CN104454168A - 发动机缸内温度预测装置、预测方法、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机缸内温度预测装置、预测方法、发动机及车辆，所述发动机缸内温度预测装置包括：检测装置、第一热量确定装置、第二热量确定装置以及温度确定装置；检测装置，检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度以及冷却水温度；第一热量确定装置，根据发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度以及所述温度确定装置中的上次缸内温度，获得输入燃烧室的热量；第二热量确定装置，根据上次缸内温度以及冷却水温度，获得燃烧室向外散出的热量；温度确定装置，根据输入燃烧室的热量以及燃烧室向外散出的热量，获得当前缸内温度。本发明发动机缸内温度预测装置可根据实时检测的各种参数信息，预测当前缸内温度，及时准确。

Description

发动机缸内温度预测装置、预测方法、发动机及车辆

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机缸内温度预测装置、预测方法、发动机及车辆。

背景技术

随着环境问题和能源问题越来越严峻，发动机作为世界石油能源的主要“消费者”，受到越来越多的关注。对于如何降低发动机的油耗，经济性越来越好，越来越环保，是近些年全球各大车辆厂商努力追求的目标。

传统发动机主要分为汽油机和柴油机，汽油机排放较低，但其点燃方式决定其燃油经济性较差，柴油机压缩燃烧的方式保证了燃油的经济性，但相应的氮氧化合物及其它污染物的排放较高。

为解决上述问题，有的车辆厂商研发出了一种双燃料发动机。所述双燃料发动机为气道喷射汽油，缸内喷射柴油燃料。此种燃烧方式降低了发动机的油耗及排放。油耗较柴油机低，排放较汽油机低。

然而，所述双燃料发动机汽油进气道喷射时，汽油的燃烧程度，对于缸内热氛围比较敏感。当缸内热氛围过低时，汽油喷油量过大，造成不能够充分燃烧，排放及燃烧稳定性较差。当缸内热氛围较高时，如果汽油量过大，会造成压力升高率过高，发动机燃烧粗暴，噪声大，且容易造成对发动机本体的伤害；如果汽油量过小，则不能充分发挥双燃料发动机低油耗低排放的优势。

因此需要准确确定缸内热氛围，以控制汽油的喷油量。目前一般使用温度传感器检测缸内温度，以表征缸内热氛围。但是由于缸内温度较高，对所述温度传感器的质量和性能的要求较高，从而增加了生产成本。此外，由于只能根据温度传感器检测的上一时刻的缸内温度，以控制汽油的喷油量，使得控制产生滞后性，不能有效的控制汽油的喷油量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机缸内温度预测装置，以准确预测当前缸内温度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机缸内温度预测装置，所述发动机缸内温度预测装置包括：检测装置、第一热量确定装置、第二热量确定装置以及温度确定装置；其中，所述检测装置，用于检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及冷却水温度t_冷n；所述第一热量确定装置，分别连接所述检测装置和温度确定装置，用于根据所述发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及所述温度确定装置中的上次缸内温度T_n-1，获得输入燃烧室的热量Q_入n，其中，n≥1，且T₀＝t_冷1，即初始水温；所述第二热量确定装置，分别连接所述检测装置和温度确定装置，用于根据上次缸内温度T_n-1以及冷却水温度t_冷n，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；以及所述温度确定装置，用于根据所述输入燃烧室的热量Q_入n以及燃烧室向外散出的热量Q_出n，获得当前缸内温度T_n。

进一步的，所述第一热量确定装置包括：缸内温度增量确定单元，用于调用缸内温度增量图表，并根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，确定缸内温度增量Δt_1n；模拟缸内温度确定单元，用于将所述缸内温度增量Δt_1n与进气温度t_进n相加，确定模拟缸内温度t_n；以及输入燃烧室热量确定单元，用于将所述模拟缸内温度t_n与上次缸内温度T_n-1相减后乘以m，确定输入燃烧室的热量Q_入n；其中，m为燃气到燃烧室的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

进一步的，所述第二热量确定装置包括：缸内温度变化量确定单元，用于将所述上次缸内温度T_n-1与冷却水温度t_冷n相减，获得缸内温度变化量Δt_2n；以及燃烧室向外散出热量确定单元，用于将所述缸内温度变化量Δt_2n乘以k，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；其中，k为燃烧室到散热系统的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

进一步的，所述温度确定装置包括：燃烧室内热量确定单元，用于将所述输入燃烧室的热量Q_入n与燃烧室向外散出的热量Q_出n相减，获得燃烧室内热量Q_n；以及缸内温度确定单元，用于对所述燃烧室内热量Q_n进行时间t的积分，获得当前缸内温度T_n，其中t∈(0，ΔT)，其中，ΔT表示所述检测装置检测数据的时间周期。

