DE102018000836A1

DE102018000836A1 - Kraftfahrzeug mit einem Entlüftungssystem für Öldämpfe und Kraftstoffdämpfe

Info

Publication number: DE102018000836A1
Application number: DE102018000836.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Heller; Bastian Scherer; Thorsten Löhnert
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: STELLANTIS AUTO SAS, FR
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Beschrieben wird ein Kraftfahrzeug 5 mit einem Entlüftungssystem für Öldämpfe und Kraftstoffdämpfe Es besitzt einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse, das mindestens einen Brennraum 20, 20', 25", 20"' umfasst sowie einen Ansaugtrakt 25, durch den von einem Kraftstofftank 55 zuströmbarer Kraftstoff dem Brennraum zuführbar ist.Zum Entlüften ist ein erster Entlüftungskanal 56 vorgesehen, der an einem Ende fluidzuführend mit dem Kraftstofftank verbunden ist und mit einem anderen Ende in den Ansaugtrakt mündet, um Kraftstoffdämpfe zum Brennraum zu leiten. Weiterhin wird zum Entlüften ein zweiter Entlüftungskanal 90 eingesetzt, der an einem Ende fluidzuführend mit dem Kurbelgehäuse und an einem anderen Ende fluidzuführend mit einem Verzweigungspunkt 85 des ersten Entlüftungskanals verbunden ist, um Öldämpfe zum Brennraum zu leiten.Im ersten Entlüftungskanal befindet sich ein stromaufwärts des Verzeigungspunkts 85 angeordnetes, erstes Regelventil 100, um den Volumenstrom an Kraftstoffdämpfen im ersten Entlüftungskanal einzustellen. Stromabwärts des Verzweigungspunkts 85 ist eine Pumpe 65 angeordnet zum Fördern eines Gemisches aus Kraftstoffdämpfen und Öldämpfen zum Brennraum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Entlüftungssystem, bei dem sowohl Öldämpfe bzw. Blowby-Gase als auch Kraftstoffdämpfe mindestens einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt werden.
Beim Verbrennen von Kraftstoff wie Benzin in den Brennräumen eines Verbrennungsmotors entstehen Verbrennungsgase, die zu einem gewissen Teil in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors gelangen, so dass dieses regelmäßig entlüftet werden muss. Bei der Entlüftung werden diese ölhaltigen Gase bzw. Öldämpfe, im Englischen auch Blowby-Gase genannt, über einen Ölnebelabscheider geleitet und dann den Brennräumen zugeführt. Weiterhin entstehen im Kraftstofftank Kraftstoffdämpfe, die üblicherweise durch einen Aktivkohlefilter geleitet und über ein Spülventil den Brennräumen zugeführt werden, um eine Kontamination der Fahrzeugumgebung mit Kohlenwasserstoffverbindungen zu vermeiden.
Das Fördern der Öl- und Kraftstoffdämpfe erfolgt bei Ottomotoren regelmäßig durch Nutzung der vorhandenen Unterdruckquellen wie dem zwischen Drosselklappe und Ventilen angeordneten Einlasskrümmer oder vor dem Turbolader. Der Einzug von Start-Stopp-Systemen und/oder die Verwirklichung eines Segelbetriebs, bei dem während der Fahrt die Kupplung geöffnet, Motor und Getriebe insofern entkoppelt sind und das Fahrzeug entweder im Leerlauf oder bei ausgeschaltetem Motor rollt, verkürzen jedoch die Betriebsphasen, während derer ein Unterdruck zur Verfügung steht. Andererseits ergibt sich aus immer strenger werdenden Umweltauflagen das Erfordernis, den Aktivkohlefilter zukünftig während des Fahrbetriebs intensiver, d.h. mit größerem Volumenstrom und während längerer Betriebsphasen, mit von außen zugeführter Frischluft zu spülen. Ein verschlechtertes Unterdruckangebot macht es insofern schwierig und teilweise unmöglich, den Aktivkohlefilter wie erforderlich mit Frischluft zu spülen.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem sowohl Öldämpfe bzw. Blowby-Gase als auch Kraftstoffdämpfe mit einem vereinfachten Entlüftungssystem dem mindestens einen Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt werden.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche wiedergegeben.
