-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Kurbelgehäuseentlüftung. Moderne Motoren weisen ein geschlossenes Entlüftungssystem auf, in welchem Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse ins Saugrohr zurückgeführt werden. Eine Diagnose der Dichtheit dieses Systems ist vom Gesetzgeber gefordert. Ein Entweichen der Kurbelgehäusegase in die Umgebung soll verhindert werden und daher der Fehlerfall eines undichten Systems erkannt werden.
-
Stand der Technik
-
Eine Überwachung der Druckänderung im Kurbelgehäuse zur Diagnose der Kurbelgehäuseentlüftung ist aus der
DE 100 26 492 A1 bekannt. Es werden hierfür im laufenden Motorbetrieb Druckwerte im Kurbelgehäuse gemessen. Zur Diagnose wird ein das Entlüftungssystem verschließendes Taktventil angesteuert. Aus dem zeitlichen Verlauf des Drucksignals wird eine Diagnoseinformation gewonnen.
-
Aus der
DE 10 2013 218 319 A1 ist ein Diagnoseverfahren für eine Kurbelgehäuseentlüftung bekannt, bei welchem ein Erwartungswert des Unterdrucks im System mit einem Messwert verglichen wird.
-
Aus der
DE 10 2015 116 483 A1 ist ein Diagnoseverfahren für eine Kurbelgehäuseentlüftung bekannt, bei welchem ein Integral eines Erwartungswertes des Unterdrucks im System mit einem Integral des Druckmesswerts verglichen wird und aus der Abweichung eine Diagnoseinformation gewonnen wird.
-
Aus der
DE 10 2016 209 450 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Entlüftungssystems zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei umfasst das Entlüftungssystem eine erste Leitung, über welche das Entlüftungssystem mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. Ein erster Druck wird im Kurbelgehäuse, in der ersten Leitung oder im Entlüftungssystem erfasst und ein zeitlicher Verlauf des ersten Drucks oder eine Änderung des ersten Drucks werden 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.
-
In der
DE 10 2015 213 982 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage gezeigt, bei welchem durch Vergleichen eines ersten Sensordrucks mit einem ersten Modelldruck eine Abweichung gewonnen wird und in Abhängigkeit von dieser eine Störsignalausgabe durch ein Diagnosegerät erfolgt. Aus der
DE 10 2013 224 030 B4 und der
DE 10 2012 209 107 B4 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuse-Entlüftungsvorrichtung, einem Kurbelgehäuse und einem Ansaugtrakt bekannt. Ein Sensor erfasst eine Lastgröße der Brennkraftmaschine und mittels eines dynamischen Modells wird eine geschätzte Lastgröße ermittelt. Abhängig von einer Abweichung der geschätzten zu der erfassten Lastgröße wird ein Korrekturwert eines Kennwerts ermittelt. Abhängig von einer Veränderung des Korrekturwertes in Antwort auf das Schalten eines Absperrventils wird ein Diagnosewert für eine Dichtigkeit oder Undichtigkeit zumindest einer der Komponenten der Kurbelgehäuse-Entlüftungsvorrichtung ermittelt.
-
-
Aus der
DE 10 2010 040 900 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. Für die Diagnose wird eine Druckdifferenz zwischen einem Umgebungsdruck und einem Kurbelgehäusedruck im Kurbelgehäuse bestimmt, wobei ein Fehler in der Entlüftungsvorrichtung abhängig von der Druckdifferenz und einer Freigabebedingung ermittelt wird. Die Freigabebedingung wird gebildet, indem ein tiefpassgefilterter Luftmassenstrom in dem Luftzuführungssystem hinsichtlich eines Schwellenwertes überwacht wird.
