CN112128001A - 基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法和发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法和发动机系统，该方法可以包括模型补偿模式，该模型补偿模式通过控制器：确认从发动机系统获取的发动机信息；分别通过进气氧质量比模型值和模型排气拉姆达值的组合的模型进气氧质量比和通过进气氧质量比模型值和排气侧测量拉姆达值的组合的间接进气氧质量比来计算进气氧浓度；并且通过使用模型进气氧质量比作为模型进气氧质量比当前值，应用相对于间接进气氧质量比的补偿误差，将模型进气氧质量比补偿为模型进气氧质量比补偿值。

Description

基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法和发动机系统
技术领域
本公开涉及废气再循环(EGR)流速控制，更具体地，涉及在不将氧传感器(或氧气传感器)应用于进气系统的情况下，使用排气侧氧气传感器测量值执行基于氧浓度的EGR流速补偿控制的发动机系统，由此改善NOx减少效果(reduction effect)。
背景技术
通常，基于废气再循环(EGR)的氧浓度控制等是用于减少应用于车辆的污染管制材料以便减少NOx/CO/HC的技术的实例。
具体地，基于EGR的氧浓度控制是使用废气再循环系统的方法，安装了涡轮增压器、EGR阀和EGR冷却器的EGR管线连接到进气歧管，从而与通过将发动机的废气中的一些废气与进入空气混合的相同燃烧相比，通过EGR气体以低的氧含量降低燃烧最高温度，同时降低升温速率。
因此，通过基于EGR的氧浓度控制的NOx还原效果可以允许汽油车辆和柴油车辆满足废气和环境法规。
此外，柴油车辆尤其将基于催化剂的还原控制和基于拉姆达(λ)的全燃烧控制与基于EGR的氧浓度控制结合或者并行地执行它们，从而进一步改善CO/HC以及NOx减少效果。
例如，基于催化剂的还原控制是使用贵金属(例如Pt/Rh、Pd/Rh、Pt/Pd/Rh)的方法，诸如，一个或多个安装在排气系统中以用于NOx还原的柴油氧化催化剂(DOC)、催化颗粒过滤器(CPF)、选择性催化还原(SCR)和三元催化剂(TWC)。此外，基于拉姆达的全燃烧控制是使用进气系统的空气量传感器和排气系统的氧气传感器(或氧传感器)的方法，其中拉姆达(λ)是理论上燃料完全燃烧的理论空燃比为1时的过量空气比(完全燃烧燃料所需的空气量与实际供应的空气量的比率)。
然而，基于EGR的氧浓度控制不可避免地难以与能够通过EGR减少燃烧过程中产生的NOx的更先进技术结合，因为废气减少受基于一定程度的排出气体流速的三元催化剂的限制，诸如稀薄燃烧。
另外，EGR气体流速的测量(其可以通过减少燃烧过程中的氧浓度来抑制NOx的产生)由于高成本原因也应用EGR气体流速控制的间接测量方法，该方法基于空气流速传感器等的传感器测量值以及基于EGR气体流速的增加与新鲜空气量(即，进入空气量)的减少一样多的关系式的空气量变化模型单元，使用进气侧空气量，而不是应用EGR气体流速的直接测量方法，从而不可避免地增加了与通过EGR减少燃烧过程中产生的NOx的技术相结合的难度。
具体地，近年来增强的废气和环境法规要求基于通过将氧传感器(即，氧气传感器)安装在进气歧管上测量的氧浓度通过EGR控制来执行氧浓度调整的直接方法，而不是间接方法，以便增强NOx减少效果。
然而，使用氧传感器(或氧气传感器)的直接方法应当能够克服如下技术限制。
首先，使用氧传感器(或氧气传感器)应当能够克服进气歧管安装条件，与排气系统安装条件不同，该进气歧管安装条件由于传感器的操作而导致部分地增加进气系统的环境温度的理论问题，因为它使汽油发动机中的爆震变弱，并且还由于柴油发动机中的温度升高而产生越来越多的NOx。
第二，使用氧传感器(或氧气传感器)应当防止传感器的陶瓷部件损坏，因为EGR气体中包含的大量水蒸气或水在相对低温的进气歧管条件下引起的温度差可能损坏传感器的陶瓷部件。
第三，使用氧传感器(或氧气传感器)是昂贵的，这由于成本的增加而可能降低产品竞争力。
在背景技术的描述中描述的内容是为了帮助理解本公开的背景，并且可以包括本公开所属领域的技术人员先前未知的内容。
发明内容
因此，本公开的目的是提供一种基于氧浓度的废气再循环(EGR)流速补偿控制方法和发动机系统，其可以利用氧浓度计算模型使用排气拉姆达测量值来计算供应到燃烧室的进入空气量的氧浓度，由此在不直接使用氧传感器(或氧气传感器)的情况下通过EGR流速控制来减少在燃烧过程中产生的NOx，从而在没有各种技术困难(诸如，进气歧管安装条件的处理)的情况下改善NOx减少效果以满足加强的废气和环境法规。
