CN108331631B - 阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法包括：计算第一时刻，第一时刻为进气过程中，缸内的压力和与缸内相连接的进气歧管的压力的分离时刻；测量并获取第一平均值，第一平均值为第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管压力；测量并获取第二平均值，第二平均值为第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管温度；计算第一比值，第一比值为第二时刻的缸内的压力与第一平均值的比值；计算第二比值，第二比值为第二时刻的缸内新鲜进气温度与第二平均值的比值；将第一比值乘以第一平均值，得到第二时刻缸内的压力；将第二比值乘以第二平均值，得到第二时刻缸内新鲜进气温度。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法。
背景技术
内燃机借助可变进气定时装置，实现长膨胀行程的阿特金森循环，可实现极佳的部分负荷经济性。这主要是受益于，在部分负荷时阿特金森循环利用进气回流使进入气缸的部分混合气流会进气管，以增大节气门开度降低节流损失，同时也采用远高于正常汽油机的压缩比以提高热效率，长的膨胀行程可以充分利用燃烧气体的膨胀功，减少废气带走的能量，更加高效地利用燃油。
发动机进气量的准确计算是满足驾驶需求和维持低排放的基础，是发动机控制中的重要一环。采用理想气体方程来计算发动机缸内进气量是一种较为通用且可靠的方法。即以进气门关闭时刻的缸内新鲜进气为研究对象，利用进气门关闭时刻的缸内压力P、缸内容积V和缸内新鲜进气温度T，根据理想气体方程：
p·V＝m·R·T
m表示气体物质的量，R为理想气体常数，从而计算出缸内的新鲜空气质量m。关于计算中所需要的进气门关闭时刻(简称为IVC时刻)缸内压力和新鲜进气温度，在常规且合理的假设条件下，由于IVC时刻进气已充分完成，故缸内压力与可由进气歧管压力得到，而新鲜进气的温度也可在进气歧管内测量和标定得到。
然而当发动机运行于阿特金森循环时，通常仍旧采用上述常规的发动机进气量计算方法，但进气量计算精度会受到影响，不能很好地满足常规阿特金森发动机进气量模型精度的要求。这主要是因为在阿特金森循环下，进气门关闭时刻的缸内压力和温度与常规发动机是不同的。由于阿特金森循环时采用较晚的进气门关闭时刻，因此进气门关闭会发生在活塞上行压缩冲程中，缸内气体回流至进气歧管时会在进气门处产生节流，导致缸内气体出现一定程度的压缩，缸内压力与进气歧管压力发生分离，最终在进气门关闭时刻缸内压力高于歧管压力，如图1所示。同样由于活塞上行时缸内的一定程度压缩，缸内温度会进一步上升，故实际用于发动机进气量计算的缸内温度也应当高于进气歧管处测量标定的进气温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，以提高阿特金森循环发动机进气量计算准确度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，所述阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法包括：
计算第一时刻，所述第一时刻为进气过程中，所述缸内的压力和与所述缸内相连接的进气歧管的压力的分离时刻；
测量并获取第一平均值，所述第一平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管压力；
测量并获取第二平均值，所述第二平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管温度；
所述第二时刻为进气门关闭时刻；
计算第一比值，所述第一比值为所述第二时刻的缸内的压力与所述第一平均值的比值；
计算第二比值，所述第二比值为所述第二时刻的缸内新鲜进气温度与所述第二平均值的比值；
将所述第一比值乘以所述第一平均值，得到所述第二时刻缸内的压力；
将所述第二比值乘以所述第二平均值，得到所述第二时刻缸内新鲜进气温度；
通过所述第二时刻缸内的压力和所述第二时刻缸内新鲜进气温度获取所述第二时刻缸内的进气量。
可选的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，通过发动机转速、缸内容积变化率、进气歧管压力、进气歧管温度、以及进气门处的有效流通面积，计算得到所述第一时刻包括：
