CN111601955A - 用于估计内燃发动机的油中的燃料的稀释度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的燃烧气体处理设备的内燃发动机的油中的燃料的稀释比的方法，在该方法之前进行的步骤期间，限定所述燃料的组成的多个部分(F₁，F₂，…F_x)，每个部分(F_i)具有不同的密度，并且该方法包括：重复地在一系列时刻(t，t+dt)通过将在前一时刻估计的稀释比(T(t))与稀释比变化值(dT)相加来估计稀释比(T)，该稀释比变化值是基于在两个连续时刻(t，t+dt)之间该油中的所述燃料的组成的该多个部分(F₁，F₂，…F_x)中的每个部分(F_i)的稀释比变化(dTi)的估计值而计算的。

Description

用于估计内燃发动机的油中的燃料的稀释度的方法

本发明涉及一种用于估计内燃发动机、更特别地配备有污染排放物处理设备的发动机的油中的燃料的稀释度的方法，该污染排放物设备通过将燃料后喷射到发动机的气缸中而周期性地再生。当达到油中的燃料的稀释度的阈值时，可以准确地确定发动机排油间隔。

许多现代发动机都配备了排气处理设备，这些设备按顺序运行。例如，大多数柴油发动机都配备有颗粒过滤器。在利用稀薄混合物的正常运行中，这些设备会捕集污染物，但不会对其进行处理。周期性地，当表示累积污染物量的参数(例如设备中的压降)达到预先限定值时，发动机的计算机会触发所谓的再生阶段，在该再生阶段期间，对发动机设置进行修改以处理和消除污染物。

文献FR-A1-2 974 853是尤其已知的，其披露了一种用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的这种燃烧气体处理设备(例如颗粒过滤器)的内燃发动机的油中的燃料稀释比的方法。

根据此现有技术方法，稀释比是根据发动机的运行模式来估计的：

-在再生阶段中，将在所考虑时间间隔期间稀释度的上升变化计算为再生函数与所考虑时间间隔的乘积，该再生函数例如能够映射为该发动机的参数(诸如速度和燃料流率)的函数。

-在正常运行阶段中(换句话说，在再生之外)，将在一定时间间隔期间稀释度的下降变化计算为蒸发函数的相反函数与所考虑时间间隔的乘积。蒸发被理解为是指发动机的油层周围的气体中的燃料的汽化。通过考虑自上次再生结束以来经过的时间，根据一阶动力学定律来计算两个相邻时刻之间的蒸发变化。

更具体地，根据这样的一阶动力学定律，浓度的时间变化dC/dt(即蒸发速度)具有-k·C(t)类型(在方程中，k表示蒸发反应速度参数，并且C(t)表示当前时刻的浓度)，使得蒸发速度随着自正常运行阶段开始经过的时间(也就是说，从自前一再生结束起所经过的时间)而减小。

然而，对于这样的估计方法，与连续再生的次数无关，当油中的燃料的瞬时浓度(换句话说，稀释度)相同时，燃料的下降变化(也就是说，蒸发或汽化)遵循完全相同的速度曲线。现在，通过精确的测试已经发现情况并非如此。现有技术中已知的方法的蒸发模型倾向于过量估计燃料的蒸发或汽化，因为重复进行了再生。

而且，已经发现仅使用水温来表征燃料的汽化是不正确的。这样的使用是一种简化，目的在于减轻对发动机的油温的测量的缺乏，可以认为这表示汽化现象。

因此，需要一种解决前述问题的用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的燃烧气体处理设备的内燃发动机的油中的燃料的稀释比的方法。

提出了一种用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的燃烧气体处理设备的内燃发动机的油中的燃料的稀释比的方法，所述方法包括确定燃料的总稀释速度的步骤。

在该方法的预备步骤期间，限定所述燃料的组成的多个部分，每个部分具有不同的密度(也就是说，较高或较低的轻重度)，并且该方法包括：重复地在一系列时刻通过将在前一时刻估计的稀释比与稀释比变化值相加来估计稀释比；稀释比变化值是根据在两个连续时刻之间该油中的所述燃料的组成的该多个部分中的每个部分的稀释度的估计值而计算的。因此，有可能在每个时刻以相对较准确且快速的方式确定油中的燃料的稀释比，而不管发动机的运行模式如何、是否处于再生期间。

