DE102017108246A1 - Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Verbrennungskraftmaschine. Grundsätzlich wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Wert eines Anstiegs eines Druckes in einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine analysiert. Sofern der Anstieg im Vergleich mit einem IO-Sollwert diesen übersteigt, liegt eine Leckage im Kurbelgehäuseentlüftungssystem vor. Eine Voraussetzung dieser Leckagebestimmung ist die Herbeiführung eines geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Kurbelgehäuseentlüftungssysteme für Verbrennungskraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Während eines Arbeitstaktes der Verbrennungskraftmaschine kommt es zu einem Übertritt von Gas aus einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine über einen zwischen Kolbenringen und Laufbüchse der Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Bewegungsspalt in das Kurbelgehäuse. Ist die Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader aufgeladen, kann es ebenfalls zu einem Überströmen von Gas über eine Ölrückführleitung des Abgasturboladers in das Kurbelgehäuse kommen. Diese Gase werden allgemein als Blow-By Gase bezeichnet.
  • Damit der Druck im Kurbelgehäuse nicht unzulässig ansteigt, sind die Kurbelgehäuseentlüftungssysteme zur Konditionierung des Druckes im Kurbelgehäuse vorgesehen. Des Weiteren dienen sie der Vermeidung eines Entweichens der Blow-By Gase in die Umgebung, d.h. in die Atmosphäre. Damit ein möglicher Defekt des Kurbelgehäuseentlüftungssystems rechtzeitig erkannt wird, und es nicht oder nur in geringen Maßen zu einem Austritt der Blow-By Gase in die Atmosphäre kommt, ist erforderlich das Kurbelgehäuseentlüftungssystem auf Dichtheit zu prüfen.
  • Der Patentschrift DE 10 2007 050 087 B3 ist ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit des Kurbelgehäuseentlüftungssystems zu entnehmen, welches zur Bestimmung der Dichtheit thermodynamische Größen wie Massenströme und Temperaturen, die gemessen werden, und einer daraus zu berechnenden Enthalpie umfasst.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 100 26 492 A1 geht ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit des Kurbelgehäuseentlüftungssystems hervor, welches einen Drucksensor zur Bestimmung eines Druckes im Kurbelgehäuse aufweist. Des Weiteren ist ein Taktventil im Kurbelgehäuseentlüftungssystem ausgebildet, welches in Abhängigkeit des vom Drucksensor ermittelten Druckes geöffnet oder geschlossen wird.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 030 908 A1 beschreibt ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems, bei welchem ein Gaspfad des Kurbelgehäuseentlüftungssystems mit einem Prüfdruck beaufschlagt wird, wobei der zeitliche Verlauf des Druckes im Gaspfad unter der Beaufschlagung mit einem bereits ermittelten oder einem berechneten Sollverlauf verglichen wird.
  • Auch aus den Druckschriften DE 10 2013 225 388A1 , JP 2013-117176 A und der Patentschrift US 5,792,949 ist es bekannt, einen mit Hilfe eines Drucksensors im Kurbelgehäuse gemessenen Druck mit Sollwerten zu vergleichen, um die Dichtheit des Kurbelgehäuseentlüftungssystems bei definierten Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine zu bestimmen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren zur Leckagebestimmung für ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Leckagebestimmung für ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystem, wobei das Kurbelgehäuseentlüftungssystem einem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, und das Kurbelgehäuseentlüftungssystem zumindest eine Verbindungsleitung besitzt, die einen Ansaugtrakt mit dem Kurbelgehäuse durchströmbar verbindet, und mit einem Druckregelelement zur Regelung eines Druckes im Kurbelgehäuse, und mit einem Drucksensor, welcher den Kurbelgehäusedruck aufnimmt, und wobei zur Herbeiführung eines geschlossenen Kreislaufes das Kurbelgehäuseentlüftungssystem jede mit der Saugleitung unmittelbar verbundene Verbindungsleitung ein Schließelement aufweist, und wobei in einem
    • - ersten Schritt jede mit der Saugleitung unmittelbar verbundene Verbindungsleitung zu einem Messbeginn der Messung des Kurbelgehäusedruckes geschlossen wird und/oder ist,
    • - zweiten Schritt die Messung des Kurbelgehäusedruckes über einen Zeitraum ab dem Messbeginn erfolgt, wobei jedem Messzeitpunkt des Zeitraumes der zu diesem Messzeitpunkt gemessene Druck als Druckwert zugeordnet wird, wobei eine Kennlinie mit Hilfe der entsprechenden Messzeitpunkte und zugeordneten Druckwerten ermittelt wird,
    • - dritten Schritt eine Bestimmung des Wertes eines Anstiegs der Kennlinie mit Hilfe eines mathematischen Integrals und/oder einer mathematischen Ableitung von mindestens zwei Messzeitpunkten und deren korrespondierenden Druckwerten erfolgt, und
    • - vierten Schritt eine Vergleich des ermittelten Wertes des Anstiegs mit einem IO-Sollwert durchgeführt wird, wobei der IO-Sollwert den Wert eines intakten Kurbelgehäuseentlüftungssystems kennzeichnet.
