CN107228004B - 用于减少排放的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开用于减少排放的方法和系统，提供用于操作车辆发动机中的分支排气组件以便增加催化剂效率并且减少发动机排放的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括：在冷起动状况期间，使排气首先流过三元催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮，每个排气部件被容纳在分支排气组件上的不同分支上。在催化剂活化之后，排气可以首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过三元催化剂，并且在高发动机负载期间，排气可以部分地绕过涡轮同时流过分支排气组件的两个分支。

Description

用于减少排放的方法和系统
技术领域
本描述总体涉及用于控制车辆发动机以增加催化剂效率并且减少发动机排放的方法和系统。
背景技术
可以使用经由涡轮增压器提供的增压充气来操作发动机，其中进气压缩机由排气涡轮驱动。然而，由于涡轮用作散热器，将涡轮放置在排气系统中可以增加发动机冷起动排放。特别地，发动机冷起动期间的发动机排气热可以在涡轮处被吸收，从而降低在下游排气催化剂处接收的排气热量。因此，这延迟了催化剂起燃。因此，可能需要点火延迟以便使排气催化剂活化。然而，与点火延迟使用相关联的燃料损失可以抵消或者甚至超过增压发动机操作的燃料经济效益。
因此，已经开发了各种方法以在增压发动机的冷起动状况期间加速达到催化剂起燃温度。由Andrews在US8,23,4865中示出的一种示例方法包括在冷起动状况期间经由绕过排气涡轮的通道引导排气朝向排气尾管。被动热操作阀用于调节通过通道的排气流量，在低温状况期间(诸如在冷起动期间)阀打开。热操作阀包括基于温度扭曲从而调节阀的开度的双金属元件。通过绕过涡轮，排气热可以被直接传递到排气催化剂。
然而，本文的发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，由于排气绕过涡轮，涡轮加速可能存在延迟，从而导致涡轮迟滞和降低的增压性能。此外，在催化剂起燃之后，到达催化剂的无阻排气的温度可以高于期望的温度。特别地，由于催化剂表面上(诸如在排气氧化催化剂或三元催化剂的表面上)的涂层，催化剂可以在较低的排气温度下具有较高的转换效率。因此，到达催化剂的排气的高于期望的温度可以导致降低的催化剂功能性。
发明内容
本文的发明人已经确定可以至少部分地解决上述问题的方法。用于增压发动机的一种示例方法包括：在发动机冷起动期间，使排气首先流过三元催化剂、然后流过底部(underbody)转换器并且然后流过涡轮；在催化剂起燃之后，使排气首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过三元催化剂；以及在高负载操作期间，至少部分地绕过涡轮。以这种方式，排气热可以用于减少涡轮迟滞，同时加速催化剂起燃(light-off)。
在一个示例中，涡轮增压发动机系统可以配置有分支排气组件，其中排气通道被分成至少三个单独的分支，每个分支创建不同的流动路径。分支可以经由阀彼此互连，使得可以经由对阀的位置的调节来调节沿流动路径中的每一个的排气流的顺序。不同的排气部件可以耦接到分支排气组件的不同分支。例如，涡轮增压器的排气涡轮可以耦接到第一分支、底部转换器可以耦接到第二分支并且排气氧化催化剂(三元催化剂)可以耦接到排气组件的第三分支。在冷起动状况期间，可以调节阀以使排气流过催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮。在催化剂起燃之后，可以调节阀以使排气首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过催化剂。在高发动机负载状况期间，诸如在利用增压操作时，可以调节阀使得排气可以同时被引导通过两个单独的流动路径到尾管。例如，排气的第一部分可以首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后在经由尾管离开之前流过起燃催化剂。排气的第二(剩余)部分可以在经由尾管离开之前绕过涡轮和底部转换器直接流过起燃(活化)催化剂。基于发动机负载，相对于被引导通过涡轮的排气部分来调节被引导通过催化剂的部分。
以这种方式，通过将排气引导通过分支排气组件的不同流动路径，可能在冷起动状况期间加速达到催化剂起燃温度同时向发动机提供增压。具体地，排气可以流过涡轮、排气催化剂以及底部转换器中的每一个，其中基于工况调节排气流通过部件的顺序。通过在冷起动状况期间调节排气流以在使排气流过剩余排气部件之前将热排气引导通过排气催化剂，排气热可以被有效地传递到催化剂，从而加快催化剂活化。通过在催化剂活化之后调节排气流以在使排气流过剩余排气部件之前将热排气引导通过排气涡轮，减少涡轮迟滞。此外，在催化剂处接收的排气的温度降低，从而提高催化剂转换效率。通过经由排气组件中的多个流动路径引导排气，可能部分地绕过涡轮，从而在高发动机负载状况期间降低增压误差的可能性。使用阀来调整排气流通过容纳在分支排气组件的不同分支中的排气部件的顺序的技术效果是：可以基于发动机工况根据需要首先将排气热导向具体部件，而不考虑在排气组件中排气部件相对于彼此的顺序。总的来说，通过改变排气流通过排气部件的顺序，可以在增压发动机系统中改善发动机效率、排放质量和燃料效率。
应当理解，提供上述发明内容以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括分支排气组件的发动机系统的示例实施例。
图2A示出以第一模式操作的图1的分支排气组件的示例实施例。
图2B示出以第二模式操作的图1的分支排气组件的示例实施例。
图2C示出以第三模式操作的图1的分支排气组件的示例实施例.
