CN110300886B - 用于确定发动机油导致车辆发动机早燃的倾向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，其用于确定发动机油使车辆尤其是机动车辆的内燃机发生早燃的倾向，该发动机油用于导入该车辆的内燃机中，该方法包括：‑在预定的老化时间内老化该发动机油的步骤(P1)，‑在预定老化时间之后，评估发动机油在高压下的自燃温度的步骤(E11)，‑将该发动机油的自燃温度与预定温度进行比较的步骤(E12)，并且如果发动机油的自燃温度低于预定温度，则判定该油具有产生早燃的倾向。

Description

用于确定发动机油导致车辆发动机早燃的倾向的方法

技术领域

本发明总体涉及热发动机的预燃领域，该热发动机尤其安装在机动车辆中。

本发明更具体地涉及一种方法，其用于确定在发动机油老化时发动机油导致机动车辆的发动机早燃的倾向。

背景技术

已知地，还被称为内燃机的车辆热发动机包括指定燃烧室的空心气缸，在气缸中喷射空气和燃料的混合物。这种混合物在每个燃烧室中由滑动活塞压缩。混合物的膨胀产生对活塞的推力，引起发动机轴的旋转，通过发动机轴的转动而引起车辆的车轮旋转。因此，内燃机使得可以将混合物燃烧所释放的热能转换成驱动车辆移动的机械能。

在为汽油发动机的情况下，在发动机中安装火花塞，以便在燃烧室中产生火花，从而在预定时间触发空气和燃料的混合物燃烧，以允许优化发动机的运行。

然而，已知地，如果在预定时间之前触发燃烧，则称为燃烧室中混合物的早燃。特别是当发动机的旋转速度低时出现早燃现象，这种现象被称为低速早燃或LSPI，LSPI代指英语中的低速早燃(Low Speed Pre-Ignition)。低速早燃影响在低发动机速度(发动机轴的每分钟转动圈数小)和高负载的情况下运行的发动机，其中发动机的负载是发动机在一定的发动机转速下提供的功与发动机在这个速度下可以提供的最大功之间的比率。作为示例，高负载表示在陡坡上行驶的车辆或装有拖车或挂车的车辆。

已知地，例如在高水平的油蒸气或燃烧室中存在热点的情况下发生低速早燃，并且还可能由于在火花塞点火之前的空气/燃料混合物压缩阶段期间存在水滴而发生低速早燃。这种早燃现象可通过引起燃烧室中的温度突然升高而损坏发动机，并使车辆驾驶员感受到的驾驶乐趣降低。

根据当前技术状态，多个解决方案允许防止早燃，例如使用特定的火花塞、调节空气/燃料混合物或定期清理燃烧室。然而，这些解决方案实施起来可能很复杂。当前技术还包括允许在燃烧室中再循环冷却废气的技术方案，但是这些技术成本高并进一步导致将物质带入燃烧室中，这在发动机的某些使用情况下增加了早燃的风险。

发明内容

因此，本发明旨在通过提出一种简单、稳定且有效的测试方法来至少部分克服这些缺点，以降低车辆内燃机的早燃风险。

更具体地，为了实现该目的，本发明涉及一种方法，其用于确定发动机油使车辆尤其是机动车辆的内燃机发生早燃的倾向，该发动机油用于导入该车辆的内燃机中，该方法包括：

-在预定的老化时间内老化该发动机油的步骤，

-在预定老化时间之后，评估发动机油在高压下的自燃温度的步骤，和

-将该发动机油的自燃温度与预定温度进行比较的步骤，并且如果发动机油的自燃温度低于预定温度，则判定该油具有产生早燃的倾向。

有利地，这种方法允许评估发动机油的自燃温度，以便在使用老化的发动机油时预测车辆发动机的早燃的风险。

有利地，在将油的自燃温度与预定温度进行比较的步骤之后，该方法包括距离评估步骤，其用于根据自燃温度评估车辆在预定条件下能够行驶而发动机油不会使车辆发动机发生早燃的距离。该方法中的这一步骤使得可以确定发动机油使车辆发动机发生早燃的倾向，从而有利地，在车辆的给定行驶距离上避免早燃的风险。

这种方法允许对发动机油进行分类以防止早燃的风险，从而允许考虑特别受低速早燃问题影响的小型涡轮汽油发动机的下一步发展。

有利地，可以针对优选为72h和/或96h和/或120h和/或144h的多个预定老化时间进行发动机油的老化步骤，以实现多次测试，这多次测试使得可以根据发动机油的老化进行比较。

