ZYLINDERLINER FÜR EINE HUBKOLBENBRENNKRAFTMASCHINE

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Zylinderliner (1) für einen Grossdieselmotor, umfassend einen Kolben (12), der verschiebbar im Zylinderliner (1) entlang einer Zylinderachse (A) des Zylinderliners (12) hin- und herbewegbar angeordnet ist, eine Oberseite des Kolbens (12), die zusammen mit einer Lauffläche des Zylinderliners (1) und einem am Zylinderliner (1) angeordneten Zylinderdeckel einen Brennraum begrenzt, und eine Schmiereinrichtung zum Einbringen eines Schmiermittels in den Zylinderliner (1), wobei das Schmiermittel im Betriebszustand im Zylinderliner (1) eine Schmiermittelschicht (2) ausbildet. Erfindungsgemäss umfasst der Zylinderliner (1) mindestens einen Durchgang (13) und am Durchgang (13) ist ein optisches Element (5) angeordnet, wobei das optische Element (5) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Schmiermittelschicht (2) mit einem Beleuchtungsstrahl (3) in Form von elektromagnetischer Strahlung beleuchtbar ist. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht (2).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderliner für einen Grossdieselmotor gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 12.

[0002] 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 im Zylinderliner solcher grossbohrigen langsam laufenden Dieselmotoren ein bestimmender Faktor für die Länge der Wartungsintervalle, die Verfügbarkeit und über die Qualität und den Schmiermittelverbrauch auch unmittelbar für die Betriebskosten und damit für die Wirtschaftlichkeit. Damit kommt der komplexen Problematik des Kolbenlaufverhaltens von Grossdieselmotoren sowie deren Schmierung eine immer grössere Bedeutung zu.

[0003] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Zylinderliner und ein Verfahren vorzuschlagen, die es ermöglichen ein Schmiermittel am Zylinderliner einfach und effizient zu untersuchen.

[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Zylinderliner für einen Grossdieselmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

[0005] Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

[0006] Die Erfindung betrifft somit einen Zylinderliner für einen Grossdieselmotor, umfassend:

• einen Kolben, der verschiebbar im Zylinderliner entlang einer Zylinderachse des Zylinderliners hin- und herbewegbar angeordnet ist,
• eine Oberseite des Kolbens, die zusammen mit einer Lauffläche des Zylinderliners und einem am Zylinderliner angeordneten Zylinderdeckel einen Brennraum begrenzt,
• und eine Schmiereinrichtung zum Einbringen eines Schmiermittels in den Zylinderliner, wobei das Schmiermittel im Betriebszustand im Zylinderliner eine Schmiermittelschicht ausbildet.

[0007] Der Zylinderliner umfasst mindestens einen Durchgang und am Durchgang ist ein optisches Element angeordnet, wobei das optische Element derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Schmiermittelschicht mit einem Beleuchtungsstrahl in Form von elektromagnetischer Strahlung beleuchtbar ist.

[0008] Der Durchgang kann sich im Zylinderdeckel oder in einer Zylinderwand, also einer Mantelfläche des Zylinderliners befinden. Der Durchgang kann einen Aussenbereich des Zylinderliners, also einen Bereich ausserhalb des Zylinderliners, mit einem Innenbereich, also einem Bereich oder Volumen innerhalb des Zylinderliners verbinden. Bevorzugt kann der Durchgang in den Brennraum ausgebildet sein. Der Durchgang kann als Hohlkörper mit einer kreisförmigen oder dreieckigen oder rechteckigen oder mehreckigen Grundfläche ausgebildet sein. Der Durchgang kann sich aber auch in Richtung des Innen- oder Aussenbereichs des Zylinderliners konisch aufweiten. Der Durchgang kann eine Längsachse aufweisen und die Längsachse des Durchgangs kann mit der Zylinderachse einen Winkel ausbilden, insbesondere einen Winkel zwischen 20 bis 160 Grad ausbilden, d.h. der Durchgang kann also gerade oder schräg durch die Zylinderwand führen. Der Durchgang kann aber auch einen oder mehrere Abschnitte umfassen, deren weitere Längsachsen gleiche oder verschiedene Winkel mit der Zylinderachse einschliessen. An einer Öffnung des Durchgangs in Richtung des Innenbereichs des Zylinderliners, insbesondere in den Brennraum kann ein Abschlusselement angeordnet sein, um ein Eindringen des Schmiermittels in den Durchgang zu verhindern. Das Abschlusselement kann optisch transparent sein.