图3示出图示说明可以被实施用于调节通过分支排气组件的排气流的示例方法的流程图。
图4示出图示说明分支排气组件的不同操作模式的表格。
图5示出分支排气组件的示例操作。
具体实施方式
下面描述涉及用于增加催化剂效率并且减少发动机排放同时向发动机系统提供增压的系统和方法。图1示出包括分支排气组件的示例发动机系统。不同的排气歧管部件(诸如涡轮、底部转换器以及三元催化剂)可以被容纳在组件的不同分支中。参考图2A、图2B以及图2C，其详细描述了分支排气组件的不同操作模式。发动机控制器可以经配置执行控制例程(诸如图3的示例例程)，以基于发动机工况和相应部件的温度要求引导排气通过分支排气组件的不同分支。分支排气组件的不同操作模式在图4中以表列出。参考图5，其示出图1的分支排气组件的示例操作。
图1示意性地示出包括发动机10的示例发动机系统100的各方面。在所描述的实施例中，发动机10是耦接到涡轮增压器13的增压发动机，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经由空气过滤器112引入发动机10，并且流入压缩机114。压缩机可以是任意合适的进气压缩机，诸如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统10中，压缩机是经由轴19机械地耦接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过膨胀发动机排气而被驱动。
如图1所示，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18耦接到节流阀20。节流阀20耦接到发动机进气歧管22。压缩的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所示的实施例中，进气歧管内的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耦接到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以耦接到入口，用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以耦接到入口，用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以耦接到入口，用于估计进入压缩机的充气的湿度。其他传感器还可以包括例如空燃比传感器等。在其他示例中，压缩机入口状况(诸如湿度、温度、压力等)中的一个或多个可以基于发动机工况来推断。此外，当启用排气再循环(EGR)时，传感器可以估计充气混合物的温度、压力、湿度以及空燃比，充气混合物包括新鲜空气、再循环的压缩空气以及在压缩机入口处接收的排气残余物。
进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦接到一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(未示出)耦接到排气歧管36。在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个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可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动，排气门和进气门打开和关闭的正时可以根据期望的燃烧和排放控制性能的需要进行调节。
可以经由喷射器66向燃烧室30供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门阀体喷射或其任何组合被供应到燃烧室。在燃烧室中，燃烧可以通过火花点火和/或压缩点火来启动。
如图1所示，排气歧管36可以通向分支排气组件12，其中排气通道103被分成三个单独的分支，每个分支创建不同的流动路径。分支可以经由两个四通阀117和115彼此流体连接，使得可以经由对每个阀的位置的调节来调节沿每个流动路径的排气流的顺序。单独的排气部件可以耦接到分支排气组件的每个分支。例如，涡轮增压器13的排气涡轮116可以耦接到第一分支104、底部转换器118可以耦接到第二分支102并且三元催化剂(TWC)120可以耦接到排气组件150的第三分支106。
在冷起动状况(第一状况)期间，阀117和115可以被调节以使排气首先流过容纳三元催化剂120的第三分支106、然后流过容纳底部转换器118的第二分支102并且然后流过容纳涡轮116的第一分支104。在使排气流过剩余的排气部件之前，通过使热排气首先通过催化剂，可以将热有效地传递到催化剂，以加速实现催化剂起燃。通过使排气流过涡轮116，即使在冷起动状况期间，也可以向发动机提供增压。在催化剂活化(第二状况)之后，阀117和115可以被调节以使排气首先流过容纳涡轮116的第一分支104、然后流过容纳底部转换器118的第二分支102并且然后流过容纳三元催化剂120的第三分支106。通过调节排气流以在使排气流过剩余排气部件之前引导热排气通过涡轮116，可以减少涡轮迟滞。此外，可以降低在催化剂120处接收的排气的温度，从而提高催化剂转换化效率。在高发动机负载状况(第三状况)期间，阀117和115可以被调节，使得排气可以经由排气组件150的多个分支被同时引导朝向尾管105，而不需要附加的废气门阀和通道。排气的第一部分可以首先流过容纳涡轮116的第一分支104、然后流过容纳底部转换器118的第二分支102并且然后流过容纳三元催化剂120的第三分支106，并且排气的第二剩余部分可以仅流过三元催化剂120(容纳在第三分支106上)，而绕过涡轮116和底部转换器118。第一部分与第二部分的比率可以基于驾驶员需求和增压误差来调节。以这种方式，通过减小涡轮上游的排气压力，可以减小涡轮速度，进而可以有助于减少压缩机喘振。离开分支排气组件150的处理过的排气的全部或一部分可以经由排气通道103向下游流动，并且可以在穿过消声器172之后经由尾管105释放到大气中。分支排气组件150的操作和结构的详细描述将参考图2A、图2B、图2C、图3、图4以及图5进行讨论。
在另一示例实施例中，一个排气后处理装置可以经配置以在排气流稀时从排气流捕集NOx并且在排气流浓时减少捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可以经配置以歧化NOx或者在还原剂的帮助下选择性地还原NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可以经配置以氧化排流中的残余烃和/或一氧化碳。具有任何这种功能的不同排气后处理催化剂可以单独或一起布置在涂层中或排气后处理级中的其它地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括经配置以捕集并且氧化排气流中的烟尘颗粒的可再生烟尘过滤器。
排气再循环(EGR)通道180可以在分支排气组件150下游的方位处耦接到排气通道103，用于将低压EGR(LP-EGR)从排气通道103中的涡轮116的下游传递到压缩机114上游的进气歧管22。根据诸如发动机温度的工况，排气残余物的一部分可以经由排气再循环(EGR)阀52和EGR通道180被转移到压缩机114的入口。EGR阀52可以被打开以允许受控量的排气进入压缩机入口，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阀。然而，在替代示例中，EGR阀52可以被配置为开/关阀。
一个或多个传感器可以耦接到EGR通道180，用于提供关于EGR的组分和状况的细节。例如，可以提供温度传感器用于确定EGR的温度、可以提供压力传感器用于确定EGR的压力、可以提供湿度传感器用于确定EGR的湿度或水含量以及可以提供空燃比传感器用于估计EGR的空燃比。替代地，EGR状况可以由一个或多个温度、压力、湿度以及耦接到压缩机入口的空燃比传感器55-57来推断。在一个示例中，空燃比传感器57是氧传感器。
