一种发动机进气流量预估方法及系统
阅读说明：本技术 一种发动机进气流量预估方法及系统 (Engine intake flow estimation method and system ) 是由 吕鹏 邹剑华 张甲乐 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种发动机进气流量预估方法及系统,其包括以下步骤：基于当前时间段和上一时间段进入缸内的混合气流量,得到当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量,并对二者作差,得到第一差值；基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量,得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值；基于第一差值、空气流量预估值和当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量,得到下一时间段的缸内进气量。从而基于期望节气门流量对动态工况下填充在进气歧管内的新鲜空气流量进行估算,实现精确预估单点喷射发动机动态进气流量的目的。(The application relates to an engine intake air flow estimation method and system, which comprises the following steps: obtaining the air flow discharged by the manifold and entering the cylinder in the current time period and the previous time period based on the air flow of the mixture entering the cylinder in the current time period and the previous time period, and performing difference on the air flow and the air flow to obtain a first difference value; obtaining an air flow estimated value of the air flow entering a manifold of the next time period throttle valve based on the flow of the expected throttle valve in the current time period and the flow of the throttle valve under the opening degree of the throttle valve in the current time period; and obtaining the air inflow in the cylinder in the next time period based on the first difference value, the air flow estimated value and the air flow discharged from the manifold and entering the cylinder in the current time period. Therefore, the flow of the fresh air filled in the air inlet manifold under the dynamic working condition is estimated based on the flow of the expected throttle valve, and the aim of accurately estimating the dynamic air inlet flow of the single-point injection engine is fulfilled.)
技术领域
本申请涉及发动机控制
技术领域
，特别涉及一种发动机进气流量预估方法及系统。背景技术
一般进气道喷射发动机缸内进入的气体为油和空气的混合气体，燃油喷射时刻要先于进气量完成时刻(即为了预混合，燃料喷射一般提前喷入进气歧管)，也就是说在进气冲程下止点完成进气之前就要完成喷油。如果发动机在稳态工况下运行，则可以精确保证燃料浓度。但如果发动机在急剧变化的瞬态工况下，则必须在油量计算前，要先大致估计出下一次的缸内进气量，然后再根据此进气量进行目标油量计算。只有这样，才能更好的保证下一时间段的空燃比，否则很容易出现发动机“加速偏稀，减速过浓”的现象，造成瞬态工况下扭矩响应性差，排放恶化，因此要对缸内进气量进行预估。
在一些相关技术中，当前单点喷射发动机采用的动态进气流量预估方案与进气道多点喷射发动机的方案相同，即基于当前时间段和前一时间段的歧管压力，通过插值法预估出下一时间段的歧管压力，再利用速度-密度法计算出预估的进气流量，但是存在以下问题：
(1)对于单点喷射的发动机，由于燃油(或燃气)在进气歧管前端进行喷射，在进气歧管内油气混合后进入缸内燃烧，因此期望喷油量应当基于进气歧管内的新鲜空气流量计算，而采用多点喷射发动机动态进气流量预估进行单点喷射的发动机动态进气流量预估，没有对动态工况下填充在进气歧管内的新鲜空气流量进行估算，导致下一时间段发动机进气量的估算有所偏差。
(2)在预估动态进气流量时未考虑期望节气门开度，不同状态下的期望节气门开度要求不同，当期望节气门开度发生变化时，估算出来的进气流量与实际流量偏差很大。
发明内容
本申请实施例提供一种发动机进气流量预估方法及系统，以解决相关技术中单点喷射的发动机动态进气流量预估，没有对动态工况下填充在进气歧管内的新鲜空气流量进行估算，导致下一时间段发动机进气量的估算有所偏差。
第一方面，提供了一种发动机进气流量预估方法，其包括以下步骤：
