DE10061816A1 - Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader - Google Patents
Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit TurboladerInfo
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Abstract
Für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader (2) wird ein Schmiersystem vorgeschlagen, bei der das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers (2) mittels einer zweiten Pumpe (6) abgesaugt wird. Zur Zwischenlagerung des Schmiermittels ist zwischen dem Turbolader (2) und der zweiten Pumpe (6) ein Pufferbehälter (14) vorgesehen. Der Pufferbehälter (14) befindet sich innerhalb der Ölwanne (4). Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Turbolader (2) frei positioniert werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader nach
dem Oberbegriff des ersten bzw. elften Anspruchs.
Die Lagerstellen eines Turboladers sind auf Grund der hohen Drehzahlen einem hohen
Verschleiß ausgesetzt. Besonders kritisch ist beispielsweise der Anlassvorgang und der
Leerlauf-Betrieb der Brennkraftmaschine. Ebenfalls kritisch sind Betriebsbereiche mit
hohem Druckunterschied zwischen der Verdichter- und Turbinenseite des Turboladers und
dem Schmiermitteldruck an den Lagerstellen. In diesen Betriebsbereichen herrscht auf der
Verdichterseite Unterdruck. Dadurch wird das Schmiermittel durch die Dichtungen der
drehenden Welle in das Gehäuse abgesaugt. Als Folgereaktion werden auf der
Verdichterseite (Luftseite) die luftführenden Bauteile, beispielsweise der Ladeluft-Kühler,
verschmutzt. Auf der Turbinenseite verursacht das heraustretende Schmiermittel höhere
Emissionen.
Aus der EP 0 599 520 B1 ist ein Turbolader mit einem Schmiermittel-Reservoir bekannt.
Über dieses Schmiermittel-Reservoir werden die Drucklager des Turboladers während des
Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine mit Schmiermittel versorgt. Für Betriebsbereiche
mit hohem Druckunterschied ist diese Lösung jedoch nicht anwendbar.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht insofern darin, eine sichere
Schmierung des Turboladers für die zuvor definierten Betriebsbereiche zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 und Anspruch 11 gelöst. Ausgestaltungen hierzu
sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Als erste Lösung wird ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader
vorgeschlagen, bei der das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers mittels einer
zweiten Pumpe mit einem zweiten Druckniveau abgesaugt wird. Die Schmiermittel-
Zuführung erfolgt wie aus dem Stand der Technik bekannt mittels einer ersten Pumpe. Die
Ansteuerung der zweiten Pumpe ist in der Form ausgeführt, dass das zweite Druckniveau
stets kleiner ist als das Druckniveau der Luft auf der Verdichterseite bzw. Luft- und
Turbinenseite des Turboladers. Zwischen dem Turbolader und der zweiten Pumpe ist ein
Pufferbehälter vorgesehen. Zusätzlich ist dieser Pufferbehälter mit der Ölwanne über ein
Ventil verbunden. Hierbei nimmt das Ventil eine erste Stellung ein, wenn das zweite
Druckniveau größer einem Grenzwert ist. In der ersten Stellung besteht kein Durchgang
zwischen der Ölwanne und dem Pufferbehälter. Das Ventil nimmt eine zweite Stellung ein,
wenn das zweite Druckniveau kleiner dem Grenzwert wird. In dieser Stellung besteht ein
Durchgang vom Schmiermittelsumpf der Ölwanne zum Pufferbehälter. Mittels dieses
Ventils wird also ein definierter Druckunterschied zwischen dem Schmiermittelsumpf und
dem Pufferbehälter eingestellt. Mit anderen Worten: Das Ventil dient als Sicherheitsventil
für den Fall, dass der Unterdruck im Pufferbehälter zu groß wird. Optional ist ein Kühler
vorgesehen, welcher der zweiten Pumpe nachgeschaltet wird. Das gekühlte Schmiermittel
kann sodann beispielsweise für die Kolben-Kühlung der Brennkraftmaschine verwendet
werden.
