EP2199549A1

EP2199549A1 - Zylinderschmiervorrichtung, sowie eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Zylinderschmiervorrichtung

Info

Publication number: EP2199549A1
Application number: EP09173759A
Authority: EP
Inventors: Arturo De Risi; Francesco Micali; Matthias Stark; Markus Weber
Original assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Current assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2010-06-23
Also published as: KR20100071015A; JP2010144718A; CN101749073A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderschmiervorrichtung (1) zum Schmieren einer Lauffläche (2) einer Zylinderwand (3) eines Zylinders (4) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere eines langsam laufenden Zweitakt-Grossdieselmotors. Im Zylinder (4) ist ein Kolben (5) entlang der Lauffläche (2) zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) in einer axialen Richtung (A) hin- und herbewegbar angeordnet. Dabei sind an einem Einlassbereich (6) des Zylinders (4) Spülschlitze (7) vorgesehen, so dass einem Brennraum (8) des Zylinders (4) im Betriebszustand durch die Spülschlitze (7) Frischluft (71) zuführbar ist. Erfindungsgemäss ist in der Zylinderwand (3) in einem Bereich zwischen den Spülschlitzen (7) und dem oberen Totpunkt (OT) eine Ablauföffnung (9) vorgesehen ist, so dass Schmieröl (10) aus dem Zylinder (4) abführbar ist. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer erfindungsgemässen Zylinderschmiervorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderschmiervorrichtung, sowie eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufenden Grossdieselmotors mit einer Zylinderschmiervorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
Grossdieselmotoren werden häufig als Antriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betrieb, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei laufen die Motoren in der Regel über beträchtliche Zeiträume im Dauerbetrieb, was hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit stellt. Daher sind für den Betreiber insbesondere lange Wartungsintervalle, geringer Verschleiss und ein wirtschaftlicher Umgang mit Brenn- und Betriebsstoffen zentrale Kriterien für den Betrieb der Maschinen. Unter anderem ist das Kolbenlaufverhalten solcher grossbohrigen langsam laufenden Dieselmotoren ein bestimmender Faktor für die Länge der Wartungsintervalle, die Verfügbarkeit und über den Schmiermittelverbrauch auch unmittelbar für die Betriebskosten und damit für die Wirtschaftlichkeit. Damit kommt der komplexen Problematik der Schmierung von Grossdieselmotoren eine immer grössere Bedeutung zu.
Bei Grossdieselmotoren, jedoch nicht nur bei diesen, erfolgt die Kolbenschmierung durch Schmiereinrichtungen im sich hin und her bewegenden Kolben oder in der Zylinderwand, durch die Schmieröl auf die Lauffläche der Zylinderwand aufgebracht wird, um die Reibung zwischen Kolben und Lauffläche und damit die Abnützung der Lauffläche und der Kolbenringe zu minimieren. So liegt heute bei modernen Motoren, wie z.B. den RTA-Motoren von Wärtsilä, die Abnutzung der Lauffläche bei weniger als 0.05 mm bei einer Betriebsdauer von 1000 Stunden. Die Schmiermittelfördermenge liegt bei solchen Motoren bei ca. 1.3 g/kWh und weniger und soll nicht zuletzt aus Kostengründen möglichst noch weiter reduziert werden, wobei gleichzeitig der Verschleiss minimiert werden soll.
Als Schmiersysteme zur Schmierung der Laufflächen sind ganz verschiedene Lösungen bekannt, sowohl was die konkrete Ausführung der Schmiereinrichtungen selbst, als auch was die Verfahren zur Schmierung angeht. So sind Schmiereinrichtungen bekannt, bei denen das Schmieröl durch mehrere Schmiermittelöffnungen, die in Umfangsrichtung in der Zylinderwand untergebracht sind, auf den an der Schmiermittelöffnung vorbeilaufenden Kolben aufgebracht werden, wobei das Schmiermittel durch die Kolbenringe sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung verteilt wird. Das Schmiermittel bei dieser Methode nicht grossflächig auf die Lauffläche der Zylinderwand, sondern mehr oder weniger punktuell zwischen die Kolbenringe auf die Seitenflächen des Kolbens aufgebracht.
Ganz gleich nach welcher Methode das Schmieröl auf die Gegenlaufpartner aufgebracht wird, gibt es spezielle Probleme im Zusammenhang mit der Zylinderschmierung von Kreuzkopf Grossdieselmotoren, die bis heute ungelöst sind.
