EP2253810A1

EP2253810A1 - Kolben für einen Zylinder eines Grossdieselmotors sowie Schmiervorrichtung und Schmierverfahren mit einem solchen Kolben

Info

Publication number: EP2253810A1
Application number: EP09160834A
Authority: EP
Inventors: Konrad Räss; Matthias Stark
Original assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Current assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-11-24

Abstract

Es wird ein Kolben für einen Zylinder eines Grossdieselmotor vorgeschlagen mit einem Vorratsraum (5) zur Aufnahme eines Schmiermittels, mit mindestens einer Zuleitung (6),welche sich von dem Vorratsraum (5) bis zu einer Schmierstelle (61) erstreckt, die auf der Oberfläche des Kolbens (1) vorgesehen ist, sowie mit einer Einspeisung (7), die zur lösbaren Verbindung mit einer Schmiermittelquelle (2) ausgestaltet ist, und die in den Vorratsraum (5) einmündet, wobei in der Zuleitung (6) ein Schliessorgan (62) vorgesehen ist. Ferner wird eine Schmiervorrichtung sowie ein Schmierverfahren vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Zylinder eines Grossdieselmotors sowie eine Schmiervorrichtung und ein Schmierverfahren mit einem solchen Kolben gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
Grossdieselmotoren, die als Zweitakt- oder als Viertakt-Maschinen ausgestaltet sein können, 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 den Betriebsstoffen zentrale Kriterien.
Im Betriebszustand gleitet der Kolben an der als Lauffläche dienenden Oberfläche der Wandung des Zylinders, die meist in Form einer Zylinderlaufbuchse (Liner) ausgestaltet ist, entlang. Dabei ist eine Zylinder- bzw. Kolbenschmierung vorgesehen. Einerseits muss der Kolben möglichst leicht, das heisst unbehindert, in dem Zylinder gleiten, andererseits muss der Kolben den Brennraum im Zylinder möglichst gut abdichten, um eine effiziente Umwandlung der beim Verbrennungsprozess freiwerdenden Energie in mechanische Arbeit zu gewährleisten.
Deshalb wird während des Betriebs des Dieselmotors üblicherweise ein Schmieröl in den Zylinder eingebracht, um gute Laufeigenschaften des Kolbens zu erzielen und den Verschleiss der Lauffläche, des Kolbens und der Kolbenringe möglichst gering zu halten. Ferner dient das Schmieröl der Neutralisierung aggressiver Verbrennungsprodukte sowie der Vermeidung von Korrosion. Aufgrund dieser zahlreichen Anforderungen werden als Schmiermittel häufig sehr hochwertige und teure Substanzen verwendet.
Es besteht daher im Hinblick auf einen besonders effizienten und wirtschaftlichen Betrieb des Motors das Bedürfnis, mit möglichst geringen Schmierraten zu arbeiten.
Ein Verfahren, das sich hierbei bewährt hat, ist das als Innenschmierung bezeichnete, bei welchem das Schmiermittel, typischerweise ein Schmieröl, durch das Innere des Kolben gefördert wird und dann über eine odere mehrere Schmierstellen, die auf der Oberfläche des Kolbens vorgesehen sind, aus den Kolbeninneren auf den Kolben bzw. auf die Zylinderlauffläche aufgebracht wird. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der EP-A-0 903 473 offenbart.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Kolben für einen Zylinder eines Grossdieselmotor sowie eine Schmiervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen, welches eine möglichst effiziente und einfache Schmierung des Kolbens bzw. des Zylinders in einem Grossdieselmotor bei geringen Schmierraten ermöglicht.
Die diese Aufgabe lösende Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Erfindungsgemäss wird also ein Kolben für einen Zylinder eines Grossdieselmotors vorgeschlagen, mit einem Vorratsraum zur Aufnahme eines Schmiermittels, mit mindestens einer Zuleitung,welche sich von dem Vorratsraum bis zu einer Schmierstelle erstreckt, die auf der Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist, sowie mit einer Einspeisung, die zur lösbaren Verbindung mit einer Schmiermittelquelle ausgestaltet ist, und die in den Vorratsraum einmündet, wobei in der Zuleitung ein Schliessorgan vorgesehen ist.
Da bei diesem Kolben ein Vorratsraum für das Schmiermittel und ein Schliessorgan in der Zuleitung zu der Schmierstelle vorgesehen sind, kann die Schmierung ohne grösseren apparativen Aufwand an den Arbeitszyklus des Motors angepasst werden. In dem Vorratsraum des Kolbens steht immer Schmiermittel zur Verfügung und kann daher genau dann auf die Zylinderlauffläche bzw. die Kolbenoberfläche aufgebracht werden, wenn es bezogen auf den Arbeitszyklus besonders günstig und effizient ist. Durch diese Optimierung lässt sich auch die Menge desw benötigten Schmiermittels bzw. die Schmierrate deutlich reduzieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im Kolben eine Fördereinrichtung vorgesehen, um das Schmiermittel aus dem Vorratsraum durch die Zuleitung zu der Schmierstelle zu fördern. Diese Fördereinrichtung dient dazu, den Druck im Vorratsraum des Kolbens nach dessen Befüllung zu erhöhen, um so ein Ausbringen des Schmiermittels durch die Zuleitung und die Schmierstelle zu ermöglichen.
Eine apparativ besonders einfache Ausgestaltung ist es, wenn die Fördereinrichtung einen Förderkolben für das Schmiermittel umfasst, der so ausgestaltet und angeordnet ist, dass er im Betriebszustand mit dem brennraumseitigen Druck im Zylinder beaufschlagbar ist. Somit lässt sich in einfacher Weise der Zylinderdruck dazu nutzen, das Schmiermittel zu der Schmierstelle zu transportieren.
Eine weitere vorteilhafte, apparativ einfache Massnahme ist es, wenn die Fördereinrichtung einen federbelasteten Förderkolben umfasst, um das Schmiermittel aus dem Vorratsraum zu der Schmierstelle zu fördern.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Kolben mehrere Kolbenringe, wobei die Schmierstelle bezüglich der durch die Kolbenachse festgelegten axialen Richtung zwischen zwei Kolbenringen angeordnet ist. Da das Schmiermittel zwischen den Kolbenringen eingebracht wird und nicht brennraumseitig, das heisst bezüglich der normalen Gebrauchslage oberhalb des ersten Kolbenrings, wird ein unnötiges Verbrennen des Schmiermittels und die damit verbundene nachteilige Verkokung zumindest deutlich reduziert.
