一种车用柴油机全Map工况等效冷却辅助标定方法

本发明涉及发动机，特别涉及一种车用柴油机全map工况等效冷却辅助标定方法。

背景技术：

1、目前市场上的柴油机的冷却方法包括调整冷却系统结构，如cn202210974090.9，根据水泵水箱中心线量化关系合理放置膨胀水箱和补水箱，提高换热效率；增加冷却装置，如cn202320287362.8新增吹风机，增加热源的扩散效率。建立排气温度和冷却液温度量化关系式，如cn202211587138.7建立柴油机冷却液温度预测表达式，防止柴油机过热。这些方法虽然提高了冷却效率，却提升了功耗，也不能快速达到稳定的热状态。

2、冷却介质泵大多是一种排量不可变的由发动机曲轴驱动的机械泵，冷却介质的流量大小只与发动机的转速相关，与负荷无关。由于冷却介质带走的热流量，与冷却介质的密度、容积流量、定压比热、以及冷却介质进、出口的温差的乘积成正比。对于同样的散热量，采用大流量、小温差，或者小流量、大温差的冷却方式都能实现等效冷却的效果，但是冷却介质驱动系统的附件功耗是不一样的。由于附件功耗是冷却介质容积流量的3次方的关系，那么，采用小流量、大温差的冷却方式，可以在达到同样的冷却效果的前提下大大地降低冷却介质泵的功耗。

3、目前机械附件正在向电控附件的发展，冷却介质的流量与发动机转速就实现了解耦，可以根据控制目标自由设定，因此，如何快速准确地预测相关热管理附件的最优流量即全map工况的等效冷却的标定，对提高发动机能量利用效率和经济性具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于量化关系解析的柴油机全map工况等效冷却辅助标定方法，在发动机不同负荷条件下，采用不同的冷却介质流量。此方法基于发动机不同运行工况下的冷却需求，采用热管理系统控制冷却介质流量与冷却后温度，来协助柴油机全map工况等效冷却的物理标定过程，简化相关模型，减少计算时间，降低能量消耗。

2、具体的，本发明提供了一种车用柴油机全map工况等效冷却辅助标定方法，所述车用柴油机全map工况等效冷却辅助标定方法包括以下步骤：

3、步骤1：在预定转速的稳态工况下，测试获得运行参数；

4、步骤2：根据获得的运行参数，通过缸内过程仿真获得燃烧室的缸温和缸压；

5、步骤3：通过燃烧室的缸温和缸压计算缸内燃气与缸外冷却介质之间的热交换量；

6、步骤4：通过热交换量计算燃烧室外表面的壁温；

7、步骤5：调整冷却介质流量使冷却介质流量带走的热量等于燃烧室的缸内燃气与缸外冷却介质之间的热交换量，进入步骤6；若不相等，则改变冷却介质流量，重复步骤3和步骤4，直至收敛；

8、步骤6：收敛流量即为此工况下的冷却燃烧室需要的冷却流量，并计算柴油机其他部件冷却液流量后，进入下一工况测试标定。

9、更近一步地，在步骤1中，所述运行参数包括采集的运行参数、预设的运行参数和计算的运行参数；

10、所述采集的运行参数包括进气门关闭时对应的气缸容积vivc，气缸容积vh；残余废气系数rgf，残余废弃温度trg，新鲜空气温度tin，过量空气系数，摩擦平均有效压力fmep，泵气平均有效压力pmep，进气歧管压力pin_man，进气歧管温度tin_man，燃油的化学计量空燃比afr0；

11、所述预设的运行参数包括燃烧效率ηcomb，绝热效率ηadi，有效放热率其中eoc为燃烧为开始时刻，soc为燃烧结束时刻，为曲轴转角为时的瞬时放热率，ε为燃烧品质参数，γ为气体绝热指数，气体常数r，燃料热值hu，过量空气系数λ。

12、所述计算的运行参数包括充气效率ηv，高压循环指示热效率ηi，均指示压力imep，有效平均压力bmep；

13、充气效率是基于下列公式获得：

14、

15、高压循环指示热效率是基于下列公式获得：

16、

17、平均指示压力是基于下列公式获得：

18、

19、平均指示压力bmep是基于下列公式获得：

20、

21、更近一步地，在步骤2中，所述缸压表示为：

22、

23、所述缸温表示为：

24、

25、表示气缸的压力升高率，表示气缸的温度升高率。

26、更近一步地，在步骤2中，所述气缸的压力升高率表示为：

27、

28、所述气缸的温度升高率表示为：

29、

30、其中，进气门关闭时对应的气缸压力pivc，进气门关闭时对应的气缸温度tivc，气体的质量流量mtotal，气缸的初始压力p，气缸的初始温度t。

31、更近一步地，在步骤3中，所述缸内燃气与缸外冷却介质之间的热交换量在发动机在稳定工况下运行时，一个工作循环内，从缸内燃气与缸外冷却介质之间的热交换量，等于气体传给燃烧室内壁面的热量，也等于燃烧室内外壁面的导热量：

