DE102021002894A1

DE102021002894A1 - Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Drainagevorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102021002894A1
Application number: DE102021002894.5A
Authority: DE
Inventors: Bas van den Heuvel; Günter Grosch; Frank Krämer; Urban Morawitz; Franz Weber
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-06-05
Filing date: 2021-06-05
Publication date: 2022-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens einen Zylinder, bei der- jeder Zylinder einen Brennraum umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens, ein den Brennraum seitlich begrenzendes Zylinderrohr und den mindestens einen Zylinderkopf mit ausgebildet ist, wobei der Kolben entlang einer Kolbenlängsachse (4) zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, und- jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit mindestens einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist.Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, mit welcher der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik betreffend die Ölverdünnung begegnet und entgegengetreten werden kann.Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine der oben genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Zylinder mit einer ringförmigen Rinne (1) ausgestattet ist, die an einem von dem mindestens einen Zylinderkopf abgewandten Ende des Zylinderrohres beabstandet angeordnet ist und im Wesentlichen konzentrisch um die Kolbenlängsachse (4) herum verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens einen Zylinder, bei der

- jeder Zylinder einen Brennraum umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens, ein den Brennraum seitlich begrenzendes Zylinderrohr und den mindestens einen Zylinderkopf mit ausgebildet ist, wobei der Kolben entlang einer Kolbenlängsachse zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, und
- jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit mindestens einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d.h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder und deren Brennräume miteinander verbunden werden bzw. sind. Der Zylinderblock dient regelmäßig als obere Kurbelgehäusehälfte zur Lagerung der Kurbelwelle und zur Aufnahme des Kolbens bzw. der Zylinderlaufbuchse jedes Zylinders. Der Kolben kann auch unter Weglassen einer Buchse als Zwischenelement direkt in einer Bohrung des Blocks gelagert und geführt sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird sowohl die Zylinderlaufbuchse als auch die Bohrung unter den Begriff Zylinderrohr subsumiert.
Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme der für den Ladungswechsel erforderlichen Ventiltriebe. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Abführen der Verbrennungsgase via Abgasabfuhrsystem über die mindestens eine Auslassöffnung und das Zuführen der Verbrennungsluft via Ansaugsystem über die mindestens eine Einlassöffnung des Zylinders. Nach dem Stand der Technik werden bei Viertaktmotoren zur Steuerung des Ladungswechsels nahezu ausschließlich Hubventile verwendet. Das Ventil einschließlich des zugehörigen Betätigungsmechanismus wird als Ventiltrieb bezeichnet.
Die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf und transformiert die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle. Die durch den Zylinderblock gebildete obere Kurbelgehäusehälfte wird regelmäßig ergänzt durch die an den Zylinderblock montierbare und als untere Kurbelgehäusehälfte dienende Ölwanne.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen während der Expansion und des Ausschiebens der Zylinderfüllung bei einem ausreichenden hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) statt. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. Eventueller Sauerstoffmangel kann durch eine Sekundärlufteinblasung kompensiert werden. Jedoch müssen in der Regel besondere Reaktoren und/oder Filter im Abgastrakt vorgesehen werden, um die Schadstoffemissionen unter sämtlichen Betriebsbedingungen spürbar zu reduzieren.
Thermische Reaktoren versuchen, eine weitgehende Nachoxidation von HC und CO im Abgassystem zu erzielen, indem eine Wärmeisolation und ein ausreichend großes Volumen im Abgasrohr des Abgassystems vorgesehen wird. Die Wärmeisolation soll ein möglichst hohes Temperaturniveau durch Minimierung der Wärmeverluste sicherstellen, wohingegen ein großes Abgasrohrvolumen eine lange Verweildauer der Abgase gewährleistet. Sowohl die lange Verweildauer als auch das hohe Temperaturniveau unterstützen die angestrebte Nachoxidation. Nachteilig ist der schlechte Wirkungsgrad bei unterstöchiometrischer Verbrennung und die hohen Kosten. Für Dieselmotoren sind thermische Reaktoren aufgrund des grundsätzlich niedrigeren Temperaturniveaus nicht zielführend.
Aus den genannten Gründen kommen nach dem Stand der Technik bei Ottomotoren katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, die die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegkatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert.
Dabei werden die Stickoxide NO_x mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.
Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren aber auch direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt - d. h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel - nicht reduziert werden.
Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) wird ein Oxidationskatalysator im Abgassystem vorgesehen. Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren - sogenannte SCR-Katalysatoren - eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Letzteres wird auch als HC-Anreicherung bezeichnet, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in den Abgastrakt eingebracht werden oder aber durch innermotorische Maßnahmen, nämlich durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum nach der eigentlichen Verbrennung, zugeführt werden. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die - auch nach Beendigung der Hauptverbrennung - hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels in den Abgastrakt eingeleitet werden.