其中：求解出的θ为所述第一时刻，Neng为所述发动机转速，dV/dθ为所述气缸容积变化率，P1为所述进气歧管的压力，△P为判定缸内压力与歧管压力分离所用的压差阈值，R为气体常数，T1为所述进气歧管温度，CD(θ)为基于曲轴转角的进气门流量系数，Aeff为所述进气门处的有效流通面积，φ为压比流速系数。
可选的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，所述发动机的缸内容积变化率通过发动机的气缸直径、气缸曲柄半径、缸内连杆长度、第二时刻的缸内曲轴转角计算得到包括：
其中：dV/dθ为所述缸内容积变化率，r为所述气缸曲柄半径，l为所述缸内连杆长度，θ为所述第二时刻的缸内曲轴转角，D为所述发动机的气缸直径。
可选的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，所述进气门处的有效流通面积通过进气门直径和曲轴转角下的当量进气门流量面积因子计算得到包括：
其中：为所述曲轴转角下的当量进气门流量面积因子，可根据进气门升程型线测试标定得到，d为进气门直径。
可选的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，计算第一比值包括：
其中：P1为所述进气歧管的压力，P2为所述第二时刻缸内的压力，V2为第二时刻缸内的容积，V1为第一时刻缸内的容积，m2为第二时刻缸内的质量，m1为第一时刻缸内的质量，γ为新鲜进气比热比。
可选的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，计算第二比值包括：
其中：T1为所述进气歧管的温度，T2为所述第二时刻缸内新鲜进气的温度，V2为所述第二时刻缸内的容积，V1为所述第一时刻缸内的容积，m2为所述第二时刻缸内的质量，m1为所述第一时刻缸内的质量，γ为所述新鲜进气比热比。
可选的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，m2/m1根据发动机工况参数转速和第二时刻进行标定校准标定。
在本发明提供的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，通过对第一平均值和第二平均值的修正，得到第二时刻缸内的压力和第二时刻缸内的温度，并进一步获取所述第二时刻缸内的进气量。
本发明提出了一种阿特金森循环发动机进气门关闭时刻缸内压力和温度的修正计算方法，能够准确计算出发动机运行于阿特金森循环时进气门关闭时刻缸内压力和温度，进而有助于实现准确的阿特金森发动机进气量计算。
本发明所提出的进气门关闭时刻缸内压力和温度的修正计算方法，是基于阿特金森循环的发动机进气过程，首先依据进气过程中的发动机缸内容积变化率和进气门处的有效流通面积等参数计算出缸内压力和歧管压力发生分离的时刻，再根据进气回流时的节流压缩过程，得到分离时刻与进气门关闭时刻的压力比值和温度比值，最终依据歧管压力和温度计算得到进气门关闭时刻缸内压力和温度。
附图说明
图1是本发明一实施例阿特金森循环情况下，发动机进气门关闭过程中，缸内压力与歧管压力关系示意图；
图2是本发明一实施例阿特金森发动机结构及进气示意图；
图3是本发明一实施例阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法流程图；
图中所示：1-进气歧管；2-缸内。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，以提高阿特金森循环发动机进气量计算准确度。
为实现上述思想，本发明提供了一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，所述阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法包括：计算第一时刻，所述第一时刻为进气过程中，所述缸内的压力和与所述缸内相连接的进气歧管的压力的分离时刻；测量并获取第一平均值，所述第一平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管压力；测量并获取第二平均值，所述第二平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管温度；所述第二时刻为进气门关闭时刻；计算第一比值，所述第一比值为所述第二时刻的缸内的压力与所述第一平均值的比值；计算第二比值，所述第二比值为所述第二时刻的缸内新鲜进气温度与所述第二平均值的比值；将所述第一比值乘以所述第一平均值，得到所述第二时刻缸内的压力；将所述第二比值乘以所述第二平均值，得到所述第二时刻缸内新鲜进气温度；通过所述第二时刻缸内的压力和所述第二时刻缸内新鲜进气温度获取所述第二时刻缸内的进气量。
