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EP2175107A1 - Verfahren zum Schmieren eines Grossdieselmotors sowie Grossdieselmotor - Google Patents

Verfahren zum Schmieren eines Grossdieselmotors sowie Grossdieselmotor Download PDF

Info

Publication number
EP2175107A1
EP2175107A1 EP09169465A EP09169465A EP2175107A1 EP 2175107 A1 EP2175107 A1 EP 2175107A1 EP 09169465 A EP09169465 A EP 09169465A EP 09169465 A EP09169465 A EP 09169465A EP 2175107 A1 EP2175107 A1 EP 2175107A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lubricant
cylinder
piston
contaminated
crankcase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09169465A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roelf Drijfholt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wartsila NSD Schweiz AG
Original Assignee
Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wartsila NSD Schweiz AG filed Critical Wartsila NSD Schweiz AG
Priority to EP09169465A priority Critical patent/EP2175107A1/de
Publication of EP2175107A1 publication Critical patent/EP2175107A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F01M9/00—Lubrication means having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M7/00
    • F01M9/02—Lubrication means having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M7/00 having means for introducing additives to lubricant
    • 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
    • F01M2001/083—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means for lubricating cylinders
    • 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 method for lubricating a large diesel engine and a large diesel engine according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • the piston slides along the inner wall of the cylinder serving as a running surface, which is usually configured in the form of a cylinder liner.
  • the piston must slide as easily as possible, that is unhindered, in the cylinder, on the other hand, the piston must seal the combustion chamber in the cylinder as well as possible in order to achieve an efficient To convert the energy released during the combustion process into mechanical work.
  • a lubricating oil is usually introduced into the cylinder in order to achieve good running properties of the piston and to minimize the wear of the cylinder wall, the piston and the piston rings. Furthermore, the lubricating oil is used to neutralize aggressive combustion products and to prevent corrosion. Due to these numerous requirements, lubricating oils are often used very high quality and expensive substances.
  • One lubrication system includes the so-called system oil or system lubricant which is commonly used to lubricate all bearings such as crankshaft main bearings, crosshead bearings, crossheads, etc., and often also for (internal) cooling of the piston.
  • the other lubricant system includes a special cylinder oil or cylinder lubricant commonly used for lubrication of the piston, piston rings, and tread.
  • the cylinder lubricant is a pure all-loss product, i. After it has been applied to the tread or the piston and contaminated in the combustion chamber, the remains are collected and disposed of.
  • the system lubricant is not a consumable product, i. H. it is cleaned and then returned to the lubricant source.
  • a method for lubricating a large diesel engine which has at least one cylinder provided in a cylinder block with a piston which can be moved back and forth in the cylinder along a running surface, which piston delimits a combustion chamber and is connected to a crankshaft provided in a crankcase, wherein for lubricating the piston, a lubricant from a lubricant source is introduced into the cylinder, which by the in Combustion chamber occurring combustion process is contaminated. The contaminated lubricant is removed from the cylinder before it can get into the crankcase and is then fed to a cleaning device and cleaned there.
  • the measure to remove the contaminated lubricant from the cylinder and clean before it can get into the crankcase has in the lubrication of the two-stroke large diesel engine with the result that the coming out of the combustion chamber lubricating oil no longer - as it is state of the art - Is regarded as a waste product, but is reusable by cleaning. This is a big advantage in economic terms.
  • the inventive method results in that the highly contaminated lubricant is removed from the cylinder before it can mix with the relatively clean lubricant at the bottom of the crankcase.
  • the contaminated lubricant is removed at a location intermediate the lower dead center of the last piston ring and the boundary between the cylinder block and the crankcase.
  • the last piston ring is meant the one which is farthest from the combustion chamber.
  • This last piston ring can also be configured as an oil scraper ring. This measure can namely ensure that as much as possible from the combustion chamber or from the tread derived lubricant is collected, with mixing with the oil in the crankcase is efficiently avoided.
  • An advantageous measure is that the purified lubricant is supplied to the lubricant source, so that the lubricant is guided in a lubricant circuit.
  • the lubricant used for the piston or cylinder lubrication is no longer consumables that must be disposed of after use, but can be fed back to the lubricant source or other points of the lubricant circuit after cleaning.
  • the lubrication rate or amount of lubricant applied to the tread or piston per time can be increased to achieve even better lubrication.
  • the total lubricant requirement is significantly reduced by the return of the cleaned lubricant, which is a considerable advantage in terms of economy.
  • the cleaning of the highly contaminated lubricant leads to a slower aging of the total amount of lubricant, the change or refill intervals for the lubricant can be significantly extended and there is less lubricant than waste for disposal
  • the method according to the invention also makes it possible for the two-stroke engine to provide precisely one lubricant which is used for lubricating the piston and additionally at least for Lubrication of bearings and / or used to cool the piston.
  • the well-known from the prior art lubrication with two separate lubrication systems is therefore no longer necessary, which also brings a reduction in the cost of equipment with it.
  • An advantageous measure is to monitor the viscosity and / or the BN (Base Number) value of the lubricant. Thus, it can be determined if these values exceed or fall below admissible limits. In such cases, appropriate measures can then be taken.
  • fresh lubricant is supplied to the lubricant circuit during operation. This can be replaced by combustion or leakage lost lubricant on the one hand, on the other hand, certain characteristics of the lubricant, such as its viscosity or its BN value can be adjusted by the addition of fresh lubricant to the required value.
  • the fresh lubricant is supplied to the lubricant circuit, that it first cools the piston before it is first introduced into the cylinder.
  • the fresh lubricant can be introduced into the lubricant circuit as efficiently as possible.
  • an additive is added to the lubricant.
  • the BN value or the chemical properties of the lubricant can be varied in a targeted and controlled manner.
  • the lubricant is stripped by an oil scraper ring provided on the piston of the running surface of the cylinder.
  • a large diesel engine having at least one cylinder provided in a cylinder block is also proposed, with a piston which can be moved back and forth in the cylinder along a running surface, which piston delimits a combustion chamber and is connected to a crankshaft provided in a crankcase, with a lubricant supply for lubricating the piston to introduce a lubricant from a lubricant source in the cylinder, which is contaminated by the occurring in the combustion chamber combustion process, wherein a discharge for the contaminated lubricant is provided, which is arranged and configured so that the contaminated lubricant from the cylinder is discharged before it can get into the crankcase, as well as a contaminated lubricant cleaning device connected to the exhaust.
  • inventive large diesel engine which can be configured both as a two-stroke and a four-stroke engine.
  • the cleaning device is connected to the lubricant source, so that a lubricant circuit is present.
  • the discharge for the contaminated lubricant is preferably arranged at a position which is between the lower reversal point of the last Piston ring and the boundary between the cylinder block and the crankcase is located.
  • the discharge for the contaminated lubricant is preferably arranged on a stuffing box, which is provided between the cylinder block and the crankcase.
  • a collecting device for the lubricant is provided at the lower end of the cylinder, for example a collecting trough or a groove.
  • Fig. 1 shows in a partially schematic representation of a sectional view of a first embodiment of an inventive large diesel engine, which is provided overall with the reference numeral 1, and in which a method according to the invention for lubrication is implemented.
  • This large diesel engine 1 is designed as a slow-running two-stroke crosshead large diesel engine with longitudinal purge.
  • the large diesel engine 1 usually comprises a plurality of cylinders 2, of which in Fig. 1 only one can be seen.
  • the cylinders 2 are arranged in a cylinder block 3, which is located above a crankcase 4.
  • a piston 5 is arranged to move back and forth, which moves in the operating state along a running surface 21 on the inner wall of the cylinder 2.
