CN115013116A - 车辆及发动机的保护装置、控制方法和计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车辆发动机的保护装置，包括进气系统、通风系统和废气再循环系统，进气系统与发动机的进气歧管连接，用于输入外界气体，通风系统连接发动机的曲轴箱和进气系统，用于调节曲轴箱内的气体压力，废气再循环系统连接发动机的出气管与进气系统，废气再循环系统与进气系统的连接点位于通风系统与进气系统的连接点的上游，废气再循环系统包括废气再循环阀，用于控制废气再循环系统能够与进气系统连通。本申请通过设置废气再循环系统与进气系统的连接点位于通风系统的上游，控制废气再循环阀使废气再循环系统与进气系统连接，使废气再循环系统的废气热量加热进气系统的外界空气，减少了通风系统与进气系统的连接点的结冰现象。

Description

车辆及发动机的保护装置、控制方法和计算机设备

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆发动机的保护装置、控制方法、计算机设备及车辆。

背景技术

为满足排放法规，发动机采用曲轴箱通风系统，将未完全燃烧的混合气引入燃烧室参与燃烧。在低温或极寒情况下，发动机工作在高转速、大负荷时，曲轴箱通风管中高温混合气与进气系统的空滤出气管中冷空气相遇，在管路交汇处结冰、积聚，直至完全堵塞管路，造成发动机曲轴箱内压力升高，进而造成曲轴前后油封偏斜脱落，发动机漏机油损坏的风险。

相关技术中，有的主机厂曲轴箱通风系统中增加电加热装置或增加电控比例阀，降低了曲轴箱通风管结冰堵塞的可能性。有的主机厂采用曲轴箱通风管包裹保温材料和高温水路相伴随的方案。这些防结冰方案成本增加、布置困难，防结冰效果不够理想。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种车辆发动机的保护装置、控制方法、计算机设备及车辆，解决曲轴箱通风系统在低温环境运行时的结冰问题。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请的一方面，提供了一种车辆发动机的保护装置，包括：

进气系统，与所述发动机的进气歧管连接，用于输入外界气体；

通风系统，连接所述发动机的曲轴箱和所述进气系统，用于调节所述曲轴箱内的气体压力；

废气再循环系统，连接所述发动机的出气管与所述进气系统，所述废气再循环系统与所述进气系统的连接点位于所述通风系统与所述进气系统的连接点的上游，所述废气再循环系统包括废气再循环阀，用于控制所述废气再循环系统能够与所述进气系统连通。

进一步地，所述进气系统包括进气管路、增压器和中冷器，所述进气管路连接所述进气歧管，所述增压器的压壳端和所述中冷器沿气体流经方向依次设置在所述进气管路上，所述增压器的涡壳端设置在所述废气再循环系统上；

所述通风系统包括高负荷管路、低负荷管路和单向阀，所述高负荷管路连接所述进气管路的连接点位于所述增压器的上游，所述低负荷管路连接所述进气管路的连接点位于所述进气歧管上，所述废气再循环系统与所述进气管路的连接点位于所述高负荷管路与所述进气管路的连接点的上游；

所述高负荷管路和所述低负荷管路上均设置有所述单向阀，所述单向阀用于所述曲轴箱内的气体单向沿所述高负荷管路或沿所述低负荷管路流入至所述进气歧管。

进一步地，所述进气系统还包括沿气体流经方向依次设置在所述进气管路上的空气滤清器和混合阀，所述废气再循环系统与所述进气系统的连接点位于所述混合阀的下游。

进一步地，所述废气再循环系统还包括：

排气管路，连接所述发动机的出气管，用于排出所述发动机内的废气；

循环管路，连通所述排气管路和所述进气系统，用于能够将至少部分废气排入所述进气系统，所述废气再循环阀设置在所述循环管路上，所述循环管路与所述进气系统的连接点位于所述通风系统与所述进气系统的连接点的上游。

进一步地，所述废气再循环系统还包括：

三元催化器，设置在所述排气管路上，用于净化排出的废气，所述循环管路连通所述排气管路的连接点位于所述三元催化器的下游；

冷却器，设置在所述循环管路上，用于废气经冷却后进入所述进气系统。

本申请的第二方面，提供了一种车辆发动机的控制方法，包括：

获取环境温度；

获取所述发动机的转速和扭矩；

基于所述环境温度和所述发动机的转速和扭矩，控制废气再循环阀的开度。

进一步地，基于所述环境温度和所述发动机的转速和扭矩，控制废气再循环阀的开度的步骤，具体包括：

若所述环境温度小于等于第一阈值，所述发动机的转速大于第二阈值，所述发动机的扭矩大于第三阈值，增大所述废气再循环阀的开度。

进一步地，所述控制方法还包括：

获取冷却系统的冷却液温度；

获取废气再循环系统的冷却器出气温度；

若所述环境温度小于等于第一阈值，所述发动机的转速大于第二阈值，所述发动机的扭矩大于第三阈值，流经所述冷却器的出气温度小于等于第四阈值，减小所述冷却系统的电动水泵转速和/或减小电子节温器开度。

