CN107023356B - 排气热回收和碳氢化合物捕集 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排气热回收和碳氢化合物捕集。提供了用于排气旁路组件处的排气热回收和碳氢化合物捕集的方法和系统。排气可以沿两个方向流过排气旁通通道以及被耦接至旁通通道的HC捕集器和热交换器中的每个。HC捕集器可以利用热排气被冲洗，并且来自排气的热可以在热交换器处被回收。

Description

排气热回收和碳氢化合物捕集

技术领域

本说明书大体涉及用于排气旁路组件处的排气热回收和碳氢化合物捕集的方法和系统。

背景技术

发动机可以被配置有用于从内燃发动机排气能量回收热的排气热回收系统。热通过排气热交换器系统从热排气被转移到冷却液。来自被循环通过加热器核心的冷却液可以被用于这样的功能，诸如加热汽缸盖，因此使乘客车厢迅速地变暖，由此改善发动机效率。在混合动力电动车辆中，排气热的回收通过使发动机温度更快地变暖而改善燃料经济性，由此在电动模式下允许更快的发动机关闭和车辆的延长的使用。

排气热也可以在排气再循环(EGR)冷却器处被取回。EGR冷却器可以被耦接至EGR输送系统，以使再循环的排气的温度在被输送至进气歧管之前降下来。EGR被用来减少排气NOx排放，通过减少低负荷下的节流损失而改善燃料经济性，并且改善爆震容限。

在冷启动状况期间和/或在发动机怠速期间，催化剂温度会较低，例如低于起燃温度。由于低温度，催化剂会不能有效地转化冷启动排气碳氢化合物。碳氢化合物(HC)捕集器(诸如含有沸石的捕集器)可以被用来从低温度排气吸附HC。HC捕集器需要被周期性地冲洗(purge)以移除积聚的HC。

若干方案被提供用于捕集在冷启动状况下离开催化剂的碳氢化合物。在一个示例中，如由Lupescu等人在US8635852中示出的，HC捕集器可以被耦接至平行于主排气通道的旁通通道。在冷启动状况下，在通过尾管被释放到大气之前，排气可以被输送通过HC捕集器。冷启动碳氢化合物可以在HC捕集器处被吸附。在发动机变暖之后，热排气沿相反方向被输送通过HC捕集器，将捕集的碳氢化合物抽取到发动机进气歧管用于燃烧。

然而，发明人在此已经认识到上述问题和上述方案的潜在缺点。作为一个示例，由于HC捕集器的位置，进入捕集器的排气不会冷到足以用于大体上所有要被吸附的冷启动碳氢化合物，导致退化的排气排放。此外，来自冷排气的水会凝结在HC捕集器上，降低沸石的HC存储功能性。发明人还已经认识到，在这样的系统中协调EGR冷却与排气热回收会是困难的。具体地，由于更低质量流量下的低热通量，在EGR冷却器处回收的热不能被有效地用于加热车厢空间。因此，需要截然不同的热交换器用于车厢加热。同样地，即使热在热交换器处从排气被提取，经冷却的排气也不被再循环，导致对截然不同的EGR冷却器的需要。额外的部件增添了成本和复杂性以及对于截然不同的运转实现期望的热转移的困难性。

发明内容

发明人在此已经识别了一种可以至少部分地解决上述问题的方案。一种用于发动机的示例方法包含：在第一模式下运转，其中排气从排气催化剂的下游流过排气旁路，并沿第一方向流过被耦接在所述排气旁路中的上游热交换器和下游碳氢化合物捕集器中的每一个，并且然后流至排气尾管；以及在第二模式下运转，其中排气从排气催化剂的下游流过排气通道，然后沿第二相反方向流过碳氢化合物捕集器且然后流过热交换器，并且流至所述发动机进气装置。以此方式，冷启动HC排放能够被减少，同时回收排气热用于车厢加热。

在一个示例中，一种发动机系统可以被配置有热交换器，所述热交换器在催化转化器的下游被设置在平行于主排气通道设置的排气旁路中。碳氢化合物捕集器(例如，基于沸石的捕集器)可以在热交换器下游被设置在旁路中。导流阀可以被用来使得排气能够从催化转化器的下游被转向到旁路内，并且沿两个方向中一个通过热交换器和HC捕集器，所述导流阀的位置基于发动机运转参数而被调整。例如，在冷启动状况下，阀/气门(valve)可以被调整以使排气流过旁通通道，沿第一方向流过热交换器，并且然后流过HC捕集器，并且然后流至排气尾管。在沿第一方向的流动期间，排气热被转移到热交换器，并且经冷却的排气可以流过HC捕集器，其中碳氢化合物可以被吸附。在热交换器处，来自排气的热可以被转移到循环的冷却液，并且热冷却液然后可以被用于诸如车厢加热的功能。通过使排气流过热交换器并且然后流过HC捕集器，在排气中产生的冷凝液被延迟进入HC捕集器，使得排气HC能够以更高的效率被存储在HC捕集器中。相比之下，在发动机变暖之后，HC捕集器可以通过调整气门以使热排气流过主通道并且然后流入旁路而被冲洗，在排气经由EGR通道被再循环至发动机进气装置之前排气沿与第一方向相反的第二方向流过旁路(流过HC捕集器并且然后流过热交换器)。热排气可以冲洗HC捕集器，并且残余物可以与EGR一起被输送到发动机进气歧管。在该流动期间在热交换器处回收的热被转移到循环的冷却液，并且随即被转移到加热器核心用于诸如在加热乘客车厢和/或加热汽缸盖时进一步使用。另外，在当冷却液变暖被需要而EGR不被需要时的状况下，气门可以被调整使得排气的一部分能够在被返回到主排气通道以便释放到大气之前经过HC捕集器和热交换器。在热交换器处，来自排气的热可以被转移到冷却液，由此增加冷却液温度。

以此方式，发动机系统的加热要求可以利用单个热交换器来满足，同时减少冷启动碳氢化合物的排放。通过在通过尾管释放排气之前使冷启动排气流过热交换器并且然后流过HC捕集器，热交换器可以延迟从行进到下游HC捕集器的冷排气中的水的凝结。因此，这种延迟允许冷启动HC溜过热交换器到达下游HC捕集器，从而允许捕集器被大体上专门用于排气HC而竞争的水被保留在热交换器处。同时，在热交换器处释放的热能够被有利地用于加热车辆车厢空间。然后，一旦主催化剂已经变暖到起燃水平，捕集的HC能够被抽取到发动机进气装置作为在热交换器处被冷却的EGR。通过经由单个热交换器提供EGR冷却器和排气热交换器的功能，成本和部件减少益处被实现而不限制任一系统的功能性或能力。此外，通过在热交换器下游增添HC捕集器，冷启动碳氢化合物可以被有效地吸附。将HC捕集器设置在热交换器下游的技术效果是，来自排气的水将会凝结在热交换器上并且沸石上的水凝结可以被避免，由此改善其效率。通过利用导流阀来调节通过旁通通道的排气的流动，排气能够沿两个方向流动穿过热交换器和HC捕集器。因此，这改善了热转移效率，并且促进了HC捕集器冲洗。总的来说，通过改善能够利用更少部件从排气回收的废热量，发动机燃料经济性和性能被改善。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了包括具有HC捕集器和热交换器的排气旁路组件的发动机系统的示例实施例。

图2A示出了在第一模式下运转的图1的排气旁路组件的示例实施例。

图2B示出了在第二模式下运转的图1的排气旁路组件的示例实施例。

图3示出了图示可以被实施用于调整通过图1的排气旁路组件的排气流的示例方法的流程图。

图4示出了图示图1的排气旁路组件的不同运转模式的表。

图5示出了图1的排气旁路组件的示例运转。

具体实施方式

以下描述涉及用于在排气旁路组件处利用单个热交换器和碳氢化合物捕集器来改善排气热回收的系统和方法。在图1示出了包含具有热交换器和HC捕集器的排气旁路组件的示例发动机系统。导流阀被用来实现排气通过图1的旁路组件中的热交换器和HC捕集器的双向流动。参照图2A-2B和4详述了图1的系统的两个示例运转模式。发动机控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图3的示例程序)来改变导流阀的位置，以便使排气旁路组件在通过热交换器和HC捕集器的排气流被调整的多个示例模式中的一个下运转。参照图5示出了排气旁路组件的示例运转。

