DE4026099C2 - Ölversorgungssystem für die Lager von zu- und abschaltbaren Abgasturboladern - Google Patents
Ölversorgungssystem für die Lager von zu- und abschaltbaren AbgasturboladernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ölversorgungssystem für die Lager von
zu- und abschaltbaren Abgasturboladern, das den Zufluß von
Schmiermittel zu den Lagern steuert.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades können Brennkraftmaschinen mit
mehreren Abgasturboladern ausgerüstet werden, von denen einer
oder mehrere zu- und abschaltbar ausgeführt sind. Im Leerlauf
oder bei geringer Last sind dann durch Sperren der Abgaszufuhr
zur Turbine die schaltbaren Abgasturbolader stillgesetzt. In
diesem Betriebszustand herrscht in Verdichter und Turbine der
abgeschalteten Abgasturbolader und in der Ladeluftleitung der
Atmosphärendruck. Die bei Abgasturboladern üblichen
Sperrluftdichtungen, die den Austritt von Schmieröl aus dem
Lagergehäuse in das Verdichter- und Turbinengehäuse bei
zugeschaltetem Abgasturbolader verhindern, sind wegen des
fehlenden Überdrucks bei Stillstand des Abgasturboladers nicht
funktionsfähig. Infolge einer Kohäsionswirkung gelangen bei
längeren Stillstandszeiten eines Abgasturboladers nicht
unbeträchtliche Mengen von Schmieröl durch die
Sperrluftdichtungen hindurch in das Turbinen- und
Verdichtergehäuse, wo sich das Schmieröl in einer Lache
ansammelt. Bei der Inbetriebnahme des Abgasturboladers kann das
Lecköl zu Schäden an Abgasturbolader und Brennkraftmaschine
führen.
Es wurde deshalb in der DE-PS 37 04 967 schon vorgeschlagen,
auch nach Abschaltung eines Abgasturboladers in der
Ladeluftleitung einen über dem Umgebungsdruck liegenden Druck
aufrechtzuerhalten. Hierzu werden durch eine saugseitig
angeordnete Absperrvorrichtung auch der Verdichter des
abgeschalteten Abgasturboladers und die Sperrluftdichtungen mit
dem im Luftleitungssystem herrschenden Ladeluftdruck
beaufschlagt. Nachteilig ist, daß die Sperrluftentnahme mit
einer Wirkungsgradverschlechterung des Motors verbunden ist.
Ferner können keine handelsüblichen Abgasturbolader verwendet
werden, weil sie keine Sperrluftdichtungen mit dem
erforderlichen Leitungssystem aufweisen. Dementsprechend hoch
sind die Kosten für Abgasturbolader mit Sperrluftdichtungen.
Nachteilig ist ferner, daß für den ununterbrochenen
Schmiermittelfluß auch während der Stillstandszeiten Energie
verbraucht wird.
Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader nach der
DE-PS 11 69 721 ist eine Abschaltung des Abgasturboladers an
sich nicht vorgesehen. Infolge eines Schadens am Abgasturbolader
kann jedoch eine ungewollte Stillsetzung des Abgasturboladers
erfolgen. Würde die Brennkraftmaschine bei stillstehendem
Abgasturbolader weiterbetrieben und die Schmiermittelzufuhr zu
den Lagern des Abgasturbolader nicht gestoppt, würde infolge des
in der Ansaugleitung herrschenden Unterdrucks nach und nach das
Schmieröl der Brennkraftmaschine in den Verdichter des
Abgasturboladers gesaugt werden. Es ist deshalb ein Ventil in
der Schmiermittelleitung zu den Lagern des Abgasturboladers
vorgesehen, das bei einem Unterdruck in der Abgasleitung den
Schmiermittelfluß zu den Lagern stoppt, so daß ein gefahrloser
Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine ohne Aufladung möglich ist.
Ferner ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, die bei mangelndem
Schmiermitteldruck in der Schmiermittelleitung zu den Lagern des
Abgasturboladers die Schmiermittelzufuhr sperrt, wobei
gleichzeitig die Abgase anstatt der Turbine einer
Umgehungsleitung zugeführt werden.
Eine Wiederzuschaltung des Abgasturboladers kann erst nach
Behebung des Defekts erfolgen. Die Inbetriebnahme des intakten
Abgasturboladers geschieht beim Start der Brennkraftmaschine
mit Zündung. Dabei erfolgt die Schmiermittelzufuhr zu den
Lagern und die Beaufschlagung der Turbine mit Abgas
gleichzeitig. Es ist dann allerdings möglich, daß der
Schmiermitteldruck an den Lagern noch nicht ausreichend
aufgebaut ist, während der Abgasturbolader bereits
hochgefahren ist. In diesem Fall können die Lager Schaden
nehmen.
