CN107366593B - 发动机系统的进气温度检测方法、装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机系统的进气温度检测方法、装置及车辆，该方法包括：获取发动机系统的进气相关参数；根据进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程；根据进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式；根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式；将第一关系式带入第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法具有发动机的进气温度检测准确可靠的优点。

Description

发动机系统的进气温度检测方法、装置及车辆

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种发动机系统的进气温度检测方法、装置及车辆。

背景技术

新鲜空气通过发动机进气歧管进入到发动机气缸内燃烧。无论是汽油发动机、柴油发动机还是天然气发动机，都有其特定的理论空燃比，为了使发动机工作在最佳状态，主要依据发动机的理论空燃比和进气量去确定供给气缸的燃油量。因此，精确测量发动机的进气量至关重要。相关技术中，通过传感器等测量进气温度和压力，结合气体所在空间体积去计算进气量。采用进气温度传感器测量进气温度，传感器核心元件为负温度系数的热敏电阻，电阻值随温度升高而减小，属于半导体器件。存在以下缺点：阻值与温度的关系非线性严重，因此，温度测量精度受到影响；元件的一致性差，互换性差；元件易老化，稳定性较差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种发动机系统的进气温度检测方法，该方法具有发动机的进气温度检测准确可靠的优点。

本发明的另一个目的在于提供一种发动机系统的进气温度检测装置。

本发明的再一个目的在于提供一种车辆。

为了实现上述目的，本发明的第一方面公开了一种发动机系统的进气温度检测方法，所述发动机系统包括节气门阀、EGR系统(即：废气再循环系统，Exhaust GasRecirculation)，所述EGR系统包括EGR阀，所述方法包括以下步骤：获取发动机系统的进气相关参数；根据所述进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，所述动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程；根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式；根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式；将所述第一关系式带入所述第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。

根据本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法，首先建立发动机的进气温度和进气压力之间的关系，然后通过进气压力计算得到进气温度，并对进气温度的处理时间作为参数添加到进气温度的方程式中，从而减少了进气温度计算结果的迟滞性，具有进气温度检测准确可靠的优点。另外，该方法不需要如温度传感器等采集进气温度，不但可以降低系统的成本，还可以减少布置安装工作，具有高的实用价值。

另外，根据本发明上述实施例的发动机系统的进气温度检测方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，在根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式之后，还包括：对所述第一关系式中的进气压力进行滤波处理。

在一些示例中，所述进气相关参数包括：理想气体常数、进气歧管的空气温度、排气歧管的空气温度、EGR阀的空气温度、节气门阀的空气温度、节气门阀的气体流速、EGR阀的气体流速、排气阀处的气体流速、预定热比例和进气歧管内的气体压力、进气歧管体积。

在一些示例中，所述第一关系式为：

其中，T_jq表示进气歧管的空气温度、W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速、P_jq和V_jq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积。

在一些示例中，所述第二关系式为：

其中，所述τ为预定时间，表示接收到进气温度信号到完成进气量的计算所需的时间、T_{jq_p}为进气歧管内的当前气体温度。

本发明第二方面的实施例公开了一种发动机系统的进气温度检测装置，所述发动机系统包括节气门阀、EGR系统，所述EGR系统包括EGR阀，所述装置包括：获取模块，用于获取发动机系统的进气相关参数；建立模块，用于根据所述进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，所述动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程，并根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式，以及根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式；计算模块，用于将所述第一关系式带入所述第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。

根据本发明实施例的发动机系统的进气温度检测装置，首先建立发动机的进气温度和进气压力之间的关系，然后通过进气压力计算得到进气温度，并对进气温度的处理时间作为参数添加到进气温度的方程式中，从而减少了进气温度计算结果的迟滞性，具有进气温度检测准确可靠的优点。另外，该方法不需要如温度传感器等采集进气温度，不但可以降低系统的成本，还可以减少布置安装工作，具有高的实用价值。

另外，根据本发明上述实施例的发动机系统的进气温度检测装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，还包括：滤波模块，用于在所述建立模块根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式之后，对所述第一关系式中的进气压力进行滤波处理。

在一些示例中，所述进气相关参数包括：理想气体常数、进气歧管的空气温度、排气歧管的空气温度、EGR阀的空气温度、节气门阀的空气温度、节气门阀的气体流速、EGR阀的气体流速、排气阀处的气体流速、预定热比例和进气歧管内的气体压力、进气歧管体积。

在一些示例中，所述第一关系式为：

其中，T_jq表示进气歧管的空气温度、W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速、P_jq和V_jq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积；

所述第二关系式为：

其中，所述τ为预定时间，表示接收到进气温度信号到完成进气量的计算所需的时间、T_{jq_p}为进气歧管内的当前气体温度。

本发明第三方面的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述的发动机系统的进气温度检测装置。该车辆具有发动机的进气温度检测准确可靠的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的发动机系统的进气温度检测方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的发动机系统的进气温度检测装置的结构框图；