Ein Problem ist beispielsweise die grundsätzlich immer auftretende massive Verschmutzung des Receiverraums mit Schmieröl. Der Grund dafür liegt darin, dass wenn der Kolben auf seiner Bewegung in Richtung zum unteren Totpunkt die Spülschlitze, die in den Receiverraum münden, passiert, wird das Schmieröl aus den Kolbenringnuten bzw. aus dem Kolbenringpaket, in dem eine bestimmte Menge an Schmieröl immer gespeichert ist, durch den im Kolbenringpaket herrschenden Überduck in Form einer Schmierölwolke in den Receiverraum geblasen.
Wie dem Fachmann bekannt ist, läuft der Gasdruck im Brennraum wie in einer Labyrinthdichtung durch das Kolbenringpaket und wird dort gemeinsam mit dem im Kolbenringpaket sich befindenden Schmieröl gespeichert und kann, solange das Kolbenringpaket dichtend an der Lauffläche der Zylinderwand anliegt, praktisch nicht entweichen. Passiert der Kolben auf seiner Dekompressionsbewegung in Richtung zum unteren Totpunkt UT dann die Spülschlitze, so kann der im Kolbenringpaket gespeicherte Gasdruck zusammen mit dem im Kolbenringpaket gespeicherten Schmieröl schlagartig über die Spülschlitze in den Receiverraum in Form einer Schmierölwolke entweichen, wodurch der Receiverraum massiv mit Schmieröl kontaminiert wird.
Neben der Verschmutzung des Receiverraums an sich, hat dieser Vorgang noch zahlreiche andere negative Auswirkungen. So wird das in den Receiverraum eingeblasene Schmieröl selbstverständlich im Saugtakt mit der Frischluft, die dem Brennraum zugeführt wird, ebenfalls zumindest teilweise in den Brennraum befördert, wo es verbrennt und damit endgültig für jede weitere Verwendung verloren ist.
Insbesondere der Verlust von Schmieröl, das sehr teuer ist und erheblich zu den Betriebskosten des Grossdieselmotors beiträgt, sollte möglichst vermieden oder zumindest minimiert werden um Kosten und Rohstoffe zu sparen.
Ein weiterer Punkt ist die resultierende oft mangelhafte Schmierung im Bereich der Spülschlitze, also oberhalb und unterhalb der Spülschlitze und bei den Spülschlitzen selbst. Hier steht häufig kaum noch Schmiermittel zwischen den Gegenlaufpartnern zur Verfügung, insbesondere auch deswegen, weil das Schmieröl aus den Kolbenringpackungen wie oben beschrieben durch die Spülschlitze ausgeblasen wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Schmiervorrichtung zum Schmieren einer Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorzuschlagen, durch die die zuvor geschilderten Probleme vermieden werden und insbesondere die Verschmutzung des Receivers mit Schmieröl deutlich reduziert wird und wobei bevorzugt noch Schmieröl eingespart und die Schmierung im Bereich der Spülschlitze verbessert wird.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft somit eine Zylinderschmiervorrichtung zum Schmieren einer Lauffläche einer Zylinderwand eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere eines langsam laufenden Zweitakt-Grossdieselmotors. Im Zylinder ist ein Kolben entlang der Lauffläche zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt in einer axialen Richtung hin- und herbewegbar angeordnet. Dabei sind an einem Einlassbereich des Zylinders Spülschlitze vorgesehen, so dass einem Brennraum des Zylinders im Betriebszustand durch die Spülschlitze Frischluft zuführbar ist. Erfindungsgemäss ist in der Zylinderwand in einem Bereich zwischen den Spülschlitzen und dem oberen Totpunkt eine Ablauföffnung vorgesehen ist, so dass Schmieröl aus dem Zylinder abführbar ist.
Durch die erfindungsgemässen Ablauföffnungen ist es erstmals möglich, ein Verschmutzen des Receivers bzw. des Receiverraums durch Schmieröl, das aus den Kolbenringpackungen unter relativ hohem Druck bisher in Form einer Wolke aus Schmieröl durch die Spülschlitze in den Receiverraum gesprüht wurde, wirksam zu verhindern.
Dadurch, dass bevorzugt das durch die Ablauföffnungen aus dem Zylinder austretende Öl abgeführt wird und in einem Ölsammelraum gesammelt wird, kann zusätzlich Schmieröl gespart werden, da das im Ölsammelbehälter gesammelte Schmieröl wieder verwendet werden kann. Dazu kann es zum Beispiel einer Reinigungs- und / oder Recyclingeinrichtung zugeführt werden, in der das durch die Auslauföffnung aus dem Zylinder aufgesammelte Schmieröl wieder gereinigt, aufbereitet und dem Schmierölkreislauf wieder zugeführt wird, in dem es zum Beispiel wieder in einen Frischöltank für Schmieröl zurückbefördert wird.
In einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel wird das im Ölsammelraum gesammelte Schmieröl jedoch direkt aus dem Ölsammelraum durch Zulauföffnungen auf die Zylinderlauffläche im bereich der Spülschlitze zurück verbracht, so dass erstmals auch die Lauffläche im Bereich der Spülschlitze optimal und zusätzlich mit Schmieröl versorgt werden kann. Somit wird durch die Erfindung die Verschmutzung des Receivers mit Schmieröl verhindert, es wird die Schmierung der Lauffläche des Zylinders im Bereich der Spülschlitze verbessert und gleichzeitig Schmieröl eingespart, weil das bisher an den Receiver verlorene Schmieröl zur Schmierung genutzt werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist somit ein Rückführmittel zur Rückführung von Schmieröl in ein Teilsystem der Zylinderschmiervorrichtung vorgesehen. Das Teilsystem kann dabei zum Beispiel der Zylinder bzw. die Zylinderlauffläche des Zylinders sein, oder eine Reinigungs- und / oder Recyclingeinrichtung in der das aus dem Zylinder über Ablauföffnung abgeführte Schmieröl wieder aufbereitet wird und dem Schmierölkreislauf wieder zugeführt wird. Im Speziellen ist es auch möglich, dass das Teilsystem ein Entsorgungsbehälter ist, in den das über die Ablauföffnung abgeführte Schmieröl entsorgt wird, weil es zum Beispiel nicht mehr in den Schmierölkreislauf rezirkuliert werden kann.
In einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel ist wie bereits erwähnt ein mit der Ablauföffnung kommunizierender Ölsammelraum vorgesehen, so dass Schmieröl aus dem Zylinder dem Ölsammelraum zuführbar ist und in diesem zwischengelagert werden kann.
Besonders bevorzugt ist dabei das zuvor erwähnte Rückführmittel eine in der Zylinderwand vorgesehene und mit dem Ölsammelraum kommunizierende Zulauföffnung, so dass das Schmieröl aus dem Ölsammelraum in den Zylinder zur Schmierung der Lauffläche des Zylinders zurückführbar ist.
Insbesondere aus Gründen der Raumersparnis kann der Ölsammelraum ein integraler Bestandteil der Zylinderwand des Zylinders sein, so dass aussen am Zylinderliner kein zusätzlicher und platzraubender Ölsammelraum vorgesehen werden muss, wobei im Speziellen der Ölsammelraum selbstverständlich alternativ oder zusätzlich auch ausserhalb des Zylinders vorgesehen werden kann.
Bevorzugt ist der Ölsammelraum als ein um den Zylinder ganz oder teilweise umlaufender Ringraum ausgestaltet.
Dabei können mindestens zwei Ölsammelräume vorgesehen, die zum Beispiel in Umfangsrichtung und / oder in Bezug auf die axiale Richtung zueinander versetzt sein können, so dass einerseits effektiver Schmieröl aus dem Kolbenringpaket des Kolbens im Ölsammelring gesammelt werden kann und anderseits das aufgesammelte Schmieröl wieder besser und grossflächiger mittels der Zulauföffnungen auf die Lauffläche rezirkuliert werden kann.
Dazu können bevorzugt auch eine Mehrzahl von Zulauföffnungen vorgesehen werden, wobei der Ölsammelraum auch durch Zwischenwände in eine Mehrzahl von gegeneinander abgetrennten Ölraumsegmenten unterteilt sein kann, so dass durch diese einzeln und eventuelle in unterschiedlicher Art und Weise Schmieröl über die Ablauföffnungen in das individuelle Ölraumsegment abgeführt werden kann und auch abhängig von der Position eines bestimmten Ölraumsegments bestimmte Bereiche der Zylinderlauffläche individuell und gezielt mit Schmieröl aus dem entsprechenden Ölraumsegment versorget werden können.
Dazu kann am Ölsammelraum, bevorzugt an jedem Ölraumsegment ein Druckventil und / oder ein Rückschlagventil vorgesehen werden, so dass die durch das Rückführmittel in das Teilsystem rückführbare Menge an Schmieröl, insbesondere die auf die Zylinderlauffläche rückführbare Menge an Schmieröl auf einen vorgebbaren Wertebereich einstellbar ist, und oder so dass die durch das Rückführmittel in das Teilsystem rückführbare Menge an Schmieröl in Bezug auf die Umfangsrichtung und / oder in Bezug auf die axiale Richtung variierbar ist.
