DE102021002264A1

DE102021002264A1 - Internal combustion engine and method for determining a fuel entry in the oil of such an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102021002264A1
Application number: DE102021002264.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wigger; Erwin Löffler
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-03

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 ermittelbar ist, wobei die Messeinrichtung (20) wenigstens eine in der Zylinderwand (12) ausgebildete und in den Zylinder (14) mündende Öffnung (22) aufweist. 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 einen FTIR-Spektrometer (28), mittels welchem die über den Abführkanal (26) aus dem Zylinder (14) abgesaugte Flüssigkeit (32) analysierbar und dadurch die Größe ermittelbar 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 determined, the measuring device (20) having at least one 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 FTIR spectrometer (28) by means of which the liquid (32) sucked out of the cylinder (14) via the discharge channel (26) can be analyzed and the size can thereby be determined.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von 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 patent claim 1. The invention also relates to a method for determining a fuel entry into the 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 ermittelbar, insbesondere 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 already available, for example DE 10 2018 004 144 A1 to be taken as known. The internal combustion engine has at least one cylinder delimited by a cylinder wall of the internal combustion engine, in which cylinder a piston of the internal combustion engine can be accommodated or accommodated so as to be movable translationally relative to the cylinder wall. The internal combustion engine also includes a measuring device, by means of which at least one variable can be determined, in particular recorded, which characterizes a fuel entry into the 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 Qualität in mindestens einer Ölzuleitung zu mindestens einem Motor und/oder mindestens einem Verbraucher als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die DE 10 2020 003 121 A1 eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zum Ermitteln eines Kraftstoffeintrags in Öl einer solchen Verbrennungskraftmaschine.Furthermore, the DE 10 2006 059 071 A1 a method for determining the quality in at least one oil supply line to at least one engine and/or at least one consumer can be seen as known. In addition, the DE 10 2020 003 121 A1 an internal combustion engine and a method for determining a fuel entry into oil of such an internal combustion engine.

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 in a particularly advantageous manner.

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 having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent 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, welches 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 auch als Sammelbehälter bezeichneten Behältnis verbunden, in welchem die den Abführkanal durchströmende Flüssigkeit, das heißt die über den Abführkanal aus dem Zylinder abgesaugte Flüssigkeit, zumindest vorübergehend aufnehmbar ist. Somit kann in dem Sammelbehälter beziehungsweise mittels des Sammelbehälters die über den Abführkanal aus dem Zylinder abgesaugte und somit den Abführkanal durchströmende Flüssigkeit zumindest vorübergehend aufgenommen und dadurch gesammelt werden.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 into the oil of the internal combustion engine can be determined particularly advantageously, it is provided according to the invention that the opening is designed as a discharge channel which penetrates the cylinder wall and consequently into the Cylinder opens and is thus fluidly connected to the cylinder. As a result, oil can flow or be introduced from the cylinder into the discharge channel 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 containing 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 includes the oil and, in particular, liquid fuel that has been introduced into the oil and is therefore absorbed in the oil or mixed with the oil. The discharge channel that opens into the cylinder on the one hand or one end is, for example, fluidically connected on the other hand or at the other end to a container, also known as a collection container, in which the liquid flowing through the discharge channel, i.e. the liquid sucked out of the cylinder via the discharge channel, can be accommodated at least temporarily. Thus, the liquid sucked out of the cylinder via the discharge channel and thus flowing through the discharge channel can be at least temporarily received and thereby collected in the collection container or by means of the collection container.