如图1～3所示，本实施例提供一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，所述阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法包括：计算第一时刻，所述第一时刻为进气过程中，所述缸内的压力和与所述缸内相连接的进气歧管的压力的分离时刻；测量并获取第一平均值，所述第一平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管压力；测量并获取第二平均值，所述第二平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管温度；所述第二时刻为进气门关闭时刻；计算第一比值，所述第一比值为所述第二时刻的缸内的压力与所述第一平均值的比值；计算第二比值，所述第二比值为所述第二时刻的缸内新鲜进气温度与所述第二平均值的比值；将所述第一比值乘以所述第一平均值，得到所述第二时刻缸内的压力；将所述第二比值乘以所述第二平均值，得到所述第二时刻缸内新鲜进气温度；通过所述第二时刻缸内的压力和所述第二时刻缸内新鲜进气温度获取所述第二时刻缸内的进气量。
其中，上述所述的缸内是指图2中的缸内2，即发动机气缸的内部空间，上述所述的进气歧管是指图2中的进气歧管1，即与缸内2在空间上相连通的部分，进气歧管1和缸内2之间有进气门将两者区分，当进气门关闭时，进气歧管1和缸内2是两个完全相阻隔、相独立的空间。发动机一般的进气过程是，从进气歧管1向缸内2的方向输送气流，在本实施例中，由于发动机处于阿特金森循环工况下，因此，一部分气流也在从进气歧管1向缸内2输送后，也会从缸内2向进气歧管1中回送。
具体的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，所述计算第一时刻包括：通过发动机转速、缸内容积变化率、所述进气歧管压力、所述进气歧管温度、以及进气门处的有效流通面积，计算得到所述第一时刻。进一步的，通过发动机转速、缸内容积变化率、进气歧管压力、进气歧管温度、以及进气门处的有效流通面积，计算得到所述第一时刻包括：
其中：求解出的θ为所述第一时刻，Neng为所述发动机转速，dV/dθ为所述气缸容积变化率，P1为所述进气歧管的压力，△P为判定缸内压力与歧管压力分离所用的压差阈值，R为气体常数，T1为所述进气歧管温度，CD(θ)为基于曲轴转角的进气门流量系数，Aeff为所述进气门处的有效流通面积，φ为压比流速系数。所述发动机的缸内容积变化率通过发动机的气缸直径、气缸曲柄半径、缸内连杆长度、第二时刻的缸内曲轴转角计算得到，包括：
其中：dV/dθ为所述发动机缸内容积变化率，r为所述气缸曲柄半径，l为所述缸内连杆长度，θ为所述第二时刻的缸内曲轴转角，D为所述发动机的气缸直径。所述进气门处的有效流通面积通过进气门直径和曲轴转角下的当量进气门流量面积因子计算得到，包括：
其中：为所述曲轴转角下的当量进气门流量面积因子，d为进气门直径。
另外，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，计算第一比值包括：
其中：P1为所述进气歧管的压力，P2为所述第二时刻缸内的压力，V2为第二时刻缸内的容积，V1为第一时刻缸内的容积，m2为第二时刻缸内的质量，m1为第一时刻缸内的质量，γ为新鲜进气比热比。
以及，计算第二比值包括：
其中：T1为所述进气歧管的温度，T2为所述第二时刻缸内新鲜进气温度，V2为所述第二时刻缸内的容积，V1为所述第一时刻缸内的容积，m2为第二时刻缸内的质量，m1为第一时刻缸内的质量，γ为所述新鲜进气比热比。
进一步的，在所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，m2/m1根据发动机工况参数转速和第二时刻进行标定校准标定：
其中，MAP(N,IVC)为一比值，所述比值是由转速和第二时刻标定得到的。
在本发明提供的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法中，通过对第一平均值和第二平均值的修正，得到第二时刻缸内的压力和第二时刻缸内的温度，并进一步获取所述第二时刻缸内的进气量。