  • the tread 21 is formed by a cylinder insert or liner.
  • the piston 5 is limited with its upper end according to the illustration a combustion chamber 6, in which the combustion process takes place and usually has a plurality of piston rings, which in Fig. 1 are not shown.
  • the piston 5 is connected via a piston rod 7 with a crosshead 8, which in turn is connected via a push rod 9 with a crankshaft 10, which is arranged in the crankcase 4.
  • a stuffing box 34 is provided in a conventional manner, which encloses the piston rod.
  • a lubricant is applied in a conventional manner to the tread 21, which lubricates the piston 5, the piston rings and the tread to achieve good running characteristics of the piston and the wear of the Cylinder wall, the piston 5 and the piston rings to minimize.
  • the lubricating oil serves to neutralize aggressive combustion products and to prevent corrosion, for example, sulfur corrosion.
  • the lubricant may be applied to the tread 21 through the wall of the cylinder 2 and / or through the interior of the piston 5.
  • Suitable for this purpose are all known lubrication methods, such as, for example, pulse lubrication or accumulator lubrication (random lubrication).
  • Suitable lubricants are all known per se, such as the lubricating oils that are commonly used for large diesel engines.
  • the lubricant is very heavily contaminated, for example by combustion residues, wear particles, abrasion particles or chemical compounds which are produced by the neutralization of aggressive combustion products.
  • the contaminated lubricant is removed from the cylinder 2 before it can get into the crankcase and then - as indicated by the arrow 40 - a cleaning device 60 is supplied and cleaned there.
  • the cleaned lubricant is supplied to a lubricant source 62, from which the lubricant was originally taken.
  • the lubricant source 62 is further connected via a connecting line (arrow 45) with the oil pan 66, which is provided at the bottom of the crankcase 4, so that from the oil pan 66, the there collecting lubricant to the lubricant source 62 can pass.
  • a lubricant circuit in which the lubricant of the lubricant source 62 is removed, is applied to the lubrication of the piston 5 on the running surface 21 of the cylinder - symbolically indicated by arrow 42 in Fig.
  • the contaminated, originating from the tread 21 lubricant is no longer disposed of as waste, but introduced in a purified form back into the lubricant circuit.
  • This measure of recycling brings a huge amount of lubricant savings.
  • the lubrication rate ie the amount of lubricant applied to the running surface 21 per time or per stroke, is still increased in comparison to known two-stroke large diesel engines, Nevertheless, the lubricant consumption for cylinder lubrication can be reduced by 300% or even more.
  • a buffer memory 61 may be provided to temporarily store the contaminated lubricant.
  • a lubricant reservoir 63 are provided, from which fresh lubricant can be introduced into the lubricant circuit (arrow 43) and another reservoir 64.
  • an additive for the lubricant can be stored, which then as needed - as indicated by the arrow 44 - Can be introduced into the lubricant circuit, for example, to set the BN value (Base Number value) of the lubricant to a desired value.
  • BN value Base Number value
  • other reservoirs may be provided to introduce more substances in the lubricant circuit.
  • a monitoring unit 65 is provided with which the properties and / or the composition of the lubricant is monitored or controlled or analyzed.
  • the monitoring unit may analyze the viscosity of the lubricant, its chemical composition, its temperature, etc.
  • the monitoring unit may regulate the supply of fresh lubricant, additives or other components, for example, depending on measurement results or input signals fed thereto.
  • Fig. 1 is such an embodiment of a two-stroke large diesel engine shown, in which only exactly one lubricant system is provided, which includes a lubricant circuit that supplies all the lubrication needy points in the large diesel engine 1 with the same lubricant.
  • the lubricant can be used in a conventional manner for cooling the piston 5.
  • the lubricant is introduced as cooling oil in the interior of the piston 5 and flows from there back into the lubricant source 62 optionally through the oil pan 66th
  • the inventive method and the inventive large diesel engine possible, in which two separate lubricant systems are provided in particular in the case of two-stroke engines, namely one for the cylinder or piston lubrication and one for the system lubrication (ie bearing lubrication and optional piston cooling).
  • the system for the cylinder lubrication is designed as a lubricant circuit in which stripped by the combustion process lubricant stripped from the running surface 21 of the Zylindres 2, discharged from the cylinder 2, cleaned and then fed back to the lubricant source, from where the lubricant for piston and cylinder lubrication is applied to the tread 21 again.
  • the cleaning device 60 preferably comprises a centrifuge in which the lubricant is cleaned.
  • particles or undissolved liquid components for example water, can be deposited in the centrifuge. It may be advantageous to precede the centrifuge with a mechanical coarse filter or a plurality of mechanical filters of different fineness so that the contaminated lubricant is first cleaned by the mechanical filters.
  • the centrifuge it is also possible to provide chemical cleaning devices for the lubricant, for example to selectively remove substances from the lubricant which have arisen during the neutralization of the aggressive combustion products.
  • chemical cleaning devices for the lubricant for example to selectively remove substances from the lubricant which have arisen during the neutralization of the aggressive combustion products.
  • the calcium present in the fresh lubricating oil binds the sulphate ions formed during the combustion to form calcium sulphate, which can then be removed again during the purification, for example by precipitation reactions and subsequent filtration.
  • the lubricant circuit among other fresh lubricant from the lubricant reservoir 63 can be supplied. This can be replaced by leaks, combustion or other processes lost lubricant on the one hand.
  • the properties of the lubricant for example its BN value, can be changed in a controllable manner.
  • the supply of fresh lubricant in the lubricant circuit is basically possible at any point in the cycle, resulting in a high degree of flexibility.
  • the fresh lubricant is fed into the line leading from the lubricant source 62 to the cooling oil passage provided inside the piston 5, so that optimum cooling performance can be obtained with the fresh lubricant.
  • the additive or additives from the reservoir 64 may be introduced at any point in the lubricant circuit. It is particularly advantageous if the additive is introduced into the lubricant circuit such that it connects to the running surface 21 of the cylinder 2 with the lubricant immediately before the application of the lubricant.
  • the piston 5 in addition to the piston rings a ⁇ labstreifring is provided or the last piston ring is designed as an oil control ring.
  • last piston ring on the piston 5 is meant the one which is furthest away from the combustion chamber 6.
  • the lubricant consumption of the large diesel engine 1 can be drastically reduced. So it is possible, for example, in the longitudinally-flushed two-stroke large diesel engine 1 according Fig. 1 to reduce the lubricant consumption or the lubricating oil consumption to values in the range of 0.2 to 0.6 g / kWh. At the same time, a higher lubrication rate can be used.
  • more than one discharge 36 can be provided for the lubricant, that is, the contaminated lubricant can be removed from the cylinder 2 at two or more different locations.
  • a discharge for the lubricant can also be provided in the stuffing box 34 or at the lower end of the stuffing box 34 as shown. This can then also collect the lubricant that adheres to the piston rod 7.
  • the coming of the cleaning device 60 lubricant is not directly or not completely supplied to the lubricant source 62, but is introduced at one or more other locations in the lubricant circuit.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of an inventive large diesel engine 1, in which a method according to the invention is implemented and which is designed as a four-stroke large diesel engine 1.
  • Functionally identical or equivalent parts are provided with the same reference numerals as in Fig. 1 ,
  • a connecting rod 9 ' In the four-stroke large diesel engine 1 according Fig. 2 the piston 5 is connected directly to the crankshaft 10 via a connecting rod 9 '.
  • a plurality of piston rings 51 are shown on the piston 5, of which the last, that is the furthest removed from the combustion chamber 6, is configured as an oil scraper ring 52.
