一种发动机曲轴箱通风系统及方法与流程

1.本发明属于发动机技术领域，具体是一种发动机曲轴箱通风系统及方法。

背景技术：

2.随着氢气发动机、氨气发动机、氢/氨发动机等技术项目向商品化项目转化，发动机曲轴箱内的水汽冷凝问题会愈发严重，发动机水汽冷凝会造成发动机机油乳化，气门卡滞、生锈，制动摇臂卡滞、生锈，油气分离器生锈、卡滞等一系列严重问题。为解决水汽冷凝问题，需要及时将曲轴箱内含水窜气及时排出发动机或对曲轴箱窜气进行稀释，并确保发动机停机后不会有水汽在发动机曲轴箱内停留，以防止长时间停机后引发上述故障。另外，对于氢气发动机，也需要消除曲轴箱内的窜气死区，以防止氢气积存造成爆炸等事故。
3.天然气、氢气、氨气等低碳零碳能源的应用成为内燃机发展的全新方向，但这些低碳零碳燃料在燃烧后产生了更多的水，导致发动机曲轴箱内水汽冷凝问题及由此导致的机油乳化，配气机构生锈、卡滞等问题频发，对发动机的正常使用产生不良影响。
4.现有发动机曲轴箱通风布置技术方案普遍采用气缸盖罩取气或缸体取气的单通道取气布置方案，也即采取气缸盖罩或者缸体作为唯一的曲轴箱取气位置，然后在此基础上进行设计的变形，以消除或改善曲轴箱的机油乳化问题。
5.现有气缸盖罩取气方案下，曲轴箱窜气需要从曲轴箱(油底壳上方窜气产生区域)流经飞轮壳、气缸盖等零件后，在流经气缸盖罩后流出曲轴箱，整个流通路径过长，窜气在曲轴箱内停留时间长，寒冷天气下，在发动机短暂启动，没有充分热机情况下容易在曲轴箱内发生水汽冷凝析出，造成曲轴箱内机油乳化，气门、摇臂生锈卡滞等问题；
6.现有缸体取气方案下，曲轴箱窜气流通路径相比气缸盖罩取气缩短，可以使曲轴箱窜气快速排出发动机曲轴箱，防止水汽在曲轴箱内大量凝结，但缸体取气方案下气缸盖罩等发动机上方区域极易形成窜气不流动的死区(仿真计算分析表明，在缸体取气方案下，流经气缸盖罩区域的窜气量占比只有3％左右，该区域窜气流动极缓慢)，窜气不流动死区的存在会导致该部位水汽无法流动，发动机在停机后，在该部位形成水汽冷凝，由此导致局部机油乳化或配气机构生锈卡滞故障；特别是对于氢气发动机，窜气流动死区的存在极易形成氢气积存，造成氢气爆炸等安全隐患。
7.现有的单通道取气方案，无法针对发动机全工况下实现曲轴箱窜气的及时排出，易造成各种隐患。
8.一些针对单通道取气方案进行的改型设计，可以改善曲轴箱内水汽冷凝问题，但需要额外的配置和动力源，会大幅增加发动机成本。

