CN111502868A - 发动机缸内喷水的控制方法、控制装置和车辆 - Google Patents

发动机缸内喷水的控制方法、控制装置和车辆 Download PDF

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CN111502868A CN202010298736.7A CN202010298736A CN111502868A CN 111502868 A CN111502868 A CN 111502868A CN 202010298736 A CN202010298736 A CN 202010298736A CN 111502868 A CN111502868 A CN 111502868A
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李文军
李鹏飞
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Abstract

本申请公开了一种发动机缸内喷水的控制方法、控制装置和车辆，所述控制方法包括：步骤S10：获取发动机的运行状态、发动机进气管道的进气压力和发动机排气管道的排气温度；步骤S20：识别所述运行状态、所述进气压力和所述排气温度，分析识别结果且根据分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。本申请的发动机缸内喷水的控制方法，通过该控制方法可随时根据发动机状态对喷水量进行调整，防止过多的水喷入气缸对缸壁、活塞、气缸盖等零部件造成损害，进而适时、有效地降低缸内温度，减少排气热损失、减少环境污染。

Description

发动机缸内喷水的控制方法、控制装置和车辆
技术领域
本发明涉及车辆制造技术领域，尤其是涉及一种发动机缸内喷水的控制方法、适用于该控制方法的发动机缸内喷水的控制装置和具有该控制装置的车辆。
背景技术
未来的发动机需要满足严苛的油耗及排放法规，虽然未来的发动机可以采用EGR(废气再循环系统)、米勒循环、可变压缩比、可变气门正时等技术提高发动机效率。但是这些先进技术应用的同时，发动机运行过程中仍然有大量的能量以热能形式排放到大气中，有效燃料燃烧效率低于40％，造成大量的燃料浪费及环境热污染。相关技术中可通过缸内喷水的技术改善发动机的热量排放问题，但是缸内喷水无法很好地满足发动机不同工况下的热量吸收需求，安全性较差，存在改进的空间。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种发动机缸内喷水的控制方法，可使得喷入缸内的水吸收热能的同时膨胀做功，对缸内余热进行利用使排向大气的废气温度降低，提高燃油利用率，且喷水量能够适应发动机不同工况的吸热需求。
根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制方法，所述控制方法包括：步骤S10：获取发动机的运行状态、发动机进气管道的进气压力和发动机排气管道的排气温度；步骤S20：识别所述运行状态、所述进气压力和所述排气温度，分析识别结果且根据分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。
根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制方法，通过该控制方法可随时根据发动机状态对喷水量进行调整，防止过多的水喷入气缸对缸壁、活塞、气缸盖等零部件造成损害，进而适时、有效地降低缸内温度，减少排气热损失、减少环境污染。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制方法，所述分析识别结果且根据分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：根据所述进气压力和所述排气温度获取所述发动机气缸所处的冲程状态，且根据所述运行状态、所述进气压力、所述排气温度、所述冲程状态控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制方法，控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：识别所述运行状态为实际负荷大于第一设定负荷时、所述进气压力大于第一设定压力、所述排气温度大于第一设定温度、所述冲程状态为压缩冲程时，控制喷水装置以不高于第一设定喷水量朝向所述发动机气缸内喷水。