DE102007050087B3

DE102007050087B3 - Verfahren zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007050087B3
Application number: DE200710050087
Authority: DE
Inventors: Simon Petrovic
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-10-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, die mit einer Ansaugleitung (1) zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch ausgestattet ist, wobei eine Entlüftungsleitung (2) vorgesehen ist, die vom Kurbelgehäuse ausgeht und in die Ansaugleitung (1) einmündet. Es soll ein Verfahren der genannten Art aufgezeigt werden, mit dem Fehlfunktionen der Entlüftung zuverlässig detektiert werden können. Erreicht wird dies durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass . in einem ersten Verfahrensschritt der Massenstrom m1 in der Ansaugleitung (1) stromaufwärts und der Massenstrom m2 in der Ansaugleitung (1) stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung (2) bestimmt werden, . in einem zweiten Verfahrensschritt die Enthalpieströme h'1 und h'2 unter Verwendung dieser Massenströme m1, m2 und der dazugehörigen Temperaturen T1 und T2 bestimmt werden, . in einem dritten Verfahrensschritt die Differenz Deltah der Enthalpieströme bestimmt wird mit Deltah = h'2 - h'1, . in einem vierten Schritt die Enthalpiedifferenz Deltah über eine vorgebbare Zeitspanne Deltat aufintegriert wird und das auf diese Weise ermittelte Integrationsergebnis DeltaH mit einem vorgebbaren Schwellenwert DeltaHthreshold verglichen wird, wobei - von der Funktionstüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen wird, falls DeltaH > DeltaHthreshold und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, die mit einer Ansaugleitung zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch ausgestattet ist, wobei eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die vom Kurbelgehäuse ausgeht und in die Ansaugleitung einmündet.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise auch Gegenstand der DE 100 26 492 A1 . Dabei wird zur Entlüftung des Kurbelgehäuses ein in der Entlüftungsleitung angeordnetes Taktventil in Abhängigkeit vom Druck im Kurbelgehäuse, welcher von einem Drucksensor erfasst wird, gesteuert. Der mittels Drucksensor ermittelte Druckverlauf dient auch zur Funktionsdiagnose des Entlüftungssystems bzw. der Entlüftung, beispielsweise zum Erkennen einer Leckage im Entlüftungssystem.
Die Entlüftung des Kurbelgehäuses verhindert, dass der Druck, der sich im Kurbelgehäuse während des Betriebes der Brennkraftmaschine aufbaut, unerwünscht hohe Werte annimmt.
Der Kolben jedes Zylinders einer Brennkraftmaschine wird axial beweglich in einem Zylinderrohr geführt und begrenzt zusammen mit dem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf den Brennraum eines Zylinders. Der Kolbenboden bildet dabei einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse ab, so dass kein Verbrennungsgas bzw. keine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse und kein Öl in den Brennraum gelangt. Hierzu ist der Kolben nach dem Stand der Technik zur Aufnahme von Kolbenringen auf seiner äußeren Mantelfläche mit Ringnuten ausgestattet, wobei die Kolbenringe sich nahezu über den gesamten Umfang des Kolbens erstrecken.
Eine vollständige Abdichtung des Brennraums gegenüber dem Kurbelgehäuse kann jedoch nicht sichergestellt werden, so dass ein Teil der Verbrennungsgase bzw. der Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangt und dort für eine Druckerhöhung sorgt. Insbesondere ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes, der sich auf der Zylinderinnenwand niederschlägt, mischt sich mit dem dort anhaftenden Ölfilm und gelangt anschließend zusammen mit dem Öl und dem Blow-by Gas in das Kurbelgehäuse.
Ein Teil des im Kurbelgehäuse befindlichen Öls vermischt sich in Form eines feinen Ölnebels mit den im Kurbelgehäuse befindlichen Gasen. Unterstützt wird dies durch die sich im Ölsumpf des Kurbelgehäuses drehende Kurbelwelle, die zu einer zusätzlichen Verschäumung des Öls beiträgt. Die beschriebene Kontamination des Öls mit Verbrennungsgasen trägt maßgeblich zur Ölverdünnung bei. Durch die Veränderung der Schmierstoffeigenschaften des Öls hat die Ölverdünnung maßgeblich Einfluß auf den Verschleiß und die Haltbarkeit d. h. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.
