CN101893515A - 一种对发动机与涡轮增压器进行匹配的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的方法及装置，属于发动机技术领域。所述方法包括：从作用界面中获取发动机参数；从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；从Excel图库中调用增压器MAP图和涡轮MAP图，将所述压比和所述空气流量所决定的点填充到所述增压器MAP图中，将所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比所决定的点填充到所述涡轮MAP图中。所述装置包括：获取模块、计算模块和填充模块。本发明能够降低匹配发动机与涡轮增压器的成本。

Description

一种对发动机与涡轮增压器进行匹配的方法及装置

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种对发动机与涡轮增压器进行匹配的方法及装置。

背景技术

在汽车领域，装载涡轮增压器的发动机得到广泛地应用，其中，在发动机上安装涡轮增压器，能够使发动机的性能得到大幅度地提升。汽车厂商对于一款发动机，会为该发动机选配涡轮增压器，然后再将选配的涡轮增压器安装在发动机上。

目前汽车厂商开发出匹配软件，对于一款发动机和多个涡轮增加压器，将发动机的相关参数和每个涡轮增加器的相关参数输入到匹配软件中，通过该匹配软件进行匹配运算，得到发动机与每个涡轮增压器的匹配结果，再由技术人员根据匹配结果选用何种涡轮增压器。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

汽车厂商需要花费大量的资金去开发匹配软件，如此增加了匹配发动机与涡轮增压器的成本。

发明内容

为了降低匹配发动机与涡轮增压器的成本，本发明提供了一种对发动机与涡轮增压器进行匹配的方法及装置。所述技术方案如下：

一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的方法，所述方法包括：

从作用界面中获取发动机参数；

从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

从Excel图库中调用增压器MAP(点火控制曲线图)图和涡轮MAP图，将所述压比和所述空气流量所决定的点填充到所述增压器MAP图中，将所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比所决定的点填充到所述涡轮MAP图中。

所述从作用界面中获取发动机参数，包括：

从Excel函数库中调用输入输出函数；

利用所述输入输出函数，从所述作用界面读取发动机参数。

所述从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比，包括：

从所述Excel函数库中调用发动机与增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动机与增压器的匹配函数公式，计算出所述压比和所述空气流量；

从所述Excel函数库中调用发动机与涡轮的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动与涡轮的匹配函数公式，计算出所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比。

所述从作用界面中获取发动机参数之前，还包括：

从Excel页面中选取Excel表格，将所述发动机参数的名称填充在所述选取的Excel表格中，从Excel页面中为每个发动机参数选择Excel表格，设置所述择的Excel表格为输入窗。

所述将所述压比和所述空气流量所决定的点画到所述增压器MAP图中之后，还包括：

在所述增压器MAP图中，从所述压比和所述空气流量所决定的点处读取压气机绝热效率和压气机转速。

一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的装置，所述装置包括：

获取模块，用于从作用界面中获取发动机参数；

计算模块，用于从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

填充模块，用于从Excel图库中调用增压器MAP图和涡轮MAP图，将所述压比和所述空气流量所决定的点填充到所述增压器MAP图中，将所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比所决定的点填充到所述涡轮MAP图中。

所述获取模块包括：

调用单元，用于从Excel函数库中调用输入输出函数；

读取单元，用于利用所述输入输出函数，从所述作用界面读取发动机参数。

所述计算模块包括：

第一计算单元，用于从所述Excel函数库中调用发动机与增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动机与增压器的匹配函数公式，计算出所述压比和所述空气流量；

第二计算单元，用于从所述Excel函数库中调用发动机与涡轮的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动与涡轮的匹配函数公式，计算出所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比。

所述装置还包括：

创建模块，用于从Excel页面中选取Excel表格，将所述发动机参数的名称填充在所述选取的Excel表格中，从Excel页面中为每个发动机参数选择Excel表格，设置所述择的Excel表格为输入窗。

所述装置还包括：

读取模块，用于在所述增压器MAP图中，从所述压比和所述空气流量所决定的点处读取压气机绝热效率和压气机转速。

通过从作用界面中获取发动机参数，从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，通过所述匹配函数公式对发动机参数进行计算得到压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比，从Excel图库中调用增压器的MAP图和涡轮的MAP图，将压比和空气流量所决定的点画到增压器的MAP图中，涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点画到涡轮的MAP图中。如此在Excel平台上匹配发动机与涡轮增压器，减少了大量的开发工作，从而节省匹配发动机与涡轮增压器的成本。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的方法流程图；

