DE102014219822A1

DE102014219822A1 - Internal combustion engine and method for evaluating oil quality in an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102014219822A1
Application number: DE102014219822.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Zink; Tim Alexander
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-03-31
Also published as: CN105464746A; CN105464746B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung mit einer Entlüftungsleitung zur Entlüftung eines ölführenden Bereichs des Kurbelgehäuses, bei der ein Messsensor zum Messen mindestens einer eine Information über eine Ölqualität enthaltenden Kenngröße des Entlüftungsgases in der Entlüftungsleitung angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb mit einer solchen Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Messen der Ölqualität mit einer solchen Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine with a crankcase ventilation with a vent line for venting an oil-carrying region of the crankcase, in which a measuring sensor for measuring at least one information about an oil quality characteristic of the venting gas is arranged in the vent line. Furthermore, the invention relates to a hybrid drive with such an internal combustion engine and a method for measuring the oil quality with such an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung, die eine Entlüftungsleitung zur Entlüftung eines Triebwerksraums oder eines anderen ölführenden Bereichs des Kurbelgehäuses aufweist, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb mit einer solchen Brennkraftmaschine. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bewerten der Qualität des Öls in einer Brennkraftmaschine. The invention relates to an internal combustion engine with a crankcase ventilation, which has a vent line for venting an engine room or other oil-carrying area of the crankcase, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a hybrid drive with such an internal combustion engine. In another aspect, the invention relates to a method of assessing the quality of the oil in an internal combustion engine.

Bei Brennkraftmaschinen treten im Kurbelgehäuse regelmäßig Blowby-Gase auf, die aus dem Brennraum des Zylinders an den Kolbenringen vorbei in den ölführenden Triebwerksraum eindringen. Diese Blowby-Gase enthalten Kraftstoffdämpfe, Verbrennungsgase etc., die das Öl verunreinigen und den Druck im Kurbelgehäuse erhöhen und deshalb über eine Entlüftungsvorrichtung in Form eines Kurbelgehäuseentlüftung wieder aus dem Öl abgeführt werden müssen. Bei einer geschlossenen Entlüftungsvorrichtung werden die Entlüftungsgase über eine Entlüftungsleitung in den Ansaugtrakt des Motors rückgeleitet. Bei einer offenen Entlüftungsvorrichtung werden die Blowby-Gase vom Kurbelgehäuse über eine Entlüftungsleitung in die Umgebung abgeleitet. In internal combustion engines, blow-by gases regularly occur in the crankcase and penetrate from the combustion chamber of the cylinder past the piston rings into the oil-bearing engine compartment. These blow-by gases contain fuel vapors, combustion gases, etc., which contaminate the oil and increase the pressure in the crankcase and therefore have to be removed from the oil via a venting device in the form of a crankcase breather. In a closed ventilation device, the vent gases are returned via a vent line in the intake of the engine. In an open venting device, the blowby gases are discharged from the crankcase via a vent line into the environment.

Aus der Druckschrift DE 103 35 909 A1 ist die Bereitstellung eines Speichermediums für Kohlenwasserstoff in der Entlüftungsleitung beschrieben, um die Kurbelgehäuseentlüftung zu verbessern. From the publication DE 103 35 909 A1 the provision of a storage medium for hydrocarbon in the vent line is described in order to improve the crankcase ventilation.

In der Druckschrift US 2009/0088949 A1 ist eine Messung des Masseflusses des Entlüftungsgases vorgesehen, wobei der gemessene Massefluss als Eingangsparameter für die Motorsteuerung verwendet wird. In the publication US 2009/0088949 A1 a measurement of the mass flow of the vent gas is provided, wherein the measured mass flow is used as an input parameter for the engine control.

Gasmesssonden im Zylinder bzw. in einer Abgasrückführung sind aus den Druckschriften JP 62085162 A bzw. JP 10030448 A bekannt. Gas measuring probes in the cylinder or in an exhaust gas recirculation are from the documents JP 62085162 A respectively. JP 10030448 A known.

Bei Motorstarts, insbesondere bei Kaltstarts, und bei nur sporadischen und kurzen Laufzeiten der Brennkraftmaschine ergibt sich eine hohe Verschmutzung des Öls im Triebwerksraum des Kurbelgehäuses oder in einem anderen ölführenden Bereich des Kurbelgehäuses. When starting the engine, especially during cold starts, and only sporadic and short running times of the engine results in a high pollution of the oil in the engine room of the crankcase or in another oil-carrying area of the crankcase.

