CN109736959A - 内燃机的模型进气量计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的模型进气量计算方法以及系统，以解决内燃机的进气量的计算精度差的问题。所述内燃机的模型进气量计算方法，包括：确定进气门升程是否为全升程，若进气门升程为全升程，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；若进气门升程为非全升程，根据进气门上下游气体压强比值确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围，若进气门处气流的速度小于预定速度范围，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量，若进气门处气流的速度达到预定速度范围，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。本发明提供一种内燃机的模型进气量计算方法以及系统可有效提高内燃机的进气量的计算精度。

Description

内燃机的模型进气量计算方法及系统

技术领域

本发明涉及内燃机进气量控制技术领域，特别涉及一种内燃机的模型进气量计算方法以及内燃机的模型进气量计算系统。

背景技术

传统非连续可变气门升程发动机模型进气量计算方法的物理假设是：进气门关闭时刻缸内压力同进气歧管稳压腔压力差别较小，进气歧管稳压腔压力和发动机进气量在发动机转速不变情况下存在近似的比例关系。所以利用实际可测量的进气歧管稳压腔压力，根据速度密度法并结合适当的额外修正就可以准确的计算发动机进气量。

但，随着连续可变气门升程(Continuous Variable Valve Lift，CVVL)技术的引入，对于CVVL发动机而言上述物理假设不再成立，在进气升程较小的情况下，实际可测量的进气歧管稳压腔压力会显著的高于IVC时刻的缸内压力，进气歧管稳压腔压力和发动机进气量在发动机转速不变情况下的比例关系减弱，使用速度密度法计算内燃机的模型进气量误差很大，最大偏差达到400％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内燃机的模型进气量计算方法以及内燃机的模型进气量计算系统，以解决内燃机的进气量的计算精度差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种内燃机的模型进气量计算方法，包括：确定进气门升程是否为全升程；若进气门升程为全升程，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；若进气门升程为非全升程，根据进气门上下游气体压强比值确定进气门处气流的速度是否达到一预定速度范围；若进气门处气流的速度小于预定速度范围，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；若进气门处气流的速度在所述预定速度范围内，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。

可选的，采用所述速度密度法计算内燃机的模型进气量包括：计算相对进气量；以及采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

可选的，采用如下公式计算相对进气量：

RL＝(P_intake-P_egr)*Vol_eff；

其中，RL是相对进气量，单位％；P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar；P_egr是全部EGR转化为进气状态得到的分压力，单位mbar；Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率；

采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS＝RL*Vh*N/2578；

其中，MS是模型进气量，单位kg/h；Vh是内燃机总排量，单位L；N是内燃机转速，单位rpm。

可选的，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量包括：在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；采用进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数、经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力、进气歧管稳压腔压力和进气门关闭时刻的气缸容积效率计算相对进气量；以及采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

可选的，所述进气门时面值为自进气门开启到进气门关闭时的有效进气截面积对时间的积分，所述进气门时面值的计算公式如下：

其中，Aeff_dt是进气门时面值，Avalve(CA)是当前曲轴转角对应的有效进气截面积，IVO是进气门开启时刻的曲轴转角，IVC是进气门关闭时刻的曲轴转角。

可选的，采用如下公式计算相对进气量：

RL_uncritial＝(P_intake-P_egr_cor)*Vol_eff*Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]；

其中，RL_uncritial是修正后的相对进气量，P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar，P_egr_cor是经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力，单位mbar，Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率，Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]是进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数，Aeff_dt是进气门时面值，Vpiston_IVC是进气门关闭时刻的活塞速度，单位m/s；

采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS_uncritical＝RL_uncritical*Vh*N/2578；

其中，MS_uncritical是修正后的模型进气量，RL_uncritial是修正后的相对进气量，Vh是内燃机总排量，单位L，N是内燃机转速，单位rpm。

可选的，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量包括：在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；采用进气门时面值、流量修正系数、进气歧管稳压腔压力和进气歧管内气体密度计算进气质量；以及采用进气质量计算内燃机的模型进气量。

可选的，采用如下公式计算进气质量：

其中，m_cyl为进气质量，单位kg，Aeff_dt是进气门时面值，Ψ(Π，K)是流量修正系数，，K是空气的比热比，K＝1.34，Π是进气门前后气体压强比值，是进气门下游压力，P₂是进气门上游压力，P_intake是进气歧管稳压腔压力，ρ_intake是进气歧管稳压腔内的气体密度，单位kg/m3；

