(57)【要約】【課題】本発明は、往復ピストン内燃エンジン、特に単流掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンのシリンダ配置を再生する方法に関する。【解決手段】  前記シリンダ配置は、シリンダライナ内に配置されたピストンを有し、該ピストンは、作動状態および導入状態において、前記シリンダライナのシリンダ軸に沿って、上死点と下死点の間を前後に移動可能であり、前記ピストンの上側は、前記シリンダライナの稼働表面、および前記シリンダライナに配置されたシリンダカバーとともに、燃焼空間を区画する。前記ピストンの上側と前記ピストンの前記燃焼空間から離れた下側の間の、前記ピストンのピストンクラウンには、少なくとも一つのピストンリングを含むピストンリングパッケージが提供され、前記ピストンは、作動状態において、前記ピストンリングパッケージを介して、前記シリンダライナの前記稼働表面と摩擦接触する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復ピストン内燃エンジン、特に単流掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンのシリンダ配置を再生する方法であって、
前記シリンダ配置は、シリンダライナ内に配置されたピストンを有し、
該ピストンは、作動状態および導入状態において、前記シリンダライナのシリンダ軸に沿って、上死点と下死点の間を前後に移動可能であり、前記ピストンの上側は、前記シリンダライナの稼働表面、および前記シリンダライナに配置されたシリンダカバーとともに、燃焼空間を区画し、
前記ピストンの上側と前記ピストンの前記燃焼空間から離れた下側の間の、前記ピストンのピストンクラウンには、少なくとも一つのピストンリングを含むピストンリングパッケージが提供され、前記ピストンは、作動状態において、前記ピストンリングパッケージを介して、前記シリンダライナの前記稼働表面と摩擦接触され、
前記ピストンは、前記シリンダカバーに隣接する前記稼働表面の上部領域の摩耗が所定の状態で、主要な再生ステップにおいて再生され、前記ピストンの上側に最近接に配置された前記ピストンリングパッケージの少なくとも一つの上部リングは、前記ピストンの再生後に、前記再生前に比べて、前記ピストンの上側から、所定の第1の異なる間隔で離間して配置されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ピストンリングパッケージは、上部リング溝に配置された前記上部リングに加えて、少なくとも一つの第2のピストンリングを有し、
前記上部リングは、前記上部リング溝から除去され、前記ピストンの再生の際に置換されないことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記上部リングは、前記ピストンの前記再生のため、前記上部リング溝から除去され、
第2の位置に、第1の異なる間隔で、新たに導入されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記上部リング溝は、閉止され、好ましくは溶接閉止されることを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
【請求項５】
前記ピストンクラウンは、交換クラウンによって置換され、
前記交換クラウンの前記上側に最近接に配置された、前記交換クラウンの前記ピストンリングパッケージの少なくとも一つの上部リングは、前記所定の異なる間隔で、前記交換クラウンの前記上側から離間して配置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記ピストンリングパッケージの少なくとも一つの別のピストンリング、特に、前記ピストンリングパッケージの各ピストンリングは、前記ピストンの再生の後、前記再生の前に比べて、第2の所定の異なる間隔で、前記ピストンの前記上側から離間して配置されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
全ての第2の異なる間隔は等しく、特に前記異なる間隔と等しいことを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記ピストンリングパッケージの少なくとも一つのピストンリングは、前記主要な再生ステップが実施される前に、少なくとも一つの中間ステップにおいて交換されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一つのピストンリングは、前記主要な再生ステップの間、または前記中間ステップの間、新たなピストンリングと置換されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記ピストンリングパッケージの、前記ピストンの下側に最近接に面するピストンリングは、除去され、置換されないことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