  • the cylinder block 3 is open in the region of the cylinder 2 to the crankcase 4, so there is no gland as in the two-stroke engine.
  • At the bottom of the crankcase 4 is designed as an oil pan lubricant source 62nd
  • the state of the art is that the lubricant heavily contaminated by the combustion process drips down from the lower edge of the cylinder 2 into the crankcase 4 and mixes in the lubricant source 62 with the remaining lubricant.
  • the contaminated lubricant scraped off the running surface 21 is negligible compared to the total lubricant amount, the contaminated lubricant in the lubricant source 62 is greatly diluted.
  • the dripping off of the running surface 21 and heavily contaminated lubricant into the crankcase 4 is now prevented by removing this contaminated lubricant from the cylinder before it can enter the crankcase 4 and then fed to the cleaning device 60.
  • a collecting device 22 which collects the stripped from the tread 21 contaminated lubricant so that it can not get into the crankcase 4 and thus not untreated in the lubricant source 62 substantially ,
  • Fig. 3 is at the bottom end of the cylinder 2 and the cylinder liner according to an encircling along the entire circumference groove 221 provided at the bottom of at least one drain opening 222 is provided through which the contaminated lubricant enters the discharge 36.
  • a groove 223 is provided in the region of the lower end of the cylinder 2 and the cylinder liner, which extends over the entire circumference. In this collected from the tread 21 lubricant collects. From the groove 223, the contaminated lubricant passes through an in Fig. 4 Not shown outlet opening into the discharge 36.
  • contaminated lubricant is removed at a different point or at several points from the cylinder 2.
  • the contaminated lubricant is preferably discharged at one or more locations between the lower reversal point of the last piston ring and the oil control ring 52 and the boundary between the cylinder block 3 and the crankcase 4. In principle, it only needs to be avoided that significant amounts of contaminated lubricating oil from the running surface 21 passes directly through the crankcase 4 in the lubricating oil source 62.
  • the heavily contaminated lubricant can be removed from the cylinder 2 without mixing with the lubricant in the lubricant source 62, the contaminated lubricant is not diluted and therefore can be cleaned much better and more efficiently in the cleaning device 60.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Schmieren eines Grossdieselmotors, der mindestens einen in einem Zylinderblock (3) vorgesehenen Zylinder (2) mit einem in dem Zylinder (2) entlang einer Lauffläche (21) hin und her bewegbaren Kolben (5) aufweist, welcher Kolben (5) einen Brennraum (6) begrenzt und mit einer in einem Kurbelgehäuse (4) vorgesehenen Kurbelwelle (10) verbunden ist, wobei zur Schmierung des Kolbens (5) ein Schmiermittel aus einer Schmiermittelquelle (62) in den Zylinder (2) eingebracht wird, welches durch den im Brennraum (6) stattfindenden Verbrennungsprozess verunreinigt wird. Das verunreinigte Schmiermittel wird aus dem Zylinder (2) abgeführt, bevor es in das Kurbelgehäuse (5) gelangen kann, und wird dann einer Reinigungsvorrichtung (60) zugeführt und dort gereinigt. Ferner wird ein entsprechender Grossdieselmotor vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieren eines Grossdieselmotors sowie einen Grossdieselmotor gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
  • Grossdieselmotoren, die als Zweitakt- oder als Viertakt-Maschinen ausgestaltet sein können, werden häufig als Antriebsaggregate für Schiffe oder auch im stationären Betrieb, z.B. zum Antrieb grosser Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dabei laufen die Motoren in der Regel über beträchtliche Zeiträume im Dauerbetrieb, was hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit stellt. Daher sind für den Betreiber insbesondere lange Wartungsintervalle, geringer Verschleiss und ein wirtschaftlicher Umgang mit den Betriebsstoffen zentrale Kriterien.
  • Eine wesentliche Bedeutung kommt dabei der Kolbenschmierung zu. Im Betriebszustand gleitet der Kolben an der als Lauffläche dienenden innerern Wandung des Zylinders, die meist in Form einer Zylinderlaufbuchse ausgestaltet ist, entlang. Einerseits muss der Kolben möglichst leicht, das heisst unbehindert, in dem Zylinder gleiten, andererseits muss der Kolben den Brennraum im Zylinder möglichst gut abdichten, um eine effiziente Umwandlung der beim Verbrennungsprozess freiwerdenden Energie in mechanische Arbeit zu gewährleisten.
  • Deshalb wird während des Betriebs des Dieselmotors üblicherweise ein Schmieröl in den Zylinder eingebracht, um gute Laufeigenschaften des Kolbens zu erzielen und den Verschleiss der Zylinderwandung, des Kolbens und der Kolbenringe möglichst gering zu halten. Ferner dient das Schmieröl der Neutralisierung agressiver Verbrennungsprodukte sowie der Vermeidung von Korrosion. Aufgrund dieser zahlreichen Anforderungen werden als Schmieröle häufig sehr hochwertige und teure Substanzen verwendet.
  • Bei Zweitakt-Grossdieselmotoren mit Kreuzkopfantrieb werden heute typischerweise zwei getrennte Schmiermittelsysteme eingesetzt. Das eine Schmiersystem umfasst das sogenannte Systemöl oder Systemschmiermittel, das üblicherweise für das Schmieren sämtlicher Lager wie Hauptlager der Kurbelwelle, Kreuzkopflager, Kreuzkopf usw. und oft auch für die (Innen-) Kühlung des Kolbens verwendet wird. Das andere Schmiermittelsystem umfasst ein spezielles Zylinderöl oder Zylinderschmiermittel, das üblicherweise für die Schmierung des Kolbens, der Kolbenringe und der Lauffläche verwendet wird. Das Zylinderschmiermittel ist ein reines Verbrauchsprodukt ("all-loss"), d.h. nachdem es auf die Lauffläche bzw. den Kolben aufgebracht wurde und im Brennraum kontaminiert wurde, werden die Reste gesammelt und entsorgt. Während also das Zylinderöl kontinuierlich bei jeder Umdrehung des Motors verbraucht wird, ist das Systemschmiermittel in den meisten Fällen kein Verbrauchsprodukt, d. h. es wird gereinigt und dann wieder der Schmiermittelquelle zugeführt.
  • Bei Viertakt-Grossdieselmotoren mit Pleuelstange wird typischerweise nur ein Schmiermittel eingesetzt, das sowohl für die Kolbenschmierung als auch für die Lagerschmierung und gegebenenfalls für die Kolbeninnenkühlung eingesetzt wird. Bei diesen Maschinen wird üblicherweise das durch den Verbrennungsprozess kontaminierte Schmiermittel durch den Kolben bei seiner Abwärtsbewegung entlang der Lauffläche an der inneren Zylinderwandung nach unten geschoben und tropft vom unteren Ende des Zylinders in die am Boden des Kurbelgehäuses befindliche Ölwanne, die als Schmiermittelquelle dienen kann. Hier vermischt sich das stark kontaminierte Schmiermittel aus dem Brennraum mit dem anderen Schmiermittel, wobei es durch die beträchtlichen Volumenunterschiede zu einer sehr starken Verdünnung des kontaminierten Schmiermittels kommt. Auch ist es bekannt, das aus der Ölwanne kommende Schmieröl zu reinigen.
  • Im Hinblick auf immer wirtschaftlicher arbeitende Grossdieselmotoren besteht bei beiden Motorentypen, also Zweitakt- und Viertakt , ein Verbesserungsbedarf bei der Schmierung.
  • Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schmieren eines Grossdieselmotors vorzuschlagen, das die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit des Motors steigert, ohne dass dafür Zugeständnisse an die Betriebssicherheit notwendig sind. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen entsprechenden Grossdieselmotor vorzuschlagen.
  • Die diese Aufgaben in verfahrenstechnischer und apparativer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäss wird also ein Verfahren vorgeschlagen zum Schmieren eines Grossdieselmotors, der mindestens einen in einem Zylinderblock vorgesehenen Zylinder mit einem in dem Zylinder entlang einer Lauffläche hin und her bewegbaren Kolben aufweist, welcher Kolben einen Brennraum begrenzt und mit einer in einem Kurbelgehäuse vorgesehenen Kurbelwelle verbunden ist, wobei zur Schmierung des Kolbens ein Schmiermittel aus einer Schmiermittelquelle in den Zylinder eingebracht wird, welches durch den im Brennraum stattfindenden Verbrennungsprozess verunreinigt wird. Das verunreinigte Schmiermittel wird aus dem Zylinder abgeführt, bevor es in das Kurbelgehäuse gelangen kann und wird dann einer Reinigungsvorrichtung zugeführt und dort gereinigt.
  • Die Massnahme, das verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder abzuführen und zu reinigen, bevor es in das Kurbelgehäuse gelangen kann, hat bei der Schmierung des Zweitakt-Grossdieselmotors zur Folge, dass das aus dem Brennraum kommende Schmieröl nicht mehr - wie es bisher Stand der Technik ist - als Abfallprodukt anzusehen ist, sondern durch die Reinigung wiederverwendbar ist. Das ist unter wirtschaftlichen Aspekten ein grosser Vorteil. Bei der Schmierung des Viertakt-Grossdieselmotors hat das erfindungsgemässe Verfahren zur Folge, dass das stark verschmutze Schmiermittel aus dem Zylinder abgeführt wird, bevor es sich mit dem vergleichsweise sauberen Schmiermittel am Boden des Kurbelgehäuses vermischen kann. Hinsichtlich der Reinigung ist es aber deutlich effizienter, wenn das verunreinigte Schmiermittel in konzentrierter Form einer Reinigung unterzogen wird, als wenn das verunreinigte Schmiermittel erst mit dem sauberen Schmiermittel vermischt und dann gereinigt wird. Somit ergibt sich auch für den Viertakt-Motor eine deutliche Effizienzsteigerung bezüglich der Schmierung.
  • Vorzugsweise wird das verunreinigte Schmiermittel an einer Stelle abgeführt, die zwischen dem unteren Umkehrpunkt des letzten Kolbenrings und der Grenze zwischen dem Zylinderblock und dem Kurbelgehäuse liegt. Mit dem letzten Kolbenring ist derjenige gemeint, der am weitesten vom Brennraum entfernt ist. Dieser letzte Kolbenring kann auch als Ölabstreifring ausgestaltet sein. Durch diese Massnahme lässt sich nämlich gewährleisten, dass möglichst viel aus dem Brennraum bzw. von der Lauffläche stammendes Schmiermittel gesammelt wird, wobei ein Vermischen mit dem im Kurbelgehäuse befindlichen Öl effizient vermieden wird.
  • Insbesondere bei der Ausgestaltung als Zweitakt-Motor ist es aus konstruktiver Sicht besonders günstig wenn das verunreinigte Schmiermittel an und insbesondere unmittelbar oberhalb einer Stopfbuchse abgeführt wird, welche zwischen dem Zylinderblock und dem Kurbelgehäuse vorgesehen ist.
  • Eine vorteilhafte Massnahme besteht darin, dass das gereinigte Schmiermittel der Schmiermittelquelle zugeführt wird, sodass das Schmiermittel in einem Schmiermittelkreislauf geführt wird. Insbesondere beim Zweitakt-Motor ist somit das für die Kolben- bzw. Zylinderschmierung verwendete Schmiermittel kein Verbrauchsmaterial mehr, dass nach seiner Benutzung entsorgt werden muss, sondern kann nach der Reinigung wieder der Schmiermittelquelle oder anderen Stellen des Schmiermittelkreislaufs zugeführt werden. Durch diese Rezyklierung des Schmiermittels aus dem Zylinderinnenraum ist es möglich, den Schmiermittelbedarf des Motors ganz drastisch, beispielsweise um 300 % und mehr zu senken. Gleichzeitig kann die Schmierrate bzw. die Schmiermittelmenge, die pro Zeit auf die Lauffläche oder den Kolben aufgebracht werden, erhöht werden, um eine noch bessere Schmierung zu erreichen. Trotz einer erhöhten Schmierrate senkt sich durch die Rückführung des gereinigten Schmiermittels der gesamte Schmiermittelbedarf deutlich, was unter wirtschaftlichen Aspekten ein ganz erheblicher Vorteil ist.
  • Insbesondere beim Viertakt-Motor führt die Reinigung des stark kontaminierten Schmiermittels zu einer langsameren Alterung der gesamten Schmiermittelmenge, die Wechsel- bzw. Nachfüllintervalle für das Schmiermittel können deutlich verlängert werden und es fällt weniger Schmiermittel als Abfall zur Entsorgung an
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass es das erfindungsgemässe Verfahren auch für den Zweitakt-Motor ermöglicht, das genau ein Schmiermittel vorgesehen wird, das zur Schmierung des Kolbens und zusätzlich mindestens zur Schmierung von Lagern und/oder zur Kühlung des Kolbens verwendet wird. Die vom Stand der Technik bekannte Schmierung mit zwei getrennten Schmiersystemen ist somit nicht mehr notwendig, was auch apparativ eine Reduktion des Aufwands mit sich bringt.
  • Eine vorteilhafte Massnahme besteht darin,die Viskosität und/oder der BN (Base Number)-Wert des Schmiermittels zu überwachen. Somit kann festgestellt werden, wenn diese Werte zulässige Grenzen über- oder unterschreiten. In solchen Fällen können dann geeignete Massnahmen getroffen werden.
  • Vorzugsweise wird dem Schmiermittelkreislauf während des Betriebs frisches Schmiermittel zugeführt. Dadurch kann einerseits durch Verbrennung oder Leckagen verlorenes Schmiermittel ersetzt werden, andererseits können bestimmte charakteristische Eigenschaften des Schmiermittels, wie beispielsweise seine Viskositat oder sein BN-Wert durch Zugabe von frischem Schmiermittel auf den reichtigen Wert eingestellt werden.
  • Dabei ist es eine vorteilhafte Massnahme, dass das frische Schmiermittel so dem Schmiermittelkreislauf zugeführt wird, dass es zunächst den Kolben kühlt, bevor es erstmals in den Zylinder eingebracht wird. Dadurch lässt sich nämlich das frische Schmiermittel möglichst effizient in den Schmiermittelkreislauf einbringen.
  • Bevorzugterweise wird dem Schmiermittel ein Additiv zugeführt. So können beispielsweise durch Zugabe eines reinen Additivs der BN-Wert oder die chemischen Eigenschaften des Schmiermittels gezielt und kontrolliert verändert werden.
  • Um ein besonders effizientes Sammeln bzw. Abstreifen des auf der Lauffläche befindlichen Schmiermittels zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, wenn das Schmiermittel durch einen am Kolben vorgesehenen Ölabstreifring von der Lauffläche des Zylinders abgestreift wird.
