-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
-
Durch den Druck beim Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Brennräumen von Brennkraftmaschinen dringen so genannte Blow-By-Gase an den Kolbenringen vorbei in die Kurbelräume der Brennkraftmaschine ein. Um zu verhindern, dass sich infolge der Blow-By-Gase im Inneren des Kurbelgehäuses ein Druck aufbaut, sind Brennkraftmaschinen gewöhnlich mit einer Kurbelgehäuse-Entlüftung versehen, um die Blow-By-Gase aus den Kurbelräumen abzuführen.
-
Da insbesondere im Kurzstreckenbetrieb von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung vermehrt Kraftstoff und Wasser in das Motoröl im Kurbelraum gelangt, sind Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen zudem häufig mit einer Frischluftdurchspülung oder Kurbelgehäuse-Belüftung (Positive Crankcase Ventilation PCV) versehen, mit der Frischluft in das Kurbelgehäuse zugeführt wird, um den Austrag des Kraftstoffs und des Wassers zusammen mit den Blow-By-Gasen zu verbessern und eine Beeinträchtigung der Schmiereigenschaften des Motoröls zu vermeiden.
-
Um einen Eintrag von Kohlenwasserstoffen (HC) in die Atmosphäre infolge der Kurbelgehäuse-Entlüftung oder Belüftung zu verhindern, werden die aus den Kurbelräumen abgeführten Gase nach dem Hindurchtritt zuerst durch einen Ölabscheider zur Verbrennung der restlichen Kohlenwasserstoffe in den Brennräumen der Brennkraftmaschine in deren Ansaugtrakt zugeführt. Die Zufuhr der Gase in den Ansaugtrakt erfolgt gewöhnlich hinter der Drosselklappe, während die zur Kurbelgehäusebelüftung dienende Frischluft zumeist durch eine vor der Drosselklappe aus dem Ansaugtrakt abzweigende Frischluftleitung ins Innere des Kurbelgehäuses zugeführt wird. In der Frischluftleitung ist häufig eine feste Drossel angeordnet, um die an der Drosselklappe vorbei durch das Kurbelgehäuse in die Brennräume strömende Bypass-Luftmenge zu begrenzen.
-
Da die feste Drossel in der Frischluftleitung jedoch für die im Leerlauf-Betriebszustand der Brennkraftmaschine maximal zulässige Bypass-Luftmenge ausgelegt ist, wird auch in anderen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die Bypass-Luftmenge durch die Drossel begrenzt. Außerdem sammelt sich insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine im Motoröl in den Kurbelräumen viel Kraftstoff an, zum Beispiel an der Zylinderwand kondensierender eingespritzter Kraftstoff, der nicht verbrannt, sondern von den Kolbenringen in das Motoröl abgestreift wird. Bei kalter Brennkraftmaschine vermischt sich dieser Kraftstoff mit dem Motoröl. Wenn sich das Motoröl später im Warmlauf der Brennkraftmaschine erwärmt und infolgedessen der Kraftstoff verdampft, wird dieser zusammen mit den Blow-By-Gasen in den Ansaugtrakt zugeführt.
-
Dies kann dazu führen, dass im Warmlauf der Brennkraftmaschine infolge der Kurbelgehäuseentlüftung zuviel Kraftstoff ungeregelt in die Brennräume zugeführt wird, so dass durch die Lambda-Regelung der Brennkraftmaschine besonders in Betriebszuständen mit geringem Kraftstoffbedarf, wie im Leerlaufbetrieb oder im Schubbetrieb, eine Korrektur nicht mehr möglich ist. Dies gilt vor allem im Kurstreckenbetrieb, wenn Kaltstarts der Brennkraftmaschine ohne dazwischen liegende Warmlaufphasen aufeinander folgen.
-
Besonders gravierend ist das Problem bei Kraftstoffen mit unstetigem Siedeverlauf, wie stark ethanolhaltigen Kraftstoffen, wie sie in so genannten ”Flex-Fuel-Vehicles (FFV)” zunehmend häufiger eingesetzt werden. Da Ethanol bei tiefen Temperaturen schlechter verdampft als Benzin, muss bei einem Kaltstart mehr Kraftstoff eingespritzt werden, so dass auch mehr Kraftstoff ins Motoröl gelangt. Da Ethanol anders als Otto- oder Dieselkraftstoff einen festen Siedepunkt besitzt, können dann aus dem Motoröl in kurzer Zeit verhältnismäßig große Kraftstoffmengen ausgasen, wenn die Temperatur des Motoröls den Siedepunkt von Ethanol erreicht.
