DE102018203491A1

DE102018203491A1 - Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung und Verfahren zur Detektion einer Leckage

Info

Publication number: DE102018203491A1
Application number: DE102018203491.5A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Brandstätter; Jochen Kronsteiner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung für einen Kurbelraum eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine, wobei der Kurbelraum mit einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine über eine Leitung Gas führend verbunden ist und wobei ein Sensor in der Leitung, und für dessen Signalauswertung ein elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, zur Feststellung einer Leckage in der Leitung, wobei der Sensor ein CO-Sensor ist und nahe dem Frischlufttrakt in der Leitung angeordnet ist.Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden zukünftige gesetzliche Emissionsvorgaben für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingehalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Detektion einer Leckage in der Kurbelgehäuseentlüftung mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 100 26 492 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Verfahren zur Funktionsdiagnose eines Entlüftungssystems eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem in einer Entlüftungsleitung ein Takt-Ventil angeordnet ist. Das Taktventil wird in Abhängigkeit vom Druck im Kurbelgehäuse gesteuert, der von einem Drucksensor gemessen wird. Bei hohem Druck im Kurbelgehäuse wird das Taktventil geöffnet, um die Dämpfe über ein Saugrohr des Verbrennungsmotors abfließen zu lassen. Die Steuerung des Taktventils erfolgt dabei in Abhängigkeit von Betriebs-, Abgasanforderungen und/oder Lastzuständen des Verbrennungsmotors. Anhand des Druckverlaufs ist erkennbar, ob beispielsweise der Ölstand des Verbrennungsmotors ausreichend ist, eine Leckage im geschlossenen Entlüftungssystem vorliegt oder der Verbrennungsmotor einen erhöhten Verschleiß aufweist. Durch eine optimierte Betriebsweise können sowohl eine Reduzierung von Blow-by-Gasen oder Emissionen als auch Reibungsverluste im Kurbelgehäuse verringert werden.
In nachteiliger Weise ist bei dem bekannten Verfahren keine OBD (On-Board-Diagnose) einer Leckage in der Blow-by-Leitung oder dem Entlüftungssystem darstellbar.
Weiter sind aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 008 831 A1 eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Überwachung eines Tankentlüftungssystems und eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems der Brennkraftmaschine bekannt. Es ist eine Brennkraftmaschine offenbart mit einer Ansaugluftleitung, die einen Verdichter eines Abgasturboladers und eine Drosselklappe enthält, sowie mit einem Tankentlüftungssystem und einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem, die an zwei Anschlussstellen vor dem Verdichter und hinter der Drosselklappe an die Ansaugluftleitung angeschlossen sind. Um auf relativ einfache Weise eine Überwachung der Einleitstellen der Entlüftungsgase in die Ansaugluftleitung zu ermöglichen, wird in dieser Offenlegungsschrift vorgeschlagen, dass unmittelbar an den Anschlussstellen jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist.
Auch mit dieser bekannten Vorrichtung ist in nachteiliger Weise keine OBD-Diagnose möglich.
Weiter ist auch aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 225 388 A1 ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung bekannt. Sie offenbart ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in der Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine, bei der ein Hohlraum des Kurbelgehäuses gasführend mit einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist. Es ist ein Drucksensor zur Messung des Druckes in dem Hohlraum vorgesehen, wobei für dessen Signalauswertung weiter ein elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Messen eines Gasdruckes mit einem Drucksensor in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem bei einer definierten Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine;
- Vergleichen eines Ist-Druckwertes mit einem Soll-Druckwert;
- Bei Überschreiten des Soll-Druckwertes Erkennen einer Leckage.

Auch mit diesem bekannten Stand der Technik ist in nachteiliger Weise keine OBD-Diagnose möglich.
Weiter sind aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 004 956 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung von ölhaltigen Blow-by-Gasen einer Brennkraftmaschine bekannt. Es wird eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von ölhaltigen Blow-by-Gasen vorgeschlagen, die über eine Entlüftungsleitung aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine abgeführt und in deren Ansaugtrakt zurückgeführt werden. Es ist vorgesehen, dass im Inneren der Entlüftungsleitung eine katalytische Reinigungsvorrichtung zur Nachbehandlung der Blow-by-Gase angeordnet ist. Weiter wird ein Verfahren zur Nachbehandlung von ölhaltigen Blow-by-Gasen vorgeschlagen, die über eine Entlüftungsleitung aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine abgeführt und zu deren Ansaugtrakt zurückgeführt werden, wobei die Blow-by-Gase mittels einer innerhalb der Entlüftungsleitung angeordneten Reinigungsvorrichtung katalytisch gereinigt werden.
Auch diese bekannte Vorrichtung und das zugehörige Verfahren sind nicht OBD-fähig.
Für in den USA zugelassene Dieselfahrzeuge ist gemäß CARB (California Air Resources Board) eine Erkennung von gelösten Kupplungsverbindungen im Blow-by-Pfad erforderlich. Eine derzeit mögliche Problemlösung erkennt per elektrischer Kontaktierung der Kupplungsverbindungen, ob eine Verrastung an den Kupplungsverbindungen in Ordnung ist oder nicht. Ein Bruch der Leitung oder eine Leckage in der Leitung zwischen den Kupplungsverbindungen ist in nachteiliger Weise nicht überprüfbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine OBD-fähige Lösung zur Erkennung einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung (Blow-by-Pfad) einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und verfahrensmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Verbau eines CO₂ Sensors am Ende des Blow-by-Pfades vorgeschlagen, d. h. dass der CO₂ Sensor nahe dem Frischlufttrakt in der Leitung des Blow-by-Pfades angeordnet ist. Unter nahe wird eine Distanz von ca. 0,5 cm bis 10 cm verstanden. Bei intakter Leitung hat das Blow-by-Gas aufgrund der innermotorischen Verbrennung eine definierte CO₂-Konzentration. Diese kann in einem definierten Zyklus erfasst werden (Abgleich Soll/Ist). Bei einer Leckage in der Leitung verändert sich die CO₂ Konzentration, die mittels einem Sensor erfasst wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kurbelgehäuseentlüftung und des erfindungsgemäßen Verfahrens können die CARB-Anforderungen, die ab 2025 gelten, problemlos eingehalten werden, da mit den vorgeschlagenen Maßnahmen eine OBD-Diagnose möglich ist.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine.
2 zeigt in einem ersten Diagramm einen CO₂ Verlauf über die Zeit bei intakter Leitung.
3 zeigt in einem zweiten Diagramm einen CO₂ Verlauf über die Zeit bei defekter Leitung.

