CN105089836B - 用于紧密关联柴油机氧化催化器快速点燃的增加排气升温 - Google Patents

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Abstract

提供一种方法，用于产生用于与压缩点火式发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)的快速点燃。发动机包括与燃烧室流体连通的进气通道、用于控制通过进气通道的进入空气流的节流阀、和配置为将排气从燃烧室导通到DOC的排气通道。方法包括起动发动机以开始其升温且调节节流阀以限制进气气流到燃烧室的供应。方法另外包括在发动机排气循环期间喷射预定量燃料到燃烧室中，使得被喷射燃料被排气携带且在排气通道中燃烧。在发动机升温期间调节节流阀和喷射燃料一起增加排气的温度，以用于快速点燃紧密关联DOC。

Description

用于紧密关联柴油机氧化催化器快速点燃的增加排气升温
技术领域
本发明涉及用于增加用于柴油氧化催化器迅速点燃的排气温度升温的系统和方法，所述柴油氧化催化器紧密联接到压缩点火式发动机。
背景技术
内燃发动机(无论是火花塞点火式或是压缩点火式类型的)通常用于为车辆提供功率，作为主功率源或作为混合动力传动系的一部分。各种系统已经被具体开发为用于处理这种发动机的排出气体。
在压缩点火式的情况下，即柴油发动机的情况下，AT系统通常并入柴油氧化催化器(DOC)和选择性催化还原(SCR)催化器。DOC的主要用途是通过氧化和在催化器中存储碳氢化合物(HC)而降低碳氢化合物的量。在存在氨(NH3)的情况下，SCR催化器用于将氮氧化物(NOX)转换为双原子氮(N2)和水(H2O)。
通常，在排气的温度达到预定值，DOC在升高的温度下点燃，即被激活且达到运行效率。因此，DOC有时安装为非常接近(即关闭联接到)发动机，以便在排气达到DOC之前降低来自排气流的热能的损耗。
发明内容
提供一种方法，用于经由电子控制器产生用于与压缩点火式发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)的快速点燃。发动机包括进气通道、配置为控制通过进气通道到进入空气流供应的节流阀、与进气通道流体连通的燃烧室、和配置为将排气从燃烧室导通的紧密关联的DOC的排气通道。方法包括起动发动机以开始其升温。方法还包括在engine升温期间调节节流阀以限制进入空气流到燃烧室的供应。方法另外包括在发动机升温期间和在其排气循环期间将预定量的燃料喷射到燃烧室，使得喷射量的燃料被排气携带且在排气通道中燃烧。在发动机升温期间调节节流阀和将预定量燃料喷射到燃烧室中的步骤一起增加排气的温度，用于快速点燃紧密关联的DOC。
调节节流阀以限制进入空气流到燃烧室的供应的步骤可以包括，在节流阀可用开度的50-60％范围内调节节流阀。
发动机可以包括排气循环(EGR)阀，其配置为将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室，以用于在其中燃烧且由此限制排气中的氮氧化物(NOX)。
调节EGR阀以将预定部分排气从排气通道返回到燃烧室的步骤可以以开路操作的方式实现。调节EGR阀的动作也可以包括将EGR阀限制到其可用开度的大约30％。
发动机可以包括可变几何涡轮增压器(VGT)，所述涡轮增压器配置为使得进入空气流增压。在这种情况下，方法也可以包括在发动机升温期间调节VGT，以限制进入空气流中增压压力的产生且由此使得发动机的不稳定运行最小化。VGT可以包括配置为调节进入空气流中增压压力的多个可调整叶片。
调节VGT以限制进入空气流中增压压力的产生的步骤可以以开路操作的方式实现。
方法可以另外包括继续发动机的升温，直到排气达到120-130摄氏度范围的温度。
起动发动机、喷射预定量燃料到燃烧室中、调节EGR阀、调节VGT和继续发动机的升温的步骤每一个经由控制器实现。
还公开了具有控制器的系统，其配置为执行上述方法且实现紧密关联DOC的期望快速点燃。
