发动机进气流量的计算装置、计算方法、发动机及车辆与流程

本发明涉及发动机工程技术领域，具体地，涉及一种发动机进气流量的计算装置、计算方法、发动机及车辆。

背景技术：

随着车辆排放法规的日趋严格，对于传统的发动机行业，不仅仅是机械硬件的升级，同时对发动机的燃烧提出了更加严格的要求，在确保动力性的前提下，需要对燃油经济性、燃烧噪声及有害气体排放进行严格的控制。而进气流量作为直接影响发动机性能及排放的关键因素，对其进行准确的测量和精确的控制成为发动机领域的研究方向。

目前主要采用空气流量传感器对进气流量进行测量，电子控制发动机的空气流量传感器有多种形式，按照其结构形式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。市面上常见的主要是热膜式和卡门涡旋式。

空气流量传感器可以准确测量发动机进气流量，但是对于每款空气流量传感器均有其自身的测量范围，且空气流量传感器对不同进气系统有不同的要求，如：传感器安装位置、布置方式、闭式曲轴通风系统的影响等等，适用范围小、操作不便。此外，影响空气流量传感器的采集因素很多，采集精度不准确，通过空气流量传感器采集发动机的进气流量，在空气流量传感器失效时，发动机将可能出现性能恶化、排放超标等现象，致使无法正常工作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种发动机进气流量的计算装置、计算方法、发动 机及车辆，可适用于测量各种发动机的进气流量。

为了实现上述目的，本发明提供一种发动机进气流量计算装置，所述计算装置包括：采集装置，用于实时采集发动机工作过程中的各种运行参数；以及计算装置，连接所述采集装置，用于根据所述各种运行参数确定当前发动机的进气流量。

本发明发动机进气流量计算装置可用于测量各种发动机的进气流量，适用范围广，操作方便；通过采集装置可实时采集当前发动机的运行参数，并通过计算装置可准确获得当前发动机的进气流量，准确度高。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明发动机进气流量的计算装置的模块结构示意图；

图2是本发明发动机气体流动示意图；

图3是通过本发明发动机进气流量的计算装置确定的进气流量与直接采集的数值的对比图一；

图4是通过本发明发动机进气流量的计算装置确定的进气流量与直接采集的数值的对比图二；

图5是本发明发动机流量是计算方法的流程图。

附图标记说明

1 采集装置 11 转速采集单元

12 排气量采集单元 13 温度采集单元

14 进气压力采集单元 15 喷油量采集单元

16 排气压力采集单元 2 计算装置

3 进气歧管 4 排气歧管

5 机体 51 气缸

6 滤清器 7 增压器

8 中冷器 9 尾气处理器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明发动机进气流量计算装置包括采集装置1，用于实时采集发动机工作过程中的各种运行参数；以及计算装置2，连接所述采集装置1，用于根据所述各种运行参数确定当前发动机的进气流量。

本发明发动机进气流量计算装置可用于测量各种发动机的进气流量，适用范围广，操作方便；通过采集装置可实时采集当前发动机的各种运行参数，并通过计算装置可准确获得当前发动机的进气流量，准确度高。

如图1所示，所述采集装置1包括：转速采集单元11，用于采集当前发动机的转速；排气量采集单元12，用于采集当前发动机的排气量；温度采集单元13，设置于发动机的进气歧管3内，用于采集当前进气歧管3内的进气温度；以及进气压力采集单元14，设置于发动机的进气歧管3内，用于采集当前进气歧管3内的进气压力；所述计算装置2根据发动机的充气效率以及所述转速、排气量、进气温度、进气压力确定当前发动机的进气流量。其中，所述转速采集单元11可为转速传感器，所述温度采集单元13可为温度传感器。

具体地，所述计算装置2可根据以下公式确定发动机的进气量：

其中，Charge_flow为进气流量；n为转速，单位为rpm；P_intake为进气压力，单位kPa；T_intake为进气温度，单位为K；V为排气量，单位为L；为充气效率；M_air为空气摩尔质量，一般取28.98g/mol；R为理想气体常数，一般取834.44KJ/(mol·K)。

如图1所示，所述采集装置1还包括喷油量采集单元15，用于采集当前发动机的喷油量；以及排气压力采集单元16，设置于发动机的排气歧管4内，用于采集当前排气歧管4内的排气压力；所述计算装置2根据所述进气温度、进气压力、排气压力、转速、喷油量和排气量确定发动机的充气效率。所述进气压力采集单元14和排气压力采集单元16可分别为气体压力传感器。