采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS_critical＝m_cyl*N/30；

其中，MS_critical是预定速度范围情况下的进气质量流量，单位kg/h，N是内燃机转速，单位rpm。

可选的，采用如下公式计算流量修正系数：

可选的，所述预定速度范围为0.6-1倍的当地音速。

本发明还提供一种内燃机的模型进气量计算系统，包括：升程确定模块，用于确定进气门升程是否为全升程；气流速度确定模块，用于根据进气门上下游气体压强比值确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围；速度密度法计算模块，用于采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；修正后的速度密度法计算模块，用于采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；阀口方程计算模块，用于采用阀口方程计算内燃机的模型进气量；以及计算方法选择模块，用于根据所述进气门升程是否为全升程以及进气门处气流的速度是否达到预定速度范围选择采用速度密度法计算模块、修正后的速度密度法计算模块和阀口方程计算模块中的一个计算内燃机的模型进气量，当所述进气门升程为全升程，所述计算方法选择模块选择采用速度密度法计算模块计算内燃机的模型进气量，当所述进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度未达到预定速度范围，所述计算方法选择模块选择修正后的速度密度法计算模块计算内燃机的模型进气量，当所述进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围，所述计算方法选择模块选择阀口方程计算模块计算内燃机的模型进气量。

可选的，所述速度密度法计算模块包括第一相对进气量计算模块和第二模型进气量计算模块，所述第一相对进气量计算模块用于计算相对进气量，所述第二模型进气量计算模块采用相对进气量计算内燃机的模型进气量，

所述第一相对进气量计算模块采用如下公式计算相对进气量：

RL＝(P_intake-P_egr)*Vol_eff；

其中，RL是相对进气量，单位％，P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar，P_egr是全部EGR转化为进气状态得到的分压力，单位mbar，Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率；

所述第二模型进气量计算模块采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS＝RL*Vh*N/2578；

其中，MS是模型进气量，单位kg/h，Vh是内燃机总排量，单位L，N是内燃机转速，单位rpm。

可选的，所述修正后的速度密度法计算模块包括：第一进气门时面值查找模块，用于在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；修正系数查找模块，用于在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；第二相对进气量计算模块，用于采用进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数、经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力、进气歧管稳压腔压力和进气门关闭时刻的气缸容积效率计算相对进气量；以及第二模型进气量计算模块，用于采用相对进气量计算内燃机的模型进气量；其中，所述第二相对进气量计算模块采用如下公式计算相对进气量，

RL_uncritial＝(P_intake-P_egr_cor)*Vol_eff*Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]；

其中，RL_uncritial是修正后的相对进气量，是进气歧管稳压腔压力，单位mbar，P_egr_cor是经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力，单位mbar，Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率，Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]是进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；Aeff_dt是进气门时面值；Vpiston_IVC是进气门关闭时刻的活塞速度，单位m/s；

所述第二模型进气量计算模块采用如下公式计算内燃机的模型进气量，

MS_uncritical＝RL_uncritical*Vh*N/2578；

其中，MS_uncritical是修正后的模型进气量，RL_uncritial是修正后的相对进气量，Vh是内燃机总排量，单位L，N是内燃机转速，单位rpm。

可选的，所述阀口方程计算模块包括：第二进气门时面值查找模块，用于在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；进气质量计算模块用于采用进气门时面值、流量修正系数、进气歧管稳压腔压力和进气歧管内气体密度计算进气质量；以及第三模型进气量计算模块，用于采用进气质量计算内燃机的模型进气量；

其中，所述进气质量计算模块用于采用如下公式计算进气质量，

其中，m_cyl为进气质量，单位kg，Aeff_dt是进气门时面值，Ψ(Π，K)是流量修正系数，K是空气的比热比，K＝1.34，Π是进气门前后气体压强比值，P₁是进气门下游压力，P₂是进气门上游压力，P_intake是进气歧管稳压腔压力，ρ_intake是进气歧管稳压腔内的气体密度，单位kg/m3；