-
Aus der
DE 10 2009 059 662 B4 ist ein Verfahren zur Diagnose von Leitungssystemen, insbesondere von Kurbelgehäuse-Entlüftungen von Brennkraftmaschinen bekannt, wobei in einer ersten Leerlaufphase ein erster Anfangs-Korrekturwert und in einer zweiten Leerlaufphase ein zweiter Anfangs-Korrekturwert ermittelt wird, wobei beide Anfangs-Korrekturwerte miteinander verglichen werden und wobei abhängig vom Ergebnis des Anfangsvergleichs einer der Anfangs-Korrekturwerte als Referenzwert für die Diagnose genutzt wird.
-
Aus der
US 5,792,949 A ist ein Diagnoseverfahren für ein PCV-System bekannt, welches über eine Testperiode Minima und Maxima des Drucksignals erfasst. Der Test erfolgt vorzugsweise während einer Periode mit stationären Betriebsbedingungen, wobei ein Fehlerzähler verwendet wird, dessen Zählerstand für die Diagnose genutzt wird.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein robustes Diagnoseverfahren zu schaffen, mit welchem Fehler, insbesondere Leckagen, in einem geschlossenen System der Kurbelgehäuseentlüftung erkannt werden können.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Diagnose einer Kurbelgehäuseentlüftung gelöst, bei welchem ein Druckwert im Kurbelgehäuse oder an einer mit dem Kurbelgehäuse strömungsverbundenen Stelle innerhalb des geschlossenen Systems zur Kurbelgehäuseentlüftung gemessen wird. Es wird weiterhin ein Erwartungswert für den Druck an dieser Stelle gebildet. Dieser kann beispielsweise aus einem Kennfeld ermittelt werden, was für den jeweiligen Motor im Fahrzeugbetrieb oder auf einem Prüfstand vorbedatet wurde. Der Erwartungswert entspricht damit einem Modellwert für den Druck, den ein fehlerfreies Kurbelgehäuseentlüftungssystem an der jeweiligen Messstelle für den entsprechenden Betriebszustand des Motors aufweisen würde. Der modellierte Druckwert muss für die jeweilige Messstelle rechnerisch z. B. über ein physikalisches Druckmodell des Kurbelgehäuseentlüftungssystems gebildet oder in einem einfachen Fall entsprechend der aktuellen Betriebsbedingungen des Motors aus einem vorbedateten Kennfeld abgelesen werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden Erwartungswerte und Messwerte des Drucks entsprechend ihres Betrages in wenigstens zwei verschiedenen Druckklassen für Erwartungs- und Messwerte gesondert eingeordnet. Es werden Druckklassen gebildet, welche betragsmäßige Bereichsgrenzen aufweisen, so dass ein Zuordnen der modellierten Erwartungswerte und der gemessenen Messwerte in die Druckklassen möglich ist. Die Druckklassen der Erwartungswerte und die Druckklassen der Messwerte weisen jeweils eine untere und obere Bereichsgrenze auf. Die Druckklasse der Erwartungswerte und der Messwerte sind hinsichtlich der Bereichsgrenzen identisch ausgebildet. Zu jeder Druckklasse der Erwartungswerte existiert eine hinsichtlich der Bereichsgrenzen gleiche Druckklasse der Druckmesswerte. Erwartungs- und Messwerte des Drucks werden den jeweiligen Klassen entsprechend ihres Betrages zugeordnet, wobei ein Zähler für die jeweilige Druckklasse immer dann inkrementiert wird, wenn der Mess- oder Erwartungswert innerhalb der Bereichsgrenzen der Druckklassen fällt. Die absoluten Zahlenwerte der Erwartungswerte und der Messwerte sind dabei nur für die Einordnung in die Druckklassen interessant. Es erfolgt kein direkter Vergleich der jeweiligen Erwartungs- und Messwerte zu den jeweiligen Messzeitpunkten. Die weitere Diagnose berücksichtigt lediglich die so gebildeten Zählerstände in den Druckklassen. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden so einzelne Schwankungen der Werte für die Diagnose eliminiert, so dass eine robuste Diagnose geschaffen wird. Die jeweiligen Druckklassen der Erwartungswerte und der Messwerte weisen entsprechend der diesen zugeordneten Mess- und Erwartungswerte nach einer Anzahl von Messungen und modellierten Erwartungswerten jeweils einen Zählerstand auf, welcher für die Diagnose ausgewertet wird. Es erfolgt dabei in vorteilhafter Weise eine zeitlich begrenzte Messung, deren Messdaten aufgezeichnet und anschließend für die Diagnose ausgewertet werden. Zu den jeweiligen Messwerten wird ausgehend von den Betriebsbedingungen, welche bei der Messung bestanden, ein zugehöriger Erwartungswert gebildet. Die Werte werden dann wie oben beschrieben zugeordnet, so dass eine Relation der Zählerstände in den einzelnen Druckklassen betrachtet werden kann. Die Relation des Zählerstandes der Erwartungswerte zum Zählerstand der Messwerte in der gleichen Druckklasse beinhaltet dabei die Diagnoseinformation. Zur zahlenmäßigen Auswertung der Relation kann das Verhältnis zueinander über den Quotienten der Zählerstände ausgewertet werden. Alternativ kann die Differenz der Zählerstände zum Ausdruck der Relation und damit zur Diagnose verwendet werden. In einer Ausgestaltung der Relation der Zählerstände wird deren Verhältnis zueinander durch den Quotienten des Zählerstandes der Messwerte zu dem der Erwartungswerte für die jeweilige Druckklasse gebildet. Es wird dabei der für die gleiche Druckklasse ermittelte Zählerstand der zugeordneten Messwerte durch den Zählerstand der Erwartungswerte dividiert. Alternativ kann eine Subtraktion der Zählerstände erfolgen. Bei der beschriebenen Quotientenbildung muss eine Division durch 0 ausgeschlossen werden. Druckklassen ohne Erwartungswerte können beispielsweise für die Diagnose nicht berücksichtigt werden. Für die Diagnose wird wenigstens die Relation der Zählerstände einer der Druckklassen ausgewertet und gegen einen vordefinierten Schwellwert verglichen. Bei der beschriebenen Quotientenbildung ist davon auszugehen, dass bei einer gleichen Anzahl von Mess- und Erwartungswerten in den jeweiligen Druckklassen eine fehlerfrei funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung vorliegt. Wird die Relation der Zählerstände wie oben beschrieben durch den Quotient der Zählerstände der Mess- zu den Erwartungswerten der gleichen Druckklasse ausgedrückt und liegt dieser Quotient nahe 1, so wird die Diagnose als fehlerfrei bewertet. Für ein fehlerbehaftetes System ist eine Abweichung des Quotienten der Zählerstände vom Idealwert 1 zu erwarten. Der Quotient der Zählerstände wird unter realen Bedingungen auch für ein fehlerfreies System zumindest für einzelne Druckklassen von eins abweichen. Die Diagnose vergleicht daher den gebildeten Quotienten hinsichtlich der Abweichung innerhalb eines Toleranzbandes um den Idealwert 1. Unterschreitet der Quotient einen unteren Schwellwert von z. B. 0,8 oder wird ein Überschreiten eines oberen Schwellwertes von z. B. 1,2 festgestellt; so wird ein Fehler in der Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert. Die jeweiligen Schwellwerte können modell- oder motorindividuell angepasst werden. Alternativ kann die Differenz der Zählerstände der Erwartungs- und Messwerte gleicher Druckklassen als Ausdruck der Relation gebildet werden. Auch hier gilt der gleiche Ansatz, dass für gleiche Zählerstände ein fehlerfreies System diagnostiziert wird, wofür sich Differenzen nahe 0 ergeben. Über- oder unterschreitet die Differenz vordefinierte Schwellwerte, welche sich in einem Toleranzband um den Idealwert 0 bewegen, wird ein Fehler diagnostiziert. Auch hier ist es vorteilhaft, zur Auswertung Druckklassen zu betrachten, welche eine Mindestanzahl an Erwartungs- und/oder Messwerten aufweisen. Weiterhin kann die Differenz der Zählerstände zu deren Absolutwert ins Verhältnis gesetzt werden, so dass eine Relativgröße, welche die Anzahl der enthaltenen Messungen berücksichtigt ausgewertet wird.
