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Title:
TURBOCHARGER AND MOTOR VEHICLE HAVING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/094431
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a turbocharger (1) for a motor vehicle, comprising: a shaft (2), on which a turbine wheel (3) and a compressor wheel (4) are arranged; an oil supply path, by means of which oil for lubricating the shaft (2) can be fed into the turbocharger (1); a control valve (14), which is arranged in the oil supply path; and a control unit (19), which is suitable for controlling the control valve (14), in dependence on the rotational speed of the shaft (2) or on an engine parameter representing the rotational speed of the shaft (2), in such a way that the oil supply to the shaft (2) is reduced or cut off below a certain rotational speed. The invention further relates to a method for controlling a turbocharger (1) of this type and to a motor vehicle having a turbocharger (1) of this type.

Inventors:
PUESCHEL ECKARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/079315
Publication Date:
May 14, 2020
Filing Date:
October 28, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
F02C6/12; F01D25/18; F01M1/02; F01M1/16; F01M11/02; F02B39/14
Domestic Patent References:
WO2012021362A22012-02-16
Foreign References:
DE112016001665T52017-12-21
EP2787195A12014-10-08
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Claims:
Ansprüche

1. Abgasturbolader (1 ) für ein Kraftfahrzeug, mit

einer Welle (2), auf welcher ein Turbinenrad (3) und ein Verdichterrad

(4) angeordnet sind;

einem Ölzuführpfad, über den Öl zur Schmierung der Welle (2) in den Abgasturbolader (1 ) zuführbar ist;

einem Steuerventil (14), welches in dem Ölzuführpfad angeordnet ist, und

einer Steuereinheit (19), welche angepasst ist, das Steuerventil (14) in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Welle (2) oder einem die Drehzahl der Welle (2) repräsentierenden Motorparameter derart anzusteuern, dass unterhalb einer bestimmten Drehzahl die Ölzufuhr an die Welle (2) verringert oder abgesperrt wird.

2. Abgasturbolader (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei ein Motorkennfeld die Drehzahl der Welle (2) repräsentiert. 3. Abgasturbolader (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerventil (14) an einem Turboladergehäuse (12) des

Abgasturboladers (1 ) befestigt ist.

4. Abgasturbolader gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ölzuführpfad im Kurbelgehäuse beginnt.

5. Verfahren zum Steuern eines Abgasturboladers (1 ) für ein

Kraftfahrzeug, mit den Schritten

Zuführen von Öl über einen Ölzuführpfad an eine Welle (2), auf welcher ein Turbinenrad (3) und ein Verdichterrad (4) angeordnet sind;

Verringern oder Absperren der Ölzufuhr über den Ölzuführpfad mittels eines Steuerventils (14) in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Welle (2) oder einem die Drehzahl der Welle (2) repräsentierenden Motorparameter derart, dass unterhalb einer bestimmten Drehzahl die Ölzufuhr an die Welle (2) verringert oder abgesperrt wird. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei ein Motorkennfeld die Drehzahl der Welle (2) repräsentiert.

7. Kraftfahrzeug mit einem Abgasturbolader (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.

Description:
Abgasturbolader und Kraftfahrzeug mit einem solchen

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer Welle, auf welcher ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet sind, sowie einem Ölzuführpfad, über den Öl zur Schmierung der Welle in den Abgasturbolader zuführbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Abgasturbolader. Ein Abgasturbolader, bei dem eine Welle ein Turbinenrad mit einem

Verdichterrad verbindet und die mit Schmieröl geschmiert wird, ist

beispielsweise aus der WO 2012/021362 A2 bekannt.

Bei der Verwendung von Abgasturboladern in Zusammenhang mit

Verbrennungsmotoren, die mit einer variablen Ventilsteuerung (VVT) oder einer Zylinderabschaltung ausgestattet sind, können sich Betriebszustände ergeben, bei denen sich zeitweise Unterdrück auf einer Abgasseite des Abgasturboladers ergibt. In diesen Betriebszuständen kann es zu erhöhtem Ölverbrauch zur Schmierung des Abgasturboladers kommen, was

unerwünscht ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader gemäß Anspruch 1 , ein Verfahren gemäß Anspruch 5 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einer Welle, auf welcher ein

Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet sind; einem Ölzuführpfad, über den Öl zur Schmierung der Welle in den Abgasturbolader zuführbar ist; einem Steuerventil, welches in dem Ölzuführpfad angeordnet ist, und einer Steuereinheit, welche angepasst ist, das Steuerventil in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Welle oder einem die Drehzahl der Welle

repräsentierenden Motorparameter derart anzusteuern, dass unterhalb einer bestimmten Drehzahl die Ölzufuhr an die Welle verringert oder abgesperrt wird. Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass der vermehrte Ölverbrauch bei bestimmten Betriebszuständen von Verbrennungsmotoren mit VVT oder Verbrennungsmotoren mit Zylinderabschaltung damit zusammenhängt, dass sich in diesen Betriebszuständen die Drehzahl des Abgasturboladers sehr stark verringert, bis dieser nahezu steht oder ganz stillsteht. Vorhandene Dichtungen, welche den geschmierten Teil der Welle zum Turbinenrad und zum Verdichterrad hin abdichten benötigen jedoch für eine gute Dichtwirkung eine gewisse Drehzahl der Welle. Bei sehr geringer Drehzahl oder Stillstand lässt die Dichtwirkung dieser Dichtungen nach. Durch dieses Ausführungsbeispiel wird die Ölzufuhr gezielt in solchen Betriebszuständen mit geringer Drehzahl oder im Stillstand des