有利地并且以非限制性方式，组成的每个部分都与该燃料的组成比率以及所述部分的汽化速度相关联，每个部分的稀释度的估计值是该燃料的总稀释速度、该燃料的组成比率和所述部分的所述汽化速度的函数。因此，可以利用相对容易建立的参数来计算稀释比。

有利地并且以非限制性方式，所述部分的汽化速度是所考虑时刻的发动机转矩的函数。因此，可以改善对每个部分的汽化速度的确定。

有利地并且以非限制性方式，在两个连续时刻之间每个部分的稀释比变化的估计值等于总稀释速度与该燃料的组成比率的乘积减去所述部分的蒸发速度、所得结果再乘以该两个连续时刻之间的时间间隔。因此，稀释比的估计值是相对容易获得的。

有利地并且以非限制性方式，发动机能够根据再生模式运行，并且在所述再生模式之外，燃料的所述总稀释速度等于0。因此，稀释比的估计值甚至更容易确定，并且涉及在再生和未再生的情况下对发动机的这两种运行模式而言公共的一种计算。

有利地并且以非限制性方式，发动机能够根据再生模式运行，并且在所述再生模式下，燃料的所述总稀释速度是根据发动机转矩和表示发动机水温的值而预先确定的。因此，可以相对容易且可靠地获得燃料的总稀释速度。

有利地并且以非限制性方式，将每个时刻的稀释比变化计算为该油中的所述燃料的组成的该多个部分中的每个部分的稀释度的估计值的总和。因此，该方法是相对容易、可靠且就计算时间而言不耗时的。

本发明还涉及一种用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的燃烧气体处理设备的内燃发动机的油中的燃料的稀释比的设备，通过该设备根据该发动机的运行模式来估计该稀释比，

所述设备包括用于确定该燃料的总稀释速度的装置。

该设备包括用于限定所述燃料的组成的多个部分的装置，每个部分具有不同的密度。

该设备包括：适合于重复地在一系列时刻通过将在前一时刻估计的稀释比与稀释比变化值相加来估计稀释比的估计值的装置；稀释比变化值是根据在两个连续时刻之间该油中的所述燃料的组成的该多个部分中的每个部分的稀释比变化的估计值而计算的。

本发明还涉及一种发动机组件，该发动机组件包括配备有燃烧气体处理设备的内燃发动机和如前所述的估计设备。

本发明还涉及一种包括如前所述的发动机组件的机动车辆。

参考附图，通过阅读以下以指示性但非限制性方式给出的本发明的具体实施例的描述，本发明的其他具体特征和优点将变得明显，在附图中：

-图1示意性地表示了配备有能够实施根据本发明的方法的排气处理设备的内燃发动机，

-图2表示了这种发动机的油中的燃料的稀释度随时间变化的趋势，以及

-图3表示了根据本发明的用于估计油中的燃料的稀释度的方法的流程图。

-图4表示了根据本发明的方法的估计的流程图。

图1表示了内燃发动机1(例如柴油发动机)，已经绘制了该内燃发动机的单个气缸的截面。发动机1在此通过涡轮压缩机2被增压，并且其排气通过排气处理设备3进行处理。

发动机1通过空气回路被供应空气，该空气回路包括进气口4、涡轮压缩机2的压缩机5以及进气管道6，该进气管道的一端出现在发动机的燃烧室7中。室7接纳至少一个喷射器8，该至少一个喷射器将燃料(例如柴油)喷射到室7中以与空气进行燃烧。

由室7中的燃烧产生的排气经由排气歧管10被排放到涡轮压缩机2的涡轮9。气体通过涡轮9、排气管道11和处理设备3。它们最终通过排气消声器12被排放到外部大气。

处理设备3例如在同一个外壳的内部包括：氧化催化剂，该氧化催化剂连续地氧化排气中存在的某些污染物(未燃烧的碳氢化合物HC和一氧化碳CO)；以及颗粒过滤器，该颗粒过滤器使得可以储存由发动机1排出的炭烟，并在达到预定重量时将其燃烧。两个压力传感器13和14分别位于处理设备3的输入端和输出端处。处理设备3的输入端与输出端之间的压降使得可以间接地评估储存在处理设备3中、更特别地在其颗粒过滤器中的炭烟的重量。