Eine Ausführungsform der Erfindung beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der ein Kurbelgehäuse mit mindestens einem Brennraum und insbesondere zwei, drei oder vier Brennräumen aufweist. Das Kraftfahrzeug, ein Benzinfahrzeug, besitzt ferner einen Ansaugtrakt, durch den von einem Kraftstofftank zuströmbarer oder zuströmender Kraftstoff dem Brennraum zuführbar ist oder zugeführt wird, sowie ein Entlüftungssystem für Öldämpfe und Kraftstoffdämpfe. Das Entlüftungssystem umfasst zunächst einen ersten Entlüftungskanal, der an seinem einen Ende fluidzuführend mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Der erste Entlüftungskanal mündet mit seinem anderen Ende im Ansaugstrakt, um die vom Kraftstofftank stammenden Kraftstoffdämpfe zu dem mindestens einen Brennraum zu leiten. Weiterhin besitzt das Kraftfahrzeug einen zweiten Entlüftungskanal, der an seinem einen Ende fluidzuführend mit dem Kurbelgehäuse und an seinem anderen Ende fluidzuführend mit einem Verzweigungspunkt des ersten Entlüftungskanals verbunden ist. Damit lasse sich aus dem Kurbelgehäuse stammende Öldämpfe am Verzweigungspunkt in den ersten Entlüftungskanal einleiten und von dort zum Brennraum leiten. Der erste und zweite Entlüftungskanal kann bspw. ein flexibler Schlauch oder ein eher starres Rohr sein. Im ersten Entlüftungskanal ist stromaufwärts des Verzeigungspunkts ein getaktetes Ventil angeordnet, um den Volumenstrom an Kraftstoffdämpfen im ersten Entlüftungskanal einzustellen. Stromabwärts des Verzweigungspunkts ist ferner eine Pumpe, bspw. eine elektrisch regelbare Pumpe, zum Fördern eines Gemisches aus Kraftstoffdämpfen und Öldämpfen zum Brennraum angeordnet.
Mit der obigen Ausführungsform ergibt sich eine dauerhaft zuverlässige Förderung der Öl- und Kraftstoffdämpfe, zu dem mindestens einen Brennraum und zwar auch dann, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Start-Stopp-System und/oder einer Segelfunktion, bei der das Fahrzeug während der Fahrt, insbesondere für Geschwindigkeiten von mehr als 5 km/h bis 100 km/h ohne Antrieb rollt, ausgestattet ist. Die Zuverlässigkeit ergibt sich daraus, dass das Spülen des Aktivkohlefilters und optional des Kurbelgehäuses wegen des Einsatzes der Pumpe unabhängig vom Unterdruckangebot im Fahrzeug und insofern autonom ist. Der Volumenstrom sowohl durch den Ölnebelabscheider als auch durch den Aktivkohlefilter ist wegen der regelbaren Pumpe vorgebbar und kann hierbei auf konstante Werte eingestellt werden. Das Entlüftungssystem ist hierbei baulich besonders einfach ausgeführt, weil sich Öl- und Kraftstoffdämpfe stromabwärts des Verzweigungspunkts einen Entlüftungskanal teilen.
Bei einer weiteren Ausführungsform befindet sich im Ansaugtrakt ein Turbolader und ist ein erster Entlüftungskanal vorgesehen, der mit seinem anderen Ende auf der Saugseite des Turboladers in den Ansaugtrakt mündet. Eine alternative Ausführungsform verfügt über keinen Turbolader, hat also einen Saugmotor. Im letztgenannten Fall mündet der erste Entlüftungskanal mit seinem anderen Ende stromabwärts der Drosselklappe (bei einem Ottomotor) und insbesondere auf der Auslassseite des Einlasskrümmers im Ansaugtrakt. Das Entlüftungskonzept kann insofern mit aufgeladenen Motoren als auch mit Saugmotoren genutzt werden und es ändert sich nur der Ort, wo das andere Ende des ersten Entlüftungskanals in den Ansaugtrakt mündet, weil sich bei beiden Varianten die Drücke im Ansaugtrakt unterscheiden. Auch bei Einspritzmotoren, bspw. mit einem common rail, lässt sich das Entlüftungssystem einsetzen.