图1示意地示出了包括发动机10的示例发动机系统100的方面。在所描绘的实施例中，发动机10是升压的发动机，其被耦接至涡轮增压器13，涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气净化器112被引入发动机10，并流向压缩机114。压缩机可以是任何适合的进气压缩机，诸如马达驱动的或传动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统10中，压缩机为涡轮增压器压缩机，其经由轴19机械地耦接至涡轮116，涡轮116由膨胀的发动机排气驱动。

如在图1中示出的，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18耦接至节流阀20。节流阀20被耦接至发动机进气歧管22。被压缩的空气充气从压缩机流过增压空气冷却器18和节流阀到达进气歧管。在图1中示出的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。

一个或多个传感器可以被耦接至压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以被耦接至入口，用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以被耦接至入口，用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以被耦接至入口，用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其他传感器可以包括例如空燃比传感器等。在其他示例中，可以基于发动机工况推测压缩机入口状况(诸如，湿度、温度、压力等)中的一个或多个。此外，当排气再循环(EGR)被启用时，传感器可以估计空气充气混合气的温度、压力、湿度和空燃比，其中空气充气混合气包括在压缩机入口处接收的新鲜空气、再循环的压缩空气和排气残余物。

废气门致动器92可以被致动为打开，以便经由废气门90将涡轮上游的至少一些排气压力倾卸至涡轮下游的位置。通过降低涡轮上游的排气压力，能够降低涡轮转速，这进而有助于减少压缩机喘振。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦接至一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(未示出)耦接至排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段。具有多个排气歧管段的构造可以使来自不同燃烧室的流出物(effluent)能被引导至发动机系统中的不同位置。

在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个均可以是电子致动或控制的。在另一实施例中，排气门和进气门中的每一个均可以是凸轮致动或控制的。不论是电子致动还是凸轮致动，都可以根据对期望的燃烧与排放控制性能的需要调整排气门和进气门的打开与关闭正时。

可以通过喷射器66向燃烧室30供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇混合燃料、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可以通过直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其任意组合向燃烧室供应燃料。在燃烧室中，可以通过火花点火和/或压缩点火来开始燃烧。

如在图1中示出的，来自一个或多个排气歧管段的排气被引导至涡轮116，以驱动涡轮。来自涡轮和废气门的组合流然后流过排放控制装置170。一般而言，一个或多个排放控制装置170可以包括一个或多个排气后处理催化剂，其被配置为催化地处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以被配置为，当排气流为稀时从排气流捕集NOx，而当排气流为富时还原被捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置为在还原剂的帮助下使NOx比例失调或选择性地还原NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置为氧化排气流中的残余的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这类功能的不同排气后处理催化剂可以被分开地或一起布置在排气后处理级中的涂层中或其他地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括可再生碳烟过滤器，其被配置为捕集并氧化排气流中的碳烟微粒。

来自排放控制装置170的被处理的排气的全部或一部分可以在经过消声器172之后经由主排气通道102被释放到大气内。排气旁路175可以在排放控制装置170下游被耦接至主排气通道102。旁通通道175可以从排放控制装置170的下游延伸到消声器172的上游，并且可以被配置为大体上平行于主排气通道102。旁路组件160被耦接在旁通通道175中。旁路组件160可以包括被耦接至旁通通道175以对经过旁通通道175的排气进行冷却的热交换器176。旁路组件160可以进一步包括在热交换器176的下游被耦接至旁通通道175以吸附排气碳氢化合物(诸如在冷启动状况下逸出排放控制装置170的排气碳氢化合物)的碳氢化合物(HC)捕集器178。排气再循环(EGR)输送通道180可以在热交换器176上游被耦接至排气旁通通道175。具体地，EGR通道180可以被耦接至热交换器176的入口。排气可以经由主排气通道102或经由旁通通道从排放控制装置170的下游流向消声器172。

导流阀174可以被用来调节通过排气通道和旁通通道的排气的流动。取决于工况(诸如发动机温度)，排气残余物的一部分可以被输送通过旁通通道175，并且随即到达尾管35或经由排气再循环(EGR)阀52和EGR通道180到达压缩机114的入口。另外，取决于车辆部件的加热要求(例如乘客车厢加热需求)，能够使排气沿第一或第二方向流过旁路，以便在热交换器处从热排气提取热并使循环的冷却液变暖，同时还将排气碳氢化合物存储在HC捕集器中。而且基于发动机工况，通过旁通通道175并穿过热交换器174和HC捕集器178的排气流的方向可以被改变。以此方式，该构造允许通过热交换器的排气的双向流动。HC捕集器可以利用流过它的热排气被冲洗。EGR阀52可以被打开，以准许控制量的排气到达压缩机入口，用于期望的燃烧和排放控制性能。EGR阀52还可以被配置为连续可变的阀。然而，在替代示例中，EGR阀52可以被配置为通/断阀。

在一个示例中，当导流阀174被致动到第一位置时，到旁路的进口可以被打开，并且排气可以从排放控制装置170的下游流入旁路175。排气然后可以流动穿过热交换器176，并且然后流过HC捕集器178(沿第一方向)并且随即流至尾管35。当使排气沿第一方向流过旁路175时，基于发动机工况，来自经冷却的排气的碳氢化合物可以被捕集在HC捕集器中。在另一示例中，当导流阀174在第二位置中时，到旁通通道的接近排放控制装置170的进口可以被关闭，并且排气可以流过排放控制装置170和气门174下游的主排气通道35并从消声器172的上游进入旁通通道。在这种情况下，排气可以流动穿过HC捕集器和热交换器174(沿第二方向)，并且随即经冷却的排气可以进入EGR输送通道180。EGR阀的打开可以被调节，以相比于直接流向尾管35的排气量确定进入旁通通道175和EGR输送通道180的排气量。HC捕集器中的碳氢化合物负荷可以利用热排气被伺机冲洗，并且残余物可以流入发动机进气歧管用于燃烧。

当排气沿任一方向经过热交换器174时，来自热排气的热可以被转移到循环通过热交换器174的冷却液。在一个示例中，热交换器174是水-气体交换器。在热从排气转移到冷却液后，变暖的冷却液可以被循环通过加热器核心，用于在加热汽缸盖(诸如当发动机加热被请求时)和/或加热车辆的乘客车厢(诸如当车厢加热被请求时)时进一步使用。替代地，当不存在加热需求时，变暖的冷却液可以流动通过散热器以便热消散到大气。

在当EGR不会被发动机所期望并且HC捕集器已经被冲洗以移除HC负荷(小和大的碳氢化合物两者都已经被移除)时的状况下，基于对冷却液变暖的需求，导流阀174可以被致动回到第一位置。在第一位置中，到旁路的进口可以打开，并且排气可以从排放控制装置170的下游流入旁路175，经过热交换器176和HC捕集器178(沿第一方向)，并且随即离开旁通通道以在消声器172的上游进入主排气通道102。在热交换器176处，来自排气的热可以被用于冷却液变暖。

以此方式，发动机系统10可以适于通过从涡轮116的下游捕集排气来提供外部的低压(LP)EGR，所述EGR在经过被用于EGR冷却和排气热回收的热交换器后被冷却。排气旁路组件160的运转和结构的详细描述将会关于图2、3和4进行讨论。在进一步的实施例中，发动机系统可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮的116上游被吸取并被再循环至在压缩机114下游的发动机进气歧管。

一个或多个传感器可以被耦接至EGR通道180，用于提供关于EGR的成分和状况的细节。例如，温度传感器可以被提供用于确定EGR的温度，压力传感器可以被提供用于确定EGR的压力，湿度传感器可以被提供用于确定EGR的湿度或含水量，并且空燃比传感器54可以被提供用于估计EGR的空燃比。替代地，EGR状况可以通过被耦接至压缩机入口的一个或多个温度、压力、湿度和空燃比传感器55-57来进行推测。

发动机系统100可以进一步包括控制系统14。控制系统14被示为从多个传感器16(在本文中描述的传感器的各种示例)接收信息，并向多个致动器81(在本文中描述的致动器的各种示例)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可以包括位于排放控制装置上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57、和EGR传感器54。其他传感器(诸如额外的压力、温度、空燃比、和成分传感器)可以被耦接至发动机系统100中的各种位置。致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、导流阀174、压缩机再循环阀72、废气门92、和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并响应于经处理的输入数据而基于被编程在其中的对应于一个或多个程序的指令或代码来触发各种致动器。例如，基于发动机工况、EGR要求、HC捕集器冲洗要求和冷却液变暖需求，控制器12可以调节导流阀174的打开以沿第一或第二方向引导排气通过热交换器。作为另一示例，基于根据排气温度传感器128推测的催化剂温度，EGR阀的打开可以被调整以将期望量的EGR从排气通道102吸入发动机进气歧管。示例控制程序关于图3进行描述。

