CN113267339B - 计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆，属于车辆技术领域。计算节气门后的压力的方法包括步骤S1，测量节气门前的压力P₁，测量节气门前的温度T；步骤S2，测量位于燃气注入口下游的文丘里管喉口处的压力P₃；步骤S3，基于节气门前的压力P₁、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过节流公式计算理论节气门流量d₁；步骤S4，基于文丘里管喉口处的压力P₃、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂；步骤S5，利用d₁＝d₂*X_air以及P₁>P₂>P₃计算出节气门后的压力P₂，其中，X_air是空气占比，提高了节气门后的压力的计算准确性。

Description

计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆。

背景技术

天然气发动机通过节气门控制进入发动机的空气量，并根据计算得到进气量喷入相对应天然气，进而实现对发动机功率和空燃比的控制。空气量计算的准确性直接影响空燃比的控制，而空燃比直接影响发动机的排放和经济性。

现有技术中主要通过节气门开度和前后压比计算实际进气量，但是在动态工况下，节气门后压力受干扰因素较多，使得节气门后的压力分布和变化不均衡，从而导致通过压力传感器测量的节气门后的压力值不准确，进而影响空燃比的控制。

因此，亟需一种准确性高的计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆，该计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆计算出的节气门后的压力准确性高，将该节气门后的压力用于计算节气门流量和喷嘴流量，提高进气量的计算精度，有利于发动机空燃比的控制，提高发动机的经济性并减少尾气排放。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种计算节气门后的压力的方法，包括：

步骤S1，测量节气门前的压力P₁，测量节气门前的温度T；

步骤S2，测量位于燃气注入口下游的文丘里管喉口处的压力P₃；

步骤S3，基于节气门前的压力P₁、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过节流公式计算理论节气门流量d₁；

步骤S4，基于文丘里管喉口处的压力P₃、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂；

步骤S5，利用d₁＝d₂*X_air以及P₁>P₂>P₃计算出节气门后的压力P₂，其中，X_air是空气占比。

作为一种计算节气门后的压力的方法的优选技术方案，在所述步骤S3中，所述理论节气门流量

其中，A_effthr为根据工况加权后的有效流通面积，R为理论气体常数，Psi²_crit为临界流量系数，pi_crit为临界压比。

作为一种计算节气门后的压力的方法的优选技术方案，在所述步骤S4中，所述理论喷嘴流量

其中，A_effnozzle为加权后文丘里管的有效流通面积，R_FUEL为理论混合气气体常数。

作为一种计算节气门后的压力的方法的优选技术方案，当流经节气门的流体处于节流区时，d₁＝d₂*X_air为

定义

则d₁＝d₂*X_air为fac*P₂ ²+(P₃-fac*P₁)*P₂-P₃ ²＝0，其为一元二次方程，可解出节气门后的压力P₂。

作为一种计算节气门后的压力的方法的优选技术方案，当流经节气门的流体处于超音速区时，则流经节气门的理论节气门流量d₁与节气门后前压比无关，定义P₂/P₁＝pi_crit，则

利用d₁＝d₂*X_air可得出fac*pi_crit(1-pi_crit)*P₁ ²+P₃ ²＝P₃*P₂，其为一元一次方程，可解出节气门后的压力P₂。

为达上述目的，本发明还提供了一种测量装置，应用如上所述的计算节气门后的压力的方法，所述测量装置包括：

文丘里管，所述文丘里管串联于节气门的下游，且所述文丘里管位于燃气注入口的下游；

第一检测组件，所述第一检测组件用于检测节气门前的压力P₁和节气门前的温度T；

第二检测组件，所述第二检测组件用于检测文丘里管喉口处的压力P₃。

作为一种测量装置的优选技术方案，所述第一检测组件包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器的探头设置于节气门前，用于检测节气门前的压力P₁；