ピストンリングは、異なる高さのピストンリングと置換されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
ピストンリングは、異なる幅のピストンリングと置換されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
ピストンリングは、異なる外径を有するピストンリングと置換され、特に、より大きな外径を有するピストンリングと置換されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
ピストンリング溝の幅、またはピストンリング溝の深さは、変更されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
ピストンリング溝、または前記ピストンクラウン、またはピストンリングには、摩耗保護層が提供されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、独立請求項1の前提部分に記載の、往復ピストン燃焼エンジン、特に単流掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンのシリンダ配置を再生する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型ディーゼルエンジンは、しばしば、船舶用の駆動集合体として、あるいは静止動作において、例えば、電気エネルギー発電用の大型発電器の駆動用の駆動集合体として、使用される。これに関し、通常モータは、相当の期間にわたって、連続作動モードで稼働され、これは、運転安全性および利便性に関して、高い要求が必要となることを意味する。このため、メンテナンスの間の特に長いインターバルにおいて、低摩耗性、経済的な燃料のハンドリング、および作動材料は、オペレータの機械操作の重要な尺度となる。特に、そのような大型ボア低速稼働ディーゼルエンジンのシリンダライナ内のピストン稼働挙動は、メンテナンス間のインターバルの長さ、利便性、および潤滑油消費を介した直接的な作動コスト、すなわちコスト効率にとって、極めて重要な因子である。従って、大型ディーゼルエンジンのピストン稼働挙動の複雑な問題に関連する重要性が増している。
【０００３】
これに関して、運転状態において、シリンダライナが該シリンダライナの上部領域で受ける負荷は、特に大きいことが良く知られており、すなわち、作動状態において、ピストンがシリンダカバーの近傍の上死点を介して通過する位置において、負荷は、特に大きくなる。空気燃料混合物は、ピストンの上死点位置近傍で点火され、これは、シリンダライナ、シリンダカバーおよびピストンで取り囲まれた燃焼空間の体積が、ほぼ最小になるときを意味する。これにより、高温および高圧がシリンダライナ内で作用し、その温度および圧力は、特にピストンの移動により、さらに強い動的変化に晒される。従って、燃焼空間の動的体積は、常に変化する。
【０００４】
燃焼空間に存在し、ピストンリング稼働表面とシリンダライナ表面の間の摩擦に大きな影響を及ぼす大きな燃焼圧力により、ならびに燃焼および／またはピストン移動によって生じる燃焼空間に存在する大きな圧力変動により、シリンダライナは、特に大きな摩耗を受け、特に運転状態において燃焼空間内で燃焼が開始される上端部において、大きな摩耗を受ける。
【０００５】
上死点の領域における大きな摩耗は、ピストンが上死点の近傍で、シリンダライナの稼働表面に沿って比較的低速で稼働することや、速度がゼロとなる上死点、さらにはその移動方向が反転し下死点に向かうことによっても、加速される。これらの条件下では、ピストンのピストンリングとシリンダライナの稼働表面の間に、十分な潤滑膜を形成することは極めて難しい。潤滑膜は、時折、品質が十分ではないことがあり、少なくとも局部的にまたは一時的に、消失する場合があり、「境界摩擦」または「混合摩擦」の状態が生じる。この領域では、「金属−金属接触」が生じ、そのような条件下での高摩擦力により、シリンダ稼働表面以外でも大きな磨損が生じ得る。
【０００６】
極めて高い温度および圧力が、潤滑膜が少なくとも局部的に存在しない状態で負荷される場合、または、例えば、高温で生じる損傷腐食過程に関連して、潤滑膜がしばしば化学物質による損傷を受けた場合、前述の摩耗状態は、シリンダライナのシリンダ壁で規則的に生じることになる。
【０００７】
前述の摩耗機構は、シリンダライナの稼働表面の、上死点に向かう方向において、より顕著になるため、上死点に向かう方向のシリンダ軸に沿った摩耗は、運転時間の増加とともに増大する。
【０００８】
これは、シリンダライナの内部の駆動表面の形状が、作動時間の増加とともに、内部シリンダの正確な円筒形状から逸れ、すなわち内部シリンダの正確な円筒形状から徐々に逸脱する影響を及ぼし、摩耗が増大し、作動期間が続くと、徐々に実質的に「トランペット状」の形状が形成されるようになる。これは、所定の作動期間の後、前述の摩耗プロセスにより、シリンダライナの内部形状が変化することを意味する。例えば内径は、上死点に近づくにつれてより大きくなる。シリンダライナの駆動表面の内形状は、理想的な内円柱状から、徐々にトランペットの形状に近くなる。そのような形状のずれは、作動状態に依存して、シリンダの駆動表面に沿った他の位置においても生じ、シリンダ直径が駆動表面に沿って変化する。
