DE102016206285A1

DE102016206285A1 - Verfahren zur Regelung eines Druckes in einem Kurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102016206285A1
Application number: DE102016206285.9A
Authority: DE
Inventors: Volker Kirschner; Robert Lepper; Thomas Riemay
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19
Also published as: US10544718B2; EP3443207A1; WO2017178183A1; CN109072738A; JP6533347B2; CN109072738B; EP3443207B1; US20190211721A1; JP2019510923A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Druckes (26) auf einen Zieldruck (27) in einem Kurbelgehäuse (14) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (18), wobei die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (18) eine Saugleitung (20), durch welche Blow-By-Gas (16) aus dem Kurbelgehäuse (14) abgeleitet werden kann, eine durch einen Elektroantrieb (28) angetriebene Pumpvorrichtung (22) und eine Ölnebelabscheideeinrichtung (24) umfasst, und wobei die Pumpvorrichtung (22) und die Ölnebelabscheideeinrichtung (24) in der Saugleitung (20) angeordnet sind. Um auf eine Druckmesseinrichtung im Kurbelgehäuse verzichten zu können, wird vorgeschlagen, dass eine Drehzahl des Elektroantriebes (28) geregelt und/oder gesteuert wird, dass die Drehzahl des Elektroantriebes (28) als Stellgröße (41) für die Regelung des Druckes (26) in dem Kurbelgehäuse (14) verwendet wird, und dass mindestens ein Leistungsparameter des Elektroantriebs (28) ausgewertet wird, um auf den Druck (26) im Kurbelgehäuse (14) zu schließen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Druckes auf einen Zieldruck in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, wobei die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung eine Saugleitung, durch welche Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abgeleitet werden kann, eine durch einen Elektroantrieb angetriebene Pumpvorrichtung und eine Ölnebelabscheideeinrichtung umfasst, und wobei die Pumpvorrichtung und die Ölnebelabscheideeinrichtung in der Saugleitung angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, wobei ein solches Verfahren durchgeführt wird.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschinen, tritt aufgrund der nicht perfekten Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand ein sogenannter Blow-by-Gasstrom auf. Diese Blow-by-Gase gelangen dadurch ins Kurbelgehäuse und müssen daher aus dem Kurbelgehäuse wieder abgelassen werden. Dabei ist entscheidend, dass der Druck im Kurbelgehäuse innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Ein zu hoher Druck im Kurbelgehäuse kann dazu führen, dass Öl aus dem Kurbelgehäuse durch Dichtungen aus dem Motorblock austritt. Ein zu niedriger Druck kann dazu führen, dass durch die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung Öl aus dem Kurbelgehäuse abgesaugt wird. Beide Fälle sind unerwünscht, daher ist der Druck im Kurbelgehäuse innerhalb bestimmter Grenzen zu halten.
Die aus dem Kurbelgehäuse abgeleiteten Blow-by-Gase enthalten üblicherweise einen Ölnebel, der in einer Ölnebelabscheideeinrichtung abgetrennt werden muss, wenn der Ölverlust durch die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung minimiert werden soll. Für die Ölnebelabscheideeinrichtung wird ein gewisser Differenzdruck benötigt, der bei nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen durch die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine hinter einer Drossel, in der üblicherweise ein Unterdruck herrscht, gegeben ist. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen steht dieser Unterdruck nicht ausreichend zur Verfügung. Daher sind Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen mit zusätzlichen Pumpvorrichtungen bekannt.
