CN102053147A - 用于确定稀释的发动机油中较重柴油组分比例的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定已经由柴油燃料稀释的发动机油(12)中较重柴油组分的比例的方法，其中在发动机(1)中的发动机油(12)的油体积被检测(S2.1)，基于具有目标成分的柴油燃料计算理论油体积(S2.2)，在检测的油体积和计算的油体积之间形成差值(S3)，并且由所述差值确定发动机油中的较重柴油组分相对具有目标成分的柴油燃料的比例(S4)。

Description

用于确定稀释的发动机油中较重柴油组分比例的方法

技术领域

本发明涉及用于确定柴油发动机的稀释的发动机油中较重柴油组分的比例的方法。此外，本发明还涉及发动机控制装置和柴油发动机。

背景技术

在当前和未来的柴油发动机中，现代燃料喷射控制器中伴随的次要影响是发动机油不断被燃料稀释。这主要归因于在作功冲程期间使用的燃料后喷射，所述冲程被用来增大排气的温度或者富化排气以获得更好的λ≤1的目的或者调整柴油微粒过滤器的温度。

在油盘中稀释油的过程中，两个特殊的过程在油盘中稀释油过程中起到主要作用：首先是燃料从工作空间通过活塞环进入到油盘中的转移过程，其次是在运行期间油盘中燃料的较轻组分的挥发。并不是燃料的每种组分均以挥发形式从稀释的油中离开，燃料的较重组分仍旧保持在油中并且导致累积。

被燃料稀释的油具有这样的效果，一方面，油盘中的油位不断升高并且超过最大允许的油位。这能够导致每次曲轴的旋转都浸入油盘中的油内并且导致将空气引入油中从而生成气泡。带有气泡的油具有退化的润滑特性并且因此缩短了发动机的寿命。另一方面，油中柴油组分还导致降低发动机油的特性或降低它的粘性并且降低它的氧化特性。在这样的情况下，特别是不挥发的较重燃料组分产生上述由发动机油的稀释导致的缺点。

由于生物柴油中较重组分的比例高于常规柴油，所以附加生物柴油比例的柴油燃料将会导致进一步使该影响恶化。这意味着与发动机油的稀释相关的缺点将随着生物柴油比例的逐渐增加而增大。

已知能够估计柴油燃料进入油盘的转移流量和油盘中柴油燃料的挥发的计算机模型，以便估计发动机油被柴油燃料稀释的程度。如果在油稀释阶段使用了不同生物柴油比例的多种燃料，则其变得更困难或不可能估计油的稀释，因为已知模型仅为假设具有固定转移值和挥发值的较轻燃料部分的基础燃料提供可使用的结果。

发明内容

因此，本发明基于如下目的，即使得用于确定柴油发动机中被稀释的发动机油中较重柴油组分比例的方法可供使用。此外，本发明的其他目的是使得一种有利的发动机控制装置和一种有利的柴油发动机可供使用。

第一目的是通过本发明的用于确定已经被柴油燃料稀释的发动机油中较重柴油组分的比例的方法来实现，并且其他目的是通过本发明的发动机控制装置或柴油发动机来实现。本发明还包含本方法的有利改进。

在用于确定已经由柴油燃料稀释的发动机油中较重柴油组分的比例的发明性方法中，检测发动机中发动机油的油体积。此外，基于具有目标成分的柴油燃料计算理论油体积，并且形成检测的油体积和计算的油体积之间的差值。然后，根据该差值确定发动机油中较重柴油组分的比例。

如果检测的油体积和计算的油体积之间的差值不等于零，则其遵循发动机油中较重柴油组分的实际比例不同于当使用具有目标成分的柴油燃料时的比例。如果测量的油体积超过计算的油体积，则可从差值推导出柴油燃料中增加的不挥发的较重组分的比例。另一方面，如果测量的油位低于计算的油位，则可从差值推导出柴油燃料中降低的较重组分的比例。增大的较重组分的比例可能导致在比标准间隔更早的时刻更换油，同时在某些环境下，降低的比例允许推迟更换油。因此，确定已经由柴油燃料稀释的发动机油中的较重柴油组分的比例提供了具体地，比过去更精确地指明更换油时刻的可能性。

