CN111448383B - 用于诊断内燃发动机的曲轴箱通风管线的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于诊断用于内燃发动机(BKM)的曲轴箱通风装置(5)的曲轴箱通风管线(53)的方法和装置，该内燃发动机具有曲轴箱(20)和进气道(1)以及布置在进气道(1)中用于压缩进气的压缩机(13)，其中新鲜空气经由新鲜空气供应管线(51)从进气道(1)被引导；根据新鲜空气供应管线(51)中的截止阀(52)的开关位置，允许或禁止新鲜空气流入曲轴箱(20)的自由容积；曲轴箱(20)的自由容积通过曲轴箱壳体通风管线(53)在压缩机(13)上游连接到进气道(1)；在曲轴箱通风的过程中，通过氮氧化物传感器(56)检测曲轴箱通风管线(53)中靠近在压缩机(13)上游通向进气道(1)的引入点的氮氧化物浓度，并且根据检测到的氮氧化物浓度评估曲轴箱通风管线(53)的密闭性。

Description

用于诊断内燃发动机的曲轴箱通风管线的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于诊断内燃发动机的曲轴箱通风管线的方法和装置。
背景技术
特别是紧接在内燃发动机的冷起动之后，未燃烧的燃料会溶解在内燃发动机的润滑剂中，然后随着操作温度的升高再次蒸发。例如，在以汽油或柴油为燃料的往复活塞式内燃发动机中，首先在冷起动后的最初几秒钟内，燃料会凝结在燃烧室的冷壁上的油膜上并溶解在油膜中。这个问题首先发生在燃料直接喷射到燃烧室中的情况下，特别是在汽油发动机中，但是也发生在其他燃料供应方法和其他内燃发动机中。
燃料和润滑剂的溶解导致润滑剂的润滑性能中的不期望的变化。这可能增加磨损和故障的可能性，并且内燃发动机的预期使用寿命可能降低。
随着操作温度升高，溶解在润滑剂中的燃料再次蒸发，并首先聚集在往复活塞式内燃发动机的曲轴箱中。由于曲轴箱形成封闭的室，在没有通风的情况下，压力会不断地上升。因此，曲轴箱通过曲轴箱通风管线连接到进气道。由于从曲轴箱到进气道的压力下降，根据内燃发动机的操作状态，产生了从曲轴箱到进气道的质量流。这种质量流包含完全燃烧和不完全燃烧的副产品(废气或惰性气体)，这些副产品从燃烧室传递经过活塞的密封圈，并且作为漏气进入曲轴箱。质量流还包含通过通风管线流入曲轴箱的空气，并且有时包含煤烟、极小液滴形式的润滑油和从曲轴箱中的润滑剂蒸发的碳氢化合物(燃料)。除了曲轴箱中的压力下降，这也确保没有未燃烧的燃料进入环境。
由于在曲轴箱通风***的部件泄漏的情况下，燃油蒸气可能进入环境，因此在一些国家，法律(尤其是美国的CARB)规定，必须在其密闭性方面对曲轴箱通风***进行车载监测。
特别地，必须检测曲轴箱通风管线是否已变得分离或包含泄漏，其直径等于或大于曲轴箱通风管线的最小直径。
DE 10 2009 059 662 A1描述了一种用于管线***(特别是用于内燃发动机的曲轴箱通风)的诊断的方法，其中在至少两个时间上连续的确定步骤中的每一个中形成内燃发动机的操作参数的校正值。校正值或由此导出的值被用作管线***中缺陷的证据。这里，确定步骤可以各自在内燃发动机的怠速阶段执行。
WO 2012/034907 A1公开了一种用于测试用于内燃发动机的曲轴箱通风的通风装置的功能的方法，其中曲轴箱通过通风装置连接到内燃发动机的空气供应***。该方法包括以下步骤：
- 确定环境压力和曲轴箱中的曲轴箱压力之间的压差；
- 如果满足释放条件，则根据压差建立在通风装置中的故障；其中如果通过空气供应***中的低通过滤器过滤的空气质量流量的量超过第一阈值，则满足释放条件。