Für Brennkraftmaschinen von Hybridfahrzeugen, die neben der Brennkraftmaschine auch einen Elektroantrieb aufweisen, ergeben sich oftmals lange Standzeiten. Je nach Leistung und Kapazität der Batterie des Elektroantriebs kann das Fahrzeug nämlich über einen längeren Zeitraum rein elektrisch bewegt werden. Je leistungsfähiger das elektrische System ausgelegt ist, desto kälter ist die mittlere Temperatur der Brennkraftmaschine. Außerdem steigt, bezogen auf die gesamte Fahrtzeit der Brennkraftmaschine, die Häufigkeit von Motorstarts, speziell der Kaltstarts. Mit diesen technischen Daten kann erwartet werden, dass die Brennkraftmaschine mitunter Monate lang gar nicht benötigt wird. Durch diese große elektrische Reichweite und die sporadischen und kurzen Laufzeiten der Brennkraftmaschine ergibt sich regelmäßig eine hohe Verschmutzung des Schmieröls insbesondere durch Kraftstoffverdünnung. Da der Brennraum kein absolut geschlossenes System ist und sich bei kaltem Motor Kraftstoffkondensat an den Brennraumwänden niederschlägt, kann dieses Kondensat an den Kolbenringen entlang in den ölführenden Bereich des Kurbelgehäuses gelangen und sich dort mit dem Öl binden. Dadurch werden die Schmiereigenschaften des Öls beeinträchtigt. Der Austrag des Kraftstoffs aus dem Öl kann über die oben beschriebene Kurbelgehäuseentlüftung (KGE) erfolgen. For internal combustion engines of hybrid vehicles, which also have an electric drive in addition to the internal combustion engine, long service life often results. Depending on the power and capacity of the battery of the electric drive, the vehicle can namely be moved purely electrically over a longer period of time. The more efficient the electrical system is designed, the colder the average temperature of the internal combustion engine. In addition, based on the total travel time of the internal combustion engine, the frequency of engine starts, especially the cold starts. With these technical data can be expected that the internal combustion engine is sometimes not needed for months. Due to this large electrical range and the sporadic and short running times of the internal combustion engine regularly results in a high pollution of the lubricating oil, in particular by fuel dilution. Since the combustion chamber is not an absolutely closed system and with cold engine condensate condenses on the combustion chamber walls, this condensate can pass along the piston rings in the oil-bearing area of the crankcase and bind there with the oil. This will affect the lubricating properties of the oil. The discharge of the fuel from the oil can take place via the crankcase ventilation (KGE) described above.

Da die Ausgasung des gebundenen Kraftstoffs über die KGE erst bei hohen Öltemperaturen möglich ist (>60°C), muss die Brennkraftmaschine regelmäßig lange betrieben werden, um eine Reinigung des Öls von Kraftstoff zu erreichen. Kunden speziell von Hybridfahrzeugen mit hoher und alltagstauglicher elektrischer Reichweite werden hierdurch in der Benutzung des Fahrzeugs eingeschränkt und in ihren Erwartungen hinsichtlich emissionsfreien Fahrens enttäuscht. Since the outgassing of the bound fuel via the KGE is only possible at high oil temperatures (> 60 ° C), the internal combustion engine must be operated regularly for a long time to achieve a purification of the oil of fuel. Customers of hybrid vehicles with high and everyday electric range are thereby restricted in the use of the vehicle and disappointed in their expectations for emission-free driving.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, den Grad der Verunreinigung des Öls durch Kraftstoffeintrag durch in der Motorsteuerung hinterlegte Modelle zu beschreiben und abzuschätzen. Die Messtechnik zur Erfassung von Kraftstoffverunreinigungen im Öl beschränkt sich auf wissenschaftliche Geräte und Methoden, die sich nicht in Fahrzeuge integrieren lassen. Dies ist in einem hohen baulichen Aufwand und hohen Kosten begründet. Dennoch ist eine Beschreibung der aktuellen Verunreinigung unabdingbar, um den Kunden so wenig wie möglich einzuschränken, aber dennoch sicherzustellen, dass das Öl in jedem Fall rechtzeitig ausgegast wird bzw. rechtzeitig ein Ölwechsel durchgeführt wird. Eine Beladung des Öls mit 5 Massen-% Kraftstoff wird dabei im Allgemeinen als kritische Menge angesehen. To solve this problem, it is known to describe and estimate the degree of contamination of the oil by fuel input through stored in the engine control models. The measurement technology for detecting fuel contamination in oil is limited to scientific devices and methods that can not be integrated into vehicles. This is due to a high construction costs and high costs. Nevertheless, a description of the current contamination is essential to limit the customer as little as possible, but still ensure that the oil is always outgassed in time or an oil change is carried out in time. A loading of the oil with 5 mass% of fuel is generally regarded as a critical amount.

In Anbetracht dieser Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit der ohne hohe Kosten und hohen Aufwand eine ordnungsgemäße Ölqualität sichergestellt werden kann, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine nur vergleichsweise selten betrieben wird. In view of these problems, it is the object of the present invention to provide an internal combustion engine, with the proper oil quality can be ensured without high costs and high cost, especially when the internal combustion engine is operated only comparatively rare.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by an internal combustion engine with the features according to claim 1. advantageous Embodiments of the invention are described in the dependent claims.

Die Kurbelgehäuseentlüftung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weist einen Messsensor zum Messen mindestens einer Kenngröße des Entlüftungsgases auf, wobei der Messsensor in der Entlüftungsleitung angeordnet sein kann. Die gemessene Kenngröße enthält eine Information über die Qualität des Öls in dem ölführenden Bereich des Kurbelgehäuses, oder eine solche Information kann aus der Kenngröße gewonnen werden. Unter Ölqualität wird insbesondere ein Maß für die Verunreinigung des Öls bspw. durch Kraftstoff verstanden. The crankcase ventilation of the internal combustion engine according to the invention has a measuring sensor for measuring at least one characteristic of the venting gas, wherein the measuring sensor can be arranged in the venting line. The measured parameter contains information about the quality of the oil in the oil-bearing region of the crankcase, or such information can be obtained from the characteristic. Under oil quality is understood in particular a measure of the contamination of the oil, for example. By fuel.