基于当前时间段和上一时间段进入缸内的混合气流量，得到当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，并对二者作差，得到第一差值；
基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量，得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值；
基于所述第一差值、所述空气流量预估值和当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，得到下一时间段的缸内进气量。
得到对应发动机下一时间段歧管是处于充气过程还是排气过程，以及充气或排气的量，将该充气或排气的量加上当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，得出的值就是下一时间段缸内的进气量，因此，通过以上方式基于期望节气门流量考虑到发动机不同工况下歧管内的进气量的不同情况，从而估算出下一时间段的缸内进气流量，避免利用多点喷射发动机的进气量预估方法带来的误差，实现精确预估单点喷射发动机动态进气流量的目的
一些实施例中，根据第一公式，计算当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，其中，所述第一公式包括：
其中，为当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，ratioEGR为期望EGR率，为当前时间段进入缸内的混合气流量；
根据第二公式，计算上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，其中，所述第二公式包括：
其中，为上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，ratioEGR-old为期望EGR率，上一时间段期望EGR率，为上一时间段进入缸内的混合气流量。
一些实施例中，所述发动机进气流量预估方法还包括计算的步骤，计算所述包括：
建立歧管压力模型，并获取当前时间段歧管压力传感器测量值，以估算当前时间段歧管压力模型值MAPest；
基于所述MAPest利用速度-密度法计算通过当前时间段进气门进入缸内的混合气流量
一些实施例中，基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量，得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值，具体包括以下步骤：
对当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量做差，得到第二差值；
对所述第二差值进行衰减处理，得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值。
一些实施例中，对第二差值进行衰减处理，得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值，包括如下步骤：
对所述第二差值进行衰减处理一次，得到衰减值；
判断当前时间段期望节气门流量是否发生变化；
若未发生变化，则将所述衰减值作为下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值；
若发生变化，则对当前时间段变化后的期望节气门流量与当前时间段节气门开度下的气节门流量做差，并加上所述衰减值，得到更新的第二差值，对更新的第二差值进行衰减处理一次，得到新的衰减值，并将该新的衰减值作为下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值。
一些实施例中，通过滤波对所述第二差值进行衰减。
一些实施例中，基于所述第一差值、所述空气流量预估值和当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，得到下一时间段的缸内进气量，包括以下步骤：
对所述空气流量预估值和所述第一差值做差，得到第三差值；
将所述第三差值与当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量相加，得到下一时间段的缸内进气量。
一些实施例中，在得到第三差值之后，在将所述第三差值与当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量相加之前，还包括以下步骤：
利用修正系数对所述第三差值进行修正。
一些实施例中，根据第三公式，计算节气门开度下的节气门流量其中，所述第三公式包括：
其中，Pin为节气门前压力，Pout为节气门后压力，Tin为节气门前温度,Aeff为与节气门开度相关的有效截面积，R为气体常数，P0和T0为标准状况下的压力和温度，P0＝101.3kPa，T0＝20℃。
第二方面，提供了一种发动机进气流量预估系统，，其包括：
第一模块，其用于基于当前时间段和上一时间段进入缸内的混合气流量，得到当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，并对二者作差，得到第一差值；
第二模块，其用于基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量，得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值；
