DE102020003121A1

DE102020003121A1 - Internal combustion engine and method for determining a fuel entry in oil of such an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102020003121A1
Application number: DE102020003121.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wigger; Markus Fenzl; Erwin Löffler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10), mit wenigstens einem durch eine Zylinderwand (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) begrenzten Zylinder (14), in welchem ein Kolben (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) translatorisch bewegbar aufnehmbar ist, und mit einer Messeinrichtung (20), mittels welcher wenigstens eine einen Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine (10) charakterisierende Größe erfassbar ist. Die Messeinrichtung (10) umfasst eine in der Zylinderwand (12) ausgebildete und in den Zylinder (14) mündende Öffnung (22). Die Messeinrichtung (20) umfasst eine Pumpe (24), mittels welcher über die als Abführkanal (26) ausgebildete Öffnung (22) eine zumindest das Öl umfassende Flüssigkeit (32) aus dem Zylinder (14) absaugbar ist. Die Messeinrichtung (20) umfasst eine Verdampfereinheit (34) zur Fraktionierung der abgesaugten Flüssigkeit (32), wodurch wenigstens eine Gasphase erzeugbar ist. Die Messeinrichtung (20) umfasst eine Analyseeinheit (36), mittels welcher die Gasphase analysierbar ist, wodurch die Größe erfassbar ist.The invention relates to an internal combustion engine (10), with at least one cylinder (14) delimited by a cylinder wall (12) of the internal combustion engine (10), in which a piston (16) of the internal combustion engine (10) can be accommodated in a translationally movable manner, and with a measuring device (20), by means of which at least one variable characterizing a fuel entry into the oil of the internal combustion engine (10) can be detected. The measuring device (10) comprises an opening (22) formed in the cylinder wall (12) and opening into the cylinder (14). The measuring device (20) comprises a pump (24), by means of which a liquid (32) comprising at least the oil can be sucked out of the cylinder (14) via the opening (22) designed as a discharge channel (26). The measuring device (20) comprises an evaporator unit (34) for fractionating the sucked-off liquid (32), whereby at least one gas phase can be generated. The measuring device (20) comprises an analysis unit (36) by means of which the gas phase can be analyzed, whereby the size can be determined.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Kraftstoffeintrags in Öl einer solchen Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for determining a fuel entry in oil of such an internal combustion engine.

Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der DE 10 2018 004 144 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen durch eine Zylinderwand der Verbrennungskraftmaschine begrenzten Zylinder auf, in welchem ein Kolben der Verbrennungskraftmaschine translatorisch relativ zu der Zylinderwand bewegbar aufnehmbar oder aufgenommen ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner eine Messeinrichtung, mittels welcher wenigstens eine Größe erfassbar ist, die einen Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert. Dabei weist die Messeinrichtung wenigstens eine in der Zylinderwand ausgebildete und in den Zylinder mündende Öffnung auf.Such an internal combustion engine is, for example, already DE 10 2018 004 144 A1 as known. The internal combustion engine has at least one cylinder which is delimited by a cylinder wall of the internal combustion engine and in which a piston of the internal combustion engine can be received or received in a translatory manner relative to the cylinder wall. The internal combustion engine further comprises a measuring device, by means of which at least one variable can be detected which characterizes a fuel entry into oil of the internal combustion engine. The measuring device has at least one opening formed in the cylinder wall and opening into the cylinder.

Des Weiteren ist der DE 10 2006 059 071 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der Ölqualität in mindestens einer Ölzuleitung zu mindestens einem Motor und/oder mindestens einem Verbraucher als bekannt zu entnehmen.Furthermore, the DE 10 2006 059 071 A1 a method for determining the oil quality in at least one oil feed line to at least one engine and / or at least one consumer can be found as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zu schaffen, sodass ein Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft ermittelt werden kann.The object of the present invention is to create an internal combustion engine and a method so that a fuel entry into the oil of the internal combustion engine can be determined particularly advantageously.

