KR20230171484A - 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내연 기관(1)의 크랭크케이스 환기 시스템(2)의 기능을 점검하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 크랭크케이스 환기 시스템(2)은 크랭크케이스(3)의 크랭크케이스 유출구(4)와 상기 내연 기관의 공기 경로(6)로의 연관된 도입 지점(5, 30) 사이에 배열된 2개의 크랭크케이스 환기 라인(7, 20)을 포함하고, 상기 크랭크케이스(3)로부터 상기 크랭크케이스 환기 라인을 통해 상기 공기 경로(6)로 가스가 도입될 수 있다. 상기 방법에서는 이하의 단계들이 수행된다: - 크랭크케이스 압력 센서(26)에 의해 상기 크랭크케이스의 압력을 측정하는 단계; - 측정된 압력값을 제어 유닛(10)에 공급하는 단계; - 측정된 압력의 구배를 계산하는 단계; - 구배 점검을 수행하는 단계; - 상기 구배가 미리 정해진 기준을 충족시키는지의 여부를 점검하는 단계; - 상기 구배가 미리 정해진 기준을 충족시키는 경우 압력을 측정하는 것으로 복귀하는 단계; 및 - 상기 구배가 미리 정해진 기준을 충족시키지 않는 경우 결함 메모리에 항목을 기록하는 단계.

Description

내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR INSPECTING THE FUNCTIONALITY OF A CRANKCASE VENTILATION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템은 주위 압력을 초과하는 압력 증가를 방지하기 위해 내연 기관의 연소실로부터 피스톤 링을 지나 흘러나오는 일반적으로 블로바이(blowby)라고 불리는 가스를 내연 기관의 흡기관으로 공급하기 위해 제공된다. 허용되지 않는 과압은 배기가스의 증가와 엔진 손상으로 이어질 수 있다. 과급식 엔진(supercharged engine)의 경우 일반적으로 2개의 환기 라인이 제공되는데, 이는 한편으로는 자연 흡기 동작에서 크랭크케이스 가스를 흡기관에 제공된 스로틀 플랩의 하류에 있는 흡기관으로 도입하고, 다른 한편으로는, 과급식 동작에서, 크랭크케이스 가스를 과급 송풍기(압축기)의 상류에 있는 공기 필터 박스의 하류의 흡기관으로 도입한다.
제공된 법적 규정에 따라 크랭크케이스로부터 가스를 배출하는 모든 라인을 모니터링하는 것이 필요하다. 여기에서의 목적은 정화되지 않은 배기가스와 연소되지 않은 연료-공기 혼합물이 환경으로 유출되지 않는 것을 보장하기 위한 것이다. 이러한 이유로 크랭크케이스 환기 시스템에서 가장 작은 라인 단면의 크기 정도의 누출을 식별하는 것이 규정된다.
스로틀 동작을 위한 라인은 공기 경로 및/또는 혼합물 제어의 다양한 진단 기능을 통해 이미 모니터링될 수 있거나, 환기 채널이 엔진 블록 내에 이어져 있는 것으로 인해 모니터링이 규정되지 않은 반면, 흡기 파이프 압력이 주위 압력보다 높은 과급식 동작과 관련된 라인에 대한 상황은 훨씬 더 큰 어려움을 야기한다. 또한 노후 결과로 인한 누출의 식별은 법적 상황으로 인해 반드시 필요하다.
DE 10 2010 027 117 A1은 크랭크케이스 환기 시스템을 통해 밸브/분리기와 유입구 시스템 사이의 적절한 연결을 모니터링하는 방법 및 시스템을 개시하였다. 이 알려진 시스템에서 전기 회로는 호스 커넥터와, 밸브/분리기 커넥터 중 하나, 또는 호스 커넥터에 기계적으로 연결될 수 있는 유입구 시스템 커넥터를 통해 전기적 연속성을 검출한다. 호스 커넥터에 통합된 와이어를 사용하면 전기적 단락 및 연결 중단을 검출할 수 있다.
내연 기관의 크랭크케이스 환기 장치를 진단하는 방법 및 장치는 EP 2 616 655 B1에 공지되어 있다. 크랭크케이스는 환기 장치를 통해 내연 기관의 공기 공급 시스템에 연결된다. 이 알려진 방법의 경우, 주위 압력과 크랭크케이스 압력 사이의 압력 차이를 확인하고, 활성화 조건이 충족된 경우 확인된 압력 차이에 따라 환기 장치에 결함의 존재를 결정한다. 공기 공급 시스템에서 저역 통과 필터로 필터링된 공기 질량 흐름이 크기 면에서 미리 정해진 제1 임계값을 초과하는 경우 활성화 조건이 충족된다.
내연 기관의 크랭크케이스 환기 장치의 누출을 식별하는 방법은 DE 10 2013 225 388 A1에 공지되어 있다. 여기서 크랭크케이스의 공동은 가스 전달 방식으로 내연 기관의 신선한 공기관에 연결된다. 또한, 공동 내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서가 제공되며, 여기서 신호를 평가하기 위한 전자 제어 유닛이 제공된다. 가스 압력을 측정하는 것은 정해진 회전 속도와 내연 기관의 부하 상태에서 크랭크케이스 환기 시스템의 압력 센서를 통해 수행된다. 또한 실제 압력값과 설정점 압력값을 비교하는 것을 수행한다. 실제 압력값이 설정점 압력값을 초과하는 경우 누출이 있는 것으로 식별한다.