图2A进一步详述了在图1中介绍的排气旁路组件，并且示出了使图1的排气旁路组件在第一运转模式下运转的示例实施例200。在一个示例中，组件200是图1的组件160的实施例，并且因此可以共有与已经针对旁路组件160描述的那些共同的特征和/或构造。排气旁路组件160在排放控制装置170下游被流体地耦接至排气通道202。如关于图1讨论的，一个或多个排放控制装置170可以包括被配置为催化地处理排气流并且由此减少排气流中的一种或多种物质的量的一种或多种排气后处理催化剂。

从发动机流出的排气经过排放控制装置170，并且沿着排气通道202到达位于下游更远的排气旁路组件160。排气旁路组件160的入口管210在交界点206处(在排放控制装置170下游)被设置在排气通道202上。导流阀174在交界点206下游被耦接至排气通道202。导流阀174可以被用来调节排气通过入口管210进入旁路组件的流动。入口管210通向可以平行于排气通道202的旁通通道175。

到EGR通道180的入口可以位于旁通通道175上。热交换器176可以在EGR通道入口的下游被耦接至通道175。进一步地，在热交换器176的下游的碳氢化合物(HC)捕集器可以被耦接至旁通通道175。HC捕集器可以是基于沸石的捕集器，以便在低温度下从排气吸附烷烃。冷却液可以被循环通过热交换器176，以便在气体进入HC捕集器178和/或EGR通道180之前有效地冷却经过它的排气。取决于发动机要求，使排气沿两个方向流过通道175是可能的。在冷启动状况下，HC可以被有效地吸附在HC捕集器178中，并且在暖状况下，经冷却的EGR可以通过EGR通道180被输送到动机进气歧管。EGR阀52可以控制EGR从排气通道202到通向发动机进气歧管的通道228的输送。在HC捕集器178上游的旁通通道175结束在通向回到排气通道202的出口管216中。入口210和出口管216可以与旁通通道175和主排气通道202成直角。出口管216在位于交界点206和导流阀174下游的交界点218处连结排气通道202。进一步地，在交界点218的下游的消声器172可以被耦接至排气通道202。在经过消声器172之后，排气可以通过尾管235被释放到大气。通过将排气旁路组件的所有部件都设置在排放控制装置(包括催化剂)的下游170，热要求可以被放宽。

通过调整气门的位置，排气旁路组件200可以在第一或第二运转模式下运转。因此，第一运转模式表示导流阀174的启用排气流动控制的第一位置。应认识到，当使组件在第一运转模式下运转时，发动机系统的各种功能模式可以是可能的，诸如通过改变EGR阀的打开。在第一运转模式下，导流阀174可以被保持在第一位置中，使得到入口管210的开口打开以便排气进入旁路组件160。由于导流阀174的第一位置，排气会不能通过排气通道202进一步向下游流向尾管235。在第一运转模式下，排气可以通过入口管210流入排气旁路组件(如通过加粗箭头示出的)，并且排气然后可以进入旁通通道175。EGR不会被期望用于发动机运转，并且因此EGR阀被关闭，从而防止排气进入EGR通道180。排气可以直接进入位于旁通通道175上的EGR通道入口的下游更远的热交换器174。

在第一运转模式下，排气沿第一方向(从热交换器176的接近入口管210的第一端到热交换器176的接近HC捕集器178的第二端)流过热交换器176。在经过热交换器174之后，经冷却的排气沿第一方向(从HC捕集器178的接近热交换器176的第一端到HC捕集器178的接近出口管216的第二端)流过基于沸石的HC捕集器。在经过HC捕集器178之后，排气可以流过出口管216并离开排气旁路组件。排气可以在交界点218处重新进入主排气通道202并向下游流向消声器172。在经过消声器172之后，排气可以通过尾管235被释放到大气。

第一运转模式能够在一个或多个功能模式时进行选择，诸如EGR不被需要用于发动机运转的第一功能模式和热EGR被需要用于发动机运转的第二功能模式。

例如，在EGR不被需要用于发动机运转的第一功能模式下，组件可以在EGR阀52保持被关闭的第一运转模式下运转。当发动机温度在阈值下时(诸如在冷启动状况下)，EGR不会被需要，所述阈值基于催化剂起燃温度。在第一功能模式下，排气不进入EGR通道，并沿第一方向向下游流过热交换器176和HC捕集器178。

在热交换器176处，排气可以被冷却，并且来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器174的冷却液。存在于排气中的任何水都会在热交换器176处凝结。具有从排气回收的热的冷却液可以被循环通过车辆的加热器核心，并且此后从排气回收的热可以被用于诸如加热汽缸盖和使乘客车厢变暖的功能，由此改善发动机效率。

在这样的冷启动状况(低发动机温度)下，催化剂起燃温度会较低，并且所有碳氢化合物都不会在排放控制装置170处被有效地捕集和/或转化。由于排气的低温度(在100℃之下)，逸出排放控制装置170的碳氢化合物可以被HC捕集器178中的沸石吸附。由于热交换器176中的水凝结，排气中的水不会到达HC捕集器178。以此方式，通过将HC捕集器178设置在热交换器176下游，HC捕集器178上的水凝结可以被防止，由此改善沸石功能性。在第一功能模式下，在经过热交换器174和HC捕集器178之后，经冷却的排气从排气旁路组件中流出并通过尾管235离开到达大气。

在一个示例中，即使在发动机变暖之后，基于工况(例如，发动机负荷，发动机转速等)，EGR也不会被发动机所期望。在这样的状况下，组件可以继续在EGR阀52保持被关闭的第一运转(和功能)模式下运转。在发动机变暖之后，排放控制装置170会完全起作用，并且少量的碳氢化合物会逸出排放控制装置170。该少量的HC可以在HC捕集器178处被吸附，从而防止它逸出到大气，由此改善排放质量。

在第二功能模式下，诸如，当发动机温度在阈值之上并且热EGR被期望用于发动机运转时，排气旁路组件可以继续在导流阀174处于第一位置的第一运转模式下运转。控制器可以向被耦接至EGR阀52的致动器发送信号，以将EGR阀52致动到打开位置。EGR阀52的打开可以基于热EGR的请求而被调整，所述打开随着对热EGR的请求增加而增加。排气可以通过入口通道210进入旁路组件160。到EGR通道180的进口在热交换器的入口的上游位于旁通通道上。因此，取决于EGR阀的打开，第一量的热排气可以在经过热交换器176之前进入EGR通道180。在经过EGR阀52之后，排气可以进入EGR通道并经过通向发动机进气歧管的通道228，以被输送至压缩机入口的上游。不进入EGR通道的剩余(第二)量的排气可以经过热交换器176和HC捕集器178(沿第一方向)并离开排气旁路组件。此后，该第二量的排气可以经过消声器，并且通过尾管被释放到大气。

图2B示出了排气旁路组件160的示例实施例的示意图200。排气旁路组件160的特征关于图2A进行描述。在图2B中，排气旁路组件160的第二运转模式相比于在图2A中描述的第一运转模式进行讨论。在第二模式下运转包括将导流阀致动到第二不同的位置，其中排气从排气催化剂下游进入旁路的流动被禁用。因此，第二运转模式表示导流阀174的启用排气流动控制的第二位置。应认识到，当使组件在第二运转模式下运转时，发动机系统的各种功能模式可以是可能的，诸如通过改变EGR阀的打开。

在第二运转模式下，导流阀174可以在第二位置中，使得到排气旁路组件160的入口管210的进口被关闭。为了输送EGR，EGR阀52可以被打开，EGR阀的打开基于EGR需求而被增加。导流阀和EGR阀的打开可以被调节，以相比于向下游流过主排气通道的排气量确定进入旁路组件的排气量。在该第二运转模式下，由于导流阀174的定位，排气可不通过入口管210进入排气旁路组件，而是经过导流阀174并沿着排气通道202向下游继续。当排气到达交界点218时，第一量的排气可以通过出口管216(在该模式下被用作入口)进入排气旁路组件，如通过加粗箭头示出的。第二量的排气可以沿着排气通道202向下游继续，并且在经过消声器172之后通过尾管235离开到达大气。进入旁路组件的第一量的排气可以通过EGR阀52的打开来进行控制。进入排气旁路组件的第一量的排气可以继续流过旁通通道212并进入HC捕集器178。在经过HC捕集器之后，排气可以继续向下游流过旁通通道175并穿过热交换器176。在第二模式下，排气沿第二方向(从HC捕集器178的接近出口管216的第二端到HC捕集器178的接近热交换器176的第一端并且从热交换器176的接近HC捕集器178的第二端到热交换器176的接近入口管210的第一端)流过HC捕集器178、热交换器176。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器176的冷却液。在该运转模式下，EGR阀在打开位置中，并且离开热交换器176的经冷却的排气(第一量)可以进入EGR通道180。由于导流阀174的定位，排气可不经过旁路组件并经由入口管210返回到排气通道202。排气可以经过EGR阀52和通道228以进入发动机进气歧管。第二运转模式能够在一个或多个功能模式时进行选择，诸如EGR被需要用于发动机运转的第三功能模式。

