用于减小发动机中的摩擦的系统和方法
【专利摘要】一种车辆系统，包括内燃发动机，内燃发动机包括经由流量控制阀流体连接至气体燃料源的PCV系统。气体燃料源可以流体连接至PCV系统的空气流入管线，并且流量控制阀可以配置成控制流入PCV系统的气体燃料的流量。
【专利说明】用于减小发动机中的摩擦的系统和方法
【背景技术】
[0001]内燃发动机依靠在空气中旋转的高速旋转机械和齿轮。来自车辆推进系统的运动部件周围的空气的阻力和摩擦造成燃料效率损失。通常利用诸如挡油盘的装置来减少将油盘/油池里的油滴夹带到发动机的运动部件周围的空气中，以此缓解发动机曲轴箱中旋转和往复运动的部件的气动摩擦。夹带的油滴进一步增加了作用在发动机部件上的阻力，从而增加了发动机的负荷并且降低了燃料的经济性。此外，在发电行业，通过使高速电力机械处在氢气(具有比空气更低的粘度)中来降低来自其周围的空气的摩擦。
[0002]发明人已经意识到了上述方法的某些问题。即，虽然挡油盘和类似的装置减少了因夹带的机油而作用在发动机部件上的阻力，但是，发动机部件周围的空气阻力却不受影响。此外，内燃发动机中氢气与空气会形成爆炸性混合物。
【发明内容】
[0003]至少部分地解决上述问题并且实现减小内燃发动机中的摩擦的技术效果的一种方法是用诸如甲烷的气体燃料填充或者部分填充曲轴箱。例如，发明人已经意识到，通过用较低密度的气体来替代发动机曲轴箱内的空气，能够减小空气阻力，同时依然提供足够的发动机冷却。此外，甲烷气体的粘度大大低于空气，而且甲烷在空气中的可燃性极限是有限制的。因此，在一个实施例中，车辆系统包括气体燃料源和内燃发动机，内燃发动机包括曲轴箱强制通风(PCV)系统，其中，气体燃料源通过流量控制阀流体连接至PCV系统，流量控制阀配置成控制流入PCV系统的气体燃料的流量。在另一实施例中，一种方法包括:在第一条件下，将气体燃料从气体燃料源输送至内燃发动机的PCV系统，其中，第一条件包括计算出来的窜气流率小于PCV阀门流率。在进一步的实施例中，车辆可包括气体燃料源、内燃发动机以及控制器，其中，内燃发动机包括PCV系统，气体燃料源通过流量控制阀流体连接至PCV系统，流量控制阀配置成控制流进PCV系统的气体燃料的流量，控制器具有可执行指令以在第一条件下将气体燃料从气体燃料源输送至内燃发动机的PCV系统，其中，第一条件包括计算出来的窜气流率小于PCV阀门流率，而且歧管真空度大于曲轴箱真空度，其中，气体燃料的流率由PCV阀门流率与窜气流率之间的差值计算得出，其中，窜气流率基于发动机操作状态进行计算。
[0004]根据本发明的一个方面，提供了一种车辆系统，包括:
[0005]内燃发动机，内燃发动机包括经由流量控制阀流体连接至气体燃料源的PCV系统。
[0006]根据本发明的一个实施例，气体燃料源流体连接至PCV系统的空气流入管线，并且流量控制阀配置成控制流入PCV系统的气体燃料的流量。
[0007]根据本发明的一个实施例，还包括流体连接至PCV系统的净化筒。
[0008]根据本发明的一个实施例，净化筒流体连接至燃料管线。
[0009]根据本发明的一个实施例，气体燃料源包括甲烷。
[0010]根据本发明的一个实施例，气体燃料粘度低于空气的粘度。
[0011]根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括:
[0012]响应于窜气流率小于PCV阀流率将气体燃料从气体燃料源输送到发动机的PCV系统。
[0013]根据本发明的一个实施例，还包括:
[0014]仅在歧管真空度大于曲轴箱真空度时响应于窜气流率降至PCV阀流率以下开始将气体燃料从气体燃料源输送至PCV系统，曲轴箱真空度随着发动机转速的增大而增大。
[0015]根据本发明的一个实施例，气体燃料以PCV阀流率与窜气流率之差的流率进行输送。
[0016]根据本发明的一个实施例，还包括:当发动机停止时,停止将气体燃料从气体燃料源输送至PCV系统。
[0017]根据本发明的一个实施例，还包括:当歧管真空度低于曲轴箱真空度时，停止将气体燃料从气体燃料源输送至PCV系统。
[0018]根据本发明的一个实施例，还包括:响应于空/燃比小于期望的空/燃比而降低气体燃料的流率。
[0019]根据本发明的一个实施例，还包括:将气体燃料存储在流体连接至PCV系统和气体燃料源的净化筒中。
[0020]根据本发明的一个实施例，还包括:响应于窜气流率小于PCV阀流率且净化筒压力大于PCV进气口管线压力，将气体燃料从净化筒引导至PCV系统。
[0021]根据本发明的一个实施例，还包括:响应于燃料切断减速事件，
[0022]确定输送至PCV系统的过量气体燃料量，以及
[0023]将气体燃料的流率降低与过量气体燃料量相应的量。
[0024]根据本发明的一个实施例，还包括:将过量气体燃料量存储在流体连接至PCV系统的净化筒中。
[0025]根据本发明的又一方面，提供了一种车辆，包括:
[0026]内燃发动机，内燃发动机包括经由流量控制阀流体连接至气体燃料源的PCV系统，以及
[0027]控制器，控制器具有可执行指令以响应于窜气流率小于PCV阀流率并且歧管真空度大于曲轴箱真空度将气体燃料从气体燃料源输送到内燃发动机的PCV系统。
[0028]根据本发明的一个实施例,气体燃料源流体连接至曲轴箱。
[0029]根据本发明的一个实施例，流量控制阀配置成以PCV阀流率与窜气流率之差的气体燃料流率输送气体燃料。
[0030]根据本发明的一个实施例，可执行指令进一步包括响应于歧管真空度下降至低于曲轴箱真空度而关闭流量控制阀。
[0031]应当理解的是，提供了以上综述来以简洁的形式介绍详细说明书中进一步描述的概念的选择。这并不意味着要确定所要求保护的主题的关键或必要技术特征。所要求保护的主题的范围仅由详细说明书之后的权利要求限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上述任何缺陷的实施方式，也不限于本发明的任何部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1示意性地示出了车辆系统的示例实施例。