[0009] Ausserdem kann ein Teil des Durchgangs in Richtung des Innenbereichs als ein Sammelbereich ausgebildet sein. Unter einem Sammelbereich kann, wenn der Kolben im Betriebszustand bei der Hin- und Herbewegung den Sammelbereich verschliesst, ein geschlossenes definiertes Sammelvolumen verstanden werden, in dem sich das Schmiermittel sammelt und eine Schmiermittelschicht ausbildet. Der Zylinderliner kann aber auch zwei, drei oder mehrere Durchgänge umfassen, wobei die zwei, drei oder mehreren Durchgänge beispielsweise in den Innenbereich des Zylinderliners oder aber in den Sammelbereich münden können. Ebenso können zwei, drei oder mehrere Durchgänge unabhängig voneinander mit oder ohne Sammelbereich am Zylinderliner ausgebildet sein, sodass die Schmiermittelschicht an verschiedenen Punkten des Zylinderliners untersuchbar ist. Der Durchgang kann aber auch in den Spülraum münden.

[0010] Das optische Element kann am Durchgang, also vor der Öffnung im Aussenbereich, teilweise im Durchgang oder aber vollständig im Durchgang angeordnet sein. Das optische Element kann eine Quelle für elektromagnetische Strahlung und / oder ein Lichtwellenleiter und / oder ein Detektionselement und / oder ein Analyseelement umfassen. Quelle für elektromagnetische Strahlung und / oder ein Lichtwellenleiter und / oder ein Detektionselement und / oder ein Analyseelement können als ein Bauteil oder eine Einheiten des optischen Elements ausgebildet sein. Ebenso können diese aber auch als vom optischen Element unabhängige Komponente ausgebildet sein. Ist (Sind) die Quelle und / oder der Lichtwellenleiter und / oder das Detektionselement und / oder das Analyseelement als unabhängige Komponente ausgebildet, dann können diese Komponenten zum Austausch von Daten und / oder elektromagnetischer Strahlung miteinander verbunden sein, d.h. beispielsweise mit einem Lichtwellenleiter oder einem Draht oder sogar drahtlos mittels eines lokalen Netzwerks miteinander kommunizieren bzw. elektromagnetische Strahlung übertragen.

[0011] Die Quelle kann beispielsweise ein Laser, eine Diode, ein Röntgenstrahler oder ein Mikrowellenstrahler sein. Die elektromagnetische Strahlung kann in einem Wellenlängenbereich von 1 m bis zu 10^-12 m liegen, also beispielsweise Mikrowellen-, Infrarot-, sichtbares Licht oder Röntgenstrahlung.

[0012] Das Detektionselement kann beispielsweise eine Photozelle, ein Photomultiplier, eine Photodiode, ein CCD Sensor, ein Halbleiterdetektor oder ein Szintillationszähler sein. Das Detektionselement kann elektromagnetische Strahlung, insbesondere einer Intensität oder eines Absorptionsspektrum, detektieren und in ein elektromagnetisches Signal umwandeln.

[0013] Das Analyseelement kann beispielsweise ein integrierter Schaltkreis, ein Controller, ein Steuergerät oder ein Computer sein, das den charakterisierenden Kennwert der Schmiermittelschicht berechnet.

[0014] Ist der Motor im Betrieb, wird der Kolben entlang der Zylinderachse hin- und her bewegt und die Kolbenringe sowie der Zylinderliner werden mit einem Schmiermittel geschmiert. Das Schmiermittel bildet dabei eine Schmiermittelschicht im Zylinderliner, insbesondere an der Innenseite der Mantelfläche des Zylinderliners oder dem Sammelbereich aus. Zur Untersuchung bzw. Analyse der Schmiermittelschicht ist ein Beleuchtungsstrahl von der Quelle bzw. vom optischen Element, wenn die Quelle als ein Bauteil des optischen Elements ausgebildet ist, emittierbar und die Schmiermittelschicht ist mit dem Beleuchtungsstrahl beleuchtbar.

[0015] Dabei dringt der Beleuchtungsstrahl in die Schmiermittelschicht ein und der emittierte bzw. übertragene Beleuchtungsstrahl wird in der Schmiermittelschicht von einer oder mehreren in der Schmiermittelschicht vorhandenen Substanzen, insbesondere Molekülen, absorbiert. Im Folgenden wird der Beleuchtungsstrahl an einer Phasengrenze zwischen Schmiermittelschicht und einem Gas im Zylinderliner totalreflektiert.

[0016] Das Schmiermittel kann flüssige und / oder gasförmige Anteile und / oder Feststoffanteile umfassen. Das Schmiermittel kann insbesondere ein Schmieröl oder ein Kühlschmieröl sein und kann beispielsweise eine Basisflüssigkeit mit einem oder mehreren Additiven enthalten.

[0017] Somit kann das Schmiermittel vorteilhafterweise im Speziellen die Zusammensetzung des Schmiermittels direkt im Zylinderliner einfach beleuchtet bzw. bedarfsgerecht und effizient untersucht werden. Von Vorteil werden dabei charakteristischen Wellenlängen des Schmiermittels angeregt und anhand der Bestimmung eines Übertragungsverhaltens der Schmiermittelschicht können Rückschlusse über bestimmte Eigenschaften des Schmiermittels gezogen werden.

