DE19959485C2 - Control and regulating system for the supply of lubricating oil to a rotor bearing of an exhaust gas turbocharger - Google Patents

Control and regulating system for the supply of lubricating oil to a rotor bearing of an exhaust gas turbocharger

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Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungs- und Regelsystem für die Schmierölversorgung einer Rotorlagerung eines Abgasturboladers.The invention relates to a control system for Lubricating oil supply to a rotor bearing of an exhaust gas turbocharger.

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.The invention is based on exhaust gas turbochargers as is usually the case in Internal combustion engines, such as large diesel engines, are used. For the today's requirements regarding the compressor pressure ratios correspondingly high speeds of the turbochargers are required. It is general known the oil supply to the rotor bearings with regard to the inlet pressure and Design inlet temperature for the maximum speed.

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.This is in the lower speed range of the turbocharger, ie. H. at partial load of Internal combustion engine's oil throughput and viscosity too high. This leads to such operating conditions at disproportionately high losses.

Die DE 32 21 263 offenbart ein Ölkühlsystem für Motorfahrzeuge, die einen mit einem Turbolader versehenen Motor aufweisen. Es wird die Aufgabe gelöst, die Öltemperatur am Einlaß zum Turbolader durch einen Teilstrom-Ölkühler wirksam herabzusetzen indem der Teilstrom-Ölkühler direkt vor dem Turbolader angeordnet und ein temperaturgeregeltes Ventil vorgesehen wird, welches den Ölstrom in zwei Teilströme aufteilen kann. Bei Temperaturen zwischen 80 und 90°C wird der Ölstrom aufgeteilt, d. h. ein Teilstrom wird abgezweigt sowie durch den Kühler geleitet und danach wieder zusammen mit dem ungekühlten anderen Teilstrom als Gesamtstrom zum Turbolader geführt. Die Temperatur des Gesamtstromes ergibt sich aus dem Mischungsverhältnis der beiden Teilströme. Bei Temperaturen über 90°C wird der gesamte Ölstrom durch den Kühler zum Lader und bei Temperaturen unter 80°C wird der gesamte Volumenstrom unter Umgehung des Kühlers direkt zum Turbolader geleitet.DE 32 21 263 discloses an oil cooling system for motor vehicles, the one with have a turbocharged engine. The task is solved Oil temperature at the inlet to the turbocharger effective through a partial flow oil cooler reduce by the partial flow oil cooler directly in front of the turbocharger arranged and a temperature-controlled valve is provided, which the Oil flow can be divided into two partial flows. At temperatures between 80 and The oil flow is split at 90 ° C. H. a partial flow is branched off and through directed the cooler and then again together with the uncooled other Partial flow led to the turbocharger as total flow. The temperature of the Total flow results from the mixing ratio of the two partial flows. At temperatures above 90 ° C, the entire oil flow through the cooler becomes Supercharger and at temperatures below 80 ° C, the total volume flow is below Bypassing the radiator directed directly to the turbocharger.

Aus der US 5,339,776 ist ein Geschwindigkeitssensor und eine Steuerungseinrichtung bekannt, welche die Ölrückflußmenge in die Ölwanne eines Verbrennungsmotors durch ein ansteuerbares Ventil regelt. In bezug auf die vorliegende Erfindung gibt dieses Dokument jedoch keine weiteren Hinweise. From US 5,339,776 a speed sensor and a Control device known which the amount of oil return into the oil pan Internal combustion engine controlled by a controllable valve. Regarding the However, the present invention does not give further references to this document.  

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Schmierungssystem zu schaffen durch das für jeden Betriebspunkt des Abgasturboladers eine ausreichende Ölversorgung der Rotorlager, unter Vermeidung von Ölüberschußmengen, sicherstellt.The object of the invention is to provide a simple lubrication system sufficient for each operating point of the exhaust gas turbocharger Oil supply to the rotor bearings, avoiding excess oil quantities, ensures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1 solved.