Um den Druck im Kurbelgehäuse abzubauen, werden nach dem Stand der Technik Verfahren zur Entlüftung des Kurbelgehäuses eingesetzt, wobei eine Problematik bei der Entlüftung darin besteht, dass die im Kurbelgehäuse befindlichen Gase mit Öl und Kraftstoff d. h. mit Flüssigkeiten kontaminiert sind. Daher wird der dem Kurbelgehäuse entnommene Entlüftungsstrom in der Regel zunächst einem Abscheider zugeführt, in dem die im Entlüftungsstrom befindlichen flüssigen Bestandteilen, insbesondere das Öl, abgeschieden werden können. Dabei wird das abgeschiedene und rückgewonnene Öl vorzugsweise in das Kurbelgehäuse zurückgeführt, wohingegen der teilgereinigte Entlüftungsstrom vorzugsweise in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine geleitet wird, um mit zusätzlicher Frischluft dem Brennraum zugeführt zu werden und an der Verbrennung teilzunehmen.
Zur Entlüftung des Kurbelgehäuses ist eine Entlüftungsleitung vorgesehen, die vom Kurbelgehäuse ausgeht und in die Ansaugleitung, welche zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch dient, mündet. In der Entlüftungsleitung ist in der Regel ein Entlüftungsventil angeordnet, um die Entlüftung zu steuern bzw. die Verbindung zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugleitung zu unterbrechen bzw. herzustellen. Zur Steuerung dieses Entlüftungsventils kann nach dem Stand der Technik beispielsweise ein im Kurbelgehäuse angeordneter Drucksensor verwendet werden. Bei Überschreiten eines vorgebbaren Drucks wird das Ventil zur Entlüftung des Kurbelgehäuses geöffnet. Alternativ kann aber auch ein mechanisches Entlüftungsventil eingesetzt werden, dessen Durchsatz bzw. Schaltzustand durch die momentan anliegende Druckdifferenz – zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugleitung – bestimmt wird.
Im Rahmen der Entlüftung werden die im Entlüftungsstrom enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC), aber auch andere Verbrennungsgase, wie Kohlenmonoxid (CO) und die Stickoxide (NO_x), in einem gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Kreislauf einer erneuten Verbrennung zugeführt. Ein Einleiten des Entlüftungsstromes in die Umgebung ist aufgrund der Kontamination des Entlüftungsstromes mit Verbrennungsgasen und gegebenenfalls Kraftstoff und kleinen Ölpartikeln nicht zulässig und aufgrund der geltenden Bestimmungen, die für die Ermittlung des Schadstoffausstoßes einer Brennkraftmaschine vorgeschrieben sind, untersagt.
Aus demselben Grund muß auch vermieden werden, dass sich ein Leckagestrom infolge einer Undichtigkeit des Entlüftungskreislaufes ausbildet, d. h. es muß insbesondere verhindert werden, dass ein Teil des Entlüftungsstroms auf dem Weg vom Kurbelgehäuse zur Ansaugleitung in die Umgebung gelangt.
Undichtigkeiten der Entlüftung können aus Undichtigkeiten einzelner Bauteile resultieren, beispielsweise eines Entlüftungsventils, des Abscheiders oder der Entlüftungsleitung selbst, aber auch dadurch bedingt sein, dass die Verbindung zwischen Kurbelgehäuse und Ventil bzw. zwischen Ventil und Ansaugleitung aufgehoben wird, beispielsweise weil ein vorgesehener Entlüftungsschlauch sich löst.
Eine Möglichkeit derartige Fehlfunktionen der Entlüftung nach dem Stand der Technik zu detektieren, bietet ein im Kurbelgehäuse vorgesehener Drucksensor, wie er weiter oben bereits erwähnt wurde.