  • In einem dichten Kurbelgehäuseentlüftungssystem steigt nach einem vollständigen Schließen des Schließelements bzw. sofern mehrere Schließelemente ausgebildet sind, nach einem vollständigen Schließen sämtlicher Schließelemente, der Druck im Kurbelgehäuse langsam an. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Kennlinie des Druckes über der Zeit eine Steigung bzw. einen Anstieg mit einem kleinen Wert aufweist. Dieser über der Zeit langsame Druckanstieg ist darin begründet, dass in einem geschlossenen, mit anderen Worten nahezu dichten Kurbelgehäuseentlüftungssystem, ein im Kurbelgehäuse üblicherweise gegenüber einem Umgebungsluftdruck herrschender Unterdruck nur langsam ausgeglichen wird.
  • Sofern im Kurbelgehäuse ein schneller Druckanstieg zu messen ist, bedeutet dies, dass eine Leckagestelle im Kurbelgehäuseentlüftungssystem vorliegt, da über die Leckagestelle Umgebungsluft in das Kurbelgehäuseentlüftungssystem gelangt und einen schnellen Druckausgleich herbeiführen möchte oder herbeiführt.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass durch die Betrachtung von Druckwerten bei zumindest zwei Messzeitpunkten eine verbesserte Aussage über eine Leckage des Kurbelgehäuseentlüftungssystems getroffen werden kann. Insbesondere, sofern mehrere Messzeitpunkte und ihre korrespondierenden Druckwerte ausgewertet werden, ist eine weitere, noch treffsichere Aussage möglich. Ein weiterer Vorteil ist in einer hohen Trennschärfe bei der Beurteilung eines defekten und somit leckagebehafteten Kurbelgehäuseentlüftungssystems und eines intakten und somit leckagefreien Kurbelgehäuseentlüftungssystem zu sehen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Aussage ausgehend von jedem im Zeitraum der Messung ermittelten Druck bewertet werden kann und somit bspw. kein Prüfdruck des Kurbelgehäuseentlüftungssystems erforderlich ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt die Messung über den Zeitraum direkt einem Abschaltzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine. Dies hat den Vorteil, da insbesondere heutzutage die in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen eine Start-Stopp-Vorrichtung aufweisen und somit die Verbrennungskraftmaschine insbesondere in einem Stadtbetrieb mehrmals abgeschaltet wird. Somit ergeben sich mehrere Messergebnisse in Form der Messzeitpunkte und ihren korrespondierenden Kurbelgehäusedrücke, wodurch eine weitere gesicherte Aussage zu einem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems zu machen ist. Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine durch eine schnell zu erzielende Aussage zum Zustand, bspw. durch die zahlreichen Abschaltvorgänge im Stadtbetrieb, aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass sehr kleine Leckagestellen, ab ca. 2mm detektiert werden können.
  • In einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Messung über den Zeitraum während eines Lastsprunges der Verbrennungskraftmaschine. Da bei einer Lasterhöhung eine so genannte Teillastentlüftungsleitung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems geschlossen wird und bis zu einem bestimmten Zeitpunkt eine so genannten Volllastentlüftungsleitung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems noch nicht geöffnet ist, liegt während des Lastsprunges ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem vor und kann zu Bestimmung einer möglichen Leckage genutzt werden.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Kurbelgehäuseentlüftungssystem niemals vollständig dicht sein kann, da über diverse Stellen, bspw. der Verbrennungskraftmaschine selbst, deren Kolben und entsprechende Steuerelemente, Einlass und Auslassventile, unterschiedlich positioniert sind und somit eine Einströmung von Umgebungsluft erlauben könnten. Daher wird in diesem Zusammenhang ein leckagefreies Kurbelgehäuseentlüftungssystem auch als ein dichtes Kurbelgehäuseentlüftungssystem bei geschlossenen Verbindungsleitungen bezeichnet.
