CN111255584B - 发动机系统、实际新鲜空气量的计算方法和车辆 - Google Patents

Abstract

一种发动机系统、实际新鲜空气量的计算方法和车辆，发动机系统包括：第一空气流量计、第二空气流量计、进气压力传感器、氧传感器、EGR阀，EGR阀的两端连接有压差传感器；第一空气流量计、第二空气流量计、进气压力传感器、EGR阀、压差传感器均与ECU通讯连接；其中ECU包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，第一计算机程序用于根据第一空气流量计检测的流量m1、第二空气流量计检测的流量m2、进气压力传感器检测的压力p、EGR阀的开度、压差传感器检测的压差ΔP、氧传感器检测的氧含量计算发动机气缸的实际新鲜空气量。本发明的发动机系统，可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗。

Description

发动机系统、实际新鲜空气量的计算方法和车辆

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种发动机系统、具有该发动机系统的车辆、发动机系统的实际新鲜空气量的计算方法和具有该计算方法的车辆。

背景技术

环境问题，能源危机，苛刻的排放及油耗法规的出台，为内燃机行业提出了严峻的挑战。降油耗、降排放是目前最核心的两个问题。

在上述背景下，各车企及研究机构提出低压EGR系统应用于汽油机，将废气由催化器后引出，引入到进气中冷以前，用冷却后的废气引入缸内，降低缸内工质的温度及比热比，降低中小负荷的泵气损失，在大负荷引入EGR后，可以降低压缩终点温度，从而可以向前提点火角，从而提高高负荷的热效率。

所述发动机EGR系统为外部EGR，其是将催化器后的废气引到进气增压器前，需要经过增压器，进气中冷器以及节气门进入到发动机缸内。EGR从引出到引入管路较长，因此存在延迟，以及不能精确测出EGR率，以及真实新鲜空气量的问题。

首先不同负荷对于EGR率的需求不同，图5，EGR对A区域的小负荷对燃烧起到负面作用，在增加EGR的小负荷区域以，会造成燃烧不稳定，并且有一定的失火的风险。但小负荷增加EGR可以降低泵气损失。在B区域中等负荷，需要量比较大的EGR率抑制爆震，降低油耗，在C区域高负荷及功率点，需要一定的EGR率，这样可以进一步降低外特性的爆震，极大的提升动力性，在功率点降低排气温度，提升功率。为了保证发动机不同负荷能够达到相应的动力性及油耗的目标，需要控制不同负荷下实际进入缸内的EGR率等于目标EGR率。

其次，发动机后处理采用的是三元催化器，为了保证催化器效率，必须保证发动机空气与燃油的比例为14.7，也就是Lambda为1。因此，精确控制实际进入缸内的EGR率很有必要。

精确控制实际进入缸内的EGR率需要能够计算出真实的新鲜空气量，但是相关技术中，新鲜空气量的计算结构与实际值差距较大。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机系统，包括：压气机，所述压气机的进口端设有总进气管，所述总进气管设有第一空气流量计；进气中冷器，所述进气中冷器的进口端与所述压气机的出口端相连，所述进气中冷器的出口端与进气歧管的入口端之间顺次设有第二空气流量计、节气门、进气压力传感器；涡轮机和催化器，气缸的排气管、所述涡轮机、所述催化器顺次布置，且所述气缸的排气管与所述涡轮机之间设有氧传感器；EGR管路，所述EGR管路连接在所述催化器的出气端与所述压气机的进口端之间，所述EGR管路上设有EGR冷却器和EGR阀，所述EGR阀的两端连接有压差传感器；ECU，所述第一空气流量计、所述第二空气流量计、所述进气压力传感器、所述EGR阀、所述压差传感器均与所述ECU通讯连接；其中所述ECU包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，所述第一计算机程序用于根据所述第一空气流量计检测的流量m1、所述第二空气流量计检测的流量m2、所述进气压力传感器检测的压力p、所述EGR阀的开度、所述压差传感器检测的压差ΔP、所述氧传感器检测的氧含量计发动机气缸的实际新鲜空气量。

进一步地，所述第一计算机程序包括：根据公式e1＝(m2-m1)/m2，计算基础EGR率e1；根据公式m4＝pVM/(RT)，计算发动机的总进气量m4，其中V为发动机排量，R为常数，T为进气的绝对温度，M为平均摩尔质量；根据公式mx1＝m4*(1-e1)，计算第一新鲜空气量mx1；根据公式mx2＝mx1*a1*a2，计算发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，其中a1为第一气量修正系数，a2为第二气量修正系数。

