CN111058951A - 用于确定存在于内燃发动机气缸中的再循环废气浓度的估算方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定存在于内燃发动机(1)的气缸(2)中的再循环废气浓度的估算方法，将流经进气导管(6)的气体混合物中的再循环废气的浓度(％EGR)定期存储在缓冲器(30)中；确定第一时刻(T1)，在第一时刻(T1)对气缸(2)中的后续燃烧进行编程；确定提前时间(Tpred)，该提前时间(Tpred)在第一时刻(T1)和将来的第二时刻(T2)之间经过，在该第二时刻(T2)空气将被带入到气缸(2)中以在气缸(2)中进行后续燃烧；确定运输时间(TTR)；通过从第一时刻(T1)减去等于运输时间(TTR)与提前时间(Tpred)之间差值的时间量来确定过去的第三时刻(T3)；以及取决于缓冲器(30)中包含的并且与第三时刻(T3)相对应的再循环废气的浓度(％EGR)来估算在第二时刻(T2)存在于气缸(2)中的再循环废气的浓度(％EGR)。

Description

用于确定存在于内燃发动机气缸中的再循环废气浓度的估算 方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年10月17日提交的、号为102018000009537的意大利专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于确定存在于内燃发动机气缸中的再循环废气浓度的估算方法。
背景技术
如已知的那样，内燃发动机包括多个气缸，每个气缸通过至少一个相应的进气阀连接到进气歧管，并通过至少一个相应的排气阀连接到排气歧管。进气歧管通过进气导管接收气体混合物，该气体混合物包括废气(来自EGR回路)和新鲜空气(来自外部)。
在现代内燃发动机中，废气(即燃烧过的气体)被再循环，这意味着一小部分(5％-25％)的废气通过使它们从排气导管流向进气导管而再循环，以便降低存在于废气中的一部分污染物(主要是NOx)。
根据奥托循环运行的内燃热发动机(即通过火花点燃混合物的发动机)应(几乎)始终在气缸中以等于在氧气(空气)和燃料(汽油等)之间的化学计量比的比例进行燃烧；作为结果，为了正确地对气缸中的燃烧进行编程(即，为了以适当的提前量来操作调节空气和燃料进给的致动器)，在燃烧的时刻必须提前知晓将存在于气缸中的气体混合物的成分。换言之，必须知晓在燃烧的时刻将存在于气缸中的气体混合物中存在的再循环废气的浓度；或者，从另一个且互补的角度来看，有必要知晓在燃烧的时刻将存在于气缸内的气体混合物中存在的新鲜空气的浓度，因此也应知晓气体混合物中存在的氧气的浓度(在燃烧的时刻将存在于气缸内的气体混合物由来自外部的新鲜空气和通过EGR系统再循环的废气组成；因此，如果知晓新鲜空气的浓度，则可以通过减法轻松确定再循环废气的浓度，以及反之亦然)。
如果对在燃烧的时刻将存在于气缸内的气体混合物中存在的再循环废气的浓度的估算不够精确，则有必要相对于理想值(化学计量值)增加燃料量以便避免发生爆震现象(knock phenomena)或甚至巨型爆震现象的风险；但是，这种富集(即燃料量的这种增加)抵消废气再循环所带来的益处，因为这种富集决定燃烧过程中污染物的产生增加。
专利申请EP3040541A1，EP3128159A1和EP3128158A1公开了一种内燃发动机，该内燃发动机设置有传感器，所述传感器沿进气导管布置，并测量沿进气导管流动的气体混合物中氧气的浓度；取决于测量沿进气导管流动的气体混合物中氧气浓度的传感器的读数，人们确定低压废气再循环EGR回路的质量流率，即人们确定存在于流入到气缸内的气体混合物中的再循环废气的浓度。然而，存在于流入到气缸中的气体混合物中的再循环废气的浓度的这种确定在固定运行模式下(也就是说，当转速和发动机点(engine point)随着时间保持稳定时)非常精确，但遗憾的是，它在动态运行模式下(即，当转速和/或发动机点不断变化时)变得(相对)几乎不精确，因为它在不同于气体混合物流入到气缸中的实际时刻的时刻(相对于实际时刻提前)测量沿进气导管流动的氧气混合物中的氧气的浓度。