  • Sofern das erfindungsgemäße Verfahren während eines Lastsprunges eingesetzt wird, ist es zur fehlerfreien Bestimmung einer möglichen Leckage des Kurbelgehäuseentlüftungssystems vorteilhaft, wenn über einen dem Zeitraum der Messung unmittelbar vorangehenden weiteren Zeitraum der Kurbelgehäusedruck einen IO-Sollwert aufweist.
  • Es hat sich gezeigt, dass eine Begrenzung des Zeitraumes auf höchstens der Zeitraum 60 Sekunden zur Bewertung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems, d. h. mit anderen Worten zur Leckagebestimmung hinreichend ist zur zuverlässigen Diagnose. Somit ist ein sehr schnelles Verfahren und aussagesicheres Verfahren realisiert.
  • Zur vereinfachten und somit kostengünstigen Regelung funktioniert das Schließelement in Form eines selbstregelnden Rückschlagventils. Somit sind keine Regelungs- und/oder weitere Steuerelemente zum Schließen der mit dem Schließelement versehenen Verbindungsleitung erforderlich.
  • Vorteilhaft wird das Ergebnis der Leckagediagnose in einem Display eines die Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs angezeigt. Somit ist der Betreiber des Kraftfahrzeugs nahezu jederzeit über den Zustand seines Kurbelgehäuseentlüftungssystem informiert und kann, sofern eine Leckage bzw. eine Leckagestelle vorliegt, schnell eine Werkstatt aufsuchen, damit nicht unzulässigerweise Leckagefluid, bzw. Blow-By Gas in die Umgebung gelangt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
    • 1 in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem,
    • 2 in einem p-t-Diagramm einen Kennlinie eines Kurbelgehäusedrucks bei leckagefreiem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems, einen Kennlinie des Kurbelgehäusedrucks bei Leckagezustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems sowie einen Kennlinie eines Umgebungsdruckes bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine, und
    • 3 in einem p-t-Diagramm einen Kennlinie in einer Saugleitung der Verbrennungskraftmaschine, einen Kennlinie in einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine und die Kennlinie des Umgebungsdruckes bei einem Lastsprung der Verbrennungskraftmaschine.
  • Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1, welche in Form eines Hubkolbenmotors ausgeführt ist, ist schematisch in 1 illustriert. Der Hubkolbenmotor weist ein Kurbelgehäuse 2 auf, welches mit einem Zylinderkopf 3 fest verbunden ist. Im Kurbelgehäuse 2 sind in nicht näher dargestellten Zylinderbuchsen sich überwiegend entlang einer Längsachse der Zylinderbuchse axial bewegende, nicht näher dargestellte Kolben aufgenommen. Diese Kolben sind mit Hilfe jeweils eines nicht näher dargestellten Pleuels an einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle des Hubkolbenmotors gelagert, wobei die Kurbelwelle im Kurbelgehäuse drehbar aufgenommen ist, an welcher üblicherweise eine Drehmomentabnahme zum Antrieb einer nicht näher dargestellten Antriebswelle erfolgt. Der axialen Bewegung ist eine so genannte Kippbewegung der Kolben aufgesetzt, da der Kolben an einem von der Kurbelwelle abgewandten Ende des Pleuels mit Hilfe eines Kolbenbolzens eine Kippbewegung um den Kolbenbolzen ausführbar gelagert ist.
  • Der Zylinderkopf 3 weist nicht näher dargestellte Steuerungselemente zur Befüllung und Entleerung eines so genannten Brennraumes auf, der mit Hilfe des Zylinderkopfes, des Kolbens und der Zylinderbuchse ausgebildet ist. Die Steuerungselemente des Hubkolbenmotors sind üblicherweise in Form von Tellerventilen, so genannten Einlassventilen und Auslassventilen, ausgebildet, die im Zylinderkopf bewegbar aufgenommen sind und ein Öffnen und Schließen von entsprechenden, im Zylinderkopf ausgebildeten Öffnungen, Einlassöffnungen und Auslassöffnungen, realisieren. Die Befüllung des Brennraumes erfolgt mit Frischluft. Die Entleerung des Brennraumes entspricht einer Verdrängung eines im Brennraum ausgebildeten Verbrennungsrückstand der Frischluft, welcher zur Verbrennung Kraftstoff zugeführt wurde. Es wird während einer so genannten Ladungswechselphase der Verbrennungsrückstand, insbesondere Abgas, überwiegend durch eine Hubbewegung des Kolbens und auch durch einströmende Frischluft aus dem Brennraum über die Auslassöffnungen verdrängt. Unter Frischluft ist nicht alleine die über die Umgebung angesaugte Luft zu verstehen, da heute zahlreiche Verbrennungskraftmaschinen über eine Abgasrückführeinheit verfügen, mit Hilfe derer Abgas in den Ansaugtrakt geführt wird. Das heißt mit anderen Worten, dass die in den Zylinder gelangte angesaugte Frischluft auch einen Teil Abgas enthalten kann.