在第三功能模式下，经冷却的EGR会被发动机所期望。当发动机温度在阈值之上时，EGR会被需要，其中所述阈值可以基于催化剂起燃温度。而且，基于HC捕集器上的碳氢化合物负荷，它需要被伺机冲洗。在该功能模式下，当热排气经过HC捕集器时，由于排气的高温度(＞100℃)，被吸附在沸石上的碳氢化合物(尤其是烷烃)可以被移除。残余物可以与排气一起流向发动机进气歧管用于燃烧。以此方式，通过使热排气首先流过HC捕集器，捕集器可以被伺机冲洗。在经过HC捕集器之后，排气流过热交换器(沿第二方向)，并且排气在进入发动机进气歧管之前被冷却。为了输送EGR，EGR阀52可以被打开，EGR阀的打开可以基于EGR需求而被增加。离开热交换器176的经冷却的排气可以进入EGR通道180。排气可以经过EGR阀52和通道228以进入发动机进气歧管。

如之前描述的(图2A)，取决于要求，回收的热可以被转移到加热器核心用于进一步使用。当发动机温度和车辆车厢温度高时，热可以从热交换器176被转移到循环通过散热器的冷却液，并且热从散热器被消散到大气。

以此方式，经冷却的EGR可以在经过HC捕集器178、热交换器176之后被输送到进气歧管。而且，HC捕集器可以在过程中被成功地冲洗。从排气通道到进气歧管的EGR行进长度较短，并且因此被输送的EGR的潜伏期(latency)较低。

在一个示例中，在第四功能模式下，冷却液变暖诸如在当乘客车厢加热会在延长的时间段内被需要时的冬季期间会被期望。只有确认HC捕集器175已经被冲洗(诸如在第三功能模式下)并且小和大的碳氢化合物两者都已经被清除，冷却液变暖才会被开始。在该时间期间，EGR不会被发动机所期望，并且因此EGR阀52可以在关闭位置中，并且旁路组件160可以在第一运转模式下进行运转。在第四功能模式下，进入旁路组件160的排气不进入EGR通道并沿第一方向向下游流过热交换器176和HC捕集器178。热可以通过循环通过热交换器176的冷却液从排气被提取。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器176的冷却液，由此增加冷却液温度。回收的热可以被转移到加热器核心，用于在为车辆部件(例如乘客车厢、汽缸盖等)提供热时进一步使用。

以此方式，取决于EGR、HC冲洗和冷却液变暖要求，排气可以沿两个方向流过热交换器和HC捕集器。在热交换器处回收的热可以被进一步用于其他车辆功能(诸如车厢加热)。发动机控制器可以基于发动机工况(诸如发动机温度)而在第一(图2A)与第二(图2B)运转模式之间进行选择。例如，当发动机温度在阈值之下时(例如，在冷启动期间)，EGR不会被发动机所期望，并且逸出排放控制装置的碳氢化合物会需要被吸附。因此，排气旁路组件可以在第一运转模式下运转。在另一示例中，当发动机温度在阈值之上时(例如，在发动机变暖之后)，冷EGR会被发动机所期望，并且HC捕集器会必须被伺机冲洗。因此，排气旁路组件可以在第二运转模式下运转。在又一示例中，冷却液变暖在车辆运转期间会被需要，并且一旦确认HC捕集器已经被冲洗干净，排气旁路组件就可以在第一运转模式下运转，其中在热交换器处从排气回收的废热被用于冷却液和车厢加热。以此方式，EGR冷却器和排气热交换器的功能可以经由在HC捕集器的上游被耦接至排气旁通通道的单个热交换器来执行。通过在热交换器下游包括HC捕集器，逸出被耦接至主排气通道的排放控制装置的碳氢化合物(例如，烷烃)可以在排气进入进气歧管(EGR)或通过尾管被释放到大气(取决于运转模式)之前被吸附在HC捕集器处。

图1和2A-B示出了具有各种部件的相对定位的排气旁路组件的示例构造。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，那么此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或相邻的元件可以分别是彼此邻近或相邻的。作为一示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被设置为彼此分开、在其之间仅有空间而没有其他部件的元件可以被称为如此。

图3图示了可以被实施用于调整通过图1的排气旁路组件的排气流的示例方法300。用于执行方法300的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面描述的方法采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机运转。

在302处，程序包括估计和/或测量当前发动机工况。被评估的状况可以包括例如发动机温度、发动机负荷、发动机转速、歧管真空、节气门位置、排气压力、排气空燃比等。

在304处，程序包括确定车辆发动机是否正在冷启动状况下运转。当发动机在长时间的发动机停用之后被启动时、当发动机温度低于阈值(诸如在排气催化剂起燃温度之下)时、并且当环境温度在阈值之下时，发动机冷启动状况可以被确认。在冷启动状况下，排气再循环(EGR)会被期望用于发动机运转。一旦发动机开始运转，发动机温度就会由于燃料的燃烧而增加。如果车辆不在冷启动状况下，在306处，程序包括确定发动机是否足够暖。换言之，由控制器确定发动机的温度是否在阈值之上。阈值可以基于催化剂起燃温度。

如果发动机冷启动状况被确认，和/或如果发动机温度在阈值之下，程序移动到308，以使排气旁路系统在第一运转模式下运转。排气旁路组件在第一模式下的运转已经关于图2A进行描述。在第一模式下运转包括将导流阀(诸如图2A中的导流阀174)致动到第一位置，其中排气从排气催化剂的下游进入旁路的流动被启用。由于导流阀的第一位置，排气会不能通过排气通道进一步向下游流向尾管。相反，排气可以沿第一方向流过旁路组件，流过热交换器并且然后流过HC捕集器。因此，在冷启动状况下，EGR不会被发动机所期望。由于EGR在发动机冷启动下不被期望，在310处，EGR阀可以被关闭，从而禁用从排气通道到发动机进气歧管的排气流。

在312处，通过将排气旁路组件设定为第一运转模式，可以使排气从排气催化剂的下游流入排气旁路，并且然后流过热交换器的接近排气催化剂的第一端，流至热交换器的接近尾管的第二端。换言之，排气可以通过入口(第一)管(诸如图2A中的管210)进入排气旁路组件，并且通过旁通通道流向热交换器(诸如图2A中的热交换器176)。在该示例中，在第一模式下，排气沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近HC捕集器的第二端)流过热交换器。由于EGR阀被关闭，排气可不通过EGR通道流向发动机进气歧管。

在经过热交换器之后，排气进入HC捕集器。在该示例中，在第一运转模式下，在314处，排气沿第一方向(从HC捕集器的接近热交换器的第一端到热交换器的接近出口管的第二端)流过HC捕集器。在冷启动状况下，催化剂起燃温度会较低，并且所有碳氢化合物可不在排放控制装置(催化剂)处被有效地捕集和/或转化。由于从热交换器中出来的排气的低温度(在100℃之下)，在316处，逸出排放控制装置的碳氢化合物可以在HC捕集器中由沸石吸附。当经过热交换器时，存在于排气中的任何水都可以凝结。由此，水不会到达HC捕集器，从而维持沸石的功能性。在经过热交换器之后，排气可以经由出口管返回到主排气通道，并通过尾管离开到达大气。

在318处，废热在热交换器处被回收。具体地，来自排气的热被转移到循环通过热交换器的冷却液。通过在排气催化剂下游的位置将来自排气的热转移到冷却液，在加热排气催化剂之后剩余的排气热能够被有利地用来使循环通过热交换器的冷却液变暖。因此，离开热交换器的排气被冷却下来。