优选地，该方法包括多个自燃温度的评估步骤，在不同的预定老化时间之后评估每个自燃温度，从而允许为油进行分级，该油根据其老化阶段而具有不同自燃温度。

有利地，该方法包括用于评估多个距离的多个步骤，该距离为车辆在预定条件下能够行驶而发动机油不会使车辆发动机产生早燃的距离，针对发动机油的不同预定老化时间，根据所述相应的自燃温度来评估每个距离。这样的多个距离评估步骤尤其允许通过确认所获得的结果来验证该方法。

有利地，在评估发动机油的自燃温度的步骤之前，该方法包括测量氧化诱导时间的步骤，从而允许为给定油确定氧化该油所需的时间。

有利地，评估发动机油的自燃温度的步骤通过差示扫描量热法来进行，从而允许使用结果受认可的量热计。

有利地，在评估发动机油的自燃温度的步骤之前，该方法包括提高发动机油的温度的步骤，优选地遵循直至预定最高温度的渐进变化来提高温度，从而允许引发油的氧化。

优选地，评估发动机油的自燃温度的步骤在10.13巴的高压下进行，从而允许在高压下进行标准化测试，以重建与未燃烧的燃烧室中的压力环境类似的一般环境。

有利地，通过专用于分析热数据的计算机软件来进行自燃温度的评估，从而允许进行可靠的测量。

附图说明

通过阅读仅作为示例给出并参照附图的本发明实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将显现，在附图中：

图1是确定方法的步骤的示意图，该方法用于确定当发动机油老化时该发动机油导致车辆发动机早燃的倾向，

图2是发动机油的温度变化的曲线图，在根据本发明优选实施例的方法期间通过量热计控制发动机油的温度，以及

图3是允许评估发动机油的自燃温度的曲线图。

具体实施方式

在下文中，特别为了评估用于导入机动车辆发动机中的油而描述本发明，但本发明不限于此。

如上所述，配备有内燃机的机动车辆包括多个燃烧室，在该多个燃烧室中注入空气和燃料的混合物。混合物的燃烧产生推力，其推动可滑动安装在燃烧室中的活塞，以使发动机轴旋转并因此允许车辆的车轮旋转。

在汽油发动机中，通常由火花塞来触发空气/燃料混合物的燃烧，火花塞存在于发动机的每个燃烧室中并产生火花。这种火花在精确的时刻产生，以便优化发动机的运转。

然而，在火花塞产生火花之前，混合物会发生自燃。特别是当发动机的旋转速度低时，这种意味着发动机早燃的现象出现，因此，这称为低速早燃或LPSI，LPSI代指如上所述的英语中的Low Speed Pre-Ignition(低速早燃)。尤其是在使用不稳定的老化油时出现这样的低速早燃。

实际上，发动机包括具有油的润滑系统，该润滑系统允许润滑发动机的各种元件，以在各种元件运动期间限制其摩擦及其磨损。因此，油尤其在燃烧室外侧的活塞处循环，以润滑在发动机的汽缸中移动的活塞。然而，在发动机的某些使用条件下，油可能进入燃烧室，从而导致在低速情况下的发动机早燃的风险。实际上，在热和氧的作用下，油具有氧化的趋势，因此称为油的老化。油的这种老化导致沉积物的形成并因此阻塞燃烧室，这是早燃的风险源。

因此，在本文中描述的发明提出：通过规定针对老化油的车辆发动机的早燃标准，限制发动机在低速时早燃的风险。因此，下面将描述一种确定方法，其用于确定在油老化期间该油导致机动车辆的发动机早燃的倾向。

参照图1，根据优选实施例，根据本发明的方法包括指示第一阶段P1的步骤以及随后指示第二阶段P2的步骤。第一阶段P1为待检测油的老化，第二阶段P2用于确定油导致发动机早燃的倾向。

优先遵循称为“柴油发动机油在生物燃料的存在下通过氧化老化”的过程来进行油老化的第一阶段P1，该过程由开发运输用燃油、润滑剂和其他流体性能试验的法国协调小组(Le Croupe

de Coordination pour le développement des essais deperformance des Carburants,des Lubrifiants et autres fluides dans leTransport)制定(测试方法编号：GFC LU-43-A-11ind2)。