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.This object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 5. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein etwaiger Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft ermittelt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Öffnung als ein Abführkanal ausgebildet ist, welcher die Zylinderwand durchdringt und demzufolge in den Zylinder mündet und somit fluidisch mit dem Zylinder verbunden ist. Dadurch kann Öl aus dem Zylinder in den Abführkanal einströmen beziehungsweise eingeleitet werden und in der Folge den Abführkanal durchströmen. Dabei weist die Messeinrichtung erfindungsgemäß eine beispielsweise als Vakuumpumpe ausgebildete Pumpe auf, mittels welcher über die als Abführkanal ausgebildete Öffnung eine zumindest das Öl der Verbrennungskraftmaschine umfassende Flüssigkeit aus dem Zylinder absaugbar ist. Die Flüssigkeit ist beispielsweise ein Gemisch, welche das Öl und in das Öl eingetragenen und somit in dem Öl aufgenommenen beziehungsweise mit dem Öl vermischten, insbesondere flüssigen, Kraftstoff umfasst. Der einerseits beziehungsweise einenends in den Zylinder mündende Abführkanal ist beispielsweise andererseits beziehungsweise andernends fluidisch mit einem Behältnis verbunden, in welchem die den Abführkanal durchströmenden Flüssigkeit zumindest vorübergehend aufnehmbar ist.In order to further develop an internal combustion engine of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that any fuel entry in the oil of the internal combustion engine can be determined particularly advantageously, the invention provides that the opening is designed as a discharge channel which penetrates the cylinder wall and consequently in the Cylinder opens and is thus fluidically connected to the cylinder. As a result, oil can flow into the discharge channel or be introduced from the cylinder and subsequently flow through the discharge channel. According to the invention, the measuring device has a pump designed, for example, as a vacuum pump, by means of which a liquid comprising at least the oil of the internal combustion engine can be sucked out of the cylinder via the opening designed as a discharge channel. The liquid is, for example, a mixture which comprises the oil and fuel, in particular liquid fuel, carried into the oil and thus absorbed in the oil or mixed with the oil. The discharge channel opening into the cylinder on the one hand or at one end is, for example, on the other hand or the other end fluidly connected to a container in which the liquid flowing through the discharge channel can be received at least temporarily.

Die Messeinrichtung umfasst dabei ferner eine Verdampfereinheit, mittels welcher die abgesaugte Flüssigkeit fraktionierbar ist beziehungsweise fraktioniert wird. Hierdurch ist beziehungsweise wird wenigstens eine Gasphase erzeugbar beziehungsweise erzeugt. Dabei umfasst die Messeinrichtung außerdem eine Analyseeinheit, mittels welcher die Gasphase analysiert werden kann, wodurch die Größe erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird. Die Verbrennungskraftmaschine mit der Messeinrichtung ist eine erfindungsgemäße Messtechnik, welche in der Lage ist, die Flüssigkeit direkt aus dem Zylinder und beispielsweise direkt aus einem Kolbenringfeld abzusaugen und somit zu entnehmen. Dies wird auch als Probenentnahme oder Probenname bezeichnet. Die erfindungsgemäße Messtechnik ist dabei in der Lage, durch die beschriebene Probennahme direkt aus dem Kolbenringfeld eine zeitlich hochaufgelöste Information über eine aktuell gegebene oder vorliegende Menge an in das Öl eingetragenem Kraftstoff zu ermitteln beziehungsweise zu geben. Dies stellt ein Gütekriterium bei der Applikation der Gemischbildung dar. Die genannte Menge wird auch als Kraftstoffeintragsmenge bezeichnet.The measuring device further comprises an evaporator unit, by means of which the sucked-off liquid can be or is fractionated. In this way, at least one gas phase can be or is generated. The measuring device also includes an analysis unit, by means of which the gas phase can be analyzed, whereby the variable can be or is recorded. The internal combustion engine with the measuring device is a measuring technique according to the invention which is able to suck the liquid directly from the cylinder and, for example, directly from a piston ring field and thus to remove it. This is also known as sampling or sample name. The measuring technology according to the invention is able to determine or give a time high-resolution information about a currently given or present amount of fuel carried into the oil directly from the piston ring field by the described sampling. This represents a quality criterion for the application of the mixture formation. The quantity mentioned is also referred to as the fuel input quantity.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Herkömmlicherweise wird ein etwaiger Kraftstoffgehalt in auch als Motoröl bezeichnetem Öl einer auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine in einer Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Dies geschieht üblicherweise durch ein Ziehen von Ölproben und anschließender Analyse in einem Labor. Alternativ ist es denkbar, mittels eines Infrarotspektrometers einen Kraftstoffgehalt in Motoröl online, das heißt beispielsweise während eines Betriebs in einem auch als Bypass-Volumenstrom bezeichnenden Umgehungs-Volumenstrom, insbesondere des Öls, zu messen. Dadurch, dass Kraftstoff in das Öl eingetragen wird, wird das Öl verdünnt, was auch als Verdünnung oder Ölverdünnung bezeichnet wird. Durch die Verdünnung mittels geringer Kraftstoffeintragsmengen im gesamten Motoröl ist bei der Verwendung des zuvor beschriebenen Infrarotspektrometers eine lange Messzeit von 30 bis 60 Minuten pro Betriebspunkt notwendig, um eine hinreichende Aussage über eine Eintragsrate von Kraftstoff in das Öl zu erhalten. Dies ist unpraktikabel für die Applikation der Gemischbildung, insbesondere im Hinblick auf ein Einspritztiming beziehungsweise auf Einspritzzeiten. Eine Erfassung von in Öl eingetragenem Kraftstoff durch laserinduzierte Fluoreszenz ermöglicht eine schnelle Erfassung des Kraftstoffeintrags. Nachteilig ist jedoch, dass zum Kraftstoff ein sogenannter Fluoreszenztracer zugesetzt werden muss. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden, sodass die Erfindung eine zeitlich schnelle Erfassung von Kraftstoff-Wandbenetzung beziehungsweise Kraftstoffeintrag in das Motoröl ermöglicht. Dies ist insbesondere vorteilhaft für eine während einer Entwicklung einer Verbrennungskraftmaschine stattfindenden Applikation der Gemischbildung.The invention is based in particular on the following findings: Conventionally, a possible fuel content in oil, also known as engine oil, of an internal combustion engine, also known as engine or internal combustion engine, is determined in an oil pan of the internal combustion engine. This is usually done by taking oil samples and then analyzing them in a laboratory. Alternatively, it is conceivable to use an infrared spectrometer to measure a fuel content in engine oil online, that is to say, for example, during operation in a bypass volume flow, in particular of the oil, also known as the bypass volume flow. By adding fuel to the oil, the oil is diluted, which is also known as dilution or oil dilution. Due to the dilution by means of small amounts of fuel in the entire engine oil, when using the infrared spectrometer described above, a long measurement time of 30 to 60 minutes per operating point is necessary in order to obtain sufficient information about a Get the rate of entry of fuel into the oil. This is impractical for the application of mixture formation, in particular with regard to injection timing or injection times. The detection of fuel carried in oil by laser-induced fluorescence enables the fuel entry to be recorded quickly. However, it is disadvantageous that a so-called fluorescence tracer has to be added to the fuel. The aforementioned problems and disadvantages can be avoided by the invention, so that the invention enables rapid detection of fuel wall wetting or fuel entry into the engine oil. This is particularly advantageous for an application of the mixture formation that takes place during the development of an internal combustion engine.