具体地，可从已知的在初始时刻t₀的油体积、具有目标成分的柴油燃料进入发动机油的输入率和具有目标成分的柴油燃料的较轻组分的挥发率确定理论油体积。

具体地，理论油体积可由时间的线性函数表示，并且例如根据如下公式计算：

其中V_oil(t＝t₀)表示在初始时刻t₀的已知油体积，n&_{fuel_to_Oil}表示柴油燃料进入发动机油的输入率，n&_{evap_light}表示柴油燃料的较轻组分的挥发率并且ρ_oil表示燃料的密度。

发动机油的油体积能够通过测量发动机的油盘中的油位并且基于油盘的形状将油位转换为油体积，或通过存储的油盘形状的计算单元被检测。然而，基于先前实施的校准，更容易实施将油位转换为油体积，其中每个油位被明确指定一个油体积。然后，这种指定例如被存储在表格中。

由于在本发明性的方法中，可关于具有目标成分的柴油燃料确定发动机油中较重柴油组分的比例，并且与常规柴油燃料相比生物柴油包括增大的较重组分的比例，所以可能的是关于具有目标成分的柴油燃料由发动机油中较重柴油组分的比例确定使用的柴油燃料中生物柴油的比例。具体地，如果使用不具有生物柴油比例的常规柴油作为具有目标成分的柴油燃料，则可确定生物柴油增大的比例。另一方面，如果具有特定、限定比例的生物柴油的柴油燃料被用为具有目标成分的柴油燃料，则结果也可以是降低比例的生物柴油。

当计算理论油体积时，还可以考虑柴油发动机的油消耗量，这进一步改进结果。

根据本发明，可以使用一种发动机控制装置和一种柴油发动机，该发动机控制装置和柴油发动机具有被设计为实施根据本发明方法的电控单元。使用根据本发明的发动机控制装置或根据本发明的柴油发动机能够实现的优点可以直接从上述发明性方法的应用中呈现。

根据另一方面，提供一种确定发动机油盘中的发动机油中的较重柴油组分的比例和操作柴油燃料发动机的方法。该方法包括使用传感器检测发动机油盘中发动机油的油体积；基于具有目标成分的柴油燃料计算理论油体积；确定检测的油体积和计算的油体积之间的差值；基于该差值确定发动机油中的较重柴油组分的比例；基于发动机油中的较重柴油组分的比例确定柴油燃料中的实际较重柴油组分；并且基于柴油燃料中的实际较重柴油组分调整发动机运行参数。

在一个实施例中，柴油燃料中的较重柴油组分包括生物柴油并且发动机运行参数基于柴油燃料中的生物柴油的比例被调整。

附图说明

本发明的进一步特征、特性和优点由以下参考附图解释的示例性实施例呈现，其中：

图1显示柴油发动机的截面图，

图2显示根据本发明的方法的流程图，并且

图3以方块图的形式显示用于实施本发明的方法的电控单元。

具体实施方式

图1显示柴油发动机1的示意性截面图。可看到发动机1的汽缸2和曲轴箱3。虽然在图2中仅图示说明了一个汽缸，但是发动机可以具有多个汽缸。发动机一般具有在四到十二之间的偶数个汽缸。然而，也并没有将非偶数个汽缸的情况排除在外。燃料喷射喷嘴4、空气进气门5和排气门6被设置在汽缸2的上部。汽缸2的下部与曲轴箱3接合，在曲轴箱3的下侧形成油盘7。活塞8以线性可移动地方式被设置在汽缸2中。柴油发动机1进一步具有传感器装置11，其检测油盘7中发动机油12的油位12a，并且信号作为检测的油位的函数被传递至电子模块(在图1中未图示说明)。

活塞8经由可旋转附接其上的连杆9被附接至发动机1的曲轴10，所述曲轴被设置在曲轴箱3中并且具有同样旋转附接其上的连杆9。所述活塞8通过活塞环(未说明)相对汽缸被密封。然而，残余不紧密的活塞的活塞环允许柴油燃料的一部分n&_{fuel_to_Oil}进入到曲轴箱3中，其稀释了油盘7中的发动机油12。相反，用于润滑的发动机油n&_{Oil_loss}进入到柴油发动机的位于汽缸2内的燃烧室13中，在其内被燃烧并且因此消失。这些未封严的位置导致，在一方面，进入油盘7中的柴油燃料量随时间增加并且油盘7中的发动机油8的量降低。

然而，进入油盘7中的柴油燃料不仅仅是在那里累积。由于蒸发作用，柴油燃料的较轻组分部分n&_{evap_light}实际上挥发掉，这意味着仅柴油燃料的较重组分累积在油盘7中。挥发的柴油组分可经由通风管14与穿过进入曲轴箱3的排气一起被排出。

