测定曲轴箱破裂和油面高度的方法与流程

本公开内容涉及曲轴箱破裂检测。

背景和概述

发动机可以包括曲轴箱通风系统，以从曲轴箱排出气体并排入到发动机进气歧管，使曲轴箱内的气体排空，从而减少曲轴箱中各种发动机部件的衰退。

在某些条件下，曲轴箱通风系统可以被监控，以确定系统中的破裂。例如，新鲜空气软管(通气管)可能脱离，油嘴盖可能断开或松动，油尺可能错位，和/或曲轴箱通风系统中的其它密封件可能被破坏。在曲轴箱破裂后，包括在曲轴箱中的各种部件可发生衰退，或者气体可能不会适当地吸入发动机中以使其无害。

可应用各种方法来监控曲轴箱通风系统完整性。例如，可将压力传感器用于曲轴箱中，并且可以打开曲轴箱通气管中的阀，以便可以检测到曲轴箱中压力或真空度变化，从而确定系统中是否存在破裂。

在其它方法中，多种绝对传感器，例如，大气压力传感器(BP)、压缩机进气口压力传感器(CIP)、节气门进气口压力传感器(TIP)、歧管内空气压力传感器(MAP)和/或曲轴箱通风软管中的压力传感器等可以组合应用，以监控曲轴箱通风系统完整性。

然而，本文的发明人已经认识到这样的方法可能增加额外的硬件给这样的监控系统，例如，额外的传感器和阀，从而增加曲轴箱通风监控系统的成本和复杂性。另外，这些传感器中的一些可能未被充分利用，例如，曲轴箱压力传感器可能仅被用于曲轴箱破裂检测，从而限制这种传感器的价值。

因此，在一种方法中，为了至少部分地解决这些问题，提供了发动机方法。该方法包括基于共同的曲轴箱传感器指示曲轴箱通风系统衰退和曲轴箱油底壳油面高度。

以这种方式，同一传感器信息可用于曲轴箱破裂检测和油面高度测定。例如，曲轴箱压力传感器可以布置在曲轴箱油底壳中，以便在发动机运转期间将其浸入油中。在某些条件下，诸如当曲轴箱暴露于大气压时，压力传感器可输出主要(或者有时仅仅)与油底壳中的油相关的压力，其可以被转换成油面高度。然后，在其它条件下，诸如当曲轴箱被密封(例如，连接曲轴箱与大气的一个或多个阀被关闭)和压力或真空被施加给曲轴箱时，压力传感器可输出油底壳压力(由于液体表面以下的深度造成的压力)和曲轴箱气体压力之和。然后，可应用曲轴箱气体压力来确定曲轴箱破裂是否存在以及对其响应所采取的各种操作。

因此，在一个实例中，共同的曲轴箱传感器可同时用于检测曲轴箱破裂和用于检测油面高度。在这样做的时候，可以减少发动机硬件，降低成本和减小系统复杂性。此外，通过将压力传感器浸入发动机油中，可通过该油提供机械减振，减少压力信号的噪音并提高压力检测的精确度。

在另一实例中，用于发动机曲轴箱通风系统的方法包括：在第一条件期间基于曲轴箱压力传感器指示油面高度，和在第二条件期间基于曲轴箱压力传感器指示曲轴箱中的破裂和油面高度。

在另一实例中，第二条件包括一个或多个连接于曲轴箱的阀被关闭同时将压力施加给曲轴箱。

在另一实例中，第一条件包括曲轴箱处于大气压。

在另一实例中，该方法还包括如果曲轴箱压力不满足相对于阈值的预定条件，则指示曲轴箱破裂。

在另一实例中，该方法还包括如果测定的油面高度在阈值以下，则采取减缓操作以延迟油的损耗。

在另一实例中，发动机系统包括：曲轴箱通风系统——包括集油器；压力传感器——布置在集油器中并被配置成浸入在油中；和控制器——包括指示，以：在第一条件期间，基于压力传感器的输出测定集油器油面高度；和在第二条件期间，基于压力传感器的输出指示曲轴箱通风系统中的破裂。