专利申请DE102005044266A1，US2012037134A1，US2017268451A1和EP0843084A2公开了一种内燃发动机控制方法，该方法涉及测量沿进气导管流动的气体混合物(由新鲜空气和再循环废气组成)中的氧气的质量流率和浓度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定存在于内燃发动机气缸中的再循环废气浓度的估算方法，所述估算方法在所有可能的运行条件下允许极其精确地确定存在于内燃发动机气缸中的再循环废气浓度。
根据本发明，提供一种用于确定存在于内燃发动机气缸中的再循环废气浓度的估算方法，其中所述气缸通过终止于进气歧管的进气导管接收由新鲜空气和再循环废气组成的气体混合物；所述估算方法包括以下步骤：
通过沿进气导管布置或布置于进气歧管中的第一传感器来定期测量流经进气导管或进气歧管的气体混合物中的氧气的百分比；
基于由第一传感器测得的相应的氧气的百分比来定期地确定存在于进气导管或进气歧管中的再循环废气的浓度；以及
在第一时刻对在第一时刻之后的气缸中的后续燃烧进行编程；
所述估算方法的特征在于它还包括以下步骤：
将再循环废气的浓度存储在缓冲器中；
确定与在第一时刻和第一时刻之后的将来的第二时刻之间的时间量相对应的提前时间，并且在该第二时刻空气将被吸入到气缸中以用于气缸中的后续燃烧；
确定大于或等于提前时间的气体混合物从第一传感器所处的位置流动到气缸所需的运输时间；
通过从第一时刻减去等于在运输时间与提前时间之间的差值的时间量来计算过去的第三时刻，该第三时刻在第一时刻之前并且因此在第二时刻之前；
基于缓冲器中包含的并与第三时刻相对应的再循环废气的浓度来估算在第二时刻存在于气缸中的再循环废气的浓度；和
在第一时刻使用在第二时刻存在于气缸中的再循环废气的浓度来对气缸中的后续燃烧进行编程。
附图说明
现在将参考示出其非限制性实施例的附图来描述本发明，其中：
图1示意性地示出一种内燃发动机，该内燃发动机设置有实现根据本发明的估算方法的电子控制单元；和
图2示意性地示出在电子控制单元中实现的估算逻辑；和
图3示出应用于氧气浓度估算(等效于废气浓度估算)的一阶过滤器的效果。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总体上表示借助于涡轮增压器增压系统增压的内燃发动机。
内燃发动机1包括四个气缸2和四个喷射器3，四个喷射器3直接将燃料喷射到气缸2中。每个气缸2通过至少一个相应的进气阀(未示出)连接到进气歧管4并且借助于至少一个相应的排气阀(未示出)连接到排气歧管5。
进气歧管4通过进气导管6接收包括废气(如下文更详细描述的那样)和新鲜空气(即，来自外部的空气)的气体混合物，进气导管6设置有用于新鲜空气流的空气过滤器7，并且由节流阀8调节，该节流阀布置在进气导管6和进气歧管4之间。沿着进气导管6并且在空气过滤器7的下游，还存在多重传感器9，所述传感器测量流入空气的流率MAIR、流入空气的温度TAIR和空气过滤器7下游的进气压力Pair。
沿着进气导管6设置有中间冷却器10，该中间冷却器10实现冷却吸入的空气的功能(或者，中间冷却器10可以内置在进气歧管4中，以便减小进气导管6的总长度)。
排气歧管5连接到排气导管11，排气导管11是排气系统的一部分，并将燃烧产生的气体释放到大气中。氧化催化转化器12和消音器16沿着排气导管11相继布置。
内燃发动机1的增压系统包括设置有涡轮机18和压缩机19的涡轮增压器17，涡轮机18沿着排气导管11布置以便由于从气缸2排出的废气的作用而以高速旋转，压缩机19沿着进气导管6布置并且机械地连接到涡轮机18，以便通过涡轮机18引起旋转，以便增加存在于供给导管6中的空气的压力。在图1中所示的实施例中，涡轮机18设置有废气门阀，该废气门阀允许废气旁路绕过涡轮机18；旨在防止增压系统过分受力的废气门阀的操作将涡轮机18的转速保持在一定限度内，从而也限制进气侧的增压压力。根据一个可能的实施例，涡轮机18的叶轮具有可变的几何形状，并且涡轮机18的叶轮的几何形状由(通常为电动的)致动器控制，以提高废气的速度或流率。
内燃发动机1包括低压废气再循环回路，该低压废气再循环回路又包括源自排气导管10的EGR导管23，EGR导管23优选地在氧化催化转化器12的下游并且通向进气导管6，在多重传感器9的下游。沿着EGR导管23设置有低压EGR阀24，该低压EGR阀24设计成调节流经EGR导管23的废气的流率。沿着EGR导管23，在低压EGR阀24的上游，还设置有热交换器25，该热交换器25起到冷却从排气导管10流出并流入到压缩机19内的气体的功能。
