DE102016217686A1

DE102016217686A1 - Brennkraftmaschine und zugehöriges Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102016217686A1
Application number: DE102016217686.2A
Authority: DE
Inventors: Volker Kirschner; Hans Christian Uibeleisen
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit – einem Motorblock (2), der Zylinder (3) enthält, – einem Kurbelgehäuse (5), – einer Frischluftanlage (12) zum Zuführen von Frischluft zu den Zylindern (3), – einer Abgasanlage (13) zum Abführen von Abgas von den Zylindern (3), – einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (20), die eine Fördereinrichtung (21) und einen Ölabscheider (22) aufweist. Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich dadurch, dass – ein Rohgaspfad (23) vom Kurbelgehäuse (5) zum Ölabscheider (22) führt, – ein Ölrücklaufpfad (25) vom Ölabscheider (22) zu einem Ölsumpf (10) führt, – ein Reingaspfad (28) vom Ölabscheider (22) zur Fördereinrichtung (21) und von der Fördereinrichtung (21) zur Frischluftanlage (12) führt, – ein Sekundärluftpfad (29) von der Frischluftanlage (12) zu einer ersten Ventileinrichtung (30) führt, die zwischen dem Ölabscheider (22) und der Fördereinrichtung (21) im Reingaspfad (28) angeordnet ist, – ein Koppelpfad (31) die Abgasanlage (13) mit einer zweiten Ventileinrichtung (32) verbindet, die zwischen der Fördereinrichtung (21) und der Frischluftanlage (12) im Reingaspfad (28) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Sekundärluftversorgung und Kurbelgehäuseentlüftung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine umfasst üblicherweise einen Motorblock, der mindestens einen Zylinder enthält, in dem ein Kolben hubverstellbar angeordnet ist. An den Motorblock schließt in der Regel unten ein Kurbelgehäuse an, in dem eine mit dem jeweiligen Kolben antriebsverbundene Kurbelwelle angeordnet ist. Eine Frischluftanlage dient zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder. Eine Abgasanlage dient zum Abführen von Abgas vom jeweiligen Zylinder.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine tritt Verbrennungsabgas aufgrund unvermeidlicher Leckagen zwischen Zylinder und Kolben in das Kurbelgehäuse ein, so genanntes Blow-by-Gas. Um einen unerwünschten Druckanstieg im Kurbelgehäuse zu vermeiden, kommt eine Kurbelgehäuseentlüftung zum Einsatz, mit der das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abgeführt und vorzugsweise der Frischluftanlage zugeführt wird. Bei einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftung ist eine zugehörige Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer Fördereinrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe das Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse angesaugt werden kann. Moderne Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen sind außerdem mit einem Ölabscheider ausgestattet, mit dessen Hilfe im Blow-by-Gas mitgeführtes Öl abgeschieden und bspw. einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine rückgeführt werden kann.
Um bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine eine Abgasreinigungseinrichtung, wie z. Bsp. ein Katalysator, vorzugsweise ein Oxidationskatalysator, möglichst rasch auf Betriebstemperatur bringen zu können, kann die Brennkraftmaschine mit einer Sekundärluftzuführung ausgestattet werden, mit deren Hilfe für den Kaltstart Sekundärluft der Abgasanlage stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung eingebracht werden kann. Gleichzeitig wird die Brennkraftmaschine fett betrieben, so dass überschüssiger Kraftstoff in der Abgasanlage mit der Sekundärluft reagieren und dabei Wärme zum Aufheizen der Abgasbehandlungseinrichtung freisetzen kann. Im Fettbetrieb der Brennkraftmaschine besitzt das in den Zylindern erzeugte Frischluft-Kraftstoff-Gemisch, das außerdem rückgeführtes Abgas enthalten kann, einen Überschuss an Kraftstoff, so dass nach dem Verbrennungsprozess im jeweiligen Zylinder das Abgas unverbrannten Kraftstoff enthält. Das Sauerstoff-Luft-Verhältnis, also die so genannte Lambda-Zahl ist beim Fettbetrieb kleiner als 1. Zu Beginn eines derartigen Kaltstarts befinden sich sämtliche Komponenten der Brennkraftmaschine im Wesentlichen auf Umgebungstemperatur. Während eines Warmlaufbetriebs werden die Komponenten der Brennkraftmaschine auf Betriebstemperatur gebracht. Dies gilt zumindest für eine Abgasreinigungsanlage, um möglichst rasch eine effiziente Abgasreinigung gewährleisten zu können. Als "Kaltstart" kann dabei der eigentliche Startvorgang bezeichnet werden. Regelmäßig und im vorliegenden Zusammenhang werden jedoch dieser Startvorgang und der sich unmittelbar daran anschließende Warmlaufbetrieb als "Kaltstart" bezeichnet.
Aus der DE 100 43 796 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die mit einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattet ist. Dementsprechend besitzt die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung eine Fördereinrichtung zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse. Dabei wird die Fördereinrichtung für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine außerdem dazu verwendet, Sekundärluft der Abgasanlage zuzuführen. Die Sekundärluft wird dabei unabhängig von der Frischluftanlage aus der Umgebung angesaugt. Bei der bekannten Brennkraftmaschine weist die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung keinen Ölabscheider auf.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine preiswerte Herstellbarkeit auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Hinsichtlich der Brennkraftmaschine beruht die vorliegende Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken, die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer Fördereinrichtung zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse und mit einem Ölabscheider zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas auszustatten. Ferner wird die Brennkraftmaschine mit einem Rohgaspfad, einem Ölrücklaufpfad, einem Reingaspfad, einem Sekundärluftpfad und einem Koppelpfad ausgestattet. Der Rohgaspfad führt ungereinigtes, also mit Öl beladenes Blow-by-Gas vom Kurbelgehäuse zum Ölabscheider. Der Ölrücklaufpfad führt aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenes Öl vom Ölabscheider zu einem Ölsumpf. Der Reingaspfad führt gereinigtes, also vom Öl befreites Blow-by-Gas vom Ölabscheider zur Fördereinrichtung und von der Fördereinrichtung zur Frischluftanlage. Der Sekundärluftpfad führt nun Frischluft von der Frischluftanlage zu einer ersten Ventileinrichtung, die zwischen dem Ölabscheider und der Fördereinrichtung im Reingaspfad angeordnet ist. Der Koppelpfad verbindet die Abgasanlage mit einer zweiten Ventileinrichtung, die zwischen der Fördereinrichtung und der Frischluftanlage im Reingaspfad angeordnet ist. Das bedeutet, dass bei der hier vorgestellten Brennkraftmaschine die Sekundärluft aus der ohnehin vorhandenen Frischluftanlage angesaugt wird, so dass bspw. ein in der Frischluftanlage ohnehin vorhandenes Luftfilter zum Filtern der angesaugten Frischluft genutzt werden kann, um die Sekundärluft zu reinigen. Hierdurch reduziert sich der bauliche Aufwand zur Realisierung der Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseentlüftung und Sekundärluftzuführung. Darüber hinaus kann mit Hilfe des Ölabscheiders im Blow-by-Gas mitgeführtes Öl abgeschieden und dem Ölkreis rückgeführt werden, was die Umweltbelastung und den Ölverbrauch der Brennkraftmaschine signifikant reduziert. Bemerkenswert ist ferner, dass der Ölabscheider hinsichtlich der Strömungsrichtung des Blow-by-Gases stromauf der Fördereinrichtung, also saugseitig angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Frischluftanlage ein Filter zum Filtern der Frischluft aufweist, wobei dann der Reingaspfad stromab des Luftfilters mit der Frischluftanlage verbunden ist und wobei der Sekundärluftpfad stromab des Luftfilters und stromauf des Reingaspfads mit der Frischluftanlage verbunden ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau für die Brennkraftmaschine.
