CN109026406A - 用于放气管线的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于放气管线的方法和系统。提供了用于紧密耦接的后处理装置的方法和系统。在一个示例中，系统可包括发动机，该发动机包括分开的第一总排气管线和第二总排气管线，其中放气管线从第二总排气管线分支出来，并且其中紧密耦接的后处理装置被布置在放气管线中并且被配置为至少在发动机的冷起动期间接收排气。

Description

用于放气管线的方法和系统
相关申请的交叉应用
本申请要求于2017年6月9日提交的德国专利申请No.102017209741.8 的优先权。以上引用的申请的全部内容在此通过引用全文并入本文用于所有目的。
技术领域
本公开涉及调整发动机汽缸的第一排气门和第二排气门的排气门操作，其中该调整响应于冷起动。
背景技术
所述类型的内燃发动机用作机动车辆驱动单元。在本公开的上下文中，表述“内燃发动机”可涵盖奥拓循环发动机以及混合动力内燃发动机，该混合动力内燃发动机利用具有施加的点火的混合动力燃烧过程，以及混合驱动，该混合驱动不仅包括施加的点火的内燃发动机还包括电动机器，该电动机器可就驱动而言连接到内燃发动机并且从内燃发动机接收功率，或者其作为可切换的辅助驱动附加地输出功率。
内燃发动机可包括彼此连接以形成汽缸及其燃烧室的汽缸体和至少一个汽缸盖。作为曲轴箱上半部分，汽缸体通常用于安装曲轴和容纳活塞和每个汽缸的汽缸套。
安装在曲轴箱中的曲轴吸收连杆力并将活塞的振荡冲程运动转换为曲轴的旋转运动。由汽缸体形成的曲轴箱上半部分通常通过油盘补充，油盘可安装在汽缸体上并用作曲轴箱下半部分。
汽缸盖可容纳用于充气交换的气门驱动装置。在充气交换过程期间，燃烧气体经由排气排放系统的排放经由出口开口发生，并且增压空气经由进气系统的进给经由至少两个汽缸的入口开口发生。
每个提升气门移动以便实现(即执行)在打开位置和关闭位置之间的最大气门升程，并且在这样做时在打开过程期间打开气门专用开口持续一定的打开持续时间，气门运动所期望的气门致动机构(包括气门本身)被称为气门驱动装置。
气门驱动装置可在正确的时间打开和关闭并且/或者切断入口开口和出口开口，其中快速打开最大可能流动横截面以保持流入气体和流出气体的节流损失为低，以便确保改善的汽缸充气和有效排放排气。因此，汽缸可设置有两个或更多个入口开口和出口开口。
本公开所涉及的内燃发动机的至少两个汽缸配备有至少一个入口开口和至少两个出口开口。
根据先前的示例，通向入口开口的进气管线和与出口开口邻接的排气管线至少部分地集成在汽缸盖中。汽缸的排气管线可以合并以形成一条共同的总排气管线，或者，如根据本公开的内燃发动机中那样分组以形成两条总排气管线。排气管线合并以形成总排气管线被称为排气歧管，其中在本公开的上下文中，总排气管线被视为属于排气歧管。
出于增压的目的，可在歧管下游向至少一个排气涡轮增压器的涡轮和/或一个或多个排气后处理系统供应排气。在一些情况下，排气被再循环到进气系统中。
在本公开所涉及的内燃发动机的情况下，出于增压目的，源于汽缸的排气经由第一总排气管线被供应到至少一个排气涡轮增压器的涡轮，并且在涡轮下游进行排气后处理。第二总排气管线可将出口侧处的汽缸连接到至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统。此处，汽缸的排气管线被配置为以便形成两组，每组包括来自每个汽缸的至少一条排气管线，并且每组的排气管线在形成排气歧管的每种情况下合并以形成总排气管线。
该类型的内燃发动机和用于操作此类内燃发动机的方法例如在德国公开说明书DE 10 2016 111 686 A1中有所描述。在DE 10 2016 111 686 A1的一个变体中，第一组的排气例如可以被引入到排气涡轮增压器的压缩机下游或上游的进气系统中并且/或者进给到排气涡轮增压器的涡轮，而第二组的排气可以被引入到压缩机上游并且/或者被进给到涡轮。正在寻求实现改善的爆震控制和用新鲜空气改善汽缸的扫气或净化，同时，当期望时，在排气后处理期间保持化学计量空气比。后者可涉及排气后处理(例如，三元催化转化器)。排气涡轮增压器的加速同样能够经由通过汽缸的气体吞吐量的增加来实现。
排气涡轮增压器相对于经由辅助驱动装置驱动的机械增压器 (supercharger)的优点在于，排气涡轮增压器利用热排气的排气能量，而机械增压器直接或间接从内燃发动机汲取驱动其所需的能量并且因此对效率产生不利效果，也就是说，至少只要驱动能量不源于能量回收源，就降低效率。如果机械增压器不是能够经由电动机器驱动(也就是说电动地驱动)的机械增压器的情况下，用于动力传输的机械连接件或运动学连接件可布置在机械增压器和内燃发动机之间，这也会对发动机舱的封装产生不利效果或者确定发动机舱的封装。
排气涡轮增压器包括布置在同一轴上的压缩机和涡轮。热排气流可被进给到涡轮并且随着能量的释放而在涡轮中发生膨胀，由此使轴旋转。由排气流释放到涡轮并最终释放到轴的能量用于驱动同样布置在轴上的压缩机。压缩机递送并压缩向其供应的增压空气，由此实现对至少两个汽缸的机械增压。增压空气冷却布置可设置为在压缩的增压空气进入汽缸之前将其冷却。
机械增压可增加内燃发动机的功率。此处，用于燃烧过程的空气被压缩，由此能够在每个工作循环向每个汽缸供应更大的空气质量。以这种方式，能够增加燃料质量并且因此能够增加平均压力。机械增压可增加内燃发动机的功率同时保持扫气容积不变，或者在保持相同功率的同时减小扫气容积。在所有情况下，机械增压引起体积功率输出增加和更有利的功率重量比。如果减小扫气容积，则在给定相同的车辆边界条件下可以将负荷共同朝更高负荷转移，在该负荷下比燃料消耗率较低。
机械增压因此有助于将内燃发动机的燃料消耗最小化，即改善内燃发动机的效率。
合适的传输配置可以提供降速，由此同样实现较低的比燃料消耗率。在降速的情况下，利用这样的事实，该事实为在低发动机转速下尤其在相对高的负荷存在的情况下比燃料消耗率通常较低。
在有针对性地配置机械增压的情况下，还可以获得关于排气排放的优点。在例如对柴油发动机进行合适的机械增压的情况下，可因此减小氮氧化物排放而不造成任何效率损失。同时，碳氢化合物能够受到积极影响。直接与燃料消耗相关的二氧化碳排放在任何情况下随着燃料消耗减少而降低。
为能够符合未来的污染物排放的限制值，除机械增压之外的另外的措施是必要的，由于这个原因通常使用用于转化污染物的各种排气后处理系统。
本公开所涉及的内燃发动机不仅配备有机械增压布置，还配备有排气后处理布置。
可期望将排气涡轮增压器的涡轮尽可能靠近汽缸的出口开口布置以越来越多地利用热排气的排气焓(该排气焓很大程度上由排气压力和排气温度确定)并且允许涡轮的快速响应行为并因此允许涡轮增压器的快速响应行为。此外，紧密耦接(close-coupling)可将热惯性与汽缸的出口开口和涡轮之间的管线系统的体积最小化，这可通过减小排气管线的质量和长度来实现。此处，将排气歧管集成到汽缸盖中有利于实现该目的。
各种排气后处理系统可期望某些最小温度以便能够转化相应的污染物，由于这个原因排气后处理系统还应被定位在尽可能紧密耦接的位置中。关于涡轮的布置和排气后处理系统的布置，因此存在目的冲突，其中涡轮可被赋予更高优先级，如本公开的内燃发动机中的情况。
由于排气从排气门出口开口到排气后处理系统所覆盖的相对大的距离，所以排气后处理的过程期间污染物的转化可小于冷起动期间的阈值，其中涡轮起额外的温度散热器的作用或者被视为额外的温度散热器。
发明内容
发明人认识到上面描述的问题并且已经提出至少部分地解决它们的方法。在一个示例中，机械增压式内燃发动机具有以直列布置的三个汽缸，其中内燃发动机的每个汽缸具有用于经由进气系统进给增压空气的至少一个入口开口和用于经由排气排放系统排放排气的至少两个出口开口，每个出口开口与排气管线邻接，设置至少一个排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机，排气管线被配置为形成两组，每组包括来自每个汽缸的至少一条排气管线，并且每组的排气管线在形成排气歧管的每种情况下合并以形成总排气管线，第一组的第一总排气管线通向至少一个排气涡轮增压器的涡轮，第二组的第二总排气管线通向至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统，并且至少一个排气后处理系统设置在至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游的排气排放系统中，并且该内燃发动机通过以下事实进行区分：能够防止经由第一总排气管线排放排气，并且设置放气管线(blow-off line)，切断元件布置在该放气管线中，并且该放气管线随着第一接合点的形成而从第二组的排气歧管分支出来，并随着第二接合点的形成通向至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游的排气排放系统，用于未燃烧碳氢化合物的蓄积器设置在放气管线中。
在根据本公开的内燃发动机的情况下，可经由放气管线将源于第二组的排气歧管的排气传导经过排气涡轮增压器的涡轮。用于未燃烧碳氢化合物的蓄积器设置在放气管线中。
