CN112360638B - 进入气缸的新鲜空气流量预估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进入气缸的新鲜空气流量预估方法，包括以下步骤:S1、获取拟合前进入气缸的新鲜空气流量；S2、判断是否满足所有拟合参数预估的准确性条件，若满足则进行S3，若不满足则判定预估进入气缸的新鲜空气流量与拟合前进入气缸的新鲜空气流量相等；所述拟合参数预估的准确性条件具体为：发动机转速超过预设转速；所有气缸均未断油；EGR控制阀处于关闭状态或气节门前后的压比小于预设压比；S3、计算拟合参数；S4、根据拟合参数计算预估进入气缸的新鲜空气流量。本发明能准确预估进入气缸的新鲜空气流量，反映瞬态工况下的实际进入气缸的新鲜空气流量，减小误差。

Description

进入气缸的新鲜空气流量预估方法及系统

技术领域

本发明涉及发动机排气再循环率控制领域，具体涉及一种进入气缸的新鲜空气流量预估方法及系统。

背景技术

随着汽车和内燃机工业的高速发展，能源需求和环境保护问题成为当今世界各国所面临的难题，因此，节能和减排已成为内燃机行业发展的两大主题。在节能方面，国内外的汽车厂家通过运用：奥托(Otto)循环、阿特金森(Atkinson)循环、米勒(Miller)循环、高压废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)或低压高压废气再循环等技术，改善发动机的燃烧做功过程，或者通过发动机小型化设计，降低中小负荷的泵气损失，提高传统汽油机的燃油经济性。

涡轮增压发动机可以包括排气再循环(EGR)，可以从排气中取废气进入进气系统。研究表明EGR系统在改善排放，降低油耗和改善抗爆震能力上有一定优势。在EGR控制中准确预估进入气缸的新鲜空气流量是非常重要的部分，其直接决定了高压EGR控制能否准确且有效。

然而，目前常规进入气缸的新鲜空气流量预估方案具有延迟性，无法反映瞬态工况下实际进入气缸的新鲜空气流量，导致计算结果不准确，误差较大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种进入气缸的新鲜空气流量预估方法及系统能准确预估进入气缸的新鲜空气流量，反映瞬态工况下的实际进入气缸的新鲜空气流量，减小误差。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：进入气缸的新鲜空气流量预估方法，包括以下步骤:

S1、获取拟合前进入气缸的新鲜空气流量；

S2、判断是否满足所有拟合参数预估的准确性条件，若满足则进行S3，若不满足则判定预估进入气缸的新鲜空气流量与拟合前进入气缸的新鲜空气流量相等；所述拟合参数预估的准确性条件具体为：发动机转速超过预设转速；所有气缸均未断油；EGR控制阀处于关闭状态或气节门前后的压比小于预设压比；

S3、计算拟合参数；

S4、根据拟合参数计算预估进入气缸的新鲜空气流量。

进一步地，计算拟合参数的具体方法为：根据遗忘因子的递推最小二乘法计算，公式如下，

式中，θ为拟合参数，STFT为燃油短效修正系数，LTFT为燃油长效修正系数，

为拟合前进入气缸的新鲜空气流量，

为遗忘因子，S1为n的标准差，k为n的相对增益，p为n的方差，其中n≥1，p(0)＝10²，θ(0)＝0；遗忘因子的标定依据是：在任意瞬态工况下，新鲜空气流量预估的准确性偏差≤±5％，发动机的扭矩波动≤±10％。

