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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Überwachung einer Kurbelgehäuseentlüftung. Derartige Überwachungen sind oft notwendig für die Entlüftungssysteme von Kurbelgehäusen in Verbrennungsmotoren insbesondere von Fahrzeugen.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102010040900 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen der Funktion einer Entlüftungsvorrichtung für die Entlüftung eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei das Kurbelgehäuse über die Entlüftungsvorrichtung mit einem Luftzuführungssystem des Verbrennungsmotors verbunden ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- – Bestimmen einer Druckdifferenz zwischen einem Umgebungsdruck und einem Kurbelgehäusedruck im Kurbelgehäuse;
- – Feststellen eines Fehlers in der Entlüftungsvorrichtung abhängig von der Druckdifferenz, wenn eine Freigabebedingung erfüllt ist;
wobei die Freigabebedingung erfüllt ist, wenn ein durch einen Tiefpassfilter gefilterter Luftmassenstrom in dem Luftzuführungssystem betragsmäßig einen ersten Schwellenwert übersteigt.
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Die
DE 102008002721 A1 betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Funktionsfähigkeit eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor, mit folgenden Schritten:
- – Unterbrechen einer Entlüftungsleitung zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Luftsystem des Verbrennungsmotors während einer Überprüfungszeitdauer;
- – Bestimmen der Änderung eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors während der Überprüfungszeitdauer;
- – Feststellen eines Fehlers im Kurbelgehäuseentlüftungssystem anhand der bestimmten Änderung des Betriebsparameters.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Verfahren gemäß den unabhängigen Verfahrensansprüchen sowie ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, eines der Verfahren durchzuführen.
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Ausgegangen wird dabei von einem Entlüftungssystems zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, wobei das Entlüftungssystem eine erste Leitung umfasst, über welche das Entlüftungssytem mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, und wobei ein erster Druck im Kurbelgehäuse, in der ersten Leitung oder im Entlüftungssystem erfasst wird, vorzugsweise durch einen oder mehrere Drucksensoren. Vorzugsweise wird nun ein zeitlicher Verlauf des ersten Drucks oder eine Änderung des ersten Drucks wird bestimmt, während sich Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von einem ersten Betriebspunkt zu einem zweiten Betriebspunkt ändern. Anhand des bestimmten zeitlichen Verlaufs oder der bestimmten Änderung des erfassten ersten Drucks wird ein Fehler im Zusammenhang mit der ersten Leitung diagnostiziert. Das Durchführen der Diagnose während sich ändernden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und das Ableiten eines Fehlers aus dem zeitlichen Verlauf oder der Änderung eines dabei erfassten Drucks ermöglichen es charakteristische Fehlerbilder für solche Fehler während solcher dynamischer Betriebsbedingungen für eine zuverlässige und effiziente Diagnose auszunutzen. Bei einer solchen Diagnose muss auch nicht auf das Entlüftungssystem eingegriffen werden (z.B. durch kurzzeitiges Schließen des Entlüftungssystem), was eine uneingeschränkte Funktionsweise des Entlüftungssystems gewährleistet.
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Durchgeführt wird eine solche Diagnose vorzugsweise durch ein Steuergerät des Fahrzeugs, insbesondere ein Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors, welches hierzu über Eingänge verfügt, um erfasste Sensorwerte zu empfangen sowie über Recheneinheiten, um anhand dieser Sensorwerte geeignete Betriebsbedingungen für die Diagnose sowie eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs oder der Änderung des Drucks durchzuführen. Das Steuergerät nutzt hierzu vorzugsweise ein Computerprogramm, welches zur Durchführung eines solchen Diagnoseverfahrens eingerichtet ist und in einem Speicher abgelegt ist, auf welchen das Steuergerät Zugriff hat.
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Als diagnostizierte Fehler im Zusammenhang mit der ersten Leitung kommen insbesondere eine Undichtheit der ersten Leitung oder eine fehlerhafte Verbindung der ersten Leitung mit dem Kurbelgehäuse oder eine fehlerhafte Verbindung der ersten Leitung mit dem Entlüftungssystem oder ein Abfall der ersten Leitung in Frage. Besonders geeignet sind die vorgestellten Verfahren dabei für einen Abfall der ersten Schlauchleitung (bezüglich der Verbindung Richtung Kurbelgehäuse oder Richtung Entlüftungssystem oder komplett), da diese Fehler in den sich ändernden Betriebsbedingungen besonders charakteristische Fehlerbilder aufweisen.
