DE10310452B4

DE10310452B4 - Verfahren zur Behandlung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10310452B4
Application number: DE2003110452
Authority: DE
Inventors: Thomas May; Martin Rölver; Achim Greiving; Hans-Jürgen LIENESCH
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-03-08
Also published as: DE10310452A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung eines Kurbelgehäuseentlüftungsgases einer Brennkraftmaschine, das bei seinem Austritt aus einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine als wesentliche Bestandteile Luft, Wasserdampf, Verbrennungsgase und unverbrannten Kraftstoff sowie in Tröpfchenform vorliegendes Schmieröl enthält, wobei in einem Scheideprozess das Kurbelgehäuseentlüftungsgas in einen gasförmigen und einen flüssigen Anteil getrennt wird, wobei der gasförmige Anteil nachfolgend einer Reinigung unterzogen wird, wobei der Scheideprozess ein- oder mehrstufig so durchgeführt wird, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas zumindest in Öl einerseits und in wenigstens eine verbleibende Restflüssigkeit und/oder wenigstens ein verbleibendes Restgas andererseits getrennt wird, wobei das abgetrennte Öl in einen Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird und wobei die verbleibende Restflüssigkeit und/oder das verbleibende Restgas separat weiter behandelt und/oder entsorgt wird/werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas nach seinem Austritt aus dem Kurbelgehäuse in einer ersten Stufe des Scheideprozesses auf eine vorgebbare, unter der Siedetemperatur von Öl und über der Siedetemperatur von Kraftstoff und Wasser liegende Temperatur erwärmt wird, wodurch die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Kurbelgehäuseentlüftungsgases einer Brennkraftmaschine, das bei seinem Austritt aus dem Kurbelgehäuse als wesentliche Bestandteile Luft, Wasserdampf, Verbrennungsgase und unverbrannten Kraftstoff sowie in Tröpfchenform vorliegendes Schmieröl enthält, wobei in einem Scheideprozess das Kurbelgehäuseentlüftungsgas in einen gasförmigen und einen flüssigen Anteil getrennt wird und wobei der gasförmige Anteil nachfolgend einer Reinigung unterzogen wird, wobei der Scheideprozess ein- oder mehrstufig so durchgeführt wird, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas zumindest in Öl einerseits und in wenigstens eine verbleibende Restflüssigkeit und/oder wenigstens ein verbleibendes Restgas andererseits getrennt wird, wobei das abgetrennte Öl in einen Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird und wobei die verbleibende Restflüssigkeit und/oder das verbleibende Restgas separat weiter behandelt und/oder entsorgt wird/werden.
Bei Brennkraftmaschinen ist es aufgrund einschlägiger Umweltschutzvorschriften nicht zulässig, das Kurbelgehäuseentlüftungsgas in die Atmosphäre zu entlassen. Es sind deshalb Verfahren entwickelt worden, das Kurbelgehäuse entlüftungsgas nach dem Abzug aus dem Kurbelgehäuse in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zu führen und so der Verbrennung innerhalb der Brennräume der Brennkraftmaschine zuzuleiten. Außerdem ist es üblich, im Verlauf einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung einen Ölabscheider vorzusehen, der im Kurbelgehäuseentlüftungsgas mitgeführten Ölnebel abscheiden und das abgeschiedene Öl wieder dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zuführen soll. In diesem Zusammenhang haben sich in der Praxis zwei Problemfelder ergeben.
Das erste Problemfeld betrifft die Qualität des Schmieröls der Brennkraftmaschine. Ein Ölabscheider im Weg des Kurbelgehäuseentlüftungsgases scheidet nicht nur, wie an sich gewünscht, im Kurbelgehäuseentlüftungsgas enthaltenes Öl ab, sondern scheidet zwangsläufig und stets auch gleichzeitig weitere Bestandteile, insbesondere Wasser und Kraftstoff, in flüssigem Zustand ab. Diese unerwünschten flüssigen Bestandteile werden bisher üblicherweise zusammen mit dem abgeschiedenen Schmieröl in den Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine eingeleitet. Hier verschlechtern das Wasser und der Kraftstoff die Eigenschaften des Schmieröls in nicht zu vernachlässigender Weise.
