CN102032033B - 内燃发动机的排气处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供为操作包括耦合到发动机排气装置的排气处理系统的发动机的方法和系统，该排气处理系统通过排气再循环(EGR)系统进一步耦合到发动机进气装置。一种示例方法包括：在第一模式操作，包括经排气处理系统向排气尾管发送排气；在第二模式操作，包括通过EGR系统经排气处理系统向发动机进气装置发送排气；以及在第三模式操作，包括经EGR系统向发动机进气装置发送排气而绕过排气处理系统。

Description

内燃发动机的排气处理系统
技术领域
本公开一般涉及内燃发动机的配置有捕获排气中的碳氢化合物和微粒物的排气处理系统。
背景技术
发动机排气系统利用碳氢化合物保留设备，例如碳氢化合物收集器(HC)，从而为后面的反应保留冷起动排放(HC存储)，或从而再循环(HC抽送)到发动机进气系统内。然而，在发动机中，例如基于汽油的直接喷射发动机，当在高负载运行时，也可以生成大量细微粒物(例如碳烟)。通过这样的碳氢化合物收集器，微粒物(PM)可能不会被有效地去除。当释放到大气中时，这些细微颗粒可形成严重的环境和健康危害。
发明内容
上面问题中的一些可通过操作发动机的方法得以解决，该发动机包括耦合到发动机排气装置的排气处理系统，排气处理系统经排气再循环(EGR)系统进一步耦合到发动机进气装置。在一个实施例中，该方法包括在第一模式操作，包括经排气处理系统向排气尾管发送排气；在第二模式操作，包括通过EGR系统经排气处理系统到发动机进气装置发送排气，以及在第三模式操作，包括经EGR系统向发动机进气装置发送排气而绕过排气处理系统。
在一个例子中，在发动机冷起动状况期间，排气可通过排气处理系统向排气尾管发送，从而在排气处理系统中存储排出的碳氢化合物(HC)和微粒物(PM)。在另一例子中，在抽送状况期间，排气可通过EGR系统，例如低压EGR系统，经排气处理系统向发动机进气装置发送，从而将存储的HC和PM抽送到发动机进气装置。在另一例子中，在EGR状况期间，排气可经EGR系统向发动机进气装置被发送而绕过排气处理系统，从而仅再循环到发动机进气装置的排气。这样，排气处理系统可用来存储排出的HC和PM，直到达到催化剂起燃温度，接下来存储的HC和PM的抽送流也可被用作EGR流。进一步地，在需要时，也可执行独立于排气处理系统的EGR操作。
根据另一方面，提供操作发动机的方法，该发动机包括耦合到发动机排气装置的排气处理系统，排气处理系统经排气再循环(EGR)系统进一步耦合到发动机进气装置。该方法包含在发动机冷起动状况期间，经排气处理系统向排气尾管发送排气，从而在排气处理系统中存储碳氢化合物和微粒物；在抽送状况期间，通过EGR系统经排气处理系统向发动机进气装置发送排气，从而抽送存储的HC和PM碳氢化合物；以及在EGR状况期间，经EGR系统向发动机进气装置发送排气而绕过排气处理系统，从而仅执行排气再循环。
在一个实施例中，排气处理系统包括收集装置，该装置包含用于存储排出的HC的一个或更多个HC收集器和存储排出的PM的一个或更多个PM过滤器，一个或更多个HC收集器包括不同孔隙率的一个或更多个HC收集器，一个或更多个PM过滤器包括不同孔隙率的一个或更多个PM过滤器。
在另一实施例中，排气处理系统进一步包括排气节气门、隔离阀、分流阀，以及抽送阀，并且其中EGR系统包括EGR阀，并且进一步其中在发动机冷起动状况期间，发送排气包括关闭排气节气门、打开隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及关闭EGR阀，其中在抽送状况期间，发送排气包括打开排气节气门、关闭隔离阀、打开抽送阀、关闭分流阀，以及打开EGR阀，以及其中在EGR状况期间，发送排气包括打开排气节气门、关闭隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及打开EGR阀。
在另一实施例中，排气处理系统进一步包括排气节气门、隔离阀、分流阀，以及抽送阀，并且其中EGR系统包括EGR阀，并且进一步其中在发动机冷起动状况期间，发送排气包括关闭排气节气门、打开隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及关闭EGR阀，其中在抽送状况期间，发送排气包括打开排气节气门、关闭隔离阀、打开抽送阀、关闭分流阀，以及打开EGR阀，以及其中在EGR状况期间，发送排气包括打开排气节气门、关闭隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及打开EGR阀，该方法进一步包含在发动机冷起动状况之后和抽送状况之前的第一中间状况期间，经排气处理系统向排气尾管发送排气而绕过收集装置；以及在抽送状况之后和EGR状况之前的第二中间状况期间，经排气处理系统向排气尾管发送排气而绕过收集装置。
根据另一方面，为包括具有进气装置和排气装置的发动机的车辆提供系统。该系统包含耦合到发动机进气装置和排气装置的EGR系统，该EGR系统被配置从发动机排气装置到发动机进气装置再循环排气的至少一部分，所述排气处理系统耦合到发动机排气装置，所述排气处理系统通过EGR系统进一步耦合到发动机进气装置，排气处理系统包括收集装置，所述收集装置包括用于存储排出的HC和排出的PM的设备；以及具有计算机可读存储介质的控制系统，该计算机可读存储介质包括操作发动机的指令，该指令在第一存储状况期间，操作发动机处于第一模式，其中排气在第一方向上流过排气处理系统，并从排气尾管排出而绕过EGR系统；在第二抽送期间，操作发动机处于第二模式，其中排气在第二相反方向上流过排气处理系统，并通过EGR系统进入发动机进气装置；以及在第三EGR状况期间，操作发动机处于第三模式，其中排气流过EGR系统进入发动机进气装置而绕过排气处理系统。
在一个实施例中，排气处理系统进一步包括排气节气门、隔离阀、分流阀，以及抽送阀，并且其中EGR系统包括EGR阀，并且进一步其中，在第一模式操作包括关闭排气节气门、打开隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及关闭EGR阀，其中在第二模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、打开抽送阀、关闭分流阀，以及打开EGR阀，以及其中在第三模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及打开EGR阀。
在另一实施例中，排气处理系统进一步包括排气节气门、隔离阀、分流阀，以及抽送阀，并且其中EGR系统包括EGR阀，并且进一步其中，在第一模式操作包括关闭排气节气门、打开隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及关闭EGR阀，其中在第二模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、打开抽送阀、关闭分流阀，以及打开EGR阀，以及其中在第三模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及打开EGR阀，以及其中控制系统进一步包括指令，该指令在第一中间状况期间，通过在排气流过排气处理系统到排气尾管而绕过收集装置的第一中间模式操作，从第一操作模式向第二操作模式转换；以及在第二中间状况期间，通过在排气流过排气处理系统到排气尾管而绕过收集装置的第二中间模式操作，从第二操作模式向第三操作模式转换，其中在第一和第二中间模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、打开抽送阀、关闭分流阀，以及关闭EGR阀。
在另一实施例中，收集装置包括不同孔隙率的一个或更多个HC收集器，以及不同孔隙率的一个或更多个PM过滤器。
在另一实施例中，EGR系统是低压EGR系统。