Die Messeinrichtung umfasst dabei außerdem einen FTIR-Spektrometer, mittels welchem die über den Abführkanal aus dem Zylinder abgesaugte Flüssigkeit analysierbar und dadurch die Größe ermittelbar, insbesondere erfassbar, ist. Mittels des FTIR-Spektrometers (Fourier-Transform-Infrarotspektrometer beziehungsweise Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer), welcher auch einfach als Spektrometer bezeichnet wird, kann eine als FTIR-Spektroskopie ausgebildete Messtechnik durchgeführt werden, welche auch als FTIR-Messtechnik (FTIR - Fourier-Transformation-Infrarot beziehungsweise Fourier-Transform-Infrarot) bezeichnet wird. Die Erfindung ermöglicht es, die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe, das heißt den Kraftstoffeintrag mittels der genannten FTIR-Messtechnik zu ermitteln, das heißt zu detektieren. Dabei ermöglicht es die Erfindung, die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe besonders schnell zu ermitteln. Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Herkömmlicherweise werden eine Kraftstoffkonzentration in Öl eines Verbrennungsmotors und somit ein Kraftstoffeintrag in das Öl in einer Ölwanne des Verbrennungsmotors bestimmt. Dies geschieht entweder in Form von Ölproben, die in einem Labor auf Kraftstoffgehalt untersucht werden, oder durch eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Messung der auch als Kraftstoffgehalt bezeichneten Kraftstoffkonzentration in der Ölwanne, was beispielsweise mittels FTIR-Spektrometern darstellbar ist. Da der Kraftstoffeintrag über ein Kolbenringfeld des Kolbens erfolgt, ein den Kraftstoffeintrag charakterisierendes Messsignal jedoch anhand eines besonders großen, in der Ölwanne aufgenommenen Ölvolumens beziehungsweise in dem großen Ölvolumen gewonnen wird, sind herkömmliche Verfahren beziehungsweise herkömmliche Messtechniken zum Ermitteln des Kraftstoffeintrags sehr langsam. Für eine messbare Änderung der Kraftstoffkonzentration in dem Öl muss herkömmlicherweise ein zu untersuchender Messpunkt sehr lange, beispielsweise etwa 30 Minuten, gehalten werden, was für eine Motorapplikation unpraktikabel ist. Eine Entnahme von Öl, welches als Probenmaterial verwendet wird, derart, dass das Probenmaterial aus dem Kolbenringfeld entnommen wird, ist vorteilhaft, um den Kraftstoffeintrag im Vergleich zur Entnahme von Probenmaterial aus der Ölwanne schneller zu ermitteln, jedoch kann eine Abtrennung und eine Untersuchung einer Gasphase von der übrigen Flüssigkeit Nachteile mit sich bringen, insbesondere im Hinblick auf eine Versottung einer Messtechnik beispielsweise bei unzureichender Abtrennung der Gasphase beziehungsweise einer Flüssigphase von der Gasphase.The measuring device also includes an FTIR spectrometer, by means of which the liquid sucked out of the cylinder via the discharge channel can be analyzed and the size can thereby be determined, in particular recorded. Using the FTIR spectrometer (Fourier transform infrared spectrometer or Fourier transform infrared spectrometer), which is also simply referred to as a spectrometer, a measurement technique designed as FTIR spectroscopy can be carried out, which is also known as FTIR measurement technique (FTIR - Fourier transformation -infrared or Fourier transform infrared). The invention makes it possible to determine, that is to say to detect, the quantity characterizing the fuel entry, ie the fuel entry, by means of the mentioned FTIR measuring technique. The invention makes it possible to determine the variable that characterizes the entry of fuel particularly quickly. The invention is based in particular on the following findings and considerations: conventionally, a fuel concentration in the oil of an internal combustion engine and thus a fuel entry into the oil in an oil pan of the internal combustion engine are determined. This is done either in the form of oil samples, which are analyzed for fuel content in a laboratory, or by at least essentially continuous measurement of the fuel concentration in the oil pan, also referred to as fuel content, which can be displayed using FTIR spectrometers, for example. Since the fuel is introduced via a piston ring area of the piston, this characterizes the fuel inlet However, if the measurement signal is obtained using a particularly large volume of oil contained in the oil pan or in the large volume of oil, conventional methods or conventional measurement techniques for determining the fuel entry are very slow. For a measurable change in the fuel concentration in the oil, a measurement point to be examined must be maintained for a very long time, for example around 30 minutes, which is impractical for an engine application. Sampling oil used as a sample material such that the sample material is taken from the piston ring field is advantageous in order to determine the fuel carryover more quickly compared to taking sample material from the oil pan, but a separation and an examination of a gas phase entail disadvantages from the rest of the liquid, in particular with regard to sooting of a measurement technique, for example in the event of insufficient separation of the gas phase or a liquid phase from the gas phase.

Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Der FTIR-Spektrometer ist ein Gerät, welches ein schnelles Messsignal liefert, das heißt bereitstellt, um den Kraftstoffeintrag in das auch als Motoröl bezeichnete Öl zu erfassen. Das von dem Spektrometer bereitgestellte Messsignal ist oder charakterisiert die Größe, sodass mithilfe des Messsignals beziehungsweise mithilfe der Größe eine Motorapplikation optimiert werden kann, um den Kraftstoffeintrag zu minimieren beziehungsweise um einem Kraftstoffeintrag entgegenzuwirken.The problems and disadvantages mentioned above can now be avoided by the invention. The FTIR spectrometer is a device that delivers a fast measurement signal, i.e. makes it available to record the fuel entry into the oil, also known as engine oil. The measurement signal provided by the spectrometer is or characterizes the variable, so that an engine application can be optimized with the aid of the measurement signal or with the aid of the variable in order to minimize the fuel entry or to counteract a fuel entry.

Die Öffnung ist beispielsweise eine Bohrung in der Zylinderwand, welche auch als Zylinderlaufbahn bezeichnet wird oder eine Zylinderlaufbahn für den Kolben bildet. Über die Öffnung kann die auch als Fluid bezeichnete Flüssigkeit direkt aus einem Kolbenringfeld entnommen werden. Die Flüssigkeit ist eine Flüssigphase, welche mittels des FTIR-Spektrometers und somit mittels der FTIR-Messtechnik untersucht, das heißt analysiert wird. Versuche haben gezeigt, dass die FTIR-Messtechnik beziehungsweise die Erfindung sehr robust ist, sodass der Kraftstoffeintrag schnell und präzise ermittelt werden kann. Die direkte Untersuchung des Kraftstoffeintrags beziehungsweise Kraftstoffgehalts im Kolbenringfeld liefert ein wesentlich schnelleres Messsignal als herkömmliche Lösungen, da eine Menge des in das Öl eingetragenen Kraftstoffes am Ort des Geschehens, das heißt dort, erfasst wird, an dem der Kraftstoff in das Öl eingetragen wird. Die Verwendung der auch als Flüssigphase bezeichneten Flüssigkeit zur Analyse mittels der etablierten, auch als FTIR-Messverfahren bezeichneten FTIR-Messtechnik liefert im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen und insbesondere im Vergleich zu einer Analyse einer Gasphase ein deutlich stärkeres Messsignal, was insbesondere an einer höheren Dichte der Flüssigkeit im Vergleich zu der Gasphase liegt. Außerdem kann ein Versotten der auch als Messtechnik bezeichneten Messeinrichtung vermieden werden.The opening is, for example, a bore in the cylinder wall, which is also referred to as a cylinder liner or forms a cylinder liner for the piston. The liquid, also referred to as fluid, can be taken directly from a piston ring field via the opening. The liquid is a liquid phase which is examined, i.e. analyzed, by means of the FTIR spectrometer and thus by means of the FTIR measurement technique. Experiments have shown that the FTIR measurement technology or the invention is very robust, so that the fuel entry can be determined quickly and precisely. The direct examination of the fuel entry or fuel content in the piston ring field provides a much faster measurement signal than conventional solutions, since a quantity of the fuel entered into the oil is recorded at the location of the event, i.e. there where the fuel entered the oil. The use of the liquid, also known as the liquid phase, for analysis using the established FTIR measurement technique, also known as the FTIR measurement method, provides a significantly stronger measurement signal compared to conventional solutions and in particular compared to an analysis of a gas phase, which is due in particular to a higher density of the Liquid compared to the gas phase. In addition, sooting of the measuring device, also referred to as measuring technology, can be avoided.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Ermitteln eines Kraftstoffeintrags in Öl einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a method for determining the entry of fuel into the oil of an internal combustion engine according to the invention. Advantages and advantageous configurations of the internal combustion 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 result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and 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 combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the frame to abandon the invention.