Das zweite Problemfeld betrifft insbesondere Ottomotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung. Hier strömt durch den Ansaugtrakt kein Kraftstoff mehr, da dieser unmittelbar in die Brennräume eingespritzt wird. Damit kann der Kraftstoff auch nicht mehr dafür genutzt werden, Ablagerungen auf den Einlassventilen zu verhindern bzw. zu entfernen. Dies führt dazu, dass sich Bestandteile aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas nach dessen Einleitung in den Ansaugtrakt in diesem sowie auf den Einlassventilen ablagern. Diese Ablagerungen führen mit der Zeit zu Störungen der Strömungsverhältnisse im Ansaugtrakt und im Bereich der Einlassventile der Brennkraftmaschine, wodurch die Füllung der Brennräume der Zylinder und der Ablauf der Verbrennung des Kraftstoffs darin merklich gestört werden kann.
Aus DE 101 28 464 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem das Kurbelgehäuseentlüftungsgas zunächst durch einen Ölabscheider geleitet wird, wo eine Scheidung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases in einen flüssigen und einen gasförmigen Anteil erfolgt. Der flüssige Anteil wird vom Ölabscheider unmittelbar in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Der gasförmige Anteil wird durch einen Katalysator geleitet und darin durch eine katalytische Verbrennung behandelt. Die den Katalysator verlassenden gasförmigen Stoffe werden dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt und gelangen dort zusammen mit der Ansaugluft in die Brennräume der Brennkraftmaschine.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Stand der Technik, dass in dem Ölabscheider neben Öl gleichzeitig und zwangsläufig entsprechend der zeitlich und lokal unterschiedlichen Gastemperatur weitere flüssige Bestandteile des Kurbelgehäuseentlüftungsgases abgeschieden werden, nämlich insbesondere Wasser und Kraftstoff. Diese zusätzlichen Bestandteile werden neben dem im Ölabscheider abgeschiedenen Öl in das Schmieröl der Brennkraftmaschine eingeleitet. Dort führen die unerwünschten Bestandteile Wasser und Kraftstoff zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des Öls, wodurch es entweder einen erhöhten Wartungsaufwand mit kürzeren Ölwechselintervallen oder die Gefahr von Schäden an der Brennkraftmaschine aufgrund schlechter werdender Schmierung gibt.
Aus DE 101 17 527 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem vorgesehen ist, dass das Motoröl als Träger für einen Verkokungslöser verwendet wird. Weiterhin ist bevorzugt dabei vorgesehen, dass einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verstärkt Motoröl mit sich führendes Kurbelgehäuseentlüftungsgas zugeführt wird. Die im Motoröl enthaltenen Verkokungslöser sollen den Ansaugtrakt von störenden Ablagerungen, hier insbesondere Verkokungen, freihalten. Dabei muss aber nachteilig in Kauf genommen werden, dass eine relativ große Menge an Motoröl in die Brennräume der Brennkraftmaschine gelangt, was an sich wegen dadurch verursachter Verschlechterung der Abgaswerte nicht erwünscht ist. Zudem schädigt Öl im Abgas einen ggf. vorgesehenen Abgaskatalysator und verringert dessen Wirkungsgrad und Lebensdauer. Außerdem wird so der Ölverbrauch der Brennkraftmaschine erhöht, was ebenfalls nicht wünschenswert ist.
Aus US 2 763 247 A ist eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Kurbelgehäuse über eine Belüftungsleitung und über eine Entlüftungsleitung belüftet wird. Die Belüftungsleitung ist mit der atmosphärischen Umgebung verbunden. Die Entlüftungsleitung führt entweder in die freie Atmosphäre oder in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine. Dabei ist hier vorgesehen, dass die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung mit einer Heizung versehen ist, um die Kurbelgehäuseentlüftungsgase, die durch die Entlüftungsleitung strömen, auf einer erhöhten, oberhalb ihrer Kondensationstemperatur liegenden Temperatur zu halten. Hierdurch soll vermieden werden, dass sich in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung Kondensate niederschlagen und von dort in das Kurbelgehäuse zurückfließen und so in das Schmieröl der Brennkraftmaschine gelangen. Damit wird die Bildung von unerwünschten Schmutzablagerungen im Schmieröl vermieden. Nachteilig ist hier allerdings, dass das Kurbelgehäuse entlüftungsgas entweder unmittelbar oder über den Abgastrakt der Brennkraftmaschine in die Umgebung gelangt, wo es schädliche Wirkungen auf die Umwelt ausübt. Diese Art der Entsorgung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases ist heute gesetzlich verboten.
