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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges,
mit einem Kurbelgehäuse,
welches über
einen Ölabscheider
entlüftet
wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine
mit einem Kurbelgehäuse
und einer Kurbelgehäuseentlüftung, die einen Ölabscheider
aufweist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 14.
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Bei modernen Motoren ist es vorgeschrieben,
dass eine Kurbelgehäuseentlüftung bzw.
Motorentlüftung
nicht in die Atmosphäre
entlassen, sondern statt dessen dem Verbrennungsvorgang zugeführt wird.
Dies ist notwendig, damit keine Abgase oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe
bzw. Schadstoffe im sogenannten Blow-By (am Kolben vorbei) durch
die Kurbelgehäuseentlüftung bzw.
Motorentlüftung
in die Umwelt gelangen können.
Eine Hauptursache für
starke Ablagerungsbildungen im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
stellen diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe sowie Abgasbestandteile
in Verbindung mit Motoröltröpfchen dar,
welche im Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse enthalten sind. Diese Bestandteile
kondensieren an den Bauteilen und Kanalwänden im Ansaugtrakt. Wenn die leicht
flüchtigen
Bestandteile an heißen
Bauteilen bzw. Kanalwänden
verdampfen, bleiben Ablagerungen (Verkokung) zurück. Mit zunehmender Betriebsdauer
der Brennkraftmaschine nimmt auch der Grad der Ablagerungen zu,
was im fortgeschrittenen Stadium zu Fehlfunktionen der Brennkraftmaschine
führen kann.
Die Verwendung von Ölabscheidern
im Entlüftungssystem
des Kurbelgehäuses
vermindert diesen Effekt. Zusätzlich
wird bei Motoren mit indirekter Gemischbildung im Ansaugtrakt eine
wenigstens teilweise Ausspülung
von Ablagerungen begünstigt.
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Benzinmotoren mit Direkteinspritzung
des Kraftstoffes in den Brennraum, d.h. nicht in den Ansaugtrakt,
leiden jedoch besonders an dem Problem der Bauteilverkokung. Eine
Verkokung tritt besonders an der Ventilkehlung von Einlassventilen
auf. Eine genauere Analyse, wie es zu dieser Verkokung kommt gibt
folgendes Ergebnis: Zuerst bilden Öl- und Kraftstoffkomponenten einen klebrigen
Belag auf den Bauteilen. Dabei handelt es sich vorrangig um langkettige
und verzweigte Kohlenwasserstoffe, d.h. die schwer flüchtigen
Komponenten von Öl
und Kraftstoff. Aromaten kleben hierbei besonders gut.
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Dieser klebrige Grundbelag dient
als Grundlage für
die Anlagerung von Russpartikeln. Dadurch entsteht eine poröse Oberfläche, in
die sich wiederum Öl-
und Kraftstoffkomponenten einlagern. Dieser Vorgang stellt einen
Kreisprozess dar, durch den die Schichtdicke der Verkokung ständig zunimmt.
Vor allem im Bereich der Einlassventile stammen die Ablagerungen
aus Blow-By-Gasen sowie innerer und externer Abgasrückführung, wobei
die Blow-By-Gase sowie das zurückgeführte Abgas
mit dem Einlassventil direkt in Berührung kommen.
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Insbesondere im Bereich der Ventilkehlung der
Einlassventile ist eine übermäßige Verkokung aus
folgenden Gründen äußerst negativ:
Bei Otto-Direkteinspritzern ist die erfolgreiche Entflammung der geschichteten
Ladung erheblich von einer korrekten Ausbildung der Zylinderinnenströmung abhängig, die für einen
sicheren Transport des eingespritzten Kraftstoffes zur Zündkerze
sorgt, um dort eine sichere Entflammung zu gewährleisten. Ein Verkokungsbelag
des Einlassventils im Bereich der Ventilkehlung kann jedoch die
Tumbleströmung
ggf. so stark stören,
dass es als Folge davon zu Zündaussetzern kommt.
Diese können
jedoch u.U. zu einer irreversiblen Schädigung eines im Abgastrakt
angeordneten Katalysators zur Abgasreinigung führen. Ferner bildet der Verkokungsbelag
des Einlassventils im Bereich der Ventilkehlung einen Strömungswiderstand aus,
der besonders im oberen Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine
zu erheblichen Leistungsverlusten aufgrund unzureichender Zylinderfüllung führen kann.
