CN107023364A - 用于排气热回收的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于排气热回收的方法和系统。提供了用于排气热交换器处的排气热回收的方法和系统。排气可以沿两个方向流过排气旁通通道和被耦接至该旁通通道的热交换器。热或冷EGR可以从排气通道被输送到发动机进气歧管，并且来自排气的热可以在热交换器处被回收。

Description

用于排气热回收的方法和系统
技术领域
本发明大体涉及用于排气热交换器处的排气热回收的方法和系统。
背景技术
发动机可以被配置有用于回收在内燃发动机处产生的排气的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。来自被循环通过排气热交换器的冷却液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。在混合动力电动车辆中，排气热的回收通过使得发动机温度能够被维持更长而改善燃料经济性，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可被用来减少排气NOx排放。另外，EGR可以被用来帮助减少低负荷下的节流损失，并改善爆震容限。
各种方法被提供用于排气热回收和EGR冷却。在一个示例中，如在US20120260897中示出的，Hayman等人公开了一种发动机系统，其中来自第一组汽缸的排气被引导至排气尾管。来自第二组汽缸的排气经由EGR通道被引导至进气歧管。此外，基于发动机的EGR要求，来自第二组汽缸的排气的一部分可以经由旁通通道被转向到排气尾管。被耦接至EGR通道的EGR冷却器被用来在EGR与燃烧空气混合并且混合气进入进气歧管之前对排气进行冷却。
然而，发明人在此已经认识到上述方法的潜在缺点。作为一个示例，协调EGR冷却与排气热回收会是困难的。具体地，在EGR冷却器处回收的热不能被用于加热车厢空间。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。
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法。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热交换器，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，并且然后流至所述发动机进气装置。以此方式，EGR冷却和排气热回收能够经由共同的热交换器来提供。
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。一对蝶阀可以被用来使得排气能够被转向到旁通通道内，并且沿两个方向中的一个通过热交换器，所述阀的位置基于发动机运转参数而被调整。例如，在当EGR不被需要时的状况下，阀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，并且然后流到排气尾管。在该流动期间，排气热被转移到热交换器，热从那里被转移到围绕热交换器循环的冷却液，热冷却液然后被用于诸如车厢加热的功能。相比之下，当经冷却的EGR被需要时，阀可以被调整以使排气流过旁通通道，并且在排气经由EGR通道被循环至发动机进气装置之前沿与第一方向相反的第二方向穿过热交换器。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，并且随即变暖的冷却液可以被循环回到发动机(诸如当发动机加热被需要时)和/或被用于加热车辆的乘客车厢(诸如当车厢加热被请求时)。替代地，提取的热被转移到散热器以便消散到大气内。另外，在当热EGR被需要时的状况下，阀可以被调整使得一部分排气能够被转向到旁通通道，并在经过热交换器之前被吸入EGR通道。
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。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，旁通排气通道中的单个热交换器的特定构造允许更短的EGR通道长度，这减少了EGR输送延迟。使用一对蝶阀来调节排气经过旁通通道的技术效果是，排气能够沿两个方向流动穿过热交换器。因此，这改善了热转移效率，并且减少了对长EGR通道的需要。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，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示出了包括具有热交换器的排气旁路组件的发动机系统的示例实施例。
图2示出了包括具有分离式热交换器的排气旁路组件的发动机系统的示例实施例。
图3A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3B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4A示出了在第一模式下运转的图2的排气旁路组件的示例实施例。
图4B示出了在第二模式下运转的图2的排气旁路组件的示例实施例。
图5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6示出了图示图1的排气旁路组件的不同运转模式的表。
图7示出了图1的排气旁路组件的示例运转。
图8示出了图示可以被实施用于调整通过图2的排气旁路组件的排气流的示例方法的流程图。
图9示出了图示图2的排气旁路组件的不同运转模式的表。
图10示出了图2的排气旁路组件的示例运转。
具体实施方式
以下描述涉及用于利用被耦接在排气旁路中的单个热交换器/EGR冷却器来改善排气热回收的系统和方法。在图1和2中示出了包含排气旁路组件的示例发动机系统。在图1中，一对气门/阀(valve)被用来实现通过热交换器的排气的双向流动。在图2中，单个气门被用来实现通过分离式热交换器的一个或多个区段的排气的双向流动。参照图3A-3B、4A-4B、6和7详述了图1-2的系统的不同运转模式。发动机控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图5和8的示例程序)来改变(一个或多个)系统气门的位置，从而由此分别调整通过图1和2的系统中的热交换器的排气流。分别参照图7和10示出了图1-2的系统的示例运转。
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。具有旁通通道173的排气旁路组件160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173可以从排放控制装置170的下游延伸到消声器172的上游。旁通通道173可以被布置为平行于主排气通道102。热交换器174可以被耦接至旁通通道173以对经过旁通通道173的排气进行冷却。排气再循环(EGR)输送通道180可以在热交换器174上游的位置处被耦接至排气旁通通道173。排气可以经由主排气通道102和旁通通道173中的一个或多个从排放控制装置170的下游流向消声器172。
一对导流阀176和178可以被用来调节通过主排气通道102和旁通通道173的排气的流量和流动方向。在一个示例中，导流阀176和178均可以被配置为蝶阀(在本文中也被称为蝶阀176和178)，但是其他阀构造也可以被使用。另外，取决于工况(诸如发动机温度)，排气残余物的一部分可以被转向通过旁通通道173，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。同样基于发动机工况，通过旁通通道173并穿过热交换器174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。该对蝶阀和EGR阀52的打开可以被调节，以控制通过旁通通道173和热交换器174的排气的流动。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。
通过调整蝶阀176和178的位置以及EGR阀52的打开，通过热交换器的排气的流能够被改变。在一个示例中，蝶阀176可以被关闭而蝶阀178被打开，使得排气可以从排放控制装置170的下游流入旁通通道173，沿第一方向穿过热交换器174并且随即到达尾管35。虽然使排气沿第一方向流过旁通通道173，但是如果需要，热EGR可以从热交换器的上游被吸取，并经由EGR输送通道180被输送到压缩机114的入口。EGR阀52的打开可以被调节，以相比于穿过热交换器174流向尾管35的排气量控制进入EGR输送通道的排气量。以此方式，热LP-EGR(低压EGR)可以被可选地提供。
在另一示例中，蝶阀176可以被打开而蝶阀178被关闭，使得排气可以经由排放控制装置170和蝶阀176流过主排气通道35，并从消声器172的上游进入旁通通道173。在这种情况下，排气可以沿与第一方向相反的第二方向流动穿过热交换器174，并且随即经冷却的排气可以进入EGR输送通道180。以此方式，经冷却的LP-EGR可以被提供。
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回到发动机(诸如当发动机加热被请求时)和/或通过加热器核心用于加热车辆的乘客车厢(诸如当发动机加热被请求时)。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。
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3A-3B、5、6和7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。在一个示例中，空燃比传感器57是氧传感器。
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18(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。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、蝶阀176和178、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，基于发动机工况和EGR要求，控制器12可以调节蝶阀176和178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52的打开可以被调整以将期望量的EGR从排气旁通通道吸入发动机进气歧管。示例控制程序关于图5进行描述。
图1的替代实施例在图2中示出，并在下面参照示例发动机系统200进行详述。除了排气旁路组件260外，发动机系统200的所有部件都可以与发动机系统100的部件完全相同。如在下面详述的，排气旁路组件260可以被配置有分离式热交换器和单个导流阀。参照图4A-4B详述了图2的排气旁路组件的不同运转模式。
图3A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300。在一个示例中，组件300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302。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302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310在交界点(junction)306处(在排放控制装置170下游)被设置在排气通道302上。蝶阀176在交界点306下游被耦接至排气通道302。入口管310通向可以平行于排气通道302的旁通通道312。蝶阀178被耦接至旁通通道312。在一个示例中，两个蝶阀可以被耦接至共同的轴，并且阀可以被一起致动。取决于通过排气旁路组件的排气流的期望方向，蝶阀176和178中的一个可以在打开位置中。在替代实施例中，两个蝶阀可以被独立地致动，并且可以被同时打开。