进一步地，所述第一计算机程序包括：根据公式m3＝m4*e1，计算EGR流量m3；根据公式d＝(m5-m3)/m3，计算EGR率的偏差率d，其中m5为EGR阀处的流量；根据EGR率的偏差率d获得第一气量修正系数a1。

进一步地，所述第一计算机程序包括：根据氧传感器检测的氧含量测出发动机气缸的实际Lambda，根据Lambda获得第二气量修正系数a2。

进一步地，所述ECU设置为根据所述实际新鲜空气量控制喷油器以进行当量比喷油。

相对于现有技术，本发明所述的发动机系统具有以下优势：

1)可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗，且能够更加精确控制EGR率。

本发明的另一目的在于提出一种车辆，具有如上述任一种所述的发动机系统。

所述车辆与上述的发动机系统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发动机系统的实际新鲜空气量的计算方法，包括：根据公式e1＝(m2-m1)/m2，计算基础EGR率e1，其中，m1为总进气管处的空气流量，m2为进气中冷器的出口端的流量；根据公式m4＝pVM/(RT)，计算发动机的总进气量m4，其中，p为进气歧管前端的进气压力，V为发动机排量，R为常数，T为进气的绝对温度，M为平均摩尔质量；根据公式m3＝m4*e1，计算EGR流量m3；根据公式mx1＝m4*(1-e1)，计算第一新鲜空气量mx1；根据公式mx2＝mx1*a1*a2，计算发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，其中a1为第一气量修正系数，a2为第二气量修正系数；根据公式d＝(m5-m3)/m3，计算EGR率的偏差率d，其中m5为EGR阀处的流量，根据EGR率的偏差率d获得第一气量修正系数a1；根据氧传感器检测的氧含量测出发动机气缸的实际Lambda，根据Lambda获得第二气量修正系数a2。

相对于现有技术，本发明所述的计算方法具有以下优势：

1)可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗，且能够更加精确控制EGR率。

本发明的又一目的在于提出一种车辆，包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，所述第一计算机程序包括上述计算方法。

所述车辆与上述的计算方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

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为本发明实施例所述的发动机系统的结构原理图；

图2为本发明实施例所述的计算方法的逻辑图；

图3为第一气量修正系数的计算逻辑图；

图4为第二气量修正系数的计算逻辑图；

图5为EGR率分布区域图。

附图标记说明：

第一空气流量计1，压气机2，进气中冷器3，第二空气流量计4，节气门5，进气压力传感器6，喷油器7，氧传感器8，涡轮机9，催化器10，EGR冷却器11，EGR阀12，压差传感器13，单向阀14。

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，本发明实施例的发动机系统为包括低压EGR系统，发动机系统包括：压气机2、进气中冷器3、气缸、涡轮机9、催化器10、EGR管路、ECU。

压气机2的进口端设有总进气管，总进气管设有第一空气流量计1，压气机2的出口端与进气中冷器3的进口端相连，进气中冷器3的出口端与进气歧管的入口端之间顺次设有第二空气流量计4、节气门5、进气压力传感器6，气缸的排气管、涡轮机9、催化器10顺次布置，催化器10可以为三效催化器，气缸的排气管与涡轮机9之间设有氧传感器8，EGR管路连接在催化器10的出气端与压气机2的进口端之间，EGR管路的取气端设置在催化器10之后，EGR引入到压气机2的前端，与新鲜空气混合后进入压气机2，EGR管路上设有EGR冷却器11和EGR阀12，EGR阀12的两端连接有压差传感器13，压差传感器13的出口端与EGR阀12的出口端之间设有单向阀14，且单向阀14从压差传感器13的出口端到EGR管路单向导通。

第一空气流量计1、第二空气流量计4、进气压力传感器6、EGR阀12、压差传感器13均与ECU通讯连接，ECU包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，第一计算机程序用于根据第一空气流量计1检测的流量m1、第二空气流量计4检测的流量m2、进气压力传感器6检测的压力p、EGR阀12的开度、压差传感器13检测的压差ΔP、氧传感器8检测的氧含量计发动机气缸的实际新鲜空气量。ECU设置为根据实际新鲜空气量控制喷油器7以进行当量比喷油。