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.By regulating the oil pressure and / or the oil temperature according to the invention in the inlet of an exhaust gas turbocharger, the oil supply to the bearings actual needs adjusted according to the respective operating conditions. This results in an unnecessarily high oil throughput and the associated mechanical and thermal losses avoided, which in the partial load efficiency of the charging system is advantageously increased. This leads to improved run-up and Lastzuschaltvermögen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, die Zulauftemperatur und/ oder den Zulaufdruck des Schmieröls bedarfsgerecht einzustellen, so daß bei geringsten mechanischen Verlusten ein sicherer Betrieb eines Abgasturboladers gewährleistet wird.With the arrangement according to the invention, it is possible to adjust the inlet temperature and / or adjust the inlet pressure of the lubricating oil as required, so that at lowest mechanical losses a safe operation of an exhaust gas turbocharger is guaranteed.

Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.The invention is described below with the aid of the attached schematic drawing explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Elemente des Steuerungs- und Regelsystems, vorzugsweise bestehend aus einer Druckregeleinheit (1), einer Temperaturregeleinheit (2) - jeweils als Stelleinrichtungen zu verstehen - sowie Meßfühlern (3, 6, 7) in den Ölzu- bzw. ablaufleitungen der Rotorlager am Abgasturbolader (5) und einer Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4). . The Figure 1 shows the basic arrangement of the elements of the control and regulating system, preferably consisting of a pressure control unit (1), a temperature control unit (2) - in each case to be understood as setting devices - as well as sensors (3, 6, 7) into the oil supply or drain lines of the rotor bearings on the exhaust gas turbocharger ( 5 ) and a control and / or regulating unit ( 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.The pressure control unit ( 1 ) and the temperature control unit ( 2 ) are to be understood as actuatable control devices with which predetermined values for the respective physical variable can be set.

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.The exhaust gas turbocharger ( 5 ) is used in a conventional manner in internal combustion engines, in particular large diesel engines. The rotor shaft of the exhaust gas turbocharger with turbine wheel and compressor wheel is mounted in a generally customary manner.

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.The rotor speed on the exhaust gas turbocharger is measured by a speed sensor ( 7 ) and fed to the control and / or regulating unit ( 4 ). Using this reference variable specific to the respective operating point, setting values for the oil pressure and the temperature are determined from a stored comparison table by means of a programmable controller, such as a programmable logic controller (PLC) or an integrated circuit (IC), and on the pressure control unit ( 1 ) or temperature control unit ( 2 ) set.

Als Führungsgröße wird die einfach meßbare Rotordrehzahl eingesetzt, es ist jedoch auch jede andere, für verschiedene Betriebspunkte, spezifische Größe dazu geeignet.The easily measurable rotor speed is used as the reference variable, it is but also any other size specific to different operating points suitable for this.

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.The specific parameters for optimum oil pressure and temperature at various operating points are preferably determined separately on test benches for each turbocharger type and size and saved in a manner suitable for data processing. In addition, of course, calculation methods or other methods are also suitable for determining the respective parameters for the various operating points of the exhaust gas turbocharger ( 5 ) over its entire speed range.

Die Druckregeleinheit (1) ist z. B. als ansteuerbares Druckregelventil ausgeführt, jede andere ansteuerbare Druckregelvorrichtung ist jedoch auch einsetzbar.The pressure control unit ( 1 ) is e.g. B. designed as a controllable pressure control valve, but any other controllable pressure control device can also be used.

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. The temperature control unit ( 2 ) is, for example, a heat exchanger through which the oil can either be heated or cooled. It is preferably arranged in the oil feed line upstream of the exhaust gas turbocharger ( 5 ).

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.With the setting values for oil pressure or temperature determined by the control and / or regulating unit ( 4 ), the regulating units ( 1 , 2 ) can be combined with one another or controlled independently of one another and the parameters can be set accordingly.

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.The pressure-controlled, reduced oil throughput at lower rotor speeds of the turbocharger ( 5 ) reduces the churning losses and, as the bearing temperature rises, the viscosity drops, which reduces the friction losses.

Durch die Ansteuerung der Temperaturregeleinheit (2) zur Erhöhung der Öltemperatur kann die Viskosität ebenfalls abgesenkt und damit die Reibungsverluste reduziert werden.By controlling the temperature control unit ( 2 ) to increase the oil temperature, the viscosity can also be reduced and thus the friction losses can be reduced.

