EP4444998B1 - Verfahren zum überwachen der entlüftung eines kurbelgehäuses einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum überwachen der entlüftung eines kurbelgehäuses einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine

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EP4444998B1
EP4444998B1 EP22822942.3A EP22822942A EP4444998B1 EP 4444998 B1 EP4444998 B1 EP 4444998B1 EP 22822942 A EP22822942 A EP 22822942A EP 4444998 B1 EP4444998 B1 EP 4444998B1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
nitrogen oxide
crankcase
ventilation
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Paul Rodatz
Gerhard Haft
Michael Nienhoff
Fabian Fink
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/08—Engine blow-by from crankcase chamber

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring the ventilation of a crankcase of an internal combustion engine and to an internal combustion engine, in particular to an internal combustion engine with crankcase ventilation.
  • blowby gases In combustion engines, so-called blowby gases always occur in the crankcase. Since the crankcase is a closed space, the pressure would steadily increase without ventilation. To prevent this, the blowby gases, which contain combustion products and unburned hydrocarbons, can be selectively vented from the crankcase.
  • the ideal relative crankcase pressure is in the slightly negative range, around -2 mbar, since under these conditions the engine is not prone to "sweating out” lubricating oil. If the negative pressure is significantly higher (the value is engine-specific and depends on the design of the sealing systems), there is a risk that air contaminated with dirt particles will be drawn in through the shaft seals and gaskets on the crankcase. This would lead to increased wear on internal components. During ventilation, oil droplets generated by rotating components are inevitably entrained from the crankcase.
  • the ventilation line can become clogged, torn, or the connection to the intake tract may be missing. This restricts ventilation and allows pollutants from the crankcase to escape into the environment. Therefore, proper functioning of the crankcase ventilation system should be monitored.
  • the present invention is essentially based on the object of determining and checking the proper functionality of a crankcase ventilation system of an internal combustion engine in a simple and cost-effective manner.
  • the present invention is essentially based on the idea that during predetermined operating modes, during which no combustion of an air-fuel mixture takes place in the combustion chambers of the internal combustion engine, the crankcase ventilation is controlled by means of a valve in the exhaust tract of the The nitrogen oxide sensor provided in the internal combustion engine is to be monitored.
  • the exhaust gases trapped in the crankcase return to the combustion chambers and thus the exhaust tract via the ventilation line and/or as so-called blowby exhaust gases, and can thus be detected by the nitrogen oxide sensor arranged in the exhaust tract.
  • the nitrogen oxide sensor which is already arranged and present in the exhaust tract, indicates a nitrogen oxide content that lies above a predetermined threshold value during the predetermined operating modes of the internal combustion engine, it can be concluded that the crankcase ventilation is functioning properly, since the ventilation path from the crankcase into the combustion chambers and thus into the exhaust tract is free and unblocked.
  • the exhaust gas sensor indicates an exhaust gas content that lies below the predetermined threshold value during these predetermined operating modes of the internal combustion engine, it can be concluded that the crankcase ventilation is not functioning properly. In particular, it can then be determined that the ventilation path from the crankcase into the exhaust tract is at least partially blocked or clogged.
  • a method for monitoring the ventilation of a crankcase of an internal combustion engine which has a nitrogen oxide sensor arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine, which is designed to detect the nitrogen oxide content in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention comprises determining a predetermined operating mode of the internal combustion engine during which substantially no combustion of an air-fuel mixture takes place in a combustion chamber, determining a nitrogen oxide content in the exhaust gas of the internal combustion engine during the predetermined operating mode of the internal combustion engine by means of the nitrogen oxide sensor, determining a functional ventilation of the crankcase if the nitrogen oxide value determined during the predetermined operating mode of the internal combustion engine exceeds a predetermined nitrogen oxide threshold value, and determining a malfunctioning ventilation of the crankcase if the nitrogen oxide value determined during the the nitrogen oxide value determined in the predetermined operating mode of the internal combustion engine falls below the predetermined nitrogen oxide threshold value.
