WO2004097187A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N39/00—Arrangements for conditioning of lubricants in the lubricating system
    • F16N39/005—Arrangements for conditioning of lubricants in the lubricating system by evaporating or purifying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/10—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant venting or purifying means, e.g. of filters

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the lubricant begins to lose its lubricity, which can result in considerable damage to the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in which an impairment of the lubricating properties of the lubricant of the internal combustion engine is avoided.
  • the filter is arranged in a filter housing.
  • the filter is arranged in the filter housing in such a way that the fuel collects in the filter housing and can preferably be disposed of with the filter housing.
  • a further lubricant filter for example a conventional particle filter, can be arranged in the filter housing.
  • a small particle filter can also be used as a further lubricant filter, which is arranged in a bypass flow of the lubricant circuit.
  • the lubricant is pressed through the filter with pressure to separate it from the fuel.
  • This pressure can be generated, for example, by a lubricant pump, the filter housing being arranged directly after a lubricant pump in the lubricant circuit.
  • the pressure can be generated by a centrifuge, through which the filtering takes place according to the specific density of the fuel and the lubricant. All substances are considered as filter materials, for example diesel
  • Such a filter material is, for example, a semi-permeable membrane that only allows the shorter hydrocarbon chains of the diesel fuel to pass through, while retaining the longer hydrocarbon chains of the engine oil.
  • These substances also include binders that bind diesel, but tend to repel motor oil.
  • Separation of lubricant and fuel can also be brought about chemically by a catalytic reaction.
  • a catalytic reaction takes place in a reactor which is arranged in the lubricant circuit of the internal combustion engine. This will be the catalytic one
  • Reaction-causing material heated to a temperature suitable for the catalytic reaction the decomposition temperature of the engine oil, for example, must not be reached.
  • This heating can advantageously be carried out electrically.
  • a particle filter is advantageously arranged in front of the reactor.
  • reaction products are formed which are led out of the lubricant circuit and are fed, for example, to the exhaust system of the internal combustion engine.
  • the material which causes the catalytic reaction is formed by a noble metal which is applied to a support material having a large surface area.
  • the method according to the invention prevents the lubricating properties of the lubricant from being impaired by an excessively high fuel concentration in the lubricant circuit when the internal combustion engine is operating.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a filter having a binder and a semipermeable membrane for physically separating fuel from lubricant
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a reactor which carries out a catalytic reaction for the chemical separation of lubricant and fuel.
  • a self-igniting internal combustion engine of a motor vehicle is equipped with a soot filter to reduce exhaust gas emissions in the exhaust system.
  • Soot layers that form in the soot filter during operation of the internal combustion engine are brought to combustion in such a way that the combustion gas is added to the combustion gas via the fuel injectors when the combustion gases are pushed out of the cylinders of the internal combustion engine.
  • the diesel fuel oxidizes in the soot filter and burns off the soot layer.
  • the internal combustion engine has a conventional lubricant circuit with a lubricant pump for lubricating the movable components.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a physically operating diesel filter 1, which is arranged in the lubricant circuit 1.1 between a lubricant pump 1.3 and a pressure reducer 1.4.
  • the lubricant pump 1.3 generates an oil pressure of approximately twenty bar, which is necessary for the diesel filter 1, and which is reduced by the pressure reducer 1.4 to the value of six bar sufficient for further lubricant circuit 1.1.
  • the increased pressure for operating the diesel filter 1 could also be provided by a centrifuge, which could be arranged within the diesel filter 1.
  • the interior of the diesel filter 1 consists of a lubricant tube 1.5 having a plurality of openings, the plurality of openings being formed by bores or by a steel mesh hose.
  • the multiplicity of openings in the lubricant tube 1.5 is surrounded by a semi-permeable membrane 1.6, which allows the shorter hydrocarbon chains of the diesel to pass through, while the longer hydrocarbon chains of the engine oil are retained.
  • the part of the diesel filter 1 surrounding the lubricant tube 1.5 forms a collecting container which contains a binder 1.7.
