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一種計算節氣門后壓力的方法、裝置及車輛與流程

文檔序號:26534911發布日期:2021-09-04 16:51
一種計算節氣門后壓力的方法、裝置及車輛與流程

1.本發明涉及車輛技術領域,尤其涉及一種計算節氣門后壓力的方法、裝置及車輛。


背景技術:

2.隨著排放法規的升級,天然氣發動機需要穩定控制排放氧濃度,滿足后處理三元催化反應器的反應要求。而燃燒控制需要天然氣和空氣配合控制,才能夠達到實時精確控制空燃比的目的。對于天然氣發動機這種燃料運輸管道延遲時間長的系統,通常采用開環控制方式,因此也就需要精確計算空氣流量,特別是瞬態的空氣流量,瞬態空氣流量決定著燃氣的噴射量,從而瞬態空氣流量的計算精度決定了空燃比的控制精度。
3.現有技術中主要通過兩種方法計算空氣流量,即基于節氣門開度和前后壓比的參數并利用節流公式計算空氣流量或者采用質量流量傳感器直接測量空氣流量。對于采用節流公式計算空氣流量的方法,目前節氣門后壓力傳感器安裝在進氣歧管上,但節氣門后的進氣歧管較長,導致壓力傳感器測量的壓力與節氣門后的實際壓力存在偏差,特別是瞬態工況下,進氣歧管的壓力相對于節氣門后的實際壓力存在反應延遲的現象,這樣就影響瞬態工況下的進氣流量計算的準確度。對于采用質量流量傳感器測量空氣流量的方法,質量流量傳感器的安裝對進氣的管理布置要求嚴格,同時質量流量傳感器還會發生零點漂移,導致空氣流量的測量精度低;除此之外,發動機在惡劣的運行條件下,質量流量傳感器一旦受到油氣和塵埃的污染,空氣流量測量精度也會降低。
4.因此,亟需一種準確度高的計算節氣門后的壓力的方法、裝置及車輛,以解決現有技術中存在的上述技術問題。


技術實現要素:

5.本發明的目的在于提出一種計算節氣門后的壓力的方法、裝置及車輛,該計算節氣門后壓力的方法、裝置及車輛提高了節氣門后的壓力的準確度,提高了空氣流量的計算精度,從而提高了空燃比的控制精度,以保證發動機最佳的工作狀態。
6.為達此目的,本發明采用以下技術方案:
7.一種計算節氣門后壓力的方法,節氣門至噴管進口之間的區域為混合管段,包括:
8.步驟s1,發動機t15開關上電;
9.步驟s2,初始化發動機進氣口上游的壓力為預設壓力;
10.步驟s3,發動機t50上電并起動;
11.步驟s4,迭代計算:利用上一時刻的混合管段的壓力和歐拉公式計算當前時刻的混合管段的氣體凈流入量;基于當前時刻混合管段的氣體凈流入量,利用理想氣體方程計算當前時刻的混合管段的壓力,所述混合管段的壓力為節氣門后壓力。
12.作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,所述預設壓力為環境壓力。
13.作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,在所述步驟s4中,所述混合管段的氣體凈流入量由節氣門的空氣流量、輸入混合管段的燃氣流量和噴管的混合氣流量
計算。
14.作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,歐拉公式為:作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,歐拉公式為:第n時刻混合管段的氣體凈流入量對該時刻混合管段的壓力的離散斜率為為第n+1時刻混合管段內的氣體凈流入量,為第n時刻混合管段內的氣體凈流入量,h為計算周期,p
n
為第n時刻混合管道的壓力,v為混合管段的容積,t為混合管段內的氣體溫度,r為氣體常數,為第n時刻進入混合管段的氣體總量對該時刻混合管段壓力的離散斜率,為第n時刻流出混合管段的氣體總量對該時刻混合管段壓力的離散斜率。
15.作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,理想氣體方程為作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,理想氣體方程為為第n時刻混合管段內的氣體凈流入量,p
n
為第n時刻混合管道的壓力,v為混合管段的容積,t為混合管段內的氣體溫度,r為氣體常數。
16.作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,基于節氣門上游的壓力、節氣門上游的溫度和混合管段的壓力,利用節流公式計算節氣門的空氣流量。
17.作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,節流公式為作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,節流公式為
[0018][0019]
m為節氣門的空氣流量,a為流通有效面積,μ為氣體流動摩擦修正系數,κ為絕熱指數,r
s
為氣體常數,ti為節氣門上游的溫度,為節氣門下游和上游的壓比,為臨界壓比。
[0020]
作為一種計算節氣門后壓力的方法的優選技術方案,基于混合管段壓力、噴管喉口的壓力和噴管內混合氣的溫度,利用文丘里公式或者節流公式計算噴管的混合氣流量。
[0021]
為達上述目的,本發明還提供了一種計算節氣門后壓力的裝置,包括:
[0022]
第一壓力傳感器,設置于節氣門的上游,用于測量節氣門上游的壓力;
[0023]
第一溫度傳感器,設置于節氣門的上游,用于測量節氣門上游的溫度;
[0024]
第二壓力傳感器,設置于噴管的喉口處,用于測量噴管喉口處的壓力;
[0025]
第二溫度傳感器,設置于噴管內,用于測量噴管內的溫度;
[0026]
控制器,所述第一壓力傳感器、所述第一溫度傳感器、所述第二壓力傳感器和所述
第二溫度傳感器均與所述控制器通信連接,所述控制器用于執行如上所述的計算節氣門后壓力的方法。
[0027]
為達上述目的,本發明還提供了一種車輛,包括如上所述的計算節氣門后壓力的裝置。
[0028]
本發明提供了一種計算節氣門后壓力的方法、裝置及車輛,該計算節氣門后壓力的方法利用發動機t15開關上電,以將發動機進氣口上游的壓力初始為預設壓力,從而得到步驟s4迭代計算的初始值,基于該初始值,利用歐拉公式進行迭代計算,每次迭代計算均利用上一時刻的混合管段的壓力來計算當前時刻的混合管段的氣體凈流入量,利用該當前時刻混合管段的氣體凈流入量,以及理想氣體方程計算當前時刻的混合管段的壓力,混合管段的壓力為節氣門后壓力,該當前時刻的混合管段的壓力用于計算下一時刻的混合管段的氣體凈流入量,利用此種方式計算得到的混合管段的壓力(即節氣門后壓力)準確度更高,從而提高了空氣流量的計算精度,提高了空燃比的控制精度,以保證發動機最佳的工作狀態。
附圖說明
[0029]
圖1是本發明具體實施方式提供的egr模塊的方結構示意圖;
[0030]
圖2是本發明具體實施方式提供的計算節氣門后的壓力的方法的流程圖。
[0031]
附圖標記:
[0032]
1、進氣管路;2、節氣門;3、燃氣噴氣管;4、噴管;5、egr入口管路。
具體實施方式
[0033]
為使本發明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚,下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
[0034]
在本發明的描述中,除非另有明確的規定和限定,術語“相連”、“連接”、“固定”應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言,可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0035]
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸,也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0036]
在本實施例的描述中,術語“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述和簡化操作,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。此外,術語“第一”、“第二”僅僅用于在描述上加以區分,并沒有特殊的含義。
[0037]
實施例一
[0038]