Wird nämlich mittels eines solchen Drucksensors festgestellt, dass sich im Kurbelgehäuse über eine vorgebbare Zeitspanne kein erhöhter Druck aufbaut, kann auf eine Fehlfunktion der Entlüftung d. h. auf einen Leckagestrom geschlossen werden, da im Betrieb der Brennkraftmaschine zwangsläufig d. h. unvermeidbar ein mehr oder weniger großer Blow-by in das Kurbelgehäuse gelangt, also ein Druckanstieg im Kurbelgehäuse grundsätzlich nicht zu vermeiden, sondern zu erwarten ist.
In der Praxis erweist sich aber ein Verfahren zur Überwachung der Entlüftung unter Verwendung eines derartigen Drucksensors als untauglich, da die Funktionstüchtigkeit des Drucksensors aufgrund der im Kurbelgehäuse vorliegenden widrigen Verhältnisse nicht gewährleistet werden kann.
Es ist aber erforderlich, Fehlfunktionen der Entlüftung zuverlässig zu detektieren, um Emissionen von Schadstoffen in die Umgebung infolge Leckage sicher zu vermeiden.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses aufzuzeigen, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und mit dem Fehlfunktionen der Entlüftung zuverlässig detektiert werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, die mit einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft bzw. Frischgemisch ausgestattet ist, wobei eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die vom Kurbelgehäuse ausgeht und in die Ansaugleitung einmündet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass

– in einem ersten Verfahrensschritt der Massenstrom m₁ in der Ansaugleitung stromaufwärts und der Massenstrom m₂ in der Ansaugleitung stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung bestimmt werden,
– in einem zweiten Verfahrensschritt die Enthalpieströme h'₁ und h'₂ unter Verwendung dieser Massenströme m₁, m₂ und der dazugehörigen Temperaturen T₁ und T₂ bestimmt werden mit h' = m·T,
– in einem dritten Verfahrensschritt die Differenz Δh der Enthalpieströme bestimmt wird mit Δh = h'₂ – h'₁,
– in einem vierten Schritt die Enthalpiedifferenz Δh über eine vorgebbare Zeitspanne Δt aufintegriert wird und das auf diese Weise ermittelte Integrationsergebnis ΔH mit einem vorgebbaren Schwellenwert ΔH_threshold verglichen wird, wobei
– von der Funktionstüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen wird, falls ΔH > ΔH_threshold, und
– von der Funktionsuntüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen wird, falls ΔH < ΔH_threshold.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt in vorteilhafter Weise den Umstand, dass sich infolge der Einleitung des Entlüftungsstroms in die Ansaugleitung – im Rahmen der Entlüftung des Kurbelgehäuses – der Massenstrom in der Ansaugleitung ändert d. h. vergrößert, aber ebenfalls – und dies in einem größeren Umfang – die Enthalpie des Massenstroms d. h. der Enthalpiestrom.
Durch die Einleitung des Entlüftungsstromes m_CCV in die Ansaugleitung erhöht sich der angesaugte Massenstrom in der Ansaugleitung von m₁ auf m₂, wobei gilt: m2 = m1 + mCCV
Dabei bezeichnet m₁ den Massenstrom stromaufwärts und m₂ den Massenstrom stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung in die Ansaugleitung.
Grundsätzlich könnte bereits eine Überwachung der Entlüftung erfolgen, indem die Massenströme m₁ und m₂ beobachtet und miteinander verglichen werden (Δm = m₂ – m₁). Stellt sich im Rahmen der Entlüftung über eine vorgebbare Zeitspanne keine nennenswerte Erhöhung des Massenstromes in der Ansaugleitung bzw. keine vorgebbare aufintegrierte Masse ΔM ein, kann auf eine Fehlfunktion der Entlüftung geschlossen werden, da die fehlende Massenerhöhung nur bedeuten kann, dass kein spürbarer Entlüftungsstrom m_CCV vorliegt bzw. in die Ansaugleitung eingeleitet wird.
