EP2626525A1 - Grossmotor mit einer Zylinderschmiervorrichtung und Verfahren zur Schmierung eines Zylinders eines Grossmotors - Google Patents

Grossmotor mit einer Zylinderschmiervorrichtung und Verfahren zur Schmierung eines Zylinders eines Grossmotors Download PDF

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EP2626525A1
EP2626525A1 EP13151405.1A EP13151405A EP2626525A1 EP 2626525 A1 EP2626525 A1 EP 2626525A1 EP 13151405 A EP13151405 A EP 13151405A EP 2626525 A1 EP2626525 A1 EP 2626525A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
piston
connecting line
lubricant
cylinder
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13151405.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Stark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wartsila NSD Schweiz AG
Original Assignee
Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wartsila NSD Schweiz AG filed Critical Wartsila NSD Schweiz AG
Priority to EP13151405.1A priority Critical patent/EP2626525A1/de
Publication of EP2626525A1 publication Critical patent/EP2626525A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/10—Indicating devices; Other safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/06—Lubricating systems characterised by the provision therein of crankshafts or connecting rods with lubricant passageways, e.g. bores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/18—Indicating or safety devices
    • F01M1/20—Indicating or safety devices concerning lubricant pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication

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 cost-effective handling of fuels and lubricants are central criteria for the operation of the machinery.
  • 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 is performed by lubricating means in the reciprocating piston or in the cylinder wall, is applied by the lubricating oil on the tread of the cylinder wall to the friction between the piston and the tread and thus minimize wear on the tread and piston rings.
  • lubricating oil on the tread of the cylinder wall to the friction between the piston and the tread and thus minimize wear on the tread and piston rings.
  • 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 1.0 g / kWh and less in such engines and should not least be further reduced for cost reasons as possible, at the same time the wear and leakage should 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.
  • the moving piston preferably accommodates a plurality of lubricant nozzles, wherein the term may comprise a simple outlet opening and / or a unit with a check valve, so that the lubricant can be applied over substantially the entire height of the tread at arbitrary locations.
  • 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 acids containing sulfur, which 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 in the metering of the amount of lubricant to be applied are temporal and / or local variations in 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, depending on 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. 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 must not only be adjusted depending on the number of hours worked, but the amount of lubricant should be metered depending on the time and depending on different localities within one and the same cylinder at different points of the tread of the cylinder wall.
  • 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 is not enough that a hydrodynamic lubrication could build up.
  • the thickness of the Lubricant film was preferably selected to establish 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 of the injection of the lubricant is of course sensitive depending on whether the lubricant is to be fed, for example in the scavenging air or, for example, to be injected directly onto the passing piston, for example in the piston ring package of the piston.
  • the lubricant line for supplying lubricant to the piston of the internal combustion engine can run in particular in the interior of the piston rod.
  • the lubricant can also be used for lubrication of the bearings of the piston rod, resulting in JP60-125713 is shown.
  • This lubricant is supplied to the bearing via a reservoir or via a return line from the cylinder interior.
  • the piston rod is guided in a stuffing box.
  • the stuffing box body is maintained under positive pressure by pumping air into the stuffing box housing via a piston pump driven by the piston. The fact that the stuffing box housing is kept under an overpressure, the leakage of lubricant is prevented, that is leaks avoided.
  • the stuffing box is stationary and therefore a seal of the same easily possible.
  • a housing would have to be provided for this purpose, which either participates in the movements of the articulated connection or encapsulates the entire articulated connection, which would lead to a very high demand for compressed air. Therefore, the appears in the JP60-125713 proposed solution not practicable for the prevention of lubricant leakage, which affect the joint.
  • the lubricant In the case of concepts of lubricating devices with lubricant nozzles in the moving piston, the lubricant must be transported to the lubricant nozzles over long, complex and therefore tolerated feeds, usually using toggle levers.
  • a valve for metering the lubricant can be arranged outside the cylinder for space reasons and due to the operating conditions in the cylinder only.
  • a supply line between the valve and lubricant nozzles in a large engine has a length of several meters and also a very complicated structure.
  • the control of the valve can be done very accurately, but the delay between control and actual introduction of the lubricant is not exactly reproducible and therefore can not be accurately predetermined.
  • 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 and to detect leaks of lubricant in the lubricant supply system.
  • Another object of the invention is to provide an improved articulated joint cooling system for a piston rod of a crosshead engine, and more particularly to provide a device for preventing leaks in the cooling system.
  • a large engine comprises a cylinder liner, a piston which is displaceably arranged in the cylinder liner, a drive shaft and a connecting element for connecting the drive shaft to the piston.
  • the large engine comprises a device for lubricating or cooling the cylinder and / or the piston and / or the connecting elements by means of a fluid medium, and a first connecting line for conveying the fluid medium from a reservoir to the place of use.
  • the first connecting line extends at least partially through the connecting elements, wherein the fluid medium in the first connecting line is substantially below the pressure P1.
  • a second connecting line is provided, in which a fluid medium is received, which is under a pressure P2, wherein the pressure P2 in normal operation is higher than the maximum pressure P1.
  • a reduction in the pressure P1 can be measured by a leakage in the first connecting line, which leads to a pressure drop in the first connecting line and thus to an increase in the pressure difference between P1 and P2.
  • a leakage in the second connecting line results in a decrease in the pressure P2, thus reducing the pressure difference between P1 and P2.
  • the connecting elements comprise a piston rod with a crosshead, wherein the crosshead includes a joint, which is followed by at least one connecting rod, which is connected to the drive shaft, so that by the displacement of the piston, a rotational movement of the drive shaft can be generated.
  • a plurality of holes may be provided in the joint. These holes can be part of the second connection line.
  • a pump for generating the pressure P2.
  • the reservoir itself can be maintained under pressure P2, or even under a higher pressure to be able to equalize pressure losses in the lines.
  • the pressure P2 is substantially constant.
  • the pump may be connected via a throttle element with the first connecting line.
  • a pulse generator may be provided, wherein the pulse generator in particular comprises at least one valve or a slide or a solenoid valve.
  • An articulated arm for supplying the fluid medium into the first connecting line and / or second connecting line may be provided. This articulated arm is referred to as a toggle lever.
  • a pressure-resistant hose could be provided.
  • a pressure sensor may be provided in the first connection line and the second connection line to detect the pressure P1 in the first connection line and the pressure P2 in the second connection line.
  • the pressure sensor emits signals which can be fed into an evaluation unit.
  • the measured pressure can be compared with the corresponding reference pressure. If there is a differential pressure that is greater than the fluctuation range of the operating pressure, an alarm is triggered which indicates a leak.
  • the place of use for the device according to the invention can be, for example, a cylinder lubrication, which comprises a lubricating point for applying a lubricant to the running surface of the cylinder.
  • a plurality of lubrication points can be provided in the same way.
  • a seal may be provided between the second connecting line and the crankshaft space.
  • the invention further relates to a method for lubricating or cooling a large engine, wherein the large engine a cylinder liner, a piston which is slidably disposed in the cylinder liner, a drive shaft and connecting elements for connecting the drive shaft to the piston and a device for the lubrication or cooling of Cylinder and / or the connecting elements by means of a fluid medium.
  • the fluid medium is conducted in a connecting line from a reservoir to a place of use.
  • a first connecting line is provided which extends at least partially through the connecting elements.
  • the fluid medium in the first connection line is substantially below the pressure P1.
  • a second connecting line is provided, in which a fluid medium is received, which is under a pressure P2 and the pressure P2 in normal operation is higher than the maximum pressure P1.
  • the pressure P1 can drop due to a leakage in the first connecting line.
