CN102278218B - 检测十六烷值的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测十六烷值的方法和装置。本发明提供一种检测直喷柴油发动机所使用的燃料的十六烷值的方法，所述直喷柴油发动机装备有涡轮增压器，所述方法包括以下步骤：使用相对于标定喷射起动的两个不同延迟的喷射起动来运行柴油发动机，根据延迟测量涡轮增压器的速度和由涡轮增压器的速度随延迟的变化确定十六烷值。本发明还涉及检测由装备有涡轮增压器的直喷柴油发动机使用的燃料的十六烷值的装置。

Description

检测十六烷值的方法和装置

技术领域

本发明涉及检测直喷柴油发动机使用的燃料的十六烷值的方法和装置，所述柴油发动机装备有涡轮增压器。

背景技术

十六烷值是衡量柴油燃料燃烧质量，特别是点火延迟的一个标准，所述点火延迟是在喷射起动和燃料燃烧起动之间的时间段。因此，在发动机控制系统中需要考虑十六烷值，以便确定最佳燃料喷射正时和喷射量以及最佳排气再循环参数。未能达到这样将导致升高的噪声和排气排放物。

然而，在世界的很多区域，柴油燃料的十六烷值(CN)随供应商、供应质量或燃料供给的具体的州而改变。例如在北美，十六烷值在不同的州在40-55之间改变。因此，对于发动机控制系统来说十六烷值的易变性是非常不确定的因素。因此，已经研究了测量十六烷值的方法。

已知方法包括使用安装在发动机上的爆震传感器来检测燃烧信号。然而，这种传感器增加了整体的成本，并且它不总是能够找到传感器合适的位置。可替代方法依赖当喷射起动改变时发动机即时加速度或扭矩的变化。后一种方法不必需额外的传感器，但可靠性不足。

根据EP2032232A1，十六烷值通过使用角速度传感器，测量发动机曲轴角速度的变化幅值被检测。该幅值与十六烷值相关。因此，根据确定的十六烷值，多种参数例如燃料喷射正时和喷射量被计算。额外的传感器信号可用于控制进行的校正，例如排气温度、氧浓度和涡轮增压器旋转速度。由于需要检测曲轴角速度在旋转期间的每分钟的变化，则需要高性能的角速度传感器，因此增加了整体系统的成本。

发明内容

本发明的目的是提供检测柴油发动机使用的燃料的十六烷值的方法和装置，柴油发动机装备有涡轮增压器，同时避免先前提到的解决方法的缺点。

本发明的目的是通过根据本发明的方法和根据本发明的装置实现的。

根据本发明，已经注意到涡轮增压柴油发动机的涡轮增压器的旋转速度能够作为柴油发动机燃烧的燃料的十六烷值的指示。更具体地，已经发现涡轮增压器速度对燃料喷射正时的依赖对于不同十六烷值的燃料是不同的。

在本发明性的方法中，直喷柴油发动机所使用的燃料的十六烷值通过使用相对于标定燃料喷射起动的两个不同延迟的燃料喷射起动运行柴油发动机来确定，所述柴油发动机装备有涡轮增压器。因此，例如，发动机在燃料喷射的标定正时以第一模式运行，并且然后在延迟的正时以第二模式运行，所述喷射起动相对于标定的喷射起动被推迟。具体地，主喷射由可变化的延迟被推迟，但是先导喷射和其他喷射也被推迟。

根据本发明，涡轮增压器速度在所述至少两个不同的延迟处被测量。因此提供了依赖喷射起动延迟的涡轮增压器速度。由涡轮增压器速度传感器测量的涡轮增压器速度是涡轮增压器涡轮机的旋转速度或者至少直接依赖涡轮机的速度。现在，涡轮增压器变得越来越多地装有速度传感器，用于超速保护、空气路径控制，背压或质量流量的估计和/或其他目的，例如用于测量在具体涡轮增压器配置中的泄漏速度。在这种情况下，涡轮增压器速度传感器信号在发动机控制电子器件中是可用的，这提供关于依赖喷射起动延迟的涡轮增压器速度信息。

涡轮增压器速度随喷射起动延迟的变化依赖十六烷值并且因此允许十六烷值的确定。这种确定可例如通过比较测量的涡轮增压器速度或者测量的涡轮增压器速度与标定值之间的偏差和查找表中存储的一系列十六烷值的预定值来实现，或者通过基于预存储算法实施的计算来实现，所述预存储算法使十六烷值与涡轮增压器速度或者所测量的速度偏差相关。