[0018] In Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchgang in einer Zylinderwand des Zylinderliners angeordnet und kann somit von Vorteil einfach verbaut oder in einem bereits installierten und verbauten Zylinderliner nachgerüstet werden.

[0019] In Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Zylinderliner mindestens eine Quelle zur Emission der elektromagnetischen Strahlung und die Quelle ist derart ausgestaltet ist, dass der Beleuchtungsstrahl als elektromagnetische Strahlung zur Beleuchtung der Schmiermittelschicht emittierbar ist. Die Quelle ist dabei derart ausgestaltet, dass der Beleuchtungsstrahl elektromagnetische Strahlung mit einer oder verschiedenen Wellenlängen umfasst. Ausserdem kann das optische Element dabei die Quelle umfassen.

[0020] Die Quelle kann elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 1 m bis zu 10^-12 m emittieren, wobei elektromagnetische Strahlung mit einer oder verschiedenen Wellenlängen emittiert werden können. Die Quelle kann entweder als ein Bauteil oder eine Einheit des optischen Elements ausgebildet sein oder aber als eine vom optischen Element unabhängige Komponente ausgebildet sein. Vorteilhafterweise können somit verschiedene Kennwerte mit verschiedenen Quellen oder Wellenlängen untersucht werden. Ausserdem kann somit eine Modularität und Austauschbarkeit der Quelle gewährleistet werden.

[0021] In Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische Element einen Lichtwellenleiter, wobei unter einem Lichtwellenleiter ein Leiter für elektromagnetische Wellen, beispielweise eine Glasfaser, verstanden werden kann. Der Lichtwellenleiter kann mit der Quelle verbunden sein. Da die Quelle als eine unabhängige Komponente ausgeführt sein kann, kann der Beleuchtungsstrahl mittels des Lichtwellenleiters an die Schmiermittelschicht übertragen werden. Vorteilhafterweise kann der Lichtwellenleiter sehr einfach im Durchgang angeordnet, also installiert werden.

[0022] In Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Zylinderliner ein Detektionselement und das Detektionselement ist derart ausgestaltet, dass das Detektionselement einen aus der Schmiermittelschicht rücklaufenden Detektionsstrahl detektiert, insbesondere eine Intensität oder ein Absorptionsspektrum des Detektionsstrahls detektiert, und in ein Signal umwandelt. Ebenso umfasst der Zylinderliner ein Analyseelement und das Analyseelement ist dafür vorgesehen, mittels des Signals des detektierten Detektionsstrahl einen die Schmiermittelschicht charakterisierenden Kennwert zu bestimmen. Es können Eigenschaften des Schmiermittels, Eigenschaften der Additive des Schmiermittels oder beim Motorbetrieb entstehende Substanzen untersucht werden, die beispielsweise bei der Abnutzung und Korrosion von Motorbestandteilen entstehen oder der Eintrag von unverbranntem, teilverbranntem oder verbranntem Brennstoff oder Verbrennungsprodukte bzw. Reaktionsprodukte der vorgenannten Stoffe untereinander. Als charakterisierender Kennwert können insbesondere die Kennwerte Basenzahl (BN), der Eisengehalt, der Partikelgehalt, insbesondere der Gehalt katalytischer Rückstände oder Catfines, die Viskosität, der Gehalt an Schmiermitteloxiden, Trübung, die elektrische Leitfähigkeit oder dielektrische Parameter, die Dicke der Schmiermittelschicht sowie das Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsverhalt der Schmiermittelschicht bzw. der Schmiermittels bestimmt werden. Vorteilhafterweise kann somit das Schmiermittel bzw. die Schmiermittelschicht im Zylinderliner einfach und effizient untersucht werden.

[0023] In Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische Element das Detektionselement und / oder das Analyseelement. Vorteil dieser Massnahme ist eine Integration des Detektionselements und / oder des Analyseelements in das optische Element, sodass die Schmiermittelschicht auf einfache Art und Weise mit dem am Durchgang angeordneten optischen Element untersucht werden kann.

[0024] In Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Zylinderliner einen oder mehrere Durchgänge, die einen Sammelbereich umfassen. Dabei sind die Durchgänge derart angeordnet, dass die Durchgänge in den Sammelbereich münden und der Sammelbereich als ein geschlossenes definiertes Sammelvolumen ausbildbar ist. Der Sammelbereich kann als ein Abschnitt des Durchgangs ausgebildet sein, der einen kleineren oder gleichen, bevorzugt einen grösseren oder zunehmenden Durchmesser als ein Durchgangsdurchmesser aufweist. Der Sammelbereich kann in Richtung des Innenbereichs konisch geformt sein, also einen zunehmenden Durchmesser aufweisen. Der Sammelbereich kann beispielsweise kegelförmig, zylinderförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann anhand des definierten Sammelvolumens einfach ein charakteristischer Kennwert bestimmt werden.

