CN108952961B - 内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构及其监测方法能对内燃机蒸发系统和或内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测。本发明的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构曲轴箱污染气体先通过高压冲洗管路，然后流经蒸发系统高负荷管路，最后通过文丘里管进入压气机前的进气管路。与现有技术相比由于文丘里管的作用，本发明只需要新增一个压力传感器即可同时监测蒸发系统高负荷脱附和曲轴箱通风系统高负荷管路断开故障。曲轴箱的污染气体将获得更大的真空度，利用文丘里效应提高了管路中压力变化的幅度，实现使用较低灵敏度的压力传感器也能覆盖大部分的诊断工况，提高故障的识别度，能降低压力传感器灵敏度要求进而降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种对内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构。
本发明还涉及一种利用所述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机蒸发系统碳氢化合物排放泄露监测的方法。
本发明还涉及一种利用所述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机曲轴箱通风系统碳氢化合物排放泄露监测的方法。
背景技术
碳氢化合物排放的控制是现代内燃机排放控制的重要组成部分，对于汽油机来说，约20％的碳氢化合物排放物来自于蒸发系统的泄露，25％的碳氢化合物排放物来自于曲轴箱(PCV)气体的泄露。为了防止蒸发系统和曲轴箱通风系统中的污染气体直接排入大气造成污染，排放法规规定汽油发动机需要对其蒸发系统和曲轴箱通风系统的完整性进行监测，包括蒸发系统的管路脱附诊断和曲轴箱通风系统的管路断开诊断。
增压发动机的蒸发系统一般包括低负荷脱附管路和高负荷脱附管路，其中低负荷脱附管路连接节气门后进气歧管和炭罐阀，高负荷脱附管路连接空滤后的进气管路和炭罐阀，现有技术中，在高负荷脱附管上新增了一个压力传感器用于高负荷管路脱附诊断。
蒸发系统冲洗管路的脱附流量诊断主要基于管路内的压力变化，其中低负荷管路的脱附故障可以利用进气歧管压力的变化来识别，而高负荷管路的脱附故障通过新增的压力传感器的变化来识别。当炭罐阀打开时，高负荷管路内的压力将在整个冲洗过程中明显上升，如果高负荷管路脱开，则在冲洗过程中压力传感器测得的压力变化将不明显，因此可以通过设定相应的压差阈值来识别高负荷管路的脱开，低负荷管路的脱附诊断原理同理。
不同于普通PFI发动机的曲轴箱通风系统只有一路通风管路，增压发动机的曲轴箱通风系统普遍采用二路冲洗管路，根据管路内压力的不同，分为低压PCV管路和高压PCV管路，其中低压PCV管路连接曲轴箱和进气歧管，高压PCV管路连接曲轴箱和压气机前的进气管路，在高压PCV管路上还安装有压力传感器用于曲轴箱通风系统的高负荷管路断开诊断。通过将低压PCV管路设计得足够粗，如果脱开低压PCV管，将会报高怠速故障或供油系统故障。而高压PCV管路的脱开故障，一般利用管路内的压力变化进行诊断，因此需要新增压力传感器。正常情况下，高压PCV管路的压力将在一定范围内波动，而且在中大负荷时还能检测到稳定的负压，如果高压PCV管路脱开，管路内的压力波动范围减小，在中大负荷时不能形成稳定的负压，由此识别出高压PCV管路脱开故障。
如上所述，为了满足排放法规同时监测增压发动机蒸发系统和曲轴箱通风系统完整性的诊断要求，现有技术方案需要新增2个压力传感器，而且由于现有技术方案中管路内的压力与大气压的压差较小，对压力传感器的灵敏度要求较高(通常灵敏度要求低于3hPa)，同时极大限制了诊断工况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能利用低灵敏度压力传感器实现内燃机蒸发系统和内燃机曲轴箱通风系统碳氢化合物排放泄露监测的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构。低灵敏度压力传感器是指传感器精度大于等于10hPa。
本发明还提供了一种利用上述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机蒸发系统碳氢化合物排放泄露监测的方法。
本发明还提供了一种利用上述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机曲轴箱通风系统碳氢化合物排放泄露监测的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构，能对内燃机蒸发系统和内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测。
内燃机蒸发系统，包括：空滤1、增压器2、中冷器3、节气门4、进气歧管5、曲轴箱6、燃油箱7、炭罐8、炭罐阀9、第一单向阀10、第二单向阀10.1、文丘里管11、节气门后进气压力传感器13、炭罐冲洗低负荷管路14、炭罐冲洗高负荷管路15；
其中，空滤1连接增压器2，增压器2连接中冷器3，节气门4设置在进气歧管5和中冷器3之间的管路内，进气歧管5与曲轴箱6连接，炭罐冲洗低负荷管路14第一端连接在节气门4和进气歧管5之间的管路上，炭罐冲洗低负荷管路14第二端连接炭罐阀9，碳罐阀9连接碳罐8，炭罐8连接燃油箱7，节气门后进气压力传感器13设置在炭罐冲洗低负荷管路14第一端和进气歧管5之间的管路上，炭罐冲洗高负荷管路15第一端连接在碳罐阀9上，炭罐冲洗高负荷管路15第二端连接文丘里管11的第一端，文丘里管11的第二端连接在增压器2和中冷器3之间，文丘里管11的第三端连接在增压器2和空滤1之间，第二单向阀10.1设置在炭罐冲洗高负荷管路15上，第一单向阀10设置在炭罐冲洗低负荷管路14上。
内燃机曲轴箱通风系统，包括：空滤1、增压器2、中冷器3、节气门4、进气歧管5、曲轴箱6、节气门后进气压力传感器13、PCV系统高压管路16、PCV系统低压管路17和PCV阀18；
其中，空滤1连接增压器2，增压器2连接中冷器3，节气门4设置在进气歧管5和中冷器3之间的管路内，进气歧管5与曲轴箱6连接，PCV系统低压管路17第一端连接在节气门4和进气歧管5之间的管路上，PCV系统低压管路17第二端连接曲轴箱6，节气门后进气压力传感器13设置在进气歧管5上，PCV阀18设置在PCV系统低压管路17上，PCV系统高压管路16第一端连接曲轴箱6，PCV系统高压管路16第二端连接空滤1和增压器2之间。
本发明将将内燃机蒸发系统的炭罐冲洗高负荷管路15和内燃机曲轴箱通风系统的PCV系统高压管路16连通，内燃机蒸发系统的第二单向阀10.1设置在炭罐冲洗高负荷管路15上，气体压力传感器12设置在内燃机蒸发系统的第二单向阀10.1和文丘里管11之间的炭罐冲洗高负荷管路15上。气体压力传感器12能采用低灵敏度压力传感器。
其中，对内燃机蒸发系统进行碳氢化合物排放泄露监测时；
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值；
或，炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，均判断为炭罐冲洗高负荷管路15断开泄漏；
其中，定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近单向阀(第一、第二单向阀位于同侧，所以此处的单向阀即指代第一单向阀又指代第二单向阀)一侧为污染侧；
定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近文丘里管11一侧为清洁侧；
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值，则判断炭罐冲洗高负荷管路15污染侧断开泄漏；
炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，则判断炭罐冲洗高负荷管路15清洁侧断开泄漏。
其中，对内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测时；
炭罐阀9关闭并且PCV阀18打开，气体压力传感器12检测到负压小于第二阈值，，且压力波动的幅度小于第三阈值，则判断PCV系统高压管路16断开泄漏。
其中，气体压力传感器12是低灵敏度绝对压力传感器或低灵敏度相对压力传感器，低灵敏度压力传感器是指传感器精度大于等于10hPa。
一种利用上述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机蒸发系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，包括：
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值；
或，炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，均判断为炭罐冲洗高负荷管路15断开泄漏。
进一步改进，定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近单向阀一侧为污染侧；
定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近文丘里管11一侧为清洁侧；
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值,则判断炭罐冲洗高负荷管路15污染侧断开泄漏；
或，炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，则判断炭罐冲洗高负荷管路15清洁侧断开泄漏。
一种利用上述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机曲轴箱通风系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，包括：
将炭罐阀9关闭并且PCV阀18打开，气体压力传感器12检测到负压小于第二阈值，且压力波动的幅度小于第三阈值，则判断PCV系统高压管路16断开泄漏。
本发明在进行蒸发系统高负荷冲洗管路的脱附诊断时，可区分蒸发系统高负荷冲洗管路在污染侧①或清洁侧②的断开，参考图1所示。当炭罐阀(CPV阀)打开时，可诊断蒸发系统高负荷冲洗管路污染侧①的断开。当CPV阀打开时，正常情况下，冲洗管路内的压力将明显升高，压力传感器将能识别到一个压力上升的脉动，直到冲洗结束。而如果蒸发系统高负荷冲洗管路污染侧①断开时，当CPV阀打开时，冲洗管路内的压力没有明显的变化，压力传感器的信号变化也不明显。因此，当CPV阀打开时，如果压力传感器检测到的压力波动幅度小于阈值，则可判断为蒸发系统高负荷冲洗管路污染侧①的断开。
蒸发系统高负荷冲洗管路清洁侧②的断开需在炭罐阀(CPV阀)关闭时诊断。正常情况下，在增压器工作时，在文丘里管的作用下，冲洗管路内可以维持稳定的负压，压力传感器可检测到明显的负压。如果蒸发系统高负荷冲洗管路清洁侧②断开，此时压力传感器与大气相通，没有负压的来源，压力传感器检测不到明显的负压。因此，在炭罐阀(CPV阀)关闭时，如果压力传感器检测到的负压小于阈值，则能判断蒸发系统高负荷冲洗管路清洁侧②断开。
本发明在进行曲轴箱通风系统高压管路断开的诊断时，曲轴箱系统高压管路断开的诊断也需要在炭罐阀(CPV阀)关闭时进行。正常情况下，由于活塞的运动，曲轴箱内的压力会在一定范围内波动，当PCV阀打开时，冲洗管路内的压力也随之波动，压力传感器能检测到较大幅度的压力波动，而且在大负荷工况下压力的下限值能够达到较低的负压值。而如果PCV系统高压管路断开，压力传感器直接与大气相通，在稳定工况下，排除增压压力变化的影响，压力传感器检测到的压力波动幅度会显著下降，在大负荷工况下检测到的负压减小。
综上所述，当炭罐阀(CPV阀)打开时，如果压力传感器没有检测到明显的压力上升脉动信号，则可诊断蒸发系统高负荷冲洗管路污染侧①的断开。当炭罐阀(CPV阀)关闭时，如果压力传感器没有检测到明显的负压，则可诊断出蒸发系统高负荷冲洗管路清洁侧②的断开；如果压力传感器检测到的压力波动幅度很小，且负压小于阈值，则可诊断出PCV系统高压管路的断开，如下表1所示：
表1
本发明的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构曲轴箱的污染气体先通过高压冲洗管路16，然后流经蒸发系统高负荷管路15，最后通过文丘里管11进入压气机前的进气管路。与现有技术相比由于文丘里管的作用，只需要新增一个压力传感器即可同时监测蒸发系统高负荷脱附和曲轴箱通风系统高负荷管路断开故障。曲轴箱的污染气体将获得更大的真空度，利用文丘里效应提高了管路中压力变化的幅度，实现较低灵敏度的压力传感器也可以覆盖大部分的诊断工况，提高故障的识别度，能降低压力传感器的灵敏度要求，使用低灵敏度压力传感器有利于降低生产成本。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明一实施例的结构示意图。
附图标记说明
空滤 1
增压器 2
中冷器 3
节气门 4
进气歧管 5
曲轴箱 6
燃油箱 7
炭罐 8
炭罐阀 9
第一单向阀 10
第二单向阀 10.1
文丘里管 11
气体压力传感器 12
节气门后进气压力传感器 13
炭罐冲洗低负荷管路 14
炭罐冲洗高负荷管路 15
PCV系统高压管路 16
PCV系统低压管路 17
PCV阀 18
污染侧①
清洁侧②
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构一实施例，能对内燃机蒸发系统和或内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测，包括：空滤1、增压器2、中冷器3、节气门4、进气歧管5、曲轴箱6、燃油箱7、炭罐8、炭罐阀9、第一单向阀10、第二单向阀10.1、文丘里管11、气体压力传感器12、节气门后进气压力传感器13、炭罐冲洗低负荷管路14、炭罐冲洗高负荷管路15、PCV系统高压管路16、PCV系统低压管路17和PCV阀18；
空滤1连接增压器2，增压器2连接中冷器3，节气门4设置在进气歧管5和中冷器3之间的管路内，进气歧管5与曲轴箱6连接，炭罐冲洗低负荷管路14第一端连接在节气门4和进气歧管5之间的管路上，炭罐冲洗低负荷管路14第二端连接炭罐阀9，碳罐阀9连接碳罐8，炭罐8连接燃油箱7，PCV系统低压管路17第一端连接在节气门4和进气歧管5之间的管路上，PCV系统低压管路17第二端连接曲轴箱6，节气门后进气压力传感器13设置在炭罐冲洗低负荷管路14第一端和进气歧管5之间的管路上，PCV阀18设置在PCV系统低压管路17上，炭罐冲洗高负荷管路15第一端连接在碳罐阀9上，炭罐冲洗高负荷管路15第二端连接文丘里管11的第一端，文丘里管11的第二端连接在增压器2和中冷器3之间，文丘里管11的第三端连接在增压器2和空滤1之间，PCV系统高压管路16第一端连接曲轴箱6，第二单向阀10.1设置在炭罐冲洗高负荷管路15上，PCV系统高压管路16第二端连接在第二单向阀10.1和文丘里管11之间的炭罐冲洗高负荷管路15上，气体压力传感器12设置在第二单向阀10.1和文丘里管11之间的炭罐冲洗高负荷管路15上，第一单向阀10设置在炭罐冲洗低负荷管路14上。
其中，对内燃机蒸发系统进行碳氢化合物排放泄露监测时；
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值，第一阈值可能的取值范围为[0,200]hPa,例如10hPa、50hPa、100hPa或150hPa；
或，炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，均判断为炭罐冲洗高负荷管路15断开泄漏；
其中，定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近单向阀一侧为污染侧；
定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近文丘里管11一侧为清洁侧；
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值，则判断炭罐冲洗高负荷管路15污染侧断开泄漏；
炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，则判断炭罐冲洗高负荷管路15清洁侧断开泄漏。
其中，对内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测时；
炭罐阀9关闭并且PCV阀18打开，气体压力传感器12检测到负压小于第二阈值，且压力波动的幅度小于第三阈值，则判断PCV系统高压管路16断开泄漏。第二阈值可能取值范围为相对压力[-800，0]hPa，例如-100hPa、-200hPa、-300hPa、-400hPa、-500hPa、-600hPa或-700hPa；，第三阈值可能取值范围为[0，200]hPa，例如10hPa、50hPa、100hPa或150hPa。
其中，气体压力传感器12是低灵敏度绝对压力传感器或低灵敏度相对压力传感器，低灵敏度压力传感器是指传感器精度大于等于10hPa。
一种利用上述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机蒸发系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，包括：
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值；
或，炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，均判断为炭罐冲洗高负荷管路15断开泄漏。
进一步改进，定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近单向阀一侧为污染侧；
定义炭罐冲洗高负荷管路15靠近文丘里管11一侧为清洁侧；
炭罐阀9打开，若气体压力传感器12检测到的压力波动幅度小于第一阈值,则判断炭罐冲洗高负荷管路15污染侧断开泄漏；
或，炭罐阀9关闭，气体压力传感器12没有检测到负压，则判断炭罐冲洗高负荷管路15清洁侧断开泄漏。
一种利用上述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机曲轴箱通风系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，包括：
将炭罐阀9关闭并且PCV阀18打开，气体压力传感器12检测到负压小于第二阈值，且压力波动的幅度小于第三阈值，则判断PCV系统高压管路16断开泄漏。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构，能对内燃机蒸发系统和内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测，其特征在于:将内燃机蒸发系统的炭罐冲洗高负荷管路(15)和内燃机曲轴箱通风系统的PCV系统高压管路(16)连通，内燃机蒸发系统的第二单向阀(10.1)设置在炭罐冲洗高负荷管路(15)上，炭罐冲洗高负荷管路(15)第一端连接在碳罐阀(9)上，炭罐冲洗高负荷管路(15)第二端连接文丘里管(11)的第一端，文丘里管(11)的第二端连接在增压器(2)和中冷器(3)之间，文丘里管(11)的第三端连接在增压器(2)和空滤(1)之间，PCV系统高压管路(16)第一端连接曲轴箱(6)，PCV系统高压管路(16)第二端连接在第二单向阀(10.1)和文丘里管(11)之间的炭罐冲洗高负荷管路(15)上，气体压力传感器(12)设置在内燃机蒸发系统的第二单向阀(10.1)和文丘里管(11)之间的炭罐冲洗高负荷管路(15)上，第一单向阀(10)设置在炭罐冲洗低负荷管路(14)上。
2.如权利要求1所述的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构，其特征在于：
对内燃机蒸发系统进行碳氢化合物排放泄露监测时；
将内燃机的炭罐阀(9)打开，若气体压力传感器(12)没有检测到压力升高；
或，将内燃机的炭罐阀(9)关闭，气体压力传感器(12)没有检测到负压；以上两种情况均判断为内燃机的炭罐冲洗高负荷管路(15)断开泄漏。
3.如权利要求2所述的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构，其特征在于：
定义内燃机的炭罐冲洗高负荷管路(15)靠近单向阀一侧为污染侧；
定义内燃机的炭罐冲洗高负荷管路(15)靠近文丘里管(11)一侧为清洁侧；
将内燃机的炭罐阀(9)打开，若气体压力传感器(12)检测到的压力波动幅度小于第一阈值，则判断炭罐冲洗高负荷管路(15)污染侧断开泄漏；
将内燃机的炭罐阀(9)关闭，气体压力传感器(12)检测到的负压小于阈值，则判断炭罐冲洗高负荷管路(15)清洁侧断开泄漏。
4.如权利要求1所述的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构，其特征在于：
对内燃机曲轴箱通风系统进行碳氢化合物排放泄露监测时；
将内燃机的炭罐阀(9)关闭并且PCV阀(18)打开，气体压力传感器(12)检测到负压小于第二阈值，且压力波动的幅度小于第三阈值，则判断PCV系统高压管路(16) 断开泄漏。
5.如权利要求1-4任意一项所述的内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构，其特征在于：气体压力传感器(12)是低灵敏度绝对压力传感器或低灵敏度相对压力传感器，低灵敏度压力传感器是指传感器精度大于等于10hPa。
6.一种利用权利要求1所述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机蒸发系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，其特征在于，包括：
将内燃机的炭罐阀(9)打开，若气体压力传感器(12)检测到的压力波动幅度小于第一阈值；
或，将内燃机的炭罐阀(9)关闭，气体压力传感器(12)没有检测到负压；以上两种情况均判断为炭罐冲洗高负荷管路(15)断开泄漏。
7.如权利要求6所述的内燃机蒸发系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，其特征在于：
定义内燃机的炭罐冲洗高负荷管路(15)靠近单向阀一侧为污染侧；
定义内燃机的炭罐冲洗高负荷管路(15)靠近文丘里管(11)一侧为清洁侧；
将内燃机的炭罐阀(9)打开，若气体压力传感器(12)检测到的压力波动幅度小于第一阈值，则判断炭罐冲洗高负荷管路(15)污染侧断开泄漏；
将内燃机的炭罐阀(9)关闭，气体压力传感器(12)没有检测到负压，则判断炭罐冲洗高负荷管路(15)清洁侧断开泄漏。
8.一种利用权利要求1所述内燃机碳氢化合物排放泄露监测结构进行内燃机曲轴箱通风系统碳氢化合物排放泄露监测的方法，其特征在于，包括：
将内燃机的炭罐阀(9)关闭并且PCV阀(18)打开，气体压力传感器(12)检测到负压小于第二阈值，且压力波动的幅度小于第三阈值，则判断PCV系统高压管路(16)断开泄漏。
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