CN107893713A - 用于控制水喷射的方法和系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于控制水喷射的方法和系统

技术领域

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。

背景技术

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NO_X排放，同时更有效的燃料混合(较不富化(less enrichment))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。

发明内容

在本文中本发明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发明内容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(CAC)118耦接到节气门阀(例如，进气节气门)20。CAC可以是例如空气至空气或空气至冷却液热交换器。节气门阀20耦接到发动机进气歧管122。热压缩进气从压缩机14进入CAC 118的入口，在行进穿过CAC时冷却，且然后离开以穿过节气门阀20至进气歧管122。在图1中所示的实施例中，增压空气在进气歧管内的压力由歧管绝对压力(MAP)传感器124感测，并且升压压力由升压压力传感器24感测。压缩机旁通阀(未示出)可以串联耦接在压缩机14的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是一种被配置为在选定工况下打开以减轻过量升压压力的常闭阀。例如，压缩机旁通阀可以响应于压缩机喘振而被打开。

进气歧管122通过一系列进气门(未示出)和进气流道(例如，进气道185)耦接到一系列燃烧室或气缸180。如图1中所示，进气歧管122布置在发动机10的所有燃烧室180的上游。可包括诸如歧管充气温度(MCT)传感器23和空气增压温度传感器(ACT)25等的附加传感器，以确定在进气通道中的相应位置处的进气温度。空气温度也可以与发动机冷却液温度结合使用，以计算例如输送到发动机的燃料量。每个燃烧室还可包括爆震传感器183，其用于识别并区分诸如爆震和预点火等不正常燃烧事件。在可替代的实施例中，一个或多个爆震传感器183可以耦接到汽缸体的选定位置。

燃烧室还经由一系列排气门(未示出)耦接到排气歧管136。燃烧室180由气缸盖182封盖并耦接到燃料喷射器179(虽然图1仅示出一个燃料喷射器，但是每个燃烧室包括与其耦接的燃料喷射器)。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器179。燃料喷射器179可以被配置为用于将燃料直接喷射到燃烧室180中的直接喷射器或者作为用于将燃料喷射到燃烧室180的进气门的上游的进气道的进气道喷射器。

在所示的实施例中，示出单个排气歧管136。然而，在其他实施例中，该排气歧管可包括多个排气歧管部分。具有多个排气歧管部分的配置可以使得能够将污水从不同燃烧室引导至发动机系统中的不同位置。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为在涡轮116的上游耦接到排气歧管136。可替代地，可以用双态排气氧传感器替换UEGO传感器126。

如图1中所示，排气从一个或多个排气歧管部分被引导至涡轮116，以驱动涡轮。当期望减小的涡轮扭矩时，一些排气可以被替代地引导通过排气门(未示出)，绕过该涡轮。来自涡轮和排气门的组合流然后流过排放控制装置170。通常，一个或多个排放控制装置170可包括一个或多个排气后处理催化剂，所述排气后处理催化剂被配置为催化地处理排气流并由此减少排气流中一种或多种物质的量。

来自排放控制装置170的经处理的排气中的全部或部分可以经由排气导管35释放到大气中。然而取而代之，根据工况，一些排气可以转移到排气再循环(EGR)通道151通过EGR冷却器50和EGR阀152到压缩机14的入口。以这种方式，压缩机被配置为允许排气从涡轮116的下游捕集。EGR阀152可以打开，以允许控制量的冷却排气到压缩机入口以用于期望的燃烧和排放控制性能。以这种方式，发动机系统100适于提供外部低压(LP)EGR。除发动机系统100中的相对长的LP EGR流路之外，压缩机的旋转提供到进气增压空气中的排气的优秀均质化。此外，EGR抽取(take-off)和混合点的设置提供排气的有效冷却，以用于增加的可用EGR质量和增加的性能。在其他实施例中，该EGR系统可以是具有从涡轮116的上游连接到压缩机14的下游的EGR通道151的高压EGR系统。在一些实施例中，MCT传感器23可以被定位成确定歧管充气温度，并且可包括通过EGR通道151再循环的空气和排气。

燃烧室180还经由水喷射系统60接收水和/或水蒸气。来自水喷射系统60的水可以由水喷射器45-48中的一个或多个喷射到发动机进气装置中或直接喷射到燃烧室180中。作为一个示例，水可以经由喷射器45在节气门20的上游被喷射到进气歧管122中，在本文也称为中央水喷射。作为另一示例，水可以经由水喷射器46在节气门的下游的一个或多个位置处喷射到进气歧管122中。作为另一示例，水可以经由水喷射器48被喷射到一个或多个进气流道(例如，进气道)185中(在本文也称为进气道水喷射)，和/或经由水喷射器47直接喷射到燃烧室180中(在本文也称为直接水喷射)。在一个实施例中，布置在进气流道中的喷射器48可以朝向或面向进气流道所附接的气缸的进气门成角度。因此，喷射器48可以将水直接喷射到进气门上，从而导致所喷射的水的较快蒸发和来自水蒸气的较高稀释。在另一实施例中，喷射器48可以远离进气门成角度并被布置为通过进气流道沿进气流方向的相对方向水喷射。因此，可以导致更多的水喷射被带入到空气流中，从而增加水喷射的增压冷却益处。

尽管仅一个代表性喷射器47和喷射器48在图1中示出，但是燃烧室180和进气流道185中的每个可包括其自身的喷射器。在可替代的实施例中，水喷射系统60可包括定位在这些位置中的一个或多个处的水喷射器。例如，在一个实施例中，发动机可以仅包括水喷射器46。在另一个实施例中，发动机可包括水喷射器46、水喷射器48(在每个进气流道处一个)和水喷射器47(在每个燃烧室处一个)中的每个。

响应于各种发动机工况，水可以被喷射到发动机中。作为一个示例，可以响应于发动机爆震的指示而喷射水(例如，直接喷射到气缸中)。通过使用水喷射用于爆震控制，对火花延迟的需要降低，从而提供燃料经济性益处。作为另一示例，水可以响应于对发动机稀释的需求而喷射(例如，喷射到发动机的进气歧管中)。通过使用水喷射以用于稀释，对EGR的需要减少，从而提供燃烧稳定性和瞬态控制益处。作为另一示例，水可以响应于排气过热的指示而喷射(例如，喷射到进气歧管或排气歧管中)。通过使用水喷射以用于排气温度控制，对燃料富化的需要减少，从而提供燃料经济性和排气排放益处。如参照图2至图3的例程详细阐述，针对爆震控制、稀释控制和排气温度控制喷射的水量可以基于贮水池中的当前水可用性和预测水可用性而调整。另外，响应于爆震控制、稀释控制和排气温度控制中的每个的水喷射的优先次序可以调整。