Durch Integration des Messsensors in die Entlüftungsleitung des Kurbelgehäuses kann die insbesondere bei Hybridfahrzeugen häufig auftretende Verunreinigung des Schmieröls durch Eintrag von Kraftstoffkondensat direkt am Fahrzeug gemessen werden. War bislang eine Auswertung nur mit aufwändigen Messverfahren am Prüfstand möglich, ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine dazu eingerichtet, eine Aussage über die Qualität des Entlüftungsgases und damit über die Qualität des Öls unmittelbar am Fahrzeug zu machen. Die Erfindung geht dabei auf die Erkenntnis zurück, dass das vergleichsweise einfach zu vermessende Entlüftungsgas Rückschlüsse auf die Qualität des Öls zulässt, so dass bei einer Vermessung des Entlüftungsgases eine komplexe Analyse des Flüssigöls sowie ein Rückgriff auf komplexe Berechnungsmodelle nicht erforderlich ist. By integration of the measuring sensor in the vent line of the crankcase, the contamination of the lubricating oil, which frequently occurs especially in hybrid vehicles, can be measured directly on the vehicle by introducing fuel condensate. Up to now, an evaluation was only possible with elaborate measuring methods on the test stand, the internal combustion engine according to the invention is set up to make a statement about the quality of the venting gas and thus about the quality of the oil directly on the vehicle. The invention is based on the knowledge that the comparatively easy to be vented gas allows conclusions on the quality of the oil, so that a survey of the venting gas, a complex analysis of the liquid oil and a recourse to complex calculation models is not required.

Vorzugsweise ist der Messsensor zum Messen einer Zusammensetzung, eines Kraftstoffanteils, eines Luft- oder Sauerstoffanteils, eines Verunreinigungsgehalts, eines Kohlenstoffdioxidanteils und/oder eines Verbrennungsluftverhältnisses des Entlüftungsgases eingerichtet. Die genannten Größen enthalten nämlich eine Information über die Ölqualität, insbesondere über den Kraftstoffgehalt des Öls. Im Hinblick auf einen direkten Rückschluss auf die Kraftstoff- und/oder Brenngasverschmutzung des Öls bei einem einfachen Sensoraufbau hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mit dem Messsensor die Sauerstoff- oder Luftkonzentration des Entlüftungsgases zu messen. Ein geringer Sauerstoffgehalt kann dabei bspw. einen großen Verunreinigungsgehalt bedeuten etc. Preferably, the measuring sensor is arranged to measure a composition, a fuel fraction, an air or oxygen fraction, a contaminant content, a carbon dioxide content, and / or a combustion air ratio of the purge gas. Namely, the sizes mentioned contain information about the oil quality, in particular about the fuel content of the oil. With regard to a direct inference of the fuel and / or fuel gas contamination of the oil in a simple sensor structure, it has proved to be advantageous to measure with the measuring sensor, the oxygen or air concentration of the venting gas. A low oxygen content may mean, for example, a large impurity content, etc.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Messsensor eine Lambdasonde auf. Eine Lambdasonde ist ein besonders kompaktes Bauteil, dessen Signal eine Aussage darüber trifft, welche Sauerstoffkonzentration in dem Entlüftungsgas vorliegt. Das Ausgangssignal der Lambdasonde hat zusätzlich eine Querempfindlichkeit zu Kohlenwasserstoffen, die dieses Bauteil als Option für eine Erkennung von KGE-Gasen ermöglicht. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the measuring sensor has a lambda probe. A lambda probe is a particularly compact component whose signal makes a statement as to which oxygen concentration is present in the vent gas. The output of the lambda probe additionally has a cross-sensitivity to hydrocarbons, which allows this component as an option for detection of KGE gases.

Eine aus Umweltgesichtspunkten besonders zweckmäßige Ausführung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergibt sich dadurch, dass das Entlüftungsgas über die Entlüftungsleitung einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Mit anderen Worten ist die Kurbelgehäuseentlüftung als geschlossene Entlüftungsvorrichtung ausgebildet, bei der die Entlüftungsleitung zwischen dem ölführenden Triebwerksraum der Brennkraftmaschine und dem Ansaugtrakt angeordnet ist, so dass das Entlüftungsgas zusammen mit dem darin enthaltenen Kraftstoff wieder in die Zylinder einführbar ist und nicht in die Umgebung ausströmt. A particularly expedient from an environmental point of execution of an internal combustion engine according to the invention results from the fact that the venting gas via the vent line an intake tract of the internal combustion engine can be supplied. In other words, the crankcase ventilation is designed as a closed venting device, in which the venting line between the oil-bearing engine compartment of the internal combustion engine and the intake tract is arranged so that the venting gas is reintroduced into the cylinder together with the fuel contained therein and does not flow into the environment.

