Kauf genommen, dass nicht die gesamte Säure neutralisiert wird. Eine Reduzierung unter ein bestimmtes Minimum würde andererseits zu einem Schmiermittelmangel und dementsprechend zu einem Abreißen des Schmierfilms führen und damit zu denselben Nachteilen wie oben. Bei einer Beschränkung der Absenkung der zugeführten Menge nur bis zu einem bestimmten Minimum ist aber zu viel Neutralisierungsvermögen vorhanden und geht ungenutzt verloren. Da das Neutralisierungsvermögen auf der Beigabe von vergleichsweise teuren Additiven beruht, ergibt sich hier eine schlechte Wirtschaftlichkeit.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen (
JP H03-1941109 , veröffentlicht am 23. August 1991) Schmieröle mit unterschiedlichem Neutralisierungsvermögen bereit zu halten und diese mit einem vom Schwefelgehalt des Brennstoffs abhängigen Mischverhältnis zu mischen und die Mischung dem Zylinder zuzuführen, wobei die zugeführte Menge nicht verändert wird. Ebenso wurde bereits vorgeschlagen (
JP 1041619A , veröffentlicht am 13. Februar 1989) einem bestimmten Schmieröl in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Brennstoffs mehr oder weniger das Neutralisierungsvermögen erhöhende Additivs zuzusetzen. Auch hier wird die dem Zylinder zugeführte Menge nicht verändert. In beiden Fällen wird dem Zylinder die fertige Mixtur zugeführt. Die Mischung erfolgt vorher. Dies führt jedoch zu hohen Totzeiten im Falle einer erwünschten Änderung des Mischungsverhältnisses. Da in beiden Fällen nur das Mischungsverhältnis geändert wird, nicht jedoch die dem Zylinder zugeführte Gesamtmenge kann es auch in beiden Fällen zu Schmierölüberschuss oder Schmierölmangel kommen.
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Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass für alle denkbaren Einsatzfälle eine Optimierung des Schmierverhaltens und des Neutralisierungsvermögens und damit eine hohe Betriebssicherheit bei größtmöglicher Wirtschaftlichkeit erreichbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Schmierstoff mit einem Neutralisierungsvermögen, das bei keinem in Frage kommenden Einsatzfall über den benötigten Neutralisierungsbedarf hinausgeht, und mindestens ein Schmierstoff mit einem Neutralisierungsvermögen, das bei keinem in Frage kommenden Einsatzfall kleiner als der benötigte Neutralisierungsbedarf ist, Verwendung finden und dass die verwendeten Schmierstoffe individuell in der Menge dosiert dem Inneren des Zylinders, vorzugsweise der Zylinderinnenseite zugeführt werden, wo eine Verschneidung stattfindet.
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Mit diesen Maßnahmen werden die Nachteile der bekannten Vorschläge vollständig vermieden. Die erfindungsgemäße Verwendung von an extreme Einsatzverhältnisse bezüglich des Säureanfalls nach oben und nach unten angepassten Extremschmierstoffen und deren individuelle Dosierung stellt sicher, dass nie Schmiermittelüberschuss und nie Schmiermittelmangel auftreten können und dass dennoch die anfallende Säure stets vollständig neutralisiert werden kann. Da der Verschnitt der beiden Schmierstoffe erst innerhalb des Zylinders erfolgt, ergeben sich in vorteilhafter Weise auch sehr kurze Totzeiten im Falle einer Änderung des gewünschten Mischungsverhältnisses. Die individuelle Dosierung ermöglicht in vorteilhafter Weise auch eine Anpassung der Schmierung an örtlich unterschiedliche Anforderungen innerhalb des Zylinders.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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So kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Zylinderinnenseite außer den oben genannten Extrem-Schmierstoffen auch noch wenigstens ein weiterer Stoff mit anderen hilfreichen Eigenschaften zugeführt werden kann. Dies ermöglicht eine günstige Konditionierung der Laufflächen auch über die Schmierung hinaus. So könnte auf diesem Weg zum Beispiel bei der Verbrennung von schwefelarmem oder -schwefellosem Brennstoff der Gefahr einer zu glatten Oberfläche durch einen gewissen Säureeintrag entgegengewirkt werden. Ein weiterer Stoff kann auch ein das BN-Intervall berücksichtigendes Schmieröl einer im Wesentlichen anderen Viskosität sein. Dadurch kann zusätzlich zum Einstellen des Neutralisierungsvermögens auch ein Einstellen der benötigten tatsächlichen Viskosität erreicht werden.
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Der erwünschte Verschnitt der zugeführten Stoffe innerhalb des Zylinders kann auf unterschiedliche Weise bewirkt werden. Eine besonders einfache Möglichkeit kann darin bestehen, dass die verwendeten Stoffe so zugeführt werden, dass sie, wenn sie aufgrund der Schwerkraftwirkung nach unten ablaufen, einander überlagern und benetzen.