Insbesondere vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher drei Kolbenringe vorgesehen sind sowie zwei Schmierstellen, von denen jede über eine mit einem Schliessorgan versehene Zuleitung mit dem Vorratsraum verbunden ist, wobei die beiden Schmierstellen bezüglich der durch die Kolbenachse festgelegten axialen Richtung jeweils zwischen benachbarten Kolbenringen angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird das Schmiermittel durch den obersten, das heisst den dem Brennraum am nächsten platzierten Kolbenring, bei der Abwärtsbewegung des Kolbens verteilt und durch den untersten Kolbenring wird das Schmiermittel bei der Kolbenaufwärtsbewegung verteilt. Gegenüber heute üblichen Verfahren, bei welchen das Schmiermittel teilweise oberhalb, also brennraumseitig, des obersten Kolbenrings eingebracht wird, resultiert der Vorteil, dass ein Schaben des Schmiermittels in den Brennraum hinein vermieden wird. Schmiermittel, das durch die Kolbenringe in den Brennraum bewegt wird, steht nämlich für die Schmierung nicht mehr zur Verfügung und führt lediglich zu einer starken, unerwünschten Verkokung.
Eine bevorzugte Massnahme besteht darin, dass ein Kolbenring vorgesehen ist, der als Ölverteilerring ausgestaltet ist. Die primäre Aufgabe dieses Ölverteilerrings ist es, das Schmiermittel bezüglich der Umfangsrichtung der Zylinderlauffläche zu verteilen. Insbesondere kann der Ölverteilerring zwischen zwei Kolbenringen angeordnet werden, die das Schmiermittel hauptsächlich bezüglich der axialen Richtung verteilen.
Das Schliessorgan in jeder Zuleitung ist vorzugsweise als Rückschlagventil ausgestaltet. Durch den Öffnungsdruck, bei welchem das Rückschlagventil in Durchlassrichtung öffnet, lässt sich dann in einfacher Weise der Zeitpunkt der Schmierung bezogen auf den Arbeitszyklus einstellen.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Sperreinrichtung vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie beim Zusammenwirken mit der Schmiermittelquelle die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und jeder Zuleitung verschliesst. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass während der Befüllung des Vorratsraums ein Austreten des Schmiermittels durch die Zuleitungen und die Schmierstellen vermieden wird.
Ferner wird durch die Erfindung eine Schmiervorrichtung für den Zylinder eines Grossdieselmotors vorgeschlagen, umfassend einen erfindungsgemässen Kolben sowie eine Schmiermittelquelle mit einer Fülleinrichtung, welche lösbar mit der Einspeisung verbindbar ist und derart mit dem Kolben zusammenwirkt, dass nur dann ein Schmiermittel aus der Schmiermittelquelle in den Vorratsraum einbringbar ist, wenn die Fülleinrichtung mit der Einspeisung verbunden ist. Durch diese Massnahme kann der Vorratsraum des Kolbens bei Bedarf mit Schmiermittel gefüllt werden, wobei das Ausbringen des Schmiermittels auf die Lauffläche von diesem Vorgang entkoppelt ist. Der Vorratsraum des Kolbens wird also befüllt, aber das Schmiermittel wird erst dann auf die Lauffläche aufgebracht, wenn es bezüglich des Arbeitszyklus günstig und effizient ist.
Eine Variante besteht darin, dass die Fülleinrichtung so angeordnet ist, dass im Betriebszustand die Einspeisung und die Fülleinrichtung im unteren Totpunkt der Bewegung des Kolbens verbunden sind und sich bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens trennen.
Eine andere Variante besteht darin, dass die Fülleinrichtung so angeordnet ist, dass im Betriebszustand die Einspeisung und die Fülleinrichtung im oberen Totpunkt der Bewegung des Kolbens verbunden sind und sich bei der Abwärtsbewegung des Kolbens trennen.
Die Wahl der geeigneten Variante hängt von der Ausgestaltung des Kolbens ab.
Weiterhin wird durch die Erfindung ein Schmierverfahren vorgeschlagen für den Zylinder eines Grossdieselmotors mit einem im Zylinder hin- und herbewegbar angeordneten Kolben, bei welchem Verfahren eine Einspeisung des Kolbens während der Bewegung des Kolbens mit einer Fülleinrichtung einer Schmiermittelquelle verbunden wird, ein Schmiermittel aus der Schmiermittelquelle durch die Einspeisung in einen Vorratsraum des Kolbens eingebracht wird, die Verbindung zwischen der Einspeisung des Kolbens und der Fülleinrichtung durch die Bewegung des Kolbens getrennt wird, und danach das Schmiermittel aus dem Vorratsraum durch eine Zuleitung zu einer Schmierstelle auf der Oberfläche des Kolbens gebracht wird.
Durch dieses Verfahren ist es in einfacher Weise möglich, die Schmierung der Zylinderlauffläche bzw. des Kolbens jeweils genau zum gewünschten Zeitpunkt und mit der richtigen Menge an Schmiermittel durchzuführen. Dies ermöglicht eine besonders effiziente und unter wirtschaftlichen Aspekten vorteilhafte Schmierung.
Unter dem Aspekt einer besonders einfachen und unkomplizierten Verfahrensführung wird das Schmiermittel vorzugsweise in den Vorratsraum des Kolbens eingebracht, wenn sich der Kolben im oberen oder im unteren Totpunkt seiner Bewegung befindet.
Ferner wird ein Grossdieselmotor vorgeschlagen, der mit einem erfindungsgemässen Kolben oder mit einer erfindungsgemässen Schmiervorrichtung ausgestaltet ist, oder der mit einem erfindungsgemässen Verfahren betrieben wird.
Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung sowohl in apparativer als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der schematischen, nicht massstäblichen Zeichnung zeigen teilweise im Schnitt:

Fig. 1:: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kolbens und einer Schmiermittelquelle,
Fig. 2:: ein Ausführungsbeispiel einer Fülleinrichtung,
Fig. 3:: ein Diagramm zur Verdeutlichung des Drucks im Zylinder in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel,
Fig. 4:: ein Diagram zur Verdeutlichung der Schmiermittelzufuhr,
Fig. 5:: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kolbens und der Schmiermittelquelle,
Fig. 6:: eine Detaildarsatellung der Sperreinrichtung im geöffnete (links) und im geschlossenen Zustand (rechts),
Fig. 7:: analog zu Fig. 3, jedoch für das zweite Ausführungsbeispiel,
Fig. 8:: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Schmiermittelzufuhr.
Fig. 9:: eine Variante für die Ausgestaltung der Kolbenringe,
Fig. 10:: eine Seitenansicht auf einen Ölverteilerring, und
Fig. 11:: eine Aufsicht auf den Ölverteilerring aus Fig. 10.

