CN112377337A - 一种气道喷水发动机喷水控制方法及*** - Google Patents

一种气道喷水发动机喷水控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气道喷水发动机喷水控制方法及***，涉及发动机控制领域，该方法包括获取发动机的工况信息；基于获取的工况信息，预测发动机的进气量；基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量；获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。本发明能够在实现降温的同时保证燃烧效率，达到最佳的节油效果和尾气排放效果。

Description

一种气道喷水发动机喷水控制方法及***
技术领域
本发明涉及发动机控制领域，具体涉及一种气道喷水发动机喷水控制方法及***。
背景技术
汽车发动机正向增压小型化方向发展，而在进一步发掘增压小型化在发动机节能减排方面潜力的过程中，爆震往往是一个关键的制约因素。发动机喷水技术用于在发动机工作过程中向进气道或缸内喷射循环水，对缸内部件和工质起到了一定的冷却作用，实现对燃烧过程的控制以抑制爆震，并可优化点火时刻，拓宽发动机的工作边界，提高发动机效率以及燃油经济性，此外，燃烧温度的降低还有利于减少氮氧化物的生成。一方面，由于燃烧优化，排气温度降低，高负荷区域加浓减少甚至不加浓，从而降低油耗；另一方面，在结构上通过提高汽油机压缩比，提高热效率，进一步降低油耗。
同时，只有合理控制缸内喷水质量，才能最大程度发挥缸内喷水技术的节能潜力；若喷水质量较少，则无法抑制爆震和提高热效率，若喷水质量较多，则会导致发动机损坏。如果缸内喷水质量过多，部分水无法吸收足够的热量汽化成水蒸气，最终以液态水形式与润滑油混合，造成油水混合等现象；而如果喷水质量过少，则吸收的混合气热量也少，混合气温度降低幅度小，爆震抑制程度弱。因此，如何对喷水质量进行有效控制，是当前亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种气道喷水发动机喷水控制方法及***，能够在实现降温的同时保证燃烧效率，达到最佳的节油效果和尾气排放效果。
为达到以上目的，本发明提供的一种气道喷水发动机喷水控制方法，包括以下步骤：
获取发动机的工况信息；
基于获取的工况信息，预测发动机的进气量；
基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量；
获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。
在上述技术方案的基础上，所述工况信息包括发动机转速和发动机预估扭矩。
在上述技术方案的基础上，所述预设温度为排气零部件的耐热极限温度。
在上述技术方案的基础上，当控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，逐渐向缸内喷水，直至发动机排温小于预设温度之后，还包括：
记录喷水起始时刻和喷水结束时刻间的喷水质量和喷油质量；
基于记录的喷水质量和喷油质量，计算得到水油质量百分比。
在上述技术方案的基础上，所述喷水起始时刻通过相对压缩上止点之前的曲轴转角角度表示。
在上述技术方案的基础上，
所述发动机包括多个工况；
每个工况下，当进行缸内喷水时，均进行喷水起始时刻、喷水质量和喷油质量的记录。
在上述技术方案的基础上，对于发动机的每个工况，基于每个工况下记录的喷水质量和喷油质量，计算得到每个工况的水油质量百分比。
本发明提供的一种气道喷水发动机喷水控制***，包括：
获取模块，其用于获取发动机的工况信息；
预测模块，其用于基于获取的工况信息，预测发动机的进气量；
计算模块，其用于基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量；
控制模块，其用于获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。
在上述技术方案的基础上，所述工况信息包括发动机转速和发动机预估扭矩。
在上述技术方案的基础上，所述预设温度为发动机零部件的耐热极限温度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量，然后监测发动机排温和过量空气系数，逐渐增加喷水比例，在保证喷水降温防止发动机发生爆燃的同时，控制喷水量和喷油量，在实现降温的同时保证燃烧效率，达到最佳的节油效果和尾气排放效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
图1为本发明实施例中一种气道喷水发动机喷水控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种气道喷水发动机喷水控制***的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种气道喷水发动机喷水控制方法，通过监测发动机排温和过量空气系数，逐渐增加喷水比例，在保证喷水降温防止发动机发生爆燃的同时，控制喷水量和喷油量，在实现降温的同时保证燃烧效率。本发明实施例相应地还提供了一种气道喷水发动机喷水控制***。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。
参见图1所示，本发明实施例提供的一种气道喷水发动机喷水控制方法，包括以下步骤：
S1：获取发动机的工况信息；
本发明实施例中，工况信息包括发动机转速和发动机预估扭矩，发动机的预估扭矩与发动机的转速相对应。需要说明的是，发动机包括多个工况，且不同工况下的发动机的转速不同，即每个工况下，均对应有发动机转速和发动机预估扭矩。
S2：基于获取的工况信息，预测发动机的进气量。即根据当前工况下的发动机转速和发动机预估扭矩，对发动机的进气量进行预测，可以基于发动机的历史运行数据，实现发动机进气量的预测，即根据历史数据中，发动机不同转速和扭矩下所对应的发动机进气量，实现对当前发动机进气量的预测。
S3：基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量，即在知晓发动机进气量和过量空气系数确定的情况下，实现喷油量的计算。本发明实施例中，过量空气系数的设定值为1。
S4：获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。本发明实施例中，预设温度为排气零部件的耐热极限温度，零部件的耐热极限温度为930℃。
本发明实施例中，通过检测并获取发动机排温，当发动机排温小于零部件的耐热极限温度时，则表明当前无需进行喷水操作，当发动机排温不小于零部件的耐热极限温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，然后逐渐向缸内喷水，直至发动机排温小于预设温度。
本发明实施例中，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，逐渐向缸内喷水，直至发动机排温小于预设温度，其中，当发动机排温小于预设温度时，停止喷水。即当发动机排温不小于零部件的耐热极限温度，向缸内进行喷水，随着喷水的进行，当发动机排温小于预设温度时，则停止喷水。
