CN110566357A - 用于加快发动机升温的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于加快发动机升温的系统和方法”。提供了用于在发动机冷起动时加快所述发动机和排放装置的加热的方法和系统。在一个实例中，一种方法可以包括：在发动机冷起动之前，操作e‑压缩机并且打开联接在所述e‑压缩机上的再循环通道的再循环阀，以使来自所述e‑压缩机的出口的压缩进气通过所述再循环通道流动到所述e‑压缩机的入口；以及当所述e‑压缩机的所述出口处的温度达到阈值时起动所述发动机，并且在所述发动机接通的同时继续操作所述e‑压缩机。由通过所述再循环通道的所述压缩进气流量产生的加热进气提高了燃烧温度和排气温度，这可以减少所述排放装置的催化剂起燃时间。

Description

用于加快发动机升温的系统和方法
技术领域
本说明书总体上涉及用于在冷起动和重新起动之前使车辆发动机升温的方法和系统。
背景技术
在初始发动机起动(在发动机关闭并且允许发动机部件冷却的一段时间之后)期间，燃料可以在发动机的燃烧室处燃烧，从而生成排气。诸如火花点火发动机中的三元催化转化器和柴油动力发动机中的选择性催化还原等排放装置可以布置在燃烧室下游的车辆排气系统中以处理废气排放。发动机起动后，排放装置可能需要一段时间才能升温到装置催化剂被活化的温度。在称为起燃的一段时间后达到活化温度后，排放装置在将排气释放到大气之前可以有效地处理调节的燃烧产物，诸如颗粒物质、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物。
起燃期间的催化转化效率可能较低，导致驾驶的早期阶段期间的不期望的排气释放。此外，当发动机进气温度低时的燃料燃烧可能导致临界或不完全燃烧，发动机性能和驾驶性能差，以及车辆噪声、振动和粗糙性(NVH)。由于装置的大小和成本，在起动期间使用诸如进气加热器等电加热装置来使发动机升温是不切实际的解决方案。
处理更快的发动机和催化剂加热的其他尝试包括使用电辅助压缩机来加热进气。Uhrich等人在US 2010/0300405中示出了一种示例性方法。其中，增压装置至少部分地由电动马达驱动，以增加通过燃料蒸气滤罐输送的进气，从而在发动机冷起动条件期间释放存储在滤罐中的燃料蒸气。燃料蒸气在发动机气缸中燃烧，从而加热气缸以及排放控制装置。使用燃料蒸气进行燃烧还可以改善空气-燃料混合并减少催化剂起燃期间的排放。
然而，本发明人已认识到这种系统的潜在问题。举例来说，经由燃料蒸气燃烧期间产生的废热来加热发动机燃烧室和排放控制装置可能仍然相对较慢并且取决于存储的燃料蒸气的量。例如，如果发动机在凉爽的环境条件下运行，则较低的燃料蒸发可能会导致储存的燃料蒸气的量较少。所述量可能不足以有效地加速发动机和排放装置的加热。
发明内容
在一个实例中，上述问题可以通过一种方法来解决，所述方法包括：在发动机冷起动之前，操作e-压缩机并且打开联接在e-压缩机上的再循环通道的再循环阀，以使来自e-压缩机的出口的压缩进气通过所述再循环通道流动到所述e-压缩机的入口；以及当e-压缩机的出口处的温度达到阈值温度时起动发动机，并且在发动机接通的同时继续操作e-压缩机。
以这种方式，可以通过来自电驱动压缩机(e-压缩机)的能量传递来加快发动机升温和催化剂起燃。举例来说，发动机系统可以适配有再循环通道，所述再循环通道将e-压缩机出口下游的进气通道联接到压缩机入口上游的进气通道。在发动机冷起动之前，空气可以再循环通过再循环通道以返回到e-压缩机，从而在输送到发动机进气口之前增加空气(或空气/燃烧气体混合物)的温度。可以延迟发动机燃烧以允许进气温度增加到阈值温度，从而有助于使排气系统的排放装置更快地升温。经由通过e-压缩机的再循环来加热进气也可以用于再生柴油机微粒过滤器。
应当理解，提供以上发明内容部分是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式部分中进一步描述的一系列概念。这并不意味着表示所要求保护的主题的关键或基本特征，所述主题的范围由具体实施方式之后的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文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。
附图说明
图1示出包括围绕压缩机的再循环通道的混合动力发动机系统的示意图。
图2示出在涡轮增压器上游具有电动压缩机的发动机系统的第一实施例，所述电动压缩机被配置成通过使空气再循环通过压缩机再循环通道来使进气升温，同时调节至发动机的质量流量。
图3示出在涡轮增压器上游具有电动压缩机的发动机系统的第二实施例，所述电动压缩机被配置成通过使空气再循环通过压缩机再循环通道来使进气升温。
图4示出在涡轮增压器下游具有电动压缩机的发动机系统的第三实施例，所述电动压缩机被配置成通过使空气再循环通过压缩机再循环通道来使进气升温。
图5示出在涡轮增压器下游具有电动压缩机的发动机系统的第四实施例，所述电动压缩机被配置成通过使空气再循环通过压缩机再循环通道来使进气升温。
图6示出用于操作电驱动压缩机以将空气流驱动通过压缩机再循环通道从而加热进气的第一示例性程序。
图7示出用于操作电驱动压缩机以将空气流驱动通过压缩机再循环通道从而加热进气的第二示例性程序。
图8示出发动机冷起动期间各种执行器的操作以及响应于随时间推移的操作的发动机参数。
具体实施方式
以下描述涉及用于使空气再循环通过电驱动压缩机以加热发动机和排放控制装置的系统和方法。在压缩机下游的进气通道中的空气可以通过压缩机再循环通道被再循环到压缩机的入口。混合动力车辆可以适配有压缩机再循环通道，如图1中的混合动力发动机系统的示意图中所示。压缩机再循环通道的不同配置在图2-图5中示出，示出了压缩机再循环通道可以如何围绕电驱动压缩机或电驱动压缩机和增压空气冷却器(CAC)定位。电驱动压缩机可以定位在涡轮增压器压缩机的上游，如图2和图3中所示，或者在涡轮增压器压缩机的下游，如图4和图5中所示。电驱动压缩机可以在发动机冷起动之前运行，或者当发动机和排放控制装置处于排放控制装置的效率为低的温度(例如低于起燃温度)时重新起动。用于操作电驱动压缩机以加快发动机加热和催化剂起燃的程序的实例在图6-图7中给出，提供了加热发动机和催化剂所涉及的控制和操作的细节。图8中示出了在发动机冷起动之前和期间，以及在发动机预热温度操作期间的增加的扭矩需求期间，响应于发动机操作参数的不同执行器调整。