Aus WO 00/23693 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die Kurbelgehäuseentlüftungsgase in einem Kondensationsrohr, welches einen Luftfilter umgibt, heruntergekühlt werden, so dass die Öl- und Wasserbestandteile sich als Flüssigkeit an den Wänden niederschlagen. Das Öl haftet wegen seiner höheren Viskosität und stärkeren Vernetzung stärker an den Innenwänden des Kondensationsrohres und wird von dort gesammelt und wieder dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zugeführt. Die leichter beweglichen Wasser- und Kraftstoffbestandteile sollen vom Gasstrom weiter mitgerissen werden und anschließend der Verbrennungsluft über den Luftfilter auf dessen Ansaugseite wieder zugeführt werden. Dies ist deshalb notwendig, weil eine vollständige, saubere Trennung der Bestandteile mit diesem Verfahren nicht in allen Betriebszuständen zu erreichen ist. Daher ist immer noch eine erhebliche Verunreinigung des Schmieröls möglich und gleichzeitig führt das bekannte Verfahren zu einer zusätzlichen Verschmutzung des Luftfilters und einer zusätzlichen Belastung des Filtermaterials.
Aus EP 0 295 871 A2 ist es bekannt, zunächst Öl aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas abzuscheiden, und anschließend die verbliebenen Flüssigkeitsbestandteile wie Wasser und Kraftstoffanteile durch Erhitzen des Gasstroms mittels einer Heizpatrone in einer Verdampferkammer in einen gasförmigen Zustand zu bringen bzw. zu halten, damit diese über eine Entlüftungsleitung gemeinsam mit dem Restgas abgeführt werden können. Da hier die Erwärmung erst un mittelbar vor der Abführung des Restgases vorgenommen wird, kann nicht gewährleistet werden, dass bei der vorherigen Abscheidung des Ölanteils keine weiteren unerwünschten Bestandteile des Kurbelgehäuseentlüftungsgases mit abgetrennt wurden, die sich an dieser Stelle in flüssigem Zustand befanden. Eine vorgebbare Temperatur der Erwärmung ist bei diesem bekannten Verfahren nur für das verbleibende Restgas unmittelbar vor seiner Ableitung möglich.
Aus DE 37 19 826 A ist es auch bekannt, das Schmieröl selbst über Bauteile der Abgasführung zu erhitzen, nachdem es bereits mit unerwünschten Bestandteilen angereichert ist, und dabei die unerwünschten, niedrigsiedenden Bestandteile durch Verdampfung wieder zu entfernen und diese über eine Kondensationsleitung dem Kraftstofftank zuzuführen. Dieses bekannte Verfahren ist für die heutigen Anforderungen an moderne Brennkraftmaschinen völlig ungeeignet.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die vorstehend dargelegten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und mit dem insbesondere eine dauerhafte Erhaltung der Qualität des Schmieröls der Brennkraftmaschine bei geringem Schmierölverbrauch erreicht wird und mit dem die Möglichkeit besteht, das Kurbelgehäuseentlüftungsgas sowohl unschädlich für den Betrieb der Brennkraftmaschine als auch unschädlich für die Umwelt zu verwenden und/oder zu entsorgen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas nach seinem Austritt aus dem Kurbelgehäuse in einer ersten Stufe des Scheideprozesses auf eine vorgebbare, unter der Siedetemperatur von Öl und über der Siedetemperatur von Kraftstoff und Wasser liegende Temperatur erwärmt wird, wodurch die zunächst flüssigen Bestandteile des Kurbelgehäuseentlüftungsgases mit Ausnahme des Öls in Gasform überführt oder in Gasform gehalten werden, und dass daran anschließend der Scheideprozess zur Trennung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases in den im wesentlichen kraftstoff- und wasserfreien, nur aus Öl bestehenden flüssigen Anteil und in ein verbleibendes Restgas durchgeführt wird.
Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das im Kurbelgehäuseentlüftungsgas enthaltene Öl in möglichst reiner Form zurückgewonnen und dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird. Dies wird dadurch gewährleistetet, dass nach der Erwärmung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases auf eine vorgebbare Temperatur lediglich die Schmierölanteile in flüssigem Zustand vorhanden sind und deshalb bei dem anschließenden Abscheidevorgang auch nur diese Anteile, also das reine Öl abgeschieden wird. Damit ist dafür gesorgt, dass das Schmieröl nicht mit weiteren flüssigen Bestandteilen des Kurbelgehäuseentlüftungsgases, insbesondere Wasser, Kraftstoff, Säuren und Verbrennungsprodukte, belastet und durch diese in seiner Funktion beeinträchtigt wird. Die nach der Abtrennung des Öls verbleibenden Bestandteile des Kurbelgehäuseentlüftungsgases können anschließend in geeigneter und jeweils optimaler Art und Weise separat weiterbehandelt und/oder entsorgt werden, wobei ausgeschlossen ist, dass flüssige Bestandteile hieraus in das Schmieröl der Brennkraftmaschine gelangen können. Außerdem kann die weitere Behandlung der verbleibenden Bestandteile gezielt so vorgenommen werden, dass eine Verschmutzung des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine vermieden wird, was insbesondere für Otto-Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung für eine zuverlässige Dauerfunktion wichtig ist.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das nach dem Scheideprozess vorliegende erwärmte Restgas auf eine vorgebbare, unter der Siedetemperatur von Wasser und von Kraftstoff liegende Temperatur abgekühlt wird und dass danach in einem weiteren Scheideprozess eine Trennung in die im wesentlichen aus Kraftstoff und Wasser bestehende Restflüssigkeit und in das verbleibende Restgas erfolgt. Hier wird nach der Abscheidung des Öls durch die gezielte Abkühlung des zunächst erwärmten Gases eine Kondensation bewirkt, bei der sich im wesentlichen Wasser und Kraftstoff in flüssiger Form niederschlagen, wonach diese Restflüssigkeit mit vergleichsweise geringem Aufwand von dem verbleibenden Restgas getrennt werden kann.
Mit der Restflüssigkeit oder den Restflüssigkeiten, die bei den verschiedenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallen, kann unterschiedlich weiter verfahren werden. Eine erste Möglichkeit sieht diesbezüglich vor, dass die Restflüssigkeit(en) in flüssigem Zustand in (je) einem Sammelbehälter gesammelt oder in einer eigenen Verbrennungseinrichtung kontrolliert verbrannt wird/werden. Bei Sammlung der Restflüssigkeit wird ein dafür vorgesehener Sammelbehälter zweckmäßig so ausgelegt, dass er für einen Betrieb der Brennkraftmaschine zwischen zwei ohnehin vorgesehenen Wartungsintervallen ausreichend groß ist. Bei fälligen Wartungsarbeiten kann dann auch dieser Restflüssigkeitsbehälter entleert oder durch einen neuen, leeren Sammelbehälter ersetzt werden. Die Restflüssigkeit kann dann einer geordneten Entsorgung zugeführt werden. Alternativ kann eine Verbrennung der Restflüssigkeit erfolgen, sofern diese dafür geeignet ist.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Restflüssigkeit(en) in flüssigem Zustand in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dosiert deren Schmierölkreislauf und/oder deren Kraftstofftank zugeführt wird/werden. Diese Ausgestaltung des Verfahrens nutzt die Tatsache, dass es bei bestimmten, günstigen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine möglich ist, die Restflüssigkeit oder Restflüssigkeiten in der angegebenen Art und Weise in den Schmierölkreislauf oder den Kraftstofftank zu entsorgen, ohne dass dies negative Folgen für die Brennkraftmaschine oder deren Betrieb hat.
Eine dritte Alternative hinsichtlich der Entsorgung der Restflüssigkeit(en) besteht darin, dass diese in flüssigem Zustand in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dosiert mindestens einem ihrer Brennräume durch separate Einspritzung zugeführt wird/werden. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens werden die Restflüssigkeiten in mindestens einem der Brennräume der Brennkraftmaschine verbrannt und so für die Umgebung unschädlich entsorgt.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungen des Verfahrens, bei denen das Wasser und der Kraftstoff in Form einer Restflüssigkeit anfallen, ist gewährleistet, dass diese Bestandteile nicht mehr in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangen. Damit können diese Bestandteile auch im Ansaugtrakt nicht mehr zu schädlichen und störenden Ablagerungen führen, die insbesondere bei Otto-Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung besonders kritisch sind.
Weiter schlägt das Verfahren vor, dass das Restgas oder die Restgase über ein Druckregelventil und/oder über ein Dosierventil dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung der Ansaugluft gesehen hinter einer Drosselklappe zugeführt werden. Das Restgas oder die Restgase werden in geeigneter Weise hier dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt und gelangen dann zusammen mit der Ansaugluft der Brennkraftmaschine in deren Brennräume, wo die Restgase verbrannt werden. Falls zuvor schon, wie vorstehend beschrieben, Kraftstoff und Wasser kondensiert und so aus dem Restgas entfernt sind, ist das verbleibende Restgas relativ sauber und verursacht keine nennenswerten Ablagerungen im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Falls die Brennkraftmaschine gegen Ablagerungen in einem gewissen Umfang im Ansaugtrakt nicht empfindlich ist, kann das dem Ansaugtrakt zugeführt Restgas auch noch bis zu einem vertretbaren Mengenanteil Wasser und/oder Kraftstoff enthalten. Das Druckregelventil sorgt für die Einhaltung eines Kurbelgehäusedrucks innerhalb vorgegebener Grenzen.