Brennkraftmaschinen, die von einer Nacheinspritzung Gebrauch machen, sind aber von Hause aus sehr anfällig für eine Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe. In Abhängigkeit von der Quantität des nacheingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des nacheingespritzten Kraftstoffes auf die Zylinderinnenwand und mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm. Anschließend gelangt der Kraftstoff zusammen mit dem Öl und dem Blow-by Gas in das Kurbelgehäuse und trägt so maßgeblich zur Ölverdünnung bei. Die Ölverdünnung nimmt mit steigender Kraftstoffmenge und Verschieben der Nacheinspritzung nach spät zu. Durch die Veränderung der Schmierstoffeigenschaften des Öls hat die Ölverdünnung maßgeblich Einfluss auf den Verschleiß und die Haltbarkeit d.h. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine. Eine weitere Folge der Ölverdünnung ist, dass das Öl häufiger gewechselt werden muss, wodurch zusätzlicher Aufwand und Kosten entstehen.
Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit sogenannten Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT - Lean NO_x Trap) reduziert werden. Dabei werden die Stickoxide zunächst - während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine - im Katalysator adsorbiert d.h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (beispielsweise X < 0,95) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden. Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Realisierung eines fetten d. h. eines unterstöchiometrischen Betriebs der Brennkraftmaschine bietet die Abgasrückführung (AGR) und - bei Dieselmotoren - die Drosselung im Ansaugtrakt. Es kann auch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum vorgenommen werden, wobei sich dies nachteilig auf die Ölverdünnung auswirkt. Auf innermotorische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn das Reduktionsmittel direkt in den Abgastrakt eingebracht wird, beispielsweise durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff. Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide freigegeben und im Wesentlichen in Stickstoffdioxid (N₂), Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) umgewandelt. Die Häufigkeit der Regenerationsphasen wird durch die Gesamtemission an Stickoxiden und die Speicherkapazität des LNT bestimmt.
Die Temperatur des Speicherkatalysators (LNT) sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann.
Eine Schwierigkeit bei der Verwendung und insbesondere bei der Anordnung des LNT im Abgastrakt ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls im LNT absorbiert wird und im Rahmen einer sogenannten Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. Hierfür muss der LNT auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700 °C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden, was wiederum durch den Übergang zu einem fetten Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Die Entschwefelung des LNT kann zur thermischen Alterung dieses Katalysators beitragen und die gewollte Konvertierung der Stickoxide gegen Ende seiner Lebensdauer nachteilig beeinflussen.
Grundsätzlich kann die Aufheizung eines beliebigen Abgasnachbehandlungssystems durch Einspritzen bzw. Nacheinspritzen von Kraftstoff in den Brennraum und/oder Abgastrakt erreicht werden. Der eingespritzte Kraftstoff wird gezündet und verbrannt, wodurch die Abgastemperatur erhöht und das vom Abgas durchströmte Abgasnachbehandlungssystem aufgeheizt wird.
Die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte für Stickoxidemissionen machen eine On-Board-Diagnose (OBD) erforderlich, um die mit zunehmender Betriebsdauer des LNT zu erwartende Einschränkung der Funktionstüchtigkeit, d.h. die Abnahme der Konvertierung, zu überwachen bzw. zu detektieren. Folglich sind Konzepte erforderlich, um die Funktionstüchtigkeit zu überwachen und unerwünscht hohe Schadstoffemissionen infolge eingeschränkter Funktionstüchtigkeit bzw. mangelnder Konvertierung zu vermeiden.
Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden nach dem Stand der Technik sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Die Intervalle der Regeneration werden dabei unter anderem durch den Abgasgegendruck, der sich infolge des zunehmenden Strömungswiderstandes des Filters aufgrund der anwachsenden Partikelmasse im Filter einstellt, bestimmt.
Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen - etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung - werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. Daher muss auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Die Verbrennung der Partikel kann dabei durch im Abgastrakt vorgesehene Zusatzbrenner erfolgen oder aber durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum, wobei der nacheingespritzte Kraftstoff bereits im Brennraum gezündet wird, was durch die auslaufende Hauptverbrennung oder die gegen Ende der Verbrennung im Brennraum vorliegenden hohen Temperaturen geschehen kann, so dass die Abgastemperatur der in den Abgastrakt ausgeschobenen Abgase innermotorisch angehoben wird. Nachteilig an dieser Vorgehensweise sind insbesondere die im Abgastrakt auf dem Weg zum Filter zu befürchtenden Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase. Der Filter kann ohne weiteres einen Meter und mehr vom Auslass des Brennraums entfernt im Abgastrakt angeordnet sein.
