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Die
Erfindung betrifft eine Entgasungseinrichtung für ein Kurbelgehäuse eines
Kolbenmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung
eine Entgasungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 10. Außerdem
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen
Entgasungseinrichtung.
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Beim
Betrieb eines Kolbenmotors bewegen sich Kolben im Zylinderblock,
wobei Leckagen zwischen Kolbenringen und Zylinderwänden auftreten, durch
die Gas in ein Kurbelgehäuse
des Kolbenmotors eintritt. Diese Leckagen werden auch als „Blow-By" bezeichnet; das
in das Kurbelgehäuse
eintretende Gas wird dementsprechend auch als „Blow-By-Gas" bezeichnet. Dieser
Blow-By vermischt sich mit dem im Kurbelgehäuse vorhandenen Öl bzw. Ölnebel und
führt zu
einem Druckaufbau innerhalb des Kurbelgehäuses, der abgebaut werden muß. Damit
dieser sich aufbauende Druck nicht zu Beschädigungen der Kurbelgehäusedichtungen
führt und
nicht ins Freie entweichen kann, werden Entgasungseinrichtungen
der eingangs genannten Art verwendet, um das Kurbelgehäuse mit
dem im Saugtrakt herrschenden Unterdruck zu beaufschlagen. Dadurch
kann das sich im Kurbelgehäuse
ansammelnde Öl-
oder Ölnebel-Gas- Gemisch oder „Blow-By-Gasgemisch" aus dem Kurbelgehäuse abgesaugt
und über
den Saugtrakt dem Verbrennungsprozess des Kolbenmotors wieder zugeführt werden.
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Üblicherweise
umfaßt
eine Entgasungseinrichtung der eingangs genannten Art eine Öl- oder Ölnebelabscheideeinrichtung,
um das vom Kurbelgehäuse
abtransportierte Blow-By-Gasgemisch vom mitgeführten Öl zu reinigen. Das ausgeschiedene Öl kann über eine
entsprechende Rückführungsleitung in
das Kurbelgehäuse,
z. B. in eine Ölwanne
des Kolbenmotors, zurückgeführt werden.
Die Abscheidung des Öls
aus dem abgesaugten Blow-By-Gasgemisch ist
von besonderer Bedeutung. Einerseits kann dadurch der Ölverbrauch
des Kolbenmotors reduziert werden. Andererseits würde das
in den Saugtrakt eingeleitete Öl
das Verbrennungsgasgemisch verändern
und so den Verbrennungsprozess im Kolbenmotor beeinflussen.
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Des
weiteren können
bei modernen Kolbenmotoren im Saugtrakt Aktivkohlefilter angeordnet sein,
um ein ungefiltertes Austreten von noch im Kolbenmotor vorhandenen
Resten des Verbrennungsgasgemischs zu verhindern. Das Aktivkohlefilter
absorbiert dabei den im Verbrennungsgasgemisch enthaltenen Kraftstoff.
Das Absorptionsvermögen
eines solchen Aktivkohlefilters wird durch darin eintretendes Öl oder durch Ölnebel bleibend
reduziert. Mit Hilfe der Ölabscheideeinrichtung
kann dies verhindert werden.
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Außerdem ist
im Saugtrakt üblicherweise
ein Luftmassenmesser, insbesondere ein Heißfilmmesser, angeordnet, mit
dem ein Motorsteuergerät
möglichst
genau den dem Kolbenmotor zugeführten
Luftmassenstrom ermittelt, um dementsprechend den Betrieb des Kolbenmotors
und dessen Peripherie, z. B. Einspritzanlage, zu steuern bzw. zu
regeln. Es hat sich gezeigt, daß ein
Kontakt des Luftmassenmessers mit Öl oder Ölnebel bleibend die Messergebnisse
des Luftmassenmessers verändert,
wodurch nachhaltig der Motorbetrieb beeinträchtigt wird. Auch deshalb muß mit Hilfe
der Ölabscheideeinrichtung das Öl bzw. der Ölnebel aus
den abgeleiteten Blow-By-Gasen entfernt werden.
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Beim
Abschalten des Kolbenmotors besteht jedoch das Problem, daß sich im
Abhängigkeit
der Kolbenstellung in dem einen oder anderen Brennraum noch eine
Kompression enthalten ist, die sich als Blow-By in das Kurbelgehäuse entspannen
kann. Diese Entspannungsströmung
führt ebenfalls Öl oder Ölnebel mit
sich. Aktive Ölabscheider
können
daher mit einem vom Kolbenmotor unabhängigen Antrieb ausgestattet
sein, um einen entsprechenden Nachlauf realisieren zu können. Der
Aufwand hierfür
ist jedoch relativ groß.
