WO2017021086A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von schmiermittel für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von schmiermittel für eine verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Rainer Hild
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Wolfgang Mai
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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for processing lubricant containing vaporizable impurities for an internal combustion engine.
  • Today's Otto internal combustion engines have a comprehensive lubrication system, usually in the form of pressure circulation lubrication, in which a pump from a reservoir, usually from the oil pan as part of the crankcase, which serves as a lubricant engine oil through a system of lines and channels to the consumers from where it flows without pressure back into the sump.
  • the boiling range of petrol starts at 25 ° C and the boiling point of water is 100 ° C.
  • this fuel-water content can lead to reduced lubrication of the internal combustion engine and mechanical damage due to increased friction.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus can be processed with or with the contaminated lubricant of an internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for processing vaporizable impurities containing, in a crankcase of a Internal combustion engine located, liquid lubricant.
  • a partial mass flow of the lubricant is branched off downstream of a lubricant circulating in a closed loop lubricant pump and a
  • the lubricant is heated to a temperature at which the impurities go into the vapor state.
  • the mixture of lubricant and vapor impurities is supplied to a vapor separator, and the vapor impurities separated from the vapor separator are supplied to the intake air of the internal combustion engine, and the purified lubricant is passed from the vapor separator via the countercurrent heat exchanger back into the crankcase of the internal combustion engine.
  • the quality, in particular the lubricating properties of the lubricant can be maintained and wear, or the probability of a defect in moving parts of the internal combustion engine be minimized.
  • the active support of the discharge has a positive effect on the life expectancy of the engine and result ⁇ damage due to altered or diluted lubricant can be prevented.
  • Lubricant circulation the lubricant in the inlet to the heating direction by that of the Dampfabborgevorraum back flowing, hot lubricants are already preheated, so that the heating power for the heater is reduced.
  • an electrical heating device is used as a heating device, which is fed from the electrical system of the ⁇ driven by the internal combustion engine vehicle.
  • the electric heater ⁇ direction may be formed, for example in the form of a heating coil of resistance wire to a piece of pipe, within which the lubricant is transported by means of the lubricant pump.
  • the use of such an electric heater for vehicles is advantageous, which have an increased on-board voltage, such as a hybrid vehicle with an on-board voltage of 48 volts, which significantly reduces the power consumption of the electric heating element over conventional electrical systems.
  • Another advantage is that a continuous discharge already takes place in the warm-up phase of the internal combustion engine and can accumulate not so much fuel and water in the lubricant, especially in short-haul driving.
  • an exhaust gas lubricant heat exchanger which is connected via an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet with an exhaust line at a point upstream of an exhaust gas catalyst of the internal combustion engine. Since the exhaust gas is branched off upstream of the catalytic converter, exhaust gas with a high temperature is used
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a device for the preparation of the lubricant according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows an internal combustion engine with a device for the preparation of the lubricant according to a second embodiment
  • Figure 3 is a diagram showing different courses for the
  • Suction tube of the internal combustion engine shows.
  • An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 comprises an intake tract 2, an engine block 3, a cylinder head 4 and an exhaust tract 5.
  • the intake tract 2 comprises i.a. a
  • Throttle 21 and a suction pipe 22 which is guided toward a cylinder 31 in the engine block 3.
  • the cylinder head 4 includes a valve train with a gas ⁇ inlet valve 41 and a gas outlet 42 and associated valve actuators 43, 44.
  • the cylinder head 4 further comprises an injection valve 45 and a spark plug 46.
  • the injection valve may be 45 arranged in the intake tract.
  • the engine block 3 includes a crankcase 32 which accommodates a cure ⁇ belwelle 33 and also a connecting rod 34 which is coupled to a piston 35 of the cylinder 31 and so couples the crankshaft 33 to the piston 35 of the cylinder 31st
  • the crankcase 32 is also partially filled with lubricant 6, in particular engine oil and is circulated by means of a lubricating ⁇ medium pump 7 in a closed circuit.
  • the suction side of the lubricant pump 7 is connected by means of a suction line 71 with the lowest point of a part of the crankcase 32 forming sump 36.
  • a connected to the pressure side of the lubricant pump 7 main ⁇ lubricant line 72 leads to the cylinder head 4, so that in particular the mechanism of the valve gear of the gas inlet valve ⁇ 41 and the gas outlet valve 42 is supplied with lubricant 6.
  • the lubricant system may also have other lubricant lines and riser channels leading to different, also to be lubricated, moving parts.
  • the internal combustion engine 1 can also have a plurality of cylinders, the lubricant pump 7 ensuring lubrication for all parts of the individual cylinders to be lubricated.
  • a filter serving to separate solids contained in the lubricant 6 nor a crankcase ventilation device is shown in the figures.
  • the lubricant pump 7 is shown outside the crankcase 32. This is usually within the crankcase 32 is arranged ⁇ .
  • an electronic control unit (ECU, electronic control unit) 15 is provided.