Desweiteren kann die Frischluftanlage einen Verdichter zum Komprimieren der Frischluft enthalten, wobei der Reingaspfad dann stromauf des Verdichters mit der Frischluftanlage verbunden ist. Die Rückführung des Blow-by-Gases erfolgt somit auf der Niederdruckseite der Frischluftanlage, was die Rückführung vereinfacht. Der Verdichter ist vorzugsweise ein Bestandteil eines Abgasturboladers, dessen Turbine dann in der Abgasanlage angeordnet ist.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass im Sekundärluftpfad eine weitere oder dritte Ventileinrichtung angeordnet ist, bspw. um nach dem Kaltstart den Sekundärluftpfad sperren zu können. Zusätzlich oder alternativ kann diese weitere oder dritte Ventileinrichtung beim Kaltstart zum Regulieren der Sekundärluftmenge genutzt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist in der Frischluftanlage eine Drosseleinrichtung angeordnet. Eine solche Drosseleinrichtung dient zum Steuern der Frischluftmenge und kommt vorwiegend bei Benzinmotoren zum Einsatz. Der Sekundärluftpfad ist dann zweckmäßig stromauf der Drosseleinrichtung mit der Frischluftanlage verbunden, während der Reingaspfad zweckmäßig stromab der Drosseleinrichtung mit der Frischluftanlage verbunden ist. Auch diese Maßnahme vereinfacht den Aufbau der Brennkraftmaschine und unterstützt beim Kaltstart, also während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine eine ausreichende Versorgung mit Sekundärluft. Üblicherweise wird während der Warmlaufphase ein Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vermieden, so dass nur Teillast vorliegt. Bei Teillast drosselt die Drosseleinrichtung die Luftzuführung. Stromauf der Drosseleinrichtung steht jedoch stets ausreichend Frischluft zum Ansaugen von Sekundärluft zur Verfügung. Bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann die Drosseleinrichtung stromauf oder stromab der Ladeeinrichtung in der Frischluftanlage angeordnet sein. Sofern die Drosseleinrichtung stromab der Ladeeinrichtung an die Frischluftanlage angeschlossen ist, kann der Sekundärluftpfad zweckmäßig stromauf der Ladeeinrichtung an die Frischluftanlage angeschlossen sein.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Frischluftanlage einen Verdichter zum Komprimieren der Frischluft enthält und bei der die Fördereinrichtung zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Sauganschluss der Fördereinrichtung und einem Druckanschluss der Fördereinrichtung ausgestaltet ist. Die Fördereinrichtung kann hierzu einen mechanischen Antrieb aufweisen, der z.B. elektrisch oder pneumatisch oder hydraulisch arbeitet, um einen Rotor oder dergleichen in einem Stator der Fördereinrichtung drehend anzutreiben. Beispielsweise kann die Fördereinrichtung zu diesem Zweck in einem Gehäuse als Stator ein Laufrad als Rotor mit Laufschaufeln enthalten, das im Betrieb rotierend angetrieben wird. Außerdem ist bei dieser speziellen Ausführungsform ein Zusatzreingaspfad vorgesehen, der von der ersten Ventileinrichtung zur Frischluftanlage führt. In diesem Zusatzreingaspfad kann optional eine Saugstrahlpumpe angeordnet sein. Eine Saugstrahlpumpe besitzt einen Arbeitsmitteleinlass für ein Arbeitsmittel, das mit Hilfe der Saugstrahlpumpe angesaugt und gefördert werden soll, einen Treibmitteleinlass für ein Treibmittel, das der Saugstrahlpumpe zugeführt wird und das in der Saugstrahlpumpe am Arbeitsmitteleinlass den zum Ansaugen erforderlichen Unterdruck erzeugt. Schließlich besitzt die Saugstrahlpumpe einen Gemischauslass, aus dem ein Gemisch aus zugeführtem Treibmittel und angesaugtem Arbeitsmittel abgeführt wird. Bei der hier vorgestellten Ausführungsform ist außerdem ein Treibgaspfad vorgesehen, der von der Frischluftanlage stromab des Verdichters zur Saugstrahlpumpe führt. Mit anderen Worten, die komprimierte bzw. aufgeladene Frischluft oder Ladeluft wird hier als Treibmittel verwendet, um mit Hilfe der Saugstrahlpumpe Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse anzusaugen. Das Blow-by-Gas wird dann zusammen mit der zumindest teilweise entspannten Ladeluft der Frischluftanlage zugeführt, jedoch niederdruckseitig. Dementsprechend sind bei der hier vorgestellten Ausführungsform zwei separate und unabhängig voneinander betreibbare Einrichtungen zum Ansaugen des Blow-by-Gases aus dem Kurbelgehäuse vorgesehen. Die Saugstrahlpumpe lässt sich bspw. bei Volllast der Brennkraftmaschine einsetzen, bei der die größte Menge an Blow-by-Gas entsteht. Im Unterschied dazu kann die Fördereinrichtung bei Teillast der Brennkraftmaschine verwendet werden, um die dann geringere Menge an Blow-by-Gas abzusaugen. Diese Ausführungsform hat zur Folge, dass die Fördereinrichtung nur für den Teillastbetrieb ausgelegt werden muss, wodurch sie vergleichsweise preiswert realisierbar ist. Insbesondere ist die Kostenersparnis der kleiner dimensionierten Fördereinrichtung größer als die zusätzlichen Kosten für die Bereitstellung der Saugstrahlpumpe.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Zusatzreingaspfad stromab des Reingaspfads mit der Frischluftanlage verbunden sein. Dies vereinfacht den Aufbau der Brennkraftmaschine.
Im Treibgaspfad kann vorteilhafterweise eine weitere oder vierte Ventileinrichtung angeordnet sein, mit deren Hilfe der Treibgaspfad geöffnet und gesperrt werden kann. Somit lässt sich über diese weitere oder vierte Ventileinrichtung die Saugstrahlpumpe aktivieren und deaktivieren. Auch hier ist denkbar, dass mit dieser weiteren oder vierten Ventileinrichtung die der Saugstrahlpumpe zugeführte Ladeluftmenge gesteuert werden kann, um die Saug- und/oder Förderleistung der Saugstrahlpumpe zu steuern.
Grundsätzlich kann die Fördereinrichtung mit einem angetriebenen Laufrad ausgestattet sein und beispielsweise als Gebläse oder als Pumpe oder als Radialverdichter oder als Axialverdichter ausgestaltet sein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Fördereinrichtung als Seitenkanalverdichter ausgestaltet sein. Ein derartiger Seitenkanalverdichter charakterisiert sich dadurch, dass er einen ringförmigen Kanal aufweist, der einen Kanaleinlass mit einem Kanalauslass verbindet, wobei ein Laufrad konzentrisch zu diesem Kanal angeordnet ist, so dass radial abstehende Laufschaufeln des Laufrads im Kanal angeordnet und darin in Umfangsrichtung verstellbar sind. Die Umfangsrichtung bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse des Laufrads. Laufrad und Kanal sind bezüglich dieser Rotationsachse koaxial und konzentrisch angeordnet. Ferner ist beim Seitenkanalverdichter vorgesehen, dass der ringförmige Kanal quer zur Umfangsrichtung einen Kanalquerschnitt aufweist, der einen Kernbereich besitzt, in dem sich die Laufschaufeln befinden. Ferner lässt sich der ringförmige Kanal in Umfangsrichtung in einen Förderabschnitt, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanaleinlass zum Kanalauslass führt, und einen Totabschnitt unterteilen, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanalauslass zum Kanaleinlass führt. Im Totabschnitt besteht der Kanalquerschnitt ausschließlich aus dem vorgenannten Kernbereich. Im Förderabschnitt weist der Kanalquerschnitt dagegen zusätzlich zum Kernbereich zumindest einen seitlich an den Kernbereich anschließenden Seitenbereich auf. Zweckmäßig sind zwei axial anschließende Seitenbereiche vorgesehen, nämlich ein oberer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradoberseite an den Kernbereich anschließt, und ein unterer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradunterseite an den Kernbereich anschließt. Ferner kann ein radialer Seitenbereich vorgesehen sein, der sich radial außen an den Kernbereich anschließt. Bei einem solchen Seitenkanalverdichter besitzen ein der Laufradunterseite zugewandter Kanalboden und eine der Laufradoberseite zugewandte Kanaldecke im Kanalauslass am Übergang vom Förderabschnitt zum Totabschnitt und im Kanaleinlass am Übergang vom Totabschnitt zum Förderabschnitt jeweils eine Stufe. Ebenso besitzt eine den Kanal radial außen begrenzende Kanalseitenwand an diesen Übergängen jeweils eine Stufe, wenn außerdem der vorstehend genannte radiale Seitenbereich vorgesehen ist. Ein derartiger Seitenkanalverdichter lässt sich vergleichsweise preiswert realisieren und zeichnet sich durch eine effiziente Förderleistung aus.
