-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Defekts eines Entlüftungskanals, der in einer Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuse über einen Ölabscheider mit einem Saugrohr verbindet, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
-
Stand der Technik
-
Brennkraftmaschinen verfügen typischerweise über ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem, auch unter dem Begriff ‚Crankcase Ventilation System‘ oder ‚Positive Crankcase Ventilation‘ (PCV) bekannt. Die mit Motoröl vermischten, sog. „blow by“-Gase, die am Kolben eines Zylinders vorbei von einem Brennraum der Brennkraftmaschine in das Kurbelgehäuse strömen, werden zunächst über einen Ölabscheider geführt und danach an einer geeigneten Stelle dem Ansaugsystem bzw. einem Saugrohr der Brennkraftmaschine und somit der Verbrennung wieder zugeführt. Somit wird ein Entweichen in die Umwelt vermieden.
-
Ein Defekt des Kurbelgehäuseentlüftungssystems führt zum einen zum Entweichen schädlicher Kohlenwasserstoffe in die Umwelt und zum anderen zu einem veränderten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlauf.
-
Aus der
US 2011 / 0 016 957 A1 ist beispielsweise eine Möglichkeit bekannt, einen solchen Defekt zu erkennen, indem mittels Mikroschalter oder dergleichen erkannt wird, ob ein Entlüftungsschlauch, wie er typischerweise in einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem verwendet wird, ggf. nicht, nicht mehr oder nicht ordnungsgemäß an den relevanten Anschlussstellen angeschlossen ist. Damit kann zwar eine fehlende Anbindung eines solchen Entlüftungsschlauches erkannt werden, andere Defekte wie Löcher in dem Entlüftungsschlauch - die ebenso zum Entweichen von Kohlenwasserstoffen bzw. schädlichen Komponenten in die Umwelt führen - können allerdings nicht erkannt werden.
-
Aus der
DE 103 20 054 A1 ist beispielsweise eine Möglichkeit bekannt, einen solchen Defekt zu erkennen, indem eine Druckdifferenz, die über den Ölabscheider abfällt, erfasst wird. Die Druckdifferenz unterscheidet sich, je nachdem, ob ein Defekt beim Entlüftungskanal vorliegt oder nicht. Hierzu werden die ermittelten Druckdifferenzen gemittelt, um aussagekräftige Werte zu erhalten. Dies ist insbesondere deswegen nötig, da typische Sensoren ein gewisses Rauschen aufgrund hochfrequenter Druckänderungen oder elektromagnetischer Interferenzen aufweisen. Dies kann erst durch die Mittelwertbildung herausgefiltert werden.
-
Dies hat dann aber den Nachteil, dass schnelle Änderungen in der Druckdifferenz nicht erkannt werden können. Mit anderen Worten können etwaige Defekte bei Entlüftungskanal nicht besonders schnell erkannt werden. Außerdem gibt es Typen von Brennkraftmaschinen, bei denen dieses Vorgehen nicht funktioniert.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen eines Defekts eines Entlüftungskanals sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Erkennen eines Defekts eines Entlüftungskanals, der in einer Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuse über einen Ölabscheider mit einem Saugrohr verbindet. Bei einem solchen Entlüftungskanal handelt es sich typischerweise um einen Schlauch oder dergleichen. Es versteht sich, dass auch mehrere Kanalstücke verwendet werden können, beispielsweise zwischen Saugrohr und Ölabscheider und zwischen Ölabscheider und Kurbelgehäuse. Ebenso können Teile des Entlüftungskanals auch in andere Gehäuse oder Bauteile integriert oder als Rohr ausgebildet sein. Gerade bei Schläuchen besteht aber die Gefahr, dass ein Defekt auftritt, sei es durch Löcher, Abriss oder einfach eine fehlende bzw. vergessene Anbindung, beispielsweise nach einer Reparatur.