Der Abführkanal ist beispielsweise eine Bohrung in der auch als Zylinderlaufbahn bezeichnenden Zylinderwand. Über die Bohrung kann die beispielsweise als Öl/Kraftstoffgemisch ausgebildete Flüssigkeit aus einer Kolbengruppe und dabei direkt aus dem Zylinder entnommen werden. Die Flüssigkeit stammt beispielsweise von der Zylinderwand, insbesondere derart, dass sich die Flüssigkeit an der Zylinderwand ansammelt und in den Abführkanal strömen beziehungsweise mittels der Pumpe in den Abführkanal gesaugt und durch den Abführkanal hindurchgesaugt wird. Dies geschieht insbesondere unterhalb eines an dem Kolben gehaltenen Ölabstreifrings insbesondere im Bereich eines unteren Totpunkts des Kolbens. Die entnommene Flüssigkeit wird in und mittels der Verdampfereinheit fraktioniert. Die daraus resultierende Gasphase wird anschließend messtechnisch analysiert. Die Analyse der Gasphase erfolgt beispielsweise mittels wenigstens eines Massenspektrometers, eines Infrarot-Spektrometers, durch FID-Messtechnik und/oder durch wenigstens ein anderes, geeignetes Messsystem. Ein etwaiger Anteil an leicht siedenden Kraftstoffkomponenten in der Gasphase dient als Maß für den Kraftstoffeintrag beziehungsweise für eine in das Öl eingetragene Menge an Kraftstoff, sodass beispielsweise der zuvor genannte Anteil an leicht siedenden Kraftstoffkomponenten in der Gasphase die zuvor genannte Größe ist, diesen Kraftstoffeintrag in das Öl charakterisiert.The discharge channel is, for example, a bore in the cylinder wall, which is also known as the cylinder liner. The fluid, designed for example as an oil / fuel mixture, can be withdrawn from a group of pistons and thereby directly from the cylinder via the bore. The liquid originates, for example, from the cylinder wall, in particular in such a way that the liquid collects on the cylinder wall and flows into the discharge channel or is sucked into the discharge channel by means of the pump and is sucked through the discharge channel. This takes place in particular below an oil control ring held on the piston, in particular in the area of a bottom dead center of the piston. The removed liquid is fractionated in and by means of the evaporator unit. The resulting gas phase is then analyzed using measurement technology. The gas phase is analyzed, for example, by means of at least one mass spectrometer, an infrared spectrometer, by FID measuring technology and / or by at least one other suitable measuring system. Any proportion of low-boiling fuel components in the gas phase serves as a measure for the fuel entry or for an amount of fuel introduced into the oil, so that, for example, the aforementioned proportion of low-boiling fuel components in the gas phase is the aforementioned variable, this fuel entry into the Characterized oil.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Ermitteln eines Kraftstoffeintrags in Öl einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Mit anderen Worten wird die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine im Rahmen des Verfahrens genutzt, um einen Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine zu ermitteln. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a method for determining a fuel entry into oil of an internal combustion engine according to the invention. In other words, the internal combustion engine according to the invention is used in the context of the method in order to determine a fuel entry into the oil of the internal combustion engine. Advantages and advantageous configurations of the engine according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the method according to the invention, and vice versa.

