具有水喷射的直接喷射增压内燃发动机及其操作方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月12日提交的德国专利申请no.102016200237.6的优先权。上述申请的全部内容通过引用方式整体并入本文，用于所有目的。

本说明书大体涉及用于直接喷射内燃发动机中的水喷射的方法和系统。

背景技术：

在内燃发动机的发展中，不断寻求最小化燃料消耗和减少污染物排放，特别是氮氧化物的排放。

燃料消耗是有问题的，特别是在火花点火发动机的情况下。原因是常规火花点火发动机的操作的基本原理，其使用均匀的燃料/空气混合物操作，通过改变燃烧室的填充，即借助数量控制来调节期望的功率输出。通过调整提供在进气道中的节流阀，能够或多或少地减小节流阀下游的感应空气的压力。由于节流损失，数量控制具有热力学缺点，特别是在部分负载范围内。

将燃料直接喷射到至少一个汽缸的燃烧室中被认为是用于明显降低燃料消耗的合适措施，甚至在火花点火发动机中。与柴油发动机一样，通过在一定限度内使用数量控制实现内燃发动机的去节流(dethrottle)。

通过将燃料直接喷射到燃烧室中，具体地，有可能在燃烧室中实现分层充气，并且这能够对火花点火操作方法的去节流有显著贡献，这是因为借助于分层充气的操作能够使进给到内燃发动机的混合物非常显著地变稀。

为了减少内燃发动机的氮氧化物排放，能够在两种根本上不同的方法之间进行区分。在第一种方法中，寻求影响燃烧过程，使得尽可能少的氮氧化物首先在燃料燃烧期间产生，即形成。由于氮氧化物的形成不仅需要过量的空气，而且还需要高温，具有相对低的燃烧温度的燃烧过程，所谓的低温燃烧方法(ltc)尤其有利于还原氮氧化物排放。

通过增加点火延迟可实现低燃烧温度，并且降低燃烧速率。两者都能够通过将燃烧气体与汽缸新鲜充气混合或通过增加汽缸新鲜充气中的排气分数来实现，由此排气再循环(egr)被认为是用于降低燃烧温度的合适措施，具体地即外部排气再循环和内部排气再循环，所述外部排气再循环即燃烧气体从排气侧再循环到内燃发动机的进气侧，所述内部排气再循环即在充气交换期间排气保持在汽缸中。在增加排气再循环率的情况下，能够显著降低氮氧化物排放。

为了获得氮氧化物排放的显著或充分减少，需要高排气再循环率，其可以是xegr约60％至70％的数量级。因此，热排气在再循环的过程期间被冷却。再循环排气的冷却有助于或允许实现高再循环率。在冷却过程期间排气温度的降低导致密度增加，以及对于给定的排气质量的较小的排气体积。此外，再循环排气的冷却协助降低燃烧温度，因为这也导致整个汽缸新鲜充气的温度降低。然而，在具有排气涡轮增压和同时使用排气再循环的内燃发动机的情况下存在冲突，因为再循环排气从涡轮上游的排气去除系统被定期提取，然后不再可用于驱动排气涡轮增压器的涡轮，因此扭矩特性受损。

作为上述措施的结果，不仅减少了氮氧化物排放，而且减少了碳烟排放。

用于实现具有相对低的燃烧温度的燃烧过程以便减少氮氧化物排放的另一个概念涉及水喷射，其中除了燃料之外，水被附加地引入到汽缸中。引入到点火汽缸中的水像燃料一样被加热和蒸发，且因此汽缸中的气体混合物的温度下降，具体是由于蒸发焓。此外，通过蒸发，水的体积显著增加，其结果是汽缸中的压力升高。后者增加了汽缸到曲轴的功输出或增加了功率。

与此相反，由于燃烧过程的结果，常规的低温工艺具有相反的热力学缺点，因此效率比在燃料消耗方面(即在效率方面)排他地优化的燃烧过程的情况较低，同时不考虑所排放的污染物。

de19955344b4描述了一种用于将燃料喷射到直接喷射内燃发动机的汽缸中的组件，利用该组件能够将水附加地引入到汽缸中。膜形成止回阀，当超过一定的系统压力时，该止回阀允许水通过喷雾孔流入汽缸，但不允许水回流。但是，预张紧的膜不允许具有由打开时间和关闭时间确定的限定的打开持续时间的水的可重复喷射操作。另外，膜的耐久性是个问题。

但是，直接喷射内燃发动机原则上对混合物形成中的变化和偏差高度敏感，特别是关于喷射的燃料的量或水的量。对于燃料和水的喷射，在内燃发动机中的混合物制备，即通过蒸发制备燃料和水，以及空气、燃料蒸汽和水蒸汽的充分混合和所制备的混合物的点火，具有相对较少的时间。同样由于这个原因，非常精确的计量，即引入的水量的比例是绝对必要的。喷射的水的量的不期望的偏差能够不利地影响内燃发动机的操作并且甚至导致增加的污染物排放。此外，可发生内燃发动机的转速波动、失火和回火。

用于减少氮氧化物排放的第二种方法在于对在燃烧期间形成的排气及其中所含的污染物的后处理。根据现有技术，为了减少污染物排放，内燃发动机可配备有各种排气后处理系统。排气后处理也具有缺点。