-
Der Entlüftungskanal ist dabei am Saugrohr zweckmäßigerweise nach einem Luftfilter und/oder vor einem Turbolader angeschlossen. Bei dem Verfahren wird dann ein Differenzsignal zwischen einem Druck in dem Entlüftungskanal auf einer dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite des Ölabscheiders und einem Druck in dem Entlüftungskanal auf einer dem Saugrohr zugewandten Seite des Ölabscheiders ermittelt. Hierzu kann ein Differenzdrucksensor mit zwei Eingängen verwendet werden, wobei einer der Eingänge dann auf der dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite des Ölabscheiders an dem Entlüftungskanal angeschlossen ist, der andere Eingang auf der dem Saugrohr zugewandten Seite des Ölabscheiders. Denkbar ist aber auch die Verwendung zweier Drucksensoren, deren Signale dann voneinander abgezogen werden. Das Abziehen der zwei Signale voneinander kann dabei analog oder digital erfolgen.
-
Es hat sich nun herausgestellt, dass das Differenzsignal, wenn kein Defekt des Entlüftungskanals vorliegt, wiederkehrende Pulse oder Spitzen mit zumindest einer gewissen Amplitude aufweist. Wenn hingegen ein Defekt vorliegt, treten diese Pulse nicht auf bzw. bleiben aus. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass ermittelt wird, ob in dem Differenzsignal wiederkehrende Pulse auftreten, deren Amplitude einen vorgegebenen Amplitudenschwellwert überschreitet, wobei bei Ausbleiben solcher Pulse auf einen Defekt des Entlüftungskanals, insbesondere auf der dem Saugrohr zugewandten Seite des Ölabscheiders, geschlossen wird. Vorzugsweise wird bei Auftreten solcher Pulse auf eine ordnungsgemäße Funktion (hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass kein Defekt vorliegt) des Entlüftungskanals, insbesondere auf der dem Saugrohr zugewandten Seite des Ölabscheiders, geschlossen. Es hat sich zudem herausgestellt, dass dies sowohl bei fehlender Anbindung des Entlüftungskanals - bzw. eines entsprechenden Schlauches - als auch bei einem Loch mit signifikanter Größe in dem Entlüftungskanal der Fall ist. Die Größe eines Lochs ist insbesondere dann signifikant, wenn es zu einem Verschwinden der Pulse kommt, beispielsweise wenn das Loch zu einem Druckausgleich mit der Atmosphäre führt und/oder wenn es einen Durchmesser aufweist, der mindestens dem Durchmesser des Entlüftungskanals entspricht.
-
Als Ursache für diesen Effekt wird angenommen, dass in einem Entlüftungssystem, das ordnungsgemäß funktioniert, Pulsationen im Ansaugsystem bzw. Saugrohr aufgrund der Ansaugung der Kurbelwellenabgase in Zylinder der Brennkraftmaschine, insbesondere verursacht durch Öffnen und Schließen der Einlassventile sowie der Bewegung der Kolben der Brennkraftmaschine sich auf den Druck in dem Entlüftungskanal auf der dem Saugrohr zugewandten Seite des Ölabscheiders auswirken, auf der anderen Seite hingegen nicht. Dort, d.h. auf der dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite des Ölabscheiders herrscht der Druck des Kurbelgehäuses, in dem keine signifikanten Pulsationen auftreten. Allerdings beeinflusst der durch den Ölabscheider verursachte Luftstrom den Gesamtdruck bzw. dessen Differenz. Bei einem Defekt im Entlüftungskanal haben die im Entlüftungssystem strömenden Gase, deren Fluss den Druck an den betreffenden Stellen, an denen gemessen wird, beeinflusst, die Möglichkeit zu entweichen, was einen teilweisen Ausgleich des Drucks im Entlüftungskanal zur Folge hat. Dies reduziert die Amplitude der Pulse selbst (und damit auch die Amplitude des gemessenen Signals) und hat das Ausbleiben der erwähnten wiederkehrenden Pulse zur Folge.