Alternativ schlägt das Verfahren vor, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas vor dem Scheideprozess oder das Restgas nach dem Scheideprozess verdichtet wird und das das Restgas dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor einem Abgaskatalysator gegen den Abgasdruck zugeführt wird. In dieser Ausgestaltung sorgt der ohnehin im Abgastrakt vorgesehene Abgaskatalysator zusätzlich für eine Reinigung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases durch katalytische Verbrennung. Dabei genügt es, aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas nur das Schmieröl abzutrennen und das Kurbelgehäuseentlüftungsgas dann ohne Anwendung von weiteren Scheideprozessen in den Abgastrakt einzuleiten und so dem Abgas katalysator zuzuführen. Alternativ kann auch vorher mindestens ein weiterer Scheideprozess durchlaufen werden, der beispielsweise Wasser und/oder Kraftstoff aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas abscheidet, so dass dann ein Restgas in den Abgastrakt und durch den Abgaskatalysator geleitet wird. Bei dieser Verfahrensvariante bietet sich eine Anordnung der Komponenten für die Durchführung des Verfahrens an einem gegebenenfalls vorhandenen Abgasturbolader an, da dort sowohl Antriebsenergie für den Verdichter als auch Wärmeenergie aus dem Abgas zur Verfügung steht.
Alternativ schlägt das Verfahren vor, dass zumindest ein Teil des Restgases/der Restgase einer eigenen Gasreinigung unterzogen wird. Damit kann das Restgas so weit gereinigt werden, dass es schadlos in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine oder sogar in die freie Atmosphäre entlassen werden kann.
Hinsichtlich der angegebenen Gasreinigung bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Gasreinigung durch Aktivkohlefilterung oder durch katalytische Verbrennung oder durch Gaswäsche erfolgt. Da jeweils nur relativ geringe Gasmengen behandelt werden müssen, ist die Gasreinigung mit entsprechend kleinen und kompakten Einrichtungen durchführbar, so dass sie auch in ein Kraftfahrzeug und in deren Brennkraftmaschine integriert werden kann.
Weiter schlägt die Erfindung vor, dass das abgetrennte Öl und/oder zumindest ein Teil der Restflüssigkeit(en) einer Feststoffpartikelabscheidung unterzogen werden. Zumindest für die abgeschiedenen flüssigen Anteile, die einer Weiterverwendung zugeführt werden sollen, wird so erreicht, dass Feststoffpartikel abgetrennt werden. So wird z. B. das abgetrennte Öl in einen sauberen Zustand wieder dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zugeführt, ohne dass deren Ölfilter zusätzlich mit Reinigungsaufgaben belastet wird.
Die Feststoffpartikelabscheidung kann auf unterschiedlicher Art und Weise erfolgen. Bevorzugt erfolgt sie durch Filtrierung oder Sedimentierung oder Zentrifugierung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des Verfahrens anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 ein Ablaufschema des Verfahrens mit mehreren Verfahrensvarianten und
2 bis 4 jeweils in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit zugehörigen Komponenten zur Ausführung des Verfahrens in drei weiteren Ausgestaltungen.
Gemäß dem in 1 dargestellten Verfahrensschema wird von einem Kurbelgehäuse einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine kommendes Kurbelgehäuseentlüftungsgas zunächst einem Abscheider zugeführt. In diesem Abscheider erfolgt eine Trennung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases in einen gasförmigen Anteil, der dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und in eine als flüssiger Anteil bezeichnete im Wesentlichen flüssige, abgeschiedene Blowby-Masse. Die abgeschiedene Blowby-Masse wird entweder stetig oder über ein Kondensatventil einer weiteren Aufbereitung zugeführt. In dieser Aufbereitung wird die Blowby-Masse in bis zu vier Komponenten durch geeignete Scheideprozesse aufgeteilt.