Bei einer anderen Ausführungsform weist das Kurbelwellengehäuse einen Einlass zum Zuführen von Spülluft auf, mit dem Spülluft bzw. Frischluft von außen zugeführt werden kann. Durch das Spülen des Kurbelgehäuses lässt sich die Konzentration aggressiver Dämpfe, bspw. von Ammoniakdämpfen, verringern, was die Lebensdauer der davon betroffenen Bauteile erhöht.
Bei einer Ausführungsform des letzten Absatzes kann eine Spülleitung den Einlass des Kurbelgehäuses mit der Saugseite des Turboladers verbinden, so dass auf einfache Weise von der Saugseite her Frischluft in das Kurbelgehäuse zuführbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt der zweite Entlüftungskanal ein Regelventil zum Einstellen des maximalen Volumenstroms an Öldämpfen sowie einen hierzu stromaufwärts angeordneten Ölnebenabscheider.
Bei dieser Ausgestaltung sorgt das stromabwärts des Verzweigungspunkts angeordnete Regelventil in Zusammenspiel mit der Pumpe für einen vorgebbaren Durchfluss bzw. Volumenstrom an Öldämpfen durch den zweiten Entlüftungskanal. Dies wiederum erlaubt es, einen besonders effizient arbeitenden Ölnebelabscheider zu konzipieren, der beim gewählten Durchfluss eine optimale Ölabscheidung zeigt. Bei konventionellen Entlüftungssystemen mit ihren variablen Volumenströmen erfolgt die Auslegung der Ölnebelabscheider, bspw. hinsichtlich der Geometrie und des Strömungswiderstands der darin enthaltenen Prallplatte(n), im Wege der Kompromissfindung. Es werden nämlich die Ölabscheideeffizienzen bei unterschiedlichen Durchflüssen bestimmt und unter Berücksichtigung eines Profils an relevanten Durchflüssen eine Auslegung vorgenommen. Nunmehr kann aber die Auslegung ohne eine derartige Kompromissfindung nur unter Heranziehen des Druckverlusts durch den Ölnebelabscheider beim gewählten Durchfluss erfolgen. Hierbei kann der zulässige Druckverlust durch den Ölnebelabscheider auch höher gewählt werden als man es bei der konventionellen Auslegung des Ölnebelabscheiders konnte, weil sich der höchste Druck im Entlüftungssystem durch Steigerung der Pumpleistung erhöhen lässt, wodurch sich eine größere Freiheit beim Design des Ölnebelabscheiders ergibt.
Wie oben ausgeführt, biete sich der Einsatz der Erfindung besonders dann an, wenn das Unterdruckangebot zur Gewährleistung einer ausreichenden Spülung des Aktivkohlefilters begrenzt ist. Aus diesem Grund verfügt bei weiteren Ausführungsformen das Kraftfahrzeug über ein Start-/Stopp-System und/oder ist zwecks Einsparung von Kraftstoff in einem Segelbetrieb betreib- bzw. einsetzbar.
Nachfolgend soll eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen, die die Erfindung nur beispielhaft veranschaulichen und nicht maßstabsgetreu sind, näher erläutert werden.

