CN114729605B - 确定发动机油底壳的燃料蒸发的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定发动机的油底壳的燃料的总蒸发速率的方法，包括：a)对于所述燃料，限定多个(n‑1)区域，每个区域包括单独的温度范围并且对应于特定燃料组分部分；b)对于每个区域，确定或估计存在于所述油底壳中的所述特定燃料组分部分的质量；c)对于每个区域，基于油温以及在步骤b)中确定的相应质量来确定蒸发速率；d)对于从步骤c)得到的每个区域的所述蒸发速率求和以得到所述总蒸发速率。

Description

确定发动机油底壳的燃料蒸发的方法

技术领域

本发明涉及一种确定油底壳中燃料沉积物的蒸发(汽化)的方法。本发明还涉及一种确定油底壳中的燃料沉积物(残余物)的量的方法。

背景技术

由于现代发动机机械和所使用的汽油含量(具有乙醇)，燃料在油中的现象通常已经被忽略或大致估计，这需要被精确地评估以达到驾驶性能和排放约束。在低温下，用于起动和预热发动机的混合物非常浓。并非所有喷射的燃料都被燃烧：来自该燃料的一部分被输送到排气中并且剩余部分进入油底壳。

燃料沉积物的第一直接结果是油位增加。第二是油质量改变。第三是称为“燃料汽化”的现象。当油温度开始上升时，燃料将蒸发并通过窜气门进入发动机。这将导致富混合物、驾驶性能问题和排放非依从性。

因此，换句话说，在汽油发动机上，例如特别是具有高百分比的乙醇，在燃烧室中的起动和预热阶段期间施加浓混合物。仅取决于燃料化学计量的部分将燃烧。其余部分通过排气排出或通过活塞壁进入油底壳。

已知根据发动机温度、乙醇浓度和喷射的燃料，利用参数映射图来估计进入油底壳的燃料。输入可以是温度；乙醇浓度；喷射的燃料，并且输出是在油底壳中进入的喷射燃料的百分比和油底壳中的燃料的总质量。

根据发动机温度、乙醇浓度用参数映射图执行燃料汽化速率估计(即，从油底壳蒸发的燃料的估计)，并且利用发动机负荷来校正。输入是温度、乙醇浓度、发动机负荷，并且输出是从油蒸发的燃料速率。利用该单个燃料速率，它们将减少油底壳中建模的累积燃料的量。

US20130297184A涉及一种确定来自内燃发动机内的润滑剂的燃料的除气和基于所确定的燃料除气的λ值适配的方法。在该专利申请中，燃料的除气(燃料汽化)不在前馈控制中，它们基于对λ控制器的偏差的估计。US20040099252A1：这涉及估计发动机的油稀释燃料量。

先前的方法没有考虑进入油中的燃料的化学成分。特别是在乙醇混合物的情况下，一些化学成分在低温下蒸发而不是在高温下蒸发。因此，如果我们仅考虑燃料的一个分量(油中的一个单一燃料质量)，并且如果我们仅在低温下操作发动机，则模型将随时间减去油内的燃料质量，直到油没有燃料，则蒸发的燃料质量于是为假，因为不是所有燃料在低温下蒸发。并且如果在高温度下操作发动机，则模型将假定在油中不再存在燃料，但是在低温下尚未蒸发的化学成分将蒸发并且将导致错误的混合物适应、驾驶性能问题、排放超标。

本发明的目的是克服这些问题。

发明内容

在一个方面，提供了一种确定发动机的油底壳的燃料的总蒸发速率的方法，包括：

a)为所述燃料限定多个(N-1)个区域，每个区域包括单独的温度范围，并且对应于特定燃料组分部分；

b)针对每个区域确定或估计存在于油底壳中的所述特定燃料组分部分的质量；

c)针对每个区域，基于油温和在步骤b)中确定的相应质量来确定蒸发速率；

d)对来自步骤c)的每个区域的蒸发速率求和以提供所述总蒸发速率。

在步骤c)中，蒸发速率的确定可以假设每个燃料组分部分的所有化学成分以相同的蒸发速率蒸发。

在步骤c)中，区域的蒸发速率可以由以下等式确定：

其中：

R是气体常数(8.31J.K^-1·mol^-1)

