CN102042111A - 用于排气系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于使用带有第一和第二涡轮并包括包含沸石的排放控制装置的分支排气系统还原NOx的系统和方法。在一个示例方法中，在当排气温度低于第一温度阈值的第一时间段期间，引导排气通过第二涡轮和排放控制装置，调节第二涡轮以控制进气增压；在第一时间段之后的第二时间段，引导排气通过第一涡轮及调节所述第一涡轮以控制进气增压。当排气温度在高于第一温度阈值的第二温度阈值之上时可从排放控制装置释放NOx，在第二时间段排气没有流通过排放控制装置。

Description

用于排气系统的方法
【技术领域】
本发明涉及减小NOx排放的发动机排气系统的方法。
【背景技术】
由于需要时间来暖机主后处理装置以实现催化剂起燃，来自发动机冷起动的NOx排放达到总NOx排放中较大部分。
发明人已经认识到带有第一和第二涡轮的排气系统(例如分支排气系统)包括含有沸石或类似的吸附剂的排放控制装置可用于在非暖机的排气状况期间减少NOx排放同时在发动机运转期间提供改善的增压控制。
【发明内容】
根据本发明一方面，提供一种用于具有第一涡轮和第二涡轮的排气系统的方法，包括在当排气温度低于第一温度阈值的第一时间段期间，引导排气通过第二涡轮和排放控制装置，调节第二涡轮以控制进气增压；在第一时间段之后的第二时间段，引导排气通过第一涡轮及调节所述第一涡轮以控制进气增压。在一个示例中，当排气温度在高于第一温度阈值的第二温度阈值之上时可从排放控制装置释放NOx，在第二时间段排气没有流通过排放控制装置。
这样，在非暖机的排气状况期间，可引导NOx排放通过包含例如沸石的排放控制装置。在排气被加热的同时可通过排放控制装置吸附NOx。吸附的NOx可随后大量存储在排放控制装置内直至NOx还原装置(例如氨水催化的选择性催化还原器)已经充分加热以变得具有催化活性。推迟释放存储的NOx至NOx还原装置，这样可减少NOx排放，因为减少了在非暖机排气状况期间由发动机排出的NOx较大部分。
此外，在这样的方法中，第一和第二涡轮可提供更大程度的增压控制以便在分支排气系统的不同运转模式之间转换时减小增压波动。此外，涡轮可有利地用于适应瞬时扭矩请求，并且例如通过在暖机工况期间分支排气系统的协调控制将增压维持在所需水平。
根据本发明的一个实施例，还包括在该抽取或释放NOx之前预载还原剂。
根据本发明的一个实施例，涡轮为可变几何涡轮。
根据本发明的一个实施例，涡轮具有废气门。
根据本发明的一个实施例，在排放控制装置内带有第一量的NOx时的第一次起动发动机之后，第一时间段具有第一长度；并且在不同于第一次发动机起动的带有第二量的NOx(高于第一量)的第二次发动机起动之后，第一时间段具有短于第一长度的第二长度。
根据本发明另一方面，提供一种用于还原在具有第一涡轮和第二涡轮以及排放控制装置的排气系统内的发动机NOx排放的方法，包括在第一发动机起动之后，当排放控制装置NOx饱和较低时，引导排气流通过第二涡轮和排放控制装置，调节通过第二涡轮的膨胀以提供增压；及在第二发动机起动之后，当排放控制装置NOx饱和较高时，引导排气旁通过排放控制装置并且流通过第一涡轮，调节通过第一涡轮的膨胀以提供增压。
根据本发明的一个实施例，排放控制装置包括沸石。
根据本发明又一方面，提供一种连接至燃烧发动机的排气系统，包括带有第一涡轮的第一管道和带有第二涡轮的第二管道，第二管道在涡轮的下游分支点处接合；位于分支点下游的NOx还原装置；沿分支点上游的第二管道设置的排放控制装置；沿分支点上游的第一管道设置的第一阀门；沿排放控制装置上游的第二管道设置的第二阀门；计算机可读存储介质，配置为：当排气温度低于第一温度阈值时在第一时间段引导排气通过第二涡轮和排放控制装置；在所述第一时间段期间调节通过第二涡轮的膨胀以控制增压；在第一时间段之后的第二时间段引导排气通过第一涡轮；在第二时间段期间调节通过第一涡轮的膨胀以控制增压；及当排气温度在高于第一温度阈值的第二温度阈值之上时引导排气通过排放控制装置。
根据本发明的一个实施例，排放控制装置包括沸石。
根据本发明的一个实施例，涡轮为可变几何涡轮。
根据本发明的一个实施例，涡轮具有废气门。
根据本发明再一方面，提供一种用于具有第一涡轮和第二涡轮的排气系统的方法，包括在第一时间段，引导排气通过排放控制装置，并且随后旁通过排放控制装置；在第一时间段之后的第二时间段，增加通过第一涡轮的膨胀并且减小通过第二涡轮的膨胀；及在第二时间段之后，减小通过第一涡轮的膨胀并且增加通过第二涡轮的膨胀。
根据本发明的一个实施例，排放控制装置包括沸石，并且在第二时间段之后，抽取排放控制装置同时再次引导排气通过排放控制装置。
应理解上面的概述提供用于以简化的形式引入将在详细描述中进一步描述的选择的概念。不意味着确认所保护的本发明主题的关键的或实质的特征，本实用新型的范围将由本申请的权利要求唯一地界定。此外，所保护的主题不限于克服上文或本公开的任何部分中所述的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
图1显示了连接至燃烧发动机的分支排气系统的示意图。
图2显示了排气控制随着排气温度增加的曲线示例。
图3显示了用于在非暖机的排气状况期间存储NOx排放的示例程序。
图4显示了用于在NOx还原催化剂达到起燃温度之前用于存储NOx并增压控制的示例程序。
图5显示了用于在NOx催化剂达到起燃温度之后用于运转排气后处理系统的示例程序。
图6显示了用于在分支排气系统的运转模式间转换时调节涡轮膨胀的示例程序。
图7显示了用于抽取存储的NOx的示例程序。
