专利名称：用于估计内燃发动机中油粘度的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计内燃发动机(ICE)中油粘度的方法。
背景技术：
为了与当前和将来环境立法相符，当前车辆设置有抗颗粒过滤器，这些过滤器是位于发动机排气管线中的装置，被设计为捕获烟灰以清洁排气。管理发动机的电子系统能够识别何时过滤器满；此时，它们指令所谓的再生过程 即，原则上，基于过滤器本身内的烟灰自动燃烧清空过滤器的过程。过滤器再生通过排气温度增加(直到630°C或更高)一短时间(大概10分钟)而实现。为了实现再生抗颗粒过滤器所需的温度，使用所谓的后期喷射(post injection)；这些是燃料喷射，这些燃料喷射在再生过程期间被启动且在活塞的上死点(TDC)之后发生。这些后期喷射，由于它们远离上死点发生，其有助于烃(HC)排放。由于这些现象，来自后期喷射的燃料更容易打击和湿润燃烧室的壁，而被吸收到油中，导致油粘度的降低。相反，在发动机正常运行期间，之前吸收在油中的一些燃料烃(HC)蒸发，导致油粘度的增加。这两个现象的强度取决于发动机和车辆工作条件，这可以总结为车辆任务特征 (Mission Profile)。并且，这些现象对发动机油寿命有影响且有助于确定换油的必要性。油的粘度过低可导致发动机损坏。并且，油粘度的不准确估计可导致非必须的高频率换油事件。当前用于估计油粘度的算法仅考虑了发动机每个工作条件下的恒定的油稀释速率和恒定的烃(HC)挥发率。并且，它们没有考虑蒸发阶段的限制，其可能由于物理现象的饱和发生。最后，它们没有考虑油在发动机中的历史，其特别在一定数量的颗粒过滤器再生事件之后是相关的。由于这些因素，当前算法展示了不充分准确的特性曲线。
发明内容
所披露的实施例的目的是获得发动机油粘度估计的改善，其提供了更准确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计来明显降低因不充分油粘度导致的发动机故障或损坏的风险。另一目的是提供这样准确的油粘度信息，利用车辆电子控制单元(ECU)的计算能力而不使用复杂的装置。本发明的另一目的是通过相对简单、合理和廉价的方案达到这些目标。
这些目的通过具有本发明主要方面中限定的特征的方法、发动机、计算机程序和计算机程序产品以及电磁信号实现。本发明的其它方面限定优选和/或特别有利的方面。本说明书实施例提供一种用于估计内燃发动机中的油粘度的方法，所述发动机经历燃料后期喷射(fuel post injection)以启动颗粒过滤器再生过程，且经历影响所述油粘度的燃料烃(HC)蒸发事件，所述方法包括-确定颗粒过滤器是否经历再生过程，且在肯定的情况下，-计算作为油稀释速率函数的所述颗粒过滤器(80)再生过程期间的油粘度降低；-计算在所述再生过程之后的作为烃(HC)蒸发速率和燃料烃蒸发发生持续时间的函数的油粘度增加，其中，所述蒸发时间作为在前一燃料烃蒸发事件中使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间的函数而被确定。上述方法的优点在于，其允许通过在发动机运转时实时计算油粘度而可靠地估计车辆使用期间的油粘度，该计算考虑整个车辆寿命期间的油稀释和HC蒸发过程。根据本发明的实施例，其中，油粘度值被增加直到使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间达到设定点值。本实施例的优点是其允许通过预设与蒸发饱和现象相对应的适当设定点来估计影响油粘度的烃蒸发的特征曲线。根据本发明的另一实施例，对于蒸发燃料烃所用的时间的不同设定值被针对发动机的每个任务特征而被预设。有利地，该实施例允许考虑作为不同任务特征的结果发生的不同蒸发现象。根据本方法另一实施例，不同油稀释速率基于发动机运行所处的特定任务特征被设定用于每个再生过程。该实施例有利地允许考虑作为不同任务特征的结果发生的不同油稀释速率。