更进一步地，预估进入气缸的新鲜空气流量的计算方法为：预估进入气缸的新鲜空气流量为拟合参数、燃油短效修正系数、燃油长效修正系数与拟合前进入气缸的新鲜空气流量之积，

即

式中，

为预估进入气缸的新鲜空气流量。

更进一步地，本方法还包括步骤：S5、存储拟合参数和预估进入气缸的新鲜空气流量。

更进一步地，存储拟合参数和预估进入气缸的新鲜空气流量的存储器为EEPROM。

一种使用上述进入气缸的新鲜空气流量预估方法的系统，包括依次连接的EGR入口温度传感器、EGR控制阀、EGR冷却器和EGR冷却器出口温度传感器；其中，

EGR入口温度传感器，用于检测进入EGR控制阀的废气温度；

EGR控制阀，用于控制阀的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率；

EGR冷却器，用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器，用于读取进入进气系统废气的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本专利采用遗忘因子的递推最小二乘法，并将学习值存放在EEPORM里，利用模糊控制方法并不断迭代和存储数据的方式，能准确预估进入气缸的新鲜空气流量，反映瞬态工况下的实际进入气缸的新鲜空气流量，减小误差。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例中预设压比R_{PressureRatoiLimit}与发动机转速n的关系表图；

图中，1-EGR入口温度传感器，2-EGR控制阀，3-EGR冷却器，4-EGR冷却器出口温度传感器，5-节气门。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本系统采用基于燃油系统预估进入气缸的新鲜空气

预估的原则是：

其中，θ为拟合参数，STFT为燃油短效修正系数，LTFT为燃油长效修正系数，

为拟合前的气缸新鲜空气流量。拟合的目的是为了根据燃油的修正系数(短效修正和长效修正)对瞬态EGR预估进行优化。由于理想喷油量的修正会等于

除以最佳的空燃比，那么理想的新鲜空气流量为

但是由于短效燃油修正和长效燃油修正对喷油量的修正是有一定延迟(发动机进气后与喷油进行混合并燃烧然后排入气缸，这些都是需要时间，因此排气系统当前检测的燃油混合情况实际上是一段时间前进入气缸的混合气情况)，不能代表当前的燃油量，因此引入了拟合参数θ。其中拟合参数θ最佳的结果是：当

时，

但是实际上并非如此，需要对其进行预估，将该预估的拟合参数θ和

进行车辆下电保存，存放在EEPROM里，待下一驾驶循环是可用。

拟合参数θ的预估采用如下步骤：

1.车辆上电，读取上一驾驶循环的拟合参数θ，作为计算进入气缸的新鲜空气流量计算依据，

2.判断拟合参数θ预估的准确性条件是否满足，在满足的情况下进行预估，如果不满足，则继续维持不变。其中拟合参数θ预估的准确性条件为(以下三个条件必须同时满足)：

1)发动机转速超过预设转速，确保发动机判缸完成且燃烧稳定。本实施例中预设转速取30rpm。在发动机转速过低，进气气缸的混合气中废气流量较小，预估准确性较差，本实例选择的是30rpm，即是在发动机起动过程中，此时因为废气流量过低无法准确识别出废气流量，且此时由于排气系统氧传感器未活化，燃油修正反馈信息STFT和LTFT也是不准确的。

2)各缸均未断油，确保基于燃油修正的新鲜空气气量预估准确；发动机如果出现某缸断油，这此时燃油修正信息STFT和LTFT不准确(因为此时都根本没喷油)

3)EGR控制阀处于关闭状态，或者节气门前后的压比小于预设压比R_{PressureRatoiLimit}。其中预设压比由发动机转速n决定。在EGR阀处于关闭状态时，拟合前的气缸新鲜空气流量

可以采用速度密度法进行预估，预估准确(具体可基于Springer电子出版社《Airflow estimation control strategy based on speed density method》)；进气门前后的压比小于预设压比时，拟合前的气缸新鲜空气流量可以基于理想喷嘴处的可压缩气体方程预估，预估准确(具体可基于《汽车工程》出版的《大气压预估算法的开发与应用》中节气门后流量的预估方法)。预设压比的标定依据是，不同发动机转速下在节气门前后压比小于该预设压比时，通过空气流量计对标预估的新鲜空气，误差范围在EGR率误差允许范围内。本实例中预设压比R_{PressureRatoiLimit}与发动机转速n的关系如图3所示。