所述第三模型进气量计算模块用于采用如下公式计算进气质量，

MS_critical＝m_cyl*N/30；

其中，MS_critical是预定速度范围情况下的进气质量流量，单位kg/h，N是内燃机转速，单位rpm。

本发明提供的一种内燃机的模型进气量计算方法以及内燃机的模型进气量计算系统，具有以下有益效果：

首先，通过确定进气门升程是否为全升程，以及确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围，采用三种计算方法计算内燃机进气量。当进气门升程为全升程时，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；当进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围时，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；当进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围时，即采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。通过确定内燃机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，分别采用不同的计算方法计算内燃机进气量，相比于不区分内燃机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，且仅通过一种计算方法计算内燃机的进气量的方法而言，本发明中的计算方法可有效提高内燃机的进气量的计算精度。

其次，在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围的情况下，通过在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，进而通过进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数，并采用所述进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数对相对进气量进行修正，以及采用经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力计算相对进气量，从而可提高采用相对进气量计算的模型进气量的精度和准确性。

再次，在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围的情况下，通过在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，从而采用进气门时面值而非进气门的截面积计算进气质量，可有效提高进气质量的计算精度和准确性，进而可提高采用进气质量计算内燃机的模型进气量的精度和准确性。

附图说明

图1是本发明一种实施例中的内燃机发动机的模型进气量计算方法的流程图；

图2是转速为2000rpm仅采用速度密度法计算内燃机的模型进气量进气门升程与模型进气量计算偏差的示意图；

图3是转速为2000rpm采用本实施例中的发动机的模型进气量计算方法进气门升程与模型进气量计算偏差的示意图；

图4是本发明一种实施例中采用速度密度法计算内燃机的模型进气量的流程图；

图5是本发明一种实施例中采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量的流程图；

图6是本发明一种实施例中在一种进气门升程下进气门时面值计算示意图；

图7是本发明一种实施例中的活塞速度计算示意图；

图8是本发明一种实施例中采用阀口方程计算内燃机的模型进气量的流程图；

图9是采用本发明实施例中的发动机的模型进气量计算方法在不同工况下计算内燃机的模型进气量的分布示意图；

图10是本发明一种实施例中的发动机的模型进气量计算系统的结构框图。

具体实施方式

以下以四缸四冲程发动机为例，结合附图和具体实施例对本发明提出的内燃机的模型进气量计算方法以及内燃机的模型进气量计算系统作进一步详细说明。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。

本实施例提供一种发动机的模型进气量计算方法。图1是本发明一种实施例中的发动机的模型进气量计算方法的流程图，参考图1，所述发动机的模型进气量计算方法包括：

步骤S100，确定进气门升程是否为全升程，若进气门升程为全升程，执行步骤S200；若进气门升程为非全升程，执行步骤S300。

步骤S200，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量。

步骤S300，确定进气门处气流的速度是否达到一预定速度范围，若进气门处气流的速度小于预定速度范围，执行步骤S400；若进气门处气流的速度达到预定速度范围，执行步骤S500。

步骤S400，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量。

步骤S500，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。

图2是转速为2000rpm仅采用速度密度法计算内燃机的模型进气量进气门升程与模型进气量计算偏差的示意图，如图2所示，若不确定进气门升程是否为全升程以及确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围，而全部采用单一的计算方法计算模型的进气量，例如仅采用速度密度法计算内燃机的模型进气量，在进气升程较小的情况下，实际可测量的进气歧管稳压腔压力会显著的高于IVC时刻的缸内压力，进气歧管稳压腔压力和发动机进气量在发动机转速不变情况下的比例关系减弱，使用速度密度法计算内燃机的模型进气量误差很大，最大偏差达可到400％。

而本实施例的发动机的模型进气量计算方法中，通过确定进气门升程是否为全升程，以及确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围，采用三种计算方法计算发动机进气量。当进气门升程为全升程时，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；当进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围时，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；当进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围时，即采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。通过确定发动机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，分别采用不同的计算方法计算发动机进气量，相比于不区分发动机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，且仅通过一种计算方法计算发动机的进气量的方法而言，本实施例中的计算方法可有效提高发动机的进气量的计算精度。

图3是转速为2000rpm采用本实施例中的发动机的模型进气量计算方法进气门升程与模型进气量计算偏差的示意图，如图3所示，发动机在非全升程区域的进气量计算精度大幅提高，完全满足了发动机的控制系统对模型进气量的计算精度的要求。

本实施例中，图4是本发明一种实施例中采用速度密度法计算内燃机的模型进气量的流程图，参考图4，所述步骤S200中，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量包括：