在另一实施例中，排气处理系统进一步包括排气节气门、隔离阀、分流阀，以及抽送阀，并且其中EGR系统包括EGR阀，并且进一步其中，在第一模式操作包括关闭排气节气门、打开隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及关闭EGR阀，其中在第二模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、打开抽送阀、关闭分流阀，以及打开EGR阀，以及其中在第三模式操作包括打开排气节气门、关闭隔离阀、关闭抽送阀、打开分流阀，以及打开EGR阀，其中在第二抽送状况期间，基于要求的EGR流速和要求的收集装置入口温度中的一个调节抽送阀的工作循环。
根据另一方面，为包括具有进气装置和排气装置的发动机的车辆提供系统，该系统包含汽油、直接喷射并且耦合到发动机的燃料系统；包括微粒过滤器和碳氢化合物收集器的排气处理系统，排气处理系统选择性地耦合到至少排气装置和进气装置。
在一个实施例中，碳氢化合物收集器包括用碳氢化合物吸附剂涂覆的冷却器。
在另一实施例中，该系统进一步包括具有计算机可读介质的控制系统，该计算机可读介质具有在其上编码的指令，所述指令包括：在第一模式操作的指令，包括经排气处理系统向排气尾管发送排气的指令；在第二模式操作的指令，包括经排气处理系统向发动机进气装置发送排气的指令；以及在第三模式操作的指令，包括发送排气到发动机进气装置而绕过排气处理系统的指令。
应该理解，提供上面的发明内容时为了以简要形式介绍下面详细描述中进一步描述的概念的选择，其无意确认要求保护的主题的关键或必要特征，所述关键或必要特征的范围由权利要求唯一地限定。此为，要求保护的主题不限于解决上面或本公开任何部分提到的任何缺点的实施例。
附图说明
图1示出内燃发动机和相关的排气处理系统的示意图。
图2示出用直接燃料喷射器操作的燃烧室的示例实施例。
图3A-E和图4A-C示出各种操作模式的图1中的排气处理系统的示例实施例。
图5-6示出图3A中的排气处理系统的收集装置的可替换实施例。
图7示出说明图1中的排气处理系统的操作的高级流程图。
图8示出概括各种操作模式的图1中的排气处理系统的各种阀门的位置的表格。
图9示出本发明的示例收集装置的碳氢化合物吸附效率的图表。
图10示出本发明的示例收集装置的整体耐久性的图表。
图11示出概括本发明的示例碳氢化合物和微粒物收集装置的存储的碳氢化合物去除效率的表格。
图12示出可在图3A中的收集装置中使用的HC收集器/PM过滤器结合的例子。
具体实施方式
下面的描述涉及操作与内燃发动机有关的用于从排气中去除碳氢化合物和微粒物的排气处理系统的系统和方法。如图1所示，通过将排气处理系统与发动机的低压EGR系统耦合，可在两个系统之间获得有利协作。如图3A-E和图4A-C所示，通过将各排气处理系统阀门(例如分流阀、抽送阀、隔离阀和排气节气门)的打开与EGR系统的EGR阀协调，冷起动排放HC和PM可为后面的反应有效收集，或再循环到发动机进气装置系统内。如图5-6所示，排气处理系统的收集装置可配置有HC收集器和微粒物过滤器，从而有效降低排气排放物中的HC和PM比例。可替换地，如图12所示，收集装置可包括HC收集器/PM过滤器的组合。如图9-11所示，描述的系统和方法可使改进的HC吸附效率和改进的存储的HC去除效率成为可能，而不降低收集器耐久性。发动机控制被配置以执行例程，例如图7的例程，从而恰当地协调排气处理系统阀门的打开/关闭与EGR阀的打开/关闭。通过执行这样的例程，可收集冷起动HC和PM排放物，直到达到阈值温度，例如催化剂起燃温度。可替换地，存储的HC和PM可使用EGR流再循环到发动机进气装置内。仍进一步地，可提供EGR流而绕过排气处理系统。以这种方式，通过使发动机排气处理系统与EGR系统协作，可减少系统中组件的数量而改善排气排放物的质量。
图1示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括耦合到排气处理系统22的发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包括进气装置23和排气装置25。进气装置23包括通过进气通道42流动地耦合到发动机进气歧管44的节气门62。排气装置25包括导致排气通道45通过尾管35发送排气到大气中的排气歧管48。排气通道45可包括一个或更多个排放控制设备70，该排放控制设备70可安装在排气装置中紧密耦合的位置。一个或更多个排放控制设备可包括三效或三元催化装置、稀NOx收集器、氧化催化装置等等。
发动机10可进一步包括增压设备，例如包括沿进气通道42布置的压缩机52的涡轮增压器。压缩机52可至少部分由沿排气通道45布置的涡轮54通过轴56驱动。在可替换实施例中，增压设备可以是机械增压器，其中压缩机52可至少部分由发动机和/或电机驱动，并可不包括涡轮。通过涡轮增压器或机械增压器向发动机的一个或更多个汽缸提供的增压(或压缩)的量可由控制器12改变。在一些实施例中，在可选进气后冷却器(charge after-cooler)34可包括在进气通道42中的压缩机52的下游。后冷却器可被配置来降低由增压设备压缩的进气空气的温度。
发动机10可进一步包括一个或更多个排气再循环(EGR)系统，该系统被配置以从排气通道45向进气通道42发送一部分排气。例如，发动机10可包括第一高压EGR(HP-EGR)系统60和第二低压EGR(LP-EGR)系统70。HP-EGR系统60可包括HP-EGR通道63、HP-EGR阀29和HP-EGR冷却器64。特定情况下，HP-EGR通道63可被配置从在涡轮54上游的排气通道45向在压缩机52下游并在节气门62上游的进气通道42发送一部分排气。同样，HP-EGR系统60可在增压设备没有提供增压时操作。LP-EGR系统70可包括LP-EGR通道73、LP-EGR阀39和LP-EGR冷却器74。LP-EGR通道73可被配置从在涡轮54下游的排气通道45向在压缩机52和节气门62上游的进气通道42发送一部分排气。LP-EGR系统70可在来自增压设备的增压存在或缺失的情况下操作。HP-EGR冷却器64和LP-EGR冷却器74可被配置在排气再循环到发动机进气装置内之前，降低排气流过各EGR通道的温度。应该认识到其它组件也可包括在发动机10中，例如各种阀门和传感器，如在这里描述并在图2-4的示例发动机中显示的。
向进气歧管44提供HP-EGR的量和/或速率可由控制器12通过HP-EGR阀29改变。HP-EGR传感器65可设置在HP-EGR通道63内，从而提供经HP-EGR系统60再循环的排气的压力、温度、成分和浓度中的一个或更多个的指示。相似地，向进气通道42提供的LP-EGR的量和/或速率可由控制器12通过LP-EGR阀39改变。LP-EGR传感器75可被设置在LP-EGR通道73内，从而提供经LP-EGR系统70再循环的排气的压力、温度、成分和浓度中的一个或更多个的指示。
在一些状况下，经HP-EGR系统60和/或LP-EGR系统70的排气再循环可用来例如调节进气歧管内空气和燃料混合物的温度，和/或通过降低峰值燃烧温度来减少燃烧形成的NOx。如在这里参考图3A-E和图4A-C详述，在一些状况下，例如抽送状况，经过排气处理系统22和LP-EGR系统70的EGR流也可用来抽送从排气处理系统22到发动机进气装置内的存储的碳氢化合物和微粒物。特定情况下，通过使排气处理系统22耦合到LP-EGR系统70，可实现排气处理系统和EGR系统之间的有利协作。
排气处理系统22可沿排气通道45耦合到排气装置25。在一个例子中，当排气通道45包括排气节气门和排气冷却器时，排气处理系统22可设置在排气节气门的下游和排气冷却器的上游。在一些操作状况下，例如，在排放控制设备不在它的起燃温度(例如，设备达到对于特定排气组成的选择的充分高的转化效率的温度)，排气可在沿尾管35被排到大气之前被发送到排气处理系统22。这样，冷起动碳氢化合物(HC)和微粒物(PM)排放物的增加量可在排气加热排放控制设备70时存储在排气处理系统22中。然后，一旦排放控制设备70达到它的操作温度，那么保留的HC和PM可从排气处理系统22经LP-EGR通道73到发动机进气装置23被抽送，如本文下面描述。
