本發(fā)明涉及發(fā)動機工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算裝置、計算方法、發(fā)動機及車輛。

背景技術(shù)：

隨著車輛排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，對于傳統(tǒng)的發(fā)動機行業(yè)，不僅僅是機械硬件的升級，同時對發(fā)動機的燃燒提出了更加嚴(yán)格的要求，在確保動力性的前提下，需要對燃油經(jīng)濟性、燃燒噪聲及有害氣體排放進(jìn)行嚴(yán)格的控制。而進(jìn)氣流量作為直接影響發(fā)動機性能及排放的關(guān)鍵因素，對其進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和精確的控制成為發(fā)動機領(lǐng)域的研究方向。

目前主要采用空氣流量傳感器對進(jìn)氣流量進(jìn)行測量，電子控制發(fā)動機的空氣流量傳感器有多種形式，按照其結(jié)構(gòu)形式可分為葉片(翼板)式、量芯式、熱線式、熱膜式、卡門渦旋式等幾種。市面上常見的主要是熱膜式和卡門渦旋式。

空氣流量傳感器可以準(zhǔn)確測量發(fā)動機進(jìn)氣流量，但是對于每款空氣流量傳感器均有其自身的測量范圍，且空氣流量傳感器對不同進(jìn)氣系統(tǒng)有不同的要求，如：傳感器安裝位置、布置方式、閉式曲軸通風(fēng)系統(tǒng)的影響等等，適用范圍小、操作不便。此外，影響空氣流量傳感器的采集因素很多，采集精度不準(zhǔn)確，通過空氣流量傳感器采集發(fā)動機的進(jìn)氣流量，在空氣流量傳感器失效時，發(fā)動機將可能出現(xiàn)性能惡化、排放超標(biāo)等現(xiàn)象，致使無法正常工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算裝置、計算方法、發(fā)動 機及車輛，可適用于測量各種發(fā)動機的進(jìn)氣流量。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置，所述計算裝置包括：采集裝置，用于實時采集發(fā)動機工作過程中的各種運行參數(shù)；以及計算裝置，連接所述采集裝置，用于根據(jù)所述各種運行參數(shù)確定當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量。

本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置可用于測量各種發(fā)動機的進(jìn)氣流量，適用范圍廣，操作方便；通過采集裝置可實時采集當(dāng)前發(fā)動機的運行參數(shù)，并通過計算裝置可準(zhǔn)確獲得當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量，準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明發(fā)動機氣體流動示意圖；

圖3是通過本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算裝置確定的進(jìn)氣流量與直接采集的數(shù)值的對比圖一；

圖4是通過本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算裝置確定的進(jìn)氣流量與直接采集的數(shù)值的對比圖二；

圖5是本發(fā)明發(fā)動機流量是計算方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

1 采集裝置 11 轉(zhuǎn)速采集單元

12 排氣量采集單元 13 溫度采集單元

14 進(jìn)氣壓力采集單元 15 噴油量采集單元

16 排氣壓力采集單元 2 計算裝置

3 進(jìn)氣歧管 4 排氣歧管

5 機體 51 氣缸

6 濾清器 7 增壓器

8 中冷器 9 尾氣處理器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置包括采集裝置1，用于實時采集發(fā)動機工作過程中的各種運行參數(shù)；以及計算裝置2，連接所述采集裝置1，用于根據(jù)所述各種運行參數(shù)確定當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量。

本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置可用于測量各種發(fā)動機的進(jìn)氣流量，適用范圍廣，操作方便；通過采集裝置可實時采集當(dāng)前發(fā)動機的各種運行參數(shù)，并通過計算裝置可準(zhǔn)確獲得當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量，準(zhǔn)確度高。