上述各个传感器的检测值输入到ECU后，可以计算出发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，根据实际新鲜空气量mx2可以控制喷油器7以进行当量比喷油。

如图2所示，第一计算机程序包括：根据公式e1＝(m2-m1)/m2，计算基础EGR率e1。由第一空气流量计1测出新鲜空气流量m1，由第二空气流量计4测得EGR加新鲜空气量的总空气量m2；m2-m1得到EGR的流量，再比上m2得到基础EGR率e1。

第一计算机程序包括：根据公式m4＝pVM/(RT)，计算发动机的总进气量m4，其中V为发动机排量，R为常数，T为进气的绝对温度，M为平均摩尔质量。根据进气歧管压力传感器6测得一个进气压力，根据进气温度及压力由进气计算模块计算出发动机总进气量m4，m4是根据理想气体状态方程计算而来(理想气体状态方程为P*V＝nRT，其中P为进气压力，V为发动机排量，R为常数8.314，T为绝对温度，n摩尔数，M为气体摩尔质量)，是一个发动机进气量的计算值，由于靠近进气歧管，所以默认为真实气量。

第一计算机程序包括：根据公式m3＝m4*e1，计算EGR流量m3，根据公式mx1＝m4*(1-e1)，计算第一新鲜空气量mx1，根据公式mx2＝mx1*a1*a2，计算发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，其中a1为第一气量修正系数，a2为第二气量修正系数。

总进气量m4乘以基础EGR率e1，得到EGR流量计算值m3，m4乘以(1-e1)得到第一新鲜空气量mx1；第一新鲜空气量mx1乘以第一气量修正系数a1，乘以第二气量修正系数a2得到实际新鲜空气量mx2；实际新鲜空气量mx2默认为真实缸内新鲜气量，根据此气量mx2进行当量比喷油(空气与燃油质量比为14.7)。

如图3所示，第一计算机程序包括：根据公式d＝(m5-m3)/m3，计算EGR率的偏差率d，其中m5为EGR阀12处的流量，将压差ΔP和EGR阀12的开度输入阀口流量模型map得到m5，将偏差率d输入修正系数map1，得到第一气量修正系数a1。

可以理解的是，第一气量修正系数a1为，根据EGR阀12处得到的EGR率与计算得到的EGR率之差进行修正的修正系数。EGR阀12并行设置有压差传感器13，可测得EGR阀12的前后压力差，根据压力差及EGR阀12的开度，输入阀口流量模型map计算得到此处的EGR真实流量m5，阀口流量模型map根据公式计算能得出，并根据试验作修正标定，此流量减去EGR流量的计算值m3，再比上m3，得到EGR率的偏差率d，此偏差率d输入修正系数map1得到第一气量修正系数a1。

由于EGR管路的延迟作用，EGR阀12到进气歧管部分EGR率会有一定延迟，可能变大或者变小，造成基础EGR率e1与实际EGR率有一定差异，造成实际新鲜气量计算不准确，需要进行修正；气量修正系数map1由EGR率差值的比率和发动机进气量决定，可根据试验进行标定，横坐标为EGR率差值的比率，纵坐标为发动机进气量，内容为对于气量的修正系数map1；其目的为根据当前发动机EGR率的差异率以及发动机进气量，对实际气量进行修正。

如图4所示，第一计算机程序包括：根据氧传感器8检测的氧含量测出发动机气缸的实际Lambda，将(Lambda-1)输入到修正系数map2，得到第二气量修正系数a2。

可以理解的是，第二气量修正系数a2为根据氧传感器8所测得的燃烧当量比Lambda的值，对新鲜气量进行修正，由于新鲜气量计算与真实进入缸内的新鲜气量的值的差异，造成，当量比喷油后，缸内实际当量比并不是1，所以可以通过氧传感器8测出缸内实际Lambda，用缸内实际lambda减去1，之后输入修正系数map2，进行查表得到修正系数2，修正系数map2也为试验标定得出，此修正系数map2横坐标为当量比之差，有正有负，纵坐标为发动机进气量，内容为气量修正系数量，当实际测得当量比小于1时，修正系数2小于1，当实际测得当量比大于1时，修正系数2大于1。

根据本发明实施例的发动机系统，可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗，且能够更加精确控制EGR率。

本发明还公开了一种具有上述发动机系统的车辆，该车辆可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗，且能够更加精确控制EGR率。

