次級(jí)空氣引入系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了用于加熱排放控制設(shè)備的實(shí)施例。在一個(gè)示例中，用于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間，將增壓空氣從壓縮機(jī)下游傳送到跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道中，并且使還原劑與所述增壓空氣在排氣排放控制設(shè)備上游發(fā)生放熱反應(yīng)。這樣，增壓空氣可以用來啟動(dòng)放熱反應(yīng)，從而加熱設(shè)備。
【專利說明】次級(jí)空氣引入系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的次級(jí)空氣引入系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]例如催化轉(zhuǎn)化器的排氣排放控制設(shè)備在達(dá)到預(yù)定的操作溫度之后，會(huì)實(shí)現(xiàn)較高的排放減少。因此，為了降低車輛排放，存在各種方法可以盡可能快地提高排放控制設(shè)備溫度。
[0003]在提高排放控制設(shè)備溫度的一種途徑中，以富空氣-燃料比來操作發(fā)動(dòng)機(jī)，并且次級(jí)空氣被直接引入到排放控制設(shè)備上游的排氣中。此類系統(tǒng)公開在美國專利號(hào)5，136,842中。在該系統(tǒng)中，來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的過量燃料排出到排氣中，在此其與排放控制設(shè)備上游的次級(jí)空氣反應(yīng)。反應(yīng)的燃料增加排氣的溫度，因此加熱排放控制設(shè)備。然而，為了將次級(jí)空氣引入到排氣中，使用次級(jí)空氣泵以便將次級(jí)空氣的壓力增加到高于排氣壓力。使用此類泵會(huì)降低燃料效率，并且需要附加的封裝空間，因此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本文中的
【發(fā)明者】已經(jīng)認(rèn)識(shí)到上述途徑的問題所在，并且提供了至少部分解決這些問題的方法。在一種實(shí)施例中，用于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間，將增壓空氣從壓縮機(jī)下游傳送到跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道中，以及使還原劑與排氣排放控制設(shè)備上游的增壓空氣發(fā)生放熱反應(yīng)。
[0005]這樣，壓縮機(jī)下游的增壓空氣可以被引導(dǎo)到排放控制設(shè)備上游的排氣，而不需利用單獨(dú)的泵。通過利用壓縮機(jī)下游節(jié)氣門入口壓力和靠近將次級(jí)空氣被引入到廢氣門中所處位置的渦輪機(jī)出口壓力之間的壓差，增壓空氣可以被驅(qū)使到排氣中，而不需要單獨(dú)的加壓機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步，在一些示例中，可以使用廢氣門來控制排氣和引入的增壓空氣之間的反應(yīng)，其中該廢氣門經(jīng)廢氣門管道調(diào)整繞開渦輪機(jī)的排氣量。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括:在第一模式期間，打開次級(jí)空氣閥門從而將增壓空氣傳送到跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道中，以及調(diào)整設(shè)置在廢氣門管道中的廢氣門，從而將需要量的排氣傳送到廢氣門管道中；并且在第二模式期間，關(guān)閉次級(jí)空氣閥門，以及基于需要的增壓，調(diào)節(jié)廢氣門。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，第一模式包括渦輪機(jī)下游的排放控制設(shè)備經(jīng)受再生事件，并且其中第二模式包括排放控制設(shè)備處于非再生狀態(tài)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，排氣的需要量基于排氣空燃比。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，排氣的需要量基于節(jié)氣門入口壓力。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在第一模式期間，以富空燃比操作發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在第二模式期間，以大致化學(xué)計(jì)量空燃比操作發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:發(fā)動(dòng)機(jī)；渦輪增壓器，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)上游的壓縮機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)下游的渦輪機(jī)；廢氣門管道，其跨過渦輪機(jī)耦合，并且包括廢氣門；以及次級(jí)空氣導(dǎo)管，其將壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣通道耦合到廢氣門管道。