CN102691548A - 防止主动曲轴箱通风系统中结冰的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机的控制系统，包括结冰状况检测模块和结冰防止模块。当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，所述结冰状况检测模块检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况。当检测到所述结冰状况时，所述结冰防止模块在第二预定时段内增加发动机速度。

Description

防止主动曲轴箱通风系统中结冰的系统和方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机，且更具体地涉及防止主动曲轴箱通风（PCV）系统中结冰的系统和方法。

背景技术

在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

内燃发动机通过进气系统将空气抽吸到进气歧管中，进气系统可以由节气门调节。进气歧管中的空气分配给多个气缸，且与燃料组合以形成空气/燃料（A/F）混合物。A/F混合物在气缸内燃烧以驱动活塞，活塞可旋转地转动曲轴且产生驱动扭矩。驱动扭矩然后经由变速器传输给车辆的传动系。在燃烧期间产生的排气可以从气缸排出到排气歧管中且然后在释放到大气之前由排气处理系统处理。

气缸内的气体（即，A/F混合物和/或排气）可进入气缸的曲轴箱。例如，气缸壁和/或活塞环的过多磨损可能允许气体进入曲轴箱。进入曲轴箱的气体还可以称为“漏气蒸汽”。曲轴箱包括连接到活塞的曲轴。曲轴箱还包括油，用于润滑曲轴和活塞的移动。漏气蒸汽可能污染油，从而可导致对气缸和/或其部件的损害。

发明内容

一种用于发动机的控制系统，包括结冰状况检测模块和结冰防止模块。当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，所述结冰状况检测模块检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况。当检测到所述结冰状况时，所述结冰防止模块在第二预定时段内增加发动机速度。

一种用于控制发动机的方法，包括：当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况；以及当检测到所述结冰状况时，在第二预定时段内增加发动机速度。

方案1. 一种用于发动机的控制系统，包括：

结冰状况检测模块，当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，所述结冰状况检测模块检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况；和

结冰防止模块，当检测到所述结冰状况时，所述结冰防止模块在第二预定时段内增加发动机速度。

方案2. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述结冰防止模块在第二预定时段内通过使变速器减档而增加发动机速度。

方案3. 根据方案2所述的控制系统，其中，所述结冰防止模块使变速器减档N个传动比，其中，N是大于或等于1的整数。

方案4. 根据方案2所述的控制系统，其中，所述结冰防止模块使变速器从最高传动比减档为第二高传动比。

方案5. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述预定温度小于或等于0摄氏度（℃）。

方案6. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述预定温度是大约-30℃。

方案7. 根据方案1所述的控制系统，其中，当在第一预定时段内满足以下条件时，所述结冰状况检测模块检测到发动机的PCV系统的结冰状况：（i）环境温度小于预定温度，（ii）发动机速度大于预定发动机速度，和（iii）车辆速度大于预定车辆速度。

方案8. 根据方案7所述的控制系统，其中，所述预定发动机速度大于或等于发动机的怠速速度。

方案9. 根据方案7所述的控制系统，其中，所述预定车辆速度大于或等于40英里每小时（mph）。

方案10. 根据方案7所述的控制系统，其中，所述预定车辆速度是大约50 mph。

方案11. 一种用于控制发动机的方法，包括：

当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况；以及

当检测到所述结冰状况时，在第二预定时段内增加发动机速度。

方案12. 根据方案11所述的方法，还包括：在第二预定时段内通过使变速器减档而增加发动机速度。

方案13. 根据方案12所述的方法，还包括：使变速器减档N个传动比，其中，N是大于或等于1的整数。

方案14. 根据方案12所述的方法，还包括：使变速器从最高传动比减档为第二高传动比。

方案15. 根据方案11所述的方法，其中，所述预定温度小于或等于0摄氏度（℃）。

方案16. 根据方案11所述的方法，其中，所述预定温度是大约-30℃。

方案17. 根据方案11所述的方法，还包括：当在第一预定时段内满足以下条件时，检测到发动机的PCV系统的结冰状况：（i）环境温度小于预定温度，（ii）发动机速度大于预定发动机速度，和（iii）车辆速度大于预定车辆速度。