在第二蝶阀178的下游的热交换器可以被耦接至管310。冷却液可以被循环通过热交换器174，以便在气体进入EGR通道180或通过尾管335逸出到大气之前有效地冷却经过它的排气。在第二蝶阀178的下游且在热交换器174的上游的到EGR通道180的入口可以位于旁通通道312上。取决于发动机要求，使排气沿两个方向流过通道312是可能的，并且相应地，经冷却的或热的EGR可以通过EGR通道180被输送到发动机进气歧管。EGR阀52可以控制EGR从排气通道302到通向发动机进气歧管的通道328的输送。在热交换器174的上游的旁通通道312结束在通向回到排气通道302的出口管316中。入口310和出口管316可以与旁通通道312和主排气通道302成直角。出口管316在位于交界点306和第一蝶阀176下游的交界点318处连结排气通道302。在交界点318的下游更远的消声器172可以被耦接至排气通道302。在经过消声器172之后，排气可以通过尾管335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)170的下游，由于催化剂变暖导致的限制被消除。因此，第一运转模式表示蝶阀176和178的启用排气流控制的第一设定。在第一运转模式下，(被耦接至主排气通道302的)蝶阀176可以在关闭位置中，并且(被耦接至旁通通道312的)蝶阀178可以在打开位置中。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。当在第一运转模式下时，由于第一蝶阀176的关闭，排气会不能通过排气通道302流向尾管335。排气可以通过入口管310流入排气旁路组件，如通过加粗箭头示出的。第二蝶阀178在打开状态下，并且排气可以经过它并进入旁通通道312。取决于EGR要求，EGR阀可以在打开和关闭位置中的一个位置中。当EGR阀在关闭位置中时，排气可不进入EGR通道180，并且可以直接进入在下游更远位于旁通通道312上的热交换器174。在第一运转模式下，排气沿第一方向(从热交换器的接近入口管310的第一端到热交换器174的接近出口管316的第二端)流过热交换器174。在经过热交换器174之后，经冷却的排气流过出口管316并离开排气旁路组件。排气在交界点318处重新进入排气通道302并向下游流向消声器172。在经过消声器172之后，排气通过尾管335离开到达大气。
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。
在当EGR不被需要用于发动机运转时选择的第一功能模式下，组件可以在EGR阀52保持关闭的第一运转模式下进行运转。当发动机温度在阈值下时，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。在热交换器174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。具有从排气回收的热的冷却液可以被循环回到发动机(在当发动机加热被需要的时的状况下)和/或被循环通过车辆的加热器核心，并且此后回收的热可以被用于诸如使乘客车厢变暖的功能，由此改善发动机效率。在当在热交换器174处回收的热不被需要用于加热车辆部件时的情况下，热可以被转移到散热器以便消散。在第一功能模式下，在经过热交换器174之后，经冷却的排气从排气旁路组件中流出并通过尾管335离开到达大气。
在当发动机温度在阈值之上时选择的第二功能模式下，热EGR会期望用于发动机运转，并且因此EGR阀52可以被打开。EGR阀的打开可以基于热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。在经过排放控制装置170之后的排气可以通过入口管310进入旁路组件。到EGR通道180的进口在第二蝶阀178与热交换器174之间位于旁通通道132上。因此，取决于EGR阀52的打开，第一量的热排气可以在经过热交换器174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180并经过通向发动机进气歧管的通道328，以被输送至压缩机入口的上游。不进入EGR通道180的剩余(第二)量的排气可以经过热交换器174(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172，并通过尾管335离开到达大气。以此方式，基于发动机要求，通过排气旁路组件将热EGR从排气通道302输送到进气歧管是可能的。
图3B示出了排气旁路组件160的示例实施例的示意图300。排气旁路组件160的特征关于图3A进行描述。在图3B中，排气旁路组件160的第二运转模式相比于在图3A中讨论的运转模式进行描述。
因此，第二运转模式表示蝶阀176和178的启用排气流控制的第二设定。在第二运转模式下，(被耦接至主排气通道302的)蝶阀176可以在打开位置中，并且(被耦接至旁通通道312的)蝶阀178可以在关闭位置中。类似于第一运转模式，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。
当在第二运转模式下时，由于第一蝶阀176的打开(和第二蝶阀178的关闭)，排气可不通过入口管310进入排气旁路组件，而是经过第一蝶阀176并沿着排气通道302向下游继续。当排气到达交界点318时，第一量的排气可以通过出口管316(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302向下游继续，并且在经过消声器172之后通过尾管335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312，并进入热交换器174。在第二模式下，排气沿第二(与第一方向相反)方向(从热交换器的接近出口管316的第二端到热交换器174的接近入口管310的第一端)流过热交换器。该第一量的排气可以进入EGR通道180。由于第二蝶阀178被关闭，排气可不经过旁路组件并经由入口管310返回到排气通道302。第二运转模式能够在一个或多个功能模式时进行选择，诸如冷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。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174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。
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。如之前描述的(图3A)，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174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可以在经过热交换器174之后被输送到进气歧管。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。以此方式，取决于EGR要求，排气可以沿两个方向流过热交换器，并且在热交换器处回收的热可以在其他车辆运转中被使用。
在第一(图3A)与第二(图3B)运转模式之间进行选择可以基于发动机温度。例如，当发动机温度在阈值之下时，EGR不会被发动机所期望，并且因此排气旁路组件可以在第一模式下进行运转。在另一示例中，当发动机温度在阈值之上时，冷EGR会被发动机所期望，并且因此排气旁路组件可以在第二运转模式下进行运转。以此方式，EGR冷却器和排气热交换器的功能可以经由单个热交换器来执行。
在替代实施例中，两个蝶阀176和178可以被独立地致动。在高负荷状况下，两个蝶阀都可以被维持在打开位置中，以允许排气同时通过主排气通道302和旁通通道312流向尾管335。以此方式，热可以(在热交换器174处)从一部分排气被提取，但是在高负荷状况下，由于高背压，大量排气可以经由尾管335直接离开到达大气而不进入排气旁路组件，由此防止热交换器174中的冷却液沸腾。
移动到图2，示例发动机系统200是如在图1中示出的发动机系统100的替代实施例。之前在图1中介绍的部件被类似地编号，并且不被重新介绍。类似于图1的实施例，图2的发动机系统200可以进一步包括用于控制发动机运转的控制系统14。如在图2中看到的，发动机系统200包括具有旁通通道273的排气旁路组件260，所述旁通通道273在排放控制装置170的下游被耦接至排气通道35。在该组件中，可以提供单个导流阀276来调节通过旁通通道的排气流的方向。在一个示例中，导流阀276可以被配置为蝶阀(在本文中也被称为蝶阀276)，但是其他阀构造也可以被使用。通过使用单个蝶阀，排气旁路组件的热质量可以被降低，由此改善在热交换器274处从排气(通过冷却液)的热回收。取决于工况，排气残余物的一部分可以被转向通过旁通通道273和EGR阀52到达EGR通道180和压缩机114的入口。旁通通道配备有具有用于冷却排气的两个或更多个区段的分离式热交换器274。热交换器的第一区段和热交换器的第二区段可以被对称地定尺寸。在替代实施例中，热交换器可以被不对称地定尺寸，其中热交换器的第一区段大于热交换器的第二区段。替代地，热交换器的第二区段可以大于热交换器的第一区段。
取决于发动机工况，暖或冷EGR会被期望。排气可以流过分离式热交换器274的一个或两个区段，以便实现不同水平的冷却。通过调整蝶阀276的位置和EGR阀52的打开，通过热交换器的排气的流能够被改变。在一个示例中，当期望的EGR温度高于阈值温度时，排气可以在进入EGR通道180之前流过分离式热交换器274的第一区段413。在另一示例中，当需要的EGR温度低于阈值时，排气可以在进入EGR通道180之前沿相反方向流过分离式热交换器274的两个区段。到EGR通道180的进口可以位于分离式热交换器274的两个区段之间的中心区域中。
当排气经过热交换器274的一个或两个区段时，来自热排气的热可以被转移到循环通过热交换器274的两个区段的冷却液。在热从排气转移到冷却液后，变暖的冷却液可以在加热汽缸盖(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)时被使用。替代地，当不存在加热需求时，可以使变暖的冷却液流过散热器以便热消散到大气。
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。EGR阀52可以被打开以准许控制量的经冷却的排气到达压缩机入口用于期望的燃烧。EGR阀52也可以被配置为连续可变的阀。在替代示例中，然而，EGR阀52可以被配置为通/断阀。排气旁路组件260的运转和结构的详细描述将会关于图4A-4B、8、9和10进行讨论。在进一步的实施例中，发动机系统可以是自然吸气式发动机而不存在涡轮增压器和压缩机。图4A进一步详述了在图2中介绍的排气旁路组件，并且示出了排气旁路组件260的示例实施例400的示意图。在一个示例中，组件260是图2的组件260的实施例，并且因此可以共有与已经针对旁路组件260描述的那些共同的特征和/或构造。排气旁路组件260在排放控制装置170下游被流体地耦接至排气通道302。如关于图2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可以经过排放控制装置170，并且沿着排气通道302到达位于下游更远的排气旁路组件400。排气旁路组件400的入口管410可以在交界点406处(在排放控制装置170下游)被设置在排气通道302上。
蝶阀(阀)276可以在入口管410的下游被耦接至排气通道302。入口管410可以通向可以平行于排气通道302的旁通通道412。取决于通过排气旁路组件的排气流的方向，蝶阀276可以在打开或关闭位置中。