首先，排气的后处理是昂贵的，特别是由于催化转化器需要用高级金属涂覆，其中通常必须为不同的污染物提供不同的后处理系统，这也可导致包装问题。

其次，排气后处理系统本身的操作具有缺点，例如使用燃料，用于保持排气后处理系统的功能。

技术实现要素：

在一个实施例中，内燃发动机是增压内燃发动机，其以高汽缸压力和高排气温度为特征。

增压主要用于增加内燃发动机的功率。在这里，燃烧过程所需的空气被压缩，因此能够在每个工作循环中向每个汽缸供应更大的空气质量。以这种方式，能够增加燃料质量，并且因此增加平均压力。

增压是用于在保持不变的扫掠体积的同时增加内燃发动机的功率或者用于在保持相同功率的同时减小扫描体积的合适装置。在任何情况下，增压导致体积功率输出的增加以及更有利的功率重量比。如果减小了扫掠体积，则在给定相同的车辆边界条件的情况下，可将负载集合朝更高的负载转变，在该更高的负载下燃料消耗率更低。增压因此有助于内燃发动机的发展中的持续努力，以使燃料消耗最小化，即提高效率。

作为一个示例，上述问题可通过具有水喷射的直接喷射增压内燃发动机来解决，该内燃发动机包括包括至少一个汽缸的至少一个汽缸盖，其中每个汽缸分配有喷射喷嘴，该喷射喷嘴：最少可连接到用于储存燃料的燃料储存器；被固定在作为容器的喷嘴保持器中；并且安装有喷嘴针，该喷嘴针可在喷嘴针引导件中在纵向轴线的方向上位移，并且打开至少一个喷嘴孔，以便引入燃料，其中设置有控制活塞，该控制活塞可移动地安装在喷射喷嘴上；能够在非工作位置(inoperativeposition)和工作位置(workingposition)之间沿着喷射喷嘴的纵向轴线以平移方式(translatorymanner)位移；并且在非工作位置中关闭至少一个流体连接并且在工作位置中打开至少一个流体连接，以便将水引入到相关联的汽缸中，其中控制活塞在工作位置中将至少一个流体连接连接到作为供水系统的一部分的室，其至少可通过供应管路连接到用于储存水的储水器。

应当理解，上面的发明内容被提供是为了以简化的形式介绍在详细描述进一步描述的一些概念。并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附权利要求唯一限定。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示出包括适于喷射燃料和水的直接喷射器的发动机的示意图。

图2示出内燃发动机的第一实施例的喷射系统的片段以及在非工作位置中的喷射器的控制活塞的示意图。

图3示出内燃发动机的第一实施例的燃料喷射系统的片段以及在操作位置中的控制活塞的示意图。

图4示出用于基于喷射器的燃料喷射正时来调整喷射器的喷水正时的方法的流程图。

图2和图3近似地按比例示出。

具体实施方式

下面的描述涉及用于具有水喷射并且具有至少一个的汽缸盖的直接喷射内燃发动机(其可以是机械增压式的)的系统和方法，该内燃发动机包括至少一个汽缸，其中每个汽缸被分配喷射喷嘴，该喷射喷嘴：至少可连接到用于储存燃料的燃料储存器，被固定在用作容器的喷嘴保持器中，并且装配有喷嘴针，该喷嘴针可在喷嘴针引导件中在纵向轴线的方向上位移，并且在喷射的范围内打开至少一个喷嘴孔以便引入燃料。此外，本公开内容涉及一种用于操作这种类型的内燃发动机的方法。

所述类型的内燃发动机用作机动车辆驱动装置。如本文所使用的，术语“内燃发动机”包括柴油发动机和火花点火发动机，但也包括混合动力内燃发动机，即以混合燃烧方法操作的内燃发动机，以及混合动力驱动装置，除了内燃发动机之外，其包括电动发动机，该电动发动机在驱动方面可连接到内燃发动机，并且从内燃发动机吸收功率，或者作为可选择的辅助驱动装置附加地输出功率。

在一个实施例中，具有水喷射并具有至少一个汽缸盖的直接喷射增压内燃发动机包括至少一个汽缸，其中每个汽缸被分配喷射喷嘴，该喷射喷嘴至少可连接到用于储存燃料的燃料储存器，被固定在用作容器的喷嘴保持器中，并且装配有喷嘴针，该喷嘴针可在喷嘴针引导件中在纵向轴线的方向上位移，并且在喷射的范围内打开至少一个喷嘴孔以便引入燃料。附加地提供有可移动地安装在喷射喷嘴上的控制活塞，该控制活塞可在非工作位置和工作位置之间沿着喷射喷嘴的纵向轴线以平移方式位移，并且在非工作位置中关闭至少一个流体连接，并且在工作位置中打开该至少一个流体连接以便将水引入相关联的汽缸中，其中控制活塞在工作位置中将至少一个流体连接连接到室，其作为供水系统的一部分至少可通过供应管路连接到用于储存水的储水器。

根据实施例，内燃发动机的汽缸的每个喷射喷嘴装配有允许或确保限定的水喷射的控制活塞。另外，控制活塞在耐久性方面证明是没有问题的。

控制活塞可移动地安装在喷射喷嘴的外侧上，并且可沿着喷射喷嘴的纵向轴线以平移方式位移。然而，在活塞的非工作位置中，到汽缸的流体连接保持关闭，即阻塞，在工作位置中，水能够通过打开的流体连接被引入汽缸，其中控制活塞的每个位置与非工作位置的例外构成了工作位置，其通过水可通过的打开的流体连接来区分。在活塞的每个工作位置，流体连接从室进给水。室是供水系统的一部分，并且其本身至少可通过供应管路连接到储水器。