具体地，所述计算装置2可根据以下公式确定发动机的充气效率：

，其中，P_exhaust为排气压力，单位为kPa；q_fuel为喷油量，单位mg/str；a₀-a₅为回归系数，根据发动机的型号选取对应数值。

如图2所示，空气经过滤清器6过滤处理后进入增压器5，由所述增压器7对其中的空气进行加压操作；压缩空气流入到中冷器8中，由所述中冷器8对所述压缩空气进行冷却，冷却后的气体进入到发动机的进气歧管3，此时需要通过设置在进气歧管3内的温度采集单元13采集所述进气歧管3内的气体温度以及进气压力采集单元14采集所述进气歧管3内的进气压力；根据发动机当前工作状态，机体5中的不同气缸51在进气冲程时，分别从进气歧管3中吸取压缩后的空气，并在气缸51中燃烧做功；通过排气冲程，气体流入到排气歧管4中，此时需要通过设置在排气歧管4内的排气压力采集单元16采集所述排气歧管4内的排气压力。从所述排气歧管4中排出的 气体将分成两部分：一部分通过废气再循环系统(EGR，Exhaust Gas Recycling)，重新进入进气歧管3中与新鲜空气混合后参与燃烧，以减少发动机排放的废气物；另一部分则流入到增压器7中，对增压器7的涡轮做功，涡轮产生动力，带动同轴的压气机做功，从而实现对空气的加压，从增压器7中流出的废气通过废气处理装置9进行再处理后排出，降低对环境的污染。

通过所述温度采集单元13、进气压力采集单元14及排气压力采集单元16，可实时采集气体的压力和温度，获得瞬态参数，确保采集的实时有效性。

此外，为获取发动机的进气流量，还需要转速采集单元11采集当前发动机的转速，排气量采集单元12采集当前发动机的排气量，以及喷油量采集单元15采集当前发动机的喷油量。

本发明发动机进气流量计算装置选用经典的高斯-牛顿迭代算法，使用泰勒级数展开式，并通过多次修正确定最佳的回归系数a₀-a₅，提高计算结果的精确度。由于不同发动机对应有不同的回归系数，从而本发明发动机进气流量计算装置可用于各种发动机进气流量的测量，使用范围广。

根据图3和图4(其中，图3为机型为2.8L的柴油机、标定转速为3600rpm情况下两种检测设备的对比图；图4为机型为12L的柴油机、标定转速为1900rpm情况下两种检测设备的对比图)可知：通过本发明发动机进气流量计算装置确定的进气流量与通过空气流量传感器采集的结果相近，误差在2％范围内，可满足测量偏差的要求。

本发明发动机进气流量计算装置与空气流量传感器相比：采集精度符合要求，但是相对适用范围广，操作方便。

本发明还提供一种发动机，设置有上述发动机进气流量的计算装置；以及一种车辆，设置有所述发动机。所述发动机和车辆与所述发动机进气流量计算装置有对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

如图5所示，所述发动机进气流量的计算方法包括：实时采集发动机工 作过程中的各种运行参数；根据所述各种运行参数确定当前发动机的进气流量。

其中，所述各种运行参数包括发动机的转速、发动机的排气量、进气歧管内的进气温度、进气歧管的进气压力；根据发动机的充气效率以及所述转速、排气量、进气温度、进气压力确定当前发动机的进气流量。

具体的，可根据以下公式确定当前发动机的进气流量：

其中，Charge_flow为进气流量；n为转速，单位为rpm；P_intake为进气压力，单位kPa；T_intake为进气温度，单位为K；V为排气量，单位为L；为充气效率；M_air为空气摩尔质量，一般取28.98g/mol；R为理想气体常数，一般取834.44KJ/(mol·K)。

进一步的，所述各种运行参数还包括发动机的喷油量、排气歧管内的排气压力；根据所述进气温度、进气压力、排气压力、转速、喷油量和排气量确定发动机的充气效率。

具体的，可根据以下公式确定发动机的充气效率：

，其中，P_exhaust为排气压力，单位为kPa；q_fuel为喷油量，单位mg/str；a₀-a₅为回归系数，根据发动机的型号选取对应数值。

本发明发动机进气流量的计算方法选用经典的高斯-牛顿迭代算法，使用泰勒级数展开式，并通过多次修正确定最佳的回归系数a₀-a₅，提高计算结果的精确度。由于不同发动机对应有不同的回归系数，从而发动机进气流量计算装置可用于各种发动机进气流量的测量，使用范围广。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。