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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Schmiermittelversorgung zumindest eines Wellenlagers eines Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug.
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Zur Verringerung eines Kraftstoffverbrauchs sowie zur Emissionsminimierung einer Verbrennungskraftmaschine sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, zu welchen beispielsweise eine selektive Zylinderabschaltung während eines Teillastbetriebs der Verbrennungskraftmaschine oder der Einsatz einer regelbaren Ölpumpe, über welche ein zur Schmiermittelversorgung benötigter Ölvolumenstrom bedarfsgerecht eingestellt werden kann, bekannt, um nur einige Beispiele zu nennen.
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Aus der
DE 10 2011 119 521 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader bekannt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: - Abschalten einzelner oder aller Zylinder des Verbrennungsmotors; und - Einstellen des Schmierölzuflusses zum Abgasturbolader mittels einer Ventilvorrichtung. Dadurch kann nach einem gezielten Abschalten der Zylinder die Dichtheit der Lagerstellen des Abgasturboladers gegenüber einer Druckölbeaufschlagung durch die Schmierölpumpe des Motors sichergestellt werden.
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Die
US 2016 / 0 040 591 A1 beschreibt einen Schmiermittelzuführmechanismus für einen Turbolader vorgesehen, der die Arbeit einer Ölpumpe reduzieren und gleichzeitig eine übermäßige Versorgung eines Lagerteils mit Schmiermittel verhindern kann. Der Schmiermittelzuführmechanismus dient zum Zuführen von Schmiermittel zu einem Lagerteil, das eine Welle, die ein Verdichterrad und ein Turbinenrad verbindet, drehbar trägt. Der Schmiermittelzuführmechanismus umfasst einen Ölversorgungskanal, der das unter Druck von der Ölpumpe zugeführte Schmiermittel zu dem Lagerteil leitet; und ein Durchflussregelventil, das an dem Ölversorgungskanal vorgesehen ist, um die Menge des Schmiermittels einzustellen, indem der Strömungskanal des Schmiermittels auf der Grundlage eines Drucks des durch das Öl fließenden Schmiermittels gedrosselt wird.
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Als weitere Druckschriften, welche die Einstellung einer Schmiermittelversorgung eines Turboladers betreffen, sind die
US 2015 / 0 260 056 A1 und die
JP S59- 141 722 A bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem eine bedarfsgerechte Einstellung einer Schmiermittelversorgung auf verbesserte Weise erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Schmiermittelversorgung zumindest eines Wellenlagers eines Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem anhand einer Steuerungseinrichtung detektiert wird, ob während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine Deaktivierung wenigstens eines Auslassventils einer Mehrzahl an Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine vorliegt, bei welchem die Schmiermittelversorgung des zumindest einen Wellenlagers verringert wird, wenn die Deaktivierung des wenigstens einen Auslassventils während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine detektiert wird. Jeweilige Ladungswechselventile, also Einlassventile und Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine können beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine intermittierend geöffnet werden, um ein Arbeitsmedium, in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine einzuleiten bzw. auszuleiten. Das Wellenlager dient insbesondere zur Lagerung einer Welle, welche zur Koppelung eines Turbinenrades des Abgasturboladers mit einem Verdichterrad des Abgasturboladers dient. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass durch das Verringern der Schmiermittelversorgung bei deaktiviertem Auslassventil oder bei mehreren deaktivierten Auslassventilen vermieden werden kann, dass das zumindest eine Wellenlager mit einer zu großen Menge an Schmiermittel, insbesondere Motoröl, versorgt wird. Unter dem Ausdruck „Deaktivieren“ ist dabei zu verstehen, dass das Auslassventil nicht nur während eines Arbeitstaktes sondern während mehrerer vollständiger Kurbelwellenumdrehungen, also mindestens über zwei vollständige Kurbelwellenumdrehungen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine geschlossen bleibt, sodass das Auslassventil dementsprechend während dieser Kurbelwellenumdrehungen ein Austreten des Arbeitsmediums, insbesondere Abgas, aus dem diesem Auslassventil zugeordneten Brennraum unterbindet. Unter dem Ausdruck „Schmiermittelversorgung verringert“ ist zu verstehen, dass ein dem Wellenlager zur Schmierung zugeführter Schmiermittelstrom, insbesondere Ölstrom, im Vergleich zu einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, bei welchem sämtliche Auslassventile aktiviert sind und dadurch bestimmungsgemäß betätigt, also intermittierend geöffnet und geschlossen werden, verringert wird. Dementsprechend wird zur Schmiermittelversorgung bei sämtlichen aktivierten Auslassventilen ein größerer Schmiermittelstrom benötigt, als bei Deaktivierung des wenigstens einen Auslassventils (oder mehrerer Auslassventile). Zudem ist vorgesehen, dass die Schmiermittelversorgung in Abhängigkeit von einer Anzahl an deaktivierten Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders bedarfsgerechte Einstellung der Schmiermittelversorgung. Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Schmiermittelversorgung umso stärker verringert wird, je größer die Anzahl an deaktivierten Auslassventilen ist. Je größer also mit anderen Worten die Anzahl an deaktivierten Auslassventilen ist, desto stärker kann die Schmiermittelversorgung verringert werden. Außerdem wird die Schmiermittelversorgung anhand eines durch die Steuerungseinrichtung angesteuerten Ventils eingestellt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders einfache, insbesondere aufwandsarme Einstellung der Schmiermittelversorgung ermöglicht ist. Das Ventil kann vorzugsweise als stufenlos verstellbares Ventil ausgebildet sein, wodurch eine besonders genaue Einstellung der Schmiermittelversorgung ermöglicht ist.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil an einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und mit einem Ölversorgungskanal gekoppelt ist, über welchen das zumindest eine Wellenlager zu dessen Schmiermittelversorgung mit Öl versorgt wird, wobei zumindest ein Großteil des Ventils in das Kurbelgehäuse integriert ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass das zumindest eine Wellenlager infolge der Deaktivierung des wenigstens einen Auslassventils oder mehrerer Auslassventile (also beispielsweise von zwei Auslassventilen, vier Auslassventilen, sechs Auslassventile, acht Auslassventilen usw.) der Mehrzahl an Auslassventilen mit einer zu großen Menge an Schmiermittel versorgt werden kann, wodurch es zu einem unerwünschten Austreten von Schmiermittel in einen Abgastrakt und zusätzlich oder alternativ in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine kommen kann.
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Dies ist damit zu begründen, dass ein durch die Verbrennungskraftmaschine emittierter Abgasstrom infolge der Deaktivierung verringert wird, wodurch dementsprechend eine Drehzahl des mittels des Abgasstroms angetriebenen Turbinenrads und damit der Welle des Abgasturbolader abnimmt, wodurch auch ein für das Wellenlager bereitzustellender Schmiermittelbedarf sinkt. Infolge der reduzierten Drehzahl kann es ohne Verringerung der Schmiermittelversorgung - neben unnötig erhöhtem Kraftstoffverbrauch - zu dem beschriebenen Austreten des Schmiermittels in den Abgastrakt bzw. Ansaugtrakt und damit beispielsweise zum Entstehen von schadhaften Emissionen, insbesondere von sogenanntem Blaurauch, kommen.
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Das Verfahren setzt hier an und ermöglicht es, die Schmiermittelversorgung des zumindest einen Wellenlagers oder mehrerer Wellenlager des Abgasturboladers bedarfsgerecht an die Anzahl an deaktivierten Auslassventilen anzupassen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Schmiermittelversorgung zumindest bei einer Deaktivierung sämtlicher Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine unterbunden. Die Schmiermittelversorgung kann dabei zumindest bei der Deaktivierung sämtlicher Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine insbesondere vollständig unterbunden werden, sodass dementsprechend kein Schmiermittel mehr zu dem zumindest einen Wellenlager gefördert wird und insbesondere das Entstehen von schadhaften Emissionen durch unerwünschtes Einleiten von Schmiermittel in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine vollständig unterbunden werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Schmiermittelversorgungssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Bei dieser Verbrennungskraftmaschine kann eine besonders bedarfsgerechte Einstellung der Schmiermittelversorgung erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil mit dem Kurbelgehäuse verschraubt ist und ein zum Einstellen der Schmiermittelversorgung verstellbarer Ventilkörper des Ventils in dem Ölversorgungskanal angeordnet ist. Dies ermöglicht beispielsweise eine besonders unkomplizierte Nachrüstung bzw. einen Austausch des Ventils.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Bei diesem Kraftfahrzeug kann eine besonders bedarfsgerechte Einstellung der Schmiermittelversorgung erfolgen.
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Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
- 1 eine stark abstrahierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine, von welcher ein Teilbereich eines Kurbelgehäuses gezeigt ist, an welchem ein Ventil eines Schmiermittelversorgungssystems zur Einstellung einer Schmiermittelversorgung angeordnet ist;
- 2 eine vergrößerte perspektivische Schnittdarstellung des an dem Kurbelgehäuse angeordneten Ventils gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden Variante;
- 3 eine weitere stark abstrahierte Darstellung des Kraftfahrzeugs und der Verbrennungskraftmaschine, von welcher der Teilbereich des Kurbelgehäuses gezeigt ist, an welchem eine Variante des Ventils angeordnet ist; und
- 4 eine vergrößerte perspektivische Schnittdarstellung der an dem Kurbelgehäuse angeordneten Variante des Ventils.