Als zweite Lösung wird ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader
vorgeschlagen, bei der dem Turbolader über eine Leitung das Schmiermittel unmittelbar
aus einem Schmiermittelsumpf zugeführt wird. Das Schmiermittel der Lagerstellen des
Turboladers werden mittels einer zweiten Pumpe mit einem zweiten Druckniveau
abgesaugt. Bei dieser Lösung werden die Lagerstellen des Turboladers ausschließlich von
der zweiten Pumpe versorgt. Dies entspricht somit einem Zweikreis-System.
Die Erfindung und deren Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass neben einer sicheren
Schmierung der Lagerstellen der Turbolader frei positioniert werden kann. Der Turbolader
kann somit geodätisch auch unterhalb dem Schmiermittel-Niveau der Ölwanne angeordnet
werden.
In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Systemschaubild
Fig. 2 ein Blockschaltbild
Fig. 3 ein Blockschaltbild
Fig. 4 ein Schnittbild
Fig. 1 zeigt ein reduziertes Systemschaubild einer Brennkraftmaschine mit
Speichereinspritzsystem (Common-Rail), bei welcher die erfindungsgemäße Einrichtung
verwendet wird. Dargestellt ist eine Brennkraftmaschine 1 mit Turbolader 2 und
Ladeluftkühler, ein elektronisches Motorsteuergerät 11, eine erste Pumpe 5, eine zweite
Pumpe 6, einen Hochdruckspeicher (Rail) 7 und daran angeschlossene Injektoren 8. Die
Funktionalität des Speichereinspritzsystems ist aus dem Stand der Technik bekannt, so
dass auf eine genaue Beschreibung verzichtet wird. Die erste Pumpe 5 fördert
Schmiermittel aus einem Schmiermittelsumpf 3 zu den Lagerstellen des Turboladers 2.
Die zweite Pumpe 6 saugt das Schmiermittel aus den Lagerstellen des Turboladers 2 ab
und fördert es zurück in den Schmiermittelsumpf 3. Der Schmiermittelsumpf ist
bekanntermaßen in der Ölwanne 4 der Brennkraftmaschine angeordnet.
Das elektronische Motorsteuergerät 11 steuert und regelt den Zustand der
Brennkraftmaschine 1. Dieses weist die üblichen Bestandteile eines
Mikrocomputersystems auf, beispielsweise Mikro-Controller, I/O-Bausteine, Puffer und
Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb
der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert.
Die in Fig. 1 exemplarisch dargestellten Eingangsgrößen des elektronischen
Motorsteuergeräts 11 sind: Verbrennungs-Höchstdruck pIST(i), der mittels Drucksensoren
9 gemessen wird, Druck pCR(IST) des Hochdruckspeichers 7, der mittels eines Rail-
Drucksensors 10 gemessen wird, ein den Leistungswunsch darstellendes Signal FW und
der Ladeluftdruck pLL. Die weiteren für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten
Eingangsgrößen sind mit dem Sammel-Bezugszeichen E dargestellt. Als Ausgangsgrößen
des elektronischen Motorsteuergeräts 11 sind dargestellt: die Ansteuersignale für die
Injektoren 8 (Einspritzbeginn SB, leistungsbestimmendes Signal ve), die Ansteuersignale
pZU(SW) und pAB(SW) für die erste 5 und zweite Pumpe 6 sowie ein Signal für den
Grenzwert GW. Das Sammel-Bezugszeichen A stellt exemplarisch die weiteren
Ausgangsgrößen dar, beispielsweise die Ansteuerung für ein Display.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Schmiersystems. Von der nicht dargestellten ersten
Pumpe 5 wird den Lagerstellen des Turboladers 2 das Schmiermittel über einen Zulauf 12
mit dem ersten Druckniveau pZU zugeführt. Von den Lagerstellen des Turboladers 2 wird
das Schmiermittel durch die zweite Pumpe 6 über einen Ablauf 13, via einem
Pufferbehälter 14, angesaugt. Das Druckniveau des Ablaufs 13 ist in Fig. 2 mit pAB
