DE102013225388A1

DE102013225388A1 - Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung

Info

Publication number: DE102013225388A1
Application number: DE102013225388.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Haslbeck; Robert Biebl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-11
Also published as: WO2015086245A1; US10551273B2; CN105593480A; US20160195449A1

Abstract

Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine, bei der ein Hohlraum eines Kurbelgehäuses Gas führend mit einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei ein Drucksensor zur Messung eines Druckes in dem Hohlraum vorgesehen ist, wobei für dessen Signalauswertung ein elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Messen eines Gasdruckes mit dem Drucksensor in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem bei einer definierten Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine, – Vergleichen eines Ist-Druckwert mit einem Soll-Druckwert, – bei Überschreiten des Soll-Druckwertes Erkennen einer Leckage. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einen Luftmassenmesser verzichtet werden und es wird eine gute Trennschärfe zwischen einem Gutsystem und einem Defektsystem dargestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kurbelgehäusegase können, bezogen auf die Abgase der Brennkraftmaschine, ein Vielfaches an Kohlenwasserstoffkonzentrationen enthalten. Kontrollsysteme, wie eine Kurbelgehäuseentlüftung, führen diese Kurbelgehäusegase an geeigneter Stelle dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zu, wodurch sie der Verbrennung zugeführt werden. Während in früheren Jahren die Kurbelgehäusegase üblicherweise unbehandelt in die Umgebungsluft abgelassen wurden, ist heute die Entlüftung des Kurbelgehäuses allgemein gesetzlich vorgeschrieben. Damit die mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Kurbelgehäusegase nicht unkontrolliert an die Umgebungsluft gelangen können, wird ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung vorgeschlagen.
Zum technischen Umfeld einer Kurbelgehäuseentlüftung wird bspw. auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 002 721 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug mit folgenden Schritten bekannt:

– Unterbrechen der Entlüftungsleitung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Luftzuführsystem des Verbrennungsmotors während einer Überpräfungszeitdauer;
– Bestimmen der Änderung eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors während der Überprüfungszeitdauer;
– Feststellen eines Fehlers im Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem anhand der bestimmten Änderung des Betriebsparameters.

