增压与汽油直喷(TGDI)技术使汽油机具有更好的经济性和动力性,但同时也带来发动机缸内温度高、NO_X排放量增加、大负荷爆震倾向加剧的问题。采用推迟点火、降低增压压力、加浓混合气等措施来抑制爆震,又将使高负荷下燃油经济性变差和HC排放恶化,限制了TGDI发动机潜能的发挥。喷水技术的引入可以降低缸内温度,缓解爆震,提高热效率,降低NO_X排放量。然而,喷水不当反而会影响缸内燃烧,降低发动机输出功率。为使喷水技术发挥更好的作用,必须设计最佳控制策略,在不同的工况下控制喷水量与喷水时机,实现与进气、喷油的协调、综合控制。本文在涡轮增压发动机‘油/水’缸内-进气道双喷射技术初步试验的基础上,设计‘基于模型’的气路控制策略和喷水控制策略,利用平均值原理建立发动机的气路模型,结合试验数据进行在环仿真来验证控制效果。主要研究结果如下:(1)喷水试验探究。在原机基础上增加进气道喷射装置构建双喷射系统,根据不同工况下测量的缸内压力变化,研究发动机的燃烧状况。通过调节不同油/水比例下的喷水量和喷射正时,研究其对发动机性能的影响,为后续制定喷水控制策略提供参考依据。试验结果表明,在中低转速高负荷工况下,合适的喷水量和适当的喷射正时可以提升发动机指示平均有效压力,燃油经济性最大可提升10%,氮氧化物排放量最大可降低60%。(2)发动机气路建模与气路控制策略的设计。利用平均值原理建立面向控制的发动机气路模型和曲轴动力学模型,前者包括流量特性模型、涡轮压力估算模型和涡轮温度估算模型,后者用于更为直观的反映发动机工作特性的变化,其数值作为喷水策略中工况判断的依据之一。气路控制策略模型由节气门控制和增压压力控制两部分组成,其中节气门控制模块根据发动机扭矩需求和转速计算气缸进气量和期望的进气歧管压力,依据流量特性计算节气门目标开度,并进行PI闭环控制。增压压力采用节气门优先的联合控制方式。在基础增压压力之前,进气量由节气门调节;基础增压压力之后,节气门全开,进气量由废气旁通阀调节;此时期望的进气歧管压力即为期望的增压压力。在发动机硬件保护前提下,计算最大期望增压压力作为目标值,确定废气旁通阀真空调节器的预设压力,进而控制废气旁通阀的开度和流经涡轮的废气流量。对于非线性复杂的变量关系,控制目标值采用实验标定的控制MAP。利用发动机台架动态试验数据,分别对控制模型和控制策略进行有效性验证。结果表明,在不同的瞬态工况下,但是节气门控制精度在5%以内,满足总体精度控制要求。在增压控制策略中,废气旁通阀的开启角度会准确地达到目标值,误差控制在工程要求10%以内。(3)发动机喷水控制策略设计。喷水策略主要包括燃油控制和喷水控制两个模块。在燃油控制模块中,分别计算启动空燃比、运行空燃比以及二者之间的过渡空燃比,根据目标空燃比计算目标燃油量,并对燃油量进行PI反馈控制。在喷水控制模块中,依据喷水使能条件来判定是否启用喷水功能,根据目标燃油量计算喷水目标值,通过标定实验确定的MAP来控制喷水比例。利用发动机台架试验数据,对喷水控制效果进行了检验。结果表明,采用喷水策略后,发动机过渡工况的空燃比控制具有更快的响应速度,稳态空燃比误差控制小于1%。