DE3719826A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

In der europäischen Patentschrift 1 06 950 ist eine Hubkol­ benbrennkraftmaschine mit einer Ansaugluftführung und einer Abgasführung und mit einer zumindest eine Einspritz­ pumpe und eine Einspritzdüse aufweisenden Brennstoffein­ spritzvorrichtung beschrieben. Da die Brennkraftmaschine mit synthetisch herstellbaren oder anderen alternativen Brennstoffen, insbesondere niedrig siedende Alkohole, wie beispielsweise Methanol betrieben wird und die Einspritz­ pumpe zum Einspritzen des niedrig siedenden Brennstoffes zur Schmierung an das Schmierölsystem der Brennkraftma­ schine angeschlossen ist, kann aufgrund unvermeidbarer Leckagen, z. B. am Einspritzpumpenelement, niedrig sieden­ der Brennstoff in das Schmierölsystem der Brennkraftma­ schine gelangen. Dieser niedrig siedende Brennstoff ver­ dampft infolge der im Schmieröl herrschenden Temperaturen, insbesondere im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine, wo er mit der dort vorhandenen Luft ein zündfähiges Gemisch bilden kann. Hierdurch ist die Gefahr von Kurbelgehäuseex­ plosionen gegeben.

Um dies zu verhindern, ist eine Verdampfungseinrichtung eingangsseitig mit dem Schmierölrücklauf der Einspritzpum­ pe und ausgangsseitig mit dem Schmierölsystem der Brenn­ kraftmaschine und der Ansaugluftführung verbunden, wobei die Verdampfungsvorrichtung an der Abgasführung thermisch angekoppelt ist und einen Verdampferraum aufweist, in den ein Zu- und Abfluß für das Motorschmieröl und eine Aus­ gangsleitung für die verdampften Stoffe mündet.

Nachteilig hieran ist, daß besonders im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine und bei größeren Kraftstoffleckver­ lusten der Einspritzpumpe, z. B durch Verschleiß, die Abtrennung des niedrig siedenden Brennstoffes aus dem Schmieröl oftmals unzureichend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Brenn­ kraftmaschine so weiterzubilden, daß nahezu sämtliche niedrig siedende Brennstoffe in der Verdampfungsvorrich­ tung aus dem Schmieröl abgetrennt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Abgas­ führung in den Verdampferraum hineinragt und Schmieröl über die Außenwand der Abgasführung geführt ist. Diese Maßnahme bewirkt nahezu eine vollkommene Abtrennung der niedrig siedenden Brennstoffe aus dem Schmieröl. Die Füh­ rung des Schmieröls über die Außenwand der Abgasführung bewirkt eine wirksame Vorwärmung des Schmieröls bevor es in den heißen Ölsumpf des Verdampferraums gelangt. Die zum Verdampfen bereitstehende Wärme ist somit gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht.

Vorteilhafterweise ist der Zufluß geodätisch über der Abgasführung angeordnet, und im Verdampferraum ist unter­ halb der Abgasführung ein Ölsumpf angeordnet. Das in den Verdampferraum hineinfließende Öl wird demnach, bevor es in den Ölsumpf fließt, durch die Abgasführung intensiv vorgewärmt. Der Abscheidegrad der niedrig siedenden Brenn­ stoffe ist dadurch optimiert.

In erfindungsgemäßer Ausführung ist der Abfluß unterhalb des Zuflusses angeordnet und eine Steigleitung verbindet den Abfluß mit der tiefsten Stelle des Ölsumpfes. Dies hat den Vorteil, daß nur das spezifisch schwerere, gereinigte Schmieröl abfließt, während das spezifisch leichtere, verunreinigte Schmieröl sich oberhalb des Steigrohreinlas­ ses befindet.