1 zeigt eine Ausführungsform mit einem aufgeladenen Ottomotor,
2 zeigt eine Ausführungsform mit einem Otto-Saugmotor.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 5 mit einem Verbrennungsmotor 10 in der Ausführung eines Otto-Motors, der ein Kurbelgehäuse 15 mit vier Brennräumen 20, 20', 20" und 20'" besitzt. Der Verbrennungsmotor 10 besitzt dabei einen Ansaugtrakt 25, um Frischluft der Umgebung 105 von einem Luftfilter 30 zu beziehen, über einen Turbolader 35 zu verdichten und dann über einen Ladekühler 40 zur Drosselklappe 45 und von dort über den Einlasskrümmer 50 in die besagten Brennräume 20, 20', 20", 20'" strömen zu lassen. Der für die Verbrennung erforderliche Kraftstoff kommt von einem Kraftstofftank 55 über eine nicht dargestellte Kraftstoffleitung.
Im laufenden Betrieb ist es insbesondere bei höheren Temperaturen erforderlich, verdampften Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 55 ausströmen zu lassen. Um eine Kontamination der Umwelt zu vermeiden, führt ein erster Entlüftungskanal 56 die Kraftstoffdämpfe zu einem Aktivkohlefilter 60 und von dort über ein Regelventil 62 und eine Pumpe 65 bis zur Saugseite 70 des Turboladers 35, so dass darüber die Kraftstoffdämpfe in die Brennräume 20, 20', 20", 20'" eingeleitet und verbrannt werden können.
Da der Aktivkohlefilter 60 nur eine begrenzte Menge an Kraftstoffdämpfen speichern kann, müssen diese regelmäßig abgeführt werden. Um hierbei die Erfordernisse des Fahrzeugdiagnosesystems OBD-2 zu erfüllen, ist in der Spülleitung 80 ein Spülventil 75 vorgesehen. Dieses sperrt im Regelfall in Strömungsrichtung nach draußen, so dass ein Entweichen von Kraftstoffdämpfen in die Umwelt 105 verhindert wird. In entgegengesetzter Strömungsrichtung hin zum Aktivkohlefilter 60 ist es jedoch regelmäßig offen, so dass im Fahrbetrieb Luft von außen in den Aktivkohlefilter 60 einströmen kann, um ihn auszuräumen. Insgesamt strömen damit Kraftstoffdämpfe vom Kraftstofftank 55 als auch durch das Spülventil 75 durchströmende Spülluft über das Regelventil 62 zum Verzweigungspunkt 85 des ersten Entlüftungskanals 56.
Die im ersten Entlüftungskanal 56 angeordnete Pumpe 65 ist elektronisch hinsichtlich der Förderleistung und Druck regelbar. Bei dem gezeigten aufgeladenen Verbrennungsmotor 10 mit 1.5 l Hubraum ist eine Förderleistung von 100 l/min und 10 kPa Unterdruck geeignet.
Weiterhin besitzt das Entlüftungssystem einen zweiten Entlüftungskanal 90. Dieser ist an einem Ende mit einem entsprechenden Auslass 115 des Kurbelgehäuses 15 verbunden und führt über den Ölnebelabscheider 95 und ein Regelventil 100 zum Verzweigungspunkt 85, so dass die vom Kurbelgehäuse 15 kommenden Öldämpfe in den ersten Entlüftungskanal 56 strömen und damit letztlich in den Brennräumen 20, 20', 20", 20"' dieses 4-Zylinder Ottomotors verbrannt werden. Beim Regelventil 100 kann es sich um ein Druckregelventil und/oder ein Durchflussregelventil handeln.
