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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines Kraftstoffeintrags in Öl einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines Kraftstoffeintrags in Öl einer Verbrennungskraftmaschine sind beispielsweise bereits aus der
DE 10 2012 003 150 A1 bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen durch eine Zylinderwand begrenzten Zylinder auf, in welchem ein Kolben der Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar aufnehmbar oder aufgenommen ist. Außerdem ist eine Messeinrichtung vorgesehen, mittels welcher wenigstens eine Größe, die den Kraftstoffeintrag in das Öl der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert, erfassbar ist, beziehungsweise erfasst wird. Das Öl wird dabei zum Schmieren und/oder Kühlen der Verbrennungskraftmaschine genutzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Kraftstoffeintrag präzise sowie zeit- und kostengünstig ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Kraftstoffeintrag in das Öl der Verbrennungskraftmaschine besonders präzise sowie auf besonders kosten- und zeitgünstige Weise ermittelt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messeinrichtung wenigstens eine in der Zylinderwand ausgebildete und in den Zylinder mündende Öffnung aufweist. Außerdem weist die Messeinrichtung wenigstens ein in der Öffnung angeordnetes Lichtleitelement auf, mittels welchem Licht in den Kraftstoff, der in Überdeckung beziehungsweise Überlappung mit der Öffnung angeordnet ist, eingekoppelt werden kann. Mit anderen Worten kann das Lichtleitelement Licht bereitstellen, das heißt Licht ausstrahlen, wobei das mittels des Lichtleitelements bereitgestellte beziehungsweise ausgestrahlte Licht auf den Kraftstoff, der sich in Überlappung mit der Öffnung befindet und dabei beispielsweise zumindest teilweise in der Öffnung aufgenommen ist, auftreffen kann. Das mittels des Lichtleitelements ausgestrahlte Licht kann beispielsweise die Öffnung durchdringen und hierdurch beispielsweise auf den Kraftstoff treffen, der sich in Überlappung mit der Öffnung und dabei noch in dem Zylinder befindet. Insbesondere ist es denkbar, dass eine dem Zylinder zugewandte Stirnseite beziehungsweise Stirnfläche des Lichtleitelements zumindest im Wesentlichen bündig mit der Zylinderwand abschließt. Hierdurch kann beispielsweise der Kolben bei seinen translatorischen hin- und her Bewegungen an der Zylinderwand abgleiten und dabei über die Öffnung und über die Stirnfläche streichen, ohne dass es zu unerwünschten Effekten wie beispielsweise einer übermäßigen Belastung des Kolbens und/oder einer übermäßigen Reibung kommt.
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Außerdem kann das Lichtleitelement Licht, welches von dem in Überdeckung mit der Öffnung angeordneten Kraftstoff bereitgestellt, das heißt ausgestrahlt wird, erfassen und Leiten. Dabei wird das von dem Kraftstoff bereitgestellte und mittels des Lichtleitelements erfasste und geleitete Licht als die Größe verwendet, anhand derer der Kraftstoffeintrag ermittelt wird. Der Kraftstoff stellt Licht infolgedessen bereit, dass zuvor Licht in den Kraftstoff eingekoppelt wurde beziehungsweise wird. Beispielsweise kann der Kraftstoff zumindest einen Teil des Lichts, das in den Kraftstoff eingekoppelt wird, reflektieren, sodass das von dem Kraftstoff reflektierte und somit bereitgestellte Licht mittels des Lichtleitelements erfasst und geleitet werden kann. Ferner ist es denkbar, dass der Kraftstoff durch das Licht, dass in den Kraftstoff eingekoppelt wird, angeregt, insbesondere optisch angeregt, wird, wodurch der Kraftstoff Licht bereitstellt beziehungsweise ausstrahlt, das mittels des Lichtleitelements erfasst und geleitet werden kann.
