Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseentlüftung.

Bei (Kolben)Brennkraftmaschinen mit geschlossenem Kurbelgehäuse entstehen nicht nur in den Arbeitsräumen, sondern auch unterhalb der Kolben Abweichungen vom atmosphärischen Druck. Diese sind einerseits begründet durch die von den laufenden Kolben bedingte Volumen-Veränderungen und andererseits von den sich im Kurbelgehäuse ansammelnden Gasen aus dem Arbeitsprozess.

Bei Verbrennungsmotoren treten im Kurbelgehäuse grundsätzlich sogenannte Blowby-Gase auf. Da das Kurbelgehäuse einen geschlossenen Raum bildet, würde sich ohne Entlüftung der Druck stetig erhöhen. Um das zu vermeiden, können die Blowby-Gase, welche Verbrennungsprodukte und unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, aus dem Kurbelgehäuse gezielt abgeführt werden. Der ideale relative Kurbelraumdruck liegt im leicht negativen Bereich um ungefähr - 2 mbar, da unter diesen Bedingungen der Motor nicht zum „Ausschwitzen“ von Schmieröl neigt. Ist der Unterdrück deutlich größer (der Wert ist motorspezifisch und abhängig von der Auslegung der Dichtverbunde), besteht die Gefahr, dass über die Wellendichtringe und Dichtungen am Kurbelgehäuse mit Schmutzpartikeln versetzte Luft angesaugt wird. Das würde zu erhöhtem Verschleiß an innenliegenden Bauteilen führen. Beim Entlüften werden zwangsläufig auch Öltröpfchen, die durch drehende Bauteile erzeugt werden, aus dem Kurbelgehäuse mitgerissen.

Während dem Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere während Schubabschaltungsphasen der Brennkraftmaschine, können durch einen hohen Druck im Ansaugrohr die im Kurbelgehäuse eingefangenen Gase zumindest teilweise auch wieder an den Kolben vorbei in die Verbrennungskammern und somit in den Abgastrakt gelangen.

Die Entlüftungsleitung kann verstopfen, abreißen oder die Anbindung an den Ansaugtrakt kann fehlen. Dadurch ist die Entlüftung eingeschränkt und Schadstoffe aus dem Kurbelgehäuse können in die Umwelt gelangen. Daher sollte die ordnungsgemäße Funktionsweise der Kurbelgehäuseentlüftung überwacht werden.

Die DE 10 2014 218 971 A1 beschreibt ein Verfahren und Systeme für die Feuchtigkeits- und Kurbelgehäuseentlüftungsdetektion mittels einem Abgassensor. Dabei kann während ausgewählter Bedingungen ohne Kraftstoffbeaufschlagung der Brennkraftmaschine der Abgassensor (wie z.B. eine lineare Lambda-Sonde, ein HC- oder CO-Sensor oder ein NOx-Sensor) für die Feuchtigkeitsschätzung und/oder die Schätzung der Kurbelgehäuseentlüftung (Kurbelgehäuseentlüftungs-Kohlenwasserstoffe (PCV-Kohlen-wasserstoffe)) verwendet werden.

Weiteren Stand der Technik bilden die US 11 047 329 B2, JP 2009/174334 A, JP 2006/183641 A und US 9 127 578 B2.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, die ordnungsgemäße Funktionstüchtigkeit einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine auf einfache und kostengünstige Weise zu ermitteln und zu überprüfen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 und einer Brennkraftmaschine gemäß unabhängigem Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche angegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, dass während vorbestimmter Betriebsmodi, während denen keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern der Brennkraftmaschine erfolgt, die Kurbelgehäuseentlüftung mittels eines im Abgastrakt der Brennkraftmaschine vorgesehenen Stickoxidsensors zu überwachen.

Insbesondere kommt es während der erwähnten vorbestimmten Betriebsmodi dazu, dass die im Kurbelgehäuse eingefangenen Abgase über die Entlüftungsleitung und/oder als sogenannte Blowby-Abgase wieder in die Verbrennungskammern und somit Abgastrakt gelangen und somit von dem im Abgastrakt angeordneten Stickoxidsensor erfasst werden können. Wenn der im Abgastrakt ohnehin angeordnete und vorhandene Stickoxidsensor während der vorbestimmten Betriebsmodi der Brennkraftmaschine einen Stickoxidgehalt anzeigt, der oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, kann auf eine ordnungsgemäße und funktionstüchtige Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen werden, da der Entlüftungsweg aus dem Kurbelgehäuse in die Verbrennungsräume und somit in den Abgastrakt frei und unblockiert ist. Wenn jedoch der Abgassensor einen Abgasgehalt während dieser vorbestimmten Betriebsmodi der Brennkraftmaschine anzeigt, der unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts liegt, kann auf eine nicht ordnungsgemäß funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen werden. Insbesondere kann dann festgestellt werden, dass der Entlüftungspfad aus dem Kurbelgehäuse in den Abgastrakt zumindest teilweise blockiert bzw. verstopft ist.

Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine offenbart, die einen in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxidsensor aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei ein Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Verbrennungskammer stattfindet, ein Ermitteln eines Stickoxidgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine mittels des Stickoxidsensors und ein Ermitteln einer funktionstüchtigen Entlüftung des Kurbelgehäuses, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelte Stickoxidwert einen vorbestimmten Stickoxidschwellenwert überschreitet. Erfindungsgemäß ist folglich vorgesehen, dass während dem vorbestimmten Betriebsmodus, wie beispielsweise einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine, auf eine funktionstüchtige Kurbelgehäuseentlüftung geschlossen werden kann, wenn weiterhin eine signifikante Stickoxidmenge an der Position des Abgassensors erfasst wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ermitteln des Stickoxidwerts nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, nachdem der vorbestimmte Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelt wurde. Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die während der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in den Verbrennungskammern erzeugten Abgase vollständig aus den Verbrennungskammern ausgestoßen worden sind und am Stickoxidsensor bereits vorbeigeströmt sind, so dass während des vorbestimmten Betriebsmodus das vom Stickoxidsensor vermessene Abgas aus dem Kurbelgehäuse stammen muss. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 5 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 3 Sekunden.

In einer alternativen Ausgestaltung kann es bevorzugt sein, dass das Ermitteln des Stickoxidwerts erst dann erfolgt, wenn ein Luftmassenintegral im Abgastrakt einen vorbestimmten Luftmassenintegralschwellenwert überschreitet. Insbesondere ist die Zeit, bis der Stickoxidsensor die aus dem Kurbelgehäuse stammenden Abgase vermessen kann, vom Massendurchsatz und vom Volumen des Abgastrakts abhängig. Folglich ist es in einer solchen alternativen Ausgestaltung vorteilhaft, den Stickoxidwert erst dann zu ermitteln, wenn das Luftmassenintegral im Abgastrakt den vorbestimmten Luftmassenintegralschwellenwert überschreitet. Ferner Außerdem benötigt der Stickoxidsensor eine gewisse Zeit sich den Stickoxidmesswert einzuschwingen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der vorbestimmte Betriebsmodus der Brennkraftmaschine eine Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine auf. Bevorzugt handelt es sich um eine Schubabschaltungsphase, die zeitlich direkt auf einen Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine folgt. Insbesondere ist Stickoxidmenge, d. h. die Menge des sogenannten Blowby-Gases, im Kurbelgehäuse umso größer, je höher die Last der Brennkraftmaschine ist. Entsprechend kann es voreilhaft sein, die Kurbelgehäuseentlüftung während einer Schubabschaltungsphase zu diagnostizieren, die zeitlich direkt auf einen Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine folgt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln einer fehlfunktionierenden Entlüftung des Kurbelgehäuses auf, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten

Stickoxidschwellenwert unterschreitet. Beispielsweise kann dann ausgesagt werden, dass die Kurbelgehäuseentlüftung zumindest teilweise oder abschnittsweise verstopft bzw. blockiert ist und folglich die Kurbelgehäuseentlüftung nicht mehr ordnungsgemäß erfolgen kann.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren bei einer derartigen vorteilhaften Ausgestaltung ferner ein Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine, wenn eine fehlfunktionierende Entlüftung des Kurbelgehäuses ermittelt wurde. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der vorbestimmte Stickoxidschwellenwert zwischen ungefähr 5 ppm [ppm = parts per million] und ungefähr 20 ppm.

Vorzugsweise kann der vorbestimmte Stickoxidschwellenwert in Abhängigkeit der vorherigen Last der Brennkraftmaschine ausgewählt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine offenbart, die zumindest eine Verbrennungskammer, die durch einen sich innerhalb eines Zylinders reziprok hin- und herbewegenden Kolbens (??) gebildet wird, einem Kurbelgehäuse, in dem der Kolben zumindest teilweise angeordnet ist und das mit der Verbrennungskammer über einen Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder zumindest teilweise fluidverbunden ist, einem Abgastrakt, der mit der zumindest einen Verbrennungskammer fluidverbunden ist, einem im Abgastrakt angeordneten Stickoxidsensor, der dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen, und eine Steuerungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen der Entlüftung des Kurbelgehäuses durchzuführen.

