專利名稱：用于估計內燃發動機中油粘度的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于估計內燃發動機(ICE)中油粘度的方法。
背景技術：
為了與當前和將來環境立法相符，當前車輛設置有抗顆粒過濾器，這些過濾器是位于發動機排氣管線中的裝置，被設計為捕獲煙灰以清潔排氣。管理發動機的電子系統能夠識別何時過濾器滿；此時，它們指令所謂的再生過程 即，原則上，基于過濾器本身內的煙灰自動燃燒清空過濾器的過程。過濾器再生通過排氣溫度增加(直到630°C或更高)一短時間(大概10分鐘)而實現。為了實現再生抗顆粒過濾器所需的溫度，使用所謂的后期噴射(post injection)；這些是燃料噴射，這些燃料噴射在再生過程期間被啟動且在活塞的上死點(TDC)之后發生。這些后期噴射，由于它們遠離上死點發生，其有助于烴(HC)排放。由于這些現象，來自后期噴射的燃料更容易打擊和濕潤燃燒室的壁，而被吸收到油中，導致油粘度的降低。相反，在發動機正常運行期間，之前吸收在油中的一些燃料烴(HC)蒸發，導致油粘度的增加。這兩個現象的強度取決于發動機和車輛工作條件，這可以總結為車輛任務特征 (Mission Profile)。并且，這些現象對發動機油壽命有影響且有助于確定換油的必要性。油的粘度過低可導致發動機損壞。并且，油粘度的不準確估計可導致非必須的高頻率換油事件。當前用于估計油粘度的算法僅考慮了發動機每個工作條件下的恒定的油稀釋速率和恒定的烴(HC)揮發率。并且，它們沒有考慮蒸發階段的限制，其可能由于物理現象的飽和發生。最后，它們沒有考慮油在發動機中的歷史，其特別在一定數量的顆粒過濾器再生事件之后是相關的。由于這些因素，當前算法展示了不充分準確的特性曲線。
發明內容
所披露的實施例的目的是獲得發動機油粘度估計的改善，其提供了更準確的油粘度信息用于大量用途。另一目的是使用如此改善的估計來明顯降低因不充分油粘度導致的發動機故障或損壞的風險。另一目的是提供這樣準確的油粘度信息，利用車輛電子控制單元(ECU)的計算能力而不使用復雜的裝置。本發明的另一目的是通過相對簡單、合理和廉價的方案達到這些目標。
這些目的通過具有本發明主要方面中限定的特征的方法、發動機、計算機程序和計算機程序產品以及電磁信號實現。本發明的其它方面限定優選和/或特別有利的方面。本說明書實施例提供一種用于估計內燃發動機中的油粘度的方法，所述發動機經歷燃料后期噴射(fuel post injection)以啟動顆粒過濾器再生過程，且經歷影響所述油粘度的燃料烴(HC)蒸發事件，所述方法包括-確定顆粒過濾器是否經歷再生過程，且在肯定的情況下，-計算作為油稀釋速率函數的所述顆粒過濾器(80)再生過程期間的油粘度降低；-計算在所述再生過程之后的作為烴(HC)蒸發速率和燃料烴蒸發發生持續時間的函數的油粘度增加，其中，所述蒸發時間作為在前一燃料烴蒸發事件中使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間的函數而被確定。上述方法的優點在于，其允許通過在發動機運轉時實時計算油粘度而可靠地估計車輛使用期間的油粘度，該計算考慮整個車輛壽命期間的油稀釋和HC蒸發過程。根據本發明的實施例，其中，油粘度值被增加直到使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間達到設定點值。本實施例的優點是其允許通過預設與蒸發飽和現象相對應的適當設定點來估計影響油粘度的烴蒸發的特征曲線。根據本發明的另一實施例，對于蒸發燃料烴所用的時間的不同設定值被針對發動機的每個任務特征而被預設。有利地，該實施例允許考慮作為不同任務特征的結果發生的不同蒸發現象。根據本方法另一實施例，不同油稀釋速率基于發動機運行所處的特定任務特征被設定用于每個再生過程。該實施例有利地允許考慮作為不同任務特征的結果發生的不同油稀釋速率。