Besonders bevorzugt ist die Ablauföffnung und / oder das Rückführmittel, insbesondere die Zulauföffnung derart ausgestaltet, dass ein Schmieröldurchsatz einstellbar ist und so vor allem eine optimale und sowohl zeitabhängige als auch ortsabhängige einstellbare Schmierung der Lauffläche ermöglicht wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Zweitakt-Grossdieselmotor mit einer erfindungsgemässen Zylinderschmiervorrichtung wie in dieser Schrift beschrieben.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Zylinderanordnung eines Zweitakt-Grossdieselmotors gemäss der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel mit einem Ölsammelraum;
Fig. 2a: ein Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit Ablaufnut und Zulaufnut;
Fig. 3: ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2;
Fig. 4: ein drittes Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2;
Fig. 5a - 5d: Dekompressionsbewegung des Kolbens in der Nähe der Spülschlitze.

Die erfindungsgemässe Zylinderanordnung der Fig. 1 ist eine typische Anordnung, wie sie, abgesehen von der erfindungsgemässen Ablauföffnung, für längs gespülte Zweitakt-Grossdieselmotoren aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist.
Die Zylinderanordnung mit der erfindungsgemässen Zylinderschmiervorrichtung 1 zum Schmieren einer Lauffläche 2 einer Zylinderwand 3 umfasst einen Zylinder 4, der auch als Zylinderliner 4 bezeichnet wird, in welchem ein Kolben 5 zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT entlang der Lauffläche 2 des Zylinders 4 in der axialen Richtung A hin- und her bewegbar angeordnet ist. Der Kolben 5 umfasst eine Kolbenringpackung 50, die hier schematisch mit lediglich zwei Kolbenringen 51, 52 dargestellt ist, nämlich mit dem dem Brennraum 8 am nächsten gelegenen ersten Kolbenring 51, der auch als Topring 51 bezeichnet wird, und dem zweiten Kolbenring 52, der zum Beispiel als Ölsammelring 52 gemäss EP 1 936 245 A1 ausgestaltet sein kann.
Der Brennraum 8 ist darstellungsgemäss oben durch einen Zylinderdeckel 800 mit Einspritzdüse 801 und Auslassventil 802, das in Fig. 1 gerade geöffnet ist, begrenzt.
Der Kolben ist in an sich bekannter Weise über die Kolbenstange 53 mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Kreuzkopf verbunden, von dem aus die hin-und her Bewegung des Kolbens im Betriebszustand des Grossdieselmotors auf die ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle der Maschine übertragen wird. Die Kolbenstange 53 ist durch den Receiverraum 15, der sich darstellungsgemäss unten an den Zylinderliner 4 anschliesst, und die Stopfbuchse 151 geführt, die den Receiverraum 15 gegen den darunter liegenden Kurbelwellenraum 16 abdichtet, so dass keine Frischluft 71, symbolisiert durch den Pfeil 71, die ein ebenfalls nicht dargestellter Turbolader unter einem hohen Druck, z.B. unter einem Druck von vier bar in den Receiverraum 15 zuführt, aus dem Receiverraum 15 in den Kurbelwellenraum 13 gelangen kann.
Im Betriebszustand ist dabei in an sich bekannter Weise dem Brennraum 8 vom Turbolader Frischluft 71 zuführbar, solange sich die Oberseite des Kolbens 5 zischen der unteren Totpunktposition UT und dem darstellungsgemäss oberen Ende der Spülschlitze befindet.
Erfindungsgemäss ist in der Zylinderwand 3 in einem Bereich zwischen den Spülschlitzen 7 und dem oberen Totpunkt OT eine Ablauföffnung 9 vorgesehen, so dass Schmieröl 10 aus dem Zylinder 4 abführbar ist. Im Beispiel der Fig. 1 ist die Ablauföffnung 9 darstellungsgemäss oberhalb des Receiverraums 15 in der Nähe der Spülschlitze vorgesehen.
Fig. 2 zeigt ein einfaches spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein ringförmiger Ölsammelraum 13 oberhalb der Spülschlitze 7 des Zylinders 4 vorgesehen ist. Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen weitere Fortbildungen des Beispiels gemäss Fig. 2.
