DE10354931A1 - Verbrennungsmotor mit automatisch verschließbarer Motorentlüftung - Google Patents

Abstract

Zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Motorentlüftung (2), die mit einem Ansaugtrakt (5) des Verbrennungsmotors in Verbindung steht, wird der Bereich zwischen Ansaugtrakt (5) und Motorentlüftung (2) nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors wenigstens zeitweise geschlossen gehalten.

Description

• Im Rahmen der einer Emissionsgesetzgebung z.B. nach "EURO III" muss der Hersteller gewährleisten, dass alle Fahrzeuge auch nach 80.000 km Laufleistung die Emissionsgrenzwerte noch einhalten ("In Use Compliance", "IUC"). Im Zuge einer sich weiter verschärfenden Emissionsgesetzgebung wird sich die IDC-Problematik weiter zuspitzen ("EURO IV": IUC für 100.000 km).
• Die EP 1 167 739 A2 zeigt eine Vorrichtung zum Zuführen von ölhaltigen Gasen und von rückgeführten Abgasen eines Verbrennungsmotors in einen Ansaugtrakt. Dadurch wird eine Verbesserung der Emissionseigenschaften des Verbrennungsmotors bewirkt. Die EP 1 164 279 A1 und EP 1 059 433 A1 zeigen Ventileinrichtungen, die beim Zuführen von Verbrennungsgasen in den Ansaugtrakt zum Einsatz kommen.
• Bei Verbrennungsmotoren und insbesondere bei Dieselmotoren, bei denen eine Kurbelgehäuseentlüftung mit dem Ansaugtrakt verbunden ist, stellt sich häufig nach einiger Betriebszeit ein Zustand ein, bei dem Umweltvorschriften nicht mehr eingehalten werden.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem stets geringe Emissionsmengen auftreten.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.
• Die Erfindung sieht einen Verbrennungsmotor vor, bei dem zwischen dem Ansaugtrakt und der Motorentlüftung eine Schließventileinrichtung vorgesehen ist. Die Schließventileinrichtung ist in einem ersten Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor läuft, geöffnet. In wenigstens einem zweiten Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor steht, ist die Schließventileinrichtung geschlossen. Dadurch wird auf wirksame Weise besonders unmittelbar nach dem Abstellen ein Übertritt von Öldampf in den Ansaugtrakt verhindert. Es hat sich herausgestellt, dass damit Motoren besonders lange Zeit mit geringen Emissionswerten betrieben werden können.
• Die Schließventileinrichtung kann ein mechanisch oder elektrisch schaltbares Ventil aufweisen. Bei laufendem Verbrennungsmotor ist das Ventil so betätigt, dass es sich im geöffneten Zustand befindet. Dadurch wird ein Übertritt von Öldampf in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors gewährleistet.
• Bei unterbrochener Zufuhr von Betätigungsenergie geht das Ventil selbsttätig von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand über, wenn es vorher geschlossen worden ist. Dadurch wird gewährleistet, dass sich das Ventil beim Abstellen des Verbrennungsmotors schließt. Nach einer gewissen Zeit, beispielsweise zwischen zwei Minuten und fünf Minuten, geht das Ventil wieder in den offenen Zustand über. Es wird davon ausgegangen, dass eine solche Verschlusszeit unmittelbar nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors ausreicht, um den Übertritt von Öldampf aus dem Kurbelgehäuse in den Ansaugtrakt zu verhindern. Während einer solchen Zeit halten auch alle Dichtungen des Verbrennungsmotors wirksam gegen Austreten des Öls. Nach dieser Zeit öffnet das Ventil, wobei Luft aus der Motorentlüftung in den Ansaugtrakt austreten kann. Die dann austretende Luft enthält nur sehr wenig Öl, weil alles Öl bereits an Motorteilen niedergeschlagen ist.
• Die Lösung gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, nämlich das Einführen eines Blow-By Verschlusses, behebt Probleme besonders bei Dieselmotoren. Eine Kontamination des Luftmengenmessers ("HFM") durch GEL-Ausbluten kann durch Verwendung eines stabileren GELs behoben werden. Ein zeitweiliger Ausfall und die Kontamination durch Wassereintrag kann durch das Einführen eines Innenrohr-HFM's vermindert werden. Eine Kontamination durch Ölbeaufschlagung kann besonders einfach und wirksam beim Abstellen des Motors erfolgen. Im Abstellfall befindet sich mindestens ein Zylinder im Kompressionstakt, sämtliche Ventile des Zylinders sind somit geschlossen. Die komprimierte Luft (Druck ca. 60 bar) entweicht über die Kolbenringgruppe in das Kurbelgehäuse. Der dadurch entstehende Überdruck baut sich über die Kurbelgehäuseentlüftung ab ("Blow-By"). Bei der Erfindung braucht für einen solchen Fall kein Ölabscheidemechanismus vorgesehen werden, der auch bei geringen Volumenströmen wirksam ist.
• Die Erfindung sieht den auch vollständigen Verschluss des Blow-By-Kanals im Abschaltfall des Motors vor.
• Ein Verschluss des Blow-By-Kanals kann durch ein schaltbares Ventil erfolgen. Damit kann im Normalbetrieb des Motors der Kanal geöffnet werden. Damit wird sichergestellt, dass unter allen Betriebsbedingungen ein Unterdruck im Kurbelgehäuse herrscht. Dadurch wird einer Leckage aus Dichtungen vorgebeugt. Prinzipiell eignen sich gängige hydraulische, elektropneumatische oder elektrische Ventile.
• Gemäß der Erfindung ist das Ventil in unbestromtem Zustand offen. Dadurch wird die Betriebssicherheit erhöht und einer Batterieentladung vorgebeugt.