-
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2006 058 072 A1 bekannt. Diese betrifft eine Entlüftungseinrichtung zum Entlüften eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Entlüftungsleitung, die im montierten Zustand eingangsseitig mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden ist und ausgangsseitig mit einer der Brennkraftmaschine Frischgas zuführenden Frischgasleitung verbunden ist, eine Belüftungsleitung, die im montierten Zustand eingangsseitig mit der Frischgasleitung verbunden ist und ausgangsseitig mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, einen in der Entlüftungsleitung angeordneten Abscheider zum Entfernen von Verunreinigungen aus dem aus dem Kurbelgehäuse abgeführten Gas und ein in der Entlüftungsleitung angeordnetes Druckregelventil zum Steuern der aus dem Kurbelgehäuse abgeführten Gasmenge. Um die Laufruhe der Brennkraftmaschine im Leerlauf zu verbessern, weist die Entlüftungseinrichtung eine Sperreinrichtung zum Sperren der Belüftungsleitung auf.
-
Weiterhin beschreibt die Druckschrift
DE 10 2008 018 771 A1 eine Kurbelgehäusegas-Rückführvorrichtung, die es ermöglicht, Kurbelgehäusegas, das aus einer Brennkammer eines Motors leckt, in einen Einlasskanal durch einen Rückführkanal fließt und zu der Brennkammer zurückkehrt. Die Vorrichtung ist ausgelegt zum Regulieren einer Flussrate des Kurbelgehäusegases durch ein PCV-Ventil, das in dem Rückführkanal vorgesehen ist. Die Kurbelgehäusegas-Rückführvorrichtung weist einen Außenluftkanal zum Mischen von Außenluft in das Kurbelgehäusegas, bevor es in das PCV-Ventil eingeführt wird und ein Öffnungs-/Schließungsventil zum Öffnen und Schließen des Außenluftkanales auf. Eine elektronische Steuereinheit steuert das Öffnungs-/Schließungsventil zum Öffnen, wenn der durch Sensoren erfasste Betriebszustand ein Leerlaufzustand ist.
-
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass einerseits im Warmlauf der Brennkraftmaschine in Betriebszuständen mit geringem Kraftstoffbedarf eine Beeinträchtigung der Lambda-Regelung durch Kraftstoff aus der Kurbelgehäusebelüftung und andererseits in den übrigen Betriebszuständen eine Beschränkung der bei der Kurbelgehäusebelüftung als Bypass-Luftstrom an der Drosselklappe vorbei in die Kurbelräume zugeführten Frischluft vermieden werden können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass Mittel zur Regelung des Ventils in Abhängigkeit von einem mittels einer Lambda-Sonde in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine erfassten Verbrennungsverhältnis vorgesehen sind. Grundsätzlich ist also vorgesehen, dass die Frischluftleitung ein steuer- oder regelbares Ventil enthält, mit dem im Warmlauf der Brennkraftmaschine bei niedriger Last und/oder Drehzahl die Frischluftzufuhr durch die Frischluftleitung in das Kurbelgehäuse reduziert oder unterbrochen wird.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich mit Hilfe des Ventils die Menge der an der Drosselklappe vorbei durch die Kurbelräume strömenden Frischluft bedarfsgerecht, d. h. in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, steuern oder regeln lässt, so dass einerseits im Warmlauf der Brennkraftmaschine in Betriebszuständen mit geringem Kraftstoffbedarf eine Beeinträchtigung der Lambda-Regelung vermieden und andererseits in den übrigen Betriebszuständen zur Verbesserung des Kraftstoff- und Wasseraustrags aus den Kurbelräumen durch die Frischluftleitung uneingeschränkt Frischluft in die Kurbelräume zugeführt werden kann.
-
Bei dem Ventil kann es sich um ein einfaches Absperrventil, um ein getaktet steuer- oder regelbares Ventil oder um ein Proportionalventil handeln. Vorzugsweise wird ein getaktet steuer- oder regelbares Ventil mit Impulsweitenmodulation (PWM) verwendet, das zweckmäßig vom Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine angesteuert wird, wobei das Tastverhältnis der modulierten Signale entsprechend dem gewünschten Bypass-Luftstrom angepasst wird.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Frischluftleitung keine Drossel mehr enthält, sondern dass die Anpassung des Bypass-Luftstroms durch das Kurbelgehäuse ausschließlich mit Hilfe des steuer- oder regelbaren Ventils erfolgt. Auf diese Weise kann in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in denen die Frischluftdurchspülung des Kurbelgehäuses nicht begrenzt werden braucht, der Bypass-Luftstrom erhöht und damit der Austrag von Kraftstoff und Wasser aus den Kurbelräumen verbessert werden.