方案18. 根据方案17所述的方法，其中，所述预定发动机速度大于或等于发动机的怠速速度。

方案19. 根据方案17所述的方法，其中，所述预定车辆速度大于或等于40英里每小时（mph）。

方案20. 根据方案17所述的方法，其中，所述预定车辆速度是大约50 mph。

从下文所提供的详细描述可清楚本发明的其他应用领域。应当理解，这些详细描述和特定示例仅仅旨在用于说明目的，而不旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的发动机系统的功能框图；

图2是根据本发明的一个实施方式的气缸的截面图；

图3是根据本发明的一个实施方式的控制模块的功能框图；

图4A是根据本发明的一个实施方式的用于防止主动曲轴箱通风（PCV）系统中结冰的第一方法的流程图；和

图4B是根据本发明的一个实施方式的用于防止PCV系统中结冰的第二方法的流程图。

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是说明性的，且绝不旨在限制本发明、其应用或者使用。为清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记，以表示类似的元件。如本文使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被理解为表示使用非排他逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应当理解，方法中的各个步骤可在不改变本发明的基本原理的情况下以不同的顺序执行。

如本文所使用的，措辞“模块”可以指代以下项、是以下项的一部分、或者包括以下项：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享、专用或者群组）；提供所述功能的其它合适部件；或者上述中的一些或全部的组合，例如在系统级芯片中。措辞“模块”可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享、专用或者群组）。

如上使用的措辞“代码”可以包括软件、固件和/或微码，可指程序、例程、函数、类和/或对象。如上使用的措辞“共享”表示可使用单个（共享）处理器执行来自多个模块的一些或全部代码。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个（共享）存储器存储。如上使用的措辞“群组”表示可使用一组处理器执行来自单个模块的一些或全部代码。另外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。

本文所述的设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括存储数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁性存储器和光存储器。

主动曲轴箱通风（PCV）系统可以用于防止由漏气蒸汽引起的损害。PCV系统可以使用进气歧管的真空来将漏气蒸汽抽出曲轴箱且进入进气歧管。具体地，漏气蒸汽可以抽吸到空气过滤器下游的空气过滤器壳体中，以防止颗粒积聚在进气歧管中。在通过节气门之后，漏气蒸汽与A/F混合物组合且在未来燃烧循环期间燃烧。

PCV系统包括PCV软管和PCV流量调节器。PCV软管将曲轴箱连接到空气入口管道。PCV流量调节器调节通过PCV软管进入进气系统的漏气蒸汽流量。具体地，PCV流量调节器可包括弹簧加载阀，在曲轴箱中的漏气蒸汽压力增加时，所述阀打开。然而，在曲轴箱中的漏气蒸汽压力低时，PCV阀或流量调节器可保持关闭，以防止稀释气缸中的A/F混合物。PCV系统还可包括通气管，所述通气管将附加新鲜空气引入曲轴箱，以改进空气循环。

在发动机的低温操作期间，PCV系统内可能发生结冰。低环境温度可使得冰积聚在PCV系统中。例如，冰可积聚在PCV软管和/或通气管中。因而，当PCV系统打开时，冰和/或水可被抽吸到进气歧管中和气缸中，这可能引起发动机失速、发动机不点火和/或对发动机的损害。具体地，当环境温度小于预定温度时，可能发生结冰。更具体地，当环境温度小于或等于冰点（即，0摄氏度或0℃）时，可能发生结冰。然而，仅作为示例，结冰可能更通常在大约-30℃的预定温度下发生。

因而，提出一种用于防止发动机的PCV系统中的结冰的系统和方法。当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，所述系统和方法可首先检测到PCV系统的结冰状况。如前文所述，预定温度可小于或等于0℃。仅作为示例，预定温度还可以是大约-30℃。