根據本方法的又一實施例，不同的烴(HC)蒸發速率基于發動機運行所處的特定任務特征被設定用于再生過程之后的每次烴(HC)蒸發。該實施例的優點在于，其允許考慮作為不同任務特征的函數且影響油粘度的蒸發速率。根據本發明的再一實施例，其提供一種用于運行內燃發動機的方法，所述發動機經歷燃料后期噴射以啟動顆粒過濾器再生過程，且經歷影響所述油粘度的燃料烴(HC)蒸發事件，所述方法包括-確定顆粒過濾器是否經歷再生過程，且在肯定的情況下，-計算作為油稀釋速率函數的所述顆粒過濾器再生過程期間的油粘度降低；-計算在所述再生過程之后的作為烴(HC)蒸發速率和燃料烴蒸發發生持續時間的函數的油粘度增加，其中，所述蒸發時間作為在前一燃料烴蒸發事件中使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間的函數而被確定，-如果油粘度值小于第一預定最小閾值，產生警告信號。本實施例的優點在于，其有助于避免由于過高估計油壽命導致的發動機損壞風險。此外，其減小換油次數，因為準確的估計可導致相繼換油之間的改善的里程，由此還改善消費者滿意度。
根據本發明的另一實施例，如果油粘度值小于第一預定最小閾值或小于比第一預定最小閾值小的第二預定最小閾值，發動機以一運行模式運行，在該運行模式中，由發動機產生的轉矩不會超過預設最大閾值轉矩值。該實施例的優點是，其有助于避免或至少減小因過高估計油壽命而導致的發動機損壞風險，在警告信號之后司機沒有立即采取行動的情況下。根據其一方面的方法可借助計算機程序被執行，該計算機程序包括程序代碼用于執行上述方法的所有步驟，且具有包括計算機程序的計算機程序產品的形式。計算機程序產品可被實施為一種用于內燃發動機的控制設備，包括電子控制單元 (ECU)、與ECU相關聯的數據載體和儲存在數據載體中的計算機程序，從而控制設備以與上述方法相同的方式描述的實施例。在這種情況下，當控制設備執行計算機程序時，上述方法的所有步驟被執行。根據另一方面的該方法還可被實施為一種電磁信號，所述信號被調節為攜帶一串數據位，所述串數據位表示要執行該方法所有步驟的計算機程序。本說明書的又一方面提供一種內燃發動機，其具有至少一個氣缸和包括特別用于執行所要求保護的方法的電子控制單元(ECU)。
將通過例子參考附圖描述各實施例，其中圖1是在后期噴射模式中的內燃發動機(ICE)的氣缸-活塞組件的示意圖；圖2是油稀釋隨時間的試驗數據與已知算法和在此披露的方法給出的估計之間的比較的圖表；圖3是用于根據本發明實施例的油粘度估計的主變量的示意圖；圖4是表示兩個相繼的油稀釋-HC蒸發循環期間的根據本發明實施例的油粘度隨時間的估計的特性曲線的例子的圖表，每個循環在單個任務特征中執行；和圖5是表示在車輛使用期間根據本發明另一實施例的油粘度隨時間的估計的特性曲線的例子的圖表，該車輛使用在HC蒸發階段隨時間經歷多個不同任務特征。附圖標記
10內燃發動機
20氣缸
30燃料噴射器
40活塞
50燃燒室
60后期噴射燃料
70燃燒室50的壁
80顆粒過濾器
具體實施例方式
將參考附圖描述本發明的優選實施例。 在圖1中，屬于內燃發動機(ICE) 10的氣缸20和活塞40組被示出處于與顆粒過濾器80再生過程相關的后期噴射事件期間，其中，燃料噴射器30后期噴射一定量的后期噴射燃料60到燃燒室50。在顆粒過濾器80再生過程期間，后期噴射燃料打擊和濕潤燃燒室50的壁70，且被吸收到油膜，導致油粘度減小。在再生過程之后的發動機正常操作期間，之前吸入到油中的一些燃料烴蒸發，導致油粘度增加。圖3是在根據本發明實施例的油粘度估計方法中干擾變量的示意圖。具體地，該方法使用屬于兩個主塊的變量，考慮影響油粘度的運行條件(即車輛所經歷的特定任務特征)的第一塊，以及發動機執行或不執行再生過程的事實。所考慮的再生過程的特定例子是柴油顆粒過濾器(DPF)再生過程。圖3所示的第二塊將油粘度計算執行為油蒸發速率、油蒸發時間和前一蒸發事件過去的流逝油蒸發時間的函數。模型還考慮油稀釋速率，其用于顆粒過濾器再生階段期間的粘度減小估計。根據用于估計內燃發動機(ICE)中的油粘度的本方法的實施例，其規定確定再生過程存在與否。在此情況中，變量RGN_flag或類似物被相應地設定。總的來說，本方法還考慮不同的任務特征，其可以在車輛使用期間被使用，且影響發動機運行條件和油粘度相關的現象。在此，所使用的該任務特征限定涉及對于每個任務特征的一個發動機運行區域以及最終涉及例如基于車輛速度、檔位和發動機冷卻劑溫度的額外參數。可在本方法中使用的任務特征數據的例子在下表1中給出表1