本发明提供一种经由电子控制器产生用于与压缩点火式发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)的快速点燃的方法，该方法包括：起动发动机，以开始其升温，其中发动机包括进气通道、配置为控制通过进气通道的进入空气流的供应的节流阀、与进气通道流体连通的燃烧室、和配置为将排气流从燃烧室导通到紧密关联的DOC的排气通道；在发动机升温期间调节节流阀，以限制进入空气到燃烧室的流动；和在发动机升温期间和其排气循环期间将预定量的燃料喷射到燃烧室中，从而被喷射的预定量燃料被排气携带且在排气通道中燃烧；其中在发动机升温期间与喷射预定量燃料一起调节节流阀能用于增加排气的温度，以用于紧密关联的DOC的快速点燃。
在所述的方法中，调节节流阀以限制进入空气到燃烧室的流动包括，在节流阀可用开度的50-60％范围内调节节流阀。
在所述的方法中，发动机包括排气循环(EGR)阀，其配置为将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室，以用于在其中燃烧，且由此限制排气中的氮氧化物(NOX)，进一步包括在发动机升温期间调节EGR阀，以限制排气中的氮氧化物(NOX)。
在所述的方法中，调节EGR阀以将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室中以开路操作方式实现。
在所述的方法中，调节EGR阀包括将EGR阀限制到其可用开度的大约30％。
在所述的方法中，发动机包括可变几何涡轮增压器(VGT)，其配置为使得进入空气流增压，进一步包括在发动机升温期间调节VGT，以限制进入空气流中增压压力的产生且由此使得发动机的不稳定运行最小化。
在所述的方法中，VGT包括配置为调节进入空气流中增压压力的多个可调整叶片。
在所述的方法中，调节VGT以限制进入空气流中增压压力的产生以开路操作方式实现。
所述的方法进一步包括继续发动机的升温直到排气达到120-130摄氏度范围的温度。
在所述的方法中，起动发动机、将预定量燃料喷射到燃烧室中、调节EGR阀、调节VGT和继续发动机的升温的步骤每一个均经由控制器实现。
本发明提供一种用于产生用于与压缩点火式发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)的快速点燃的系统，该系统包括：发动机，具有：进气通道；节流阀，配置为控制通过进气通道的进入空气流供应；燃烧室，与进气通道流体连通；和排气通道，配置为将排气流从燃烧室导通到紧密关联的DOC；和控制器配置为:起动发动机以开始其升温；在发动机升温期间调节节流阀，以限制进入空气到燃烧室的流动；和在发动机升温期间和其排气循环期间将预定量的燃料喷射到燃烧室中，从而被喷射的预定量燃料被排气携带且在排气通道中燃烧；其中在发动机升温期间经由控制器与喷射预定量的燃料一起调节节流阀能用于增加排气的温度，以用于紧密关联的DOC的快速点燃。
在所述的系统中，控制器被编程为在节流阀的可用开度的50-60％范围内调节节流阀。
在所述的系统中，发动机另外包括排气循环(EGR)阀，其配置为将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室以用于在其中燃烧，且控制器进一步配置为在发动机升温期间调节EGR阀，以限制排气中的氮氧化物(NOX)。
在所述的系统中，控制器配置为调节EGR阀，以经由开路操作将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室。
在所述的系统中，控制器配置为经由将EGR阀限制到其可用开度的大约30％而调节EGR阀。
在所述的系统中，发动机另外包括可变几何涡轮增压器(VGT)，其配置为使得进入空气流增压，且控制器进一步配置为在发动机升温期间调节VGT，以限制进入空气流中增压压力的产生且由此使得发动机的不稳定运行最小化。
在所述的系统中，VGT包括多个可调整叶片，所述多个可调整叶片配置为调节进入空气流中的增压压力，且其中多个可调整叶片被控制器调节。
在所述的系统中，控制器配置为调节VGT，以经由开路操作限制进入空气流中增压压力的产生。
