СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ ВЯЗКОСТИ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ДВИГСТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD TO ESTIMATE OIL THICKNESS IN ICE, ICE OPERATION AND ICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу оценивания вязкости масла в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), способу эксплуатации двигателя внутреннего сгорания и двигателю внутреннего сгорания.
Предпосылки создания изобретения
С целью соблюдения требований действующего и будущего законодательства об охране окружающей среды современные транспортные средства оснащают сажевыми фильтрами, представляющими собой устройства, расположенные на линии вывода двигателя и способные улавливать сажу с целью очистки выхлопных газов.
Системы электронного оборудования, управляющие двигателем, способны распознавать момент наполнения фильтра, после чего дается команда начать так называемый процесс восстановления, которым в принципе является процесс опорожнения фильтра, основанный на самосгорании сажи внутри самого фильтра. Восстановление фильтра достигается за счет повышения на короткое время (около 10 минут) температуры выхлопных газов (до 630С или выше).
Для достижения температуры, необходимой для восстановления сажевого фильтра, применяются так называемые вторичные впрыски, представляющие собой впрыски топлива, которые осуществляют на протяжении процесса восстановления и которые происходят после прохождения верхней мертвой точки (ВМТ) поршня.
Поскольку эти вторичные впрыски происходят на значительном удалении от ВМТ, они способствуют повышению содержания углеводородов (УВ) в выхлопе.
Из-за этих явлений вторично впрыскиваемое топливо ударяется о стенки камеры сгорания, увлажняя их, и адсорбируется маслом, в результате чего вязкость масла снижается.
В отличие от этого, во время нормальной работы двигателя часть углеводородов (УВ) топлива, ранее адсорбированных маслом, испаряется, в результате чего вязкость масла повышается.
Интенсивность обоих этих явлений зависит от условий эксплуатации двигателя и транспортного средства, которые вкратце могут быть сформулированы как режимы работы транспортного средства.
Кроме того, эти явления влияют на срок службы масла в двигателе и на решение о необходимости замены масла.
Из-за чрезмерно низкой вязкости масла может произойти повреждение двигателя.
Помимо этого, из-за неточного оценивания вязкости масла может происходить необоснованно частая замена масла.
В существующих алгоритмах, используемых для оценивания вязкости масла (см. например, RU 2232904, 2004), учитывается лишь постоянная скорость разжижение масла и постоянная скорость испарения углеводородов (УВ) для всех условий эксплуатации двигателя.
Кроме того, в них не учитывается ограничение, связанное с фазой испарения, которое может происходить вследствие насыщения в процессе физических явлений.
Наконец, в них не принимается во внимание предыстория срока службы масла в двигателе, что имеет значение, в особенности, после определенного числа событий восстановления сажевого фильтра.
С учетом этих обстоятельств характер изменения существующих алгоритмов не представляется достаточно точным.
Одной из задач изобретения является обеспечение усовершенствованного оценивания вязкости масла двигателя с целью получения более точной информации о вязкости масла для разнообразного применения.
Одной из дополнительных задач является использование данных такого усовершенствованного оценивания для значительного снижения риска отказа или повреждения двигателя из-за недостаточной вязкости масла.
Другой задачей является получение такой точной информации о вязкости масла без применения сложных устройств и использование преимуществ вычислительных возможностей электронного блока управления (ECU) транспортного средства.
Еще одной из задач настоящего изобретения является обеспечение достаточно простого, рационального и недорогого решения названных задач.
Эти задачи решены с помощью способа оценивания вязкости масла в двигателе внутреннего сгорания, способа эксплуатации двигателя внутреннего сгорания и двигателя внутреннего сгорания.
В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные и/или особо выгодные особенности изобретения.
Краткое изложение сущности изобретения
В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ оценивания вязкости масла в двигателе внутреннего сгорания, в который осуществляют вторичные впрыски топлива с целью приведения в действие процессов восстановления сажевого фильтра и в котором происходят события испарения углеводородов (УВ) топлива, влияющие на вязкость масла, включающий стадии, на которых:
определяют, происходит ли процесс восстановления сажевого фильтра, и, если это так,
вычисляют снижение вязкости масла на протяжении процесса восстановления сажевого фильтра в зависимости от скорости разжижения масла,
вычисляют повышение вязкости масла после процесса восстановления в зависимости от скорости испарения углеводородов (УВ) и времени, на протяжении которого происходит испарение углеводородов (УВ) топлива, при этом время испарения определяют в зависимости от времени испарения углеводородов топлива из масла в двигателе на протяжении предыдущего события испарения углеводородов топлива.
