DE69907014T2 - Schmiersystem für grossdieselmotoren - Google Patents

Description

• Bei traditionellen Zylinderschmiersystemen, hauptsächlich für große Zweitakt-Dieselmotoren, wird von einer oder mehreren zentralen Schmiervorrichtungen Gebrauch gemacht, die jeweils die Schmierstellen an einem oder mehreren Zylindern versorgen, d. h. durch Druckzuführung von Ölportionen durch jeweilige Verbindungsrohre zu den verschiedenen Schmierstellen in zweckdienlichen Zeitintervallen. Siehe z. B. DK/EP 0678152. Diese zweckdienlichen Intervalle können typisch sein, wenn die Kolbenringe während des Kompressionshubes, wenn sich der Kolben nach oben bewegt, der zweckmäßigen Schmierstelle gegenüberliegen.
• Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Kompressibilität der in den Rohren auftauchenden Ölmenge es schwierig gemacht hat, dieses korrekte "Timing" herzustellen. Die Länge der in der Praxis verwendeten Ölrohre ist häufig so groß, dass die Einleitung einer relativ kleinen Menge Öl in ein Ende des Rohres nur eine Kompression des Öls im Rohr bewirkt, ohne dass der Druck groß genug wird, um eine entsprechende Menge Öl aus dem anderen Ende an der Zylinderoberfläche herauszudrücken. Dieses Öl wird häufig nicht in dem oben erwähnten Zeitpunkt zugeteilt, sondern statt dessen in Zeitpunkten, in denen der Druck im Zylinder niedrig genug ist, in der Regel nach dem Vorbeigehen des Kolbens in Richtung nach oben oder unten. Wenn dies während der Abwärtsbewegung geschieht, wird das Öl von der Schmierstelle über die Oberfläche des Zylinders und in der Zylinderauskleidung nach unten statt nach oben in Richtung auf das "heiße" Ende des Zylinders verteilt, wo die Schmierung am Nötigsten ist.
• Die Entwicklung hin zu immer stärkerer Ausnutzung der Motoren hat zu größerer mechanischer und thermischer Belastung der Zylinderauskleidungen und Kolbenringe geführt, der traditionell mit verstärkter Zuteilung von Zylinderöl Rechnung getragen wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass, wenn die Zuteilung über eine gewisse, nicht genau bestimmte Grenze hinaus erhöht wird, die Geschwindigkeit, mit der das Öl in den Zylinder eingeleitet wird, so groß ist, dass es, statt auf der Oberfläche des Zylinders zu bleiben, einen Strahl innerhalb des Zylinderhohlraums bildet und dadurch vergeudet wird. Wenn die Zuteilung wunschgemäß durchgeführt wird, während die Kolbenringe dem Kolben gegenüber liegen, ist dies weniger kritisch, wenn aber die Zuteilung außerhalb dieser Zeitspanne stattfindet, wie oben beschrieben, wird aus einem Teil des zugeteilten Öls kein Nutzen gezogen.
• Die traditionelle Art und Weise, auf die Öl über die Oberfläche des Zylinders verteilt wird, war, zwei schräge Schlitze pro Schmierstelle in der Oberfläche des Zylinders herzustellen, die sich beide von der Schmierstelle her und in einer Richtung weg vom obersten Teil des Zylinders erstrecken. Wenn ein Kolbenring an so einem Schlitz vorbeigeht, tritt quer über dem Kolbenring ein Druckabfall im Schlitz auf, welcher das Öl von der Schmierstelle weg drückt. Dieses und andere Verfahren haben sich jedoch als darin unzureichend erwiesen, dass in der Praxis eine beträchtliche Verschleißschwankung entlang des Zylinderumfangs festgestellt werden kann.
• Daher ist es zweckdienlich, nach Verfahren zu suchen, die Verteilung von Öl über den Zylinderumfang zu verbessern.
• Ein verbessertes Verfahren ist schon in der JP-A-07 034837 offenbart.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird das Öl ebenfalls in bestimmten Zeitspannen in Portionen zugeteilt, jedoch wird es mittels Einspritzdüsen, die sich in der Zylinderwand befinden, über die Oberfläche des Zylinders verteilt, bevor der Kolben während seiner Bewegung nach oben an den Schmierstellen vorbeigeht.