水喷射系统60可包括储水箱63、水提升泵62、收集系统72和水填充通道69。存储在水箱63中的水经由水通道61和导管或管线161被输送到水喷射器45-48。在包括多个喷射器的实施例中，水通道61可以包含阀162(例如，分流阀、多通阀、配比阀等)，以经由对应导管引导水至不同水喷射器。可替代地，每个导管(或水管线)161可包括在水喷射器45-48内的相应阀，以用于调整通过其中的水流。除了水提升泵62外，一个或多个附加泵可以设在导管161中以用于对引导至喷射器的水(诸如在耦接到直接水喷射器47的导管中)加压。

储水箱63可包括水位传感器65和水温传感器67，其可以传送关于水条件的信息到控制器12。例如，在冷冻条件下，水温传感器67检测水箱63中的水是否冷冻或是否可用于喷射。在一些实施例中，发动机冷却液通道(未示出)可以与储水箱63热耦接以解冻冷冻的水。如由水位传感器65识别的存储在水箱63中的水的水位可以通信给车辆操作员和/或用于调整发动机操作。例如，车辆仪表板(未示出)上的水位表或水指示可以用于通信水位。如果水箱63中的水位高于阈值水位，则可以推断有充足的水可用于喷射并且因此水喷射可以由控制器启动。另外，如果水箱63中的水位低于阈值水位，则可以推断无充足水可用于喷射，并且因此水喷射可以由控制器停用。

在所示的实施例中，储水箱63可以经由水填充通道69手动地再注满和/或由收集系统72经由水箱填充通道76自动地再注满。收集系统72可以耦接到一个或多个车辆组件74，使得能够在车辆上用从各种发动机或车辆系统收集的冷凝水将储水箱再注满。在一个示例中，收集系统72可以与EGR系统和/或排气系统耦接，以从穿过系统的排气收集冷凝水。在另一示例中，收集系统72可以与空气调节系统(未示出)耦接以用于从穿过蒸发器的空气收集冷凝水。在另一示例中，收集系统72可以与外部车辆表面耦接，以收集雨水或大气凝结水。手动填充通道69可以流体地耦接到过滤器68，过滤器68可以移除水中含有的一些杂质。包括排水阀91的排水管92可以用于将水从储水箱63排放到车辆外(例如，到道路上)的位置，如当水的质量被认为低于阈值且不适合于喷射到发动机中(例如，由于高电导率、高微粒物质含量)。在一个示例中，水的质量可以在水管线61中基于耦接到水喷射系统60的电导率传感器93的输出进行评估。在其他示例中，传感器93可以是电容传感器、光学传感器、浊度传感器、密度传感器或一些其他类型的水质量传感器。

图1还示出控制系统28。控制系统28可以通信地耦接到发动机系统100的各种组件，以实施本文所述的控制例程和动作。控制系统28可包括数字电子控制器12。控制器12可以是微型计算机，包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。控制器12可以从多个传感器30(如图1的各种传感器)接收输入，以接收包括变速器齿轮位置、加速器踏板位置、制动器需求、车辆速度、发动机转速、穿过发动机的质量空气流量、升压压力、环境条件(温度、压力、湿度)等的输入。其他传感器包括CAC传感器118(如CAC入口空气温度)、ACT传感器125、排气压力传感器80和排气温度传感器82和压力传感器124、CAC出口空气温度传感器和MCT传感器23、用于确定尾气的点燃和/或在气缸之中的水分布等的爆震传感器183。控制器12从图1的各种传感器接收信号，并采用图1的各种致动器以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调整发动机操作。例如，喷水至发动机可包括调整喷射器45-48的脉冲宽度以改变所喷射的水量，同时还调整水喷射的正时和喷射脉冲的数量。在一些示例中，存储介质可以用计算机可读数据编程，所述计算机可读数据表示可由处理器执行以用于执行下面描述的方法(例如，在图2至图3处)以及预期但未具体列出的其他变型的指令。

以这种方式，图1的组件启动车辆系统，所述车辆系统包括：包括进气歧管和排气歧管的发动机；耦接到排气歧管的排气催化剂；包括用于将排气从排气歧管再循环到进气歧管的EGR阀的EGR通道；包括贮水池、水喷射器和水收集系统的水喷射系统；耦接到贮水池的水位传感器；耦接到发动机的爆震传感器；以及控制器。该控制器可以配置有计算机可读指令，所述计算机可读指令存储在非暂时性存储器上以用于：比较贮水池中的当前水位与在车辆操作的持续时间之后的预测水位；响应于爆震、稀释需求和排气温度中的每个确定待喷射到发动机中的相应水量；基于该比较从相应量中选择待喷射的水量；经由水喷射器输送所选择的水量；以及相对于所选择的水量基于稀释需求调整EGR阀的开度。

现在转向图2，示例方法200被示出为用于基于当前用水速率和预测用水速率中的每个响应于各种发动机工况调整从水喷射系统到发动机中的水喷射。该方法启动发动机性能，以当水位已经低时或者当水可用性经预测在可预见的行驶周期期间受限时通过优化水使用而改进。用于实施方法200和本文包括的剩余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并与从诸如参照图1在上面所述的传感器的发动机系统的传感器接收的信号结合执行。该控制器可以采用发动机系统的发动机致动器，以根据下面描述的方法调整发动机操作。

在202处，该方法包括估计和/或测量发动机工况。这些可包括例如发动机转速和负荷、驱动器扭矩需求、环境条件(环境温度和湿度、大气压力等)、升压压力、MAP、MAF、发动机温度、催化剂温度等。

在204处，该方法包括确定水喷射系统的贮水池(或水箱)中的当前水位。当前水位可以由流体水位传感器直接地测量，或者可以基于水产生、水消耗和水箱再注满的历史估计。

在一个示例中，发动机耦接在车辆中，并且贮水池中的水经由收集系统在车辆上再注满，所述收集系统从诸如EGR冷却器、增压空气冷却器、AC冷凝器和车辆外表面的一个或多个发动机组件收集冷凝水。水也可以由车辆操作员从车辆外的水源手动地再注满到贮水池中。

在206处，该方法包括在可预见的行驶周期期间预测水喷射系统的贮水池中的未来(或预期的)水位。可以基于来自车辆的导航系统(例如，GPS)的目的地信息和/或基于先前车辆行驶历史(例如，典型驱动路线、速度、加速速率、动力需求等)限定可预见的行驶周期。可以根据在车辆行驶周期开始时贮水池中初始水位，并且进一步基于相对于在车辆上的预测用水速率或消耗速率的在车辆上的预测的产水速率，来确定预测水位。

在一个示例中，可以根据在车辆操作的最近阈值数量的公里(或分钟)的AC冷凝水收集速率的流动平均数以及预测的车舱冷却需求确定预测的产水速率。同样地，可以根据在车辆操作的最近阈值数量的公里(或分钟)的排气冷凝水和/或车辆表面冷凝水的收集速率的流动平均数，确定预测的产水速率。可以进一步根据预测的环境条件确定预测的AC冷凝水收集(和预测的车舱冷却需求)和车辆表面冷凝水收集的预测速率。例如，预期的环境温度和湿度可以影响AC冷凝水和车辆表面冷凝水的收集速率(具体地，两个收集速率可以被预测为随着环境湿度增加而增大)。排气冷凝水收集的预测速率可以根据在行驶周期内的预测的EGR使用进一步确定排气冷凝水收集的预测速率。