[0025] Im Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht, insbesondere einer Schmiermittelschicht in einem Zylinderliner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend

• einen Beleuchtungsschritt, wobei die Schmiermittelschicht mittels elektromagnetischer Strahlung eines Beleuchtungsstrahls beleuchtet wird, und
• einen Detektionsschritt, wobei ein aus der Schmiermittelschicht rücklaufender Detektionsstrahl, insbesondere eine Intensität oder ein Absorptionsspektrum des Detektionsstrahls, detektiert und in ein Signal umgewandelt wird. In einem Analyseschritt wird, in Abhängigkeit von dem Signal des detektierten Detektionsstrahls, der Kennwert bestimmt.

[0026] In Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Emissionsschritt die elektromagnetische Strahlung von einer Quelle als ein Beleuchtungsstrahl zur Beleuchtung der Schmiermittelschicht emittiert.

[0027] In Ausgestaltung der Erfindung wird eine Wellenlänge des Beleuchtungsstrahls derart ausgewählt, dass eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung des Detektionsstrahl im Schmiermittel angeregt wird.

[0028] In Ausgestaltung der Erfindung wird im Analyseschritt ein Amplituden-Amplituden Verhältnis einer Detektionsamplitude des Detektionsstrahls zu einer Beleuchtungsamplitude des Beleuchtungsstrahls berechnet.

[0029] Das Verfahren kann wie folgt beschrieben werden, im Beleuchtungsschritt wird die Schmiermittelschicht mit dem Beleuchtungsstrahl vom optischen Element beleuchtet. An einer Phasengrenze flüssig (Schmiermittel) - gasförmig (beispielsweise Spülluft oder Brennraumgas) wird der Beleuchtungsstrahl totalreflektiert und wird somit zum reflektierten, in Richtung des Durchgangs rücklaufenden Detektionsstrahl. Mündet der Durchgang in den Spülraum, kann dies den Effekt der Totalreflexion an der Phasengrenze sogar verstärken. Der Beleuchtungs- und Detektionsstrahl durchqueren die Schmiermittelschicht dabei zweimalig, wobei ein Teil der Energie des Beleuchtungs- und Detektionsstrahls absorbiert wird. Im Detektionsschritt wird der Detektionsstrahl detektiert und in ein Signal umgewandelt. Mittels des Signals wird im Analyseschritt vom Analyseelement einen die Schmiermittelschicht charakterisierenden Kennwert bestimmt. Im Analyseschritt kann hierbei beispielsweise ein Amplituden-Amplituden Verhältnis einer Detektionsamplitude des Detektionsstrahls zu einer Beleuchtungsamplitude des Beleuchtungsstrahls berechnet werden.

[0030] Es versteht sich von selbst, dass auch jegliche geeignete Kombination erfindungsgemässer Ausführungsbeispiele, sowie einfache, dem Fachmann naheliegende Fortbildungen der Erfindung, auch wenn diese in der vorliegenden Anmeldung nicht explizit beschrieben sind, von der vorliegenden Erfindung abgedeckt sind.

[0031] Wesentlich für die Erfindung ist, dass die vorgeschlagenen Massnahmen letztlich dazu führen, dass mittels des Zylinderliners und des Verfahrens zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht die Schmiermittelschicht bzw. das Schmiermittel möglichst einfach, bedarfsgerecht und effizient untersucht werden kann.

[0032] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners mit einem Durchgang und einem optischem Element;

Fig. 2

ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners mit einem Durchgang und einem optischem Element;

Fig. 3

ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners mit einem Durchgang;

Fig. 4

ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners mit einem Durchgang;

Fig. 5

eine schematische Darstellung des Prinzips der Totalreflexion.

[0033] In den Fig. 1 bis Fig. 4 ist schematisch und aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise im Schnitt jeweils ein erfindungsgemässer Zylinderliner 1 für einen Grossdieselmotor, insbesondere für einen längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotor dargestellt.

[0034] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners 1 mit einem Durchgang 13 und einem optischem Element 5. Der Zylinderliner 1 umfasst einen nicht näher dargestellten Kolben (siehe Fig. 3, Bezugszeichen 12), der im Betriebs- und Einbauzustand zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt derart entlang einer Zylinderachse A des Zylinderliners 1 hin- und herbewegbar angeordnet ist, dass eine Oberseite des Kolbens zusammen mit einer nicht dargestellten Lauffläche des Zylinderliners 1 und einem am Zylinderliner 1 angeordneten, nicht dargestellten Zylinderdeckel einen Brennraum 15 begrenzt. Ausserdem umfasst der Zylinderliner 1 eine nicht dargestellte Schmiereinrichtung zum Einbringen eines Schmiermittels in den Zylinderliner 1, wobei das Schmiermittel im Betriebszustand im Zylinderliner 1 eine Schmiermittelschicht 2 ausbildet.

