EP2395208A1 - Large motor with a cylinder lubrication device and method for lubricating a cylinder of a large motor - Google Patents
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- EP2395208A1 EP2395208A1 EP11165923A EP11165923A EP2395208A1 EP 2395208 A1 EP2395208 A1 EP 2395208A1 EP 11165923 A EP11165923 A EP 11165923A EP 11165923 A EP11165923 A EP 11165923A EP 2395208 A1 EP2395208 A1 EP 2395208A1
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Definitions
- the invention relates to a large engine with a cylinder lubricating device, and a method for lubricating a running surface of a cylinder wall of a cylinder of a large engine.
- a large engine is a reciprocating internal combustion engine, which is used in particular as a slow-running large diesel engine, for example in shipbuilding.
- Large engines are often used as drive units for ships or even in stationary operation, e.g. used to drive large generators for generating electrical energy.
- the engines usually run for long periods in continuous operation, which places high demands on the reliability and availability. Therefore, for the operator in particular long maintenance intervals, low wear and an economical handling of fuels and supplies are central criteria for the operation of the machines.
- the piston running behavior of such large-bore slow-running large engines is a determining factor for the length of the maintenance intervals, the availability and the lubricant consumption also directly for the operating costs and thus for the economy.
- the complex problem of lubrication of large engines is becoming increasingly important.
- the piston lubrication takes place by lubricating devices in the reciprocating piston or in the cylinder wall, by the lubricating oil on the running surface of the cylinder wall is applied to minimize the friction between the piston and the tread and thus the wear of the tread and the piston rings.
- lubricating devices such as Wärtsilä's RTA engines
- the lubricant delivery rate is about 1.3 g / kWh and less in such engines and should not least be further reduced for cost reasons as possible, while the wear is to be minimized.
- lubrication devices are known in which the lubricating oil is applied to the piston passing through the lubricant opening by a plurality of lubricant openings accommodated in the circumferential direction in the cylinder wall, wherein the lubricant is distributed by the piston rings both in the circumferential direction and in the axial direction.
- the lubricant is not applied over a large area on the running surface of the cylinder wall, but more or less selectively between the piston rings on the side surfaces of the piston according to this method.
- a plurality of lubricant nozzles in the moving piston are preferably a plurality of lubricant nozzles, wherein the term may comprise a simple outlet opening and / or a unit with a check valve, accommodated, so that the lubricant can be applied over substantially the entire height of the tread anywhere.
- the quantity of lubricant to be applied to the running surface per unit of time and area can depend on many different parameters during operation of the large engine.
- the chemical composition of the fuel used in particular its sulfur content plays an important role.
- the lubricant is used, inter alia, for the neutralization of aggressive acids, especially sulfur-containing acids that arise during the combustion process in the combustion chamber of the engine , Therefore, depending on the fuel used different grades of lubricant can be used, which differ, inter alia, in their neutralization ability, for which the so-called BN value of the lubricant is a measure.
- a lubricant having a higher BN value at a high sulfur content in the fuel than a fuel having a lower sulfur content, because a lubricant having a higher BN value has a stronger acid neutralization effect.
- Another problem with the metering of the amount of lubricant to be applied are temporal and / or local variations of the State of the lubricant film, in particular the thickness of the lubricant film in the operating state of the reciprocating internal combustion engine.
- the necessary amount of lubricant for example, from a variety of operating parameters, such as the speed, the combustion temperature, the engine temperature, the cooling power for cooling the engine, the load and many other operating parameters more dependent. So it may be possible that at a given speed and higher load a different amount of lubricant must be applied to the tread of the cylinder, as with the same speed and lower load.
- the state of the internal combustion engine itself can have an influence on the amount of lubricant.
- the amount of lubricant to be used can vary greatly.
- increased friction is to some extent quite desirable in order for the mating partners, e.g.
- the piston rings, piston ring groove and running surface can be ground in and optimally adjusted to each other.
- this can be achieved by using a different amount of lubricant in the running-in phase of a cylinder than in the case of a cylinder which is already in operation for a considerable number of operating hours. Therefore, in a multi-cylinder engine, the amount of lubricant is often separately adjustable, particularly for each cylinder.
- the cylinder tread will wear differently both circumferentially and longitudinally depending on the number of hours of operation performed. This applies analogously, for example, for the piston rings and the piston itself.
- the amount of lubricant in a reciprocating internal combustion engine not only depending on the number of hours worked, but the amount of lubricant should also within a and the same cylinder at different points of the tread of the cylinder wall depending on the requirements of time and locally different dosable.
- the amount of lubricant to be introduced by a particular lubricant nozzle at a particular time various methods are known. In simple cases, the amount of lubricant, possibly taking into account the quality of the fuel used and the lubricant itself, simply controlled depending on the operating state of the reciprocating internal combustion engine, for example as a function of load or speed, due to already performed operating hours and the state of wear of the mating partner Can be considered.
- Hydrodynamic lubrication is used when a lubricant film of such thickness is formed between the mating partners, that is to say, for example, between the running surface of a cylinder wall and the piston ring of a piston so that the surfaces of the mating partners are separated from one another by the lubricant film, so that they are separated do not touch.
- Another limiting case is the so-called mixed friction or mixed lubrication condition.
- the lubricant film between the mating partners is, at least in part, so thin that the mating partners touch each other directly.
- the so-called lack lubrication is settled.
- the lubricant film is just so thick that the counterpart partners no longer touch; the amount of lubricant between the mating partners
- hydrodynamic lubrication could build up.
- the thickness of the lubricant film was preferably selected to set a state of hydrodynamic lubrication between the mating partners.
- the optimum point in time may depend on many parameters, in particular on the different operating states under which the internal combustion engine is operated. Many of the parameters that can play a role are the same ones that are relevant to the correct lubricant film thickness and have already been mentioned in the beginning. Above all, the right time naturally depends primarily on the various lubrication methods described above. Thus, the timing for the injection of the lubricant is of course sensitive to whether For example, the lubricant is to be fed into the purge air or, for example, to be injected directly onto the passing piston, for example into the piston ring package of the piston.
- the timing of the lubricating oil injection depends inter alia on static and dynamic geometric parameters of the large engine, in particular the position of the piston between the lower dead zone and the upper dead zone relative to the location of the lubricant nozzle. That is, to ensure optimum lubricant injection into the cylinder, the position, ie the position X of the piston with respect to the longitudinal axis of the cylinder at the time of lubricant injection must be known as accurately as possible.
- the position X of each piston between the lower dead zone and the upper dead zone in the cylinder has been determined by determining the instant crank angle of the large engine for all pistons of the engine from a single central crank angle measurement, for example via a chain drive directly with a Wave is coupled to the lubricant pump.
- the current crank angle of the large engine is measured in the operating state until today, and calculated from this central crank angle measurement, the position of all pistons in the cylinder. From this calculated from the measured crank angle position X of a piston in the cylinder, the time of the lubricant injection is then calculated in the cylinder in question.
- the reason for this erroneous position determination is, inter alia, the elasticity of the engine and its movable and immovable parts and the massive vibrations and torsional movements of the crankshaft.
- the measured at a certain point or assembly of the large engine crank angle can not be accurately correlated in one-to-one with the actual position of a particular piston in the cylinder, but at most with an accuracy that contains a non-calculable error and the depending on circumstances, eg depending on the load of the large engine, or the speed, or another operating parameter of the large engine may well be several degrees crank angle.
- the lubricant may then be injected at a completely wrong time. In the worst case, this is then not used for lubrication at all, because it is e.g. in a compression stroke is not sprayed on the piston wall, but under the piston and thus does not contribute to the lubrication at least in this stroke of the piston.
- the upper deadband of the piston is adjusted, for example by means of special washers or spacers, ie it will be at a suitable location on the attachment of the piston, piston rod, the crosshead or other fasteners of the piston so-called “compression shims" individual for each cylinder provided, whereby the compression in each cylinder is optimized.
- an electronically controlled lubrication system can not necessarily prevent an excessive amount of lubricant from getting onto the tread.
- the reason for this is that when adding a predetermined amount of lubricant can not be considered whether the large engine is operated under full load conditions.
- the dose of lubricant is usually in a lubrication system, such as in the EP 2 177 720 A1 shown, given.
- the lubrication system includes a pump-nozzle unit for supplying each of the lubrication points on the tread of the cylinder with a specified amount of lubricant.
- the pump is designed as a reciprocating pump.
- the lubricant in the pump chamber is conveyed to one or at most two lubrication points during a stroke of a working piston.
- the working piston is operated by means of a hydraulic medium.
- the stroke is triggered when a means leading to the working piston hydraulic line is opened by means of a switching valve, so that the working piston is acted upon by hydraulic medium.
- the switching valve switches depending on an operating state of the large engine, such as the speed, the load, the position and / or the position of the crankshaft.
- the operating state is detected at the large engine by means of a sensor unit, converted into an electrical signal, which is fed into a control unit.
- the controller unit checks, whether the electrical signal corresponds to an operating state which requires the supply of lubricant and optionally sends a corresponding output signal to the switching valve.
- a disadvantage of this arrangement is the fact that the lubrication point or the pair of lubrication points only a single, predetermined by the size of the pump chamber amount of lubricant can be supplied. This predetermined amount must be so large that sufficient lubrication is ensured even at full load operation of the large engine.
- a pump is provided which conveys into the pressure accumulator. Should the amount of lubricant in the pressure accumulator not be completely required because the large engine operates, for example, in partial load operation, a connected to the pressure accumulator valve is opened, so that lubricant can be circulated.
- the lubrication points supplied lubricant quantity is thus determined only by the opening time of the located in the lubricant lines between pressure accumulator and lubrication point switching valves.
- EP0368430 known to provide small lubricant reservoirs or accumulators, which are arranged in the lubricant supply to each cylinder.
- the supply of lubricant to the lubrication points on the cylinder is controlled by a single common electrically controllable solenoid valve.
- the solenoid valve is disposed between the accumulator and the lubricant distribution valve.
- the lubricant distribution valve can simultaneously open all supply lines to all lubrication points of a cylinder. That is, after this solution, although the time of lubrication and the amount of lubricant that is supplied to this cylinder, can be regulated.
- the amount of lubricant which is supplied to each individual lubrication point can no longer be influenced, since downstream of the lubricant distribution valve no obturator is provided any longer. Therefore, the control of the amount of lubricant and the timing of lubrication is not independent of each other.
- each cylinder is assigned its own lubrication module.
- the lubrication module contains an intermittently pumping lubricant pump, by means of which the lubricant is metered and pulse-like supplied to the lubricant nozzles.
- the pump is designed as a reciprocating pump, which has a plurality of delivery pistons.
- the delivery piston is arranged to be movable in a pumping space.
- the pump room determines the volume of lubricant that can be delivered to each lubrication point with each stroke.
- Each lubrication point is assigned a delivery piston.
- the pump executes a stroke, the volume of lubricant in the pump chamber is delivered to the appropriate lubrication point. This means that with each stroke, a certain, unchanging lubricant volume reaches the lubrication point.
- the stroke frequency that is, the number of delivery strokes within a certain time unit, can be changed.
- the pump is operated by servo oil. To carry out a stroke, the delivery pistons are moved by a working piston. The working piston is charged with the servo oil.
- a switching valve controls the movement of the working piston. The switching valve is controlled in dependence on an operating parameter of the internal combustion engine. That is, the number of strokes per unit time can be changed via the control unit, which controls the changeover valve.
- the object of the invention is therefore to propose an improved lubricating device and an improved method for lubricating a running surface of a cylinder of a large engine, by which the problems described above are avoided and by their use optimal time for the introduction of the lubricating oil in the cylinder can be determined.
- a large engine comprises at least first and second cylinders, each of the cylinders having a bore (B) and a longitudinal axis (A), and in which a piston is reciprocally movable along a tread.
- a lubricating device is provided for the cylinder lubrication, which comprises at least two lubrication points, via which a lubricant can be applied to the running surface, and a lubricant line for conveying the lubricant from a lubricant reservoir to the lubrication points.
- the lubricating device comprises a respective pump for each of the cylinders, a distributor, at least two lubricant lines and at least one respective shut-off element, which is arranged in the lubricant line.
- the lubricant can be conveyed into the distributor and conveyed from the distributor through the lubricant line to the lubrication point as long as the shut-off element is held in an open position.
- the position of the shutoff depending on an operating condition of the large engine is controlled by a central unit that the shutoff can be opened at any predetermined time depending on the operating state of the large engine, so that a supply of the corresponding lubrication point can be done with lubricant and the lubricant the tread of the corresponding cylinder can be applied.
- the period of time in which the shut-off element is kept open in dependence on the operating state of the large engine is independent of the time regulated, so that the amount of lubricant supplied to the lubricating point is arbitrarily adjustable according to the operating state of the large engine.
- operating parameters for example, speed and / or load and / or the cylinder temperature and / or the temperature in the combustion chamber and / or other current operating parameters are determined.
- the resources used and their properties for example the fuel used, especially its sulfur content and / or the type of lubricant used and / or the BN value of the lubricant, for the optimal injection time or for the optimal duration the lubricant injection can play a central role, they can also be used to determine the desired value advantageous and constantly monitored if necessary or advantageous during operation by suitable measuring device.
