DE102011119521A1 - Method for operating combustion engine in motor vehicle, involves switching-off individual or all cylinders of combustion engine, and adjusting lubrication oil inflow to supercharger by magnetic shut-off valve of valve apparatus - Google Patents

Method for operating combustion engine in motor vehicle, involves switching-off individual or all cylinders of combustion engine, and adjusting lubrication oil inflow to supercharger by magnetic shut-off valve of valve apparatus Download PDF

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Abstract

The method involves switching-off individual or all cylinders of a combustion engine, and determining current rotation speed of a supercharger of the engine continuously. A lubrication oil inflow to a supercharger is adjusted by a magnetic shut-off valve of a valve apparatus based on the current speed of the supercharger. Minimum rotation speed of the supercharger is defined, and the inflow is stopped or reduced if the current speed of the supercharger falls below the minimum speed. The inflow is increased or released if the current speed of the supercharger exceeds the minimum speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger.

Neuere Entwicklungen im Bereich der Kfz-Motorsteuerung sehen in bestimmten Situationen zur Wirkungsgradsteigerung bzw. zur Reduzierung des Schleppmoments vor, dass zeitweise einzelne oder alle Zylinder des Verbrennungsmotors abgeschaltet werden und der Motor im eingekuppelten Zustand vom fahrenden Fahrzeug bis zu sehr niedrigen Drehzahlen mitgeschleppt wird. Durch diese Maßnahme kann auch ein Verbrauchsvorteil und damit eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes erreicht werden.Recent developments in the field of motor vehicle control provide in certain situations to increase efficiency or to reduce the drag torque, that temporarily shut down individual or all cylinders of the engine and the engine is dragged in the engaged state of the moving vehicle to very low speeds. By this measure, a consumption advantage and thus a reduction of CO 2 emissions can be achieved.

Falls an den Verbrennungsmotor ein Abgasturbolader gekoppelt ist, kann das Abschalten der Zylinder jedoch zu Problemen führen Nach dem Abschalten der Zylinder gelangt nämlich nur ein reduzierter bzw. gar kein Abgasstrom zur Turbine des Abgasturboladers, sodass die Drehzahl rapide sinkt und die Turbine zum Stillstand kommt. Gleichzeitig dreht aber der mitgeschleppte Verbrennungsmotor weiter und treibt über die Kurbelwelle bzw. über die Nockenwelle die Schmierölpumpe weiter an, was dazu führt, dass die Gleitlager des Abgasturboladers weiterhin mit Öldruck beaufschlagt werden. Die Dichtungen dieser Lagerstellen gegenüber dem Verdichter- und dem Turbinengehäuse sind so ausgeführt, dass sie eine Mindestdrehzahl (z. B. 40000 U/min) zur Abdichtung gegen die Druckölbeaufschlagung benötigen.If an exhaust gas turbocharger is coupled to the internal combustion engine, however, switching off the cylinders can lead to problems. After switching off the cylinders, only a reduced or even no exhaust gas flow reaches the turbine of the exhaust gas turbocharger, so that the speed drops rapidly and the turbine comes to a standstill. At the same time, however, the entrained combustion engine continues to rotate and further drives the lubricating oil pump via the crankshaft or via the camshaft, with the result that the sliding bearings of the exhaust gas turbocharger continue to be subjected to oil pressure. The seals of these bearings with respect to the compressor and the turbine housing are designed so that they require a minimum speed (eg 40000 U / min) to seal against the pressurized oil.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Dichtungen der Lagerstellen bei Unterschreiten der Mindestdrehzahl oder bei stehendem Turbolader und unter realistischen Betriebsbedingungen des Schmieröls dem Öldruck nur kurze Zeit standhalten (in der Größenordnung von etwa 5 s), danach findet ein erster Ölaustritt auf der Verdichterseite statt. Der Ölaustritt von den Lagerstellen in Richtung der Verdichterseite führt dazu, dass Schmieröl in die Ansaugluft und damit in den Brennraum des Motors gelangt. Dies fuhrt zu einem Anstieg des Ölverbrauchs sowie zu einem erhöhten Emissionsausstoß. Auch die Klopfneigung ist dadurch deutlich erhöht.Investigations have shown that the seals of the bearings when short of minimum speed or with turbocharger and under realistic operating conditions of the lubricating oil withstand the oil pressure only a short time (in the order of about 5 s), then there is a first oil leakage on the compressor side. The oil leakage from the bearing points in the direction of the compressor side causes lubricating oil enters the intake air and thus into the combustion chamber of the engine. This leads to an increase in oil consumption and to increased emissions. The tendency to knock is thereby significantly increased.

