曲轴箱通风管路的诊断装置及诊断方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及曲轴箱通风管路的诊断装置及诊断方法。
背景技术
在汽车发动机(如内燃机)工作时，气缸燃烧室的高压未燃混合气体或多或少会通过活塞组与气缸套之间的间隙漏入曲轴箱内，造成窜气。曲轴箱中窜气的主要成分包括燃烧室中泄露的未燃混合气体以及高温下形成的润滑油蒸汽。在曲轴箱通风系统中应用的连接曲轴箱与发动机配备的进气管路或进气歧管的管路为曲轴箱通风管路，曲轴箱通风管路实现曲轴箱废气排出。为防止窜气窜入曲轴箱的气体泄露到大气中造成环境污染，现有技术中，内燃机曲轴箱通风系统通常设计成闭式系统。通常情况下曲轴箱内的未燃混合气体通过曲轴箱通风管路重新进入燃烧室参与燃烧后排出。
但是，目前曲轴箱通风管路大多为中空胶管或塑料管路，故所述曲轴箱通风管路容易出现破损或断裂的情况，导致通风管路与大气相通，通风管路内的污染气体泄漏到大气中，并且，相关排放法规要求汽车制造厂必须监测曲轴箱通风系统通风管路断开故障，防止因通风管路断开造成曲轴箱窜气泄露到大气中，因此，如何对曲轴箱通风系统通风管路断开故障进行诊断是本领域需要解决的重要问题。
目前有报导利用在通风管路的空滤和增压器之间安装流量计以对曲轴箱通风管路的故障进行诊断，具体是利用在发生泄漏故障时，通过增压压力等参数计算出的进气量与流量计测得的进气量会存在偏差，通过对该偏差的计算以诊断曲轴箱通风管路是否发生断开故障。但是，该方法一方面需要在通风管路中设置进气流量传感器，成本较高，另一方面由于经过空滤后管路中的气体负压较小，当发生泄漏故障时泄露到进气系统的空气流量也较小，使得计算出的上述偏差较小，即故障区分度不高。
因此，现有对曲轴箱通风管路断开故障进行诊断的装置及方法仍需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲轴箱通风管路的诊断装置及诊断方法，以改进现有对曲轴箱通风管路断开故障进行诊断的装置及方法。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种曲轴箱通风管路的诊断装置，所述曲轴箱与一高负荷通风管路的一端连通，所述高负荷通风管路的另一端与进气管路连通，所述诊断装置包括：
感测单元，用于测量各工况下所述高负荷通风管路内的实际负压能量P值;
中心单元，用于计算各工况下所述高负荷通风管路内的目标负压能量Pmodel值，并计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差;
判断单元，用于根据所述偏差的值判断所述高负荷通风管路的故障位置。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述中心单元包括平方模块，所述平方模块计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差的方式如下：
对所述实测负压能量P值进行平方;
对所述目标负压能量Pmodel值进行平方;
计算所述实测负压能量P值平方与所述目标负压能量Pmodel值平方的偏差。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述中心单元还包括积分模块，所述积分模块计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差的方式如下：
对所述实测负压能量P值的平方进行积分;
对所述目标负压能量Pmodel值的平方进行积分;
计算所述实测负压能量P值平方的积分与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的偏差。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述中心单元还包括归一模块，所述归一模块计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差的方式如下：
计算所述目标负压能量Pmodel值平方的积分与所述实测负压能量P值平方的积分的差值;
计算所述差值与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的比值。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述判断单元根据所述比值判断故障包括以下步骤：
当比值大于等于0.9小于等于1时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述进气管路的一端产生断开故障。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述判断单元根据所述比值判断故障还包括以下步骤：