步骤S210，计算相对进气量。

步骤S220，采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

步骤S210中，可采用公式(1)计算相对进气量。

RL＝(P_intake-P_egr)*Vol_eff··································(1)

其中，RL是相对进气量，单位％；P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar；P_egr是全部EGR(内部EGR和外部EGR的总和)转化为进气状态得到的分压力，单位mbar；Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率。

步骤S220中，可采用公式(2)计算内燃机的模型进气量。

MS＝RL*Vh*N/2578·································(2)

其中，MS是模型进气量，单位kg/h；Vh是发动机总排量，单位L；N是发动机转速，单位rpm。

本实施例中，图5是本发明一种实施例中采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量的流程图，参考图5，在步骤S400中，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量包括：

步骤S410，在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。

步骤S420，在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数。

步骤S430，采用进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数、经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力、进气歧管稳压腔压力和进气门关闭时刻的气缸容积效率计算相对进气量。

步骤S440，采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围的情况下，通过在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，进而通过进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数，并采用所述进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数对相对进气量进行修正，以及采用经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力计算相对进气量，从而可提高采用相对进气量计算的模型进气量的精度和准确性。

在步骤S410中，所述第一数据库包括气门升程、当前转速以及与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。

所述进气门时面值为自进气门开启到进气门关闭时的有效进气截面积对时间的积分，可通过公式(3)计算进气门时面值。

其中，Aeff_dt是进气门时面值；Avalve(CA)是当前曲轴转角对应的有效进气截面积；IVO是进气门开启时刻的曲轴转角；IVC是进气门关闭时刻的曲轴转角。计算的进气门时面值可存储在第一数据库中以便于查找。进气门时面值通常与发动机进气道和进气门设计参数有关。

图6是本发明一种实施例中在一种进气门升程下进气门时面值计算示意图，如图6所示，自进气门开启时刻的曲轴转角到进气门关闭时刻的曲轴转角，与曲轴转角对应的有效进气截面积积分后的大小如图中阴影部分所示。

在步骤S420中，所述第二数据库包括进气门时面值、进气门关闭时刻的活塞速度以及与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数。所述进气门关闭时刻的活塞速度可通过计算获得。与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数可通过实验获得。

图7是本发明一种实施例中的活塞速度计算示意图，如图7所示，发动机的活塞沿着直线方向移动，活塞的位移S与发动机的曲轴转角θ之间的关系如公式(4)所示。

其中，S为位移；θ为曲轴转角；a是曲轴半径，l是连杆长度，N是发动机转速，单位rpm。

对上述公式(4)求微分可得与发动机的曲轴转角θ相对应的时刻活塞的速度，与发动机的曲轴转角θ相对应的时刻活塞的速度的计算公式(5)如下。

Vpiston是与发动机的曲轴转角θ相对应的时刻活塞的速度，单位m/s，θ是当前曲轴转角，a是曲轴半径，l是连杆长度，N是发动机转速，单位rpm。若已知进气门关闭时刻的曲轴转角和转速，即可获得进气门关闭时刻的活塞速度Vpiston_IVC。

在步骤S430中，可采用公式(6)计算相对进气量。

RL_uncritial＝(P_intake-P_egr_cor)*Vol_eff*Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]··(6)

其中，RL_uncritial是修正后的相对进气量；P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar；P_egr_cor是经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力，单位mbar；Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率；Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]是进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；Aeff_dt是进气门时面值；Vpiston_IVC是进气门关闭时刻的活塞速度，单位m/s。进气歧管稳压腔压力P_intake可通过传感器测量，经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力P_egr_cor可通过计算获得，进气门关闭时刻的气缸容积效率Vol_eff可通过计算获得，进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]可通过步骤S212获得。

在步骤S440中，可采用公式(7)计算内燃机的模型进气量。

MS_uncritical＝RL_uncritical*Vh*N/2578···························(7)

其中，MS_uncritical是修正后的模型进气量；RL_uncritial是修正后的相对进气量；Vh是发动机总排量，单位L；N是发动机转速，单位rpm。

本实施例中，图8是本发明一种实施例中采用阀口方程计算内燃机的模型进气量的流程图，参考图8，在步骤S500中，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量包括：