在入口管410的下游的旁通通道412可以在蝶阀276两端配备有分离式热交换器274，所述分离式热交换器274具有用于冷却流过它的排气的两个或更多个区段。热交换器的冷却区段可以在设计方面是对称的或不对称的。在该示例中，热交换器274具有两个分别对称的冷却区段413和414。取决于所需要的EGR温度，排气可以经过热交换器274的一个或两个区段。冷却液可以被循环通过热交换器274的两个区段，以便在气体进入EGR通道180(以便输送到发动机进气歧管)或通过尾管335逸出到大气之前对排气进行冷却。冷却液不流过分离式热交换器274的两个区段之间的中间部分415，EGR通道180从中间部分415开始。如果更快且更有效的冷却被需要用于EGR，排气可以流过分离式热交换器274的两个区段。当相对较暖的EGR被需要时，排气可以流过分离式热交换器274的第一区段412。EGR阀52可以控制EGR从排气通道302到通向发动机进气歧管的通道328的输送。
在分离式热交换器274的上游的旁通通道412结束在通向回到排气通道302的出口管416中。入口管410和出口管416可以与旁通通道412和排气通道302成直角。出口管416在位于交界点406和蝶阀276下游的交界点418处连结排气通道302。在下游更远的消声器172可以被耦接至排气通道302。在经过消声器172之后，排气可以通过尾管335被释放到大气。
通过调整阀的位置，排气旁路组件400可以在第一或第二运转模式下进行运转。因此，第一运转模式表示被耦接至主排气通道302的蝶阀276的启用排气流控制的第一设定。在第一运转模式下，蝶阀276可以在打开位置中。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。当在第一运转模式下时，由于第一蝶阀276的打开，第一量的排气可以经由入口管410从排气催化剂170下游的交界点406流入排气旁路而不流过阀276。第一量的排气然后可以流过旁通通道412，并流入分离式热交换器274的接近入口管410的第一区段413。第一量的排气可以沿第一方向(从热交换器的接近入口管410的第一端到分离式热交换器274的中间部分415)流过分离式热交换器274的第一区段413。在第一运转模式下，第二量的排气可以通过阀276从排气催化剂170的下游流向尾管335。在交界点406处(在消声器172的上游)，排气可以经由出口管416(在这种情况下被用于入口)流入排气旁路。第二量的排气然后可以流过旁通通道412，并流入热交换器274的接近出口管416的第二区段414。第二量的排气可以沿第二方向(从热交换器的接近出口管416的第二端到分离式热交换器274的中间部分415)流过分离式热交换器274的第二区段413。第一量可以经由对在排气催化剂170的下游被耦接在排气通道中的蝶阀276的调整而相对于第二量进行调整。调整可以通过增加阀276的打开而相对于第一量增加第二量以及减小该阀的打开而相对于第二量增加第一量来执行。
在被分离式热交换器274的两个区段中的一个冷却之后的第一量和第二量的排气在中间部分415处混合。EGR可以在进入发动机进气歧管之前从中间部分415流过EGR通道180、EGR阀52和通道428。第三量的排气可不通过入口管410和出口管416进入排气旁路组件，并且该部分排气可以向下游流过主排气通道302。该第三部分排气可以经过消声器172，并经由尾管335未经冷却地离开到达大气。
第一运转模式能够在一个或多个功能模式时进行选择，诸如冷EGR被需要用于发动机运转的第一功能模式。
在当冷EGR被需要用于发动机运转时的第一功能模式下，EGR阀52和进气节气门可以被保持打开。EGR阀的打开可以响应于发动机负荷的增加或发动机温度的降低而被增加，并且EGR阀的打开可以响应于发动机负荷的降低或发动机温度的增加而被减小。当排气流过分离式热交换器274的两个区段时，排气可以被冷却，并且来自排气的热可以被转移到冷却液。冷却液可以被循环通过车辆的加热器核心，并且此后来自排气的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。在当在分离式热交换器274处回收的热不被需要用于加热车辆部件时的情况下，热可以被转移到散热器以便消散至大气。
以此方式，通过使用分离式热交换器274的两个区段，将排气更有效地冷却且冷却至低温度是可能的。而且，在该运转和功能模式下，来自分离式热交换器274的两个区段的冷却液可以被用来从排气回收热，该热可以在其他车辆运转中被使用。而且，排气可以从排气通道302自排气通道上的两个分开(takeoff)位置被输送到发动机进气歧管，由此改善EGR流分配。
图4B示出了排气旁路组件400的示例实施例的示意图。排气旁路组件400的特征关于图4A进行描述。在图4B中，排气旁路组件160的第二运转模式相比于在图4A中讨论的第一运转模式进行讨论。
因此，第二运转模式表示蝶阀276的启用排气流控制的第二设定。在第二运转模式下，蝶阀276可以在关闭位置中。类似于第一运转模式，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。
当在第二运转模式下时，由于蝶阀276的关闭，全部排气都可以通过入口管410进入排气旁路组件，并且可以继续到旁通通道412和分离式热交换器274的第一冷却器区段413。排气可以沿第一方向(从热交换器的接近入口管410的第一端到分离式热交换器274的中间部分415)流过分离式热交换器274的第一区段。因此，在经过第一冷却器区段413之后，暖排气可以进入EGR通道180。一部分排气不会进入EGR通道180，而可以经过分离式热交换器274的两个冷却器区段413和414(沿第一方向，从冷却器的接近入口管410的第一端到冷却器的接近出口管416的第二端)并通过出口管416离开排气旁路组件。另外，该部分排气可以经过消声器172，并通过尾管335离开到达大气。第二运转模式能够在一个或多个功能模式时进行选择，诸如暖EGR被需要用于发动机运转的第二功能模式。
在第二功能模式下，暖(冷却至更小程度)EGR会期望用于发动机运转。因此，EGR阀52可以被打开，EGR阀的打开可以基于EGR需求而被增加。在流过分离式热交换器274的第一冷却器部分413之后，排气可以进入EGR通道180，并在进入发动机进气歧管之前经过EGR阀52、通道428。在冷却器部分413处，来自排气的热可以被转移到冷却液，并且如之前描述的(图4A)，回收的热可以(通过循环冷却液)被转移到加热器核心以便进一步使用和/或被转移到散热器以便消散。
在一个示例中，冷却液温度可以被用来确定排气旁路组件的两个运转模式之间的选择。如果冷却液温度在阈值温度之上，第一运转模式不能被使用，因为更高的冷却负荷会引起冷却液沸腾。而且，如果来自车辆车厢和/或车辆的其他零件的热要求低，第二运转模式可以被使用，其中更少热从EGR(经过分离式热交换器274的一部分的EGR)被回收。
在另一示例中，在第三功能模式下，例如在冷启动期间，EGR不会被发动机所期望。在此情况下，取决于冷却液温度和车辆的热要求(诸如车厢加热要求)，排气旁路组件可以在第一运转模式和第二运转模式中的一个下进行运转。如果冷却液温度高和/或车辆的热要求低，第一运转模式可以被使用。在第一运转模式下，蝶阀276在打开位置中，并且在这种情况下，EGR阀被关闭，大部分的排气可不进入排气旁路组件并通过排气通道302向下游直接流向尾管335(以便离开到达大气)。小部分排气可以通过入口管410流入排气旁路组件，并且在经由出口管416返回到排气通道之前经过分离式热交换器274的两个区段。如果冷却液温度低和/或车辆的热要求高，第二运转模式可以被使用。在第二运转模式下，蝶阀276在关闭位置，并且在这种情况下，EGR阀也被关闭。排气可不经过关闭的蝶阀276向下游流过排气通道302。全部排气都可以通过入口管410流入排气旁路组件，并且在经由出口管416返回到排气通道之前经过分离式热交换器274的两个区段。以此方式，热可以在分离式热交换器的两个区段处通过冷却液被回收，该热可以被用于前面提到的目的。
在高负荷状况下，排气通道302上的蝶阀276可以被维持在打开位置中。在这样的状况下，由于高背压，大量排气可以经由尾管335直接离开到达大气而不进入排气旁路组件，由此防止热交换器274中的冷却液沸腾。
图1、2、3A-3B和4A-4B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5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500。用于执行方法500和本文中包括的其余方法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1-2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502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504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)不会被发动机所期望。因此，如果发动机冷启动状况被确认，程序移动到508以便使排气旁路系统在第一运转模式下运转。如关于图3A描述的那样在第一模式下运转包括，将位于旁通通道上的第一蝶阀或阀_1(诸如图3A中的第一蝶阀176)移动到关闭位置，同时将位于旁通通道中的第二蝶阀或阀_2(诸如图3A中的第二蝶阀178)移动到打开位置。此外，由于在发动机冷启动期间EGR不被期望，在510处，EGR阀可以关闭，从而禁用从排气通道到发动机进气歧管的排气流。
在512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3A中的管310)进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向热交换器(诸如图3A中的热交换器174)，并且然后经由排气尾管流至大气。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出口管的第二端)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514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516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518处，该方法包括基于车辆加热需求而将热从加热器核心转移到一个或多个车辆部件。在冷启动的情况下，车辆车厢温度会较低，并且车厢加热会被需要。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506，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520。在520处，程序包括基于发动机工况(包括发动机温度)确定热EGR是否被期望。在一个示例中，如果发动机温度在阈值之上，可以确定热EGR被发动机所期望。相应地，在522处，排气旁路系统可以在如参照图3B描述的第二运转模式下进行运转。具体地，位于排气通道上的第一蝶阀或阀_1(诸如图3A中的第一蝶阀176)可以被保持在关闭位置中，而位于旁通通道中的第二蝶阀或阀_2(诸如图3A中的第二蝶阀178)可以被保持在打开位置中。
在524处，程序包括确定所需要的热EGR量。被发动机所期望的热EGR量可以取决于发动机工况(诸如发动机负荷、发动机温度、发动机转速等)。基于热EGR要求，在526处，该方法包括调整EGR阀的打开以准许控制量的热排气到达进气歧管用于期望的燃烧和排放控制性能。在一个示例中，其中EGR阀是连续可变阀，阀的打开程度可以被增加。在替代示例中，其中EGR阀被配置为通/断阀，EGR阀可以被转变至打开位置。在打开EGR阀后，在528处，该方法包括使排气从排气歧管经由排气旁路组件在热交换器的上游流入EGR通道，并且同时旁通热交换器。以此方式，低压热排气可以从排气通道中的涡轮的下游被输送到发动机进气歧管，而不经过EGR冷却器。应认识到，基于进气歧管真空和排气歧管压力值，小部分排气可以继续向下游通过旁通通道，经过热交换器、出口管，并通过尾管离开到达大气。