Das Problem des Ölaustritts könnte grundsätzlich durch die Verwendung von Wälzlagern anstelle von Gleitlagern zur Lagerung des Abgasturboladers gelöst werden, da Wälzlager keine Druckbeaufschlagung mit Schmieröl, sondern nur einen Ölnebel zur Kühlung benötigen.The problem of oil leakage could be solved in principle by the use of bearings instead of plain bearings for mounting the exhaust gas turbocharger, since roller bearings do not require pressurization with lubricating oil, but only an oil mist for cooling.

In einem völlig anderen Zusammenhang wird in der DE 199 59 485 A1 ausgehend vom Problem eines zu hohen Öldurchsatzes und einer zu hohen Viskosität im unteren Drehzahlbereich. eines Turboladers vorgeschlagen, den Öldruck im Zulauf des Turboladers mithilfe eines ansteuerbaren Druckregelventils entsprechend den Betriebsbedingungen anzupassen.In a completely different context is in the DE 199 59 485 A1 starting from the problem of too high oil throughput and too high viscosity in the lower speed range. a turbocharger proposed to adjust the oil pressure in the inlet of the turbocharger using a controllable pressure control valve according to the operating conditions.

Die DE 100 47 405 A1 beschreibt Stelleinrichtungen zur Einstellung eines gewünschten Solldrucks in der Ölversorgungseinrichtung für die Gleitlager eines Turboladers.The DE 100 47 405 A1 describes adjusting devices for setting a desired setpoint pressure in the oil supply device for the plain bearings of a turbocharger.

Aufgabe der Erfindung ist es, nach einer Abschaltung von Zylindern eines Verbrennungsmotors die Dichtheit der Lagerstellen eines Abgasturboladers gegenüber einer Druckölbeaufschlagung durch die Schmierölpumpe des Motors sicherzustellen.The object of the invention is to ensure after a shutdown of cylinders of an internal combustion engine, the tightness of the bearings of an exhaust gas turbocharger against a Druckölbeaufschlagung by the lubricating oil pump of the engine.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous and expedient embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei Verbrennungsmotoren mit Abgasturboladern das Vermeiden eines Ölaustritts durch die Lagerstellen des Abgasturboladers zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten sowie zur Erzielung eines minimalen Ölverbrauchs zwingend notwendig ist.The invention is based on the recognition that in internal combustion engines with exhaust gas turbochargers the avoidance of oil leakage through the bearing points of the exhaust gas turbocharger to comply with emission limits and to achieve a minimum oil consumption is imperative.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader umfasst folgende Schritte:

  • – Abschalten einzelner oder aller Zylinder des Verbrennungsmotors; und
  • – Einstellen des Schmierölzuflusses zum Abgasturbolader mittels einer Ventilvorrichtung.
The method according to the invention for operating an internal combustion engine with an exhaust-gas turbocharger comprises the following steps:
  • - switching off individual or all cylinders of the internal combustion engine; and
  • - Setting the lubricating oil inflow to the exhaust gas turbocharger by means of a valve device.

Mit der Erfindung kann also bei drehendem Motor und langsam laufendem oder stillstehendem Abgasturbolader die hohe Druckbeaufschlagung der Gleitlager des Abgasturboladers unterbunden werden, indem der Schmierölzufluss durch die Ventilvorrichtung entsprechend beeinflusst wird.With the invention, therefore, the high pressurization of the sliding bearing of the exhaust gas turbocharger can be suppressed with a rotating engine and slowly running or stationary turbocharger by the lubricating oil flow is influenced by the valve device accordingly.