在一种可能的实施方式中，当控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，逐渐向缸内喷水，直至发动机排温小于预设温度之后，还包括：
A：记录喷水起始时刻和喷水结束时刻间的喷水质量和喷油质量；喷水起始时刻通过相对压缩上止点之前的曲轴转角角度表示。
B：基于记录的喷水质量和喷油质量，计算得到水油质量百分比。喷水质量和喷油质量两者之间的比值，即为水油质量百分比。
因发动机包括多个工况，故每个工况下，当进行缸内喷水时，均进行喷水起始时刻、喷水质量和喷油质量的记录。对于发动机的每个工况，基于每个工况下记录的喷水质量和喷油质量，计算得到每个工况的水油质量百分比，后续可以基于水油质量百分比实现发动机空燃比的控制，即水油质量百分比能够为发动机空燃比的控制提供参考。对于发动机的每个工况，重复步骤S1～S4，从而得到每个工况下的水油质量百分比和喷水起始时刻。
各工况下水油质量百分比参见下表1所示。
表1
Figure BDA0002733515490000061
表1中，Engine Speed表示发动机转速，rpm表示转速单位，BMEP表示制动平均有效压力，bar表示压强单位。可以看出，发动机转速转速在1000转/分～3000转/分，制动平均有效压力在5～20时，水油质量百分比为0，表明在此区间中，不进行缸内喷水操作，而后，随着发动机转速的增加，制动平均有效压力的增加，水油质量百分比逐渐增加，说明喷水质量也逐渐增加。
各工况下喷水起始时刻，相对压缩上止点之前的角度参见下表2所示。
表2
Figure BDA0002733515490000071
表2中，Engine Speed表示发动机转速，rpm表示转速单位，BMEP表示制动平均有效压力，bar表示压强单位。从表2可以看出，随着发动机转速的增加，制动平均有效压力的增加，相对压缩上止点之前的角度也逐渐增加。
通过本发明实施例的气道喷水发动机喷水控制方法，能够有效的降低油耗，在具体的应用过程中，发动机不同转速和不同制动平均有效压力下，相对原机(不喷水)的油耗降低率参见下表3所示。
表3
Figure BDA0002733515490000072
表3中，Engine Speed表示发动机转速，rpm表示转速单位，BMEP表示制动平均有效压力，bar表示压强单位。可以看出，发动机转速转速在1000转/分～3000转/分，制动平均有效压力在5～20时，此时不进行喷水操作，故此时相较于原机的油耗降低率为0，即油耗保持与原机一致。而后，随着发动机转速的增加，制动平均有效压力的增加，相较于原机的油耗降低率逐渐增加。
通过本发明实施例的气道喷水发动机喷水控制方法，能够有效的降低车辆碳氢化物的排放，在具体的应用过程中，发动机不同转速和不同制动平均有效压力下，相对原机(不喷水)的碳氢化物排放降低率参见下表4所示。
表4
Figure BDA0002733515490000081
表4中，Engine Speed表示发动机转速，rpm表示转速单位，BMEP表示制动平均有效压力，bar表示压强单位。可以看出，发动机转速转速在1000转/分～3000转/分，制动平均有效压力在5～20时，此时不进行喷水操作，故此时相较于原机的碳氢化物排放降低率为0，即碳氢化物排放量保持与原机一致。而后，随着发动机转速的增加，制动平均有效压力的增加，相较于原机的碳氢化物排放降低率逐渐增加。
通过本发明实施例的气道喷水发动机喷水控制方法，能够有效的降低车辆碳氧化物的排放，在具体的应用过程中，发动机不同转速和不同制动平均有效压力下，相对原机(不喷水)的碳氧化物排放降低率参见下表5所示。
表5
Figure BDA0002733515490000091
表4中，Engine Speed表示发动机转速，rpm表示转速单位，BMEP表示制动平均有效压力，bar表示压强单位。可以看出，发动机转速转速在1000转/分～3000转/分，制动平均有效压力在5～20时，此时不进行喷水操作，故此时相较于原机的碳氧化物排放降低率为0，即碳氧化物排放量保持与原机一致。而后，随着发动机转速的增加，制动平均有效压力的增加，相较于原机的碳氧化物排放降低率逐渐增加。
本发明实施例基于合理控制缸内喷水质量，才能最大程度发挥缸内喷水技术的节能潜力考量，因为若缸内喷水质量过多，部分水无法吸收足够的热量汽化成水蒸气，最终以液态水形式与润滑油混合，造成油水混合等现象，而若喷水质量过少，则吸收的混合气热量也少，混合气温度降低幅度小，爆震抑制程度弱。因此，喷水如果控制不好，轻者无法抑制爆震、提高热效率，严重的甚至会导致发动机损坏。本发明通过监测发动机排温和过量空气系数，逐渐增加喷水比例，使发动机排温不超过零部件耐温极限，且使过量空气系数为1，提供各工况下气道喷水量和喷油量的比例关系，保证合理控制缸内喷水质量，最大程度发挥缸内喷水技术的节能潜力，在保证喷水降温防止发动机发声爆燃的同时，控制喷水量和喷油量，将空燃比控制为1，保证燃烧效率。
本发明实施例的气道喷水发动机喷水控制方法，基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量，然后监测发动机排温和过量空气系数，逐渐增加喷水比例，在保证喷水降温防止发动机发生爆燃的同时，控制喷水量和喷油量，在实现降温的同时保证燃烧效率，达到最佳的节油效果和尾气排放效果。
参见图2所示，本发明实施例提供的一种气道喷水发动机喷水控制***，包括获取模块、预测模块、计算模块和控制模块。
获取模块用于获取发动机的工况信息；预测模块用于基于获取的工况信息，预测发动机的进气量，即根据当前工况下的发动机转速和发动机预估扭矩，对发动机的进气量进行预测，可以基于发动机的历史运行数据，实现发动机进气量的预测，即根据历史数据中，发动机不同转速和扭矩下所对应的发动机进气量，实现对当前发动机进气量的预测；计算模块用于基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量，即在知晓发动机进气量和过量空气系数确定的情况下，实现喷油量的计算；控制模块用于获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。
通过检测并获取发动机排温，当发动机排温小于零部件的耐热极限温度时，则表明当前无需进行喷水操作，当发动机排温不小于零部件的耐热极限温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，然后逐渐向缸内喷水，直至发动机排温小于预设温度。
本发明实施例中，通过监测发动机排温和过量空气系数，逐渐增加喷水比例，以发动机排温不超过零部件耐温极限，且过量空气系数值为1为判断标准，提供各工况下气道喷水量和喷油量的比例关系，达到最佳节油效果和排放效果，控制喷水量和喷油量，将空燃比控制为1，从而在降温的同时保证燃烧效率的问题。
本发明实施例的气道喷水发动机喷水控制***，基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量，然后监测发动机排温和过量空气系数，逐渐增加喷水比例，在保证喷水降温防止发动机发生爆燃的同时，控制喷水量和喷油量，在实现降温的同时保证燃烧效率，达到最佳的节油效果和尾气排放效果。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