  • Aufgrund der translatorischen und kippenden Bewegung des Kolbens ist ein zwischen dem Kolben und der Zylinderbuchse ausgebildeter Bewegungsspalt nicht vollständig abdichtbar, wobei zur Abdichtung nicht näher dargestellte Kolbenringe an einem Außenumfang des Kolbens bewegbar aufgenommen sind. Während der Bewegung des Kolbens kommt es zu einem Diffundieren von im Brennraum vorliegenden Gas, d.h. sowohl Frischluft als auch Abgas, einem so genannten Blow-By Gas, aus dem Brennraum über den Bewegungsspalt in das Kurbelgehäuse 2, welcher die Kurbelwelle bewegbar aufnehmend ausgeführt ist.
  • Zur Vermeidung eines das Kurbelgehäuse 2 schädigenden Überdrucks ist das Blow-By Gas über eine so genannte Kurbelgehäuseentlüftung 4, welche in Form einer Öffnung des Kurbelgehäuses 2 ausgebildet ist, abzuführen.
  • Damit das Blow-By Gas nicht unmittelbar in die Umgebung gelangen kann, ist ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5, die Kurbelgehäuseentlüftung 4 umfassend, vorgesehen, welches das in Abhängigkeit eines Betriebspunktes entstandene Blow-By Gas der Verbrennungskraftmaschine 1 aufnimmt und umweltverträglich bspw. durch Zufuhr zur Verbrennungskraftmaschine 1 abbaut.
  • Der Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein Abgasturbolader 6 zugeordnet, dessen Verdichter 7 in einem Ansaugtrakt 8 der Verbrennungskraftmaschine 1 aufgenommen ist. In einer alternativen Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein Kompressor zum Verdichten von Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine 1 im Ansaugtrakt 6 angeordnet. Der Verdichter 7 ist im Ansaugtrakt 8 stromauf des Zylinderkopfes 3 positioniert, wobei zwischen dem Verdichter 7 und dem Zylinderkopf 3 ein Dosierelement 9, welches in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Drosselklappe ausgeführt ist, angeordnet ist. Das Dosierelement 9 dient einer gemäß einer Gaspedalstellung entsprechenden Kraftstoffzufuhr.
  • Zwischen dem Dosierelement 9 und dem Verdichter 7 ist ein nicht näher dargestellter Ladeluftkühler zur Kühlung der vom Verdichter 7 angesaugten Frischluft angeordnet.
  • Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 3 besteht aus einem umfangreichen Leitungssystem. Ausgehend von der Kurbelgehäuseentlüftung 4 ist eine erste Verbindungsleitung 10 das Kurbelgehäuse 2 mit einer Abscheideeinheit 11, insbesondere einem Ölnebelabscheider, durchströmbar verbunden. Die Abscheideeinheit 11 ist mittels einer zweiten Verbindungsleitung 12 mit einer Saugleitung 13 des Ansaugtraktes 8 durchströmbar verbunden. Die zweite Verbindungsleitung 12 mündet stromauf des Verdichters 7 in die Saugleitung 13.
  • Die Abscheideeinheit 11 ist weiter mittels einer dritten Verbindungsleitung 14 mit einem Druckregelelement 15 verbunden, welches den im Kurbelgehäuse 2 vorherrschenden Druck regelt. Das Druckregelelement 15 ist seinerseits mit der Saugleitung 13 mit Hilfe einer vierten Verbindungsleitung 16 durchströmbar verbunden, wobei die vierte Verbindungsleitung 16 zwischen dem Dosierelement 9 und dem Zylinderkopf 3 in die Saugleitung 13 mündet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 1 ist das Druckregelelement 15 am Zylinderkopf 3 positioniert. Es regelt den Kurbelgehäusedruck durch Drosselung des Druckes in der Saugleitung 13.