本发明还公开了一种发动机系统的实际新鲜空气量的计算方法。

如图2-图4所示，本发明实施例的发动机系统的实际新鲜空气量的计算方法包括：根据公式e1＝(m2-m1)/m2，计算基础EGR率e1，其中，m1为总进气管处的空气流量，m2为进气中冷器3的出口端的流量；根据公式m4＝pVM/(RT)，计算发动机的总进气量m4，其中，p为进气歧管前端的进气压力，V为发动机排量，R为常数，T为进气的绝对温度，M为平均摩尔质量；根据公式m3＝m4*e1，计算EGR流量m3；根据公式mx1＝m4*(1-e1)，计算第一新鲜空气量mx1；根据公式mx2＝mx1*a1*a2，计算发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，其中a1为第一气量修正系数，a2为第二气量修正系数；将压差ΔP和EGR阀12的开度输入阀口流量模型map得到m5，根据公式d＝(m5-m3)/m3，计算EGR率的偏差率d，其中m5为EGR阀12处的流量，将偏差率d输入修正系数map1，得到第一气量修正系数a1；根据氧传感器8检测的氧含量测出发动机气缸的实际Lambda，将(Lambda-1)输入到修正系数map2，得到第二气量修正系数a2。

上述计算方法可以依靠上述发动机系统的实施例来实现。

由第一空气流量计1测出新鲜空气流量m1，由第二空气流量计4测得EGR加新鲜空气量的总空气量m2；m2-m1得到EGR的流量，再比上m2得到基础EGR率e1。

根据进气歧管压力传感器6测得一个进气压力，根据进气温度及压力由进气计算模块计算出发动机总进气量m4，m4是根据理想气体状态方程计算而来(理想气体状态方程为P*V＝nRT，其中P为进气压力，V为发动机排量，R为常数8.314，T为绝对温度，n摩尔数，M为气体摩尔质量)，是一个发动机进气量的计算值，由于靠近进气歧管，所以默认为真实气量。

总进气量m4乘以基础EGR率e1，得到EGR流量计算值m3，m4乘以(1-e1)得到第一新鲜空气量mx1；第一新鲜空气量mx1乘以第一气量修正系数a1，乘以第二气量修正系数a2得到实际新鲜空气量mx2；实际新鲜空气量mx2默认为真实缸内新鲜气量，根据此气量mx2进行当量比喷油(空气与燃油质量比为14.7)。

如图3所示，第一气量修正系数a1为，根据EGR阀12处得到的EGR率与计算得到的EGR率之差进行修正的修正系数。EGR阀12并行设置有压差传感器13，可测得EGR阀12的前后压力差，根据压力差及EGR阀12的开度，输入阀口流量模型map计算得到此处的EGR真实流量m5，此流量减去EGR流量的计算值m3，再比上m3，得到EGR率的偏差率d，此偏差率d输入修正系数map1得到第一气量修正系数a1。

由于EGR管路的延迟作用，EGR阀12到进气歧管部分EGR率会有一定延迟，可能变大或者变小，造成基础EGR率e1与实际EGR率有一定差异，造成实际新鲜气量计算不准确，需要进行修正；气量修正系数map1，横坐标为EGR率差值的比率，纵坐标为发动机进气量，内容为对于气量的修正系数1；其目的为根据当前发动机EGR率的差异率以及发动机进气量，对实际气量进行修正。

如图4所示，第二气量修正系数a2为根据氧传感器8所测得的燃烧当量比Lambda的值，对新鲜气量进行修正，由于新鲜气量计算与真实进入缸内的新鲜气量的值的差异，造成，当量比喷油后，缸内实际当量比并不是1，所以可以通过氧传感器8测出缸内实际Lambda，用缸内实际lambda减去1，之后输入修正系数map2，进行查表得到修正系数2，此修正系数map2横坐标为当量比之差，有正有负，纵坐标为发动机进气量，内容为气量修正系数量，当实际测得当量比小于1时，修正系数2小于1，当实际测得当量比大于1时，修正系数2大于1。如图4所示，第二气量修正系数a2与实际新鲜空气量mx2为循环计算的关系。

根据本发明实施例的发动机系统的实际新鲜空气量的计算方法，可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗，且能够更加精确控制EGR率。

本发明还公开了一种车辆，该车辆包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，第一计算机程序包括上述计算方法。