Insbesondere ist nach dem Abschalten der Zylinder ein vollständiges Abschalten der Schmierölzufuhr möglich, d. h. der Abgasturbolader kann ganz vom Öldruckkreis genommen werden. Nach der Sperrung des Schmierölzufuhr gelangt, kein Schmieröl mehr an die Lagerstellen des Abgasturboladers, sodass ein Ölaustritt von vornherein verhindert ist. Gemäß einer einfachen und kostengünstigen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierfür eine Ventilvorrichtung mit einem magnetischen Abschaltventil vorgesehen, mittels dem der Schmierölzufluss unterbrochen wird.In particular, a complete shutdown of the lubricating oil supply is possible after switching off the cylinder, d. H. The exhaust gas turbocharger can be completely removed from the oil pressure circuit. After blocking the lubricating oil supply, no more lubricating oil reaches the bearings of the exhaust gas turbocharger, so that oil leakage is prevented from the outset. According to a simple and inexpensive implementation of the method according to the invention a valve device with a magnetic shut-off valve is provided for this purpose, by means of which the lubricating oil flow is interrupted.

Als weiterer Parameter oder als weiteres Kriterium für die Einstellung bzw. Abschaltung des Schmierölzuflusses kann die Drehzahl des Abgasturboladers herangezogen werden. Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte vor:

  • – kontinuierliches Ermitteln der aktuellen Drehzahl des Abgasturboladers; und
  • – Einstellen des Schmierölzuflusses in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl des Abgasturboladers.
As a further parameter or as a further criterion for the setting or shutdown of the lubricating oil inflow, the speed of the Be used exhaust turbocharger. For this purpose, the method according to the invention provides the following steps:
  • - Continuously determining the current speed of the exhaust gas turbocharger; and
  • - Adjustment of the lubricating oil inflow depending on the current speed of the exhaust gas turbocharger.

Üblicherweise ist eine ausreichende Dichtigkeit der Gleitlager des Abgasturboladers sichergestellt, solange der Abgasturbolader eine Mindestdrehzahl nicht unterschreitet. Diese Mindestdrehzahl kann ggf. empirisch ermittelt werden. Das Hinterlegen der Mindestdrehzahl in einer elektronischen Steuerung und das kontinuierliche Ermitteln der aktuellen Drehzahl des Abgasturboladers ermöglichen eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die folgende Schritte vorsieht:

  • – Festlegen einer Mindestdrehzahl des Abgasturboladers; und
  • – Unterbrechen oder Reduzieren des Schmierölzuflusses, wenn die aktuelle Drehzahl des Abgasturboladers die festgelegte Mindestdrehzahl unterschreitet.
Usually, a sufficient tightness of the bearings of the exhaust gas turbocharger is ensured as long as the exhaust gas turbocharger does not fall below a minimum speed. If necessary, this minimum speed can be determined empirically. The storage of the minimum speed in an electronic control and the continuous determination of the current speed of the exhaust gas turbocharger allow an advantageous embodiment of the method according to the invention, which provides the following steps:
  • - Setting a minimum speed of the exhaust gas turbocharger; and
  • - Interrupting or reducing the lubricating oil inflow if the current speed of the turbocharger falls below the specified minimum speed.

Um danach wieder eine ausreichende Schmierung und Kühlung des Abgasturboladers zu erreichen sollte der Schmierölzufluss wieder freigegeben oder erhöht werden, wenn der Abgasturboladers die festgelegte Mindestdrehzahl wieder erreicht oder überschreitet.In order then again to achieve adequate lubrication and cooling of the exhaust gas turbocharger, the lubricating oil flow should be released or increased again when the exhaust gas turbocharger reaches or exceeds the specified minimum speed again.

Das vorherige Abschalten der Zylinder kann dadurch erreicht werden, dass der Ventilhub der Auslassventile der Zylinder auf Null reduziert wird.The previous shutdown of the cylinders can be achieved by reducing the valve lift of the exhaust valves of the cylinders to zero.