- the shut-off element can be kept open at least once during each third revolution of the large motor, so that the lubricant can be supplied to the lubrication point at least once.
- the lubrication can always be done at the same time or always at the same piston position, so that the lubrication process can be determined very precisely.
- the shut-off can be kept open at least once per tenth of a second up to at least once a minute, so that the lubrication point can be supplied with lubricant. This allows a particularly simple control of the lubrication process can be achieved. In particular, in the case of emergency lubrication, it may be necessary to ensure a periodic supply of lubrication point with lubricant. A delivery cycle of half a second each is particularly advantageous.
- the operating state can be determined by measuring the crank angle and / or the rotational speed and / or the torque and / or the position of the piston in the cylinder of the large engine.
- the manifold may be formed as a common rail reservoir for the lubricant, which is connected to all lubricant lines for each cylinder. This ensures that the same pressure is present in each of the lubricant lines.
- the lubrication points may be located at different positions of the cylinder wall with respect to the axial direction defined by the longitudinal axis (A) of the cylinder. If the lubricant is fed not only at several points distributed around the cylinder circumference, but also in different axial positions, the lubricant can be distributed evenly over a larger surface of the tread. The application of the lubricant can be done simultaneously, ie all shut-off are opened at the same time. But it is also possible to make the supply of lubricant at different times, that is, for example, that the lubrication leads the movement of the piston.
- the pump may in particular be designed as a piston pump, which has a plurality of delivery pistons.
- the delivery pistons are preferably driven by a camshaft.
- the camshaft can be driven by an electric motor.
- the speed of the camshaft that is, the number of delivery strokes per unit time is therefore arbitrarily variable within the speed range predetermined by the electric motor.
- the delivery piston may be connected according to a further variant with a working piston, wherein the working piston is movable by a fluid pressure medium, so that a delivery stroke is executable.
- the delivery pistons convey the lubricant into the distributor. If the delivery pistons of a rotary piston pump perform their delivery strokes in succession, the pressure fluctuations in the distributor can be reduced, in particular if the cams of the camshaft are arranged angularly offset from one another.
- the fluid pressure means may be lubricant provided from an additional supply of lubricant.
- this lubricant reservoir may be under higher pressure than the lubricant reservoir used for lubrication.
- This lubricant supply can be under a pressure of up to 50 bar.
- the lubricant for the lubricating device is provided in particular from a supply of lubricant which is under a pressure of up to 30 bar.
- the use of two lubricant reservoirs, ie mostly lubricant reservoirs or lubricant reservoirs under different pressure, allows the pump to be lubricated. This obviates the need to provide a seal between the drive fluid and the operating fluid, i. lubricant for lubrication. As a result, can be dispensed with the provision of sealing elements in the pump, which has a cost-effective production of the pump and a simplification in operation and maintenance result.
- the pressure of the lubricant supply for the lubricating device is preferably less than the pressure of the lubricant supply for the actuation of the working piston of the pump.
- the invention further relates to a method for lubricating a running surface of a cylinder wall of a cylinder of a large engine, wherein the cylinder has a bore (B) and a longitudinal axis (A), and in which a piston along a running surface is moved back and forth, wherein a Lubrication device is provided for the cylinder lubrication, which comprises at least two lubrication points, which are provided in the cylinder wall, via which a lubricant is applied to the tread, wherein the lubricant passes from a lubricant reservoir to the lubrication points.
- a pump conveys the lubricant from the lubricant reservoir into a manifold, the manifold conveying at least two lubricant lines and at least one shut-off element located in each lubricant line to deliver the lubricant to the lubrication points on the cylinder surface tread when there is a fluid-conducting connection between the manifold and the corresponding lubrication point so that the lubricant from the lubricant line is conveyed to the lubrication point, as long as the shut-off in an open position is located, wherein the position of the shutoff is regulated in response to an operating condition of the large engine, so that the shutoff is kept open from any time to any period of time depending on the operating state of the large engine, so that a supply of the corresponding lubrication point is carried out with lubricant being the large engine at least a first and a second cylinder and the lubricating device comprises a pump for each of the cylinders.
- the adjustment of the shut-off element preferably takes place as a function of the load of the large engine.
- the lubricant supply can be adapted exactly to the needs.
- the setting of the shut-off element takes place in particular as a function of the crank angle and / or the rotational speed and / or the torque and / or the position of the piston in the cylinder of the large engine.
- the delivery of the lubricant to the running surface of the cylinder wall is prevented when the pressure in the cylinder space is higher than the delivery pressure of the lubricant. This can ensure that no lubricant enters the combustion chamber of the cylinder when the piston is near top dead center. This can be avoided that lubricant is in the combustion chamber during the combustion process and there is a combustion of lubricant, which can lead to undesirable deposits and exhaust gases.
- the pressure of the lubricant can be measured in the distributor, for example by means of a pressure sensor and transmitted to the central unit.
- the central unit checks whether the pressure is within a predetermined pressure range, which is limited by an upper limit value and a lower limit value, and if the upper limit value of the pressure range is exceeded, the injection is prolonged and / or the shut-off element is forcibly kept open and / or a safety valve is actuated and / or the pump is switched off and an alarm is triggered when the pressure falls below the pressure. Falling below the pressure, especially over a longer period of time may be due to a leak in the Lubricator indicate which must be checked immediately to avoid damage due to lack of lubrication.
- Fig. 1 schematically is a cylinder of a two-stroke large diesel engine with a conventional lubricating device shown in section.
- Each cylinder of the two-stroke large diesel engine is assigned its own lubrication module 100.
- the lubricating module contains an intermittently conveying lubricant pump 101, by means of which the lubricant is metered and pulse-like the lubricant nozzles 107, 117 is supplied.
- the pump 101 is designed as a reciprocating piston pump which has a plurality of delivery pistons 138.
- the delivery piston 138 is movably arranged in a pumping space 136.
- the pumping space 136 determines the volume of lubricant that can be delivered to each lubrication point with each stroke.
- Each lubrication point is assigned a delivery piston 138.
- Lubricant volume promoted to the appropriate lubrication point that is, with each stroke reaches a certain, unchanging lubricant volume to the lubrication point, ie to each of the lubricant nozzles 107, 117th
- the pump chambers 136 of the pump 101 are all the same size, so that each lubrication point is supplied with the same amount of lubricant.
- the stroke frequency that is, the number of delivery strokes within a certain time unit, can be changed.
- the pump is operated by servo oil.
- To carry out a stroke the delivery pistons 138 are moved by a working piston 133.
- the working piston 133 is charged with the servo oil.
- a changeover valve 132 controls the movement of the working piston.
- the switching valve 132 is controlled in response to an operating parameter of the internal combustion engine. That is, the number of strokes per unit time can be changed via the control unit 150, which controls the switching valve 132.
- a sealing of the drive-side working piston space 135 against the delivery piston-side working piston space 134 is required.
- lubricant is fed, which is provided for example by a common rail memory 111. From the common rail memory 111, a lubricant line 112 leads to the working piston 134. This arrangement is repeated for each cylinder, here is still a lubricant line 162 indicated that leads to a lubrication module 200, not shown for another cylinder of the two-stroke large diesel engine.
- the lubricant which is fed into the working piston chamber 134, passes through an opening 139 in the pump chamber 136.
- the opening 139 is connected to the working piston space 134 as long as the working piston is in the working piston chamber 135, that is, the stroke of the pump yet did not start.
- the working piston in the working piston space 135 is charged with servo oil, it starts to move against the resistance of the return means 137.
- Each of the openings 139 is closed by the delivery piston 138 and the lubricant in the pump chamber 136 is compressed.
- the exhaust valves 163 open and lubricant passes into the lubricant lines 108, 118, which lead to the corresponding lubricant nozzles 107, 117. If the pump rooms all have the same volume, the same amount of lubricant will be delivered to each lubrication point per delivery stroke.
- the lubricant circuit represented by the common rail memory 111
- the servo oil circuit represented by the servo oil reservoir 130, 131st
- Fig. 2 is schematically a cylinder of a two-stroke large diesel engine with a lubricating device 10 according to the invention shown in section.
- the two-stroke large diesel engine of Fig. 2 comprises a plurality of cylinders 20, wherein for reasons of clarity, only one cylinder 20 is shown by way of example.
- the cylinder 20 comprises a cylinder wall 22 which delimits an inner space 23 of the cylinder 20 in a manner known per se in the circumferential direction.
- a piston 25 is provided, which is arranged with respect to an axial direction A of the cylinder 20 along a running surface 21 of the cylinder wall 22 back and forth.
- the tread 21 is in the specific example of Fig.
- a surface layer 24 which is applied to a surface of the cylinder wall 22, for example by thermal spraying.
- a surface layer 24 which is applied to a surface of the cylinder wall 22, for example by thermal spraying.
- at least one lubrication point 7, 17, in particular a lubricant nozzle 26 46 is arranged, which is fed by the pump 1 in a conventional manner with lubricant, so that in the operating state Lubricant film on the tread 21 of the cylinder wall 22 can be applied.
- the lubrication point 7, 17 is connected to the pump 1 via a lubricant line 8, 18.
- Each of the lubricant lines has a shut-off element 5, 15.
- the lubricant lines are part of a distributor 3, which may also be designed as a common rail memory.
- the pump 1 delivers lubricant from a lubricant reservoir 30 through the distributor 3 to the lubrication points 7, 17.
- the pump 1 may have the same type, which in Fig. 1 already shown. However, unlike the prior art, the pump can be operated with lubricant and not with servo oil. This means that the lubricant reservoir 30 provides lubricant with a pressure of around 20 bar.
- the working piston 33 of the pump 1 is operated with lubricant, which is supplied from a lubricant reservoir 31 which is under higher pressure than the lubricant reservoir 30. In general, the pressure in the lubricant reservoir 31 is between 40 and 50 bar, in particular around 50 bar.
- the lubricant which is fed into the working piston chamber 34, passes through an opening 39 in the delivery chamber 36.
- the opening 39 is connected to the working piston space 34 as long as the working piston is in the working piston space 35, that is, the stroke of the pump. 1 has not started yet.
- the working piston in the working piston space 35 is acted upon by lubricant, it sets itself against the resistance of the restoring means 37 in motion.
- Each of the openings 39 is closed by the delivery piston 38 and the lubricant located in the delivery chamber 36 is compressed. Since the delivery chamber 36 is in fluid-conducting connection with the distributor 3, the lubricant in the distributor 3 or the lubricant lines 8, 18 is also compressed.
- the lubricant in the lubricant lines 8, 18 has reached the required pressure.
- a pressure sensor in the manifold 3 can be monitored whether the pressure is is within a given bandwidth required to provide lubrication. This bandwidth is generally in a range of 20 to 50 bar.
- the lubricant is thus provided in the lubricant lines 8, 18 so as to be applied to the tread 21 of the cylinder 20 at the desired time.
- the desired time is determined by the central unit 50, which transmits a signal for opening the corresponding shut-off means 5, 15 via the signal transmission lines 42, 43.
- the time of lubrication is completely determined by the central unit.
- the time of closing the shut-off means 5, 15 can also be arbitrarily specified by the central unit 50.
- the amount of lubricant required for this particular lubrication cycle can be precisely adjusted.
- a measuring device 40 is shown with which a characteristic value for the operating state of the two-stroke large diesel engine is detected.
- the measuring device 40 generates an electrical signal which is characteristic of the characteristic value and transmits this signal in a signal transmission line 41 to a central unit 50, which serves to control the lubrication system.
- the signal is evaluated in the central unit 50. If the evaluation results in a lubricant requirement, a signal is transmitted from the central unit to the shut-off elements 5, 15 via the signal transmission lines 42, 43, so that they are actuated, that is, opened or closed for the flow of lubricant.
- the signal can also be used to control the pump 1.
- rotary pumps such as centrifugal pumps, impeller pumps.
- the speed of a motor driving the pump can be changed, so that the volume flow delivered per unit time by the pump is changed.
- a rotary piston pump usually includes a plurality of pistons, which via a driven by an electric motor camshaft to be moved. As the rotational speed of the camshaft is increased, the number of piston strokes per unit of time is increased and thus the volume flow delivered by the pump is changed.
- a pump with a single delivery piston can be used, wherein the delivery piston can be movable hydraulically or via a camshaft.
- the switching frequency of the switching valve 32 can be changed.
- a signal will be sent from the CPU 50 to the switching valve 32 via the signal transmission line 44.
- the switching valve 32 is designed in particular as a solenoid valve.
- the switching valve 32 can assume two positions. In the first position, a connection between the working piston 33 and the lubricant reservoir 30 is opened so that lubricant from the working piston space 34, in which the working piston 33 is located, can be returned to the lubricant reservoir 30.
- a connecting line between the lubricant reservoir 30 and the delivery chamber 36 is opened so that lubricant can flow into the delivery chamber 36.
- the working piston 33 is brought by a return means 37, here a spring, in its upper end position and is now ready to carry out a delivery stroke.