GFC LU-43-A-11ind2过程描述了通过催化氧化来老化，即通过向发动机油添加催化剂溶液来实现油的氧化，这种油的氧化表示该油的老化。为了允许实施老化，根据本发明的方法的第一阶段P1需要指定为试验单元的容器，并且包括用于制备这种试验单元的第一步骤E1。在该步骤E1中，通过诸如全氯乙烯或石油醚的溶剂、随后通过庚烷对试验单元进行清洗并消毒，以除去任何残留物。

然后，在步骤E2中，制备含有待测油的试验溶液，例如150g的油。在同一步骤E2期间，还制备催化剂溶液。这种催化剂溶液包括例如引入充满氯仿的100mL小瓶中的1.9023g无水Fe(III)乙酰丙酮化物。

然后，在该示例中，在试验单元中将5mL的催化剂溶液与150g油混合，以便在步骤E3中获得油/催化剂混合物的均匀化。

然后，在步骤E4中，将包含试验溶液和催化剂溶液的混合物的测试单元置于加热池中。然后，将硅树脂管放置在适当的位置，以将试验单元连接到例如以10升/小时(加或减0.5升/小时)的流量设定的流量计，以避免氯仿沸腾升高，其可能导致试验单元的塞子被推出。

然后在该示例中，在步骤E5中，启动加热池并将其设定至170℃(加或减1℃)的温度。然后，通过例如热电偶或热探测器来定期控制试验单元的温度，该试验单元包含待测油样品。然后，在例如144小时内将加热池保持在170℃的温度，结束后，在步骤E6中，停止加热池并取油。在该示例中，在170℃下，也可以在72小时、96小时和120小时后取三个中间样品。

在根据示例性实施例的本文献中描述了根据本发明的方法的第一阶段P1，然而应当理解到，可以是实施GFC Lu-43-A-11ind2过程中描述的任何变型，以便获得至少一个老化油样品。类似地，也可以通过包括将油预稀释为例如8％或在例如30℃的平均温度下调节几天来修改该老化程序。

因此，进行老化的第一阶段P1的步骤E6结束后，产生多个老化油样品，其准备用于根据本发明的方法的第二阶段P2中。随后，根据HX油样品的老化小时数X指定每个HX油样品，因此，在第一阶段P1期间老化144小时的HX油将被指定为H144，同样地将老化96小时的油指定为H96。

根据本发明的方法的第二阶段P2允许评估在第一阶段P1期间老化的HX油的自燃温度。为此，一种称为差示扫描量热法也以缩写DSC为人所知的方法适应于高压并在高压下进行，缩写DSC在英文中表示“差示扫描量热法(differential scanning calorimetry)”。这里将高压理解成一定压力，其代表当压缩阶段结束未燃烧时在内燃机的燃烧室中的压力。该压力通常大于1巴并小于25巴。

通常用于确定聚合物的热转化的差示扫描量热法包括在将聚合物加热至高温时研究聚合物的变化和状态改变。实际上，在进行差示扫描量热法时，将两个试验单元放置在量热计中，试验单元中的一个包含待测试样品，第二个是空的。在量热计的温度升高期间，待测样品储存热量，因此包含样品的单元需要额外的能量以加热到与空单元相同的温度。量热计通过例如连接到单元的热电偶或热探测器来测量该额外的热量。

这种方法在所谓的惰性环境下进行，也就是说引入热量计的单元例如通过氮气来排除气体。随着温度升高，发生化学反应，同时将氮气置换为氧气。这种反应发生一段时间，这段时间称为氧化诱导时间(TIO)并对应于气体变化和氧化开始之间所需的时间。当氧化诱导时间高时，据说该材料具有良好的氧化稳定性。

这种对氧化诱导时间的测量使得根据本发明的实施例可以评估待测老化油的自燃温度。如图3所示，通过在差示扫描量热分析期间通常应用且通常由本领域技术人员实施的切线规则，在曲线上评估自燃温度。

因此，为了研究HX老化油，该方法需要差示扫描量热仪并使用两个测试池。因此，根据本发明的方法的第二阶段P2包括步骤E7，在步骤E7中，通过优选为正庚烷和丙酮的一种或多种溶剂来清洁单元。

在该示例中，实现如上所述的方法需要两个单元，在步骤E8中，第一单元保持为空，第二单元填充有例如2毫克(加减0.05mg)的HX老化油。然后，将两个单元放入量热计中，然后将其密封。然后引入氮气以产生前述的惰性环境。然后，在步骤E9中，配置量热计以控制两个单元的温度升高。还施加例如10.13巴的压力，以便重现机动车辆内燃机的燃烧室内部未燃烧时的压力条件。