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

Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und teilweise geschnittenen Darstellung eine 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 einem in der Fig. gezeigten unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt translatorisch hin- und herbewegen. Dabei ist in der Fig. durch einen Pfeil 18 eine Bewegungsrichtung veranschaulicht, in die sich der Kolben 16 aus einem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt relativ zu der Zylinderwand 12 translatorisch bewegt. Die Zylinderwand 12 wird auch als Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichnet oder die Zylinderwand 12 bildet eine auch als Laufbahn bezeichnete Zylinderlaufbahn, wobei in der Fig. die Zylinderlaufbahn mit 13 bezeichnet ist. Der Kolben 16 kann sich beispielsweise in radialer Richtung des Zylinders 14 und des Kolbens 16 zumindest mittelbar an der Zylinderlaufbahn 13 abstützen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem eine auch als Messtechnik bezeichnete Messeinrichtung 20 auf, mittels welcher - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - wenigstens eine einen Kraftstoffeintrag in Öl der Verbrennungskraftmaschine 10 charakterisierende Größe ermittelbar, insbesondere erfassbar, ist. Die Messeinrichtung 20 wenigstens eine in der Zylinderwand 12 ausgebildete Öffnung 22, welche an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, in den Zylinder 14 mündet. Unter dem Kraftstoffeintrag ist eine Menge eines flüssigen Kraftstoffs zu verstehen, der sich in dem zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehenen Öl befindet, mithin in das Öl gelangt ist, das heißt eingetragen wurde.The only figure shows a detail, in a schematic and partially sectioned illustration, of an internal combustion engine 10, also known as a motor or internal combustion engine, which has at least one cylinder 14 delimited by a cylinder wall 12. In addition, the internal combustion engine 10 includes at least one piston 16 which is accommodated in the cylinder 14 in a translationally movable manner relative to the cylinder wall 12 . The piston 16 can move back and forth in translation relative to the cylinder wall 12 between a bottom dead center shown in the figure and a top dead center. An arrow 18 in the figure illustrates a direction of movement in which the piston 16 moves in a translatory manner from a top dead center to its bottom dead center relative to the cylinder wall 12 . The cylinder wall 12 is also referred to as a running track or cylinder running track, or the cylinder wall 12 forms a cylinder running track, also referred to as a running track, the cylinder running track being denoted by 13 in the figure. The piston 16 can, for example, be supported at least indirectly on the cylinder runway 13 in the radial direction of the cylinder 14 and the piston 16 . The internal combustion engine 10 also has a measuring Technology designated measuring device 20, by means of which - as will be explained in more detail below - at least one variable characterizing a fuel entry into the oil of the internal combustion engine 10 can be determined, in particular detected. The measuring device 20 has at least one opening 22 formed in the cylinder wall 12, which opens into the cylinder 14 per se, that is to say viewed on its own. The entry of fuel is to be understood as meaning a quantity of liquid fuel which is in the oil provided for lubricating internal combustion engine 10 and which has therefore entered the oil, ie has been entered.

Um nun den Kraftstoffeintrag beziehungsweise die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe besonders vorteilhaft ermitteln, insbesondere 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 ausgebildet, welcher von dem Öl beziehungsweise einer Flüssigkeit aus dem Zylinder 14 durchströmbar ist. Mittels der Pumpe 24 ist über die Öffnung 22, mithin über den Abführkanal 26, die zumindest das Öl umfassende Flüssigkeit aus dem Zylinder 14 absaugbar. Außerdem weist die Messeinrichtung 20 einen einfach auch als Spektrometer bezeichneten FTIR-Spektrometer 28 auf, mittels welchem die über den Abführkanal 26 aus dem Zylinder 14 abgesaugte Flüssigkeit analysierbar und dadurch die Größe ermittelbar, insbesondere erfassbar ist.In order to be able to particularly advantageously determine, in particular detect, the fuel entry or the variable characterizing the fuel entry, the measuring device 20 has a pump 24 preferably designed as a vacuum pump. In addition, the opening 22 , which is preferably designed as a through-opening, is designed as a discharge channel 26 through which the oil or a liquid from the cylinder 14 can flow. By means of the pump 24, the liquid comprising at least the oil can be sucked out of the cylinder 14 via the opening 22, and consequently via the discharge channel 26. In addition, the measuring device 20 has an FTIR spectrometer 28, also referred to simply as a spectrometer, by means of which the liquid sucked out of the cylinder 14 via the discharge channel 26 can be analyzed and the size can thereby be determined, in particular recorded.

Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung 20 einen außerhalb des Zylinders 14 angeordneten und einfach auch als Behältnis bezeichneten Sammelbehälter 30 auf, in und mittels welchem die über den Abführkanal 26 aus dem Zylinder 14 mittels der Pumpe 24 abgesaugte Flüssigkeit, die in der Fig. mit 32 bezeichnet ist, zumindest vorübergehend gesammelt werden kann. Hierzu ist der einenends in den Zylinder 14 mündende Abführkanal 26 andernends mit dem Sammelbehälter 30 fluidisch verbunden, insbesondere derart, dass der Abführkanal 26 andernends in den Sammelbehälter 30 mündet. Ein Pegel der in dem Sammelbehälter 30 aufgenommenen Flüssigkeit ist in der Fig. mit P bezeichnet. Beispielsweise kann der Pegel P mittels eines Messelements 34 ermittelt, insbesondere gemessen, werden.In the exemplary embodiment shown in the figure, the measuring device 20 has a collection container 30 which is arranged outside of the cylinder 14 and is also referred to simply as a container, in and by means of which the liquid sucked out of the cylinder 14 via the discharge channel 26 by means of the pump 24, which is contained in indicated at 32 in the figure, can be collected, at least temporarily. For this purpose, the discharge channel 26 which opens into the cylinder 14 at one end is fluidically connected to the collection container 30 at the other end, in particular in such a way that the discharge channel 26 opens into the collection container 30 at the other end. A level of the liquid received in the collection container 30 is denoted by P in the figure. For example, the level P can be determined, in particular measured, by means of a measuring element 34 .

Die Messeinrichtung 20 umfasst eine zusätzlich zu der Pumpe 24 vorgesehene, zweite Pumpe 36, mittels welcher die Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 30 zu dem und beispielsweise durch den FTIR-Spektrometer 28 gefördert werden kann oder gefördert wird. Des Weiteren weist die Messeinrichtung 20 bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel eine Rücklaufleitung 38 auf, über welche die über den Abführkanal 26 aus dem Zylinder 14 abgesaugte Flüssigkeit nach dem mittels des FTIR-Spektrometers 28 durchgeführten Analysieren der Flüssigkeit von dem FTIR-Spektrometer 28 abführbar und einem von dem Öl durchströmbaren Ölkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 10 zuführbar ist.The measuring device 20 comprises a second pump 36 provided in addition to the pump 24, by means of which the liquid can be conveyed from the collection container 30 to and for example through the FTIR spectrometer 28 or is conveyed. Furthermore, the measuring device 20 in the exemplary embodiment shown in the figure has a return line 38, via which the liquid sucked out of the cylinder 14 via the discharge channel 26 after the liquid has been analyzed by the FTIR spectrometer 28 by the FTIR spectrometer 28 can be removed and fed to an oil circuit of the internal combustion engine 10 through which the oil can flow.

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 veranschaulichten Bewegungsrichtung unterhalb eines entlang der Bewegungsrichtung untersten, an dem Kolben 16 gehaltenen Kolbenrings 40 angeordnet ist. Die Bewegungsrichtung fällt mit der axialen Richtung des Kolbens 16 zusammen. Dabei sind an dem Kolben 16 drei Kolbenringe 40, 42 und 44 gehalten, wobei die Kolbenringe 40, 42 und 44 in axialer Richtung des Kolbens 16 und somit entlang der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordnet sind. Dabei ist der Kolbenring 40 der entlang der Bewegungsrichtung unterste Kolbenring, wobei der Kolbenring 40 beispielsweise ein sogenannter Ölabstreifring ist.It can be seen from the figure that when the piston 16 is in its bottom dead center shown in the figure, the opening 22 or the discharge channel 26 along the direction of movement illustrated by the arrow 18 below a lowermost one along the direction of movement the piston 16 held piston ring 40 is arranged. The direction of movement coincides with the axial direction of the piston 16 . In this case, three piston rings 40, 42 and 44 are held on the piston 16, the piston rings 40, 42 and 44 being arranged in succession and spaced apart from one another in the axial direction of the piston 16 and thus along the direction of movement. The piston ring 40 is the lowest piston ring along the direction of movement, the piston ring 40 being a so-called oil scraper ring, for example.