发动机系统100还可以包括控制系统14。控制系统14被示为从多个传感器16(本文描述了其各种示例)接收信息，并且将控制信号发送到多个致动器18(本文描述了其各种示例)。作为一个示例，传感器16可以包括位于分支排气组件150上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器、排气压力传感器、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以及EGR传感器。诸如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器以及组分传感器的其它传感器可以耦接到发动机系统100中的各个方位。致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、四通阀117和115以及燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据并且基于对应于一个或多个例程编程在例程中的指令或代码，响应于处理的输入数据触发各种致动器。例如，基于诸如发动机温度和发动机负载的发动机工况，控制器12可以调整四通阀117和115的开度，以引导排气通过分支排气组件150的不同流动路径。参考图3描述示例控制例程。作为另一示例，也基于发动机工况，可以调节EGR阀52的开度，以将期望量的EGR从排气通道103抽吸到发动机进气歧管。
图2A进一步详述了图1中所介绍的分支排气组件，并且示出以第一操作模式操作分支排气组件的示例实施例200。在一个示例中，组件200是图1的组件150的实施例，并且因此可以与已针对分支排气组件150描述的那些组件共享共同的特征和/或配置。
分支排气组件200被布置在发动机排气歧管下游和尾管上游的主排气通道203上。在接合点205处，主排气通道203可以被分成三个单独的分支，每个分支创建不同的流动路径。第一四通阀217可以在三个分支中的每一个的第一端(排气歧管近侧)具体是在接合点205处耦接到主排气通道203。阀217可以被致动到三个不同位置中的一个，以便基于发动机工况调节通过三个分支的排气流的方向。第二四通阀215可以在三个分支中的每一个的第二端(尾管近侧)处(在接合点207处)耦接到主排气通道203。阀215可以被定位在两个不同的配置中，以便基于发动机工况调节通过三个分支的排气流的方向。阀217和阀215流体连接三个分支，并且可以以协调的方式被致动，以便于期望的排气流通过分支排气组件200。
第一入口管223可以在接合点205处起始于主排气通道203。第一入口管223可以通向第一分支204。涡轮216可以被容纳在第一分支204上。在一个示例中，涡轮216可以是可变几何涡轮。在涡轮216的下游，第一出口管224可以起始于第一分支204并且终止于排气组件200的接合点207。主排气通道203的一部分可以构成第二分支202。第二流动路径可以起始于接合点205，并且可以在接合点207处结束(与主排气通道203合并)。底部转换器218可以被容纳在第二分支202上。在替代实施例中，对于柴油发动机，柴油微粒过滤器(DPF)或选择性催化还原(SCR)装置可以被容纳在第二分支202上。第二入口管225可以在接合点205处起始于主排气通道203。第二入口管225可以通向第三分支206。三元催化剂(TWC)220可以被容纳在第三分支206上。在催化剂220的下游，第二出口管226可以起始于分支206，并且终止于排气组件的接合点207。在替代实施例中，对于柴油发动机，柴油氧化催化剂可以被容纳在第三分支206上。三个流动路径204、202以及206可以彼此大致平行。
基于发动机工况和每个排气部件(涡轮、底部转换器和催化剂)处的温度要求，可以调节排气流通过每个部件的顺序，而不需要绕过任何部件。基于阀217和215的位置，可以引导排气从主排气通道203通过排气组件200的每个分支(以不同的顺序)。排气组件200可以以三种操作模式操作。
因此，第一操作模式表示实现排气流控制的四通阀217和215的第一设置。在第一操作模式中，第一四通阀217可以处于第一位置，并且第二四通阀215也可以处于第一位置。当处于第一操作模式时，由于第一阀217的位置，经由主排气通道203向下游流动的总体积的排气可以在接合点205处进入第二入口管225。排气可以从第二入口管225继续沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的TWC的第一端到尾管近侧的TWC的第二端)流过容纳在排气组件200的第三分支206上的三元催化剂(TWC)220。在离开TWC 220之后，排气继续经由第三分支206向下游流动到第二出口管226。由于第二阀215的位置，在到达接合点207时，排气可以沿第二方向(从尾管近侧的底部转换器的第二端到发动机排气歧管近侧的底部转换器的第一端)被引导通过容纳在第二分支202上的底部转换器218。在本文中，第二方向与第一方向相反。在离开底部转换器218之后，排气继续经由第二分支202流向接合点205。在接合点205处，排气然后可以进入第一入口管223。排气可以从第一入口管223继续沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的涡轮的第一端到尾管近侧的涡轮的第二端)流过容纳在排气组件200的第一分支204上的涡轮216。在离开涡轮216之后，排气可以继续经由第一分支204向下游流动到第一出口管224。在(经由第一出口管224)到达接合点207时，排气可以离开分支排气组件200，并且可以继续经由主排气通道203朝向尾管向下游流动。以这种方式，排气可以沿第一方向流过容纳在第一分支上的涡轮、沿第二方向流过容纳在第二分支上的底部转换器并且沿第一方向流过容纳在第三分支上的三元催化剂，其中第二方向和第一方向相反。
分支排气组件可以在冷起动状况期间以第一操作模式(如上所述)操作。在使排气流过剩余排气部件(涡轮216和底部转换器218)之前，通过调节排气流量以首先引导热排气通过TWC 220，排气热可以被有效地传递到催化剂，从而加快催化剂活化。因此，热排气可以有效地用于提高TWC温度、减少对点火延迟的需要，从而增加发动机的燃料效率。通过更快地达到TWC 220起燃温度，可以提高排放质量。另外，在冷起动状况期间，通过引导排气通过涡轮216，可以减少涡轮加速的任何延迟，从而减少涡轮迟滞并且提高增压性能。
图2B示出第二操作模式中的排气旁通组件200的示例实施例的示意图210。图2A中先前介绍的部件采用相同的编号并且不再介绍。
第二操作模式表示实现排气流控制的四通阀217和215的第二设置。在第二操作模式中，第一四通阀217可以处于第二位置并且第二四通阀215也可以处于第二位置。当处于第二操作模式时，由于第一阀217的位置，经由主排气通道203向下游流动的总体积的排气可以在接合点205处进入第一入口管223。排气可以从第一入口管223沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的涡轮的第一端到尾管近侧的涡轮的第二端)继续流过容纳在排气组件200的第一分支204上的涡轮216。在离开涡轮216之后，排气继续经由第一分支204向下游流动到第一出口管224。由于第二阀215的位置，在到达接合点207时，排气可以沿第二方向(从尾管近侧的底部转换器的第二端到发动机排气歧管近侧的底部转换器的第一端)被引导通过容纳在第二分支202上的底部转换器218。在离开底部转换器218之后，排气继续经由第二分支202流向接合点205。在接合点205处，排气然后可以进入第二入口管225。排气可以从第二入口管225沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的TWC的第一端到尾管近侧的TWC的第二端)流过容纳在排气组件200的第三分支206上的三元催化剂(TWC)220。在离开TWC 220之后，排气可以继续经由第三分支206向下游流动到第二出口管226。在(经由第二出口管226)到达接合点207时，排气可以离开分支排气组件200，并且可以继续经由主排气通道203朝向尾管向下游流动。
