EP3130771A1 - Schmiervorrichtung für einen zylinderliner, schmierverfahren, sowie zylinderliner - Google Patents

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EP3130771A1
EP3130771A1 EP15180885.4A EP15180885A EP3130771A1 EP 3130771 A1 EP3130771 A1 EP 3130771A1 EP 15180885 A EP15180885 A EP 15180885A EP 3130771 A1 EP3130771 A1 EP 3130771A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lubricant
port
cylinder
cylinder liner
lubricating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15180885.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konrad Räss
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.)
Winterthur Gas and Diesel AG
Original Assignee
Winterthur Gas and Diesel AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Winterthur Gas and Diesel AG filed Critical Winterthur Gas and Diesel AG
Priority to EP15180885.4A priority Critical patent/EP3130771A1/de
Publication of EP3130771A1 publication Critical patent/EP3130771A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • 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
    • F01M1/14—Timed lubrication
    • 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
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F01M2011/022—Arrangements of lubricant conduits for lubricating cylinders

Definitions

  • the invention relates to a lubricating device for a cylinder liner of a reciprocating internal combustion engine, in particular slow-running two-stroke large diesel engine, a lubrication method for lubricating a cylinder liner, and a cylinder liner according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • 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, the friction between the piston and the tread and thus the wear of the tread and to minimize the piston rings.
  • lubricant delivery rate is about 1.3 g / kWh and less in such engines and should not least be further reduced for cost reasons as possible, while the wear is to be minimized.
  • the lubricant in this method is not applied over a large area to the running surface of the cylinder wall, but more or less selectively between the piston rings on the side surfaces of the piston, the distribution of the lubricating oil on the tread is often insufficiently ensured, resulting in excessive heat development excessive friction and in the last consequence locally to a welding of the contact surfaces of piston and tread with subsequent material outbreak, so can lead to a piston seizure.
  • a lubricating system in which the lubricating oil is sprayed under high pressure by means of atomizing nozzles, which are housed in the cylinder walls, substantially tangential to the cylinder wall in the scavenging air located in the combustion chamber, wherein the lubricating oil is atomized into small particles.
  • a plurality of lubricant nozzles are accommodated in the moving piston, so that the lubricant can essentially be applied anywhere over the entire height of the running surface.
  • the metering of the lubricant is a central point.
  • the quantity of lubricant to be applied to the running surface per unit of time and area may depend on many different parameters during operation of the reciprocating internal combustion engine. For example, the chemical composition of the fuel used, in particular its sulfur content plays an important role.
  • the lubricant is used, inter alia, for the neutralization of aggressive acids, especially sulfur-containing acids that arise during the combustion process in the combustion chamber of the engine , Therefore, depending on the fuel used different grades of lubricant can be used, which differ, inter alia, in their neutralization ability, for which the so-called BN value of the lubricant is a measure.
  • a lubricant with a higher BN value it may be advantageous to use a lubricant with a higher BN value than a fuel with a lower sulfur content, because a lubricant with 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, from a variety of operating parameters, such as the speed, the combustion temperature, the engine temperature, the cooling power for cooling the engine, the load and many other operating parameters more dependent. So it may be possible that at a given speed and higher load a different amount of lubricant must be applied to the tread of the cylinder, as with the same speed and lower load.
  • the state of the internal combustion engine itself can have an influence on the amount of lubricant.
  • the amount of lubricant to be used can vary greatly.
  • increased friction is to some extent quite desirable in order for the mating partners, e.g. Piston rings and tread, grind in and can optimally adjust 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 running surface will wear differently both in the circumferential direction and in the longitudinal direction depending on the number of operating hours 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.
  • CH 613 495 discloses a cylinder apparatus for a reciprocating internal combustion engine, which detects abnormal frictional conditions of the piston rings by means of a temperature or vibration sensor to prevent the seizure of piston rings during operation and increases the amount of lubricating oil discharged from a specific lubrication point when such disturbances occur.
  • the EP 0 652 426 shows a method in which by cyclically measuring the temperature in the cylinder wall, the occurrence of scuffing or Verschleissfressen is detected on the basis of a characteristic temperature profile and a corresponding damage by an automatic power reduction and / or by increasing the supply of lubricant is counteracted.
  • the lubricant quantity is increased for this cylinder until the detected abnormal operating state disappears again and the quantity of lubricant supplied to this cylinder per unit time again can be reduced.
  • Hydrodynamic lubrication is when a lubricant film of such thickness is formed between the mating partners, that is, for example, between the running surface of a cylinder wall and the piston ring of a piston, that the surfaces of the mating partner are well separated by the lubricant film, so that they are 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 is preferably selected so that a Setting the state of hydrodynamic lubrication between the mating partners.
  • two-stroke large diesel engines are typically at about 20 - 30% of the piston stroke, measured from the top dead center OT of the piston, usually provided a plurality of circumferentially distributed lubricating oil nozzles, via which the lubricating oil in the cylinder liner or can be applied to the tread of the cylinder liner.
  • lubricating oil nozzles are provided at two different levels.
  • the upper level lubricating oil nozzles are e.g. in the range of about 10% of the piston stroke measured from TDC, while the lubricating oil nozzles of the lower level are located at about 30% of the piston stroke measured from TDC.
  • both levels are supplied with the same very high-quality and expensive lubricating oil.
  • Corrosive wear takes place predominantly in the region of top dead center OT. There, the running surface of the cylinder liner is exposed to the concentrated combustion gases. On the other hand, but also the highest pressure on the piston rings and the low speed of the piston rings can be difficult or no reliable construction of a lubricating oil film here. In the lower regions, however, experience has shown that wear and also the corrosive attacks on the gray cast iron running surface of the cylinder liners tend to decrease.
  • the object of the invention is therefore to propose an improved apparatus and an improved method for lubricating a reciprocating internal combustion engine, whereby the above-mentioned problems known from the prior art are avoided and the increasingly complex demands on the cylinder lubrication can be taken into account in the future.
  • the aim of the invention is to provide lubrication in any type of engine, e.g. Not only in classic diesel or heavy oil-powered engines, as well as in pure gas engines and especially in modern dual-fuel engines are not only significantly improved, but ultimately the cost of lubrication of the running surfaces of the cylinder liners are significantly reduced.
  • the invention thus relates to a lubricating device for a cylinder liner of a reciprocating internal combustion engine, especially in slow-running two-stroke large diesel engine, in which cylinder liner, a piston along a longitudinal axis between a bottom dead center and a top dead center on a tread of a cylinder wall back and forth movable, with a the first lubricant opening of the lubricating device is provided in a first axial distance from the top dead center in the cylinder wall, that in the operating state, a first lubricant is introduced into the cylinder liner by means of the first lubricant opening and the lubricating device comprises a second lubricant opening, which at a second axial distance from the upper Dead center is provided in the cylinder wall such that in the operating state, a second lubricant by means of the second lubricant opening in the cylinder liner can be introduced.
  • the second lubricant provided by a lubricant supply of the lubricating device at the
  • the invention is based on the essential finding that in order to achieve an optimum operating state of the reciprocating internal combustion engine, a state parameter, in particular the BN value of the lubricant film on the running surface of the cylinder, should preferably be optimized locally.
  • the BN value of the lubricant and thus of the lubricant film on the cylinder surface is to be optimized locally as a function of the distance from top dead center of the piston to the cylinder surface, depending on the operating state or on the type of reciprocating internal combustion engine.
  • the invention therefore provides a lubricating concept in which different types of lubricants are provided along the running surface of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, in particular a two-stroke engine.
  • a lubricant having a high degree of additive and very high thermal stability e.g. a BN160, SAE 80 oil with 0.2g / kWh lubrication.
  • a special lubricant can be introduced, which may supplement the non-existent lubricity of the soot particles or cause less deposits which could cause pre-ignition.
  • a cheaper low-viscous lubricating oil could be injected with adapted additives, such as a BN 70, SAE50 oil and 0.4g / kWh lubrication.
  • these lubricants could also be completely different in nature.
  • they can also be modified, for example, from a favorable base cylinder oil such as from a BN70 by adding additives and other substances, for example to obtain a BN160.
  • the lubrication levels may be switched on only as needed, for example, switching to and from the Emission Control Area (ECA) areas, in which at sea, e.g. Special emission regulations for ships shall apply as simply as possible to the crew.
  • ECA Emission Control Area
  • the engine may be supplied with a plurality of lubricants optimized for the prevailing conditions. For example, in the region of top dead center, a lubricant that can withstand extreme temperatures, pressures, and sulfuric acid corrosion, and at a deeper range, further away from top dead center, a lubricant optimized for the prevailing piston velocity that will safely float the piston rings on the tread.
  • a lubricant that does not drip off and the piston rings in the mixed friction area can not come into contact with the running surface.
  • These funds would therefore have to be introduced at various levels in the cylinder.
  • two to three, or more different levels for the lubricant openings are possible.
  • known nozzles or conveying devices can be used.
  • Lubricating oil conveying devices are preferably used with which the various injection levels can be switched on and off flexibly. Particularly advantageous need a cylinder only a lubricant pump which can promote several lubricants and can be funded independently.
  • the distribution on the running surface of the cylinder liner can be done by also known per se groove shapes or correspondingly profiled piston rings.
  • the injection timing of the lower levels may not be necessary with the exhaust valve still open, the upper levels with the valve closed.
  • the lubricant may e.g. be sprayed before or in the piston ring package.
  • the lower levels could inject the lubricant above, directly into the ring pack, but also below the piston.
  • Fuels with very low sulfur content are preferably used to supply a second level solely with lubricating oil and switch to the highest level when switching to heavy oil with higher sulfur content. Further, with special engine loads or additions of exhaust aftertreatment systems or exhaust bypass valves, a higher amount may be supplied to the uppermost level. For very low load ranges, only e.g. the second highest level can be used to lubricate the cylinder surface.
  • Such a "multi-lube" lubricating device according to the present invention thus offers many new possibilities to operate the cylinder liner with the smallest amount of lubricant required at a precisely matched BN value. And that with massively improved reliability.
  • the lubricating and neutralizing agent is traditionally a lubricating oil with a fixed BN content.