在一些实施方式中，当在第一预定时段内满足以下条件时，所述系统和方法可检测到结冰状况：（i）环境温度小于预定温度，（ii）发动机速度大于预定发动机速度，和（iii）车辆速度大于预定车辆速度。例如，预定发动机速度可以大于或等于发动机的怠速速度。预定车辆速度可以表示典型快车道/高速公路速度。因而，例如，预定车辆速度可以大于或等于40英里每小时（mph）。然而，仅作为示例，预定车辆速度可以是大约50 mph。

当检测到所述结冰状况时，所述系统和方法可在第二预定时段内增加发动机速度。例如，第二预定时段可基于发动机的设计。增加发动机速度可以增加油温度和PCV系统中的漏气蒸汽的温度，从而防止PCV结冰。具体地，所述系统和方法可在第二预定时段内通过使发动机的变速器减档而增加发动机速度。更具体地，所述系统和方法可使变速器减档N个传动比（N≥1）。仅作为示例，所述系统和方法可使变速器从最高传动比减档为第二高传动比（例如，6^th-5^th，5^th-4^th，4^th-3^rd等）。在第二预定时段到期之后，所述系统和方法然后可将发动机速度减小到期望水平且继续正常发动机操作。

现在参考图1，发动机系统10包括发动机12。发动机12可以是火花点火（SI）发动机、压缩点火（CI）发动机（例如，柴油发动机）或者均质充气压缩点火（HCCI）发动机。发动机系统10还可以包括不同类型的发动机和/或可包括附加部件，例如电动马达和蓄电池系统。

发动机12通过进气系统14将空气抽吸到进气歧管18中，进气系统14可由节气门16调节。例如，节气门16可以使用电子节气门控制（ETC）来电动地控制。进气系统14可以包括空气过滤器壳体20和空气过滤器22。空气过滤器22可过滤抽吸到进气歧管18中的空气以去除颗粒。环境温度传感器24测量发动机12外部的空气温度。例如，环境温度传感器24能以℃为单位测量环境空气温度。在一些实施方式中，环境温度传感器24可以附连到发动机12或者位于发动机12内。然而，环境温度传感器24还可以位于其它地方，例如控制模块60中。

进气歧管18中的空气分配给多个气缸26。虽然示出了六个气缸，但是发动机12可包括其它数量的气缸。燃料喷射器28将燃料喷射到气缸26的进气端口中（端口燃料喷射）或者直接喷射到气缸26中（直接燃料喷射）。火花塞30可点火气缸26中的A/F混合物，以驱动活塞，所述活塞可旋转地转动曲轴32且产生驱动扭矩。然而，在CI和HCCI发动机中，火花塞30相应地可能不用于燃烧或者可仅仅用于火花辅助。曲轴32可相应地连接到气缸26的活塞（未示出），且容纳在曲轴箱34中，曲轴箱34包括用于润滑移动部件的油。

PCV系统36可将漏气蒸汽从曲轴箱34抽吸且在空气过滤器22下游的位置处进入空气入口管道23。PCV系统36可包括将曲轴箱34连接到进气歧管18的PCV软管38。PCV系统36还可包括PCV阀或者其它流量调节器40，其调节从曲轴箱34到进气歧管18的漏气蒸汽流量。例如，PCV阀40可包括基于曲轴箱34和进气歧管18之间的压力差打开的弹簧加载阀（或者限流孔或另一空气流量调节装置）。PCV阀40还可以是另一合适类型的阀或其它流量调节器，例如由控制模块60控制的电子阀。在一些实施方式中，PCV系统36还可以包括通气管42，所述通气管42在空气过滤器22下游的位置处将曲轴箱连接到空气过滤器壳体20或者连接到进气系统14的空气入口管道23。通气管42允许新鲜空气在曲轴箱34中循环，从而进一步稀释漏气气体且防止油污染（即，改进循环）。

发动机速度传感器44测量曲轴32的旋转速度（即，发动机速度）。例如，发动机速度传感器44能以转每分（RPM）为单位测量发动机速度。变速器46将驱动扭矩从曲轴32传输给车辆的传动系（例如，车轮）。在一些实施方式中，变速器46可经由流体联接装置（例如，变矩器）联接到曲轴32。变速器输出轴速度（TOSS）传感器48测量变速器46的输出轴的旋转速度。例如，TOSS传感器48能以RPM为单位测量TOSS。来自于TOSS传感器48的测量值可以指示车辆速度。