相对于现有技术，本发明所述的发动机缸内温度预测装置具有以下优势：

本发明所述的发动机缸内温度预测装置可根据实时检测的发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度以及冷却水温度，以及上次缸内温度，可准确预测当前缸内温度，避免了使用温度传感器检测缸内温度产生的滞后性问题；同时以当前缸内温度为参考，控制汽油的喷油量，可有效降低发动机的油耗和污染物的排放。

本发明的另一目的在于提出一种发动机缸内温度预测方法，以准确预测当前缸内温度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机缸内温度预测方法，所述发动机缸内温度预测方法包括：检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及冷却水温度t_冷n；根据所述发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及上次缸内温度T_n-1，获得输入燃烧室的热量Q_入n，其中，n≥1，且T₀＝t_冷1，即初始水温；根据上次缸内温度T_n-1以及冷却水温度t_冷n，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；根据所述输入燃烧室的热量Q_入n以及燃烧室向外散出的热量Q_出n，确定当前缸内温度T_n。

进一步的，所述输入燃烧室的热量的确定方法包括：A1、确定缸内温度增量Δt_1n：调用缸内温度增量图表，并根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，确定缸内温度增量Δt_1n；A2、计算模拟缸内温度t_n：根据公式t_n＝Δt_1n+t_进n，计算获得模拟缸内温度t_n；A3、计算输入燃烧室的热量Q_入n：根据公式Q_入n＝(t_n-T_n-1)×m，计算获得输入燃烧室的热量Q_入n；其中m为燃气到燃烧室的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

进一步的，所述燃烧室向外散出热量Q_出n的确定方法为：B1、计算缸内温度变化量Δt_2n：根据公式Δt_2n＝T_n-1-t_冷n，计算获得缸内温度变化量Δt_2n；B2、计算燃烧室向外散出的热量Q_出n：根据公式Q_出n＝Δt_2n×k，计算获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；其中，k为燃烧室到散热系统的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

进一步的，所述当前缸内温度T_n的确定方法为：C1、计算燃烧室内热量Q_n：根据公式Q_n＝Q_入n-Q_出n，计算获得燃烧室内热量Q_n；C2、计算当前缸内温度T_n：根据公式T_n＝∫Q_ndt，确定当前缸内温度T_n，其中t∈(0，ΔT)，其中，ΔT表示检测数据的时间周期。

所述发动机缸内温度预测方法与上述发动机缸内温度预测装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的又一目的在于提出一种发动机，以准确预测当前缸内温度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机，设置有上述的发动机缸内温度预测装置。

所述发动机与上述发动机缸内温度预测装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的再一目的在于提出一种车辆，以准确预测当前缸内温度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，设置有上述的发动机。

所述车辆与上述发动机缸内温度预测装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

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

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明发动机缸内温度预测装置的结构示意图；

图2为本发明发动机缸内温度预测方法的流程图；

图3为本发明发动机缸内温度预测方法的实施例。

附图标记说明：

1-检测装置，2-第一热量确定装置，21-缸内温度增量确定单元，22-模拟缸内温度确定单元，23-输入燃烧室热量确定单元，3-第二热量确定装置，31-缸内温度变化量确定单元，32-燃烧室向外散出热量确定单元，4-温度确定装置，41-燃烧室内热量确定单元，42-缸内温度确定单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明发动机缸内温度预测装置包括：检测装置1、第一热量确定装置2、第二热量确定装置3以及温度确定装置4；其中，所述检测装置1，用于检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及冷却水温度t_冷n；所述第一热量确定装置2，分别连接所述检测装置1和温度确定装置4，用于根据所述发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及所述温度确定装置4中的上次缸内温度T_n-1，获得输入燃烧室的热量Q_入n，其中，n≥1，且T₀＝t_冷1，即初始水温；所述第二热量确定装置3，分别连接所述检测装置2和温度确定装置4，用于根据上次缸内温度T_n-1以及冷却水温度t_冷n，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；以及所述温度确定装置4，用于根据所述输入燃烧室的热量Q_入n以及燃烧室向外散出的热量Q_出n，获得当前缸内温度T_n。

本发明发动机缸内温度预测装置可根据实时检测的发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度以及冷却水温度，以及上次缸内温度，可准确预测当前缸内温度，避免了使用温度传感器检测缸内温度产生的滞后性问题；同时减少了温度传感器对缸内温度的检测，降低了生产成本。以当前缸内温度为参考，控制汽油的喷油量，可有效降低发动机的油耗和污染物的排放。

其中，所述第一热量确定装置2包括：缸内温度增量确定单元21，用于调用缸内温度增量图表，并根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，确定缸内温度增量Δt_1n；模拟缸内温度确定单元22，用于将所述缸内温度增量Δt_1n与进气温度t_进n相加，确定模拟缸内温度t_n；以及输入燃烧室的热量确定单元23，用于将所述模拟缸内温度t_n与上次缸内温度T_n-1相减后乘以m，确定输入燃烧室的热量Q_入n；其中，m为燃气到燃烧室的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

