專利名稱：渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的減排系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及減少渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的排放物。
背景技術(shù)：
本部分中的陳述僅僅提供與本公開(kāi)有關(guān)的背景信息，可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在
此背景技術(shù)部分中所描述的當(dāng)前署名發(fā)明人的工作以及在提交時(shí)否則可能不構(gòu)成現(xiàn)有技
術(shù)的該描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認(rèn)為是針對(duì)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。 超低排放車(chē)輛(SULEV)是設(shè)計(jì)成產(chǎn)生最少排放的常規(guī)動(dòng)力或混合動(dòng)力車(chē)輛。對(duì)于
自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)可能難以達(dá)到SULEV排放要求，并且由于流過(guò)渦輪增壓器硬件的排氣
的溫降，對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)可能更困難。溫降導(dǎo)致催化劑起燃時(shí)刻的延遲，這在冷啟
動(dòng)期間會(huì)導(dǎo)致排放增多。

發(fā)明內(nèi)容
—種減排系統(tǒng)，包括排放控制模塊，該排放控制模塊基于催化轉(zhuǎn)化器的第一溫 度有選擇地將燃料噴射控制為貧A/F比，并基于該第一溫度有選擇地開(kāi)啟電加熱催化劑
(EHC)。燃料噴射模塊基于所述EHC的第二溫度在膨脹沖程期間有選擇地將燃料噴射到發(fā) 動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)。 —種減排方法，包括基于催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度有選擇地將燃料噴射控制為貧 A/F比；基于該第一溫度有選擇地開(kāi)啟電加熱催化劑(EHC);以及基于該EHC的第二溫度在 膨脹沖程期間有選擇地將燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)。 從本文提供的描述將會(huì)清楚其他應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解，該描述及具體實(shí)例僅用于 說(shuō)明之目的，并不意圖限制本公開(kāi)的范圍。


這里描述的附圖僅用于說(shuō)明之目的，不意圖以任何方式限制本公開(kāi)的范圍。 圖1是根據(jù)本公開(kāi)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)所用的減排系統(tǒng)的功能框圖； 圖2是根據(jù)本公開(kāi)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的功能框圖； 圖3是根據(jù)本公開(kāi)的示例性排氣布置； 圖4是根據(jù)本公開(kāi)的第二示例性排氣布置；以及 圖5是示出根據(jù)本公開(kāi)的減排方法的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)質(zhì)上，下面的描述僅僅是示例性的，并不意圖限制本公開(kāi)及其應(yīng)用或使用。應(yīng)該 理解，在各附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相似或相應(yīng)的零件或部件。用在本文中時(shí)，術(shù)語(yǔ)"模 塊"指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的處理器(共 享的、專用的或群組的)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路或提供所述功能的其它合適部件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，車(chē)輛100包括發(fā)動(dòng)機(jī)102。車(chē)輛100包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊104。發(fā) 動(dòng)機(jī)控制模塊104控制發(fā)動(dòng)機(jī)102的各種部件和功能。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊104可執(zhí)行多種操 作，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、診斷和維護(hù)。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊104接收來(lái)自各種傳感 器的信號(hào)，并基于這些信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)和/或計(jì)算。 車(chē)輛100包括進(jìn)氣口 106。車(chē)輛還包括燃料噴射器108以使燃料與空氣混合?？?氣/燃料(A/F)混合物通過(guò)進(jìn)氣門(mén)112被接收在活塞氣缸110中。當(dāng)進(jìn)氣相位器114向下 推動(dòng)在進(jìn)氣凸輪軸116上時(shí)，進(jìn)氣門(mén)112打開(kāi)?；钊麣飧譏IO壓縮空氣，火花塞118點(diǎn)燃A/ F混合物以氧化燃料并產(chǎn)生熱能，從而推進(jìn)車(chē)輛100。排氣凸輪相位器120致動(dòng)排氣凸輪軸 122，以打開(kāi)排氣門(mén)124并使排氣從氣缸110排出。排氣流過(guò)排氣結(jié)構(gòu)125。排氣結(jié)構(gòu)125 包括催化轉(zhuǎn)化器126，其去除未在活塞氣缸110內(nèi)氧化的任何殘留碳?xì)浠衔锶剂稀?