Des weiteren verhindert der Verkokungsbelag des Einlassventils im
Bereich der Ventilkehlung ggf. einen korrekten Ventilschluss, so
dass es zu Kompressionsverlusten und damit sporadischen Zündaussetzern
kommt. Wiederum könnte
dadurch der Katalysator irreversibel geschädigt werden. Von dem Verkokungsbelag
des Einlassventils im Bereich der Ventilkehlung können sich
ggf. kleine Partikel lösen
und in den Katalysator gelangen. Dort sind diese heißen Partikel
ggf. Ursache für
Sekundärreaktionen
mit entsprechender lokaler Schädigung des
Katalysators. Beispielsweise brennt sich ein Loch in die Katalysatorstruktur.
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Insbesondere am Ventilschaft stromab
eines Trennbleches im Einlasskanal zeigen sich kugelförmige Ablagerungen.
Durch das Abtropfen von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen von
dem Trennblech gegen den Ventilhals bzw. Ventilschaft bauen sich
dort mit der Zeit kugelförmige
Verkokungen nach dem zuvor erläuterten
Ablauf auf. Diese Ablagerungen am Ventilschaft können durch unerwünschte Verwirbelungen
und turbulente Strömungen
um die kugelige Verkokung Strömungsdefizite zur
Folge haben. Eine Ausbildung der stabilen Tumbleströmung von
Zyklus zu Zyklus ist dadurch ggf. nachhaltig gestört.
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Aus der
G 90 07 692.3 ist ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
bekannt, bei dem in eine Kurbelgehäuseentlüftung ein Ölabscheider integriert ist.
Die
DE 199 29 876
A1 beschreibt eine Entlüftungseinrichtung
für eine
Kurbelgehäuse
einer Brennkraftmaschine mit bzgl. des Kurbelgehäuses extern angeordnetem Ölabscheider.
Je nach Auslegung des Ölabscheiders
können
die in den Kurbelgehäusegasen
enthaltenen festen und flüssigen
Bestandteile, wie Ölnebel,
Kraftstoffnebel und Russpartikel, nahezu vollkommen abgeschieden werden.
Jedoch werden diese Bestandteile in die Ölwanne (in den Ölsumpf)
geleitet. Auf diese Weise würden
bei einer 100%igen Kondensatabscheidung auch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe
(Restkraftstoff und Abgasanteile) verstärkt in das Motoröl eingetragen
und würden
dadurch die Eigenschaften des Motoröls negativ beeinflussen. Ein
zu starke Ölverdünnung kann
beispielsweise auch eine Ursache für Lagerschäden sein.
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Aus der
US 6 457 462 B2 ist eine
Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Entlüftung eines Kraftstofftankes
mit einer Kurbelgehäuseentlüftung verbunden
ist, um Kraftstoffgase aus dem Kraftstofftank der Verbrennung zuzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Brennkraftmaschine der obengenannten Art bzgl.
Ablagerungen im Ansaugtrakt zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen
und durch eine Brennkraftmaschine der o.g. Art mit den in Anspruch
14 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem Verfahren der o.g. Art ist
es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass in und/oder nach dem Ölabscheider
in dem Kurbelgehäusegas
enthaltene feste und/oder flüssige
Bestandteile in einem Abscheider als Kondensat abgeschieden und
einem Sammelbehälter
zugeführt
werden.
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Dies hat den Vorteil, dass Öl- und Kraftstoffnebel
sowie Russpartikel im wesentlichen aus dem Blow-By-Volumenstrom
entfernt sind und dadurch eine Ursache für unerwünschte Ablagerungen im Ansaugsystem
durch die Zuführung
von Blow-By-Gasen aus dem Kurbelgehäuse in das Ansaugsystem eliminiert
ist. Entsprechende Maßnahmen
zum Entfernen von Ablagerungen, wie beispielsweise eine Verkokung
von Einlassventilen, im Ansaugsystem können reduziert werden bzw.
vollständig
entfallen. Zusätzlich
wird eine Verschlechterung der Ölqualität durch
Blow-By-Bestandteile verringert.
