用于识别在内燃发动机中所实际使用的燃料类型的方法

摘要

用于识别在内燃发动机(1)中所实际使用的燃料类型的识别方法；所述识别方法包括以下步骤：通过至少一个传感器检测由内燃发动机(1)在测量时间窗口内所产生的振动强度(S)；通过处理由内燃发动机(1)在测量时间窗口内所产生的振动强度(S)来确定至少一个综合指数(I)的值；将综合指数(I)与至少一个预定的对比量(TH)进行比较；以及根据综合指数(I)与至少一个预定对比量(TH)的比较来识别所实际使用的燃料类型；以及当检测振动强度(S)时，相对于常规的标准发动机控制强制地改变发动机控制，从而加大能够由内燃发动机(1)使用的不同类型燃料的行为差异。

说明书

技术领域

本发明涉及用于识别在内燃发动机中所实际使用的燃料类型的方法。

背景技术

多年以来在世界的一些地区(例如在巴西)中，具有可控点火的内燃 发动机已经被供应以具有不同特征(诸如不同的化学计量空燃比)的不同 类型的液体燃料(诸如纯汽油、含水乙醇，或汽油和乙醇的混合物)。近年 来，甚至现代柴油发动机也可以使用纯燃油之外的其它燃料，所述燃料在 商业上已知为“生物柴油”且包括柴油和源自生物质(诸如菜籽油等植物 油)的燃料的混合物。

因此，对于发动机的电子控制单元而言，重要的是获知由内燃发动机 所实际使用的燃料类型以便根据所实际使用的燃料的特征(或根据所实际 使用的燃料特征)来最优化燃烧控制(例如重要的是获知实际的化学计量 空燃比以便最小化污染物的产生，以及非常有用的是获知挥发性以便确保 内燃发动机的正常“冷”起动)。

已经提出了用于识别燃料类型的几种方法，上述方法基于由位于排气 系统中的氧传感器(1ambda probe)所提供的信息。然而，还存在对能够使 用另外的其它方法来识别燃料类型的需求，所述另外的其它方法不利用由 位于排气系统中的氧传感器所提供的信息，其中不仅提供了当氧传感器不 能正常工作时甚至可以在“恢复”模式中识别燃料类型的可能性，且提供 了将从由氧传感器所提供的信息开始执行的燃料类型识别与另一种独立的 识别相比较以便提高识别可靠性的可能性。

意大利专利申请BO2011A000122(对应于美国专利申请 US2013067990)描述了一种用于识别内燃发动机中所实际使用的燃料类型 的方法，其中所述方法提供以下步骤：通过传感器检测由内燃发动机在测 量时间窗口内所产生的振动强度；通过处理由内燃发动机在测量时间窗口 内所产生的振动强度来确定综合指数值；将综合指数与预定的对比量进行 比较；以及根据综合指数与对比量的比较来识别燃料类型。在意大利专利 申请BO2011A000122中所述的识别方法允许以足够高的精确度和可靠性 来估计由内燃发动机所实际使用的燃料类型；此外，该识别方法完全独立 于由位于内燃发动机排气系统内的氧传感器所提供的信息。然而，当使用 在意大利专利申请BO2011A000122中所述的识别方法时，可能会存在对由 内燃发动机所实际使用的燃料类型所做出的识别是相对不确定(即不完全 可靠)的情况。

专利申请US2012031374描述了一种用于根据由爆震传感器所测量的 爆震值来识别由内燃发动机所实际使用的燃料类型的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于识别在内燃发动机中所实际使用的燃 料类型的方法，该识别方法不具有上述缺陷，特别地可容易和成本有效地 实施，且总是允许获得由内燃发动机所实际使用的燃料类型的可靠识别。

附图说明

现在将参照附图对本发明进行描述，所述附图示出了本发明的非限制 性实施例的示例；具体地，附图1是设有控制单元的内燃发动机的示意图， 所述控制单元实施根据本发明的目的的用于识别所实际使用的燃料类型的 方法。