根据本方法的又一实施例，不同的烃(HC)蒸发速率基于发动机运行所处的特定任务特征被设定用于再生过程之后的每次烃(HC)蒸发。该实施例的优点在于，其允许考虑作为不同任务特征的函数且影响油粘度的蒸发速率。根据本发明的再一实施例，其提供一种用于运行内燃发动机的方法，所述发动机经历燃料后期喷射以启动颗粒过滤器再生过程，且经历影响所述油粘度的燃料烃(HC)蒸发事件，所述方法包括-确定颗粒过滤器是否经历再生过程，且在肯定的情况下，-计算作为油稀释速率函数的所述颗粒过滤器再生过程期间的油粘度降低；-计算在所述再生过程之后的作为烃(HC)蒸发速率和燃料烃蒸发发生持续时间的函数的油粘度增加，其中，所述蒸发时间作为在前一燃料烃蒸发事件中使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间的函数而被确定，-如果油粘度值小于第一预定最小阈值，产生警告信号。本实施例的优点在于，其有助于避免由于过高估计油寿命导致的发动机损坏风险。此外，其减小换油次数，因为准确的估计可导致相继换油之间的改善的里程，由此还改善消费者满意度。
根据本发明的另一实施例，如果油粘度值小于第一预定最小阈值或小于比第一预定最小阈值小的第二预定最小阈值，发动机以一运行模式运行，在该运行模式中，由发动机产生的转矩不会超过预设最大阈值转矩值。该实施例的优点是，其有助于避免或至少减小因过高估计油寿命而导致的发动机损坏风险，在警告信号之后司机没有立即采取行动的情况下。根据其一方面的方法可借助计算机程序被执行，该计算机程序包括程序代码用于执行上述方法的所有步骤，且具有包括计算机程序的计算机程序产品的形式。计算机程序产品可被实施为一种用于内燃发动机的控制设备，包括电子控制单元 (ECU)、与ECU相关联的数据载体和储存在数据载体中的计算机程序，从而控制设备以与上述方法相同的方式描述的实施例。在这种情况下，当控制设备执行计算机程序时，上述方法的所有步骤被执行。根据另一方面的该方法还可被实施为一种电磁信号，所述信号被调节为携带一串数据位，所述串数据位表示要执行该方法所有步骤的计算机程序。本说明书的又一方面提供一种内燃发动机，其具有至少一个气缸和包括特别用于执行所要求保护的方法的电子控制单元(ECU)。
将通过例子参考附图描述各实施例，其中图1是在后期喷射模式中的内燃发动机(ICE)的气缸-活塞组件的示意图；图2是油稀释随时间的试验数据与已知算法和在此披露的方法给出的估计之间的比较的图表；图3是用于根据本发明实施例的油粘度估计的主变量的示意图；图4是表示两个相继的油稀释-HC蒸发循环期间的根据本发明实施例的油粘度随时间的估计的特性曲线的例子的图表，每个循环在单个任务特征中执行；和图5是表示在车辆使用期间根据本发明另一实施例的油粘度随时间的估计的特性曲线的例子的图表，该车辆使用在HC蒸发阶段随时间经历多个不同任务特征。附图标记
10内燃发动机
20气缸
30燃料喷射器
40活塞
50燃烧室
60后期喷射燃料
70燃烧室50的壁
80颗粒过滤器
具体实施例方式
将参考附图描述本发明的优选实施例。 在图1中，属于内燃发动机(ICE) 10的气缸20和活塞40组被示出处于与颗粒过滤器80再生过程相关的后期喷射事件期间，其中，燃料喷射器30后期喷射一定量的后期喷射燃料60到燃烧室50。在颗粒过滤器80再生过程期间，后期喷射燃料打击和湿润燃烧室50的壁70，且被吸收到油膜，导致油粘度减小。在再生过程之后的发动机正常操作期间，之前吸入到油中的一些燃料烃蒸发，导致油粘度增加。图3是在根据本发明实施例的油粘度估计方法中干扰变量的示意图。具体地，该方法使用属于两个主块的变量，考虑影响油粘度的运行条件(即车辆所经历的特定任务特征)的第一块，以及发动机执行或不执行再生过程的事实。所考虑的再生过程的特定例子是柴油颗粒过滤器(DPF)再生过程。图3所示的第二块将油粘度计算执行为油蒸发速率、油蒸发时间和前一蒸发事件过去的流逝油蒸发时间的函数。模型还考虑油稀释速率，其用于颗粒过滤器再生阶段期间的粘度减小估计。根据用于估计内燃发动机(ICE)中的油粘度的本方法的实施例，其规定确定再生过程存在与否。在此情况中，变量RGN_flag或类似物被相应地设定。总的来说，本方法还考虑不同的任务特征，其可以在车辆使用期间被使用，且影响发动机运行条件和油粘度相关的现象。在此，所使用的该任务特征限定涉及对于每个任务特征的一个发动机运行区域以及最终涉及例如基于车辆速度、档位和发动机冷却剂温度的额外参数。可在本方法中使用的任务特征数据的例子在下表1中给出表1
