确定发动机废气的氧气浓度的方法以及系统的制作方法
确定发动机废气的氧气浓度的方法以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体检测技术领域，尤其涉及确定发动机废气的氧气浓度的方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 机动车在运行过程中会排放大量的氮氧化物（如N0和N02)，氮氧化物是在高温富 氧条件下生成的。为了减少机动车排气中氮氧化物的含量，目前出现了废气再循环（EGR) 系统：将发动机排放的部分废气导入发动机的进气管路中，废气与空气混合之后进入发动 机的气缸中，能够降低气缸内的温度和含氧量，从而降低排气中氮氧化物的含量。
[0003] 为了保证发动机的动力性能，要控制适量的废气参与再循环。而确定参与再循环 的废气量的过程需要基于发动机废气的氧气含量实现。目前检测发动机废气的氧气含量主 要采用以下方式：一，在发动机的排气管上加装氧气浓度传感器，通过氧气浓度传感器来实 时测量废气中的氧气浓度；二，在发动机的进气管上加装氧气浓度传感器，通过氧气浓度传 感器的氧气浓度实测值和发动机的喷油量计算废气中的氧气浓度。
[0004] 但是，上述检测发动机废气中氧气浓度的方式存在弊端：氧气浓度传感器只有在 自身被加热至700°C左右之后才可进行氧气浓度测量，因此，在机动车启动之后首先要对氧 气浓度传感器进行预热（通常为5至10分钟），之后才可以进行氧气浓度测量，测量准备时 间过长。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种确定发动机废气的氧气浓度的方法及系 统，能够在机动车启动之后快速确定发动机废气中的氧气浓度。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 本发明公开一种确定发动机废气的氧气浓度的方法，包括：
[0008] 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流 量；
[0009] 检测进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度和进入发动机的混合气 体的温度；
[0010] 利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气 体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的 废气的质量流量；
[0011] 利用公另
计算当前时刻进入发动机的混合气体的 氧气浓度义2力'其中，nii为进入发动机的空气的质量流量，1112为进入发动机的废气的质量流 量，发动机的总进气质量流量，42k为空气中的氧气浓度，2'6> 2f在发动机开启之后的首 次计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的 氧气浓度；
[0012] 利用公另
计算发动机废气的氧气浓度'其中，F为被 气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量。
[0013] 优选的，利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进 气质量流量，包括：
[0014] 利用公式m3= K*N eng/2*Veng计算发动机的总进气质量流量m 3，其中，K为发动机的 充气效率，Nmg为发动机的转速，V mg为发动机排量。
[0015] 优选的，利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的 混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发 动机的废气的质量流量，包括：
[0016] 利用公式
计算进入发动机的空气的质量流 量叫；
[0017] 利用公另
j算进入发动机的废气的质量流量 m2;
[0018] 其中，Ci为空气的比热容，C 2为废气的比热容，C 3为进入发动机的混合气体的比热 容，为进入发动机的空气的温度，T 2为进入发动机的废气的温度，T 3为进入发动机的混合 气体的温度。
[0019] 优选的，检测进入发动机的空气的温度为：检测位于空气滤清器之后的进气管中 的空气的温度。
[0020] 优选的，检测进入发动机的废气的温度为：检测EGR废气再循环阀出口的温度。
[0021] 本发明还公开一种确定发动机废气的氧气浓度的系统，包括第一温度传感器、第 二温度传感器、第三温度传感器和处理器；
[0022] 所述第一温度传感器用于检测进入发动机的空气的温度；
[0023] 所述第二温度传感器用于检测进入发动机的废气的温度；
[0024] 所述第三温度传感器用于检测进入发动机的混合气体的温度；
[0025] 所述处理器分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器连 接，所述处理器用于计算发动机废气的氧气浓度，具体包括：
[0026] 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流 量；利用发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度和 发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量 流量；利用公式
d算当前时刻进入发动机的混合气体的氧 气浓度^?2力'其中，11^为进入发动机的空气的质量流量，1112为进入发动机的废气的质量流 量，1113为发动机的总进气质量流量，42k为空气中的氧气浓度，化^在发动机开启之后的首 次计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的 氧气浓度；利用公式
计算发动机废气的氧气浓度'其中，F为 被气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量。
[0027] 优选的，所述第一温度传感器的检测探头设置于位于滤清器之后的进气管中。
[0028] 优选的，所述第二温度传感器的检测探头设置于EGR废气再循环阀的出口处。
[0029] 优选的，所述第三温度传感器的检测探头设置于所述发动机的进气口处。
[0030] 优选的，所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器为热敏电阻式 温度传感器。
[0031] 由此可见，本发明的有益效果为：