在一个示例中，在暖机阶段期间，尤其在冷起动期间，对于在紧密耦接的位置中的待处理的排气，并且根据需求，其中排气中的未燃烧碳氢化合物被收集并储存在根据本公开设置的蓄积器中。
为此目的，防止排气经由第一总排气管线排放，即经由涡轮上游或下游的排气排放系统中的切断元件来禁止。替代地，可通过将第一组的出口开口配备有可切换阀来防止排气经由第一总排气管线的排放。例如可通过关闭设置在第二总排气管线中的切断元件来停止将排气引入到进气系统中。
通过打开设置在放气管线中的切断元件，使放气管线对源于第二排气歧管的排气开放，并且用于未燃烧碳氢化合物的蓄积器充有排气。
然后可在其他工况下将蓄积器中收集的未燃烧碳氢化合物再次释放并氧化。优选地将蓄积器中收集的未燃烧碳氢化合物与流经放气管线的排气一起被引入到排气排放系统中，并且使用排气排放系统中的催化转化器将其氧化。
由于在暖机阶段期间没有排气从汽缸经由第一总排气管线排放，所以可关于有效充气交换来致动属于第二组的出口开口的出口气门。即，可将第二组的出口开口打开使得在相关联的汽缸的压缩阶段中的每种情况下实现最大气门升程Δhmax。
当内燃发动机已经暖机时，当排气从汽缸主要经由第一总排气管线排放时，还可根据需要打开第二组的出口气门使得当相关联的汽缸从压缩阶段转换为膨胀阶段时在每种情况下实现最大气门升程Δhmax；在一些情况下在充气交换上止点处打开第二组的出口气门。
通过这样做，可减少来自内燃发动机的排放。
根据先前的示例，很少将三汽缸直列式发动机的排气管线分组，因为三汽缸直列式发动机可很难以适于分组，尤其是汽缸分组。然而，根据本公开将排气管线合并避免了这些问题。
根据示例的内燃发动机恰好具有以直列布置的三个汽缸。因此，根据本公开的内燃发动机为三汽缸直列式发动机。
机械增压式内燃发动机的实施例还可包括其中每个汽缸具有用于经由进气系统供应增压空气的至少两个入口开口。
通过提供大流动横截面，可保持流入增压空气的节流损失为低，并且可保持汽缸的期望的充气。因此，可期望汽缸配备有多于一个的入口开口，即具有至少两个入口开口。
基于类似或相似的考虑，增压式内燃发动机的实施例还可包括其中每个汽缸具有用于经由排气排放系统排放排气的三个出口开口，来自每个汽缸的两个出口开口的排气管线共同形成第一组的排气歧管。这可允许在充气交换的过程期间有效排放排气。
在暖机的内燃发动机的正常操作期间(例如，冷起动以外)，汽缸主要经由出口开口或第一组排气管线排空。即，主要排气部分经由第一总排气管线经由第一组排气门从汽缸排放。
每个汽缸的两个出口开口的排气管线可共同形成第一组的排气歧管，即通向第一总排气管线。然后，特别地，较大的入口横截面特别是两个出口开口被设置为用于经由第一总排气管线的排气路径。
由于上述原因，机械增压式内燃发动机的实施例也是有利的，其中属于第一组排气管线的出口开口的直径比属于第二组排气管线的出口开口的直径大。
出口开口的该实施例经由第一总排气管线将较大的入口横截面分配至排气路径，其中出口开口的直径较大。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中放气管线随着第二接合点的形成而通向设置在排气排放系统中的排气后处理系统上游的排气排放系统。
如果放气管线随着流经其的排气而打开，蓄积器中收集的未燃烧碳氢化合物能够被再次释放。释放的未燃烧碳氢化合物与排气一起在第二接合点进入排气排放系统中，并且可在目前的情况下在设置在第二接合点下游的排气后处理系统中进行转化或氧化。在所使用的排气后处理系统为三元催化转化器的情况下，这是期望的。
然而，放气管线还可随第二接合点的形成而通向设置在排气排放系统中的排气后处理系统下游的排气排放系统，或者通向两个排气后处理系统之间，其中两个排气后处理系统还可为相同类型的排气后处理系统，例如两个三元催化转化器。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中切断元件设置在至少一个排气涡轮增压器的涡轮和第二接合点之间的排气排放系统中，以用于防止排气经由第一总排气管线的排放。
增压式内燃发动机的实施例可还包括其中切断元件设置在至少一个排气涡轮增压器的涡轮上游的排气排放系统中，以用于防止排气经由第一总排气管线排放。
上面的实施例可使用用于调整排气经由第一总排气管线排放的切断元件，其中所述切断元件可被设置在或者将被设置在涡轮上游或涡轮和第二接合点之间的排气排放系统中。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中属于第一组排气管线的出口开口各自配备有至少部分可变致动的出口气门，其中出口气门能够被停用以用于切断相关联的出口开口的目的，并且防止排气经由第一总排气管线排放。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中切断元件设置在第一接合点下游的第二总排气管线中。
当经由放气管线排放源于汽缸的排气并且防止(即停止)排气经由第一总排气管线排放时，可通过关闭设置在第二总排气管线中的切断元件来停止向进气系统中引入排气。
设置在第二总排气管线中的切断元件可调整排气再循环布置的再循环率。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中冷却器设置在第一接合点下游的第二总排气管线中。
出于减小氮氧化物排放的目的，第二总排气管线可用于燃烧气体从出口侧向入口侧的再循环(即，在排气再循环的情况下)。为获得可观的氮氧化物排放减小，可期望高排气再循环率，该再循环率的量值可约为xEGR≈60％至 70％或更大。此类高再循环率可期望将排气冷却以用于再循环，其中降低排气的温度并且增加排气的密度，使得可将较大质量的排气再循环。因此，排气再循环布置可配备有冷却器。在冷却过程期间，可形成冷凝物，该冷凝物沉淀在冷却器中。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中增压空气冷却器设置在至少一个排气涡轮增压器的压缩机下游的进气系统中，其中增压空气冷却器可在压缩的增压空气进入至少两个汽缸之前将其冷却。冷却器降低了温度并且从而增大增压空气的密度，使得冷却器还有助于改善汽缸的充气，即达到较大空气质量。实际上，通过冷却发生压缩。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中出于排气后处理的目的，将至少一个三元催化转化器设置在至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游的排气排放系统中。
为减少污染物排放，内燃发动机可配备有各种排气后处理系统。即使在没有额外措施的情况下，在充分高的温度水平和存在充分大的氧气量的情况下，在汽缸充气的膨胀和排放期间充分发生未燃烧碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化。然而，由于在下游方向上快速下降的排气温度以及因此迅速下降的反应速率，所以可快速使反应停止。
由于这些原因，使用催化反应器，该催化反应器通过使用增大某些反应的速率的催化材料来允许HC和CO甚至在低温下发生氧化。如果要另外将氮氧化物还原，则这能够通过使用三元催化转化器来实现，然而出于该目的，该三元催化转化器利用狭窄限制内的内燃发动机的化学计量操作(λ≈1)。此处，氮氧化物经由存在的未氧化的排气成分(特别是一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物)还原，其中所述排气成分可同时被氧化。
在用过量空气操作的内燃发动机中，排气中包含的氮氧化物在未将还原剂引入排气中的情况下不可被还原。为了进行氧化，然后将氧化催化转化器设置在排气排放系统中。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中对应于第二总排气管线的第二排气门各自配备有至少部分可变致动的出口气门，所述出口气门在打开位置和关闭位置之间振荡，以便实现最大气门升程Δhmax，并且在打开过程期间在该过程中打开相关联的出口开口持续打开持续时间Δtmax，并且打开过程能够被提前并且/或者被延迟。
在冷起动之外的暖机的内燃发动机的一些操作期间，当所有汽缸开口中的气门均为有效的且被致动时，第二出口气门的致动可以以将排气或气体再循环到压缩机上游的进气系统中的目的来执行。另外地或替代地，第二出口气门可响应于布置在从第二总排气管线分支出去的放气管线中的蓄积器的负荷而致动。
相比之下，在暖机阶段和/或冷起动期间，当没有排气通过第一总排气管线经由排气排放系统从汽缸排放时，将第二组的出口气门对应地致动，以用于有效的排气交换。即，第二排气门可在类似于在冷起动之外打开第一排气门的时间打开。出于该目的，第二排气门的打开过程可以在冷起动和/或暖机阶段期间被提前。即，第二组的出口开口更早地打开，特别地使得最大气门升程Δhmax在相关联的汽缸的充气交换的压缩阶段中的每种情况下实现。