[0033]图2示出了带有曲轴箱强制通风(PCV)系统的发动机的实例。
[0034]图3至图4示出了车辆系统的示例操作方法。
[0035]图5示出了车辆系统的示例时间线。
【具体实施方式】
[0036]在车辆的推进系统中，由空气阻力所造成的功率损耗与气体或液体(部件在其中转动)的密度成正比。因此，通过降低箱体中包围变速器、电动马达或发电机的气体的密度能够减小由空气阻力造成的功率损耗。
[0037]在旋转过程中，部件之间的相互摩擦产生大量热量。为了防止发动机过热，可以将这些热量从部件去除并转移到其他地方。这可以通过操作过程中的冷却系统或者车辆的运动在部件与冷却器气体接触时实现，冷却器气体从该系统中吸收热量并且将热量转移到大气中或舱内。因此，虽然在无空气真空或低压箱体中大大减小了功率损耗，但冷却效果会降低或消失，从而导致发动机退化。因此，在确定变速器、马达和发电机箱体内的压力时，空气阻力减轻需要平衡空气阻力造成的功率损耗与期望的冷却效果。
[0038]刚性箱体(例如，发电机曲轴箱)内的密度以及因此造成的阻力是箱体内气体的质量以及所包含气体的分子特性的函数。在标准温度和压力下，环境空气的密度大约是1.2kg/m,而甲烷的密度约为0.66kg/m。因此，通过用大量的甲烷气体或者环境空气与甲烷的气体混合物替代发动机曲轴箱强制通风(PCV)系统或包含旋转部件的曲轴箱内的环境空气可以降低气体的密度，因此降低由阻力造成的功率损耗。
[0039]压缩天然气(CNG)发动机可以使用包含用于燃烧的大量甲烷气体的燃料源来操作。因此，在CNG发动机内，一定量甲烷可以被输送到PCV系统而不添加额外的甲烷源。此夕卜，在CNG发动机内，在吸收了发动机曲轴箱中的大量热量之后从发动机PCV系统中排出的甲烷可以被循环到发动机燃料管线以供燃烧，从而将燃料损耗减到最小。
[0040]在一个实施例中，在此公开的系统可用于具有发电机/马达和CNG发动机的混合动力车辆推进系统中。其他实施例可以包括只具有发动机的推进系统和/或不基于CNG操作。在非CNG发动机的实施例中，可通过单独的CNG源罐将CNG提供给发动机PCV系统。在这些实施例中，CNG可以被输送到发动机PCV系统的进气口用于燃烧或者可以从车辆排出。非CNG发动机的又一个实施例可以具有用于使CNG循环通过发动机PCV系统和冷却系统的封闭的CNG回路。在只具有发动机的推进系统中，CNG可以被提供给发动机PCV系统。
[0041]图1示意性地示出了示例车辆系统100的俯视图。车辆系统100包括车身103，该车身103具有标记为“前”的前端和标记为“后”的后端。车辆系统100可以包括多个车轮136。例如，如图1所示，车辆系统100可以包括邻近车辆的前端的第一对车轮和邻近车辆的后端的第二对车轮。
[0042]车辆系统100包括燃料燃烧发动机110和马达120。发动机110可以同时包括内燃发动机110和电动马达120。马达120可以配置成利用或消耗与发动机110不同的能量源。例如，发动机110可消耗液体燃料(例如，汽油)或气体燃料(例如，天然气、甲烷)以产生发动机输出，而马达120可消耗电能以产生马达输出。因此，具有如图1所示的推进系统的车辆可以被称为混合动力车辆(HEV)。然而，在其他实施例中，车辆系统可包括非混合动力车辆。
[0043]车辆系统100可以响应于操作者输入以及操作状态以各种不同的模式操作。这些模式可以选择性地启用、停用推进系统，或者将推进系统连接至马达120、发电机160、发动机110或它们的一些组合。例如，在选择的操作状态下，如线122所示，马达120可以通过驱动轮136来驱动车辆，而发动机110被停用。
[0044]在可选操作状态下，发动机110可以被设置为停用状态(如上文所述)，而马达120可以操作以给能量储存装置150充电。例如，如线122所示，马达120能够接收驱动轮136的车轮扭矩，其中，发电机160可以将车辆的动能转化为电能并存储于能量储存装置150中，如线162所示。该操作被称为车辆的再生制动。在一些实施例中，马达120和发电机160可以是单独实体，诸如具有发电性能的马达。
[0045]发动机110具有在曲轴箱内运动的旋转和往复运动部件。从传统意义上讲，旋转和往复运动部件都在充满空气的封闭空间(例如，曲轴箱)内，并因此经受由空气阻力造成的效率损失。大气的密度约为1.24加3，而甲烷的密度为0.664加3，因此在甲烷填充的封闭空间内由阻力所造成的能量损耗更低。因此，在一个实施例中，可以将燃料箱144中的包括压缩天然气((1?)或甲烷的气体燃料提供给发动机110的系统116。甲烷可通过燃料管线104从燃料箱144提供给系统116。燃料箱144也可通过燃料管线142将燃料提供给发动机110直接用于燃烧。在一些实施例中，发动机曲轴箱可以被密封以防止甲烷漏出，并且可以形成压力真空。
[0046]流量控制阀151可以控制进入系统116的气体燃料的流率。响应于一个或多个传感器119的输入和/或基于发动机操作状态，可以由控制系统190通过流量控制阀151来控制气体燃料流率。作为一个实例，传感器119可以监测发动机110内的温度、压力和/或氧含量。流量控制阀151下游的额外传感器可以监测燃料管线104中的气体燃料流率。阀151也可以响应于管线104内的压力，以便维持压力使得最少的空气泄漏到发动机110内。
[0047]在又一操作状态下，发动机110可以通过燃烧从燃料系统140接收的燃料来操作，如燃料管线142所示。例如，发动机110可以被操作以通过驱动轮136来驱动车辆，如线109所示，而马达120被停用。在其他操作状态下，发动机110和马达120均可被操作以通过驱动轮136驱动车辆，分别如线109和122所示。这种发动机和马达均可以选择性地驱动车辆的配置被称为并联式车辆推进系统。注意，在一些实施例中，马达120可以通过第一组驱动轮来驱动车辆，而发动机110可以通过第二组驱动轮136来驱动车辆。