Der Kompensation der Wärmeverluste durch die Generierung entsprechend hoher Abgastemperaturen sind durch die Temperaturfestigkeit anderer im Abgasstrang vorgesehener Bauteile Grenzen gesetzt, insbesondere der Temperaturbeständigkeit einer im Abgassystem angeordneten Turbine eines Abgasturboladers, eines Dreiwegekatalysators oder eines Speicherkatalysators. Üblicherweise wird die Turbine mit den höchsten Temperaturen beaufschlagt, da sie am nächsten am Auslass des Brennraums angeordnet ist.
Der nacheingespritzte Kraftstoff kann auch unverbrannt und gegebenenfalls schon aufbereitet in den Abgastrakt ausgeschoben werden und dann gezielt lokal dort im Abgassystem oxidiert werden, wo hohe Abgastemperaturen notwendig sind, nämlich im Partikelfilter bzw. in seiner unmittelbaren Nachbarschaft. Die Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffes kann katalytisch mittels eines vor dem Filter positionierten Katalysators initiiert werden. Es kann aber auch eine elektrische Zündung in bzw. an dem Rußfilter vorgesehen werden.
Ähnlich wie bereits für die Reduzierung der Stickoxide vorgeschlagen, kann auch Kraftstoff direkt in den Abgastrakt eingebracht werden. Die weitere Vorgehensweise entspricht der zuvor Beschriebenen, bei der der zusätzlich eingespritzte Kraftstoff unverbrannt in das Abgassystem gelangt und gezielt in der Nachbarschaft des Partikelfilters oxidiert wird.
Es muss berücksichtigt werden, dass der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff, sei es aufgrund eines Überganges zu einem fetten Motorbetrieb oder aber infolge der Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff, prinzipbedingt den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflusst. Insbesondere die Häufigkeit, mit der der Partikelfilter regeneriert oder der LNT gereinigt wird, hat maßgeblichen und direkten Einfluss auf die zu diesen Zwecken eingesetzte Kraftstoffmenge und damit auf den Gesamtverbrauch.
Da sowohl die Abgase von Ottomotoren als auch die Abgase von Dieselmotoren - wenn auch in unterschiedlichen Mengen und Qualitäten - unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO_x) als auch Rußpartikel enthalten, kommen nach dem Stand der Technik regelmäßig kombinierte Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Katalysatoren, Reaktoren und/oder Filter umfassen.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit welcher der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik betreffend die Ölverdünnung begegnet und entgegengetreten werden kann.
Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens einen Zylinder, bei der

- jeder Zylinder einen Brennraum umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens, ein den Brennraum seitlich begrenzendes Zylinderrohr und den mindestens einen Zylinderkopf mit ausgebildet ist, wobei der Kolben entlang einer Kolbenlängsachse zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, und
- jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit mindestens einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist,

Erfindungsgemäß ist im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine je Zylinder eine ringförmige Rinne vorgesehen, die das mit Kraftstoff verdünnte Öl, welches den Brennraum zwischen Kolben und Zylinderrohr unter Umgehung der Kolbenringe verlässt, auffangen soll.
Hierzu ist die Rinne beabstandet zum kurbelseitigen Ende des Zylinderrohres angeordnet. Die Rinne verläuft im Wesentlichen konzentrisch um die Kolbenlängsachse bzw. Zylinderlängsachse herum, so dass die Rinne der zylinderförmigen Kontur des Zylinderrohres folgt.
Das in der Rinne aufgefangene und mit Kraftstoff kontaminierte Öl wird auf die Weise von dem übrigen im Ölkreislauf der Brennkraftmaschine befindlichen Öl - zumindest vorerst - separiert, d.h. getrennt. Das Separieren des kontaminierten Öls vom übrigen Öl schafft die Möglichkeit, das kontaminierte Öl zu reinigen, beispielsweise durch Erwärmen und Verdampfen von Kraftstoff. Nach erfolgter Reinigung kann dann das nicht mehr bzw. weniger kontaminierte Öl wieder dem Ölkreislauf zugeführt werden. Der verdampfte Kraftstoff wird abgeschieden; beispielsweise via Entlüftungsleitung dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine und damit der Verbrennung im Zylinder zugeführt.
Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass nicht das gesamte im Ölkreislauf befindliche Öl mit Kraftstoff versetzt und verdünnt wird bzw. die Ölverdünnung zeitlich gestreckt wird. Die Schmierstoffeigenschaften des Öls verschlechtern sich deutlich langsamer mit der Folge, dass das Öl weniger häufig gewechselt werden muss, wodurch Aufwand und Kosten vermindert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, mit welcher der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik betreffend die Ölverdünnung begegnet und entgegengetreten werden kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die direkteinspritzende Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne auf der dem Zylinderrohr zugewandten Seite konkav ausgebildet ist.
Die nach innen gewölbte, d.h. konkav ausgebildete Rinne sammelt und leitet das aufgefangene verdünnte Öl wie eine Dachrinne das aufgefangene Regenwasser.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne einen offenen Stoß aufweist.
Der offene Stoß ermöglicht das Einbringen und die Montage der Rinne auch dann, wenn das ins Kurbelgehäuse platzierte und montierte Pleuel den Kolben bereits mit der Kurbelwelle verbindet.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne an dem Zylinderrohr befestigt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne an dem Zylinderrohr lösbar befestigt ist. Dies gestattet einerseits die Nachrüstung von bereits auf dem Markt befindlichen Brennkraftmaschinen und andererseits den Wechsel der Rinne. Die Rinne kann beispielsweise mit zwei oder mehr Klemmen am Zylinderrohr befestigt werden.
Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit einer Spritzölkühlung für den Kolben, welche eine Spritzdüse umfasst, mit welcher der Kolbenboden mit Öl bespritzbar ist, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die ringförmige Rinne an der Spritzölkühlung befestigt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne an der Spritzdüse der Spritzölkühlung befestigt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne und die Spritzdüse der Spritzölkühlung einteilig als monolithisches Bauteil ausgebildet sind.
Vorteilhaft können dabei Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine sein, bei denen die ringförmige Rinne und die Spritzdüse der Spritzölkühlung mittels einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt sind.
Wird zur Herstellung der Rinne und der Spritzdüse ein additives Fertigungsverfahren eingesetzt, bei dem ein schichtweiser Aufbau des monolithischen Bauteils erfolgt, ist das Vorsehen einer weiteren Befestigung nicht weiter erforderlich. Dadurch entfallen die entsprechenden Befestigungsmittel, beispielsweise Klemmen, und die dazugehörige Montagearbeit.
Vorteilhaft sind Fertigungsverfahren, bei denen die ringförmige Rinne und die Spritzdüse mittels 3D-Drucken als monolithisches Bauteil hergestellt werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen die ringförmige Rinne via Verbindungsleitung mit einem Behältnis zur Bevorratung von verdünntem Öl verbunden ist.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen sein, bei denen in der Verbindungsleitung ein Absperrelement, beispielsweise ein Ventil, angeordnet ist.
Das in der Rinne aufgefangene und mit Kraftstoff kontaminierte Öl wird via Verbindungsleitung in das Behältnis geleitet und vom übrigen im Ölkreislauf der Brennkraftmaschine befindlichen Öl getrennt. Auf die Weise kann das kontaminierte Öl einer separaten Behandlung unterzogen werden. Das kontaminierte Öl kann gereinigt werden, beispielsweise indem mittels Heizeinrichtung durch Erwärmen Kraftstoff verdampft wird. Nach erfolgter Reinigung wird das nicht mehr bzw. weniger kontaminierte Öl vorzugsweise wieder dem Ölkreislauf zugeführt. Der verdampfte Kraftstoff wird vorzugsweise abgeschieden; beispielsweise via Entlüftungsleitung dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine und damit der Verbrennung im Zylinder zugeführt.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen das Behältnis mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist.
Aus den genannten Gründen sind daher in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen das Behältnis via Entlüftungsleitung mit einem Ansaugsystem des Zylinders verbunden ist.
Und ebenfalls vorteilhaft sind aus den genannten Gründen in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei denen das Behältnis via Ablassleitung mit einem Ölsammelbehältnis der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen sein, bei denen in der Entlüftungsleitung und/oder Ablassleitung ein Absperrelement, beispielsweise ein Ventil, angeordnet ist.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, bei der die ringförmige Rinne via Verbindungsleitung mit einem Behältnis zur Bevorratung von verdünntem Öl verbunden ist und das Behältnis mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist, wird gelöst mit einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das im Behältnis befindliche mit Kraftstoff verdünnte Öl zwecks Reinigung mittels Heizvorrichtung erwärmt wird, um Kraftstoffanteile zu verdampfen.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die verdampften Kraftstoffanteile via Entlüftungsleitung in ein Ansaugsystem des Zylinders eingeleitet werden.