如圖1所示，所述采集裝置1包括：轉(zhuǎn)速采集單元11，用于采集當(dāng)前發(fā)動機的轉(zhuǎn)速；排氣量采集單元12，用于采集當(dāng)前發(fā)動機的排氣量；溫度采集單元13，設(shè)置于發(fā)動機的進(jìn)氣歧管3內(nèi)，用于采集當(dāng)前進(jìn)氣歧管3內(nèi)的進(jìn)氣溫度；以及進(jìn)氣壓力采集單元14，設(shè)置于發(fā)動機的進(jìn)氣歧管3內(nèi)，用于采集當(dāng)前進(jìn)氣歧管3內(nèi)的進(jìn)氣壓力；所述計算裝置2根據(jù)發(fā)動機的充氣效率以及所述轉(zhuǎn)速、排氣量、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力確定當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量。其中，所述轉(zhuǎn)速采集單元11可為轉(zhuǎn)速傳感器，所述溫度采集單元13可為溫度傳感器。

具體地，所述計算裝置2可根據(jù)以下公式確定發(fā)動機的進(jìn)氣量：

其中，Charge_flow為進(jìn)氣流量；n為轉(zhuǎn)速，單位為rpm；P_intake為進(jìn)氣壓力，單位kPa；T_intake為進(jìn)氣溫度，單位為K；V為排氣量，單位為L；為充氣效率；M_air為空氣摩爾質(zhì)量，一般取28.98g/mol；R為理想氣體常數(shù)，一般取834.44KJ/(mol·K)。

如圖1所示，所述采集裝置1還包括噴油量采集單元15，用于采集當(dāng)前發(fā)動機的噴油量；以及排氣壓力采集單元16，設(shè)置于發(fā)動機的排氣歧管4內(nèi)，用于采集當(dāng)前排氣歧管4內(nèi)的排氣壓力；所述計算裝置2根據(jù)所述進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、排氣壓力、轉(zhuǎn)速、噴油量和排氣量確定發(fā)動機的充氣效率。所述進(jìn)氣壓力采集單元14和排氣壓力采集單元16可分別為氣體壓力傳感器。

具體地，所述計算裝置2可根據(jù)以下公式確定發(fā)動機的充氣效率：

，其中，P_exhaust為排氣壓力，單位為kPa；q_fuel為噴油量，單位mg/str；a₀-a₅為回歸系數(shù)，根據(jù)發(fā)動機的型號選取對應(yīng)數(shù)值。

如圖2所示，空氣經(jīng)過濾清器6過濾處理后進(jìn)入增壓器5，由所述增壓器7對其中的空氣進(jìn)行加壓操作；壓縮空氣流入到中冷器8中，由所述中冷器8對所述壓縮空氣進(jìn)行冷卻，冷卻后的氣體進(jìn)入到發(fā)動機的進(jìn)氣歧管3，此時需要通過設(shè)置在進(jìn)氣歧管3內(nèi)的溫度采集單元13采集所述進(jìn)氣歧管3內(nèi)的氣體溫度以及進(jìn)氣壓力采集單元14采集所述進(jìn)氣歧管3內(nèi)的進(jìn)氣壓力；根據(jù)發(fā)動機當(dāng)前工作狀態(tài)，機體5中的不同氣缸51在進(jìn)氣沖程時，分別從進(jìn)氣歧管3中吸取壓縮后的空氣，并在氣缸51中燃燒做功；通過排氣沖程，氣體流入到排氣歧管4中，此時需要通過設(shè)置在排氣歧管4內(nèi)的排氣壓力采集單元16采集所述排氣歧管4內(nèi)的排氣壓力。從所述排氣歧管4中排出的 氣體將分成兩部分：一部分通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR，Exhaust Gas Recycling)，重新進(jìn)入進(jìn)氣歧管3中與新鮮空氣混合后參與燃燒，以減少發(fā)動機排放的廢氣物；另一部分則流入到增壓器7中，對增壓器7的渦輪做功，渦輪產(chǎn)生動力，帶動同軸的壓氣機做功，從而實現(xiàn)對空氣的加壓，從增壓器7中流出的廢氣通過廢氣處理裝置9進(jìn)行再處理后排出，降低對環(huán)境的污染。