本申请的第三方面，提供了一种计算机设备，包括一个或多个处理模块，所述处理模块配置为执行存储在存储模块中的计算机指令，以执行上述的控制方法。

本申请的第四方面，提供了一种车辆，包括上述保护装置；和/或，上述的计算机设备。

本申请实施例提供的车辆发动机的保护装置，进气系统与发动机进气歧管连接，通风系统连接发动机的曲轴箱和进气系统，废气再循环系统连接发动机的出气管与进气系统，废气再循环系统与进气系统的连接点位于通风系统与进气系统的连接点的上游。本申请通过设置废气再循环系统与进气系统的连接点位于通风系统的上游，控制废气再循环阀使废气再循环系统与进气系统连接，控制废气再循环气体流量，使废气再循环系统的废气热量加热进气系统的外界空气，进而提升气体温度，减少了通风系统与进气系统的连接点的结冰现象。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种车辆发动机的保护装置与发动机连接的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种车辆发动机的控制方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种车辆控制废气再循环系统的废气再循环阀开度的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种车辆控制冷却系统的电动水泵的流程示意图。

附图标记说明：

进气系统1；进气管路1a；增压器11；增压器压壳端111；增压器涡壳端112；中冷器12；空气滤清器13；混合阀14；通风系统2；高负荷管路2a；低负荷管路2b；单向阀21；废气再循环系统3；排气管路3a；循环管路3b；废气再循环阀31；三元催化器32；冷却器33；发动机4；进气歧管41；节气门42；曲轴箱43；出气管44；油气分离器45。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

下面结合附图及具体实施例对本申请再做进一步详细的说明。本申请实施例中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含地包括至少一个特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

为满足日益严苛的汽车排放法规要求，目前汽油发动机一般均设置了曲轴箱通风系统，以把曲轴箱内未完全燃烧的燃油蒸汽再次引入进气歧管，并返回燃烧室烧掉，由此达到减少曲轴箱污染物排放和提供发动机经济性的目的。曲轴箱通风系统一般有两个支路，一个支路是低转速、小负荷时，曲轴箱内的混合气由曲轴箱直接进入进气歧管；另一个支路是高转速、大负荷时混合气由曲轴箱进入空滤后、增压器压气机前的进气管路中，和新鲜空气一起增压进入进气歧管参与燃烧。

在冬季低温或极寒地区，发动机工作在高转速、大负荷时，曲轴箱通风管中高温混合气与通风系统的空滤出气管中冷空气相遇，在管路交汇处结冰、积聚，直至完全堵塞管路，造成发动机曲轴箱内压力升高。曲轴箱压力升高，会造成曲轴前后油封偏斜甚至脱落，发动机漏机油，损坏发动机。而且进气管路的冰块进入增压器压壳，会有打坏增压器叶轮的风险。相关技术中，曲轴箱通风系统中增加电加热装置或增加电控比例阀，或采用包裹保温材料和高温水路相伴随的方案，却存在增加了成本、布置困难或防结冰效果不理想的问题。

有鉴于此，本申请实施例的第一方面，请参照图1，提供了一种车辆发动机4的保护装置，包括进气系统1、通风系统2和废气再循环系统3。

进气系统1与发动机4的进气歧管41相连，用于输入外界气体，例如新鲜空气。通风系统2连接发动机4的曲轴箱43和进气系统1，用于调节曲轴箱43内的气体压力。可以理解的是，在发动机4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43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4零件的腐蚀和加速磨损；窜气还会使曲轴箱43的压力过高而破坏曲轴箱43的密封，使机油渗漏流失。为防止曲轴箱43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4漏油，必须实行曲轴箱43的通风。

废气再循环系统3连接发动机4的出气管44与进气系统1，废气再循环系统3与进气系统1的连接点位于通风系统2与进气系统1的连接点的上游，废气再循环系统3包括废气再循环阀31，用于控制废气再循环系统3能够与进气系统1连通及控制流量。废气再循环，即Exhaust Gas Return，简称EGR。废气再循环系统简称为EGR系统，废气再循环阀简称为EGR阀。