-
Erfindungsgemäß vorteilhaft können mehrere Druckklassen hinsichtlich der Relation ihrer Zählerstände ausgewertet werden. Es können die Druckklassen ermittelt werden, die den vordefinierten unteren oder oberen Schwellwert für die jeweilige Relation, welche durch den Quotienten oder die Differenz der Zählerstände ausgedrückt wird, unter- bzw. überschreiten. Die Anzahl der Druckklassen oder deren prozentuales Verhältnis zu den als fehlerfrei diagnostizierten Druckklassen kann zusätzlich oder alternativ als Diagnoseinformation genutzt werden.
-
In einer einfachen Form werden die Klassen hinsichtlich ihrer Bereichsgrenzen vordefiniert. Erfindungsgemäß vorteilhaft kann jedoch die Anzahl der Klassen und deren Bereichsgrenzen dynamisch zu jeweils einer zugehörigen, für die Diagnose genutzten Menge an Mess- und Erwartungswerten für den Druck gebildet werden. Es ist damit möglich, die Klassen im Betrieb an die in diese einzuordnenden Mess- und Erwartungswerte anzupassen. In einer möglichen Ausgestaltung wird dafür der jeweils niedrigste Wert der Mess- oder Erwartungswerte die untere Grenze bilden und der höchste Mess- oder Erwartungswert die Obergrenze für die jeweils äußeren Druckklassen bilden. Die Breite der Druckklassen kann ebenfalls vorgegeben werden oder aus den Messwerten ermittelt werden. In einer Ausgestaltung wird die Amplitude des Drucksignals betrachtet. Hervorgerufen durch den Betrieb des Motors pulsieren die Druckwerte im Kurbelgehäuse. Diese bilden sich als Schwingungen ab, zu denen jeweils bei einer zeitaufgelösten Messung ein Amplitudenwert ermittelt werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung passt die Bereichsgrenzen an die vorherrschende Schwingungsbreite an, wobei die Bereichsbreite der Druckklassen entsprechend dem Mittelwert der aufgenommenen Druckamplituden des zeitaufgelösten Drucksignals gebildet wird.
-
Erfindungsgemäß vorteilhaft werden die Relationen der Zählerstände der einzelnen Druckklassen zueinander in ihrer zeitlichen Veränderung über mehrere Diagnosen ausgewertet und aus dieser Auswertung wird eine Verschiebung der Relation der Zählerstände als Alterungsparameter ermittelt. Es ist weiterhin möglich, aus der Verschiebung der Zählerstände eine Langzeitdrift zu erkennen und ggf. das Modell der Erwartungswerte an diese anzupassen, so dass eine alterungsbedingte Fehldiagnose vermieden wird.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Erfindung nutzt wie bereits beschrieben die Häufigkeitsklassifizierung der Mess- und Erwartungswerte des Kurbelgehäusedrucks. Diese Form der Messwertverarbeitung ermöglicht es, Schwankungen und Messungenauigkeiten auszugleichen. Nachfolgend wird der schrittweise Ablauf eines Ausführungsbeispiels der Diagnose erläutert. Es ist vorteilhaft, die Diagnose zu starten, wenn der Kaltstart beendet wurde, da die Dichtfunktion der Kolben und Kolbenringe, welche für das ins Kurbelgehäuse eingetragene Blow-by maßgeblicher Parameter ist, erst nach dem Warmlauf vollständig gewährleistet ist, wenn diese Bauteile ihre Betriebstemperaturen und somit ihre gewünschte Ausdehnung erreicht haben. Dem Warmlauf nachfolgend wird die Signalaufzeichnung des Kurbelgehäusedrucks initialisiert. Das Messsignal des Drucksensors wird mit einem Tiefpassfilter bearbeitet, der die Signalqualität verbessert, indem hochfrequente Schwingungen eliminiert werden. Anschließend werden sowohl der Mittelwert als auch die Amplitude des Drucksignals Zeit- oder entsprechend dem Kurbelwinkel des Arbeitsspiels aufgelöst gemessen und gespeichert. Aus den Amplituden des Druckmesswertes des für die Diagnose betrachteten