본 발명의 목적은, 획득된 점검 결과를 매우 신뢰할 수 있는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법 및 장치를 제시하는 것이다.
본 목적은 특허 청구항 1에 제시된 특징을 갖는 방법 및 특허 청구항 9에 제시된 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시형태 및 개선은 종속 특허 청구항에 제시된다.
본 발명에 따르면, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법으로서, 상기 크랭크케이스 환기 시스템은 크랭크케이스의 크랭크케이스 유출구와 상기 내연 기관의 공기 경로로의 각각 연관된 도입 지점 사이에 배열된 2개의 크랭크케이스 환기 라인을 포함하되, 상기 크랭크케이스로부터 상기 크랭크케이스 환기 라인을 통해 상기 공기 경로로 가스가 도입될 수 있는, 상기 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법에서,
- 크랭크케이스 압력 센서를 통해 상기 크랭크케이스의 압력을 측정하는 단계;
- 측정된 압력값을 제어 유닛에 공급하는 단계;
- 측정된 압력의 시간에 대한 구배를 계산하는 단계;
- 구배 점검을 수행하는 단계;
- 상기 구배가 미리 정해진 기준을 충족시키는지의 여부를 점검하는 단계;
- 상기 구배가 미리 정해진 기준을 충족시키는 경우 압력을 측정하는 것으로 복귀하는 단계; 및
- 상기 구배가 미리 정해진 기준을 충족시키지 않는 경우 결함 메모리에 항목(entry)을 기록하는 단계가 수행된다.
본 발명의 장점은 특히 크랭크케이스 압력 센서에 의해 측정된 압력을 평가하는 것에 의해 크랭크케이스 환기 시스템의 구성 요소에 결함이 있는지의 여부 및 결함이 있는 구성 요소가 어느 것인지를 신뢰성 있게 결정할 수 있다는 점에 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 크랭크케이스 내 압력의 측정은 상기 크랭크케이스에 배열되거나 또는 상기 크랭크케이스에 직접 연결된 라인에 배열된 압력 센서에 의해 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 내연 기관의 동작 지점의 변화의 검출이 수행하고, 상기 동작 지점의 변화가 검출된 것을 고려하여 상기 구배 점검이 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 내연 기관의 시동 또는 정지가 수행되었는지의 여부를 검출하고, 상기 내연 기관의 시동 또는 정지가 검출된 것에 반응하여 상기 구배 점검이 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 내연 기관의 시동 또는 정지가 검출되는 경우, 상기 구배에 대한 허용 한계값을 확인하고 상기 구배 점검에 사용한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 내연 기관의 음 또는 양의 부하 변화가 수행되었는지의 여부를 검출하고, 상기 부하 변화가 검출된 것에 반응하여 상기 구배 점검이 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 부하 변화가 검출되는 경우, 상기 구배에 대한 임계값을 확인하고 상기 구배 점검에 사용한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 모델 압력의 계산이 수행되고, 확인된 모델 압력을 고려하여 상기 구배 점검이 수행된다. 여기서 이러한 모델을 사용하는 경우, 불연속 구배 점검으로부터 연속 구배 점검으로 전환하는 것이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시형태에 기초하여 아래에서 보다 상세히 논의한다.
도 1은 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 장치를 예시하기 위한 개략적인 스케치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 제1 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시하는 도면;
도 3은 측정 결과를 예시하기 위한 그래프를 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 제2 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 제3 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 제4 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 제5 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시하는 도면;
도 8은 본 발명의 제6 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시하는 도면;
도 9는 측정 결과를 예시하기 위한 그래프를 도시하는 도면;
도 10은 본 발명에 대한 제1 예시적인 실시형태에 따른 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면; 및
도 11은 본 발명에 대한 제2 예시적인 실시형태에 따른 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면.
도 1은 내연 기관(1)의 크랭크케이스 환기 시스템(2)의 기능을 점검하기 위한 장치를 예시하기 위한 개략적인 스케치를 도시한다.
예시된 내연 기관(1)은 크랭크케이스 유출구(4)를 통해 가스를 배출하는 크랭크케이스(3)를 포함하고, 이 가스는 크랭크케이스 환기 라인(7 및 20)을 통해 각각 도입 지점(5 및 30)에서 내연 기관(1)의 공기 경로(6)로 도입된다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 오일 분리기(13)와 압력 제어 밸브(14)는 크랭크케이스 유출구(4)와 도입 지점(5 및 30) 사이의 크랭크케이스 환기 라인(7, 20)에 각각 배열된다. 압력 제어 밸브(14)의 하류에서 크랭크케이스 환기 라인(7)은 크랭크케이스 환기 라인(20)으로부터 분리된다. 크랭크케이스 환기 라인(7)은 압축기(17)의 상류의 도입 지점(5)에서 흡입 제트 펌프(8)를 통해 공기 경로(6)로 개방된다. 여기서 압축기(17)의 고압 측으로부터 기동 질량 흐름(motive mass flow)이 제공되고, 기동 제트 라인(25)을 통해 흡입 제트 펌프(8)로 공급된다. 크랭크케이스 환기 라인(20)은 도입 지점(30)에서 스로틀 플랩(19)의 하류의 공기 경로(6)로 개방된다.