发动机10可由包括控制器12的控制系统14和由来自车辆操作员经输入设备(未示出)的输入至少部分地控制。控制系统14示出从多个传感器16(在此描述了各种例子)接收信息，并向多个致动器81(在此描述了各种例子)发出控制信号。如一个例子，传感器16可包括位于排放控制设备上游的排气传感器126、位于尾管35中排放控制设备和排气处理系统下游的排气温度传感器128和排气压力传感器129、位于HP-EGR通道63中的HP-EGR传感器65，以及位于LP-EGR通道73中的LP-EGR传感器75。其它传感器，例如附加压力、温度、空气/燃料比和成分传感器可被耦合到车辆系统6中的各种位置。如另一例子，致动器81可包括燃料喷射器66、HP-EGR阀29、LP-NGR阀39和节气门62。其它致动器，例如各种附加阀门和节气门，可耦合到车辆系统6中的各种位置，例如，如这里在关于排气处理系统22的各种阀门和节气门或节气阀的图3-4中描述。控制器12可从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并响应处理的输入数据，基于其中经编程的对应一个或更多个例程的指令或代码触发致动器。本文中参照图7描述一个示例控制例程。
图2示出内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可由包括控制器12的控制系统和来自车辆操作员130经输入设备132的输入而被至少部分地控制。在该例子中，输入设备132包括用于生成成比例的踏板位置信号PP的加速踏板和踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(即，燃烧室)30可包括具有设置在其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可耦合到曲轴140，以使活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可通过传动系统耦合到客车的至少一个驱动轮。进一步地，起动电动机可通过飞轮耦合到曲轴140，从而使发动机10的起动操作成为可能。
汽缸30可通过一系列的进气通道142、144和146接收进气。进气通道146可与汽缸30之外的发动机10的其它汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或更多个可包括增压设备，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2示出配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括在进气通道142和144之间布置的压缩机52，以及沿排气通道148布置的排气涡轮54。压缩机52可至少部分由排气涡轮54通过轴56驱动。然而，在其它例子中，例如其中发动机10被提供有机械增压器的情形，排气涡轮54可以可选地省略，其中压缩机52可由来自电动机或发动机的机械输入而被驱动。仍进一步地，如需要，轴56可耦合到电动机(如图1所示)，从而提供电增压。包括节流板164的节气门62可沿发动机的进气通道提供，以便改变向发动机汽缸提供的进气的流速和/或压力。例如，如图2所示，节气门62可布置在压缩机52下游，或可以可替换地在压缩机52上游的提供。
排气通道148可从汽缸30之外的发动机10的其它汽缸接收排气。显示的排气传感器126耦合到在排放控制设备70上游的排气通道148。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适传感器，例如线性氧传感器或UGEO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO(如所示)传感器、HEGO(热的EGO)传感器、NOx、HC或CO传感器。排放控制设备70可以是三效或三元催化(TWC)装置、NOx收集器、各种其它排放控制设备，或他们的结合。
发动机10的每个汽缸都可包括一个或更多个进气门或进气阀和一个或更多个排气门。例如，所显示的汽缸30包括位于汽缸30上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸，包括汽缸30，可包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门或进气阀150可由控制器12通过致动器152控制。相似地，排气门或排气阀156可由控制器12通过致动器154控制。在一些状况期间，控制器12可改变提供给致动器152和154的信号，从而控制各进气门和排气门的打开和关闭。进气门150和排气门156的位置可通过各阀门位置传感器(未示出)确定。阀门致动器可具有电阀门致动类型或凸轮致动类型，或他们的结合。进气门和排气门正时可同时控制，或可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中任何可能的正时。每个凸轮致动系统都可包括一个或更多个凸轮，并可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变阀门正时(VVT)和/或可变阀门提升(VVL)系统中的一个或更多个来改变阀门操作。例如，汽缸30可以可替换地包括通过电阀门致动控制的进气门，以及通过包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其它实施例中，进气门和排气门可由普通阀门致动器或致动系统，或可变阀门正时致动器或致动系统控制。发动机可进一步包括凸轮位置传感器，该传感器的数据可与曲轴位置传感器的数据合并，从而确定发动机位置和凸轮正时。
汽缸30可具有压缩比，该压缩比是活塞138在底部中间到顶部中间时的容积比。通常，压缩比在9∶1到10∶1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些例子中，压缩比可提高。
在一些例子中，发动机10中的每个汽缸都可包括引燃的火花塞192。在选择的操作模式下，点火系统190可响应来自控制器12的火花提前信号SA，通过火花塞192向燃烧室30提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可省略，例如其中发动机10可通过自动点火或通过燃料的喷射引燃，如在使用一些柴油机的情况。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸都可配置有一个或更多个燃料喷射器，以便向其中提供燃料。如非限制性例子，汽缸30示出包括直接耦合到汽缸30的燃料喷射器166。燃料喷射器166可直接向其中喷射燃料，喷射的燃料与从控制器12通过电驱动器168接收的信号FPW的脉冲宽度成比例。这样，燃料喷射器166提供称为直接喷射(在此称作“DI”)的燃料进入汽缸30。而图2将喷射器166显示为侧喷射器，它也可设置在活塞上面，例如接近火花塞192的位置。可替换地，喷射器可设置在进气门上面并接近进气门。燃料可从包括燃料箱、燃料泵和燃料导管的高压燃料系统172向燃料喷射器166输送。可替换地，燃料可通过单级燃料泵以低压输送。进一步地，尽管未示出，但燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力变换器。
应该认识到在可替换实施例中，喷射器166可以是提供燃料进入汽缸30的进气口上游的进气道喷射器。也应该认识到，汽缸30可从多个喷射器：例如多个端口喷射器、多个直接喷射器或他们的组合接收燃料。
