CN108087130B - 发动机进气系统及进气量控制方法、控制单元及汽车 - Google Patents

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Abstract

一种发动机进气系统及进气量控制方法、控制单元及汽车，其中，发动机进气系统包括：气缸和曲轴箱；进气管，与所述气缸连接，所述进气管上设有节气门；曲轴箱通风管，连通所述进气管和所述曲轴箱，与所述进气管的连通点位于所述节气门和所述气缸之间；调节阀，设于所述曲轴箱通风管上，所述调节阀具有多个开度，能够根据接收到的电信号调节开度，所述开度大小和所述电信号所对应的电压值正相关。本发明通过调节阀精准控制怠速工况下的进气量，提高了怠速稳定性，减少在怠速工况下进气量多于气缸实际需要的进气量，导致油耗增大的可能性。

Description

发动机进气系统及进气量控制方法、控制单元及汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种发动机进气系统及进气量控制方法、控制单元及汽车。
背景技术
为了满足日益严格的汽车燃油油耗法规，降低汽车发动机油耗是主要方向。作为汽车运行工况之一的怠速工况，怠速工况是指发动机空转时的一种工作状况。在发动机运转时，完全松开油门踏板，车在原地不动，发动机却在“突突”地转着，白白地烧油，浪费燃油。
因此，降低怠速油耗是降低发动机油耗的重要方向之一。通常发动机怠速转速越低，则油耗越低。然而，降低怠速转速使得控制难度增大，如果降低发动机怠速转速幅度微小，则对降低油耗贡献甚微。
此外，怠速时发动机需要的进气量较少，可通过控制节气门开度来控制进气量。但，节气门结构导致进气量的大小与开度大小是非线性的，进气量的需求越小，节气门的开度大小越难控制。若进气量大于发动机怠速所需的进气量，多余的进气量就需要提高发动机转速来消耗掉多余的进气量，那么，发动机又需要消耗燃油，油耗又上升。若在怠速工况下，进气量得到精确的控制，有利于降低油耗。
此外，现有发动机的构造。在发动机工作时，燃烧室的高压可燃混合气和已燃气体，或多或少会通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱内，造成窜气。窜气的成分为未燃的燃油气、水蒸气和废气等，这会稀释机油，降低机油的使用性能，加速机油的氧化、变质。水气凝结在机油中，会形成油泥，阻塞油路；废气中的酸性气体混入润滑系统，会导致发动机零件的腐蚀和加速磨损；窜气还会使曲轴箱的压力过高而破坏曲轴箱的密封，使机油渗漏流失。
为防止曲轴箱压力过高，延长机油使用期限，减少零件磨损和腐蚀，防止发动机漏油，必须实行曲轴箱通风。曲轴箱通风系统中的曲轴箱通风管一端与发动机的气缸连接，另一端与进气管连接。曲轴箱内的气体通过进气管回到进气歧管，继而进入发动机的气缸参与燃烧，避免了空气污染和油耗增加。
即，现有技术中，气体可以通过节气门和曲轴箱通风管流入发动机的气缸。通过节气门流入发动机的气缸的进气量可在一定程度上控制节气门的开度，实现进气量大小的控制，但控制精度有限；而通过曲轴箱通风管流入发动机的气缸的进气量却没有得到控制。
发明内容
本发明解决的问题是在怠速工况下，流入发动机的进气量难以精确控制。
为解决上述问题，本发明提供一种发动机进气系统，包括：气缸和曲轴箱；进气管，与所述气缸连接，所述进气管上设有节气门；曲轴箱通风管，连通所述进气管和所述曲轴箱，与所述进气管的连通点位于所述节气门和所述气缸之间；调节阀，设于所述曲轴箱通风管上，所述调节阀具有多个开度，能够根据接收到的电信号调节开度，所述开度大小和所述电信号所对应的电压值正相关。
可选的，还包括：进气量检测单元，设于所述气缸的进气入口处，用于检测所述气缸的进气量。
可选的，所述进气量检测单元包括：空气流量计；或者，所述进气量检测单元包括：温度传感器和压力传感器；
所述温度传感器用于检测进气温度，所述压力传感器用于检测进气压力；
所述进气量检测单元通过理性气体状态方程，结合所述进气温度和所述进气压力，计算得到所述气缸的进气量。
可选的，所述调节阀包括：球阀或蝶阀。
可选的，还包括进气歧管，所述进气歧管连通所述气缸和所述进气管。
可选的，还包括：控制单元，所述调节阀、所述节气门和所述进气量检测单元被配置成和所述控制单元通信；