Die Zylinderschmiervorrichtung 1 zum Schmieren einer Lauffläche 2 einer Zylinderwand 3 eines Zylinders 4 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, im vorliegenden Beispiel eines langsam laufenden Zweitakt-Grossdieselmotors, umfasst einen Zylinder 4 in welchem Zylinder 4 ein Kolben 5 entlang der Lauffläche 2 zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT in einer axialen Richtung A hin- und herbewegbar angeordnet ist. Wie gut zu erkennen ist, befindet sich der Kolben 5 gerade knapp oberhalb der Spülschlitze 7, die an einem Einlassbereich 6 des Zylinders 4 innerhalb eines in Fig. 2 nicht dargestellten Receiverraums 15 vorgesehen sind, so dass dem Brennraum 8 des Zylinders 4 im Betriebszustand durch die Spülschlitze 7 Frischluft 71 von einem ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Turbolader zuführbar ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist in der Zylinderwand 3 in einem Bereich zwischen den Spülschlitzen 7 und dem oberen Totpunkt OT eine Ablauföffnung 9 vorgesehen, so dass Schmieröl 10 aus dem Zylinder 4 abführbar ist.
Obwohl in der Schnittdarstellung der Fig. 2 so nicht erkennbar, sind im vorliegenden Bespiel der Fig. 2 eine Vielzahl von Ablauföffnungen 9 über die Umfangsrichtung U verteilt, so dass das Schmieröl 10 gleichmässig über die Umfangsrichtung U aus dem Zylinder 4 abführbar ist.
Wenn der Kolben 5 auf seiner Bewegung in Richtung zum unteren Totpunkt UT die Vielzahl von Ablauföffnung 9 passiert, wird das Schmieröl 10 aus den Kolbenringnuten bzw. aus dem Kolbenringpaket 50, in dem eine bestimmte Menge an Schmieröl 10 gespeichert ist, durch den im Kolbenringpaket herrschenden Überduck in die Ablauföffnung 9 in Form einer Schmierölwolke geblasen.
Wie dem Fachmann bekannt ist, läuft der Gasdruck im Brennraum 8 wie in einer Labyrinthdichtung durch das Kolbenringpaket 50 und wird dort gemeinsam mit dem im Kolbenringpaket 50 sich befindenden Schmieröl 10 in gewissem Umfang gespeichert und kann, solange das Kolbenringpaket 50 dichtend an der Lauffläche 2 der Zylinderwand 3 anliegt, praktisch nicht entweichen. Passiert der Kolben 5 auf seiner Dekompressionsbewegung in Richtung zum unteren Totpunkt UT dann die Ablauföffnungen 9, so kann der im Kolbenringpaket gespeicherte Gasdruck zusammen mit dem im Kolbenringpaket 50 gespeicherten Schmieröl schlagartig in die Ablauföffnungen 9 in Form einer Schmierölwolke entweichen.
Das Rückschlagventil 17 verhindert dabei, dass 9 das Schmieröl 10 bzw. die Schmierölwolke durch die Öffnung 9 wieder in den Zylinder zurück entweicht. Das Rückschlagventil 17 sperrt somit den Fluidfluss aus dem Ölsammelraum 13 zurück in den Zylinder.
Die Wolke aus Schmieröl 10 setzt sich dann im Ölsammelraum 13 in Form von flüssigem Schmieröl 10 ab und bildet am Boden des Ölsammelraums 13 unter Wirkung der Schwerkraft einen Sumpf bzw. einen See aus Schmieröl 10. Das so im Ölsammelraum 13 gesammelte Schmieröl 10 steht dann wieder für die Schmierung der Lauffläche 2 der Zylinderwand 3 zur Verfügung und wird zu diesem Zweck durch die Zulauföffnung 111 der Lauffläche 2, die ein Teilsystem 12 der Zylinderschmiervorrichtung 1 bildet, wieder zugeführt.
Dabei bildet sich durch die bei jedem Expansionshub des Kolbens 5 in den Ölsammelraum 13 eintretende Wolke aus Schmieröl 10 im Inneren des Ölsammelraums ein bestimmter hydrostatischer Druck, mit welchem das im Ölsammelraum 13 gesammelte Schmieröl 10 durch die Zulauföffnung 111 wieder auf die Lauffläche 2 der Zylinderwand 3 rezirkuliert wird. Dadurch wird somit einerseits verhindert, dass die Wolke aus Schmieröl 10 in den Receiverraum entweicht und diesen verschmutzt. Andererseits wird die Schmierung der Lauffläche 2 im unteren Bereich des Zylinders 4, vor allem im Bereich der Spülschlitze 7 entscheidend verbessert.