图8显示了用于处理瞬时扭矩请求的示例程序。
【具体实施方式】
下面的描述涉及使用带有连接至燃烧发动机的两个涡轮的排气系统(其在一个示例中具有分支)减少NOx排放的系统和方法，图1中显示了其示例。在非暖机排气状况期间(例如在发动机从停止开始冷起动之后)，可首先引导排气通过含有沸石或类似吸附剂的排放控制装置。
由于高孔容和表面积，沸石和类似于沸石的材料(例如氧化铝、硅或它们的组合物)有能力吸附高程度的水。因此，当温度下降至室温时，包含这种吸附剂材料的排放控制装置能够吸附更多的水。NOx可(例如作为硝酸)存储在沸石或类似于沸石的材料吸附的水里。随着排放控制装置的温度上升，由沸石或类似于沸石的材料吸附的水蒸发释放出吸附的NOx。因此，一旦排放控制装置NOx饱和或达到释放存储的NOx的温度，可引导排气旁通过排放控制装置。这样，在NOx还原装置被加热的同时可有效地将NOx捕集在排放控制装置内。
图2显示了分支排气系统内的排气控制随着排气温度增加的示例曲线图。在图2中，NOx被存储、捕集，随后在NOx还原装置(例如SCR)已经达到催化起燃温度之后从排放控制装置抽取或释放。图3显示了在发动机冷起动事件之后用于在排放控制装置内控制存储NOx的示例程序。例如，在排放控制装置包含沸石的示例下，可通过排放控制装置在低温下(例如低于60℃的温度下)大量吸附NOx排放。然而，一旦温度增加至温度阈值之上，NOx开始从排放控制装置脱附。图4显示了用于在排气温度超过NOx将开始脱附的温度阈值时控制捕集存储在排放控制装置内的NOx的示例程序。可在排放控制装置内捕集NOx直至排气被充分加热以激活NOx还原装置内的还原催化剂。如图5所示，一旦NOx还原装置被充分加热以变得具有催化活性，如参考图7中的程序所示，可抽取或释放存储的NOx。一旦NOx被抽取或释放，如图8所示在发动机运转期间，第二涡轮可用于处理瞬时扭矩请求。
在图3-5的程序期间例如使用阀门可优先传送排气流通过不同管道和涡轮。当使用阀门将排气流从带有第一涡轮的第一排气管道转换至带有第二涡轮的第二排气管道时，可能存在一段时间，在该段时间内第二涡轮必须开始旋转以便继续提供之前由第一涡轮供应的增压。与在转换期间第二涡轮开始旋转相关的涡轮延迟可通过逐渐地减小通过第一涡轮的膨胀以及相应地逐渐增加通过第二涡轮的膨胀来得到抵消。图6显示了用于这种转换的一个示例程序。
现参考图1，示意性描述的分支排气系统100显示为连接至燃烧发动机102。例如，发动机102可为柴油发动机、汽油发动机或汽油乙醇发动机。发动机102和排气系统100可至少部分由包括控制器128的控制系统和通过经由输入装置168来自车辆驾驶员170的输入控制。在这个示例中，输入装置168包括加速踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器172。
图1中所示的排气系统100包括离开燃烧发动机的至少两个排气管道104和112。来自发动机102的排气可被分离为两股流体并且由沿两个排气管道设置的阀门106和114控制。第一排气管道104可包括位于其内的第一阀门106，其可位于第一涡轮108的上游。第二排气管道102可包括位于其内的第二阀门114，其可位于第二涡轮116的上游。例如，当阀门106关闭并且阀门114打开时，排气将仅流通过排气管道112。当阀门106打开并且阀门114关闭时，排气将仅流通过排气管道104。当两个阀门106和114均打开时，排气将流通过管道112和104。
排气后处理装置118可沿第二涡轮116下游的排气管道112设置。装置118可包括当排气低于温度阈值时吸附NOx排放的沸石或类似吸附剂。例如，装置118可包含带有包含贵金属、铁基氧化物、沸石和黏合材料(例如氧化铝、二氧化铈、二氧化钛和/或硅)的任一组合的罩面层的堇青石、金刚砂和/或金属层。例如，排气控制装置118可为基于沸石的柴油氧化催化剂(DOC)或基于沸石的选择性催化还原剂(SCR)。在其它示例中，装置118可包括DOC、尿素SCR、稀NOx捕集器、HC-SCR、三元催化剂、微粒过滤器或它们的组合。在其它示例中，装置118可包括多个排放控制装置，至少一个包含NOx吸附介质。
可通过多种方法冷却第二排气管道以使得排放控制装置118可保持低于温度阈值，在温度阈值NOx排放将被大量吸附较长时间。在一个示例中，第二排气管道可具有厚壁、鳍状物或类似物以增加管道壁的表面积以便在排气流通过其时在较长时间段内保持管道冷却。在其它示例中，可通过冷却装置冷却第二管道。这样，在非暖机排气系统状况期间通过装置118可吸附更多的NOx。
尽管图1中所示的示例内的阀门106和114显示为在涡轮的上游，这些阀门可位于沿排气管道的任何地方这样排气路径可优选地通过控制器引导。例如，阀门可位于涡轮的下游。在其它示例中，两个排气管道可包括单个阀门配置用于引导排气流通过仅第一管道、仅第二管道、或第一和第二管道二者。
排气后处理装置110可沿第一涡轮108下游的第一排气管道104设置。装置110可包含带有包含贵金属、铁基氧化物、沸石和黏合材料(例如氧化铝、二氧化铈、二氧化钛和/或硅)的任一组合的罩面层的堇青石、金刚砂和/或金属层。例如，装置110可包括DOC、尿素SCR、稀NOx捕集器、HC-SCR、三元催化剂、微粒过滤器或它们的组合。
在一个示例中，第二涡轮116可小于第一涡轮108。因为较小的涡轮增压器具有较低的总轴惯量并且能够更快地加速，第二涡轮116可用于在扭矩请求大于第一涡轮在截止阀全开的情况下能够提供的扭矩时处理瞬时扭矩请求。涡轮116和108可经由各自的轴119和121连接至压缩器系统117。在一个示例中，压缩器系统117可包括连接至发动机进气的单个压缩器。在其它示例中，压缩器系统117可包括相应于每个涡轮108和116的单个压缩器。