内燃发动机1由电子控制单元26控制，该电子控制单元26控制内燃发动机1的所有部件的操作。
控制单元26连接至传感器27，该传感器27沿着进气导管6紧接布置在节流阀8的上游，并测量流经进气导管6的气体混合物的温度Tint和压力Pint。控制单元26连接到传感器28(完全类似于传感器27)，传感器28布置在进气歧管4内部并且测量进气歧管4内部存在的气体混合物的温度Tman和压力Pman。最后，控制单元26连接到传感器29，该传感器29沿进气导管6(传感器27的上游)布置，并测量流经进气导管6的气体混合物中氧气的百分比％O2(即氧气的浓度％O2)；特别地，传感器29是UEGO(通用废气氧气)λ传感器(UEGO(UniversalExhaust Gas Oxygen)lambda sensor)，其输出是可以根据λ值改变电流的值并且可以用于确定氧气的百分比％O2。根据一个优选实施例，根据专利申请EP3040541A1，EP3128159A1和EP3128158A1的公开，改善了由传感器29提供的读数(即，使其更加精确和可靠)。
在下文中，你将发现在电子控制单元26中实施的策略的描述，该策略用于确定在燃烧的时刻存在于气缸2中的再循环废气的浓度(即，用于确定在燃烧的时刻存在于气缸2中的新鲜空气的浓度，从而用于确定在燃烧的时刻存在于气缸2中的氧气的浓度)。应该指出的是，在新鲜空气(即来自外部的空气)中，氧气的浓度(即百分比)基本上是恒定的(地面水平处的干燥空气大约由78.09％的氮气(N2)、20.9％的氧气(O2)、0.93％的氩气(Ar)和0.04％的二氧化碳(CO2)以及其他少量的额外成分组成)；作为结果，氧气的浓度(即百分比)很容易导致(通过简单的乘法)确定新鲜空气的浓度，以及反之亦然。
流经进气导管6的气体混合物的总质量流率MTOT满足以下方程式：
MTOT＝MEGR_LP+MAIR [1]
MEGR_LP＝MTOT-MAIR [1]
MTOT流经进气导管6的气体混合物的质量流率；
MAIR来自外部的新鲜空气的质量流率，该新鲜空气流经进气导管6；和
MEGR_LP通过流经进气导管6的低压回路EGRLP(即，通过EGR回路23)再循环的废气的质量流率。
我们如下定义量REGR，它表示低压EGR回路对流经进气管6的气体混合物的总质量流率MTOT的影响：
REGR＝MEGR_LP/MTOT [2]
REGR低压EGR回路对流经进气导管6的气体混合物的总质量流率MTOT的影响；
MTOT流经进气导管6的气体混合物的质量流率；和
MEGR_LP通过流经进气导管6的低压回路EGRLP再循环的废气的质量流率。
在方程式[2]中插入方程式[1]，你将获得：
REGR＝(MTOT-MAIR)/MTOT＝1–(MAIR/MTOT) [3]
REGR低压EGR回路对流经进气管6的气体混合物的总质量流率MTOT的影响；
MTOT流经进气导管6的气体混合物的质量流率；和
MAIR来自外部的新鲜空气的质量流率，该新鲜空气流经进气导管6。
如果考虑到从外部流经进气导管6的新鲜空气的质量流率包含约21％的氧气的事实，则适用以下方程式：
MAIR*21＝MTOT*％O2 [5]
MAIR/MTOT＝％O2/21 [5]
MTOT流经进气导管6的气体混合物的质量流率；
MAIR来自外部的新鲜空气的质量流率，该新鲜空气流经进气导管6；和
％O2流经进气导管6的气体混合物的质量流率中所含氧气的百分比，其通过传感器29进行检测。
在方程式[5]中插入方程式[4]，您可以获得：
REGR＝1–(％O2/21) [6]
REGR低压EGR回路对流经进气管6的气体混合物的总质量流率MTOT的影响；
％O2流经进气导管6的气体混合物的质量流率中所含氧气的百分比，其通过传感器29进行检测。
根据可能的变型，多重传感器9配置成除了来自外部并流经进气导管6的新鲜空气的质量流率MAIR和温度TAIR之外，还检测来自外部并流经进气导管6的新鲜空气的心理测量水平(psychometric level)PSIAIR。