任務特征發動機運行條件1短暫N=2000rpm BMEP=I 8bar2公路高速N=3500rpm BMEP=8bar3公路低速N=2500rpm BMEP=8bar4城鄉駕駛N=2000rpm BMEP=5bar5市內高速N=1500rpm BMEP=2bar6市內低速低怠速(850rpm ) 其中，BMEP表示制動平均有效壓力。上述任務特征僅僅是示例性的，其他任務特征也可被使用，這取決于環境而不偏離在此披露的本發明構思。
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燃料烴(HC)蒸發事件跟隨顆粒過濾器再生過程，且這樣的蒸發影響油粘度，且特別地是增加該油粘度。這樣的蒸發事件發生持續一可測量時間，且被蒸發的燃料量是時間的非線性函數，其在特定蒸發事件結束時達到飽和值，在此之后，基本不再發生進一步的蒸發。被蒸發燃料量還是車輛的特定任務特征的函數，由此，不同的任務特征導致隨時間的不同被蒸發燃料量函數。為了逼近油粘度變化隨時間的復雜特性曲線，本發明預設了用于每個任務特征的蒸發速率值和蒸發時間變量，該變量表示燃料烴(HC)蒸發發生持續的時間。蒸發速率值與蒸發時間變量的乘積允許估計被燃料烴(HC)被蒸發量，且因此允許估計特定蒸發事件期間油粘度增加，而該增加與燃料蒸發相關聯。由于油粘度增加被這樣的被蒸發燃料量影響，還必須考慮再生過程的歷史，且考慮在這些過程結束之后的相關后續蒸發事件。任務特征的變化和再生過程被正常發動機運行的階段所跟隨的接續二者在實際中相互影響，而本方法考慮了這種的相互影響。此外，在再生事件期間在油中稀釋的燃料由不同種類的烴組成，這些烴在不同的任務特征中可不同地蒸發。每個任務特征由此具有以不同速率僅主要蒸發一些類型的烴的能力。這種事實提供了在后述本估計方法中需要考慮對特定任務特征的依賴性的另一原因。使用流逝蒸發時間(Evaporating Time Elapsed)變量，該變量表示在前一蒸發事件中用于從發動機油中蒸發燃料烴(HC)的時間；該變量用于估計在發動機運行正常模式中的油粘度變化。流逝蒸發時間變量也具有設定點，其考慮針對要被完成的特定蒸發事件所需的時間，或換句話說，要達到飽和所需的時間，且其因此在新的再生過程開始和至結束之前，都不會有進一步的蒸發發生。在這些情況下，已經到達其設定點后，油粘度變量不再增加。總的來說，流逝蒸發時間變量具有不同設定點，每個用于一不同的任務特征。蒸發時間變量取決于特定任務特征，且在每次過濾器再生事件之前更新，最終考慮剩余蒸發時間。為了估計過濾器再生事件結束之后的烴(HC)蒸發時間，為此可使用以下等式。新的蒸發時間=舊的蒸發時間-流逝蒸發時間+蒸發時間設定點。在估計開始時，即在第一再生過程已經結束之后，舊的蒸發時間的值必須為0，因為沒有之前的蒸發已經發生；這對于流逝蒸發時間值也是如此。因此，在該第一蒸發事件的新的蒸發時間的值被設定為等于蒸發時間設定點。上述等式的第二和進一步的迭代將考慮前一蒸發事件的流逝蒸發時間，以便計算當前事件的蒸發時間。新的蒸發時間的變量對于所有隨后的蒸發階段都作為飽和值(saturation)。如果任務特征改變，蒸發時間設定點也使用對應于該任務特征的正確預設值而相應改變。變量蒸發速率表示該蒸發時間期間油粘度增加的變化率；該蒸發速率取決于任務特征，因為燃料噴射模式取決于發動機工作點和外部條件二者，因此，本方法中，蒸發速率