图1-图5示出了具有各种部件的相对定位的示例性配置。至少在一个实例中，如果示出直接地彼此接触或直接地联接，那么这些元件可以分别被称为直接地接触或直接地联接。类似地，至少在一个实例中，示出的彼此邻接或相邻的元件可以分别彼此邻接或相邻。举例来说，放置成彼此共面接触的部件可以被称为呈共面接触。举另一例子来说，在至少一个实例中，被定位成彼此间分开使得其间仅具有间隔而没有其他部件的元件可以被称作如此。举另一例子来说，被示出在彼此上方/下方、在彼此相对侧或彼此左右的元件可以被称作相对于彼此如此。此外，如附图中所示，在至少一个实例中，最顶部元件或元件的最顶部点可以被称为部件的“顶部”，而最底部元件或元件的最底部点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的垂直轴线而言的，并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。为此，在一个实例中，被示出为在其他元件上方的元件垂直地定位在其他元件上方。举另一实例来说，附图内示出的元件的形状可以被称为具有这些形状(例如，圆形的、笔直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度等)。此外，在至少一个实例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个实例中，被示出在另一个元件内或被示出在另一个元件外的元件可以被称作如此。
参看图1，图1中示出了示例性增压发动机系统100，其包括车辆102的发动机10。车辆102可以是混合动力车辆，其具有可用于一个或多个车轮的多个扭矩源。发动机10可以由电子发动机控制器12控制，所述发动机10包括多个气缸，图1中示出了所述多个气缸中的一个气缸。控制器12从图1的各种传感器接收信号，并采用图1的各种执行器以基于所接收的信号和存储在控制器12的存储器上的指令而调整发动机操作。
发动机10包括燃烧室30和气缸壁32，其中活塞36位于其中并连接到曲轴40。气缸盖13紧固到发动机缸体14。燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53来操作。但是在其他实例中，发动机可以经由单个凸轮轴或推杆操作气门。进气凸轮51的位置可以通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。进气提升阀52可以由可变气门启用/停用执行器59操作，所述执行器59可以是凸轮驱动阀操作器。同样地，排气提升阀54可以由可变气门启用/停用执行器58操作，所述执行器58可以是凸轮驱动阀操作器。在一个或多个完整发动机循环(例如，两次发动机回转)内，进气提升阀52和排气提升阀54可以被停用并保持在防止流入和流出气缸30的关闭位置，从而停用气缸30。当气缸30停用时，供应到气缸30的燃料流也可以停止。
示出燃料喷射器68定位在气缸盖13中以将燃料直接喷射到燃烧室30中，这被本领域技术人员称为直接喷射。燃料通过包括燃料箱26、燃料泵21、燃料泵控制阀25和燃料轨(未示出)的燃料系统输送到燃料喷射器68。可以通过改变调节到燃料泵(未示出)的流量的位置阀来调整由燃料系统输送的燃料压力。另外，计量阀可以位于燃料轨中或附近，以用于闭环燃料控制。泵计量阀也可调节到燃料泵的燃料流量，从而减少泵送到高压燃料泵的燃料。
发动机进气系统9包括进气歧管44、节气门62、增压空气冷却器(CAC)163、涡轮增压器压缩机162和进气增压室42。示出了进气歧管44与任选的电子节气门62连通，所述电子节气门62调整节流板64的位置以控制来自进气增压室46的气流。压缩机162从进气增压室42汲取空气以供应增压室46。压缩机叶片执行器84调整压缩机叶片19的位置。涡轮机164经由轴161联接到压缩机162，所有三个部件都包括在涡轮增压器160中。
在一个实例中，如图1中所示，涡轮增压器160可以是电动涡轮增压器，其中轴161联接到电机165。电机165可以是马达或马达/发电机。当要求增加升压时，例如，如加速踏板130处的踩加速踏板所示，涡轮增压器160在初始时段期间可以通过电机165自旋，在初始时段排气压力不足以使涡轮164自旋加快以满足升压需求。电机165可以继续驱动涡轮增压器160旋转，直到确定排气压力足够高以旋转涡轮164来向发动机提供升压为止。电机165可以被停用，从而将旋转工作源从电机165传递到排气。以这种方式，可以减少涡轮迟滞。
可以经由调整涡轮可变叶片控制执行器78或压缩机再循环阀158的位置来调整压缩机转速。在替换实例中，废气门79可以代替涡轮可变叶片控制执行器78，或者除了涡轮可变叶片控制执行器78之外,还可以使用废气门79。涡轮可变叶片控制执行器78调整可变几何形状涡轮叶片166的位置。当叶片166处于打开位置时，排气可以传递通过涡轮164，从而供应很少能量来使涡轮164旋转。当叶片166处于关闭位置时，排气可以传递通过涡轮164并在涡轮164上施加增大的力。或者，废气门79或旁通阀可以允许排气围绕涡轮164流动，以便减少供应到涡轮的能量的量。压缩机再循环阀158允许压缩机162的出口15处的压缩空气通过再循环通道159返回到压缩机162的入口17。可选地或另外，可以调整压缩机可变叶片执行器78的位置以改变压缩机162的效率。以此方式，压缩机162的效率可以降低，以便影响压缩机162的流量并降低压缩机喘振的可能性。此外，通过将空气返回到压缩机162的入口，可以增加对空气所做的功，从而增加空气的温度。空气沿箭头5的方向流入发动机10中。
飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96(例如，低电压(以小于30伏的电压操作)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以接合环形齿轮99，以使得起动机96可以在发动机转动起动期间使曲轴40旋转。起动机96可以直接地安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些实例中，起动机96可以经由皮带或链条而选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个实例中，起动机96在未接合到发动机曲轴时处于基本状态。可以经由人/机接口(例如，钥匙开关、按钮、远程射频发射装置等)69或响应于车辆工况(例如，制动踏板位置、加速踏板位置、电池SOC等)而请求发动机起动。电池8可以向起动机96和电机165供应电力。控制器12可以监测电池的荷电状态。
当燃料经由燃烧室温度达到喷射到气缸30的燃料的自动点火温度而自动点火时，燃烧在燃烧室30中启动。气缸中的温度随着活塞36接近上止点压缩冲程而增加。在一些实例中，通用排气氧(UEGO)传感器126可以在排放装置71的上游联接到排气歧管48。在其他实例中，UEGO传感器126可以位于一个或多个排气后处理装置的下游。此外，在一些实例中，UEGO传感器126可以被具有NOx和氧感测元件二者的NOx传感器代替。
在较低的发动机温度，任选的电热塞66可以将电能转换成热能，以便在燃烧室30中的喷射器的燃料喷雾锥中的一个旁边产生热点。通过在燃烧室30中燃料喷雾旁边产生热点，可以更容易点燃气缸中的燃料喷雾羽流，从而释放在整个气缸30中传播的热量，升高燃烧室中的温度，并且改善燃烧。可以经由任选的压力传感器67测量气缸压力，可选地或另外，传感器67也可以感测气缸温度。
