EP2711530A1 - Piston and cylinder assembly for a longitudinally flushed reciprocating piston combustion engine - Google Patents

Piston and cylinder assembly for a longitudinally flushed reciprocating piston combustion engine Download PDF

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EP2711530A1
EP2711530A1 EP12185451.7A EP12185451A EP2711530A1 EP 2711530 A1 EP2711530 A1 EP 2711530A1 EP 12185451 A EP12185451 A EP 12185451A EP 2711530 A1 EP2711530 A1 EP 2711530A1
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EP
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piston
cylinder
opening
scavenging
air
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Withdrawn
Application number
EP12185451.7A
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German (de)
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Inventor
Hakan Nynäs
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Wartsila NSD Schweiz AG
Original Assignee
Wartsila NSD Schweiz AG
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B25/02Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L21/04Valves arranged in or on piston or piston-rod
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    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Abstract

The piston (1) has an inlet opening (105) provided in a piston skirt (104) of a jacket piston (101) for feeding the purge air (5), where the piston skirt is surrounded around a piston axis (A). The inlet opening is flow-connected through a purge air duct (106) in the jacket piston with a purge air opening (103). An independent claim is included for a cylinder arrangement for a longitudinal hydraulic piston internal combustion engine, particularly a slow running longitudinal hydraulic two stroke-large diesel engine.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolben, sowie eine Zylinderanordnung für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für einen langsam laufenden längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 14.The invention relates to a piston and a cylinder arrangement for a longitudinally flushed reciprocating internal combustion engine, in particular for a slow-running longitudinally-flushed two-stroke large diesel engine according to the preamble of the independent claims 1 and 14.
  • Grossdieselmotoren werden häufig als Antriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betrieb, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei laufen die Motoren in der Regel über beträchtliche Zeiträume im Dauerbetrieb, was hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit stellt. Daher sind für den Betreiber insbesondere lange Wartungsintervalle, geringer Verschleiss und ein wirtschaftlicher Umgang mit Brenn- und Betriebsstoffen zentrale Kriterien für den Betrieb der Maschinen. Unter anderem ist das Kolbenlaufverhalten solcher grossbohrigen langsam laufenden Dieselmotoren ein bestimmender Faktor für die Länge der Wartungsintervalle, die Verfügbarkeit und über den Schmiermittelverbrauch auch unmittelbar für die Betriebskosten und damit für die Wirtschaftlichkeit. Damit kommt der komplexen Problematik des Kolbenlaufverhaltens bei Grossdieselmotoren eine immer grössere Bedeutung zu.Large diesel engines are often used as drive units for ships or in stationary operation, eg for driving large generators for generating electrical energy. The engines usually run for long periods in continuous operation, which places high demands on the reliability and availability. Therefore, for the operator in particular long maintenance intervals, low wear and an economical handling of fuels and supplies are central criteria for the operation of the machines. Among other things, the piston running behavior of such large-bore slow-running diesel engines is a determining factor for the length of the maintenance intervals, the availability and the lubricant consumption also directly for the operating costs and thus for the economy. Thus, the complex problem of piston running behavior in large diesel engines is becoming more and more important.
  • Bei Grossdieselmotoren, jedoch nicht nur bei diesen, erfolgt die Kolbenschmierung durch Schmiereinrichtungen im sich hin und her bewegenden Kolben oder über die Schmieröldüsen 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 Wärtsilä Zweitakt Motoren, die Abnutzung der Lauffläche bei weniger als 0.05 mm bei einer Betriebsdauer von 1000 Stunden. Die Schmiermittelfördermenge liegt bei solchen Motoren deutlich unter 1.3 g/kWh und soll nicht zuletzt aus Kostengründen möglichst noch weiter reduziert werden, wobei gleichzeitig der Verschleiss minimiert werden soll.In large diesel engines, but not only these, the piston lubrication is carried out by lubricating means in the reciprocating piston or the lubricating oil nozzles 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 the To minimize wear on the tread and piston rings. So today with modern engines, such as the Wärtsilä two-stroke engines, the wear of the tread at less than 0.05 mm with a service life of 1000 hours. The lubricant delivery rate is in such engines significantly below 1.3 g / kWh and should not least be further reduced for cost reasons, if possible, while the wear is to be minimized.
  • Dabei sind als Schmiersysteme zur Schmierung der Laufflächen der Zylinder ganz verschiedene Lösungen bekannt, sowohl was die konkrete Ausführung der Schmiereinrichtungen selbst, als auch was die Verfahren zur Schmierung angeht. Die entsprechenden Lösungen sind dem Fachmann in ihren unterschiedlichen Varianten wohlbekannt.In this case, very different solutions are known as lubrication systems for lubricating the running surfaces of the cylinder, both as far as the actual execution of the lubrication devices themselves, as well as the procedures for lubrication. The corresponding solutions are well known to the skilled person in their different variants.
  • Alle Massnahmen zur Verbesserung der Schmierung und des Kolbenlaufs lassen jedoch ein Problem unberührt, das konstruktionsbedingt und damit zwangsläufig bei den bisher bekannten längsgespülten Brennkraftmaschinen auftritt. Wie dem Fachmann wohlbekannt ist, wird bei den bekannten längsgespülten Zweitakt-Motoren die Frischluft, häufig auch als Spülluft bezeichnet, am unteren Ende des Zylinders über Spülluftöffnungen meist in Form von Spülschlitzen in den Brennraum des Zylinders eingebracht, während der Kolben sich in der Nähe seines unteren Totpunktes befindet und den Weg für die Frischluft in den Brennraum des Zylinders freigibt.However, all measures to improve the lubrication and the piston running leave a problem untouched, the design and thus inevitably occurs in the previously known longitudinally flushed internal combustion engines. As is well known to those skilled in the known longitudinally-flushed two-stroke engines, the fresh air, often referred to as scavenging air introduced at the bottom of the cylinder via scavenging air usually in the form of scavenging slots in the combustion chamber of the cylinder, while the piston is in the vicinity of his is bottom dead center and clears the path for the fresh air into the combustion chamber of the cylinder.
  • Die Spülschlitze, durch die die Frischluft zum Beispiel von einem Turbolader in den Zylinder unter einem vorgegebenen Druck eingeblasen wird, erlauben per se keine gleichmässige Ausbildung des Schmierölfilms auf der inneren Oberfläche des Zylinders im Bereich der Spülschlitze, da die Spülschlitze Öffnungen in der Zylinderwand des Zylinders sind und daher den Schmierölfilm unterbrechen. Der negative Einfluss der Spülschlitze auf die Ausbildung des Schmierölfilms auf der Lauffläche des Zylinders ist dabei sogar noch unterhalb und weit oberhalb, also sogar noch ausserhalb des Zylinderabschnitts, in dem die Spülschlitze ausgebildet sind, deutlich ausgeprägt. Das heisst, die durch die Spülschlitze bedingte Störung des Schmierölfilms auf der Zylinderlauffläche setzt sich in Bereiche weit entfernt von den Spülschlitzen fort und beeinflusst somit auch weit weg von den Spülschlitzen das Kolbenlaufverhalten und die Schmierung zwischen Kolben bzw. Kolbenringen und Zylinderwand deutlich negativ.The scavenging ports, through which the fresh air is blown, for example, from a turbocharger into the cylinder under a predetermined pressure, per se do not allow uniform formation of the lubricating oil film on the inner Surface of the cylinder in the region of the scavenging slots, as the scavenging slots are openings in the cylinder wall of the cylinder and therefore interrupt the lubricating oil film. The negative influence of the scavenging slots on the formation of the lubricating oil film on the running surface of the cylinder is even below and far above, so even outside the cylinder portion in which the scavenging slots are formed, clearly pronounced. That is, due to the purging slits disturbance of the lubricating oil film on the cylinder surface continues in areas far away from the scavenging and thus far away from the scavenging the piston running behavior and the lubrication between piston or piston rings and cylinder wall significantly negative.