  • the reservoir may be formed as a common rail reservoir for the lubricant or coolant, which is connected to all lubricant lines or coolant lines for each cylinder. This ensures that the same pressure is present in each of the lubricant lines or coolant 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.
  • Another application of the invention is to detect leaks in a coolant for a cylinder or piston of a large engine.
  • the coolant then forms the fluid medium which can circulate in the cylinder wall or in the interior of the piston.
  • the coolant can be pumped to the appropriate locations.
  • 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 pistons can according to another variant Also be connected to 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 or coolant 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 or coolant provided from an additional reservoir.
  • this reservoir can be under higher pressure than the reservoir which is used for lubrication.
  • This reservoir can be under a pressure of over 50 bar, usually in a pressure range of 50 bar up to and including 100 bar.
  • the lubricant for the lubricating device is provided in particular from a reservoir which is under a pressure of up to 50 bar.
  • the pressure of the lubricant or coolant is for a pulse up to 50 bar and is preferably in a range of 40 to 50 bar at a base pressure which is in the range of 10 to 15 bar. This pressure corresponds to the pressure P1, taking into account the pressure losses in the lines.
  • the pressure of the reservoir for the lubricating device is preferably less than the pressure of the reservoir for the actuation of the working piston of the pump.
  • 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 for example by means of a pressure sensor and transmitted to an evaluation unit.
  • the evaluation unit checks whether the pressure is within a predetermined pressure range, which is limited by an upper limit value and a lower limit value. This check is carried out for both the pressure P1 and the pressure P2.
  • the evaluation unit calculates the differential pressure between P2 and P1. In normal operation, the pressure P2 is above the pressure of P1. If the differential pressure becomes negative, this indicates the presence of a leak.
  • Fig. 1 is shown schematically a section through a large engine.
  • the large engine 100 according to Fig. 1 has a cylinder arrangement with a cylinder in the form of a cylinder liner 20 and a piston 25.
  • the cylinder assembly also has a fresh air supply system 101.
  • the cylinder arrangement of Fig. 1 is a typical arrangement, as is known in particular for longitudinally flushed two-stroke large diesel engines per se from the prior art.
  • the piston 25 is arranged to be movable back and forth along a cylinder wall 22 of the cylinder liner 20.
  • the piston 25 performs the reciprocating movement between two reversal points, namely a top dead center (TDC) and a bottom dead center (TDC), wherein the top dead center (TDC) between the bottom dead center (UT) and an outlet valve 102 is arranged.
  • the piston 25 comprises a piston ring packing, which in Fig. 2 schematically with only three piston rings 27, 28, 29 is shown, namely with the exhaust valve 102 and thus also a combustion chamber 23 closest first top piston ring 28, which is also referred to as top ring, and the second piston ring 27, with respect to the Exhaust valve 102 in Fig. 2 is arranged below the first piston ring 28 and a further, arranged under the piston ring 27 piston ring 29th
  • the combustion chamber 23 is shown at the top by a cylinder cover 103 with an injection nozzle, not shown, by means of which Fuel can be injected into the combustion chamber 23, and the exhaust valve 102, the in Fig. 1 is shown in a closed position limited.
  • the piston 25 is connected in a conventional manner via a piston rod 13 with a crosshead 14, from which the reciprocating motion of the piston 25 is transmitted to a crankshaft of the large engine during operation of the large engine.
  • the piston rod 13 is guided through a flushing chamber 110, which adjoins the cylinder liner 20 below with respect to the outlet valve 102, and a stuffing box 111, which seals the flushing chamber 110 against an underlying crankshaft space 25, so that no fresh air, symbolized by an arrow 112 can get out of the washing chamber 110 in the crankshaft space 115.
  • a turbocharger 113 supplies fresh air to the washing room 110 at a high pressure, for example under a pressure of four bar.
  • the piston 25 is designed as an internally cooled with a coolant 70 piston 25, wherein the coolant via supply lines, not shown, and is discharged.
  • the piston 25 is in the Fig. 1 displayed in a position between OT and UT.
  • the piston upper edge 71 is defined by the uppermost point in the direction of the outlet valve 102 of a lateral surface 72 of the piston 25.
  • the piston 25 is arranged in the direction of the bottom dead center along a piston axis in the cylinder liner 20 in the axial direction movable back and forth.
  • the piston 25 is constructed in two pieces. It is composed of a so-called piston crown 73 and a so-called piston skirt 74 screwed to the piston crown 73 with screws, not shown, the piston crown 73 being arranged in the direction of the outlet valve and the piston skirt 74 in the direction of the wash chamber 110.
  • the piston skirt 74 has a cylindrical lateral surface whose lowest point in the direction of the washing compartment 110 defines a piston skirt lower edge 75.
  • piston rings 27, 28, 29 arranged in the direction of exhaust valve first, uppermost piston ring 28, a piston in the direction of piston skirt 75 adjacent second piston ring 29 and a second piston ring 29 in the direction of piston lower edge 75 adjacent third piston ring 27.
  • the piston ring 27 is located between the top piston ring 28 and the bottom piston ring 29th
  • Lubricant and coolant is transported by the piston rod 13 to the piston 25.
  • the lubricant and / or the coolant is the piston rod 13 according to Fig. 1 fed via the crosshead 14.
  • the crosshead contains channels that are in Fig. 3 have been shown in detail. These channels are fed via a knee lever 120.
  • the toggle lever 120 provides a connection between a fixed reservoir 30 (see FIG Fig. 2 ) and the crosshead 14 is a pump 1 may be provided between the reservoir 30 and the crosshead 14.
  • the reservoir 30 may be formed in analogy to a common rail reservoir and contain lubricant or coolant, which is already under a sufficiently high pressure.
  • a sufficiently high pressure is meant a pressure which is above the pressure P1 or P2 and which is sufficient to compensate for the pressure losses of the supply line to the crosshead 14.
  • the toggle 120 may itself have one or more hinges to compensate for the movement of the crosshead.
  • a cylinder of a two-stroke large diesel engine with a lubricating device 10 is 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 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 is.
  • the tread 21 may be provided on a surface layer 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, a lubricant film are applied to the running surface 21 of the cylinder wall 22 can.
  • the lubrication point 7, 17 is connected via a lubricant line 8, 18 to the pump 1.
  • 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 reservoir 30 through the manifold 3 to the lubrication points 7, 17.
  • the same arrangement can be used when, instead of lubricant, coolant is used to cool pistons or cylinders.
  • the pump 1 can be operated with lubricant or with servo oil or with coolant. That is, the reservoir 30 provides lubricant or coolant at a pressure of around 20 bar.
  • the working piston 33 of the pump 1 is operated with lubricant or coolant which is supplied from a reservoir 31 which is under higher pressure than the reservoir 30.
  • the pressure in the reservoir 31 is between 50 and 100 bar, in particular around 50 bar plus the pressure loss of the lines.
  • the reservoir 31 may also be used to supply lubricant or coolant to the crosshead via the second connection line.
  • a throttle element between the reservoir and the second connecting line is provided to transform from the pressure over to a lower pressure P1, which is a maximum of between 40 and 50 bar for a pulse.
  • the lubricant which is fed into the working piston space 34 of the pump 1, 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, ie the stroke the pump 1 has not yet started.
  • the working piston in Working piston space 34 is acted upon with lubricant, he sets against the resistance of the return 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 it can be monitored whether the pressure is within a predetermined range required to ensure lubrication.
  • This bandwidth is generally in a range of 10 to 50 bar, in particular this range comprises a base pressure of 10 to 15 bar and a pressure for a pulse which is between 40 and 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 accurately 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 in the central unit 50 evaluated. 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 are moved via a camshaft driven by an electric motor. 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 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 reservoir 30. A connecting line between the 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 reservoir 31 is opened. Lubricant under high pressure is introduced from the reservoir 31 into the working piston space 35 and the working piston 33 carries out a delivery stroke, that is, lubricant is pumped by means of the delivery piston 38 from the delivery chamber into the distributor 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 time duration in which each of the shut-off elements 5, 15 is kept open is individually 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 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.
