CN117171499A - 一种缸内残余废气分压计算方法、装置、介质及ecu - Google Patents

Abstract

本发明汽车发动机技术领域，特别涉及一种缸内残余废气分压计算方法、装置、介质及ECU。根据周期排气背压计算有效排气背压，根据有效排气背压计算指定转角区间的缸内残余废气分压，再根据缸内残余废气分压计算当前气缸充气效率。本发明可针对任意运行工况和任意位置背压传感器采集的数据构建缸内残余废气分压计算模型，适用范围广，避免了传统缸内残余废气分压计算方法中对背压传感器数据的苛刻要求，可有效提高计算准确度。同时，有效排气背压是在周期排气背压平均值的基础上修正获取，周期排气背压平均值获取误差小，在此基础上修改后算得有效排气背压相较于瞬时数据采集，准确度更高，更容易实现。

Description

一种缸内残余废气分压计算方法、装置、介质及ECU

技术领域

本发明汽车发动机技术领域，特别涉及一种缸内残余废气分压计算方法、装置、介质及ECU。

背景技术

随着内燃机工业的高速发展，如何进一步提高效率，降低排放成为当今内燃机行业发展的两大关键方向。为了提高汽油机的经济性，米勒(Miller)循环技术已经被国内外的汽车厂家广泛运用于新一代的发动机中。在节能方面，国内外的汽车厂家通过运用阿特金森(Atkinson)循环、米勒(Miller)循环、高/低压EGR、以及以可变截面涡轮增压器(variable geometric turbocharger)为代表的高效涡轮增压系统等技术，改善发动机的燃烧做功过程，从而提高经济性。

其中，以可变截面涡轮增压器为代表的高效涡轮增压系统虽然能够有效改善扭矩响应时间、提升燃油经济性，但其在动态增压过程中会导致排气背压的剧烈变化；尤其是在Miller循环发动机中，由于大重叠角工况区间显著增加，排气背压对残余废气计算进而对充气及扭矩计算精度的影响大大增强；为保证发动机的稳定性、满足日益严苛的排放法规，越来越多的国内外主机厂开始在新一代发动机上引入排气背压传感器，如图1所示。

然而，随着排气背压传感器的引入也带来了以下几个令主机厂忧虑的问题：

1、汽油机的排温较高，而背压传感器的可承受温度范围较低，因此背压传感器与气缸保持一定距离，无法准确获取气缸残余废气分压。

2、各排气管路随着位置的不同背压信号差异很大，为准确计算气缸残余废气分压增加了难度。

3、在低温环境下，排气传感器可能出现由结冰引起的信号失真现象，会直接影响充气计算的准确性。

发明内容

本发明公开了一种缸内残余废气分压计算方法、装置、介质及ECU，它使任意车型在任意车况下，可通过有效排气压准确计算缸内残余废气分压。

为达到上述目的，一方面，提供一种缸内残余废气分压计算方法，具体方法如下：

定义曲轴指定转角区间任意位置采集的瞬时排气背压为有效排气背压；

采集周期排气背压、歧管压力、充气斜率和进气温度；

根据周期排气背压，计算有效排气背压；

根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，分别计算指定转角区间的缸内残余废气相对充量和缸内残余废气温度；

根据缸内残余废气相对充量、缸内残余废气温度、充气斜率和进气温度，计算指定转角区间的缸内残余废气分压。

该实施例的优点在于，可针对任意运行工况和任意位置背压传感器采集的数据构建缸内残余废气分压计算模型，适用范围广，避免了传统缸内残余废气分压计算方法中对背压传感器数据的苛刻要求，可有效提高计算准确度。同时，有效排气背压是在周期排气背压平均值的基础上计算，有效排气背压相较于瞬时排气背压误差更小。

进一步地，根据充气斜率、歧管压力和缸内残余废气分压，计算当前气缸充气效率。

该实施例的优点在于，构建了有效排气背压与当前气缸充气效率的计算模型，可进一步提高当前气缸充气效率的计算准确度，为动力系统总成提供进气量计算的数据基础，可精准控制缸内燃烧程度。