返回到520，如果热EGR不被需要，可以推测用于提供经冷却的EGR的状况存在。因此，经冷却的EGR可以在宽范围的变暖的发动机工况上被提供，以便减少NOx排放并改善燃料经济性。如果经冷却的EGR状况被确认，在530处，该方法包括使排气旁路系统在如参照图3B描述的第二运转模式下运转。具体地，位于排气通道中的第一蝶阀或阀_1(诸如图3B中的第一蝶阀176)可以被转变至打开位置，而位于旁通通道中的第二蝶阀或阀_2(诸如图3B中的第二蝶阀178)可以被变换到关闭位置。
在532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来检索值。基于经确定的发动机的EGR要求，在534处，该方法包括增加EGR阀的打开，以允许控制量的冷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。通过使排气旁路组件在第二模式下运转，在536处，该方法包括使排气沿着主排气通道从排气催化剂的下游流向尾管，并且然后从尾管排气的上游流入热交换器的第二端，然后流过热交换器的第一端、经由EGR通道流至发动机进气装置。排气可以通过排气通道向下游流经第一蝶阀，并通过位于第一管下游的第二管(诸如图3B中的管310)进入排气旁路组件。在该示例中，在第二模式下，可以使排气沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到热交换器的接近入口管的第一端)流动穿过热交换器。以此方式，取决于运转模式，排气能够沿向前和向后方向两者流过热交换器。当排气经过热交换器时，来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。通过将热从排气转移到冷却液，排气废热被回收，并且能够被用来满足其他车辆加热要求，诸如车厢加热。
该对蝶阀和EGR阀的打开可以被调节，以控制通过旁通通道和热交换器的排气的流动。一部分排气不会进入排气旁路组件，而可以向下游流过主排气通道，并且可以通过尾管离开到达大气。
由于冷EGR被发动机所需要，EGR阀可以被维持在打开位置中。移动到538，在经过热交换器之后，经冷却的排气可以进入通向发动机进气歧管的EGR输送通道。以此方式，低压冷排气可以从排气通道中的涡轮的下游被输送到发动机进气歧管。
在540处，在热交换器处通过冷却液从排气回收的热可以被用于加热车辆的其他部件。例如，含有来自排气的热能的变暖的冷却液可以从热交换器被循环至车辆加热器核心，热从那里被转移到流过加热器核心的空气用于车厢加热。如果热不被车辆的任何部件所需要，例如如果车辆车厢温度足够高并不存在对车厢加热的进一步需求，冷却液可以被循环通过车辆散热器，热可以从那里被消散到大气。以此方式，单个热交换器可以被用于冷却EGR并从排气提取热。
图6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600。发动机控制器可以基于发动机状况和加热要求而选择运转模式(功能模式)中的一个。基于选定的运转模式，排气再循环(EGR)阀和(耦接的)双蝶阀(气门系统)的位置可以被调节，以控制通过热交换器和/或通过EGR输送通道的排气的流动。排气门系统包含双蝶阀(如在图1中描述的)，并且可以在第一模式和第二模式中的一个下进行运转。在第一气门系统模式下，(被耦接至主排气通道的)蝶阀_1可以在关闭位置中，并且(被耦接至旁通通道的)蝶阀_2可以在打开位置中。在第二气门系统模式下，蝶阀_1可以在打开位置中，并且蝶阀_2可以在关闭位置中。
在一个示例中，诸如在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发动机运转模式下运转。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。在第一发动机运转模式下，排气门系统可以在第一蝶阀(阀_1)关闭而第二蝶阀(阀_2)打开的第一模式进行运转。在第一运转模式下，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。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出口管的第二端)流动。由于EGR阀被关闭，排气可以流过热交换器同时旁通EGR通道。换言之，使排气沿第一方向流过热交换器包括排气在第一端处进入热交换器并在第二相反端处离开。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。在经过热交换器之后，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。在一个示例中，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。
在另一示例中，当EGR不被发动机所需要时(诸如在高发动机负荷状况下)，控制器可以使EGR阀和排气门系统在第二发动机运转模式下运转。在该时间期间，发动机和车辆乘客车厢温度会较高，并且热从排气到加热器核心的转移不会被需要。在该第二发动机运转模式下，EGR阀可以被维持在关闭位置中。气门系统也可以在阀_1关闭而阀_2打开的第一模式下进行运转。来自排气通道的排气可以通过第一管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向热交换器。排气可以沿第一方向流过热交换器。由于EGR不被发动机所需要并且EGR阀关闭，排气可不通过EGR通道流向发动机进气歧管。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。在经过热交换器之后，排气可以经由第二管返回到排气通道，并通过尾管离开到达大气。由于热在任何车辆部件的加热中都不被需要，含有热的冷却液可以被循环通过车辆散热器以便消散到大气。
在又一示例中，当热EGR会期望用于发动机运转时(诸如在低发动机温度且低发动机负荷状况下)，控制器可以使EGR阀和排气门系统在第三发动机运转模式下运转。因此在该模式下，EGR阀可以被致动到打开位置。EGR阀打开可以被调节，以准许控制量的热排气到达进气歧管。气门系统可以在阀_1关闭而阀_2打开的第一模式下进行运转。来自排气通道的排气可以通过第一管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向EGR通道的进口。取决于EGR阀打开的程度，第一量的热排气可以通过EGR通道和EGR阀流向发动机进气歧管。在该模式下，进入EGR通道的排气(第一量)不流过热交换器。因此，在热EGR从排气通道到进气歧管的供应期间，热可不(在热交换器处)从第一量的排气被回收。第二量的排气可不进入通过EGR通道，并且可以在离开排气旁路组件之前向下游流过热交换器(沿第一方向)。来自第二量的排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却液。取决于要求，热能够被转移到加热器核心和散热器中的一个。
在进一步的示例中，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阀和排气门系统在第四发动机运转模式下运转。因此，在该模式下，EGR阀可以被维持在打开位置中。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。气门系统可以在阀_1打开而阀_2关闭的第二模式下进行运转。蝶阀和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热交换器。排气可以沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到热交换器的接近入口管的第一端)流过热交换器。在流过热交换器之后，冷排气可以通过EGR通道和EGR阀流向发动机进气歧管。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。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。
以此方式，双蝶阀可以被用来调节沿相反方向通过热交换器的排气流。单个致动器可以被用来控制双蝶阀的运转。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。
图7示出了图示图1的排气旁路组件的运转的示例运转顺序700。通过热交换器和排气再循环(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时间。
自顶部起的第一曲线(线702)示出了发动机转速随着时间的变化。第二曲线(线704)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。第三曲线(线706)示出了车辆车厢温度随着时间的变化。第四曲线(线708)指示位于排气通道上的第一蝶阀(阀1)的打开或关闭。第五曲线(线710)指示位于排气旁路组件上的第二蝶阀(阀2)的打开或关闭。两个蝶阀可以由单个致动器控制。第六且最后的曲线(线712)示出了散热器风扇转速随着时间的变化。散热器风扇转速越高，从散热器被消散到大气的热越多。
在时间t1之前，在不利用发动机推进车辆期间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。如从第一曲线(702)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。在冷启动状况下，EGR不会被发动机所期望，由此曲线704示出了极少或没有EGR从排气通道流到发动机进气歧管。当车辆启动时，车辆车厢温度会较低，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。在该阶段期间，当EGR不被期望用于发动机运转时，阀1(被耦接至主排气通道的蝶阀)可以被维持在关闭状态下，并且阀2(被耦接至排气旁通通道的蝶阀)可以被维持在打开状态下。在该模式下(如关于图3A描述的第一运转模式)，来自排气通道的排气，在经过排放控制装置之后可以进入排气旁路组件。EGR阀在关闭位置中，从而防止任何排气进入排气输送通道。热交换器可以被耦接至排气旁通通道。当排气经过热交换器时，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，并通过排气尾管离开到达大气。
在热交换器处从排气回收的热可以被用于为车辆车厢和/或多个车辆部件(例如，汽缸盖)提供加热。来自热交换器的冷却液可以从热交换器被循环至车辆加热器核心，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，且从排气回收的热可以在将车厢加热至使用者所期望的舒适温度时被使用。如果不被需要用于加热任何车辆部件，(在热交换器处)从排气回收的热也可以被转移到车辆散热器以便消散到大气。由于在该时间段期间车辆车厢会期望加热，从热交换器回收的热可以被全部转移到加热器核心用于在车厢加热时使用。极少或没有热会经由散热器被消散到大气。由此，在时间t1之前，散热器风扇转速会较低。
在时间t1之后，发动机转速高，并且EGR不会被发动机所期望。由此，在时间t1与t2之间，EGR阀可以被维持在关闭位置中，并且会有极少或没有EGR从排气通道流至发动机进气歧管。在该时间段期间，可以使阀1继续被维持在关闭位置中，并且阀2可以在打开位置中。如所看到的，对于t1之前的时间，在该模式期间，来自排气通道的排气可以进入排气旁路组件，并沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近出口管的第二端)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。在经过热交换器之后，经冷却的排气可以返回到排气通道，并且可以通过排气尾管离开到达大气。