  • Erfindungsgemäss wird ferner ein Grossdieselmotor mit mindestens einem in einem Zylinderblock vorgesehenen Zylinder vorgeschlagen, mit einem in dem Zylinder entlang einer Lauffläche hin und her bewegbaren Kolben, welcher Kolben einen Brennraum begrenzt und mit einer in einem Kurbelgehäuse vorgesehenen Kurbelwelle verbunden ist, mit einer Schmiermittelzuführung, um zur Schmierung des Kolbens ein Schmiermittel aus einer Schmiermittelquelle in den Zylinder einzubringen, welches durch den im Brennraum stattfindenden Verbrennungsprozess verunreinigt wird, wobei eine Abführung für das verunreinigte Schmiermittel vorgesehen ist, die so angeordnet und ausgestaltet ist, dass das verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder abführbar ist, bevor es in das Kurbelgehäuse gelangen kann, sowie eine mit der Abführung verbundene Reinigungsvorrichtung für das verunreinigte Schmiermittel.
  • Die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemässen Verfahrens gelten in sinngemäss gleicher Weise auch für den erfindungsgemässen Grossdieselmotor, der sowohl als Zweitakt- als auch als Viertakt-Motor ausgestaltet sein kann.
  • Aus den bereits erläuterten Gründen ist die Reinungsvorrichtung mit der Schmiermittelquelle verbunden, derart dass ein Schmiermittelkreislauf vorhanden ist.
  • Die Abführung für das verunreinigte Schmiermittel ist vorzugsweise an einer Stelle angeordnet, die zwischen dem unteren Umkehrpunkt des letzten Kolbenrings und der Grenze zwischen dem Zylinderblock und dem Kurbelgehäuse liegt.
  • Auch bei dem erfindungsgemässen Grossdieselmotor ist insbesondere beim Zweitakt-Motor die Abführung für das verunreinigte Schmiermittel bevorzugt an einer Stopfbuchse angeordnet, welche zwischen dem Zylinderblock und dem Kurbelgehäuse vorgesehen ist.
  • Insbesondere beim Viertakt-Grossdieselmotor ist es vorteilhaft, wenn am unteren Ende des Zylinders eine Sammeleinrichtung für das Schmiermittel vorgesehen ist, beispielsweise eine Sammelrinne oder eine Nut.
  • Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung sowohl in apparativer als auch in verfahrenstechnischer Sicht anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der schematischen, nicht massstäblichen Zeichnung zeigen teilweise im Schnitt:
    • Fig. 1:
    ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Grossdieselmotors, ausgestaltet als Zweitakt-Motor,
    Fig. 2:
    ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Grossdieselmotors, ausgestaltet als Viertakt-Motor,
    Fig. 3:
    ein Ausführungsbeispiel einer Sammeleinrichtung für das Schmiermittel, und
    Fig. 4:
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sammeleinrichtung.
  • Fig. 1 zeigt in einer teilweise schematischen Darstellung eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Grossdieselmotors, der gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist, und in welchem ein erfindungsgemässes Verfahren zur Schmierung implementiert ist. Dieser Grossdieselmotor 1 ist als langsam laufender Zweitakt-Kreuzkopf-Grossdieselmotor mit Längsspülung ausgestaltet.
  • Der Grossdieselmotor 1 umfasst üblicherweise mehrere Zylinder 2, von denen in Fig. 1 nur einer zu sehen ist. Die Zylinder 2 sind in einem Zylinderblock 3 angeordnet, der sich oberhalb eines Kurbelgehäuses 4 befindet. In jedem Zylinder 2 ist ein Kolben 5 hin und her bewegbar angeordnet, der sich im Betriebszustand entlang einer Lauffläche 21 an der inneren Wandung des Zylinders 2 bewegt. Üblicherweise wird die Lauffläche 21 durch einen Zylindereinsatz oder Liner gebildet. Der Kolben 5 begrenzt mit seinem darstellungsgemäss oberen Ende einen Brennraum 6, in welchem der Verbrennungsprozess stattfindet und weist üblicherweise mehrere Kolbenringe auf, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Der Kolben 5 ist über eine Kolbenstange 7 mit einem Kreuzkopf 8 verbunden, der wiederum über eine Schubstange 9 mit einer Kurbelwelle 10 verbunden ist, die im Kurbelgehäuse 4 angeordnet ist.
  • Zur Durchführung der Kolbenstange aus dem Zylinderblock 3 in das Kurbelgehäuse 4 ist in an sich bekannter Weise eine Stopfbuchse 34 vorgesehen, welche die Kolbenstange umschliesst.
  • Während des Betriebs des Grossdieselmotors wird in an sich bekannter Weise ein Schmiermittel auf die Lauffläche 21 aufgebracht, welches den Kolben 5, die Kolbenringe und die Lauffläche schmiert, um gute Laufeigenschaften des Kolbens zu erzielen und den Verschleiss der Zylinderwandung, des Kolbens 5 und der Kolbenringe möglichst gering zu halten. Ferner dient das Schmieröl der Neutralisierung agressiver Verbrennungsprodukte sowie der Vermeidung von Korrosion, beispielsweise Schwefelkorrosion. Das Schmiermittel kann durch die Wand des Zylinders 2 und/oder durch das Innere des Kolbens 5 auf die Lauffläche 21 aufgebracht werden. Hierzu eignen sich alle an sich bekannten Schmierverfahren wie beispielsweise die Pulsschmierung oder die Akkuschmierung (Zufallsschmierung). Als Schmiermittel eignen sich alle an sich bekannten Mittel wie z.B. die Schmieröle, die üblicherweise für Grossdieselmotoren verwendet werden.
  • Durch den Verbrennungsprozess im Brennraum 6 und mechanischen Verschleiss wird das Schmiermittel sehr stark verunreinigt, beispielsweise durch Verbrennungsrückstände, Verschleisspartikel, Abriebpartikel oder chemische Verbindungen, die durch die Neutralisierung agressiver Verbrennungsprodukte entstehen.
  • Bei der darstellungsgemässen Abwärtsbewegung des Kolbens 5 wird das Schmieröl durch den Kolben 5 bzw. die Kolbenringe von der Lauffläche 21 abgestreift und sammelt sich am Boden des Zylinderblocks 3 im Bereich der Stopfbuchse 34. Dort ist üblicherweise eine Abschrägung 35 vorgesehen, über welche das Schmiermittel über eine Abführung 36 abfliessen kann. Gemäss Stand der Technik wird dieses stark kontaminierte Schmiermittel entsorgt, weil es für weitere Anwendungen nicht mehr brauchbar ist.
  • Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, dass das verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder 2 abgeführt wird, bevor es in das Kurbelgehäuse gelangen kann und dann - wie dies der Pfeil 40 andeutet - einer Reinigungsvorrichtung 60 zugeführt wird und dort gereinigt wird.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass das aus dem Brennraum kommende, stark verunreinigte Schmiermittel so gut gereinigt werden kann, dass es für weitere Anwendungen eingesetzt werden kann. Dies ist unter wirtschaftlichen Aspekten ein ganz wesentlicher Vorteil.