也可以基于来自车辆的导航系统(例如，GPS)的路线和目的地信息根据沿预测的行进路线的预测环境条件确定预测的产水速率。路线和目的地信息可包括例如基于互联网的或广播天气预报(例如，雨、雪、干燥天气等的预测)、预测环境温度和湿度(其可以影响预测的车舱冷却需求)、由操作员选择的用于行进路线的地形信息(例如，预期的地形条件、上坡段和下坡段的存在、预期的道路坡度等)以及操作员的典型驾驶模式的知识(也就是，可包括驱动器性能偏好的操作员行驶历史)。

也可以根据由驾驶员预测的日期、时间和水箱再注满速率确定预测的水位。这可以是基于通过位置进行的水箱再注满的先前历史(例如，与预测行进路线相关的再注满位置的GPS坐标系)以及燃料箱液位和周内天、月内天或一天时间细节。作为示例，操作员可以具有一周再注满水箱一次(例如，每个星期日)或者当在加油站停下以再注满燃料箱等时再注满水箱的历史。这些手动再注满可以影响水箱中的水位。

可以根据在车辆操作的最后阈值数量的公里(或分钟)的水使用的流动平均数(或者来自贮水池的水位下降)确定预测的水消耗速率。如在本文详细阐述，水可以已经在发动机操作期间喷射用于解决气缸爆震、提供期望的发动机稀释量和排气温度控制中的一个或多个。也可以根据包括环境温度和湿度的环境条件、由操作员选择的行进路线(例如，用于不同段的选定路线的速度限制、预期的地形条件、上坡段和下坡段的位置和数量、道路坡度、在不同段内加速对稳定巡航的频率等)以及操作员行驶历史(例如，操作员是否通常在性能模式、燃料经济模式或运动模式下驾驶车辆，操作员是否用脚导向，操作员是否通常频繁地应用制动器，操作员是否趋向于使用巡航控制或者频繁地加速/减速等)确定在车辆上的预测用水速率。可以进一步根据典型的先前驱动器进攻性(例如，制动器和加速器使用模式)确定预测的水消耗速率。因此，这些参数中的每个影响预测发动机在其中操作的速度-负荷区域，这反过来影响预期的爆震频率、预期的EGR使用和预期的发动机温度和预期的排气温度。

在208处，任选地，当前水位可以与预测水位相比较。作为示例，可以确定当前水位和预测水位之间的差异。作为另一示例，可以确定在可预见的车辆行驶周期内在车辆操作的持续时间或距离内的水位变化(从当前水位到预测水位)的速率。例如，可以确定预测水位是否正在趋向从当前水位减小或增大。

在210处，该方法包括响应于发动机爆震、发动机稀释需求和排气温度中的每个，确定待喷射到发动机中的相应水量。如先前讨论，水可以响应于爆震喷射到发动机中，其中由水进行的充气冷却提供爆震缓解，从而减少对用于爆震控制的火花延迟的依赖。同样地，水可以喷射到发动机中，以提供期望的发动机稀释，减少对EGR的需要。此外，水可以响应于升高的排气温度被喷射到发动机中，其中由水进行的充气冷却启动排气温度控制，减少对空气/燃料比的富化需要。在一个示例中，该控制器可以确定响应于爆震喷射到发动机中的第一水量、响应于排气温度喷射到发动机中的第二水量和响应于稀释需求喷射到发动机中的第三水量。第一水量、第二水量和第三水量可以是不同的量。除了确定水喷射量，控制器可以进一步确定水喷射的位置。因此，水喷射系统可以配置有一个或多个水喷射器以用于将水直接喷射到发动机气缸中，喷射到进气道中，和/或喷射到进气歧管中(在进气节气门的上游或下游)。

在212处，该方法包括基于当前水位和预测水位分配优先值至确定的水喷射量中的每个，例如如根据图3的过程详细阐述的。可以基于预测的未来水供给确定所分配的优先值。当确定预测水位高于当前水位时，可以分配第一组优先值，指示水目前受限制但是预期更多水在行驶周期的未来部分中(或在下一个若干行驶周期内)可用。当确定当前水位高于预测水位时，可以分配不同的第二组优先值，从而指示水当前充足地可用但是预期水可用性在行驶周期的未来部分中(或者水可以在下一个若干行驶周期中耗尽)受限制。如在本文详细阐述，优先值的分配使受限制的水供给的燃料经济性益处通过以下方式最大化：在停止或者减少在产生每单位的水较低效率益处的条件下的水使用的同时，在产生每单位的水一较高效率益处的条件下使用水。不同优先值可以影响不同的水量喷射到发动机中的顺序。

在一个示例中，分配优先值包括在当前水位高于预测水位时，分配第一最高优先值至响应于爆震待喷射的第一水量，之后分配第二较低优先值至响应于排气温度待喷射的第二水量，之后分配第三最低优先值至响应于稀释需求待喷射的第三水量。这是因为当水用于排气温度控制时相对较高的水消耗速率。作为另一示例，分配优先值包括当预测水位高于当前水位时，分配第一最高优先值至响应于爆震待喷射的第一水量，之后分配第二较低优先值至响应于稀释需求待喷射的第三水量，之后分配第三最低优先值至响应于排气温度待喷射的第二水量。

分配优先值可以另外地或可替代地包括响应于水被喷射用于爆震控制、稀释控制和温度控制而调整水位阈值。作为一个示例，当贮水池中的水位高于第一阈值时，水可以被喷射用于爆震控制、稀释控制和温度控制中的每个。当贮水池中的水位高于第二阈值时，水可以被喷射以用于爆震控制和温度控制中的每个但是不用于稀释控制。当贮水池中的水位高于第三阈值时，水可以被喷射以仅用于爆震控制而不用于温度控制或稀释控制，其中所述第三阈值低于第一阈值和第二阈值中的每个。随着当前水位相对于预测水位改变，可以调整阈值。例如，第二阈值和第三阈值可以参照第一阈值调整。作为示例，随着预测水位相对于当前水位下降，可以预期水存储。为了节省主要用于爆震控制的水，在维持第一阈值(或降低第一阈值)时，可以升高第一阈值和第三阈值中的一个或多个。第一阈值和/或第三阈值的升高速率可以基于从当前水位到预测水位的水位变化的速率。例如，当预测水位预期以较快速率(较快的消耗速率)相对于当前水位下降时，第二阈值和第三阈值的增加速率也可以对应地增大。此外，基于预期的排气温度变化，相对于稀释控制的温度控制的量可以预测并且相对于第三阈值升高第二阈值的速率可以改变。例如，第三阈值可以以比第二阈值更快的速率升高，以便向稀释控制分配最低优先权。