用于实现该目的的本公开的基于氧浓度的EGR流速补偿控制方法包括：模型补偿模式，该模型补偿模式通过控制器执行以下：确认从发动机系统获取的发动机信息；分别通过进气氧质量比模型值和模型排气拉姆达值的组合计算的模型进气氧质量比、和通过进气氧质量比模型值和排气侧测量拉姆达值的组合计算的间接进气氧质量比，来计算进气氧浓度；并且通过使用模型进气氧质量比作为模型进气氧质量比当前值，应用相对于间接进气氧质量比的补偿误差，将模型进气氧质量比补偿为模型进气氧质量比补偿值。
作为优选实施方式，通过将发动机信息中的新鲜空气量、新鲜空气温度、进入空气压力、发动机RPM和填充效率应用于进气氧浓度模型来计算模型进气氧质量比。
作为优选实施方式，模型补偿模式通过如下方式执行：计算进气氧浓度，分别计算间接进气氧质量比和模型进气氧质量比；检验模型进气氧质量比，通过模型进气氧质量比当前值的检验误差来计算补偿误差；并且补偿模型进气氧质量比，将补偿误差应用于模型进气氧质量比当前值，以产生模型进气氧质量比补偿值。
作为优选实施方式，计算进气氧浓度、检验模型进气氧质量比以及补偿模型进气氧质量比是通过与控制器连接的进气氧浓度模型单元执行的。
作为优选实施方式，检验误差是通过模型进气氧质量比相对于间接进气氧质量比的瞬时误差率来计算的，并且补偿误差是通过瞬时误差率来计算的。瞬时误差率是通过间接进气氧质量比与模型进气氧质量比之间的差值的时间微分来计算的，而补偿误差是通过将误差学习调整速度因子应用于对瞬时误差率进行时间积分的瞬时误差率积分值来计算的。
作为优选实施方式，模型进气氧质量比补偿值是通过将补偿误差与模型进气氧质量比当前值求和来计算的。
作为优选实施方式，模型进气氧质量比是根据应用进气流速氧质量比、EGR率、进气流速氧浓度、废气氧比、理论空燃比、拉姆达值、EGR气体氧浓度和进气流速氧浓度的进气歧管氧浓度计算的。
作为优选实施方式，由控制器控制EGR系统的模型应用模式由模型进气氧质量比补偿值执行。通过确定是否执行EGR流速补偿控制、将模型进气氧质量比补偿值输出到EGR系统、以及通过EGR系统执行与新鲜空气混合的EGR流速的补偿控制来执行模型应用模式。
作为优选实施方式，在不执行EGR流速补偿控制时，提供模型进气氧质量比补偿值以用于更新与控制器连接的进气氧浓度模型单元。
然后，用于实现该目的的本公开的发动机系统包括：控制器，被配置为基于通过操作发动机获取的发动机信息，通过将由进气氧质量比模型值和排气侧测量拉姆达值的组合计算的间接进气氧质量比应用于由进气氧质量比模型值和模型排气拉姆达值的组合计算的模型进气氧质量比，以及应用相对于间接进气氧质量比的补偿误差将模型进气氧质量比补偿为模型进气氧质量比补偿值来进行输出，来控制进气氧浓度；以及废气再循环(EGR)系统，被配置为将模型进气氧质量比补偿值用于EGR阀开度控制，EGR阀开度控制用于对供应到发动机的燃烧室的进入空气中包括的EGR气体流速的EGR流速补偿控制。
作为优选实施方式，控制器与进气氧浓度模型单元连接，进气氧浓度模型单元用于计算模型进气氧质量比和模型进气氧质量比补偿值。
作为优选实施方式，进气氧浓度模型单元通过使用从控制器接收的发动机信息来计算模型进气氧质量比。进气氧浓度模型单元包括用于读取发动机信息的数据处理器、用于利用模型进气氧质量比的值计算模型进气氧质量比补偿值的模型进气氧处理器、以及用于将模型进气氧质量比补偿值输出至控制器的控制值输出处理器。
作为优选实施方式，模型进气氧处理器包括：模型进气氧计算器，用于利用间接进气氧质量比的值计算相对于模型进气氧质量比的值的瞬时误差率；模型进气氧检验器，用于通过使用瞬时误差率计算补偿误差；以及模型进气氧补偿器，用于利用补偿误差计算模型进气氧质量比补偿值。
作为优选实施方式，控制器与进入空气量变化模型单元连接，进入空气量变化模型单元用于计算间接进气氧质量比。
在本公开的发动机系统中，用于减少NOx的EGR流速控制执行基于氧浓度的补偿控制，从而实现以下操作和效果。
首先，即使在不将氧传感器(或氧气传感器)应用于进气系统的情况下仅通过使用现有的排气侧氧气传感器，也可以执行减少在燃烧过程中产生的NOx的EGR流速控制。第二，由于氧浓度计算模型与NOx废气的产生具有高相关性，因此可以解决对直接控制有用的进气氧浓度的应用，从而解决根据氧传感器(或氧气传感器)的进气歧管的安装和产生附加成本的问题。第三，可以将结合已经应用于车辆的传感器确认的精确氧比用于氧浓度计算模型，从而改善EGR流速补偿控制的性能。第四，可以将制造过程的生产分布的变化和使用过程的发动机状态的变化反映到氧浓度计算模型，从而执行作为燃烧过程的主要因素的NOx废气减少控制。第五，可以不将氧传感器(或氧气传感器)用于EGR流速补偿控制，从而全面解决使用传感器产生的汽油发动机爆震增加和柴油发动机NOx产生、传感器的陶瓷部件破裂、由于成本增加导致的产品竞争力降低等问题。