在该时间段期间，车厢温度还未被稳定至舒适水平，因此可以使热继续被需要用于车厢加热目的。在热交换器处通过冷却液从排气回收的热可以被转移到加热器核心，用于在加热车厢和/或其他车辆部件时使用。在该阶段期间，在热交换器处回收的热可以被主要转移到加热器核心(用于车厢加热)而不被转移到散热器(以便消散到大气)，并且因此散热器风扇转速会较低。
随着时间的推移，车辆车厢温度可以稳定至操作者所期望的水平(线706)，并且对车厢加热的热要求会降低。在该示例中，靠近时间t2，从排气回收的全部热都不会被加热器核心需要用于加热车辆部件。显著部分的热可以被转移到散热器以便消散到大气。
在时间t2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。此时，冷EGR会被发动机所期望。为了将冷EGR从排气通道输送到发动机进气歧管，阀1可以被打开，并且阀2可以关闭。在该模式下(如关于图3A描述的第二运转模式)，来自排气通道的排气在经过排放控制装置之后可以继续流经阀1，并进入阀1下游的排气旁路组件。在该时间段期间，在时间t2与t3之间，EGR阀在打开位置中。在沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到热交换器的接近入口管的第一端)经过热交换器之后，经冷却的排气可以通过EGR阀进入EGR输送通道。如从曲线704看到的，在该时间段期间，进入发动机进气歧管的EGR流增加。以此方式，冷EGR可以从排气通道被输送到发动机进气歧管。
在该时间期间，车辆车厢温度已经稳定至操作者所期望的水平(线706)，并且(在热交换器处)从排气回收的全部热都不会被需要用于车厢加热。通过冷却液从排气回收的大部分热可以被转移到散热器以便消散到大气。由此，如从线712看到的，散热器转速在该时间段期间会较高。
在时间t3处，发动机转速继续随着时间而改变。在该阶段，基于发动机温度，热EGR会期望用于发动机运转。为了将热EGR从排气通道输送到发动机进气歧管，阀1可以被关闭，阀2可以被打开，并且EGR阀可以被维持在打开位置中。在该模式期间，来自排气通道的排气可以进入排气旁路组件。代替流过热交换器，热排气可以进入EGR通道、经过EGR阀，并且可以被输送到发动机进气歧管。由于热EGR被需要，不使大部分排气在输送到进气歧管之前经过热交换器。由此，大量的热可以被保留在EGR中。在该阶段期间，由于没有热被转移到散热器以便消散，散热器风扇转速接近零。
以此方式，取决于发动机工况，冷或热EGR可以从排气通道被输送到发动机进气歧管。排气可以沿相反方向流过热交换器，并且取决于需求，在热交换器处从排气回收的热可以被转移到车辆加热器核心或散热器。单个冷却器可以被用来冷却EGR并从排气回收热能。
图8图示了可以被实施用于使排气再循环(EGR)沿向前或向后方向流过图2的排气旁路组件以便提供废热回收的示例方法800。在802处，程序包括估计和/或测量当前发动机工况。被评估的发动机状况可以包括发动机温度、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804处，程序包括确定发动机的EGR要求。被发动机所期望的EGR量可以取决于发动机工况(例如，发动机负荷、发动机温度、发动机转速等)。基于发动机的EGR要求，在806处，EGR阀打开可以被调整，以准许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。EGR阀可以是连续可变阀。在替代示例中，然而，EGR阀可以被配置为通/断阀。
在808处，程序包括确定当前的EGR温度并比较当前的温度与期望的EGR温度。取决于期望的EGR温度，调节到排气旁路组件的进口的蝶阀(诸如图4A中的第一蝶阀276)可以被打开或被关闭，以便使排气流过分离式热交换器的两个区段以便有效且更快地冷却排气，或使排气流过分离式热交换器的单个部分以在输送到进气歧管之前部分地冷却排气。
如果确定当前的EGR温度高于期望的温度，程序移动到810，其中排气旁路系统可以在第一运转模式下运转。如关于图4A描述的在第一运转模式下运转包括，将位于排气通道上的蝶阀(诸如图4A中的第一蝶阀276)移动到打开位置。在812处，通过将排气旁路组件设定为第一运转模式，可以使第一量的排气通过入口(第一)管(诸如图4A中的管410)进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向分离式热交换器(诸如图4A中的热交换器274)。在该示例中，第一量的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分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第一区段。当排气通道上的蝶阀在打开位置中时，第二量的排气可以沿着排气通道向下游继续，并且可以通过第二管(诸如图4A中的管416)进入排气旁路组件。第二量的排气可以沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第二区段。第一量和第二量的排气可以从分离式热交换器的中间区段进入EGR输送通道。
以此方式，两个量的排气可以沿相反方向流过分离式热交换器。在第一运转模式下，由于分离式热交换器的两个区段被同时使用，排气在输送到发动机进气歧管之前被有效地冷却到更低的温度。EGR阀和蝶阀的打开可以调节进入旁路组件的第一量和第二量的排气。第三量的排气不会进入旁路组件，而可以通过主排气通道向下游流向尾管。
在808处，如果确定当前的EGR温度低于期望的EGR温度，程序移动到818，其中排气旁路系统可以在第二运转模式下运转。如关于图4B描述的，在第二模式下运转包括将位于排气通道上的蝶阀移动到关闭位置。在第二运转模式下，由于蝶阀在关闭位置中，在820处，全部体积的排气都可以通过第一管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向分离式热交换器。全部体积的排气都可以在进入EGR输送通道之前沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第一区段。相比于在第一模式下使用热交换器的两个区段，在第二运转模式下，排气经过分离式热交换器的第一半。因此，在第二运转模式下，在输送到发动机进气歧管之前，相比于在第一模式下实现的冷却的程度，排气被冷却至更小的程度。取决于EGR阀打开，进入旁通通道的一部分排气可以不进入EGR输送通道，而是穿过热交换器的两个区段(从左到右)流向主排气通道并流至尾管。
在814处，来自排气的废热可以在分离式热交换器的一个或两个区段处被回收。来自排气的热被转移到循环通过热交换器的两个区段的冷却液。通过将热从排气转移到冷却液，离开分离式热交换器并进入EGR通道的排气被冷却下来。
在816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，使得它能够被用于在发动机冷启动期间加热车辆的其他部件(诸如汽缸盖、汽缸体和车辆车厢空间)。如果热不被车辆的任何部件所需要，例如，如果车辆车厢温度足够高且不存在对车厢加热的进一步需求，冷却液可以被循环通过车辆散热器，热可以从那里被消散到大气。以此方式，单个分离式热交换器可以被用于冷却EGR并从排气提取热。
图9是示出图2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900。发动机控制器可以基于发动机状况而选择运转模式(功能模式)中的一个。基于选定的运转模式，排气再循环(EGR)阀和(被耦接至主排气通道的)蝶阀的位置可以被调节，以控制通过分离式热交换器的一个或两个区段和/或通过EGR输送通道的排气的流。
在一个示例中，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阀和蝶阀在第一发动机运转模式下运转。在该运转模式下，EGR阀可以在打开位置中，并且被耦接至排气通道的蝶阀也可以在打开位置中。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。第一量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分离式热交换器的第一区段。第一量的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分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第一区段。当排气通道上的蝶阀打开时，第二量的排气可以沿着主排气通道继续向下游流动，并且可以通过第二管进入排气旁路组件。第二量的排气可以沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第二区段。第一量和第二量的排气可以从分离式热交换器的中间区段进入EGR输送通道。以此方式，两部分排气可以沿相反方向流过分离式热交换器。EGR的两个区段被用来在输送到进气歧管之前将排气有效地冷却至更低的温度。EGR阀和蝶阀的打开可以调节进入旁路组件的第一量和第二量的排气。第三量的排气不会进入旁路组件，而可以通过主排气通道向下游流向尾管。
在另一示例中，当暖(相比于在第一模式下所期望的EGR温度)EGR会被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发动机运转模式下运转。在该运转模式下，EGR阀可以被维持在打开位置中，并且被耦接至排气通道的蝶阀可以被致动到关闭位置。因此，全部体积的排气都可以通过第一管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向分离式热交换器。全部体积的排气都可以在进入EGR输送通道之前沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第一区段。相比于在第一发动机运转模式下使用热交换器的两个区段，在第二运转模式下，排气经过分离式热交换器的第一区段。因此，在第二运转模式下，相比于在第一运转模式下实现的冷却的程度，排气可以被冷却至更小的程度，从而为发动机进气歧管提供暖EGR。取决于EGR阀打开，进入旁通通道的一部分排气可以不进入EGR输送通道，而是沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近出口管的第二端)流动穿过热交换器的两个区段，并且流向主排气通道并流至尾管。
在又一示例中，当EGR不被发动机所需要时(诸如在高发动机负荷状况下)，控制器可以使EGR阀和排气门系统在第三发动机运转模式下运转。在第三运转模式下，EGR阀可以被致动到关闭位置，并且被耦接至排气通道的蝶阀可以被维持在关闭位置中。因此，全部体积的排气都可以通过入口(第一)管进入排气旁路组件，并通过旁通通道流向分离式热交换器。在该示例中，全部体积的排气都可以在通过出口(第二)管离开旁路组件之前沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近出口管的第二端)流过分离式热交换器的第一区段和第二区段两者。由于EGR阀被关闭，排气不会进入EGR输送通道。经冷却的排气可以通过排气尾管离开到达大气。替代地，当EGR不被发动机所期望时，蝶阀打开可以被调节，以相比于通过主排气通道向下游流向尾管的排气量来控制进入旁通通道的排气量。在高负荷的情况下和/或在热交换器处的高冷却液温度期间，大部分排气可以被防止进入排气旁路，由此防止冷却液沸腾。
以此方式，单个热交换器可以被有效地用于冷却EGR并用于从排气回收热。在所有三个发动机运转模式期间，基于需求，在分离式热交换器处从排气回收的热可以被转移到车辆加热器核心，用于在其他车辆部件中使用。如果热在任何车辆部件处都不被需要，热可以被转移到车辆散热器以便消散。