具体实施方式

在附图1中，附图标记1指示作为整体的内燃发动机，其包括对齐布 置的四个气缸2。各个气缸2容纳相应的活塞3，所述活塞3通过连杆机械 地连接到驱动轴4以便将由气缸2内的燃烧所产生的力传递到驱动轴4自 身。

内燃发动机1受控于电子控制单元5(通常称为“ECU”)，其设置于 所述内燃发动机1的附近且通常容纳于车辆发动机室(未示出)内。电子 控制单元5包括麦克风6(即，声学类型的压力传感器6)，其容纳于控制 单元5内且适于检测由内燃发动机1所产生的噪声强度(即，其适于检测 由内燃发动机1所产生的声学-声音-压力波的强度)。

在使用中，电子控制单元5通过麦克风6检测由内燃发动机1在预定 的振幅测量时间窗口(通常为一秒的十分之一至十分之五的量级)内所产 生的噪声(即由内燃发动机1所产生的振动)的强度S。在电子控制单元5 中，使用相对高的频率(为50千赫的量级)进行采样以将由内燃发动机1 所产生的噪声强度S数字化。此后，电子控制单元5通过精确确定由内燃 发动机1在测量时间窗口内所产生的噪声强度S来确定至少一个综合指数 I的值；即，综合指数I的值根据由内燃发动机1在测量时间窗口内所产生 的噪声强度S以如此的方式来计算，以使得综合指数I为由内燃发动机1 在测量时间窗口内所产生的噪声强度S的“综合”值。将综合指数I与至 少一个预定的对比量TH进行比较，然后根据综合指数I与对比量TH的比 较来识别由内燃发动机1实际使用的燃料类型。优选地，对比量TH在校 准步骤中通过实验来确定，所述校准步骤通过将具有已知特征的不同燃料 供给到适当地设有实验室仪器的内燃发动机1来执行。

通常情况下，对比量TH与内燃发动机1的特定识别操作点相关联； 换言之，对比量TH是在识别操作点中确定的，因此只有在识别操作点处 (或更好地在识别操作点的附近)是有效的。发动机1的操作点(也称为 发动机点)通常通过发动机的转速值和负载值(由吸入压力或由吸入效率 来提供，所述吸入效率即实际吸取的空气量与可吸取的最大空气量之间的 比率)来确定。只有当内燃发动机1的当前操作点在识别操作点的附近时， 即当当前参数(发动机转速和负载)和识别操作点参数之间的差异“小” (即绝对值小于阈值)时，才进行综合指数I与对比量TH的比较。

在系统校准期间，以如此的方式选择识别操作点以至于最优化(最大 化)不同燃料之间的差异；换言之，根据所使用的燃料类型在由内燃发动 机1所产生的噪声内可感知的差异在一些操作点中不太明显而在其它操作 点中则较为明显。为了简化所使用燃料类型的识别，很清楚方便的是在不 同燃料之间的差异为最大的区域中选择识别操作点。为了提高执行识别的 可能性，可以使用多个对比量TH，其中每一个对比量与其自身的识别操作 点相关联，其自身的识别操作点不同于其它对比量TH的识别操作点。

当内燃发动机1的当前操作点在识别操作点附近且将要识别由内燃发 动机1所实际使用的燃料类型时，相对于常规的标准发动机控制强制地改 变发动机控制，以便放大(加大)能够由内燃发动机1使用的不同燃料类 型的行为差异；换言之，为了以更高的可靠性来执行由内燃发动机1所实 际使用的燃料类型的识别，代替使用常规的标准发动机控制(其目的是生 成由驾驶员所需要的驱动扭矩，最大限度地减少污染物的产生以及最大限 度地减少燃料消耗)，而使用特定的发动机控制(其目的是为了加大能够由 内燃发动机1使用的不同类型燃料的行为差异而不会过度影响操作规则 性)。