温度传感器，所述温度传感器的探头设置于节气门前，用于检测节气门前的温度T。

作为一种测量装置的优选技术方案，所述第二检测组件包括第二压力传感器，所述第二压力传感器的探头设置于所述文丘里管的喉口处，用于检测文丘里管喉口处的压力P₃。

为达上述目的，本发明还提供了一种发动机，包括如上所述的测量装置。

为达上述目的，本发明还提供了一种车辆，包括如上所述的发动机。

本发明提供了一种计算节气门后的压力的方法、测量装置、发动机及车辆，计算节气门后的压力的方法先测量出节气门前的压力P₁、节气门前的温度T和文丘里管喉口处的压力P₃，然后利用节流公式计算理论节气门流量d₁，利用文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂，且由于理论节气门流量d₁和理论喷嘴流量d₂中均包括节气门后的压力P₂，从而利用d₁＝d₂*X_air计算出节气门后的压力P₂，并且基于P₁>P₂>P₃的原则得出有效解，该有效解即为节气门后的压力P₂。本发明通过测量与理论计算相结合的方式替代传统的传感器，解决了真实压力信号较难测量的问题，采用该计算节气门后的压力的方法及测量装置计算出的节气门后的压力准确性高，将该节气门后的压力用于计算节气门流量和喷嘴流量，提高进气量的计算精度，有利于发动机空燃比的控制，提高发动机的经济性并减少尾气排放。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的计算节气门后的压力的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供了一种计算节气门后的压力的方法，该计算节气门后的压力的方法包括步骤S1，测量节气门前的压力P₁，测量节气门前的温度T；步骤S2，测量位于燃气注入口下游的文丘里管喉口处的压力P₃；步骤S3，基于节气门前的压力P₁、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过节流公式计算理论节气门流量d₁；步骤S4，基于文丘里管喉口处的压力P₃、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂；步骤S5，利用d₁＝d₂*X_air以及P₁>P₂>P₃计算出节气门后的压力P₂，其中，X_air是空气占比。

计算节气门后的压力的方法先测量出节气门前的压力P₁、节气门前的温度T和文丘里管喉口处的压力P₃，然后利用节流公式计算理论节气门流量d₁，利用文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂，且由于理论节气门流量d₁和理论喷嘴流量d₂中均包括节气门后的压力P₂，从而利用d₁＝d₂*X_air计算出节气门后的压力P₂，并且基于P₁>P₂>P₃的原则得出有效解，该有效解即为节气门后的压力P₂。本实施例通过测量与理论计算相结合的方式替代传统的传感器，解决了真实压力信号较难测量的问题，且保证计算结果的合理性，采用该计算节气门后的压力的方法及测量装置计算出的节气门后的压力准确性高，将该节气门后的压力用于计算节气门流量和喷嘴流量，提高进气量的计算精度，有利于发动机空燃比的控制，提高发动机的经济性并减少尾气排放。

具体地，在步骤S3中，理论节气门流量

其中，A_effthr为根据工况加权后的有效流通面积，R为理论气体常数，Psi²_crit为临界流量系数，pi_crit为临界压比。一般情况下，临界流量系数为0.46，临界压比为0.58。

进一步地，在步骤S4中，理论喷嘴流量

其中，A_effnozzle为加权后文丘里管的有效流通面积，R_FUEL为理论混合气气体常数。

流经节气门的流体具有如下特性：

当节气门后前的压比P₂/P₁小于临界压比pi_crit时，流经节气门的流体处于超音速区，理论节气门流量与压比P₂/P₁无关，理论节气门流量为定值；

当节气门后前的压比P₂/P₁小于临界压比pi_crit时，流经节气门的流体处于节流区，理论节气门流量与压比P₂/P₁是线性关系。

基于上述的流经节气门的流体特性，将节气门从开启至关闭整个过程中，流经节气门的流体特性为非线性区，分为超音速区和节流区两个工况分别计算，两个工况可分别保证流经节气门的流体特性为线性区。

当流经节气门的流体处于节流区时，d₁＝d₂*X_air为

化简后d₁＝d₂*X_air为

定义

则d₁＝d₂*X_air为fac*P₂ ²+(P₃-fac*P₁)*P₂-P₃ ²＝0，其为一元二次方程，利用求根公式

可解出节气门后的压力P₂。

当流经节气门的流体处于超音速区时，则流经节气门的理论节气门流量d₁与节气门后前压比无关，定义P₂/P₁＝pi_crit，并将P₂/P₁＝pi_crit带入

化简后为

利用d₁＝d₂*X_air即：

可得出fac*pi_crit(1-pi_crit)*P₁ ²+P₃ ²＝P₃*P₂，其为一元一次方程，可解出节气门后的压力P₂。需要说明的是，本实施例定义P₂/P₁＝pi_crit，是方便计算过程中公式的化简以及涵盖了流经节气门的流体处于超音速区和节流区之间(即P₂/P₁＝pi_crit)的情况，由于流经节气门的流体处于超音速区时，流经节气门的理论节气门流量d₁与节气门后前压比无关，因此，P₂/P₁定义为其它任意的值。