在另一实例中，第一条件包括发动机停止运转。

在另一实例中，第二条件包括发动机正在运转和连接曲轴箱与大气的一个或多个阀处于关闭位置。

在另一实例中，控制器包括指示，以基于油密度和集油器面积将压力传感器的输出转换成集油器油面高度。

在另一实例中，如果通过压力传感器输出确定的曲轴箱通风系统压力没有维持在应用压力，则指示破裂。

通过以下详细描述——单独进行或结合附图，本说明的上述优势和其它优势以及特征将显而易见。

应该理解，上面的概述被提供以简单化形式介绍概念的选择，该概念选择在详细描述中被进一步描述。其并不意图确定要求保护的主题的关键或实质特征，要求保护的主题的范围仅由所附权利要求限定。此外，要求保护的主题并不限于解决上文或在本公开内容的任意部分描述的任意缺点的实施方式。

附图简介

图1显示根据本公开内容的实施方式的部分发动机视图。

图2显示根据本公开内容的实施方式用于测定油面高度和曲轴箱压力的实例方法。

图3显示曲轴箱破裂和不破裂的压力传感器输出的实例。

图4显示根据本公开内容的实施方式用于通知操作人员曲轴箱破裂的实例方法。

详细描述

为了检测和响应曲轴箱破裂——其中曲轴箱蒸气可能通过未封盖的润滑剂加载口或解封的油尺泄露到大气中，例如，发动机曲轴箱可以包括传感器，诸如压力传感器。在曲轴箱与大气隔离并且压力或真空被施加给曲轴箱时的某些运转条件下，，可使用传感器来检测破裂。此外，如果曲轴箱传感器被浸入到油底壳中的油中，当曲轴箱压力与大气压或另外的参考压力平衡时，曲轴箱传感器也可以用作油面高度传感器。因此，单个传感器可用于检测破裂和测定油面高度。图1是发动机的图，该发动机包括浸入到发动机油中的曲轴箱传感器。图1的发动机还包括控制器，其可执行一个或多个控制程序，诸如图2和图4的方法。在破裂检测期间的实例压力传感器输出显示在图3中。

现在参考图1，其显示通常以10描述的多汽缸发动机的实例系统构造，该多汽缸发动机可以包括在汽车的驱动系统中。可以通过控制系统——包括控制器48——和通过车辆操作人员132经由输入装置130的输入，至少部分控制发动机10。在该实例中，输入装置130包括加速踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。

发动机10可以包括发动机汽缸体的下部，其通常以26表示，可以包括包围曲轴30的曲轴箱28。曲轴箱28包含气体并包括油底壳32，其还被称作集油器，容纳布置在曲轴下方的发动机润滑剂(例如，油)。加油口29可以布置在曲轴箱28中，以便可以供应油给油底壳32。加油口29可以包括油嘴盖33，以在发动机处于运转状态时密封加油口29。油尺管37也可以布置在曲轴箱28中，并可以包括油尺35——用于测量油底壳32中的油面高度。另外，曲轴箱28可以包括多个其它的孔，用于检修曲轴箱28中的部件。曲轴箱28中的这些孔可以在发动机运转期间保持关闭，以便曲轴箱通风系统(下面描述的)可以在发动机运转期间进行运转。

发动机汽缸体26的上部可以包括燃烧室(即，汽缸)34。燃烧室34可以包括燃烧室壁36，并且活塞38布置在其中。活塞38可以连接于曲轴30，以便活塞的往复运动转换为曲轴的转动。燃烧室34可以接收来自燃料喷射器(未显示)的燃料和来自进气歧管42的进气，进气歧管42布置在节气门44下游。发动机汽缸体26还可以包括发动机冷却液温度(ECT)传感器46，其输入到发动机控制器48(在下文中更详细地描述)中。

节气门44可以布置在发动机进气口中，以控制进入进气歧管42的气流，并可以，例如被压缩机50，然后被增压空气冷却器52领先居于上游。空气滤清器54可以布置在压缩机50上游，并可以过滤进入进气道56的新鲜空气。

排气燃烧气体通过排气道60脱离燃烧室34，排气道60定位于涡轮62的上游。排气传感器64可以沿涡轮62上游的排气道60布置。涡轮62可以装配有将其绕过的废气门。传感器64可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽范围的排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热式EGO)、NOx、HC或CO传感器。排气传感器64可以与控制器48连接。

