CN105275614B - 用于清洁所述内燃发动机的进气路径的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于清洁所述内燃发动机的进气路径的系统和方法，主要用于清洁比如积碳的沉积物。安装在车辆上的容器与进气路径流体连通并且包含清洁溶液。控制模块响应于指示与发动机的运转关联的参数的信号而启用阀门以测量进入进气室的溶液的流量。溶剂可以计算的量输送以在进气室的底壳中收集并且当进气流量超过阈值流量时被汲入发动机。发动机关联的参数可以是车辆的行驶距离。

Description

用于清洁所述内燃发动机的进气路径的系统和方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机，并且特别地涉及用于清洁和/或维护这类发动机的清洁进气路径的方法和系统。

背景技术

内燃发动机(并且特别是增压或涡轮增压发动机)的趋势是在进气门的后侧或内圆角区域以及汽缸盖内紧邻进气门的阻风区域(choke area)收集不想要的积碳。这样的积碳(通常称为碳烟或烟粒(soot))来自正常的燃烧过程并且可以通过热量和压力附着在气门和汽缸盖的金属表面上。随着其它层的烟粒开始积聚在另一层烟粒上，它们可能导致进气路径受限并且从而减少至汽缸的空气质量流量。这可能导致发动机整体效率降低。既使单层的烟粒也可能在某种程度上导致收集区域的表面纹理粗糙，这往往会增加烟粒微粒粘附的速率或可能性。

因为热的燃烧气体从燃烧室被推回上游进入进气路径从而加热该区域，所以凸轮相位(较晚关闭的进气门)往往会加剧紧邻进气门上游的烟粒沉积物的积聚。除来自燃烧气体的碳之外，在该区域收集的悬浮的或进气充气夹带的任何发动机曲轴箱机油或其它污染物将会通过来自燃烧气体的热量而变成烟粒。

存在发动机空气路径中的曲轴箱机油可能的源可以是曲轴箱强制通风(PCV)系统、排气再循环(EGR)系统、机油分离系统和/或来自涡轮增压器/机械增压器密封的泄漏。

使用进气道燃料喷射(PFI)技术的内燃发动机具有设置用于在进气流过进气门进入汽缸之前将燃料喷射到进气中的燃料喷射器。这允许有针对性地设定喷射器锥角以在进气门处于打开位置时在进气门的后部喷洒燃料，从而直接将燃料输送到已知的最可能的烟粒/碳收集的区域上。燃料喷洒具有冷却效果并且如果在燃料配方中包括溶剂或清洁溶液则还可以具有自清洁的效果。

然而，在利用直接喷射(DI)技术的发动机中，燃料直接喷射进汽缸。从而燃料不接触进气门的后侧，那么存在于PFI系统中的清洁/冷却效果不可用。

众所周知当车辆位于维护车间、修理店或停止服务的其它情形时可以清除机动车发动机内不希望的沉积物。通常，这通过在车辆静止时将输送管连接至发动机的进气系统并且在起动发动机之后喷射清洁溶液来执行。美国专利4,989,561教导一种当将管道安装进发动机时通过连接携带溶液的管道而与发动机连接的安装在手推车上(cart-mounted)的泵送单元。与发动机进行其它电连接，这样监视和/或控制燃料喷射器和点火使得以正确的量并且在适当的时间提供清洁溶液。

由于需要发动机和/或进气系统至少某种程度地拆开，该系统需要使车辆停止服务一段时间。与进气系统的临时连接也产生怎样在溶剂传输管和进气系统之间实现足够密封的问题。

发明内容

在公开的第一实施例中，用于清洁机动车发动机的进气路径的系统包含安装在车辆上、与进气路径流体连通并且包含溶剂的容器，和通过控制模块基于指示与发动机的运转关联的参数的信号而启用的、测量进入进气路径的溶剂的流量的阀门。

根据所公开的系统的另一特征，溶剂被输送进发动机的进气室(intake plenum)。

根据所公开的系统的另一特征，溶剂以计算的量输送以在进气室的低点收集并且当进气流量超过阈值流量时被汲入发动机。低点可以是用于收集冷凝物的底壳。

根据所公开的系统的另一特征，与发动机的运转关联的参数是车辆的行驶距离。

在公开的另一个实施例中，用于机动车的装置包含内燃发动机、送料入发动机的进气室以及安装在车辆上并且与进气室流体连通的容器。容器包含溶剂和测量从容器进入进气室的溶剂的流量的阀门。控制模块运转用于：a)接收指示与发动机的运转关联的参数的信号；以及b)基于该参数而启用阀门以将溶剂输送进进气室和/或产生通知车辆驾驶员进气路径的清洁是必要的(warranted)的信号。