在实际计算过程中，由于节气门后的压力P₂为未知量，因此，并不能判断节气门后前的压比P₂/P₁与临界压比pi_crit的关系，因此，可同时采用节流公式计算理论节气门流量d₁以及通过文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂，将采用不同工况计算出的节气门后的压力P₂分别与节气门前的压力P₁和文丘里管喉口处的压力P₃进行比较，处于P₁>P₂>P₃范围内的P₂为有效解。

本实施例在求解节气门后的压力P₂的过程中，由于流经节气门的流体为非线性的，因此通过将流经节气门的流体分为节流区和超音速区两种工况进行修正，保证计算结果的准确性，且在两种工况下均采用直接对公式进行解算的方式，保证了算法的收敛，减少运算量；在超音速区的工况下，可对d₁＝d₂*X_air进行进一步的简化，仅需求解一元一次方程即可得出节气门后的压力P₂，方便求解。

本实施例还提供了一种测量装置，该测量装置应用上述的计算节气门后的压力的方法，测量装置包括文丘里管、第一检测组件和第二检测组件，其中，文丘里管串联于节气门的下游，且文丘里管位于燃气注入口的下游；第一检测组件用于检测节气门前的压力P₁和节气门前的温度T；第二检测组件用于检测文丘里管喉口处的压力P₃。

优选地，第一检测组件包括第一压力传感器和温度传感器，其中，第一压力传感器的探头设置于节气门前，用于检测节气门前的压力P₁；温度传感器的探头设置于节气门前，用于检测节气门前的温度T。

优选地，第二检测组件包括第二压力传感器，第二压力传感器的探头设置于文丘里管的喉口处，用于检测文丘里管喉口处的压力P₃。

本实施例还提供了一种发动机，该发动机包括上述的测量装置。

本实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述的发动机。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种计算节气门后的压力的方法，其特征在于，包括：

步骤S1，测量节气门前的压力P₁，测量节气门前的温度T；

步骤S2，测量位于燃气注入口下游的文丘里管喉口处的压力P₃；

步骤S3，基于节气门前的压力P₁、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过节流公式计算理论节气门流量d₁；

步骤S4，基于文丘里管喉口处的压力P₃、节气门后的压力P₂和节气门前的温度T，通过文丘里流量公式计算理论喷嘴流量d₂；

步骤S5，利用d₁＝d₂*X_air以及P₁>P₂>P₃计算出节气门后的压力P₂，其中，X_air是空气占比；

在所述步骤S3中，所述理论节气门流量

其中，A_effthr为根据工况加权后的有效流通面积，R为理论气体常数，Psi²_crit为临界流量系数，pi_crit为临界压比；

在所述步骤S4中，所述理论喷嘴流量

其中，A_effnozzle为加权后文丘里管的有效流通面积，R_FUEL为理论混合气气体常数；

当流经节气门的流体处于节流区时，d₁＝d₂*X_air为

定义

则d₁＝d₂*X_air为fac*P₂ ²+(P₃-fac*P₁)*P₂-P₃ ²＝0，其为一元二次方程，可解出节气门后的压力P₂；

当流经节气门的流体处于超音速区时，则流经节气门的理论节气门流量d₁与节气门后前压比无关，定义P₂/P₁＝pi_crit，则

利用d₁＝d₂*X_air可得出fac*pi_crit(1-pi_crit)*P₁ ²+P₃ ²＝P₃*P₂，其为一元一次方程，可解出节气门后的压力P₂。

2.一种测量装置，其特征在于，应用如权利要求1所述的计算节气门后的压力的方法，所述测量装置包括：

文丘里管，所述文丘里管串联于节气门的下游，且所述文丘里管位于燃气注入口的下游；

第一检测组件，所述第一检测组件用于检测节气门前的压力P₁和节气门前的温度T；

第二检测组件，所述第二检测组件用于检测文丘里管喉口处的压力P₃。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一检测组件包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器的探头设置于节气门前，用于检测节气门前的压力P₁；

温度传感器，所述温度传感器的探头设置于节气门前，用于检测节气门前的温度T。

4.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第二检测组件包括第二压力传感器，所述第二压力传感器的探头设置于所述文丘里管的喉口处，用于检测文丘里管喉口处的压力P₃。

5.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求2～4任一项所述的测量装置。

6.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求5所述的发动机。

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