用于发动机水喷射的方法和系统技术方案

本申请涉及用于发动机水喷射的方法和系统，并提供了用于在发动机系统中的多个位置处喷射储存在水贮存器中的水的方法和系统，包括直接喷射进入发动机汽缸、喷射到涡轮增压器涡轮上游，以及喷射在排气歧管处，并且控制水贮存器的水位。在一个示例中，方法可以包括基于供水条件并且响应于发动机工况，将储存在水贮存器中的水供应到水喷射系统、挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个。当水位低(例如，低于阈值)时，可以优先考虑向水喷射系统的供应。

Method and system for water jet of engine

The present application relates to methods and systems for engine water injection and provides a method and system for injecting water stored in a water reservoir at multiple locations in the engine system, including direct injection into the engine cylinder, injection upstream of the turbocharger turbine, and injection at the exhaust manifold, and control. The water level of the water reservoir. In one example, the method may include supplying water stored in a water reservoir to one or more water injection systems, windshield wiper systems, engine coolant systems, and drinking water systems based on water supply conditions and in response to engine operating conditions. When the water level is low (for example, below the threshold), the supply of the water injection system can be given priority.

【技术实现步骤摘要】
用于发动机水喷射的方法和系统
本说明书总体上涉及用于控制车辆系统中的水收集和水喷射的方法和系统。
技术介绍
诸如用于提供原动力来推进车辆的内燃机系统由于发动机中的高燃烧温度而经常在高温下操作。高温可能引起发动机燃烧稳定性问题和/或部件劣化。这样，一些发动机系统可以被配置成在高温条件期间增加提供到发动机的燃料的量。空气-燃料比的这种富化可能降低燃烧温度并且防止部件劣化，但是这样做会增加燃料消耗并且可能增加排放。在美国专利No.9,169,755中提出了用于在不富化空气-燃料比的情况下减轻高发动机/燃烧温度的影响的一个示例方法。其中，水可以被喷射到一个或多个停用的汽缸中以降低催化剂温度，从而防止可能导致催化剂劣化的过度的催化剂温度。但是，本专利技术人在此已经认识到上述方法的问题。虽然将水喷射到一个或多个停用的汽缸可以有助于在一些条件期间降低催化剂温度，但是将水喷射到一个或多个停用的汽缸中在所有汽缸都是活动的较高负载条件期间不能抵抗高温排气。此外，将水喷射到停用的汽缸中不能利用充气稀释效应或可以用水喷射实现的其他效率增益。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于车辆的方法来解决，该方法包括：响应于涡轮温度高于阈值温度，将储存在水贮存器处的水喷射到涡轮增压器的涡轮增压器涡轮的入口，响应于涡轮温度小于阈值温度并且确定的效率增益大于阈值增益，将储存在水贮存器处的水喷射到涡轮增压器涡轮的入口，以及响应于涡轮温度小于阈值温度并且确定的效率增益小于阈值增益，阻止将储存在水贮存器处的水喷射到涡轮增压器涡轮的入口。以这种方式，可以在涡轮入口处喷射水以便降低涡轮温度，从而避免响应于延长暴露于高排气温度而可能发生的潜在的涡轮劣化。此外，如果若喷射水则涡轮将表现的效率增益高于阈值，即使在涡轮温度不高的情况下，也可以执行水喷射。效率增益可以包括由于水的喷射和随后的蒸发而作用在涡轮上的气体体积增加所引起的涡轮速度的增加。通过这样做，在实际上任何发动机工况期间不富化空气-燃料比的情况下可以避免涡轮劣化，同时在至少一些条件期间增加涡轮效率。在另一个示例中，一种用于车辆的方法包括基于发动机工况，通过水喷射系统的一个或多个水喷射器将储存在水贮存器处的水喷射到发动机汽缸、排气歧管和涡轮增压器涡轮入口中的一个或多个中。该方法还包括响应于第一条件，基于挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的相应水位而选择性地将储存在水贮存器处的水供应到挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个；以及响应于第二条件，不管挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的相应水位如何，阻挡将储存在水贮存器处的水供应到挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个。以这种方式，水贮存器可以用于基于工况向一个或多个水喷射器供应水，并且水贮存器也可以用于将水供应到车辆的其他耗水装置。为了确保在命令水喷射时水可用，从而防止可能浪费燃料的不必要的富化，在某些条件期间，诸如当水贮存器中的水位低时，可以阻止将水从贮存器供应到其他耗水装置。通过这样做，可以在发动机系统中的各个地方处使用水喷射来降低气体温度并增加发动机效率，并且水可以全部从单个贮存器供应到辅助的耗水系统，从而简化到耗水装置的水供应的包装并且降低成本。应当理解，上面的