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括布置在次級(jí)空氣導(dǎo)管中的次級(jí)空氣閥門。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，其包括在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)條件期間打開次級(jí)空氣閥門從而將增壓空氣傳送到廢氣門管道的指令。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施例中，控制器進(jìn)一步包括，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間，調(diào)整廢氣門從而傳送需要量的排氣到廢氣門管道的指令。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施例中，控制器進(jìn)一步包括，基于節(jié)氣門入口壓力和排空燃比來調(diào)節(jié)廢氣門一定量的指令。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中，傳送的增壓空氣與排氣排放控制設(shè)備上游的排氣中的還原劑發(fā)生放熱反應(yīng)，從而加熱排放控制設(shè)備。
[0017]本公開可以提供若干優(yōu)點(diǎn)。例如，通過依賴于增壓空氣而不是泵加壓的空氣，可以省卻單獨(dú)的空氣泵，因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。另外，通過將增壓空氣引入廢氣門管道，通過廢氣門可以控制排氣中的還原劑和增壓空氣之間的反應(yīng)，因此確保渦輪機(jī)、排放控制設(shè)備或其它排氣系統(tǒng)部件不經(jīng)受會(huì)導(dǎo)致部件退化的高溫。
[0018]當(dāng)單獨(dú)考慮下面的詳細(xì)描述，或結(jié)合附圖時(shí)，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)、其他優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)是非常顯然的。
[0019]應(yīng)該明白，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了而以簡要的方式介紹詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的選擇性概念。其不是指鑒別要求的主題的關(guān)鍵或?qū)嵸|(zhì)特征，其保護(hù)范圍僅僅由詳細(xì)描述后面的權(quán)利要求所限定。此外，要求的主題不限于解決上述任何確定的執(zhí)行方法或本公開的任何部分中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0021]圖2顯示說明經(jīng)引入增壓空氣用于加熱排放控制設(shè)備的方法的流程圖。
[0022]圖3是說明在圖2方法的執(zhí)行期間，各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了迅速地加熱排放控制設(shè)備，例如催化轉(zhuǎn)化器，車輛可以包括次級(jí)空氣引入系統(tǒng)，其也被稱為進(jìn)氣道電子熱反應(yīng)器空氣(PETA)系統(tǒng)，從而將富含氧氣的次級(jí)空氣引入到排放控制設(shè)備上游的排氣中。次級(jí)空氣中的過量氧氣將與排氣中的還原劑反應(yīng)，例如與未燃燒的燃料反應(yīng)，從而產(chǎn)生將加熱排放控制設(shè)備的放熱反應(yīng)。為了有效地將次級(jí)空氣引入排氣，壓縮機(jī)下游的增壓空氣可以被引導(dǎo)到排氣中，或者經(jīng)跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道或者經(jīng)排氣通道。在一些實(shí)施例中，可以通過調(diào)整廢氣門管道中的廢氣門，提供對(duì)反應(yīng)的控制。圖1是示例性發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括經(jīng)配置從而實(shí)施圖2中方法的次級(jí)空氣引入系統(tǒng)和控制器。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間(其中經(jīng)次級(jí)空氣加熱排放控制設(shè)備)的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)被顯不在圖3中。
[0024]圖1是顯示多缸發(fā)動(dòng)機(jī)10中一個(gè)氣缸的示意圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以被包括在機(jī)動(dòng)車輛的推進(jìn)系統(tǒng)中。可以至少部分通過包括控制器12的控制系統(tǒng)以及通過車輛操作者132經(jīng)輸入設(shè)備130的輸入,來控制發(fā)動(dòng)機(jī)10。在這個(gè)示例中,輸入設(shè)備130包括加速器踏板和踏板位置傳感器134，以用于產(chǎn)生成比例踏板位置信號(hào)PP。發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室(即，氣缸)30可以包括燃燒室壁32，其活塞36設(shè)置在其內(nèi)。活塞36可以耦合到機(jī)軸40，以便活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸40可以經(jīng)中間變速器系統(tǒng)被耦合到車輛的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。進(jìn)一步，起動(dòng)機(jī)馬達(dá)可以經(jīng)飛輪被耦合到曲軸40，從而使能發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)操作。