-
Die Steuerung oder Regelung des Ventils erfolgt in Abhängigkeit von einem Signal einer Lambda-Sonde im Abgastrakt, wobei das Ventil geschlossen wird, wenn das von der Lambda-Sonde erfasste Verbrennungsluftverhältnis λ unter einen vorbestimmten Wert < 1 absinkt und damit auf eine Überfettung des in die Brennräume zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs schließen lässt.
-
Zusätzlich zum Signal der Lambda-Sonde können jedoch auch andere Steuer- oder Regelgrößen zur Steuerung oder Regelung des Ventils verwendet werden, wenn dieses zum Beispiel in Abhängigkeit von einem augenblicklichen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und vom Ausgasungsverhalten eines in die Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs aus dem Motoröl geöffnet oder geschlossen werden soll. Vorzugsweise wird der augenblickliche Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch deren Last und/oder Drehzahl bestimmt, während das Ausgasungsverhalten des in die Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs einerseits durch die Zusammensetzung des Kraftstoffs und andererseits durch die Motoröl- oder Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine bestimmt werden kann.
-
Die Brennkraftmaschine weist daher gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Mittel zur Steuerung oder Regelung des Ventils in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftverhältnis λ und zusätzlich von der Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Motoröl- oder Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine, sowie der Zusammensetzung des in die Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs auf, wobei es sich bei den Mitteln bevorzugt um das Motorsteuergerät handelt.
-
Vorteilhaft wird das Ventil ganz geschlossen, wenn das Verbrennungsluftverhältnis λ unter den vorbestimmten Wert absinkt. Zusätzlich kann das Ventil ganz geschlossen werden, wenn die Temperatur des Motoröls beim Warmlauf der Brennkraftmaschine einen Temperaturbereich erreicht, in dem der in die Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff besonders stark aus dem Motoröl ausgast, und zugleich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand mit niedrigem Kraftstoffbedarf betrieben wird, wie im Leerlauf- oder Schubbetrieb. Dadurch kann während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine in Betriebszuständen mit niedrigem Kraftstoffbedarf vermieden werden, dass durch die Kurbelgehäusebelüftung so viel zusätzlicher Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine zugeführt wird, dass die Lambda-Regelung das Verbrennungsluftverhältnis nicht mehr korrigieren kann.
-
Sobald die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand mit höherem Kraftstoffbedarf betrieben wird, kann das Ventil geöffnet werden, um die Kraftstoffdämpfe aus dem Kurbelgehäuse abzuführen. Im Falle eines Proportionalventils oder eines getaktet steuer- oder regelbaren Ventils kann dabei der Öffnungsquerschnitt bzw. das Tastverhältnis entsprechend dem Anstieg des Kraftstoffbedarfs gesteigert werden, um ohne eine Überfettung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Brennräumen für eine schnelle Abfuhr der Kraftstoffdämpfe zu sorgen.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusebelüftung (PCV).
-
Die in der Zeichnung dargestellte Brennkraftmaschine 1 in V-Bauweise mit einem mechanischen Lader oder Kompressor 2 umfasst ein Kurbelgehäuse 3 mit zwei Reihen von Zylindern 4 sowie zwei Zylinderköpfe 5. Der untere Teil des Kurbelgehäuses 3 bildet eine Ölwanne 6 für einen Ölsumpf 7, der Motoröl zur Schmierung der Kolben 8 enthält. Jeder Kolben 8 begrenzt mit dem zugehörigen Zylinder 4 und Zylinderkopf 5 einen Brennraum 9 und ist durch ein Pleuel 10 mit der durch die Kurbelräume 12 verlaufenden Kurbelwelle 11 verbunden. Über dem Ölsumpf 7 befindet sich ein Ölhobel 13 zum Abstreifen von Schmieröl von der Kurbelwelle 11.
-
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter einen Ansaugtrakt 14 mit einem Luftfilter 15, einer Drosselklappe 16 und einem Saugrohr 17, durch welche Luft aus der Umgebung angesagt wird, bevor sie vom Kompressor 2 verdichtet und in die Brennräume 9 zugeführt wird.