Alternativ können die Zylinder auch durch Reduzierung des Ventilhubs der Einlassventile auf Null abgeschaltet werden.Alternatively, the cylinders may also be shut off by reducing the valve lift of the intake valves to zero.

Schließlich ist auch eine Abschaltung durch eine Kombination der beiden genannten Maßnahmen möglich.Finally, a shutdown by a combination of the two measures mentioned is possible.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an exemplary embodiment.

Für einen gleitgelagerten Abgasturbolader, der die Zylinder eines Kfz-Verbrennungsmotors aufladen kann, wird in die Ölzufuhrleitung, über die der Abgasturbolader von der Schmierölpumpe des Verbrennungsmotors mit Schmieröl versorgt wird, eine Ventilvorrichtung mit einem magnetischen Abschaltventil eingebaut. Das Abschaltventil kann den Schmierölzufluss zum Abgasturbolader unterbrechen und ist über die Motorsteuerung ansteuerbar.For a sliding bearing turbocharger, which can charge the cylinders of a vehicle internal combustion engine, a valve device with a magnetic shut-off valve is installed in the oil supply line, via which the exhaust gas turbocharger is supplied by the lubricating oil pump of the internal combustion engine with lubricating oil. The shut-off valve can interrupt the lubricating oil flow to the turbocharger and can be controlled via the engine control.

Ferner wird eine Mindestdrehzahl (z. B. 40000 U/min) festgelegt, die so bestimmt ist, dass im Hinblick auf die Druckbeaufschlagung der Gleitlager mit Schmieröl bei einem Betrieb des Abgasturboladers mit einer Drehzahl, die gleich oder höher als die Mindestdrehzahl ist, eine ausreichende Dichtigkeit der Lagerstellen gegenüber dem Verdichter- und dem Turbinengehäuse gewährleistet ist. Die Mindestdrehzahl wird in der Motorsteuerung hinterlegt.Further, a minimum speed (eg, 40000 rpm) is set, which is determined such that in view of pressurizing the sliding bearing with lubricating oil when the exhaust gas turbocharger operates at a speed equal to or higher than the minimum speed Sufficient tightness of the bearings against the compressor and the turbine housing is guaranteed. The minimum speed is stored in the engine control.

Außerdem ist ein Drehzahlmesser vorgesehen, der während des Betriebs kontinuierlich die aktuelle Drehzahl des Abgasturboladers ermittelt.In addition, a tachometer is provided which continuously determines the current speed of the exhaust gas turbocharger during operation.

Während der Fahrt des Fahrzeugs sieht die Motor- bzw. Fahrzeugsteuerung in bestimmten Situationen das Abschalten einzelner oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors durch Reduzieren des Ventilhubs der entsprechenden Auslass- und/oder Einlassventile auf Null vor, um eine Wirkungsgradsteigerung, Schleppmomentreduzierung, Kraftstoffeinsparung oder Emissionsreduzierung zu erreichen. Der nicht ausgekuppelte Verbrennungsmotor wird vom fahrenden Fahrzeug mitgeschleppt und dreht deshalb weiter. Aufgrund der Motordrehung wird die angekoppelte Schmierölpumpe vom Verbrennungsmotor weiter angetrieben. Der Abgasturbolader dreht dagegen aus, da wegen der abgeschalteten Zylinder nur noch ein reduzierter oder gar kein Abgasstrom mehr zur Turbine gelangt.During vehicle travel, in certain situations, the engine controller provides for shutting down one or more cylinders of the internal combustion engine by reducing the valve lift of the respective exhaust and / or intake valves to zero to achieve increased efficiency, drag torque reduction, fuel economy, or emissions reduction , The undocked combustion engine is dragged along by the moving vehicle and therefore continues to turn. Due to the engine rotation, the coupled lubricating oil pump is further driven by the internal combustion engine. In contrast, the exhaust gas turbocharger turns off, because only a reduced or no exhaust gas flow reaches the turbine due to the deactivated cylinders.

