CN117248982A - 一种氢发动机曲通通风系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢发动机曲通通风系统及控制方法。该系统包括：气缸盖本体、燃烧室、缸体、油底壳、油气分离器、可控气体循环组件、增压器、第一、第二控制阀组件及空气滤清器；燃烧室与缸体接触连接；缸体的回油道与气缸盖本体的回油道连通，气缸盖本体的回油道与油气分离器的入口连通；油气分离器的第一出口与油底壳连通；油气分离器的第二出口与可控气体循环组件的入口连接；可控气体循环组件的出口通过第一控制阀组件，或者通过增压器、第二控制阀组件与气缸盖本体的进气道连通；气缸盖本体的进气道与燃烧室的入口连通；空气滤清器的出口与缸体连通。本方案降低了水聚集导致缸体内机油乳化的风险。

Description

一种氢发动机曲通通风系统及控制方法

技术领域

本发明实施例涉及一种氢发动机技术领域，尤其涉及一种氢发动机曲通通风系统及控制方法。

背景技术

氢气内燃机工作时，燃烧室的高压可燃混合气会通过活塞组与气缸之间的间隙部分漏入曲通系统内的缸体，造成窜气；窜气的成分为水蒸气和气体(包括未燃的氢气及废气等)，过量的水会乳化缸体的润滑油，降低机油的使用性能，加速机油的氧化、变质。相比传统内燃机，氢气内燃机燃烧产物中水含量较高，大量的水聚集在曲通系统中，机油乳化风险极大；另外，机油乳化物极易堵塞曲通系统中的油气分离器，造成油气分离器的分离速率降低甚至堵塞曲通系统，曲通系统出现机油尺喷油严重故障；或者，窜气还会使缸体的压力过高而破坏缸体的密封，引起爆炸风险。因此，目前氢发动机亟需要求曲通系统具有更智能的油水分离策略和更高的气体循环速度。

发明内容

本发明提供一种氢发动机曲通通风系统及控制方法，提高了曲通系统内的气体循环速度，从而降低了曲通系统中水聚集导致机油乳化的风险，还避免缸体内压力过高。

为达到以上目的，第一方面，本发明实施例提供了一种氢发动机曲通通风系统，该系统包括：气缸盖本体、燃烧室、缸体、油底壳、油气分离器、可控气体循环组件、增压器、第一控制阀组件、第二控制阀组件及空气滤清器；

所述燃烧室与所述缸体接触连接；所述缸体的回油道与所述气缸盖本体的回油道连通，所述气缸盖本体的回油道与所述油气分离器的入口连通；所述油气分离器的第一出口与所述油底壳连通；

所述油气分离器的第二出口与所述可控气体循环组件的入口连接；所述可控气体循环组件的出口通过所述第一控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通；所述气缸盖本体的进气道与所述燃烧室的入口连通；

所述可控气体循环组件的出口还通过所述增压器、所述第二控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通；

所述空气滤清器的出口与所述缸体连通；

其中，所述可控气体循环组件的气体循环速度大小由氢发动机的工况参数决定。

可选的，所述可控气体循环组件为电控真空泵；其中，所述电控真空泵的转速由所述氢发动机的工况参数决定。

可选的，所述可控气体循环组件为文丘里组件。

可选的，所述文丘里组件包括文丘里管、空压泵、高压气罐及压力调节阀；

所述空气滤清器的出口还通过所述空压泵、所述高压气罐及所述压力调节阀与所述文丘里管的高压输入口连通；所述油气分离器的第二出口与所述文丘里管的入口连接；所述文丘里管的出口通过所述增压器、所述第二控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通；所述文丘里管的出口还通过所述第一控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通。