图3是根据本发明一个实施例的发动机系统的进气温度检测方法中发动机系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法、装置及车辆。

在描述根据本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法之前，首先结合附图3对本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法中的发动机系统进行描述。

如图3所示，发动机系统包括进气管、增压器、EGR阀、中冷器、节气门阀、进气压力传感器、进气歧管、气缸、排气歧管和排气管等。发动机进气分为两路：一路是新鲜空气，通过进气管进入到增压器的增压室里，增压后的空气沿着进气管进入到中冷器，经中冷器冷却后的增压气体在节气门阀体开启时通过节气门阀体进入到发动机进气歧管中；另外一路是从排气歧管里出来的燃烧废气，通过EGR阀所在管路在EGR阀开启时进入到进气歧管中。发动机排气只有一路：燃烧后的废气从气缸排出到排气歧管。

如图1所示，根据本发明一个实施例的发动机系统的进气温度检测方法，包括如下步骤：

S101：获取发动机系统的进气相关参数。

发动机系统的进气相关参数包括但不限于：理想气体常数、进气歧管的空气温度、排气歧管的空气温度、EGR阀的空气温度、节气门阀的空气温度、节气门阀的气体流速、EGR阀的气体流速、排气阀处的气体流速、预定热比例和进气歧管内的气体压力、进气歧管体积。

进气歧管的体积由设计结构决定，对于特定发动机，其为已知量。流过节气门阀、EGR阀和增压器的气体流速可通过单位时间的气体流量计算得到，这三处的阀由相关的控制器控制其开度，各开度对应不同流量，因此流过节气门阀、EGR阀和增压器的气体流速可通过计算得出。

S102：根据进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程。

具体地，结合图3所示，由于进气歧管与气缸是相邻部件，因此可认为在进气门关闭时刻，进入到气缸内的气体温度和进气歧管内的一致。根据质量守恒定律、能量守恒定律、以及理想气体方程，进气歧管内气体的动力学方程为：

其中，R为理想气体常数；T_jq、T_pq、T_egr、T_jqf分别表示进气歧管、排气歧管、EGR阀和节气门阀的空气温度；W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速；γ为预定热比例；P_jq和V_jq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积。

S103：根据进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式。

即：将进气歧管内气体的压力动力学方程(式2)带入进气歧管内气体的温度动力学方程(式1)，从而得到第一关系式，第一关系式为：

其中，T_jq表示进气歧管的空气温度、W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速、P_jq和V_jq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积。

换言之，将式(2)带入式(1)可得到式(3)，对于式(3)中的因为压力信号中具有高频噪声，本发明的实施例还包括：对第一关系式中的进气压力进行滤波处理，具体地，可采用Marr–Hildredth滤波器求解压力梯度。定义g(t)＝exp(-λt²)，其中λ用来设定截止频率，压力的滤波信号为：

S104：根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式。

其中，第二关系式为：

其中，τ为预定时间，表示接收到进气温度信号到完成进气量的计算所需的时间、T_{jq_p}为进气歧管内的当前气体温度，T_jq为经过τ时间后进气歧管内气体温度。

具体而言，在实际应用中，当接收到进气温度信号到完成进气量的计算需要一定时间，为了提高控制精度，本发明的实施例考虑到计算用时(即预定时间)，以及在这段时间内进气歧管内气体温度的变化。

S105：将第一关系式带入第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。

考虑到发动机系统的特性，本发明例中采用卡尔曼滤波器对温度信号进行建模求解。设定：t₂＝T_{jq_p}，将式(3)带入式(5)，得到：

综上可得到：

假定t₃＝τ，进行系统输入变量离散化，得到：

t_2,k+1＝δtt_1,k+t_2,k

t_3,k+1＝t_3,k。

然后，应用卡尔曼滤波器算法进行迭代计算，即可计算出发动机的进气温度。

根据本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法，首先建立发动机的进气温度和进气压力之间的关系，然后通过进气压力计算得到进气温度，并对进气温度的处理时间作为参数添加到进气温度的方程式中，从而减少了进气温度计算结果的迟滞性，具有进气温度检测准确可靠的优点。另外，该方法不需要如温度传感器等采集进气温度，不但可以降低系统的成本，还可以减少布置安装工作，具有高的实用价值。

图2是根据本发明一个实施例的发动机系统的进气温度检测装置的结构框图。如图2所示，根据本发明一个实施例的发动机系统的进气温度检测装置200，包括：获取模块210、建立模块220和计算模块230。

其中，获取模块210用于获取发动机系统的进气相关参数。建立模块220用于根据所述进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，所述动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程，并根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式，以及根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式。计算模块230用于将所述第一关系式带入所述第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。

在本发明的一个实施例中，发动机系统的进气温度检测装置200，还包括：滤波模块(图2中没有示出)，滤波模块用于在建立模块220根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式之后，对所述第一关系式中的进气压力进行滤波处理。