Des Weiteren ist aus der Fig. erkennbar, dass sich entlang der Bewegungsrichtung an dem untersten Kolbenring 40 (Ölabstreifring) eine Nut 46 des Kolbens 16 anschließt. Die Nut 46 ist dann, wenn sich der Kolben 16 in seinem unteren Totpunkt befindet, in radialer Richtung des Zylinders 14 nach außen hin 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 32 aus der Nut 46 in die Öffnung 22 eingesaugt und in der Folge durch den Abführkanal 26 hindurchgesaugt und beispielsweise in den Sammelbehälter 30 hineingesaugt werden.Furthermore, it can be seen from the figure that a groove 46 of the piston 16 adjoins the lowermost piston ring 40 (oil scraper ring) along the direction of movement. When the piston 16 is in its bottom dead center, the groove 46 is at least partially overlapped outwards in the radial direction of the cylinder 14 by the opening 22 . As a result, when the piston 16 is at its bottom dead center, the liquid 32 can be sucked from the groove 46 into the opening 22 in a particularly advantageous manner by means of the pump 24 and subsequently sucked through the discharge channel 26 and, for example, sucked into the collection container 30 .

Unter dem Kraftstoffeintrag ist insbesondere zu verstehen, dass der flüssige Kraftstoff, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem befeuerten Betrieb betreibbar ist oder betrieben wird, in das Öl gelangt. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise einen dem Zylinder 14 zugeordneten und in der Fig. nicht erkennbaren Injektor auf, mittels welchem der zuvor genannte Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 einspritzbar ist. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise als ein direkteinspritzender Verbrennungsmotor ausgebildet.The introduction of fuel is to be understood in particular as meaning that the liquid fuel, by means of which the internal combustion engine 10 can be operated or is operated in its fired operation, gets into the oil. In this case, the internal combustion engine 10 has, for example, an injector which is assigned to the cylinder 14 and cannot be seen in the figure, by means of which the aforementioned fuel can be injected directly into the cylinder 14 . Internal combustion engine 10 is thus designed, for example, as a direct-injection internal combustion engine.

Durch die beispielsweise als Bohrung ausgebildete Öffnung 22 in der Zylinderwand 12 wird die auch als Fluid bezeichnete Flüssigkeit 32 aus dem Zylinder 14 und dabei insbesondere aus einer Kolbengruppe an einer geeigneten Stelle des Kolbens 16 entnommen. Beispielsweise wird die Flüssigkeit 32 über eine Kapillare entnommen, wobei beispielsweise zumindest ein Längenbereich des Abführkanals 26 als die genannte Kapillare ausgebildet ist.The liquid 32 , also referred to as fluid, is removed from the cylinder 14 and in particular from a piston group at a suitable point on the piston 16 through the opening 22 in the cylinder wall 12 , which is designed as a bore, for example. For example, the liquid 32 is removed via a capillary, with example wise at least a longitudinal region of the discharge channel 26 is formed as said capillary.

Die Flüssigkeit umfasst das Öl, Anteile von unverbranntem Kraftstoff, Wasser als Produkt aus einem in dem Zylinder 14 ablaufenden Verbrennungsprozess sowie Blow-by-Gas und Ruß. Der in der Flüssigkeit enthaltene und auch als Kraftstoffanteil bezeichnete Kraftstoff wird beispielsweise durch eine ungünstig ausgeführte Einspritzung an oder auf der Zylinderwand 12 angelagert und durch die Bewegung des Kolbens 16 und eine Abstreifwirkung des Ölabstreifrings in der auch als Ölnut bezeichneten Nut 46 akkumuliert. Der Kraftstoffanteil, mithin der Kraftstoffeintrag, ist dabei ein Maß für eine Güte der Einspritzung, mithin eine Einspritzapplikation.The liquid includes the oil, portions of unburned fuel, water as a product of a combustion process occurring in the cylinder 14, and blow-by gas and soot. The fuel contained in the liquid and also referred to as the fuel component is deposited on or on the cylinder wall 12, for example due to an unfavorably executed injection, and accumulates in the groove 46, also referred to as the oil groove, due to the movement of the piston 16 and a wiping effect of the oil ring. The proportion of fuel, and therefore the fuel input, is a measure of the quality of the injection, and therefore an injection application.

Die Ölnut stellt eine besonders geeignete Stelle zur Entnahme der Flüssigkeit 32 dar, denn durch die Abstreifwirkung des Ölabstreifrings wird hier eine ausreichend große Menge der Flüssigkeit gesammelt. Im Verlauf der Kolbenbewegung ist der untere Totpunkt eine geeignete Stelle für die Entnahme der Flüssigkeit 32 (Fluid).The oil groove is a particularly suitable point for removing the liquid 32 because a sufficiently large quantity of liquid is collected here by the wiping action of the oil wiping ring. In the course of the piston movement, the bottom dead center is a suitable point for removing the liquid 32 (fluid).