Erfindungsgemäß werden die Massenströme m aber nicht unmittelbar zur Überwachung der Entlüftung herangezogen. Vielmehr werden die Massenströme m in vorteilhafter Weise mittelbar verwendet, nämlich zur Bestimmung der jeweiligen Enthalpien bzw. Enthalpieströme h'. Dabei gilt näherungsweise: h' = m·T
Die Enthalpie bzw. der Enthalpiestrom h' ergibt sich aus dem Produkt des Massenstromes m und der Temperatur T des Massenstromes, wobei korrespondierend zur Bezeichnung der Massenströme T₁ die Temperatur stromaufwärts und T₂ die Temperatur stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung in die Ansaugleitung bezeichnet. Gemäß der oben stehenden Gleichung bezeichnet der Parameter h' im Rahmen der vorliegenden Erfindung den auf die spezifische Wärmekapazität bezogenen Enthalpiestrom. Nichtsdestotrotz wird h' vorliegend als Enthalpie bzw. Enthalpiestrom bezeichnet.
Die Enthalpien unterscheiden sich nun deutlicher voneinander als die Massenströme, denn die Enthalpien berücksichtigen neben den unterschiedlich großen Massenströmen auch die unterschiedlich großen Temperaturen, die vorliegend spürbar differieren.
Während der Massenstrom m₁ stromaufwärts der Einmündung nahezu Umgebungstemperatur T_atm aufweist, liegt im aus dem Kurbelgehäuse entnommenen Entlüftungsstrom m_CCV eine erheblich höhere Temperatur T_CCV vor, weshalb auch der Massenstrom m₂ stromabwärts der Einmündung eine gegenüber dem Massenstrom m₁ erhöhte Temperatur T₂ aufweist, falls ein Entlüftungsstrom m_CCV vorliegt, der sich beim Einmünden in die Ansaugleitung mit dem Massenstrom m₁ mischt.
Die erfindungsgemäße Verwendung der Enthalpien hat damit den wesentlichen Vorteil, dass die zur Überwachung der Entlüftung herangezogene Differenz ΔH eine zuverlässige Überwachung der Entlüftung – auch bei kleinen Massenströmen – ermöglicht, insbesondere eine wesentlich sensitivere Überwachung als dies die Verwendung der Differenz der Massenströme Δm zulassen würde.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Enthalpiedifferenz Δh = h'₂ – h'₁ über eine vorgebbare Zeitspanne Δt aufintegriert, wobei das Integrationsergebnis ΔH mit einem vorgebbaren Schwellenwert ΔH_threshold verglichen wird.
Dabei wird von der Funktionstüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen, falls ΔH > ΔH_threshold gilt. Andernfalls, falls ΔH < ΔH_threshold ist, muss von der Funktionsuntüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen werden.
Bei der Festlegung der vorgebbaren Zeitspanne Δt sind die Länge und der Durchmesser der Entlüftungsleitung, aber auch der Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere die Drehzahl und die Last, zu berücksichtigen. So erfordert eine aufgeladene Brennkraftmaschine bei hoher Last in der Regel eine umfangreichere Entlüftung d. h. einen größeren Entlüftungsstrom zum Druckabbau im Kurbelgehäuse, so dass eine vergleichsweise kurze Zeitspanne zum Detektieren einer Fehlfunktion bzw. zum Überwachen bereits ausreichen könnte.
Der Einsatz eines Drucksensors im Kurbelgehäuse zur Überwachung der Entlüftung ist erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich. Zusammen mit dem Drucksensor entfallen auch die mit diesem Sensor verbundenen Probleme. Mit dem Sensor entfallen zudem die Kosten für einen derartigen Sensor.
Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren zur Überwachung der Entlüftung einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und mit dem Fehlfunktionen der Entlüftung zuverlässig detektiert werden können.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen zur Steuerung der Entlüftung ein Entlüftungsventil in der Entlüftungsleitung angeordnet wird. Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen ein elektronisch steuerbares Ventil verwendet wird, mit dem der Entlüftungsstrom in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine mittels einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Entlüftungsventil mit zunehmendem Blow-by, insbesondere mit zunehmender Last, weiter geöffnet wird, um die mit steigender Last zunehmend als Blow-by in das Kurbelgehäuse gelangenden größeren Mengen an Verbrennungsgasen via Entlüftungsleitung abzuführen. Diese Verfahrensvariante trägt dem Umstand Rechnung, dass mit zunehmender Last der Blow-by ebenfalls zunimmt, so dass der aus dem Kurbelgehäuse zu entnehmende Entlüftungsstrom durch Öffnen des Ventils vergrößert wird, um dem ansteigenden Druck im Kurbelgehäuse entgegenzuwirken.
Der Blow-by steigt grundsätzlich mit zunehmender Last an. Ähnlich große Blow-by-Werte werden auch unter Leerlaufbedingungen und bei hohen Drehzahlen im Schiebebetrieb erreicht, der sich dadurch auszeichnet, dass die Brennkraftmaschine keine Leistung abgibt, wobei die in den Brennräumen befindliche Zylinderladung häufig nur komprimiert wird d. h. der Brennkraftmaschine Leistung über die Kolben zugeführt wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Massenstrom m₁ mittels Luftmassensensor meßtechnisch bestimmt bzw. erfaßt wird. Dies ist eine bewährte Methode zur Bestimmung des Luftmassenstroms. Ein Luftmassensensor ist in der Regel bereits zum Zweck der Steuerung der Brennkraftmaschine vorhanden, wobei der Luftmassenstrom m₁ bei auf dem Markt befindlichen Brennkraftmaschinen nahezu immer ermittelt, eingestellt und überwacht wird.
Zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, bei der stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung ein Verdichter eines Abgasturboladers in der Ansaugleitung angeordnet ist, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen der Massenstrom m₂ unter Verwendung der Turboladerdrehzahl n_T bestimmt wird.
Zur Ermittlung der Drehzahl n_T kann ein Drehzahlsensor verwendet werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Druckverhältnis p₃/p₂ über den Verdichter bestimmt, wobei p₂ den Druck am Eintritt des Verdichters und p₃ den Druck am Austritt des Verdichters bezeichnet. Der Massenstrom m₂ wird dann mittels der meßtechnisch erfaßten Drehzahl n_T und des ermittelten Druckverhältnisses p₃/p₂ bestimmt.
Der Massenstrom m₂ kann beispielsweise aus einem vorbereiteten, in der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine gespeicherten Kennfeld unter Verwendung des Druckverhältnisses p₃/p₂ und der Drehzahl n_T als Eingangsgrößen ausgelesen werden. Ein derartiges Kennfeld beinhaltet und liefert als Ausgangsgröße den zu ermittelnden Massenstrom m₂, wobei zwei Betriebsparameter des Abgasturboladers bzw. Verdichters, nämlich das Druckverhältnis p₃/p₂ und die Drehzahl n_T als Eingangsgrößen verwendet werden.
Aus den genannten Gründen sind auch Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen der Druck p stromabwärts des Verdichters ermittelt wird, beispielsweise meßtechnisch unter Verwendung eines Drucksensors.
Alternativ kann der Massenstrom m₂ auch unter Verwendung des Gesetzes für ideale Gase bestimmt werden, das lautet: p·V = m·R·T
Zur Anwendung des Gesetzes für ideale Gase ist das Plenum zu bevorzugen, in welches die Ansaugleitung einmündet und von wo aus die angesaugte Luft auf die einzelnen Zylinder verteilt wird. Im Plenum ist in der Regel ein Temperatursensor vorgesehen, so dass die Größen T, R, V und p zur Ermittlung des Massenstromes m₂ bekannt sind.