[0025]燃燒室30可以經(jīng)進(jìn)氣通道42接收來自于進(jìn)氣歧管44的進(jìn)氣空氣，并且可以經(jīng)排氣通道48排放燃燒氣體。進(jìn)氣歧管44和排氣通道48能夠選擇性地分別經(jīng)進(jìn)氣門52和排氣門54連通燃燒室30。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以包括兩個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或更多排氣門。
[0026]在這個(gè)示例中，可以分別經(jīng)凸輪致動(dòng)系統(tǒng)51和53通過凸輪致動(dòng)來控制進(jìn)氣門52和排氣門54。凸輪致動(dòng)系統(tǒng)51和53均可以包括一個(gè)或更多個(gè)凸輪，并且可以利用凸輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(shí)(VCT)、可變氣門正時(shí)(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)，所述系統(tǒng)可以通過控制器12來操作從而改變氣門操作?？梢苑謩e通過位置傳感器55和57確定進(jìn)氣門52和排氣門54的位置。在替代性實(shí)施例中，可以通過電動(dòng)氣門致動(dòng)，控制進(jìn)氣門52和/或排氣門54。例如，氣缸30可以替代性地包括經(jīng)電動(dòng)氣門致動(dòng)來控制的進(jìn)氣門以及經(jīng)凸輪致動(dòng)(包括CPS和/或VCT系統(tǒng))來控制的排氣門。
[0027]顯示的燃料噴射器66被布置在進(jìn)氣歧管44中，其構(gòu)造可以提供將燃料以被稱為進(jìn)氣道噴射的方式噴射到燃燒室30上游的進(jìn)氣端口中。燃料噴射器66可以經(jīng)電子驅(qū)動(dòng)器68與從控制器12接收的信號(hào)FPW的脈沖寬度成比例地噴射燃料。燃料可以通過燃料系統(tǒng)(沒有顯示)傳送到燃料噴射器66，該燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵和燃料軌。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以替代性地或另外包括直接耦合到燃燒室30的燃料噴射器，以用于將燃料直接噴射到其內(nèi)，這種方式被稱為直接噴射。
[0028]進(jìn)氣通道42可以包括節(jié)氣門62，其具有節(jié)流板64。在該具體示例中，可以通過控制器12經(jīng)提供到包括節(jié)氣門62的電動(dòng)馬達(dá)或致動(dòng)器的信號(hào)來改變節(jié)流板64的位置，這構(gòu)造通常被稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)。以此方式，可以操作節(jié)氣門62從而改變被提供到除了其它發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸之外的燃燒室30的進(jìn)氣空氣?？梢酝ㄟ^節(jié)氣門位置信號(hào)TP，將節(jié)流板64的位置提供給控制器12。進(jìn)氣通道42可以包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122以用于將相應(yīng)信號(hào)MAF和MAP提供給控制器12。
[0029]在選定操作模式下，響應(yīng)于來自于控制器12的火花提前信號(hào)SA，點(diǎn)火系統(tǒng)88能夠經(jīng)火花塞92將點(diǎn)火火花提供到燃燒室30。雖然在一些實(shí)施例中顯示了火花點(diǎn)火部件，但是可以在壓縮點(diǎn)火模式下，在有或沒有點(diǎn)火火花的情況下，操作發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室30或一個(gè)或更多個(gè)其它燃燒室。
[0030]顯不的排氣傳感器126被稱合到排放控制設(shè)備70上游的排氣通道48。傳感器126可以是任何合適的傳感器以用于提供對(duì)排氣空燃比的指示，例如線性氧傳感器或UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (加熱的EGO)、NOx, HC或CO傳感器。顯示的排放控制設(shè)備70在排氣傳感器126下游沿著排氣通道48布置。設(shè)備70可以是三元催化劑/器(TWC)、N0x捕集器、各種其它排放控制設(shè)備或其組合。在一些實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作期間，可以通過在具體空燃比內(nèi)操作發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)氣缸，周期性地重置排放控制設(shè)備70。[0031]發(fā)動(dòng)機(jī)10可以進(jìn)一步包括壓縮設(shè)備，例如渦輪增壓器或機(jī)械增壓器，其至少包括沿著進(jìn)氣通道42布置的壓縮機(jī)162。