  • Vorzugsweise wird das gereinigte Schmiermittel -wie dies der Pfeil 41 andeutet - einer Schmiermittelquelle 62 zugeführt, der das Schmiermittel auch ursprünglich entnommen wurde. Die Schmiermittelquelle 62 ist ferner über eine Verbindungsleitung (Pfeil 45) mit der Ölwanne 66 verbunden, die am Boden des Kurbelgehäuses 4 vorgesehen ist, sodass aus der Ölwanne 66 das sich dort sammelnde Schmiermittel zur Schmiermittelquelle 62 gelangen kann. Auf diese Weise entsteht ein Schmiermittelkreislauf, in welchem das Schmiermittel der Schmiermittelquelle 62 entnommen wird, zur Schmierung des Kolbens 5 auf die Lauffläche 21 des Zylinders aufgebracht wird - symbolisch angedeutet durch Pfeil 42 in Fig. 1 - vom Kolben 5 bei seiner darstellungsgemässen Abwärtsbewegung von der Lauffläche 21 abgestreift wird, über die Abführung 36 zur Reinigungsvorrichtung 60 gelangt (Pfeil 40), dort gereinigt wird und dann wieder der Schmiermittelquelle 62 zugeführt wird. Das von der Schmierung im Kurbelgehäuse kommende Schmiermittel (z. B. von der Kreuzkopfschmierung oder der Lagerschmierung) sammelt sich in der Ölwanne 66 und kann dann über die Verbindung (Pfeil 45) zur Schmierölquelle 62 gelangen
  • Somit wird also beim erfindungsgemässen Grossdieselmotor in der Zweitakt-Ausgestaltung das kontaminierte, von der Lauffläche 21 stammende Schmiermittel nicht mehr als Abfall entsorgt, sondern in gereinigter Form wieder in den Schmiermittelkreislauf eingebracht. Diese Massnahme der Rezyklierung bringt eine ganz enorme Ersparnis an Schmiermittel mit sich. Selbst wenn man zur Verbesserung der Schmierung die Schmierrate, d.h. die pro Zeit oder pro Hub auf die Lauffläche 21 aufgebrachte Schmiermittelmenge, noch erhöht im Vergleich zu bekannten Zweitakt-Grossdieselmotoren, so lässt sich dennoch der Schmiermittelverbrauch für die Zylinderschmierung um 300% oder sogar noch mehr senken.
  • Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, kann zwischen der Abführung 36 aus dem Zylinder 2 und der Reinigungsvorrichtung 60 noch ein Pufferspeicher 61 vorgesehen sein, um das verunreinigte Schmiermittel zwischenzulagern.
  • Ferner sind ein Schmiermittelreservoir 63 vorgesehen, aus welchem frisches Schmiermittel in den Schmiermittelkreislauf eingebracht werden kann (Pfeil 43) sowie ein weiteres Reservoir 64. In diesem kann beispielsweise ein Additiv für das Schmiermittel gelagert sein, das dann bei Bedarf - wie dies der Pfeil 44 andeutet - in den Schmiermittelkreislauf eingebracht werden kann, beispielsweise um den BN - Wert (Base Number Wert) des Schmiermittels auf einen gewünschten Wert einzustellen. Natürlich können noch weitere Reservoirs vorgesehen sein, um weitere Stoffe in den Schmiermittelkreislauf einzubringen.
  • Optional ist in dem Schmiermittelkreislauf auch noch eine Überwachungseinheit 65 vorgesehen, mit welcher die Eigenschaften und/oder die Zusammensetzung des Schmiermittels überwacht bzw. kontrolliert oder analysiert wird. Beispielsweise kann mit der Überwachungseinheit die Viskosität des Schmiermittels analysiert werden, seine chemische Zusammensetzung, seine Temperatur usw. Die Überwachungseinheit kann - beispielsweise in Abhängigkeit von Messergebnissen oder Inputsignalen, die ihr eingespeist werden - die Zufuhr von frischem Schmiermittel, von Additiven oder sonstigen Komponenten regulieren.
  • Es hat sich gezeigt, dass mit diesem Verfahren der Abführung und Reinigung des von der Lauffläche stammenden Schmiermittels auch in Zweitakt-Grossdieselmotoren mit nur einem Schmiermittel zur Schmierung des Kolbens und zur Schmierung der Lager sowie gegebenenenfalls zur Kühlung des Kolbens gearbeitet werden kann. Die bisher übliche Verwendung zweier Schmiermittelsysteme, nämlich eines Schmiersystems mit Systemschmiermittel und eines davon getrennten Schmiersystems mit Zylinderschmiermittel ist nicht mehr notwendig. In Fig. 1 ist ein solches Ausführungsbeispiel eines Zweitakt-Grossdieselmotors gezeigt, bei dem nur genau ein Schmiermittelsystem vorgesehen ist, das einen Schmiermittelkreislauf umfasst, der sämtliche der Schmierung bedürftigen Stellen im Grossdieselmotor 1 mit dem gleichen Schmiermittel versorgt. In nicht abschliessender Aufzählung sind dies beispielsweise: Die Lauffläche 21 und der Kolben 5 mit den Kolbenringen, die Hauptlager der Kurbelwelle 10 die Lager der Schubstange 9, die Kreuzkopflager, die Gleitbahnen bzw. die Gleitschuhe des Kreuzkopfs 8, die Kolbenstangenlager. Zusätzlich kann das Schmiermittel in an sich bekannter Weise auch zur Kühlung des Kolbens 5 verwendet werden. Dazu wird das Schmiermittel als Kühlöl in das Innere des Kolbens 5 eingebracht und fliesst von dort wieder zurück in die Schmiermittelquelle 62 gegebenenfalls durch die Ölwanne 66
  • Bei Verwendung nur eines Schmiermittels im Zweitakt-Grossdieselmotor geht man bezüglich der Viskosität und des BN-Wertes einen Kompromiss ein. Bei der Kolben- bzw. Zylinderschmierung sind wesentliche Anforderungen an das Schmiermittel seine Fähigkeit zur Neutralisierung aggresiver Verbrennungsprodukte sowie seine Reinigungskraft (detergency), während für die anderen Systemanwendungen der teilweise extrem hohe Druck, dem das Schmiermittel ausgesetzt ist sowie seine Entmischbarkeit (demulsibility), also beispielsweise seine Trennbarkeit von Wasser, von wesentlicher Bedeutung sind. Die Viskosität des Schmiermittels wird in der Regel durch die SAE Zahl angegeben (SAE: Society of Automotive Engineering). Bei Verwendung nur eines Schmiermittels im Grossdieselmotor 1 kann beispielsweise ein Schmiermittel mit SAE 40 und BN 40 verwendet werden oder andere in Viertakt-Motoren übliche Schmiermittel.
  • Es sind aber auch solche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der erfindungsgemässen Grossdieselmotors möglich, bei denen insbesondere im Falle von Zweitakt-Motoren zwei getrennte Schmiermittelsysteme vorgesehen sind, nämlich eines für die Zylinder- bzw. Kolbenschmierung und eines für die Systemschmierung (also Lagerschmierung und optionale Kolbenkühlung). Bei solchen Ausgestaltungen ist dann vorzugsweise das System für die Zylinderschmierung als ein Schmiermittelkreislauf ausgestaltet, bei welchem das durch dem Verbrennungsprozess verunreinigte Schmiermittel von der Lauffläche 21 des Zylindres 2 abgestreift, aus dem Zylinder 2 abgeführt, gereinigt und dann wieder der Schmiermittelquelle zugeführt wird, von wo das Schmiermittel zur Kolben- und Zylinderschmierung wieder auf die Lauffläche 21 aufgebracht wird.
  • Die Reinigungsvorrichtung 60 umfasst vorzugsweise eine Zentrifuge, in welcher das Schmiermittel gereinigt wird. In der Zentrifuge lassen sich insbesondere Partikel oder nicht gelöste Flüssigkeitskomponenten, beispielsweise Wasser abscheiden. Es kann vorteilhaft sein, der Zentrifuge noch ein mechanisches Grobfilter oder mehrere mechanische Filter unterschiedlicher Feinheit vorzuschalten, sodass das verunreinigte Schmiermittel zunächst durch die mechanischen Filter gereinigt wird.