bezeichnet. Über das Signal pAB(SW) wird das Druckniveau der zweiten Pumpe 6
gesteuert. Die Ansteuerung pAB(SW) der zweiten Pumpe 6 ist in der Form ausgeführt, dass
das zweite Druckniveau pAB stets kleiner ist als das Druckniveau der Luft auf der
Verdichterseite bzw. Luft- und Turbinenseite des Turboladers. Der zweiten Pumpe 6 ist
optional ein Kühler 15 nachgeschaltet. Das gekühlte Schmiermittel kann sodann zur
Kolbenkühlung, Druckniveau pKK, weiter verwendet werden. Ein Teil des Schmiermittels
wird über einen Überlauf 18 dem Schmiermittelsumpf 3 zugeführt. Der
Schmiermittelsumpf 3 ist über ein Ventil 16 mit dem Pufferbehälter 14 verbunden. Der
Zustand des Ventils 16 wird in Abhängigkeit eines Grenzwerts GW gesteuert. In einer
ersten Stellung des Ventils 16 ist dieses geschlossen. Die erste Stellung liegt dann vor,
wenn das zweite Druckniveau pAB größer dem Grenzwert GW ist. Das Ventil 16 nimmt
eine zweite Stellung ein, wenn das zweite Druckniveau pAB kleiner dem Grenzwert GW
wird. Das Ventil 16 kann als elektromagnetisches Ventil oder in einer einfacheren
Ausführung als Kugel-Feder-Ventil ausgeführt sein. Für diesen Fall entspricht die
Federkonstante dem Grenzwert GW. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist der
Turbolader 2 oberhalb des Schmiermittel-Niveaus angeordnet, Bezugszeichen h.
Mit Bezugszeichen 20 ist eine Variante des Schmiersystems eingezeichnet. Bei dieser
Variante wird das Schmiermittel unmittelbar über die Leitung 20 dem Turbolader 2 auf
Grund der Saugwirkung der zweiten Pumpe 6 zugeführt. Das erste Druckniveau pZU
entspricht somit etwa dem zweiten Druckniveau pAB. Die zweite Pumpe 6 dient
ausschließlich der Schmiermittel-Zufuhr bzw. Abfuhr des Turboladers 2. Mittels dieser
Variante lässt sich ein getrenntes Zweikreis-System verwirklichen.
Fig. 3 zeigt ebenfalls ein Blockschaltbild des Schmiersystems. Dieses unterscheidet sich
von der Darstellung der Fig. 2 darin, dass der Turbolader 2 unterhalb des Schmiermittel-
Niveaus des Schmiermittelsumpfes 3 angeordnet ist, Bezugszeichen h. Zusätzlich ist ein
Rückschlagventil 21 vorgesehen. Über dieses Rückschlagventil 21 wird verhindert, dass
bei Stillstand der Brennkraftmaschine das Schmiermittel auf Grund der Höhendifferenz
Pufferbehälter 14/Turbolader 2 in den Turbolader 2 läuft. Mit anderen Worten: ein Fluten
des Turboladers 2 wird durch das Rückschlagventil 21 verhindert. Eine weitere
Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass der Pufferbehälter 14 geodätisch
unterhalb des Turboladers 2 angeordnet wird. Für die weitere Funktionalität des
Blockschaltbildes gilt die Beschreibung der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt ein Schnittbild der Ölwanne 4. Innerhalb der Ölwanne 4 sind die erste Pumpe
5 und die zweite Pumpe 6 angeordnet. Die beiden Pumpen bilden hierbei eine bauliche
Einheit. Die Ölwanne 4 ist zweitgeteilt. Im ersten Teil befindet sich der Schmiermittelsumpf
3 und im zweiten Teil befindet sich der Pufferbehälter 14. Über den Ablauf 13 wird das
Schmiermittel von den Lagerstellen des Turboladers 2 in den Pufferbehälter 14 durch die
zweite Pumpe 6 gefördert. Das Schmiermittel im Pufferbehälter 14 wiederum wird via
Leitung 19 von der zweiten Pumpe 6 angesaugt. Das Ventil 16 ist bei dieser Darstellung
nicht ersichtlich. Die erste Pumpe 5 fördert über einen Ansaugschnorchel 17 das
Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf 3 zu den Schmierstellen der
Brennkraftmaschine und den Lagerstellen des Turboladers 2.