因此，十六烷值能够基于涡轮增压器速度传感器的信号以简单、有成本效益并且可靠的方式被确定，这在大部分发动机控制系统中是可用的。

根据本发明的优选实施例，当应用所述至少两个不同延迟时，柴油发动机运行在中等发动机速度范围中。优选的发动机速度范围可例如从1000rpm至3000rpm(转每分)，并且更优选地从1500rpm至2000rpm。根据本发明的此方面，已经发现涡轮增压器速度和十六烷值最明显的依赖关系发生在中等发动机速度处，从而允许最可靠的十六烷值的确定。

根据本发明的其他优选实施例，所述至少两个不同的延迟时间依赖发动机速度和/或发动机负载。以此方式，可依据这样的事实，即根据发动机的速度，涡轮增压器速度的依赖关系在不同喷射起动延迟下可以是最明显的。因此，例如在给定发动机速度处，相对于标定正时的短延迟可足够提供十六烷值对涡轮增压器速度的明显效果，而在不同的发动机速度处，长延迟对于明显的十六烷值依赖效果的显现是必要的。最优选的检测十六烷值的延迟可在标定运行中确定。所选择的延迟时间还依赖于其他发动机参数，例如具体地为发动机负载。通过在选择延迟时间中考虑发动机速度和/或负载，能够实现最可靠的十六烷值的确定。

在有利的实施例中，当使用至少两个不同的延迟时，柴油发动机运行在基本恒定的发动机速度和/或负载处。为了实现恒定的发动机速度和/或负载，发动机的正常运行可被中断一段较短的时间。时间段可足够短，以致于装备发动机的车辆的驾驶员并没认识到中断。以此方式，可实施简单并且可靠的十六烷值的确定。

根据其他优选的实施例，检测十六烷值的方法在动态工况期间被实施。具体地，如果可能，恒定工况例如恒定发动机速度和/或负载的时间段能够在发动机的正常运行期间被选择。可替代地，在使用至少两个不同喷射起动延迟期间发动机参数的改变可以是允许的并且能够依据由发动机参数、涡轮增压器速度和十六烷值的预存储图谱。以此方式，十六烷值可在任何时刻被确定，而不中断发动机的正常运行。

检测十六烷值的方法可由装备有柴油发动机的车辆的驾驶员或者发动机的操作者(operator)手动起动。有利地，本发明性的方法可在发动机的动态运行期间或者当条件适合实施检测十六烷值的方法时被自动地定期实施。以此方式，燃料的十六烷值能够被定期地确定，从而实际十六烷值在任何时刻均是可用的。

根据其他优选的实施例，所述方法在燃料补给之后被自动执行，如所指示的通过例如补给传感器。以此方式，当十六烷值的变化发生时能够确定十六烷值。所述方法在燃料补给之后立即起动或者一些时间之后(例如，在消耗一些燃料之后)起动，因此其说明与剩余燃料的混合和使用再填充燃料填充燃料系统。

用于检测直喷柴油发动机使用的燃料的十六烷值的发明性装置，所述柴油发动机装备有涡轮增压器，所述装置包括涡轮增压器速度传感器和被编程用于执行本发明性方法的电子发动机控制单元。现代直喷发动机包括电子发动机管理系统，所述系统需要当前发动机参数和改变燃料喷射正时和喷射量的数据。因此，本发明性方法能够通过电子控制单元实施，而不需要其他传感器和致动器。具体地，十六烷值的检测结果能够通过显示装置被显示给驾驶员或操作者，和/或能够被自动使用以用于根据当前使用的燃料的十六烷值调整的最优化发动机的管理。

运行柴油发动机的方法包括检测使用的燃料的十六烷值的发明性方法并且还包括根据所确定的十六烷值调整先导喷射正时、先导喷射量、主喷射正时和/或排气再循环率中的至少一个。以此方式，不管当前所使用燃料的十六烷值，均可实现改进性能并且降低噪声和其他排放物的最佳发动机管理。检测十六烷值的发明性方法可与其他方法组合，以便增加可靠性和准确性。

