DE19959485A1 - Steuerungs- und Regelsystem für Schmierölparameter eines Abgasturboladers - Google Patents

Steuerungs- und Regelsystem für Schmierölparameter eines Abgasturboladers

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungs- und Regelsystem für Schmierölparameter eines Abgasturboladers, durch das der Öldruck und die -temperatur den verschiedenen Betriebspunkten angepaßt werden. Dadurch verbessert sich bei niedrigeren Drehzahlen, d. H. Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl, der Wirkungsgrad des Turboladers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungs- und Regelsystem für Schmierölparameter eines Abgasturboladers.
Die Erfindung geht von Abgasturboladern aus wie sie üblicherweise in Verbrennungsmotoren, wie Großdieselmaschinen zum Einsatz kommen. Für die heutigen Anforderungen bezüglich der Verdichterdruckverhältnisse sind entsprechend hohe Drehzahlen der Turbolader erforderlich. Es ist allgemein bekannt die Ölversorgung der Rotorlager hinsichtlich des Zulaufdrucks und der Eintrittstemperatur für die Maximaldrehzahl auszulegen.
Damit ist im unteren Drehzahlbereich des Turboladers, d. h. bei Teillast des Verbrennungsmotors der Öldurchsatz und die Viskosität zu hoch. Dies führt bei solchen Betriebsverhältnissen zu überproportional hohen Verlusten.
Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung ein einfaches Schmierungssystem zu schaffen durch das eine, verschiedenen Betriebspunkten angepaßte, Ölversorgung der Lager über den gesamten Drehzahlbereich eines Abgasturboladers gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Regelung des Öldrucks und/oder der Öltemperatur im Zulauf eines Abgasturboladers wird die Ölversorgung der Lager dem tatsächlichen Bedarf entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt. Damit wird ein überflüssig hoher Öldurchsatz und die damit verbundenen mechanischen sowie thermischen Verluste vermieden, wodurch in vorteilhafterweise der Teillastwirkungsgrad des Aufladesystems erhöht wird. Dies führt besonders bei hochaufgeladenen Motoren zu verbessertem Hochlauf- und Lastzuschaltvermögen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, die Zutauftemperatur und 1 oder den Zulaufdruck des Schmieröls bedarfsgerecht einzustellen, so daß bei geringsten mechanischen Verlusten ein sicherer Betrieb eines Abgasturboladers gewährleistet wird.
Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Elemente des Steuerungs- und Regelsystems, vorzugsweise bestehend aus einer Druckregeleinheit (1), einer Temperaturregeleinheit (2) sowie Meßfühlern (3, 6, 7) in den Ölzu- bzw. ablaufleitungen der Rotorlager am Abgasturbolader (5) und einer Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4).
Unter der Druckregeleinheit (1) und der Temperaturregeleinheit (2) sind ansteuerbare Stelleinrichtungen zu verstehen mit welchen vorgegebene Werte für die jeweilige physikalische Größe einstellbar sind.
Der Abgasturbolader (5) wird in üblicher Weise bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Großdieselmaschinen, verwendet. Die Rotorwelle des Abgasturboladers mit Turbinenrad und Verdichterrad ist in allgemein üblicher Art gelagert.
Am Abgasturbolader wird über einen Drehzahlsensor (7) die Rotordrehzahl abgenommen und der Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) zugeführt. Anhand dieser für den jeweiligen Betriebspunkt spezifischen Führungsgröße werden mittels einer programmierbaren Steuerung, wie beispielsweise einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einem Integrierten Schaltkreis (IC), aus einer abgespeicherten Vergleichstabelle Einstellwerte für den Öldruck sowie die -temperatur ermittelt und an der Druckregeleinheit (1) bzw. Temperaturregeleinheit (2) eingestellt.
Als Führungsgröße wird vorzugsweise die einfach meßbare Rotordrehzahl eingesetzt, es ist jedoch auch jede andere, für verschiedene Betriebspunkte, spezifische Größe dazu geeignet.
Die spezifischen Kenngrößen für optimalen Öldruck und -temperatur an verschiedenen Betriebspunkten werden vorzugsweise an Prüfständen für jeden Turboladertyp und jede Baugröße gesondert ermittelt und in datenverarbeitungsgerechter Weise gespeichert. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch Berechnungsverfahren oder sonstige Methoden geeignet, um die jeweiligen Kenngrößen für die verschiedenen Betriebspunkte des Abgasturboladers (5), über seinen gesamten Drehzahlbereich zu ermitteln.
Die Druckregeleinheit (1) ist z. B. als ansteuerbares Druckregelventil ausgeführt, jede andere ansteuerbare Druckregelvorrichtung ist jedoch auch einsetzbar.
Die Temperaturregeleinheit (2) ist beispielsweise ein Wärmetauscher durch den das Öl entweder erwärmt oder auch gekühlt werden kann. Er ist vorzugsweise in der Ölzulaufleitung vor dem Abgasturbolader (5) angeordnet.
Mit den von der Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) ermittelten Einstellwerten für Öldruck bzw. -temperatur können die Regeleinheiten (1, 2) sowohl miteinander kombiniert oder unabhängig voneinander angesteuert werden und die Parameter entsprechend eingestellt werden.
Durch den druckgesteuerten verminderten Öldurchsatz bei niedrigeren Rotordrehzahlen des Turboladers (5) werden die Planschverluste kleiner und durch ein Ansteigen der Lagertemperatur sinkt die Viskosität ab, wodurch sich die Reibungsverluste reduzieren.
Durch die Ansteuerung der Temperaturregeleinheit (2) zur Erhöhung der Öltemperatur kann die Viskosität ebenfalls abgesenkt und damit die Reibungsverluste reduziert werden.
Durch Optimierungsrechnungen bzw. Versuche am Prüfstand können für verschiedene Betriebspunkte ideale Kombinationen der Einstellwerte für die Druckregeleinheit (1) und die Temperaturregeleinheit (2) ermittelt werden. Neben der bisher beschriebenen Steuerungsfunktion können mit der Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) die ermittelten Einstellwerte für Öldruck und temperatur auch eingeregelt werden. Dazu werden die vom, vor dem Abgasturbolader (5) angeordneten, Meßfühler (3) aufgenommenen tatsächlichen Werte des Öldrucks und der -temperatur an die Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) weitergegeben, dort mit den entsprechenden Sollwerten verglichen und die einzelnen Regeleinheiten (1, 2) werden bis zum Erreichen des entsprechenden Sollwerts nachgeführt.
Weiterhin ist es mit der Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) möglich ein Sicherheitsprogramm zu aktivieren. Durch Überwachung der Ölablauftemperatur mittels eines Meßfühlers (6), der in der Ölablaufleitung angeordnet ist, werden bei Erkennung des Überschreitens einer abgespeicherten zulässigen Grenztemperatur alle einstellbaren Parameter, wie beispielsweise der Öldruck und die -temperatur, automatisch auf die Größen für maximale Drehzahl eingestellt. Dadurch werden die Beschädigungen oder die Zerstörung der Lager verhindert.
Bezugszeichenliste
1
Druckregeleinheit
2
Temperaturregeleinheit
3
Meßfühler
4
Steuerungs und/oder Regelungseinheit
5
Abgasturbolader
6
Meßfühler
7
Drehzahlsensor