附图说明
图1和图2是根据本公开的基于氧浓度的EGR流速补偿控制方法的流程图。
图3是示出NOx和氧浓度之间的关系线图的实例的示图，其示出了根据本公开的基于氧浓度的EGR流速补偿控制的效果。
图4是示出了实现根据本公开的基于氧浓度的EGR流速补偿控制的发动机系统的实例的示图。
图5是示出根据本公开的进气氧浓度模型单元的操作状态的示图，进气氧浓度模型单元执行计算模型进气氧质量比的过程。
图6是计算模型进气氧质量比的过程的流程图。
图7是示出将根据本公开的基于氧浓度的EGR流速补偿控制的效果与进气歧管氧质量比的线图比较的实例的示图。
具体实施方式
应理解的是，如本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的诸如乘用汽车的机动车辆，包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船和船只的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其他替代性燃料车辆(例如，来自除石油以外的资源的燃料)。如本文中所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动的车辆。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，并且不旨在限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”指示所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和所有组合。贯穿本说明书，除非明确描述并非如此，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或者“含有(comprising)”的变形应当被理解为暗示包括所陈述的元件，但并不排除任何其他的元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“器(-er)”、“装置(-or)”、以及“模块”意指用于处理至少一种功能和操作的单元，并且可以通过硬件部件或软件部件及其组合来实现。
进一步地，本公开的控制逻辑可以体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储设备。计算机可读介质还分布在网络耦接的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施方式，并且因为这些实施方式是实例，并且可以被本公开所属领域的技术人员以各种形式实现，所以它们不限于本文中描述的实施方式。
参照图1和图2，基于氧浓度的废气再循环(EGR)流速补偿控制方法可以通过在模型补偿模式中应用关于间接进气氧质量比的补偿误差(K)，将模型进气氧质量比转换成[模型进气氧质量比]补偿值(参见图1的步骤S10至S50)，其中，模型进气氧质量比通过进气氧质量比模型值关系式和模型排气拉姆达值的组合来计算，间接进气氧质量比通过进气氧质量比模型值关系式和排气侧测量拉姆达值的组合计算；并且然后在模型应用模式中将其应用于EGR流速控制(参见图2的步骤S60至S90)，由此即使在没有应用进气系统中为了精确的进气氧浓度所需的氧传感器(或氧气传感器)的情况下，也能够减少燃烧过程中产生的NOx。
在这种情况下，通过间接进气氧质量比(步骤S12-1)计算的进气氧质量比是基于应用了测量排气拉姆达值的进气氧质量比模型关系式(步骤S11-1)的值，并且通过模型进气氧质量比(步骤S12-2)计算的模型进气氧质量比是基于应用了模型排气拉姆达值的进气氧质量比模型关系式(步骤S11-2)的值。
具体地，在模型补偿模式中(步骤S10至S50)，计算进气氧浓度(步骤S10)被分为间接进气氧质量比(步骤S12-1)和模型进气氧质量比(步骤S12-2)，并且检验模型进气氧质量比(步骤S30)是通过瞬时/补偿误差(步骤S31、S32)来检验间接进气氧质量比(步骤S12-1)的误差，从而将模型进气氧质量比(步骤S12-2)转换为[模型进气氧质量比]补偿值(步骤S40、S50)。
然后，在EGR阀开度控制中，模型应用模式(步骤S60至S90)利用[模型进气氧质量比]补偿来补偿EGR流速，直到发动机系统停止为止。