任务特征发动机运行条件1短暂N=2000rpm BMEP=I 8bar2公路高速N=3500rpm BMEP=8bar3公路低速N=2500rpm BMEP=8bar4城乡驾驶N=2000rpm BMEP=5bar5市内高速N=1500rpm BMEP=2bar6市内低速低怠速(850rpm ) 其中，BMEP表示制动平均有效压力。上述任务特征仅仅是示例性的，其他任务特征也可被使用，这取决于环境而不偏离在此披露的本发明构思。
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燃料烃(HC)蒸发事件跟随颗粒过滤器再生过程，且这样的蒸发影响油粘度，且特别地是增加该油粘度。这样的蒸发事件发生持续一可测量时间，且被蒸发的燃料量是时间的非线性函数，其在特定蒸发事件结束时达到饱和值，在此之后，基本不再发生进一步的蒸发。被蒸发燃料量还是车辆的特定任务特征的函数，由此，不同的任务特征导致随时间的不同被蒸发燃料量函数。为了逼近油粘度变化随时间的复杂特性曲线，本发明预设了用于每个任务特征的蒸发速率值和蒸发时间变量，该变量表示燃料烃(HC)蒸发发生持续的时间。蒸发速率值与蒸发时间变量的乘积允许估计被燃料烃(HC)被蒸发量，且因此允许估计特定蒸发事件期间油粘度增加，而该增加与燃料蒸发相关联。由于油粘度增加被这样的被蒸发燃料量影响，还必须考虑再生过程的历史，且考虑在这些过程结束之后的相关后续蒸发事件。任务特征的变化和再生过程被正常发动机运行的阶段所跟随的接续二者在实际中相互影响，而本方法考虑了这种的相互影响。此外，在再生事件期间在油中稀释的燃料由不同种类的烃组成，这些烃在不同的任务特征中可不同地蒸发。每个任务特征由此具有以不同速率仅主要蒸发一些类型的烃的能力。这种事实提供了在后述本估计方法中需要考虑对特定任务特征的依赖性的另一原因。使用流逝蒸发时间(Evaporating Time Elapsed)变量，该变量表示在前一蒸发事件中用于从发动机油中蒸发燃料烃(HC)的时间；该变量用于估计在发动机运行正常模式中的油粘度变化。流逝蒸发时间变量也具有设定点，其考虑针对要被完成的特定蒸发事件所需的时间，或换句话说，要达到饱和所需的时间，且其因此在新的再生过程开始和至结束之前，都不会有进一步的蒸发发生。在这些情况下，已经到达其设定点后，油粘度变量不再增加。总的来说，流逝蒸发时间变量具有不同设定点，每个用于一不同的任务特征。蒸发时间变量取决于特定任务特征，且在每次过滤器再生事件之前更新，最终考虑剩余蒸发时间。为了估计过滤器再生事件结束之后的烃(HC)蒸发时间，为此可使用以下等式。新的蒸发时间=旧的蒸发时间-流逝蒸发时间+蒸发时间设定点。在估计开始时，即在第一再生过程已经结束之后，旧的蒸发时间的值必须为0，因为没有之前的蒸发已经发生；这对于流逝蒸发时间值也是如此。因此，在该第一蒸发事件的新的蒸发时间的值被设定为等于蒸发时间设定点。上述等式的第二和进一步的迭代将考虑前一蒸发事件的流逝蒸发时间，以便计算当前事件的蒸发时间。新的蒸发时间的变量对于所有随后的蒸发阶段都作为饱和值(saturation)。如果任务特征改变，蒸发时间设定点也使用对应于该任务特征的正确预设值而相应改变。变量蒸发速率表示该蒸发时间期间油粘度增加的变化率；该蒸发速率取决于任务特征，因为燃料喷射模式取决于发动机工作点和外部条件二者，因此，本方法中，蒸发速率
