DE102013220679A1

DE102013220679A1 - Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors und Verfahren zur Detektion eines Kühlflüssigkeitslecks

Info

Publication number: DE102013220679A1
Application number: DE201310220679
Authority: DE
Inventors: Manfred Weigl; Philippe Grass
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: US10094341B2; CN205805766U; DE102013220679B4; WO2015055547A1; US20160265489A1

Abstract

Es wird ein Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors beschrieben, bei dem Abgas über einen Abgasrückführkanal und einen in diesem angeordneten Abgaskühler in den Luftansaugkanal geführt wird. Im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals in den Luftansaugkanal ist im Luftansaugkanal eine Auffangeinrichtung für Kühlflüssigkeit des Abgaskühlers angeordnet, der eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Kühlflüssigkeit in der Auffangeinrichtung zugeordnet ist. Ferner wird ein Verfahren zur Detektion eines Kühlflüssigkeitslecks des Abgaskühlers beschrieben, wobei aus dem Abgaskühler leckende Kühlflüssigkeit in der Kühlflüssigkeitsauffangeinrichtung aufgefangen und die dort angesammelte Kühlflüssigkeit sensorisch erfasst wird. Beim Erfassen von Kühlflüssigkeit wird ein Kühlflüssigkeitsleck bestätigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Luftansaugkanal, einem in den Luftansaugkanal mündenden Abgasrückführkanal und einem im Abgasrückführkanal angeordneten Abgaskühler.
Bei derartigen Luftansaugsystemen mit gekühlter Abgasrückführung kann es bei Leckagen im Abgaskühler zum Eintrag von Kühlflüssigkeit in die Ansaugluft kommen. Dies kann zu Schäden im Motor führen, noch bevor das Leck über eine Kühlwassermangelanzeige erkannt wird. Die Erkennung eines derartigen Lecks ist daher vorteilhaft.
Bisher wird ausschließlich über das Absinken des Kühlmittelstandes im Ausgleichgefäß erkannt, dass das Kühlsystem leckt. Dazu werden Systeme eingesetzt, welche über Elektroden den Pegel im Ausgleichgefäß oder im Kühler überwachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, bei dem Kühlflüssigkeitslecks eines Abgaskühlers besonders einfach und sicher detektierbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Luftansaugsystem der angegebenen Art dadurch gelöst, dass im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals in den Luftansaugkanal im Luftansaugkanal eine Auffangeinrichtung für Kühlflüssigkeit des Abgaskühlers angeordnet ist, der eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Kühlflüssigkeit in der Auffangeinrichtung zugeordnet ist.
Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Luftansaugsystem wird somit der Kühlflüssigkeitseintrag in die Ansaugluft direkt detektiert. Durch die Anordnung einer Auffangeinrichtung für Kühlflüssigkeit des Abgaskühlers im Ansaugsystem nach dem Abgaskühler wird erreicht, dass sich Kühlflüssigkeit, welche aus dem Kühler in das Ansaugsystem gelangt, sammelt. Während des Motorbetriebes wird allerdings die Detektion von Kühlmittel in der Ansaugluft nach der Abgasrückführung oder auch im Abgas noch vor der Einleitstelle des Abgases in die Ansaugluft dadurch erschwert, dass die Gasmassenströme hoch sind gegenüber der Leckagemenge des Kühlmittels. Erschwerend kommt hinzu, dass das Abgas Wasser und eine Reihe von Verunreinigungen sowohl in der Gasphase als auch in kondensierter Form enthalten kann. Während des Motorbetriebes sammelt sich somit aufgrund der Gasgeschwindigkeit im Ansaugkanal keine Flüssigkeit. Wird aber der Motor abgestellt, tritt, solange die Kühlflüssigkeit noch heiß ist und somit Überdruck im Kühlsystem vorhanden ist, weiterhin Flüssigkeit aus einem eventuellen Leck aus und kann sich in der erfindungsgemäß vorgesehenen Auffangeinrichtung sammeln. Mittels einer geeigneten Sensoreinrichtung wird nunmehr geprüft, ob sich Kühlmittel gesammelt hat. Wichtig ist dabei, dass die Sensoreinrichtung in der Lage ist, Kühlflüssigkeit von Kondensat aus dem Abgas oder der Ansaugluft zu unterscheiden, da grundsätzlich Motorbetriebsbedingungen möglich sind, welche zu Kondensat im Ansaugsystem führen können. Solche Fälle dürfen nicht fälschlicherweise als Leck interpretiert werden.
Die Kühlflüssigkeitsauffangvorrichtung ist vorzugsweise als Ausformung im Luftansaugkanal ausgebildet, und zwar insbesondere als Vertiefung unterhalb der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals in den Luftansaugkanal. Die Ausformung bzw. Vertiefung ist vorzugsweise so gestaltet, dass ihr Volumen möglichst klein ist, um auch bei kleinen Leckagen eine ausreichende Füllung mit Kühlflüssigkeit zu erhalten, der Pfad für die sensorische Messung aber lang genug ist, um eine ausreichende Signalauflösung zu erzielen.
Durch die geeignete geometrische Gestaltung des Detektionsvolumens wird erreicht, dass keine nennenswerte Menge Kondensat während des Motorbetriebes angesammelt wird, so dass bei Motorstillstand unter allen Bedingungen bei Vorliegen eines Lecks sich eine detektierbare Menge an Kühlflüssigkeit ergibt.
Bei der Sensoreinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Ultraschallsensoreinrichtung. Dabei erfasst die Ultraschallsensoreinrichtung das Vorhandensein von Glykol.
Glykol (Ethylenglykol) wird dem Kühlwasser des Abgaskühlers als Gefrierschutzmittel zugesetzt. Die im Abgaskühler zirkulierende Kühlflüssigkeit ist daher normalerweise ein Gemisch aus Kühlwasser und Ethylenglykol.
Eine Ultraschallsensoreinrichtung ist eine geeignete Sensoreinrichtung, um mittels Laufzeitmessung die Konzentration von Glykol im Wasser zu messen. Da üblicherweise als Frostschutz ca. 50 % Ethylenglykol dem Kühlwasser zugesetzt werden, ist die Erkennung von Kühlflüssigkeit sehr sicher und die Unterscheidung gegenüber Kondensat bei allen denkbaren Bedingungen gegeben.
Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Auffangeinrichtung wird erreicht, dass keine nennenswerte Menge Kondensat während des Motorbetriebes angesammelt wird, so dass bei Motorstillstand unter allen Bedingungen bei Vorliegen eines Lecks sich eine detektierbare Konzentration von Glykol im Detektionsvolumen ergibt. Da schon wenige Prozent Glykol in Wasser mittels Ultraschallsensorik detektiert werden können, aber weder in der Ansaugluft noch im Abgas Glykol vorhanden ist, ist der Nachweis eines Kühlmittellecks sehr sicher.
Die Ultraschallsensorvorrichtung besitzt in Weiterbildung der Erfindung einen an der einen Seite der Kühlflüssigkeitsauffangvorrichtung, speziell der Ausformung bzw. Vertiefung, angeordneten Ultraschallwandler. Der Ultraschallwandler befindet sich dabei vorzugsweise an einer Abflachung der Ausformung. Das Ultraschallsignal wird hierbei von der gegenüberliegenden Wandung reflektiert. Für die Verlängerung des Pfades bei kleinem Flüssigkeitsvolumen kann eine Geometrie mit Mehrfachreflexionen gewählt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion eines Kühlflüssigkeitslecks eines in einem Abgasrückführkanal im Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgaskühlers. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:
Auffangen von aus dem Abgaskühler leckender Kühlflüssigkeit in einer im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals in den Luftansaugkanal des Luftansaugsystems angeordneten Auffangeinrichtung;
sensorisches Erfassen von in der Auffangeinrichtung angesammelter Kühlflüssigkeit; und
Bestätigen eines Kühlflüssigkeitslecks beim Erfassen von Kühlflüssigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt, wenn sich der Verbrennungsmotor außer Betrieb befindet. Die Kühlflüssigkeit, speziell das Vorhandensein von Glykol in der Kühlflüssigkeit, wird insbesondere mittels Ultraschallsensorik erfasst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist man in der Lage, Kühlflüssigkeit von Kondensat aus dem Abgas oder der Ansaugluft zu unterscheiden. Durch die Messung unmittelbar nach Abstellen des Motors wird eventuell ausgetretene Kühlflüssigkeit beinahe unverdünnt und in der flüssigen Phase gemessen, was die Anforderungen an die Sensorempfindlichkeit um Größenordnungen reduziert.
In der Kühlflüssigkeitsauffangvorrichtung kann bei Motorstillstand Flüssigkeit gesammelt werden. Dies kann unter bestimmten Bedingungen (Temperatur und Feuchte) Kondensat aus dem Gemisch aus Frischluft und Abgas sein. Während des Motorbetriebes wird die Kühlflüssigkeitsauffangeinrichtung von der Gasströmung bespült, so dass sich nur wenig Flüssigkeit ansammeln kann. Wird aber der Motor abgestellt, kann trotz intaktem Kühler noch Feuchte während des Abkühlens des Motors gesammelt werden. Falls die Flüssigkeitsmenge ausreichend ist, um die Flüssigkeitsauffangeinrichtung zu füllen, kann mit der Sensoreinrichtung die Ultraschallgeschwindigkeit in dieser Flüssigkeit gemessen werden. Da aber die Konzentration von Glykol 0 % beträgt, wird auch dann keine Undichtigkeit des Kühlsystems gemeldet. Die Verunreinigungen des Kondensates durch Abgaskomponenten sind in Bezug auf die Schallgeschwindigkeit vernachlässigbar, könnten aber gegebenenfalls durch einfache Korrekturfunktionen kompensiert werden.
Tritt aber nun Kühlflüssigkeit im Abgasrückführpfad aus, sammelt sich diese in der Auffangeinrichtung und verursacht eine relativ hohe Konzentration von Glykol. Diese wird mittels Ultraschalllaufzeit gemessen und liefert eine Information über die Leckage des Abgaskühlers. Dass in dieser Phase nach dem Abstellen des Motors Kühlwasser aus einer Undichtigkeit austritt, liegt darin, dass Kühlsysteme beim Aufheizen durch den Motorbetrieb Überdruck aufbauen. Dieser Überdruck geht mit Abkühlen des Motors wieder zurück, wobei die Zeitkonstante jedoch hoch genug ist, um eine zuverlässige Diagnose zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 schematisch das Gaswechselsystem eines Verbrennungsmotors; und
2 schematisch einen Querschnitt durch den Luftansaugkanal mit Kühlflüssigkeitsauffangeinrichtung.
Bei dem in 1 schematisch dargestellten System ist ein Arbeitszylinder 1 gezeigt, der über einen Luftansaugkanal (Ansaugrohr) 2 Frischluft ansaugt, die mit Abgas aus einem Abgasrückführkanal 4 vermischt ist. Dabei wird das Abgas in einem Abgaskühler 5 gekühlt. Der Abgasrückführkanal 4 zweigt von einem Abgaskanal 3 des Arbeitszylinders 1 ab.
Im Luftansaugkanal 2 ist im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals 4 in den Luftansaugkanal 2 eine Auffangeinrichtung für Kühlflüssigkeit des Abgaskühlers 5 in Form einer Ausformung 6 ausgebildet. Bei der Ausformung 6 handelt es sich um eine Vertiefung, die im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals 4 etwas in Richtung auf den Arbeitszylinder 1 versetzt angeordnet ist.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Luftansaugkanal 2 mit der Ausformung 6, welche sich unter der Einleitstelle (etwas versetzt) des Abgasrückführkanals 4 befindet. Die Ausformung 6 ist so gestaltet, dass das Volumen möglichst klein gehalten ist, um auch bei kleinen Leckagen eine ausreichende Füllung zu erhalten. Der Ausformung 6 ist eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Kühlflüssigkeit in der Ausformung 6 zugeordnet, von der ein Ultraschallwandler 7 schematisch dargestellt ist, der sich an einer Abflachung der Ausformung 6 befindet. Das vom Ultraschallwandler 7 abgegebene Ultraschallsignal wird von der gegenüberliegenden Wand 8 der Ausformung 6 reflektiert und wieder vom Wandler 7 empfangen. Auf diese Weise wird eine entsprechende Laufzeitmessung durchgeführt. In Abhängigkeit von der gemessenen Laufzeit kann auf das Vorhandensein von Glykol innerhalb der Ausformung 6 und damit auf ein Leck im Kühler 5 geschlossen werden.