连续地，发动机1的运行由计算机15驱动，该计算机链接到一定数量的传感器(至少包括压力传感器13和14)，并且链接到一定数量的致动器(至少包括喷射器8)。

当发动机在稀薄混合物模式下(也就是说，在颗粒过滤器再生阶段之外)正常运行时，计算机15将与转矩设定点相对应的一定量的燃料喷射到燃烧室7中。该设定点可以是发动机的转速与其上安装有发动机1的车辆(未表示)的加速器踏板(未表示)的下压的函数。通常，燃料在发动机1的每个气缸的燃烧上止点之前开始被引入，并且其被完全燃烧。在这种运行模式下，处理设备3储存由发动机1排出的炭烟，但不消除它。

当由传感器13和14测得的压力差达到预定阈值时，计算机15触发处理设备3的再生阶段，以便燃烧所累积的炭烟的储备。为此，除了根据所需的转矩设定点将燃料喷射到室7中之外，计算机15还触发燃料后喷射。

更具体地，其在每个气缸的上止点之后相当长的时间内将对燃烧没有贡献(也就是说其未被燃烧以产生发动机转矩)的一定量的燃料喷射到室7中。该一定量的燃料几乎全部被排放到排气歧管10中，并被排放到处理设备3，在该处理设备中，该燃料燃烧储存在该处理设备中的炭烟。

然而，较晚喷射到气缸中的一小部分燃料渗透并稀释在发动机的油中、尤其是在润滑发动机1的气缸壁的油膜中，并且通过发动机1的活塞与气缸之间的空隙。

图2展示了发动机1的油中的燃料的稀释度随时间变化的趋势。在时刻t₀，当发动机的油是新的并且处理设备3是新的或再生的时，燃料的稀释度、也就是说油中所含燃料的百分比为零。

在时刻t₀与t₁之间，发动机处于正常运行模式，也就是说在颗粒过滤器的再生之外。在时刻t₁，触发过滤器的再生。累积在过滤器中的炭烟的燃烧一直持续到时刻t₂。从时刻t₁到时刻t₂，油的稀释度从0增大到值T₂。在时刻t₂，再生停止，并且不再有燃料后喷射到发动机中。然后，在燃料蒸发的影响下，稀释度减小。下降持续到需要新的再生的时刻t₃。稀释度达到值T₃，该值低于值T₂但不会返回到时刻to的零值。

在时刻t₃，触发过滤器的新的再生。炭烟的燃烧持续到时刻t₄。从时刻t₃到时刻t₄，油的稀释度从T₃增大到大于T₂的值T₄。在时刻t₄，再生再次停止。稀释度下降，直到需要下一次再生的时刻t₅。从时刻t₄到时刻t₅，稀释度从值T₄下降到保持大于值C₃的值T₅。

因此，稀释经历了一系列交替的增大阶段和减小阶段，并且从长远来看，水平总体上是增大的。在图2中依次位于t₀与t₃之间、t₂与t₃之间以及t₄与t₅之间、在其期间过滤器未再生的时段的持续时间可以根据其上安装有发动机的车辆的运行状况(城市、高速公路等)而变化。在每次再生开始时观察到的稀释度值(在图2中分别为T₃和T₅)取决于这些时段的持续时间，也就是说取决于自每次再生结束以来经过的时间。

图3表示了根据本发明的方法的实施例的流程图。该方法包括初始化步骤100，在该步骤期间，如果发动机1的油是新的，则将稀释比T(以重量计)的估计值初始化为零值，否则将其初始化为先前存储在计算机15中的某个值。

