CN110857636A - 发动机系统及发动机进气异常的检测方法 - Google Patents

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潘俊
许建昌
彭智华
刘思
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Abstract

本发明提供了一种发动机系统及发动机进气异常的检测方法，曲轴箱的通风管路与气缸的进气管路连通，能实现对曲轴箱内窜气的通风。利用发动机系统的节气门开启的程度、第一压力和第一温度计算出第一进气流量；利用第二压力、第二温度、曲轴转速和气缸排量计算出第二进气流量；比较第一进气流量和第二进气流量的值；若第一进气流量小于第二进气流量并且第一进气流量与第二进气流量的差值达到预设值时，判断所述通风管路已经断开。在本发明提供的发动机系统及发动机进气异常的检测方法中，能判断通风管路是否断开从而防止窜气泄漏到大气中造成环境污染。

Description

发动机系统及发动机进气异常的检测方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域，尤其涉及一种发动机系统及发动机进气异常的检测方法。
背景技术
发动机工作时，空气可以通过进气管道进入气缸进行燃烧做功，这个过程中气缸内的未燃气体会通过活塞与气缸套之间的间隙窜入曲轴箱中，窜入曲轴箱的气体可能泄露到大气中造成环境污染。排放法规要求汽车制造厂必须监测曲轴箱通风系统通风管路断开故障，防止因通风管路断开造成曲轴箱窜气泄露到大气中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机通风系统及通风管路断开的判断方法，使曲轴箱里的窜气进行通风，并且能够检测通风管路是否断开，防止窜气泄漏到大气造成污染。
为了达到上述目的，本发明提供了一种发动机系统，所述发动机系统包括：进气管路、节气门、气缸、曲轴、曲轴箱和通风管路，所述节气门和所述气缸通过所述进气管路依次连接，所述气缸位于所述曲轴箱上，所述曲轴位于曲轴箱内，所述曲轴箱连通所述通风管路；
所述通风管路分为第一通风管路和第二通风管路，所述第一通风管路连接到所述气缸与所述节气门之间的进气管路上，所述第二通风管路连接到位于所述节气门之前的进气管路上，所述第一通风管路和所述第二通风管路连通；
当所述节气门开启时，气体可以在所述进气管路内流动，所述进气管路的气体流通量与所述节气门开启的程度正相关；
空气通过所述节气门和所述进气管路到达所述气缸，所述气缸燃烧空气使曲轴转动，所述气缸内没完全燃烧的空气会进入所述曲轴箱形成窜气，窜气从曲轴箱分别通过所述第一通风管路和所述第二通风管路进入所述进气管路，窜气和空气混合后再次燃烧利用。
可选的，在所述的发动机系统中，所述发动机系统还包括空滤器、增压器和中冷器，所述空滤器位于所述节气门之前的进气管路上，所述空滤器用于过滤进入进气管路的空气；所述增压器位于所述空滤器与所述节气门之间的进气管路上，所述增压器用于增加空气压力，以使进气量增大；所述中冷器位于所述增压器和所述气缸之间并通过所述进气管路与所述增压器和所述气缸连接，所述中冷器用于降低经过所述增压器后的空气温度；所述第二通风管路连接到所述空滤器与所述增压器之间的进气管路上。
可选的，在所述的发动机系统中，所述发动机系统还包括第一传感器，所述第一传感器选自于压力温度传感器，所述第一传感器位于所述中冷器与所述节气门之间的进气管路上，所述第一传感器用于感测所述进气管路内的气体压力和气体温度，所述第一传感器感测到的气体压力为第一压力，所述第一传感器感测到的气体温度为第一温度。
可选的，在所述的发动机系统中，所述发动机系统还包括第二传感器，所述第二传感器位于所述节气门和所述气缸之间的进气管路上，所述第二传感器用于感测所述进气管路内的气体温度，所述第二传感器感测到的气体温度为第二温度。
可选的，在所述的发动机系统中，所述发动机系统还包括第三传感器，所述第三传感器位于所述节气门和所述气缸之间的进气管路上，所述第三传感器用于感测所述进气管路内的气体压力，所述第三传感器感测到的气体压力为第二压力。
相应地，本发明还提供了一种发动机进气异常的检测方法，所述发动机进气异常的检测方法包括：
利用所述节气门开启的程度、所述第一压力和所述第一温度计算出第一进气流量；
利用所述第二压力、所述第二温度、曲轴转速和气缸排量计算出第二进气流量；
比较所述第一进气流量和所述第二进气流量的值；
若所述第一进气流量小于所述第二进气流量并且所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值大于等于预设值时，判断所述通风管路已经断开。
可选的，在所述的发动机进气异常的检测方法中，通过如下公式获得第一进气流量MS(DK)：
其中，A为节气门开度在垂直于进气管路方向上的投影面积，P0为第一压力，M为空气的摩尔质量，k为空气绝热指数，R为气体常量，T0为第一温度，Y为气体膨胀因子。
可选的，在所述的发动机进气异常的检测方法中，当第二压力与第一压力的比值PS/P0小于0.5283时，获得第一进气流量的公式中Y＝1。
可选的，在所述的发动机进气异常的检测方法中，当第二压力与第一压力的比值PS/P0大于0.5283时，获得第一进气流量的公式中Y通过如下公式计算：
Figure BDA0001775253350000032
可选的，在所述的发动机进气异常的检测方法中，通过如下公式获得第二进气流量MS(P)：
Figure BDA0001775253350000033
其中：n为曲轴转速，M为空气的摩尔质量，PS为第二压力，V为气缸排量,R为气体常量,TS为第二温度。
可选的，在所述的发动机进气异常的检测方法中，所述预设值的值为10kg/h～20kg/h。
可选的，在所述的发动机进气异常的检测方法中，当所述第一进气流量等于所述第二进气流量或所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值小于所述预设值时，判断所述通风管路没有断开。
在本发明提供的发动机系统及发动机进气异常的检测方法中，所述曲轴箱的通风管路与气缸的进气管路连通，不但能实现对所述曲轴箱的通风而且可以方便检测管路是否断开；本发明还提供了发动机进气异常的检测方法，能检测所述通风管路是否断开，防止曲轴箱的窜气进入大气造成污染。
附图说明
图1是本发明实施例的发动机通风系统的结构示意图；
图2是本发明实施例通风管路断开的判断方法的流程图；
图3是本发明实施例通风管路断开时第一进气流量与第二进气流量的对比图；
其中：110-空滤器、120-进气管路、130-增压器、140-中冷器、150-气缸、160-曲轴箱、170-通风管路、171-第一通风管路、172-第二通风管路、180-节气门、191-第一传感器、192-第二传感器、193-第三传感器、194-单向阀、195-控制阀、1-通风管路断开时第一进气流量曲线、2-通风管路断开时第二进气流量曲线。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参照图1，本发明提供了一种发动机系统，所述发动机系统包括：空滤器110、进气管路120、增压器130、节气门180、气缸150、曲轴(图中未示出)、曲轴箱160和通风管路170，所述空滤器110、所述增压器130、所述节气门180和所述气缸150通过所述进气管路120依次连接，所述气缸150位于所述曲轴箱160上，所述曲轴位于曲轴箱160内，所述曲轴箱160连通所述通风管路170；
所述通风管路170分为第一通风管路171和第二通风管路172，所述第一通风管路171连接到所述气缸150与所述节气门180之间的进气管路120上，所述第二通风管路172连接到所述空滤器110与所述增压器130之间的进气管路120上，所述第一通风管路171和所述第二通风管路172连通；
所述空滤器110用于过滤空气；
所述增压器130用于增加空气压力，以使进气量增大；
当所述节气门180开启时，气体可以在所述进气管路120内流动，所述进气管路120的气体流通量与所述节气门180开启的程度正相关；
空气通过所述空滤器110、所述增压器130、所述节气门180和所述进气管路120到达所述气缸150，所述气缸150燃烧空气使曲轴转动，所述气缸150内没完全燃烧的空气会进入所述曲轴箱160形成窜气，窜气从曲轴箱160分别通过所述第一通风管路171和所述第二通风管路172进入所述进气管路120，窜气和空气混合后再次燃烧利用。
本实施例中，当发动机运行在低负荷工况(例如，发动机的负荷小于40％)时，曲轴箱160中的气体通过第一通风管路171吸入进气管路120中；当发动机运行在高负荷工况(例如，发动机的负荷大于或等于40％)时，曲轴箱160中的气体通过第二通风管路172吸入进气管路120中，最后窜气进入气缸重新使用，避免了流入大气造成大气污染。
本实施例中，所述第一通风管路113和所述第二通风管路112分别通过单向阀194与所述进气管路120的连接，所述单向阀194可以阻止所述进气管路120内的空气进入所述第一通风管路113和所述第二通风管路112内。设置在所述第一通风管路171和进气管路120连接处的单向阀194也可以设置在所述第一通风管路171内的任何位置。设置在所述第二通风管路172和进气管路120连接处的单向阀194也可以设置在所述第二通风管路172内的任何位置。
本实施例中，所述通风管路与所述曲轴箱160的连接处还设置有控制阀195，所述控制阀195可以控制窜气的流量。
优选的，所述发动机系统还包括中冷器140，所述中冷器140位于所述增压器130和所述气缸150之间并通过所述进气管路120与所述增压器130和所述气缸150连接，所述中冷器140用于降低经过所述增压器后的空气温度。
优选的，所述发动机系统还包括第一传感器191，所述第一传感器191选自于压力温度传感器，所述第一传感器191位于所述中冷器140与所述节气门180之间的进气管路120上，所述第一传感器191用于感测所述进气管路120内的气体压力和气体温度，所述第一传感器感测到的气体压力为第一压力，所述第一传感器感测到的气体温度为第一温度。中冷器140与节气门180之间的进气管路120上的气体压力和气体温度可以计算进气流量。
优选的，所述发动机系统还包括第二传感器192，所述第二传感器192位于所述节气门180和所述气缸150之间的进气管路120上，所述第二传感器192用于感测所述进气管路120内的气体温度，所述第二传感器192感测到的气体温度为第二温度。第二传感器192可以选用常用的温度传感器，测得节气门180和气缸150之间的进气管路120上的气体温度可以计算进气流量。
优选的，所述发动机系统还包括第三传感器193，所述第三传感器193位于所述节气门180和所述气缸150之间的进气管路120上，所述第三传感器193用于感测所述进气管路120内的气体压力，所述第三传感器193感测到的气体压力为第二压力。第三传感器193可以选择常用的压力传感器，测得节气门180和气缸150之间的进气管路120上的气体压力可以计算进气流量。
参照图2，相应地，本发明还提供了一种发动机进气异常的检测方法，所述发动机进气异常的检测方法包括：
S11：利用所述节气门180开启的程度、所述第一压力和所述第一温度计算出第一进气流量；
S12：利用所述第二压力、所述第二温度、曲轴转速和气缸150排量计算出第二进气流量；
S13：比较所述第一进气流量和所述第二进气流量的值；
S14：若所述第一进气流量小于所述第二进气流量并且所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值大于等于预设值时，判断所述通风管路170已经断开。
本实施例中，通过如下公式获得第一进气流量MS(DK)：
其中，A为节气门180开度在垂直于进气管路120方向上的投影面积，P0为第一压力，M为空气的摩尔质量，k为空气绝热指数，R为气体常量，T0为第一温度，Y为气体膨胀因子。
本实施例中，当第二压力与第一压力的比值PS/P0小于0.5283时，获得第一进气流量的公式中Y＝1。
本实施例中，当第二压力与第一压力的比值PS/P0大于0.5283时，获得第一进气流量的公式中Y通过如下公式计算：
Figure BDA0001775253350000071
本实施例中，通过如下公式获得第二进气流量MS(P)：
Figure BDA0001775253350000072
其中：n为曲轴转速，M为空气的摩尔质量，PS为第二压力，V为气缸排量,R为气体常量,TS为第二温度。
本实施例中，所述预设值的值为10kg/h～20kg/h。
本实施例中，当所述第一进气流量等于所述第二进气流量或所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值没有达到预设值时，判断所述通风管路170没有断开。当所述通风管路170断开时，由于所述进气管路120内存在一定的负压，外部的空气会通过通风管路断开处进入到进气管路120中，导致气缸进气流量增加，发动机负荷也随之增加。为了将发动机负荷控制在目标负荷，使气缸的进气流量维持在泄露发生前的第一进气流量。发动机控制器会控制节气门180关小，此时，由于节气门180被关小，通过节气门180开启程度、增压器130压力和进气管路120内的压力计算出的第二进气流量也随之减小，从而导致第一进气流量小于第二进气流量。当第一进气流量与第二进气流量之间的偏差达到预设值后，则可判定通风管路发生了断开故障。而当所述第一进气流量等于所述第二进气流量或所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值小于所述预设值时，判断所述通风管路170没有断开。
参照图3，图3横坐标为时间，纵坐标为进气流量，从图中可以得知，通风管路断开后，第一进气流量小于第二进气流量。
综上，在本发明实施例提供的发动机通风系统和通风管路断开的判断方法中，曲轴箱160的通风管路120与气缸150的进气管路120连通，能实现对曲轴箱160的通风，并且提供通过计算发动机进气流量的方法能检测通风管路170是否断开，防止窜气泄漏到大气中造成环境污染。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种发动机系统，其特征在于，所述发动机系统包括：进气管路、节气门、气缸、曲轴、曲轴箱和通风管路，所述节气门和所述气缸通过所述进气管路依次连接，所述气缸位于所述曲轴箱上，所述曲轴位于曲轴箱内，所述曲轴箱连通所述通风管路；
所述通风管路分为第一通风管路和第二通风管路，所述第一通风管路连接到所述气缸与所述节气门之间的进气管路上，所述第二通风管路连接到所述节气门之前的进气管路上，所述第一通风管路和所述第二通风管路连通；
当所述节气门开启时，气体可以在所述进气管路内流动，所述进气管路的气体流通量与所述节气门开启的程度正相关；
空气通过所述节气门和所述进气管路到达所述气缸，所述气缸燃烧空气使曲轴转动，所述气缸内没完全燃烧的空气会进入所述曲轴箱形成窜气，窜气从曲轴箱分别通过所述第一通风管路和所述第二通风管路进入所述进气管路，窜气和空气混合后再次燃烧利用。
2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述发动机系统还包括空滤器、增压器和中冷器，所述空滤器位于所述节气门之前的进气管路上，所述空滤器用于过滤进入进气管路的空气；所述增压器位于所述空滤器与所述节气门之间的进气管路上，所述增压器用于增加空气压力，以使进气量增大；所述中冷器位于所述增压器和所述气缸之间并通过所述进气管路与所述增压器和所述气缸连接，所述中冷器用于降低经过所述增压器后的空气的温度；所述第二通风管路连接到所述空滤器与所述增压器之间的进气管路上。
3.如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述发动机系统还包括第一传感器，所述第一传感器选自于压力温度传感器，所述第一传感器位于所述中冷器与所述节气门之间的进气管路上，所述第一传感器用于感测所述进气管路内的气体压力和气体温度，所述第一传感器感测到的气体压力为第一压力，所述第一传感器感测到的气体温度为第一温度。
4.如权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，所述发动机系统还包括第二传感器，所述第二传感器位于所述节气门和所述气缸之间的进气管路上，所述第二传感器用于感测所述进气管路内的气体温度，所述第二传感器感测到的气体温度为第二温度。
5.如权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述发动机系统还包括第三传感器，所述第三传感器位于所述节气门和所述气缸之间的进气管路上，所述第三传感器用于感测所述进气管路内的气体压力，所述第三传感器感测到的气体压力为第二压力。
6.一种发动机进气异常的检测方法，其特征在于，所述发动机进气异常的检测方法包括：
利用所述节气门开启的程度、所述第一压力和所述第一温度计算出第一进气流量；
利用所述第二压力、所述第二温度、曲轴转速和气缸排量计算出第二进气流量；
比较所述第一进气流量和所述第二进气流量的值；
若所述第一进气流量小于所述第二进气流量并且所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值大于等于预设值时，判断所述通风管路已经断开。
7.如权利要求6所述的发动机进气异常的检测方法，其特征在于，通过如下公式获得第一进气流量MS(DK)：
Figure FDA0001775253340000021
，
其中，A为节气门开度在垂直于进气管路方向上的投影面积，P0为第一压力，M为空气的摩尔质量，k为空气绝热指数，R为气体常量，T0为第一温度，Y为气体膨胀因子。
8.如权利要求7所述的发动机进气异常的检测方法，其特征在于，当第二压力与第一压力的比值PS/P0小于0.5283时，获得第一进气流量的公式中Y＝1。
9.如权利要求8所述的发动机进气异常的检测方法，其特征在于，当第二压力与第一压力的比值PS/P0大于0.5283时，获得第一进气流量的公式中Y通过如下公式计算：
Figure FDA0001775253340000022
。
10.如权利要求6所述的发动机进气异常的检测方法，其特征在于，通过如下公式获得第二进气流量MS(P)：
Figure FDA0001775253340000031
其中：n为曲轴转速，M为空气的摩尔质量，PS为第二压力，V为气缸排量,R为气体常量,TS为第二温度。
11.如权利要求6所述的发动机进气异常的检测方法，其特征在于，所述预设值的值为10kg/h～20kg/h。
12.如权利要求11所述的发动机进气异常的检测方法，其特征在于，当所述第一进气流量等于所述第二进气流量或所述第一进气流量与所述第二进气流量的差值小于所述预设值时，判断所述通风管路没有断开。
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