CN113339136B - 一种计算节气门后压力的方法、装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算节气门后压力的方法、装置及车辆，属于车辆技术领域。该计算节气门后压力的方法包括：步骤S1，发动机T15开关上电；步骤S2，初始化发动机进气口上游的压力为预设压力；步骤S3，发动机T50上电并起动；步骤S4，迭代计算：利用上一时刻的混合管段的压力和欧拉公式计算当前时刻的混合管段的气体净流入量；基于当前时刻混合管段的气体净流入量，利用理想气体方程计算当前时刻的混合管段的压力，混合管段的压力为节气门后压力。该计算节气门后的压力的方法、装置及车辆提高了节气门后的压力的准确度，提高了空气流量的计算精度，从而提高了空燃比的控制精度，以保证发动机最佳的工作状态。
Description
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压力的方法、装置及车辆。
背景技术
随着排放法规的升级，天然气发动机需要稳定控制排放氧浓度，满足后处理三元催化反应器的反应要求。而燃烧控制需要天然气和空气配合控制，才能够达到实时精确控制空燃比的目的。对于天然气发动机这种燃料运输管道延迟时间长的系统，通常采用开环控制方式，因此也就需要精确计算空气流量，特别是瞬态的空气流量，瞬态空气流量决定着燃气的喷射量，从而瞬态空气流量的计算精度决定了空燃比的控制精度。
现有技术中主要通过两种方法计算空气流量，即基于节气门开度和前后压比的参数并利用节流公式计算空气流量或者采用质量流量传感器直接测量空气流量。对于采用节流公式计算空气流量的方法，目前节气门后压力传感器安装在进气歧管上，但节气门后的进气歧管较长，导致压力传感器测量的压力与节气门后的实际压力存在偏差，特别是瞬态工况下，进气歧管的压力相对于节气门后的实际压力存在反应延迟的现象，这样就影响瞬态工况下的进气流量计算的准确度。对于采用质量流量传感器测量空气流量的方法，质量流量传感器的安装对进气的管理布置要求严格，同时质量流量传感器还会发生零点漂移，导致空气流量的测量精度低；除此之外，发动机在恶劣的运行条件下，质量流量传感器一旦受到油气和尘埃的污染，空气流量测量精度也会降低。
因此，亟需一种准确度高的计算节气门后的压力的方法、装置及车辆，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、装置及车辆，该计算节气门后压力的方法、装置及车辆提高了节气门后的压力的准确度，提高了空气流量的计算精度，从而提高了空燃比的控制精度，以保证发动机最佳的工作状态。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种计算节气门后压力的方法，节气门至喷管进口之间的区域为混合管段，包括：
步骤S1，发动机T15开关上电；
步骤S2，初始化发动机进气口上游的压力为预设压力；
步骤S3，发动机T50上电并起动；
步骤S4，迭代计算：利用上一时刻的混合管段的压力和欧拉公式计算当前时刻的混合管段的气体净流入量；基于当前时刻混合管段的气体净流入量，利用理想气体方程计算当前时刻的混合管段的压力，所述混合管段的压力为节气门后压力。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，所述预设压力为环境压力。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，在所述步骤S4中，所述混合管段的气体净流入量由节气门的空气流量、输入混合管段的燃气流量和喷管的混合气流量计算。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，欧拉公式为：
第n时刻混合管段的气体净流入量对该时刻混合管段的压力的离散斜率为
为第n+1时刻混合管段内的气体净流入量，
为第n时刻混合管段内的气体净流入量，h为计算周期，pn为第n时刻混合管道的压力，V为混合管段的容积，T为混合管段内的气体温度，R为气体常数，
为第n时刻进入混合管段的气体总量对该时刻混合管段压力的离散斜率，
