专利名称：在内燃发动机怠速期间确定燃料的十六烷值的方法
技术领域：
本发明涉及在具有燃料喷射其中的多个汽缸的内燃发动机的怠速期间确定燃料 的十六烷值的方法，并涉及被安装以执行所述方法的发动机控制器。
背景技术：
为了本发明的目的，术语“内燃发动机”特别地涵盖柴油发动机，还包括混合内燃 发动机。因为作为燃料产品的原材料的石油沉积有限，人们日益广泛地认为利用可替换的 燃料和混合内燃发动机或混合燃烧方法是很好的想法。因此，为了本发明的目的，柴油发动 机的操作可能主要依靠的所有燃料被称为柴油燃料或燃料。传统柴油发动机方法的特征在于空气压缩、非勻质混合物、自点火和质量控制。燃料/空气混合物必须的自点火要求柴油燃料具有非常好的点火质量。如果所用 燃料的点火质量太差，则大量预备的燃料/空气混合物集中在汽缸中，这在自点火事件中 导致在燃烧开始时的急剧压力增大，或不能发生点火。燃料的点火质量可以表示为十六烷值CN，其涉及到点火延迟时间，该点火延迟时 间是燃料开始喷射到汽缸中(即喷射开始(SOI))和燃料/空气混合物的燃烧导致的压力 增大之间的时间的度量。燃料的十六烷值CN指示十六烷和α -甲基萘混合物所含的十六烷体积百分数，在 相同条件下，该混合物具有和待测试的燃料相同的点火延迟时间，该待测试的燃料的十六 烷值将被确定。燃料的十六烷值越高，点火质量越高或点火延迟时间越短。柴油燃料或特定类型燃料的十六烷值CN可改变，以便当内燃发动机工作时，不能 假定所用燃料具有一致的不变的十六烷值。因此，污染和产品公差都导致一个和相同的车 辆市场中十六烷值的波动。世界范围内变化的制度条款意味着各个国家的柴油燃料可具有 不同的十六烷值。不同的十六烷值导致不同的点火延迟，即点火延迟时间。为了解决该问题，在任 何给定时刻对所用燃料的车载诊断对操作内燃发动机是必要的，因此内燃发动机的操作参 数，特别是喷射开始，可与燃料的十六烷值相适应。现有技术试图通过直接或间接测量来检测汽缸中发生的燃烧过程，以便在任意给 定时刻获得关于所用燃料的点火质量的信息。例如，汽缸压力可通过利用压力传感器直接测量来检测，压力分布被用来确定燃 烧开始(SOC)，进而其与喷射开始(SOI) —起用来确定点火延迟，即，点火延迟时间。这种方 式确定的点火延迟时间表征燃料，并且和十六烷值一样，是燃料的点火质量的度量。该方法 的缺点是需要提供汽缸内压力传感器，其构成相对复杂的测量技术。根据另一个过程，例如应变仪等爆震传感器或加速度传感器被连接到内燃发动机 的气缸体(cylinder block)，以便通过测量来间接检测汽缸内进行的燃烧过程和确定燃烧 开始(SOC)。间接测量的主要问题是相对显著的不精确性，即，其质量比直接测量差。必须 指出，间接测量严重地受到例如其他汽缸内进行的燃烧过程等外部因素的影响。
通过间接测量来检测燃烧过程的进一步可能性在于测量曲轴的旋转速度，曲轴的加速度允许得出关于汽缸中进行的燃烧过程的结论。上述就是现有技术的缺点。US 2008/0051978A1公开了在内燃发动机怠速期间确定燃料的十六烷值和其他方 面的方法，根据权利要求1的前序部分，通过测量的变量确定十六烷值，该测量的变量通过 曲轴转角和汽缸内压力传感器获得。US 2008/0262699A1公开了在内燃发动机不处于怠速期间确定其中燃料的十六烷 值的方法，十六烷值通过测量的变量确定，该变量通过曲轴转角和汽缸内压力传感器获得， 且额外地，通过发动机负载获得，通过发动机负载获得的变量通过例如旋转速度和扭矩传 感器确定。直接测量汽缸内压力是非常复杂的，并且上述间接方法存在高信噪比的问题。
发明内容