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Dadurch, dass das mittels des Lichtleitelements bereitgestellte und ausgestrahlte Licht auf den Kraftstoff auftrifft, wird das mittels des Lichtleitelements bereitgestellte Licht in den Kraftstoff eingekoppelt. In der Folge reflektiert beispielsweise der Kraftstoff zumindest einen Teil des in den Kraftstoff eingekoppelten Lichts beziehungsweise der Kraftstoff stellt Licht bereit. Dabei kann das Lichtleitelement zumindest ein Teil des von in Überdeckung mit der Öffnung angeordneten Kraftstoff bereitgestellten Lichts erfassen und in der Folge leiten, sodass das von dem Kraftstoff bereitgestellte Licht als die Größe, anhand derer der Kraftstoffeintrag ermittelt wird, erfasst wird.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5. Um den Kraftstoffeintrag besonders präzise und dabei zeit- und kostengünstig ermitteln zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messeinrichtung wenigstens eine in der Zylinderwand ausgebildete und in den Zylinder mündende Öffnung und wenigstens ein in der Öffnung angeordnetes Lichtleitelement umfasst, mittels welchem Licht in in Überdeckung mit der Öffnung angeordneten Kraftstoff eingekoppelt wird. Ferner wird mittels des Lichtleitelements von dem in Überdeckung mit der Öffnung angeordneten Kraftstoff bereitgestelltes Licht als die Größe erfasst und geleitet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Moderne, insbesondere direkt einspritzende, Verbrennungskraftmaschinen, welche auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden, werden üblicherweise mittels Öls geschmiert, welches auch als Schmieröl bezeichnet wird. Dabei kann es insbesondere aufgrund von Kraftstoffdirekteinspritzung zu einem hohen Eintrag von Kraftstoff in das Öl kommen, wobei dieser Eintrag auch als Kraftstoffeintrag bezeichnet wird. Üblicherweise wird das Öl auch als Motoröl bezeichnet. Zu einem hohen Kraftstoffeintrag kommt es insbesondere bei Hybridanwendungen, bei denen die Verbrennungskraftmaschine sehr häufig kalt betrieben wird. In das Öl eingetragener Kraftstoff kann zu Problemen wie Ölschädigung, Überfüllung, Regelproblemen der Motorsteuerung et cetera führen. Die Applikation der Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder hinsichtlich Einspritzzeitpunk und Einspritzdauer ist eine wichtige Stellgröße zur Vermeidung von übermäßigem Kraftstoffeintrag in das Motoröl. Zur optimalen Applikation der Gemischbildung insbesondere hinsichtlich Einspritzparameter et cetera ist es wünschenswert, den aktuellen Kraftstoffeintrag in das Motoröl schnell, präzise und kostengünstig ermitteln, insbesondere messen, zu können.
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Üblicherweise werden in regelmäßigen Abständen Motorölproben aus der beispielsweise als Versuchsmotor genutzten Verbrennungskraftmaschine entnommen und in einem Labor untersucht. Dies kann einige Tage dauern, bis letztendlich der Kraftstoffeintrag ermittelt ist. Ferner ist es denkbar, durch ein optisches Verfahren Öl hinsichtlich des Kraftstoffeintrags in das Öl zu analysieren, wobei dieses Öl in einer Ölwanne aufgenommen ist. Jedoch ergeben sich auch hierbei Messzeiten von etwa einer halben Stunde, da der eingetragene Kraftstoff sich im gesamten Motoröl löst und sich so nur geringe Konzentrationsänderungen über die Motorlaufzeit ergeben. Somit ist auch die Analyse des Motoröls auf Kraftstoffverdünnung in der Ölwanne sehr zeitaufwändig.
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Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist es nun möglich, den Kraftstoffgehalt im Öl insbesondere in einem Bereich zwischen dem Kolben und der auch als Zylinderlaufbahn bezeichneten oder eine solche Zylinderlaufbahn bildenden Zylinderwand direkt zu analysieren. Dies geschieht durch einen optischen Zugang über das Lichtleitelement, welches beispielsweise genau eine Lichtleitfaser oder mehrere Lichtleitfasern umfasst. Die Erfindung ermöglicht somit die Realisierung einer Messtechnik, mittels welcher der Kraftstoffeintrag unmittelbar zwischen der Zylinderwand und dem Kolben und somit vor einer weiteren Verdünnung in der Ölwanne detektiert werden kann. Dadurch kann der Eintrag von Kraftstoff auf die Zylinderwand sehr schnell identifiziert werden. In der Folge ist eine besonders zeit- und kostengünstige Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen realisierbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Ansicht eine Verbrennungskraftmaschine 10, welche als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet und ist beispielsweise ein Versuchsmotor, welcher zur Entwicklung, insbesondere Serienentwicklung, eines Verbrennungsmotors genutzt wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Zylindergehäuse12 auf, welches eine Zylinderwand 14 aufweist. Die Zylinderwand 14 bildet beziehungsweise begrenzt einen Zylinder 16 der Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen Kolben 18, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder 16 aufgenommen ist. In der Fig. ist durch einen Doppelpfeil 20 veranschaulicht, dass sich der Kolben 18 im Rahmen seiner translatorischen Bewegungen relativ zu dem Zylindergehäuse 12 translatorisch hin- und her bewegen kann. Der Kolben 18 weist Ringnuten 22 auf, in welchen jeweilige Kolbenringe 24 aufgenommen sind. Im Rahmen der translatorischen hin- und her Bewegung des Kolbens 16 gleiten beziehungsweise streichen die Kolbenringe 24 entlang der Zylinderwand 14, insbesondere entlang einer durch die Zylinderwand 14 gebildeten Laufbahn 26. Die Laufbahn 26 wird auch als Zylinderlaufbahn bezeichnet.