在所述的系统中，控制器另外配置为继续发动机的升温，直到排气达到120-130摄氏度范围的温度。
本发明提供一种经由电子控制器产生与压缩点火式发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)的快速点燃的方法，该方法包括：起动发动机，以开始其升温，其中发动机包括进气通道、配置为控制通过进气通道的进入空气流供应的节流阀、与进气通道流体连通的燃烧室和配置为将排气从燃烧室导通到紧密关联的DOC的排气通道；发动机包括排气循环(EGR)阀，其配置为将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室以用于在其中燃烧，且由此限制排气中的氮氧化物(NOX)；和可变几何涡轮增压器(VGT)，配置为使得进气气流增压；在发动机升温期间调节节流阀，以限制进入空气流到燃烧室的供应；在发动机升温期间和其排气循环期间将预定量的燃料喷射到燃烧室中，从而被喷射量的燃料被排气携带且在排气通道中燃烧；在发动机升温期间调节EGR阀，以将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室以用于在其中燃烧且由此限制排气中的氮氧化物(NOX)；在发动机升温期间调节VGT，以限制进入空气流中增压压力的产生且由此使得发动机的不稳定运行最小化；和继续发动机的升温直到排气达到120-130摄氏度范围的温度；其中:调节节流阀、喷射预定量燃料、调节EGR阀相组合用于增加排气温度，以用于快速点燃紧密关联的DOC。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
图1是包括压缩点火式内燃发动机的车辆的示意图，内燃发动机具有排气循环(EGR)阀和可变几何涡轮增压器(VGT)；发动机与排气后处理(AT)系统流体连接，所述系统具有与发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)。
图2是如图1所示的发动机的示意性透视近距视图。
图3是图1和2所示的VGT的示意性截面图。
图4是用于产生图1所示的DOC的快速点燃的方法的流程图。
图5是用于产生用于图1所示DOC的快速点燃的替换方法的流程图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记指示相同的部件，图1显示了车辆10的示意图。车辆10并入包括内燃发动机12的动力传动系。发动机12配置为压缩点火式的，即柴油机类型。发动机12将其扭矩通过变速器18且经由驱动或推进轴20施加到被驱动车轮14和/或16(如图1所示)。
如图2所示，发动机12包括曲轴22和限定了燃烧室24的汽缸，燃烧室配置为在其中燃烧燃料和空气的混合物。虽然单个燃烧室24被示出，但是发动机12可以按照发动机的具体设计所需而包括尽可能多的这种燃烧室。发动机12还包括进气通道26，进气通道与燃烧室24流体连通。进气通道26配置为将来自大气或环境的进入空气流28动输送到燃烧室24。如图1所示，节流阀30(例如具有可动节流阀片30A(如图2所示))定位在进气通道26中且配置为控制通过进气通道输送到燃烧室24的进入空气流28的供应。
另外如图2所示，每一个燃烧室24还包括活塞31和连接杆，所述连接杆未示出，但是其存在为本领域技术人员所理解。每一个活塞31配置为在相应燃烧室24中的燃烧力下往复运动，且由此经由连接杆旋转曲轴22且调节燃烧室的容积。另外如图2所示，每一个燃烧室24可以设置有第一进气阀32、第二进气阀34、第一排气阀36和第二排气阀38。每一个进气阀32、34配置为在发动机12推进车辆10时控制进入相应燃烧室24的空气或空气和燃料的供应。每一个排气阀36、38配置为控制经由排气通道42从相应燃烧室24的燃烧后排气40的去除。虽然在本文描述且在附图中示出了两个进气阀32、34和两个排气阀36、38，但是不排除发动机12配备有更少或更多数量的进气阀和排气阀。