进一步地，计算有效排气背压的具体方法如下：

根据周期排气背压，计算周期排气背压平均值；

根据曲轴指定转角区间，计算排气背压修正值；

根据排气背压修正值修正排气背压平均值，获取有效排气背压。

该实施例的优点在于，有效排气背压是在周期排气背压平均值的基础上修正获取，周期排气背压平均值获取误差小，在此基础上修改后算得有效排气背压相较于瞬时数据采集，准确度更高，更容易实现。

进一步地，计算周期排气背压平均值的方法如下：

针对以流经节气门后至进气门前的管路内的气体，以节气门处进气流量、歧管压力变化率、进气歧管管路容积和歧管内气体温度，计算进气流量；

根据进气流量及空气燃料系数，计算排气流量；

基于阀口流量方程，根据当前排气流量、VGT开度、涡轮前温度、涡轮后压力，计算得到当前工况下排气背压平均值。

进一步地，计算排气背压修正值的方法如下：

针对不同发动机工况进行试验，采集相关发动机状态量作为样本数据；

以样本数据训练AI模型；

以当前发动机状态量输入训练好的AI模型，AI模型输出排气背压修正值；

所述样本数据包括：发动机转速、环境压力、歧管压力、排气温度、VVT重叠角和当前VGT开度。

该实施例的优点在于，采用AI模型构建排气背压修正值适应范围更广，准确度更高。针对不同的气缸型号、不同的工况、不能能源类别以及人为分析得到的其它大幅度影响排气背压修正值的因素，可单独训练AI模型。

作为优选，所述AI模型为神经网络模型。

可选地，所述AI模型为高斯模型。

进一步地，计算缸内残余废气分压的方法如下：

缸内残余废气相对充量除以充气斜率的商，乘以缸内残余废气温度除以进气温度的商。

该实施例的优点在于，在有效排气背压的基础上构建了缸内残余废气计算模型，便于缸内残余废气实时计算。

进一步地，计算当前气缸充气效率的方法如下：

歧管压力与缸内残余废气分压的差，乘以充气斜率。

该实施例的优点在于，在有效排气背压的基础上构建了当前气缸充气效率计算模型，便于当前气缸充气效率实时计算。

为达到上述目的，另一方面，提供一种缸内残余废气分压计算装置，包括：采集模块、有效排气背压获计算模块、缸内残余废气相对充量计算模块、缸内残余废气温度计算模块和缸内残余废气分压计算模块；

所述采集模块，用于采集周期排气背压、歧管压力、充气斜率和进气温度；

所述有效排气背压获计算模块，根据周期排气背压计算有效排气背压；

所述缸内残余废气相对充量计算模块，根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，计算缸内残余废气相对充量；

所述缸内残余废气温度计算模块，根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，计算缸内残余废气温度计算模块；

所述缸内残余废气分压计算模块，根据缸内残余废气相对充量、缸内残余废气温度、充气斜率和进气温度，计算指定转角区间的缸内残余废气分压。

为达到上述目的，另一方面，提供一种存储介质，包括若干存储指令，处理器加载若干存储指令以执行上述缸内残余废气分压计算方法。

为达到上述目的，另一方面，提供一种ECU，包括上述缸内残余废气分压计算装置，和/或上述存储介质。

需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。

附图说明

为了更加清晰地说明本发明的技术方案，利于对本发明的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本发明进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本发明的实施例一并用于说明本发明的技术方案，但并不构成对本发明的限制。

附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：

图1为背景技术中排气背压的安装结构示意图。

图2为基于神经网络模型的排气背压修正模型。

图3为排气背压模型优化后和优化前混合气对比。

图4为实施例流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本发明相关部分的举例说明，而不是本发明的全部。