当完成暖机阶段和/或冷起动时，可将第二排气门的打开过程延迟并且可启用第一排气门。然后，最大气门升程Δhmax在相关联的汽缸的充气交换的膨胀阶段中的每种情况下或者在从压缩阶段向膨胀阶段转换时可能在充气交换上止点处实现。换言之，第二排气门可在活塞在排气冲程和进气冲程之间转换时打开。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中至少一个排气涡轮增压器的涡轮为废气门涡轮的形式，旁通管线从所述涡轮上游的排气排放系统分支出来并且切断元件设置在旁通管线中。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中至少一个排气涡轮增压器的涡轮具有可变的涡轮几何结构，该几何结构允许通过调整涡轮几何结构或有效涡轮横截面来广泛适应相应的操作点。此处，用于影响流动方向的导向叶片可被布置在涡轮的叶轮上游。与旋转叶轮的叶轮片相反，导向叶片不与涡轮轴一起旋转，即不与叶轮一起旋转。导向叶片被布置为静止的但不是完全不可移动的，而是可围绕其轴线旋转使得能够影响接近叶轮片的流动。相反，如果涡轮具有固定不可变的几何结构，则导向叶片不仅为静止的还完全不可移动，即，如果设置导向装置的话，导向叶片刚性固定。
机械增压式内燃发动机的实施例可包括其中至少两个汽缸的排气管线合并以在汽缸盖内形成两条总排气管线。
机械增压式内燃发动机的汽缸盖基本上为经受高热负荷和机械负荷的部件。具体地，在集成排气歧管的情况下，内燃发动机的热负荷和汽缸盖的热负荷还另外增加，使得对冷却布置的需求增加。可期望其中设置液体型冷却布置的机械增压式内燃发动机的实施例。
一种用于操作上面所描述的类型的机械增压式内燃发动机的方法经由包括以下的方法实现：在暖机阶段期间在内燃发动机起动之后防止排气经由第一总排气管线的排放，并且经由放气管线将源于第二排气歧管的排气引入到至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游的排气排放系统中，排气中的未燃烧碳氢化合物被收集并储存在蓄积器中。
为操作其中切断元件设置在第一接合点下游的第二总排气管线中的机械增压式内燃发动机，方法变体可包括其中切断元件在暖机阶段期间保持关闭以减小排气再循环流量。然而，设置在第二总排气管线中的切断元件基本上可在暖机阶段期间用于设置再循环到进气系统中的排气量。
方法变体可还包括其中一旦内燃发动机已暖机，就出于将蓄积器中收集的未燃烧碳氢化合物氧化的目的将放气管线打开。
在此背景下，方法变体可包括其中将蓄积器中收集的未燃烧碳氢化合物与排气一起释放并引入到排气排放系统中，使用三元催化转化器将未燃烧碳氢化合物氧化。如上所述，通过在冷起动之外的充气交换期间打开第二排气门，足够量的空气和排气可通过蓄积器流向三元催化转化器以将未燃烧碳氢化合物氧化。
为操作其中出口开口各自配备有至少部分可变致动的出口气门的机械增压式内燃发动机，所述出口开口属于第二组排气管线，所述出口气门在打开位置和关闭位置之间振荡以便实现最大气门升程Δhmax，在打开过程期间在该过程中打开相关联的出口开口持续打开持续时间Δtmax，并且打开过程能够被提前和/或被延迟，方法变体可包括其中在暖机阶段期间将属于第二组的出口开口的出口气门打开使得最大气门升程Δhmax在相关联的汽缸的压缩阶段中的每种情况下实现。
在此背景下，方法变体可包括当内燃发动机已暖机时，将属于第二组的出口开口的出口气门打开使得在相关联的汽缸从压缩阶段向膨胀阶段转换时在每种情况下实现最大气门升程Δhmax。
应当理解，提供上述发明内容是为以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围通过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示意地示出了增压式内燃发动机的第一实施例。
图1B示出了冷起动之外的图1A的内燃发动机的操作期间的气门行程曲线。
图1C示出了在图1A的内燃发动机的冷起动和/或暖机阶段期间的气门行程曲线。
图2A示意地示出了机械增压式内燃发动机的第二实施例。
图2B示出了在图2A的内燃发动机的暖机阶段期间的气门行程曲线。
图3A和图3B示出了一种用于在冷起动期间和在冷起动之外操作发动机的排气门的方法。
图4示出了混合动力车辆的发动机的汽缸的示意图。
具体实施方式
以下描述涉及用于具有以直列布置的三个汽缸的机械增压式施加点火的内燃发动机的系统和方法，其中内燃发动机每个汽缸具有用于经由进气系统进给增压空气的至少一个入口开口和用于经由排气排放系统排放排气的至少两个出口开口，每个出口开口与排气管线邻接，设置至少一个排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机，排气管线被布置为以便形成两组，每组包括来自每个汽缸的至少一条排气管线，并且每组的排气管线在形成排气歧管的每种情况下合并以形成总排气管线，第一组的第一总排气管线通向至少一个排气涡轮增压器的涡轮，第二组的第二总排气管线通向至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统，并且至少一个排气后处理系统设置在至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游的排气排放系统中。本公开还涉及一种用于特别是在内燃发动机起动之后的暖机阶段期间操作所述类型的内燃发动机的方法。
发动机的第一实施例可包括直列布置的三个汽缸，其中汽缸中的每个包括四个气门，两个进气门和两个排气门。排气门可流体地耦接到单独的(separate)排气管线，其中第一排气门的第一组流体地耦接到第一总排气管线，并且第二排气门的第二组流体地耦接到第二排气管线。在一个示例中，第一总排气管线可为包括涡轮的较高压力的排气管线，并且第二总排气管线可为被配置为向进气系统提供低压排气的较低压力的排气管线。放气管线可从第二总排气管线的一部分分支出来，其中放气管线可包括蓄积器，启用该蓄积器以储存低于较低阈值温度(threshold lower temperature)的碳氢化合物。放气管线和第一总排气管线可在蓄积器下游合并以形成包括至少一种三元催化剂的第三总排气管线。第三总排气管线可将排气传导到环境大气。图1A中示出第一实施例。
图1B中示出在发动机的第一实施例的冷起动之外的第一排气门和第二排气门的气门正时。其中，第一排气门可用于将排气排出，而第二排气门可被致动为提供排气再循环并且/或者释放蓄积器上捕集的碳氢化合物。更特别地，释放蓄积器上捕集的碳氢化合物可仅在发动机升压条件之外发生。然而，排气再循环可在升压条件期间和在升压条件之外流动。
图1C示出在发动机的第一实施例的冷起动期间第一排气门和第二排气门的气门正时。其中，致动器可保持第一排气门关闭并且第二排气门可用于将排气排出。
图2A示出了图1A所示的发动机的第二实施例。其中，第二实施例与第一实施例的不同之处可在于第一排气门不包括被配置为将第一排气门保持关闭的致动器。因此，在发动机的第二实施例的冷起动期间，第一排气门可继续在打开位置和关闭位置之间振荡，如图2B所示。然而，第二实施例的第一总排气管线可包括切断元件(例如，阀)，该切断元件被成形为防止排气从第一总排气管线流向其涡轮和第三总排气管线。
图3A和图3B示出了一种用于在冷起动期间和在冷起动之外操作第一排气门和第二排气门的方法。图4示出了混合动力车辆的发动机的单个汽缸的示意图。
现在转到图1A，其示出配备有排气涡轮增压器8的机械增压式内燃发动机10的第一实施例100。排气涡轮增压器8包括布置在排气排放系统5中的涡轮8a和布置在进气系统3中的压缩机8b。热排气在涡轮8a中膨胀，释放能量，由此使排气涡轮增压器8的轴旋转。由到涡轮8a并最终到轴的排气流释放的能量用于驱动压缩机8b，该压缩机同样布置在轴上。压缩机8b压缩流经其的气体并且经由进气系统3向汽缸1传导压缩的增压空气，增压空气冷却器14和节流元件15布置在该进气系统3中，由此实现内燃发动机10的机械增压。
涡轮8a和压缩机8b中的每个可配备有对应的旁路和旁通阀。更具体地，涡轮8a可包括涡轮旁路9，涡轮旁路9包括涡轮旁通元件9a。类似地，压缩机8b可包括压缩机旁路9b，压缩机旁路9b包括压缩机旁通元件9c。在期望较小的升压或者不期望升压的情况下，然后可将涡轮旁通元件9a和压缩机旁通元件9c中的每个致动至打开位置以允许气体分别围绕涡轮8a和压缩机8b 流动。
内燃发动机10可为三汽缸直列式发动机10，其中三个汽缸1沿汽缸盖的纵向轴线布置，即布置在一条线上。每个汽缸1具有用于经由进气系统3进给增压空气的两个入口开口2a、2b，以及用于经由排气排放系统5排放排气的分别与排气管线5a、排气管线5b邻接的两个出口开口4a、4b。应当理解，发动机10可以以本领域的技术人员所熟知的方式包括其他配置。例如，发动机10可为V6发动机，其中三个汽缸1为第一组汽缸的汽缸，并且其中V6 发动机的第二组汽缸还包括类似于汽缸1的三个汽缸。
排气管线5a、5b被配置以便形成两组，每组包括来自每个汽缸1的一条排气管线5a、5b。每组的排气管线5a、5b在形成排气歧管的每种情况下合并以形成总排气管线6a、6b，其中与第一汽缸专用出口开口4a邻接的排气管线 5a合并以形成第一总排气管线6a，并且与第二汽缸专用出口开口4b邻接的排气管线5b合并以形成第二总排气管线6b。本文中第一汽缸专用出口开口4a 可以互换地称为第一排气门4a，并且本文中第二汽缸专用出口开口4b可以称为第二排气门4b。
换言之，第一排气门4a可将三个汽缸1流体地耦接到排气管线5a，该排气管线5a合并以形成第一总排气管线6a。第二排气门4b可将三个汽缸1流体地耦接到排气管线5b，该排气管线5b合并以形成第二总排气管线6b。第一总排气管线6a和第二总排气管线6b可流体地隔开。在一个示例中，第一总排气管线6a中的气体不含第二总排气管线6b中的气体，并且不与第二总排气管线6b中的气体混合。
第一总排气管线6a可使气体流向涡轮8a，而第二总排气管线6b可使气体流向压缩机8b上游的进气系统3作为低压排气再循环。因此，第一总排气管线6a可为较高压力的排气管线，而第二总排气管线6b可为较低压力的排气管线。在期望LP-EGR的一些发动机状况期间，第二总排气管线6b可基于第二排气门4b的气门正时接收较高压力的排气。
放气管线7在第一接合点7b处从第二总排气管线6b分支出来。放气管线7可还包括第一切断元件7a上游的蓄积器12，该第一切断元件7a可为气动致动阀、机械致动阀、电致动阀和/或液压致动阀。第一切断元件7a的形状可被设置为调整通过放气管线7的气流。更特别地，第一切断元件7a的致动器可将第一切断元件7a致动至完全关闭位置或完全打开位置或者在完全关闭位置和完全打开位置之间。完全关闭位置可对应于通过第一切断元件的气流的最低量(例如，0％)，并且完全打开位置可对应于通过第一切断元件的气流的最高量(例如，100％)。因此，在完全关闭位置和完全打开位置之间致动第一切断元件还可计量流经第一切断元件7a的气体的量。
放气管线7可与第一总排气管线6a合并以在接合点7c处形成第三总排气管线16。排气后处理系统11可围绕接合点7c间隔开，使得第一三元催化剂 (TWC)11a被布置在第一总排气管线6a中的接合点7c上游，并且第二TWC 11b被布置在第三总排气管线16中的接合点7c下游。第一TWC 11a可经由等于接合点7c的长度的距离与第二TWC 11b间隔开。另外，在一个示例中，布置第一TWC 11a和第二TWC 11b可允许来自放气管线7的排气仅流向第二TWC 11b。因此，在一个示例中，来自放气管线7的排气可不流向第一TWC 11a。以这种方式，第一TWC 11a可仅从第一总排气管线6a接收排气，并且第二TWC 11b可从第一总排气管线6a和放气管线7接收气体。如下面将描述的，来自放气管线7的气体的空气和碳氢化合物浓度可比来自第一总排气管线6a的气体高。
布置蓄积器12可允许排气在冷起动和/或暖机阶段期间在紧密耦接位置中被捕获。在一个示例中，蓄积器12为被配置为储存分散在排气中的碳氢化合物(HC)的HC捕集器。本文中，蓄积器12可互换地称为碳氢化合物捕集器12。更具体地，在一些示例中，蓄积器可在低于第一TWC 11a和第二TWC 11b的起燃温度的温度下储存HC。因此，在一些示例中，可基于发动机10 和第二TWC 11b中的一个或多个的温度，致动第一切断元件7a，如下面参考图3A和图3B所述。
在发生冷起动的一个示例中，通过将第一切断元件7a移动到至少部分打开的位置，放气管线7流体地耦接到第二总排气管线6b，并且蓄积器12接收排气。在一些示例中，可将第二切断元件6d(其可在形状和功能中的一种或多种上与第一切断元件7a基本上相同)移动到更关闭或完全关闭的位置以减小到进气系统3的排气流。因此，在一个示例中，第二切断元件6d可为EGR 阀。第二切断元件6d被布置在第一接合点7b下游且在冷却器6c下游，并且还可用于设置用于再循环的气体量或排气量。此外，当第一切断元件7a至少部分地打开时，可防止(即禁止)排气经由第一总排气管线6a排放。在图1A 的实施例100中，通过使第一排气门4a配备有致动器来防止排气经由第一总排气管线6a排放，使得第一排气门4a为可切换的气门。每个第一排气门4a 可配备有间隙调整器或被配置为保持气门关闭的类似的切换装置。
图1B示出了未发生冷起动的内燃发动机10的正常操作期间的气门行进曲线A1、A2和E，而图1C描绘了冷起动和/或暖机阶段期间的气门行进曲线 A2和E。
特别地，图1B示出了第一出口气门4a的气门行进曲线A1、第二出口气门4b的气门行进曲线A2和图1A的入口气门2a、入口气门2b的气门行进曲线E。
在发动机10的冷起动之外，第一排气门4a可根据气门行进曲线A1在充气交换上止点(CE-TDC)之前的压缩阶段(例如，排气冲程)中被致动，以便排放排气，并且入口开口2a、入口开口2b根据气门行进曲线E在充气交换上止点CE-TDC之后在膨胀阶段(例如，进气冲程)中打开，以便向汽缸1 供应新鲜的增压空气。
第二排气门4b可根据气门行进曲线A2在三个汽缸1的相关联的汽缸从压缩阶段(例如，排气冲程)转换到膨胀阶段(例如，进气冲程)时被致动，其中第二排气门4b的最大气门升程Δhmax(例如，Δh2)在充气交换上止点 CE-TDC处实现。第二排气门的最大气门升程Δhmax可小于第一排气门4a的最大气门升程Δhmax(例如，Δh1)和进气门2a、进气门2b的最大气门升程Δhmax以便防止与活塞发生碰撞或接触。来自汽缸1的排气与新鲜空气或增压空气一起经由第二排气门4b流到第二总排气管线6b中，该新鲜空气或增压空气在净化过程期间从进气系统3经由入口开口2a、入口开口2b流到汽缸1中并且从汽缸1经由第二出口开口4b直接流到第二总排气管线6b中。基于第二排气门4b的气门正时，第二总排气管线6b中的排气的成分可不同于第一总排气管线6a中的排气的成分。更特别地，第二总排气管线6b中的排气可比第一总排气管线中的排气包含更大量的空气。
第二总排气管线6b中的排气可用作低压排气再循环(LP-EGR)或者可用于释放图1A的蓄积器12中蓄积的碳氢化合物。可分别基于致动第一切断元件7a和致动第二切断元件6d来调整排气的利用。在一些示例中，当期望升压时可将第一切断元件7a致动至关闭位置。当不期望EGR时可将第二切断元件6d致动至关闭位置。
具体地，图1C示出了在暖机阶段和/或冷起动期间第一出口气门4a被停用以便防止经由第一总排气管线6a排放排气，气门行进曲线A1被省略。
由于在暖机阶段期间没有排气经由第一总排气管线6a从汽缸1排放，所以第二出口气门4b在压缩阶段(例如，排气冲程)期间达到最大气门升程Δhmax，并且被对应地致动以用于充气交换。即，在相关联的汽缸1的压缩阶段中第二排气门4b在每种情况下被打开。
为此，第二排气门4b可配备有部分可变的出口气门和/或致动器，其中打开过程可被提前或延迟。将第二排气门4b打开使得最大气门升程Δhmax在压缩阶段中的每种情况下实现，使得第二出口气门4b和进气门2a、进气门2b的打开不再重叠，并且在CE-TDC之前将第二排气门4b关闭。因此，第二总排气管线6b和放气管线7可在冷起动期间接收高压排气。
因此，基于第二排气门4b的操作，第二总排气管线6b和放气管线7可接收更高压力或更低压力的排气。例如，在发动机10的冷起动和/或暖机阶段期间，第二总排气管线6b和放气管线7可由于提前打开第二排气门4b而接收包含较少新鲜空气的较高压力的排气。此外，将第二切断元件6d完全关闭以防止EGR流。作为另外的示例，在发动机10的冷起动和/或暖机阶段之外，第二总排气管线6b可接收较低压力的排气，可将该排气作为LP-EGR引导到进气系统3中的一个或多个，或者将该排气引导到放气管线7以从蓄积器12 释放碳氢化合物。
另外地或替代地，在期望或可允许释放储存在蓄积器12上的碳氢化合物的一些发动机状况期间，第二总排气管线6b可接收较低压力的排气，并且，类似于图1B的气门行进曲线A2，第二排气门4b的气门正时可被延迟。响应于被起燃的第二TWC(例如，图1A的第二TWC11b)的温度，碳氢化合物的释放可发生，其中被起燃包括催化剂比阈值催化剂温度更暖，该阈值催化剂温度高于碳氢化合物储存在HC捕集器中的初始温度，该阈值催化剂温度基于其中催化剂可在存在期望的化合物的情况下处理排放的催化剂温度。
因此，未燃烧的HC可在图1C所示的气门致动的情况下流向蓄积器12 并且被收集在蓄积器12中。一旦第二TWC(例如，图1A的第二TWC 11b) 被起燃，就可将蓄积的HC释放。更具体地，对应于其中蓄积器12可释放蓄积在其上的HC的条件的发动机工况可包括冷起动之外的发动机工况。
图2A示意地示出了机械增压式内燃发动机10的第二实施例200。其寻求解释仅与图1A所示实施例有关的差异，由于这一原因以其他方式参考图1。因此，可将先前介绍的部件在该附图和随后的附图中类似地编号。
与图1A所示的第一实施例100相反，图2A所示的内燃发动机10包括第三切断元件13，该第三切断元件13设置在涡轮8a上游的排气排放系统5 中以防止排气经由第一总排气管线6a排放。因此，在第二实施例200中，第二排气门4a可不包括被配置为将第二排气门4a保持关闭的致动器。替代地，可致动第三切断元件13以防止来自第一总排气管线6a的排气流向第三总排气管线16。第三切断元件13可在功能和/或形状上基本上类似于第一切断元件7a和第二切断元件6d。