Claims

Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Luftansaugkanal, einem in den Luftansaugkanal mündenden Abgasrückführkanal und einem im Abgasrückführkanal angeordneten Abgaskühler, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals (4) in den Luftansaugkanal (2) im Luftansaugkanal (2) eine Auffangeinrichtung für Kühlflüssigkeit des Abgaskühlers (5) angeordnet ist, der eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Kühlflüssigkeit in der Auffangeinrichtung zugeordnet ist.
Luftansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitsauffangeinrichtung als Ausformung (6) im Luftansaugkanal (2) ausgebildet ist.
Luftansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (6) als Vertiefung unterhalb der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals (5) in den Luftansaugkanal (2) ausgebildet ist.
Luftansaugsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine Ultraschallsensoreinrichtung ist.
Luftansaugsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoreinrichtung das Vorhandensein von Glykol erfasst.
Luftansaugsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoreinrichtung einen an der einen Seite der Kühlflüssigkeitsauffangeinrichtung angeordneten Ultraschallwandler (7) aufweist.
Verfahren zur Detektion eines Kühlflüssigkeitslecks eines in einem Abgasrückführkanal im Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgaskühlers mit den folgenden Schritten: Auffangen von aus dem Abgaskühler leckender Kühlflüssigkeit in einer im Bereich der Mündungsstelle des Abgasrückführkanals in den Luftansaugkanal des Luftansaugsystems angeordneten Auffangeinrichtung; sensorisches Erfassen von in der Auffangeinrichtung angesammelter Kühlflüssigkeit; und Bestätigen eines Kühlflüssigkeitslecks beim Erfassen von Kühlflüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es durchgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor außer Betrieb befindet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit mittels Ultraschallsensorik erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhandensein von Glykol in der Kühlflüssigkeit erfasst wird.