Desweiteren kann die Fördereinrichtung einen geeigneten Antrieb zum Antreiben z.B. eines Laufrads aufweisen. Vorzugsweise kann der Antrieb einen Elektromotor aufweisen oder durch einen Elektromotor gebildet sein, der auf geeignete Weise, insbesondere unmittelbar über seine Antriebswelle mit dem Laufrad antriebsverbunden ist.
Der Ölabscheider ist zweckmäßig als passiv arbeitender Ölabscheider konzipiert, so dass er seine Abscheidewirkung ausschließlich aufgrund seiner Durchströmung mit dem Blow-by-Gas erzeugt. Insbesondere ist keine separate Energiezufuhr erforderlich. Der Ölabscheider kann z.B. als Zyklonabscheider oder als Labyrinthabscheider ausgestaltet sein oder einen solchen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Ölabscheider einen Impaktor aufweist oder als Impaktor ausgestaltet ist. Ein derartiger Impaktor weist eine Lochwand mit Durchtrittsöffnungen sowie eine Prallwand auf, die bezüglich einer Durchströmung des Impaktors mit Blow-by-Gas stromab der Lochwand angeordnet ist. Der Impaktor weist einen Rohgaseinlass für mit Öl beladenes Blow-by-Gas, einen Reingasauslass für von Öl befreites Blow-by-Gas und einen Ölauslass für aus dem Blow-by-Gas abgeschiedenes Öl auf. Bei der Durchströmung des Impaktors mit Blow-by-Gas trifft das Blow-by-Gas zunächst auf die Lochplatte und wird dabei gezwungen, die Durchtrittsöffnungen der Lochplatte zu durchströmen. Da die Summe der durchströmbaren Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen kleiner ist als der durchströmbare Querschnitt im Impaktor unmittelbar stromauf der Lochwand, ergibt sich eine Beschleunigung der Gasströmung sowie eine Aufteilung der Gasströmung auf einzelne, die Durchtrittsöffnungen durchtretende, strahlförmige Teilströme. Die Teilströme treffen frontal, vorzugsweise senkrecht, auf die Prallwand, an der eine abrupte Strömungsumlenkung, in der Regel um etwa 90° erfolgt. Dieser Strömungsumlenkung folgt das Gas, während die mitgeführten flüssigen und/oder festen Verunreinigungen an der Prallwand abgestoppt werden, so dass die Verunreinigungen zunächst an der Prallwand verbleiben und bspw. zu einem Ölsammelraum geführt werden, der mit dem Ölauslass fluidisch verbunden ist. Beispielsweise kann die Prallwand aus einem für die Verunreinigungen durchlässigen Material bestehen, bspw. aus einem offenporigen Schaumstoff oder aus einem Vliesmaterial. Zweckmäßig sind Prallwand und Lochwand relativ zueinander so angeordnet, dass ein Abstand in der Strömungsrichtung zwischen den Austrittsenden der Durchtrittsöffnungen und der Prallwand vorliegt. Die Durchtrittsöffnungen können an einer der Prallwand zugewandten Seite der Lochwand durch Rohre verlängert sein, um die Ausbildung der einzelnen, strahlförmigen Teilströme zu verbessern. Auch diese Rohre enden vorzugsweise beabstandet zur Prallwand.
Die einzelnen Ventileinrichtungen können eine Rückschlagsperrfunktion beinhalten, so dass beispielsweise eine durch die erste und/oder dritte Ventileinrichtung führende unkontrollierte Strömung von Blow-by-Gas zur Frischluftanlage unter Umgehung der Fördereinrichtung vermieden werden kann.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Brennkraftmaschine sieht vor, dass eine Steuereinrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die mit der ersten Ventileinrichtung sowie mit der zweiten Ventileinrichtung oder mit der ersten Ventileinrichtung, der zweiten Ventileinrichtung und der dritten Ventileinrichtung und/oder vierten Ventileinrichtung gekoppelt ist. Desweiteren ist diese Steuereinrichtung so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie die jeweilige Ventileinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine der nachfolgend beschriebenen Art ansteuern kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Fördereinrichtung während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine zum Zuführen von Sekundärluft zur Abgasanlage zu nutzen. Nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird die Fördereinrichtung dagegen bei Teillast der Brennkraftmaschine in einem ersten Teillastmodus, der ohne Abgasrückführung durch den Koppelpfad arbeitet, dazu genutzt, Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse anzusaugen, durch den Ölabscheider hindurch zu fördern und der Frischluftanlage zuzuführen.
Im Einzelnen schlägt die Erfindung für das Betriebsverfahren vor, während des Kaltstarts die Fördereinrichtung einzuschalten und die erste Ventileinrichtung in eine erste Schaltstellung sowie die zweite Ventileinrichtung in eine erste Schaltstellung zu verstellen. In der ersten Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung öffnet die erste Ventileinrichtung den Reingaspfad zum Sekundärluftpfad und zum Ölabscheider. Sofern der weiter oben genannte Zusatzreingaspfad vorhanden ist, sperrt die erste Ventileinrichtung den Reingaspfad zu diesem Zusatzreingaspfad. In der ersten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung öffnet die zweite Ventileinrichtung den Reingaspfad zum Koppelpfad und sperrt den Reingaspfad zur Frischluftanlage. In der Folge wird einerseits Sekundärluft aus der Frischluftanlage angesaugt und andererseits wird Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse angesaugt. Die angesaugten Gase strömen durch die erste Ventileinrichtung, die Fördereinrichtung und die zweite Ventileinrichtung in die Abgasanlage. Nach dem Kaltstart werden bei Teillast der Brennkraftmaschine im ersten Teillastmodus, der ohne Abgasrückführung durch den Koppelpfad arbeitet, die erste Ventileinrichtung in eine zweite Schaltstellung und die zweite Ventileinrichtung in eine zweite Schaltstellung verstellt. Die Fördereinrichtung bleibt eingeschaltet. In der zweiten Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung sperrt die erste Ventileinrichtung des Reingaspfad zum Sekundärluftpfad, während sie den Reingaspfad zum Ölabscheider öffnet. In der zweiten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung sperrt die zweite Ventileinrichtung den Reingaspfad zur Koppelleitung und öffnet den Reingaspfad zur Frischluftanlage. In der Folge wird Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse angesaugt und strömt durch den Ölabscheider, die erste Ventileinrichtung, die Fördereinrichtung und die zweite Ventileinrichtung in die Frischluftanlage.
Bevorzugt ist die Fördereinrichtung steuerbar ausgestaltet. Dann ist die Steuereinrichtung zweckmäßig auch mit der Fördereinrichtung gekoppelt und kann bedarfsabhängig die Fördereinrichtung einschalten und ausschalten. Ebenso ist denkbar, dass die Steuereinrichtung die Saug- und/oder Förderleistung der Fördereinrichtung steuern kann. Alternativ ist grundsätzlich auch eine Zwangskopplung der Förderreinrichtung mit dem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine denkbar.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die dem Sekundärluftpfad zugeordnete weitere oder dritte Ventileinrichtung beim Kaltstart geöffnet und nach dem Kaltstart gesperrt wird. Über diese weitere oder dritte Ventileinrichtung kann während des Kaltstarts gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform außerdem die zugeführte Sekundärluftmenge gesteuert werden. Mit anderen Worten, die dritte Ventileinrichtung kann in diesem Fall zumindest eine, vorzugsweise mehrere, insbesondere beliebig, Zwischenstellungen zwischen einer Offenstellung und einer Sperrstellung einnehmen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine bei Teillast der Brennkraftmaschine in einem zweiten Teillastmodus, der mit einer Abgasrückführung durch den Koppelpfad arbeitet, die erste Ventileinrichtung in die zweite Schaltstellung und die zweite Ventileinrichtung in eine dritte Schaltstellung verstellt werden. Die Fördereinrichtung bleibt eingeschaltet. In der dritten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung verbindet die zweite Ventileinrichtung den Koppelpfad mit dem Reingaspfad. In der Folge kann Abgas aus der Abgasanlage durch die zweite Ventileinrichtung in den Reingaspfad strömen und mit dem Blow-by-Gas zusammen in die Frischluftanlage strömen. Somit wird der Koppelpfad beim Kaltstart zur Sekundärluftzuführung genutzt, während er bei Teillast der Brennkraftmaschine im zweiten Teillastmodus zur Abgasrückführung genutzt wird. Mit anderen Worten, im zweiten Teillastmodus erfolgt zumindest ein Teil der Abgasrückführung durch den Koppelpfad.