  • the binder has a great affinity for the diesel fuel, while it tends to repel the engine oil.
  • diesel fuel in the engine oil escapes via the lubricant pipe 1.5, which has a large number of openings, and via the semipermeable membrane 1.6 into the collecting container of the diesel filter 1 and is released from the binder 1.7 bound.
  • the collecting container of the diesel filter 1 has a capacity of approximately 500 grams of diesel fuel. and is replaced as part of the engine oil change intervals.
  • a vent is formed on the diesel filter 1 and is advantageously connected to a hose of the internal combustion engine that has a vacuum.
  • a particle filter 1.2 adapted to the needs of the semipermeable membrane in front of the diesel filter 1, which avoids premature clogging of the pores of the semipermeable membrane 1.6.
  • the particle filter 1.2 could also be arranged in the diesel filter 1.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a separation of diesel fuel and engine oil which works according to chemical methods and which takes place in a diesel reactor 2.
  • a catalytic reaction is carried out in the diesel reactor 2, by means of which the diesel fuel is split.
  • the diesel reactor 2 can be arranged in a secondary flow of the lubricant circuit 2.1 of the internal combustion engine after a particle filter 2.2.
  • the particle filter 2.2 is designed as a small particle filter, which requires the low pressure present in the bypass flow for effective filtering.
  • the output of the bypass flow ends in the oil pan of the internal combustion engine.
  • the catalytic reaction is brought about by a noble metal 2.3, for example a platinum alloy, which is applied as a carrier material to a ceramic body 2.4 having a large surface.
  • the ceramic body 2.4 is electrically heated by means of a heating element 2.5 arranged in the ceramic body 2.4 to a temperature of about 140 degrees Celsius, at which the diesel fuel decomposes catalytically, but the engine oil is not changed.
  • the diesel reactor 2 has a very long service life, which corresponds approximately to the mileage of the motor vehicle.
  • the described method for operating an internal combustion engine prevents the lubricating properties of the engine oil from being impaired when the internal combustion engine is in operation, since the concentration of diesel fuel can be kept to a value of less than two percent by volume due to the continuous separation.

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Abstract

Der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem im Schmiermittelkreislauf das Schmiermittel von Kraftstoff der Brennkraftmaschine getrennt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der dem Betrieb einer Brennkraftmaschine kommt es durch Anlagerung von unverbranntem Kraftstoff an den Zylinderwänden sowie durch Undichtigkeiten zwischen den Kolben und den Zylinderwänden zu einem Eintrag von Kraftstoff in das mit Schmierstoff, in der Regel Motoröl, gefüllte Motorgehäuse, wobei sich der Kraftstoff mit dem Schmierstoff vermischt.
Übersteigt der Volumenanteil des Kraftstoffes im Schmierstoff eine Grenze von etwa drei bis vier Prozent, beginnt der Schmierstoff seine Schmierfähigkeit zu verlieren, wodurch es zu beträchtlichen Schäden an der Brennkraftmaschine kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff es Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem eine Beeinträchtigung der Schmiereigenschaften des Schmierstoffes der Brennkraftmaschine vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach in dem Schmiermittelkreislauf das Schmiermittel von Kraftstoff der Brennkraϊtmaschine getrennt wird.
Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass diet Trennung von Kraftstoff und Schmiermittel als Filterung durchgeführt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Filter in einem Filtergehäuse angeordnet wird. Der Filter ist dabei so in dem Filtergehäuse angeordnet, dass sich der Kraftstoff in dem Filtergehäuse sammelt und vorzugsweise mit dem Filtergehäuse entsorgt werden kann. Dabei kann in dem Filtergehäuse ein weiterer Schmierstofffilter, beispielsweise ein konventioneller Partikelfilter, angeordnet werden.