1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine 1. Die Kurbelgehäuseentlüftung ist für einen Kurbelraum eines nicht bezifferten Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein nicht bezifferter Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 gasführend über eine Leitung 3 mit einem Frischlufttrakt 2 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. In etwa mittig in der Leitung 3 ist ein Ölabscheider 5 angeordnet, um lose Ölpartikel aus dem Kurbelgehäuseraum aus dem Blow-by-Gas zu entfernen, bevor dieses Blow-by-Gas dem Frischlufttrakt 2 zugeführt wird.
Erfindungsgemäß ist in der Leitung 3 ein Sensor 4 angeordnet, der ein CO₂-Sensor ist. Mit diesem CO₂-Sensor ist es möglich, eine CO₂ Konzentration in dem Blow-by-Gas in der Leitung 3 zu messen, das aus dem Kurbelraum heraus und in den Frischlufttrakt 2 gefördert wird. Ausgewertet wird das CO₂-Sensorsignal von einem nicht dargestellten Steuergerät der Brennkraftmaschine 1, in dem auch ein Grenzwert für die CO₂-Konzentration in dem Blow-by-Gas hinterlegt ist. Eine Auswertung erfolgt über einen Vergleich des Messwertes mit dem Grenzwert.
Der CO₂-Sensor ist nahe dem Frischlufttrakt 2 in der Leitung 3 angeordnet, das bedeutet dass er einen Abstand zu den Frischlufttrakt 2 zwischen ca. 0,5 cm und 10 cm aufweist. Durch diese Anordnung ist eine korrekte Messung des CO₂-Gehalts im Blow-by-Gas möglich.
2 zeigt in einem ersten Diagramm einen gemessenen CO₂-Verlauf mit dem Graphen 6 über einen Messzyklus auf einer X-Achse, dargestellt in Sekunden. Über die Y-Achse ist eine CO₂-Konzentration in ppm (parts per million) dargestellt. Ein Grenzwert 7 für die CO₂-Konzentration in dem Blow-by-Gas ist ebenfalls über die X-Achse dargestellt. Wie aus 2 zu entnehmen ist, liegt die gemessene CO₂-Konzentration über den gesamten Messzyklus oberhalb des Grenzwertes 7. Dies bedeutet, dass das Blow-by-Gas nicht mit der Umgebungsluft verdünnt ist, so dass keine Leckage in der Kurbelgehäuseentlüftung vorliegt.
3 zeigt in einem zweiten Diagramm das Gleiche wie das erste Diagramm in 2. Allerdings liegt in dem zweiten Diagramm in 3 der gemessene CO₂-Wert stets unterhalb des Grenzwertes 7, dies bedeutet, dass das Blow-by-Gas mit Frischluft verdünnt ist. Somit liegt ein Defekt in der Kurbelgehäuseentlüftung vor.
Erkannt wird die Leckage durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung der Brennkraftmaschine mit folgenden Verfahrensschritten:

- Beim einem Betrieb der Brennkraftmaschine messen einer CO₂-Konzentration in der Leitung mit dem Sensor;
- Vergleichen der gemessenen CO₂-Konzentration mit einem CO₂-Sollwert mit dem Steuergerät;
- Ausgeben einer Fehlermeldung mit dem Steuergerät, wenn der Messwert unter einem Grenzwert liegt.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kurbelgehäuseentlüftung und dem erfindungsgemäßen, OBD-fähigen Verfahren werden zukünftige gesetzliche Emissionsvorgaben für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingehalten.
Bezugszeichenliste

1.: Brennkraftmaschine
2.: Frischlufttrakt
3.: Leitung
4.: Sensor
5.: Ölabscheider
6.: CO₂-Konzentration, gemessen
7.: CO₂-Grenzwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10026492 A1 [0002]
DE 102009008831 A1 [0004]
DE 102013225388 A1 [0006]
DE 102004004956 A1 [0008]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einer Kurbelgehäuseentlüftung für einen Kurbelraum eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine (1), wobei der Kurbelraum mit einem Frischlufttrakt (2) der Brennkraftmaschine (1) über eine Leitung (3) Gas führend verbunden ist und wobei ein Sensor (4) in der Leitung (3), und für dessen Signalauswertung ein elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, zur Feststellung einer Leckage in der Leitung (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) ein CO₂-Sensor ist und nahe dem Frischlufttrakt (2) in der Leitung (3) angeordnet ist.
Verfahren zur Detektion einer Leckage in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine (1) nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Beim einem Betrieb der Brennkraftmaschine (1) messen einer CO₂-Konzentration in der Leitung (3) mit dem CO₂-Sensor (4); - Vergleichen der gemessenen CO₂-Konzentration mit einem CO₂-Sollwert mit dem Steuergerät; - Ausgeben einer Fehlermeldung mit dem Steuergerät, wenn der CO₂-Messwert unter einem CO₂-Grenzwert liegt.