  • a base system oil with a very low value of, for example, BN 5-10 and SAE30 value and modify this with additives to a higher BN value. It is also known to reduce BN levels of BN100 oils by adding system oil.
  • the existing cylinder oil (not system oil) can also be brought to a higher BN and / or viscosity level by addition of appropriate additives, but generally not vice versa.
  • the lubrication level in the region of top dead center, where the piston has a speed of e.g. between 0 - 2m / s has to use a lubricant having a very high BN value, e.g. between 70-250 but also a high viscosity between SAE 50 and 180, with lubricating amounts of this certainly more expensive product of e.g. 0.1 - 0.6g / kWh.
  • the lower lubrication levels can be supplied with cylinder oils with BN values between 15 - 100 depending on the fuel quality. These levels can preferably be placed in a range with piston speed of about 2-15m / s. When using a more favorable lubricating oil, lubricating oil quantities of e.g. 0.2 - 0.9g / kWh are accepted in practice.
  • the ignition of the fuel is used instead of conventional lubricating oil to convey alternative substances to the tread.
  • substances that counteract the corrosion as well as the erosion of the piston rings at high pressures and temperatures Conceivable here are e.g. dry substances or paste-like substances which become liquid at higher temperatures and thus can be conveyed.
  • the second lubricant opening is arranged in the region of scavenging slots of the cylinder liner, wherein in practice a third lubricant opening with respect to the longitudinal axis between the first Lubricant opening and the second lubricant opening may be provided in the cylinder wall.
  • a third lubricant provided by the lubricant supply of the lubricator at the third lubricant port may be different from the first lubricant provided at the first lubricant port and / or different from the second lubricant provided at the second lubricant port.
  • at least one lubricant pump for conveying the first lubricant and / or the second lubricant and / or the third lubricant is often provided in practice, wherein particularly preferably at least two different lubricants, preferably all the lubricants used are conveyed by one and the same lubricant pump.
  • a drive unit by means of a drive unit the supply of the first lubricant to the first lubricant opening and / or the supply of the second lubricant to the second lubricant opening and / or the supply of the third lubricant to the third lubricant opening, in particular using suitable sensors, Operating states and / or by using "look-up tables" in a conventional manner controllable and / or regulated.
  • a lubricating device may comprise a suitable sensor, e.g. the measurement of a characteristic characteristic of the lubricant film on the running surface of the cylinder wall allowed include so that with the aid of a drive unit which are usually designed as a lubricant nozzle lubricant openings can be controlled such that the state parameter of the lubricant film, in particular the BN value of the lubricant film on the tread optimized is.
  • a suitable sensor e.g. the measurement of a characteristic characteristic of the lubricant film on the running surface of the cylinder wall allowed include so that with the aid of a drive unit which are usually designed as a lubricant nozzle lubricant openings can be controlled such that the state parameter of the lubricant film, in particular the BN value of the lubricant film on the tread optimized is.
  • the state of the lubricant film on the running surface of the cylinder wall can be determined by different parameters.
  • the characteristic characteristic in addition to the BN value inter alia, the thickness of the lubricant film and / or the temperature and / or the viscosity and / or the water content and / or the acid content of the lubricant film and thus determine the actual state of the lubricant film. Therefore, by measuring one or more of these characteristic characteristics, the state of the lubricant film on the running surface of the cylinder wall can be determined.
  • the supply is controlled by the lubricant nozzle in the inventive method and / or regulated so that an optimal value of the BN value of the lubricant film adjusts, whereby the tribological running properties are optimized.
  • the state parameter besides the BN value may also be the thickness of the lubricant film and / or the temperature and / or the viscosity and / or the water content and / or the acid content of the lubricant film.
  • the invention further relates to a lubricating method for lubricating a cylinder liner by means of a lubricating device of a reciprocating internal combustion engine, in particular slow-running two-stroke large diesel engine, in which cylinder liner a piston along a longitudinal axis between a lower Dead center and a top dead center on a tread is moved back and forth.
  • a first lubricant opening of the lubricating device is provided at a first axial distance from top dead center in a cylinder wall and a first lubricant is introduced by means of the first lubricant opening in the cylinder liner, wherein the lubricating device comprises a second lubricant opening at a second axial distance from top dead center is provided in the cylinder wall and a second lubricant is introduced by means of the second lubricant opening in the cylinder liner.
  • the second lubricant provided at the second lubricant port by a lubricant supply of the lubricator is set different from the first lubricant provided at the first lubricant port.
  • the second lubricant port is disposed in the region of scavenging ports of the cylinder liner, and a third lubricant port may be provided in the cylinder wall with respect to the longitudinal axis between the first lubricant port and the second lubricant port.
  • a third lubricant which is different from the first lubricant provided at the first lubricant opening and / or different from the second lubricant opening provided at the second lubricant opening, is provided by the lubricant supply of the lubricating device at the third lubricant opening, and / or wherein the first lubricant and / or the second lubricant and / or the third lubricant is conveyed by at least one lubricant pump, wherein advantageously at least two different lubricants, in particular all the lubricants used are conveyed by one and the same lubricant pump.
  • the supply of the first lubricant to the first lubricant opening and / or the supply of the second lubricant to the second lubricant opening and / or the supply of the third lubricant to the third lubricant opening can be controlled and / or regulated by means of a drive unit.
  • an actual value of a state parameter in particular in a known manner by means of a sensor can be detected and / or a desired value of a state parameter depending on an operating parameters of the reciprocating internal combustion engine, in particular depending on a speed and / or load and / or cylinder temperature and / or another operating parameter and / or depending on a composition of a fuel, the lubricant and / or other operating materials, in particular with the aid of a lookup table, which is present in particular in the form of a multi-dimensional data field.
  • the state parameter is particularly preferably a BN value of a lubricant film to which, for example, a predetermined desired value, in particular locally, is optimized.
  • the sensor can be arranged for example in the piston and / or in a piston ring and / or in the cylinder wall and / or in a cylinder cover of the cylinder liner and / or in another component of the reciprocating internal combustion engine.
  • the lubricant is supplied or not supplied to the first lubricant opening and / or the second lubricant opening and / or the third lubricant opening in accordance with a predetermined pattern, in particular supplied or not supplied as a function of a currently applicable environmental protection regulation ,
  • the method according to the invention can take account of one or more of the characteristic parameters, such as the BN value or, for example, the actual thickness of the lubricant film, and by suitable control of the lubricant supply, one or more state parameters, e.g. adjust the BN value or the optimum thickness of the lubricant film.
  • the characteristic parameters such as the BN value or, for example, the actual thickness of the lubricant film
  • the state parameters e.g. adjust the BN value or the optimum thickness of the lubricant film.
  • the state parameter, in particular the BN value or the thickness of the lubricant film is preferably locally optimized.
  • one or more, usually in the form of lubricant nozzles designed lubricating oil holes may be provided either individually or in groups are driven by the drive unit and advantageous at different positions both in the circumferential direction and in axial direction can be distributed over the cylinder wall or even provided in the moving piston.
  • each different lubricant or each a different amount of lubricant are supplied, so that independently of each other various locations on the tread of the cylinder wall of the lubricant film or a state parameter is optimized.
  • the lubricant can be better distributed, for example in the direction of the piston on the running surface of the cylinder liner by the lubricant just before or exactly when the piston passes a certain lubricant nozzle, fed through this particular lubricant nozzle becomes. That is, depending on the movement of the piston in the direction of top dead center or away from it so the lubricant on the tread of the cylinder in the respective direction optimally distributed and the BN value optimally adjustable.
  • the invention also relates to a cylinder liner for a reciprocating internal combustion engine, in particular slow-running two-stroke large diesel engine, in particular diesel engine or gas engine or Dula-fuel engine with a lubricating device according to the present invention or is operable according to a lubricating method of the invention.
  • Fig. 1 schematically is a cylinder liner 4 of a two-stroke large diesel engine with a lubricating device 1 according to the invention shown in section.
  • the two-stroke large diesel engine of Fig. 1 comprises a plurality of cylinder liners 4, wherein for reasons of clarity, only a cylinder liner 4 is shown by way of example.
  • the cylinder liner 4 comprises a cylinder wall 3, which delimits an inner space 43 of the cylinder 4 in a manner known per se in the circumferential direction.
  • a piston 5 is provided, which is arranged with respect to a longitudinal axis A of the cylinder liner 4 along a running surface 2 on the cylinder wall 3 back and forth.
  • the tread 2 is provided on an inner surface 42 of the cylinder wall 3.
  • a first lubricant port 61, a second lubricant port 62 and a third lubricant port are arranged, which are fed by a metering device 6 in a conventional manner with lubricant 7, so that applied in the operating state, a lubricant film on the tread 2 of the cylinder wall 3 can be.
  • a sensor device 8 is provided with a drive unit 81, and the drive unit 81 is in communication with the metering device 6 of a lubricant reservoir 60 and a sensor 82, which Ssensor 82 in the operating state communicates with the interior 43 of the cylinder 4 by means of communication and thus with the metering device 6 is signal connected, that in the operating state with respect to the longitudinal axis A of Cylinder liner 4, a position X of the piston 5 by means of the position sensor 82 is detectable, and the lubricant 7 in dependence on the detected position X of the piston 5 through the lubricant nozzle 61 in the cylinder 3 can be introduced.
  • further sensors are provided at the axial height and / or in the circumferential direction, which may also be position sensors, but in particular sensors with which a state parameter of the lubricant film, in particular the BN value of the lubricant film 41 can be determined.
  • the control unit 81 preferably comprises a data processing system not explicitly shown here, with which the signals of the sensor 82 can be evaluated, so that the lubricant nozzles 61, 63, 62 are controlled such that the lubricant 7 at an optimal time and in an optimal chemical composition ,
  • a data processing system not explicitly shown here, with which the signals of the sensor 82 can be evaluated, so that the lubricant nozzles 61, 63, 62 are controlled such that the lubricant 7 at an optimal time and in an optimal chemical composition ,
  • an optimal BN value in the cylinder liner 4 can be introduced.
  • the lubricating device 1 is designed and operated so that the lubricant is sprayed onto the piston skirt of the piston 5, preferably in the piston ring packing.
  • the injection of the lubricating oil can also take place at a different crank angle.