可选的，该系统还包括：第一单向阀及第二单向阀；

所述油气分离器的第二出口通过所述第一单向阀与所述可控气体循环组件的入口连接；

所述空气滤清器的出口通过所述第二单向阀与所述缸体连通。

可选的，所述第一控制阀组件包括PCV阀；所述第二控制阀组件包括中冷器及节气门。

可选的，该系统还包括：气门室罩盖油气分离器；

所述气缸盖本体的回油道与所述气门室罩盖油气分离器的入口连通；所述气门室罩盖油气分离器的第一出口与所述气缸盖本体的回油道连通；

所述气门室罩盖油气分离器的第二出口与所述油气分离器的入口连通；所述油气分离器的第一出口与所述油底壳连通；

所述油气分离器的第二出口与所述可控气体循环组件的入口连接。

可选的，所述氢发动机的工况参数包括氢发动机转速、氢发动机负荷、缸体内润滑油温度、氢发动机的进排气温度、氢发动机冷却液温度、氢发动机的进排气压力，缸体内的压力、燃烧室内的燃烧模型及环境温度参数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种氢发动机曲通通风控制方法，该方法应用于上述第一方面所述的氢发动机曲通通风系统；所述氢发动机曲通通风控制方法包括：

获取当前氢发动机的工况参数；

根据所述氢发动机的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度以使所述油气分离器的第二出口输出的气体通过所述可控气体循环组件及所述第一控制阀组件排入所述气缸盖本体的进气道；或者通过所述可控气体循环组件及所述增压器排入所述气缸盖本体的进气道。

可选的，根据所述氢发动机的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度，包括：

根据所述氢发动机的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度为第一速度以使所述油气分离器的第二出口输出的气体通过所述可控气体循环组件及所述第一控制阀组件排入所述气缸盖本体的进气道；

根据所述发动机本体的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度为第二速度以使所述油气分离器的第二出口输出的气体通过所述可控气体循环组件及所述增压器排入所述气缸盖本体的进气道；

其中，所述第一速度大于所述第二速度。

由于氢发动机在不同工况下窜气量不同，窜气量无法在发动机不同工况下使得油气分离器处于高效分离区域内，本发明实施例根据不同工况下的窜气量与油气分离器处于高效分离时所需的进气量之差控制可控气体循环组件的气体循环速度，从而使得缸体内建立不同的负压环境，继而通过空气滤清器向缸体补充一定量的新鲜空气以补充窜气量的差距，实现了发动机不同工况下油气分离器的高效分离，大大降低了机油乳化的风险。另外，窜气在遇到缸体内补充的新鲜空气后，窜气中的部分水和机油将冷凝于油底壳内，减少了进入曲通通风系统中的气体中的水和机油含量，也降低了冷凝水聚集导致机油乳化的风险；再者，发动机不同工况下油气分离器的高效分离，还促进了气体在发动机不同工况下快速流通，可避免缸体的压力过高而破坏缸体的密封，也促进窜气中的氢气快速循环参与燃烧，避免气体中氢气聚集产生的爆燃风险。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种氢发动机曲通通风控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；如图1所示，该系统包括：气缸盖本体1、燃烧室2、缸体3、油底壳4、油气分离器5、可控气体循环组件6、增压器7、第一控制阀组件8、第二控制阀组件9及空气滤清器10；燃烧室2与缸体3接触连接；缸体3的回油道与气缸盖本体1的回油道连通，气缸盖本体1的回油道与油气分离器5的入口连通；油气分离器5的第一出口与油底壳4连通；

油气分离器5的第二出口与可控气体循环组件6的入口连接；可控气体循环组件6的出口通过第一控制阀组件8与气缸盖本体1的进气道连通；气缸盖本体1的排气道与燃烧室2的入口连通；可控气体循环组件6的出口还通过增压器7、第二控制阀组件9与气缸盖本体1的进气道连通；

空气滤清器10的出口与缸体3连通；

其中，可控气体循环组件6的气体循环速度由氢发动机的工况参数决定。

其中，本实施例中氢发动机曲通通风系统的通风过程为：燃烧室2中的高压可燃混合气会通过燃烧室2内的活塞组与气缸之间的间隙部分窜入缸体3与油底壳4之间，窜气(窜气包括水蒸气、未反应的氢气及废气)经过缸体3的回油道、气缸盖本体1的回油道进入油气分离器5内，油气分离器5进行油气分离，分离后的机油流回油底壳4内；而分离后的气体经过可控气体循环组件6、第一控制阀组件8进入气缸盖本体1的进气道，气缸盖本体1的进气道与燃烧室2的入口连通，分离后的气体则循环进入燃烧室2参与燃烧；或者分离后的气体经过可控气体循环组件6、增压器7、第二控制阀组件9进入气缸盖本体1的进气道，气缸盖本体1的进气道与燃烧室2连通，从而进入燃烧室2参与燃烧；由于可控气体循环组件6不断地进行气体循环，使得缸体3建立一定的负压环境，本实施例通过空气滤清器10向缸体3内补充一定量的新鲜空气，窜气在遇到缸体3内补充的新鲜空气后，窜气中的部分水蒸气和机油将冷凝于油底壳4内，减少了进入曲通通风系统中的气体中的水和机油含量，也降低了冷凝水聚集导致机油乳化的风险。