  • Ein weiterer negativer Nebeneffekt der Spülschlitze ergibt sich aus deren Zusammenwirken mit den Kolbenringen, wenn diese die Spülschlitze bei ihrer Bewegung in der Nähe des unteren Totpunkts passieren. Da die Kolbenringe eine gewisse mechanische radiale Vorspannung aufweisen müssen, damit sie mehr oder weniger dichtend mit der Zylinderwand zusammenwirken können, sind diese nicht als vollständig geschlossene Ringe ausgebildet, sondern die Kolbenringe sind vielmehr als offene Ringe mit einem Spalt ausgebildet, so dass eine radial nach aussen gerichtete Spannkraft entsteht, die den Kolbenring dichtend an die Zylinderwand presst. Unter ungünstigen Bedingungen können die Ränder am Spalt des Kolbenring aufgrund der radial nach aussen wirkenden Spannung des Kolbenrings teilweise in die Spülschlitze gedrückt werden, wodurch sich diese an den Begrenzungen der Spülschlitze verhaken können, was zu gefährlichen Kratzern oder Riefen am Zylinder bzw. an der Zylinderwand in der Nähe der Spülschlitze führen kann. Im schlimmsten Fall kann dies zu einem Kolbenfresser und zur Zerstörung des Zylinders und / oder des Kolbens führen, was vor allen Dingen bei einem Schiff auf hoher See zu gefährlichen Situationen führen kann.Another negative side effect of the scavenging slots results from their interaction with the piston rings as they pass through the scavenging slots as they move near bottom dead center. Since the piston rings must have a certain mechanical radial prestress so that they can cooperate more or less sealingly with the cylinder wall, these are not formed as completely closed rings, but the piston rings are rather formed as open rings with a gap, so that a radially to externally directed clamping force is created, which presses the piston ring sealingly against the cylinder wall. Under unfavorable conditions, the margins at the gap of the piston ring can be partially pressed into the flushing slots due to the radially outward acting tension of the piston ring, whereby they can get caught on the boundaries of the scavenging slots, resulting in dangerous scratches or grooves on the cylinder or on the cylinder wall near the scavenging slots. In the worst case, this can lead to a seizure and destruction of the cylinder and / or the piston, which can lead to dangerous situations especially in a ship on the high seas.
  • Ausserdem geht über die Spülschlitze beim Passieren des Kolbenringpakets eine nicht unerhebliche Menge an Schmieröl verloren. Im Kolbenringpaket ist nämlich immer eine bestimmte Menge an Schmieröl gespeichert, das sich während der Bewegung des Kolbens im Zylinder im Kolbenringpaket ansammelt und das zudem unter einem erhöhten Gasdruck steht, der im wesentlichen während des Verbrennungsvorgangs im Kolbenringpaket aufgebaut wird und in diesem gespeichert wird. Wenn das Kolbenringpaket dann die Spülschlitze passiert, entlädt sich der im Kolbenringpaket gespeicherte Überdruck schlagartig über die Spülschlitze in den Receiverraum bzw. in den Kolbenunterraum und befördert damit gleichzeitig den grössten Teil des im Kolbenringpaket ebenfalls gespeicherten Schmieröls durch die Spülschlitze in den Receiverraum. Das führt einerseits zum Verlust des relativ teueren Schmieröls und führt andererseits zu einer unnötigen Verschmutzung des Receiverraums. Darüber hinaus steht das Schmieröl bei der weiteren Bewegung des Kolbens nicht mehr zur Schmierung zur Verfügung.In addition, a considerable amount of lubricating oil is lost through the scavenging slots when passing the piston ring package. In the piston ring package is namely always stored a certain amount of lubricating oil, which accumulates during the movement of the piston in the cylinder in the piston ring package and is also under an elevated gas pressure, which is essentially built up during the combustion process in the piston ring package and stored in this. If the piston ring package then passes through the scavenging slots, the overpressure stored in the piston ring pack discharges abruptly via the scavenging slots into the receiver chamber or into the piston subspace and at the same time conveys most of the lubricating oil also stored in the piston ring package through the scavenging slots into the receiver chamber. On the one hand, this leads to the loss of the relatively expensive lubricating oil and, on the other hand, leads to unnecessary contamination of the receiver space. In addition, the lubricating oil is no longer available for lubrication during further movement of the piston.
  • Ein weiterer Nachteil ist die feste Geometrie der Spülschlitze. Das ist besonders unvorteilhaft hinsichtlich einer möglichen Anwendung als "Dual Fuel" Motor, also als Motor, der mit unterschiedlichen Treibstoffen betrieben werden kann, zum Beispiel alternativ mit Schweröl oder Gas oder einem anderen Treibstoff. Insbesondere auch die nicht veränderbare Geometrie bzw. Grösse der Spülschlitze stehen einer solchen Anwendung bisher im Wege. Das heisst, eines der wesentlichen Probleme der bekannten Lufteinlasssysteme bei längsgespülten Motoren besteht darin, dass der Einlass der Frischluft in den Zylinder kaum variabel gestaltet werden kann, da der Lufteinlass im Wesentlichen durch die Geometrie der Spülschlitze, des Zylinderliners und des Kolbens sowie die Anordnung des Kolbens im Zylinder fest vorgegeben ist.Another disadvantage is the fixed geometry of the scavenging slots. This is particularly disadvantageous in terms of a possible application as a "dual fuel" engine, so as an engine that can be operated with different fuels, for example, alternatively with heavy oil or gas or other fuel. In particular, the unchangeable geometry or size of the flushing slots are such an application so far in the way. This means that one of the main problems of the known air intake systems in longitudinally purged engines is that the inlet of the fresh air into the cylinder can hardly be made variable, since the air inlet essentially by the geometry of the scavenging slots, the cylinder liner and the piston and the arrangement of Piston is fixed in the cylinder.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen Kolben für eine Zylinderanordnung und eine neue Zylinderanordnung mit einem Kolben für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für einen langsam laufenden Zweitakt-Grossdieselmotors bereitzustellen, womit die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme, die insbesondere durch die Vorgänge an den Spülschlitze im unteren Bereich der bekannten Zylinderanordnungen wesentlich bestimmt sind, vermieden werden.The object of the invention is therefore to provide a new piston for a cylinder assembly and a new cylinder assembly with a piston for a longitudinally flushed reciprocating internal combustion engine, in particular for a slow-running two-stroke large diesel engine, which from known prior art problems, which are particularly determined by the operations at the scavenging slots in the lower region of the known cylinder arrangements, can be avoided.
  • Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 14 gekennzeichnet.The objects of the invention solving these objects are characterized by the features of independent claims 1 and 14.
  • Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims relate to particularly advantageous embodiments of the invention.
  • Die Erfindung betrifft somit einen Kolben für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für einen langsam laufenden längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor. Der Kolben ist dabei in einem Zylinderliner der Hubkolbenbrennkraftmaschine entlang einer Kolbenachse zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und herbewegbar installierbar, so dass durch einen Zylinderdeckel, eine Zylinderwand, und eine Kolbenoberfläche des Kolbens ein Brennraum im Zylinderliner begrenzbar ist, wobei der Kolben ein zweiteiliger Kolben mit einem Mantelkolben und einem im Mantelkolben angeordneten Spülkolben ist. In der Kolbenoberfläche des Mantelkolbens ist dabei eine Spülluftöffnung vorgesehen, die im Betriebszustand zum Einbringen von Spülluft in den Brennraum durch den Spülkolben zeitweise geöffnet werden kann. Erfindungsgemäss ist in einem um die Kolbenachse umlaufenden Kolbenhemd des Mantelkolbens zum Zuführen der Spülluft eine Einströmöffnung vorgesehen, die über einen Spülluftkanal im Mantelkolben mit der Spülluftöffnung strömungsverbunden ist.The invention thus relates to a piston for a longitudinally purged reciprocating internal combustion engine, in particular for a slow-running longitudinally purged two-stroke large diesel engine. The piston is in a cylinder liner of the reciprocating internal combustion engine along a piston axis between a top dead center and a bottom dead center and herbewegbar installable, so that a combustion chamber in the cylinder liner can be limited by a cylinder cover, a cylinder wall, and a piston surface of the piston, wherein the piston a two-part piston with a jacket piston and a rinsing piston arranged in the jacket piston. In the piston surface of the jacket piston while a purge air opening is provided, which can be temporarily opened in the operating state for introducing scavenging air into the combustion chamber through the purge piston. According to the invention, an inflow opening is provided in a piston skirt of the shell piston circulating around the piston axis for supplying the purging air, which inflow is connected to the purging air opening via a purging air duct in the jacket piston.