Одним из преимуществ этого способа является то, что он позволяет надежно оценивать вязкость масла во время эксплуатации транспортного средства путем вычисления вязкости масла в реальном времени при работающем двигателе с учетом процессов разжижения масла и испарения УВ на протяжении всего срока службы транспортного средства.
В одном из вариантов осуществления способа увеличивают значение вязкости масла, пока время испарения углеводородов топлива из масла в двигателе не достигнет установленного значения.
Одним из преимуществ этого варианта осуществления является то, что он позволяет оценивать характер изменения испарения углеводородов, влияющего на вязкость масла, путем предварительного выбора приемлемого установленного значения, соответствующего явлению насыщения путем испарения.
В одном из дополнительных вариантов осуществления способа выбирают различные установленные значения времени испарения углеводородов топлива для каждого режима работы двигателя.
Этот вариант осуществления выгоден тем, что позволяет учитывать различные явления испарения вследствие различных режимов работы.
Согласно другому варианту осуществления способа для каждого процесса восстановления задают отличающуюся скорость разжижения масла, исходя из конкретного режима работы двигателя.
Этот вариант осуществления выгоден тем, что позволяет учитывать различные скорости разжижения масла вследствие различных режимов работы.
Согласно еще одному варианту осуществления способа для каждого испарения углеводородов (УВ), следующего за процессом восстановления, задают отличающуюся скорость испарения углеводородов (УВ), исходя из режима работы двигателя.
Одним из преимуществ этого варианта осуществления является то, что он позволяет учитывать скорость испарения топлива, влияющего на вязкость масла, в зависимости от различных режимов работы.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предложен способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в который осуществляют вторичные впрыски топлива с целью приведения в действие процессов восстановления сажевого фильтра и в котором происходят события испарения углеводородов (УВ) топлива, влияющие на вязкость масла, включающий стадии, на которых:
определяют, происходит ли процесс восстановления сажевого фильтра, и, если это так,
вычисляют снижение вязкости масла на протяжении процесса восстановления сажевого фильтра в зависимости от скорости разжижения масла,
вычисляют повышение вязкости масла после процесса восстановления в зависимости от скорости испарения углеводородов (УВ) и времени, на протяжении которого происходит испарение углеводородов (УВ) топлива, при этом время испарения определяют в зависимости от времени испарения углеводородов топлива из масла в двигателе на протяжении предыдущего события испарения углеводородов топлива,
генерируют предупредительный сигнал, если значение вязкости масла падает ниже первого предварительно заданного минимального порогового значения.
Одним из преимуществ этого варианта осуществления является то, что он помогает предотвращать риск повреждения двигателя вследствие завышенной оценки срока службы масла. Кроме того, уменьшается число замен масла, поскольку за счет точного оценивания увеличивается пробег между заменами масла и тем самым также повышается удовлетворенность потребителя.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, если значение вязкости масла падает ниже первого предварительно заданного минимального порогового значения или ниже второе предварительно заданного минимального предварительного порогового значения, более низкого, чем первое предварительно заданное минимальное пороговое значение, двигатель эксплуатируют в режиме, в котором крутящий момент, генерированный двигателем, не может превышать предварительно заданное максимальное пороговое значение крутящего момента.
Одним из преимуществ этого варианта осуществления является то, что он помогает предотвращать или, по меньшей мере, снижать риск повреждения двигателя вследствие завышенной оценки срока службы масла, если водитель не предпринял немедленных мер после предупредительного сигнала.
Способ согласно одной из особенностей изобретения может быть реализован с помощью устройства управления двигателем внутреннего сгорания, имеющего компьютерную программу, содержащую программный код.
Согласно еще одной из особенностей изобретения дополнительно предложен двигатель внутреннего сгорания, специально рассчитанный на осуществление способа по изобретению.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет в порядке примера описано со ссылкой на сопровождающие его чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематически представлен цилиндр и поршень в сборе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при работе в режиме вторичного впрыска,
на фиг. 2 показана диаграмма, на которой сравниваются экспериментальные данные разжижения масла с течением времени и оценочные данные, полученные с использованием известного алгоритма и описанного в изобретении способа,
на фиг. 3 схематически проиллюстрированы основные параметры оценивания вязкости согласно одному из вариантов осуществления,
на фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая один из примеров характера изменения оцениваемой вязкости масла с течением времени согласно одному из вариантов осуществления на протяжении двух последовательных циклов разжижения масла-испарения УВ, каждый из которых осуществляется в одном из режимов работы,
на фиг. 5 показана диаграмма, иллюстрирующая один из примеров характера изменения оцениваемой вязкости масла с течением времени согласно одному из вариантов осуществления при эксплуатации транспортного средства с использованием множества различных режимов работы с течением времени на протяжении фазы испарения УВ.
