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Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines einen Schmierstoff enthaltenden Kraftstoffaerosols für eine Brennkraftmaschine, aufweisend wenigstens eine mit einer Direkteinspritzeinrichtung der Brennkraftmaschine verbindbare Kraftstoffzuleitung. Zudem betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Direkteinspritzeinrichtung, wenigstens einem Gasreservoir und wenigstens einem System zum Erzeugen eines einen Schmierstoff enthaltenden Kraftstoffaerosols. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines einen Schmierstoff enthaltenden Kraftstoffaerosols für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzeinrichtung.
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Gegenwärtig gibt es Verbrennungsmotoren, die komprimiertes Erdgas (CNG: Compressed Natural Gas) als gasförmigen Kraftstoff verwenden. Solche Verbrennungsmotoren nutzen üblicherweise eine Einlasskanaleinspritzung (PFI: Port Fuel Injection), wobei während eines Ansaugtakts aufgrund der Menge bzw. des Volumens des komprimierten Erdgases, das angesaugt und durch Einlassventile gedrängt werden muss, hohe Verluste gegeben sind.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird an der Entwicklung von Direkteinspritzeinrichtungen zum direkten Einspritzen eines komprimierten Erdgases in die Brennräume eines Verbrennungsmotors gearbeitet. Solche Direkteinspritzeinrichtungen haben das Problem, dass die Spezifikationen für komprimiertes Erdgas bei weitem nicht so genau sind wie die Spezifikationen für Benzin bzw. Diesel. Hierdurch ist es möglich, dass ein sehr trockenes komprimiertes Erdgas getankt wird. Jedoch benötigt eine Direkteinspritzdüse eine kleine Menge an Schmierstoff, also z.B. Schmieröl, da ansonsten die Reibung in der Direkteinspritzdüse zu hoch wäre, was die Direkteinspritzdüse zerstören würde.
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In Zukunft wird es als Alternative zu Ottomotoren und Dieselmotoren Gasverbrennungsmotoren geben. Diese Gasverbrennungsmotoren können beispielsweise mit komprimiertem Erdgas, mit Wasserstoff oder mit einem synthetisch erzeugten Gas, wie beispielsweise Methan, betrieben werden. Wie oben ausgeführt, müssen diese gasförmigen Kraftstoffe mit einem Schmierstoff angereichert werden, um Einspritzdüsen zu schmieren. Hierzu kann herkömmlich ein Ölreservoir verwendet werden, das entweder von außen, beispielsweise durch einen Servicevorgang, befüllt oder mit einem aufgefangenen Öl aus einem Ölabscheider einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung versorgt wird.
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Die
DE 720 659 A offenbart eine Einspritzdüse mit Hochdruckschmierung für Kraftstoffe ohne eigene Schmierfähigkeit. Der Kraftstoff wird über einen Ringkanal zu der Düse geleitet, der in der Berührungsfläche zwischen dem Düsenkörper und dem die Spritzöffnung und die Ventilnadel enthaltenden Düsenstück vorgesehen ist. Der Ringkanal ist in zwei Teile geteilt, von denen nur der eine mit der Kraftstoffzuleitung in Verbindung steht, während der andere einerseits mit einer Schmieröldruckleitung und andererseits mit einer Leitung in Verbindung steht, durch die das Schmieröl einer die Düsennadel umgebenden Ringnut zugeführt wird.
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Die
DE 20 2015 100 375 U1 offenbart eine Kurbelgehäuseentlüftung, einen Verbrennungsmotor, eine Quelle für gasförmigen Kraftstoff und eine in einem Getriebegehäuse gekapselten Getriebe. Das Getriebe ist mit der Quelle für gasförmigen Kraftstoff über ein Durchflusssteuerventil und mit einer Frischluftleitung eines geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystems im Verbrennungsmotor fluidisch gekoppelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betrieb einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das wenigstens eine mit der Kraftstoffzuleitung verbundene Schmierstoffleitung aufweist, über die ein Innenraum eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine kommunizierend mit einem Innenraum der Kraftstoffzuleitung verbindbar ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Mit dem erfindungsgemäßen System wird ein vorliegend als Blow-by-Aerosol bezeichneter Ölnebel, der sich während eines Betriebs eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine in einem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors bildet, als Schmierstoff verwendet, mit dem der gasförmige Kraftstoff, beispielsweise komprimiertes Erdgas, Wasserstoffgas, Methangas oder irgendein anderes anreicherbares Gas, angereichert wird, um die Einspritzventile der Direkteinspritzeinrichtung der Brennkraftmaschine zu schmieren. Hierdurch wird die Reibung an den Einspritzventilen reduziert, was den Betrieb der Brennkraftmaschine verbessert und die Brennkraftmaschine langlebiger macht. Herkömmlich wird das in dem Ölnebel enthaltene Öl mittels einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (PCV: Positive Crankcase Ventilation) mit einem Ölabscheider abgeschieden und das dadurch gebildete Gas einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt. Daher muss für die vorliegende Erfindung der Ölnebel zum Anreichern des gasförmigen Kraftstoffs bezüglich einer Strömungsrichtung des Ölnebels zumindest vor dem Ölnebelabscheider abgezweigt und der erfindungsgemäßen Verwendung zugeführt werden.