Aus der DE 10 2006 024 816 A1 ist beispielsweise eine solche Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer zusätzlichen Pumpvorrichtung bekannt. Die Leistung der Pumpvorrichtung muss allerdings geregelt werden, damit der Druck im Kurbelgehäuse nicht aus den erlaubten Grenzen läuft. Daher ist üblicherweise eine Druckmesseinrichtung im Kurbelgehäuse vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung eines Druckes auf einen Zieldruck in einem Kurbelgehäuse bereitzustellen, das sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass auf eine Druckmesseinrichtung im Kurbelgehäuse verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, aus Parametern des Elektroantriebs, der die Pumpvorrichtung antreibt, auf den Druck im Kurbelgehäuse zu schließen. Dadurch kann ohne eine zusätzliche Druckmessung im Kurbelgehäuse der Druck im Kurbelgehäuse in einem bestimmten Zielbereich gehalten werden. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass eine Drehzahl des Elektroantriebs geregelt und/oder gesteuert wird, dass die Drehzahl des Elektroantriebs als Stellgröße für die Regelung des Druckes in dem Kurbelgehäuse verwendet wird, und dass mindestens ein Leistungsparameter des Elektroantriebs ausgewertet wird, um auf den Druck im Kurbelgehäuse zu schließen. Der Druck im Kurbelgehäuse hat starken Einfluss auf die Arbeit, die die Pumpvorrichtung leisten muss, daher können aus den Leistungsparametern des Elektroantriebs Rückschlüsse auf den Druck im Kurbelgehäuse getroffen werden. Dies kann wiederum dazu ausgenutzt werden, um den Druck im Kurbelgehäuse auf einem Zieldruck oder zumindest innerhalb eines Zieldruckbereichs zu halten. Es wird ausdrücklich kein Drucksensor im Kurbelgehäuse benötigt. Es muss dabei nicht ein absoluter exakter Wert des Druckes im Kurbelgehäuse bestimmt werden. Es reicht beispielsweise aus, wenn anhand der Leistungsparameter des Elektroantriebs erkannt wird, ob der Druck im Kurbelgehäuse zu hoch oder zu niedrig ist.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einem Leistungsparameter des Elektroantriebs ein Parameter verstanden, der die von dem Elektroantrieb abgegebene oder aufgenommene Leistung zumindest mit bestimmt. Insbesondere sind solche Leistungsparameter des Elektroantriebs ein dem Elektroantrieb zugeleiteter Strom, vorzugsweise ein zeitlich gemittelter elektrischer Strom, eine am Elektroantrieb anliegende elektrische Spannung, vorzugsweise eine zeitlich gemittelte elektrische Spannung, eine elektrische Leistungsaufnahme des Elektroantriebs, vorzugsweise eine zeitlich gemittelte elektrische Leistungsaufnahme, eine Drehzahl des Elektroantriebs und ein Drehmoment des Elektroantriebs.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass ein Stromistwert, der einem dem Elektroantrieb zugeleiteten Strom entspricht, mit einem Stromsollwert verglichen wird und ein Drehzahlkorrekturwert für die Drehzahl des Elektroantriebes bestimmt wird, wenn eine Abweichung zwischen dem Stromistwert und dem Stromsollwert vorliegt. Aus dem Stromistwert, der benötigt wird, um die Drehzahl des Elektroantriebs auf einer Drehzahl zu halten, kann auf den Druckunterschied geschlossen werden, den die Pumpvorrichtung überwinden muss. Ist der Druckunterschied gering, muss die Pumpvorrichtung weniger leisten, als wenn der Druckunterschied höher ist. Entsprechend verhält sich auch die elektrische Leistungsaufnahme des Elektroantriebes. Daher kann aus dem Vergleich von dem Stromistwert und einem Stromsollwert erkannt werden, ob die Drehzahl des Elektroantriebes angepasst werden muss.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einem Stromistwert ein gemessener Wert des dem Elektroantrieb zugeleiteten Stroms verstanden.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Stromsollwert einem Wert für den dem Elektroantrieb zugeführten Strom entspricht, der bei gegebener Drehzahl des Elektroantriebs und einem Druck im Kurbelgehäuse, der dem Zieldruck entspricht, erforderlich wäre, um die Drehzahl des Elektroantriebs zu halten. Daher kann durch eine Abweichung des Stromistwerts vom Stromsollwert erkannt werden, wenn der Druck im Kurbelgehäuse nicht dem Zieldruck entspricht. Auf diese Weise kann entschieden werden, dass die Drehzahl des Elektroantriebs angepasst werden muss, um den Druck im Kurbelgehäuse wieder in Richtung des Zieldrucks zu bekommen.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Stromsollwert aus Kennlinien des Elektroantriebs und der Pumpvorrichtung bestimmt wird. Auf diese Weise kann ein theoretischer Stromsollwert bestimmt werden, alternativ oder ergänzend hierzu kann der Stromsollwert auch experimentell bestimmt werden.
Eine günstige Variante sieht vor, dass ein von dem Elektroantrieb erzeugtes an der Pumpvorrichtung anliegendes Drehmoment bestimmt wird, dass ein Drehzahlistwert der Pumpvorrichtung, der der Drehzahl der Pumpvorrichtung entspricht, bestimmt wird, dass aus dem an der Pumpvorrichtung anliegenden Drehmoment und dem Drehzahlistwert der Pumpvorrichtung eine von der Pumpvorrichtung erzeugten Druckdifferenz und ein durch die Pumpvorrichtung strömender Volumenstrom bestimmt werden, insbesondere mit Hilfe einer Kennlinie der Pumpvorrichtung. Aus der erzeugten Druckdifferenz und dem geförderten Volumenstrom kann auf den Druck im Kurbelgehäuse geschlossen werden, so dass eine Regelung des Drucks im Kurbelgehäuse möglich ist.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die bei der Bestimmung des vom Elektroantrieb erzeugten Drehmoments ein Stromistwert berücksichtigt wird, der einem dem Elektroantrieb zugeführten Strom entspricht, und dass, falls ein Getriebe vorhanden ist, über welches der Elektroantrieb mit der Pumpvorrichtung gekoppelt ist, eine Getriebeübersetzung berücksichtigt wird. Der Stromistwert ist technisch einfach zu messen, so dass über den Stromistwert in einfacher Weise auf das Drehmoment geschlossen werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass bei der Bestimmung der Drehzahl der Pumpvorrichtung die Drehzahl der Pumpvorrichtung an der Pumpvorrichtung gemessen wird oder dass die Drehzahl des Elektroantriebs gemessen wird, wobei, falls ein Getriebe vorhanden ist, über welches der Elektroantrieb mit der Pumpvorrichtung gekoppelt ist, eine Übersetzung des Getriebes berücksichtigt wird. Drehzahlmessungen können in sehr einfacher Weise durchgeführt werden. Die Drehzahl des Elektroantriebs kann auch beispielsweise aus einem Steuergerät des Elektroantriebs ausgelesen werden.
Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass aus dem Volumenstrom ein Druckabfall an der Ölnebelabscheideeinrichtung bestimmt wird, dass aus dem Druckabfall an der Ölnebelabscheideeinrichtung und der von der Pumpvorrichtung erzeugten Druckdifferenz auf den Druck in dem Kurbelgehäuse geschlossen wird. Das eine Ende der Saugleitung ist üblicherweise zu dem Ansaugtrakt offen, in welchem im Wesentlichen der Umgebungsdruck herrscht. Dadurch kann wenn alle in der Saugleitung erzeugten Druckdifferenzen bekannt sind, auf den Druck im Kurbelgehäuse geschlossen werden, so dass der Druck im Kurbelgehäuse geregelt werden kann.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass eine Regelabweichung für den Druck in dem Kurbelgehäuse bestimmt wird, dass anhand der Regelabweichung für den Druck in dem Kurbelgehäuse ein Drehzahlkorrekturwert für die Drehzahl des Elektroantriebs bestimmt wird. Die Drehzahl des Elektroantriebs bestimmt die Pumpleistung der Pumpvorrichtung und damit den Volumenstrom an Blow-by-Gas, der aus dem Kurbelgehäuse abgeleitet wird. Dadurch kann durch Variation der Drehzahl des Elektroantriebs Einfluss auf den Druck im Kurbelgehäuse genommen werden. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung des Drehzahlkorrekturwerts nach einem Proportional-Integral-, Proportional-Differential- oder Proportional-Integral-Differentialregelverfahren (PI, PD oder PID).
Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass ein von der Brennkraftmaschine vermutlich erzeugter Blow-by-Gasvolumenstrom aus einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoment bestimmt wird, dass ein Drehzahlschätzwert bestimmt wird, der anhand des von der Brennkraftmaschine vermutlich erzeugten Blow-by-Gasvolumenstrom bestimmt wird, so dass der von der Pumpvorrichtung vermutlich geförderte Volumenstrom mit dem von der Brennkraftmaschine vermutlich erzeugten Blow-by-Gasvolumenstrom übereinstimmt. Somit kann eine grobe Steuerung der Drehzahl des Elektroantriebs erfolgen. Der dadurch erzielte Druck in dem Kurbelgehäuse wird nahe dem gewünschten Zieldruck liegen. Die Regelung dient schließlich dazu, Abweichungen, die aufgrund von Fertigungstoleranzen, Alterung und Abnutzung entstehend, auszugleichen.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass aus dem Blow-by-Gasvolumenstrom unter Berücksichtigung der Kennlinien der Pumpvorrichtung und der Ölnebelabscheideeinrichtung der Drehzahlschätzwert ermittelt wird. Aus der Kennlinie der Ölnebelabscheideeinrichtung kann ermittelt werden, wie groß der Druckabfall an der Ölnebelabscheideeinrichtung bei dem gegebenen Blow-by-Gasvolumenstrom ist. Bei bekanntem Druckabfall an der Ölnebelabscheideeinrichtung kann ermittelt werden, wie groß die Druckdifferenz sein muss, die von der Pumpvorrichtung erzeugt werden soll. Zusammen mit dem zu fördernden Blow-by-Gasvolumenstrom kann somit die Drehzahl bestimmt werden, mit welcher die Pumpvorrichtung drehen müsste. Die Regelung gleicht Abweichungen der realen Kennlinien der Pumpvorrichtung und der Ölnebelabscheideeinrichtung von den theoretischen Kennlinien aus, die beispielsweise durch Alterung und Förderungstoleranzen entstehen. Ferner gleicht die Regelung Abweichungen des tatsächlichen Volumenstroms in der Brennkraftmaschine aus, die durch Fertigungstoleranzen und Alterungen der Brennkraftmaschine entstehen können.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass einer Steuereinrichtung, welche die Drehzahl des Elektroantriebs steuert und/oder regelt, ein Drehzahlsollwert zugeführt wird, der einen Drehzahlkorrekturwert umfasst. Durch den Drehzahlkorrekturwert kann die Druckregelung die Drehzahl des Elektroantriebs nutzen, um den Druck im Kurbelgehäuse zu regeln.
Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass sich der Drehzahlsollwert aus dem Drehzahlschätzwert und dem Drehzahlkorrekturwert zusammensetzt. Dadurch, dass der Drehzahlsollwert auch den Drehzahlschätzwert umfasst, kann durch die vorangehend beschriebene Bestimmung des Drehzahlschätzwertes die Regelung des Druckes beschleunigt werden, da durch den Drehzahlschätzwert die Drehzahl korrigiert werden kann, wenn die Drehzahl oder das erzeugte Drehmoment der Brennkraftmaschine sich ändern. Dadurch kann der Druck im Kurbelgehäuse schneller geregelt werden, als es über die Regelung alleine möglich wäre.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ein Druckregelventil aufweist, das in der Saugleitung angeordnet ist, das mit Hilfe eines Leistungsparameters des Elektroantriebes erkannt wird, wenn das Druckregelventil schaltet, dass das Schaltverhalten des Druckregelventils bei einer Bestimmung des Drehzahlkorrekturwerts berücksichtigt wird. Bei der Regelung der Drehzahl kann versucht werden, das Druckregelventil regelmäßig zum Auslösen zu bekommen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ausreichend Pumpleistung vorhanden ist. Des Weiteren kann verhindert werden, dass das Druckregelventil zu lange geschlossen ist. Dadurch würde unnötig Energie verschwendet werden. Das Schaltverhalten des Druckregelventils kann durch Überwachung eines Leistungsparameters des Elektroantriebs erkannt werden, da beim Schließen des Druckregelventils der Volumenstrom gestoppt wird. Dadurch wird der Elektroantrieb stärker belastet. Folglich steigt der Stromistwert und ein Drehzahlistwert sinkt. Beim Öffnen des Druckregelventils verhalten sich Stromistwert und Drehzahlistwert entsprechend entgegengesetzt.
Die Erfindung beruht ferner auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung und einer Steuereinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie ein Verfahren gemäß der vorstehenden Beschreibung durchführt, gelöst. Die Vorteile des vorstehend beschriebenen Verfahrens übertragen sich somit auf die Brennkraftmaschine, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
2 eine Prinzipskizze einer Drehzahlregelung eines Elektroantriebs,
3 eine Prinzipskizze einer Regelung eines Druckes in einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine Prinzipskizze einer Bestimmung einer Druckdifferenz in der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung anhand von Leistungsparametern des Elektroantriebs,
5 eine Prinzipskizze einer Regelung des Druckes im Kurbelgehäuse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
6 eine Prinzipskizze einer Regelung des Druckes in dem Kurbelgehäuse gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird,
7 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
8 eine Prinzipskizze einer Steuerung der Antriebsleistung eines Elektroantriebes unter Berücksichtigung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine, gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung,
9 eine Prinzipskizze einer Regelung eines Druckes im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, wobei Schaltvorgänge eines Druckregelventils berücksichtigt werden, und
10 eine Prinzipskizze einer Regelung eines Druckes im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, wobei Schaltvorgänge eines Druckregelventils und Betriebspunkte der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.
Eine in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 weist eine Aufladeeinrichtung 12, insbesondere einen Turbolader auf. Ferner weist die Brennkraftmaschine 10 ein Kurbelgehäuse 14 auf, in welchem sich im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 Blow-by-Gase 16 ansammeln. Um die Blow-by-Gase 16 aus dem Kurbelgehäuse 14 abzuleiten, weist die Brennkraftmaschine 10 eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 auf.
Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 weist eine Saugleitung 20 auf, durch welche Blow-by-Gase 16 aus dem Kurbelgehäuse 14 abgeleitet werden können.
Ferner weist die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 eine Pumpvorrichtung 22 und eine Ölnebelabscheideeinrichtung 24 auf, welche beispielsweise als Impaktor ausgebildet ist. Die Pumpvorrichtung 22 und die Ölnebelabscheideeinrichtung 24 sind in der Saugleitung 20 angeordnet, so dass die durch die Saugleitung 20 abgeführten Blow-by-Gase 16 von Ölnebel befreit und durch die Pumpvorrichtung 22 angetrieben werden können.
Ein Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 der Brennkraftmaschine 10 sollte in einem gewissen Bereich liegen. Sowohl beim Überschreiten als auch beim Unterschreiten dieses Bereiches können Störungen im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 auftreten. Daher ist eine Regelung 25 des Druckes 26 auf einen Zieldruck 27, im Folgenden auch Druckregelung 25 genannt, vorgesehen. Eine erste Ausführungsform der Druckregelung 25 ist in den 1 bis 3 dargestellt.