32、

33、αg_w_c为燃烧室外表面与冷却介质的瞬时换热系数，αg_g_w为缸内燃气与燃烧室内壁面的瞬时换热系数，ag_w为缸内气体与燃烧室壁面之间的瞬时传热面积，tc为冷却介质温度，tg为气体温度，δx为燃烧室壁厚，k为固体导热系数，q_g_w表示气体传给燃烧室壁面的换热量，q_w_c表示燃烧室外表面与冷却介质之间的热交换量，q_w_w表示缸内燃气与缸外冷却介质之间的热交换量。

34、更近一步地，在步骤3中，所述气体传给燃烧室壁面的换热量q_g_w表示为：

35、

36、

37、const为换热常数，b代表气缸缸径，pg，φ为缸内压力，为缸内温度，vg，φ为气体与壁面之间的相对速度。

38、更近一步地，在步骤4中，所述燃烧室外表面的壁温tw2表示为：

39、

40、tc为冷却介质温度，q_w_c为燃烧室外表面和冷却介质的换热量，aw_c为燃烧室外表面和冷却介质的换热面积，αg_w_c为燃烧室外表面和冷却介质的换热系数；

41、燃烧室内表面的温度tw1表示为：

42、

43、q_w_w为缸内燃气与缸外冷却介质之间的热交换量，k为固体导热系数，δx为燃烧室壁厚，aw_w为换热面积。

44、更近一步地，在步骤6中，所述柴油机其他部件还包括中冷器；

45、基于增压器压力需求计算中冷器冷却介质流量，中冷器冷却介质流量mc基于下列公式获得：

46、

47、中冷器带走的热量qic为：

48、

49、其中，mc表示中冷器冷却介质流量，qic表示中冷器带走的热量，tic_c2表示冷却介质在中冷器出口处的温度，tic_c1表示冷却介质在中冷器入口处的温度，ρic_c表示中冷器冷却介质的密度，vic_c表示中冷器冷却介质的容积流量，cpc表示中冷器冷却介质的定压比热，mair表示经中冷器的新鲜空气的质量流量，cpair表示中冷器冷却介质的定压比热，tc1表示空气在增压器入口处的温度，pc1表示空气在增压器入口处的压力，pc2表示空气在增压器处口处的压力，ηc表示增压器效率，δtc_ic表示空气从增压器出口到中冷器入口的压降，tic_g2表示空气在中冷器出口处的温度，γ表示气体绝热指数。

50、更近一步地，在步骤6中，所述柴油机其他部件还包括egr；

51、基于增egr率及温度计算egr冷却介质流量：

52、

53、egr冷却器带走的热量qegrc为：

54、qegrc＝megrg_g*cpegrg_c*ηegrc(tegrc_g1-tegrc_c1)

55、megrc_c表示流经egr冷却器的冷却介质的质量流量，qegrc表示egr冷却器带走的热量，cpegrc_c表示egr冷却器的冷却介质的定压比热，tegrc_c2表示冷却介质在egr冷却器出口处的温度，tegrc_c1表示冷却介质在egr冷却器入口处的温度，megrg_g表示流经egr冷却器的冷却介质的质量流量，cpegrg_c表示egr冷却器气体的定压比热，ηegrc表示egr冷却器效率，tegrc_g1表示egr气体在egr冷却器入口处的温度。

56、更近一步地，在步骤6中，所述柴油机其他部件还包括机油冷却器；

57、流经机油冷却器的冷却介质的质量流量moilc_c为：

58、

59、机油冷却器带走的热量qoilc为：

60、qoilc＝moil1*cpoil*ηoilc(toilc_o2-toilc_o1)

61、moilc_c表示流经机油冷却器的冷却介质的质量流量，qoilc表示机油冷却器带走的热量，cpoilc表示冷却介质的定压比热，toilc_c2表示机油冷却器冷却介质出口处的温度，toilc_c1表示机油冷却器冷却介质入口处的温度，moil1表示流经机油冷却器的冷却介质的质量流量，cpoil表示机油的定压比热，ηoilc表示机油冷却器效率，toilc_o2表示机油在冷却器出口处的温度，toilc_o1表示机油在冷却器入口处的温度。

62、本发明达到的有益效果是：

63、本发明提出采用电控式冷却介质泵，在发动机不同负荷条件下，采用不同的冷却介质流量：例如在小负荷下采用小流量，大负荷下采用大流量，那么就可以大幅度地减小小负荷下的冷却介质驱动泵的耗功；能根据发动机负荷的大小来调节机油的流量，不仅可以减少小负荷时机油泵的功耗，而且能发动机的热状态更均匀。

64、本发明中提出的量化关系解析的车用柴油机全map工况等效冷却辅助标定方法，是指建立发动机的换热模型，构建换热率和换热系数与运行控制参数的关系，建立了量化关系方程组，针对车的稳态工况，实现等效冷却，降低能耗。能够根据搭载的对象选择分乘用车、商用车、工程机械等，不同的搭载对象采用不同的量化关系方程，以达到最优等效冷却。