在320处，经由热交换器处的热转移而变暖的冷却液可以被循环至加热器核心，使得它能够在发动机冷启动期间被用于加热车辆的其他部件(诸如汽缸盖、汽缸体和车辆车厢空间)。在冷启动的情况下，车辆车厢温度会较低，并且车厢加热会被车辆操作者请求。因此，基于如由车辆操作者请求的车厢加热需求(例如，基于车厢温度设定)，热可以从加热器核心被转移到车厢。例如，空气可以经由加热器核心被吸入车厢，由此使得车厢能够变暖。在满足车厢加热需求之后，变暖的冷却液也可以被循环至汽缸体和汽缸盖以使发动机温度升高，由此改善冷状况下的发动机性能。

返回到306，如果冷启动状况未被确认并且车辆发动机足够暖，程序移动到322，其中排气旁路系统可以以如参照图2B描述的第二运转模式运转。因此，经冷却的EGR可以在宽范围的变暖的发动机工况内提供，以便当使旁路组件在第二运转模式下运转时减少NOx排放并改善燃料经济性。在第二运转模式下，导流阀可以在第二位置中，使得排气到排气旁路组件的入口管的流动被禁用。由于导流阀的定位，排气可不通过入口管进入排气旁路组件，而是可以经过导流阀并沿着主排气通道朝向尾管继续。一定量的排气可以通过排气旁路组件的出口管(在该模式下被用作入口)被吸入尾管上游的排气旁路组件，以作为LP-EGR被输送。在该第二运转模式下，经冷却的LP-EGR可以从热交换器的上游的旁路组件被吸取。热交换器可以对被吸取的经过它的排气进行冷却，由此提供经冷却的LP-EGR。剩余量的排气可以通过尾管被释放到大气。在一个示例中，经由出口管被吸入旁路组件的第一排气量相对于经由尾管被释放到大气内的第二排气量的比可以如在下面描述的基于发动机的EGR要求而经由对EGR阀的调整来进行调整。在324处，程序包括确定发动机的经冷却的LP-EGR要求。作为一示例，控制器可以从通过发动机转速与负荷参考的查找表检索所需的发动机稀释量。在低到中等的发动机转速-负荷状况下，更高的发动机稀释量可以被请求。基于经确定的发动机的EGR或稀释要求，在326处，该方法包括增加EGR阀的打开，以允许在经过热交换器后被冷却的控制量的排气到达进气歧管用于期望的燃烧和排放控制性能。例如，控制器可以发送信号以致动被耦接至EGR阀的致动器，所述致动器朝向打开位置移动EGR阀。

在该示例中，在第二模式下，在328处，排气沿第二方向(从HC捕集器的接近出口管的第二端到HC捕集器的接近热交换器的第一端)流过HC捕集器。在330处，捕集器上的HC负荷会高于阈值负荷，并且由于经过HC捕集器的排气的高温度(在100℃之上)，被吸附在沸石上的碳氢化合物(尤其是烷烃)可以被移除。以此方式，通过使热排气流流过HC捕集器，捕集器可以被伺机冲洗。残余物可以与排气一起流向发动机进气歧管用于燃烧。使被冲洗的排气碳氢化合物流至发动机进气装置包括调整EGR阀的打开。EGR阀的打开可以取决于被期望用于发动机运转的EGR量。被期望的EGR量取决于诸如发动机转速和发动机负荷的因素，并且通过发动机映射来确定。发动机映射确定用于对于最佳燃料经济性和排放质量的各种速度-负荷点处的期望EGR百分比。而且，对映射数据优化过程的若干约束(最大EGR温度、供应真空)被应用于燃烧稳定性和硬件保护。燃烧稳定性可以基于平均指示有效压力(IMEP)的变异系数(COV)。因此，EGR率在2％与15％之间进行调节。而且，基于估计的HC负荷，EGR阀的打开可以被调整，以使得HC捕集器能够在第二运转模式下的运转期间被尽可能完全地冲洗。例如，控制器可以基于排气旁路组件之前在第一运转模式下运转的持续时间(或冷启动运转的持续时间)来估计HC捕集器的HC负荷。因此，随着捕集器的HC负荷增加，EGR阀打开可以被增加。一旦冲洗过程完全并且HC捕集器的HC负荷在阈值负荷之下，排气旁路组件就可以继续在第二运转模式下运转。

在经过HC捕集器之后，含有HC负荷(由于HC捕集器的冲洗)的排气可以继续向下游流过旁通通道并穿过热交换器。在332处，排气也可以沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到热交换器的接近HC捕集器的第一端)流过热交换器。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。

在流过HC捕集器和热交换器之后，在334处，经冷却的含有来自HC捕集器的HC负荷的排气可以进入EGR通道。由于导流阀的定位，排气可不经过旁路组件并经由入口管返回到排气通道。排气可以经过EGR阀和EGR通道以进入发动机进气歧管作为低压EGR。

取决于来自车辆部件的加热需求(例如，乘客车厢、汽缸盖等的加热)，在336处，从排气回收的热可以被转移到加热器核心。具体地，在热交换器处从排气回收的废热可以被转移到冷却液，被加热的冷却液然后被循环通过加热器核心。来自冷却液的热可以然后在经由加热器核心加热车辆部件(诸如乘客车厢、汽缸盖等)时被使用。当发动机温度和车辆车厢温度高时，在热交换器处从排气回收的废热可以从热交换器被转移到冷却液，并且被加热的冷却液可以被循环通过散热器。热可以在散热器处被消散到大气。

在338处，程序包括确定冷却液是否需要变暖。当冷却液温度降至阈值之下时，冷却液变暖会被需要。因此，来自冷却液的热被用于加热车辆部件，冷却液会损失热。当加热需求高时，冷却液会需要周期性变暖。如果在340处确定冷却液温度在阈值之上，可以使排气旁路组件继续在第二运转模式下运转。

如果由控制器确定冷却液温度已经降至阈值之下并且冷却液变暖被期望，在342处，程序包括确定HC捕集器是否处于被冲洗的状态。为了开始冷却液变暖，需要确保HC捕集器已经被清除小和大的碳氢化合物两者。如果HC捕集器在冷却液变暖之前未被冲洗，在冷却液变暖期间，当排气旁路组件在第一模式下运转时，存在于HC捕集器中的小的碳氢化合物可以从尾管中流出，由此影响排放质量。如果确定HC捕集器冲洗还未被完成，在340处，可以使排气旁路组件继续在HC捕集器继续被冲洗的第二运转模式下运转。如果HC捕集器处于被冲洗的状态，在344处，排气旁路系统可以在使得冷却液能够变暖的第一运转模式下运转。在第一运转模式下，导流阀可以在第一位置中，使得到排气旁路组件的入口管的进口打开。当在该模式下运转时，在冷却液变暖期间，EGR不会被期望用于发动机运转，并且因此，控制器可以向被耦接至EGR阀的致动器发送信号，以便将EGR阀致动到关闭位置。

在第一运转模式下，由于导流阀的位置，排气可以通过入口管进入排气旁路组件，并且可以继续向下游流过旁通通道并进入热交换器。在该示例中，在第一模式下，在346处，排气沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近HC捕集器的第二端)流过热交换器。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液，由此增加冷却液温度。回收的热可以被转移到加热器核心，用于在为车辆部件提供热时进一步使用。可以使排气旁路组件继续在该模式下运转，直至冷却液温度增加至阈值之上。

在348处，在经过热交换器之后，排气可以继续向下流流过旁通通道并穿过被冲洗的(干净的)HC捕集器。在第一模式下，排气也沿第一方向流过HC捕集器。

在经过HC捕集器之后，在350处，排气可以经由出口管返回到主排气通道。随即，排气可以继续向下游通过主排气通道，并经由尾管离开到达大气。以此方式，单个热交换器可以被用于冷却EGR并且从排气提取热。在热交换器下游被耦接至旁通通道的HC捕集器可以被用来吸附尤其是在冷启动状况下逸出排放控制装置的碳氢化合物。

图4是示出图1的发动机和热交换系统(排气旁路系统)的示例运转模式的表400。发动机控制器可以基于发动机状况和加热要求(功能模式)而选择两个运转模式中的一个。基于选定的运转模式，排气再循环(EGR)阀和导流阀的位置可以被调节，以控制通过HC捕集器、热交换器和/或通过EGR输送通道的排气的流动。