Bei einer anderen Ausführungsform kann nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine bei Volllast der Brennkraftmaschine in einem ersten Volllastmodus, der ohne Abgasrückführung durch den Koppelpfad arbeitet, die Fördereinrichtung ausgeschaltet werden und die erste Ventileinrichtung in eine dritte Schaltstellung verstellt werden, in der die erste Ventileinrichtung den Reingaspfad zum Sekundärluftpfad und zur Fördereinrichtung sperrt, während die erste Ventileinrichtung in der dritten Schaltstellung den Reingaspfad zum Zusatzreingaspfad öffnet. Hierdurch wird die Saugstrahlpumpe aktiviert. In der Folge kann mit Hilfe der Saugstrahlpumpe Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse angesaugt werden und durch den Ölabscheider, die erste Ventileinrichtung und durch die Saugstrahlpumpe in die Frischluftanlage strömen.
Zweckmäßig ist vorgesehen, dass nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine bei Volllast der Brennkraftmaschine die Fördereinrichtung ausgeschaltet wird. Beispielsweise weist die Fördereinrichtung einen Elektromotor zum Antreiben des Laufrads auf. Bei Volllast wird die Fördereinrichtung deaktiviert, um die Ansaugung des Blow-by-Gases ausschließlich mit Hilfe der Saugstrahlpumpe zu bewirken.
Nach dem Kaltstart kann bei Volllast außerdem eine dem Koppelpfad zugeordnete, weitere oder vierte Ventileinrichtung geöffnet werden. Ferner kann diese weitere oder vierte Ventileinrichtung optional auch zu einer Mengensteuerung des Treibgases angesteuert werden, um die aktuelle Förderleistung bzw. Saugleistung der Saugstrahlpumpe an den aktuellen Bedarf anzupassen. Zwar tritt bei Volllast die maximale Blow-by-Gas-Menge vom jeweiligen Zylinder in das Kurbelgehäuse über, jedoch variiert diese maximale Blow-by-Gas-Menge mit der aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine. Demnach kann über eine steuerbare weitere oder vierte Ventileinrichtung die angesaugte Blow-by-Gas-Menge bspw. abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt werden.
Desweiteren ist eine Ausführungsform denkbar, bei der die zweite Ventileinrichtung den Reingaspfad und den Koppelpfad sperrt, wenn die Brennkraftmaschine nach dem Kaltstart bei Volllast betrieben wird. Hierdurch kann die Effizienz der Kurbelgehäuseentlüftung verbessert werden.
Bei einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Brennkraftmaschine bei Volllast in einem zweiten Volllastmodus betrieben werden, der mit einer Abgasrückführung durch den Koppelpfad arbeitet. Im zweiten Volllastmodus wird bei deaktivierter Fördereinrichtung die zweite Ventileinrichtung in eine vierte Schaltstellung verstellt, in der die zweite Ventileinrichtung den Reingaspfad zur Fördereinrichtung sperrt und mit dem Koppelpfad verbindet. In der Folge kann Abgas von der Abgasanlage auch bei Volllast durch die zweite Ventileinrichtung in die Frischluftanlage über den Reingaspfad in die Frischluftanlage strömen. Dementsprechend lässt sich auch bei Volllast zumindest ein Teil der Abgasrückführung über die doppelte Nutzung des Koppelpfads realisieren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine in einem ausgeschalteten Zustand (OFF),
2 eine Darstellung der Brennkraftmaschine wie in 1, jedoch bei einem Kaltstart (KS),
3 eine Darstellung der Brennkraftmaschine wie in 1, jedoch bei einem ersten Teillastmodus (TLoAGR),
4 eine Darstellung der Brennkraftmaschine wie in 1, jedoch bei einem zweiten Teillastmodus (TLmAGR),
5 eine Darstellung der Brennkraftmaschine wie in 1, jedoch bei einem ersten Volllastmodus (VLoAGR),
6 eine Darstellung der Brennkraftmaschine wie in 1, jedoch bei einem zweiten Volllastmodus (VLmAGR),
7 eine stark vereinfachte, geschnittene Draufsicht auf eine Fördereinrichtung,
8 eine stark vereinfachte, geschnittene Seitenansicht der Fördereinrichtung,
9 eine stark vereinfachte, prinzipielle Schnittansicht eines Ölabscheiders.
Entsprechend den 1 bis 6 umfasst eine Brennkraftmaschine 1, die vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, einen Motorblock 2, der zumindest einen Zylinder 3 enthält, in dem ein Kolben 4 hubverstellbar angeordnet ist. Es ist klar, dass die Brennkraftmaschine 1 im Motorblock 2 üblicherweise mehr als einen, vorzugsweise auch mehr als zwei Zylinder 3 enthält. An den Motorblock 2 schließt unten ein Kurbelgehäuse 5 an, während oben ein Zylinderkopf 6 an den Motorblock 2 anschließt. Eine Zylinderkopfhaube zur Abdeckung des Zylinderkopfs 6 ist hier nicht dargestellt. Der jeweilige Kolben 4 ist über eine Pleuelstange 7 mit einer Kurbelwelle 8 antriebsverbunden, die im Kurbelgehäuse 5 angeordnet ist. Im Zylinderkopf 6 befinden sich üblicherweise Gaswechselventile 9 zum Steuern der Gaswechselvorgänge. Im Kurbelgehäuse 5 ist außerdem ein Ölsumpf 10 enthalten. Beispielsweise wird das Kurbelgehäuse 5 nach unten, also an der vom Motorblock 2 abgewandten Seite durch eine Ölwanne 11 verschlossen.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Frischluftanlage 12 zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder 3 sowie eine Abgasanlage 13 zum Abführen von Abgas aus dem jeweiligen Zylinder 3 auf. Im Beispiel ist die Brennkraftmaschine 1 aufgeladen, so dass sie eine Ladeeinrichtung aufweist, die hier als Turbolader 14 ausgestaltet ist. Der Turbolader 14 weist einen in der Frischluftanlage 12 angeordneten Verdichter 15 und eine in der Abgasanlage 13 angeordnete Turbine 16 auf, die auf geeignete Weise mit dem Verdichter 15 antriebsverbunden ist.
Die Frischluftanlage 12 enthält ein Luftfilter 17 zum Filtern der Frischluft sowie stromab des Luftfilters 17 eine Drosseleinrichtung 18 zum Drosseln der Luftzuführung. Je nach Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1, z.B. als Dieselmotor, kann die Frischluftanlage 12 auch ungedrosselt sein, so dass auf die Drosseleinrichtung 18 verzichtet werden kann. Die Abgasanlage 13 enthält stromab der Turbine 16 eine Abgasreinigungseinrichtung 19, bei der es sich vorzugsweise um einen Katalysator und insbesondere um einen Oxidationskatalysator handelt.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 20 ausgestattet. Diese umfasst eine Fördereinrichtung 21 zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 und einen Ölabscheider 22 zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas. Ferner ist ein Rohgaspfad 23 vorgesehen, der vom Kurbelgehäuse 5 zum Ölabscheider 22 führt. In den 1 bis 6 ist der Rohgaspfad 23 als Leitung dargestellt, die das Kurbelgehäuse 5 mit einem Rohgaseinlass 24 des Ölabscheiders 22 verbindet. Es ist klar, dass bei einer anderen Bauweise diese Leitung nicht an das Kurbelgehäuse 5 angeschlossen sein muss. Bevorzugt ist insbesondere eine Ausgestaltung, bei der diese Leitung an die Zylinderkopfhaube angeschlossen ist, so dass der Rohgaspfad 23 durch die Zylinderkopfhaube, den Zylinderkopf 6 und den Motorblock 2 führt, um die gewünschte fluidische Verbindung zwischen Kurbelgehäuse 5 und Ölabscheider 22 für die Ansaugung des Blow-by-Gases zu schaffen.