In der Zulauföffnung 111 ist ebenfalls ein Rückschlagventil 18 vorgesehen, dass verhindert, dass durch die Zulauföffnung 111 Schmieröl, ein Teil der Schmierölwolke oder zum Beispiel unter Druck stehendes Gas aus dem Brennraum 8 oder aus dem Receiverraum 15 durch die Zulausöffnung 111 in den Ölsammelraum 13 gelangt. Das Rückschlagventil 18 sperrt somit den Fluidfluss aus dem Zylinder 4 in den Ölsammelraum 13.
Zusätzlich ist am Ölsammelraum 13 noch ein Druckventil 14, mit welchem ein vorgebbarer hydrostatischer Druck im Ölsammelraum 13 einstellbar ist, vorgesehen, so dass die durch das Rückführmittel 11, 111, das heisst hier die durch die Zulauföffnung 111 in das Teilsystem 12, also hier auf die Lauffläche 2 rückführbare Menge an Schmieröl 10 auf einen vorgebbaren Wertebereich einstellbar ist.
Um zu verhindern, dass die Wolke aus Schmieröl 10 aus dem Ölsammelraum 13 wieder entweicht, bevor sie sich in Form von flüssigem Schmieröl 10 im Ölsammelraum 13 abgesetzt hat, sind vorsorglich noch Umlenkbleche 131, 132 vorgesehen, die das zu verhindern helfen.
Dabei ist es auch möglich, wie schematisch anhand der Fig. 2a dargestellt, dass die Ablauföffnungen 9 und / oder die Zulauföffnungen 111 in einer ganz oder teilweise in Umfangsrichtung U umlaufenden Ablaufnut 90 und / oder in einer Zulaufnut 1110 in der Zylinderwand 3 vorgesehen sind, wobei die Ablaufnut 90 und / oder die Zulaufnut 1110 gleichzeitig als Ölreservoir dienen können, in denen Schmieröl 10 zur Schmierung der Lauffläche 2 zwischengelagert werden kann. Dabei muss die Ablaufnut 90 und / oder die Zulaufnut 1110 natürlich nicht unbedingt wie in Fig. 2a schematisch dargestellt in Form einer Zickzacklinie verlaufen. Der in Fig. 2a beispielhaft gezeigte zickzackförmige Verlauf hat jedoch den Vorteil, dass die Mehrzahl von Ablauföffnungen 9 und / oder die Mehrzahl von Zulauföffnungen 111 in variierender Höhe in Bezug auf die axiale Richtung A angeordnet werden können, so dass mehr Schieröl 10 aus dem Kolbenringpaket 50 gesammelt werden kann, bzw. zum Beispiel länger auf den vorbeilaufenden Kolben 5 durch die Zulauföffnungen 111 aufgebracht werden kann, weil der Kolben 5 auf seiner Bewegung entlang der Lauffläche 2 im Beispiel der Fig. 2a länger im Einflussbereich der Ablauföffnungen 9 und / oder der Zulauföffnungen 111 verweilt, als wenn alle Ablauföffnungen 9 und / oder alle Zulauföffnungen 111 auf gleicher Höhe in Bezug auf die axiale Richtung A vorgesehen werden. Dabei kann die Ablaufnut 90 und die Zulaufnut 1110 durch ein und dieselbe Nut in der Zylinderwand 3 gebildet werden oder aber es kann auch jeweils eine separate Nut für die Ablaufnut 90 und die Zulaufnut 1110 in der Zylinderwand 3 des Zylinders 4 vorgesehen sein.
Dabei kann der Ölsammelraum 13 in einem anderen Ausführungsbeispiel auch als ein integraler Bestandteil der Zylinderwand 3 des Zylinders 4 ausgebildet sein. Ein solches Beispiel ist schematisch anhand der Fig. 2a dargestellt. Dabei sind eine Mehrzahl von Ablauföffnungen 9 und eine Mehrzahl von Zulauföffnungen 111 bei dem speziellen Ausführungsbeispiel der Fig. 2 in Bezug auf die axiale Richtung A übereinander in der Lauffläche 2 angeordnet.
Ein besonderer Vorteil der Variante gemäss Fig. 2b besteht natürlich darin, dass kein zusätzlicher Platz für den Ölsammelraum 13 beansprucht wird, da der Ölsammelraum 13 ein integraler Bestandteil der Zylinderwand 3 ist.