Im Hinblick auf ein zuverlässiges Messergebnis und zum Verhindern des Eindringens von Öl in den Ansaugtrakt ist es zweckmäßig, zumindest einen Ölabscheider zwischen dem ölführenden Bereich und dem Messsensor in der Entlüftungsleitung anzuordnen. Das von dem Messsensor zu vermessende Entlüftungsgas weist damit kaum Öl, aber insbesondere Luft bzw. Sauerstoff und Kraftstoffdämpfe bzw. Verbrennungsgase auf. In view of a reliable measurement result and to prevent the penetration of oil into the intake tract, it is expedient to arrange at least one oil separator between the oil-carrying region and the measuring sensor in the vent line. The venting gas to be measured by the measuring sensor thus has little oil, but in particular air or oxygen and fuel vapors or combustion gases.

Das Messsignal des Messsensors kann einer Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die zum Bestimmen eines Maßes für die Verunreinigung des Öls durch Kraftstoff aus dem Messsignal eingerichtet ist. Bspw. kann aus dem Messwert eines Sauerstoffsensors das Verbrennungsluftverhältnis (Lamdba) des Entlüftungsgases ermittelt und daraus auf den Kraftstoffgehalt des Schmieröls geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann in der Verarbeitungseinrichtung ein Datensatz hinterlegt sein, wobei einzelnen Werten des Datensatzes vorgegebene Verunreinigungsniveaus (bspw. nicht verschmutzt, leicht verschmutzt, stark verschmutzt) zugeordnet sein können. Es kann ein Signal wie etwa ein Warnsignal erzeugt werden, wenn der Messwert oder eine daraus bestimmte Größe einen Schwellenwert des Datensatzes über- oder unterschreitet. Auf diese Weise kann der Verwender der Brennkraftmaschine darauf hingewiesen werden, dass das Öl durch Erwärmung auszugasen ist bzw. dass ein Ölwechsel durchzuführen ist. The measuring signal of the measuring sensor can be supplied to a processing device which is set up to determine a measure of the contamination of the oil by fuel from the measuring signal. For example. can be determined from the measured value of an oxygen sensor, the combustion air ratio (Lamdba) of the venting gas and concluded thereon on the fuel content of the lubricating oil. Alternatively or additionally, a data record may be stored in the processing device, whereby given contaminant levels (eg not contaminated, slightly contaminated, heavily contaminated) may be assigned to individual values of the data set. A signal, such as a warning signal, may be generated if the measured value or a quantity determined therefrom exceeds or falls below a threshold value of the data record. In this way, the user of the internal combustion engine can be informed that the oil is ausasen by heating or that an oil change is to be performed.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb mit einem Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Wie bereits oben erläutert, steht bei einem Hybridantrieb regelmäßig die Brennkraftmaschine über einen längeren Zeitraum still, so dass sich aufgrund der im Mittel vergleichsweise kalten Öltemperatur ein hoher Verunreinigungsgehalt durch Kraftstoff im Öl ergeben kann. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, dass die Entlüftungsvorrichtung des Kurbelgehäuses einen oben beschriebenen Messsensor aufweist. Der Messsensor ist vorzugsweise eine Lambdasonde. According to a further aspect, the invention relates to a hybrid drive with an electric motor and an internal combustion engine according to the invention. As already explained above, in a hybrid drive, the internal combustion engine regularly stands still for a relatively long period of time, so that a high impurity content can result from fuel in the oil due to the on average comparatively cold oil temperature. In this case, it is particularly advantageous that the ventilation device of the crankcase has a measuring sensor described above. The measuring sensor is preferably a lambda probe.

Weiterhin umfasst die Erfindung ein Hybridfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Hybridantrieb. Furthermore, the invention comprises a hybrid vehicle with a hybrid drive according to the invention.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bewerten der Ölqualität in einer Brennkraftmaschine, bei dem zumindest eine, eine Information über die Ölqualität enthaltende Kenngröße eines Entlüftungsgases gemessen wird, das über eine Kurbelgehäuseentlüftung aus einem ölführenden Bereich des Kurbelgehäuses abgeführt wird. Vorzugsweise enthält die Kenngröße eine Information über ein Maß für die Verunreinigung des Öls durch Kraftstoff, Verbrennungsgase, Blowby-Gase o.dgl. According to a further aspect, the invention relates to a method for assessing the oil quality in an internal combustion engine, in which at least one, containing information about the oil quality characteristic of a vent gas is measured, which is discharged via a crankcase ventilation from an oil-carrying region of the crankcase. Preferably, the characteristic includes information about a measure of the contamination of the oil by fuel, combustion gases, blow-by gases or the like.

Wie oben erläutert, wird vorzugsweise das Verbrennungsluftverhältnis und/oder ein Luft-, Sauerstoff- oder Kraftstoffgehalt des Entlüftungsgases bspw. mittels einer Lambdasonde gemessen und daraus auf eine Verunreinigung des Öls durch Kraftstoff geschlossen. As explained above, the combustion air ratio and / or an air, oxygen or fuel content of the venting gas is preferably measured, for example, by means of a lambda probe, and from this an oil contamination by fuel is concluded.