在一个示例中，涡轮108和116可为可变几何涡轮(VGT)。在其它示例中，由废气门阀148控制的废气门146可用于偏转排气流绕过涡轮108。同样，由废气门阀152控制的废气门150可用于偏转排气流绕过涡轮116。例如，可通过控制器128控制VGT或废气门阀。这样，可基于发动机和排气系统工况调节通过各自涡轮的膨胀量。例如，调节通过各自涡轮的膨胀量可用于在排气运转的不同模式期间处理扭矩请求，如下参考图3、4和5描述。
第二排气管道112在位于排放控制装置118和阀门106下游位置处的分支点120接合第一管道104。分支点120可位于沿阀门106下游的排气管道104上的任一点处。在一个示例中，分支点120可位于装置110的下游。
后处理装置122位于分支点120下游的排气管道内。装置122可包含带有包含贵金属、铁基氧化物、沸石和黏合材料(例如氧化铝、二氧化铈、二氧化钛和/或硅)的任一组合的罩面层的堇青石、金刚砂和/或金属层。例如，装置110可包括DOC、尿素SCR、稀NOx捕集器、HC-SCR、三元催化剂、微粒过滤器或它们的组合。在其它示例中，装置122可为还原NOx排放的任何后处理装置。例如，装置122可为SCR。在其它示例中，装置122可包括多个排放控制装置，至少一个包括NOx还原催化剂。因为NOx还原装置122可使用氨水作为催化剂还原NOx，例如当NOx还原装置为SCR时，尿素喷雾器126(或任何合适的氨源)可位于NOx还原装置122内或上游位置处。可控制氨水源126以在NOx还原装置122内预先装载与进入装置内的期望NOx量成比例的氨。例如，控制器128可预先装载氨准备抽取或释放存储在装置118内的NOx。
在一个示例中，排气后处理装置124可位于NOx还原装置122之后的下游。装置124可包含带有包含贵金属、铁基氧化物、沸石和黏合材料(例如氧化铝、二氧化铈、二氧化钛和/或硅)的任一组合的罩面层的堇青石、金刚砂和/或金属层。例如，装置110可包括DOC、尿素SCR、稀NOx捕集器、HC-SCR、三元催化剂、微粒过滤器或它们的组合。然而，应该明白图1中所示的排气系统100可包括未显示的多个排气后处理装置和结构。例如，DPF可位于装置122的上游。在其它示例中，装置110可位于NOx还原装置122的下游，相应地其下游可跟随有DPF。
排气系统100可包括与控制器128通讯的多个传感器和驱动器。例如，排气温度(EGT)传感器130和132可分别位于第一涡轮108和后处理装置110以及第二涡轮116和排放控制装置118之间。氧传感器134，例如通用或宽域排气氧(UEGO)传感器，可位于尿素喷雾器126和后处理装置110之间。额外地，EGT传感器136可位于分支点120和NOx还原装置122、EGT传感器138以及UEGO传感器140之间，并且压力变化传感器142可位于NOx还原装置122和DPF 124之间。此外，EGT传感器144可位于DPF 124下游。
多个传感器中一个或多个可用于监测排气温度和/或沿排气管道设置的排放控制装置的温度。可替代地，可对多种排气系统部件的温度建模。例如，可基于质量空气流量(例如由质量空气流量传感器所测量)以及上游温度传感器(例如传感器154或传感器130)确定排放控制装置的温度。
此外，多个传感器中一个或多个可用于确定排放控制装置118何时NOx饱和。例如，由位于装置118的管道112内的一个或多个温度传感器测量的温度可用于确定装置何时NOx饱和。在其它示例中，NOx传感器可位于排放控制装置118的下游。在其它示例中，温度传感器132可与校准信息一起使用以基于一个或多个温度传感器、质量空气流量和装置118内的吸附介质的使用时间确定装置118何时饱和。
图1中的控制器128显示为微处理器，包括微处理器单元158、输入/输出端口160、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在这个具体示例中显示为只读存储芯片162)、随机存取存储器164、保活存储器166和数据总线。除了上面讨论的那些信号外，控制器128可接收来自连接至发动机102和排气系统100的传感器的多种信号。
存储介质只读存储器162能够编程有代表由处理器158可执行的用于执行下面描述的以及可预期的但没有明确列出的其它变形的方法和控制策略的指令的计算机可读数据。
通过示例，在发动机冷起动之后，第一阀门106可关闭并且第二阀门114可打开。这样，排气可流通过排放控制装置118，其可脱附NOx排放。一旦排气温度接近第一温度阈值，可引导排气流以旁通过排放控制装置。第一温度阈值可例如为低于或等于NOx开始从排放控制装置脱附的温度。可例如通过关闭第二阀门114并且打开第一阀门引导排气旁通过排放控制装置。这样，可引导排气流通过第一管道104。在这个时间期间，在排放控制装置118有效捕集NOx的同时可持续加热NOx还原装置122。一旦充分加热NOx还原装置以变得具有催化活性，可通过打开第二阀门114抽取或释放排放控制装置118内存储的NOx。抽取或释放的NOx可随后通过NOx还原装置122充分还原。
经由阀门将排气流从一个管道转换至另一个管道(例如关闭第二阀门114并且打开第一阀门106以旁通过排放控制装置118)可与调节涡轮相结合以便减小转换期间的涡轮波动。在下面更详细地描述这种在排气系统运转的不同模式之间的转换。