为第n时刻流出混合管段的气体总量对该时刻混合管段压力的离散斜率。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，理想气体方程为
为第n时刻混合管段内的气体净流入量，pn为第n时刻混合管道的压力，V为混合管段的容积，T为混合管段内的气体温度，R为气体常数。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，基于节气门上游的压力、节气门上游的温度和混合管段的压力，利用节流公式计算节气门的空气流量。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，节流公式为
m为节气门的空气流量，A为流通有效面积，μ为气体流动摩擦修正系数，κ为绝热指数，Rs为气体常数，Ti为节气门上游的温度，
为节气门下游和上游的压比，
为临界压比。
作为一种计算节气门后压力的方法的优选技术方案，基于混合管段压力、喷管喉口的压力和喷管内混合气的温度，利用文丘里公式或者节流公式计算喷管的混合气流量。
为达上述目的，本发明还提供了一种计算节气门后压力的装置，包括：
第一压力传感器，设置于节气门的上游，用于测量节气门上游的压力；
第一温度传感器，设置于节气门的上游，用于测量节气门上游的温度；
第二压力传感器，设置于喷管的喉口处，用于测量喷管喉口处的压力；
第二温度传感器，设置于喷管内，用于测量喷管内的温度；
控制器，所述第一压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器均与所述控制器通信连接，所述控制器用于执行如上所述的计算节气门后压力的方法。
为达上述目的，本发明还提供了一种车辆，包括如上所述的计算节气门后压力的装置。
本发明提供了一种计算节气门后压力的方法、装置及车辆，该计算节气门后压力的方法利用发动机T15开关上电，以将发动机进气口上游的压力初始为预设压力，从而得到步骤S4迭代计算的初始值，基于该初始值，利用欧拉公式进行迭代计算，每次迭代计算均利用上一时刻的混合管段的压力来计算当前时刻的混合管段的气体净流入量，利用该当前时刻混合管段的气体净流入量，以及理想气体方程计算当前时刻的混合管段的压力，混合管段的压力为节气门后压力，该当前时刻的混合管段的压力用于计算下一时刻的混合管段的气体净流入量，利用此种方式计算得到的混合管段的压力(即节气门后压力)准确度更高，从而提高了空气流量的计算精度，提高了空燃比的控制精度，以保证发动机最佳的工作状态。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的EGR模块的方结构示意图；
图2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。
附图标记：
1、进气管路；2、节气门；3、燃气喷气管；4、喷管；5、EGR入口管路。
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。
实施例一
如图1所示，天然气发动机的进气口处连接有EGR模块，EGR模块包括进气管路1、节气门2、燃气喷气管3、喷管4和EGR入口管路5，其中，进气管路1用于流通空气，进气管路1的出气口与节气门2连通，节气门2的出气口与喷管4连通，节气门2的出气口和喷管4的进口之间连通有燃气喷气管3，节气门2的出气口至喷管4的进口之间为混合管段，EGR入口管路5连通于喷管4的下游且与喷管4共同连通于天然气发动机的进气口。空气流经节气门2，节气门2控制空气流量大小，然后燃气喷气管3多孔喷射燃气，燃气和空气在混合管段混合，经过喷管4，提速深度混合。喷管4喷出后再和此处进入的EGR气体混合，形成空气、燃气和EGR的混合气，最终混合气进入天然气发动机进行燃烧。
如图2所示，本实施例提供了一种计算节气门后压力的方法，包括：
步骤S1，发动机T15开关上电；
步骤S2，初始化发动机进气口上游的压力为预设压力；
在本实施例中，预设压力为环境压力。
步骤S3，发动机T50上电并起动；