[0032] 本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方法，首先利用发动机的充气效率、 发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后利用进入发动机的空气 的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度以及发动机的总进气质 量流量计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，之后基于前述 数据就可以确定发动机废气的氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方 法，使用到的检测数据仅包括三个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基 于本发明公开的方法，在发动机启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由 于温度传感器对于气流变化的敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本 发明公开的方法对管路结构的敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
[0033] 本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，通过三个温度传感器检测进入 发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度，处理器利 用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后 基于三个温度传感器检测到温度值和发动机的总进气质量流量就可以确定发动机废气的 氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，使用到的检测数据仅包括三 个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基于本发明公开的系统，在发动机 启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由于温度传感器对于气流变化的 敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本发明公开的系统对管路结构的 敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
【附图说明】
[ 0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0035] 图1为本发明公开的一种确定发动机废气的氧气浓度的方法的流程图；
[0036]图2为本发明公开的一种确定发动机废气的氧气浓度的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 本发明公开一种确定发动机废气中氧气浓度的方法，基于该方法能够在机动车启 动之后快速确定发动机废气中的氧气浓度。
[0039] 参见图1，图1为本发明公开的一种确定发动机废气的氧气浓度的方法的流程图。 该方法包括：
[0040] 步骤S1 :利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进 气质量流量。
[0041] 机动车的整车控制器控制EGR阀（可以是电磁阀）开启，并调整EGR阀的开度，使 得发动机排放的废气的一部分可以再次进入发动机的进气管路中，因此，进入发动机的气 体既包括新鲜的空气也包括部分废气。
[0042] 实施中，可以利用公式1计算发动机的总进气质量流量。
[0043] m3=K*Neng/2*Veng(公式1)
[0044] 其中，％为发动机的总进气质量流量，K为发动机的充气效率，Nmg为发动机的转 速，Vmg为发动机排量。
[0045] 步骤S2:检测进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度和进入发动机 的混合气体的温度。
[0046] 在发动机的进气管路上设置三个温度传感器，其中一个温度传感器用于检测进入 发动机的空气的温度，另一个温度传感器用于检测进入发动机的废气的温度，第三个温度 传感器用于检测进入发动机的混合气体的温度。
[0047] 步骤S3:计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量。
[0048] 实施中，利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的 混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发 动机的废气的质量流量。
[0049] 根据热量平衡原理可以得到公式2:
[0050]
[0051] 其中：
[0052] Q为空气的比热容；mi为进入发动机的空气的质量流量；Ti为进入发动机的空气 的温度；C2为废气的比热容；m2为进入发动机的废气的质量流量；1~2为进入发动机的废气的 温度；C3为进入发动机的混合气体的比热容；m3为发动机的总进气质量流量；T3为进入发动 机的混合气体的温度。
[0053] 另外，根据质量守恒原理可以得到公式3:
[0054] 11^+1112=m3 (公式3)
[0055] 根据公式1、公式2和公式3,即可计算出进入发动机的空气的质量流量％和进入 发动机的废气的质量流量m 2，具体的：
[0058] 步骤S4 :计算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气浓度。[0059] 实施中，利用公式4计算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气浓度。
[0056]
[0057]
[0060]
[0061]其中，为当前时刻进入发动机的混合气体的氧气浓度，nii为进入发动机的空 气的质量流量，m2为进入发动机的废气的质量流量，m 3为发动机的总进气质量流量，为 空气中的氧气浓度，在发动机开启之后的首次计算过程中被配置为初始值，在后续计 算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧气浓度。
[0062] 这里对公式4中1^f的取值进行详细说明：