当比值大于等于0.7小于0.9时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述曲轴箱的一端产生断开故障。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述判断单元根据所述比值判断故障还包括以下步骤：
当比值大于等于-0.2小于等于0.2时，则判断所述高负荷通风管路正常。
本发明还提供了一种曲轴箱通风管路的诊断方法，所述曲轴箱与一高负荷通风管路的一端连通，所述高负荷通风管路的另一端与进气管路连通，所述诊断方法包括以下步骤：
测量各工况下所述高负荷通风管路内的实际负压能量P值;
计算各工况下所述高负荷通风管路内的目标负压能量Pmodel值，并计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差;
根据所述偏差的值判断所述高负荷通风管路的故障位置。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断方法中，计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差包括如下步骤：
对所述实测负压能量P值进行平方;
对所述目标负压能量Pmodel值进行平方;
计算所述实测负压能量P值平方与所述目标负压能量Pmodel值平方的偏差。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断方法中，计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差还包括如下步骤：
对所述实测负压能量P值的平方进行积分;
对所述目标负压能量Pmodel值的平方进行积分;
计算所述实测负压能量P值平方的积分与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的偏差。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断方法中，计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差还包括如下步骤：
计算所述目标负压能量Pmodel值平方的积分与所述实测负压能量P值平方的积分的差值;
计算所述差值与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的比值。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断方法中，根据所述比值判断故障包括以下步骤：
当比值大于等于0.9小于等于1时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述进气管路的一端产生断开故障。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断方法中，根据所述比值判断故障还包括以下步骤：
当比值大于等于0.7小于0.9时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述曲轴箱的一端产生断开故障。
可选的，在所述曲轴箱通风管路的诊断方法中，根据所述比值判断故障还包括以下步骤：
当比值大于等于-0.2小于等于0.2时，则判断所述高负荷通风管路正常。
在本发明所提供的曲轴箱通风管路的诊断装置及诊断方法中，通过时刻测量所述高负荷通风管路内的负偏压，并将实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差作为故障判定的标准，以判断所述高负荷通风管路是否发生破损故障以及故障位置，从而及时阻止通风管路内的污染气体泄漏到大气中，并及时恢复所述曲轴箱通风管路内的负压。
附图说明
图1为本发明实施例提供的曲轴箱通风管路的诊断方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的高负荷通风管路正常时的负压特性及负压比值曲线图。
图3为本发明实施例提供的高负荷通风管路清洁端断开时的负压特性及负压比值曲线图。
图4为本发明实施例提供的高负荷通风管路污染端断开时的负压特性及负压比值曲线图。
图5a至图5b为本发明实施例提供的曲轴箱通风管路结构示意图。
其中，1-空滤;2-增压器;3-中冷器;4-节气门;5-第一压力调节阀;6-低负荷通风管路;7-第一油气分离器;8-曲轴箱;9-进气温度传感器;10-进气压力传感器;11-进气歧管;12-第二油气分离器;13-第二压力调节阀;14-高负荷通风管路;15-传感器;16-进气管路;
