[发明专利]一种增压发动机EGR率的测量与计算方法

权利要求书

1.一种增压发动机EGR率的测量与计算方法，其特征在于，包括以下过程：

步骤1：增压发动机EGR系统中，在涡轮增压器的压气机(3)进气口设置压前温度传感器(15)和压前压力传感器(16)，压气机(3)排气口设置压后温度传感器(17)和压后压力传感器(18)，在涡轮增压器的传动轴(12)上设置转子转速传感器(19)，在发动机(7)进气口设置进气温度传感器(20)和进气压力传感器(21)，在发动机(7)排气口设置排气氧传感器(22)，在EGR阀(9)进气口设置EGR阀前温度传感器(23)和EGR阀前压力传感器(24)，在EGR阀(9)排气口设置EGR阀后压力传感器(25)；

步骤2：由进气温度传感器与进气压力传感器测得发动机的进气温度T_i和进气压力P_i，按下式计算总充量质量流量m_ch：

式中，m_ch为总充量质量流量，kg/s；N_e为发动机转速，RPM；η_vol(N_e)为该转速N_e下充气效率，％；V_d为发动机排量，m³；R_g为进气气体常数，J/kg*K；T_i为进气温度，K；P_i为进气压力，pa；

步骤3：由EGR阀前温度传感器、EGR阀前压力传感器和EGR阀后压力传感器测得EGR阀入口温度T_a、入口压力P_a和出口压力P_b，按下式计算废气质量流量m_EGR：

A_eff(a)＝A(a)C_d(a)

式中，m_EGR为EGR质量流量，kg/s；P_a为EGR阀前压力，pa；T_a为EGR阀前温度，K；P_b为EGR阀后压力，pa；R_m为废气气体常数，J/kg*K；A_eff(a)为阀门处有效流通截面积，m^2；ψ(P_b，P_a，κ)为气体压力影响因子；κ为等熵指数；λ(a)为阀门有效面积，m^2；D为阀门直径，m；a为阀门开度，度；C_d(a)为阀门流量系数；

步骤4：按下式计算基于EGR阀前后压力得到的EGR率1：

步骤5：由压前温度传感器、压前压力传感器测得压气机进口温度T₁、进口压力P₁，由压后温度传感器、压后压力传感器测得压气机出口温度T₂、出口压力P₂，由转子转速传感器测得压气机实际转速N_t，按下式计算压气机的等熵效率η_c：

式中，η_c为压气机的等熵效率，％；T₁为压气机进口温度，K；T₂为压气机出口温度，K；P₁为压气机进口压力，Pa；P₂为压气机出口温度，Pa；κ为等熵指数；

步骤6：按下式将压气机实际转速N_t转化为压气机折合转速N_np：

式中，N_np为压气机折合转速；N_t为压气机实际转速；T₀₁为环境温度，认为等于T₁；

步骤7：根据压端压比P₂/P₁、压气机的等熵效率η_c、压气机折合转速N_np这三个参数查询压气机MAP，确定实际工况在脉谱的运行点，得到该工况下的压气机折合质量流量m_cnp，进而按下式算出压气机实际质量流量m_c：

式中，m_cnp为压气机折合质量流量，(kg/s)*K^0.5/kpa，查表得到；m_c为压气机实际质量流量，kg/s；P₀₁为环境压力，认为等于P₁；T₀₁为环境温度，认为等于T₁；

步骤8：按下式计算基于压气机脉谱推导得到的EGR率2：

步骤9：按下式计算燃油质量流量m_f：

式中，m_f为燃油质量流量，kg/s；N_cyl为缸数；q_f为每缸单次喷油量，mg/cyl*stroke；N_e为发动机转速，RPM；

步骤10：当无EGR时，进入气缸的全是新鲜空气，此时新鲜空气质量流量m_a1认为等于总充量质量流量m_ch；

m_a1＝m_ch

步骤11：假设在柴油喷油策略不变时，EGR率变化，不导致废气流量变化，因此按下式计算废气质量流量m_ex：

m_ex＝m_ch+m_f

步骤12：由排气氧传感器测得无EGR时的排气氧浓度[O_2-1]，按以下两公式联立求解，计算无EGR时燃烧消耗的氧气摩尔数a₁和废气单位摩尔质量M_ex1：

式中，a₁为无EGR时燃烧消耗的单位氧气摩尔数，mol；M_ex1为无EGR时废气单位摩尔质量，g/mol；m、n分别为柴油等价分子式C_mH_n中C、H的个数，m、n由油品测试报告给出；

步骤13：有EGR时，新鲜空气质量流量m_a2等于压气机质量流率m_c：

m_a2＝m_c

步骤14：若保持喷油策略不变，在有EGR和无EGR两种状态，每循环燃油质量流量m_f相同，假设燃料完全燃烧，故每循环消耗的氧气摩尔数相同，即：

a₁＝a₂

式中，a₂为有EGR时燃烧消耗的单位氧气摩尔数，mol；

步骤15：由排气氧传感器测得有EGR时的排气氧浓度[O_2-2]，按下式计算有EGR时废气单位摩尔质量M_ex2：

步骤16：按下式计算基于排气氧传感器得到的EGR率3：

步骤17：获得不同工况下基于EGR阀前后压力的EGR率计算方法、基于压气机脉谱推导EGR率计算方法、基于排气氧传感器的EGR率计算方法这三种EGR率计算方法的影响因子y1、y2、y3，根据下式计算最终的EGR率：

R_EGR＝R_EGR1×y1+R_EGR2×y2+R_EGR3×y3