  • Dadurch, dass gemäss der vorliegenden Erfindung in einem um die Kolbenachse umlaufenden Kolbenhemd des Mantelkolbens zum Zuführen der Spülluft eine Einströmöffnung vorgesehen ist, die über einen Spülluftkanal im Mantelkolben mit der Spülluftöffnung strömungsverbunden ist und darüber hinaus der Kolben ein zweiteiliger Kolben mit einem äusseren Mantelkolben und einen darin positionierten Spülkolben ist, so dass die Spülluft über den Spüllufteinlass im Zylinderliner durch die Einströmöffnung des Mantelkolben in den Brennraum einleitbar ist, kommt der Mantelkolben bzw. der am Kolbenhemd angeordnete Kolbenring bei seiner Bewegung in der Nähe des unteren Totpunktes mit dem Spüllufteinlass, also mit den Spülschlitzen des Zylinderliners nicht mehr in Berührung.Characterized in that according to the present invention in an encircling around the piston axis piston skirt of the jacket piston for supplying the scavenging air, an inflow opening is provided, which is fluidly connected via a scavenging air duct in the jacket piston with the scavenging air and beyond the piston, a two-piece piston with an outer shell piston and a Positioned in this rinsing piston, so that the purge air on the Purging air inlet in the cylinder liner can be introduced through the inlet opening of the jacket piston in the combustion chamber, the mantle piston or the piston ring arranged on the piston skirt comes in its movement in the vicinity of the bottom dead center with the scavenging air inlet, so no longer in contact with the scavenging slots of the cylinder liner.
  • Auf diese Weise verbleiben die am Kolbenmantel angeordneten Kolberinge des Kolbenringpakets immer im geschlossenen Teil der Zylinderlaufbüchse des Zylinders, so dass ein Abblasen des im Kolbenringpaket enthaltenen Schmieröls, z.B. durch die Spülschlitze oder zur Kolbenunterseite hin nicht mehr auftreten kann.In this way, the piston rings arranged in the piston skirt of the piston ring package always remain in the closed part of the cylinder liner of the cylinder, so that a blow-off of the lubricating oil contained in the piston ring package, e.g. through the scavenging slots or towards the bottom of the piston can no longer occur.
  • Dadurch, dass bei der erfindungsgemässen Zylinderanordnung das Kolbenringpaket nicht direkt mit einer Lufteinlassöffnung im unteren Bereich des Zylinders zusammenwirkt, durch welche Lufteinlassöffnung Frischluft zum Beispiel von einem Turbolader in den Zylinder unter einem vorgegebenen Druck eingeblasen wird, ergeben sich gleich verschiedene Vorteile.Characterized in that in the inventive cylinder arrangement, the piston ring package does not interact directly with an air inlet opening in the lower region of the cylinder through which air inlet opening fresh air is blown, for example, from a turbocharger in the cylinder under a predetermined pressure, there are different advantages.
  • Während dem aus dem Stand der Technik bekannten Spül-Schliessprozess, also wenn das Kolbenoberteil die Spülschlitze schliesst, ist das Kolbenoberteil einem Ölnebel ausgesetzt. Dieser Ölnebel resultiert aus Zylinderschmieröl welches vorgängig zum Beispiel bei der Abwärtsbewegung des Kolbens in Richtung zum unteren Totpunkt durch die Druckentladung aus dem Ringpaket der Kolbenringe in die Kolbenunterseite geblasen wird. Der vorgenannte Ölnebel setzt sich dann in Form von Ablagerungen ab, verbrennt und verkokt und setzt sich als Ölkoks auf dem Kolbenoberteil fest, was zu dem bekannten schädlichen "Liner Polishing" und im schlimmsten Fall sogar zu Fressen führen kann. Bei einem zweiteiligen Kolben mit Einströmöffnungen im Kolbenhemd des Kolbens gemäss der vorliegenden Erfindung, kann dagegen das Kolbenoberteil gar nicht mit dem zuvor beschriebenen Ölnebel in der Spülluft beaufschlagt werden, da die Umfangsfläche des Mantelkolbens im Bereich des Kolbenringpakets nicht mehr direkt mit der Spülluft in Berührung kommt. Somit werden bei Verwendung des erfindungsgemässen zweiteiligen Kolbens die schädlichen Ölkoksablagerungen am Kolbenoberteil zuverlässig vermieden, zumindest massiv reduziert.During the rinsing-closing process known from the prior art, that is to say when the piston upper part closes the rinsing slots, the piston upper part is exposed to an oil mist. This oil mist results from cylinder lubricating oil which is previously blown, for example, during the downward movement of the piston in the direction of bottom dead center by the pressure discharge from the ring package of the piston rings in the piston bottom. The aforementioned oil mist settles in the form of deposits, burns and coked and settles as Ölkoks on the piston upper part, which can lead to the well-known harmful "liner polishing" and in the worst case even to feed. In a two-part piston with inflow openings in the piston skirt of the piston according to the present invention, however, the piston upper part can not be acted upon by the previously described oil mist in the purge air, since the peripheral surface of the shell piston in the region of the piston ring package is no longer directly in contact with the purge air comes. Thus, when using the two-part piston according to the invention, the harmful oil coke deposits on the upper piston part are reliably prevented, at least massively reduced.
  • Ein weiterer Vorteil, der dadurch entsteht, dass bei der erfindungsgemässen Zylinderanordnung der Mantelkolben und damit das Kolbenringpaket nicht direkt mit einer Lufteinlassöffnung im unteren Bereich des Zylinders zusammenwirkt, durch welche Lufteinlassöffnung Frischluft zum Beispiel von einem Turbolader in den Zylinder unter einem vorgegebenen Druck eingeblasen wird, ist eine völlig gleichmässige Ausbildung des Schmierölfilms auf der inneren Oberfläche des Zylinders. Der Schmierölfilm kann sich über die gesamte Lauffläche des Zylinders völlig gleichmässig bis zum unteren Ende des Zylinders ausbilden.A further advantage which arises from the fact that in the cylinder arrangement according to the invention the jacket piston and thus the piston ring assembly do not interact directly with an air inlet opening in the lower region of the cylinder, through which air inlet opening fresh air is blown, for example, from a turbocharger into the cylinder under a predetermined pressure, is a completely uniform formation of the lubricating oil film on the inner surface of the cylinder. The lubricating oil film can form over the entire running surface of the cylinder completely uniformly to the lower end of the cylinder.
  • Der Schmierölfilm auf der Zylinderwand wird somit nicht mehr durch die Lufteinlassöffnungen unterbrochen, da der Schmierölfilm im Bereich der Lufteinlassöffnungen nicht mehr speziell ausgebildet zu sein braucht, weil er nur bis an die Lufteinlassöffnungen heranreicht. Ein negativer Einfluss der Lufteinlassöffnungen, also z.B. ein negativer Einfluss durch die Spülschlitze auf die Ausbildung des Schmierölfilms ist somit ausgeschlossen.The lubricating oil film on the cylinder wall is thus no longer interrupted by the air inlet openings, since the lubricating oil film in the region of the air inlet openings need not be specially designed because it only reaches as far as the air inlet openings. A negative influence of the air inlet openings, e.g. a negative influence by the scavenging slots on the formation of the lubricating oil film is thus excluded.