Bei der Einrichtung nach der JP-59-1 45 331 A wird ein
Abgasturbolader stillgesetzt, wenn ein zu geringer Öldruck in
einer zu den Lagern führenden Schmiermittelleitung
festgestellt wird. Die Steuerung erfolgt offenbar durch einen
Mikroprozessor oder eine andere elektrische Schaltung. Mit
dieser Einrichtung wird die Schmierung der Lager während der
An- und Auslaufphase des Abgasturboladers jedoch nicht
sichergestellt.
Bei der Einrichtung nach der JP-59-1 41 724 A wird kein
Schmiermittel zu den Lagern eines Abgasturboladers geführt,
solange eine gewisse Drehzahl nicht überschritten wird. Erst,
wenn die Drehzahl des Abgasturboladers 8 diesen Wert
überschreitet, wird ein Ventil 26 geöffnet, und erst dann
gelangt Schmieröl zu den Lagern des Abgasturboladers 8. Das
Ventil 27, das die Schmiermittelmenge zu den Lagern des
weiteren Abgasturboladers 9 steuert, dürfte in entsprechender
Weise funktionieren. Die Ventile werden durch eine elektrische
Schaltung gesteuert.
Bei der Einrichtung nach der DE-AS 11 80 192 kann die
Zuschaltung eines Abgasturboladers erst dann erfolgen, wenn
ein ausreichender Öldruck an den Lagern anliegt. Es ist jedoch
offenbar nicht vorgesehen, den Schmiermittelfluß zu den Lagern
bei Stillstand des Abgasturboladers abzustellen. Zur Steuerung
dient ein vom Ladeluftdruck und dem Schmiermitteldruck
beaufschlagbares Steuerorgan, das über eine Stange mit den
Sperrorganen in einer zur Turbine führenden Abgasleitung und
in einer Bypaßleitung zur Turbine verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Schmiermittelversorgung der Lager von schaltbaren
Abgasturboladern in allen Phasen, also einschließlich der An-
und Auslaufphase, durch einfache Bauelemente zu steuern, deren
Steuerung in einfacher Weise direkt möglich ist, und die in
hohem Maße störsicher sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Ausführung des
Ölversorgungssystems für die Lager nach den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Für die Ölversorgung der Lager sind nach
Anspruch 1 zwei parallele Schmiermittelleitungen vorgesehen.
In der ersten parallelen Schmiermittelleitung befindet sich
ein Ventil, das beim Zu- und Abschalten des Abgasturboladers
betätigt wird, um die Zufuhr von Schmiermittel durch die
Schmiermittelleitung freizugeben oder zu sperren. Ein weiteres
Ventil dient dazu, die Inbetriebnahme oder die Stillsetzung
des Abgasturboladers auszulösen. Dieses Ventil wird durch den
vor den Lagern herrschenden Schmiermitteldruck über eine
Steuerleitung gesteuert. Dadurch wird sichergestellt, daß ein
Anlaufen des zuschaltbaren Abgasturboladers erst dann erfolgt,
wenn an den Lagern ein ausreichender Schmiermitteldruck
herrscht. In der zweiten parallelen Schmiermittelleitung
befindet sich ein weiteres Ventil. Dieses Ventil kann zusammen
mit dem Ventil in der ersten parallelen Schmiermittelleitung
freigeschaltet werden, aber erst gesperrt werden, wenn der
Abgasturbolader ausgelaufen ist. Nach Anspruch 2 kann zur
Betätigung des Ventils in der zweiten parallelen
Schmiermittelleitung das Ausgangssignal eines Drehzahlsensors
dienen, oder, nach Anspruch 3 der in den Stellzylindern für
die Absperreinrichtungen zur Schaltung des Abgasturboladers
herrschende Stelldruck. Als Zeitverzögerungsglied dient eine
Drossel in der Steuerleitung. In den Ansprüchen 4 bis 6 werden
zweckmäßige Ausgestaltungen der Pneumatik- und
Hydraulikbauteile aufgeführt. Nach Anspruch 7 ist noch eine
weitere parallele Schmiermittelleitung vorgesehen, die
lediglich zu einer reduzierten Schmierölversorgung dient. Denn
Undichtigkeiten der Absperreinrichtungen können auch nach
Abschaltung des Abgasturboladers ein Weiterlaufen des
Abgasturboladers mit geringer Drehzahl bewirken.
Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß nur
einfache Bauelemente wie Leitungen und Ventile gebraucht
werden, die wenig störanfällig sind. Die Betätigung der
Ventile kann unmittelbar durch Systemdrücke und gegebenenfalls
durch ein elektrisches Ausgangssignal eines Drehzahlsensors
gesteuert werden. Dabei können die Ventile bei Zu- und
Abschaltung des Abgasturboladers jeweils in der gleichen
Reihenfolge betätigt werden, was eine einfache und sichere
Steuerung des Schmiermittelflusses bedeutet.
Von Vorteil ist weiter, daß die Einrichtung auch als
Sicherheitseinrichtung zum selbsttätigen Abstellen der
schaltbaren Abgasturbolader bei Mangelschmierung der Lager
dienen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt
die einzige Figur einen Schaltplan für ein Ölversorgungssystem
mit unmittelbar von Systemdrücken oder elektrischen
Betriebskennwerten der Brennkraftmaschine entsprechenden
Signalen geschalteten Ventilen.
In der Figur ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit
den Zylindern 24, den strichpunktiert dargestellten
Ansaugleitungen 25 und 26, den ebenfalls strichpunktiert
gezeichneten Abgasleitungen 27, sowie zwei Abgasturboladern 2
und 3 dargestellt, von denen einer mittels
Absperreinrichtungen 4 und 5 in den Zuführungen von Verdichter
6 und Turbine 7 zu- bzw. abschaltbar ist. Die Lager 8 des
ständig in Betrieb befindlichen Abgasturboladers 3 und die
Lager 9 des zu- und abschaltbaren Abgasturboladers stehen über
die Schmiermittelleitung 10 mit der Ölversorgung der
Brennkraftmaschine 1 in Verbindung. Das aus den Lagern
abtropfende Öl sammelt sich in den nicht dargestellten
Lagergehäusen der Abgasturbolader 2 und 3, und fließt über
eine nicht dargestellte Ölrücklaufleitung in den Schmieröltank
der Brennnkraftmaschine 1 zurück. Es sind zwei parallele
Schmiermittelleitungen 15 und 23 vorgesehen, die die
Schmiermittelleitung 12, die zu den Lagern 9 des schaltbaren
Abgasturboladers 2 führt, mit der Ölversorgung der
Brennkraftmaschine verbinden. Bei stillgesetztem
Abgasturbolader 2 befinden sich die Ventile 14 und 22, die in
den Schmiermittelleitungen 15 und 23 angeordnet sind, beide in
Sperrstellung. Ferner ist noch eine weitere
Schmiermittelleitung 11 vorgesehen, die zu den
Schmiermittelleitungen 15 und 23 parallel liegt und eine
steuerbare Drossel 13 enthält. Die Schmiermittelleitung 11
dient zu einer reduzierten Schmiermittelversorgung der Lager.
Denn Undichtigkeiten der Absperreinrichtungen 4, 5 können auch
nach Abschaltung des Abgasturboladers 2 ein Weiterlaufen des
Abgasturboladers mit geringer Drehzahl bewirken. Die Ölmenge
wird durch die Drossel 13 so klein gehalten, daß, sollte sie
aus dem Lagergehäuse des Abgasturboladers austreten, keine
Schäden durch Ölzutritt in Turbinen- und Verdichtergehäuse
entstehen können. Diese Ölmenge reicht jedoch nicht aus zur
Schmierung der Lager bei zugeschaltetem Abgasturbolader 2.
Anstelle einer Drossel 13 in der Schmierölleitung 11 könnte
auch ein Schmiermittelgeber angeordnet sein, der taktweise
geringe Schmiermittelmengen durchläßt. Die Taktzahl kann
beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des
Abgasturboladers 2 geregelt werden, die ein Maß für die
Undichtigkeit darstellt.
Beim Ölversorgungssystem nach der Figur können die Ventile 14
und 22 unmittelbar durch Systemdrücke geschaltet werden.
Hierzu wirken die Drücke über Steuerleitungen unmittelbar am
Betätigungsglied der Ventile. Das Ventil 14 mit drei
Anschlüssen und zwei Schaltstellungen wird beispielsweise
durch den Ladeluftdruck betätigt. Es kann jedoch auch, wie
dargestellt, ein elektrisches, von der Einrichtung 47 zur
Verfügung gestelltes, dem Ladeluftdruck entsprechendes
Schaltsignal zur Betätigung des Ventils 14 vorgesehen sein.