車(chē)輛100包括渦輪增壓器128。渦輪增壓器128利用來(lái)自正經(jīng)過(guò)的排氣的力壓縮 環(huán)境空氣。被壓縮的空氣以比不具有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)更高的壓力輸送至進(jìn)氣口 106。 額外的空氣壓力允許燃料噴射器108向活塞氣缸110中噴射更多的燃料，從而增大動(dòng)力和 扭矩輸出。由于排氣經(jīng)過(guò)渦輪增壓器128并對(duì)渦輪增壓器128內(nèi)的渦輪提供動(dòng)力，因而排 氣經(jīng)歷顯著的溫降。排氣溫度的降低增加了催化轉(zhuǎn)化器126被加熱至起燃溫度所花費(fèi)的時(shí) 間，這會(huì)增加排放。 現(xiàn)在參照?qǐng)D2，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊104包括排放控制模塊200。排放控制模塊200與 相位器致動(dòng)模塊202通訊，控制發(fā)動(dòng)機(jī)102內(nèi)的凸輪相位器。相位器致動(dòng)模塊202控制凸 輪相位器的延遲和提前。相位器致動(dòng)模塊202控制進(jìn)氣相位器和排氣相位器這二者，以改 善催化劑起燃之前(即，冷啟動(dòng)期間) 一段時(shí)間內(nèi)的排放(即，以減排模式運(yùn)行)。
排放控制模塊200與燃料噴射模塊204通訊。燃料噴射模塊204控制燃料噴射器 108。燃料噴射模塊204確定向活塞氣缸110內(nèi)噴射多少燃料。與催化劑起燃時(shí)刻之后相 比，催化劑起燃時(shí)刻之前的一段時(shí)間內(nèi)A/F比為貧的。燃料噴射模塊204可在冷啟動(dòng)期間 命令燃料噴射器124在氣缸110的膨脹沖程后期噴射附加燃料脈沖，以增大催化轉(zhuǎn)化器126 的加熱。 排放控制模塊200與溫度模塊206通訊。溫度模塊206與電加熱催化劑(EHC)溫 度傳感器208以及催化轉(zhuǎn)化器溫度傳感器210通訊。EHC溫度傳感器208和催化轉(zhuǎn)化器溫 度傳感器210測(cè)量催化轉(zhuǎn)化器126內(nèi)的催化劑溫度(例如，利用估算、利用溫度計(jì)和/或其 它方法)。溫度模塊206向排放控制模塊200傳送催化劑是否已達(dá)到其相應(yīng)的起燃溫度。
排放控制模塊200與EHC控制模塊212通訊。EHC控制模塊212基于從排放控制 模塊200接收到的控制信號(hào)而在開(kāi)關(guān)之間切換電加熱催化劑214。 現(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出了排氣結(jié)構(gòu)125的示例性布置。排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)102通過(guò)排氣 結(jié)構(gòu)125朝大氣流動(dòng)。排氣經(jīng)過(guò)催化劑，例如三元催化劑(TWC)/碳?xì)浠衔镂掌?02。 TWC/碳?xì)浠衔镂掌?02吸收排氣中的碳?xì)浠衔铮敝撂細(xì)浠衔镂掌?02達(dá)到閾 值溫度(僅作為示例，接近100攝氏度)。TWC/碳?xì)浠衔镂掌?02吸收碳?xì)浠衔?，?是允許諸如一氧化碳和氧氣的其它氣體通過(guò)。 一氧化碳和氧氣流入EHC 214中。電加熱催 化劑214利用氧氣氧化一氧化碳而產(chǎn)生二氧化碳及熱。來(lái)自氧化過(guò)程的熱加熱TWC 304，從 而減少TWC 304達(dá)到起燃溫度所需的時(shí)間，并因而減少催化轉(zhuǎn)化器126達(dá)到起燃溫度所需 的時(shí)間。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出的排氣結(jié)構(gòu)125的另一示例布置包括催化轉(zhuǎn)化器400和402。 催化轉(zhuǎn)化器400例如包括TWC 404和TWC/碳?xì)浠衔镂掌?06。如以上在圖3中所述， TWC/碳?xì)浠衔镂掌?06吸收碳?xì)浠衔?，并允許一氧化碳和氧氣通過(guò)。 一氧化碳和氧 氣流入催化轉(zhuǎn)化器402的EHC 408中。EHC 408利用氧氣氧化一氧化碳以產(chǎn)生二氧化碳及 熱，從而提高TWC 410的溫度。因此，TWC 410達(dá)到起燃溫度所需的時(shí)間減少。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出了渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的減排方法500。在步驟502中，開(kāi)啟發(fā) 動(dòng)機(jī)。在步驟504中，以貧A/F比(即，少于化學(xué)計(jì)量A/F比的燃料)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在步驟 506中，EHC控制模塊212開(kāi)啟EHC 214。在步驟508中，排放控制模塊200改變相位器正 時(shí)以獲得較低排放。也可利用雙噴射、延遲火花、早進(jìn)氣定相以及極貧空燃比之類的方法降 低排放。 在步驟510中，溫度模塊206確定電加熱催化劑的溫度。排放控制模塊200繼續(xù) 命令燃料噴射模塊204噴射貧乏量的燃料，并命令相位器致動(dòng)模塊202控制相位器正時(shí)以 獲得較低排放。當(dāng)電加熱催化劑214達(dá)到其起燃溫度時(shí)，排放控制模塊在步驟512中確定 催化轉(zhuǎn)化器126是否已達(dá)到其起燃溫度。若催化轉(zhuǎn)化器126未達(dá)到其起燃溫度，則方法500 繼續(xù)到步驟514。在步驟514中，排放控制模塊200指令相位器致動(dòng)模塊202以及燃料噴射 模塊204在活塞110的膨脹沖程后期包括附加燃料脈沖。結(jié)果，在排氣流中產(chǎn)生一氧化碳。 在步驟516中，將一氧化碳用于在電加熱催化劑214中進(jìn)行的氧化反應(yīng)以加熱催化轉(zhuǎn)化器 126。 在步驟518中，TWC/碳?xì)浠衔镂掌?02吸收排氣結(jié)構(gòu)125中的碳?xì)浠衔铩?TWC/碳?xì)浠衔镂掌?02吸收碳?xì)浠衔锱欧?