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Darüber hinaus ist eine Messeinrichtung 28 vorgesehen, mittels welcher wenigstens eine Größe, die einen Kraftstoffeintrag im Öl der Verbrennungskraftmaschine 10 charakterisiert, erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird. Unter dem Kraftstoffeintrag ist zu verstehen, dass ein insbesondere flüssiger Kraftstoff in auch als Motoröl oder Schmieröl bezeichnetes Öl der Verbrennungskraftmaschine 10 eingetragen wird, wobei das Öl genutzt wird, um die Verbrennungskraftmaschine 10 zu schmieren und/oder zu kühlen. Insbesondere wird im Rahmen eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Öl auf die Laufbahn 26 und somit zwischen die Laufbahn 26 und den Kolben 18 beziehungsweise zwischen die Laufbahn 26 und die Kolbenringe 24 aufgebracht, um den Kolben 18, die Kolbenringe 24 und die Laufbahn 26 zu schmieren. Der Kraftstoff wird während des befeuerten Betriebs in den Zylinder 16 eingebracht, insbesondere direkt in den Zylinder 16 eingespritzt.
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Um nun den Kraftstoffeintrag besonders präzise sowie zeit- und kostengünstig ermitteln, insbesondere erfassen, zu können, umfasst die Messeinrichtung 28 wenigstens eine in der Zylinderwand 14 ausgebildete Öffnung 30 und wenigstens ein in der Öffnung 30 angeordnetes Lichtleitelement 32. Mittels des Lichtleitelements 32 kann Licht bereitgestellt, das heißt ausgestrahlt und dadurch in Kraftstoff 34 eingekoppelt werden, der sich in Überdeckung beziehungsweise in Überlappung mit der Öffnung 30 und insbesondere in Überlappung beziehungsweise Überdeckung mit dem Lichtleitelement 32 befindet. Außerdem kann mittels des Lichtleitelements 32 Licht, welches von dem in Überdeckung mit der Öffnung 30 angeordneten Kraftstoff 34 bereitgestellt wird, erfasst und geleitet werden, wobei das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte Licht als die zuvor genannte Größe, anhand derer der Kraftstoffeintrag ermittelt wird, genutzt wird. Somit ist es bei der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen, den Kraftstoffeintrag nicht anhand von Öl, welches sich in einer Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine 10 sammelt, zu ermitteln, sondern der Kraftstoffeintrag wird direkt im Bereich zwischen dem Kolben 18 und der Zylinderwand 14 ermittelt.
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Das Lichtleitelement 32 ist oder umfasst beispielsweise wenigstens eine Lichtleitfaser, welche so angebracht ist, dass ein optischer Zugang zur Laufbahn 26 entsteht. Hierzu mündet die Öffnung 30 in den Zylinder 16, sodass beispielsweise das Licht, welches von dem Lichtleitelement 32 bereitgestellt wird, in den Zylinder 16 einstrahlen kann. Das von dem Lichtleitelement 32 bereitgestellte Licht kann so in den Kraftstoff 34 einstrahlen, das heißt auf den Kraftstoff 34 auftreffen, der sich in Überdeckung mit der Öffnung 30 und mit dem Lichtleitelement 32 befindet.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass eine dem Zylinder 16 zugewandte und auch als Stirnfläche bezeichnete Stirnseite 36 des Lichtleitelements 32 zumindest im Wesentlichen bündig mit der Laufbahn 26 angeordnet ist, sodass beispielsweise die Kolbenringe 24 und/oder Kolben 18 von der Laufbahn 26 auf die Stirnseite 36 und von dieser wieder auf die Laufbahn 26 gleiten und somit über das Lichtleitelement 32, insbesondere über dessen Stirnseite 36, hinweg gleiten können, ohne dass es zu unerwünschten Effekten kommt.
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Der Kolben 18 beziehungsweise dessen Kolbenringe 24 sammelt beziehungsweise sammeln im Verlauf der auch als Hubbewegungen bezeichneten translatorischen hin- und her Bewegungen an der Zylinderwand 14 anhaftenden Kraftstoff ein, welcher sich als der Kraftstoff 34 an bekannten Stellen beziehungsweise an wenigstens einer Stelle im Bereich zwischen dem Kolben 18 und der Zylinderwand 14 ansammelt. An dieser Stelle ist die Öffnung 30 angeordnet beziehungsweise an der genannten Stelle mündet die Öffnung 30 in den Zylinder 16, sodass das mittels des Lichtleitelements 32 bereitgestellte Licht an der Stelle in den Zylinder 16 eingestrahlt und somit in den sich an der Stelle ansammelnden Kraftstoff 34 eingekoppelt werden kann. Somit wird an dieser Stelle der Kraftstoff 34 optisch detektiert. Hierzu umfasst die Messeinrichtung 28 wenigstens eine auch als Anregungslichtquelle bezeichnete Lichtquelle 38, welche Licht bereitstellt. Das von der Lichtquelle 38 bereitgestellte Licht wird über wenigstens eine quellenseitige Lichtleitfaser 40 zu dem messstellenseitigen Lichtleitelement 32 geführt und in das Lichtleitelement 32 eingekoppelt, mittels des Lichtleitelements 32 geleitet und in den Kraftstoff 34 eingekoppelt. Das in den Kraftstoff 34 eingekoppelte Licht reagiert mit dem Kraftstoff 34 beziehungsweise wird zumindest teilweise von dem Kraftstoff 34 reflektiert und somit bereitgestellt. Das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte Licht kann mittels des Lichtleitelements 32 erfasst und geleitet werden. Beispielsweise wird der Kraftstoff mit einem geeigneten Markierungsstoff, welcher auch als Tracer bezeichnet wird, versehen. Dadurch, dass das Licht in den Kraftstoff 34 eingekoppelt wird, wird der Kraftstoff 34 optisch angeregt, wodurch der Kraftstoff 34 Licht bereitstellt, das heißt ausstrahlt. Das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte Licht kann mittels des Lichtleitelements 32 erfasst beziehungsweise empfangen und geleitet werden. Insbesondere wird das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte Licht mittels des Lichtleitelements 32 zu einer detektorseitigen Lichtleitfaser 42 geführt und mittels des detektorseitigen Lichtleitfaser 42 zu einem auch als Detektor bezeichneten Sensor 44 geführt. Der Sensor 44 ist ein optischer Sensor, mittels welchem das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte und mittels des Lichtleitelements 32 und mittels der Lichtleitfaser 42 geführte und bereitgestellte Licht erfasst wird. Das mittels des Lichtleitelements 32 und mittels der mittels der Lichtleitfaser 42 geführte beziehungsweise geleitete und bereitgestellte, das heißt ausgestrahlte Licht wird dem Sensor 44 über einen geeigneten optischen Filter 46 zugeführt und mittels des Filters 46 gefiltert, woraufhin das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte Licht mittels des Sensors 44 optisch erfasst wird. Der Sensor 44 stellt beispielsweise wenigstens ein des mittels des Sensors 44 erfasste Licht charakterisierendes, insbesondere elektrisches, Signal bereit, welches von einer insbesondere als elektronische Recheneinrichtung ausgebildeten Auswertevorrichtung 48 empfangen und ausgewertet beziehungsweise analysiert wird. Durch dieses Auswerten beziehungsweise Analysieren des Signals kann der Kraftstoffeintrag ermittelt werden. Das Signal ist ein Messsignal, welches vorzugsweise proportional zu einer in das Öl eingetragenen Kraftstoffmenge des Kraftstoffes ist, sodass das Messsignal zur Beurteilung des Kraftstoffeintrag und beispielsweise in der Folge zur Beurteilung beziehungsweise Einstellung von Einspritzparametern, auf deren Basis der Kraftstoff direkt in den Zylinder 16 eingespritzt wird, herangezogen werden kann. Insgesamt ist erkennbar, dass das von dem Kraftstoff 34 bereitgestellte Licht, welches mittels des Lichtleitelements 32 geleitet wird, als eine auch als Messgröße bezeichnete Größe verwendet wird, um den Kraftstoffeintrag zu ermitteln.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Zylinderwand
- 16
- Zylinder
- 18
- Kolben
- 20
- Doppelpfeil
- 22
- Ringnut
- 24
- Kolbenring
- 26
- Laufbahn
- 28
- Messeinrichtung
- 30
- Öffnung
- 32
- Lichtleitelement
- 34
- Kraftstoff
- 36
- Stirnseite
- 38
- Lichtquelle
- 40
- Lichtleitfaser
- 42
- Lichtleitfaser
- 44
- Sensor
- 46
- Filter
- 48
- Auswertevorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012003150 A1 [0002]