101-目标负压能量随时间的变化曲线;102-实测负压能量随时间的变化曲线;103-负压能量的偏差比值随时间的变化曲线。
具体实施方式
下面将结合示意图和实施例对本发明进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
本发明提供了一种曲轴箱通风管路的诊断装置，所述曲轴箱与一高负荷通风管路的一端连通，所述高负荷通风管路的另一端与进气管路连通，所述诊断装置包括：
感测单元，用于测量各工况下所述高负荷通风管路内的实际负压能量P值;
中心单元，用于计算各工况下所述高负荷通风管路内的目标负压能量Pmodel值，并计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差;
判断单元，用于根据所述偏差的值判断所述高负荷通风管路的故障位置。
本发明通过时刻测量所述高负荷通风管路内的负偏压，并将实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差作为故障判定的标准，以判断所述高负荷通风管路是否发生破损故障以及故障位置，从而及时阻止通风管路内的污染气体泄漏到大气中，并及时恢复所述曲轴箱通风管路内的负压。
在一个实施例中，所述中心单元包括平方模块，所述平方模块计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差的方式如下：
对所述实测负压能量P值进行平方;
对所述目标负压能量Pmodel值进行平方;
计算所述实测负压能量P值平方与所述目标负压能量Pmodel值平方的偏差，其计算公式如下：
在一个实施例中，所述中心单元还包括积分模块，所述积分模块计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差的方式如下：
对所述实测负压能量P值的平方进行积分;
对所述目标负压能量Pmodel值的平方进行积分;
计算所述实测负压能量P值平方的积分与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的偏差，其计算公式如下：
在一个实施例中，所述中心单元还包括归一模块，所述归一模块计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差的方式如下：
计算所述目标负压能量Pmodel值平方的积分与所述实测负压能量P值平方的积分的差值;
计算所述差值与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的比值，其计算公式如下：
在本实施例中，判断方式如图2-4所示，图2为本发明实施例提供的高负荷通风管路正常时的负压特性及负压比值曲线图。图3为本发明实施例提供的高负荷通风管路清洁端断开时的负压特性及负压比值曲线图。图4为本发明实施例提供的高负荷通风管路污染端断开时的负压特性及负压比值曲线图。所述判断单元根据所述比值判断故障还包括以下步骤：
当比值大于等于0.9小于等于1时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述进气管路16的一端(即清洁端)产生断开故障;
当比值大于等于0.7小于0.9时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述曲轴箱8的一端(即污染端)产生断开故障;
否则，则判断所述高负荷通风管路正常，所述高负荷通风管路正常时比值通常在大于等于-0.2小于等于0.2的区间内。
在一个实施例中，如图5a至图5b所示，图5a至图5b为本发明实施例提供的曲轴箱通风管路结构示意图。所述曲轴箱通风管路结构包括：
曲轴箱8，与所述曲轴箱8连通的高负荷通风管路14和低负荷通风管路6;
设置于所述高负荷通风管路14上的传感器15;
以及与所述高负荷通风管路14连通的进气管路16，与所述低负荷通风管路6连通的进气歧管11，所述进气管路16和所述进气歧管11通过节气门4连通。
进一步的，所述传感器15包括压力传感器或流量传感器。所述压力传感器可以为相对压力传感器或绝对压力传感器，用于测量所述高负荷通风管路14内的负偏压，所述流量传感器可以用于测量所述高负荷通风管路14内的气体流量。本发明中的实施例中，可以采用压力传感器、流量传感器或其他可以感知所述高负荷通风管路14内气体的传感器15。
如图5a和图5b所示，本发明中所述传感器15设置于所述高负荷通风管路14上，具体的，所述传感器15可以设置于所述高负荷通风管路14中的任意位置，例如设置于所述高负荷通风管路14的端部，即两端中的任意一端，如图5a中的①和②的位置处;也可以设置于所述高负荷通风管路14的中部，如图5b所示。进一步的，所述高负荷通风管路14上靠近所述曲轴箱8的一端为污染端，如图5a中的①的位置处;所述高负荷通风管路14上靠近所述进气管路16的一端为清洁端，如图5a中的②的位置处。