在一个示例中，诸如在当发动机温度和车辆温度低时的冷启动状况下，控制器可以使EGR阀和排气门系统在第一功能模式下运转。在低发动机温度(在阈值之下)状况下，进气歧管中不会需要EGR。因此，在该模式下，EGR阀可以在关闭位置中。在第一功能模式下，排气旁路组件可以在导流阀处于第一位置的第一运转模式下运转。在该功能模式下，来自排气通道的排气可以通过入口(第一)管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向热交换器。由于EGR阀被关闭，排气可以沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近HC捕集器的第二端)流过热交换器同时旁通EGR通道。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。在热交换器处从排气回收的热可以被循环通过车辆加热器核心，用于在车辆部件中使用。作为一示例，从排气回收的热可以被用来在这样的冷启动状况下加热乘客车厢。在经过热交换器之后，排气也可以沿第一方向(从HC捕集器的接近热交换器的第一端到热交换器的接近出口管的第二端)流过HC捕集器。逸出被耦接至主排气通道的排放控制装置的碳氢化合物(尤其是烷烃)可以被存在于HC捕集器中的沸石吸附。在该模式下，由于冷排气流过HC捕集器，捕集器的冲洗不会是可能的。在经过热交换器和HC捕集器之后，排气可以经由出口(第二)管返回到排气通道，并通过尾管离开到达大气。

在另一示例中，诸如当发动机温度在阈值之上并且热EGR期望用于发动机运转时，控制器可以使EGR阀和排气门系统在第二功能模式下运转。在第二功能模式下，排气旁路组件可以继续在导流阀处于第一位置的第一运转模式下运转。EGR阀的打开可以基于对热EGR的请求而被调整，所述打开随着对热EGR的请求增加而被增加。排气可以通过入口通道进入旁路组件。到EGR通道的进口在热交换器的入口的上游位于旁通通道上。因此，取决于EGR阀的打开，第一量的热排气可以在经过热交换器之前进入EGR通道。在经过EGR阀之后，排气可以进入EGR通道，并经过通向发动机进气歧管的通道，以被输送至压缩机入口的上游。不进入EGR通道的剩余(第二)量的排气可以经过热交换器和HC捕集器(沿第一方向)，并离开排气旁路组件。此后，该第二量的排气可以经过消声器，并通过尾管被释放到大气。而且，在该功能模式下，由于冷排气流过HC捕集器，捕集器的冲洗不会是可能的。在又一示例中，当冷EGR会期望用于发动机运转时(诸如在高发动机温度且低发动机负荷状况下)，控制器可以使EGR阀和排气门系统以第三功能模式运转。在第三功能模式下，排气旁路组件可以在导流阀处于第二位置的第二运转模式下运转。EGR阀打开可以被调节，以准许控制量的冷排气到达进气歧管。导流阀和EGR阀的打开可以被调节，以相比于向下游流过主排气通道的排气量确定进入旁路组件的排气量。来自排气通道的第一量的排气可以通过第二管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向HC捕集器。在该运转模式下，排气可以沿第二方向(从HC捕集器的接近出口管的第二端到HC捕集器的接近热交换器的第一端)流过HC捕集器。当热排气经过HC捕集器时，在该模式下，伺机冲洗HC捕集器是可能的。在经过HC捕集器之后，排气也沿第二方向(从热交换器的接近HC捕集器的第二端到热交换器的接近入口管的第一端)流过热交换器。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。基于需求，在热交换器处从排气回收的热也可以被循环通过车辆加热器核心以便在其他车辆部件中使用，或被转移到车辆散热器以便消散到大气。在流过热交换器之后，冷排气可以流过EGR通道和EGR阀、流向发动机进气歧管。第二量的排气不会进入排气旁路组件，而会通过排气通道向下游流向尾管以便离开到达大气。

在进一步的示例中，当冷却液变暖会被需要时(诸如在高热需求的状况下)，控制器可以使EGR阀和排气门系统在第四功能模式下运转。为了使排气旁路组件在第四功能模式下运转，可以确保HC捕集器在冷却液变暖之前已经被冲洗(小和大的碳氢化合物被移除)。在第四功能模式下，排气旁路组件可以在导流阀处于第一位置的第一运转模式下运转。而且，在该功能模式下，EGR不会被期望用于发动机运转，并且因此控制器可以向被耦接至EGR阀的致动器发送信号以将EGR阀致动到关闭位置。由于导流阀的定位，排气可以通过入口管进入排气旁路组件，并且可以继续流过旁通通道并进入热交换器。在沿第一方向流过热交换器之后，排气可以继续向下游流过旁通通道。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液，由此增加冷却液温度。回收的热可以被转移到加热器核心，用于在为车辆部件提供热时进一步使用。排气可以继续沿第一方向流过HC捕集器。在该模式下运转期间，HC捕集器不会被冲洗。在经过HC捕集器之后，排气可以经由出口管返回到主排气通道。排气然后可以向下游继续通过主排气通道，并通过尾管离开到达大气。

以此方式，导流阀可以被用来调节沿相反方向通过HC捕集器和热交换器的排气流。单个热交换器可以被有效地用于EGR冷却和热从排气的热回收。在冷启动状况下，碳氢化合物(尤其是烷烃)可以被吸附在HC捕集器处，所述HC捕集器然后可以利用热排气被伺机冲洗。

图5示出了图示图1的排气旁路组件的运转的示例运转顺序500。通过排气旁路组件和排气再循环(EGR)输送的排气流的方向基于发动机运转来确定。水平(x-轴)表示时间，并且竖直标记t1-t3识别排气旁路组件系统的运转中的有意义的时间。

自顶部起的第一曲线(线502)示出了发动机转速随着时间的变化。第二曲线(线504)示出了发动机温度的变化。第三曲线(线506)示出了发动机对于期望的燃烧和排放控制性能的EGR要求。EGR要求可以取决于发动机工况，例如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。第四曲线(线508)示出了车辆车厢温度随着时间的变化。第五曲线(线510)指示位于排气通道上的导流阀的位置。导流阀的位置可以被调整到第一和第二位置中的一个。第六且最后的曲线(线512)示出了碳氢化合物(HC)捕集器中的碳氢化合物负荷随着时间的变化。

在时间t1之前，在车辆不利用发动机进行推进的一段停用时间之后，发动机从静止启动。发动机会在具有低发动机温度的冷启动状况下启动，如在曲线504中看到的。当发动机启动时，发动机转速低，并且发动机转速逐渐增加至稳定水平(曲线502)。在冷启动状况下，EGR不会被发动机所期望，相应地，曲线506示出了从排气通道到发动机进气歧管的极少或无EGR流。在该时间期间，车辆车厢温度(曲线508)会较低，因为车厢加热在发动机启动之前还未运转。当热从车辆加热器核心被供应给车厢时，车辆车厢温度会随着时间而逐渐增加。

在冷启动状况下和/或在发动机怠速期间，催化剂起燃温度会较低。由于低温度，催化剂不会有效地转化连同排气一起从发动机排出的碳氢化合物。而且在冷启动状况下，EGR不被期望用于发动机运转。被耦接至主排气通道的导流阀可以被维持在第一位置中，使得到入口管的开口打开以便排气进入旁路组件。EGR阀在关闭位置中，从而防止任何排气进入排气输送通道。热交换器和HC捕集器可以被耦接至排气旁通通道。由于导流阀的第一位置，排气会不能通过排气通道进一步向下游流向尾管。因此，排气经由第一管进入旁路组件。当排气沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近HC捕集器的第二端)经过热交换器时，来自排气的热可以从排气被转移到循环通过热交换器的冷却液。在经过热交换器之后，经冷却的排气可以进入HC捕集器。由于排气的低温度，碳氢化合物可以被吸附在HC捕集器处。相应地，看到被沉积在HC捕集器上的HC负荷随着时间而增加。此后，排气可以离开排气旁路组件。排气可以经过被耦接至排气通道的消声器，并且可以通过排气尾管被释放到大气。

在热交换器处从排气回收的热可以被用于为车辆车厢和/或例如汽缸盖处的多个车辆部件提供加热。来自热交换器的冷却液可以从热交换器被循环到车辆加热器核心，用于在加热不同的车辆部件时使用。在该示例中，由于在t1之前车辆车厢温度低，从排气回收的热可以在将车厢加热至使用者所期望的温度时被使用。