Durch die elektrisch betriebene Pumpe 65 lässt sich zusammen mit dem Regelventil 100 ein konstanter Durchfluss im zweiten Entlüftungskanal 90 einstellen, so dass sich ein auf diesen Durchfluss hin optimierter Ölnebelabscheider 95 konzipiert werden kann. Dies führt dazu, dass dieser hinsichtlich seiner Effizienz, aufgrund des durch Regelventil 100 kontinuierlichen und konstanten Durchfluss, optimiert werden kann.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs ohne Turbolader, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände beschreiben. Bei diesem Saugmotor ist abweichend zur vorstehend beschriebenen Turboladervariante der erste Entlüftungskanal 56 an seinem anderen Ende mit der Auslassseite 115 des Einlasskrümmers 50 angeschlossen und endet so ebenfalls im Ansaugtrakt 25, und zwar an einer Stelle mit besonders niedrigem Druck. Hierbei besitzt, wie schon die Ausführungsform gem. 1, das Kurbelgehäuse 15 einen Einlass 110, um dort Spülluft einströmen zu lassen. Die in das Kurbelgehäuse gelangende Spülluft reduziert die Konzentration an aggressiven, weil chemisch aktiven Dämpfen wie Ammoniakdämpfen im Inneren des Kurbelgehäuses 15. Dies schont die von diesen Dämpfen ausgesetzten Bauteile im Inneren und steigert deren Lebensdauer. Das andere Ende der Spülleitung 80' befindet sich im Ansaugtrakt 25 zwischen Luftfilter 30 und Drosselklappe 45.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung, zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

5: Kraftfahrzeug
10: Verbrennungsmotor
15: Kurbelgehäuse
20: Brennraum
20': Brennraum
20": Brennraum
20"': Brennraum
25: Ansaugtrakt
30: Luftfilter
35: Turbolader
40: Ladekühler
45: Drosselklappe
50: Einlasskrümmer
55: Kraftstofftank
56: erster Entlüftungskanal
60: Aktivkohlefilter
62: Regelventil
65: Pumpe
70: Saugseite
75: Spülventil
80: Spülleitung
80': Spülleitung
85: Verzweigungspunkt
90: zweiter Entlüftungskanal
95: Ölnebelabscheider
100: erstes Regelventil
105: Umwelt
110: Einlass
115: Auslass
120: Auslassseite

Claims

Kraftfahrzeug (5) mit einem Entlüftungssystem für Öldämpfe und Kraftstoffdämpfe, umfassend - einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Kurbelgehäuse (15), das mindestens einen Brennraum (20, 20', 25", 20"') umfasst, - einen Ansaugtrakt (25), durch den von einem Kraftstofftank (55) zuströmbarer Kraftstoff dem Brennraum zuführbar ist, - einen ersten Entlüftungskanal (56), der an einem Ende fluidzuführend mit dem Kraftstofftank verbunden ist und mit einem anderen Ende in den Ansaugtrakt mündet, um Kraftstoffdämpfe zum Brennraum zu leiten, - einen zweiten Entlüftungskanal (90), der an einem Ende fluidzuführend mit dem Kurbelgehäuse und an einem anderen Ende fluidzuführend mit einem Verzweigungspunkt (85) des ersten Entlüftungskanals verbunden ist, um Öldämpfe zum Brennraum zu leiten, - ein im ersten Entlüftungskanal stromaufwärts des Verzeigungspunkts angeordnetes, erstes Regelventil (100), um den Volumenstrom an Kraftstoffdämpfen im ersten Entlüftungskanal einzustellen, und - eine stromabwärts des Verzweigungspunkts angeordnete Pumpe (65) zum Fördern eines Gemisches aus Kraftstoffdämpfen und Öldämpfen zum Brennraum.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, mit einem im Ansaugtrakt angeordneten Turbolader (35) und einem ersten Entlüftungskanal, der mit seinem anderen Ende auf der Saugseite (70) des Turboladers in den Ansaugtrakt mündet.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, der über keinen Turbolader verfügt und mit einem ersten Entlüftungskanal, der mit seinem anderen Ende auf einer Auslassseite (115) eines Einlasskrümmers (50) in den Ansaugtrakt mündet.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Kurbelgehäuse einen Einlass (110) zum Zuführen von Spülluft aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, bei dem eine Spülleitung (80') den Einlass des Kurbelgehäuses mit der Saugseite (70) des Turboladers verbindet.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Entlüftungskanal ein Regelventil (100) zum Einstellen des maximalen Volumenstroms an Öldämpfen sowie einen hierzu stromaufwärts angeordneten Ölnebenabscheider (95) besitzt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, das mit einem Start-/Stopp-System ausgestattet ist.
raftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, das in einem Segelbetrieb betreibbar ist.