7被关联到特定任务特征。这样的变量对于标定目的来说也是有用的。变量稀释速率(Dilution rate)表示过滤器再生期间的油粘度降低的变化率；该稀释速率取决于任务特征，因为后期燃料喷射取决于发动机工作点和外部条件，由此在本方法中，稀释速率被关联至特定任务特征。这样的变量对于标定目的来说也是有用的。将考虑单个任务特征的假设描述本方法的实施例，如图4示例性地示出。在本例中，从100%的油粘度开始，只要发动机正常地运行，即没有执行过滤器再生，则不存在油粘度的变化。一旦第一过滤器再生过程开始，油粘度开始降低，因为后期喷射燃料打击和湿润燃烧室的壁，且其被吸收到油中，导致油粘度的降低。由于粘度降低取决于特定任务特征，该方法利用特定值(用于针对该任务特征的稀释速率变量)估计该降低。相应地，图4中的油粘度随时间的估计的特性曲线显示了对于在这样的再生过程中使用的时间的油粘度降低。当再生过程停止时，油粘度增加，因为，在发动机正常运行期间，油中的一些燃料烃蒸发(HC蒸发)。但是，该蒸发在饱和发生时的一定时间点停止。当蒸发停止时，油粘度不会正常地到达100%，因此，在剩余的正常模式发动机工作期间，没有估计到油粘度的变化。该方法可继续考虑其他再生过程以及油稀释和HC蒸发的随之发生的阶段。必须意识到，上述方法有效地反映了影响油粘度的现象。实际上，如图2所示，已知算法(其特性曲线用点线表示)没有考虑油的历史，且因此不相应地调整蒸发时间。这结果是，仅仅在两个蒸发阶段之后，相比于在此披露的方法，错误估计就可以达到6%或更多，如图2的箭头Fl所示。在不到二十个蒸发阶段之后，关于油的60%的过高估计可发生，导致发动机的不期望状态。相反，借助再生事件的增加的频率，在此披露的该方法跟踪油的历史，则相应地调整蒸发时间。现将考虑发动机寿命期间发生的不同任务特征的假设来描述本方法的另一实施例，如图5示例性所示。从100%的油粘度开始，只要发动机正常地运行，即没有执行过滤器再生，则不存在油粘度的变化。一旦第一过滤器再生过程开始，油粘度开始降低。由于要考虑不同的任务特征，本方法对于它们的每个规定蒸发时间设定点值，这也在图5的下部示例性地示出。如果，在蒸发阶段期间，任务特征改变(例如，从“公路高速”变为“公路低速”)， 不同的蒸发时间设定点值与所述任务特征相对应地被选定。并且，不同的蒸发速率也与所述任务特征相对应地被选定。此外，当蒸发结束时，如果在发动机正常运行期间，发动机经历又一不同任务特征，则选择又一不同蒸发时间设定点值。并且与该同一任务特征对应地选定又一不同蒸发速率。并且，如果再一过滤器再生发生，则与该同一任务特征相应地选定相应的稀释速率。在车辆使用期间这些运行可持续跟踪油的历史且获得油粘度的可靠估计。此外，根据本发明的另一实施例，使用被估计油粘度的输出，可以执行各种动作， 以便减小或甚至消除由于过高估计油寿命导致的发动机10损坏的风险，例如在特定条件 (比如DPF再生多次被中断，或DPF再生的频率增加)的情况下。为了这些目的，第一最小阈值油粘度值可被设定，且如果被估计油粘度值小于第
一最小阈值，则可产生警告信号。这样的警告信号，例如可以是光或声信号，以警告司机发动机需要换油。此外，如果油粘度小于第一预定最小阈值，或替代地，如果其小于第二预定最小阈值(低于第一预定最小阈值)，发动机运行改变以确保发动机10不被损坏。在这种情况下， 例如，ECU可选择发动机运行模式，其中，发动机10产生最大转矩值。有利地，在此所述的本方法获得油粘度估计的明显改善，这导致发动机耐用性增加，通用发动机系统牢靠性的增加，且确保成本节省。虽然至少一个示例性实施例已经在前述发明内容和具体实施方式
中有所展示，应该意识到，存在大量变体。还应意识到，一个或多个示例性实施例仅仅是例子，其并不意图以任意方式限制范围、应用或构造。但是，上述发明内容和具体实施方式
将为本领域的技术人员提供一种方便的途径来实施至少一个示例性实施例，应该理解，在示例性实施例中描述的元件设置和功能中可以做出各种变化，而不偏离所附权利要求及其法律等同物所设定的范围。
权利要求