Soll der Abgasturbolader zugeschaltet werden, wird das Ventil
14 aus der gezeichneten Sperrstellung umgeschaltet, und
dadurch der Schmiermittelfluß durch die Schmiermittelleitung
15 hindurch freigegeben. Zugleich baut sich auch in der
gleichzeitig freigeschalteten Steuerleitung 16 der
Schmiermitteldruck auf, der in der Schmiermittelleitung 12 zu
den Lagern 9 herrscht. Bei ausreichendem Schmiermitteldruck in
der Steuerleitung 16 wird das Ventil 17 zeitverzögert durch
die Drossel 28 umgeschaltet. Dies bewirkt, daß über die
Druckleitungen 20 und 21 Druckmittel zu den Druckräumen der
Stellzylinder 18 und 19 gelangt und dadurch die Klappen der
Absperreinrichtungen 4 und 5 geöffnet werden. Natürlich können
anstelle von doppeltwirkenden Stellzylindern 18, 19 bei
entsprechender Ventilgestaltung auch einfachwirkende
eingesetzt werden. Auch können andere Druckmittel zu ihrer
Betätigung als der Ladeluftdruck dienen.
Zusätzlich zur Schmiermittelleitung 15 ist noch die weitere
parallele Schmiermittelleitung 23 mit dem Ventil 22
vorgesehen. Die Freischaltung des Ventils 22 erfolgt nach der
Freischaltung des Ventils 14 und bevor das Ventil 14 beim
Abschalten des Abgasturboladers 2 wieder in Sperrstelltung
geschaltet wird. Das Ventil 22 ist pneumatisch oder elektrisch
betätigt. Denn es kann zur Betätigung der über Steuerleitung
29 anliegende Stelldruck in den Stellzylindern 18 und 19
verwendet werden oder ein von einem Drehzahlgeber 40 erzeugtes
elektrisches Signal, das in Steuerleitung 41 anliegt. Bei
entsprechendem Druck in den Stellzylindern 18, 19, bei dem die
Klappen der Absperreinrichtungen 4, 5 geöffnet sind, wird das
Ventil 22 freigeschaltet und es gelangt über beide
Schmiermittelleitungen 15 und 23 gleichzeitig Schmiermittel zu
den Lagern 9. Entsprechend könnte die Freischaltung des
Ventils abhängig von der Drehzahl erfolgen, wenn die Drehzahl
ungleich Null ist oder eine vorbestimmte Drehzahl
überschritten wird.
Erfordern die Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine die
Abschaltung des Abgasturboladers, werden die Ventile in der
gleichen Reihenfolge wie beim Zuschalten in Sperrstellung
umgeschaltet. Durch Umschalten des Ventils 14 in die
gezeichnete Sperrstellung wird der Schmiermittelfluß durch die
Schmiermittelleitung 15 hindurch unterbrochen, und es gelangt
nur noch über die Schmiermittelleitung 23 Schmiermittel zu den
Lagern 9. Zugleich wird die Steuerleitung 28 über die
Rückflußleitung 49 druckentlastet. Wegen der Drossel 28
erfolgt die Umschaltung des Ventils 17 etwas zeitverzögert.
Die Druckänderung in den Stellzylindern 18, 19 pflanzt sich,
zeitverzögert durch die Drossel 30, fort und bewirkt das
Umschalten des Ventils 22 in Sperrstellung, wodurch die
Schmiermittelzufuhr zu den Lagern 9 abgesperrt wird. Die
Drossel 30 ist dabei so ausgebildet, daß die Umschaltung des
Ventils 22 erst nach einer Zeitspanne nach dem Schließen der
Absperreinrichtungen 4, 5 erfolgt, nach der das Auslaufen des
Abgasturboladers 2 gewährleistet ist. Wird der Drehzahlsensor
40 zur Betätigung des Ventils 22 benutzt, so erfolgt die
Umschaltung, wenn die Drehzahl Null ist.
Die Schmierung des Abgasturboladers ist also sowohl in der
Hochlaufphase als auch in der Auslaufphase gewährleistet.
Zugleich ist in den Stillstandszeiten die Schmiermittelzufuhr
abgestellt, so daß keine Schäden durch unerwünschten
Schmiermittelfluß entstehen können.
