用于控制水喷射的方法和系统技术方案

本申请提供用于控制水喷射的方法和系统。提供用于优化来自水喷射系统的水的使用的方法，所述水喷射系统响应于诸如爆震、排气温度和稀释需求的发动机工况将水喷射到发动机中。基于相对于预测的未来水位的当前水位，改变针对喷射目的选择的水量以及响应于各种发动机工况的水喷射的顺序。尤其当水可用性受限制时，该方法允许水使用益处的最大化。

Methods and systems for controlling water jet

The present application provides a method and a system for controlling water jet. A method for optimizing the use of water from a water injection system is provided. The water injection system responds to engine conditions such as knock, exhaust temperature and dilution demand, and water is injected into the engine. Based on relative prediction of the current water level of the future water level, we should change the volume of water selected for the purpose of injection and the sequence of water injection that responds to various engine conditions. In particular, when water availability is limited, this method allows the maximization of the benefits of water use.

【技术实现步骤摘要】
用于控制水喷射的方法和系统
本说明书通常涉及用于优先化发动机中的水使用的方法和系统。
技术介绍
内燃发动机可包括水喷射系统，所述水喷射系统将水喷射至多个位置，如在发动机气缸的上游将水喷射至进气歧管中，或将水直接喷射到发动机气缸中。发动机水喷射提供各种益处，如燃料经济性和发动机性能的增加以及发动机排放的减少。具体地，当水被喷射至发动机进气装置或气缸中时，热从进气和/或发动机组件传递以蒸发水，导致增压中冷和发动机稀释。喷水至进气中(例如，在进气歧管中)降低进气温度和在发动机气缸处的燃烧温度。通过冷却进气充气，爆震倾向性可以降低，而不使燃烧空气-燃料比变富。这也可以允许较高的压缩比、提前的点火正时、改进的全开节气门性能、减少的传热损耗和降低的排气温度。因此，燃料效率增大。此外，较大的容积效率可以导致增大的扭矩。此外，用水喷射降低燃烧温度可以减少NOX排放，同时更有效的燃料混合(较不富化(lessenrichment))可以减少一氧化碳和碳氢化合物排放。发动机控制系统可以基于诸如发动机爆震限制的发动机工况选择何时使用水喷射。一种示例方法由Surnilla等人在美国专利20130218438中示出。其中，用于相对于爆震控制的稀释控制的水使用基于燃烧稳定性限制来调整。另一示例方法由Leone等人美国专利20140202434中示出。其中，当发动机负荷高于阈值或者发动机受到爆震限制时，使用水喷射。
技术实现思路
在本文中本专利技术人已经认识到使用水的最大燃料经济性益处可以受车辆上的水的可用性限制。具体地，基于多少水能够在车辆上产生相对需要多少水用于爆震控制、稀释控制、催化剂温度控制等，可以限制水供给。作为示例，如果启用水喷射以用于催化剂温度控制，由于在催化剂温度控制期间的高耗水率，用于爆震控制的水可能不足。因此，可以需要延迟火花以用于爆震控制。与火花延迟的使用相关联的燃料附加损耗可以抵消或者甚至超过与用于催化剂温度控制的水使用相关联的燃料经济性益处。在一个示例中，上述问题可以由用于发动机的方法解决，所述方法包括：将贮水池中的当前水位和在车辆驾驶期间贮水池中的预测水位与多个阈值水位比较；以及基于该比较响应于发动机爆震、稀释需求和排气温度中的每个，将水从贮水池喷射到发动机中。以这种方式，如果限制水可用性，可以优先化水使用。作为示例，发动机可以配置有水喷射系统，所述水喷射系统使得水能够被喷射到一个或多个发动机位置，如喷射到进气歧管中，喷射到进气道中，或者直接喷射到发动机气缸中。该水喷射系统可包括耦接到不同位置的一个或多个水喷射器以及供水至(一个或多个)喷射器的贮水池。贮水池可以由车辆操作员手动地再注满。此外，贮水池可以耦接到水收集系统，所述水收集系统用在车辆上产生的水适时地再注满贮水池。例如，冷凝物形式的水可以从诸如EGR冷却器、AC蒸发器、排气热交换器、增压空气冷却器、车辆外表面等的一个或多个车辆组件取回。