排放装置71可以包括用于柴油发动机的柴油微粒过滤器(DPF)72或用于汽油发动机的气体微粒过滤器(GPF)72。在其他实例中，排放装置71可以另外或可选地包括柴油氧化催化剂和/或NOX冷起动催化剂。用于柴油发动机的选择性催化还原(SCR)催化剂73或用于汽油发动机的三元催化转化器(TWCC)73可以定位在DPF/GPF 72的下游。在另一实例中，DPF/GPF 72可以定位在SCR/TWCC 73的下游。温度传感器70提供对SCR/TWCC温度的指示。排气沿箭头7的方向流动。
可以经由高压排气再循环(EGR)系统83向发动机提供EGR。高压EGR系统83包括阀80、EGR通道81和EGR冷却器85。EGR阀80是阻止或允许排气从排放装置71的上游流向压缩机162下游的发动机进气系统中的位置的阀。EGR可以经由传递通过EGR冷却器85而被冷却。还可以经由低压EGR系统75提供EGR。低压EGR系统75包括EGR通道77和EGR阀76。低压EGR可以从DPF/GPF 72与SCR/TWCC 73之间的排放装置71流到压缩机162的上游位置。低压EGR系统75可以包括EGR冷却器74。
控制器12在图1中被示出为常见微计算机，所述常见微计算机包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器(例如，非暂时性存储器)106、随机存取存储器108、保活存储器110和常见的数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12被示出为还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到加速踏板130的位置传感器134，其用于感测由人脚132调整的加速器位置；来自联接到进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量结果(可选地或另外，传感器121可以感测进气歧管温度)；来自压力传感器122的升压压力；来自氧传感器126的排气氧浓度；来自霍尔效应传感器118的感测曲轴40位置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结果；来自传感器58的节气门位置的测量结果；以及来自传感器70的SCR/TWCC温度的测量结果。还可以感测气压(传感器未示出)以供控制器12处理。
在操作期间，发动机10内的每一气缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般来说，排气门54关闭而进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30，并且活塞36移动到气缸的底部以便增大燃烧室30内的体积。活塞36靠近气缸底部并且处于其冲程终点(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向气缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程终点并且最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小体积时)的点通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，将燃料引入燃烧室。在一些实例中，燃料可以在单个气缸循环期间多次喷射到气缸。
在下文称为点火的过程中，通过压缩点火点燃喷射的燃料，从而引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到TDC。应当注意，上面仅以举例的方式进行描述，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以便提供正的或负的气门重叠、迟进气门关闭或各种其他实例。此外，在一些实例中，可以使用二冲程循环而不是四冲程循环。
发动机10可以以图2-图5中示出的多种配置包括在混合动力车辆中。各种发动机配置可以包括图1中示出的全部或仅一部分部件。此外，配置中的一些可以包括图1中未示出的额外部件。图2-图5中维持了发动机10以及其相关联部件的数字标签。此外，图1中示出的且包括在图2-图5中的部件如根据图1所描述的那样操作并且标有相同的数字标签。因此，为了简洁起见，将不再重复对这些元件的描述。另外，一旦在图2-图5中引入了新部件并对其进行描述，为了简洁起见，将不再重复其描述。
图1的发动机10包括可以是排气驱动的或电驱动的单个增压装置，例如涡轮增压器160。然而，在发动机的其他实例中，涡轮增压器可以由可以通过电机旋转的额外压缩机辅助。在这种配置中，如图2-图5中所示，电动压缩机可以定位在涡轮增压器压缩机的上游或下游，以及CAC的上游或下游。电动压缩机可以作为额外的增压装置操作，以补充由涡轮增压器提供的进气的压缩并且降低涡轮迟滞的可能性。
除了图2中示出的具有编号为1-4的四个单独气缸30的涡轮增压器压缩机之外，发动机10的实例200还适配有电动压缩机。在该实例中，发动机10包括可以经由电机265旋转的电驱动压缩机(下文称为e-压缩机)202。E-压缩机202定位在涡轮增压器压缩机262的上游，并且在LP-EGR系统75的EGR通道77与进气增压室42合并的区域的下游。可以经由控制器(例如，图1的控制器12)选择性地启用和停用e-压缩机202。另外，电机265和e-压缩机202的转速可以通过控制器来控制和调整，以控制升压压力。相反，涡轮增压器压缩机262经由排气涡轮264驱动而不是经由电机265驱动。空气沿箭头204的方向流入发动机10，并且排气沿箭头206的方向流出发动机10。
进气增压室42可以包括再循环通道208，所述再循环通道208允许空气围绕e-压缩机202在与通过进气增压室42的流动相反的方向上从e-压缩机202的下游流到e-压缩机202的上游。通过再循环通道208的流动可以由再循环阀210控制。在一个实例中，再循环阀210可以是可变流量阀，所述可变流量阀被配置成将过量气流返回到e-压缩机202的入口，从而降低压缩机喘振的可能性并且允许e-压缩机202以超过发动机要求的速度的质量气流速度操作。可以在完全打开位置与完全关闭位置之间调整再循环阀210，或者可以被配置成可连续地调整到完全打开位置与完全关闭位置之间的任何位置。因此，当再循环阀210至少部分地打开(例如，未关闭)时，流动通过进气增压室42的一部分进气可以在增压室46中的e-压缩机202下游的再循环通道208的入口处被引导通过再循环通道208，以通过再循环通道208的在e-压缩机202上游的出口返回到进气增压室42。已经由e-压缩机202压缩的空气可以由于e-压缩机202提供的额外增压而升温。可以通过几个参数来控制空气升温的程度，包括将再循环阀210维持在至少部分打开位置多长时间。