附图说明

本发明的其他方面在附图中和以下的具体实施方法的描述中将变得明显。

图1显示了根据喷射起动的延迟测量涡轮增压器速度的图表示意图，所述喷射起动的延迟是相对于示例柴油发动机在各种发动机速度下的标定喷射起动的延迟，所述柴油发动机包括直接燃料喷射系统、涡轮增压器和排气再循环系统。

具体实施方式

如在图1中显示的，在发动机速度的中等范围内，根据所使用的高或低十六烷值的燃料，在涡轮增压器速度中存在明显的、可测量的差值。填充的圆圈指示十六烷值(CN)为53的柴油燃料的测量值，而填充的方块指示CN值为42的柴油燃料的测量值。显示在图1中的四对曲线均表示给定的发动机速度，其指示了由涡轮增压器速度传感器对于一系列喷射起动延迟所测量的涡轮增压器的速度。

在图1中，曲线1和1’均表示发动机速度为1000rpm(转每分)，而曲线4和4’均表示发动机速度为3000rpm。如在图1中可看到的，在那些发动机速度处不存在涡轮增压器速度依赖CN值的明显变化。

曲线2和2’均指代发动机速度为1500rpm，而曲线3和3’均表示发动机速度为2000rpm。在各情况下，涡轮增压器速度显著依赖所使用的燃料的十六烷值，如通过CN42燃料的曲线2’显著偏离CN53燃料的曲线2和曲线3’(CN42)偏离曲线3(CN53)所指示的。如通过箭头5和箭头6指示的，涡轮增压器速度发生最显著的偏离的延迟时间取决于发动机速度。

在所显示示例中，十六烷值通过在恒定发动机速度(如通过发动机速度传感器被测量的)处运行柴油发动机并且通过涡轮增压器速度传感器测量涡轮增压器速度而被确定。在第一运行模式中发动机通过标定喷射正时运行，即燃料的喷射起动延迟为0。因此，测量了涡轮增压器速度的第一值或标定值。在第二运行模式中，燃料的喷射起动相对标定正时被推迟，特别是主燃料喷射起动被推迟。所选择的时间延迟段根据对单个发动机或该类型发动机实施的标定被预设，所述延迟取决于发动机速度。延迟的预设值被选择以提供使用不同十六烷值的涡轮增压器速度的显著差值。因此，测量了涡轮增压器速度的第二值。第一值和第二值的不同指示柴油发动机使用的燃料的十六烷值。在给定的示例中，对于十六烷值为53的燃料差值为0，而对于十六烷值为42的燃料，所述差值在1500rpm的发动机速度处对应为第一涡轮增压器速度值的约10％，而在2000rpm的发动机速度处对应为约15％。这种变化可被可靠地检测，从而允许足够准确地确定十六烷值。发动机可被运行在使用其他延迟的其他运行模式中，以便测量其他涡轮增压器速度值，由此提高十六烷值检测的准确性。

在第二运行模式中的燃料喷射起动的延迟不需被预设。替代地，直到发生涡轮增压器速度与第一值的偏差足够用于检测燃料的十六烷值时，所述延迟可被改变。在所描述的示例中，在2000rpm处，仅需建立除了0之外的一个延迟，以便检测十六烷值42，并且在1500rpm处，需要使用除了0之外的两个延迟值来检测CN42的燃料。因此，十六烷值能够以最灵活的方式被确定。

Claims (10)

1.一种检测直喷柴油发动机使用的燃料的十六烷值的方法，所述直喷柴油发动机装备有涡轮增压器，所述方法包括以下步骤：使用相对于标定喷射起动的至少两个不同延迟的喷射起动来运行所述柴油发动机，根据所述延迟测量所述涡轮增压器的速度，并且由所述涡轮增压器的速度随所述延迟的变化确定十六烷值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述柴油发动机运行在中等发动机速度范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述柴油发动机运行在1000转每分到3000转每分的范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述柴油发动机运行在1500转每分到2000转每分的范围内。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述至少两个不同的延迟时间取决于发动机速度和/或负载。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述柴油发动机在基本恒定的发动机速度和/或负载下运行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在动态工况期间被执行。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法被自动定期执行。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在燃料补给之后被自动执行。

10.一种用来检测直喷柴油发动机使用的燃料的十六烷值的装置，所述直喷柴油发动机装备有涡轮增压器，所述装置包括涡轮增压器速度传感器和发动机控制单元，所述发动机控制单元被编程用于执行根据以上任一权利要求所述的方法。