  • Somit ist, wie bereits erwähnt, auch ein schädliches Zusammenwirken der Lufteinlassöffnungen mit den Kolbenringen ausgeschlossen, da diese nicht mehr mit den Lufteinlassöffnungen als solche unmittelbar zusammenwirken. Somit können die Ränder am Spalt des Kolbenrings aufgrund der radial nach aussen wirkenden Spannung des Kolbenrings auch nicht mehr in die Lufteinlassöffnungen gedrückt werden, und können sich folglich auch nicht mehr an den Begrenzungen der Spülschlitze verhaken, so dass durch die erfindungsgemässe Zylinderanordnung die gefährlichen Kratzer oder Riefen am Zylinder bzw. an der Zylinderwand nicht mehr auftreten können.Thus, as already mentioned, a harmful interaction of the air inlet openings with the piston rings is excluded since they no longer interact directly with the air inlet openings as such. Thus, the edges at the gap of the piston ring due to the radially outwardly acting tension of the piston ring can not be pressed into the air inlet openings, and consequently can no longer get caught at the boundaries of the scavenging slots, so that by the inventive cylinder arrangement, the dangerous scratches or Grooves on the cylinder or on the cylinder wall can no longer occur.
  • Auch geht kein Schmieröl über die Spülschlitze verloren, da das Kolbenringpaket mit den Lufteinlassöffnungen nicht mehr in direkten Kontakt tritt, so dass das Schmieröl im Kolbenringpaket verbleibt und für die weitere Schmierung zur Verfügung steht. Dadurch kann letztlich eine beträchtliche Menge an Schmieröl eingespart werden, die Schmierung zwischen Kolben und Zylinder wird insbesondere im unteren Bereich des Zylinders in der Nähe des unteren Totpunktes massiv verbessert und der Receiverraum wird nicht mehr durch Schmieröl aus dem Kolbenringpaket verschmutzt.Also no lubricating oil is lost over the scavenging slots, since the piston ring package with the air inlet openings no longer in direct contact occurs so that the lubricating oil remains in the piston ring package and is available for further lubrication. As a result, a considerable amount of lubricating oil can ultimately be saved, the lubrication between the piston and cylinder is massively improved, in particular in the lower region of the cylinder in the vicinity of the bottom dead center and the receiver chamber is no longer contaminated by lubricating oil from the piston ring package.
  • Bei einem für die Praxis besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Mantelkolben und der Spülkolben derart in Bezug auf die Kolbenachse gegeneinander verschiebbar angeordnet, dass ein Öffnungsquerschnitt der Spülluftöffnung einstellbar ist.In an embodiment which is particularly preferred for practice, the jacket piston and the flushing piston are arranged so as to be displaceable relative to one another in relation to the piston axis such that an opening cross section of the flushing air opening can be adjusted.
  • Bei einem besonders flexiblen System der vorliegenden Erfindung kann dazu eine Stelleinrichtung vorgesehen sein, so dass der Öffnungsquerschnitt nach einem vorgebbaren Schema einstellbar, insbesondere steuer- oder regelbar ist. Dabei kann die Stelleinrichtung beispielsweise eine mechanische, eine hydraulische, eine pneumatische oder eine elektrische Stelleinrichtung, oder auch jede anders ausgestaltete geeignete Stelleinrichtung sein.In a particularly flexible system of the present invention, an adjusting device may be provided for this purpose so that the opening cross-section can be adjusted, in particular controlled or regulated, according to a predeterminable scheme. In this case, the adjusting device may be, for example, a mechanical, a hydraulic, a pneumatic or an electric adjusting device, or any other suitable configured adjusting device.
  • Damit bietet die erfindungsgemässe Anordnung auch erstmals die Möglichkeit, eine Stelleinrichtung vorzusehen, so dass ein Öffnungsquerschnitt der Spülluftöffnung einstellbar ist. Es ist nämlich ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen zweiteiligen Kolbens, dass der Öffnungsquerschnitt der Spülluftöffnung, variabel einstellbar, im Speziellen sogar im Betriebszustand des Motors variabel verstellbar ist. Bei gegebener Kolbengeometrie ergibt sich der Öffnungsquerschnitt nämlich im Wesentlichen aus dem Abstand zwischen dem Mantelkolben und dem Spülkolben im geöffneten Zustand.Thus, the arrangement according to the invention also for the first time offers the possibility of providing an adjusting device, so that an opening cross-section of the scavenging air opening can be set. It is namely a further significant advantage of the two-part piston according to the invention that the opening cross-section of the scavenging air opening, variably adjustable, in particular even in the operating state of the engine is variably adjustable. For a given piston geometry, the opening cross-section results essentially from the distance between the jacket piston and the flushing piston in the open state.
  • Dieser Abstand lässt sich dabei zum Beispiel dadurch beeinflussen, dass zwischen einem Abstützelement im unteren Bereich des Zylinderliners und dem Mantelkolben eine Stelleinrichtung, z.B. in Form eines Abstandshalters vorgesehen wird. Je grösser die Distanz zwischen Abstützelement und Mantelkolben durch das Stellelement gewählt wird, um so grösser ist bei gegebenem Kurbelwinkel der Öffnungsquerschnitt für die Spülluft zwischen Hauptkolben und Mantelkolben. Dasselbe gilt natürlich, wenn der Abstand des Abstützelements zum unteren Totpunkt grösser gewählt wird.This distance can be influenced, for example, by providing an adjusting device, eg in the form of a spacer, between a support element in the lower region of the cylinder liner and the jacket piston. The greater the distance between the support element and Sheath piston is selected by the actuator, the larger is at a given crank angle of the opening cross section for the purge air between the main piston and the shell piston. The same naturally applies if the distance between the support element and the bottom dead center is greater.
  • Dabei ist die Stelleinrichtung wie bereits erwähnt besonders bevorzugt beispielweise eine hydraulische, pneumatische oder elektrische Stelleinrichtung, wobei die Stelleinrichtung unter anderem am Abstützelement und / oder am Mantelkolben vorgesehen sein kann. Dazu kann das Abstützelement zum Beispiel als ein im Inneren des Zylinders ausgebildeter Ring vorgesehen sein, der z.B. auch entlang der Zylinderachse verschiebbar sein kann. Oder in einem anderen Beispiel kann die Stelleinrichtung ein Abstandelement sein, das zwischen Mantelkolben und Abstützelement vorgesehen ist, dessen Höhe bzw. Länge variable eingestellt werden kann.In this case, as already mentioned, the adjusting device is particularly preferably, for example, a hydraulic, pneumatic or electric adjusting device, wherein the adjusting device may be provided inter alia on the supporting element and / or on the jacket piston. For this purpose, the support element may for example be provided as a ring formed inside the cylinder, which may be e.g. also be displaceable along the cylinder axis. Or in another example, the adjusting device may be a spacer element which is provided between the jacket piston and support element, the height and length can be set variable.
  • Durch die Möglichkeit des variabel einstellbaren Öffnungsquerschnitts für die Spülluft, also der Möglichkeit den Spülvorgang flexibel zu gestalten, kann der Motor einfach durch Veränderung des Öffnungsquerschnitts zwischen Hauptkolben und Mantelkolben zum Beispiel für bestimmte Lastbereiche, wie etwa den Teillastbereich, einfach und sehr flexibel optimiert werden.Due to the possibility of variably adjustable opening cross section for the scavenging air, so the possibility to make the flushing flexible, the engine can be easily and very flexible optimized by simply changing the opening cross section between the main piston and shell piston, for example, for certain load ranges, such as the partial load range.
  • Ausserdem kann ein Motor mit einer erfindungsgemässen Zylinderanordnung erstmals auch als "Dual Fuel" Motor verwendet werden, der mit verschiedenen Treibstoffen wie Gas, Schweröl, Dieselöl oder anderen Treibstoffen alternativ betrieben werden kann, weil jetzt die Menge an Spülluft, die in den Verbrennungsraum beim Spülvorgang eingebracht wird, erstmals in sehr weiten Grenzen variabel eingestellt werden kann.In addition, an engine with a cylinder arrangement according to the invention can for the first time also be used as a "dual fuel" engine, which can alternatively be operated with various fuels such as gas, heavy oil, diesel oil or other fuels, because now the amount of scavenging air entering the combustion chamber during the flushing process is introduced, can be variably adjusted for the first time in very wide limits.
