DE102008061057A1

DE102008061057A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008061057A1
Application number: DE102008061057A
Authority: DE
Inventors: Udo Ingelfinger; Matthias ROSENBÄCK
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-17
Also published as: JP2012511114A; WO2010075935A1; US20110239965A1; US8726855B2; EP2373876A1; CN102245866A

Abstract

Die Eindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelraum, einer Kurbelraumentlüftung und einer Sauganlage. Es ist vorgesehen, dass zur Reduzierung eines Schmiemittelverbrauchs der Brennkraftmaschine der Druck im Kurbelraum in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen Sauganlage und Kurbelraum bis auf maximal -500 mbar, insbesondere maximal -300 mbar, zum Umgebungsdruck reduzierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelraum, einer Kurbelraumentlüftung und einer Sauganlage.
Fahrzeuge mit modernen Brennkraftmaschinen weisen eine Kurbelraumentlüftung auf, die den Austritt von Schmiermittel, vorzugsweise Öl, beziehungsweise Schmiermitteldämpfen in die Umgebung verhindert. Die Kurbelraumentlüftung besteht im einfachsten Fall nur aus einer Rohr- oder Schlauchverbindung zwischen Kurbelraum und einem Saugrohr der Brennkraftmaschine, wobei der im Saugrohr herrschende Unterdruck zu einer Absaugung von Schmiermitteldämpfen im Kurbelraum sorgt. Abhängig von Konstruktion der Brennkraftmaschine und des Schmiermittelkreislaufs kann die so ausgebildete Sauganlage auch ein Druckregelventil, eine Drossel oder einen Nebenzweig, beispielsweise vor eine Drosselklappe der Brennkraftmaschine und/oder ein Rückschlagventil umfassen, das eine unerwünschte Förderrichtung vermeidet. Aus Online-Ölverbrauchsmessungen ist es bekannt, dass Brennkraftmaschinen in Betriebsphasen mit niederem absolutem Saugrohrdruck, also einem sehr hohen Saugrohr-Unterdruck, hohe Ölverbräuche aufweisen. Solche Betriebsphasen treten beispielsweise im Schubbetrieb auf, also dann, wenn die Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit mittels Motorbremse erfolgt, beispielsweise bei einer Bergabfahrt. Der Anstieg des Ölverbrauchs in solchen Betriebsphasen wird hauptsächlich durch die große Druckdifferenz zwischen Saugrohrdruck, also dem Druck in der Sauganlage, und dem Druck in der Kurbelkammer beeinflusst. Wird beispielsweise eine Druckdifferenz von etwa 650 mbar überschritten, ist ein starkes Ansteigen des Ölverbrauchs zu beobachten. Die Optimierung des Ölverbrauchs in den beschriebenen Betriebsphasen erfolgt im Stand der Technik durch Verbesserungen an Kolbenringen und Kolben, also durch eine bessere Abdichtung beweglicher Teile. Dies geht jedoch mit deutlich höheren Präzisionsanforderungen und erheblichen Mehrkosten ebenso einher wie mit einer erhöhten Reibleistung der dichteren Kolbenringe und Kolben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelraum, einer Kurbelraumentlüftung und einer Sauganlage bereitzustellen, das die genannten Nachteile vermeidet und ohne Kolben- beziehungsweise Kolbenringmodifikation eine deutliche Senkung des Ölverbrauchs in den genannten Betriebsphasen mit Nulllast oder im Schubbetrieb ermöglicht.
Hierzu wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die einen Kurbelraum, eine Kurbelraumentlüftung und eine Sauganlage aufweist. Es ist vorgesehen, dass zur Reduzierung eines Schmiermittelverbrauchs der Brennkraftmaschine der Druck im Kurbelraum in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen Sauganlage und Kurbelraum bis auf maximal –500 mbar, insbesondere maximal –300 mbar, zum Umgebungsdruck reduzierbar ist. Erfindungsgemäß ist es demzufolge vorgesehen, während des Betreibens der Brennkraftmaschine, bevorzugt nämlich in einem Betriebszustand mit Nulllast oder im Schubbetrieb, den Kurbelraumdruck bis auf maximal –500 mbar, insbesondere maximal –300 mbar, zum Umgebungsdruck zu reduzieren. Der Kurbelraum wird demzufolge so mit Unterdruck beaufschlagt, dass die Druckdifferenz zum Saugrohrdruck geringer ist und eine kritische Druckdifferenz vermieden werden kann. Der Saugrohrdruck entspricht in etwa dem Druck in der Brennkammer oberhalb des Kolbens bei geöffneten Einlaßventilen.