图10示出了图示图2的热交换系统的运转的示例运转顺序1000。通过热交换器的排气流的方向、期望的排气再循环(EGR)温度和EGR输送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和t2识别排气旁路组件的运转中的有意义时间。
自顶部起的第一曲线(线1002)示出了发动机转速随着时间的变化。第二曲线(线1004)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。第三曲线(线1006)指示位于排气通道上的蝶阀(阀)的打开或关闭。第四曲线(线1008)示出了车辆车厢温度随着时间的变化。第五且最后的曲线(线1010)示出了散热器风扇转速随着时间的变化。散热器风扇转速越高，从散热器被消散到大气的热越多。
在时间t1之前，发动机转速低(如从线1002看到的)。在该时间段期间，冷EGR会被发动机所期望。为了将冷EGR从排气通道供应到发动机进气歧管，排气通道上的蝶阀被维持在打开位置中。第一量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分离式热交换器的左(第一)区段。第一量的排气可以在进入EGR输送通道之前沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第一区段。第二量的排气可以沿着主排气通道向下游继续，并且可以通过第二管进入排气旁路组件。第二量的排气可以在进入EGR输送通道之前沿第二方向(从热交换器的接近出口管的第二端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第二区段。以此方式，排气可以在经由输送通道进入进气歧管之前通过经过分离式热交换器的两个区段而被有效地冷却。在该时间段期间，EGR的稳定流动(曲线1004)被维持。EGR阀和蝶阀的打开可以调节进入旁路组件的第一量和第二量的排气。第三量的排气不会进入旁路组件，而可以通过主排气通道向下游流向尾管。
热可以在热交换器的两个区段利用冷却液从排气被回收。取决于需求，(具有从排气回收的热的)冷却液可以被循环通过车辆加热器核心和/或通过散热器。在该示例中，在该时间段期间，车辆车厢温度会较低，并且(在热交换器处)从排气回收的热可以被加热器核心用来向车辆车厢供应热。随着时间逐渐推移，车厢温度会增加并稳定在操作者所期望的水平处。在时间t1之前，由于在热交换器处回收的大部分热在加热车辆车厢时被使用，极少或没有热被转移到散热器以便消散到大气。由此，在该时间段期间，散热器风扇转速会较低。
在时间t1之后，看到发动机转速增加，并且EGR不再被期望用于发动机运转。为了阻止排气从排气通道流至进气歧管，EGR阀被关闭。在该时间段期间(在时间t1与t2之间)，排气通道上的蝶阀被维持在关闭位置中。由于蝶阀的关闭，排气不会沿着排气通道向下游流动，并且全部体积的排气都通过第一管进入排气旁路组件并通过旁通通道流向分离式热交换器。全部体积的排气都可以在通过出口(第二)管离开旁路组件之前沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到热交换器的接近出口管的第二端)流过分离式热交换器的第一区段和第二区段中的每一个。由于EGR阀被关闭，排气不会进入EGR输送通道。经冷却的排气可以通过排气尾管离开到达大气。来自排气的热可以通过循环通过分离式热交换器的两个区段的冷却液被回收。在时间t1与t2之间，车辆车厢温度稳定在操作者所期望的水平处，并且进一步的车厢加热不会被需要。由此，来自排气的大部分热可以被转移到散热器以便消散到大气，从而引起散热器风扇转速的上升，如从线1010看到的。替代地，当EGR不被发动机所期望时，蝶阀打开可以被调节，以相比于通过主排气通道向下游流向尾管的排气量来控制进入旁通通道的排气量。在高负荷的情况下和/或在热交换器处的高冷却液温度期间，大部分排气可以被防止进入排气旁路，由此防止冷却液沸腾。
在时间t2之后，发动机转速降低，并且EGR会再次被期望用于发动机运转。在该时间段期间，代替冷EGR，相对暖的EGR会被期望。EGR阀可以被致动到打开位置，并且排气通道上的蝶阀可以被维持在关闭位置中。全部体积的排气都可以通过第一管进入排气旁路组件并通过旁通通道流向分离式热交换器。排气可以在进入EGR输送通道之前沿第一方向(从热交换器的接近入口管的第一端到分离式热交换器的中间部分)流过分离式热交换器的第一区段。排气被热交换器的单个区段冷却，因此，相比于使用热交换器的两个区段实现的冷却的程度，排气可以被冷却至更小的程度。以此方式，通过调节蝶阀，暖EGR从排气通道到发动机进气歧管的稳定流动可以被维持。取决于EGR阀打开，进入旁通通道的一部分排气不会进入EGR输送通道，而是沿第一方向流动穿过热交换器的两个区段，并且继续流向主排气通道并流到尾管。而且，在时间t2之后，车辆车厢温度可以继续稳定在操作者所期望的水平处，并且进一步的加热不会被需要。由此，来自排气的大部分热会被转移到散热器以便消散到大气，并且高散热器风扇转速会被维持。
在一个示例中，一种用于排气再循环的方法包含：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热交换器，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，并且然后流至所述发动机进气装置。前述示例方法可以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模式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，所述使排气沿所述第一方向流动额外地或可选地包括：使排气从排气催化剂的下游流入所述排气旁路，并且然后流过所述热交换器的接近所述排气催化剂的第一端，流至所述热交换器的接近所述尾管的第二端；并且其中所述使排气沿所述第二方向流动包括：使排气从所述排气催化剂的下游流向所述尾管，然后使排气从所述尾管的上游流入所述热交换器的所述第二端，然后流过所述热交换器的所述第一端、经由EGR通道流至所述发动机进气装置。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，在所述第一模式期间，所述EGR阀关闭。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含：在所述发动机温度在所述阈值之上之后，响应于对热EGR的请求而将运转维持在所述第一模式下。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含：基于所述对热EGR的请求而调整所述EGR阀的打开，所述打开随着所述对热EGR的请求增加而被增加。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含：在所述第一模式期间，将热从所述流动的排气转移到所述热交换器，然后从所述热交换器转移到流过加热器核心的冷却液，并且然后基于车厢加热需求而通过从所述加热器核心吸取热来加热车辆车厢。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，在所述第一运转模式期间，在所述排气催化剂下游被耦接在所述排气通道中的第一气门关闭而被耦接在所述排气旁路中的第二气门打开，并且其中在所述第二模式期间，所述第一气门打开而所述第二气门关闭。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述第一气门和第二气门中的一个或多个是被耦接至共同的轴的蝶阀，并且其中所述气门被一起致动。
另一示例方法包含：在发动机冷启动期间，关闭排气通道中的第一气门并打开排气旁路中的第二气门，以使排气沿第一方向流过热交换器，并将热从所述热交换器转移到车辆车厢；以及在发动机变暖之后，打开所述第一气门并关闭所述第二气门，以使排气沿第二相反方向流过所述热交换器，并且然后将排气再循环至发动机进气装置。在前述示例方法中，额外地或可选地，在所述发动机冷启动期间，EGR阀被保持关闭，并且其中在所述发动机变暖之后，所述EGR阀的打开基于EGR需求而被增加。前述示例中的任一个或所有额外地或可选地进一步包含：维持所述第一气门关闭并维持所述第二气门打开直至发动机温度高于阈值，并且然后打开所述第一气门并关闭所述第二气门。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，在所述发动机冷启动期间，将热从所述热交换器转移到所述车辆车厢包括：将热从所述热交换器转移到循环通过加热器核心的冷却液，并基于车厢加热需求而将热从所述加热器核心消散到所述车辆车厢，并且其中在所述发动机变暖之后，热从所述热交换器被转移到循环通过散热器的冷却液，并且热从所述散热器被消散到大气。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，使排气沿所述第一方向流过所述热交换器包括：使排气流过所述热交换器同时旁通EGR通道；并且其中使排气沿所述第二方向流过所述热交换器包括：使排气在流过所述热交换器之后流入所述EGR通道。
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，其包括经由排气通道和排气旁路中的每一个被耦接至彼此的排气催化剂和消声器，所述旁路平行于所述排气通道被耦接；热交换器，其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；气门系统，其包括被耦接在所述排气通道中的第一气门和在所述热交换器的第一端的上游被耦接在所述排气旁路中的第二气门；EGR通道，其将所述热交换器的所述第一端耦接至所述进气歧管，所述EGR通道包括EGR阀。发动机系统进一步包含控制器，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，并且使所述气门系统在第一模式下运转，其中所述第一气门关闭而所述第二气门打开，以使排气从所述催化剂流过所述排气旁路、沿第一方向流过所述热交换器、流至所述消声器；响应于发动机温度的增加和对加热的EGR的需求，打开所述EGR阀同时将所述气门系统维持在所述第一模式下；以及响应于发动机温度的所述增加和对加热的EGR无需求，维持所述EGR阀关闭同时将所述气门系统转变至第二模式，其中所述第一气门打开而所述第二气门关闭，以使排气从所述催化剂流入所述排气旁路，其中排气沿第二相反方向流过所述热交换器，并且然后使排气从所述热交换器流至所述进气歧管。在前述示例方法中，额外地或可选地，所述关闭所述EGR阀并使所述气门系统在所述第一模式下运转是响应于发动机冷启动状况。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，使排气沿所述第一方向流过所述热交换器包括：排气在所述第一端处进入所述热交换器并在第二相反端处离开；并且其中使排气沿所述第二方向流过所述热交换器包括：排气在所述第二端处进入所述热交换器并在所述第一端处离开。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，所述第一气门和第二气门是蝶阀，所述第一气门和第二气门中的每一个被耦接在共同的轴上，并由共同的致动器进行致动。在前述示例中的任一个或所有中，额外地或可选地，当所述气门系统在所述第一模式下进行运转时，在所述热交换器处从所述排气释放的热被转移到循环通过加热器核心的发动机冷却液，所述热然后被转移到车辆车厢，并且其中当所述气门系统在所述第二模式下进行运转时，在所述热交换器处从所述排气释放的热被转移到循环通过散热器的发动机冷却液，所述热然后被消散到大气。