第三模块，其用于基于所述第一差值、所述空气流量预估值和当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，得到下一时间段的缸内进气量。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种发动机进气流量预估方法及系统，由于将发动机的运行分成多个运行时间段，先计算出当前时间段和上一时间段进入缸内的混合气流量，以及当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量，然后分别得出下一时间段节气门进入到歧管空气流量的预估值和当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量的差值，然后将该差值和进入到歧管空气流量的预估值做差，得到对应发动机下一时间段歧管是处于充气过程还是排气过程，以及充气或排气的量，将该充气或排气的量加上当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，就是下一时间段缸内的进气量，因此，通过以上方式根据不同工况下歧管内的进气量从而估算出下一时间段的缸内进气流量，实现精确预估单点喷射发动机动态进气流量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的动机进气流量预估方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的当期望节气门流量发生变化时进行衰减得到下一时间段节气门进入到歧管内的所述空气流量预估值的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种发动机进气流量预估方法及系统，以解决相关技术中单点喷射的发动机动态进气流量预估，没有对动态工况下填充在进气歧管内的新鲜空气流量进行估算，导致下一时间段发动机进气量的估算有所偏差。
基于进气歧管的填充作用对缸内动态进气流量的影响原理发明人有以下发现：
对于单点喷射的发动机，由于燃油(或燃气)是在进气歧管前端进行喷射，在进气歧管内油气混合后进入缸内燃烧，因此期望喷油量应当基于新填充至进气歧管内的空气流量计算。把进气歧管看作一个开口系统，根据理想气体状态方程，可以得到进气歧管内的压力变化方程，具体如下公式：
其中Vm为进气歧管容积，为进气歧管内的压力，Tm为为节气门前温度，R为气体常数，为流入进气歧管的进气流量，为流出进气歧管的流量。
依据以上公式，发动机在稳态工况时，流入进气歧管的进气流量＝流出进气歧管的流量此时进气歧管内的空气流量＝流经节气门的空气流量＝流经进气门处的空气流量
发动机在过渡工况时，节气门快速开启，进气歧管进行一个充气过程，流入进气歧管的进气流量＞流出进气歧管的流量因而歧管内的压力变化当节气门快速关闭时，进气歧管则是一个排气过程，流入进气歧管的进气流量＜流出进气歧管的流量因而歧管内的压力变化
此时由可压缩气体方程计算得到的流入进气歧管的进气流量或由速度-密度法计算得到的进入发动机缸内的进气流量均不等于进气歧管内的新鲜空气流量从而导致期望燃油流量的计算不精确。故而提出了以下的一种发动机进气流量预估方法。
请参阅图1，一种发动机进气流量预估方法，其包括以下步骤：
101、计算出当前时间段进入缸内的混合气流量和上一时间段进入缸内的混合气流量，并且基于当前时间段进入缸内的混合气流量和上一时间段进入缸内的混合气流量，得到当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量然后对二者作差，得到第一差值即按照如下公式得出第一差值
第一差值为当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量的变化梯度。
102、计算出当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值
103、基于第一差值空气流量预估值和当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量按照如下的公式，得到下一时间段的缸内进气量公式为：
即对空气流量预估值和第一差值做差，得到第三差值；将第三差值与当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量相加，得到下一时间段的缸内进气量
通过以上的步骤，将发动机的运行分成多个运行时间段，先当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量以及当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量然后分别得出下一时间段节气门进入到歧管空气流量的预估值以及当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量的差值即第一差值然后将第一差值和进入到歧管空气流量的预估值做差，得到对应发动机下一时间段歧管是处于充气过程还是排气过程，以及充气或排气的量，将该充气或排气的量加上当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，得出的值就是下一时间段缸内的进气量，因此，通过以上方式基于期望节气门流量考虑到发动机不同工况下歧管内的进气量的不同情况，从而估算出下一时间段的缸内进气流量，避免利用多点喷射发动机的进气量预估方法带来的误差，实现精确预估单点喷射发动机动态进气流量的目的。
在一些优选的实施例中，计算出当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量包括以下的步骤：
根据第一公式，计算当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，其中，所述第一公式包括：
其中，为当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，ratioEGR为期望EGR率，为当前时间段进入缸内的混合气流量；
根据第二公式，计算上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，其中，所述第二公式包括：
其中，为上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，ratioEGR-old为上一时间段期望EGR率，为上一时间段进入缸内的混合气流量。
进一步的，发动机进气流量预估方法还包括计算的步骤，计算所述包括：
建立歧管压力模型，并获取当前时间段歧管压力传感器测量值，以估算当前时间段歧管压力模型值MAPest；
基于MAPest利用速度-密度法计算通过当前时间段进气门进入缸内的混合气流量