  • crankcase ventilation is functioning properly if a significant amount of nitrogen oxide continues to be detected at the position of the exhaust gas sensor. Furthermore, if the nitrogen oxide value determined during the predetermined operating mode of the internal combustion engine falls below the predetermined nitrogen oxide threshold value, it can be stated that the crankcase ventilation is at least partially or partially clogged or blocked, and consequently, crankcase ventilation can no longer function properly.
  • the nitrogen oxide value is determined after a predetermined period of time has elapsed after the predetermined operating mode of the internal combustion engine has been determined. This can ensure, for example, that the exhaust gases generated during the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chambers have been completely expelled from the combustion chambers and have already flowed past the nitrogen oxide sensor, so that during the predetermined operating mode, the exhaust gas measured by the nitrogen oxide sensor must originate from the crankcase.
  • the predetermined period of time is preferably approximately 5 seconds, preferably approximately 3 seconds.
  • the nitrogen oxide value may be determined only when an air mass integral in the exhaust tract exceeds a predetermined air mass integral threshold value.
  • the time until the nitrogen oxide sensor can measure the exhaust gases originating from the crankcase depends on the mass flow rate and the volume of the exhaust tract. Consequently, in such an alternative embodiment, it is advantageous to determine the nitrogen oxide value only when the air mass integral in the exhaust tract exceeds the predetermined air mass integral threshold value.
  • the nitrogen oxide sensor needs a certain amount of time to adjust to the nitrogen oxide measurement value.
  • the predetermined operating mode of the internal combustion engine includes an overrun fuel cut-off phase of the internal combustion engine.
  • This is preferably an overrun fuel cut-off phase that directly follows high-load operation of the internal combustion engine.
  • the amount of nitrogen oxide, i.e., the amount of so-called blowby gas, in the crankcase increases with the higher the load of the internal combustion engine. Accordingly, it may be advantageous to diagnose the crankcase ventilation during an overrun fuel cut-off phase that directly follows high-load operation of the internal combustion engine.
  • the method preferably further comprises issuing a warning to the operator of the internal combustion engine if a malfunctioning crankcase ventilation system has been detected.
  • an internal combustion engine which comprises at least one combustion chamber formed by a piston (??) reciprocatingly moving within a cylinder, a crankcase in which the piston is at least partially arranged and which is at least partially fluidly connected to the combustion chamber via a gap between the piston and the cylinder, an exhaust tract which is fluidly connected to the at least one combustion chamber, a nitrogen oxide sensor arranged in the exhaust tract, which is designed to detect the nitrogen oxide content in the exhaust gas of the internal combustion engine, and a Control unit which is designed to carry out a method according to the invention for monitoring the ventilation of the crankcase.
  • the internal combustion engine further comprises a catalyst arranged downstream of the nitrogen oxide sensor for aftertreating the exhaust gas.
  • the internal combustion engine further comprises an intake pipe which is fluidly connected to the at least one combustion chamber and is designed to supply air to the at least one combustion chamber for the combustion of an air-fuel mixture, and a vent line which fluidly connects the crankcase to the intake pipe.
  • the Fig. 1 shows a schematic view of an internal combustion engine 100 of a vehicle.
  • the internal combustion engine 100 has an intake manifold (or air intake line) 102 and combustion chambers 110 connected thereto (in the Fig. 1 only one of the four combustion chambers 110 is provided with a reference symbol).
  • Intake air can enter the combustion chambers 110 via the intake pipe 102, where the intake air can be mixed with fuel and burned in a known manner.
  • the direction of flow of the intake air is indicated by arrow 104.
  • the combustion chambers 110 are formed in particular by cylinders 112 and pistons 114 reciprocating therein, whereby the volume of the combustion chambers 110 varies over time.
  • the pistons 114 are at least partially arranged in a crankcase 120 and mechanically coupled to a crankshaft 122 arranged therein, which is known from the prior art.
  • the nitrogen oxide sensor 140 is designed to determine the nitrogen oxide content in the exhaust gas at the position downstream of the combustion chambers 110.
  • a control unit 160 is in communication with the nitrogen oxide sensor 140 and is designed to receive the nitrogen oxide values detected by the nitrogen oxide sensor 140 and to at least partially control the operation of the internal combustion engine 100.