  • the control device 15 contains a computing unit (processor) 16, which is coupled to a program memory 17 and a value memory 18 (data memory).
  • the arithmetic unit 16, the program memory 17 and the value memory 18 may each comprise one or more microelectronic components. Alternatively, these components may be partially or fully integrated in a single microelectronic device.
  • programs or values are stored, which are necessary for the operation of the combustion ⁇ engine 1.
  • a so-called oil dilution model M_OIL is implemented in the program memory 17, with which the fuel input into the lubricant 6 and the fuel discharge from the lubricant 6 are determined.
  • Such an oil dilution model M_OIL is described, for example, in DE 102010006580 B3, the contents of which are hereby incorporated by reference.
  • the control device 15 is associated with a plurality of sensors which detect different measured variables and in each case determine the measured value of the measured variable.
  • Company sizes include the
  • the control device 15 determines depending on at least one of
  • Measured variables and / or the operating variables manipulated variables which are then converted into one or more actuating signals for controlling actuators by means of corresponding actuators.
  • the sensors are for example an air mass meter, a
  • Temperature sensor 76 for the lubricant 6 in the crankcase 32 which outputs a signal T_OIL_l
  • a temperature sensor 77 for the lubricant 6 in the heater which outputs a signal T_OIL_2
  • a temperature sensor for the coolant of the internal combustion engine 1 a crankshaft angle sensor, which detects a crankshaft angle , which is then assigned a speed, a lambda probe upstream of the exhaust gas 52 whose signal is characteristic of the air / fuel ratio in the combustion chamber of the cylinder 31st
  • the actuators are, for example, the throttle valve 21 in the intake tract 2, a shut-off valve 14 in an exhaust gas feed line 12 signals for further actuators, which operate to the
  • the control device 15 determines inter alia as a function of at least part of the said input signals, in particular of the signals of the temperature sensors 76, 77 and the coolant temperature of the internal combustion engine 1, and taking into account the value for entry into the lubricant 6 obtained with the aid of the oil dilution model M_OIL When and how long to carry out an active heating of the lubricant 6.
  • the exhaust gas tract 5 of the internal combustion engine comprises an exhaust gas line 51 branching off from an unspecified exhaust manifold, in the course of which an exhaust gas catalytic converter 52 serving to convert harmful exhaust gas constituents is switched on and designed, for example, as a 3-way exhaust gas catalytic converter.
  • the purified exhaust gas then passes through a silencer (not shown) into the environment.
  • a lubricant supply line 73 branches off, which leads via a counterflow heat exchanger 8 and an electric heater 9 to a vapor separation device 10.
  • the electric heater 9 is powered by the electronic control device 15 with electrical energy.
  • the on-board electrical system of the internal combustion engine 1 is used as voltage source.
  • used driven vehicle ie the electric heating ⁇ device 9 with the board voltage UB, usually applied to 12 volts or in hybrid vehicles with 48 volts.
  • the electrical heating of the lubricant 6 to a temperature above the boiling point of the registered in the lubricant 6 causes a perfect evaporation of these substances from the lubricant 6.
  • the heated lubricant 6 and the now gaseous substances reach the Dampfabscheidevorraum 10, in which the gaseous substances be separated from the lubricant 6.
  • the vapor separation device 10 a known conventional device which allows the gaseous substances to be separated from the lubricant 6 can be used.
  • the separated, gaseous components are passed from the Dampfabscheidevoriques 10 by means of a vapor return line 75 in the suction pipe 22 at a point downstream of the Dros ⁇ selklappe 21 and fed with open inlet valve 41 of the combustion.
  • the cleaned lubricant 6 is returned by the Dampfabscheide ⁇ device 10 by means of a lubricant return line 74 via the countercurrent heat exchanger 8 in the crankcase 32.
  • the conveyed by the lubricant pump 7 cold lubricant 6 flows along a partition wall 81 and is already preheated by the flowing in the opposite direction, now heated lubricant 6, so that not the complete heating power for vaporizing the impurities alone applied by the electric heater 9 must become.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment for actively supporting the discharge of vaporizable impurities from the lubricant 6.
  • the lubricant 6 to be cleaned from the registered substances is not heated to a temperature by means of an electrical heating device but with the aid of an exhaust gas-lubricant heat exchanger 11. heated, where the impurities evaporate.
  • the remaining structure corresponds to the structure according to FIG. 1.
  • the cold lubricant 6 passes after passing through the
  • Counterflow heat exchanger 8 is preheated to the Ab ⁇ gas-lubricant heat exchanger 11. This is by means of an exhaust gas inlet pipe 12 to the exhaust pipe 51 upstream of a point of the exhaust gas catalytic converter 52 is connected to flow so that hot exhaust gas in the exhaust-lubricant heat exchanger 11 and the lubricant 6 can heat up. On the output side, the exhaust gas-lubricant heat exchanger 11 is likewise connected to the exhaust gas line 51 by means of an exhaust gas discharge line 13, so that the cooled exhaust gas can be discharged.