作为另一示例，随着预测水位相对于当前水位升高，可以预期水盈余(surplus)。为了增加水使用，在维持第一阈值(或降低第一阈值)的同时，可以降低第二阈值和第三阈值中的一个或多个。第二阈值和/或第三阈值的降低速率可以基于从当前水位到预测水位的水位变化的速率。例如，当预测水位经预期以较快速率(较快的再生速率)相对于当前水位升高时，第二阈值和第三阈值的减小速率也可以对应地增大。此外，基于预期的排气温度变化，可以预测相对于稀释控制的温度控制量并且可以改变第二阈值相对于第三阈值的降低速率。例如，第二阈值可以用比第三阈值更快的速率降低，以便更早地向温度控制分配较高优先权。

在214处，该方法包括估计贮水池中的水质量。如此，水中存在的污染物的性质以及污染程度可以基于车辆操作员从何处再注满水箱、环境条件(例如，环境灰尘等级)，以及基于在车辆上产生的贮水池中的总的水百分比相对于源于车辆外的贮水池中的水的百分比而广泛地改变。作为示例，可以建议用蒸馏水再注满水箱，但是操作员可以用自来水或井水再注满。因此，不同的水源可以含有不同类型和不同量的矿物质及其他污染物，当喷射时这些矿物质及其他污染物可以引起在水过滤器、水喷射器、发动机组件、排气催化剂等上的沉积物。催化剂也可以受化学污染。在一个示例中，贮水池中水的质量可以基于耦接到贮水池的水质量传感器的输出来估计，所述水质量估计基于水的(例如经由电导率传感器感测的)电导率值或离子强度。在可替代的示例中，水的质量可以基于水的离子强度、微粒物质含量、浊度传感器、密度传感器、折射率等来估计。

在其他示例中，水质量可以使用车辆的位置的知识(如基于GPS数据、附近WiFi热点的位置等)与在那个位置处的局部水质量的知识(如在车上确定的或从数据库，如用于城市水系统和地面水的水质量的互联网数据库检索的)结合基于水再注满位置来推断。如果从远程位置推断或检索水质量值，控制器可以另外用在相同位置处再注满之后检测的先前污染历史来细化数据。所述历史可以基于在给定车辆上收集的或在可替代的车辆上收集的数据，并通过车辆至车辆(V2V)或车辆至基础设施通信来检索。在一个示例中，可以对水的质量给出指数值(index value)或评级数(rating number)。在进一步的示例中，可以预测在下一个再注满事件的水的质量。

在216处，该方法包括基于贮水池中的所估计的水质量进一步调整所分配的优先值。这可包括确定是否启动或禁用水喷射，以及基于所估计的水质量调整水喷射优先值。作为示例，所估计的水质量(例如，指数值或评级数或电导率值)可以与取决于正在使用的水质量传感器的阈值相比较。例如，浊度传感器上的较低读数可以被给定一高水质量指数值，并且小于5NTU的浊度读数可以对应于比该阈值高的水质量指数值。该阈值可以对应于使得能够喷水到发动机中而不损坏发动机性能或燃烧特征而要求的最小水质量水平。在一些示例中，共同阈值可以应用于所有水喷射事件。在其他示例中，与响应于稀释需求或排气温度控制的水喷射相比较，不同的阈值可以应用于响应于爆震的水喷射，因为沉积物形成趋势可以取决于组件温度或高度关联于这三个使用条件中的每个的其他因素。在一些示例中，所估计的水质量可以与下阈值和上阈值中的每个相比较，其中，低于下阈值，可以总是禁用水喷射，高于上阈值可以总是启用水喷射。在上阈值和下阈值之间，水喷射可以受限制，例如，其中可允许水喷射的操作窗口可以受限制或改变，这可以影响所分配的水喷射的优先值。例如，当水质量较低时，响应于稀释需求的水喷射可以在发送机转速-负荷区域中启动，在该发动机转速负荷区域中，当水质量较高时不启动响应于稀释需求的水喷射。因此，与当水质量较高时相比较，当水质量较低时，响应于稀释需求喷射的水量可以被给定较高优先值，以便当不引起沉积问题并在水箱中针对用较高质量的水再注满留出空间时使用水。关于阈值，与响应于稀释需求或排气温度控制的水喷射相比较，不同的操作窗口可以应用于响应于爆震的水喷射。

在218处，该方法包括确定用于爆震控制、稀释需求和排气温度控制中的每个的水喷射量。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的水使用，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量。然后可以喷射所选择的总量。作为一个示例，在当前水位低和/或水位中等但预测在行驶周期内下降为低时，用于爆震控制的水喷射量可以被给定最高优先值，并且可以喷射充足的水来确保爆震控制，以便实现每单位水的最高发动机效率益处。在此情况下，不充足的水可用于满足稀释需求，并且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。在另一种情况下，如果当前水位和预测水位非常低并且为爆震控制喷射的水不充足时，则可以基于针对爆震控制选择的水喷射量来延迟火花正时。作为第三示例，在当前水位中等和/或水位被预测在行驶周期内从低水平升高至中等水平时，用于爆震控制和稀释需求的水喷射量均可以被给定高优先权，并且可以喷射充足的水，以确保爆震控制并实现稀释需求，以便实现每单位水的最高发动机效率益处。在此情况下，稀释需求可以用水喷射满足，所以少的EGR或无EGR可以使用，但是不充足的水可用于排气温度控制，且空气/燃料比可以被调整以实现排气温度控制。作为第四示例，在当前水位高和/或水位经预测在行驶周期内从中等水平升高至高水平时，用于爆震控制和稀释需求和排气温度控制的水喷射量可以全部被给定高优先权，并且可以喷射充足的水来确保爆震控制和实现稀释需求以及实现排气温度控制，以便实现每单位水的最高发动机效率。在此情况下，稀释需求可以用水喷射满足，所以很少的EGR或无EGR可以使用，并且排气温度控制可以用水喷射实现，所以可以需要很少或无空气/燃料富化(air/fuel enrichment)以实现排气温度控制。

以这种方式，水喷射的燃料经济性益处能够最大化，特别是当用有限的水供给进行操作时。通过分配优先值至应用于不同发动机工况的水喷射量，以及当水供给受限制时基于其优先值喷射用于每个使用条件的水量，所喷射的每单位水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减少水喷射，能够维持发动机性能升高，直到贮水池变空。还通过基于再注满到贮水池中的水的估计质量来改变水喷射量的选择，水使用益处能够在广范围的发动机工况下扩展，甚至当水供给是低质量时。