  • the piston has passed the lubrication point in the compression stroke, that is, the lubrication point opens into the cylinder space filled with purging air, which is below the corresponding purge air pressure.
  • the purge air pressure is usually slightly above the ambient air pressure, usually around 3 bar.
  • 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.
  • the inventive device 10 serves to lubricate or cool the cylinder liner 20 and / or the piston 25 and / or the connecting elements 13, 14, 19, 120 by means of a fluid medium.
  • the fluid medium is in particular a coolant or a lubricant.
  • a first connection line for conveying the fluid medium from a reservoir 30 to the place of use 20, 25, 13, 14, 19 is provided.
  • the first connecting line 11 extends at least partially through the connecting elements 13, 14, 19.
  • the connecting line can be provided in the same way in the crosshead, in the toggle lever and in the piston, in particular in the piston skirt.
  • the fluid medium is in the first connection line substantially under the pressure P1.
  • a second connecting line 12 is provided, in which a fluid medium is received, which is under a pressure P2.
  • the pressure P2 is higher than the maximum pressure P1 in normal operation.
  • Fig. 3 shows a detail of the device for cooling and / or lubrication between the first connecting line 11 and second connecting line 12. It is a section of the crosshead 14 shown in section and a part of the piston rod 13. According to Fig. 3 is still a sleeve member 117 between the piston rod 13 and crosshead 14. As the piston rod 13 is rotatable relative to the crosshead 14, seals 118 are provided to seal the first and second connecting lines 11, 12 relative to the crankshaft space 115.
  • first connection line 11 is a fluid medium, such as a coolant or a lubricant.
  • the fluid medium in the first connection line has the pressure P1.
  • the first connecting line extends through the piston rod 13, through the sleeve member 117 and through the crosshead 14.
  • On the outer lateral surface of the crosshead is for this purpose an open channel, which represents the connection to the connecting line 11 to the extending through the toggle 120 supply line.
  • the supply line and the connection of the supply line to the crosshead are not shown in the drawing.
  • a fluid medium which is under the pressure P2.
  • the pressure P2 may be constant during normal operation. Since the pressure of the fluid medium in the second connecting line P2 is greater than the pressure P1 of the fluid medium in the first connecting line 11, it is ensured in the first place that the fluid medium of the first connecting line can not escape to the outside. In the event of leakage in the first connection line 11, leakage of the fluid medium is prevented by the higher pressure P2 in the second connection line. In the case of a leak in the first connecting line 11, therefore, fluid medium with the pressure P2 can flow into the first connecting line 11. As a result, the pressure in the first connecting line increases and at the same time the pressure in the second connecting line decreases, thus pressure equalization takes place.
  • the pressure drop resulting from the pressure compensation is measured and transmitted to an evaluation unit.
  • the evaluation unit continuously compares the measured pressure with the reference pressure. The pressure difference decreases due to the pressure compensation, therefore, the evaluation unit emits an output signal, for example an alarm. This alarm signals a leak in the first connection line.
  • the pressure P2 decreases.
  • the reduction of the pressure P2 with respect to the reference pressure is measured by the evaluation unit.
  • the evaluation unit also generates an output signal, for example an alarm, in this case. This alarm may be different than the alarm signaling a leak in the first connection line.
  • Fig. 4 an embodiment is shown, which shows how different pressures P1 and P2 in the first connection line 11 and second connection line 12 can be generated.
  • the conveyed by the pump 1 from the reservoir 30 fluid medium is divided by means of a distributor element not shown on the first connecting line 11 and the second distribution line 12.
  • the pressure in the pressure line downstream of the pump corresponds to the higher pressure P2.
  • a throttle element 125 is provided to lower the pressure in the connecting line 11.
  • a pulser 126 may be provided.
  • the pulser is used to deliver a pulsed flow.
  • the fluid medium is a lubricant, it may be advantageous to dispense the lubricant at certain times.
  • the pulser may be formed, for example, as a shut-off, in particular as a valve.
  • the graph shown shows the pressure curve of the fluid medium, which is plotted on the y-axis, as a function of time, which is plotted on the x-axis.
  • the solid line here indicates the pressure P2 and its change after occurrence of leakage in the second or the first connection line.
  • the dot-dash line indicates the pressure P1 and its change in leakage in the first connection line 11.
  • the pressure P1 increases in the event of leakage, so that a pressure difference between the pressure P1 stored as reference pressure and caused by the leakage pressure P1 'is formed.
  • the graph further shows the pressure curve of a pulse when the fluid medium is to be conveyed in pulses.
  • the maximum pressure of a pulse is below the minimum value for the pressure P1 during normal operation of the device.
  • inventive device and the method for detecting a leak is not limited to the particular embodiments shown in the figures, but arises for each fluid supply system according to the invention.

Abstract

Der Grossmotor umfasst einen Zylinderliner (20), einen Kolben (25), welcher verschiebbar im Zylinderliner (20) angeordnet ist, eine Antriebswelle sowie ein Verbindungselement (13, 14, 19, 120) zur Verbindung der Antriebswelle mit dem Kolben (25), umfassend eine Vorrichtung für die Schmierung oder Kühlung des Zylinders und/oder des Kolbens und/oder der Verbindungselemente mittels eines fluiden Mediums, sowie eine erste Verbindungsleitung (11) zur Förderung des fluiden Mediums von einem Reservoir (30) zum Einsatzort (7, 17). Die erste Verbindungsleitung (11) verläuft zumindest teilweise durch die Verbindungselemente, wobei das fluide Medium in der ersten Verbindungsleitung (11) im wesentlichen unter dem Druck P1 steht, wobei eine zweite Verbindungsleitung (12) vorgesehen ist, in welcher ein fluides Medium aufgenommen ist, welches unter einem Druck P2 steht und der Druck P2 im Normalbetrieb höher als der maximale Druck P1 ist.

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, insbesondere Schmiermittel 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.
  • 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. 1.0 g/kWh und weniger und soll nicht zuletzt aus Kostengründen möglichst noch weiter reduziert werden, wobei gleichzeitig der Verschleiss sowie Leckagen minimiert werden sollen.
  • 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.
  • Dabei sind auch andere Verfahren bekannt. So wird beispielsweise in der WO 00/28194 ein Schmiersystem vorgeschlagen, bei welchem das Schmieröl unter hohem Druck mittels Zerstäubungsdüsen, die in den Zylinderwänden untergebracht sind, im wesentlichen tangential zur Zylinderwand in die im Brennraum befindliche Spülluft gesprüht wird, wobei das Schmieröl zu kleinen Partikeln zerstäubt wird. Dadurch wird das zerstäubte Schmieröl in der Spülluft fein verteilt und durch die Zentrifugalkraft infolge des Dralls, den die Spülluft und damit auch die fein darin verteilten Schmierölpartikel tragen, gegen die Lauffläche der Zylinderwand geschleudert.
  • Bei einem anderen Verfahren sind im sich bewegenden Kolben bevorzugt mehrere Schmiermitteldüsen untergebracht, wobei der Begriff eine einfache Austrittsöffnung und/oder eine Einheit mit einem Rückschlagventil umfassen kann, so dass das Schmiermittel im wesentlichen über die gesamte Höhe der Lauffläche an beliebigen Stellen aufgebracht werden kann.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 EP 1 505 270 A1 detailliert angegeben.
  • 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.
  • 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.