Um eine übermäßige Verunreinigung des Öls rechtzeitig zu verhindern und den Benutzer der Brennkraftmaschine ggf. zeitig vorwarnen zu können, wird die Kenngröße oder eine daraus ermittelte Größe bei Betrieb der Brennkraftmaschine vorzugsweise in vorgegebenen Zeitabständen oder kontinuierlich überwacht. Es kann ein Signal erzeugt und/oder ausgegeben werden, wenn die Kenngröße einen vorgegebenen Schwellenwert über- oder unterschreitet, wobei der Schwellenwert zuvor ermittelt und in einer Verarbeitungseinrichtung abgelegt sein kann. Ggf. können verschiedene Verunreinigungsniveaus jeweils entsprechende Schwellenwerte zugeordnet sein, so dass dem Benutzer jederzeit mitteilbar ist, ob das Öl unverschmutzt, leicht verschmutzt oder übermäßig verschmutzt ist. In order to prevent excessive contamination of the oil in good time and to warn the user of the internal combustion engine, if necessary, in good time, the parameter or a variable determined therefrom during operation of the internal combustion engine is preferably monitored at predetermined time intervals or continuously. A signal can be generated and / or output if the parameter exceeds or falls below a predetermined threshold value, wherein the threshold value can be determined in advance and stored in a processing device. Possibly. For example, different levels of pollution may be associated with respective threshold values, so that the user can be informed at any time whether the oil is not polluted, slightly polluted or excessively polluted.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in

1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer perspektivischen Ansicht, 1 an internal combustion engine according to the invention in a perspective view,

2a eine herkömmliche Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung (KGE-Leitung), 2a a conventional crankcase ventilation line (KGE line),

2b die KGE-Leitung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, 2 B the KGE line of an internal combustion engine according to the invention,

3 in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf des Messsensorsignals bei verschiedenen Ölverunreinigungen, und 3 in a diagram, the time course of the measuring sensor signal at various oil contaminants, and

4 in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf der Ölverunreinigung durch einen langen Kaltbetrieb des Motors (bis 1000 s), anschließend den Austrag des Kraftstoffs aus dem Öl nach Erwärmung des Öls (ab 1000 s), gemessen von einer Lambdasonde im Entlüftungsgas. 4 in a diagram, the time course of the oil contamination by a long cold operation of the engine (up to 1000 s), then the discharge of the fuel from the oil after heating the oil (from 1000 s), measured by a lambda probe in the vent gas.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 10 in Form eines Fahrzeugmotors mit einem Kurbelgehäuse 12 mit einer Kurbelgehäuseentlüftung 20 zum Entlüften des in einem ölführenden Bereich 30 des Kurbelgehäuses 12 enthaltenen Schmieröls des Motors. 1 shows an internal combustion engine according to the invention 10 in the form of a vehicle engine with a crankcase 12 with a crankcase breather 20 for venting in an oil-carrying area 30 of the crankcase 12 contained lubricating oil of the engine.

Die Kurbelgehäuseentlüftung KGE 20 ist als geschlossene Kurbelgehäuseentlüftung ausgebildet, bei der der ölführende Bereich 30 (ein Triebwerksraum) des Kurbelgehäuses 12 über eine Entlüftungsleitung 22 mit einem Ansaugtrakt 40 des Motors verbunden ist. Kraftstoffdämpfe enthaltende Blowby-Gase, die an den Kolbenringen vorbei in den Triebwerksraum gelangt sind, können über die Entlüftungsleitung 22 zurück in den Ansaugtrakt 40 abgeführt werden, so dass der Druck im Triebwerksraum 30 konstant gehalten werden kann und eine Verunreinigung des Öls, die bei Kaltstarts des Motors vermehrt auftritt, abgebaut werden kann. The crankcase breather KGE 20 is designed as a closed crankcase ventilation, in which the oil-carrying area 30 (an engine room) of the crankcase 12 via a vent line 22 with an intake tract 40 connected to the engine. Blowby gases containing fuel vapors, which have passed the piston rings into the engine room, can pass through the vent line 22 back to the intake system 40 be dissipated, so that the pressure in the engine room 30 can be kept constant and contamination of the oil, which occurs more frequently during cold starts of the engine, can be reduced.