Fig. 1 veranschaulicht in einer Längsschnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kolbens für einen Grossdieselmotors, wobei der Kolben gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Ferner ist ein Ausführungsbeispiel einer Schmiermittelquelle 2 dargestellt, die gemeinsam mit dem Kolben 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schmiervorrichtung 1,2 bildet.
Der Grossdieselmotor kann als Zweitakt- oder als Viertakt-Motor ausgestaltet sein. Im Folgenden wird auf den Fall Bezug genommen, dass es sich um einen längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor handelt.
Der Kolben 1 hat eine Kolbenachse A, welche die axiale Richtung definiert, und ist in an sich bekannter Weise hin und her bewegbar in einem Zylinder 3 angeordnet, welcher eine Wandung 31 aufweist, die als Zylindereinsatz oder Laufbuchse bzw. als Liner ausgestaltet sein kann. Die nach innen gewandte Oberfläche der Wandung 31 bildet eine Lauffläche 32, entlang der sich der Kolben 1 im Betriebszustand bewegt. Der Kolben 1 begrenzt mit seinem darstellungsgemäss oberen Ende einen Brennraum 4, in welchem der Verbrennungsprozess stattfindet, und weist üblicherweise mehrere, hier drei Kolbenringe 11, 12, 13 auf, die gesamthaft auch als Kolbenringpaket bezeichnet werden.
Während des Betriebs des Grossdieselmotors ist es notwendig, ein Schmiermittel, beispielsweise ein Schmieröl, auf die Lauffläche 32 aufzubringen, welches den Kolben 1, das Kolbenringpaket und die Lauffläche 32 schmiert, um gute Laufeigenschaften des Kolbens 1 zu erzielen und den Verschleiss der Zylinderwandung, insbesondere der Lauffläche 32, des Kolbens 1 und der Kolbenringe 11, 12, 13 möglichst gering zu halten. Ferner dient das Schmiermittel der Neutralisierung aggressiver Verbrennungsprodukte sowie der Vermeidung von Korrosion, beispielsweise Schwefelkorrosion. Das Schmieröl bildet auf der Lauffläche 32 einen nicht dargestellten Schmierölfilm, der im ständigen Kontakt mit den Kolbenringen 11, 12, 13 ist.
Der erfindungsgemässe Kolben 1 ist für die Innenschmierung ausgestaltet, das heisst, das Schmiermittel wird aus dem Inneren des Kolbens 1 heraus auf die Lauffläche 32 bzw. auf die Mantelfläche des Kolbens 1 aufgebracht.
Dazu ist hier im Innern des Kolbens 1 ein Vorratsraum 5 für das Schmiermittel vorgesehen, der als Kavität oder als Tank ausgestaltet sein kann. Von diesem Vorratsraum 5 erstrecken sich zwei als Bohrungen ausgestaltete Zuleitungen 6 jeweils bis zu einer Schmierstelle 61 auf der Mantelfläche des Kolbens 1.
Die Anzahl von zwei Zuleitungen 6 bezieht sich lediglich auf die axiale Richtung. In Umfangsrichtung können auf der gleichen axialen Höhe mehrere Zuleitungen 6 vorgesehen sein. Dies hängt vom Schhmiermittelbedarf ab.
In den Zuleitungen 6 ist jeweils ein Schliessorgan 62 vorgesehen, das hier jeweils als Druckhalte- oder Rückschlagventil 62 ausgestaltet ist. Jedes Rückschlagventil 62 ist so ausgestaltet, dass es in Richtung des Vorratsraums 5 sperrt, das heisst es verhindert ein Rückströmen des Schmiermittels oder anderer Fluide, z.B. des Verbrennungsgases oder der Spülluft, von der Schmierstelle 61 in den Vorratsraum 5. In der Durchlassrichtung vom Vorratsraum 5 zur Schmierstelle 61 öffnet das Ventil, sobald die Druckdifferenz grösser wird als sein Öffnungsdruck, der im Folgenden mit p1 bezeichnet wird. Das bedeutet, sobald der Druck auf der dem Vorratsraum 5 zugewandten Seite des Rückschlagventils 62 um den Wert p1 höher ist als der Druck auf der der Schmierstelle 61 zugewandten Seite öffnet sich die Strömungsverbindung vom Vorratsraum 5 in Richtung der Schmierstelle 61. Sobald die Druckdifferenz den Wert des Öffnungsdrucks p1 unterschreitet, wird die Strömungsverbindung verschlossen.
Der Öffnungsdruck p1 kann für die beiden Rückschlagventile 61 der gleiche sein, es ist aber auch möglich, dass jedes der Rückschlagventile 61 einen anderen Öffnungsdruck p1 hat.
Die Schmierstellen 6 sind bezüglich der durch die Kolbenachse A festgelegten axialen Richtung jeweils zwischen zwei benachbarten Kolbenringen 11, 12, 13 angeordnet, das heisst eine der beiden Schmierstellen 61 ist zwischen dem ersten Kolbenring 11 und dem zweiten Kolbenring 12 vorgesehen und die zweite Schmierstelle 61 ist zwischen dem zweiten Kolbenring 12 und dem dritten Kolbenring 13 vorgesehen. Mit dem ersten Kolbenring 11 ist dabei derjenige Kolbenring gemeint, der sich am nächsten am Brennraum 4 befindet.
Ferner ist eine Einspeisung 7 vorgesehen, welche hier als Einspeisekanal oder Einspeiseleitung ausgestaltet ist, und welche an der darstellungsgemässen Unterseite des Kolbens 1 beginnt und in den Vorratsraum 5 mündet. Die Einspeisung 7 ist zur lösbaren Verbindung mit der Schmiermittelquelle 2 ausgestaltet, wie weiter hinten noch erläutert wird. In der Einspeisung 7 ist ein weiteres Schliessorgan 72 vorgesehen, das als Druckhalte- oder Rückschlagventil 72 ausgestaltet ist. Das Rückschlagventil 72 verhindert mit seiner Sperrfunktion ein Ausströmen des Schmiermittels aus dem Vorratsraum 5 durch die Einspeisung 7. In umgekehrter Richtung öffnet das Rückschlagventil 72, sobald die anliegende Druckdifferenz seinen Öffnungsdruck p2 übersteigt.