Die Förderung des Fluids erfolgt durch Unterdruck, der mithilfe der Vakuumpumpe (Pumpe 24) erzeugt wird. Die Flüssigkeit 32 gelangt von der Sammelstelle, mithin von der Nut 46, am Kolben 16 über die Öffnung 22 mittels der Kapillare in den Sammelbehälter 30. Hier akkumuliert sich die Flüssigkeit 32 beziehungsweise ein flüssiger Teil des Fluides. Der Pegel P der Flüssigkeit 32 in dem Sammelbehälter 30 wird beispielsweise mittels des insbesondere als Füllstandsmesser ausgebildeten Messelements 34 überwacht, ist eine ausreichende Menge der Flüssigkeit 32 in dem Sammelbehälter 30 aufgenommen, wird mittels der zusätzlichen, beispielsweise ebenfalls als Vakuumpumpe ausgebildeten Pumpe 36 die Flüssigkeit 32 aus dem Sammelbehälter 30, insbesondere über ein Leitungselement 48, zu dem FTIR-Spektrometer 28 gefördert, insbesondere dem FTIR-Spektrometer 28 zugeführt. Beispielsweise ist zumindest ein Längenbereich des Leitungselements 48 als weitere Kapillare ausgebildet, über welche die Flüssigkeit 32 aus dem Sammelbehälter 30 mittels der Pumpe 36 dem FTIR-Spektrometer 28 zugeführt wird. Der FTIR-Spektrometer 28 kann eine Zusammensetzung der Flüssigkeit 32 und somit die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe bestimmen. Insbesondere können Bestandteile der Flüssigkeit 32 wie Öl, Kraftstoff und weitere Komponenten wie Wasser oder Ruß anhand ihrer typischen Absorptionsbanden spektral mittels des FTIR-Spektrometers 28 unterschieden und quantifiziert werden. Der FTIR-Spektrometer 28 stellt ein einfach auch als Signal bezeichnetes Messsignal bereit, welches vorzugsweise ein elektrisches Signal ist. Das von dem FTIR-Spektrometer 28 bereitgestellte Messsignal charakterisiert zumindest die den Kraftstoffeintrag charakterisierende Größe. Das Signal des FTIR-Spektrometers 28 erlaubt somit Rückschlüsse zumindest auf den Kraftstoffeintrag in das Öl und ist damit ein Gütekriterium für die Applikation der Einspritzung. Nach der mittels des FTIR-Spektrometers 28 durchgeführten Analyse der Flüssigkeit 32 aus dem Sammelbehälter 30 wird die Flüssigkeit 32 über die Rücklaufleitung 38 von dem FTIR-Spektrometer 28 abgeführt und dem auch als Motorölkreislauf bezeichneten Ölkreislauf an einer geeigneten Stelle zugeführt. Während der auch als Messung oder FTIR-Messung bezeichneten Analyse beziehungsweise während die Pumpe 36 die Flüssigkeit 32 fördert, wird oder ist die Pumpe 24 abgeschaltet, mithin deaktiviert. Die Pumpe 36 fördert so lange Flüssigkeit 32 zu dem FTIR-Spektrometer 28 aus dem Sammelbehälter 30, bis der Pegel P der gesammelten, in dem Sammelbehälter 30 aufgenommenen Flüssigkeit 32 hinreichend gesunken ist. Dies kann mittels des Füllstandsmessers erfasst werden. Dieses intermittierende Sammeln und Messen beziehungsweise Analysieren erlaubt eine Messung im Bereich von wenigen Minuten und ist so deutlich schneller als eine Bestimmung der Kraftstoffkonzentration in einer Ölwanne, die auswertbare Kraftstoff-Konzentrationsänderungen in Motoröl erst nach etwa 30 Minuten erlaubt.The fluid is conveyed by negative pressure, which is generated using the vacuum pump (pump 24). The liquid 32 passes from the collection point, hence from the groove 46, on the piston 16 via the opening 22 by means of the capillary into the collection container 30. The liquid 32 or a liquid part of the fluid accumulates here. The level P of the liquid 32 in the collection container 30 is monitored, for example, by means of the measuring element 34, which is designed in particular as a level meter conveyed from the collection container 30, in particular via a line element 48, to the FTIR spectrometer 28, in particular fed to the FTIR spectrometer 28. For example, at least one longitudinal area of the line element 48 is designed as a further capillary, via which the liquid 32 is fed from the collection container 30 to the FTIR spectrometer 28 by means of the pump 36 . The FTIR spectrometer 28 can determine a composition of the liquid 32 and thus the variable that characterizes the fuel entry. In particular, components of the liquid 32 such as oil, fuel and other components such as water or soot can be spectrally differentiated and quantified using the FTIR spectrometer 28 on the basis of their typical absorption bands. The FTIR spectrometer 28 provides a measurement signal, also referred to simply as a signal, which is preferably an electrical signal. The measurement signal provided by the FTIR spectrometer 28 characterizes at least the variable that characterizes the fuel entry. The signal from the FTIR spectrometer 28 thus allows conclusions to be drawn at least as to the entry of fuel into the oil and is therefore a quality criterion for the application of the injection. After the liquid 32 from the collection container 30 has been analyzed by the FTIR spectrometer 28, the liquid 32 is removed from the FTIR spectrometer 28 via the return line 38 and fed to the oil circuit, also known as the engine oil circuit, at a suitable point. During the analysis, also referred to as a measurement or FTIR measurement, or while the pump 36 is conveying the liquid 32, the pump 24 is or is switched off, ie deactivated. The pump 36 delivers liquid 32 to the FTIR spectrometer 28 from the collection container 30 until the level P of the collected liquid 32 received in the collection container 30 has fallen sufficiently. This can be detected using the level gauge. This intermittent collection and measurement or analysis allows for a measurement in the range of a few minutes and is thus significantly faster than determining the fuel concentration in an oil pan, which only allows evaluable fuel concentration changes in the engine oil after about 30 minutes.