在本发明的一个实施例中，所述进气相关参数包括：理想气体常数、进气歧管的空气温度、排气歧管的空气温度、EGR阀的空气温度、节气门阀的空气温度、节气门阀的气体流速、EGR阀的气体流速、排气阀处的气体流速、预定热比例和进气歧管内的气体压力、进气歧管体积。

在本发明的一个实施例中，第一关系式为：

其中，T_jq表示进气歧管的空气温度、W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速、P_jq和V_jq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积；

第二关系式为：

其中，所述τ为预定时间，表示接收到进气温度信号到完成进气量的计算所需的时间、T_{jq_p}为进气歧管内的当前气体温度。

根据本发明实施例的发动机系统的进气温度检测装置，首先建立发动机的进气温度和进气压力之间的关系，然后通过进气压力计算得到进气温度，并对进气温度的处理时间作为参数添加到进气温度的方程式中，从而减少了进气温度计算结果的迟滞性，具有进气温度检测准确可靠的优点。另外，该装置不需要如温度传感器等采集进气温度，不但可以降低成本，还可以减少布置安装工作，具有高的实用价值。

需要说明的是，本发明实施例的发动机系统的进气温度检测装置的具体实现方式与本发明实施例的发动机系统的进气温度检测方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，此处不做赘述。

本发明的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述的发动机系统的进气温度检测装置。该车辆具有发动机的进气温度检测准确可靠的优点。

另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种发动机系统的进气温度检测方法，其特征在于，所述发动机系统包括节气门阀、EGR系统，所述EGR系统包括EGR阀，所述方法包括以下步骤：

获取发动机系统的进气相关参数；

根据所述进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，所述动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程；

根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式；

根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式；

将所述第一关系式带入所述第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。

2.根据权利要求1所述的发动机系统的进气温度检测方法，其特征在于，在根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式之后，还包括：

对所述第一关系式中的进气压力进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的发动机系统的进气温度检测方法，其特征在于，所述进气相关参数包括：理想气体常数、进气歧管的空气温度、排气歧管的空气温度、EGR阀的空气温度、节气门阀的空气温度、节气门阀的气体流速、EGR阀的气体流速、排气阀处的气体流速、预定热比例和进气歧管内的气体压力、进气歧管体积。

4.根据权利要求1-3任一项所述的发动机系统的进气温度检测方法，其特征在于，所述第一关系式为：

其中，T_jq表示进气歧管的空气温度、W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速、P_jq和V_jq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积，R为理想气体常数。

5.根据权利要求1-3任一项所述的发动机系统的进气温度检测方法，其特征在于，所述第二关系式为：

其中，所述τ为预定时间，表示接收到进气温度信号到完成进气量的计算所需的时间、T_{jq_p}为进气歧管内的当前气体温度。

6.一种发动机系统的进气温度检测装置，其特征在于，所述发动机系统包括节气门阀、EGR系统，所述EGR系统包括EGR阀，所述装置包括：

获取模块，用于获取发动机系统的进气相关参数；

建立模块，用于根据所述进气相关参数建立进气歧管内气体的动力学方程，所述动力学方程包括进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程，并根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式，以及根据进气歧管内的当前气体温度和预定时间后进气歧管内的温度变化量得到预定时间后进气歧管内的气体温度与当前气体温度之间的第二关系式；

计算模块，用于将所述第一关系式带入所述第二关系式，并利用卡尔曼滤波器进行求解以得到发动机的进气温度。

7.根据权利要求6所述的发动机系统的进气温度检测装置，其特征在于，还包括：滤波模块，用于在所述建立模块根据所述进气歧管内气体的温度动力学方程和压力动力学方程得到温度和压力之间的第一关系式之后，对所述第一关系式中的进气压力进行滤波处理。

8.根据权利要求6所述的发动机系统的进气温度检测装置，其特征在于，所述进气相关参数包括：理想气体常数、进气歧管的空气温度、排气歧管的空气温度、EGR阀的空气温度、节气门阀的空气温度、节气门阀的气体流速、EGR阀的气体流速、排气阀处的气体流速、预定热比例和进气歧管内的气体压力、进气歧管体积。

9.根据权利要求6-8任一项所述的发动机系统的进气温度检测装置，其特征在于，所述第一关系式为：

其中，T_jq表示进气歧管的空气温度、W_jqf、W_egr、W_pq分别为节气门阀、EGR阀和排气阀处的气体流速、P_jq和V_iq分别表示进气歧管内的气体压力和进气歧管体积，R为理想气体常数；

所述第二关系式为：

其中，所述τ为预定时间，表示接收到进气温度信号到完成进气量的计算所需的时间、T_{jq_p}为进气歧管内的当前气体温度。

10.一种车辆，其特征在于，包括：根据权利要求6-9任一项所述的发动机系统的进气温度检测装置。