Ferner ist ein Ölrücklaufpfad 25 vorgesehen, der vom Ölabscheider 22 zum Ölsumpf 10 führt. Der Ölrücklaufpfad 25 kann als Leitung realisiert sein, die an einen Ölauslass 26 des Ölabscheiders 22 angeschlossen ist und die hier außerdem im Bereich des Ölsumpfs 10 bzw. im Bereich der Ölwanne 11 an das Kurbelgehäuse 5 angeschlossen ist. Im Ölrücklaufpfad 25 kann ein Rückschlagsperrventil 27 angeordnet sein, so dass Öl nur vom Ölabscheider 22 in Richtung Ölsumpf 10, jedoch nicht in der umgekehrten Richtung strömen kann.
Desweiteren ist ein Reingaspfad 28 vorgesehen, der vom Ölabscheider 22 zur Fördereinrichtung 21 und von der Fördereinrichtung 21 zur Frischluftanlage 12 führt. Außerdem ist ein Sekundärluftpfad 29 vorgesehen, der von der Frischluftanlage 12 zu einer ersten Ventileinrichtung 30 führt. Die erste Ventileinrichtung 30 ist im Reingaspfad 28 zwischen dem Ölabscheider 22 und der Fördereinrichtung 21, also stromab des Ölabscheiders 22 und stromauf der Fördereinrichtung 21 angeordnet. Der Ölabscheider 22 ist somit bezogen auf die Blow-by-Gas-Strömung stromauf der Fördereinrichtung 21, also an deren Saugseite angeordnet.
Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 1 weist außerdem einen Koppelpfad 31 auf, der die Abgasanlage 13 mit einer zweiten Ventileinrichtung 32 verbindet, die im Reingaspfad 28 zwischen der Frischluftanlage 12 und der Fördereinrichtung 21 angeordnet ist. Bei den hier gezeigten Beispielen ist der Koppelpfad 31 stromauf der Turbine 16, also zwischen dem Zylinderkopf 6 und der Turbine 16 an die Abgasanlage 13 angeschlossen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Koppelpfad 31 auch stromab der Turbine 16, insbesondere zwischen der Turbine 16 und der Abgasbehandlungseinrichtung 19 an die Abgasanlage 13 angeschlossen sein. Bei den hier gezeigten Beispielen ist der Reingaspfad 28 stromab des Luftfilters 17 mit der Frischluftanlage 12 verbunden. Der Sekundärluftpfad 29 ist ebenfalls stromab des Luftfilters 17, jedoch stromauf des Reingaspfads 28 mit der Frischluftanlage 12 verbunden. Sofern wie hier ein Verdichter 15 vorgesehen ist, sind der Reingaspfad 28 und der Sekundärluftpfad 29 stromauf des Verdichters 15 mit der Frischluftanlage 12 verbunden. Sofern wie hier eine Drosseleinrichtung 18 vorgesehen ist, ist der Sekundärluftpfad 29 stromauf der Drosseleinrichtung 18 mit der Frischluftanlage 12 verbunden, während der Reingaspfad 28 stromab der Drosseleinrichtung 18 mit der Frischluftanlage 12 verbunden ist. Bei den hier gezeigten Beispielen ist außerdem im Sekundärluftpfad 29 eine weitere oder dritte Ventileinrichtung 33 angeordnet.
Beim hier gezeigten Beispiel ist außerdem ein Zusatzreingaspfad 34 vorgesehen, der von der ersten Ventileinrichtung 30 zur Frischluftanlage 12 führt. In diesem Zusatzreingaspfad 34 ist eine Saugstrahlpumpe 35 angeordnet, die einen Arbeitsmitteleinlass 36, einen Treibmitteleinlass 37 und einen Gemischauslass 38 aufweist. Die Saugstrahlpumpe 35 ist so in den Zusatzreingaspfad 34 eingebunden, dass der Zusatzreingaspfad 34 zum einen von der ersten Ventileinrichtung 30 zum Arbeitsmitteleinlass 36 und zum anderen vom Gemischauslass 38 zur Frischluftanlage 12 führt. An den Treibmitteleinlass 37 ist ein Treibgaspfad 39 angeschlossen, der von der Frischluftanlage 12 zur Saugstrahlpumpe 35 führt. Dabei ist der Treibgaspfad 39 stromab des Verdichters 15 an die Frischluftanlage 12 angeschlossen und enthält im Beispiel eine weitere oder vierte Ventileinrichtung 40. Bei den hier gezeigten Beispielen ist der Zusatzreingaspfad 34 stromab des Reingaspfads 28 und stromauf des Verdichters 15 mit der Frischluftanlage 12 verbunden.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Steuereinrichtung 41 ausgestattet, die über mehrere Signalleitungen 42 mit der ersten Ventileinrichtung 30, mit der zweiten Ventileinrichtung 32, mit der dritten Ventileinrichtung 33 und mit der vierten Ventileinrichtung 40 gekoppelt ist. Ferner kann die Steuereinrichtung 41 mit der Drosseleinrichtung 18 gekoppelt sein. Sofern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine ansteuerbare Fördereinrichtung 21 verwendet wird, ist die Steuereinrichtung 41 auch mit der Fördereinrichtung 21 über eine solche Steuerleitung 42 gekoppelt.
Entsprechend den 7 und 8 kann die Fördereinrichtung 21 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform in einem Gehäuse 43 ein Laufrad 44 aufweisen, das mehrere Laufschaufeln 45 besitzt. In 7 ist das Laufrad 44 mit unterbrochener Linie dargestellt. Ferner sind in 7 nur einige der Laufschaufeln 45 dargestellt. Im Gehäuse 43 ist ferner ein Kanal 46 ausgebildet, der sich ringförmig und konzentrisch zu einer Rotationsachse 47 des Laufrads 44 erstreckt. Der Kanal 46 verbindet einen Kanaleinlass 48 mit einem Kanalauslass 49. Die Laufschaufeln 45 sind am Laufrad 44 radial außen angeordnet und sind dabei im Kanal 46 angeordnet, so dass sie bei rotierendem Laufrad 44 im Kanal 46 in dessen Umlaufrichtung entsprechend einem Pfeil 50 umlaufen. Dieser Pfeil 50 bezeichnet neben der Umlaufrichtung des Kanals 46 auch die Drehrichtung des Laufrads 44 und kann auch zur Bezeichnung der Umfangsrichtung genutzt werden. Da hier Umlaufrichtung, Drehrichtung und Umfangsrichtung zusammenfallen, werden sie im Folgenden mit dem gemeinsamen Bezugszeichen 50 bezeichnet. Der Kanaleinlass 48 ist fluidisch mit einem Sauganschluss 51 der Fördereinrichtung 21 verbunden, an den ein Niederdruckabschnitt des Reingaspfads 28 angeschlossen ist. Der Kanalauslass 49 ist fluidisch mit einem Druckanschluss 52 der Fördereinrichtung 21 verbunden, an den ein Hochdruckabschnitt des Reingaspfads 28 angeschlossen ist.
Die Fördereinrichtung 21 kann gemäß 8 mit einem Antrieb 53 ausgestattet sein, der bspw. mit einem Elektromotor 54 arbeitet. Im Beispiel ist der Elektromotor 54 mit seiner Antriebswelle 55 direkt drehfest mit dem Laufrad 44 verbunden. Durch den elektrischen Antrieb 53 ist die Fördereinrichtung 21 mit Hilfe der Steuereinrichtung 41 ansteuerbar, nämlich bspw. über besagte Steuerleitung 42. Somit lässt sich die Fördereinrichtung 21 mittels der Steuereinrichtung 41 zumindest einschalten und ausschalten. Ferner ist denkbar, mit Hilfe der Steuereinrichtung 41 die Drehzahl der Fördereinrichtung 21 bzw. des Laufrads 44 zu steuern, um die Förderleistung der Fördereinrichtung 21 abhängig vom aktuellen Förderbedarf einstellen zu können.
