CN108005800A - 用于排气再循环和热回收的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于排气再循环和热回收的方法和系统，提供了用于经由单个热交换器的排气热回收和EGR冷却的方法和系统。在一个示例中，一种方法包括基于发动机工况和估计的燃料效率系数选择具有热交换器的发动机排气系统的特定运转模式。燃料效率系数可以考虑来自EGR和排气热回收的燃料效率效益。

Description

用于排气再循环和热回收的方法和系统
技术领域
本发明大体涉及用于经由单个热交换器的排气热回收和排气再循环(EGR)冷却的方法和系统。
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热的排气热回收系统。在排气热交换器处回收的热可以被用于诸如加热汽缸盖和使乘客舱变暖的功能，由此改善发动机和燃料效率。经冷却的排气可以被再循环到进气歧管，并且被用来减少燃料消耗和排气NOx排放物。另外，EGR可以被用来帮助减少低负荷下的节流损失，并且被用来改善爆震容限。EGR冷却器可以被耦接至EGR输送系统，以在再循环排气被输送到进气歧管之前使再循环的排气的温度降下来。
各种方案被提供用于排气热回收和EGR冷却。在一个示例中，如在US20140196454中示出的，Ulrey等人公开了具有后催化剂EGR冷却器的发动机系统，所述后催化剂EGR冷却器可以被适时地用来回收用于给发动机加热的排气热。在冷起动状况下，排气节流阀可以被关闭以引导排气通过EGR冷却器，其中来自排气的热可以被转移到循环通过EGR冷却器的冷却剂。(利用回收的排气热变暖的)冷却剂然后可以被循环通过发动机以增加发动机温度。在这样的冷起动状况下，EGR阀可以被维持在关闭位置中，并且在流过EGR冷却器之后，排气可以经由旁路通道返回到主排气通道。
然而，发明人在此已经认识到上述方案的潜在缺点。作为一个示例，在由Ulrey等人示出的系统中，即使当排气节气门在完全打开位置中，限制不期望的排气流通过EGR输送通道和旁路通道是不可能的。在高于阈值发动机温度和发动机负荷状况下，由于完全绕过热交换器会是不可能的，所以热排气通过冷却剂系统的不期望的流动会不利地影响冷却剂系统的功能。而且，同时控制排气热回收和经冷却的EGR输送以便改善燃料效率也是不可能的。另外，在上面提到的热交换系统中，在热交换器用于EGR冷却的使用期间，冷凝物可以聚集在热交换器中，并且能够经由EGR通道进入进气歧管，不利地影响发动机燃烧稳定性。在延长的发动机关闭时段期间留在热交换器中的冷凝物会冻结，并且也能够引起对EGR系统部件的损坏。
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。一种示例发动机方法包含：使发动机排气系统在第一模式下运转，其中排气经由热交换器流至排气尾管，以及使所述系统在第二模式下运转，其中排气的第一部分再循环到进气歧管，并且所述排气的第二部分经由所述热交换器流至所述排气尾管。以此方式，EGR冷却和排气热回收可以经由共同的热交换器被同时提供。
在一个示例中，一种发动机系统可以被配置有热交换器，所述热交换器被定位在平行于主排气通道设置的排气旁路中催化转化器的下游。转向阀可以被用来使得排气能够被转向到旁路通道内并且通过热交换器。EGR输送通道可以在热交换器的下游被耦接至旁路通道，并且EGR阀可以被耦接至输送通道以控制到进气歧管内的排气流。对转向阀和EGR阀的位置的调整可以针对排气热回收和EGR输送进行协调。例如，在发动机冷起动状况下，排气可以经由热交换器从排气歧管被送至排气尾管。在流动期间，排气热可以被转移到围绕热交换器循环的冷却剂，并且热冷却剂然后可以被用于发动机和车厢加热。在催化剂起燃之后，当经冷却的EGR被请求时，排气可以在流过作为EGR冷却器运转的热交换器之后经由EGR通道被送至进气歧管。基于相对于EGR需求的发动机加热需求，转向阀和EGR阀的位置可以被调整，以使排气的第一部分经由热交换器和EGR输送通道流至进气歧管，同时使排气的第二(其余)部分经由热交换器流至排气尾管。控制器也可以基于在每种模式下燃料效率的比较来调整第一部分相对于第二部分的比。另外，热交换器处的冷凝物形成的水平可以被估计，并且如果冷凝物的水平高于阈值水平，整个体积的排气可以经由热交换器被送至排气尾管，以便将积聚的冷凝物冲洗到大气。冷凝物也可以响应于发动机关闭事件而被冲洗到排气尾管。
以此方式，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。将热交换器耦接在被连接至EGR通道的排气旁路通道的技术效果是排气热回收和EGR流能够被同时提供，增加燃料经济性益处。通过同时提供EGR并且回收用于给发动机和/或乘客舱加热的排气热，燃料效率可以被改善。适时地将在热交换器中积聚的冷凝物冲洗到排气尾管的技术效果是发动机中的水吸入可以被减少，改善燃烧稳定性。而且，通过在发动机关闭之前冲洗热交换器，在冷时段期间热交换器中的水的冻结可以被减少，由此降低EGR部件损坏的可能性。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍所选概念，所选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特征或基本特征，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1A示出了在第一模式下运转的包括具有热交换器的发动机排气系统的发动机系统的示例实施例。
图1B示出了在第二模式下运转的包括具有热交换器的发动机排气系统的发动机系统的示例实施例。
图1C示出了在第三模式下运转的包括具有热交换器的发动机排气系统的发动机系统的示例实施例。
图1D示出了在第四模式下运转的包括具有热交换器的发动机排气系统的发动机系统的示例实施例。
图2示出了用于车辆的冷却剂系统的示例实施例。
图3示出了可以被实施用于调整通过图1A-1D的发动机排气系统的排气流的示例方法的流程图。
图4示出了图示图3的示例方法的延续的流程图，其可以被实施用于进一步调整通过图1A-1D的发动机排气系统的排气流。
图5示出了图示图1A-1D的发动机排气系统的不同运转模式的表格。
图6示出了图1A-1D的发动机排气系统的示例运转。
具体实施方式
以下描述涉及用于改善排气热回收和排气再循环(EGR)冷却的单个热交换器的系统和方法。在图1A-1D中示出了包含具有热交换器的发动机排气系统的示例发动机系统的不同运转模式。在图2中示出了被耦接至图1A-1D的发动机系统的车辆冷却剂系统的示例实施例。发动机控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图3和图4的示例程序)来改变一个或更多个排气系统阀的位置，以调整通过图1A-1D的系统中的热交换器的排气流。示例发动机系统的不同运转模式在图5中被制成表。在图6中示出了图1A-1D的系统的示例运转。
图1A示意地示出了包括发动机10的示例发动机系统100的各方面。在所描绘的实施例中，发动机10是升压式发动机，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，新鲜空气经由空气净化器112沿进气通道42被吸入发动机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100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)21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(air charge)从压缩机流过增压空气冷却器21和节流阀到达进气歧管。在图1中示出的实施例中，进气歧管内空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。
一个或更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)中的一个或更多个。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新鲜空气、在压缩机入口处接收的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91将涡轮上游的至少一些排气压力卸(dump)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废气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致动的或电控制的。在其他实施例中，排气门和进气门中的每一个均可以是凸轮致动的或凸轮控制的。不论是电致动还是凸轮致动，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的正时。
可以通过喷射器66向燃烧室30供应一种或更多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。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1A中示出的，来自一个或更多个排气歧管段的排气可以被引导至涡轮116以驱动涡轮。来自涡轮和废气门的混合流然后流过排放控制装置170和173。在一个示例中，第一排放控制装置170可以是起燃催化剂，而第二排放控制装置173可以是车底催化剂。排气后处理装置170和173可以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更多种物质的量。例如，排气后处理装置170和173可以被配置为，当排气流稀时从排气流捕集NOx，而当排气流富时还原被捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理装置170和173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，排气后处理装置170和173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可选地被分开地或一起布置在排气后处理级(exhaust after-treatment stage)中的涂层中。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颗粒。