Vorteilhaft ist ferner, daß sich mit der dargestellten
Einrichtung bei mangelnder Schmiermittelzufuhr zu den Lagern 9
im Notfall selbsttätig abstellen läßt, so daß Lagerschäden
vermieden werden.
Claims (7)
1. Ölversorgungssystem für die Lager (9) von zu- und
abschaltbaren Abgasturboladern (2) für eine
Brennkraftmaschine (1),
- 1.1 mit zwei parallelen Schmiermittelleitungen (15, 23) für die Ölversorgung der Lager (9) des schaltbaren Abgasturboladers (2),
- 2. wobei in der ersten parallelen Schmiermittelleitung (15) ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine betätigbares Ventil (14) angeordnet ist, das beim Zu- oder Abschalten des Abgasturboladers (2) betätigt wird,
- 2.1 wobei bei Zuschaltung des Abgasturboladers (2) durch Betätigung des Ventils (14) die Zufuhr von Schmiermittel über die Schmiermittelleitung (15) zu den Lagern (9) freigegeben wird,
- 2.2 und wobei bei Abschaltung des Abgasturboladers (2) durch erneute Betätigung des Ventils (14) die Schmiermittelleitung (15) wieder gesperrt wird,
- 3. sowie mit einem durch den in einer Steuerleitung (16) herrschenden Druck betätigbaren Ventil (17),
- 3.1 dessen Steuerleitung (16) mit dem an den Lagern (9) herrschenden Schmiermitteldruck beaufschlagt wird, wenn die Schmiermittelleitung (15) durch das Ventil (14) freigeschaltet ist, in welchem Fall der Zutritt von Druckmittel zu den Stellzylindern (18, 19) der Absperreinrichtungen (4, 5) zur Inbetriebnahme des Abgasturboladers (2) freigegeben ist,
- 3.2 und dessen Steuerleitung (16) zur Druckentlastung mit einer Rücklaufleitung (49) verbunden ist, wenn die Schmiermittelleitung (15) gesperrt ist, in welchem Fall die Stellzylinder (18, 19) durch Umschalten des Ventils (17) zur Stillsetzung des Abgasturboladers (2) mit Druckmittel beaufschlagt werden,
- 4. sowie mit einem Ventil (22),
- 4.1 das die Schmiermittelzufuhr über die zweite parallele Schmiermittelleitung (23) freigibt, wenn die Schmiermittelleitung (15) freigegeben ist,
- 4.2 und die Schmiermittelzufuhr stoppt, wenn der Abgasturbolader (2) ausgelaufen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
- 1. wobei dem schaltbaren Abgasturbolader (2) ein Drehzahlsensor (40) zugeordnet ist,
- 1.1 der über eine Steuerleitung (41) mit dem Betätigungsglied des Ventils (22) verbunden ist,
- 1.2 und die Umschaltung des Ventils (22) in Sperrstellung auslöst, wenn der Abgasturbolader (2) ausgelaufen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1,
- 1. wobei das Umschalten des Ventils (22) über eine Steuerleitung (29) durch den in den Stellzylindern (18, 19) herrschenden Stelldruck erfolgt,
- 1.1 wobei in der Steuerleitung (29) eine Drossel (30) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- 1. wobei das Ventil (14) für zwei Schaltstellungen ausgebildet ist,
- 1.1 wobei in der einen Schaltstellung die Schmiermittelleitung (15) freigeschaltet ist, und die Steuerleitung (16) mit der Schmiermittelleitung (15) verbunden ist,
- 1.2 und wobei in der anderen Schaltstellung die Schmiermittelleitung (15) gesperrt und die Steuerleitung (16) mit der Rücklaufleitung (49) verbunden ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
- 1. wobei in der Steuerleitung (16) zwischen Ventil (14) und Ventil (17) eine Drossel (28) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- 1. wobei als Stelldruck für die Betätigungszylinder (18, 19) ein in der Ansaugleitung eines ständig mitlaufenden Abgasturboladers (3) herrschender Druck dient.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
- 1. wobei parallel zu den Schmiermittelleitungen (15 und 23) eine weitere Schmiermittelleitung (11) mit einer Drossel (13) vorgesehen ist, über die ständig auch bei abgeschaltetem Abgasturbolader (2) eine geringe Schmiermittelmenge zur Aufrechterhaltung einer Mindestölversorgung zu den Lagern (9) gelangt.
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Date | Code | Title | Description |
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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