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制方法，控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：识别所述运行状态为实际负荷大于第一设定负荷时、所述进气压力大于第一设定压力、所述排气温度大于第一设定温度、所述冲程状态为做功冲程时，控制喷水装置以不低于第二设定喷水量朝向所述发动机气缸内喷水。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制方法，控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：识别所述运行状态为实际负荷小于第二设定负荷时、所述进气压力大于第二设定压力、所述排气温度大于第二设定温度、所述冲程状态为做功冲程时，控制喷水装置以不高于第三设定喷水量朝向所述发动机气缸内喷水。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制方法，所述控制方法还包括：获取车辆的行驶速度，且根据所述行驶速度获取所述发动机的运行状态。
本申请还提出了一种发动机缸内喷水的控制装置。
根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制装置，适用于上述任一种实施例所述的控制方法，包括：获取模块，所述获取模块用于获取所述发动机的运行状态、发动机进气管道的进气压力和发动机排气管道的排气温度；控制模块，所述控制模块与所述获取模块电连接，所述控制模块用于对所述获取模块的获取结果进行识别和分析，且根据所述分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制装置，所述获取模块包括：车速检测件、温度传感器和压力传感器，所述车速检测件用于获取所述车辆的行驶速度，所述温度传感器用于获取所述发动机排气管道的排气温度，所述压力传感器用于获取所述发动机进气管道的进气压力，且所述控制模块根据所述行驶速度获取所述发动机的运行状态。
根据本申请一些实施例的发动机缸内喷水的控制装置，还包括：高压水泵和喷水装置，所述高压水泵与水箱相连，且所述高压水泵用于将所述水箱内的水驱动至所述喷水装置，所述喷水装置用于向所述发动机气缸内喷水，所述高压水泵和所述喷水装置均与所述控制模块相连，且所述控制模块通过所述高压水泵和所述喷水装置控制所述实际喷水量。
本申请还提出了一种车辆。
根据本申请实施例的车辆，设置有上述任一种实施例所述的发动机缸内喷水的控制装置。
所述车辆、所述发动机缸内喷水的控制装置和上述的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制方法的流程示意图；
图2是根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制装置的结构示意图。
附图标记：
控制装置100，
压力传感器1，温度传感器2，喷水装置3，高压水泵4，水箱5，控制模块6，车速检测件7，
发动机进气管道101，发动机排气管道102，整车103。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如无特殊的说明，本申请中的前后方向为车辆的纵向，即X向；左右方向为车辆的横向，即Y向；上下方向为车辆的竖向，即Z向。
下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的发动机缸内喷水的控制方法，通过该控制方法可随时根据发动机状态对喷水量进行调整，防止过多的水喷入气缸对缸壁、活塞、气缸盖等零部件造成损害，进而适时、有效地降低缸内温度，减少排气热损失、减少环境污染。
如图1所示，根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制方法，控制方法包括：
S10、获取发动机的运行状态、发动机进气管道101的进气压力和发动机排气管道102的排气温度。其中，S10可包括：S11、S12。
S11、获取发动机的运行状态，可通过获取车辆行驶速度，以判断出发动机的运行状态。如在整车103上设置车速检测件7，车速检测件7可包括检测轮胎转速的角速度传感器，或者检测车身位移的位移传感器，且在检测到车辆以较高速度运行时，获取到发动机处于高负荷运行状态；在检测到车辆以较低速度运行时，获取到发动机处于低负荷运行状态。由此，可获取到发动机的运行状态。