對(duì)于渦輪增壓器，壓縮機(jī)162可以至少部分由沿著排氣通道48布置的渦輪機(jī)164(例如，經(jīng)軸)驅(qū)動(dòng)?？梢酝ㄟ^設(shè)置在跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道166中的廢氣門168來調(diào)整穿過渦輪機(jī)164的空氣流動(dòng)。當(dāng)廢氣門168打開時(shí)，排氣可以繞開渦輪機(jī)164，并且實(shí)際上在被允許進(jìn)入渦輪機(jī)164下游的排氣通道48之前穿過廢氣門管道166。以此方式，可以調(diào)整渦輪機(jī)速度，并且因此可以調(diào)整增壓壓力?？梢酝ㄟ^從控制器12發(fā)送的信號(hào)來控制廢氣門168的位置。對(duì)于機(jī)械增壓器，壓縮機(jī)162可以至少部分由發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)器所驅(qū)動(dòng)，并且可以不包括渦輪機(jī)。因此，可以通過控制器12改變經(jīng)渦輪增壓器或機(jī)械增壓器提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或更多個(gè)氣缸的壓縮量(例如，增壓)。進(jìn)一步，傳感器123可以被布置在進(jìn)氣歧管44中，以用于將BOOST信號(hào)提供給控制器12。
[0032]發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括次級(jí)空氣引入系統(tǒng)，從而將次級(jí)空氣引入排氣系統(tǒng)。次級(jí)空氣導(dǎo)管170可以將壓縮機(jī)162下游的進(jìn)氣通道42耦合到排氣系統(tǒng)。在第一實(shí)施例中，次級(jí)空氣導(dǎo)管170可以在其下游端被耦合到廢氣門168下游的廢氣門管道166。以此方式，來自于壓縮機(jī)162下游的增壓空氣可以經(jīng)次級(jí)空氣導(dǎo)管170被引導(dǎo)到廢氣門管道166。次級(jí)空氣導(dǎo)管170的出口可以在端口 172處被耦合廢氣門管道166的入口。在次級(jí)空氣導(dǎo)管170中通過控制器12調(diào)整的次級(jí)空氣閥門174可以調(diào)整被引導(dǎo)到廢氣門管道166的增壓空氣量。可以通過廢氣門168來控制被引入到廢氣門管道166中的排氣量。以此方式，排氣中的未燃燒的烴類或其它還原劑可以與被引入的次級(jí)空氣中的氧氣發(fā)生放熱反應(yīng)，釋放熱量，從而升高下游排放控制設(shè)備(例如，排放控制設(shè)備70)的溫度。另外，通過將增壓空氣引導(dǎo)到廢氣門管道，可以節(jié)約發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的封裝空間。例如，通過將次級(jí)空氣導(dǎo)管的入口定位在接近壓縮機(jī)的下游側(cè)，到排氣系統(tǒng)的最短路徑將導(dǎo)致次級(jí)空氣導(dǎo)管出口接近廢氣門管道。進(jìn)一步，通過分別經(jīng)次級(jí)空氣閥門174和廢氣門168，來控制被引導(dǎo)到廢氣門管道166的增壓空氣量和排氣量，可以調(diào)整放熱反應(yīng)，從而維持需要的反應(yīng)溫度和/或速率。
[0033]在第二種實(shí)施例中，如圖1中的虛線所描述，次級(jí)空氣導(dǎo)管170可以在其下游端處被耦合到渦輪機(jī)164下游的排氣通道48。在該實(shí)施例中，還可以經(jīng)次級(jí)空氣閥門174控制被引入到排氣的次級(jí)空氣或增壓空氣的量。因?yàn)樵跍u輪機(jī)出口處的排氣壓力通常低于壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣空氣的壓力，所以次級(jí)空氣可以被驅(qū)動(dòng)到排氣通道，而不需要附加的加壓機(jī)構(gòu)，無論次級(jí)空氣是被直接傳送到渦輪機(jī)下游的排氣通道，還是次級(jí)空氣被引導(dǎo)到廢氣門管道。然而，在一些條件下，例如恰在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，渦輪機(jī)出口處的排氣壓力可以高于壓縮機(jī)下游的壓力。為了防止在這些條件下排氣行進(jìn)到進(jìn)氣通道，止回閥176可以存在于次級(jí)空氣管道170中。
[0034]在圖1中，控制器12被顯示為微型計(jì)算機(jī)，其包括微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出端口(I/O) 104、用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲(chǔ)介質(zhì)(在該具體示例中顯示為只讀存儲(chǔ)器芯片(ROM) 106)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 108、保活存儲(chǔ)器(KAM) 110和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可以從被耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器接收各種信號(hào)，除了先前討論的那些信號(hào)之夕卜，還包括:來自于質(zhì)量空氣流量傳感器120的引入質(zhì)量空氣流量(MAF)的測(cè)量值；來自于被耦合到冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT);來自于被耦合到曲軸40的霍爾效應(yīng)傳感器118 (或其它類型)的表面點(diǎn)火感測(cè)信號(hào)(PIP);來自于節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);和來自于傳感器122的絕對(duì)歧管壓力信號(hào)MAP。