  • Alternativ oder ergänzend zu der Zentrifuge können auch chemische Reinigungseinrichtungen für das Schmiermittel vorgesehen sein, beispielsweise um gezielt Substanzen aus dem Schmiermittel zu entfernen, die bei der Neutralisierung der aggressiven Verbrennungsprodukte entstanden sind. So bindet zum Beispiel das im frischen Schmieröl vorhandene Calcium die bei der Verbrennung entstehenden Sulfat-Ionen unter Bildung von Calciumsulfat, das dann bei der Reinigung wieder entfernt werden kann, beispielsweise durch Ausfällreaktionen und anschliessende Filtration.
  • Bei dem in Fig. 1 vorgesehenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass dem Schmiermittelkreislauf unter anderem frisches Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir 63 zugeführt werden kann. Damit kann zum einen durch Leckagen, Verbrennung oder andere Prozesse verloren gegangenes Schmiermittel ersetzt werden. Zum anderen können durch das Zuführen von frischem Schmiermittel die Eigenschaften des Schmiermittels z.B. sein BN-Wert in kontrollierbarer Weise verändert werden.
  • Die Zufuhr von frischem Schmiermittel in den Schmiermittelkreislauf ist grundsätzlich an jeder Stelle des Kreislaufs möglich, woraus eine hohe Flexibilität resultiert. So kann es insbesondere vorteilhaft sein, das frische Schmiermittel so in den Schmiermittelkreislauf einzuspeisen, dass es zunächst den Kolben kühlt, bevor es erstmals auf die Lauffläche 21 des Zylinders aufgebracht wird. In diesem Fall wird das frische Schmiermittel in die Leitung eingespeist, die von der Schmiermittelquelle 62 zu der im Innern des Kolbens 5 vorgesehenen Kühlölleitung führt, sodass mit dem frischen Schmiermittel eine optimale Kühlleistung erzielbar ist.
  • Auch das Additiv oder die Additive aus dem Reservoir 64 können an jeder beliebigen Stelle in den Schmiermittelkreislauf eingebracht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Additiv so in den Schmiermittelkreislauf eingebracht wird, dass es sich unmittelbar vor dem Aufbringen des Schmiermittels auf die Lauffläche 21 des Zylinders 2 mit dem Schmiermittel verbindet.
  • Je nach Anwendungsfall kann es natürlich noch viele andere geeignete oder vorteilhafte Stellen geben, an denen das frische Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir 63 oder das Additiv aus dem Reservoir 64 in den Schmiermittelkreislauf eingebracht wird.
  • Um die Effizienz der Schmiermittelabstreifung an der Lauffläche 21 und damit die Rezyklierungsmenge noch zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn am Kolben 5 zusätzlich zu den Kolbenringen ein Ölabstreifring vorgesehen ist oder der letzte Kolbenring als Ölabstreifring ausgestaltet ist. Mit dem "letzten" Kolbenring am Kolben 5 ist derjenige gemeint, der am weitesten vom Brennraum 6 entfernt ist. Durch den Ölabstreifring ist auch gewährleistet, das der Öl- oder Schmiermittelfilm auf der Lauffläche 21 sehr schnell erneuert wird, weil im wesentlichen das gesamte verunreinigte Öl von der Lauffläche 21 abgestreift wird.
  • Mit alle diesen Massnahmen, wie die Rezyklierung des Schmiermittels von der Lauffläche 21 oder die erhöhte Abstreifeffizienz, lässt sich der Schmiermittelverbrauch des Grossdieselmotors 1 drastisch senken. So ist es beispielsweise möglich, im längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor 1 gemäss Fig. 1 den Schmiermittelverbrauch bzw. den Schmierölverbrauch auf Werte im Bereich von 0.2 bis 0.6 g/kWh zu senken. Gleichzeitig kann eine höhere Schmierrate verwendet werden.
  • Natürlich ist es auch möglich, das verunreinigte Schmiermittel an einer anderen Stelle als der Stopfbuchse 34 aus dem Zylinder 2 abzuführen. Um ein möglichst effizientes Sammeln des verunreinigten Schmiermittels zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, das verunreinigte Schmiermittel an einer Stelle abzuführen, die gemäss der Darstellung in Fig. 1 unterhalb des unteren Umkehrpunkts des letzten Kolbenrings bzw. - falls vorhanden - unterhalb des Ölabstreifrings liegt.
  • Es versteht sich, dass auch mehr als eine Abführung 36 für das Schmiermittel vorgesehen sein kann, das heisst, das verunreinigte Schmiermittel kann auch an zwei oder mehr unterschiedlichen Stellen aus dem Zylinder 2 abgeführt werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann auch in der Stopfbuchse 34 oder am darstellungsgemäss unteren Ende der Stopfbuchse 34 eine Abführung für das Schmiermittel vorgesehen sein. Damit lässt sich dann auch das Schmiermittel sammeln, das an der Kolbenstange 7 haftet.
  • Ferner ist natürlich auch möglich, dass das von der Reinigungsvorrichtung 60 kommende Schmiermittel nicht direkt oder nicht vollständig der Schmiermittelquelle 62 zugeführt wird, sondern an einer oder mehreren anderen Stellen in den Schmiermittelkreislauf eingebracht wird.
  • Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Grossdieselmotors 1, in welchem ein erfindungsgemässes Verfahren implementiert ist und der als Viertakt-Grossdieselmotor 1 ausgestaltet ist. Von der Funktion her gleiche oder gleichwertige Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.
  • Alle Erläuterungen, die im Zusammenhang mit Fig 1 und dem ersten Ausführungsbeispiel gemacht wurden, gelten in analoger oder sinngemäss gleicher Weise auch für das zweite Ausführungsbeispiel.
  • Bei dem Viertakt-Grossdieselmotor 1 gemäss Fig. 2 ist der Kolben 5 direkt über eine Pleuelstange 9' mit der Kurbelwelle 10 verbunden. In Fig. 2 sind am Kolben 5 mehrere Kolbenringe 51 dargestellt, von denen der letzte, d.h. der am weitesten von Brennraum 6 entfernte, als Ölabstreifring 52 ausgestaltet ist.
  • Am darstellungsgemäss oberen Ende des Brennraums 6 ist mindestens ein Einlassventil 68 und ein Auslassventil 69 vorgesehen.
  • Durch die Konstruktion mit der Pleuelstange 9' bedingt, ist der Zylinderblock 3 im Bereich des Zylinders 2 zum Kurbelgehäuse 4 hin offen, es gibt also keine Stopfbuchse wie bei dem Zweitakt-Motor. Am Boden des Kurbelgehäuses 4 befindet sich die als Ölwanne ausgestaltete Schmiermittelquelle 62.
  • Im Betrieb wird bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 5 das Schmiermittel von der Lauffläche 21 des Zylinders 2 bzw. des Zylinderliners abgestreift.
  • Stand der Technik ist es, dass das durch den Verbrennungsprozess stark verunreinigte Schmiermittel vom unteren Rand des Zylinders 2 in das Kurbelgehäuse 4 hinab tropft und sich in der Schmiermittelquelle 62 mit dem übrigen Schmiermittel vermischt. Da mengenmässig das verunreinigte von der Lauffläche 21 abgestreifte Schmiermittel vernachlässigbar wenig ist im Vergleich zur gesamten Schmiermittelmenge, wird das verunreinigte Schmiermittel in der Schmiermittelquelle 62 stark verdünnt.