一旦TWC 220完全活化(在达到起燃温度之后)，分支排气组件可以以第二操作模式(如上所述)操作。在此期间，发动机负载可以是低/中等的，并且发动机温度可以较高。通过调节排气流以首先引导热排气通过涡轮，可以在低中等负载区域中提高增压性能。一旦排气穿过涡轮，排气的温度可能下降。由于催化剂表面上的涂层，TWC 220可以在较低的排气温度下具有较高的转换效率。因此，到达TWC 220(在穿过涡轮216后)的低温排气可以导致TWC 220的最佳性能。
图2C示出第三操作模式中的排气旁通组件200的示例实施例的示意图230。第三操作模式表示实现排气流控制的四通阀217和215的第三设置。在第三操作模式中，第一四通阀217可以被转移到第三位置，而第二四通阀215可以被维持在第二位置。当处于第三操作模式时，由于第一阀217的位置，经由主排气通道203向下游流动的排气可以同时进入第一入口管223和第二入口管225两者中。排气的第一部分可以在接合点205处进入第一入口管223。排气可以从第一入口管223沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的涡轮的第一端到尾管近侧的涡轮的第二端)继续流过容纳在排气组件200的第一分支204上的涡轮216。在离开涡轮216之后，排气继续经由第一分支204向下游流动到第一出口管224。由于第二阀215的位置，在到达接合点207时，排气可以沿第二方向(从尾管近侧的底部转换器的第二端到发动机排气歧管近侧的底部转换器的第一端)被引导通过容纳在第二分支202上的底部转换器218。在离开底部转换器218之后，排气继续经由第二分支202流向接合点205。在接合点205处，排气然后可以进入第二入口管225。排气可以从第二入口管225沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的TWC的第一端到尾管近侧的TWC的第二端)继续流过容纳在排气组件200的第三分支206上的三元催化剂(TWC)220。在离开TWC 220之后，排气可以继续经由第三分支206向下游流动到第二出口管226。在(经由第二出口管226)到达接合点207时，排气可以离开分支排气组件200，并且可以继续经由主排气通道203朝向尾管向下游流动。
排气的第二(剩余)部分可以在接合点205处进入第二入口管225。排气可以从第二入口管225继续流过容纳在排气组件200的第三分支206上的TWC 220。在离开TWC 220之后，排气继续经由第三分支206向下游流动到第二出口管226。在到达接合点207时，排气的第二部分可以离开分支排气组件200，并且可以继续经由主排气通道203朝向尾管向下游流动，而不穿过底部转换器和涡轮。
分支排气组件可以在高发动机负载的状况期间以第三操作模式(如上所述)操作。在这种情况下，通过使排气经由排气组件的两个分支同时流动，排气的一部分(第二部分)可以绕过涡轮被释放到大气中，同时利用排气的剩余部分(第一部分)继续向发动机提供期望的增压。排气的第一部分与第二部分的比率可以基于驾驶员需求和/或增压误差。在一个示例中，由于驾驶员需求的增加，第一部分可以增加，而第二部分可以相应地减少。在另一示例中，由于驾驶员需求的减少，第一部分可以增加并且第二部分可以相应地增加。在又一示例中，在大增压误差期间，第二部分可以增加使得较大体积的排气可以绕过涡轮，从而减少增压误差。增压误差基于期望增压和实际增压之间的差来确定。因此，在高负载状况期间，可以维持增压的性能而不需要附加的废气门阀和通道。以这种方式，基于发动机工况和每个部件的温度要求，排气可以被引导通过分支排气系统200中的所有三个部件。
以这种方式，图1和图2A-图2C的系统用于发动机系统，该发动机系统包括发动机进气歧管；排气组件，其具有第一分支、第二分支、第三分支、第一阀以及第二阀；涡轮增压器，其具有耦接到排气组件的第一分支的涡轮，涡轮连接到压缩机；底部转换器，其耦接到排气组件的第二分支；以及控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：调节第一阀和第二阀中的每一个，以使排气经由第一分支、第二分支以及第三分支中的每一个流过涡轮、底部转换器以及三元催化剂中的每一个，其中排气流动的顺序基于发动机温度和发动机负载。
图1和图2A-图2C示出具有各种部件的相对定位的示例性配置。至少在一个示例中，如果示出彼此直接接触或直接耦接，则这种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，被示出彼此连续或邻近的元件可以分别为彼此连续或邻近。作为一个示例，彼此共面接触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，彼此分离且在其间仅有空间而无其他部件的元件可以被如上称呼。
图3图示说明示例性方法300，该示例性方法300可以被实施用于经由分支排气组件(诸如图1和图2的组件)的不同流动路径调节排气流动。用于实施方法300和本文所包括的其他方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上述参考图1所述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器以根据下面所述的方法来调节发动机操作。
在302处，例程包括估计和/或测量当前的发动机工况。评估的状况可以包括例如发动机温度、发动机负载、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，例程包括确定车辆发动机是否在冷起动状况下操作。当发动机在延长的发动机停机段之后起动时，并且当发动机温度低于阈值时，可以确认发动机冷起动状况。阈值可以基于容纳在排气组件(诸如图2A中的排气组件200)的分支上的三元催化剂的起燃温度。在达到起燃温度之前，催化剂可能不能有效地起作用，从而在此期间增加排放。冷起动状况也可以从低于阈值环境温度来推断。
在冷起动状况期间，为了加速达到催化剂起燃温度，可以首先引导热排气通过催化剂，而不使其流经可以用作散热器(降低到达催化剂的排气的温度)的涡轮。因此，如果确认发动机冷起动状况，则例程移动到306以便以第一操作模式操作排气组件。如参考图2A所述。以第一模式中操作包括将位于排气组件上游的排气通道中的第一四通阀或阀_1(诸如图2A中的阀217)转移到第一位置，并且还将位于排气组件下游的排气通道中的第二四通阀或阀_2(诸如图2A中的阀215)转移到第一位置。
在308处，通过将排气组件设置为第一操作模式，经由主排气通道向下游流动的总体积的排气可以进入入口(第二)管(诸如图2A中的第二入口管225)并且继续流过容纳在排气组件的第三分支(诸如图2A中的第三分支206)上的三元催化剂(TWC)(诸如图2A中的三元催化剂220)。在TWC处，可以利用来自排气的热来增加TWC的温度。通过加速达到TWC起燃温度，可以改善排放质量。在离开TWC之后，排气可以继续经由第三分支向下游流动到出口(第二)管(诸如图2A中的第二出口管226)。排气可以从出口管上被引导通过容纳在排气组件的第二分支(诸如图2A中的第二分支202)上的底部转换器(诸如图2A中的底部转换器218)。在离开底部转换器之后，排气可以经由入口(第一)管(诸如图2A中的第一入口管223)继续朝向容纳在排气组件的第一分支(诸如图2A中的第一分支204)上的涡轮(诸如图2A中的涡轮216)流动。通过使排气流过涡轮，即使在冷起动状况期间也可以向发动机提供增压。在离开涡轮之后，排气可以经由第一分支继续向下游流动到出口(第一)管(诸如图2A中的第一出口管224)，并且从其可以离开排气组件。
在使排气流过剩余排气部件(涡轮和底部转换器)之前，通过调节排气流量以使热排气首先流过TWC，排气热可以被有效地传递到催化剂，从而加快催化剂活性。以这种方式，热排气可以有效地用于提高TWC温度，而不需要点火延迟，从而增加发动机的燃料效率。另外，通过引导排气通过涡轮，可以减少涡轮加速的任何延迟，从而减少涡轮迟滞并且提高增压性能。在离开排气组件之后，在322处排气可以朝向尾管流动。在穿过消声器之后，排气可以被释放到大气中。