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)RPM可以由控制器從信號(hào)PIP產(chǎn)生。來自于歧管壓力傳感器的歧管壓力信號(hào)MAP可以用來提供對(duì)進(jìn)氣歧管中的真空或壓力的指示。注意可以使用上述傳感器的各種組合，例如沒有MAP傳感器的MAF傳感器，或者反之亦然。在化學(xué)計(jì)量比操作期間，MAP傳感器能夠給出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的指示。進(jìn)一步，該傳感器連同檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠提供對(duì)被引入到氣缸中的充料(包括空氣)的估測(cè)。在一個(gè)示例中，還用作發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的傳感器118可以針對(duì)曲軸每次旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的等間隔脈沖。
[0035]可以用表示處理器102可執(zhí)行的指令的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)來編程存儲(chǔ)介質(zhì)只讀存儲(chǔ)器106，以用于執(zhí)行下面描述的方法以及可預(yù)期的但沒有具體列出的其它變體。
[0036]如上所述，圖1顯示多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中的僅一個(gè)氣缸，并且每個(gè)氣缸可以類似地包括其自身的一組進(jìn)氣/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
[0037]轉(zhuǎn)到圖2，呈現(xiàn)了用于加熱排放控制設(shè)備的方法200?？梢酝ㄟ^控制器12，根據(jù)儲(chǔ)存在其上的指令來執(zhí)行方法200，從而經(jīng)廢氣門管道166中起始的放熱反應(yīng)來加熱排放控制設(shè)備70。方法200包括，在202中，確定發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。確定的發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、排氣溫度、自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的時(shí)間等。在204中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，確定是否檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)可以是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的操作時(shí)段，其中發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)是冷的，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)處于環(huán)境溫度。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間，排放控制設(shè)備可以低于操作溫度，例如低于其起燃溫度，并且因此在排氣中的排放物，例如未燃燒的烴類、NOx和CO，可以從設(shè)備逸進(jìn)空氣中。設(shè)備可以連續(xù)地在最佳效率以下操作，直到發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到操作溫度，這依賴于環(huán)境溫度會(huì)花費(fèi)幾秒至幾分鐘或更長時(shí)間。為了在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間迅速地加熱排放控制設(shè)備，可以通過將富含氧氣的進(jìn)氣空氣引入排放控制設(shè)備上游的排氣中，來起始放熱反應(yīng)，其中未燃燒的烴類和其它還原劑與氧氣反應(yīng)從而產(chǎn)生熱量。
[0038]因此，如果在204確定發(fā)動(dòng)機(jī)不是在冷起動(dòng)條件下操作，則方法200前進(jìn)到206以保持次級(jí)空氣閥門關(guān)閉，因?yàn)闆]有指示加熱排放控制設(shè)備。在208，調(diào)節(jié)廢氣門，從而提供需要的增壓壓力，并且在210，增壓的進(jìn)氣空氣僅僅直接被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣。在212，基于發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)以及檢測(cè)到的排氣氧氣含量，以化學(xué)計(jì)量的空燃比或其它需要的空燃比來操作發(fā)動(dòng)機(jī)，并且之后方法200結(jié)束。