控制器12在图2中示作微型计算机，包括微处理器(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、存储可执行程序和校准值的电存储介质、随机存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114以及数据总线，该电存储介质在该特别例子中示作只读存储器(ROM)110。控制器12可从耦合到发动机10的传感器接收各种信号，除先前讨论的信号之外，包括来自空气流量计传感器122的进气质量空气流量计(MAF)的测量值；来自耦合到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦合到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其它类型，例如曲轴位置传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器(未示出)的节气门位置(TP)；以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可通过控制器12从信号PIP(或曲轴位置传感器)生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用来提供进气歧管中真空或压力的指示。存储介质只读传感器110可用代表微处理器106执行的指令的计算机可读数据编程，以便执行下面描述的方法和构想的但没有具体列出的其它变体。
排气再循环(EGR)系统(如图1所示)可从排气通道148经EGR通道(未示出)向进气通道144发送排气的要求的部分。向进气通道提供的EGR的量可由控制器12通过EGR阀(未示出)改变。进一步地，EGR传感器(未示出)可在EGR通道内布置，并可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。在一些状况下，EGR系统可用来调整燃烧室内空气和燃料混合物的温度，因此提供在一些燃烧模式期间控制点火的正时的方法。
如上所述，图2仅示出多缸发动机中的一个汽缸。同样，每个汽缸可相似地包括它自己的一套进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。
现在转到图3A-E，图3A示出排气处理系统22在操作的第一模式(Mode A)的示例实施例。图3B-E分别示出图3A的排气处理系统在操作的第一中间模式(Mode I)、第二模式(Mode B)、第二中间模式(Mode II)和第三模式(Mode C)的示例实施例。图4A-C分别示出排气处理系统22在操作的第一模式(Mode A)、第二模式(Mode B)和第三模式(Mode C)的可替换实施例。应该认识到图3A中介绍的相似编号的组件在图3B-E和4A-C中被类似地标记。
回到图3A，其示出排气处理系统22的示例实施例300。排气处理系统22可被配置从沿排气通道145的排放控制设备在经过尾管35将排气排出到大气之前接收排气。排气节气门302可包括在排气通道145中，从而使在通道中排气节流和排气流动和压力控制成为可能。在一个例子中，排气节气门302可以是包括具有偏移90度的两块板的单轴的双孔排气节气门。这里，节气门可在完全打开和完全关闭的位置之间调节。在可替换例子中，排气节气门302可被配置提供宽范围节气门打开角。例如，排气节气门302可包括一个或更多个不同的阀门，并可以没有普通轴，从而使更宽范围节气门打开角成为可能。这里，节气门可调节为完全打开、完全关闭或部分打开。
分流阀306可被配置分流通过管道373从排气通道145到旁路通道245的至少一些排气，例如在冷起动状况期间。旁路通道245可包括用于保留排放的HC和PM的收集装置320。如图5-6中进一步详述，收集装置320可包括保留排放的HC的一个或更多个HC收集器、保留排放的PM的一个或更多个PM过滤器，和/或可包括HC收集器/PM过滤器的组合(如图12所示)。旁路通道245可接近收集装置320的入口耦合到LP-EGR通道73。这里，管道373可充分延伸到LP-EGR通道73内。
在打开时，分流阀306可在接近收集装置320入口的位置将排气分流到旁路通道245内。然后经收集装置320的排气可沿排气管道310排出到大气。来自收集装置320经排气管道310的排气的流动可由隔离阀304调整。隔离阀304可使附加排气节流成为可能，并可帮助实现要求的EGR流速。在一个例子中，如所示，排气节气门302和隔离阀304的致动可通过第一致动耦合器311耦合到第一致动器303。因此，在一个例子中，通过第一致动器303的致动，排气节气门302的关闭可与隔离阀304的打开相耦联或配合。在可替换例子中，排气节气门和隔离阀可通过不同致动器独立致动。
抽送阀308也可被配置分流从排气通道145沿抽送管道312到旁路通道245的至少一些排气，例如，在抽送状况期间，在达到催化剂起燃温度后。特定地，抽送阀308可在接近收集装置320出口的位置将排气分流到旁路通道245内。这里，抽送管道312可基本平行于管道373和LP-EGR通道73。这样，排气可用来抽送来自收集装置320的存储的HC和PM。然后，抽送的排气可沿LP-EGR通道73再循环到发动机进气装置。抽送的排气从收集装置320到LP-EGR通道73的流动可由LP-EGR阀39调节。在一个例子中，如所示，分流阀306和抽送阀308的致动可通过第二致动耦合器309耦合到第二致动器307。因此，在一个例子中，通过第二致动器307的致动，抽送阀308的关闭与分流阀306的打开相配合或耦联。然而，在可替换例子中，分流阀和抽送阀可通过不同致动器独立致动。在其它例子中，分流阀、抽送阀、隔离阀和排气节气门中的一个或更多个的致动可耦合到LP-EGR阀39的致动。
排气处理系统22可由控制器通过各种阀门的选择性调节在多种模式操作。例如，可执行下面的操作模式：
Mode A：排气的HC和PM存储
Mode I：中间冷却发动机操作
Mode B：收集装置抽送
Mode II：中间怠速发动机操作
Mode C：EGR
在此详述各种操作模式中的排气处理系统22的各种阀门和节气门的配置，并在图8的表格中概括。
回到图3A，其示出第一操作模式(Mode A，排出的HC和PM存储)中排气处理系统22的各种阀门的示例配置。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如在发动机冷起动状况期间(例如，在发动机和/或催化转化器处于冷状态时)，例如，通过调节第一致动器303，控制器12可关闭排气节气门302并打开隔离阀304。另外，例如，通过调节第二致动器307，控制器12可关闭抽送阀308并打开分流阀306。仍进一步地，控制器可关闭LP-EGR阀39。在该配置中，来自发动机的排气在通过隔离阀304和尾管35排放到大气前分流到旁路通道245和收集装置320。特定地，排气可被配置流过排气处理系统22的收集装置320到达尾管而绕过LP-EGR系统。这样，在排放到大气前，从停用的催化转化器排放的未处理的排出的碳氢化合物和微粒可基本从排气中去除。在存储操作期间，温度传感器(例如，排气温度传感器128)可用来确定排气温度和/或推断排放控制设备的温度，并因此调节每个模式和/或模式之间的转换的持续时间。这样，第一操作模式，ModeA，使在收集装置中存储来自发动机排气装置的碳氢化合物和微粒物成为可能。
图3B示出第一中间操作模式(Mode I，中间冷却发动机操作)中排气处理系统22的各种阀门的示例配置350。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如第一中间状况，该状况在发动机冷起动状况后和抽送状况前，包括在达到催化器起燃温度后，但在达到EGR有益(conducive)排气温度前，例如，控制器12可通过调节第一致动器303来打开(例如完全打开或部分打开)排气节气门302和关闭隔离阀304。另外，例如控制器12可通过调节第二致动器307打开抽送阀308并关闭分流阀306。仍进一步地，控制器可关闭LP-EGR阀39。在该配置中，排气可经排气处理系统沿排气通道145发送，并可在排放控制设备处理后，经排气尾管向大气排出而绕过收集装置。即，收集装置320可与排气和EGR系统隔离，并且保留的HC和PM以有限的泄露(limited slip)保留存储在收集装置320中。这样，第一中间操作模式使中间冷却发动机操作成为可能，并推迟存储的HC和PM的抽送，直到获得要求的排气温度(例如，有利于EGR操作的发动机温度)。