[0048]在其他实施例中，车辆系统100的推进系统可以配置为串联式车辆推进系统，其中，发动机不直接驱动驱动轮。相反，发动机110可被操作以驱动马达120，而马达120可转而通过驱动轮136来驱动车辆，如线122所示。例如，在选择的操作状态下，发动机110可以驱动发电机160，发电机160可转而为一个或多个马达120提供电能(如线115所示)，或者为能量储存装置150提供电能(如线162所示)。
[0049]作为另一个实例，发动机110可被操作以驱动马达120，马达120可转而提供发电机功能以将发动机输出转化为电能，其中，电能可以被储存在能量储存装置150中，用于马达以后使用。能量储存装置150的实施例可以例如包括一个或多个可再充电电池、燃料电池和/或电容器。在这些实例中，电能可以被暂时转化成化学能或者势能储存。车辆推进系统可以配置成响应于操作状态而在上述两个以上的操作模式之间转换。
[0050]在一些实施例中，能量储存装置150可以配置成存储电能，这些电能可以供应给车上的其他电力负载(除了马达)，其他电力负载包括舱内暖气和空调、发动机启动装置、车头灯以及舱内音频视频系统等。
[0051]燃料系统140可以包括用于在车辆上存储燃料的一个或多个燃料存储罐144。例如，燃料罐144可以存储压缩天然气((1^)燃料源，诸如甲烷气体。其他实施例可以具有存储在燃料罐144中的第一气体燃料源和存储在额外的燃料罐中的第二液体燃料源。在这些实施例中，气体燃料源可以连接到发动机110并且液体燃料源可以连接到发动机110。在一些实例中，燃料可以作为两种或多种不同燃料的混合物存储在车辆上。液体燃料源可以配置成存储汽油和乙醇的混合物(例如，￡10385等)或者是汽油和甲醇的混合物(例如，110、185^)0气体燃料源可以是甲烷、氢气、氧气或一氧化碳的混合物。燃料或燃料混合物可以被输送到发动机110，如燃料管线142所示。其他适合的燃料及燃料混合物也可供应给发动机110，它们可以在发动机中燃烧以产生发动机输出。发动机输出可以用于驱动车辆(如线109所示)或通过马达120或发电机160给能量储存装置150再充电。
[0052]来自燃料管线104和142的气体燃料也可以通过三通阀154和156分别引导至净化筒158。作为一个实例，净化筒158可以填充有适当的吸附剂来暂时捕获燃料蒸气(包括蒸发的碳氢化合物在一个实例中，使用的吸附剂是活性炭。在车辆操作过程中，例如，当停止向系统116和/或发动机110输送气体燃料时，燃料管线104和/或142中的气体燃料可以分别引导至净化筒158用于储存。例如，当发电机110关闭时或在燃料关闭减速(01^30)期间，可以停止向发动机110输送气体燃料。在停止向系统116和发动机110输送气体燃料时，通过将燃料管线104和142中的剩余气体燃料引导至净化筒158，可以减少排放到大气中的燃料蒸气。
[0053]三通阀155可以响应于操作状态并且可以将净化筒158连接至燃料管线142或系统116。作为一个实例，当净化筒中有足够的气压时，气体燃料可以通过三通阀155被输送到燃料管线142用于发动机燃烧或输送到系统116。例如，如果净化筒158中的压力大于？…系统中的压力，则三通阀可以将净化筒158流体连接至？…系统116。当气体燃料没有被输送到？…系统116时，三通阀155可以将净化筒158连接至燃料管线142。因此当发动机停止操作时，燃料可以存储在净化筒158中以用于随后在发动机操作时燃烧。净化筒158可以提供压力差以加速燃料进入燃料管线104和142。因此，三通阀155可以响应于净化筒158中的压力，如果没有足够压力去加速燃料从净化筒158进入燃料管线104和/或142，三通阀155可关闭，使得气体燃料可以存储于净化筒158中直至罐内累积了足够压力。三通阀155可由控制系统190来控制。
[0054]控制系统190可以与发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存装置150以及发电机160中的一个或多个通信。控制系统190可以从发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存装置150、变速器148以及发电机160中的一个或多个接收感测的反馈信息。而且，控制系统190可以响应于该感测的反馈而发送控制信号至发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存装置150以及发电机160中的一个或多个。控制系统190可以从车辆驾驶员132接收车辆推进系统的输出要求的指示。例如，控制系统190可以从与踏板130通信的踏板位置⑴?)传感器134接收感测的反馈。踏板130可以示意性地指刹车踏板和/或加速器踏板。
[0055]能量储存装置150可以从车辆外部(例如，并非车辆的一部分)的电源180处定期地接收电能，如线184所示。作为非限制实例，车辆系统100的推进系统可配置为插入式混合动力车辆(册”，其中，电能可经由电能传输线缆182从电源180供应给能量储存装置150。在从电源180为能量储存装置150再充电的操作过程中，电能传输线缆182可电连接能量储存装置150和电源180。在操作车辆推进系统以驱动车辆时，电能传输线缆182可使电源180和能量储存装置150之间的连接断开。控制系统190可以识别和/或控制存储在能量储存装置中的电能的量，这可被称为荷电状态(300。
[0056]在其他实施例中，电能传输线缆182可以省略，其中，能量储存装置150可以从电源180无线地接收电能。例如，电能储存装置150可以通过电磁感应、无线电波以及电磁共振中的一种或多种从电源180接收电能。因此，应当理解，任何合适的方法均可以用于从电源给能量储存装置150再充电，该电源不包括车辆的部分。通过这种方式，马达120可通过利用不同于发动机110所用的燃料的能源来驱动车辆。
[0057]燃料系统140可以从车辆外部的燃料源定期地接收燃料。作为非限制性实例，车辆系统100的推进系统可以通过燃料分配装置(未示出)接收燃料来加燃料。在一些实施例中，燃料罐144可以配置成存储从燃料分配装置接收的燃料，直到该燃料被供给发动机110用于燃烧。在一些实施例中，控制系统190可以通过燃料液位传感器接收存储在燃料罐144中的燃料的液位的指示。燃料罐144中存储的燃料的液位(例如，由燃料液位传感器所识别的)可以被传达给车辆驾驶员，例如，通过燃料计或指示灯。