发动机控制器可以评估发动机工况并确定待喷射到发动机中用于爆震控制、排气温度控制中的每个以及满足发动机稀释需求的相应水量(和位置)。控制器也可以取回贮水池中的当前水位并基于当前的产水速率和预测的产水速率以及(例如，用于爆震控制、稀释控制和排气温度控制的)当前的用水速率和预测的用水速率来预测贮水池中的预测水位。基于在行驶周期内的当前水位和预测水位，控制器可以分配优先值至每个相应水的使用，并确定用于爆震控制、排气温度控制以及满足发动机稀释需求的待喷射量。另外，基于当前水位和预测水位(以及用于从当前水位至预测水位的水可用性的趋向)，控制器可以确定多个水位阈值，并将待喷射的量与那些水位阈值进行比较。然后可以基于比较来喷射用于当前工况的所选量。作为一个示例，当水位已经是低的和/或经预测在行驶周期内下降时，可以对用于爆震控制的水喷射量提供最高优先权并且可以喷射充足的水以确保良好的爆震控制，但是没有水可喷射用于排气温度控制或用于稀释需求。当限制水供给时，使用优先次序(prioritization)以便实现每单位水的最高发动机效率益处。如果水喷射不用于满足稀释需求，则EGR阀的开度可以基于所选择的水喷射量来调整，以满足稀释需求。同样地，如果水位当前非常低且未预测上升，并且水喷射不用于爆震控制，则火花正时可以基于所选择的用于爆震控制的水喷射量来延迟。在进一步的示例中，为启用用于稀释控制的水喷射所要求的水位阈值可以在预测水位从当前水位增加时降低，并且当预测水位从当前水位下降时上升。因此，当预测水可用性下降时，能够限制用于稀释控制的水使用。以这种方式，水喷射的燃料经济性益处能够最大化，特别是当用受限的水供给操作时。通过分配优先值至应用于区分发动机工况的水喷射量，并在限制水供给时喷射基于最高优先值的水量，每单位水喷射的效率益处能够基本上增加。通过在具有较低效率益处的工况下停止或者减少水喷射，能够维持发动机性能升高，直到贮水池变空。通过还基于再注满到贮水池中的水的估计的质量来改变水喷射量的选择，水使用益处能够在较广范围的发动机工况内扩大，甚至当水供给是低质量时。应该理解的是提供上述
技术实现思路
是为以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。其并非旨在确定所要求保护的主题的关键或主要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中所提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出包括水喷射系统的发动机系统的示意图。图2示出用于基于当前水位和预测水位改变来自图1的水喷射系统的水使用的高级流程图。图3示出用于分配优先值至用于解决发动机爆震、稀释需求和排气温度中的每个的不同水喷射量的高级流程图。图4示出当限制水供给时最大化水使用的示例水喷射调整。具体实施方式下列描述涉及用于利用从耦接到车辆发动机的水喷射系统将水喷射至发动机中的益处的系统和方法，如参照图1的车辆所述。控制器可以被配置为执行控制例程，诸如图2的示例例程，以基于水可用性分配优先值至用于爆震控制、稀释控制和排气温度控制的不同的水喷射量，且然后选择具有最高优先值的喷射量用于输送。该控制器也可以被配置为执行控制例程，诸如图3的示例例程，以基于水可用性改变用于爆震控制、稀释控制和排气温度控制的水喷射顺序。示例水喷射调整参照图4描述。以这种方式，水喷射的燃料经济性益处能够被利用(甚至当水供给受限时)。图1示出配置有水喷射系统60的发动机系统100的示例实施例。发动机系统100耦接在示意性示出的机动车辆102中。发动机系统100包括发动机10(在本文描绘为耦接到包括由涡轮116驱动的压缩机14的涡轮增压器13的升压发动机)。具体地，新鲜空气经由空气净化器31沿进气通道142引入发动机10中，并流动到压缩机14。该压缩机可以是合适的进气压缩机，诸如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统100中，该压缩机被示出为经由轴19机械地耦接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，所述涡轮116被膨胀的发动机排气而驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以耦接在双涡管涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机转速和其他工况而主动改变。如图1中所示，压缩机14通过增压空气冷却器(CA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于车辆发动机的方法，所述方法包括：将贮水池中的当前水位和在车辆行驶周期内的所述贮水池中的预测水位与多个阈值水位进行比较；以及基于所述比较，响应于发动机爆震、稀释需求和排气温度中的每个，将水从所述贮水池喷射到所述发动机中。