  • the first lubricant opening 61 of the lubricating device 1 is provided at a first axial distance X1 from top dead center TDC in the cylinder wall 3 in such a way that a first lubricant can be introduced into the cylinder liner 4 by means of the first lubricant opening 61 in the operating state.
  • the lubricating device 1 comprises a second lubricant opening 62, which is provided in a second axial distance X2 from top dead center OT in the cylinder wall 3, that in the operating state, a second lubricant by means of the second lubricant opening 2 in the cylinder liner 4 can be introduced.
  • the second lubricant provided by the lubricant reservoir 60 of the lubricating device 1 at the second lubricant port 62 in the operating state is different from the first lubricant provided at the first lubricant port 61.
  • the second lubricant opening 62 is arranged in the region of scavenging slots 40 of the cylinder liner 4, wherein a third lubricant opening 63 is provided in the cylinder wall 3 with respect to the longitudinal axis A between the first lubricant opening 61 and the second lubricant opening 62.
  • the third lubricant provided by the lubricant reservoir 60 of the lubricator 1 at the third lubricant port 63 is different from the first lubricant provided at the first lubricant port 61 and / or different from the second lubricant provided at the second lubricant port 62.
  • the second lubricant provided via the second lubricant opening 62 is, as explained above, optimized for use in the region of the scavenging slots 40.
  • the lubricants are conveyed to the lubricant openings 61, 62, 63 by a lubricant pump (not shown in detail), wherein at least two different lubricants, preferably all the lubricants used, are conveyed by one and the same lubricant pump.
  • a particularly preferred embodiment is shown with two arranged at different axial heights sensors 82 for performing a method according to the invention, wherein a setpoint for the second point and / or for the duration and / or amount of lubricant of the injection and or for the chemical composition, in particular BN value of the lubricant 7 in the cylinder liner 4 as a function of different operating parameters B of the reciprocating internal combustion engine, in particular as a function of the rotational speed and / or the load and / or the cylinder temperature and / or another operating parameter B and / or in dependence on the Composition of the fuel used and / or the lubricant and / or other operating materials, using a look-up table LT, which is here in the specific example in the form of a multi-dimensional data field is determined.
  • the timing and / or duration and / or amount and / or chemical composition of the lubricant injection will while optimized in the operating state of the reciprocating internal combustion engine, for example, to the determined using the look-
  • the sensor 8 which may be, for example, a passive structure-borne sound sensor for the detection of structure-borne sound waves from the reciprocating internal combustion engine, chemical sensor or any other suitable sensor and of course also in a cylinder cover, not shown here and / or in a cylinder liner 4 adjacent component of Reciprocating internal combustion engine can be arranged, for example, one with the current position X of the piston 5 or a corresponding to the time course of the position X measured variable or another measured variable already described above determined and the measured value of the drive unit 81, in particular a data processing system and Control means may include supplied. It is preferred, as in Fig. 2 schematically shown, a plurality of axially offset in the axial direction A, or circumferentially offset position sensors 82 for determining the position X of the piston 5 is provided.
  • sensors 82 can advantageously be used in practice. Particularly preferred are as in Fig. 3 have also described pressure sensors 82 for measuring gas pressure or the time dependence of the gas pressure inside the cylinder 4, pressure characteristics which are characteristically related to the position X of the piston 5 or the chemical composition of the lubricant film in the cylinder 4 determine other parameters.
  • measuring devices may be provided which determine various operating parameters B, such as, inter alia, the rotational speed, the load or the cylinder temperature of the reciprocating internal combustion engine and optionally this additionally the driver 81 perform.
  • a Look-UpTable LT which is schematically exemplified in FIG Fig. 2a is shown.
  • the look-up table LT is a two- or multi-dimensional data field, with the aid of, for example, from various relevant current and / or for the reciprocating internal combustion engine specific global operating parameters B and / or depending on the composition of the operating materials used, in particular the fuel or lubricants used, and / or taking into account other relevant factors, such as specific environmental or emission regulations in special operating conditions or operating locations, a current time and / or the duration of the injection and / or the chemical composition of the lubricant 7 in the cylinder liner 4 is determined , The setpoint determined in this way is related to the values measured by the sensor 82.
  • a signal is then generated with the aid of the drive unit 81 to the metering device 6 for controlling the lubricant nozzle 61 so that the lubricant nozzle 61 introduces lubricant 7 into the cylinder liner 4 at the right time and for the correct time period and in the desired chemical composition.
  • the resources used and their properties can play a central role for the optimal lubricant entry , These can also be used to determine the desired value advantageous and constantly monitored during operation by suitable measuring device.
  • Fig. 3 is a further embodiment of a lubricating device according to the invention shown schematically.
  • the Fig. 3 shows a cross section through a cylinder 4 according to Fig. 2 along the section line II. From the representation of Fig. 3 It can be seen that a plurality of lubricant nozzles 61, in the present case four lubricant openings 61 are provided at a common axial position in the cylinder wall 3 at the axial height of the illustrated lower sensor 82, whereby the lubrication in the circumferential direction can be optimized.
  • the representation of the lubricant opening 61 is to be understood by way of example analogously also for the lubricant openings 62, 63 or other lubricant openings, as it is readily apparent to those skilled in the art. It goes without saying that also in the axial direction offset lubrication nozzles 61 may be provided.
  • the lubricating device according to the invention and the method of the present invention not only significantly increase the service life of the piston, piston rings and cylinder running surface, but also simultaneously minimize the lubricant consumption and extend the maintenance intervals appreciably.

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  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung (1) für einen Zylinderliner (4) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, in welchem Zylinderliner (4) ein Kolben (5) entlang einer Längsachse (A) zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) an einer Lauffläche (2) einer Zylinderwand (3) hin- und her bewegbar anordenbar ist. Dabei ist eine erste Schmiermittelöffnung (61) der Schmiervorrichtung (1) derart in einem ersten axialen Abstand (X1) vom oberen Totpunkt (OT) in der Zylinderwand (3) vorgesehen, dass im Betriebszustand ein erstes Schmiermittel mittels der ersten Schmiermittelöffnung (61) in den Zylinderliner (4) einbringbar ist, wobei die Schmiervorrichtung (1) eine zweite Schmiermittelöffnung (62) umfasst, die in einem zweiten axialen Abstand (X2) vom oberen Totpunkt (OT) derart in der Zylinderwand (3) vorgesehen ist, dass im Betriebszustand ein zweites Schmiermittel mittels der zweiten Schmiermittelöffnung (2) in den Zylinderliner (4) einbringbar ist. Erfindungsgemäss ist das durch einen Schmiermittelvorrat (60) der Schmiervorrichtung (1) an der zweiten Schmiermittelöffnung (62) im Betriebszustand bereitgestellte zweite Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung (61) bereitgestellten ersten Schmiermittel. Ferner betrifft die Erfindung ein Schmierverfahren sowie einen Zylinderliner für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung für einen Zylinderliner einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, ein Schmierverfahren zur Schmierung eines Zylinderliners, sowie einen Zylinderliner gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
  • Grossdieselmotoren werden häufig als Antriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betrieb, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei laufen die Motoren in der Regel über beträchtliche Zeiträume im Dauerbetrieb, was hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit stellt. Daher sind für den Betreiber insbesondere lange Wartungsintervalle, geringer Verschleiss und ein wirtschaftlicher Umgang mit Brenn- und Betriebsstoffen zentrale Kriterien für den Betrieb der Maschinen. Unter anderem ist das Kolbenlaufverhalten solcher grossbohrigen langsam laufenden Dieselmotoren ein bestimmender Faktor für die Länge der Wartungsintervalle, die Verfügbarkeit und über den Schmiermittelverbrauch auch unmittelbar für die Betriebskosten und damit für die Wirtschaftlichkeit. Damit kommt der komplexen Problematik der Schmierung von Grossdieselmotoren eine immer grössere Bedeutung zu.
  • Bei Grossdieselmotoren, jedoch nicht nur bei diesen, erfolgt die Kolbenschmierung durch Schmiereinrichtungen im sich hin und her bewegenden Kolben oder in der Zylinderwand, durch die Schmieröl auf die Lauffläche der Zylinderwand aufgebracht wird, um die Reibung zwischen Kolben und Lauffläche und damit die Abnützung der Lauffläche und der Kolbenringe zu minimieren. So liegt heute bei modernen Motoren die Abnutzung der Lauffläche bei weniger als 0.05 mm bei einer Betriebsdauer von 1000 Stunden. Die Schmiermittelfördermenge liegt bei solchen Motoren bei ca. 1.3 g/kWh und weniger und soll nicht zuletzt aus Kostengründen möglichst noch weiter reduziert werden, wobei gleichzeitig der Verschleiss minimiert werden soll.
  • Als Schmiersysteme zur Schmierung der Laufflächen sind ganz verschiedene Lösungen bekannt, sowohl was die konkrete Ausführung der Schmiereinrichtungen selbst, als auch was die Verfahren zur Schmierung angeht. So sind Schmiereinrichtungen bekannt, bei denen das Schmieröl durch mehrere Schmiermittelöffnungen, die in Umfangsrichtung und / oder in axialer Richtung in der Zylinderwand verteilt 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. Dadurch, dass das Schmiermittel bei dieser Methode nicht grossflächig auf die Lauffläche der Zylinderwand, sondern mehr oder weniger punktuell zwischen die Kolbenringe auf die Seitenflächen des Kolbens aufgebracht wird, ist die Verteilung des Schmieröls auf der Lauffläche häufig nur ungenügend gewährleistet, was zu überhöhter Hitzeentwicklung infolge übermässiger Reibung und in letzter Konsequenz lokal zu einem Verschweissen der Kontaktflächen von Kolben und Lauffläche mit darauf folgendem Materialausbruch, also zu einem Kolbenfresser führen kann.
  • Um eine bessere Verteilung des Schmieröls, d.h. um einen gleichmässigeren Schmierölfilm auf der Lauffläche zu gewährleisten, 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 des Dralls, den die Spülluft und damit auch die fein darin verteilten Schmierölpartikel tragen, gegen die Lauffläche der Zylinderwand geschleudert. Bei diesem Verfahren wird zwar ein deutlich gleichmässigerer Schmierölfim auf der Lauffläche erzeugt als bei radialer Schmieröleinspritzung; ein gravierender Nachteil dieses Verfahrens besteht allerdings darin, dass ein nicht unerheblicher Teil des eingesetzten Schmieröls mit der Spülluft weggetragen bzw. beim folgenden Verbrennungstakt mit verbrannt wird. Dadurch entsteht ein unnötig hoher Schmierölverbrauch, was sich deutlich negativ auf die Betriebskosten auswirkt.
