[发明专利]用于催化剂温度控制的方法和系统

说明书

本发明涉及用于催化剂温度控制的方法和系统。提供了控制和协调后催化剂排气节气门和EGR阀的控制以加快催化剂加热的方法和系统。通过在发动机冷启动期间关闭所述两个阀，升高的排气背压和在EGR冷却器处的增加排热可以协同用于加热发动机和排气催化剂。所述阀也可以被控制以改变流过排气文丘里管的排气量，以便满足发动机真空需要，同时提供期望的发动机EGR量。

技术领域

本说明书涉及加快排气催化剂加热的系统和方法，特别是在发动机冷启动期间加快排气催化剂加热的系统和方法。

背景技术

在排气催化剂已经充分预热之前释放的发动机冷启动排放物可降低车辆排气质量。因此，发动机控制系统可以使用各种方法加快达到排气催化剂处的活化温度（例如，点火温度）。

US2010/0005784中描述的一个示例方法包括增加排气温度。其中，排气背压阀（或排气节气门）被关闭，以增加排气温度并且启动排气催化剂的脱硫作用。然而，本发明的发明人已经认识到关于此类方法的潜在问题。通过关闭排气背压阀增加排气背压可能增加燃烧气体对汽缸充气的稀释，从而导致在一些状况下的不稳定燃烧。此外，稀释的汽缸充气可以限制可施加的火花延迟量，从而限制排气的温度增加。

Joergl等人在US7,617,678中示出另一示例方法。其中，发动机的进气系统包括具有阀和壳体的阀组件，该阀组件具有与EGR（排气再循环）冷却器流体连通的入口、与增压空气冷却器流体连通的入口和与该发动机流体连通的出口。相对于入口和出口调节该阀在该壳体中的位置，以便可以在发动机冷启动期间调节排气再循环量，从而升高排气温度。同时，减少对不同EGR阀和排气背压阀的需要。

发明内容

然而，本发明的发明人已经认识到通过独立控制每个排气背压阀（或节气门）和EGR（排气再循环）阀，可以实现可以加快排气催化剂活化的协同好处。进一步地，该协同好处可以超过组件减少好处。更进一步地，在排气门打开（EVO）处的压力下降产生相应的温度下降之前，可更有效传递来自排气的热。在一个示例中，这可通过加快连接到发动机的排气催化剂的活化的方法实现，该方法包括：在发动机冷启动期间，关闭后催化剂排气节气门，而使被节流的排气的至少一部分转移通过连接在该节气门上游的EGR冷却器。以这种方式，可以协同增加的排气节流和来自EGR冷却器的增加排热，以迅速活化排气催化剂，同时也加热发动机。

作为示例，在发动机冷启动期间，当发动机温度低于阈值温度时，连接在排气催化剂下游的排气节气门可以被关闭（或被移动到关闭更多的位置）。通过节流该排气，可以改进到发动机和排气催化剂的热传递。这可以归因于两种效应。首先，较高密度的（较慢移动的）排气由于较高压力而提高了该排气流的（每千克）热传递。此外，后催化剂膨胀到大气使该温度下降到低于环境温度。换句话说，实现了热泵效应。该效应能够使几乎所有的排气热被回收，而不需要添加热交换器。通过使用后催化剂节气门，大大增加给定质量的排气与发动机部件接触的时间和温度，从而加快催化剂活化。因此，响应于升高的排气背压，可以间歇地打开该排气节气门，以提供压力释放。此外，可以连同该排气节气门控制进气气流，以限制发动机输出转矩。也可以在冷启动期间将设置在EGR通道中的EGR阀保持关闭，该EGR通道连接到排气背压阀上游（和排气催化剂下游）的发动机排气道。这能够使被节流的排气被引导通过该EGR通道的EGR冷却器，从而增加EGR出口温度。由于该EGR冷却器的热交换器与发动机冷却剂连通，通过升高该EGR冷却器出口温度，增加该EGR冷却器排出的热量，并且可以迅速升高发动机温度。也就是，该EGR冷却器可以用于在高压下回收热。因此，这提供了一种从该排气中的水回收潜热的更有效方式。在更进一步的实施例中，可以调节进气和/或排气门正时，以减少内部排气再循环且增加燃烧稳定性。