当所述控制单元判定所述发动机处于怠速工况时，所述控制单元控制所述节气门处于关闭状态，所述控制单元向所述调节阀发送所述电信号，用于调节所述调节阀的开度大小至：所述进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在怠速工况下所需的进气量；
当所述控制单元判定所述发动机处于怠速工况以外的工况时，所述控制单元调节所述节气门的开度和所述调节阀的开度至：所述进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在相应工况下所需的进气量。
本发明还提供一种上述发动机进气系统的进气量控制方法，包括：当发动机处于怠速工况时，向节气门和调节阀发送电信号，用于调节所述节气门至关闭状态、所述调节阀的开度大小与所述气缸在怠速工况下所需的进气量相适应。
可选的，还包括：当发动机处于怠速工况之外的工况时，向节气门和调节阀发送电信号，用于调节所述节气门的开度大小和所述调节阀的开度大小与所述气缸在相应工况下所需的进气量相适应。
可选的，发送所述电信号之前，还包括：根据发动机的转速信号和油门踏板的位置信号判定当前发动机的工况。
可选的，调节所述节气门和所述调节阀的开度时，还包括：检测所述气缸的进气量。
本发明还提供一种控制单元，用于控制上述任一所述的发动机进气系统，包括：存储单元，用于存储所述气缸在相应工况下所需的进气量设定值；
比较单元，用于接收进气量检测单元发送的进气量检测信号，将所述进气量检测信号对应的进气量与所述进气量设定值比较，并发送比较电信号；
判定单元，用于判定发动机所处的工况，并发送判定电信号；
指示单元，用于接收所述判定电信号和所述比较电信号，根据所述判定电信号和所述比较电信号向所述节气门和所述调节阀发送调节开度的电信号，所述电信号能够调节所述节气门和所述调节阀的开度大小。
可选的，当所述判定电信号为所述发动机处于怠速工况，所述电信号为：调节所述节气门的开度为0，调节所述调节阀的开度至：所述比较电信号为所述进气量检测信号对应的进气量等于所述进气量设定值。
可选的，所述控制单元集成于发动机ECU。
可选的，所述控制单元与发动机ECU连接。
本发明还提供一种汽车，包括上述任一所述的发动机进气系统。
可选的，还包括上述任一所述的控制单元。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的曲轴箱通风管上设有调节阀，调节阀具有多个开度，能够根据接收到的电信号调节开度，开度大小和电信号所对应的电压值正相关。在发动机处于怠速工况时，节气门被控制处于关闭状态，调节阀的开度大小被控制为：从调节阀流向气缸的进气量满足气缸在怠速工况下所需的进气量。可以理解为：发动机处于怠速工况时，怠速工况下发动机的转速一定，所需的进气量一定。由于在怠速工况下，节气门的开度大小的控制精度有限，本发明中节气门被完全关闭。
气体只能通过曲轴箱通风管流入发动机的进气管，通过控制调节阀的开度大小精准的实现了进气量的调节，一旦通过曲轴箱通风管流入气缸的进气量满足气缸在怠速工况下所需的进气量，调节阀的开度保持不变。在非怠速工况下，发动机的进气量需求增大，可以控制节气门的开度大小和调节阀的开度大小。从而，通过调节阀精准控制怠速工况下的进气量，提高了怠速稳定性，减少在怠速工况下进气量多于气缸实际需要的进气量，导致油耗增大的可能性。
附图说明
图1是本发明实施例发动机进气系统的结构框图。
具体实施方式
现有技术中，气体可以通过节气门和曲轴箱通风管流入发动机的气缸。通过节气门流入发动机的气缸的进气量可在一定程度上控制节气门的开度，实现进气量大小的控制，但控制精度有限；而通过曲轴箱通风管流入发动机的气缸的进气量却没有得到控制。本发明在曲轴箱通风管上设置调节阀，通过调节阀精准控制流入气缸的进气量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图1，本发明实施例提供一种发动机进气系统，包括：发动机本体10，发动机本体10包括气缸和曲轴箱；进气管20，与气缸连接，用于向发动机本体10提供新鲜的空气，在进气管20上设有节气门50，节气门50用于控制进入发动机本体10的进气量；还包括曲轴箱通风管30，曲轴箱通风管30连通进气管20和曲轴箱，曲轴箱通风管30与进气管20的连通点位于节气门50和气缸之间；还包括进气歧管70，进气歧管70连通气缸和进气管20。