燃烧得到的排气可从气缸26排出到排气歧管50中。在将排气释放到大气之前，排气处理系统（ETS）52可处理排气歧管中的排气以去除颗粒和/或减少排放物。例如，ETS 52可包括氧化催化剂、氮氧化物吸收器/吸附器、选择性催化还原系统、颗粒物质过滤器和三效催化转换器中的至少一种。

控制模块60控制发动机系统10的操作。控制模块60可从节气门16、环境温度传感器24、燃料喷射器28、火花塞30、PCV阀40、发动机速度传感器44、变速器46、TOSS传感器48和/或ETS 52接收信号。控制模块60可控制节气门16、燃料喷射器28、火花塞30、PCV阀40、变速器46和/或ETS 52。控制模块60还可以实施本发明的系统或方法。

现在参考图2，示出了多个气缸26中的一个的示例。气缸26经由进气阀70从进气歧管18吸入空气。在一些实施方式中，气缸26可在进气阀70之前的位置将燃料喷射到空气中以形成A/F混合物（端口燃料喷射）。气缸26经由排气阀72将燃烧期间产生的排气排出到排气歧管50中。进气阀70和排气阀72可由一个或多个凸轮轴（未示出）致动。

气缸26还包括活塞74。活塞74在发动机12的压缩冲程期间压缩气缸26中的A/F混合物。A/F混合物被燃烧（例如，使用火花塞30），且驱动活塞74向下，从而产生驱动扭矩。驱动扭矩旋转曲轴32，曲轴32使用连杆76连接到活塞74。曲轴32可连接到配重78。曲轴箱34容纳气缸26的各个部件。具体地，曲轴箱34包括润滑气缸26的移动部件的油80。

如前文所述，漏气蒸汽可进入曲轴箱34且污染油80，从而引起损害和/或降低性能。然而，PCV系统36从曲轴箱34排放漏气蒸汽。具体地，PCV软管38可在节气门16下游的位置处将曲轴箱34连接到进气歧管18。PCV阀40可在漏气蒸汽积聚到超过临界压力时打开，从而将漏气蒸汽从曲轴箱34排放到进气歧管18中。此外，如前文所述，PCV系统36还可包括通气管42，所述通气管42在空气过滤器22下游的位置处将曲轴箱34连接到空气入口管道23。换句话说，过滤空气可流经通气管42进入曲轴箱34，从而进一步稀释漏气蒸汽且改进循环，这改进PCV系统36的性能。

现在参考图3，示出了控制模块60的示例。控制模块60可包括结冰状况检测模块100和结冰防止模块110。

结冰状况检测模块100从环境温度传感器24接收表示环境温度的信号。结冰状况检测模块100还可以分别从发动机速度传感器44和TOSS传感器48接收表示发动机速度和车辆速度的信号。结冰状况检测模块100还可以接收利于检测结冰的其它信号，例如但不限于曲轴箱压力。结冰状况检测模块100在第一预定时段期间基于所接收信号检测结冰状况。在检测到结冰状况时，结冰状况检测模块100可产生结冰状况信号。

当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，所述结冰状况检测模块100可检测到结冰状况。可选地，例如，当在第一预定时段内满足以下条件时，所述结冰状况检测模块100可检测到结冰状况：（i）环境温度小于预定温度，（ii）发动机速度大于预定发动机速度，以及（iii）车辆速度大于预定车辆速度。

预定温度表示可能发生结冰的温度。换句话说，预定温度可小于或等于0℃。仅作为示例，预定温度可以是大约-30℃。此外，例如，预定发动机速度可以大于或等于发动机12的怠速速度。另外，例如，预定车辆速度可大于或等于40 mph。仅作为示例，预定车辆速度可以是大约50 mph。