参考图2-5在下面描述用于经由沿第一排气管道设置的第一阀门(例如阀门106)和沿第二排气管道设置的第二阀门(例如阀门114)控制排气流通过第一排气管道(例如管道014)和第二排气管道(例如管道112)的程序。此外，下面描述的程序包括通过基于车辆和发动机工况、车辆驾驶员请求和/或排气系统工况调节通过第一涡轮(例如涡轮108)和第二涡轮(例如涡轮116)的膨胀控制增压或扭矩请求的方法。在发动机从停止开始冷起动期间或者在发动机运转期间的任何时刻可执行该程序。
参考图2，显示了随着排气温度增加在调节第一和第二涡轮膨胀的同时经由第一和第二阀门控制排气流通过分支排气系统(例如排气系统100)的示例预期曲线图。
在图2A中，排气温度曲线200显示为在时间t0处开始的时间函数。时间t0可为排气温度低于第一温度阈值T1的时间。第一温度阈值T1可为这样的温度，低于其时NOx将被排放控制装置(例如装置118)大量吸附并且高于其时NOx将由排放控制装置大量脱附。在一个示例中，时间t0可为发动机从停止开始冷起动的时间。在其它示例中，时间t0可为在发动机运转期间排气温度低于第一温度阈值T1的时间。
如图2B和2D所示，对于在时间t0开始的第一时间段202，第一阀门(例如阀门106)为关闭并且第二阀门(例如阀门114)为打开以将排气传送通过沿第二排气管道设置的排放控制装置(例如装置118)。在这持续时间期间，第二涡轮(例如涡轮116)用于提供图2E中所示发动机需要的增压。换句话说，例如经由VGT或废气门阀调节通过第二涡轮的膨胀以满足并且维持依照工况、驾驶员要求等的所需进气增压。
在第一时间段202期间，可通过第二阀门下游的排放控制装置大量吸附NOx排放。第一时间段202由时间t1限定。在一个示例中，时间t1可为排气温度达到第一温度阈值T1的时间。在其它示例中，时间t1可为在排气温度达到温度阈值T1之前的时间。例如，在排气温度达到第一温度阈值T1之前可开始排气流从第二管道至第一管道的转换204以使得由排放控制装置吸附的NOx将不会在转换期间开始脱附。
在第一时间段202期间可加热位于分支点120下游排气内的排放控制装置。例如，由于NOx还原装置122位于分支点120下游，在第一时间段期间NOx还原装置被加热。
排气可经由第二管道(例如管道112)流通过排放控制装置直至第一时间段已经结束。在第一时间段的结尾处，在时间t1处，开始转换时间段204(由阴影区域指示)。当将排气从由第二阀门控制的第二管道传送至由第一阀门控制的第一管道时，例如通过调节VGT或涡轮的废气门阀，转换时间段204提供对于通过第一和第二涡轮的膨胀调节。通过第一和第二涡轮的膨胀调节用于减少在转换发生时与涡轮延迟相关联的增压波动。在转换时间段204期间，第一阀门和第二阀门均保持打开，如图2B和2D中所示。如图2E所示，在时间t2结束处的转换时间段期间，通过第二涡轮的膨胀逐渐地减小至最小膨胀。通过第一涡轮的膨胀相应地从在t1处的最小膨胀增加至足以满足在t2处所需发动机增压的膨胀量。一旦在t2处完成转换时间段，第二阀门关闭同时第一阀门保持打开。这样，涡轮延迟(其在第一涡轮开始旋转时发生)通过逐渐地减少通过第二涡轮的膨胀得到抵消。因此，在排气流从第二管道转换至第一管道期间可减小增压波动。此外，在转换期间，通过调节通过第一涡轮的膨胀可解决所需增压的调节。
在转换时间段204之后的时间段206，第一阀门(例如阀门106)打开并且第二阀门(阀门104)关闭。在该时间段期间，排气流通过第一管道和第一涡轮并且不流通过第二管道和排放控制装置(例如装置118)。由于在第一时间段202期间排气没有流通过装置110，装置110在时间段206开始处为冷却的。然而，如上所述，排放可至少部分地通过位于分支点120下游的排放控制装置(例如装置122和124)还原，因为在第一时间段202期间该装置至少部分地被加热。此外，发动机在时间段206期间的排放显著地少于在第一时间段202期间的发动机排放。在一个示例中，装置110也可包含沸石或类似地吸附剂。在这样的情况下，装置110可在装置110的温度达到NOx将开始从装置110脱附的温度阈值之前在时间段206期间吸附NOx。这样，当下游NOx还原装置122被加热到比时间段206开始时NOx还原装置122的温度更高的温度时可释放存储在装置110内的NOx。
当NOx还原装置(例如装置122)被加热至比第一时间段202期间更大的程度时，在时间段206期间关闭第二阀门有效地捕集排放控制装置(例如装置118)内的NOx排放。在时间段206期间，第一涡轮(例如涡轮108)提供由图2所示的发动机所需的增压。换句话说，经由VGT或废气门调节通过第一涡轮的膨胀以满足和维持所需进气增压。
图2所示的第二温度阈值T2可为NOx还原装置(装置122)达到催化剂起燃状况的温度。换句话说，排气温度T2可为NOx还原装置变得具有充分催化活性的温度。图2中的时间t3为排气温度变得充分加热以使得NOx还原装置变得具有催化活性的时间。由于NOx还原装置在时间t2变得具有催化活性，在时间t4的任何时间或在时间t3或之后可发生开始抽取或释放排放控制装置内存储的NOx。
一旦排气温度达到第二阈值T2，发动排放控制装置(例如装置118)的抽取或释放的时间t4可取决于多种发动机和排气系统工况。例如，在当与第二阀门相关的增压波动较不易察觉的时间可开始排放控制装置的抽取或NOx释放。在一个示例中，当车辆运转于低速或低负载状况时可开始排放控制装置的抽取。此外，由于抽取或释放存储在排放控制装置内的存储的NOx将增加进入NOx还原装置内的NOx排放，也可取决于氨存储量开始抽取或释放NOx。例如，开始抽取的时间t4可进一步基于氨存储量大于阈值。这样，充分的还原剂可用于还原抽取或释放的NOx。