Dieses Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung weist zwar keinen wesentlichen Nachteil auf, ist jedoch relativ zeitaufwändig.
Weiter sind aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 027 117 A1 ein Verfahren und ein System zum Überwachen einer ordnungsgemäßen Verbindung eines Kurbelgehäuseentlüftungsystems zwischen einem Ventildeckel und einem Einlasssystem bekannt. Das Verfahren umfasst das Detektieren elektrischer Kontinuität durch einen Schlauchverbinder an einem Ende eines Schlauches und einem Einlasssystem-Verbinder, der mit dem Schlauchverbinder mechanisch verbindbar ist.
In nachteiliger Weise ist das Gesamtsystem relativ aufwendig.
Weiter ist auch aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 26 492 A1 ein Verfahren zur Funktionsdiagnose eines Entlüftungssystems eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem in einer Entlüftungsleitung ein Taktventil angeordnet ist. Das Taktventil wird in Abhängigkeit vom Druck im Kurbelgehäuse gesteuert, der von einem Drucksensor erfasst wird. Bei hohem Druck wird das Taktventil geöffnet, um die Kurbelgehäusedämpfe über das Saugrohr absaugen zu können. Die Steuerung des Taktventils erfolgt dabei in Abhängigkeit von Betriebs-, Abgasforderungen und/oder Lastzuständen. Anhand des Druckverlaufs ist erkennbar, ob bspw. der Ölstand ausreichend ist, eine Leckage im geschlossenen Entlüftungssystem vorliegt oder der Verbrennungsmotor einen erhöhten Verschleiß aufweist.
Nachteilig ist die indirekte Betätigung des Taktventils über den Drucksensor.
Weiter ist für den US-Markt eine gesetzliche Anforderung, dass Schläuche, die Kurbelgehäusegase führen, entweder nicht lösbar sind oder, wenn sie lösbar sind, durch eine OBD-Diagnose (On Board Diagnose) erkannt werden, wenn sie nicht angesteckt sind. Derzeit werden nicht gesteckte Schläuche üblicherweise über den Vergleich unterschiedlicher Motormassenströme oder durch Gemischdiagnosen erkannt. Hierbei wird der Motormassenstrom über einen Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) gemessen.
Nachteilig an diesen bekannten Systemen ist eine nicht immer ausreichende Trennschärfe zwischen einem Gutsystem und einem fehlerhaften System. Darüber hinaus wird ein teurer Heißfilm-Luftmassenmesser benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung aufzuzeigen, das mit minimalem baulichen Aufwand auskommt.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Im Hohlraum des Kurbelgehäuses ist im unteren und im ganz hohen Last- und Drehzahlbereich ein deutlicher Unterdruck gegenüber der Umgebung vorhanden. Zur Erkennung einer Leckage im Kurbelgehäuseentlüftungssystem kann in diesen Last-/Drehzahlbereichen ein Vergleich des Luftdrucks im Kurbelgehäuse, gemessen mit einem ohnehin vorhandenen Drucksensor, gegen einen, bspw. in einem Steuergerät hinterlegten Grenzwert, verglichen werden. Somit kann in einfacher Weise ein mit einer Leckage behaftetes Kurbelgehäuseentlüftungssystem erkannt werden. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser entfallen, bei einer gleichzeitig sehr guten Trennschärfe zwischen einem Gutsystem und einem defekten System.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So wird bevorzugt gemäß Patentanspruch 2 eine Leckage erkannt, wenn der Ist-Druckwert mindestens 10% über dem Soll-Druckwert liegt.
Besonders bevorzugt soll der Soll-Druckwert gemäß Patentanspruch 3 aus einem in einem Steuergerät hinterlegten Kennfeld ausgelesen werden.
Während der Leckage-Erkennung beträgt die Drehzahl der Brennkraftmaschine während der Druckmessung gemäß Patentanspruch 4 bevorzugt zwischen 500 1/min und 5000 1/min, insbesondere zwischen 500 1/min und 3000 1/mm.
Desweiteren beträgt eine Last der Brennkraftmaschine während der Druckmessung gemäß Patentanspruch 5 bevorzugt zwischen 10% und 100%, insbesondere zwischen 20% und 40% einer maximalen Last, wenn die Brennkraftmaschine keine Aufladevorrichtung, wie z. B. einen Abgasturbolader, aufweist.
Weiter beträgt eine Last der Brennkraftmaschine während der Druckmessung gemäß Patentanspruch 6 bevorzugt zwischen 10% und 150%, insbesondere zwischen 20% und 80% einer maximalen Last, wenn die Brennkraftmaschine über eine Aufladevorrichtung, wie z. B. einen Abgasturbolader und/oder einen Kompressor verfügt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf eine dreidimensional dargestellte Kurbelgehäuseentlüftung.