在图1的实例中，曲轴箱强制通风系统(PCV)16连接于发动机进气口，以便曲轴箱中的气体可以以受控的方式由曲轴箱排出。曲轴箱通风系统16通过通气孔或通气管74将空气吸到曲轴箱28中。通气管74可以连接于压缩机50上游的新鲜空气进气口12。在一些实例中，通气管可以连接于空气滤清器54下游的进气口12。在其它实例中，通气管可以连接于空气滤清器54。

在MAP(进气歧管42处的压力)低于CIP(新鲜空气进气口12处的压力)的情况下，曲轴箱通风系统将空气从曲轴箱排出并通过管道76排入到进气歧管42中，在一些实例中，管道76可以包括单向PCV阀78，以在连接于进气歧管42之前使气体从曲轴箱28内连续排空。在曲轴箱28处的压力(曲轴箱压力)大于由压力传感器61检测的压力的情况下，气体从曲轴箱流动经过油分离器81并进入新鲜空气进气口12，最终进入燃烧室34。这可以不流动空气方式进行，其中不使进气歧管空气进入曲轴箱中，或者以曲轴箱强制通风方式进行，其中一些歧管内空气被计量进入曲轴箱中。然而，在其它实例中，管道76可不包括单向PCV阀。

可以设计其它系统用于单方向运转，其中曲轴箱气体仅通过单一路径离开通气管74进入发动机进气口。这些系统产生仅具有一个油分离器的益处。如图1的实例所示，PCV管道76可以包括单方向油分离器80，其在蒸气重新进入进气系统12之前从离开曲轴箱28的蒸气中过滤油。另一油分离器81可以布置在通气管74中，以从离开曲轴箱28的蒸气中过滤油。在一些实例中，PCV管道76还可以包括真空传感器，其连接于PCV系统。在一些实例中，通气管74中的气流可以以两个方向移动——从曲轴箱28向进气口12移动和/或从进气口12向曲轴箱28移动。此外，在一些实例中，在某些发动机运转条件下，例如在涡轮增压器应用中，气体可以以两个方向流动经过管道76——从曲轴箱28向进气歧管42流动和/或从进气歧管42向曲轴箱28流动。

虽然发动机在轻负荷和适度节气门开放下运行，但进气歧管空气压力可以小于曲轴箱空气压力。进气歧管的较低压力使新鲜空气吸向其中，拉动曲轴箱通气管74的空气经过曲轴箱(其中空气稀释并与燃烧气体混合)，通过PCV管道经过PCV阀从曲轴箱出来，并进入进气歧管。然而，在其它条件下，诸如重负荷或在加强的条件下，进气歧管空气压力可以大于曲轴箱空气压力。因此，进气可以移动经过PCV管道和进入曲轴箱。

控制器48作为微计算机显示在图1中，其包括微处理器单元108、输入/输出端口110、用于可执行程序和校准值的电子存储介质——其在该具体实例中显示为只读存储器芯片112、随机存取存储器114、保活存储器116和数据总线。控制器48可以接收来自与发动机10连接的各种传感器的各种信号、来自温度传感器46的发动机冷却液温度(ECT)；来自排气传感器64的排气空气/燃料比；和下面描述的其它PCV诊断传感器。存储介质只读存储器112可用计算机可读数据编程——该计算机可读数据代表微处理器单元108可执行、用于执行下面描述的方法的指示，以及预期但未具体列出的其它变型。

如上所述，在某些条件下，曲轴箱通风系统可通过各种传感器被监控，以确定曲轴箱通风系统中的破裂。例如，曲轴箱通气管可能脱离、油嘴盖可能断开或松动、油尺可能断开和/或曲轴箱通风系统中的其它密封件可能受损。那么包括在曲轴箱中的各种部件可发生衰退。