图3C示出第二操作模式(Mode B，收集装置抽送)中排气处理系统22的各种阀门的示例配置360。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如在已经达到催化器起燃温度和EGR有益排气温度后，例如通过调节第一致动器303，控制器12可打开(例如完全打开或部分打开)排气节气门302并关闭隔离阀304。另外，例如通过调节第二致动器307，控制器12可打开抽送阀308并关闭分流阀306。仍进一步地，控制器可打开LP-EGR阀39。在该配置中，来自发动机的变暖了的排气通过抽送管道312分流到旁路通道245，并然后分流到收集装置320上，以便沿EGR通道73将存储的HC和PM抽送到发动机进气装置内。同样，在该配置中，排气可被配置从收集装置320向收集装置320入口流动(即，在与第一模式，Mode A的存储操作期间使用的流动方向相反的流动方向上)。在一个例子中，控制器12可被配置基于关于由温度传感器(例如排气温度传感器128)确定的排气温度的反馈调节至少抽送阀308的工作循环。工作循环可被调节使提供要求的排气进气温度成为可能。在一个例子中，要求的排气温度可作为排气氧含量的函数调节。通过基于温度反馈协调抽送阀工作循环，可实现要求的收集装置入口温度和经过收集装置的要求的排气流速，从而有效清洁存储的HC和PM的收集器。
这样，第二操作模式，Mode B，使来自收集装置的存储的HC和PM抽送到发动机内并由发动机燃烧成为可能。特定地，在第二操作模式，排气可经排气处理系统的收集装置发送，然后在LP-EGR系统分流前发送到发动机进气装置。即，抽送流也可用作EGR流。通过引导抽送流作为冷却的EGR流进入进气歧管，第二操作模式使在排气处理系统和LP-EGR系统之间实现协作成为可能。
图3D示出第二中间操作模式(Mode II，中间怠速发动机操作)中排气处理系统22的各种阀门的示例配置370。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如第二中间状况，该状况在抽送状况后和EGR状况前，包括在排气温度高于阈值温度(例如，高于排气可损害收集装置材料的温度，例如高于400℃)、处于发动机怠速和/或没有要求EGR时的状况，例如通过调节第一致动器303，控制器12可打开(例如完全打开或部分打开)排气节气门302合关闭隔离阀304。另外，例如通过调节第二致动器307，控制器12可打开抽送阀308和关闭分流阀306。仍进一步地，控制器可关闭LP-EGR阀39。在该配置中，排气可排出到大气，并且收集装置320可与热稀排气相隔离。这样，排气可沿排气通道145经排气处理系统发送，并可在排放控制设备处理后，经排气尾管排出到大气而绕过收集装置。在一个例子中，控制器12可进一步被配置以基于关于来自排气温度传感器128的排气温度的反馈调节至少抽送阀308的工作循环(例如，导致它迅速向零移动)。这样，第二中间操作模式使中间怠速发动机操作成为可能，并减少收集装置(例如，收集材料、收集过滤器、收集支持结构)由于热的排气的劣化。
图3E示出第三模式操作(Mode C，EGR)中排气处理系统22的各种阀门的示例配置380。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如在收集装置抽送操作完成后和/或在仅要求EGR时，例如通过调节第一致动器303，控制器12可打开(例如完全打开或部分打开)排气节气门302和关闭隔离阀304。另外，例如通过调节第二致动器307，控制器12可关闭抽送阀308和打开分流阀306。仍进一步地，控制器可打开LP-EGR阀39。在该配置中，来自发动机的排气可沿EGR通道73发送到发动机进气装置。同样，在该配置中，收集装置320可保持与EGR排气流隔离。这样，通过经EGR系统发送排气而绕过排气处理系统的收集装置，第三操作模式使EGR操作独立于排气处理操作执行成为可能。
图4A-C分别示出第一模式(Mode A，排出的HC和PM存储)操作、第二模式(Mode B，收集装置抽送)操作和第三模式(Mode C，EGR)操作中排气处理系统22的可替换实施例。应该认识到图3A和4A中相似编号的组件在图4B-C中看而被类似标记。
回到图4A，其示出排气处理系统22的示例实施例。排气可在经尾管35排放到大气前从排放控制设备沿排气通道145被接收。排气节气门402可包括在排气通道145中。这里，分流阀406可被设置在旁路通道245，收集装置320的上游。在打开时，例如在冷起动状况期间，分流阀406可从排气通道145经管道473接收至少一些排气，并将排气分流到旁路通道245内。如在图5-6中进一步细化的，收集装置320可包括一个或更多个HC收集器、一个或更多个PM过滤器，和/或一个或更多个HC收集器/PM过滤器。旁路通道245可接近收集装置320入口耦合到LP-EGR通道73。这里，(与图3A-E的示例实施例不同)，管道473可不充分延伸到LP-EGR通道73内。
借助经收集装置320的通道，排气可沿排气管道410经隔离阀404排出到大气。在一个例子中，排气节气门402和隔离阀404的致动可由第一致动耦合器411耦合到第一致动器403，这样，第一致动器403可被配置来关闭排气节气门402而打开隔离阀404。在可替换例子中，排气节气门和隔离阀可由不同的致动器独立致动。
例如，设置在抽送通道412内的抽送阀408在抽送状况期间，在接近收集器320出口的位置可分流经管道473从排气通道145接收的至少一些排气沿抽送管道412进入旁路通道245。这里，抽送管道412可基本平行于旁路通道245和排气通道145。在流过收集装置320后，抽送的排气可沿LP-EGR通道73，通过LP-EGR阀39再循环到发动机进气装置内。在一个例子中，分流阀406和抽送阀408的致动可由第二致动耦合器409耦合到第二致动器407，这样，第二致动器407可被配置以打开分流阀406而关闭抽送阀408。然而在可替换例子中，分流阀和抽送阀可由不同的致动器独立致动。仍在其它例子中，分流阀、抽送阀、隔离阀和排气节气门中的一个或更多个的致动可被耦合到LP-EGR阀39的致动。
这里，第一操作模式(Mode A，排出的HC和PM存储)中排气处理系统22的各种阀门的配置可与前面图3A和表800(图8)中表示的配置基本相同。特定地，在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如在发动机冷起动期间，例如通过调节第一致动器403，控制器12可关闭排气节气门402和打开隔离阀404。另外，例如通过调节第二致动器407，控制器12可关闭抽送阀408和打开分流阀406。仍进一步地，控制器可关闭LP-EGR阀39。在该配置中，在将排气经隔离阀404、排气管道410和尾管35排放到大气前，来自发动机的排气沿管道473运动到旁路通道245，其中分流阀406从旁路通道245将排气导向收集装置320。这样，在排放到大气前，从停用的催化转化器排放的未处理的排出的碳氢化合物和微粒可基本从排气去除。温度传感器(例如，排气温度传感器128)可用来确定排气温度和/或推断排放控制设备的温度，并因此调节每个模式和/或模式之间的转换的持续时间。
图4B示出第二模式(Mode B，收集装置抽送)操作中排气处理系统22的各种阀门的示例配置460。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如在达到催化器起燃温度和EGR有益排气温度后，例如通过调节第一致动器403，控制器12可打开(例如完全打开或部分打开)排气节气门402和关闭隔离阀404。另外，例如通过调节第二致动器407，控制器12可打开抽送阀408和关闭分流阀406。仍进一步地，控制器可打开LP-EGR阀39。在该配置中，来自发动机的变暖了的排气通过抽送阀408被分流到抽送管道412，其在接近收集装置320出口的位置排气被引导到旁路通道245和收集装置320处。由此，抽送流可沿EGR通道73通过LP-EGR阀39被引向发动机进气装置。例如，控制器12可基于来自排气温度传感器128的反馈来调节抽送阀408的工作循环。例如，工作循环可经调节使要求的排气进气温度作为排气的氧含量的函数提供成为可能。