如圖1所示,天然氣發動機的進氣口處連接有egr模塊,egr模塊包括進氣管路1、節氣門2、燃氣噴氣管3、噴管4和egr入口管路5,其中,進氣管路1用于流通空氣,進氣管路1的出氣口與節氣門2連通,節氣門2的出氣口與噴管4連通,節氣門2的出氣口和噴管4的進口之間連通有燃氣噴氣管3,節氣門2的出氣口至噴管4的進口之間為混合管段,egr入口管路5連通于噴管4的下游且與噴管4共同連通于天然氣發動機的進氣口??諝饬鹘浌潥忾T2,節氣門2控制空氣流量大小,然后燃氣噴氣管3多孔噴射燃氣,燃氣和空氣在混合管段混合,經過噴管4,提速深度混合。噴管4噴出后再和此處進入的egr氣體混合,形成空氣、燃氣和egr的混合氣,最終混合氣進入天然氣發動機進行燃燒。
[0039]
如圖2所示,本實施例提供了一種計算節氣門后壓力的方法,包括:
[0040]
步驟s1,發動機t15開關上電;
[0041]
步驟s2,初始化發動機進氣口上游的壓力為預設壓力;
[0042]
在本實施例中,預設壓力為環境壓力。
[0043]
步驟s3,發動機t50上電并起動;
[0044]
步驟s4,迭代計算:利用上一時刻的混合管段的壓力和歐拉公式計算當前時刻的混合管段的氣體凈流入量;基于當前時刻混合管段的氣體凈流入量,利用理想氣體方程計算當前時刻的混合管段的壓力,混合管段的壓力為節氣門后壓力。
[0045]
瞬態過程中,若采用歐拉公式的計算方式,會由于發動機進氣口上游的進氣系統的非線性,及測量擾動導致氣體流量抖動且出現氣體流量無法收斂的情況。在本實施例中,歐拉公式為:流量無法收斂的情況。在本實施例中,歐拉公式為:第n時刻混合管段的氣體凈流入量對該時刻混合管段的壓力的離散斜率為為第n+1時刻混合管段內的氣體凈流入量,為第n時刻混合管段內的氣體凈流入量,h為計算周期,p
n
為第n時刻混合管道的壓力,v為混合管段的容積,t為混合管段內的氣體溫度,r為氣體常數,為第n時刻進入混合管段的氣體總量對該時刻混合管段壓力的離散斜率,為第n時刻流出混合管段的氣體總量對該時刻混合管段壓力的離散斜率,提高計算瞬態氣體流量的精確性、穩定性和收斂性。
[0046]
理想氣體方程為為第n時刻混合管段內的氣體凈流入量,p
n
為第n時刻混合管道的壓力,v為混合管段的容積,t為混合管段內的氣體溫度,r為氣體常數。
[0047]
具體地,在步驟s4中,混合管段的氣體凈流入量由節氣門的空氣流量、輸入混合管段的燃氣流量和噴管的混合氣流量計算。
[0048]
基于節氣門上游的壓力、節氣門上游的溫度和混合管段的壓力,利用節流公式計算節氣門的空氣流量。
[0049]
節流公式為
[0050][0051]
m為節氣門的空氣流量,a為流通有效面積,μ為氣體流動摩擦修正系數,κ為絕熱指數,r
s
為氣體常數,ti為節氣門上游的溫度,為節氣門下游和上游的壓比,為臨界壓比。
[0052]
基于混合管段壓力、噴管喉口的壓力和噴管內混合氣的溫度,利用文丘里公式或者節流公式計算噴管的混合氣流量。
[0053]
利用發動機t15開關上電,以將發動機進氣口上游的壓力初始為預設壓力,從而得到步驟s4迭代計算的初始值,基于該初始值,利用歐拉公式進行迭代計算,每次迭代計算均利用上一時刻的混合管段的壓力來計算當前時刻的混合管段的氣體凈流入量,利用該當前時刻混合管段的氣體凈流入量,以及理想氣體方程計算當前時刻的混合管段的壓力,該當前時刻的混合管段的壓力用于計算下一時刻的混合管段的氣體凈流入量,利用此種方式計算得到的混合管段的壓力(即節氣門后壓力)準確度更高,從而提高了空氣流量的計算精度,才能精確控制燃氣的噴射量,提高了空燃比的控制精度,實現燃燒精確控制,以保證t15最佳的工作狀態。
[0054]
示例性地:
[0055]
步驟s1,發動機t15開關上電;
[0056]
步驟s2,初始化發動機進氣口上游的壓力為環境壓力p0;
[0057]
步驟s3,發動機t50上電并起動;
[0058]
步驟s4,迭代計算:
[0059]
第1時刻,在節氣門模型中,根據節氣門上游的壓力和混合管段的壓力p1(p1等于p0)以及節氣門開度,采用節流公式計算出節氣門的空氣流量同時計算出該節氣門的空氣流量對混合管段的壓力的倒數噴管模型中,根據混合管段的壓力p1(p1等于p0)、喉口壓力和混合氣溫度計算出噴管的混合氣流量同時計算出該噴管的混合氣流量對混合管段的壓力的倒數混合管段模型中,根據節氣門的空氣流量、噴管的混合氣流量和燃氣流量,計算出混合管段的氣體凈流入量即同時計算修正后的混合管段的氣體凈流入量對混合管段的壓力的倒數計算下一時刻的流量計算下一時刻的流量并利用理想氣體方程,計算下一時刻的混合管段的壓力p2;
[0060]
第2時刻,在節氣門模型中,根據節氣門上游的壓力和混合管段的壓力p2以及節氣門開度,采用節流公式計算出節氣門的空氣流量同時計算出該節氣門的空氣流量對混合管段的壓力的倒數噴管模型中,根據混合管段的壓力p2、喉口壓力和混合氣溫度計算出噴管的混合氣流量同時計算出該噴管的混合氣流量對混合管段的壓力的倒數混合管段模型中,根據節氣門的空氣流量、噴管的混合氣流量和燃氣流量,計算出混合管段的氣體凈流入量即同時計算修正后的混合管段的氣體凈流入量對混合管段的壓力的倒數計算下一時刻的流量并利用理想氣體方程,計算下一時刻的混合管段的壓力p3;
[0061]
……
;
[0062]
第n時刻,在節氣門模型中,根據節氣門上游的壓力和混合管段的壓力p
n
以及節氣門開度,采用節流公式計算出節氣門的空氣流量同時計算出該節氣門的空氣流量對混合管段的壓力的倒數噴管模型中,根據混合管段的壓力p
n
、喉口壓力和混合氣溫度計算出噴管的混合氣流量同時計算出該噴管的混合氣流量對混合管段的壓力的倒數混合管段模型中,根據節氣門的空氣流量、噴管的混合氣流量和燃氣流量,計算出混合管段的氣體凈流入量即同時計算修正后的混合管段的氣體凈流入量對混合管段的壓力的倒數計算下一時刻的流量并利用理想氣體方程,計算下一時刻的混合管段的壓力p
n+1
。
[0063]
實施例二
[0064]
一種計算節氣門后壓力的裝置,包括:
[0065]
第一壓力傳感器,設置于節氣門的上游,用于測量節氣門上游的壓力;
[0066]
第一溫度傳感器,設置于節氣門的上游,用于測量節氣門上游的溫度;
[0067]
第二壓力傳感器,設置于噴管的喉口處,用于測量噴管喉口處的壓力;
[0068]
第二溫度傳感器,設置于噴管內,用于測量噴管內的溫度;
[0069]
控制器,第一壓力傳感器、第一溫度傳感器、第二壓力傳感器和第二溫度傳感器均與控制器通信連接,控制器用于執行實施例一中的計算節氣門后壓力的方法。
[0070]
實施例三
[0071]
一種車輛,包括實施例二中的計算節氣門后壓力的裝置。
[0072]
以上內容僅為本發明的較佳實施例,對于本領域的普通技術人員,依據本發明的思想,在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處,本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
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