Vorteilhaft sind des Weiteren Verfahrensvarianten, bei denen nach dem Verdampfen von Kraftstoffanteilen im Behältnis befindliches Öl via Ablassleitung in ein Ölsammelbehältnis der Brennkraftmaschine eingeleitet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 in einer perspektivischen Darstellung schematisch die ringförmige Rinne mitsamt Spritzölkühlung einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisch die ringförmige Rinne 1 mitsamt Spritzölkühlung 3 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
Die dargestellte Rinne 1 ist am kurbelseitigen Ende des zugehörigen Zylinderrohres (nicht dargestellt) angeordnet und dient dem Auffangen von mit Kraftstoff verdünntem Öl, welches den Brennraum zwischen Kolben und Zylinderrohr unter Umgehung der Kolbenringe verlässt.
Hierzu ist die Rinne 1 ringförmig und auf der dem Zylinderrohr zugewandten Seite konkav ausgebildet. Die ringförmigen Rinne 1 ist beabstandet zum Zylinderrohr angeordnet und verläuft im Wesentlichen konzentrisch um die Kolbenlängsachse 4 herum, welche näherungsweise mit der Zylinderlängsachse 5 zusammenfällt.
Die ringförmige Rinne 1 verfügt über einen offenen Stoß 2. Der offene Stoß 2 ermöglicht das Einbringen und die Montage der Rinne 1 auch dann, wenn das Pleuel bereits im Kurbelgehäuse montiert ist und dabei den Kolben mit der Kurbelwelle beweglich verbindet.
Die in 1 dargestellte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine ist mit einer Spritzölkühlung 3 für den Kolben ausgestattet. Die Spritzölkühlung 3 umfasst eine Spritzdüse 3a, mit welcher der Boden des Kolbens kurbelwellenseitig zwecks Kühlung mit Öl bespritzt werden kann. Vorliegend ist die ringförmige Rinne 1 an der Spritzölkühlung 3 befestigt.
Die Rinne 1 und die Spritzdüse 3a der Spritzölkühlung 3 können einteilig als monolithisches Bauteil ausgebildet werden, beispielsweise mittels additivem Fertigungsverfahren.
Bezugszeichenliste

1: ringförmige Rinne
2: offener Stoß der Rinne
3: Spritzölkühlung
3a: Spritzdüse
4: Kolbenlängsachse,
5: Zylinderlängsachse

Claims

Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens einen Zylinder, bei der - jeder Zylinder einen Brennraum umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens, ein den Brennraum seitlich begrenzendes Zylinderrohr und den mindestens einen Zylinderkopf mit ausgebildet ist, wobei der Kolben entlang einer Kolbenlängsachse (4) zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar ist, und - jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit mindestens einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder mit einer ringförmigen Rinne (1) ausgestattet ist, die an einem von dem mindestens einen Zylinderkopf abgewandten Ende des Zylinderrohres beabstandet angeordnet ist und im Wesentlichen konzentrisch um die Kolbenlängsachse (4) herum verläuft.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) auf der dem Zylinderrohr zugewandten Seite konkav ausgebildet ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) einen offenen Stoß (2) aufweist.
Direkteinspritzende aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) an dem Zylinderrohr befestigt ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) an dem Zylinderrohr lösbar befestigt ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Spritzölkühlung (3) für den Kolben, welche eine Spritzdüse (3a) umfasst, mit welcher der Kolbenboden mit Öl bespritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) an der Spritzölkühlung (3) befestigt ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) an der Spritzdüse (3a) der Spritzölkühlung (3) befestigt ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) und die Spritzdüse (3a) der Spritzölkühlung (3) einteilig als monolithisches Bauteil ausgebildet sind.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) und die Spritzdüse (3a) der Spritzölkühlung (3) mittels einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt sind.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rinne (1) via Verbindungsleitung mit einem Behältnis zur Bevorratung von verdünntem Öl verbunden ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis via Entlüftungsleitung mit einem Ansaugsystem des Zylinders verbunden ist.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis via Ablassleitung mit einem Ölsammelbehältnis der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die ringförmige Rinne (1) via Verbindungsleitung mit einem Behältnis zur Bevorratung von verdünntem Öl verbunden ist und das Behältnis mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das im Behältnis befindliche mit Kraftstoff verdünnte Öl zwecks Reinigung mittels Heizvorrichtung erwärmt wird, um Kraftstoffanteile zu verdampfen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampften Kraftstoffanteile via Entlüftungsleitung in ein Ansaugsystem des Zylinders eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verdampfen von Kraftstoffanteilen im Behältnis befindliches Öl via Ablassleitung in ein Ölsammelbehältnis der Brennkraftmaschine eingeleitet wird.