在以上三个条件均满足后，方可进行拟合参数θ预估，其预估方法采用遗忘因子的递推最小二乘法。由于发动机的进气系统是一个非线性系统，进气量是一个动态变化的过程。因此，为了跟踪时变的参数，提高预估估计精度，同时为了后面识别的结果可以反映前面的变化(由于气路系统严重的迟滞性，前一时刻的气量变化会影响到后一时刻的结果)，采用递推最小二乘法进行识别，其方法如下：

计算回归矩阵：

计算增益矩阵：

协方差矩阵：

其中n＝1,2,3…,每次采样周期n自加1。特别地，θ(0)＝0，p(0)＝10²，θ(0)＝0的原因是因为在发动机在上电是气量为0，而气量的变化是非常缓慢的，p(0)＝10²的原因是根据流量计和预估结果反推出一个最佳的初始值。

为遗忘因子，本实施例取0.95，标定的思路是确保在稳态和任意瞬态工况下通过空气流量计对标预估的新鲜空气，误差范围在EGR率误差允许范围内。本实施例中采样周期为10ms。

在采样周期为n时的进入气缸的新鲜空气量

至此，进入气缸的新鲜空气流量预估完成。

遗忘因子的标定依据是：在任意瞬态工况下，新鲜空气流量预估的准确度不超过±5％，此时能够满足发动机的扭矩(反映车辆动力性)波动不超过±10％。

如图2所示，高压EGR系统主要由EGR入口温度传感器1、EGR控制阀2(带位置传感器)、EGR冷却器3、EGR冷却器出口温度传感器4组成。

其中EGR入口温度传感器1检测进入EGR控制阀2的废气温度；

EGR控制阀2(带位置传感器)，用于控制阀门的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率；

EGR冷却器3用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器4用于读取进入进气系统废气的温度。

其中EGR取气是在增压器涡轮机前侧，即发动机燃烧产生的废气还未经推动涡轮机增压而降低废气能力，因废气压力较高，因此称为高压EGR；EGR废气进入进气系统的混合点是在节气门后，即将进入气缸处。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.进入气缸的新鲜空气流量预估方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1、获取拟合前进入气缸的新鲜空气流量；

S2、判断是否满足所有拟合参数预估的准确性条件，若满足则进行S3，若不满足则判定预估进入气缸的新鲜空气流量与拟合前进入气缸的新鲜空气流量相等；所述拟合参数预估的准确性条件具体为：发动机转速超过预设转速；所有气缸均未断油；EGR控制阀处于关闭状态或气节门前后的压比小于预设压比；

S3、计算拟合参数；

S4、根据拟合参数计算预估进入气缸的新鲜空气流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算拟合参数的具体方法为：根据遗忘因子的递推最小二乘法计算，公式如下，

式中，θ为拟合参数，STFT为燃油短效修正系数，LTFT为燃油长效修正系数，

为拟合前进入气缸的新鲜空气流量，

为遗忘因子，S1为n的标准差，k为n的相对增益，p为n的方差，其中n≥1，p(0)＝10²，θ(0)＝0；遗忘因子的标定依据是：在任意瞬态工况下，新鲜空气流量预估的准确性偏差≤±5％，发动机的扭矩波动≤±10％。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预估进入气缸的新鲜空气流量的计算方法为：预估进入气缸的新鲜空气流量为拟合参数、燃油短效修正系数、燃油长效修正系数与拟合前进入气缸的新鲜空气流量之积，

式中，

为预估进入气缸的新鲜空气流量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：S5、存储拟合参数和预估进入气缸的新鲜空气流量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，存储拟合参数和预估进入气缸的新鲜空气流量的存储器为EEPROM。

6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的进入气缸的新鲜空气流量预估方法的系统，其特征在于，包括依次连接的EGR入口温度传感器、EGR控制阀、EGR冷却器和EGR冷却器出口温度传感器；其中，

EGR入口温度传感器，用于检测进入EGR控制阀的废气温度；

EGR控制阀，用于控制阀的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率；

EGR冷却器，用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器，用于读取进入进气系统废气的温度。

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