步骤S4，迭代计算：利用上一时刻的混合管段的压力和欧拉公式计算当前时刻的混合管段的气体净流入量；基于当前时刻混合管段的气体净流入量，利用理想气体方程计算当前时刻的混合管段的压力，混合管段的压力为节气门后压力。
瞬态过程中，若采用欧拉公式
的计算方式，会由于发动机进气口上游的进气系统的非线性，及测量扰动导致气体流量抖动且出现气体流量无法收敛的情况。在本实施例中，欧拉公式为：
第n时刻混合管段的气体净流入量对该时刻混合管段的压力的离散斜率为
为第n+1时刻混合管段内的气体净流入量，
为第n时刻混合管段内的气体净流入量，h为计算周期，pn为第n时刻混合管道的压力，V为混合管段的容积，T为混合管段内的气体温度，R为气体常数，
为第n时刻进入混合管段的气体总量对该时刻混合管段压力的离散斜率，
为第n时刻流出混合管段的气体总量对该时刻混合管段压力的离散斜率，提高计算瞬态气体流量的精确性、稳定性和收敛性。
理想气体方程为
为第n时刻混合管段内的气体净流入量，pn为第n时刻混合管道的压力，V为混合管段的容积，T为混合管段内的气体温度，R为气体常数。
具体地，在步骤S4中，混合管段的气体净流入量由节气门的空气流量、输入混合管段的燃气流量和喷管的混合气流量计算。
基于节气门上游的压力、节气门上游的温度和混合管段的压力，利用节流公式计算节气门的空气流量。
节流公式为
m为节气门的空气流量，A为流通有效面积，μ为气体流动摩擦修正系数，κ为绝热指数，Rs为气体常数，Ti为节气门上游的温度，
为节气门下游和上游的压比，
为临界压比。
基于混合管段压力、喷管喉口的压力和喷管内混合气的温度，利用文丘里公式或者节流公式计算喷管的混合气流量。
利用发动机T15开关上电，以将发动机进气口上游的压力初始为预设压力，从而得到步骤S4迭代计算的初始值，基于该初始值，利用欧拉公式进行迭代计算，每次迭代计算均利用上一时刻的混合管段的压力来计算当前时刻的混合管段的气体净流入量，利用该当前时刻混合管段的气体净流入量，以及理想气体方程计算当前时刻的混合管段的压力，该当前时刻的混合管段的压力用于计算下一时刻的混合管段的气体净流入量，利用此种方式计算得到的混合管段的压力(即节气门后压力)准确度更高，从而提高了空气流量的计算精度，才能精确控制燃气的喷射量，提高了空燃比的控制精度，实现燃烧精确控制，以保证T15最佳的工作状态。
示例性地：
步骤S1，发动机T15开关上电；
步骤S2，初始化发动机进气口上游的压力为环境压力p0；
步骤S3，发动机T50上电并起动；
步骤S4，迭代计算：
第1时刻，在节气门模型中，根据节气门上游的压力和混合管段的压力p1(p1等于p0)以及节气门开度，采用节流公式计算出节气门的空气流量
同时计算出该节气门的空气流量对混合管段的压力的倒数
喷管模型中，根据混合管段的压力p1(p1等于p0)、喉口压力和混合气温度计算出喷管的混合气流量
同时计算出该喷管的混合气流量对混合管段的压力的倒数
混合管段模型中，根据节气门的空气流量、喷管的混合气流量和燃气流量，计算出混合管段的气体净流入量即
同时计算修正后的混合管段的气体净流入量对混合管段的压力的倒数
计算下一时刻的流量
并利用理想气体方程，计算下一时刻的混合管段的压力p2；
第2时刻，在节气门模型中，根据节气门上游的压力和混合管段的压力p2以及节气门开度，采用节流公式计算出节气门的空气流量
同时计算出该节气门的空气流量对混合管段的压力的倒数
喷管模型中，根据混合管段的压力p2、喉口压力和混合气温度计算出喷管的混合气流量
同时计算出该喷管的混合气流量对混合管段的压力的倒数
混合管段模型中，根据节气门的空气流量、喷管的混合气流量和燃气流量，计算出混合管段的气体净流入量即
同时计算修正后的混合管段的气体净流入量对混合管段的压力的倒数
计算下一时刻的流量
并利用理想气体方程，计算下一时刻的混合管段的压力p3；
……；
第n时刻，在节气门模型中，根据节气门上游的压力和混合管段的压力pn以及节气门开度，采用节流公式计算出节气门的空气流量
同时计算出该节气门的空气流量对混合管段的压力的倒数
喷管模型中，根据混合管段的压力pn、喉口压力和混合气温度计算出喷管的混合气流量
同时计算出该喷管的混合气流量对混合管段的压力的倒数
混合管段模型中，根据节气门的空气流量、喷管的混合气流量和燃气流量，计算出混合管段的气体净流入量即