本申请实施例提供的保护装置，设置废气再循环系统3与进气系统1的连接点位于通风系统2与进气系统1的连接点的上游，控制废气再循环阀31使废气再循环系统3与进气系统1连接，使废气再循环系统3的废气热量加热进气系统1的外界空气，减少了通风系统2的结冰现象，效果明显，布置简单，节约了成本。

一实施例中，进气系统1包括进气管路1a、增压器11和中冷器12，进气管路1a连接进气歧管41，用于输入外界空气，增压器11的压壳端和中冷器12沿气体流经方向依次设置在进气管路1a上，增压器涡壳端112设置在废气再循环系统3上。增压器涡壳端112通过废气再循环系统3排出的废气来推动涡轮扇叶旋转，而涡轮扇叶又通过轴承带动增压器压壳端111的扇叶，对气体进行压缩及加速，用于增大气体的压力，中冷器12用于降低增压后的高温空气温度以降低发动机4的热负荷，提高进气量，进而增加发动机4的功率。

通风系统2包括高负荷管路2a、低负荷管路2b和单向阀21。高负荷管路2a连接进气管路1a的连接点位于增压器11的上游，低负荷管路2b连接进气管路1a的连接点位于进气歧管41上，废气再循环系统3与进气管路1a的连接点位于高负荷管路2a与进气管路1a的连接点的上游。高负荷管路2a和低负荷管路2b上均设置有单向阀21，用于曲轴箱43内的气体单向沿高负荷管路2a或沿低负荷管路2b流入至进气歧管41。

具体地，进气歧管41与中冷器12之间设置有节气门42。当发动机4低负荷工况时，节气门42接近关闭，进气歧管41负压较大，例如为-40～-70kPa，而空气滤清器13后负压约-3kPa，此时发动机4曲轴箱43内的活塞漏气产生的废气上升经过油气分离器45分离油和水，分离后的气体通过低负荷管路2b被抽取到进气岐管，并最终进入燃烧室内烧掉，由于高负荷管路2a上设置有单向阀21，进气管路1a的气体不会反向通过高负荷管路2a被抽取到进气歧管41。当发动机4高负荷工况时，节气门42开度较大，且增压器11对进气压力增压，导致进气歧管41内压力较高，曲轴箱43内经油气分离器45分离后的气体无法通过低负荷管路2b抽取。此时，增压器压壳端111前气体负压约-3kPa，气体会通过高负荷管路2a被抽取到增压器压壳端111前，与外界空气混合后的气体在压差作用下进入增压器压壳端111增压后，经中冷器12冷却进入进气歧管41，最终进入燃烧室内烧掉。

一实施例中，进气系统1还包括沿气体流经方向依次设置在进气管路1a上的空气滤清器13和混合阀14，废气再循环系统3与进气系统1的连接点位于混合阀14的下游。空气滤清器13用于过滤外界气体，吸收颗粒物。混合阀14用于调节外界气体与废气的混合比例，改变混合阀14上下游气体压力，产生压力差，使外界气体经空气滤清器13过滤后单向流动至进气歧管41。

一实施例中，废气再循环系统3包括排气管路3a、循环管路3b和废气再循环阀31。排气管路3a连接发动机4的出气管44，用于排出发动机4内的废气。可以理解的是，发动机4的废气经排气管路3a排入整车排气系统，进而排入大气。循环管路3b连通排气管路3a和进气系统1，循环管路3b与进气管路1a的连接点位于高负荷管路2a与进气管路1a的连接点的上游，用于能够将至少部分废气排入进气系统1，废气再循环阀31设置在循环管路3b上，控制废气能够经循环管路3b进入进气系统1。可以理解的是，废气再循环阀31通过车载控制器控制开闭和开度，进而控制废气再循环量。

一实施例中，废气再循环系统3还包括三元催化器32和冷却器33，三元催化器32设置在排气管路3a上，用于净化排出的废气，循环管路3b连通排气管路3a的连接点位于三元催化器32的下游。三元催化剂可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。同时，三元催化器32还可以吸收废气中的颗粒物，减少颗粒物排入大气或进入循环管路3b进而阻塞进气系统1。冷却器33设置在循环管路3b上，用于废气经冷却后进入进气系统1。可以理解的是，高温废气需要经过冷却器33冷却后流入进气系统1，在低温或极寒环境中，冷却后的废气温度仍高于输入进气系统1的外界气体，发动机4高负荷工况时，曲轴箱43燃烧室燃烧时窜气产生混合气体经高负荷管路2a排至进气系统1，通过废气提高进气管路1a中外界气体的温度，进而与通风系统2的高负荷管路2a中的水蒸气含量高的曲轴箱43混合气体交汇，减少了水蒸气在交汇处及附近结冰的可能性，减少了因结冰而减小管路截面积甚至堵塞管口的现象。