[0039]然而，如果確定發(fā)動(dòng)機(jī)是在冷起動(dòng)條件下進(jìn)行操作，則方法200前進(jìn)至通過將增壓空氣弓I入到排氣來加熱排放控制設(shè)備。為了引入增壓空氣并且維持不會(huì)導(dǎo)致高溫(這會(huì)使排氣系統(tǒng)部件退化)的受控放熱反應(yīng)，可以獨(dú)立于需要的增壓壓力來與次級(jí)空氣閥門配合地調(diào)節(jié)廢氣門。這與上述非冷起動(dòng)條件相反,在非冷起動(dòng)條件中基于需要的增壓壓力來調(diào)節(jié)廢氣門。因此，在214，恰在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，廢氣門被打開或者被維持在打開位置。打開廢氣門可以繞渦輪機(jī)轉(zhuǎn)移排氣，因此防止由于橫穿渦輪機(jī)所引起的附加的排氣冷卻。然而，打開的廢氣門還會(huì)引起增壓壓力的量的減小，從而延遲增壓空氣向排氣的引入。因此，在一些條件下，可以在冷起動(dòng)隨后打開廢氣門，而在另一些條件下，可以在冷起動(dòng)隨后關(guān)閉廢氣門。
[0040]次級(jí)空氣閥門可以具有完全關(guān)閉位置的默認(rèn)位置，從而避免在沒有指示加熱排放控制設(shè)備的情況下將進(jìn)氣空氣從進(jìn)氣歧管轉(zhuǎn)移走。因此，恰在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，次級(jí)空氣閥門處于關(guān)閉位置。因?yàn)榍≡诎l(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的排氣的溫度可能過冷從而不能起始放熱反應(yīng)，所以恰在冷起動(dòng)后次級(jí)空氣閥門可以保持關(guān)閉一段時(shí)間。進(jìn)一步，恰在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，不能得到足夠的增壓壓力來驅(qū)動(dòng)廢氣門管道中的次級(jí)增壓空氣。然而，如216所指示，自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的閾值時(shí)間量之后，可以打開次級(jí)空氣閥門。所述閾值時(shí)間量可以是其后已經(jīng)累積了足夠的排氣溫度和增壓壓力的預(yù)定時(shí)間。在另一些實(shí)施例中，所述閾值時(shí)間量可以基于工況，例如節(jié)氣門入口壓力和渦輪機(jī)出口壓力之間的壓差。在這種情況下，所述閾值時(shí)間量可以是節(jié)氣門入口壓力超過渦輪機(jī)出口壓力時(shí)的時(shí)間。
[0041]在217，當(dāng)次級(jí)空氣閥門打開時(shí)，入口節(jié)氣門經(jīng)調(diào)整從而維持轉(zhuǎn)矩。當(dāng)次級(jí)空氣閥門打開時(shí)，增壓的進(jìn)氣空氣中的一部分被轉(zhuǎn)移到廢氣門管道。因此，針對(duì)請(qǐng)求的轉(zhuǎn)矩，比需要更少的增壓空氣被提供到發(fā)動(dòng)機(jī)。為了維持轉(zhuǎn)矩，節(jié)氣門可以被打開。在218，當(dāng)次級(jí)空氣閥門打開時(shí)，廢氣門被逐步/傾斜地(ramped)關(guān)閉。然而，如果廢氣門初始就是關(guān)閉的，則在218，當(dāng)次級(jí)閥門打開時(shí)，廢氣門可以被逐步打開。廢氣門可以被設(shè)定到提供所需排氣量到廢氣門管道的位置。因此，如220所指示地，廢氣門的位置可以基于需要的放熱反應(yīng)的各種參數(shù)。例如，廢氣門的位置且因此被允許進(jìn)入廢氣門管道的排氣量可以基于節(jié)氣門入口壓力和次級(jí)空氣閥門的位置(例如，多少次級(jí)空氣到達(dá)廢氣門管道)、排氣空燃比(例如，在排氣中可以獲得多少待反應(yīng)的還原劑)、當(dāng)前和需要的排放控制設(shè)備溫度之間的差異等。
[0042]在222，可以以富空燃比來操作發(fā)動(dòng)機(jī)。為了在排氣中提供額外還原劑以便在廢氣門管道中反應(yīng)，額外燃料可以被噴射到氣缸。在224，壓縮機(jī)下游的增壓空氣被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣并且次級(jí)空氣被引導(dǎo)到廢氣門管道。增壓空氣可以經(jīng)次級(jí)空氣導(dǎo)管被引導(dǎo)到廢氣門管道。在226，排氣中的還原劑與次級(jí)空氣發(fā)生放熱反應(yīng)從而加熱排放控制設(shè)備。
[0043]在228，確定排放控制設(shè)備是處于起燃溫度還是處于其他預(yù)定操作溫度。可以基于工況(例如排氣溫度和質(zhì)量流速)來確定排放控制設(shè)備的溫度，或者可以基于來自設(shè)備中的溫度傳感器的反饋來確定排放控制設(shè)備的溫度。如果設(shè)備還沒有達(dá)到操作溫度，則方法200返回到224，從而繼續(xù)將增壓空氣引導(dǎo)到廢氣門管道，以維持放熱反應(yīng)。如果設(shè)備已經(jīng)達(dá)到操作溫度，則方法200前進(jìn)到206，從而關(guān)閉次級(jí)空氣閥門，并且如之前所解釋地，基于需要的增壓壓力來調(diào)節(jié)廢氣門，并且以化學(xué)計(jì)量空燃比或其它需要的空燃比來操作發(fā)動(dòng)機(jī)，并且之后方法200返回。