[0058]这种插入式混合动力车辆(如参照车辆系统100的推进系统所描述的)可以配置成利用从不是车辆的一部分的电源定期地接收的二级形式能源(例如电能)。
[0059]应该理解，虽然图1示出了插入式混合动力车辆，但是在其他实例中，车辆系统100可以是不带插入部件的混合动力车辆系统。此外，在其他实例中，车辆系统100可以不是混合动力车辆而是带有其他推进机制的另一种类型的车辆，例如，具有汽油发动机或者
发动机(可以包括或不包括其他推进系统)的车辆。
[0060]现在参照图2，其示出了通常表示为110的多汽缸发动机的示例配置，多汽缸发动机可以包括在汽车的推进系统中。发动机110可以至少部分地由包括控制器48的车辆控制系统190以及车辆驾驶员132通过输入装置130的输入所控制。在该实例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号？？的踏板位置传感器134。
[0061]发动机110可以包括发动机缸体的下部，通常表示为26，发动机缸体的下部26可以包括包围曲轴30的曲轴箱28。曲轴箱28含有气体并且可以包括油槽32，油槽32也称为油井，保存位于曲轴30的下方的发动机润滑剂(例如，机油注油口 29可以设置在曲轴箱28中，这样，机油可以供给油槽32。注油口 29可以包括油盖33以在发动机操作时密封注油口 29。油尺管37也可以设置在曲轴箱28内，并且可以包括用于测量油槽32中的油位的油尺35。此外，曲轴箱28可以包括多个其他孔，这些孔服务于曲轴箱28内的部件。曲轴箱28中的这些孔可在发动机操作期间保持关闭，从而使得曲轴箱通风系统(下面所描述的)可在发动机操作期间操作。
[0062]发动机缸体26的上部可以包括燃烧室(例如，汽缸04。燃烧室34可以包括燃烧室壁36与定位在其中的活塞38。活塞38可以连接至曲轴30，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。燃烧室34可以从燃料喷射器(未示出)接收燃料并且由位于节气门44的下游的进气歧管42吸入空气。发动机缸体26还可以包括发动机冷却剂温度(￡0传感器46，其输入到控制器48 (在下文中会更详细地描述)。
[0063]例如，节气门44可以设置在发动机进气口中以控制进入进气歧管42的气流，并且可以位于上游的压缩机50以及紧随压缩机50的升压空气冷却器52之后。压缩机50可以将进气压缩至发动机110，从而增强了进气压力和密度，从而提供了升压的发动机条件(例如，歧管气压 ? 大气压)，例如，在增大的发动机负荷期间。空气过滤器54可以设置在压缩机50的上游并且可过滤进入进气通道56的新鲜空气。
[0064]燃烧排气经由涡轮机62上游的排气通道60排出燃烧室34。排气传感器64可以沿着涡轮机62上游的排气通道60设置。涡轮机62可以配备有将其旁路的废气旁通阀，并且涡轮机62可以通过排气在其中的流动来驱动。此外，涡轮机62可通过共用轴(未示出)机械地连接至压缩机50，使得涡轮机62的旋转可以驱动压缩机50。传感器64可以是提供排气的空/燃比的指示的合适的传感器，诸如线性氧传感器或宽域或宽范围排气氧传感器⑴￡60)、双态氧传感器或排气氧传感器(￡60)、加热的氮氧化物0)(?)、碳氢化合物￠10或一氧化碳(⑶)传感器。排气传感器64可以与控制器48相连接。
[0065]在图2的实例中，曲轴箱强制通风系统116连接至发动机新鲜空气进气口12，从而使得曲轴箱28中的气体可以以可控的方式进行排放。在发动机正常操作期间，燃烧室34中的气体可以经活塞逸出。这些窜气可以包括未燃烧燃料、燃烧产物以及空气。此夕卜，窜气会稀释并污染机油，从而对发动机部件造成腐蚀并且造成污泥累积，降低机油的保护和润滑性能。当发动机高速操作时，窜气会增加曲轴箱的压力，使机油可以从密封的发动机表面漏出。？⑶系统116可以有助于以可控的方式从发动机曲轴箱排出并去除窜气，从而减轻窜气的这些不良影响，并且可以将这些窜气与发动机进气流结合使得它们可以在发动机内燃烧。通过重新将窜气引入发动机进气口，系统116还通过阻止窜气排至大气而帮助减少发动机排出物。
[0066]系统116包括阀78，？^阀78流体连接至发动机曲轴箱28。作为一个实例，阀78可以连接至发动机中的阀盖，这可以允许？…系统从发动机抽出窜气的同时减少从曲轴箱内夹带出的机油量。阀78也可流体连接至发动机进气歧管42。阀的气体流率随着发动机的状况(诸如发动机的转速和负荷)的改变而改变，并且阀78可以被校准以用于特定的发动机应用，其中阀的气体流率可以随操作状态变化而进行调整。作为一个实例，当发动机关闭时，？…阀会关闭并且没有气体可以流过？…阀78。当发动机处于怠速或低速运转时，或在进气歧管真空度相对较高的减速期间，阀78会稍微打开，允许受限的阀的气体流率。在发动机转速或负荷高于怠速时，进气歧管真空度可以降低，并且阀78可允许更高的阀气体流率。阀78可以包括常规的阀或者推拉式阀。
[0067]在无升压条件下(当进气歧管压力(1八?)小于大气压出?)时)，？”系统116通过通气装置或曲轴箱通风(排气)管74使空气吸入曲轴箱28内。曲轴箱通风管74的第一端101可机械地连接或连接至压缩机50上游的新鲜空气进气口 12。在一些实例中，曲轴箱通风管74的第一端101可在空气过滤器54(如图所示)的下游连接至新鲜空气进气口 12。在其他实例中，曲轴箱通风管可在空气过滤器54的上游连接至新鲜空气进气口 12。在又另一实例中，曲轴箱通风管可连接至空气过滤器54。曲轴箱通风管74的与第一端101相对的第二端102可以通过油气分离器81机械地连接或连接至曲轴箱28。