-
Die Brennkraftmaschine 1 weist zudem eine Kurbelgehäuseentlüftung auf, um Blow-By-Gase, Kraftstoff und Feuchtigkeit aus den Kurbelräumen 12 auszutragen und dadurch zu verhindern, dass sich in den Kurbelräumen 12 ein Gasdruck aufbaut. Die Kurbelgehäuseentlüftung umfasst zwei Entlüftungsleitungen 18, die unterhalb des Ölhobels 13 und oberhalb des Ölsumpfs 7 in die Kurbelräume 12 münden. Jede Entlüftungsleitung 18 verläuft von dort durch eine Zylinderbank, wobei sie als Kanal im Kurbelgehäuse 3 und im Zylinderkopf 5 ausgespart ist. Jede der beiden Entlüftungsleitungen 18 erweitert sich im Zylinderkopf 5 zu einem mit Umlenkeinrichtungen versehenen Grobabscheider 19. Hinter den beiden Grobabscheidern 19 werden die Entlüftungsleitungen 18 bei 20 zusammengeführt und münden von oben in einen Ölabscheider 21, der oberhalb vom Kurbelgehäuse 3 zwischen den beiden Zylinderköpfen 5 angeordnet ist und zur Abscheidung von Motoröl dient, das von den aus den Kurbelräumen 12 ausgetragenen Blow-By-Gasen mitgeführt wird. Der Ölabscheider 21 umfasst einen Grobölabscheider und einen Feinölabscheider in Form eines Zyklons 22. Unterhalb vom Zyklon 22 befindet sich ein Ölreservoir 23 zur Aufnahme des aus dem unteren Ende des Zyklons 22 austretenden flüssigen Motoröls. Das Ölreservoir 23 kommuniziert durch ein als Plättchenventil 24 ausgebildetes Rückschlagventil mit einem in das Kurbelgehäuse 3 mündenden Ölrücklauf 25, durch den das abgeschiedene Motoröl in die Kurbelräume zurückgeführt wird. Zwischen dem Zyklon 22 und dem Saugrohr 17 befindet sich ein Druckregelventil 26, das den Druck im Inneren des Kurbelgehäuses 3 in einem vorbestimmten Druckbereich hält. Die durch das Druckregelventil 26 hindurch strömenden Gase gelangen hinter der Drosselklappe 16 in das Saugrohr 17 und werden von dort zur Verbrennung der restlichen darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe in die Brennräume 9 zugeführt.
-
Um die Abfuhr von Kraftstoff und Wasser aus den Kurbelräumen 12 zu verbessern, ist neben der zuvor beschriebenen Kurbelgehäuseentlüftung auch noch eine Frischluftdurchspülung oder Kurbelgehäusebelüftung (Positive Crankcase Ventilation PCV) vorgesehen. Diese umfasst eine Frischluftleitung 27, die hinter dem Luftfilter 15 und vor der Drosselklappe 16 aus dem Ansaugtrakt 14 abzweigt und ins Innere des Kurbelgehäuses 3 mündet. Durch die Frischluftleitung 27 kann Frischluft in die Kurbelräume 12 zugeführt werden, um die aus dem Kurbelgehäuse 3 in das Saugrohr 17 strömende Gasmenge zu vergrößern. Um zu verhindern, dass Gas aus dem Kurbelgehäuse 3 durch die Frischluftleitung 27 in den Ansaugtrakt 14 strömt, enthält die Leitung 27 ein Rückschlagventil 28.
-
Die Frischluftleitung 27 enthält weiter zwischen ihrer Abzweigung aus dem Ansaugtrakt 14 und dem Rückschlagventil 28 ein elektromechanisches Steuerventil 29, das durch das Motorsteuergerät 30 der Brennkraftmaschine 1 gesteuert bzw. geregelt wird. Das Steuerventil 29 ist normalerweise geöffnet, um Frischluft ins Innere des Kurbelgehäuses 3 zuzuführen. Das Steuerventil 29 kann jedoch vom Motorsteuergerät 30 zeitweilig geschlossen werden, wenn ein Signal einer im Abgastrakt der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Lambda-Sonde (nicht dargestellt) ein Absinken des Verbrennungsluftverhältnisses λ unter einen vorbestimmten Wert < 1 erfasst. Auf diese Weise kann eine Überfettung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Brennräumen 9 durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und insbesondere aus dem Motoröl ausgasenden Kraftstoff verhindert werden, die von der bei der Kurbelgehäusebelüftung an der Drosselklappe 16 vorbei durch die Kurbelräume 12 geleiteten Frischluft aus den Kurbelräumen 12 in das Saugrohr 17 mitgeführt werden.
-
Zusätzlich kann das Steuerventil 29 jedoch auch in Abhängigkeit von anderen Regelgrößen, wie zum Beispiel der Motoröl- oder Kühlmitteltemperatur, der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 oder von Steuergrößen, wie der Zusammensetzung des in die Brennkraftmaschine 1 zugeführten Kraftstoffs angesteuert werden, um zu verhindern, dass im Warmlauf der Brennkraftmaschine 1 innerhalb des Kurbelgehäuses 3 im Motoröl gespeicherter Kraftstoff vermehrt aus dem Motoröl ausgast, nachdem sich das Motoröl bis auf eine in der Nähe des Siedepunkt des Kraftstoffs liegende Temperatur erwärmt hat, jedoch der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine 1 zu diesem Zeitpunkt verhältnismäßig gering ist, weil die Brennkraftmaschine 1 gerade im Leerlauf oder im Schubbetrieb arbeitet.