  • Bei einem anderen Verfahren sind im sich bewegenden Kolben bevorzugt mehrere Schmiermitteldüsen untergebracht, so dass das Schmiermittel im wesentliche über die gesamte Höhe der Lauffläche an beliebigen Stellen aufgebracht werden kann.
  • Dabei ist neben der Art und Weise wie das Schmiermittel auf die Lauffläche der Zylinderwand aufgebracht wird auch die Dosierung des Schmiermittels ein zentraler Punkt. Die pro Zeit- und Flächeneinheit auf die Lauffläche aufzubringende Menge an Schmiermittel kann im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 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 hohem 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 mehr abhängig. 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 eingefahren 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 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.
  • Dabei sind durchaus auch differenziertere Methoden zur Regulierung der Schmiermittelmenge bekannt. So wird beispielsweise in der CH 613 495 eine Zylindervorrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine offenbart, die zur Verhütung des Fressens von Kolbenringen während des Betriebs abnormale Reibungszustände der Kolbenringe mittels eines Temperatur- oder Vibrationsfühlers detektiert und beim Auftreten solcher Störungen die Schmierölmenge, die von einer bestimmten Schmierstelle abgegeben wird, erhöht. Die EP 0 652 426 zeigt ein Verfahren, bei welchem durch zyklisches Messen der Temperatur in der Zylinderwand das Auftreten von Scuffing bzw. Verschleissfressen anhand eines dafür charakteristischen Temperaturverlaufs erkannt wird und einer entsprechenden Schädigung durch eine automatische Leistungsreduzierung und / oder durch Erhöhung der Schmiermittelzufuhr entgegengewirkt wird. Eine weitere bekannte Methode zum frühzeitigen Erkennen von kritischen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine ist die in der EP 1 006 271 gezeigt Ultraschallmethode, bei welcher mittels in einem Zylinder angeordneten Ultraschallwandlers der Gegenlaufpartner mit Ultraschallsignalen beaufschlagt wird und die reflektierten Echosignale zur Bestimmung des Zustandes des Gegenlaufpartners herangezogen wird.
  • Wird beispielsweise bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung in einem bestimmten Zylinder das Auftreten von Kolbenfressen oder Scuffing detektiert, so wird für diesen Zylinder die Schmiermittelmenge so lange erhöht, bis der detektierte abnormale Betriebszustand wieder verschwindet und die diesem Zylinder pro Zeiteinheit zugeführte Schmiermittelmenge wieder reduziert werden 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 wohlgetrennt 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. Im Stand der Technik wird sowohl der Zustand der Mischschmierung, als auch der Mangelschmierung möglichst verhindert. Das heisst, die Dicke des Schmiermittelfilms wird 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.
  • Traditionell wird dabei die gesamte Zylinderlauffläche eines Motors, z.B. die eines Zweitakt-Grossdieselmotors mit nur einem Typ Öl geschmiert. Damit das verwendete Schmieröl für alle im Betrieb möglicherweise auftretenden Schmierbedingungen seine Funktion erfüllen muss, nämlich den Motor vor Schädigungen ausreichend zu schützen, wird ein Schmierölverwendet, das auch für die extremsten im Brennraumbereich zu erwartenden Situationen optimiert wurde. Es liegt auf der Hand, dassein solches Schmieröl wesentlich teurer ist als ein Schmieröl, das für weniger extreme Situationen ausgelegt ist, also z.B. weniger teure Additive enthält. Die Optimierung des Schmieröls auf die am extremsten zu erwartenden Bedingungen führt somit zwangsläufig zu sehr hohen Kosten, im Prinzip unnötig hohen Kosten für das Schmieröl.
  • Dazu kommt, dass die Motoren immer komplexer werden. So werden am Markt auch im Grossdieselmotor Sektor neben den klassischen Zweitakt-Grossdieselmotoren, die z.B. Schweröl oder Dieselöl verbrennen, neben reinen Gasmotoren zunehmend auch sogenannte Dual-Fuel Motoren nachgefragt, die gleichzeitig oder alternativ flüssige und / oder gasförmige Treibstoffe verbrennen können, also z.B. gleichzeitig und / oder alternativ Dieselöl und / oder Schweröl und / oder Gas wie Erdgas, Methan oder anderes Gas verbrennen können.
  • Die damit einhergehende im komplexer werdende Motorentechnik stellt dementsprechend auch immer komplexere Anforderungen an das zu verwendende Schmieröl. Aber auch an sich ständig verschärfende Emissionsvorschriften oder z.B. aber auch an immer schärfere Partikelgesetze werden die Zylinderschmierung in Zukunft immer komplexere Anforderungen stellen.
  • Bei den heute aus dem Stand der Technik bekannten Zweitakt-Grossdieselmotoren sind typischerweise bei ca. 20 - 30% des Kolbenhubes, gemessen vom oberen Totpunkt OT des Kolbens, meist mehrere, in Umfangsrichtung verteilte Schmieröldüsen vorgesehen, über welche das Schmieröl in die Zylinderliner bzw. auf die Lauffläche der Zylinderliner aufbringbar ist. Zum Teil werden dabei auch Schmieröldüsen an zwei verschiedenen Niveaus vorgesehen. Die Schmieröldüsen des oberen Niveaus befinden sich dabei z.B. im Bereich von ca. 10% des Kolbenhubes gemessen von OT, während die Schmieröldüsen des unteren Niveaus bei ca. 30% des Kolbenhubes gemessen von OT angeordnet sind. Beiden Niveaus wird dabei wie oben erwähnt dasselbe sehr hochwertige und teure Schmieröl zugeführt.
  • Korrosiver Verschleiss findet dabei dominant hauptsächlich im Bereich des oberen Totpunkts OT statt. Dort ist die Lauffläche der Zylinderliner nämlich den konzentrierten Verbrennungsgasen ausgesetzt. Andererseits lastet aber auch der höchste Druck auf den Kolbenringen und die geringe Geschwindigkeit der Kolbenringe lässt hier nur schwer oder gar keinen zuverlässigen Aufbau eines Schmierölfilms zu. In den tieferen Regionen von OT her gemessen nehmen dagegen erfahrungsgemäss Verschleiss und auch die korrosiven Angriffe auf die Graugusslauffläche der Zylinderliner eher ab.
  • Die Anforderungen an das Schmier- und Neutralisationsmittel im Schmieröl sind also vielfältig. Somit ist es bis heute letztlich so, dass die Schmierung eines Zylinderliners, insbesondere bei einem Zweitakt-Grossdieselmotor, ganz gleich ob klassischer Dieselmotor, reiner Gasmotor oder Dual-Fuel-Motor bis heute immer nur ein Kompromiss ist, der zudem wie oben erläutert durch die Verwendung von qualitativ sehr hochwertigem Schmieröl auch noch teuer erkauft werden muss. Nämlich durch ein Schmieröl, welches für die kritischsten Situationen im Zylinderliner ausgelegt, aber zur Schmierung der ganzen Lauffläche verwendet werden muss, also auch dort, wo keine sehr hohen Anforderungen an die Qualität des Schmieröls gestellt sind. Dabei verschärft der Trend zu sehr langhubigen Motoren mit immer höheren Zünddrücken die angesprochenen Probleme noch zusätzlich.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schmieren einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorzuschlagen, wodurch die aus dem Stand der Technik bekannten oben angesprochenen Probleme vermieden werden und den immer komplexeren Anforderungen an die Zylinderschmierung auch zukünftig Rechnung getragen werden kann. Dabei soll durch die Erfindung die Schmierung in jedwedem Typ von Motor, also z.B. sowohl in klassischen Diesel oder Schwerölbetriebenen Motoren, als auch in reinen Gasmotoren und insbesondere auch in den modernen Dual-Fuel Motoren nicht nur entscheidend verbessert werden, sondern letztlich auch die Kosten für die Schmierung der Laufflächen der Zylinderliner deutlich reduziert werden.
  • Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
  • Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die Erfindung betrifft somit eine Schmiervorrichtung für einen Zylinderliner einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, in welchem Zylinderliner ein Kolben entlang einer Längsachse zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt an einer Lauffläche einer Zylinderwand hin- und her bewegbar anordenbar ist, wobei eine erste Schmiermittelöffnung der Schmiervorrichtung derart in einem ersten axialen Abstand vom oberen Totpunkt in der Zylinderwand vorgesehen ist, dass im Betriebszustand ein erstes Schmiermittel mittels der ersten Schmiermittelöffnung in den Zylinderliner einbringbar ist und die Schmiervorrichtung eine zweite Schmiermittelöffnung umfasst, die in einem zweiten axialen Abstand vom oberen Totpunkt derart in der Zylinderwand vorgesehen ist, dass im Betriebszustand ein zweites Schmiermittel mittels der zweiten Schmiermittelöffnung in den Zylinderliner einbringbar ist. Erfindungsgemäss ist das durch einen Schmiermittelvorrat der Schmiervorrichtung an der zweiten Schmiermittelöffnung im Betriebszustand bereitgestellte zweite Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung bereitgestellten ersten Schmiermittel.
  • Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass zum Erreichen eines optimalen Betriebszustands der Hubkolbenbrennkraftmaschine ein Zustandsparameter, im Speziellen der BN-Wert des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche des Zylinders, bevorzugt lokal optimiert werden sollte.
  • Das heisst, primär entscheidend ist nicht wie früher davon ausgegangen wurde, die zugeführte Menge an Schmiermittel als solches oder zum Beispiel nur die aktuelle bzw. lokale Dicke des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche des Zylinders zu optimieren, sondern es hat sich durch die vorliegende Erfindung erstmals gezeigt, dass der BN-Wert des Schmiermittels und damit des Schmiermittelfilms auf der Zylinderlauffläche in Anhängigkeit vom Abstand vom oberen Totpunkt des Kolbens auf der Zylinderlauffläche, je nach Betriebszustand bzw. je nach Typ der Hubkolbenbrennkraftmaschine, lokal zu optimieren ist. Dabei wird bevorzugt ein Sollwert für einen Zustandsparameter, der unter anderem vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, den Eigenschaften der verwendeten Betriebsmittel wie Treibstoff usw. abhängen kann, zur Optimierung des BN-Wertes herangezogen.