图2是本发明实施例2提供的一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的方法流程图；

图3是本发明实施例2提供的一种作用界面示意图；

图4是本发明实施例3提供的一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种对发动机与涡轮增压器进行匹配的方法，包括：

步骤101：从作用界面中获取发动机参数，其中，作用界面由Excel表格组成；

步骤102：从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据获取的发动机参数，通过匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

步骤103：从Excel图库中调用增压器MAP图和涡轮MAP图，将压比和空气流量所决定的点填充到增压器MAP图中，将涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点填充到涡轮MAP图中。

在本发明实施例中，从作用界面中获取发动机参数，从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据发动机参数并通过匹配函数公式，计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比，从Excel函数库中调用增压器MAP图和压气机MAP图，将压比和空气流量所述决的点输入到增压器的MAP图中，将涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点输入到涡轮MAP图中。其中，本实施例提供的方法基于Excel平台，减少了大量的开发工作，从而节省匹配发动机与涡轮增压器的成本。

实施例2

如图2所示，本发明实施例提供了一种对发动机与涡轮增压器进行匹配的方法，包括：

步骤201：在Excel页面中绘制并显示作用界面，其中，作用界面由Excel表格组成；

其中，在本实施例中，用户可以在作用界面中输入发动机参数，发动机参数至少包括燃油消耗率、空滤压降、排气背压、中冷器压降、压气机入口温度、和进气歧管温度。另外，发动机参数还可以包括转速、扭矩、排量、空燃比、容积效率和涡前温度。

具体地，在Excel页面中选取Excel表格，在选取的Excel表格中，填充发动机参数的名称，在Excel页面中为每个发动机参数选取阈值个Excel表格，将选择的Excel表格设置成输入窗。

其中，如图3所示的作用界面，在Excel页面的一行Excel表格中选取Excel表格，在每个选择的Excel表格中填写发动机参数的名称，且在与每个发动机参数的名称一列的Excel表格中设置九个Excel表格作为该发动机参数的输入框。

其中，当将如图3所示的作用界面显示给用户，用户可以在该作用界面上输入窗中，填入每个发动机参数值。

其中，在本实施例中，直接在Excel页面，将Excel表格组成作用界面，从而减少了开发作用界面的大量工作，从而减少了开发成本。另外，由于作用界面是由Excel表格组成，使得该作用界面比较简便。

步骤202：调用Excel函数库中的输入输入出函数，通过调用的输入输出函数读取作用界面上的每个发动机参数值；

其中，Excel自带有输入输出函数，在本实施例中直接调用Excel的输入输出函数，通过调用的输入输出函数读取作用界面的输入窗中的每个发动机参数。

步骤203：调用Excel函数库中的发动机与增压器的匹配函数公式，根据发动机参数和增压器的匹配公式计算出压比和折合流量；

其中，开发人员事先将发动机与增压器的匹配函数公式存储在Excel函数库中，并将发动机与增压器的匹配函数公式隐藏在Excel表格内。

具体地，从Excel函数库中调用发动机与增压器的匹配函数公式，对照发动机与压气机的匹配原理，根据发动机参数，通过发动机与压气机的匹配函数公式，计算出发动机的压比和折合流量。

其中，发动机与增压器的匹配，分为如下(1)-(5)的步骤，包括：

(1)：根据发动机功率和发动机的燃油消耗率，按如下的公式(1)计算出发动机所需要的空气流量m_air；

$m\_\mathrm{air}=\frac{P_e{\mathrm{\αg}}_e{\mathrm{\η}}_v}{3600\×{10}^3}L\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

其中，P_e和g_e都为发动机参数，P_e为发动机功率，g_e为发动机的燃油消耗率；α、η_v和L都为常量，α为过量空气系数，η_v为扫气系数，不同类型的发动机所对应的L值的大小不同，对于汽油机，L值为14.6。

(2)：根据发动机的充气效率、有效燃油消耗率和进气歧管的温度，按如下的公式(2)计算出压气机进气歧管内的压力P_k；

$P_k=\frac{{\mathrm{\αP}}_{\mathrm{me}}g{T}_k}{877.2\mathrm{\λ}}\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

其中，P_me为常量，P_me为发动机的空气的平均有效压力，λ和T_k都为发动机参数，λ为发动机的充气效率或容积效率，T_k为发动机的进气歧管温度。

(3)：根据压气机进气歧管内的压力P_k和空气流过中冷器压降ΔP，并按如下的公式(3)计算出压气机出口压力P₂；

P₂＝P_k+ΔP......(3)

