可变压缩比发动机在一定程度上提高了发动机热效率，在低速小负荷时使用较大的压缩比，有利于提高发动机热效率，起到节油的效果，即提高燃油经济性。在中速中负荷工况使用中等压缩比，此时与定压缩比的发动机差别不大。在高速高负荷区域，采用较小的压缩比，此时有利于降低爆震倾向，使点火角更加提前，有利于缸内燃烧，进而可以使发动机爆发出更优秀的性能，即拓展发动机功率及扭矩。
在可变压缩比发动机的基础上，增加了一套歧管喷水装置。对可变压缩比增压直喷汽油机而言，在低速大负荷工况点，压缩比降低，提高增压压力后，缸内压缩终了缸内气体压力温度升高，爆震倾向加剧。另外，在高速大负荷工况点，提高增压压力后，缸内爆震倾向加剧，同时排气温度上升，伴随加浓过程，油耗和排放进一步恶化。
根据上述问题，增加进气歧管喷水技术可以同时解决低速大负荷和高速大负荷工况下，VCR直喷增压汽油机现有问题。进气歧管喷水技术能够降低缸内温度，从而降低缸内爆震倾向和排气温度。通过对优化空燃比和点火提前角，使发动机燃烧效果更好，将可变压缩比这一技术更加实用化。
关键字
可变压缩比发动机、进气歧管喷水、喷水控制策略
引言
今天我们所讲的是在可变压缩比发动机基础上，在进气歧管安装一套喷水装置，类似于PFI（气道喷射发动机）发动机的喷油器装置，有的喷水装置是安装在缸盖上，直接进行缸内喷水，类似于PDI（直喷发动机）发动机的喷油器装置。 在进气歧管装配完成喷水装置后，最重要的就是如何控制喷水器，比如喷水量如何控制，喷水正时如何计算，喷水量修正应参考哪些参数等等，本文主要是针对上述这些问题进行分析，实现可变压缩比发动机喷水控制策略。
所谓的进气歧管喷水是指在发动机进气冲程将水直接喷射到进气歧管与新鲜空气进行混合，然后进入气缸与燃油进行混合，在此过程中，喷水可以实现对新鲜空气的降温，进入气缸后也可以实现对气缸温度的降低，从而增加进气密度，进而可以增加压缩比，使点火角更加提前，从而可以优化可变压缩比发动机的动力性、经济性、排放性。
1. 进气歧管喷水装置安装
首先对进气歧管喷水装置的安装进行系统描述，在进气歧管进行数模设计时，一定要考虑安装喷水装置后对流体产生的影响，在高速高负荷时，进气量很大，因此一定要充分考虑这套喷水装置对进气的影响，并进行CAE仿真测试。进气歧管喷水系统结构图，如下图1所示。
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图1 进气歧管喷水系统结构图
编号说明：1.压气机，2.进气管路，3.进气(增压)中冷器，4.节气门，5.进气稳压腔，6.进气歧管，7.发动机体，8.排气歧管，9.排气总管，10.废气涡轮机，11.催化器，12.排气管路，13.进气歧管多点喷水器。
实际应用过程中，无论是进气歧管喷水，还是气缸内直接喷水，必须针对带进气水喷射系统的可变压缩比直喷增压汽油机专门设计水喷射控制策略，才能实现水喷射技术在VCR直喷增压汽油机上应用的预期效果。
2.喷水系统控制策略
2.1 基础喷水量确定
在喷水控制系统设计开发时，首先需要确定的是基础喷水量，基础喷油量的多少需要根据当前工况查询MAP后输出，而当前工况一般参考的是发动机转速及负荷（表现形式包括但不限于进气量、进气压力、油门位置、节气门开度、输出扭矩等信号），在进行台架基础喷水量标定时，标定工况需涵盖整个发动机运行工况，可以参考国家标准GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》中万有特性试验工况。标定工况越细致，则控制的精度越高，从而发动机的控制效果也越好。台架标定时，要选取多方面参数作为评价指标，比如排放性、经济性、动力性等，不同的发动机工况可以选取不同的参考标准。
2.2 喷水量修正
在确定基础喷水量之后，由于边界条件的改变，肯定会导致喷水量发生变化。在进行台架标定时，试验边界条件基本都是不变的。在标定完成后，进行其它试验时，某些试验边界条件会发生变化，比如进气温度、发动机温度、实际压缩比、进气歧管温度、进气歧管压力、进气门后温度等等。
由于上述参数的变化，因此必须对喷水量进行修正处理，在前期进行试验标定时，将对主要影响喷水量的参数进行修正处理，其中包括进气温度、发动机温度以及进气歧管温度，这三项影响最大。因此需分别设定Cur或Map进行修正。
在喷水量修正完成后，将确定最终的喷水量，然后分配给四个进气道进行喷射，然后进入气缸。
2.3 喷水基础相位确定
基础相位确定跟上述基础喷水量确定方法类似，主要根据发动机转速和负荷（表现形式包括但不限于进气量、进气压力、油门位置、节气门开度、输出扭矩等信号），查询Map输出基础喷水相位，试验标定与上述方法一致，在此不进行赘述。
2.4 喷水相位修正
由于发动机喷水装置与各缸进气门位置的距离差异，需要对相位进行差异化处理，距离较远的气缸，对应喷水相位向后推（靠近压缩上止点），距离近的气缸，对应喷水相位向前提（远离上止点），最终设计成曲线实现相位修正。
除了上述安装距离影响喷水相位外，包含但不限于实际压缩比，对计算进气歧管喷水相位基础值进行修正。实际压缩比越大，缸内压缩温度越高，需要降低压缩起始的气体温度。因此需要根据不同压缩比，对喷水相位进行修正。
3.总结
在可变压缩比发动机上增加喷水装置后，通过精确的控制喷水相位及喷水量，从而有效较低发动机缸内温度，降低低速高负荷爆震倾向；降低高速高负荷排温，优化空燃比控制（增大空燃比），从而减低油耗，可以说前景十分可观。
与不带喷水装置的发动机相比，喷水发动机可以进一步增加空燃比，提高功率比，但是喷水量必须要严格控制，否则势必会物极必反。
发动机喷水系统同样需要进行补水，喷水系统的补水来源通常为外界补水、收集汽车表面水、收集空调冷凝水和发动机排气管中收集冷凝水这几个渠道，在实际应用中，需要根据实际情况安装补水装置。
参考文献
【1】吕彩琴，汽车发动机电控技术，北京：国防工业出版社，2009.1。
【2】钱人一，FEV发动机技术公司的可变压缩比汽油机[J].新技术及应用,2003:21一27。
【3】周龙宝（主编），内燃机学，北京：机械工业出版社，2013.3
论文作者:郑克宽, 闫乐飞,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：歧管论文; 发动机论文; 压缩比论文; 相位论文; 工况论文; 直喷论文; 温度论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;