来自排气后处理装置170和173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。发动机排气系统150的旁路通道174的一端可以在第一接合点106处被耦接至第二排放控制装置173下游的主排气通道102。旁路通道174可以从第二排放控制装置173的下游延伸至消声器172的上游，旁路通道174的另一端可以在第二接合点107处被耦接至主排气通道102。旁路通道174可以被布置为平行于主排气通道102。热交换器176可以被耦接至旁路通道174，以对经过旁路通道174的排气进行冷却。在一个示例中，热交换器176是水-气体交换器。发动机冷却剂系统155可以被耦接至排气热交换器176用于排气热回收和EGR冷却。发动机冷却剂可以经由冷却剂入口管路160进入热交换器176，并且在循环通过热交换器176之后，冷却剂可以经由冷却剂出口管路162返回到发动机或可以被送回到加热器芯体。排气再循环(EGR)输送通道180可以在热交换器176下游的接合点108处被耦接至排气旁路通道174，以在压缩机114的上游为发动机进气歧管提供低压EGR(LP-EGR)。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116的上游被吸取并在压缩机114的下游被再循环到发动机进气歧管。一个或更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更多个温度传感器、压力传感器、湿度传感器和空燃比传感器55-57来进行推测。在一个示例中，空燃比传感器57是进气氧传感器。排气可以经由主排气通道102和旁路通道174中的一个或更多个从第二排放控制装置173的下游流至消声器172。
在第一接合点106与第二接合点107之间被耦接至主排气通道102的转向阀175可以被用来调节流过旁路通道174的排气部分。EGR阀52可以在EGR通道180与进气通道42的接合点处被耦接至EGR通道180。EGR阀52可以被打开，以允许受控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阀或开/闭阀。根据诸如发动机温度的工况，排气的一部分可以被转向通过旁路通道174并且之后到达排气尾管35，而其余部分经由EGR通道180和排气再循环(EGR)阀52被从旁路通道转向到压缩机114的入口。转向阀175和EGR阀52的开度可以被调节和协调，以控制通过旁路通道174和热交换器176的排气的流动，使得当被需要时，排气回收和EGR流能够被同时提供。
当排气热在热交换器处被回收时，冷凝物可以开始在热交换器中积聚，所述冷凝物在进入发动机燃烧室后可以引起燃烧不稳定性。在一个示例中，在热交换器中积聚的冷凝物的水平可诸如基于被耦接至热交换器的湿度传感器的输出来估计。在另一示例中，冷凝物水平可以基于来自排气温度和压力传感器128和129的输入来估计，或基于发动机工况来建模。为了减少冷凝物的吸入，EGR输送通道180可以被设计为在相对于旁路通道174被升高的位置处输送EGR，使得冷凝物的较大液滴不进入进气歧管，但是由于重力而被限制于旁路通道174。如本文中使用的，EGR通道处于升高的位置包括EGR输送通道位于车辆发动机罩下区域中的参照地平面(例如，车辆正在行进的道路的表面)相比于旁路通道的位置(或平面)更高的位置(或平面)处。而且，水滴可以被送至存储区域，在被适时地冲洗到排气尾管之前它们被存储在所述存储区域中。在一个示例中，EGR输送通道180可以经过具有托盘的高容积腔室。当排气流过腔室时，流速可以降低并且水滴可以积聚在托盘上。在另一示例中，由于水滴相对于排气流具有相对较高的惯性，离心机或EGR输送通道180中的弯曲(bend)被用来迫使水滴冲击到输送通道180的表面上。EGR输送通道180中的弯曲或离心机可以将水运送到被填充有干燥剂介质(诸如硅胶)或吸水表面涂层的托盘，以确保冷凝物滴保持附接至水移除装置的表面。
当积聚的冷凝物的量增加至阈值量之上时，容纳冷凝物的存储区域、托盘和/或热交换器可以被适时地冲洗。在一个示例中，在当发动机正在未供给燃料地自旋时的状况期间(诸如在DFSO事件期间或在发动机关闭期间)，发动机控制器可以完全打开EGR阀以将冷凝物送入到发动机进气歧管内，并且冷凝物可以在进入暖发动机后蒸发。一旦确认发动机温度足够高(例如，高于阈值)并且发动机失火事件的可能性低时，可以实施这种技术进行冲洗。而且，在当较高的发动机功率被期望时或当发动机在被供给燃料地运转时的状况期间，这种冲洗技术可以不被使用。气态水蒸气可以连同排气流一起从发动机中移除。在另一示例中，响应于热交换器中高于阈值的冷凝物积聚，控制器可以将转向阀移位到使所有排气都转向到旁路通道内的位置，并且关闭EGR阀以使基本上所有热排气都经由热交换器流至排气尾管。可以通过热排气将积聚的冷凝物从热交换器驱出至大气。而且，在接收发动机关闭请求后，控制器可以经由热交换器将热排气送至排气尾管以通过排气尾管移除冷凝物。以此方式，在较长的发动机关闭阶段期间，可以减少热交换器处的冷凝物的冻结。
图1A示出了发动机系统在第一运转模式下的运转。第一运转模式表示实现排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第一设定。在第一运转模式下，转向阀175可以在第一(完全打开)位置中，并且EGR阀52可以在关闭位置中。当在第一运转模式下时，由于转向阀175的第一位置，离开第二排放控制装置173的整个体积的排气可以在第一接合点106处进入旁路通道。排气然后可以流过热交换器176，并且然后在第二接合点107处返回到主排气通道。由于EGR阀52的关闭位置，排气不会流入EGR通道180，并且整个体积的排气可以重新进入主排气通道102。在重新进入主排气通道102之后，排气可以在被释放到大气之前流过消声器172。当排气经过热交换器176时，来自热排气的热可以被转移到循环通过热交换器176的冷却剂。在热从排气转移到冷却剂后，变暖的冷却剂可以被循环回到发动机(诸如当发动机加热被需要时)和/或循环通过加热器芯体以用于给车辆的乘客舱加热(诸如当车厢加热被需要时)。
发动机系统可以在冷起动状况期间在(如在上面描述的)第一运转模式下进行运转。在这个时间期间，EGR可以不被期望用于发动机运转，并且来自排气的全部热都可以被用于给车辆部件加热。来自排气的冷凝物可以在热交换器处积聚但是随着排气流向排气尾管，积聚的冷凝物可以利用排气被移除到大气。通过调整排气流以将热排气传送通过热交换器176，来自排气的热可以通过循环通过热交换器176的冷却剂来回收。从排气提取的热可以被用于发动机暖机，以及用于为乘客舱提供热。以此方式，通过使用排气热用于车厢加热，车厢加热性能可以在冷起动状况期间被改善。
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可以包括位于涡轮116上游的排气氧传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、热交换器湿度传感器、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、和发动机冷却剂温度传感器。其他传感器(诸如额外的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器、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、转向阀175、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，并且基于被编程在其中的对应于一个或更多个程序的指令或代码，响应于经处理的输入数据而来触发各种致动器。例如，基于发动机工况和EGR要求，控制器12可以发送信号以调整转向阀175的位置和EGR阀52的位置，以改变被引导到进气歧管的排气相对于经由热交换器176被引导到排气尾管的排气的比。而且，基于发动机工况，EGR阀52的开度可以被调整以将期望量的EGR从排气旁路通道吸入发动机进气歧管。用于排气流调节的示例控制程序参照图3和图4进行描述。
图1B示出了发动机系统100在第二运转模式下的运转的示意图120。之前在图1A中介绍的部件被类似地编号，并不被重新介绍。
第二运转模式表示实现排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第二设定。在第二运转模式下，转向阀175可以在第一位置中，并且EGR阀52可以在打开位置中。当在第二运转模式下时，由于转向阀175的第一位置(完全打开)，所以离开第二排放控制装置173的整个体积的排气可以在第一接合点106处进入旁路通道。整个体积的排气然后可以流过热交换器176。在离开热交换器176后，排气的第一部分可以在接合点108处进入EGR输送通道180以经由EGR阀52被输送到发动机进气通道42，并且排气的第二部分可以经由第二接合点107返回到主排气通道。随着EGR阀的打开程度被增加，排气的进入EGR输送通道的第一部分可以相对于排气的经由转向阀返回到主排气通道的第二部分增加。在重新进入主排气通道102之后，排气的第二部分可以在被释放到大气之前流过消声器172。当排气经过热交换器176时，来自热排气的热可以被转移到循环通过热交换器176的冷却剂。在热从排气转移到冷却剂后，变暖的冷却剂可以被循环回到发动机(诸如当发动机加热被需要时)和/或循环通过加热器芯体用于给车辆的乘客舱加热(诸如当车厢加热被需要时)。向进气通道42输送的EGR可以在热交换器处被至少部分地冷却。
在排气后处理催化剂170和173已经到达其起燃温度之后，发动机系统可以在(如在上面描述的)第二运转模式下进行运转。通过提供EGR，燃料效率和排放质量可以被改善。在热交换器处从排气提取的热可以被用于进一步的发动机暖机，并且被用于为乘客舱提供热，由此减少(用于使诸如加热器的辅助系统运转的)发动机功率的寄生使用并且改善燃料效率。