[0035] Gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst der Zylinderliner 1 mindestens einen Durchgang 13 und am Durchgang 13 ist ein optisches Element 5 angeordnet, wobei das optische Element 5 derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Schmiermittelschicht 2 mit einem Beleuchtungsstrahl 3 in Form von elektromagnetischer Strahlung beleuchtbar ist.

[0036] Der Durchgang 13 ist, wie in Fig.1 dargestellt, in einer Zylinderwand 11 des Zylinderliners 1 ausgebildet und verbindet einen Aussenbereich des Zylinderliners 1 mit einen Innenbereich des Zylinderliners 1, insbesondere den Brennraum 15 oder Spülraum. Bevorzugt kann der Durchgang 13 dabei als eine geradlinige Bohrung ausgebildet sein. Zusätzlich umfasst der Durchgang 13 ein Abschlusselement 14, das in Richtung des Innenbereichs des Zylinderliners 1 angeordnet ist. Das Abschlusselement 14 verschliesst den Durchgang 13 und verhindert somit, dass sich das Schmiermittel im Durchgang 13 ausbreiten kann. Das Abschlusselement 14 ist dabei für die zur Anwendung kommende elektromagnetische Strahlung transparent und transmittiert den Beleuchtungs- und Detektionsstrahl 3, 4.

[0037] Der Zylinderliner 1 umfasst ausserdem mindestens eine Quelle 6 zur Emission der elektromagnetischen Strahlung, wobei die Quelle 6 derart ausgestaltet ist, dass der Beleuchtungsstrahl 3 als elektromagnetische Strahlung zur Beleuchtung der Schmiermittelschicht 2 emittierbar ist. Ausserdem ist die Quelle 6 derart ausgestaltet, dass der Beleuchtungsstrahl 3 elektromagnetische Strahlung mit einer oder verschiedenen Wellenlängen umfasst. Das optische Element 5 und die Quelle 6 sind, wie in Fig. 1 dargestellt als zwei getrennte Einheiten bzw. Komponenten ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass das optische Element 5 die Quelle 6 umfasst, d.h. die Quelle 6 als eine Einheit oder ein Bauteil des optischen Elements 5 ausgebildet und in das optische Element integriert ist (siehe Fig. 2).

[0038] Das optische Element 5 umfasst einen Lichtwellenleiter 7, wobei der Lichtwellenleiter 7 mit der Quelle 6 verbunden ist. Der Lichtwellenleiter 7 ist im Durchgang 13 angeordnet und leitet bzw. überträgt den Beleuchtungsstrahl 3 von der Quelle 6 bis an die Schmiermittelschicht 2, wo der Beleuchtungsstrahl 3 vom optischen Element 5, insbesondere dem Lichtwellenleiter 7 in die Schmiermittelschicht 2 emittierbar bzw. die Schmiermittelschicht mit dem Beleuchtungsstrahl 3 beleuchtbar ist.

[0039] Im Weiteren umfasst der Zylinderliner 1 ein Detektionselement 8, wobei das Detektionselement 8 derart ausgestaltet ist, dass das Detektionselement 8 einen aus der Schmiermittelschicht 2 rücklaufenden Detektionsstrahl 4 detektiert, insbesondere eine Intensität oder ein Absorptionsspektrum des Detektionsstrahls 4 detektiert, und in ein Signal umwandelt. Vor dem Detektionselement 8 ein optischer Filter 81 angeordnet, der aus dem Detektionsstrahl 4 die zu detektierende Wellenlänge herausfiltert.

[0040] Der Zylinderliner 1 umfasst ausserdem ein Analyseelement 9, wobei das Analyseelement 9 dafür vorgesehen ist einen die Schmiermittelschicht 2 charakterisierenden Kennwert zu bestimmen. In Fig. 1 sind das Detektionselement 8 und das Analyseelement 9 als vom optischen Element 5 getrennte Einheiten bzw. Komponente ausgebildet, d.h. das optische Element umfasst bei diesem ersten Ausführungsbeispiel lediglich den Lichtwellenleiter 7, der den Detektionsstrahl 4 erfasst und an das Detektionselement 8 überträgt, wo es detektiert wird. In anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel, kann das optische Element 5 auch die Quelle 6 und / oder das Detektionselement 8 und / oder das Analyseelement 9 umfassen, d.h. die Quelle und / oder das Detektionselement 8 und / oder das Analyseelement 9 können auch als eine Einheit des optischen Elements 5 ausgebildet sein.

[0041] In Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners 1 mit einem Durchgang 13 und einem optischem Element 5. Der Aufbau des Zylinderliners 1 weist viele Gemeinsamkeiten mit dem ersten Ausführungsbeispiel des Zylinderliners aus Fig. 1 auf, weshalb nur auf die Unterschiede eingegangen wird. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst das optische Element 5 die Quelle (siehe Fig. 1, Bezugszeichen 6), das Detektionselement (siehe Fig. 1, Bezugszeichen 8) und das Analyseelement (siehe Fig. 1, Bezugszeichen 9), d.h. diese sind in das optische Element 5 als eine Einheit oder ein Bauteil integriert. Das optische Element 5 kann bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Diode als Quelle und Detektionselement umfassen, mit welcher der Beleuchtungsstrahl 3 emittiert und der Detektionsstrahl 4 detektiert werden. Das Analyseelement 9 kann hierbei beispielsweise als ein in das optische Element 5 integriertes Bauteil ausgeführt sein. Das optische Element 5 ist ausserdem an ein Steuerelement 10 beispielsweise mittels Draht angeschlossen, welches den charakteristischen Kennwert weiterverarbeitet.