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Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, dass die verwendeten Stoffe dem Zylinder so zugeführt werden, dass eine Verreibung mittels wenigstens eines an den Zuführstellen vorbeistreifenden, mechanischen Organs und/oder eines pneumatischen Druckstoßes erfolgt. Bei den genannten mechanischen Organen kann es sich auch um an den Zuführstellen vorbeistreifende kolbenseitig vorgesehene Gleitelemente wie z. B. Kolbenringe oder Abstreifringe handeln, die bei jedem Auf- und Abwärtshub des zugeordneten Kolbens eine Nivellierung und Vermischung der zugeführten Stoffe bewirken.
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Eine weitere Möglichkeit kann darin bestehen, dass die verwendeten Stoffe so zugeführt werden, dass sich an den Zuführstellen überschneidende Sprühstrahlen und/oder Sprühkegel ergeben. Selbstverständlich können auch mehrere oder alle Möglichkeiten oben genannter Art gleichzeitig zum Einsatz kommen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Stoff über eigene Zuführstellen zugeführt wird. Dies ermöglicht zusammen mit der individuellen Dosierung der verschiedenen Stoffe eine besonders einfache Anpassung an die Bedürfnisse des Einzelfalls.
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Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, dass die Zufuhr der verschiedenen Stoffe für jeden Zylinder oder jede Gruppe zusammengehörender Zylinder separat gesteuert wird. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Optimierung der Zylinderschmierung des gesamten Motors, z. B. wenn einer oder mehrere Zylinder des Motors mit verringerter Leistungsabgabe oder betrieben werden oder sogar periodisch leerlaufen.
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Eine einfache bauliche Maßnahme kann darin bestehen, dass in der Zylinderwand über den Umfang verteilte, den verwendeten Stoffen zugeordnete Schmierdüsen vorgesehen sind, wobei Schmierdüsen, die verschiedenen Stoffen zugeordnet sind, auf unterschiedliche Höhen verteilt sind. Diese Maßnahme führt zu dem oben erwähnten Verschnitt durch Schwerkraftwirkung und/oder Mischung durch entlang der Zylinderlauffläche vorbeistreichenden Elementen. Vorteilhaft können dabei wenigstens zwei übereinander angeordnete, unterschiedlichen Schmierstoffen zugeordnete, über den Zylinderumfang sich erstreckende Reihen von Schmierdüsen vorgesehen sein.
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Eine andere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die Schmierdüsen auf gemäß einem an örtliche Besonderheiten angepassten Verteilungsmuster angeordnet und/oder aktivierbar sind. Hiermit lässt sich besonderen örtlichen Gegebenheiten, wie einer verstärkten seitlichen Kolbenpressung, z. B. für eine horizontale Zylinderachse, und/oder einem örtlich verstärkten Säureanfall etc. besonders einfach Rechnung tragen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schmierdüsen zumindest teilweise als Mehrfachdüsen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Stoffen zugeordneten Eingängen und diesen zugeordneten Düsenöffnungen ausgebildet sind. Mit derartigen Schmierdüsen können dem zugeordneten Zylinder in vorteilhafter Weise unterschiedliche Schmierstoffe oder sonstige Komponenten gleichzeitig zugeführt werden, was nicht nur die Bildung des erwünschten Schmierstoffeverschnitts besonders begünstigt, sondern auch die gleichzeitige Zufuhr anderer hilfreicher Komponenten ermöglicht. Vorteilhaft können die Düsenöffnungen zumindest teilweise so gerichtet werden, dass durch unterschiedlich zugeführte Stoffe gebildete Strahlen oder Sprühkegel einander treffen bzw. überschneiden. Oft können verfügbare Standarddüsen für den beabsichtigten Zweck ausgewählt werden.
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Eine weitere Möglichkeit, einem Zylinder verschiedene, individuell dosierte Schmierstoffe und gegebenenfalls sonstige Komponenten mit einer gemeinsamen Schmierdüse zuführen zu können, kann darin bestehen, dass die in einer der Schmierdüse zugeordneten Versorgungsleitung erzeugte Fluidsäule durch eine Folge von aus den verschiedenen verwendeten Stoffen inform von Schmierstoffen und sonstigen Komponenten bestehenden Abschnitten gebildet wird, deren Volumen in Abhängigkeit vom bestehenden Neutralsierungs- und Schmierungsbedarf und/oder sonstigen Bedarf bemessen ist. An jeder Schmierstelle treten hier die verschiedenen Abschnitte der Fluidsäule nacheinander aus, wobei mit unterschiedlichen Längen und/oder Durchmessern der zu den verschiedenen Schmierstellen führenden Versorgungsleitungen eine gewisse Variation hinsichtlich der an den verschiedenen Schmierstellen gleichzeitig austretenden Fluidarten erreicht werden kann, was zu einer besonders intensiven Vermischung führen kann. Es wäre aber auch denkbar, durch einen geeigneten Aufbau der verschiedenen Fluidsäulen ein derartiges Ergebnis auch bei gleich langen und/oder gleichvolumigen Versorgungsleitungen zu erreichen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher entnehmbar.