In der Entlüftungsleitung 22 ist ein Messsensor 50 zum Messen mindestens einer Kenngröße des durch die Entlüftungsleitung 22 strömenden Entlüftungsgases angeordnet. Die Kenngröße enthält eine Information über die Qualität des Öls im ölführenden Bereich 30, insbesondere eine Information über ein Maß der Verunreinigung des Öls, bspw. durch Kraftstoff. Vorzugsweise vermisst der Messsensor 50 das Entlüftungsgas unmittelbar vor dessen Rückleitung in den Ansaugtrakt 40. An dieser Stelle ist das Entlüftungsgas bereits durch einen Ölabscheider 60 geströmt, der das Öl aus dem Entlüftungsgas herausfiltert und dessen Eindringen in den Ansaugtrakt 40 verhindert. An dieser Stelle besteht das Entlüftungsgas im Falle eines sauberen Öls größtenteils aus Luft und weist damit einen vorgegebenen Luftsauerstoffgehalt auf. Je verschmutzter das Öl bzw. je geringer dessen Qualität ist, desto geringer ist der Luft- bzw. Sauerstoffanteil in dem Entlüftungsgas. Analog ändert sich auch das Verbrennungsluftverhältnis Lambda des Entlüftungsgases je nach Verunreinigungsgehalt des Öls. In the vent line 22 is a measuring sensor 50 for measuring at least one parameter of the through the vent line 22 arranged flowing deaerating gas. The parameter contains information about the quality of the oil in the oil-bearing area 30 , in particular information about a degree of contamination of the oil, for example by fuel. Preferably, the measuring sensor measures 50 the vent gas immediately before its return to the intake 40 , At this point, the vent gas is already through an oil separator 60 flowed out, which filters out the oil from the venting gas and its penetration into the intake tract 40 prevented. At this point, in the case of a clean oil, the vent gas is mostly air and thus has a given oxygen content. The more polluted the oil or the lower its quality, the lower the proportion of air or oxygen in the vent gas. Analogously, the combustion air ratio lambda of the venting gas also changes depending on the impurity content of the oil.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Messsensor 50 in Form einer Lambdasonde ausgebildet, mit der der Sauerstoffanteil bzw. das Verbrennungsluftverhältnis des Entlüftungsgases messbar sind. Der Sauerstoffanteil und das Verbrennungsluftverhältnis des Entlüftungsgases als Kenngröße stellen ein direktes Maß für die Verunreinigung des Öls bzw. für die Ölqualität dar. Die von der Lambdasonde gemessene Kenngröße kann an eine Verarbeitungseinrichtung 70 weitergegeben werden, mittels der die Kenngröße überwacht werden kann, und/oder die die Kenngröße mit vorgegebenen Schwellenwerten vergleicht und im Falle einer überhöhten Ölverschmutzung ein entsprechendes Signal wie etwa ein Warnsignal erzeugt. In the illustrated embodiment of the invention, the measuring sensor 50 designed in the form of a lambda probe with which the oxygen content or the combustion air ratio of the venting gas can be measured. The oxygen content and the combustion air ratio of the vent gas as a parameter are a direct measure of the contamination of the oil or for the quality of the oil. The parameter measured by the lambda probe can be sent to a processing device 70 be passed, by means of which the parameter can be monitored, and / or compares the characteristic with predetermined thresholds and in case an excessive oil contamination generates a corresponding signal such as a warning signal.

Während in 2a ein Teil einer herkömmlichen Entlüftungsleitung 22‘ dargestellt ist, zeigt 2b einen Teil der Entlüftungsleitung 22 einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer in den saugrohrseitigen KGE-Abschnitt integrierten Lambdasonde bspw. des Typs Bosch LSU 4.9TSP. Hierzu wurde ein Leitungsabschnitt 24 in Metall wie etwa Stahl nachgefertigt, damit ein Stutzen 26 für den Messsensor 50 eingebracht werden konnte. In 2b ist diese umgebaute KGE-Leitung inklusive Sonderstutzen (Einbauort X) dargestellt. While in 2a a part of a conventional vent line 22 ' is shown, shows 2 B a part of the vent line 22 an internal combustion engine according to the invention with an integrated in the intake manifold side KGE section lambda sensor eg. The type Bosch LSU 4.9TSP. This was a line section 24 remade in metal such as steel, so that a nozzle 26 for the measuring sensor 50 could be introduced. In 2 B this rebuilt KGE cable including special nozzle (installation location X) is shown.

Der Einbauort dieses Leitungsabschnitts 24 mit Messsensor 50 ist in 1 mit X markiert. Die Lambdasonde wird im vorliegenden Fall oben rechts in die Leitung zum Entlüften im aufgeladenen Motorbetrieb integriert. Durch den darunterliegenden Ölabscheider 60 wird gewährleistet, dass nur Gas und kein Öl zur Lambdasonde gelangt. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Verunreinigung des Öls direkt an Bord des Fahrzeugs zu bewerten. The installation location of this line section 24 with measuring sensor 50 is in 1 marked with an X The lambda probe is integrated in the present case in the upper right in the line for bleeding in supercharged engine operation. Through the underlying oil separator 60 Ensures that only gas and no oil gets to the lambda probe. With this arrangement, it is possible to evaluate the contamination of the oil directly on board the vehicle.

Wenn die Brennkraftmaschine 10 steht, das Fahrzeug also steht oder rein elektrisch fährt, ist eine Auswertung des Messsignals in der Praxis nicht notwendig. Sobald die Brennkraftmaschine 10 in Benutzung ist, wird zunächst Kraftstoff ins Öl eingetragen und dann in Abhängigkeit der Öltemperatur wieder ausgetragen. Läuft die Brennkraftmaschine, kann mit der integrierten Lambdasonde der Beladungszustand des Öls über Vermessung des Entlüftungsgases direkt bewertet werden. Wenn der Kunde die Brennkraftmaschine 10 hochlastig betreibt, ist das Öl schneller gereinigt als wenn nur niedrige Lasten gefordert werden. When the internal combustion engine 10 stands, the vehicle is so or purely electric drives, an evaluation of the measurement signal in practice is not necessary. Once the internal combustion engine 10 In use, fuel is first added to the oil and then discharged again depending on the oil temperature. If the internal combustion engine is running, the integrated lambda probe can be used to directly evaluate the oil load condition by measuring the venting gas. If the customer is the internal combustion engine 10 high-pressure operation, the oil is cleaned faster than when only low loads are required.