1 zeigt eine Aufsicht auf eine dreidimensional dargestellte Kurbelgehäuseentlüftung 20, die oberhalb eines halbtransparent dargestellten Zylinderkopfdeckels 18 und einem halbtransparent dargestellten Zylinderkopf 19 angeordnet ist.
Ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem besteht aus der Kurbelgehäuseentlüftung 20, in Verbindung mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf 19 mit einem Zylinderkopfdeckel 18 und allen damit Gas führend verbundenen Hohlräumen. Sie dient, wie eingangs erwähnt, zur Abfuhr von Kurbelgehäusegasen aus dem Kurbelgehäuse und der Zufuhr dieser zur Verbrennung, zur Reduzierung der Emissionen der Brennkraftmaschine.
Die Kurbelgehäuseentlüftung 20, ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Hohlraum zwischen dem Zylinderkopfdeckel 18 und dem Zylinderkopf 19 angeordnet. Sie besteht im Wesentlichen aus einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2, die mit einem nicht dargestellten Reinluftrohr der Brennkraftmaschine über ein Rückschlagventil 1 Gas führend verbindbar ist, zur Zuführung der Kurbelgehäusegase zur Verbrennung. Weiter weist die hier dargestellte Kurbelgehäuseentlüftung 20 eine Prallwand 3, zur Abscheidung kleiner Ölteilchen, eine Feinabscheideplatte 4, zur Abscheidung von Ölteilchen, einen Vorabscheider 5, zur Abscheidung von gröberen Ölteilchen, einen Eingang für die Blow-by-Gase 6, einen Ölrücklauf 7, einen Ölrücklauf mit Rückschlagventil 8, zwei Anschlussleitungen 9 zum Einlasskanal, ein Volumenregelventil zu einer Sauganlage mit Drosselfunktion 10 und einen weiteren Ölabscheider 11 auf.
Auf die detaillierte Funktionsweise der beispielhaften Kurbelgehäuseentlüftung 20 bzw. deren einzelnen Komponenten wird im Rahmen dieser Anmeldung nicht eingegangen, da sie dem Fachmann allgemein bekannt sind und von Brennkraftmaschine zu Brennkraftmaschine stark variieren können. Allerdings ist die hier dargestellte Kurbelgehäuseentlüftung 20 sowohl für einen Saugbetrieb als auch für einen aufgeladenen Betrieb der Brennkraftmaschine, z. B. mit einem Abgasturbolader, vorgesehen.
Im Saugbetrieb herrscht in der nicht dargestellten Sauganlage ein Unterdruck. Dadurch wird das Volumenregelventil 10 geöffnet und die in den Abscheidern 3, 4, 5, gereinigten Blow-by-Gase gelangen über Bohrungen im Zylinderkopf 19 zu den Einlasskanälen und damit in die Sauganlage. Da bei großen Unterdrücken die Gefahr besteht, dass Öl über die Kurbelgehäuseentlüftung 20 angesaugt wird, hat das Druckregelventil eine Drosselfunktion und begrenzt den Durchfluss und damit auch das Druckniveau im Kurbelgehäuse. Der Unterdruck in der Kurbelgehäuseentlüftung 20 hält das Rückschlagventil 8 geschlossen. Über eine darüber liegende, nicht dargestellte Leckagebohrung fließt zusätzlich Frischluft in den Ölabscheider. Dadurch wird der Unterdruck in der Kurbelgehäuseentlüftung 20 auf max. 100 mbar begrenzt.
Im aufgeladenen Betrieb steigt der Druck in der Sauganlage und schließt so das Volumenregelventil 10. Da in diesem Betriebszustand im Reinluftrohr ein Unterdruck vorherrscht, öffnet dadurch das Rückschlagventil 10 zum Reinluftrohr und die gereinigten Blow-by-Gase werden über den Verdichter (z. B. eines Turboladers oder eines Kompressors) und einen üblicher Weise vorhandenen Ladeluftkühler in die Sauganlage geführt.
Eine noch genauere Funktionsweise des Kurbelgehäuseentlüftungsystems lässt sich beispielsweise den BMW Trainingsunterlagen zum BMW V8-Motor mit der internen Bezeichnung S63 Top entnehmen.
Ein Drucksensor und ein elektronisches Steuergerät, die für das erfindungsgemäße Verfahren benötigt werden, sind in 1 nicht dargestellt.
Mit der dargestellten Kurbelgehäuseentlüftung 20 in Verbindung mit dem Drucksensor, dem Kurbelgehäuse 19, dem Zylinderkopf 18 sowie dem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung einer Leckage in der Kurbelgehäuseentlüftung 20 einer Brennkraftmaschine mit folgenden Verfahrensschritten darstellbar, wobei für die Signalauswertung des Drucksensors ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät vorgesehen ist:

– Messen eines Gasdruckes mit dem Drucksensor in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem mit einer definierten Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine,
– Vergleichen eines Ist-Druckwertes mit einem Soll-Druckwert,
– bei Überschreiten des Soll-Druckwertes Erkennen einer Leckage.

Bevorzugt soll das Erkennen einer Leckage erfolgen, wenn der Ist-Druckwert mindestens 10% über dem Soll-Druckwert liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Soll-Druckwerte in einem Steuergerät abgelegt und aus einem in dem Steuergerät abgelegten Kennfeld auslesbar.
Für eine besonders gute Erkennbarkeit einer Leckage wird die Brennkraftmaschine während der Druckmessung mit einer Drehzahl bevorzugt zwischen 500 1/min und 5000 1/min, insbesondere zwischen 500 1/min und 3000 1/min betrieben.
Hierzu wird die Brennkraftmaschine bevorzugt während der Druckmessung mit einer Last zwischen 10% und 100%, insbesondere zwischen 20% und 40% einer Maximallast betrieben, wenn die Brennkraftmaschine über keine Aufladevorrichtung verfügt.
Weiter wird die Brennkraftmaschine während der Druckmessung mit einer Last zwischen 10% und 150%, insbesondere zwischen 20% und 80% einer Maximallast betrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine über eine Auf-ladevorrichtung, wie z: B. einen Abgasturbolader oder Kompressor verfügt.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein aus dem Stand der Technik bekannter Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) entfallen. Darüber hinaus ergibt sich eine sehr gute Trennschärfe zwischen einem Gutsystem und einem Defektsystem. Unter einem Defektsystem wird bspw. verstanden, wenn die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2 nicht vorhanden ist oder die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2 durchtrennt ist oder wenn die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 2 fehlerhaft montiert wurde.
Bezugszeichenliste

1: Rückschlagventil
2: Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
3: Prallwand
4: Feinabscheideplatte
5: Vorabscheider
6: Eingang Blow-by-Gase
7: Ölrücklauf
8: Ölrücklauf mit Rückschlagventil
9: Anschlussleitung zum Einlasskanal
10: Volumenregelventil zur Sauganlage mit Drosselfunktion
11: Ölabscheider
18: Zylinderkopfdeckel
19: Zylinderkopf
20: Kurbelgehäuseentlüftung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008002721 A1 [0003]
DE 102010027117 A1 [0005]
DE 10026492 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung (20) einer Brennkraftmaschine, bei der ein Hohlraum eines Kurbelgehäuses Gas führend mit einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei ein Drucksensor zur Messung eines Druckes in dem Hohlraum oder der Kurbelgehäuseentlüftung (20) oder in einem Zylinderkopf (19) der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei für dessen Signalauswertung ein elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Messen eines Gasdruckes mit dem Drucksensor in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem bei einer definierten Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine, – Vergleichen eines Ist-Druckwert mit einem Soll-Druckwert, – bei Überschreiten des Soll-Druckwertes Erkennen einer Leckage.
Verfahren nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: – Erkennen einer Leckage, wenn der Ist-Druckwert mindestens 10% über dem Soll-Druckwert liegt.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: – Dass der Soll-Druckwert aus einem Kennfeld in dem Steuergerät ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: – Dass die Brennkraftmaschine während der Druckmessung mit einer Drehzahl zwischen 500 1/min und 5000 1/min, insbesondere zwischen 500 1/min und 3000 1/min betrieben wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: – Dass die Brennkraftmaschine während der Druckmessung mit einer Last zwischen 10% und 100%, insbesondere zwischen 20% und 40% einer Maximallast betrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine über keine Aufladevorrichtung verfügt.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: – Dass die Brennkraftmaschine während der Druckmessung mit einer Last zwischen 10% und 150%, insbesondere zwischen 20% und 80% einer Maximallast betrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine über eine Aufladevorrichtung verfügt.