  • two different curves K1, K2 for the mass flow of mass flow FM are applied by the lubricant into the intake manifold of the internal combustion engine as a function of the time t after the start of the internal combustion engine at a time t0.
  • the operation of the internal combustion engine is carried out with a fuel containing a high proportion of ethanol contains.
  • the reference character Kl denotes a curve that reflects the discharge behavior in a conventional lubricant circuit, ie without active support of the discharge of fuel / water. In the case of a conventional lubricant circuit, it takes system-related a long time until the temperature of the lubricant is above the boiling points of the harmful components and the evaporation begins. Due to the high boiling point of ethanol (78 ° C at 1013mbar) is the fuel input in the
  • Lubricant higher than that of gasoline. This can lead to a sudden evaporation of the ethanol from the lubricant (time tl).
  • the reference symbol K2 designates a curve as it results according to the active support of the discharge according to the invention. It can be seen from this that very early after the start of the internal combustion engine, a continuous discharge of the vaporizable component ethanol takes place already in the warm-up phase.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Aufbereiten von verdampfbaren Verunreinigungen enthaltenden, in einem Kurbelgehäuse (32) einer Verbrennungskraftmaschine (1) befindlichen, flüssigen Schmiermittel (6) vorgeschlagen. Ein Teilmassenstrom des Schmiermittels (6) wird stromabwärts einer das Schmiermittel (6) in einem geschlossenen Kreislauf umwälzenden Schmiermittelpumpe (7) abgezweigt und über einen Gegenstromwärmetauscher (8) einer Heizeinrichtung (11) zugeführt. Mittels der Heizeinrichtung (11) wird das Schmiermittel (6) auf eine Temperatur erhitzt, bei dem die Verunreinigungen in den dampfförmigen Zustand übergehen. Das Gemisch aus Schmiermittel (6) und dampfförmigen Verunreinigungen wird einer Dampfabscheidevorrichtung (10) zugeführt und die von der Dampfabscheidevorrichtung (10) abgeschiedenen, dampfförmigen Verunreinigungen werden der Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine (1) zugeführt und das gereinigte Schmiermittel (6) wird aus der Dampfabscheidevorrichtung (10) über den Gegenstromwärmetauscher (8) zurück in das Kurbelgehäuse (32) der Verbrennungskraftmaschine (1) geleitet. Als Heizeinrichtung ist eine elektrische Heizeinrichtung oder ein Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher (11) vorgesehen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Schmiermittel für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von verdampfbaren Verunreinigungen enthaltenden Schmiermittel für eine Verbrennungskraftmaschine. Heutige Otto-Verbrennungskraftmaschinen weisen ein umfangreiches Schmiersystem, meist in Form einer Druckumlaufschmierung auf, bei dem eine Pumpe aus einem Sammelbehälter, in der Regel aus der Ölwanne als Bestandteil des Kurbelgehäuses, das als Schmiermittel dienende Motoröl durch ein System von Leitungen und Kanälen zu den Verbrauchern fördert, von wo aus es drucklos zurück in den Sammelbehälter fließt.
Die Schmiereigenschaften des Motoröls verschlechtern sich jedoch durch den Eintrag von anderen Stoffen wie beispielsweise Kraftstoff und Wasser. Dieser Eintrag führt zu einer Ölver- dünnung, wodurch der Verschleiß und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Defekts erhöht und die Lebenserwartung der Verbrennungskraftmaschine verringert werden. Die Kontaminierung des Motoröls durch diese Stoffe entsteht zum einen dadurch, dass sich Kraftstoff an der Wand der Laufbuchse des Zylinders mit dem dort befindlichen Ölfilm mischt und dann in das Motoröl mit abgestreift wird und zum anderen, weil Wasser zusammen mit den Verbrennungsgasen, die an den Kolbenringen vorbei strömen (Blowby) , in das Kurbelgehäuse gelangt.
Speziell bei häufigen Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine (z.B.: bei -10°C) ohne anschließenden Warmlauf (Öltemperatur <25°C) besteht die Gefahr, dass sich die Anteile von Kraftstoff und Wasser im Motoröl erhöhen. Dies ist auf das Siedeverhalten dieser Stoffe zurückzuführen.