In einer bevorzugten Verfahrensausbildung ist vorgesehen, dass die Reduzierung des Drucks im Kurbelraum dann erfolgt, wenn die Druckdifferenz zwischen Sauganlage und Kurbelraum mindestens einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Wird demzufolge die Druckdifferenz zwischen der Sauganlage, im einfachsten Fall also zwischen dem Saugrohr und dem Kurbelraum zu groß, weil der Unterdruck der Sauganlage relativ zum Kurbelraum zu groß wird, wird der Druck im Kurbelraum ebenfalls reduziert, wodurch sich eine kleinere Druckdifferenz einstellt.
In einer Verfahrensausbildung wird die Druckdifferenz zwischen Sauganlage und Kurbelraum und damit zwischen Kurbelraum und Umgebung mittels mindestens eines Druckregelventils und/oder mindestens einer Drossel eingestellt. Das Druckregelventil beziehungsweise die Drossel sind demzufolge so ausgebildet, dass in den genannten Betriebzuständen die Druckdifferenz entsprechend eingestellt werden kann oder sich automatisch einstellt; hierzu kann ein Schaltventil oder ein Druckregelventil mit einer entsprechend angepassten Feder beziehungsweise Mimik verwendet werden.
In einer bevorzugten Verfahrensausbildung wird der Druck im Kurbelraum zur Umgebung im Bereich von –50 bis –500 mbar, insbesondere im Bereich von –100 bis –300 mbar, eingestellt. Diese Einstellung des Kurbelraumdrucks relativ zum Umgebungsdruck ermöglicht bei bekannten Drücken der Sauganlage, insbesondere Saugrohrdrücken, einen Betrieb im hinsichtlich des Schmiermittelverbrauchs sicheren Bereich. Der Kurbelraumdruck lässt sich relativ zum Umgebungsdruck leicht einstellen.
Hierdurch ergibt sich zwangsläufig eine Druckdifferenz zur Sauganlage, insbesondere zum Saugrohr, in einem bestimmten Intervall relativ zum jeweiligen Betriebsdruck der Sauganlage beziehungsweise des Saugrohrs.
In einer weiteren Verfahrensausbildung wird zur Einstellung des Kurbelraumdrucks in einer zum Kurbelraum führenden Belüftungsleitung mindestens ein Druckregelventil und/oder mindestens eine Drossel angeordnet. Derartige Ausführungen sind insbesondere bei solchen Brennkraftmaschinen sinnvoll, die mittels Trockensumpfschmierung betrieben werden. Bei diesen wird, im Gegensatz zu Nasssumpf-Schmiermittelkreisläufen, das Schmiermittel in einem separaten Schmiermittelbehälter bevorratet und aus dem Kurbelraum, nämlich aus einem im oder am Kurbelraum, bevorzugt unterhalb des Kurbelraums, angeordneten Sammelbehälter mittels einer Schmiermittelpumpe abgesaugt. Zur Einstellung eines gewünschten Druckniveaus im Kurbelraum muss demzufolge eine Belüftung vorgesehen werden. Hierbei wird durch die Ölpumpe auch eine Gasströmung geleitet; diese dient der Belüftung der Kurbelgehäuses. Durch die Anordnung eines Druckregelventils oder einer Drossel in der Belüftungsleitung lässt sich die nachströmende Luft, bevorzugt die entlang des Ölstromes durch die Ölpumpe geförderte Gasströmung, zur Erreichung eines gewünschten Druckniveaus im Kurbelraum einstellen.