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Die charakteristischen Fehlerbilder können vorzugsweise erfolgen anhand des erfassten zeitlichen Verlaufs oder der Änderung des ersten Drucks vor allem durch einen Vergleich mit erwarteten Werten bzw. Funktionen im Normalfall (d.h. ohne entsprechendes Fehlerbild). Solche Vergleichswerte oder -funktionen können hierzu in einem Speicher abgelegt sein, auf den insbesondere ein die Diagnose durchführendes Steuergerät Zugriff hat.
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Als besonders gut geeignete Betriebsbedingungen für eine zuverlässige Diagnose hat sich der Übergang von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem reduzierten Betrieb, insbesondere einem Motorstopp, erwiesen, da für diesen ein charakteristischer Druckabfall des Kurbelgehäuses durch die Entlüftung über das Entlüftungssystem erfolgt, was zu charakteristischen Druckverläufen bzw. Druckänderungen im Kurbelgehäuse und in den Leitungen des Entlüftungssystems führt. Auch andere Betriebsbedingungen, bei welchen ein Übergang zwischen einem höheren Druck im Kurbelgehäuse und einem niedrigeren Druck im Kurbelgehäuse erfolgt, sind besonders geeignet.
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Eine Diagnose des Fehlers kann nun z.B. erfolgen, wenn eine absolute Reduzierung des ersten Drucks oder eine relative Reduzierung des ersten Drucks einen vorbestimmten ersten Grenzwert innerhalb einer vorbestimmten ersten Zeit überschreiten oder wenn eine vorbestimmte absolute Reduzierung des ersten Drucks oder eine vorbestimmte relative Reduzierung des ersten Drucks zeitlich schneller erfolgen, als durch einen zweiten Grenzwert bestimmt.
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Durch Messungen an Verbrennungsmotoren hat sich herausgestellt, dass ein entsprechender Fehler, insbesondere ein Schlauchabfall, besonders zuverlässig dann diagnostiziert werden kann, wenn eine relative Reduzierung des ersten Drucks, insbesondere in dem Kurbelgehäuse, innerhalb einer Zeit unter 10s, insbesondere unter 5s, einen vorbestimmten Grenzwert von über 70% Druckreduzierung, insbesondere über 85% Druckreduzierung, überschreitet.
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Die beschriebenen Verfahren eignen sich aufgrund baulicher Besonderheiten besonders gut für Verbrennungsmotoren von Nutzfahrzeugen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 schematisch ein Entlüftungssystem eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine sowie
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2 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Überwachung eines Entlüftungssystems eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Verbrennungsmotoren umfassen standardmäßig ein sogenanntes Kurbelgehäuseentlüftungssystem. Dieses dient dazu, Verbrennungsgase, welche über Undichtigkeiten über die Kolbenringe in das Kurbelgehäuse gelangen, abzuleiten, so dass ein Überdruck im Kurbelgehäuse vermieden wird.
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Ein solches System ist vorzugsweise aufgebaut wie in 1 schematisch gezeigt. Als Bestandteile eines Verbrennungsmotors sind unter anderem das Kurbelgehäuse 10, das Ansaug- bzw. Frischluftsystem 6 sowie das Abgassystem 7 dargestellt.
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Das Kurbelgehäuse 10 des Motors ist mit einer Schlauchleitung 1 als Teil des Entlüftungssystems für Kurbelgehäuse 10 verbunden. Das Entlüftungssystem führt Gase über die Schlauchleitung 1, einen Ölabscheider 2 mit Ölrücklauf 3, ein beispielsweise mechanisches Druckregelventil 4 und eine Leitung 5 in das Frischluftsystem 6 des Motors zurück. Ölabscheider 2 und Druckregelventil 4 sind vorzugsweise in einer Einbaueinheit integriert. Ölabscheider 2, dessen Ölrücklauf 3 zum Kurbelgehäuse 10 und Druckregelventil 4 sind im Entlüftungssystem vorgesehen, um den Ölverbrauch über die Entlüftung gering zu halten und die Ölbelastung der Frischluftzufuhr 6 des Motors zu minimieren.
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Die Einleitung der durch das Entlüftungssystem abgeführten Gase in das Frischluftsystem 6 erfolgt nach dem Luftfilter 11, über den in Abhängigkeit des Frischluftvolumenstroms des Motors ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck fördert eine effiziente Entlüftung des Kurbelgehäuses 10.