在该第二运转模式下，EGR输送和排气热回收可以被同时执行(EGR与排气热回收重叠)。燃料效率系数可以基于从仅提供EGR(没有排气热回收)估计的燃料效率效益与在排气热回收的同时提供EGR的燃料效率效益的比较来计算。因此，当EGR的一部分从热交换器的下游被吸取，并且其余部分被返回到主排气通道时，正在被再循环到发动机进气装置的排气的温度可以高于仅当吸取EGR(并没有排气被返回到主排气通道)时被再循环到发动机进气装置的排气的温度(因为整个体积的排气在热交换器处被冷却)。(当仅一小部分排气经由热交换器176被输送时提供的)较低温度的EGR可以提供较高的效率，然而由于经由热交换器的排气流的体积较低，排气热回收可以较低。转向阀175的位置可以被致动到完全打开(第一)位置，以使整个体积的排气流过热交换器176用于(部分冷却的)EGR和排气热回收两者(第二运转模式)，或被致动到完全关闭(第二)位置，以使排气的一部分流过热交换器176仅用于(完全冷却的)EGR，且具有较低的排气热回收(将关于第三运转模式进行讨论)。每种情况的燃料效率效益可以基于被再循环的排气量、被再循环的排气的温度、以及被用于发动机加热(和乘客舱加热)的排气热的量中的每一个。燃料效率效益可以随着被再循环的排气量的增加、被再循环的排气的温度的降低、以及被用于发动机加热和乘客舱加热的排气热的量的增加中的每一个而增加。在一个示例中，(作为EGR被输送的)排气的第一部分与(被送至排气尾管的)排气的第二部分的比可以基于所请求的EGR量(基于期望的稀释水平)来确定。在一个示例中，被再循环到进气歧管的排气的第一部分可以被增加，并且对应地，被送至排气尾管的排气的第二部分可以随着所请求的EGR量增加而被减少。基于经确定的比，EGR阀52的开度可以被调整，所述开度随着第一部分增加而被增加，所述开度随着第二部分增加而被减小。
图1C示出了发动机系统100在第三运转模式下的运转的示意图140。之前在图1A中介绍的部件被类似地编号，并不被重新介绍。
第三运转模式表示实现排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第三设定。在第三运转模式下，转向阀175可以在第二(完全关闭)位置中，并且EGR阀52可以在打开位置中。当在第三运转模式下时，由于EGR阀52的打开位置和转向阀175的第二位置，离开第二排放控制装置173的排气的第一部分可以在第一接合点106处进入旁路通道，但是不会经由第二接合点107返回到主排气通道。排气的第二(其余)部分不会进入旁路通道，但是可以经由消声器172直接流至排气尾管。在热交换器176处被冷却之后，排气的第一部分可以在接合点108处进入EGR输送通道180。EGR可以经由EGR输送通道180和EGR阀52被输送到发动机进气歧管。由于在该模式下仅一小部分排气流过热交换器，排气在更大的程度上被冷却。因此，在第三运转模式下被输送的EGR的温度可以低于在第二运转模式下输送的EGR的温度。冷却剂从流过热交换器的排气的第一部分回收的热可以基于发动机加热和车厢加热需求而被用于发动机加热和/或车辆车厢加热。
响应于对EGR的需求并无对发动机或车厢加热的需求，发动机系统可以在(如在上面描述的)第三运转模式下进行运转。通过响应于稀释需求而提供较冷的EGR，燃料效率和排放质量可以被改善。
当存在对排气热回收的需要时，如果基于同时提供部分冷却的EGR和排气热回收的燃料效率效益估计的第一燃料效率系数低于基于通过提供经冷却的EGR而无额外的排气热回收(除了通过对EGR进行冷却回收的热外)实现的燃料效率效益估计的第二燃料效率系数，发动机系统可以在第三运转模式下进行运转。如果推测第二燃料效率系数高于第一效率系数，则当发动机和车厢加热需求较低并且可以使用从EGR冷却回收的热来基本上实现时，发动机系统可以在第三模式下进行运转以提供经冷却的EGR。排气的(作为EGR被输送的)第一部分与排气的(在不进行冷却的情况下被直接送至排气尾管的)第二部分的比可以基于期望的EGR量来确定，所述期望的EGR量进一步基于诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的发动机工况。在一个示例中，控制器可以通过直接考虑诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的参数的确定来确定EGR量。在另一示例中，控制器可以通过使用查找表计算来确定EGR水平，其中查找表的输入为发动机负荷、发动机转速、发动机温度等中的一个或更多个，输出为EGR量。
基于经确定的比，EGR阀52的开度可以被调节，以允许期望量的排气进入旁路通道174和EGR输送通道180。
图1D示出了发动机系统100在第四运转模式下的运转的示意图160。之前在图1A中介绍的部件被类似地编号，并不被重新介绍。
第四运转模式表示实现排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第四设定。在第四运转模式下，转向阀175可以在第二位置中，并且EGR阀52可以在关闭位置中。当在第四运转模式下时，由于转向阀175的第二(完全关闭)位置和EGR阀的关闭位置，离开第二排放控制装置173的整个体积的排气不会进入旁路通道174，并且可以经由消声器172直接流至排气尾管35。在该运转模式下，不存在通过热交换器176的排气流，并且不存在排气热回收。
在高于阈值发动机负荷状况期间并且在发动机和乘客舱升温已经被实现之后，发动机系统可以在在(如在上面描述的)第四运转模式下进行运转。在这样的高于阈值发动机负荷状况下，较高的发动机功率输出可以被期望，并且EGR可以不被请求用于发动机运转。而且，由于发动机和乘客舱升温已经被实现，进一步的排气热回收可以不被期望。
以此方式，发动机控制器可以基于发动机温度、发动机负荷和燃料效率系数中的每一个在发动机排气系统的第一运转模式、第二运转模式、第三运转模式与第四运转模式之间进行选择。例如，第一模式可以在低于阈值发动机温度期间(诸如在冷起动状况期间)被选择。在实现催化剂起燃之后并且在具有低于阈值发动机负荷的发动机运转期间，第一燃料效率系数可以基于通过使发动机排气系统在第二模式下运转实现的燃料效率效益来估计，并且第二燃料效率系数可以基于通过使发动机排气系统在第三模式下运转实现的燃料效率效益来估计。第一燃料效率系数可以与第二燃料效率系数进行比较，并且两个燃料效率系数中的较高者可以被选择。第四模式可以在催化剂起燃之后响应于发动机运转具有高于阈值发动机负荷而被选择。
图1A-1D的发动机排气系统的运转的四种示例模式在图5中被制成表格。表格500的线502示出了对应于如在图1A中描述的发动机排气系统在第一模式下的运转的设定，线504示出了对应于如在图1B中描述的发动机排气系统在第二模式下的运转的设定，线506示出了对应于如在图1C中描述的发动机排气系统在第三模式下的运转的设定，并且线508示出了对应于如在图1D中描述的发动机排气系统在第四模式下的运转的设定。
图2示出了机动车辆6中的冷却剂系统5的示例实施例200。冷却剂系统5使发动机冷却剂循环通过内燃发动机10，并且经由冷却剂管路84将来自排气热交换器54的回收热分配到内燃发动机10。冷却剂系统5经由冷却剂管路89使来自燃烧发动机10的发动机冷却剂循环到加热器芯体90，并且还经由冷却剂管路82循环到散热器80和/或散热器旁路管路87。经由冷却剂管路82离开散热器80的冷却剂流和经由冷却剂管路87绕过散热器的冷却剂流可以在恒温器阀38处汇集，所述恒温器阀38控制散热器80与散热器旁路管路87之间的流动分离。在一个示例中，冷却剂系统5可以是冷却剂系统155，并且排气热交换器54可以是图1A-1D中的热交换器176。
具体地，图2示出了冷却剂系统5，所述冷却剂系统5被耦接至发动机10，并且使发动机冷却剂从发动机10循环通过排气热交换器54，并且经由发动机驱动的(或电动)水泵86循环到散热器80和/或散热器旁路管路87，并且循环回到发动机10。第一冷却剂管路84可以将发动机耦接至热交换器54。来自热交换器54的冷却剂可以经由第一冷却剂回路84被循环到发动机10。水泵86可以经由前端附件驱动装置(FEAD)37被耦接至发动机，并且经由带、链等与发动机转速成比例地被旋转。具体地，水泵86使冷却剂循环通过汽缸体、盖等中的通道以吸收发动机热，通过恒温器阀38调节，所述发动机热然后经由散热器80被转移到环境空气。在泵86是离心泵的示例中，所产生的压力(和因而产生的流动)可以与曲轴转速成比例，所述曲轴转速可以与发动机转速成正比。冷却剂的温度可以通过恒温器阀38来调节，所述恒温器阀38可以被保持关闭直至冷却剂到达阈值温度，由此在被关闭时减少从散热器80到环境空气的热量转移。
在流过发动机10之后，冷却剂可以经由冷却剂管路89离开发动机，并且加热的发动机冷却剂然后可以流至加热器芯体90。在循环通过加热器芯体90之后，冷却剂经由冷却剂管路89返回到发动机。经由恒温器阀38调节，经由冷却剂管路82离开发动机的冷却剂可以流过散热器80或流过散热器旁路管路87，其中在发动机温度(冷却剂温度)在阈值温度之下时的状况期间流动被引导通过散热器旁路管路87。
风扇93可以被耦接至散热器80，以便根据需要来增加通过散热器80的气流，以将冷却剂温度维持在期望的阈值之下。在一些示例中，风扇速度可以由发动机控制器直接控制。替代地，风扇93可以被耦接至发动机，并且由它来直接驱动。
排气热交换器54可以被用来在冷起动状况期间和当发动机和/或车厢加热可以被期望时从排气提取热。在一个示例中，发动机冷却剂可以被循环通过热交换器54，来自排气的热可以被转移到发动机冷却剂，并且然后加热的冷却剂(利用提取的排气热来加热)可以经由第一冷却剂回路84被传送通过发动机10。冷却剂然后可以经由冷却剂管路89被循环通过加热器芯体90。来自发动机冷却剂的热可以被转移到发动机10和/或加热器芯体90，并且发动机10(包括汽缸壁和活塞)和乘客舱4可以使用从发动机冷却剂吸取的热来加热。在流过加热器芯体之后，冷却剂经由冷却剂管路89返回到发动机10。经由冷却剂管路82离开发动机的冷却剂可以流过散热器80和/或散热器旁路管路87。在流过散热器80之后，冷却剂经由恒温器阀38返回到发动机10，而经由散热器旁路管路87绕过散热器的冷却剂也经由恒温器阀38返回到发动机10。