[0063] 在发动机开启之后，如果是第一次执行确定发动机废气中氧气浓度的操作，也就 是说第一次执行步骤S4,则将42f配置为初始值，该初始值可以为空气的氧气浓度。如果是 在发动机开启之后第i次（i为大于1的整数）执行步骤S4,则第i次计算过程中的2^f配 置为第i_l次计算得到的发动机废气的氧气浓度。也就是说，步骤S4中使用的i2f是逐次 迭代的。
[0064]步骤S5 :计算发动机废气的氧气浓度。
[0065]实施中，利用公式5计算发动机废气的氧气浓度：
[0066]
[0067]其中，为发动机废气的氧气浓度，F为被气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量，为 一标定值。
[0068] 本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方法，首先利用发动机的充气效率、 发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后利用进入发动机的空气 的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度以及发动机的总进气质 量流量计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，之后基于前述 数据就可以确定发动机废气的氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方 法，使用到的检测数据仅包括三个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基 于本发明公开的方法，在发动机启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由 于温度传感器对于气流变化的敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本 发明公开的方法对管路结构的敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
[0069]作为优选方案，检测进入发动机的空气的温度可以配置为：检测位于空气滤清器 之后的进气管中的空气的温度。空气滤清器设置在发动机的进气管路上，用于对进入发动 机的空气进行过滤。
[0070] 另外，检测进入发动机的废气的温度可以配置为：检测EGR废气再循环阀出口的 温度。
[0071]本发明还公开一种确定发动机废气的氧气浓度的系统，其结构如图2所示，包括： 第一温度传感器100、第二温度传感器200、第三温度传感器300和处理器400。
[0072]其中：
[0073]第一温度传感器100用于检测进入发动机的空气的温度。
[0074]第二温度传感器200用于检测进入发动机的废气的温度。
[0075]第三温度传感器300用于检测进入发动机的混合气体的温度。
[0076] 处理器400分别与第一温度传感器100、第二温度传感器200和第三温度传感器 300连接，处理器400用于计算发动机废气的氧气浓度，这里对计算过程进行简要说明，其 他未述及部分请参见前文描述：
[0077] 处理器400利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总 进气质量流量。之后，处理器400利用发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进 入发动机的混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流 量和进入发动机的废气的质量流量。之后，处理器400利用公式4计算当前时刻进入发动 机的混合气体的氧气浓度'其中，&2f在发动机开启之后的首次计算过程被配置为初 始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧气浓度。之后，处理器 400利用公式5计算发动机废气的氧气浓度i2f °
[0078]本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，通过三个温度传感器检测进入 发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度，处理器利 用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机的排 量计算发动机的总进气质量流量，之后 基于三个温度传感器检测到温度值和发动机的总进气质量流量就可以确定发动机废气的 氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，使用到的检测数据仅包括三 个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基于本发明公开的系统，在发动机 启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由于温度传感器对于气流变化的 敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本发明公开的系统对管路结构的 敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
[0079] 实施中，处理器400可以利用公式1计算发动机的总进气质量流量。
[0080] 另外，处理器400可以利用公另
十算进入发 动机的空气的质量流量叫，利用公j
?算进入发动机 的废气的质量流量m2。
[0081] 作为优选方案，第一温度传感器100的检测探头设置于位于滤清器之后的进气管 中，以便更加准确地检测进入发动机的空气的温度。
[0082] 另外，作为一种优选方案，第二温度传感器200的检测探头可设置于EGR阀的出口 处，以便更加准确地检测进入发动机的废气的温度。
[0083] 另外，作为一种优选方案，第三温度传感器300的检测探头可设置于发动机的进 气口处，以便更加准确地检测进入发动机的混合气体的温度。
[0084] 实施中，第一温度传感器100、第二温度传感器200和第三温度传感器300可优选 使用热敏电阻式温度传感器。