S12、可通过在发动机进气管道101处设置压力传感器1，以通过压力传感器1检测发动机进气管道101的进气压力，从而获取发动机气缸的实际进气压力。以及在发动机排气管道102处设置温度传感器2，以通过温度传感器2检测发动机排气管道102的排气温度。
S20、识别运行状态、进气压力和排气温度，分析识别结果且根据分析结果控制朝向发动机气缸内的实际喷水量。
也就是说，在对发动机气缸内进行喷水时，需要综合发动机进气管道101的进气压力和发动机排气管道102的排气温度以及发动机的运行状态，以使向发动机气缸内喷入的水量能够满足实际的吸热需求，保证喷入的水量适量，同时还可降低排气门、排气道和排气歧管的热负荷，提高零部件的可靠性。
可以理解的是，当发动机的负荷较大、发动机进气管道101的进气压力较高、发动机排气管道102的排气温度较高时，极易产生爆震的问题，对车辆的安全性产生了极大地影响。因此，本申请将发动机的负荷、发动机进气管道101的进气压力及发动机排气管道102的排气温度均作为控制喷水量的调整依据，可使得发动机气缸内喷入的水量能够很好地适应实际的吸热需求，避免车辆在不同的运行工况时出现发动机气缸爆震的情况，提高发动机使用的安全性，同时降低缸内温度，减少排气热损失，减少环境污染。
其中，分析识别结果包括根据运行状态、进气压力和排气温度获取目标喷水量，具体地，可基于以下算法获取目标喷水量，Tw＝k0.Pin.(t-t0)T0/P0t。1、Tw为单次水喷射脉宽、k0为标定系数、Pin为压力传感器1测量的进气压力、t为温度传感器2测量的排气温度、t0为排气设定的最低温度、T0为单循环喷油总脉宽、P0为发动机所处环境的大气压力。其中，t、P0为不同工况下根据实际获取的，且在获取到实际的t、P0后，可基于上述算法获取目标喷水量。
这样，采用本申请的控制方法，可以随时根据发动机状态对喷水量进行调整，以防止过多的水喷入气缸对缸壁、活塞、气缸等零部件造成损害，且利用采集的数据进行调整，控制算法简单可靠，减少计算资源的占用。
根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制方法，通过该控制方法可随时根据发动机状态对喷水量进行调整，防止过多的水喷入气缸对缸壁、活塞、气缸盖等零部件造成损害，进而适时、有效地降低缸内温度，减少排气热损失、减少环境污染。
在一些实施例中，分析识别结果且根据分析结果控制朝向发动机气缸内的实际喷水量包括：S21、根据进气压力和排气温度获取发动机气缸所处的冲程状态，且根据运行状态、进气压力、排气温度、冲程状态控制朝向发动机气缸内的实际喷水量。
也就是说，在控制发动机气缸内的实际喷水量时，考虑发动机运行状态及发动机进气管道101的进气压力和发动机排气管道102的排气温度时，还考虑到发动机的冲程状态，且冲程状态不同，对应的实际喷水量也不同，由此，结合发动机的冲程状态对实际喷水量进行控制，可保证喷入的水量能够满足实际的吸热要求。
在一些实施例中，控制朝向发动机气缸内的实际喷水量包括：识别运行状态为实际负荷大于第一设定负荷时、进气压力大于第一设定压力、排气温度大于第一设定温度、冲程状态为压缩冲程时，控制喷水装置3以不高于第一设定喷水量朝向发动机气缸内喷水。
也就是说，在车辆高速运行，发动机处于高负荷运转且超过第一设定负荷时，此时，若发动机的进气压力大于第一设定压力、排气温度大于第一设定温度，且发动机的活塞的工作阶段已处于压缩冲程时，此时，还未进行至燃烧过程中，缸内温度相对较低，但气缸中压力较大，仍具有爆震可能。由此，通过控制喷水装置3以不高于第一设定喷水量朝向发动机气缸内喷水，即降低压缩末期缸内温度抑制爆震产生，提高发动机运行的安全性。
在一些实施例中，控制朝向发动机气缸内的实际喷水量包括：识别运行状态为实际负荷大于第一设定负荷时、进气压力大于第一设定压力、排气温度大于第一设定温度、冲程状态为做功冲程时，控制喷水装置3以不低于第二设定喷水量朝向发动机气缸内喷水。
也就是说，在车辆高速运行，发动机处于高负荷运转且超过第一设定负荷时，此时，若发动机的进气压力大于第一设定压力、排气温度大于第一设定温度，且发动机的活塞的工作阶段已处于做功冲程时，此时，已处于燃烧过程中，缸内温度相对较高，且气缸中压力较大，爆震可能性较大。由此，通过控制喷水装置3以不小于第二设定喷水量朝向发动机气缸内喷水，即降低压缩末期缸内温度抑制爆震产生，提高发动机运行的安全性。