Bei Umgebungsdruck beginnt der Siedeverlauf von Benzin bei 25°C und der Siedepunkt von Wasser liegt bei 100°C. Im Extremfall kann dieser Kraftstoff-Wasser Anteil zu einer verminderten Schmierung der Verbrennungskraftmaschine und zu mechanischen Schäden aufgrund einer erhöhten Reibung führen. Außerdem kann es bei einem Warmlauf mit anfänglich sehr hohem Kraftstoff-Anteil im Motoröl durch die Ausgasung des Kraftstoffs dazu kommen, dass die Verbrennungskraftmaschine nicht mehr sicher betrieben werden kann. Durch die zusätzliche Kraftstoffmenge aus dem Motoröl, die über die Kurbelgehäuseentlüftung in das Saugrohr gelangt, kommt es zu einer Überfettung des Verbrennungsgemisches, was trotz reduzierter Einspritzmenge zu Verbrennungsaussetzern führen kann. Im Schubabschaltbetrieb (keine eingespritzte Kraft- stoffmenge) erzeugt die Verbrennungskraftmaschine dennoch ein Drehmoment, welches ausschließlich über die Verbrennung des Kraftstoffdampfes aus der Kurbelgehäuseentlüftung generiert wird . Diese Probleme treten verstärkt bei Verbrennungskraftmaschinen auf, die generell auf eine niedrige Motoröltemperatur ausgelegt sind und/oder mit ethanolhaltigen Kraftstoffen (speziell E85/E100) betrieben werden und/oder als Hybrid zusammen mit einem Elektromotor im Kurzstreckenbetrieb (Gemischanreicherung bei kalter Verbrennungskraftmaschine) eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der verunreinigtes Schmiermittel einer Verbrennungskraftmaschine aufbereitet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den ab¬ hängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Aufbereiten von verdampfbaren Verunreinigungen enthaltenden, in einem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine befindlichen, flüssigen Schmiermittel . Ein Teilmassenstrom des Schmiermittels wird stromabwärts einer das Schmiermittel in einem geschlossenen Kreislauf umwälzenden Schmiermittelpumpe abgezweigt und über einen
Gegenstromwärmetauscher einer Heizeinrichtung zugeführt.
Mittels der Heizeinrichtung wird das Schmiermittel auf eine Temperatur erhitzt, bei dem die Verunreinigungen in den dampfförmigen Zustand übergehen. Das Gemisch aus Schmiermittel und dampfförmigen Verunreinigungen wird einer Dampfabscheidevorrichtung zugeführt und die von der Dampfabscheidevorrichtung abgeschiedenen, dampfförmigen Verunreinigungen werden der Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine zugeführt und das gereinigte Schmiermittel wird aus der Dampfabscheidevorrichtung über den Gegenstromwärmetauscher zurück in das Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine geleitet .
Durch eine aktive Unterstützung des Austrags mittels einer Heizeinrichtung und anschließender Trennung der verdampften Verunreinigungen von in dem Schmiermittel eingetragenen Stoffen wie Kraftstoff und Wasser kann die Qualität, insbesondere die Schmiereigenschaften des Schmiermittels aufrechterhalten werden und Verschleiß, bzw. die Wahrscheinlichkeit eines Defekts an beweglichen Teilen der Verbrennungskraftmaschine minimiert werden .
Desweiteren werden eine größere Anzahl von Kaltstarts ohne anschließenden Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine möglich, ohne dass es zu den oben genannten Problemen kommt, insbesondere nicht zu verkürzten Schmiermittelwechsel-Intervallen. Die aktive Unterstützung des Austrags wirkt sich positiv auf die Lebenserwartung der Verbrennungskraftmaschine aus und Folge¬ schäden aufgrund verändertem bzw. verdünntem Schmiermittel können verhindert werden.
Durch die Verwendung eines Gegenstromwärmetauschers im
Schmiermittelkreislauf kann das Schmiermittel im Zulauf zu der Heizeirichtung durch das von der Dampfabscheidevorrichtung zurückströmende, heiße Schmiermittel bereits vorgewärmt werden, so dass die Heizleistung für die Heizeinrichtung verringert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung verwendet, die aus dem Bordnetz des von der Verbrennungskraftmaschine ange¬ triebenen Fahrzeugs gespeist wird. Die elektrische Heizein¬ richtung kann beispielsweise in Form einer Heizspirale aus Widerstandsdraht um ein Rohrstück gebildet sein, innerhalb dessen das Schmiermittel mittels der Schmiermittelpumpe transportiert wird. Insbesondere ist der Einsatz einer solchen elektrischen Heizeinrichtung bei Fahrzeugen von Vorteil, die eine erhöhte Bordspannung aufweisen, wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug mit einer Bordspannung von 48 Volt, wodurch sich die Stromaufnahme des elektrischen Heizelements gegenüber herkömmlichen Bordnetzen deutlich verringert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein kontinuierlicher Austrag bereits in der Warmlaufphase der Verbrennungskraft- maschine stattfindet und sich speziell bei Kurzstreckenfahrten nicht so viel Kraftstoff und Wasser im Schmiermittel ansammeln kann .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dient als Heizeinrichtung für das Schmiermittel ein Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher, der über eine Abgaszuleitung und eine Abgasableitung mit einem Abgasstrang an einer Stelle stromaufwärts eines Abgaskatalysators der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Da das Abgas stromaufwärts des Abgaskatalysators abgezweigt wird, steht Abgas mit einer hohen Temperatur zur
Verfügung und es ergibt sich eine sehr effektive Erhitzung des Schmiermittels .