[0085] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作 之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体 意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括 那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并 不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0086] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上 述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领 域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些 实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种确定发动机废气的氧气浓度的方法，其特征在于，所述方法包括： 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流量； 检测进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度和进入发动机的混合气体的 温度； 利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的 温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气 的质量流量； 利用公式2十算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气 浓度其中，Hi1为进入发动机的空气的质量流量，m2为进入发动机的废气的质量流量， m3为发动机的总进气质量流量，为空气中的氧气浓度，i2f在发动机开启之后的首次计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧 气浓度； 利用公式_ -计算发动机废气的氧气浓度i/'其中，F为被气缸 喷射的燃油消耗掉的氧气量。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用发动机的充气效率、发动机的转速和 发动机排量计算发动机的总进气质量流量，包括： 利用公式m3= K*N eng/2*Veng计算发动机的总进气质量流量m 3，其中，K为发动机的充气 效率，Nmg为发动机的转速，V mg为发动机排量。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用进入发动机的空气的温度、进入 发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进 入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，包括：利用公式 计算进入发动机的空气的质量流量m1; 利用公式 计算进入发动机的废气的质量流量m2; 其中，C1为空气的比热容，C2为废气的比热容，C 3为进入发动机的混合气体的比热容， 1\为进入发动机的空气的温度，T 2为进入发动机的废气的温度，T 3为进入发动机的混合气 体的温度。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，检测进入发动机的空气的温度为：检测位 于空气滤清器之后的进气管中的空气的温度。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，检测进入发动机的废气的温度为：检测 EGR废气再循环阀出口的温度。6. -种确定发动机废气的氧气浓度的系统，其特征在于，包括第一温度传感器、第二温 度传感器、第三温度传感器和处理器； 所述第一温度传感器用于检测进入发动机的空气的温度； 所述第二温度传感器用于检测进入发动机的废气的温度； 所述第三温度传感器用于检测进入发动机的混合气体的温度； 所述处理器分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器连接，所 述处理器用于计算发动机废气的氧气浓度，具体包括： 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流量； 利用发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度和发 动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流 量；利用公式计算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气 浓度其中，Hl1为进入发动机的空气的质量流量，Hl2为进入发动机的废气的质量流量， Hi3为发动机的总进气质量流量，i2k为空气中的氧气浓度，在发动机开启之后的首次 计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧 气浓度；利用公式计算发动机废气的氧气浓度2^/'其中，F为被 气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量。7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一温度传感器的检测探头设置于 位于滤清器之后的进气管中。8. 根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述第二温度传感器的检测探头设置 于EGR废气再循环阀的出口处。9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第三温度传感器的检测探头设置于 所述发动机的进气口处。10. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一温度传感器、第二温度传感器 和第三温度传感器为热敏电阻式温度传感器。
【专利摘要】本发明公开确定发动机废气的氧气浓度的方法，首先利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度以及发动机的总进气质量流量计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，之后基于前述数据就可以确定发动机废气的氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方法，在发动机启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度，并且对管路结构的敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。本发明还公开了确定发动机废气的氧气浓度的系统。
【IPC分类】F02D41/00
【公开号】CN104895686
【申请号】CN201510229236