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An der Kraftstoffzuleitung kann eine Druckreduziereinheit angeordnet sein, mit der ein Druck eines gasförmigen Kraftstoffs, wie er in einem Gasreservoir, beispielsweise Druckgasreservoir, zum Speichern des gasförmigen Kraftstoffs herrscht, auf einen geeigneten Betriebsdruck reduziert werden kann. Dem auf den Betriebsdruck gebrachten gasförmigen Kraftstoff kann dann der Schmierstoff zugeführt werden. Die Schmierstoffleitung kann direkt in die Kraftstoffzuleitung münden oder über ein Zwischenstück mittelbar an die Kraftstoffzuleitung gekoppelt sein.
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Das mit dem erfindungsgemäßen System erzeugbare Kraftstoffaerosol weist zusätzlich zu dem gasförmigen Kraftstoff flüssige Schwebeteilchen aus Öl auf, die einen Schmierstoffanteil des Kraftstoffaerosols bilden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System wenigstens einen an der Schmierstoffleitung angeordneten Partikelfilter auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass den Einspritzventilen der Direkteinspritzeinrichtung der Brennkraftmaschine keine Verunreinigungen bzw. Schmutzpartikel zugeführt werden, die den Betrieb der Einspritzdüsen beeinträchtigen könnten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das System wenigstens eine in der Kraftstoffzuleitung angeordnete Venturi-Düse auf, die bezüglich einer Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffzuleitung einer Mündung der Schmierstoffleitung in die Kraftstoffzuleitung vorgeschaltet ist. Mit der Venturi-Düse wird Blow-by-Aerosol aus der Schmierstoffleitung passiv in die Kraftstoffzuleitung gesaugt, ohne dass hierzu eine Pumpe oder dergleichen erforderlich ist, was den apparativen Aufwand deutlich reduziert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das System wenigstens eine in der Kraftstoffzuleitung angeordnete, einen Diffusor bildende Mischeinheit auf, die bezüglich der Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffzuleitung der Mündung der Schmierstoffleitung in die Kraftstoffzuleitung nachgeschaltet ist. Mit der Mischeinheit können der gasförmige Kraftstoff und das Blow-by-Aerosol homogen miteinander vermischt werden, was eine gleichmäßigere Verbrennung des Kraftstoffaerosols ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das System wenigstens ein in der Schmierstoffleitung angeordnetes Rückschlagventil auf. Hierdurch wird verhindert, dass der gasförmige Kraftstoff über die Schmierstoffleitung in das Kurbelgehäuse oder ein PCV-System gelangt.
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Die obige Aufgabe wird zudem durch eine Brennkraftmaschine gelöst, deren System gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander ausgebildet ist.
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Mit der Brennkraftmaschine sind die oben mit Bezug auf das System genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Direkteinspritzeinrichtung kann einen Kraftstoffverteiler, insbesondere ein Verteilerrohr, und daran angeschlossene Einspritzdüsen aufweisen. Das Gasreservoir kann als Gastank bezeichnet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet die Kraftstoffzuleitung in einem Kraftstoffverteiler der Direkteinspritzeinrichtung. Die Einspritzdüsen der Direkteinspritzeinrichtung werden über den gemeinsamen Kraftstoffverteiler mit dem Kraftstoffaerosol versorgt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zweigt die Schmierstoffleitung von einer Blow-by-Aerosolzuleitung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung der Brennkraftmaschine ab. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung weist ein PCV-System auf, dem das in dem Kurbelgehäuse vorhandene Blow-by-Aerosol über die Blow-by-Aerosolzuleitung zugeführt wird. Die Schmierstoffleitung stellt eine Bypass-Leitung dar, mit der ein Teil des Blow-by-Aerosols der Kraftstoffzuleitung zugeführt wird.