在一些优选的实施例中，基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值包括以下步骤：
对当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量做差，得到第二差值
对第二差值进行衰减处理，得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值
进一步的，考虑到期望节气门在之后的时间段内会发生变化，对计算结果产生影响，因此其中对第二差值具体步骤为：
201、对当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量做差，得到第二差值
202、对第二差值进行衰减处理一次，得到衰减值
203、判断当前时间段期望节气门流量是否发生变化；
206、若没有发生变化，则将衰减值作为下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值
204、若发生变化，则获取当前时间段变化后的期望节气门流量与期望节气门流量变化后的当前时间段节气门开度下的气节门流量，然后将两者作差得到差值，并将差值与衰减值相加得到新的第二差值；
205、将该新的衰减值作为下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值其中由于发动机存在由动态转为稳态的过程，因此在动态转为稳态的过程中，每个时间段计算进入到歧管内的空气流量预估值的过程中均衰减一次，并且当衰减值为0时，则证明为稳态，下一时间段与当前时间段的变化梯度值当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量的差值为下一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量以下给出一个实施例进行说明：
在进气流量向稳态变化的过程中，每个循环衰减一次，直至衰减为如果在的衰减过程中，例如衰减到时，期望节气门开度发生变化，新的期望节气门流量与此时的节气门流量的差值为则填充在进气歧管内的新鲜空气流量变为此值继续滤波衰减。每个循环衰减得到的值，即为下个循环填充在进气歧管内的新鲜空气流量的预估值
进一步的，通过滤波对所述第二差值进行衰减。
在一些优选的实施例中，根据第三公式，计算节气门开度下的节气门流量其中第三公式包括：
其中，Pin为节气门前压力，Pout为节气门后压力，Tin为节气门前温度,Aeff为与节气门开度相关的有效截面积，P0和T0为标准状况下的压力和温度，R为气体常数，本实施例中P0＝101.3kPa，T0＝20℃。
在一些优选的实施例中，为保证在发动机不同工况下计算的准确性，对第三差值进行标定修正，即通过以下公式下一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量
其中k为标定修正系数。
还提供了一种发动机进气流量预估系统，其包括：
第一模块，其用于计算出当前时间段进入缸内的混合气流量和上一时间段进入缸内的混合气流量，并且基于当前时间段进入缸内的混合气流量和上一时间段进入缸内的混合气流量，得到当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量然后对二者作差，得到第一差值
第二模块，其用于计算出当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量基于当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量得到下一时间段节气门进入到歧管内的空气流量预估值
第三模块，其用于基于第一差值空气流量预估值和当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量得到下一时间段的缸内进气量
还提出了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的发动机进气流量预估方法。
本申请的原理：
(1)将发动机的运行分成多个运行时间段，先当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量以及当前时间段期望节气门流量和当前时间段节气门开度下的节气门流量然后分别得出下一时间段节气门进入到歧管空气流量的预估值以及当前时间段和上一时间段歧管排出并进入缸内的空气流量的差值即第一差值然后将第一差值和进入到歧管空气流量的预估值做差，得到对应发动机下一时间段歧管是处于充气过程还是排气过程，以及充气或排气的量，将该充气或排气的量加上当前时间段歧管排出并进入缸内的空气流量，得出的值就是下一时间段缸内的进气量，因此，通过以上方式基于期望节气门流量考虑到发动机不同工况下歧管内的进气量的不同情况，从而估算出下一时间段的缸内进气流量，避免利用多点喷射发动机的进气量预估方法带来的误差，实现精确预估单点喷射发动机动态进气流量的目的。
(2)考虑到期望节气门的变化，并配合发动机动态进入歧管的空气流量进行计算，进一步的提高预估动态进气流量的准确性。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器、存储器和总线。可以包括输入/输出接口、网络接口等。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器和/或非易失性内存等形式，如只读存储器或闪存，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存、静态随机存取存储器、动态随机存取存储器、其他类型的随机存取存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器、数字多功能光盘或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体，如调制的数据信号和载波。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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