-
Eine Mittelung des Differenzsignals wie im Stand der Technik ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren nicht mehr nötig, sondern sogar nachteilig. Vielmehr kann das Differenzsignal durch geeignete Analyse ausgewertet werden, beispielsweise indem eine geeignete Metrik berechnet wird, die von der Frequenz und der Amplitude des Differenzsignals abhängt bzw. eine solche darstellt. Die konkrete Methode, um das Differenzsignal entsprechend auszuwerten, kann dabei auf geeignete Weise gewählt werden. Denkbar sind beispielsweise eine FourierTransformation, aber auch andere Vorgehensweisen, um Frequenz und Amplitude des Differenzsignals zu erhalten und mit einem Amplitudenschwellwert, ggf. auch einem Frequenzschwellwert, zu vergleichen, wie später noch näher erläutert.
-
Es hat sich herausgestellt, dass eine Unterscheidung, ob in dem Differenzsignal solche Pulse auftreten oder nicht, besonders gut möglich ist, wenn bzw. während ein Luftmassenstrom in dem Saugrohr einen vorgegebenen Luftmassenstromschwellwert und/oder während ein mittels eines Turboladers erzeugter Druck einen vorgebbaren Druckschwellwert überschreitet. Wie später anhand einer Figur noch näher erläutert wird, kann dann besonders gut zwischen den beiden Fällen unterschieden werden.
-
Insofern ist es besonders bevorzugt, wenn nur dann auf den Defekt in der Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen wird, wenn solche Pulse in dem Differenzsignal ausbleiben, während ein Luftmassenstrom in dem Saugrohr einen vorgegebenen Luftmassenstromschwellwert und/oder während ein mittels eines Turboladers erzeugter Druck einen vorgebbaren Druckschwellwert überschreitet, und/oder wenn nur dann auf eine ordnungsgemäße Funktion des Entlüftungskanals geschlossen wird, wenn solche Pulse in dem Differenzsignal auftreten, während ein Luftmassenstrom in dem Saugrohr einen vorgegebenen Luftmassenstromschwellwert und/oder während ein mittels eines Turboladers erzeugter Druck einen vorgebbaren Druckschwellwert überschreitet. Hierbei handelt es sich also um bestimmte Betriebspunkte oder Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine, in denen das vorgeschlagene Verfahren bevorzugt durchzuführen ist.
-
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
-
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch einen Teil einer Brennkraftmaschine, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
- 2 zeigt schematisch Verläufe eines Differenzsignals bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
- 3 zeigt schematisch eine Auswertung eines Differenzsignals bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
- 4 zeigt schematisch eine weitere mögliche Auswertung eines Differenzsignals.
- 5 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In 1 ist schematisch ein Teil einer Brennkraftmaschine 100 dargestellt, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Bei der Brennkraftmaschine 100 kann es sich beispielsweise um eine mittels (flüssigem) Erdgas (auch als LNG - Liquid Natural Gas bezeichnet) oder gasfömigem Erdgas (CNG) betriebene Brennkraftmaschine handeln. Ebenso sind aber auch andere Arten von Brennkraftmaschinen wie Dieselmotoren oder Benzinmotoren denkbar.
-
Die Brennkraftmaschine 100 weist typischerweise mehrere Zylinder auf, von denen beispielhaft einer dargestellt und mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet ist. Einem Brennraum des Zylinders 110 kann über ein Einlassventil von einem Saugrohr 120 Luft zugeführt werden. Das Saugrohr 120 ist dabei typischerweise Teil eines Ansaugsystems. Im Saugrohr 120 ist vorliegend nach einem Luftfilter 121 ein Luftmassensensor bzw. Luftmassenmesser 122 vorgesehen. Weiterhin sind ein Ladeluftkühler 123 und eine Drosselklappe 124 vorgesehen. Der Luftmassensensor bzw. Luftmassenmesser 122 kann, beispielsweise für Nutzfahrzeuge, aber auch an anderer Stelle, beispielsweise zwischen Ladeluftkühler 123 und eine Drosselklappe 124 vorgesehen sein.
-
Aus dem Brennraum bzw. dem Zylinder 110 über ein Auslassventil ausgestoßenes Abgas kann über ein Abgasrohr 130 abgeführt werden, wobei, wie gezeigt, ein Turbolader 140 vorgesehen sein kann, um über das Saugrohr 120 angesaugte Luft weiter zu verdichten. Außerdem kann ein Teil des Abgases auch über einen Kühler 131 und ein Ventil 132 im Sinne bzw. im Rahmen einer sog. Abgasrückführung wieder der Verbrennung zugeführt werden.