- a return means 37 here a spring
- the switching valve 32 When the switching valve 32 receives a signal to execute a delivery stroke by a signal from the CPU 50, it switches so that a connection to the lubricant reservoir 31 is opened. Lubricant under high pressure is introduced from the lubricant reservoir 31 in the working piston chamber 35 and the working piston 33 performs a delivery stroke, that is, lubricant is pumped by means of the delivery piston 38 from the delivery chamber into the manifold 3. Furthermore, the working piston does not need to be sealed from the pumping chamber. A seal of the drive-side working piston space 35 against the delivery piston-side working piston space 34 is thus not required.
- the shut-off elements 5, 15 are opened for a certain period of time, so that lubricant is applied to the running surface 21.
- the period of time in which each of the shut-off elements 5, 15 is kept open is individual adaptable and dependent on the measured value, which has been detected with the measuring device 40.
- a plurality of measuring devices may be provided which determine different parameters of the large engine.
- the regulation of the flow rate of the pump need not be coupled in any way with the regulation of the opening times of the shut-off elements.
- the method for operating the lubricating device comprises the following steps: a desired value for the time and / or duration of injection of the lubricant on the running surface 21 of the cylinder 20 is determined as a function of various operating parameters of the large engine, in particular as a function of the rotational speed and / or the load and / or the cylinder temperature and / or the crank angle and / or another operating parameter and / or depending on the composition of the fuel used and / or the lubricant and / or other operating materials.
- a current date and / or the duration of the injection of the lubricant into the cylinder can be determined.
- the time or duration of the lubricant injection is optimized in the operating state of the large engine to the target value.
- a measured variable corresponding to the current position X of the piston or a curve corresponding to the time profile of the position X is measured and the measured value of the central unit 50, which in particular comprises a data processing system and control means, is supplied.
- the central unit 50 which in particular comprises a data processing system and control means.
- a plurality of position sensors offset in the axial direction A are preferred for determining the Position X of the piston provided.
- Such a position sensor can also be used to measure the crank angle.
- the position sensors are passive structure-borne sound sensors, inter alia, by determining propagation time differences of the signals detected by the position sensors, and / or using the known technique of correlating signals, i. the investigation of the corresponding correlation function of the signals, the position X of the piston are determined in particular also time-dependent.
- position sensors can be used instead of structure-borne sound sensors, in particular pressure sensors, with which the gas pressure or the time dependence of the gas pressure in the interior of the cylinder 20 can be measured, pressure characteristics that characteristically with the position X of the piston in the cylinder.
- the piston may also contain a marking agent, e.g. contain a magnetic marking agent, so that the contour of the piston is better recognizable by the position sensor.
- a marking agent e.g. contain a magnetic marking agent
- measuring means may be provided which determine various operating parameters B, such as, inter alia, the speed, the load or the cylinder temperature of the large engine and optionally additionally supply the central unit 50.
- a particularly simple variant is obtained if spring-loaded shut-off valves are provided at the lubrication point, which release access to the cylinder interior for the lubricant only when the pressure in the cylinder interior is within a certain range.
- the pressure of the lubricant so that it lies between the maximum pressure prevailing in the combustion chamber and the minimum pressure.
- the pressure is in the combustion chamber during at least during the last phase of the compression stroke and at the time of ignition of the fuel-air mixture and at the beginning of the expansion phase above the lubricant pressure, so that no lubricant can enter the combustion chamber. Only when the pressure in the combustion chamber during the expansion phase, the fresh air supply or the first phase of the compression stroke is below the pressure of the lubricant, an entry of lubricant on the tread of the cylinder is possible.
- FIG. 3 and FIG. 4 show graphs showing the pressure in the combustion chamber as a function of the crank angle.
- the crank angle is plotted on the x-axis, and the pressure in the combustion chamber is plotted on the y-axis.
- the pressure curve 60 of the lubricant is in Fig. 3 represented by a horizontal line. In this case, the pressure of the lubricant is constant.
- lubricant may leak into the cylinder space as the piston approaches near top dead center as the lubricant in the cylinder space is delivered is because the pressure scavenging air side is much lower than the combustion chamber side pressure around the cylinder chamber.
- Fig. 4 the case is shown that the pressure curve 60 of the lubricant varies depending on the crank angle. This variation can For example, by regulating the flow rate of the pump come about.
- the lubricating device according to the invention and the method of the present invention not only significantly increase the service life of the piston, piston rings and cylinder running surface, but also simultaneously minimize the lubricant consumption and extend the maintenance intervals appreciably.
- the inventive lubricating device comes with very simple and therefore less error-prone control circuits, which the probability of failure compared to systems, as for example in the EP 1 426 571 B1 are shown, significantly reduced.
- Fig. 5 shows the course of the injection by means of lubricant nozzle with a lubrication module 101 according Fig. 1 ,
- the graph shown shows the pressure curve, which is plotted on the y-axis, as a function of time, which is plotted on the x-axis.
- the present measurement was carried out at engine standstill, for a type RT-flex96C-B engine with an injection volume of 310 mm3 per lubrication port.
- the graph shows large fluctuations, wherein the pressure curve was recorded at the pump outlet, ie immediately downstream of an outlet valve 163.
- Fig. 6a shows the course of the injection at a lubrication point 7, 17 with a lubricating device 10 according to Fig. 2 ,
- the graph shown shows the volume flow, which is plotted on the y-axis as a function of the time, which is plotted on the x-axis.
- This course of the volumetric flow found by means of simulation suggests low pressure fluctuations, as shown in the corresponding diagram Fig. 6b for the pressure curve in the distributor 3, 8, 18 according to Fig. 2 is shown.
- Fig. 6b thus shows the pressure curve at a lubrication point as a function of time.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Grossmotor mit einer Zylinderschmiervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Schmieren einer Lauffläche einer Zylinderwand eines Zylinders eines Grossmotors. Ein Grossmotor ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, welche insbesondere als langsam laufender Grossdieselmotor beispielsweise im Schiffbau Verwendung findet. Grossmotoren 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 Grossmotoren 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 Grossmotoren eine immer grössere Bedeutung zu.The invention relates to a large engine with a cylinder lubricating device, and a method for lubricating a running surface of a cylinder wall of a cylinder of a large engine. A large engine is a reciprocating internal combustion engine, which is used in particular as a slow-running large diesel engine, for example in shipbuilding. Large engines are often used as drive units for ships or even in stationary operation, e.g. used to drive large generators for generating electrical energy. The engines usually run for long periods in continuous operation, which places high demands on the reliability and availability. Therefore, for the operator in particular long maintenance intervals, low wear and an economical handling of fuels and supplies are central criteria for the operation of the machines. Among other things, the piston running behavior of such large-bore slow-running large engines is a determining factor for the length of the maintenance intervals, the availability and the lubricant consumption also directly for the operating costs and thus for the economy. Thus, the complex problem of lubrication of large engines is becoming increasingly important.
Bei Grossmotoren, 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.In large engines, but not only these, the piston lubrication takes place by lubricating devices in the reciprocating piston or in the cylinder wall, by the lubricating oil on the running surface of the cylinder wall is applied to minimize the friction between the piston and the tread and thus the wear of the tread and the piston rings. For example, today's engines, such as Wärtsilä's RTA engines, wear less than 0.05 mm of tread over an operating period of 1000 hours. The lubricant delivery rate is about 1.3 g / kWh and less in such engines and should not least be further reduced for cost reasons as possible, while the wear is to be minimized.
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 wird nach diesem Verfahren nicht grossflächig auf die Lauffläche der Zylinderwand, sondern mehr oder weniger punktuell zwischen die Kolbenringe auf die Seitenflächen des Kolbens aufgebracht.As lubrication systems for lubricating the treads quite different solutions are known, both in terms of the actual execution of the lubrication devices themselves, as well as the procedures for lubrication. Thus, lubrication devices are known in which the lubricating oil is applied to the piston passing through the lubricant opening by a plurality of lubricant openings accommodated in the circumferential direction in the cylinder wall, wherein the lubricant is distributed by the piston rings both in the circumferential direction and in the axial direction. The lubricant is not applied over a large area on the running surface of the cylinder wall, but more or less selectively between the piston rings on the side surfaces of the piston according to this method.
Dabei sind auch andere Verfahren bekannt. So wird beispielsweise in der
Bei einem anderen Verfahren sind im sich bewegenden Kolben bevorzugt mehrere Schmiermitteldüsen, wobei der Begriff eine einfache Austrittsöffnung und/oder eine Einheit mit einem Rückschlagventil umfassen kann, untergebracht, so dass das Schmiermittel im wesentlichen über die gesamte Höhe der Lauffläche an beliebigen Stellen aufgebracht werden kann.In another method, in the moving piston are preferably a plurality of lubricant nozzles, wherein the term may comprise a simple outlet opening and / or a unit with a check valve, accommodated, so that the lubricant can be applied over substantially the entire height of the tread anywhere.
Die Art und Weise, wie das Schmiermittel auf die Lauffläche der Zylinderwand aufgebracht wird, dessen Dosierung und der Zeitpunkt, zu dem das Schmiermittel in den Zylinder des Grossmotors eingebracht wird, haben wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Schmierung.The manner in which the lubricant is applied to the tread of the cylinder wall, its metering and the time at which the lubricant is introduced into the cylinder of the large engine, have a significant influence on the quality of the lubrication.
Die pro Zeit- und Flächeneinheit auf die Lauffläche aufzubringende Menge an Schmiermittel kann im Betrieb des Grossmotors von vielen verschiedenen Parametern abhängig sein. So spielt beispielsweise die chemische Zusammensetzung des verwendeten Treibstoffs, insbesondere dessen Schwefelgehalt eine bedeutende Rolle. Neben der Schmierung des Zylinders, also der Herabsetzung der Reibung zwischen Kolben und Zylinderlauffläche, genauer zwischen den Kolbenringen und der Lauffläche der Zylinderwand, dient das Schmiermittel unter anderem auch zur Neutralisation aggressiver Säuren, insbesondere von schwefelhaltigen Säuren, die beim Verbrennungsvorgang im Brennraum des Motors entstehen. Daher können je nach verwendetem Treibstoff unterschiedliche Sorten von Schmiermittel zum Einsatz kommen, die sich unter anderem in ihrer Neutralisationsfähigkeit, für die der sogenannte BN-Wert des Schmiermittels ein Mass ist, unterscheiden. So kann es von Vorteil sein, bei einem hohen Schwefelgehalt im Brennstoff ein Schmiermittel mit einem höheren BN-Wert zu verwenden, als bei einem Brennstoff mit einem niedrigeren Schwefelgehalt, weil ein Schmiermittel mit einem höheren BN-Wert eine stärkere Neutralisationswirkung gegenüber Säuren aufweist.The quantity of lubricant to be applied to the running surface per unit of time and area can depend on many different parameters during operation of the large engine. For example, the chemical composition of the fuel used, in particular its sulfur content plays an important role. In addition to the lubrication of the cylinder, so the reduction of the friction between the piston and cylinder surface, more precisely between the piston rings and the tread of the cylinder wall, the lubricant is used, inter alia, for the neutralization of aggressive acids, especially sulfur-containing acids that arise during the combustion process in the combustion chamber of the engine , Therefore, depending on the fuel used different grades of lubricant can be used, which differ, inter alia, in their neutralization ability, for which the so-called BN value of the lubricant is a measure. Thus, it may be advantageous to use a lubricant having a higher BN value at a high sulfur content in the fuel than a fuel having a lower sulfur content, because a lubricant having a higher BN value has a stronger acid neutralization effect.
Oft ist es jedoch auch möglich, dass für Treibstoffe unterschiedlicher Qualität die gleiche Schmiermittelsorte verwendet werden muss. In solchen Fällen kann dann beispielsweise durch entsprechende Erhöhung oder Erniedrigung der eingesetzten Menge an Schmiermittel ein höherer oder niedrigerer Säuregehalt in den Verbrennungsprodukten kompensiert werden.Often, however, it is also possible that the same type of lubricant must be used for fuels of different quality. In such cases, for example, by a corresponding increase or decrease in the amount of lubricant used, a higher or lower acid content in the combustion products can be compensated.
Ein weiteres Problem bei der Dosierung der aufzutragenden Schmiermittelmenge stellen zeitliche und / oder örtliche Schwankungen des Zustands des Schmiermittelfilms, insbesondere der Dicke des Schmiermittelfilms im Betriebszustand der Hubkolbenbrennkraftmaschine dar.Another problem with the metering of the amount of lubricant to be applied are temporal and / or local variations of the State of the lubricant film, in particular the thickness of the lubricant film in the operating state of the reciprocating internal combustion engine.
Selbstverständlich kann die notwendige Menge an Schmiermittel beispielsweise auch von unterschiedlichsten Betriebsparametern, wie der Drehzahl, der Verbrennungstemperatur, der Motortemperatur, der Kühlleistung zur Kühlung des Motors, der Last und vielen anderen Betriebsparametern mehr abhängig sein. So kann es möglich sein, dass bei gegebener Drehzahl und höherer Last eine andere Menge an Schmiermittel auf die Lauffläche des Zylinders aufgebracht werden muss, als bei gleicher Drehzahl und niedrigerer Last.Of course, the necessary amount of lubricant, for example, from a variety of operating parameters, such as the speed, the combustion temperature, the engine temperature, the cooling power for cooling the engine, the load and many other operating parameters more dependent. So it may be possible that at a given speed and higher load a different amount of lubricant must be applied to the tread of the cylinder, as with the same speed and lower load.