根据本文的公开内容，力通过存在于室中的压力和存在于汽缸中的压力被施加到控制活塞上，并且通过打开和阻塞的流体连接作用在活塞上。此外，能够提供弹簧装置，其在非工作位置的方向上，即在关闭位置的方向上向控制活塞施加力。作用在控制活塞上的所有力对致动有影响，即对活塞的位移有影响，因此使用汽缸压力和/或借助水压的控制，控制控制活塞的位移是有可能的。因此，可限定打开时间和关闭时间，因此可设置限定的打开持续时间。打开持续时间和存在的压力与所设置的流体连接一起基本上确定引入到汽缸中的水的量。

根据本公开的用于水喷射的概念的特征还在于，其适于改型已经可商购获得的喷射喷嘴或常规的燃料喷射系统。这是因为，至少就内部部件而言，喷射喷嘴本身不需要任何修改。只有在其中定位和使用喷射喷嘴的空间周围环境必须依据根据本公开的用于水喷射的概念进行修改。在这方面，还产生成本优势，特别是关于其中喷射喷嘴必须装配有用于水喷射目的的附加管道等的概念。

根据本公开的涉及水喷射的措施特别适用于由于较高的排气温度而经受特别强的热负载的增压内燃发动机。因此，降低工艺温度是特别有利的。

从发动机排放污染物的标准越来越受到限制。对于根据本公开的内燃发动机，未来的污染物阈值也能够由内燃发动机保持，即通过附加的水喷射操作，并且在该过程中产生的并且污染低的排气随后进行综合后处理，其结果是排气中的污染物浓度再次降低。

其中提供至少一个排气涡轮增压器的实施例是有利的。与机械增压器相比，排气涡轮增压器的优点在于，不存在或不需要用于在增压器和内燃发动机之间传输功率的机械连接。虽然机械增压器直接从内燃发动机获取其驱动所需的能量，但排气涡轮增压器使用热排气的排气能量。

直接喷射增压内燃发动机的实施例是有利的，其中每个喷射喷嘴装配有弹簧装置，所述弹簧装置在所述非工作位置的方向上，即在关闭位置的方向上将力施加到相关联的控制活塞上。弹簧装置为控制活塞提供复位力，并且确保没有水意外地从室中出现并且被引入到汽缸中。弹簧装置可以可压力加载的弹簧的形式提供。

在这方面，在直接喷射增压内燃发动机的一个实施例中，弹簧装置包括至少一个螺旋弹簧。

在直接喷射增压内燃发动机的实施例中，每个控制活塞具有衬套状轴，其以平移方式可位移地安装在喷射喷嘴上，并且在其远离汽缸的端部处，布置叶片状元件。衬套状轴形成控制活塞在喷射喷嘴上的安装和引导。板状元件可用作用于弹簧装置的轴承或支座，并且/或者为了形成相关联的室。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中轴和每个控制活塞的板状元件同时限定相关联的室。

在直接喷射增压内燃发动机的情况下，其中每个喷射喷嘴装配有弹簧装置，该弹簧装置在非工作位置的方向上将力施加在相关联的控制活塞上，实施例包括其中弹簧装置布置在板状元件背离汽缸的侧面上。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中弹簧装置被支撑在板状元件上。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中弹簧装置被支撑在喷射喷嘴上。弹簧装置然后被布置或夹紧在喷射喷嘴的外壳或喷嘴针引导件和板状元件之间的单独壳体中。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中通气管路设置在板状元件背离汽缸的侧面上。在与室相对的板状元件的侧面上布置有第二室或空腔，其在单独的情况下容纳弹簧装置并且可从其分支出通气管路。该结构措施考虑到这样的事实，即可移动的控制活塞不再能完全地密封室，即没有任何泄漏，因此设定排出布置在与室相对的板状元件的侧面上的空腔的任务。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中衬套状轴在面向汽缸的端部处具有楔形壁，其在非工作位置中关闭至少一个流体连接。在非工作位置中，楔形壁接合在至少一个流体连接中并且关闭该流体连接。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中至少一个流体连接包括至少两个分开的流体管道。

具体地，直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中至少一个流体连接包括五至八个分开的流体管道。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中至少一个流体连接在相对于喷射喷嘴的纵向轴线横切的截面中被设计为环绕围绕整个圆周的喷射喷嘴的环形管道。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中喷射喷嘴的喷嘴保持器至少由至少一个汽缸盖共同形成。如果喷嘴保持器与汽缸盖一体地形成，或者至少部分地由汽缸盖形成，则会产生许多优点。首先，减少了部件的数量，因此减少了用于提供和安装部件的成本。其次，喷射系统与控制活塞和/或水喷射的紧凑设计成为可能，因此考虑了受限的空间条件和汽缸盖中的小空间设置。

直接喷射增压内燃发动机的实施例包括其中室至少由至少一个汽缸盖共同形成。关于前述实施例所述的内容也类似地适用于所讨论的实施例。

本公开所基于的第二部分实施例，即提出一种用于操作上述类型的直接喷射增压内燃发动机的方法，通过一种方法来实现，该方法包括至少一个流体连接的打开持续时间，该打开持续时间由打开时间和关闭时间确定，因此引入到汽缸中的水的量由汽缸中存在的压力共同确定。