因此，可以改善指示低压回路EGR对流经进气导管6的气体混合物的总质量流率MTOT的影响的量(或比率)REGR的估算，并且使方程式[6]通过以下方程式更精确并导出低压废气再循环回路EGR在流经进气导管6的气体混合物中的质量流率％REGR：
REGR＝1–(％O2/O2_REF) [7]
O2_REF＝f(PSIAIR,TAIR) [8]
REGR低压EGR回路对流经进气管6的气体混合物的总质量流率MTOT的影响；
％O2在流经进气导管6的气体混合物质量中所含氧气的百分比，其通过传感器29进行检测；
O2_REF从实验图根据来自外部并流经进气导管6的新鲜空气的温度TAIR和心理测量水平PSIAIR获得的氧气的参考百分比。
沿进气导管6物理地安装传感器29，该传感器29测量在流经进气导管6的气体混合物的质量中所含的氧气的百分比％O2，并且该传感器29大约位于压缩机19的位置与节流阀8的位置之间的中途，即显然在进气阀调节气体混合物通过入口流入气缸2内之前。特别地，传感器29与调节气体混合物通过入口流入气缸2内的进气阀相距距离D(大约几十厘米)。作为结果，由传感器29测得的氧气的百分比％O2显然相对于进入气缸2的装载(即，相对于气体混合物流入到气缸2的实际时刻)提前；换言之，传感器29测量稍后将实际流入气缸2中的气体混合物中的氧气百分比％O2，即相对于测量氧气百分比％O2的时刻具有延迟(因此，相对于气体混合物实际流入气缸2内的时刻提前测量氧气的百分比％O2)。在静止运行模式下(即，当转速和发动机点(engine point)随时间保持稳定时)，由传感器29进行的氧气百分比％O2的测量的提前没有影响，因为氧气百分比％O2随时间也是恒定的(或者，无论如何，它随变化时间的变化非常缓慢，而变化的时间明显长于测量的提前量)；另一方面，在动态运行模式下(即，当转速和/或发动机点保持不断变化时)，氧气的百分比％O2也随时间而变化(即，随着变化时间短于测量的提前量，氧气的百分比％O2变化迅速)，并且因此如果没有以下面描述的方式适当地校正，则由传感器29所执行的氧气百分比％O2的测量的提前量会导致气缸2中的燃烧编程错误。
根据图2，在每个气缸2中，一个接一个地循环地存在四个阶段(活塞的冲程)，这四个阶段构成一个燃烧循环：进气(A)，压缩(C)，功率输出(E)，排气(S)；在每个冲程开始时(即，在上一个冲程的结尾)，相应的活塞到达一个死点(上死点或下死点)，在该死点中，运动方向反向，并且因此，每个冲程都涉及活塞从一个死点到另一个死点的位移。
控制单元26必须以等于预定冲程数Xp的提前量对每个气缸2中的燃烧进行编程。显然，对应于冲程数Xp的提前时间Tpred是可变的，因为它根据以下方程式取决于内燃发动机1的转速：
Tpred＝Xp/(2*ω) [9]
Tpred提前时间；
Xp提前冲程数；
ω内燃发动机1的转速(例如，以每秒转数测量)。
换言之，提前时间Tpred对应于在气缸2中的燃烧的编程与气缸2中的燃烧的执行(即实际执行)之间流逝的时间量。
控制单元26定期地(例如，以4ms的周期，即每4ms)接收由传感器29所执行的氧气的百分比％O2的测量，根据由传感器29测得的氧气的每个百分比％O2确定存在于在传感器29的区域中流经进气导管6的空气中的再循环废气浓度(即百分比)％EGR，并将这些再循环废气的浓度％EGR存储在缓冲器30中(在图2中示意性地示出该缓冲器30，其示出在缓冲器30中存在一系列的再循环废气的浓度(％EGR)。根据不同的实施例，氧气百分比％O2的测量值存储在缓冲器30中(即，在缓冲器30中存在一系列氧气百分比％O2的测量值)并且稍后根据相应的氧气百分比％O2的测量值来确定气体再循环废气的浓度％EGR。
显然，缓冲器30具有有限的尺寸，并且因此包含固定的和预定的数量的再循环废气浓度％EGR(基于由传感器29执行的氧气的百分比％O2的测量确定)；每次计算出新的再循环废气浓度％EGR(即，每次传感器29提供新的测量值)，新的再循环废气的浓度％EGR就成为最近的，即最年轻的再循环废气的浓度％EGR，并且最前的即最老的再循环废气浓度％EGR从缓冲器30中消除。通过示例的方式，传感器29每4ms提供新的氧气百分比％O2测量值(因此，每4ms将新的循环废气的浓度％EGR的值存储在缓冲器30中，并且删去老的循环废气的浓度％EGR的值)。