步骤S510，在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。

步骤S520，采用进气门时面值、流量修正系数、进气歧管稳压腔压力和进气歧管内气体密度计算进气质量。

步骤S630，采用进气质量计算内燃机的模型进气量。

在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围的情况下，通过在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，从而采用进气门时面值而非计算进气质量，可有效提高进气质量的计算精度和准确性，进而可提高采用进气质量计算内燃机的模型进气量的精度和准确性。

在步骤S610中，在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值的方法与采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量的步骤S510相似，再此不再赘述。

在步骤S620中，可采用公式(8)计算进气质量。

其中，m_cyl为进气质量，单位kg，Aeff_dt是进气门时面值，Ψ(Π，K)是流量修正系数，K是空气的比热比，K＝1.34，Π是进气门前后气体压强比值，P₁是进气门下游压力，可以认为是缸内压力P_cyl，P₂是进气门上游压力，可以认为是进气歧管稳压腔压力P_intake，缸内压力P_cyl可通过发动机台架测试设备，并使用标定方法标定获得，通常存储在控制系统中，供系统查询调用。P_intake是进气歧管稳压腔压力，ρ_intake是进气歧管稳压腔内的气体密度，单位kg/m3，进气歧管稳压腔压力P_intake可通过传感器测量得到ρ_intake可通过计算获得。

流量修正系数可通过公式(9)计算。

其中，Ψ(Π，K)是流量修正系数，K＝1.34，P₁是进气门下游压力，可以认为是缸内压力P_cyl，P₂是进气门上游压力，可以认为是进气歧管稳压腔压力。

在步骤S630中，可采用公式(10)计算内燃机的模型进气量。

MS_critical＝m_cyl*N/30·····················(10)

其中，MS_critical是预定速度范围情况下的进气质量流量，单位kg/h，N是发动机转速，单位rpm。

图9是采用本发明实施例中的发动机的模型进气量计算方法在不同工况下计算内燃机的模型进气量的分布示意图，如图9所示，当负荷较小时，进气门升程通常为非全升程，且进气门升程为小进气门升程，此时，进气门处气流的速度通常可达到预定速度范围，这种情况多采用上述阀口方程计算发动机的模型进气量；当处于中等负荷时，进气门升程通常为非全升程，且进气门升程为中等进气门升程，此时，进气门处气流的速度通常小于预定速度范围，这种情况多采用修正后的速度密度法计算发动机的模型进气量；当处于较大负荷时，进气门升程通常为全升程，这种情况多采用速度密度法计算发动机的模型进气量。

本实施例中，所述预定速度范围为0.6-1倍的当地音速。

下表是20摄氏度空气流经喷管时，喷管出口气流的速度与喷管出口和入口的压力比的关系对应表。如下表所示，若进气门升程为非全升程，当进气门上游压力与进气门下游压力的比值≤0.8，即气流速度处于0.6-1倍的当地音速的范围内，可以使用上述阀口方程计算发动机的模型进气量；若进气门升程为非全升程，当进气门上游压力与进气门下游压力的比值＞0.8，即气流速度处于0-0.6倍的当地音速的范围内，可以使用修正后的速度密度法计算发动机的模型进气量。

本实施例还提供一种发动机的模型进气量计算系统。图10是本发明一种实施例中的发动机的模型进气量计算系统的结构框图，如图10所示，所述发动机的模型进气量计算系统包括升程确定模块、气流速度确定模块、计算方法选择模块、速度密度法计算模块、修正后的速度密度法计算模块和阀口方程计算模块。所述升程确定模块用于确定进气门升程是否为全升程。所述气流速度确定模块用于根据进气门上下游气体压强比值确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围。所述计算方法选择模块用于根据所述进气门升程是否为全升程以及进气门处气流的速度是否达到预定速度范围选择采用速度密度法计算模块、修正后的速度密度法计算模块和阀口方程计算模块中的一个计算发动机的模型进气量。当所述进气门升程为全升程，所述计算方法选择模块选择采用速度密度法计算模块计算发动机的模型进气量；当所述进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度未达到预定速度范围，所述计算方法选择模块选择修正后的速度密度法计算模块计算发动机的模型进气量；当所述进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围，所述计算方法选择模块选择阀口方程计算模块计算发动机的模型进气量。所述速度密度法计算模块用于采用速度密度法计算内燃机的模型进气量。所述修正后的速度密度法计算模块用于采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量。所述阀口方程计算模块用于采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。

