用于发动机排气催化剂操作的方法和系统技术方案

本申请涉及用于发动机排气催化剂操作的方法和系统，提供了用于在发动机冷起动期间通过水喷射控制排气催化剂温度的方法和系统。在一个示例中，一种方法包括：在发动机冷起动期间，基于排气催化剂温度将水喷射到发动机的进气装置内，以及在排气催化剂内积聚水分子以在排气催化剂内产生热。以此方式，通过产生热并将热存储在排气催化剂内，排气催化剂可以被迅速地加热，因此减少催化剂起燃时间。

Method and system for engine exhaust catalyst operation

The present application relates to a method and system for operating an engine exhaust catalyst, providing a method and system for controlling the temperature of the exhaust catalyst by water injection during cold start of the engine. In one example, a method includes injecting water into the engine's intake device based on the temperature of the exhaust catalyst during cold start-up, and accumulating water molecules in the exhaust catalyst to generate heat in the exhaust catalyst. In this way, the exhaust catalyst can be heated rapidly by generating heat and storing it in the exhaust catalyst, thereby reducing the catalyst ignition time.

【技术实现步骤摘要】
用于发动机排气催化剂操作的方法和系统
本专利技术总体涉及用于通过在发动机起动期间将水喷射到发动机进气装置内来控制排气催化剂温度的方法和系统。
技术介绍
发动机排放控制系统可以包括一种或更多种排气催化剂，诸如三元催化剂、NOx存储催化剂、起燃催化剂和SCR催化剂。在催化剂起燃温度(例如，工作温度)下，排气催化剂可以氧化和还原排气中的成分，由此将排气中的有毒气体和污染物转换为较低毒性的污染物或惰性成分，然后该较低毒性的污染物或惰性成分被释放到大气内。作为一个示例，当在400℃与600℃之间进行工作时，三元催化剂将活性氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)转换成诸如双原子氮(N2)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)的惰性成分。然而，在发动机的冷起动期间，当排气催化剂的温度在起燃温度以下时(例如，三元催化剂温度降至400℃之下时)，排气催化剂可能不能有效地处理排气的活性成分，并且因此，冷起动排放物会增加，并且排气中的有毒成分会被直接释放到大气内。一种减少冷起动排放物的方法是减少排气催化剂达到起燃温度所花费的时间。因此，为了加快获得催化剂起燃温度，发动机系统可以包括加热器泵和/或催化剂加热器以预热主排气催化剂。Parise在美国专利第5,968,456号中提供了这种发动机系统的一个示例。在其中，在车辆冷起动期间，热电式发电机被用作热泵来加热排气催化剂基底，以减少排气催化剂起燃的时间。以此方式，排气催化剂更快地达到工作温度，由此减少车辆起动时的污染排放物的量。然而，专利技术人在此已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，为了在车辆冷起动期间加热排气催化剂的唯一目的而添加热电式发电机会增加制造成本。此外，此类系统可能增加发动机系统的封装要求和复杂性。在一些情况下，这些额外的加热器可能增加排气背压。增加的排气背压可能导致增加的泵送功、降低的进气歧管升压压力，引起汽缸扫气和燃烧效果，并且进一步导致涡轮增压器问题。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可以通过一种方法来解决，该方法包含：在冷起动期间，基于排气催化剂的温度将水喷射到发动机的进气装置内。就此而言，水喷射系统可能已经存在于发动机系统中，以冷却进气歧管中的空气充气，减少爆震，控制排气温度，并且用于发动机稀释。专利技术人已经认识到，在冷起动期间使用现有的水喷射系统将水喷射到进气歧管内以增加排气内的水浓度是可能的。通过增加被喷射到进气歧管内的水量，水可以被积聚在排气催化剂的多孔材料内。因此，排气催化剂内部的水可以被用来在排气催化剂内产生热。以此方式，可以减少催化剂起燃时间，并且可以满足排放顺应性要求而无需任何额外的成本。作为一个示例，当排气催化剂温度在阈值温度以下时，少量的水(例如，薄雾)可以被喷射到进气歧管内。随着发动机转速增加并且达到阈值转速(例如，起动转动转速)，更多水可以被喷射到进气歧管内，并且因此排气中的水浓度会开始增加。在此，排气中的水分子会开始被积聚并且被存储在排气催化剂的多孔材料中。被存储在排气催化剂中的水分子的动量会开始增加。将水存储在排气催化剂中的技术效果是被存储在排气催化剂中的水分子的动量可以被转换为排气催化剂内的热能。因此，排气催化剂会开始升温。另外，被存储在排气催化剂的多孔材料中的水可以提供额外的容量以存储排气热。增加的动量和增加的容量可以配合在一起，导致迅速地加热排气催化剂。因此，可以减少排气催化剂达到起燃温度所花费的时间(或催化剂起燃时间)。通过减少催化剂起燃时间，可以减少冷起动排气排放物。总体来说，水喷射的益处可以在更宽范围的发动机工况内延伸，由此改善发动机效率。应当理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1描绘了被配置用于水喷射的发动机系统的示意图。图2描绘了用于使用发动机系统的水喷射系统来实现爆震控制、稀释要求和排气温度控制中的一个或更多个的示例方法的流程图。图3描绘了根据本公开的用于在当排气催化剂温度低于阈值温度时的发动机冷起动期间将水喷射到发动机系统的进气装置内的示例方法的流程图。图4示出了根据本公开的在发动机冷起动期间被应用以减少催化剂起燃时间的水喷射调整的预测示例。具体实施方式以下描述涉及用于在发动机冷起动期间使用被耦接到如参考图1的车辆系统所描述的车辆发动机的水喷射系统将排气催化剂加热到起燃温度的系统和方法。控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图2的示例程序)，以在正常的发动机操作期间激活水喷射系统来控制爆震、用于发动机稀释以及控制排气温度。此外，在排气催化剂温度在阈值以下时的发动机冷起动期间，控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图3的示例程序)，以使用水喷射系统喷射水来加热排气催化剂。在本文中，控制器可以基于发动机转速、排气催化剂温度和被存储在排气催化剂的多孔材料中的水的水平中的一个或更多个来调整被喷射到进气装置内的水量，如图4所示。以此方式，排气催化剂温度可以在发动机冷起动期间被迅速地增加到催化剂起燃温度，因此减少冷起动排放物。图1示出了配置有水喷射系统60的发动机系统100的示例实施例。发动机系统100耦接在示意性示出的机动车辆102中。发动机系统100包括发动机10，所述发动机10在本文中被描绘为耦接到涡轮增压器13的升压发动机，所述涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机14。具体地，新鲜空气经由空气净化器31沿进气通道142被引入发动机10并且流到压缩机14。该压缩机可以是合适的进气压缩机，诸如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统100中，该压缩机被显示为经由轴19机械地耦接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，所述涡轮116由膨胀的发动机排气驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以耦接在双涡流式涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机转速和其它工况主动地改变。如图1所示，压缩机14通过增压空气冷却器(CAC)118耦接到节流阀(例如，进气节气门)20。CAC可以是例如空气-空气或空气-冷却剂热交换器。节流阀20耦接到发动机进气歧管122。热压缩空气充气从压缩机14进入CAC118的入口，当其行进通过CAC时冷却，然后穿过节流阀20退出到进气歧管122。在图1所示的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管绝对压力(MAP)传感器124感测，并且升压压力由升压压力传感器24感测。压缩机旁通阀(未示出)可以串联耦接在压缩机14的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是常闭阀，其被配置为在选择的工况下打开以减轻过量的升压压力。例如，响应于压缩机喘振，可以打开压缩机旁通阀。进气歧管122通过一系列的进气门(未示出)和进气流道(例如，进气道)185耦接到一系列的燃烧室或汽缸180。如图1所示，进气歧管122被布置在发动机10的所有燃烧室180的上游。可以包括诸如歧管充气温度(MCT)传感器33和空气充气温度(ACT)传感器25的附加传感器，以确定进气通道中相应位置处的进气空气的温度。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包含：在冷起动期间，基于排气催化剂的温度将水喷射到发动机的进气装置内。

【技术特征摘要】
2017.04.06 US 15/481,3831.一种方法，其包含：在冷起动期间，基于排气催化剂的温度将水喷射到发动机的进气装置内。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：将水喷射到所述进气装置内，同时经由与所述发动机的汽缸和进气歧管之中的一个或多个耦接的燃料喷射器将燃料喷射到所述汽缸内，其中将水喷射到所述进气装置内包括经由与所述进气歧管和所述汽缸之中的一个或多个耦接的水喷射器喷射水。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述喷射包括：响应于所述排气催化剂的温度低于阈值温度和发动机转速低于阈值转速之中的一个或多个，将初始量的水输送到所述进气装置内。4.根据权利要求3所述方法，其进一步包含：响应于所述排气催化剂的温度上升至所述阈值温度之上和所述发动机转速上升至所述阈值转速之上中的一个或多个，调整喷射到所述进气装置内的水量。5.根据权利要求4所述方法，其中所述调整进一步包含：与所述发动机转速的第一增加速率成比例地增加喷射到所述进气装置内的所述水量，直至所述发动机转速达到期望转速。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述调整进一步包含：与所述排气催化剂的温度的第二增加速率成比例地增加喷射到所述进气装置内的所述水量，直至所述排气催化剂的温度达到期望温度。7.根据权利要求6所述方法，其中所述排气催化剂的所述期望温度是所述排气催化剂的起燃温度。8.根据权利要求7所述方法，其进一步包含：响应于所述排气催化剂的温度达到所述起燃温度和所述发动机转速达到所述期望转速之中的一个或多个，停止喷射水到所述进气装置内，同时继续将燃料喷射到所述发动机的所述汽缸内。9.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·麦奎林，D·A·马克德，D·J·库宾斯凯，R·E·索蒂斯，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US