[0068]在一些实施例中，曲轴箱通风管74可以包括连接在其中的压力传感器61。压力传感器61可以是绝对压力传感器或压力表传感器(职1186 8611801-) 0 一个或多个额外的压力和/或流量传感器可以在可选位置处连接至？…系统116。例如，大气压传感器出？传感器)51可以在空气过滤器54的上游连接至进气通道56，用于提供大气压出?)的估值。在压力传感器61被配置为压力表传感器的一个实例中，8？传感器51可与压力传感器61结合使用。在一些实施例中，压缩机入口压力((^?)传感器58可以连接在空气过滤器54下游以及压缩机50上游的进气通道56中以提供压缩机入口压力((^?)的估值。
[0069]在无升压条件下，？…系统116将空气排出曲轴箱并且使空气通过导管76进入进气歧管42。在一些实例中，导管76可以包括单向阀78，以在连接到进气歧管42之前提供曲轴箱28内部的气体的持续排出。在一个实施例中，阀78可以响应于它两端的压降(或通过它的流率)而改变其流量限制。然而，在其他实例中，导管76可以不包括单向阀。在其他实例中，阀可以是由控制器48控制的电子控制阀。应当理解，如本文所使用的，流指的是从曲轴箱通过导管76流入进气歧管42的气体流。作为一个实例，使用已知的方法，流可由燃料(例如，气体燃料)喷射速率、发动机进气口中的空/燃比以及通过排气传感器64的排气氧含量来确定。
[0070]如本文所使用的，？⑶回流指的是从进气歧管42通过导管76流到曲轴箱28的气体流。当进气歧管压力比曲轴箱压力高时(例如，在升压发动机操作期间)，可能会发生？…回流。在一些实例中，？…系统116可以配备有止回阀，其用于防止？…回流。应当理解，虽然所描述的实例示出了作为被动阀的？⑶阀78，但这并不意味着限制，并且在可选实施例中，？…阀78可以为电子控制阀(例如，动力控制模块$(?)控制阀)，其中，控制系统190的控制器48可以通过命令信号来将阀的位置从打开位置(或高流量位置)改变为关闭位置(或低流量位置)，反之亦然，或者将其置于两个位置之间的任何位置。
[0071〕 在升压条件期间(当嫩？大于8？时)，气体从曲轴箱流出，通过油气分离器81，进入新鲜空气进气口 12，并最终进入燃烧室34。该过程可以以不新鲜空气的方式完成，其中进气歧管空气不进入曲轴箱28，或者以曲轴箱强制通风的方式完成，其中一些歧管空气以计量的方式进入曲轴箱28。
[0072]当发动机在轻载环境下操作且其节气门开度为中等时，进气歧管气压可小于曲轴箱气压。压力较低的进气歧管42将新鲜空气向其吸引，将空气从曲轴箱通风管74通过曲轴箱(此处，其稀释燃烧气体并与燃烧气体混合)抽出，再经由？…导管76离开曲轴箱，通过？⑶阀78，并进入进气歧管42。然而，在诸如重负载的其他条件或升压条件下，进气歧管气压可大于曲轴箱气压。因此，进气可经过导管76进入曲轴箱28。
[0073]曲轴箱28中的气体可以包括未燃烧的燃料、未燃烧的空气、以及完全或部分燃烧的气体。另外，还可存在润滑剂油雾。因此，各种油气分离器可包含于强制？…系统116中，以减少曲轴箱28中的油雾通过？…系统116排出。例如，导管76可包括单向油气分离器80，在从曲轴箱28离开的蒸气再次进入进气歧管42之前，油气分离器80将机油从该蒸气中过滤掉。另一油气分离器81可设置于曲轴箱通风管74，以便在升压操作过程中，去除离开曲轴箱的气流中的机油。此外，在一些实施例中，导管76还可以包括连接至系统116的真空传感器84。
[0074]图2中将控制器48示出为微型计算机，其包括微处理器单元108、输入/输出装置(1/0) 111、在该特定实例中示出为只读存储器芯片￠01) 112的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器14、保活存储器0^1)117以及数据总线。控制器48可以接收来自连接至发动机110的各种传感器119的各种信号，来自温度传感器46的发动机冷却剂温度(￡0 ；来自压力传感器86的进气歧管压力(嫩?)的测量值；来自压力传感器87的曲轴箱压力的测量值；来自8？传感器51的气压的测量值；来自排气传感器64的排气空/燃比；以及下面所描述的其它？…诊断传感器。存储介质只读存储器112可以用计算机可读数据进行编程，计算机可读数据表示可由处理器(⑶⑴108执行的指令，以执行下文所描述的方法，以及所预期但未具体列出的其他变化。
[0075]在一定条件下，通过？…系统116中的各种传感器可以对？…系统116进行监测。在一些实施例中，多个绝对传感器(例如，大气压传感器(89)51^压缩机入口压力传感器(01^)58和/或曲轴箱通风管74中的压力传感器61可以结合使用以监测系统压力。例如，在一些方法中，大气压传感器51、压缩机入口传感器58以及通气管74中的压力传感器61都可用于监测系统压力。
[0076]在可选实施例中，可以使用嫩？和压缩机入口压力似?)和/或薩3和曲轴箱压力而不是用嫩？和8？来确定发动机何时升压或不升压。例如，当嫩？小于01？时，发动机不升压。在另一个实例中，当鮮大于01？或曲轴箱压力时，发动机可能会升压。
[0077]如上对于图1所述，气体燃料(诸如甲烷)可从燃料箱144经燃料管线104中的气体燃料流量控制阀151被输送到系统116。如图2的实例中所示，气体燃料可被输送到？…系统116的空气流入管线，诸如曲轴箱通风管74。将气体燃料(诸如甲烷)输送到系统和包含有转动部件的曲轴箱可降低箱体内的空气的量，并且以密度较低的气体替换空气。密度较低的气体可使得运动部件所受的摩擦和阻力减小，使其工作温度更低，且工作效率更高。例如，甲烷气体的密度和粘度比空气低，因此部分地或完全地以甲烷气体替换空气有助于降低因空气阻力造成的发动机摩擦，同时保持发动机冷却性能。
[0078]此外，燃料点燃可能会导致发动机部件的劣化。因为甲烷在有限的空/燃比窗口(例如，空气中有5?15%的甲烷)内是可燃的，所以，与其他密度较低的燃料(诸如氢气)相比，甲烷为发动机操作提供了更广范围的空/燃比。可燃性阈值也可以对压力作出响应，从而使得期望的压力可以是由甲烷注入引起的空/燃比以及通过甲烷注入的增加的量实现的系统内的压力的函数。
[0079]通过这种方式，车辆系统可包括内燃发动机，该内燃发动机包括通过流量控制阀流体连接至气体燃料源的系统。气体燃料源可流体连接至系统的空气流入管线，并且流量控制阀可配置成控制流入系统的气体燃料的流量。此外，车辆系统可进一步包括流体连接至系统的净化筒，其中该净化筒流体连接至燃料管线。另外，气体燃料源可包括甲烷，并且气体燃料粘度可以低于空气的粘度。