在公开的另一个实施例中，清洁机动车发动机的进气路径的方法包含运转电子控制模块以：a)从车辆传感器接收指示与发动机运转关联的参数的信号；b)基于参数确定进气路径的清洁是必要的；并且c)在发动机运转期间启用车载系统以将溶剂输送进进气路径。

根据所公开的方法的另一特征，启用车载系统包含触发阀门以测量从车载容器进入进气路径的溶剂的流量。

根据所公开的方法的另一特征，溶剂以计算的量输送以在进气路径的底壳中收集并且当进气流量超过阈值流量时被汲入发动机。

附图说明

图1是根据本发明的机动车发动机的进气系统和进气清洁系统的示意图；

图2是图1的进气室的底壳区域的局部示意图；

图3是描述用于运转图1显示的类型的清洁系统的第一方法的流程图；

图4是机动车发动机的进气清洁系统的第二实施例示意图；

图5是描述运转图4显示的类型的清洁系统的第二方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，本说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可以放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。

图1(以示意的形式)说明进气系统10的相关部分。进气系统10显示为适用于四缸内燃发动机(虚线整体上指示的)，然而，本技术领域的技术人员明显应理解，所公开的装置和方法可以适用于应用到具有任何数量汽缸的发动机。如本技术领域中众所周知的，进气系统10包括连接至包含多个进气流道14a的流道组(runner pack)14的进气室12，每个流道提供至发动机的一个汽缸。经由与增压系统(例如涡轮增压器或机械增压器(未显示))关联的空气充气冷却器(CAC)18下游的进气管16将进气提供至进气室12。在图1描述的实施例中，CAC18通常是水-空气式热交换器。

容器20安装在车辆上，优选地在车辆发动机舱内或附近。容器20存储有配方用于清洁在正常车辆运转期间在进气系统内形成的沉积物和不希望的污染物的液体溶剂。此处使用的术语“溶剂”定义为包括意欲用于溶解、中和或其它方式去除可能存在于车辆动力传动系统的气流路径内的任何类型的不希望材料的任何溶液或配方。

溶剂供应管路或管22在容器20和进气室12之间延伸。阀门24运转以测量来自容器20并进入进气室12的溶剂的流量。通过电子控制模块(ECM)26控制阀门24。压力管路28在容器20和进气室12上游的作为至容器的正压力源的进气系统上的位置之间延伸。在描述的实施例中，压力管路28与CAC18的下游侧附近的进气系统连接。阀门30可以设置在压力管路28中或其上以控制容器的加压并且通过ECM26控制。任何替代方法都可以用于加压容器20，比如专用泵(未显示)，或用于从另一个车辆压缩器(未显示)的放气(bleed air)。

溶剂供应管路22的下游端与邻近于进气室的最低点或进气室12的底壳32连通。底壳32相对于进气室12的位置取决于当在车辆中安装时发动机/进气室的定位。底壳32可以具有允许在维护期间任何积聚的液体或固体物质从进气室12排放的安装有可拆卸塞34的排放孔。如果需要，排放孔也可以用作用于检察空气路径的检修孔(access hole)。

ECM26优选为基于微处理的装置并且可以控制动力传动系统(发动机、涡轮增压器或机械增压器、传动系统和/或关联的部件)的多个其它功能以提供优化的性能。ECM26可以连接至电子通信总路线36(比如控制器局域网(CAN)总线)以发送信号至多个其它车辆传感器和/或系统和/或从多个其它车辆传感器和/或系统接收信号。里程表38、驾驶员消息显示器40和驾驶员控制46是可以与总线36接口连接的系统的示例。

现在参考图2，底壳32相对于进气室12设置使得当发动机停机或以相对较低的空气路径速度(air path velocities)运转时沉积在进气室的内壁上的任何液体(比如曲轴箱机油或冷凝的水蒸汽)在重力的作用下收集在底壳中。溶剂管路22通向进气室12的排出口22a可以紧邻底壳32附近和/或在底壳上方使得如参考标号44指示的流出溶剂管路的溶剂停留在底壳区域。

在一个实施例中，阀门24测量(通过ECM26应用的预编程的逻辑)计算的有效去除气流路径的受影响区域的沉积物的溶剂44的量。(通过箭头A指示的)从管16进入进气室12的气流引导到底壳32的顶部的上方。相对较低的空气质量流量(这通常与较低的发动机转速或每分钟的转数(PRM)一致)时，溶剂44保持集中在底壳中。然而，当空气质量流量达到/超过下限时，收集在底壳32中的溶剂44进入气流A并且被携带上升通过进气室进入流道14并进入发动机汽缸。应理解，当发动机以相对较高的空气质量流量运转时将最小化溶剂可能导致的对发动机燃烧的任何有害的或显著的影响。