Durch die Verwendung eines der Heizeinrichtung nachgeschalteten Dampfabscheidevorrichtung ergibt sich eine einfache Möglichkeit das erhitzte Schmiermittel von den nun in Dampfform vorliegenden Verunreinigungen zu befreien und wieder der Verbrennung zuzuführen . Weitere Vorteile und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Aufbereitung des Schmiermittels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Aufbereitung des Schmiermittels gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Figur 3 ein Diagramm, das verschiedene Verläufe für den
Kraftstoffmassenstrom vom Schmiermittel in das
Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine zeigt.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Eine in Figur 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst einen Ansaugtrakt 2, einen Motorblock 3, einen Zylinderkopf 4 und einen Abgastrakt 5. Der Ansaugtrakt 2 umfasst u.a. eine
Drosselklappe 21 und ein Saugrohr 22, das hin zu einem Zylinder 31 in den Motorblock 3 geführt ist.
Der Zylinderkopf 4 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gas¬ einlassventil 41 und einem Gasauslassventil 42 und zugehörigen Ventilantrieben 43, 44. Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner ein Einspritzventil 45 und eine Zündkerze 46. Alternativ kann das Einspritzventil 45 auch in dem Ansaugtrakt 2 angeordnet sein. Der Motorblock 3 umfasst ein Kurbelgehäuse 32, das eine Kur¬ belwelle 33 aufnimmt und auch eine Pleuelstange 34, welche mit einem Kolben 35 des Zylinders 31 gekoppelt ist und die so die Kurbelwelle 33 mit dem Kolben 35 des Zylinders 31 koppelt. Das Kurbelgehäuse 32 ist ferner teilweise mit Schmiermittel 6, insbesondere Motoröl gefüllt und wird mittels einer Schmier¬ mittelpumpe 7 in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt. Hierzu ist die Saugseite der Schmiermittelpumpe 7 mittels einer Saugleitung 71 mit der tiefsten Stelle einer, einen Teil des Kurbelgehäuses 32 bildenden Ölwanne 36 verbunden. Eine an die Druckseite der Schmiermittelpumpe 7 angeschlossene Haupt¬ schmiermittelleitung 72 führt zu dem Zylinderkopf 4, so dass insbesondere der Mechanismus des Ventiltriebes des Gasein¬ lassventils 41 und des Gasauslassventils 42 mit Schmiermittel 6 versorgt wird. Das Schmiermittelsystem kann auch noch weitere Schmiermittelleitungen und Steigkanäle aufweisen, die zu verschiedenen, ebenfalls zu schmierenden, beweglichen Teilen führen . Es ist nur ein einziger Zylinder 31 gezeigt, die Verbrennungskraftmaschine 1 kann aber auch mehrere Zylinder aufweisen, wobei die Schmiermittelpumpe 7 die Schmierung für alle zu schmierenden Teile der einzelnen Zylinder sicherstellt. Darüber hinaus ist weder ein zur Abscheidung von im Schmiermittel 6 enthaltenden Feststoffen dienendes Filter, noch eine Kurbelgehäuseentlüftungsvorrichtung in den Figuren dargestellt. Außerdem ist aus Gründen der Übersichtlichkeit die Schmier- mittellpumpe 7 außerhalb des Kurbelgehäuses 32 dargestellt. Diese ist im Regelfall innerhalb des Kurbelgehäuses 32 ange¬ ordnet .
Zur Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine elektronische Steuerungseinrichtung (ECU, electronic control unit) 15 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 15 enthält eine Recheneinheit (Prozessor) 16, die mit einem Programmspeicher 17 und einem Wertespeicher 18 (Datenspeicher) gekoppelt ist. Die Recheneinheit 16, der Programmspeicher 17 und der Wertespeicher 18 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Pro- grammspeicher 17 bzw. dem Wertespeicher 18 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Verbrennungs¬ kraftmaschine 1 nötig sind. Insbesondere ist in dem Pro¬ grammspeicher 17 ein Verfahren zum Aufbereiten von Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine 1 implementiert, das während bestimmter Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine 1 von der Recheneinheit 16 abgearbeitet wird, wie es anhand der Figurenbeschreibung noch näher erläutert wird.
Außerdem ist in dem Programmspeicher 17 ein sogenanntes Öl- verdünnungsmodel M_OIL implementiert, mit dem der Kraft- stoffeintrag in den Schmierstoff 6 und der Kraftstoffaustrag aus dem Schmierstoff 6 bestimmt wird. Ein solches Ölverdünnungsmodel M_OIL ist beispielsweise in der DE 102010006580 B3 beschrieben, deren Inhalt diesbezüglich hiermit einbezogen ist.
