内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统。其中所述方法包括：确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角；当内燃机活塞位于进气滞止点时，根据发动机曲轴转角计算气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压；从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比；根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量。本发明专利技术内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统能够自动准确地计算出阿特金森循环进气量。

【技术实现步骤摘要】
内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统
本专利技术涉及内燃机
，特别涉及一种内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统。
技术介绍
1882年，英国工程师James·Atkinson(詹姆斯·阿特金森)在使用奥托循环内燃机的基础上，通过一套复杂的连杆机构，使得发动机的膨胀行程大于压缩行程，这种巧妙的设计，不仅改善了发动机的进气效率，也使得发动机的膨胀比高于压缩比，有效地提高了发动机效率，这种发动机的工作原理被称为阿特金森循环。但是，阿特金森循环在发动机低速时气缸进气量少，扭矩表现差，较长的活塞行程又不利于发动机的高速运转，只在发动机转速的中间阶段才能有效发挥动力，因此在过去那个追求动力性的年代，阿特金森循环发动机的研究被人们所忽略了。近年来，汽车混合动力技术的发展让阿特金森循环重新走上舞台。混合动力车辆在低速或者高速时都有电动机为车轮提供动力，而发动机大多时段都是在发电，所以发动机可以以油耗最经济的转速运转，这正是能够最大限度发挥阿特金森循环热效率高的优点的地方。所以，在油耗排放法规的压力下，国内外汽车公司又开始了对阿特金森循环进行研究，可以说，阿特金森循环是混合动力汽车的关键技术之一。进气量计算是阿特金森循环控制中的关键问题，因为在发动机控制中，发动机输出扭矩、喷油量、点火角、节气门开度等参数的调节都是以准确的进气量计算为基础的。目前，现有的实车应用的内燃机进气量计算方法主要分为两种：一种是基于进气质量流量传感器的进气量计算方法，该方法利用传感器的质量流量信号计算进入发动机气缸内的新鲜气体量，但是由于阿特金森循环在部分工况下存在大强度的回流，使得该方法存在质量流量信号偏差，导致计算不准确。另一种方法是基于进气压力传感器的方法，由于传统发动机进气门在进气下止点附近关闭，此时气缸内压力近似等于进气压力，从而得到进气门关闭时的气缸内状态，进而计算出进入气缸的新鲜气体量。但是阿特金森循环进气门关闭点远离进气下止点，气缸内压力与进气压力相差较大，所以上述基于进气压力传感器的方法并不适用计算阿特金森循环进气量。
技术实现思路
本专利技术提供一种内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统，能够自动准确地计算出阿特金森循环进气量。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其包括：确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角；当内燃机活塞位于进气滞止点时，根据发动机曲轴转角计算气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压；从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比；根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量。本专利技术实施例还提供了一种内燃机阿特金森循环进气量的计算系统，包括:进气滞止点确定模块，用于确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角；质量和分压确定模块，用于当内燃机活塞位于进气滞止点时，根据发动机曲轴转角计算气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压；质量比确定模块，用于从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比；进气量获取模块，用于根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角；当内燃机活塞位于进气滞止点时，根据发动机曲轴转角计算气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压；从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比；根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量。本专利技术利用进气滞止点进行阿特金森循环进气量计算的方法，能够在不增加额外传感器的情况下，仅利用现有发动机上常用的传感器实现阿特金森循环进气量的准确计算，具备大范围应用的潜力。另外，因精确计算了发动机工作在阿特金森循环时的进气量，因此能够实现发动机扭矩、喷油量、点火角等参数的精确控制，从而改善发动机动力、油耗、排放等方面的性能。并且该方法基于已广泛应用的发动机进气压力传感器，能够应用于现有的实车环境。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法的步骤流程图；图2是奥托循环进气过程和阿特金森循环进气过程示意图；图3是本专利技术第二实施例提供的内燃机阿特金森循环进气量的计算系统的主要架构框图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法以及系统其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术加以限制。第一实施例图1是本专利技术第一实施例提供的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法的步骤流程图。图2是奥托循环进气过程和阿特金森循环进气过程示意图。本专利技术实施例的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法能够自动准确地得到阿特金森循环进气量，请参考图1及图2，本实施例的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，包括以下步骤101-107。步骤101，确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角。通常，普通内燃机大多为四冲程内燃机，它分为进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。气缸的燃烧室可以通过一个进气门填充新鲜空气，通过排气门排气。进气门的设置使得气缸的进气口根据进气门的位置开启或关闭，排气门的设置使得气缸的排气口根据排气门的位置开启或关闭。在内燃机工作时，气流从进气管通过进气口流到气缸燃烧室，通过排气口从气缸燃烧室流出。节气门设置在内燃机的进气管中以控制进到进气管的气流。其中，内燃机工作时将外部的新鲜气体引入到气缸内，这是通过内燃机的进气冲程实现的，相比于传统内燃机循环，阿特金森循环在进气冲程后又多出了一个气体推出过程，如图2所示的气体推出阶段，即在阿特金森循环中，气体进入气缸后又有部分气体被推出到气缸外。气体进入气缸到被推出气缸的过程中，必然存在一个通过进气门的瞬时气体流量为零的时刻，这是由于气缸内的压力与进气道内的压力在这一时刻相等，该时刻对应的发动机曲轴转角即是活塞位于进气滞止点的时刻。确定进气滞止点，实质是确定阿特金森循环中气缸内压力等于进气压力的时刻，而进气压力和气缸内压力可通过传感器进行测量，于是此时气缸内状态可知。其中，确定进气滞止本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其特征在于，所述内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，包括：确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角；当内燃机活塞位于进气滞止点时，根据发动机曲轴转角计算气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压；从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比；根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量。