Die hier vorgestellte Fördereinrichtung 21 kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform als Seitenkanalverdichter 76 ausgestaltet sein. Bei einem derartigen Seitenkanalverdichter 76 ist der Kanal 46 in der Umlaufrichtung 50 in einen Förderabschnitt 56 und einen Totabschnitt 57 unterteilt. In der Drehrichtung 50 des Laufrads 44, die der Umlaufrichtung 50 entspricht, führt der Förderabschnitt 56 vom Kanaleinlass 48 zum Kanalauslass 49, während der Totabschnitt 57 in dieser Drehrichtung 50 vom Kanalauslass 49 zum Kanaleinlass 48 führt. Der Kanal 46 besitzt einen Kanalquerschnitt 58, der sich senkrecht zur Umfangsrichtung 50 erstreckt. Dieser Kanalquerschnitt 58 besitzt einen Kernbereich 59, in dem sich die Laufschaufeln 45 befinden. Im Totabschnitt 57 besteht der Kanalquerschnitt 58 ausschließlich aus diesem Kernbereich 59. Im Förderabschnitt 46 ist der Kanalquerschnitt 58 größer, so dass er zusätzlich zum Kernbereich 59 zumindest einen Seitenbereich aufweist, der axial oder radial an den Kernbereich 59 anschließt. Im Beispiel der 8 sind ein oberer axialer Seitenbereich 60, ein unterer axialer Seitenbereich 61 und ein äußerer radialer Seitenbereich 62 vorgesehen, die den Kernbereich 59 axial beiderseits und radial nach außen vergrößern. Die Axialrichtung und die Radialrichtung beziehen sich in diesem Fall auf die Rotationsachse 47, welche die Axialrichtung der Fördereinrichtung 21 definiert. Die Axialrichtung der Fördereinrichtung 21 erstreckt sich parallel zur Rotationsachse 47. Die Umfangsrichtung 50 rotiert um die Rotationsachse 47 um.
Gemäß 9 kann der Ölabscheider 22 als Impaktor 63 ausgestaltet sein. Der Impaktor 63 besitzt in einem Gehäuse 64 eine Lochwand 65, die mehrere Durchtrittsöffnungen 66 enthält, sowie stromab davon eine Prallwand 67. Das Gehäuse 64 weist den Rohgaseinlass 24, den Ölauslass 26 und einen Reingasauslass 68 auf. An den Rohgaseinlass 24 ist der Rohgaspfad 23 zum Zuführen von ungereinigtem Blow-by-Gas angeschlossen. An den Reingasauslass 68 ist der Reingaspfad 28 zum Abführen von gereinigtem Blow-by-Gas angeschlossen. An den Ölauslass 26 ist der Ölrücklaufpfad 25 zum Abführen von abgeschiedenem Öl angeschlossen. Die ungereinigte Blow-by-Gas-Strömung wird bei der Durchströmung der Durchtrittsöffnungen 66 beschleunigt und trifft stromab der Lochplatte 65 frontal mit hoher Geschwindigkeit auf die Prallplatte 67. Während das Blow-by-Gas der abrupten Strömungsumlenkung folgt und durch den Reingasauslass 68 abströmt, werden die mitgeführten Verunreinigungen an der Prallwand 67 zunächst abgebremst, so dass sie daran hängen bleiben. Die Verunreinigungen sind in 9 angedeutet und mit 69 bezeichnet. Die Verunreinigungen 69 können an einer angeströmten Vorderseite 70 der Prallwand 67 nach unten in Richtung eines Ölsammelraums 71 abfließen. Ebenso können die Verunreinigungen 69 gemäß einem Pfeil 72 in die Prallwand 67 eindringen. Die Prallwand 67 ist hierzu aus einem für die Verunreinigungen 69 durchlässigen Material hergestellt. Dabei können die Verunreinigungen 69 innerhalb der Prallwand 67 in den Ölsammelraum 71 gelangen. Ebenso können die Verunreinigungen 69 die Prallwand 67 und an einer von der Vorderseite 70 abgewandten Rückseite 73 der Prallwand 67 wieder austreten und entlang der Prallwand 67 gemäß einem Pfeil 74 zum Ölsammelraum 71 strömen.
Beim hier gezeigten Beispiel kann optional vorgesehen sein, dass die Lochwand 65 an einer der Prallwand 67 zugewandten Seite mehrere Rohre 75 aufweist, welche die jeweilige Durchtrittsöffnung 66 verlängern. Bemerkenswert ist, dass die Prallwand 67 von der Lochwand 65 beabstandet angeordnet ist. Insbesondere enden die vorstehend genannten Rohre 75 freistehend.
Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 1 lässt sich in Verbindung mit dem Seitenkanalverdichter 76 und insbesondere in Verbindung mit dem Impaktor 63 besonders preiswert realisieren.
Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine 1 lässt sich wie nachfolgend beschrieben in unterschiedlichen Betriebszuständen betreiben, die in den 1 bis 6 dargestellt sind. Hierzu ist die Steuereinrichtung 41 so programmiert bzw. so ausgestaltet, dass sie die Brennkraftmaschine 1 bzw. die mit der Steuereinrichtung 41 gekoppelten Komponenten der Brennkraftmaschine 1 zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen Betriebsverfahrens ansteuern kann. Die Steuereinrichtung 41 kann dabei mit einem hier nicht gezeigten herkömmlichen Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 41 zumindest teilweise hardwaremäßig in dieses Steuergerät integriert und/oder zumindest teilweise softwaremäßig in dieses Steuergerät implementiert sein.
1 zeigt die Brennkraftmaschine 1 in einem ausgeschalteten Zustand OFF. Demensprechend sind die einzelnen Ventileinrichtungen 30, 32, 33, 40 in Neutralstellungen gezeigt.
Gemäß 2 wird während eines Kaltstarts KS der Brennkraftmaschine 1 die Fördereinrichtung 21 eingeschaltet. Ferner wird die erste Ventileinrichtung 30 in eine erste Schaltstellung I verstellt, in der die erste Ventileinrichtung 30 den Reingaspfad 28 zum Sekundärluftpfad 29 sowie zum Ölabscheider 22 öffnet und zum Zusatzreingaspfad 34 sperrt. Während des Kaltstarts KS wird außerdem die zweite Ventileinrichtung 32 in eine erste Schaltstellung I verstellt, in der die zweite Ventileinrichtung 32 den Reingaspfad 28 zum Koppelpfad 31 öffnet und zur Frischluftanlage 12 sperrt. In der Folge werden während des Kaltstarts KS Sekundärluft aus der Frischluftanlage 12 und Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 angesaugt und über den Sekundärluftpfad 29 durch die erste Ventileinrichtung 30, über einen Abschnitt des Reingaspfads 28 durch die Fördereinrichtung 21 und durch die zweite Ventileinrichtung 32 über den Kopplungspfad 31 der Abgasanlage 13 zugeführt. Im Beispiel erfolgt die Zuführung druckseitig, also stromauf der Turbine 16. Grundsätzlich ist auch eine niederdruckseitige Zuführung stromab der Turbine 16 und vorzugsweise stromauf der ersten auf die Turbine 16 folgenden Abgasbehandlungseinrichtung 19 denkbar. Dann ist der Koppelpfad 31 nicht stromauf der Turbine 16, sondern stromab der Turbine 16 und stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung 19 an die Abgasanlage 13 angeschlossen. Gleichzeitig kann die Brennkraftmaschine 1 während des Kaltstarts KS auf einen Fettbetrieb umgestellt werden, um vorübergehend einen Kraftstoffüberschuss im Abgas zu erhalten, der mit Hilfe der Sekundärluft umgesetzt werden kann. Eine entsprechende Sekundärluftströmung ist in 2 durch einen Pfeil 77 angedeutet. Eine entsprechende Blow-by-Gas-Strömung ist in 2 durch einen Pfeil 78 angedeutet. Eine entsprechende Gemisch-Strömung, die aus einem Gemisch aus Sekundärluft und Blow-by-Gas besteht, ist in 2 durch einen Pfeil 87 angedeutet. Eine entsprechende Ölrücklaufströmung ist in 2 durch einen Pfeil 80 angedeutet. Während des Kaltstarts KS nach 2 ist die dritte Ventileinrichtung 33 zum Öffnen des Sekundärluftpfads 29 angesteuert. Insbesondere kann über eine entsprechende Ansteuerung der dritten Ventileinrichtung 33 ein Volumenstrom für die Sekundärluft eingestellt werden. Ferner ist die vierte Ventileinrichtung 40 zum Sperren des Treibgaspfads 39 angesteuert.