Des weiteren kann auch der Zustand der Verbrennungsmaschine an sich einen Einfluss auf die Schmiermittelmenge haben. So ist es beispielsweise bekannt, dass je nach Verschleisszustand von Zylinderlauffläche, Kolbenringen, Kolben und so weiter die einzusetzende Schmiermittelmenge stark variieren kann. So ist bei einem Zylinder mit einer neuen, noch nicht eingefahrenen Zylinderlauffläche und / oder bei neuen Kolbenringen in der Einlaufphase eine erhöhte Reibung in gewissem Umfang durchaus erwünscht, damit sich die Gegenlaufpartner, also z.B. Kolbenringe, Kolbenringnute und Lauffläche, einschleifen und so optimal aufeinander einstellen können. Das kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass in der Einlaufphase eines Zylinders pauschal mit einer anderen Schmiermittelmenge gearbeitet wird, als bei einem Zylinder, der bereits eine beachtliche Zahl von Betriebsstunden in Betrieb ist. Daher ist bei einer Maschine mit mehreren Zylindern die Schmiermittelmenge insbesondere für jeden Zylinder häufig separat einstellbar.Furthermore, the state of the internal combustion engine itself can have an influence on the amount of lubricant. For example, it is known that, depending on the state of wear of the cylinder surface, piston rings, pistons and so on, the amount of lubricant to be used can vary greatly. Thus, in a cylinder with a new, not yet retracted cylinder tread and / or with new piston rings in the break-in phase, increased friction is to some extent quite desirable in order for the mating partners, e.g. The piston rings, piston ring groove and running surface can be ground in and optimally adjusted to each other. Among other things, this can be achieved by using a different amount of lubricant in the running-in phase of a cylinder than in the case of a cylinder which is already in operation for a considerable number of operating hours. Therefore, in a multi-cylinder engine, the amount of lubricant is often separately adjustable, particularly for each cylinder.
Auch wird im Allgemeinen die Zylinderlauffläche sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung in Abhängigkeit von der Zahl der geleisteten Betriebsstunden unterschiedlich verschleissen. Das gilt analog beispielsweise auch für die Kolbenringe und die Kolben selbst.Also, in general, the cylinder tread will wear differently both circumferentially and longitudinally depending on the number of hours of operation performed. This applies analogously, for example, for the piston rings and the piston itself.
Somit muss die Schmiermittelmenge bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nicht nur in Abhängigkeit von der Zahl der geleisteten Betriebsstunden eingestellt werden, sondern die Schmiermittelmenge sollte auch innerhalb ein und desselben Zylinders an unterschiedlichen Stellen der Lauffläche der Zylinderwand je nach Anforderungen zeitabhängig und örtlich verschieden dosierbar sein.Thus, the amount of lubricant in a reciprocating internal combustion engine not only depending on the number of hours worked, but the amount of lubricant should also within a and the same cylinder at different points of the tread of the cylinder wall depending on the requirements of time and locally different dosable.
Daher ist es seit langem bekannt, in einer Lauffläche eines Zylinders oder im sich bewegenden Kolben in unterschiedlichen Bereichen Schmiermitteldüsen vorzusehen, die bevorzugt alle einzeln ansteuerbar sind, so dass die Schmiermittelmenge je nach Anforderung sowohl zeitlich als auch örtlich flexibel variiert werden kann.Therefore, it has long been known to provide in a running surface of a cylinder or in the moving piston in different areas lubricant nozzles, which are preferably all individually controllable, so that the amount of lubricant can be varied both temporally and locally depending on the requirements.
Um die von einer bestimmten Schmiermitteldüse zu einem bestimmten Zeitpunkt einzubringende Menge an Schmiermittel zu ermitteln, sind verschiedene Verfahren bekannt. In einfachen Fällen wird die Schmiermittelmenge, eventuell unter Berücksichtigung der Qualität des verwendeten Treibstoffs und des Schmiermittels selbst, einfach in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteuert, zum Beispiel als Funktion der Last oder der Drehzahl, wobei aufgrund von bereits geleisteten Betriebsstunden auch der Verschleisszustand der Gegenlaufpartner Berücksichtigung finden kann.In order to determine the amount of lubricant to be introduced by a particular lubricant nozzle at a particular time, various methods are known. In simple cases, the amount of lubricant, possibly taking into account the quality of the fuel used and the lubricant itself, simply controlled depending on the operating state of the reciprocating internal combustion engine, for example as a function of load or speed, due to already performed operating hours and the state of wear of the mating partner Can be considered.
So unterscheidet der Fachmann den Bereich der sogenannten hydrodynamischen Schmierung, vom Zustand der Mangelschmierung und der Mischschmierung. Von hydrodynamischer Schmierung spricht man, wenn sich zwischen den Gegenlaufpartnern, also zum Beispiel zwischen der Lauffläche einer Zylinderwand und dem Kolbenring eines Kolbens ein Schmiermittelfilm von solcher Dicke ausgebildet ist, dass die Oberflächen der Gegenlaufpartner durch den Schmiermittelfilm voneinander wohl getrennt sind, so dass diese sich nicht berühren. Einen anderen Grenzfall stellt der sogenannte Zustand der Mischreibung oder Mischschmierung dar. Im Falle der Mischreibung ist der Schmiermittelfilm zwischen den Gegenlaufpartner, zumindest teilweise, so dünn, dass sich die Gegenlaufpartner unmittelbar berühren. In diesem Fall besteht die Gefahr von Scuffing und letztlich der Ausbildung eines Kolbenfressers. Zwischen diesen beiden Grenzfällen ist die sogenannte Mangelschmierung angesiedelt. Im Zustand der Mangelschmierung ist der Schmiermittelfilm gerade noch so dick, dass sich die Gegenlaufpartner nicht mehr berühren; die Schmiermittelmenge zwischen den Gegenlaufpartnern reicht jedoch nicht aus, dass sich eine hydrodynamische Schmierung aufbauen könnte. Früher wurde sowohl der Zustand der Mischschmierung, als auch der Mangelschmierung möglichst verhindert. Das heisst, die Dicke des Schmiermittelfilms wurde bevorzugt so gewählt, dass sich ein Zustand der hydrodynamischen Schmierung zwischen den Gegenlaufpartnern einstellt.Thus, the expert distinguishes the field of so-called hydrodynamic lubrication, the state of lack lubrication and the mixed lubrication. Hydrodynamic lubrication is used when a lubricant film of such thickness is formed between the mating partners, that is to say, for example, between the running surface of a cylinder wall and the piston ring of a piston so that the surfaces of the mating partners are separated from one another by the lubricant film, so that they are separated do not touch. Another limiting case is the so-called mixed friction or mixed lubrication condition. In the case of mixed friction, the lubricant film between the mating partners is, at least in part, so thin that the mating partners touch each other directly. In this case, there is a risk of scuffing and ultimately the training of a piston eater. Between these two borderline cases the so-called lack lubrication is settled. In the state of deficient lubrication, the lubricant film is just so thick that the counterpart partners no longer touch; the amount of lubricant between the mating partners However, it is not enough that hydrodynamic lubrication could build up. Previously, both the condition of the mixed lubrication, and the lack of lubrication prevented as possible. That is, the thickness of the lubricant film was preferably selected to set a state of hydrodynamic lubrication between the mating partners.
Der Betrieb im Bereich der hydrodynamischen Schmierung hat natürlich einen entsprechend hohen Schmiermittelverbrauch zur Folge. Das ist einerseits nicht nur ausgesprochen unwirtschaftlich, sondern es hat sich überraschenderweise auch gezeigt, dass nicht nur ein Schmiermittelmangel, sondern auch ein Schmiermittelüberschuss zu Schädigungen der Gegenlaufpartner im Zylinder führen kann.The operation in the field of hydrodynamic lubrication naturally results in a correspondingly high lubricant consumption. On the one hand, this is not only extremely uneconomical, but it has also surprisingly been found that not only a lack of lubricant, but also an excess of lubricant can lead to damage of the mating partner in the cylinder.
Dieses Problem wurde erstmals erfolgreich dadurch gelöst, dass mittels eines Sensors im Betriebszustand eine für den Schmiermittelfilm charakteristische Kenngrösse bestimmt wurde und nach Auswertung des Sensorsignals mit Hilfe einer Regeleinheit ein Zustandsparameter des Schmiermittelfilms auf der Zylinderlauffläche, insbesondere die Dicke des Schmierfilms, bevorzugt lokal durch entsprechende Dosierung der Schmiermittelzufuhr optimiert wurde. Die entsprechende Vorrichtung und das zugehörige Verfahren wurden von der Anmelderin bereits in der
Obwohl durch dieses innovative Verfahren das Problem der Bestimmung der notwendigen Menge an Schmiermittel, die einem bestimmten Ort der Zylinderlauffläche zugeführt werden muss, optimal gelöst wurde, gibt es bisher immer Schwierigkeiten, den optimalen Zeitpunkt für die Einspritzung des Schmiermittels in den Zylinder zu bestimmen.Although the problem of determining the necessary amount of lubricant which must be supplied to a specific location of the cylinder surface has been optimally solved by this innovative method, it has always been difficult to determine the optimal time for the injection of the lubricant into the cylinder.
Dabei kann der optimale Zeitpunkt von vielen Parametern, insbesondere von den unterschiedlichen Betriebszuständen, unter denen die Brennkraftmaschine betrieben wird, abhängen. Viele der Parameter, die dabei eine Rolle spielen können, sind dieselben, die für die richtige Schmierfilmdicke relevant sind und wurden eingangs bereits aufgezählt. Vor allem hängt der richtige Zeitpunkt natürlich in erster Linie von den oben beschriebenen verschiedenen Schmierverfahren ab. So ist der Zeitpunkt für das Einspritzen des Schmiermittels natürlich empfindlich davon abhängig, ob das Schmiermittel z.B. in die Spülluft eingespeist werden soll oder zum Beispiel direkt auf den vorbeilaufenden Kolben, z.B. in das Kolbenringpaket des Kolbens eingespritzt werden soll.In this case, the optimum point in time may depend on many parameters, in particular on the different operating states under which the internal combustion engine is operated. Many of the parameters that can play a role are the same ones that are relevant to the correct lubricant film thickness and have already been mentioned in the beginning. Above all, the right time naturally depends primarily on the various lubrication methods described above. Thus, the timing for the injection of the lubricant is of course sensitive to whether For example, the lubricant is to be fed into the purge air or, for example, to be injected directly onto the passing piston, for example into the piston ring package of the piston.
Es ist unmittelbar klar, dass somit der Zeitpunkt der Schmieröleinspritzung unter anderem auch von statischen und dynamischen geometrischen Parametern des Grossmotors abhängt, insbesondere von der Stellung des Kolbens zwischen unterer Totzone und oberer Totzone relativ zum Ort der Schmiermitteldüse. Das heisst, um eine optimale Schmiermitteleinspritzung in den Zylinder zu gewährleisten, muss die Stellung, also die Position X des Kolbens in Bezug auf die Längsachse des Zylinders zum Zeitpunkt der Schmiermitteleinspritzung möglichst exakt bekannt sein.It is immediately clear that, therefore, the timing of the lubricating oil injection depends inter alia on static and dynamic geometric parameters of the large engine, in particular the position of the piston between the lower dead zone and the upper dead zone relative to the location of the lubricant nozzle. That is, to ensure optimum lubricant injection into the cylinder, the position, ie the position X of the piston with respect to the longitudinal axis of the cylinder at the time of lubricant injection must be known as accurately as possible.
Bisher wurde die Position X eines jeden Kolbens zwischen unterer Totzone und oberer Totzone im Zylinder dadurch bestimmt, dass nach verschiedenen Methoden der momentane Kurbelwinkel des Grossmotors für alle Kolben des Motors aus einer einzigen zentralen Kurbelwinkelmessung bestimmt wurde, beispielsweise über einen Kettenantrieb, der direkt mit einer Welle zur Schmiermittelpumpe gekoppelt ist.Heretofore, the position X of each piston between the lower dead zone and the upper dead zone in the cylinder has been determined by determining the instant crank angle of the large engine for all pistons of the engine from a single central crank angle measurement, for example via a chain drive directly with a Wave is coupled to the lubricant pump.
Ganz allgemein wird bis heute der momentane Kurbelwinkel des Grossmotors im Betriebszustand gemessen, und aus dieser zentralen Kurbelwinkelmessung die Stellung aller Kolben im Zylinder berechnet. Aus dieser aus dem gemessenen Kurbelwinkel berechneten Position X eines Kolbens im Zylinder wird dann der Zeitpunkt der Schmiermitteleinspritzung in dem betreffenden Zylinder berechnet.In general, the current crank angle of the large engine is measured in the operating state until today, and calculated from this central crank angle measurement, the position of all pistons in the cylinder. From this calculated from the measured crank angle position X of a piston in the cylinder, the time of the lubricant injection is then calculated in the cylinder in question.