同时计算修正后的混合管段的气体净流入量对混合管段的压力的倒数
计算下一时刻的流量
并利用理想气体方程，计算下一时刻的混合管段的压力pn+1。
实施例二
一种计算节气门后压力的装置，包括：
第一压力传感器，设置于节气门的上游，用于测量节气门上游的压力；
第一温度传感器，设置于节气门的上游，用于测量节气门上游的温度；
第二压力传感器，设置于喷管的喉口处，用于测量喷管喉口处的压力；
第二温度传感器，设置于喷管内，用于测量喷管内的温度；
控制器，第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器和第二温度传感器均与控制器通信连接，控制器用于执行实施例一中的计算节气门后压力的方法。
实施例三
一种车辆，包括实施例二中的计算节气门后压力的装置。
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 (8)
1.一种计算节气门后压力的方法，节气门至喷管进口之间的区域为混合管段，其特征在于，包括：
步骤S1，发动机T15开关上电；
步骤S2，初始化发动机进气口上游的压力为预设压力；
步骤S3，发动机T50上电并起动；
步骤S4，迭代计算：利用上一时刻的混合管段的压力和欧拉公式计算当前时刻的混合管段的气体净流入量；基于当前时刻混合管段的气体净流入量，利用理想气体方程计算当前时刻的混合管段的压力，所述混合管段的压力为节气门后压力；
欧拉公式为：
第n时刻混合管段的气体净流入量对该时刻混合管段的压力的离散斜率为
为第n+1时刻混合管段内的气体净流入量，
为第n时刻混合管段内的气体净流入量，h为计算周期，pn为第n时刻混合管道的压力，V为混合管段的容积，T为混合管段内的气体温度，R为气体常数，
为第n时刻进入混合管段的气体总量对该时刻混合管段压力的离散斜率，
为第n时刻流出混合管段的气体总量对该时刻混合管段压力的离散斜率；
理想气体方程为
为第n时刻混合管段内的气体净流入量，pn为第n时刻混合管道的压力，V为混合管段的容积，T为混合管段内的气体温度，R为气体常数。
2.如权利要求1所述的计算节气门后压力的方法，其特征在于，所述预设压力为环境压力。
3.如权利要求1所述的计算节气门后压力的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述混合管段的气体净流入量由节气门的空气流量、输入混合管段的燃气流量和喷管的混合气流量计算。
4.如权利要求3所述的计算节气门后压力的方法，其特征在于，基于节气门上游的压力、节气门上游的温度和混合管段的压力，利用节流公式计算节气门的空气流量。
5.如权利要求4所述的计算节气门后压力的方法，其特征在于，节流公式为
m为节气门的空气流量，A为流通有效面积，μ为气体流动摩擦修正系数，κ为绝热指数，Rs为气体常数，Ti为节气门上游的温度，
为节气门下游和上游的压比，
为临界压比。
6.如权利要求3所述的计算节气门后压力的方法，其特征在于，基于混合管段压力、喷管喉口的压力和喷管内混合气的温度，利用文丘里公式或者节流公式计算喷管的混合气流量。
7.一种计算节气门后压力的装置，其特征在于，包括：
第一压力传感器，设置于节气门的上游，用于测量节气门上游的压力；
第一温度传感器，设置于节气门的上游，用于测量节气门上游的温度；
第二压力传感器，设置于喷管的喉口处，用于测量喷管喉口处的压力；
第二温度传感器，设置于喷管内，用于测量喷管内的温度；
控制器，所述第一压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器均与所述控制器通信连接，所述控制器用于执行如权利要求1～6任一项所述的计算节气门后压力的方法。
8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求7所述的计算节气门后压力的装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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