在时间t4，在第一时间段202期间可打开第二阀门以释放由排放控制装置吸附的NOx。在一个示例中，紧接着在时间t4处开始抽取的之前，可例如经由尿素喷雾器可将氨预载进NOx还原装置。释放的NOx可随后流通过被加热至高于在第一时间段期间的较高温度的NOx还原装置(例如装置122)。例如，NOx还原装置被充分加热以变得具有充分催化活性以有效地还原从排放控制装置脱附的NOx。
在时间t4开始以及在t7抽取时间结束段期间，如图2B和2D所示，第一阀门保持打开并且第二阀门为打开。一旦开始抽取或NOx释放时间段并且第二阀门为打开，可调节第二涡轮以控制抽取或NOx释放速度。然而，由于涡轮延迟，会存在转换时间段208，其中如图2E所示第二涡轮的膨胀随着涡轮加速转速逐渐增加。在该转换208期间，可成比例地减小通过第一涡轮的膨胀以维持所需增压。这样，可减小增压波动。
一旦第二涡轮已经加速旋转至相应于在时间t5处所需抽取速度的所需膨胀水平，可调节第一涡轮并反向调节第二涡轮(调节第二涡轮控制抽取速度或来自装置118的抽取流量)以满足并且维持在时间段210期间的增压请求。例如，如果在抽取期间发动机作出高扭矩或增压请求，通过第一涡轮的膨胀将增加以适应高增压请求，同时第二涡轮将保持在相应于所需抽取速度的基本上恒定的膨胀。
抽取速度可取决于排气部件的多种工况。例如，所需抽取速度可取决于例如排气系统内的一个或多个排放控制装置的温度、由质量空气流量传感器确定的排气空间速度、排放控制装置内的催化剂使用时间等。
在时间t6处可开始抽取时间段的结束。时间t6可在t4处开始抽取之后的任何时间处发生。在一个示例中，时间t6可在一个时间发生以使得抽取时间段足够长以充分释放捕集在排放控制装置内的NOx。例如，通过一个或多个传感器监测排放控制装置温度以确定温度是否已经上升超过阈值，从而指示已经充分抽取装置以在t6处开始抽取的结束。在其它示例中，可在装置被充分抽取之前开始抽取时间段的结束。例如，当存储在排放控制装置内的NOx低于阈值时可开始抽取的结束。
一旦在t6处开始抽取的结束，如图2所示，在转换时间段212期间通过第二涡轮的膨胀逐渐地减小至最小膨胀以结束抽取。相应地，通过第一涡轮的膨胀从在t6处的最小膨胀逐渐地增加至在t7处足以满足所需增压的膨胀，如图2C所示。在转换时间段212之后，第二阀门关闭同时第一阀门保持打开，如图2B和2D所示。
在抽取时间段之后，第一涡轮(例如涡轮108)提供发动机所需的主要增压用于剩余的发动机运转208。换句话说，经由VGT或废气门阀调节通过第一涡轮的膨胀以满足并维持所需增压。然而，当扭矩或增压请求超过第一涡轮在截止阀全开所能提供的最大膨胀时，随后可打开第二阀门并且调节第二涡轮(例如涡轮增压16)以适应瞬时扭矩请求。可替代地，在例如由于压缩器喘振极限或第一涡轮运转的其它极限，第一涡轮运转受到限制的情况下可发生该运转。在图2中时间t8开始处显示了这种瞬时扭矩请求的示例。
在时间t8处，识别超过第一涡轮在最大膨胀时所能提供的瞬时扭矩请求。例如，识别这种瞬时扭矩请求可基于第一涡轮的膨胀超过阈值膨胀值。在其它示例中，识别这种瞬时扭矩请求可基于第一涡轮在最大膨胀时仍然不能满足所需增压请求。
一旦在t8处识别这种瞬时扭矩请求，如图2D所示打开第二阀门。如图2E所示，第二涡轮随后加速旋转以提供额外的扭矩。由于涡轮延迟，有利地打开第二阀门以在第一涡轮达到最大膨胀之前的时间激活第二涡轮。这样，由于当第一涡轮达到最大膨胀时第一涡轮已经旋转，可减小涡轮延迟状况。一旦瞬时扭矩请求已经结束，瞬时扭矩时间段214结束。在一个示例中，可关闭第二阀门以结束瞬时扭矩时间段。在其它示例中，在关闭第二阀门之前通过第二涡轮的膨胀可逐渐减小至最小值以便减小增压波动。对第二涡轮的调节可伴随着在第一涡轮内的相应调节以便维持所需增压。在一个示例中，涡轮调节的相互作用可取决于发动机作出的增压请求，例如响应驾驶员急踩加速踏板。
在上述示例时间段之后，出于诊断目的在发动机运转期间可额外地周期性地打开第二阀门，例如在监测排放控制装置内的催化剂的效率和寿命的程序期间。同样，在这种运转的转换期间，可调节一个涡轮以补偿其它涡轮的加速旋转和/或减速旋转。
现参考图3，显示了示例方法300，其通过在非暖机排气状况期间在包含沸石或类似吸附剂的排放控制装置内存储NOx减小NOx排放。可在发动机冷起动事件期间或在发动机运转的任何位置执行程序300。
在302处，程序300确定排气温度是否低于第一温度阈值T1。可通过沿排气后处理系统设置的一个或多个温度传感器确定排气温度。在如图1所示的示例中，可例如通过EGT传感器132确定排气温度。在其它示例中，可通过来自EGT传感器130、132、136、138和144中一个或多个测量值的组合确定排气温度。在又一示例中，可基于多种发动机运转参数对排气温度建模。第一温度阈值T1可为低于其NOx将被排放控制装置(例如装置118)大量吸附并且高于其NOx将由排放控制装置大量脱附的温度。例如，当排放控制装置为包含沸石的SCR，第一温度阈值可在50°-60℃的范围。如果在302处排气温度低于第一温度阈值，程序前进至步骤304。
在304处，程序300检查吸附装置是否饱和。换句话说，程序300检查吸附装置是否NOx饱和。例如，如果起动发动机并且在排放控制装置抽取之前停止多次，吸附装置可变得NOx饱和以使得甚至在排气温度低于第一阈值时在装置内不再存储NOx。在其它示例中，排气控制装置在温度达到第一阈值之前可变得NOx饱和。例如，吸附介质的尺寸和使用时间可确定能够吸附的NOx量。因此，在当排放控制装置较低的NOx饱和时第一次起动发动机之后，可引导排气流通过第二涡轮和排放控制装置并且可调节通过第二涡轮的膨胀以提供增压。在不同于第一次的第二次发动机起动之后，当排放控制装置更加NOx饱和时，可引导排气流旁通过排放控制装置并且流通过第一涡轮，并且可调节通过第一涡轮的膨胀以提供增压。
此外，NOx存储时间段202的长度可取决于排放控制装置在发动机起动时存储的NOx量。例如，如果在装置118内带有第一量的NOx的第一次起动基于第一长度的时间段202，不同于第一次起动在装置118内带有第二量(高于第一次)的NOx的第二次起动可基于第二长度时间段202，第二时间段短于第一时间段。因此，如果在非暖机状况发生多次起动，时间段202随着排放控制装置118内的NOx量的增加而增加。在一个示例中，在非暖机状况期间的多次发动机起动之后，排放控制装置118内存储的NOx量可达到指示装置完全饱和的阈值量。在这样的情况下，由于在装置118内不能存储更多的NOx，可不发生第一时间段202，并且排气系统将以第二阀门关闭以及第一阀门打开运转直至满足开始装置118的抽取的状况，如在下面详细描述。
可经由多种方式发生步骤304处的吸附装置NOx饱和的探测。例如，可基于设置在装置118下游的NOx传感器确定NOx存储量。在其它示例中，温度传感器可与校准信息一起使用以确定以基于质量空气流量和装置内吸附介质的寿命确定装置何时饱和。在其它示例中，NOx饱和可基于流过排放控制装置的排气量。例如，校准阈值可存储在控制器的存储器内以基于流通过装置的排气量指示排放控制装置何时饱和。在其它示例中，NOx饱和可基于发动机起动之前的前次发动机运转。同样，多种发动机和排气系统运转参数可存储在控制器的存储器内并且用于确定排放控制装置内存储的NOx量。这些参数的示例可包括在起动之前的前次发动机运转期间排放控制装置内存储的NOx量、抽取装置的上次时间、抽取时间是否足够长等。如果在304处确定排放控制装置为饱和，程序300前进至306。
在306处，程序300转换至关闭第二阀门(例如阀门114)和打开第一阀门(例如阀门106)。参考图2如上所述，该转换包括打开第一阀门、减小通过第二涡轮(例如涡轮116)的膨胀并且相应地增加通过第一涡轮(例如涡轮108)的膨胀。参考图6更详细地描述了用于转换关闭第二阀门并且打开第一阀门的示例程序。在程序308处，第一涡轮用于提供并维持所需增压。
这样，当以第一阀门打开以及第二阀门关闭运转排气系统时，NOx保持存储在排放控制装置直至排气温度被充分加热以使得NOx还原装置达到催化剂起燃。
如果在304处排放控制装置没有完全饱和，随后程序前进至310。在310处，第二阀门(例如阀门114)被打开或维持打开并且第一阀门(阀门106)被关闭或维持关闭。在这个步骤，通过第二排气管道(例如管道112)的排气中的NOx被排放控制装置大量吸附。这样，NOx排放将存储在排放控制装置内的沸石介质内。在312处，程序300经由VGT或废气门阀调节第二涡轮以满足并维持所需发动机增压。
在314处，程序300再次确定排气温度是否低于第一温度阈值T1。如果在314处排气温度仍然低于第一温度阈值T1，随后程序返回至步骤304。这样，在NOx排放进入排放控制装置的同时，程序300持续地监视排气温度和NOx存储。NOx可持续地被排放控制装置大量地吸附直至在304处排放控制装置饱和或直至在314处温度上升至第一温度阈值T1之上。一旦在314处排气温度上升至第一温度阈值T1之上，被排放控制装置吸附的NOx将开始脱附，因此程序前进至306。
在306处，程序转换至关闭第二阀门(例如阀门114)并打开第一阀门(例如阀门106)。如参考图6更详细地描述。程序随后前进至308处，在该处第一涡轮用于提供并维持所需增压。
现参考图4，显示了用于在排放控制装置(例如装置118)内捕集NOx同时运转排气系统、处理增压请求以及加热NOx还原装置的程序400。
在402处，程序400确定排气温度是否大于第一温度阈值并且低于第二温度阈值T2。在一个示例中，第二温度阈值T2可为大于第一温度阈值T1的任何温度。在其它示例中，第二温度阈值T2为NOx还原装置(例如装置122)达到催化剂起燃温度的温度。如果在402处排气温度处于该温度范围，程序前进至404。
在404处，程序400转换至关闭第二阀门(例如阀门114)并打开第一阀门(例如阀门106)。该转换包括打开第一阀门，减小通过第二涡轮(例如涡轮116)的膨胀并且相应增加通过第一涡轮(例如涡轮108)的膨胀。参考图6更详细地描述了用于转换至关闭第二阀门并且打开第一阀门的示例程序。在程序300的408处，第一涡轮用于提供并维持所需增压。
通过第二阀门(例如阀门114)关闭并且第一阀门(例如阀门106)打开，没有排气流通过第二管道(例如管道112)并且NOx保持有效地捕集在排放控制装置内。在程序400的406处，第一涡轮(例如涡轮108)用于提供并维持所需增压。
在408处，程序400确定排气温度是否达到或超过第二温度阈值T2。如上所述，第二温度阈值可为NOx还原装置达到催化剂起燃状况的温度。如果在408处排气温度仍然低于第二温度阈值T2，随后程序返回至步骤404处。这样，在处理通过经由调节VGT或第一涡轮的废气门阀对第一涡轮作出调节的增压请求同时，程序400持续地监视排气温度。一旦在408处排气温度上升或超过至第二温度阈值T1之上，程序结束。
图5显示了用于在排气温度达到或超过第二温度阈值T2之后运转排气后处理系统的示例程序500。在程序500的温度范围内，NOx还原装置具有充分催化活性以还原NOx排放。因此，可抽取或释放排放控制装置存储的NOx。一旦，排放控制装置被抽取，可协调并利用两个涡轮以有利地提供改善的增压控制同时不必关注NOx的存储/释放，因为所有存储的NOx已经被抽取或释放。例如，第二涡轮(例如涡轮116)可用于处理超过第一涡轮在截止阀全开时所能提供的最大膨胀的瞬时扭矩请求。此外，在抽取排放控制装置期间，第一涡轮和第二涡轮均处于运转。在该时间期间，调节第二涡轮膨胀可控制抽取速度同时可相应地调节第一涡轮的膨胀以便减小涡轮波动并且维持所需增压。