[0044]雖然在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)條件下，上面呈現(xiàn)的方法200將次級(jí)空氣傳送到廢氣門管道，但是其它變體也是可以的。例如，如關(guān)于圖1上面所解釋地，次級(jí)空氣導(dǎo)管可以將增壓空氣傳送到渦輪機(jī)下游的排氣通道，而不是傳送到廢氣門管道。在這種構(gòu)造中，廢氣門(如果存在一個(gè)的話)的控制可以繼續(xù)是基于需要的增壓壓力而不是控制放熱反應(yīng)。仍然延遲次級(jí)空氣閥門打開，直到節(jié)氣門入口壓力超過渦輪機(jī)出口壓力為止。在另一示例中，在下游排放控制設(shè)備的再生事件期間，次級(jí)空氣可以被傳送到廢氣門管道(或排氣通道)。當(dāng)設(shè)備中的排氣排放負(fù)載(例如，煤煙)達(dá)到容量時(shí)，排放控制設(shè)備(例如微粒過濾器)可以被再生。再生可以包括，升高設(shè)備的溫度從而燒掉聚積的物質(zhì)。一旦開始再生事件，則次級(jí)空氣閥門就可以打開，并且可以控制廢氣門來提供需要量的排氣至廢氣門管道，以便開始排氣和次級(jí)空氣之間的反應(yīng)，從而加熱排放控制設(shè)備。進(jìn)一步，在再生期間，可以命令富化發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比。
[0045]圖3是顯示發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間示例性操作參數(shù)的圖300。圖300中描述的操作參數(shù)包括排放控制設(shè)備溫度(以曲線圖302說明)、次級(jí)空氣閥門(SAV)位置(以曲線圖304說明)、廢氣門(WG)位置(以曲線圖306說明)和空燃比(以曲線圖308說明)。對(duì)于描述的每個(gè)操作參數(shù)，在水平軸線上說明時(shí)間，并且每個(gè)相應(yīng)操作參數(shù)的值被描述在豎直軸線上。圖300中描述的時(shí)間段開始于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，并且結(jié)束于發(fā)動(dòng)機(jī)和排放控制設(shè)備已經(jīng)達(dá)到操作溫度之后的時(shí)間。
[0046]曲線302說明的排放控制設(shè)備以相對(duì)低的溫度起動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣部件處于環(huán)境溫度。時(shí)間T1之后，設(shè)備溫度開始增加，這是部分由于當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫?zé)釙r(shí)對(duì)排氣的加熱，且部分由于發(fā)生在廢氣門管道中的放熱反應(yīng)，下面將加以解釋。時(shí)間T2之后，設(shè)備已經(jīng)達(dá)到其操作溫度。
[0047]在時(shí)間T1之前，曲線304描述的次級(jí)空氣閥門的位置是在其默認(rèn)關(guān)閉位置。然而，在時(shí)間T1，次級(jí)空氣閥門打開，并且維持打開直到在時(shí)間T2時(shí)設(shè)備達(dá)到操作溫度。自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)逝去了閾值時(shí)間量之后，例如三秒之后，次級(jí)空氣閥門可以打開，或者一旦節(jié)氣門入口壓力超過渦輪機(jī)出口壓力，或者一旦排氣溫度達(dá)到閾值溫度，則次級(jí)空氣閥門就可以打開。
[0048]恰在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，曲線306描述的廢氣門位置可以在完全打開的位置，從而減少由于通過渦輪機(jī)的排氣通道所導(dǎo)致的額外排氣的冷卻。在時(shí)間T1，當(dāng)次級(jí)空氣閥門打開時(shí)，廢氣門逐步地關(guān)閉。然而，在時(shí)間T1和T2之間，廢氣門維持部分打開，從而準(zhǔn)許一些排氣進(jìn)入廢氣門管道，以與次級(jí)空氣反應(yīng)。在時(shí)間T2之后，控制廢氣門從而提供在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)氣空氣的所需增壓壓力。
[0049]為了在排氣中產(chǎn)生額外還原劑，時(shí)間T1之后，可以命令富化曲線308描述的發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比。在時(shí)間T1之前和時(shí)間T2之后，可以使空燃比維持近似化學(xué)計(jì)量比。然而，針對(duì)給定的工況，在時(shí)間T1之前以及T2之后，可以命令空燃比為合適的比。
[0050]因此，本文中呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法提供了通過將增壓的進(jìn)氣空氣引入到排放控制設(shè)備上游的排氣系統(tǒng)來加熱排放控制設(shè)備。增壓空氣與排氣中的一種或更多種還原劑(例如，未燃燒的烴類)反應(yīng)從而產(chǎn)生熱量。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間(在發(fā)動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度下操作)，增壓空氣可以被引入到排氣系統(tǒng)。當(dāng)排放控制設(shè)備的溫度低于閾值時(shí)，例如低于起燃溫度或閾值再生溫度時(shí)，可以引入增壓空氣。增壓空氣可以被引導(dǎo)到渦輪機(jī)的廢氣門管道，因此允許排氣和增壓空氣之間反應(yīng)由廢氣門和次級(jí)空氣閥門的配合調(diào)節(jié)而控制。在其它實(shí)施例中，增壓空氣可以被引導(dǎo)到渦輪機(jī)下游的排氣通道。