图2B示出了图2A所示的内燃发动机的暖机阶段期间的气门行进曲线。
由于在暖机阶段期间第一排气门4a不是可停用的而是继续被致动，所以图2B中未省略气门行进曲线A1。
然而，由于在暖机阶段期间不经由排气排放系统5从第一总排气管线6a 排放排气的情况不变，所以可继续使用并对应地致动第二排气门4b以用于类似于图1C所示的A2的充气交换。因此，由于第三切断元件13的关闭，所以排气可填充第一总排气管线6a的一部分而不流向涡轮8a、涡轮旁路9和第三总排气管线16。在冷起动期间，可在相关联的汽缸1的压缩阶段中将第二排气门4b打开，如图2B所示。
现在转到图3A和图3B，其示出一种用于操作图1A的发动机10的排气门的方法300。可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(诸如下面参考图4所描述的传感器)接收的信号通过控制器执行用于实施方法300的指令。根据下面所述方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器以调整发动机操作。
方法300在302处开始，在302处包括确定、估计和/或测量当前的发动机操作参数。当前的发动机操作参数可包括但不限于节气门位置、发动机温度、发动机转速、歧管压力、车辆速度、排气再循环流率和空气/燃料比中的一个或多个。
方法300可前进到304，在304处可包括确定冷起动是否发生。如果发动机温度低于阈值温度并且/或者低于环境温度，则冷起动可发生。阈值温度可基于期望的发动机操作范围(例如，180℉至220℉)。另外地或替代地，如果催化剂(例如，第一TWC 11a或第二TWC11b)温度小于起燃温度，则冷起动可发生。
如果冷起动发生，则方法300可前进到306以停用第一排气门，该第一排气门可与第一总排气管线相关联。可经由例如致动器、液压式间隙调整器将第一排气门保持关闭，从而防止从第一排气门到第二总排气管线的排气流。以这种方式，排气可不从汽缸向涡轮流动。
在一些示例(诸如图2A所示的实施例200的示例)中，第一排气门可不耦接到致动器，该致动器被配置为保持第一排气门的关闭位置。然而，可将布置在第一总排气管线中的切断元件(例如，图2A的第三切断元件13)致动至完全关闭位置以防止第一总排气管线中的排气流向涡轮。因此，排气可填充第三切断元件和汽缸之间的第一总排气管线的一部分而不流向涡轮。
方法300可前进到308，在308处可包括提前打开第二排气门。在冷起动期间提前打开第二排气门可与冷起动之外的发动机工况期间的正时有关。该提前可使得减小并且/或者防止第二排气门打开和进气门打开之间的重叠。更具体地，该提前可允许第二排气门在汽缸的压缩冲程和/或排气冲程期间打开，从而允许第二排气门使较高压力的排气与较少的新鲜空气一起流向第二总排气管线。在一个示例中，该提前可类似于图1C所示的第二排气门正时。
方法300可前进到309，在309处可包括将第一切断元件打开并且将第二切断元件关闭。第一切断元件可被布置在蓄积器下游的放气管线中，并且第二切断元件可被布置在第二总排气管线中的第一接合点和冷却器中的每个的下游。因此，流到第二总排气管线中的排气可不流向进气系统，并且可仅流经放气管线并流到第三总排气管线中。
方法300可前进到310，在310处可包括使排气仅流到放气管线以收集未燃烧燃料。通过提前打开第二排气门，可不发生第二排气门和进气门至少部分打开之间的重叠，从而减小新鲜空气流向放气管线的量。排气(该排气可包含未燃烧燃料)可流向布置在第二排气管线中的蓄积器(例如碳氢化合物捕集器)，其中碳氢化合物捕集器可捕获未燃烧燃料，通过这样做，可减少冷起动期间的排放。
方法300可前进到312，在312处可包括确定冷起动是否终止。如果发动机温度大于阈值温度或环境温度，则冷起动可终止。另外地或替代地，如果三元催化剂起燃，则冷起动可终止。如果冷起动尚未终止，则方法300可前进到314以继续在冷起动条件下操作直到不再满足冷起动条件为止。
然而，如果冷起动终止或者如果冷起动未如304处确定的发生，则方法 300可前进到图3B的316。
在316处，方法300可包括启用第一排气门。启用第一排气门可包括允许第一排气门移动到完全关闭位置之外，从而禁用与第一排气门相关联的致动器。另外地或替代地，如果第一排气门不包括被配置为保持气门关闭的致动器，则可将布置在第一总排气管线中的切断阀移动到更打开的位置以允许排气通过其中流动。
方法300可前进到318，在318处可包括在排气冲程期间将第一排气门打开至最大打开Δh1。高压排气可流经第一总排气管线、通过涡轮并且通过排气管线的其余部分到达环境大气。另外地或替代地，如果期望较小升压，排气可经由致动旁通阀和/或废气门绕过涡轮。在一个示例中，打开第一排气门可类似于图1B所示的正时。
方法300可前进到320，在320处可包括确定第二TWC是否被起燃。如上所述，第二TWC可被布置在第一总排气管线和放气管线合并以形成第三总排气管线的第二接合点的下游。第二TWC的温度可经由来自布置在第二TWC 附近(例如，上游、内部或下游)的温度传感器的反馈来估计。如果第二TWC 未被起燃，则方法300可前进到322以保持当前发动机操作参数并且不使气体流向放气管线。方法300可继续监控第二TWC的温度。如果第二TWC被起燃使得其具有催化活性并且能够将碳氢化合物氧化，则方法300可前进到 324。
在一些示例中，第二TWC的起燃温度可大于蓄积器的阈值释放温度。因此，可期望在释放储存在蓄积器上的碳氢化合物和第二TWC起燃之间协调以减少排放。在一些示例中，冷起动可在第二TWC被起燃之前完成。可使排气远离放气管线转向以防止碳氢化合物在第二TWC暖机时从蓄积器释放。
在324处，方法300可包括确定蓄积器温度是否大于阈值释放温度。如上所述，在冷起动结束之后并且在第二TWC被起燃之前可存在一时段，其中气体不流向放气管线中的蓄积器，从而允许蓄积器冷却。因此，蓄积器的温度可在所述时段期间减小并且可降低至远低于阈值释放温度，使得与第二气门的第一打开正时(例如，图1B所示的正时)相关联的排气和新鲜空气的混合物太冷而无法充分加热蓄积器至阈值释放温度。
如果蓄积器温度大于阈值释放温度，则方法300可前进到326以延迟第二排气门的打开。延迟第二排气门的打开可包括延迟打开至第一正时，其中第二排气门在充气交换期间达到最大气门打开高度。在一些示例中，第一正时类似于经由图1B的曲线A2所示的第二气门的正时。因此，第一正时可包括在第二排气门的打开和进气门的打开之间的一些重叠。
方法300可前进到328，在328处可包括使气体的第一混合物流向蓄积器。第一混合物可包含排气和新鲜空气的第一构成，其中第一构成比流向蓄积器的其他混合物包含更少的排气和更多的新鲜空气。另外地或替代地，第一构成的压力可小于流向蓄积器的其他混合物的压力。碳氢化合物可从蓄积器释放并被引导到布置在其中放气管线和第一总排气管线合并的第二接合点下游的第二TWC。
方法300可前进到330，在330处可包括在第二TWC中将释放的碳氢化合物氧化。由于第二TWC被起燃结合第二TWC处存在的过量氧气，所以可促进氧化作用。
回到324，如果蓄积器温度不大于阈值释放温度，则然后方法300可前进到332以将第二排气门打开提前。将第二排气门打开提前可包括将第二排气门打开提前至第二正时，这可包括在充气交换之前的排气冲程期间第二排气门达到最大气门打开高度。在一些示例中，第二正时可基本上类似于图1C中的曲线A2所示的第二气门打开。
方法可前进到334以使气体的第二混合物流向蓄积器。第二混合物可包含排气和新鲜空气的第二构成，其中第二混合物比包括第一混合物的其它混合物包含更多的排气和更少的新鲜空气。通过使更多排气流动，蓄积器的温度可更加迅速地增加。
另选地或替代地，使第二混合物流动可包括调整一个或多个发动机操作参数以在第二TWC处增加空气的供应，其中所述调整可包括增加空气/燃料比以更贫地燃烧。通过这样做，由于热点等仍然可在第二TWC处被处理，在蓄积器暖机期间碳氢化合物从蓄积器附带地释放。
在一些示例中，另外地或替代地，第二气门正时可从第二正时向第一正时逐渐延迟，使得介于第一混合物和第二混合物的构成之间的气体混合物可流向蓄积器。以这种方式，在蓄积器温度大于阈值释放温度之前，更多的空气和更少的排气可开始流向蓄积器。这可为蓄积器提供更加均匀的加热并且可增大从蓄积器释放的碳氢化合物的氧化作用。
无论如何，方法300仍可在334之后类似于324继续监控蓄积器温度。
图4描绘了用于车辆的发动机系统400。车辆可为具有接触路面的驱动轮的道路车辆。发动机系统400包括发动机410，发动机410包括多个汽缸。图 4详细描述了一个此类汽缸或燃烧室。发动机410的各种部件可通过电子发动机控制器412控制。在一个示例中，发动机410可与图1A和图2A的内燃发动机10类似地使用。