，直至TWC/碳?xì)浠衔镂掌鬟_(dá)到閾值溫 度(僅作為示例，接近ioo攝氏度)。 在步驟520中，電加熱催化劑214氧化一氧化碳而為T(mén)WC 304產(chǎn)生熱。方法500 重復(fù)步驟512至520，直至催化轉(zhuǎn)化器126的TWC 304達(dá)到起燃溫度。當(dāng)TWC 304達(dá)到起燃 溫度時(shí)，方法500繼續(xù)到步驟522并使發(fā)動(dòng)機(jī)102正常運(yùn)行。例如，方法500關(guān)閉EHC并以 化學(xué)計(jì)量A/F比操作。 現(xiàn)在，本領(lǐng)域技術(shù)人員從以上描述可理解，本發(fā)明的廣義教導(dǎo)可以以各種形式實(shí) 施。因此，盡管對(duì)照其具體實(shí)例描述了本公開(kāi)，但是本發(fā)明的實(shí)際范圍不應(yīng)當(dāng)如此局限，因 為本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求將會(huì)清楚其它修改。
權(quán)利要求
一種減排系統(tǒng)，該減排系統(tǒng)包括排放控制模塊，該排放控制模塊基于催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度有選擇地將燃料噴射控制為貧空氣/燃料比，并基于該第一溫度有選擇地開(kāi)啟電加熱催化劑；以及燃料噴射模塊，該燃料噴射模塊基于所述電加熱催化劑的第二溫度在膨脹沖程和排氣沖程中的至少一個(gè)期間有選擇地將燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一溫度低于第一閾值時(shí)，所述排放控制模塊將燃料噴射控制為所述貧空氣/燃料比。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二溫度低于第二閾值時(shí)，所述燃料噴射模塊在膨脹沖程和排氣沖程中的至少一個(gè)期間噴射燃料。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一閾值對(duì)應(yīng)于所述催化轉(zhuǎn)化器的起燃溫度，所述第二閾值對(duì)應(yīng)于所述電加熱催化劑的起燃溫度。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一溫度大于或等于所述第一閾值時(shí)，所述排放控制模塊將燃料噴射控制為化學(xué)計(jì)量空氣/燃料比。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二溫度大于或等于所述第二閾值時(shí)，所述排放控制模塊關(guān)閉所述電加熱催化劑。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括相位器致動(dòng)模塊，該相位器致動(dòng)模塊基于所述第 一溫度有選擇地將進(jìn)氣相位器和排氣相位器控制為減排模式。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一溫度大于或等于所述第一閾值時(shí)，所述相位器致動(dòng)模塊有選擇地將所述進(jìn)氣相位器和所述排氣相位器中的至少一個(gè)控制為正常操作模式。
9. 一種減排方法，該方法包括基于催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度有選擇地將燃料噴射控制為貧空氣/燃料比；基于所述第一溫度有選擇地開(kāi)啟電加熱催化劑；以及基于所述電加熱催化劑的第二溫度在膨脹沖程期間有選擇地將燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述有選擇地控制包括當(dāng)所述第一溫度小于第一閾值時(shí)將燃料噴射控制為貧空氣/燃料比。
11. 如權(quán)利要求io所述的方法，其中所述有選擇地噴射包括當(dāng)所述第二溫度小于第二閾值時(shí)在膨脹沖程期間噴射燃料。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一閾值對(duì)應(yīng)于所述催化轉(zhuǎn)化器的起燃溫度，所述第二閾值對(duì)應(yīng)于所述電加熱催化劑的起燃溫度。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括當(dāng)所述第一溫度大于或等于所述第一閾值時(shí)，將燃料噴射控制為化學(xué)計(jì)量空氣/燃料比。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括當(dāng)所述第二溫度大于或等于所述第二閾值時(shí)，關(guān)閉所述電加熱催化劑。
15. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括基于所述第一溫度有選擇地將進(jìn)氣相位器和排氣相位器控制為減排模式。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括當(dāng)所述第一溫度大于或等于所述第一閾值時(shí)，有選擇地將所述進(jìn)氣相位器和所述排氣相位器中的至少一個(gè)控制為正常操作模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的減排系統(tǒng)，該減排系統(tǒng)包括排放控制模塊，該排放控制模塊基于催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度有選擇地將燃料噴射控制為貧A/F比，并基于該第一溫度有選擇地開(kāi)啟電加熱催化劑(EHC)。燃料噴射模塊基于所述EHC的第二溫度在膨脹沖程期間有選擇地將燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)。
文檔編號(hào)F01N3/36GK101725393SQ20091017403
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者E·V·岡策, H·G·桑托索 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司