根据一个优选的实施例，为了执行由内燃发动机1所实际使用的燃料 类型的识别，发动机控制相比于常规的标准发动机控制被强制改变，以便 将异常的化学计量空燃比(其不同于由内燃发动机1所使用燃料的化学计 量空燃比)作为基准值。例如，如果能够由内燃发动机1所使用的燃料是 E22(由22％的乙醇(乙基醇)和78％的汽油组成的混合物)和E100(由 100％的乙醇即纯乙醇组成的混合物)，燃料E22的化学计量空燃比等于 13.5，而燃料E100的化学计量空燃比等于9；因此，通常情况下，如果使 用燃料E22，则发动机控制将等于13.5的化学计量空燃比用作基准值来操 作，或者如果使用燃料E100，则发动机控制将等于9的化学计量空燃比用 作基准值来操作。为了执行由内燃发动机1所实际使用的燃料类型的识别， 发动机控制将异常的化学计量空燃比用作基准值，所述异常的化学计量空 燃比既不同于燃料E22的化学计量空燃比也不同于燃料E100的化学计量空 燃比；例如，发动机控制显然只在较短的时间(即测量时间窗口)内将从 10至12(例如，11)的异常化学计量空燃比作为基准值，在该较短的时 间期间获取由内燃发动机1所产生的噪声强度S。

当发动机控制将异常的化学计量空燃比(例如等于11)用作基准值时， 如果由内燃发动机1所实际使用的燃料是E22，则将存在富燃燃烧，即在 过量燃料中燃烧(表示空燃比与实际的化学计量空燃比之间关系的实际系 数为λ将为大约0.81)，而如果由内燃发动机1所实际使用的燃料是E100， 则将存在稀燃燃烧，即在短缺的燃料中燃烧(表示空燃比与实际的化学计 量空燃比之间关系的实际系数为λ将为大约1.2)。换言之，当发动机控制 将异常的化学计量空燃比用作基准值，所喷射的燃料量相同时，如果由内 燃发动机1所实际使用的燃料是E22，则产生较高的驱动扭矩(因此，涉 及导致较强噪声的较高功率和较多能量)，而如果由内燃发动机1所实际使 用的燃料是E100时，则产生较低的驱动扭矩(因此，涉及导致较弱噪声的 较低功率和较少能量)。因此，清楚的是只在较短的时间(即测量时间窗口) 内使用异常的化学计量空燃比能够加大由两种类型的燃料所确定的噪声差 异，在所述较短的时间期间获取由内燃发动机1所产生的噪声强度S。

总而言之，当内燃发动机1的当前操作点在识别操作点附近以及将执 行由内燃发动机1所实际使用的燃料类型的识别时，发动机控制与常规的 标准发动机控制相比被强制改变，以便放大(加大)由内燃发动机1所使 用的不同燃料类型的行为差异；对于发动机控制而言通过使用不同于能够 由内燃发动机1使用的异常化学计量空燃比的空燃比来进行这种强制改 变。

根据一个优选的实施例，由内燃发动机1在测量时间窗口内所产生的 噪声强度S预先通过带通滤波器或通过使用带有“加权A”(也被称为“加 权A”，其是特定类型的均衡，该均衡增强由人类可感知的频率且去除较不 能听到的频率)的滤波器来滤波。通过示例的方式，带通滤波器的滤波频 带可介于10赫兹和16千赫之间(即，带通滤波器衰减低于10赫兹和高于 16千赫的频率并增强在10赫兹和16千赫之间的频率)。

根据简化(并因此更具有鲁棒性)的第一识别模式，如果综合指数I 为高于(低于)对比量TH，则电子控制单元5识别出第一类型的燃料，如 果综合指数I低于(高于)对比量TH，则电子控制单元5识别出第二类型 的燃料。该第一简化的模式为“二元”类型，即仅仅根据综合指数I与对 比量TH的比较来在两种不同的燃料类型之间提供选择。根据更为细化(因 此至少可能具有较小鲁棒性)的第二识别模式，电子控制单元5通过根据 综合指数I与对比量TH的比较而执行的插值来识别燃料类型。在该更为细 化的第二识别模式下，通常使用至少两个对比量TH，该至少两个对比量 TH界定综合指数I处于其中的窗口，且通过在与两个对比量TH相关联的 类型之间的插值来识别燃料类型。