내연 기관(1)의 자연 흡기 동작에서, 스로틀 플랩(19)은 폐쇄되고, 스로틀 플랩(19)의 하류의 공기 경로(6) 내 가스 압력은 주변 공기압보다 낮다. 그 결과, 크랭크케이스(3)로부터 배출된 가스는 오일 분리기(13), 압력 제어 밸브(14) 및 크랭크케이스 환기 라인(20)을 통해 스로틀 플랩(19)의 하류의 공기 경로(6)로 도입된다.
내연 기관(1)의 과급식 동작에서 스로틀 플랩(19)이 개방되고, 신선한 공기 유입구(15)를 통해 공기 경로(6)로 공급된 신선한 공기가 공기 필터(16), 압축기(17), 충전 공기 냉각기(18) 및 개방된 스로틀 플랩(19)을 통해 내연 기관(1)의 크랭크케이스(3) 내에 배열된 연소실에 공급된다. 내연 기관(3)의 이러한 과급식 동작에서, 스로틀 플랩(19)의 하류 영역의 공기 경로(6)의 공기 압력은 주변 공기 압력보다 높다. 그 결과, 크랭크케이스(3)로부터 배출된 가스는 오일 분리기(13)와 압력 제어 밸브(14)를 통해 스로틀 플랩(19)의 하류가 아니라 도입 지점(5)에서의 공기 경로(6)로 도입된다. 이 도입 지점(5)은 공기 필터(16)의 하류에 있지만 압축기(17), 충전 공기 냉각기(18) 및 스로틀 플랩(19)의 상류에 있는 공기 경로(6)에 위치된다.
도 1에 예시된 장치는, 크랭크케이스(3)에 배열되고 크랭크케이스(3)에 나타나는 압력을 측정하는 크랭크케이스 압력 센서(26)를 더 구비한다. 더욱이, 주위 압력 센서(9)는 공기 경로(6)의 신선한 공기 유입구(15)의 영역에 배열되고, 제시된 방법에 반드시 필요한 것은 아닌 제1 흡기 파이프 압력 센서(29)는 공기 필터(16)와 압축기(17) 사이에 배열되고, 제2 흡기 파이프 압력 센서(28)는 스로틀 플랩(19)과 크랭크케이스(3) 사이에 배열된다.
압력 센서(26, 9, 29, 28)에 의해 제공되는 출력 신호는, 센서 신호(s1, s2, s3, s4)로서 제어 유닛(10)에 공급되고, 아래에서 보다 상세히 논의된 바와 같이 내연 기관(1)의 크랭크케이스 환기 시스템(2)의 기능 점검을 수행하기 위하여 제어 유닛에서 평가된다.
또한, 도 1로부터, 예시된 장치는, 공기 경로(6)로부터 분기되고 체크 밸브(22)를 통해 크랭크케이스(3)의 신선한 공기 유입구에 연결된 신선한 공기 라인(21)을 갖는 것을 알 수 있다. 이 신선한 공기는 크랭크케이스(3)를 통한 공기 흐름을 개선하는 데 사용된다.
또한 도 1에는, 압축기(17)와 함께 내연 기관(1)의 배기가스 터보과급기(exhaust-gas turbocharger)의 구성 부분인 터빈(24)이 예시되어 있다. 내연 기관으로부터의 고온 배기가스는 상기 터빈(24)에 공급되어 터빈의 터빈 휠을 회전으로 설정한다. 터빈 휠은, 배기가스 터보과급기의 샤프트를 통해서, 이 샤프트에 마찬가지로 고정 연결된, 압축기(17)의 압축기 휠에 연결되고, 이에 따라서 압축기 휠이 또한 회전 운동으로 설정되어 압축기(17)로 공급된 신선한 공기가 압축된다. 이 압축된 신선한 공기는 성능을 향상시키기 위해 내연 기관(1)의 연소실에 공급된다.
오일 분리기(13)는 크랭크케이스 유출구(4)를 통해 배출되는 가스에 포함된 오일을 분리시켜 상기 오일을 크랭크케이스(3)로 복귀시키도록 제공된다.
또한, 도 1에 도시된 예시적인 실시형태에서, 안전 밸브(12)를 통해 오일 분리기(13)를 우회하는 추가 채널이 크랭크케이스 유출구(4)와 압력 제어 밸브(14) 사이에 제공된다. 오일 분리기(13)가 막힌 경우에, 크랭크케이스 유출구(4)를 통해 배출된 가스는 이 추가 채널을 통해 오일 분리기의 하류의 크랭크케이스 환기 라인(7)으로 전달된다.