Weitere vorteilhafte Verfahrensausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen verschiedener Brennkraftmaschinen-Konstruktionen näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigen
1 und 2 Ausführungsbeispiele an Nasssumpf-Saugmotoren;
3 und 4 Ausführungsbeispiele an Nasssumpf-Turbomotoren und
5 und 6 Ausführungsbeispiele an Trockensumpf-Motoren
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Kurbelraum 2 und einem eine Saugeinrichtung 24 ausbildenden Saugrohr 3, über das der Brennkraftmaschine 1 Verbrennungsluft zugeführt wird. Kurbelraum 2 und Saugrohr 3 sind durch eine Kurbelraumentlüftung 4 miteinander verbunden. Im dargestellten Beispiel ist die Brennkraftmaschine 1 als Nasssumpf-Saugmotor 5 ausgeführt. Die Kurbelraumentlüftung 4 weist ein Druckregelventil 6 auf, das den in dem Kurbelraum 2 herrschenden Unterdruck P_KR einstellbar macht, indem ein im Saugrohr 3 herrschender Saugrohrunterdruck P_SR über das Druckregelventil 6 einstellbar den Kurbelraum 2 beaufschlagt und von darin befindlichen Schmiermitteldämpfen 7 evakuiert. Das Druckregelventil 6 ist hierbei so angepasst, dass eine Druckdifferenz Δ_P zum Umgebungsdruck P_UG des Kurbelraumunterdrucks P_KR einstellbar ist, die zwischen 100 mbar und 300 mbar beträgt. Die Kurbelkammer weist demzufolge gegenüber dem Umgebungsdruck P_UG eine Druckdifferenz Δ_P von vorzugsweise –100 mbar bis –300 mbar auf.
2 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die wiederum als Nasssumpf-Saugmotor 5 ausgebildet ist, mit dem Kurbelraum 2, dem Saugrohr 3 und einer dem Saugrohr 3 luft- und strömungstechnisch vorgeschalteten Drosselklappe 8 zur Zuführung von Verbrennungsluft zur Brennkraftmaschine 1. Die Kurbelraumentlüftung 4 weist hierbei, von dem Kurbelraum 2 kommend, einen Abzweig 9 auf, der über eine Drossel 10 zum Saugrohr 3 einerseits und über ein Rückschlagventil 11 zu einer Eintrittsstelle 12 vor der Drosselklappe 8 (also stromaufwärts der Drosselklappe 8) andererseits verzweigt. Der Kurbelraumunterdruck P_KR wird über eine angepasste Drosselbohrung der Drossel 10 so eingestellt, dass sich eine Druckdifferenz Δ_P zum Umgebungsluftdruck P_UG von etwa –100 mbar bis –300 mbar ergibt.
3 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die als Nasssumpf-Turbomotor 13 ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist das Saugrohr 3 und, lufttechnisch stromaufwärts des Saugrohrs 3, einen Turbolader 14 zur Förderung von Verbrennungsluft in das Saugrohr 3 zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 auf. Die Kurbelraumentlüftung 4 weist über den Abzweig 9 eine Leitungsführung über das Druckregelventil 6 und ein stromabwärts desselben angeordnetes Rückschlagventil 11 eine Verbindung zum Saugrohr 3 einerseits und, über ein Rückschlagventil 11, andererseits eine Verbindung zu der Eintrittsstelle 12 stromaufwärts des Turboladers 14 auf. Auch hier ist der Kurbelraumunterdruck P_KR über das Druckregelventil mit einer vorzugsweise angepassten Feder so einstellbar, dass sich eine Druckdifferenz Δ_P zum Umgebungsluftdruck P_UG von –100 mbar bis –300 mbar ergibt.
4 zeigt die Brennkraftmaschine 1 in der Ausführung als Nasssumpf-Turbomotor 13, wie vorstehend zu 3 beschrieben. Anstelle des in 3 beschriebenen Druckre gelventils 6 ist vorliegend eine mit angepasster Drosselbohrung versehene Drossel 10 in der Kurbelraumentlüftung 4 vorgesehen, nämlich stromaufwärts des Abzweigs 9 und stromabwärts des Rückschlagventils 11, stromabwärts des Saugrohres 3. In dem vom Abzweig 9 ausgehenden, anderen Zweig, der stromaufwärts des Turboladers 14 an der Eintrittsstelle 12 mündet, ist ebenfalls ein Rückschlagventil 11 vorgesehen. Auch in dieser Ausführungsform ist über die angepasste Drosselbohrung ein Kurbelraumunterdruck P_KR relativ zum Umgebungsdruck P_UG von –100 mbar bis –300 mbar einstellbar.