  • Die Erfindung stellt daher ein Schmierkonzept bereit, bei welchem entlang der Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Motors, unterschiedliche Typen von Schmierstoffen vorgesehen werden. Beispielweise im Bereich des oberen Totpunktes einen Schmierstoff mit hoher Additivierung und sehr hoher thermischen Stabilität, z.B. ein BN160, SAE 80 Öl mit 0.2g/kWh Schmiermenge. Für Gasmotoren kann beispielweise ein spezielles Schmiermittel eingebracht werden, das unter Umständen die nicht vorhandene Schmierwirkung der Russpartikel ergänzt oder weniger Ablagerungen verursacht welche Frühzündungen verursachen könnten.
  • Im Bereich der höheren Kolbengeschwindigkeit könnte ein günstigeres niedriger viskoses Schmieröl eingespritzt werden mit angepasster Additivierung, wie z.B. ein BN 70, SAE50 Öl und 0.4g/kWh Schmiermenge. Diese Schmierstoffe könnten im Speziellen auch komplett unterschiedlicher Natur sein. Sie können aber auch beispielweise aus einem günstigen Basis Zylinder Öl wie z.B aus einem BN70 durch Zugabe von Additiven und anderen Stoffen verändertwerden, um ein z.B. ein BN160 zu erhalten.
  • Die Schmierniveaus können auch im Besonderen nur bei Bedarf zugeschaltet werden, um beispielweise das Umschalten in und aus den "Emission Control Area" (ECA) Gebieten, in welchen auf See z.B. besondere Abgasvorschriften für Schiffe gelten, so einfach wie möglich für die Besatzung zu gestallten.
  • Zusammengefasst ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Schmierung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweittakt-Grossdieselmotor, mit jeweils den Anforderungen gerechten Schmiermitteln zu optimieren und dadurch die Betriebskosten bei gleichzeitig gesteigerter Zuverlässigkeit und reduzierten Wartungsintervallen also bei höheren Standzeiten zu reduzieren.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung können dem Motor anstelle von nur einem Schmier- und / oder Neutralisationsmittel, über den Hub verteilt, mehrere Schmiermittel, die für die vorherrschenden Zustände optimiert wurden, zugeführt werden. Im Bereich des oberen Totpunkts beispielweise ein Schmiermittel, das extremen Temperaturen, Drücken und Schwefelsäure Korrosion trotzen kann, und im tieferen Bereich, weiter entfernt vom oberen Totpunkt, ein für die vorherrschende Kolbengeschwindigkeit optimiertes Schmiermittel, das die Kolbenringe sicher auf der Lauffläche aufschwimmen lässt.
  • Oder im Bereich der Spühlschlitze ein Schmiermittel, das nicht abtropft und die Kolbenringe im Mischreibungsbereich nicht mit der Lauffläche in Berührung kommen lässt. Diese Mittel müssten also auf diversen Niveaus in den Zylinder eingebracht werden. Möglich sind bevorzugt zwei bis drei, oder auch mehr unterschiedliche Niveaus für die Schmiermittelöffnungen. Dazu können an sich bekannte Düsen oder Fördervorrichtungen verwendetwerden.
  • Bevorzugt werden Schmieröl Fördervorrichtungen verwendet, mit welchen flexibel die verschiedenen Einspritzniveaus zu- bzw. abgeschaltet werden können. Besonders vorteilhaft braucht ein Zylinder nur eine Schmiermittel Pumpe welche mehrere Schmiermittel fördern kann und dieunabhängig voneinander gefördert werden können. Die Verteilung auf der Lauffläche des Zylinderliners kann durch ebenfalls an sich bekannte Nutenformen oder entsprechend profilierte Kolbenringe erfolgen.
  • Der Einspritzzeitpunkt der unteren Niveaus kann zum Beispiel aber nicht notwendig bei noch geöffnetem Auspuffventil, der der oberen Niveaus bei geschlossenem Ventil erfolgen. Im Bereich des oberen Totpunkts kann das Schmiermittel z.B. vor oder in das Kolbenringpaket gespritzt werden. Die unteren Niveaus könnten das Schmiermittel oberhalb, direkt in das Ringpacket, aber auch unterhalb des Kolbens spritzen.
  • Auch ist es möglich, in ECA Gebieten, in welchen z.B. Brennstoffe mit sehr tiefem Schwefel Gehalt bevorzugt verwendet werden, ein zweites Niveau alleine mit Schmieröl zu versorgen und beim Umschalten auf Schweröl mit höherem Schwefelgehalt das oberste Niveau zuschalten. Weiter kann bei speziellen Motorbelastungen oder Zuschalten von Abgasnachbehandlungs- Systemen oder Abgas Bypass Ventilen dem obersten Niveau eine höhere Menge zugeführt werden. Für sehr tiefe Lastbereiche kann auch nur z.B. das zweitoberste Niveau zur Schmierung der Zylinderlauffläche verwendet werden. Ein solche "Multi Lube" Schmiervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung bietet somit viele neue Möglichkeiten, die Zylinderliner mit der kleinsten nötigen Schmiermittelmenge bei einem exakt abgestimmten BN-Wert zu betrieben. Und das bei massiv verbesserter Zuverlässigkeit.
  • Wie dem Fachmann wohlbekannt, ist das Schmier- und Neutralisationsmittel heute traditionell ein Schmieröl mit einem fixen BN Gehalt. In manchen Fällen lässt sich auch ein Basis System Öl mit sehr tiefem von z.B. BN 5-10 und SAE30 Wert verwenden unddieses mittels Additiven auf einen höheren BN Wert verändern. Ebenfalls ist es bekannt, BN Werte von BN100 Ölen durch Zumischung von System Öl zu reduziert.
  • Weil das Mitführen von mehreren Schmierölen an Bord oftmals nicht einfach zu bewerkstelligen ist, kann beispielweise das vorhandene Zylinder Öl_(nicht System Öl) auch mittels Zugabe von entsprechenden Additiven_auf ein höheres BN- und / oder Viskositätsniveau gebracht werden, in der Regel jedoch nicht umgekehrt.
  • So ist es möglich, für das Schmierniveau im Bereich des oberen Totpunkts, wo der Kolben eine Geschwindigkeit von z.B. zwischen 0 - 2m/s aufweist ein Schmiermittel zu verwenden, dass einen sehr hohen BN Wert aufweist, z.B. zwischen 70 - 250 aber auch eine hohe Viskosität zwischen SAE 50 und 180, bei Schmiermengen dieses sicherlich teureren Produktes von z.B. 0.1 - 0.6g/kWh. Auch können die unteren Schmierniveaus mit Zylinder Ölen mit BN Werten zwischen 15 - 100 abhängig von der Treibstoff Qualität versorgt werden. Diese Niveaus können bevorzugt in einem Bereich mit Kolbengeschwindigkeit von ca. 2-15m/s platziert werden. Bei Verwendung eines günstigeren Schmieröles können auch Schmierölmengen von z.B. 0.2 - 0.9g/kWh in der Praxis akzeptiert werden.
  • Auch ist es möglich, dass gemäss der sogenannten "Stribeck Kurve" ein erster Schmierstoff für einen ersten Bereich mit Haftreibung bis Grenzreibung, ein zweiter Schmierstoff für einen zweiten Bereich mit Mischreibung und ein dritter Schmierstoff für einen dritten Bereich mit Flüssigkeitsreibung verwendet wird. Mischformen sind natürlich auch möglich.
  • In speziellen Fällen ist es sogar vorstellbar, dass im Bereich des Zünd OT's, also im Bereich des oberen Totpunkts wor die Zündung des Brennstoffs einsetzt, anstelle von klassischem Schmieröl alternative Stoffe auf die Lauffläche zu fördern. Beispielweise Stoffe, die der Korrosion aber auch dem Anfressen der Kolbenringe bei höchsten Drücken und Temperaturen entgegenwirken. Denkbar sind hier z.B. trockene Stoffe oder pastenförmige Stoffe, die bei höheren Temperaturen flüssig und damit förderbar werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die zweite Schmiermittelöffnung im Bereich von Spülschlitzen des Zylinderliners angeordnet, wobei in der Praxis eine dritte Schmiermittelöffnung in Bezug auf die Längsachse zwischen der ersten Schmiermittelöffnung und der zweiten Schmiermittelöffnung in der Zylinderwand vorgesehen sein kann.
  • Dabei kann zum Beispiel ein durch den Schmiermittelvorrat der Schmiervorrichtung an der dritten Schmiermittelöffnung im Betriebszustand bereitgestelltes drittes Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung bereitgestellten ersten Schmiermittel und / oder verschieden von dem an der zweiten Schmiermittelöffnung bereitgestellten zweiten Schmiermittel sein. Dabei ist in der Praxis häufig mindestens eine Schmiermittelpumpe zur Förderung des ersten Schmiermittels und / oder des zweiten Schmiermittels und / oder des dritten Schmiermittels vorgesehen, wobei besonders bevorzugt mindestens zwei verschiedene Schmiermittel, bevorzugt alle verwendeten Schmiermittel durch ein und dieselbe Schmiermittelpumpe förderbar sind.
  • In einem für die Praxis wichtigen Ausführungsbeispiel ist mittels einer Ansteuereinheit die Zufuhr des ersten Schmiermittels zur ersten Schmiermittelöffnung und / oder die Zufuhr des zweiten Schmiermittels zur zweiten Schmiermittelöffnung und / oder die Zufuhr des dritten Schmiermittels zur dritten Schmiermittelöffnung, im Speziellen unter Verwendung von geeigneten Sensoren, Betriebszuständen und / oder durch Verwendung von "Look-Up Tabellen" in an sich bekannter Weise steuer- und / oder regelbar.