[0080]通过这种方式，车辆可包括内燃发动机，该内燃发动机包括通过流量控制阀流体连接至气体燃料源的系统，并且还包括控制器，该控制器具有可执行指令以响应于窜气流率小于阀流率以及歧管真空度大于曲轴箱真空度，将气体燃料从气体燃料源输送到内燃发动机的系统。气体燃料源可流体连接至系统的空气入口管线或直接连接至曲轴箱，并且流量控制阀可配置成以阀流率与窜气流率之差的气体燃料流率来输送气体燃料。此外，该可执行指令可进一步包括响应于歧管真空降至曲轴箱真空以下而关闭流量控制阀。
[0081]现在参见图3，其示出了高级程序300，高级程序300用于操作车辆的推进系统，诸如图1中所示的车辆系统100的推进系统。程序300可以在发动机运行时执行，例如，通过控制系统190，并且随后可重复执行程序300，以确定推进系统的操作模式。
[0082]程序300可开始于310，其中，确定车辆操作状态，诸如发动机操作状态(￡00、扭矩(巧)、车速08)、电池荷电状态(300等。程序300继续进行至320，其中，确定发动机是否停止。例如，在混合动力车辆中，当车速低于阈值车速时，诸如在交通拥堵环境下，或当车辆停止或停车时，发动机可以停止。
[0083]在320处，如果发动机在运行中，则程序300继续进行至330，其中，确定曲轴箱的压力条件是否满足。在一个实例中，如果歧管真空度大于曲轴箱中的真空度，则曲轴箱的压力条件可以满足。如果进气歧管真空度小于曲轴箱真空度，则送往曲轴箱或曲轴箱入口的
窜气和气体燃料不会被输送到发动机进气口。进气歧管真空度可以通过位于或接近进气歧管的压力传感器(诸如导管中的真空传感器84)进行测量和/或通过进气压力传感器86测量。此外，曲轴箱压力或曲轴箱真空度可以通过设置在曲轴箱处的压力传感器或真空传感器来测量，诸如压力传感器87。
[0084]与进气歧管真空度大于曲轴箱真空度的情况相比，当进气歧管真空度小于曲轴箱真空度时，气体燃料到发动机曲轴箱28的输送不能得到可靠控制。例如，当进气歧管真空度小于曲轴箱真空度时，歧管真空度可能不够高，以至于无法将气体燃料和？?气体吸进发动机曲轴箱。因此，如果进气歧管真空度小于曲轴箱真空度(例如，进气歧管压力大于曲轴箱压力)，则曲轴箱的压力条件得不到满足。
[0085]在另一个实例中，如果曲轴箱压力小于曲轴箱压力上限阈值，则曲轴箱压力条件可以得到满足。如果曲轴箱压力高于曲轴箱压力上限阈值，则将气体燃料输送到曲轴箱会过度加压于油盘和阀盖油密封垫。因此，如果曲轴箱压力高于曲轴箱压力上限阈值，则曲轴箱的压力条件不满足。基于曲轴箱设计、发动机操作状态、油密封垫等可以预先确定曲轴箱压力上限阈值。
[0086]如果在330曲轴箱压力条件得到满足，则程序300继续进行至340，其中，确定阀流率是否小于或等于窜气流率(?])。可以从发动机操作状态确定，诸如燃料喷射速率、进气空/燃比以及排气氧传感器。例如，该排气氧传感器可指示燃料和空气在发动机内燃烧的速率，并且通过燃料喷射速率和进气空/燃比可提供输送到发动机的燃料和空气的流率。因此，在一个实例中，％，可以从输送到发动机的燃料和空气的流率与燃料和空气在发动机内燃烧的速率之差推测出。可以是基于发动机设计、发动机磨损和发动机操作状态(诸如发动机速度、负荷等)计算出的流率。例如，与较新的发动机相比，带有明显磨损的发动机的可能较大，而当发动机速度和负荷增大时，会增大。的计算以及仏㈣的确定可通过控制系统190来执行。
[0087]如果在340处％，大于，则程序300继续进行至350，其中，至？…系统116的气体燃料流量控制阀151被打开，以将气体燃料(例如，甲烷)引导至系统116。如图2所示，气体燃料可通过气体燃料流量控制阀151和燃料管线104被引导至？⑶系统116。在一个实例中，来自燃料管线104的气体燃料可以被引导至空气流入管线，诸如？?系统116的曲轴箱通风管74。在另一实例中，来自燃料管线104的气体燃料可以被引导至？…系统116的曲轴箱28。例如，相比于较低的发动机负荷和较低的发动机转速，当发动机负荷和转速都较高时，窜气气流较高，窜气气流可以通过导管76和曲轴箱通风管74流出曲轴箱28。因此，在曲轴箱28处(或位置非常接近曲轴箱28的曲轴箱通风管74处)从燃料管线104注入气体燃料使气体燃料能够在进入进气系统燃烧前到达曲轴箱以提高发动机部件的润滑作用并减少摩擦。
[0088]接下来，程序300继续进行至360，其中，通过设置气体燃料流量控制阀151使得0气体燃料—08-8， 控制系统190对气体燃料流率进行控制。图4示出了用于车辆系统100的示程序序400，程序400用于控制至系统116的气体燃料流率。程序400开始于410，其中，估计和/或测量车辆操作状态，诸如发动机操作状态(￡00、扭矩(?)、车速08)、电池荷电状态(300等。程序400继续进行至420，其中，确定在一个实例中，如上所述，可以基于燃料喷射速率、进气空/燃比和排气氧传感器来确定0謂。此外，可以使用额外的发动机操作状态来确定
[0089]程序400继续进行至430，其中，计算如上所述，可以是基于发动机设计、发动机磨损和发动机操作状态(诸如发动机转速、负荷等)计算出的流率。在另一个实例中，可以使用发动机操作状态的组合从控制系统190中的预定模型计算出来。
[0090]接下来，程序400继续进行至440，其中，气体燃料流量控制阀由控制器48设置，使得因此，控制器48可以部分或完全地打开或关闭气体燃料流量控制阀151，以将气体燃料(诸如甲烷)输送到系统116，从而补充阀流率与窜气流率之间的差。在440之后，程序400继续进行至448，其中，确定事件是否刚刚发生。如果事件刚刚发生，则程序400继续进行至456。如果事件没有发生，则程序400继续进行至450。