本实施例的发动机的模型进气量计算系统，由于所述升程确定模块可确定进气门升程是否为全升程，所述气流速度确定模块可确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围，所述计算方法选择模块可根据所述进气门升程以及进气门处气流的速度选择采用速度密度法计算模块、修正后的速度密度法计算模块和阀口方程计算模块中的一个计算发动机的模型进气量，相比于不区分发动机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，且仅通过一种计算模块计算发动机的进气量的系统而言，本实施例中的发动机的模型进气量计算系统可有效提高发动机的进气量的计算精度。

本实施例中，所述速度密度法计算模块包括第一相对进气量计算模块和第二模型进气量计算模块，所述第一相对进气量计算模块用于计算相对进气量，所述第二模型进气量计算模块采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

具体的，所述第一相对进气量计算模块采用上述公式(1)计算相对进气量。

所述第二模型进气量计算模块采用上述公式(2)计算内燃机的模型进气量。

本实施例中，所述修正后的速度密度法计算模块包括第一进气门时面值查找模块、修正系数查找模块、第二相对进气量计算模块和第二模型进气量计算模块。

所述第一进气门时面值查找模块用于在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。

所述修正系数查找模块用于在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数。

所述第二相对进气量计算模块用于采用进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数、经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力、进气歧管稳压腔压力和进气门关闭时刻的气缸容积效率计算相对进气量。

所述第二模型进气量计算模块用于采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

具体的，所述第一数据库包括气门升程、当前转速以及与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。

所述进气门时面值为自进气门开启到进气门关闭时的有效进气截面积对时间的积分，可通过上述公式(3)计算进气门时面值。

所述第二数据库包括进气门时面值、进气门关闭时刻的活塞速度以及与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数。所述进气门关闭时刻的活塞速度可通过活塞速度计算模块计算后传输给第二模型进气量计算模块。与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数可通过实验获得。其中，所述活塞速度计算模块采用上述公式(5)计算进气门关闭时刻的活塞速度Vpiston_IVC。

所述第二相对进气量计算模块采用上述公式(6)计算相对进气量。

所述第二模型进气量计算模块采用上述公式(7)计算内燃机的模型进气量。

在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围的情况下，通过所述第一进气门时面值查找模块在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，进而通过修正系数查找模块采用进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数，并通过第二相对进气量计算模块采用所述进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数对相对进气量进行修正，以及采用经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力计算相对进气量，从而可通过第二模型进气量计算模块提高采用相对进气量计算的模型进气量的精度和准确性。

本实施例中，所述阀口方程计算模块包括第二进气门时面值查找模块、进气质量计算模块和第三模型进气量计算模块。所述第二进气门时面值查找模块用于在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。所述进气质量计算模块用于采用进气门时面值、压强比、进气歧管稳压腔压力和进气歧管内气体密度计算进气质量。所述第三模型进气量计算模块用于采用进气质量计算内燃机的模型进气量。

具体的，所述第一数据库包括气门升程、当前转速以及与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值。

所述进气门时面值为自进气门开启到进气门关闭时的有效进气截面积对时间的积分，可通过上述公式(3)计算进气门时面值。

所述进气质量计算模块用于采用上述公式(8)计算进气质量。

所述第三模型进气量计算模块用于采用上述公式(10)计算进气质量。

在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围的情况下，通过第二进气门时面值查找模块在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，从而通过进气质量计算模块采用进气门时面值而非进气门的截面积计算进气质量，可有效提高进气质量的计算精度和准确性，进而可通过第三模型进气量计算模块采用进气质量计算内燃机的模型进气量的精度和准确性。

上述实施例中，所述发动机的模型进气量计算方法以及发动机的模型进气量计算系统也可用于其他的内燃机，如柴油发动机、汽油发动机等，这些内燃机可为CVVL发动机，还可以适用于其他的三缸发动机、四缸发动机、五缸发动机、六缸发动机、八缸发动机、十缸发动机和十二缸发动机。上述实施例中，通过确定进气门升程是否为全升程，以及确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围，采用三种计算方法计算发动机进气量。当进气门升程为全升程时，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；当进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围时，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；当进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围时，即采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。通过确定发动机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，分别采用不同的计算方法计算发动机进气量，相比于不区分发动机的进气门升程以及进气门处气流的速度处于何种状态，且仅通过一种计算方法计算发动机的进气量的方法而言，本实施例中的计算方法可有效提高发动机的进气量的计算精度。