图3中的NOx与氧浓度之间的关系线图示出了需要应用[模型进气氧质量比]补偿的实例。如图所示，NOx随着氧反应浓度而大大增加，并且燃烧过程中的氧浓度越高，燃烧气体温度就越高，使得EGR流速控制示出了通过减少燃烧过程中的氧浓度来抑制NOx的产生的特性。因此，NOx与氧浓度之间的关系线图示出并证明了模型氧浓度当前值补偿模式的必要性和适用性。
因此，基于氧浓度的EGR流速补偿控制方法可以最佳地调整氧浓度以用于抑制NOx的产生，并且具体地，对于由于三元催化剂的废气还原限制而应通过EGR减少在燃烧过程中产生的NOx的稀薄燃烧具有更有效的特性。
同时，参考图4，发动机系统100包括进气氧浓度模型单元1、进入空气量变化模型单元1-1、控制器10、用于将进入空气供应到发动机的燃烧室110的进气歧管120-1、用于排出燃烧室110的废气的排气歧管120-2、用于将废气的一部分作为EGR气体供应到进入空气中的EGR系统130、以及用于检测处于运行状态的发动机的数据以将其提供给控制器10的传感器单元200。在这种情况下，发动机是高压缩比的汽油发动机和柴油发动机。
具体地，进气氧浓度模型单元1根据传感器单元200的数据计算模型进气氧质量比的值(步骤S12-2)，并且将计算值提供给控制器10。另一方面，进入空气量变化模型单元1-1将传感器单元200的数据中的新鲜空气质量流速和EGR质量流速的检测值代入关系式(在该关系式中，EGR气体的增加与新鲜空气量的减少相同)，以计算进气氧质量比，从而以间接进气氧质量比将进气氧质量比提供给控制器10(步骤S12-1)。因此，进入空气量变化模型单元1-1和计算逻辑是现有部件。
具体地，控制器10经由控制器局域网络(CAN)与发动机系统100的各个部件相互通信，并且通过其内置逻辑(或程序)，在将传感器单元200的数据与进气氧浓度模型单元1和进入空气量变化模型单元1-1相互共享的同时，接收进气氧浓度模型单元1和进入空气量变化模型单元1-1的计算值。因此，控制器10输出由进气氧浓度模型单元1计算和提供的[模型进气氧质量比]补偿值(步骤S70)，以将其应用于EGR系统130的EGR阀开度控制。
具体地，进气歧管120-1连接至燃烧室110以将新鲜空气和EGR气体供应为进入空气，并且构成进气系统。排气歧管120-2将从燃烧室110排出的废气传送到排气管线，并且构成排气系统。EGR系统130将废气中的一些废气作为EGR气体与进气歧管120-1的新鲜空气混合以形成为进入空气，从而被供应到燃烧室110，并且包括用于调节EGR气体流速的EGR阀、EGR冷却器、涡轮增压器和EGR管线等。因此，进气歧管120-1、排气歧管120-2和EGR系统130是发动机系统100的典型部件。
具体地，传感器单元200是用于检测流入进气系统的外部空气流速的发动机安装传感器(诸如，空气流量(MAF)传感器)，并且检测发动机的运行状态下的发动机信息，以将其提供给控制器10，发动机信息分类为进气数据、EGR数据、燃烧数据和排气数据。因此，传感器单元200与安装在发动机系统100上的一般传感器相同。
在下文中，将参见图4至图7详细描述图1和图2的基于氧浓度的EGR流速补偿控制方法。在这种情况下，控制主体是与进气氧浓度模型单元1和进入空气量变化模型单元1-1连接的控制器10，以及控制对象是具有EGR阀的EGR系统130。具体地，待检测的对象是新鲜空气(或空气)和EGR气体(或EGR)的氧浓度，该氧浓度应当被计算以用于调节供应到燃烧室110的进入空气内的氧浓度，并且进入空气被定义为新鲜空气(或空气)和EGR气体(或EGR)已经被混合的状态。
首先，控制器10检测发动机系统信息(S1)。
参照图4，控制器10读取由发动机检测的发动机信息，其中传感器单元200用于将其分类为进气数据、EGR数据、燃烧数据和排气数据。在这种情况下，进气数据包括空气氧浓度、新鲜空气质量流速、进气歧管氧比、进气歧管压力、以及进气歧管温度，EGR数据包括EGR气体质量流速、EGR气体氧比、EGR率和EGR气体流速，燃烧数据包括燃料质量流速、气缸填充效率、理论空燃比、燃烧压力、以及发动机RPM，并且排气数据包括排气拉姆达值和发动机排量。
具体地，控制器10通过使用逻辑(或程序)设定空气氧浓度、新鲜空气质量流速、进气歧管压力、进气歧管温度、EGR气体质量流速、EGR气体流速、燃料质量流速、理论空燃比、燃烧压力、发动机RPM、排气拉姆达值、发动机排量等的基本值以计算进气歧管氧比、EGR气体氧比、EGR率、气缸填充效率等作为计算值。然而，可以根据控制器10的逻辑(或程序)适当地改变基本值与计算值之间的区别。