Vorteilhafterweise ist zwischem dem Kurbelgehäuseentlüf­ tungsrohr und der Ansaugluftführung der Brennkraftmaschine eine Leitung angeordnet und erfindungsgemäß in der Leitung ein von einer Elektronik gesteuertes Wegeventil vorgese­ hen, welches im geschlossenen Zustand die Verbindung zur Ansaugluftführung verschließt und die Leitung mit der Atmosphäre verbindet. Zweckmäßigerweise ist hierbei das Wegeventil oberhalb einer vorgegebenen Motordrehzahl oder oberhalb einer vorgegebenen Methanolkonzentration im Kur­ belgehäuse geschlossen. Sinnvollerweise ist im Kurbelge­ häuse zur Messung der Methanolkonzentration ein Methanol­ konzentrationssenor angeordnet. Dies ist eine Schutzmaß­ nahme, wenn zuviel niedrig siedender Brennstoff in den Verdampferraum oder in das Kurbelgehäuse gelangt. Hierbei würde zuviel niedrig siedender Brennstoff über die Ansaug­ luftleitung in die Brennräume der Brennkraftmaschine ge­ langen und dort z.B. die Gefahr eines Motordurchgehens bzw. die Gefahr von Klopfschäden erhöhen.

Eine alternative Ausführungsform betrifft eine Brennkraft­ maschine mit zumindest eine Einspritzpumpe und eine Ein­ spritzdüse aufweisenden Brennstoffeinspritzvorrichtung, wobei zur Schmierung der Einspritzpumpe der Brennkraftma­ schine Schmieröl entnehmbar und über einen Schmierölrück­ lauf in das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine rück­ führbar ist und einer Verdampfungsvorrichtung, die ein­ gangsseitig mit dem Schmierölrücklauf der Einspritzpumpe und ausgangsseitig mit dem Schmierölsystem der Brennkraft­ maschine verbunden ist und die Verdampfungsvorrichtung an die Abgasführung thermisch angekoppelt ist und einen Ver­ dampferraum aufweist, in den ein Zu- und Abfluß für das Motorschmieröl sowie eine Ausgangsleitung für die ver­ dampften Stoffe mündet. Erfindungsgemäß ist hier vorteil­ hafterweise die Ausgangsleitung für die verdampften Stoffe über eine Gefälle-Kondensationsleitung mit einem Tank verbunden; d.h., hier werden die verdampften Stoffe nicht in die Ansaugluftführung geführt, sondern in einen Tank. Dies hat den Vorteil, daß im Verdampferraum immer at­ mosphärische Druckverhältnisse herrschen. Bei Unterdruck wäre nämlich die Gefahr gegeben, daß Öl in die Ausgangs­ leitung mitgerissen würde, während bei Überdruck der Ver­ dampfungsgrad geringer wäre. Vorteilhafterweise ist der Tank ein Methanoltank.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Zeichnungen, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Frontansicht einer Brennkraft­ maschine, die mit einer erfindungsgemäßen Ver­ dampfungsvorrichtung ausgerüstet ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch eine Verdampfungsvorrichtung, die an der Ab­ gasführung der Brennkraftmaschine angebracht ist.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Frontansicht eine Brennkraftmaschine 15 dargestellt, bei der die Zylinder­ reihen 16 V-förmig angeordnet sind und die funktionsgemäß für die Zylinderreihen 16 jeweils eine Ansaugluftführung 14 und eine Abgasführung 3 aufweist und ferner mit einer Einspritzpumpe 1, einem Hilfsantrieb 17 und einem Ölfilter 18 versehen ist. Über die Einspritzpumpe 1 wird ein nie­ drig siedender Brennstoff, insbesondere Methanol geför­ dert, wobei weitere, nicht näher dargestellte Merkmale für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem niedrig sie­ denden Brennstoff, z.B. eine Zündstrahleinspritzvorrich­ tung oder ein Zünd- bzw. Glühkörper, vorgesehen sein kön­ nen. Die Einspritzpumpe 1 ist zur Schmierung - nicht im einzelnen dargestellt - an das Schmierölsystem der Brenn­ kraftmaschine angeschlossen, so daß aufgrund von unver­ meidbaren Leckagen in der Einspritzpumpe 1 die Gefahr besteht, daß niedrig siedender Brennstoff in das Schmier­ ölsystem der Brennkraftmaschine gelangt. Deshalb ist im Schmierölrücklauf 2 der Einspritzpumpe 1 eine Ver­ dampfungsvorrichtung vorgesehen, die u.a. aus einem Ver­ dampferraum 4 besteht. Die Verdampfungsvorrichtung wird mit Abgas der Brennkraftmaschine beheizt und ist direkt an einer Abgasführung 3 der Brennkraftmaschine vorgesehen, d.h., sie ist thermisch an die Abgasführung 3 angekoppelt.