Passive Ölabscheider
arbeiten bei sehr kleinen Volumenströmen nicht besonders effektiv,
so daß Öl oder Ölnebel durch
sie hindurchtreten kann.
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Zum
anderen hat sich gezeigt, daß Ölnebel mit
sehr kleinen Öltröpfchen diffundieren
kann, so daß sich
das Öl
auch ohne Strömung
allmählich
vom Kurbelgehäuse über die
Entgasungsleitung in den Saugtrakt ausbreitet.
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Durch
diese Entspannungsströmung
sowie durch die Diffusionsvorgänge
kann es somit zu einer Beaufschlagung des Saugtrakts mit Öl kommen,
so daß ein
gegebenenfalls darin untergebrachtes Aktivkohlefilter sowie ein
gegebenenfalls darin angeordneter Luftmassenmesser mit Öl in Kontakt
kommen, wodurch deren Leistungsfähigkeit
bleibend beeinträchtigt
wird.
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Aus
der
DE 198 60 154
A1 ist eine Entgasungseinrichtung für ein Kurbelgehäuse eines
Kolbenmotors bekannt, die eine Entgasungsleitung aufweist, die einenends
mit einem Kurbelgehäuseende an
das Kurbelgehäuse
und anderenends mit einem Saugtraktende an einen den Kolbenmotor
mit Frischgas versorgenden Saugtrakt anschließbar ist und die beim Betrieb
des Kolbenmotors Gas vom Kurbelgehäuse zum Saugtrakt führt. Die
Entgasungseinrichtung umfasst eine Ölabscheideeinrichtung, die
in der Entgasungsleitung angeordnet ist und die beim Betrieb des
Kolbenmotors aus einem die Ölabscheideeinrichtung
durchströmenden
Gas zumindest Öl
oder Ölnebel
abscheidet. Ein Sperrventil, das durch ein Druckregelventil gebildet
sein kann, ist in der Entgasungsleitung angeordnet und ist derart
elektrisch betätigbar,
dass es die Entgasungsleitung beim Betrieb des Kolbenmotors öffnet und
bei ausgeschaltetem Kolbenmotor sperrt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Entgasungseinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte
Ausführungsform
anzugeben, die insbesondere bei ausgeschaltetem Kolbenmotor den
Eintritt von Öl
oder Ölnebel
in den Saugtrakt verhindert.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Entgasungsleitung
bei ausgeschaltetem Kolbenmotor zu sperren, um so Strömungsvorgänge und
Diffusionsvorgänge
wirksam zu verhindern. Realisiert wird dies mit Hilfe eines elektrisch
betätigbaren
Sperrventils, das in der Entgasungsleitung angeordnet ist und diese
beim Betrieb des Kolbenmotors öffnet
und bei abgeschaltetem Kolbenmotor sperrt. Durch diese Maßnahmen
kann effektiv ein Eintritt von Öl
oder Ölnebel
in den Saugtrakt verhindert werden. Zum Betätigen des Sperrventils schlägt die Erfindung
die Überwachung
des Luftmassenstroms im Saugtrakt vor, was mit Hilfe eines Luftmassenmessers
durchführbar
ist.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Sperrventil
mit einer elektrischen Heizeinrichtung ausgestattet sein. Hierdurch ist
es möglich,
effektiv eine Vereisung des Sperrventils bzw. der Entgasungsleitung
zu verhindern. Zweckmäßig wird
hierzu das Sperrventil im oder am Saugtraktende der Entgasungsleitung
angeordnet, da dort durch die aus der Umgebung angesaugte Frischluft
und aufgrund des dort herrschenden Unterdrucks bei niedrigen Temperaturen
am ehesten die Gefahr einer Vereisung der Entgasungsleitung entsteht.
Da das elektrisch betätigbare
Sperrventil ohnehin an eine Stromversorgung angeschlossen werden muß, stellt
die Integration einer Heizeinrichtung sowie deren Anschluß an die
Stromversorgung keinen erhöhten
Aufwand dar.