此外，控制单元26通过以下方程式计算气体混合物从传感器29测量氧气百分比％O2所处的点流动到达气缸2所需的传输时间TTR：
TTR＝D/STR [10]
TTR运输时间；
D在测量氧气百分比％O 2的传感器29的位置与气缸2之间存在的距离；
STR运输速度。
换言之，控制单元26知晓在测量氧气百分比％O 2的传感器29的位置与气缸2之间存在的距离D(所述距离D是由于内燃发动机1的几何形状引起的并且是先验已知的固定的设计信息)，(以下述方式)估算气体混合物沿进气导管6流动并因此流经进气歧管4的传输速度STR(即气体混合物以其覆盖距离D)，然后用简单的除法计算运输时间TTR。
应当指出的是，对于每个气缸2，存在对应的距离D，该距离可以(略)不同于其他气缸2的距离D(即，如果气缸2更靠近节流阀8，则该距离D更小；如果气缸2更远离节流阀8，则该距离D更大)；因此，对于每个气缸2，计算出相应的运输时间TTR，如果其他因素相同，则该运输时间TTR可能(略微)不同于其他气缸2的运输时间TTR。
为了确定在进气冲程A结束时气缸2中将存在的氧气百分数％O2，控制单元26使(基于由传感器29执行并按时间顺序存储在缓冲区30中的氧气的百分数％O2的测得值计算的)再循环废气的浓度％EGR与进气的预测(这是燃烧编程的一部分)同步。燃烧的编程涉及建立如何控制致动器，该致动器调节燃烧器向气缸2的进料，即含有氧气的空气(氧化剂)的进料、燃料(还原剂)的进料和火花点火(其开始燃烧，显然仅在使用火花点火发动机的情况下)；作为结果，燃烧的编程涉及建立如何控制进给燃料的喷射器、建立如何控制点火线圈(如果存在，即仅在火花点火发动机的情况下)、建立如何控制节流阀8并建立如何控制进气阀(显然，何时可以调节进气阀的打开和/或关闭时刻)。换言之，对燃烧进行编程可能意味着：对调节向气缸的空气进给的致动器的控制进行编程、对向气缸2的燃料进给的致动器的控制进行编程和/或对气缸2中的混合物的(火花)点火进行编程。
为了进行这种同步并且如图2中所示，当前时刻是时刻T1(即，发动机控制在时刻T1下)，并且有必要对在时刻T2之后立即发生的燃烧进行编程，在时刻T2与要编程的燃烧相对应的进气冲程A*(根据图2，通常考虑进气冲程的结尾)发生；在时刻T1和时刻T2(T2从时间上说是在时刻T1之后，并且因此相对于时刻T1是在将来)之间，存在提前时间Tpred(对应于提前行程的数量Xp)。从当前时刻T1开始，将提前时间Tpred添加到时刻T1，你将获得(将来)时刻T2，在该时刻T2与要编程的燃烧相对应的进气冲程A*发生。通过从时刻T2中减去运输时间TTR(即通过使时刻T2提前)，确定时刻T3(过去)，在该时刻T3，(基于由传感器29所测量的氧气的百分比％O2计算的)再循环废气的浓度％EGR在缓冲器30中读取，并且该测量被用于对与进气冲程A*相对应的燃烧进行编程。换言之，为了使再循环废气的浓度％EGR与对应于进气冲程A*的燃烧的编程同步，读取缓冲器30以便获得对应于时刻T3的再循环废气的浓度％EGR，其可以通过从当前时刻T1减去(减少)等于运输时间TTR与提前时间Tpred之差的时间量来获得，在时刻T1中进行燃烧的编程。运输时间TTR通常大于(或最多等于)提前时间Tpred。
根据优选的但非限制性的实施例，当对与进气冲程A*相对应的燃烧进行编程时，在时刻T3未直接使用再循环废气的浓度％EGR，而是将一阶过滤器应用于在时刻T3的再循环废气的所述浓度％EGR，所述一阶过滤器考虑了进气歧管4中的气体的混合(即，它创建了进气歧管4内的气体的混合的模型，并且因此模拟进气歧管4中的气体混合效果)。换言之，再循环废气的浓度％EGR相对于新值之前的值的改变不是瞬间发生的(即，具有与物理现实不对应的阶梯式变化定律)，而是具有指数变化定律(对应于一阶过滤器)以渐进的方式发生。上述内容在图3中表示，该图3示出如何根据指数定律(通过一阶过滤器数学地获得)以渐进的方式发生从再循环废气浓度％EGR的先前值(“旧的(OLD)”)过渡到再循环废气浓度％EGR的后续值(“新的(NEW)”)。