当检测到所述结冰状况时，所述结冰防止模块110从结冰状况检测模块100接收结冰状况信号。所述结冰防止模块110可调节发动机12的操作，以防止在PCV系统36中发生结冰。具体地，所述结冰防止模块110可在第二预定时段内增加发动机速度。增加发动机速度会增加油温度，从而增加PCV系统36中的漏气蒸汽温度。例如，第二预定时段可以基于发动机12的设计（例如，曲轴箱34的容积）标定。

例如，所述结冰防止模块110可在第二预定时段内使变速器46减档。具体地，所述结冰防止模块110可使变速器46减档N个传动比（N≥1）。例如，所述结冰防止模块110可使变速器46从最高档减档为第二高档（例如，6^th-5^th，5^th-4^th，4^th-3^rd等）。然而，所述结冰防止模块110还可以使变速器减档两个或更多传动比（例如，6^th-4^th）。例如，在极冷的环境温度期间，所述结冰防止模块110可以使变速器46减档两个或更多传动比。

在第二预定时段到期之后，所述结冰防止模块110可将发动机速度减小到与正常车辆操作相对应的期望发动机速度。例如，所述结冰防止模块110可使变速器46升档回到最高档（例如，5^th-6^th）。然而，所述结冰防止模块110还可以根据其它合适方法控制发动机速度。

现在参考图4A，用于防止PCV系统36中结冰的第一方法在150开始。在150，控制模块60基于环境温度确定在第一预定时段内是否存在结冰状况。具体地，控制模块60确定在第一预定时段内环境温度（T_amb）是否小于预定温度（T_pred）。如果为真，那么控制方法可前进到154。如果为假，那么控制方法可返回150。

在154，控制模块60可在第二预定时段内增加发动机速度。具体地，控制模块60可在第二预定时段内使变速器46减档。在158（即，在第二预定时段之后），控制模块60可将发动机速度减小到与正常发动机操作相对应的期望发动机速度。控制方法然后可返回150。

现在参考图4B，用于防止PCV系统36中结冰的第二方法在200开始。在200，控制模块60基于环境温度、发动机速度和车辆速度确定在第一预定时段内是否存在结冰状况。具体地，在200，控制模块60确定在第一预定时段内环境温度（T_amb）是否小于预定温度（T_pred）。如果为真，那么控制方法可前进到204。如果为假，那么控制方法可返回200。在204，控制模块60确定发动机速度和车辆速度是否分别大于预定发动机速度和预定车辆速度。如果为真，那么控制方法可前进到208。如果为假，那么控制方法可返回200。

在208，控制模块60可在第二预定时段内增加发动机速度。具体地，控制模块60可在第二预定时段内使变速器46减档。在212（即，在第二预定时段之后），控制模块60可将发动机速度减小到与正常发动机操作相对应的期望发动机速度。控制方法然后可返回200。

本发明的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定示例，但是本发明的实际范围不应当如此限制，因为通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于发动机的控制系统，包括：

结冰状况检测模块，当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，所述结冰状况检测模块检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况；和

结冰防止模块，当检测到所述结冰状况时，所述结冰防止模块在第二预定时段内增加发动机速度。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述结冰防止模块在第二预定时段内通过使变速器减档而增加发动机速度。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述结冰防止模块使变速器减档N个传动比，其中，N是大于或等于1的整数。

4.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述结冰防止模块使变速器从最高传动比减档为第二高传动比。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述预定温度小于或等于0摄氏度（℃）。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述预定温度是大约-30℃。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当在第一预定时段内满足以下条件时，所述结冰状况检测模块检测到发动机的PCV系统的结冰状况：（i）环境温度小于预定温度，（ii）发动机速度大于预定发动机速度，和（iii）车辆速度大于预定车辆速度。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其中，所述预定发动机速度大于或等于发动机的怠速速度。

9.根据权利要求7所述的控制系统，其中，所述预定车辆速度大于或等于40英里每小时（mph）。

10.一种用于控制发动机的方法，包括：

当环境温度在第一预定时段内小于预定温度时，检测到所述发动机的主动曲轴箱通风（PCV）系统的结冰状况；以及

当检测到所述结冰状况时，在第二预定时段内增加发动机速度。

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