排气再循环(EGR)系统50可以经由排气热交换器54和EGR通道59将期望部分的排气从排气歧管48传送至进气歧管44。在EGR输送期间，排气热交换器54可以被用作EGR冷却器，并且向进气歧管输送的EGR可以在排气热交换器54处被冷却。在对EGR进行冷却之后，冷却剂可以被传送至发动机10，并且然后被传送至加热器芯体90、散热器旁路管路87和/或散热器80。在发动机加热和/或乘客舱加热被期望的状况下，排气热可以被用来经由如之前描述那样经由热交换器54将热量转移到冷却剂来增加发动机温度和乘客舱4温度。向进气歧管44提供的EGR量可以由控制器12经由EGR阀51来改变。另外，EGR传感器(未示出)可以被布置在EGR通道59内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。
以此方式，图1A-1D和图2的系统提供了一种发动机系统，其包含：发动机进气歧管；发动机排气系统，所述发动机排气系统具有排气通道和旁路通道，所述排气通道包括排气湿度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、排气催化剂和消声器，所述旁路通道从所述催化剂的下游到所述消声器的上游被耦接至所述排气通道，所述旁路通道包括热交换器；冷却剂系统，所述冷却剂系统被流体地耦接至所述热交换器、汽缸体和加热器芯体，所述冷却剂系统包括发动机冷却剂温度传感器；转向阀，所述转向阀耦接到所述排气通道，以调节经由所述旁路通道的排气流；EGR通道，所述EGR通道具有EGR阀，用于在所述热交换器的下游将排气从所述旁路通道再循环到所述进气歧管；以及控制器，所述控制器具有被存储在非临时性存储器上用于以下操作的计算机可读指令：经由所述发动机冷却剂温度传感器估计发动机温度；以及响应于低于阈值发动机温度，关闭所述EGR阀并且将所述转向阀移位到第一位置以使所述发动机排气系统在第一模式向下运转，使得排气流从催化剂的下游经由所述旁路通道和所述热交换器到所述消声器，将热从流过所述热交换器的排气转移到所述冷却剂系统，并且基于发动机加热需求和乘客舱加热需求，经由所述加热器芯体将所述热转移到所述发动机和/或乘客舱。在发动机温度高于所述阈值发动机温度之后，可以估计对应于使所述发动机排气系统在第二模式下运转的第一燃料效率系数，可以估计对应于使所述发动机排气系统在第三模式下运转的第二燃料效率系数，所述第一燃料效率系数可以与所述第二燃料效率系数进行比较。响应于所述第一燃料效率系数高于所述第二燃料效率系数，可以将所述EGR阀从关闭位置转变为打开位置同时将所述转向阀维持在所述第一位置中，以使得经由所述热交换器排气的第一部分能够流至所述进气歧管，并且排气的第二部分流至所述消声器，并且响应于所述第二燃料效率系数高于所述第一燃料效率系数，可以将EGR阀从关闭位置转变为打开位置并且可以将所述转向阀从所述第一位置转变为所述第二位置，以使得排气的第三部分能够经由所述热交换器流至所述进气歧管并且使得排气的第四部分能够流至所述消声器。
图3图示了可以被实施用于调整通过图1A-1D的发动机排气系统的排气流的第一示例方法300。用于执行方法300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器上的指令并且配合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1A-1D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、节气门位置、排气压力、排气空燃比等。
在304处，程序包括确认发动机冷起动状况。当发动机在长时间的发动机停用之后被起动时、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，发动机冷起动状况可以被确认。在冷起动状况下，加快的发动机加热可以被期望以减少冷起动排放。此外，乘客舱加热可能被车辆操作者所期望。此外，在发动机冷起动期间，排气再循环(EGR)可以不被期望。
如果发动机冷起动状况被确认，程序移动到306以便使发动机排气系统在第一运转模式下运转。如关于图1A描述的那样在第一模式下运转包括，在307处，将EGR阀(诸如图1A中的EGR阀52)致动到关闭位置，并且在308处，将被耦接至旁路通道(诸如图1A中的旁路通道174)与主排气通道的接合点的转向阀(诸如图1A中的转向阀175)移位到将排气流转向到旁路通道内的第一位置(在本文中也被称为完全打开的转向阀位置)。
由于转向阀的第一位置，在309处，离开催化剂的整个体积的排气可以从主排气通道进入旁路通道，并且流过被容纳在旁路通道中的热交换器(诸如图1A中的热交换器176)。由于EGR阀的关闭位置，经由EGR通道从排气通道到发动机进气歧管的排气流可以被禁用。因此，在经过热交换器之后，排气可以经由转向阀返回到消声器上游的主排气通道。
在312处，在排气流通过热交换器期间，排气热可以在热交换器处被回收。具体地，来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却剂。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剂，大量排气热能够被用来使排气催化剂变暖(并且由此激活)，而在加热排气催化剂之后剩余的排气热能够被有利地用来加快发动机加热。具体地，其余的排气热能够被用来使循环通过热交换器的冷却剂变暖，并且变暖的冷却剂然后被循环通过发动机和/或通过加热器芯体使得热能够被用于给车辆系统的其他部件加热。例如，如果在冷起动下由于车辆车厢温度低于期望的温度，车辆操作者请求车厢加热，则变暖的冷却剂可以被循环通过加热器芯体，并且车厢加热可以被提供。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)，热可以从加热器芯体被转移到车厢。例如，空气可以经由加热器芯体被吸入车厢，由此使得车厢能够变暖。变暖的冷却剂也可以被循环到汽缸体和汽缸盖以使发动机温度升高，由此改善冷状况期间的发动机性能。
如果确定冷起动状况不是普遍的，在314处，程序包括确定EGR是否被请求用于发动机运转。在(一个或多个)排气催化剂已经到达其相应的(一个或多个)起燃温度并且最佳地起作用之后，EGR可以被期望。EGR可以被请求以到达期望的发动机稀释，由此改善燃料效率和排放质量。所请求的EGR量可以基于包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的发动机工况。例如，控制器可以参考查找表，所述查找表具有作为输入的发动机转速与负荷，并且具有作为输出的对应于应用于EGR阀的打开程度的信号，所述打开程度提供对应于输入的发动机转速-负荷的稀释量。在其他示例中，控制器可以依赖于将发动机负荷的改变与发动机的稀释要求的改变相关联并且进一步将发动机的稀释要求的改变与EGR要求的改变相关联的模型。例如，随着发动机负荷从低负荷增加至中等负荷，EGR要求可以增加，并且然后随着发动机负荷从中等负荷增加至高负荷，EGR要求可以降低。
如果确定EGR被请求用于发动机运转(诸如在低-中等负荷区域处)，在316处，发动机加热需求可以被确定，并且发动机稀释需求可以被检索。如在上面讨论的，发动机稀释需求指的是在发动机中请求的EGR量。发动机加热需求可以指的是将汽缸壁和活塞维持在燃料汽化被改善并且碳烟排放被减少的温度所需的发动机加热的量。发动机加热需求可以进一步包括如由车辆操作者所请求的车厢加热需求。因此，发动机加热由正在被循环通过汽缸体和加热器芯体的变暖的冷却剂来提供。
排气系统的运转模式可以基于来自排气热回收与EGR使用的燃料效率效益的比较来进行选择。在对于EGR的需求期间，发动机排气系统可以在第二模式或第三模式下进行运转。在第二模式和第三模式两者期间，EGR阀的开度基于EGR需求来调整以使排气的第一部分再循环到发动机进气装置，其中在第二模式期间，排气的第二其余部分经由热交换器流至排气尾管，并且其中在第三模式期间，排气的第二部分绕过热交换器直接流至排气尾管。
如本文中详述的，当除了发动机加热外还需要EGR时，排气系统可以在热交换器充当用于排气热回收的热交换器以及EGR冷却器两者的模式下进行运转。在其中，为了改善燃料效率，当使排气系统在组合的排气热回收和EGR模式(第二模式)下运转时，排气热可以被回收用于给车辆部件加热，同时再循环部分冷却的排气用于发动机运转。然而，在组合的排气热回收和EGR模式期间，由于大量排气流过热交换器，排气在输送到发动机进气歧管之前可以不被完全冷却，导致部分冷却的EGR。在当EGR被需要时的状况期间，即使发动机加热不被明确地需要(诸如当发动机充分暖时)，控制器也可以比较没有同时的排气热回收时提供的较冷的EGR的效率、或有同时的排气热回收时提供的部分冷却的EGR的效率。作为一个示例，在当充气加热被期望(用于燃烧)以改善发动机性能和排放水平时(诸如当发动机使用燃料的进气道喷射相对于燃料的直接喷射的较高的比时)的状况下，部分冷却的EGR会是合适的。作为另一示例，在高于阈值环境湿度状况期间，部分冷却的EGR会是合适的，使得热交换器处的冷凝物形成能够被减少。替代地，如果提供经冷却的EGR的燃料效率较高，EGR可以通过使排气系统在仅EGR模式(第三模式)下运转来提供，其中经冷却的EGR被输送到进气歧管。当在第三模式下运转时，在EGR冷却期间由冷却剂回收的排气热也可以被用于发动机和/或车厢加热。在一个示例中，第二模式下的操作包括以相对于直接喷射的较高的进气道喷射量运转，并且第三模式下的操作包括以相对于直接喷射的较低的进气道喷射量运转。在第二模式期间被再循环到发动机进气装置的EGR的温度高于在第三模式期间被再循环到发动机进气装置的EGR的温度。因此，当EGR需求在较低的发动机温度下被接收时，第二模式可以被选择，并且当EGR需求在较高的发动机温度下被接收时，第三模式可以被选择。在第二模式期间，冷却剂可以被循环通过热交换器，并且来自排气的第一部分和第二部分中的每一个的热可以被转移到冷却剂，并且基于发动机加热需求，来自冷却剂的热可以被转移到汽缸体；以及在第三模式期间，冷却剂可以被循环通过热交换器，并且仅来自排气的第一部分的热可以被转移到冷却剂，并且来自冷却剂的热也可以被转移到汽缸体。