与常规柴油燃料相比较，生物柴油具有更高的较重组分比例。如果生物柴油被加入到柴油燃料中，则在燃料中存在较重组分的比例升高，其在油盘7内的发动机油中随时间累积直到油被更换。燃料中生物柴油的比例一般是未知的并且在不同柴油燃料的供应商之间是变化的。为此原因，柴油燃料中包含的较重组分的比例能够从一次注入燃料的操作到另次注入燃料操作而改变。增加的较重组分的比例能够导致缩短油更换的间隔(或降低的较重组分的比例能够导致间隔的增长)。因此，有利的是能够确定被稀释的发动机中较重组分的比例或燃料中生物柴油的比例。这是根据本发明的方法起作用的地方。

根据本发明的用于确定柴油发动机的稀释发动机油中较重组分比例的方法使用了用于基于目标成分的柴油燃料确定计算的油体积的计算模型。在这样的情况下，具体地，目标成分能够包含具体比例的生物柴油。此外，基于通过传感器装置11检测的油盘7内发动机油12的油位12a确定测量的油体积。在本示例性实施例中，传感器装置被校准为测量的油位能够明确指定油体积的效果。这种指定例如被存储在传感器的表格中。

然后，测量的油体积与计算的油体积比较。如果测量的油体积超过计算的油体积，则柴油燃料中较重组分增加的比例能够由该差值推导出，并且柴油燃料中生物柴油增加的比例也因此能够被推导出。另一方面，如果测量的油体积低于计算的油体积，则柴油燃料中较重组分降低的比例能够由该差值推导出，并且因此柴油燃料中生物柴油降低的比例也因此能够被推导出。对于柴油燃料中较重组分的比例的定量以及因此同样对于柴油燃料中生物柴油的比例的定量能够通过关于油消耗量和较重燃料组分的输入的适当模型来实施。

在根据本发明的方法的范围内，应用了这样的模型，其中根据以下公式，由在起始时刻t₀已知的油体积V_oil(t＝t₀)、柴油燃料进入发动机油的输入率n&_{fuel_to_Oil}、柴油燃料较轻组分的挥发率和对应选择的目标成分的柴油燃料的密度ρ_oil确定在时间t处的计算的油体积：

在示例性实施例中使用的模型范围内，输入率和挥发率随时间是恒定的，这意味着在计算的油体积和时间之间存在线性关系。在以上的公式中，可选地考虑柴油发动机的油消耗量

测量的油体积由确定的油位和油盘7的已知形状得出。其能够根据如下公式表征

V_sensor(t)＝V_oil(t＝t₀)+V_{Light_fuel}+V_{heavy_fuel}    (2)

其中将在初始时刻t₀的油体积V_oil(t＝t₀)、尚未挥发的柴油燃料的输入较轻组分的体积V_{Light_fuel}和柴油燃料的输入较重组分的体积V_{heavy_fuel}求和。

将参考图2在下面说明根据本发明的方法顺序，图2显示了本发明的流程图。根据本发明的方法优选地通过已经经历足够长停止时间之后的静止柴油发动机来实施，以便油达到它的装满水平。

在步骤S1，方法开始并且初始化。方法步骤S2.1和S2.2随后并行地或以任何期望的顺序实施。在S2.1中，测量的油体积V_sensor(t)通过传感器装置11检测，其中给出传感器的适当校准，油体积能够从检测的油位被直接推导出。在S2.2，计算的体积V_mod el(t)根据以上说明的公式计算。

然后在步骤S3，比较计算的油体积和测量的油体积。在这样的情况下，在当前时刻t由测量的油体积V_sensor(t)和计算的油体积V_mod el(t)形成差值：

然后，确定的差值V_diff(t)在步骤S4中被估算。如果该差值是正数，也就是说测量的油体积V_sensor(t)高于计算的油体积V_mod el(t)，这意味着油中较重组分的比例高于给定的具有目标成分的柴油燃料的期望值。另一方面，如果该差值是负数，也就是说测量的油体积V_sensor(t)小于计算的油体积V_mod el(t)，这意味着油中较重组分的比例低于给定的具有目标成分的柴油燃料的期望值。与目标成分相比，在先前使用的柴油燃料中生物柴油的比例被升高或降低能够从以此方式确定的油盘7中油的成分推导出。

此外，油中较重柴油成分的比例在量上能够由差值V_diff(t)的绝对值推导出，并且因此使用的柴油燃料的成分在量上能够由较轻组分和较重组分推导出。然后在可选步骤S5中，可能的是基于确定的成分在量上推导柴油燃料中生物柴油的比例相对对应目标成分的柴油燃料的偏差。