Die Pumpvorrichtung 22 ist vorzugsweise als Seitenkanalverdichter ausgebildet und durch einen Elektroantrieb 28 angetrieben. Der Elektroantrieb 28 weist eine Drehzahlregelung 30 auf, wie sie beispielsweise in 2 dargestellt ist. Die Drehzahlregelung 30 weist ein übliches Regelschema 32 auf, beispielsweise ein Proportional-Integral-(PI), oder Proportional-Differential-(PD) oder ein Proportional-Integral-Differential-(PID)Regelschema 32 auf. Die Drehzahlregelung 30 des Elektroantriebs 28 erfolgt folgendermaßen. Zunächst wird ein Drehzahlistwert 34 des Elektroantriebs 28 bestimmt, der dem Wert der Drehzahl des Elektroantriebes 28 entspricht. Vorzugsweise wird der Drehzahlistwert 34 gemessen. Der Drehzahlistwert 34 wird mit einem Drehzahlsollwert 36 verglichen, welcher als Eingangswert für die Drehzahlregelung 30 dient. Aus der Differenz zwischen dem Drehzahlistwert 34 und dem Drehzahlsollwert 36 wird eine Regelabweichung 38 bestimmt. Aus der Regelabweichung 38 wird mit Hilfe des Regelschemas 32 ein neuer Wert für eine Stellgröße 40 ermittelt, welche einem Motorregler 42 zugeführt wird, der wiederum den Elektroantrieb 28 ansteuert. Als Stellgrößen 40 können beispielsweise Pulsweitenmodulation, eine elektrische Spannung oder ähnliches verwendet werden.
Für die eigentliche Druckregelung 25 des Druckes 26 in dem Kurbelgehäuse 14 dient der Drehzahlsollwert 36 als Stellgröße 41. Die Druckregelung 25 gemäß der ersten Ausführungsform erfolgt folgendermaßen. Anhand des vorliegenden Drehzahlsollwerts 36 wird ein Stromsollwert 44 ermittelt. Der Stromsollwert 44 entspricht einem Stromwert, der typischerweise dem Elektroantrieb zugeführt werden muss, um den Drehzahlsollwert 36 unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 zu halten. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei einem bestimmten Blow-by-Gasvolumenstrom 46, der abgeführt werden muss, eine Drehzahl der Pumpvorrichtung 22 ausreichend ist, um diesen Blow-by-Gasvolumenstrom 46 abzuführen. Solange die Pumpvorrichtung 22 immer die gleiche Druckdifferenz überwinden muss beim Abführen des Blow-by-Gasvolumenstroms 46, sollte der zum Antreiben der Pumpvorrichtung 22 benötigte Strom, also der Stromistwert 48, konstant sein. Wenn also im Kurbelgehäuse 14 der gewünschte Zieldruck 27 vorliegt, sollte sich der Stromsollwert 44 einstellen. Weicht der Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 vom Zieldruck 27 ab, sollte sich auch der Stromistwert 48 vom Stromsollwert 44 unterscheiden.
Der Stromsollwert 44 kann entweder aus theoretischen Kennlinien 45 des Elektroantriebs 28, der Pumpvorrichtung 22 und der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Beziehung zwischen Drehzahlsollwert 36 und Stromsollwert 44 auch experimentell bestimmt werden.
Für die Druckregelung 25 des Drucks 26 wird nunmehr der Stromistwert 48 mit dem Stromsollwert 44 verglichen und somit eine Regelabweichung 50 bestimmt. Aus der Regelabweichung 50 wird ein Drehzahlkorrekturwert 52 bestimmt 53, der zu dem Drehzahlsollwert 36 addiert wird, um einen neuen Drehzahlsollwert 36 zu ermitteln, welcher der Drehzahlregelung 30 des Elektroantriebs 28 zugeführt wird. Dadurch ist die Regelschleife geschlossen und eine Druckregelung 25 erzielt.
Eine in den 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 unterscheidet sich von der in den 1–3 dargestellten ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 dadurch, dass anhand von Leistungsparametern des Elektroantriebs 28 eine Druckdifferenz 51, die sich über die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 erstreckt, abgeschätzt wird, um auf den Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 zu schließen und somit eine Regelabweichung 64 zu bestimmen.
Bei der beispielsweise in 4 dargestellten Bestimmung der Druckdifferenz 51, welche an der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 anliegt, werden zunächst der Stromistwert 48 und der Drehzahlistwert 34 des Elektroantriebs 28 ausgewertet. Aus dem Stromistwert 48 kann ein vom Elektroantrieb 28 erzeugtes Drehmoment 54 bestimmt werden. Zusammen mit dem Drehzahlistwert 34 des Elektroantriebs 28, aus welchem auf die Drehzahl der Pumpvorrichtung 22 geschlossen werden kann, kann mit Hilfe einer Kennlinie 47 der Pumpvorrichtung 22 eine von der Pumpvorrichtung 22 erzeugte Druckdifferenz 56 ermittelt werden.
Aus der von der Pumpvorrichtung 22 erzeugten Druckdifferenz 56 und dem Drehzahlistwert 34 des Elektroantriebs 28 und damit der Drehzahl der Pumpvorrichtung 22 kann ein von der Pumpvorrichtung 22 geförderter Volumenstrom 58 abgeschätzt werden.