第一燃料效率系数可以基于通过提供较冷的EGR以及较低的排气热回收的燃料效率效益来估计。第二燃料效率系数可以基于来自提供部分冷却的EGR和较高的排气热回收(以被用于发动机加热、乘客舱加热等)的燃料效率效益来估计。由于在第二模式下，较多量的排气流过热交换器，排气热回收相比于当较少量的排气(EGR)流过热交换器时的第三模式更高。控制器可以通过直接考虑从EGR和排气热回收中的每一个实现的燃料效率效益的确定来确定燃料效率系数。控制器可以替代地基于使用查找表的计算来确定燃料效率系数，其中输入为从EGR和排气热回收中的每一个实现的燃料效率效益和输出为燃料效率系数。
第一燃料效率系数与第二燃料效率系数可以被比较，并且具有更高效率系数的运转模式可以被选择。作为一个示例，控制器可以基于为燃料效率系数的函数的逻辑规则进行逻辑确定(例如，关于运转模式的确定)。在一个示例中，即使在对于排气热回收的需求期间，如果确定较高的燃料效率效益可以通过提供较冷的EGR以及较低的排气热回收来实现，控制器可以使排气系统在EGR模式下运转，同时使用回收的热以及固有的发动机热和一个或更多个补充加热器用于发动机和/或乘客舱加热。
在318处，程序包括基于发动机工况和燃料效率效益确定组合的EGR和排气热回收是否被期望。如果第二燃料效率系数高于第一燃料效率系数，组合的热回收和EGR可以被选择。替代地，如果存在EGR需求和同时的发动机加热或车厢加热需求，组合的热回收和EGR可以被选择。
如果确定EGR输送和排气热回收两者都被期望，程序移动到320以便使排气系统在第二运转模式下运转。如关于图1B描述的那样在第二模式下运转包括，在321处，将EGR阀致动到打开位置，并且在322处，将转向阀致动到经由热交换器到进气歧管(作为EGR)和到排气尾管的同时的排气流被实现的第一位置。EGR阀的打开程度基于所期望的EGR量来调整，EGR阀开度随着所期望的EGR量增加而被增加。
由于转向阀的第一位置，在324处，整个体积的排气可以从主排气通道进入旁路通道，并且流过热交换器。在离开热交换器后，由于EGR阀的打开，排气的第一部分可以进入EGR输送通道以经由EGR阀被输送到发动机进气通道，并且排气的第二部分可以经由转向阀返回到主排气通道。在重新进入主排气通道之后，排气的第二部分可以流过消声器，并且离开到达大气。由于整个体积的排气流过热交换器，向进气通道输送的EGR(作为第一部分)可以被部分地冷却。在第二模式下的运转期间，第一部分与第二部分的比可以基于所期望的EGR量。在一个示例中，第一部分可以随着所期望的EGR量增加而被增加，并且第二部分可以被对应地减少。
在326处，来自热排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却剂。变暖的冷却剂可以被循环回到发动机用于进一步的发动机升温，和/或回收的热可以被转移到加热器芯体以便基于车厢加热需求给车辆的乘客舱加热。
如果(在318处)确定组合的EGR和排气热回收不被期望，可以推测经冷却的EGR输送而没有排气热回收可以被期望用于发动机运转，并且程序可以进入到步骤328。在一个示例中，如果(如在316中估计的)第一燃料效率系数高于第二燃料效率系数，则在没有排气热回收的情况下的经冷却的EGR输送可以被期望。在另一示例中，在需要EGR并且发动机加热需求已经满足的状况下，在没有排气热回收的情况下的经冷却的EGR输送可以被期望。在328处，排气系统可以在第三运转模式下进行运转。如关于图1C描述的那样在第三模式下运转包括，在329处，将EGR阀致动到打开位置，并且在330处，将转向阀致动到第二位置以实现经由热交换器从主排气通道到进气通道的期望量的排气流。EGR阀的打开程度可以基于所期望的EGR量来调整。
由于转向阀的第二位置，在330处，排气的第一部分可以从主排气通道进入旁路通道，并且流过热交换器但是不会经由转向阀返回到主排气通道。在离开热交换器后，由于EGR阀的打开，排气的第一部分可以进入EGR输送通道以经由EGR阀被输送到发动机进气通道。排气的第二(其余)部分不会进入旁路通道，但是可以经由主排气通道直接流至排气尾管。向进气通道输送的EGR可以在热交换器处被冷却。由于在该模式下仅一小部分排气流过热交换器，排气在更大的程度上被冷却，导致较冷的EGR。从流过热交换器的EGR回收的热可以基于发动机加热和车厢加热需求而被用于发动机加热和/或车厢加热。排气的(作为EGR被输送的)第一部分与排气的(在不进行冷却的情况下被直接传送至排气尾管的)第二部分的比可以基于EGR需求来确定。基于经确定的比，EGR阀的开度可以被调节以允许期望量的排气进入旁路通道并且随即到达EGR输送通道。
如果(在314处)确定EGR不被期望用于发动机运转，排气系统可以在第四模式和第一模式中的一种下进行运转。在332处，运转模式可以基于发动机工况(包括发动机负荷和热交换器中的冷凝物水平中的每一个)来进行选择。当排气流过热交换器时，来自热排气的水可以在热交换器处冷凝，并且冷凝物可以被适时地冲洗，使得水不被吸入到发动机内引起燃烧不稳定性。在一个示例中，当冷凝物水平高于阈值水平时，第一模式被选择以实现冷凝物到排气尾管的快速冲洗。否者，当发动机负荷高于阈值发动机负荷时，即使冷凝物水平低于阈值，第四模式也被选择。排气系统的运转模式的选择的细节在图4处被进一步讨论。
图4图示了可以被实施用于进一步调整通过图1A-1D的发动机排气系统的排气流的示例方法400。方法400是图3的方法300的延续，并且可以在图3的步骤332处被执行。
在402处，发动机负荷可以基于驾驶员需求来估计。驾驶员需求可以基于来自踏板位置传感器的输入来确定。在一个示例中，控制器可以通过直接考虑经确定的驾驶员需求的确定来估计发动机负荷，诸如随着增加的驾驶员需求而增加发动机负荷。控制器可以替代地基于使用查找表的计算来估计发动机负荷，其中输入为踏板位置和输出为发动机负荷。在404处，程序包括确定当前的发动机负荷是否高于阈值负荷。阈值发动机负荷可以对应于这样的负荷，高于该负荷时更高的发动机功率被期望并且排气再循环(EGR)可以不被需要。在较高的发动机负荷下，发动机稀释需求较低。在这样的状况下，EGR输送能够导致燃烧不稳定性和降低的发动机功率。
如果确定发动机负荷高于阈值负荷，在406处，排气系统可以在第四运转模式下进行运转。如关于图1D描述的那样在第四模式下运转包括，在407处，将EGR阀致动到完全关闭位置，并且在408处，将转向阀致动到经由主排气通道引导排气流被启用的第二位置。
由于转向阀的第二位置和EGR阀的关闭位置，流过排气通道的排气不会进入旁路通道，并且可以经由消声器直接流至排气尾管。在该运转模式下，不存在通过热交换器的排气流，并且排气热不会被回收。而且，当使排气系统在该第四模式下运转时，EGR不被输送。
如果确定发动机负荷低于阈值发动机负荷，在412处，在热交换器中积聚的冷凝物的水平可以被估计。而且，EGR输送通道中的指定的冷凝物收集区域中的冷凝物水平可以被估计。在一个示例中，冷凝物水平可以由控制器基于来自排气系统传感器(包括湿度、温度和压力传感器)的输入被直接估计，诸如通过使用将传感器输入作为输入参数的模型或算法。在另一示例中，冷凝物水平可以使用查找表来确定，其中排气系统湿度、排气温度和排气压力可以被用作输入，而冷凝物水平可以是输出。因此，热交换器处的冷凝物水平可以随着环境湿度的增加、排气温度的降低、以及热交换器处的排气压力的降低而增加。在又一示例中，冷凝物形成的速率的估计可以基于热交换器处的排气流率和冷却剂温度来确定，并且冷凝物水平可以从冷凝物形成的速率来计算。冷凝物水平可以随着冷凝物形成的速率的增加而增加，所述冷凝物形成的速率的增加进而可以由于排气流率的增加和冷却剂温度的降低而被引起。
在414处，程序包括确定冷凝物水平是否高于阈值冷凝物水平。阈值冷凝物水平可以对应于这样的水平，高于该水平时水可以进入燃烧室并且引起失火和燃烧不稳定性。如果确定热交换器中的冷凝物水平高于阈值水平，在414处，排气系统可以在第一模式下进行运转，其中转向阀在通过热交换器的排气流被实现的第一位置中并且EGR阀关闭。由于阀的位置，整体体积的热排气可以进入旁路通道并且流过热交换器。在排气流过热交换器时，热排气可以经由排气尾管将积聚的冷凝物冲洗到大气。排气系统可以在该模式下进行运转，直至热交换器中的冷凝物水平降至阈值水平之下。
替代地，冷凝物可以在发动机正在未供给燃料地运转时(诸如在减速燃料切断事件或当车辆是混合动力车辆时的电动运转模式期间)被适时地冲洗。在其中，控制器可以完全打开EGR阀以将冷凝物传送到发动机进气歧管内，并且冷凝物可以在进入暖发动机后蒸发。冲洗到发动机进气歧管的这种方法可以在确认发动机变暖并且发动机负荷低于阈值负荷后被执行。由冲洗过程(根据需要)紧随的热交换器处的冷凝物水平的估计可以在发动机运转的整个持续时间期间被执行，以便降低冷凝物在供给燃料的发动机运转期间进入发动机进气歧管的可能性。
如果在414处确定热交换器冷凝物水平低于阈值水平，程序可以进入到步骤406以使排气系统在第四模式下运转。在第四模式下，排气不会进入旁路通道，并且可以直接流至排气尾管。
以此方式，在发动机冷起动期间，发动机排气系统可以通过关闭排气再循环(EGR)阀并且将转向阀致动到第一位置以使得排气流能够经由旁路通道中的热交换器至排气尾管而在第一模式下运转；来自排气的热可以被转移到循环通过所述热交换器的冷却剂；以及冷却剂可以循环通过发动机和加热器芯体，以增加发动机温度和车辆车厢温度中的一个或更多个；以及在催化剂起燃之后，可以选择EGR阀打开并且转向阀在第一位置中的第二运转模式和所述EGR阀打开并且所述转向阀在第二位置中的第三运转模式中的一种，所述选择基于相对于发动机和车厢加热需求的EGR需求。
图6示出了图示图1A-1D的发动机排气系统的运转的示例运转顺序600。通过旁路通道的排气流可以基于发动机工况和相对于加热需求的排气再循环(EGR)需求来确定。水平(x-轴)表示时间，并且竖直标记t1–t6表示发动机排气系统的运转中的重要时间。