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1 bis 4 zeigen eine stark abstrahierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs K, welches eine Verbrennungskraftmaschine 100 umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine 100 umfasst ein Schmiermittelversorgungssystem 10 sowie ein Kurbelgehäuse 110, an welchem ein Ventil 20 des Schmiermittelversorgungssystems 20 angeordnet, insbesondere angeschraubt, ist.
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Das Schmiermittelversorgungssystem 10 umfasst vorliegend neben dem einstellbaren Ventil 20, welches zum Einstellen einer Schmiermittelversorgung zumindest eines vorliegend nicht weiter dargestellten Wellenlagers eines ebenfalls nicht weiter gezeigten Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine 100 dient, auch eine signalübertragend mit dem Ventil 20 gekoppelte Steuerungseinrichtung 30. Über das Wellenlager ist eine Welle des Abgasturboladers, welche ein Verdichterrad des Abgasturboladers drehfest mit einem Turbinenrad des Abgasturboladers verbindet, drehbar gelagert. Die Steuerungseinrichtung 30 ist vorliegend dazu eingerichtet, zu detektieren, ob während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 100 eine Deaktivierung eines oder mehrerer Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine 100 vorliegt. Hierzu kann beispielsweise ein jeweiliger Ventilhub des wenigstens einen Auslassventils oder der Mehrzahl an Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine 100 mittels der Steuerungseinrichtung 30 erfasst, und anhand des Ventilhub bewertet werden, ob die Deaktivierung vorliegt.
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Darüber hinaus ist die Steuerungseinrichtung 30 dazu eingerichtet, das einstellbare Ventil 20 derart anzusteuern, dass anhand des Ventils 20 die Schmiermittelversorgung des zumindest einen Wellenlagers bei detektierter Deaktivierung des wenigstens einen Auslassventils während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 100 zumindest verringert, vorzugsweise vollständig unterbunden wird.
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Das Schmiermittelversorgungssystem 10 kann zudem eine Signal übertragend mit der Steuerungseinrichtung 30 gekoppelte Pumpe 50 zum Fördern von Schmiermittel, insbesondere Öl in Form von Motoröl, sowie einen Schmiermittelbehälter 60, welcher beispielsweise als Ölwanne ausgestaltet sein kann, umfassen. Die Steuerungseinrichtung 30 kann also insgesamt sowohl die Pumpe 50 als auch das Ventil 20 ansteuern. Die Pumpe 50 sowie der Schmiermittelbehälter 60 sind in 1 bis 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls stark abstrahierter dargestellt. Die Pumpe 50 ist einerseits über einen Kanal 52 des Schmiermittelversorgungssystems 10 mit dem Schmiermittelbehälter 60 verbunden, sodass die Pumpe 50 über den Kanal 52 Schmiermittel aus dem Schmiermittelbehälter 60 fördern kann. Andererseits ist die Pumpe 50 zumindest mittelbar mit einem Ölversorgungskanal 40 des Schmiermittelversorgungssystems 10 gekoppelt, was in 1 bis 4 nicht erkennbar ist. Über den Ölversorgungskanal 40 kann die Schmiermittelversorgung des zumindest einen Wellenlagers erfolgen.
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Während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 100 kann ein Verfahren zum Einstellen der Schmiermittelversorgung des zumindest einen Wellenlagers des Abgasturbolader der Verbrennungskraftmaschine 100 durchgeführt werden. Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 wird eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 100 angetrieben. Bei diesem Verfahren wird detektiert, ob während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 100 die Deaktivierung des wenigstens einen Auslassventils, mehrerer Auslassventile oder sämtlicher Auslassventile der Mehrzahl an Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine 100 vorliegt. Darüber hinaus wird die Schmiermittelversorgung des Wellenlagers verringert, wenn die entsprechende Deaktivierung des Auslassventils/der Auslassventile während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 100 detektiert wird. Um eine besonders bedarfsgerechte Einstellung der Schmiermittelversorgung zu erzielen, kann die Schmiermittelversorgung anhand des Schmiermittelversorgungssystems 10 in Abhängigkeit von einer Anzahl an deaktivierten Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine 100 eingestellt werden.