  • Des Weiteren kann das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 eine fünfte Verbindungsleitung 17 umfassen, welche den Abscheider 11 mit der Saugleitung 13 verbindet, wobei die fünfte Verbindungsleitung 17 zwischen dem Verdichter 7 und dem Dosierelement 9 in die Saugleitung 13 mündet. Die fünfte Verbindungsleitung 17 ist in Form einer so genannten PCV-Leitung, einer im Fachjargon als „positive crankcase ventilation“ bezeichneten Leitung, ausgebildet, wobei über diese PCV-Leitung insbesondere bei in Form von Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen, ein kleiner Teil der angesaugten Frischluft in Form von Spülluft durch das Kurbelgehäuse 2 geführt wird. In der fünften Verbindungsleitung 17 ist ein nicht näher dargestelltes Rückschlagventil vorgesehen, welches einen Gasstrom ausgehend vom Kurbelgehäuse 2 in die Saugleitung 13 unterbindet.
  • Im Kurbelgehäuse 2 ist ein Drucksensor 18 zur Ermittlung des Kurbelgehäusedruckes vorgesehen.
  • Damit das Blow-By Gas aus dem Kurbelgehäuse 2 gesaugt werden kann, wird in diesem ein Unterdruck mit Hilfe des Druckregelelements 15 erzeugt, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 in Betrieb ist. In Abhängigkeit des Betriebszustandes erfolgt die Erzeugung des Unterdruckes auf unterschiedlichen Wegen.
  • Grundsätzlich wird zur Herbeiführung eines Unterdruckes im Kurbelgehäuse 2 ein in der Saugleitung 13 anliegender Saugrohrdruck genutzt. Jedoch ist dieser Saugrohrdruck an unterschiedlichen Stellen der Saugleitung 13 unterschiedlich groß. Insbesondere ist üblicherweise der Saugrohrdruck im Betrieb des Abgasturboladers 6 stromauf des Verdichters 7, im Folgenden als Saugrohrdruck vor Verdichter bezeichnet, kleiner als er es stromab des Verdichters 7 ist, wobei dieser Saugrohrdruck im Folgenden mit Saugrohrdruck nach Verdichter bezeichnet wird.
  • Befindet sich der Verbrennungsmotor 1 im Teillastbetrieb, wird der Unterdruck mit Hilfe des in der Saugleitung 13 anliegenden Saugrohrdruckes nach Verdichter herbeigeführt. Dabei ist ein in der vierten Verbindungsleitung 16 angeordnetes erstes Rückschlagventil 19 des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 geöffnet. Sofern sich der Verbrennungsmotor 1 im Volllastbetrieb befindet, wird der Unterdruck mit Hilfe des in der Saugleitung 13 anliegenden Saugrohrdruckes vor Verdichter herbeigeführt. Dabei ist ein in der zweiten Verbindungsleitung 12 angeordnetes zweites Rückschlagventil 20 geöffnet, wobei das erste Rückschlagventil 19 geschlossen ist, damit keine Luft über die vierte Verbindungsleitung 16 in das Kurbelgehäuse 2 eintreten kann. Das zweite Rückschlagventil 20 ist allerdings so lange geschlossen, bis der Druck im Kurbelgehäuse 2 größer ist als der Druck vor Verdichter.
  • Selbstredend ist im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 das zweite Rückschlagventil 20 geschlossen um ein Überströmen von Gas über die zweite Verbindungsleitung in das Kurbelgehäuse 2 zu verhindern. Das erste Rückschlagventil 19 schließt, sobald der Druck nach Verdichter größer ist als der Druck im Kurbelgehäuse 2. Die beiden Rückschlagventile 19, 20 sind selbstregelnd druckabhängig ausgeführt. Sie sind beide geschlossen, sofern im Kurbelgehäuse 2 ein Unterdruck anliegt und die Verbrennungskraftmaschine 1 außer Betrieb ist, bzw. abgeschaltet wird. Somit ist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 auch nach dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 weitestgehend dicht und es können nahezu keine Abgase nach Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 aus dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 in die Umgebung gelangen.