Das mit niedrig siedendem Brennstoff verunreinigte Schmieröl der Einspritzpumpe 1 wird über den Schmieröl­ rücklauf 2 der Verdampfungsvorrichtung zugeführt, in der die niedrig siedenden Brennstoffbestandteile in Dampfform abgeschieden werden. Die Brennstoffdämpfe gelangen in einer Ausführungsform - nicht gezeigt - über eine Leitung in das Kurbelgehäuseentlüftungsrohr 19 der Brennkraftma­ schine und von dort aus über eine Leitung 7 a in die An­ saugluftführung 3, durch die sie der weiteren Verbrennung zugeleitet werden. Um ein Kondensieren der Brennstoff­ dämpfe mit Sicherheit auszuschließen, können sämtliche Leitungen wärmeisoliert sein.

In der Leitung 7 a ist ein von einer Elektronik 11 gesteu­ ertes Wegeventil 10 angeodnet, welches im geschlossenen Zustand die Verbindung zur Ansaugluftführung 14 ver­ schließt und die Leitung 7 a mit der Atmosphäre verbindet. Sinnvollerweise ist das Wegeventil 10 oberhalb einer vor­ gegebenen Motordrehzahl oder oberhalb einer vorgegebenen Methanolkonzentration im Kurbelgehäuse geschlossen.

Zur Messung der Methanolkonzentration ist vorteilhafter­ weise im Kurbelgehäuse ein Methanolkonzentrationssensor angeordnet. Diese Maßnahme ist zur Vermeidung eines größe­ ren Schadens bei einem evtl. Methanoldurchbruch aus dem Niederdrucksystem der Einspritzpumpe 1 in den Ölsumpf der Pumpe (z.B. O-Ring-Schaden) gedacht. Denn hierbei können größere Mengen niedrig siedender Brennstoff in den Ver­ dampfer gelangen. Wenn sie dort nicht so schnell vom Schmieröl getrennt werden können, wie sie anfallen, fließen sie in das Kurbelgehäuse ab und verdampfen dort. Über die Kurbelgehäuseentlüftung gelangt der niedrig sie­ dende Brennstoffdampf, insbesondere Methanoldampf, danach wieder in ein Ansaugrohr und verursacht somit einen star­ ken, zusätzlichen ottomotorischen Gemischanteil auf dieser Zylinderreihe.

In einer anderen alternativen Ausführungsform, bei der auch das eben genannte Wegeventil in der Leitung 7 a ange­ ordnet sein kann, ist die Ausgangsleitung 7 für die ver­ dampften Stoffe über eine Gefälle-Kondensationsleitung 12 mit einem Tank 13 verbunden. Dieser Tank 13 ist vorteil­ hafterweise ein Methanoltank. Die Weiterleitung und Kon­ densation der verdampften Stoffe in einen Tank hat den Vorteil, daß im Verdampferraum immer atmosphärische Druck­ verhältnisse herrschen. Ein gewisser Ölanteil im Tank 13 dient zur Schmierung der Einspritzpumpenelemente.

Im folgenden wird eingehend der Verdampferraum 4 beschrie­ ben.

Die Fig. 2 zeigt diesen Verdampferraum 4, der die Beson­ derheit aufweist, daß die Abgasführung 3 in den Ver­ dampferraum 4 hineinragt und Schmieröl über die Außenwand der Abgasführung 3 geführt ist. Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zufluß 5 geodätisch über der Abgasführung 3 angeordnet ist und im Verdampferraum 4 unterhalb der Abgasführung 3 ein Ölsumpf 8 angeordnet ist.

Der Verdampferraum 4 ist als gerader Kegelstumpf ausgebil­ det, wobei die Abgasführung 3 an der schmaleren Stirnseite in den Verdampferraum 4 hineinragt. An der der Abgasfüh­ rung 3 abgewandten Stirnseite des Verdampferraums 4 sind der Zufluß 5, der Abfluß 6 und die Ausgangsleitung 7 ange­ ordnet. Die Ausgangsleitung 7 mündet an der geodätisch höchsten Stelle in den Verdampferraum 4, während der Zu­ fluß 5 zwischen dem Abfluß 6 und der Einmündung der Aus­ gangsleitung 7 in den Verdampferraum angeordnet ist und geodätisch oberhalb der Abgasführung gelegt ist. Vom Zu­ fluß 5 führt eine Zuleitung 20 rechtwinklig zu der der Abgasführung 3 abgewandten Stirnseite des Verdampferraumes 4 bis über die Abgasführung 3.