本发明的目的是提供在内燃发动机怠速期间确定燃料的十六烷值的可靠方法，该 方法的复杂性较小。所述目的是通过根据本说明书中所述的上述方法或相应发动机控制器实现的。本发明利用这样的事实，即在现代内燃发动机中，怠速速度被快速调整。怠速速度 受到从一个发动机周期(4冲程)到下一个发动机周期中喷射的燃料质量变化的影响。这 种调整即刻提供执行本发明所需的关于刚被喷射的燃料质量的信息。在本发明中，如果内燃发动机在额定条件下怠速，特别是在额定的油料和冷却剂 温度下怠速，则停止或限制燃料供应到一个汽缸中。如果一个汽缸不再产生任何扭矩，则其 他汽缸必须通过提高喷射的燃料质量相应地产生更大扭矩以维持怠速速度。本发明基于这样的认识，即必需的额外燃料量取决于燃料的十六烷值。与具有较 高十六烷值的燃料相比，对于较低的十六烷值，在供应到汽缸的燃料停止或被限制时，必须 喷射更多额外燃料以便维持怠速速度。这是因为具有较低十六烷值的燃料的点火延迟时间 更长。如果在执行根据本发明的方法期间喷射开始保持恒定，则额外喷射的燃料量与燃 料质量明确并精确地关联，这一点上面已经说明，并且这种关系对于给定的发动机或发动 机类型是可预定的变量。因此，通过将在怠速期间供应给所有汽缸的燃料总量和在怠速期 间供应给少一个(one fewer)汽缸的燃料总量之间的差值与所存储的参考值相比较，可以 确立燃料的十六烷值。本发明的实施无需用在已知的十六烷值确定方法中的额外的复杂传感器，如汽缸 内压力传感器、爆震传感器或NOx传感器。本发明进一步的有利发展在以下详细说明中指出。
下面参考附图，以示例方式更详细地解释本发明，其中图1示出了基于100个发动机周期描绘的在多汽缸内燃发动机中高或低十六烷值 的燃料需求，该内燃发动机的怠速速度保持恒定，其中汽缸在第50个发动机周期中关闭； 以及
图2是用于说明确定十六烷值的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施例方式在图1中，χ轴表示多汽缸内燃发动机的连续发动机周期，并且y轴表示恒定怠速 速度下的燃料需求(单位为mg/冲程)。燃料需求是发动机负载的函数。在怠速条件下，发 动机负载主要包括发动机辅助装置的扭矩和未处于空挡的可选的自动传动装置的扭矩。图 1示出了 100个连续发动机周期中两种柴油燃料的典型需求，一种燃料具有高十六烷值，而 另一种燃料具有低十六烷值。在第50个发动机周期中，一个汽缸的燃料供应停止。以该方 式，发动机负载增大，且为了保持发动机处于其怠速速度，其他汽缸的燃料需求增大。特别 地，发动机的怠速速度控制器允许其他汽缸通过相应地供应更多燃料而生成更大扭矩。图1中对于两种燃料均检测到燃料增加，但高十六烷值的燃料的增加小于低十六 烷值的燃料的增加，对于每种燃料和所有发动机周期，喷射开始(SOI)被保持在参考值。显 然，可以基于燃料需求的增加来确定燃料的十六烷值。现在将参考图2说明在怠速速度控制器保持怠速速度恒定的情况下，柴油发动机 的发动机控制器如何确定当前正燃烧的燃料的十六烷值的具体示例。在步骤Sl中，询问是否需要确定十六烷值，例如因为燃料箱刚加油。如果不需要， 则过程停止。如果需要，则步骤S2涉及等待，直到下一个怠速状态开始，且步骤S3检查怠 速是否发生在额定条件下，也就是当发动机很热时，该热态由额定油料温度和额定冷却剂 温度定义。如果不是，则过程返回到步骤S2并等待下一怠速状态，且如果是，则在步骤S4 中基于多个发动机周期确定参考燃料需求mf_dmd_tot_ref，以作为怠速速度控制器建立的 燃料供应的平均值mf_dmd_tot。这里使用的喷射开始S0I_ref随后被保持恒定。在步骤S5中，选择汽缸CylFuCut，且燃料供应被切断或减少。在步骤S6中，由怠 速速度控制器自动调整的当前燃料要求mf_dmd_tot_CUr被确定为在S0I_ref基于多个发 动机周期的平均值。在步骤S7中，当前燃料需求mf_dmd_tot_Cur和参考燃料需求mf_dmd_ tot_ref 之间的差值 Amf_dmd_tot_(SOI_ref)被计算。