技术实现要素：

9.针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种有效减少曲轴箱内水汽冷凝、防止形成窜气死区的发动机曲轴箱通风系统及方法。
10.为达到上述目的，本发明设计的发动机曲轴箱通风方法，包括：在气缸盖罩和油气
分离器之间设置第一取气通道、在气缸体和油气分离器之间设置第二取气通道；根据外部环境温度、发动机的运行状态和气缸盖罩处的气体温度分别独立控制第一取气通道、第二取气通道的启闭。
11.优选的，当外部环境温度高于0℃，同时开启第一取气通道和第二取气通道。
12.优选的，当外部环境温度低于0℃，发动机由停机工况变为运行工况，关闭第一取气通道，开启第二取气通道，直至发动机充分暖机后，同时开启第一取气通道和第二取气通道。
13.进一步优选的，当气缸盖罩气体温度升至预设温度t，即为发动机充分暖机。
14.优选的，当外部环境温度低于0℃，发动机正常运转工况，同时开启第一取气通道和第二取气通道。
15.进一步优选的，当气缸盖罩气体温度高于预设温度t，即为发动机正常运转工况。
16.作为优选方案，预设温度t的范围为70℃～110℃。
17.优选的，当外部环境温度低于0℃，发动机由正常运转工况变为怠速工况，开启第一取气通道，关闭第二取气通道。
18.为达到上述目的，本发明设计的发动机曲轴箱通风系统，包括：
19.发动机转速传感器，与控制单元电连接，检测发动机转速；
20.环境温度传感器，与控制单元电连接，获取外部环境温度；
21.气缸盖罩气体温度传感器，与控制单元电连接，检测气缸盖罩处的气体温度；
22.第一电磁阀，与控制单元电连接，设置在发动机气缸盖罩和油气分离器进气口之间的管路上，用于控制上述管路的开断；
23.第二电磁阀，与控制单元电连接，设置在发动机气缸体和油气分离器进气口之间的管路上，用于控制上述管路的开断；
24.控制单元，根据外部环境温度和发动机转速分别控制第一电磁阀和第二电磁阀的启闭。
25.优选的，当外部环境温度高于0℃，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。
26.优选的，当外部环境温度低于0℃，发动机转速由小于第一预设转速n1转变为大于第一预设转速n1，控制单元控制第一电磁阀关闭，控制第二电磁阀开启，直至发动机充分暖机后，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。
27.进一步优选的，所述第一预设转速n1的范围为300rpm～500rpm。当然第一预设转速n1可与怠速转速设定相同。
28.进一步优选的，当气缸盖罩气体温度升至预设温度t，即为发动机充分暖机。
29.优选的，当外部环境温度低于0℃，发动机转速大于第二预设转速n2，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。
30.进一步优选的，所述第二预设转速n2的范围为900rpm～1400rpm。
31.进一步优选的，当气缸盖罩气体温度高于预设温度t，即为发动机正常运转工况。
32.作为优选方案，预设温度t的范围为80℃～90℃。
33.优选的，当外部环境温度低于0℃，发动机转速由大于第二预设转速n2转变为怠速转速，控制单元控制第一电磁阀开启，控制第二电磁阀关闭。
34.优选的，气缸盖罩取气布置点位于飞轮壳的相对侧。
35.本发明的有益效果是：本发明采用气缸盖罩、气缸体取气双通道取气方案设置，并根据整车环境温度、发动机气缸盖罩区域气体温度和发动机运转情况，使用电磁阀控制两路取气通道的开闭，进行曲轴箱窜气的流动调节，在改善曲轴箱水汽冷凝风险的同时，消除气缸盖罩区域的气体流动死区。
36.本发明可以有效解决曲轴箱内水汽冷凝以及气体积存不流动的问题，对后续氢气发动机、氨气发动机、氢/氨发动机曲轴箱通风系统开发具有重要使用价值，降低发动机上市后发生严重的机油乳化及其他水汽冷凝导致的生锈问题概率，消除用户抱怨具有重要经济与社会收益。
附图说明
37.图1是本发明的结构框图
具体实施方式
38.下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。
40.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地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.如图1所示，本发明设计的发动机曲轴箱通风方法，包括：在气缸盖罩和油气分离器之间设置第一取气通道、在气缸体和油气分离器之间设置第二取气通道；根据外部环境温度、发动机的运行状态和气缸盖罩处的气体温度分别独立控制第一取气通道、第二取气通道的启闭。
42.本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度高于0℃，同时开启第一取气通道和第二取气通道。
43.本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度低于0℃，发动机由停机工况变为运行工况，关闭第一取气通道，开启第二取气通道，直至发动机充分暖机后，同时开启第一取气通道和第二取气通道。
44.本发明的一些可选实施例中，当气缸盖罩气体温度升至预设温度t，即为发动机充分暖机。
45.本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度低于0℃，发动机正常运转工况，同
时开启第一取气通道和第二取气通道。
46.本发明的一些可选实施例中，当气缸盖罩气体温度高于预设温度t，即为发动机正常运转工况。
47.本发明的一些可选实施例中，预设温度t的范围为70℃～110℃。