第一曲线(线602)示出了发动机负荷随着时间的变化。虚线603表示阈值发动机负荷。第二曲线(线604)示出了如经由发动机冷却剂温度传感器估计的发动机温度随着时间的变化。第三曲线(线606)示出了如经由被耦接至乘客舱的温度传感器估计的乘客舱温度。第四曲线(线608)示出了被输送给发动机用于期望的燃烧和排放控制性能的EGR。虚线609示出了如基于包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度、热交换器冷凝物水平等的因素确定的期望的EGR水平。第五曲线(线610)示出了在排气系统热交换器中积聚的冷凝物的水平。虚线611示出了冷凝物的阈值水平，高于该阈值水平时需要冷凝物的冲洗来维持发动机燃烧稳定性。第六曲线(线612)示出了EGR阀的位置。第七曲线(线614)示出了在热交换器下游被耦接至主排气通道与旁路通道的接合点的转向阀的位置。
在时间t1之前，发动机停用，并且车辆不使用发动机扭矩来推进。在时间t1处，响应于操作者请求，发动机在停用一段时间之后从静止起动。在发动机起动时，发动机温度可以低于阈值温度605。基于低于阈值发动机温度，发动机冷起动状况被推测。由于在冷起动下低于阈值发动机温度，发动机部件(诸如汽缸盖、汽缸壁、活塞等)的加热可以被期望以减少冷起动排放。随着车辆起动，乘客舱加热也可以被操作者请求。在发动机起动状况下，EGR可以不被期望用于发动机运转，因此EGR阀可以被维持在关闭位置中，并且排气可以不从排气通道流至发动机进气歧管。
响应于发动机冷起动状况，当发动机被起动转动并被供给燃料并且汽缸燃烧被开始时，转向阀可以被移位到第一位置(更打开位置)以使得排气能够从主排气通道被转向到旁路通道内。排气然后可以在被返回到消声器上游的主通道之前流过被耦接至旁路通道的热交换器。在流过热交换器之后，排气不会进入EGR输送通道，但是可以返回到主排气通道以经由消声器和排气尾管离开到达大气。当排气流过热交换器时，来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却剂，这导致冷却剂变暖。
响应于发动机/车厢加热需求，在t1与t2之间，在热交换器处从排气回收的热可以被用于满足加热需求。在循环通过热交换器后被加热的冷却剂可以被进一步循环通过汽缸体并且围绕汽缸壁和活塞以加快发动机加热。而且，加热的冷却剂可以被循环通过车辆加热器芯体以给车厢加热。
由于热交换器处的排气热回收和加热的冷却剂围绕汽缸体的循环，在t1与t2之间，发动机温度会升高。而且，发动机处的固有的热产生可以引起发动机温度增加，而回收的排气热可以加速发动机升温。在t2处，发动机温度可以增加至阈值温度605之上，并且进一步的发动机加热可以不被需要。然而，车厢加热仍然可以被需要。而且，由于发动机负荷从低负荷到中等负荷状况的改变，EGR可以被请求。在该时间期间，部分冷却的EGR可以是更加燃料有效的。部分冷却的EGR可以在较高温度的空气燃料混合气被期望(用于燃烧)以改善发动机性能和排放水平的状况下被请求。作为一示例，部分冷却的EGR可以在进气道喷射的使用期间被请求。而且，部分冷却的EGR可以在高于阈值环境湿度状况下被请求，使得热交换器处的冷凝物形成可以被减少。因此为了提供部分冷却的EGR，并且同时从排气提取热用于车厢加热，EGR阀可以被打开，而转向阀被维持在第一位置中。
在t2与t3之间，由于阀的位置，部分冷却的排气的第一部分可以作为EGR流至进气歧管，并且排气的第二其余部分可以经由热交换器流至排气尾管。在本文中，第一部分小于第二部分。在该时间期间，热交换器可以被用作EGR冷却器，并且向发动机输送的EGR可以被部分地冷却。来自排气的热可以被转移到循环通过热交换器的冷却剂，并且从排气提取的热可以被进一步用于发动机升温和乘客舱升温中的每一个。排气的被送至进气歧管的第一部分与排气的被送回至排气歧管的第二部分的比基于所请求的稀释量。EGR阀的开度也基于所请求的EGR量来调整。
在时间t3处，响应于发动机负荷的降低(诸如由于操作者踏板释放)，较高的EGR量可以被请求。响应于所请求的EGR量的增加，EGR阀的开度可以被增加，以使得更高的排气量能够经由热交换器和EGR输送通道从排气歧管流至进气歧管。对应地，在流过热交换器之后返回到主排气通道的排气量可以被减少。
在t2与t4之间，当排气流过热交换器时，来自排气的水可以在热交换器处冷凝，并且积聚的冷凝物的水平可以逐渐增加。
在时间t4处，发动机负荷可以进一步降低，并且较高的冷EGR量可以被期望用于最佳的性能和排放质量。而且，此时，车厢的进一步加热可以不被请求。因此，排气热回收可以不再被需要。控制器可以计算使整个体积的排气流过热交换器比仅使一部分排气流过热交换器较进而使排气可以被冷却到更大的程度较不有效。因此在t4与t5之间，代替使整个体积的排气流过旁路通道，转向阀可以被移位到第二位置(更关闭位置)以使期望量的排气经由热交换器流至进气歧管。由于转向阀的第二位置，进入旁路通道的排气不会返回到主排气通道，并且可以经由EGR输送通道和EGR阀流至进气歧管。EGR阀的开度可以被增加以使得较高的冷EGR量能够流至进气歧管。其余的排气可以直接经由排气尾管被传送离开至大气而不进入旁路通道。排气的进入旁路通道以作为EGR被输送的第一部分与排气的直接流至排气尾管的第二部分的比可以基于所期望的EGR量来调整，第一部分随着所期望的EGR量的增加而被增加。
在时间t5处，由于更高的发动机功率输出正在被请求(诸如由于操作者踩加速器踏板)，发动机负荷可以增加至阈值负荷之上。在增加的发动机负荷处，EGR可以不再被需要。此时，发动机温度和车厢温度中的每一个在相应的阈值之上，并且排气热回收可以不再被请求。因此，为了将排气直接传送通过排气通道，转向阀可以被移位到第二位置，并且EGR阀可以被关闭。而且在时间t5处，热交换器处的冷凝物水平可以增加至阈值水平之上，并且在热交换器处积聚的冷凝物的冲洗可以被期望。鉴于即将到来的发动机关闭请求，控制器可以延迟冷凝物的冲洗以适时地与发动机关闭重叠。在t5与t6之间，排气可以不进入旁路通道或EGR输送通道，并且转而可以经由排气尾管被直接释放到大气。
在时间t6处，发动机关闭请求可以从操作者接收。此时，在热交换器中积聚的冷凝物可以被适时地冲洗。为了移除冷凝物，在切断到发动机的燃料之后，并且当发动机自旋至静止时，控制器可以将转向阀致动到第一位置而将EGR阀位置在关闭位置中。由于转向阀的第一位置，在发动机关闭期间，全部量的热排气可以经由热交换器从排气歧管被传送至排气尾管，其中积聚的冷凝物可以通过热排气经由排气尾管被冲洗到大气。在一个示例中，冷凝物可以在接触热排气后蒸发，并且水蒸气可以通过排气流来移除。通过在发动机关闭完成之前移除积聚的冷凝物，冷凝物在热交换器中冻结(其可以引起对热交换器部件的损坏)的可能性可以被降低。在t6与t7之间，发动机可以保持关闭。
在时间t7处，响应于发动机从静止起动，发动机重启动请求被接收。在本文中，发动机在自上一次关闭以后的较短持续时间之后被重起动，因此发动机热启动被推测，其中发动机温度在阈值温度605之上。此时，车厢加热可以被操作者请求。因此，排气可以经由热交换器被传送，其中排气热可以被冷却剂提取，所述冷却剂然后可以循环通过加热器芯体以便为乘客舱提供热。为了使排气循环通过热交换器，转向阀可以被致动到第一位置。在热启动状况下，EGR可以不被期望用于发动机运转，并且EGR阀可以被维持在关闭位置中。在时间t7之后，由于阀的位置，整个体积的排气可以进入旁路通道，并且流过热交换器，并且然后可以被返回到主排气通道，由此排气可以经由排气尾管被释放到大气。从排气回收的热可以被直接用于为乘客舱提供热，由此减少为了车厢加热目的而增加发动机温度(热)的需要。以此方式，可以减少仅为了提供发动机热的目的的发动机运转，由此可以减少任何可用补充加热器的总体使用。
以此方式，被耦接至排气旁路通道的单个热交换器可以被有效地用于对EGR进行冷却，并且为了发动机和车厢加热的目的而用于从排气提取热。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。通过同时提供EGR并且回收排气热以用于为发动机和/或乘客舱提供热，燃料效率效益可以被最大化同时改善排放质量。在冷起动状况下通过使用排气热来加快汽缸壁和活塞加热，冷起动排放可以被减少。将在热交换器中积聚的冷凝物周期性移除到大气的技术效果是，可以减少可引起失火事件的不期望的水吸入到汽缸内。而且，通过适时地将冷凝物冲洗到发动机进气歧管，冷凝物可以被蒸发而不影响燃烧稳定性。总的来说，在提供EGR的同时通过利用更少的部件提高可以从排气中回收的废热量，发动机燃料经济性和性能可以被改善。
一种示例发动机方法包含：使排气系统在第一模式下运转，其中排气经由热交换器流至排气尾管，以及使所述排气系统在第二模式下运转，其中经由所述热交换器，排气的第一部分再循环到进气歧管，并且所述排气的第二部分流至所述排气尾管。在任一前述示例中，额外地或可选地，在所述第一模式和所述第二模式中的每一种下运转包括，使发动机冷却剂流过所述热交换器，将热从排气转移到所述发动机冷却剂，然后使所述发动机冷却剂流过所述发动机、加热器芯体和散热器中的一个或更多个，然后将热从所述发动机冷却剂转移到所述发动机、所述加热器芯体和所述散热器中的一个或更多个，所述方法进一步包含，基于发动机加热需求通过从所述发动机冷却剂吸取热给所述发动机加热，并且基于车厢加热需求通过从所述加热器芯体吸取热给乘客舱加热。前述示例中的任一个或全部进一步包含，额外地或可选地，使所述发动机排气系统在第三模式下运转，其中排气的第三部分经由所述热交换器再循环到所述进气歧管，并且同时排气的第四部分直接流至排气尾管；以及使所述发动机排气系统在第四模式下运转，其中排气绕过所述热交换器直接流至所述排气尾管。前述示例中的任一个或全部进一步包含，额外地或可选地，基于发动机温度、发动机负荷和燃料效率系数中的每一个在所述第一模式、第二模式、第三模式与第四模式之间进行选择，其中所述第一模式响应于低于阈值发动机温度而被选择，所述第四模式响应于高于阈值发动机温度和高于阈值发动机负荷中的每一个而被选择，并且其中所述第二模式和所述第三模式中的一个响应于所述高于阈值发动机温度和低于阈值发动机负荷中的每一个而被选择。