对于根据本公开的内燃发动机已经说明的内容也适用于根据本公开的方法，并且因此在这里总体上参考上面关于内燃发动机所作的陈述。

存在于汽缸中的压力通过流体连接作用在控制活塞上，特别是在非工作位置中和每个工作位置中，即当打开和关闭流体连接时。在这方面，汽缸压力较不适合于打开流体连接，而适合用于关闭或用于辅助关闭操作，因为随着燃烧熄灭，汽缸压力降低，同时避免了喷射的水或水喷射的需要。

该方法的实施例包括其中关闭时间由汽缸中存在的压力共同确定。

尽管如此，该方法的实施例包括其中打开时间由汽缸中存在的压力共同确定。如果仅在其中汽缸中的压力水平通常升高的高负载下寻求水喷射，则该变型方法是适当的。控制活塞然后将仅被移出非工作位置，并且然后只有在汽缸压力足够高，即超过可预定值时才打开流体连接。

该方法的实施例包括其中至少一个流体连接的打开持续时间由存在于室中的压力共同确定。

该方法的实施例包括其中至少一个流体连接的关闭时间由存在于室中的压力共同确定。能够使用水压的降低以便开始关闭操作，即关闭流体连接。

在这方面，该方法的实施例包括其中至少一个流体连接的打开时间由存在于室中的压力共同确定。能够使用水压的增加以便开始打开操作，即打开流体连接。与汽缸压力相反，水压能够直接受到影响或控制。

现在转向图1，其示出包括内燃发动机10的示例车辆系统100。发动机10可以是用主要燃料和二次流体操作的双燃料发动机，二次流体是水或醇-水混合物。发动机10可从包括控制器12的控制系统和通过输入装置132来自车辆操作者130的输入接收控制参数。在该示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号pp的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(在本文也称为“燃烧室”)14可包括活塞138位于其中的燃烧室壁136。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可通过变速器系统耦接到乘客车辆的至少一个驱动轮。此外，起动马达可通过飞轮耦接到曲柄轴140，从而允许发动机10的起动操作。

汽缸14能够通过一系列进气通道142、144和146接收进入空气。除了汽缸14之外，进气通道146可与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或多个可包括升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174，以及沿排气通道148布置的排气涡轮176。在升压装置被配置为涡轮增压器的情况下，压缩机174可通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力。但是，在其他示例中，诸如在发动机10被提供有机械增压器的情况下，可任选地省略排气涡轮176，其中压缩机174可由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门162可沿着发动机的进气通道被提供，用于改变提供给发动机汽缸的进入空气的流率和/或压力。例如，节气门162可如图1中所示设置在压缩机174的下游，或者替代地可被提供在压缩机174的上游。

除了汽缸14之外，排气通道148可接收来自发动机10的其他汽缸的排气。氧传感器128被示出耦接到排放控制装置178上游的排气通道148。

排气温度可由位于排气通道148中的一个或多个温度传感器(未示出)测量。替代地，基于诸如速度、负载、空气燃料比(afr)、火花延迟等的发动机工况可推断排气温度。可理解，排气温度可替代地通过本文列出的温度估计方法的任何组合进行估计。

发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸14被示出包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。

进气门150可由控制器12通过借助凸轮致动系统151的凸轮致动来控制。类似地，排气门156可由控制器12借助凸轮致动系统153控制。凸轮致动系统151和153可各自包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(cps)、可变凸轮正时(vct)、可变气门正时(vvt)和/或可变气门升程(vvl)系统中的一个或多个，以改变气门操作。进气门150和排气门156的操作可分别由气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置传感器155和157确定。在替代的实施例中，进气门和/或排气门可由电动气门致动控制。例如，汽缸14可替代地包括通过电动气门致动控制的进气门和通过包括cps和/或vct系统的凸轮致动控制的排气门。在其它实施例中，通过共用的气门致动器或致动系统，或可变气门正时致动器或致动系统可控制进气门和排气门。可调整凸轮正时(通过提前或延迟vct系统)以与egr流和/或爆震控制流体的直接喷射协调地调整发动机稀释，从而减少egr瞬变并提高发动机性能。

汽缸14能够具有压缩比，其是当活塞138在下止点到上止点时的体积比。常规地，压缩比在9:1到10:1的范围中。但是，在使用不同的燃料的一些示例中，可增加压缩比。例如，当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时，这可发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，则压缩比也可增加。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号sa，点火系统190可通过火花塞192将点火火花提供到燃烧室14。但是，在一些实施例中，可省略火花塞192，诸如当发动机10可通过自动点火或通过燃料的喷射发起燃烧时，如同一些柴油发动机的情况。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或多个喷射器，用于向该汽缸提供爆震控制流体。在一些实施例中，爆震控制流体可以是燃料，其中喷射器也被称为燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸14被示出包括一个喷射器166。喷射器166示出为直接耦接到汽缸14，用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的信号fpw的脉冲宽度成比例地在其中直接喷射燃料。以这种方式，喷射器166提供所谓的到燃烧室14中的燃料的直接喷射(下文也称为“di”)。虽然图1将喷射器166示出为侧喷射器，但是其也可位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。当借助醇基燃料操作发动机时，由于一些醇基燃料较低的挥发性，这个位置可改善混合和燃烧。替代地，喷射器可位于进气门的顶部，或者靠近进气门，从而改善混合。主燃料可从包括一个或多个罐78、储存器76、燃料泵，水泵和燃料轨的燃料和水喷射系统80递送到喷射器166。替代地，燃料可在较低压力下通过单级燃料泵被递送，在该情况下，在压缩冲程期间，直接燃料喷射的正时可比如果使用高压燃料系统更受限。此外，虽然未示出，燃料罐78可具有向控制器12提供信号的压力传感器。应当理解，在替代的实施例中，喷射器166可以是将燃料提供到汽缸1上游的进气道中的进气道喷射器。爆震控制流体(在本文也称为二次流体/辅助流体，或水)可储存在储存器(例如，储水器或水箱)76中。如本文详细描述的，储存器76可包括在燃料和水喷射系统80中，该燃料和水喷射系统80耦接到汽缸的直接喷射器。这允许二次流体(例如，水)被直接喷射以提供爆震控制。二次流体还可耦接到挡风玻璃刮水器系统(未示出)以用于挡风玻璃擦拭目的。