进一步地，由于氢发动机在不同工况下窜气量不同，窜气量无法在发动机不同工况下使得油气分离器5处于高效分离区域内，本发明实施例中根据不同工况下的窜气量与油气分离器5处于高效分离时所需的进气量之差控制可控气体循环组件6的气体循环速度，即可控气体循环组件6的气体循环速度由氢发动机的工况参数决定，从而使得缸体3建立不同的负压环境，继而通过空气滤清器10向缸体3补充不同量的新鲜空气以补充窜气量的差距，如此实现了发动机不同工况下油气分离器的高效分离，高效分离的油气分离使得气体中含有的水和油含量减少，也会大大降低机油乳化风险；需说明的是，氢发动机的工况参数可包括氢发动机转速、氢发动机负荷、缸体内的润滑油温度、氢发动机的进排气温度、氢发动机冷却液温度、氢发动机的进排气压力，缸体内的压力、燃烧室内的燃烧模型及环境温度参数；

具体需说明的是，当氢发动机在小负荷工况时，窜气量较小，该窜气量与油气分离器5处于高效分离时所需的进气量之差较大，则控制加快可控气体循环组件6的气体循环速度，缸体3内建立较大的负压环境，空气滤清器10可以向缸体3补充较多的新鲜空气；同时由于氢发动机小负荷工况下增压器7不工作，则油气分离器5分离后的废气可经过可控气体循环组件6、第一控制阀组件8进入气缸盖本体1的进气道，气缸盖本体1的进气道与燃烧室2连通，分离后的气体则循环进入燃烧室2参与燃烧；

当氢发动机负荷提高后，窜气量较大，该窜气量与油气分离器处于高效分离时所需的进气量之差较小，则控制减缓可控气体循环组件的气体循环速度；缸体3内建立较小的负压环境，空气滤清器10可以向缸体3的缸体补充较少的新鲜空气；此时增压器7工作，则油气分离器5分离后的废气可经过可控气体循环组件6、增压器7及第二控制阀组件9进入气缸盖本体1的进气道，气缸盖本体1的进气道与燃烧室2的入口连通，分离后的气体则循环进入燃烧室2参与燃烧。

同时根据不同工况下的窜气量与油气分离器5处于高效分离时所需的进气量之差控制可控气体循环组件6的气体循环速度，从而使得缸体建立一定的负压环境，继而通过空气滤清器10向缸体3补充不同量的新鲜空气以补充窜气量的差距，实现了发动机不同工况下油气分离器的高效分离，油气分离器的高效分离还促进了气体在发动机不同工况下快速流通，可避免缸体3的压力过高而破坏缸体的密封，也促进窜气中的氢气快速循环参与燃烧，避免气体中氢气聚集产生的爆燃风险。

可选的，在上述实施例的基础上，进一步对可控气体循环组件6进行细化，图2是本发明实施例提供的另一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；如图2所示，可控气体循环组件6为电控真空泵61。

其中，电控真空泵61的转速可由氢发动机的工况参数决定；具体的，当氢发动机在小负荷工况下，窜气量较小，该窜气量与油气分离器5处于高效分离时所需的进气量之差较大，则控制加快电控真空泵的转速；而当氢发动机在高负荷工况下，窜气量较大，该窜气量与油气分离器5处于高效分离时所需的进气量之差较小，则控制降低电控真空泵的转速，如此可以在不同工况下满足油气分离器的最大分离速率，从而降低机油乳化的风险及解决缸体的压力过高的问题。其中，电控真空泵的转速可由电机输出的电信号驱动，可控气体循环组件6采用电控真空泵61可以提高控制气体循环速度的精度。