• Mit dem Abstellen des Motors, was als "Abwurf" der "Klemme 15" oder durch ein entsprechendes Signal der Motorsteuerung detektierbar ist, wird der Blow-By-Kanal bis zum Druckabbau im Kurbelgehäuse geschlossen gehalten. Dies kann ca. 5 min dauern.
• Die Erfindung gewährt auch eine Frostsicherheit.
• Die Erfindung verhindert einen Kennliniendrift des Luftmassenmessers und damit eine Trade-Off-Verschiebung der Emissionen. Eine Kontamination des HFM's durch GEL und Wasser wird wirksam verhindert.
• Eine HFM-Änderung und eine damit verbundene aufwendige Nachkalibrierung des Motorsteuergerätes entfällt. Zusätzliche Kosten werden vermieden.
• Wird die Erfindung nicht vorgesehen, dann entweicht das ölhaltige Blow-By-Gas über das Ansaugsystem und es passiert den HFM. Dabei kommt es zur Kondensation von Öl-Aerosolen auf dem Sensorelement. Das alleine bewirkt zwar kei ne nennenswerte Beeinflussung der Funktionalität des Sensors, jedoch dient das kondensierte Öl als Haftvermittler für Partikel und andere Fremdkörper. Die Konsequenz ist eine Kennliniendrift des Luftmassensensors und damit eine Trade-Off Verschiebung im Emissionsverhalten.
• Die Erfindung verhindert wirksam eine Kontamination des HFM. Dadurch können Emissionsgrenzwerte stets eingehalten werden, denn der HFM meldet stets richtige Luftmengen.
• Gemäß der Erfindung können zusätzlich auch kinetische Konzepte (Zyklonabscheider), mechanische Ansätze (Absperrgitter, Filter, Garnwickel) als auch eine Volumenvergrößerung der Blow-By-Einleitung vorgesehen werden. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, denn bereits mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wird ein zuverlässiger Betrieb von Verbrennungsmotoren erreicht.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors und
• 2 zeigt einen weiteren Zustand des Verbrennungsmotors aus 1.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, von dem in dieser Ansicht ein Ansaugtrakt 1, eine Kurbelgehäuseentlüftung 2 sowie eine sich zwischen Ansaugtrakt 1 und Kurbelgehäuseentlüftung 2 erstreckende Schließventileinrichtung 3 sichtbar ist.
• Der Ansaugtrakt 1 weist ein Ansaugrohr 4 und ein Zuführrohr 5 auf, zwischen denen ein Luftmengenmesser 6 vorgesehen ist. Der Luftmengenmesser 6 ist mit einer in dieser Ansicht nicht gezeigten Motorsteuerung verbunden.
• Im Bereich zwischen Kurbelgehäuseentlüftung 2 und dem Zuführrohr 5 weist die Schließventileinrichtung 3 ein elektromagnetisches Ventil 7 auf. Dabei ist ein Ventileingang 8 mit der Kurbelgehäuseentlüftung 2 in Verbindung und ein Ventilausgang 9 steht mit dem Zuführrohr 5 in Verbindung. Ein im Ventil 7 vorgesehener Ventilkörper 10 hat einen Ventilkopf 11, der den Ventilausgang 9 verschließt. Eine Ventilfeder 12 stellt sicher, dass der Ventilkopf 11 den Ventilausgang 9 freigibt, wenn das Ventil 7 nicht beaufschlagt wird.
• Zur Beaufschlagung des Ventils 7 ist ein Relais 13 vorgesehen, das über eine Signalleitung 14 mit der Motorsteuerung in Verbindung steht. Der Ventilkörper 10 kann durch Einwirkung des Relais 13 so gegen die Ventilfeder 12 verfahren werden, dass der Ventilkopf 11 den Ventilausgang 9 verschließt.
• 1 zeigt dabei die Schließventileinrichtung 3 im geöffneten Zustand bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors. 2 zeigt die Schließventileinrichtung 3 im geschlossenen Zustand kurz nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors.
• Wie man in 1 besonders gut sieht, wird der Ansaugtrakt 1 bei laufendem Verbrennungsmotor mit Verbrennungsluft 15 durchströmt. In diesem Zustand tritt Öldampf 16 aus der Kurbelgehäuseentlüftung 2 aus und in die Schließventileinrichtung 3 ein. Der Ventilkopf 11 ist aufgrund der Wirkung der Ventilfeder 12 vom Ventilausgang 9 abgehoben. Der Öldampf 16 durchtritt die Schließventileinrichtung 3 und tritt in das Zuführrohr 5 ein, wo er von der Verbrennungsluft 15 mitgerissen wird. In diesem Zustand ist die Signalleitung 14 nicht beaufschlagt, das Relais 13 befindet sich in entspanntem Zustand.
• 2 zeigt den Zustand kurz nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors. In diesem Zustand ist das Relais 13 angezogen, wodurch entgegen der Wirkung der Ventilfeder 12 der Ventilkörper 10 so verschoben ist, dass der Ventilkopf 11 den Ventilausgang 9 verschließt. Etwaiger Öldampf 16, der aus der Kurbelgehäuseentlüftung 2 austritt, kann nicht in das Zuführrohr 5 eintreten. Wäre dies der Fall, dann könnte es vorkommen, dass der in das Zuführrohr 5 eintretende Öldampf den Luftmengenmesser 6 verschmutzt, so dass Staubpartikel und anderer Schmutz darin hängen bleiben. Dadurch könnte das Messergebnis des Luftmengenmessers 6 verfälscht werden, was sich schlecht auf das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors auswirkt. Nach dem Abstellen wird die Schließventileinrichtung 3 für eine relativ kurze Zeit von bis zu fünf Minuten in dem in 2 gezeigten Zustand gehalten. Danach gibt das Relais 13 den Ventilkörper 10 frei, worauf sich dieser in den in 1 gezeigten Zustand bewegt. Nach einer solchen Zeit tritt kein wesentlicher Anteil von Öldampf 16 mehr aus der Kurbelgehäuseentlüftung 2 aus.