Dies liegt zum einen an den resultierenden Temperaturen, zum anderen an den Massenströmen durch die Kurbelgehäuseentlüftung 20. This is partly due to the resulting temperatures, on the other hand to the mass flows through the crankcase ventilation 20 ,

Als Nachweis für die Güte der Signale zur Bewertung von Kraftstoffeintrag in das Motoröl sind am Motorprüfstand Versuche in verschiedenen Lastpunkten der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wie folgt durchgeführt worden:
Bei Messungen am Prüfstand wurde, ausgehend von sauberem Öl mit einer definierten Masse, Kraftstoff entsprechend verschiedenen Konzentrationen in den ölführenden Bereich 30 eingefüllt („Fremdeintrag“). Der Motor wurde dann mit konstanten Betriebspunkten betrieben. Das Signal des Messsensors 50 (hier: eine Lambdasonde) ist für verschiedene Kraftstoffkonzentrationen im Öl im Austragslastpunkt n = 2000 min^–1 und 200 Nm in 3 dargestellt. As proof of the quality of the signals for evaluating fuel input into the engine oil, tests were carried out on the engine test bench in various load points of the internal combustion engine according to the invention as follows:
During measurements on the test bench, starting from clean oil with a defined mass, fuel corresponding to different concentrations was pumped into the oil-bearing area 30 filled in ("external entry"). The engine was then operated at constant operating points. The signal of the measuring sensor 50 (here: a lambda probe) is for different fuel concentrations in the oil in the discharge load point n = 2000 min ^-1 and 200 Nm in 3 shown.

Bei stöchiometrischem Verbrennungsgas zeigt eine lineare Lambdasonde den Wert 1 an. Bei Sauerstoffüberschuss („mager“) werden Werte größer 1 angezeigt. Der Messbereich in Richtung Sauerstoffmangel („fett“) ist bauteilbedingt auf 0,65 begrenzt. Aus 3 geht hervor, dass „sauberes“ Entlüftungsgas einem Lambdawert von ca. 1,8 entspricht (siehe Referenzmessung ohne Kraftstoffeintrag 101). Der Mittelwert der Referenzmessung ist mit Bezugszeichen 102 bezeichnet. In the case of stoichiometric combustion gas, a linear lambda probe indicates the value 1. In the case of excess oxygen ("lean"), values greater than 1 are displayed. The measuring range in the direction of lack of oxygen ("rich") is limited to 0.65 due to the component. Out 3 shows that "clean" vent gas corresponds to a lambda value of approx. 1.8 (see reference measurement without fuel input 101 ). The mean value of the reference measurement is denoted by reference numerals 102 designated.

Ausgehend von einer hohen Beladung von 10 Massen-% liegt das Signal der Lambdasonde auf ihrem Grenzwert von 0,65 auf (10% Kraftstoffeintrag 107). Nach ca. 800 Sekunden wird das Signal verwertbar und strebt gegen den Ausgangswert von 1,8. Wird von geringeren Anfangsbeladungen ausgegangen, verkürzt sich die Dauer, in der der Minimalwert von 0,65 ausgegeben wird. Bezugszeichen 103 zeigt die Messung bei einem Kraftstoffeintrag von 1%, Bezugszeichen 104 zeigt die Messung bei einem Kraftstoffeintrag von 2,5%, Bezugszeichen 105 zeigt die Messung bei einem Kraftstoffeintrag von 5% und Bezugszeichen 106 zeigt eine Wiederholungsmessung bei einem Kraftstoffeintrag von 5%. Starting from a high load of 10 Mass%, the signal from the lambda probe is at its limit of 0.65 (10% fuel input 107 ). After approx. 800 seconds, the signal becomes usable and tends towards the initial value of 1.8. Assuming lower initial loadings, the duration in which the minimum value of 0.65 is output is shortened. reference numeral 103 shows the measurement at a fuel input of 1%, reference numeral 104 shows the measurement at a fuel input of 2.5%, reference numeral 105 shows the measurement at a fuel input of 5% and reference numerals 106 shows a repeat measurement with a fuel input of 5%.

Ab einer Beladung von etwa 2% wird nur noch der stetige Bereich dargestellt. Im dargestellten Lastpunkt ergeben sich je nach ursprünglicher Beladung vergleichbare Verweilzeiten im stetigen Bereich zwischen Lambda = 0,65 und Lambda = 1,8. From a loading of about 2%, only the continuous range is displayed. In the illustrated load point, comparable residence times in the steady region between lambda = 0.65 and lambda = 1.8 result depending on the original load.

Zusätzlich ist gezeigt worden, dass auch ein kontinuierlicher Kraftstoffeintrag über kaltem Motorbetrieb dargestellt werden kann („Eigeneintrag“). 4 zeigt im Bereich bis 1000 s den kalten Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, in dem die Lambdasonde gegen „fett“ driftet. Ab 1000 s wurde der Motor dann im Betriebspunkt 2000 min^–1, 200 Nm betrieben. Damit wurde langfristig wieder der in 3 dargestellte stationäre Zustand bei Lambda = 1,8 erreicht. In addition, it has been shown that a continuous fuel input via cold engine operation can be represented ("own entry"). 4 shows in the range up to 1000 s the cold operation of the internal combustion engine according to the invention, in which the lambda probe drifts against "rich". From 1000 s, the engine was then operated at operating point 2000 min ^-1 , 200 Nm. This was the long term back in 3 shown stationary state at lambda = 1.8 reached.