Vorzugsweise umfasst die Brenn Kraftmaschine ferner einen stromabwärts des Stickoxidsensors angeordneten Katalysator zur Nachbehandlung des Abgases.

In eine weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Brennkraftmaschine ferner einem Ansaugrohr, das mit der zumindest einen Verbrennungskammer fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, der zumindest einen Verbrennungskammer Luft für die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zuzuführen, und eine Entlüftungsleitung auf, die das Kurbelgehäuse mit dem Ansaugrohr fluidverbindet.

Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs zeigt, und

Fig. 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Entlüftung des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine der Fig. 1 zeigt.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 100 eines Fahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 100 weist ein Ansaugrohr (bzw.

Lufteinlassleitung) 102 und damit verbundene Verbrennungsräume 110 (in der Fig. 1 nur einer der vier Verbrennungsräume 110 mit Bezugszeichen versehen) auf. Über das Ansaugrohr 102 kann Ansaugluft in die Verbrennungsräume 110 gelangen, wo die Ansaugluft in bekannter Weise mit Kraftstoff vermischt und verbrannt werden kann. Die Strömungsrichtung der Ansaugluft ist mit dem Pfeil 104 gekennzeichnet. Die Verbrennungsräume 110 werden insbesondere durch Zylinder 112 und sich darin reziprok hin und herbewegende Kolben 114 gebildet, wodurch das Volumen der Verbrennungsräume 110 zeitlich veränderlich ist. Die Kolben 114 sind zumindest teilweise in einem Kurbelgehäuse 120 angeordnet und mit einer darin angeordneten Kurbelwelle 122 mechanisch gekoppelt, was aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Die Verbrennungsräume 110 sind mit einem Abgastrakt 130 fluidverbunden, über den die Abgase, die aufgrund der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in den Verbrennungsräumen 110 erzeugt werden, nach einer Nachbehandlung in die Umwelt ausgestoßen werden können. Der Abgastrakt 130 beschreibt dabei lediglich den Abschnitt der Brennkraftmaschine 100, der ausschließlich zum Ausstößen der Abgase ausgebildet ist.

Im Abgastrakt 130 angeordnet befindet sich ein Stickoxidsensor 140 und ein stromabwärts des Stickoxidsensors 140 angeordneter Katalysator 150, der zum Nachbehandeln der Abgase ausgebildet ist. Der Stickoxidsensor 140 ist dazu ausgebildet, den Stickoxidgehalt im Abgas an der Position stromabwärts der Verbrennungsräume 110 zu ermitteln. Eine Steuerungseinheit 160 ist mit dem Stickoxidsensor 140 in Kommunikationsverbindung und dazu ausgebildet, die vom Stickoxidsensor 140 erfassten Stickoxidwerte zu empfangen und den Betrieb der Brennkraftmaschine 100 zumindest teilweise zu steuern.

Während dem Betrieb der Brennkraftmaschine 100 entstehen nicht nur in den Verbrennungsräumen 110, sondern auch unterhalb der Kolben 114 Abweichungen vom atmosphärischen Druck. Diese sind einerseits begründet durch die von den laufenden Kolben 114 bedingte Volumen-Veränderungen und andererseits von den sich im Kurbelgehäuse 120 ansammelnden Abgasen aus dem Arbeitsprozess. Insbesondere können Abgase aus den Verbrennungsräumen 110 durch einen Spalt zwischen Zylinder 112 und Kolben 114 in das Kurbelgehäuse 120 gelangen, das in der Fig. 1 mit einem Pfeil 106 angedeutet ist. Um diese sogenannten Blowby-Gase nicht unbehandelt in die Atmosphäre auszustoßen, ist eine Entlüftungsleitung 124 vorgesehen, die das Kurbelgehäuse 120 mit dem Ansaugrohr 102 fluidverbindet. In der Entlüftungsleitung 124 ist ein Steuerungsventil 126 vorgesehen, mit dem die Entlüftung des Kurbelgehäuses 120 in das Ansaugrohr 102 gesteuert werden kann. Das Steuerungsventil 126 ist vorzugsweise ein Druckregelventil, das den Druck innerhalb des Kurbelgehäuses 120 automatisch steuern bzw. regeln kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Druck im Kurbelgehäuse 120 mit Hilfe eines mechanischen Regulierventils (in der Fig. 1 nicht gezeigt) im Ansaugrohr 102 eingestellt werden. Insbesondere können die im Kurbelgehäuse 120 gesammelten Abgase zu späteren Arbeitszyklen den Verbrennungsräumen 110 und somit auch dem Abgastrakt 130 zugeführt werden, wo diese mittels der Katalysatorvorrichtung 150 nachbehandelt werden können.

