DE102018200410A1 - Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (4) zur Schmierstoffdosierung für eine Kraftstoff-Einblasdüse (30a, 30b, 30c, 30d) zum Einspritzen von CNG in eine Brennkraftmaschine (2), mit einer Einblasschiene (8) mit einem ersten Volumen (10) zur Aufnahme von Schmiermittel und einem zweiten Volumen (14) zur Aufnahme von CNG, wobei das erste Volumen (10) vom zweiten Volumen (14) durch ein Trennelement (12) voneinander getrennt sind, das schmiermitteldurchlässig ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung für eine Kraftstoff-Einblasdüse zum Einblasen von CNG in eine Brennkraftmaschine.
  • Erdgas wird seit einigen Jahren auch verstärkt als Kraftstoff für entsprechend motorisierte Kraftfahrzeuge verwendet. Lagerung, Transport und Betankung erfolgen entweder als Compressed Natural Gas (CNG, komprimiertes Erdgas), d.h. stark verdichtetes, aber nach wie vor gasförmiges Erdgas, oder als Liquified Natural Gas (LNG, verflüssigtes Erdgas), d.h. durch starke Abkühlung verflüssigtes und durch Lagerung in Druckbehältern flüssig gehaltenes Erdgas.
  • Der Vorteil von Erdgas liegt in der gegenüber Benzin und Diesel saubereren Verbrennung. Dies liegt im Fall von CNG einerseits daran, dass CNG im Verbrennungsraum bereits homogen gasförmig vorliegt, und nicht in zerstäubter Form wie Benzin und Diesel, andererseits daran, dass die Molekülketten nur ca. halb so viel Kohlenstoffatome im Verhältnis zu den Wasserstoffatomen enthalten wie die in Benzin und Diesel, also bei der Verbrennung mit Sauerstoff mehr Wasser (H2O) und weniger Kohlendioxid (CO2) und Ruß entsteht.
  • Da Erdgas bei atmosphärischem Normaldruck im Vergleich zu z.B. Dieselkraftstoff eine sehr geringe Energiedichte besitzt - mit 0,036 MJ/Liter einen niedrigeren volumetrischen Heizwert als Diesel mit 34,7 MJ/Liter -, wird das Erdgas auf etwa 200 bar verdichtet, um eine ausreichende Energiemenge in einem vertretbaren Volumen im Kraftfahrzeug mitführen zu können.
  • Der Antrieb unterscheidet sich dadurch, dass in den Zylindern statt eines Benzin-Luft-Gemisches ein Erdgas-Luft-Gemisch verdichtet, gezündet und verbrannt wird.
  • Mit CNG als Brennstoff betriebene Brennkraftmaschinen weisen spezielle Einblasdüsen auf. Für einen sicheren und dauerhaften Betrieb ist eine minimale Schmierung erforderlich, die jedoch durch den Kraftstoff CNG nicht bereitgestellt wird. Eine gewisse Schmierung wird dadurch bewirkt, dass Leckageöl von einem Kompresser einer CNG-Tankstelle zu den Einlassdüsen gelangt. Dies ist jedoch ungenügend zuverlässig. Daher ist die Lebensdauer und Betriebssicherheit begrenzt, da die fehlende Schmierung zu Schäden führt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Wege aufzuzeigen, wie die Schmierung speziell von einer Einblasdüse einer mit CNG als Brennstoff betriebenen Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung für eine Kraftstoff-Einblasdüse zum Einblasen von CNG in eine Brennkraftmaschine, mit einer Einblasschiene mit einem ersten Volumen zur Aufnahme von Schmiermittel und einem zweiten Volumen zur Aufnahme von CNG, wobei das erste Volumen vom zweiten Volumen durch ein Trennelement voneinander getrennt sind, das schmiermitteldurchlässig ausgebildet ist.