  • Das heisst, eine erfindungsgemässe Schmiervorrichtung kann einen geeigneten Sensor, der z.B. die Messung einer charakteristischen Kenngrösse des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche der Zylinderwand gestattet, umfassen, so dass mit Hilfe einer Ansteuereinheit die meist als Schmiermitteldüsen ausgestalteten Schmiermittelöffnungen derart angesteuert werden können, dass der Zustandsparameter des Schmiermittelfilms, insbesondere der BN-Wert des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche optimierbar ist.
  • Dabei kann der Zustand des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche der Zylinderwand durch unterschiedliche Parameter bestimmt sein. So kann die charakteristische Kenngrösse neben dem BN-Wert unter anderem die Dicke des Schmiermittelfilms und / oder die Temperatur und / oder die Viskosität und / oder der Wassergehalt und / oder der Säuregehalt des Schmiermittelfilms sein und somit den Ist-Zustand des Schmiermittelfilms bestimmen. Daher kann durch Messung von einer oder mehrerer dieser charakteristischen Kenngrössen der Zustand des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche der Zylinderwand bestimmt werden.
  • Während bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die zugeführte Schmiermittelmenge beim Auftreten von erhöhter Reibung zwischen den Gegenlaufpartnern im Zylinder, z.B. beim Auftreten von Scuffing, zur Verbesserung der Reibeigenschaften einfach erhöht wird, wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Zufuhr durch die Schmiermitteldüse derart gesteuert und / oder geregelt, dass sich ein optimaler Wert des BN-Werts des Schmiermittelfilms einstellt, wodurch die tribologischen Laufeigenschaften optimiert werden. Selbstverständlich kann der Zustandsparameter ausser dem BN-Wert auch die Dicke des Schmiermittelfilms und / oder die Temperatur und / oder die Viskosität und / oder der Wassergehalt und / oder der Säuregehalt des Schmiermittelfilms sein.
  • Daher ist es gemäss der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass neben dem BN-Wert entweder nur einer dieser Zustandsparameter optimiert wird, oder zwei oder mehrere dieser Zustandsparameter gleichzeitig optimiert werden.
  • Insbesondere ist weder die Liste der zuvor genannten Kenngrössen noch die Liste der genannten Zustandsparameter abschliessend zu verstehen. Auch andere Eigenschaften des Schmiermittelfilms können vorteilhaft als charakteristische Kenngrössen des Schmiermittelfilms herangezogen werden und entsprechend als Zustandsparameter optimiert werden. Es versteht sich darüber hinaus, dass zur Optimierung eines bestimmten Zustandsparameters, insbesondere zur Optimierung des BN Wertes oder der Dicke des Schmiermittelfilms auf der Lauffläche der Zylinderwand, unter Heranziehung jeder geeigneten Kenngrösse erfolgen kann.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schmierverfahren zur Schmierung eines Zylinderliners mittels einer Schmiervorrichtung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, in welchem Zylinderliner ein Kolben entlang einer Längsachse zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt an einer Lauffläche hin- und her bewegt wird. Dabei ist eine erste Schmiermittelöffnung der Schmiervorrichtung in einem ersten axialen Abstand vom oberen Totpunkt in einer Zylinderwand vorgesehen und ein erstes Schmiermittel wird mittels der ersten Schmiermittelöffnung in den Zylinderliner eingebracht, wobei die Schmiervorrichtung eine zweite Schmiermittelöffnung umfasst, die in einem zweiten axialen Abstand vom oberen Totpunkt in der Zylinderwand vorgesehen ist und ein zweites Schmiermittel mittels der zweiten Schmiermittelöffnung in den Zylinderliner eingebracht wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird das durch einen Schmiermittelvorrat der Schmiervorrichtung an der zweiten Schmiermittelöffnung bereitgestellte zweite Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung bereitgestellten ersten Schmiermittel gewählt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die zweite Schmiermittelöffnung im Bereich von Spülschlitzen des Zylinderliners angeordnet ist, wobei eine dritte Schmiermittelöffnung in Bezug auf die Längsachse zwischen der ersten Schmiermittelöffnung und der zweiten Schmiermittelöffnung in der Zylinderwand vorgesehen sein kann.
  • Dabei kann durch den Schmiermittelvorrat der Schmiervorrichtung an der dritten Schmiermittelöffnung ein drittes Schmiermittel bereitgestellt wird, das verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung bereitgestellten ersten Schmiermittel und / oder verschieden von dem an der zweiten Schmiermittelöffnung bereitgestellten zweiten Schmiermittel ist, und / oder wobei das erste Schmiermittel und / oder des zweite Schmiermittel und / oder das dritte Schmiermittel durch mindestens eine Schmiermittelpumpe gefördert wird, wobei vorteilhaft mindestens zwei verschiedene Schmiermittel, im Speziellen alle verwendeten Schmiermittel durch ein und dieselbe Schmiermittelpumpe gefördert werden.
  • Bei einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel kann mittels einer Ansteuereinheit die Zufuhr des ersten Schmiermittels zur ersten Schmiermittelöffnung und / oder die Zufuhr des zweiten Schmiermittels zur zweiten Schmiermittelöffnung und / oder die Zufuhr des dritten Schmiermittels zur dritten Schmiermittelöffnung gesteuert- und / oder geregelt werden.
  • Dabei kann beispielsweise ein Istwert eines Zustandsparameters, insbesondere in an sich bekannter Weise mittels eines Sensors erfasst werden und / oder ein Sollwert eines Zustandsparameters in Abhängigkeit von einem Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von einer Drehzahl und / oder einer Last und / oder einer Zylindertemperatur und / oder eines anderen Betriebsparameters und / oder in Abhängigkeit von einer Zusammensetzung eines Brennstoffs, des Schmiermittels und / oder anderer Betriebsstoffe, insbesondere mit Hilfe einer Lookup-Table, die im Speziellen in Form eines mehrdimensionalen Datenfeldes vorliegt, bestimmt werden. Dabei ist der Zustandsparameter besonders bevorzugt ein BN-Wert eines Schmiermittelfilms auf den zum Beispiel ein vorgegebener Sollwert, im Speziellen lokal optimiert wird.
  • Der Sensor kann beispielweise im Kolben und / oder in einem Kolbenring und / oder in der Zylinderwand und / oder in einem Zylinderdeckel des Zylinderliners und / oder in einem anderen Bauteil der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sein.
  • Bei einem für die Praxis immer wichtiger werdenden Ausführungsbeispiel wird der ersten Schmiermittelöffnung und / oder der zweiten Schmiermittelöffnung und / oder der dritten Schmiermittelöffnung das Schmiermittel nach einem vorgegebenen Schema zugeführt oder nicht zugeführt wird, insbesondere in Abhängigkeit von einer aktuell einzuhaltenden Umweltschutzvorschrift zugeführt oder nicht zugeführt wird.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren kann dabei eine oder mehrere der charakteristischen Kenngrössen, wie den BN-Wert oder zum Beispiel die tatsächliche Dicke des Schmiermittelfilms berücksichtigen und kann durch geeignete Steuerung der Schmiermittelzufuhr einen oder mehrere Zustandsparameter, z.B. den BN-Wert oder die optimale Dicke des Schmiermittelfilms einregeln.
  • Dadurch wird nicht nur die Schmierung optimiert, sondern der Schmiermittelverbrauch wird darüber hinaus automatisch bei gleichzeitiger Optimierung der Laufeigenschaften minimiert.
  • Bevorzugt wird dabei der Zustandsparameter, insbesondere der BN-Wert oder die Dicke des Schmiermittelfilms lokal optimiert. Dazu können, zum Beispiel in der Zylinderwand oder im Kolben der Hubkolbenbrennkraftmaschine, eine oder mehrere, meist in Form von Schmiermitteldüsen ausgestaltete Schmierölöffnungen vorgesehen sein, die entweder einzeln oder in Gruppen durch die Ansteuereinheit angesteuert werden und vorteilhaft an verschiedenen Positionen sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung über die Zylinderwand verteilt oder sogar im sich bewegenden Kolben vorgesehen sein können.
  • Somit kann insbesondere in ein und demselben Zylinder an einem und / oder verschiedenen Orten der Lauffläche zur gleichen Zeit und / oder zu verschiedenen Zeiten durch zwei oder mehr verschiedene Schmiermitteldüsen jeweils verschiedene Schmiermittel oder jeweils eine unterschiedliche Menge an Schmiermittel zugeführt werden, so dass unabhängig voneinander an verschiedenen Orten auf der Lauffläche der Zylinderwand der Schmiermittelfilm bzw. ein Zustandsparameter optimiert wird. Insbesondere kann durch geeignete Wahl des Zeitpunktes und / oder des Ortes der Schmiermittelzufuhr das Schmiermittel beispielsweise in Laufrichtung des Kolbens auf der Lauffläche des Zylinderliners besser verteilt werden, indem das Schmiermittel kurz bevor oder genau wenn der Kolben eine bestimmte Schmiermitteldüse passiert, durch diese bestimmte Schmiermitteldüse zugeführt wird. Das heisst, je nach Bewegung des Kolbens in Richtung zum oberen Totpunkt oder davon weg ist so das Schmiermittel auf der Lauffläche des Zylinders in der jeweiligen Richtung optimal verteilbar und der BN-Wert optimal einstellbar.
  • Schliesslich betrifft die Erfindung auch einen Zylinderliner für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, im Speziellen Dieselmotor oder Gasmotor oder Dula-Fuel Motor mit einer Schmiervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung bzw. ist betreibbar gemäss einem Schmierverfahren der Erfindung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Zylinderliner mit einer erfindungsgemässen Schmiervorrichtung;
    Fig. 2
    schematisch ein erfindungsgemässes Schmierverfahren unter Verwendung einer Lookup-Table;
    Fig. 2a
    eine Lookup-Table zur Ermittlung eines Sollwerts für den BN-Wert oder anderer Betriebsparameter des Schmiermittelfilms;
    Fig. 3
    mehrerer in Umfangsrichtung verteilte Schmiermitteldüsen.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Zylinderliner 4 eines Zweitakt-Grossdieselmotors mit einer erfindungsgemässen Schmiervorrichtung 1 im Schnitt dargestellt. Der Zweitakt-Grossdieselmotor der Fig. 1 umfasst eine Mehrzahl von Zylinderlinern 4, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit exemplarisch nur ein Zylinderliner 4 dargestellt ist. Der Zylinderliner 4 umfasst eine Zylinderwand 3, die einen Innenraum 43 des Zylinders 4 in an sich bekannter Weise in Umfangsrichtung begrenzt. Innerhalb des Zylinderliners 4 ist ein Kolben 5 vorgesehen, der bezüglich einer Längsachse A des Zylinderliners 4 entlang einer Lauffläche 2 an der Zylinderwand 3 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die Lauffläche 2 ist auf einer inneren Oberfläche 42 der Zylinderwand 3 vorgesehen. In der Zylinderwand 3 ist eine erste Schmiermittelöffnung 61, eine zweite Schmiermittelöffnung 62 und eine dritte Schmiermittelöffnung angeordnet, die von einer Dosiereinrichtung 6 in an sich bekannter Weise mit Schmiermittel 7 gespeist werden, so dass im Betriebszustand ein Schmiermittelfilm auf die Lauffläche 2 der Zylinderwand 3 aufgebracht werden kann.