  • Die Schmiermittelleitung zur Zuführung von Schmiermittel zum Kolben der Brennkraftmaschine kann insbesondere im Inneren der Kolbenstange verlaufen. Das Schmiermittel kann auch für die Schmierung der Lager der Kolbenstange verwendet werden, was in JP60-125713 gezeigt ist. Dieses Schmiermittel wird dem Lager über ein Reservoir zugeführt oder über eine Rückführleitung vom Zylinderinnenraum. Die Kolbenstange ist in einer Stopfbuchse geführt. Das Stopfbuchsengehäuse wird unter einem Überdruck gehalten, indem Luft über eine vom Kolben betriebene Kolbenpumpe in das Stopfbuchsengehäuse gepumpt wird. Dadurch, dass das Stopfbuchsengehäuse unter einem Überdruck gehalten wird, wird der Austritt von Schmiermittel verhindert, das heisst Leckagen vermieden.
  • Allerdings ist das Stopfbuchsengehäuse ortsfest und daher eine Abdichtung desselben einfach möglich. Für eine Gelenkverbindung müsste hierzu ein Gehäuse vorgesehen werden, welches die Bewegungen der Gelenkverbindung entweder mitmacht oder die gesamte Gelenkverbindung einkapselt, was zu einem sehr hohen Bedarf an Druckluft führen würde. Daher erscheint die in der JP60-125713 vorgeschlagene Lösung nicht praktikabel für die Vermeidung von Schmiermittelleckagen, welche die Gelenkverbindung betreffen.
  • Aufgrund der mit der Zuführung des Schmiermittels über den Kolben verbundenen Probleme wurden eine Vielzahl von Lösungen entwickelt, welche insbesondere die Schmierung zwischen Kolben und Innenwand des Zylinderliners gewährleisten, indem sie Schmierstellen vorsehen, über welche Schmiermittel über die Zylinderlinerwand durch Einspritzen oder Düsen eingebracht wird.
  • Für das Erreichen einer effizienten Schmierung der Kolben-Zylinder-Einheit, ist neben der Schmierölmenge und deren Verteilung auch die Position des Kolbens im Zylinder zum Zeitpunkt der Einbringung von großer Bedeutung. Diese Position wird auch durch den so genannten Kurbelwinkel der Kurbelwelle des Motors beschrieben. Insbesondere bei sehr geringen Schmiermittelmengen, die aus den oben genannten Gründen immer geringer werden sollen, ist es wichtig, das Schmiermittel bei der richtigen Kolbenposition innerhalb des Zylinders an die richtigen Stellen am Kolben aufzubringen. Nur dann kann eine möglichst effiziente Ausnutzung der geringen Menge an Schmiermittel gewährleistet werden.
  • Bei Konzepten von Schmiereinrichtungen mit Schmiermitteldüsen im sich bewegenden Kolben muss das Schmiermittel über lange, aufwändige und deshalb mit Toleranzen behaftete Zuführungen, meist unter Verwendung von Kniehebeln, zu den Schmiermitteldüsen transportiert werden. Ein Ventil zur Dosierung des Schmiermittels kann aus Bauraumgründen und auf Grund der Betriebsbedingungen im Zylinder nur ausserhalb des Zylinders angeordnet werden. Damit weist eine Zuführleitung zwischen Ventil und Schmiermitteldüsen bei einem Grossmotor eine Länge von mehreren Metern und zudem einen sehr komplizierten Aufbau auf. Die Ansteuerung des Ventils kann zwar sehr exakt erfolgen, aber die Verzögerung zwischen Ansteuerung und tatsächlichem Einbringen des Schmiermittels ist nicht exakt reproduzierbar und kann deshalb nicht genau vorausbestimmt werden. Ausserdem ist über diese lange Zuführleitung nicht gewährleistet, dass die am Ventil angesteuerte Schmiermittelmenge auch tatsächlich an den Schmiermitteldüsen ankommt und eingebracht wird. Daher können der Zeitpunkt und damit die Kolbenposition im Zylinder bei der tatsächlichen Einbringung des Schmiermittels in den Zylinderliner und die eingebrachte Schmiermittelmenge nicht genau eingestellt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Schmiervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schmieren einer Lauffläche eines Zylinders eines Grossmotors vorzuschlagen sowie Leckagen von Schmiermittel im Schmiermittelzufuhrsystem zu detektieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Kühlsystem für Gelenkverbindungen für eine Kolbenstange eines Kreuzkopfmotors vorzusehen, insbesondere eine Vorrichtung zur Vermeidung von Leckagen im Kühlsystem vorzusehen. Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
  • Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Ein erfindungsgemässer Grossmotor umfasst einen Zylinderliner, einen Kolben, welcher verschiebbar im Zylinderliner angeordnet ist, eine Antriebswelle sowie ein Verbindungselement zur Verbindung der Antriebswelle mit dem Kolben. Der Grossmotor umfasst eine Vorrichtung für die Schmierung oder Kühlung des Zylinders und/oder des Kolbens und/oder der Verbindungselemente mittels eines fluiden Mediums, sowie eine erste Verbindungsleitung zur Förderung des fluiden Mediums von einem Reservoir zum Einsatzort. Die erste Verbindungsleitung verläuft zumindest teilweise durch die Verbindungselemente, wobei das fluide Medium in der ersten Verbindungsleitung im wesentlichen unter dem Druck P1 steht. Eine zweite Verbindungsleitung ist vorgesehen, in welcher ein fluides Medium aufgenommen ist, welches unter einem Druck P2 steht, wobei der Druck P2 im Normalbetrieb höher als der maximale Druck P1 ist.
  • Insbesondere kann durch eine Leckage in der ersten Verbindungsleitung eine Verminderung des Druckes P1 gemessen werden was zu einem Druckabfall in der ersten Verbindungsleitung und somit zu einer Zunahme der Druckdifferenz zwischen P1 und P2 führt. Eine Leckage in der zweiten Verbindungsleitung hat eine Abnahme des Druckes P2 zur Folge, somit erfolgt eine Verringerung der Druckdifferenz zwischen P1 und P2.
  • Die Verbindungselemente umfassen eine Kolbenstange mit einem Kreuzkopf, wobei der Kreuzkopf ein Gelenk enthält, an welches zumindest eine Verbindungsstange anschliesst, die mit der Antriebswelle verbunden ist, sodass durch die Verschiebung des Kolbens eine Drehbewegung der Antriebswelle erzeugbar ist.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel kann Mehrzahl von Bohrungen im Gelenk vorgesehen sein. Diese Bohrungen können Teil der zweiten Verbindungsleitung sein. Zwischen dem Gelenk und dem Reservoir kann eine Pumpe zur Erzeugung des Drucks P2 vorgesehen sein. Alternativ kann das Reservoir selbst unter dem Druck P2 gehalten werden, oder sogar unter einem höheren Druck um Druckverluste in den Leitungen ausgleichen zu können. Im Normalbertrieb ist der Druck P2 im wesentlichen konstant. Die Pumpe kann über ein Drosselelement mit der ersten Verbindungsleitung verbunden sein. Insbesondere kann zwischen dem Drosselelement und der ersten Verbindungsleitung ein Pulserzeuger vorgesehen sein, wobei der Pulserzeuger insbesondere zumindest ein Ventil oder einen Schieber oder ein Magnetventil umfasst. Ein Gelenkarm zur Zufuhr des fluiden Mediums in die erste Verbindungsleitung und/oder zweite Verbindungsleitung kann vorgesehen sein. Dieser Gelenkarm wird als Kniehebel bezeichnet. Alternativ könnte beispielsweise auch ein druckbeständiger Schlauch vorgesehen sein.