一种缸内残余废气分压计算方法，如图4所示，具体方法如下：

S1、采集周期排气背压、歧管压力、充气斜率和进气温度。

S2、根据周期排气背压，计算有效排气背压。

具体地，定义曲轴指定转角区间任意位置采集的瞬时排气背压为有效排气背压。

具体地，计算有效排气背压的具体方法如下：

S21、根据周期排气背压，计算周期排气背压平均值。

具体地，计算周期排气背压平均值的方法如下：

S211、针对以流经节气门后至进气门前的管路内的气体，以节气门处进气流量、歧管压力变化率、进气歧管管路容积和歧管内气体温度，计算进气流量；

S212、根据进气流量及空气燃料系数，计算排气流量；

S213、基于阀口流量方程，根据当前排气流量、VGT开度、涡轮前温度、涡轮后压力，计算得到当前工况下排气背压平均值。

该实施例中，以流经节气门后至进气门前的管路内的气体为研究对象，基于理想气体方程，根据节气门处进气流量、歧管压力变化率、进气歧管管路容积、歧管内气体温度，计算进气流量。

式中：为进入歧管气体流量；

V₂为进气歧管容积；

T₂为进气歧管温度；

为进气歧管压力变化率；

根据进气流量及空气燃料系数，计算排气流量，方法同上。

式中：为排气流量；

k_air/fuel为空燃燃料系数，其与空燃比直接相关；

基于阀口流量方程，根据当前排气流量、VGT开度、涡轮前温度、涡轮后压力，计算得到当前工况下排气背压平均值：

式中，为排气流量；

pos_vgt为VGT开度；

A_vgt为涡轮有效截面积；

为排气背压平均值；

p₄为涡轮前压力；

T₃为涡轮后温度。

S22、根据曲轴指定转角区间，计算排气背压修正值。

具体地，计算排气背压修正值的方法如下：

S221、针对不同发动机工况进行试验，采集相关发动机状态量作为样本数据；

S222、以样本数据训练AI模型；

S223、以当前发动机状态量输入训练好的AI模型，AI模型输出排气背压修正值；

所述样本数据包括：发动机转速、环境压力、歧管压力、排气温度、VVT重叠角和当前VGT开度。

所述AI模型为神经网络模型，作为替换手段，AI模型还可以是高斯模型。当然还可以是其它训练模型或迭代算法。

通过实验发现，排气背压平均值的修正值与不同工况下的发动机转速、环境压力、歧管压力、排气温度、VVT重叠角、尤其是当前VGT开度存在直接关系；因此，可以针对不同的发动机工况，建立基于数据Data-based model的排气背压修正模型，并通过采集的相关发动机状态量对该模型进行离线训练标定，最终将基于数据的模型应用到发动机控制系统中，计算有效排气背压；值得一提的是，这里所述的基于数据的模型可以是传统的标定脉谱Calibration map也可以是其他诸如神经网络Neutral network、高斯模型Gaussianmodel等的基于数据的模型，神经网络模型如图2所示。

S23、根据排气背压修正值修正排气背压平均值，获取有效排气背压。

该实施例中，有效排气背压表示为

式中:为针对排气背压平均值的修正值；

S3、根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，计算指定转角区间的缸内残余废气相对充量。

该实施例中，缸内残余废气相对充量表示为

式中，VVT为VVT位置、p₂为当前歧管压力、为有效排气背压。

S4、根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，计算缸内残余废气温度。

该实施例中，缸内残余废气温度表示为

式中，VVT为VVT位置、p₂为当前歧管压力、为有效排气背压。

S5、根据缸内残余废气相对充量、缸内残余废气温度、充气斜率和进气温度，计算指定转角区间的缸内残余废气分压。

该实施例中，缸内残余废气分压表示为

式中，p_res为气缸内残余废气分压；为有效排气背压；p₂为当前歧管压力；

rf_res为缸内残余废气相对充量，其与VVT位置、排气背压及当前歧管压力相关；

t_res为缸内残余废气温度，其同样与VVT位置、排气背压及当前歧管压力相关；

fac_chrg为充气斜率，其与进气VVT关闭时刻及进气温度相关；

t_IntkAir为进气温度。

具体地，缸内残余废气相对充量除以充气斜率的商，乘以缸内残余废气温度除以进气温度的商。

S6、根据充气斜率、歧管压力和缸内残余废气分压，计算当前气缸充气效率。

具体地，歧管压力与缸内残余废气分压的差，乘以充气斜率。

该实施例中，当前气缸充气效率表示为rl＝fac_chrg·(p₂₂-p_res)