如图1所示，发动机12可以包括排气循环(EGR)阀44EGR阀44配置为提供排气通道42和燃烧室24之间的选择性流体连通，设计和构造为选择性地限制排气通道42。因而，排气通道42将排气流40从燃烧室24导通到EGR阀44。EGR阀44随后将排气40的一部分40A从排气通道42返回到进气通道26和从进气通道返回到燃烧室24，以用于进一步在其中燃烧。排气40的该部分40A的这种额外燃烧通常目的是限制排气中氮氧化物(NOX)的存在。
如图1和2所示，发动机12可以另外包括可变几何涡轮增压器(VGT)46，该涡轮增压器定位在进气通道26处且配置为在将进气气流输送到燃烧室24之前使得进入空气流28增压。VGT46可以包括具有多个可动叶片46A的可变位置叶片机构，如图3所示叶片46A配置为根据发动机12的运行速度调试VGT的操作且由此有助于增加发动机运行效率。排气通道42配置为将排气40从燃烧室24导通到VGT46，用于使得进入空气流28增压且随后的将排气导通到AT系统。虽然显示了VGT46，但是并不排除在没有功率增加装置的情况下配置和运行发动机12。
如图2所示，发动机12另外包括燃料喷射器48。燃料喷射器48针对每一个燃烧室24设置且配置为供应经计量量的燃料50以用于与进入空气流28混合且在相应燃烧室24中燃烧。在发动机12起动之后，进入空气流28和燃料50的混合物在燃烧室24中的燃烧在发动机运行的瞬时升温阶段稳定地增加排气40的温度和整个发动机的温度。如本领域技术人员所理解的，废气排放、燃料效率和发动机12的功率输出均会受到发动机12的运行温度的影响。
车辆10还包括柴油发动机后处理(AT)系统52。AT系统52可以包括一些排气后处理装置，其配置为按一定方法从排气40除去发动机燃烧的大部分含碳颗粒副产物且降低这种颗粒向大气中的排放。如所示的，AT系统52包括柴油氧化催化器(DOC)54。DOC 54配置为存储和燃烧碳氢化合物(HC)，而选择性催化还原(SCR)催化器55A可以布置在DOC 54下游，如所示的，用于将氮氧化物(NOX)转换为二原子氮N2和水(H2O)。通常，DOC 54被激活且在达到高温度的运行效率。另外，在发动机12的低温度下，存在于排气40中的更高供应浓度的碳氢化合物可以阻止催化器的激活。如图1所示，DOC 54可以安装为非常接近(即紧密关联到)VGT 46，以便在气体达到DOC之前降低向环境的热能损耗。除了DOC 54，AT系统52可以包括柴油机颗粒过滤器(DPF)55B，以及上述SCR催化器。虽然SCR催化器或DPF都没有被详细描述，但是这种后处理装置的操作对本领域技术人员来说是已知的。
参考图1，车辆10还可以包括配置为调节发动机12的运行的控制器56。控制器56包括实体且非瞬时的存储器。存储器可以是参与提供计算机可读数据或过程指令的任何可记录的介质。这种介质可以采取许多形成，包括但不限于非易失介质和易失介质。非易失介质可以包括例如光盘或磁盘和其他永久存储器。易失介质可以包括例如动态随机存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。这种指令可以一个或多个传递介质，包括同轴线缆、铜导线和光学纤维，包括含有联接到计算机处理器的系统总线的导线。控制器56的存储器也可以包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质等。控制器56可配置或配备有其他所需计算机硬件，例如高速时钟、必要的模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路，任何必要的输入/输出电路和装置(I/O)，以及适当的信号调节和/或缓冲器电路。控制器56所需的可获取的任何算法由此可以存储在存储器中且自动地执行以提供所需的功能。
作为发动机12控制操作的一部分，控制器56配置为起动发动机12，用于在发动机12达到稳定运行温度之前开始升温瞬时循环(warm-up transient cycle)。控制器56还配置为在发动机12的升温过程中调节节流阀30，以限制进入空气流28向燃烧室24的供应。产生目标进入空气28的质量的节流阀30预设位置可以基于实验室中和/或车辆测试期间DOC54的期望点燃率按经验确定。具体说，控制器56可以被编程为在节流阀30的可用开度的50-60％范围内调节节流阀30。流入燃烧室24的进入空气28的实际质量可以被适当传感器58感测并通信到控制器56，以用于判断是否达到进入空气28的目标质量。