  • Zur Detektion einer Leckage kann ein Drucksensor in der ersten Verbindungsleitung und der zweiten Verbindungsleitung vorgesehen sein, um den Druck P1 in der ersten Verbindungsleitung und den Druck P2 in der zweiten Verbindungsleitung zu erfassen. Der Drucksensor emittiert Signale, welche in eine Auswerteeinheit eingespeist werden können. In der Auswerteeinheit kann der gemessene Druck mit dem entsprechenden Referenzdruck verglichen werden. Ergibt sich ein Differenzdruck, der über der Schwankungsbreite des Betriebsdrucks liegt, wird ein Alarm ausgelöst, der auf eine Leckage hinweist.
  • Der Einsatzort für die erfindungsgemässe Vorrichtung kann beispielsweise eine Zylinderschmierung sein, die eine Schmierstelle zum Aufbringen eines Schmiermittels auf die Lauffläche des Zylinders umfasst. Selbstverständlich können in gleicher Weise auch eine Mehrzahl von Schmierstellen vorgesehen sein. Insbesondere kann zwischen der zweiten Verbindungsleitung und dem Kurbelwellenraum eine Dichtung vorgesehen sein.
  • Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Schmieren oder Kühlen eines Grossmotors, wobei der Grossmotor einen Zylinderliner, einen Kolben, welcher verschiebbar im Zylinderliner angeordnet ist, eine Antriebswelle sowie Verbindungselemente zur Verbindung der Antriebswelle mit dem Kolben sowie eine Vorrichtung für die Schmierung oder Kühlung des Zylinders und/oder der Verbindungselemente mittels eines fluiden Mediums umfasst. Das fluide Medium wird in einer Verbindungsleitung von einem Reservoir zu einem Einsatzort geführt. Eine erste Verbindungsleitung ist vorgesehen, die zumindest teilweise durch die Verbindungselemente verläuft. Das fluide Medium in der ersten Verbindungsleitung steht im wesentlichen unter dem Druck P1. Eine zweite Verbindungsleitung ist vorgesehen, in welcher ein fluides Medium aufgenommen ist, welches unter einem Druck P2 steht und der Druck P2 im Normalbetrieb höher als der maximale Druck P1 ist. Insbesondere kann durch eine Leckage in der ersten Verbindungsleitung der Druck P1 absinken.
  • Das Reservoir kann als ein Common-Rail-Speicher für das Schmiermittel oder Kühlmittel ausgebildet sein, der mit allen Schmiermittelleitungen oder Kühlmittelleitungen für je einen Zylinder verbunden ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass in jeder der Schmiermittelleitungen oder Kühlmittelleitungen derselbe Druck vorhanden ist.
  • 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.
  • Eine weitere Anwendung der Erfindung besteht in der Detektion von Leckagen eines Kühlmittels für einen Zylinder oder Kolben eines Grossmotors. Das Kühlmittel bildet dann das fluide Medium, welches in der Zylinderwand oder im Inneren des Kolbens zirkulieren kann. Das Kühlmittel kann wie das Schmiermittel mittels einer Pumpe zu den entsprechenden Einsatzorten gefördert werden.
  • 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. Die Förderkolben fördern das Schmiermittel oder Kühlmittel 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.
  • Das fluide Druckmittel kann Schmiermittel oder Kühlmittel sein, welches aus einem zusätzlichen Reservoir bereitgestellt ist. Insbesondere kann dieses Reservoir unter höherem Druck stehen als das Reservoir, welches zur Schmierung verwendet wird. Dieses Reservoir kann unter einem Druck von über 50 bar stehen, üblicherweise in einem Druckbereich von 50 bar bis einschliesslich 100 bar steht. Das Schmiermittel für die Schmiervorrichtung ist insbesondere aus einem Reservoir bereitgestellt, welches unter einem Druck von bis zu 50 bar steht. Der Druck des Schmiermittels oder Kühlmittels beträgt für einen Impuls bis zu 50 bar und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 40 bis 50 bar bei einem Grunddruck, der im Bereich von 10 bis 15 bar liegt. Dieser Druck entspricht dem Druck P1, wobei man die Druckverluste in den Leitungen zu berücksichtigen hat. Die Verwendung von zwei Reservoirs, das heisst zumeist Schmiermittelreservoirs oder Schmiermittelbehälter oder Kühlmittelreservoirs unter unterschiedlichem Druck erlaubt es, die Pumpe mit Schmiermittel oder Kühlmittel zu betreiben. Hierdurch erübrigt sich das Vorsehen einer Abdichtung zwischen Antriebsfluid und Betriebsfluid, d.h. dem Schmiermittel bzw. Kühlmittel 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.
  • Der Druck des Reservoirs für die Schmiervorrichtung ist vorzugsweise kleiner als der Druck des Reservoirs für die Betätigung des Arbeitskolbens der Pumpe.
  • Bevorzugt erfolgt die Einstellung des Absperrelements in Abhängigkeit von der Last des Grossmotors. Hierdurch kann die Schmiermittelversorgung genau an den Bedarf angepasst werden.
  • 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.
  • 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.
  • Der Druck des Schmiermittels kann beispielsweise mittels eines Drucksensors gemessen werden und an eine Auswerteeinheit übermittelt werden. Von der Auswerteeinheit wird überprüft, ob der Druck in einem vorgegebenen Druckbereich liegt, welcher durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert begrenzt ist. Diese Überprüfung erfolgt sowohl für den Druck P1 als auch für den Druck P2. Die Auswerteeinheit errechnet den Differenzdruck zwischen P2 und P1. Im Normalbetrieb liegt der Druck P2 über dem Druck von P1. Sollte der Differenzdruck negativ werden, deutet dies auf das Vorhandensein eines Lecks hin.
  • Bei einem negativen Differenzdruck kann ein Alarm ausgelöst werden. Das Unterschreiten des Drucks insbesondere über eine längere Zeitdauer kann auf ein Leck in der Schmiervorrichtung hindeuten, welches umgehend überprüft werden muss, um Schäden durch Mangelschmierung zu vermeiden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kolben-Zylinderanordnung eines Grossmotors;
    • Fig. 2 einen Zylinder eines Zweitakt-Grossdieselmotors nach einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemässe Schmiervorrichtung;
    • Fig. 3 ein Detail des Aufbaus für die Ermittlung des Differenzdrucks zwischen der ersten Verbindungsleitung und der zweiten Verbindungsleitung;
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schmiermittelzufuhr ;
    • Fig. 5 ein p, t Diagramm für den Verlauf der Schmiermitteldrücke P1 und P2 im Normalbetrieb und bei einer Störung;
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen Grossmotor gezeigt. Der Grossmotor 100 gemäss Fig. 1 weist eine Zylinderanordnung mit einem Zylinder in Form eines Zylinderliners 20 und einen Kolben 25 auf. Die Zylinderanordnung verfügt ausserdem über ein Frischluftzufuhrsystem 101. Die Zylinderanordnung der Fig. 1 ist eine typische Anordnung, wie sie insbesondere für längs gespülte Zweitakt-Grossdieselmotoren an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Im Zylinderliner 20 ist der Kolben 25 entlang einer Zylinderwand 22 des Zylinderliners 20 hin- und her bewegbar angeordnet. Der Kolben 25 führt die Hin- und Herbewegung zwischen zwei Umkehrpunkten, nämlich einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) aus, wobei der obere Totpunkt (OT) zwischen dem unteren Totpunkt (UT) und einem Auslassventil 102 angeordnet ist.
  • Der Kolben 25 umfasst eine Kolbenringpackung, die in Fig. 2 schematisch mit lediglich drei Kolbenringen 27, 28, 29 dargestellt ist, nämlich mit einem dem Auslassventil 102 und damit auch einem Brennraum 23 am nächsten gelegenen ersten, obersten Kolbenring 28, der auch als Topring bezeichnet wird, und dem zweiten Kolbenring 27, der bezüglich des Auslassventils 102 in Fig. 2 unterhalb des ersten Kolbenrings 28 angeordnet ist sowie einem weiteren, unter dem Kolbenring 27 angeordneten Kolbenring 29.