  • Erfindungsgemäss wird nun das Herabtropfen des von der Lauffläche 21 abgestreiften und stark verunreinigten Schmiermittels in das Kurbelgehäuse 4 verhindert, indem dieses verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder abgeführt wird, bevor es in das Kurbelgehäuse 4 gelangen kann und dann der Reinigungsvorrichtung 60 zugeführt.
  • Dazu ist bei dem Viertakt-Grossdieselmotor 1 am unteren Ende des Zylinders 2 eine Sammeleinrichtung 22 vorgesehen, welche das von der Lauffläche 21 abgestreifte verunreinigte Schmiermittel aufsammelt, sodass es im wesentlichen nicht in das Kurbelgehäuse 4 und damit auch nicht ungereinigt in die Schmiermittelquelle 62 gelangen kann.
  • In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele für die Sammeleinrichtung 22 dargestellt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist am darstellungsgemäss unteren Ende des Zylinders 2 bzw. des Zylinderliners eine entlang des gesamten Umfangs umlaufende Rinne 221 vorgesehen, an deren Boden mindestens eine Ablassöffnung 222 vorgesehen ist, durch welche das verunreinigte Schmiermittel in die Abführung 36 gelangt.
  • Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel für die Sammeleinrichtung 22, das in Fig. 4 dargestellt ist, ist im Bereich des unteren Endes des Zylinders 2 bzw. des Zylinderliners eine Nut 223 vorgesehen, die sich über den gesamten Umfang erstreckt. In dieser sammelt sich das von der Lauffläche 21 abgestreifte Schmiermittel. Aus der Nut 223 gelangt das verunreinigte Schmiermittel über eine in Fig. 4 nicht dargestellte Auslassöffnung in die Abführung 36. Vorzugsweise ist die Nut 223 - wie in Fig. 4 dargestellt - zur äusseren Wandung des Zylinders 2 abwärts geneigt, um ein besseres Sammeln des Schmiermittels zu ermöglichen.
  • Auch bei dem Viertakt-Grossdieselmotor sind solche Ausgestaltungen möglich, bei denen zwei getrennte Schmiermittelkreisläufe vorgesehen sind, nämlich einer für die Zylinderschmierung bzw. die Kolbenschmierung und einer für die Lagerschmierung und gegebenenfalls Die Kolbenkühlung.
  • Es versteht sich dass auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 Varianten möglich sind, bei denen das verunreinigte Schmiermittel an einer anderen Stelle oder an mehreren Stellen aus dem Zylinder 2 abgeführt wird. Das verunreinigte Schmiermittel wird vorzugsweise an einer Stelle oder an mehreren Stellen abgeführt, die zwischen dem unteren Umkehrpunkt des letzten Kolbenrings bzw. des Ölabstreifrings 52 und der Grenze zwischen dem Zylinderblock 3 und dem Kurbelgehäuse 4 liegt. Prinzipiell muss nur vermieden werden, dass wesentliche Mengen des verunreinigten Schmieröls von der Lauffläche 21 direkt durch das Kurbelgehäuse 4 in die Schmierölquelle 62 gelangt.
  • Da das stark verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder 2 abgeführt werden kann, ohne dass es sich mit dem Schmiermittel in der Schmiermittelquelle 62 vermischt, wird das verunreinigte Schmiermittel auch nicht verdünnt und kann daher deutlich besser und effizienter in der Reinigungsvorrichtung 60 gereinigt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Schmieren eines Grossdieselmotors, der mindestens einen in einem Zylinderblock (3) vorgesehenen Zylinder (2) mit einem in dem Zylinder (2) entlang einer Lauffläche (21) hin und her bewegbaren Kolben (5) aufweist, welcher Kolben (5) einen Brennraum (6) begrenzt und mit einer in einem Kurbelgehäuse (4) vorgesehenen Kurbelwelle (10) verbunden ist, wobei zur Schmierung des Kolbens (5) ein Schmiermittel aus einer Schmiermittelquelle (62) in den Zylinder (2) eingebracht wird, welches durch den im Brennraum (6) stattfindenden Verbrennungsprozess verunreinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder (2) abgeführt wird, bevor es in das Kurbelgehäuse (5) gelangen kann, und dann einer Reinigungsvorrichtung (60) zugeführt und dort gereinigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das verunreinigte Schmiermittel an einer Stelle abgeführt wird, die zwischen dem unteren Umkehrpunkt des letzten Kolbenrings und der Grenze zwischen dem Zylinderblock (3) und dem Kurbelgehäuse (4) liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das verunreinigte Schmiermittel an einer Stopfbuchse (34) abgeführt wird, welche zwischen dem Zylinderblock (3) und dem Kurbelgehäuse (4) vorgesehen ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das gereinigte Schmiermittel der Schmiermittelquelle (62) zugeführt wird, sodass das Schmiermittel in einem Schmiermittelkreislauf geführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem genau ein Schmiermittel vorgesehen wird, das zur Schmierung des Kolbens (5) und zusätzlich mindestens zur Schmierung von Lagern und/oder zur Kühlung des Kolbens (5) verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Viskosität und/oder der BN (Base Number)-Wert des Schmiermittels überwacht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei dem Schmiermittelkreislauf frisches Schmiermittel zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das frische Schmiermittel so dem Schmiermittelkreislauf zugeführt wird, dass es zunächst den Kolben (5) kühlt, bevor es erstmals in den Zylinder (2) eingebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Schmiermittel ein Additiv zugeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schmiermittel durch einen am Kolben (5) vorgesehenen Ölabstreifring (52) von der Lauffläche (21) des Zylinders (2) abgestreift wird.
  11. Grossdieselmotor mit mindestens einem in einem Zylinderblock (3) vorgesehenen Zylinder (2), mit einem in dem Zylinder (2) entlang einer Lauffläche (21) hin und her bewegbaren Kolben (5), welcher Kolben (5) einen Brennraum (6) begrenzt und mit einer in einem Kurbelgehäuse (4) vorgesehenen Kurbelwelle (10) verbunden ist, mit einer Schmiermittelzuführung (42), um zur Schmierung des Kolbens (5) ein Schmiermittel aus einer Schmiermittelquelle (62) in den Zylinder (2) einzubringen, welches durch den im Brennraum (6) stattfindenden Verbrennungsprozess verunreinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abführung (36) für das verunreinigte Schmiermittel vorgesehen ist, die so angeordnet und ausgestaltet ist, dass das verunreinigte Schmiermittel aus dem Zylinder (2) abführbar ist, bevor es in das Kurbelgehäuse (4) gelangen kann, sowie eine mit der Abführung (36) verbundene Reinigungsvorrichtung (60) für das verunreinigte Schmiermittel.
  12. Grossdieselmotor nach Anspruch 11, wobei die Reinungsvorrichtung (60) mit der Schmiermittelquelle (62) verbunden ist, derart dass ein Schmiermittelkreislauf vorhanden ist.
  13. Grossdieselmotor nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Abführung (36) für das verunreinigte Schmiermittel an einer Stelle angeordnet ist, die zwischen dem unteren Umkehrpunkt des letzten Kolbenrings und der Grenze zwischen dem Zylinderblock (3) und dem Kurbelgehäuse (4) liegt.
  14. Grossdieselmotor nach einem der Ansprüche 11-13, wobei die Abführung (36) für das verunreinigte Schmiermittel an einer Stopfbuchse (34) angeordnet ist, welche zwischen dem Zylinderblock (3) und dem Kurbelgehäuse (4) vorgesehen ist.
  15. Grossdieselmotor nach einem der Ansprüche 11-14, wobei am unteren Ende des Zylinders (2) eine Sammeleinrichtung (22) für das Schmiermittel vorgesehen ist.
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