Abgasturboladers reduziert oder abgesperrt. Dies führt zu verringertem Ölverbrauch bei der Schmierung der Welle des Abgasturboladers.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert ein Motorkennfeld die Drehzahl der Welle. Dies ist eine einfache und

kostengünstige Umsetzung. Da bekannt ist oder leicht vorab bestimmt werden kann, wo im Motorkennfeld die Drehzahl des Abgasturboladers unterhalb eines bestimmten Wertes ist oder die Welle des Abgasturboladers stillsteht, kann auf zusätzlich Sensoren zur direkten Messung der Drehzahl der Welle verzichtet werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das

Steuerventil am Turboladergehäuse des Abgasturboladers befestigt, insbesondere in dieses eingeschraubt. Durch diese Integration des

Steuerventils in den Abgasturbolader wird erreicht, dass das Steuerventil möglichst nahe an der zu schmierenden Welle angeordnet ist. Somit kann eine schnelle Absperrung erreicht werden und es wird vermieden, dass sich beim Absperren des Steuerventils stromabwärts des Steuerventils ein größeres Reservoir mit Schmieröl bildet, aus dem noch nach dem Absperren Schmieröl nachlaufen könnte.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beginnt der Ölzuführpfad im Kurbelgehäuse.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Abgasturbolader bereit.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die

Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Abgasturboladers für ein

Kraftfahrzeug bereit. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Zuführens von Öl über einen Ölzuführpfad an eine Welle, auf welcher ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet sind; und das Verringern oder Absperren der Ölzufuhr über den Ölzuführpfad mittels eines Steuerventils in

Abhängigkeit von einer Drehzahl der Welle oder einem die Drehzahl der Welle repräsentierenden Motorparameter derart, dass unterhalb einer bestimmten Drehzahl die Ölzufuhr an die Welle verringert oder abgesperrt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens repräsentiert ein Motorkennfeld die Drehzahl der Welle. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt: Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einer

entlang einer Drehachse einer Welle geschnittenen Darstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Figur 1.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 in einer entlang einer Drehachse einer Welle 2 geschnittenen Darstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Abgasturbolader 1 wird in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt),

insbesondere einem der Hubkolbenbauweise, eines Kraftfahrzeugs verwendet. Dieser Verbrennungsmotor ist vorzugsweise mit einer variablen Ventilsteuerung (VVT) oder einer Zylinderabschaltung ausgestattet.

Auf der Welle 2 des Abgasturboladers 1 ist ein Turbinenrad 3 und ein Verdichterrad 4 angeordnet. Dabei sind entweder beide Räder 3, 4 drehfest mit der Welle 2 verbunden, beispielsweise aufgeschraubt, oder eines der beiden Räder 3, 4 ist einstückig, insbesondere monolithisch, mit der Welle ausgebildet und das andere der beiden Räder 3, 4 ist drehfest mit der Welle 2 verbunden, beispielsweise aufgeschraubt.

Über einen oder mehrere Abgaskanäle 5 werden aus Brennräumen (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) ausgestoßene Abgase zu Schaufeln des Turbinenrads 3 geführt. Auf diese Weise treiben die Abgase in bekannter Weise das Turbinenrad 3 an und werden

anschließend über einen Abgaskanal 6 an die Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgestoßen. Das Turbinenrad 3 treibt über die Welle 2 das Verdichterrad 4 an. Dieses verdichtet mittels an dem Verdichterrad ausgebildeten Schaufeln eine über einen Luftzuführkanal 7 aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs angesagte Luft und leitet diese verdichtete Luft in einen oder mehrere

Luftzuführkanäle 8, über welche die verdichtete Luft den Brennräumen des Verbrennungsmotors zugeführt wird.

Die Welle 2 ist von einer Lagerbüchse 9 umgeben, die insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Genauer wird die Welle 2 derart in der Lagerbüchse 9 geführt, dass die radial nach außen weisende Seite der Welle 2 an der radial nach Innen weisenden Seite der Lagerbüchse 9 gleitet.

Zwischen diesen aneinander gleitenden Seiten wird Öl zur Schmierung eingebracht. Die vorstehend beschriebenen Elemente sind in einem

Turboladergehäuse 12 ausgebildet, in dem das Turbinenrad 3, das

Verdichterrad 4, die Abgaskanäle 5, 6 und die Luftzuführkanäle 7, 8 ausgebildet sind. Zwischen einem Längsende der Lagerbüchse 9 und dem Turbinenrad 3 ist eine Dichtung 10 angeordnet. Ferner ist zwischen dem anderen Längsende der Lagerbüchse 9 und dem Verdichterrad 4 eine Dichtung 11 angeordnet. Die Dichtungen 10 und 11 umgeben die Welle 2 ringartig und dichten zwischen der Welle 2 und dem Turboladergehäuse 12 ab und sind beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi.