通过引道(approach)的诊断漏气(blow)可用于监控曲轴箱通风系统完整性。例如，曲轴箱通气管74中的阀82可打开，以便可以检测到曲轴箱中的压力或真空变化，以确定通风系统中是否存在破裂。另一方法可以关闭通气管74中的阀82以及PCV管道76中的隔离阀(孤阀，isolation valve)，以使曲轴箱与大气隔离。例如，手动控制形式的这些孤阀出现在被命名为"M38"的1952军用车辆中。一个操作人员涉水(fording)控制导致关闭两个阀，这导致曲轴箱加压，对于防止水进入是有用的。在发动机运转过程中，随着发动机加热或由于漏气进入曲轴箱，曲轴箱中的压力可能增加。阀82和84可以是电驱动阀，其通常保持打开，以允许正常的PCV运转，但通过控制器命令而被关闭，以检测破裂。

在该构造中，通过关闭两个阀并通过监控曲轴箱压力而限制加压的程度，这些阀的电控制提供使曲轴箱增压的机会。关闭通风阀82和打开阀84加载真空于曲轴箱。以这种方法，通过在曲轴箱中加压或加载真空，可评估曲轴箱完整性。

曲轴箱中的压力变化可通过传感器63检测。如图1所描述的，传感器63被浸入油底壳32中所含的油中。传感器63可以是压力传感器，其可以被双重应用，以在某些条件下检测曲轴箱压力和在其它条件下检测油底壳32的油面高度。可选地或另外地，传感器63可以是油面高度传感器(例如，浮子)，其在暴露于参考压力时可用于测定曲轴箱压力。关于利用集油器中的单一传感器检测曲轴箱压力和油面高度的另外细节将针对图2和3在下面提供。

可选地，不具有孤阀的实施方式可在曲轴箱中产生真空，这是由于在高发动机气流速率下形成于管74中的真空提供的排空。在该实施方式中，检测的曲轴箱中的真空确定曲轴箱完整性和油面高度。

在其它方法中，多个绝对传感器，例如大气压力传感器(BP)51、压缩机进气口压力传感器(CIP)58和/或曲轴箱通气管74中的压力传感器61可以组合应用，以监控曲轴箱通风系统完整性。例如，在一些方法中，大气压力传感器51、压缩机进气口传感器58和PCV通气管74中的压力传感器61可以全部用于监控曲轴箱通风系统完整性。

参考图2，描述了利用车辆发动机中的单一传感器检测曲轴箱破裂和测定油面高度的方法200。方法200可以响应来自传感器63的反馈根据存储在控制器48的存储器中的命令执行。方法200包括在202，使曲轴箱压力与大气压平衡。使曲轴箱压力与大气压平衡可以包括打开一个或多个连接曲轴箱与大气的阀。例如，压力参考管可以存在于曲轴箱和向大气敞开的发动机空气导管之间。参考管可基本上围绕曲轴箱中的传感器。当参考管中的阀打开时，传感器可暴露于大气压。可选地或另外地，曲轴箱可在发动机停止条件下与大气压平衡。在其它实例中，压力传感器可暴露于除了大气压之外的参考压力，诸如真空或多种具体压力。

当曲轴箱与大气压平衡时和/或当传感器暴露于大气压时，在204可由传感器输出测定集油器中的油面高度。当气体压力(例如，曲轴箱压力)处于大气压时，传感器仅检测其所浸入的油的压力。如果曲轴箱传感器是压力传感器，则传感器可在电压方面输出压力，基于集油器的面积和发动机油的密度，其可被控制器转换成油深度(oil depth)(例如，油的mm)。如果曲轴箱传感器是利用浮子的液位传感器，例如，传感器可机械地或磁力地测定集油器中的油深度。测定的油面高度可存储在控制器的存储器中，以用作参考压力或在曲轴箱破裂测试中用作液面水平，将在下文更详细地描述曲轴箱破裂测试。

在206，确定油面高度是否高于阈值。阈值可以是预定的阈值，低于该阈值，由于缺油可能发生发动机损坏。如果油面高度不高于阈值，则方法200进行到208，采取默认操作。采取默认操作可以包括通过激活故障指示灯来通知车辆操作人员。另外，默认操作可以包括调整一个或多个发动机运转参数，以减少集油器润滑剂的损耗，诸如限制发动机转速。在一些实施方式中，响应低于阈值的油面高度采取默认操作后，方法200可以结束。然而，在其它实施方式中，方法200可以进行到210，执行破裂检测测试，以确定曲轴箱破裂是否是油面高度低于阈值的潜在原因。