  • In der Praxis ist am Kolbenhemd zwischen der Kolbenoberfläche und der Einströmöffnung ein Kolbenringpaket mit mindestens einem Kolbenring vorgesehen, wobei häufig auch zwei, drei, oder mehr Kolbenringe das Kolbenringpaket bilden können. Dadurch, dass das Kolbenringpaket zwischen der Einströmöffnung und der Kolbenoberfläche, also im Einbauzustand oberhalb der Einströmöffnung vorgesehen ist, kommen bei einer erfindungsgemässen Zylinderanordnung die Kolbenringe niemals mit den Spülluftöffnungen in der Zylinderwand, also mit den Spülschlitzen in der Zylinderwand in Kontakt, so dass die aus dem Stand der Technik oben beschriebenen Probleme nicht mehr auftreten können und zuverlässig verhindert sind.In practice, a piston ring package with at least one piston ring is provided on the piston skirt between the piston surface and the inflow opening, wherein often two, three, or more piston rings can form the piston ring package. Characterized in that the piston ring package between the inlet opening and the piston surface, ie in the installed state is provided above the inlet opening, in a cylinder arrangement according to the invention, the piston rings never come into contact with the scavenging air openings in the cylinder wall, ie with the scavenging slots in the cylinder wall, so that the problems described above from the prior art can no longer occur and are reliably prevented ,
  • Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass nicht nur eine, sondern eine Mehrzahl von Einströmöffnungen am Kolbenhemd vorgesehen sind, bei wobei optional, jedoch nicht zwingend, jeder Einströmöffnung ein separater Spülluftkanal zugeordnet sein kann. Auch ist es möglich, dass eine erste Einströmöffnung einen anderen Strömungsquerschnitt hat als eine zweite Einströmöffnung, und / oder dass ein erster Spülluftkanal einen anderen Strömungsquerschnitt hat als ein zweiter Spülluftkanal.It is of course possible that not only one, but a plurality of inlet openings are provided on the piston skirt, wherein optionally, but not necessarily, each inlet opening a separate scavenging air duct can be assigned. It is also possible that a first inflow opening has a different flow cross section than a second inflow opening, and / or that a first purge air channel has a different flow cross section than a second purge air channel.
  • Somit kann z.B. durch die vorgenannten oder weitere andere Massnahmen die Einströmöffnung und / oder der Spülluftkanal und / oder die Spülluftöffnung derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass die Spülluft nach einem vorgebbaren Strömungsschema in den Brennraum einbringbar ist.Thus, e.g. by the aforementioned or further other measures, the inflow opening and / or the scavenging air duct and / or the scavenging air opening are configured and arranged such that the scavenging air can be introduced into the combustion chamber according to a predeterminable flow scheme.
  • Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass in der Kolbenoberfläche des Mantelkolbens eine Mehrzahl von Spülluftöffnungen vorgesehen ist, und /oder dass eine erste Spülluftöffnung einen anderen Strömungsquerschnitt als eine zweite Spülluftöffnung hat.It is of course possible that in the piston surface of the jacket piston a plurality of scavenging air openings is provided, and / or that a first scavenging air opening has a different flow cross section than a second scavenging air opening.
  • Dabei ist es in der Praxis besonders bevorzugt so, dass zwei Spülluftöffnungen, bevorzugt alle Spülluftöffnungen durch ein und denselben Spülkolben gleichzeitig zeitweise geöffnet werden können, was natürlich die Komplexität des Systems reduziert.It is particularly preferred in practice so that two purge air, preferably all purge air can be opened by one and the same purge simultaneously at the same time, which of course reduces the complexity of the system.
  • Alle diese Massnahmen tragen unter anderem dazu bei, dass die Spülluft unter einem vorgebbaren Strömungsschema in den Brennraum eingebracht werden kann, zum Beispiel nach einem optimierten Strömungsschema in den Brennraum verwirbelt werden kann, so dass eine bessere Verwirbelung mit dem Brennstoff und damit letztlich eine verbesserte und effizientere Verbrennung erreicht werden kann.Among other things, all these measures contribute to the scavenging air being introduced into the combustion chamber under a predeterminable flow scheme can be swirled, for example, according to an optimized flow scheme in the combustion chamber, so that a better turbulence with the fuel and thus ultimately an improved and more efficient combustion can be achieved.
  • Besonders bevorzugt ist am Spülkolben und / oder am Mantelkolben ein Zentriermittel zur Zentrierung des Spülkolbens in Bezug auf den Mantelkolben vorgesehen, so dass einerseits der Spülkolben immer wieder passgenau in den Mantelkolben einführbar ist. Und andererseits im zusammengesetzten Zustand des Kolbens der Spülkolben und der Mantelkolben immer sicher formschlüssig derart zusammen wirken, dass der Brennraum während der Kompressionsphase, der Verbrennungsphase und der Expansionsphase bis zum Beginn der Spülphase sicher gegen den Kolbenunterraum abgedichtet ist.Particularly preferably, a centering means for centering the rinsing piston with respect to the jacket piston is provided on the rinsing piston and / or on the jacket piston so that, on the one hand, the rinsing piston can be inserted into the jacket piston again and again. And on the other hand, in the assembled state of the piston, the flushing piston and the jacket piston always positively positively cooperate such that the combustion chamber is securely sealed against the piston subspace during the compression phase, the combustion phase and the expansion phase until the start of the flushing phase.
  • Das Zentriermittel kann dabei in an sich dem Fachmann bekannter Weise zum Beispiel eine Führungsbuchse im Inneren des Mantelkolbens und / oder an einer äusseren Fläche des Spülkolbens, oder auch besonders bevorzugt eine konische Ausprägung des Spülkolbens und / oder des Mantelkolbens sein. Wird dann vom unteren Totpunkt ausgehend die Kolbenaufwärtsbewegung in Richtung des oberen Totpunkts eingeleitet, so zentriert sich der Spülkolben automatisch im Mantelkolben und verschliesst so die Spülluftöffnung des Mantelkolbens, so dass der Kolben wieder seine normale Funktion als Arbeitskolben wahrnehmen kann.The centering means may be in a manner known to those skilled in the art, for example, a guide bush in the interior of the shell piston and / or on an outer surface of the flushing piston, or even more preferably a conical shape of the flushing piston and / or the shell piston. If the piston upward movement in the direction of top dead center is then initiated starting from bottom dead center, then the rinsing piston automatically centers in the jacket piston and thus closes the rinsing air opening of the jacket piston, so that the piston can again assume its normal function as a working piston.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zylinderanordnung für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für einen langsam laufenden längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor, wobei ein Kolben der vorliegenden Erfindung, so wie er bereits ausführlich beschrieben wurde, in einem Zylinderliner entlang einer Kolbenachse des Kolbens zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und herbewegbar installiert ist, so dass durch einen Zylinderdeckel, eine Zylinderwand, und eine Kolbenoberfläche des Kolbens ein Brennraum im Zylinderliner begrenzt ist. Dabei ist am Zylinderliner ein Spüllufteinlass vorgesehen, der in der Praxis durch an sich bekannte Spülschlitze zum Einbringen von Spülluft in den Brennraum ausgebildet ist. Erfindungsgemäss ist der Kolben derart im Zylinderliner angeordnet, dass der Spüllufteinlass mit der Einströmöffnung so in einem vorgebbaren Kurbelwinkelbereich in strömende Verbindung bringbar ist, dass Spülluft über den Spüllufteinlass und die Einströmöffnung in den Brennraum einbringbar ist. Ganz besonders bevorzugt ist dabei der Kolben derart im Zylinderliner angeordnet, dass ein Kolberingpaket des Kolbens bei keinem Kurbelwinkel den Spüllufteinlass überdeckt, auch nicht teilweise überdeckt.The invention further relates to a cylinder assembly for a longitudinally purged reciprocating internal combustion engine, in particular for a slow-running longitudinally purged two-stroke large diesel engine, wherein a piston of the present invention, as already described in detail, in a cylinder liner along a piston axis of the piston between a top dead center and a Bottom dead center is mounted back and forth, so that by a cylinder cover, a cylinder wall, and a Piston surface of the piston is limited to a combustion chamber in the cylinder liner. Here, a scavenging air inlet is provided on the cylinder liner, which is formed in practice by known scavenging slots for introducing scavenging air into the combustion chamber. According to the invention, the piston is arranged in the cylinder liner such that the scavenging air inlet can be brought into flowing communication with the inlet opening in a predefinable crank angle range so that scavenging air can be introduced into the combustion chamber via the scavenging air inlet and the inflow opening. Most preferably, the piston is arranged in the cylinder liner such that a Kolberingpaket the piston at no crank angle covers the scavenging air inlet, not partially covered.
  • Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1
    eine bekannte Zylinderanordnung mit Spülschlitzen im Längsschnitt;
    Fig. 2
    schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemässen Zylinderanordnung mit zweiteiligem Kolben.
    The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawing. Show it:
    Fig. 1
    a known cylinder arrangement with scavenging slots in longitudinal section;
    Fig. 2
    schematic representation of a first inventive cylinder arrangement with two-part piston.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung teilweise im Schnitt eine Zylinderanordnung 8' mit Zylinderliner 2', Kolben 1' und Frischluftzufuhrsystem 500'. Fig. 1 shows in a schematic representation partially in section a cylinder assembly 8 'with cylinder liner 2', piston 1 'and fresh air supply system 500'.
  • Die Zylinderanordnung 8' der Fig. 1 ist eine typische Anordnung, wie sie für längs gespülte Zweitakt-Grossdieselmotoren aus dem Stand der Technik wohl bekannt ist. Zur besseren Unterscheidung der bekannten Zylinderanordnung sind die entsprechenden Bezugszeichen mit einem Hochkomma versehen, während die Bezugszeichen zu Merkmalen erfindungsgemässer Zylinderanordnungen kein Hochkomma tragen.The cylinder assembly 8 'of Fig. 1 is a typical arrangement well known for prior art longitudinally scavenged two-stroke large diesel engines. For better distinction of the known cylinder arrangement, the corresponding reference numerals are provided with an apostrophe, while the reference numerals to features according to the invention cylinder arrangements wear no apostrophe.
  • Die Anordnung umfasst einen Zylinder 2', der auch als Zylinderliner 2' bezeichnet wird, in welchem ein Kolben 1' entlang einer Zylinderwand des Zylinders 2' hin- und her bewegbar angeordnet ist. Der Kolben 1' umfasst eine Kolbenringpackung 6', die hier schematisch mit lediglich zwei Kolbenringen 61', 62' dargestellt ist.The arrangement comprises a cylinder 2 ', which is also referred to as a cylinder liner 2', in which a piston 1 'along a cylinder wall of the cylinder 2' is arranged back and forth movable. The piston 1 'comprises a piston ring packing 6', which is shown schematically here with only two piston rings 61 ', 62'.
  • Der Brennraum 4', der sich im Brennraumbereich 41' des Zylinders 2' befindet, ist darstellungsgemäss oben durch einen Zylinderdeckel mit Einspritzdüse und Auslassventil begrenzt.The combustion chamber 4 ', which is located in the combustion chamber region 41' of the cylinder 2 ', is delimited at the top by a cylinder cover with an injection nozzle and an outlet valve.
  • Der Kolben 1', der sich im Betriebszustand des Grossdieselmotors zwischen dem oberen Totpunkt OT' und dem unteren Totpunkt UT' hin- und herbewegt, ist über die Kolbenstange 10' mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Kreuzkopf verbunden, von dem aus die hin- und her Bewegung des Kolbens 1' auf die ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle der Maschine übertragen wird. Die Kolbenstange 10' ist durch den Receiverraum 501', der sich darstellungsgemäss unten an den Einlassbereich 42' des Zylinderliners 2' anschliesst, und durch die Stopfbuchse 502' geführt, die den Receiverraum 501' gegen den darunter liegenden Kurbelwellenraum abdichtet, so dass keine Frischluft 5', symbolisiert durch den Pfeil 5', die ein ebenfalls nicht dargestellter Turbolader unter einem hohen Druck, z.B. unter einem Druck von vier bar in den Receiverraum 501' zuführt, aus dem Receiverraum 501' in den darunter liegenden Kurbelwellenraum 9' gelangen kann.The piston 1 ', which reciprocates in the operating state of the large diesel engine between the top dead center OT' and the bottom dead center UT ', via the piston rod 10' with a in Fig. 1 not shown crosshead, from which the reciprocating movement of the piston 1 'is transmitted to the crankshaft, also not shown, of the machine. The piston rod 10 'is guided through the receiver chamber 501', which adjoins the inlet region 42 'of the cylinder liner 2' below, and through the gland 502 ', which seals the receiver chamber 501' against the crankshaft space below, so that there is no fresh air 5 ', symbolized by the arrow 5', which supplies a turbocharger also not shown under a high pressure, for example under a pressure of four bar in the receiver chamber 501 ', from the receiver room 501' in the underlying crankshaft space 9 'can pass.
  • Wie der Fig. 1 zu entnehmen und allgemein bekannt ist, liegt im Receiverraum 501' immer der vom Turbolader erzeugte Gasdruck der Frischluft 5' an, der somit konstruktionsbedingt auch immer an der Kolbenunterseite des Kolbens 1' anliegt.Again Fig. 1 can be seen and is generally known, is in the receiver chamber 501 'always generated by the turbocharger gas pressure of the fresh air 5', which thus always due to the design of the piston underside of the piston 1 'is applied.
  • Nach einem Verbrennungsvorgang, der im Brennraum 4' initiiert wird, wenn sich der Kolben 1' ganz in der Nähe des oberen Totpunkts OT' befindet, bewegt sich Kolben 1' aufgrund des im Brennraum 4' aufgebauten Verbrennungsdrucks in Richtung zum unteren Totpunkt UT', wobei, wenn sich die Kolbenoberfläche unterhalb dem als Spülschlitz 7' ausgebildetem Spüllufteinlass 7' befindet, Spülluft 5' über die Spülschlitze 7' aus dem Receiverraum 501' in den Brennraum 4' gelangen kann, so dass diese für den nächst folgenden Verbrennungsvorgang im Brennraum 4' zur Verfügung steht.After a combustion process initiated in the combustion chamber 4 ', when the piston 1' is very close to the top dead center OT ', Moves piston 1 'due to the built-up in the combustion chamber 4' combustion pressure in the direction of bottom dead center UT ', wherein when the piston surface is below the scavenging 7' formed scavenging air inlet 7 ', scavenging air 5' on the scavenging slots 7 'from the receiver room 501 'can enter the combustion chamber 4' so that it is available for the next combustion process in the combustion chamber 4 '.
  • Bei seinem Weg vom oberen Totpunkt OT' bis zum unteren Totpunkt UT' und zurück muss der Kolben 1' zwangsläufig im Einlassbereich 42' die Spülschlitze 7' passieren, was die eingangs bereits eingehend beschriebenen negativen Folgen hat, die hier nicht mehr im Einzelnen wiederholt werden müssen.On its way from the top dead center OT 'to the bottom dead center UT' and back, the piston 1 'inevitably in the inlet region 42' the scavenging passages 7 'happen, which has the negative consequences already described in detail, which are not repeated here in detail have to.
  • In Fig. 2 ist eine erste erfindungsgemässe Zylinderanordnung 8 teilweise im Schnitt mit einem zweiteiligen Kolben 1 im Falle eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors vereinfacht schematisch dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind alle, für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Komponenten des Grossdieselmotors in Fig. 2 nicht explizit dargestellt.In Fig. 2 is a first inventive cylinder assembly 8 partially simplified in section with a two-piece piston 1 in the case of a longitudinally-flushed two-stroke large diesel engine shown schematically. For the sake of clarity, all, for the understanding of the invention not essential components of the large diesel engine in Fig. 2 not explicitly shown.
