[發明專利]用于催化劑溫度控制的方法和系統

有效

• 申請號: 201410018295.5
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103925050B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: J·N·阿勒瑞;W·C·婼娜;T·G·里昂;G·蘇尼拉
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F02D41/02;F02P5/15;F02D9/04;F02D37/02;F02D41/00;F02M26/07;F02M26/10;F02M26/15;F02M26/25;F02M26/36;F02M26/44
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

本發明涉及用于催化劑溫度控制的方法和系統。提供了控制和協調后催化劑排氣節氣門和EGR閥的控制以加快催化劑加熱的方法和系統。通過在發動機冷啟動期間關閉所述兩個閥，升高的排氣背壓和在EGR冷卻器處的增加排熱可以協同用于加熱發動機和排氣催化劑。所述閥也可以被控制以改變流過排氣文丘里管的排氣量，以便滿足發動機真空需要，同時提供期望的發動機EGR量。

技術領域

本說明書涉及加快排氣催化劑加熱的系統和方法，特別是在發動機冷啟動期間加快排氣催化劑加熱的系統和方法。

背景技術

在排氣催化劑已經充分預熱之前釋放的發動機冷啟動排放物可降低車輛排氣質量。因此，發動機控制系統可以使用各種方法加快達到排氣催化劑處的活化溫度（例如，點火溫度）。

US2010/0005784中描述的一個示例方法包括增加排氣溫度。其中，排氣背壓閥（或排氣節氣門）被關閉，以增加排氣溫度并且啟動排氣催化劑的脫硫作用。然而，本發明的發明人已經認識到關于此類方法的潛在問題。通過關閉排氣背壓閥增加排氣背壓可能增加燃燒氣體對汽缸充氣的稀釋，從而導致在一些狀況下的不穩定燃燒。此外，稀釋的汽缸充氣可以限制可施加的火花延遲量，從而限制排氣的溫度增加。

Joergl等人在US7,617,678中示出另一示例方法。其中，發動機的進氣系統包括具有閥和殼體的閥組件，該閥組件具有與EGR（排氣再循環）冷卻器流體連通的入口、與增壓空氣冷卻器流體連通的入口和與該發動機流體連通的出口。相對于入口和出口調節該閥在該殼體中的位置，以便可以在發動機冷啟動期間調節排氣再循環量，從而升高排氣溫度。同時，減少對不同EGR閥和排氣背壓閥的需要。

發明內容

然而，本發明的發明人已經認識到通過獨立控制每個排氣背壓閥（或節氣門）和EGR（排氣再循環）閥，可以實現可以加快排氣催化劑活化的協同好處。進一步地，該協同好處可以超過組件減少好處。更進一步地，在排氣門打開（EVO）處的壓力下降產生相應的溫度下降之前，可更有效傳遞來自排氣的熱。在一個示例中，這可通過加快連接到發動機的排氣催化劑的活化的方法實現，該方法包括：在發動機冷啟動期間，關閉后催化劑排氣節氣門，而使被節流的排氣的至少一部分轉移通過連接在該節氣門上游的EGR冷卻器。以這種方式，可以協同增加的排氣節流和來自EGR冷卻器的增加排熱，以迅速活化排氣催化劑，同時也加熱發動機。

作為示例，在發動機冷啟動期間，當發動機溫度低于閾值溫度時，連接在排氣催化劑下游的排氣節氣門可以被關閉（或被移動到關閉更多的位置）。通過節流該排氣，可以改進到發動機和排氣催化劑的熱傳遞。這可以歸因于兩種效應。首先，較高密度的（較慢移動的）排氣由于較高壓力而提高了該排氣流的（每千克）熱傳遞。此外，后催化劑膨脹到大氣使該溫度下降到低于環境溫度。換句話說，實現了熱泵效應。該效應能夠使幾乎所有的排氣熱被回收，而不需要添加熱交換器。通過使用后催化劑節氣門，大大增加給定質量的排氣與發動機部件接觸的時間和溫度，從而加快催化劑活化。因此，響應于升高的排氣背壓，可以間歇地打開該排氣節氣門，以提供壓力釋放。此外，可以連同該排氣節氣門控制進氣氣流，以限制發動機輸出轉矩。也可以在冷啟動期間將設置在EGR通道中的EGR閥保持關閉，該EGR通道連接到排氣背壓閥上游（和排氣催化劑下游）的發動機排氣道。這能夠使被節流的排氣被引導通過該EGR通道的EGR冷卻器，從而增加EGR出口溫度。由于該EGR冷卻器的熱交換器與發動機冷卻劑連通，通過升高該EGR冷卻器出口溫度，增加該EGR冷卻器排出的熱量，并且可以迅速升高發動機溫度。也就是，該EGR冷卻器可以用于在高壓下回收熱。因此，這提供了一種從該排氣中的水回收潛熱的更有效方式。在更進一步的實施例中，可以調節進氣和/或排氣門正時，以減少內部排氣再循環且增加燃燒穩定性。