根据一个可能的实施例，用于对在时刻T3的再循环废气的浓度％EGR进行过滤(即，用于减慢从再循环废气的浓度％EGR的先前值到后续值的转变)的一阶过滤器具有恒定的增益。可替代地，一阶过滤器的增益是可变的，并且取决于实验图来确定，该实验图被存储在控制单元26中，并且基于流经进气导管6的气体混合物的质量流率MTOT来提供一阶过滤器的增益；根据另一种变型，一阶过滤器的增益是可变的，并且取决于实验图来确定，该实验图被存储在控制单元26中，并且基于流经进气导管6的气体混合物的质量流率MTOT以及还基于提前时间Tpred来提供一阶过滤器的增益。所述图是在实验室调整阶段以实验方式确定的；即，使用内燃发动机1，其中安装了一系列高性能实验室传感器(即非常精确且非常快的传感器)，以便确定一阶过滤器在所有可能的操作点上的理想增益值。
根据一个优选的但非限制性的实施例，控制单元26通过以下方程式计算运输速度STR(即，气体沿着进气导管6和进气歧管4流动的平均速度)：
STR＝MTOT/(ρ*S) [11]
STR运输速度；
MTOT流经进气导管6的气体混合物的质量流率；
ρ流经进气导管6的气体混合物的密度；
S进气导管6的横截面。
由控制单元26使用标准的发动机控制策略以已知方式估算流经进气导管6的气体混合物的质量流率MTOT(例如，其可以通过称为“速度密度”的模型来估算)；换言之，控制单元26执行标准的发动机控制策略，该策略尤其可以允许确定流经进气导管6的气体混合物的质量流率MTOT的可靠估算。可替代地，可以使用上面确定的方程式[1](或另一个类似的方程式)并知晓来自外部的新鲜空气的质量流率MAIR(例如来自空气流量计的测量)和从氧气百分比的测量值获得的EGR浓度的值或者替代地从通过低压回路EGRLP再循环的废气的质量流率MEGR_LP，来计算流经进气导管6的气体混合物的质量流率MTOT。
可以根据实验图来确定流经进气导管6的气体混合物的密度ρ，该实验图被存储在控制单元26中，并基于气体混合物的温度T和压力P来提供气体混合物的密度ρ；气体混合物的温度T和压力P可以是通过传感器27测量的流经进气导管6的气体混合物的温度Tint和压力Pint、由传感器28测量的存在于进气歧管4内的气体混合物的温度Tman和压力Pman或在传感器27和28的测量值之间的平均值。所述图是在实验室调整阶段期间以实验方式确定的；即，使用内燃发动机1，其中安装了一系列高性能实验室传感器(即非常精确且非常快速的传感器)，以便在所有可能的工作点测量气体混合物的密度ρ的值。
替代性地，可以使用以下方程式计算流经进气导管6的气体混合物的密度ρ：
ρ＝P/(R*T) [12]
ρ流经进气导管6的气体混合物的密度；
P气体混合物的压力(由传感器27测量、由传感器28测量或在传感器27和28的测量值之间的平均值)；
R近似于空气比常数的气体比常数(specific constant of the gas)(在第一近似中可以假定等于通用气体常数)；
T气体混合物的温度(由传感器27测量、由传感器28测量或在传感器27和28的测量值之间的平均值)。
结合方程式[10]，[11]和[12]，你可以获得以下方程式(其可以在控制单元26中代替方程式[10]，[11]和[12]来实现)：
TTR＝(D*S*P)/(M*R*T) [13]
TTR运输时间；
D在测量氧气百分比％O2的传感器29的位置与气缸2之间存在的距离；
M流经进气导管6的气体混合物的质量流率；
S进气导管6的横截面；
P气体混合物的压力(由传感器27测量、由传感器28测量或在传感器27和28的测量值之间的平均值)；
R近似于空气比常数的气体比常数(在第一近似中可以假定等于通用气体常数)；
T气体混合物的温度(由传感器27测量、由传感器28测量或在传感器27和28的测量值之间的平均值)。
替代性地，可以使用以下方程式来代替方程式[13]：
TTR＝(VTR*P)/(M*R*T) [14]
VTR运输体积(即，包括在传感器29和被检查的气缸2的进气阀之间的进气体积)；
M流经进气导管6的气体混合物的质量流率；
P气体混合物的压力(由传感器27测量、由传感器28测量或在传感器27和28的测量值之间的平均值)；
R近似于空气比常数的气体比常数(在第一近似中可以假定等于通用气体常数)；
T气体混合物的温度(由传感器27测量、由传感器28测量或在传感器27和28的测量值之间的平均值)。