在本发明所提供的曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述曲轴箱8与所述低负荷通风管路6接口处设置有第一油气分离器7，所述曲轴箱8与所述高负荷通风管路14接口处设置有第二油气分离器12。所述第一油气分离器7和所述第二油气分离器12用于分离窜气中的未燃混合气体以及润滑油蒸汽，使未燃混合气体通过所述高负荷通风管路14和所述低负荷通风管路6进入发动机重新燃烧，使润滑油蒸汽重新回到曲轴箱8内。另外，所述曲轴箱8与所述低负荷通风管路6接口处还设置有第一压力调节阀5，所述曲轴箱8与所述高负荷通风管路14接口处还设置有第二压力调节阀13，其中，所述第二压力调节阀13可以为被动式电磁阀或主动式电磁阀，用于控制所述曲轴箱8的冲洗流量。
进一步的，所述第一压力调节阀5集成到所述第一油气分离器7上，所述第二压力调节阀13集成到所述第二油气分离器12上。或者，所述第一压力调节阀5相比所述第一油气分离器7更远离所述曲轴箱8，所述第二压力调节阀13相比所述第二油气分离器12更远离所述曲轴箱8。
在一个实施例中，所述第一压力调节阀5和所述第二压力调节阀13分别设置于所述低负荷通风管路6和所述高负荷通风管路14内，所述第一压力调节阀5可以紧挨所述第一油气分离器7，如图5a中所述低负荷通风管内所述第一压力调节阀5和所述第一油气分离器7的设置方式。在另一个实施例中，所述第二压力调节阀13集成于所述第二油气分离器12上，如图5a中所述高负荷通风管内所述第二压力调节阀13和所述第二油气分离器12的设置方式。所述第一压力调节阀5和所述第二压力调节阀13的主要功能是控制不同发动机工况下的曲轴箱8冲洗流量，避免低负荷状态下，进气管路16内的压力太小，曲轴箱8内的未燃烧混合气体大量进入发动机内，以控制发动机保持平衡。
进一步的，所述进气管路16一端连接所述进气歧管11，另一端设置一空滤1;所述空滤1主要用于对空气进行净化。进一步的，所述进气管路16还设置有增压器2和中冷器3，故，所述进气管路16上的部件依次为所述空滤1、所述高负荷通风管路14、所述增压器2、所述中冷器3以及与所述进气歧管11连通用的节气门4。其中，所述增压器2用于增加所述进气管路16中的压力，所述中冷器3用于使通入的气体降温。所述进气歧管11还设置有温度传感器和压力传感器，故，所述进气歧管11上的部件依次为所述节气门4、所述低负荷通风管路6、所述进气温度传感器9以及所述进气压力传感器10，所述进气温度传感器9以及所述进气压力传感器10用于检测进入发动机的气体的温度及气压。
在本发明所提供的曲轴箱通风管路的诊断装置中，所述曲轴箱8内窜气中未然混合气体的处理如下：当发动机处于高负荷时，所述曲轴箱8内的未燃混合气体通过高负荷通风管路14排出，经过所述进气管路16对该气体进行压力和温度调节，待发动机需要燃烧该气体时，通过节气门4进入所述进气歧管11，接着进入发动机进行燃烧;当发动机处于低负荷时，所述曲轴箱8内的未燃混合气体通过低负荷通风管路6排出，直接进入所述进气歧管11，接着进入发动机进行燃烧。
本发明还提供了一种曲轴箱通风管路的诊断方法，如图1所示，图1为本发明实施例提供的曲轴箱通风管路的诊断方法的流程图。所述诊断方法包括以下步骤：
S1：测量各工况下所述高负荷通风管路内的实际负压能量P值;
S2：计算各工况下所述高负荷通风管路内的目标负压能量Pmodel值;
S3：计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差;
S4：根据所述偏差的值判断所述高负荷通风管路的故障位置。
本发明通过时刻测量所述高负荷通风管路内的负偏压，并将实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差作为故障判定的标准，以判断所述高负荷通风管路是否发生破损故障以及故障位置，从而及时阻止通风管路内的污染气体泄漏到大气中，并及时恢复所述曲轴箱通风管路内的负压。本发明不仅可以诊断出高负荷通风管路的断开故障，还可以明确断开故障产生的大致位置，例如是所述高负荷通风管路的清洁端还是污染端发生故障。本发明通过将实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差作为故障判定的标准，提高了故障和非故障时的区分度，使诊断更可靠。
在一个实施例中，计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差可以包括如下步骤：
对所述实测负压能量P值进行平方;
对所述目标负压能量Pmodel值进行平方;
计算所述实测负压能量P值平方与所述目标负压能量Pmodel值平方的偏差，其计算公式如下：