  • Weiterhin ist eine Sensoreinrichtung 8 mit einer Ansteuereinheit 81 vorgesehen, und die Ansteuereinheit 81 steht mit der Dosiereinrichtung 6 eines Schmiermittelvorrats 60 und einem Sensor 82 in Verbindung, welcher Ssensor 82 im Betriebszustand mit dem Innenraum 43 des Zylinders 4 messtechnisch kommunizierend in Verbindung steht und derart mit der Dosiereinrichtung 6 signalverbunden ist, dass im Betriebszustand in Bezug auf die Längsachse A des Zylinderliners 4 eine Position X des Kolbens 5 mittels des Positionssensors 82 detektierbar ist, und das Schmiermittel 7 in Abhängigkeit von der detektierten Position X des Kolbens 5 durch die Schmiermitteldüse 61 in den Zylinder 3 einbringbar ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind in axialer Höhe und / oder in Umfangsrichtung weitere Sensoren vorgesehen, die ebenfalls Positionssensoren sein können aber im Speziellen Sensoren sind, mit welchen ein Zustandsparameter des Schmiermittelfilms, insbesondere der BN-Wert des Schmiermittelfilms 41 bestimmt werden kann.
  • Die Ansteuereinheit 81 umfasst dabei bevorzugt eine hier nicht explizit dargestellte Datenverarbeitungsanlage, mit welcher die Signale des Sensors 82 ausgewertet werden können, so dass die Schmiermitteldüsen 61, 63, 62 derart angesteuerbar sind, dass das Schmiermittel 7 zu einem optimalen Zeitpunkt und in optimaler chemischer Zusammensetzung, also z.B. mit einem optimalen BN-Wert in den Zylinderliner 4 einbringbar ist. Im speziellen Beispiel der Fig. 1 ist die Schmiervorrichtung 1 so ausgestaltet und wird so betrieben, dass das Schmiermittel auf das Kolbenhemd des Kolbens 5, bevorzugt in die Kolbenringpackung gespritzt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Einspritzung des Schmieröls auch bei einem anderen Kurbelwinkel erfolgen.
  • Dabei ist die erste Schmiermittelöffnung 61 der Schmiervorrichtung 1 derart in einem ersten axialen Abstand X1 vom oberen Totpunkt OT in der Zylinderwand 3 vorgesehen, dass im Betriebszustand ein erstes Schmiermittel mittels der ersten Schmiermittelöffnung 61 in den Zylinderliner 4 einbringbar ist. Dabei umfasst die Schmiervorrichtung 1 eine zweite Schmiermittelöffnung 62, die in einem zweiten axialen Abstand X2 vom oberen Totpunkt OT derart in der Zylinderwand 3 vorgesehen ist, dass im Betriebszustand ein zweites Schmiermittel mittels der zweiten Schmiermittelöffnung 2 in den Zylinderliner 4 einbringbar ist. Gemäss der Erfindung ist das durch den Schmiermittelvorrat 60 der Schmiervorrichtung 1 an der zweiten Schmiermittelöffnung 62 im Betriebszustand bereitgestellte zweite Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung 61 bereitgestellten ersten Schmiermittel.
  • Im speziellen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die zweite Schmiermittelöffnung 62 im Bereich von Spülschlitzen 40 des Zylinderliners 4 angeordnet, wobei eine dritte Schmiermittelöffnung 63 in Bezug auf die Längsachse A zwischen der ersten Schmiermittelöffnung 61 und der zweiten Schmiermittelöffnung 62 in der Zylinderwand 3 vorgesehen ist.
  • Das durch den Schmiermittelvorrat 60 der Schmiervorrichtung 1 an der dritten Schmiermittelöffnung 63 bereitgestellte dritte Schmiermittel ist dabei verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung 61 bereitgestellten ersten Schmiermittel und / oder verschieden von dem an der zweiten Schmiermittelöffnung 62 bereitgestellten zweiten Schmiermittel. Das über die zweite Schmiermittelöffnung 62 bereitgestellte zweite Schmiermittel ist dabei wie oben erläutert für den Einsatz im bereich der Spülschlitze 40 optimiert.
  • Die Schmiermittel werden durch eine nicht näher dargestellte, an sich bekannte Schmiermittelpumpe zu den Schmiermittelöffnungen 61, 62, 63 gefördert, wobei mindestens zwei verschiedene Schmiermittel, bevorzugt alle verwendeten Schmiermittel durch ein und dieselbe Schmiermittelpumpe gefördert werden.
  • In Fig. 2 ist schematisch eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante mit zwei an unterschiedlichen axialen Höhen angeordneten Sensoren 82 zur Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt, wobei ein Sollwert für den Zweitpunkt und / oder für die Zeitdauer und / oder die Menge an Schmiermittel des Einspritzens und oder für die chemische Zusammensetzung, insbesondere BN-Wert des Schmiermittels 7 in den Zylinderliner 4 in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern B der Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und / oder der Last und / oder der Zylindertemperatur und / oder eines anderen Betriebsparameters B und / oder in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffs und / oder des Schmiermittels und / oder anderer Betriebsstoffe, mit Hilfe einer Look-up Table LT, die hier im speziellen Beispiel in Form eines mehrdimensionalen Datenfeldes vorliegt, bestimmt wird. Der Zeitpunkt und / oder die Dauer und / oder die Menge und / oder die chemische Zusammensetzung der Schmiermitteleinspritzung wird dabei im Betriebszustand der Hubkolbenbrennkraftmaschine zum Beispiel auf den mit Hilfe der Look-Up Tabelle LT ermittelten Sollwert optimiert.
  • Mittels des Sensors 8, der zum Beispiel ein passiver Körperschallsensor zur Detektion von Körperschallwellen aus der Hubkolbenbrennkraftmaschine, chemischer Sensor oder jeder andere geeignete Sensor sein kann und der selbstverständlich auch z.B. in einem hier nicht dargestellten Zylinderdeckel und / oder in einem dem Zylinderliner 4 benachbarten Bauteil der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sein kann, wird zum Beispiel eine mit der aktuellen Position X des Kolbens 5 bzw. eine mit dem zeitlichen Verlauf der Position X korrespondierende Messgrösse oder eine andere oben bereits erläuterte Messgrösse bestimmt und der gemessene Wert der Ansteuereinheit 81, die insbesondere eine Datenverarbeitungsanlage sowie Regelmittel umfassen kann, zugeführt. Dabei sind bevorzugt, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, mehrere in axialer Richtung A, oder auch in Umfangsrichtung zueinander versetzte Positionssensoren 82 zur Bestimmung der Position X des Kolbens 5 vorgesehen.
  • Es versteht sich, dass in der Praxis vorteilhaft auch andere Typen von Sensoren 82 einsetzbar sind. Besonders bevorzugt kommen wie in Fig. 3 beschrieben auch Drucksensoren 82 zum Einsatz, mit welchen dsich er Gasdruck bzw. die Zeitabhängigkeit des Gasdrucks im Inneren des Zylinders 4 messen lässt, Druckkenngrössen, die in charakteristischer Weise mit der Position X des Kolbens 5 oder der chemischen Zusammensetzung des Schmiermittelfilms im Zylinder 4 zusammenhängen oder andere Kenngrössen ermitteln.
  • Zusätzlich können noch weitere, in den Figuren nicht dargestellte Messeinrichtungen vorgesehen sein, die verschiedene Betriebsparameter B, wie zum Beispiel unter anderem die Drehzahl, die Last oder die Zylindertemperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine ermitteln und diese gegebenenfalls zusätzlich der Ansteuereinrichtung 81 zuführen.
  • Zur Ermittlung eines Sollwerts für den Zeitpunkt und / oder die Zeitdauer und / oder die chemische Zusammensetzung, insbesondere BN-Wert des Schmiermittelfilms 41 zur korrekten Einspritzung des Schmiermittels 7 in den Zylinderliner 4 kann wie bereits erwähnt eine Look-UpTabelle LT herangezogen, die in schematischer Weise beispielhaft in Fig. 2a dargestellt ist. Die Look-UpTabelle LT ist dabei ein zwei- oder mehrdimensionales Datenfeld, mit dessen Hilfe zum Beispiel aus verschiedenen relevanten aktuellen und / oder für die Hubkolbenbrennkraftmaschine spezifischen globalen Betriebsparametern B und / oder in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der verwendeten Betriebsstoffe, insbesondere dem Treibstoff oder dem eingesetzten Schmiermittel, und / oder unter Berücksichtigung anderer relevanter Faktoren, wie zum Beispiel spezieller Umwelt- oder Abgasvorschriften in speziellen Betriebszuständen oder Betriebsorten ein aktueller Zeitpunkt und / oder die Zeitdauer der Einspritzung und / oder die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels 7 in den Zylinderliner 4 ermittelt wird. Der so ermittelte Sollwert wird mit den durch den Sensor 82 Messwerten in Beziehung gesetzt. Daraus wird sodann mit Hilfe der Ansteuereinheit 81 ein Signal an die Dosiereinrichtung 6 zur Ansteuerung der Schmiermitteldüse 61 generiert, so dass die Schmiermitteldüse 61 zum richtigen Zeitpunkt und für die richtige Zeitdauer und in der gewünschten chemischen Zusammensetzung Schmiermittel 7 in den Zylinderliner 4 einbringt.