  • Der Brennraum 23 ist darstellungsgemäss oben durch einen Zylinderdeckel 103 mit einer nicht näher dargestellten Einspritzdüse, mittels welcher Kraftstoff in den Brennraum 23 eingespritzt werden kann, und dem Auslassventil 102, das in Fig. 1 in einer geschlossenen Position dargestellt ist, begrenzt.
  • Der Kolben 25 ist in an sich bekannter Weise über eine Kolbenstange 13 mit einem Kreuzkopf 14 verbunden, von dem aus die Hin- und Herbewegung des Kolbens 25 während des Betriebs des Grossmotors auf eine Kurbelwelle des Grossmotors übertragen wird. Die Kolbenstange 13 ist durch einen Spülraum 110, der sich darstellungsgemäss bezüglich dem Auslassventil 102 unten an den Zylinderliner 20 anschliesst, und eine Stopfbuchse 111 geführt, die den Spülraum 110 gegen einen darunter liegenden Kurbelwellenraum 25 abdichtet, sodass keine Frischluft, symbolisiert durch einen Pfeil 112 aus dem Spülraum 110 in den Kurbelwellenraum 115 gelangen kann. Ein Turbolader 113 führt dem Spülraum 110 Frischluft unter einem hohen Druck, beispielsweise unter einem Druck von vier bar zu.
  • Der Kolben 25 ist als ein innen mit einem Kühlmittel 70 gekühlter Kolben 25 ausgeführt, wobei das Kühlmittel über nicht dargestellte Versorgungsleitungen zu- und abgeführt wird.
  • Der Kolben 25 ist in der Fig. 1 in einer Position zwischen OT und UT dargestellt. Die Kolbenoberkante 71 wird durch den in Richtung des Auslassventils 102 obersten Punkt einer Mantelfläche 72 des Kolbens 25 definiert. Der Kolben 25 ist in Richtung des unteren Totpunkts entlang einer Kolbenachse in dem Zylinderliner 20 in axialer Richtung hin und her bewegbar angeordnet.
  • Der Kolben 25 ist zweistückig aufgebaut. Er setzt sich aus einer so genannten Kolbenkrone 73 und einem an die Kolbenkrone 73 mit nicht dargestellten Schrauben angeschraubten so genannten Kolbenhemd 74 zusammen, wobei die Kolbenkrone 73 in Richtung Auslassventil und das Kolbenhemd 74 in Richtung des Spülraums 110 angeordnet ist. Das Kolbenhemd 74 weist eine zylinderförmige Mantelfläche auf, deren unterster Punkt in Richtung Spülraum 110 eine Kolbenhemdunterkante 75 definiert.
  • An der Mantelfläche 72 der Kolbenkrone 73 sind die drei in Fig. 2 dargestellten Kolbenringe 27, 28, 29 angeordnet, ein in Richtung Auslassventil erster, oberster Kolbenring 28, ein in Richtung Kolbenhemdunterkante 75 benachbarter zweiter Kolbenring 29 und ein zum zweiten Kolbenring 29 in Richtung Kolbenunterkante 75 benachbarter dritter Kolbenring 27. Der Kolbenring 27 befindet sich zwischen dem obersten Kolbenring 28 und dem untersten Kolbenring 29.
  • Gemäss Fig. 2 wird Schmiermittel und Kühlmittel durch die Kolbenstange 13 zum Kolben 25 transportiert. Das Schmiermittel und/oder das Kühlmittel wird der Kolbenstange 13 gemäss Fig. 1 über den Kreuzkopf 14 zugeführt. Der Kreuzkopf enthält hierzu Kanäle, die in Fig. 3 im Detail dargestellt worden sind. Diese Kanäle werden über einen Kniehebel 120 gespeist. Der Kniehebel 120 stellt ein Verbindungselement zwischen einem ortsfesten Reservoir 30 (siehe Fig. 2) und dem Kreuzkopf 14 dar Zwischen dem Reservoir 30 und dem Kreuzkopf 14 kann eine Pumpe 1 vorgesehen sein. Alternativ kann das Reservoir 30 in Analogie zu einem Common Rail Speicher ausgebildet sein und Schmiermittel oder Kühlmittel enthalten, welches bereits unter einem genügend hohen Druck steht. Unter genügend hohem Druck soll hierunter ein Druck verstanden werden, der über dem Druck P1 bzw. P2 liegt und welcher ausreichend ist, um die Druckverluste der Zuleitung zum Kreuzkopf 14 auszugleichen.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann der Kniehebel 120 selbst eine oder mehrere Gelenkverbindungen aufweisen, um die Bewegung des Kreuzkopfs auszugleichen.
  • In Fig. 2 ist schematisch ein Zylinder eines Zweitakt-Grossdieselmotors mit einer Schmiervorrichtung 10 im Schnitt dargestellt. Der Zweitakt-Grossdieselmotor der Fig. 2 umfasst eine Mehrzahl von Zylindern 20, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit exemplarisch nur ein Zylinder 20 dargestellt ist. Der Zylinder 20 umfasst eine Zylinderwand 22, die einen Innenraum 23 des Zylinders 20 in an sich bekannter Weise in Umfangsrichtung begrenzt. Innerhalb des Zylinders 20 ist ein Kolben 25 vorgesehen, der bezüglich einer axialen Richtung A des Zylinders 20 entlang einer Lauffläche 21 der Zylinderwand 22 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die Lauffläche 21 kann auf einer Oberflächenschicht vorgesehen sein, die auf eine Oberfläche der Zylinderwand 22 z.B. durch thermisches Spritzen aufgebracht ist. In der Zylinderwand 22 ist mindestens eine Schmierstelle 7, 17, insbesondere eine Schmiermitteldüse 26, 46 angeordnet, die von der Pumpe 1 in an sich bekannter Weise mit Schmiermittel gespeist wird, so dass im Betriebszustand ein Schmiermittelfilm auf die Lauffläche 21 der Zylinderwand 22 aufgebracht werden kann.
  • Die Schmierstelle 7, 17 ist 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 Reservoir 30 durch den Verteiler 3 zu den Schmierstellen 7, 17. Dieselbe Anordnung kann verwendet werden, wenn statt Schmiermittel Kühlmittel eingesetzt wird um Kolben oder Zylinder zu kühlen.
  • Die Pumpe 1 kann mit Schmiermittel oder mit Servoöl oder mit Kühlmittel betrieben werden. Das heisst, dass das Reservoir 30 Schmiermittel oder Kühlmittel mit einem Druck von um die 20 bar bereitstellt. Der Arbeitskolben 33 der Pumpe 1 wird mit Schmiermittel oder Kühlmittel betrieben, welches von einem Reservoir 31 geliefert wird, welches unter höherem Druck steht als das Reservoir 30. In der Regel liegt der Druck im Reservoir 31 zwischen 50 und 100 bar, insbesondere um die 50 bar plus dem Druckverlust der Leitungen. Das Reservoir 31 kann auch dazu benutzt werden, um dem Kreuzkopf über die zweite Verbindungsleitung Schmiermittel oder Kühlmittel zuzuführen. Gegebenfalls ist ein Drosselelement zwischen dem Reservoir und der zweiten Verbindungsleitung vorgesehen, um vom Druck über auf einen niedrigeren Druck P1 zu transformieren, der für einen Impuls maximal zwischen 40 und 50 bar beträgt.
  • Das Schmiermittel, welches in den Arbeitskolbenraum 34 der Pumpe 1 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 34 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.