根据一个优选的实施例，电子控制单元5直接根据由内燃发动机1所 产生的噪声强度S在时间上的变化来计算综合指数I，然后在时域中计算出 综合指数I的值。具体地，在滤波之后，由内燃发动机1所产生的噪声强 度S的绝对值在测量时间窗口内在时间上进行积分以确定综合指数I；换言 之，综合指数I等于由内燃发动机1所产生的噪声强度S(其已被预先滤波) 的绝对值在测量时间窗口内在时间上的积分值。由内燃发动机1所产生的 噪声强度S为由在内燃发动机1的气缸2中的燃烧所产生功率的函数(即 与所述功率相关联)；因此，综合指数I为由在内燃发动机1的气缸2中的 燃烧在测量时间窗口内所产生能量的函数(即与所述能量相关联)。

根据不同的实施例，电子控制单元5计算由内燃发动机1在测量时间 窗口内所产生噪声强度S的FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变 换)，然后其根据FFT的至少一个谐波的振幅来计算在频域内的综合指数I 的值。然而，由于FFT计算比时间积分的简单计算要复杂得多，因此该实 施例需要高得多的计算能力。

在上述实施例中，由电子控制单元5所使用的传感器是麦克风6，且 其检测由内燃发动机1所产生的噪声强度S。在等同实施例中，由电子控 制单元5所使用的传感器是加速度计7，其直接安装于内燃发动机1上且 检测由内燃发动机1所产生的机械振动强度S。换言之，为了识别所实际 使用的燃料类型，电子控制单元5利用由内燃发动机1所产生的振动强度 S，且这种振动可以是声学的(声音)，从而可由麦克风6检测到，或这种 振动可以是机械的，从而可由加速度计7检测到。应该指出的是由内燃发 动机1所产生的机械振动与由内燃发动机1所产生的噪声是密切相关的， 其原因在于它们都源自于相同的物理现象，而相同的物理现象源自于气缸 2内燃料的燃烧；因此，考虑由内燃发动机1所产生的机械振动完全等同 于考虑由内燃发动机1所产生的噪声。

根据一个优选的实施例，由加速度计7在测量时间窗口内所测量的机 械振动强度S预先通过带通滤波器进行滤波，所述带通滤波器在3-12千赫 的窗口内起作用(即带通滤波器衰减低于3千赫和高于12千赫的频率以及 增大3-12千赫之间的频率)。

当内燃发动机的1排气系统中的氧传感器不能提供可靠的信息或当内 燃发动机1在紧接冷起动后的瞬间温度低时，可以使用上述识别方法。以 这种方式，在紧接内燃发动机1自身冷起动之后能够执行由内燃发动机1 所实际使用的燃料类型的初始识别，因此无需等待使得氧传感器“到达温 度”所需的时间(几十秒)。

此外，当内燃发动机1排气系统中的氧传感器不能正常工作时，可以 在“恢复”模式中使用上述识别方法；换言之，通常利用由氧传感器所提 供的信息来识别所实际使用的燃料类型，且在氧传感器出现故障的情况下， 可根据设置成不利用由氧传感器所提供信息的上述识别方法来识别所实际 使用的燃料类型。

最后，上述识别方法可用作的比较样本，与利用由氧传感器所提供的 信息来执行的相同识别进行比较以便提高识别的可靠性。

上述识别方法具有许多优点，其原因在于其也可易于在已经存在的电 子控制单元5中执行，其原因在于它不需要较高的额外计算负担，尤其是 当利用由发动机1所产生的噪声强度S在时间上的积分来计算综合指数I 时。

此外，上述识别方法允许以非常高的精确度和可靠性来估计由内燃发 动机1所实际使用的燃料类型。

最后，上述识别方法完全独立于由内燃发动机1排气系统中的氧传感 器所提供的信息，因此，当氧传感器不能正常工作时(即，当氧传感器温 度低或出现故障时)，可使用上述识别方法，且该方法可以相对于利用由氧 传感器所提供的信息来执行的相同识别作为比较样本使用。