前文已描述气体可以通过节气门50和曲轴箱通风管30两个路径流入发动机的气缸。通过节气门50流入发动机的气缸的进气量可在一定程度上控制节气门50的开度，实现进气量大小的控制，但控制精度有限；而通过曲轴箱通风管30流入发动机的气缸的进气量却没有得到控制。
为控制通过曲轴箱通风管30流入气缸的进气量，本发明实施例的发动机进气系统还包括调节阀40，设于曲轴箱通风管30上，调节阀40具有多个开度，能够根据接收到的电信号调节开度，开度大小和电信号所对应的电压值正相关。调节阀40不同于节气门50，调节阀40的开度大小可以被设计成与电压值正相关，从而调节阀40可以实现对进气量的精度控制。
本实施例中，电信号可以是电流信号或者电阻信号或者电压信号等。
尤其在发动机处于怠速工况时，例如发动机的转速由750转/分钟降到680转/分钟，气缸需要的气体的进气量减少，节气门50自身的开度大小与进气量是非线性关系，通过控制节气门50的开度来减少进气量显得比较困难。且在发动机怠速工况时，通过曲轴箱通风管30进入气缸的进气量的比重增大，影响力较大，若不加以控制这部分进气量，就需要通过加大喷油量来消耗增加的进气量，使得发动机油耗上升。
为此，本发明实施例在发动机处于怠速工况时，节气门50被控制处于关闭状态，不再调节节气门50的开度大小来控制通过节气门50进入气缸的进气量。此时，通过调节调节阀40的开度实现通过曲轴箱通风管30进入气缸的进气量。本实施例中调节阀40的开度大小被控制为：从调节阀40流向气缸的进气量满足气缸在怠速工况下所需的进气量。可以理解为：发动机处于怠速工况时，怠速工况下发动机的转速一定，所需的进气量一定。由于在怠速工况下，节气门50的开度大小的控制精度有限，且当通过调节阀40的进气量大于需求量时，本发明中节气门50被完全关闭。
气体只能通过曲轴箱通风管30流入发动机的进气管20，通过控制调节阀40的开度大小精准的实现了进气量的调节，一旦通过曲轴箱通风管30流入气缸的进气量满足气缸在怠速工况下所需的进气量，调节阀40的开度保持不变。在非怠速工况下，发动机的进气量需求增大，此时可以控制节气门50的开度大小和调节阀40的开度大小。从而，通过调节阀40精准控制怠速工况下的进气量，提高了怠速稳定性，减少在怠速工况下进气量多于气缸实际需要的进气量，导致油耗增大的可能性。
调节阀40的具体结构不做限制，只要能够根据电压值的大小实现相对应的开度大小的调节即可。本实施例中，调节阀40包括：球阀或蝶阀或其它类型的阀。调节阀40的开度动作由驱动机构实现，驱动机构包括电机、流体装置、机械装置，但不限于这些。而驱动机构的动作由控制单元60发出指令进行控制，控制单元60可以是汽车ECU。
若，发动机处于怠速工况时，在调节阀40开度最大情况下，通过调节阀40的进入发动机的进气量大于气缸在怠速工况下的进气需求量时，控制单元控制节气门50处于关闭状态，直接通过控制调节阀40的开度，实现对进气量的调节。
若当怠速工况下，在调节阀40开度最大情况下(调节阀处于全开状态)，通过调节阀40的进气量少于气缸在怠速工况下的进气需求量时，可以直接控制节气门50的开度大小实现对进气量的调节，也可以是同时调节节气门50的开度与调节阀40的开度实现对进气量的调节。无论怎样调节节气门50的开度和调节阀40的开度，只要能够满足在相应工况下气缸所需要的进气量即可。即，进气量还少于气缸在怠速工况下的进气需求量，则节气门50需要打开，通过综合控制节气门50和调节阀40的开度，实现对进气量的调节。
由于本实施例中在发动机怠速工况下，需要根据气缸的进气量大小来控制调节阀40的开度。为此，本实施例还包括：进气量检测单元(图未示出)，设于气缸的进气入口处，用于检测所气缸的进气量。进气量检测单元的具体结构不做限制，只要能够检测气缸的进气量即可。
本实施例中，进气量检测单元包括：空气流量计，空气流量计也可以称之为空气流量传感器。它能够将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元(ECU)，作为决定喷油的基本信号之一，是测定吸入发动机的空气流量的传感器。通过空气流量计可以检测到流入气缸的进气量。
在其它实施例中，进气量检测单元包括：温度传感器(图未示出)和压力传感器(图未示出)。其中，温度传感器用于检测进气温度，压力传感器用于检测进气压力。进气量检测单元通过理想气体状态方程，结合进气温度和进气压力，计算得到气缸的进气量