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.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the single figure can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or on their own, without the frame to leave the invention.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische und teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine.In the single figure, the drawing shows a schematic and partially sectioned illustration of an internal combustion engine according to the invention.

Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Darstellung einer auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 10, welche wenigstens einen durch eine Zylinderwand 12 begrenzten Zylinder 14 aufweist. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens einen Kolben 16, welcher in dem Zylinder 14 relativ zu der Zylinderwand 12 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Kolben 16 kann sich dabei relativ zu der Zylinderwand 12 zwischen in der Fig. gezeigten unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt hin- und herbewegen. Dabei ist in der Fig. durch einen Pfeil 18 eine Bewegungsrichtung veranschaulicht, in die sich der Kolben 16 aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt relativ zu der Zylinderwand 12 translatorisch bewegt. Die Zylinderwand 12 wird auch als Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichnet beziehungsweise die Zylinderwand bildet eine auch als Laufbahn bezeichnete Zylinderlaufbahn 13, an welcher der Kolben 16 beispielsweise in radialer Richtung des Zylinders 14 und des Kolbens 16 zumindest mittelbar abstützbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem eine Messeinrichtung 20 auf, mittels welcher - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - wenigstens eine einen Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine charakterisierende Größe erfassbar ist. Dabei umfasst die Messeinrichtung 20 wenigstens eine in der Zylinderwand 12 ausgebildete Öffnung 22, welche in den Zylinder 14 mündet.The single FIGURE shows, in a schematic and partially sectioned illustration, an internal combustion engine also referred to as an engine or internal combustion engine 10 which at least one through a cylinder wall 12th limited cylinder 14th having. It also includes the internal combustion engine 10 at least one piston 16 which in the cylinder 14th relative to the cylinder wall 12th Is added translationally movable. The piston 16 can be relative to the cylinder wall 12th Move back and forth between bottom dead center and a top dead center shown in the figure. It is indicated in the figure by an arrow 18th illustrates a direction of movement in which the piston 16 from its top dead center to its bottom dead center relative to the cylinder wall 12th moved translationally. The cylinder wall 12th is also referred to as a raceway or cylinder liner, or the cylinder wall forms a cylinder lane, which is also referred to as a raceway 13th at which the piston 16 for example in the radial direction of the cylinder 14th and the piston 16 is at least indirectly supported. The internal combustion engine 10 also has a measuring device 20th by means of which - as will be explained in more detail below - at least one variable characterizing a fuel entry in the oil of the internal combustion engine can be detected. The measuring device includes 20th at least one in the cylinder wall 12th formed opening 22nd which in the cylinder 14th flows out.