Bereiches wird der Mittelwert gebildet. Der Mittelwert wird in dieser Ausgestaltung als Breite der Druckklassen verwendet. Es erfolgt zu jedem Messwert die Ermittlung eines Erwartungswertes des Kurbelgehäusedrucks für den jeweiligen Betriebspunkt, z. B. aus einem vorbedateten Kennfeld. In der nachfolgenden Auswertung werden die Erwartungs- und Mittelwerte in Druckklassen eingeteilt und entsprechend ihrer Zahlenwerte zugeordnet. Für jeden zugeordneten Mess- oder Erwartungswert wird der Zähler der entsprechenden Druckklasse des Mess- oder Erwartungswertes inkrementiert. Anschließend werden die Zählerstände der Druckklassen in ihrer Relation zueinander betrachtet. Deren Relation zueinander kann als Differenz oder Quotient der Zählerstände gleicher Druckklassen ausgewertet werden. In der nachfolgend verwendeten Ausgestaltung wird der Quotient der Zahlenwerte der den Druckklassen zugeordneten Messwerte zum Zählerstand der Erwartungswerte gebildet. Für die Diagnose mittels des Wertes dieses Quotienten müssen bestimmte Grenzwerte zum Vergleich vordefiniert werden. Ein Überschreiten einer oberen Grenze oder ein Unterschreiten einer Untergrenze weist dabei auf einen Fehler hin. Wird für die Druckklasse ein Quotient 1 ermittelt, alternativ eine Differenz der Zählerstände von 0, so ist von einer fehlerfreien Kurbelgehäuseentlüftung auszugehen. Die Erkennung von einer Langzeitdrift und somit von Verschleiß erfolgt über eine Auswertung eines sich konstant verändernden Fehlerwertes. Dieser bildet sich in einem Verschieben der Zählerstände in den Druckklassen ab. Die Zahlenwerte der eingeordneten Messwerte verändern sich gegenüber denen der Erwartungswerte für gleiche Betriebsbereiche nur langsam und nicht schlagartig punktuell. Dies weist auf eine alterungsbedinge Langzeitdrift hin, welche ggf. nicht direkt als Fehler diagnostiziert werden soll. Es ist bei deren Erkennen möglich, das Modell der Erwartungswerte anzupassen oder die Grenzen der Diagnoseschwellwerte anzupassen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend weiter anhand eines Zahlenbeispiels beschrieben. Die nachfolgende Tabelle zeigt dabei beispielhaft ausgewählte Betriebspunkte, die hinsichtlich des Betriebsbereiches des Motors beispielsweise einem Betrieb im Stadtverkehr entsprechen. Die Messwerte wurden für eine fehlerhafte Kurbelgehäuseentlüftung ermittelt. Diese weist eine zu diagnostizierende Leckstelle zur Umgebung auf. Die Drucksensormesswerte können dabei direkt im Kurbelgehäuse ermittelt werden, wobei alternativ mit dem Entlüftungssystem in Fluidverbindung stehende Bauteile ebenfalls aussagekräftige Messwerte zeigen. Vorliegend wurde eine Messstelle im Zylinderkopf gewählt. Die Messdaten zeigen Betriebsdaten für ein Fahrzeug, welches die Kaltstartphase bereits verlassen hat. Um hochfrequente Störungen der Messdaten in ihren Auswirkungen zu vermindern, erfolgt eine Tiefpassfilterung der Messwerte. Druckmesswerte (p) und modellierte Erwartungswerte (pErwartet) sowie die Amplitude (pA) der Schwingung des Druckmesswertes (p) sind zu den in fortlaufender Reihenfolge nummerierten Arbeitspunkten, welche über Drehzahl (n) und Last (M) beschrieben sind, abgebildet. Drehzahl (n) und Last (M) kennzeichnen hierbei jeweils die aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen des Motors. Die zu jedem Betriebspunkt modellierten Erwartungswerte (pErwartet) wurden vorliegend aus einem vorbedateten Kennfeld abgelesen, welches entsprechend der jeweiligen Drehzahl (n) und Last (M) vorbedatet, Erwartungswerte (pErwartet) für den Kurbelgehäusedruck einer fehlerfreien Kurbelgehäuseentlüftung enthält.