Die Schmiermittelquelle 2 ist ortsfest bezüglich des Motorengehäuses angeordnet und umfasst einen Vorratsbehälter 21, in welchem das Schmiermittel vorgesehen ist, eine Fülleinrichtung 22, welche zum Zusammenwirken mit der Einspeisung 7 vorgesehen ist, sowie eine Pumpe 23, welche das Schmiermittel aus dem Vorratsbehälter 21 zu der Fülleinrichtung 22 fördert. Die Fülleinrichtung weist ein Schliessorgan 24 auf, das als Rückschlagventil ausgestaltet sein kann. Das Schliessorgan 24 verhindert ein Austreten des Schmiermittels aus der Fülleinrichtung 22. Eine mögliche Ausgestaltung des Schliessorgans 24 bzw. der Fülleinrichtung 22 wird weiter hinten erläutert.
Am darstellungsgemäss oberen Ende des Vorratsraums 5 ist ist eine Fördereinrichtung 8 vorgesehen, um das Schmiermittel aus dem Vorratsraum 5 durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 zu fördern. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Fördereinrichtung 8 als Membrankolben mit einer Membrane 81 ausgestaltet. Darstellungsgemäss oberhalb der Membrane 81 schliesst sich ein Kanal 82 an, der sich durch den Kolben 1 erstreckt und oberhalb, das heisst brennraumseitig des ersten Kolbenrings 11 in die Oberfläche des Kolbens 1 mündet. Durch diesen Kanal 82 ist die dem Vorratsraum 5 abgewandte Seite der Membrane 81 mit dem Druck im Brennraum 4 bzw. mit dem Druck im Zylinder oberhalb des ersten Kolbenrings 11 beaufschlagt. Die dem Vorratsraum 5 zugewandte Seite des Membrankolbens 8 ist mit dem Druck des Schmiermittels im Vorratsraum 5 beaufschlagt.
Die prinzipielle Funktionsweise des erfindungsgemässen Kolbens 1 ist wie folgt: Die Schmiermittelquelle 2 mit der Fülleinrichtung 22 fungiert als eine "Tankstation" zur Befüllung des Vorratsraums 5 im Kolben. Der Vorratsraum 5 im Kolben 1 und die Schmiermittelquelle 2 werden zyklisch im unteren (oder im oberen) Totpunkt der Kolbenbewegung über die Einspeisung 7 und die Fülleinrichtung 22 gekoppelt, so dass während dieses Zusammenwirkens der Vorratsraum 5 im Kolben 1 mit Schmiermittel gefüllt wird. Damit steht genügend Schmiermittel für die Schmierung zumindest über einen Arbeitszyklus im Kolben 1 zur Verfügung.
Das Schliessorgan 24, das ein Ausströmen des Schmiermittels aus der Schmiermittelquelle 2 verhindert, wird während der Kopplung bzw. während die Einspeisung 7 und die Fülleinrichtung 22 miteinander verbunden sind, geöffnet, sodass das Schmiermittel aus der Schmiermittelquelle 2 in den Vorratsraum 5 strömen kann. Dieses Öffnen des Schliessorgans 24 kann rein mechanisch erfolgen, oder durch eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Ansteuerung.
Die Pumpe 23 generiert einen Fülldruck p3, mit dem das Schmiermittel in den Vorratsraum 5 gefördert wird. Der Fülldruck ist im wesentlichen der gleiche Druck wie der Druck im Vorratsraum 5 beim bzw. unmittelbar nach dem Befüllen. Die Rückschlagventile 62 gewährleisten, dass beim Befüllen des Vorratsraums 5 kein Schmiermittel durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 gelangen kann. Dazu sind der Fülldruck p3 und der Öffnungsdruck p1 so einzustellen, dass der Fülldruck p3 kleiner ist als der kleinste Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62. Andererseits muss der Fülldruck p3 grösser sein als der Öffnungsdruck p2 des Rückschlagventils 72 in der Einspeisung 7. Der Fachmann weiss, wie ein derartiges Einstellen der Drücke p1, p2 und p3 realisierbar ist.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Fülleinrichtung 22 näher erläutert. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Fülleinrichtung 22 und des Schliessorgans 24. Die Fülleinrichtung 22 hat einen Füllraum 221, in den eine von der Pumpe 23 kommende Versorgungsleitung 222 einmündet. In der Versorgungsleitung 222 ist ein Rückschlagventil 223 vorgesehen. Der Füllraumraum 221 hat ferner einen teilweise konisch verlaufenden Ausgang 224, in welchem sich ein Konus 241 des Schliessorgans 24 befindet. Der Konus 241 wird durch eine Feder 244 in den konischen Teil des Ausgangs 224 gedrückt, sodass er im geschlossenen Zustand, der in Fig. 2 dargestellt ist, den Ausgang 224 verschliesst. Der Konus 241 hat einen inneren Kanal 242, der über Bohrungen 243 mit dem Aussenraum des Konus 241 verbunden ist.
Durch die Pumpe 23 wird das Schmieröl bzw. das Schmiermittel durch die Versorgungsleitung 222 in den Füllraum 221 der Fülleinrichtung 22 gepumpt. Die Pumpe 23 bringt das Schmiermittel mit dem Druck p3 in den Füllraum 221 ein.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist an der Unterseite des Kolbens 1 an der Mündung der Einspeisung 7 ein Zapfen 73 mit einer inneren Bohrung vorgesehen, sodass Schmiermittel durch den Zapfen 73 in die Einspeisung 7 strömen kann. Der Zapfen 73 ist so ausgebildet, dass er in den Ausgang 224 der Fülleinrichtung 22 eindringen kann.
Bewegt sich nun im Betriebszustand des Dieselmotors der Kolben 1 nach unten (gemäss der Darstellung in Fig. 1 und Fig. 2), so bewegt sich der Zapfen 73, wie dies der Pfeil C in Fig. 2 andeutet, auf die Fülleinrichtung 22 zu. Nähert sich der Kolben 1 dem unteren Totpunkt, so dringt der Zapfen 73 in den Ausgang 224 ein und drückt in der Folge den Konus 241 gegen die Kraft der Feder 244 in den Füllraum 221. Nun befindet sich der Konus 241 im geöffneten Zustand. Das Schmiermittel kann über die Bohrungen 243 in den inneren Kanal 242 eindringen und gelangt über die Einspeisung 7 in den Vorratsraum 5 im Kolben 1. Bei der anschliessenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 1 wird der Konus 241 durch die Feder 244 wieder in seinen Sitz gedrückt, sodass der Ausgang 224 verschlossen wird. Es kann kein weiteres Schmiermittel mehr in den Vorratsraum 5 strömen und das Rückschlagventil 72 verhindert ein Ausströmen des Schmiermittels durch die Einspeisung 7. Die Rückschlagventile 62 gewährleisten, dass während der Befüllung des Vorratsraums 5 kein Schmiermittel durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 gelangt. Nach dem Befüllen befindet sich das Schmiermittel im Vorratsraum 5 im wesentlichen mit dem Förderdruck p3, der kleiner ist als der Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62 und grösser als der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 72.