如果在206油面高度高于阈值，或者如果在208已经采取默认操作，则方法200进行到210，以产生和维持曲轴箱中的压力或真空。这可以包括在212使曲轴箱与大气隔离。使曲轴箱与大气隔离可以包括关闭一个或多个连接曲轴箱与大气的阀，诸如曲轴箱通气管74中的阀82和PCV管道76中的阀84。在214，产生和维持压力或真空可以包括施加压力或真空给曲轴箱。根据发动机和曲轴箱系统的构造，施加压力或真空可以不同方式发生。例如，如果阀82和84关闭，在标准发动机运转下，由于漏气和/或增加发动机热，曲轴箱中可以产生压力。高于阈值时，最大曲轴箱压力可通过留意产生的曲轴箱加压和打开孤阀而被限制(并且对于真空类似)。在另一实施例中，取代关闭连接曲轴箱与大气的阀，PCV阀(诸如阀84或78)可以在怠速期间被打开，以在曲轴箱中产生真空。在进一步的实例中，压力源或真空源可以切换至(switched to)曲轴箱，例如，发动机中的真空泵可以连接到曲轴箱，以在曲轴箱中产生真空。上述针对增加曲轴箱中压力或真空而罗列的实例机构是非限制性实例，而且，事实上任何增加曲轴箱中压力或真空的机构均在本公开内容的范围内。

产生和/或维持压力或真空后，在216基于曲轴箱传感器输出测定曲轴箱压力。如果曲轴箱传感器是压力传感器，则曲轴箱压力可以包括传感器输出的总压力减去大气压下传感器输出的压力。如果曲轴箱传感器是液位传感器，则可通过在施加压力或真空后测量油面高度并测定该油面高度和大气压下测定的油面高度之间的差异来确定压力。曲轴箱压力可以在给定的期间内测定。例如，曲轴箱压力可在10秒的期间内每秒被测定，以监控压力随时间的变化。如果曲轴箱由于小的泄露而破裂，则曲轴箱可能能够初始产生真空或压力，但可随时间缓慢地失去产生的压力或真空。因此，曲轴箱压力可在破裂检测过程中在给定的期间被监控。

在218，确定曲轴箱压力是否满足相对于阈值的预定条件。相对于阈值的条件取决于在曲轴箱中产生的压力或真空如何以及产生的程度。例如，如果施加真空给曲轴箱，则在曲轴箱压力大于施加的压力(例如，曲轴箱未达到预期的真空水平)时可指示破裂。如果施加正压力给曲轴箱，则在曲轴箱压力小于施加的压力时可指示破裂。此外，相对于阈值的条件可以包括测定压力随时间的绘制线的斜率量级。例如，曲轴箱压力可最终达到与施加的压力相同的量，但其对施加的压力的响应可比预期的更快或更慢。

如果曲轴箱压力不满足相对于阈值的条件，则方法200进行到220，指示曲轴箱破裂。在指示曲轴箱破裂后，可在222采取默认操作。默认操作可以包括通知车辆操作人员检测到的破裂、设置诊断码和/或基于检测到的破裂采取减缓的操作。关于默认操作的另外的信息将在下文中针对图4进行介绍。在指示破裂和采取默认操作后，退出方法200。

回到218，如果曲轴箱压力不满足相对于阈值的条件，即，如果测定的曲轴箱压力如所预期地对施加的真空或压力做出响应，则方法200进行到224，指示未检测到破裂，然后退出方法200。

在发动机不配置孤阀并且压力或真空在曲轴箱中自然产生的实施方式中，可依赖于自然产生的压力/真空而不是施加的压力/真空应用上述程序。

图3示出在破裂检测程序中示例性压力传感器输出。图310示出y轴上的预期曲轴箱压力和x轴上的时间。图320和330示出各自y轴上的压力传感器输出和各自x轴上的时间。图320示出曲轴箱未破裂的发动机中压力传感器输出，而图330示出曲轴箱破裂的发动机中压力传感器输出。首先参考图310，曲轴箱压力在时间T1之前处于大气压。这可以包括发动机停止时期或另外适当的条件设置，其中曲轴箱压力平衡于大气压。在时间T1，曲轴箱破裂检测程序开始，并且预期的曲轴箱压力在给定的期间增加，高于大气压。在时间T2，施加给曲轴箱的压力被释放，曲轴箱压力返回到大气压。