例如，在低环境温度(诸如在冬季期间)发动机冷起动之前，再循环阀210可以完全打开并保持打开一段时间，这允许一部分进气再循环通过e-压缩机202三到五次(例如，3-5次通过e-压缩机202)。在较温暖的环境条件下，再循环阀210可以打开较短的时间段以使进气传递通过e-压缩机202两到三次。一旦确定了进气的温度(例如通过e-压缩机202的出口处的空气温度传感器或通过歧管增压温度(MCT)传感器确定)以增加到目标温度，就可以打开发动机10。可以在检测到目标温度时或在发动机起动时启动再循环阀210的关闭。举另一例子来说，可以通过增加或减小再循环阀210的开度来调整通过再循环而被升温的一小部分进气的量值。
另外，可以通过根据e-压缩机202上的压力比调整质量流率和期望的压缩机出口温度来选择由e-压缩机202所做的功的量，例如来自电机265的功率输入。或者，如果功率输入保持恒定，则可以通过调整进入e-压缩机202的质量流率来获得期望的压缩机出口温度和压力。下面将进一步描述这种调整的细节。
图2的发动机10还可以包括紧邻e-压缩机202下游定位的质量流量传感器220。当e-压缩机202通过电机265自旋时，质量流量传感器220可以测量e-压缩机202的出口处的进气流率。测量的流率可以用于估计再循环阀210维持打开的时间段，以使进气被再循环通过e-压缩机以达到期望的温度。可以基于测量的流率而调整再循环阀的开度。例如，如果在发动机点火之前允许特定量的时间用于加热进气，则如果确定给定时间段内质量流率太低而不能提高进气温度，则可以将再循环阀调整得更开。流率还可以被用于估计e-压缩机出口处的压力，可以根据所述压力推断出CAC 265上游的压力。
被再循环通过e-压缩机202的升温进气可以在被输送到进气歧管44并燃烧时升高气缸30的温度。发动机负荷可能会由于加热的进气的燃烧而增加，下文中称作负荷转移，这可以增加通过排气歧管48的排气温度和质量流率。较高的排气温度和质量流率可以将热量传递给排放装置71，从而引起更快的催化剂起燃。在一个实例中，由于e-压缩机202的操作而在进气系统中累积的过量空气也可以用于在DPF/GPF活动时控制DPF(或贫燃GPF)的再生。
在DPF/GPF的再生期间，可能发生从较高负荷到空转或低负荷的车辆松加速踏板。快速下降到低负荷致使涡轮增压器速度减慢并且因此涡轮增压器可能不向发动机和排气系统输送足够的空气以维持目标微粒过滤器温度，可能会导致过滤器温度过高事件，这可能使微粒过滤器劣化。为了缓解该问题，可以通过e-压缩机202供应额外的空气，从而通过从DPF/GPF的壁到流动通过排放装置71的气体的热传递来维持所述壁与所述气体之间的温度梯度。因此降低了DPF/GPF壁的温度上升到使DPF/GPF劣化的程度的可能性。举另一例子来说，e-压缩机202还可以用于提供超过由涡轮增压器供应的气流的额外气流，以便允许在活动DPF/GPF再生期间注入额外燃料以调节DPF-GPF的入口温度，以减轻过多的过滤器负荷。
加热的增压和再循环进气在进气歧管44输送之前传递通过CAC 263。CAC 263对进气的冷却效果可能不合需要地抵消了通过再循环获得的温度升高。通过将发动机10配置为具有CAC旁路212，气流的至少一部分可以绕CAC 263转向，从而减少CAC 263对空气施加的冷却量。
图2中的发动机10可以包括CAC旁路212，以提供用于围绕CAC 263的气流的路径。通过CAC旁路212的流动可以由布置在CAC旁路212中的旁通阀214控制，所述旁通阀214可以根据旁通阀214的位置打开CAC旁路212或者阻塞CAC旁路212。在一个实例中，可以在完全打开位置与关闭位置之间调整旁通阀214，而在其他实例中，旁通阀214可以可连续地调整到完全打开位置与完全关闭位置之间的任何位置。当旁通阀214关闭时，流动通过进气增压室42朝向进气歧管44的进气传递通过CAC 263并且被冷却。然而，当旁通阀214打开时，至少一部分进气转向通过CAC旁路212并且在到达进气歧管44之前未被冷却。
当指示再循环通道208的再循环阀210打开时，控制器可以协调CAC旁路212的旁通阀214的开度。这降低了CAC 263对已经被再循环通过e-压缩机202、已经被升温并且流动通过涡轮增压器262(或者如果发动机10配置有电动涡轮增压器而不是e-压缩机，则从电涡轮增压器的压缩机到CAC 263)的空气的冷却效果。旁通阀214可以被配置成在再循环阀210打开时打开，并且在达到气缸30和排放装置71的目标温度时关闭。
在图3中示出的发动机10的另一个实施例300中，具有再循环阀304的再循环通道302可以将来自增压室46的空气从在旁路通道212的出口的下游和节气门62的上游的区域返回到e-压缩机202上游的区域。配置有e-压缩机旁通阀305的e-增压器旁路303可以从再循环通道302分支，将再循环通道302的在再循环阀304上游的区域联接到在e-压缩机202下游并且在涡轮增压器压缩机262上游的增压室46。当e-压缩机202停用并且再循环阀304关闭时，e-压缩机旁路303可以提供用于围绕e-压缩机202的气流的路径。当e-压缩机202不活动时，e-压缩机202在进气增压室42内的定位可以限制流动。通过打开e-压缩机旁通阀305，进气可以在传递通过涡轮增压器压缩机262和CAC 263之前围绕e-压缩机202流动。
再循环通道302的长度可以长于图2的再循环通道208，以允许空气从CAC 263的下游而不是CAC 263的上游再循环。通过使已经传递通过CAC 263的空气升温，可以以比图2的再循环通道208的配置更高的精度控制输送到进气歧管44的空气的温度。此外，当发动机10适配有图3的再循环通道302时，温度的控制可以独立于负荷转移的程度。
发动机10可以配置有电辅助增压系统，分别如图4的实施例400和图5的实施例500所示，所述电辅助增压系统包括定位在涡轮增压器压缩机462和CAC 463二者下游并由电机465驱动的e-增压器402。类似于图2-图3的质量流量传感器220，质量流量传感器420紧邻e-增压器402的下游布置，以监测e-增压器402的出口处的质量流率。如图4中所示，e-增压器402可以适配有再循环通道404和再循环阀406，其操作类似于图2的再循环通道208和再循环阀210。流入进气增压室42的进气可以被涡轮增压器压缩机462压缩，并且当CAC旁路212的旁通阀214关闭时继续流动通过CAC 463。当再循环阀406打开时，可以指示旁通阀214打开。当旁通阀214打开时，至少一部分进气可以转向通过CAC旁路212，以使得空气不会被CAC463冷却。
进气从涡轮增压器压缩机462流动通过CAC 463或围绕CAC 463，并且流入e-增压器402。当再循环阀406至少部分地打开时，从e-增压器出来的超过发动机10的增压需求的一部分增压空气可以被再循环通过再循环通道404。类似于图4的再循环阀210，再循环阀210可以适于在完全打开位置与完全关闭位置之间交替，或者可以被连续调整到完全打开与完全关闭之间的任何位置。被压缩和升温的进气可以通过节气门62的开口流到进气歧管44，以在气缸30处燃烧。
在图2-图5中分别示出的发动机10的实施例200、300、400和500中，节气门62可以是控制到发动机10的空气的质量流率的流量限制器。空气的等焓膨胀可以降低节气门62下游的空气的压力和密度，但是通过节流过程维持空气的温度。可以根据再循环阀406的调整来调整由节气门62生成的流量限制，以维持到进气歧管44的期望压力和质量流率。