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Bei
einer anderen besonderen Ausführungsform
kann das Sperrventil regelbar ausgebildet sein, so daß am Sperrventil
zwischen seiner Sperrstellung und seiner Offenstellung mehrere,
insbesondere beliebige, Zwischenstellungen einstellbar sind, wobei eine
Steuerung der Entgasungseinrichtung das Sperrventil als elektrisch
arbeitendes Druckregelventil betätigt.
Durch diesen Vorschlag wird die Funktion eines Druckregelventils
in das erfindungsgemäße Sperrventil
integriert. Ein Druckregelventil dient dazu, im Kurbelgehäuse einen
gewünschten
Druck, der zweckmäßig geringfügig unterhalb
des atmosphärischen
Umgebungsdrucks liegt, einzustellen bzw. einzuregeln. Für Druckregelventile
dieser Art sind relativ aufwendige Konstruktionen bekannt. Die Integration dieser
Zusatzfunktion in das Sperrventil ist relativ preiswert. Des weiteren
kann mit Hilfe des regelbaren Sperrventils der Druck im Kurbelgehäuse relativ
genau und insbesondere unabhängig
vom Druck im Saugtrakt eingestellt bzw. eingeregelt werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt eine schaltplanartige Prinzipdarstellung
eines Kolbenmotors, der mit einer erfindungsgemäßen Entgasungseinrichtung ausgestattet
ist.
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Entsprechend 1 wird
ein Kolbenmotor 1, beispielsweise eines nicht dargestellten
Kraftfahrzeugs, über
einen Saugtrakt 2 mit Frischgas versorgt, das beispielsweise
bei 3 aus einer Umgebung angesaugt wird. Zunächst durchströmt das angesaugte Frischgas,
in der Regel Umgebungsluft, ein im Saugtrakt 2 angeordnetes
Luftfilter 4. Stromab des Luftfilters 4 ist im
Saugtrakt 2 ein Luftmassenmesser 5 angeordnet,
der zweckmäßig als
Heißfilmmesser
ausgebildet ist. Der Luftmassenmesser 5 ist über eine
Signalleitung 6 mit einem Steuergerät 7 des Kolbenmotors 1 verbunden.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
handelt es sich beim Kolbenmotor 1 um einen aufgeladenen
Dieselmotor, der mit einem Abgasturbolader 8 ausgestattet
ist. Ein Verdichter 9 des Abgasturboladers 8 ist
im Saugtrakt 2 angeordnet. Stromab des Verdichters 9 ist
im Saugtrakt 2 ein Ladeluftkühler 10 angeordnet.
Eine Turbine 11 des Abgasturboladers 8 ist in
einem Abgasstrang 12 des Kolbenmotors 1 angeordnet, über den
die Verbrennungsabgase bei 13 einer nicht näher dargestellten
Abgasreinigungsanlage zugeführt
werden.
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Der
Kolbenmotor 1 ist mit einer Entgasungseinrichtung 16 ausgestattet,
die es ermöglicht, Blow-By-Gase,
die sich in einem Kurbelgehäuse 14 des
Kolbenmotors 1 ansammeln, aus dem Kurbelgehäuse 14 zu
entfernen. Zu diesem Zweck umfaßt
die Entgasungseinrichtung 16 eine Entgasungsleitung 15,
die mit einem Kurbelgehäuseende 17 an
das Kurbelgehäuse 14 angeschlossen
ist. Um den zum Entgasen des Kurbelgehäuses 14 benötigten Unterdruck
am Kurbelgehäuse 14 anlegen
zu können,
ist die Entgasungsleitung 15 mit einem Saugtraktende 18 stromab
des Luftmassenmessers 5 an den Saugtrakt 2 angeschlossen.
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In
der Entgasungsleitung 15 ist eine Ölabscheideeinrichtung 19 angeordnet,
mit deren Hilfe Öl und Ölnebel und
dgl. aus dem aus dem Kurbelgehäuse 14 abgesaugten
Blow-By-Gas ausgeschieden werden können. Die Ölabscheideeinrichtung 19 ist über eine Ölrücklaufleitung 20 mit
dem Kurbelgehäuse 14 verbunden,
um das ausgeschiedene Öl
in den Ölkreis
des Kolbenmotors 1 zurückzuführen. Die Ölabscheideeinrichtung 19 ist zweckmäßig als
Trägheitsabscheideeinrichtung
ausgebildet, beispielsweise als Zyklon- oder Labyrinth- oder Spiral-Abscheideeinrichtung.