  • Weist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 eine undichte Stelle auf, entweicht über die Stelle, die Leckagestelle, unkontrolliert Leckagefluid bestehend aus dem Blow-By Gas aus dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5. Eine Detektion der Leckagestelle ist mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
  • Diese kann mit Hilfe einer Messung des Kurbelgehäusedruckes, der über einen bestimmten Zeitraum T aufgenommen wird, erkannt werden. Üblicherweise steigt der Kurbelgehäusedruck bei einem nahezu dichten Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 sehr langsam an. Das bedeutet, dass zur Prüfung einer möglichen Undichtheit das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 geschlossen sein muss. Dazu sind sämtliche Rückschlagventile 19, 20 sowie das Rückschlagventil der fünften Verbindungsleitung 17 zu schließen, damit über die Saugleitung 13 kein Gas, Frischluft und/oder Abgas entweichen kann.
  • Die Rückschlagventile 19, 20 sowie das Rückschlagventil der fünften Verbindungsleitung 17 sind sowohl bei einem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 1 als auch bei einem Lastsprung derselben, bspw. vom gedrosselten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 in den aufgeladenen Betrieb, geschlossen und es liegt somit ein geschlossener Kreislauf des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 vor. Bei einem Lastsprung wird das erste Rückschlagventil 19 der vierten Verbindungsleitung 16, d.h. der so genannten Teillastentlüftungsleitung bei Erhöhung der Last geschlossen, wobei das zweite Rückschlagventil 20 der zweiten Verbindungsleitung 12, der so genannten Volllastentlüftungsleitung, noch geschlossen ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der Zeitraum T der Messung bei einem Lastsprung einen Messbeginn t1, der dem Beginn der Lastzunahme entspricht, und ein Messende t2, welches durch das Öffnen des zweiten Rückschlagventils 20 charakterisiert ist, aufweist.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Prüfung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 auf Leckage bei Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 1. Die Prüfung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 beginnt beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 1, wobei der Abschaltzeitpunkt im ersten Ausführungsbeispiel dem Messbeginn t1 des Zeitraumes T der Messung entspricht.
  • In 2 sind in einem p-t-Diagramm eine beispielhafte erste Kennlinie KiO des Kurbelgehäusedrucks bei leckagefreiem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5, eine beispielhafte zweite Kennlinie KniO des Kurbelgehäusedrucks bei Leckagezustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 sowie eine beispielhafte dritte Kennlinie Ku des Druckes in der Umgebung, resp. der Atmosphäre, dargestellt. Jede Kennlinie KiO , KniO , Ku setzt sich zusammen aus mehreren Wertepaaren, wobei jedem Messzeitpunkt t des Zeitraumes T ein zu diesem Messzeitpunkt t gemessener Druck als Druckwert p zugeordnet wird.
  • Die Messung des Kurbelgehäusedruckes erfolgt über den Zeitraum T zum Messbeginn t1. Das Messende t2, welches den Zeitraum T bestimmt, kann flexibel sein, wobei ein Zeitraum T von höchstens 60 Sekunden anzustreben ist.
  • Zur Leckageerkennung ist ein so genannter IO-Sollwert in einer nicht näher dargestellten Regel- und Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine 1 hinterlegt, der ein Referenzwert des Anstiegs der Kennlinie KiO des intakten, somit leckagefreien Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 ist. Der Abgleich kann mit mehreren Druckwert-Zeitpunkt-Paaren durchgeführt werden. Die Messung kann über einen längeren Zeitraum T erfolgen, wobei der Zeitraum insbesondere höchstens 60 Sekunden beträgt.
  • In einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wert des Anstiegs in Form einer mathematischen Ableitung der mit Hilfe der ermittelten Druckwert-Zeitpunkt-Paaren bestimmten Kennlinie KiO ; KniO bestimmt.
  • In einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wert des Anstiegs durch Bestimmung eines mathematischen Integrals der mit Hilfe der ermittelten Druckwert-Zeitpunkt-Paaren bestimmten Kennlinie KiO ; KniO ermittelt.
  • Steigt der Druck im Kurbelgehäuse 2 über einen bestimmten Zeitraum T langsam an, wie es die Kennlinie KiO des Kurbelgehäusedrucks bei leckagefreiem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 zeigt, das heißt mit anderen Worten, dass der Wert des Anstiegs der Kennlinie KiO klein ist und somit keinen oder nur einen unwesentlichen Unterschied bei einem Vergleich mit dem IO-Sollwert aufweist, ist das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 intakt und weist keine Leckage auf.