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In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Zylinder einer Hubkolbenbrennkraftmashine mit zwei übereinander angeordneten Schmierdüsenreihen für unterschiedliche Schmierstoffe,
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2 eine Abwicklung einer Zylinderoberfläche mit auf größeres Feld verteilten nach einem bestimmten Muster angeordneten Schmierdüsen,
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3 eine schematische Darstellung einer Mehrfachdüse,
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4 eine Alternative zu 3 und
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5 ein Beispiel mit durch eine Folge von aus den verschiedenen Schmierstoffen bestehenden Abschnitten gebildeten Schmierstoffsäulen innerhalb von zu einzelnen Schmierdüsen führenden Versorgungsleitungen.
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Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind große Verbrennungskraftmaschinen mit Kreuzkopf, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren mit Gleichstromspülung, die oft mit Schweröl betrieben werden. Schweröl kann vergleichsweise viel Schwefel enthalten, was bei der Verbrennung zur Bildung von Schwefelsäure etc. führen kann. Diese Säure kann die Gleitflächen der Kolben und/oder Zylinderbüchsen angreifen und muss daher zur Vermeidung eines derartigen Angriffs neutralisiert werden.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise von Großmotoren des Typs mit Gleichstromspülung, wie Zweitakt-Großdieselmotoren, sind an sich bekannt und werden daher nachstehend nur soweit erläutert, wie dies zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
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Die 1 zeigt einen Zylinder 1 eines derartigen Motors. In der Regel sind mehrere derartige, vorzugsweise in Reihe angeordnete Zylinder 1 vorgesehen. In jedem Zylinder 1 ist ein zugeordneter, hier nicht näher dargestellter Kolben angeordnet, der eine bewegliche Begrenzung eines Brennraums 2 bildet. Die Gleitflächen des Zylinders 1 und des hierin bewegten Kolbens werden geschmiert. Hierzu sind in die Zylinderwand eingebaute, mit Schmierstoffen beaufschlagbare Schmierdüsen 3 vorgesehen, die in 1 lediglich schematisch angedeutet sind. Bei den Schmierdüsen 3 kann es sich um mit einem Rückschlagventil versehene, unter Druck öffnende Düsen handeln. Ansonsten können Schmierdüsen häufig von einem bekannten Typ sein, welcher für den Zweck geeignet ist. Die Verteilung des von den Schmierdüsen 3 abgegebenen Schmierstoffs auf den Umfang und die Höhe der Zylinderinnenseite wird in der Regel durch an den Schmierdüsen 3 vorbeistreifende Organe, wie Abstreif- und/oder Kolbenringe des Kolbens oder durch vom Abgas oder der Ladeluft erzeugte Druckstöße etc. bewerkstelligt.
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Mit der Schmierung werden normalerweise zwei Zwecke verfolgt. Zum einen soll auf den gegenseitigen Gleitflächen von Zylinder 1 und Kolben ein tragender Schmierfilm gebildet werden, um einen direkten Kontakt der den gegenseitigen Gleitflächen zugeordneten Materialien, z. B. bei aus Metall bestehenden Gleitflächen einen direkten Kontakt von Metall auf Metall, zu verhindern. Außerdem sollen die bei der Verbrennung entstehenden Säureprodukte neutralisiert werden. Je nach S-Gehalt (Schwefelgehalt) des verwendeten Brennstoffs entsteht mehr oder weniger Schwefelsäure und daher wird mehr oder weniger Neutralisierungsvermögen des Schmiermittels benötigt. Das Neutralisierungsvermögen des Schmiermittels wird in der Regel durch Zugabe von geeigneten Additivs erreicht. Diese sind jedoch sehr teuer und sollen daher möglichst sparsam eingesetzt werden. Andererseits ist auch sowohl zu viel als auch zu wenig Schmiermittel schädlich. Ein Schmiermittelüberschuss kann zu einem sogenannten Polieren der Gleitflächen und damit zu einer Herabsetzung deren Affinität zum Schmierstoff, ein Schmierstoffmangel kann zu einem Abreißen des Schmierfilms führen. Beides ist unerwünscht.