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Mögliche Drucksensoren 12, 13, 14 und 15 des Verbrennungsmotors können als Absolutdruck- oder als Differenzdrucksensoren ausgeprägt sein. Z.B. kann ein Drucksensor 12 für den Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Ein Drucksensor 13 kann den Druck im Kurbelgehäuse bestimmen, ein Drucksensor 14 den Druck in der Schlauchleitung 1, welche das Kurbelgehäuse mit dessen Entlüftung verbindet, sowie ein Drucksensor 15 den Druck in einer Leitung 5, über welche die Gase aus dem Entlüftungssystem in das Frischluftsystem 6 geleitet werden. In einem tatsächlichen System können auch nur ein, zwei oder drei der gezeigten Drucksensoren 12, 13, 14, 15 vorgesehen sein.
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Diverse Gesetzgebungen z.B. der Kalifornischen Umweltbehörde California Air Resource Board (CARB) und der US Umweltbehörde Environmental Protection Agency (EPA) zur On Board Diagnose (OBD) fordern die Überwachung der Kurbelgehäuseentlüftung von Verbrennungsmotoren, insbesondere die Überwachung der Integrität des Systems. In einem Entlüftungssystem wie oben skizziert kann diese Anforderung z.B. darin bestehen, ein Klemmen des Druckregelventils, aber auch Fehler von Schlauchleitungen, z.B. mögliche Schlauchabfälle erkennen zu können.
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Ein Ansatz für eine Überwachung eine Kurbelgehäuseentlüftung ist eine druckbasierte Überwachung zu einem bestimmten Zeitpunkt unter weitgehend stationären Betriebsbedingungen. Hierzu kann ein Differenzdruck bestimmt werden, z.B. zwischen der Schlauchleitung 1 und der Leitung 5 oder zwischen der Schlauchleitung 1 und dem Umgebungsdruck oder zwischen Kurbelgehäuse 10 und Umgebungsdruck. Dies kann über die gezeigten Drucksensoren 12, 13, 14, 15 erfolgen.
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Mit diesem Ansatz ist es allerdings schwierig, eine robuste Diagnose für Fehler im Zusammenhang mit der Schlauchleitung 1 zwischen Kurbelgehäuse 10 und Kurbelgehäuseentlüftung zu realisieren. Das liegt an der möglichen Varianz in der Beladung des Ölabscheidefilters und am Verhalten des Druckregelventils, die zuverlässige Aussagen über derartige Fehler auf Basis der beschriebenen Druckmessung erschweren. In PKW-Motoren wäre eine (allerdings aufwendige) Alternative, diese Schlauchleitung 1 konstruktiv zu vermeiden, indem sie in den Motorblock integriert wird, nur um die Notwendigkeit einer Überwachung zu vermeiden. Bei Nutzfahrzeugmotoren ist diese Vermeidungsstrategie technisch kaum möglich.
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Im Folgend werden Verfahren beschrieben, um spezifische Fehlerfälle einer solchen Kurbelgehäuseentlüftung zuverlässiger erkennen zu können, nämlich Fehler im Zusammenhang mit dem Leitungsschlauch 1 zwischen dem Kurbelgehäuse 10 und der Kurbelgehäuseentlüftung.
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Eine solche Überwachung beruht auf dem zeitlichen Verlauf bzw. der Änderung eines Drucks in dynamischen, das heißt sich ändernden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors, welche sich charakteristisch unterscheiden, je nachdem, ob ein Fehler im Zusammenhang mit der Schlauchleitung 1 vorliegt oder nicht. Das betrifft insbesondere einen Schlauchabfall.
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Als geeignete Betriebsbedingungen hat sich ein Wechsel zwischen einem Arbeitspunkt, der stationär einen höheren Überdruck im Kurbelgehäuse 10 generiert, zu einem, der stationär einen niedrigeren Druck generiert, herausgestellt. Eine besonders bevorzugte Betriebsbedingung ist ein Druckabbau bei einem Motorstopp. Bei stehendem Motor wird dabei über den Luftfilter 11 kein Unterdruck mehr erzeugt und damit erfolgt z.B. ein Druckausgleich des Kurbelgehäuses 10 gegenüber dem konstanten Umgebungsdruck. Bei korrekt installiertem Schlauch 1 ergibt sich ein langsamer Druckausgleich, der sich über die Drosselwirkung von Ölabscheidefilter 2, Druckregelventil 4 und der Leitung 5 ergibt. Bei einem Schlauchabfall der Schlauchleitung 1 dagegen entfällt diese Drosselung und der Druckabgleich erfolgt stark beschleunigt.