由于较高的进气温度和负荷转移，峰值燃烧气体温度也可能增加。虽然较高的燃烧气体温度可能会加剧NOX的形成，但是由于排气对排放装置71的加热而引起的较快催化剂起燃缩短了催化剂尚未活化的时间段，从而缩短NOX和其他燃烧产物的排放是最高的初始升温周期。
在图5中的发动机10的实施例500中，涡轮增压器压缩机462、CAC 463、CAC旁路212和旁通阀214以及e-增压器402与图4中类似地定向。然而，在图5中，再循环通道502可以将增压室46的在涡轮增压器压缩机462与CAC旁路212的在CAC 463的上游的区域联接到在e-增压器402与节气门62之间的区域。通过再循环通道502的流动可以由再循环阀504控制，所述再循环阀504当被打开时，允许e-增压器502下游的空气返回到涡轮增压器压缩机462与CAC 463之间的区域。再循环空气可以是超过增压需求的一小部分进气。进气通过e-增压器502的再循环增加了空气的温度，从而加快发动机升温和催化剂起燃。
适配有e-增压器旁通阀505的e-增压器旁路503可以从再循环通道502分支，从而将再循环通道502的在再循环阀504下游的区域联接到在增压室46的在CAC旁路212下游和涡轮增压器压缩机462上游的区域。类似于图3的e-压缩机旁路303和e-压缩机旁通阀305，当e-增压器502不活动并且再循环阀504关闭时，可以打开e-增压器旁通阀505，以使已经被CAC 463冷却的进气围绕e-增压器502转向，以使得进气不受e-增压器502限制。
图5的再循环通道502的布置可以使至少一部分进气通过CAC 163冷却，从而抵消由再循环引起的进气的加热。图4的再循环通道404的配置可以对通过节气门62输送到进气歧管44的空气温度提供增强的维护。然而，再循环通道404的布置可能不会控制从e-压缩机出口产生的输送到进气歧管的空气的温度。进入进气歧管的空气温度可能受到诸如部件的热性能、压缩机结垢和尾气爆震等变量的影响。通过配置图5的再循环通道502以将空气返回CAC 153上游，可以结合旁通阀214来调整再循环阀，以根据当前工况获得期望的空气温度。
e-压缩机定位在涡轮增压器压缩机的上游(如图2和图3中所示)，或者定位在作为e-增压器402的涡轮增压器压缩机的下游(如图4和图5中所示)可以以不同的效率水平操作。将e-压缩机布置在涡轮增压器压缩机的上游可以向e-压缩机入口提供不受限制的进气流，从而快速地再循环进气。然而，当e-压缩机定位在涡轮增压器压缩机的下游时，进气量可能受到通过静止的涡轮增压器压缩机的气流的约束，因此降低了再循环的速率和至进气的热传递。
图2-图5中示出的发动机的实施例虽然元件相对于彼此的定位不同，诸如相对于涡轮增压器压缩机和CAC的再循环通道和压缩机(例如，e-压缩机或e-增压器)，但是都可以对进气温度和排气温度产生类似的影响。通过压缩机的空气再循环通过功传递向进气添加能量，并且负荷转移(发动机负荷增加)提高通过发动机的排气温度和质量流率。进入压缩机的功率输入可以根据下式确定：
其中E是能量，t是时间，是热传递速率，是功率，即功传递速率，是进入压缩机的质量流率，是从压缩机出去的质量流量，h进是吸入焓并且h出是排出焓。假设具有恒定比热的绝热、稳态、稳定流动操作，压缩机输入功率可以描述为：
其中T进是压缩机的入口温度，而T出是压缩机的出口温度，并且cp是空气的比热。等熵出口温度T出，s与入口温度T进在绝热和可逆多变过程方面有关：
其中γ是有关绝热和可逆过程的比热的比值而p进是压缩机的入口处的压力，且p出是压缩机的出口处的压力。可以基于压缩机的效率ηc而获得有关压缩机的实际出口温度T出。
其中，Wc,s是输入到压缩机中的等熵功，而Wc是输入到压缩机中的实际功。
根据这些关系(例如，等式1-等式4)，可以确定输入功率和实际压缩机出口温度(T出)对进入压缩机的空气质量流量和压缩机的出口处的压力的依赖性，其中压缩机的入口温度和入口压力保持恒定。出口温度可以随着出口压力增加而增加，并且压缩机输入功率可以随着进入压缩机的质量流率增加而增加。出口压力可以通过由电机提供给压缩机的输入功率来控制，并且进入压缩机的质量流量可以通过节气门(例如，图1-图5的节气门62)以及由电机提供的压缩机负荷和再循环阀的打开程度来调整。因此，输入功率和节流的组合可以用于将压缩机操作调整到高效区域内，同时实现从压缩机到进气的期望功传递。
有关功传递和压缩机出口温度的估计值可以表示在理想条件下根据来自电机的输入功率的理论最大功传递量和温度增加量。在实际操作条件下，可能会发生一些损耗，诸如热传递或发动机部件的表面的摩擦损耗，但是可以另外从涡轮增压器压缩机获得功输入，也可以布置在电动压缩机上游或下游的进气流路径中。
或者，如果供应给压缩机的输入功率保持恒定，则可以通过降低进入压缩机的质量流率来增加压缩机出口温度和压力。如等式2所示，这可能是由于质量流率与压缩机上的温度梯度之间的折衷以获得均匀的输入功率量而发生。因此，当要向压缩机供应一致的输入功率以使得压缩机以稳定的速度自旋时，节流可以允许压缩机出口达到期望的温度。
基于上述用于调整从电驱动压缩机到进气的功传递方法，可以修改压缩机的大小。压缩机的大小可以减小，并且被配置成在比常见e-压缩机和e-增压器更低的质量流率下生成较高的压力比。使压缩机与诸如主动套管处理和/或可变入口压缩机等装置适配可以扩展压缩机映射图宽度并且有助于改善压缩机性能以允许低质量流量、高压力比操作以及高质量流量、设定输入功率下的高压力比率，以加快发动机加热和催化剂起燃。
当使用CAC旁通阀操作来再循环和加热进气以将至少一部分进气引导围绕CAC时，e-压缩机或e-增压器仍可以提供车辆操作所需的增压量，并且引入对发动机性能的其他有益影响。举例来说，加热的进气可以减小柴油发动机中的点火延迟，从而降低预混燃烧量并降低NVH问题的可能性。可以提高峰值燃烧气体温度并降低不完全燃烧的可能性，也减小循环变化。在发动机冷起动期间，柴油压缩比通常维持高于理想值，但是当通过再循环加热进气时可以将柴油压缩比调整到较低比率。对于汽油燃料发动机，对进气进行预热可以提高火焰速度，从而改善循环变化并减少NVH问题和发动机熄火。
在另一实例中，压缩机可以充当车辆电池上的电气负荷，从而允许即使发动机具有充满电的电池，也会在比由于牵引力和辅助负荷而引起的负荷高的负荷下操作。在使用混合动力动力传动系统的情况下，对于汽油发动机和柴油发动机二者而言，得到的负荷转移效应可以增加排气焓和温度以及质量流率。此外，尽管电驱动压缩机对进气歧管和排气歧管上的压力比产生负面影响，但是柴油发动机的进气节流可以允许使用未冷却的HP-EGR。未冷却的HP-EGR还可以升高进气的温度以增加燃烧稳定性并提高残余排气和EGR的温度，这另外有助于燃烧稳定性和较高的排气温度。