【技术特征摘要】
1.一种内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其特征在于，所述内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，包括：确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角；当内燃机活塞位于进气滞止点时，根据发动机曲轴转角计算气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压；从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比；根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量。2.根据权利要求1所述的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其特征在于，确定进气滞止点，包括：预先建立发动机的进气过程的CFD模型，根据所述CFD模型对气缸进气过程中的气体流动进行仿真，归纳进气滞止点与发动机气缸内压力的对应关系，并利用实际采集的气缸内压力信号进行校正所述对应关系，以得到进气滞止点；或者，根据发动机的物理参数、气缸内压力预先建立发动机的一维仿真模型，根据所述一维仿真模型对气缸进气过程中的气体流动进行仿真，归纳进气滞止点与发动机气缸内压力的对应关系，并利用实际采集的气缸内压力信号进行校正对应关系，以得到进气滞止点；或者，利用瞬态进气压力传感器和发动机气缸内压力传感器分别测量进气口压力与气缸内压力，将两者压力滤波后进行对比，对比两者压力值的变化过程以确定进气滞止点。3.根据权利要求1所述的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其特征在于，确定进气滞止点及内燃机活塞位于进气滞止点时对应的发动机曲轴转角，还包括：确定进气滞止点后，进一步确定以发动机转速、负荷为输入，进气滞止点对应的发动机理论曲轴转角为输出的脉谱图，发动机运行时，根据发动机的实际转速、实际进气压力查询所述脉谱图，并利用实际进气温度、实际节气门开度进行修正，以得到当前阿特金森循环中进气滞止点对应的发动机曲轴转角。4.根据权利要求1所述的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其特征在于，从进气滞止点到进气门关闭时间段内，根据计算的气缸内废气的质量和分压、新鲜气体的质量和分压得到被活塞从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比，还包括：根据所计算的进气滞止点时气缸内废气的质量、新鲜气体的质量计算进气滞止点时气缸内总的气体量，再根据发动机的物理参数得到从进气滞止点到进气门关闭时间段内，从气缸内推出的气体量占进气滞止点时气缸内总的气体量的质量比，其中，所述质量比为实际气体推出比。5.根据权利要求1所述的内燃机阿特金森循环进气量的计算方法，其特征在于，根据得到的质量比计算出进气门关闭时气缸内新鲜气体进气量，包括：根据得到的质量比、计算得出的进气滞止点时发动机气缸内废气的质量和新鲜气体的质量，计算出进气门关闭时气缸内废气的质量、新鲜气体的质量，其中，进气门关闭时气缸内新鲜气体的质量即为阿特金森循环进气量，进气门关闭时气缸内废气的质量、新鲜气体的质量的计算公式分别为mresidualIvc＝(1-α)*mresidual，mfreshIvc＝(1-α)*mfresh，其中，α为质量比，mresidual、mfresh分别为进气滞止点时发动机气缸内废气的质量、新鲜气体的质量，mresidua...

【专利技术属性】
技术研发人员：何宇，连学通，林思聪，刘巨江，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44