또한, 도 1에 예시된 장치는 크랭크케이스(3)를 폐쇄하는 오일 캡(oil cap)(27)을 갖는다.
도 1에는 제어 유닛(10)이 메모리(11 및 23)와 상호 작용하는 것이 더욱 예시되어 있다. 메모리(11)는 제어 유닛의 작업 프로그램을 저장하는 메모리이다. 메모리(23)는 제어 유닛(10)이 특히 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위해 요구하는 데이터를 저장하는 데이터 메모리이다. 이러한 데이터는 예를 들어, 미리 정해진, 경험적으로 확인된 데이터, 하나 이상의 특성 맵에 저장된 데이터, 또는 압력 모델에 대응하는 데이터를 포함한다. 제어 유닛(10)은, 압력 센서가 제공하는 센서 신호(S1, S2, S3, S4)를 포함하는 센서 신호(s1 내지 sx)를 공급 받아 이 센서 신호를 메모리(23)에 저장된 데이터를 이용하여 평가하여, 내연 기관의 다양한 구성 요소에 대한 제어 신호(st1 내지 sty)를 제공하고, 특히 내연 기관(1)의 크랭크케이스 환기 시스템(2)의 기능을 점검하고, 크랭크케이스 환기 시스템이 기능하는지의 여부를 식별한다.
따라서, 도 1에 예시된 장치는 과급식 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템을 도시하며, 이 경우 2개의 크랭크케이스 환기 라인이 크랭크케이스 유출구로부터 내연 기관의 공기 경로로 이어지며, 이 크랭크케이스 환기 라인은 크랭크케이스로부터 공기 경로로 가스를 전달한다. 여기서, 크랭크케이스 환기 라인(20)은 공기 질량 흐름을 제어하는 스로틀 플랩(27)의 하류의 공기 경로(6)에 연결되고, 상기 크랭크케이스 환기 라인은 스로틀 플랩(19)과 크랭크케이스(3)의 유입구 사이에 나타나는 압력이 주위 압력보다 낮은 스로틀 동작 동안 활성이다. 이와 달리, 크랭크케이스 환기 라인(7)은, 스로틀 플랩(19)과 크랭크케이스(3)의 유입구 사이에 나타나는 압력이 주위 압력보다 높은 내연 기관의 과급식 동작에서 활성이고, 크랭크케이스(3)로부터 배출된 가스를 도입 지점(5)을 통해 내연 기관의 공기 경로(6)로 다시 전달한다. 내연 기관의 과급식 동작 동안에도 크랭크케이스를 효과적으로 환기하는 것을 보장하기 위해, 크랭크케이스 환기 라인(7)이 연결된 위에서 설명한 흡입 제트 펌프(8)가 사용된다. 온전한(intact) 크랭크케이스 환기 시스템의 경우, 이 흡입 제트 펌프(8)를 사용하면 과급식 동작에서도 주위 압력과 관련하여 크랭크케이스에 상당한 음압(negative pressure)이 발생한다. 이렇게 하면 오동작을 상당히 쉽게 식별할 수 있다.
흡입 제트 펌프를 사용하지 않는 경우, 크랭크케이스의 환기는 또한 공기 필터(16)의 하류에 나타나는 약간의 음압을 평가하는 것을 통해 촉진될 수도 있다.
이하에서는, 추가의 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명하고, 이 경우 동작 지점의 다양한 동적 변화에 대해서, 크랭크케이스에서 나타나는 압력과, 크랭크케이스의 유입구와 스로틀 플랩(19) 사이의 공기 경로에 나타나는 압력에 대한 정성적 압력 프로파일이 온전한 시스템(OK) 및 결함 있는 시스템에 대해 각 경우에 예시되어 있다. 이들 모든 경우에 크랭크케이스(3)에 나타나는 압력의 구배가 진단 기준으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 이 실시형태에서, 크랭크케이스 환기 라인(7)의 문자 "F"로 표시된 지점에서 누출이 발생했다.
환기 라인(7)의 누출은 이 경우에 크랭크케이스 환기 라인의 압력이 크랭크케이스 환기 시스템의 온전한 상태에서보다 상당히 더 높기 때문에 크랭크케이스 환기의 손상을 초래한다. 그 결과, 스로틀 플랩(19)과 크랭크케이스(3)의 유입구 사이에 나타나는 압력(P_im)이 주위 압력(P_amb)보다 더 높은 과급식 동작 동안 크랭크케이스 압력 센서(26)에 의해 측정된 압력(P_kgh)이 더 높고, 누출의 크기에 따라 도 2의 우측 하부에 예시된 바와 같이 거의 주위 압력일 수 있다.
내연 기관에 의해 구동되는 차량의 운전자가 가속 페달을 더 적게 작동시키거나 가속 페달에서 완전히 발을 떼면, 흡기 파이프 압력(P_im)이 급격히 감소되고고, 내연 기관이 스로틀 동작으로 전환되는데, 여기서 다음의 관계식이 성립된다:
P_im < P_amb.