【０００９】
これは、上死点の領域におけるシリンダ駆動表面での摩擦条件を悪化させ、最悪の場合、燃焼プロセスが悪影響を受け、モータの作動が悪影響を受けることは、当業者には容易に理解される。通常、これは、最終的な作動コストの高コスト化につながり、最悪の場合、安全な運転に支障をきたす。例えばモータによって駆動されるプラントの安全性、例えば、通常、全ての事象を抑制する必要がある船舶の安全性に悪影響が生じる。このため、例えば、対応するシリンダライナは、早い段階で点検する必要があり、および／または早い段階で交換する必要が生じる。これは、通常、作動コストの大きな上昇につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このため、本発明の目的は、往復ピストン燃焼エンジン、特に単流掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンのシリンダ配置を再生する新たな方法を提供することである。これにより、従来の問題が回避され、シリンダライナの稼働期間が延伸する。これは、摩耗により保守および／または交換される前に、低労力でコスト効果のある方法で、シリンダライナを十分に長い間使用することが可能になることを意味する。これにより、モータの作動コストが有意に抑制される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を達成するための本発明の主題は、独立請求項1に記載されている。
【００１２】
従属請求項は、本発明の特に有意な実施例に関する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
従って、本発明は、往復ピストン燃焼エンジン、特に単流掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンのシリンダ配置を再生する方法に関する。ここで、シリンダ配置は、シリンダライナ内に配置されたピストンを有し、このピストンは、作動状態および導入状態において、シリンダライナのシリンダ軸に沿って、上死点と下死点の間を前後に移動可能である。ピストンの上側は、シリンダライナの稼働表面、およびシリンダライナに配置されたシリンダカバーとともに燃焼空間を区画する。ここで、ピストンの上側と燃焼空間から離れた下側の間の、ピストンのピストンクラウンには、少なくとも一つのピストンリングを含むピストンリングパッケージが提供され、このピストンは、作動状態において、ピストンリングパッケージを介して、シリンダライナの稼働表面と摩耗接触する。本発明では、前記ピストンは、シリンダカバーに隣接する稼働表面の上部領域が所定の摩耗状態になると、主要な再生ステップにおいて再生され、ピストンの上側に最近接に配置されたピストンリングパッケージの少なくとも一つの上部リングは、前記ピストンの再生後に、再生前に比べて、前記ピストンの上側から、所定の第1の異なる間隔で離間して配置される。
【００１４】
ここで、本発明による方法は、シリンダカバーに隣接する稼働表面の上部領域の摩耗が所定の状態で、主要な再生ステップにおいてピストンが再生される点で重要である。ピストンの上側に最近接に配置された、ピストンリングパッケージの少なくとも一つの上部リングは、ピストンの再生後に、再生前に比べて、ピストンの上側から、所定の第1の異なる間隔で離間される。これは、シリンダライナの「トランペット状」摩耗が顕著になり、前述の理由により、所定の摩耗状態にもはや耐えられなくなった際に、少なくとも燃焼空間に最近接に面する上部リングは、新たに配置され、ピストンの上部表面から離間されることを意味する。これは、上部リングの新たな配置の後、上死点に近い位置にある上部リングが、大きく減少したシリンダライナの内径と再度接触するという効果をもたらす。上部リングは、ピストンの下側に向かう方向において、燃焼空間を再び十分にシールする。また、新たに配置された上部リングの上部の領域における、シリンダの稼働表面のさらなる摩耗が抑制される。
【００１５】
本発明による方法の好適実施例では、ピストンリングパッケージは、上部リング溝に配置された上部リングに加えて、少なくとも一つの第2のピストンリングを有し、この上部リングは、上部リング溝から除去され、少なくとも初期には、ピストンの再生のため置換されない。その場合、空いたままのピストンリング溝は、コーク残渣や摩耗の収集溝として使用され、さらに有意な方法では、潤滑剤の収集溝として使用される。
【００１６】
ここで、前記上部リングは、前記ピストンの再生のため、前記上部リング溝から除去され、第2の位置に、第1の異なる間隔で新たに導入されても良い。特に上部リングは、必ずしも必要ではないが、好ましくは溶接で閉止される。
【００１７】
ここで、ピストンクラウンは、該ピストンクラウンの摩耗の状態に応じて、交換クラウンと完全に置換されても良い。交換クラウンの上側に最近接に配置された、前記交換クラウンのピストンリングパッケージの少なくとも一つの上部リングは、所定の異なる間隔で、交換クラウンの上側からさらに離間して配置されても良い。