根据一种可能的实施例，运输体积VTR是由于内燃发动机1的几何形状而引起的，并且是先验已知的固定的设计信息。根据替代实施例(其是更精确和更准确的)，根据实验图确定运输量VTR，该实验图被存储在控制单元26中并且基于进气效率ETint(从由控制单元26使用的标准发动机控制策略获得)以及内燃发动机1的转速ω来提供运输体积VTR。
所述图是在实验室调整阶段以实验方式确定的；即，使用内燃发动机1，其中安装了一系列高性能实验室传感器(即非常精确且非常快的传感器)，以便在所有可能的操作点测量运输体积VTR的值。
如上所述，在缓冲器30中存储有再循环废气的浓度％EGR，该再循环废气的浓度％EGR根据由传感器29测得的氧气的相应百分比％O2来计算；可替代地，在缓冲器30中可以存储有由传感器29测得的氧气百分比％O2，其稍后将用于确定相应的再循环废气的浓度％EGR。
在附图所示的实施例中，内燃发动机是涡轮增压发动机(可以使用容积式压缩机替代涡轮增压器)。根据本文未示出的不同实施例，内燃发动机1是吸气发动机(即，没有通过涡轮增压器或容积式压缩机获得的增压)。
在附图所示的实施例中，EGR导管23通向进气导管6，并且因此在节流阀8的上游(显然，传感器29沿着进气导管6布置在EGR导管23的到达点的下游)；根据本文未示出的不同实施例，EGR导管23通向进气歧管4，并且因此在节流阀8的下游(显然，传感器29在在进气歧管4中布置在EGR导管23的到达点的下游)。
在本文描述的实施例可以彼此组合，而不会因为该原因超出本发明的保护范围。
如上所述，估算在燃烧的时刻存在于气缸2中的再循环废气的浓度的方法具有许多优点(如上所述，确定再循环废气的浓度意味着确定新鲜空气/氧气的浓度，以及反之亦然)。
首先，如上所述，估算在燃烧的时刻存在于气缸2中的再循环废气浓度的方法在所有可能的工作点都是非常精确的(即，产生适度的误差)，不仅在静态运行模式(即，转速和发动机点随时间保持稳定时)下，而且尤其是在动态运行模式(即，转速和/或发动机点保持不断变化时)下。
此外，如上所述，用于估算在燃烧的时刻存在于气缸2中的再循环排气的浓度的方法实施起来简单且经济，因为它不需要大量的计算能力并且不需要大的内存空间。
附图标记清单
1 发动机
2 气缸
3 喷射器
4 进气歧管
5 排气歧管
6 进气管
7 空气过滤器
8 节流阀
9 多重传感器
10 中间冷却器
11 排气导管
12 氧化催化转化器
16 消音器
17 涡轮增压器
18 涡轮机
19 压缩机
23 EGR导管
24 EGR阀
25 热交换器
26 电子控制单元
27 传感器
28 传感器
29 传感器
30 缓冲器
％O2 氧气的百分比
％EGR 再循环废气的浓度
D 距离
Tpred 提前时间
TTR 运输时间
Xp 提前冲程数

Claims (15)

1.一种用于确定存在于内燃发动机(1)的气缸(2)中的再循环废气浓度的估算方法，其中气缸(2)通过终止于进气歧管(4)的进气导管(6)接收由新鲜空气和再循环废气组成的气体混合物；所述估算方法包括以下步骤：
通过沿进气导管(6)布置或布置于进气歧管(4)中的第一传感器(29)来定期测量流经进气导管(6)或进气歧管(4)的气体混合物中的氧气的百分比(％O2)；
基于由第一传感器(29)测得的相应的氧气的百分比(％O2)来定期地确定存在于进气导管(6)或进气歧管(4)中的再循环废气的浓度(％EGR)；以及
在第一时刻(T1)对第一时刻(T1)之后的气缸(2)中的后续燃烧进行编程；
所述估算方法的特征在于它还包括以下步骤：
将再循环废气的浓度(％EGR)存储在缓冲器(30)中；
确定与在第一时刻(T1)和第一时刻(T1)之后的将来的第二时刻(T2)之间的时间量相对应的提前时间(Tpred)，并且在该第二时刻(T2)空气将被带入到气缸(2)中以用于气缸(2)中的后续燃烧；
确定大于或等于提前时间(Tpred)的由气体混合物从第一传感器(29)所处的位置流动到气缸(2)所需的运输时间(TTR)；
通过从第一时刻(T1)减去等于在运输时间(TTR)与提前时间(Tpred)之间的差值的时间量来计算过去的第三时刻(T3)，所述第三时刻(T3)在第一时刻(T1)之前并且因此在第二时刻(T2)之前；
基于缓冲器(30)中包含的并与第三时刻(T3)相对应的再循环废气的浓度(％EGR)来估算在第二时刻(T2)存在于气缸(2)中的再循环废气的浓度；和