  • Durch das Trennelement kann der Zufluss an Schmiermittel gezielt beeinflusst werden. So wird erreicht, dass im Betrieb eine ausreichende Menge an Schmiermittel bereitgestellt wird, so dass Schäden aufgrund mangelnder Schmierung vermieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Trennelement zumindest abschnittsweise eine schwammartige Struktur auf. Z.B. kann das Trennelement aus einem geschäumten Material, wie z.B. Kunststoff oder Metall, gefertigt sein. Dabei weist das Trennelement in den Abschnitten mit der schwammartigen Struktur eine offenzellige Ausbildung auf, d.h. die Zellwände sind nicht geschlossen. Daher kann das Trennelement Flüssigkeiten aufnehmen und passieren lassen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Trennelement zumindest abschnittsweise eine halbdurchlässige Schicht für das Schmiermittel auf. Z.B. kann das Trennelement Abschnitte aufweisen, die nur Moleküle unterhalb einer bestimmten Molmasse bzw. Kolloide oder Partikel unterhalb einer bestimmten Größe durchlassen, während größere Moleküle oder Kolloide nicht passieren können.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Trennelement zumindest abschnittsweise eine perforierte Platte. Die Platte kann während ihrer Herstellung oder nach ihrer Herstellung durch das Einbringen von Durchgangsöffnungen perforiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist durch einen Ölanschluss Schmiermittel in das zweite Volumen förderbar. Der Ölanschluss kann mit einem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sein, mit den Komponenten der Brennkraftmaschine, wie in Zylinder gelagerte Kolben, geschmiert werden. Hierzu kann der Ölanschluss z.B. mit einer Ölgalerie oder einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine verbunden sein. Ferner kann durch den Ölanschluss auch ein händisches Nachfüllen erfolgen, wenn der Schmiermittelvorrat erschöpft ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist durch einen Druckanschluss Schmiermittel in dem zweiten Volumen mit einem Druck beaufschlagbar. So kann ein Förderdruck aufgebaut werden, durch den Schmiermittel zu der Kraftstoff-Einblasdüse gefördert werden kann. So kann auf eine Pumpe verzichtet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform steht der Druckanschluss durch eine Abzweigleitung mit einer Gasleitung in Verbindung, mit der CNG in das erste Volumen förderbar ist. Somit wird der hohe Gasdruck, unter dem CNG gespeichert wird, genutzt um den Förderdruck bereitzustellen. So kann auf Antriebsaggregate zur Druckerzeugung verzichtet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Abzweigleitung ein Gasdruckregler zugeordnet. Mit dem Gasdruckregler können der Gasdruck und damit der Förderdruck geregelt werden. So können mit dem Gasdruckregler Druckschwankungen des Druckes, mit dem CNG gespeichert wird, ausgeglichen werden. Auch kann im Bedarfsfall der Förderdruck erhöht werden, um so die Förderrate des Schmiermittels zu erhöhen, wenn dies erforderlich sein sollte.
  • Ferner gehören zur Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine.
  • Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung gemäß einer ersten Ausführungsform .
    • 2 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
  • Dargestellt ist eine Brennkraftmaschine 2, die als Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. eines PKWs, ausgebildet ist.
  • Die Brennkraftmaschine 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, die als Otto-Motor ausgebildet ist. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Brennkraftmaschine 2 auch als Dieselmotor ausgebildet sein. Ferner kann die Brennkraftmaschine 2 turbo- und/oder kompressoraufgeladen sein. Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Saugrohreinblasung, d.h. als Saugmotor, ausgebildet. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Brennkraftmaschine 2 zur Direkteinblasung ausgebildet sein.
  • Die Brennkraftmaschine 2 ist dazu ausgebildet, mit CNG als Brennstoff betrieben zu werden. Unter CNG wird dabei auf etwa 200 bar verdichtetes Erdgas (CNG = Compressed Natural Gas), also komprimiertes, d.h. stark verdichtetes, aber nach wie vor gasförmiges Erdgas, verstanden. Somit wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 2 ein Gasgemisch, bestehend aus Luft und Erdgas, zugeführt, während mit Benzin betriebenen OttoMotoren ein Luft-/Brennstoffaerosol zugeführt wird.
  • Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromab einer Drosselklappe (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 2 eine Mehrzahl vom Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d auf.
  • Die Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d enden jeweils an den jeweiligen Saugrohr-Einzelenden vor den jeweiligen Zylindereinlassventilen der Brennkraftmaschine 2. Mit anderen Worten, die Brennkraftmaschine 2 ist zur Multi Point Injection (MPI) ausgebildet, bei der CNG dezentral an den jeweiligen Saugrohr-Einzelenden vor einem Zylindereinlassventil eingeblasen wird.