Nachdem sich der Kolben von der Fülleinrichtung 22 getrennt hat, wird während seiner Aufwärtsbewegung die Luft im Zylinder 3 brennraumseitig des Kolbens 1 komprimiert. Dieser Druck im Brennraum 4 bzw. brennraumseitig des ersten Kolbenrings 11 liegt über den Kanal 82 auch an der Membrane 81 der Fördereinrichtung 8 an. Dadurch erhöht der Membrankolben 8 den Druck im Vorratsraum 5. Ist der Druck soweit angestiegen, dass die Druckdifferenz über die Rückschlagventile 62 grösser wird als der Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62, so öffnen diese und das Schmiermittel gelangt durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 und von dort auf die Lauffläche 32. Die Schmierung beginnt. Nachdem der Kolben 1 den oberen Totpunkt durchlaufen hat, in dessen Bereich der Verbrennungsprozess stattfindet, nimmt der Druck im Brennraum 4 bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 1 wieder ab, natürlich auch durch das Öffnen des nicht dargestellten Auslassventils. Sobald der Druck auf der Brennraumseite des Kolbens 1, der über den Kanal 82 auch auf der Membrane 81 lastet, so weit abgesunken ist, dass die Druckdifferenz über die Rückschlagventile 62 kleiner wird als ihr Öffnungsdruck p1, so verschliessen diese Rückschlagventile 62 die Zuleitungen 61, sodass kein Schmiermittel mehr zu den Schmierstellen 61 gelangen kann. Die Schmierung ist beendet.
Der Membrankolben 8 wird so eingestellt, dass er möglichst genau oberhalb eines festgelegten Drucks reagiert. Dadurch ist es möglich, dass das Schmiermittel auf den Arbeitszyklus bezogen genau dort in den Zylinder 3 eingebracht wird, wo es benötigt wird, bzw. wo es am effizientesten ist. Die Öffnung des Kanals 82 wird ausreichend gross gewählt, dass es während des Betriebs nicht zu einer Verkokung dieser Öffnung kommt. Einer Verkokung wird ferner dadurch wirkungsvoll vorgebeugt, dass das Schmiermittel nicht oberhalb, also brennraumseitig des ersten Kolbenrings 11 eingespritzt wird, sondern zwischen den Kolbenringen 11, 12, 13. Damit ist ein sicherer Betrieb gewährleistet.
Der Membrankolben 8 wird so ausgestaltet, dass er oberhalb des festgelegten Drucks über seinen Kolbenweg eine möglichst genau vorgegebene Menge an Schmiermittel aus dem Vorratsraum 5 verdrängt und über die Zuleitungen 6 in das Kolbenringpaket presst. Vorteilhafterweise wird dadurch eine lastabhängige Schmierung gewährleistet.
Dies wird anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit dem Druckverlauf p im Zylinder 3 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel KW, der auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Beim Kurbelwinkel 0 und beim Kurbelwinkel 360° befindet sich der Kolben 1 im unteren Umkehrpunkt, also dort, wo die Befüllung des Vorratsraums 5 stattfindet. Mit ps ist derjenige Grenzdruck im Zylinder bezeichnet, bei welchem der Druckabfall über die Rückschlagventile 62 gerade so gross ist, wie der Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62. Wenn also der Druck im Zylinder 3, womit der Druck brennraumseitig des ersten Kolbenrings 11 gemeint ist, höher wird als der Grenzdruck ps, so wird Schmiermittel aus dem Vorratsraum 5 durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 gefördert, ist er kleiner als der Grenzdruck ps, so kann kein Schmiermittel mehr durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 gelangen.
Die durchgezogene Kurve in Fig. 3 zeigt den Druckverlauf für einen mittleren Lastbereich des Grossdieselmotors, während die gestrichelte Kurve den Druckverlauf bei höherer Last zeigt. Wie dies Fig. 3 zeigt, kann nur zwischen den Kurbelwinkeln W1 und W2 Schmiermittel zu den Schmierstellen 61 gelangen, weil in diesem Kurbelwinkelbereich der Druck im Zylinder 3 höher ist als der Grenzdruck ps. Die Fläche unter der Kurve oberhalb des Grenzdrucks ps beschreibt die Lastabhängigkeit der Schmiermittelmenge. Diese Lastabhängigkeit kann mit der Berechnung des effektiven Mitteldrucks (mean effective pressure) gekoppelt werden. Bei höherer Last (gestrichelte Kurve) verschiebt sich der Schliessvorgang, bei welchem die Schmierung durch Schliessen der Rückschlagventile 62 beendet wird, kurbelwinkelmässig zu späteren (höheren) Werten.
Für die Zuführung des Schmiermittels mit Hilfe des Membrankolbens 8 besteht die Möglichkeit, mit einem konstanten Hub des Membrankolbens 8 zu arbeiten. Wenn dann beim Kurbelwinkel W1 der Grenzdruck ps überschritten wird, gelangt das Schmiermittel mit einer konstanten Förderrate zu den Schmierstellen 61, bis der Druck im Zylinder 3 den Wert ps wieder unterschreitet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Membrankolben 8 als Proportionalkolben auszugestalten, sodass die Schmiermittelmenge, die pro Zeit zwischen den Kurbelwinkeln W1 und W2 gefördert wird, dem Druckverlauf im Zylinder folgt. Dazu wird der Membrankolben 8 so ausgestaltet, dass sein Hub bzw. der von ihm zurückgelegte Weg dem Druck im Zylinder 3 folgt. Diese beiden Möglichkeiten veranschaulicht das Diagramm in Fig. 4.
In Fig. 4 ist in der oberen Darstellung wiederum der Druckverlauf im Zylinder 3 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel KW in analogerweise zu Fig. 3 dargestellt, wobei in Fig. 4 der Druckverlauf nur für eine Last dargestellt ist.
Die beiden darunterliegenden Darstellungen zeigen die Fördermengen F1 bzw. F2 an Schmiermittel in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel KW. Die Fördermenge F1 entspricht dabei der Variante mit konstantem Hub des Membrankolbens 8, die Fördermenge F2 zeigt den Fall, wenn der Hub des Membrankolbens 8 dem Druckverlauf im Zylinder 3 folgt.
Auf diese Weise lässt sich die in den Zylinder 3 eingebrachte Schmiermittelmenge sehr genau einstellen, auch der Zeitpunkt bzw. das Zeitintervall der Schmierung ist sehr genau kontrollierbar. Daraus ergibt sich eine sehr effiziente Nutzung des Schmiermittels, woraus auch ein sehr geringer Verbrauch resultiert. Es sind Schmierraten von beispielsweise 0.6g/kWh realisierbar.