储存在储存器76中的二次流体可包括水或水和醇与一种或多种非离子表面活性剂的组合。这些可包括，例如，乙氧基化物、多元醇或其组合。通常，这些可以是具有亲水侧链的分子。亲水侧链可包括聚环氧乙烷侧链或聚乙烯和聚环氧丙烷侧链的组合。非限制性示例包括壬苯醇醚-9和tritonx-100。因此，储存在储存器76中的二次流体可以是非电解的、非腐蚀性的含水流体。当直接喷射到汽缸中用于爆震控制时，非离子组分在刮水器流体中的使用降低了用侵蚀性和顽固性金属盐污染燃烧室和排气系统的风险。在另一个示例中，储存在储存器76中的二次流体可以是水或水-醇混合物。

虽然储存器76被描绘为与一个或多个燃料罐78不同，但是应当理解，在替代示例中，储存器76可以是一个或多个燃料罐78中的一个。储存器76可耦接到直接喷射器166，使得二次流体能够被直接喷射到汽缸14中。在一些情况下，响应于爆震的指示，发动机控制器可将二次流体直接喷射到汽缸中，以增加发动机稀释，从而控制不合时宜的和不期望的爆震事件。如上所述，储存在储存器76中的二次流体可配制成包括水和醇以及任选的一种或多种非离子表面活性剂，诸如40％甲醇的组合。这些非离子组分允许二次流体保持挡风玻璃清洁性能，同时降低用侵蚀性和顽固性金属盐污染和腐蚀燃烧室和排气系统的风险。可用于爆震控制以及挡风玻璃擦拭的二次流体的示例成分包括没有皂的乙醇和甲醇溶液。替代地，二级流体可主要包含水，且不包括一种或多种非离子表面活性剂。在另一个示例中，二次流体可仅包括水。

燃料可在汽缸的单个循环期间由喷射器递送到汽缸。此外，从喷射器递送的燃料或爆震控制流体的分布和/或相对量可随着工况，诸如，充气温度而变化，如下文所述。此外，对于单个燃烧事件，可在每个循环中执行所递送的燃料的多次喷射。多次喷射可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间执行。

如上所述，图1仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可类似地包括其自身的一组进气门/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等。

燃料和水喷射系统80中的燃料罐76和78可保持具有不同质量，诸如不同成分的一种或多种燃料(例如，主要燃料)和/或二次流体(例如，爆震控制流体，诸如水)。这些差异可包括不同的醇含量、不同的水含量、不同的辛烷值、不同的蒸发热、不同的燃料混合物、不同的水含量、不同的可燃性极限和/或其组合等。在一个示例中，具有不同酒精含量的燃料可包括一种燃料是汽油，另一种燃料是乙醇或甲醇。其它含醇燃料可以是醇和水的混合物，醇、水等的混合物。在另一个示例中，第一燃料和第二燃料都可以是醇共混物，其中第一燃料可以是具有比具有较大比例的醇的第二燃料，诸如作为第一燃料的e10(其为大约10％乙醇)和作为第二燃料的e85(其为大约85％乙醇)的汽油醇混合物的醇比低的汽油醇混合物。另外，第一燃料和第二燃料也可在其它燃料品质方面不同，诸如温度、粘度、辛烷值、蒸发的潜在焓等的差异。

此外，储存在燃料罐中的燃料或二次流体的燃料特性可频繁地变化。因此，罐重新填充的每天变化会导致频繁变化的燃料成分，从而影响由喷射器166递送的燃料成分。

在一些实施例中，二次流体可在车辆上从排气冷凝物、增压空气冷却器冷凝物、ac冷凝物排放物或雨水排放物产生。例如，二次流体成分中的水和醇都可由从排气、增压空气冷却器、ac和/或雨水排放物排出的水和从燃料罐中的燃料分离的醇自生成。通过自生成二次流体的组分，可减少车辆系统上的耗材的数量。

