一种发动机燃气需求量的确定方法和相关装置
文献发布时间：2023-06-19 16:09:34
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种发动机燃气需求量的确定方法和相关装置。
背景技术
发动机会不断调节燃气需求量，从而保证进入发动机的燃料与空气可以充分燃烧，从而保证发动机燃烧的稳定性。
相关技术中，一般会通过传感器获取氮氧化物(NOX)的测量值，根据NOX的测量值与设定值的差值，确定出的燃气需求量。但是，该种方式只能在一定程度上保证发动机的稳定性。
发明内容
针对上述问题，本申请提供一种发动机燃气需求量的确定方法和相关装置，用于提高发动机的稳定性。
基于此，本申请实施例公开了如下技术方案：
一方面，本申请实施例提供一种发动机燃气需求量的确定方法，所述方法包括：
获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；所述目标发动机为稀薄燃烧的燃气发动机；
根据所述氮氧化物测量值与所述氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；
获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；
根据所述第一闭环因子修正所述过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；
根据所述修正过量空气系数设定值和所述过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；
根据所述第二闭环因子确定燃气需求量。
可选的，所述根据所述修正过量空气系数设定值和所述过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子，包括：
根据所述修正过量空气系数设定值与所述过量空气系数测量值，确定过量空气系数差值；
将所述过量空气系数差值输入至所述第二比例微分积分控制器中，通过调整所述第二比例微分积分控制器的比例微分积分参数满足过量空气系数预设条件，得到第二闭环因子。
可选的，所述方法还包括：
获取所述目标发动机的转速和所述目标发动机的节气门下游的进气压力；
若所述转速满足转速条件且所述进气压力满足压力条件，获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值。
可选的，所述方法还包括：
若所述过量空气系数测量值大于或等于1.2，执行所述根据所述第一闭环因子修正所述过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值的步骤。
另一方面本申请提供了一种发动机燃气需求量的确定方法，所述方法包括：
获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；
根据所述氮氧化物测量值与所述氮氧化物设定值确定氮氧化物差值；
根据所述氮氧化物差值与所述氮氧化物设定值的比值得到第一闭环因子；
根据所述第一闭环因子确定燃气需求量。
另一方面本申请提供了一种发动机燃气需求量的确定装置，所述装置包括：获取单元、闭环控制单元、修正单元和确定单元；
所述获取单元，用于获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；所述目标发动机为稀薄燃烧的燃气发动机；
所述闭环控制单元，用于根据所述氮氧化物测量值与所述氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；
所述获取单元，还用于获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；
所述修正单元，用于根据所述第一闭环因子修正所述过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；
所述闭环控制单元，还用于根据所述修正过量空气系数设定值和所述过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；
所述确定单元，用于根据所述第二闭环因子确定燃气需求量。
另一方面本申请提供了一种发动机燃气需求量的确定装置，所述装置包括：获取单元、计算单元、闭环控制单元和确定单元；
所述获取单元，用于获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；
所述计算单元，用于根据所述氮氧化物测量值与所述氮氧化物设定值确定氮氧化物差值；
所述闭环控制单元，用于根据所述氮氧化物差值与所述氮氧化物设定值的比值得到第一闭环因子；
所述确定单元，用于根据所述第一闭环因子确定燃气需求量。
另一方面本申请提供了一种计算机设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述方面所述的方法。
另一方面本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行上述方面所述的方法。
另一方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面所述的方法。
本申请上述技术方案的优点在于：