Der Steuerungseinrichtung 15 sind mehrere Sensoren zugeordnet, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den
Messgrößen auch davon abgeleitete Größen. Die Steuerungsein- richtung 15 ermittelt abhängig von mindestens einer der
Messgrößen und/oder der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Sensoren sind beispielsweise ein Luftmassenmesser, ein
Temperatursensor 76 für das Schmiermittel 6 in dem Kurbelgehäuse 32, der ein Signal T_OIL_l ausgibt, ein Temperatursensor 77 für das Schmiermittel 6 in der Heizeinrichtung, der ein Signal T_OIL_2 ausgibt, ein Temperatursensor für das Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine 1, ein Kurbelwellenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird, eine Lambdasonde stromaufwärts des Abgaska- talysators 52, dessen Signal charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff erhältnis im Brennraum des Zylinders 31.
Die Signale dieser nicht explizit dargestellten Sensoren, welche für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 allgemein nötig sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen ES angedeutet.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 21 im Ansaugtrakt 2, ein Absperrventil 14 in einer Abgaszulaufleitung 12. Signale für weitere Stellglieder, die zum Betreiben der
Verbrennungskraftmaschine nötig, aber nicht dargestellt sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.
Die Steuerungseinrichtung 15 ermittelt unter anderem in Ab- hängigkeit zumindest einem Teil der genannten Eingangssignale, insbesondere der Signale der Temperatursensoren 76, 77 und der Kühlmitteltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1, sowie unter Berücksichtigung der mit Hilfe des Ölverdünnungsmodells M_OIL erhaltenen Wertes für den Eintrag in das Schmiermittel 6, wann und wie lange eine aktive Beheizung des Schmiermittels 6 durchzuführen ist.
Der Abgastrakt 5 der Verbrennungskraftmaschine umfasst eine, von einem nicht näher bezeichneten Abgaskrümmer abzweigende Ab- gasleitung 51, in deren weiterem Verlauf ein zum Konvertieren von schädlichen Abgasbestandteilen dienender Abgaskatalysator 52 eingeschaltet ist und beispielsweise als 3-Wege-Abgas- katalysator ausgebildet ist. Das gereinigte Abgas gelangt anschließend über einen Schalldämpfer (nicht gezeigt) in die Umgebung.
Von der Hauptschmiermittelleitung 72 zweigt eine Schmiermittelvorlaufleitung 73 ab, die über einen Gegenstromwärmetauscher 8 und einer elektrischen Heizeinrichtung 9 zu einer Dampfab- scheidevorrichtung 10 führt. Die elektrische Heizeinrichtung 9 wird über die elektronische Steuerungseinrichtung 15 mit elektrischer Energie versorgt. Als Spannungsquelle wird dabei das Bordnetz des mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ange- triebenen Fahrzeugs herangezogen, also die elektrische Heiz¬ einrichtung 9 mit der Bordspannung UB, in der Regel 12 Volt oder bei Hybridfahrzeugen mit 48 Volt beaufschlagt. Die elektrische Beheizung des Schmiermittels 6 auf eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur der in das Schmiermittel 6 eingetragenen Stoffe bewirkt eine vollkommene Verdampfung dieser Stoffe aus dem Schmiermittel 6. Das erhitzte Schmiermittel 6 und die nun gasförmigen Stoffe gelangen zu der Dampfabscheidevorrichtung 10, in dem die gasförmigen Stoffe vom Schmiermittel 6 separiert werden. Als Dampfabscheidevorrichtung 10 kann eine bekannte, herkömmliche Vorrichtung verwendet werden, die es erlaubt die gasförmigen Stoffe aus dem Schmiermittel 6 zu trennen.
Die abgeschiedenen, gasförmigen Komponenten werden von der Dampfabscheidevorrichtung 10 mittels einer Dampfrückführleitung 75 in das Saugrohr 22 an einer Stelle stromabwärts der Dros¬ selklappe 21 geleitet und bei offenem Einlassventil 41 der Verbrennung zugeführt. Das gereinigte Schmiermittel 6 wird von der Dampfabscheide¬ vorrichtung 10 mittels einer Schmiermittelrücklaufleitung 74 über den Gegenstromwärmetauscher 8 in das Kurbelgehäuse 32 zurückgeleitet. Im Gegenstromwärmetauscher 8 strömt das von der Schmiermittelpumpe 7 geförderte kalte Schmiermittel 6 entlang einer Trennwand 81 und wird von dem in entgegengesetzter Richtung fließenden, nun aufgeheizten Schmiermittel 6 schon vorgewärmt, so dass nicht die komplette Heizleistung zum Verdampfen der Verunreinigungen allein von der elektrischen Heizeinrichtung 9 aufgebracht werden muss.
In der Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zum aktiven Unterstützen des Austrags von verdampfbaren Verunreinigungen aus dem Schmiermittel 6 dargestellt . Im Unterschied zu dem anhand der Figur 1 beschriebenen Aufbau wird das von den eingetragenen Stoffen zu reinigende Schmiermittel 6 nicht mittels einer elektrischen Heizeinrichtung, sondern mit Hilfe eines Abgas-Schmiermittel-Wärmetauschers 11 auf eine Temperatur er- hitzt, bei dem die Verunreinigungen verdampfen. Der restliche Aufbau entspricht dem Aufbau gemäß der Figur 1.