5 zeigt die Brennkraftmaschine 1 in einer Ausführung als Trockensumpf-Motor 15, wobei ein als Trockensumpfschmiermittelkreislauf 25 ausgebildeter Schmiermittelkreislauf 16 unter anderem einen Trockensumpf 17 mit Ölpumpe 18 vorsieht. Der Trockensumpfschmiermittelkreislauf 25 ist hierbei zwischen dem Kurbelraum 2, dem Trockensumpf 17 mit Ölpumpe 18, einem Schmiermittelvorratsbehälter 19 und einem Druckregler 20 unter Rückführung vom Druckregler 20 zum Kurbelraum 2 ausgebildet, wobei eine Gasströmung entlang des Schmiermittelstromes verläuft. Von dem Schmiermittelvorratsbehälter 19 geht eine Entlüftungsleitung 21 ab, die über ein Druckregelventil 6 in das Saugrohr 3 einmündet; diese Anordnung stellt die Kurbelraumentlüftung 4 dar. Von dem Schmiermittelvorratsbehälter 19 über den Druckregler 20 ist somit eine Kurbelgehäusebelüftung 22 vorgesehen, über die sich die gewünschten Druckverhältnisse in dem Kurbelraum 2 einstellen lassen, nämlich mittels einer entlang des Ölstromes durch die Ölpumpe 18 geförderten Gasströmung. Auch hierbei wird ein Kurbelraumunterdruck P_KR eingestellt, der relativ zum Umgebungsdruck P_UG zwischen –100 mbar und –300 mbar beträgt.
6 zeigt die Brennkraftmaschine 1, nämlich den Trockensumpf-Motor 15, wie in 5 beschrieben. Dieser weist, in Abweichung zu dem in 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel, in der Kurbelgehäusebelüftung 22 keinen Druckregler 20 auf; die Kurbelgehäusebelüftung 22 erfolgt als direkte Leitungsverbindung 23 von dem Schmiermittelvorratsbehälter 19 zum Kurbelraum 2. Die Kurbelgehäuseentlüftung 4, ausgehend vom Schmiermittelvorratsbehälter 19 und einmündend in das Saugrohr 3, weist stromabwärts des Schmiermittelvorratsbehälters 19 das Druckregelventil 6 auf, das in einer solchen Weise modifiziert ist, beispielsweise über eine angepasste Feder, dass sich im Kurbelraum 2 der Kurbelraumunterdruck P_KR von –100 mbar bis –300 mbar relativ zum Umgebungsdruck P_UG einstellen lässt.
Auf diese Weise wird in allen gezeigten Ausführungsbeispielen eine unerwünscht hohe Druckdifferenz zwischen Kurbelraum 2 und Umgebungsdruck P_UG beziehungsweise zwi schen Kurbelraumunterdruck P_KR und Saugrohrunterdruck P_SR vermieden. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft ein im Schub- und Abschaltebetrieb beobachteter erhöhter Ölverbrauch reduzieren, ohne dass beispielsweise Kolbenringe der Kolben der Brennkraftmaschine 1 zur besseren Abdichtung angepasst werden müssten.

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelraum
3: Saugrohr
4: Kurbelraumentlüftung
5: Nasssumpf-Saugmotor
6: Druckregelventil
7: Schmiermitteldämpfe
8: Drosselklappe
9: Abzweig
10: Drossel
11: Rückschlagventil
12: Eintrittsstelle
13: Nasssumpf-Turbomotor
14: Turbolader
15: Trockensumpf-Motor
16: Schmiermittelkreislauf
17: Trockensumpf
18: Ölpumpe
19: Schmiermittelvorratsbehälter
20: Druckregler
21: Entlüftungsleitung
22: Kurbelgehäusebelüftung
23: Leitungsverbindung
24: Saugeinrichtung
25: Trockensumpfschmiermittelkreislauf
P_KR: Kurbelraumunterdruck
P_SR: Saugrohrunterdruck
P_UG: Umgebungsdruck
Δ_P: Druckdifferenz

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelraum, einer Kurbelraumentlüftung und einer Sauganlage, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung eines Schmiermittelverbrauchs der Brennkraftmaschine der Druck im Kurbelraum in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen Sauganlage und Kurbelraum bis auf maximal –500 mbar, insbesondere maximal –300 mbar, zum Umgebungsdruck reduzierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Drucks im Kurbelraum erfolgt, wenn die Druckdifferenz zwischen Sauganlage und Kurbelraum mindestens einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen Sauganlage und Kurbelraum und damit zwischen Kurbelraum und Umgebung mittels mindestens eines Druckregelventils und/oder mindestens einer Drossel eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Kurbelraum zur Umgebung im Bereich von –50 bis –500 mbar, insbesondere im Bereich von –100 bis –300 mbar, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Kurbelraumdrucks in einer zum Kurbelraum führenden Belüftungsleitung mindestens ein Druckregelventil und/oder mindestens eine Drossel angeordnet wird.