然后，控制器10进入模型补偿模式(步骤S10至S50)。模型补偿模式(步骤S10至S50)包括计算进气氧浓度(步骤S10)、通过计算瞬时误差率(步骤S31)和计算补偿误差来检验模型进气氧质量比(步骤S32和S30)以执行误差检验、补偿模型进气氧质量比(步骤S40)、以及生成[模型进气氧质量比]补偿值(步骤S50)。
具体地，控制器10将计算进气氧浓度(步骤S10)分为：通过将测量排气拉姆达值(等式5)代入进气氧质量比模型值(等式8)(如在步骤S11-1中那样)而执行间接进气氧质量比的计算(步骤S12-1)；以及通过将模型排气拉姆达值(等式4)代入进气氧质量比模型值(等式8)(如在步骤S11-2中那样)而执行模型进气氧质量比的计算。
参照图5，控制器10与执行模型补偿模式的各个步骤(步骤S10至S50)的进气氧浓度模型单元1连接以接收其计算值。为此目的，进气氧浓度模型单元1包括数据处理器3、模型进气氧处理器5、6、7以及控制值输出处理器9。
在本文中，模型进气氧处理器5、6、7包括：模型进气氧计算器5，用于利用间接进气氧质量比的值计算相对于模型进气氧质量比的值的瞬时误差率；模型进气氧检验器6，用于通过使用瞬时误差率计算补偿误差；以及模型进气氧补偿器7，用于利用补偿误差(K)计算[模型进气氧质量比]补偿值。
具体地，数据处理器3通过使用在与控制器10相连接时接收的发动机信息中的新空气量(或进入空气量)、新鲜空气温度(或进入空气温度)、进入空气压力(进入空气压力传感器)、发动机RPM、填充效率(气缸燃烧室)等获取的数据，来计算模型进气氧质量比(步骤S12-2)。其详细过程通过图6说明。
然后，模型进气氧计算器5利用在进入空气量变化模型单元1-1中计算出的间接进气氧质量比(步骤S12-1)来计算相对于模型进气氧质量比的值(步骤S12-2)的瞬时误差率(步骤S31)。为此目的，模型进气氧计算器5使用瞬时误差计算公式。
瞬时误差计算公式：e＝[间接进气氧质量比-模型进气氧质量比]/ΔT。
这里，“e”是指瞬时误差率，以及“ΔT”是指两个值之间计算的时间差。因此，瞬时误差率(e)是通过间接进气氧质量比与模型进气氧质量比之间的差值的时间微分来计算的。
随后，模型进气氧检验器6使用瞬时误差率(e)计算补偿误差(步骤S32)，并且为此目的，使用补偿误差计算公式。
补偿误差计算公式：K＝E×L，E＝∑e×ΔT。
这里，“K”是指补偿误差K，“E”是指瞬时误差积分值，并且“L”是指误差实际反映率的误差学习调整速度因子。因此，通过对瞬时误差率进行时间积分并将其与误差实际反映率的误差学习调整速度因子相乘来计算补偿误差K。
因此，通过使用随时间的积分值作为基准以应对可能由于瞬时误差导致的不稳定补偿引起的失真问题，在补偿误差计算公式中获取的补偿误差K可以被获取为更稳定的值，并且具体地，可以应用补偿速度(L)，从而在考虑系统的灵敏度时额外地获取更精确的值。
此后，模型进气氧补偿器7通过使用补偿误差K对模型进气氧质量比(步骤S40)执行补偿，并且为此目的，使用模型补偿公式。
模型补偿公式：[模型进气氧质量比]补偿＝[模型进气氧质量比]当前+补偿误差(K)。
随后，模型进气氧补偿器7生成[模型进气氧质量比]补偿的值(步骤S50)。在这种情况下，模型进气氧补偿器7将[模型进气氧质量比]补偿的值反馈给数据处理器3和模型进气氧计算器5，以在发动机运行期间执行的后续计算过程中使用。
最后，控制值输出处理器9输出[模型进气氧质量比]补偿的值(步骤S50)。
然后，控制器10接收[模型进气氧质量比]补偿的值(步骤S50)，从而完成执行模型补偿模式的每个步骤(步骤S20至S50)。
同时，图6示出了用于计算进气氧质量比模型值等式的详细过程(步骤S20)，并且这是通过图5的进气氧浓度模型单元1的模型进气氧计算器5执行的。
具体地，由模型进气氧计算器5执行的进气氧质量比模型值等式的计算过程(步骤S20)如下。
首先，如步骤S21，模型进气氧计算器5从数据处理器3读取发动机信息。在这种情况下，所读取的发动机信息包括进气流速氧质量比、EGR率、排气氧比、新鲜空气质量流速、EGR气体质量流速、燃料质量流速、排气拉姆达值、发动机排量等。然而，发动机信息可以使用由控制器10提供的所有发动机信息。
然后，模型进气氧计算器5通过步骤S22至S28确认进气氧质量比模型值等式，并且根据模型进气氧检验器6的请求提供确认的进气氧质量比模型值等式。
例如，步骤S22至S29包括获取进气流速氧浓度公式(步骤S22)、获取EGR气体氧浓度公式(步骤S23)、转换进气流速氧浓度公式(步骤S24)、将拉姆达值应用于进气流速氧浓度(步骤S25)、化简进气流速氧浓度公式(步骤S26)、转换EGR率公式(步骤S27)、确认进气氧质量比模型值公式(步骤S28)、以及根据请求信号提供进气氧质量比模型值公式(步骤S29)。