Die Ölabscheideeinrichtung 19 arbeitet zweckmäßig passiv,
also ohne eigenen Antrieb, und ist dadurch preiswert.
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Erfindungsgemäß ist in
der Entgasungsleitung 15 ein Sperrventil 21 angeordnet,
das von einer Steuerung 22 der Entgasungseinrichtung 16 elektrisch
betätigbar
ist. Das Sperrventil 21 ist so ausgebildet, daß es zumindest
die Funktionen AUF und ZU ausführen
kann.
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In
der Entgasungsleitung 15 sind bei der hier gezeigten Ausführungsform
außerdem
zwischen dem Kurbelgehäuseende 17 und
der Ölabscheideeinrichtung 19 ein
Druckmesser 23 und zwischen der Ölabscheideeinrichtung 19 und
dem Sperrventil 21 ein Temperaturmesser 24 angeordnet.
Druckmesser 23 und Temperaturmesser 24 sind über entsprechende
Signalleitungen 25 und 26 mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden.
Das Motorsteuergerät 7 ist
außerdem über entsprechende
Signal- und Steuerleitungen 27 mit weiteren Komponenten
des Kolbenmotors 1, z. B. mit einer nicht gezeigten Einspritzeinrichtung verbunden.
Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung 22 der
Entgasungseinrichtung 16 bezüglich ihrer Hardware in das
Motorsteuergerät 7 integriert
bzw. bezüglich
ihrer Software in das Motorsteuergerät 7 implementiert.
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Das
Sperrventil 21 ist über
eine entsprechende Signal- und/oder
Steuerleitung 30 mit dem Motorsteuergerät 7 bzw. mit der Steuerung 22 verbunden.
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Die
erfindungsgemäße Entgasungseinrichtung 16 arbeitet
wie folgt:
Im Normalbetrieb des Kolbenmotors 1 entstehen durch
die Hubbewegungen der Kolben Blow-By-Gase, die sich im Kurbelgehäuse 14 sammeln.
Dort werden diese Gase mit Öl
oder Ölnebel
angereichert. Mit Hilfe der Entgasungseinrichtung 16 wird
dieses mit Öl beladene
Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse 14 abgeführt. Zu
diesem Zweck ist das Sperrventil 21 beim Betrieb des Kolbenmotors 1 geöffnet, d.
h. das Sperrventil 21 öffnet
die Entgasungsleitung 15. Das Druckgefälle zwischen Kurbelgehäuseinnenraum und
Saugtraktinnenraum treibt das Blow-By-Gas an. Im Betrieb des Kolbenmotors 1 scheidet
die Ölabscheideeinrichtung 19 das Öl aus dem
Blow-By-Gas aus und führt
dieses über
die Ölrücklaufleitung 20 zum
Kolbenmotor 1 zurück.
Das vom Öl
befreite Blow-By-Gas kann über
die Entgasungsleitung 15 in den Saugtrakt 2 gelangen
und wird so dem Verbrennungsprozess im Kolbenmotor 1 zugeführt.
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Beim
Abschalten des Kolbenmotors 1 betätigt die Steuerung 22 das
Sperrventil 21 zum Sperren der Entgasungsleitung 15.
Dies kann zeitverzögert erfolgen,
beispielsweise um eine Entspannungsphase, in welcher der Ölabscheider 19 noch
wirksam ist, zum Druckabbau auszunutzen. Sobald das Sperrventil 21 die
Entgasungsleitung 15 sperrt, kann kein Blow-By-Gas und
auch kein Öl
von der Entgasungsleitung 15 in den Saugtrakt 2 gelangen.
Eine Entspannungsströmung
ist gestoppt; Diffusionsvorgänge
des Öls
können
nur noch bis zu einem symbolisch dargestellten Sperrorgan 28 des
Sperrventils 21 erfolgen. Eine „Vergiftung" des Luftmassenmessers 5 bzw.
eines gegebenenfalls im Saugstrang 2 angeordneten Aktivkohlefilters,
das beispielsweise in das Luftfilter 4 integriert sein
kann, mit Öl
kann somit wirksam verhindert werden.
