[發明專利]采用電熱催化劑的混合冷起動策略

有效

• 申請號: 200810099570.5
• 申請日: 2008-05-15
• 公開（公告）號: CN101306685A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: E·V·貢澤;F·阿門特;H·G·桑托索
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: B60W20/00
• 分類號: B60W20/00;B60K6/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝

技術領域

本發明涉及改進的排放控制，更具體地涉及用于起動混合動力策 略中的內燃發動機的系統和方法。

背景技術

這一部分的說明僅僅提供與本發明有關的背景技術而并不構成現 有技術。

混合動力車輛包括內燃發動機和電動機以向車輛提供驅動。混合 動力車輛包括串聯混合和并聯混合。在串聯混合中，設置發動機使產 生車輛驅動動力的發動機運行。在并聯混合中，電動機和發動機可以 單獨或一起驅動車輛，發動機另外給用于電動機的電源(電池)充電。

混合動力車輛往往通過在車輛怠速或低速移動的同時僅利用電動 機來提高燃料效率并降低車輛排放。混合動力車輛可以比常規車輛承 載更小的發動機并且可以被構造成在電動機的可再次充電電池的電量 下降到預定等級以下或者當混合動力車輛需要另外的功率輸入時運行 發動機。需要另外的功率輸入的通常情況包括對電動機和車輛的快速 加速和高負載要求。車輛的這種操作會導致發動機頻繁起動和停車。

為了降低排放，發動機控制燃燒的燃料量。發動機控制系統控制 空氣-燃料比達到最佳化學計量比。在最佳化學計量比上，所有燃料利 用空氣中的所有氧氣都得到燃燒。

最新的車輛裝有三通催化轉化器。“三通”指的是催化轉化器有 助于降低的三種排放-一氧化碳、揮發性有機化合物(VOC)和NOx。 催化轉化器利用兩種不同的催化劑，還原催化劑和氧化催化劑。兩種 催化劑包括涂敷金屬催化劑通常為鉑、銠和/或鈀的陶瓷結構。催化轉 化器使催化劑承受廢氣流，同時因催化劑材料的高成本而將所需催化 劑的量降至最少。

在催化轉化器中采用兩種主要類型的結構-蜂窩和瓷珠。還原催 化劑是催化轉化器的第一階段，通常采用鈀和銠以有助于降低NOx排 放。當NOx分子接觸催化劑時，催化劑將氮與分子分離，吸住氮并使 Ox形式的氧自由。氮與同樣由催化劑吸住的其它氮結合，形成N2。 例如：

2NO＝＞N₂+O₂或2NO₂＝＞N₂+2O₂

氧化催化劑是催化轉化器的第二階段，通過使未燃燒的碳氫化合 物和一氧化碳在鉑和鈀催化劑上燃燒(氧化它們)來降低它們。氧化 催化劑利用在廢氣中的剩余氧與CO和碳氫化合物起反應。例如：

2CO+O₂＝＞2CO₂

第三階段是控制系統監控廢氣流并利用信息控制燃料噴射系統。 通常，氧傳感器安裝在發動機與催化轉化器之間。氧傳感器感測廢氣 中的氧。發動機控制系統通過調節空氣-燃料比提高或降低廢氣中的含 氧量。發動機控制系統確保發動機接近最佳化學計量比運行并且在廢 氣中有足夠的氧以使氧化催化劑可以點燃未燃燒的碳氫化合物和CO。

催化轉化器僅在相當高的溫度下工作。當發動機首次起動時，催 化轉化器不能有效去除廢氣中的排放物，直至催化轉化器達到被稱為 點火溫度的操作溫度。“點火溫度”是CO或HC的轉化效率已經達到 50％的點。起動催化轉化器需要被預熱到點火溫度或者進行冷起動的 發動機是在混合動力車輛上特有的重復動作，在常規操作過程中使發 動機反復起動、停車和重啟。

發動機冷起動的一種常規方案是將催化轉化器移動到靠近發動 機。更熱的廢氣達到催化轉化器并將發動機快速加熱。該方法往往因 使催化轉化器承受極高溫度而降低了其壽命。通常，催化轉化器位于 前排乘客座椅下方；足夠遠離發動機以保持溫度下降到不會損害發動 機。

對催化轉化器進行預加熱或補充加熱是減少催化轉化器達到點火 溫度所需時間的另一常規方式。加熱轉化器最容易的方式是采用例如 可以在加熱元件中發現的電阻加熱器。這些“外部”加熱器布置在催 化轉化器的上游，對進入轉化器的過路廢氣進行補充加熱。加熱元件 可以包含催化材料。一旦與加熱元件聯合的催化劑達到點火溫度，發 動機廢氣將氧化同時通過加熱元件催化劑。這樣的氧化將另外的熱量 釋放到廢氣中，同時快速將催化轉化器溫度提高到點火溫度。

在大多車輛上的12伏電力系統不能提供足夠的熱量足夠快速地對 加熱元件進行預加熱。駕駛員在起動車輛之前必須等待幾分鐘，使加 熱元件得到預加熱。沒有預加熱，流過加熱元件的廢氣將冷卻與加熱 元件相聯合的催化劑并增加達到點火溫度所需的時間。

發明內容