图4C示出第三模式(Mode C，EGR)操作中排气处理系统22的各种阀门的示例配置480。在选择发动机和/或车辆操作状况期间，例如在收集装置抽送操作完成后和/或在仅要求EGR时，例如通过调节第一致动器403，控制器12可打开(例如完全打开或部分打开)排气节气门402和关闭隔离阀404。另外，例如通过调节第二致动器407，控制器12可关闭抽送阀408和打开分流阀406。仍进一步地，控制器可打开LP-EGR阀39。在该配置中，来自发动机的排气可沿通道473被发送到旁路通道245，其中分流阀406从旁路通道245可将排气沿EGR通道73引导到发动机进气装置。因此，排气可经EGR系统发送到发动机进气装置而绕过排气处理系统的收集装置。即，收集装置320与EGR排气流保持隔离。因此，Mode C使EGR操作独立于排气处理系统执行成为可能。
这样，基于发动机状况，可调节经排气处理系统和EGR系统的排气的流动。在一个例子中，各种操作模式之间的转换可基于排气温度和排放控制设备温度中的至少一个。
现在转到图5-6，其示出收集装置320的示例实施例(500和600)。收集装置320可包括用于转入收集装置各组成部分的收集器外壳502、602。收集器外壳502、602可由例如塑料或钢制成。收集装置320可包括用于保留排出的HC的一个或更多个HC收集器，以及用于保留排出的PM的一个或更多个微粒物过滤器(在此也刚好称为“过滤器”)。
在一个例子中，如图5的示例实施例500所示，收集装置320可包括第一HC收集器522、第二HC收集器524和第一过滤器526。进一步地，HC收集器和过滤器可以各种顺序布置。例如，第一HC收集器522可设置在接近收集装置320的入口510处，而第一过滤器526可设置在接近收集装置320的出口512处。例如，第二HC收集器524可设置在第一HC收集器522和第一过滤器526之间。在该配置中，在装载(或存储)操作期间，排气可以该顺序(如箭头514表示)流过第一HC收集器522、第二HC收集器524和第一过滤器526。相反，在抽送操作期间，排气可以该顺序(如箭头516表示)流过第一过滤器526、第二HC收集器524和第一HC收集器522。
在另一例子中，如在图6的示例实施例600所示，收集装置320可包括装在收集器外壳602中的第一HC收集器622、第二HC收集器624、第一过滤器626和第二过滤器628。HC收集器和过滤器可以各种顺序布置。例如，第一过滤器626可设置在接近收集装置320的入口610处，而第二过滤器628可设置在接近收集装置320的出口612处。例如，第一HC收集器622和第二HC收集器624可设置在第一和第二过滤器之间，其中第一HC收集器622临近第一过滤626并且第二HC收集器624临近第二过滤器628。在该配置中，在装载(或存储)操作期间，排气可以该顺序(如箭头614表示)流过第一过滤器626、第一HC收集器622、第二HC收集器624和第二过滤器628。相反，在抽送操作期间，排气可以该顺序(如箭头616表示)流过第二过滤器628、第二HC收集器624、第一HC收集器622和第一过滤器626。
在一个例子中，HC收集器可用包括与一种或更多种合适的HC吸附剂层叠在一起的底座的砖形或整体(例如，挤压的整体)的形式。在另一例子中，HC收集器可包括合适吸附剂的片块(pellets)。可选择HC收集器吸附剂，以使在HC存储期间吸附最大量的HC，而允许在HC抽送期间在足够低的温度下解吸附HC而不使收集器老化。选择的吸附剂也可具有高耐久性，从而防止来自排气的热或毒化引起的褪化。例如，HC收集器可包括活性碳和催化沸石中的至少一种。
使用的各吸附剂在孔隙率方面可以不同。例如，接近收集装置入口的HC收集器和/或过滤器可包括孔隙率较大的吸附剂(例如，用于收集较大的链状HC和PM)，而接近收集装置出口的HC收集器和/或过滤器可包括孔隙率较小的吸附剂(例如，用于收集较小的链状HC和PM)。另外或可选地，使用的各吸附剂在化学性质上可以不同。例如，接近收集装置入口的HC收集器和/或过滤器可包括对较长链的HC和较大的PM具有较高亲和力的吸附剂，而接近收集装置出口的HC收集器和/或过滤器可包括对较短链的HC和较小的PM具有较高亲和力的吸附剂。在一个例子中，通过在存储操作期间，在排气流的方向上，在孔隙率较小的收集器/过滤器之前，设置孔隙率较大的收集器/过滤器，可减少与收集器/过滤器堵塞有关的潜在问题。
在一个例子中，第一HC收集器(522、622)可包括大孔活性碳(例如，以整体形式或片块形式)，而第二HC收集器(524、624)可包括微孔活性碳(例如，以整体形式或片块形式)。在另一例子中，第一HC收集器可包括大孔催化沸石(例如，以整体形式或片块形式)，而第二HC收集器可包括微孔催化沸石(例如，以整体形式或片块形式)。催化沸石可包括多种离子交换沸石，例如铜离子交换沸石和铁离子交换沸石。仍在其它例子中，可使用基于活性碳的收集器和基于沸石的收集器的组合，例如大孔活性碳的第一HC收集器和微孔沸石的第二HC收集器。
吸附剂的组合也可基于要求的或期望的收集装置入口温度的范围调节。例如，可为较低入口温度(例如，不超过350℃)使用基于活性碳的收集器，而可为较高入口温度(例如，高达600℃)使用基于催化沸石的收集器。
第一和第二PM过滤器可包括例如柴油机微粒过滤器、活性碳片块(大孔或微孔)、催化沸石片块(大孔或微孔)、沸石的多孔块、各种规格的金属滤网、天然纤维(例如棉和/或纸)、合成纤维和泡沫塑料块中的至少一种。
尽管示出的例子说明：较大孔隙率的收集器/过滤器可在存储操作期间设置在较小孔隙率的收集器/过滤器前面，在排气流方向上，但在可替换例子中，较小孔隙率的收集器/过滤器可在存储操作期间设置在较大孔隙率的收集器/过滤器前面，在排气流方向上。仍在其它例子中，第一和第二收集器可具有相同组成和/或孔隙率，并且第一和第二过滤器可具有相同组成和/或孔隙率。仍在其它例子中，EGR冷却器管路用催化沸石覆盖或涂覆，并可用作HC收集器。
仍在其它例子中，收集装置320可包括用于存储排出的HC和PM的设备，例如一个或更多个组合的HC收集器/PM过滤器的砖状块，如参考图12的示例实施例1200说明。砖状块可具有整体结构，例如柴油机微粒过滤器的整体结构。砖状块可由例如挤压的HC收集剂或吸附剂(例如活性碳或催化沸石)制成。砖块底座的孔隙率，即挤压的HC吸附剂的孔隙率，可被调节以允许排气流过墙壁。如图12所示，砖状块在里面可包括多条管路1202，用于从排气1206中过滤微粒物。此外，例如通过各塞子1204可堵住交替的各管路1202。在一个例子中，塞子可强迫排气1206流过管路壁1208，并允许在其上收集来自冷起动排放物的微粒物1210。仍在其它例子中，微粒物可在管路塞子出口面上收集，在该情况下，在存储操作结束处，交替的管路塞子的出口面可用微粒物覆盖，增加特征化的方格(checkered)图案。相似地，通过由HC收集剂制成的管路壁的排气1206的流动可使排出的HC存储在管路中(例如存储在集中区域1212中)成为可能。
尽管未示出，但图5-6和12的收集装置可进一步包括各种传感器，例如压力传感器、温度传感器和/或排气传感器。在一个例子中，压力传感器可耦合到收集装置320，例如在收集器壳中。然后可基于估计的压力推断存储在收集装置320的收集器和过滤器中的HC和PM的量。例如，在压力低于阈值时，可确定存储状况。然后，随着存储的进行，压力可升高，并在压力高于阈值时，确定抽送状况。相似地，随着抽送操作的进行，压力可下降，并在压力低于阈值时，可认为抽送操作完成。在另一例子中，可基于设置在收集装置下游，或设置在接近收集装置出口处的排气传感器的读数，确定存储在收集装置320的收集器和过滤器中的HC和PM的量。
现在转到图7，其示出通过调节排气处理系统中阀门的配置，调节排气处理系统的操作模式的示例例程700(如在图8的表格中概括)。同样，排气处理系统可在5种操作模式的一种中操作，这5种操作模式包括存储模式、抽送模式、EGR模式和两种中间模式。例程700可使用在此描述的系统、组件和设备实施，但可替换地可使用其它合适的系统、组件和设备实施。
