Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Diagnose einer Brennkraftmaschine. Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen ein Kraftstofftank unter einen Überdruck gesetzt wird und der Verlauf des Drucks im Kraftstofftank zur Diagnose ausgewertet wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren, beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung, zur Diagnose einer Brennkraftmaschine haben demgegenüber den Vorteil, dass eine besonders einfache Diagnose erfolgt. Dazu wird eine Verbindung einer Kurbelwellenentlüftung der Brennkraftmaschine mit dem Kraftstofftank hergestellt. Durch diese Verbindung kann durch den Überdruck, der durch die Kurbelwellenentlüftung erzeugt wird, ein Überdruck im Kraftstofftank erzeugt werden. Da die Kurbelwellenentlüftung ohnehin einen Überdruck erzeugt kann so ohne zusätzlichen Aufwand, insbesondere ohne eine entsprechende Pumpe, eine Druckprüfung des Kraftstofftanks erfolgen. Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach kann ein Überdruck im Kraftstofftank durch Schließen eines Absperrventils eingeschlossen werden. Eine einfache Auswertung erfolgt dann dadurch, dass zu mindestens einem Zeitpunkt der Druck im Kraftstofftank mit einem Vergleichswert verglichen wird. Weiterhin kann der Verlauf des Drucks im Kraftstofftank nach dem Verbinden der Kurbelwellenentlüftung mit dem Kraftstofftank ausgewertet werden. Auch hier kann ein einfacher Vergleich des Drucks im Kraftstofftank zu mindestens einem Zeitpunkt nach dem Verbinden der Kurbelwellenentlüftung mit dem Kraftstofftank erfolgen. Kraftstofftank sind häufig mit Aktivkohlefiltern verbunden, die über ein ansteuerbares Entlüftungsventil in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine entlüftet werden. Zur Überprüfung der Funktion dieses Entlüftungsventils kann der Druck im Kraftstofftank nach einer Betätigung, das heißt einem öffnen, des Entlüftungsventils ausgewertet werden. Weiterhin kann eine Diagnose dadurch erfolgen, dass nach einem Verbinden des Kraftstofftanks mit der Kurbelwellenentlüftung der Druck im Kraftstofftank nach einem Schließen des Entlüftungsventils ausgewertet wird.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung

Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinder 101 und einem Brennraum 102. In dem Zylinder 101 ist ein Kolben 105 angeordnete, der bei einer Verbrennung im Brennraum 102 in eine Auf- und Ab-Bewegung versetzt wird.

Diese Bewegung des Kolben 105 wird durch einen Pleuel 106 auf eine Kurbelwelle 103 übertragen, so dass die Bewegung des Zylinders 105 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 103 übersetzt wird. Es handelt sich um eine übliche Konstruktion einer Otto- oder Diesel-Brennkraftmaschine.

Die Kurbelwelle 103 und das Pleuel 106 sind in einem Kurbelwellengehäuse 104 angeordnet. Zwischen der Wand des Zylinders 101 und des Kolbens 105 können Gase und Kraftstoff aus dem Brennraum 102 in das Kurbelwellengehäuse 104 gelangen. Wenn keine Entfernung dieser Gase und des Kraftstoffes aus dem Kurbelwellengehäuse 104 vorgesehen wäre, so würden sich entsprechend Kurbelgehäusegase (Verbrennungsgase, Kraftstoff) im Kurbelwellengehäuse 104 ansammeln. Weiterhin steht das Kurbelwellengehäuse 104 unter einem gewissen Überdruck, da insbesondere dann, wenn im Brennraum 102 ein sehr hoher Druck herrscht, Gase vom Brennraum 102 in das Kurbelwellengehäuse 104 übertreten. Als Überdruck wird hier ein Druck verstanden, der höher ist als der Luftdruck der Umgebung der Brennkraftmaschine. Es ist daher regelmäßig bei Brennkraftmaschinen eine Entlüftung des Kurbelwellengehäuse des 104 vorgesehen, die üblicherweise durch einen entsprechenden Verbindungskanal 2, der als Kurbelwellenentlüftung 2 bezeichnet wird, erfolgt. In dieser Kurbelwellenentlüftung 2 ist typischerweise ein Ölfilter 6 vorgesehen, der dazu dient flüssige Ölpartikel im Kurbelwellengehäuse 104 zu behalten, damit eine notwendige Ölmenge im Kurbelwellengehäuse 104 zur Schmierung der Kurbelwelle 103 nicht über die Kurbelwellenentlüftung 2 entfernt wird.