具体地，可在排气门开启前60°CA喷射适量水，由于缸内高温，喷进缸内的水可瞬态气化，体积膨胀，增加缸内压力，推动活塞做功，同时可以降低缸内温度，减少排气热损失，减少环境污染。其中，第一设定喷水量小于第二设定喷水量。
在一些实施例中，控制朝向发动机气缸内的实际喷水量包括：识别运行状态为实际负荷小于第二设定负荷时、进气压力大于第二设定压力、排气温度大于第二设定温度、冲程状态为做功冲程时，控制喷水装置3以不高于第三设定喷水量朝向发动机气缸内喷水。
也就是说，在车辆低速运行，发动机处于低负荷运转且超过第二设定负荷时，此时，若发动机的进气压力大于第二设定压力、排气温度大于第二设定温度，且发动机的活塞作用已运行至做功冲程时。此时，虽然发动机的压力和温度均较低，但发动机气缸已处于燃烧过程中，仍存在爆震的可能性。由此，通过控制喷水装置3以不高于第三设定喷水量朝向发动机气缸内喷水。
具体地，在做功冲程，在排气门开启前90°CA喷射少量水，由于缸内高温，喷进缸内的水可以达到完全气化状态，体积膨胀，增加缸内压力，推动活塞做功，同时可以降低缸内温度，减少排气热损失，减少环境污染。
本申请还提出了一种发动机缸内喷水的控制装置100。
根据本申请实施例的发动机缸内喷水的控制装置100，该控制装置100适用于上述任一种实施例的控制方法。其中，控制装置100包括获取模块和控制模块6。
获取模块用于获取发动机的运行状态、发动机进气管道101的进气压力和发动机排气管道102的排气温度，控制模块6与获取模块电连接，控制模块6用于对获取模块的获取结果进行识别和分析，且根据分析结果控制朝向发动机气缸内的实际喷水量。
由此，在获取模块获取到发动机的负荷较大、发动机进气管道101的进气压力较高、发动机排气管道102的排气温度较高时，此时，极易产生爆震的问题，对车辆的安全性产生了极大地影响。控制模块6可对朝向发动机气缸内喷水的喷水装置3进行合理地控制，以使发动机气缸内喷入的水能够很好地适应实际的吸热需求，避免车辆在不同的运行工况时出现发动机气缸爆震的情况，提高发动机使用的安全性，同时降低缸内温度，减少排气热损失，减少环境污染。
在一些实施例中，获取模块包括：车速检测件7、温度传感器2和压力传感器1，车速检测件7用于获取车辆的行驶速度，温度传感器2用于获取发动机排气管道102的排气温度，压力传感器1用于获取发动机进气管道101的进气压力，且控制模块6根据行驶速度获取发动机的运行状态。
这样，在控制模块6对发动机的喷水装置3进行控制时，可根据车速检测件7、温度传感器2和压力传感器1检测到的车辆的行驶速度、发动机排气管道102的排气温度和发动机进气管道101的进气压力，对车辆的状态以及发动机的状态进行分析判断，从而获取最为适宜的喷水量。以使向发动机缸内喷入的水量能够满足实际的吸热需求，保证喷入的水量适量，同时还可降低排气门、排气道和排气歧管的热负荷，提高零部件的可靠性。
可以理解的是，当发动机气缸内的负荷较大、进气压力较高、排气温度较高时，极易产生爆震的问题，对车辆的安全性产生了极大地影响。因此，控制模块6可将发动机气缸内的负荷、进气压力及排气温度均作为控制喷水量的调整依据，可使得发动机气缸内喷入的水能够很好地适应实际的吸热需求，避免车辆在不同的运行工况时出现发动机气缸爆震的情况，提高发动机使用的安全性，同时降低缸内温度，减少排气热损失，减少环境污染。
在一些实施例中，如图2所示，控制装置100还包括：高压水泵4和喷水装置3。
如图2所示，高压水泵4与水箱5相连，且高压水泵4用于将水箱5内的水驱动至喷水装置3，喷水装置3用于向发动机气缸内喷水，高压水泵4和喷水装置3均与控制模块6相连，且控制模块6通过高压水泵4和喷水装置3控制实际喷水量，其中，控制模块6可控制高压水泵4的转速、开启和停止的时刻，以及控制喷水装置3的开度，以使喷水装置3朝向发动机缸内的喷水量能够满足发动机气缸内的吸热需求。
其中，高压水泵4工作压力为350bar，高压水泵4具有泄压功能，当高压水泵4停止工作时，高压水泵4将高压水管路中的水压力降低到2bar以下，以防止在发动机未工作时管路中的高压水泄露造成零部件生锈腐蚀。
本申请还提出了一种车辆。
根据本申请实施例的车辆，设置有上述任一种实施例的发动机缸内喷水的控制装置100，通过设置该控制装置100，极大地提高了发动机使用的安全性和可靠性，降低发动机排出的废气的温度，提高燃料利用率，节约燃料保护环境。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