이러한 음의 부하 변화 동안, 크랭크케이스 환기 라인(7)으로부터 크랭크케이스 환기 라인(20)으로 변화도 발생한다. 크랭크케이스 환기 라인(20)이 손상되지 않으면 압력 제어 밸브(14)를 통해 정규 크랭크케이스 압력이 다시 설정된다. 그러나 결함이 발생하는 경우 공기 경로(6)에서 또는 흡기 파이프에서 상당히 높은 압력(P_kgh)으로부터 환기가 수행되기 때문에 P_kgh의 압력 구배는 큰 음의 값을 갖는다. 만약 그렇지 않으면 과급식 동작 동안 효과적인 환기가 이루어져야 하기 때문에, 이로부터, 크랭크케이스 환기 라인(7)에 결함이 있다고 추론할 수 있다.
기동 제트 라인(25)이 누출되거나 또는 막히면 크랭크케이스 환기 성능(7)이 손실된다. 따라서, 이러한 결함에 있는 경우 결함 있는 크랭크케이스 환기 라인(7)에 대한 설명과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
크랭크케이스 환기 라인(7)에서 누출을 식별하는 개념을 증명하는 것으로서, 도 3은 측정 결과를 예시하는 그래프를 도시한다. K1로 표시되고 파선으로 표시된 곡선은 각각 온전한 크랭크케이스 환기 시스템을 나타내고, K2로 표시된 곡선은 각각 결함 있는 크랭크케이스 환기 시스템을 나타낸다. 여기서는 크랭크케이스 환기 라인(7)을 뽑아서 결함 상황을 시뮬레이션하였다. 여기서 측정된 값(P_kgh_rel)은 주위 압력에 대한 상대 압력을 나타낸다. 각각의 구배(P_kgh_grd)는 도 2를 참조하여 위에서 설명된 거동을 나타낸다. 구배와 임계값을 간단히 비교하는 것에 기초하여, 크랭크케이스 환기 라인(7)에 존재하는 누출을 식별할 수 있고, 대응하는 항목을 제어 유닛(10)의 결함 메모리에 기록할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 이 실시형태에서, 크랭크케이스 환기 라인(7)에서 문자 "F"로 표시된 지점에서 누출이 다시 발생했다.
크랭크케이스 환기 라인(7)에 누출이 있는 경우, 크랭크케이스 압력(P_kgh)은 양의 부하 변화가 있는 경우 대응하는 반전된 방식으로 거동한다. 그 결과, 압력 구배는 온전한 크랭크케이스 환기 시스템이 있는 경우에서보다 양의 부하 변화의 경우 더 오랜 시간 동안 양의 값을 갖는다. 이것은 도 4의 2개의 하부 그래프를 비교하는 것으로부터 분명하며, 여기서 좌측 하부 그래프는 온전한 크랭크케이스 환기 시스템이 있는 경우 시간 경과에 따른 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타내고, 우측 하부 그래프는 크랭크케이스 환기 라인(7)에 누출이 있는 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타낸다다.
기동 제트 라인(25)이 누출되거나 또는 막히면 크랭크케이스 환기 성능(7)이 손실된다. 따라서, 이러한 결함이 있는 경우 결함 있는 크랭크케이스 환기 라인(7)에 대한 설명과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 이 실시형태에서, 문자 "F"로 표시된 지점에서 누출이 발생했으며, 여기서 도 2 및 도 4에 도시된 실시형태와 달리, 이 지점은 크랭크케이스 환기 라인(20)에 있다.
크랭크케이스 환기 라인(20)에 누출이 있는 경우, 음의 부하 변화 동안 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배를 평가하는 것을 통해 누출을 검출할 수 있다. 이 경우 크랭크케이스 압력은 장기간에 걸쳐 대략 주위 압력으로 상승한다. 이것은 도 5의 2개의 하부 그래프를 비교하는 것으로부터 분명하며, 여기서 좌측 하부 그래프는 온전한 크랭크케이스 환기 시스템이 있는 경우 시간 경과에 따른 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타내고, 우측 하부 그래프는 크랭크케이스 환기 라인(20)에 누출이 있는 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제4 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배가 엔진 시동 동안 너무 낮은 음의 값을 갖는 경우, 이는 환기 라인(20)에 누출이 존재하거나 또는 오일 캡(27)이 닫히지 않은 것을 나타낸다. 이들 두 에러 사례는 도 6의 상부 예시도에서 문자 "F"로 예시되고, 도 6의 2개의 하부 그래프에서도 볼 수 있다. 도 6의 좌측 하부 그래프는 온전한 시스템의 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타내고, 도 6의 우측 하부 그래프는 크랭크케이스 환기 라인(20)에 누출이 있는 경우 또는 오일 캡(27)이 없는 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타낸다.
크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배의 정량적 평가는 누출의 크기와 결함의 실제 위치에 관하여 결론이 도출되게 한다.