Ist die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung ausgestattet, muß dies berücksichtigt werden. Die Abgasrückführrate X_AGR bestimmt sich dabei wie folgt: XAGR = mAGR/(mAGR + mF1)wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_F1 die zugeführte und gegebenenfalls komprimierte Frischluft bzw. Ladeluft bezeichnet. p·V = (mAGR + m2)·R·T
Zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, bei der stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung ein Verdichter eines Abgasturboladers in der Ansaugleitung angeordnet ist, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen die Enthalpie bzw. der Enthalpiestrom h'₂ stromaufwärts des Verdichters bestimmt wird. Diese Vorgehensweise stellt sicher, dass die Gleichung Δh = h'2 – h'1
Gültigkeit behält, da dann die Verdichterarbeit bzw. -leistung nicht in der Enthalpiebilanz berücksichtigt zu werden braucht.
Dabei sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Temperatur T₂ d. h. die Mischtemperatur stromaufwärts des Verdichters meßtechnisch erfaßt wird, beispielsweise mittels Temperatursensor.
Aus demselben Grund sind bei Brennkraftmaschinen, bei denen stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung ein Ladeluftkühler in der Ansaugleitung angeordnet ist, Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen die Enthalpie bzw. der Enthalpiestrom h'₂ stromaufwärts des Ladeluftkühlers bestimmt wird. Diese Vorgehensweise gewährleistet, dass die Kühlleistung nicht in der Enthalpiebilanz berücksichtigt werden muß.
Grundsätzlich sollte der Enthalpiestrom h'₂ stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung und vorzugsweise an einer Stelle in der Ansaugleitung bestimmt werden, bis zu der keine zusätzliche Energie mehr in den Massenstrom m₂ eingespeist oder aus dem Massenstrom m₂ abgeführt wurde.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Druck p₁ näherungsweise dem Umgebungsdruck p_atm gleichgesetzt wird. Eine eventuell vorgesehene Drosselklappe erfordert gegebenenfalls eine andere Betrachtungsweise.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß den 1 bis 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine,
2a die Massenströme m in der Ansaugleitung in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl n,
2b die Enthalpieströme h' in der Ansaugleitung in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl n, und
3 schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Flußdiagramms.
1 zeigt schematisch die Ansaugleitung 1 einer Brennkraftmaschine, anhand derer das grundsätzliche Verfahren zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine erläutert werden soll.
Die angesaugte Luft, die Umgebungsdruck p_atm und Umgebungstemperatur T_atm aufweist, gelangt zunächst in eine Luftfilterkammer 4, in der die Luft zur Reinigung einen Filter durchströmt. Stromabwärts dieser Luftfilterkammer 4 liegt dann in der Ansaugleitung 1 ein gereinigter Massenstrom m₁ bzw. Enthalpiestrom h'₁ vor, der die Temperatur T₁ und den Druck p₁ aufweist. Der angesaugte und gereinigte Luftmassenstrom m₁ kann meßtechnisch mittels Luftmassensensor erfaßt d. h. ermittelt werden. In der Ansaugleitung 1 stellt sich ein geringfügiger Druckverlust ein. Näherungsweise kann der Druck p₁ dem Umgebungsdruck p_atm gleichgesetzt werden.
Die im Kurbelgehäuse befindlichen Gase werden vom Kurbelgehäuse in die Ansaugleitung 1 geleitet, wozu eine Entlüftungsleitung 2 vorgesehen ist, die vom Kurbelgehäuse ausgeht und in die Ansaugleitung 1 einmündet.
Dabei mündet die Entlüftungsleitung 2 stromabwärts der Luftfilterkammer 4 und stromaufwärts eines in der Ansaugleitung 1 vorgesehenen Verdichters 5 in die Ansaugleitung 1. Auf diese Weise kann der Entlüftungsstrom m_CCV allein aufgrund der zwischen dem Kurbelgehäuse und der Ansaugleitung 1 – im Betrieb der Brennkraftmaschine – vorliegenden Druckdifferenz gefördert werden. In der Regel liegt ein Überdruck im Kurbelgehäuse und ein Unterdruck in der Ansaugleitung 1 stromaufwärts des Verdichters 5 vor. Eine Vorraussetzung für die Entlüftung des Kurbelgehäuses ist aber, dass das in der Entlüftungsleitung 2 angeordnete Entlüftungsventil 3 geöffnet ist. Dabei kann es sich bei dem Entlüftungsventil 3 beispielsweise um ein mechanisches, aber auch um ein elektronisch steuerbares Ventil handeln.