Das kalte Schmiermittel 6 gelangt nach Durchlaufen des
Gegenstromwärmetauschers 8 vorgewärmt zu dem Ab¬ gas-Schmiermittel-Wärmetauscher 11. Dieser ist mittels einer Abgaszulaufleitung 12 mit der Abgasleitung 51 an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskatalysators 52 verbunden, so dass heißes Abgas in den Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher 11 strömen und das Schmiermittel 6 erhitzen kann. Ausgangsseitig ist der Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher 11 mittels einer Abgasablaufleitung 13 ebenfalls mit der Abgasleitung 51 verbunden, so dass das abgekühlte Abgas abgeführt werden kann. In der Ab¬ gaszulaufleitung 12 ist ein von der elektronischen Steuerungseinrichtung 15 betätigbares elektrisches Absperrventil 14 eingeschaltet, so dass in Zeiten, in denen keine Aufheizung des Schmiermittels 6 nötig ist, weil das Schmiermittel 6 bei¬ spielsweise bereits durch einen längeren Betrieb der Ver¬ brennungskraftmaschine 1 eine Temperatur aufweist, bei der die eingetragenen Stoffe ohne aktive Heizung verdampfen, dieses Absperrventil geschlossen wird und kein heißes Abgas in den Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher 11 strömen kann.
In den Darstellungen der Figuren 1 und 2 sind die Komponenten Gegenstromwärmetauscher, elektrische Heizeinrichtung, Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher, DampfabscheideVorrichtung jeweils als separate Bauteile gezeigt. Es ist aber auch möglich, den Gegenstromwärmetauscher und die elektrische Heizeinrichtung zu einem Bauteil in einem gemeinsamen Gehäuse zu integrieren, ebenso den Schmiermittel-Wärmetauscher und den Dampfabscheider in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen.
In der Figur 3 sind zwei verschiedene Kurvenverläufe Kl, K2 für den Kraftstrommassenstrom FM vom Schmiermittel in das Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine abhängig von der Zeit t nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine zu einem Zeitpunkt tO aufgetragen. Der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erfolgt dabei mit einem Kraftstoff, der einen hohen Anteil an Ethanol enthält. Mit dem Bezugszeichen Kl ist dabei ein Kurvenverlauf bezeichnet, der das Austragsverhalten in einem konventionellen Schmiermittelkreislauf, d.h. ohne aktive Unterstützung des Austrags von Kraftstoff/Wasser widergibt. Bei einem konven- tionellen Schmiermittelkreislauf benötigt es systembedingt eine geraume Zeit, bis die Temperatur des Schmiermittels oberhalb der Siedepunkte der schädlichen Komponenten liegt und die Verdampfung beginnt. Aufgrund des hohen Siedepunktes von Ethanol (78°C bei 1013mbar) ist der Kraftstoffeintrag in das
Schmiermittel höher als der bei Benzin. Dabei kann es zu einer schlagartigen Verdampfung des Ethanols aus dem Schmiermittel kommen (Zeitpunkt tl) .
Mit dem Bezugszeichen K2 ist ein Kurvenverlauf bezeichnet, wie er sich gemäß der erfindungsgemäßen aktiven Unterstützung des Austrags ergibt. Daraus sieht man, dass schon sehr früh nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine bereits in der Warmlaufphase ein kontinuierlicher Austrag der verdampfbaren Komponente Ethanol erfolgt.