参考十六烷值CNref和当前正燃烧的燃料的十六烷值CNcur之间的差值Δ CN是 步骤S7中确定的差值Amf_dmd_tot_(S0I_ref)的函数，且该函数先前是从根据图1进行 的测试中建立的。因此，当前正燃烧的燃料的十六烷值CNcur可以被计算并保存在非易失 性存储器中，以便随后由发动机控制器用作操作内燃发动机的参数。步骤S9询问是否需要通过关闭另一个汽缸而重新执行十六烷值确定，例如为了 增大准确度。如果是，则过程返回到步骤S5，其中另一个汽缸CylFuCut被选择，其燃料供应 被切断，且如果否，则过程终止。
权利要求
一种在具有燃料喷射其中的多个汽缸的内燃发动机的怠速期间确定燃料的十六烷值CN的方法，其中在参考喷射开始SOI_ref时，确定怠速期间所有汽缸的平均总燃料供应mf_dmd_tot_ref，停止或限制这些汽缸中的一个汽缸的燃料供应，在一个汽缸的燃料供应停止或被限制的同时，在所述参考喷射开始SOI_ref时，确定怠速期间所有其他汽缸的平均总燃料供应mf_dmd_tot_ref，确定有汽缸停止时燃料供应总量和无汽缸停止时燃料供应总量之间的差值mf_dmd_tot_cur-mf_dmd_tot_ref，以及通过将两个所述燃料供应总量之间的差值与所保存的参考值相比较，确立当前正燃烧的燃料的十六烷值CNcur。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在执行所述方法的同时保持所述内燃发动机的怠速速度恒定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过调整所述燃料供应总量，怠速速度控制器保持所述怠速速度恒定。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述内燃发动机是柴油发动机并且所述燃料是柴油燃料。
5.根据前述任一权利要求所述的方法， 其中连续执行下面的步骤在喷射开始S0I_ref时，确定参考燃料需求mf_dmd_t0t_ref以作为在N个发动机周期 上由所述怠速速度控制器调整的燃料供应的平均值mf_dmd_tot，其中N > 1，在所述喷射开始S0I_ref时，确定当前燃料需求mf_dmd_tot_CUr以作为在N个发动机 周期上由所述怠速速度控制器调整的燃料供应的平均值mf_dmd_tot，在所述喷射开始S0I_ref时，计算所述当前燃料需求mf_dmd_tot_CUr和所述参考燃料 需求 mf_dmd_tot_ref 之间的差值 Amf_dmd_tot (S0I_ref)，以及从之前计算的所述差值Amf_dmd_tot(S0I_ref)和之前已知的函数计算当前正燃烧 的燃料的十六烷值CNcur，该函数表示参考十六烷值CNref和当前正燃烧的燃料的十六烷 值CNcur之间的差值。
6.一种发动机控制器，其被配置为在具有燃料喷射其中的多个汽缸的内燃发动机的怠 速期间确定燃料的十六烷值，其中所述发动机控制器用于执行前述任一权利要求中建立的方法。
全文摘要
本发明涉及一种在具有燃料喷射其中的多个汽缸的内燃发动机的怠速期间确定燃料的十六烷值的方法，在参考喷射开始时确定怠速期间所有汽缸的平均总燃料供应，停止或限制这些汽缸中的一个汽缸的燃料供应，在参考喷射开始且在一个汽缸的燃料供应停止的同时确定在怠速期间所有其他汽缸的平均总燃料供应，确定无汽缸停止时和有汽缸停止时燃料供应总量之间的差值，且通过将两个燃料供应总量之间的差值与所保存的参考值相比较，确立当前正燃烧的燃料的十六烷值。
文档编号F02D41/00GK101871397SQ20101013561
公开日2010年10月27日 申请日期2010年3月15日 优先权日2009年4月23日
发明者C·特姆莱尔, C·维吉尔德, D·罗特格 申请人:福特环球技术公司