[0091]在450处，程序确定空/燃比(八作)是否比期望的空/燃比(八/巧―)小。V？讀4可能基于发动机操作状态，诸如发动机转速和负荷、燃料喷射速率、净化筒的净化流、所发现的燃料(从机油中以气体脱出的燃料)、至？⑶系统的气体燃料流、再循环的窜气等，以保持燃料的经济性并减少排放。对流入系统的气体燃料流进行估计和控制可以有助于估计和控制V？。例如，脉冲宽度的特性和螺线管气体燃料流量控制阀151的压降可以有助于估计流入系统的气体燃料流对V？的贡献。V？可使用进气和/或排气氧传感器来测量。在一个实例中，如果计算出的比实际窜气流率低，那么V？可以比八/?難小，且0气体燃料大于头际值。在该头例中，较闻的0气体燃料可导致八/口比八/口期望值小。程序从450继续进行至458，保持(不降低)0气体燃料，例如，独立于V？-八作期難以及0謂的值。
[0092]如果V？比小，或者如果事件刚刚发生，那么程序400继续从450进行至456，其中，0气体燃料降低。在450处0气術謝降低的量取决于V？和V。望值之差以及^厂08-8。例如，0气体燃料可以降低一定量，该量与八/口-八/?期望值成比例，并且与0謂為-8成比例。可以使用降低的其他方法，包括停止^#腿。在事件之后停止料可有助于使车辆减速，因为气体燃料将不再提供润滑也不再减少发动机部件的摩擦，并且发动机内的摩擦可能会增加。作为另一实例，在事件即将发生前，在发动机预期到事件而执行扭矩管理期间，可将关闭，这可允许曲轴箱中的剩余气体燃料更及时地净化或燃烧。在执行程序400时，控制系统190可获得至系统116的气体燃料流率，以将V？保持在并设置如果在450处或在456之后V？不比八/？期望值小，则程序400将在360处返回程序300。在360处返回程序300，在360之后，程序300结束。可选地，如果程序400确定了 0？30事件刚刚发生，那么可以根据输送到系统116的气体燃料的多余的量降低，例如，在曲轴箱通风管74处。在0？30事件发生后，输送到系统116的气体燃料的多余的量可以与成比例。
[0093]返回到程序300的320、330和340，如果在320处发动机停止，如果在330处曲轴箱的压力条件得不到满足，或者如果在340处0謂(则程序300继续进行至356。在356处，程序300关闭气体燃料流量控制阀151以停止向系统116输送气体燃料。接下来，程序300继续进行至366，其中，其可打开三通阀154以将燃料管线104中的气体燃料引导到净化筒158，用于存储。取决于车辆操作状态，可以将存储在净化筒158中的气体燃料经由三通阀155引导至发动机110以供燃烧，或引导至？…系统116。例如，如果净化筒压力大于系统压力，则可通过控制系统190使存储在净化筒158中的气体燃料经由三通阀155被引导至？…系统116。净化筒压力可以包括在那里的压力传感器，其用于确定净化筒压力以及将上述净化筒压力传达给控制系统190。系统压力可以例如通过压力传感器86或安装在系统116中(诸如曲轴箱28处或曲轴箱通风管74中)的压力传感器来指不。在366之后，程序300结束。
[0094]通过这种方式，一种方法可以包括响应于窜气流率小于阀流率而将气体燃料从气体燃料源输送到发动机的系统。该方法可以进一步包括仅在歧管真空度大于曲轴箱真空度时响应于窜气流率下降到阀流率以下而开始将气体燃料从气体燃料源输送至系统，曲轴箱真空度随发动机转速的增加而增大。可以以？⑶阀流率与窜气流率的差值的流率输送气体燃料。该方法可进一步包括，当发动机停止时，停止将气体燃料从气体燃料源输送至系统，并且该方法可以进一步包括，当歧管真空度低于曲轴箱真空度时，停止将气体燃料从气体燃料源输送至系统。更进一步地，该方法可包括响应于空/燃比小于期望的空/燃比而降低气体燃料的流率。进一步地，该方法可以包括将气体燃料存储在流体连接至系统和气体燃料源的净化筒中。该方法可进一步包括，响应于窜气流率小于？…阀流率以及净化筒的压力大于？…空气进气管线压力而将气体燃料从净化筒引导至系统。更进一步地，该方法可以包括响应于燃料切断减速事件，确定输送到系统的过量的气体燃料量，以及将气体燃料的流率降低与过量的气体燃料量相应的量。更进一步地，该方法可包括将过量的气体燃料存储在流体连接至系统的净化筒中。
[0095]现在参见图5，其示出了用于操作车辆系统的示例时间线500。时间线500包括发动机状态502、进气歧管真空度522、气体流率532和气体燃料流量控制阀开度542、以及八/? 552的趋势线。同时，该图也示出了曲轴箱真空度514和
554的趋势线。
[0096]在时间之前，发动机状态502为关闭，进气歧管真空度522低于曲轴箱真空度514，气体燃料流量控制阀的开度542为0% (例如，关闭)，且532和0
全部为零。在时间，发动机状态从关闭变为开启，进气歧管真空度522上升至高于曲轴箱真空度514，并且0胃^—8 532大于零(例如，^^〉^)，从而满足第一条件。因此，控制系统190打开气体燃料流量控制阀151，并设置气体燃料流量控制阀的开度542，使得^#—534在时间与时间〖2之间等于％，為—8 532。因此，气体燃料(例如，甲烷气体)被输送到？⑶系统116，以帮助减少发动机曲轴箱中的摩擦损失同时冷却发动机。此夕卜，气体燃料可以以一流率被输送到系统116，该流率补充和之间的差值。更进一步地，气体燃料可经由气体燃料流量控制阀151被输送到空气流入管线，诸如？^系统116的曲轴箱通风管74。
[0097]在时间丨1之后且在时间丨2之前，V？ 552被确定为小于V？期811554。V？可以小于V？期望值，因为计算出来的可能小于实际窜气流率。此外，在0和〖2之间，第一条件仍然满足，因为进气歧管真空度522大于曲轴箱真空度514，发动机状态502为开启，并且大于零。因此，在时间〖2时，响应于V？小于^#—534被调低。
[0098]在时间13，进气歧管真空度522变得小于曲轴箱真空度514。这样，第一条件不再满足，且控制系统190关闭气体燃料控制阀开度542，从而停止将气体燃料输送到系统116。当进气歧管真空度522变为小于曲轴箱真空度514时，输送到曲轴箱通风管74的空气和气体燃料可能无法充分供给到曲轴箱28。