在702，例程确认发动机冷起动状况。例如，例程可确定发动机是否从休息状态起动，和/或确定发动机是否通过发动机起动转动操作而被启动。进一步地，例程可估计和/或推断排放控制设备温度，并确认该温度低于阈值温度(例如，催化剂起燃温度)。在一个例子中，可使用专用温度传感器，例如安装到排放控制设备的温度传感器，估计排放控制设备温度。在另一例子中，可从位于排气通道45或排气歧管中的一个或更多个排气温度传感器推断该温度。在另一例子中，可基于发动机关机时间(湿机时间(soak time))、环境温度、发动机冷却剂温度和进气负荷温度，推断排放控制设备温度。如果确认没有冷起动状况，那么例程可结束。在704，可确认HC和PM存储状况。在一个例子中，可在排气处理系统22的一个或更多个收集器和过滤器的存储容量大于阈值时确认存储状况。在另一例子中，可根据确定排气处理系统22在先前发动机操作期间已经进行抽送来确认存储状况。另外，例程可使排气处理系统22中的存储在排气处理系统22的温度低于最大存储温度时成为可能。仍进一步地，该例程可使基于发动机中燃烧的燃料的性质(例如燃料中的酒精量)在排气处理系统22中存储排出的HC和PM成为可能。如果确认没有存储状况，例程可结束。
如果确认了存储状况，那么在706，例程可调节排气处理系统22的多个阀门，从而使系统在第一操作模式中操作(Mode A，排出的HC和PM存储)成为可能。特定地，发动机控制器12可调节第一致动器303、403，从而完全关闭排气节气门302而打开隔离阀304、404。另外，发动机控制器12可调节第二致动器307、407，从而关闭抽送阀308、408而打开分流阀306、406。仍进一步地，控制器12可关闭LP-EGR阀39。在该配置中，排气可在流过收集装置320后排到大气，其中可保留排出的HC和PM。
在708，可确定排放控制设备温度是否已经达到阈值。在一个例子中，阈值可对应排放控制设备催化剂起燃温度(即，催化剂可高效运行的温度)。如果没有达到阈值温度，那么例程可回到706，并继续在第一操作模式(存储)中操作。这样，没有处理的HC排放物可保留在收集装置中，直到催化转化器激活，由此改善冷起动排放物的质量。
如果确认达到阈值温度(即，排放控制设备已经达到被催化活化的温度)，在710，例程可调节排气处理系统22的多个阀门，从而使系统在第一中间操作模式中操作(Mode I，中间冷却发动机)成为可能。特定地，发动机控制器12可调节第一致动器303、403，从而至少部分打开排气节气门302而关闭隔离阀304、404。另外，发动机控制器12可调节第二致动器307、407，以打开抽送阀308、408而关闭分流阀306、406。仍进一步地，控制器12可维持LP-EGR阀39在关闭状态。在该配置中，排气可在通过(现在催化活化的)排放控制设备催化处理后排到大气。这里，收集器装置320可与排气流隔离开，允许处理的排气无阻碍地流过排气通道，并从尾管35进入大气。这样，在发动机暖机和/或直到抽送状况被确认时，清洁的排气可排到大气。
在712，可确定是否符合抽送状况。同样，可基于各种发动机和车辆操作参数使抽送成为可能，所述参数包括存储在排气处理系统22中的HC和PM的量(例如收集装置320中存储的在HC收集器中的HC的量和/或存储在过滤器中的大于阈值的PM量)、排气处理系统的温度和/或压力(例如，高于阈值的温度和压力)、燃料温度、发动机温度、最后抽送后的起动数(例如大于阈值的起动数)、燃料性质(例如燃烧的燃料中的酒精量、随燃料中酒精量的增加而提高的抽送频率)，以及各种其它参数。在一个例子中，存储在收集装置320的收集器和过滤器中的HC和PM的量可基于收集器320压力的增加而确定(例如，通过专用压力传感器确定)。在另一例子中，存储在收集装置320的收集器和过滤器中的HC和PM的量可基于设置在收集装置下游的排气传感器的读数确定。在一个例子中，如果例程确定在当前发动机启动期间排气被在之前发送到排气处理系统22，那么可认为符合抽送状况。在另一例子中，如果发动机温度已经提高到符合EGR稳定阈值(即，高于EGR可有效的阈值温度)，那么可认为符合抽送状况。如果不符合抽送状况，而排放控制设备温度仍高于阈值温度，那么例程可继续在第一中间操作模式中操作。
如果确认抽送状况，那么在714，例程可调节排气处理系统22的多个阀门，从而使系统在第二操作模式(Mode B，收集装置抽送)中操作成为可能。特定地，发动机控制器12可调节第一致动器303、403，从而维持排气节气门302至少部分打开，而维持隔离阀304、404关闭。另外，发动机控制器12可调节第二致动器307、407，从而维持抽送阀308、408打开和分流阀306、406关闭。仍进一步地，控制器12可打开LP-EGR阀39。在该配置中，排气可通过抽送管道312、412在与第一(存储)模式操作期间的流动方向相反的流动方向上被发送到收集装置320。特定地，热的排气在经LP-EGR通道被再循环到发动机进气装置内之前，可从收集装置320的出口向收集装置320入口流动。这样，抽送流也可用作EGR流，由此提供燃料经济性益处。通过在排气处理系统和EGR系统之间共享组件，也可实现组件减少的益处。
尽管示出的例程说明通过在第一中间模式中操作，从第一操作模式转换到第二操作模式，但在可替换例子中，该例程可从第一操作模式转换到第二操作模式而不经过中间模式。
接下来完成抽送操作，在716，可确定是否仅要求EGR。在一个例子中，可在收集装置320的HC收集器中存储的HC量和/或过滤器中存储的PM量低于阈值时认为抽送操作完成。在另一例子中，可在抽送操作开始后的预定持续时间之后，认为抽送操作完成。
在一个例子中，当在716不要求EGR，并且发动机处于怠速和/或排气温度高于阈值(例如，高于400℃时)，在718，例程可调节排气处理系统22的多个阀门，从而使系统在第二中间操作模式中(Mode II，中间怠速发动机操作)操作成为可能。特定地，发动机控制器12可调节第一致动器303、403，从而维持排气节气门302至少部分打开，而维持隔离阀304、404关闭。另外，发动机控制器12可调节第二致动器307、407，从而维持抽送阀308、408打开和分流阀306、406关闭。仍进一步地，控制器12可关闭LP-EGR阀39。在该配置中，热排气可在经过排放控制设备催化处理后排到大气，而收集装置320与热的排气流的潜在有害效应隔离。
比较而言，如果在716仅要求EGR，例如在成功的抽送操作之后，那么在720，例程可调节排气处理系统22的多个阀门，从而使系统在第三操作模式(Mode C，仅EGR)操作成为可能。特定地，发动机控制器12可调节第一致动器303、403，从而维持排气节气门302至少部分打开，而维持隔离阀304、404关闭。另外，发动机控制器12可调节第二致动器307、407，从而关闭抽送阀308、408和打开分流阀306、406。仍进一步地，控制器12可维持LP-EGR阀39打开。在该配置中，排气可通过管道373、473和LP-EGR通道73再循环到发动机进气装置内。进一步地，收集装置320可保持与EGR流隔离，由此使EGR操作独立于排气处理系统来执行成为可能。
尽管示出的例程说明通过在第二中间模式操作，从第二操作模式转换到第三操作模式，但在可替换例子中，该例程可从第二操作模式转换到第三操作模式而不经过中间模式。
这样，通过将排气处理系统与EGR系统耦合，当要求抽送操作时，存储的HC和PM的抽送流可用作EGR流，并且当仅要求EGR流时，可实现独立于抽送流的EGR流。通过使排气处理系统与EGR系统协作，也可减少车辆系统中组件的数量。