48.本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度低于0℃，发动机由正常运转工况变为怠速工况，开启第一取气通道，关闭第二取气通道。
49.本发明设计的发动机曲轴箱通风系统，包括：
50.发动机转速传感器，与控制单元电连接，检测发动机转速；
51.环境温度传感器，与控制单元电连接，获取外部环境温度；
52.气缸盖罩气体温度传感器，与控制单元电连接，检测气缸盖罩处的气体温度；
53.第一电磁阀，与控制单元电连接，设置在发动机气缸盖罩和油气分离器进气口之间的管路上，用于控制上述管路的开断；
54.第二电磁阀，与控制单元电连接，设置在发动机气缸体和油气分离器进气口之间的管路上，用于控制上述管路的开断；
55.控制单元，根据外部环境温度和发动机转速分别控制第一电磁阀和第二电磁阀的启闭。
56.在本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度高于0℃，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。
57.在本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度低于0℃，发动机转速由小于第一预设转速n1转变为大于第一预设转速n1，控制单元控制第一电磁阀关闭，控制第二电磁阀开启，直至发动机充分暖机后，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。
58.在本发明的一些可选实施例中，所述第一预设转速n1的范围为300rpm～500rpm。在另一些可选实施例中，第一预设转速n1可与怠速转速设定相同。
59.在本发明的一些可选实施例中，当气缸盖罩气体温度升至预设温度t，即为发动机充分暖机。
60.在本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度低于0℃，发动机转速大于第二预设转速n2，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。
61.在本发明的一些可选实施例中，当气缸盖罩气体温度高于预设温度t，即为发动机正常运转工况。
62.在本发明的一些可选实施例中，预设温度t的范围为70℃～110℃。
63.在本发明的一些可选实施例中，当外部环境温度低于0℃，发动机转速由大于第二预设转速n2转变为怠速转速，控制单元控制第一电磁阀开启，控制第二电磁阀关闭。
64.在本发明的一些可选实施例中，所述第二预设转速n2的范围为900rpm～1400rpm。
65.在本发明的一些可选实施例中，气缸盖罩取气布置点位于飞轮壳的相对侧。
66.本发明整车设置环境温度传感器——获取外部环境温度，发动机转速传感器——检测发动机转速，发动机气缸盖罩温度传感器——检测气缸盖罩区域气体温度；发动机气缸盖罩和缸体分别通过管路连接油气分离器进气口，且两段管路上分别设置电磁阀，控制管路的开断。
67.(1)环境温度高于0℃，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁
阀开启，此时曲轴箱通风系统采取双路取气路径，既可以使曲轴箱内气体充分流动，也可以减少曲轴箱内水汽冷凝。通过仿真计算分析表明，在双通道取气方案下，流经气缸盖罩区域的窜气量占比提升至30％左右，在大部分气体通过缸体流出的同时，可以保证气缸盖罩区域窜气的流动，防止形成窜气死区。
68.(2)环境温度低于0℃，发动机由停机工况转变为运行工况时，发动机启动工况下，曲轴箱极易发生水汽冷凝，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀关闭，缸体取气通道电磁阀开启，此时曲轴箱通风系统采取缸体取气路径，减少窜气在曲轴箱内的水汽冷凝量，直至气缸盖罩气体温度升高至90℃(此时已经充分暖机)，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁阀开启，此时曲轴箱通风系统采取双通道取气路径，既可以使曲轴箱内气体充分流动，也可以减少曲轴箱内水汽冷凝；
69.本发明的另一可选实施例中，环境温度传感器值低于0℃，发动机转速传感器2值由＜500rpm转变为＞500rpm，发动机启动工况，此时曲轴箱极易发生水汽冷凝，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀关闭，缸体取气通道电磁阀开启，此时曲轴箱通风系统采取缸体取气路径，减少窜气在曲轴箱内的水汽冷凝量，直至气缸盖罩气体温度传感器值≥80℃，此时已经充分暖机，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁阀开启，此时曲轴箱通风系统采取双通道取气路径，既可以使曲轴箱内气体充分流动，也可以减少曲轴箱内水汽冷凝。
70.(3)环境温度低于0℃，发动机正常运转，气缸盖罩气体温度高于90℃，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁阀开启，此时曲轴箱通风系统采取双通道取气路径，既可以使曲轴箱内气体充分流动，也可以减少曲轴箱内水汽冷凝；
71.本发明的另一可选实施例中，环境温度传感器值低于0℃，发动机转速传感器值＞1000rpm，气缸盖罩气体温度传感器值≥80℃，此时发动机正常运转，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁阀开启，此时曲轴箱通风系统采取双通道取气路径，既可以使曲轴箱内气体充分流动，也可以减少曲轴箱内水汽冷凝。