Je nach Anwendungsfall kann es sein, dass der Vorratsraum 5 nicht bei jedem Arbeitszyklus befüllt werden muss, also nicht jedesmal, wenn der Kolben 1 im unteren Totpunkt ist. Dazu kann dann beispielsweise die Pumpe 23 der Schmiermittelquelle 2 so angesteuert werden, dass sie nur bei jedem zweiten, oder dritten, oder vierten usw. Arbeitszyklus Schmiermittel in den Vorratsraum fördert. Auch ist es möglich, den Füllstand des Vorratsraums 5 mit einem Sensor zu überwachen und nur bei Bedarf die Pumpe 23 so anzusteuern, dass Schmiermittel in den Vorratsraum gefördert wird.
Anstelle des Membrankolbens können natürlich auch andere Fördereinrichtungen 8 vorgesehen sein, z.B. hydraulische, pneumatische, elektrische oder Kombinationen davon, um nach der Befüllung des Vorratsraums 5 und nach Entkopplung der Einspeisung 7 von der Fülleinrichtung 22 den Druck im Vorratsraum 5 zu einem vorgebbaren Kurbelwinkel oder Zeitpunkt so zu erhöhen, dass der Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62 überschritten wird und die Schmierung beginnt. Alternativ oder Ergänzend ist es natürlich auch möglich, die Rückschlagventile 62 durch andere ansteuerbare Schliessorgane 62 zu ersetzen, beispielsweise durch elektrisch ansteuerbare Ventile.
Ferner sind auch andere Platzierungen und/oder eine andere Anzahl der Schmierstellen 61 möglich. So ist es beispielsweise insbesondere möglich, mindestens eine Schmierstelle in einem der Kolbenringe vorzusehen, sodass die Schmierung auch durch den Kolbenring hindurch erfolgt. Ein derartiger Kolbenring kann beispielsweise als Ölverteilerring ausgestaltet sein.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kolbens 1 sowie einer Schmiermittelquelle 2. Von der Funktion her gleiche oder gleichwertige Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. §§§§Alle Erläuterungen, die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Kolbens 1 gemacht wurden, gelten in analoger oder sinngemäss gleicher Weise auch für das zweite Ausführungsbeispiel.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Vorratsbehälter 5 als Tank ausgestaltet, der in einer Kavität 51 im Innern des Kolbens 1 angeordnet ist. Der Vorratsraum 5 weist in seiner Wandung zwei Austrittsöffnungen 52 auf, durch welche das Schmiermittel aus dem Vorratsraum 5 in die Zuleitungen 6 gelangen kann. In dem Vorratsraum 5 ist als Fördereinrichtung 8 ein Förderkolben 8 vorgesehen, der sich über eine Feder 83 am darstellungsgemäss oberen Ende des Vorratsraums 5 abstützt. Beim Befüllungsvorgang des Vorratsraums 5 wird der Förderkolben 8 gegen die Kraft der Feder 83 darstellungsgemäss nach oben bewegt. Durch die somit erzeugte Federspannung bewegt sich der Förderkolben 8 nach dem Befüllungsvorgang darstellungsgemäss nach unten und presst dadurch das Schmiermittel durch die Zuleitungen 6 und die Schmierstelle 61 in das Kolbenringpaket.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Einspeisung 7 in den Vorratsraum 5 integriert und weist das Rückschlagventil 72 auf. Natürlich ist es auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, die Einspeisung 7 als Einspeisekanal oder Leitung oder Bohrung auszugestalten und/oder einen Zapfen 73 wie in Fig. 2 gezeigt vorzusehen.
Der Vorratsraum 5 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bezüglich der axialen Richtung bewegbar in der Kavität 51 angeordnet und stützt sich über eine Rückstellfeder 9 an dem Ende der Kavität 51 ab, das dem Brennraum 4 zugewandt ist. Dadurch fungiert der als Tank ausgestaltete Vorratsraum 5 zusammen mit der Rückstellfeder 9 als eine Sperreinrichtung, welche beim Zusammenwirken mit der Schmiermittelquelle 2 die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum 5 und jeder Zuleitung 6 verschliesst wie im folgenden noch näher erläutert wird.
Beim Befüllen des Vorratsraums 5 muss der Förderkolben 8 gegen die Kraft der Feder 83 gespannt werden. Das bedeutet, der Fülldruck p3 muss mindestens so gross sein wie der maximale Druck, den der Förderkolben 8 aufgrund seiner Federbelastung auf das Schmiermittel ausüben kann. Damit dieser maximale Druck ausreicht, um für die Schmierung die Rückschlagventile 62 in den Zuleitungen 6 zu öffnen, muss er grösser sein als der Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62. Ohne eine Sperreinrichtung zum Verschliessen der Zuleitungen 6 hätte dies zur Folge, dass schon beim Befüllen des Vorratsraums 5 zumindest ein Teil des Schmiermittels direkt durch die Zuleitungen 6 zu den Schmierstellen 61 gelangt und dort austritt. Dies verhindert die Sperreinrichtung wie nun anhand der Fig. 6 erläutert wird. Fig. 6 zeigt die Sperreinrichtung in der linken Darstellung in der geöffneten Stellung und in der rechten Darstellung in der geschlossenben Stellung, die während des Befüllungsvorgangs eingenommen wird. Wenn sich der Kolben 1 bei seiner Abwärtsbewegung an den unteren Totpunkt kommt, wird der Vorratsraum 5 durch eine Hebeeinrichtung 25 (siehe Fig. 5) der Schmiermittelquelle 2 in axialer Richtung gegen die Kraft der Rückstellfeder 9 darstellungsgemäss nach oben verschoben und nimmt die in der rechten Darstellung von Fig. 6 dargestellte Position ein. In dieser Position verschliesst die Wandung des Vorratsraums 5 den Eingang in die Zuleitungen 6; die Austrittsöffnungen 52 fluchten nicht mehr mit den Zuleitungen 6 sodass kein Schmiermittel in die Zuleitungen 6 gelangen kann. Die Hebeeinrichtung 25 ist beispielsweise als Anschlag ausgestaltet gegen den der Vorratsraum 5 anläuft bevor das Schliessorgan 24 der Fülleinrichtung 22 geöffnet wird. Nun erfolgt die Befüllung des Vorratsraums 5 in sinngemäss gleicher Weise wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei wird der Förderkolben 8 im Vorratsraum 5 gespannt, das heisst, er wird gegen die Kraft der Feder 83 darstellungsgemäss nach oben bewegt. Nach der Befüllung wird das Schliessorgan geschlossen, der Kolben 1 bewegt sich nach oben und der Vorratsraum 5 verliert den Kontakt mit der Hebeeinrichtung 25, Dadurch bewegt sich der Vorratsraum 5 durch die Federkraft der Rückstellfeder 9 relativ zum Kolben 1 darstellungsgemäss nach unten und nimmt die in Fig. 6 in der linken Darstellung gezeigte Position ein. In dieser geöffneten Position fluchten die Austrittsöffnungen 52 mit den Zuleitungen 6, sodass nun Schmiermittel aus dem Vorratsraum 5 in durch die Austrittsöffnungen 52 in die Zuleitungen 6 und zu den Schmierstellen 61 gelangen kann.