[0042] Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners 1 mit einem Durchgang 13. Der Aufbau der Zylinderliners 1 weist viele Gemeinsamkeiten mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des Zylinderliners aus Fig. 1 und Fig. 2 auf, weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Im dritten Ausführungsbeispiels umfasst der Zylinderliner 1 mehrere Durchgänge 13, 131, 132, hier einen ersten und zweiten Durchgang 131, 132, und einen Sammelbereich 16, wobei die Durchgänge 13, 131, 132 derart angeordnet sind, dass diese in den Sammelbereich 16 münden und der Sammelbereich 16 als ein geschlossenes definiertes Sammelvolumen ausbildbar ist. Der erste und zweite Durchgang 13, 131, 132 schliessen in Bezug auf die Zylinderachse A bzw. auf die Zylinderwand 11 einen Winkel ein. Ausserdem sind die Durchgänge 13, 131, 132 in einer V-Form angeordnet. Der Sammelbereich 16 ist als eine Ausnehmung in der Zylinderwand 11 ausgebildet und bildet, wenn der Kolben 12 den Sammelbereich 16 verschliesst, ein definiertes Sammelvolumen aus, in welchem sich das Schmiermittel sammelt und eine Schmiermittelschicht 2 ausbildet. Der Beleuchtungsstrahl 3 wird in einen der beiden Durchgänge 13, beispielsweise in den ersten Durchgang 131, eingestrahlt oder das optische Element 5 ist, beispielsweise als Lichtwellenleiter (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 7) und / oder als Quelle (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 5) ausgeführt und im ersten Durchgang 131 angeordnet. Der Detektionsstrahl 4 hingegen wird in einem zweiten Durchgang 132 detektiert oder das optische Element 5 ist, beispielsweise als Lichtwellenleiter (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 7) und / oder als Detektionselement (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 8) und / oder als Analyseelement (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 9) ausgeführt und im zweiten Durchgang 132 angeordnet. Der Beleuchtungsstrahl 3 wird in den Sammelbereich 16 eingestrahlt, d.h. das Schmiermittel bzw. die im Sammelbereich 16 ausgebildet. Der Beleuchtungsstrahl 3 wird an einer nicht dargestellten Phasengrenze reflektiert und durchläuft als reflektierter Detektionsstrahl 4 nochmals die Schmiermittelschicht 2 im Sammelbereich 16 und wird anschliessend im zweiten Durchgang 132 mittels des nicht dargestellten Detektionselements detektiert oder zu diesem, beispielsweise mittels des nicht dargestellten Lichtwellenleiters weitergeleitet.

[0043] Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderliners 1 mit einem Durchgang 13. Der Aufbau der Zylinderliners 1 weist viele Gemeinsamkeiten mit dem ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel des Zylinderliners aus Fig. 1, Fig. 2 oder Fig. 3 auf, weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. In Fig. 4 mündet der Durchgang 13, der mit der Zylinderachse A oder der Zylinderwand 11 einen Winkel von ca. 90 Grad einschliesst, in den Sammelbereich 16. Der Beleuchtungsstrahl 3 und der Detektionsstrahl 4 werden durch den einen Durchgang 13 eingestrahlt bzw. detektiert. Das optische Element 5 ist, beispielsweise als Lichtwellenleiter (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 7) und / oder als Quelle (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 5) und / oder als Detektionselement (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 8) und / oder als Analyseelement (nicht dargestellt, siehe Fig. 1, Bezugszeichen 9) ausgeführt und im Durchgang 13 angeordnet. Der Beleuchtungsstrahl 3 wird in den Sammelbereich 16 eingestrahlt, d.h. das Schmiermittel bzw. die im Sammelbereich 16 ausgebildet. Der Beleuchtungsstrahl 3 wird an der nicht dargestellten Phasengrenze reflektiert und durchläuft als reflektierter Detektionsstrahl 4 nochmals die Schmiermittelschicht 2 im Sammelbereich 16 und wird anschliessend im Durchgang 13 mittels des nicht dargestellten Detektionselements detektiert oder zu diesem, beispielsweise mittels des nicht dargestellten Lichtwellenleiters, weitergeleitet. Eine Kombination des in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten dritten mit dem vierten Ausführungsbeispiel ist zwar nicht dargestellt, ist aber ebenfalls möglich.