Als weiterer Schmierstofffilter kann auch ein Kleinstpartikelfilter verwendet werden, der in einem Nebenstrom des Schmiermittelkreislaufes angeordnet wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schmiermittel zur Trennung von dem Kraftstoff mit Druck durch den Filter ge- presst wird. Dieser Druck kann beispielsweise von einer Schmiermittelpumpe erzeugt werden, wobei das Filtergehäuse direkt nach einer Schmiermittelpumpe in dem Schmiermittelkreislauf angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Druck von einer Zentrifuge erzeugt werden, durch welche die Filterung gemäß der spezifischen Dichte des Kraftstoffes und des Schmierstoffes erfolgt . Als Filtermaterialien kommen alle Stoff in Frage, die beispielsweise Diesel als
Kraftstoff und Motoröl als Schmiermittel voneinander trennen können. Ein derartiges Filtermaterial ist beispielsweise eine semipermeable Membran, die nur die kürzeren Kohlenwasserstoffketten des Dieselkraftstoffes hindurchlässt, während sie die längeren Kohlenwasserstoffketten des Motoröls zurückhält. • Zu diesen Stoffen gehören ebenfalls Bindemittel, die Diesel an sich binden, Motoröl jedoch eher abweisen.
Eine Trennung von Schmiermittel und Kraftstoff kann ebenfalls chemisch durch eine katalytische Reaktion herbeigeführt werden.
Eine katalytische Reaktion erfolgt in einem Reaktor, der im Schmiermittelkreis- lauf der Brennkraftmaschine angeordnet wird. Dabei wird das die katalytische
Reaktion herbeiführende Material auf eine für die katalytische Reaktion geeignete Temperatur erhitzt, wobei die Zersetzungstemperatur beispielsweise des Motoröls nicht erreicht werden darf. Dieses Erhitzen kann vorteilhaft elektrisch durchgeführt werden. Vor den Reaktor wird vorteilhaft ein Partikelfilter angeord- net.
Bei der katalytischen Reaktion des Kraftstoffes werden Reaktionsprodukte gebildet, die aus dem Schmiermittelkreislauf herausgeführt und beispielsweise der Abgasanlage der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Das die katalytische Reaktion herbeiführende Material wird von einem Edelmetall gebildet, das auf einem eine große Oberfläche aufweisenden Trägermaterial aufgebracht wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine Beeinträchtigung der Schmiereigenschaften des Schmierstoffes durch eine zu hohe Kraftstoffkonzentration im Schmiermittelkreislauf vermieden.
Im folgenden ist das Verfahren zum Betreiben einer einen Schmiermittelkreislauf aufweisenden Brennkraftmaschine anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein schematische Darstellung eines ein Bindemittel sowie eine semipermeable Membran aufweisenden Filters zum physikali- sehen Trennen von Kraftstoff aus Schmiermittel,
Figur 2 ein schematische Darstellung eines eine katalytische Reaktion durchführenden Reaktors zum chemischen Trennen von Schmiermittel und Kraftstoff.
Eine selbstzündende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist zur Reduzierung von Abgasemissionen in der Abgasanlage mit einem Rußfilter ausgestattet. Sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit der Zeit in dem Rußfilter bildende Rußschichten werden in der Form zur Verbrennung gebracht, dass während dem Ausschieben von Verbrennungsgasen aus den Zylindern der Brennkraftmaschi- ne den Verbrennungsgas über die Kraftstoffinjektoren Diesel zugesetzt wird. In dem Rußfilter oxidiert der Dieselkraftstoff und führt zum Abbrennen der Rußschicht.
Bei diesem Vorgang kommt es durch den Spalt zwischen den Kolben und den Zylindern zu einem erheblichen Eintrag von Dieselkraftstoff in das als Schmier- Stoff mit Motoröl gefüllte Kurbelwellengehäuse. Dabei weist die Brennkraftmaschine zur Schmierung der beweglichen Komponenten einem konventionellen Schmiermittelkreislauf mit einer Schmiermittelpumpe auf.