Die erfindungsgemäße Lösung und deren Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass der
Turbolader frei positioniert werden kann. Dieser kann somit auch unterhalb des
Schmiermittelniveaus der Ölwanne 4 angeordnet sein, das heißt die geodätisch Höhe ist
hier nicht mehr maßgebend. Ein weitere Vorteil besteht darin, dass bei Betriebsbereichen
mit einem hohen Unterdruck auf der Verdichterseite des Turboladers keine künstliche
Druckerhöhung mehr erzeugt werden muss, beispielsweise Sperrluft.
1
Brennkraftmaschine
2
Turbolader
3
Schmiermittelsumpf
4
Ölwanne
5
erste Pumpe
6
zweite Pumpe
7
Hochdruckspeicher (Rail)
8
Injektor
9
Drucksensor
10
Rail-Drucksensor
11
Elektronisches Motorsteuergerät
12
Zulauf
13
Ablauf
14
Pufferbehälter
15
Kühler
16
Ventil
17
Ansaugschnorchel
18
Überlauf
19
Leitung
20
Leitung
21
Rückschlagventil
Claims (12)
1. Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader, bei der mittels einer
ersten Pumpe aus einem Schmiermittelsumpf das Schmiermittel mit einem ersten
Druckniveau zu den Lagerstellen des Turboladers gefördert wird, dadurch
gekennzeichnet, dass das Schmiermittel der Lagerstellen des Turboladers (2)
mittels einer zweiten Pumpe (6) mit einem zweiten Druckniveau (pAB) abgesaugt wird.
2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
zweite Druckniveau (pAB) in Abhängigkeit des Druckniveaus der Luft auf der
Verdichterseite des Turboladers (2) gesteuert wird.
3. Schmiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Turbolader (2) und der zweiten Pumpe (6) eine Pufferbehälter (14)
angeordnet wird.
4. Schmiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Pufferbehälter (14) innerhalb der Ölwanne (4) angeordnet wird.
5. Schmiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Ventil (16) zwischen der Ölwanne (4) und dem Pufferbehälter (14) angeordnet wird.
6. Schmiersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ventil (16) eine erste Stellung einnimmt, wenn das zweite Druckniveau (pAB) größer einem
Grenzwert (GW) wird (pAB < GW) und das Ventil (16) eine zweite Stellung einnimmt, wenn
das zweite Druckniveau (pAB) kleiner dem Grenzwert (GW) wird (pAB < GW).
7. Schmiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
zweiten Pumpe (6) ein Kühler (15) nachgeschaltet wird.
8. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
erste (5) und zweite Pumpe (6) eine bauliche Einheit bilden.
9. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Turbolader (2) geodätisch unterhalb dem Schmiermittel-Niveau der Ölwanne (4)
angeordnet wird.
10. Schmiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
dem Pufferbehälter (14) und dem Turbolader (2) ein Rückschlagventil (21) angeordnet
wird.
11. Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader, dadurch
gekennzeichnet, dass dem Turbolader über eine Leitung (20) das Schmiermittel
unmittelbar aus einem Schmiermittelsumpf zugeführt wird und das Schmiermittel der
Lagerstellen der Turboladers (2) mittels einer zweiten Pumpe (6) mit einem zweiten
Druckniveau (pAB) abgesaugt wird.
12. Schmiersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das
Schmiersystem gemäß den Ansprüchen 2 bis 10 ausgeführt wird.
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