控制器56也可以被配置为在发动机运行于排气循环时在发动机12升温期间命令燃料喷射器48将预定量的燃料50喷射到燃烧室24。在发动机12升温期间和发动机的排气循环期间的预定量燃料50的这种喷射允许喷射量的燃料50被排气40携带且在排气通道42中燃烧，以由此增加排气的温度。
在如上所述的发动机12的升温期间节流阀30和燃料喷射器48的组合调节目的是，与没有这种调节的发动机升温期间相比，增加排气40的温度，以用于更快速地点燃紧密联接的DOC 54，同时限制可在DOC点燃之前滑动通过DOC 54的碳氢化合物的量。因而，排气40的温度可以更快速地增加，从而发动机12的起动和下游SCR催化器55A可有效地将NOX转换为N2和H2O的时刻之间的时间阶段或排气升温阶段可以缩短。另外，如上所述的节流阀30和燃料喷射器48的组合调节目的是在升温阶段期间降低燃料50的想好。
控制器56另外可以配置为在发动机12的升温期间调节EGR阀44，以限制排气40中的氮氧化物(NOX)。控制器56也可以被配置为调节EGR阀44，以经由开路操作(open loopoperation)将预定部分的排气40从排气通道42返回到燃烧室24。EGR阀44的开路控制目的是向燃烧室24提供足够量的循环排气40，用于降低排气40中的NOX，而不需要连续调整EGR阀。EGR阀44的有效的预设或目标位置可以基于实验室和/或车辆测试期间DOC 54的期望点燃率按经验确定。具体说，控制器56可以配置为经由限制EGR阀而将EGR阀44调节到其可用开度的大约30％。
另外，在发动机12还包括VGT 46的情况下，控制器56可以进一步配置为在发动机升温期间调节VGT 46的多个可调整叶片46A，以限制在空气流28中增压压力的产生。VGT 46的这种控制目的是使得瞬时升温循环期间发动机12的不稳定运行最小化，且可以通过控制器56经由开路操作实现，而不需要叶片46A位置的反馈。
控制器56可以配置为采用所述方式继续排气40的升温阶段，直到排气达到预定温度，例如120-130摄氏度的范围。在排气40升温阶段完成之后，排气目的是达到足够的温度，以用于让紧密联接的DOC 54有效地燃烧HC。因而，在排气40升温阶段之后，控制器56可以配置为切换到一算法，在该算法中节流阀30、燃料喷射器48、EGR阀44和VGT 46的操作目的是稳定且瞬时的操作状态，且很可能被完全暖的发动机12遇到。
图4显示了经由电子控制器56产生与压缩点火式发动机12紧密关联的DOC 54的快速点燃，如上针对图1-3所述。方法60在图框62开始，起动发动机12以开始其升温。方法60随后从图框62前进到图框64且包括在发动机12升温期间让控制器56调节节流阀30，以限制进入空气28到燃烧室24的流动。在图框64之后，在图框66，方法60包括在发动机12升温期间和在排气循环期间将预定量的燃料50喷射到燃烧室24，从而被喷射的预定量燃料50随后被排气40携带且在排气通道42中燃烧。因而，如上针对图1和2所述的，在发动机12升温期间与喷射预定量燃料50一起调节节流阀30的步骤用于增加排气40的温度，以用于快速点燃紧密关联的DOC 54。
根据方法60，在图框66之后，方法可以前进到图框68，用于在发动机12升温期间调节EGR阀44，以降低排气40中NOX的量。此外，在图框66或图框68之后，方法60可以前进到图框70，其中方法包括在发动机12升温期间调节VGT 46，以限制进入空气流28中增压压力的产生且由此使得发动机的不稳定运行最小化。进而，在图框66、68、或70之后，方法60可以前进到图框72，其中方法包括使得发动机12继续升温，直到排气40达到120-130摄氏度范围的温度。方法60可以在图框74结束，控制器56切换到一算法，在该算法中一旦紧密关联的DOC54的点燃已经实现则达到发动机12的完全升温运行。对节流阀30、燃料喷射器48、EGR阀44和VGT 46的控制可以随后被切换到一算法，该算法目的是实现发动机12的完全升温操作。