用于操作混合动力车辆的发动机系统的方法的实例由图6中的方法600和图7中的方法700示出。方法600示出用于在发动机冷起动之前加热进气的程序，并且方法700示出在热起动期间用于发动机操作的程序。发动机的进气系统包括由电机驱动的压缩机(e-压缩机)，诸如图2-图3的e-压缩机202以及图4-图5的e-增压器402，所述压缩机定位在涡轮增压器压缩机和进气通道中的增压空气冷却器(CAC)的上游或下游。诸如图1-图5的排放装置71等排放装置可以布置在发动机的排气系统中，位于发动机的燃烧室的下游。具有再循环阀(例如，再循环阀210、304、406或504)的再循环通道可以将进气通道的在e-压缩机下游的区域联接到进气通道的在e-压缩机上游的区域，从而允许将空气从e-压缩机的出口返回到e-压缩机的入口。流动通过再循环通道的空气可以被仅再循环通过e-压缩机或e-压缩机和涡轮增压器压缩机二者。CAC可以适配有CAC旁路和旁通阀，以使至少一部分进气围绕CAC转向。用于实施方法600和方法700以及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(诸如图1的控制器12)的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机执行器来调整发动机操作。
在602处，所述方法包括确认发动机是否接通，例如发动机是否正在燃烧空气和燃料。如果发动机接通，则方法移动到图7的方法700。如果发动机未接通，则方法进行到604。
在604处，所述方法包括确定发动机的起动是否即将发生。预测发动机起动可以基于指示动作，诸如操作者打开车辆的驾驶员侧车门或操作者坐在驾驶员座椅上。在其他实例中，将钥匙插入车门或发动机点火(例如，点火事件、诸如按钮或开关等手动触发器或远程启用)可以指示发动机将被接通。在更多实例中，可以基于预设的操作者时间表而确定即将发生的发动机起动。例如，操作者可以经由车辆的用户接口或经由与车辆通信(例如，经由智能电话)的远程装置将发动机起动时间输入到时间表中。如果没有提供发动机起动即将发生的指示，则方法600返回到方法的开头。然而，如果预期发动机启用，则该方法继续到606以确定发动机是否处于冷起动。
确定发动机起动是否是冷起动可以包括将由诸如图1的传感器121等进气温度传感器测量的歧管增压温度、冷却剂温度或气缸温度与最低温度进行比较。最低温度可以是表示发动机工作温度范围的低端的温度，诸如90℃，或者在怠速时发动机工作温度的阈值内(例如10％内)的温度。在另一实例中，当发动机温度(例如，由发动机冷却剂温度测量)等于环境温度时，可以指示发动机冷起动。或者，可以基于环境温度和自上次发动机操作起经过的持续时间而确定发动机冷起动。
由于发动机在发动机静止和关闭达到一段时间内冷却，发动机起动可能是冷起动。冷却发生的速率可以取决于环境温度或距发动机最后一次活动的时间。当车辆是混合动力车辆并且在发动机关闭的情况下以电动推进模式操作时，发动机也可以处于冷起动状态。这可能发生在车辆静止和怠速时或在发动机负荷低时巡航期间。如果发动机长时间关闭，则发动机可能冷却到用于非冷起动的最低温度以下。混合动力发动机可以适于在怠速或巡航操作期间致动e-压缩机和加热进气，以减少由于升温引起的发动机性能的延迟。
如果发动机不处于冷起动状态，则方法600移动到608以在非冷起动程序之后启动发动机起动而没有延迟。非冷起动程序可以包括在检测到以下时立即用起动机马达转动起动发动机：MCT例如高于最低温度，使进气流动到发动机的燃烧室，以及喷射燃料。空气/燃料混合物在燃烧室中点燃，驱动曲轴的旋转，并且一旦变速器换档到驱动齿轮，就为车辆的运动提供动力。如果在606处确认冷起动，则方法进行到610以检查车辆电池(诸如图1的电池8)的荷电状态(例如，功率水平)。
控制器可以将检测到的荷电状态与最小荷电量进行比较，所述最小荷电量足以向电机供电以操作e-压缩机以及接通发动机。如果电池没有足够的存储能量来执行此类操作，则方法不会在发动机起动之前预热进气。如果电池充电到足以满足或超过最小功率量，则方法进行到612。
在所述方法的612处，启用电机以为e-压缩机的旋转提供动力。所述方法继续到614以至少部分地打开再循环阀(例如，将再循环阀打开到完全打开位置或打开到完全打开与完全关闭之间的位置)，并且打开CAC旁路的旁通阀(诸如阀214)。进气在616处沿与通过进气通道的流动相反的方向流动通过再循环通道，从而返回到e-压缩机的入口以被进一步压缩和升温。
当空气通过再循环通道再循环时，质量流率可以通过质量流量传感器在e-压缩机出口处测量，所述质量流量传感器诸如图2-图3的质量流量传感器220以及图4-图5的质量流量传感器420。控制器可以使用质量流率来估计允许进气再循环通过e-压缩机达足够的次数以将进气加热到用于使发动机气缸升温的期望温度的时间段。或者，质量流率可以用于调整再循环阀以增加或减少通过e-压缩机的流量，从而获得期望的进气温度。
在618处，所述方法包括将e-压缩机的出口处的温度与第一阈值温度进行比较。第一阈值温度可以是再循环空气被加热到的最低温度，以便将足够的热量传递到进气歧管和燃烧气缸以升高排气温度。排气可以将热量传递到排放装置，并且所产生的排放装置的温度升高可以允许催化剂起燃在较短的持续时间内发生。在一个实例中，e-压缩机出口处的第一阈值温度可以是150℃。
如果e-压缩机的出口温度没有达到第一阈值温度，则方法返回到616以通过使进气流动通过再循环通道来继续加热进气，以使进气返回到e-压缩机入口。如果出口温度达到或超过第一阈值温度，则方法进行到620以接通发动机。接通发动机包括转动起动发动机并启动燃烧室处的空气和燃料的燃烧。在另一实例中，控制器可以基于检测的歧管增压空气温度(MCT)达到预设定温度来指示发动机准备好接通，估计所述预设定温度充分增加排气温度以促进催化剂快速起燃。或者，在即将发生发动机起动的任何指示期间，如上所述，可以包括预设定时间延迟以适应e-压缩机的致动以及在执行发动机转动起动之前充分加热进气。可以使用e-压缩机出口处的质量流率的监测来基于e-压缩机的测量的出口温度与第一温度阈值之间的温度不足而调整进气节流阀从而增加质量流量。调整质量流量以确保在发动机接通之前在分配用于再循环和加热的时间量期间充分加热进气。
在发动机转动起动期间，可以短暂地减小或关闭再循环通道的再循环阀的开度，以增加在点火期间进入燃烧室的进气流量，从而降低发动机缺氧(例如富燃料运行)的可能性。一旦发动机打开，就可以根据在发动机启用的初始阶段期间发生的波动在622处增大或减小再循环阀的开度。当燃烧稳定时，可以基于气缸处的目标空气-燃料比结合通过e-压缩机的期望质量流率而调整再循环阀，以获得进气歧管温度的期望增加。
对质量流量和至燃烧气缸的进气输送的调整也可以由进气节流阀控制。可以在624处结合再循环阀调整节流阀的开度，以在发动机转动起动和燃烧期间提供期望的质量流率。然而，由于增加的e-压缩机出口压力，节流以获得较高的进气歧管温度可能会导致e-压缩机的寄生负荷，这可能会降低车辆效率但有利于催化剂起燃时间。可以平衡节流阀和再循环阀位置以提供负荷转移，所述负荷转移在充分加热排放装置的同时降低能量消耗。