上述公式如下。针对等式，施加于在稀薄燃烧EGR条件下操作的发动机进气歧管氧浓度(比)的预测的假设如下。
假设：(1)氧浓度比是恒定的(质量守恒定律)，而无空间分布，以用于简化计算过程。(2)进气歧管气体中的氧浓度是通过新鲜空气量和EGR气体之和中的氧流速比计算的，新鲜空气量和EGR气体之和作为总气体流，并且氧是通过空气中的氧比和EGR气体中的氧比来计算的。(3)EGR中的氧浓度比被认为等于废气再循环的废气中的氧浓度，并且因此，可以使用废气流速中的氧浓度。(4)废气中的氧浓度是总排气流速中的氧比，并且根据质量守恒定律，总排气流速是进气流速和燃料喷射量的总流速。(5)对于在燃烧中使用的氧浓度，由于在稀薄燃烧条件下喷射的燃料量全部与空气反应，所以废气中的氧质量流速使用进入空气中的氧燃烧之后剩余的氧与EGR气体中包含的氧的总和(即，排气流速中的氧质量比＝新鲜空气在发动机中消耗之后剩余的氧+EGR中的氧)。(6)在燃烧之后废气再循环过程中，化学反应中不涉及氧，废气中的氧浓度和EGR气体中的氧浓度没有大幅变化，并且废气中的氧浓度比和EGR气体中的氧浓度比相同。(7)EGR率是进入气体中的EGR气体率，并且通过总流速和新鲜空气气体流速来计算。
此外，应用mair、mfuel、Megr、MFo，int、MFo，egr、MFo，air、λo、λ、Vd、N、P、Voleff、mtotal和MFflow meter作为变量，并且这些变量定义如下。mair：新鲜空气质量流速；mfuel：燃料质量流速；Megr：EGR质量流速；MFo，int：进气歧管中的氧比；MFo，egr：EGR中的氧比；MFo，air：空气中的氧比；λo：理论空燃比(＝14.5)；入：废气氧气传感器值；Vd：发动机排量；N：发动机RPM；P：进气歧管压力；Voleff：填充效率；mtotal：总进气质量流速；以及mflow meter：空气量传感器质量流速。
在获取进气流速氧浓度公式(S22)中，计算表示进气流速中的氧比的等式1。
等式1
Figure BDA0002285350950000161
在获取EGR气体氧浓度公式(S23)中，计算表示废气中的氧比的等式2。
等式2
Figure BDA0002285350950000171
为此目的，应用表示进气流速中的EGR气体流速的等式2-1。
等式2-1
Figure BDA0002285350950000172
在转换进气流速氧浓度(S24)中，计算等式3，其由EGR率、空气中的氧比和EGR中的氧比表示进入空气中的氧浓度。
等式3
MFo，int＝(1-EGR)·MFo，air+EGR·MFo，egr
在将拉姆达值应用于进气流速氧浓度(S25)中，应用表示理论空燃比的等式4和表示氧气传感器的拉姆达值的等式5。
等式4
Figure BDA0002285350950000173
等式5
Figure BDA0002285350950000174
在化简进气流速氧浓度公式(S26)中，计算等式6A或等式6B，其由EGR和拉姆达值表示进气氧浓度。
等式6A
Figure BDA0002285350950000181
当等式6B(1/λ o(1/14.5＝0.068)显著小于1)时
Figure BDA0002285350950000182
为此目的，应用等式6-1和等式6-2，等式6-1表示由空气中的氧浓度和拉姆达值获得的废气氧浓度，以及等式6-2具体表示进气流速中的氧浓度。
等式6-1
Figure BDA0002285350950000183
等式6-2
MFo，int＝(1-EGR)·MFo，air+EGR·MFo，egr
在转换EGR率(S27)中，计算等式7，其表示填充效率、通过进气歧管压力和温度获得的总流速、以及应用空气量传感器值的新鲜空气气体流速。
等式7
Figure BDA0002285350950000191
Figure BDA0002285350950000192
在确认进气氧质量比模型值公式(S28)中，确认表示进气氧质量比模型值的等式8。
等式8
Figure BDA0002285350950000193
如上所述，等式8的氧质量比模型值公式表示，即使在利用进气歧管的总流速时，也可以通过已经常规应用的排气侧氧气传感器值和填充效率值，将进气歧管氧浓度比获取为简单且更可靠的进气歧管氧浓度值。此外，根据请求信号，在模型进气氧计算器5和模型进气氧检验器6中使用进气氧质量比模型值等式(步骤S29)。
同时，虽然已经按照等式1、2、2-1、3、4、5、6A、6B、6-1、6-2、7、8的顺序进行描述以便计算进气氧质量比模型值公式，但是应理解的是，该顺序或过程在需要时是一个可交换实例。