Die erste abgeschiedene Komponente ist eine Ölmasse, die nach der Aufbereitung möglichst reines Öl und möglichst keinen Kraftstoff und kein Wasser enthalten soll. Dieses abgeschiedene Öl wird über einen Filter geleitet, um gegebenenfalls in der Ölmasse vorhandene Feststoffpartikel abzutrennen. Anschließend wird die gefilterte Ölmasse entweder unmittelbar oder über ein automatisches Dosierventil der Ölwanne der zugehörigen Brennkraftmaschine oder der Eingangsseite eines zur Brennkraftmaschine gehörenden Schmierölfilters zugeführt. Auf diese Weise wird die im Kurbelgehäuseentlüftungsgas mitgeführte Ölmasse dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine wieder zugeführt, ohne dass das Schmieröl mit Kraftstoff oder Wasser oder Feststoffpartikeln belastet und dadurch in seinen Eigenschaften verschlechtert würde.
Als zweite Komponente wird in dem in 1 gezeigten Verfahrensbeispiel Kraftstoff aus der Blowby-Masse abgeschieden. Dieser Kraftstoff wird entweder unmittelbar oder über ein automatisches Dosierventil dem Kraftstofftank der zugehörigen Brennkraftmaschine zugeführt. Alternativ kann der Kraftstoff auch verflüchtigt oder verdampft und dann in Gasform dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Auf diesem Wege gelangt der gasförmige Kraftstoff zur Verbrennung innerhalb der Brennräume der Brennkraftmaschine.
Eine aus der Blowby-Masse abgeschiedene dritte Komponente ist Wasser. Das in der Aufbereitung abgeschiedene Wasser wird entweder unmittelbar oder über ein automatisches Dosierventil einem Service-Behälter zugeführt, in dem das Wasser gesammelt wird. Da das Wasser in der Regel noch Schadstoff enthält, wird dieses in dem Behälter in der Zeit zwischen zwei Wartungsintervallen der zugehörigen Brennkraftmaschine aufbewahrt und bei der Wartung der Brennkraftmaschine geordnet entsorgt. Alternativ kann das Wasser verdampft oder verflüchtigt werden und dann gasförmig dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Eine weitere Alternative besteht darin, in entsprechend günstigen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das Wasser dem Schmierölkreislauf zuzuführen, ohne dass dies dem Schmieröl schadet.
Als viertes werden in der Aufbereitung aus der Blowby-Masse flüchtige Bestandteile abgeschieden. Diese flüchtigen Bestandteile sind insbesondere solche Komponenten, die eine Kondensationstemperatur haben, die oberhalb der Kondensationstemperaturen von Öl, Kraftstoff und Wasser liegt. Diese flüchtigen Bestandteile können in einer ersten Variante unmittelbar dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt und über diesen in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingeleitet werden. Alternativ können diese flüchtigen Bestandteile über ein Dosierventil einer Reinigung zugeführt werden. Diese Reinigung kann beispielsweise mittels eines Aktivkohlefilters, eines Katalysators oder eines Gaswäschers erfolgen. Die gereinigten flüchtigen Bestandteile werden dann dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt.
Die aus dem Kraftstoff oder dem Wasser durch Verflüchtigen oder Verdampfen erzeugten gasförmigen Komponenten können, wie das Schema in 1 zeigt, entweder unmittelbar oder alternativ über ein Aktivkohlefilter dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeleitet werden.
Weitere Varianten des Verfahrens sind mit den Anordnungen gemäß den 2 bis 4 ausführbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit der Anordnung gemäß 2 durchführbar. Die 2 zeigt links unten schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Ansaugtrakt 10, einem Brennraum 11, einem darin bewegbaren Kolben 12 und einem darunterliegenden Kurbelgehäuse 13, das nach unten durch eine Ölwanne 14 abgeschlossen ist. Außerdem umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen vom Brennraum 11 abgehenden Abgastrakt 15 mit einem darin vorgesehenen Katalysator.
Vom Kurbelgehäuse 13 geht eine Entlüftungsleitung 2 ab, in die eine Heizung eingeschaltet ist und die zu einem Abscheider führt. Mit der Heizung wird das Kurbelgehäuseentlüftungsgas auf eine erhöhte Temperatur gebracht, die hier oberhalb der Siedetemperatur von Kraftstoff und Wasser und unterhalb der Siedetemperatur von Öl liegt. Damit werden im Bereich der Heizung alle Bestandteile des Kurbelgehäuseentlüftungsgases mit Ausnahme des Öls in Gasform überführt. In dieser erwärmten Form wird das Kurbelgehäuseentlüftungsgas dem Abscheider zugeführt, wo eine Trennung in ein Restgas einerseits und reines Öl andererseits erfolgt. Das abgeschiedene Öl wird vom Abscheider über eine Ölrückführleitung 21 dem Ölsumpf in der Ölwanne 14 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt und steht so wieder dem Schmierölkreislauf zur Verfügung.