式中，fac_chrg为充气斜率，p_res为缸内残余废气分压。

采用上述方案，通过台架的优化标定和整车的验证后，从图3可以看出，受VGT开度影响，模型排气背压平均值与有效排气背压值稳态和动态差异明显，运用精确的排气背压模型方案对充气精度及空燃比表现改善明显。

需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本发明的技术方案，本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本发明技术方案涵盖的范围；在不脱离本发明构思的情况下，其它实施方式也将落入本发明的范围。

Claims (12)

1.一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，具体方法如下：

定义曲轴指定转角区间任意位置采集的瞬时排气背压为有效排气背压；

采集周期排气背压、歧管压力、充气斜率和进气温度；

根据周期排气背压，计算有效排气背压；

根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，分别计算指定转角区间的缸内残余废气相对充量和缸内残余废气温度；

根据缸内残余废气相对充量、缸内残余废气温度、充气斜率和进气温度，计算指定转角区间的缸内残余废气分压。

2.如权利要求1所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，根据充气斜率、歧管压力和缸内残余废气分压，计算当前气缸充气效率。

3.如权利要求1所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，计算有效排气背压的具体方法如下：

根据周期排气背压，计算周期排气背压平均值；

根据曲轴指定转角区间，计算排气背压修正值；

根据排气背压修正值修正排气背压平均值，获取有效排气背压。

4.如权利要求3所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，计算周期排气背压平均值的方法如下：

针对以流经节气门后至进气门前的管路内的气体，以节气门处进气流量、歧管压力变化率、进气歧管管路容积和歧管内气体温度，计算进气流量；

根据进气流量及空气燃料系数，计算排气流量；

基于阀口流量方程，根据当前排气流量、VGT开度、涡轮前温度、涡轮后压力，计算得到当前工况下排气背压平均值。

5.如权利要求3所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，计算排气背压修正值的方法如下：

针对不同发动机工况进行试验，采集相关发动机状态量作为样本数据；

以样本数据训练AI模型；

以当前发动机状态量输入训练好的AI模型，AI模型输出排气背压修正值；

所述样本数据包括：发动机转速、环境压力、歧管压力、排气温度、VVT重叠角和当前VGT开度。

6.如权利要求5所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，所述AI模型为神经网络模型。

7.如权利要求5所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，所述AI模型为高斯模型。

8.如权利要求1所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，计算缸内残余废气分压的方法如下：

缸内残余废气相对充量除以充气斜率的商，乘以缸内残余废气温度除以进气温度的商。

9.如权利要求2所述的一种缸内残余废气分压计算方法，其特征在于，计算当前气缸充气效率的方法如下：

歧管压力与缸内残余废气分压的差，乘以充气斜率。

10.一种缸内残余废气分压计算装置，其特征在于，包括：采集模块、有效排气背压获计算模块、缸内残余废气相对充量计算模块、缸内残余废气温度计算模块和缸内残余废气分压计算模块；

所述采集模块，用于采集周期排气背压、歧管压力、充气斜率和进气温度；

所述有效排气背压获计算模块，根据周期排气背压计算有效排气背压；

所述缸内残余废气相对充量计算模块，根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，计算缸内残余废气相对充量；

所述缸内残余废气温度计算模块，根据有效排气背压、指定转角区间对应VVT位置和指定转角区间对应歧管压力，计算缸内残余废气温度计算模块；

所述缸内残余废气分压计算模块，根据缸内残余废气相对充量、缸内残余废气温度、充气斜率和进气温度，计算指定转角区间的缸内残余废气分压。

11.一种存储介质，其特征在于，包括若干存储指令，处理器加载若干存储指令以执行权利要求1至9所述缸内残余废气分压计算方法。

12.一种ECU，其特征在于，包括权利要求10所述缸内残余废气分压计算装置，和/或权利要求11所述存储介质。