上述实施例中，在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度小于预定速度范围的情况下，通过在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，进而通过进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数，并采用所述进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数对相对进气量进行修正，以及采用经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力计算相对进气量，从而可提高采用相对进气量计算的模型进气量的精度和准确性。

上述实施例中，在进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围的情况下，通过在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值，从而采用进气门时面值而非进气门的截面积计算进气质量，可有效提高进气质量的计算精度和准确性，进而可提高采用进气质量计算内燃机的模型进气量的精度和准确性。

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 (14)

1.一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，包括：

确定进气门升程是否为全升程；

若进气门升程为全升程，采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；

若进气门升程为非全升程，根据进气门上下游气体压强比值确定进气门处气流的速度是否达到一预定速度范围；若进气门处气流的速度小于预定速度范围，采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；若进气门处气流的速度在所述预定速度范围内，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量。

2.如权利要求1所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，采用所述速度密度法计算内燃机的模型进气量包括：

计算相对进气量；以及采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

3.如权利要求2所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，

采用如下公式计算相对进气量：

RL＝(P_intake-P_egr)*Vol_eff；

其中，RL是相对进气量，单位％；P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar；P_egr是全部EGR转化为进气状态得到的分压力，单位mbar；Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率；

采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS＝RL*Vh*N/2578；

其中，MS是模型进气量，单位kg/h；Vh是内燃机总排量，单位L；N是内燃机转速，单位rpm。

4.如权利要求1所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，

采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量包括：

在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；

在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；

采用进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数、经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力、进气歧管稳压腔压力和进气门关闭时刻的气缸容积效率计算相对进气量；以及

采用相对进气量计算内燃机的模型进气量。

5.如权利要求4所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，所述进气门时面值为自进气门开启到进气门关闭时的有效进气截面积对时间的积分，所述进气门时面值的计算公式如下：

其中，Aeff_dt是进气门时面值，Avalve(CA)是当前曲轴转角对应的有效进气截面积，IVO是进气门开启时刻的曲轴转角，IVC是进气门关闭时刻的曲轴转角。

6.如权利要求4所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，采用如下公式计算相对进气量：

RL_uncritial＝(P_intake-P_egr_cor)*Vol_eff*Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]；

其中，RL_uncritial是修正后的相对进气量，P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar，P_egr_cor是经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力，单位mbar，Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率，Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]是进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数，Aeff_dt是进气门时面值，Vpiston_IVC是进气门关闭时刻的活塞速度，单位m/s；

采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS_uncritical＝RL_uncritical*Vh*N/2578；

其中，MS_uncritical是修正后的模型进气量，RL_uncritial是修正后的相对进气量，Vh是内燃机总排量，单位L，N是内燃机转速，单位rpm。

7.如权利要求1所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，采用阀口方程计算内燃机的模型进气量包括：

在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；

采用进气门时面值、流量修正系数、进气歧管稳压腔压力和进气歧管内气体密度计算进气质量；以及

采用进气质量计算内燃机的模型进气量。

8.如权利要求7所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，

采用如下公式计算进气质量：

其中，m_cyl为进气质量，单位kg，Aeff_dt是进气门时面值，Ψ(Π，K)是流量修正系数，K是空气的比热比，K＝1.34，Π是进气门前后气体压强比值，P₁是进气门下游压力，P₂是进气门上游压力，P_intake是进气歧管稳压腔压力，ρ_intake是进气歧管稳压腔内的气体密度，单位kg/m3；

采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS_critical＝m_cyl*N/30；

其中，MS_critical是预定速度范围情况下的进气质量流量，单位kg/h，N是内燃机转速，单位rpm。

9.如权利要求8所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，

采用如下公式计算流量修正系数：

10.如权利要求1所述的一种内燃机的模型进气量计算方法，其特征在于，所述预定速度范围为0.6-0.1倍的当地音速。

11.一种内燃机的模型进气量计算系统，其特征在于，包括：

升程确定模块，用于确定进气门升程是否为全升程；

气流速度确定模块，用于根据进气门上下游气体压强比值确定进气门处气流的速度是否达到预定速度范围；

速度密度法计算模块，用于采用速度密度法计算内燃机的模型进气量；

修正后的速度密度法计算模块，用于采用修正后的速度密度法计算内燃机的模型进气量；

阀口方程计算模块，用于采用阀口方程计算内燃机的模型进气量；以及

计算方法选择模块，用于根据所述进气门升程是否为全升程以及进气门处气流的速度是否达到预定速度范围选择采用速度密度法计算模块、修正后的速度密度法计算模块和阀口方程计算模块中的一个计算内燃机的模型进气量，