然后，在进一步可选步骤S6中，确定的生物柴油的比例可被传递至发动机控制器，在此可考虑该因素以便实施相对燃料被优化的发动机控制过程，并且因此实现了燃料的节省和/或污染物排放的降低。

步骤S7终止了根据本发明的程序。

根据本发明的方法可在本方法被永久地编程(ASIC，专用集成电路)的电控单元的背景下实施，或者在自由可编程电控单元(CPU，中央处理器)的背景下实施。在图3中说明了实施根据本发明的方法的单元15。所述单元15被联接至传感器装置11，以便接收油盘7内发动机油12的油位12a。此外，单元15包括模型模块16，其中计算的油体积V_mod el(t)基于模型(例如基于以上说明的模型)被确定。求差模型17被连接至模型模块16以便接收计算的油体积V_mod el(t)。此外，求差模块17还被连接至传感器装置11，以便接收测量的油体积V_sensor(t)。所述求差模块17被设计为形成测量的油体积V_sensor(t)和计算的油体积V_mod el(t)之间的V_diff(t)。被连接至求差模块以便接收这个差值的估算模块18确定发动机油的油成分。如在图3中说明的，可选的可能是存在燃料分析模块19，其被连接至估算模块18以便接收发动机油的成分并且从接收的油成分确定柴油燃料中生物柴油的比例。然后，被确定的比例可被传递至传输模块20，其被连接至燃料分析模块19并且传输确定的生物柴油比例到发动机控制系统。如参考图3说明的，电控单元可被实施为独立的柴油发动机单元或发动机控制装置的子单元。

Claims (12)

1.一种用于确定已经由柴油燃料稀释的发动机油(12)中较重柴油组分的比例的方法，其中

检测发动机(1)中所述发动机油(12)的油体积(S2.1)，

基于具有目标成分的柴油燃料计算理论油体积(S2.2)，

形成在检测的油体积和计算的油体积之间的差值(S3)，并且

由所述差值确定所述发动机油(12)中的较重柴油组分相对具有目标成分的所述柴油燃料的比例(S4)。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述理论油体积基于初始时刻t₀的油体积、柴油燃料进入所述发动机油(12)的输入率和所述柴油燃料的较轻组分的挥发率确定。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述理论油体积是时间的线性函数。

4.如权利要求2和3所述的方法，其中所述理论油体积根据公式

计算，其中V_oil(t＝t₀)表示在所述初始时刻t₀的油体积，n&_{fuel_to_Oil}表示柴油燃料进入发动机油(12)的所述输入率，n&_{evap_light}表示所述柴油燃料的较轻组分的所述挥发率并且ρ_oil表示所述燃料的密度。

5.如权利要求1至4中的一个所述的方法，其中通过测量所述发动机(1)的油盘(7)中的油位(12a)并且基于所述油盘的形状将其转换为油体积来检测所述发动机油(12)的所述油体积。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述油位向所述油体积的转换是基于先前执行的校准而实施的，其中每个油位明确指定一个油体积。

7.如权利要求1至6中的一个所述的方法，其中通过所述发动机油(12)中的较重柴油组分相对具有目标成分的柴油燃料的比例来确定所述柴油燃料中生物柴油的比例。

8.如权利要求1至7中的一个所述的方法，其中当计算所述理论油体积时，考虑所述发动机(1)的油消耗量。

9.一种发动机控制装置，其具有被设计为实施如权利要求1至8中的一个所述的方法的电控单元(15)。

10.一种柴油发动机，其具有被设计为实施如权利要求1至8中的一个所述的方法的电控单元(15)。

11.一种用于确定发动机油盘中的发动机油中的较重柴油组分的比例和操作柴油燃料发动机的方法，其包括：

使用传感器检测所述发动机油盘中所述发动机油的油体积；

基于具有目标成分的柴油燃料计算理论油体积；

确定检测的油体积和计算的油体积之间的差值；

基于所述差值确定所述发动机油中的所述较重柴油组分的比例；

基于所述发动机油中的所述较重柴油组分的比例确定柴油燃料中的实际较重柴油组分；以及

基于柴油燃料中的所述实际较重柴油组分调整发动机运行参数。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述柴油燃料中的所述较重柴油组分包括生物柴油并且所述发动机运行参数基于所述柴油燃料中的生物柴油的比例被调整。

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