  • a vent line 124 is provided, which fluidically connects the crankcase 120 to the intake manifold 102.
  • a control valve 126 is provided in the vent line 124, with which the ventilation of the crankcase 120 into the intake manifold 102 can be controlled.
  • the control valve 126 is preferably a pressure control valve, which can automatically control or regulate the pressure within the crankcase 120. Additionally or alternatively, the pressure in the crankcase 120 can be controlled by means of a mechanical control valve (in the Fig. 1 not shown) in the intake manifold 102.
  • the exhaust gases collected in the crankcase 120 can be fed to the combustion chambers 110 and thus also to the exhaust tract 130 for later working cycles, where they can be aftertreated by the catalyst device 150.
  • the blowby gases are introduced into the intake manifold 102 via the vent line 124.
  • the negative pressure in the intake manifold 124 also creates a negative pressure in the crankcase 120 under most operating conditions of the internal combustion engine 100.
  • the introduction can occur upstream of the turbocharger. The exhaust gases from the crankcase 120 are thus also drawn in.
  • Fig. 2 The procedure of Fig. 2 The method starts at step 200 and then proceeds to step 210, where it is determined whether the internal combustion engine 100 is in a predetermined operating mode during which no combustion of an air-fuel mixture takes place within the combustion chambers 110.
  • a predetermined operating mode may be in the form of an overrun fuel cut-off phase of the internal combustion engine 100.
  • the method remains at step 210 until a predetermined operating mode is determined.
  • step 210 If a predetermined operating mode of the internal combustion engine 100 is determined in step 210, the method proceeds to step 220, where a nitrogen oxide value is determined using the nitrogen oxide sensor 140.
  • step 230 it is determined whether the nitrogen oxide value determined in step 220 exceeds a predetermined nitrogen oxide threshold value, such as 50 ppm.
  • a predetermined period of time of approximately 3 seconds, preferably approximately 1 second, can be waited before step 220 is carried out. This ensures that at the time of the nitrogen oxide measurement, the exhaust gases generated due to the combustion that previously took place in the combustion chambers 110 have already flowed past the nitrogen oxide sensor 140. Consequently, the exhaust gas measured in step 220 should be the exhaust gas vented from the crankcase 120.
  • step 230 If it is determined in step 230 that the nitrogen oxide value determined in step 220 exceeds the predetermined nitrogen oxide threshold, the method proceeds to step 240, where a properly functioning crankcase ventilation is diagnosed before the method ends in step 260.
  • exceeding the predetermined nitrogen oxide threshold can be interpreted such that the exhaust gases trapped in the crankcase 120 are vented either via the ventilation line 124 or past the pistons 114 (ie along the arrow 108 in the Fig. 1 ) into the combustion chambers 110 and thus into the exhaust tract 130.
  • these two vent paths are essentially unblocked and essentially free.
  • step 230 determines whether the nitrogen oxide value determined in step 220 does not exceed, ie falls below, the predetermined nitrogen oxide threshold value.
  • the method proceeds to step 250, where an improperly functioning or malfunctioning crankcase ventilation is diagnosed before the method ends again in step 260.
  • falling below the predetermined nitrogen oxide threshold value can be interpreted to mean that the Crankcase 120 does not flow as desired via the vent line 124 or past the pistons 114 (ie along the arrow 108 in the Fig. 1 ) into the combustion chambers 110 and thus into the exhaust tract 130.
  • at least one of these two venting paths is at least partially blocked or clogged, for example by soot particles, a defective oil separator, a crushed line, or a clogged intake air filter.
  • the method according to the invention can therefore be used to monitor whether one of the above-mentioned ventilation paths leading from the crankcase 120 into the exhaust tract 130 is substantially clear or at least partially blocked.
  • This monitoring can be carried out in a simple manner according to the invention using the nitrogen oxide sensor 140, which is already arranged in the exhaust tract 130.

Landscapes

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  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseentlüftung.