-
Dem Saugrohr 120 werden über einen Entlüftungskanal 160 Gase, insbesondere so genannte „blow by“-Gase, die an einem Kolben 111 des Zylinders 110 vorbei vom Brennraum in ein Kurbelgehäuse 112 des Zylinders 110 strömen, aus dem Kurbelgehäuse 112 zugeführt. Die aus dem Kurbelgehäuse 112 austretenden Gase werden über den Entlüftungskanal 160 zunächst einem Ölabscheider 150 zugeführt und dort von Motorölbestandteilen getrennt. Die so gereinigten Gase gelangen, beispielsweise über ein Entlüftungsventil 151 in das Saugrohr 120.
-
Weiterhin ist ein Differenzdrucksensor 155 vorgesehen, der mit einem Eingang an dem Entlüftungskanal 160 auf einer dem Kurbelgehäuse 112 zugewandten Seite des Ölabscheiders 150 und mit einem Eingang an dem Entlüftungskanal 160 auf einer dem Saugrohr 120 zugewandten Seite des Ölabscheiders 150 angebunden ist. Auf diese Weise kann ein über den Ölabscheider 150 abfallender Differenzdruck (bzw. ein zugehöriges Differenzsignal - oder Differenzdrucksignal) erfasst bzw. ermittelt werden. Dieses Signal kann dann einer als Motorsteuergerät ausgebildeten Recheneinheit 190 zugeführt werden.
-
In 2 sind schematisch Verläufe eines Differenzsignals bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu ist das Differenzsignal S jeweils als Spannung U über der Zeit t aufgetragen. Im oberen Diagramm ist dabei ein Differenzsignal zu sehen, bei dem ein Defekt in der Kurbelgehäuseentlüftung, beispielsweise auf der dem Saugrohr 120 zugewandten Seite des Ölabscheiders 150, auftritt, im unteren Diagramm hingegen ist ein Differenzsignal zu sehen, bei dem kein solcher Defekt auftritt. Ein vergleichbares Bild ergäbe sich, wenn das Signal als Druck über der Zeit aufgetragen würde.
-
Wie eingangs bereits erwähnt, zeigt das Differenzsignal für den Fall, dass kein Defekt des Entlüftungskanals vorliegt, wiederkehrende Pulse mit gewisser Amplitude. Im unteren Diagramm sind zwei dieser Pulse beispielhaft mit P bezeichnet. Im oberen Diagramm hingegen ist der Verlauf deutlich glatter, solche Pulse treten nicht auf.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann nun insbesondere ein bestimmter Amplitudenschwellwert vorgegeben werden, ab dem, wenn die Amplitude der Pulse diesen überschreiten, davon ausgegangen werden kann, dass kein Defekt vorliegt. Beispielhaft ist ein solcher Amplitudenschwellwert mit UA gezeigt. Denkbar ist auch, zusätzlich noch einen Schwellwert für eine Frequenz der Pulse vorzusehen.
-
In 3 ist schematisch eine Auswertung eines Differenzsignals bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu ist ein für in dem Differenzsignal vorhandene Pulse charakteristischer Wert A über einem Luftmassenstrom ṁ aufgetragen. Denkbar für einen solchen charakteristischen Wert ist beispielsweise die Amplitude, insbesondere nach einer Filterung des Differenzsignals oder dergleichen.
-
Mit Kreisen sind nun Messwerte, bei denen bekannt ist, dass kein Defekt des Entlüftungskanals vorliegt, gezeigt, mit Kreuzen hingegen sind Messwerte gezeigt, bei denen bekannt ist, dass ein Defekt vorliegt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass zumindest ab einem bestimmten Luftmassenstromschwellwert ṁS eine sehr deutliche Zuordnung getroffen werden kann, da die Kreise deutlich über einem Amplitudenschwellwert UA liegen, die Kreuze hingegen darunter, was bedeutet, dass damit anhand der Analyse des Differenzsignals eine sehr genaue Entscheidung getroffen werden kann, ob ein Defekt in der Kurbelgehäuseentlüftung vorliegt oder nicht.
