DE10061816A1

DE10061816A1 - Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader

Info

Publication number: DE10061816A1
Application number: DE2000161816
Authority: DE
Inventors: Hans Sudmanns
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-07-18

Abstract

Für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader (2) wird ein Schmiersystem vorgeschlagen, bei der das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers (2) mittels einer zweiten Pumpe (6) abgesaugt wird. Zur Zwischenlagerung des Schmiermittels ist zwischen dem Turbolader (2) und der zweiten Pumpe (6) ein Pufferbehälter (14) vorgesehen. Der Pufferbehälter (14) befindet sich innerhalb der Ölwanne (4). Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Turbolader (2) frei positioniert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader nach dem Oberbegriff des ersten bzw. elften Anspruchs.

Die Lagerstellen eines Turboladers sind auf Grund der hohen Drehzahlen einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Besonders kritisch ist beispielsweise der Anlassvorgang und der Leerlauf-Betrieb der Brennkraftmaschine. Ebenfalls kritisch sind Betriebsbereiche mit hohem Druckunterschied zwischen der Verdichter- und Turbinenseite des Turboladers und dem Schmiermitteldruck an den Lagerstellen. In diesen Betriebsbereichen herrscht auf der Verdichterseite Unterdruck. Dadurch wird das Schmiermittel durch die Dichtungen der drehenden Welle in das Gehäuse abgesaugt. Als Folgereaktion werden auf der Verdichterseite (Luftseite) die luftführenden Bauteile, beispielsweise der Ladeluft-Kühler, verschmutzt. Auf der Turbinenseite verursacht das heraustretende Schmiermittel höhere Emissionen.

Aus der EP 0 599 520 B1 ist ein Turbolader mit einem Schmiermittel-Reservoir bekannt. Über dieses Schmiermittel-Reservoir werden die Drucklager des Turboladers während des Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine mit Schmiermittel versorgt. Für Betriebsbereiche mit hohem Druckunterschied ist diese Lösung jedoch nicht anwendbar.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht insofern darin, eine sichere Schmierung des Turboladers für die zuvor definierten Betriebsbereiche zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 und Anspruch 11 gelöst. Ausgestaltungen hierzu sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Als erste Lösung wird ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader vorgeschlagen, bei der das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers mittels einer zweiten Pumpe mit einem zweiten Druckniveau abgesaugt wird. Die Schmiermittel- Zuführung erfolgt wie aus dem Stand der Technik bekannt mittels einer ersten Pumpe. Die Ansteuerung der zweiten Pumpe ist in der Form ausgeführt, dass das zweite Druckniveau stets kleiner ist als das Druckniveau der Luft auf der Verdichterseite bzw. Luft- und Turbinenseite des Turboladers. Zwischen dem Turbolader und der zweiten Pumpe ist ein Pufferbehälter vorgesehen. Zusätzlich ist dieser Pufferbehälter mit der Ölwanne über ein Ventil verbunden. Hierbei nimmt das Ventil eine erste Stellung ein, wenn das zweite Druckniveau größer einem Grenzwert ist. In der ersten Stellung besteht kein Durchgang zwischen der Ölwanne und dem Pufferbehälter. Das Ventil nimmt eine zweite Stellung ein, wenn das zweite Druckniveau kleiner dem Grenzwert wird. In dieser Stellung besteht ein Durchgang vom Schmiermittelsumpf der Ölwanne zum Pufferbehälter. Mittels dieses Ventils wird also ein definierter Druckunterschied zwischen dem Schmiermittelsumpf und dem Pufferbehälter eingestellt. Mit anderen Worten: Das Ventil dient als Sicherheitsventil für den Fall, dass der Unterdruck im Pufferbehälter zu groß wird. Optional ist ein Kühler vorgesehen, welcher der zweiten Pumpe nachgeschaltet wird. Das gekühlte Schmiermittel kann sodann beispielsweise für die Kolben-Kühlung der Brennkraftmaschine verwendet werden.

Als zweite Lösung wird ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader vorgeschlagen, bei der dem Turbolader über eine Leitung das Schmiermittel unmittelbar aus einem Schmiermittelsumpf zugeführt wird. Das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers werden mittels einer zweiten Pumpe mit einem zweiten Druckniveau abgesaugt. Bei dieser Lösung werden die Lagerstellen des Turboladers ausschließlich von der zweiten Pumpe versorgt. Dies entspricht somit einem Zweikreis-System.