Weiterhin weist die Brennkraftmaschine 1 ein Saugrohr 7 auf, durch das dem Brennraum 102 die für die Verbrennung notwendige Luft zugeführt wird. Weiterhin wird in den Brennraum 102 auch Kraftstoff, entweder durch eine Einspritzung ins Saugrohr 7 oder direkt in den Brennraum 102, zugeführt. Eine entsprechende Abgaswegführung vom Brennraum 102 ist aus Gründen der Vereinfachung in Figur 1 nicht dargestellt.

Die Kurbelwellenentlüftung 2 ist über ein Entlüftungsventil 11 und einer Verbindungsleitung mit dem Saugrohr 7 verbunden. Da im Saugrohr 7 bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine ein Unterdrück vorliegt und im Kurbelwellengehäuse 104 ein Überdruck vorliegt, erfolgte durch diese Verbindung eine Strömung vom Kurbelwellengehäuse 104 in das Saugrohr 7. Es werden so die im Kurbelwellengehäuse 104 eingebrachten Gase und Kraftstoff wieder in das Saugrohr 7 eingebracht und im Brennraum 102 verbrannt. Die Verbindung zwischen dem Entlüftungsventil 11 und dem Saugrohr 7 ist dabei insbesondere nach einer Drosselklappe 8 angeordnet, da in diesem Bereich des Saugrohrs 7, zumindest bei teilweise oder ganz geschlossener Drosselklappe 8, ein sehr starker Unterdrück herrscht. Es wird so sichergestellt, dass die Kurbelgehäusegase, insbesondere Verbrennungsgase und Kraftstoff, die in das Kurbelwellengehäuse 104 gelangt ist, nicht in die Umwelt gelangt. Weiterhin ist die Kurbelwellenentlüftung 2 über ein Absperrventil 12 mit einem Aktivkohlefilter 4 verbunden, der wiederum mit einem Kraftstofftank 3 verbunden ist Der Kraftstofftank 3 wird im Folgenden auch einfach als Tank bezeichnet Im Tank 3 ist ein Drucksensor 5 angeordnet, durch den ein Druck im Tank 3, insbesondere im Luftraum oberhalb des Kraftstoffes, gemessen wird. Weiterhin ist der Aktivkohlefilter 4 noch mittels eines passiven Ventils 13 mit der Umgebungsluft verbunden. Das passive Ventil 13 ist dabei so ausgebildet, dass es bei einem Unterdrück im Aktivkohlefilter 4 einen Zutritt von Luft aus der Umgebung der Brennkraftmaschine in den Aktivkohlefilter 4 erlaubt. Als Unterdrück wird hierbei ein Druck verstanden, der geringer ist, als der Luftdruck von dem die Brennkraftmaschine 1 umgeben ist.

Die Vorrichtung der Figur 1 realisierte die folgenden Funktionen. Wenn die Brennkraftmaschine 1 nicht betrieben wird, so sind sowohl das Entlüftungsventil 11 wie auch das Absperrventil 12 geschlossen. In diesem Zustand ist Kraftstoff, der noch im Kurbelwellengehäuse 104 enthalten ist, im Kurbelwellengehäuse 104 eingeschlossen, so dass es keine Möglichkeit gibt, wie dieser Kraftstoff in die Umwelt gelangen kann. Im Tank 3 kann es, aufgrund einer hohen Umgebungstemperatur, zu einer Erwärmung und entsprechend zu einem Verdampfen von Kraftstoff kommen. Dieser Kraftstoff kann jedoch nicht an die Umwelt entweichen, sondern wird im Aktivkohlefilter 4 gespeichert. Es wird so sichergestellt, dass auch bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine kein Kraftstoff, weder aus dem Kraftstofftank 3 noch aus dem Kurbelwellengehäuse 104 an die Umwelt abgegeben wird.

Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine werden dann das Entlüftungsventil 11 und das Absperrventil 12 geöffnet. Der Kraftstoff aus dem Kurbelwellengehäuse 104 und aus dem Aktivkohlefilter 4 wird so abgesaugt und nach der Drosselklappe 8 in das Saugrohr 7 eingebracht und im Brennraum 102 verbrannt. Es wird so eine Verschmutzung der Umwelt durch Kraftstoff zuverlässig verhindert.

Um eine ordnungsgemäße Funktion dieses Systems zur Verhinderung des Auftretens von Kraftstoff sicherzustellen ist eine regelmäßige Diagnose erforderlich. Durch gezieltes Ansteuern des Entlüftungsventils 11 des Absperrventils 12 und Auswertung des Drucksensors 5 kann eine derartige Diagnose erfolgt. Zur Überprüfung der Dichtheit des Tanks 3 kann während eines laufenden Betriebs der Brennkraftmaschine das Entlüftungsventil 11 und das Absperrventil 13 geschlossen werden, während gleichzeitig das Absperrventil 12 geöffnet ist Es wird so der Kraftstofftank 3 mit der Kurbelwellenentlüftung 2 verbunden. In diesem Fall wird der durch den Überdruck im Kurbelwellengehäuse 104 der Aktivkohlefilter 4 und der Tank 3 unter einen Überdruck gesetzt. Es wird dann das Absperrventil 12 geschlossen, so dass der Überdruck im Aktivkohlefilter 4 und Tank 3 eingeschlossen wird und es wird der Verlauf des Drucks im Tank 3 mit dem Drucksensor 5 im Verlauf der Zeit gemessen. Besonders einfach kann dies durch eine einmalige Druckmessung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Schließen des Absperrventils 12 erfolgen. Wenn dabei der Druck im Tank 3 geringer ist als ein Vergleichswert, so ist der Tank 3 nicht dicht, da sich der Überdruck übermäßig abgebaut hat. Die Beobachtung des Drucks im Tank 3 nach Schließen des Absperrventils 12 kann auch bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine 1 erfolgen.

Ebenso kann eine Überprüfung der Dichtheit des Tanks 3 erfolgen, indem bei einem laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine, d.h. bei geöffnetem Entlüftung- und Absperrventil 12, das Entlüftungsventil 11 geschlossen wird. Durch das Schließen des Entlüftungsventils 11 wird die Kurbelwellenentlüftung 2 unmittelbar mit dem Tank verbunden und es muss, bei ausreichend dichten Tank 3, ein entsprechender Anstieg des Drucks im Tank 3 zu beobachten sein. Besonders einfach kann dies dadurch erkannt werden, dass nach dem Schließen des Entlüftungsventils 11 , d.h. nach dem Anlegen des Überdrucks der Kurbelwellenentlüftung 2 an den Tank 3, zu mindestens einem Zeitpunkt der Druck im Tank höher ist als ein Vergleichswert. Typischerweise wäre dieser Vergleichswert der Umgebungsdruck, da solange das Entlüftungsventil 11 geöffnet ist, über das passive Ventil 13 Umgebungsluft nachströmt und somit im Aktivkohlefilter 4 und Tank 3 im wesentlichen Umgebungsdruck herrscht. Erst mit dem Schließen des Entlüftungsventils 11 wird der Überdruck der Kurbelwellenentlüftung 2 an den Tank 3 angelegt und entsprechend ein Überdruck im Tank 3 erzeugt, der durch den Drucksensor 5 gemessen wird. Weiterhin lässt sich durch dieses Vorgehen auch eine Fehlfunktion der Kurbelwellenentlüftung 2 nachweisen. Wenn es zu keinem Aufbau eines Überdrucks im Tank 3 kommt, so kann dies auch in einer Verstopfung der Kurbelwellenentlüftung 2 oder des Ölfilters 6 begründet sein. Weiterhin lassen sich durch gezieltes Schalten die Funktion der angesteuerten Ventile 11 , 12 überprüfen. Ausgehend von einem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine mit geöffnetem Entlüftungsventil 11 und Absperrventil 12 wird ein Schließen des Entlüftungsventils 11 unmittelbar zu einem Druckanstieg im Tank 3 führen, wodurch das korrekte Schließen des Entlüftungsventil nachgewiesen ist Sobald ein solcher Druckanstieg im Tank 3 festgestellt wurde, lässt sich durch nachfolgendes Öffnen des Entlüftungsventils 11 das zuverlässige Öffnen des Entlüftungsventils 11 nachweisen. Wenn erst das Absperrventil 12 und dann das Entlüftungsventil 11 geschlossen werden, so dürfte bei ordnungsgemäßer Funktion des Absperrventils, im Tank 3 kein Druckanstieg nachweisbar sein, so dass der Druck im Tank im Wesentlichen dem Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine entspricht. Wenn dann, bei nach wie vor geschlossenem Entlüftungsventil 11 , das Absperrventil 12 geöffnet wird, so wird dies unmittelbar zu einem Druckanstieg im Tank 3 führen. Es wird so das Schließen und das Öffnen des Absperrventils überprüft. Alternativ kann auch erst das Entlüftungsventil 11 geöffnet werden und danach das Absperrventil. Der Druck im Tank 3 sollte dann ausgehend vom Umgebungsdruck auf einen geringeren Druckwert, d.h. einem entsprechenden Unterdrück, fallen. Wenn so die korrekte Funktion des Absperrventils 12 festgestellt wurde, kann auch die Qualität der Kurbelwellenentlüftung 2 beurteilt werden. Dazu wird überprüft ob bei geschlossenem Entlüftungsventil 11 durch die Öffnung des Absperrventils 12 ein ausreichender Überdruck im Tank 3 erzeugt wird. Es lassen sich so die verschiedenen Komponenten des Tanks 3 und der Kurbelwellenentlüftung 2 und der entsprechenden Ventile 11 , 12 zuverlässig überprüfen.