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Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, gemäß dem einem gasförmigen Kraftstoff, der einem Gasreservoir der Brennkraftmaschine entnommenen worden ist, ein in einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine vorhandenes Blow-by-Aerosol zugeführt wird.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das System genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das System gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Blow-by-Aerosol vor seiner Zuführung zu dem gasförmigen Kraftstoff gefiltert. Hiermit sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und
- 2 eine Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Direkteinspritzeinrichtung 2 mit einem Kraftstoffverteiler 3 und einer einer Anzahl von nicht gezeigten Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 entsprechenden Anzahl von mit dem Kraftstoffverteiler 3 verbundenen Einspritzdüsen 4 auf. Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine 1 ein nicht gezeigtes Gasreservoir zum Bevorraten eines gasförmigen Kraftstoffs.
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Zudem weist die Brennkraftmaschine 1 ein System 5 zum Erzeugen eines mit einem Schmierstoff angereicherten Kraftstoffaerosols auf. Das System 5 weist eine Kraftstoffzuleitung 6 auf, über die die Direkteinspritzeinrichtung 2 mit dem Gasreservoir verbunden ist. Dabei mündet die Kraftstoffzuleitung 6 in dem Kraftstoffverteiler 3. An der Kraftstoffzuleitung 6 ist eine Druckreduziereinheit 7 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, mit der ein Druck des gasförmigen Kraftstoffs auf einen geeigneten Betriebsdruck reduzierbar ist.
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Darüber hinaus weist die Brennkraftmaschine 1 eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 8 auf, die einen Ölabscheider 9 aufweist, dem ein in einem nicht gezeigten Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 vorhandenes Blow-by-Aerosol zugeführt wird und von dem ein mit dem Ölabscheider 9 gereinigtes Gas abgeführt und einem nicht gezeigten Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird, wie es in 1 durch gegenläufige Pfeile angedeutet ist.
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Das System 5 weist eine mit der Kraftstoffzuleitung 6 verbundene Schmierstoffleitung 10 auf, über die ein nicht gezeigter Innenraum des Kurbelgehäuses kommunizierend mit einem nicht gezeigten Innenraum der Kraftstoffzuleitung 6 verbunden ist. Hierzu ist die Schmierstoffleitung 10 über eine Schmiereinheit 11 mit der Kraftstoffzuleitung 6 verbunden, das beispielsweise entsprechend 2 ausgebildet sein kann. Die Schmierstoffleitung 10 zweigt von einer nicht gezeigten Blow-by-Aerosolzuleitung der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 8 ab, die in 1 durch den in Richtung des Ölabscheiders 9 weisenden Pfeil angedeutet ist. An der Schmierstoffleitung 10 ist ein Partikelfilter 12 zum Filtern des durch die Schmierstoffleitung 10 Blow-by-Aerosols angeordnet.
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2 zeigt eine Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 13 eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs. Es ist insbesondere die Schmiereinheit 14 gezeigt, über das die Schmierstoffleitung 10 mit der Kraftstoffzuleitung 6 verbunden ist.
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Die Schmiereinheit 14 weist eine in der Kraftstoffzuleitung 6 angeordnete Venturi-Düse 15 auf, die bezüglich einer in 2 durch Pfeile angedeuteten Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffzuleitung 6 einer Mündung der Schmierstoffleitung 10 in die Kraftstoffzuleitung 6 vorgeschaltet ist.
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Des Weiteren weist die Schmiereinheit 14 eine in der Kraftstoffzuleitung 6 angeordnete, einen Diffusor bildende Mischeinheit 16 auf, die bezüglich der Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffzuleitung 6 der Mündung der Schmierstoffleitung 10 in die Kraftstoffzuleitung 6 nachgeschaltet ist. Die Mischeinheit 16 ist eingangsseitig düsenförmig und ausgangsseitig diffusorförmig ausgebildet.
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Das System 17 zum Erzeugen eines mit einem Schmierstoff angereicherten Kraftstoffaerosols weist ferner ein in der Schmierstoffleitung 10 angeordnetes, federbelastetes Rückschlagventil 18 auf.
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Im Übrigen kann die Brennkraftmaschine 13 entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Direkteinspritzeinrichtung
- 3
- Kraftstoffverteiler
- 4
- Einspritzdüse
- 5
- System
- 6
- Kraftstoffzuleitung
- 7
- Druckreduziereinheit
- 8
- Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung
- 9
- Ölabscheider
- 10
- Schmierstoffleitung
- 11
- Schmiereinheit
- 12
- Partikelfilter
- 13
- Brennkraftmaschine
- 14
- Schmiereinheit
- 15
- Venturi-Düse
- 16
- Mischeinheit
- 17
- System
- 18
- Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 720659 A [0005]
- DE 202015100375 U1 [0006]