Claims (10)

1.一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取发动机的工况信息；
基于获取的工况信息，预测发动机的进气量；
基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量；
获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。
2.如权利要求1所述的一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于：所述工况信息包括发动机转速和发动机预估扭矩。
3.如权利要求1所述的一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于：所述预设温度为排气零部件的耐热极限温度。
4.如权利要求1所述的一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于：当控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，逐渐向缸内喷水，直至发动机排温小于预设温度之后，还包括：
记录喷水起始时刻和喷水结束时刻间的喷水质量和喷油质量；
基于记录的喷水质量和喷油质量，计算得到水油质量百分比。
5.如权利要求4所述的一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于：所述喷水起始时刻通过相对压缩上止点之前的曲轴转角角度表示。
6.如权利要求4所述的一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于：
所述发动机包括多个工况；
每个工况下，当进行缸内喷水时，均进行喷水起始时刻、喷水质量和喷油质量的记录。
7.如权利要求4所述的一种气道喷水发动机喷水控制方法，其特征在于：对于发动机的每个工况，基于每个工况下记录的喷水质量和喷油质量，计算得到每个工况的水油质量百分比。
8.一种气道喷水发动机喷水控制***，其特征在于，包括：
获取模块，其用于获取发动机的工况信息；
预测模块，其用于基于获取的工况信息，预测发动机的进气量；
计算模块，其用于基于预测的发动机进气量，并根据过量空气系数的设定值，计算喷油量；
控制模块，其用于获取发动机排温，且当发动机排温不小于预设温度时，控制喷油量以使过量空气系数保持设定值，向缸内喷水并逐渐增加喷水量，直至发动机排温小于预设温度，反之，则不进行喷水。
9.如权利要求8所述的一种气道喷水发动机喷水控制***，其特征在于：所述工况信息包括发动机转速和发动机预估扭矩。
10.如权利要求8所述的一种气道喷水发动机喷水控制***，其特征在于：所述预设温度为发动机零部件的耐热极限温度。
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