Подробное описание
Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения.
На фиг.1 показан цилиндр 20 и поршень 40 в сборе двигателя 10 внутреннего сгорания (ДВС) во время события вторичного впрыска в связи с процессом восстановления сажевого фильтра 80, в ходе которого топливный инжектор 30 осуществляет вторичный впрыск в камеру 50 сгорания определенного количества вторично впрыскиваемого топлива 60.
В ходе процесса восстановления сажевого фильтра 80 вторично впрыскиваемое топливо ударяется о стенки 70 камеры 50 сгорания, увлажняя их, и адсорбируется маслом, в результате чего вязкость масла снижается.
Во время нормальной работы двигателя после процесса восстановления часть углеводородов топлива, ранее адсорбированных маслом, испаряется, в результате чего вязкость масла повышается.
На фиг.3 схематически проиллюстрированы параметры, которые используются в способе оценивания вязкости масла согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
В частности, в способе используют параметры, относящиеся к двум основным группам, в первую из которых входят параметры, учитывающие условия эксплуатации, влияющие на вязкость масла, а именно конкретный режим работы транспортного средства, а также осуществляется в двигателе процесс восстановления. Одним из конкретных примеров процесса восстановления служит процесс восстановления дизельного сажевого фильтра (ДСФ).
Во вторую группу, проиллюстрированную на фиг.3, входят параметры вычисления вязкости масла в зависимости от скорости испарения масла, времени испарения масла и времени испарения масла в течение предыдущего события испарения. В модели также учитывается скорость разжижение масла, которую используют для оценивания снижения вязкости на протяжении фаз восстановления сажевого фильтра.
Предусмотрено, что в одном из вариантов осуществления предложенного в изобретении способа оценивания вязкости масла в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) определяют, происходит ли процесс восстановления. В этом случае соответствующим образом устанавливают значение параметра RGN_flag (флаг восстановления) или аналогичного параметра.
В целом, в способе также учитываются различные режимы работы, которые могут использоваться в процессе эксплуатации транспортного средства и которые влияют на условия эксплуатации двигателя и связанные с вязкостью масла явления. Используемое в описании определение режима работы предполагает одну рабочую зону двигателя для каждого режима работы и в конечном счете дополнительные параметры в зависимости, например, от скорости транспортного средства, передачи и температуры охлаждающей жидкости двигателя.
Один из примеров данных режимов работы, которые могут использоваться в предложенном способе, приведен в следующей далее таблице 1.
Таблица 1
Режим работы
Условия эксплуатации двигателя
1
TRANSIENT
N=2000 об/мин ВМЕР=18 бар
2
HIGHWAY HIGH
N=3500 об/мин ВМЕР=8 бар
3
HIGHWAY LOW
N=2500 об/мин ВМЕР=8 бар
4
EXTRA-URBAN
N=2000 об/мин ВМЕР=5 бар
5
URBAN HIGH
N=1500 об/мин ВМЕР=2 бар
6
URBAN LOW
LOW IDLE (850 об/мин)
ВМЕР означает среднее эффективное тормозное давление. Приведенные выше режимы работы являются лишь примерами, и в зависимости от обстоятельств могут использоваться другие режимы работы, не выходящие за пределы раскрытого изобретательского замысла.
Событие испарения углеводородов (УВ) топлива следует за процессом восстановления сажевого фильтра, при этом такое испарение влияет на вязкость масла, в частности приводит к ее повышению.
Такое событие испарения происходит в течение измеряемого отрезка времени, при этом количество испарившегося топлива находится в нелинейной зависимости от времени, в результате чего в конце конкретного события испарения оно достигает значения насыщения, после чего преимущественно не происходит дальнейшее испарение.
Количество испарившегося топлива также находится в зависимости от конкретного режима работы транспортного средства, при этом различным режимам работы соответствуют различные зависимости количества испарившегося топлива с течением времени.
Для аппроксимации сложного характера изменения вязкости масла с течением времени в предложенном способе предварительно задают значение скорости испарения для каждого режима работы и параметр времени испарения с указанием времени, на протяжении которого происходит испарение углеводородов (УВ) топлива.
Путем умножения скорости испарения на время испарения можно рассчитать количество испарившихся углеводородов (УВ) топлива и, следовательно, повышение вязкости масла на протяжении конкретного события испарения, при этом упомянутое количество соответствует испарению топлива.