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine andere Charakteristik der Einbringung des Schmiermittels in das Kolbenringpaket. Die Einbringung des Schmiermittels erfolgt hier, solange der Druck im Zylinder unterhalb eines Grenzdrucks ps bleibt. Unmittelbar nach dem Befüllen des Vorratsraums 5, wenn sich der Kolben 1 noch in der Nähe des unteren Totpunkts befindet, herrscht an den Schmierstellen 61 bzw. in den Zuleitungen 6 bezogen auf den Arbeitszyklus der geringste Druck, nämlich im wesentlichen der Spülluftdruck. Der Druckabfall über die Rückschlagventile 62 ist dann im wesentlichen bestimmt durch die Differenz des vom Förderkolben 8 im Vorratsraum 5 erzeugten Drucks und des zylinderseitig auf den Rückschlagventilen 62 lastenden Drucks, der etwa dem Spüldruck entspricht. Solange diese Druckdifferenz grösser ist als der Öffnungsdruck p1 der Rückschlagventile 62, tritt Schmiermittel aus dem Vorratsraum 5 durch die Zuleitungen 6 und die Schmierstellen 61 in das Kolbenringpaket aus. Mit fortschreitender Aufwärtsbewegung des Kolbens 1 nimmt der Druck im Zylinder 3 zu und damit auch der Druck, der zylinderseitig auf den Rückschlagventilen 62 lastet. Hierdurch reduziert sich der Druckabfall über die Rückschlagventile 62. Beim Erreichen des Grenzdrucks ps im Zylinder wird die Druckdifferenz über die Rückschlagventile 62 kleiner als ihr Öffnungsdruck, sodass sie die Zuleitungen 6 verschliessen. Die Schmierung wird beendet. Nachdem der Kolben 1 den oberen Totpunkt durchlaufen hat, bei welchem die Verbrennung stattfindet, sinkt der Druck im Zylinder mit fortschreitender Abwärtsbewegung des Kolbens immer mehr ab. Wenn dann die Druckdifferenz über die Rückschlagventile beim Druck ps den Wert p1 des Öffnungsdrucks der Rückschlagventile 62 erreicht, beginnt die Schmierung wieder.
Dies veranschaulicht Fig. 7 in einer zu Fig. 3 analogen Darstellung, in welcher der Druck p im Zylinder in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel KW für einen Arbeitszyklus und für einen Lastzustand des Motors dargestellt ist. Die Schmierung erfolgt in den schraffiert dargestellten Bereichen. Im Bereich um den unteren Totpunkt, also bei den Kurbelwinkeln 0° und 360°, erfolgt keine Schmierung, wie dies die beiden kleinen senkrechten Linien in Fig. 7 andeuten, weil beim Befüllungsvorgang des Vorratsraums 5 die Zuleitungen 6 durch die Sperreinrichtung gegenüber dem Vorratsraum 5 verschlossen sind. Mit diesem zweiten Ausführungsbeispiel ergibt sich eine andere Möglichkeit der Schmiermittelzufuhr, denn hier findet die Schmierung hauptsächlich im unteren Bereich der Lauffläche 32 des Zylinders 3 statt. Daraus resultiert auch eine geänderte Charakteristik der Fördermenge F des Schmiermittels. Diese ist in Fig. 8 für das zweite Ausführungsbeispiel in einer zu Fig. 4 analogen Darstellung gezeigt.
Um eine Einbringung des Schmiermittels über den gesamten Hub bzw. über den gesamten Arbeitszyklus des Kolbens 1 zu erreichen, ist es möglich, das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel miteinander zu kombinieren. Hierzu können beispielsweise zwei Vorratsräume 5 vorgesehen werden sowie zwei Schmierquellen 2, wobei einer der Vorratsräume 5 so befüllt und entleert wird wie für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben und der andere Vorratsraum 5 so, wie für das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine weitere Variante bestehet für beide Ausführungsbeispiele darin, dass die Befüllung des Vorratsraums 5 in sinngemäss gleicher Weise dann erfolgt, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet.
Im folgenden wird nun noch eine Möglichkeit für die Ausgestaltung des Kolbenringpakets bzw, für die Verteilung des Schmiermittels auf der Lauffläche 32 beschrieben. Diese Varianten, die anhand der Fig. 9, 10 und 11 erläutert wird, eignet sich insbesondere sowohl für das erste als auch für das zweite Ausführungsbeispiel. Die Variante ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sondern ist für sämtliche Kolben in Zylindern von Grossdieselmotoren geeignet. Sie eignet sich also auch für Kolben, die nicht erfindungsgemäss ausgestaltet sind.
Fig. 9 zeigt eine Schnittdarstellung de Kolbenringpakets mit den Kolbenringen 11, 12 und 13. Auf die Darstellung der Zuleitungen 6 wurde in Fig. 9 verzichtet, sie sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Schmierstellen 61 wie vorne beschrieben jeweils zwischen zwei benachbarten Kolbenringen angeordnet sind.
Wie dies in Fig. 9 etwas übertrieben dargestellt ist sind der erste Kolbenring 11 und der dritte Kolbenring 13 jeweils ballig aber asymmetrisch ausgestaltet. Der erste Kolbenring 11 ist dabei an seiner dem Brennraum 4 abgewandten Seite gerundet ausgestaltet und der dritte Kolbenring 13 ist an seiner dem Brennraum 4 zugewandten Seite abgerundet ausgestaltet.
Im Unterschied zu heute üblichen Schmierverfahren, bei denen das Schmiermittel mit dem obersten Kolbenring in der Kolbenaufwärtsbewegung verteilt wird, verteilt der erste Kolbenring 11 das Schmiermittel in der Abwärtsbewegung des Kolbens 1. Das hat den Vorteil, dass kein Schmiermittel in den Brennraum 4 geschabt wird und damit für die Schmierung verloren geht. Hierdurch kann der Schmiermittelverbrauch gesenkt werden. Gleichzeitig resultiert der Vorteil, dass einer starken Verkokung entgegengewirkt wird, wodurch beispielsweise die Verwendung eines Anti-polishing-rings" überflüssig werden kann.
Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens verteilt der dritte Kolbenring 13 das Schmiermittel auf der Lauffläche 32.
Eine weitere vorteilhafte Massnahme besteht darin, den zweiten Kolbenring 12, der zwischen den beiden anderen Kolbenringen 11 bzw. 13 angeordnet ist, als Ölverteilerring auszugestalten. Primär dient der Ölverteilerring dazu, das Schmiermittel über den Umfang der Lauffläche 32 zu verteilen. Eine mögliche Ausgestaltung ist in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht des als Ölverteilerring ausgestalteten Kolbenrings 12 und Fig. 11 eine Aufsicht auf den Kolbenring 12. Der Kolbenring weist auf seiner äusseren Mantelfläche, die im Betriebszustand der Wandung 31 des Zylinders 3 zugewandt ist, eine Vielzahl von schräg verlaufenden Nuten 122 auf, von denen in Fig. 10 und Fig. 11 jeweils nur eine dargestellt ist.
Aufgrund des Druckunterschieds in dem Ringraum zwischen dem ersten Kolbenring 11 und dem zweiten Kolbenring 12 einerseits und dem Ringraum zwischen den zweiten Kolbenring 12 und dem dritten Kolbenring 13 andererseits, - also des Druckabfalls über den zweiten Kolbenring 12 - wird durch die Nuten 122 eine Strömung erzwungen, welche eine tagentiale Komponente besitzt und somit der Umfangsverteilung des Schmiermittels zuträglich ist.
Natürlich sind auch andere Profile für den Ölverteilerring möglich.

Claims

Kolben für einen Zylinder eines Grossdieselmotors mit einem Vorratsraum (5) zur Aufnahme eines Schmiermittels, mit mindestens einer Zuleitung (6),welche sich von dem Vorratsraum (5) bis zu einer Schmierstelle (61) erstreckt, die auf der Oberfläche des Kolbens (1) vorgesehen ist, sowie mit einer Einspeisung (7), die zur lösbaren Verbindung mit einer Schmiermittelquelle (2) ausgestaltet ist, und die in den Vorratsraum (5) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (6) ein Schliessorgan (62) vorgesehen ist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei im Kolben eine Fördereinrichtung (8) vorgesehen ist, um das Schmiermittel aus dem Vorratsraum (5) durch die Zuleitung (6) zu der Schmierstelle (61) zu fördern.
Kolben nach Anspruch 2 wobei die Fördereinrichtung einen Förderkolben (8) für das Schmiermittel umfasst, der so ausgestaltet und angeordnet ist, dass er im Betriebszustand mit dem brennraumseitigen Druck im Zylinder (3) beaufschlagbar ist.
Kolben nach Anspruch 2 oder 3 wobei die Fördereinrichtung einen federbelasteten Förderkolben (8) umfasst, um das Schmiermittel aus dem Vorratsraum (5) zu der Schmierstelle (61) zu fördern.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mehreren Kolbenringen (11,12,13), wobei die Schmierstelle (61) bezüglich der durch die Kolbenachse (A) festgelegten axialen Richtung zwischen zwei Kolbenringen angeordnet ist.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem drei Kolbenringe (11,12,13) vorgesehen sind sowie zwei Schmierstellen (61), von denen jede über eine mit einem Schliessorgan (62) versehene Zuleitung (6) mit dem Vorratsraum verbunden ist, wobei die beiden Schmierstellen (61) bezüglich der durch die Kolbenachse (A) festgelegten axialen Richtung jeweils zwischen benachbarten Kolbenringen (11,12,13) angeordnet sind.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Kolbenring (12) vorgesehen ist,der als Ölverteilerring ausgestaltet ist.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche,wobei das Schliessorgan (62) in jeder Zuleitung (6) als Rückschlagventil ausgestaltet ist.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Sperreinrichtung (5,9), welche derart ausgestaltet ist, dass sie beim Zusammenwirken mit der Schmiermittelquelle (2) die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum (5) und jeder Zuleitung (6) verschliesst.
Schmiervorrichtung für den Zylinder eines Grossdieselmotors umfassend einen Kolben (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche sowie eine Schmiermittelquelle (2) mit einer Fülleinrichtung (22), welche lösbar mit der Einspeisung (7) verbindbar ist und derart mit dem Kolben (1) zusammenwirkt, dass nur dann ein Schmiermittel aus der Schmiermittelquelle (2) in den Vorratsraum (5) einbringbar ist, wenn die Fülleinrichtung (22) mit der Einspeisung (7) verbunden ist.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Fülleinrichtung (22) so angeordnet ist, dass im Betriebszustand die Einspeisung (7) und die Fülleinrichtung (22) im unteren Totpunkt der Bewegung des Kolbens (1) verbunden sind und sich bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens (1) trennen.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Fülleinrichtung (22) so angeordnet ist, dass im Betriebszustand die Einspeisung (7) und die Fülleinrichtung (22) im oberen Totpunkt der Bewegung des Kolbens (1) verbunden sind und sich bei der Abwärtsbewegung des Kolbens (1) trennen.
Schmierverfahren für den Zylinder eines Grossdieselmotors mit einem im Zylinder hin- und herbewegbar angeordneten Kolben, bei welchem Verfahren eine Einspeisung (7) des Kolbens (1) während der Bewegung des Kolbens (1) mit einer Fülleinrichtung(22) einer Schmiermittelquelle (2) verbunden wird, ein Schmiermittel aus der Schmiermittelquelle (2) durch die Einspeisung (7) in einen Vorratsraum (5) des Kolbens (1) eingebracht wird, die Verbindung zwischen der Einspeisung (7) des Kolbens (1) und der Fülleinrichtung (22) durch die Bewegung des Kolbens (1) getrennt wird, und danach das Schmiermittel aus dem Vorratsraum (5) durch eine Zuleitung (6) zu einer Schmierstelle (61) auf der Oberfläche des Kolbens (1) gebracht wird.
Schmierverfahren nach Anspruch 13, wobei das Schmiermittel in den Vorratsraum (5) des Kolbens (1) eingebracht wird, wenn sich der Kolben (1) im oberen oder im unteren Totpunkt seiner Bewegung befindet.
Grossdieselmotor mit einem Kolben gemäss einem der Ansprüche 1-9 oder mit einer Schmiervorrichtung gemäss einen der Ansprücjhe 10-12 oder betrieben mit einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13-14.