在一个示例中，控制器可以确定诸如信号的脉冲宽度的控制信号，以发送至水喷射器致动器。脉冲宽度可以基于相应水喷射量之中的一个量的选择来确定，所述选择基于当前水位相对于预测水位的比较。控制器可以通过直接考虑水箱中的水的预测水位和当前水位之间的差异的确定，如通过随着预测水位增加而增大脉冲宽度，来确定脉冲宽度。控制器可以使用查找表基于计算可替代地确定脉冲宽度。

在220处，该方法包括喷射所选择的水量，所述水响应于发动机爆震、稀释需求和排气温度控制中的每个从贮水池被喷射到发动机中。所选择的水量基于最高分配优先值被喷射到选择的水喷射位置。将水喷射至发动机中包括经由进气道水喷射器在进气门的上游进气道喷射水到发动机气缸的进气道中、经由直接水喷射器直接喷射水到发动机气缸中、以及经由中央水喷射器在进气节气门的上游或下游中央喷射水到发动机进气歧管中的一个或多个。基于所选择的位置和所选择的量，可以致动对应喷射器。例如，控制器可以发送脉冲宽度信号至对应的水喷射器，以将所选择的水量输送到所选择的位置，同时维持剩余的水喷射器禁用。在一个示例中，当选择第一水量时，控制器可以致动直接水喷射器并发送与第一量对应的脉冲-宽度信号至直接水喷射器，以便直接输送所选择的水量到发动机气缸中以用于爆震缓解。

喷射所选择的水量可包括调整水喷射速率至燃料流率的百分比。在其他示例中，水喷射可以以打开/关闭方式控制。其中，启动水喷射(响应于爆震或稀释需求或排气温度)或者禁用水喷射。

通过调整水喷射量的选择，可以改变用于发动机控制的水喷射的顺序。在一些示例中，水喷射量的选择和水喷射的顺序的调整可以仅基于相对于一个或多个阈值的当前水位调整。在其他示例中，水喷射量的选择和水喷射的顺序的调整可以基于相对于一个或多个阈值的在可预见的行驶周期内的当前水位和预测水位调整。

在222处，在喷射所选择的水量之后，该方法包括确定相对于稀释需求所提供的稀释中是否有不足。在一个示例中，可以存在响应于水喷射的限制或中断的稀释不足，以满足稀释需求。这可以当实际水量或预测水量太低而不允许用于稀释控制的水喷射的完全使用时发生。如果有稀释不足，则在224处，EGR阀的开度可以响应于所述选择而调整。例如，控制器可以发送信号至EGR阀致动器，以致动EGR阀至一位置，在该位置处，当有稀释不足时EGR阀打开到较大程度。因此，排气从发动机排气口到发动机进气口的再循环增加。另外，控制器可以发送信号至EGR阀致动器，以致动EGR阀至可替代位置，在该可替代位置处，当无稀释不足时EGR阀打开到较小程度。因此，排气从发动机排气装置到发动机进气装置的再循环减少。根据稀释不足，可以确定EGR流的变化，EGR流率随着稀释不足增加而增大。以这种方式，稀释需求的至少一部分可以由水喷射提供，而稀释需求的剩余部分经由EGR流提供。该例程然后结束。当充足的水可用时，通过使用水喷射来满足稀释需求的较大部分，燃烧稳定性和与EGR使用相关联的瞬态控制问题可以减少。

如果无稀释不足，则在226处，可以确定在爆震控制中有不足。在一个示例中，响应于用于爆震控制的水喷射的限制或中断，可以存在爆震控制不足。这可以在实际水量或预测水量太低而不允许用于爆震控制的水的完全使用时发生。如果发动机爆震甚至在喷射所选择的水量之后继续发生，则可以确定爆震控制不足。如果有爆震控制不足，则在228处，该方法包括用从MBT(或可替代的标称值)延迟的火花正时来操作发动机。可以根据爆震控制不足确定所应用的火花延迟的量，火花延迟的量随着在水喷射之后的爆震频率增加而增大。以这种方式，爆震缓解的至少一部分可以由水喷射提供，而爆震缓解的剩余部分经由火花延迟提供。该例程然后结束。通过使用水喷射以用于满足爆震缓解的较大部分，当充足的水可用时，火花延迟使用能够被减少，从而改进燃料经济性。

如果无爆震控制不足，则在230处，可以确定排气温度控制中有不足。在一个示例中，响应于用于排气温度控制的水喷射的限制或中断，可以存在排气温度控制不足。这可以在实际水量或预测水量太低而不允许用于排气温度控制的水的完全使用时发生。如果所估计的排气温度甚至在喷射所选择的水量之后继续保持升高，则可以确定排气温度控制不足。如果有排气温度控制不足，则在232处，该方法包括用燃料富化操作发动机。也就是，可以比化学计量比更加富地操作发动机。可以根据排气温度控制不足确定所应用的富的程度，所述富的程度随着所估计的排气温度在水喷射之后保持升高而增大。以这种方式，排气温度控制的至少一部分可以由水喷射提供，而排气温度控制的剩余部分经由富化提供。该例程然后结束。通过使用水喷射用于满足排气温度控制的较大部分，当充足水可用时，能够降低燃料富化使用，从而改进燃料经济性和排气排放。

如果无排气温度控制不足，则在234处，该方法包括维持火花正时和EGR阀位置。以这种方式，发动机性能、燃料经济性和在可预见的行驶周期内的排放能够基于当前水可用性或未来水可用性是否受限制进行优化。

现在转向图3，其示出用于基于水喷射系统中的当前水位和预测水位调整水使用的另一个示例方法300。在这里，基于贮水池中的预期水位，调整用于爆震缓解、稀释控制和排气温度控制的水使用的优先次序。

在302处，确定贮水池中的当前水位和未来水位。如先前在图2处详细阐述(在204-206处)，可以根据当前发动机工况和预测发动机工况、当前环境条件和预测环境条件、导航输入、操作员行驶历史等预测未来水位。在一个示例中，贮水池中的净水位可以基于当前水位与预测水位的比较来确定。

在306处，如同在210处，该方法包括响应于发动机爆震、发动机稀释需求和排气温度中的每个，确定待喷射到发动机中的相应的水量。控制器可以响应于爆震确定待喷射到发动机中的第一水量，响应于排气温度确定待喷射到发动机中的第二水量，以及响应于稀释需求确定待喷射到发动机中的第三水量。第一量、第二量和第三量可以是不同的量。除了确定水喷射量之外，控制器也可以确定水喷射(例如，直接水喷射、中央水喷射或进气道水喷射)的位置。第一水量、第二水量和第三水量可以喷射到发动机的不同位置。在308处，可以确定在可预见的行驶周期内的当前水位和预测水位是否高于第一阈值。如果是，则在310处，响应于耦接到水喷射器的贮水池中的水位高于第一阈值，该方法包括响应于爆震喷射第一水量和响应于排气温度喷射第二水量，以及响应于发动机稀释需求喷射第三水量。也就是说，如果当前水位和预测水位高于第一阈值，在310处大量用水。