可选的，图3是本发明实施例提供的另一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；如图3所示，可控气体循环组件6为文丘里组件62。其中，文丘里组件62包括文丘里管621、空压泵622、高压气罐623及压力调节阀624；空气滤清器10的出口还通过空压泵622、高压气罐623及压力调节阀624与文丘里管621的高压输入口连通；油气分离器5的第二出口与文丘里管621的入口连接；文丘里管621的出口通过增压器7、第二控制阀组件9与气缸盖本体1的进气道连通；或者，文丘里管621的出口通过第一控制阀组件8与气缸盖本体1的进气道连通。

其中，文丘里组件62的气体循环速度由氢发动机的工况参数决定；文丘里组件62的气体循环速度的改变可通过改变通过其高压输入口的压力大小而改变。具体的，文丘里组件62工作过程中，空气滤清器10输出的空气经过空压泵622、高压气罐623及压力调节阀624输出高压空气输出至文丘里管621，文丘里管621在高压空气作用下建立一定的真空度，实现替代真空泵的作用。

可选的，在上述实施例的基础上，进一步对曲通通风系统进行优化，图4是本发明实施例提供的另一种氢发动机曲通通风系统的结构示意图；该系统还包括：第一单向阀11及第二单向阀12；油气分离器5的第二出口通过第一单向阀11与可控气体循环组件6(图4中以电动真空泵示例)的入口连接；空气滤清器10的出口通过第二单向阀12与缸体3连通。

其中，增加第一单向阀11可以控制油气分离器5分离后的气体排出至可控气体循环组件6(图4中以电动真空泵示例)内；增加第二单向阀12可以控制空气滤清器10排出的空气补充至曲轴箱3内。可选的，第一控制阀组件11包括PCV阀；第二控制阀组件12包括中冷器及节气门。

可选的，如图4所示，该系统还包括：气门室罩盖油气分离器13；气缸盖本体1的回油道与气门室罩盖油气分离器13的入口及气门室罩盖油气分离器13的第一出口连通；气门室罩盖油气分离器13的第二出口与油气分离器5的入口连通；油气分离器5的第一出口与油底壳4连通；油气分离器5的第二出口与可控气体循环组件6的入口连接。

其中，窜气(窜气包括水蒸气、未反应的氢气及废气)经过缸体3的回油道、气缸盖本体1的回油道后，经过气门室罩盖油气分离器13的初始分离后，然后再经过油气分离器5进行油气分离，如此增加气门室罩盖油气分离器13可以进一步保证油气分离速率，从而进一步降低机油乳化的风险及解决曲轴箱的压力过高的问题。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种氢发动机曲通通风控制方法，该方法应用于上述实施例的氢发动机曲通通风系统；图5是本发明实施例提供的一种氢发动机曲通通风控制方法的流程图；如图5所示，该氢发动机曲通通风控制方法包括：

S110、获取当前氢发动机的工况参数；

S120、根据氢发动机的工况参数确定可控气体循环组件的气体循环速度以使油气分离器的第二出口输出的气体通过可控气体循环组件及第一控制阀组件排入气缸盖本体的进气道；或者通过可控气体循环组件及增压器排入气缸盖本体的进气道。

具体的，根据氢发动机的工况参数确定可控气体循环组件的气体循环速度为第一速度以使油气分离器的第二出口输出的气体通过可控气体循环组件及第一控制阀组件排入气缸盖本体的进气道；

根据发动机本体的工况参数确定可控气体循环组件的气体循环速度为第二速度以使油气分离器的第二出口输出的气体通过可控气体循环组件及增压器排入气缸盖本体的进气道；其中，第一速度大于第二速度。

可以理解的是，当氢发动机在小负荷工况下，窜气量较小，该窜气量与油气分离器处于高效分离时所需的进气量之差较大，则控制加快可控气体循环组件的气体循环速度；由于氢发动机小负荷工况下增压器7不工作，则油气分离器5分离后的废气可经过可控气体循环组件6、第一控制阀组件8进入气缸盖本体1的进气道，气缸盖本体1的进气道与燃烧室2连通，分离后的废气则循环进入燃烧室2参与燃烧；