针对于稀薄燃烧的燃气发动机，获取其氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；根据第一闭环因子修正过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；根据修正过量空气系数设定值和过量空气系数测试值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；根据第二闭环因子确定燃气需求量。由此，根据随着稀薄燃烧的燃气发送机的过量空气系数增加，氮氧化物测量值减少的特性，通过第一闭环因子修正过量空气系数设定值，然后再一次通过比例微分积分控制器得到第二闭环因子，使得两次闭环PID控制得到的第二闭环因子不会出现差值较大的现象，从而保证燃气需求量符合稀薄燃烧的燃气发动机的实际需求，保证稀薄燃烧的燃气发动机的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种发动机燃气需求量的确定方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种过量空气系数与NOX的关联关系示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种发动机燃气需求量的确定方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的另一种发动机燃气需求量的确定方法的流程图；
图5为本申请实施例提供的一种发动机燃气需求量的确定装置的示意图；
图6为本申请实施例提供的又一种发动机燃气需求量的确定装置的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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。
经过研究分析发现，由于NOX的测量值与预先设置的NOX值的单位均是百万分率(parts per million，ppm)，在根据NOX的测量值的差值，确定出的燃气需求量的过程中，差值仅保留数值，没有保留单位，从而当差值的数值较大时，确定出的燃气需求量较大，导致燃气需求量的变化较大，容易出现发动机点不着火等不稳定现象。此外，由于NOX值变化是一个缓慢的过程，大幅度快速调节燃气需求量也会导致发动机不稳定。
基于此，本申请实施例提供一种发动机燃气需求量的确定方法，针对于稀薄燃烧的燃气发动机，获取其氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；根据第一闭环因子修正过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；根据修正过量空气系数设定值和过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；根据第二闭环因子确定燃气需求量。由此，根据随着稀薄燃烧的燃气发送机的过量空气系数增加，氮氧化物测量值减少的特性，通过第一闭环因子修正过量空气系数设定值，然后再一次通过比例微分积分控制器得到第二闭环因子，使得两次闭环PID控制得到的第二闭环因子不会出现差值较大的现象，从而保证燃气需求量符合稀薄燃烧的燃气发动机的实际需求，保证稀薄燃烧的燃气发动机的稳定性。
下面结合图1，对本申请实施例提供的一种发动机燃气需求量的确定方法进行介绍。参见图1，该图为本申请实施例提供的一种发动机燃气需求量的确定方法的流程图，该方法可以包括S101-S106。
S101：获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值。
需要说明的是，目标发动机为稀薄燃烧的燃气发动机。其中，稀薄燃烧，与之相反的是当量燃烧，当量燃烧是发动机正好燃烧进入气缸内的燃料所需要的空气量，而稀薄燃烧是进入气缸内的空气远远大于理论上燃烧进入气缸内的燃料的空气量，实际空气量过量了。
由于稀薄燃烧的燃气发动机的特性，相关技术通过NOX的测量值与设定值的差值，确定出的燃气需求量。但是，该种方式无法保证稀薄燃烧的燃气发动机的稳定性。基于此，提出了本申请的技术方案。
其中，NOX测量值是通过传感器获取的NOX的实际值，NOX设定值是预先根据目标发动机的实际工况，如发动机的需求扭矩、需求转速等确定出的。
S102：根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子。
作为一种可能的实现方式，确定NOX测量值与NOX设定值的差值，或者该差值除以NOX设定得到的比值，将该比值输入至比例微分积分(Proportional-Integral-Derivative，PID)控制器，通过调整P I D参数，使得发动机的NOX测量值与NOX设定值上收敛，得到第一闭环因子。
S103：获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值。
其中，过量空气系数，又称为lambda值，实际进入气缸内参与燃烧的新鲜空气质量流量与理论上燃烧进入气缸内的燃料所需要的空气质量流量的比值。过量空气系数测量值是通过传感器获取的过量空气系数的实际值，过量空气系数设定值是预先根据目标发动机的实际工况，如发动机的需求扭矩、需求转速等确定出的。
本申请实施例不具体限定S103与S101之间的先后关系，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。
S104：根据第一闭环因子修正过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种过量空气系数与NOX的关联关系示意图。有图2可知，当过量空气系数大于1.1后，随着过量空气系数增加，NOX降低。当过量空气系数大于1.1时，符合稀薄燃烧的燃气发动机的特性，或者说，稀薄燃烧的燃气发动机处于过量空气系数增加，NOX降低的线性关系区域，故可以通过第一闭环因子修正过量空气系数的设定值。
作为一种可能的实现方式，可以通过将第一闭环因子与过量空气系数设定值相加，得到修正过量空气系数设定值。