【发明人】王堃, 张军, 唐蛟, 冯海浩, 王鹏飞
【申请人】潍柴动力股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月7日
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体检测技术领域，尤其涉及确定发动机废气的氧气浓度的方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 机动车在运行过程中会排放大量的氮氧化物（如N0和N02)，氮氧化物是在高温富 氧条件下生成的。为了减少机动车排气中氮氧化物的含量，目前出现了废气再循环（EGR) 系统：将发动机排放的部分废气导入发动机的进气管路中，废气与空气混合之后进入发动 机的气缸中，能够降低气缸内的温度和含氧量，从而降低排气中氮氧化物的含量。
[0003] 为了保证发动机的动力性能，要控制适量的废气参与再循环。而确定参与再循环 的废气量的过程需要基于发动机废气的氧气含量实现。目前检测发动机废气的氧气含量主 要采用以下方式：一，在发动机的排气管上加装氧气浓度传感器，通过氧气浓度传感器来实 时测量废气中的氧气浓度；二，在发动机的进气管上加装氧气浓度传感器，通过氧气浓度传 感器的氧气浓度实测值和发动机的喷油量计算废气中的氧气浓度。
[0004] 但是，上述检测发动机废气中氧气浓度的方式存在弊端：氧气浓度传感器只有在 自身被加热至700°C左右之后才可进行氧气浓度测量，因此，在机动车启动之后首先要对氧 气浓度传感器进行预热（通常为5至10分钟），之后才可以进行氧气浓度测量，测量准备时 间过长。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种确定发动机废气的氧气浓度的方法及系 统，能够在机动车启动之后快速确定发动机废气中的氧气浓度。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 本发明公开一种确定发动机废气的氧气浓度的方法，包括：
[0008] 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流 量；
[0009] 检测进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度和进入发动机的混合气 体的温度；
[0010] 利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气 体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的 废气的质量流量；
[0011] 利用公另
计算当前时刻进入发动机的混合气体的 氧气浓度义2力'其中，nii为进入发动机的空气的质量流量，1112为进入发动机的废气的质量流 量，发动机的总进气质量流量，42k为空气中的氧气浓度，2'6> 2f在发动机开启之后的首 次计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的 氧气浓度；
[0012] 利用公另
计算发动机废气的氧气浓度'其中，F为被 气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量。
[0013] 优选的，利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进 气质量流量，包括：
[0014] 利用公式m3= K*N eng/2*Veng计算发动机的总进气质量流量m 3，其中，K为发动机的 充气效率，Nmg为发动机的转速，V mg为发动机排量。
[0015] 优选的，利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的 混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发 动机的废气的质量流量，包括：
[0016] 利用公式
计算进入发动机的空气的质量流 量叫；
[0017] 利用公另
j算进入发动机的废气的质量流量 m2;
[0018] 其中，Ci为空气的比热容，C 2为废气的比热容，C 3为进入发动机的混合气体的比热 容，为进入发动机的空气的温度，T 2为进入发动机的废气的温度，T 3为进入发动机的混合 气体的温度。
[0019] 优选的，检测进入发动机的空气的温度为：检测位于空气滤清器之后的进气管中 的空气的温度。
[0020] 优选的，检测进入发动机的废气的温度为：检测EGR废气再循环阀出口的温度。
[0021] 本发明还公开一种确定发动机废气的氧气浓度的系统，包括第一温度传感器、第 二温度传感器、第三温度传感器和处理器；
[0022] 所述第一温度传感器用于检测进入发动机的空气的温度；
[0023] 所述第二温度传感器用于检测进入发动机的废气的温度；
[0024] 所述第三温度传感器用于检测进入发动机的混合气体的温度；
[0025] 所述处理器分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器连 接，所述处理器用于计算发动机废气的氧气浓度，具体包括：
[0026] 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流 量；利用发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度和 发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量 流量；利用公式
d算当前时刻进入发动机的混合气体的氧 气浓度^?2力'其中，11^为进入发动机的空气的质量流量，1112为进入发动机的废气的质量流 量，1113为发动机的总进气质量流量，42k为空气中的氧气浓度，化^在发动机开启之后的首 次计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的 氧气浓度；利用公式
计算发动机废气的氧气浓度'其中，F为 被气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量。
[0027] 优选的，所述第一温度传感器的检测探头设置于位于滤清器之后的进气管中。
[0028] 优选的，所述第二温度传感器的检测探头设置于EGR废气再循环阀的出口处。
[0029] 优选的，所述第三温度传感器的检测探头设置于所述发动机的进气口处。
[0030] 优选的，所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器为热敏电阻式 温度传感器。