如果水位不高于第一阈值，在312处，可以确定在可预见的行驶周期内的当前水位和预测水位是否低于第二阈值，所述第二阈值低于第一阈值。如果否，则响应于当前水位和预测水位高于第二阈值并低于第一阈值，在314处，该方法包括响应于爆震喷射第一水量，响应于排气温度喷射第二水量，但是不响应于发动机稀释需求喷射第三水量。这允许水的适度使用。

如果当前水位和预测水位低于第二阈值，在316处，可以确定在可预见的行驶周期内的当前水位是否低于第三阈值，其中所述第三阈值低于第一阈值和第二阈值中的每个。如果否，则在318处，响应于当前水位高于第三阈值但是低于第一阈值和第二阈值中的每个，该方法包括响应于爆震的仅喷射第一水量，但是不响应于排气温度喷射第二水量或不响应于发动机稀释需求喷射第三水量。这允许在当前水位和预测水位低于第二阈值时的谨慎水使用。

如果当前水位(不管预测水位)低于第三阈值，则在320处，水喷射可以暂时禁用，直到更多的水可用，如在贮水池已经手动再注满之后。任选地，车辆操作员可以被提供要求水再注满的指示。此外，车上的水产生可以主动增加。这允许响应于非常低的当前水位但不基于预测的低水位(例如，独立于预测水位)禁用水喷射。

将理解的是，虽然上述方法将当前水位和预测水位与第一阈值和第二阈值比较，同时仅将当前水位与第三阈值比较，这不意味着限制。因此，在可替代的具体实施方式中，当前水位和预测水位的不同组合可以用不同的一组逻辑应用。例如，在可替代的具体实施方式中，仅当前水位或仅预测水位可以与不同阈值比较。此外，当前水位和预测水位的不同组合可以与第一阈值、第二阈值和第三阈值比较。

将理解的是，所述阈值可以是动态阈值，其值基于当前水位和预测水位中的趋势而改变。例如，在维持第一阈值的同时，第二阈值和第三阈值可以参照第一阈值调整。作为示例，随着预测水位相对于当前水位下降，可以预期水存储。为了节省主要用于爆震控制的水，在维持第一阈值(或降低第一阈值)的同时，可以升高第二阈值和第三阈值中的一个或多个。第二阈值和/或第三阈值的升高速率可以基于从当前水位到预测水位的水位变化的速率。例如，当预测水位经预期以较快的速率(较快的消耗速率)相对于当前水位下降时，第二阈值和第三阈值的增大速率也可以对应地增大。此外，基于预期的排气温度变化，可以预测相对于稀释控制的温度控制量并且可以改变相对于第三阈值升高第二阈值的速率。例如，第三阈值可以以比第二阈值更快的速率升高，以便向稀释控制分配最低优先权。

作为另一示例，随着预测水位相对于当前水位升高，可以预期水盈余。为了增加水使用，在维持第一阈值(或降低第一阈值)的同时，可以降低第二阈值和第三阈值中的一个或多个。第二阈值和/或第三阈值的降低速率可以基于从当前水位到预测水位的水位变化的速率。例如，当预测水位经预期以较快的速率(较快的再生速率)相对于当前水位升高时，第二阈值和第三阈值的减小速率也可以对应地增大。此外，基于预期的排气温度变化，可以预测相对于稀释控制的温度控制量并且可以改变相对于第三阈值降低第二阈值的速率。例如，第二阈值可以以比第三阈值更快的速率降低，以便较早地向温度控制分配较高的优先权。

参照图4示出基于当前水位和预测水位最大化水使用的示例。图400示出在曲线402处的排气温度(Texh)、在曲线404处的发动机负荷、相对于在曲线407处的发动机稀释需求(虚线)的在曲线406处的EGR流(实线)、相对于在曲线409处的贮水池中的预测的未来水位(虚线)的在曲线408处的贮水池中的当前水位(实线)、在曲线410处的爆震传感器输出、在曲线412处的相对于MBT的火花正时、在曲线414处的相对于化学计量比的燃烧空气-燃料比(AFR)和在曲线416处的水喷射(启动或禁用)。所有曲线图沿x轴线随时间绘出。

在t1之前，发动机在较低排气温度下以低负荷操作。EGR流率经调整以满足较低稀释需求。发动机不受爆震限制。因此，基于工况，发动机正在用无火花延迟且用在化学计量比处或周围的AFR操作。由于在此时不要求爆震缓解和排气温度缓解，因而禁用水喷射。另外，较低稀释需求经由EGR流满足。在此时，如果启动水喷射，当前水位和预测水位二者足够高以供水。

在t1处，如由于驾驶员需求的升高(例如，由于操作员踩加速器踏板事件)发动机负荷增大到中等负荷区域。响应于发动机负荷增大，随着爆震传感器的输出开始朝向爆震阈值(Knk_Thr)移动，发动机变得易于爆震。另外，排气温度开始升高。此外，发动机稀释需求增大。在此时，由于当前水位和预测水位充分地高，因而启动水喷射。调整水喷射量，以便首先提供爆震缓解，然后提供稀释控制，且然后提供排气温度控制。因此，如果不喷水，发动机爆震频率将随着爆震传感器输出超过Knk_Thr而增大，如由虚线段411指示。同样地，如果不水喷射，排气温度将已经增大至过热水平，如由虚线403指示。通过经由水喷射提供稀释需求，EGR流率能够维持处于较低水平，从而允许改进的燃烧稳定性。通过经由水喷射提供爆震缓解，火花正时能够在t1和t2之间维持在MBT。同样地，通过经由水喷射提供温度缓解，AFR能够以化学计量维持在t1和t2之间。随着水喷射用于发动机控制，当前水位开始在t1和t2之间下降。然而，预测水位在水再注满事件的预期中保持高，和/或在当前行驶周期内在车辆上保持充足的水产生。

在t2和t3之间，发动机负荷再一次随着爆震倾向和排气温度的下降而降低。因此，禁用用于爆震和温度缓解的水喷射。还有稀释需求的减少。由于当前水位在t1和t2之间下降，较低稀释需求经由EGR流调整(而不是经由水喷射)得到满足，从而允许当前水位随着车辆上的水产生继续而较快地增加。

在t3之前的短期内，预测水位开始下降，这指示未来水可用性可以受到限制。在一个示例中，预测水位可由于车辆朝向具有较低环境湿度和较高环境温度的区域(此处可存在不充足的车上水产生)航行而下降。在另一示例中，预测水位可以由于在航行路线中的具有干净水的水再注满站的受限可用性而下降。