当氢发动机在高负荷工况下，窜气量较大,该窜气量与油气分离器处于高效分离时所需的进气量之差较小，则控制减缓可控气体循环组件6的气体循环速度；此时增压器7工作，则油气分离器5分离后的废气可经过可控气体循环组件6、增压器7及第二控制阀组件9进入气缸盖本体1的进气道，气缸盖本体1的进气道与燃烧室2连通，分离后的气体则循环进入燃烧室2参与燃烧；如此实现了发动机不同工况下油气分离器的高效分离，高效分离的油气分离使得废气中含有的水和油含量减少，也会大大降低机油乳化风险；同时可避免曲轴箱的压力过高而破坏曲轴箱的密封。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种氢发动机曲通通风系统，其特征在于，包括：气缸盖本体、燃烧室、缸体、油底壳、油气分离器、可控气体循环组件、增压器、第一控制阀组件、第二控制阀组件及空气滤清器；

所述燃烧室与所述缸体接触连接；所述缸体的回油道与所述气缸盖本体的回油道连通，所述气缸盖本体的回油道与所述油气分离器的入口连通；所述油气分离器的第一出口与所述油底壳连通；

所述油气分离器的第二出口与所述可控气体循环组件的入口连接；所述可控气体循环组件的出口通过所述第一控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通；所述气缸盖本体的进气道与所述燃烧室的入口连通；

所述可控气体循环组件的出口还通过所述增压器、所述第二控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通；

所述空气滤清器的出口与所述缸体连通；

其中，所述可控气体循环组件的气体循环速度大小由氢发动机的工况参数决定。

2.根据权利要求1所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，所述可控气体循环组件为电控真空泵；其中，所述电控真空泵的转速由所述氢发动机的工况参数决定。

3.根据权利要求1所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，所述可控气体循环组件为文丘里组件。

4.根据权利要求3所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，所述文丘里组件包括文丘里管、空压泵、高压气罐及压力调节阀；

所述空气滤清器的出口还通过所述空压泵、所述高压气罐及所述压力调节阀与所述文丘里管的高压输入口连通；所述油气分离器的第二出口与所述文丘里管的入口连接；所述文丘里管的出口通过所述增压器、所述第二控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通；所述文丘里管的出口还通过所述第一控制阀组件与所述气缸盖本体的进气道连通。

5.根据权利要求1所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，还包括：第一单向阀及第二单向阀；

所述油气分离器的第二出口通过所述第一单向阀与所述可控气体循环组件的入口连接；

所述空气滤清器的出口通过所述第二单向阀与所述缸体连通。

6.根据权利要求5所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，所述第一控制阀组件包括PCV阀；所述第二控制阀组件包括中冷器及节气门。

7.根据权利要求1所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，还包括：气门室罩盖油气分离器；

所述气缸盖本体的回油道与所述气门室罩盖油气分离器的入口连通；所述气门室罩盖油气分离器的第一出口与所述气缸盖本体的回油道连通；

所述气门室罩盖油气分离器的第二出口与所述油气分离器的入口连通；所述油气分离器的第一出口与所述油底壳连通；

所述油气分离器的第二出口与所述可控气体循环组件的入口连接。

8.根据权利要求1所述的氢发动机曲通通风系统，其特征在于，所述氢发动机的工况参数包括氢发动机转速、氢发动机负荷、缸体内润滑油温度、氢发动机的进排气温度、氢发动机冷却液温度、氢发动机的进排气压力，缸体内的压力、燃烧室内的燃烧模型及环境温度参数。

9.一种氢发动机曲通通风控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-8任一项所述的氢发动机曲通通风系统；所述氢发动机曲通通风控制方法包括：

获取当前氢发动机的工况参数；

根据所述氢发动机的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度以使所述油气分离器的第二出口输出的气体通过所述可控气体循环组件及所述第一控制阀组件排入所述气缸盖本体的进气道；或者通过所述可控气体循环组件及所述增压器排入所述气缸盖本体的进气道。

10.根据权利要求9所述的氢发动机曲通通风控制方法，其特征在于，根据所述氢发动机的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度，包括：

根据所述氢发动机的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度为第一速度以使所述油气分离器的第二出口输出的气体通过所述可控气体循环组件及所述第一控制阀组件排入所述气缸盖本体的进气道；

根据所述发动机本体的工况参数确定所述可控气体循环组件的气体循环速度为第二速度以使所述油气分离器的第二出口输出的气体通过所述可控气体循环组件及所述增压器排入所述气缸盖本体的进气道；

其中，所述第一速度大于所述第二速度。