Um zu gewährleisten, dass der Anteil von Diesel im Motoröl 2 bis 3 Prozent nicht übersteigt, ist in dem Schmiermittelkreislauf eine Vorrichtung zum Trennen von Diesel und Motoröl angeordnet. Die Trennung von Dieselkraftstoff und Motoröl erfolgt durch Verfahren, die nach physikalischen Methoden und/oder nach chemischen Methoden arbeiteten.
In der Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines physikalisch arbeiten- den Dieselfilters 1, der im Schmiermittelkreislauf 1.1 zwischen einer Schmiermittelpumpe 1.3 und einem Druckminderer 1.4 angeordnet ist. Die Schmiermittelpumpe 1.3 erzeugt eine für den Dieselfilter 1 hotwendigen Öldruck von etwa zwanzig Bar, der durch den Druckminderer 1.4 auf den für weiteren Schmiermittelkreislauf 1.1 ausreichenden Wert von sechs Bar reduziert wird. Anstelle der Anordnung aus Schmiermittelpumpe 1.1 und Druckminderer 1.4 könnte der erhöhte Druck zum Betreiben des Dieselfilters 1 auch von einer Zentrifuge bereitgestellt werden, die innerhalb des Dieselfilters 1 angeordnet werden könnte. Das Innere des Dieselfilters 1 besteht aus einem eine Vielzahl von Öffnungen aufweisenden Schmiermittelrohres 1.5, wobei die Vielzahl von Öffnung von Bohrungen oder von einem Stahlnetzschlauch gebildet werden. Die Vielzahl von Öffnungen des Schmiermittelrohres 1.5 ist von einer semiper- meablen Membran 1.6 umgeben, welche die kürzeren Kohlenwasserstoffketten des Diesels passieren lässt, während die längern Kohlenwasserstoffketten des Motoröls zurück gehalten werden.
Der das Schmiermittelrohr 1.5 umgebende Teil des Dieselfilters 1 bildet einen Sammelbehälter, der ein Bindemittel 1.7 enthält. Das Bindemittel weist eine große Affinität zu dem Dieselkraftstoff auf, während es das Motoröl eher abweist. Hat die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht, wobei die Motoröl- temperatur um 110 Grad Celsius liegt, entweicht im Motoröl befindlicher Dieselkraftstoff über das die Vielzahl der Öffnungen aufweisende Schmiermittelrohr 1.5 und über die Semipermeable Membran 1.6 in den Sammelbehälter des Dieselfilters 1 und wird von dem Bindemittel 1.7 gebunden. Der Sammelbehälter des Dieselfilters 1 weist ein Fassungsvermögen von etwa 500 Gramm Dieselkraftstoff auf. und wird im Rahmen der Motorölwechselintervalle ausgetauscht.
An dem Dieselfilter 1 eine Entlüftung ausgebildet, die vorteilhaft mit einen Unterdruck aufweisenden Schlauch der Brennkraftmaschine verbunden wird. Zum Schutz der semipermeablen Membran 1.6 ist es vorteilhaft vor dem Dieselfilter 1 einen an die Bedürfnisse der semipermeablem Membran angepassten Partikelfilter 1.2 anzuordnen, durch den ein vorzeitiges Verstopfen der Poren der semipermeablem Membran 1.6 vermieden wird. Der Partikelfilter 1.2 könnte dabei mit in dem Dieselfilter 1 angeordnet sein.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer nach chemischen Methoden arbeitenden Trennung von Dieselkraftstoff und Motoröl, die in einem Dieselreaktor 2 erfolgt. In dem Dieselreaktor 2 wird eine katalytische Reaktion durchführt, durch die der Dieselkraftstoff gespalten wird.
Der Dieselreaktor 2 kann in einem Nebenstrom des Schmiermittelkreislaufes 2.1 der Brennkraftmaschine nach einem Partikelfilter 2.2 angeordnet werden. Der Partikelfilter 2.2 ist als Kleinstpartikelfilter ausgebildet, der zur effektiven Filterung den geringen im Nebenstrom anliegenden Druck benötigt. Der Ausgang des Nebenstroms endet in der Ölwanne der Brennkraftmaschine.