在t3处，如由于驾驶员需求升高，发动机负荷增大到高负荷区域。响应于发动机负荷增大，随着爆震传感器的输出开始朝向爆震阈值(Knk_Thr)移动，发动机变得易于爆震。另外，排气温度开始升高。发动机稀释需求保持处于较低水平。由于当前水位是充分高的但是预测水位是低的，控制器在当前时间限制水使用，以便最大化水喷射益处。具体地，在t3和t4之间，启动水喷射仅用于爆震缓解。如果未喷水，发动机爆震频率将已经随着爆震传感器输出超过Knk_Thr而增大，如由虚线段411指示。由于受限制的未来水可用性，通过用燃料富化操作发动机来提供排气温度缓解，如由AFR的富化偏离所指示。根据所要求的温度缓解(由实线402和虚线403之间的差指示)调整富偏离的富的程度。另外，稀释需求仅经由EGR流调整得到满足。

在此时，由于当前水位和预测水位二者足够高，而启动水喷射。调整水喷射量，以便首先提供爆震缓解，然后提供稀释控制，且然后提供排气温度控制。因此，如果未喷水，发动机爆震频率将已经增大，其中爆震传感器输出超过Knk_Thr，如由虚线段411指示。同样地，如果未喷水，排气温度将已经增大至过热水平，如虚线403指示。通过经由水喷射提供稀释需求，EGR流率能够被维持处于较低水平，从而允许改进的燃烧稳定性。通过经由水喷射提供爆震缓解，火花正时能够在t1和t2之间维持在MBT。同样地，通过经由水喷射提供温度缓解，AFR能够以化学计量比被维持在t1和t2之间。随着水被喷射用于发动机控制，当前水位在t1和t2之间开始下降。然而，预测水位在水再注满事件的预期中保持高的，和/或在当前行驶周期内在车辆上保持充分的水产生。随着水喷射用于发动机爆震控制，当前水位在t3和t4之间开始下降。

在t4处，当前水位和预测水位均是低的。因此，车辆上可以有不充分水用于发动机控制。在t4和t5之间，发动机负荷另外增大。由于受限的当前水可用性和预测的水可用性，在此时，暂时禁用水喷射。爆震缓解通过从MBT延迟火花正时提供。温度缓解通过用比化学计量的AFR富的AFR操作发动机提供。发动机稀释需求由EGR流调整满足。同时，如通过增加的排气热/冷凝水恢复，车载水产生增加。由于增加的车载水产生，当前水位开始升高。另外，由于沿行进路线的预测的天气条件的变化，预测水位开始升高。

因此，在t5之后，由于水的可用性，重新启动用于爆震缓解、温度缓解和稀释控制的水喷射。

以这种方式，用于爆震控制、稀释控制和排气温度控制的水使用能够最大化。选择是否基于车辆上的当前水位和/或预测未来水可用性的比较喷射与爆震控制、稀释控制或排气温度控制对应的水量的技术效果是，能够重新优化水使用。这允许将水使用限制到当限制水时水使用的效率益处较高的条件。另外，能够限制用于预期较大的水消耗速率(如在排气温度控制期间)的条件的水使用。总体上来说，发动机中水喷射的使用能够被延长，甚至当水可用性受限制和/或水质量低时。另外，通过使用水用于发动机控制，对燃料富化和火花延迟的依赖减少，从而提供燃料经济性、排气排放和发动机性能益处。

用于车辆发动机的一个示例方法包括：将在车辆行驶周期内的贮水池中的当前水位和/或预测水位与多个阈值水位进行比较；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，从贮水池喷水到发动机中。在前述示例中，另外地或任选地，喷射包括：确定响应于爆震、稀释需求和排气温度中的每个待喷射相应的水量；基于比较从相应量中选择；以及喷射所选择的量。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，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。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，还根据贮水池中的所估计的水的质量来调整喷射，所估计的质量基于电导率、微粒含量、溶解的矿物质含量和水的pH，所述喷射在其中所估计的质量低于阈值质量的第一条件下禁用，并且所述喷射的发动机操作窗口在所估计的质量低于阈值质量的第二条件下加宽。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，该方法还包括响应于所述选择来调整EGR阀的开度，所述调整包括当选择为稀释需求喷射的第三水量时将EGR阀打开到较小程度，以及当不选择为稀释需求喷射的第三水量时将EGR阀打开到较高程度。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，喷水至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。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，该方法还包括基于在行驶周期内的环境温度和湿度、车舱冷却需求和EGR使用来预测在车辆上的产水速率；基于环境温度和湿度、行进路线和操作员行驶历史预测在车辆上的用水速率；以及基于相对于预测用水速率的预测产水速率预测在行驶周期内的贮水池中的水位。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，发动机耦接在车辆中，并且其中贮水池中的水经由收集系统在车辆上再注满，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。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，喷射包括当预测水位超过当前水位时，喷水以满足爆震控制、稀释需求和排气温度控制；当预测水位下降至比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，并且中断用于排气温度控制的水喷射；当预测水位下降至比当前水位低大于第一量的第二量时，继续喷水以满足爆震控制，并且中断用以满足稀释需求和排气温度控制的每个水喷射；以及在当前水位下降至低于预测水位大于第二量的第三量时，独立于预测水位，中断用以满足爆震控制、稀释需求和排气温度控制的每个水喷射。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，该方法还包括响应于限制或中断用以满足稀释需求的水喷射，增加排气从发动机排气装置到发动机进气装置的再循环；响应于中断用于排气温度控制的水喷射，比化学计量更富操作发动机；以及响应于用于爆震控制的水喷射的中断，以火花正时延迟操作发动机。

在上面示例方法的进一步表示中，喷射包括：在当前水位和预测水位超过第一阈值时，喷水以满足爆震控制、稀释需求和排气温度控制；在当前水位和预测水位下降低于第一阈值但高于第二阈值时，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；在当前水位和预测水位下降低于第二阈值但高于第三阈值时，继续喷水以满足爆震控制，并且中断用以满足稀释需求和排气温度控制的每个水喷射；以及在当前水位下降低于第三阈值时，独立于预测水位，中断用以满足爆震控制、稀释需求和排气温度控制的每个水喷射。在另一个进一步表示中，另外地或任选地，贮水池中的当前水位是基于液位传感器的。