如果(在304处)确定发动机未在冷起动状况下操作，则可以推断催化剂已达到起燃温度并且有效地用于排放控制。在310处，例程包括确定车辆发动机是否在低(或中等)负载状况下操作。
如果确认发动机低负载状况，则例程移动到312，以便以第二操作模式操作排气组件。如参考图2B所述，以第二模式操作包括将第一四通阀(阀_1)转移到第二位置并且还将第二四通阀(阀_2)转移到第二位置。
在314处，通过将排气组件设置为第二操作模式，经由主排气通道向下游流动的总体积的排气可以进入第一入口管，并且继续流过容纳在排气组件的第一分支上的涡轮。通过使热排气流过涡轮，可以向发动机提供期望的增压。另外，当排气流过涡轮时，排气的温度降低。在离开涡轮之后，排气继续经由第一分支向下游流动到第一出口管。排气可以从第一出口管被引导通过容纳在第二分支上的底部转换器。在离开底部转换器之后，排气可以经由第二入口管继续朝向容纳在第三分支上的TWC流动。与在该模式下进入涡轮的排气的温度相比，穿过TWC的排气的温度较低，从而有助于TWC的最佳性能。在离开TWC之后，排气可以经由第二出口管离开分支排气组件。
通过调节排气流量以首先引导热排气通过涡轮，可以提高增压性能，并且还可以降低排气的温度。由于催化剂表面上的涂层，低温排气可以有助于TWC的更高的转换效率。在离开排气组件(以第二模式操作)之后，在322处排气可以朝向尾管流动。在穿过消声器之后，排气可以被释放到大气中。
如果(在310处)确定发动机未在低(或中等)状况下操作，则例程包括在316处确定车辆发动机是否在高负载状况下操作。在高负载状况期间，排气流可以显著增加，并且总体积的排气可以不被引导通过涡轮，以便减少增压误差并且避免损坏涡轮增压器部件。
如果确认发动机高负载状况，则例程移动到318以便以第三操作模式操作排气组件。如参考图2C所述，以第三模式操作包括将第一四通阀(阀_1)转移到第三位置，同时将第二四通阀(阀_2)维持在第二位置。否则，如果对316的回答为否，则例程返回并且不执行306/308、312/314或318/320中的任一个。例如，在一些实施例中，这些块的动作仅在指定状况下被执行。
在320处，通过将排气组件设置为第三操作模式，经由主排气通道向下游流动的排气可以同时经由第一入口管和第二入口管两者被引导。排气的第一部分可以进入第一入口管，并且可以继续流经容纳在排气组件的第一分支上的涡轮。通过改变被引导通过涡轮的排气部分，可以在高负载状况下调整提供给发动机的增压。另外，当排气流过涡轮时，排气的温度降低。在离开涡轮之后，排气可以经由第一分支向下游流动到第一出口管。排气可以从第一出口管被引导通过容纳在第二分支上的底部转换器。在离开底部转换器之后，排气可以经由第二入口管继续朝向容纳在第三分支上的TWC流动。穿过TWC的排气的温度可以较低，从而有助于TWC的最佳性能。在离开TWC之后，排气可以经由第二出口管离开分支排气组件。排气的第二(剩余)部分可以进入第二入口管，并且可以继续流过容纳在排气组件的第三分支上的TWC。排气可以从TWC经由第二出口管离开分支排气组件，而不穿过底部转换器和涡轮。与仅引导通过TWC的排气部分相比，被引导通过涡轮的排气部分可以基于发动机工况和增压要求来确定。
排气的第一部分与第二部分的比率可以基于诸如驾驶员需求和增压误差的参数。在一个示例中，当驾驶员需求增加时，第一部分可以相对于第二部分增加。在低驾驶员需求期间，较大体积的排气(作为第二部分)可以绕过涡轮被直接引导通过第三分支。在另一示例中，期望的增压可以低于实际增压，从而导致增压误差。在这种情况下，第二部分可以增加，使得较大体积的排气可以绕过涡轮，从而减小增压误差。
在离开排气组件(以第三模式操作)之后，在322处，排气的第一部分和第二部分中的每一个可以朝向尾管流动。在穿过消声器之后，总体积的排气可以被释放到大气中。
通过使排气同时流动经过排气组件的两个分支，可以绕过涡轮将排气的一部分释放到大气中，同时继续利用排气的剩余部分向发动机提供期望的增压。因此，在高负载状况下，可以维持增压性能，而不需要附加的废气门阀和通道。
以这种方式，根据每个部件(TWC、底部转换器以及涡轮)的温度要求，可以以三种模式调节排气流动路径，而不绕过任何部件，从而优化发动机性能。当发动机温度低于阈值时，可以选择第一模式，当发动机温度高于阈值时，可以选择第二模式，该阈值基于催化剂起燃温度，并且当发动机负载高于阈值负载时，可以选择第三模式。
图4是示出图1的分支排气组件的示例性操作模式的表格400。发动机控制器可以基于发动机状况和排气组件的每个部件(涡轮、底部转换器以及三元催化剂)的加热要求来选择操作模式中的一个。基于所选择的操作模式，可以改变分别耦接到排气组件上游和下游的排气通道的两个四通阀的位置。通过改变阀的位置，可以调节通过排气组件的三个分支的排气流的方向。
在一个示例中，控制器可以以第一操作模式操作排气组件，例如在发动机温度为低时的冷起动状况期间。在此期间，发动机负载可以为低或中等的。由于冷起动状况，三元催化剂(TWC)可能没有达到其起燃温度，从而导致增加的排放水平。因此，在此期间，为了将热排气首先引导通过TWC，第一阀(阀_1)和第二阀(阀_2)中的每一个可以转移到其相应的第一位置。由于给定的阀设置，总体积的热排气可以首先沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的TWC的第一端到尾管近侧的TWC的第二端)流过TWC，其中可以利用来自排气的热来增加TWC温度。在离开TWC之后，排气可以沿第二方向(从尾管近侧的底部转换器的第二端到发动机排气歧管近侧的底部转换器的第一端)流过底部转换器并且然后沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的涡轮的第一端到尾管近侧的涡轮的第二端)流过涡轮。以这种方式，在冷起动状况期间，除了向TWC提供热(用于达到起燃温度)之外，还可以为发动机操作提供期望的增压。
在另一个示例中，控制器可以以第二操作模式操作排气组件，诸如在发动机温度高时(热发动机)的工况期间。在此期间，发动机负载可以为低或中等的。另外，可以推断催化剂已达到起燃温度并且最佳地起作用。在催化剂起燃之后，由于催化剂表面上的涂层，催化剂可以在较低的排气温度下具有较高的转换效率。因此，在此期间，为了将低温排气引导通过TWC同时提供期望的增压，第一阀(阀_1)和第二阀(阀_2)中的每一个可以转移到其相应的第二位置。由于给定的阀设置，总体积的热排气可以首先沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的涡轮的第一端到尾管近侧的涡轮的第二端)流过涡轮，其中可以利用排气来向发动机提供增压。另外，排气温度可以在涡轮处降低。在离开涡轮之后，排气可以沿第二方向(从尾管近侧的底部转换器的第二端到发动机排气歧管近侧的底部转换器的第一端)流过底部转换器并且然后沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的TWC的第一端到尾管近侧的TWC的第二端)流过TWC。由于到达TWC的排气的低温，可以有助于TWC的最佳性能。以这种方式，在催化剂起燃之后，可以向发动机提供期望的增压，并且可以将期望温度的排气引导通过TWC。
在又一示例中，控制器可以以第三操作模式操作排气组件，诸如在发动机负载高时的工况期间。在此期间，发动机温度也可以高(热发动机)。在高负载状况期间，排气流可以大幅增加，并且总体积的排气可以不被引导通过涡轮，以便避免损坏涡轮增压器部件。因此，在此期间，为了经由多个流动路径同时引导排气，将第一阀(阀_1)转移到第三位置，而将第二阀(阀_2)维持在第二位置。由于给定的阀设置，排气的第一部分可以沿第一方向(从发动机排气歧管近侧的涡轮的第一端到尾管近侧的涡轮的第二端)流过涡轮，其中可以利用排气向发动机提供增压。在离开涡轮之后，排气的第一部分可以沿第二方向(从尾管近侧的底部转换器的第二端到发动机排气歧管近侧的底部转换器的第一端)流过底部转换器并且然后流过TWC。由于到达TWC的排气的低温，可以有助于TWC的最佳性能。同时，排气的第二(剩余)部分可以仅流过催化剂，而绕过涡轮和底部转换器。以这种方式，在高负载状态期间，通过使排气经由排气组件的两个流动路径同时流动，排气的一部分可以绕过涡轮被释放到大气中，同时继续利用排气的剩余部分向发动机提供期望的增压。