Wichtigste Erkenntnis ist hier, dass der als kritisch definierte Bereich eines Kraftstoffeintrags von mehr als 5% zweifelsfrei identifiziert werden kann und dass das Austragsverhalten durch den stetigen Bereich in Richtung geringe Kraftstoffverunreinigungsmengen eindeutig bewertet werden kann. Hierdurch kann im Kundenbetrieb bei laufender Brennkraftmaschine 10 die Ölverunreinigung diskret bewertet werden. Eine sichere Vermeidung von Bauteilschäden ist auf diese Weise gewährleistet. The most important finding here is that the critical range of a fuel input of more than 5% can be unequivocally identified and that the discharge behavior can be unambiguously evaluated by the steady range in the direction of low fuel contamination levels. This can be in customer operation with the internal combustion engine running 10 the oil pollution will be assessed discreetly. A secure avoidance of component damage is guaranteed in this way.

Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Integration eines Messsensors wie etwa einer Lambdasonde in die Kurbelgehäuseentlüftung die Bewertung der Motorölqualität durch den Verwender der Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Anwendung bei Hybridantrieben ist wegen der häufigen Kaltstarts und des dadurch begründeten hohen Kraftstoffeintrags in das Schmieröl besonders vorteilhaft. Die Verwendung aufwändiger Messtechnik kann vermieden werden, weil das Signal der Lambdasonde eine ausreichende qualitative Aussage liefern kann, ob das Öl verunreinigt ist oder nicht. Der kritische Bereich des Eintrags kann mit dem Messbereich einer herkömmlichen Lambdasonde vollständig aufgelöst werden. In summary, it has been shown that the integration of a measuring sensor such as a lambda probe in the crankcase ventilation allows the assessment of the engine oil quality by the user of the internal combustion engine. The application in hybrid drives is particularly advantageous because of the frequent cold starts and the resulting high fuel input into the lubricating oil. The Use of complex measuring technology can be avoided because the signal of the lambda probe can provide a sufficient qualitative statement whether the oil is contaminated or not. The critical area of the entry can be completely resolved with the measurement range of a conventional lambda probe.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Brennkraftmaschine Internal combustion engine
12 12: Kurbelgehäuse crankcase
20 20: Kurbelgehäuseentlüftung crankcase ventilation
22 22: Entlüftungsleitung vent line
22‘ 22 ': Entlüftungsleitung vent line
24 24: Leitungsabschnitt aus Metall Conduction section of metal
26 26: Stutzen für Messsensor Socket for measuring sensor
30 30: ölführender Bereich bzw. Triebwerksraum oil-bearing area or engine room
40 40: Ansaugtrakt intake system
50 50: Messsensor measuring sensor
60 60: Ölabscheider oil separator
70 70: Verarbeitungseinrichtung processing device
101 101: Referenzmessung ohne Kraftstoffeintrag Reference measurement without fuel input
102 102: Mittelwert der Referenzmessung Mean value of the reference measurement
103 103: 1% Kraftstoffeintrag im Öl 1% fuel input in the oil
104 104: 2,5% Kraftstoffeintrag im Öl 2.5% fuel input in the oil
105 105: 5% Kraftstoffeintrag im Öl 5% fuel input in the oil
106 106: Wiederholungsmessung mit 5% Kraftstoffeintrag im Öl Repeat measurement with 5% fuel input in the oil
107 107: 10% Kraftstoffeintrag im Öl 10% fuel input in the oil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10335909 A1 [0003]
US 2009/0088949 A1 [0004]
JP 62085162 A [0005]
JP 10030448 A [0005]

Claims

Internal combustion engine ( 10 ) with a crankcase breather ( 20 ) with a vent line ( 22 ) for venting an oil-bearing area ( 30 ) of the crankcase ( 12 ), characterized in that a measuring sensor ( 50 ) for measuring at least one characteristic of the venting gas in the venting line containing information about the oil quality ( 22 ) is arranged.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the measuring sensor ( 50 ) is arranged to measure a composition, a fuel fraction, an air or oxygen fraction, a contaminant content, a carbon dioxide content, and / or a combustion air ratio of the purge gas.

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring sensor ( 50 ) is a lambda probe.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the venting gas via the vent line ( 22 ) an intake tract ( 40 ) of the internal combustion engine can be fed.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one oil separator ( 60 ) between the oil-carrying area ( 30 ) and the measuring sensor ( 50 ) in the vent line ( 22 ) is arranged.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized by a processing device ( 70 ) for determining a measure of a fuel contamination of the oil from the characteristic and / or for monitoring the characteristic and / or an information about the oil quality determined therefrom.

Hybrid drive with an electric motor and an internal combustion engine ( 10 ) according to any one of the preceding claims.

Method for evaluating oil quality in an internal combustion engine ( 10 ), characterized in that at least one containing information about the oil quality characteristic of a venting gas is measured, which via a crankcase ventilation ( 20 ) from an oil-bearing area ( 30 ) of the crankcase ( 12 ) is discharged.

A method according to claim 8, characterized in that the combustion air ratio and / or an air, oxygen or fuel content of the vent gas, for example, measured by means of a lambda probe and from a measure of contamination of the oil is determined by fuel.

A method according to claim 9, characterized in that the parameter or a determined therefrom information on the oil quality is monitored during operation of the internal combustion engine, and preferably a signal is output when the parameter exceeds or falls below a predetermined threshold.