[0099]注意，此处所包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一同使用。本文所描述的具体程序可以代表许多处理策略中的一个或多个策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样地，处理的顺序不一定要求实现本文中描述的示例实施例的特征和优点，而是提供便于说明与描述。取决于所使用的具体策略，一个或多个示出的动作、操作和/或功能可反复进行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示代码，该代码被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中。
[0100]应理解，在本文中公开的配置和程序本质上是示例性的，且这些具体实施例不应以限制的意义来考虑，因为许多变化都是可能的。例如，上述技术可以应用于^6、1-4、1-6、乂-12、对置4型发动机以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各个系统和配置以及其他特征、功能和/或性能的全部新颖和非显而易见的组合及子组合。
[0101]以下权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或其等同。这样的权利要求应被理解为包括对一个或多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或两个以上这样的元件。通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求可以要求保护所公开的特征、功能、元件和/或性能的其他组合及子组合。这样的权利要求，在范围上无论是比原始权利要求更宽、更窄、等同或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。
【权利要求】
1.一种车辆系统,包括: 内燃发动机，所述内燃发动机包括经由流量控制阀流体连接至气体燃料源的PCV系统。
2.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，所述气体燃料源流体连接至所述PCV系统的空气流入管线，并且所述流量控制阀配置成控制流入所述PCV系统的气体燃料的流量。
3.根据权利要求1所述的车辆系统，还包括流体连接至所述PCV系统的净化筒。
4.根据权利要求3所述的车辆系统，其中，所述净化筒流体连接至燃料管线。
5.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，所述气体燃料源包括甲烷。
6.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，气体燃料粘度低于空气的粘度。
7.一种方法，包括: 响应于窜气流率小于PCV阀流率将气体燃料从气体燃料源输送到发动机的PCV系统。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括: 仅在歧管真空度大于曲轴箱真空度时响应于所述窜气流率降至所述PCV阀流率以下开始将气体燃料从所述气体燃料源输送至所述PCV系统，曲轴箱真空度随着发动机转速的增大而增大。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述气体燃料以所述PCV阀流率与所述窜气流率之差的流率进行输送。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括:当发动机停止时，停止将气体燃料从所述气体燃料源输送至所述PCV系统。
11.根据权利要求3所述的方法，还包括:当歧管真空度低于曲轴箱真空度时，停止将气体燃料从所述气体燃料源输送至所述PCV系统。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括:响应于空/燃比小于期望的空/燃比而降低气体燃料的流率。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括:将气体燃料存储在流体连接至所述PCV系统和所述气体燃料源的净化筒中。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括:响应于所述窜气流率小于所述PCV阀流率且净化筒压力大于PCV进气口管线压力，将气体燃料从所述净化筒引导至所述PCV系统。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括:响应于燃料切断减速事件， 确定输送至所述PCV系统的过量气体燃料量，以及 将所述气体燃料的流率降低与所述过量气体燃料量相应的量。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括:将所述过量气体燃料量存储在流体连接至所述PCV系统的净化筒中。
17.—种车辆，包括: 内燃发动机，所述内燃发动机包括经由流量控制阀流体连接至气体燃料源的PCV系统，以及 控制器，所述控制器具有可执行指令以响应于窜气流率小于PCV阀流率并且歧管真空度大于曲轴箱真空度将气体燃料从气体燃料源输送到所述内燃发动机的PCV系统。
18.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述气体燃料源流体连接至曲轴箱。
19.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述流量控制阀配置成以PCV阀流率与窜气流率之差的气体燃料流率输送所述气体燃料。
20.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述可执行指令进一步包括响应于所述歧管真空度下降至低于所述曲轴箱真空度而关闭所述流量控制阀。
【文档编号】F01M13/00GK104420935SQ201410433092
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】大卫·卡尔·比德纳 申请人:福特环球技术公司