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Um eine Optimierung sowohl bezüglich der Kosten als auch bezüglich des Schmiereffekts und der Neutralisierung zu erreichen, kommen zur Bewerkstelligung der Zylinderschmierung mehrere Schmierstoffe mit unterschiedlichen Neutralisierungseigenschaften zur Verwendung. Dabei wird zumindest ein Schmierstoff vorgesehen, dessen Neutralisierungsvermögen bei keinem denkbaren Einsatzfall über den benötigten Neutralisierungsbedarf hinausgeht, und wenigstens ein weiterer Schmierstoff, dessen Neutralisierungsvermögen bei keinem denkbaren Einsatzfall hinter dem benötigten Neutralisierungsbedarf zurückbleibt. Die verwendeten Schmierstoffe werden individuell in der Menge dosiert und der Zylinderinnenseite zugeführt, wo dann eine Vermischung, das heißt ein Verschnitt, stattfindet. Aufgrund dieser Maßnahmen ergeben sich dementsprechend niemals ein Schmierstoffmangel und niemals ein Schmierstoffüberschuss. Da die individuelle Dosierung in Abhängigkeit vom benötigten Neutralisierungs- und Schmierstoffbedarf erfolgt, wird stets ausreichend Neustralisierungsvermögen zur Neutralisierung der gesamten anfallenden Säure bereitgestellt, aber nicht mehr, wodurch eine Verschwendung von das Neutralisierungsvermögen anhebenden Additivs vermieden wird.
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Bei dem der 1 zugrundeliegenden Beispiel finden zwei Schmierstoffe A, B Verwendung, von denen jeder eine der vorstehend erwähnten Extremeigenschaften besitzt. Für jeden Schmierstoff A, B ist ein eigener Tank 4 bzw. 5 als Vorratsbehälter vorgesehen. Die in der Zylinderwand vorgesehenen, über den Umfang verteilten Schmierdüsen 3 sind teilweise dem einen Schmierstoff A und teilweise dem anderen Schmierstoff B zugeordnet. Jedem Schmierstoff A, B sind dementsprechend eigene Schmierdüsen 3 zugeordnet. Natürlich könnten auch mehr als zwei Schmierstoffe Verwendung finden. Es müssen jedoch stets mindestens zwei Schmierstoffe mit den oben erwähnten Extremeigenschaften dabei sein.
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Die in der Zylinderwand angeordneten Schmierdüsen 3 sind teilweise auf unterschiedlicher Höhe angeordnet. Im dargestellten Beispiel sind zwei übereinander angeordnete Reihen von Schmierdüsen 3 vorgesehen, wobei die obere Reihe dem Schmierstoff A und die untere Reihe dem Schmierstoff B zugeordnet sein soll. Selbstverständlich könnten die Muster von Schmierdüsen auch anders als durch zwei übereinander angeordnete Reihen vorgesehen sein. Die aus den Schmierdüsen 3 austretenden Schmierstoffe laufen in Folge der Schwerkraft nach unten ab, wobei der aus den oberen Schmierdüsen 3 austretende Schmierstoff A den aus den unteren Schmierdüsen 3 austretenden Schmierstoff B überlagern und benetzen kann, was bereits eine Mischung, das heißt den erwünschten Verschnitt ergibt. Unterstützt wird dies durch den gegenüber der Zylinderwandung bewegten Kolben, der mit Abstreif- bzw. Kolbenringen versehen ist, welche an den Schmierdüsen 3 vorbeistreifen. Ebenso kann es pneumatische Einflüsse durch von den Abgasen und/oder der Ladeluft ausgeübte Druckstöße geben.
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Die Schmierstoffe A, B werden in Abhängigkeit vom jeweils benötigten Neutralisierungs- und Schmierbedarf individuell der Menge nach dosiert und so den zugeordneten Schmierdüsen 3 zugeführt und über diese in den Zylinder 1 eingebracht. Hierfür sind unterschiedliche Einrichtungen anwendbar.