通过ECM26基于来自一个或多个其它车辆部件或系统的信号/输入(这些信号指示与发动机运转关联的参数)确定启用阀门24的正时和测量的用于输送进进气系统的溶液的量。例如，可以选择车辆里程作为发动机关联的参数，基于该参数通过溶液进行处理。可以通过里程表38将指示该参数的信号提供至ECM26。

有必要进行处理的具体车辆里程间隔以及在该间隔处输送的溶液的量可以基于车辆测试和/或车辆使用和沉积物在发动机/进气系统中积聚的历史追踪。其它可能的发动机关联的参数是发动机运转正时和发动机燃烧的燃料累积量。

图3是可以利用类似于图1和2中显示的装置实现的清洁和/或防止沉积物积聚的方法的流程图。方法在框100处开始，优选地在发动机起动(start-up)时。监视基于其通过溶液进行处理的发动机关联的参数(框110)。在框120处，将参数的测量值与一个或多个已知的阈值比较以确定处理是否必要。当比较指示处理必要(框120为是)时，方法前进至框130，在框130处启用阀门以将测量容积的溶液喷射进进气系统。如果需要，可以产生消息(例如，用于在消息中心40或位于车辆乘客舱中类似的显示器显示)以通知车辆驾驶员清洁循环已经触发。

可替代地，可以产生通知车辆驾驶员处理时必要的和/或引导驾驶员发布引导启用溶液喷射系统的指令的消息。可以通过启用例如可以是开关、按钮、触摸屏、语音识别指令的驾驶员控制46来发布指令。如果驾驶员指令的系统启用被允许，在需要时允许ECM26监视并超控驾驶员指令以防止溶液的过度应用(over-application)可以是有利的。例如，可以对ECM26进行编程以防止给定里程和/或时间间隔处的单个以上的应用/处理。类似地，可以对ECM26进行编程以仅允许在某些建议的发动机工况下的驾驶员指令的启用。

通知驾驶员处理是必要的的消息可以包括怎样/何时启用系统的指示。例如，消息可以引导驾驶员在紧接发动机停机达最小时间长度(例如一夜)之前作出手动启用，允许溶液保持在底壳中达数小时。溶液可以被配制成能够分解或中和在该期间底壳中收集的污染物。

图4显示了主要是在进气路径上喷射溶液的位置不同于图1中实施例的进气处理系统410的替代实施例。溶液供应管路422分成与独立的进气流道414a连接并送入独立的进气流道414a的四个子管路422a。通过阀门424测量容器420中包含的用于直接输送进进气流道414a而不是像图1中的实施例进入进气室412的溶剂溶液。

当发动机在特定工况范围内运转时可能希望运转图4中的装置使得仅将溶剂喷射进流道414a中。例如，可以发现，对于给定的发动机，当发动机以特定范围的每分钟转数(RPM)运转时，溶剂是最有效的且/或对发动机燃烧具有最少的显著影响。在这种情况下，ECM426可以从转速表448接收发动机转速信号并且使用该信号确定启用阀门424的时间以及喷射的溶剂的量。图中，438指示里程表，440指示消息中心。

通常，应该将任何溶剂喷射事件管理在特定幅度/持续时间内以不扰乱或影响燃烧稳定性。引进系统的任何溶剂(易燃的/或非易燃的)需要ECM作出调节以补偿较慢的燃烧速率(非易燃的)或较快的燃烧速率(易燃的)。

图5是描述可以使用图4中的装置执行的用于启用处理系统的替代方法的流程图。在框200处，方法开始。在框210处，监视发动机关联的参数并且在框220处将参数的测量值与阈值比较以确定通过溶剂的处理是否必要。如果比较指示处理是必要的(220处为是)，方法前进至步骤230并且通过发动机控制模块监视空气质量流量。发动机的空气质量流量通常与发动机转数(RPM)直接成比例，那么可以使用来自转速表的信号估算实际的空气质量流量。在框240处，将测量的或估算的空气质量流量与最小值比较。如果空气流量高于最小值，方法前进至框250并且启用阀门。

与图3显示的方法相比，优选地该方法不提供引导或允许驾驶员指令的启用的选择，因为仅在空气质量流量足够高时才发生溶剂喷射以在清洁循环期间确保正常的发动机运转

可替代地，可以在步骤220之后产生传送给驾驶员的指示驾驶员指令溶剂喷射循环的通知。驾驶员指令的启用之后，优选地系统完成步骤230-250使得仅在空气质量流量在合适的范围中时喷射溶剂。