通過所述溫度采集單元13、進(jìn)氣壓力采集單元14及排氣壓力采集單元16，可實時采集氣體的壓力和溫度，獲得瞬態(tài)參數(shù)，確保采集的實時有效性。

此外，為獲取發(fā)動機的進(jìn)氣流量，還需要轉(zhuǎn)速采集單元11采集當(dāng)前發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，排氣量采集單元12采集當(dāng)前發(fā)動機的排氣量，以及噴油量采集單元15采集當(dāng)前發(fā)動機的噴油量。

本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置選用經(jīng)典的高斯-牛頓迭代算法，使用泰勒級數(shù)展開式，并通過多次修正確定最佳的回歸系數(shù)a₀-a₅，提高計算結(jié)果的精確度。由于不同發(fā)動機對應(yīng)有不同的回歸系數(shù)，從而本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置可用于各種發(fā)動機進(jìn)氣流量的測量，使用范圍廣。

根據(jù)圖3和圖4(其中，圖3為機型為2.8L的柴油機、標(biāo)定轉(zhuǎn)速為3600rpm情況下兩種檢測設(shè)備的對比圖；圖4為機型為12L的柴油機、標(biāo)定轉(zhuǎn)速為1900rpm情況下兩種檢測設(shè)備的對比圖)可知：通過本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置確定的進(jìn)氣流量與通過空氣流量傳感器采集的結(jié)果相近，誤差在2％范圍內(nèi)，可滿足測量偏差的要求。

本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置與空氣流量傳感器相比：采集精度符合要求，但是相對適用范圍廣，操作方便。

本發(fā)明還提供一種發(fā)動機，設(shè)置有上述發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算裝置；以及一種車輛，設(shè)置有所述發(fā)動機。所述發(fā)動機和車輛與所述發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置有對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。

如圖5所示，所述發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算方法包括：實時采集發(fā)動機工 作過程中的各種運行參數(shù)；根據(jù)所述各種運行參數(shù)確定當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量。

其中，所述各種運行參數(shù)包括發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、發(fā)動機的排氣量、進(jìn)氣歧管內(nèi)的進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣壓力；根據(jù)發(fā)動機的充氣效率以及所述轉(zhuǎn)速、排氣量、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力確定當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量。

具體的，可根據(jù)以下公式確定當(dāng)前發(fā)動機的進(jìn)氣流量：

其中，Charge_flow為進(jìn)氣流量；n為轉(zhuǎn)速，單位為rpm；P_intake為進(jìn)氣壓力，單位kPa；T_intake為進(jìn)氣溫度，單位為K；V為排氣量，單位為L；為充氣效率；M_air為空氣摩爾質(zhì)量，一般取28.98g/mol；R為理想氣體常數(shù)，一般取834.44KJ/(mol·K)。

進(jìn)一步的，所述各種運行參數(shù)還包括發(fā)動機的噴油量、排氣歧管內(nèi)的排氣壓力；根據(jù)所述進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、排氣壓力、轉(zhuǎn)速、噴油量和排氣量確定發(fā)動機的充氣效率。

具體的，可根據(jù)以下公式確定發(fā)動機的充氣效率：

，其中，P_exhaust為排氣壓力，單位為kPa；q_fuel為噴油量，單位mg/str；a₀-a₅為回歸系數(shù)，根據(jù)發(fā)動機的型號選取對應(yīng)數(shù)值。

本發(fā)明發(fā)動機進(jìn)氣流量的計算方法選用經(jīng)典的高斯-牛頓迭代算法，使用泰勒級數(shù)展開式，并通過多次修正確定最佳的回歸系數(shù)a₀-a₅，提高計算結(jié)果的精確度。由于不同發(fā)動機對應(yīng)有不同的回歸系數(shù)，從而發(fā)動機進(jìn)氣流量計算裝置可用于各種發(fā)動機進(jìn)氣流量的測量，使用范圍廣。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。