S105：根据修正过量空气系数设定值和过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子。
由此，相比于直接利用第一闭环因子直接确定燃气需求量，由于第一闭环因子是根据NOX测量值和设定值得到的，由于NOX与燃气需求量之间没有直接的线性关系，故通过第一闭环因子得到的燃气需求量不是很准确，可能会因为NOX测量值与NOX设定值偏差过大过小，在全工况运行的时候，输出的因子波动大，导致对前馈燃气需求量的修正过大或者过小，而导致发动机问题。基于此，由于过量空气系数与NOX排放具有线性关系(特别是在过量空气系数大于1.2)，通过修正过量空气系数设定值得到第二闭环因子能够更好的改善NOX闭环的稳定性。
其中，NOX闭环是指通过NOX传感器测量的NOX测量值与NOX设定值进行PID闭环，输出闭环因子(第一闭环因子)，然后经过处理后对前馈计算的燃气需求量进行修正，因为进入气缸内的燃气需求量的多少，会直接影响气缸内的燃气燃烧情况，进而影响NOX排放。所以NOX闭环因子或者间接或者直接去修正前馈计算的燃气需求量，从而改变气缸内的lambda值，改变NOX排放。
作为一种可能的实现方式，可以确定修正过量空气系数设定值与过量空气系数测量值的差值，得到过量空气系数差值，然后将过量空气系数差值输入至第二PID控制器中，通过调整第二PID控制器的PID参数满足过量空气系数预设条件，得到第二闭环因子。
其中，过量空气系数预设条件可以根据本领域技术人员的实际需求进行设置，例如，使得输出的闭环因子能够调整前馈的燃气需求量，使得过量空气系数测量值往修正过量空气系数设定值上收敛，即过量空气系数差值尽可能小。
S106：根据第二闭环因子确定燃气需求量。
首先，根据工况，比如发动机的需求扭矩、需求转速、过量空气系数设定值、化学计量空燃比等数据，可以计算出前馈的需求燃气量，但是由于发动机空气控制、燃气控制等零部件的误差，前馈的需求燃气量并不能精确的进入气缸内燃烧，达到燃烧后的排气中的过量空气系数测量值和过量空气系数设定值一致，或者说NOX测量值和NOX设定值有一定的偏差，这样就需要NOX闭环，过量空气系数闭环在前馈燃气需求量的基础上进行修正。
由上述技术方案可知，针对于稀薄燃烧的燃气发动机，获取其氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；根据第一闭环因子修正过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；根据修正过量空气系数设定值和过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；根据第二闭环因子确定燃气需求量。由此，根据随着稀薄燃烧的燃气发送机的过量空气系数增加，氮氧化物测量值减少的特性，通过第一闭环因子修正过量空气系数设定值，然后再一次通过比例微分积分控制器得到第二闭环因子，使得两次闭环PID控制得到的第二闭环因子不会出现差值较大的现象，从而保证燃气需求量符合稀薄燃烧的燃气发动机的实际需求，保证稀薄燃烧的燃气发动机的稳定性。
为了使本申请实施例提供的技术方案更加清楚，下面结合图3以一个实例对本申请实施例提供的发动机燃气需求量的确定方法进行说明。
S301：获取目标发动机的转速和目标发动机的节气门下游的进气压力。本申请实施例的执行主体可以为车辆的电子控制器单元(Electronic Control Unit，ECU)。ECU检测发动机的转速波动、发动机的排气温度等。
S302：若转速满足转速条件且进气压力满足压力条件，获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值。
通过压力条件和转速条件是为了判断当前目标发动机是否处于正常状态，如发动机排温正常范围内，无传感器自诊断故障，无执行器自诊断故障。若发动机处于正常状态，后续的判断才有意义。例如。若排气温度过低，则发动机有失火发生的情况，或者基于转速波动的失火检测也可以判断发动机失火，此时目标发动机均不是正常状态。
需要说明的是，压力条件和转速条件本领域技术人员可以根据目标发动机进行设置，本申请不做具体限定。
作为一种可能的实现方式，目标发动机处于正常状态的同时还需处于稳态工况。其中，稳态工况是发动机转速波动在一定范围内，发动机的节气门下游的进气压力传感器测量的压力在一定范围内。可以理解的是，本申请实施例中的稳态工况是一个准稳态，不是绝对稳态。
S303：根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子。
S304：获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值。
S305：若过量空气系数测量值大于或等于1.2，根据第一闭环因子修正过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值。
需要说明的是，由于稀薄燃烧的燃气发动机的种类很高，不同种类稀薄燃烧的燃气发动机在图2中的波峰稍有区别，当过量空气系数测量值大于或等于1.2时，过量空气系数与NOX处于线性区间的概率更高。
S306：根据修正过量空气系数设定值与过量空气系数测量值，确定过量空气系数差值。
S307：将过量空气系数差值输入至第二比例微分积分控制器中，通过调整第二比例微分积分控制器的比例微分积分参数满足过量空气系数预设条件，得到第二闭环因子。
S308：根据第二闭环因子确定燃气需求量。
相关之处可以参见前述S101-S106，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种发动机燃气需求量的确定方法，下面结合图4进行说明。