技术实现思路
被提供是为了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。并不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附的权利要求书唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了包括水喷射系统的发动机系统的示意图。图2示出了被配置成在涡轮增压器涡轮的入口处喷射水的示例水喷射器的图。图3示出了用于基于喷射请求将水喷射到发动机中的示例方法的流程图。图4示出了用于响应于发动机工况来确定发动机系统中的水喷射位置的示例方法的流程图。图5示出了用于控制水贮存器的水位和向包括水喷射系统的各种耗水装置的水分配的示例方法的流程图。图6示出了用于非侵入式水喷射系统诊断的示例方法的流程图。图7示出了用于侵入式水喷射系统诊断的示例方法的流程图。图8示出了描绘响应于发动机工况的发动机系统中的多个位置处的水喷射的示例曲线图。图9是示出了可以如何响应于水贮存器中的水位而将水选择性地供应到各种耗水装置的示例曲线图。具体实施方式以下描述涉及用于使用水喷射系统在发动机系统(诸如图1中所示的发动机系统)中的多个位置处执行水喷射的系统和方法。具体地，可以将水直接喷射到发动机的汽缸中，喷射在发动机的排气歧管处或者喷射到涡轮增压器涡轮的上游。为了承受涡轮增压器涡轮处的高温，可以使用专用的耐热水喷射器，图2中示出了其示例。可以根据图3的示例性方法执行水喷射，其中例如根据图4的方法，响应于发动机工况，确定水喷射位置。作为确定是否要执行水喷射的一部分，控制器可以确定被配置成向各种耗水装置供应水的水贮存器中的水位，所述耗水装置包括水喷射系统、挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统。根据水位可以将水选择性地供应到每个耗水装置。例如，如图5的方法所示，当水位低时，可以优先将水供应到水喷射系统，并且可以从各种水源(包括在空气调节系统压缩机处形成的冷凝物)收集水，以补充供水。图6和图7示出了用于诊断水喷射系统以确保按照指令递送水的示例方法。图6示了出非侵入式水喷射系统诊断方法，而图7示出侵入式水喷射系统诊断方法。图8图形地示了响应于发动机工况(例如根据图3和图4的方法)而在发动机的排气歧管处并且在涡轮增压器涡轮的上游执行直接进入发动机汽缸的水喷射。图9示出了可以如何根据水位(例如，根据图5的方法)将来自水贮存器的水选择性地供应到各种耗水装置的预示性示例曲线图。此外，图8和图9两者都示出了当贮存器下降到阈值水位以下时可以如何再填充水贮存器。例如，水贮存器可以用冷凝物(例如从空气调节系统压缩机、增压空气冷却器、排气等收集的)或从燃料分离的水进行再填充，以便随后在包括水喷射系统的耗水装置中使用。内燃机可以包括将水喷射多个位置中的水喷射系统。通常，水喷射发生在发动机汽缸上游的进气歧管处。将水喷射到发动机进气中可以增加燃料经济性和发动机性能，并减少发动机排放。当将水喷射到发动机进气装置中时，热量从进气和/或发动机部件被传递到水。这种传热导致蒸发，这导致冷却。将水喷射到(例如，进气歧管中的)进气中降低了进气温度和发动机汽缸处的燃烧温度。通过冷却进气充气，可以在不富化燃烧空气-燃料比的情况下降低爆震趋势。这也可以允许较高的压缩比、提前的点火正时以及降低的排气温度。因此，提高燃料效率。此外，更大的容积效率可以导致扭矩增加。此外，借助水喷射降低燃烧温度可以减少氮氧化物(NOx)的产生，而更有效的燃料混合物可以减少一氧化碳和碳氢化合物的排放。包括用于向发动机提供升压进气的涡轮增压器的涡轮增压发动机也增加燃料效率并且附加地减少二氧化碳排放。但是，涡轮效率的附加提高可以进一步减少二氧化碳排放。作为示例，用涡轮增压器的压缩机压缩空气迅速地增加进气的温度，并且进而增加排气和部件(诸如涡轮增压器的涡轮)的温度。燃料富化可以用来降低这些温度。但是，为了冷却目的而增加燃料使用是低效的。如上所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：基于发动机工况，通过水喷射系统的一个或多个水喷射器将储存在水贮存器处的水喷射到发动机汽缸、排气歧管和涡轮增压器涡轮入口中的一个或多个中；响应于第一条件，基于挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的相应水位而选择性地将储存在所述水贮存器处的水供应到所述挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个；以及响应于第二条件，不管所述挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的所述相应水位如何，阻挡将储存在所述水贮存器处的水供应到所述挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个。