尽管未示出，但应当理解，发动机还可包括一个或多个排气再循环通道，用于将排气的至少一部分从发动机排气装置转向到发动机进气装置。因此，通过再循环一些排气，可影响发动机稀释，这可通过减少发动机爆震、峰值汽缸燃烧温度和压力、节流损失和nox排放来改善发动机性能。一个或多个egr通道可包括lp-egr通道，其耦接在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气装置和涡轮下游的发动机排气装置之间，并且被配置成提供低压(lp)egr。一个或多个egr通道还可包括hp-egr通道，其耦接在压缩机下游的发动机进气装置和涡轮上游的发动机排气装置之间，并且被配置成提供高压(hp)egr。在一个示例中，在诸如不存在由涡轮增压器提供的升压的条件下，可提供hp-egr流，而在诸如存在涡轮增压器升压的条件期间和/或当排气温度高于阈值时，可提供lp-egr流。通过lp-egr通道的lp-egr流可通过lp-egr阀进行调整，而通过hp-egr通道的hp-egr流可通过hp-egr阀(未示出)进行调整。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(cpu)106、输入/输出端口(i/o)108、在该具体示例中被示为只读存储器芯片(rom)106的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(ram)112、保活存储器(kam)114以及数据总线。除了先前讨论的那些信号，控制器12可从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，其包括：来自空气质量流量传感器122的引入的空气质量流量(maf)的测量值；来自耦接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ect)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器120(或其它类型)的表面点火感测信号(pip)；来自节气门位置传感器的节气门位置(tp)；以及来自传感器124的歧管绝对压力信号map。通过控制器12可从信号pip产生发动机转速信号rpm。来自歧管压力传感器的歧管压力信号map可用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。其他传感器可包括耦接到燃料系统的燃料罐的燃料液位传感器和燃料成分传感器，和/或爆震传感器。响应于从各种传感器接收的信号，控制器可操作各种发动机致动器。示例致动器包括燃料喷射器166、节气门162、凸轮151和153等。

存储介质只读存储器110能够用表示可由处理器106执行的指令的计算机可读数据进行编程，所述指令用于执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其它变型。参考图4详细描述可执行的示例程序。

在操作期间，发动机10内的每个汽缸发生四个冲程循环：循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程。一般来讲，在进气冲程期间，排气门156关闭，并且进气门150打开。空气通过进气通道146被引入汽缸14，并且活塞138移动到汽缸的底部，以便增加燃烧室14内的体积。活塞138在汽缸的底部附近并且在其冲程的末端的位置(例如，当燃烧室14在其最大体积时)通常被本领域技术人员称为下止点(bdc)。在压缩冲程期间，进气门150和排气门156被关闭。活塞138朝汽缸盖移动，以便压缩燃烧室14内的空气。活塞138在其冲程的末端且最靠近汽缸盖的点(例如，当燃烧室14在其最小体积时)通常被本领域技术人员称为上止点(tdc)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文被称为点火的过程中，喷射的燃料由已知的点火装置，诸如火花塞192点燃，导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞138回到bdc。曲轴140将活塞移动转化成旋转轴的旋转扭矩。最终，在排气冲程期间，排气门156打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管148，并且活塞返回到tdc。需注意，上面仅仅作为示例被示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可改变，以便提供正的或负的气门重叠、延迟的进气门关闭或各种其它示例。

现在转向图2，示出了增压内燃发动机的第一实施例的燃料喷射系统的片段，以及在非工作位置中的水喷射和控制活塞2的示意图。

示出了汽缸盖8的细节，其容纳内燃发动机的汽缸8a(例如，图1中所示的汽缸14)的燃料喷射系统(例如，图1中所示的燃料和水喷射系统80)的喷射喷嘴1。为了直接喷射燃料的目的，每个汽缸8a被分配喷射喷嘴(在本文中也称为喷射器，其可类似于图1所示的喷射器166)1，其通过燃料入口9至少可连接到燃料储存器(例如，图1中所示的燃料储存器78)，燃料储存器用于储存燃料，并且装配有喷嘴针11，该喷嘴针11可在喷嘴针引导件20中在其纵向轴线1a的方向上位移，喷嘴针引导件20在喷射范围内打开用于将燃料引入汽缸8a中的至少一个喷嘴孔21。喷嘴孔位于喷射喷嘴1的喷嘴尖端(例如，被定位在汽缸内的尖端)22处。如图2中所示，喷嘴孔21沿着纵向轴线1a居中。但是，在替代实施例中，喷射喷嘴1的喷嘴尖端22可包括围绕纵向轴线1a对称地定位的多个孔。因此，多个喷嘴孔21可环绕喷射喷嘴1的纵向轴线或中心线。一个喷嘴孔21(或多个喷嘴孔21)通过燃料通道23与燃料入口(因此与燃料存储器)流体地耦接。例如，如图2中所示，喷嘴针11通过弹簧被偏置抵靠喷嘴尖端22和喷嘴孔21。喷嘴针通过螺线管25进行致动。例如，当螺线管被通电时，喷嘴针11可沿着纵向轴线1a，远离喷嘴尖端、喷嘴孔，并且在远离汽缸(并且朝向燃料入口)的方向上移动。结果，喷嘴针11露出喷嘴孔21，并且燃料可通过喷嘴孔21从燃料通道23被喷射到汽缸8a。以这种方式，通过喷嘴孔21到汽缸8a中的燃料喷射通过螺线管25进行致动，螺线管25与发动机的控制器(例如，图1中所示的控制器12)电子通信。因此，来自控制器的激活信号可激活(或停用)螺线管，因此移动喷嘴针并导致燃料喷射。螺线管仅控制来自喷射喷嘴1的燃料喷射，并且不控制水喷射，如下面进一步描述的。

在当前情况下，汽缸盖8用作喷嘴保持器，即用于容纳喷射喷嘴1。

为了水喷射的目的，提供了控制活塞2，其可移动地安装在喷射喷嘴1上，并且可沿喷射喷嘴1的纵向轴线1a在非工作位置(图1)和工作位置(图3)之间以平移方式位移。

控制活塞2具有衬套状的轴2a，其以平移方式可位移地安装在喷射喷嘴1上，并且形成控制活塞2在喷射喷嘴1上的安装和引导。板状元件2b被布置在控制活塞2的背离汽缸8a的端部处，所述元件用作用于弹簧装置6的轴承，该弹簧装置6被设置，并且非工作位置的方向上，即在关闭位置的方向上在控制活塞2上施加力。用作弹簧装置6的螺旋弹簧6a在其另一端处被支撑在喷射喷嘴1上，因此螺旋弹簧6a夹紧在喷射喷嘴1的外壳和板状元件2b之间。其中布置有弹簧装置6的空腔(在本文中也称为室或弹簧室)26装配有(例如，流体地耦接到)通气管路7。

控制活塞2的轴2a和板状元件2b共同形成室(例如，流体或水室)4，该室作为供水系统的一部分至少可通过供应管路5连接到储水器(例如，图1中所示的储水器76)，其通过水入口27用于储存水。通过将控制活塞2位移到工作位置中，室4能够通过流体连接(在本文中也被称为流体或水通道)3连接到汽缸8a，以便将水引入到汽缸8a中。水连接3包括入口(例如，入口端部)28和出口(例如，出口)29。入口28连接到室4，并且出口被定位在喷嘴尖端22处，并且是流体连接3的端部，水从该端部被喷射到汽缸8a中。如图2中所示，出口29相对于纵向轴线被定位在喷嘴孔21的外侧上的喷嘴尖端处。在一个示例中，出口29(和水连接3)是环形的并且环绕喷嘴孔21和喷嘴针11的外部。以这种方式，如果同时发生水喷射和燃料喷射，则来自出口29的喷水可周向地环绕来自喷嘴孔21的燃料喷雾。

喷射喷嘴1内的水可仅位于供应管路5、室4和流体连接3内。水不位于燃料通道23、喷嘴针11或喷嘴孔21内。此外，水可以不存在于弹簧室26或通气管路7内。同样，燃料可不存在于供应管路5、室4和流体连接3内。

在图2中所示的非工作位置中，控制活塞2关闭所述流体连接3，该流体连接被设计为环形管道并且环绕喷射喷嘴1和围绕整个圆周的喷嘴孔21。这里的控制活塞2的衬套状轴2a在流体连接3中面向汽缸8a的其端部处通过楔形壁2c接合，并且关闭所述流体连接3。

图3示出增压内燃发动机的第一实施例的燃料喷射系统的片段，以及在操作位置中的水喷射和控制活塞2的示意图。该图将仅作为对图2的补充来解释，因此进一步参考图2。相同的附图标记用于相同的部件。

在所示出的工作位置中，控制活塞2压缩弹簧装置6，并且移动远离喷嘴尖端22并朝向燃料入口9。因此，活塞2的楔形壁3c露出流体连接3的入口28，因此水可被引入(例如，喷射)到相关联的汽缸8a中，为此目的，控制活塞2将流体连接3连接到室4。具体地，当活塞2移动远离并露出入口28时，流体连接3流体地连接到室4，并且因此可将从供应管路5供应的水喷射到室4内。

图2-3示出具有各种部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果被显示彼此直接地接触，或直接地耦接，那么这些元件可分别被称为直接地接触或直接地耦接。类似地，至少在一个示例中，被显示彼此邻接或相邻的元件可分别为彼此邻接或相邻。作为示例，放置成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，被定位成彼此隔开，同时其之间仅具有空间且没有其它部件的元件可被称为如此。作为另一个示例，被显示在彼此的上面/下面，在彼此的相对侧，或在彼此的左边/右边的元件可被称为相对于彼此如此。此外，在至少一个示例中，如附图中所示，最高的元件或元件的点可被称为部件的“顶部”，并且最低的元件或元件的点可被称为部件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上/下、上面/下面可相对于图的垂直轴线，并且被用来描述图中的元件相对于彼此的定位。同样地，在一个示例中，其它元件上面的所示元件被定位在其它元件的垂直上方。作为另一个示例，附图内所描绘的元件的形状可被称为具有那些形状(例如，诸如为环状的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒棱的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被显示彼此相交的元件可被称为相交的元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被显示在另一个元件内或被显示在另一个元件外面的元件可被称为如此。

图4示出用于基于喷射器的燃料喷射正时，调整喷射器(诸如图1中所示的喷射器166和图2-3中所示的喷射针1)的水喷射正时的方法400的流程图。用于进行方法400的指令可基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器，诸如上面参考图1所述的传感器接收的信号由控制器(诸如图1所示的控制器12)执行。根据下面所述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器以调整发动机操作。例如，控制器可采用喷射器(或喷射喷嘴)的致动器(诸如螺线管)，以在期望的燃料喷射正时喷射燃料。在另一个示例中，控制器可采用各种气门正时致动器来调整进气门的进气门正时和/或排气门的排气门正时，并且因此调整喷射器直接耦接到汽缸的该汽缸的缸内压力。

方法400在402处通过估计和/或测量发动机工况开始。发动机工况可包括发动机转速和/或负载、操作者扭矩需求、发动机温度、质量空气流量、燃烧空气-燃料比、排气空气-燃料比、水室中的水压力(例如，图2-3中所示的室4)和/或喷射器的供水管路(例如，图2-3中所示的供应管路5)、喷射器的燃料喷射正时、汽缸的进气门的进气门正时、汽缸的排气门的排气门正时、汽缸的缸内压力、汽缸的峰值汽缸压力等。

在404处，该方法包括估计喷射器的水喷射正时(例如，水通过喷射器喷射到汽缸中的汽缸循环中的时间)。例如，如上所述，一旦汽缸内的气体压力增加到阈值压力以上，控制活塞(例如，图2-3中所示的活塞2)克服弹簧的偏置力(例如，图2-3中所示的弹簧6)并且沿着喷射器的纵向轴线移动远离喷嘴尖端和汽缸。结果，水通过喷射器被喷射到汽缸中。一旦汽缸压力减小回到阈值压力以下，控制活塞返回到其基本位置，并且水喷射停止。因此，在一个示例中，控制器可基于经过完整的汽缸循环的缸内压力确定水喷射正时的估计(例如，通过测量或估计完整的汽缸循环期间的缸内压力，在一个示例中，汽缸循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程)。具体地，控制器可确定汽缸压力何时将在发动机循环内达到阈值压力，然后使该正时等于喷射水的正时。作为另一个示例，控制器可基于汽缸的进气门正时和/或排气门正时估计整个汽缸循环中的缸内压力，并且因此估计喷射器的水喷射正时。在一些示例中，水喷射正时可另外基于燃料喷射正时。例如，控制器可使用查找表在计算上确定水喷射正时，其中输入是进气门正时，排气门正时和/或燃料喷射正时，并且输出是水喷射正时。

在406处，方法包括确定在404处估计的水喷射正时是否处于期望的水喷射正时。在一个示例中，期望的水喷射正时可以是与相同的喷射器的燃料喷射正时不同并且不重叠的正时。例如，由于喷射器的水通道环绕燃料喷嘴孔，如果水和燃料两者同时从喷射器喷射，则水喷雾将环绕进入汽缸的燃料喷雾。水喷雾可干扰燃料喷雾，因此，在一些情况下，这可为不期望的。在另一个示例中，可期望来自相同喷射器的燃料喷射和水喷射重叠。因此，控制器可在406处基于当前燃料喷射正时和发动机工况确定期望的水喷射正时是什么。例如，如果不期望燃料和水喷雾重叠并同时发生，则控制器可在406处确定期望的水喷射正时在喷射器喷射燃料的时间之前或之后。因此，在一个示例中，期望的水喷射正时可以是相对于在当前水喷射正时与当前燃料喷射正时重叠时的燃料喷射正时的更早或更晚的正时。

如果水喷射正时不在期望的正时，则该方法继续到408以调整一个或多个发动机致动器(诸如上面参照图1所讨论的致动器)，从而将缸内压力和/或喷射器的水通道(例如，流体连接3、室4和/或供应管路5)的水通道压力调整到产生期望的水喷射正时的水平。作为一个示例，方法在408处可包括调整汽缸的进气门和/或排气门的气门致动器，以调整进气门正时和/或排气门正时。这可导致缸内压力被调整，并且因此水喷射的正时被移动到期望的正时。作为一个示例，控制器可基于期望的水喷射正时(例如，阈值压力应当发生在期望的水喷射正时)确定何时在汽缸循环中出现阈值压力。然后，控制器可确定将在期望的正时产生阈值压力的对应的进气门正时和/或排气门正时。作为一个示例，控制器可使用存储在存储器中的查找表来确定进气门和/或排气门正时，其中期望的水喷射正时或阈值压力的正时是输入，并且进气和/或排气门正时是输出。控制器然后可致动气门致动器(例如，凸轮致动系统153和151)，以将进气门和/或排气门调整到产生期望的水喷射正时的确定的正时。作为另一示例，方法在408处可另外地或替代地包括调整喷射器内的流体(例如，水)的压力，以将水喷射正时调整到期望的正时。作为一个示例，这可包括增加或减少通过供应管路供应到喷射器的水的供应压力(例如，通过调整喷水系统的水喷射泵，诸如图1中所示的系统80)。

替代地，在406处，如果水喷射正时处于期望的正时，则方法继续到410，以将进气门正时、排气门正时和水通道压力保持在当前水平，并且在当前设置的正时通过喷射器燃料和水。然后，方法结束。

在第一正时通过燃料喷射器的燃料喷嘴孔将燃料直接喷射到汽缸中的技术效果；在第二正时通过燃料喷射器的水通道将水直接喷射到汽缸中，所述水通道环绕燃料喷嘴孔的外部；以及基于第一正时调整第二正时是在期望的正时将期望量的燃料和水喷射到汽缸中，由此提高发动机效率并改善发动机性能。例如，通过基于燃料喷射的正时调整水喷射的正时，可分离水喷射喷雾和燃料喷射喷雾，使得它们不会同时发生，因此不会相互干扰彼此(由于环绕喷射器的燃料喷嘴孔的喷射器的水通道出口的布置)。

需注意，包括在本文的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非瞬时存储器中，并且可由控制系统进行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器以及其它发动机硬件组合的控制器。本文描述的专用程序可表示任何数量的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等中的一个或多个。这样，示出的各种动作、操作和/或功能可以示出的程序、并行或以其它省略的情况执行。同样地，处理的顺序不一定需要实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点，而是为了便于说明和描述被提供的。根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可用图表表示被编程进发动机控制系统中计算机可读存储介质的非瞬时存储器的代码，其中通过执行系统中的指令进行所述动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。

应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应视为限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸以及其它的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或更多这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在这个或相关申请的新权利要求的提出被要求保护。此类权利要求，无论是更宽于，更窄于，等于，或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。