Entsprechend 3 kann nach dem Kaltstart KS der Brennkraftmaschine 1 bei Teillast der Brennkraftmaschine 1 und in einem ersten Teillastmodus TLoAGR, der ohne Abgasrückführung durch den Koppelpfad 31 arbeitet, die erste Ventileinrichtung 30 in eine zweite Schaltstellung II verstellt werden, in der die erste Ventileinrichtung 30 den Reingaspfad 28 zum Ölabscheider 22 öffnet und zum Sekundärluftpfad 29 sperrt. Ferner wird in diesem ersten Teillastmodus TLoAGR die zweite Ventileinrichtung 32 in eine zweite Schaltstellung II verstellt, in der die zweite Ventileinrichtung 32 den Reingaspfad 28 zur Koppelleitung 31 sperrt und zur Frischluftanlage 12 öffnet. Die Fördereinrichtung 21 bleibt eingeschaltet. In der Folge wird Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 angesaugt, so dass es durch den Ölabscheider 22, die erste Ventileinrichtung 30, die Fördereinrichtung 21 und die zweite Ventileinrichtung 32 in die Frischluftanlage 12 strömt. Gleichzeitig wird in diesem Betriebszustand abgeschiedenes Öl über den Ölrückführpfad 25 dem Sumpf 10 zugeführt. Eine Strömung von ungereinigtem Blow-by-Gas ist dabei wieder mit dem Pfeil 78 angedeutet. Eine Strömung von gereinigtem Blow-by-Gas ist durch einen Pfeil 79 angedeutet. Eine Strömung von abgeschiedenem Öl ist wieder durch den Pfeil 80 angedeutet. Im ersten Teillastmodus der 3 ist die dritte Ventileinrichtung 33 zum Sperren des Sekundärluftpfads 29 angesteuert. Die vierte Ventileinrichtung 40 ist zum Sperren des Treibgaspfads 39 angesteuert.
Gemäß 4 kann in dem Betriebszustand mit Teillast in einem zweiten Teillastmodus TLmAGR außerdem eine Abgasrückführung durch den Koppelpfad 31 realisiert werden. Hierzu ist wie zuvor die Fördereinrichtung 21 eingeschaltet, und die erste Ventileinrichtung 30 wird in die zweite Schaltstellung II verstellt. Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten ersten Teillastmodus TLoAGR wird nunmehr die zweite Ventileinrichtung 32 in eine dritte Schaltstellung III verstellt, in der die zweite Ventileinrichtung 32 den Koppelpfad 31 mit dem Reingaspfad 28 verbindet. In der Folge kann Abgas aus der Abgasanlage 13 stromauf der Turbine 16 durch die zweite Ventileinrichtung 32 in den Reingaspfad 28 strömen und zusammen mit dem Blow-by-Gas in die Frischluftanlage 12 einströmen. Eine entsprechende Abgasrückführströmung ist in 4 durch einen Pfeil 81 angedeutet. Die Strömung aus dem Gemisch von gereinigtem Blow-by-Gas und rückgeführtem Abgas ist durch einen Pfeil 82 angedeutet. Wie zuvor deutet ein Pfeil 78 die Strömung von ungereinigtem Blow-by-Gas an, während ein Pfeil 80 die Strömung von abgeschiedenem Öl andeutet. Im zweiten Teillastmodus TLmAGR der 4 ist wie zuvor die dritte Ventileinrichtung 33 zum Sperren des Sekundärluftpfads 29 angesteuert, während die vierte Ventileinrichtung 40 zum Sperren des Treibgaspfads 39 angesteuert ist.
Im Betriebszustand der 5 wird die Brennkraftmaschine 1 nach dem Kaltstart KS bei Volllast in einem ersten Volllastmodus VLoAGR betrieben, der ohne Abgasrückführung durch den Koppelpfad 31 arbeitet. Hierzu wird die erste Ventileinrichtung 30 in eine dritte Schaltstellung III verstellt, in der die erste Ventileinrichtung 30 den Reingaspfad 28 zum Sekundärluftpfad 29 und zur Fördereinrichtung 21 sperrt, während sie den Reingaspfad 28 zum Zusatzreingaspfad 34 öffnet. Gleichzeitig kann die Fördereinrichtung 21 ausgeschaltet werden. Ferner ist die zweite Ventileinrichtung 32 in eine vierte Schaltstellung 4 verstellt, in der sie den Reingaspfad 28 zur Fördereinrichtung 21 und zur Frischluftanlage 12 sperrt und in der sie außerdem den Koppelpfad 31 sperrt. Ferner wird die vierte Ventileinrichtung 40 zum Öffnen des Treibgaspfads 39 angesteuert. Die dritte Ventileinrichtung 33 bleibt zum Sperren des Sekundärluftpfads 29 angesteuert. In der Folge kann nun die Saugstrahlpumpe 35 Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 5 ansaugen, so dass das Blow-by-Gas durch den Ölabscheider 22, die erste Ventileinrichtung 30 und durch die Saugstrahlpumpe 35 in die Frischluftanlage 12 strömt. Ein entsprechender Strom für gereinigtes Blow-by-Gas ist durch einen Pfeil 83 angedeutet. Ein Strom von Ladeluft zum Antreiben der Saugstrahlpumpe 35 ist durch einen Pfeil 84 angedeutet. Eine Gemischströmung bestehend aus gereinigtem Blow-by-Gas und zumindest teilweise entspannter Ladeluft ist durch einen Pfeil 85 angedeutet.
Die Strömung des ungereinigten Blow-by-Gases ist wieder durch einen Pfeil 78 angedeutet. Die Rückströmung von abgeschiedenem Öl ist wieder durch einen Pfeil 80 angedeutet.
In 6 wird die Brennkraftmaschine 1 wieder bei Volllast, jedoch in einem zweiten Volllastmodus VLmAGR betrieben, bei dem eine Abgasrückführung durch den Koppelpfad 31 erfolgt. Der Zustand der 6, also der zweite Volllastmodus VLmAGR unterscheidet sich vom Zustand der 5, also vom ersten Volllastmodus VLoAGR dadurch, dass zusätzlich eine Abgasrückführung durch den Koppelpfad 31 realisiert wird. Hierzu wird die zweite Ventileinrichtung 32 in eine fünfte Schaltstellung V verstellt, in der sie den Reingaspfad 28 zur Fördereinrichtung 21 sperrt und mit dem Koppelpfad 31 verbindet. In der Folge kann hochdruckseitig Abgas entsprechend Pfeilen 86 von der Abgasanlage 13 stromauf der Turbine 16 abgezweigt werden, über den Kupplungspfad 31 durch die zweite Ventileinrichtung 32 und durch den Reingaspfad 28 in die Frischluftanlage 12 geführt werden.