1.一种用于估计内燃发动机(10)中的油粘度的方法，所述发动机(10)经历燃料后期喷射以启动颗粒过滤器(80)再生过程，且经历影响所述油粘度的燃料烃(HC)蒸发事件，所述方法包括-确定颗粒过滤器(80)是否经历再生过程，且在肯定的情况下， -计算作为油稀释速率函数的所述颗粒过滤器(80)再生过程期间的油粘度降低； -计算所述再生过程之后作为烃(HC)蒸发速率和燃料烃蒸发发生持续时间的函数的油粘度增加，其中，所述蒸发时间作为在前一燃料烃蒸发事件中使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间的函数而被确定。
2.如权利要求1所述的方法，其中，油粘度值被增加直到使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间超过设定点值。
3.如权利要求2所述的方法，其中，对于蒸发燃料烃所用的时间的不同设定值被针对发动机(10)的每个任务特征而被预设。
4.如权利要求1所述的方法，其中，不同油稀释速率基于发动机(10)运行所处的特定任务特征而被设定用于每个再生过程。
5.如权利要求1所述的方法，其中，不同的烃(HC)蒸发速率基于发动机(10)运行所处的特定任务特征被设定用于再生过程之后的每次烃(HC)蒸发。
6.一种用于运行内燃发动机(10)的方法，所述发动机(10)经历燃料后期喷射阳0) 以启动颗粒过滤器(80)再生过程，且经历影响油粘度的燃料烃(HC)蒸发事件，所述方法包括-确定颗粒过滤器(80)是否经历再生过程，且在肯定的情况下， -计算作为油稀释速率函数的所述颗粒过滤器(80)再生过程期间的油粘度降低； -计算所述再生过程之后作为烃(HC)蒸发速率和燃料烃蒸发发生持续时间的函数的油粘度增加，其中，所述蒸发时间作为在前一燃料烃蒸发事件中使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间的函数而被确定，-如果油粘度值小于第一预定最小阈值，产生警告信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中，如果油粘度值小于第一预定最小阈值或小于比第一预定最小阈值小的第二预定最小阈值，发动机以一运行模式运行，在该运行模式中，由发动机(10)产生的转矩不会超过预设最大阈值转矩值。
8.一种内燃发动机(10)，包括被构造用于执行如前述任一权利要求所述的方法的电子控制单元(EOT)。
9.一种计算机程序，包括适于执行权利要求1-7中的任一项所述的方法的程序代码。
10.一种计算机程序产品，如权利要求9所述的计算机程序被储存在该计算机程序产
11.一种用于内燃发动机(10)的控制设备，包括ECU、与ECU相关联的数据载体和储存在数据载体中的如权利要求9所述的计算机程序。
12.一种电磁信号，所述信号被调节为用于一串数据位的载体，所述串数据位表示如权利要求9所述的计算机程序。
全文摘要
一种用于估计内燃发动机(10)中的油粘度的方法，所述发动机(10)经历燃料后期喷射以启动颗粒过滤器(80)再生过程，且经历影响所述油粘度的燃料烃(HC)蒸发事件，所述方法包括确定颗粒过滤器(80)是否经历再生过程，且在肯定的情况下，计算作为油稀释速率函数的所述颗粒过滤器(80)再生过程期间的油粘度降低；计算所述再生过程之后作为烃(HC)蒸发速率和燃料烃蒸发发生持续时间的函数的油粘度增加，其中，所述蒸发时间作为在前一燃料烃蒸发事件中使燃料烃从发动机油蒸发所用的时间的函数。
文档编号F01M11/10GK102278168SQ201110136818
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月23日 优先权日2010年5月21日
发明者伊戈尔.扎内蒂, 斯蒂法诺.卡萨尼 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司