[0031] 由此可见，本发明的有益效果为：
[0032] 本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方法，首先利用发动机的充气效率、 发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后利用进入发动机的空气 的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度以及发动机的总进气质 量流量计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，之后基于前述 数据就可以确定发动机废气的氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方 法，使用到的检测数据仅包括三个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基 于本发明公开的方法，在发动机启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由 于温度传感器对于气流变化的敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本 发明公开的方法对管路结构的敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
[0033] 本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，通过三个温度传感器检测进入 发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度，处理器利 用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后 基于三个温度传感器检测到温度值和发动机的总进气质量流量就可以确定发动机废气的 氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，使用到的检测数据仅包括三 个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基于本发明公开的系统，在发动机 启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由于温度传感器对于气流变化的 敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本发明公开的系统对管路结构的 敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
【附图说明】
[ 0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0035] 图1为本发明公开的一种确定发动机废气的氧气浓度的方法的流程图；
[0036]图2为本发明公开的一种确定发动机废气的氧气浓度的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 本发明公开一种确定发动机废气中氧气浓度的方法，基于该方法能够在机动车启 动之后快速确定发动机废气中的氧气浓度。
[0039] 参见图1，图1为本发明公开的一种确定发动机废气的氧气浓度的方法的流程图。 该方法包括：
[0040] 步骤S1 :利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进 气质量流量。
[0041] 机动车的整车控制器控制EGR阀（可以是电磁阀）开启，并调整EGR阀的开度，使 得发动机排放的废气的一部分可以再次进入发动机的进气管路中，因此，进入发动机的气 体既包括新鲜的空气也包括部分废气。
[0042] 实施中，可以利用公式1计算发动机的总进气质量流量。
[0043] m3=K*Neng/2*Veng(公式1)
[0044] 其中，％为发动机的总进气质量流量，K为发动机的充气效率，Nmg为发动机的转 速，Vmg为发动机排量。
[0045] 步骤S2:检测进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度和进入发动机 的混合气体的温度。
[0046] 在发动机的进气管路上设置三个温度传感器，其中一个温度传感器用于检测进入 发动机的空气的温度，另一个温度传感器用于检测进入发动机的废气的温度，第三个温度 传感器用于检测进入发动机的混合气体的温度。
[0047] 步骤S3:计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量。
[0048] 实施中，利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的 混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发 动机的废气的质量流量。
[0049] 根据热量平衡原理可以得到公式2:
[0050]
[0051] 其中：
[0052] Q为空气的比热容；mi为进入发动机的空气的质量流量；Ti为进入发动机的空气 的温度；C2为废气的比热容；m2为进入发动机的废气的质量流量；1~2为进入发动机的废气的 温度；C3为进入发动机的混合气体的比热容；m3为发动机的总进气质量流量；T3为进入发动 机的混合气体的温度。
[0053] 另外，根据质量守恒原理可以得到公式3:
[0054] 11^+1112=m3 (公式3)
[0055] 根据公式1、公式2和公式3,即可计算出进入发动机的空气的质量流量％和进入 发动机的废气的质量流量m 2，具体的：
[0058] 步骤S4 :计算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气浓度。[0059] 实施中，利用公式4计算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气浓度。
[0056]
[0057]
[0060]
[0061]其中，为当前时刻进入发动机的混合气体的氧气浓度，nii为进入发动机的空 气的质量流量，m2为进入发动机的废气的质量流量，m 3为发动机的总进气质量流量，为 空气中的氧气浓度，在发动机开启之后的首次计算过程中被配置为初始值，在后续计 算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧气浓度。
[0062] 这里对公式4中1^f的取值进行详细说明：