Aus dem von der Pumpvorrichtung 22 geförderten Volumenstrom 58 kann mit Hilfe von Kennlinien 60 der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 auf einen an der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 abfallenden Druckabfall 62 geschlossen werden.
Aus der von der Pumpvorrichtung 22 erzeugten Druckdifferenz 56 und dem an der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 anliegenden Druckabfall 62 kann somit auf die über die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 anliegende Druckdifferenz 51 geschlossen werden. Da üblicher Weise die Saugleitung 20 in einem Bereich eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine 10 mündet, in welchem Umgebungsdruck herrscht, kann dadurch auf den Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 geschlossen werden. Somit erfolgt also eine Bestimmung 49 des Drucks 26 im Kurbelgehäuse 14 mit Hilfe von Leistungsparametern des Elektroantriebs 28.
Bei der in 5 dargestellten Druckregelung 25 wird zur Bestimmung der Regelabweichung 64 die Bestimmung 49 des Drucks 26 aus den Leistungsparametern des Elektroantriebs 28 durch Vergleich mit dem gewünschten Zieldruck 27 bestimmt. Alternativ kann anstatt eines Zieldruckes 27 vorzugeben, auch eine Solldruckdifferenz 66 angegeben werden, die aus dem Zieldruck 27 ermittelt wird und mit der an der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 18 anliegenden Druckdifferenz 51, die durch die Bestimmung 49 ermittelt wurde, verglichen werden.
Aus der Regelabweichung 64 wird mit Hilfe eines üblichen Regelschemas 68, das beispielsweise nach einem Proportional-Integral-, Proportional-Differential- oder Proportional-Integral-Differentialverfahrens arbeitet, ein Korrekturwert für die Stellgröße 41 ermittelt, nämlich ein Drehzahlkorrekturwert 52, aus dem ein neuer Drehzahlsollwert 36 ermittelt wird, welcher der Drehzahlregelung 30 des Elektroantriebs 28 zugeführt wird. Durch die Änderung der Drehzahlsollwert 36 ändert sich schließlich auch der Drehzahlistwert 34, wodurch der von der Pumpvorrichtung 22 geförderte Volumenstrom 58 angepasst wird, so dass sich der Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 ändern, insbesondere dem Zieldruck 27 nähern sollte. Durch diese Regelstrecke 70 stellt sich also ein neuer Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 ein.
Im Übrigen stimmt die in den 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 mit der in den 1–3 dargestellten ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 6 dargestellte dritte Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 unterscheidet sich von der in den 4 und 5 dargestellten zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 dadurch, dass eine Bestimmung 72 eines Drehzahlschätzwertes 74 vorgenommen wird, um die Druckregelung 25 zu beschleunigen. Aus einer Drehzahl 76 der Brennkraftmaschine 10 und einem Drehmoment 78 der Brennkraftmaschine 10 kann eine Bestimmung 80 eines typischen Blow-by-Gasvolumenstrom 46 erfolgen. Aus dem Blow-by-Gasvolumenstrom 46 kann mit Hilfe der Kennlinien 47 der Pumpvorrichtung 22 der Ölnebelabscheideeinrichtung 24 und des Elektroantriebs 28 der Drehzahlschätzwert 74 ermittelt werden, der notwendig wäre, um den Blow-by-Gasvolumenstrom 46 zu fördern. Der Drehzahlschätzwert 74 wird der Drehzahlregelung 30 des Elektroantriebs 28 zugeführt. Dadurch kann die Drehzahlregelung 30 sehr schnell auf zu erwartende Änderungen des Blow-by-Gasvolumenstroms 46 reagieren, so dass die durch einen Lastwechsel der Brennkraftmaschine 10 verursachten Schwankungen des Blow-by-Gas 16 Aufkommens und der damit verbundenen Druckschwankungen im Kurbelgehäuse 14 verringert werden.
Da der Drehzahlschätzwert 74 allerdings nur auf theoretischen Überlegungen basiert, kann dieser vom tatsächlich auftretenden Blow-by-Gasvolumenstrom 46 abweichen. Daher ist eine zusätzliche Regelung des Drucks 26 im Kurbelgehäuse 14 notwendig. Die Bestimmung des Drehzahlkorrekturwerts 52 erfolgt dabei analog zu der Druckregelung 25, wie sie in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist.
Der Drehzahlregelung 30 zugeführte Drehzahlsollwert 36 setzt sich somit zusammen aus einer Summe des Drehzahlschätzwerts 74 und des Drehzahlkorrekturwerts 52.
Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte dritte Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 mit der in den 4 und 5 dargestellten zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 7 und 8 dargestellte vierte Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 dadurch, dass zur Druckregelung 25 des Drucks 26 ein Druckregelventil 82 genutzt wird, welches in der Saugleitung 20 zwischen dem Kurbelgehäuse 14 und der Pumpvorrichtung 22 angeordnet ist. Darüber hinaus wird ein Drehzahlschätzwert 74 analog zur dritten Ausführungsform aus dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10, insbesondere aus der Drehzahl 76 der Brennkraftmaschine 10 und dem von der Brennkraftmaschine 10 erzeugten Drehmoment 78 bestimmt. Dieser Drehzahlschätzwert 74 wird mit einem Offset erhöht, um Abweichungen vom erwarteten Blow-by-Gasvolumenstrom 46 abfangen zu können. Falls der Blow-by-Gasvolumenstrom 46 zu klein ist, fällt der Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 ab, so dass das Druckregelventil 82 schließt und somit den Absaugvorgang von Blow-by-Gas 16 aus dem Kurbelgehäuse 14 zeitweise unterbricht. Dadurch kann effektiv verhindert werden, dass der Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 zu niedrig wird.
Ein Überschreiten eines zulässigen Drucks 26 im Kurbelgehäuse 14 wird durch die Addition des Offsets auf den Drehzahlschätzwert 74 verhindert.
Im Übrigen stimmt die in 7 und 8 dargestellte vierte Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 mit der in den 1–3 dargestellten ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 9 dargestellte fünfte Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 unterscheidet sich von der in den 7 und 8 dargestellten vierten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 dadurch, dass bei der Druckregelung 25 ein Algorithmus 86 zur Erkennung von Schaltvorgängen 84 des Druckregelventils 82 ausgenutzt wird.
Wenn das Druckregelventil 82 öffnet oder schließt, ändern sich die Druckverhältnisse einlassseitig an der Pumpvorrichtung 22. Dadurch ändert sich auch die Belastung der Pumpvorrichtung 22, so dass die zum Antreiben der Pumpvorrichtung 22 benötigte Leistung sich ändert. Dies spiegelt sich auch in den Leistungsparametern des Elektroantriebs 28 nieder.
Beispielsweise wenn das Druckregelventil 82 schließt, stockt der Volumenstrom und die Druckdifferenz, den die Pumpvorrichtung 22 überwinden muss, steigt an, so dass die Belastung größer wird. Dadurch würde der Drehzahlistwert 34 des Elektroantriebs 28 sinken, wenn keine Drehzahlregelung 30 vorgesehen ist. Falls eine Drehzahlregelung 30 vorgesehen ist, steigt dadurch der Stromistwert 48 an. Bei einem Öffnen des Druckregelventils 82 sind die Effekte entgegengesetzt, so dass auch das Öffnen des Druckregelventils 82 erkannt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt die Regelung des Druckes 26 im Kurbelgehäuse 14 derart, dass als Stellgröße 41 die Drehzahl des Elektroantriebs 28 verwendet wird, indem ein Drehzahlsollwert 36 der Drehzahlregelung 30 des Elektroantriebs 28 zugeführt wird. Die Bestimmung des gewünschten Drehzahlsollwerts 36 erfolgt dabei nach Maßgabe, dass das Druckregelventil 82 sich regelmäßig öffnet und schließt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 nicht zu sehr ansteigt. Des Weiteren kann dadurch gewährleistet werden, dass die Leistung des Elektroantriebs 28 nicht zu hoch ist und somit keine unnötige Energie verschwendet wird.
Vorzugsweise wird der Drehzahlsollwert 36 derart angepasst, dass sich das Druckregelventil 82 mindestens einmal alle 10 Sekunden, bevorzugt mindestens einmal alle 5 Sekunden, besonders bevorzugt mindestens einmal pro Sekunde öffnet und/oder schließt.
Darüber hinaus wird bei der Ermittlung des Drehzahlsollwerts 36 darauf geachtet, dass ein Verhältnis zwischen Öffnungszeiten und Schließzeiten des Druckregelventils 82 größer ist als 50%, besonders bevorzugt größer ist als 80%, wobei das Druckregelventil 82 bei einem Verhältnis von 100% dauerhaft geöffnet wäre. Dabei ist allerdings zu beachten, dass es dennoch Schließzeiten geben sollte. Folglich sollte das Verhältnis zwischen Öffnungszeiten und Schließzeiten des Druckregelventils 82 kleiner als 100% sein. Dadurch kann gewährleistet sein, dass der Druck 26 im Kurbelgehäuse 14 nicht den zulässigen Wert überschreitet.
Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte fünfte Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 mit der in den 7 und 8 dargestellten vierten Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 10 dargestellte sechste Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 unterscheidet sich von der in 9 dargestellten fünften Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 dadurch, dass sich der Drehzahlsollwert 36 aus einem Drehzahlschätzwert 74 und einem Drehzahlkorrekturwert 52 zusammensetzt. Der Drehzahlschätzwert 74 wird wie bei den Ausführungsformen drei und vier bestimmt. Der Drehzahlkorrekturwert 52 wird mit Hilfe des Algorithmus 86 zur Erkennung von Schaltvorgängen 84 des Druckregelventils 82 bestimmt.