根据本发明实施例的…的其他构成例如…和…等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种发动机缸内喷水的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
步骤S10：获取发动机的运行状态、发动机进气管道(101)的进气压力和发动机排气管道(102)的排气温度；
步骤S20：识别所述运行状态、所述进气压力和所述排气温度，分析识别结果且根据分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。
2.根据权利要求1所述的发动机缸内喷水的控制方法，其特征在于，所述分析识别结果且根据分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：
根据所述进气压力和所述排气温度获取所述发动机气缸所处的冲程状态，且根据所述运行状态、所述进气压力、所述排气温度、所述冲程状态控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。
3.根据权利要求2所述的发动机缸内喷水的控制方法，其特征在于，控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：
识别所述运行状态为实际负荷大于第一设定负荷时、所述进气压力大于第一设定压力、所述排气温度大于第一设定温度、所述冲程状态为压缩冲程时，控制喷水装置(3)以不高于第一设定喷水量朝向所述发动机气缸内喷水。
4.根据权利要求2所述的发动机缸内喷水的控制方法，其特征在于，控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：
识别所述运行状态为实际负荷大于第一设定负荷时、所述进气压力大于第一设定压力、所述排气温度大于第一设定温度、所述冲程状态为做功冲程时，控制喷水装置(3)以不低于第二设定喷水量朝向所述发动机气缸内喷水。
5.根据权利要求2所述的发动机缸内喷水的控制方法，其特征在于，控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量包括：
识别所述运行状态为实际负荷小于第二设定负荷时、所述进气压力大于第二设定压力、所述排气温度大于第二设定温度、所述冲程状态为做功冲程时，控制喷水装置(3)以不高于第三设定喷水量朝向所述发动机气缸内喷水。
6.根据权利要求1所述的发动机缸内喷水的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：获取车辆的行驶速度，且根据所述行驶速度获取所述发动机的运行状态。
7.一种发动机缸内喷水的控制装置(100)，其特征在于，所述控制装置(100)适用于权利要求1-6中任一项所述的控制方法，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取所述发动机的运行状态、发动机进气管道(101)的进气压力和发动机排气管道(102)的排气温度；
控制模块(6)，所述控制模块(6)与所述获取模块电连接，所述控制模块(6)用于对所述获取模块的获取结果进行识别和分析，且根据所述分析结果控制朝向所述发动机气缸内的实际喷水量。
8.根据权利要求7所述的发动机缸内喷水的控制装置(100)，其特征在于，所述获取模块包括：车速检测件(7)、温度传感器(2)和压力传感器(1)，所述车速检测件(7)用于获取所述车辆的行驶速度，所述温度传感器(2)用于获取所述发动机排气管道(102)的排气温度，所述压力传感器(1)用于获取所述发动机进气管道(101)的进气压力，且所述控制模块(6)根据所述行驶速度获取所述发动机的运行状态。
9.根据权利要求7所述的发动机缸内喷水的控制装置(100)，其特征在于，还包括：高压水泵(4)和喷水装置(3)，所述高压水泵(4)与水箱(5)相连，且所述高压水泵(4)用于将所述水箱(5)内的水泵送至所述喷水装置(3)，所述喷水装置(3)用于向所述发动机气缸内喷水，所述高压水泵(4)和所述喷水装置(3)均与所述控制模块(6)相连，且所述控制模块(6)通过所述高压水泵(4)和所述喷水装置(3)控制所述实际喷水量。
10.一种车辆，其特征在于，设置有权利要求7-9中任一项所述的发动机缸内喷水的控制装置(100)。
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