[0044] Im Weiteren ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht 2, insbesondere einer Schmiermittelschicht 2 in einem Zylinderliner 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den in Fig. 1 bis Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ausführbar. Das Verfahren umfassend:

• einen Beleuchtungsschritt, wobei die Schmiermittelschicht 2 mittels elektromagnetischer Strahlung eines Beleuchtungsstrahls 3 beleuchtet wird, und
• einen Detektionsschritt, wobei ein aus der Schmiermittelschicht 2 rücklaufender Detektionsstrahl 4, insbesondere eine Intensität oder ein Absorptionsspektrum des Detektionsstrahl, detektiert und in ein Signal umgewandelt wird. Dabei wird in einem Analyseschritt, in Abhängigkeit von dem Signal des detektierten Detektionsstrahls, der Kennwert der Schmiermittelschicht 2 bestimmt. In einem Emissionsschritt wird der Beleuchtungsstrahl 3 als elektromagnetische Strahlung von einer Quelle 6 zur Beleuchtung der Schmiermittelschicht 2 emittiert. Eine Wellenlänge des Beleuchtungsstrahls 3 wird dabei derart ausgewählt, dass eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung des Beleuchtungsstrahls 3 im Schmiermittel 2 angeregt wird.

[0045] Das Verfahren wird mit dem in den Ansprüchen 1 bis 11 beschriebenen Zylinderliner wie folgt durchgeführt. Von der Quelle 6 wird ein Beleuchtungsstrahl 3 emittiert und mittels des optischen Elements 5, hier der Lichtwellenleiter 7, in den Durchgang 13 gleitet. Im Durchgang 13, in der Näher einer Innenwand des Zylinderliners 1, an welcher die Schmiermittelschicht 2 ausgebildet ist, wird der Beleuchtungsstrahl 3 vom Lichtwellenleiter 7 emittiert. Dabei transmittiert der Beleuchtungsstrahl 3 durch das Abschlusselement 14 und dringt dann in die Schmiermittelschicht 2 ein. Der mit einer oder mehreren verschiedenen charakteristischen Wellenlängen in die Schmiermittelschicht 2 emittierte bzw. übertragene Beleuchtungsstrahl 3 wird in der Schmiermittelschicht 2 von einer oder mehreren in der Schmiermittelschicht 2 vorhandenen Substanzen, insbesondere Molekülen, absorbiert. Zusätzlich können hierbei auch andere Mechanismen wie Fluoreszenz oder Streuung wirken. Im Folgenden wird das Prinzip der Totalreflexion an einer Phasengrenze zwischen Schmiermittelschicht 2 und einem nicht dargestellten Gas im inneren Bereich des Zylinderliners 1 ausgenutzt. Der Beleuchtungsstrahl wird an der Phasengrenze flüssig (Schmiermittel) - gasförmig (beispielsweise Spülluft oder Brennraumgas) reflektiert und wird somit zum reflektierten, in Richtung des Durchgangs 13 rücklaufenden Detektionsstrahl 4. Der Detektionsstrahl wird vom Lichtwellenleiter 7 erfasst und über den optischen Filter 81, mit welchem eine zu detektierende Wellenlänge aus dem Detektionsstrahl herausgefiltert wird, an das Detektionselement 8 übertragen. Der Detektionsstrahl wird im Detektionselement 8 detektiert und in ein Signal umgewandelt, mittels welches vom Analyseelement 9 einen die Schmiermittelschicht 2 charakterisierenden Kennwert bestimmt wird. Im Analyseschritt kann hierbei ein Amplituden-Amplituden Verhältnis einer Detektionsamplitude des Detektionsstrahls zu einer Beleuchtungsamplitude des Beleuchtungsstrahls berechnet werden. Anhand der Bestimmung des Übertragungsverhaltens der Schmiermittelschicht kann also ein Rückschluss über bestimmte Eigenschaften des Schmiermittels gezogen werden.

[0046] Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Prinzips der Totalreflexion. Hierbei wird der Beleuchtungsstrahl 3 links der optischen Achse B in einem Winkel grösser als der Grenzwinkel G eingestrahlt. An der Phasengrenze wird der Beleuchtungsstrahl 3 totalreflektiert und wird rechts der optischen Achse B zum Beleuchtungsstrahl 4. Die Totalreflexion ist ein Phänomen, das vor allem im Zusammenhang mit elektromagnetischen Wellen (beispielsweise sichtbares Licht) bekannt ist. Totalreflexion findet an der Grenzfläche zweier nicht oder nur wenig absorbierenden Medien mit verschieden großer Ausbreitungsgeschwindigkeit statt, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Wert, den sogenannten Grenzwinkel G der Totalreflexion, überschreitet. Der Beleuchtungsstrahl 3, der aus einem optisch dichteren Medium mit einem Brechungsindex n1 kommt und auf die Grenzfläche zu einem optisch dünneren Medium mit einem Brechungsindex n2 trifft, wird dann nicht mehr überwiegend in das zweite Medium ein, sondern wird nahezu vollständig in das optisch dichtere Medium n1 reflektiert.