72.(4)环境温度低于0℃，发动机由正常运转状态转变为怠速状态时，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁阀关闭，此时曲轴箱通风采取气缸盖罩取气路径，可以使曲轴箱内窜气充分流动，防止形成窜气流动死区，减少发动机停机后曲轴箱内的水汽残留；
73.本发明的另一可选实施例中，环境温度传感器值低于0℃，发动机转速传感器值由＞1000rpm转变为怠速状态时(发动机预备停机工况)，ecu控制气缸盖罩取气通道电磁阀开启，缸体取气通道电磁阀关闭，此时曲轴箱通风采取气缸盖罩取气路径，可以使曲轴箱内窜气充分流动，防止形成窜气流动死区，减少发动机停机后曲轴箱内的水汽残留。
74.上述实施例中，采用气缸盖罩气体温度作为策略控制项，在本发明的一些可选实施例中，也可以在气缸盖罩设置湿度传感器，利用气缸盖罩湿度作为策略控制输入。
75.在实际布置中缸体取气可以不受缸体前后端限制；气缸盖罩取气建议布置在飞轮壳对侧，即窜气流通的远端，以确保窜气流动死区彻底消除。
76.本发明设置环境温度传感器，发动机转速传感器、气缸盖罩气体温度传感器，三者共同作为电磁阀的动作控制参数输出。
77.正常环境温度(高于0℃)，发动机运转状态下，曲轴箱通风系统采用双通道取气方
案；
78.环境温度低于0℃时，发动机由停机转变为运转状态时，曲轴箱通风系统采用缸体取气方案，直至气缸盖罩气体温度高于90℃，曲轴箱通风系统转变为双通道取气方案；
79.环境温度低于0℃时，发动机正常运转状态下，气缸盖罩气体温度高于90℃，曲轴箱通风系统转变为双通道取气方案；
80.环境温度低于0℃时，发动机由正常运转转变为怠速状态时，曲轴箱通风系统采用气缸盖罩取气方案。
81.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
82.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
83.本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种发动机曲轴箱通风方法，其特征在于：在气缸盖罩和油气分离器之间设置第一取气通道、在气缸体和油气分离器之间设置第二取气通道；根据外部环境温度、发动机的运行状态和气缸盖罩处的气体温度分别独立控制第一取气通道、第二取气通道的启闭。2.根据权利要求1所述的发动机曲轴箱通风方法，其特征在于：当外部环境温度高于0℃，同时开启第一取气通道和第二取气通道。3.根据权利要求1所述的发动机曲轴箱通风方法，其特征在于：当外部环境温度低于0℃，发动机由停机工况变为运行工况，关闭第一取气通道，开启第二取气通道，直至发动机充分暖机后，同时开启第一取气通道和第二取气通道；当外部环境温度低于0℃，发动机正常运转工况，同时开启第一取气通道和第二取气通道；当外部环境温度低于0℃，发动机由正常运转工况变为怠速工况，开启第一取气通道，关闭第二取气通道。4.根据权利要求3所述的发动机曲轴箱通风方法，其特征在于：当气缸盖罩气体温度升至预设温度t，即为发动机充分暖机；当气缸盖罩气体温度高于预设温度t，即为发动机正常运转工况。5.根据权利要求4所述的发动机曲轴箱通风方法，其特征在于：预设温度t的范围为70℃～110℃。6.一种发动机曲轴箱通风系统，采用如权利要求1～5任一所述发动机曲轴箱通风方法，其特征在于，包括：发动机转速传感器，与控制单元电连接，检测发动机转速；环境温度传感器，与控制单元电连接，获取外部环境温度；气缸盖罩气体温度传感器，与控制单元电连接，检测气缸盖罩处的气体温度；第一电磁阀，与控制单元电连接，设置在发动机气缸盖罩和油气分离器进气口之间的管路上，用于控制上述管路的开断；第二电磁阀，与控制单元电连接，设置在发动机气缸体和油气分离器进气口之间的管路上，用于控制上述管路的开断；控制单元，根据外部环境温度和发动机转速分别控制第一电磁阀和第二电磁阀的启闭。7.根据权利要求6所述的发动机曲轴箱通风系统，其特征在于：当外部环境温度高于0℃，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启。8.根据权利要求6所述的发动机曲轴箱通风系统，其特征在于：当外部环境温度低于0℃，发动机转速由小于第一预设转速n1转变为大于第一预设转速n1，控制单元控制第一电磁阀关闭，控制第二电磁阀开启，直至发动机充分暖机后，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启；当外部环境温度低于0℃，发动机转速大于第二预设转速n2，控制单元控制第一电磁阀和第二电磁阀同时开启；当外部环境温度低于0℃，发动机转速由大于第二预设转速n2转变为怠速转速，控制单元控制第一电磁阀开启，控制第二电磁阀关闭。9.根据权利要求8所述的发动机曲轴箱通风系统，其特征在于：所述第一预设转速n1的范围为300rpm～500rpm，所述第二预设转速n1的范围为900rpm～1400rpm。10.根据权利要求8所述的发动机曲轴箱通风系统，其特征在于：当气缸盖罩气体温度升至预设温度t，即为发动机充分暖机；当气缸盖罩气体温度高于预设温度t，即为发动机正常运转工况；预设温度t的范围为70℃～110℃。

技术总结

本发明公开一种发动机曲轴箱通风系统及方法包括：在气缸盖罩和油气分离器之间设置第一取气通道、在气缸体和油气分离器之间设置第二取气通道；根据外部环境温度、发动机的运行状态和气缸盖罩处的气体温度分别独立控制第一取气通道、第二取气通道的启闭。本发明采用气缸盖罩、气缸体取气双通道取气方案设置，并根据整车环境温度、发动机气缸盖罩区域气体温度和发动机运转情况，使用电磁阀控制两路取气通道的开闭，进行曲轴箱窜气的流动调节，在改善曲轴箱水汽冷凝风险的同时，消除气缸盖罩区域的气体流动死区。域的气体流动死区。域的气体流动死区。