  • 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 10 bis 50 bar, insbesondere umfasst dieser Bereich einen Grunddruck von 10 bis 15 bar und einen Druck für einen Impuls, der zwischen 40 und 50 bar liegt.
  • 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.
  • Selbstverständlich ist der Zeitpunkt des Schliessens der Absperrmittel 5, 15 ebenfalls durch die Zentraleinheit 50 beliebig vorgebbar. Hierdurch kann die für diesen speziellen Schmierzyklus benötigte Schmiermittelmenge genau eingestellt werden.
  • In Fig. 2 ist exemplarisch eine Messvorrichtung 40 gezeigt, mit welcher ein Kennwert für den Betriebszustand des Zweitakt-Grossdieselmotors detektiert wird. Die Messvorrichtung 40 erzeugt ein elektrisches Signal, welches charakteristisch für den Kennwert ist und übermittelt dieses Signal in einer Signalübertragungsleitung 41 an eine Zentraleinheit 50, welche der Steuerung des Schmiersystems dient. Das Signal wird in der Zentraleinheit 50 ausgewertet. Ergibt die Auswertung einen Schmiermittelbedarf, wird ein Signal von der Zentraleinheit an die Absperrelemente 5, 15 über die Signalübertragungsleitungen 42, 43 übermittelt, sodass diese betätigt werden, das heisst für den Durchfluss von Schmiermittel geöffnet oder geschlossen werden. Das Signal kann auch zur Steuerung der Pumpe 1 verwendet werden. Dies kann für Pumpen verwendet werden, in welchen der Förderstrom verändert werden kann, wie beispielsweise für rotierende Pumpen, wie Kreiselpumpen, Impellerpumpen. Beispielsweise kann die Drehzahl eines die Pumpe antreibenden Motors verändert werden, sodass der pro Zeiteinheit durch die Pumpe geförderte Volumenstrom verändert wird. Diese Möglichkeit besteht auch für eine Rotationskolbenpumpe. Eine derartige Rotationskolbenpumpe enthält üblicherweise eine Mehrzahl von Kolben, die über eine von einem Elektromotor angetriebene Nockenwelle bewegt werden. Bei Erhöhung der Drehzahl der Nockenwelle wird die Anzahl der Kolbenhübe pro Zeiteinheit erhöht und somit der durch die Pumpe geförderte Volumenstrom verändert. Selbstverständlich kann auch eine Pumpe mit einem einzigen Förderkolben zum Einsatz kommen, wobei der Förderkolben hydraulisch oder über eine Nockenwelle bewegbar sein kann.
  • 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 Reservoir 30 geöffnet, sodass Schmiermittel aus dem Arbeitskolbenraum 34, in welchem sich der Arbeitskolben 33 befindet, in den Reservoir 30 zurückgeführt werden kann. Eine Verbindungsleitung zwischen dem Reservoir 30 und dem Förderraum 36 ist geöffnet, damit Schmiermittel in den Förderraum 36 einströmen kann.
  • 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 Reservoir 31 geöffnet wird. Schmiermittel unter hohem Druck wird vom Reservoir 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.
  • 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.
  • Selbstverständlich kann eine Mehrzahl von Messvorrichtungen vorgesehen sein, die unterschiedliche Kenngrössen des Grossmotors ermitteln.
  • 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.
  • Zusätzlich ist in Fig. 2 gezeigt, dass dem Kolben 25 Schmiermittel oder Kühlmittel zugeführt wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung 10 dient der Schmierung oder Kühlung des Zylinderliners 20 und/oder des Kolbens 25 und/oder der Verbindungselemente 13, 14, 19, 120 mittels eines fluiden Mediums. Das fluide Medium ist insbesondere ein Kühlmittel oder ein Schmiermittel. Eine erste Verbindungsleitung zur Förderung des fluiden Mediums von einem Reservoir 30 zum Einsatzort 20, 25, 13,14,19 ist vorgesehen. Die erste Verbindungsleitung 11 verläuft zumindest teilweise durch die Verbindungselemente 13, 14, 19. In Fig. 1 ist nur der Verlauf durch die Kolbenstange 13 gezeigt. Allerdings kann die Verbindungsleitung in gleicher Weise im Kreuzkopf, im Kniehebel sowie im Kolben, insbesondere im Kolbenhemd vorgesehen sein. Das fluide Medium steht in der ersten Verbindungsleitung im wesentlichen unter dem Druck P1. Eine zweite Verbindungsleitung 12 ist vorgesehen, in welcher ein fluides Medium aufgenommen ist, welches unter einem Druck P2 steht. Der Druck P2 ist im Normalbetrieb höher als der maximale Druck P1.
  • Fig. 3 zeigt ein Detail der Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung zwischen erster Verbindungsleitung 11 und zweiter Verbindungsleitung 12. Es ist ein Ausschnitt des Kreuzkopfs 14 im Schnitt gezeigt sowie ein Teil der Kolbenstange 13. Gemäss Fig. 3 befindet sich zwischen Kolbenstange 13 und Kreuzkopf 14 noch ein Hülsenelement 117. Da die Kolbenstange 13 relativ zum Kreuzkopf 14 drehbar ist, werden Dichtungen 118 vorgesehen, um die ersten und zweiten Verbindungsleitungen 11, 12 gegenüber dem Kurbelwellenraum 115 abgedichtet.
  • In der ersten Verbindungsleitung 11 befindet sich ein fluides Medium, beispielsweise ein Kühlmittel oder ein Schmiermittel. Das fluide Medium in der ersten Verbindungsleitung weist den Druck P1 auf. Die erste Verbindungsleitung verläuft durch die Kolbenstange 13, durch das Hülsenelement 117 sowie durch den Kreuzkopf 14. Auf der äusseren Mantelfläche des Kreuzkopfes befindet sich hierzu ein offener Kanal, der den Anschluss an die Verbindungsleitung 11 zu der durch den Kniehebel 120 verlaufenden Zufuhrleitung darstellt. Die Zufuhrleitung sowie der Anschluss der Zufuhrleitung an den Kreuzkopf sind zeichnerisch nicht dargestellt.
  • In analoger Weise zirkuliert in der zweiten Verbindungsleitung 12 ein fluides Medium, welches unter dem Druck P2 steht. Insbesondere kann der Druck P2 bei Normalbetrieb konstant sein. Da der Druck des fluiden Mediums in der zweiten Verbindungsleitung P2 grösser ist als der Druck P1 des fluiden Mediums in der ersten Verbindungsleitung 11 ist, ist in erster Linie gewährleistet, dass das fluide Medium der ersten Verbindungsleitung nicht nach aussen austreten kann. Im Fall einer Leckage in der ersten Verbindungsleitung 11 wird ein Austreten des fluiden Mediums durch den höheren Druck P2 in der zweiten Verbindungsleitung verhindert. Im Fall eines Lecks in der ersten Verbindungsleitung 11 kann daher fluides Medium mit dem Druck P2 in die erste Verbindungsleitung 11 nachströmen. Hierdurch nimmt der Druck in der ersten Verbindungsleitung zu und gleichzeitig sinkt der Druck in der zweiten Verbindungsleitung, es erfolgt somit ein Druckausgleich. Der aus dem Druckausgleich resultierende Druckabfall wird gemessen und an eine Auswerteeinheit übermittelt. Die Auswerteeinheit vergleicht kontinuierlich den gemessenen Druck mit dem Referenzdruck. Die Druckdifferenz nimmt durch den Druckausgleich ab, daher emittiert die Auswerteeinheit ein Ausgangssignal, beispielsweise einen Alarm. Dieser Alarm signalisiert ein Leck in der ersten Verbindungsleitung.