T是油温(以K计)；

E_Z是相对于该区域的活化能(以J.mol^-1计)

a是相对于该区域的指数前因子或碰撞频率(s^-1)；

并且m_z是相对于油底壳中存在的区域Z的初始燃料量。

选择一个或多个区域，使得相应的温度范围可以使得燃料的蒸发曲线在该范围内基本上是线性的。

该方法可以包括将总蒸发速率相对于时间积分，以确定在一段时间内从油底壳移除的燃料量。

该方法可以包括根据所确定的移除的燃料量确定油底壳中的燃料量。

该方法可以包括附加地根据油底壳中存在的初始燃料量减去移除的燃料量来确定油底壳中的燃料量。

该方法可以包括附加地根据在起动转动和/或预热期间进入油底壳的燃料量来确定油底壳中的燃料量。

附图说明

现在参考附图通过示例的方式描述本发明，在附图中：

图1示出了示出发动机汽缸的剖视图的示意图；

图2示出了在现有技术中如何确定(油底壳的)油中的燃料(沉积物)量；

图3示出了现有技术的汽化速率估计技术；

图4a和图4b示出了根据一个示例的多区域方法；

图5示出了根据一个示例的如何确定汽化速率的示例。

具体实施方式

为了概括，在起动转动期间，来自喷射燃料的质量将进入油底壳中。图1示出了示出发动机汽缸的剖视图的示意图。图1a示出了被喷射到汽缸中的燃料。比例(X％)将燃烧，未燃烧燃料为剩余(1-X％)部分(参见图1b)。未燃烧燃料(图1c)将通过排气口阀离开气缸，并且一部分将留在气缸壁和活塞之间并且将进入油底壳。

因此，换句话说，在汽油发动机上，例如特别是在高百分比的乙醇的情况下，在燃烧室中的起动和预热阶段期间施加浓混合物。仅取决于燃料化学计量的部分将燃烧。其余部分通过排气排出或通过活塞壁进入油底壳。燃料进入油底壳的风险意味着存在降低的润滑能力、增加的油位和汽化现象。

在起动转动期间进入油底壳的燃料

在起动转动期间进入油底壳的该燃料质量取决于多个因素：在起动转动事件期间喷射的燃料的总质量；燃料乙醇百分比；发动机温度(油或冷却剂)；环境温度。

在预热期间进入油底壳的燃料

在预热期间，施加浓混合物以具有化学计量的排气。未燃烧燃料的一部分进入油底壳。进入油底壳的质量也可以被认为取决于：未燃烧燃料的质量(喷射的质量x[1-“燃烧效率”])；乙醇百分比；发动机温度(油或冷却剂)；环境温度；发动机负荷。

当油温开始上升时，油中包含的燃料开始蒸发。蒸汽将通过曲轴箱强制通风阀(PCV)(或漏气)进入发动机。PCV在高负荷下关闭，但是蒸发现象被假定为连续的。如果忽略汽化：将存在混合物(λ)控制扰动；错误燃料适应学习；错误诊断故障升高；以及排放合规的问题。

图2示出了在现有技术中如何确定(油底壳的)油中的燃料(沉积物)量。油中的燃料的质量或进入油底壳的燃料的质量被确定为在起动转动期间进入油的燃料质量和在预热期间进入油的燃料质量的和。图3示出了现有技术的汽化速率估计技术。汽化率根据油中的燃料量和发动机温度来确定。存储的映射图可用于根据这些参数确定汽化速率。然后将汽化速率反馈并用于重新计算，即更新油中燃料的参数。汽化速率和/或油底壳中的燃料量可用于适当地控制调节，例如燃料的喷射。