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In einer alternativen Ausführungsform
wird in vorbestimmten Intervallen, insbesondere festen Zeitintervallen
oder durch eine Laufleistung der Brennkraftmaschine bestimmten Intervallen,
das Kondensat aus dem Sammelbehälter
entleert oder der Sammelbehälter
ausgewechselt.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird das Kondensat kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem
Sammelbehälter
abgeleitet und einem Kraftstofftank zugeführt.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird das Kondensat betriebszustandsabhängig in ein Frischluftansaugsystem
der Brennkraftmaschine beispielsweise mittels Einspritzen und/oder
Verdampfen eingeleitet.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird das Kondensat betriebszustandsabhängig diskontinuierlich oder
kontinuierlich in eine Abgasanlage der Brennkraftmaschine, beispielsweise
vor einem Vorkatalysator und/oder einem Hauptkatalysator der Abgasanlage,
beispielsweise mittels Einspritzen und/oder Verdampfen, eingeleitet.
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Zweckmäßigerweise werden die aus dem Abscheider
kommenden Kurbelgehäusegase
einem Frischluftansaugsystem der Brennkraftmaschine zugeführt.
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Dadurch, dass die Kurbelgehäusegase
nach dem Ölabscheider
einem Kraftstofftank als Abscheider und Sammelbehälter zugeführt werden,
können im
Blow-By-Volumenstrom noch enthaltene, unerwünschte Bestandteile im Kraftstofftank
kondensieren und sich mit dem Kraftstoff vermischen. Die so gereinigten
Blow-By-Gase werden dann als Kraftstofftankgase aus dem Kraftstofftank
abgeleitet und einer Verbrennung in der Brennkraftmaschine zugeführt.
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Die festen Bestandteile sind Russpartikel und
die flüssigen
Bestandteile sind beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe,
Kraftstofftröpfchen,
und/oder Öltröpfchen.
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Bei einer Brennkraftmaschine der
o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass dem Ölabscheider
ein Rest-Blow-By-Abscheider nachgeordnet oder in diesen integriert
ist, der nach oder in dem Ölabscheider
in dem Kurbelgehäusegas
enthaltene feste und/oder flüssige
Bestandteile als Kondensat abscheidet und einem Sammelbehälter zuführt sowie über einen
Fluidkanal mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden
ist, um das Kurbelgehäusegas
aus dem Rest-Blow-By-Abscheider dem Ansaugtrakt zuzuführen.
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Dies hat den Vorteil, dass Öl- und Kraftstoffnebel
sowie Russpartikel im wesentlichen aus dem Blow-By-Volumenstrom
entfernt sind und dadurch eine Ursache für unerwünschte Ablagerungen im Ansaugsystem
durch die Zuführung
von Blow-By-Gasen aus dem Kurbelgehäuse in das Ansaugsystem eliminiert
ist. Entsprechende Maßnahmen
zum Entfernen von Ablagerungen, wie beispielsweise eine Verkokung
von Einlassventilen, im Ansaugsystem können reduziert werden bzw.
vollständig
entfallen. Zusätzlich
wird eine Verschlechterung der Ölqualität durch
Blow-By-Bestandteile verringert.
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In einer alternativen Ausführungsform
ist ein Fluidkanal zwischen dem Sammelbehälter und einem Kraftstofftank
vorgesehen, um Kondensat in den Kraftstofftank abzuleiten.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist ein Fluidkanal zwischen dem Sammelbehälter und einem Frischluftansaugsystem
der Brennkraftmaschine vorgesehen, um Kondensat an das Frischluftansaugsystem
abzuleiten.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist ein Fluidkanal zwischen dem Sammelbehälter und einer Abgasanlage
der Brennkraftmaschine vorgesehen, um Kondensat an die Abgasanlage
abzuleiten.
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Der Fluidkanal mündet beispielsweise vor einem
Vorkatalysator und/oder einem Hauptkatalysator in die Abgasanlage
der Brennkraftmaschine.
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Zweckmäßigerweise ist der Rest-Blow-By-Abscheider
ein Abscheider für
unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kraftstofftröpfchen und/oder Russpartikel.