其中，中冷器压降ΔP为用户输入的发动机参数。

(4)：按如下的公式(4)计算压气机进口气体压力P₁；

P₁＝P₀-ΔP_intake……(4)

其中，ΔP_intake为空气通过空滤压力降损失，此为常量；P₀大气压力，也为一个常量。

(5)：根据增压器出口气体压力P2和进口压力P1，计算出增压器压比 $\mathrm{\Πc}=\left(\frac{P_2}{P_1}\right).$

步骤204：从Excel图库中调用增压器的MAP图，将计算出的压比和空气流量所决定的点输入到MAP图中，并在MAP图中，读取该点处的压气机绝热效力和压气机转速；

其中，厂家在设计增压器时，为设计的增压器开发一个增压器的MAP图，开发人员事先在Excel图库中存储多幅增压器的MAP图，并将增压器的MAP图隐藏在Excel表中格内。分别从Excel图库中调用每幅增压器的MAP图，将压比和空气流量所决定的点画到每幅增压器的MAP图中。

步骤205：从Excel的函数库中调用发动机与涡轮机的匹配函数公式，根据发动机与涡轮机的匹配函数公式计算出涡轮流量参数

和涡轮膨胀比；

其中，开发人员事先将发动机与涡轮机的匹配函数公式存储在Excel的函数库中，并将发动机与涡轮的匹配函数公式隐藏在Excel表格内。

具体地，按如下的步骤(a)和(b)两步计算出涡轮流量参数

和涡轮膨胀比，包括：

(a)：按如下的公式(5)计算出流进涡轮的废气流量m-eg，并进一步计算出涡轮流量参数为

$\left\{\begin{array}{c}{m}_E=m\_\mathrm{air}+m\_\mathrm{fuel}\\ m\_\mathrm{fuel}=m\_\mathrm{air}/a/14.6=p_e*g_e\\ m\_\mathrm{eg}=m_E-\mathrm{\Δm}\end{array}\right.\·\·\·\·\·\·\left(5\right)$

其中，m_E为废气总流量包括流经涡轮的流量，m_eg为流经涡轮叶片的流量，Δm为通过废气旁通阀的流量。

其中，Δm的值通常按经验进行预算获取的，一般来说，柴油机扭矩点要求放气百分之二十左右，而额定点不放气；对于汽油机乘用车来说，扭矩点要求放气百分之十八左右额定点放气百分之45左右。

(b)：按如下的公式(6)计算出涡轮的膨胀比，

$\left\{\begin{array}{c}{P}_c=\frac{m\_\mathrm{air}\×C_{P1}\×T_{1}1}{{\mathrm{\η}}_T}\×[{\left(\frac{P_2}{P1}\right)}^{\frac{K-1}{K}}-1]\\ \mathrm{PT}=m\_\mathrm{eg}\×C_{P3}{\×\mathrm{\η}}_T\×T_3\×[1-{\left(\frac{P_4}{P_3}\right)}^{\frac{K_T-1}{K_T}}]\\ P_c=\mathrm{PT}\end{array}\right.\·\·\·\·\·\·\left(6\right)$

其中，C_P1和C_P3分别为空气和废气的比热值，C_P1＝1，C_P3＝1.24，K_T＝1.3，K＝1.4，P₄为排气背压，其值与整车排气系统相关，汽油机一般要求额定点P₄＝55±5KPa；η_T为涡轮的绝热效率与增压器的机械效率的乘积。

步骤206：从Excel图库中调用涡轮的MAP图，将计算出的涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点输入到MAP图中；

其中，厂家在设计涡轮时，为设计的涡轮开发一个MAP图，开发人员事先在Excel图库中存储多幅涡轮的MAP图，将涡轮的MAP图隐藏在Excel表格中。

步骤207：显示增压器的MAP图和涡轮的MAP图。

其中，技术人员可以根据增压器的MAP图，为发动选择一款增压器，根据涡轮的MAP图，为发动机选择一款涡轮，如此为该发动机匹配出涡轮增压器。

在本发明实施例中，从作用界面中获取发动机参数，从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据发动机参数并通过匹配函数公式，计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比，从Excel函数库中调用增压器MAP图和压气机MAP图，将压比和空气流量所述决的点输入到增压器的MAP图中，将涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点输入到涡轮MAP图中。其中，本实施例提供的方法基于Excel平台，减少了大量的开发工作，从而节省匹配发动机与涡轮增压器的成本。