In einem anderen speziellen Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung nicht explizit dargestellt ist, ist es auch möglich, dass das durch die Ablauföffnung 9 gesammelte Schmieröl 10 ganz oder Teilweise einer Schmierölaufbereitungseinrichtung 12 zuführbar ist, die somit ebenfalls ein Teilsystem 12 der erfindungsgemässen Zylinderschmiervorrichtung 1 bildet. Die Schmierölaufbereitungseinrichtung 12 kann zum Beispiel eine Reinigungseinrichtung 12 sein, mit welcher das gesammelte Schmieröl 10 wieder gereinigt wird und dem Schmierölkreislauf anschliessend wieder zur Verfügung gestellt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist das durch die Ablauföffnung 9 gesammelte Schmieröl 10 überhaupt nicht mehr wieder verwertbar, weil es zum Beispiel zu stark verschmutzt ist oder weil kein Rückführmittel 11, 111 vorgesehen ist, so dass das durch die Ablauföffnung 9 gesammelte Schmieröl 10 in dem Fall fachgerecht entsorgt wird.
Anhand der Fig. 3 und Fig. 4 werden exemplarisch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäss Fig. 2 vorgestellt.
So ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zusätzlich ein Schmutzblech 133 in Form eines Syphons 133 derart im Ölsammelraum 13 vorgesehen, dass Schmutzablagerungen 100 zurückgehalten werden und so insbesondere nicht in das Rückschlagventil 18 gelangen können und auch nicht auf die Lauffläche 2 gelangen können, so dass ein Verstopfen des Rückschlagventils 18 verhinderbar ist und der schädliche Schmutz von der Lauffläche 2 ferngehalten wird.
Beim Beispiel der Fig. 4 ist zusätzlich noch ein Ablaufventil 134 mit Ablaufhahn vorgesehen, so dass der Schmutz 100 von Zeit zu Zeit oder auch kontinuierlich und automatisch aus dem Ölsammelraum 13 entfernbar ist.
An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass ganz gleich welches der im Rahmen dieser Anmeldung beschriebene oder erwähnte Ausführungsbeispiel realisiert wird, die erfindungsgemässe Zylinderschmiervorrichtung 1 in jedem Fall den Vorteil hat, dass das im Kolberingpaket 50 gespeicherte Schmieröl 10 nicht in den Receiverraum eingeblasen wird und diesen dadurch verschmutzt.
Anhand er Fig. 5a bis 5d ist eine Dekompressionsbewegung des Kolbens 5 von einer Position, in der sich die Kolbenringpackung 50 gemäss Fig. 5a noch oberhalb der Ablauföffnung 9 befindet, bis zu einer Position des Kolbens 5 gemäss Fig. 5d dargestellt, wo sich der Kolben 5 unterhalb der Spülschlitze 7 in der Nähe des unteren Totpunkts UT befindet.
In der postion gemäss Fig. 5a ist das Kolbenringpaket 50 noch vollständig oberhalb der Ablauföffnungen 9 bzw. der Zulauföffnungen 111, so dass das unter einem bestimmten Gasdruck im Kolberingpaket 50 gespeicherte Schmieröl 10 im wesentlichen nicht aus dem Kolbenringpaket 50 entweichen kann. Es gibt in einer solchen Position weder eine Strömung von Schmieröl 10 oder eine Wolke aus Schmieröl 10 aus dem Zylinder 4 durch die Ablauföffnung 9 in den Ölsammelraum, noch gibt es eine Rückströmung von Schmieröl 10 durch die Zulauföffnung 111 zurück auf die Zylinderlauffläche 2.
Gemäss Fig. 5b ist das Kolbenringpaket 50 in Bezug auf die axiale Richtung A nunmehr auf Höhe der Ablauföffnung 9 bzw. der Zulauföffnung 111. Dank des ausreichend grossen Volumens des Ölsammelraums 13 strömt nun ein Grossteil der Wolke aus Schmieröl 10 durch die Ablauföffnung 9 unter Wirkung des im Kolbenringpaket 50 gespeicherten Gasdrucks in den Ölsammelraum 13. Es geht nur ein sehr kleiner Teil der Wolke aus Schmieröl 10 an die Kolbenunterseite verloren.