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Dadurch, dass der Rest-Blow-By-Abscheider und
der Sammelbehälter
durch einen Kraftstofftank gebildet sind, wobei der Fluidkanal zum
Verbinden mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine durch eine
Kraftstofftankentlüftung
gebildet ist, können
im Blow-By-Volumenstrom noch enthaltene, unerwünschte Bestandteile im Kraftstofftank
kondensieren und sich mit dem Kraftstoff vermischen. Die so gereinigten
Blow-By-Gase werden dann über
die Kraftstofftankentlüftung
aus dem Kraftstofftank abgeleitet und über den Ansaugtrakt einer Verbrennung
in der Brennkraftmaschine zugeführt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie
aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
Diese zeigen in
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer ersten bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
und
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2 ein
schematisches Blockdiagramm einer zweiten bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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Die in 1 dargestellte,
erste bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
umfasst ein Kurbelgehäuse 10 mit
einem Entlüftungskanal 12 zum
Abführen
von Blow-By-Gase enthaltende Kurbelgehäusegasen an einen Öl-Separator 14,
der einen in das Kurbelgehäuse 10 führenden
Rückflusskanal 16 aufweist,
um im Öl-Separator 14 abgeschiedenes Öl wieder
in das Kurbelgehäuse 10 zurück zu führen. Die
so vorgereinigten Kurbelgehäusegase
werden über
einen Fluidkanal 18 einem Rest-Blow-By-Abscheider 20 zugeführt. Dieser
scheidet unverbrannte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Kraftstofftröpfchen,
und ggf. Russpartikel ab und leitet ein sich so ergebendes Kondensat über einen
Fluidkanal 22 einem Kondensatsammelbehälter 24 zu. Ferner
ist ausgehend vom Kondensatsammelbehälter 24 ein Fluidkanal 26 vorgesehen,
um das derart gereinigte Kurbelgehäusegas einem nicht dargestellten
Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und damit einem Verbrennungsprozess
in der Brennkraftmaschine zuzuführen.
Das über
Fluidkanal 26 dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführte Kurbelgehäusegas ist
im wesentlichen frei von Öl-
und Kraftstoffnebel sowie Russpartikeln, so dass eine Hauptursache
für Ablagerungen
im Ansaugtrakt beispielsweise bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschine
durch die Rückleitung von
Blow-By-Gasen in den Ansaugtrakt wirksam vermieden ist.
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Der Kondensatsammelbehälter 24 ist über einen
Fluidkanal 28 mit einem Kraftstofftank 30 der Brennkraftmaschine
verbunden. Das im Rest-Blow-By-Abscheider 20 abgeschiedene
und im Kondensatsammelbehälter 24 gesammelte
Kondensat wird über den
Fluidkanal 28 dem Kraftstofftank 30 zugeführt. Dort
vermischt sich das Kondensat mit dem Kraftstoff und wird durch den
Kraftstoff als Trägerfluid über eine
zu einer nicht dargestellten Kraftstoffanlage führenden Kraftstoffleitung 32 der
Verbrennung unter Umgehung des Ansaugtraktes zugeführt. Die
Abführung
in den Kraftstofftank 30 erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich.
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Alternativ oder zusätzlich zur
Abführung
des Kondensats in den Kraftstofftank 30 ist es vorgesehen,
dass der Kondensatsammelbehälter 24 bei
Inspektionen der Brennkraftmaschine in einem Fachbetrieb geleert
und/oder ausgewechselt wird; dass das flüssige Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter 24 betriebszustandsabhängig an
einer geeigneten Stelle diskontinuierlich oder kontinuierlich in den
Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, beispielsweise mittels einspritzen
und/oder verdampfen, eingeleitet wird, beispielsweise in einige
oder alle im Kurbelgehäuse 10 ausgebildete
Einlasskanäle; und/oder
dass das flüssige
Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter 24 betriebszustandsabhängig diskontinuierlich
oder kontinuierlich in eine Abgasanlage der Brennkraftmaschine vor
einem Vorkatalysator und/oder einem Hauptkatalysator eingeleitet
bzw. eingespritzt wird.
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Diese erste Ausführungsform gemäß 1 stellt eine zweistufige
Abscheidung von festen bzw. flüssigen
Bestandteilen des Kurbelgehäusegases dar.
In der ersten Stufe, dem Öl-Separator 14,
wird im wesentlichen nur Öl
abgeschieden und dem Kurbelgehäuse 10 bzw.
der Ölwanne
wieder zugeführt.
In der zweiten Stufe, dem Rest-Blow-By-Abscheider 20, werden
im wesentlichen unverbrannte Kohlenwasserstoffe (Restkraftstoff)
und ggf. Russpartikel abgeschieden und gesammelt und in flüssiger Form
dem Kraftstoffbehälter 30 zugeführt. Dies
stellt sozusagen eine Kraftstoffrückgewinnung dar. Das danach über Fluidkanal 26 in
den Ansaugtrakt eingeleitete, derart gereinigte Kurbelgehäusegas ist
bzgl. unerwünschter Ablagerungen
(Verkokung) im Ansaugtrakt unkritisch.