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Experimentelle Messungen an einem Verbrennungsmotor (eines Nutzfahrzeugs) haben ergeben, dass ein intaktes System typischerweise 30s benötigt um das Kurbelgehäuse 10 auf 10% des Ausgangsdrucks zu entlüften. Ein System mit abgefallenem Schlauch 1 dagegen entlüftet in etwa 2s. Diese 2s entsprechen in etwa der Motorabstellzeit. Der stark beschleunigte Druckabbau des Kurbelgehäuses 10 beim Motorabstellen ist ein eindeutiges Fehlerkriterium für einen Schlauchabfall der Schlauchleitung 1, der sich klar vom Normalfall unterscheiden lässt. Für die Überwachung wird vorzugsweise der Druckabfall in einem Gradienten erfasst oder aber in einer Zeit bis zum Unterschreiten einer zum Ausgangsdruck relativen Druckschwelle. Ist der so gemessene Druckabfall stärker als ein Grenzwert, so wird auf eine abgefallene Schlauchleitung 1 geschlossen.
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Wie für den detailliert beschriebenen Druckabfall im Kurbelgehäuse 10 bei Motorstopp ergeben sich auch für Druckmessstellen am Entlüftungssystem, z.B. in der Schlauchleitung 1 selbst oder in der Leitung 5, bestimmte zeitliche Verläufe oder Änderungen des Drucks in bestimmten dynamischen Betriebsbedingungen, die sich zwischen dem Normalfall und dem Fall eines Fehler im Zusammenhang mit der Schlauchleitung 1 auf charakteristische Weise unterscheiden. Durch Vergleich mit den erwarteten zeitlichen Verläufen oder Veränderungen für den Druck im Normalfall kann so zuverlässig ein Fehlerfall beim Überschreiten einer bestimmten Abweichung diagnostiziert werden.
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In 2 ist schematisch ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens zur Diagnose einer Kurbelgehäuseentlüftung gezeigt. In einem ersten Schritt 20 wird überprüft, ob die Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine geeignet sind, eine entsprechende Diagnose durchzuführen. Z.B. kann ein nahender oder bereit begonnener Motor-Stopp festgestellt werden oder andere geeignete Änderungen der Betriebsbedingungen. Falls die Bedingungen nicht geeignet sind, wird in Schritt 21 verzweigt, welcher (gegebenenfalls nach einer Wartezeit) wieder in Schritt 20 verzweigt. Falls geeignete Bedingungen festgestellt werden, verzweigt das Verfahren in Schritt 22. In diesem Schritt werden während der geeigneten Betriebsbedingungen erfasste zeitliche Verläufe oder Änderungen mindestens eines Drucks im Kurbelgehäuse oder im Entlüftungssystem des Kurbelgehäuses oder im Schlauch, welcher die beiden verbindet, herangezogen bzw. neu erfasst. In einem folgenden Schritt 23 werden die erfassten zeitlichen Verläufe oder Änderungen ausgewertet. Hierzu findet insbesondere ein Vergleich mit im Normalfall, d.h. ohne Fehler, erwarteten oder erwartbaren zeitlichen Verläufen oder Änderungen statt. Insbesondere können Schwellwertvergleiche durchgeführt werden.
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Wird in Schritt 23 eine hierfür charakteristische Abweichung der Druckänderungen bzw. der zeitlichen Verläufe des Drucks festgestellt, so wird auf einen Fehler im Zusammenhang mit der Schlauchleitung, welche Kurbelgehäuse und Kurbelgehäuseentlüftung verbindet, geschlossen und in Schritt 24 verzweigt. In Schritt 24 kann beispielsweise ein Fehler abgespeichert oder gegebenenfalls ausgegeben werden oder es können weitere geeignete Fehlerreaktionen erfolgen. Werden keine entsprechenden Abweichungen zum Normalfall in Schritt 23 festgestellt, so wird in Schritt 25 verzweigt und die Diagnose als fehlerfrei abgeschlossen. Im Anschluss an die Schritte 24 und 25 kann die Diagnose wieder mit Schritt 20 begonnen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010040900 A1 [0002]
- DE 102008002721 A1 [0003]