  • Alternativ können auch die Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d zur Direkteinblasung von CNG in den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 2 ausgebildet sein. Ferner kann die Brennkraftmaschine 2 auch zur Zentraleinblasung (Central Point Injection - CPI) in das Saugrohr der Brennkraftmaschine 2 ausgebildet sein.
  • Für einen sicheren und dauerhaften Betrieb der Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d ist die Gewährleistung einer Mindestschmierung erforderlich. Diese Mindestschmierung kann jedoch durch den Kraftstoff CNG allein nicht bereitgestellt werden.
  • Um eine Mindestschmierung bereitzustellen und damit die Lebensdauer und Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine 2 zu erhöhen, ist eine Vorrichtung 4 zur Schmierstoffdosierung für die Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d vorgesehen.
  • Die Vorrichtung 4 zur Schmierstoffdosierung weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Einblasschiene 8 auf, die mit den Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d CNG und schmierstoffführend verbunden ist.
  • Ferner weist die Vorrichtung 4 zur Schmierstoffdosierung einen Ölanschluss 20 und einen Druckanschluss 22 auf.
  • Der Ölanschluss 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Schmiermittelkreislauf (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 2 verbunden, mit den Komponenten der Brennkraftmaschine 2, wie deren in Zylindern gelagerte Kolben, geschmiert werden. Hierzu kann der Ölanschluss 20 z.B. mit einer Ölgalerie oder einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine 2 verbunden sein. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann durch den Ölanschluss auch ein händisches Nachfüllen erfolgen, wenn der Schmiermittelvorrat erschöpft ist.
  • Der Druckanschluss 22 ist über eine Abzweigleitung 18 CNG-führend mit einer Gasleitung 16 verbunden, mit der CNG der Einblasschiene 8 zuführbar ist. Dabei ist der Gasleitung 16 ein Gasdruckregler 6 zugeordnet zum Regeln des Gasdruckes des CNGs. Der Gasdruckregler 6 kann ein PID-Regler sein.
  • Über die Abzweigleitung 18 kann ein Förderdruck aufgebaut werden, durch den im Betrieb Schmiermittel zu der Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d gefördert werden kann, wie dies später noch erläutert wird.
  • Die Einblasschiene 8 weist ein erstes Volumen 10 zur Aufnahme von Schmiermittel und ein zweites Volumen 14 zur Aufnahme von CNG auf. Dabei ist das erste Volumen 10 vom zweiten Volumen 14 durch ein Trennelement 12 getrennt.
  • Die Gasleitung 16 endet in dem ersten Volumen 10, während sowohl der Ölanschluss 20 als auch der Druckanschluss 22 in dem zweiten Volumen 14 enden.
  • Das Trennelement 12 weist eine im Wesentlichen plattenförmige Grundform auf. Ferner ist das Trennelement 12 schmiermitteldurchlässig ausgebildet, so dass im Betrieb eine ausreichende Menge an Schmiermittel vom dem zweiten Volumen 14 in das erste Volumen 10 gelangen kann, von wo aus dann Schmiermittel zu den Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d gelangen kann.
  • Hierzu weist das Trennelement 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest abschnittsweise eine schwammartige Struktur auf. Das Trennelement 12 besteht aus einem geschäumten Material, wie z.B. Kunststoff oder Metall. Dabei weist das Trennelement in den Abschnitten mit der schwammartigen Struktur eine offenzellige Ausbildung auf, d.h. die Zellwände sind nicht geschlossen, sondern erstrecken sich von einer Oberseite 26 des Trennelementes 12 auf der Seite des zweiten Hohlraumes 14 bis zu einer Unterseite 28 des Trennelementes 12 auf der Seite des ersten Hohlraumes 10, so dass das Trennelement 12 Flüssigkeiten aufnehmen und passieren lassen kann.
  • Des Weiteren weist das Trennelement 12 zumindest abschnittsweise eine halbdurchlässige Schicht für das Schmiermittel auf. Z.B. kann das Trennelement 12 Abschnitte aufweisen, die nur Moleküle unterhalb einer bestimmten Molmasse bzw. Kolloide oder Partikel unterhalb einer bestimmten Größe durchlassen, während größere Moleküle oder Kolloide nicht passieren können.
  • Ferner kann das Trennelement 12 zumindest abschnittsweise eine perforierte Platte sein. Die Platte kann während ihrer Herstellung oder nach ihrer Herstellung durch das Einbringen von Durchgangsöffnungen perforiert werden, die sich von der Oberseite 26 des Trennelementes 12 zu der Unterseite 28 des Trennelementes 12 erstrecken.