Durch Optimierungsrechnungen bzw. Versuche am Prüfstand können für verschiedene Betriebspunkte ideale Kombinationen der Einstellwerte für die Druckregeleinheit (1) und die Temperaturregeleinheit (2) ermittelt werden.Optimization calculations or tests on the test bench can be used to determine ideal combinations of the setting values for the pressure control unit ( 1 ) and the temperature control unit ( 2 ) for different operating points.

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.In addition to the control function described so far, the control and / or regulating unit ( 4 ) can also be used to regulate the determined setting values for oil pressure and temperature. For this purpose, the actual oil pressure and temperature values recorded by the sensor ( 3 ) arranged in front of the exhaust gas turbocharger ( 5 ) are passed on to the control and / or regulating unit ( 4 ), compared there with the corresponding setpoints and the individual regulating units ( 1 , 2 ) are tracked until the corresponding setpoint is reached.

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. It is also possible to activate a safety program with the control and / or regulating unit ( 4 ). By monitoring the oil drain temperature using a sensor ( 6 ), which is arranged in the oil drain line, all adjustable parameters, such as the oil pressure and temperature, are automatically set to the values for maximum speed when a stored permissible limit temperature is exceeded. This prevents damage or destruction of the bearings.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Druckregeleinheit (Stelleinrichtung)
Pressure control unit (adjusting device)

22

Temperaturregeleinheit (Stelleinrichtung)
Temperature control unit (control device)

33

Meßfühler
probe

44

Steuerungs und/oder Regelungseinheit
Control and / or regulation unit

55

Abgasturbolader
turbocharger

66

Meßfühler
probe

77

Drehzahlsensor
Speed sensor

Claims (4)

1. Steuerungs- und Regelsystem für die Schmierölversorgung einer Rotorlagerung eines Abgasturboladers mit Ölzu- und Ölablaufleitungen zu den Rotorlagern, in denen Stelleinrichtungen (1, 2) angeordnet sind, mit einem Meßfühler (7) zur Aufnahme der Rotordrehzahl (7) des Abgasturboladers (5) und einer Steuerungs und/oder Regelungseinheit (4), die aus einer abgespeicherten Tabelle anhand der Rotordrehzahl (7) eine vorbestimmte Größe für den Druck und/oder die Temperatur des zu den Rotorlagern gelangenden Schmieröls sowie die dafür erforderlichen Stellwerte ermittelt und die Stelleinrichtungen (1, 2) darauf ansteuert.1.Control and control system for the lubricating oil supply to a rotor bearing of an exhaust gas turbocharger with oil supply and oil drain lines to the rotor bearings, in which actuators ( 1 , 2 ) are arranged, with a sensor ( 7 ) for recording the rotor speed ( 7 ) of the exhaust gas turbocharger ( 5 ) and a control and / or regulating unit ( 4 ), which determines a predetermined size for the pressure and / or the temperature of the lubricating oil reaching the rotor bearings as well as the control values required for this from a stored table based on the rotor speed ( 7 ), and the actuating devices ( 1 , 2 ) driven thereon. 2. Steuerungs- und Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung für den Druck (1) ein Druckregelventil und die Stelleinrichtung für die Temperatur (2) ein Wärmetauscher ist, und daß diese in der Ölzulaufleitung vor dem Abgasturbolader (5) angeordnet sind.2. Control and regulating system according to claim 1, characterized in that the actuating device for the pressure ( 1 ) is a pressure regulating valve and the actuating device for the temperature (2) is a heat exchanger, and that these are arranged in the oil supply line upstream of the exhaust gas turbocharger ( 5 ) are. 3. 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 Stelleinrichtungen (1, 2) eingeregelt werden.3. Control and regulating system according to claim 1, characterized in that the control and / or regulating unit ( 4 ) the control values for oil pressure and / or temperature by comparison with the actual values determined by a sensor ( 3 ) by means of tracking the control devices ( 1 , 2 ) can be adjusted. 4. 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 Stelleinrichtungen (1, 2) einstellt.4. Control and regulating system according to claim 1, characterized in that the, determined by a sensor ( 6 ), oil drain temperature in the control and / or regulating unit ( 4 ) is comparable to a stored limit value, the control and / or control unit ( 4 ) automatically sets the control values for maximum speed of the exhaust gas turbocharger on the actuating devices ( 1 , 2 ).
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