| Nr. | n [min-1] | M [Nm] | pErwartet [mbar] | p [mbar] | pA [mbar] |
| 1 | 1500 | 30 | -20 | -1,5 | 7,5 |
| 2 | 1750 | 35 | -16 | -1,5 | 6,5 |
| 3 | 2000 | 35 | -20 | -1,5 | 5,5 |
| 4 | 2125 | 40 | -15 | -1,2 | 5 |
| 5 | 2250 | 45 | -10 | -1 | 4,8 |
| 6 | 2375 | 55 | -5 | 1 | 4,5 |
| 7 | 2625 | 70 | -4 | 1,5 | 3,9 |
| 8 | 2750 | 75 | 0 | 1,7 | 3,8 |
| 9 | 2750 | 55 | -5 | 0 | 3,8 |
| 10 | 2750 | 35 | -30 | -2 | 3,8 |
-
Aus den Erwartungs- (pErwartet) und Messwerten (p) werden die Minimal- und Maximalwerte ermittelt, um die die äußeren Grenzen der Druckklassen bildenden Zahlenwerte zu bestimmen. Weiterhin wird der Mittelwert M(pA) der Druckamplituden (pA) gebildet (M(pA) = 4,91 mbar) und damit gleichmäßig verteilte Klassen erstellt. Ausgehend vom Minimalwert (-30 mbar) ergeben sich somit sieben Klassen mit den entsprechend verteilten Werten. Der Mittelwert M(pA) der Druckamplituden (pA) bildet damit die Breite des Zahlenbereiches der jeweiligen Druckklasse.
-
Die nachfolgende Tabelle enthält nunmehr die Anzahl der in die jeweiligen Druckklassen einzuordnenden Mess- oder Erwartungswerte.
| Druckklasse | -30 | -25,09 | -20, 18 | -15,27 | -10,36 | -5,45 | -0,54 |
| [mbar] | -25,09 | -20,18 | -15, 27 | -10,36 | -5,45 | -0,54 | 4,37 |
| Anzahl Erwartungswerte | 1 | 0 | 3 | 1 | 1 | 3 | 1 |
| Anzahl Messwerte | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 6 | 4 |
| Quotient | 0 | - | 0 | 0 | 0 | 2 | 4 |
-
Entsprechend der Einordnung ist zu erkennen, dass sich Druckklassen bilden, welche eine deutliche Differenz der Anzahl der Erwartungswerte zur Anzahl der Messwerte aufweisen. Ein hinsichtlich des Betrages hoher Zahlenwert der genannten Differenz zwischen Mess- und Erwartungswert in der gleichen Druckklasse weist dabei auf ein fehlerhaftes System hin. Es kann weiterhin alternativ eine Auswertung der Relation der Anzahl der Messwerte zur Anzahl der Erwartungswerte über deren Quotienten gebildet werden. Der Quotient aus der Anzahl der Messwerte und der Anzahl der Erwartungswerte ist in der unteren Spalte der Tabelle eingetragen. Abweichungen vom idealen Verhältnis von 1 zeigen dabei Fehler der Kurbelgehäuseentlüftung auf. Insbesondere ist eine Verschiebung in den Druckklassen hin zu Druckklassen geringeren Unterdrucks kennzeichnend für eine Leckstelle. Eine entsprechende Bedatung von Grenzwerten, ab welchen ein fehlerhaftes System erkannt wird, kann durch Testergebnisse am Prüfstand oder im Fahrzeug erfolgen.