参照图2，量热计内部的温度升高以渐进的方式变化。在该实例中，量热计控制温度的快速变化，直至50℃的第一阶段，在该阶段温度保持5分钟。然后，温度逐渐升高至例如为每分钟40℃的第二阶段，直至120℃。然后，更平缓地控制变化，例如每分钟1℃，直至达到250℃的温度。

这样的高温允许将氮气置换成氧气，从而在步骤E10中允许测量氧化诱导时间。优选地，通过例如STARe-Software的连接到量热计的计算机软件，以出现氧化来测定氧化诱导时间。

一旦包含待测老化油的单元的氧化诱导时间测定，软件就可以确定单元为了达到期望的250℃温度所产生的能量。然后，在步骤E11中，软件允许评估这种油在压力下的自燃温度。图3示出了由STARe-Software软件绘制的曲线图，该曲线图根据时间示出了为了使油达到期望温度所产生的能量的变化，并且通过切线法示出对油的自燃温度的评估。

根据油的老化而变化的油自燃温度允许确定油导致发动机早燃的倾向。发动机油的自燃温度低于预定温度，该油被判断为具有产生早燃的倾向。实际上，在步骤E12中，将油的自燃温度与例如205℃的预定温度进行比较。最终在步骤E13中，在温度适中的地区中且在燃料不影响油的稳定性的情况下，这样的比较允许根据在步骤E11中评估的相应自燃温度来评估油不会使发动机早燃之前车辆行驶的距离。

在该实例中，可以在如前所述的几种老化条件下测试油。因此，在具有多个油样品的情况下，本文献中描述的方法可被重复用于该相同的油，该多个油样品是在例如老化72小时、96小时或120小时后的不同老化阶段提取的。

作为示例，在老化144h之后，如果自燃温度高于205℃，则认为H144油例如在温度适中的地区且燃料不影响油的稳定性的情况下以低速行驶30 000km不可能产生早燃。类似地，在老化72h之后，如果自燃温度高于205℃，则认为H72油例如在温度适中的地区且燃料不会影响油的稳定性的情况下以低速行驶10 000km不可能产生早燃。

因此，这种用于确定油导致发动机早燃的倾向的方法允许创立用于引入发动机润滑系统的油的各种等级。因此有利地，这些等级允许根据油产生早燃的倾向来对油进行分类，这些油产生早燃的倾向根据其自燃温度而变化。

Claims (8)

1.一种用于确定发动机油使车辆内燃机发生早燃的倾向的方法，所述发动机油用于导入所述车辆的内燃机中，所述方法包括：

-在预定的老化时间内老化所述发动机油的步骤(P1)，

-在所述预定老化时间之后，评估所述发动机油在高压下的自燃温度的步骤(E11)，

-将所述发动机油的自燃温度与预定温度进行比较的步骤(E12)，并且如果所述发动机油的自燃温度低于所述预定温度，则判定所述油具有产生早燃的倾向，

在将所述油的所述自燃温度与所述预定温度进行比较的所述步骤(E12)之后，所述方法包括距离评估步骤(E13)，所述步骤用于根据所述自燃温度评估所述车辆在预定条件下能够行驶而所述发动机油不会使所述车辆发动机发生早燃的距离，以便能够对所述发动机油进行分类以防止早燃的风险,

其中，在所述评估发动机油的自燃温度的步骤(E11)之前，所述方法包括测量所述油的氧化诱导时间的步骤(E10)，

其中，在所述评估发动机油的自燃温度的步骤(E11)之前，所述方法包括提高所述发动机油的温度的步骤(E9)，遵循直至预定最高温度的渐进变化来提高温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，可以针对多个预定老化时间进行所述发动机油的老化步骤(P1)。

3.根据权利要求1所述的方法，包括多个自燃温度的评估步骤(E11)，在不同的预定老化时间之后评估每个自燃温度。

4.根据权利要求1所述的方法，包括用于评估多个距离的多个步骤(E13)，所述距离为所述车辆在预定条件下能够行驶而所述发动机油不会使所述车辆发动机产生早燃的距离，针对所述发动机油的不同预定老化时间，根据相应的所述自燃温度来评估每个距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述发动机油的自燃温度的评估通过差示扫描量热法来进行。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述发动机油的自燃温度的评估在10.13巴的高压下进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过专用于分析热数据的计算机软件来进行所述自燃温度的评估。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车辆是机动车辆。

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