Das Restgas wird hier vom Abscheider über eine Gasabführleitung 20 mit einem darin vorgesehenen Druckregelventil und über einen eigenen Katalysator dem Ansaugtrakt 10 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Dabei liegt die Einmündung der Gasabführleitung 20 in den Luftansaugtrakt 10 in Strömungsrichtung der Luft gesehen hinter einer im Ansaugtrakt 10 vorgesehenen Drosselklappe. Das Restgas, das über die Gasabführleitung 20 zum Ansaugtrakt 10 gelangt, wird zusammen mit der Ansaugluft dem Brennraum 11 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt und dort verbrannt.
3 zeigt wieder links unten eine Brennkraftmaschine 1 mit den gleichen Komponenten wie in 2. Auch hier geht vom Kurbelgehäuse 13 eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2 ab, in deren Verlauf zunächst eine Heizung und dann ein Verdichter angeordnet sind. In der Heizung wird das Kurbelgehäuseentlüftungsgas so weit erwärmt, dass, wie auch in 2, alle Komponenten des Kurbelgehäuseentlüftungsgases mit Ausnahme des Öls in einen gasförmigen Zustand gebracht werden. In dem hinter dem Verdichter liegenden Abscheider wird das Kurbelgehäuseentlüftungsgas in seine gasförmige Komponente und in seine flüssige Komponente, die hier aus weitestgehend reinem Öl besteht, geschieden.
Das Öl wird über die Ölrückführleitung 21 in die Ölwanne 14 der Brennkraftmaschine 1 geführt. Das Restgas wird vom Abscheider über die Gasabführleitung 20 in den Abgastrakt 15 der Brennkraftmaschine 1 eingeleitet. Durch den Verdichter in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2 hat das Restgas, das die Gasabführleitung 20 durchströmt, einen erhöhten Druck, der ausreicht, das Restgas gegen den Druck des Abgases in den Abgastrakt 15 einzuleiten. Die Einleitung erfolgt dabei in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor einem Abgaskatalysator. Das Restgas wird damit zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 durch den im Abgastrakt 15 angeordneten Katalysator geleitet und dort einer Nachverbrennung unterzogen.
Anhand von 4 wird eine weitere Variante des Verfahrens erläutert. Hier wird das mittels der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2 vom Kurbelgehäuse 13 der Brennkraftmaschine 1 abgeführte Kurbelgehäuseentlüftungsgas zunächst mittels einer Heizung auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Dabei ist die Temperatur hier so gewählt, dass mit Ausnahme des Öls alle weiteren Komponenten des Kur belgehäuseentlüftungsgases in einen gasförmigen Zustand überführt werden.
Die Aufheizung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases kann beispielsweise unter Nutzung von Abwärme der Brennkraftmaschine, d. h. mittels der Abgase oder des Kühlwassers oder des Schmieröl, oder mittels einer elektrischen Heizeinrichtung erfolgen.
Auf die Heizung folgt ein Abscheider, in dem das erhitzte Kurbelgehäuseentlüftungsgas in seinen durch reines Öl gebildeten flüssigen Anteil und seinen durch alle übrigen, hier gasförmigen Stoffe gebildeten gasförmigen Anteil getrennt wird. Das im Abscheider abgeschiedene Öl wird über die Ölrückführleitung 21 der Ölwanne 14 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.
Der den Abscheider verlassende gasförmige Anteil des Kurbelgehäuseentlüftungsgases wird anschließend einer Kühlung unterzogen. Dabei erfolgt die Kühlung auf eine Temperatur, bei der Wasser und Kraftstoff aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas kondensieren. In einem nachfolgenden zweiten Abscheider erfolgt wieder eine Trennung des nun abgekühlten verbliebenen Kurbelgehäuseentlüftungsgases in einen gasförmigen und einen flüssigen Anteil. Der gasförmige Anteil wird vom zweiten Abscheider über die Gasrückführleitung 20 mit einem darin vorgesehenen Druckregelventil dem Ansaugtrakt 10 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Das Druckregelventil dient hier, wie auch in den zuvor beschriebenen Ausführungen der Anordnung mit einem Druckregelventil, dazu, den Druck im Kurbelgehäuse 13 innerhalb vorgegebener Druckgrenzen zu halten.