当所述进气门升程为全升程，所述计算方法选择模块选择采用速度密度法计算模块计算内燃机的模型进气量，

当所述进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度未达到预定速度范围，所述计算方法选择模块选择修正后的速度密度法计算模块计算内燃机的模型进气量，

当所述进气门升程为非全升程，且进气门处气流的速度达到预定速度范围，所述计算方法选择模块选择阀口方程计算模块计算内燃机的模型进气量。

12.如权利要求11所述的一种内燃机的模型进气量计算系统，其特征在于，所述速度密度法计算模块包括第一相对进气量计算模块和第二模型进气量计算模块，所述第一相对进气量计算模块用于计算相对进气量，所述第二模型进气量计算模块采用相对进气量计算内燃机的模型进气量，

所述第一相对进气量计算模块采用如下公式计算相对进气量：

RL＝(P_intake-P_egr)*Vol_eff；

其中，RL是相对进气量，单位％，P_intake是进气歧管稳压腔压力，单位mbar，P_egr是全部EGR转化为进气状态得到的分压力，单位mbar，Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率；

所述第二模型进气量计算模块采用如下公式计算内燃机的模型进气量：

MS＝RL*Vh*N/2578；

其中，MS是模型进气量，单位kg/h，Vh是内燃机总排量，单位L，N是内燃机转速，单位rpm。

13.如权利要求11所述的一种内燃机的模型进气量计算系统，其特征在于，所述修正后的速度密度法计算模块包括：

第一进气门时面值查找模块，用于在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；

修正系数查找模块，用于在第二数据库中查找与进气门时面值和进气门关闭时刻的活塞速度相对应的进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；

第二相对进气量计算模块，用于采用进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数、经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力、进气歧管稳压腔压力和进气门关闭时刻的气缸容积效率计算相对进气量；以及

第二模型进气量计算模块，用于采用相对进气量计算内燃机的模型进气量；

其中，所述第二相对进气量计算模块采用如下公式计算相对进气量，

RL_uncritial＝(P_intake-P_egr_cor)*Vol_eff*Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]；

其中，RL_uncritial是修正后的相对进气量，是进气歧管稳压腔压力，单位mbar，P_egr_cor是经过进气升程修正后的缸内残留废气分压力，单位mbar，Vol_eff是进气门关闭时刻的气缸容积效率，Map1[Aeff_dt，Vpiston_IVC]是进气门关闭时刻气缸容积效率的修正系数；Aeff_dt是进气门时面值；Vpiston_IVC是进气门关闭时刻的活塞速度，单位m/s；

所述第二模型进气量计算模块采用如下公式计算内燃机的模型进气量，

MS_uncritical＝RL_uncritical*Vh*N/2578；

其中，MS_uncritical是修正后的模型进气量，RL_uncritial是修正后的相对进气量，Vh是内燃机总排量，单位L，N是内燃机转速，单位rpm。

14.如权利要求11所述的一种内燃机的模型进气量计算系统，其特征在于，所述阀口方程计算模块包括：

第二进气门时面值查找模块，用于在第一数据库中查找与气门升程和当前转速相对应的进气门时面值；

进气质量计算模块用于采用进气门时面值、流量修正系数、进气歧管稳压腔压力和进气歧管内气体密度计算进气质量；以及

第三模型进气量计算模块，用于采用进气质量计算内燃机的模型进气量；

其中，所述进气质量计算模块用于采用如下公式计算进气质量，

其中，m_cyl为进气质量，单位kg，Aeff_dt是进气门时面值，Ψ(Π，K)是流量修正系数，K是空气的比热比，K＝1.34，Π是进气门前后气体压强比值，P₁是进气门下游压力，P₂是进气门上游压力，P_intake是进气歧管稳压腔压力，ρ_intake是进气歧管稳压腔内的气体密度，单位kg/m3；

所述第三模型进气量计算模块用于采用如下公式计算进气质量，

MS_critical＝m_cyl*N/30；

其中，MS_critical是预定速度范围情况下的进气质量流量，单位kg/h，N是内燃机转速，单位rpm。