[0063] 在发动机开启之后，如果是第一次执行确定发动机废气中氧气浓度的操作，也就 是说第一次执行步骤S4,则将42f配置为初始值，该初始值可以为空气的氧气浓度。如果是 在发动机开启之后第i次（i为大于1的整数）执行步骤S4,则第i次计算过程中的2^f配 置为第i_l次计算得到的发动机废气的氧气浓度。也就是说，步骤S4中使用的i2f是逐次 迭代的。
[0064]步骤S5 :计算发动机废气的氧气浓度。
[0065]实施中，利用公式5计算发动机废气的氧气浓度：
[0066]
[0067]其中，为发动机废气的氧气浓度，F为被气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量，为 一标定值。
[0068] 本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方法，首先利用发动机的充气效率、 发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后利用进入发动机的空气 的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度以及发动机的总进气质 量流量计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，之后基于前述 数据就可以确定发动机废气的氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方 法，使用到的检测数据仅包括三个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基 于本发明公开的方法，在发动机启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由 于温度传感器对于气流变化的敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本 发明公开的方法对管路结构的敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
[0069]作为优选方案，检测进入发动机的空气的温度可以配置为：检测位于空气滤清器 之后的进气管中的空气的温度。空气滤清器设置在发动机的进气管路上，用于对进入发动 机的空气进行过滤。
[0070] 另外，检测进入发动机的废气的温度可以配置为：检测EGR废气再循环阀出口的 温度。
[0071]本发明还公开一种确定发动机废气的氧气浓度的系统，其结构如图2所示，包括： 第一温度传感器100、第二温度传感器200、第三温度传感器300和处理器400。
[0072]其中：
[0073]第一温度传感器100用于检测进入发动机的空气的温度。
[0074]第二温度传感器200用于检测进入发动机的废气的温度。
[0075]第三温度传感器300用于检测进入发动机的混合气体的温度。
[0076] 处理器400分别与第一温度传感器100、第二温度传感器200和第三温度传感器 300连接，处理器400用于计算发动机废气的氧气浓度，这里对计算过程进行简要说明，其 他未述及部分请参见前文描述：
[0077] 处理器400利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总 进气质量流量。之后，处理器400利用发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进 入发动机的混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流 量和进入发动机的废气的质量流量。之后，处理器400利用公式4计算当前时刻进入发动 机的混合气体的氧气浓度'其中，&2f在发动机开启之后的首次计算过程被配置为初 始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧气浓度。之后，处理器 400利用公式5计算发动机废气的氧气浓度i2f °
[0078]本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，通过三个温度传感器检测进入 发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度，处理器利 用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机的排 量计算发动机的总进气质量流量，之后 基于三个温度传感器检测到温度值和发动机的总进气质量流量就可以确定发动机废气的 氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的系统，使用到的检测数据仅包括三 个温度值，由于温度传感器可以随时进行温度检测，因此基于本发明公开的系统，在发动机 启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度。另外，由于温度传感器对于气流变化的 敏感性很低，即便气流不稳定仍能够准确检测温度，因此，本发明公开的系统对管路结构的 敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。
[0079] 实施中，处理器400可以利用公式1计算发动机的总进气质量流量。
[0080] 另外，处理器400可以利用公另
十算进入发 动机的空气的质量流量叫，利用公j
?算进入发动机 的废气的质量流量m2。
[0081] 作为优选方案，第一温度传感器100的检测探头设置于位于滤清器之后的进气管 中，以便更加准确地检测进入发动机的空气的温度。
[0082] 另外，作为一种优选方案，第二温度传感器200的检测探头可设置于EGR阀的出口 处，以便更加准确地检测进入发动机的废气的温度。
[0083] 另外，作为一种优选方案，第三温度传感器300的检测探头可设置于发动机的进 气口处，以便更加准确地检测进入发动机的混合气体的温度。
[0084] 实施中，第一温度传感器100、第二温度传感器200和第三温度传感器300可优选 使用热敏电阻式温度传感器。