-
In 4 ist schematisch eine weitere mögliche Auswertung eines Differenzsignals dargestellt. Im Vergleich zur 3 ist hierbei die Amplitude als ein für in dem Differenzsignal vorhandene Pulse charakteristischer Wert A über einem durch den Turbolader erzeugten Druck p aufgetragen. Eine Unterscheidung zwischen Vorliegen (Kreuze) und Nicht-Vorliegen (Kreise) eines Defekts in der Kurbelgehäuseentlüftung ist hier weniger deutlich, kann, zumindest ab einem gewissen Druck, aber dennoch als Kriterium herangezogen werden, um zu entscheiden, ob ein Defekt vorliegt oder nicht.
-
In 5 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Wie schon erwähnt, kann das ermittelte Differenzsignal S analysiert werden, um herauszufinden, ob wiederkehrende Pulse auftreten, deren Amplitude einen vorgegebenen Amplitudenschwellwert überschreiten.
-
Hierzu kann in einem Schritt 500 das Differenzsignal S zunächst verarbeitet bzw. aufbereitet werden. Ein Ergebnis des Schritts 500 ist dabei insbesondere proportional zur Frequenz und Amplitude des Differenzsignals.
-
Eine mögliche konkrete, nähere Ausgestaltung dieses Schritts 500 umfasst beispielsweise in einem Schritt 501 zunächst eine Hochpassfilterung, wodurch ein DC-Offset des Differenzsignals entfernt wird, sodass das Signal um Null herum zentriert ist. Die Grenzfrequenz sollte dabei derart gewählt werden, dass zwar der DC-Offset entfernt wird, hohe Frequenzanteile - wegen der wiederkehrenden Pulse - aber erhalten bleiben.
-
Da nur der Betrag der Amplitude relevant ist und das Signal um Null zentriert ist, kann in einem Schritt 502 der Betrag des Signals gebildet werden. Alternativ ist auch eine Quadratur denkbar.
-
In einem Schritt 503 kann dann beispielsweise eine Tiefpassfilterung vorgenommen werden, sodass ein mittlerer (glatter) Wert des Signals gebildet wird. Die Grenzfrequenz sollte hier derart gewählt werden, dass das resultierende Signal zwischen zwei Pulsen nicht signifikant abfällt. Auch sollte keine zu große Verzögerung eingebracht werden.
-
Das mit dem Schritt 500 erhaltene, angepasste bzw. gefilterte Signal kann dann in einem Schritt 510 einem Vergleich mit einem Schwellwert, insbesondere einem Amplitudenschwellwert, unterzogen werden, um zu entscheiden, ob von einem Defekt auszugehen ist oder nicht.
-
Hierzu können zunächst einer oder mehrere Betriebsparameter B der Brennkraftmaschine wie der Luftmassenstrom ermittelt werden. In einem Schritt 520 können dann anhand eines Kennfeldes oder dergleichen entsprechende Schwellwerte ausgewählt werden, mit denen das Signal bzw. die davon erhaltenen Werte für Amplitude und ggf. Frequenz der Pulse verglichen werden.
-
In einem Schritt 530 schließlich kann dann, basierend auf dem Vergleich in Schritt 520, entschieden werden, ob ein Defekt vorliegt oder nicht. Wie bei anderen Fehlern auch üblich, kann dann auch ein Fehlerspeichereintrag erfolgen und/oder eine Indikatorlampe kann angesteuert werden.
-
Alternativ zu der oben beschriebenen Konkretisierung des Schritts 500 zur Analyse des Differenzsignals kann auch eine Analyse hinsichtlich minimaler und maximaler Werte des (ungefilterten) Signals bzw. von dessen einzelnen Messwerten innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfolgen. Die Differenz von minimalem und maximalem Wert kann dann als Amplitude der Pulse verwendet werden.
-
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
-
- US 20110016957 A1 [0004]
- DE 10320054 A1 [0005]