  • Bei (Kolben)Brennkraftmaschinen mit geschlossenem Kurbelgehäuse entstehen nicht nur in den Arbeitsräumen, sondern auch unterhalb der Kolben Abweichungen vom atmosphärischen Druck. Diese sind einerseits begründet durch die von den laufenden Kolben bedingte Volumen-Veränderungen und andererseits von den sich im Kurbelgehäuse ansammelnden Gasen aus dem Arbeitsprozess.
  • Bei Verbrennungsmotoren treten im Kurbelgehäuse grundsätzlich sogenannte Blowby-Gase auf. Da das Kurbelgehäuse einen geschlossenen Raum bildet, würde sich ohne Entlüftung der Druck stetig erhöhen. Um das zu vermeiden, können die Blowby-Gase, welche Verbrennungsprodukte und unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, aus dem Kurbelgehäuse gezielt abgeführt werden. Der ideale relative Kurbelraumdruck liegt im leicht negativen Bereich um ungefähr - 2 mbar, da unter diesen Bedingungen der Motor nicht zum "Ausschwitzen" von Schmieröl neigt. Ist der Unterdruck deutlich größer (der Wert ist motorspezifisch und abhängig von der Auslegung der Dichtverbunde), besteht die Gefahr, dass über die Wellendichtringe und Dichtungen am Kurbelgehäuse mit Schmutzpartikeln versetzte Luft angesaugt wird. Das würde zu erhöhtem Verschleiß an innenliegenden Bauteilen führen. Beim Entlüften werden zwangsläufig auch Öltröpfchen, die durch drehende Bauteile erzeugt werden, aus dem Kurbelgehäuse mitgerissen.
  • Während dem Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere während Schubabschaltungsphasen der Brennkraftmaschine, können durch einen hohen Druck im Ansaugrohr die im Kurbelgehäuse eingefangenen Gase zumindest teilweise auch wieder an den Kolben vorbei in die Verbrennungskammern und somit in den Abgastrakt gelangen.
  • Die Entlüftungsleitung kann verstopfen, abreißen oder die Anbindung an den Ansaugtrakt kann fehlen. Dadurch ist die Entlüftung eingeschränkt und Schadstoffe aus dem Kurbelgehäuse können in die Umwelt gelangen. Daher sollte die ordnungsgemäße Funktionsweise der Kurbelgehäuseentlüftung überwacht werden.
  • Die DE 10 2014 218 971 A1 beschreibt ein Verfahren und Systeme für die Feuchtigkeits- und Kurbelgehäuseentlüftungsdetektion mittels einem Abgassensor. Dabei kann während ausgewählter Bedingungen ohne Kraftstoffbeaufschlagung der Brennkraftmaschine der Abgassensor (wie z.B. eine lineare Lambda-Sonde, ein HC- oder CO-Sensor oder ein NOx-Sensor) für die Feuchtigkeitsschätzung und/oder die Schätzung der Kurbelgehäuseentlüftung (Kurbelgehäuseentlüftungs-Kohlenwasserstoffe (PCV-Kohlen-wasserstoffe)) verwendet werden.
  • Weiteren Stand der Technik bilden die US 11 047 329 B2 , JP 2009/174334 A , JP 2006/183641 A und US 9 127 578 B2 .
  • Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, die ordnungsgemäße Funktionstüchtigkeit einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine auf einfache und kostengünstige Weise zu ermitteln und zu überprüfen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 und einer Brennkraftmaschine gemäß unabhängigem Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche angegeben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, dass während vorbestimmter Betriebsmodi, während denen keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine erfolgt, die Kurbelgehäuseentlüftung mittels eines im Abgastrakt der Brennkraftmaschine vorgesehenen Stickoxidsensors zu überwachen. Insbesondere kommt es während der erwähnten vorbestimmten Betriebsmodi dazu, dass die im Kurbelgehäuse eingefangenen Abgase über die Entlüftungsleitung und/oder als sogenannte Blowby-Abgase wieder in die Verbrennungskammern und somit Abgastrakt gelangen und somit von dem im Abgastrakt angeordneten Stickoxidsensor erfasst werden können. Wenn der im Abgastrakt ohnehin angeordnete und vorhandene Stickoxidsensor während der vorbestimmten Betriebsmodi der Brennkraftmaschine einen Stickoxidgehalt anzeigt, der oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, kann auf eine ordnungsgemäße und funktionstüchtige Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen werden, da der Entlüftungsweg aus dem Kurbelgehäuse in die Verbrennungsräume und somit in den Abgastrakt frei und unblockiert ist. Wenn jedoch der Abgassensor einen Abgasgehalt während dieser vorbestimmten Betriebsmodi der Brennkraftmaschine anzeigt, der unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts liegt, kann auf eine nicht ordnungsgemäß funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen werden. Insbesondere kann dann festgestellt werden, dass der Entlüftungspfad aus dem Kurbelgehäuse in den Abgastrakt zumindest teilweise blockiert bzw. verstopft ist.
  • Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine offenbart, die einen in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxidsensor aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei ein Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Verbrennungskammer stattfindet, ein Ermitteln eines Stickoxidgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine mittels des Stickoxidsensors, ein Ermitteln einer funktionstüchtigen Entlüftung des Kurbelgehäuses, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelte Stickoxidwert einen vorbestimmten Stickoxidschwellenwert überschreitet, und ein Ermitteln einer fehlfunktionierenden Entlüftung des Kurbelgehäuses auf, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert unterschreitet.
  • Erfindungsgemäß ist folglich vorgesehen, dass während dem vorbestimmten Betriebsmodus, wie beispielsweise einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine, auf eine funktionstüchtige Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen werden kann, wenn weiterhin eine signifikante Stickoxidmenge an der Position des Abgassensors erfasst wird. Zudem kann ausgesagt werden, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert unterschreitet, dass die Kurbelgehäuseentlüftung zumindest teilweise oder abschnittsweise verstopft bzw. blockiert ist und folglich die Kurbelgehäuseentlüftung nicht mehr ordnungsgemäß erfolgen kann.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ermitteln des Stickoxidwerts nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, nachdem der vorbestimmte Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelt wurde. Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die während der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in den Verbrennungskammern erzeugten Abgase vollständig aus den Verbrennungskammern ausgestoßen worden sind und am Stickoxidsensor bereits vorbeigeströmt sind, so dass während des vorbestimmten Betriebsmodus das vom Stickoxidsensor vermessene Abgas aus dem Kurbelgehäuse stammen muss. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 5 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 3 Sekunden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann es bevorzugt sein, dass das Ermitteln des Stickoxidwerts erst dann erfolgt, wenn ein Luftmassenintegral im Abgastrakt einen vorbestimmten Luftmassenintegralschwellenwert überschreitet. Insbesondere ist die Zeit, bis der Stickoxidsensor die aus dem Kurbelgehäuse stammenden Abgase vermessen kann, vom Massendurchsatz und vom Volumen des Abgastrakts abhängig. Folglich ist es in einer solchen alternativen Ausgestaltung vorteilhaft, den Stickoxidwert erst dann zu ermitteln, wenn das Luftmassenintegral im Abgastrakt den vorbestimmten Luftmassenintegralschwellenwert überschreitet. Ferner Außerdem benötigt der Stickoxidsensor eine gewisse Zeit sich den Stickoxidmesswert einzuschwingen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der vorbestimmte Betriebsmodus der Brennkraftmaschine eine Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine auf. Bevorzugt handelt es sich um eine Schubabschaltungsphase, die zeitlich direkt auf einen Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine folgt. Insbesondere ist Stickoxidmenge, d. h. die Menge des sogenannten Blowby-Gases, im Kurbelgehäuse umso größer, je höher die Last der Brennkraftmaschine ist. Entsprechend kann es voreilhaft sein, die Kurbelgehäuseentlüftung während einer Schubabschaltungsphase zu diagnostizieren, die zeitlich direkt auf einen Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine folgt.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ferner ein Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine, wenn eine fehlfunktionierende Entlüftung des Kurbelgehäuses ermittelt wurde. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der vorbestimmte Stickoxidschwellenwert zwischen ungefähr 5 ppm [ppm = parts per million] und ungefähr 20 ppm. Vorzugsweise kann der vorbestimmte Stickoxidschwellenwert in Abhängigkeit der vorherigen Last der Brennkraftmaschine ausgewählt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine offenbart, die zumindest eine Verbrennungskammer, die durch einen sich innerhalb eines Zylinders reziprok hin- und herbewegenden Kolbens (??) gebildet wird, einem Kurbelgehäuse, in dem der Kolben zumindest teilweise angeordnet ist und das mit der Verbrennungskammer über einen Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder zumindest teilweise fluidverbunden ist, einem Abgastrakt, der mit der zumindest einen Verbrennungskammer fluidverbunden ist, einem im Abgastrakt angeordneten Stickoxidsensor, der dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen, und eine Steuerungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen der Entlüftung des Kurbelgehäuses durchzuführen.
  • Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine ferner einen stromabwärts des Stickoxidsensors angeordneten Katalysator zur Nachbehandlung des Abgases.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Brennkraftmaschine ferner einem Ansaugrohr, das mit der zumindest einen Verbrennungskammer fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, der zumindest einen Verbrennungskammer Luft für die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zuzuführen, und eine Entlüftungsleitung auf, die das Kurbelgehäuse mit dem Ansaugrohr fluidverbindet.
  • Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs zeigt, und
    Fig. 2
    ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Entlüftung des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine der Fig. 1 zeigt.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 100 eines Fahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 100 weist ein Ansaugrohr (bzw. Lufteinlassleitung) 102 und damit verbundene Verbrennungsräume 110 (in der Fig. 1 nur einer der vier Verbrennungsräume 110 mit Bezugszeichen versehen) auf. Über das Ansaugrohr 102 kann Ansaugluft in die Verbrennungsräume 110 gelangen, wo die Ansaugluft in bekannter Weise mit Kraftstoff vermischt und verbrannt werden kann. Die Strömungsrichtung der Ansaugluft ist mit dem Pfeil 104 gekennzeichnet.
  • Die Verbrennungsräume 110 werden insbesondere durch Zylinder 112 und sich darin reziprok hin und herbewegende Kolben 114 gebildet, wodurch das Volumen der Verbrennungsräume 110 zeitlich veränderlich ist. Die Kolben 114 sind zumindest teilweise in einem Kurbelgehäuse 120 angeordnet und mit einer darin angeordneten Kurbelwelle 122 mechanisch gekoppelt, was aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Die Verbrennungsräume 110 sind mit einem Abgastrakt 130 fluidverbunden, über den die Abgase, die aufgrund der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in den Verbrennungsräumen 110 erzeugt werden, nach einer Nachbehandlung in die Umwelt ausgestoßen werden können. Der Abgastrakt 130 beschreibt dabei lediglich den Abschnitt der Brennkraftmaschine 100, der ausschließlich zum Ausstoßen der Abgase ausgebildet ist.
  • Im Abgastrakt 130 angeordnet befindet sich ein Stickoxidsensor 140 und ein stromabwärts des Stickoxidsensors 140 angeordneter Katalysator 150, der zum Nachbehandeln der Abgase ausgebildet ist. Der Stickoxidsensor 140 ist dazu ausgebildet, den Stickoxidgehalt im Abgas an der Position stromabwärts der Verbrennungsräume 110 zu ermitteln. Eine Steuerungseinheit 160 ist mit dem Stickoxidsensor 140 in Kommunikationsverbindung und dazu ausgebildet, die vom Stickoxidsensor 140 erfassten Stickoxidwerte zu empfangen und den Betrieb der Brennkraftmaschine 100 zumindest teilweise zu steuern.
  • Während dem Betrieb der Brennkraftmaschine 100 entstehen nicht nur in den Verbrennungsräumen 110, sondern auch unterhalb der Kolben 114 Abweichungen vom atmosphärischen Druck. Diese sind einerseits begründet durch die von den laufenden Kolben 114 bedingte Volumen-Veränderungen und andererseits von den sich im Kurbelgehäuse 120 ansammelnden Abgasen aus dem Arbeitsprozess. Insbesondere können Abgase aus den Verbrennungsräumen 110 durch einen Spalt zwischen Zylinder 112 und Kolben 114 in das Kurbelgehäuse 120 gelangen, das in der Fig. 1 mit einem Pfeil 106 angedeutet ist.