In der Figur 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem für die Brennkraftmaschine kein Aktivkohlefilter vorgesehen ist. Mit den Bezugszeichen 1 , 2, 3, 5, 6, 7, 8, 11 und 12 werden wieder die gleichen Gegenstände mit den gleichen Funktionen wie in der Figur 1 dargestellt. Im Unterschied zur Figur 1 ist jedoch kein Aktivkohlefilter 4 vorgesehen, der bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine eventuell verdampfen den Kraftstoff aus dem Tank 3 auffängt. Vielmehr ist hier der Kraftstofftank 3 als Drucktank ausgebildet, das heißt er ist so dicht, dass auch bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine einen gewissen Überdruck dauerhaft toleriert wird und es nicht zu einem nennenswerten Entweichen von verdampftem Kraftstoff in die Umwelt kommt. Derartige Drucktanks sind beispielsweise für Motorräder üblich. In Abweichung von Figur 1 ist hier ein passives Entlüftungsventil 14 unmittelbar für den Tank 3 vorgesehen. Das passive Entlüftungsventil 14 erlaubt einen Zufluss von Umgebungsluft in den Tank 3, wenn der Druck im Tank 3 geringer ist als der Druck der Umgebung. Die oben beschriebenen Verfahren zur Diagnose der Dichtheit des Tanks 3, der Funktion der Kurbelwellenentlüftung 2 und der Ventile 11 , 12 lassen sich auch alle bei der Vorrichtung der Figur 2 anwenden. Ausgehend von einem Normalbetrieb, bei dem das Entlüftungsventil 11 und das Absperrventil 12 geöffnet sind, erfolgt ein Schließen des Entlüftungsventils 11. Die Dichtheit des Tanks 3 und die ordnungsgemäße Funktion der Kurbelwellenentlüftung Leitung 2 kann durch einen entsprechenden Anstieg des Drucks im Tank 3 nachgewiesen werden. Wenn der Druck angestiegen ist, kann durch Schließen des Absperrventils 12 überprüft werden, ob der Tank den Druck ausreichend lange hält. In beiden Fällen wird auch die Funktion des Absperrventil 12 überprüft in dem die Druckänderungen unmittelbar nach Schließen oder Öffnen des Absperrventils 12 auftreten. Entsprechend kann durchgesteuertes Ein- und Ausschalten des Entlüftungsventils 11 die Funktion dieses Ventils überprüft werden.