在时间t1处，存在发动机转速的降低。这可以是由于更低的发动机负荷。而且在该阶段，存在发动机温度的增加。由于更低的发动机转速和更高的发动机温度，冷EGR会被发动机所期望。而且，被沉积在HC捕集器上的HC负荷会较高，并且当捕集器上的HC负荷到达阈值负荷时，HC捕集器的冲洗会被期望。为了将冷EGR从排气通道输送到发动机进气歧管，导流阀可以在t1处被变换到第二位置。在导流阀的该位置处，排气不会通过第一管进入排气旁路组件，而是经过导流阀并沿着排气通道向下游继续。排气可以通过被设置在尾管附近的第二管进入旁路组件，并沿第二方向(从HC捕集器的接近出口管的第二端到HC捕集器的接近热交换器的第一端)流过HC捕集器。在t1处，HC负荷高于阈值，并且因此HC捕集器正在被冲洗。由于经过HC捕集器的排气的高温度(在100℃之上)，被吸附在沸石上的碳氢化合物(尤其是烷烃)可以被移除。相应地，在时间t2与t3之间，如从曲线512看到的，存在HC捕集器中的HC负荷的降低。

而且在时间t2与t3之间，EGR阀被维持在打开位置中。在经过HC捕集器之后，排气可以沿第二方向(从热交换器的接近HC捕集器的第二端到热交换器的接近入口管的第一端)流过热交换器，由此冷却排气。经冷却的排气然后可以通过EGR阀进入EGR输送通道。来自HC捕集器的残余物可以与排气一起流向发动机进气歧管用于燃烧。如从曲线506看到的，在该时间段期间，进入发动机进气歧管的EGR流量增加。以此方式，冷EGR可以从排气通道被输送到发动机进气歧管，并且HC捕集器可以根据需要而被冲洗。在该时间期间，可以使在热交换器处从排气回收的热继续被用于为车辆车厢提供加热，以便增加车辆车厢温度。如从曲线508看到的，车厢温度继续随着时间而增加。

在时间t2处，看到发动机转速再一次增加。此时，发动机温度高且稳定。EGR不再会被发动机所期望，并且因此EGR阀被致动到关闭位置。这可以是由于发动机负荷、发动机转速和/或其他发动机运转参数的增加。如从曲线506看到的，EGR流量降低，并且最终在时间t2之后的短时间内变为零(因为EGR阀被致动到关闭位置)。乘客车厢仍然会需要加热。由于来自循环通过热交换器的冷却液的热被继续用于车厢加热和其他加热目的，冷却液的温度会降低。在时间t2处，响应于冷却液的温度降至阈值之下，冷却液变暖被期望有效地继续具有车厢加热功能。在该示例中，HC捕集器已经在时间t1与t2之间被冲洗，因此捕集器上的HC沉积物极少，从而使得开始冷却液变暖成为可能。如果在捕集器中HC负荷高，冷却液变暖会需要被延迟直至HC捕集器冲洗完成。这是为了确保碳氢化合物不逸出捕集器并进入热交换器并且最终返回到主排气通道。

在时间t2处，导流阀可以被变换到第一位置。在时间t2和t3期间，排气可以通过第一管(接近排放控制装置)进入旁路组件，并且在经由第二管离开组件之前沿第一方向流过热交换器和HC捕集器。由于HC捕集器刚刚已经被冲洗，因此它没有任何HC负荷。而且在发动机变暖之后，(被耦接至主排气通道的)催化剂完全起作用，由此有效地转化和/或吸附经过它的碳氢化合物。因此，极少或没有碳氢化合物从排放控制装置向下游流动，以进入被耦接至排气旁路组件的HC捕集器。在该时间期间，如从曲线512看到的，HC捕集器中存在可忽略的HC负荷。来自排气的热被转移到循环通过热交换器的冷却液，由此增加冷却液温度。当冷却液温度增加至阈值之上时，冷却液变暖从时间t2继续到时间t3。冷却液被循环通过车辆加热器核心，并且被用于向车辆车厢供应热。

在时间t3处，冷却液会是足够暖的，但是导流阀会被继续在第一位置中运转。此时，基于发动机转速、发动机温度、发动机负荷和其他工况，EGR不会被发动机所期望。由此，EGR阀被维持在关闭位置中。在第一位置中，导流阀允许排气经由第一入口管进入旁路组件。此后，该第一量的排气在经由第二出口管返回到主排气通道之前沿第一方向流过热交换器和HC捕集器。在该阶段，冷却液是暖的，并且来自排气的热还被继续转移到冷却液，进一步升高其温度。来自热交换器的冷却液被循环通过加热器核心，并且热在增加乘客车厢温度时被使用。在时间t3之后，如从曲线508看到的，存在车厢温度的显著增加。车厢加热可以被继续，直至达到操作者所期望的车厢温度。由于主排气通道中的催化剂的运转，被堆积在HC捕集器中的HC负荷依然低。

以此方式，取决于工况，EGR可以从排气通道被输送到发动机进气歧管。来自排气的碳氢化合物可以在HC捕集器处被有效地捕集。排气可以沿相反方向流过热交换器和HC捕集器。取决于需求，在热交换器处从排气回收的热也可以被转移到车辆加热器核心用于乘客车厢加热。单个冷却器可以被用来冷却EGR并从排气回收热能。

一种用于发动机的示例方法包含：在第一模式下运转，其中排气流过排气旁路，并沿第一方向流过被耦接在所述排气旁路中的上游热交换器和下游碳氢化合物捕集器中的每一个，并且然后流至排气尾管；以及在第二模式下运转，其中排气流过排气通道，然后沿第二相反方向流过所述热交换器和所述碳氢化合物捕集器，并且然后流至所述发动机进气装置。前述示例额外地或可选地进一步包含，基于发动机温度而在所述第一与第二模式之间进行选择。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述选择包括：当所述发动机温度在阈值之下时选择所述第一模式，并且当所述发动机温度在所述阈值之上时选择所述第二模式，所述阈值基于催化剂起燃温度。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述排气旁路在排气催化剂的下游经由导流阀被耦接至主排气通道，所述排气旁路在所述尾管的上游被进一步耦接至所述主排气通道。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，在所述第一模式下运转包括将所述导流阀致动到第一位置，其中排气从所述排气催化剂的下游进入所述旁路的流动被启用；并且其中在所述第二模式下运转包括将所述导流阀致动到第二不同位置，其中排气从所述排气催化剂的下游进入所述旁路的流动被禁用。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述第一引导方向包括从所述热交换器的入口流动，然后流过所述热交换器的出口、流入所述HC捕集器的入口，并且然后流过所述HC捕集器的出口，并且其中所述第二引导方向包括从所述HC捕集器的所述出口流动，然后流过所述HC捕集器的所述入口、流入所述热交换器的所述出口、流入所述热交换器的所述入口。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述排气旁路经由包括EGR阀的EGR通道被进一步耦接至所述发动机进气装置。在前述示例中的任一个或所有中，EGR通道在所述热交换器的所述入口的上游被额外地或可选地耦接至所述排气旁路。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，在所述第一模式期间，所述EGR阀被关闭，并且其中在所述第二模式期间，所述EGR阀被打开。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含，响应于对车厢加热的请求，从在所述第二模式下运转转变为在所述第一模式下运转。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述转变包括在所述HC捕集器的HC负荷在阈值之下之后进行转变，并将热从流过所述排气旁路的所述排气转移到所述热交换器，然后将热从所述热交换器转移到流过加热器核心的冷却液，并且然后基于所述对车厢加热的请求而通过从所述加热器核心吸取热来加热车辆车厢。在一些示例中，使排气流动的顺序包括使排气以所描述的顺序流动而不使排气流过其间的任何介入部件。因此，在一个示例中，所描述的流动包括使排气仅流过顺序地列出的部件。然而，在替代性实施例中，额外的元件和催化剂能够被增添到排气通道和旁路。

另一种用于发动机的示例方法包含：当发动机温度低于阈值时，使排气在排气旁路中流过热交换器并且然后流过碳氢化合物捕集器；以及当发动机温度高于所述阈值时，使排气在所述排气旁路中流过所述碳氢化合物捕集器并且然后流过所述热交换器。在前述示例中，额外地或可选地，所述流过所述热交换器并且然后流过所述碳氢化合物捕集器包括：将排气碳氢化合物存储在所述捕集器中，并且其中流过所述碳氢化合物捕集器并且然后流过所述热交换器包括：从所述捕集器冲洗排气碳氢化合物。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含，经由在所述热交换器的上游被耦接至所述排气旁路的EGR通道使所述被冲洗的排气碳氢化合物流至发动机进气装置。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述EGR通道包括EGR阀，并且其中使所述被冲洗的排气碳氢化合物流至所述发动机进气装置包括：调整所述EGR阀的打开。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含，在所述HC捕集器的HC负荷在阈值之下之后，响应于发动机冷却液温度的下降，恢复使排气流过所述热交换器并且然后流过所述碳氢化合物捕集器，并将热从所述热交换器转移到发动机冷却液。