Um nun den Kraftstoffeintrag beziehungsweise die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe besonders vorteilhaft ermitteln beziehungsweise erfassen zu können, weist die Messeinrichtung 20 eine vorzugsweise als Vakuumpumpe ausgebildete Pumpe 24 auf. Außerdem ist die vorzugsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 22 als ein Abführkanal 26 ausgebildete, welcher von Öl beziehungsweise einer Flüssigkeit aus dem Zylinder 14 durchströmbar ist. Der Abführkanal 26 mündet einenends in den Zylinder 14 und ist somit einenends fluidisch mit dem Zylinder 14 verbunden. Andernends mündet der Abführkanal 26 in ein Behältnis 28 der Messeinrichtung 20, sodass der Abführkanal 26 andernends fluidisch mit dem Behältnis 28 beziehungsweise mit einem Aufnahmeraum 30 des Behältnisses 28 verbunden ist. Mittels der Pumpe 24 wird beispielsweise im Rahmen eines Verfahrens zum Ermitteln der Größe und somit des Kraftstoffeintrags über den Abführkanal 26 eine zumindest das zuvor genannte Öl der Verbrennungskraftmaschine 10 umfassende Flüssigkeit aus dem Zylinder 14 abgesaugt. Die Flüssigkeit ist in der Fig. besonders schematisch dargestellt und mit 32 bezeichnet.In order to be able to determine or record the fuel entry or the variable characterizing the fuel entry in a particularly advantageous manner, the measuring device 20th a pump preferably designed as a vacuum pump 24 on. In addition, the opening is preferably designed as a through opening 22nd as a drainage canal 26th trained, which of oil or a liquid from the cylinder 14th is permeable. The drainage canal 26th flows out one end in the cylinder 14th and is thus fluidic with the cylinder at one end 14th tied together. The discharge channel opens at the other end 26th in a container 28 the measuring device 20th so that the discharge duct 26th on the other hand fluidically with the container 28 or with a recording room 30th of the container 28 connected is. By means of the pump 24 is, for example, as part of a method for determining the size and thus the fuel entry via the discharge channel 26th at least one of the aforementioned oil of the internal combustion engine 10 comprehensive liquid from the cylinder 14th sucked off. The liquid is shown particularly schematically in the figure and denoted by 32.

Die Messeinrichtung 20 umfasst außerdem eine Verdampfereinheit 34, welche beispielsweise das Behältnis 28 umfasst. Im Rahmen des Verfahrens wird mittels der Verdampfereinheit 34 eine Fraktionierung der abgesaugten Flüssigkeit 32 bewirkt, wodurch wenigstens eine Gasphase erzeugt wird. Des Weiteren umfasst die Messeinrichtung 20 eine auch als Messtechnik bezeichnete Analyseeinheit 36, mittels welcher die Gasphase analysiert wird. Hierdurch wird die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe erfasst. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Öffnung 22 beziehungsweise der Abführkanal 26 dann, wenn sich der Kolben 16 in seinem in der Fig. gezeigten, unteren Totpunkt befindet, entlang der durch den Pfeil 18 veranschaulichenden Bewegungsrichtung unterhalb eines entlang der Bewegungsrichtung untersten, an dem Kolben 16 gehaltenen Kolbenrings 38 angeordnet ist. Die Bewegungsrichtung fällt mit der axialen Richtung des Kolbens 16 zusammen. Dabei sind an dem Kolben 16 drei Kolbenringe 40, 42 und 38 gehalten, wobei die Kolbenringe 40, 42 und 38 in axialer Richtung des Kolben 16 und somit entlang der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordnet sind. The measuring device 20th also includes an evaporator unit 34 which, for example, the container 28 includes. As part of the process, the evaporator unit 34 a fractionation of the aspirated liquid 32 causes, whereby at least one gas phase is generated. The measuring device also includes 20th an analysis unit also known as measurement technology 36 , by means of which the gas phase is analyzed. In this way, the variable characterizing the fuel entry is recorded. From the figure it can be seen that the opening 22nd or the discharge channel 26th then when the piston is 16 Located in its bottom dead center shown in the figure, along the line indicated by the arrow 18th Illustrative direction of movement below a lowest along the direction of movement, on the piston 16 held piston ring 38 is arranged. The direction of movement coincides with the axial direction of the piston 16 together. There are on the piston 16 three piston rings 40 , 42 and 38 held, the piston rings 40 , 42 and 38 in the axial direction of the piston 16 and are thus arranged successively and spaced from one another along the direction of movement.

Dabei ist der Kolbenring 38 der entlang der Bewegungsrichtung unterste Kolbenring, wobei der Kolbenring 38 beispielsweise ein sogenannter Ölabstreifring ist.Here is the piston ring 38 the lowest piston ring along the direction of movement, the piston ring 38 for example a so-called oil control ring.