In der Figur 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Mit den Bezugszeichen 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 werden wieder die gleichen Gegenstände bezeichnet wie in der Figur 1 . Weiterhin ist noch ein Entlüftungsventil zur Umgebungsluft, entsprechend den Ventilen 13 oder 14 der Figur 1 oder 2, vorgesehen, das aber aus Gründen der Vereinfachung nicht zeichnerisch dargestellt wird. Im Unterschied zur Figur 1 sind jedoch 2 Entlüftungsventile vorgesehen. Das Entlüftungsventil 32 ist dabei mit dem Saugrohr 7 vor der Drosselklappe 8 verbunden. Das Entlüftungsventil 33 ist er dabei mit dem Saugrohr 7 nach der Drosselklappe 8 verbunden. Entsprechend den Druckverhältnissen im Saugrohr 7 kann dabei in einem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine entweder das Entlüftungsventil 32 oder das Entlüftungsventil 33 geöffnet werden. In der Kurbelwellenentlüftung 2 ist weiterhin vor dem Anschluss zum Aktivkohlefilter 4 noch ein Absperrventil 31 angeordnet. Dieses Absperrventil 31 kann als passives Ventil oder auch als aktives Ventil ausgelegt sein. Wenn dieses Absperrventil 31 als passives Ventil ausgebildet ist, so ist dieses Absperrventil 31 nur geöffnet, wenn der Druck im Kurbelwellengehäuse größer ist als der Druck im Aktivkohlefilter 4 oder Tank 3. Wenn das Absperrventil 31 als aktives Ventil ausgebildet ist, so kann es willkürlich geöffnet oder geschlossen werden. Wenn das Absperrventil 31 als passives Ventil ausgebildet ist, so wird dieses Ventil nur geschlossen, wenn die Brennkraftmaschine nicht mehr betrieben wird. Eine Überprüfung ob der Tank 3 einen Überdruck für einen längeren Zeitraum hält, kann somit bei einem passiven Ventil 31 nur bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgen. Das zu Figur 1 beschriebene Verfahren, bei dem ein Überdruck im Tank 3 für eine längere Zeit überprüft wird, kann somit nur bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine ausgeführt werden. Wenn das Absperrventil 31 als aktives Ventil ausgebildet ist, so kann die zu Figur 1 beschriebene Überprüfung, ob der Tank einen Überdruck für längere Zeit hält auch während eines laufenden Betriebs erfolgen. Durch Schließen beider Entlüftungsventile 32 und 33 kann die Diagnose durch einen entsprechenden Anstieg des Drucks im Tank 3 wie zur Figur 1 beschrieben erfolgen. Zur Überprüfung der Funktion der beiden Entlüftungsventil 32 und 33 müssen diese jeweils einzelnen geschaltet werden. Wenn also eine Diagnose erfolgt, indem beispielsweise das Entlüftungsventil 32 vor der Drosselklappe geöffnet wird, so muss entsprechend das Entlüftungsventil 33 nach der Drosselklappe, geschlossen sein. Es lassen sich aber die Funktionen der beiden Ventile 32, 33 analog wie zu Figur 1 beschrieben einzelnen überprüfen.

In der Figur 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Mit den Bezugszeichen 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 31 , 32 und 33 werden wieder die gleichen Gegenstände mit den gleichen Funktionen wie in der Figur 3 bzw. Figur 1 bezeichnet. Im Unterschied zur Figur 3 ist hier jedoch ein Direktentlüftungsventil 41 vorgesehen mit dem die Kurbelwellenentlüftung 2 unmittelbar mit dem Saugrohr 7 verbunden wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei einem normalen Betrieb das passive Absperrventil 31 geschlossen ist, so das keinerlei Gase aus der Kurbelwellenentlüftung 2 in den Aktivkohlefilter 4 gelangen können. Nur für eine Diagnose wird dann dieses Direktentlüftungsventil 41 geschlossen, so dass der Überdruck der Kurbelwellenentlüftung 2 einen Überdruck im Aktivkohlefilter 4 oder im Tank 3 erzeugen kann. Wenn das Direktentlüftungsventil 41 geschlossen ist, können entsprechend die Diagnoseverfahren vorgenommen werden, wie sie zur Figur 1 bzw. zur Figur 3 beschrieben wurden.