【００１８】
ピストンリングパッケージの少なくとも一つの別のピストンリング、特にピストンリングパッケージの各ピストンリングは、通常、再生後に、再生前に比べて、第2の所定の異なる間隔で、ピストンの上側からさらに離間して配置されても良いことは、容易に理解される。全ての第2の異なる間隔は、等しくても異なっていても良く、特に、前記異なる間隔と等しくても良い。
【００１９】
これに関し、通常、上部リングは、交換する必要はなく、あるいは本発明による再生する方法の第1の方法ステップにおいて既に動かされるが、ピストンリングパッケージの少なくとも一つのピストンリングは、主要な再生ステップが実施される前に、少なくとも一つの中間ステップにおいて、交換することも可能である。主要な再生ステップの間、または中間ステップ間に、少なくとも一つのピストンリングが新たなピストンリングに置換されることは、特に有意である。
【００２０】
これに関し、通常、ピストンの下側に最近接のピストンリングパッケージのピストンリングは、除去され、置換されないことも可能である。
【００２１】
また、前記ピストンリングは、シリンダライナの摩耗の進行状態へのより良い適合のため、異なる形状または異なる特性を有するピストンリングによって置換されても良い。すなわち、例えば、ピストンリングは、異なる高さのピストンリングに置換され、またはピストンリングは、異なる幅のピストンリングに交換されても良い。また、ピストンリングは、異なる外径を有するピストンリング、特に大きな外径を有するピストンリングに置換され、またはピストンリング溝の幅もしくはピストンリング溝の深さは、通常、変えても良い。また、ピストンリング溝、ピストンクラウン、ピストンリング溝、または別の部材には、再生の間、従来から知られた摩耗保護層が提供されても良い。
【００２２】
特に好適な実施例では、例えば、大型ボアの単流掃気大型2ストロークディーゼルエンジンに対して、極めて有意に使用される。燃焼空間から最も遠い下側ピストンリングは、メンテナンス間の第1の所定のインターバルの後、例えば16000から18000時間の作動後、最初にピストンリングパッケージから除去され、元々のピストンリングパッケージは、例えば、4つのピストンリングを有する。この第1のメンテナンスステップでは、3つのピストンリングのみが、その後新品と交換される。ピストンリングパッケージから除去された、最も下側のピストンリングのピストンリング溝は、空のまま維持される。空のままの溝は、溶接閉止されることが好ましいが、この空のままの状態で、モータは、ピストンリングパッケージの3つのピストンリングのみで作動されても良い。
【００２３】
所定の作動時間の後、例えば、さらなる16000から20000時間の動作後に、ピストンは、再度メンテナンスされ、残りの3つのピストンリングが、新たなピストンリングと再度交換される。除去された元の第4のピストンのピストンリング溝は、例えば溶接閉止により、閉止されることが好ましい。
【００２４】
さらなる作動時間の後、前述の、例えば、シリンダライナの稼働表面の「トランペット状」摩耗が顕著になり、ピストンリングパッケージの少なくともピストンの上側に最近接に配置された上部リングは、再生後に、再生前に比べて、所定の第1の異なる間隔で、ピストンの上側から離間して配置される。これは、少なくとも上部リングは、ピストン表面に対して異なる間隔で、ピストン表面から離して設置されることを意味する。ここで、摩耗の種類に応じて、別のピストンリング、またはピストンリングパッケージの全てのピストンリングが、ピストン表面から新たに離間して配置されることが理解される。ピストン表面からの新たな間隔は、通常、ピストンリングパッケージの各ピストンリングに対して、個々に選定される。
【００２５】
通常、本発明による再生方法の間、ピストン、ピストンリング、またはシリンダライナの再生のため、全てのそれ自体知られた手段が同様に適用されても良い。
【００２６】
例えば、前述のように、ピストンリング溝は、溶接閉止され、または必要に応じて、溶接閉止されなくても良い。ピストンリングのピストン表面またはピストンリング溝は、機械的に加工され、例えば、微細化（ground）、研磨、または異なる方法で、機械的に加工されても良い。
【００２７】
ピストン、ピストンリング、ピストンリング溝、または他の機械部材のような関心部品は、完全にあるいは部分的に置換され、および／もしくは新たに構成され、あるいは摩擦を抑制するため、またはシール特性を最適化するため、または粗さのようなパラメータを整合させるため、例えば既知の技術でコーティングされ、例えば、ガルバニックコーティングもしくは熱スプレー層でコーティングされる。
【００２８】
本発明は、一例として説明された実施例に限定されないことは、当業者には明らかである。単純な変更、特に、実施例の全ての技術的に意味のある組み合わせは、本発明によって網羅される。また、本発明の適用が大型2ストロークディーゼルエンジンに限定されるものではなく、原理的に、他のいかなるモータタイプ、例えばガスモータ、4ストロークエンジン、または異なるモータに適用できることは、容易に理解される。