Sobald die aktuelle Drehzahl des Abgasturboladers unter die Mindestdrehzahl fällt, betätigt die Motorsteuerung das Abschaltventil, welches die Schmierölzuleitung zum Abgasturbolader sperrt. Durch die so erreichte Unterbrechung des Schmierölzuflusses wird ein Ölaustritt an den Lagerstellen verhindert und es gelangt kein Schmieröl auf die luftführende Seite des Abgasturboladers.As soon as the current speed of the exhaust gas turbocharger falls below the minimum speed, the engine control actuates the shut-off valve, which blocks the lubricating oil supply to the exhaust gas turbocharger. The interruption of the lubricating oil inflow thus achieved prevents oil leakage at the bearing points and no lubricating oil reaches the air-conveying side of the exhaust-gas turbocharger.

Wenn der Verbrennungsmotor wieder normal betrieben wird und die Zylinder wieder zugeschaltet werden, erhöht sich auch wieder der Abgasstrom zum Abgasturbolader. Bei Erreichen oder Überschreiten der Mindestdrehzahl wird der Schmierölzufluss zum Abgasturbolader wieder freigegeben, indem die Motorsteuerung das Abschaltventil öffnet.When the internal combustion engine is operated normally again and the cylinders are switched on again, the exhaust gas flow to the exhaust gas turbocharger also increases again. When reaching or exceeding the minimum speed of the lubricating oil flow is released to the exhaust gas turbocharger again by the engine control opens the shut-off valve.

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  • DE 10047405 A1 [0007] DE 10047405 A1 [0007]

Claims (8)

Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader, mit folgenden Schritten: – Abschalten einzelner oder aller Zylinder des Verbrennungsmotors; und – Einstellen des Schmierölzuflusses zum Abgasturbolader mittels einer Ventilvorrichtung.Method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, comprising the following steps: - switching off individual or all cylinders of the internal combustion engine; and - Setting the lubricating oil inflow to the exhaust gas turbocharger by means of a valve device. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – kontinuierliches Ermitteln der aktuellen Drehzahl des Abgasturboladers; und – Einstellen des Schmierölzuflusses in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl des Abgasturboladers.Method according to claim 1, characterized by the following steps: - Continuously determining the current speed of the exhaust gas turbocharger; and - Adjustment of the lubricating oil inflow depending on the current speed of the exhaust gas turbocharger. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Festlegen einer Mindestdrehzahl des Abgasturboladers; und – Unterbrechen oder Reduzieren des Schmierölzuflusses, wenn die aktuelle Drehzahl des Abgasturboladers die festgelegte Mindestdrehzahl unterschreitet.Method according to claim 2, characterized by the following steps: - Setting a minimum speed of the exhaust gas turbocharger; and - Interrupting or reducing the lubricating oil inflow, if the current speed of the turbocharger falls below the specified minimum speed. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Freigeben oder Erhöhen des Schmierölzuflusses, wenn die aktuelle Drehzahl des Abgasturboladers die festgelegte Mindestdrehzahl wieder erreicht oder überschreitet.Method according to claim 3, characterized by the following step: - Release or increase the lubricating oil inflow if the current speed of the exhaust gas turbocharger reaches or exceeds the specified minimum speed again. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung ein magnetisches Abschaltventil umfasst und der Schmierölzufluss mittels des magnetischen Abschaltventils unterbrochen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the valve device comprises a magnetic shut-off valve and the lubricating oil flow is interrupted by means of the magnetic shut-off valve. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten der Zylinder der Ventilhub der Auslassventile der Zylinder auf Null reduziert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for switching off the cylinder, the valve lift of the exhaust valves of the cylinder is reduced to zero. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten der Zylinder der Ventilhub der Einlassventile der Zylinder auf Null reduziert wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for switching off the cylinder, the valve lift of the intake valves of the cylinder is reduced to zero. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten der Zylinder der Ventilhub der Auslass- und der Einlassventile der Zylinder auf Null reduziert wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for switching off the cylinder, the valve lift of the exhaust and the intake valves of the cylinder is reduced to zero.
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