Claims (5)

1. Steuerungs- und Regelsystem für Schmierölparameter eines Abgasturboladers mit Ölzu- und Ölablaufleitungen zu Rotorlagern, mit einem Meßfühler (7), mit einer Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) und Regeleinrichtungen (1, 2), wobei die Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) aus mindestens einer, durch den Meßfühler (7) ermittelten, Führungsgröße, mindestens einen Stellwert ermittelt und durch die Regeleinrichtungen (1, 2) einstellt, so daß für jeden Betriebspunkt des Abgasturboladers (5) eine ausreichende Ölversorgung, unter Vermeidung von Ölüberschußmengen, sichergestellt ist.
2. Steuerungs- und Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungsgröße die Rotordrehzahl (7) des Abgasturboladers (5) festgelegt ist und die Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) aus einer abgespeicherten Tabelle die Stellwerte für Öldruck und -temperatur ermittelt und der Stellwert für den Öldruck und/oder die Öltemperatur an den Regeleinrichtungen (1, 2) einstellbar ist.
3. Steuerungs- und Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinheit (1) ein Druckregelventil und die Temperaturregeleinheit (2) ein Wärmetauscher ist, und daß diese in der Ölzulaufleitung vor dem Abgasturbolader (5) angeordnet sind.
4. Steuerungs- und Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) die Stellwerte für Öldruck und/oder -temperatur durch Vergleich mit den von einem Meßfühler (3) ermittelten tatsächlichen Werten mittels Nachführung der Regeleinrichtungen (1, 2) eingeregelt werden.
5. Steuerungs- und Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die, von einem Meßfühler (6) ermittelte, Ölablauftemperatur in der Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) mit einem abgespeicherten Grenzwert vergleichbar ist, bei dessen Überschreitung die Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4) automatisch die Stellwerte für maximale Drehzahl des Abgasturboladers an den Regeleinrichtungen (1, 2) einstellt.
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