最初，在发动机起动时节气门可以被设置到节气门稍微打开的怠速位置。在发动机打开的情况下，控制器可以根据通过e-压缩机的期望质量流率来命令节气门位置的调整。可以同时调整从电机到e-压缩机的功率输入，以使得压缩机的质量流率和压力比的组合(其中压力比是到e-压缩机的功率输入和从e-压缩机到空气的功传递的函数)允许压缩机在高效区域中操作，同时向发动机进气和排放装置提供期望的加热量。
例如，可以调整节流以获得到发动机的期望的空气质量流率。控制器可以参看具有质量流率的查找表，所述质量流率可以由进气歧管中的质量流量传感器测量，并且预设的歧管压力作为输入且系统压力(例如，排气与进气歧管之间的压力比或压差)作为输出。可以将系统压力与允许使用HP-EGR的预确定压力进行比较，并且可以调整节气门开度和再循环阀开度以实现期望的系统压力。
在626处，所述方法包括将发射装置的温度(EDT)与第二阈值温度进行比较。由于燃烧室中加热进气的燃烧，EDT增加，产生较热的排气。第二阈值的温度可以基于排放装置的估计最低温度，以便提高燃烧室中的燃烧效率和稳定性，从而减少不完全燃烧和车辆NVH问题和较快的催化剂起燃。在其他实例中，可以测量燃烧室处的温度并且类似地与阈值温度进行比较。阈值温度可以是表示增加的峰值燃烧气体温度的温度，所述温度允许完全和稳定的燃烧并且导致生成足够热的排气以加快催化剂起燃。
如果EDT没有达到第二阈值温度，则所述方法返回到622以调整再循环阀，从而增加或维持在CAC旁路打开的情况下通过e-压缩机的进气的加热。如果EDT匹配或超过第二阈值温度，则方法进行到628以停用e-压缩机并关闭再循环阀。在图2和图4的发动机配置中，CAC旁通阀可以关闭，或者开度可以减小以允许CAC冷却并且增加增压进气的密度以在进气歧管的初始升温已经达成之后提高发动机的燃烧效率和功率输出。再循环阀可以保持打开以允许进气围绕不活动的e-压缩机流动，以使得到进气歧管的气流不受e-压缩机的限制。
或者，对于图3和图5的发动机配置，可以关闭再循环阀并打开e-压缩机旁通阀以允许进气围绕e-压缩机转向，以使得气流不限于进气歧管。在流动通过e-压缩机旁路之前(如图5中所示)或之后(如图3中所示)，空气被CAC冷却。另外，排气压力可以充分增加以驱动涡轮增压器的排气涡轮的旋转。因此，涡轮增压器压缩机可以供应足够的扭矩以满足扭矩需求，并且可以停用e-压缩机。所述方法可以返回到602，以连续地监测发动机状态和进气歧管、燃烧室和排放装置的温度，从而根据所述参数操作e-压缩机。
如果扭矩需求超过涡轮增压器压缩机提供的增压量，则可以在再循环阀关闭的情况下重新启用e-压缩机。扭矩不足可以通过e-压缩机对进气的额外压缩来解决。另外，如果检测到EDT低于第二阈值温度，则可以重新启用e-压缩机并打开再循环阀。在检测到扭矩不足和EDT降低到第二阈值温度以下的情况期间，可以优先考虑适应扭矩不足并且在再循环阀关闭的情况下生成额外的增压。
在一些实例中，可以启用e-压缩机以独立于活动DPF或贫GPF系统中的涡轮增压器和/或节气门位置的操作来管理空气质量流率/能量释放速率(例如，加油)。在活动DPF热失控的情况下，e-压缩机可以用作保护装置，这可能会在DPF内的空气质量流率不足以控制过滤器和壳体温度的增加时在松加速踏板期间发生。
现在回到图7，在方法700的702处，可以将MCT与第一阈值温度进行比较。第一阈值温度可以基于发动机的燃烧气缸被充分加热以提供稳定和完全燃烧的温度，从而导致NVH问题减少并且产生足够热的排气以将排放装置维持在或高于起燃温度。在另一实例中，可以将燃烧室或排放装置的温度与阈值温度而不是MCT进行比较，这类似地允许增加的燃烧稳定性和维持催化剂活性的EDT。
如果MCT低于第一阈值温度，则方法进行到704以基于MCT而调整e-压缩机的操作。例如，控制器可以命令e-压缩机的致动和再循环通道的再循环阀的打开。在CAC旁路的旁通阀也打开的情况下，空气可以再循环通过e-压缩机，直到MCT达到第一阈值温度为止。在706处，HP-EGR可以在通过再循环加热进气期间流动。虽然在常见e-增压涡轮增压器发动机系统中在增压空气期间HP-EGR可能不会流动，但是为了实现从e-压缩机到进气的期望功传递的再循环进气的节流可以在允许并发HP-EGR流动的进气歧管与排气歧管之间提供压力梯度。所述方法可以返回到开头，以再次将MCT与第一阈值进行比较。
返回到702，如果MCT至少等于第一阈值温度，则方法700继续到708，基于增压需求而调整e-压缩机的操作。例如，增压需求可以由输入的位置指示，所述输入诸如图1的加速踏板130。如果增压需求超过由涡轮增压器压缩机提供的增压需求，则电机可以为e-压缩机的旋转提供动力并以适应增压不足的速度使e-压缩机自旋。在710处，所述方法包括确定是否指示了微粒过滤器(PF)的再生。对PF再生的请求的指示可以包括检测PF的颗粒物质负荷达到预设定的最大负荷，诸如最大负荷的90％，其可以基于微粒过滤器上的压力下降来检测。然而，如果未指示PF再生，则方法进行到712以根据当前增压需求、发动机负荷、发动机转速等继续发动机操作。
如果需要PF再生，则方法进行到714以通过来自电机的电力输入致动e-压缩机并打开再循环通道的再循环阀。CAC旁通阀也打开以允许进气再循环通过e-压缩机，以通过来自e-压缩机的功传递来加热进气，同时使至少一部分进气围绕CAC旁通以减小CAC对空气的冷却效果。后喷射事件可能发生在燃烧室中，其中燃料被喷射到燃烧室中但没有燃烧。未燃烧的燃料被输送到排放装置，其中燃料在加热时是还原剂，有助于捕集在PF中的微粒物质的氧化。另外，当e-压缩机活动且再循环阀打开时，HP-EGR可以流动。
在一些实例中，可以使用由涡轮增压器压缩机提供的增压空气来启动PF再生。然而，再生期间可能发生车辆松加速踏板，导致从涡轮增压器压缩机向PF供应的空气不足。可以启用e-压缩机以补充用于PF再生的气流，其中关闭再循环阀以将所有压缩空气汇集到发动机。另外，可以注入过量的燃料以促进响应额外气流的主动再生，从而允许调节PF温度并减轻过量的过滤器负荷。
在方法700的716处，可以将PF温度与第二阈值温度进行比较。第二阈值温度可以是PF的再生温度，诸如600℃。如果PF低于第二阈值温度，则方法返回到714以通过经由再循环通过e-压缩机和流动HP-EGR来加热进气而继续加热燃烧室。如果PF至少等于第二阈值温度，则方法继续到718。
在718处，方法包括在将PF的温度维持在或高于第二温度阈值达足以进行PF再生的预设定时间段之后，关闭再循环阀，调整CAC旁通阀以为增压空气提供期望的冷却量，并调整e-压缩机操作。调整e-压缩机操作可以包括：如果涡轮增压器压缩机满足增压需求，则停用e-压缩机，或者如果增压需求超过从涡轮增压器压缩机供应的增压，则以供应增压量以匹配增压不足的速度旋转e-压缩机。如果e-压缩机保持操作则可以终止HP-EGR，或者如果增压需求低并且e-压缩机停用则可以继续流动。在718之后，方法返回到702以继续监测MCT并相应地调整发动机操作。