Der Entlüftungsstrom m_CCV bzw. Enthalpiestrom h'_CCV weist die Temperatur T_CCV und den Druck p_CCV auf. Der Entlüftungsstrom m_CCV mischt sich mit dem angesaugten Massenstrom m₁. Stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung 2 liegt dann in der Ansaugleitung 1 ein Massenstrom m₂ bzw. Enthalpiestrom h'₂ vor, der die Temperatur T₂ und den Druck p₂ aufweist.
Dieser Massenstrom m₂ durchströmt nach der Kompression im Verdichter 5 einen stromabwärts in der Ansaugleitung 1 angeordneten Ladeluftkühler 6 und gelangt von dort in das Plenum 7. Von diesem Plenum 7 aus wird die angesaugte und komprimierte Luft auf die einzelnen Zylinder verteilt.
2a zeigt die Massenströme m in der Ansaugleitung in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl n, wobei m₁ den Massenstrom stromaufwärts und m₂ den Massenstrom stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung bezeichnet. Die Massenströme m₁ und m₂ unterscheiden sich infolge des Entlüftungsmassenstromes m_CCV. Es gilt: Δm = mCCV = m2 – m1
2b zeigt die Enthalpieströme bzw. die Enthalpien h' in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl n, wobei h'₁ den Enthalpiestrom stromaufwärts und h'₂ den Enthalpiestrom stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung bezeichnet. Die Enthalpieströme h₁ und h₂ unterscheiden sich infolge der Enthalpie des Entlüftungsmassenstromes h'_CCV Es gilt: Δh = h'CCV = h'2 – h
Ein Vergleich der 2a und 2b zeigt, dass eine Überwachung der Entlüftung grundsätzlich unter Verwendung der Massenströme m₁ und m₂ erfolgen kann, sich aber die Enthalpien bzw. die Enthalpieströme h' besser eignen, da diese sich deutlicher voneinander unterscheiden.
Insofern ermöglicht die Verwendung der Enthalpieströme h' insbesondere eine zuverlässige Überwachung der Entlüftung auch bei kleinen Massenströmen und grundsätzlich eine wesentlich sensitivere Überwachung als dies die Verwendung der Differenz der Massenströme Δm zulassen würde.
3 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Flußdiagramms.
Zunächst wird geprüft, ob der momentane Schaltzustand eines gegebenenfalls vorgesehenen Ventils überhaupt eine Entlüftung zuläßt d. h. ob das Ventil geöffnet ist.
Wird dies bejaht, werden der Massenstrom m₁ in der Ansaugleitung stromaufwärts und der Massenstrom m₂ in der Ansaugleitung stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung bestimmt.
Anschließend werden unter Verwendung dieser Massenströme m₁, m₂ und der dazugehörigen Temperaturen T₁ und T₂ in einem zweiten Verfahrensschritt die Enthalpieströme h'₁ und h'₂ bestimmt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird dann die Differenz Δh der Enthalpieströme Δh = h'₂ – h'₁ ermittelt, welche im Rahmen eines vierten Schritts über eine vorgebbare Zeitspanne Δt aufintegriert wird.
Das auf diese Weise ermittelte Integrationsergebnis ΔH wird mit einem vorgebbaren Schwellenwert ΔH_threshold verglichen.
Dabei wird von der Funktionstüchtigkeit der Entlüftung ausgegangen, falls ΔH > ΔH_threshold. Andererseits, falls ΔH < ΔH_threshold, wird von der Funktionsuntüchtigkeit der Entlüftung ausgegangen.