  • Das heisst, in der Look-UpTabelle LT sind verschiedene, für die Ermittlung eines optimalen Schmiermitteleintrags in den Zylinderliner 4 relevanten Daten gespeichert. Zusätzlich werden bevorzugt mit geeigneten Einrichtungen, die im wesentlichen für Hubkolbenbrennkraftmaschinen bereits bekannt sind, aktuelle Betriebsparameter B wie beispielsweise Drehzahl und / oder Last und / oder Zylindertemperatur und / oder die Temperatur im Brennraum und / oder andere aktuelle Betriebsparameter B bestimmt, aus denen dann gemeinsam mit den in der Lookup-Table LT hinterlegten Daten der Sollwert für einen optimalen Schmiermitteleintrag in den Zylinder 4 für jeden Betriebszustand immer wieder neu bestimmt wird. Da insbesondere unter anderem auch die verwendeten Betriebsmittel und deren Eigenschaften, zum Beispiel der verwendete Treibstoff, vor allem dessen Schwefelgehalt und / oder die Art des verwendeten Schmiermittels und / oder der BN-Wert des Schmiermittels selbst, für den optimalen Schmiermitteleintrag eine zentrale Rolle spielen können, können auch diese zur Ermittlung des Sollwerts vorteilhaft herangezogen und im Betrieb durch geeignete Messeinrichtung ständig überwacht werden.
  • In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schmiervorrichtung schematisch dargestellt. Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Zylinder 4 gemäss Fig. 2 entlang der Schnittlinie I-I. Aus der Darstellung der Fig. 3 ist ersichtlich, dass auf der axialen Höhe des darstellungsgemäss unteren Sensors 82 mehrere Schmiermitteldüsen 61, im vorliegenden Fall vier Schmiermittelöffnung 61 auf einer gemeinsamen axialen Position in der Zylinderwand 3 vorgesehen sind, wodurch die Schmierung in Umfangsrichtung optimiert werden kann. Die Darstellung der Schmiermittelöffnung 61 ist dabei exemplarisch analog auch für die Schmiermittelöffnungen 62, 63 oder weitere Schmiermittelöffnungen zu verstehen, wie es dem Fachmann auch ohne Weiteres klar ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass auch in axialer Richtung zueinander versetze Schmiermitteldüsen 61 vorgesehen sein können.
  • Durch die erfindungsgemässe Schmiervorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird nicht nur die Lebensdauer von Kolben, Kolbenringen und Zylinderlauffläche signifikant erhöht, sondern der Schmiermittelverbrauch wird auch gleichzeitig minimiert und die Wartungsintervalle werden merklich verlängert.

Claims (15)

  1. Schmiervorrichtung für einen Zylinderliner (4) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, in welchem Zylinderliner (4) ein Kolben (5) entlang einer Längsachse (A) zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) an einer Lauffläche (2) einer Zylinderwand (3) hin- und her bewegbar anordenbar ist, wobei eine erste Schmiermittelöffnung (61) der Schmiervorrichtung (1) derart in einem ersten axialen Abstand (X1) vom oberen Totpunkt (OT) in der Zylinderwand (3) vorgesehen ist, dass im Betriebszustand ein erstes Schmiermittel mittels der ersten Schmiermittelöffnung (61) in den Zylinderliner (4) einbringbar ist und die Schmiervorrichtung (1) eine zweite Schmiermittelöffnung (62) umfasst, die in einem zweiten axialen Abstand (X2) vom oberen Totpunkt (OT) derart in der Zylinderwand (3) vorgesehen ist, dass im Betriebszustand ein zweites Schmiermittel mittels der zweiten Schmiermittelöffnung (2) in den Zylinderliner (4) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das durch einen Schmiermittelvorrat (60) der Schmiervorrichtung (1) an der zweiten Schmiermittelöffnung (62) im Betriebszustand bereitgestellte zweite Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung (61) bereitgestellten ersten Schmiermittel ist.
  2. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Schmiermittelöffnung (62) im Bereich von Spülschlitzen (40) des Zylinderliners (4) angeordnet ist.
  3. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine dritte Schmiermittelöffnung (63) in Bezug auf die Längsachse (A) zwischen der ersten Schmiermittelöffnung (61) und der zweiten Schmiermittelöffnung (62) in der Zylinderwand (3) vorgesehen ist.
  4. Schmiervorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein durch den Schmiermittelvorrat (60) der Schmiervorrichtung (1) an der dritten Schmiermittelöffnung (63) im Betriebszustand bereitgestelltes drittes Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung (61) bereitgestellten ersten Schmiermittel und / oder verschieden von dem an der zweiten Schmiermittelöffnung (62) bereitgestellten zweiten Schmiermittel ist und / oder wobei mindestens eine Schmiermittelpumpe zur Förderung des ersten Schmiermittels und / oder des zweiten Schmiermittels und / oder des dritten Schmiermittels vorgesehen ist.
  5. Schmiervorrichtung nach Anspruch 4, wobei mindestens zwei verschiedene Schmiermittel, bevorzugt alle verwendeten Schmiermittel durch ein und dieselbe Schmiermittelpumpe förderbar sind.
  6. Schmiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels einer Ansteuereinheit (81) die Zufuhr des ersten Schmiermittels zur ersten Schmiermittelöffnung (61) und / oder die Zufuhr des zweiten Schmiermittels zur zweiten Schmiermittelöffnung (62) und / oder die Zufuhr des dritten Schmiermittels zur dritten Schmiermittelöffnung (63) steuer- und / oder regelbar ist.
  7. Schmierverfahren zur Schmierung eines Zylinderliner (4) mittels einer Schmiervorrichtung (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, in welchem Zylinderliner (4) ein Kolben (5) entlang einer Längsachse (A) zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) an einer Lauffläche (2) hin- und her bewegt wird, wobei eine erste Schmiermittelöffnung (61) der Schmiervorrichtung (1) in einem ersten axialen Abstand (X1) vom oberen Totpunkt (OT) in einer Zylinderwand (3) vorgesehen ist und ein erstes Schmiermittel mittels der ersten Schmiermittelöffnung (61) in den Zylinderliner (4) eingebracht wird, und die Schmiervorrichtung (1) eine zweite Schmiermittelöffnung (62) umfasst, die in einem zweiten axialen Abstand (X2) vom oberen Totpunkt (OT) in der Zylinderwand (3) vorgesehen ist und ein zweites Schmiermittel mittels der zweiten Schmiermittelöffnung (62) in den Zylinderliner (4) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das durch einen Schmiermittelvorrat (60) der Schmiervorrichtung (1) an der zweiten Schmiermittelöffnung (62) bereitgestellte zweite Schmiermittel verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung (61) bereitgestellten ersten Schmiermittel gewählt wird.
  8. Schmierverfahren nach Anspruch 7, wobei die zweite Schmiermittelöffnung (62) im Bereich von Spülschlitzen (40) des Zylinderliners (4) angeordnet ist.
  9. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei eine dritte Schmiermittelöffnung (63) in Bezug auf die Längsachse (A) zwischen der ersten Schmiermittelöffnung (61) und der zweiten Schmiermittelöffnung (62) in der Zylinderwand (3) vorgesehen ist.
  10. Schmierverfahren nach Anspruch 9, wobei durch den Schmiermittelvorrat (60) der Schmiervorrichtung (1) an der dritten Schmiermittelöffnung (63) ein drittes Schmiermittel bereitgestellt wird, das verschieden von dem an der ersten Schmiermittelöffnung (61) bereitgestellten ersten Schmiermittel und / oder verschieden von dem an der zweiten Schmiermittelöffnung (62) bereitgestellten zweiten Schmiermittel ist, und / oder wobei das erste Schmiermittel und / oder des zweite Schmiermittel und / oder das dritte Schmiermittel durch mindestens eine Schmiermittelpumpe gefördert wird, wobei bevorzugt mindestens zwei verschiedene Schmiermittel, im Speziellen alle verwendeten Schmiermittel durch ein und dieselbe Schmiermittelpumpe gefördert werden.
  11. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei mittels einer Ansteuereinheit (81) die Zufuhr des ersten Schmiermittels zur ersten Schmiermittelöffnung (61) und / oder die Zufuhr des zweiten Schmiermittels zur zweiten Schmiermittelöffnung (62) und / oder die Zufuhr des dritten Schmiermittels zur dritten Schmiermittelöffnung (63) gesteuert- und / oder geregelt wird.
  12. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei ein Istwert eines Zustandsparameters insbesondere mittels eines Sensors (82) erfasst wird und ein Sollwert eines Zustandsparameters in Abhängigkeit von einem Betriebsparametern (B) der Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von einer Drehzahl und / oder einer Last und / oder einer Zylindertemperatur und / oder eines anderen Betriebsparameters und / oder in Abhängigkeit von einer Zusammensetzung eines Brennstoffs, des Schmiermittels und / oder anderer Betriebsstoffe, insbesondere mit Hilfe einer Lookup-Table (LT), die im Speziellen in Form eines mehrdimensionalen Datenfeldes vorliegt, bestimmt wird, und der Zustandsparameter insbesondere ein BN-Wert eines Schmiermittelfilms (7) auf den Sollwert, im Speziellen lokal optimiert wird.
  13. Schmierverfahren nach Anspruch 12, wobei der Sensor (82) im Kolben (5) und / oder in einem Kolbenring (51) und / oder in der Zylinderwand (3) und / oder in einem Zylinderdeckel des Zylinderliners (4) und / oder in einem anderen Bauteil der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet ist.
  14. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei der ersten Schmiermittelöffnung (61) und / oder der zweiten Schmiermittelöffnung (62) und / oder der dritten Schmiermittelöffnung (63) das Schmiermittel nach einem vorgegebenen Schema zugeführt oder nicht zugeführt wird, insbesondere in Abhängigkeit von einer aktuell einzuhaltenden Umweltschutzvorschrift zugeführt oder nicht zugeführt wird.
  15. Zylinderliner für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere langsam laufender Zweitakt-Grossdieselmotor, im Speziellen Dieselmotor oder Gasmotor oder Dula-Fuel Motor mit einer Schmiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und / oder betreibbar nach einem Schmierverfahren der Ansprüche 7 bis 14.
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