【技术特征摘要】
2016.10.04 US 15/285,3111.一种用于车辆发动机的方法，所述方法包括：将贮水池中的当前水位和在车辆行驶周期内的所述贮水池中的预测水位与多个阈值水位进行比较；以及基于所述比较，响应于发动机爆震、稀释需求和排气温度中的每个，将水从所述贮水池喷射到所述发动机中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷射包括：确定响应于所述爆震、稀释需求和排气温度中的每个的喷射的相应水量；基于所述比较从所述相应量中选择；以及喷射所述选择的量。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个阈值水位包括第一阈值、第二阈值和第三阈值，所述第二阈值低于所述第一阈值，所述第三阈值低于所述第二阈值。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值中的每个基于相对于所述预测水位的所述当前水位进行调整。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述调整包括：随着所述预测水位相对于所述当前水位下降提高相对于所述第一阈值的所述第二阈值和所述第三阈值，所述提高的速率根据所述预测水位相对于所述当前水位下降的速率确定，所述提高的速率随着所述预测水位相对于所述当前水位下降的速率增大而增大。6.根据权利要求2所述的方法，其中根据所述贮水池中的估计的水质量进一步调整所述喷射，所述喷射在所述估计的质量低于阈值质量的第一条件下被禁用，并且所述喷射的发动机操作窗口在所述估计的质量低于所述阈值质量的第二条件下被加宽。7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：响应于所述选择，调整EGR阀的开度，所述调整包括当选择用于稀释需求的喷射的第三水量时打开所述EGR阀至较低程度，并且当不选择所述用于稀释需求的喷射的第三水量时打开所述EGR阀至较高程度。8.根据权利要求1所述的方法，其中喷水至所述发动机中包括经由进气道水喷射器在进气门的上游将水进气道喷射到发动机气缸的进气道中、经由直接水喷射器将水直接喷射到所述发动机气缸中、以及经由中央水喷射器在进气节气门的上游或下游将水中央喷射到发动机进气歧管中的一个或多个。9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：基于在所述行驶周期内的环境温度和湿度、车舱冷却需求和EGR使用，预测所述车辆上的产水速率；基于所述环境温度和湿度、行进路线和操作员行驶历史，预测所述车辆上的用水速率；以及基于相对于预测的用水速率的预测的产水速率，预测所述行驶周期内所述贮水池中的所述水位。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机耦接在车辆中，并且其中所述贮水池中的所述水经由收集系统在所述车辆上再加注，所述收集系统从EGR冷却器、增压空气冷却器、AC冷凝器和车辆外表面中的一个或多个收集冷凝水。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷射包括：当所述预测的水位超过所述当前水位时，喷水以满足爆震控制、稀释需求和排气温度控制；当所述预测的水位下降至比所述当前水位低第一量时，继续喷水以满足爆震控制，限制用以满足稀释需求的水喷射，以及中断用于排气温度控制的水喷射；当所述预测的水位下降至比所述当前水位时低第二量时，其中所述第二量大于所述第一量，继续喷水以满足爆震控制，以及中断用以满足稀释需求和排气温度控制的每个水喷射；以及当所述当前水位下降至比所述预测的水位低第三量时，所述第三量大于所述第二量，中断用以满足爆震控制、稀释需求和排气温度控制的每个的水喷射。12.根据权利要求11所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·莱昂内，K·J·米勒，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US