在预备步骤(未表示)期间，限定所述燃料的组成的多个部分，每个部分具有不同于彼此的密度，也就是说不同的轻重度。

各个部分与燃料的组成比率％F₁、％_F2、…、％_FX相关联，使得这些部分的总和对应于100％的燃料。

每个部分的燃料的组成比率是预先确定的，不同燃料类型之间的组成比率仅可忽略不计地变化。

燃料的各个部分F₁、F₂、…F_X还具有特定的汽化速度V_汽化Fi、V_汽化F2、…V_汽化FX，当部分较轻(或密度较小)时，该速度会更高。

特别地，在燃料组成比率方面考虑四个主要部分足以获得令人满意的对油中的燃料的稀释比的建模。这使得可以尤其是显著减少所需的计算，同时确保令人满意的估计值。然而，根据速度和/或准确度的要求，完全有可能考虑更多或更少的部分。

各个部分F₁、F₂、…，F_X的蒸发速度是根据发动机转矩C而预先确定或预先映射的。

该方法包括测试步骤110，在该步骤期间，计算机例如通过检查是否存在燃料的后喷射来确定是否正在进行处理设备3的再生。如果未在进行再生，则测试进行到步骤120，否则进行到步骤130。

在步骤110中，计算机递增并且还在计数器中存储所经过的时间dt，换句话说，时间步长dt、或者是自对油中的燃料的稀释比T的上一次计算结束以来的时间差dt。

为了简单起见，在下文的描述中，将使用相隔时间差dt的时刻t和t+dt来表示两个连续的时刻，在该两个连续时刻期间，计算燃料的稀释比的连续值。

换句话说，对于给定的时刻，时间差dt对应于前一计算t与当前计算t+dt之间经过的时间。因此，下文所描述的对稀释比的变化dTi和dT的计算结果对应于在相隔此时间差dt的时刻t与t+dt之间的变化。

步骤120和步骤130两者的目的是在正在进行再生的第一情况下、以及在未进行再生的另一情况下计算稀释比的变化dT的值。

在步骤120的情况下，对应于启动再生时发动机的运行模式，将油中的燃料的总稀释比的变化dT(也称为总基本稀释度dT)的值计算为：对于每个时刻t，构成燃料的多个部分F₁、F₂、…F_X在各个时刻的基本稀释度dT₁、dT₂、…、dT_x的总和的总和。

基本稀释度dTi对应于在两个连续时刻t、t+dt之间油中的燃料的每个部分Fi的稀释度的变化速率；其是根据以下方程计算出的：

dT_i＝V_稀释*％F_i*dt-V_汽化Fi*dt

即可以因式分解为以下形式的方程：

dT_i＝(V_稀释*％F_i-V_汽化Fi)dt

其中：

V_稀释是燃料的总稀释速度，可以将其映射为发动机参数(诸如转速和燃料流率)的函数；

dt表示计算稀释比T的两个连续时刻t、t+dt之间的时间差或时间步长；

％F_i表示部分Fi的燃料组成比率；并且

V_汽化Fi表示给定部分Fi的蒸发速度。

这两个连续时刻之间的时间差dt可以等于发动机的计算机的常规计算步长，例如大约为100ms。这样的稀释度计算的更新频率是绰绰有余的，稀释度的趋势是缓慢的现象。

在再生模式下的发动机运行的背景下，燃料的总稀释速度V_稀释是至少根据发动机转矩和表示发动机水温的值而预先确定的，该水温在冷时表征运行或在热时表征常规。

根据本发明的第一实施例，参考图4，然后通过将在步骤120或130中执行的在时间步长dt期间比率变化dT的估计值与前一时刻的稀释比Ti(t)相加来计算每个部分Fi的稀释比T_i，使得

T_i(t+dt)＝T_i(t)+dT_i (2)

对于下一个时刻t+dt，总稀释比T(t+dt)(也写为T)然后被计算为各个部分的稀释比的总和：

根据第二实施例，首先根据每个部分Fi的基本稀释度DTi如下计算总基本稀释度dT：

然后，将在时刻t计算的稀释比的变化dT与在前一时刻t计算的总稀释比T(t)相加140，以便获得时刻t+dt的当前稀释比T(t+dt)。换句话说：

T(t+dt)＝T(t)+dt (5)

在步骤130期间，在再生之外的发动机运行模式的情况下稀释比T(t+dt)(也简写为T)的计算步骤与在再生模式下的运行中执行的步骤相同，并且还可以根据前述的两个实施例来执行，不同之处在于然后认为燃料的总稀释速度V_稀释的值为零。