Die Erfindung und deren Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass neben einer sicheren Schmierung der Lagerstellen der Turbolader frei positioniert werden kann. Der Turbolader kann somit geodätisch auch unterhalb dem Schmiermittel-Niveau der Ölwanne angeordnet werden.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemschaubild

Fig. 2 ein Blockschaltbild

Fig. 3 ein Blockschaltbild

Fig. 4 ein Schnittbild

Fig. 1 zeigt ein reduziertes Systemschaubild einer Brennkraftmaschine mit Speichereinspritzsystem (Common-Rail), bei welcher die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet wird. Dargestellt ist eine Brennkraftmaschine 1 mit Turbolader 2 und Ladeluftkühler, ein elektronisches Motorsteuergerät 11, eine erste Pumpe 5, eine zweite Pumpe 6, einen Hochdruckspeicher (Rail) 7 und daran angeschlossene Injektoren 8. Die Funktionalität des Speichereinspritzsystems ist aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine genaue Beschreibung verzichtet wird. Die erste Pumpe 5 fördert Schmiermittel aus einem Schmiermittelsumpf 3 zu den Lagerstellen des Turboladers 2. Die zweite Pumpe 6 saugt das Schmiermittel aus den Lagerstellen des Turboladers 2 ab und fördert es zurück in den Schmiermittelsumpf 3. Der Schmiermittelsumpf ist bekanntermaßen in der Ölwanne 4 der Brennkraftmaschine angeordnet.

Das elektronische Motorsteuergerät 11 steuert und regelt den Zustand der Brennkraftmaschine 1. Dieses weist die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems auf, beispielsweise Mikro-Controller, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Die in Fig. 1 exemplarisch dargestellten Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 11 sind: Verbrennungs-Höchstdruck pIST(i), der mittels Drucksensoren 9 gemessen wird, Druck pCR(IST) des Hochdruckspeichers 7, der mittels eines Rail- Drucksensors 10 gemessen wird, ein den Leistungswunsch darstellendes Signal FW und der Ladeluftdruck pLL. Die weiteren für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Eingangsgrößen sind mit dem Sammel-Bezugszeichen E dargestellt. Als Ausgangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 11 sind dargestellt: die Ansteuersignale für die Injektoren 8 (Einspritzbeginn SB, leistungsbestimmendes Signal ve), die Ansteuersignale pZU(SW) und pAB(SW) für die erste 5 und zweite Pumpe 6 sowie ein Signal für den Grenzwert GW. Das Sammel-Bezugszeichen A stellt exemplarisch die weiteren Ausgangsgrößen dar, beispielsweise die Ansteuerung für ein Display.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Schmiersystems. Von der nicht dargestellten ersten Pumpe 5 wird den Lagerstellen des Turboladers 2 das Schmiermittel über einen Zulauf 12 mit dem ersten Druckniveau pZU zugeführt. Von den Lagerstellen des Turboladers 2 wird das Schmiermittel durch die zweite Pumpe 6 über einen Ablauf 13, via einem Pufferbehälter 14, angesaugt. Das Druckniveau des Ablaufs 13 ist in Fig. 2 mit pAB bezeichnet. Über das Signal pAB(SW) wird das Druckniveau der zweiten Pumpe 6 gesteuert. Die Ansteuerung pAB(SW) der zweiten Pumpe 6 ist in der Form ausgeführt, dass das zweite Druckniveau pAB stets kleiner ist als das Druckniveau der Luft auf der Verdichterseite bzw. Luft- und Turbinenseite des Turboladers. Der zweiten Pumpe 6 ist optional ein Kühler 15 nachgeschaltet. Das gekühlte Schmiermittel kann sodann zur Kolbenkühlung, Druckniveau pKK, weiter verwendet werden. Ein Teil des Schmiermittels wird über einen Überlauf 18 dem Schmiermittelsumpf 3 zugeführt. Der Schmiermittelsumpf 3 ist über ein Ventil 16 mit dem Pufferbehälter 14 verbunden. Der Zustand des Ventils 16 wird in Abhängigkeit eines Grenzwerts GW gesteuert. In einer ersten Stellung des Ventils 16 ist dieses geschlossen. Die erste Stellung liegt dann vor, wenn das zweite Druckniveau pAB größer dem Grenzwert GW ist. Das Ventil 16 nimmt eine zweite Stellung ein, wenn das zweite Druckniveau pAB kleiner dem Grenzwert GW wird. Das Ventil 16 kann als elektromagnetisches Ventil oder in einer einfacheren Ausführung als Kugel-Feder-Ventil ausgeführt sein. Für diesen Fall entspricht die Federkonstante dem Grenzwert GW. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist der Turbolader 2 oberhalb des Schmiermittel-Niveaus angeordnet, Bezugszeichen h.

Mit Bezugszeichen 20 ist eine Variante des Schmiersystems eingezeichnet. Bei dieser Variante wird das Schmiermittel unmittelbar über die Leitung 20 dem Turbolader 2 auf Grund der Saugwirkung der zweiten Pumpe 6 zugeführt. Das erste Druckniveau pZU entspricht somit etwa dem zweiten Druckniveau pAB. Die zweite Pumpe 6 dient ausschließlich der Schmiermittel-Zufuhr bzw. Abfuhr des Turboladers 2. Mittels dieser Variante lässt sich ein getrenntes Zweikreis-System verwirklichen.