7被關聯到特定任務特征。這樣的變量對于標定目的來說也是有用的。變量稀釋速率(Dilution rate)表示過濾器再生期間的油粘度降低的變化率；該稀釋速率取決于任務特征，因為后期燃料噴射取決于發動機工作點和外部條件，由此在本方法中，稀釋速率被關聯至特定任務特征。這樣的變量對于標定目的來說也是有用的。將考慮單個任務特征的假設描述本方法的實施例，如圖4示例性地示出。在本例中，從100%的油粘度開始，只要發動機正常地運行，即沒有執行過濾器再生，則不存在油粘度的變化。一旦第一過濾器再生過程開始，油粘度開始降低，因為后期噴射燃料打擊和濕潤燃燒室的壁，且其被吸收到油中，導致油粘度的降低。由于粘度降低取決于特定任務特征，該方法利用特定值(用于針對該任務特征的稀釋速率變量)估計該降低。相應地，圖4中的油粘度隨時間的估計的特性曲線顯示了對于在這樣的再生過程中使用的時間的油粘度降低。當再生過程停止時，油粘度增加，因為，在發動機正常運行期間，油中的一些燃料烴蒸發(HC蒸發)。但是，該蒸發在飽和發生時的一定時間點停止。當蒸發停止時，油粘度不會正常地到達100%，因此，在剩余的正常模式發動機工作期間，沒有估計到油粘度的變化。該方法可繼續考慮其他再生過程以及油稀釋和HC蒸發的隨之發生的階段。必須意識到，上述方法有效地反映了影響油粘度的現象。實際上，如圖2所示，已知算法(其特性曲線用點線表示)沒有考慮油的歷史，且因此不相應地調整蒸發時間。這結果是，僅僅在兩個蒸發階段之后，相比于在此披露的方法，錯誤估計就可以達到6%或更多，如圖2的箭頭Fl所示。在不到二十個蒸發階段之后，關于油的60%的過高估計可發生，導致發動機的不期望狀態。相反，借助再生事件的增加的頻率，在此披露的該方法跟蹤油的歷史，則相應地調整蒸發時間。現將考慮發動機壽命期間發生的不同任務特征的假設來描述本方法的另一實施例，如圖5示例性所示。從100%的油粘度開始，只要發動機正常地運行，即沒有執行過濾器再生，則不存在油粘度的變化。一旦第一過濾器再生過程開始，油粘度開始降低。由于要考慮不同的任務特征，本方法對于它們的每個規定蒸發時間設定點值，這也在圖5的下部示例性地示出。如果，在蒸發階段期間，任務特征改變(例如，從“公路高速”變為“公路低速”)， 不同的蒸發時間設定點值與所述任務特征相對應地被選定。并且，不同的蒸發速率也與所述任務特征相對應地被選定。此外，當蒸發結束時，如果在發動機正常運行期間，發動機經歷又一不同任務特征，則選擇又一不同蒸發時間設定點值。并且與該同一任務特征對應地選定又一不同蒸發速率。并且，如果再一過濾器再生發生，則與該同一任務特征相應地選定相應的稀釋速率。在車輛使用期間這些運行可持續跟蹤油的歷史且獲得油粘度的可靠估計。此外，根據本發明的另一實施例，使用被估計油粘度的輸出，可以執行各種動作， 以便減小或甚至消除由于過高估計油壽命導致的發動機10損壞的風險，例如在特定條件 (比如DPF再生多次被中斷，或DPF再生的頻率增加)的情況下。為了這些目的，第一最小閾值油粘度值可被設定，且如果被估計油粘度值小于第
一最小閾值，則可產生警告信號。這樣的警告信號，例如可以是光或聲信號，以警告司機發動機需要換油。此外，如果油粘度小于第一預定最小閾值，或替代地，如果其小于第二預定最小閾值(低于第一預定最小閾值)，發動機運行改變以確保發動機10不被損壞。在這種情況下， 例如，ECU可選擇發動機運行模式，其中，發動機10產生最大轉矩值。有利地，在此所述的本方法獲得油粘度估計的明顯改善，這導致發動機耐用性增加，通用發動機系統牢靠性的增加，且確保成本節省。雖然至少一個示例性實施例已經在前述發明內容和具體實施方式
中有所展示，應該意識到，存在大量變體。還應意識到，一個或多個示例性實施例僅僅是例子，其并不意圖以任意方式限制范圍、應用或構造。但是，上述發明內容和具體實施方式
將為本領域的技術人員提供一種方便的途徑來實施至少一個示例性實施例，應該理解，在示例性實施例中描述的元件設置和功能中可以做出各種變化，而不偏離所附權利要求及其法律等同物所設定的范圍。