• Die Spülluftöffnungen in gleichstromgespülten Zweitakt-Dieselmotoren sind so angeordnet, dass die Gasmischung während des Spülens im gleichen Zeitpunkt in Drehbewegung versetzt wird, in dem das Gas im Zylinder nach oben verlagert wird und diesen durch das Auslassventil im obersten Teil des Zylinders verlässt. Das Gas im Zylinder folgt auf seinem Weg von den Spülluftöffnungen zum Auslassventil somit einer Schraubenlinie oder einem Strudel. Infolge der Zentrifugalkraft wird ein genügend kleines Ölpartikel, das sich in diesem Strudel befindet, nach außen gegen die Zylinderwand gezwungen und schließlich auf der Wand abgelagert. Dieser Effekt wird ausgenutzt, indem die Ölportionen als "Nebel" aus Ölpartikeln geeigneter Größe, durch Düsen zerstäubt, in den Zylinder eingeleitet werden. Durch Einstellen der Abmessungen der Düsen, der Ausströmgeschwindigkeit des Öls und des Drucks vor der Düse kann die mittlere Größe der Öltropfen im Ölnebel gesteuert werden. Wenn ein Ölpartikel oder Öltropfen zu klein ist, "schwebt" er zu lange in der Gasströmung, und schließlich wird er mit der Spülluft abgeführt, ohne auf die Wand des Zylinders zu stoßen. Wenn er zu groß ist, bleibt er infolge seiner Trägheit zu lange auf seinem anfänglichen Weg und erreicht die Zylinderwand nicht, weshalb er vom Kolben eingeholt wird und oben auf dem Kolben abgelagert wird.
• Die Richtung der Düsen im Verhältnis zur Strömung im Zylinder kann so angeordnet werden, dass Wechselwirkung zwischen den individuellen Öltropfen und der Gasströmung im Zylinder sicherstellt, dass die Öltropfen in einem Bereich auf die Zylinderwand stoßen, der im großen und ganzen der Umfangsdistanz zwischen zwei Schmierstellen entspricht. Auf diese Weise wird das Öl schon vor dem Vorbeigehen der Kolbenringe mehr oder weniger gleichförmig über die Zylinderoberfläche verteilt. Überdies kann die Düse so eingestellt werden, dass das Öl weiter oben als die Düsen auf die Zylinderwand stößt. Folglich wird das Öl schon bei seiner Einleitung in den Zylinder nicht nur besser über die Zylinderoberfläche verteilt, sondern es wird der Zylinderoberfläche auch näher am obersten Ende des Zylinders "geliefert", wo die Notwendigkeit für Schmierung am Größten ist. Diese beiden Bedingungen führen zu einer besseren Ausnutzung des Öls, mit einer erwarteten Verbesserung des Verhältnisses Zylinderlebensdauer/Ölverbrauch.
• Die Zuführung des Öls zur Zylinderoberfläche muss in abgemessenen Portionen durchgeführt werden, wie es bei den früher erwähnten traditionellen zeitgesteuerten Systemen durchaus der Fall ist. Die Zuführeinrichtung kann eine traditionelle Schmiervorrichtung sein, jedoch können auch andere Zuführeinrichtungen mit entsprechenden Eigenschaften ins Auge gefasst werden.
• Um sicherzustellen, dass der Druck im Zylinder nicht nach hinten im Ölrohr übertragen wird, wird ein Rückschlagventil auf normale Weise im Ende des Schmierrohres angeordnet, unmittelbar vor der Innenseite der Zylinderauskleidung. Das Rückschlagventil lässt den Durchgang von Öl vom Ölrohr zur Zylinderauskleidung zu, lässt aber keine Gasströmung in der Gegenrichtung zu. Diese Rückschlagventile haben normalerweise einen maßvollen Öffnungsdruck (einige Bar).
• Der in dem neuen System herrschende Druck ist in den Schmierrohren zwischen Pumpen und Düsen notwendig, um sicherzustellen, dass die beabsichtigte Zerstäubung beträchtlich höher ist (in der Größenordnung von 50 bis 100 Bar). Würde man dies mittels einer beträchtlichen Vergrößerung im Öffnungsdruck der traditionellen Rückschlagventile sicherstellen, würde dies stärkere und mehr Platz beanspruchende Federn erfordern, was außerdem in größerem "schädlichen Raum" zwischen Ventil und Düse resultieren würde. Bei traditionellen Systemen hat dieser schädliche Raum bereits die gleiche Größe wie oder ist größer als die Ölmenge, die pro Portion zugeteilt werden muss, und bewirkt daher eine entsprechende Unsicherheit im Hinblick auf den Druck vor der Düse. Um die notwendige Zerstäubung sicherzustellen, muss der für die Zerstäubung erforderliche Druck sofort nach dem Start der Zuteilung zur Verfügung stehen. Dies kann zum Beispiel sichergestellt werden, indem dort, wo sich jedes Ölrohr in den Zylinder öffnet, ein Ventil vorgesehen wird, das durch den Druck im Ölrohr zwischen der Schmiervorrichtung und dem Ventil geöffnet wird, wenn dieser Druck einen bestimmten Wert erreicht hat, wie es bei traditionellen Heizöl-Einspritzsystemen der Fall ist.
• Da das Öl der Zylinderwand vor dem Vorbeigehen des Kolbens zugeführt wird, ist das Timing nicht so kritisch wie bei Systemen, bei denen das Öl präzise während des sehr kurzen Intervalls zugeführt werden muss, in dem das "Paket" Kolbenringe der Schmierstelle gegenüberliegt.