Darüber hinaus ist ein Ölzuführpfad vorgesehen, über den Öl bzw. Schmieröl zur Schmierung der Welle 2 an den Turbolader 1 zugeführt wird. Genauer wird das Schmieröl in einen Bereich zwischen der Lagerbüchse 9 und der Welle 2 und/oder zwischen der Lagerbüchse 9 und dem Turboladergehäuse 12 eingebracht. Von außen ist in das Turboladergehäuse 12 ein

Innengewinde 13 eingebracht, in welches ein Steuerventil 14 eingeschraubt ist. Das Innengewinde 13 ist über einen internen Ölzuführkanal 15, der im Material des Turboladergehäuses ausgebildet ist, mit dem zu schmierenden Bereich verbunden. Stromaufwärts ist das Steuerventil 14 über eine

Ölzuführleitung 16 mit einem Ölreservoir, beispielsweise einem Ölsammelbereich eines Kurbelgehäuses (nicht dargestellt) verbunden, von wo diese Ölzuführleitung 16 Schmieröl abzweigt. Der Ölzuführpfad weist somit die vom Ölreservoir zum Steuerventil 14 führende Ölzuführleitung 16, das Steuerventil 14 und den internen Ölzuführkanal 15 auf. Das Steuerventil 14 muss jedoch nicht zwangsläufig in das Turboladergehäuse 12

eingeschraubt sein. Vorzugsweise ist das Steuerventil 14 am

Turboladergehäuse 12 angeordnet, es kann jedoch auch irgendwo zwischen dem Ölreservoir und dem internen Ölzuführkanal 15 angeordnet sein. Ferner kann das Steuerventil 14 auch im Ölreservoir selbst angeordnet sein. Wenn das Steuerventil 14 am Turboladergehäuse 12 angeordnet ist, dann muss es nicht zwangsläufig in das Turboladergehäuse 12 ragen, sondern kann auch am Turboladergehäuse 12 befestigt sein und beispielsweise über eine Leitung mit dem internen Ölzuführkanal 15 verbunden sein. Anstatt eingeschraubt zu sein kann das Steuerventil 14 auch eingepresst, eingesteckt, eingeklickt oder mittels einer sonstigen geeigneten Weise in dem Turboladergehäuse 12 befestigt sein.

Zusätzlich zum internen Ölzuführkanal 15 ist ein interner Ölablaufkanal 17, insbesondere gegenüberliegend zum internen Ölzuführkanal 15, im

Turboladergehäuse 12 ausgebildet. Über den Ölablaufkanal 17 kann Öl aus dem zu schmierenden Bereich der Welle 2 ablaufen. Der Ölablaufkanal 17 mündet in eine Ölablaufleitung 18, welche das Öl zurück zum Ölreservoir zurückführt. Zur Steuerung des Steuerventils 14 ist eine elektronische Steuereinheit 18 vorgesehen, die mit dem Steuerventil 14 über eine elektrische Steuerleitung oder einen Steuerbus verbunden ist. Die Steuereinheit 18 ist eine

elektronische Recheneinheit, mit einem oder mehreren Chips. Die Steuereinheit 18 steuert das Steuerventil 14 derart, dass dieses unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Welle 2 die Ölzufuhr über den Ölzuführpfad verringert oder abgesperrt wird. Dies bedeutet, dass oberhalb bis zu dieser bestimmten Drehzahl keine oder eine geringere Drosselung stattfindet, so dass erst bei Unterschreiten der bestimmten Drehzahl eine Drosselung/Absperrung einsetzt oder falls bereits vorher gedrosselt wurde, diese Drosselung beim Unterschreiten der bestimmten Drehzahl verstärkt wird. Zur Ermittlung der Drehzahl der Welle 2 kann beispielsweise ein Sensor (nicht dargestellt) vorgesehen sein, der eine Drehzahl der Welle 2 misst, indem diese an der Welle 2 selbst, an dem Turbinenrad 3 oder an dem Verdichterrad 4 gemessen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Steuerventil 14 in Abhängigkeit von einem die Drehzahl der Welle repräsentierenden Motorparameter, insbesondere einem Motorkennfeld, gesteuert. Es ist entweder bereits bekannt oder kann vorab bestimmt werden, in welchen Betriebszuständen gemäß Motorkennfeld die Welle 2 sehr langsam dreht oder still steht. Dementsprechend kann das Steuerventil 14 derart gesteuert werden, dass es in diesen Betriebsbereichen die

Ölzufuhr über den Ölzuführpfad verringert oder absperrt. Die Verringerung kann dabei auch über eine getaktete Ansteuerung erfolgen.

Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der

vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in

verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.