[发明专利]改进冷起动催化剂起燃的方法和系统

说明书

本公开涉及改进冷起动催化剂起燃的方法和系统。提供了用于在发动机冷起动状况期间通过抑制涡轮增压器轴的旋转加速催化剂起燃的方法和系统。在一个示例中，方法包括在发动机冷起动状况期间抑制涡轮增压器轴的旋转，直至催化剂以期望的效率操作。可以经由无源轴锁定机构或有源轴锁定机构抑制轴的旋转。

技术领域

本发明总体涉及用于控制车辆发动机的涡轮增压器以在发动机冷起动状况期间加速催化剂起燃的方法和系统。

背景技术

在发动机排放测试期间，可能需要排气催化剂以在从冷却到环境状况的发动机起动之后的在预定时间内达到期望的转换效率。例如，在一些发动机排放测试中，可能需要排气催化剂以在发动机起动之后的20秒内以大于80％的效率操作。取决于组合物(composition)催化剂，排气催化剂操作温度可以在范围从约800华氏度至1600华氏度的温度状况下以此类效率开始操作。因此，为了在发动机起动之后的短时间段内提高排气催化剂的效率，可以采用各种操作策略来加热催化剂并且加速排气催化剂的起燃。

在发动机起动之后，尝试解决与加速催化剂的起燃相关的问题可以包括调整发动机的点火正时或空燃比(AFR)以增加排气温度。然而，本发明人已经认识到，虽然调整点火正时和AFR尝试通过增加排气温度来加速催化剂起燃，但是这些策略不足以解决排气对排气部件的热损失。

本发明人已经认识到，排气的一个热损失源是由于随着其行进到排气催化剂排气的旋转速率增加。由于涡轮机的自由旋转运动，排气的旋转速率在包括涡轮增压器的发动机中的涡轮机的下游处增加。涡轮机的这种自由旋转运动导致排气的旋转速率在排气流过涡轮机到排气催化剂时增加。随着排气朝向排气催化剂轴向下游行进，排气的增加的旋转增加了排气从排气歧管到排气催化剂的行进时间或驻留时间。因此，排气和排气管道的壁之间的接触量增加，并且在排气到达排气催化剂之前可以发生从排气到排气管道的热损失量的增加。

发明内容

在一个示例中，以上描述的问题可以通过一种方法解决，该方法包括响应于发动机冷起动状况，经由轴锁定机构来抑制涡轮增压器的轴的运动(movement)。轴锁定机构可以是无源(passive)轴锁定机构或有源(active)轴锁定机构。使用轴锁定机构而不是仅仅单独地依靠废气门位置来控制涡轮增压器的旋转可以是有利的。例如，轴锁定机构在控制涡轮增压器轴的旋转速度上可以更准确，和/或可以具有比废气门调整更大的对流动旋转的影响。如果可用，可以提供轴锁定来替代废气门调整，或除了废气门调整之外，可以提供轴锁定。

通过抑制涡轮增压器的旋转，可以实现降低螺旋地通过涡轮增压器的涡轮机下游的排气通道的排气旋转速率的技术效果，并且可以随着排气行进到排气催化剂减少排气的热损失。在排气行进到排气催化剂时，来自排气的热损失的减少可以加速催化剂起燃并且可以导致减少的排放。

如上所述，轴锁定机构可以是无源轴锁定机构或有源轴锁定机构。无源轴锁定机构可以包括当在固态状态时使涡轮增压器停止或抵抗涡轮增压器旋转的相变材料。随着相变材料的温度增加，相变材料的黏度可以降低。一旦相变材料的黏度降低到阈值黏度以下，则可以使涡轮增压器轴能够旋转。在一些示例中，如由包含在相变材料中的物质所定义，相变材料的熔点温度可以对应于催化剂可以以期望的效率操作的温度。无源轴锁定机构可以有利于涡轮增压器轴耐受高温状况而不劣化。

有源轴锁定机构可以包括可以被致动以装配到轴锁定机构的凹部以使涡轮增压器的轴的旋转停止的销。有源轴锁定机构可以有利于响应于某些状况快速地使涡轮增压器轴的旋转停止或使涡轮增压器轴能够旋转，并且改变不再阻止旋转的状况(诸如温度)。例如，可以使轴旋转停止，直至精确地当期望使轴能够转动时。在一个示例中，有源轴锁定机构可以使轴在发动机冷起动状况期间停止，直至达到减少排气旋转的第一温度，从而导致加速催化剂起燃，但是在其它起动状况或发动机重新起动状况期间停止，直至达到不同的第二(例如，更低或更高)温度。