Bezugs zeichenliste
1 Verbrennungskraftmaschine
2 Ansaugtrakt
21 Drosselklappe
22 Saugrohr
3 Motorblock
31 Zylinder
32 Kurbelgehäuse
33 Kurbelwelle
34 Pleuelstange
35 Kolben
36 Ölwanne
4 Zylinderkopf
41 Gaseinlassventil
42 Gasauslassventil
43, 44 Ventilantrieb
45 Einspritzventil
46 Zündkerze
5 Abgastrakt
51 Abgasleitung
52 Abgaskatalysator
6 Schmiermittel
7 Schmiermittelpumpe
71 Saugleitung der Schmiermittelpumpe
72 Hauptschmiermittelleitung
73 Schmiermittelvorlaufleitung
74 Schmiermittelrücklaufleitung
75 Dampfrückführleitung
76 Temperatursensor Schmiermittel im Kurbelgehäuse Temperatursensor Schmiermittel in Heizeinrichtung
8 Gegenstromwärmetauscher
81 Trennwand des Gegenstromwärmetauschersl2
9 elektrische Heizeinrichtung
10 Dampfabscheide orrichtung
11 Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher
12 Abgas zulaufleitung
13 Abgasablaufleitung
14 Absperrventil
15 Steuerungseinrichtung
16 Recheneinheit, Prozessor
17 Programmspeicher
18 Datenspeicher, Wertespeicher
AS AusgangsSignale
ES EingangsSignale
FM Kraftstoffmassenstrom Austrag aus Schmieröl
M OIL Ölverdünnungsmode11
Kl, K2 Kurvenverlauf Austrag
UB Bordspannung
T OIL 1 Temperatur Schmiermittel im Kurbelgehäuse
T OIL 2 Temperatur Schmiermittel in Heizeinrichtung

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Aufbereiten von verdampfbaren Verunreinigungen enthaltenden, in einem Kurbelgehäuse (32) einer Verbrennungskraftmaschine (1) befindlichen, flüssigen Schmiermittel (6), wobei
- ein Teilmassenstrom des Schmiermittels (6) stromabwärts einer das Schmiermittel (6) in einem geschlossenen Kreislauf umwälzenden Schmiermittelpumpe (7) abgezweigt und über einen Gegenstromwärmetauscher (8) einer Heizeinrichtung (9,11) zugeführt wird,
- mittels der Heizeinrichtung (9,11) das Schmiermittel (6) auf eine Temperatur erhitzt wird, bei dem die Verun¬ reinigungen in den dampfförmigen Zustand übergehen,
- das Gemisch aus Schmiermittel (6) und dampfförmigen Verunreinigungen einer Dampfabscheidevorrichtung (10) zugeführt werden,
- die von der Dampfabscheidevorrichtung (10) abgeschiedenen, dampfförmigen Verunreinigungen der Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine (1) zugeführt werden,
- das gereinigte Schmiermittel (6) aus der Dampfab¬ scheidevorrichtung (10) über den Gegenstromwärmetauscher (8) zurück in das Kurbelgehäuse (32) der Verbrennungskraftmaschine (1) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (6) mittels einer elektrischen Heizeinrichtung (9) erhitzt wird, welche von der Bordspannung (UB) eines durch die Verbrennungskraftmaschine (1) angetrie¬ benen Kraftfahrzeuges versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (6) mittels eines Abgas-Schmiermittel- Wärmetauschers (11) erhitzt wird, dessen Abgaszuleitung (12) und Abgasableitung (13) an eine Abgasleitung (51) der Verbrennungskraftmaschine (1) stromaufwärts eines Ab¬ gaskatalysators (52) angeschlossen sind. Vorrichtung zum Aufbereiten von verdampfbaren Verunreinigungen enthaltenden, in einem Kurbelgehäuse (32) einer Verbrennungskraftmaschine (1) befindlichen Schmiermittel ( 6) , mit
- einer Schmiermittelpumpe (7) welche das Schmiermittel (6) aus dem Kurbelgehäuse (32) ansaugt und in einem ge¬ schlossenen Kreislauf mittels mindestens einer Haupt¬ schmiermittelleitung (72) umwälzt,
- einem Gegenstromwärmetauscher (8) zum Wärmetauschen von in den Gegenstromwärmetauscher (8) eintretenden und aus dem Gegenstromwärmetauscher (8) austretenden Schmiermittel ( 6) ,
wobei ein Einlass des Gegenstromwärmetauschers (8) über eine Schmiermittelvorlaufleitung (73) an einer Stelle stromabwärts der Schmiermittelpumpe (7) an die Haupt¬ schmiermittelleitung (72) angeschlossen ist,
- einer dem Gegenstromwärmetauscher (8) nachgeschalteten Heizeinrichtung (9,11) zum Aufheizen des Schmiermittels (6) auf eine Temperatur, bei der die Verunreinigungen in den dampfförmigen Zustand übergehen,
- einer, der Heizeinrichtung (9,11) nachgeschalteten
Dampfabscheidevorrichtung (10), der das Gemisch aus Schmiermittel (6) und dampfförmigen Verunreinigungen zugeführt wird und der über eine Dampfrückführleitung (75) für die abgeschiedenen, dampfförmigen Verunreinigungen mit einem Ansaugtrakt (2) der Verbrennungs¬ kraftmaschine (1) verbunden ist und mit einer
Schmiermittelrückführleitung (74) für das aufbereitete Schmiermittel (6) über den Gegenstromwärmetauscher (8) mit dem Kurbelgehäuse (32) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelrückführleitung (74) an einer Stelle des Kurbelgehäuses (32) angeschlossen ist, die oberhalb des Niveaus des sich am Boden des Kurbelgehäuses (32) be¬ findlichen Schmiermittels (6) befindet. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung für das Schmiermittel (6) als elektrische Heizeinrichtung (9) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Heizeinrichtung für das Schmiermittel (6) als Abgas-Schmiermittel-Wärmetauscher (11) ausgeführt ist, der über eine Abgaszuleitung (12) und eine Abgasableitung (13) mit einem Abgasstrang (51) an einer Stelle stromaufwärts eines Abgaskatalysators (52) der Verbrennungskraftmaschine (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgaszuleitung (12) des Abgas-Schmiermittel- Wärmetauschers (11) ein Absperrventil (14) eingeschaltet ist .
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