实施例3

如图4所示，本发明实施例提供一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的装置，包括：

获取模块301，用于从作用界面中获取发动机参数；

计算模块302，用于从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据获取的发动机参数，通过调用的匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

填充模块303，用于从Excel图库中调用增压器MAP图和涡轮MAP图，将压比和空气流量所决定的点填充到调用的增压器MAP图中，将涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点填充到调用的涡轮MAP图中。

其中，获取模块301包括：

调用单元，用于从Excel函数库中调用输入输出函数；

读取单元，用于通过调用的输入输出函数，从作用界面的输入窗中读取发动机参数；

其中，计算模块302包括：

第一计算单元，用于从Excel函数库中调用发动机与增压器的匹配函数公式，根据获取的发动机参数，通过调用的发动机与增压器的匹配函数公式，计算出压比和空气流量；

第二计算单元，用于从Excel函数库中调用发动机与涡轮的匹配函数公式，根据获取的发动机参数，通过调用的发动与涡轮的匹配函数公式，计算出涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

进一步地，该装置还包括：

创建模块，用于从Excel页面中选取Excel表格，将所述发动机参数的名称填充在所述选取的Excel表格中，从Excel页面中为每个发动机参数选择Excel表格，设置所述择的Excel表格为输入窗。

进一步地，该装置还包括：

读取模块，用于在所述增压器MAP图中，从压比和空气流量所决定的点处读取压气机绝热效率和压气机转速。

在本发明实施例中，从作用界面中获取发动机参数，从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据发动机参数并通过匹配函数公式，计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比，从Excel函数库中调用增压器MAP图和压气机MAP图，将压比和空气流量所述决的点输入到增压器的MAP图中，将涡轮流量参数和涡轮膨胀比所决定的点输入到涡轮MAP图中。其中，本实施例提供的方法基于Excel平台，减少了大量的开发工作，从而节省匹配发动机与涡轮增压器的成本。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的方法，其特征在于，所述方法包括：

从作用界面中获取发动机参数；

从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

从Excel图库中调用增压器MAP图和涡轮MAP图，将所述压比和所述空气流量所决定的点填充到所述增压器MAP图中，将所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比所决定的点填充到所述涡轮MAP图中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从作用界面中获取发动机参数，包括：

从Excel函数库中调用输入输出函数；

通过所述输入输出函数，从所述作用界面的输入窗中读取发动机参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比，包括：

从所述Excel函数库中调用发动机与增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动机与增压器的匹配函数公式，计算出所述压比和所述空气流量；

从所述Excel函数库中调用发动机与涡轮的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动与涡轮的匹配函数公式，计算出所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比。

4.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述从作用界面中获取发动机参数之前，还包括：

从Excel页面中选取Excel表格，将所述发动机参数的名称填充在所述选取的Excel表格中，从Excel页面中为每个发动机参数选择Excel表格，设置所述择的Excel表格为输入窗。

5.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述将所述压比和所述空气流量所决定的点画到所述增压器MAP图中之后，还包括：

在所述增压器MAP图中，从所述压比和所述空气流量所决定的点处读取压气机绝热效率和压气机转速。

6.一种对发动机和涡轮增压器进行匹配的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于从作用界面中获取发动机参数；

计算模块，用于从Excel函数库中调用发动机与涡轮增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述匹配函数公式计算出压比、空气流量、涡轮流量参数和涡轮膨胀比；

填充模块，用于从Excel图库中调用增压器MAP图和涡轮MAP图，将所述压比和所述空气流量所决定的点填充到所述增压器MAP图中，将所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比所决定的点填充到所述涡轮MAP图中。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

调用单元，用于从Excel函数库中调用输入输出函数；

读取单元，用于通过所述输入输出函数，从所述作用界面的输入窗中读取发动机参数。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

第一计算单元，用于从所述Excel函数库中调用发动机与增压器的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动机与增压器的匹配函数公式，计算出所述压比和所述空气流量；

第二计算单元，用于从所述Excel函数库中调用发动机与涡轮的匹配函数公式，根据所述发动机参数，通过所述发动与涡轮的匹配函数公式，计算出所述涡轮流量参数和所述涡轮膨胀比。

9.如权利要求6-8任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

创建模块，用于从Excel页面中选取Excel表格，将所述发动机参数的名称填充在所述选取的Excel表格中，从Excel页面中为每个发动机参数选择Excel表格，设置所述择的Excel表格为输入窗。

10.如权利要求6-8任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

读取模块，用于在所述增压器MAP图中，从所述压比和所述空气流量所决定的点处读取压气机绝热效率和压气机转速。

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