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1. WO2020108838 - MOTEUR À COMBUSTION INTERNE À VENTILATION DE CARTER DE VILEBREQUIN AINSI QUE PROCÉDÉ DE DIAGNOSTIC D'UNE VENTILATION DE CARTER DE VILEBREQUIN

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[ DE ]

Beschreibung

Titel

Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse-Entlüftung sowie Verfahren zur Diagnose einer Kurbelgehäuse-Entlüftung

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem

Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem sowie ein Verfahren zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems.

Zur Begrenzung von Emissionen aus ausgasendem Kraftstoff sind bei

Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen Entlüftungssysteme bekannt, welche die aus einer Leckage aus der Brennkraftmaschine stammenden Kraftstoffdämpfe und Öldämpfe auffangen und der Brennkraftmaschine mittels einem

Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem zurückführen. Hierbei ist auch sicherzustellen, dass im Entlüftungssystem kein Leck vorhanden ist, aus welchem die

Ausgasungen in die Umwelt gelangen können. Hierbei ist aus der

DE 10 2013 225 388 A1 ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage bekannt, bei der ein Drucksensor in der Kurbelgehäuse-Entlüftung angeordnet ist und einen Druck bei einer definierten Drehzahl und einer definierten Last der

Brennkraftmaschine misst und den gemessenen Druck mit einem Soll-Druck vergleicht. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Kurbelgehäuse-Entlüftung bei Betrieb der Brennkraftmaschine am Saugbereich der

Brennkraftmaschine angeschlossen ist und ein Leck im Entlüftungssystem zu einem höheren Druck im Entlüftungssystem führen würde. Diese bekannte Verfahren weist jedoch eine aus dem geringen Signal-Rauschverhältnis resultierende begrenzte physikalische Robustheit auf, wobei hier auch noch zusätzliche Störeinflüsse, beispielsweise eine Temperatur der

Brennkraftmaschine, Verschmutzungen von Filter oder anderen Bauteilen usw., vorliegen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine höhere Robustheit bei der Erkennung eines Lecks in einem Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem möglich ist. Insbesondere kann ein Leck in einer Verbindungsleitung zwischen einem

Kurbelgehäuse und einem Saugbereich der Brennkraftmaschine sicher erkannt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass an einem

Leitungsstück der Verbindungsleitung zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Saugbereich ein Differenzdrucksensor vorgesehen ist, welcher eingerichtet ist, einen Differenzdruck über das Leitungsstück in der Verbindungsleitung zu bestimmen. Der Differenzdruck wird einer Steuereinheit zugeführt, welche eingerichtet ist, basierend auf dem erfassten Differenzdruck zu bestimmen, ob ein Leck im Kurbelgehäuse oder in der Verbindungsleitung vorhanden ist. Hierbei hat die Auswertung des Differenzdrucks über das Leitungsstück in der

Verbindungsleitung den entscheidenden Vorteil, dass durch die Erfassung des Differenzdrucks über dem Leitungsstück das Vorhandensein eines

Luftmassenstroms überwacht wird. Hierdurch ergibt sich zusätzlich die

Möglichkeit, eine blockierte Leitung zu erkennen. Dabei ermöglicht der

Differenzdruck eine höhere Genauigkeit als eine Auswertung eines

Absolutdrucks oder Relativdrucks wie im Stand der Technik. Somit kann erfindungsgemäß signifikant eine Reduzierung einer Wahrscheinlichkeit von Fehldiagnosen erreicht werden. Weiterhin ermöglicht die Nutzung des

Differenzdrucks eine beliebige Anordnung des Leitungsstücks mit Bypass und Differenzdrucksensor in der Verbindungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und Saugbereich der Brennkraftmaschine, so dass hier auch bauliche Vorteile gegeben sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass durch Auswertung des Differenzdrucks auch die bei nicht aufgeladenem Betrieb durchströmte Verbindungsleitung zum Saugrohr als fehlerhaft diagnostiziert werden kann.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Im Leitungsstück ist vorzugweise eine Drossel oder ein Rückschlagventil angeordnet. Hier kann insbesondere auch ein blockiertes Rückschlagventil erkannt werden.

Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine einen Turbolader, welcher im Saugbereich angeordnet ist, wobei die Verbindungsleitung in Strömungsrichtung im Saugbereich vor dem Turbolader mündet. Hierbei kann durch die Verwendung des Differenzdrucksensors auch bei einem gering aufgeladenen Betrieb der Brennkraftmaschine, d.h. kleinen Drehzahlen des Turboladers, eine Leckage sicher erfasst werden.

Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine einen Filter, welcher im Saugbereich angeordnet ist. Die Verbindungsleitung mündet dabei in

Strömungsrichtung der Luft durch den Saugbereich nach dem Filter.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das

Leitungsstück derart in der Verbindungsleitung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Saugbereich angeordnet, dass die Verbindungsleitung in einen ersten Teil, welcher zum Kurbelgehäuse gerichtet ist, und einen zweiten Teil, welcher zum Saugbereich gerichtet ist, unterteilt ist.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitungsstück an einer Mündung der Verbindungsleitung am Saugbereich angeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitungsstück an einem Beginn der Verbindungsleitung am Kurbelgehäuse angeordnet.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems einer Brennkraftmaschine mit einer das Kurbelgehäuse und den Saugbereich verbindenden

Verbindungsleitung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hierbei ein Differenzdruck über einem Leitungsstück in der Verbindungsleitung bestimmt und basierend auf dem bestimmten Differenzdruckwert eine Diagnose des

Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems ausgeführt. Hierbei werden die schon vorstehend ausgeführten Vorteile erhalten.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Start der Brennkraftmaschine durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird das Verfahren auch bei einem Betrieb des Turboladers mit niedrigen Drehzahlen ausgeführt. Hierbei kann beim Start oder bei niedrigen Drehzahlen des Turboladers eine Pulsation des Differenzdrucks erfasst werden, welche infolge der Bewegungen des Kolbens der Brennkraftmaschine auftritt. Die Druckschwankungen werden vorzugsweise durch Erfassung von Druckspitzen erkannt oder alternativ über einen Mittelwert eines hochfrequenten Anteils des Differenzdrucksignals oder weiter alternativ über die Signalenergie. Da der Differenzdruck über dem

Leitungsstück ermittelt wird, ergibt sich eine höhere Signalamplitude als bei einer Erfassung von Absolutdrücken oder Relativdrücken wie im Stand der Technik. Somit kann eine verbesserte Robustheit der Diagnose erreicht werden.

Es sei angemerkt, dass eine Auswertung des Differenzdrucksignals auch alternativ frequenzbasiert bzw. über ein Korrelationsverfahren ausgeführt werden kann, bei dem insbesondere eine Amplitude der Frequenzkomponente der Kurbelwellendrehzahl oder eines Vielfachen davon ermittelt wird. Der relevante Signalanteil wird dabei durch die Auswertung des Verlaufs über einen längeren Zeitraum gegenüber Rauschanteilen abgegrenzt, wodurch die Robustheit der Diagnose des Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems verbessert wird.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei jedem Start der Brennkraftmaschine ausgeführt und weiter bevorzugt auch immer dann ausgeführt, wenn die Drehzahlen des Turboladers unter einen vorbestimmten Wert fallen, insbesondere unter 10000 U/min. Hierdurch kann eine kontinuierliche Überwachung des Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems ermöglicht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine zur

Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine zur

Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 3 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine zur

Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie ein Verfahren zur Diagnose einer Fehlfunktion eines Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems im Detail beschrieben.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen

Saugbereich 2 und ein Kurbelgehäuse 3, in welchem mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sind. Der Saugbereich 2 führt über eine Saugleitung 2a in bekannter Weise zu den Zylindern. Ferner ist von der

Saugleitung 2a eine Abzweigungsleitung 2b vorgesehen, welche in das

Kurbelgehäuse 3 führt und in welchem ein Einlassventil 12 in Form eines Rückschlagventils angeordnet ist, um eine Kurbelgehäuse-Entlüftung zu ermöglichen. Es sei angemerkt, dass das Einlassventil 12 optional ist.

Im Saugbereich 2 der Brennkraftmaschine 1 ist ferner ein Filter 8 und ein Turbolader 9 angeordnet. Der Pfeil A kennzeichnet dabei die

Durchströmungsrichtung der Luft im Saugbereich 2.

Zur Entlüftung des Kurbelgehäuses 3 ist eine Verbindungsleitung 4 vom

Kurbelgehäuse 3 zum Saugbereich 2 vorgesehen. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, mündet die Verbindungsleitung 4 in den Saugbereich 2 in einen Bereich, welcher in Durchströmungsrichtung A des Saugbereichs zwischen dem Filter 8 und dem Turbolader 9 liegt.

In der Verbindungsleitung 4 ist ferner in einem Leitungsstück 40 ein

Rückschlagventil 5 angeordnet. Ferner ist ein Differenzdrucksensor 6

vorgesehen, welcher parallel zum Rückschlagventil angeordnet ist und einen Differenzdruck über dem Rückschlagventil 5 in der Verbindungsleitung 4 ermittelt. Der Differenzdrucksensor 6 ist mit einer Steuereinheit 7 verbunden. Statt des Rückschlagventils 5 kann im Leitungsstück 40 auch eine Drossel angeordnet sein oder das Leitungsstück 40 weist den gleichen Querschnitt wie die Verbindungsleitung 4 auf.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, unterteilt das Rückschlagventil 5 die

Verbindungsleitung 4 in einen ersten Teil 4a und einen zweiten Teil 4b. Der erste Teil 4a ist der Bereich zwischen dem Kurbelgehäuse 3 und dem

Rückschlagventil 5 und der zweite Teil 4b ist der Bereich zwischen dem

Rückschlagventil 5 und dem Saugbereich 2.