시동/정지 기능이 있는 내연 기관의 경우, 엔진 시동이 빈번히 발생하여 크랭크케이스 환기 라인(20)을 빈번히 점검하는 것이 또한 보장될 수 있다. 그 결과, 오일 캡(27)이 크랭크케이스(3)를 밀봉 상태로 폐쇄하고 있는지의 여부를 빈번히 점검할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배가 엔진 정지 동안 너무 낮은 양의 값을 갖는 경우, 이는 환기 라인(20)에 누출이 존재하거나 또는 오일 캡(27)이 밀봉 상태로 닫히지 않은 것을 나타낸다. 이들 두 에러 사례는 도 7의 상부 예시도에서 문자 "F"로 예시되며, 도 7의 2개의 하부 그래프에서도 볼 수 있다. 도 7의 좌측 하부 그래프는 온전한 시스템의 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타내고, 도 7의 우측 하부 그래프는 크랭크케이스 환기 라인(20)에 누출이 존재하는 경우 또는 오일 캡(27)이 없는 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일을 나타낸다.
크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배를 정량적으로 평가하면 누출의 크기 및 결함의 실제 위치를 도출할 수 있다.
시동/정지 기능이 있는 내연 기관의 경우 엔진 정지가 빈번히 발생하여, 크랭크케이스 환기 라인(20)을 빈번히 점검하는 것을 보장할 수 있다. 따라서, 오일 캡(27)이 닫혔는지의 여부를 빈번히 점검할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제6 실시형태를 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 이 경우 도 8의 상단 도시에서 문자 "F"로 표시된 바와 같이 차단된 환기 라인(21)이 존재한다. 이 경우 엔진 시동 동안 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배가 고려된다. 크랭크케이스 체적은 환기 라인(21)이 차단되면 신선한 공기의 보충 흐름이 없거나가 더 적은 보충 흐름만이 가능하기 때문에 온전한 환기 라인(21)에서보다 더 짧은 시간에 비워진다. 이것은 장기간에 걸쳐 엔진 시동 동안 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 더 높은 음의 구배로 이어진다. 이것은 도 8의 2개의 하부 그래프의 비교로부터 분명하다. 온전한 시스템의 경우 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 프로파일은 도 8의 좌측 하부 그래프에 예시되어 있다. 차단된 환기 라인(21)이 있는 경우 크랭크케이스의 압력(P_kgh)의 구배 프로파일은 도 8의 우측 하부 그래프에 예시되어 있다.
도 9는 전술한 결함이 존재하는 실제 차량에서 얻은 측정 결과를 설명하기 위한 그래프이다. 이 도 9에서 K1로 표시되고 파선으로 표시된 곡선은 각각 온전한 환기 라인(21)을 나타내고, K2로 표시된 곡선은 각각 결함 있는 환기 라인(21)을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 제1 예시적인 실시형태에 따른 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
이 방법은 단계(S1)에서 시작한다. 이어서, 단계(S2)에서, 크랭크케이스 압력 센서(26)에 의해 크랭크케이스 압력(P_kgh)을 측정하고, 측정된 압력값을 제어 유닛(10)으로 전송하고, 크랭크케이스 압력의 구배를 제어 유닛(10)에 의해 계산한다. 후속 단계(S3)에서, 제어 유닛(10)에서 구배 점검이 수행된다.
이 구배 점검을 위해, 단계(S7)에서 동작 지점의 변화를 검출하는 것이 수행된다. 후속 단계(S8)에서 엔진 시동 또는 엔진 정지가 수행되었는지의 여부를 점검한다. 엔진 시동 또는 엔진 정지가 식별되면, 단계(S9)로 전이되고, 여기서 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배에 대한 한계값을 확인한다. 이러한 한계값은 위에서 언급된 구배 점검을 위해 단계(S3)에서 사용된다.
후속 단계(S4)에서, 확인된 구배가 확인된 한계값 내에 있는지의 여부를 질의한다. 확인된 구배가 이 한계값 내에 있으면, 단계(S2)로 복귀가 수행된다. 확인된 구배가 확인된 한계값 내에 있지 않으면, 단계(S5)로 전이된다. 이 단계(S5)에서, 항목은 결함 메모리에 기록된다. 이후, 단계(S6)로 전이되어 방법이 종료된다.
이와 대조적으로, 단계(8)의 질의에서 엔진 시동도 존재하지 않고 엔진 정지도 존재하지 않는 것으로 나타나면, 단계(S10)로 전이한다. 이 단계(S10)에서, 양 또는 음의 부하의 단차 변화가 존재하는지의 여부를 점검한다.
만약 존재하지 않는 경우에는 단계(S7)로 복귀한다. 이와 달리, 단계(S10)에서 양 또는 음의 부하의 단차 변화가 존재하는 것으로 식별되면, 단계(S11)로 전이한다. 이 단계(S11)에서, 크랭크케이스 센서(26)에 의해 측정된 크랭크케이스 압력(P_kgh)의 구배에 대한 임계값의 확인이 수행된다. 이 임계값은 전술한 구배 점검을 위해 단계(S3)에서 사용된다.
후속 단계(S4)에서, 확인된 구배가 확인된 임계값을 초과하는지의 여부를 질의한다. 확인된 구배가 전술한 임계값을 초과하지 않으면, 단계(S2)로 복귀된다. 이와 달리, 확인된 구배가 전술한 임계값을 초과하면, 단계(S5)로 전이된다. 이 단계(S5)에서, 항목이 결함 메모리에 기록된다. 이후, 단계(S6)로 전이되어 방법이 종료된다.