[0085] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作 之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体 意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括 那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并 不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0086] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上 述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领 域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些 实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种确定发动机废气的氧气浓度的方法，其特征在于，所述方法包括： 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流量； 检测进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度和进入发动机的混合气体的 温度； 利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的 温度和发动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气 的质量流量； 利用公式2十算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气 浓度其中，Hi1为进入发动机的空气的质量流量，m2为进入发动机的废气的质量流量， m3为发动机的总进气质量流量，为空气中的氧气浓度，i2f在发动机开启之后的首次计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧 气浓度； 利用公式_ -计算发动机废气的氧气浓度i/'其中，F为被气缸 喷射的燃油消耗掉的氧气量。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用发动机的充气效率、发动机的转速和 发动机排量计算发动机的总进气质量流量，包括： 利用公式m3= K*N eng/2*Veng计算发动机的总进气质量流量m 3，其中，K为发动机的充气 效率，Nmg为发动机的转速，V mg为发动机排量。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用进入发动机的空气的温度、进入 发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度和发动机的总进气质量流量，计算进 入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，包括：利用公式 计算进入发动机的空气的质量流量m1; 利用公式 计算进入发动机的废气的质量流量m2; 其中，C1为空气的比热容，C2为废气的比热容，C 3为进入发动机的混合气体的比热容， 1\为进入发动机的空气的温度，T 2为进入发动机的废气的温度，T 3为进入发动机的混合气 体的温度。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，检测进入发动机的空气的温度为：检测位 于空气滤清器之后的进气管中的空气的温度。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，检测进入发动机的废气的温度为：检测 EGR废气再循环阀出口的温度。6. -种确定发动机废气的氧气浓度的系统，其特征在于，包括第一温度传感器、第二温 度传感器、第三温度传感器和处理器； 所述第一温度传感器用于检测进入发动机的空气的温度； 所述第二温度传感器用于检测进入发动机的废气的温度； 所述第三温度传感器用于检测进入发动机的混合气体的温度； 所述处理器分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器连接，所 述处理器用于计算发动机废气的氧气浓度，具体包括： 利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机排量计算发动机的总进气质量流量； 利用发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度和发 动机的总进气质量流量，计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流 量；利用公式计算当前时刻进入发动机的混合气体的氧气 浓度其中，Hl1为进入发动机的空气的质量流量，Hl2为进入发动机的废气的质量流量， Hi3为发动机的总进气质量流量，i2k为空气中的氧气浓度，在发动机开启之后的首次 计算过程被配置为初始值，在后续计算过程被配置为最近一次计算得到的发动机废气的氧 气浓度；利用公式计算发动机废气的氧气浓度2^/'其中，F为被 气缸喷射的燃油消耗掉的氧气量。7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一温度传感器的检测探头设置于 位于滤清器之后的进气管中。8. 根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述第二温度传感器的检测探头设置 于EGR废气再循环阀的出口处。9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第三温度传感器的检测探头设置于 所述发动机的进气口处。10. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一温度传感器、第二温度传感器 和第三温度传感器为热敏电阻式温度传感器。
【专利摘要】本发明公开确定发动机废气的氧气浓度的方法，首先利用发动机的充气效率、发动机的转速和发动机的排量计算发动机的总进气质量流量，之后利用进入发动机的空气的温度、进入发动机的废气的温度、进入发动机的混合气体的温度以及发动机的总进气质量流量计算进入发动机的空气的质量流量和进入发动机的废气的质量流量，之后基于前述数据就可以确定发动机废气的氧气浓度。本发明公开的确定发动机废气的氧气浓度的方法，在发动机启动之后可以快速确定发动机废气中的氧气浓度，并且对管路结构的敏感性很低，从而能够降低对发动机管路布局的要求。本发明还公开了确定发动机废气的氧气浓度的系统。
【IPC分类】F02D41/00
【公开号】CN104895686
【申请号】CN201510229236
【发明人】王堃, 张军, 唐蛟, 冯海浩, 王鹏飞
【申请人】潍柴动力股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月7日
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