• Eine mögliche Gestaltung des Systems ist in 1 gezeigt.
• Eine Anzahl von Ventilen (3) sind in geeigneten Intervallen in der Zylinderauskleidung (5) angeordnet, dadurch gekennzeichnet, dass sie dafür eingerichtet sind, bei einem bestimmten Druck in dem Ölrohr (2) zu öffnen, das von der Ölpumpe (1) zu den individuellen Ventilen (3) führt. Am Ende des Ventils (3), unmittelbar innerhalb der Zylinderinnenfläche, ist eine Düse (4) angebracht, durch die das Öl zerstäubt wird, wenn der Druck im Ölrohr (2) einen bestimmten voreingestellten Wert erreicht. Das Öl wird jedem Ölrohr (2) von einer Ölpumpe (1) zugeführt, die aus einer Anzahl von kleinen Pumpen besteht, für jedes Ölrohr (2) eine, die Öl vom Versorgungstank (7) empfangen. Die Ölpumpen sind in der Lage, in gegebenen Zeitintervallen eine abgemessene Portion Öl zu liefern, und können z. B. eine auf traditionelle Weise zeitgesteuerte Zylinderschmiervorrichtung sein, wie beschrieben in der PCT-Anmeldung PCT/DK/00378, int. Veröffentlichungsnummer WO96/09492, deren Ventile (3) so konstruiert sind, dass, wenn ein Ölverlust auftritt, ein Rücklaufrohr (6) für Verlustöl vorgesehen ist, das zum Versorgungstank (7) zurückführt. J zeigt einen Strom Ölnebel aus einer Düse 3 an, und A zeigt die Umfangsausdehnung derjenigen Fläche der Zylinderwand an, gegen die dieser Strahl gerichtet ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Zylinderschmierung von großen Dieselmotoren wie z. B. Schiffsmotoren, wodurch in Verbindung mit der nach oben gerichteten Bewegung eines Kolbens eine Einspritzung von Schmieröl durch Einspritzdüsen (3) in einer Ringfläche durchgeführt wird, die sich in einem Abstand unterhalb des obersten Teils jedes zugehörigen Motorzylinders (5) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl in einem Zeitpunkt, unmittelbar bevor die Kolbenringeinrichtung des Kolbens nach oben an der Ringfläche vorbeigeht, unter hohem Druck durch Zerstäubungsdüsen (3) eingespritzt wird, dass die aus den individuellen Düsen (3) durchgeführte Einspritzung gegen eine Fläche der Zylinderwand (5) gerichtet ist, die ganz nah an jeder Düse in der Ringfläche liegt, in der die Düsen angebracht sind, so dass das zerstäubte Öl vor dem tatsächlichen Vorbeigehen der Kolbenringeinrichtung einen im wesentlichen zusammenhängenden, ringförmigen Schmierölfilm auf der Zylinderoberfläche ausbilden kann.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zerstäubte Öl aus jeder Düse in der seitlichen Richtung eingespritzt wird, in der im Zylinder (5) auftretende rotierende Spülluft die Ringfläche spült.
3. Dieselmotor mit einem Zylinderwand-Schmiersystem zum Betrieb nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, mit einer Einrichtung (1), um unter Druck stehendes Schmieröl einer Anzahl von Öleinspritzdüsen (3, 4) zuzuführen, die in einer im Abstand vom obersten Teil des Zylinders befindlichen Ringfläche in der Zylinderwand (5) angeordnet sind, und einer Steuerein richtung zur Durchführung von Öleinspritzung durch die Düse während einer Phase des Aufwärtshube des Kolbens des Zylinders, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüsen (3, 4) als Zerstäubungsdüsen gestaltet sind und die Ölzuführeinrichtung (1) dafür eingerichtet ist, Schmieröl auf einem genügend hohen Druck zuzuführen, vorzugsweise 50 bis 100 Bar, um die Öleinspritzung als Ölnebel (3) aufzubereiten, und das die Steuereinrichtung (1) betriebsfähig ist, die Ölnebeleinspritzung während einer Phase zu betätigen, gerade bevor die Kolbenringeinrichtung des Zylinders tatsächlich an der Ringfläche vorbeigeht.
4. Dieselmotor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüsen auf eine solche Weise gestaltet und angebracht sind, dass sie jeweils einen Ölnebel einspritzen, der gegen eine nahe liegende Zylinderwandfläche in der Ringfläche gerichtet sind, in der die Düsen angebracht sind.
5. Dieselmotor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüsen mit einem druckgesteuerten Ventil eingerichtet sind, dessen Öffnung davon abhängt, dass der Druck in einem zugehörigen Zuführrohr auf einen Pegel steigt, der so groß ist, dass die Düse eine wirksame Zerstäubung des Öls durchführen kann.