前述示例中的任一个或全部进一步包含，额外地或可选地，所述选择进一步包括通过基于通过使所述发动机排气系统在所述第二模式下运转实现的燃料效率效益估计第一燃料效率系数，基于通过使所述发动机排气系统在所述第三模式下运转实现的所述燃料效率效益估计第二燃料效率系数，比较所述第一燃料效率系数与所述第二燃料效率系数，以及选择所述第二模式和第三模式中的具有所述第一燃料效率系数和第二燃料效率系数中的较高者的一个，从而在所述第二模式与第三模式之间进行选择。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第二模式和所述第三模式中的每一种下的所述燃料效率效益基于被再循环到所述进气歧管的排气的所述第三部分、所述被再循环的排气的温度和冷却剂温度的改变来计算，所述燃料效率效益随着被再循环的排气的所述第三部分的增加、所述被再循环的排气的所述温度的降低和冷却剂温度的所述改变的增加中的每一个而增加。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述热交换器在一个或更多个排气催化剂的下游被耦接至旁路通道，并且所述第三部分经由排气再循环(EGR)通道被再循环到所述进气歧管，所述排气再循环(EGR)通道在所述热交换器的下游被耦接至所述排气旁路。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，在所述第一模式期间，在所述热交换器的下游被耦接至所述旁路通道与主排气通道的接合点的转向阀在第一完全打开位置中，并且EGR阀关闭，其中在所述第二模式期间，所述转向阀在所述第一位置中，并且所述EGR阀打开，其中在所述第三模式期间，所述转向阀在第二完全关闭位置中，并且所述EGR阀打开，其中在所述第四模式期间，所述转向阀在第二位置中，并且所述EGR阀关闭，并且其中在所述第二模式和所述第三模式中的每一种下，所述EGR阀的开度基于所请求的EGR量来调整，所述开度随着所请求的EGR量增加而增加。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述转向阀的所述第一完全打开位置使得排气能够经由所述旁路通道被传送至所述排气尾管，并且所述转向阀的所述第二完全关闭位置禁止经由所述旁路通道到所述排气尾管的排气流。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，在所述第二模式期间，所述第一部分与所述第二部分的比基于EGR需求，所述第一部分随着所述EGR需求增加而被增加。前述示例中的任一个或全部进一步包含，额外地或可选地，估计在所述热交换器处积聚的冷凝物的水平，并且响应于高于阈值冷凝物水平，使所述发动机排气系统在所述第一模式下运转。
用于被耦接在车辆中的发动机的另一示例方法包含：在发动机冷起动期间，通过关闭排气再循环(EGR)阀并且将转向阀致动到第一位置以使得排气能够经由旁路通道中的热交换器流至排气尾管而使发动机排气系统在第一模式下运转；将热从排气转移到循环通过所述热交换器的冷却剂；以及使所述冷却剂循环通过所述发动机和加热器芯体，以增加发动机温度和车辆车厢温度中的一个或更多个；以及在催化剂起燃之后，选择所述EGR阀打开并且所述转向阀在所述第一位置中的第二运转模式和所述EGR阀打开并且所述转向阀在第二位置中的第三运转模式中的一种，所述选择基于相对于发动机加热需求的EGR需求。在任一前述示例中，额外地或可选地，所述选择包括，当所述EGR需求在较低的发动机温度下被接收时选择所述第二模式，并且当所述EGR需求在较高的发动机温度下被接收时选择所述第三模式。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，在所述第二模式期间被再循环到发动机进气装置的所述EGR的温度高于在所述第三模式期间被再循环到发动机进气装置的所述EGR的温度。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，在所述第二模式和第三模式两者期间，所述EGR阀的开度基于所述EGR需求来调整以使排气的第一部分再循环到所述发动机进气装置，其中在所述第二模式期间，排气的第二其余部分经由所述热交换器流至所述排气尾管，并且其中在所述第三模式期间，排气的所述第二部分绕过所述热交换器直接流至所述排气尾管。前述示例中的任一个或全部进一步包含，额外地或可选地，在所述第二模式期间，使冷却剂在所述热交换器处循环，并且将热从排气的所述第一部分和所述第二部分转移到所述冷却剂，并且基于发动机加热需求将热从所述冷却剂转移到汽缸体；以及在所述第三模式期间，使所述冷却剂在所述热交换器处循环，并且将热仅从排气的所述第一部分转移到所述冷却剂，并且将来自冷却剂的热转移到所述汽缸体。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述选择进一步基于燃料效率比较，所述第二模式响应于第一燃料效率高于第二燃料效率而被选择，所述第一燃料效率包括在热交换器处将热从排气的第一部分和第二部分中每个转移给冷却剂时将排气的第一部分再循环至发动机进气装置，并且将排气的第二部分传送至排气尾管，所述第二燃料效率包括在热交换器处将热从所述第一部分转移到冷却剂时将排气的第一部分再循环至发动机进气装置并且将排气的第二部分直接传送至排气尾管；所述第三模式响应于所述第二燃料效率高于所述第一燃料效率而被选择。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第二模式下的操作包括以相对于直接喷射较高的进气道喷射量运转，并且所述第三模式下的操作包括以相对于直接喷射较低的进气道喷射量运转。
在又一示例中，一种被耦接至车辆的发动机系统车辆包含：发动机进气歧管；发动机排气系统，所述发动机排气系统具有排气通道和旁路通道，所述排气通道包括排气湿度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、排气催化剂和消声器，所述旁路通道从所述催化剂的下游到所述消声器的上游被耦接至所述排气通道，所述旁路通道包括热交换器；冷却剂系统，所述冷却剂系统被流体地耦接至所述热交换器、汽缸体和加热器芯体，所述冷却剂系统包括发动机冷却剂温度传感器；转向阀，所述转向阀所述排气通道，调节经由所述旁路通道的排气流；EGR通道，所述EGR通道具有EGR阀，用于在所述热交换器的下游将排气从所述旁路通道再循环到所述进气歧管；以及控制器，所述控制器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：经由所述发动机冷却剂温度传感器估计发动机温度；以及响应于低于阈值发动机温度，关闭所述EGR阀并且将所述转向阀移位到第一位置以使所述发动机排气系统在第一模式下运转，使得排气流经由所述旁路通道和所述热交换器从所述催化剂的下游流至所述消声器，将热从流过所述热交换器的排气转移到所述冷却剂系统，并且基于发动机加热需求和乘客舱加热需求，将所述热转移到所述发动机和/或经由所述加热器芯体转移到乘客舱；在发动机温度高于所述阈值发动机温度之后，估计对应于使所述发动机排气系统在第二模式下运转的第一燃料效率系数，估计对应于使所述发动机排气系统在第三模式下运转的第二燃料效率系数；比较所述第一燃料效率系数与所述第二燃料效率系数；响应于所述第一燃料效率系数高于所述第二燃料效率系数，将所述EGR阀从关闭位置转变为打开位置同时将所述转向阀维持在所述第一位置中，以使得排气的第一部分能够流至所述进气歧管，并且使得排气的第二部分能够经由所述热交换器流至所述消声器，并且响应于所述第二燃料效率系数高于所述第一燃料效率系数，将EGR阀从关闭位置转变为打开位置并且将所述转向阀从所述第一位置转变为所述第二位置，以使得排气的第三部分能够经由所述热交换器流至所述进气歧管并且使得排气的第四部分能够流至所述消声器。在任一前述示例中，额外地或可选地，所述第一燃料效率系数基于通过输送排气的部分冷却的第一部分作为EGR并且通过使用从所述排气的所述第一部分和所述第二部分中的每一个回收的热给发动机加热和/或给车厢加热实现的燃料效率效益，并且所述第二燃料效率系数基于通过输送排气的完全冷却的第三部分作为EGR并且通过使用从所述第三部分回收的热给发动机加热和/或给车厢加热实现的燃料效率效益。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述控制器进一步包括用于以下的指令：经由来自所述排气湿度传感器、所述排气温度传感器和所述排气压力传感器中的一个或更多个的输入来估计在所述热交换器处积聚的冷凝物的水平，并且响应于高于阈值冷凝物水平、和/或响应于发动机关闭请求，关闭所述EGR阀，并且将所述转向阀移位到所述第一位置，以经由所述热交换器将热排气传送至所述消声器。
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，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。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以及包括常规混合动力和插电式混合动力的各种混合动力电动车辆类型。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本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)

1.一种发动机方法，其包含：
使排气系统在第一模式下运转，其中排气经由热交换器流至排气尾管，以及
使所述排气系统在第二模式下运转，其中经由所述热交换器，排气的第一部分再循环到进气歧管，并且所述排气的第二部分流至所述排气尾管。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一模式和所述第二模式中的每一种下运转包括，使发动机冷却剂流过所述热交换器，将热从排气转移到所述发动机冷却剂，然后使所述发动机冷却剂流过所述发动机、加热器芯体和散热器中的一个或多个，然后将热从所述发动机冷却剂转移到所述发动机、所述加热器芯体和所述散热器中的一个或多个，所述方法进一步包含，基于发动机加热需求通过从所述发动机冷却剂吸取热给所述发动机加热，并且基于车厢加热需求通过从所述加热器芯体吸取热给乘客舱加热。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