发动机410包括汽缸体414和汽缸盖416，汽缸体414包括至少一个汽缸孔20，汽缸盖416可包括进气门152和排气门154。在其他示例中，在发动机410被配置为两冲程发动机的示例中，汽缸盖416可包括一个或多个进气道和/或排气道。汽缸体414包括汽缸壁32，汽缸壁32具有定位在其中并连接到曲轴40的活塞36。因此，当耦接在一起时，汽缸盖416和汽缸体414可形成一个或多个燃烧室。因此，基于活塞36的振荡调整燃烧室30的容量。燃烧室30在本文中还可被称为汽缸30。所示燃烧室30经由相应的进气门152 和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。可通过进气凸轮51和排气凸轮53操作每个进气门和排气门。替代地，可通过机电控制的气门线圈和电枢组件操作进气门和排气门中的一个或多个。可通过进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可通过排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。因此，当气门152和气门154处于关闭时，燃烧室30和汽缸孔20可被流体地密封，使得气体无法进入或离开燃烧室30。在一个示例中，进气门152可与图1A和图2A的进气门2a、进气门2b中的一个或多个类似地使用。排气门154可与图1A和图2A的第一气门4a或第二气门4b类似地使用。更具体地，在图4的示例中，所示排气门可与图1A和图2A的第一气门4a的第一气门类似地使用。
燃烧室30可由汽缸体414的汽缸壁32、活塞36和汽缸盖416形成。汽缸体414可包括汽缸壁32、活塞36、曲轴40等等。汽缸盖416可包括一个或多个燃料喷射器诸如燃料喷射器66、一个或多个进气门152以及一个或多个排气门诸如排气门154。汽缸盖416可经由紧固件诸如螺栓和/或螺钉耦接到汽缸体414。具体地，当耦接时，汽缸体414和汽缸盖416可经由垫圈彼此密封接触，并且因此汽缸体414和汽缸盖416可将燃烧室30密封，使得气体仅可在进气门152被打开时经由进气歧管144流入和/或流出燃烧室30，并且 /或者在排气门154被打开时经由排气歧管148流入和/或流出燃烧室30。在一些示例中，对于每个燃烧室30仅可包括一个进气门和一个排气门。然而，在其他示例中，多于一个进气门和/或多于一个排气门可被包括在发动机410的每个燃烧室30中。涡轮164可与图1A和图2A的涡轮8a类似地使用。
在一些示例中，发动机410的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择操作模式下，点火系统190可响应于来自控制器412的火花提前信号 SA经由火花塞192向汽缸30提供点火火花。然而，在一些实施例中，可省略火花塞192，诸如在其中发动机410可通过自动点火或者通过喷射燃料来发起燃烧的情况，如一些柴油发动机的情况。
燃料喷射器66可被定位为将燃料直接喷射到燃烧室30中，这是本领域的技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器412的信号FPW 的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。通过燃料系统(未示出)向燃料喷射器 66递送燃料，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。响应于控制器412 向燃料喷射器66供应来自驱动器68的操作电流。在一些示例中，发动机410 可为汽油发动机，并且燃料箱可包含汽油，可通过喷射器66将汽油喷射到燃烧室30中。然而，在其他示例中，发动机410可为柴油发动机，并且燃料箱可包含柴油燃料，可通过喷射器66将柴油燃料喷射到燃烧室中。进一步地，在发动机410被配置为柴油发动机的此类示例中，发动机410可包括电热塞以在燃烧室30中发起燃烧。
所示进气歧管144与节气门62连通，该节气门62调整节流板64的位置以控制到发动机汽缸30的空气流。这可包括控制来自进气升压室146的升压空气的空气流。在一些实施例中，可将节气门62省略，并且可经由耦接到空气进气通道42并位于进气升压室146上游的单个空气进气系统节气门(AIS 节气门)82控制到发动机的空气流。在另外的示例中，可将AIS节气门82 省略，并且可用节气门62控制到发动机的空气流。
在一些实施例中，发动机410被配置为提供排气再循环或EGR。当包括 EGR时，EGR可被设置为高压EGR和/或低压EGR。在其中发动机410包括低压EGR的示例中，可经由EGR通道135和EGR阀138在空气进气系统(AIS) 节气门82的下游和压缩机162的上游的位置处从涡轮164下游的排气系统中的位置向发动机空气进气系统提供低压EGR。当存在驱动流动的压差时，可将EGR从排气系统吸入进气系统。压差能够通过将AIS节气门82部分地关闭来创建。节流板84控制压缩机162的入口处压力。AIS可被电控制并且其位置可基于任选的位置传感器88进行调整。
环境空气经由进气通道42被吸入燃烧室30中，该进气通道42包括空气过滤器156。因此，空气首先通过空气过滤器156进入进气通道42。然后压缩机162从空气进气通道42抽取空气以经由压缩机出口管(图1中未示出) 供应压缩空气到升压室146。在一些示例中，空气进气通道42可包括具有过滤器的空气箱(未示出)。在一个示例中，压缩机162可为涡轮增压器，其中压缩机162的动力通过涡轮164从排气的流动中汲取。具体地，排气可使涡轮164旋转，涡轮164经由轴161耦接到压缩机162。废气门72允许排气绕过涡轮164，使得能够在不同工况下控制升压。可响应于增加的升压需求诸如在操作者踩加速踏板期间将废气门72关闭(或者可减小废气门的开度)。通过将废气门关闭，能够增加涡轮上游的排气压力，从而升高涡轮速度和峰值功率输出。这允许升压压力升高。另外地，当压缩机再循环阀部分打开时，可将废气门朝关闭位置移动以保持期望的升压压力。在另一个示例中，可响应于减小的升压需求诸如在操作者踩加速器踏板期间将废气门72打开(或者可增大废气门的开度)。通过将废气门打开，可减小排气压力，从而减小涡轮速度和涡轮功率。这允许升压压力降低。
然而，在替代的实施例中，压缩机162可为机械增压器，其中压缩机162 的动力从曲轴40汲取。因此，压缩机162可经由机械联动装置诸如皮带耦接到曲轴40。因此，曲轴40输出的旋转能量的一部分可转移到压缩机162以用于给压缩机162提供动力。
压缩机再循环阀158(CRV)可设置在围绕压缩机162的压缩机再循环路径159中，使得空气可从压缩机出口向压缩机入口移动以便减小可在压缩机 162两侧产生的压力。增压空气冷却器157可被定位在压缩机162下游的升压室146中，以用于将递送到发动机进气装置的升压的空气充气冷却。然而，在如图1所示的其他示例中，增压空气冷却器157可被定位在进气歧管144 中的电子节气门62的下游。在一些示例中，增压空气冷却器157可为空气到空气增压空气冷却器。然而，在其他示例中，增压空气冷却器157可为液体到空气冷却器。
在所描绘的示例中，压缩机再循环路径159被配置为将来自增压空气冷却器157上游的冷却的压缩空气向压缩机入口再循环。在替代的示例中，压缩机再循环路径159可被配置为将压缩空气从压缩机下游和增压空气冷却器 157下游向压缩机入口再循环。CRV 158可经由来自控制器412的电信号打开和关闭。CRV 158可被配置为具有从其能够移动到完全打开位置或完全关闭位置的默认半打开位置的三态阀。
所示通用排气氧(UEGO)传感器126耦接到排放控制装置70上游的排气歧管148。替代地，双态排气氧传感器可代替UEGO传感器126。在一个示例中，排放控制装置70可包括多个催化剂砖。在另一个示例中，能够使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。虽然所描绘的示例示出 UEGO传感器126在涡轮164的上游，但是应当理解，在替代的实施例中， UEGO传感器可被定位在涡轮164下游或排放控制装置70上游的排气歧管中。另外地或替代地，排放控制装置70可包括柴油氧化催化剂(DOC)和/或柴油冷起动催化剂、微粒过滤器、三元催化剂、NOx捕集器、选择性催化还原装置和它们的组合。在一些示例中，传感器可被布置在排放控制装置70上游或下游，其中传感器可被配置为诊断排放控制装置70的状态。
控制器412在图4中作为微型计算机示出，其包括：微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器 (RAM)108、保活存储器(KAM)110和常规数据总线。所示控制器412 从耦接到发动机410的传感器接收各种信号，除先前论述的那些信号之外，还包括：来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度 (ECT)；位置传感器134，其耦接到输入装置130以用于感测由车辆操作者 132所调整的输入装置踏板位置(PP)；用于确定尾气的点火的爆震传感器(未示出)；来自耦接到进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP) 的测量值；来自耦接到升压室146的压力传感器122的升压压力的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。还可感测大气压(未示出传感器)以用于由控制器412处理。在本说明书的优选方面，霍尔效应传感器118在曲轴的每次旋转中产生预定数量的等间距脉冲，能够通过该脉冲确定发动机转速(RPM)。输入装置130可包括加速器踏板和/或制动踏板。因此，来自位置传感器134的输出可用于确定输入装置130的加速器踏板和/或制动踏板的位置，并且因此确定期望的发动机扭矩。因此，可基于输入装置130的踏板位置估计如由车辆操作者132所请求的期望的发动机扭矩。