도 11은 본 발명에 대한 제2 예시적인 실시형태에 따른 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
이 제2 예시적인 실시형태에서, 방법은 마찬가지로 단계(S1)에서 시작한다. 이어서, 단계(S2)에서, 크랭크케이스 압력 센서(26)에 의해 크랭크케이스의 압력(P_kgh)을 측정하고, 측정된 압력값을 제어 유닛(10)으로 전송하고, 크랭크케이스 압력의 구배를 제어 유닛(10)에 의해 계산한다. 후속 단계(S3)에서, 제어 유닛(10)에서 구배 점검을 수행한다.
이 구배 점검을 위해, 도 10에 도시된 방법과 달리, 단계(S12)에서 모델 압력(P_kgh_mdl)을 확인한다. 이 확인된 모델 압력은 구배 점검을 위해 단계(S3)에서 사용된다. 구배 점검을 위해 이 모델 압력으로부터 시간에 대한 구배를 또한 형성한다. 모델링된 압력과 측정된 압력을 이제 지속적으로 비교하는 것을 통해 임의의 공차를 고려하여 방법을 수행할 수 있다.
후속 단계(S4)에서, 센서 및 모델의 확인된 구배가 유사한 프로파일을 갖는지의 여부를 질의한다. 따라서 측정된 값의 확인된 구배가 모델 구배 주변의 범위 내에 있으면 단계(S2)로 복귀된다. 확인된 구배가 확인된 범위 내에 있지 않으면, 단계(S5)로 전이된다. 이 단계(S5)에서, 항목은 결함 메모리에 기록된다. 이후, 단계(S6)로 전이되어 방법이 종료된다. 이 구배 비교를 지속적으로 수행하는 외에, 방법은, 위의 접근 방식에 따라, 즉, 동작 지점의 특정 변화 시에만 수행될 수 있다. 여기서 모델 압력의 구배는 도 10의 단계(S9 및 S11)에서 참조값으로 사용된다.
전반적으로, 위에서 설명한 진단 개념은 크랭크케이스 내부의 압력을 측정할 수 있도록 배치된 압력 센서를 사용하는 것에 기초한다. 크랭크케이스 환기 시스템의 누출을 식별하기 위해 엔진 동작 지점을 다양하게 변경하는 동안 측정된 크랭크케이스 압력의 시간에 대한 구배를 평가한다. 이 진단 개념의 구현은 절대 압력값 대신 크랭크케이스 환기 시스템의 누출을 식별하기 위해 압력 구배를 평가하기 때문에 엔진 구성 및 환기 개념과는 실질적으로 독립적이다. 또한 적절하게 배치된 단일 압력 센서의 사용을 통해서 전체 크랭크케이스 환기 시스템이 진단될 수 있다.
예를 들어, 음의 부하 변화, 양의 부하 변화, 엔진 시동 또는 엔진 정지의 경우와 같이 동작 지점에서 다른 동적 변화 동안 크랭크케이스 압력의 구배를 평가하면 크랭크케이스 환기 시스템의 가능한 결함 위치/상태를 신뢰성 있게 식별할 수 있다. 특히 크랭크케이스 환기 라인 중 어느 것에 결함이 있는지 그리고 오일 캡이 없는지의 여부를 진단할 수 있다. 이 방법을 사용하면 또한 특정 동작 상태를 발생시키기 위해 다른 엔진 구성 요소의 능동적 제어는 배제될 수 있다.
크랭크케이스 압력 센서를 사용하는 것으로 인한 추가의 장점은 크랭크케이스 환기 장치를 위한 물리적 모델 내에서 측정된 압력값을 사용할 가능성이 있다는 점이다. 따라서 크랭크케이스로부터 공기 경로 또는 흡기 파이프로 흐르는 질량 흐름을 훨씬 더 정확히 모델링할 수 있다. 이는 실린더 가스 조성을 미리 결정하는 데 유용하며, 이는 궁극적으로 특히 높은 과도 상태의 엔진 동작 동안 엔진 배출량에 긍정적인 영향을 미친다.
전반적으로, 크랭크케이스 환기 시스템을 전술한 바와 같이 진단할 때, 크랭크케이스 압력은 크랭크케이스 센서에 의해 측정된다. 측정된 크랭크케이스 압력의 시간에 대한 구배를 확인하는 것이 이후 수행된다. 또한 동작 지점의 변화를 식별한다. 동작 지점의 변화를 확인하고 식별하는 데 적합한 변수는 예를 들어 공기 경로 압력과 구배, 엔진 회전 속도, 주위 압력 및 스로틀 플랩 위치이다. 이후 동작 지점에서 식별된 변화에 따라 크랭크케이스 압력 구배에 대한 한계값을 결정하고 구배를 점검하는 데 사용한다. 동작 지점의 변화를 식별한 후 측정된 크랭크케이스 압력의 확인된 구배와 한계값을 비교하는 것에 의해 결함 있는 시스템을 진단할 수 있다. 서로 쉽게 구분할 수 있는 동작 지점의 개별 변화 동안 평가하는 것에 기초하여, 각각 식별된 결함에 관한 권위 있는 정보를 각 차량의 엔진 제어 유닛의 결함 메모리에 저장할 수 있고, 이를 통해 작업장에서 결함 있는 구성 요소를 신속하고 목표에 맞게 교환할 수 있다.