Fig. 3 zeigt ebenfalls ein Blockschaltbild des Schmiersystems. Dieses unterscheidet sich von der Darstellung der Fig. 2 darin, dass der Turbolader 2 unterhalb des Schmiermittel- Niveaus des Schmiermittelsumpfes 3 angeordnet ist, Bezugszeichen h. Zusätzlich ist ein Rückschlagventil 21 vorgesehen. Über dieses Rückschlagventil 21 wird verhindert, dass bei Stillstand der Brennkraftmaschine das Schmiermittel auf Grund der Höhendifferenz Pufferbehälter 14/Turbolader 2 in den Turbolader 2 läuft. Mit anderen Worten: ein Fluten des Turboladers 2 wird durch das Rückschlagventil 21 verhindert. Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass der Pufferbehälter 14 geodätisch unterhalb des Turboladers 2 angeordnet wird. Für die weitere Funktionalität des Blockschaltbildes gilt die Beschreibung der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt ein Schnittbild der Ölwanne 4. Innerhalb der Ölwanne 4 sind die erste Pumpe 5 und die zweite Pumpe 6 angeordnet. Die beiden Pumpen bilden hierbei eine bauliche Einheit. Die Ölwanne 4 ist zweitgeteilt. Im ersten Teil befindet sich der Schmiermittelsumpf 3 und im zweiten Teil befindet sich der Pufferbehälter 14. Über den Ablauf 13 wird das Schmiermittel von den Lagerstellen des Turboladers 2 in den Pufferbehälter 14 durch die zweite Pumpe 6 gefördert. Das Schmiermittel im Pufferbehälter 14 wiederum wird via Leitung 19 von der zweiten Pumpe 6 angesaugt. Das Ventil 16 ist bei dieser Darstellung nicht ersichtlich. Die erste Pumpe 5 fördert über einen Ansaugschnorchel 17 das Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf 3 zu den Schmierstellen der Brennkraftmaschine und den Lagerstellen des Turboladers 2.

Die erfindungsgemäße Lösung und deren Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass der Turbolader frei positioniert werden kann. Dieser kann somit auch unterhalb des Schmiermittelniveaus der Ölwanne 4 angeordnet sein, das heißt die geodätisch Höhe ist hier nicht mehr maßgebend. Ein weitere Vorteil besteht darin, dass bei Betriebsbereichen mit einem hohen Unterdruck auf der Verdichterseite des Turboladers keine künstliche Druckerhöhung mehr erzeugt werden muss, beispielsweise Sperrluft.

Bezugszeichenliste

1

Brennkraftmaschine

2

Turbolader

3

Schmiermittelsumpf

4

Ölwanne

5

erste Pumpe

6

zweite Pumpe

7

Hochdruckspeicher (Rail)

8

Injektor

9

Drucksensor

10

Rail-Drucksensor

11

Elektronisches Motorsteuergerät

12

Zulauf

13

Ablauf

14

Pufferbehälter

15

Kühler

16

Ventil

17

Ansaugschnorchel

18

Überlauf

19

Leitung

20

Leitung

21

Rückschlagventil

Claims

1. Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader, bei der mittels einer ersten Pumpe aus einem Schmiermittelsumpf das Schmiermittel mit einem ersten Druckniveau zu den Lagerstellen des Turboladers gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers (2) mittels einer zweiten Pumpe (6) mit einem zweiten Druckniveau (pAB) abgesaugt wird.

2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Druckniveau (pAB) in Abhängigkeit des Druckniveaus der Luft auf der Verdichterseite des Turboladers (2) gesteuert wird.

3. Schmiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbolader (2) und der zweiten Pumpe (6) eine Pufferbehälter (14) angeordnet wird.

4. Schmiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (14) innerhalb der Ölwanne (4) angeordnet wird.

5. Schmiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (16) zwischen der Ölwanne (4) und dem Pufferbehälter (14) angeordnet wird.

6. Schmiersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (16) eine erste Stellung einnimmt, wenn das zweite Druckniveau (pAB) größer einem Grenzwert (GW) wird (pAB < GW) und das Ventil (16) eine zweite Stellung einnimmt, wenn das zweite Druckniveau (pAB) kleiner dem Grenzwert (GW) wird (pAB < GW).

7. Schmiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Pumpe (6) ein Kühler (15) nachgeschaltet wird.

8. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5) und zweite Pumpe (6) eine bauliche Einheit bilden.

9. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (2) geodätisch unterhalb dem Schmiermittel-Niveau der Ölwanne (4) angeordnet wird.

10. Schmiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pufferbehälter (14) und dem Turbolader (2) ein Rückschlagventil (21) angeordnet wird.

11. Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turbolader über eine Leitung (20) das Schmiermittel unmittelbar aus einem Schmiermittelsumpf zugeführt wird und das Schmiermittel der Lagerstellen der Turboladers (2) mittels einer zweiten Pumpe (6) mit einem zweiten Druckniveau (pAB) abgesaugt wird.

12. Schmiersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiersystem gemäß den Ansprüchen 2 bis 10 ausgeführt wird.