发明内容
本发明基于提供一种方法和装置的目的，利用该方法和装置，可以以简单且经济的方式检查内燃发动机的曲轴箱通风管线的功能适用性。
该目的通过独立专利权利要求的特征来实现。从属权利要求中表征了本发明的有利改进。
本发明的特征在于一种用于诊断内燃发动机的曲轴箱通风装置的曲轴箱通风管线的方法和对应装置，该内燃发动机具有曲轴箱和进气道以及布置在进气道中用于压缩进气的压缩机。新鲜空气通过新鲜空气供应管线从进气道分流。根据新鲜空气供应管线中截止阀的开关位置，允许或禁止新鲜空气流入曲轴箱的自由容积。曲轴箱的自由容积通过曲轴箱通风管线在压缩机上游连接到进气道。在曲轴箱通风过程中，通过氮氧化物传感器检测曲轴箱通风管线中靠近在压缩机上游通向进气道的引入点的氮氧化物浓度，并根据检测到的氮氧化物浓度评估曲轴箱通风管线的密闭性。
在此上下文中，本发明利用了这样的知识，即曲轴箱通风管线中的氮氧化物浓度取决于曲轴箱通风管线是否具有不同类型或尺寸的泄漏，或者是否已经变得分离或分开。
通过将氮氧化物传感器布置在曲轴箱通风管线中或曲轴箱通风管线上靠近其通向内燃发动机的进气道的开口点的位置，不仅可以确定泄漏的存在，而且可以估计在曲轴箱通风管线中该泄漏发生在何处。
根据本发明的改进，如果由氮氧化物传感器检测到的氮氧化物浓度值超过第一预定阈值，则检测到正常运行(即密闭)的曲轴箱通风管线。该阈值通过在测试台上的实验来确定，并存储在内燃发动机的控制装置的存储器中。
根据有利的实施例，将检测到的氮氧化物浓度与低于第一阈值的第二阈值进行比较，并且如果没有达到该阈值，则断定曲轴箱通风管线中存在泄漏。
第二阈值的量根据待检测泄漏的大小来确定。如果立法者规定必须可靠地检测预定大小的泄漏，则考虑到内燃发动机的设计，给具有预定曲轴箱装置的内燃发动机分配相应的阈值。
根据另一有利实施例，将检测到的氮氧化物浓度与低于第二阈值的第三阈值进行比较，并且如果没有达到该阈值，则断定曲轴箱通风管线已经被移除或变得分离。通过将阈值向氮氧化物浓度的较小值调整，可以很容易地将曲轴箱通风管线中的泄漏与完全分离、分开或不存在的曲轴箱通风管线区分开来。
附图说明
下面将通过示意图更详细地解释本发明的示例性实施例。唯一的图示意性地示出了带有曲轴箱通风装置和指定的控制装置的增压内燃发动机。为了清楚起见，仅描绘了理解本发明所必需的那些部件。特别地，仅示出了内燃发动机的一个气缸。
具体实施方式
内燃发动机BKM包括进气道1、发动机缸体2、气缸盖3和排气道4。
在进气的流动方向上并且从进气开口10开始，进气道1依次包括空气过滤器11、作为负载传感器的空气质量流量计12、废气涡轮增压器的压缩机13、增压空气冷却器14、节气门阀15、经由发动机缸体2中的进气导管通向气缸Z1的进气管16。内燃发动机BKM操作所需的进气道1中的另外的传感器未示出。节气门阀15优选地采用由电动马达控制的节气门元件(E-Gas)的形式，除了由驾驶员致动(驾驶员请求)之外，还可以根据内燃发动机BKM的操作区域经由来自电子控制装置6的信号来调节该节气门元件的打开横截面。同时，信号被输出到控制装置6，以用于监测和检查节气门阀15的位置。
发动机缸体2包括容纳曲轴21的曲轴箱20，以及联接到气缸Z1的活塞23并将曲轴21联接到气缸Z1的活塞23的连杆22。曲轴箱20附加地部分填充有润滑剂24，特别是发动机油，其通过未示出的装置进行循环和过滤。此外，曲轴箱20包括自由容积，如果合适的话，该自由容积可以至多延伸到气缸盖3。