Gemäss Fig. 5c hat sich das Kolbenringpaket nun weiter auf eine Position unterhalb der der Zulauföffnung 111 bewegt, wobei die Wolke aus Schmieröl 10 vorgängig fast vollständig in den Ölsammelraum 13 verbracht wurde. In Fig. 5c wird jetzt unter dem im Ölsammelraum 13 herrschenden hydrostatischen Druck oder auch einfach unter dem Einfluss der Gravitation, das früher gesammelte Schmieröl 10 durch die Zulauföffnung 111 wieder auf die Lauffläche 2 verbracht, so dass dadurch im Bereich der Spülschlitze 7 die Schmierung auf der Lauffläche 2 verbessert wird. Aufgrund des geeignet klein gewählten Querschnitts der Zulauföffnung 111 baut sich der Druck im Ölsammelraum 13 nur langsam ab, so dass über einen ausreichend langen Zeitraum langsam und kontinuierlich Schmieröl durch die Zulauföffnung 111 auf die Lauffläche 2 zurückbefördert wird, so dass der Kolben sogar bei dem etwas später einsetzenden Kompressionshub noch von dem im Ölsammelraum gesammelten Schmieröl profitieren kann.
Gemäss Fig. 5d befindet sich der Kolben 5 jetzt im wesentlichen unterhalb der Spülschlitze 7. Aufgrund des niedrigeren Drucks im Receiverraum 15, der jetzt mit dem Brennraum 8 in Verbindung steht, kann durch die Zulauföffnung 111 weiter Schmieröl 10 zurück auf die Lauffläche 2 fliessen und so die Schmierung des Kolbens 5 in der Nähe des unteren Totpunkts UT weiter verbessern.

Claims

Zylinderschmiervorrichtung zum Schmieren einer Lauffläche (2) einer Zylinderwand (3) eines Zylinders (4) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere eines langsam laufenden Zweitakt-Grossdieselmotors, in welchem Zylinder (4) ein Kolben (5) entlang der Lauffläche (2) zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) in einer axialen Richtung (A) hin- und herbewegbar angeordnet ist, und an einem Einlassbereich (6) des Zylinders (4) Spülschlitze (7) vorgesehen sind, so dass einem Brennraum (8) des Zylinders (4) im Betriebszustand durch die Spülschlitze (7) Frischluft (71) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zylinderwand (3) in einem Bereich zwischen den Spülschlitzen (7) und dem oberen Totpunkt (OT) eine Ablauföffnung (9) vorgesehen ist, so dass Schmieröl (10) aus dem Zylinder (4) abführbar ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Rückführmittel (11, 111) zur Rückführung von Schmieröl (10) in ein Teilsystem (12) der Zylinderschmiervorrichtung vorgesehen ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Teilsystem (12) die Lauffläche (2) der Zylinderwand (3) des Zylinders (4) ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilsystem (12) eine Schmierölaufbereitungseinrichtung (12) ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein mit der Ablauföffnung (9) kommunizierender Ölsammelraum (13) vorgesehen ist, so dass Schmieröl (10) aus dem Zylinder (4) dem Ölsammelraum (13) zuführbar ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Rückführmittel (11) eine in der Zylinderwand (3) vorgesehene und mit dem Ölsammelraum (13) kommunizierende Zulauföffnung (111) ist, so dass das Schmieröl (10) aus dem Ölsammelraum (13) in den Zylinder (4) zurückführbar ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Ölsammelraum (13) ein integraler Bestandteil der Zylinderwand (3) des Zylinders (4) ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Ölsammelraum (13) ausserhalb des Zylinders (4) vorgesehen ist
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Ölsammelraum (13) als Ringraum ausgestaltet ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei mindestens zwei Ölsammelräume (13) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung (U) und / oder in Bezug auf die axiale Richtung (A) zueinander versetzt sind.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei eine Mehrzahl von Zulauföffnungen (111) vorgesehen sind und / oder der Ölsammelraum (13) durch Zwischenwände in eine Mehrzahl von gegeneinander abgetrennten Ölraumsegmenten unterteilt ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei am Ölsammelraum (13), bevorzugt an jedem Ölraumsegment ein Druckventil (14) und / oder ein Rückschlagventil (17, 18) vorgesehen ist, so dass die durch das Rückführmittel (11, 111) in das Teilsystem (12) rückführbare Menge an Schmieröl (10), insbesondere die auf die Zylinderlauffläche (2) rückführbare Menge an Schmieröl (10) auf einen vorgebbaren Wertebereich einstellbar ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die durch das Rückführmittel (11, 111) in das Teilsystem (12) rückführbare Menge an Schmieröl (10) in Bezug auf die Umfangsrichtung (U) und / oder in Bezug auf die axiale Richtung (A) variierbar ist.
Zylinderschmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die Ablauföffnung (9) und / oder das Rückführmittels (11), insbesondere die Zulauföffnung (111) derart ausgestaltet ist, dass ein Schmieröldurchsatz einstellbar ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Zweitakt-Grossdieselmotor mit einer Zylinderschmiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.