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Für den Schmierstoff A sind im dargestellten Beispiel gemäß 1 eine Pumpe 6 und eine von dieser beaufschlagte, praktisch eine common rail bildende Druckleitung 7 vorgesehen, von der zu den einzelnen, dem Schmierstoff A zugeordneten Schmierdüsen 3 führende Versorgungsleitungen 8 abgehen. Die Pumpe 6 ist hier als Druckpumpe ausgebildet, an deren Eingang der Schmierstoff A durch Schwerkraftwirkung ansteht. Der zugeordnete Tank 4 ist dementsprechend vorzugsweise höher angeordnet als die Pumpe 6. Zur Aktivierung bzw. Passivierung der dem Schmierstoff A zugeordneten Schmierdüsen 3 ist eine Ventilanordnung vorgesehen, mittels welcher die Versorgungsleitungen 8 mit der Druckleitung 7 verbindbar sind und umgekehrt. Im dargestellten Beispiel enthält die Ventilanordnung ein am Ausgang der Druckleitung 7 angeordnetes Schaltventil 9. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, jeder Versorgungsleitung 8 ein eigenes Schaltventil zuzuordnen, was unterschiedliche Öffnungs- und/oder Taktzeiten ermöglichen würde. Die Öffnungszeit des Schaltventils 9 bzw. -ventile bestimmt die den Schmierdüsen 3 jeweils zugeordnete Schmierstoffmenge. Die Ventilanordnung, hier inform des Schaltventils 9 wird dementsprechend gesteuert, wie durch eine zugeordnete Steuerleitung 10 angedeutet ist, die von einer Steuereinrichtung 11 abgeht, auf die weiter unten noch eingegangen werden wird. Gemäß dem Bedarf, der sich aus dem tatsächlich gewählten Layout der Leitungen 7, 8 und des Ventils 9 ergibt, kann die Pumpe 6 stromabwärts beispielsweise einen Akkumulator, ein druckregelndes Überdruckventil oder andere Druckstabilisierungsmechanismen und nötige Steuerungsmittel hierzu (nicht gezeigt) aufweisen, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist.
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Ein anderes Beispiel einer Schmierstoff-Versorgungseinrichtung ist in 1 anhand des Schmierstoffs B gezeigt. Dabei kann eine Pumpe oder eine Anordnung von mehreren Pumpen Verwendung finden. Im dargestellten Beispiel ist eine Mehrkammer-Dosierpumpe 12 vorgesehen, deren Kammern 13 über jeweils eine Versorgungsleitung 8 mit einer jeweils zugeordneten Schmierdüse 3 für den Schmierstoff B verbunden sind. Auch andere Arten von Pumpen wären natürlich denkbar. Einer Arbeitspumpe, im dargestellten Beispiel in Form der Mehrkammer-Dosierpumpe 12 kann eine Versorgungspumpe 14 vorgeordnet sein, die im dargestellten Beispiel als Saug- und Druckpumpe ausgebildet ist und die dementsprechend saugseitig an den dem Schmierstoff B zugeordneten Tank 5 und druckseitig an den Eingang der Mehrkammer-Dosierpumpe 12 angeschlossen ist. Die Mehrfach-Dosierpumpe 12 kann bei jedem Hub nur eine bestimmte Schmierstoffmenge aufnehmen. Der Pumpe 14 ist dementsprechend auch eine Rücklaufleitung 15 zugeordnet, über welche die überschüssige Fördermenge in den Tank 5 zurückbefördert wird. Alternativ kann die Pumpe 14 von dem selbstregulierenden Typ sein, um einen Druck für die Pumpe 12 unabhängig von dem angeforderten Fluss zur Pumpe 12 zu halten. Das Fassungsvermögen der Kammern 13 der Mehrfach-Dosierpumpe 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel gleich. Bei jedem Hub der Mehrfach-Dosierpumpe 12 werden die zugeordneten Schmierdüsen 3 dementsprechend mit derselben Schmierstoffmenge beaufschlagt. Auch unterschiedliche, individuell einstellbare Größen der Kammern 13 wären denkbar, womit örtlich unterschiedlichen Bedürfnissen Rechnung getragen werden könnte.
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Die Hubfrequenz der mittels einer Antriebseinrichtung antreibbaren Pumpenanordnung beispielsweise in Form der Mehrfach-Dosierpumpe 12 ist ähnlich wie die Schaltfrequenz des Schaltventils 9 steuerbar, wie durch eine dem Antrieb der Mehrfach-Dosierpumpe 12 zugeordnete Steuerleitung 16 angedeutet ist, die im dargestellten Beispiel ebenfalls von der Steuereinrichtung 11 abgeht. Die Steuereinrichtung 11 steuert die jeweils zugeführte Menge des Schmierstoffs A und des Schmierstoffs B in Abhängigkeit vom jeweiligen Neutralisierungs- und Schmierbedarf derart, dass in jedem Fall genügend Neutralisierungsmittel bereitgestellt werden, aber nicht mehr, und dass gleichzeitig genügend geschmiert wird, aber kein Schmiermittelüberschuss entsteht. Hierzu verarbeitet die Steuereinrichtung 11 entsprechende Betriebsparameter, wie durch einen Eingang 17 für wenigstens einen Betriebsparameter angedeutet ist. Bei der Steuereinrichtung 11 kann es sich um eine zentrale Steuereinrichtung für den ganzen Motor handeln, durch die die jedem Zylinder oder jeder Zylindergruppe zugeordnete Schmierstoffzufuhr individuell gesteuert wird, wie in 1 durch zusätzliche, zu weiteren Zylindern führende Steuerleitungen 10a, bzw. 16a angedeutet ist. Es wäre aber auch denkbar, jedem Zylinder oder jeder Zylindergruppe eine eigene Steuereinrichtung zuzuordnen.