權利要求
1.一種用于估計內燃發動機(10)中的油粘度的方法，所述發動機(10)經歷燃料后期噴射以啟動顆粒過濾器(80)再生過程，且經歷影響所述油粘度的燃料烴(HC)蒸發事件，所述方法包括-確定顆粒過濾器(80)是否經歷再生過程，且在肯定的情況下， -計算作為油稀釋速率函數的所述顆粒過濾器(80)再生過程期間的油粘度降低； -計算所述再生過程之后作為烴(HC)蒸發速率和燃料烴蒸發發生持續時間的函數的油粘度增加，其中，所述蒸發時間作為在前一燃料烴蒸發事件中使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間的函數而被確定。
2.如權利要求1所述的方法，其中，油粘度值被增加直到使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間超過設定點值。
3.如權利要求2所述的方法，其中，對于蒸發燃料烴所用的時間的不同設定值被針對發動機(10)的每個任務特征而被預設。
4.如權利要求1所述的方法，其中，不同油稀釋速率基于發動機(10)運行所處的特定任務特征而被設定用于每個再生過程。
5.如權利要求1所述的方法，其中，不同的烴(HC)蒸發速率基于發動機(10)運行所處的特定任務特征被設定用于再生過程之后的每次烴(HC)蒸發。
6.一種用于運行內燃發動機(10)的方法，所述發動機(10)經歷燃料后期噴射陽0) 以啟動顆粒過濾器(80)再生過程，且經歷影響油粘度的燃料烴(HC)蒸發事件，所述方法包括-確定顆粒過濾器(80)是否經歷再生過程，且在肯定的情況下， -計算作為油稀釋速率函數的所述顆粒過濾器(80)再生過程期間的油粘度降低； -計算所述再生過程之后作為烴(HC)蒸發速率和燃料烴蒸發發生持續時間的函數的油粘度增加，其中，所述蒸發時間作為在前一燃料烴蒸發事件中使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間的函數而被確定，-如果油粘度值小于第一預定最小閾值，產生警告信號。
7.如權利要求6所述的方法，其中，如果油粘度值小于第一預定最小閾值或小于比第一預定最小閾值小的第二預定最小閾值，發動機以一運行模式運行，在該運行模式中，由發動機(10)產生的轉矩不會超過預設最大閾值轉矩值。
8.一種內燃發動機(10)，包括被構造用于執行如前述任一權利要求所述的方法的電子控制單元(EOT)。
9.一種計算機程序，包括適于執行權利要求1-7中的任一項所述的方法的程序代碼。
10.一種計算機程序產品，如權利要求9所述的計算機程序被儲存在該計算機程序產
11.一種用于內燃發動機(10)的控制設備，包括ECU、與ECU相關聯的數據載體和儲存在數據載體中的如權利要求9所述的計算機程序。
12.一種電磁信號，所述信號被調節為用于一串數據位的載體，所述串數據位表示如權利要求9所述的計算機程序。
全文摘要
一種用于估計內燃發動機(10)中的油粘度的方法，所述發動機(10)經歷燃料后期噴射以啟動顆粒過濾器(80)再生過程，且經歷影響所述油粘度的燃料烴(HC)蒸發事件，所述方法包括確定顆粒過濾器(80)是否經歷再生過程，且在肯定的情況下，計算作為油稀釋速率函數的所述顆粒過濾器(80)再生過程期間的油粘度降低；計算所述再生過程之后作為烴(HC)蒸發速率和燃料烴蒸發發生持續時間的函數的油粘度增加，其中，所述蒸發時間作為在前一燃料烴蒸發事件中使燃料烴從發動機油蒸發所用的時間的函數。
文檔編號F01M11/10GK102278168SQ201110136818
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月23日 優先權日2010年5月21日
發明者伊戈爾.扎內蒂, 斯蒂法諾.卡薩尼 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司