其中，所述缸内温度增量图表为不同工况下油量燃烧后产生的缸内温度增量，发动机内总燃料的喷油量为发动机内汽油与柴油的喷油量之和。

所述第二热量确定装置3包括：缸内温度变化量确定单元31，用于将所述上次缸内温度T_n-1与冷却水温度t_冷n相减，获得缸内温度变化量Δt_2n；以及燃烧室向外散出热量确定单元32，用于将所述缸内温度变化量Δt_2n乘以k，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；其中，k为燃烧室到散热系统的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

所述温度确定装置4包括：燃烧室内热量确定单元41，用于将所述输入燃烧室的热量Q_入n与燃烧室向外散出的热量Q_出n相减，获得燃烧室内热量Q_n；以及缸内温度确定单元42，用于对所述燃烧室内热量Q_n进行时间t的积分，获得当前缸内温度T_n，其中t∈(0，ΔT)，其中，ΔT表示所述检测装置检测数据的时间周期。

本发明发动机设置有所述发动机缸内温度预测装置，以及本发明车辆设置有所述发动机，本发明发动机和车辆与所述发动机缸内温度预测装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

如图2所示，本发明发动机缸内温度预测方法包括：检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及冷却水温度t_冷n；根据所述发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及上次缸内温度T_n-1，获得输入燃烧室的热量Q_入n，其中，n≥1，且T₀＝t_冷1，即初始水温；根据上次缸内温度T_n-1以及冷却水温度t_冷n，获得燃烧室向外散出热量Q_出n；根据所述输入燃烧室的热量Q_入n以及燃烧室向外散出的热量Q_出n，确定当前缸内温度T_n。

其中，所述输入燃烧室的热量的确定方法包括：确定缸内温度增量Δt_1n：调用缸内温度增量图表，并根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，确定缸内温度增量Δt_1n；计算模拟缸内温度t_n：根据公式t_n＝Δt_1n+t_进n，计算获得模拟缸内温度t_n；计算输入燃烧室的热量Q_入n：根据公式Q_入n＝(t_n-T_n-1)×m，计算获得输入燃烧室的热量Q_入n；其中m为燃气到燃烧室的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

所述燃烧室向外散出的热量Q_出n的确定方法为：计算缸内温度变化量Δt_2n：根据公式Δt_2n＝T_n-1-t_冷n，计算获得缸内温度变化量Δt_2n；计算燃烧室向外散出的热量Q_出n：根据公式Q_出n＝Δt_2n×k，计算获得燃烧室向外散出热量Q_出n；其中，k为燃烧室到散热系统的温度热阻系数,单位为焦耳/摄氏度。

所述当前缸内温度T_n的确定方法为：计算燃烧室内热量Q_n：根据公式Q_n＝Q_入n-Q_出n，计算获得燃烧室内热量Q_n；计算当前缸内温度T_n：根据公式T_n＝∫Q_ndt，确定当前缸内温度T_n，其中t∈(0，ΔT)，其中，ΔT表示检测数据的时间周期。

本发明发动机缸内温度预测方法可根据实时检测的发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度以及冷却水温度，以及上次缸内温度，可准确预测当前缸内温度，避免了使用温度传感器检测缸内温度产生的滞后性问题；以当前缸内温度为参考，控制汽油的喷油量，可有效降低发动机的油耗和污染物的排放。

下面以图3所示实施例，详细介绍本发明发动机缸内预测方法的具体操作步骤。

检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度以及冷却水温度。根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，通过查缸内温度增量图表，确定缸内温度增量。所述缸内温度增量与进气温度相加，确定模拟缸内温度。计算所述模拟缸内温度与上次缸内温度的差值再乘以燃气到燃烧室的温度热阻系数，确定输入燃烧室的热量。计算上次缸内温度与冷却水温度的差值，确定缸内温度变化量，再乘以燃烧室到散热系统的温度热阻系数，确定燃烧室向外散出的热量。将所述输入燃烧室的热量与燃烧室向外散出的热量相减，确定燃烧室内热量，在通过积分转换，可得到当前缸内温度。所述当前缸内温度即可准确表征缸内热氛围。以所述当前缸内温度为参考，可有效控制汽油的喷油量。本发明发动机缸内温度预测方法的操作步骤简单，预测结果准确度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)

1.一种发动机缸内温度预测装置，其特征在于，所述发动机缸内温度预测装置包括：检测装置(1)、第一热量确定装置(2)、第二热量确定装置(3)以及温度确定装置(4)；其中，