Die katalytische Reaktion wird von einem Edelmetall 2.3 , beispielsweise einer Platinlegierung, herbeigeführt, das auf einem eine große Oberfläche aufweisenden Keramikkörper 2.4 als Trägermaterial aufgebracht wird. Der Keramikkörper 2.4 wird mittels eines im Keramikkörper 2.4 angeordneten Heizelementes 2.5 elektrisch auf eine Temperatur von etwa 140 Grad Celsius geheizt, bei der sich der Dieselkraftstoff katalytisch zersetzt, das Motoröl jedoch nicht verändert wird.
Durch die katalytische Reaktion des Dieselkraftstoffes in dem Dieselreaktor 2 entsehen als Reaktionsprodukte 2.6 kurze Kohlenwasserstoffketten, die zu einem Teil exotherm reagieren, und die zu einem anderen Teil aus dem Schmier- mittelkreislauf herausgeführt und über die Abgasanlage abgeführt werden.
Der Dieselreaktor 2 weist eine sehr hohe Lebensdauer auf, die etwa der Laufleistung des Kraftfahrzeugs entspricht.
Durch das beschriebene Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine Beeinträchtigung der Schmierei- genschaften des Motoröls vermieden, da die Konzentration von Dieselkraftstoff durch die stetig laufende Trennung auf einen Wert von unter zwei Volumenprozent gehalten werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer einen Schmiermittelkreislauf (1.1 , 2.1) aufwei- senden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schmiermittelkreislauf (1.1 , 2.1 ) das Schmiermittel von Kraftstoff der Brennkraftmaschine getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von Kraftstoff und Schmiermittel als Filterung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter in einem
Filtergehäuse angeordnet wird, dass der Filter so in dem Filtergehäuse angeordnet ist, dass der Kraftstoff in dem Filtergehäuse gesammelt wird, und dass in dem Filtergehäuse ein weiterer Schmierstofffilter angeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Tren- nung das Schmiermittel und der Kraftstoff mit Druck durch den Filter gepresst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck von einer Schmiermittelpumpe (1.3) erzeugt wird, und dass das Filtergehäuse im Schmiermittelkreislauf (1.1 ) direkt nach der Schmiermittelpumpe (1.3) ange- ordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck von einer Zentrifuge erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermaterial eine semipermeable Membran (1.6) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermaterial ein Kraftstoff aufnehmendes und Schmiermittel abweisendes Bindemittel (1.7) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von Kraftstoff und Schmiermittel als katalytische Reaktion durchgeführt wird.
10.Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Reaktion in einem Reaktor erfolgt, dass der Reaktor im Schmiermittelkreislauf (2.1) der Brennkraftmaschine angeordnet wird, und dass das die katalytische
Reaktion herbeiführende Material auf eine den Kraftstoff zersetzende Temperatur erhitzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die katalytische Reaktion herbeiführende Material elektrisch erhitzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem
Reaktor ein weiterer Schmierstofffilter angeordnet wird.
13.Verfahren nach Anspruch 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der katalytischen Reaktion des Kraftstoffes Reaktionsprodukte (2.6) gebildet werden, und dass die Reaktionsprodukte (2.6) aus dem Schmiermittelkreislauf (2.1 ) der Brennkraftmaschine herausgeführt werden.
14.Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die katalytische Reaktion herbeiführende Material von einem Edelmetall (2.3) gebildet wird, und dass das Edelmetall (2.3) auf einem eine große Oberfläche aufweisenden Trägermaterial (2.4) aufgebracht wird.
15.Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schmierstofffilter ein Partikelfilter (1.2, 2.2) verwendet wird.
16.Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schmierstofffilter ein Kleinstpartikelfilter verwendet wird, und dass der Kleinstpartikelfilter in einem Nebenstrom des Schmiermittelkreislaufes (1.1 , 2.1 ) angeordnet wird.
17.Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmierstoff Motoröl und als Kraftstoff Diesel verwendet wird.
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