1: 내연 기관
2: 크랭크케이스 환기 시스템
3: 크랭크케이스
4: 크랭크케이스 유출구
5: 도입 지점
6: 공기 경로
7: 크랭크케이스 환기 라인
8: 흡입 제트 펌프
9: 주위 압력 센서
10: 제어 유닛
11: 메모리
12: 안전 밸브
13: 오일 분리기
14: 압력 제어 밸브
15: 신선한 공기 유입구
16: 공기 필터
17: 압축기
18: 과급 공기 냉각기
19: 스로틀 플랩
20: 크랭크케이스 환기 라인
21: 신선한 공기 라인
22: 체크 밸브
23: 메모리
24: 터빈
25: 기동 제트 라인
26: 크랭크케이스 압력 센서
27: 오일 캡
28: 흡기 파이프 압력 센서
29: 흡기 파이프 압력 센서
30: 도입 지점

Claims (8)

  1. 내연 기관(1)의 크랭크케이스 환기 시스템(2)의 기능을 점검하기 위한 방법으로서,
    상기 크랭크케이스 환기 시스템(2)은 크랭크케이스(3)의 크랭크케이스 유출구(4)와 상기 내연 기관의 공기 경로(6)로의 각각 연관된 도입 지점(5, 30) 사이에 배열된 2개의 크랭크케이스 환기 라인(7, 20)을 포함하되, 상기 크랭크케이스(3)로부터 상기 크랭크케이스 환기 라인을 통해 상기 공기 경로(6)로 가스가 도입될 수 있고,
    - 크랭크케이스 압력 센서(26)에 의해 상기 크랭크케이스의 압력을 측정하는 단계;
    - 측정된 압력값을 제어 유닛(10)에 공급하는 단계;
    - 상기 내연 기관의 동작 지점의 변화를 검출하는 단계로서, 상기 동작 지점의 변화는 상기 내연 기관의 음의 부하 변화 또는 양의 부하 변화를 포함하는 것인, 단계;
    - 측정된 압력의 시간에 대한 구배를 계산하는 단계;
    - 상기 검출된 동작 지점의 변화를 고려하여 구배 점검을 수행하는 단계;
    - 상기 구배가 기준을 충족시키는지의 여부를 점검하여 상기 2개의 크랭크케이스 환기 라인에서 누출이 발생하였는지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 기준은 상기 검출된 동작 지점의 변화에 따라 결정되는 것인, 단계;
    - 상기 구배가 상기 기준을 충족시키는 경우 압력을 측정하는 것으로 복귀하는 단계;
    - 상기 구배가 상기 기준을 충족시키지 않는 경우 결함 메모리에 항목을 기록하는 단계; 및
    상기 누출의 발생으로 결정된 경우, 상기 기준에 근거하여 상기 2개의 크랭크케이스 환기 라인 중 어느 것이 결함인지를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 크랭크케이스(3) 내 압력의 측정은 상기 크랭크케이스(3)에 배열되거나 또는 상기 크랭크케이스(3)에 직접 연결된 라인에 배열된 압력 센서에 의해 수행되는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내연 기관의 시동 또는 정지가 수행되었는지의 여부를 검출하고, 상기 내연 기관의 시동 또는 정지가 검출된 것에 반응하여 상기 구배 점검이 수행되는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 내연 기관의 시동 또는 정지가 검출되는 경우, 상기 구배에 대한 허용 한계값을 확인하고 상기 구배 점검에 사용하는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 내연 기관의 음 또는 양의 부하 변화가 수행되었는지의 여부를 검출하고, 상기 부하 변화가 검출된 것에 반응하여 상기 구배 점검이 수행되는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부하 변화가 검출되는 경우, 상기 구배에 대한 임계값을 확인하고 상기 구배 점검에 사용하는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 모델 압력의 계산이 수행되고, 확인된 모델 압력을 고려하여 상기 구배 점검이 수행되는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 방법.
  8. 내연 기관(1)의 크랭크케이스 환기 시스템(2)의 기능을 점검하기 위한 장치로서,
    상기 크랭크케이스 환기 시스템(2)은 크랭크케이스(3)의 크랭크케이스 유출구(4)와 상기 내연 기관의 공기 경로(6)로의 각각 연관된 도입 지점(5, 30) 사이에 배열된 2개의 크랭크케이스 환기 라인(7, 20)을 포함하고, 상기 크랭크케이스(3)로부터 상기 크랭크케이스 환기 라인을 통해 상기 공기 경로(6)로 가스가 도입될 수 있되, 상기 장치는 제1항 또는 제2항의 방법을 수행하도록 설계된 제어 유닛(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 크랭크케이스 환기 시스템의 기능을 점검하기 위한 장치.
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