  • Die Zylinderanordnung 8 der Fig. 2 umfasst einen Kolben 1 in einem Zylinderliner 2, der in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine entlang einer Kolbenachse A zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt UT hin- und herbewegbar installiert ist, so dass durch einen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Zylinderdeckel, eine Zylinderwand 3, und eine Kolbenoberfläche 100 des Kolbens 1 ein Brennraum 4 im Zylinderliner 2 begrenzt ist. Dabei ist der Kolben 1 ein zweiteiliger Kolben 1, wie er in einer anderen Variante aus der EP 2 503 116 A1 bekannt ist, mit einem Mantelkolben 101 und einem im Mantelkolben 101 angeordneten Spülkolben 102. In der Kolbenoberfläche 100 des Mantelkolbens 101 ist eine Spülluftöffnung 103 vorgesehen, die im Betriebszustand zum Einbringen von Spülluft 5 in den Brennraum 4, durch den Spülkolben 102 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel zeitweise geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist dabei in einem um die Kolbenachse A umlaufenden Kolbenhemd 104 des Mantelkolbens 101 zum Zuführen der Spülluft 5 eine Einströmöffnung 105 vorgesehen ist, die über einen Spülluftkanal 106 im Mantelkolben 101 mit der Spülluftöffnung 103 strömungsverbunden ist.The cylinder assembly 8 of Fig. 2 comprises a piston 1 in a cylinder liner 2, which is reciprocally installed in a reciprocating internal combustion engine along a piston axis A between a top dead center and a bottom dead center UT, so that by a cylinder cover, not shown for reasons of clarity, a cylinder wall 3, and a piston surface 100 of the piston 1, a combustion chamber 4 in the cylinder liner 2 is limited. In this case, the piston 1 is a two-part piston 1, as in another variant of the EP 2 503 116 A1 In the piston surface 100 of the shell piston 101, a purge air opening 103 is provided, which in the operating state for introducing Purge air 5 in the combustion chamber 4, can be temporarily opened or closed by the purge piston 102 in response to the crank angle. According to the present invention, an inflow opening 105 is provided in a piston skirt 104 of the shell piston 101 surrounding the piston axis A for supplying the purging air 5, which is flow-connected to the purging air opening 103 via a purging air channel 106 in the shell piston 101.
  • Der Mantelkolben 101 und der Spülkolben 102 sind derart in Bezug auf die Kolbenachse A gegeneinander verschiebbar angeordnet, dass ein Öffnungsquerschnitt der Spülluftöffnung 103 einstellbar ist. Zum Einstellen des Öffnungsquerschnitts ist eine in Fig. 2 nicht dargestellte Stelleinrichtung, z.B. eine Stelleinrichtung gemäss EP 2 503 116 A1 vorgesehen, so dass der Öffnungsquerschnitt nach einem vorgebbaren Schema einstellbar, insbesondere steuer- oder regelbar einstellbar ist. Dabei kann die Stelleinrichtung eine mechanische, eine hydraulische, eine pneumatische oder eine elektrische Stelleinrichtung, oder jede andere geeignete Stelleinrichtung sein.The shell piston 101 and the flushing piston 102 are arranged relative to one another in relation to the piston axis A so that an opening cross section of the flushing air opening 103 is adjustable. To set the opening cross section is an in Fig. 2 not shown adjusting device, eg an adjusting device according to EP 2 503 116 A1 provided, so that the opening cross-section according to a predeterminable scheme adjustable, in particular controllable or adjustable adjustable. In this case, the adjusting device may be a mechanical, a hydraulic, a pneumatic or an electric adjusting device, or any other suitable adjusting device.
  • Wie aus Fig. 2 gut zu erkennen ist, ist am Kolbenhemd 104 zwischen der Kolbenoberfläche 100 und der Einströmöffnung 105 ein Kolbenringpaket 6 mit mindestens einem Kolbenring 61, 62, das in der Praxis natürlich auch nur aus einem Kolbenring oder aus mehr als zwei Kolbenringen aufgebaut sein kann.How out Fig. 2 can be clearly seen, is on the piston skirt 104 between the piston surface 100 and the inflow opening 105, a piston ring package 6 with at least one piston ring 61, 62, which in practice can of course also be composed of only one piston ring or more than two piston rings.
  • Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist es selbstverständlich auch möglich, dass eine Mehrzahl von Einströmöffnungen 105 am Kolbenhemd 104 vorgesehen ist, wobei im Speziellen jeder Einströmöffnung 105 ein separater Spülluftkanal 106 zugeordnet sein kann.In a specific embodiment, it is of course also possible for a plurality of inlet openings 105 to be provided on the piston skirt 104, wherein in particular each inflow opening 105 may be assigned a separate purging air channel 106.
  • Dabei ist die Einströmöffnung 105 und / oder der Spülluftkanal 106 und / oder die Spülluftöffnung 103 derart ausgestaltet und angeordnet, dass die Spülluft 5 nach einem vorgebbaren Strömungsschema in den Brennraum 4 einbringbar ist.In this case, the inflow opening 105 and / or the scavenging air duct 106 and / or the scavenging air opening 103 are designed and arranged such that the scavenging air 5 can be introduced into the combustion chamber 4 according to a predeterminable flow scheme.
  • Die erfindungsgemässe Zylinderanordnung 8 ist somit dadurch ausgezeichnet dass der Kolben 1 derart im Zylinderliner 2 angeordnet ist, dass der Spüllufteinlass 7 mit der Einströmöffnung 105 so in einem vorgebbaren Kurbelwinkelbereich in strömende Verbindung bringbar ist, dass die Spülluft 5 über den Spüllufteinlass 7 und die Einströmöffnung 105 in den Brennraum 4 einbringbar ist, wobei der Kolben 1 ganz besonders bevorzugt derart im Zylinderliner 2 angeordnet ist, dass das Kolberingpaket 6 des Kolbens 1 bei keinem Kurbelwinkel den Spüllufteinlass 7 überdeckt, auch niemals teilweise überdeckt.The cylinder arrangement 8 according to the invention is thus distinguished in that the piston 1 is arranged in the cylinder liner 2 in such a way that the scavenging air inlet 7 can be brought into flowing communication with the inflow opening 105 in a predefinable crank angle range such that the scavenging air 5 flows via the scavenging air inlet 7 and the inflow opening 105 in the combustion chamber 4 can be introduced, wherein the piston 1 is very particularly preferably arranged in the cylinder liner 2, that the Kolberingpaket 6 of the piston 1 at no crank angle covers the scavenging air inlet 7, and never partially covered.
  • Durch die oben erwähnte flexible Einstellbarkeit der Spülluftzufuhr kann der Zweitakt-Grossdieselmotor der Erfindung erstmals auch als "Dual Fuel" oder "Multi Fuel" Motor verwendet werden, der mit verschiedenen Treibstoffen wie Gas, Schweröl, Dieselöl oder anderen Treibstoffen alternativ betrieben werden kann, weil jetzt die Menge an Spülluft 5, die in den Brennraum 4 beim Spülvorgang eingebracht wird, erstmals in sehr weiten Grenzen variabel eingestellt werden kann.Due to the above-mentioned flexible adjustability of the scavenging air supply, the two-stroke large diesel engine of the invention may for the first time also be used as a "dual fuel" or "multi-fuel" engine which can alternatively be operated with various fuels such as gas, heavy oil, diesel oil or other fuels, because now the amount of purging air 5, which is introduced into the combustion chamber 4 during the flushing process, can be variably set for the first time within very wide limits.
  • Es versteht sich, dass die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich exemplarisch zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Insbesondere können die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch vorteilhaft kombiniert werden.It is understood that the embodiments described in the context of this application are to be understood as exemplary only and the invention is not limited to these examples. In particular, the described embodiments can also be advantageously combined.