在一些示例中，车辆405可为具有可用于一个或多个车轮59的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆405为仅具有发动机的常规车辆或仅具有(一个或多个)电动机器的电动车辆。在所示示例中，车辆405包括发动机410和电动机器52。电动机器52可为马达或马达/发电机。当接合一个或多个离合器56时，发动机410的曲轴40和电动机器52经由变速器54 连接到车轮59。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴40和电动机器52之间，并且第二离合器56设置在电动机器52和变速器54之间。控制器412可向每个离合器56的致动器发送信号以接合或松开离合器，以便使曲轴40与电动机器52和连接到电动机器52的部件连接或断开，并且/或者将电动机器52与变速器54和连接到变速器54的部件连接或断开。变速器54可为变速箱、行星齿轮系或另一类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式进行配置，包括被配置为并联、串联或串并联的混合动力车辆。
电动机器52从牵引电池58接收电力以向车轮59提供扭矩。电动机器52 还可被操作为发电机，以例如在制动操作期间提供电力从而为电池58充电。
控制器412从图4的各种传感器接收信号并且采用图4的各种致动器以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调整发动机操作。例如，基于来自ECT传感器112的反馈，对电动机器52的调整操作可发生。如下面将更详细地描述的，基于动力传动系统温度(可基于来自ECT传感器112的反馈，估计动力传动系统温度)以及预期的目的地和纯电动操作范围之间的距离中的一个或多个，可调整发动机410和电动机器52使得其操作可被延迟。
以这种方式，可将发动机排气系统分成分别流体地耦接到第一排气门和第二排气门的第一总排气管线和第二总排气管线。第一总排气管线和第二总排气管线可被隔开，其中第一总排气管线可包括涡轮，并且其中第二总排气管线可包括低压排气再循环阀。放气管线可从第二总排气管线分支出来，使得布置在放气管线中的蓄积器可紧密耦接到发动机。将蓄积器布置在到发动机的紧密耦接位置的技术效果是，通过使排气流向第二总排气管线并流到放气管线中而不使排气作为低压EGR流动或流到第一总排气管线中来减少在发动机的冷起动期间的排放。通过这样做，可在三元催化剂可氧化碳氢化合物的发动机工况期间储存并适时地释放蓄积器中的碳氢化合物。
机械增压式施加点火的内燃发动机的实施例具有直列布置的三个汽缸，其中内燃发动机包括每个汽缸具有成形为接收来自进气系统的增压空气的至少一个入口开口和成形为向排气排放系统排放排气的至少两个出口开口(每个出口开口与单独的排气管线邻接)、包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机的至少一个排气涡轮增压器，单独的排气管线被成形为第一组和第二组，并且其中第一组和第二组包括来自每个汽缸的至少一条排气管线，其中每组的排气管线在两个单独的排气歧管形成的每种情况下合并以形成彼此隔开的第一总排气管线和第二总排气管线，其中第一组的第一总排气管线通向排气后处理系统上游的涡轮，并且其中第二组的第二总排气管线通向压缩机上游的进气系统，并且放气管线从第二总排气管线分支出来从而形成第一接合点，放气管线包括在被成形为捕获碳氢化合物的蓄积器下游的切断元件，放气管线与第一总排气管线在切断元件下游的第二接合点合并以形成第三总排气。机械增压式发动机的第一示例还包括其中对应于第一总排气管线的出口开口包括比对应于第二总排气管线的出口开口更大的直径。机械增压式发动机的第二示例(任选地包括第一示例)还包括其中排气后处理系统包括第一后处理装置和第二后处理装置，并且其中第二接合点位于排气后处理系统的第二后处理装置上游，第二后处理装置被布置在第三总排气管线中。机械增压式发动机的第三示例(任选地包括第一示例和/或第二示例)还包括其中第一后处理装置和第二后处理装置为三元催化剂。机械增压式发动机的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个) 还包括其中切断元件为第一切断元件，并且其中第一总排气管线还包括布置在涡轮上游的第二切断元件。机械增压式发动机的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括其中对应于第一总排气管线的出口开口各自配备有至少部分可变致动的出口气门，该出口气门被配置为将出口开口保持在关闭位置中。机械增压式发动机的第六示例(任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个)还包括其中排气再循环阀被布置在第一接合点下游的第二总排气管线中。机械增压式发动机的第七示例(任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个)还包括其中冷却器被布置在第一接合点下游的第二总排气管线中。
系统的实施例包括涡轮增压式发动机，该涡轮增压式发动机包括多个汽缸，其中多个汽缸中的每个汽缸包括多个第一排气门中的第一排气门和多个第二排气门中的第二排气门，第一总排气管线流体地耦接到多个第一排气门，并且第二总排气管线流体地耦接到多个第二排气门，放气管线在布置在第二总排气管线中的LP-EGR阀上游的第一接合点从第二总排气管线分支出来，并且其中放气管线包括碳氢化合物捕集器(该捕集器在其中放气管线与第一总排气管线合并以形成第三总排气管线的第二接合点上游紧密耦接到发动机，并且其中第二接合点位于布置在第一总排气管线中的涡轮下游)和控制器，该控制器具有存储在其非暂态存储器上的计算机可读指令，当执行该指令时使控制器能够响应于完成冷起动延迟打开多个第二排气门以使气体的第一混合物流向碳氢化合物捕集器和第一接合点下游的第二总排气管线的部分朝向LP-EGR阀，并且其中多个第一排气门在打开位置和关闭位置之间振荡，并且响应于冷起动，将打开多个第二排气门提前以使气体的第二混合物仅流向碳氢化合物捕集器，并且其中多个第一排气门在冷起动的持续时间内保持关闭。系统的第一示例还包括其中气体的第一混合物包含比气体的第二混合物更少的排气和更多的新鲜空气。系统的第二示例(任选地包括第一示例) 还包括其中第一总排气管线与第二总排气管线流体地隔开。系统的第三示例 (任选地包括第一示例和/或第二示例)还包括其中后处理系统包括第一三元催化剂和第二三元催化剂，并且其中第一三元催化剂被布置在第一总排气管线中的第二接合点上游，第二三元催化剂被布置在第三总排气管线中的第二接合点下游。系统的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个)还包括其中响应于第二三元催化剂被起燃和碳氢化合物捕集器的温度大于阈值释放温度中的一个或多个，将碳氢化合物从排气所流向的碳氢化合物捕集器释放。系统的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括其中多个第一排气门包括最大打开高度Δh1，并且其中多个第二排气门包括最大打开高度Δh2，并且其中Δh1大于Δh2。
发动机方法的实施例包括调整到布置在放气管线中的蓄积器的气流，该放气管线流体地耦接到第一总排气管线和第二总排气管线中的每个，并且其中第一总排气管线流体地耦接到多个第一排气门，并且第二总排气管线流体地耦接到多个第二排气门，其中第一总排气管线和第二总排气管线流体地隔开，从而通过将打开多个第二排气门延迟以实现打开多个第二排气门和打开一个或多个进气门之间的重叠来使气体的第一混合物在冷起动之外流向蓄积器，并且通过将打开多个第二排气门提前以减小打开多个第二排气门和打开一个或多个进气门之间的重叠来使气体的第二混合物在冷起动期间流向蓄积器。方法的第一示例还包括其中多个第二排气门的最大打开高度小于多个第一排气门的最大打开高度，并且其中多个第二排气门中的每个的直径小于多个第一排气门中的每个的直径。方法的第二示例(任选地包括第一示例)还包括其中第一混合物包含比第二混合物更少的排气和更多的新鲜空气。方法的第三示例(任选地包括第一示例和/或第二示例)还包括其中第一总排气管线包括在第一总排气管线和放气管线合并之处的上游的涡轮，并且其中第二总排气管线包括在放气管线从第二总排气管线分支出来之处的下游的排气再循环阀，并且其中冷起动还包括使气体的第二混合物仅流向蓄积器而不流向涡轮和排气再循环阀。方法的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个)还包括其中三元催化剂被布置在放气管线和第一总排气管线在其处合并的接合点的下游，并且其中响应于三元催化剂的温度释放储存在蓄积器上的碳氢化合物。方法的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个)还包括其中第一总排气通道中的排气不与第二总排气通道中的排气混合。