图320示出压力传感器输出，其对应于曲轴箱压力的预期变化。在时间T1之前，当曲轴箱压力处于大气压时，压力传感器输出对应于压力传感器所浸入的集油器中油的压力。该油压可被转换成油深度。在时间T1之后预期压力增加后，传感器输出的压力相应于预期曲轴箱压力的增加而增加。因此，不指示曲轴箱破裂。曲轴箱压力可通过时间T1后总检测压力(油压和曲轴箱压力)和时间T1之前测定的油压之间的差异来确定。

图330示出破裂曲轴箱的压力传感器输出。类似于上面图320，油压可在曲轴箱压力处于大气压时被测定。在时间T1之后，传感器输出的压力增加，但压力未按照预期被维持。相反，压力缓慢返回到大气压。因此，指示曲轴箱破裂。

图4示出响应检测到的曲轴箱破裂通知操作人员的方法400。方法400可通过控制器48响应指示的曲轴箱破裂而被执行。例如，方法400可在执行上面针对图2所述的方法200期间被执行。

在402，方法400包括确定是否已经达到破裂检测的阈值数。破裂检测程序，诸如图2的方法200，可在给定的发动机运转时期期间被重复进行多次。例如，程序可从开关接通(key-on)直到开关断开(key-off)连续重复进行。当程序指示曲轴箱破裂时，控制器可存储该发动机运转期间的每一例破裂检测，并且，一旦达到检测的阈值数则执行通知程序。阈值在一些实施方式中可以是一次破裂检测。在其它实施方式中，为避免假阳性测试，阈值可以是多次破裂检测，诸如两次、五次、十次等。如果未达到破裂检测的阈值数，则方法400返回。

如果已经达到破裂检测的阈值数，则方法400进行到404，展示信息给车辆操作人员，诸如激活故障指示灯(MIL)，以通知车辆操作人员检测到的曲轴箱破裂。这可包括在406提示操作者检查可能的破裂位置。破裂可由，例如松动或缺失的油嘴盖引起，或者由偏离/松动的油尺引起，车辆操作人员能够对其进行调整，以修理破裂。提示可包括在MIL的激活中，或者可以是单独的提示。方法400还包括在408设置诊断码。

在410，可响应检测到的破裂调整一个或多个运转参数。检测到的破裂可提示控制器采取减缓操作，以防止在曲轴箱破裂的发动机运转期间另外的发动机损坏。

减缓操作由机动车的电子控制单元发起。减缓操作可以包括在指示曲轴箱破裂时采取行动以延迟曲轴箱润滑剂的损耗。具体地，减缓操作可以包括减少空气进入到发动机、限制发动机速度或扭矩、限制供应到发动机的燃料注入量、限制节气门开放、关闭涡轮增压器和/或各种其它意图限制发动机润滑剂从破裂曲轴箱进入的操作。在一些实施方式中，采取的减缓操作可以是在检测曲轴箱破裂时采取的多种减缓操作之一。在一个实例中，多种减缓操作可以包括，添加润滑剂到曲轴箱——例如从备用储油箱泵送润滑剂到曲轴箱中。在调整一个或多个发动机运转参数后，退出方法400。

应该理解，本文公开的构造和方法实质上是示例性的，并且，这些具体实施方式不以限制性的意义被看待，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可适用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开内容的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或性质的所有新的和非显而易见的组合以及亚组合。

所附权利要求具体指出被认为是新的和非显而易见的某些组合和亚组合。这些权利要求可以涉及其“一个(an)”元件或其“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应该被理解为包括结合一个或多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和亚组合可通过修改本申请权利要求书或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而得到保护。这样的权利要求——无论其范围对于原始权利要求更宽、更窄、等同或不同——也被视为属于本公开内容的主题。