Поскольку такое количество испарившегося топлива влияет на повышение вязкости масла, также необходимо учитывать предысторию процессов восстановления, а также соответствующих последующих событий испарения после окончания этих процессов.
Поскольку в реальных условиях происходит взаимодействие изменений режима работы и последовательности процессов восстановления, за которыми следуют периоды нормальной работы двигателя, в предложенном способе также учитывается это взаимодействие.
Кроме того, топливо, которым разжижается масло во время события восстановления, состоит из углеводородов различных типов, которые по-разному испаряются при различных режимах работы. Соответственно, в каждом режиме работы может происходить испарение в основном только углеводородов некоторых типов с собственной скоростью. Из этого следует, что в предложенном способе оценивания учитывается зависимость от конкретного режима работы, что подробно рассмотрено далее.
Используется переменное истекшее время испарения, которое отображает время, в течение которого происходило испарение топлива углеводородов (УВ) из масла в двигателе на протяжении предыдущего события испарения; этот параметр используется для оценивания изменения вязкости масла при нормальном режиме работы двигателя.
Переменное истекшее время испарения также имеет установленное значение, в котором учитывается время, необходимое для завершения конкретного события испарения, иными словами, для достижения насыщения, при котором не происходит дальнейшего испарения, пока не начнется и не завершится новый процесс восстановления. В этих случаях после того, как переменная вязкость масла достигает своего установленного значения, ее в дальнейшем не увеличивают.
Как правило, переменное истекшее время испарения имеет различные установленные значения, каждое из которых рассчитано на соответствующий режим работы.
Переменное время испарения зависит от конкретного режима работы, при этом его обновляют перед каждым событием восстановления фильтра, в конечном итоге, с учетом остающегося времени испарения.
Для оценки времени испарения углеводородов (УВ) по окончании события восстановления фильтра может использоваться следующее уравнение:
Новое время испарения = старое время испарения - истекшее время испарения + установленное значение времени испарения.
В начале оценивания, а именно по окончании первого процесса восстановления, значение старого времени испарения заведомо равно нулю ввиду отсутствия предыдущего испарения; это же справедливо в отношении значения истекшего времени испарения. Таким образом, значение нового времени испарения при первом событии испарения задают равным установленному значению времени испарения.
Во второй и последующих итерациях приведенного выше уравнения будет учитываться значение истекшего время испарения на протяжении предыдущего события испарения с целью вычисления времени испарения для текущего события.
Переменное новое время испарения будет служить временем насыщения для всех последующих фаз испарения.
В случае изменения режима работы соответствующим образом также изменяют установленное значение времени испарения с использованием правильного предварительно заданного значения для этого режима работы.
Переменная скорость испарения отображает скорость изменения повышения вязкости масла на протяжении времени испарения; эта скорость зависит от режима работы, поскольку схема впрысков топлива зависит как от рабочей точки двигателя, так и от внешних условий, и, соответственно, в предложенном способе скорость испарения соответствует конкретному режиму работы. Такой параметр также применим в целях калибровки.
Переменная скорость разжижения отображает скорость изменения снижения вязкости масла во время восстановления фильтра; эта скорость зависит от режима работы, поскольку вторичные впрыски топлива зависят как от рабочей точки двигателя, так и от внешних условий, и, соответственно, в предложенном способе скорость разжижения соответствует конкретному режиму работы. Такой параметр также применим в целях калибровки.
Далее будет описан один из вариантов осуществления способа на основе гипотетического единственного режима работы, как показано на фиг.4.
В приведенном примере исходная вязкость масла составляет 100%, и при условии нормальной работы двигателя, а именно без восстановления фильтра, не происходит изменения вязкости масла. После начала первого процесса восстановления фильтра вязкость масла начинает снижаться, поскольку вторично впрыскиваемое топливо ударяется о стенки камеры сгорания, увлажняя их, и адсорбируется маслом, в результате чего вязкость масла снижается.
Поскольку снижение вязкости зависит от конкретного режима работы, в способе оценивают такое снижение с течением времени с использованием конкретного значения переменной скорости разжижения для этого режима работы.
Соответственно, согласно показанному на фиг.4 характеру изменения оценивания вязкости масла с течением времени, за время такого процесса восстановления происходит определенное снижение вязкости масла.
Когда процесс восстановления прекращается, вязкость масла повышается, поскольку во время нормальной работы двигателя произошло испарение части углеводородов топлива в масле (испарение УВ). Тем не менее, это испарение прекращается в определенный момент, когда происходит насыщение.
Когда испарение прекращается, вязкость масла обычно не достигает 100%, поэтому на протяжении остающегося периода работы двигателя в нормальном режиме не оценивают изменение вязкости.