  • Wenn ein Leck in der zweiten Verbindungsleitung 12 auftritt, sinkt der Druck P2 ab. Die Verringerung des Drucks P2 in Bezug auf den Referenzdruck wird von der Auswerteeinheit gemessen. Die Auswerteeinheit generiert auch in diesem Fall ein Ausgangssignal, beispielsweise einen Alarm. Dieser Alarm kann sich von dem Alarm unterscheiden, der ein Leck in der ersten Verbindungsleitung signalisiert.
  • In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches zeigt, auf welche Weise unterschiedliche Drücke P1 und P2 in der ersten Verbindungsleitung 11 und zweiten Verbindungsleitung 12 erzeugt werden können. Das mittels der Pumpe 1 aus dem Reservoir 30 geförderte fluide Medium wird mittels eines nicht näher dargestellten Verteilerelements auf die erste Verbindungsleitung 11 und die zweite Verteilungsleitung 12 aufgeteilt. Der Druck in der Druckleitung stromabwärts der Pumpe entspricht hierbei dem höheren Druck P2. Zur Absenkung des Drucks in der Verbindungsleitung 11 wird ein Drosselelement 125 vorgesehen. Im Anschluss an das Drosselelement 125 kann noch ein Pulsgeber 126 vorgesehen sein. Der Pulsgeber dient zur Abgabe von einer gepulsten Strömung. Insbesondere wenn es sich bei dem fluiden Medium um ein Schmiermittel handelt, kann es vorteilhaft sein, das Schmiermittel zu bestimmten Zeitpunkten abzugeben. Der Pulsgeber kann beispielsweise als Absperrelement ausgebildet sein, insbesondere als Ventil.
  • Die in Fig. 5 gezeigte Graphik zeigt den Druckverlauf des fluiden Mediums, welcher auf der y-Achse aufgetragen ist, in Abhängigkeit von der Zeit, welche auf der x-Achse aufgetragen ist. Die durchzogene Linie zeigt hierbei den Druck P2 an und dessen Änderung nach Auftreten einer Leckage in der zweiten oder der ersten Verbindungsleitung. Des weiteren zeigt die strichpunktierte Linie den Druck P1 an und dessen Änderung bei einer Leckage in der ersten Verbindungsleitung 11. Wie oben ausgeführt, nimmt in diesem Fall der Druck P1 bei vorliegen einer Leckage zu, sodass eine Druckdifferenz zwischen dem als Referenzdruck gespeicherten Druck P1 und dem durch die Leckage erhöhten Druck P1' entsteht.
  • Die Graphik zeigt des weiteren den Druckverlauf eines Pulses, wenn das fluide Medium pulsweise gefördert werden soll. Der Maximaldruck eines Pulses liegt unterhalb des minimalen Werts für den Druck P1 im Normalbetrieb der Vorrichtung.
  • Selbstverständlich ist der erfindungsgemässe Vorrichtung sowie das Verfahren zur Detektion einer Leckage nicht auf die in den Figuren dargestellten besonderen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ergibt sich für jedes Fluidversorgungssystem gemäss der Erfindung.

Claims (15)

  1. Grossmotor umfassend einen Zylinderliner (20), einen Kolben (25), welcher verschiebbar im Zylinderliner (20) angeordnet ist, eine Antriebswelle sowie ein Verbindungselement (13, 14, 19, 120) zur Verbindung der Antriebswelle mit dem Kolben (25), umfassend eine Vorrichtung für die Schmierung oder Kühlung des Zylinders und/oder des Kolbens und/oder der Verbindungselemente mittels eines fluiden Mediums, sowie eine erste Verbindungsleitung (11) zur Förderung des fluiden Mediums von einem Reservoir (30) zum Einsatzort (7, 17), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsleitung (11) zumindest teilweise durch die Verbindungselemente verläuft, wobei das fluide Medium in der ersten Verbindungsleitung (11) im wesentlichen unter dem Druck P1 steht, wobei eine zweite Verbindungsleitung (12) vorgesehen ist, in welcher ein fluides Medium aufgenommen ist, welches unter einem Druck P2 steht und der Druck P2 im Normalbetrieb höher als der maximale Druck P1 ist.
  2. Grossmotor nach Anspruch 1, wobei bei einer Leckage in der ersten Verbindungsleitung (11) eine Verminderung des Druckes P1 messbar ist.
  3. Grossmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei einer Leckage in der zweiten Verbindungsleitung (12) eine Abnahme des Druckes P2 messbar ist.
  4. Grossmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungselemente eine Kolbenstange (13) mit einem Kreuzkopf (14) umfassen, wobei der Kreuzkopf ein Gelenk enthält, an welches zumindest eine Verbindungsstange (19) anschliesst, die mit einer Antriebswelle verbunden ist, sodass durch die Verschiebung des Kolbens eine Drehbewegung der Antriebswelle erzeugbar ist.
  5. Grossmotor nach Anspruch 4, wobei eine Mehrzahl von Bohrungen im Gelenk vorgesehen ist, welche als Teil der zweiten Verbindungsleitung ausgebildet sind.
  6. Grossmotor nach Anspruch 4 oder 5, wobei zwischen dem Gelenk und dem Reservoir (30) eine Pumpe (1) zur Erzeugung des Drucks P2 vorgesehen ist.
  7. Grossmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck P2 konstant ist.
  8. Grossmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (1) über ein Drosselelement (125) mit der ersten Verbindungsleitung verbunden ist.
  9. Grossmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Drosselelement (125) und der ersten Verbindungsleitung (11) ein Pulserzeuger (126) vorgesehen ist, wobei der Pulserzeuger insbesondere zumindest ein Ventil oder einen Schieber oder ein Magnetventil umfasst.
  10. Grossmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Gelenkarm (120) zur Zufuhr des fluiden Mediums in die erste Verbindungsleitung (11) und/oder zweite Verbindungsleitung (12) vorgesehen ist.
  11. Grossmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei je ein Drucksensor in der ersten Verbindungsleitung (11) und der zweiten Verbindungsleitung (12) vorgesehen ist um den Druck P1 in der ersten Verbindungsleitung (11) und den Druck P2 in der zweiten Verbindungsleitung (12) zu erfassen.
  12. Grossmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einsatzort eine Zylinderschmierung eine Schmierstelle zum Aufbringen eines Schmiermittels auf die Lauffläche (21) des Zylinderliners (20) umfasst.
  13. Grossmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der zweiten Verbindungsleitung (12) und dem Kurbelwellenraum (115) eine Dichtung (118) vorgesehen ist.
  14. Verfahren zum Schmieren oder Kühlen eines Grossmotors, wobei der Grossmotor einen Zylinderliner (20), einen Kolben (25), welcher verschiebbar im Zylinderliner (20) angeordnet ist, eine Antriebswelle sowie Verbindungselemente (13, 14, 19, 120) zur Verbindung der Antriebswelle mit dem Kolben sowie eine Vorrichtung (10) für die Schmierung oder Kühlung des Zylinders und/oder der Verbindungselemente mittels eines fluiden Mediums umfasst, wobei das fluide Medium in einer Verbindungsleitung von einem Reservoir (30) zu einem Einsatzort (7, 17) geführt wird, wobei eine erste Verbindungsleitung vorgesehen ist, die zumindest teilweise durch die Verbindungselemente verläuft, wobei das fluide Medium in der ersten Verbindungsleitung (11) im wesentlichen unter dem Druck P1 steht, wobei eine zweite Verbindungsleitung (12) vorgesehen ist, in welcher ein fluides Medium aufgenommen ist, welches unter einem Druck P2 steht und der Druck P2 im Normalbetrieb höher als der maximale Druck P1 ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei durch eine Leckage in der ersten Verbindungsleitung (11) der Druck P1 absinkt und/oder durch eine Leckage in der zweiten Verbindungsleitung (12) der Druck P2 abnimmt.
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