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Bei der aus 2 ersichtlichen, zweiten bevorzugten
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet, so dass zu
deren Erläuterung
auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen
wird. Im Unterschied zu der Ausführungsform
gemäß 1 ist der Öl-Separator 14 über den
Fluidkanal 18 direkt mit dem Kraftstofftank 30 verbunden,
so dass das über
Fluidkanal 18 aus dem Öl-Separator 14 kommende,
vorgereinigte Kurbelgehäusegas
direkt in den Kraftstofftank 30 eingeleitet wird. Dieser
wirkt dadurch sowohl als Rest-Blow-By-Abscheider wie auch als Kondensatsammelbehälter, so
dass diese beiden Bauteile der Ausführungsform gemäß 1 bei dieser Ausführungsform
gemäß 2 entfallen und durch den Kraftstofftank 30 ersetzt
sind. Der Öl-Separator 14 ist dabei
derart ausgelegt, dass dieser in dem Kurbelgehäusegas enthaltenden Ölnebel im
wesentlichen bzw. vollständig
abscheidet und zum Kurbelgehäuse bzw.
einer Ölwanne
desselben zurück
führt,
wohingegen kohlenwasserstoffe und Russpartikel im Kurbelgehäusegas verbleiben.
Im Kraftstofftank 30 können
dann die im vorgereinigten Kurbelgehäusegas noch enthaltenden festen
und/oder flüssigen
Bestandteile, wie beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe,
Kraftstofftröpfchen
und/oder Russpartikel, kondensieren und sich mit dem Kraftstoff
vermischen. Die Weiterführung
des so gereinigten Kurbelgehäusegases
erfolgt über
eine Kraftstofftankentlüftung 34 zu
dem nicht dargestellten Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Auf
diese Weise werden die gereinigten, im wesentlichen rein gasförmigen Blow-By-Gase
aus dem Kurbelgehäuse 10 wieder dem
Verbrennungsvorgang zugeführt.
Das im Kraftstoff gelöste
Kondensat wird ferner mittels des Kraftstoffes als Trägerfluid
unter Umgehung des Ansaugtraktes der Verbrennung über Fluidkanal 32 zugeführt. Wiederum
ist ein Kontakt der festen und flüssigen Bestandteile des Kurbelgehäusegases,
die sich beispielsweise aufgrund von Blow-By-Gasen in dem Kurbelgehäusegas befinden,
vermieden, so dass eine der Hauptursachen für Ablagerungen im Ansaugtrakt
beispielsweise bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen eliminiert
ist.
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Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, das
in den Kurbelgehäusegasen
beispielsweise aufgrund von Blow-By enthaltenes Kondensat separat abzuführen und
an dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorbei der Verbrennung
zuzuführen
oder anders zu beseitigen, um dessen schädliche Auswirkungen auf die
Funktion der Brennkraftmaschine zu unterbinden
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In einer weiteren, nicht dargestellten
Ausführungsform
ist der Kondensatsammelbehälter
direkt mit dem Öl-Separator
verbunden, der zum vollständigen
Abscheiden aller festen und flüssigen
Bestandteile, also Ölnebel,
Kraftstoffnebel und ggf. Russpartikel im Kurbelgehäusegas ausgebildet
ist. Der Rest-Blow-By-Abscheider, der Fluidkanal zwischen Öl-Separator
und Kurbelgehäuse
sowie der Fluidkanal zwischen Öl-Separator
und Rest-Blow-By-Abscheider entfallen hierbei. Der Fluidkanal zum
Ansaugtrakt ist direkt mit dem Öl-Separator
verbunden. Die Entsorgung des Kondensats aus dem Kondensatsammelbehälter erfolgt
dann wie oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform gemäß 1 beschrieben.
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- 10
- Kurbelgehäuse
- 12
- Entlüftungskanal
- 14
- Öl-Separator
- 16
- Rückflusskanal
- 18
- Fluidkanal
zwischen Öl-Separator
und Rest-Blow-By-Abscheider
- 20
- Rest-Blow-By-Abscheider
- 22
- Fluidkanal
zwischen Rest-Blow-By-Abscheider und Kondensatsammelbehälter
- 24
- Kondensatsammelbehälter
- 26
- Fluidkanal
zwischen Rest-Blow-By-Abscheider und Ansaugtrakt
- 28
- Fluidkanal
zwischen Kondensatsammelbehälter
und Kraftstofftank
- 30
- Kraftstofftank
- 32
- Kraftstoffleitung
- 34
- Kraftstofftankentlüftung