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Je mehr deaktivierte Auslassventile anhand der Steuerungseinrichtung 30 detektiert werden, desto stärker wird die Schmiermittelversorgung verringert, indem die Steuerungseinrichtung 30 das Ventil 20 entsprechend ansteuert und dadurch einstellt. Hierzu kann die Steuerungseinrichtung 30 das Ventil 20 derart ansteuern, dass ein Ventilkörper 22 des Ventils 20 verstellt und dadurch ein Strömungsquerschnitt des Versorgungskanals 40 entsprechend verengt wird, um die Schmiermittelversorgung einzustellen. Die Schmiermittelversorgung kann anhand des Ventils bei einer Deaktivierung sämtlicher Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine 100 vorzugsweise auch vollständig unterbunden werden.
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Das an dem Kurbelgehäuse 110 der Verbrennungskraftmaschine 100 angeordnete und mit dem Ölversorgungskanal 40 gekoppelte Ventil 20 ist zudem mit dem Kurbelgehäuse 110 verschraubt, wobei der Ventilkörper 22 in dem Ölversorgungskanal 40 angeordnet sein kann, wie beispielsweise durch Zusammenschau von 3 und 4 erkennbar ist.
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In 1 und 2 ist gezeigt, dass in einer Variante vorgesehen sein kann, dass das Ventil 20 mit dem Ventilkörper 22 in einem nicht zur Erfindung gehörenden externen und damit außerhalb des Kurbelgehäuses angeordneten Ventilgehäuse 24 eingebracht sein kann, welches insbesondere als Absperrventilgehäuse ausgebildet sein kann. Der Ölversorgungskanal 40 kann in diesem Fall mit dem (externen) Ventilgehäuse 24 verbunden sein, wobei der Ventilkörper 22 innerhalb des Ventilgehäuses 24 angeordnet sein kann. Dementsprechend kann das Ventil 20 als externes Absperrventil ausgestaltet sein.
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3 und 4 zeigen hingegen eine weitere Variante, bei welcher zumindest ein Großteil des Ventils 20 in das Kurbelgehäuse integriert ist. Der Ventilkörper 22 kann sich dann zusammen mit einem Teil des Ventilgehäuses 24 innerhalb des Kurbelgehäuses befinden, wie in der in 4 gezeigten Schnittdarstellung angedeutet ist.
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Das Schmiermittelversorgungssystem 10 dient zusammenfassend dazu, bei zumindest teilweise oder vollständig deaktiviertem Auslassmassenstrom (infolge der Deaktivierung des wenigstens einen Auslassventils, mehrerer Auslassventile oder sämtlicher Auslassventile) zu verhindern, dass eine unerwünschte Überversorgung des zumindest einen Wellenlagers des Abgasturboladers mit Schmiermittel, insbesondere Motoröl, erfolgt. Durch diese Überversorgung könnte beispielsweise eine an dem Wellenlager angeordnete Dichtung, insbesondere Labyrinthdichtung, des Abgasturboladers ein unerwünschtes Eindringen des Schmiermittels in einen Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine nicht mehr in ausreichender Weise unterbinden, wodurch schadhafte Emissionen, insbesondere Blaurauch, entstehen könnten. Durch Verringerung des Auslassmassenstroms verringert sich ebenfalls eine entsprechende Drehzahl (Wellendrehzahl) der Welle, der Abgasturbolader dreht also sozusagen nicht mehr. Wird die Schmiermittelversorgung in diesem Fall nicht reduziert, so kommt es zur Schmiermittelundichtigkeit am Wellenlager und infolgedessen zum Eindringen des Schmiermittels in den Abgastrakt und zusätzlich oder alternativ in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine.
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Das Schmiermittelversorgungssystem 10 dient also zur bedarfsgerechten Regulierung der Schmiermittelversorgung, wobei die Schmiermittelversorgung beispielsweise bei vollständig deaktiviertem Auslassmassenstrom (wobei dementsprechend sämtliche Auslassventile deaktiviert sind) vollständig unterbunden werden kann. Mit anderen Worten wird dann kein Schmiermittel mehr zu dem Wellenlager transportiert. Somit kann durch das Schmiermittelversorgungssystem 10 ein Kappen der Ölzuführung zum Abgasturbolader in erforderlichen Betriebszuständen, insbesondere bei der Deaktivierung sämtlicher Auslassventile, erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schmiermittelversorgungssystem
- 20
- Ventil
- 22
- Ventilkörper
- 24
- Ventilgehäuse
- 30
- Steuerungseinrichtung
- 40
- Ölversorgungskanal
- 50
- Pumpe
- 52
- Kanal
- 60
- Schmiermittelbehälter
- 100
- Verbrennungskraftmaschine
- 110
- Kurbelgehäuse
- K
- Kraftfahrzeug