1

Ansaugtrakt

2

Kurbelgehäuseentlüftung

3

Schließventileinrichtung

4

Ansaugrohr

5

Zuführrohr

6

Luftmengenmesser

7

Ventil

8

Ventileingang

9

Ventilausgang

10

Ventilkörper

11

Ventilkopf

12

Ventilfeder

13

Relais

14

Signalleitung

15

Verbrennungsluft

16

Öldampf

Claims (7)

1. Verbrennungsmotor mit einer Motorentlüftung (2), die mit einem Ansaugtrakt (5) des Verbrennungsmotor in Verbindung steht, wobei im Bereich zwischen Ansaugtrakt (5) und Motorentlüftung (2) eine Schließventileinrichtung (3) vorgesehen ist, die in einem ersten Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor läuft, geöffnet ist und die in wenigstens einem zweiten Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor steht, geschlossen ist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließventileinrichtung (3) ein mechanisch und/oder elektrisch schaltbares Ventil (7) aufweist, wobei es bei laufendem Verbrennungsmotor derart betätigt ist, dass es sich in geöffnetem Zustand befindet.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass. das Ventil (7) so ausgebildet ist, dass es bei unterbrochener Zufuhr von Betätigungsenergie nach einer vorgegebenen Zeit selbsttätig von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand übergeht.
4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugtrakt eine Messvorrichtung, insbesondere ein Luftmengenmesser (6), vorgesehen ist.
5. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
6. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Motorentlüftung (2), die mit einem Ansaugtrakt (5) des Verbrennungsmotor in Verbindung steht, und/oder zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – offen halten des Bereichs zwischen Ansaugtrakt (5) und Motorentlüftung (2) bei laufendem Verbrennungsmotor, – wenigstens zeitweises geschlossen halten des Bereichs zwischen Ansaugtrakt (5) und Motorentlüftung (2) nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen Ansaugtrakt (5) und Motorentlüftung (2) nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors nach einer vorgegebenen Zeit vom geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand überführt wird.