Im Übrigen stimmt die in 10 dargestellte sechste Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 mit der in 9 dargestellten fünften Ausführungsform des Verfahrens zur Druckregelung 25 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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 102006024816 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Regelung eines Druckes (26) auf einen Zieldruck (27) in einem Kurbelgehäuse (14) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (18), wobei die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (18) eine Saugleitung (20), durch welche Blow-By-Gas (16) aus dem Kurbelgehäuse (14) abgeleitet werden kann, eine durch einen Elektroantrieb (28) angetriebene Pumpvorrichtung (22) und eine Ölnebelabscheideeinrichtung (24) umfasst, und wobei die Pumpvorrichtung (22) und die Ölnebelabscheideeinrichtung (24) in der Saugleitung (20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Drehzahl des Elektroantriebes (28) geregelt und/oder gesteuert wird, – dass die Drehzahl des Elektroantriebes (28) als Stellgröße (41) für die Regelung (25) des Druckes (26) in dem Kurbelgehäuse (14) verwendet wird, und – dass mindestens ein Leistungsparameter des Elektroantriebs (28) ausgewertet wird, um auf den Druck (26) im Kurbelgehäuse (14) zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromistwert (48), der einem dem Elektroantrieb (28) zugeleiteten Strom entspricht, mit einem Stromsollwert (44) verglichen wird und ein Drehzahlkorrekturwert (52) für die Drehzahl des Elektroantriebes (28) bestimmt wird, wenn eine Abweichung zwischen dem Stromistwert (48) und dem Stromsollwert (44) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsollwert (44) einem Wert für den dem Elektroantrieb (28) zugeführten Strom entspricht, der bei gegebener Drehzahl des Elektroantriebes (28) und einem Druck (26) im Kurbelgehäuse (14), der dem Zieldruck (27) entspricht, erforderlich wäre, um die Drehzahl des Elektroantriebes (28) zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ein von dem Elektroantrieb (28) erzeugtes an der Pumpvorrichtung (22) anliegendes Drehmoment (54) bestimmt wird, – dass ein Drehzahlistwert (34) der Pumpvorrichtung (22), der der Drehzahl der Pumpvorrichtung (22) entspricht, bestimmt wird, – dass aus dem an der Pumpvorrichtung (22) anliegenden Drehmoment (54) und dem Drehzahlistwert (34) der Pumpvorrichtung (22) eine von der Pumpvorrichtung (22) erzeugte Druckdifferenz (56) und ein durch die Pumpvorrichtung (22) strömender Volumenstrom (58) bestimmt werden, insbesondere mit Hilfe einer Kennlinie (47) der Pumpvorrichtung (22).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass aus dem Volumenstrom (58) ein Druckabfall (62) an der Ölnebelabscheideeinrichtung (24) bestimmt wird, – dass aus dem Druckabfall (62) an der Ölnebelabscheideeinrichtung (24) und der von der Pumpvorrichtung (22) erzeugten Druckdifferenz (56) auf den Druck (26) in dem Kurbelgehäuse (14) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelabweichung (64) für den Druck (26) in dem Kurbelgehäuse (14) bestimmt wird, dass anhand der Regelabweichung (64) für den Druck (26) in dem Kurbelgehäuse (14) ein Drehzahlkorrekturwert (52) für die Drehzahl des Elektroantriebes (28) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass ein von der Brennkraftmaschine (10) vermutlich erzeugter Blow-by-Gasvolumenstrom (46) aus einer Drehzahl (76) der Brennkraftmaschine (10) und einem von der Brennkraftmaschine (10) erzeugtem Drehmoment (78) bestimmt wird, – dass ein Drehzahlschätzwert (74) bestimmt wird, der anhand des von der Brennkraftmaschine (10) vermutlich erzeugten Blow-by-Gasvolumenstrom (46) bestimmt wird, sodass der von der Pumpvorrichtung (22) vermutlich geförderte Volumenstrom (58) mit dem von der Brennkraftmaschine (10) vermutlich erzeugten Blow-by-Gasvolumenstrom (46) übereinstimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer Steuereinrichtung, welche die Drehzahl des Elektroantriebes (28) steuert und/oder regelt, ein Drehzahlsollwert (36) zugeführt wird, der einen Drehzahlkorrekturwert (52) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drehzahlsollwert (36) aus dem Drehzahlschätzwert (74) und dem Drehzahlkorrekturwert (52) zusammensetzt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, – dass die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (18) ein Druckregelventil (82) aufweist, das in der Saugleitung (20) angeordnet ist, – dass mit Hilfe eins Leistungsparameters des Elektroantriebes (28) erkannt wird, wenn das Druckregelventil (82) schaltet, – dass das Schaltverhalten (84) des Druckregelventils (82) bei einer Bestimmung des Drehzahlkorrekturwertes (52) berücksichtigt wird.
Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (18) und einer Steuereinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt.