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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 7.
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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. 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
DE 90 07 692 U1 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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Aus der
DE 101 40 987 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Kurbelgehäuseentlüftung über einen Aktivkohlebehälter mit einer Tankentlüftung verbunden ist, die in ein Saugrohr mündet. Es erfolgt eine Pufferung des Kraftstoffdampfes aus der Kurbelgehäuseentlüftung im Aktivkohlebehälter. Weiterhin betrifft die Druckschrift
DE 101 40 987 A1 ein Verfahren, bei dem nach Aktivieren der Tankentlüftung erst der Aktivkohlebehälter geleert wird und anschließend die Kurbelgehäuseentlüftung geöffnet wird, so dass die Kraftstoffmasse aus der Kurbelgehäuseentlüftung direkt in die Tankentlüftung und anschließend in das Saugrohr strömt, so dass eine Veränderung des Lambda-Wertes aufgrund von Kraftstoffdampf im Kurbelgehäusegas erfolgt und über diese Veränderung der Anteil der Kraftstoffmasse in der Kurbelgehäuseentlüftung bestimmt werden kann.
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Aus der
DE 101 28 464 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt für die Zufuhr der Verbrennungsluft und einer vom Kurbelraum zum Ansaugtrakt führenden Entlüftungsleitung für vom Brennraum zum Kurbelraum durchblasende Verbrennungsgase bzw. Blow-By-Gase bekannt. In der Entlüftungsleitung ist zur Reinigung der Blow-By-Gase ein Katalysator vorgesehen.
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Aus der
DE 196 25 447 A1 ist eine Einrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine bekannt. Zur Förderung der Wirkungsweise eines nachgeschalteten Reduktionskatalysators wird Kraftstoff über ein Dosierventil zugemessen und über eine Verdampfungseinrichtung in das Abgassystem eingebracht.
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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 7 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 flüssige Bestandteile in einem Abscheider als Kondensat abgeschieden und diese separat von in dem Ölabscheider abgeschiedenem Öl einem Sammelbehälter zugeführt werden, wobei die aus dem Abscheider kommenden Kurbelgehäusegase einem Frischluftansaugsystem der Brennkraftmaschine 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 bevorzugten 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 ersten alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird das Kondensat kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Sammelbehälter abgeleitet und dem Kraftstofftank zugeführt.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird das Kondensat betriebszustandsabhängig in ein Frischluftansaugsystem der Brennkraftmaschine beispielsweise mittels Einspritzens und/oder Verdampfens 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 Einspritzens und/oder Verdampfens, eingeleitet.
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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 in dem Kurbelgehäusegas enthaltene flüssige Bestandteile als Kondensat abscheidet und dieses separat von in dem Ölabscheider abgeschiedenem Öl 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 ersten alternativen Ausführungsform der Brennkraftmaschine 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 und/oder Kraftstofftröpfchen.
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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 enthaltenden 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 Einspritzens und/oder Verdampfens, 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.