1: Ansaugleitung
2: Entlüftungsleitung
3: Entlüftungsventil
4: Luftfilterkammer
5: Verdichter
6: Ladeluftkühler
7: Plenum
8: Einmündung
h': auf spezifische Wärmekapazität bezogener Enthalpiestrom in der Ansaugleitung
h'₁: auf spezifische Wärmekapazität bezogener Enthalpiestrom stromaufwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
h'₂: auf spezifische Wärmekapazität bezogener Enthalpiestrom stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
h'_CCV: auf spezifische Wärmekapazität bezogener Enthalpiestrom in der Entlüftungsleitung
Δh: Differenz Enthalpieströme
ΔH: Integrationsergebnis, auf spezifische Wärmekapazität bezogene Enthalpie
^ΔHthreshold: vorgebbarer Schwellenwert
m: Massenstrom in der Ansaugleitung
m₁: Massenstrom stromaufwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
m₂: Massenstrom stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
m_AGR: Massenstrom an zurückgeführtem Abgas
m_CCV: Entlüftungsstrom
m_F1: zugeführter Frischluftstrom
n: Motorendrehzahl
n_T: Drehzahl des Verdichters
p: Massenstrom in der Ansaugleitung
p_atm: Umgebungsdruck
p₁: Druck stromaufwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
p₂: Druck stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
p₃: Druck am Austritt des Verdichters
p_CCV: Druck des Entlüftungsstroms
R: Gaskonstante
T: Temperatur des Massenstromes in der Ansaugleitung
T_atm: Umgebungstemperatur
T₁: Temperatur stromaufwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
T₂: Temperatur stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung
T_CCV: Temperatur des Entlüftungsstroms
Δt: vorgebbare Zeitspanne
V: Plenum-Volumen
X_AGR: Abgasrückführrate

Claims

Verfahren zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, die mit einer Ansaugleitung (1) zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch ausgestattet ist, wobei eine Entlüftungsleitung (2) vorgesehen ist, die vom Kurbelgehäuse ausgeht und in die Ansaugleitung (1) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Verfahrensschritt der Massenstrom m₁ in der Ansaugleitung (1) stromaufwärts und der Massenstrom m₂ in der Ansaugleitung (1) stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung (2) bestimmt werden, – in einem zweiten Verfahrensschritt die Enthalpieströme h'₁ und h'₂ unter Verwendung dieser Massenströme m₁, m₂ und der dazugehörigen Temperaturen T₁ und T₂ bestimmt werden, – in einem dritten Verfahrensschritt die Differenz Δh der Enthalpieströme bestimmt wird mit Δh = h'₂ – h'₁, – in einem vierten Schritt die Enthalpiedifferenz Δh über eine vorgebbare Zeitspanne Δt aufintegriert wird und das auf diese Weise ermittelte Integrationsergebnis ΔH mit einem vorgebbaren Schwellenwert ΔH_threshold verglichen wird, wobei – von der Funktionstüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen wird, falls ΔH > ΔH_threshold und – von der Funktionsuntüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung ausgegangen wird, falls ΔH < ΔH_threshold.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Entlüftung ein Entlüftungsventil (3) in der Entlüftungsleitung (2) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsventil (3) mit zunehmendem Blow-by, insbesondere mit zunehmender Last, weiter geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom m₁ mittels Luftmassensensor meßtechnisch bestimmt bzw. erfaßt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, bei der stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung (2) ein Verdichter (5) eines Abgasturboladers in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom m₂ unter Verwendung der Turboladerdrehzahl n_T bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom m₂ unter Verwendung des Gesetzes für ideale Gase bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, bei der stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung (2) ein Verdichter (5) eines Abgasturboladers in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enthalpie bzw. der Enthalpiestrom h'₂ stromaufwärts des Verdichters (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Temperatur T₂ ein Temperatursensor in der Ansaugleitung (1) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Überwachung der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, bei der stromabwärts der Einmündung der Entlüftungsleitung (2) ein Ladeluftkühler (6) in der Ansaugleitung (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enthalpie bzw. der Enthalpiestrom h'₂ stromaufwärts des Ladeluftkühlers bestimmt wird.