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Die in 1 beschriebenen Dosiereinrichtungen mit Schaltventil 9 bzw. Dosierpumpe 12 sind nur beispielhaft. Dasselbe gilt für die Anzahl der verwendeten Schmierstoffe. Selbstverständlich könnten auch, wie schon erwähnt, mehr als zwei Schmierstoffe oder sonstige Stoffe mit erwünschten Eigenschaften Verwendung finden, wobei jedoch mindestens zwei Schmierstoffe die oben erwähnten Extremeigenschaften aufweisen sollen. Ebenso wäre es natürlich denkbar, zur Dosierung sämtlicher Schmierstoffe die gleichen Dosiereinrichtungen inform von Schaltventilen oder Dosierpumpen vorzusehen.
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In 1 sind beispielhaft zwei übereinander angeordnete Reihen von Schmierdüsen 3 vorgesehen. Es wäre aber auch denkbar, innerhalb eines größeren Feldes mehrere Schmierdüsenreihen vorzusehen. Ein derartiges Beispiel liegt der 2 zugrunde. Dabei bezeichnet 18 ein von der Oberseite des Kolbens 19 überstrichenes Feld innerhalb des Zylinders 1. Im Bereich des Felds 18 ist eine Vielzahl von Schmierdüsen 3 vorgesehen, die nach einem bestimmten Verteilungsmuster angeordnet sein und/oder aktiviert werden können. Dabei können mehrere übereinander angeordnete Reihen von Schmierdüsen 3 vorgesehen sein, wobei die Schmierdüsen einer Reihe jeweils nur mit einer Schmierstoffart oder mit mehreren Schmierstoffarten versorgt werden können, wie in 2 durch L und N verdeutlicht ist. Hierbei kann einem örtlich unterschiedlichen Schmier- bzw. Neutralisierungsbedarf durch eine entsprechende Verteilung und/oder Aktivierung der den einzelnen Schmierstoffen zugeordneten Schmierdüsen 3 Rechnung getragen werden. Dasselbe gilt auch für bauliche Gegebenheiten, z. B. eine verstärkte, seitliche Kolbenpressung oder eine örtlich verstärkte Säurebildung aufgrund einer bestimmten Position der Brennstoffeinspritzung.
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Selbstverständlich wäre es auch denkbar, die in 2 verdeutlichten Maßnahmen mit den im Zusammenhang mit der 1 erwähnten Maßnahmen hinsichtlich Variation der Steuerzeiten von den Versorgungsleitungen 8 zugeordneten Steuerventilen und/oder Variation der Größe der Kammern 13 der Mehrfach-Dosierpumpe 12 zu kombinieren. Die wahlweise Aktivierung ausgewählter Schmierdüsen 3 aus einem größeren Schmierdüsenfeld kann einfach dadurch erfolgen, dass nur die ausgewählten Schmierdüsen 3 mit dem ausgewählten Schmierstoff etc. versorgt werden.
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Bei den Schmierdüsen 3 kann es sich um einfache, mit einem Rückschlagventil versehene Druckdüsen handeln, die unter Druck öffnen. Auch eine Ausbildung als Sprüh- und/oder Strahldüsen wäre natürlich denkbar. Rückschlagventile können auch anderswo in den Versorgungsleitungen 8 angeordnet sein, die zu den Schmierdüsen 3 führen, oder es kann auch auf sie verzichtet werden wenn das Pumpe-Nentilsystem (13, 9) eine geeignete Fähigkeit hat, der von dem Zylindervolumen ausgehenden Druckbeaufschlagung zu widerstehen. Ebenso ist es denkbar, die Schmierdüsen 3 mit einem Schmierstoff oder mit mehreren Schmierstoffen zu beaufschlagen. Eine derartige, mit mehreren Schmierstoffen beaufschlagbare und dementsprechend als Mehrfachdüse 20 ausgebildete Schmierdüse liegt der 3 zugrunde. Die Mehrfachdüse 20 besitzt mehrere, im dargestellten Beispiel zwei Eingänge 21, 22 für unterschiedliche Schmierstoffe, hier die beiden Schmierstoffe A und B. Ebenso besitzt die Mehrfachdüse 20 mehrere, den unterschiedlichen Schmierstoffen zugeordnete, im dargestellten Beispiel zwei den Schmierstoffen A und B zugeordnete Sprühköpfe 23, 24. Diese können so eingestellt sein, dass die abgegebenen Sprühstrahlen 25, 26 einander treffen, womit der erwünschte Verschnitt der Schmierstoffe A und B bewerkstelligt bzw. begünstigt wird. Im dargestellten Beispiel erzeugen die Sprühköpfe 23, 24 einander treffende Sprühstrahlen. Es wäre aber auch denkbar, einander überschneidende Sprühkegel zu erzeugen und auf diese Weise den erwünschten Verschnitt zu bewerkstelligen bzw. zu begünstigen.