返回参照图1和图2，此后，控制器10进入模型应用模式(步骤S60至S90)。通过伴随着更新过程(步骤S60-1)确定EGR流速补偿控制(步骤S60)、并且输出模型值(步骤S70)、并且控制EGR系统(步骤S80)来执行模型应用模式(步骤S60至S90)，并且这继续进行直到发动机系统停止为止(步骤S90)。
具体地，在控制器10中确定EGR流速补偿控制(步骤S60)以用于监测连续获取的发动机信息中的燃烧状况。因此，当发动机系统100的条件不需要EGR流速补偿控制时，控制器10切换至更新过程S60-1，同时在需要时输出模型值(步骤S70)。
更新过程(步骤S60-1)通过将[模型进气氧质量比]补偿值提供给进气氧浓度模型单元1的模型进气氧计算器5进行反馈，以计算模型进气氧质量比(步骤S12-2)以进行更新，从而连续地执行模型补偿模式的每个步骤(步骤S20至S50)直到发动机系统停止为止(步骤S90)。
在控制器10中输出模型值(步骤S70)是将[模型进气氧质量比]补偿值输出到EGR系统130。
在控制EGR系统(步骤S80)中，通过[模型进气氧质量比]补偿值来控制EGR系统130的EGR阀的开度，从而通过EGR阀调整与新鲜空气混合的EGR气体流速。因此，供应到发动机系统100的燃烧室110的进入空气通过优化的EGR气体流速而保持在最佳状态下的氧浓度，从而在稀薄燃烧中更有效地抑制NOx的产生，在稀薄燃烧中由于三元催化剂的废气还原限制而应该通过EGR来减少在燃烧过程中产生的NOx。
同时，图7的进气歧管氧质量比线图示出应用了这种实验条件的结果，即，实验条件为将氧传感器添加到用于测试的进气侧以用于氧传感器的直接氧浓度测量，根据需要设置进气歧管氧浓度控制目标，氧浓度的计算(O2估计)使用排气氧气传感器的进气氧浓度值和进气氧浓度模型单元1的模型(包括填充效率的公式)。
因此，进气歧管氧质量比的线图示出了将进气歧管氧质量比与在车辆的高速加速/减速条件下的外部传感器进行比较来测试适用性的结果，并且显而易见的是，EGR流速补偿控制已经以与使用单独的氧传感器的结果非常相似的方式计算出进气歧管氧浓度。
如上所述，根据本实施方式的应用于发动机系统100的基于氧浓度的EGR流速补偿控制方法执行以下：通过模型进气氧质量比相对于间接进气氧质量比的补偿计算相对于间接进气氧质量比的补偿误差(K)，模型进气氧质量比通过进气氧质量比模型值等式和模型排气拉姆达值的组合来计算，间接进气氧质量比通过进气氧质量比模型值等式和排气侧测量拉姆达值的组合计算；并且通过已经确认了从发动机系统100获取的发动机信息的控制器10，利用补偿误差(K)将模型进气氧质量比转换成[模型进气氧质量比]补偿值，由此确保其精确性。
因此，发动机系统100可以在不直接使用氧传感器(或氧气传感器)的进气歧管的情况下，减少在发动机的燃烧过程中产生的NOx，并且具体地，可以在没有各种技术困难(诸如，通过不在进气歧管中使用氧传感器(或氧气传感器)解决进气歧管安装条件)的情况下改善NOx减少效果以满足加强的排气和环境法规。

Claims (19)

1.一种基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，包括：
由控制器执行模型补偿模式，包括：
确认从发动机系统获取的发动机信息；
分别通过进气氧质量比模型值和模型排气拉姆达值的组合计算的模型进气氧质量比和通过所述进气氧质量比模型值和排气侧测量拉姆达值的组合计算的间接进气氧质量比来计算进气氧浓度；以及
通过使用所述模型进气氧质量比作为模型进气氧质量比当前值，应用相对于所述间接进气氧质量比的补偿误差，将所述模型进气氧质量比补偿为模型进气氧质量比补偿值。
2.根据权利要求1所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，通过将所述发动机信息中的新鲜空气量、新鲜空气温度、进入空气压力、发动机转速和填充效率应用于进气氧浓度模型来计算所述模型进气氧质量比。
3.根据权利要求1所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，所述模型补偿模式通过如下方式执行：计算所述进气氧浓度，分别计算所述间接进气氧质量比和所述模型进气氧质量比；检验所述模型进气氧质量比，通过所述模型进气氧质量比当前值的检验误差来计算所述补偿误差；并且补偿所述模型进气氧质量比，将所述补偿误差应用于所述模型进气氧质量比当前值，以产生所述模型进气氧质量比补偿值。