使所述发动机排气系统在第三模式下运转，其中排气的第三部分经由所述热交换器再循环到所述进气歧管，并且同时排气的第四部分直接流至排气尾管；以及
使所述发动机排气系统在第四模式下运转，其中排气绕过所述热交换器直接流至所述排气尾管。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包含，基于发动机温度、发动机负荷和燃料效率系数中的每一个在所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式与所述第四模式之间进行选择，其中所述第一模式响应于低于阈值发动机温度而被选择，所述第四模式响应于高于阈值发动机温度和高于阈值发动机负荷中的每一个而被选择，并且其中所述第二模式和所述第三模式中的一个响应于所述高于阈值发动机温度和低于阈值发动机负荷中的每一个而被选择。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述选择进一步包括通过基于通过使所述发动机排气系统在所述第二模式下运转实现的燃料效率效益估计第一燃料效率系数，基于通过使所述发动机排气系统在所述第三模式下运转实现的所述燃料效率效益估计第二燃料效率系数，比较所述第一燃料效率系数与所述第二燃料效率系数，以及选择所述第二模式和所述第三模式中的具有所述第一燃料效率系数和所述第二燃料效率系数中的较高者的一个，从而在所述第二模式与所述第三模式之间进行选择。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二模式和所述第三模式中的每一种下的所述燃料效率效益基于被再循环到所述进气歧管的排气的所述第三部分、所述被再循环的排气的温度和冷却剂温度的改变来计算，所述燃料效率效益随着被再循环的排气的所述第三部分的增加、所述被再循环的排气的所述温度的降低和冷却剂温度的所述改变的增加中的每一个而增加。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器在一个或多个排气催化剂的下游被耦接至旁路通道，并且所述第三部分经由排气再循环通道即EGR通道被再循环到所述进气歧管，所述EGR通道在所述热交换器的下游被耦接至所述排气旁路。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述第一模式期间，在所述热交换器的下游被耦接至所述旁路通道与主排气通道的接合点的转向阀在第一完全打开位置中，并且EGR阀关闭，其中在所述第二模式期间，所述转向阀在所述第一位置中，并且所述EGR阀打开，其中在所述第三模式期间，所述转向阀在第二完全关闭位置中，并且所述EGR阀打开，其中在所述第四模式期间，所述转向阀在所述第二位置中，并且所述EGR阀关闭，并且其中在所述第二模式和所述第三模式中的每一种下，所述EGR阀的开度基于请求的EGR量调整，所述开度随着请求的所述EGR量增加而增加。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述转向阀的所述第一完全打开位置使得排气能够经由所述旁路通道被传送至所述排气尾管，并且所述转向阀的所述第二完全关闭位置禁止经由所述旁路通道到所述排气尾管的排气流。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二模式期间，所述第一部分与所述第二部分的比基于EGR需求，所述第一部分随着所述EGR需求增加而被增加。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，估计在所述热交换器处积聚的冷凝物的水平，并且响应于高于阈值冷凝物水平，使所述发动机排气系统在所述第一模式下运转。
12.一种用于被耦接在车辆中的发动机的方法，其包含：
在发动机冷起动期间，
通过关闭排气再循环阀即EGR阀并且将转向阀致动到第一位置以使得排气流能够经由旁路通道中的热交换器至排气尾管而使发动机排气系统在第一模式下运转；
将热从排气转移到循环通过所述热交换器的冷却剂；以及
使所述冷却剂循环通过所述发动机和加热器芯体，以增加发动机温度和车辆车厢温度中的一个或多个；以及
在催化剂起燃之后，
选择第二运转模式和第三运转模式中的一个，在所述第二运转模式所述EGR阀打开并且所述转向阀在所述第一位置，在所述第三运转模式所述EGR阀打开并且所述转向阀在第二位置中，所述选择基于相对于发动机加热需求的EGR需求。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述选择包括，当所述EGR需求在较低的发动机温度下被接收时选择所述第二模式，并且当所述EGR需求在较高的发动机温度下被接收时选择所述第三模式。
14.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第二模式期间被再循环到发动机进气装置的所述EGR的温度高于在所述第三模式期间被再循环到所述发动机进气装置的所述EGR的所述温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第二模式和所述第三模式两者期间，所述EGR阀的开度基于所述EGR需求来调整以使排气的第一部分再循环到所述发动机进气装置，其中在所述第二模式期间，排气的第二其余部分经由所述热交换器流至所述排气尾管，并且其中在所述第三模式期间，排气的所述第二部分绕过所述热交换器直接流至所述排气尾管。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含，在所述第二模式期间，使冷却剂在所述热交换器处循环，并且将热从排气的所述第一部分和所述第二部分中的每一个转移到所述冷却剂，并且基于所述发动机加热需求将热从所述冷却剂转移到汽缸体；以及
在所述第三模式期间，使所述冷却剂在所述热交换器处循环，并且将热仅从排气的所述第一部分转移到所述冷却剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述选择进一步基于燃料效率比较，所述第二模式响应于第一燃料效率高于第二燃料效率而被选择，所述第一燃料效率包括在所述热交换器处将热从排气的所述第一部分和所述第二部分中每个转移给所述冷却剂时将排气的所述第一部分再循环至所述发动机进气装置，并且将排气的所述第二部分传送至所述排气尾管，所述第二燃料效率包括在所述热交换器处将热从所述第一部分转移到所述冷却剂时将排气的所述第一部分再循环至所述发动机进气装置并且将所述排气的所述第二部分直接传送至所述排气尾管；所述第三模式响应于所述第二燃料效率高于所述第一燃料效率而被选择。
18.一种被耦接至车辆的发动机系统，其包含：
发动机进气歧管；
发动机排气系统，所述发动机排气系统具有排气通道和旁路通道，所述排气通道包括排气湿度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、排气催化剂和消声器，所述旁路通道从所述催化剂的下游到所述消声器的上游被耦接至所述排气通道，所述旁路通道包括热交换器；
冷却剂系统，所述冷却剂系统被流体地耦接至所述热交换器、汽缸体和加热器芯体，所述冷却剂系统包括发动机冷却剂温度传感器；
转向阀，所述转向阀耦接到所述排气通道，调节经由所述旁路通道的排气流；
EGR通道，所述EGR通道具有EGR阀，用于在所述热交换器的下游将排气从所述旁路通道再循环到所述进气歧管；以及
控制器，所述控制器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：
经由所述发动机冷却剂温度传感器估计发动机温度；以及
响应于低于阈值发动机温度，关闭所述EGR阀并且将所述转向阀移位到第一位置以使所述发动机排气系统在第一模式下运转，使得排气流经由所述旁路通道和所述热交换器从所述催化剂的下游流至所述消声器，将热从流过所述热交换器的排气转移到所述冷却剂系统，并且基于发动机加热需求和乘客舱加热需求，将所述热转移到所述发动机和/或经由所述加热器芯体转移至乘客舱；
在发动机温度高于所述阈值发动机温度之后，估计对应于使所述发动机排气系统在第二模式下运转的第一燃料效率系数，估计对应于使所述发动机排气系统在第三模式下运转的第二燃料效率系数；
比较所述第一燃料效率系数与所述第二燃料效率系数；
响应于所述第一燃料效率系数高于所述第二燃料效率系数，将所述EGR阀从关闭位置转变为打开位置同时将所述转向阀维持在所述第一位置中，以使得排气的第一部分能够流至所述进气歧管，并且使得排气的第二部分能够经由所述热交换器流至所述消声器，并且
响应于所述第二燃料效率系数高于所述第一燃料效率系数，将EGR阀从关闭位置转变为打开位置并且将所述转向阀从所述第一位置转变为所述第二位置，以使得排气的第三部分能够经由所述热交换器流至所述进气歧管并且使得排气的第四部分能够流至所述消声器。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一燃料效率系数基于通过输送排气的部分冷却的第一部分作为EGR并且通过使用从所述排气的所述第一部分和所述第二部分中的每一个回收的热给发动机加热和/或给车厢加热实现的燃料效率效益，并且所述第二燃料效率系数基于通过输送排气的完全冷却的第三部分作为EGR并且通过使用从所述第三部分回收的热给发动机加热和/或给车厢加热实现的燃料效率效益。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器进一步包括用于以下的指令：
经由来自所述排气湿度传感器、所述排气温度传感器和所述排气压力传感器中的一个或多个的输入估计在所述热交换器处积聚的冷凝物的水平，并且响应于高于阈值冷凝物水平、和/或响应于发动机关闭请求，关闭所述EGR阀，并且将所述转向阀移位到所述第一位置，以经由所述热交换器将热排气传送至所述消声器。
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