Способ может быть продолжен с учетом дальнейших процессов восстановления и последующих фаз разжижения масла и испарения УВ.
Необходимо заметить, что описанный выше способ эффективно отражает явления, которые влияют на вязкость масла.
По существу, как показано на фиг.2, в известном алгоритме (характер изменения которого обозначен пунктирной линией) не учитывается предыстория срока службы масла и, следовательно, соответствующим образом не регулируется время испарения.
В результате, после всего лишь двух фаз испарения погрешность при оценивании может достигать 6% или более по сравнению со способом согласно изобретению, обозначенным стрелкой F1 на фиг.2.
После менее двадцати фаз испарения погрешность завышенной оценки срока службы масла может составлять 60%, что приводит к нежелательным условиям работы двигателя.
В отличие от этого, с повышением частоты событий восстановления в описанном способе отслеживается предыстория срока службы масла и соответствующим образом регулируется время испарения.
Далее будет описан один из дополнительных вариантов осуществления способа на основе гипотетических различных режимов работы на протяжении срока службы двигателя, как показано на фиг.5.
Исходная вязкость масла составляет 100%, и при условии нормальной работы двигателя, а именно без восстановления фильтра, не происходит изменения вязкости масла. После начала первого процесса восстановления фильтра вязкость масла начинает снижаться.
Поскольку в способе учитываются различные режимы работы, для каждого из них предусмотрено установленное значение времени испарения, что также проиллюстрировано в нижней части фиг.5.
Если во время фазы испарения изменяется режим работы (например, с HIGHWAY HIGH на HIGHWAY LOW), выбирают другое установленное значение времени испарения, соответствующее упомянутому режиму работы. Кроме того, выбирают другую скорость испарения, соответствующую этому же режиму работы.
Кроме того, когда испарение завершается, если во время нормальной работы двигателя происходит еще одно изменение режима работы, выбирают еще одно установленное значение времени испарения. Помимо этого, выбирают еще одну скорость испарения, соответствующую этому же режиму работы.
Кроме того, если в дальнейшем происходит восстановление фильтра, выбирают скорость разжижения, соответствующую этому же режиму работы.
Эти операции могут продолжаться в процессе эксплуатации транспортного средства с учетом предыстории срока службы масла, в результате чего получают надежную оценку вязкости масла.
К тому же, согласно другому варианту осуществления изобретения на основании данных оценки вязкости масла могут осуществляться различные действия с целью снижения или даже исключения риска повреждения двигателя 10 вследствие завышенной оценки срока службы масла, например, в случае конкретных условий, таких как большое число прерванных восстановлений ДСФ или повышенная частота восстановлений ДСФ.
С этой целью может быть задано первое минимальное пороговое значение вязкости масла и, если расчетные значения вязкости масла падают ниже первого минимального порогового значения, может генерироваться предупредительный сигнал.
Таким предупредительным сигналом может являться, например, световой или звуковой сигнал для предупреждения водителя о том, что двигателю 10 требуется замена масла.
Кроме того, если вязкость масла падает ниже первого предварительно заданного минимального порогового значения или, в качестве альтернативы, падает ниже второго предварительно заданного минимального порогового значения, которое является более низким, чем первое предварительно заданное минимальное пороговое значение, работу двигателя 10 изменяют во избежание его повреждения. В этом случае, например, ECU может выбирать режим работы двигателя, в котором двигатель 10 генерирует максимальный крутящий момент.
В описанном способе выгодно обеспечивается существенное усовершенствование оценивания вязкости масла, что приводит к увеличению срока службы двигателя, общему повышению надежности систем двигателя и снижению затрат по гарантийным обязательствам.
Хотя в изложенном выше кратком изложении и подробном описании рассмотрен по меньшей мере один пример осуществления, следует учесть, что существует огромное число их разновидностей. Также следует учесть, что пример или примеры осуществления служат лишь примерами и не имеют целью каким-либо образом ограничить объем, применимость или конфигурацию изобретения. Вернее, представленное выше краткое изложение и подробное описание служат для специалиста в данной области техники удобным планом действий по реализации по меньшей мере одного примера осуществления, при этом подразумевается, что в функции и расположение элементов, описанных в примере осуществления, могут быть внесены различные изменения, не выходящие за пределы объема изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения и ее допустимыми законом эквивалентами.
Ссылочные позиции
10 двигатель внутреннего сгорания
20 цилиндр
30 топливный инжектор
40 поршень
50 камера сгорания
60 вторичное впрыскиваемое топливо
70 стенка камеры 50 сгорания
80 сажевый фильтр