Claims (15)

  1. Kolben für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für einen langsam laufenden längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor, welcher Kolben in einem Zylinderliner (2) der Hubkolbenbrennkraftmaschine entlang einer Kolbenachse (A) zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt (UT) hin- und herbewegbar installierbar ist, so dass durch einen Zylinderdeckel, eine Zylinderwand (3), und eine Kolbenoberfläche (100) des Kolbens ein Brennraum (4) im Zylinderliner (2) begrenzbar ist, wobei der Kolben ein zweiteiliger Kolben mit einem Mantelkolben (101) und einem im Mantelkolben (101) angeordneten Spülkolben (102) ist, und in der Kolbenoberfläche (100) des Mantelkolbens (101) eine Spülluftöffnung (103) vorgesehen ist, die im Betriebszustand zum Einbringen von Spülluft (5) in den Brennraum (4) durch den Spülkolben (102) zeitweise geöffnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass in einem um die Kolbenachse (A) umlaufenden Kolbenhemd (104) des Mantelkolbens (101) zum Zuführen der Spülluft (5) eine Einströmöffnung (105) vorgesehen ist, die über einen Spülluftkanal (106) im Mantelkolben (101) mit der Spülluftöffnung (103) strömungsverbunden ist.Piston for a longitudinally flushed reciprocating internal combustion engine, in particular for a slow-running longitudinally-flushed two-stroke large diesel engine, which piston in a cylinder liner (2) of the reciprocating internal combustion engine along a piston axis (A) between a top dead center and a bottom dead center (UT) back and forth installable, so that by a cylinder cover, a cylinder wall (3), and a piston surface (100) of the piston, a combustion chamber (4) in the cylinder liner (2) can be limited, wherein the piston is a two-part piston with a shell piston (101) and a in the shell piston ( 101) is arranged, and in the piston surface (100) of the jacket piston (101) a scavenging air opening (103) is provided which in the operating state for introducing scavenging air (5) into the combustion chamber (4) by the scavenging piston (102 ) can be opened temporarily, characterized in that in a piston skirt (104) of the shell piston circulating around the piston axis (A) s (101) for supplying the purging air (5) an inflow opening (105) is provided, which is flow-connected via a scavenging air duct (106) in the jacket piston (101) with the scavenging air opening (103).
  2. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Mantelkolben (101) und der Spülkolben (102) derart in Bezug auf die Kolbenachse (A) gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, dass ein Öffnungsquerschnitt der Spülluftöffnung (103) einstellbar ist.Piston according to claim 1, wherein the shell piston (101) and the flushing piston (102) are arranged relative to each other with respect to the piston axis (A) against each other, that an opening cross-section of the scavenging air opening (103) is adjustable.
  3. Kolben nach Anspruch 2, wobei eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, so dass der Öffnungsquerschnitt nach einem vorgebbaren Schema einstellbar, insbesondere steuer- oder regelbar ist.Piston according to claim 2, wherein an adjusting device is provided, so that the opening cross-section according to a predeterminable scheme is adjustable, in particular controllable or regulated.
  4. Kolben nach Anspruch 3, wobei die Stelleinrichtung eine mechanische, eine hydraulische, eine pneumatische oder eine elektrische Stelleinrichtung ist.Piston according to claim 3, wherein the adjusting device is a mechanical, a hydraulic, a pneumatic or an electric adjusting device.
  5. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei am Kolbenhemd (104) zwischen der Kolbenoberfläche (100) und der Einströmöffnung (105) ein Kolbenringpaket (6) mit mindestens einem Kolbenring (61, 62) vorgesehen ist.Piston according to one of the preceding claims, wherein on the piston skirt (104) between the piston surface (100) and the inflow opening (105) a piston ring package (6) with at least one piston ring (61, 62) is provided.
  6. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Einströmöffnungen (105) am Kolbenhemd (104) vorgesehen ist.Piston according to one of the preceding claims, wherein a plurality of inflow openings (105) on the piston skirt (104) is provided.
  7. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Einströmöffnung (105) ein separater Spülluftkanal (106) zugeordnet ist.Piston according to one of the preceding claims, wherein each inlet opening (105) is associated with a separate purge air channel (106).
  8. Kolben nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei eine erste Einströmöffnung (105) einen anderen Strömungsquerschnitt als eine zweite Einströmöffnung (105) hat.Piston according to one of claims 6 or 7, wherein a first inflow opening (105) has a different flow cross-section than a second inflow opening (105).
  9. Kolben nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein erster Spülluftkanal (106) einen anderen Strömungsquerschnitt hat als ein zweiter Spülluftkanal (106).Piston according to one of claims 6 to 8, wherein a first scavenging air duct (106) has a different flow cross-section than a second scavenging air duct (106).
  10. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einströmöffnung (105) und / oder der Spülluftkanal (106) und / oder die Spülluftöffnung (103) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Spülluft (5) nach einem vorgebbaren Strömungsschema in den Brennraum(4) einbringbar ist.Piston according to one of the preceding claims, wherein the inflow opening (105) and / or the scavenging air duct (106) and / or the scavenging air opening (103) is configured and arranged such that the scavenging air (5) flows into the combustion chamber (4) according to a predeterminable flow scheme ) can be introduced.
  11. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Kolbenoberfläche (100) des Mantelkolbens (101) eine Mehrzahl von Spülluftöffnungen (103) vorgesehen ist.Piston according to one of the preceding claims, wherein in the piston surface (100) of the shell piston (101) a plurality of purge air openings (103) is provided.
  12. Kolben nach Anspruch 11, wobei eine erste Spülluftöffnung (103) einen anderen Strömungsquerschnitt als eine zweite Spülluftöffnung (103) hat.Piston according to claim 11, wherein a first purge air opening (103) has a different flow cross-section than a second purge air opening (103).
  13. Kolben nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei zwei Spülluftöffnungen (103), bevorzugt alle Spülluftöffnungen (103) durch ein und denselben Spülkolben (102) gleichzeitig zeitweise geöffnet werden können.Piston according to one of claims 11 or 12, wherein two purging air openings (103), preferably all purging air openings (103) can be opened at the same time by one and the same purging piston (102) at the same time.
  14. Zylinderanordnung für eine längsgespülte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für einen langsam laufenden längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor, wobei ein Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Zylinderliner entlang einer Kolbenachse (A) des Kolbens (1) zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt (UT) hin- und herbewegbar installiert ist, so dass durch einen Zylinderdeckel, eine Zylinderwand (3), und eine Kolbenoberfläche (100) des Kolbens (1) ein Brennraum (4) im Zylinderliner begrenzt ist, und am Zylinderliner ein Spüllufteinlass (7) zum Einbringen von Spülluft (5) in den Brennraum (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) derart im Zylinderliner angeordnet ist, dass der Spüllufteinlass (7) mit der Einströmöffnung (105) so in einem vorgebbaren Kurbelwinkelbereich in strömende Verbindung bringbar ist, dass die Spülluft (5) über den Spüllufteinlass (7) und die Einströmöffnung (105) in den Brennraum (4) einbringbar ist.Cylinder arrangement for a longitudinally purged reciprocating internal combustion engine, in particular for a slow-running longitudinally purged two-stroke large diesel engine, wherein a piston (1) according to one of claims 1 to 12 in a cylinder liner along a piston axis (A) of the piston (1) between a top dead center and a bottom Dead center (UT) is mounted back and forth, so that by a cylinder cover, a cylinder wall (3), and a piston surface (100) of the piston (1) a combustion chamber (4) in the cylinder liner is limited, and at the cylinder liner a scavenging air inlet ( 7) for introducing purging air (5) into the combustion chamber (4) is provided, characterized in that the piston (1) is arranged in the cylinder liner, that the scavenging air inlet (7) with the inflow opening (105) so in a predetermined crank angle range can be brought into flowing connection, that the purging air (5) via the scavenging air inlet (7) and the inflow opening (105) in the combustion chamber (4) einbri is available.
  15. Zylinderanordnung nach Anspruch 14, wobei der Kolben (1) derart im Zylinderliner angeordnet ist, dass ein Kolberingpaket (6) des Kolbens (1) bei keinem Kurbelwinkel den Spüllufteinlass (7) überdeckt, auch nicht teilweise überdeckt.Cylinder assembly according to claim 14, wherein the piston (1) is arranged in the cylinder liner such that a Kolberingpaket (6) of the piston (1). at no crank angle, the scavenging air inlet (7) covered, not partially covered.
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