发明

汽油由在不同温度下蒸发的不同化学成分组成：取决于温度，一部分燃料可用于蒸发。考虑短的驾驶周期，现有技术的模型将减少油中的整个建模的燃料，而燃料不可用于蒸发。进入油底壳的燃料由在不同温度下蒸发的不同化学成分组成。这导致取决于温度的蒸发比例。

通过考虑进入或在油底壳中的燃料的化学成分，解决燃料沉积物估计和汽化速率误差的问题。图5a示出汽油的蒸发曲线。

本发明人已经确定可以通过考虑蒸发曲线来确定更准确的汽化估计。在示例中，蒸发曲线被使用并且被分成用于油的多个温度区域，其中对于每个区域，考虑特定比例的燃料被蒸发。这在图4a中示出并且也在图4b中示出，其示出了蒸发曲线和区域Z1、Z2、Z3、Z4和Z5。这些区域相当于可以是连续的或可以不是连续的温度范围。通常不可能考虑在燃料中的所有成分，因此根据各方面，基于汽油的蒸发曲线提供油中的燃料的多区域模型。

因此，通过相对于上述每个区域(温度范围)单独地处理燃料来解决来自油的燃料蒸发(燃料汽化估计)的错误估计的问题，利用单独的蒸发速率，并且仅相对于(一个或多个)受影响的区域减少燃料汽化速率估计中的蒸发燃料的量。假设每个区域对应于以相同蒸发速率蒸发的化学成分。

实施例

油沉积物估计中的燃料

在示例中，燃料(的质量)，并且因此进入油底壳的燃料的质量，和/或假定为在油底壳中的燃料的质量被认为包括多个成分，每个成分具有不同的蒸发速率或特性，这取决于温度。因此，燃料的质量被有效地分成多区域质量，并且每个区域质量在确定蒸发的量或在油底壳中的量时被单独考虑。对于每个区域，假设燃料部分以取决于例如温度的特定速率蒸发。

图4a以及图4b示出了蒸发曲线的示例，蒸发曲线是蒸发的燃料相对于温度的百分比。根据示例的曲线被划分为多个区域，如图所示。在图中，该曲线被分开，即分成五个区域Z1、Z2、Z3、Z4和Z5。优选地，如这里的情况，选择区域，即，划分曲线，使得在每个部分/区域中的“曲线”大致或基本上线性的。

取决于燃料混合物，例如乙醇百分比(这里是10％)，则燃料相对于每个区域(中)的比例可以被确定或预估计为预先设定的。因此，在示例中，所有的燃料质量(即被建模为进入、离开和/或从油底壳蒸发)被分配给五个区域：因此，假设10％的燃料在区域Z1中；30％在区域Z2中；20％在区域Z3中；30％在区域Z4中；10％在所谓的“残余燃料”区域Z5中。

因此，多个区域(由温度范围限定)可以被认为是逃脱到燃料混合物的成分部分，假设燃料混合物具有(“n”个)组分部分，每个组分部分具有不同但单一的蒸发特性。可以假定最后的区域或残余区域保持未蒸发，因为发动机的温度可能从未达到该区域的组分发生任何合理蒸发的地步。

每个区域的百分比组分是可校准的，例如，可以通过根据燃料类型/混合物(例如，通过乙醇百分比估计或乙醇传感器已知的乙醇百分比)的方法而预先确定。最后的区域被认为是残余燃料，因为油从来不会很少超过140℃，因此进入油底壳中的化学成分的量将不会被蒸发并且将保持直到油变化。将燃料分成多区域模型的该逻辑在图4a和图4b以及图5中示出，这将在下文中解释。

根据油温(假定为油中燃料的温度)，对于汽化速率估计，可以单独地(独立地)确定相对于每个区域中的燃料的单独的蒸发效果。

燃料汽化速率估计

每个区域被假定为遵循Arhenius定律来蒸发的内容化学成分。Arhenius定律由下式定义：

k(T)是反应速率s^-1

R是气体常数(8.31J.K^-1·mol^-1)