  • Steigt der Druck im Kurbelgehäuse 2 über einen bestimmten Zeitraum T schnell an, wie es die Kennlinie KniO des Kurbelgehäusedrucks bei leckagebehaftetem Zustand des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 zeigt, bedeutet dies, dass über eine der Leckage zuzuordnenden Leckagestelle Gas in das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 eindringt, da im geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 ein Unterdruck vorliegt. Der Anstieg des Druckes im Kurbelgehäuse 2 ist dann beendet, wenn ein Druckausgleich im Kurbelgehäuse 2 erzielt ist. Das heißt mit anderen Worten, wenn ein Umgebungsdruck bzw. Atmosphärendruck dem Kurbelgehäusedruck entspricht. Ab diesem Zeitpunkt weist das Kurbelgehäuse 2 einen konstanten Kurbelgehäusedruck auf. Somit könnte als Messbeginn t1 der Zeitpunkt des Abschaltens der Verbrennungskraftmaschine 1 bestimmt werden und als Messende t2 des Zeitraumes T ein erster Zeitpunkt mehrerer Messzeitpunkte t, die sich durch einen konstanten Druck auszeichnen.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Prüfung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5 auf Leckage bei einem Lastsprung der Verbrennungskraftmaschine 1.
  • In 3 sind in einem p-t-Diagramm eine vierte Kennlinie KS eines Druckes in der Saugleitung 13 der Verbrennungskraftmaschine 1, die erste Kennlinie KiO des Druckes im Kurbelgehäuse 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 und die dritte Kennlinie KU eines Druckes der Umgebung bzw. Atmosphäre bei einem Lastsprung der Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt. Der Lastsprung entspricht in diesem Beispiel einem schnellen Wechsel aus einem gedrosselten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 in einen aufgeladenen Betrieb derselben.
  • Zur gesicherten Diagnose ist es notwendig, dass im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 vor dem Lastsprung, d.h. mit anderen Worten vor einem weiteren Öffnen des Dosierelementes 9, im Kurbelgehäuse 2 ein bestimmter, so genannter Kurbelgehäuse-Solldruck herrscht. Das bedeutet mit anderen Worten, dass eine bestimmte Last an der Verbrennungskraftmaschine 1 über einen weiteren Zeitraum anliegen muss. Wenn die Last erhöht wird, schließt sich das zweite Rückschlagventil 20 in der zweiten Verbindungsleitung 12 und das Rückschlagventil 19 in der vierten Verbindungsleitung 16 ist noch nicht geöffnet.
  • Es erfolgt somit bei geschlossenem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 die Aufnahme des Kurbelgehäusedruckes. Sofern der Kurbelgehäusedruck nur langsam steigt, liegt keine Leckage im Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 vor. Nimmt jedoch der Kurbelgehäusedruck schnell zu, das heißt mit anderen Worten ist ein Wert des Ergebnisses der Ableitung und/oder des Integrals größer als der IO-Sollwert, liegt eine Leckage im Kurbelgehäuseentlüftungssystem 5 vor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit die folgenden Verfahrensschritte auf:
  • Erster Verfahrensschritt:
  • Schließen jeder mit der Saugleitung 13 unmittelbar verbundene Verbindungsleitung 12, 16, 17 zum Messbeginn t1 der Messung des Kurbelgehäusedruckes
  • Zweiter Verfahrensschritt:
  • Messung des Kurbelgehäusedruckes über den Zeitraum T, wobei jedem Messzeitpunkt t des Zeitraumes T der zu diesem Messzeitpunkt t gemessene Druck als Druckwert p zugeordnet wird, wobei eine Kennlinie KiO ; KniO mit Hilfe der entsprechenden Messzeitpunkte t und zugeordneten Druckwerten p darstellbar ist,
  • Dritter Verfahrensschritt:
  • Bestimmung des Wertes eines Anstiegs der Kennlinie KiO ; KniO mit Hilfe eines mathematischen Integrals und/oder einer mathematischen Ableitung von mindestens zwei Messzeitpunkten t und deren korrespondierenden Druckwerten p, und
  • Vierter Verfahrensschritt:
  • Vergleich des Wertes des ermittelten Anstiegs mit dem IO-Sollwert.