图3公开的方法的优点是不需要以非常小的精确控制的量来测量通过阀门24从容器20分配出的溶液量。相反，可以喷射单个相对较大量的溶液，基于已知的车辆运转参数和/或通过监视车辆的诊断系统来选择适当的量。该单个测量的量的溶液随后以一定时间间隔被携带进汽缸，该时间间隔取决于发动机何时以需要从底壳携带溶液进入汽缸的空气流量运转以及所持续时间长度。

作为规律地计划的基础(基于行驶距离系统)来启用清洁系统的替代，可以基于来自车载诊断(OBD)系统的读数/输入而触发系统。例如，如果OBD系统探测到发动机的实际空气质量流量低于希望的或标定的值，这可以解释为进气门被沉积物堵塞的指示。然而，与在沉积物已经形成之后尝试去除沉积物相比，为了防止任何性能劣化的沉积物的系统的规律的处理/清洁被认为更实用和有效。

尽管上文描述了示例实施例，并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定性，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。此外，可以组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

Claims (16)

1.一种用于清洁机动车辆发动机的进气路径的系统，包含：

安装在所述车辆上、与所述进气路径流体连通并且包含溶剂的容器；

测量进入所述进气路径的所述溶剂的流量的阀门；以及

控制模块：

a)接收指示与所述发动机的运转关联的参数的信号；并且

b)基于所述信号而启用所述阀门以将溶剂输送进所述进气路径，

其中，将所述溶剂输送进所述发动机的进气室,并且其中，所述溶剂以计算的量输送以收集在所述进气室的低点并且当进气空气流量超过阈值流量时被汲入所述发动机。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低点是用于收集冷凝物的底壳。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，与所述发动机的运转关联的所述参数是所述车辆的行驶距离。

4.一种用于机动车辆的装置，包含：

内燃发动机；

进气室；

安装在所述车辆上、与所述进气室流体连通并且包含溶剂的容器；

测量从所述容器进入所述进气室的所述溶剂的流量的阀门；以及

控制模块，运转用于：

a)接收指示与所述发动机的运转关联的参数的信号；并且

b)基于所述参数而启用所述阀门以将溶剂输送进所述进气室且/或产生通知车辆驾驶员将溶剂输送进所述进气室是必要的信号，

其中，所述溶剂以计算的量输送以收集在所述进气室的低点并且当进气空气流量超过阈值流量时被汲入所述发动机，其中，所述低点是用于收集冷凝物的底壳；以及

其中，所述容器安装在所述车辆的发动机舱中。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，与所述发动机的运转关联的所述参数是所述车辆的行驶距离。

6.一种清洁机动车辆发动机的进气路径的方法，包含：

运转电子控制模块以a)从车辆传感器接收指示与发动机运转关联的参数的信号、b)基于所述参数确定所述进气路径的清洁是必要的并且c)在所述发动机的运转期间启用车载系统以将溶剂输送进所述进气路径，

其中，所述溶剂以计算的量经由供应管路输送以收集在所述进气路径的底壳中并且随后当进气空气流量超过足够高以维持正常的发动机运转的阈值流量时被汲入所述进气路径和所述发动机，所述供应管路从车载容器延伸以紧邻所述底壳。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，启用所述车载系统包含触发所述供应管路中的阀门以测量从所述车载容器进入所述进气路径的所述溶剂的流量，所测量的流量是用于收集的所述计算的量，所述量等于与清洁循环关联的溶剂的量。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述控制模块进一步运转用于控制多个动力传动系统功能。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，与所述发动机的运转关联的所述参数是所述车辆的行驶距离。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，从安装在所述车辆的发动机舱中的容器输送所述溶剂。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述控制模块进一步运转用于基于所述参数计算所述溶剂的量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，输送到所述底壳的所述溶剂的量在每个清洁循环中作为单个量大量地输送。

13.一种清洁机动车辆发动机的进气路径的方法，包含：车载系统响应于根据发动机运转参数信号确定进气路径的清洁是必要的而被启用，以在所述发动机运转期间经由从容器延伸到进气室底壳中的供应管路将溶剂输送进所述进气路径中而收集在进气室底壳中；以及

电子控制模块运转用于控制气流，使得溶剂以一定时间间隔从所述底壳被带走而清洁所述路径。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电子控制模块在所述发动机运转时进一步运转用于通过控制压力管路中的阀门而加压所述容器，所述压力管路将进气室上游的进气系统连接到所述容器。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电子控制模块在所述发动机运转时进一步运转用于控制所述供应管路中的阀门以将与清洁循环关联的单个测量的量的溶剂输送进所述底壳。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电子控制模块在所述发动机运转时进一步运转用于产生消息而在位于车辆车厢中的消息中心进行显示以通知车辆操作者清洁循环已经被触发。