气缸盖3包括带有气体入口阀30和气体出口阀31的阀驱动器以及相关联的阀驱动器32、33。气缸盖3附加包括喷射阀34和火花塞35。替代地，喷射阀34也可以布置在进气道1中。
在废气的流动方向上观察，废气道4包括废气涡轮增压器的涡轮41和例如形成为三元催化剂的废气催化转化器42。任选地，可以存在另外的废气催化转化器。涡轮41通过轴(未详细示出)主动连接到压缩机13，使得流过涡轮41的废气流驱动压缩机13。内燃发动机BKM操作所需的废气道4中的另外的传感器未示出。
为了将曲轴箱20中存在的漏气引入进气道1，提供了曲轴箱通风装置5，也称为曲轴箱强制通风***(PCV)。该通风装置具有新鲜空气供应管线51，其在空气过滤器11的上游从进气道1分支并通向曲轴箱20。可开关的截止阀52布置在新鲜空气供应管线51中，并且被构造成使得：根据其开关位置，新鲜空气供应管线51联接到曲轴箱20的自由容积，使得新鲜空气可以流入曲轴箱20，或者从曲轴箱20脱离，使得进入曲轴箱20的新鲜空气供应被抑制。替代地，新鲜空气供应管线51也可以在空气过滤器14的下游从进气道1分支。这样做的优点是干净的新鲜空气被用来冲洗曲轴箱20。
此外，提供了曲轴箱通风管线53，其在靠近压缩机13的入口开口的点处将曲轴箱20的自由容积连接到进气道1。通过新鲜空气供应管线51和曲轴箱通风管线53，并通过转换阀52的相应致动，曲轴箱20的自由容积在内燃发动机BKM的某些操作状态下被通风。由于待从曲轴箱20排出的漏气通常带有油雾形式的润滑油，所以在曲轴箱通风管线53中设置有油分离器54，优选地靠近曲轴箱通风管线53与曲轴箱20的连接点。以这种方式，油可以从气体中大量去除，并且分离的油返回到曲轴箱20的油槽。
负压阀形式的调节阀55布置在曲轴箱通风管线53中，并自动适应曲轴箱通风管线53的有效横截面，使得相对于环境压力的限定负压设定在曲轴箱20中。
当在压缩机13上游的进气道1中(准确地说，在第二导管53通向进气道1的区域中)存在合适的低压时，位于曲轴箱20的自由容积中的气体经由第二导管53流回到进气道1中。曲轴箱20的自由容积中的压力可以受到新鲜空气供应管线51中的截止阀52的相应开关位置的影响。以这种方式，通过截止阀52的相应致动，例如在其关闭位置，曲轴箱20的冲洗在某些操作条件下被抑制。
氮氧化物传感器(以下称为NOx传感器56)布置在曲轴箱通风管线53上，在曲轴箱通风管线引入压缩机13上游的进气道1的点的紧邻处。所述传感器检测曲轴箱通风管线53中漏气的氮氧化物含量。来自该NOx传感器56的信号用于诊断曲轴箱通风管线53的密闭性，如将在下面更详细地解释的。
此外，提供控制装置6，传感器被分配给控制装置6，每个传感器检测分配给内燃发动机BKM的不同操作参数，并产生代表相应检测的操作参数的测量信号。传感器例如是空气质量流量计12和NOx传感器56。已知这种NOx传感器与监测内燃发动机的废气催化剂有关，并且在例如申请人的DE 10 2016 206 991 A1中有所描述。来自控制内燃发动机BKM所必需的另外的传感器并提供给控制装置6的信号通常用附图标记ES表示。
控制装置6被构造成借助于对应的致动器驱动器根据至少一个操作参数来致动分配给内燃发动机BKM的控制元件，为该致动器驱动器产生对应的控制输入以用于其致动。控制装置6也可以被描述为用于操作内燃发动机的装置或发动机控制单元。
控制元件例如是节气门阀11、喷射阀34、火花塞35和截止阀52。对于内燃发动机BKM的操作所必需的、但未明确示出的用于另外的控制元件的另外的信号通常由参考符号AS标识。