现在转到图9，图表900参照各种不同碳氢化合物种类示出排气处理系统22的碳氢化合物吸附效率。特定地，图表比较各种不同的HC种类(特定地，不同的非甲烷HC种类，NMHC)的每个在收集装置入口的量(以毫克)与在收集装置出口(例如，使用气体色谱法或傅里叶变换红外光谱确定)的量，由此为每个收集的HC种类确定吸附效率。在一个例子中，如所描述的，测试的收集装置可具有直径3英寸且长度8英寸，并可充满200cpsi/0.88L吸附剂的基质容器。在此测试的燃料可以是乙醇混合物，例如在此所描述的E85(具有85％乙醇和15％汽油的组成)。同样，在基于具有可变酒精组成(例如范围从汽油(E0)到乙醇(E85))的燃料操作的柔性燃料(flex fuel)车辆中，酒精混合燃料可产生具有广泛可变组成的排气。例如，来自具有较大酒精含量的酒精混合燃料的排气可具有较大百分比的非甲烷有机气体(NMOG，这里也称为NMHC)，包括较小的链烃。同样，排气的变化的组成可导致普通使用的收集器的吸附效率的广泛变化。如图表900所示，如本公开的示例排气处理系统中所述，通过使用收集器材料和微粒过滤器的组合，各种排出的HC种类的吸附效率都可充分改善。在一个例子中，如所描述的，排放的乙醇种类的80％可被吸附，而C3碳氢化合物的60％可被吸附。在另一例子中，C4-C9碳氢化合物的93-99％可被吸附。同样，可充分改善排出的HC种类的全面吸附效率(例如，提高到72％)。因此，收集器可以能够从排气排放物中去除更宽范围的HC和PM成分。通过使用这样的收集器，排气处理系统的效率可以得以改善。
图10示出图表1000，该图表1000描述整体老化对排气处理系统22的收集器的HC吸附效率的影响。特定地，通过借助在一定范围的排气温度(例如，从250℃到350℃)以及一定范围的空气燃料比(例如，从1.0到1.3lambda)使整体老化0-300小时，研究对HC吸附效率的影响，来测试收集器/过滤器的整体耐久性。如所显示的，即使在长时间在充分高温处理富排气时(例如，如图表所示出的350C 1am 1.3)，老化的收集器整体的吸附效率可能不会显著降低。例如，与可以是例如92％的新收集器整体的HC吸附效率相比，老化的整体可具有在50-90％吸附的范围内的HC吸附效率。因此，收集器可以能够在较长时期以改善的效率去除排放的HC和PM。这样，可延长排气处理系统的操作寿命。
图11示出表格1100，该表格1100描绘排气处理系统22的存储的碳氢化合物的去除效率。特定地，该表格比较在以不同温度(如在进气温度指示)的排气抽送时从收集器释放的存储的HC的量(以百分比)和流速(如通过CHCT的循环平均(average on-cycle)流量表示)。如所示，即使当以较低温度(例如，在200℃到250℃范围中)、较高流速(例如，在53L/min)的排气抽送时，也可有效释放存储的HC的充分的量(例如，存储的HC的80％)。当以较高温度(例如，在300℃到350℃范围中)和高流速(例如，在53L/min)的排气抽送时，可有效释放基本上全部存储的HC(例如，存储的HC的95％)。
因此，排气处理系统的收集器和过滤器可以能够有效释放各种HC种类，并也在中等抽送气体温度和流速下有效释放(或去除)存储的HC。这样，排气处理系统可充分改善排气排放物的质量。
这样，耦合到低压EGR系统的排气处理系统可有利地用来当要求抽送存储的HC和PM时使抽送流与EGR流结合，而当仅要求EGR时仅使EGR流成为可能。通过调节分流阀和抽送阀的打开和关闭，经排气后处理系统的排气流的方向可有选择地被改变，由此在存储操作、抽送操作和EGR操作之间改变操作模式。通过在排气处理系统和EGR系统之间共享组件，可降低排气处理系统的成本和复杂性而改善它的性能。
注意包括在此的示例控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在此描述的特定例程可代表任何数量的处理策略中的一个或更多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。同样，所描述的各种行动、操作或功能可按说明的顺序执行、并行执行或在一些情况省略执行。同样，为了达到所描述的各示例实施例的特征和优点，不必要求处理的顺序，所述的顺序而只是为了便于说明和描述。所说明的行动或功能中的一个或更多个可根据使用的特别策略重复执行。进一步地，描述的行动可图形代表要编程到发动机控制系统中的计算机可读介质内的代码。
应该认识到，在此公开的配置和例程实际上是一些例子，而且这些特定实施例不应被认为具有限制意义，原因在于许多变化都是可能的。例如，上面的技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4，以及其它发动机类型。本发明的主题包括在此公开的各种系统和配置，以及其它特正、功能和/或性质的全部新颖且非明显的组合与子组合。

Claims (10)

1.一种操作包括耦合到发动机排气装置的排气处理系统的发动机的方法，所述排气处理系统通过排气再循环系统，即EGR系统，进一步耦合到发动机进气装置，所述排气处理系统包括排气HC收集器/PM过滤器，所述方法包含：
在第一模式操作，包括经所述排气处理系统向排气尾管发送排气；
在第二模式操作，包括通过低压EGR系统经排气处理系统向发动机进气装置发送排气；以及
在第三模式操作，包括经所述低压EGR系统向发动机进气装置发送排气而绕过所述排气处理系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一模式操作包括在所述排气处理系统中存储排出的碳氢化合物即HC和微粒物即PM，并且其中在所述第二模式操作包括将所存储的HC和PM抽送到所述发动机进气装置，以及在所述第三模式操作包括将排气再循环到所述发动机进气装置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述排气处理系统包括收集装置，所述收集装置包含被配置以收集HC和PM的至少一个排气HC收集器/PM过滤器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述收集装置包括不同孔隙率的多个HC收集器，以及不同孔隙率的多个PM过滤器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述HC收集器包括活性碳和催化沸石中的至少一种，并且其中所述PM过滤器包括柴油微粒过滤器、活性碳、催化沸石、天然纤维、合成纤维和泡沫塑料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作模式之间的转换是基于排气温度和排放控制设备温度中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气处理系统包括排气节气门、隔离阀、分流阀和抽送阀，并且其中所述低压EGR系统包括EGR阀，并且进一步其中，在所述第一模式操作包括关闭所述排气节气门、打开所述隔离阀、关闭所述抽送阀、打开所述分流阀，以及关闭所述EGR阀，其中在所述第二模式操作包括打开所述排气节气门、关闭所述隔离阀、打开所述抽送阀、关闭所述分流阀，以及打开所述EGR阀，和其中在所述第三模式操作包括打开所述排气节气门、关闭所述隔离阀、关闭所述抽送阀、打开所述分流阀，以及打开所述EGR阀。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述排气节气门的打开与所述隔离阀的关闭通过第一致动耦合器相耦联，并且其中所述分流阀的打开与所述抽送阀的关闭通过第二致动耦合器相耦联。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述排气处理系统进一步包括收集装置，所述方法进一步包括：通过在第一中间模式操作，从所述第一操作模式向所述第二操作模式转换；以及通过在第二中间模式操作，从所述第二操作模式向所述第三操作模式转换，所述第一和第二中间模式包括经排气处理系统向排气尾管发送排气而绕过所述收集装置。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一和第二中间模式操作包括打开所述排气节气门、关闭所述隔离阀、打开所述抽送阀、关闭所述分流阀，以及打开所述EGR阀。
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