T是温度(以K计)

E是活化能(以J.mol^-1计)

a是指数前因子或碰撞频率(s^-1)

K(T)是与质量相乘的反应速率，得到蒸发速率(汽化速率)

为汽化速率，m是能够汽化的质量，K(T)反应速率

每个区域具有并且被假定为具有其自己的指数前因子和激活能量，其允许确定每个区域的每个蒸发速率。

区域1仅从35℃开始蒸发。区域2从54℃，区域3从70℃，区域4从105℃(对于E10的实例)。

为了计算每个区域的蒸发燃料速率，包含在实际区域中的燃料质量乘以针对实际发动机温度的反应速率。

其中n是区域号。因此，这可以计算多个区域，例如优选地，对于每个区域对其进行计算，或者在适当的情况下每个区域减去残余区域。因此对于区域1，这是：

在该示例中，总蒸发燃料(汽化速率)是区域Z1、Z2、Z3、Z4的四个蒸发流的总和，如下：

在该示例中，区域5的蒸发流被忽略，即假定为零。

图6示出了上述逻辑。

在其它示例中，总蒸发燃料(汽化速率)是区域Z1、Z2、Z3、Z4和Z5的五个蒸发流的总和。

总(即，总计的)汽化速率的值可用于模型中以确定油中的总燃料，以及用于确定发动机控制参数，例如喷射校正。

例如，可以类似于附图4的模型提供模型。这里，油中的燃料量的值可以根据油的量的初始值加上可选地在预热和/或起动转动期间进入油底壳的燃料量减去上述计算的总蒸发速率相对于时间的积分来确定。

进入油底壳中的燃料可以相对于多区域模型中的每个区域被划分成单独的质量。蒸发速率是基于物理的。因此，模型对正常驾驶状况(短行程而不是油的完全升温)更准确且更敏感。该模型的另一个大的优点是能够向驾驶员提出如下信息：油中燃料的量非常高，并且如果驾驶员重复短行程操作则会导致发动机损坏。

Claims (8)

1.一种确定发动机的油底壳的燃料的总蒸发速率的方法，包括：

a）对于所述燃料，限定多个区域，每个区域包括单独的温度范围并且对应于特定燃料组分部分；

b）对于每个区域，确定或估计存在于所述油底壳中的所述特定燃料组分部分的质量；

c）对于每个区域，基于油温以及在步骤b）中确定的相应质量来确定蒸发速率；

d）对于从步骤c）得到的每个区域的所述蒸发速率求和以得到所述总蒸发速率；

e）根据从步骤d）确定的所述总蒸发速率或从所述总蒸发速率得出的参数来指示所述发动机的故障情况或控制所述发动机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c）中，在蒸发速率的确定中，假定每个燃料组分部分的所有化学成分以相同的蒸发速率蒸发。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤c）中，所述区域的蒸发速率由以下等式确定：

其中：

R是气体常数，R为8.31J.K^-1·mol^-1；

T_oil是油温，单位为K；

E_Z是相对于该区域_Z的活化能，单位为J.mol^-1；

a_Z是相对于该区域_Z的指数前因子或碰撞频率，单位为s^-1；

并且m_z是关于所述油底壳中存在的区域z的初始燃料量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，选择一个或多个区域，从而相应的温度范围使得燃料的蒸发曲线在所述范围内是线性的。

5.根据权利要求1或2所述的方法，该方法包括：将所述总蒸发速率关于时间进行积分，以确定在一段时间内从所述油底壳移除的燃料量。

6.根据权利要求1或2所述的方法，该方法包括：根据所确定的移除的燃料量来确定油底壳中的燃料量。

7.根据权利要求6所述的方法，该方法包括：另外根据油底壳中存在的初始燃料量减去移除的燃料量来确定所述油底壳中的燃料量。

8.根据权利要求6所述的方法，该方法包括：另外根据在起动转动和/或预热期间进入所述油底壳的燃料量来确定所述油底壳中的燃料量。