其中，理想气体状态方程：pV＝nRT，R是气体常量；p为理想气体压强，单位Pa；V为气体体积，单位m3；n为气体的物质的量，单位mol；T为体系温度，单位K。从而进气量检测单元可以通过理性气体状态方程，根据上述公式，结合所述进气温度和所述进气压力，计算得到所述气缸的进气量(气体体积)。
继续参考图1，本实施例还包括：控制单元60，调节阀40、节气门50和进气量检测单元被配置成和控制单元60通信。
当所述控制单元60判定所述发动机处于怠速工况时，若通过调节阀40的进气量多于进气需求量，则控制单元60控制所述节气门50处于关闭状态，所述控制单元60向所述调节阀40发送所述电信号，用于调节所述调节阀40的开度大小至：所述进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在怠速工况下所需的进气量。
若通过调节阀40在全开状态下，通过调节阀40的进气量少于需求量，则节气门50就要打开，通过综合控制节气门50和调节阀40的开度至：进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在怠速工况下所需的进气量。
当所述控制单元60判定所述发动机处于怠速工况以外的工况时，所述控制单元60调节所述节气门50的开度和所述调节阀40的开度至：所述进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在相应工况下所需的进气量。
需说明的是，发动机工况包括怠速工况、部分负荷工况、全负荷工况等，不同工况下发动机的转速不同。怠速工况是指发动机无负载运转状态，即离合器处于结合位置，变速箱处于空档位置(对于自动变速箱的车应处于“停车”或“P”档位)；采用化油器供油系统的车，阻风门处于全开位置；油门踏板处于完全松开位置。
本实施例中，发动机处于怠速工况时，当通过调节阀40的进气量大于需求量时，节气门50处于关闭状态，通过控制调节阀40的开度大小实现进气量大小的调节。当怠速工况下通过调节阀40(调节阀40处于全开状态)的进气量少于需求量时，以及在发动机处于怠速工况以外的工况时，节气门50的控制精度不受限制，可以直接控制节气门50的开度大小实现对进气量的调节，也可以是同时调节节气门50的开度与调节阀40的开度实现对进气量的调节。无论怎样调节节气门50的开度和调节阀40的开度，只要能够满足在相应工况下气缸所需要的进气量即可。
本发明实施例还提供一种进气量控制方法，包括：当发动机处于怠速工况，且通过调节阀40的进气量大于需求量时，向节气门50和调节阀40发送电信号，用于调节所述节气门50至关闭状态、所述调节阀40的开度大小与所述气缸在怠速工况下所需的进气量相适应。
还包括：当怠速工况下通过调节阀40的进气量少于需求量时，以及当发动机处于怠速工况之外的工况时，向节气门50和调节阀40发送电信号，用于调节所述节气门50的开度大小和所述调节阀40的开度大小与所述气缸在相应工况下所需的进气量相适应。
其中，在发送所述电信号之前，还包括：根据发动机的转速信号和油门踏板的位置信号判定当前发动机的工况。例如，发动机的转速为750转/分钟，油门踏板处于完全松开位置时，判定发动机处于怠速工况。
此外，在调节所述节气门50和所述调节阀40的开度时，还包括：检测所述气缸的进气量。根据所检测到的气缸的进气量对调节阀40的开度大小进行调节。
本发明实施例还提供一种控制单元60，用于控制上述任一项所述的发动机进气系统，包括：
存储单元，用于存储所述气缸在相应工况下所需的进气量设定值；相应工况包括：怠速工况、部分负荷工况及全负荷工况等。
比较单元，用于接收进气量检测单元发送的进气量检测信号，将所述进气量检测信号对应的进气量与所述进气量设定值比较，并发送比较电信号；
判定单元，用于判定所述发动机所处的工况，并发送判定电信号；
指示单元，用于接收所述判定电信号和所述比较电信号，根据所述判定电信号和所述比较电信号向所述节气门50和所述调节阀40发送调节开度的电信号，所述电信号能够调节所述节气门50和所述调节阀40的开度大小。
当所述判定电信号为所述发动机处于怠速工况，且通过调节阀40的进气量大于需求量时，所述电信号为：调节所述节气门50的开度为0(节气门50处于关闭状态)，调节所述调节阀40的开度至：所述比较电信号为所述进气量检测信号对应的进气量等于所述进气量设定值。
本实施例中，控制单元60集成于发动机ECU。在其它实施例中，控制单元60与发动机ECU连接。
本发明实施例还提供一种汽车，包括上述任一项所述的发动机进气系统。还包括上述任一项所述的控制单元60。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种发动机进气系统，其特征在于，包括：
气缸和曲轴箱；
进气管，与所述气缸连接，所述进气管上设有节气门；
曲轴箱通风管，连通所述进气管和所述曲轴箱，与所述进气管的连通点位于所述节气门和所述气缸之间；
调节阀，设于所述曲轴箱通风管上，所述调节阀具有多个开度，能够根据接收到的电信号调节开度，所述开度大小和所述电信号所对应的电压值正相关；
进气量检测单元，设于所述气缸的进气入口处，用于检测所述气缸的进气量；
控制单元，所述调节阀、所述节气门和所述进气量检测单元被配置成和所述控制单元通信；
当所述控制单元判定所述发动机处于怠速工况时，所述控制单元控制所述节气门处于关闭状态，所述控制单元向所述调节阀发送所述电信号，用于调节所述调节阀的开度大小至：所述进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在怠速工况下所需的进气量；
当所述控制单元判定所述发动机处于怠速工况以外的工况时，所述控制单元调节所述节气门的开度和所述调节阀的开度至：所述进气量检测单元检测到流向所述气缸的进气量满足所述气缸在相应工况下所需的进气量。
2.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述进气量检测单元包括：空气流量计；或者，
所述进气量检测单元包括：温度传感器和压力传感器；
所述温度传感器用于检测进气温度，所述压力传感器用于检测进气压力；
所述进气量检测单元通过理想气体状态方程，结合所述进气温度和所述进气压力，计算得到所述气缸的进气量。
3.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述调节阀包括：球阀或蝶阀。
4.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，还包括进气歧管，所述进气歧管连通所述气缸和所述进气管。
5.一种权利要求1所述的发动机进气系统的进气量控制方法，其特征在于，包括：
当发动机处于怠速工况时，向节气门和调节阀发送电信号，用于调节所述节气门至关闭状态、所述调节阀的开度大小与所述气缸在怠速工况下所需的进气量相适应。
6.如权利要求5所述的进气量控制方法，其特征在于，还包括：
当发动机处于怠速工况之外的工况时，向节气门和调节阀发送电信号，用于调节所述节气门的开度大小和所述调节阀的开度大小与所述气缸在相应工况下所需的进气量相适应。
7.如权利要求5或6所述的进气量控制方法，其特征在于，发送所述电信号之前，还包括：根据发动机的转速信号和油门踏板的位置信号判定当前发动机的工况。
8.如权利要求5所述的进气量控制方法，其特征在于，调节所述节气门和所述调节阀的开度时，还包括：检测所述气缸的进气量。
9.一种控制单元，用于控制权利要求1-4任一项所述的发动机进气系统，其特征在于，包括：
存储单元，用于存储所述气缸在相应工况下所需的进气量设定值；
比较单元，用于接收进气量检测单元发送的进气量检测信号，将所述进气量检测信号对应的进气量与所述进气量设定值比较，并发送比较电信号；
判定单元，用于判定发动机所处的工况，并发送判定电信号；
指示单元，用于接收所述判定电信号和所述比较电信号，根据所述判定电信号和所述比较电信号向所述节气门和所述调节阀发送调节开度的电信号，所述电信号能够调节所述节气门和所述调节阀的开度大小。
10.如权利要求9所述的控制单元，其特征在于，当所述判定电信号为所述发动机处于怠速工况，所述电信号为：调节所述节气门的开度为0，调节所述调节阀的开度至：所述比较电信号为所述进气量检测信号对应的进气量等于所述进气量设定值。
11.如权利要求9所述的控制单元，其特征在于，所述控制单元集成于发动机ECU。
12.如权利要求9所述的控制单元，其特征在于，所述控制单元与发动机ECU连接。
13.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的发动机进气系统。
14.如权利要求13所述的汽车，其特征在于，还包括权利要求9-12任一项所述的控制单元。
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