以此方式，被耦接至排气旁路组件的单个热交换器可以被有效地用于冷却EGR并用于从排气提取热。通过使用单个热交换器系统，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，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，由此减少了EGR输送延迟。使用一对蝶阀来调节排气经过旁通通道的技术效果是，排气能够沿两个方向流动穿过热交换器。因此，这改善了热转移效率，同时减少了具有长EGR通道的要求。双蝶阀可以被耦接至共同的轴，并且可以通过使用单个致动器来致动。相比于共同使用的门阀，蝶阀是鲁棒性的。由于热交换器位于催化转化器的下游，因此催化剂功能性不被损害。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可以被改善。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统执行。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中通过配合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而使所描述的动作得以实现。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
以下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子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子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而得要求保护。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，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种方法，其包含：
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热交换器，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，并且然后流至发动机进气装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，基于发动机温度而在所述第一模式与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3所述的方法，其中所述使排气沿所述第一方向流动包括：使排气从排气催化剂的下游流入所述排气旁路，并且然后流过所述热交换器的接近所述排气催化剂的第一端，流至所述热交换器的接近所述尾管的第二端；并且其中所述使排气沿所述第二方向流动包括：使排气从所述排气催化剂的下游流向所述尾管，然后使排气从所述尾管的上游流入所述热交换器的所述第二端，然后流过所述热交换器的所述第一端、经由排气再循环通道即EGR通道流至所述发动机进气装置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一模式期间，所述EGR阀关闭。
6.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含：在所述发动机温度在所述阈值之上之后，响应于对热EGR的请求而将运转维持在所述第一模式下。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包含：基于所述对热EGR的请求而调整所述EGR阀的打开，所述打开随着所述对热EGR的请求增加而被增加。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：在所述第一模式期间，将热从所述流动的排气转移到所述热交换器，然后从所述热交换器转移到流过加热器核心的冷却液，并且然后基于车厢加热需求而通过从所述加热器核心吸取热来加热车辆车厢。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一运转模式期间，在所述排气催化剂下游被耦接在所述排气通道中的第一气门关闭而被耦接在所述排气旁路中的第二气门打开，并且其中在所述第二模式期间，所述第一气门打开而所述第二气门关闭。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一气门和第二气门中的一个或多个是被耦接至共同的轴的蝶阀，并且其中所述第一气门和第二气门被一起致动。
11.一种发动机方法，其包含：
在发动机冷启动期间，关闭排气通道中的第一气门并打开排气旁路中的第二气门，以使排气沿第一方向流过热交换器，并将热从所述热交换器转移到车辆车厢；以及
在发动机变暖之后，打开所述第一气门并关闭所述第二气门，以使排气沿第二相反方向流过所述热交换器，并且然后将排气再循环至发动机进气装置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述发动机冷启动期间，EGR阀被保持关闭，并且其中在所述发动机变暖之后，所述EGR阀的打开基于EGR需求而被增加。
13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含：维持所述第一气门关闭并维持所述第二气门打开直至发动机温度高于阈值，并且然后打开所述第一气门并关闭所述第二气门。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述发动机冷启动期间，将热从所述热交换器转移到所述车辆车厢包括：将热从所述热交换器转移到循环通过加热器核心的冷却液，并基于车厢加热需求而将热从所述加热器核心消散到所述车辆车厢，并且其中在所述发动机变暖之后，热从所述热交换器被转移到循环通过散热器的冷却液，并且热从所述散热器被消散到大气。
15.根据权利要求11所述的方法，其中使排气沿所述第一方向流过所述热交换器包括：使排气流过所述热交换器同时旁通EGR通道；并且其中使排气沿所述第二方向流过所述热交换器包括：使排气在流过所述热交换器之后流入所述EGR通道。
16.一种发动机系统，其包含：
发动机进气歧管；
发动机排气歧管，其包括经由排气通道和排气旁路中的每一个被耦接至彼此的排气催化剂和消声器，所述旁路平行于所述排气通道被耦接；
热交换器，其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；
气门系统，其包括被耦接在所述排气通道中的第一气门和在所述热交换器的第一端的上游被耦接在所述排气旁路中的第二气门；
EGR通道，其将所述热交换器的所述第一端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的计算机可读指令，以：
关闭所述EGR阀，并且使所述气门系统在第一模式下运转，其中所述第一气门关闭而所述第二气门打开，以使排气从所述催化剂流过所述排气旁路、沿第一方向流过所述热交换器、流至所述消声器；
响应于发动机温度的增加和对加热的EGR的需求，打开所述EGR阀同时将所述气门系统维持在所述第一模式下；以及
响应于发动机温度的所述增加和对加热的EGR无需求，维持所述EGR阀关闭同时将所述气门系统转变至第二模式，其中所述第一气门打开而所述第二气门关闭，以使排气从所述催化剂流入所述排气旁路，其中排气沿第二相反方向流过所述热交换器，并且然后使排气从所述热交换器流至所述进气歧管。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述关闭所述EGR阀并使且所述气门系统在所述第一模式下运转是响应于发动机冷启动状况。
18.根据权利要求16所述的系统，其中使排气沿所述第一方向流过所述热交换器包括：排气在所述第一端处进入所述热交换器并在第二相反端处离开；并且其中使排气沿所述第二方向流过所述热交换器包括：排气在所述第二端处进入所述热交换器并在所述第一端处离开。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一气门和第二气门是蝶阀，所述第一气门和第二气门中的每一个被耦接在共同的轴上，并由共同的致动器致动。
20.根据权利要求16所述的系统，其中当所述气门系统在所述第一模式下运转时，在所述热交换器处从所述排气释放的热被转移到循环通过加热器核心的发动机冷却液，所述热然后被转移到车辆车厢，并且其中当所述气门系统在所述第二模式下运转时，在所述热交换器处从所述排气释放的热被转移到循环通过散热器的发动机冷却液，该热然后被消散到大气。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111212752A (zh) * 2017-08-18 2020-05-29 开利公司 用于运输制冷单元和车辆的公共排气通道

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9631540B2 (en) * 2014-10-22 2017-04-25 Ford Global Technologies, Llc Exhaust system and methods for efficient exhaust heat recovery
CN108138636B (zh) * 2015-10-23 2020-11-24 日本碍子株式会社 废热回收器
US9957871B2 (en) * 2016-01-29 2018-05-01 Ford Global Technologies, Llc Exhaust heat recovery and hydrocarbon trapping
US10066561B2 (en) * 2016-04-27 2018-09-04 GM Global Technology Operations LLC Control of engine exhaust backpressure following engine cold-start
KR101786678B1 (ko) * 2016-04-29 2017-11-15 현대자동차 주식회사 엔진의 배기 열 회수 장치 및 방법
US10184407B2 (en) 2016-09-12 2019-01-22 Ford Global Technologies, Llc Method and system for emissions reduction
US10323587B2 (en) 2016-11-02 2019-06-18 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust gas recirculation and heat recovery
US20180128145A1 (en) * 2016-11-09 2018-05-10 Ford Global Technologies, Llc Method and system for an exhaust diverter valve
US10107213B2 (en) 2016-12-01 2018-10-23 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust gas recirculation and heat recovery
JP7081515B2 (ja) * 2019-01-31 2022-06-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2022129482A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Brp-Rotax Gmbh & Co. Kg Engine assembly for a vehicle having a hydrocarbon trap
US11873768B1 (en) 2022-09-16 2024-01-16 General Electric Company Hydrogen fuel system for a gas turbine engine