Des Weiteren ist aus der Fig. erkennbar, dass sich entlang der Bewegungsrichtung an den untersten Kolbenring 38 (Ölabstreifring) eine Nut 44 des Kolbens 16 anschließt. Die Nut 44 ist dann, wenn sich der Kolben 16 in seinem unteren Totpunkt befindet, in radialer Richtung des Zylinders 14 nach außen zumindest teilweise durch die Öffnung 22 überlappt. Dadurch kann mittels der Pumpe 24 dann, wenn sich der Kolben 16 in seinem unteren Totpunkt befindet, besonders vorteilhaft die Flüssigkeit aus der Nut 44 in die Öffnung 22 eingesaugt und in der Folge durch den Abführkanal 26 hindurchgesaugt und beispielsweise in das Behältnis 28 hineingesaugt werden. Unter dem Kraftstoffeintrag ist zu verstehen, dass ein insbesondere flüssiger Kraftstoff, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem befeuerten Betrieb betreibbar ist, in das Öl gelangt. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen dem Zylinder 14 zugeordneten Injektor 46 auf, mittels welchem der zuvor genannte Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 einspritzbar ist. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als ein direkteinspritzender Verbrennungsmotor ausgebildet. Der Verbrennungskraftmaschine 10 und dem Verfahren liegen dabei die folgenden Erkenntnisse zugrunde:

Direkteinspritzende Verbrennungsmotoren neigen, bedingt durch die direkte Einbringung von flüssigem Kraftstoff in den Zylinder 14 beziehungsweise in einen durch den Zylinder 14, den Kolben 16 und ein Brennraumdach begrenzten Brennraum 48 der Verbrennungskraftmaschine 10, zur Benetzung der Zylinderlaufbahn 13 mit dem flüssigen Kraftstoff. Dieses Phänomen ist mit einer erhöhten Kraftstoff-Ölverdünnung sowie mit erhöhten Schadstoffemissionen, insbesondere Partikel-Emissionen, verbunden. Die Kraftstoff-Ölverdünnung wird auch einfach als Ölverdünnung oder Verdünnung bezeichnet und resultiert aus dem Kraftstoffeintrag in das Motoröl. Niedrige Betriebstemperaturen, wie sie beispielsweise bei hybridisierten Antriebssträngen anzutreffen sind, begünstigen die Kraftstoff-Wandbenetzung zusätzlich durch den geringen Dampfdruck des eingespritzten Kraftstoffs und der damit verbundenen schlechteren Verdampfung. Durch eine optimierte Kraftstoff-Einspritzung in Bezug auf die Applikation der Einspritzparameter aber auch die Auslegung des auch als Kraftstoffinjektor bezeichneten Injektors 46, insbesondere im Hinblick auf dessen Spritzbild etc., kann der Kraftstoff-Wandbenetzung entgegengewirkt werden.

Furthermore, it can be seen from the figure that, along the direction of movement, the bottom piston ring 38 (Oil control ring) a groove 44 of the piston 16 connects. The groove 44 is when the piston is 16 is at its bottom dead center, in the radial direction of the cylinder 14th to the outside at least partially through the opening 22nd overlaps. This allows by means of the pump 24 then when the piston is 16 located in its bottom dead center, the liquid from the groove is particularly advantageous 44 into the opening 22nd sucked in and subsequently through the discharge channel 26th sucked through and, for example, into the container 28 be sucked in. The fuel entry is to be understood as meaning that a particularly liquid fuel, by means of which the internal combustion engine 10 is operable in their fired operation, enters the oil. The internal combustion engine 10 one to the cylinder 14th assigned injector 46 on, by means of which the aforementioned fuel directly into the cylinder 14th is injectable. Thus is the internal combustion engine 10 designed as a direct injection internal combustion engine. The internal combustion engine 10 and the procedure is based on the following findings:

Direct injection internal combustion engines tend, due to the direct introduction of liquid fuel into the cylinder 14th or in one through the cylinder 14th , the piston 16 and a combustion chamber roof delimited combustion chamber 48 the internal combustion engine 10 , for wetting the cylinder liner 13th with the liquid fuel. This phenomenon is associated with increased fuel-oil dilution and with increased pollutant emissions, in particular particulate emissions. The fuel-oil dilution is also referred to simply as oil dilution or dilution and results from the entry of fuel into the engine oil. Low operating temperatures, such as those found in hybridized drive trains, also promote wetting of the fuel wall due to the low vapor pressure of the injected fuel and the associated poorer evaporation. Thanks to optimized fuel injection with regard to the application of the injection parameters, but also the design of the injector, which is also known as the fuel injector 46 , especially with regard to its spray pattern etc., the fuel wall wetting can be counteracted.