  • Das Ergebnis der Leckagebestimmung kann bspw. insbesondere bei einem Defekt des Kurbelgehäuseentlüftungssystems 5, im ersten Ausführungsbeispiel beim nächsten Start der Verbrennungskraftmaschine 1 oder im zweiten Ausführungsbeispiel während dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 in einer Bedienungsanzeige eines mit der Verbrennungskraftmaschine 1 bestückten Kraftwagens angezeigt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit insbesondere durch die Beurteilung einer Mehrzahl von zu bestimmten Messzeitpunkten gemessenen Kurbelgehäusedrücken auf. Grundsätzlich wird ein Druckanstieg bewertet, wobei der Wert des Anstiegs ermittelt wird. Dies kann auf das Basis von Absolut- oder Relativdrücken erfolgen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Kurbelgehäuse
    3
    Zylinderkopf
    4
    Kurbelgehäuseentlüftung
    5
    Kurbelgehäuseentlüftungssystem
    6
    Abgasturbolader
    7
    Verdichter
    8
    Ansaugtrakt
    9
    Dosierelement
    10
    Erste Verbindungsleitung
    11
    Abscheideeinheit
    12
    Zweite Verbindungsleitung
    13
    Saugleitung
    14
    Dritte Verbindungsleitung
    15
    Druckregelelement
    16
    Vierte Verbindungsleitung
    17
    Fünfte Verbindungsleitung
    18
    Drucksensor
    19
    Erstes Rückschlagventil
    20
    Zweites Rückschlagventil
    p
    Druckwert
    t
    Messzeitpunkt
    t1
    Messbeginn
    t2
    Messende
    KiO
    Erste Kennlinie
    KniO
    Zweite Kennline
    KS
    Vierte Kennlinie
    KU
    Dritte Kennlinie
    T
    Zeitraum
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102004030908 A1 [0006]
    • DE 102013225388 A1 [0007]
    • JP 2013117176 A [0007]
    • US 5792949 [0007]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Leckagebestimmung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystem, wobei das Kurbelgehäuseentlüftungssystem (5) einem Kurbelgehäuse (2) einer Verbrennungskraftmaschine (1) zugeordnet ist, und das Kurbelgehäuseentlüftungssystem (5) zumindest eine Verbindungsleitung (12; 16; 17) besitzt, die einen Ansaugtrakt (8) mit dem Kurbelgehäuse (2) durchströmbar verbindet, und mit einem Druckregelelement (15) zur Regelung eines Druckes im Kurbelgehäuse (2), und mit einem Drucksensor (18), welcher den Kurbelgehäusedruck aufnimmt, und wobei zur Herbeiführung eines geschlossenen Kreislaufes das Kurbelgehäuseentlüftungssystem (5) jede mit der Saugleitung (13) unmittelbar verbundene Verbindungsleitung (12, 16) ein Schließelement (20, 19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem - ersten Schritt jede mit der Saugleitung (13) unmittelbar verbundene Verbindungsleitung (12, 16) zu einem Messbeginn (t1) der Messung des Kurbelgehäusedruckes geschlossen wird und/oder ist, - zweiten Schritt die Messung des Kurbelgehäusedruckes über einen Zeitraum (T) ab dem Messbeginn (t1) erfolgt, wobei jedem Messzeitpunkt (t) des Zeitraumes (T) der zu diesem Messzeitpunkt (t) gemessene Druck als Druckwert (p) zugeordnet wird, wobei eine Kennlinie (KiO; KniO) mit Hilfe der entsprechenden Messzeitpunkte (t) und zugeordneten Druckwerten (p) ermittelt wird, - dritten Schritt eine Bestimmung des Wertes eines Anstiegs der Kennlinie (KiO; KniO) mit Hilfe eines mathematischen Integrals und/oder einer mathematischen Ableitung von mindestens zwei Messzeitpunkten (t) und deren korrespondierenden Druckwerten (p) erfolgt, und - vierten Schritt eine Vergleich des ermittelten Wertes des Anstiegs mit dem IO-Sollwert durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung über den Zeitraum (T) direkt einem Abschaltzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine (1) folgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung über den Zeitraum (T) während eines Lastsprunges der Verbrennungskraftmaschine (1) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über einen dem Zeitraum (T) unmittelbar vorangehenden weiteren Zeitraum der Kurbelgehäusedruck einen IO-Sollwert aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum (T) nicht größer als 60 Sekunden ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (20; 19) in Form eines selbstregelnden Rückschlagventils funktioniert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ergebnis der Leckagediagnose in einem Display eines die Verbrennungskraftmaschine (1) aufweisenden Kraftfahrzeugs angezeigt wird.
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