本发明提出了一种阿特金森循环发动机进气门关闭时刻缸内压力和温度的修正计算方法，能够准确计算出发动机运行于阿特金森循环时进气门关闭时刻缸内压力和温度，进而有助于实现准确的阿特金森发动机进气量计算。
本发明所提出的进气门关闭时刻缸内压力和温度的修正计算方法，是基于阿特金森循环的发动机进气过程，首先依据进气过程中的发动机缸内容积变化率和进气门处的有效流通面积等参数计算出缸内压力和歧管压力发生分离的时刻，再根据进气回流时的节流压缩过程，得到分离时刻与进气门关闭时刻的压力比值和温度比值，最终依据歧管压力和温度计算得到进气门关闭时刻缸内压力和温度。
基于本发明提出的阿特金森循环发动机进气门关闭时刻缸内压力和温度的修正计算方法，能够提高阿特金森循环发动机充气计算精度，是满足驾驶需求和维持低排放的基础。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (7)
1.一种阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，所述阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法包括：
计算第一时刻，所述第一时刻为进气过程中，所述缸内的压力和与所述缸内相连接的进气歧管的压力的分离时刻；
测量并获取第一平均值，所述第一平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管压力；
测量并获取第二平均值，所述第二平均值为所述第一时刻到第二时刻过程中的进气歧管温度；
所述第二时刻为进气门关闭时刻；
计算第一比值，所述第一比值为所述第二时刻的缸内的压力与所述第一平均值的比值；
计算第二比值，所述第二比值为所述第二时刻的缸内新鲜进气温度与所述第二平均值的比值；
将所述第一比值乘以所述第一平均值，得到所述第二时刻缸内的压力；
将所述第二比值乘以所述第二平均值，得到所述第二时刻缸内新鲜进气温度；
通过所述第二时刻缸内的压力和所述第二时刻缸内新鲜进气温度获取所述第二时刻缸内的进气量。
2.如权利要求1所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，通过发动机转速、缸内容积变化率、所述进气歧管压力、所述进气歧管温度、以及进气门处的有效流通面积，计算得到所述第一时刻包括：
其中：求解出的θ为所述第一时刻，Neng为所述发动机转速，dV/dθ为所述缸内容积变化率，P1为所述进气歧管的压力，△P为判定缸内压力与歧管压力分离所用的压差阈值，R为气体常数，T1为所述进气歧管温度，CD(θ)为基于曲轴转角的进气门流量系数，Aeff为所述进气门处的有效流通面积，φ为压比流速系数。
3.如权利要求2所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，所述发动机的缸内容积变化率通过发动机的气缸直径、气缸曲柄半径、缸内连杆长度、第二时刻的缸内曲轴转角计算得到包括：
其中：dV/dθ为所述缸内容积变化率，r为所述曲柄半径，l为所述缸内连杆长度，θ为所述第二时刻的缸内曲轴转角，D为所述发动机的气缸直径。
4.如权利要求3所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，所述进气门处的有效流通面积通过进气门直径和曲轴转角下的当量进气门流量面积因子计算得到包括：
其中：为所述曲轴转角下的当量进气门流量面积因子，可根据进气门升程型线测试标定得到，d为进气门直径。
5.如权利要求1所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，计算第一比值包括：
其中：P1为所述进气歧管的压力，P2为所述第二时刻缸内的压力，V2为第二时刻缸内的容积，V1为第一时刻缸内的容积，m2为第二时刻缸内的质量，m1为第一时刻缸内的质量，γ为新鲜进气比热比。
6.如权利要求1所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，计算第二比值包括：
其中：T1为所述进气歧管的温度，T2为所述第二时刻缸内新鲜进气温度，V2为所述第二时刻缸内的容积，V1为所述第一时刻缸内的容积，m2为所述第二时刻缸内的质量，m1为所述第一时刻缸内的质量，γ为所述新鲜进气比热比。
7.如权利要求5或6所述的阿特金森发动机进气门关闭时刻缸内状态评估方法，其特征在于，m2/m1根据发动机工况参数转速和第二时刻进行标定校准标定。
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