图5显示了用于有助于让进入紧密关联的DOC 54中的排气40快速增加温度的替换方法80。方法80在图框82开始，起动发动机12以开始其升温。方法80随后从图框82前进到图框84且可以包括在发动机12升温期间让控制器56将EGR阀44调节到预设或目标位置，例如可用开度的大约30％。如果达到EGR阀44的目标位置，则方法80可以前进到图框86，其中方法包括在发动机12升温期间用控制器56调节节流阀30，以限制进入空气28到燃烧室24的流动。如上针对图1和2所述，节流阀30可以在其可用开度的50-60％范围内调节。
如果达到节流阀30的目标位置，方法80可以前进到图框88，其中方法80可以包括将预定量的燃料50喷射到燃烧室24中。另外，在图框88之后方法80可以继续调节VGT 46，如上针对图1-3所述的。在紧密关联的DOC54的点燃在图框86或图框88之后已经实现的情况下，方法80可以在图框90结束。在方法80完成之后，控制器56可以切换到一算法，在该算法中实现发动机12的完全升温运行，其中节流阀30、燃料喷射器48、EGR阀44和VGT 46被具体针对该状态控制。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。进而，附图所示的实施例或本发明说明书提到的各种实施例的特点不应被理解为是彼此独立的实施例。相反，实施例的一个例子中所述的每一个特点可以与其他实施例的一个或多个其他期望特点组合，形成并未参考附图所述的其他实施例因而，这种其他实施例落入所附权利要求的范围。

Claims (9)

1.一种经由电子控制器产生用于与压缩点火式发动机紧密关联的柴油氧化催化器(DOC)的快速点燃的方法，该方法包括：
起动发动机，以开始其升温，其中发动机包括进气通道、配置为控制通过进气通道的进入空气流的供应的节流阀、与进气通道流体连通的燃烧室、和配置为将排气流从燃烧室导通到紧密关联的DOC的排气通道；
在发动机升温期间调节节流阀，以限制进入空气到燃烧室的流动；
在发动机升温期间和其排气循环期间将预定量的燃料喷射到燃烧室中，从而被喷射的预定量燃料被排气携带且在排气通道中燃烧；
其中在发动机升温期间与喷射预定量燃料一起调节节流阀能用于增加排气的温度，以用于紧密关联的DOC的快速点燃；
继续在发动机升温期间与喷射预定量燃料一起调节节流阀直到排气达到120-130摄氏度范围的温度；以及
在排气达到120-130摄氏度范围的温度之后，完成发动机的升温和紧密关联的DOC的快速点燃，以及切换到控制算法用于完全暖的发动机。
2.如权利要求1所述的方法，其中调节节流阀以限制进入空气到燃烧室的流动包括，在节流阀可用开度的50-60％范围内调节节流阀。
3.如权利要求1所述的方法，其中发动机包括排气循环(EGR)阀，其配置为将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室，以用于在其中燃烧，且由此限制排气中的氮氧化物(NOX)，该方法进一步包括在发动机升温期间调节EGR阀，以限制排气中的氮氧化物(NOX)。
4.如权利要求3所述的方法，其中调节EGR阀以将预定部分的排气从排气通道返回到燃烧室中以开路操作的方式实现。
5.如权利要求4所述的方法，其中调节EGR阀包括将EGR阀限制到其可用开度的大约30％。
6.如权利要求3所述的方法，其中发动机包括可变几何涡轮增压器(VGT)，其配置为使得进入空气流增压，该方法进一步包括在发动机升温期间调节VGT，以限制进入空气流中增压压力的产生且由此使得发动机的不稳定运行最小化。
7.如权利要求6所述的方法，其中VGT包括配置为调节进入空气流中增压压力的多个可调整叶片。
8.如权利要求6所述的方法，其中调节VGT以限制进入空气流中增压压力的产生以开路操作方式实现。
9.如权利要求6所述的方法，其中起动发动机、将预定量燃料喷射到燃烧室中、调节EGR阀、调节VGT和继续发动机的升温中的每一步均经由控制器实现。
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