S401：获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值。
S402：根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值确定氮氧化物差值。
S403：根据氮氧化物差值与氮氧化物设定值的比值得到第一闭环因子。
由此，通过将差值除以氮氧化物设定值，可以降低相关技术中不采用单位进行后续计算带来的，数值较大的问题。从而保证燃气需求量符合发动机的实际需求，保证发动机的稳定性。
S404：根据第一闭环因子确定燃气需求量。
本申请实施例除了提供的发动机燃气需求量的确定方法外，还提供了发动机燃气需求量的确定装置，如图5所示，所述装置包括：获取单元501、闭环控制单元502、修正单元503和确定单元504；
所述获取单元501，用于获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；所述目标发动机为稀薄燃烧的燃气发动机；
所述闭环控制单元502，用于根据所述氮氧化物测量值与所述氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；
所述获取单元501，还用于获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；
所述修正单元503，用于根据所述第一闭环因子修正所述过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；
所述闭环控制单元502，还用于根据所述修正过量空气系数设定值和所述过量空气系数测量值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；
所述确定单元504，用于根据所述第二闭环因子确定燃气需求量。
作为一种可能的实现方式，所述闭环控制单元502，用于：
根据所述修正过量空气系数设定值与所述过量空气系数测量值，确定过量空气系数差值；
将所述过量空气系数差值输入至所述第二比例微分积分控制器中，通过调整所述第二比例微分积分控制器的比例微分积分参数满足过量空气系数预设条件，得到第二闭环因子。
作为一种可能的实现方式，所述获取单元501，还用于获取所述目标发动机的转速和所述目标发动机的节气门下游的进气压力；
所述装置还包括判断单元，用于若所述转速满足转速条件且所述进气压力满足压力条件，获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值。
作为一种可能的实现方式，所述装置还包括判断单元，用于若所述过量空气系数测量值大于或等于1.2，执行所述根据所述第一闭环因子修正所述过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值的步骤。
由上述技术方案可知，针对于稀薄燃烧的燃气发动机，获取其氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；根据氮氧化物测量值与氮氧化物设定值的差值，通过第一比例微分积分控制器得到第一闭环因子；获取过量空气系数测量值与过量空气系数设定值；根据第一闭环因子修正过量空气系数设定值，得到修正过量空气系数设定值；根据修正过量空气系数设定值和过量空气系数设定值，通过第二比例微分积分控制器得到第二闭环因子；根据第二闭环因子确定燃气需求量。由此，根据随着稀薄燃烧的燃气发送机的过量空气系数增加，氮氧化物测量值减少的特性，通过第一闭环因子修正过量空气系数设定值，然后再一次通过比例微分积分控制器得到第二闭环因子，使得两次闭环PID控制得到的第二闭环因子不会出现差值较大的现象，从而保证燃气需求量符合稀薄燃烧的燃气发动机的实际需求，保证稀薄燃烧的燃气发动机的稳定性。
本申请实施例除了提供的发动机燃气需求量的确定方法外，还提供了发动机燃气需求量的确定装置，如图6所示，所述装置包括：获取单元601、计算单元602、闭环控制单元603和确定单元604；
所述获取单元601，用于获取针对于目标发动机的氮氧化物测量值与氮氧化物设定值；
所述计算单元602，用于根据所述氮氧化物测量值与所述氮氧化物设定值确定氮氧化物差值；
所述闭环控制单元603，用于根据所述氮氧化物差值与所述氮氧化物设定值的比值得到第一闭环因子；
所述确定单元604，用于根据所述第一闭环因子确定燃气需求量。
由此，通过将差值除以氮氧化物设定值，可以降低相关技术中不采用单位进行后续计算带来的，数值较大的问题。从而保证燃气需求量符合发动机的实际需求，保证发动机的稳定性。
本申请实施例还提供了一种计算机设备，参见图7，该图示出了本申请实施例提供的一种计算机设备的结构图，如图7所示，所述设备包括处理器710以及存储器720：
所述存储器710用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器720用于根据所述程序代码中的指令执行上述实施例提供的任一种发动机燃气需求量的确定方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序于执行上述实施例提供的任一种发动机燃气需求量的确定方法。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面的各种可选实现方式中提供的发动机燃气需求量的确定方法。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
还需要说明的是，在本文中，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。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。