通過在渦輪機(jī)下游的廢氣門管道或排氣通道處引入增壓空氣，次級(jí)空氣導(dǎo)管入口(例如，壓縮機(jī)下游)和次級(jí)空氣導(dǎo)管的出口(例如，渦輪機(jī)下游)之間的壓差而不是單獨(dú)的空氣泵，可以驅(qū)使空氣的引入。這樣，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)封裝空間，并且改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0051]應(yīng)該理解，本文中公開的構(gòu)造和方法實(shí)際上是示例性的，并且這些具體的實(shí)施例不應(yīng)該認(rèn)為是限制性的意義，因?yàn)榇罅康淖兓强梢缘?。例如，上述技術(shù)能夠應(yīng)用到V-6、1-4、1-6、V-12、對(duì)置4缸和其它發(fā)動(dòng)機(jī)類型中。本公開的主題包括各種系統(tǒng)和構(gòu)造以及本文中公開的其它特征和/或特性的所有新穎和非明顯的組合和副組合。
[0052]下面的權(quán)利要求具體地指出稱為新穎和非明顯的某些組合和副組合。這些權(quán)利要求可以指“一個(gè)”元件或“第一”元件或其對(duì)等物。此類權(quán)利要求應(yīng)該理解為包括一個(gè)或多個(gè)此類元件的合并，不需要也不排除兩個(gè)或更多此類元件?？梢酝ㄟ^改進(jìn)本權(quán)利要求，或通過在該申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)中提出新權(quán)利要求，要求公開的特征、功能、元件和/或特性的其它組合和副組合。此類權(quán)利要求，不論與原權(quán)利要求的保護(hù)范圍相比，更寬、更窄、相等或不同，也認(rèn)為包括在本公開的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括: 在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間， 將增壓空氣從壓縮機(jī)的下游傳送到跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道中；以及 使還原劑與所述增壓空氣在排氣排放控制設(shè)備上游發(fā)生放熱反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量引導(dǎo)到所述排氣排放控制設(shè)備從而加熱所述設(shè)備，并且其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)包括在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間發(fā)動(dòng)機(jī)溫度處于環(huán)境溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中傳送到所述廢氣門管道中的所述增壓空氣經(jīng)由次級(jí)空氣閥門控制。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間，獨(dú)立于所需增壓壓力，配合地調(diào)節(jié)所述次級(jí)空氣閥門和被置于所述廢氣門管道中的廢氣門。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括恰在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)事件之后，在所述次級(jí)空氣閥門關(guān)閉的情況下打開所述廢氣門。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中配合地調(diào)節(jié)所述次級(jí)空氣閥門和所述廢氣門進(jìn)一步包括，一旦節(jié)氣門入口壓力超過渦輪機(jī)出口壓力，在打開所述次級(jí)空氣閥門的同時(shí)，使得所述廢氣門逐步地關(guān)閉。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述廢氣門關(guān)閉的量是基于節(jié)氣門入口壓力和排氣空燃比。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括，在非發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)條件期間，基于所需增壓壓力調(diào)節(jié)所述廢氣門，并且使所述次級(jí)空氣閥門維持在關(guān)閉位置。
9.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其包括: 在第一模式期間，打開次級(jí)空氣閥門，從而將增壓空氣傳送到跨過渦輪機(jī)耦合的廢氣門管道中，并且調(diào)節(jié)被置于所述廢氣門管道中的廢氣門，從而將所需排氣量傳送到所述廢氣門管道；以及 在第二模式期間，關(guān)閉所述次級(jí)空氣閥門，并且基于所需增壓壓力調(diào)節(jié)所述廢氣門。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一模式包括所述渦輪機(jī)下游的排放控制設(shè)備低于閾值溫度，并且其中所述第二模式包括所述排放控制設(shè)備高于所述閾值溫度。
【文檔編號(hào)】F01N3/22GK103670613SQ201310373316
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6日
【發(fā)明者】張小鋼, 易建文, 戴文剛, P·M·蘭恩, J·赫奇斯 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司