在又一示例中，一种发动机系统包含：发动机进气歧管；发动机排气歧管，其包括排气催化剂和排气通道和排气旁路中的每一个，所述旁路被耦接为平行于所述排气通道；热交换器和HC捕集器中的每一个，其均被耦接在所述排气旁路中；冷却液系统，其被流体地耦接至所述热交换器并且被流体地耦接至加热器核心；导流阀，其在所述排气催化剂的下游将所述排气旁路耦接至所述排气通道；EGR通道，其在所述热交换器的上游将所述排气旁路耦接至所述进气歧管，所述EGR通道包括EGR阀；以及控制器，其具有被存储在非临时性存储器上用于以下的计算机可读指令：关闭所述EGR阀并打开/关闭(基于构造)所述导流阀，以使排气沿第一方向流过所述热交换器并且然后流过所述HC捕集器通过所述排气旁路而从所述催化剂流至尾管；响应于发动机温度的增加，打开所述EGR阀同时维持所述导流阀打开/关闭(基于构造)，以使排气沿着所述排气通道从所述催化剂流动，并且然后沿第二方向流过所述HC捕集器并且然后流过所述热交换器通过所述旁路。前述示例额外地或可选地进一步包含，响应于对车厢加热的需求，继续使排气沿所述第二方向流过所述旁路，直至所述捕集器的HC负荷在阈值之下；以及然后，使排气沿所述第一方向流过所述排气旁路，同时将热从所述热交换器转移到所述冷却液系统。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含，响应于对车厢加热的需求，继续使排气沿所述第二方向流过所述旁路，直至所述捕集器的HC负荷在阈值之下；以及然后，使排气沿所述第一方向流过所述排气旁路，同时将热从所述热交换器转移到所述冷却液系统，并且将热从所述冷却液系统转移到所述加热器核心。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述沿所述第一方向流动响应于排气温度在所述排气催化剂的激活温度之下，并且其中所述沿所述第二方向流动响应于排气温度在所述排气催化剂的所述激活温度之上。

以此方式，单个热交换器可以被用于满足发动机系统的加热要求。单个热交换器可以充当EGR冷却器和排气热交换器，由此成本和部件减少益处能够被实现而不限制任一系统的功能性或能力。通过在热交换器下游增添基于沸石的HC捕集器，在冷启动状况下，在催化剂处未被转化的碳氢化合物可以从冷排气被有效地吸附。此外，排气旁路组件中的单个热交换器的特定构造促进了更短的EGR通道长度，由此减少EGR输送延迟。将HC捕集器设置在热交换器下游的技术效果是防止沸石上的水凝结，由此维持其功能性。导流阀促进排气流沿两个方向穿过热交换器和HC捕集器。因此，这改善了热转移效率，实现了HC捕集器的伺机冲洗，并降低了对长EGR通道的要求。通过使用更少部件改善碳氢化合物吸附和从排气的热回收，发动机燃料经济性、性能和排放质量被改善。

Claims (14)

1.一种用于发动机的方法，其包含：

在第一模式下，使发动机排气流过排气旁路，并沿第一方向流过被耦接在所述排气旁路中的在上游的热交换器和然后流过在下游的碳氢化合物捕集器中的每一个，并且然后流至排气尾管；以及

在第二模式下，在不同的时刻，使排气流过主排气通道，然后沿与所述第一方向相反的第二方向流过所述碳氢化合物捕集器并且然后流过所述热交换器，并且然后流至发动机进气装置，所述排气旁路经由始于所述热交换器的入口的上游的EGR通道经由EGR阀联接至所述发动机进气装置，其中在所述第一模式期间，所述EGR阀被关闭，并且其中在所述第二模式期间，所述EGR阀被打开。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含基于发动机温度而在所述第一与所述第二模式之间进行选择。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述选择包括当所述发动机温度在阈值之下时选择所述第一模式，并且当所述发动机温度在所述阈值之上时选择所述第二模式，所述阈值基于催化剂起燃温度。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述排气旁路在排气催化剂的下游经由导流阀被耦接至所述主排气通道，所述排气旁路在所述排气尾管的上游被进一步耦接至所述主排气通道。

5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一模式下运转包括将所述导流阀致动到第一位置，其中排气从所述排气催化剂的下游进入所述排气旁路的流动被启用；并且其中在所述第二模式下运转包括将所述导流阀致动到第二不同位置，其中排气从所述排气催化剂的下游进入所述排气旁路的流动被禁用。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一方向包括从所述热交换器的入口流动，然后流过所述热交换器的出口、流入所述碳氢化合物捕集器的入口，并且然后流过所述碳氢化合物捕集器的出口，并且其中所述第二方向包括从所述碳氢化合物捕集器的所述出口流动，然后流过所述碳氢化合物捕集器的所述入口、流入所述热交换器的所述出口、流入所述热交换器的所述入口。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，响应于对车厢加热的请求，从在所述第二模式下运转转变为在所述第一模式下运转，其中冷却液系统流体地耦接至所述热交换器和加热器核心。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述转变包括在所述碳氢化合物捕集器的碳氢化合物负荷在阈值之下之后进行转变，并将热从流过所述排气旁路的所述排气转移到所述热交换器，然后将热从所述热交换器转移到流过所述加热器核心的冷却液，并且然后基于对车厢加热的所述请求而通过从所述加热器核心吸取热来加热车辆车厢。

9.一种用于发动机的方法，其包含：

当发动机温度低于阈值时，使排气在排气旁路中流过热交换器并且然后流过碳氢化合物捕集器，其中所述流过热交换器并且然后流过碳氢化合物捕集器包括将排气碳氢化合物储存在所述碳氢化合物捕集器中；以及

当发动机温度高于所述阈值时，使排气在所述排气旁路中流过所述碳氢化合物捕集器并且然后流过所述热交换器，其中流过所述碳氢化合物捕集器并且然后流过所述热交换器包括从所述碳氢化合物捕集器冲洗排气碳氢化合物，

所述方法进一步包含，经由在所述热交换器的上游被耦接至所述排气旁路的EGR通道使被冲洗的排气碳氢化合物流至发动机进气装置，以及在所述碳氢化合物捕集器的碳氢化合物负荷在阈值之下之后，响应于发动机冷却液温度的下降，恢复使排气流过所述热交换器并且然后流过所述碳氢化合物捕集器，并将热从所述热交换器转移到发动机冷却液。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述EGR通道包括EGR阀，并且其中使所述被冲洗的排气碳氢化合物流至所述发动机进气装置包括调整所述EGR阀的打开。

11.一种发动机系统，其包含：

发动机进气歧管；

发动机排气歧管，其包括排气催化剂和排气通道和排气旁路中的每一个，所述排气旁路被耦接为平行于所述排气通道；

热交换器和碳氢化合物捕集器中的每一个，其均被耦接在所述排气旁路中；

冷却液系统，其被流体地耦接至所述热交换器并且被流体地耦接至加热器核心；

导流阀，其在所述排气催化剂的下游将所述排气旁路耦接至所述排气通道；

EGR通道，其在所述热交换器的上游将所述排气旁路耦接至所述进气歧管，所述EGR通道包括EGR阀；以及

控制器，其具有被存储在非临时性存储器上用于以下的计算机可读指令：

将所述导流阀致动到第一位置并打开/关闭所述EGR阀，以使排气沿第一方向流过所述热交换器并且然后流过所述碳氢化合物捕集器通过所述排气旁路而从所述催化剂流至尾管；

响应于发动机温度的增加，将所述导流阀致动到第二位置同时维持所述EGR阀打开，以使排气沿着所述排气通道从所述催化剂流动，并且然后沿第二方向流过所述碳氢化合物捕集器并且然后流过所述热交换器通过所述排气旁路。

12.根据权利要求11所述的系统，其进一步包含，响应于对车厢加热的需求，继续使排气沿所述第二方向流过所述排气旁路，直至所述碳氢化合物捕集器的碳氢化合物负荷在阈值之下；以及

然后，使排气沿所述第一方向流过所述排气旁路，同时将热从所述热交换器转移到所述冷却液系统。

13.根据权利要求12所述的系统，其进一步包含，将热从所述冷却液系统转移到所述加热器核心。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述沿所述第一方向流动响应于排气温度在所述排气催化剂的激活温度之下，并且其中所述沿所述第二方向流动响应于排气温度在所述排气催化剂的所述激活温度之上。

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