Ansprüche

1. Zylinderliner für einen Grossdieselmotor, umfassend

- einen Kolben (12), der verschiebbar im Zylinderliner (1) entlang einer Zylinderachse (A) des Zylinderliners (12) hin- und herbewegbar angeordnet ist,

- eine Oberseite des Kolbens (12), die zusammen mit einer Lauffläche des Zylinderliners (1) und einem am Zylinderliner (1) angeordneten Zylinderdeckel einen Brennraum begrenzt,

- eine Schmiereinrichtung zum Einbringen eines Schmiermittels in den Zylinderliner (1), wobei das Schmiermittel im Betriebszustand im Zylinderliner (1) eine Schmiermittelschicht (2) ausbildet,

dadurch gekennzeichnet, dass
der Zylinderliner (1) mindestens einen Durchgang (13) umfasst und am Durchgang (13) ein optisches Element (5) angeordnet ist, wobei das optische Element (5) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Schmiermittelschicht (2) mit einem Beleuchtungsstrahl (3) in Form von elektromagnetischer Strahlung beleuchtbar ist.

2. Zylinderliner nach Anspruch 1, wobei der Durchgang (13) in einer Zylinderwand (11) des Zylinderliners (1) angeordnet ist.

3. Zylinderliner nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zylinderliner (1) mindestens eine Quelle (6) zur Emission der elektromagnetischen Strahlung umfasst und die Quelle (6) derart ausgestaltet ist, dass der Beleuchtungsstrahl (3) als elektromagnetische Strahlung zur Beleuchtung der Schmiermittelschicht (2) emittierbar ist.

4. Zylinderliner nach Anspruch 3, wobei das optische Element (5) die Quelle (6) umfasst.

5. Zylinderliner nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Quelle (6) derart ausgestaltet ist, dass der Beleuchtungsstrahl (3) elektromagnetische Strahlung mit einer oder verschiedenen Wellenlängen umfasst.

6. Zylinderliner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das optische Element (5) einen Lichtwellenleiter (7) umfasst.

7. Zylinderliner nach Anspruch 6, wobei der Lichtwellenleiter (7) mit der Quelle (6) verbunden ist.

8. Zylinderliner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zylinderliner (1) ein Detektionselement (8) umfasst und das Detektionselement (8) derart ausgestaltet ist, dass das Detektionselement (8) einen aus der Schmiermittelschicht (2) rücklaufenden Detektionsstrahl (4) detektiert, insbesondere eine Intensität oder ein Absorptionsspektrum des Detektionsstrahls (4) detektiert, und in ein Signal umwandelt.

9. Zylinderliner nach Anspruch 8, wobei der Zylinderliner (1) ein Analyseelement (9) umfasst und das Analyseelement (9) dafür vorgesehen ist, mittels des Signals des detektierten Detektionsstrahl (4) einen die Schmiermittelschicht (2) charakterisierenden Kennwert zu bestimmen.

10. Zylinderliner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das optische Element (5) das Detektionselement (8) und / oder das Analyseelement (9) umfasst.

11. Zylinderliner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zylinderliner (1) einen oder mehrere Durchgänge (13, 131, 132) und einen Sammelbereich (16) umfasst, wobei die Durchgänge (13, 131, 132) derart angeordnet sind, dass die Durchgänge (13, 131, 132) in den Sammelbereich (16) münden und der Sammelbereich (16) als ein geschlossenes definiertes Sammelvolumen ausbildbar ist.

12. Verfahren zur Bestimmung eines Kennwerts einer Schmiermittelschicht (2), insbesondere einer Schmiermittelschicht (2) in einem Zylinderliner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend

- einen Beleuchtungsschritt, wobei die Schmiermittelschicht (2) mittels elektromagnetischer Strahlung eines Beleuchtungsstrahls (3) beleuchtet wird, und

- einen Detektionsschritt, wobei ein aus der Schmiermittelschicht (2) rücklaufender Detektionsstrahl (4), insbesondere eine Intensität oder ein Absorptionsspektrum des Detektionsstrahls (4), detektiert und in ein Signal umgewandelt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Analyseschritt in Abhängigkeit von dem Signal des detektierten Detektionsstrahls (4) der Kennwert bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in einem Emissionsschritt die elektromagnetische Strahlung von einer Quelle als ein Beleuchtungsstrahl zur Beleuchtung der Schmiermittelschicht emittiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei eine Wellenlänge des Beleuchtungsstrahls derart ausgewählt wird, dass eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung des Detektionsstrahl im Schmiermittel angeregt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei im Analyseschritt ein Amplituden-Amplituden Verhältnis einer Detektionsamplitude des Detektionsstrahls zu einer Beleuchtungsamplitude des Beleuchtungsstrahls berechnet wird.

Zeichnung