Der im zweiten Abscheider abgeschiedene flüssige Anteil gelangt über die Flüssigkeitsleitung 22 in einen Behälter für die Restflüssigkeit. Aus diesem Behälter für den flüssigen Rest wird die dort anfallende Flüssigkeit entweder über eine zweite Flüssigkeitsleitung 24 und über eine separate Einspritzung unter Umgehung des Ansaugtrakts 10 den Brennräumen 11 der Brennkraftmaschine 1 zur dortigen Verbrennung zugeführt. Alternativ kann der flüssige Rest über eine dritte Flüssigkeitsleitung 25 einer separaten Verbrennung, beispielsweise in einer kleinen Verbrennungseinrichtung als Teil der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges, zugeführt werden.

Claims

Verfahren zur Behandlung eines Kurbelgehäuseentlüftungsgases einer Brennkraftmaschine, das bei seinem Austritt aus einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine als wesentliche Bestandteile Luft, Wasserdampf, Verbrennungsgase und unverbrannten Kraftstoff sowie in Tröpfchenform vorliegendes Schmieröl enthält, wobei in einem Scheideprozess das Kurbelgehäuseentlüftungsgas in einen gasförmigen und einen flüssigen Anteil getrennt wird, wobei der gasförmige Anteil nachfolgend einer Reinigung unterzogen wird, wobei der Scheideprozess ein- oder mehrstufig so durchgeführt wird, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas zumindest in Öl einerseits und in wenigstens eine verbleibende Restflüssigkeit und/oder wenigstens ein verbleibendes Restgas andererseits getrennt wird, wobei das abgetrennte Öl in einen Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird und wobei die verbleibende Restflüssigkeit und/oder das verbleibende Restgas separat weiter behandelt und/oder entsorgt wird/werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas nach seinem Austritt aus dem Kurbelgehäuse in einer ersten Stufe des Scheideprozesses auf eine vorgebbare, unter der Siedetemperatur von Öl und über der Siedetemperatur von Kraftstoff und Wasser liegende Temperatur erwärmt wird, wodurch die zunächst flüssigen Bestandteile des Kurbelgehäuseentlüftungsgases mit Ausnahme des Öls in Gasform überführt oder in Gasform gehalten werden, und dass daran anschließend der Scheideprozess zur Trennung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases in den im wesentlichen kraftstoff- und wasserfreien, nur aus Öl bestehenden flüssigen Anteil und in ein verbleibendes Restgas durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nach der ersten Stufe des Scheideprozesses vorliegende erwärmte Restgas auf eine vorgebbare, unter der Siedetemperatur von Wasser und von Kraftstoff liegende Temperatur abgekühlt wird und dass danach in einer zweiten Stufe des Scheideprozesses eine Trennung in die im Wesentlichen aus Kraftstoff und Wasser bestehende(n) verbleibende(n) Restflüssigkeit(en) und in das verbleibende Restgas erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende(n) Restflüssigkeit(en) in flüssigem Zustand in einem Sammelbehälter gesammelt oder in einer eigenen Verbrennungseinrichtung kontrolliert verbrannt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende(n) Restflüssigkeit(en) in flüssigem Zustand in Abhängigkeit von einem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dosiert deren Schmierölkreislauf und/oder deren Kraftstofftank zugeführt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende(n) Restflüssigkeit(en) in flüssigem Zustand in Abhängigkeit von einem jeweiligen Betriebszustand der Brenn kraftmaschine dosiert mindestens einem ihrer Brennräume durch separate Einspritzung zugeführt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas oder die Restgase über ein Druckregelventil und/oder über ein Dosierventil einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung einer Ansaugluft gesehen hinter einer Drosselklappe zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuseentlüftungsgas vor dem Scheideprozess oder das verbleibende Restgas nach dem Scheideprozess verdichtet wird und dass das verbleibende Restgas einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung eines Abgases gesehen vor einem Abgaskatalysator gegen einen Abgasdruck zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des verbleibenden Restgases/der verbleibenden Restgase einer eigenen Gasreinigung unterzogen wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigung durch eine Aktivkohlefilterung oder durch eine katalytische Verbrennung oder durch eine Gaswäsche erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte Öl und/oder zumindest ein Teil der verbleibenden Restflüssigkeit(en) einer Feststoffpartikelabscheidung unterzogen wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffpartikelabscheidung durch eine Filtrierung oder eine Sedimentierung oder eine Zentrifugierung erfolgt.