4.根据权利要求3所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，计算所述进气氧浓度、检验所述模型进气氧质量比以及补偿所述模型进气氧质量比是通过与所述控制器连接的进气氧浓度模型单元执行的。
5.根据权利要求3所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，所述检验误差是通过所述模型进气氧质量比相对于所述间接进气氧质量比的瞬时误差率来计算的，并且所述补偿误差是通过所述瞬时误差率来计算的。
6.根据权利要求5所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，所述瞬时误差率是通过所述间接进气氧质量比与所述模型进气氧质量比之间的差值的时间微分来计算的。
7.根据权利要求5所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，所述补偿误差是通过将误差学习调整速度因子应用于对所述瞬时误差率进行时间积分的瞬时误差率积分值来计算的。
8.根据权利要求7所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，将所述误差学习调整速度因子乘以所述瞬时误差率积分值。
9.根据权利要求3所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，所述模型进气氧质量比补偿值是通过将所述补偿误差与所述模型进气氧质量比当前值求和来计算的。
10.根据权利要求1所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，所述模型进气氧质量比是根据应用了进气流速氧质量比、废气再循环率、进气流速氧浓度、废气氧比、理论空燃比、拉姆达值、废气再循环气体氧浓度和进气流速氧浓度的进气歧管氧浓度计算的。
11.根据权利要求1所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，由所述控制器控制所述废气再循环系统的模型应用模式由所述模型进气氧质量比补偿值执行。
12.根据权利要求11所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，通过确定是否执行废气再循环流速补偿控制、将所述模型进气氧质量比补偿值输出到所述废气再循环系统、以及通过所述废气再循环系统执行与新鲜空气混合的废气再循环流速的补偿控制，来执行所述模型应用模式。
13.根据权利要求12所述的基于氧浓度的废气再循环流速补偿控制方法，其中，在不执行所述废气再循环流速补偿控制时，提供所述模型进气氧质量比补偿值以用于更新与所述控制器连接的所述进气氧浓度模型单元。
14.一种发动机系统，包括：
控制器，被配置为通过基于通过操作发动机获取的发动机信息，将由进气氧质量比模型值和排气侧测量拉姆达值的组合计算的间接进气氧质量比应用于由所述进气氧质量比模型值和模型排气拉姆达值的组合计算的模型进气氧质量比；以及应用相对于所述间接进气氧质量比的补偿误差将所述模型进气氧质量比补偿为模型进气氧质量比补偿值来进行输出，来控制进气氧浓度；以及
废气再循环系统，被配置为将所述模型进气氧质量比补偿值用于废气再循环阀的开度控制，所述废气再循环阀的开度控制用于对供应到所述发动机的燃烧室的进入空气中包括的废气再循环气体流速的废气再循环流速补偿进行控制。
15.根据权利要求14所述的发动机系统，其中，所述控制器与进气氧浓度模型单元连接，所述进气氧浓度模型单元用于计算所述模型进气氧质量比和所述模型进气氧质量比补偿值。
16.根据权利要求15所述的发动机系统，其中，所述进气氧浓度模型单元通过使用从所述控制器接收的所述发动机信息来计算所述模型进气氧质量比。
17.根据权利要求16所述的发动机系统，其中，所述进气氧浓度模型单元包括用于读取所述发动机信息的数据处理器、用于利用所述模型进气氧质量比的值计算所述模型进气氧质量比补偿值的模型进气氧处理器、以及用于将所述模型进气氧质量比补偿值输出至所述控制器的控制值输出处理器。
18.根据权利要求16所述的发动机系统，其中，所述模型进气氧处理器包括用于利用所述间接进气氧质量比的值计算相对于所述模型进气氧质量比的值的瞬时误差率的模型进气氧计算器、用于通过使用所述瞬时误差率计算所述补偿误差的模型进气氧检验器、以及用于利用所述补偿误差计算所述模型进气氧质量比补偿值的模型进气氧补偿器。
19.根据权利要求14所述的发动机系统，其中，所述控制器与进入空气量变化模型单元连接，所述进入空气量变化模型单元用于计算所述间接进气氧质量比。
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