在502处，程序500检查排气温度是否大于第二温度阈值T2。如上所述，第二温度阈值T2可为NOx还原装置达到催化剂起燃的温度。如果在502处排气温度大于或等于第二温度阈值T2，程序前进至504。
在程序500的504处，第二阀门(例如阀门114)保持关闭且第一阀门(例如阀门106)保持打开。在这个时间期间，第一涡轮(例如涡轮108)用于适应增压请求。因此，在506处调节通过第一涡轮的膨胀以满足增压要求。
在程序500的508处，程序检查发动机或排气系统工况以使得在方便的时间抽取排放控制装置(例如装置118)内存储的NOx。方便的抽取时间可发生在发动机运转期间涡轮波动不易察觉的时候，例如当涡轮增压器速度高于阈值时。另外地，方便的抽取时间可在相对低的排气空间速度期间以便得在抽取期间由排放控制装置释放的相对大量的NOx将以相对低的空间速度通过NOx还原装置以增加反应效率。例如，排气流速可由多种传感器中一个或多个监测，并且当排气流速低于阈值量时抽取装置。在其它示例中，抽取的方便时间可为在低车辆速度(例如低于阈值车辆速度)状况期间。在又一示例中，抽取的方便时间可在低发动机负载(例如发动机负载低于阈值发动机负载量)状况期间。在另一示例中，抽取的方便时间可发生在发动机暖机之后的怠速时。此外，抽取的方便时间可基于氨存储量大于阈值。这样，在从排放控制装置118抽取NOx之前，足够的还原剂可用于NOx还原装置(例如SCR 122)。
如果在508处没有识别用于抽取排放控制装置的方便时间，程序500返回至504。在504处，第一阀门维持打开并且第二阀门保持关闭，并且在506处第一涡轮提供并且维持增压。
然而，一旦在508处识别抽取的方便时间，程序前进至510。在510处，抽取排放控制装置。参考图7在下面描述用于抽取排放控制装置的示例程序。一旦在510处抽取排放控制装置，程序前进至512。
在512处，程序500使用第二涡轮(例如涡轮116)以处理超过第一涡轮所能提供的最大膨胀的瞬时扭矩请求。参考图8在下面描述使用第二涡轮处理瞬时扭矩请求的示例程序。
现参考图6，显示了用于在分支排气系统的运转模式之间转换时调节涡轮膨胀的示例程序600。在开始程序600之前，第一阀门(例如阀门106)关闭并且第二阀门(例如阀门114)打开。例如，图3显示了在NOx存储模式期间低排气温度。
在程序600的602处，第一阀门保持打开且第二阀门保持打开。程序随后前进至604处。在604处，通过第一涡轮(例如涡轮108)的膨胀增加而通过第二涡轮(例如涡轮116)的膨胀减小。第一涡轮的膨胀的减小可成比例地增加通过第一涡轮的膨胀。例如，一旦第一阀门打开，通过第二涡轮的膨胀可减小以补偿与第一涡轮加速旋转以满足增压要求相关的涡轮延迟。相应于通过第一涡轮的膨胀增加，在606处通过第二涡轮的膨胀持续减小直至通过第二涡轮的膨胀达到最小值。一旦第二涡轮达到最小膨胀值，在608处第二阀门关闭。这样，通过逐渐减小通过第二涡轮的膨胀抵消在第一涡轮加速旋转时发生的涡轮延迟。因此，在排气从第二管道转换至第一管道期间可减小增压波动。
现参考图7，显示了用于抽取排放控制装置内存储的NOx的示例程序700。在程序700的702处，还原剂可预载进排气系统内准备用于抽取。例如，当NOx还原装置为SCR，可预载氨准备抽取排放控制装置。预载还原剂的量可取决于排放控制装置内存储的NOx量，例如其可取决于存储运转的时间段、环境温度状况等。此外，氨预载量可取决于开始抽取运转之前存储的氨量。例如，如果在开始抽取时存在大量的存储氨，可使用减少的预载，反之亦然。
在程序700的704处，打开第二阀门(例如阀门114)以开始抽取事件。一旦第二阀门打开，排气将开始流通过排放控制装置。因此，否认在排放控制装置内的NOx将以与流通过排放控制装置的排气速度成比例的速度释放。因此，在程序700的706处，调节通过第二涡轮的膨胀以控制抽取速度。调节第二涡轮以控制抽取速度可取决于多个发动机和排气系统运转参数。例如，调节可依赖于排气空气流速、车辆速度、发动机负载和排放温度多个中一个或多个。
在706处，相应于对第二涡轮作出的调节而调节第一涡轮以维持所需增压并且减小可例如在打开第二阀门时发生的涡轮波动。例如，在打开第二阀门之后可逐渐减小通过第一涡轮的膨胀以便补偿与需要第二涡轮旋转起来所需时间相关的涡轮延迟。同样，如果增加通过第二涡轮的膨胀以增加抽取速度，可成比例地减小通过第一涡轮的膨胀。同样，如果减小通过第二涡轮的膨胀以减小抽取速度，可成比例地增加通过第一涡轮的膨胀以补偿。
在程序700的708处，程序检查是否从排放控制装置充分抽取NOx。例如，程序可通过上述方法中一个监视排放控制装置内存储的NOx量。在其它示例中，程序可基于排气流通过排放控制装置的时间量低于阈值确定NOx是否充分抽取。在又一示例中，程序可基于正在抽取的排放控制装置的温度确定NOx是否被充分抽取。在其它示例中，下游传感器(例如SCR下游的NOx传感器或NH3传感器)可用于确定何时完成NOx抽取或NOx释放。
如果NOx未充分抽取或释放，程序700继续回到706以继续抽取。然而，一旦在708装置被充分抽取，程序前进至710。在710处，通过第二涡轮的膨胀减小至最小值同时通过第一涡轮的膨胀相应地增加以维持所需增压。一旦通过第二涡轮的膨胀处于最小值，第二阀门关闭。如上所述，以这种方式在不同的排气系统模式之间转换可减小在将排气从一个涡轮转换至其它涡轮时发生的涡轮波动。