Ungefähr in der Mitte des Verdampferraums 4 ist der Abfluß 6 angeordnet. Dies hat zur Folge, daß der Ölsumpf 8 bis zu dieser Höhe im Verdampferraum 4 reicht. Vom Abfluß 6 führt eine Steigleitung 9 bis zur tiefsten Stelle des Ölsumpfes 8. Die Wegführung des gereinigten Pumpenschmieröls zuerst über das Steigrohr 9 und den Abfluß 6 zurück zur Ölwanne bzw. zum Kurbelgehäuse hat den Vorteil, daß nur das spezi­ fisch schwerere, gereinigte Öl abfließt.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung konnte die Methanol-Restkonzentration im Kurbelgehäuse auf unter 200 ppm gesenkt werden.

Claims (10)

1. Brennkraftmaschine mit zumindest eine Einspritzpum­ pe (1) und eine Einspritzdüse aufweisenden Brennstoffein­ spritzvorrichtung, wobei zur Schmierung der Einspritzpumpe (1) der Brennkraftmaschine Schmieröl entnehmbar und über einen Schmierölrücklauf (2) in das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine rückführbar ist und einer Verdampfungs­ vorrichtung, die eingangsseitig mit dem Schmierölrücklauf (2) der Einspritzpumpe (1) und ausgangsseitig mit dem Schmierölsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist und die Verdampfungsvorrichtung an der Abgasführung (3) ther­ misch angekoppelt ist und einen Verdampferraum (4) auf­ weist, in den ein Zu- und Abfluß (5, 6) für das Motor­ schmieröl sowie eine Ausgangsleitung (7) für die verdampf­ ten Stoffe mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasführung (3) in den Verdampferraum (4) hineinragt und Schmieröl über die Außenwand der Abgasführung (3) geführt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (5) geodätisch über der Abgasführung (3) angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampferraum (4) unter­ halb der Abgasführung (3) ein Ölsumpf (8) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß (6) unterhalb des Zuflusses (5) angeordnet ist und eine Steigleitung (9) den Abfluß (6) mit der tiefsten Stelle des Ölsumpfes (8) ver­ bindet.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen dem Kurbelgehäuseentlüftungsrohr (19) und der Ansaugluftführung (14) der Brennkraftmaschine eine Leitung (7 a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (7 a) ein von einer Elektronik (11) gesteuertes Wegeventil (10) angeord­ net ist, welches im geschlossenen Zustand die Verbindung zur Ansaugluftführung (14) verschließt und die Leitung (7 a) mit der Atmosphäre verbindet.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb einer vorgegebenen Motordrehzahl das Wegeventil (10) geschlossen ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb einer vorgegebenen Methanolkonzentration im Kurbelgehäuse das Wegeventil (10) geschlossen ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelgehäuse ein Methanol­ konzentrationssensor angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine mit zumindest eine Einspritzpum­ pe (1) und eine Einspritzdüse aufweisenden Brennstoffein­ spritzvorrichtung, wobei zur Schmierung der Einspritzpumpe (1) der Brennkraftmaschine Schmieröl entnehmbar und über einen Schmierölrücklauf (2) in das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine rückführbar ist und einer Verdampfungs­ vorrichtung, die eingangsseitig mit dem Schmierölrücklauf (2) der Einspritzpumpe (1) und ausgangsseitig mit dem Schmierölsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist und die Verdampfungsvorrichtung an der Abgasführung (3) ther­ misch angekoppelt ist und einen Verdampferraum (4) auf­ weist, in den ein Zu- und Abfluß (5, 6) für das Motor­ schmieröl sowie eine Ausgangsleitung (7) für die ver­ dampften Stoffe mündet, insbesondere nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung (7) für die verdampften Stoffe über eine Gefälle-Kondensationslei­ tung (12) mit einem Tank (13) verbunden ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (13) ein Methanoltank ist.