Bezugszeichenlistereference list

1010: Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
1212: Zylinderwandcylinder wall
1313: Zylinderlaufbahncylinder bore
1414: Zylindercylinder
1616: KolbenPistons
1818: PfeilArrow
2020: Messeinrichtungmeasuring device
2222: Öffnungopening
2424: Pumpepump
2626: Abführkanaldischarge channel
2828: FTIR-SpektrometerFTIR spectrometer
3030: Sammelbehältercollection container
3232: Flüssigkeitliquid
3434: Messelementmeasuring element
3636: weitere Pumpeanother pump
3838: Rücklaufleitungreturn line
4040: Kolbenringpiston ring
4242: Kolbenringpiston ring
4444: Kolbenringpiston ring
4646: Nutgroove
4848: Leitungselementline element
PP: Pegellevel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018004144 A1 [0002]
DE 102006059071 A1 [0003]
DE 102020003121 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 into the oil of the internal combustion engine (10) can be determined, the measuring device (20) 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) containing at least the oil can be sucked out of the cylinder (14) via the opening (22) designed as a discharge channel (26), and - a FTIR spectrometer (28), by means of which the liquid (32) sucked out of the cylinder (14) via the discharge channel (26) can be analyzed and the size can thereby be determined.

Internal combustion engine (10) after claim 1 , characterized in that the measuring device (20) has: - a collecting container (30) arranged outside of the cylinder (14) for collecting the liquid (32) sucked out of the cylinder (14) via the discharge channel (26); and - a second pump (36) provided in addition to the pump (24), by means of which the liquid (32) is to be conveyed from the collecting container (30) to the FTIR spectrometer (28).

Internal combustion engine (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the measuring device (20) has a return line (38) via which the liquid (32) sucked out of the cylinder (14) via the discharge duct (26) after the liquid (32) has been analyzed is transferred to an oil circuit of the internal combustion engine ( 10) can be fed.

Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the pump (24) is designed as a vacuum pump.

Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, 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), with reference to the bottom dead center located piston (16), the opening (22) is arranged along the direction of movement (18) below a along the direction of movement (18) lowermost piston ring (40) held on the piston (16).

Internal combustion engine (10) after claim 5 , characterized in that along the direction of movement (18) a groove (46) of the piston (16) adjoins the bottom piston ring (40), the groove (46) then when the piston (16) is in the bottom dead center , is at least partially overlapped outwards in the radial direction of the cylinder (14) by the opening (22).

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