Bisher wird die Konzentration des Kraftstoffs in einem Ölsumpf des Verbrennungsmotors ermittelt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass durch die im Vergleich zur eingetragenen Kraftstoffmenge sehr hohe Ölmenge, die Konzentrationsänderung von Kraftstoff im Öl einen geringen Gradienten aufweist. Veränderungen bei der Applikation der Gemischbildung können so nur durch langwierige Messungen bewertet werden. Untersuchungen an optischen zugänglichen Motoren haben gezeigt, dass sich Kraftstoff bei erhöhter Kraftstoff-Wandbenetzung vorrangig im Bereich um den Ölabstreif-Kolbenring ansammelt. Dieser Vorgang ist zeitlich eng mit der eigentlichen Wandbenetzung gekoppelt. Eine Konzentrationsänderung von Kraftstoff im Bereich des Ölabstreifrings stellt somit ein gutes Maß für die Kraftstoff-Wandbenetzung dar. Das Verfahren ist nun ein Messverfahren, welches es bei geringem Applikationsaufwand der Messtechnik am Motor ermöglicht, zeitig hoch aufgelöst und mit geringer Totzeit die Kraftstoff-Wandbenetzung zu erfassen und einem Einspritz-Applikateur beziehungsweise einer Einspritz-Applikateurin damit ein Instrument zur Optimierung der EinspritzParameter an die Hand zu geben.So far, the concentration of the fuel in an oil sump of the internal combustion engine has been determined. However, this method has the disadvantage that the change in the concentration of fuel in the oil has a small gradient due to the very large amount of oil compared to the amount of fuel entered. Changes in the application of the mixture formation can only be assessed through lengthy measurements. Investigations on optically accessible engines have shown that with increased fuel wall wetting, fuel primarily accumulates in the area around the oil control piston ring. This process is chronologically closely linked to the actual wetting of the wall. A change in the concentration of fuel in the area of the oil control ring thus represents a good measure of the fuel wall wetting. The method is now a measurement method which enables the measurement technology on the engine to be applied with high resolution in a timely manner and with a short dead time for the fuel wall wetting capture and an injection Providing the calibration engineer with an instrument for optimizing the injection parameters.

Wie zuvor beschrieben wurde und anhand der Fig. erkennbar ist, wird vorgeschlagen, eine geringe Menge der als Kraftstoff-ÖI-Gemisch ausgebildeten Flüssigkeit aus der üblicherweise vorhandenen, auch als Ölnut bezeichneten Nut 44 unterhalb des Ölabstreifrings, welcher auch als Ölabstreif-Kolbenring bezeichnet wird, durch den beispielsweise als eine Bohrung ausgebildeten Abführkanal 26 in der Zylinderwand 12 im unteren Totpunkt zu entnehmen. Diese Entnahmestelle ist aus vielerlei Hinsicht vorteilhaft. Zum einen liegt die Entnahmestelle unterhalb des Laufspiegels der Kolbenringe 38, 40 und 42. Die Messstelle wird also nicht von den Kolbenringen 38, 40 und 42 überfahren und so eventuell mechanisch beschädigt. Zum anderen steht im Bereich der Ölnut stets eine hinreichende Menge des Kraftstoff-ÖI-Gemischs zur Verfügung. Die Tribologie der Kolbengruppe wird somit kaum beeinträchtigt. Ein weiterer Vorteil ist die verhältnismäßig lange Verweilzeit des Kolbens 16 in seinem unteren Totpunkt, die eine Entnahme der Flüssigkeit aus der Ölnut begünstigt. Die Entnahme der Flüssigkeit erfolgt durch den beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Abführkanal 26 in der Zylinderwand 12 beziehungsweise in der Zylinderlaufbahn 13 vorzugsweise mittels Unterdruck. Der Unterdruck wird durch die beispielsweise als Vakuumpumpe ausgebildete Pumpe 24 bereitgestellt.As has been described above and can be seen on the basis of the figure, it is proposed to remove a small amount of the liquid formed as a fuel-oil mixture from the groove which is usually present, also referred to as an oil groove 44 below the oil control ring, which is also referred to as an oil control piston ring, through the discharge channel, which is designed as a bore, for example 26th in the cylinder wall 12th in the bottom dead center. This tapping point is advantageous in many ways. On the one hand, the extraction point is below the surface of the piston rings 38 , 40 and 42 . The measuring point is therefore not from the piston rings 38 , 40 and 42 run over and possibly mechanically damaged. On the other hand, a sufficient amount of the fuel-oil mixture is always available in the area of the oil groove. The tribology of the piston group is therefore hardly affected. Another advantage is the relatively long residence time of the piston 16 in its bottom dead center, which favors removal of the liquid from the oil groove. The liquid is withdrawn through the discharge channel, which is designed, for example, as a bore 26th in the cylinder wall 12th or in the cylinder liner 13th preferably by means of negative pressure. The negative pressure is generated by the pump, which is designed, for example, as a vacuum pump 24 provided.