具体地，在低温或极寒环境中，发动机4高负荷工况时，废气再循环阀31开启，外界气体流入进气管路1a，曲轴箱43燃烧室燃烧时窜气产生混合气体经高负荷管路2a排至进气系统1，流入进气管路1a，曲轴箱43高温废气由排气管进入排气管路3a，经三元催化器32催化处理后，一部分高温废气通过冷却器33冷却后通过废气再循环阀31排至进气系统1，与依次流经空气滤清器13和混合阀14后的外界气体交汇，高温废气和外界气体交汇后外界气体气温升高，再与曲轴箱43燃烧室燃烧时窜气产生混合气体交汇，进而减少了交汇处因结冰减小管路截面积甚至堵塞管口的现象。可以理解的是，高负荷管路2a与进气管路1a的连接点位于循环管路3b与进气管路1a连接点的下游。最终气体经过增压器压壳端111增压和中冷器12降温排至进气歧管41，进而进入曲轴箱43燃烧室燃烧。

本申请实施例的第二方面，请参照图2，提供了一种车辆发动机4的控制方法，包括：

S1、获取环境温度；

S2、获取发动机的转速和扭矩；

S3、基于环境温度和发动机的转速和扭矩，控制废气再循环阀的开度。

本申请实施例提供的控制方法，应用于上述任意一项的保护装置，基于环境温度和发动机4的转速和扭矩，控制废气再循环阀31的开度，以使废气再循环系统3向进气系统1供入废气，利用废气热量加热进气管路1a的低温空气，提升了进气管路1a中混合气体的温度，使进气管路1a中的混合气温度高于曲轴箱43通风系统2的水蒸气结冰温度，减少了曲轴箱43通风系统2结冰的现象，本申请无需增加其他零部件，操作简单，减少了成本。

下面结合具体实施例对本申请实施例的控制方法进行详细说明。

S1、获取环境温度。

在本步骤中，获取环境温度的方式不限，可以通过温度传感器获取环境温度发送给车载控制器，还可以通过车载控制器连接网络获取当地环境温度。车载控制器，也称为行车电脑，或车载电脑，或电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)。

S2、获取发动机的转速和扭矩。

通过转速传感器获取的发动机转速，通过扭矩传感器获取的发动机扭矩数据，发动机转速和扭矩数据发送给车载控制器。

S3、基于环境温度和发动机的转速和扭矩，控制废气再循环阀的开度。

在本步骤中，通过环境温度判断发动机4是否处于低温环境，通过转速和扭矩判断发动机4是否处于高负荷工况，通过车载控制器控制废气再循环阀31的开度。控制废气再循环阀31的开度包括，控制废气再循环阀31关闭、打开及其打开的大小。

一实施例中，请参照图3，基于环境温度和发动机4的转速和扭矩，控制废气再循环阀31(EGR阀)的开度的步骤，具体包括：若环境温度小于等于第一阈值，发动机4的转速大于第二阈值，发动机4的扭矩大于第三阈值，增大废气再循环阀31的开度。可以理解的是，第一阈值指的是低温环境的预设值，例如，可以是-28℃，第二阈值和第三阈值根据发动机4高负荷工况确定，例如，可以是国内的高速路车速限制对应的转速和扭矩。

示例性地，第一阈值为-28℃，即当环境温度小于等于-28℃，且发动机4转速大于第二阈值，发动机4扭矩大于第三阈值时，ECU根据环境温度和发动机4的转速和扭矩计算获得废气再循环阀31目标开度，控制废气再循环阀31打开和控制开度。废气再循环系统3中的高温废气在压差作用下进入进气管路1a，高温废气和低温的外界空气混合后，提升了外界空气的温度。

一实施例中，控制方法还包括：获取冷却系统的冷却液温度；获取废气再循环系统3的冷却器33出气温度；若环境温度小于等于第一阈值，发动机4的转速大于第二阈值，发动机4的扭矩大于第三阈值，流经冷却器33的出气温度小于等于第四阈值，减小电动水泵转速和/或减小电子节温器开度。