作为一个示例，从第一模式到第二模式的转变可以响应于催化剂的活化，从第二模式到第三模式的转变可以响应于所需扭矩的增加，并且从第三模式到第一模式的转变可以响应于发动机关闭请求。以这种方式，多个多通阀可用以于调整通过以不同模式操作的分支排气组件中的不同流动路径的排气流。可以基于发动机工况和部件的温度要求来有效地调节通过组件的每个部件(以三种模式中的每个)的流动方向。通过将不同的排气部件容纳在分支排气组件的不同分支/流动路径中，可以改变通过每个部件的排气流。另外，可以改变排气流的顺序，并且可以至少部分地绕过一个或多个部件，而不管它们相对于彼此的顺序。
图5示出图示说明图1的分支排气组件的操作的示例操作顺序500。基于发动机工况和每个部件的温度要求来确定通过具有不同部件的不同流动路径的排气流的方向。水平线(x轴线)表示时间，并且竖直标记t1-t4标识排气旁通组件系统的操作中的重要时间。
从顶部开始的第一曲线(线502)示出发动机转速随时间的变化，并且第二曲线(线504)示出发动机负载随时间的变化。第三曲线(线507)示出发动机温度随时间的变化。虚线507表示阈值温度，低于该阈值温度发动机温度可以被认为是低的，诸如在冷起动状况期间。一旦发动机温度增加到阈值507以上，发动机可以被认为足够热以使三元催化剂(TWC)活化。第四曲线(线508)示出耦接到分支排气组件上游的排气通道的第一四通阀(阀_1)的位置。第五且最后的曲线(线510)示出耦接到分支排气组件下游的排气通道的第二四通阀(阀_2)的位置。
在时间t1之前，发动机在车辆未被推进的停机段之后从静止起动。发动机可以在具有低发动机温度(低于阈值温度507)的冷起动状况下起动。另外，当发动机起动时，发动机转速低并且发动机转速逐渐增加到怠速水平。在此期间，发动机可在中等负载状况下操作。由于冷起动状况，耦接到排气组件的第三分支的TWC(诸如图1中的TWC 120)可能未达到其起燃温度。因此，在该期间，为了加速催化剂加热，控制器可以首先引导热排气流过TWC。为了首先引导热排气通过TWC，第一阀(阀_1)和第二阀(阀_2)中的每一个可以转移到其相应的第一位置。由于给定的阀设置，总体积的热排气可以首先流过TWC，其中可以利用来自排气的热来增加TWC温度。在离开TWC之后，排气可以流过耦接到排气组件的第二分支的底部转换器(诸如图1中的底部转换器118)并且然后流过涡轮(诸如图1中的涡轮116)。在涡轮处，可以为发动机操作提供期望的增压。
在时间t1处，当发动机温度增加到高于阈值温度(507)时，可以推断TWC已达到起燃温度并且被活化。因此，由于催化剂表面上的涂层，催化剂可以在较低的排气温度下具有较高的转换效率。因此，在TWC活化之后，为了将低温排气引导通过TWC同时提供期望的增压，第一阀(阀_1)和第二阀(阀_2)中的每一个可以转移到其相应的第二位置。由于给定的阀设置，总体积的热排气可以首先流过涡轮，其中可以利用排气向发动机提供期望的增压。另外，排气温度可以在流过涡轮时降低。在离开涡轮之后，排气可以流过底部转换器并且然后流过TWC。由于到达TWC的排气的低温，可以有助于TWC的最佳性能。
在时间t2处，存在发动机转速的增加和发动机负载增加到高负载状况。由于高负载状况，在时间t2和t3之间，排气流可以大幅增加，并且总体积的排气可以不被引导通过涡轮，以便减小增压误差并且避免损坏涡轮增压器部件。相反，总体积的排气可以被分成两个部分，并且这两个部分可以同时通过分支组件的两个不同的流动路径被引导。两个部分的比率可以取决于驾驶员需求和增压误差。在一个示例中，当驾驶员需求增加时，(排气的)第二部分可以减小，并且对应的第一部分可以增加。另外，当增压误差增加时，第二部分可以增加，并且对应的第一部分可以减小。增压误差可以被定义为实际增压和期望增压之间的差。因此，在此期间，为了同时经由两个流动路径引导排气，第一阀(阀_1)被转移到第三位置，而第二阀(阀_2)被维持在第二位置。由于给定的阀设置，排气的第一部分可以被引导通过涡轮，其中可以利用排气来向发动机提供增压。在离开涡轮之后，排气的第一部分可以流过底部转换器并且然后流过TWC。由于到达TWC的排气的低温，可以有助于TWC的最佳性能。同时，排气的第二(剩余)部分可以绕过涡轮和底部转换器而仅流过催化剂。
以这种方式，在高负载状态期间，通过使排气经由排气组件的两个流动路径同时流动，排气的一部分可以绕过涡轮被释放到大气中，同时利用排气的剩余部分继续向发动机提供期望的增压。
在时间t3处，可以存在发动机关闭请求，由此可以降低发动机转速和发动机负载。第一阀和第二阀(阀_1和阀_2)中的每一个的位置可以转移到其对应的第一位置。两个阀中的每一个的第一位置可以是在发动机关闭期间的阀的默认设置。在时间t3和t4之间，发动机持续关闭并且不测量发动机温度。在时间t4处，发动机重起动请求被接收，响应于接收的发动机重起动请求，发动机从静止起动。在本文中，与上次关闭相比，发动机在较短的持续时间后重起动。因此，发动机可以在发动机温度高于阈值温度507的热起动状况下起动。另外，当发动机起动时，发动机转速和发动机负载稳定地增加。由于在重起动时发动机温度较高，第一阀(阀_1)和第二阀(阀_2)中的每一个可以转移到其相应的第二位置。由于给定的阀设置，总体积的热排气可以首先流过涡轮，其中可以向发动机提供期望的增压，并且相应地可以降低排气温度。在离开涡轮之后，较低温度的排气可以流过底部转换器并且然后流过TWC。在时间t4之后，排气组件继续以该模式操作。
以这种方式，通过调节耦接到具有第一分支、第二分支和第三分支的分支排气系统的多个阀的位置，每个分支容纳不同的排气部件，可以改变排气流通过不同的排气部件的顺序，同时使排气流过不同的排气部件中的每一个。
在一个示例中，一种方法包括在发动机冷起动期间，使排气首先流过三元催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮；在催化剂起燃之后，使排气首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过三元催化剂；以及在高负载操作期间，至少部分地绕过涡轮。在前述示例方法中，附加地或可选地，绕过包括使排气的第一部分流过三元催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮，并且使排气的第二剩余部分仅流过三元催化剂，同时绕过涡轮和底部转换器中的每一个。在任何或所有前述示例中，基于驾驶员需求和增压误差，附加地或可选地调节第一部分与第二部分的比率。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，调节包括当驾驶员需求增加时，减少第二部分同时相应地增加第一部分，并且当增压误差增加时增加第二部分同时相应地减少第一部分，增压误差包括实际增压和期望增压之间的差。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，三元催化剂、底部转换器以及涡轮被容纳在分支排气组件的不同分支中，不同的分支经由第一阀和第二阀中的每一个彼此流体连接。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，使排气首先流过三元催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮包括使排气首先沿第一方向流过容纳在第三分支上的三元催化剂、然后使排气沿第二方向流过容纳在第二分支上的底部转换器并且然后使排气沿第一方向流过容纳在第一分支上的涡轮，第二方向与第一方向相反；其中使排气首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过三元催化剂包括使排气首先沿第一方向流过容纳在第一分支上的涡轮、然后沿第二方向流过容纳在第二分支上的底部转换器并且然后沿第一方向流过容纳在第三分支上的三元催化剂；并且其中至少部分地绕过涡轮包括使排气的第一部分首先沿第一方向流过容纳在第一分支上的涡轮、然后沿第二方向流过容纳在第二分支上的底部转换器并且然后沿第一方向流过容纳在第三分支上的三元催化剂，并且同时使排气的第二部分沿第一方向仅流过第三分支，同时绕过涡轮和底部转换器中的每一个。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，第一阀耦接到第一分支的第一端、第二分支的第一端以及第三分支的第一端中的每一个，并且其中第二阀耦接到第一分支的第二端、第二分支的第二端以及第三分支的第二端中的每一个。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，使排气在冷起动期间流动包括将第一阀致动到第一位置并且将第二阀致动到第一位置，其中使排气在催化剂起燃之后流动包括将第一阀致动到第二位置并且将第二阀致动到第二位置，并且其中使排气在高负载操作期间流动包括将第一阀致动到第三位置并且将第二阀致动到第二位置。