  • Im Betrieb wird CNG von einem Hochdruck-Tank (nicht dargestellt) unter einem Druck von 200 bar durch die Gasleitung 16 dem Gasdruckregler 6 zugeführt und von dem Gasdruckregler 6 auf einen Druck von 10 bar bis 20 bar herunter geregelt, um dann durch das erste Volumen 10 der Einblasschiene 8 den Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d der Brennkraftmaschine 2 zugeführt zu werden.
  • Zugleich wird das über den Ölanschluss 20 in das erste Volumen 10 eingebrachte Schmiermittel, z.B. flüssiges Schmiermittel wie Schmieröl, mit einem reduzierten Druck beaufschlagt, z.B. von 30 bar. Somit steht das Schmiermittel in dem zweiten Volumen 14 unter einem höheren Druck als das CNG in dem ersten Volumen 10. Die Druckdifferenz bewirkt, dass Schmiermittel durch das Trennelement 12 hindurchtritt und dann ebenfalls von dem ersten Volumen 10 aus zu den Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d der Brennkraftmaschine 2 gelangt.
  • So kann mit dieser Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung 4 die Versorgung mit Schmierstoff von Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d der mit CNG als Brennstoff betriebenen Brennkraftmaschine 2 verbessert werden.
  • Es wird nun zusätzlich auf 2 Bezug genommen.
  • Die Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Abzweigleitung 18 ein Förderdruckregler 24 zugeordnet ist.
  • Der Förderdruckregler 24 kann z.B. ein PID-Regler sein, mit dem der Gasdruck und damit mittelbar der Förderdruck geregelt wird.
  • Auch mit dieser Vorrichtung zur Schmierstoffdosierung 4 kann die Versorgung mit Schmierstoff von den Kraftstoff-Einblasdüsen 30a, 30b, 30c, 30d der mit CNG als Brennstoff betriebenen Brennkraftmaschine 2 verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Brennkraftmaschine
    4
    Vorrichtung
    6
    Gasdruckregler
    8
    Einblasschiene
    10
    erstes Volumen
    12
    Trennelement
    14
    zweites Volumen
    16
    Gasleitung
    18
    Abzweigleitung
    20
    Ölanschluss
    22
    Druckanschluss
    24
    Förderdruckregler
    26
    Oberseite
    28
    Unterseite
    30a
    Kraftstoff-Einblasdüse
    30b
    Kraftstoff-Einblasdüse
    30c
    Kraftstoff-Einblasdüse
    30d
    Kraftstoff-Einblasdüse

Claims (10)

  1. Vorrichtung (4) zur Schmierstoffdosierung für eine Kraftstoff-Einblasdüse (30a, 30b, 30c, 30d) zum Einspritzen von CNG in eine Brennkraftmaschine (2), mit einer Einblasschiene (8) mit einem ersten Volumen (10) zur Aufnahme von Schmiermittel und einem zweiten Volumen (14) zur Aufnahme von CNG, wobei das erste Volumen (10) vom zweiten Volumen (14) durch ein Trennelement (12) voneinander getrennt sind, das schmiermitteldurchlässig ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei das Trennelement (12) zumindest abschnittsweise eine schwammartige Struktur aufweist.
  3. Vorrichtung (4) nach Anspruch 2, wobei das Trennelement (12) zumindest abschnittsweise eine halbdurchlässige Schicht für das Schmiermittel aufweist.
  4. Vorrichtung (4) nach Anspruch 3, wobei das Trennelement (12) zumindest abschnittsweise eine perforierte Platte ist.
  5. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei durch einen Ölanschluss (20) Schmiermittel in das zweite Volumen (14) förderbar ist.
  6. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei durch einen Druckanschluss (22) Schmiermittel in dem zweiten Volumen (14) mit einem Druck beaufschlagbar ist.
  7. Vorrichtung (4) nach Anspruch 6, wobei der Druckanschluss (22) durch eine Abzweigleitung (18) mit einer Gasleitung (16) in Verbindung steht, mit der CNG in das erste Volumen (10) förderbar ist.
  8. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abzweigleitung (18) ein Förderdruckregler (24) zugeordnet ist.
  9. Brennkraftmaschine (2) mit einer Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 9.
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