Diese bisher verwendete Methode hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die so berechneten Positionen der Kolben im Zylinder mit grossen Fehlern behaftet sind, die insbesondere unter speziellen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel unter Vollast, bei hoher oder voller Drehzahl oder anderen extremen Betriebsbedingungen eigentlich nicht zu tolerieren sind.However, this method used so far has the distinct disadvantage that the positions of the pistons in the cylinder thus calculated are subject to great errors, which are in fact not tolerable under special operating conditions, such as under full load, high or full speed or other extreme operating conditions are.
Aber auch unter normalen Betriebsbedingungen können diese Fehler, die zur Folge haben, dass das Schmiermittel eben nicht zum optimalen Zeitpunkt in den Zylinder eingebracht wird, zu vorzeitigem Verschleiss, verkürzten Wartungsintervallen und damit zu höheren Kosten, im schlimmsten Fall zu einer ernsten Schädigung der Zylinderkomponenten führen.But even under normal operating conditions, these errors, which have the consequence that the lubricant just not at the optimum time in the cylinder is introduced, lead to premature wear, shortened maintenance intervals and thus to higher costs, in the worst case to serious damage to the cylinder components.
Der Grund für diese fehlerhafte Positionsbestimmung liegt unter anderem in der Elastizität des Motors und seiner beweglichen und unbeweglichen Teile und den massiven Vibrationen und Torsionsbewegungen der Kurbelwelle.The reason for this erroneous position determination is, inter alia, the elasticity of the engine and its movable and immovable parts and the massive vibrations and torsional movements of the crankshaft.
Das hat insbesondere zur Folge, dass der an einer bestimmten Stelle oder Baugruppe des Grossmotors gemessene Kurbelwinkel nicht exakt in eineindeutiger Weise mit der tatsächlichen Stellung eines bestimmten Kolbens im Zylinder korreliert werden kann, sondern höchstens mit einer Genauigkeit, die einen nicht kalkulierbaren Fehler enthält und der je nach Umständen, z.B. in Abhängigkeit von der Last des Grossmotors, oder der Drehzahl, oder einem anderen Betriebsparameter des Grossmotors durchaus mehrere Kurbelwinkelgrade betragen kann. Das Schmiermittel wird dann eventuell zu einem völlig falschen Zeitpunkt eingespritzt. Im schlimmsten Fall wird dieses dann für die Schmierung überhaupt nicht verwendet, weil es z.B. bei einem Kompressionshub nicht auf die Kolbenwand, sondern unter den Kolben gespritzt wird und somit zur Schmierung zumindest in diesem Hub des Kolbens überhaupt nicht beiträgt.This has the consequence in particular that the measured at a certain point or assembly of the large engine crank angle can not be accurately correlated in one-to-one with the actual position of a particular piston in the cylinder, but at most with an accuracy that contains a non-calculable error and the depending on circumstances, eg depending on the load of the large engine, or the speed, or another operating parameter of the large engine may well be several degrees crank angle. The lubricant may then be injected at a completely wrong time. In the worst case, this is then not used for lubrication at all, because it is e.g. in a compression stroke is not sprayed on the piston wall, but under the piston and thus does not contribute to the lubrication at least in this stroke of the piston.
Was das Problem noch verschärft, ist die Tatsache, dass der Fehler für jeden Zylinder des Grossmotors, der häufig, aber nicht zwingend viele Zylinder, z.B. mehr als 6, 8, 10, 12, 14 Zylinder bevorzugt in Reihe angeordnet hat, ein anderer Fehler ist, da je nach dem an welchem Abschnitt bzw. an welchem Ort der Kurbelwelle der Zylinder sich befindet, die oben erwähnten Schwingungen, Torsionen usw. andere Amplituden, eventuell andere Frequenzspektren und damit andere Auswirkungen haben.What aggravates the problem is the fact that the error for each cylinder of the large engine, which often but not necessarily many cylinders, e.g. is more than 6, 8, 10, 12, 14 cylinders arranged preferably in series, another error is that, depending on which section or at which location of the crankshaft the cylinder is, the above-mentioned vibrations, torsions, etc. other amplitudes, possibly other frequency spectrums and thus have different effects.
Dazu kommt, dass zur Feineinstellung des Motors bzw. zur Feineinstellung der Kompression in jedem Zylinder individuell die obere Totzone des Kolbens z.B. mittels spezieller Unterlagscheiben bzw. Abstandshalter justiert wird, d.h. es werden an geeigneter Stelle an der Befestigung des Kolbens, Kolbenstange, des Kreuzkopfes oder anderer Befestigungselemente des Kolbens sogenannte "compression shims" individual für jeden Zylinder vorgesehen, wodurch die Kompression in jedem Zylinder optimiert wird. Das hat zur Folge, dass, selbst wenn die Position des Kolbens im Zylinder mit dem an einer bestimmten Stelle gemessenen Kurbelwinkel exakt korreliert wäre, die Position des Kolbens im Zylinder dennoch nicht exakt berechnet werden könnte, weil aufgrund der unterschiedlicher Justierung der einzelnen Kolben mittels compression shims, die Berechnung der Position jedes Kolbens mit einem anderen, per se meist nicht bekannten Korrekturfaktor durchgeführt werden müsste.In addition, for fine adjustment of the engine or for fine adjustment of the compression in each cylinder individually, the upper deadband of the piston is adjusted, for example by means of special washers or spacers, ie it will be at a suitable location on the attachment of the piston, piston rod, the crosshead or other fasteners of the piston so-called "compression shims" individual for each cylinder provided, whereby the compression in each cylinder is optimized. This has the consequence that, even if the position of the piston in the cylinder would be exactly correlated with the measured at a certain point crank angle, the position of the piston in the cylinder could not be calculated exactly because due to the different adjustment of the individual pistons by means of compression shims, the calculation of the position of each piston with a different, usually not known per se correction factor should be performed.
Da diese Korrekturfaktoren jedoch nicht bekannt sind, wird bei der bisher durchgeführten Berechnung der Position des Kolbens im Zylinder der Fehler meistens noch verstärkt.However, since these correction factors are not known, the error is usually amplified in the previously performed calculation of the position of the piston in the cylinder.
Zusätzlich kann selbst ein elektronisch geregeltes Schmiersystem nicht notwendigerweise verhindern, dass eine zu hohe Menge Schmiermittel auf die Lauffläche gelangt. Der Grund hierfür liegt darin, dass bei Zugabe einer vorbestimmten Menge an Schmiermittel nicht berücksichtigt werden kann, ob der Grossmotor unter Vollastbedingungen betrieben wird.In addition, even an electronically controlled lubrication system can not necessarily prevent an excessive amount of lubricant from getting onto the tread. The reason for this is that when adding a predetermined amount of lubricant can not be considered whether the large engine is operated under full load conditions.
Die Dosis an Schmiermittel ist üblicherweise in einem Schmiersystem, wie beispielsweise in der
Das Schaltventil schaltet in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Grossmotors, wie der Geschwindigkeit, der Last, der Lage und/oder der Stellung der Kurbelwelle. Der Betriebszustand wird am Grossmotor mittels einer Sensoreinheit detektiert, in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches in eine Reglereinheit eingespeist wird. Die Reglereinheit überprüft, ob das elektrische Signal einem Betriebszustand entspricht, welcher die Zufuhr von Schmiermittel erforderlich macht und sendet gegebenenfalls ein entsprechendes Ausgangssignal an das Schaltventil.The switching valve switches depending on an operating state of the large engine, such as the speed, the load, the position and / or the position of the crankshaft. The operating state is detected at the large engine by means of a sensor unit, converted into an electrical signal, which is fed into a control unit. The controller unit checks, whether the electrical signal corresponds to an operating state which requires the supply of lubricant and optionally sends a corresponding output signal to the switching valve.
Nachteilig an dieser Anordnung ist die Tatsache, dass der Schmierstelle oder dem Paar an Schmierstellen nur eine einzige, durch die Grösse des Pumpraums vorbestimmte Menge an Schmiermittel zugeführt werden kann. Diese vorbestimmte Menge muss so gross sein, dass auch bei Vollastbetrieb des Grossmotors eine ausreichende Schmierung gewährleistet ist.A disadvantage of this arrangement is the fact that the lubrication point or the pair of lubrication points only a single, predetermined by the size of the pump chamber amount of lubricant can be supplied. This predetermined amount must be so large that sufficient lubrication is ensured even at full load operation of the large engine.
Wird der Grossmotor hingegen bei Teillast betrieben, kann die der Schmierstelle zugeführte Schmiermittelmenge zu gross sein, sodass man in den oben beschriebenen Bereich der hydrodynamischen Schmierung gelangt.On the other hand, if the large engine is operated at partial load, the amount of lubricant supplied to the lubrication point can be too great, so that one gets into the area of hydrodynamic lubrication described above.
Es wurde in der
Des weiteren ist eine Pumpe vorgesehen, welche in den Druckspeicher fördert. Sollte die Schmiermittelmenge im Druckspeicher nicht vollständig benötigt werden, weil der Grossmotor beispielsweise im Teillastbetrieb arbeitet, wird ein mit dem Druckspeicher verbundenes Ventil geöffnet, sodass Schmiermittel im Kreislauf geführt werden kann.Furthermore, a pump is provided which conveys into the pressure accumulator. Should the amount of lubricant in the pressure accumulator not be completely required because the large engine operates, for example, in partial load operation, a connected to the pressure accumulator valve is opened, so that lubricant can be circulated.
Die den Schmierstellen zugeführte Schmiermittelmenge ist somit nur durch die Öffnungszeit der in den Schmiermittelleitungen zwischen Druckspeicher und Schmierstelle befindlichen Schaltventile bestimmt.The lubrication points supplied lubricant quantity is thus determined only by the opening time of the located in the lubricant lines between pressure accumulator and lubrication point switching valves.
In der
Es ist auch aus
Es hat sich allerdings als nachteilig erwiesen, dass die jedem Zylinder zuzuführende Schmiermittelmenge nicht verändert werden kann, wenn die Öffnungszeit des Schaltventils, z. B. des Magnetventils der
Des weiteren hat sich als nachteilig erwiesen, dass eine Überwachung der Viskosität des Schmiermittels erforderlich wurde, da das Schmiermittel bedingt durch den zentralen Druckspeicher teilweise lange Wege bis zur Schmierstelle zurücklegen muss. Auf dem Weg zur Schmierstelle können die Temperaturen, welchen die Schmiermittelleitungen ausgesetzt sind, stark variieren, was einen beträchtlichen Einfluss auf die Viskosität des Schmiermittels hat. Insbesondere gilt es zu vermeiden, dass sich in einzelnen Schmiermittelleitungen Schmiermittel verfestigt und somit die Leitungen verlegt. Um diesem Problem abzuhelfen, muss die Viskosität und/oder Temperatur zumindest in den Schmiermittelleitungen vorgesehen werden, die besonders lang sind oder die Zonen tiefer Temperatur passieren müssen.Furthermore, it has proven to be disadvantageous that a monitoring of the viscosity of the lubricant was required, since the lubricant partly due to the central pressure accumulator must travel long distances to the lubrication point. On the way to the lubrication point, the Temperatures to which the lubricant lines are exposed, vary widely, which has a significant influence on the viscosity of the lubricant. In particular, it should be avoided that lubricant solidifies in individual lubricant lines and thus misplaced the lines. To remedy this problem, the viscosity and / or temperature must be provided at least in the lubricant lines, which are particularly long or need to pass the zones low temperature.
Daher wurde in der
Jeder Schmierstelle ist ein Förderkolben zugeordnet. Wenn die Pumpe einen Hub ausführt, wird das im Pumpraum befindliche Schmiermittelvolumen zu der entsprechenden Schmierstelle gefördert. Das heisst, mit jedem Hub gelangt ein bestimmtes, unveränderliches Schmiermittelvolumen zu der Schmierstelle. Die Hubfrequenz, das heisst, die Anzahl an Förderhüben innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit, kann verändert werden. Die Pumpe wird mittels Servoöl betrieben. Zur Durchführung eines Hubes werden die Förderkolben durch einen Arbeitskolben bewegt. Der Arbeitskolben wird mit dem Servoöl beaufschlagt. Ein Umschaltventil steuert die Bewegung des Arbeitskolbens. Das Umschaltventil wird in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gesteuert. Das heisst, die Anzahl Hübe pro Zeiteinheit kann über die Regeleinheit verändert werden, welche das Umschaltventil ansteuert.Each lubrication point is assigned a delivery piston. When the pump executes a stroke, the volume of lubricant in the pump chamber is delivered to the appropriate lubrication point. This means that with each stroke, a certain, unchanging lubricant volume reaches the lubrication point. The stroke frequency, that is, the number of delivery strokes within a certain time unit, can be changed. The pump is operated by servo oil. To carry out a stroke, the delivery pistons are moved by a working piston. The working piston is charged with the servo oil. A switching valve controls the movement of the working piston. The switching valve is controlled in dependence on an operating parameter of the internal combustion engine. That is, the number of strokes per unit time can be changed via the control unit, which controls the changeover valve.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Schmiervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schmieren einer Lauffläche eines Zylinders eines Grossmotors vorzuschlagen, durch die die zuvor geschilderten Probleme vermieden werden und durch deren Einsatz ein optimaler Zeitpunkt für das Einbringen des Schmieröls in den Zylinder bestimmt werden kann.The object of the invention is therefore to propose an improved lubricating device and an improved method for lubricating a running surface of a cylinder of a large engine, by which the problems described above are avoided and by their use optimal time for the introduction of the lubricating oil in the cylinder can be determined.
Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.The objects of the invention which solve these objects in terms of apparatus and method are characterized by the features of the independent claim of the respective category.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The respective dependent claims relate to particularly advantageous embodiments of the invention.
Ein Grossmotor umfasst mindestens einen ersten und einen zweiten Zylinder, wobei jeder der Zylinder eine Bohrung (B) und eine Längsachse (A) aufweist, und in welchem ein Kolben entlang einer Lauffläche hin und her bewegbar angeordnet ist. Eine Schmiervorrichtung ist für die Zylinderschmierung vorgesehen, welche mindestens zwei Schmierstellen umfasst, über die ein Schmiermittel auf die Lauffläche aufbringbar ist, sowie eine Schmiermittelleitung zur Förderung des Schmiermittels von einem Schmiermittelvorrat zu den Schmierstellen. Die Schmiervorrichtung umfasst je eine Pumpe für jeden der Zylinder, einen Verteiler, mindestens zwei Schmiermittelleitungen und zumindest je ein Absperrelement, welches in der Schmiermittelleitung angeordnet ist. Mittels der Pumpe ist das Schmiermittel in den Verteiler förderbar und vom Verteiler durch die Schmiermittelleitung zu der Schmierstelle förderbar, solange das Absperrelement in einer offenen Stellung gehalten ist. Die Stellung des Absperrelements in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Grossmotors ist derart von einer Zentraleinheit regelbar, dass das Absperrelement zu einem beliebig vorgebbaren Zeitpunkt in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Grossmotors geöffnet werden kann, sodass eine Versorgung der entsprechenden Schmierstelle mit Schmiermittel erfolgen kann und das Schmiermittel auf die Lauffläche des entsprechenden Zylinders aufbringbar ist. Die Zeitdauer, in welcher das Absperrelement in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Grossmotors geöffnet gehalten ist, ist unabhängig von dem Zeitpunkt regelbar, sodass die der Schmierstelle zugeführte Schmiermittelmenge entsprechend des Betriebszustandes des Grossmotors beliebig einstellbar ist.A large engine comprises at least first and second cylinders, each of the cylinders having a bore (B) and a longitudinal axis (A), and in which a piston is reciprocally movable along a tread. A lubricating device is provided for the cylinder lubrication, which comprises at least two lubrication points, via which a lubricant can be applied to the running surface, and a lubricant line for conveying the lubricant from a lubricant reservoir to the lubrication points. The lubricating device comprises a respective pump for each of the cylinders, a distributor, at least two lubricant lines and at least one respective shut-off element, which is arranged in the lubricant line. By means of the pump, the lubricant can be conveyed into the distributor and conveyed from the distributor through the lubricant line to the lubrication point as long as the shut-off element is held in an open position. The position of the shutoff depending on an operating condition of the large engine is controlled by a central unit that the shutoff can be opened at any predetermined time depending on the operating state of the large engine, so that a supply of the corresponding lubrication point can be done with lubricant and the lubricant the tread of the corresponding cylinder can be applied. The period of time in which the shut-off element is kept open in dependence on the operating state of the large engine is independent of the time regulated, so that the amount of lubricant supplied to the lubricating point is arbitrarily adjustable according to the operating state of the large engine.
Als Betriebsparameter sind beispielsweise Drehzahl und / oder Last und / oder die Zylindertemperatur und / oder die Temperatur im Brennraum und / oder andere aktuelle Betriebsparameter bestimmt werden.As operating parameters, for example, speed and / or load and / or the cylinder temperature and / or the temperature in the combustion chamber and / or other current operating parameters are determined.
Da insbesondere unter anderem auch die verwendeten Betriebsmittel und deren Eigenschaften, zum Beispiel der verwendete Treibstoff, vor allem dessen Schwefelgehalt und / oder die Art des verwendeten Schmiermittels und / oder der BN-Wert des Schmiermittels, für den optimalen Einspritzzeitpunkt bzw. für die optimale Dauer der Schmiermitteleinspritzung eine zentrale Rolle spielen können, können auch diese zur Ermittlung des Sollwerts vorteilhaft herangezogen und falls notwendig oder vorteilhaft im Betrieb durch geeignete Messeinrichtung ständig überwacht werden.In particular, inter alia, the resources used and their properties, for example the fuel used, especially its sulfur content and / or the type of lubricant used and / or the BN value of the lubricant, for the optimal injection time or for the optimal duration the lubricant injection can play a central role, they can also be used to determine the desired value advantageous and constantly monitored if necessary or advantageous during operation by suitable measuring device.
Es versteht sich, dass die oben genannte Aufzählung von Parametern und / oder Daten des Betriebszustands der Hubkolbenbrennkraftmaschine, die zur Ermittlung des Sollwerts für den optimalem Zeitpunkt bzw. Zeitintervall für die Schmiermitteleinspritzung vorteilhaft herangezogen werden können, nicht abschliessend ist, sondern auch weitere für die Bestimmung des Sollwerts relevante Parameter und Daten enthalten kann.It is understood that the above list of parameters and / or data of the operating state of the reciprocating internal combustion engine, which can be used to determine the setpoint for the optimum time or interval for the lubricant injection advantageous is not exhaustive, but also more for the determination of the setpoint can contain relevant parameters and data.
Das Absperrelement kann zumindest während jeder dritten Umdrehung des Grossmotors mindestens einmal offen gehalten sein, sodass die Schmiermittelzufuhr zu der Schmierstelle erfolgen kann. Insbesondere kann die Schmierung immer zur gleichen Zeit erfolgen oder immer an der gleichen Kolbenposition, sodass der Schmiervorgang sehr präzise bestimmbar ist.The shut-off element can be kept open at least once during each third revolution of the large motor, so that the lubricant can be supplied to the lubrication point at least once. In particular, the lubrication can always be done at the same time or always at the same piston position, so that the lubrication process can be determined very precisely.
Das Absperrelement kann von mindestens einmal je Zehntelsekunde bis zu mindestens einmal pro Minute offen gehalten werden, sodass die Schmierstelle mit Schmiermittel versorgbar ist. Hierdurch kann eine besonders einfache Steuerung des Schmiervorgangs erreicht werden. Insbesondere im Fall einer Notschmierung kann es erforderlich sein, eine periodische Versorgung der Schmierstelle mit Schmiermittel sicherzustellen. Ein Förderzyklus von je einer halben Sekunde ist besonders vorteilhaft.. Insbesondere kann der Betriebzustand durch eine Messung des Kurbelwinkels und/ oder der Drehzahl und/oder des Drehmoments und/oder der Position des Kolbens im Zylinder des Grossmotors bestimmt sein.The shut-off can be kept open at least once per tenth of a second up to at least once a minute, so that the lubrication point can be supplied with lubricant. This allows a particularly simple control of the lubrication process can be achieved. In particular, in the case of emergency lubrication, it may be necessary to ensure a periodic supply of lubrication point with lubricant. A delivery cycle of half a second each is particularly advantageous. In particular, the operating state can be determined by measuring the crank angle and / or the rotational speed and / or the torque and / or the position of the piston in the cylinder of the large engine.
Der Verteiler kann als ein Common-Rail-Speicher für das Schmiermittel ausgebildet sein, der mit allen Schmiermittelleitungen für je einen Zylinder verbunden ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass in jeder der Schmiermittelleitungen derselbe Druck vorhanden ist.The manifold may be formed as a common rail reservoir for the lubricant, which is connected to all lubricant lines for each cylinder. This ensures that the same pressure is present in each of the lubricant lines.
Die Schmierstellen können bezüglich der durch die Längsachse (A) des Zylinders festgelegten axialen Richtung an unterschiedlichen Positionen der Zylinderwand angeordnet sein. Wenn das Schmiermittel nicht nur an mehreren am Zylinderumfang verteilten Stellen eingespeist wird, sondern auch in verschiedenen axialen Positionen, kann das Schmiermittel über eine grössere Oberfläche der Lauffläche gleichmässig verteilt werden. Die Aufbringung des Schmiermittels kann hierbei gleichzeitig erfolgen, das heisst alle Absperrelemente werden zum selben Zeitpunkt geöffnet. Es ist aber auch möglich, die Einspeisung des Schmiermittels zu verschiedenen Zeitpunkten vorzunehmen, das heisst beispielsweise, dass die Schmierung der Bewegung des Kolbens vorauseilt.The lubrication points may be located at different positions of the cylinder wall with respect to the axial direction defined by the longitudinal axis (A) of the cylinder. If the lubricant is fed not only at several points distributed around the cylinder circumference, but also in different axial positions, the lubricant can be distributed evenly over a larger surface of the tread. The application of the lubricant can be done simultaneously, ie all shut-off are opened at the same time. But it is also possible to make the supply of lubricant at different times, that is, for example, that the lubrication leads the movement of the piston.
Die Pumpe kann insbesondere als eine Kolbenpumpe ausgebildet sein, welche eine Mehrzahl von Förderkolben aufweist. Die Förderkolben werden bevorzugt durch eine Nockenwelle angetrieben. Insbesondere kann die Nockenwelle von einem Elektromotor angetrieben werden. Die Drehzahl der Nockenwelle, das heisst die Anzahl der Förderhübe pro Zeiteinheit ist daher innerhalb des durch den Elektromotor vorgegebenen Drehzahlbereichs beliebig variierbar. Die Förderkolben können nach einer weiteren Variante auch mit einem Arbeitskolben verbunden sein, wobei der Arbeitskolben durch ein fluides Druckmittel bewegbar ist, sodass ein Förderhub ausführbar ist.The pump may in particular be designed as a piston pump, which has a plurality of delivery pistons. The delivery pistons are preferably driven by a camshaft. In particular, the camshaft can be driven by an electric motor. The speed of the camshaft, that is, the number of delivery strokes per unit time is therefore arbitrarily variable within the speed range predetermined by the electric motor. The delivery piston may be connected according to a further variant with a working piston, wherein the working piston is movable by a fluid pressure medium, so that a delivery stroke is executable.
Die Förderkolben fördern das Schmiermittel in den Verteiler. Wenn die Förderkolben einer Rotationskolbenpumpe ihre Förderhübe nacheinander ausführen, können die Druckschwankungen im Verteiler vermindert werden, insbesondere wenn die Nocken der Nockenwelle winkelversetzt zueinander angeordnet sind.The delivery pistons convey the lubricant into the distributor. If the delivery pistons of a rotary piston pump perform their delivery strokes in succession, the pressure fluctuations in the distributor can be reduced, in particular if the cams of the camshaft are arranged angularly offset from one another.
Das fluide Druckmittel kann Schmiermittel sein, welches aus einem zusätzlichen Schmiermittelvorrat bereitgestellt ist. Insbesondere kann dieser Schmiermittelvorrat unter höherem Druck stehen als der Schmiermittelvorrat, welcher zur Schmierung verwendet wird. Dieser Schmiermittelvorrat kann unter einem Druck von bis zu 50 bar stehen. Das Schmiermittel für die Schmiervorrichtung ist insbesondere aus einem Schmiermittelvorrat bereitgestellt, welcher unter einem Druck von bis zu 30 bar steht. Die Verwendung von zwei Schmiermittelvorräten, das heisst zumeist Schmiermittelreservoirs oder Schmiermittelbehälter unter unterschiedlichem Druck erlaubt es, die Pumpe mit Schmiermittel zu betreiben. Hierdurch erübrigt sich das Vorsehen einer Abdichtung zwischen Antriebsfluid und Betriebsfluid, d.h. dem Schmiermittel für die Schmierung. Hierdurch kann auf das Vorsehen von Dichtelementen in der Pumpe verzichtet werden, was eine kostengünstigere Herstellung der Pumpe sowie eine Vereinfachung im Betrieb und in der Wartung zur Folge hat.The fluid pressure means may be lubricant provided from an additional supply of lubricant. In particular, this lubricant reservoir may be under higher pressure than the lubricant reservoir used for lubrication. This lubricant supply can be under a pressure of up to 50 bar. The lubricant for the lubricating device is provided in particular from a supply of lubricant which is under a pressure of up to 30 bar. The use of two lubricant reservoirs, ie mostly lubricant reservoirs or lubricant reservoirs under different pressure, allows the pump to be lubricated. This obviates the need to provide a seal between the drive fluid and the operating fluid, i. lubricant for lubrication. As a result, can be dispensed with the provision of sealing elements in the pump, which has a cost-effective production of the pump and a simplification in operation and maintenance result.