在另一个示例中，一种发动机方法包括调节耦接到分支排气系统的第一分支、第二分支以及第三分支中的每一个的多个阀的位置，每个分支容纳不同的排气部件，以改变排气流通过不同的排气部件的顺序，同时使排气流过不同的排气部件中的每一个。在前述示例方法中，附加地或可选地，该调节包括：以第一阀处于第一位置和第二阀处于第一位置的第一模式操作，以使排气首先流过容纳在分支排气系统的第三分支上的三元催化剂、然后流过容纳在分支排气系统的第二分支上的底部转换器并且然后流过容纳在分支排气系统的第一分支上的涡轮；以第一阀处于第二位置和第二阀处于第二位置的第二模式操作，以使排气首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过三元催化剂；以及以第一阀处于第三位置和第二阀处于第二位置的第三模式操作，以使排气的第一部分首先流过涡轮、然后流过底部转换器并且然后流过三元催化剂，并且使排气的第二部分绕过涡轮和底部转换器流过三元催化剂。任何或所有前述示例还包括，附加地或可选地，基于发动机温度和发动机负载在第一模式、第二模式以及第三模式之间选择。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，选择包括当发动机温度低于阈值时选择第一模式，当发动机温度高于阈值时选择第二模式，该阈值基于催化剂起燃温度，以及当发动机负载高于阈值负载时选择第三模式。任何或所有前述示例还包括，附加地或可选地，响应于催化剂的活化，从第一模式转变到第二模式；响应于所需扭矩的增加，从第二模式转变到第三模式；以及响应于发动机关闭请求，从第三模式转变到第一模式。在任何或所有前述示例中，第一模式、第二模式以及第三模式中的每一个附加地或可选地包括使排气沿第一方向流过第一分支、使排气沿第二方向流过第二分支以及使排气沿第一方向流过第三分支，第一方向与第二方向相反。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，在第三模式中，第一部分与第二部分的比率基于驾驶员需求和增压误差。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，第一模式包括将来自排气的热量传递到三元催化剂以增加催化剂温度。
在又一示例中，一种发动机系统包括：发动机进气歧管；具有第一分支、第二分支、第三分支、第一阀以及第二阀的排气组件；涡轮增压器，其具有耦接到排气组件的第一分支的涡轮，该涡轮连接到压缩机；底部转换器，其耦接到排气组件的第二分支；以及控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：调整第一阀和第二阀中的每一个，以使排气经由第一分支、第二分支以及第三分支中的每一个流经涡轮、底部转换器以及三元催化剂中的每一个，其中排气流动的顺序基于发动机温度和发动机负载。在前述示例方法中，附加地或可选地，排气流动包括：在第一状况期间，使排气首先流过具有三元催化剂的第三分支、然后流过具有底部转换器的第二分支并且然后流过具有涡轮的第一分支；在第二状况期间，使排气首先流过具有涡轮的第一分支、然后流过具有底部转换器的第二分支并且然后流过具有三元催化剂的第三分支；在第三状况期间，使排气的第一部分首先流过具有涡轮的第一分支、然后流过具有底部转换器的第二分支并且然后流过具有三元催化剂的第三分支，并且使排气的第二部分绕过涡轮和底部转换器流过三元催化剂。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，第一状况包括冷起动状况，第二状况包括高于阈值发动机温度和低于阈值发动机负载，并且第三状况包括高于阈值发动机温度和高于阈值发动机负载，其中阈值发动机温度基于催化剂起燃温度。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，在第一状况期间，第一阀和第二阀中的每一个被调节以使排气沿第一方向流过第一分支和第三分支，并且沿第一方向流过第二分支；在第二状况期间，第一阀和第二阀中的每一个被调节以使排气沿第一方向流过第一分支和第三分支，并且沿第一方向流过第二分支；以及在第三状况期间，第一阀和第二阀中的每一个被调节以使排气的第一部分沿第一方向流过第一分支和第三分支、沿第一方向流过第二分支，并且使排气的第二部分沿第一方向流过第三分支，而绕过第一分支和第二分支。
以这种方式，通过将不同的排气部件容纳在分支排气组件的不同分支/流动路径中，可以改变通过部件的排气流。例如，可以改变排气流的顺序，并且可以至少部分地绕过一个或多个部件，而不管它们相对于彼此的顺序。以这种方式，通过使排气流过容纳在分支排气组件的不同分支上的不同的排气部件，可能在冷起动状况期间加速达到催化剂起燃温度同时向发动机提供增压。可以基于发动机工况和相应部件的温度要求来引导排气，以沿不同方向流过排气部件中的每一个。在达到催化剂起燃温度之后，通过调节排气流以引导热排气在流过剩余排气部件之前首先通过涡轮，可以提供期望的发动机增压，并且还可以降低到达催化剂的排气的温度，从而提高催化剂转换效率。在高发动机负载状况期间，通过利用多个流动路径以经由排气组件引导排气，可能部分地绕过涡轮，从而降低增压误差的可能性。使用一对阀来调整通过容纳在分支排气组件的不同分支中的排气部件的排气流的技术效果是：根据发动机工况和每个排气部件的温度需求，可以改变排气流通过每个排气部件的顺序，而不考虑在排气组件中排气部件相对于彼此的位置。另外，可以使用更少的部件来改变流。例如，通过利用两个排气组件阀，可以减少对附加的废气门阀和废气门通道的依赖。通过调节排气流通过每个排气部件的顺序，可以提高发动机效率、排放质量以及燃料效率。
注意，包括在本文中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。本文公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件的控制系统执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的行为、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以图形化地被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而被执行。
应当认识到，本文所公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以使用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、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。
随附的权利要求具体指出被认为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种发动机方法，其包括：
在发动机冷起动期间，使排气首先流过三元催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮；
在催化剂起燃之后，使排气首先流过所述涡轮、然后流过所述底部转换器并且然后流过所述三元催化剂；以及