【技术特征摘要】
2017.03.21 US 15/465,4651.一种方法，其包括：基于发动机工况，通过水喷射系统的一个或多个水喷射器将储存在水贮存器处的水喷射到发动机汽缸、排气歧管和涡轮增压器涡轮入口中的一个或多个中；响应于第一条件，基于挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的相应水位而选择性地将储存在所述水贮存器处的水供应到所述挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个；以及响应于第二条件，不管所述挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的所述相应水位如何，阻挡将储存在所述水贮存器处的水供应到所述挡风玻璃刮水器系统、发动机冷却剂系统和饮用水系统中的一个或多个。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一条件包括所述水贮存器的水位高于第一阈值水位，并且其中所述第二条件包括所述水位低于所述第一阈值水位。3.根据权利要求2所述的方法，其还包括响应于所述水位低于第二阈值水位，基于供水条件将水从一个或多个水源供应到所述水贮存器。4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于供水条件将水从一个或多个水源供应到所述水贮存器包括以下项中的一个或多个：当环境湿度大于阈值时，打开流体耦接到增压空气冷却器的第一阀，以将来自所述增压空气冷却器的冷凝物供应到所述水贮存器；在制动事件期间，增加空气调节压缩机即AC压缩机的负载并且打开流体耦接到所述AC压缩机的第二阀，以将来自所述AC压缩机的冷凝物供应到所述水贮存器；在燃料箱再填充事件期间，将水收集在燃料-水分离器收集箱中并且打开流体耦接到所述燃料-水分离器收集箱的第三阀，以将水从所述燃料-水分离器收集箱供应到所述水贮存器；以及当环境湿度大于所述阈值时，打开流体耦接到排气冷凝物收集器的第四阀，以将冷凝物从所述排气冷凝物收集器供应到所述水贮存器。5.根据权利要求3所述的方法，还包括响应于所述水位高于第三阈值水位并且所述水贮存器的过滤器两端的压降大于阈值压力，将所述水贮存器与所述一个或多个水喷射器隔离，打开安全阀，并且使耦接到所述水贮存器的水泵的流反向。6.根据权利要求1所述的方法，其中响应于所述发动机汽缸内的温度高于阈值温度以及将水喷射到所述发动机汽缸中的确定的效率增益高于阈值增益中的一个或多个，将储存在所述水贮存器处的水喷射到所述发动机汽缸中。7.根据权利要求6所述的方法，其中基于由将储存在所述水贮存器处的水喷射到所述发动机汽缸将引起的所述发动机气汽缸内的压力的增加以及与来自水蒸发的温度损失相平衡的允许的火花增加，确定将水喷射到所述发动机汽缸中的所述确定的效率增益。8.根据权利要求1所述的方法，其中响应于催化剂的温度高于...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·马丁，J·E·罗林格尔，K·J·米勒，A·M·杜达尔，L·A·马丁，
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