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Dem Beispiel gemäß 4 liegen ebenfalls Mehrfachdüsen 20 zugrunde. Dabei sind die Sprühköpfe so eingestellt, dass die durch unterschiedliche Schmierstoffe A, B gebildeten Strahlen 25, 26 einander benachbarter Mehrfachdüsen 20 im Bereich zwischen diesen einander treffen und so den erwünschten Verschnitt bewirken bzw. begünstigen.
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Eine andere Möglichkeit zur Bewirkung des gewünschten Verschnitts mehrerer Stoffe, hier A, B, C, bei denen es sich um Schmierstoffe und/oder andere Stoffe mit erwünschten Eigenschaften handeln kann, mit jeweils lediglich einer Schmierdüse zeigt 5. Hierbei sind wiederum mehrere in der Zylinderwand angeordnete Schmierdüsen 3 vorgesehen, die übereinander, nebeneinander oder gemäß einem vorgegebenen Verteilungsmuster angeordnet sein können. Jeder Schmierdüse 3 ist eine Versorgungsleitung 27 zugeordnet. Jede Schmierdüse 3 wird hier mit allen verwendeten Stoffen, im dargestellten Beispiel also mit den Stoffen A, B, C beaufschlagt. Hierzu wird die in jeder der Versorgungsleitungen 27 erzeugte, an der zugeordneten Schmierdüse 3 anstehende Flüssigkeitssäule als Folge von aus den verschiedenen Stoffen bestehenden Säulenabschnitten 28 ausgebildet, die in 5 mit dem jeweils zugehörigen Stoff A bzw. B bzw. C bezeichnet sind.
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Die Länge der den einzelnen Stoffen A, B, C zugeordneten Säulenabschnitte 28 richtet sich nach dem jeweiligen Bedarf, insbesondere dem jeweiligen Schmier- und/oder Neutralisierungsbedarf. Hierzu ist eine für mehrere, im dargestellten Beispiel für alle Versorgungsleitungen 27 gemeinsame Dosierpumpe 29 vorgesehen, die mit den verwendeten Stoffen A, B, C beaufschlagbar ist und dementsprechend eine der Zahl der verwendeten Stoffe A, B, C entsprechende Zahl von jeweils einem der verwendeten Stoffe A, B, C zugeordneten Eingängen 30 mit jeweils zugeordneter Versorgungspumpe 31 aufweist. Die Dosierpumpe 29 besitzt ferner eine der Zahl der angeschlossenen Versorgungsleitungen 27 entsprechende Zahl von Ausgängen 32. Die Funktion der Dosierpumpe 29 ist so, dass pro Hub jeweils ein anderer Eingang 30 aktiviert ist, wodurch die oben erwähnte Folge von den unterschiedlichen Stoffen A, B, C zugeordneten Säulenabschnitten 28 gebildet wird.
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Das Volumen, d. h. bei gleichem Durchmesser der Versorgungsleitungen 27 die Länge der einzelnen Säulenabschnitte 28 kann, wie 5 anschaulich erkennen lässt, unterschiedlich sein, was durch eine unterschiedliche Hublänge oder durch eine Veränderung der Summe von addierten Einheitsdosierungen der Dosierpumpe 29 erreicht wird. Die Dosierpumpe 29 kann dabei ähnlich aufgebaut und gesteuert sein, wie die Mehrkammer-Dosierpumpe 12 im Beispiel gemäß 1, worauf Bezug genommen wird. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass mehrere, alternativ aktivierbare Eingänge 30 vorgesehen sind.
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Bei jedem Hub der Dosierpumpe 29 wird an den Schmierdüsen 3 genauso viel Volumen an Schmiermittel abgegeben, wie von der Dosierpumpe 29 in die Versorgungsleitungen 27 hineingefördert wird. Sofern alle Versorgungsleitungen 27 gleich sind, d. h. gleichen Fassungsvermögen haben, steht an den zugeordneten Schmierdüsen 3 jeweils dieselbe Stoffart an, was dann auch für das aus den Schmierdüsen 3 austretende Mittel gilt. Dabei kann es sich um den Inhalt jeweils eines Säulenabschnitts 28 oder um den ganzen oder teilweisen Inhalt mehrerer Säulenabschnitte 28 handeln, je nach Länge der Abschnitte 28 und der Länge des betreffenden Hubs der Dosierpumpe 29. Sehr wahrscheinlich wird bereits dadurch die gesamte Zylinderwand im Durchschnitt. mit einem Verschnitt der verschiedenen individuell eingeleiteten Stoffe beliefert. Dies wird noch verstärkt, wenn die Versorgungsleitungen 27 unterschiedlich lang sind oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen, d. h. unterschiedliches Fassungsvermögen haben, so dass an den einzelnen Schmierdüsen 3 jeweils unterschiedliche Schmierstoffe anstehen und bei jedem Hub der Dosierpumpe 29 ausgestoßen werden. Es ist daher eine hohe Variabilität möglich.