Es ist klar, dass in der Koppelleitung 31 für den Fall, dass die Abgasrückführung gemäß den Betriebszuständen der 4 und 6 realisiert wird, mit einem entsprechenden Abgasrückführkühler ausgestattet sein kann. Auch ist es zweckmäßig, in der Frischluftanlage 12 stromab des Verdichters 15 einen Ladeluftkühler anzuordnen. Zweckmäßig ist dann der Treibgaspfad 39 stromab dieses Ladeluftkühlers an die Frischluftanlage 12 angeschlossen. Die hier vorgestellte Abgasrückführung gemäß dem zweiten Teillastmodus TLmAGR und dem zweiten Volllastmodus VLmAGR kann dabei zusätzlich oder alternativ zu einer konventionellen internen und/oder externen Abgasrückführung vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10043796 A1 [0005]

Claims

Brennkraftmaschine – mit einem Motorblock (2), der mindestens einen Zylinder (3) enthält, in dem ein Kolben (4) hubverstellbar angeordnet ist, – mit einem Kurbelgehäuse (5), das an den Motorblock (2) anschließt, – mit einer Frischluftanlage (12) zum Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Zylinder (3), – mit einer Abgasanlage (13) zum Abführen von Abgas vom jeweiligen Zylinder (3), – mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (20), die eine Fördereinrichtung (21) zum Ansaugen von Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse (5) und einen Ölabscheider (22) zum Abscheiden von Öl aus dem Blow-by-Gas aufweist, – wobei ein Rohgaspfad (23) vom Kurbelgehäuse (5) zum Ölabscheider (22) führt, – wobei ein Ölrücklaufpfad (25) vom Ölabscheider (22) zu einem Ölsumpf (10) führt, – wobei ein Reingaspfad (28) vom Ölabscheider (22) zur Fördereinrichtung (21) und von der Fördereinrichtung (21) zur Frischluftanlage (12) führt, – wobei ein Sekundärluftpfad (29) von der Frischluftanlage (12) zu einer ersten Ventileinrichtung (30) führt, die zwischen dem Ölabscheider (22) und der Fördereinrichtung (21) im Reingaspfad (28) angeordnet ist, – wobei ein Koppelpfad (31) die Abgasanlage (13) mit einer zweiten Ventileinrichtung (32) verbindet, die zwischen der Fördereinrichtung (21) und der Frischluftanlage (12) im Reingaspfad (28) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Frischluftanlage (12) ein Luftfilter (17) zum Filtern der Frischluft aufweist, – dass der Reingaspfad (28) stromab des Luftfilters (17) mit der Frischluftanlage (12) verbunden ist, – dass der Sekundärluftpfad (29) stromab des Luftfilters (17) und stromauf des Reingaspfads (28) mit der Frischluftanlage (12) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Frischluftanlage (12) einen Verdichter (15) zum Komprimieren der Frischluft enthält, – dass der Reingaspfad (28) stromauf des Verdichters (15) mit der Frischluftanlage (12) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Sekundärluftpfad (29) eine weitere oder dritte Ventileinrichtung (33) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass in der Frischluftanlage (12) eine Drosseleinrichtung (18) angeordnet ist, – dass der Sekundärluftpfad (29) stromauf der Drosseleinrichtung (18) mit der Frischluftanlage (12) verbunden ist, – dass der Reingaspfad (28) stromab der Drosseleinrichtung (18) mit der Frischluftanlage (12) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass die Frischluftanlage (12) einen Verdichter (15) zum Komprimieren der Frischluft enthält, – dass ein Zusatzreingaspfad (34) von der ersten Ventileinrichtung (30) zur Frischluftanlage (12) stromauf des Verdichters (15) führt, – dass eine Saugstrahlpumpe (35) im Zusatzreingaspfad (34) angeordnet ist, – dass ein Treibgaspfad (39) von der Frischluftanlage (12) stromab des Verdichters (15) zur Saugstrahlpumpe (35) führt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzreingaspfad (34) stromab des Reingaspfads (28) mit der Frischluftanlage (12) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Treibgaspfad (39) eine weitere oder vierte Ventileinrichtung (40) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die Fördereinrichtung (21) als Seitenkanalverdichter (76) ausgestaltet ist, und/oder – dass der Ölabscheider (22) einen Impaktor (63) aufweist oder als Impaktor (63) ausgestaltet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Steuereinrichtung (41) zum Betreiben der Brennkraftmaschine (1) mit der ersten Ventileinrichtung (30) und der zweiten Ventileinrichtung (32) oder mit der ersten Ventileinrichtung (30), der zweiten Ventileinrichtung (32) und der dritten Ventileinrichtung (33) und/oder vierten Ventileinrichtung (40) gekoppelt ist, – dass die Steuereinrichtung (41) so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie die jeweilige Ventileinrichtung (30, 32, 33, 40) zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine (1) nach einem der nachfolgenden Ansprüche ansteuert.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – bei dem während eines Kaltstarts (KS) der Brennkraftmaschine (1) die erste Ventileinrichtung (30) in eine erste Schaltstellung (I), in der die erste Ventileinrichtung (30) den Reingaspfad (28) zum Sekundärluftpfad (29) und zum Ölabscheider (22) öffnet, und die zweite Ventileinrichtung (32) in eine erste Schaltstellung (I) verstellt werden, in der die zweite Ventileinrichtung (32) den Reingaspfad (28) zum Koppelpfad (31) öffnet und zur Frischluftanlage (12) sperrt, so dass Sekundärluft aus der Frischluftanlage (12) und Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse (5) angesaugt werden und durch die erste Ventileinrichtung (30), die Fördereinrichtung (21) und die zweite Ventileinrichtung (32) in die Abgasanlage (13) strömen, – bei dem nach dem Kaltstart (KS) der Brennkraftmaschine (1) bei Teillast der Brennkraftmaschine (1) in einem ersten Teillastmodus (TLoAGR), bei dem keine Abgasrückführung durch den Koppelpfad (31) erfolgt, die erste Ventileinrichtung (30) in eine zweite Schaltstellung (II), in der die erste Ventileinrichtung (30) den Reingaspfad (28) zum Sekundärluftpfad (29) sperrt und zum Ölabscheider (22) öffnet, und die zweite Ventileinrichtung (32) in eine zweite Schaltstellung (II) verstellt werden, in der die zweite Ventileinrichtung (32) den Reingaspfad (28) zur Koppelleitung (31) sperrt und zur Frischluftanlage (12) öffnet, so dass Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse (5) angesaugt wird und durch den Ölabscheider (22), die erste Ventileinrichtung (30), die Fördereinrichtung (21) und die zweite Ventileinrichtung (32) in die Frischluftanlage (12) strömt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (30) während des Kaltstarts (KS) der Brennkraftmaschine (1) in der ersten Schaltstellung (I) den Reingaspfad (28) zum Zusatzreingaspfad (34) gemäß Anspruch 6 sperrt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kaltstart (KS) der Brennkraftmaschine (1) bei Teillast der Brennkraftmaschine (1) in einem zweiten Teillastmodus (TLmAGR), bei dem eine Abgasrückführung durch den Koppelpfad (31) erfolgt, die erste Ventileinrichtung (30) in die zweite Schaltstellung (II) und die zweite Ventileinrichtung (32) in eine dritte Schaltstellung (III) verstellt werden, in der die zweite Ventileinrichtung (32) den Koppelpfad (31) mit dem Reingaspfad (28) verbindet, so dass Abgas aus der Abgasanlage (13) durch die zweite Ventileinrichtung (32) in den Reingaspfad (28) strömt und mit dem Blow-by-Gas zusammen in die Frischluftanlage (12) strömt.
Verfahrend nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ventileinrichtung (33) gemäß Anspruch 4 beim Kaltstart (KS) geöffnet und nach dem Kaltstart (KS) gesperrt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kaltstart (KS) der Brennkraftmaschine (1) bei Volllast der Brennkraftmaschine (1) in einem ersten Volllastmodus (VLoAGR), bei dem keine Abgasrückführung durch den Koppelpfad (31) erfolgt, die erste Ventileinrichtung (30) in eine dritte Schaltstellung (III) verstellt wird, in der die erste Ventileinrichtung (30) den Reingaspfad (28) zum Sekundärluftpfad (29) und zur Fördereinrichtung (21) sperrt und zum Zusatzreingaspfad (34) gemäß Anspruch 6 öffnet, so dass Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse (5) angesaugt wird und durch den Ölabscheider (22), die erste Ventileinrichtung (30) und durch die Saugstrahlpumpe (35) in die Frischluftanlage (12) strömt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kaltstart (KS) der Brennkraftmaschine (1) bei Volllast der Brennkraftmaschine (1) in einem zweiten Volllastmodus (VLmAGR), bei dem eine Abgasrückführung durch den Koppelpfad (31) erfolgt, die zweite Ventileinrichtung (32) in eine vierte Schaltstellung (IV) verstellt wird, in der sie den Reingaspfad (29) und den Koppelpfad (31) sperrt oder in eine fünfte Schaltstellung (V) verstellt wird, in der sie den Reingaspfad (28) zur Fördereinrichtung (21) sperrt und mit dem Koppelpfad (31) verbindet, so dass Abgas von der Abgasanlage (13) durch die zweite Ventileinrichtung (32) in die Frischluftanlage (12) strömt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kaltstart (KS) der Brennkraftmaschine (1) bei Volllast der Brennkraftmaschine (1) die Fördereinrichtung (21) ausgeschaltet wird und/oder die vierte Ventileinrichtung (40) nach Anspruch 8 zum Öffnen des Treibgaspfads (39) angesteuert wird.