示例性地，请参照图4，根据反馈至ECU的发动机4水温、转速和扭矩，ECU计算获得发动机4冷却液的目标温度，控制电动水泵运转速度。具体地，当反馈给ECU的环境温度小于等于-28℃且发动机4转速大于第二阈值，发动机4扭矩大于第三阈值，流经冷却器33的出气温度小于等于第四阈值时，ECU控制电动水泵低速运转，以减小通过废气再循环系统3的冷却器33的冷却液流量和提升冷却液温度，进而提高废气再循环系统3冷却器33的废气温度。

本申请实施例的第三方面，提供了一种计算机设备，包括一个或多个处理模块，处理模块配置为执行存储在存储模块中的计算机指令，以执行本申请任意一种控制方法。该计算机设备可以为上述实施例的控制器。

在一实施例中，本申请实施例提供一种计算机系统，包括：可编程电路；以及编码在至少一个计算机可读介质上的软件，该软件用于对可编程电路进行编程以实施本申请任意一项控制方法。上述计算机设备安装了该计算机系统。

在一实施例中，本申请实施例提供一种计算机可读介质，该计算机可读介质上具有计算机可读指令，这些指令在被计算机执行时会使计算机进行本申请任意一项控制方法的所有步骤。计算机可读介质可以为一个或多个。上述计算机设备配置了该计算机可读介质。

本申请实施例的第四方面，提供了一种车辆，包括上述任意一种保护装置；和/或，上述的计算机设备。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆发动机的保护装置，其特征在于，包括：

进气系统，与所述发动机的进气歧管连接，用于输入外界气体；

通风系统，连接所述发动机的曲轴箱和所述进气系统，用于调节所述曲轴箱内的气体压力；

废气再循环系统，连接所述发动机的出气管与所述进气系统，所述废气再循环系统与所述进气系统的连接点位于所述通风系统与所述进气系统的连接点的上游，所述废气再循环系统包括废气再循环阀，用于控制所述废气再循环系统能够与所述进气系统连通。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述进气系统包括进气管路、增压器和中冷器，所述进气管路连接所述进气歧管，所述增压器的压壳端和所述中冷器沿气体流经方向依次设置在所述进气管路上，所述增压器的涡壳端设置在所述废气再循环系统上；

所述通风系统包括高负荷管路、低负荷管路和单向阀，所述高负荷管路连接所述进气管路的连接点位于所述增压器的上游，所述低负荷管路连接所述进气管路的连接点位于所述进气歧管上，所述废气再循环系统与所述进气管路的连接点位于所述高负荷管路与所述进气管路的连接点的上游；

所述高负荷管路和所述低负荷管路上均设置有所述单向阀，所述单向阀用于所述曲轴箱内的气体单向沿所述高负荷管路或沿所述低负荷管路流入至所述进气歧管。

3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述进气系统还包括沿气体流经方向依次设置在所述进气管路上的空气滤清器和混合阀，所述废气再循环系统与所述进气系统的连接点位于所述混合阀的下游。

4.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述废气再循环系统还包括：

排气管路，连接所述发动机的出气管，用于排出所述发动机内的废气；

循环管路，连通所述排气管路和所述进气系统，用于能够将至少部分废气排入所述进气系统，所述废气再循环阀设置在所述循环管路上，所述循环管路与所述进气系统的连接点位于所述通风系统与所述进气系统的连接点的上游。

5.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述废气再循环系统还包括：

三元催化器，设置在所述排气管路上，用于净化排出的废气，所述循环管路连通所述排气管路的连接点位于所述三元催化器的下游；

冷却器，设置在所述循环管路上，用于废气经冷却后进入所述进气系统。

6.一种车辆发动机的控制方法，其特征在于，包括：

获取环境温度；

获取所述发动机的转速和扭矩；

基于所述环境温度和所述发动机的转速和扭矩，控制废气再循环阀的开度。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，基于所述环境温度和所述发动机的转速和扭矩，控制废气再循环阀的开度的步骤，具体包括：

若所述环境温度小于等于第一阈值，所述发动机的转速大于第二阈值，所述发动机的扭矩大于第三阈值，增大所述废气再循环阀的开度。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

获取冷却系统的冷却液温度；

获取废气再循环系统的冷却器出气温度；

若所述环境温度小于等于第一阈值，所述发动机的转速大于第二阈值，所述发动机的扭矩大于第三阈值，流经所述冷却器的出气温度小于等于第四阈值，减小所述冷却系统的电动水泵转速和/或减小电子节温器开度。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括一个或多个处理模块，所述处理模块配置为执行存储在存储模块中的计算机指令，以执行权利要求6～8任意一项所述的控制方法。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1～5任意一项所述的保护装置；和/或，权利要求9所述的计算机设备。

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