控制装置6优选地包括联接到程序存储器62、数据存储器(值存储器)63和故障存储器64的计算单元(处理器)61。故障存储器64连接到故障显示设备65。氮氧化物浓度的各种阈值SW1至SW4存储在数据存储器63中，其重要性将在下面进一步解释。
操作内燃发动机BKM的几个程序存储在程序存储器中，并在操作期间或有时也在停机后进行处理。特别地，用于诊断曲轴箱通风管线53的基于映射的函数FKT_DIAG_KG通过软件来实现，这将在下面进行解释。
在内燃发动机BKM的某些操作阶段期间，特别是在冷起动时或在增压操作中的高负荷时，在主动曲轴箱通风的情况下，已经进入曲轴箱20的燃料和废气通过曲轴箱通风管线53供应到进气道1。
这些漏气包含氮氧化物，这些氮氧化物通过NOx传感器56被检测。如果曲轴箱通风管线53被正确地且流体密闭地安装，并且曲轴箱通风管线53中没有泄漏，则由NOx传感器56检测到的氮氧化物浓度必定高于预定阈值SW1，例如高于70ppm。如果曲轴箱通风管线53中存在泄漏，由NOx传感器56检测到的氮氧化物浓度将会降低。如果这低于另一预定阈值SW2，例如低于25ppm，则断定曲轴箱通风管线53中存在泄漏。
如果曲轴箱通风管线53与进气道1的连接已经被移除或变得分离，则由NOx传感器56检测到的氮氧化物浓度将比在曲轴箱通风管线53中泄漏的情况下甚至更低。如果这低于第三预定阈值SW3，例如低于5ppm，则断定曲轴箱通风管线53已经变得分离或已经被移除。在两种故障情况下，在故障存储器64中都进行输入。任选地，光学和/或声学信号可以通过故障显示设备65提供给车辆驾驶员。
阈值SW1至SW4是预定义的，并存储在数据存储器63中。特别地，阈值SW2的水平根据由法规规定的待检测泄漏大小来确定。
通过将NOx传感器56布置在曲轴箱通风管线53中紧邻其在压缩机13上游通向进气道1的点，不仅可以得出关于泄漏存在的一般结论，而且可以对该泄漏发生的位置进行粗略估计。由NOx传感器56检测的氮氧化物浓度越低，泄漏点越靠近曲轴箱通风管线53引入进气道1的点。
为了提高测量的氮氧化物浓度的准确性，如果需要，还可以诊断和调整NOx传感器56。这发生在内燃发动机BKM的操作阶段，其中节气门阀15下游的进气道1中的压力低于环境压力。在这种情况下，进气通过曲轴箱通风管线53流入曲轴箱20，然后进入进气道1。在这种情况下，通过NOx传感器56测量的氮氧化物浓度应该呈现接近零的值。如果检测到的氮氧化物浓度高于另一阈值SW4，例如10ppm，则NOx传感器56被分类为故障。然而，如果测量显示氮氧化物浓度的值不同于零但低于阈值SW4，则该值被用作用于调整NOx传感器56的偏移值，使得NOx传感器56的起始值呈现接近零ppm的值。
附图标记列表
1 进气道
10 进气开口
11 空气过滤器
12 空气质量流量计
13 压缩机
14 增压空气冷却器
15 节气门阀
16 进气管
2 发动机缸体
20 曲轴箱
21 曲轴
22 连杆
23 活塞
24 润滑剂
3 气缸盖
30 气体入口阀
31 气体出口阀
32, 33 阀驱动器
34 喷射阀
35 火花塞
4 废气道
41 涡轮
42 废气催化转化器
5 曲轴箱通风装置
51 新鲜空气供应管线
52 截止阀
53 曲轴箱通风管线
54 油分离器
55 控制阀
56 NOx传感器
6 电子控制装置
61 计算单元、处理器
62 程序存储器
63 数据存储器、值存储器
64 故障存储器
65 故障显示设备
BKM 内燃发动机
FKT_DIAG_KG 用于诊断曲轴箱通风管线的函数