这意味着针对步骤130的情况，可以将方程(1)写为如下：

dT_i＝-V_汽化Fi*dt

然后，该方法包括步骤150，在该步骤期间，将获得的新稀释比T(t+dt)(也简写为T)与预定阈值S进行比较。如果该新稀释比更高，则该方法可以在该方法的步骤160期间触发车辆仪表板上的警报，以便警告车辆驾驶员必须从发动机排油。否则，在步骤170中，等待经过时间步长dt，然后通过返回到步骤110来继续进行新的计算步骤。

因此，无论发动机是否正在再生阶段下运行，都可以可靠且快速地确定发动机的油中的燃料的稀释比。

Claims (10)

1.一种用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的燃烧气体处理设备(3)的内燃发动机(1)的油中的燃料的稀释比的方法，

所述方法包括确定该燃料的总稀释速度(V稀释)的步骤，

其特征在于，在该方法的预备步骤中，限定所述燃料的组成的多个部分(F₁，F₂，…F_x)，每个部分(F_i)具有不同的密度，

并且在于，该方法包括：重复地在一系列时刻(t，t+dt)通过将在前一时刻估计的稀释比(T(t))与稀释比变化值(dT)相加来估计稀释比(T)，该稀释比变化值(dT)是根据在两个连续时刻(t，t+dt)之间该油中的所述燃料的组成的该多个部分(F₁，F₂，…F_x)中的每个部分(F_i)的稀释比变化(dTi)的估计值而计算的。

2.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，组成的每个部分(Fi)都与该燃料的组成比率(％Fi)以及所述部分(Fi)的汽化速度(V_汽化Fi)相关联，每个部分(Fi)的稀释度(Ti)的估计值是该燃料的总稀释速度(V稀释)、该燃料的组成比率(％Fi)和所述部分的所述汽化速度(V_汽化Fi)的函数。

3.如权利要求2所述的估计方法，其特征在于，所述部分(Fi)的汽化速度(V_汽化Fi)是在所考虑时刻(t)的发动机转矩(C)的函数。

4.如权利要求2或3所述的估计方法，其特征在于，在两个连续时刻(t，t+dt)之间每个部分(Fi)的稀释比变化(dTi)的估计值等于总稀释速度(V稀释)与该燃料的组成比率(％Fi)的乘积减去所述部分(Fi)的汽化速度(V_汽化Fi)、所得结果再乘以该两个连续时刻之间的时间间隔(dt)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的估计方法，该发动机能够根据再生模式运行，其特征在于，在所述再生模式之外，该燃料的所述总稀释速度(V稀释)等于0。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的估计方法，该发动机能够根据再生模式运行，其特征在于，在所述再生模式下，该燃料的所述总稀释速度(V稀释)是根据该发动机转矩(C)和表示水温的值而预先确定的。

7.如权利要求1至6中任一项所述的估计方法，其特征在于，将每个时刻(t，t+dt)的稀释比变化(dT)计算为该油中的所述燃料的组成的该多个部分(F₁，F₂，…F_x)中的每个部分(F_i)的稀释比变化(dTi)的估计值的总和。

8.一种用于估计配备有需要燃料后喷射再生阶段的燃烧气体处理设备(3)的内燃发动机(1)的油中的燃料的稀释比的设备，通过该设备根据该发动机的运行模式来估计该稀释比(T)，

所述设备包括用于确定该燃料的总稀释速度(V稀释)的装置，

其特征在于，该设备包括用于限定所述燃料的组成的多个部分(F₁，F₂，…F_x)的装置，每个部分(F_i)具有不同的密度；

并且该设备包括：适合于重复地在一系列时刻(t，t+dt)通过将在前一时刻估计的稀释比(T(t))与稀释比变化值(dT)相加来估计稀释比(T)的估计值的装置；

该稀释比变化值(dT)是根据在两个连续时刻(t，t+dt)之间该油中的所述燃料的组成的该多个部分(F₁，F₂，…F_x)中的每个部分(F_i)的稀释比变化(dTi)的估计值而计算的。

9.一种发动机组件，包括配备有燃烧气体处理设备(3)的内燃发动机和如权利要求8所述的估计设备。

10.一种机动车辆，包括如权利要求9所述的发动机组件。

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