Der Druck des Schmiermittelvorrats für die Schmiervorrichtung ist vorzugsweise kleiner als der Druck des Schmiermittelvorrats für die Betätigung des Arbeitskolbens der Pumpe.The pressure of the lubricant supply for the lubricating device is preferably less than the pressure of the lubricant supply for the actuation of the working piston of the pump.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Schmieren einer Lauffläche einer Zylinderwand eines Zylinders eines Grossmotors, wobei der Zylinder eine Bohrung (B) und eine Längsachse (A) aufweist, und in welchem ein Kolben entlang einer Lauffläche hin und her bewegt wird, wobei eine Schmiervorrichtung für die Zylinderschmierung vorgesehen ist, welche mindestens zwei Schmierstellen umfasst, die in der Zylinderwand vorgesehen sind, über die ein Schmiermittel auf die Lauffläche aufgebracht wird, wobei das Schmiermittel von einem Schmiermittelvorrat zu den Schmierstellen gelangt. Eine Pumpe fördert das Schmiermittel vom Schmiermittelvorrat in einen Verteiler, wobei der Verteiler mindestens über zwei Schmiermittelleitungen und zumindest je ein in jeder Schmiermittelleitung angeordnetes Absperrelement das Schmiermittel zu den Schmierstellen an der Lauffläche der Zylinderwand fördert, wenn eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Verteiler und der entsprechenden Schmierstelle besteht, sodass das Schmiermittel von der Schmiermittelleitung zu der Schmierstelle gefördert wird, solange sich das Absperrelement in einer offenen Stellung befindet, wobei die Stellung des Absperrelements in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Grossmotors geregelt wird, sodass das Absperrelement von einem beliebigen Zeitpunkt an eine beliebige Zeitspanne in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Grossmotors geöffnet gehalten wird, sodass eine Versorgung der entsprechenden Schmierstelle mit Schmiermittel erfolgt wobei der Grossmotor zumindest einen ersten und einen zweiten Zylinder aufweist und die Schmiervorrichtung je eine Pumpe für jeden der Zylinder umfasst.The invention further relates to a method for lubricating a running surface of a cylinder wall of a cylinder of a large engine, wherein the cylinder has a bore (B) and a longitudinal axis (A), and in which a piston along a running surface is moved back and forth, wherein a Lubrication device is provided for the cylinder lubrication, which comprises at least two lubrication points, which are provided in the cylinder wall, via which a lubricant is applied to the tread, wherein the lubricant passes from a lubricant reservoir to the lubrication points. A pump conveys the lubricant from the lubricant reservoir into a manifold, the manifold conveying at least two lubricant lines and at least one shut-off element located in each lubricant line to deliver the lubricant to the lubrication points on the cylinder surface tread when there is a fluid-conducting connection between the manifold and the corresponding lubrication point so that the lubricant from the lubricant line is conveyed to the lubrication point, as long as the shut-off in an open position is located, wherein the position of the shutoff is regulated in response to an operating condition of the large engine, so that the shutoff is kept open from any time to any period of time depending on the operating state of the large engine, so that a supply of the corresponding lubrication point is carried out with lubricant being the large engine at least a first and a second cylinder and the lubricating device comprises a pump for each of the cylinders.
Bevorzugt erfolgt die Einstellung des Absperrelements in Abhängigkeit von der Last des Grossmotors. Hierdurch kann die Schmiermittelversorgung genau an den Bedarf angepasst werden.The adjustment of the shut-off element preferably takes place as a function of the load of the large engine. As a result, the lubricant supply can be adapted exactly to the needs.
Die Einstellung des Absperrelements erfolgt insbesondere in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel und/ oder der Drehzahl und/oder des Drehmoments und/oder der Position des Kolbens im Zylinder des Grossmotors.The setting of the shut-off element takes place in particular as a function of the crank angle and / or the rotational speed and / or the torque and / or the position of the piston in the cylinder of the large engine.
Nach einer besonders einfachen Variante wird die Förderung des Schmiermittels auf die Lauffläche der Zylinderwand unterbunden, wenn der Druck im Zylinderraum höher ist als der Förderdruck des Schmiermittels. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass kein Schmiermittel in den Brennraum des Zylinders gelangt, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts befindet. Hiermit kann vermieden werden, dass sich Schmiermittel während des Verbrennungsvorgangs im Brennraum befindet und es zu einer Verbrennung von Schmiermittel kommt, was zu unerwünschten Ablagerungen und Abgasen führen kann.According to a particularly simple variant, the delivery of the lubricant to the running surface of the cylinder wall is prevented when the pressure in the cylinder space is higher than the delivery pressure of the lubricant. This can ensure that no lubricant enters the combustion chamber of the cylinder when the piston is near top dead center. This can be avoided that lubricant is in the combustion chamber during the combustion process and there is a combustion of lubricant, which can lead to undesirable deposits and exhaust gases.
Der Druck des Schmiermittels kann im Verteiler beispielsweise mittels eines Drucksensors gemessen werden und an die Zentraleinheit übermittelt werden. Von der Zentraleinheit wird überprüft, ob der Druck in einem vorgegebenen Druckbereich liegt, welcher durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert begrenzt ist, wobei bei Überschreiten des oberen Grenzwerts des Druckbereichs die Einspritzung verlängert und/oder das Absperrelement zwangsweise offen gehalten wird und/oder ein Sicherheitsventil betätigt wird und/oder die Pumpe abgeschaltet wird und bei Unterschreiten des Drucks ein Alarm ausgelöst wird. Das Unterschreiten des Drucks insbesondere über eine längere Zeitdauer kann auf ein Leck in der Schmiervorrichtung hindeuten, welches umgehendst überprüft werden muss, um Schäden durch Mangelschmierung zu vermeiden.The pressure of the lubricant can be measured in the distributor, for example by means of a pressure sensor and transmitted to the central unit. The central unit checks whether the pressure is within a predetermined pressure range, which is limited by an upper limit value and a lower limit value, and if the upper limit value of the pressure range is exceeded, the injection is prolonged and / or the shut-off element is forcibly kept open and / or a safety valve is actuated and / or the pump is switched off and an alarm is triggered when the pressure falls below the pressure. Falling below the pressure, especially over a longer period of time may be due to a leak in the Lubricator indicate which must be checked immediately to avoid damage due to lack of lubrication.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
Fig. 1 ein Zylinder eines Zweitakt-Grossdieselmotors mit einer konventionellen Schmiervorrichtung; -
Fig. 2 ein Zylinder eines Zweitakt-Grossdieselmotors mit einer erfindungsgemässen Schmiervorrichtung; -
Fig. 3 eine Graphik des Druckverlaufs im Brennraum in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel sowie des Schmiermitteldrucks nach einer ersten Variante; -
Fig. 4 eine Graphik des Druckverlaufs im Brennraum in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel sowie des Schmiermitteldrucks nach einer zweiten Variante; -
Fig. 5 eine Einspritzcharakteristik mit einem System gem.Fig. 1 ; -
Fig. 6a eine Einspritzcharakteristik gemäss der Erfindung; -
Fig. 6b den Druckverlauf fürFig. 6a .
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Fig. 1 a cylinder of a two-stroke large diesel engine with a conventional lubricating device; -
Fig. 2 a cylinder of a two-stroke large diesel engine with a lubricating device according to the invention; -
Fig. 3 a graph of the pressure curve in the combustion chamber as a function of the crank angle and the lubricant pressure according to a first variant; -
Fig. 4 a graph of the pressure curve in the combustion chamber as a function of the crank angle and the lubricant pressure according to a second variant; -
Fig. 5 an injection characteristic with a system acc.Fig. 1 ; -
Fig. 6a an injection characteristic according to the invention; -
Fig. 6b the pressure curve forFig. 6a ,
In
Die Pumpräume 136 der Pumpe 101 haben sämtlich dieselbe Grösse, sodass jeder Schmierstelle dieselbe Menge an Schmiermittel zugeführt wird.The
Die Hubfrequenz, das heisst, die Anzahl an Förderhüben innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit, kann verändert werden. Die Pumpe wird mittels Servoöl betrieben. Zur Durchführung eines Hubes werden die Förderkolben 138 durch einen Arbeitskolben 133 bewegt. Der Arbeitskolben 133 wird mit dem Servoöl beaufschlagt. Ein Umschaltventil 132 steuert die Bewegung des Arbeitskolbens. Das Umschaltventil 132 wird in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gesteuert. Das heisst, die Anzahl Hübe pro Zeiteinheit kann über die Regeleinheit 150 verändert werden, welche das Umschaltventil 132 ansteuert.The stroke frequency, that is, the number of delivery strokes within a certain time unit, can be changed. The pump is operated by servo oil. To carry out a stroke, the
Da die Pumpe 101 mit Servoöl betrieben wird, ist eine Abdichtung des antriebsseitigen Arbeitskolbenraums 135 gegen den förderkolbenseitigen Arbeitskolbenraum 134 erforderlich. In den förderkolbenseitigen Arbeitskolbenraum 134 wird Schmiermittel eingespeist, welches beispielsweise von einem Common Rail Speicher 111 bereitgestellt wird. Vom Common Rail Speicher 111 führt eine Schmiermittelleitung 112 zu dem Arbeitskolben 134. Diese Anordnung wiederholt sich für jeden Zylinder, hier ist noch eine Schmiermittelleitung 162 angedeutet, die zu einem nicht näher dargestellten Schmiermodul 200 für einen weiteren Zylinder des Zweitakt-Grossdieselmotors führt.Since the
Das Schmiermittel, welches in den Arbeitskolbenraum 134 eingespeist wird, gelangt über je eine Öffnung 139 in den Pumpraum 136. Die Öffnung 139 ist so lange mit dem Arbeitskolbenraum 134 verbunden, solange sich der Arbeitskolben im Arbeitskolbenraum 135 befindet, das heisst der Hub der Pumpe noch nicht begonnen hat. Sobald der Arbeitskolben im Arbeitskolbenraum 135 mit Servoöl beaufschlagt wird, setzt er sich entgegen des Widerstands des Rückstellmittels 137 in Bewegung. Jede der Öffnungen 139 wird durch den Förderkolben 138 verschlossen und das im Pumpraum 136 befindliche Schmiermittel komprimiert. Wenn der Druck des Schmiermittels im Pumpraum den erforderlichen Druck erreicht, öffnen die Auslassventile 163 und Schmiermittel gelangt in die Schmiermittelleitungen 108, 118, welche zu den entsprechenden Schmiermitteldüsen 107, 117 führen. Wenn die Pumpräume alle dasselbe Volumen aufweisen, gelangt zu jeder Schmierstelle pro Förderhub dieselbe Schmiermittelmenge.The lubricant, which is fed into the working
Diese Schmiermittelmenge kann somit nicht verändert werden. Wenn der Zweitakt - Grossdieselmotor beispielsweise im Teillastbereich betrieben wird, wäre eigentlich nur ein Bruchteil der zur Verfügung gestellten Schmiermittelmenge erforderlich. Eine Anpassung an den tatsächlichen Bedarf an Schmiermittel ist somit mit dem konventionellen Schmiermodul nicht möglich.This amount of lubricant can not be changed. If the two-stroke large diesel engine is operated, for example, in the partial load range, only a fraction of the amount of lubricant provided would actually be required. An adaptation to the actual need for lubricant is therefore not possible with the conventional lubrication module.