注意，本文包括的示例控制和估计程序可与各种发动机和/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作为可执行指令存储在非暂态存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统组合各种传感器、致动器以及其他发动机硬件来实行。本文所描述的特定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、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。同样，处理的顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述而提供。可以根据所使用的具体策略重复执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件部件的系统中组合电子控制器执行指令来实行。
应当理解，因为可以有许多变化，所以本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”要素或“第一”要素或其等同形式。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论是宽于、窄于、等于或不同于初始权利要求的范围，也都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种机械增压式施加点火的内燃发动机，其具有以直列布置的三个汽缸，其中内燃发动机包括：
每个汽缸具有成形为接收来自进气系统的增压空气的至少一个入口开口和成形为向排气排放系统排放排气的至少两个出口开口，每个出口开口与单独的排气管线邻接；
至少一个排气涡轮增压器，其包括布置在所述排气排放系统中的涡轮和布置在所述进气系统中的压缩机；
所述单独的排气管线，其成形为第一组和第二组，并且其中所述第一组和所述第二组包括来自每个汽缸的至少一条排气管线，其中每组的所述排气管线在两个单独排气歧管形成的每种情况下合并以形成第一总排气管线和第二总排气管线，所述第一总排气管线和所述第二总排气管线彼此隔开，其中
所述第一组的所述第一总排气管线通向排气后处理系统上游的所述涡轮，并且其中所述第二组的所述第二总排气管线通向所述压缩机上游的所述进气系统；以及
放气管线从第二总排气管线分支出来从而形成第一接合点，所述放气管线包括位于蓄积器下游的切断元件，所述蓄积器被成形为捕获碳氢化合物，所述放气管线与所述第一总排气管线在所述切断元件下游的第二接合点合并，以形成第三总排气管线。
2.根据权利要求1所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中对应于所述第一总排气管线的所述出口开口包括比对应于所述第二总排气管线的所述出口开口大的直径。
3.根据权利要求1所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中所述排气后处理系统包括第一后处理装置和第二后处理装置，并且其中所述第二接合点位于所述排气后处理系统的第二后处理装置上游，所述第二后处理装置被布置在所述第三总排气管线中。
4.根据权利要求1所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中所述第一后处理装置和所述第二后处理装置为三元催化剂。
5.根据权利要求1所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中所述切断元件为第一切断元件，并且其中所述第一总排气管线还包括第二切断元件，所述第二切断元件被布置在所述涡轮上游。
6.根据权利要求1所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中对应于所述第一总排气管线的所述出口开口各自配备有至少部分可变致动的出口气门，所述出口气门被配置为将所述出口开口保持在关闭位置中。
7.根据权利要求1所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中排气再循环阀被布置在所述第一接合点下游的所述第二总排气管线中。
8.根据权利要求7所述的机械增压式施加点火的内燃发动机，其中冷却器被布置在所述第一接合点下游的所述第二总排气管线中。
9.一种系统，其包括：
涡轮增压式发动机，所述涡轮增压式发动机包括多个汽缸，其中所述多个汽缸中的每个汽缸包括多个第一排气门中的第一排气门和多个第二排气门中的第二排气门；
第一总排气管线和第二总排气管线，所述第一总排气管线流体地耦接到所述多个第一排气门，并且所述第二总排气管线流体地耦接到所述多个第二排气门；
放气管线，所述放气管线在LP-EGR阀上游的第一接合点从所述第二总排气管线分支出来，所述LP-EGR阀被布置在所述第二总排气管线中，并且其中所述放气管线包括碳氢化合物捕集器，所述碳氢化合物捕集器在所述放气管线与所述第一总排气管线合并以形成第三总排气管线的第二接合点上游紧密耦接到所述发动机，并且其中所述第二接合点位于涡轮下游，所述涡轮被布置在所述第一总排气管线中；以及
控制器，所述控制器具有存储在其非暂态存储器上的计算机可读指令，当执行所述指令时使所述控制器能够：
响应于完成冷起动，延迟所述多个第二排气门的打开以使气体的第一混合物流向所述碳氢化合物捕集器和所述第一接合点下游的所述第二总排气管线部分朝向所述LP-EGR阀，并且其中所述多个第一排气门在打开位置和关闭位置之间振荡；以及
响应于冷起动，将所述多个第二排气门的打开提前以使气体的第二混合物仅流向所述碳氢化合物捕集器，并且其中所述多个第一排气门在所述冷起动的所述持续时间内保持关闭。
10.根据权利要求9所述的系统，其中气体的所述第一混合物包含比气体的所述第二混合物更少的排气和更多的新鲜空气。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一总排气管线与所述第二总排气管线流体地隔开。
12.根据权利要求9所述的系统，还包括后处理系统，所述后处理系统包括第一三元催化剂和第二三元催化剂，并且其中所述第一三元催化剂被布置在所述第一总排气管线中的所述第二接合点上游，所述第二三元催化剂被布置在所述第三总排气管线中的所述第二接合点下游。
13.根据权利要求12所述的系统，其中在响应于所述第二三元催化剂被起燃和所述碳氢化合物捕集器的温度大于阈值释放温度中的一个或多个，碳氢化合物从排气流向其的所述碳氢化合物捕集器释放。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个第一排气门包括最大打开高度Δh1，并且其中所述多个第二排气门包括最大打开高度Δh2，并且其中Δh1大于Δh2。
15.一种发动机方法，其包括：
使排气流向第一总排气管线、与所述第一管线隔开的第二总排气管线和放气管线中的一个或多个；以及
响应于蓄积器温度，调整所述放气管线中流向HC蓄积器的新鲜空气的量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个第二排气门的最大打开高度小于所述多个第一排气门的最大打开高度，并且其中所述多个第二排气门中的每个的直径小于所述多个第一排气门中的每个的直径。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一混合物包含比所述第二混合物更少的排气和更多的新鲜空气。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一总排气管线包括涡轮，所述涡轮位于所述第一总排气管线和所述放气管线合并的位置的上游，并且其中所述第二总排气管线包括排气再循环阀，所述排气再循环阀位于所述放气管线从所述第二总排气管线分支出来的位置的下游，并且其中所述冷起动还包括使气体的所述第二混合物仅流向所述蓄积器而不流向所述涡轮和所述排气再循环阀。
19.根据权利要求15所述的方法，其中三元催化剂被布置在接合点下游，所述放气管线和所述第一总排气管线在该接合点合并，并且其中响应于所述三元催化剂的温度释放储存在所述蓄积器上的碳氢化合物。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一总排气通道中的排气不与所述第二总排气通道中的排气混合。
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