Gemäß dem im Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Blowby-Gase über die Entlüftungsleitung 124 in das Ansaugrohr 102 eingeleitet. Durch den Unterdrück im Ansaugrohr 124 entsteht auch im Kurbelgehäuse 120 in den meisten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 100 ein Unterdrück. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen 100 kann die Einleitung vor dem Turbolader erfolgen. Die Abgase aus dem Kurbelgehäuse 120 werden dadurch mit angesaugt.

Unter zusätzlichem Verweis auf die Fig. 2 wird im Folgenden eine beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Kurbelgehäuseentlüftung der Brennkraftmaschine 100 der Fig. 1 beschrieben.

Das Verfahren der Fig. 2 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem ermittelt wird, ob sich die Brennkraftmaschine 100 in einem vorbestimmten Betriebsmodus befindet, während dem keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern 110 stattfindet. Beispielsweise kann ein vorbestimmter Betriebsmodus in Form einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine 100 vorliegen. Das Verfahren verbleibt solange beim Schritt 210, bis ein vorbestimmter Betriebsmodus ermittelt wird. Wird beim Schritt 210 ein vorbestimmter Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 100 ermittelt, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, an dem mittels des Stickoxidsensors 140 ein Stickoxidwert ermittelt wird. An einem darauffolgenden Schritt 230 wird ermittelt, ob der beim Schritt 220 ermittelte Stickoxidwert einen vorbestimmten Stickoxidschwellenwert, wie beispielsweise 50 ppm, überschreitet. Vorzugsweise kann nach dem Ermitteln des vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 100 eine vorbestimmte Zeitdauer von ungefähr 3 Sekunden, bevorzugt ungefähr 1 Sekunde abgewartet werden, bis der Schritt 220 durchgeführt wird. Damit kann sichergestellt werden, dass zum Zeitpunkt der Stickoxidmessung die aufgrund der zuvor in den Verbrennungskammern 110 stattgefundene Verbrennung erzeugten Abgase bereits am Stickoxidsensor 140 vorbeigeströmt sind. Folglich sollte es sich bei dem am Schritt 220 vermessende Abgas um das aus dem Kurbelgehäuse 120 entlüftete Abgas handeln.

Wird beim Schritt 230 ermittelt, dass der beim Schritt 220 ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 240, an dem eine ordnungsgemäß funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert wird, bevor das Verfahren beim Schritt 260 endet. Insbesondere kann ein Überschreiten des vorbestimmten Stickoxidschwellenwerts dahingehend ausgelegt werden, dass die im Kurbelgehäuse 120 eingefangenen Abgase entweder über die Entlüftungsleitung 124 oder an den Kolben 114 vorbei (d.h. entlang des Pfeils 108 in der Fig. 1 ) in die Verbrennungsräume 110 und somit in den Abgastrakt 130 strömen können. Somit sind diese beiden Entlüftungspfade im Wesentlichen unblockiert und im Wesentlichen frei.

Wird beim Schritt 230 aber ermittelt, dass der beim Schritt 220 ermittelte Stickoxidwert den vorbestimmten Stickoxidschwellenwert nicht überschreitet, d.h. unterschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 250, an dem eine nicht ordnungsgemäß funktionierende bzw. fehlfunktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert wird, bevor das Verfahren wiederum beim Schritt 260 endet. Insbesondere kann ein Unterschreiten des vorbestimmten Stickoxidschwellenwerts dahingehend ausgelegt werden, dass die im Kurbelgehäuse 120 eingefangenen Abgase nicht wie gewünscht über die Entlüftungsleitung 124 oder an den Kolben 114 vorbei (d.h. entlang des Pfeils 108 in der Fig. 1 ) in die Verbrennungsräume 110 und somit in den Abgastrakt 130 strömen können. Somit ist zumindest einer dieser beiden Entlüftungspfade zumindest teilweise blockiert bzw. verstopft, beispielsweise durch Rußpartikel, defekter Ölabscheider, gequetschte Leitung oder ein verstopfter Ansaugluftfilter..

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann folglich überwacht werden, ob einer der oben genannten Entlüftungspfade, die aus dem Kurbelgehäuse 120 in den Abgastrakt 130 führen, im Wesentlichen frei oder zumindest teilweise blockiert ist.

Diese Überwachung kann erfindungsgemäße auf einfache Weise mit dem ohnehin im Abgastrakt 130 angeordneten Stickoxidsensor 140 erfolgen.