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Das Öffnen und
Sperren des Sperrventils 21 kann beispielsweise in Abhängigkeit
des Luftmassenmessers 5 erfolgen. Die Steuerung 22 überwacht dabei
den Luftmassenstrom im Saugtrakt 2. Solange ein vorbestimmter
Wert für
den Luftmassenstrom nicht vorliegt, bleibt das Sperrventil 21 geschlossen. Sobald
jedoch der Luftmassenstrom den vorbestimmten Wert erreicht, wird
das Sperrventil 21 zum Öffnen
betätigt.
Dieser Mindestluftmassenstrom wird zweckmäßig bereits beim Leerlaufbetrieb
des Kolbenmotors 1 erreicht.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Sperrventil 21 regelbar ausgestaltet
sein, wobei ein entsprechendes Regelorgan 29 symbolisch
eingezeichnet ist. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist möglich, im
Kurbelgehäuse 14 einen
vorbestimmten, insbesondere gesetzlich vorgeschriebenen Unterdruck
einzustellen. Zweckmäßig ist
das Sperrventil 21 dabei so ausgebildet, daß es zwischen
seiner Offenstellung und seiner Schließstellung insbesondere stufenlos,
verstellbar ist, um mehrere, zweckmäßig beliebige, Zwischenstellungen einstellen
zu können.
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Um
das Sperrventil 21 als Druckregelventil verwenden zu können, ist
die Entgasungseinrichtung 16 mit dem Druckmesser 23 ausgestattet,
mit dem ein Druck messbar ist, der dem im Kurbelgehäuse 14 herrschenden
Druck im wesentlichen entspricht. Ebenso ist es möglich, den
Druckmesser 23 an einer anderen geeigneten Stelle, z. B.
am oder im Kurbelgehäuse 24 anzuordnen.
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Durch
die Verwendung des Sperrventils 21 als elektrisch betätigbares
Druckregelventil kann der Kurbelgehäuseinnenraumdruck auf einen
vorbestimmten Wert relativ genau eingestellt bzw. eingeregelt werden.
Ein besonderer Vorteil dieses elektrisch betätigbaren Druckregelventils
(Sperrventil 21) wird darin gesehen, daß die Regelung bzw. Einstellung des
Kurbelgehäuseinnenraumdrucks
unabhängig von
dem im Saugtrakt 2 herrschenden Saugdruck realisierbar
ist, der sich im Betrieb des Kolbenmotors 1 permanent ändert.
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Hierdurch
wird es dem Motorsteuergerät 7 gleichzeitig
ermöglicht, über den
Druckmesser 23 den Kurbelgehäuseinnenraumdruck zu überwachen, wodurch
die Entgasungseinrichtung 16 für eine On-Board-Diagnose geeignet
ist. Eine derartige OBD-Fähigkeit
ist für
die Betriebssicherheit des Kolbenmotors 1 bzw. des damit
ausgestatteten Fahrzeugs von besonderem Interesse.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
ist eine weitere Zusatzfunktion in das Sperrventil 21 integriert,
da das Sperr ventil 21 mit einer Heizeinrichtung 31 ausgestattet
ist. Diese Heizeinrichtung 31 kann permanent oder bedarfsabhängig betrieben werden,
um eine Vereisung der Entgasungsleitung 15 zu verhindern.
Dabei kann der vorgesehene Temperaturmesser 24 zur bedarfsabhängigen Betätigung der
Heizeinrichtung 31 dienen, der hierzu in der Entgasungsleitung 15 angeordnet
ist. Ebenso ist es möglich,
den Temperaturmesser 24 an einer anderen geeigneten Stelle,
z. B. in das Sperrventil 21 integriert anzuordnen.
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Das
Sperrventil 21 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform
am Saugtraktende 18 der Entgasungsleitung 15 angeordnet.
Ebenso kann das Sperrventil 21 dieses Saugtraktende 18 der
Entgasungsleitung 15 bilden, d. h. die Entgasungsleitung 15 ist über das
Sperrventil 21 an den Saugtrakt 2 angeschlossen.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann das Sperrventil 21 in die Ölabscheideeinrichtung 19 integriert
sein, wodurch diese eine hochintegrierte Einheit bildet.
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Es
ist dabei zweckmäßig, das
Sperrventil 21 stromab der Ölabscheideeinrichtung 19 in
der Entgasungsleitung 15 anzuordnen, um Öl, das bei
abgeschaltetem Kolbenmotor 1 aufgrund von Diffusionsvorgängen aus
der Ölabscheideeinrichtung 19 austreten
kann, ebenfalls in der Entgasungsleitung 15 einsperren
zu können.