在一个实施例中，计算实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差可以包括如下步骤：
对所述实测负压能量P值的平方进行积分;
对所述目标负压能量Pmodel值的平方进行积分;
计算所述实测负压能量P值平方的积分与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的偏差，其计算公式如下：
在一个实施例中，进行归一化处理，可以包括如下步骤：
计算所述目标负压能量Pmodel值平方的积分与所述实测负压能量P值平方的积分的差值;
计算所述差值与所述目标负压能量Pmodel值平方的积分的比值，其计算公式如下：
在本实施例中，根据所述比值判断故障情况：
S41：当比值大于等于0.9小于等于1时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述进气管路的一端(即清洁端)产生断开故障;
S42：当比值大于等于0.7小于0.9时，则判断所述高负荷通风管路靠近所述曲轴箱的一端(即污染端)产生断开故障;
S43：否则，则判断所述高负荷通风管路正常，所述高负荷通风管路正常时比值通常在大于等于-0.2小于等于0.2的区间内。
具体的，在发动机负荷较大的工况下，进气流量较大，空滤到增压器间的空气流速很高，导致空滤到增压器间的进气管路内形成一定的负压，通常情况下发动机负荷越大，进气流量越大，空滤到增压器间的进气管路内形成的负压也越大。由于高负荷通风管路的清洁端和污染端直接与空滤到增压器间的进气管路相通，因此高负荷通风管路内也存在一定的负压能量，并且该负压能量与进气管路内的负压能量基本相等。因此发动机负荷越大，进气流量越大，高负荷通风管路内的负压越大。由于在高负荷通风管路上安装传感器，所述传感器可实时采集所述高负荷通风管路内的实测负压能量P值。此外，根据发动机不同负荷和转速工况时高负荷通风管路内的负压，建立所述高负荷通风管路内负压能量的计算模型，通过该计算模型，根据发动机当前的负荷和转速，可以计算出高负荷通风管路内的目标负压能量Pmodel值。
在诊断判定中，为提高故障和非故障状态的区分度，首先对高负荷通风管路内的实测负压能量和目标负压能量分别进行平方，由于发动机的负荷越大，高负荷通风管路内的目标负压能量越大，清洁端或/和污染端断开时，实测负压能量与目标负压能量之间的差异也越大，因此只在发动机负荷较高的工况下进行积分，以提高实测负压能量和目标负压能量之间的差异。进行故障判定时，先计算目标负压能量平方的积分与实测负压能量平方的积分之间的差值，再将该差值与目标负压能量平方的积分进行比较，求它们之间的比值，进行归一化。
能量偏差比值的计算公式如下：
如果高负荷通风管路正常，则目标负压能量与实测负压能量之间的差值很小，所求的能量偏差比值△小于0.7，通常情况下会在-0.2～+0.2之间;如图2所示，图中的曲线分别为目标负压能量随时间的变化曲线101、实测负压能量随时间的变化曲线102以及负压能量的偏差比值随时间的变化曲线103。如果清洁端发生了断开故障，在发动机中高负荷工况下，根据模型计算的高负荷通风管路内的目标负压能量较大，而此时，由于高负荷通风管路直接与大气相通，传感器测量到的高负荷通风管路内的实测负压能量几乎为0，二者差异较大，则所求的比值△约0.9～1，即可判定高负荷通风管路清洁端是否发生断开故障;如图3所示，图中的曲线分别为目标负压能量随时间的变化曲线101、实测负压能量随时间的变化曲线102以及负压能量的偏差比值随时间的变化曲线103。如果污染端发生了断开故障，在发动机中高负荷工况下，根据模型计算的高负荷通风管路内的目标负压能量较大，而此时，由于高负荷通风管路污染端与进气管路中间有一段距离，实测负压能量大于0而小于目标负压能量，通过归一化算法计算能量偏差的比值△后，当0.7<△<0.9时，即污染端发生了断开故障。如图4所示，图中的曲线分别为目标负压能量随时间的变化曲线101、实测负压能量随时间的变化曲线102以及负压能量的偏差比值随时间的变化曲线103。
综上所述，在本发明所提供的曲轴箱通风管路的诊断装置及诊断方法中，通过时刻测量所述高负荷通风管路内的负偏压，并将实测负压能量P值和目标负压能量Pmodel值之间的偏差作为故障判定的标准，以判断所述高负荷通风管路是否发生破损故障以及故障位置，从而及时阻止通风管路内的污染气体泄漏到大气中，并及时恢复所述曲轴箱通风管路内的负压。
上述实施例仅用于示例性地说明发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何所属技术领域的技术人员，在不违背本发明的精神及范畴下，均可对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，而仍属于本发明的保护范围之内。