在第一时刻(T1)使用在第二时刻(T2)存在于气缸(2)中的再循环废气的浓度来对气缸(2)中的后续燃烧进行编程。
2.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于对气缸(2)中的燃烧进行编程需要等于预定冲程数(Xp)的提前量，并且提前时间(Tpred)使用以下方程式计算：
Tpred＝Xp/(2*ω)[9]
Tpred提前时间；
Xp提前冲程数；
ω内燃发动机(1)的转速。
3.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于所述运输时间(TTR)通过以下方程式计算：
TTR＝D/STR[10]
TTR运输时间；
D在第一传感器(29)的位置和气缸(2)之间存在的距离；
STR气体混合物沿进气导管(6)流动并因此流经进气歧管(4)的运输速度。
4.根据权利要求3所述的估算方法，其特征在于所述运输速度(STR)通过以下方程式计算：
STR＝MTOT/(ρ*S)[11]
STR运输速度；
MTOT流经进气导管(6)的气体混合物的质量流率；
ρ流经进气导管(6)的气体混合物的密度；
S进气导管(6)的横截面。
5.根据权利要求4所述的估算方法，其特征在于流经进气导管(6)的气体混合物的密度(ρ)基于实验图确定，所述实验图存储在控制单元(26)中并指示根据气体混合物的温度(T)和压力(P)的气体混合物的密度(ρ)。
6.根据权利要求4所述的估算方法，其特征在于流经进气导管(6)的气体混合物的密度(ρ)使用以下方程式计算：
ρ＝P/(R*T)[12]
ρ流经进气导管(6)的气体混合物的密度；
P气体混合物的压力；
R气体比常数；
T气体混合物的温度。
7.根据权利要求4所述的估算方法，其特征在于：
进气导管(6)中的气体混合物的温度(Tint)和压力(Pint)通过第二传感器(27)测量；
进气歧管(4)中的气体混合物的温度(Tman)和压力(Pman)通过第三传感器(28)测量；以及
为了确定流经进气导管(6)的气体混合物的密度(ρ)，使用第二传感器(27)和第三传感器(28)的测量值之间的平均值。
8.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于所述运输时间(TTR)通过以下方程式计算：
TTR＝(D*S*P)/(M*R*T)[13]
TTR运输时间；
D在传感器(29)的位置与气缸(2)之间存在的距离；
M流经进气导管(6)的气体混合物的质量流率；
S进气导管(6)的横截面；
P气体混合物的压力；
R气体比常数；
T气体混合物的温度。
9.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于所述运输时间(TTR)通过以下方程式计算：
TTR＝(VTR*P)/(M*R*T)[14]
VTR输送体积
M流经进气导管(6)的气体混合物的质量流率；
P气体混合物的压力；
R气体比常数；
T气体混合物的温度。
10.根据权利要求9所述的估算方法，其特征在于所述运输体积(VTR)是固定的设计信息并且是先验已知的。
11.根据权利要求9所述的估算方法，其特征在于基于实验图确定运输体积(VTR)，所述实验图被存储在控制单元(26)中并且根据内燃发动机(1)的进气效率(ETint)和转速(ω)来指示运输体积(VTR)。
12.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于对包含在所述缓冲器(30)中并与所述第三时刻(T3)相对应的再循环废气的浓度(％EGR)施加时间延迟。
13.根据权利要求12所述的估算方法，其特征在于所述时间延迟是通过一阶过滤器获得的。
14.根据权利要求13所述的估算方法，其特征在于所述一阶过滤器具有的增益取决于流经进气导管(6)的气体混合物的质量流率(MTOT)而变化。
15.根据权利要求13所述的估算方法，其特征在于所述一阶过滤器具有的增益取决于流经所述进气导管(6)的气体混合物的质量流率(MTOT)以及取决于提前时间(Tpred)而变化。
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