US11905884B1 (en) 2022-09-16 2024-02-20 General Electric Company Hydrogen fuel system for a gas turbine engine
US11898495B1 (en) 2022-09-16 2024-02-13 General Electric Company Hydrogen fuel system for a gas turbine engine

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5560201A (en) * 1991-09-30 1996-10-01 Hitachi, Ltd. System for purifying exhaust gas for use in an automobile
GB2435305A (en) * 2006-02-17 2007-08-22 Ford Global Tech Llc Starting a dual combustion mode engine
US20070221181A1 (en) * 2006-03-24 2007-09-27 Behr Gmbh & Co. Kg Device and method for cooling exhaust gas
CN101287956A (zh) * 2005-08-27 2008-10-15 贝洱两合公司 废气热交换器
FR2924169A1 (fr) * 2007-11-28 2009-05-29 Renault Sas Dispositif et procede de depollution et de chauffage pour vehicule automobile
CN101943088A (zh) * 2009-07-03 2011-01-12 福特环球技术公司 机动车辆的热交换系统
CN201934222U (zh) * 2010-01-08 2011-08-17 福特环球技术公司 向车辆的发动机提供进气的系统
FR2974146A1 (fr) * 2011-04-15 2012-10-19 Faurecia Sys Echappement Element de ligne d'echappement avec un actionneur thermosensible

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE397218B (sv) 1975-03-21 1977-10-24 Svenska Flaektfabriken Ab Forfarande for vermeoverforing mellan franluft och tilluft i en ventilationsanleggning
US4450932A (en) 1982-06-14 1984-05-29 Nelson Industries, Inc. Heat recovery muffler
FR2776015B1 (fr) 1998-03-11 2000-08-11 Ecia Equip Composants Ind Auto Organe d'echappement a echangeur de chaleur
JPWO2006090725A1 (ja) 2005-02-23 2008-07-24 株式会社三五 排気熱回収装置
EP1880099B1 (en) * 2005-05-11 2009-06-24 Borgwarner, Inc. Engine air management system
US7322193B2 (en) 2005-08-19 2008-01-29 Deere & Company Exhaust gas recirculation system
US8209662B2 (en) 2006-12-04 2012-06-26 Microsoft Corporation Application retargeting
JP4375454B2 (ja) 2007-07-20 2009-12-02 株式会社デンソー 排熱回収装置
US7987836B2 (en) 2007-10-18 2011-08-02 Ford Global Technologies, Llc Multi-cooler EGR cooling
US8413433B2 (en) 2008-07-17 2013-04-09 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining and purging system
US8375701B2 (en) 2008-07-30 2013-02-19 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining and purging system
US8250866B2 (en) 2009-07-30 2012-08-28 Ford Global Technologies, Llc EGR extraction immediately downstream pre-turbo catalyst
US8490383B2 (en) 2009-09-14 2013-07-23 Fev Gmbh Exhaust system for internal combustion engine
US8635852B2 (en) 2009-09-29 2014-01-28 Ford Global Technologies, Llc Exhaust treatment system for internal combustion engine
JP5331026B2 (ja) 2010-02-18 2013-10-30 トヨタ自動車株式会社 排熱回収装置
US20110232362A1 (en) 2010-03-23 2011-09-29 Caterpillar Inc. Detection of exhaust filter effectiveness
JP2011226313A (ja) 2010-04-15 2011-11-10 Isuzu Motors Ltd 排気センサー
US8615983B2 (en) 2010-05-07 2013-12-31 GM Global Technology Operations LLC Heat exchanger method and apparatus for engine exhaust gas recirculation system
JP2011247174A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Honda Motor Co Ltd 内燃機関排ガス中の水分回収方法
US8091359B2 (en) 2010-06-03 2012-01-10 Ford Global Technologies, Llc Exhaust heat recovery for engine heating and exhaust cooling
JP5075229B2 (ja) * 2010-06-18 2012-11-21 本田技研工業株式会社 内燃機関のｅｇｒ制御装置
JP5580151B2 (ja) 2010-09-17 2014-08-27 富士重工業株式会社 エンジンの廃熱回収及び冷却装置
EP3396143B1 (en) 2011-01-20 2020-06-17 Cummins Intellectual Properties, Inc. Internal combustion engine with rankine cycle waste heat recovery system
WO2012150994A1 (en) 2011-02-28 2012-11-08 Cummins Intellectual Property, Inc. Engine having integrated waste heat recovery
US20120260897A1 (en) 2011-04-13 2012-10-18 GM Global Technology Operations LLC Internal Combustion Engine
JP2013072378A (ja) * 2011-09-28 2013-04-22 Yanmar Co Ltd 過給機付き内燃機関
US8944036B2 (en) 2012-02-29 2015-02-03 General Electric Company Exhaust gas recirculation in a reciprocating engine with continuously regenerating particulate trap
US20140109884A1 (en) * 2012-10-23 2014-04-24 Daniel E Hornback Automotive engine coolant and heating system
US9631540B2 (en) * 2014-10-22 2017-04-25 Ford Global Technologies, Llc Exhaust system and methods for efficient exhaust heat recovery

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5560201A (en) * 1991-09-30 1996-10-01 Hitachi, Ltd. System for purifying exhaust gas for use in an automobile
CN101287956A (zh) * 2005-08-27 2008-10-15 贝洱两合公司 废气热交换器
GB2435305A (en) * 2006-02-17 2007-08-22 Ford Global Tech Llc Starting a dual combustion mode engine
US20070221181A1 (en) * 2006-03-24 2007-09-27 Behr Gmbh & Co. Kg Device and method for cooling exhaust gas
FR2924169A1 (fr) * 2007-11-28 2009-05-29 Renault Sas Dispositif et procede de depollution et de chauffage pour vehicule automobile
CN101943088A (zh) * 2009-07-03 2011-01-12 福特环球技术公司 机动车辆的热交换系统
CN201934222U (zh) * 2010-01-08 2011-08-17 福特环球技术公司 向车辆的发动机提供进气的系统
FR2974146A1 (fr) * 2011-04-15 2012-10-19 Faurecia Sys Echappement Element de ligne d'echappement avec un actionneur thermosensible

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111212752A (zh) * 2017-08-18 2020-05-29 开利公司 用于运输制冷单元和车辆的公共排气通道

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Publication number Publication date
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