SW1-SW4 氮氧化物浓度的阈值
Z1 气缸。

Claims (7)

1.一种用于诊断用于内燃发动机(BKM)的曲轴箱通风装置(5)的曲轴箱通风管线(53)的方法，所述内燃发动机具有曲轴箱(20)和进气道(1)以及布置在所述进气道(1)中用于压缩进气的压缩机(13)，其中
- 新鲜空气通过新鲜空气供应管线(51)从所述进气道(1)分流；
- 根据所述新鲜空气供应管线(51)中截止阀(52)的开关位置，允许或禁止新鲜空气流入所述曲轴箱(20)的自由容积；
- 所述曲轴箱(20)的所述自由容积通过所述曲轴箱通风管线(53)在所述压缩机(13)上游连接到所述进气道(1)；
- 在曲轴箱通风的过程中，通过氮氧化物传感器(56)检测所述曲轴箱通风管线(53)中靠近在所述压缩机(13)上游通向所述进气道(1)的引入点的氮氧化物浓度；
- 根据所检测到的氮氧化物浓度评估所述曲轴箱通风管线(53)的密闭性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所检测到的氮氧化物浓度与第一阈值(SW1)进行比较，并且如果超过第一阈值(SW1)，则检测到密闭的曲轴箱通风管线(53)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所检测到的氮氧化物浓度与低于所述第一阈值(SW1)的第二阈值(SW2)进行比较，并且如果没有达到该第二阈值(SW2)，则断定所述曲轴箱通风管线(53)中存在泄漏。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所检测到的氮氧化物浓度与低于所述第二阈值(SW2)的第三阈值(SW3)进行比较，并且如果没有达到该第三阈值(SW3)，则断定所述曲轴箱通风管线(53)已经被移除或变得分离。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二阈值(SW2)根据待检测的泄漏的大小来确定。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，如果没有达到所述第二阈值(SW2)或第三阈值(SW3)，则在控制装置(6)的故障存储器(64)中进行相应的故障输入，和/或用于由所述内燃发动机(BKM)供能的车辆的驾驶员的故障显示设备(65)被致动。
7.一种用于诊断用于内燃发动机(BKM)的曲轴箱通风装置(5)的曲轴箱通风管线(53)的装置，所述内燃发动机具有曲轴箱(20)和进气道(1)以及布置在所述进气道(1)中用于压缩进气的压缩机(13)，所述装置具有
- 新鲜空气供应管线(51)，其从所述进气道(1)分支并通向所述曲轴箱(20)，
- 布置在所述新鲜空气供应管线(51)中的截止阀(52)，所述截止阀根据其开关位置允许或禁止新鲜空气流入所述曲轴箱(20)的自由容积中，
- 曲轴箱通风管线(53)，其在所述压缩机(13)上游将所述曲轴箱(20)的所述自由容积连接到所述进气道(1)，
- 氮氧化物传感器(56)，其布置在所述曲轴箱通风管线(53)中处于靠近在所述压缩机(13)上游通向所述进气道(1)的引入点的位置处，用于检测所述曲轴箱通风管线(53)中的氮氧化物浓度，
- 控制装置(6)，其被构造成执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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