用于车辆发动机的另一个示例方法包括：分别响应于爆震、稀释需求和排气温度中的每个，确定喷射到发动机中的第一水量、第二水量和第三水量；响应于耦接到水喷射器的贮水池中的水位高于第一阈值，响应于爆震喷射第一水量，然后响应于排气温度喷射第二水量，且然后响应于发动机稀释需求喷射第三水量；响应于水位高于第二阈值但低于第一阈值，喷射响应于爆震的第一水量，然后喷射响应于排气温度的第二水量，且然后不喷射响应于发动机稀释需求的第三水量；响应于水位高于第三阈值但低于第二阈值，仅响应于爆震喷射第一水量，但不响应于排气温度喷射第二水量或不响应于发动机稀释需求喷射第三水量；以及响应于水位低于第一阈值、第二阈值和第三阈值中的每个，暂时禁用水喷射。在前述示例中，另外地或任选地，第一水量、第二水量和第三水量被喷射到发动机的不同位置，其中水位是当前水位，并且其中第一阈值、第二阈值和第三阈值中的每个基于贮水池中的预测水位。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，根据相对于车辆上的当前产水速率的当前用水速率估计当前水位，并且其中根据相对于车辆上的预测产水速率和预测水再注满事件中的每个的预测用水速率估计预测水位。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，当前用水速率作为环境温度、环境湿度、行进路线和操作员行驶历史的第一函数来确定，并且其中预测用水速率作为环境温度、环境湿度、行进路线和操作员行驶历史的第二不同函数来确定。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，水经由收集系统在车辆上产生，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，并且其中水从车辆外部的水源进一步手动地再注满到贮水池中。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，第一阈值、第二阈值和第三阈值中的每个基于贮水池中的所估计的水的质量进一步被调整，所述第一阈值、第二阈值和第三阈值中的每个随着所估计的质量下降低于阈值质量而下降。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，该方法还包括响应于喷射第三水量将EGR阀打开到第一较小打开位置；以及响应于未喷射第三水量将EGR阀打开到第二较大打开的位置。

另一种示例车辆系统包括：包括进气歧管和排气歧管的发动机；耦接到排气歧管的排气催化剂；包括EGR阀的用于将排气从排气歧管再循环到进气歧管的EGR通道；包括贮水池、水喷射器和水收集系统的水喷射系统；耦接到贮水池的水位传感器；耦接到发动机的爆震传感器；和控制器。该控制器配置有存储在非暂时性存储器上的用于以下操作的计算机可读指令：比较贮水池中的当前水位与在车辆操作的一持续时间之后的预测水位；确定响应于爆震、稀释需求和排气温度中的每个喷射到发动机中的相应水量；基于比较从相应量中选择待喷射的水量；经由水喷射器输送所选择的水量；以及基于相对于所选择的水量的稀释需求调整EGR阀的开度。

在前述车辆系统的进一步表示中，控制器可包括进一步指令用于：如果预测水位高于当前水位，继续响应于爆震喷水，然后响应于催化剂温度喷水，且然后响应于发动机稀释需求喷水；如果预测水位以较小的量低于当前水位，响应于爆震喷水，然后响应于催化剂温度喷水，且不响应于发动机稀释需求喷水；以及如果预测水位以较大的量低于当前水位，响应于爆震喷水，不响应于发动机稀释需求喷水，且不响应于催化剂温度喷水。在前述车辆系统的另一个表示中，控制器可包括进一步指令用于：如果当前水位低于阈值，独立于预测水位，暂时禁用水喷射。在前述车辆系统的另一个表示中，控制器可包括进一步指令用于：当预测水位以较小的量低于当前水位时，基于稀释需求增加EGR阀的开度；以及当预测水位以较大的量低于当前水位时，基于稀释需求增加EGR阀的开度，以及基于催化剂温度用比化学计量比(一种富的程度)富的空气-燃料比操作发动机。在前述车辆系统的另一个表示中，该系统还可包括水质量传感器，如耦接到贮水池用于估计贮水池中的水的质量的电导率传感器，并且该控制器可包括进一步指令用于：当所估计的水质量低于阈值时，响应于爆震、稀释需求和催化剂温度中的每个，改变水的使用。

应注意，本文包括的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置结合地使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其他发动机硬件的控制系统实施。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序、并行地或在一些省略的情况下执行。同样地，处理的顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，但是为便于说明和描述提供了所述处理顺序。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据正在使用的特定策略重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示要编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件组件与电子控制器的结合的系统中执行指令而实施。

将理解的是本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应当以限制意义考虑，因为许多变化都是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

随附权利要求特别指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或它们的等同物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过对本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一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，所述方法还包括：响应于满足稀释需求的水喷射的限制或中断，增加排气从所述发动机排气装置到所述发动机进气装置的再循环，响应于用于排气温度控制的水喷射的中断，比化学计量比富操作所述发动机，以及响应于用于爆震控制的水喷射的中断，以火花正时延迟操作所述发动机。

13.一种用于车辆发动机的方法，所述方法包括：

分别响应于爆震、稀释需求和排气温度中的每个确定待喷射到所述发动机中的第一水量、第二水量和第三水量；

响应于耦接到水喷射器的贮水池中的水位高于第一阈值，喷射响应于爆震的所述第一水量，然后喷射响应于排气温度的所述第二水量，并且然后喷射响应于发动机稀释需求的所述第三水量；

响应于所述水位高于第二阈值但低于所述第一阈值，喷射响应于爆震的所述第一水量，然后喷射响应于排气温度的所述第二水量，并且不喷射响应于发动机稀释需求的所述第三水量；

响应于所述水位高于第三阈值但低于所述第二阈值，仅喷射响应于爆震的第一水量，但是不喷射响应于排气温度的所述第二水量或者不喷射响应于发动机稀释需求的所述第三水量；以及

响应于所述水位低于所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值中的每个，暂时禁用水喷射。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一水量、所述第二水量和所述第三水量被喷射到所述发动机的不同位置，其中所述水位是当前水位，并且其中所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值中的每个基于所述贮水池中的预测水位。

15.根据权利要求14所述的方法，其中根据相对于所述车辆上的当前产水速率的当前用水速率，估计所述当前水位，并且其中根据相对于所述车辆上的预测产水速率和预测水再加注事件中的每个的预测用水速率，估计所述预测的水位。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述当前用水速率作为环境温度、环境湿度、行进路线和操作员行驶历史的第一函数确定，并且其中所述预测用水速率作为环境温度、环境湿度、行进路线和操作员行驶历史的第二不同函数确定。

17.根据权利要求16所述的方法，其中水经由收集系统在所述车辆上产生，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，并且其中水还被手动地从所述车辆外的水源再加注到所述贮水池中。

18.根据权利要求15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还基于所述贮水池中的估计的水质量被调整，所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值中的每个在所述估计的质量下降至低于阈值质量时降低。

19.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：

响应于喷射所述第三水量，打开EGR阀至第一较小打开位置；以及

响应于不喷射所述第三水量，打开所述EGR阀至第二较大打开位置。

20.一种车辆系统，所述车辆系统包括：

包括进气歧管和排气歧管的发动机；

耦接到所述排气歧管的排气催化剂；

包括用于将排气从所述排气歧管再循环到所述进气歧管的EGR阀的EGR通道；

包括贮水池、水喷射器和水收集系统的水喷射系统；

耦接到所述贮水池的水位传感器；

耦接到所述发动机的爆震传感器；以及

具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令用于：

将所述贮水池中的当前水位与车辆操作的持续时间之后的预测水位进行比较；

响应于爆震、稀释需求和排气温度中的每个确定待喷射到所述发动机中的相应水量；

基于所述比较从所述相应量中选择待喷射的水量；

经由所述水喷射器输送所述选择的水量；以及

相对于所述选择的水量基于所述稀释需求调整所述EGR阀的开度。