在高负载操作期间，至少部分地绕过所述涡轮。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述绕过包括使排气的第一部分流过所述三元催化剂、然后流过所述底部转换器并且然后流过所述涡轮，并且使所述排气的第二剩余部分仅流过所述三元催化剂，同时绕过所述涡轮和所述底部转换器中的每一个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中基于驾驶员需求和增压误差调节所述第一部分与所述排气的第二部分的比率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述调节包括当所述驾驶员需求增加时，减少所述第二部分同时相应地增加所述第一部分，并且当所述增压误差增加时，增加所述第二部分同时相应地减少所述第一部分，所述增压误差包括实际增压和期望增压之间的差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述三元催化剂、所述底部转换器以及所述涡轮被容纳在分支排气组件的不同分支中，所述不同分支经由第一阀和第二阀中的每一个彼此流体连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使排气首先流过三元催化剂、然后流过底部转换器并且然后流过涡轮包括使排气首先沿第一方向流过容纳在第三分支上的所述三元催化剂、然后使排气沿第二方向流过容纳在第二分支上的所述底部转换器并且然后使排气沿所述第一方向流过容纳在第一分支上的所述涡轮，所述第二方向与所述第一方向相反；
其中使排气流过所述涡轮、然后流过所述底部转换器并且然后流过所述三元催化剂包括使排气首先沿所述第一方向流过容纳在所述第一分支上的所述涡轮、然后沿所述第二方向流过容纳在所述第二分支上的所述底部转换器并且然后沿所述第一方向流过容纳在第三分支上的所述三元催化剂；以及
其中至少部分地绕过所述涡轮包括使排气的第一部分首先沿所述第一方向流过容纳在所述第一分支上的所述涡轮、然后沿所述第二方向流过容纳在所述第二分支上的所述底部转换器并且然后沿所述第一方向流过容纳在所述第三分支上的所述三元催化剂，并且同时使排气的第二部分沿所述第一方向仅流过所述第三分支，同时绕过所述涡轮和所述底部转换器中的每一个。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一阀耦接到第一分支的第一端、第二分支的第一端以及第三分支的第一端中的每一个，并且其中所述第二阀耦接到所述第一分支的第二端、所述第二分支的第二端以及所述第三分支的第二端中的每一个。
8.根据权利要求5所述的方法，其中使排气在所述冷起动期间流动包括将所述第一阀致动到第一位置并且将所述第二阀致动到第一位置，其中使排气在催化剂起燃后流动包括将所述第一阀致动到第二位置并且将所述第二阀致动到第二位置，并且其中使排气在高负载操作期间流动包括将所述第一阀致动到第三位置并且将所述第二阀致动到所述第二位置。
9.一种发动机方法，其包括：
调节耦接到分支排气系统的第一分支、第二分支以及第三分支中的每一个的多个阀的位置，每个分支容纳不同的排气部件，以改变排气流通过所述不同的排气部件的顺序，同时使排气流过所述不同的排气部件中的每一个，其中所述调节包括：
以第一阀处于第一位置和第二阀处于第一位置的第一模式操作，以使排气首先流过容纳在所述分支排气系统的所述第三分支上的三元催化剂、然后流过容纳在所述分支排气系统的所述第二分支上的底部转换器并且然后流过容纳在所述分支排气系统的所述第一分支上的涡轮；
以所述第一阀处于第二位置和所述第二阀处于第二位置的第二模式操作，以使排气首先流过所述涡轮、然后流过所述底部转换器并且然后流过所述三元催化剂；以及
以所述第一阀处于第三位置和所述第二阀处于第二位置的第三模式操作，以使排气的第一部分首先流过所述涡轮、然后流过所述底部转换器并且然后流过所述三元催化剂，并且使排气的第二部分绕过所述涡轮和所述底部转换器流过所述三元催化剂。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：基于发动机温度和发动机负载在所述第一模式、所述第二模式以及所述第三模式之间选择。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述选择包括当所述发动机温度低于阈值时，选择所述第一模式；当所述发动机温度高于所述阈值时，选择所述第二模式，所述阈值基于催化剂起燃温度；以及当发动机负载高于阈值负载时，选择所述第三模式。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：响应于所述催化剂的活化，从所述第一模式转变到所述第二模式；响应于所需扭矩的增加，从所述第二模式转变到所述第三模式；以及响应于发动机关闭请求，从所述第三模式转变到所述第一模式。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一模式、所述第二模式以及所述第三模式中的每一个包括使排气沿第一方向流过所述第一分支、使排气沿第二方向流过所述第二分支以及使排气沿所述第一方向流过所述第三分支，所述第一方向与所述第二方向相反。
14.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第三模式中，所述第一部分与所述第二部分的比率基于驾驶员需求和增压误差。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一模式包括将热从排气传递到所述三元催化剂，以增加催化剂温度。
16.一种发动机系统，其包括：
发动机进气歧管；
排气组件，其具有第一分支、第二分支、第三分支、第一阀以及第二阀；
涡轮增压器，其具有耦接到所述排气组件的所述第一分支的涡轮，所述涡轮连接到压缩机；
底部转换器，其耦接到所述排气组件的所述第二分支；以及
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：
调节所述第一阀和所述第二阀中的每一个，以使排气经由所述第一分支、所述第二分支以及所述第三分支中的每一个流过所述涡轮、所述底部转换器以及三元催化剂中的每一个，其中排气流动的顺序基于发动机温度和发动机负载。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述排气流动包括在第一状况期间，使排气首先流过具有所述三元催化剂的所述第三分支、然后流经具有所述底部转换器的所述第二分支并且然后流经具有所述涡轮的所述第一分支；
在第二状况期间，使排气首先流过具有所述涡轮的所述第一分支、然后流过具有所述底部转换器的所述第二分支并且然后流过具有所述三元催化剂的所述第三分支；
在第三状况期间，使排气的第一部分流过具有所述涡轮的所述第一分支、然后流过具有所述底部转换器的所述第二分支并且然后流过具有所述三元催化剂的所述第三分支，并且使所述排气的第二部分流过所述三元催化剂，绕过所述涡轮和所述底部转换器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一状况包括冷起动状况、所述第二状况包括高于阈值发动机温度和低于阈值发动机负载并且所述第三状况包括高于阈值发动机温度和高于阈值发动机负载，其中所述阈值发动机温度基于催化剂起燃温度。
19.根据权利要求17所述的系统，其中在所述第一状况期间，调节所述第一阀和所述第二阀中的每一个，以使排气沿第一方向流过所述第一分支和所述第三分支并且沿第一方向流过所述第二分支；
在第二状况期间，调节所述第一阀和所述第二阀中的每一个，以使排气沿第一方向流过所述第一分支和所述第三分支并且沿第一方向流过所述第二分支；以及
在第三状况期间，调节所述第一阀和所述第二阀中的每一个，以使所述排气的第一部分沿第一方向流过所述第一分支和所述第三分支并且沿第一方向流过所述第二分支，并且使所述排气的第二部分沿所述第一方向流过所述第三分支，绕过所述第一分支和所述第二分支。
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