  • Um diese sogenannten Blowby-Gase nicht unbehandelt in die Atmosphäre auszustoßen, ist eine Entlüftungsleitung 124 vorgesehen, die das Kurbelgehäuse 120 mit dem Ansaugrohr 102 fluidverbindet. In der Entlüftungsleitung 124 ist ein Steuerungsventil 126 vorgesehen, mit dem die Entlüftung des Kurbelgehäuses 120 in das Ansaugrohr 102 gesteuert werden kann. Das Steuerungsventil 126 ist vorzugsweise ein Druckregelventil, das den Druck innerhalb des Kurbelgehäuses 120 automatisch steuern bzw. regeln kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Druck im Kurbelgehäuse 120 mit Hilfe eines mechanischen Regulierventils (in der Fig. 1 nicht gezeigt) im Ansaugrohr 102 eingestellt werden. Insbesondere können die im Kurbelgehäuse 120 gesammelten Abgase zu späteren Arbeitszyklen den Verbrennungsräumen 110 und somit auch dem Abgastrakt 130 zugeführt werden, wo diese mittels der Katalysatorvorrichtung 150 nachbehandelt werden können.
  • Gemäß dem im Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Blowby-Gase über die Entlüftungsleitung 124 in das Ansaugrohr 102 eingeleitet. Durch den Unterdruck im Ansaugrohr 124 entsteht auch im Kurbelgehäuse 120 in den meisten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 100 ein Unterdruck. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen 100 kann die Einleitung vor dem Turbolader erfolgen. Die Abgase aus dem Kurbelgehäuse 120 werden dadurch mit angesaugt.
  • Unter zusätzlichem Verweis auf die Fig. 2 wird im Folgenden eine beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Kurbelgehäuseentlüftung der Brennkraftmaschine 100 der Fig. 1 beschrieben.
  • Das Verfahren der Fig. 2 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem ermittelt wird, ob sich die Brennkraftmaschine 100 in einem vorbestimmten Betriebsmodus befindet, während dem keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern 110 stattfindet. Beispielsweise kann ein vorbestimmter Betriebsmodus in Form einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine 100 vorliegen. Das Verfahren verbleibt solange beim Schritt 210, bis ein vorbestimmter Betriebsmodus ermittelt wird.
  • Wird beim Schritt 210 ein vorbestimmter Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 100 ermittelt, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, an dem mittels des Stickoxidsensors 140 ein Stickoxidwert ermittelt wird. An einem darauffolgenden Schritt 230 wird ermittelt, ob der beim Schritt 220 ermittelte Stickoxidwert einen vorbestimmten Stickoxidschwellenwert, wie beispielsweise 50 ppm, überschreitet. Vorzugsweise kann nach dem Ermitteln des vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 100 eine vorbestimmte Zeitdauer von ungefähr 3 Sekunden, bevorzugt ungefähr 1 Sekunde abgewartet werden, bis der Schritt 220 durchgeführt wird. Damit kann sichergestellt werden, dass zum Zeitpunkt der Stickoxidmessung die aufgrund der zuvor in den Verbrennungskammern 110 stattgefundene Verbrennung erzeugten Abgase bereits am Stickoxidsensor 140 vorbeigeströmt sind. Folglich sollte es sich bei dem am Schritt 220 vermessende Abgas um das aus dem Kurbelgehäuse 120 entlüftete Abgas handeln.
  • Wird beim Schritt 230 ermittelt, dass der beim Schritt 220 ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 240, an dem eine ordnungsgemäß funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert wird, bevor das Verfahren beim Schritt 260 endet. Insbesondere kann ein Überschreiten des vorbestimmten Stickoxidschwellenwerts dahingehend ausgelegt werden, dass die im Kurbelgehäuse 120 eingefangenen Abgase entweder über die Entlüftungsleitung 124 oder an den Kolben 114 vorbei (d.h. entlang des Pfeils 108 in der Fig. 1) in die Verbrennungsräume 110 und somit in den Abgastrakt 130 strömen können. Somit sind diese beiden Entlüftungspfade im Wesentlichen unblockiert und im Wesentlichen frei.
  • Wird beim Schritt 230 aber ermittelt, dass der beim Schritt 220 ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert nicht überschreitet, d.h. unterschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 250, an dem eine nicht ordnungsgemäß funktionierende bzw. fehlfunktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert wird, bevor das Verfahren wiederum beim Schritt 260 endet. Insbesondere kann ein Unterschreiten des vorbestimmten Stickoxidschwellenwerts dahingehend ausgelegt werden, dass die im Kurbelgehäuse 120 eingefangenen Abgase nicht wie gewünscht über die Entlüftungsleitung 124 oder an den Kolben 114 vorbei (d.h. entlang des Pfeils 108 in der Fig. 1) in die Verbrennungsräume 110 und somit in den Abgastrakt 130 strömen können. Somit ist zumindest einer dieser beiden Entlüftungspfade zumindest teilweise blockiert bzw. verstopft, beispielsweise durch Rußpartikel, defekter Ölabscheider, gequetschte Leitung oder ein verstopfter Ansaugluftfilter.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann folglich überwacht werden, ob einer der oben genannten Entlüftungspfade, die aus dem Kurbelgehäuse 120 in den Abgastrakt 130 führen, im Wesentlichen frei oder zumindest teilweise blockiert ist. Diese Überwachung kann erfindungsgemäße auf einfache Weise mit dem ohnehin im Abgastrakt 130 angeordneten Stickoxidsensor 140 erfolgen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses (120) einer Brennkraftmaschine (100), die Verbrennungskammern (110) und einen in einem Abgastrakt (130) der Brennkraftmaschine (100) angeordneten Stickoxidsensor (140) aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine (100) zu erfassen, wobei das Verfahren umfasst:
    - Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100), während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern (110) stattfindet,
    - Ermitteln eines Stickoxidgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine (100) während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100) mittels des Abgassensors (140),
    - Ermitteln einer funktionstüchtigen Entlüftung des Kurbelgehäuses (120), wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100) ermittelte Stickoxidwert einen vorbestimmten Stickoxidschwellenwert überschreitet und
    - Ermitteln einer fehlfunktionierenden Entlüftung des Kurbelgehäuses (120), wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100) ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des Stickoxidwerts nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer erfolgt, nachdem der vorbestimmte Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelt wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 5 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 3 Sekunden, beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100) eine Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine (100) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
    - Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine (100), wenn eine fehlfunktionierende Entlüftung des Kurbelgehäuses (120) ermittelt wurde.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Stickoxidschwellenwert zwischen ungefähr 5 ppm und ungefähr 20 ppm liegt.
  7. Brennkraftmaschine (100), mit:
    - zumindest einer Verbrennungskammer (110), die durch einen sich innerhalb eines Zylinders (112) reziprok hin- und herbewegenden Kolbens (114) gebildet wird,
    - einem Kurbelgehäuse (120), in dem der Kolben (114) zumindest teilweise angeordnet ist und das mit der Verbrennungskammer (110) über einen Spalt zwischen dem Kolben (114) und dem Zylinder (112) zumindest teilweise fluidverbunden ist,
    - einem Abgastrakt (130), der mit der zumindest einen Verbrennungskammer (110) fluidverbunden ist,
    - einem im Abgastrakt (130) angeordneten Stickoxidsensor (140), der dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine (100) zu erfassen, und
    - einer Steuerungseinheit (160), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Überwachen der Entlüftung des Kurbelgehäuses (120) durchzuführen.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, ferner mit:
    - einem stromabwärts des Stickoxidsensors (140) angeordneten Katalysators (150).
  9. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 7 und 8, ferner mit:
    - einem Ansaugrohr (102), das mit der zumindest einen Verbrennungskammer (110) fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, der zumindest einen Verbrennungskammer (110) Luft für die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zuzuführen, und
    - einer Entlüftungsleitung (124), die das Kurbelgehäuse (120) mit dem Ansaugrohr (102) fluidverbindet.
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