所述检测装置(1)，用于检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及冷却水温度t_冷n；

所述第一热量确定装置(2)，分别连接所述检测装置(1)和温度确定装置(4)，用于根据所述发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及所述温度确定装置(4)中的上次缸内温度T_n-1，获得输入燃烧室的热量Q_入n，其中，n≥1，且T₀＝t_冷1，即初始水温；

所述第二热量确定装置(3)，分别连接所述检测装置(1)和温度确定装置(4)，用于根据上次缸内温度T_n-1以及冷却水温度t_冷n，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；以及

所述温度确定装置(4)，用于根据所述输入燃烧室的热量Q_入n以及燃烧室向外散出的热量Q_出n，获得当前缸内温度T_n。

2.根据权利要求1所述的发动机缸内温度预测装置，其特征在于，所述第一热量确定装置(2)包括：

缸内温度增量确定单元(21)，用于调用缸内温度增量图表，并根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，确定缸内温度增量Δt_1n；

模拟缸内温度确定单元(22)，用于将所述缸内温度增量Δt_1n与进气温度t_进n相加，确定模拟缸内温度t_n；以及

输入燃烧室热量确定单元(23)，用于将所述模拟缸内温度t_n与上次缸内温度T_n-1相减后乘以m，确定输入燃烧室的热量Q_入n；其中，m为燃气到燃烧室的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

3.根据权利要求1所述的发动机缸内温度预测装置，其特征在于，所述第二热量确定装置(3)包括：

缸内温度变化量确定单元(31)，用于将所述上次缸内温度T_n-1与冷却水温度t_冷n相减，获得缸内温度变化量Δt_2n；以及

燃烧室向外散出热量确定单元(32)，用于将所述缸内温度变化量Δt_2n乘以k，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；其中，k为燃烧室到散热系统的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机缸内温度预测装置，其特征在于，所述温度确定装置(4)包括：

燃烧室内热量确定单元(41)，用于将所述输入燃烧室的热量Q_入n与燃烧室向外散出的热量Q_出n相减，获得燃烧室内热量Q_n；以及

缸内温度确定单元(42)，用于对所述燃烧室内热量Q_n进行时间t的积分，获得当前缸内温度T_n，其中t∈(0，ΔT)，其中，ΔT表示所述检测装置检测数据的时间周期。

5.一种发动机缸内温度预测方法，其特征在于，所述发动机缸内温度预测方法包括：

检测发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及冷却水温度t_冷n；

根据所述发动机转速、发动机内总燃料的喷油量、进气温度t_进n以及上次缸内温度T_n-1，获得输入燃烧室的热量Q_入n，其中，n≥1，且T₀＝t_冷1，即初始水温；

根据上次缸内温度T_n-1以及冷却水温度t_冷n，获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；

根据所述输入燃烧室的热量Q_入n以及燃烧室向外散出的热量Q_出n，确定当前缸内温度T_n。

6.根据权利要求5所述的发动机缸内温度预测方法，其特征在于，所述输入燃烧室的热量的确定方法包括：

A1、确定缸内温度增量Δt_1n：调用缸内温度增量图表，并根据所述发动机转速和发动机内总燃料的喷油量，确定缸内温度增量Δt_1n；

A2、计算模拟缸内温度t_n：根据公式t_n＝Δt_1n+t_进n，计算获得模拟缸内温度t_n；

A3、计算输入燃烧室的热量Q_入n：根据公式Q_入n＝(t_n-T_n-1)×m，计算获得输入燃烧室的热量Q_入n；其中m为燃气到燃烧室的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

7.根据权利要求5所述的发动机缸内温度预测方法，其特征在于，所述燃烧室向外散出的热量Q_出n的确定方法为：

B1、计算缸内温度变化量Δt_2n：根据公式Δt_2n＝T_n-1-t_冷n，计算获得缸内温度变化量Δt_2n；

B2、计算燃烧室向外散出的热量Q_出n：根据公式Q_出n＝Δt_2n×k，计算获得燃烧室向外散出的热量Q_出n；其中，k为燃烧室到散热系统的温度热阻系数，单位为焦耳/摄氏度。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的发动机缸内温度预测方法，其特征在于，所述当前缸内温度T_n的确定方法为：

C1、计算燃烧室内热量Q_n：根据公式Q_n＝Q_入n-Q_出n，计算获得燃烧室内热量Q_n；

C2、计算当前缸内温度T_n：根据公式T_n＝∫Q_ndt，确定当前缸内温度T_n，其中t∈(0，ΔT)，其中，ΔT表示检测数据的时间周期。

9.一种发动机，其特征在于，设置有根据权利要求1-4中任意一项所述的发动机缸内温度预测装置。

10.一种车辆，其特征在于，设置有根据权利要求9所述的发动机。