Insbesondere unmittelbar nach Entnahme der Flüssigkeit aus der Ölnut wird die Flüssigkeit in das Behältnis 28 und somit in die Verdampfereinheit 34 geleitet. Die Verdampfereinheit 34 ist derart gestaltet, dass ein etwaiger Kraftstoffanteil in dem abgesaugten, einfach auch als Gemisch bezeichneten Kraftstoff-Öl-Gemisch (Flüssigkeit) in die zuvor genannte Gasphase überführt wird, und ein flüssiger Anteil, insbesondere Ölanteil, abgetrennt wird. Die Abtrennung wird durch eine geeignete, bauliche Ausführung wie beispielsweise eine Beheizung der Verdampfereinheit 34 erreicht. Die im gasförmigen Anteil beziehungsweise in der Gasphase enthaltenen Kraftstoffdämpfe können nun durch ein geeignetes Messverfahren wie beispielsweise mittels Infrarot-Spektrometrie, Massenspektrometrie, FID, etc. analysiert werden und dienen als Maß beziehungsweise als zuvor genannte Größe für die eingetragene Kraftstoffmenge, das heißt für den Kraftstoffeintrag in das Öl.In particular, immediately after the liquid has been removed from the oil groove, the liquid enters the container 28 and thus into the evaporator unit 34 directed. The evaporator unit 34 is designed in such a way that any fuel component in the extracted fuel-oil mixture (liquid), also referred to simply as a mixture, is transferred into the aforementioned gas phase, and a liquid component, in particular oil component, is separated off. The separation is achieved by a suitable structural design, such as heating the evaporator unit 34 achieved. The fuel vapors contained in the gaseous component or in the gas phase can now be analyzed using a suitable measuring method such as infrared spectrometry, mass spectrometry, FID, etc. and serve as a measure or as the aforementioned variable for the amount of fuel entered, i.e. for the fuel entry in the oil.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
1212th: ZylinderwandCylinder wall
1313th: ZylinderlaufbahnCylinder liner
1414th: Zylindercylinder
1616: KolbenPistons
1818th: Pfeilarrow
2020th: MesseinrichtungMeasuring device
2222nd: Öffnungopening
2424: Pumpepump
2626th: AbführkanalDrainage duct
2828: Behältniscontainer
3030th: AufnahmeraumRecording room
3232: Flüssigkeitliquid
3434: VerdampfereinheitEvaporator unit
3636: AnalyseeinheitAnalysis unit
3838: KolbenringPiston ring
4040: KolbenringPiston ring
4242: KolbenringPiston ring
4444: NutGroove
4646: InjektorInjector
4848: BrennraumCombustion chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102018004144 A1 [0002]
DE 102006059071 A1 [0003]

Claims

Internal combustion engine (10), with at least one cylinder (14) delimited by a cylinder wall (12) of the internal combustion engine (10), in which a piston (16) of the internal combustion engine (10) can be accommodated in a translationally movable manner, and with a measuring device (20), by means of which at least one variable characterizing a fuel entry in the oil of the internal combustion engine (10) can be detected, the measuring device (10) having at least one opening (22) formed in the cylinder wall (12) and opening into the cylinder (14), characterized in that, that the measuring device (20) has: - a pump (24), by means of which a liquid (32) comprising at least the oil can be sucked out of the cylinder (14) via the opening (22) designed as a discharge channel (26), - an evaporator unit (34) for fractionating the extracted liquid (32), whereby at least one gas phase can be generated, and - an analysis unit (36), by means of which the gas phase can be analyzed is sizable, whereby the size can be determined.

Internal combustion engine (10) after Claim 1 , characterized in that the pump (24) is designed as a vacuum pump.

Internal combustion engine (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the piston (16) can be moved in a direction of movement (18) from a top dead center to a bottom dead center of the piston (16), the opening (22 ) is arranged along the direction of movement (18) below a piston ring (38) which is lowest along the direction of movement (18) and held on the piston (16).

Internal combustion engine (10) after Claim 3 , characterized in that a groove (44) of the piston (16) adjoins the lowermost piston ring (38) along the direction of movement (18), the groove (44) of which when the piston (16) is in the bottom dead center , is at least partially overlapped in the radial direction of the cylinder (14) outward through the opening (22).

Method for determining a fuel entry in the oil of an internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims.