CN113818970B - 一种发动机气缸盖、发动机、车辆及沉积物处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种发动机气缸盖、发动机、车辆及沉积物处理方法。气缸盖上设置有检测传感器；气缸盖具有燃烧室连接面，燃烧室连接面位于发动机的燃烧室的一侧；检测传感器包括穿出燃烧室连接面的探头端；燃烧室内设置有活塞，活塞的顶面为沉积面，探头端用于检测沉积面上的沉积物厚度。发动机气缸盖上设置能够直接检测发动机燃烧室内的沉积物厚度的检测传感器，当检测传感器检测到燃烧室内的沉积物影响到发动机正常燃烧时，通过采取改变燃烧策略的措施，将燃烧室沉积物清理掉，可以避免燃烧室容积变小，压缩比增大等危害，进而避免发动机因产生早燃、爆震而造成的损坏，从而保护发动机。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种发动机气缸盖、发动机、车辆及沉积物处理方法。
背景技术
随着社会的进步和科学的发展，发动机技术也是日新月异。由于国家对环保的重视，车辆尾气排放就成了一个无法忽视的污染源。排放法规日趋严格，对传统燃油发动机的排放控制提出了挑战，制造符合环保法规的燃油发动机成本也随之升高。随着国家政策的鼓励，越来越多的灵活燃料，例如甲醇被应用于市场，相应的，使用灵活燃料的发动机也逐渐被推广。
使用灵活燃料的发动机或汽油发动机，在运行一段时间后，燃烧室内的沉积物会增加。沉积物增加之后会导致燃烧室容积变小，压缩比增大等问题，使发动机发生爆震、早燃等不正常燃烧的几率大大增加。目前，传统的汽油发动机是通过采用爆震传感器识别缸内缸压波动产生的震动信号，经过台架标定时设置震动阈值，当缸内震动阈值超过设置值时，发动机控制模块开始进行干预控制，从而抑制发动机的爆震、早燃。这种方案中，爆震传感器的安装位置以及缸压变化产生的震动信号是否满足设置阈值要求，均会影响发动机控制模块对发动机早燃爆震的判定或者无法识别早燃爆震。此外，对于使用灵活燃料的发动机，如甲醇发动机，由于甲醇燃料的特性，发生异常燃烧之后缸压曲线仍然随曲轴转角而有规律的上升，不会导致发动机产生爆震，爆震传感器无法识别这种现象，但此时发动机的缸压上升的幅值很高，会导致活塞、轴瓦损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的爆震传感器无法准确识别早燃、爆震，造成发动机损坏的问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例公开了一种发动机气缸盖，所述气缸盖上设置有检测传感器；
所述气缸盖具有燃烧室连接面，所述燃烧室连接面位于发动机的燃烧室的一侧；
所述检测传感器包括穿出所述燃烧室连接面的探头端；
所述燃烧室内设置有活塞，所述活塞的顶面为沉积面，所述探头端用于检测所述沉积面上的沉积物厚度。
进一步的，所述检测传感器为位移传感器；
所述活塞在上止点时，所述沉积面与所述探头端之间具有初始的预设间隙，所述位移传感器用于检测所述沉积面与所述探头端之间的距离。
进一步的，所述预设间隙的设计距离为0.1mm-0.5mm。
进一步的，所述检测传感器为压力传感器；
所述压力传感器用于检测所述活塞在上止点时，所述沉积面对所述探头端产生的压力。
进一步的，所述检测传感器嵌入所述气缸盖内。
进一步的，所述气缸盖上设有传感器连接孔，所述检测传感器贯穿所述气缸盖设置。
进一步的，所述检测传感器与所述传感器连接孔过盈配合。
进一步的，所述检测传感器还包括信号输出端，所述信号输出端用于向车辆上的发动机电子控制单元反馈检测信号。
第二方面，本申请实施例公开了一种发动机，所述发动机包括如上所述的发动机气缸盖、气缸及活塞，所述气缸盖与所述气缸密封设置，所述活塞的顶面和所述气缸盖的内侧面之间形成燃烧室。
第三方面，本申请实施例公开了一种车辆，所述车辆包括如上所述的发动机。
第四方面，本申请实施例公开了一种燃烧室沉积物处理方法，其特征在于，包括沉积物的识别及沉积物的处理；
所述沉积物的识别包括通过检测传感器的探头端检测沉积面上的沉积物厚度；
所述沉积物的处理包括当所述沉积物厚度大于等于阈值时，通过采取改变燃烧策略的措施，将所述沉积面上的沉积物清理掉。
采用上述技术方案，本申请实施例所述的发动机气缸盖、发动机、车辆及沉积物处理方法具有如下有益效果：
发动机气缸盖上设置有检测传感器，检测传感器能够直接检测发动机燃烧室内的沉积物厚度，当检测传感器检测到燃烧室内的沉积物影响到发动机正常燃烧时，通过采取改变燃烧策略的措施，将燃烧室沉积物清理掉，可以避免燃烧室容积变小，压缩比增大等危害，进而避免发动机因产生早燃、爆震而造成的损坏，从而保护发动机。本申请通过检测传感器直接测量燃烧室沉积物厚度，准确度高，反应速度快，能够有效保护发动机。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例的发动机气缸盖结构示意图；
图2为本申请一个实施例的发动机燃烧室结构示意图；
以下对附图作补充说明：
10-气缸盖；110-检测传感器；111-探头端；112-信号输出端；20-燃烧室；201-活塞。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
早燃是混合气在未被火花塞点火之前，已被气缸内的发热源提早点燃的现象。早燃使得发动机功率下降，发动机工作不稳定伴有敲缸声，有高温过热现象。爆震一般发生在火花塞点火后，一般是可燃混合气体压缩比不正常造成的，点火后气缸压力和温度猛增，气体燃烧不正常产生压力冲击波，造成高频噪声和敲缸现象。发动机的早燃和爆震对发动机的影响都比较大，都是气缸内的可燃混合气体，不正常燃烧引起的。
灵活燃料发动机或者汽油燃料发动机在经过长期运行后，火花塞电极老化以及燃烧室内容易产生积碳或者其他的沉积物，这些不确定因素会导致发动机缸内燃烧时出现强烈的早燃或者超级爆震，强烈的早燃或者超级爆震会在几秒钟内使发动机活塞损坏，因此预防和及时控制发动机早燃爆震，是发动机控制技术的一项重要工作。普通汽油发动机是通过采用爆震传感器监测发动机异常振动。汽油燃烧异常产生的振动表现为缸压曲线不随曲轴转角而有规律的上升，往往是突然陡升，进而爆震，爆震传感器容易监测。而甲醇发动机由于甲醇燃料的特性，发生异常燃烧之后缸压曲线仍然随曲轴转角而有规律的上升，不会导致发动机产生爆震，但缸压上升的幅值很高，会导致活塞，轴瓦损坏。
本申请实施例公开了一种发动机气缸盖10，图1为本申请一个实施例的发动机气缸盖结构示意图，如图1所示，气缸盖10上设置有检测传感器110。气缸盖10具有燃烧室连接面，燃烧室连接面位于发动机的燃烧室20的一侧。检测传感器110包括穿出燃烧室连接面的探头端111。燃烧室20内设置有活塞201，活塞201的顶面为沉积面，探头端111用于检测沉积面上的沉积物厚度。
本申请实施例所述的发动机气缸盖，在气缸盖10上设置检测传感器110，检测传感器110能够直接检测发动机燃烧室20内的沉积物厚度，当检测传感器110检测到燃烧室20内的沉积物影响到发动机正常燃烧时，通过采取改变燃烧策略的措施，将燃烧室20沉积物清理掉，可以避免燃烧室20容积变小，压缩比增大等危害，进而避免发动机因产生早燃、爆震而造成的损坏，从而保护发动机。本申请通过检测传感器110直接测量燃烧室20沉积物厚度，准确度高，反应速度快，能够有效保护发动机。
本申请实施例中，图2为本申请一个实施例的发动机燃烧室结构示意图，如图2所示，气缸盖10的作用是密封气缸，与活塞201共同形成燃烧空间气缸盖10与气缸相接触的端面为燃烧室连接面，燃烧室连接面能够承受高温高压燃气的作用。气缸具有活塞201往复运动的轨道，活塞201到达上止点后，活塞201顶部与燃烧室连接面之间的空间即为燃烧室20，燃料在燃烧室20中燃烧膨胀燃烧，生成高温气体推动活塞201向下运动。活塞201的顶面构成了燃烧室20的底面。燃料在气缸内燃烧不充分或者火花塞电极老化，然后经过发动机反复的高温作用下所产生的黑色胶质物会沉积在燃烧室20的底面，即活塞201的顶面上。
本申请实施例中，如图2所示，气缸盖10上设置有检测传感器110，检测传感器110用于检测活塞201顶部的沉积物的厚度。检测传感器110具有两端，一端为对沉积物进行检测的探头端111，另一端为输出检测信号的信号输出端112。探头端111穿出燃烧室连接面设置，实现对对沉积物进行直接检测。信号输出端112通过信号线与发动机电子控制单元（Engine Control Unit，ECU）连接，信号输出端112将检测信号传输至ECU进行处理。需要说明的是，检测传感器110的探头端111和信号输出端112可以是相对的两端，也可以是传感器上任意位置具有检测和输出功能的端口。
本申请实施例中，如图2所示，检测传感器110采用嵌入的方式与气缸盖10连接。作为一种可选的实施方式，气缸盖10上设置有贯穿气缸盖10的传感器连接孔，检测传感器110的部分固定在传感器连接孔中。可选的，检测传感器110通过粘接的方式固定在传感器连接孔中。可选的，检测传感器110通过焊接的方式固定在传感器连接孔中。优选的，检测传感器110通过过盈配合的方式固定在传感器连接孔中。当气缸盖10位于在气缸上方时，气缸盖10与活塞201的顶面所对应的区域为燃烧室20顶面，传感器连接孔在燃烧室20顶面区域内。检测传感器110的探头端111穿出燃烧室20顶面，并与活塞201顶面相对或接触设置，即沉积有沉积物的沉积面对正，从而实现对沉积物厚度的直接检测。探头端111与沉积面之间具有预设角度的夹角。可选的，该预设角度的夹角α为45°-90°。优选的，探头端111与沉积面的位置关系为探头端111垂直于沉积面。
在一些实施例中，检测传感器110也可以通过其他连接结构实现与气缸盖10的连接。例如，气缸盖10上设置有卡接结构，检测传感器110通过卡接结构实现与气缸盖10的连接。再如，气缸盖10上设置有盲孔，检测传感器110通过盲孔嵌入气缸盖10内。检测传感器110也可以通过一些附加连接件与气缸盖10实现固定。例如，检测传感器110通过螺钉固定在气缸盖10上。检测传感器110还可以依据自身的结构直接固定在气缸盖10上。
需要说明的是，上述检测传感器110与气缸盖10的连接方式中，检测传感器110的探头端111需要与沉积面之间保持预设角度的夹角，以使探头端111能够实现对沉积面上的沉积物厚度进行检测。应当理解的是，检测传感器110与气缸盖10的连接方式没有特别限制，只要能够满足要求，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。
本申请实施例中，检测传感器110为能够直接检测沉积面上沉积物厚度的传感器。由于传感器的探头端111的设置位置处于燃烧室20内，因此检测传感器110的选型需要能够耐受高温，且由于灵活燃料本身或燃烧产物具有腐蚀性，因此检测传感器110的探头端111也需要具有耐腐蚀性。
作为一种可选的实施方式，如图2所示，检测传感器110为位移传感器。位移传感器能够测量沉积面的表面与探头端111之间的间隙距离。正常情况下，活塞201的顶面即沉积面上无任何沉积物时，当活塞201处于上止点位置时，沉积面与探头端111之间设计有预设间隙，可选的，该预设间隙的设计距离为0.1mm-0.5mm。优选的，该预设间隙的设计距离为0.3mm。在沉积面上沉积有沉积物时，检测传感器110的探头端111检测沉积面的表面与探头端111的距离，也就是沉积物的上表面与探头端111的距离大小。根据预设间隙的设计距离以及探头端111实际测得的间隙距离即可得到沉积面上沉积物的厚度。一般来说，当沉积物的厚度大于一定值的情况下容易发生爆震或早燃。因此，可在ECU中设置相应的沉积物厚度控制阈值，检测传感器110将检测到的沉积物厚度传输给ECU。ECU判断沉积物的厚度是否大于控制阈值，如果大于控制阈值则启动相应的干预措施。具体的，位移传感器压装到气缸盖10上，使位移传感器的探头端111与活塞201的顶部预留一定的初始间隙，发动机运行时活塞201作上下往复运动，由于发动机运行一段时间后活塞201的顶部会不断积累沉积物，在活塞处于上止点位置时，随着探头端111与活塞201的顶部的间隙的减小，沉积物的厚度增加，当厚度达到控制阈值时，ECU通过将点火时间提前，使燃烧室20温度升高，将沉积物燃烧掉，达到清除沉积物的目的，以免沉积物持续沉积造成燃烧室20容积变小、压缩包增大等危害状况。该实施方式中，位移传感器可以实时向ECU反馈沉积物的厚度，也可以当沉积物的厚度达到控制阈值时向ECU进行反馈沉积物的厚度。该实施方式中，位移传感器可选用磁致伸缩位移传感器。
作为另一种可选的实施方式，参考图2所示，检测传感器110为压力传感器。压力传感器用于检测活塞201在上止点时，沉积面对探头端111的压力。与前述实施方式相类似地，正常情况下，活塞201的顶面即沉积面上无任何沉积物时，当活塞201处于上止点位置时，沉积面与探头端111之间设计有预设间隙，可选的，该预设间隙的设计距离为0-0.5mm。优选的，该预设间隙的设计距离为0.3mm。在沉积面上沉积有沉积物时，检测传感器110的探头端111检测沉积面的表面对探头端111的压力，也就是沉积物的上表面对探头端111的压力大小。沉积物的厚度越厚，对探头端111的压力越大。ECU中设置相应的压力控制阈值，检测传感器110将检测到的压力传输给ECU。ECU判断压力是否大于控制阈值，如果大于控制阈值则启动相应的干预措施。具体的，压力传感器压装到气缸盖10上，使检测传感器的探头端111与活塞201的顶部预留一定的初始间隙，发动机运行时活塞201作上下往复运动，由于发动机运行一段时间后活塞201的顶部会不断积累沉积物，当沉积物的厚度达到一定厚度时，探头端111与活塞201的顶部的沉积面接触，产生压力信号，沉积物对探头端111的压力越大，压力信号通过信号输出端112传输给ECU。ECU通过将点火时间提前，使燃烧室20温度升高，将沉积物燃烧掉，达到清除沉积物的目的，以免沉积物持续沉积造成燃烧室20容积变小、压缩包增大等危害状况。该实施方式中，当活塞201处于上止点位置时，沉积物对探头端111产生的压力信号超过压力控制阈值时，ECU启动干预措施。在一些实施方式中，探头端111也可以实时检测沉积物对探头端111的压力值变化并传输给ECU，当压力值达到控制阈值，即沉积物厚度沉积到一定程度时，ECU启动干预措施。该实施方式中，压力传感器可选用蓝宝石压力传感器。
本申请实施例公开了一种发动机，发动机包括如上所述的发动机气缸盖。
本申请实施例中，发动机包括气缸盖10，关于气缸盖10的具体实施请参考上述描述气缸盖10的全部实施方式。
本申请实施例中，由于发动机在实际使用过程中所运行的工况和燃油品质不同，沉积物厚度产生时间差异较大，本申请实施例所述的发动机中，通过设置检测传感器110直接测量燃烧室20沉积物厚度，准确度高，反应速度快。
本申请实施例还公开了一种车辆，车辆包括如上所述的发动机。
本申请实施例中，对于使用灵活燃料，例如甲醇燃料的发动机来说，由于甲醇燃料的特性，更容易在燃烧室20内产生沉积物。当沉积面上的沉积物沉积至一定厚度时，甲醇发动机会产生早燃或者超级爆震，此时，燃烧室20内的缸压会迅速上升，但是压力却很平稳，无明显波动。对于传统使用爆震传感器检测爆震现象的发动机控制系统而言，爆震传感器无法识别此种情况，因此发动机控制模块不会采取措施进行干预控制，这就会造成发动机损坏。而本申请实施例所提供的方案中，检测传感器110能够直接对沉积物的厚度进行检测。检测传感器110提前检测燃烧室20沉积物厚度，让ECU提前采取改变燃烧策略的措施，将燃烧室20沉积物清理掉，可以避免燃烧室20容积变小，压缩比增大的危害，导致发动机产生早然和爆震而损坏，从而保护发动机。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种发动机气缸盖，其特征在于，所述气缸盖（10）上设置有检测传感器（110）；所述检测传感器（110）为位移传感器或压力传感器；
所述气缸盖（10）具有燃烧室连接面，所述燃烧室连接面位于发动机的燃烧室（20）的一侧；
所述检测传感器（110）包括穿出所述燃烧室连接面的探头端（111）；
所述燃烧室（20）内设置有活塞（201），所述活塞（201）的顶面为沉积面，所述探头端（111）用于检测所述沉积面上的沉积物厚度。
2.根据权利要求1所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述检测传感器（110）为位移传感器；
所述活塞（201）在上止点时，所述沉积面与所述探头端（111）之间具有初始的预设间隙，所述位移传感器用于检测所述沉积面与所述探头端（111）之间的距离。
3.根据权利要求2所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述预设间隙的设计距离为0.1mm-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述检测传感器（110）为压力传感器；
所述压力传感器用于检测所述活塞（201）在上止点时，所述沉积面对所述探头端（111）产生的压力。
5.根据权利要求1所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述检测传感器（110）嵌入所述气缸盖（10）内。
6.根据权利要求5所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述气缸盖（10）上设有传感器连接孔，所述检测传感器（110）贯穿所述气缸盖（10）设置。
7.根据权利要求6所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述检测传感器（110）与所述传感器连接孔过盈配合。
8.根据权利要求1所述的发动机气缸盖，其特征在于，所述检测传感器（110）还包括信号输出端（112），所述信号输出端（112）用于向车辆上的发动机电子控制单元反馈检测信号。
9.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括权利要求1-8任一项所述的发动机气缸盖（10）、气缸及活塞（201），所述气缸盖（10）与所述气缸密封设置，所述活塞（201）的顶面和所述气缸盖的内侧面之间形成燃烧室。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求9所述的发动机。
11.一种燃烧室沉积物处理方法，其特征在于，包括沉积物的识别及沉积物的处理；
所述沉积物的识别包括：通过检测传感器（110）的探头端（111）实时检测沉积物对探头端（111）的压力值变化并传输给ECU；
所述沉积物的处理包括：当压力值达到控制阈值，即沉积物厚度沉积到一定程度时，ECU通过将点火时间提前，使燃烧室（20）温度升高，将沉积物燃烧掉，达到清除沉积物的目的。
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