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Um eine besonders hohe Sicherheit zu gewährleisten kann wenigstens ein Element der Schmierstoffversorgungseinrichtung eine z. B. in 1 im Bereich des Tanks 5 angedeutete Markierung 33 aufweisen, aus der eine Klassifizierung der Einrichtung nach Parametern, wie Einbaudatum, Wartung, Lebensdauer etc. hervorgeht. Zweckmäßig kann eine derartige Markierung 33 als RFID-Chip ausgebildet sein, der berührungslos auslesbar ist, wobei die Anordnung zweckmäßig so gewählt ist, dass dies von außen möglich ist. Es ist denkbar, für einen ganzen Motor eine gemeinsame Markierung 33 vorzusehen oder jedem Zylinder oder jeder Zylindergruppe eine eigene Markierung zuzuordnen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt.
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So können der Zylinderinnenseite außer Schmierstoffen auch noch ein oder mehrere weitere Stoffe zugeführt werden, die andere wertvolle Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel könnte außer den zwei die Extremschmierstoffe bildenden Flüssigkeiten noch wenigstens eine dritte Flüssigkeit zugeführt werden, die praktisch eine Art Medizin für den Motor bilden und solchen Stellen der Zylinderwand zugeführt werden kann, an denen ein Problem, z. B. die Gefahr des Beginns eines sogenannten Fressens, festgestellt wurde. In einem derartigen Fall können dann ein Spezialschmiermittel oder eine andere Hilfsflüssigkeit durch eine ausgewählte Zahl von Düsen gemäß einem gewünschten Zufuhrmuster d. h. in einer gewünschten örtlichen Verteilung an die betroffene Stelle gebracht werden. In Fällen, in denen die Gefahr von sogenanntem Polieren besteht oder es zu Polieren bereits kommt, kann es vorteilhaft sein, wenn eine den Gleitflächen zugeführte weitere Flüssigkeit eine Säure ist, wodurch eine gewisse Ätzung erfolgt, was zu einer Anrauung der Gleitflächen und damit zu einer Verbesserung der Haftung der Schmiermittel führt. Ebenso wäre es denkbar, mittels einer oder einiger der Düsen andere Flüssigkeiten bzw. flüssige Komponenten während des Betriebs nur von Zeit zu Zeit einzubringen.
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In einigen Großmotoren wird ein berechneter Überschuss von verwendetem Zylinderöl aufgefangen. Ein größerer oder kleinerer Anteil von solchem verwendetem Zylinderöl kann vorteilhafterweise wieder in den oder die Zylinder zurückgeführt werden, beispielsweise als eine C-Komponente mit mittlerer Qualität, und zwar nach einer notwendigen Reinigung oder Filterung und einer Überprüfung der Eigenschaften zur richtigen Berechnung der jeweiligen A-, B- und C-Dosierungen.
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Es sei ferner erwähnt, dass das System, welches im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegt, auch mit einer einzigen Zylinderschmierkomponente betrieben werden kann, und zwar in dem Fall dass keine zusätzliche Neutralisierungskapazität oder ähnliches notwendig ist, was beispielsweise der Fall sein kann wenn ein Großmotor, welcher das erfindungsgemäße System aufweist, tatsächlich mit Gas oder einem anderen schwefelfreien Brennstoff betrieben wird. Ferner kann es in einem Motor mit mehreren Zylindern wünschenswert sein, einen oder mehrere Zylinder leer laufen zu lassen, d. h. nicht mit Brennstoff zu versorgen. Dies kann beispielsweise wünschenswert sein, um die abgegebene Leistung zu reduzieren oder um einen Ausfall während kritischen Situationen auf See zu vermeiden. In diesem Fall kann in den Zylinder eine dritte, lediglich schmierende Komponente vorteilhafterweise ein- oder zurückgeführt werden.
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Ebenso ist es natürlich denkbar, die Verteilung der aktiven Düsen, d. h. das Zufuhrmuster bezüglich einer oder mehrerer zuzuführender Flüssigkeiten während des Betriebs des Motors zu ändern und sich ändernden Bedürfnissen anzupassen, um eine ordnungsgemäße Funktion des betroffenen Zylinders sicherzustellen. Solche Situationen treten beispielsweise auf, wenn die Art des Brennstoffs geändert wird, beispielsweise von Erdgas auf Öl oder umgekehrt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10112691 A1 [0004, 0004]
- JP 03-1941109 [0005]
- JP 1041619 A [0005]