现参考图8，显示了用于使用第二涡轮(例如涡轮116)处理瞬时扭矩请求的示例程序800。在802处，程序检查作出的扭矩或增压请求是否大于第一涡轮在截止阀全开的时候所能提供的最大膨胀。如果802处的回答为是，程序前进至804处。在程序800的804处，第二阀门(例如阀门114)打开并且程序前进至806。在806处，例如经由VGT或废气门阀调节第二涡轮(例如涡轮116)以满足并维持在步骤802处作出的扭矩或增压请求。在808处，在瞬时扭矩请求已经满足之后关闭第二阀门。
参考图2如上所述，一旦在步骤804处打开第二阀门，第二涡轮加速旋转以提供额外的增压。然而，由于涡轮延迟，有利地打开第二阀门以在第一涡轮达到最大膨胀之前的时间激活第二涡轮。这样，可减小涡轮延迟状况，因为在第一涡轮达到最大膨胀时第二涡轮已经开始旋转。在一个示例中，一旦使用额外的涡轮已经满足瞬时扭矩请求，可关闭第二阀门以结束瞬时扭矩时间段。在其它示例中，在关闭第二阀门之前可逐渐地减小通过第二涡轮的膨胀以便最小化增压波动。
上述系统和方法也可应用至冷起动碳氢化合物(HC)排放控制。在排气温度低于第一温度阈值时，可通过排放控制装置118吸附HC排放。如参考NOx排放控制所述，存储的HC排放了可捕集在排放控制装置118内直至下游HC还原装置被充分加热变得催化活性的时间。排放控制装置内存储的HC可随后被抽取并且由下游装置还原。这样，也可减小冷起动HC排放，以及涡轮增压器协调相关的多种优点等。
注意的是本发明包括的示例控制和估值程序可与多种发动机和/或车辆系统配置一同使用。本发明描述的具体例程可代表任意数量处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。同样，可以以所说明的顺序执行、并行执行所说明的各种行为或功能，或在一些情况下有所省略。同样地，处理的顺序也并非实现此处所描述的实施例的特征和优点所必需的，而只是为了说明和描述的方便。可根据使用的具体策略，可重复执行一个或多个说明的步骤或功能。此外，所述的步骤用图形表示了编程入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的代码。
更进一步地应了解，此处公开的配置与例程实际上为示例性，且这些具体实施例不应认定为是限制性，因为可能存在多种变形。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸、和其他发动机类型。本发明的主题包括多种系统与配置以及其它特征、功能和/或此处公开的性质的所有新颖和非显而易见的组合与子组合。
本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和次组合。这些权利要求可引用“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应该理解为包括一个或多个这种元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和次组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求得到主张。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，也被认为包括在本发明主题内。

Claims (10)

1.一种用于具有第一涡轮和第二涡轮的排气系统的方法，包含：
在当排气温度低于第一温度阈值时的第一时间段期间：
引导排气通过所述第二涡轮和排放控制装置；
调节所述第二涡轮以控制进气增压；
在所述第一时间段之后的第二时间段期间：
引导排气通过所述第一涡轮；及
调节所述第一涡轮以控制进气增压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含在排气温度在高于所述第一温度阈值的第二温度阈值之上时从所述排放控制装置释放NOx，其中在所述第二时间段期间排气不流通过所述排放控制装置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排放控制装置包括沸石。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排放控制装置为选择性催化还原装置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排放控制装置为柴油氧化催化剂。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包含调节通过所述第二涡轮的膨胀以控制NOx释放速度并且响应通过第二涡轮的膨胀调节而调节通过第一涡轮的膨胀。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述NOx释放发生在低车辆速度和/或低发动机负载状况期间。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度阈值为高于其NOx将被所述排放控制装置大量吸附并且低于其NOx将被所述排放控制装置大量脱附的温度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二温度阈值为NOx还原装置被充分加热变得具有催化活性的温度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述NOx还原装置为选择性催化还原装置。
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