Zum Betrieb des Schmiermoduls nach dem Stand der Technik sind zudem zwei Kreisläufe erforderlich, einerseits der Schmiermittelkreislauf, dargestellt durch den Common Rail Speicher 111 und andererseits den Servoölkreislauf, dargestellt durch die Servoölvorratsbehälter 130, 131.For the operation of the lubricating module according to the prior art also two circuits are required, on the one hand, the lubricant circuit, represented by the
In
Erfindungsgemäss ist die Schmierstelle 7, 17 über eine Schmiermittelleitung 8, 18 mit der Pumpe 1 verbunden. Jede der Schmiermittelleitungen weist ein Absperrelement 5, 15 auf. Die Schmiermittelleitungen sind Teil eines Verteilers 3, welcher auch als Common-Rail Speicher ausgebildet sein kann. Die Pumpe 1 fördert Schmiermittel von einem Schmiermittelvorrat 30 durch den Verteiler 3 zu den Schmierstellen 7, 17.According to the invention, the lubrication point 7, 17 is connected to the pump 1 via a
Die Pumpe 1 kann dieselbe Bauart aufweisen, welche in
Das Schmiermittel, welches in den Arbeitskolbenraum 34 eingespeist wird, gelangt über je eine Öffnung 39 in den Förderraum 36. Die Öffnung 39 ist so lange mit dem Arbeitskolbenraum 34 verbunden, solange sich der Arbeitskolben im Arbeitskolbenraum 35 befindet, das heisst der Hub der Pumpe 1 noch nicht begonnen hat. Sobald der Arbeitskolben im Arbeitskolbenraum 35 mit Schmiermittel beaufschlagt wird, setzt er sich entgegen des Widerstands des Rückstellmittels 37 in Bewegung. Jede der Öffnungen 39 wird durch den Förderkolben 38 verschlossen und das im Förderraum 36 befindliche Schmiermittel komprimiert. Da der Förderraum 36 in fluidleitender Verbindung mit dem Verteiler 3 steht, wird auch das im Verteiler 3 bzw. den Schmiermittelleitungen 8, 18 befindliche Schmiermittel komprimiert.The lubricant, which is fed into the working
Wenn der Förderhub beendet ist, hat das Schmiermittel in den Schmiermittelleitungen 8, 18 den erforderlichen Druck erreicht. Mittels eines Drucksensors in dem Verteiler 3 kann überwacht werden, ob der Druck sich innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite befindet, welche zur Gewährleistung einer Schmierung erforderlich ist. Diese Bandbreite liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 20 bis 50 bar.When the delivery stroke has ended, the lubricant in the
Das Schmiermittel ist in den Schmiermittelleitungen 8, 18 somit bereitgestellt, um zum gewünschten Zeitpunkt auf die Lauffläche 21 des Zylinders 20 aufgebracht zu werden. Der gewünschte Zeitpunkt wird durch die Zentraleinheit 50 bestimmt, welche ein Signal zur Öffnung der entsprechenden Absperrmittel 5, 15 über die Signalübertragungsleitungen 42, 43 übermittelt. Somit ist der Zeitpunkt der Schmierung vollständig frei von der Zentraleinheit bestimmbar.The lubricant is thus provided in the
Selbstverständlich ist der Zeitpunkt des Schliessens der Absperrmittel 5, 15 ebenfalls durch die Zentraleinheit 50 beliebig vorgebbar. Hierdurch kann für diesen speziellen Schmierzyklus benötigte Schmiermittelmenge genau eingestellt werden.Of course, the time of closing the shut-off means 5, 15 can also be arbitrarily specified by the
In
Im vorliegenden Fall kann die Schaltfrequenz des Schaltventils 32 verändert werden. In diesem Fall wird ein Signal von der Zentraleinheit 50 über die Signalübertragungsleitung 44 zu dem Schaltventil 32 gesendet werden. Das Schaltventil 32 ist insbesondere als Magnetventil ausgebildet. Das Schaltventil 32 kann zwei Stellungen einnehmen. In der ersten Stellung ist eine Verbindung zwischen Arbeitskolben 33 und dem Schmiermittelvorrat 30 geöffnet, sodass Schmiermittel aus dem Arbeitskolbenraum 34, in welchem sich der Arbeitskolben 33 befindet, in den Schmiermittelvorrat 30 zurückgeführt werden kann. Eine Verbindungsleitung zwischen dem Schmiermittelvorrat 30 und dem Förderraum 36 ist geöffnet, damit Schmiermittel in den Förderraum 36 einströmen kann.In the present case, the switching frequency of the switching
Der Arbeitskolben 33 wird durch ein Rückstellmittel 37, hier eine Feder, in seine obere Endposition gebracht und ist nun bereit zur Durchführung eines Förderhubs. Wenn das Schaltventil 32 durch ein Signal von der Zentraleinheit 50 ein Signal zur Ausführung eines Förderhubs erhält, schaltet es um, sodass eine Verbindung zu dem Schmiermittelvorrat 31 geöffnet wird. Schmiermittel unter hohem Druck wird vom Schmiermittelvorrat 31 in den Arbeitskolbenraum 35 eingeleitet und der Arbeitskolben 33 führt einen Förderhub aus, das heisst Schmiermittel wird mittels der Förderkolben 38 vom Förderraum in den Verteiler 3 gepumpt. Des weiteren braucht der Arbeitskolben nicht vom Förderraum dichtend getrennt sein. Eine Dichtung des antriebsseitigen Arbeitskolbenraums 35 gegen den förderkolbenseitigen Arbeitskolbenraum 34 ist somit nicht erforderlich.The working
Basierend auf dem Messwert der Messvorrichtung 40 werden die Absperrelemente 5, 15 für je eine bestimmte Zeitdauer geöffnet, sodass Schmiermittel auf die Lauffläche 21 aufgebracht wird. Die Zeitdauer, in welcher jedes der Absperrelemente 5, 15 geöffnet gehalten ist, ist individuell anpassbar und abhängig von dem Messwert, welcher mit der Messvorrichtung 40 detektiert worden ist.Based on the measured value of the measuring device 40, the shut-off
Selbstverständlich kann eine Mehrzahl von Messvorrichtungen vorgesehen sein, die unterschiedliche Kenngrössen des Grossmotors ermitteln.Of course, a plurality of measuring devices may be provided which determine different parameters of the large engine.
Die Regelung des Förderstroms der Pumpe braucht in keiner Weise mit der Regelung der Öffnungszeiten der Absperrelemente gekoppelt sein.The regulation of the flow rate of the pump need not be coupled in any way with the regulation of the opening times of the shut-off elements.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Schmiervorrichtung umfasst folgende Schritte: ein Sollwert für den Zeitpunkt und / oder für die Zeitdauer des Einspritzens des Schmiermittels auf die Lauffläche 21 des Zylinders 20 wird in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern des Grossmotors bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und / oder der Last und / oder der Zylindertemperatur und / oder des Kurbelwinkels und/oder eines anderen Betriebsparameters und / oder in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffs und / oder des Schmiermittels und / oder anderer Betriebsstoffe. Mit dessen Hilfe kann aus verschiedenen relevanten aktuellen und / oder für den Grossmotor spezifischen globalen Betriebsparametern B und / oder in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der verwendeten Betriebsstoffe, insbesondere dem Treibstoff oder dem eingesetzten Schmiermittel, und / oder unter Berücksichtigung anderer relevanter Faktoren, ein aktueller Zeitpunkt und / oder die Zeitdauer der Einspritzung des Schmiermittels in den Zylinder ermittelt werden.The method for operating the lubricating device according to the invention comprises the following steps: a desired value for the time and / or duration of injection of the lubricant on the running surface 21 of the
Der Zeitpunkt bzw. die Dauer der Schmiermitteleinspritzung wird dabei im Betriebszustand des Grossmotors auf den Sollwert optimiert.The time or duration of the lubricant injection is optimized in the operating state of the large engine to the target value.
Beispielsweise kann mittels eines Positionssensors eine mit der aktuellen Position X des Kolbens bzw. eine mit dem zeitlichen Verlauf der Position X korrespondierende Messgrösse gemessen und der gemessene Wert der Zentraleinheit 50, die insbesondere eine Datenverarbeitungsanlage sowie Regelmittel umfasst, zugeführt. Dabei sind bevorzugt mehrere in axialer Richtung A zueinander versetzte Positionssensoren zur Bestimmung der Position X des Kolbens vorgesehen. Ein derartiger Positionssensor kann auch zur Messung des Kurbelwinkels verwendet werden.For example, by means of a position sensor, a measured variable corresponding to the current position X of the piston or a curve corresponding to the time profile of the position X is measured and the measured value of the
Wenn die Positionssensoren zum Beispiel passive Körperschallsensoren sind, so kann unter anderem durch Ermittlung von Laufzeitunterschieden der von den Positionssensoren detektierten Signale, und / oder unter Heranziehung der bekannten Technik der Korrelation von Signalen, d.h. der Untersuchung der entsprechenden Korrelationsfunktion der Signale, die Position X des Kolbens insbesondere auch zeitabhängig bestimmt werden.For example, if the position sensors are passive structure-borne sound sensors, inter alia, by determining propagation time differences of the signals detected by the position sensors, and / or using the known technique of correlating signals, i. the investigation of the corresponding correlation function of the signals, the position X of the piston are determined in particular also time-dependent.
Es versteht sich, dass anstatt von Körperschallsensoren in der Praxis vorteilhaft auch andere Typen von Positionssensoren einsetzbar sind, insbesondere Drucksensoren, mit welchen der Gasdruck bzw. die Zeitabhängigkeit des Gasdrucks im Inneren des Zylinders 20 messen lässt, Druckkenngrössen, die in charakteristischer Weise mit der Position X des Kolbens im Zylinder zusammenhängen.It is understood that in practice, other types of position sensors can be used instead of structure-borne sound sensors, in particular pressure sensors, with which the gas pressure or the time dependence of the gas pressure in the interior of the
Aber auch andere Typen von Sensoren können vorteilhaft verwendet werden, wie zum Beispiel ein elektrischer Positionssensor, beispielsweise ein induktiver Positionssensor. Je nach verwendetem Sensortyp kann der Kolben auch noch ein Markierungsmittel, z.B. ein magnetisches Markierungsmittel enthalten, so dass die Kontur des Kolbens vom Positionssensor besser erkennbar ist.However, other types of sensors may also be used to advantage, such as an electrical position sensor, such as an inductive position sensor. Depending on the type of sensor used, the piston may also contain a marking agent, e.g. contain a magnetic marking agent, so that the contour of the piston is better recognizable by the position sensor.
Zusätzlich können noch weitere, hier nicht dargestellte Messeinrichtungen vorgesehen sein, die verschiedene Betriebsparameter B, wie zum Beispiel unter anderem die Drehzahl, die Last oder die Zylindertemperatur des Grossmotors ermitteln und diese gegebenenfalls zusätzlich der Zentraleinheit 50 zuführen.In addition, further, not shown here measuring means may be provided which determine various operating parameters B, such as, inter alia, the speed, the load or the cylinder temperature of the large engine and optionally additionally supply the
Eine besonders einfache Variante ergibt sich, wenn an der Schmierstelle federbelastete Absperrorgane vorgesehen sind, welche nur dann den Zugang zum Zylinderinnenraum für das Schmiermittel freigeben, wenn der Druck im Zylinderinnenraum sich in einem bestimmten Bereich befindet.A particularly simple variant is obtained if spring-loaded shut-off valves are provided at the lubrication point, which release access to the cylinder interior for the lubricant only when the pressure in the cylinder interior is within a certain range.
Es ist ebenfalls möglich, den Druck des Schmiermittels so einzustellen, dass er zwischen dem im Brennraum herrschenden Maximaldruck und dem Minimaldruck liegt. Der Druck liegt im Brennraum während zumindest während der letzten Phase des Kompressionshubs sowie zum Zeitpunkt der Zündung des Brennstoff-Luftgemischs und zu Beginn der Expansionsphase oberhalb des Schmiermitteldrucks, sodass kein Schmiermittel in den Brennraum eintreten kann. Erst wenn der Druck im Brennraum während der Expansionsphase, der Frischluftzufuhr oder der ersten Phase des Kompressionshubs unterhalb des Drucks des Schmiermittels liegt, ist ein Eintrag von Schmiermittel auf die Lauffläche des Zylinders möglich. Alternativ dazu ist ein Eintrag von Schmiermittel möglich, wenn der Kolben die Schmierstelle im Kompressionshub passiert hat, das heisst die Schmierstelle in den mit Spülluft befüllten Zylinderraum mündet, der unter dem entsprechenden Spülluftdruck steht. Der Spülluftdruck liegt dabei in der Regel geringfügig über dem Umgebungsluftdruck, zumeist um die 3 bar. Somit besteht ein Zusammenhang zwischen der Position der Schmierstelle und des Kolbens. Befindet sich der Kolben, d.h. das Kolbenringpaket über der Schmierstelle, liegt an den Absperrelementen im wesentlichen der Spülluftdruck an, während der Druck im Brennraum, das heisst dem Zylinderraum zwischen Kolbenringpaket und Auslassventil, deutlich höher ist
Wenn also die Schmierstelle in einem Bereich liegt, welcher während des Kompressionshubs vom Kolbenringpaket überstrichen wird, kann es bei einer Förderung von Schmiermittel gegen den Druck im Zylinderraum dazu kommen, dass Schmiermittel in den Zylinderraum gelangt, wenn der Kolben sich in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, weil der Druck spülluftseitig wesentlich geringer ist als der brennraumseitige Druck um Zylinderraum.Thus, if the lubrication point is within a range swept by the piston ring pack during the compression stroke, lubricant may leak into the cylinder space as the piston approaches near top dead center as the lubricant in the cylinder space is delivered is because the pressure scavenging air side is much lower than the combustion chamber side pressure around the cylinder chamber.
In
Durch die erfindungsgemässe Schmiervorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird nicht nur die Lebensdauer von Kolben, Kolbenringen und Zylinderlauffläche signifikant erhöht, sondern der Schmiermittelverbrauch wird auch gleichzeitig minimiert und die Wartungsintervalle werden merklich verlängert. Zudem kommt die erfindungsgemässe Schmiervorrichtung mit sehr einfachen und daher wenig fehleranfälligen Regelungskreisläufen aus, was die Ausfallswahrscheinlichkeit gegenüber Systemen, wie sie beispielsweise in der
Die Graphik zeigt grosse Fluktuationen, wobei der Druckverlauf am Pumpenausgang aufgenommen wurde, das heisst unmittelbar stromabwärts eines Auslassventils 163.The graph shows large fluctuations, wherein the pressure curve was recorded at the pump outlet, ie immediately downstream of an
Selbstverständlich ist der erfindungsgemässe Effekt nicht auf die in den Figuren dargestellten besonderen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ergibt sich für jedes Schmiersystem gemäss der Erfindung.Of course, the inventive effect is not limited to the particular embodiments shown in the figures, but arises for each lubrication system according to the invention.
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