Im Saugbereich 2 ist ferner noch eine Drosselklappe 10 und ein

Saugdrucksensor 11 angeordnet.

Im Betrieb erfolgt nun eine Entlüftung des Kurbelgehäuses 3 über die

Verbindungsleitung 4 in den Saugbereich 2, so dass die aus einer Leckage aus der Brennkraftmaschine stammenden Kraftstoffdämpfe und/oder Öldämpfe aufgefangen werden können und der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden können. Hierbei erzeugt der Turbolader 9 einen Unterdrück, so dass das Rückschlagventil 5 und auch das Einlassventil 12 öffnen, um eine Entlüftung des Kurbelgehäuses zu ermöglichen.

Beim Start der Brennkraftmaschine und/oder bei niedrigen Drehzahlen des Turboladers wird der Differenzdruck mittels des Differenzdrucksensors 6 über dem Rückschlagventil ermittelt und der Steuereinheit 7 zugeführt. Die

Steuereinheit 7 ist eingerichtet, basierend auf dem erfassten Differenzdruckwert zu bestimmen, ob ein Leck im Kurbelgehäuse 3 und/oder in der

Verbindungsleitung 4 vorhanden ist und somit eine Fehlfunktion des

Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems vorliegt.

Eine Diagnose eines Lecks im ersten Teil 4a der Verbindungsleitung 4 erfolgt dabei beim Start der Brennkraftmaschine durch eine Prüfung der durch die Kolbenbewegung verursachten Druckschwankungen beim Start. Wenn keine Druckänderungen beobachtbar sind, liegt ein Leck vor. Im Unterschied zum Stand der Technik wird beim erfindungsgemäßen Verfahren jedoch nicht eine Druckänderung jenseits des Rückschlagventils 5 ausgewertet, sondern eine Druckänderung im Kurbelgehäuse 3, insbesondere einschließlich eines

Druckabfalls über dem Rückschlagventil 5 gegenüber dem Umgebungsdruck. Hierdurch kann ein deutlich ausgeprägteres Signal mit besserem Signal-

Rauschverhältnis erhalten werden und somit eine verbesserte Diagnosequalität erreicht werden.

Eine Erkennung eines Lecks in dem zweiten Teil 4b der Verbindungsleitung 4 zum Saugbereich 2 erfolgt dabei derart, dass eine Auswertung der

Druckdifferenz erfolgt, da bei einem Leck kein Unterdrück am zweiten Teil 4b der Verbindungsleitung messbar ist. Eine mittlere Differenz aus Kurbelgehäuse-Druck und Saugrohrdruck ist unabhängig vom Massenstrom null. Bei intakter Verbindungsleitung 4 entspricht eine Differenz zwischen den beiden Drücken dem Druckabfall über dem Rückschlagventil 5. Bei einer blockierten Leitung nimmt der Druck mit dem Luftmassenstrom zu. Hierbei ist beim

erfindungsgemäßen Verfahren ein gemessener Differenzdruck um den

Druckabfall über dem Rückschlagventil 5 erhöht, so dass sich eine signifikante Verbesserung der Diagnose der Kurbelgehäuse-Entlüftung ergibt. Auch kann ein geschlossenes oder klemmendes Rückschlagventil 5 sicher erfasst werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt hierbei darin, dass für eine Erkennung oder Unterbrechung der Kurbelgehäuse-Entlüftung kein aufgeladener Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig ist. Insbesondere bei leistungsstarken

Brennkraftmaschinen tritt dieser nicht aufgeladene Betrieb unter Umständen nicht ausreichend im Prüfzyklus auf, so dass eine aufwändige

Ausnahmegenehmigung für eine Demonstration der Diagnose notwendig ist. Ein derartiger Mehraufwand entfällt jedoch bei der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie in Figur 2 gezeigt, ist das Rückschlagventil 5 dabei an einer Mündung 14 der Verbindungsleitung 4 am Saugbereich 2 angeordnet. Somit wird die Verbindungsleitung 4 durch das Rückschlagventil 5 nicht mehr in zwei Teile unterteilt, so dass eine Diagnose des im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen zweiten Teils 4b beim zweiten Ausführungsbeispiel nicht mehr notwendig ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Figur 3 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist das Rückschlagventil 5 hierbei an einem Anfang 15 der Verbindungsleitung 4 am Kurbelgehäuse 3 angeordnet. Somit wird die

Verbindungsleitung 4 ebenfalls nicht in zwei Teile unterteilt, sondern beim dritten Ausführungsbeispiel entfällt der erste Teil 4a des ersten Ausführungsbeispiels.

Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten

Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Zu den Ausführungsbeispielen in Figur 2 und 3 sei angemerkt, dass statt des

Rückschlagventils 5 auch eine Drossel oder gegebenenfalls nur ein

unverändertes Leitungsstück vorgesehen sein kann.