根据本发明实施例的车辆，可以精确计算出具有低压EGR系统发动机的新鲜空气量，保证了发动机当量比燃烧，有益于排放和油耗，且能够更加精确控制EGR率。

以上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 (8)

1.一种发动机系统，其特征在于，包括：

压气机（2），所述压气机（2）的进口端设有总进气管，所述总进气管设有第一空气流量计（1）；

进气中冷器（3），所述进气中冷器（3）的进口端与所述压气机（2）的出口端相连，所述进气中冷器（3）的出口端与进气歧管的入口端之间顺次设有第二空气流量计（4）、节气门（5）、进气压力传感器（6）；

涡轮机（9）和催化器（10），气缸的排气管、所述涡轮机（9）、所述催化器（10）顺次布置，且所述气缸的排气管与所述涡轮机（9）之间设有氧传感器（8）；

EGR管路，所述EGR管路连接在所述催化器（10）的出气端与所述压气机（2）的进口端之间，所述EGR管路上设有EGR冷却器（11）和EGR阀（12），所述EGR阀（12）的两端连接有压差传感器（13）；

ECU，所述第一空气流量计（1）、所述第二空气流量计（4）、所述进气压力传感器（6）、所述EGR阀（12）、所述压差传感器（13）均与所述ECU通讯连接；其中

所述ECU包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，所述第一计算机程序用于根据所述第一空气流量计（1）检测的流量m1、所述第二空气流量计（4）检测的流量m2、所述进气压力传感器（6）检测的压力p、所述EGR阀（12）的开度、所述压差传感器（13）检测的压差ΔP、所述氧传感器（8）检测的氧含量计发动机气缸的实际新鲜空气量。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一计算机程序包括：

根据公式e1=（m2-m1）/m2，计算基础EGR率e1；

根据公式m4=pVM/(RT)，计算发动机的总进气量m4，其中V为发动机排量，R为常数，T为进气的绝对温度，M为平均摩尔质量；

根据公式mx1= m4*(1-e1)，计算第一新鲜空气量mx1；

根据公式mx2=mx1 * a1 * a2，计算发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，其中a1为第一气量修正系数，a2为第二气量修正系数。

3.根据权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述第一计算机程序包括：

根据公式m3=m4 * e1，计算EGR流量m3；

根据公式d=(m5-m3)/m3，计算EGR率的偏差率d，其中m5为EGR阀（12）处的流量；将所述压差ΔP和所述EGR阀（12）的开度输入阀口流量模型得到m5；

根据EGR率的偏差率d获得第一气量修正系数a1。

4.根据权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述第一计算机程序包括：

根据氧传感器（8）检测的氧含量测出发动机气缸的实际Lambda，根据Lambda获得第二气量修正系数a2。

5.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述ECU设置为根据所述实际新鲜空气量控制喷油器（7）以进行当量比喷油。

6.一种车辆，其特征在于，具有如权利要求1-5中任一项所述的发动机系统。

7.一种发动机系统的实际新鲜空气量的计算方法，其特征在于，包括：

根据公式e1=（m2-m1）/m2，计算基础EGR率e1，其中，m1为总进气管处的空气流量，m2为进气中冷器（3）的出口端的流量；

根据公式m4=pVM/(RT)，计算发动机的总进气量m4，其中，p为进气歧管前端的进气压力，V为发动机排量，R为常数，T为进气的绝对温度，M为平均摩尔质量；

根据公式m3=m4 * e1，计算EGR流量m3；

根据公式mx1= m4*(1-e1)，计算第一新鲜空气量mx1；

根据公式mx2=mx1 * a1 * a2，计算发动机气缸的实际新鲜空气量mx2，其中a1为第一气量修正系数，a2为第二气量修正系数；

根据公式d=(m5-m3)/m3，计算EGR率的偏差率d，其中m5为EGR阀（12）处的流量，根据EGR率的偏差率d获得第一气量修正系数a1；将压差ΔP和所述EGR阀（12）的开度输入阀口流量模型得到m5；所述压差ΔP为所述EGR阀（12）两端的压差；

根据氧传感器（8）检测的氧含量测出发动机气缸的实际Lambda，根据Lambda获得第二气量修正系数a2。

8.一种车辆，其特征在于，包括存储有第一计算机程序的可读存储介质，所述第一计算机程序包括如权利要求7所述的计算方法。

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