图8示出用于冷起动状态下的混合动力发动机系统的示例性操作映射图800，包括发动机负荷(曲线802)、e-压缩机速度(曲线804)、再循环通道的再循环阀围绕e-压缩机的位置(曲线806)、CAC旁路通道的CAC旁通阀的位置(曲线808)、进气节流阀的位置(曲线810)、歧管增压温度(MCT，曲线812)和e-压缩机的出口处的温度(曲线814)。曲线812处的MCT包括MCT阈值温度(线816)，所述阈值温度表示MCT可以被加热到的最低温度，所述最低温度提高燃烧完全性和稳定性并允许排气温度增加。曲线814处的e-压缩机的出口温度可以包括出口阈值温度(线818)，所述出口阈值温度表示再循环通过e-压缩机的进气温度，所述e-压缩机被充分加热以将MCT的温度升高到MCT阈值温度。
图8中的曲线的x轴表示时间，并且所述时间如箭头所示从左向右增加。在时间T0之前，发动机未装载并且e-压缩机静止，再循环阀和CAC旁通阀关闭，节流阀关闭，MCT和e-压缩机出口温度低，远低于MCT和出口温度阈值。
在T0，开始加热进气。由于通过检测到MCT低于允许完全和稳定燃烧的温度和/或低于产生足够高的排气温度以促进排放装置处的催化剂起燃所指示的即将发生的发动机起动，控制器命令对进气加热。电机为e-压缩机供电，从而加速e-压缩机的旋转，提高e-压缩机在T0与T1之间的速度。再循环阀打开，从而允许进气从e-压缩机的下游返回到e-压缩机的入口并加热，同时CAC旁通阀打开以使至少一部分加热进气围绕CAC旁通。节流阀在T0与T1之间保持关闭。当e-压缩机出口温度在T0之间增加时，MCT保持较低。
在T1，e-压缩机出口温度达到出口温度阈值。检测到e-压缩机出口温度达到阈值触发发动机的转动起动，并且发动机负荷上升。e-压缩机的速度保持相对一致，但是再循环阀的开度减小，以增加输送到发动机进气歧管的进气量。通过再循环通过e-压缩机而施予进气的增压量超过发动机的增压需求。CAC旁通阀维持打开，而节流阀的开度增加到怠速位置，以将进气输送到燃烧室。MCT开始上升，同时电e-压缩机出口温度的升高速度降低。
在T1与T2之间，再循环阀被进一步打开以减少至发动机的流量，从而防止加热的压缩进气过量流入燃烧室，这可能使发动机过载。流量的变化可能导致发动机的欠载，这通过简单地减小再循环阀的开度来解决。随着发动机负荷稳定，再循环阀开度增加。
响应于发动机负荷而调整再循环阀对于火花点火发动机可能是特别有利的。然而，对于柴油发动机，通过注入更多燃料可以使空燃比变浓(如果不是在浓限)，以至于降低了再循环阀调整的有益效果。再循环阀可以与更闭合的节气门位置一起使用，以实现较高的进气歧管温度，从而促进后处理起燃。然而，这可能以增加的e-压缩机/涡轮寄生负荷(由于增加的e-压缩机/涡轮机出口压力)为代价而发生，这降低了车辆效率但可能使发动机负荷转移到较高的负荷，从而有利于后处理起燃时间。可以发现节流阀位置和再循环阀位置与负荷转移之间的平衡，以使能量消耗最小化，同时实现期望的后处理向外排放水平以满足排放要求。
在T2，MCT达到MCT阈值温度。e-压缩机停用并减速以变得静止。再循环阀关闭，并且CAC旁通阀的开度减小，以提供增加的增压空气冷却。当发动机负荷保持稳定时，节流阀开度增加。当e-压缩机出口温度逐渐降低时，MCT仍然高于MCT阈值。
e-压缩机响应于发动机负荷增加而在T3被停用。扭矩需求大于由涡轮增压器压缩机提供的增压量，并且指示电机操作e-压缩机以帮助涡轮增压器压缩机压缩进气。e-压缩机的速度在T3与T4之间增加，并且CAC旁通阀关闭以允许CAC冷却并增加增压进气的密度。再循环阀维持关闭并且节流阀打开以增加通过进气系统和并且到达发动机的质量流量。在T3与T4之间，e-压缩机的MCT和出口温度升高。
在T4，发动机负荷开始减小，导致扭矩需求减少。扭矩需求降低到足以使涡轮增压器压缩机能够在没有e-压缩机帮助的情况下向发动机供应期望的增压量。e-压缩机停用，减速直到停止。CAC旁通阀维持关闭，并且节流阀的开度减小，以根据扭矩需求调整至发动机的质量流率。对于类似于图2和图4的发动机配置的发动机配置，再循环阀打开，而对于图3和图5的发动机配置，再循环阀关闭。对于图3和图5的配置，e-压缩机旁通阀打开。MCT保持相对较高但略微降低，而e-压缩机的出口温度以较快的速率降低。
以这种方式，电驱动压缩机(e-压缩机)可以定位在混合动力车辆的进气通道中并且用于在发动机冷起动期间增强发动机和排放装置的升温。e-压缩机可以布置在涡轮增压器压缩机的上游或下游，或者可以替代地是电动涡轮增压器的压缩机。再循环通道可以将进气通道的位于e-压缩机出口下游的区域联接到进气通道的位于e-压缩机入口上游的区域。当e-压缩机被致动并且再循环通道的再循环阀打开时，进气可以从e-压缩机的下游流到e-压缩机的上游，以使空气再循环通过e-压缩机。从e-压缩机到进气的功传递加热空气，并且当加热的进气被输送到发动机的燃烧室时，较暖的进气可以导致燃烧效率提高并且还升高排气温度。较高的排气温度加热排放装置，所述排放装置位于排气系统中的燃烧室下游，所述排气系统联接到所述燃烧室，从而缩短排放装置的起燃时间。在发动机起动的初始阶段期间排放装置的效率增加，减少了向大气释放不期望的材料。此外，通过再循环通过e-压缩机来加热进气可以促进排放装置中的气体微粒过滤器或柴油微粒过滤器的再生，同时允许HP-EGR流动。因此，使用已经存在于混合动力车辆中的为e-压缩机供电的电气系统来实现加快的发动机和排放装置升温。
使混合动力电动车辆适配有围绕电动压缩机的再循环通道的技术效果是缩短发动机升温和催化剂起燃的持续时间，并且在发动机冷起动期间提高了燃烧效率和废气排放的处理。
应当注意，本文包括的示例性控制和估算程序可以与各种发动机和/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、执行器和其他发动机硬件来实施。本文所描述的特定程序可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。为此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据所使用的特定策略而重复地执行。此外，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时性存储器中的代码，其中通过执行包括各种发动机硬件部件以及电子控制器的系统中的指令来实施所描述的动作。
应当了解，本文公开的配置和程序在性质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制含义，因为众多变化形式是可能的。例如，以上技术可以应用于V型6缸、直列4缸、直列6缸、V型12缸、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
在一个实施例中，一种方法包括：在发动机冷起动之前，操作e-压缩机并且打开联接在e-压缩机上的再循环通道的再循环阀，以使来自e-压缩机的出口的压缩进气通过所述再循环通道流动到所述e-压缩机的入口；以及当e-压缩机的出口处的温度达到阈值时起动发动机，并且在发动机接通的同时继续操作e-压缩机。所述方法的第一实例包括打开增压空气冷却器(CAC)的旁路通道的旁通阀，所述CAC布置在进气通道中，以允许一部分进气流动通过旁路通道。所述方法的第二实例任选地包括第一方法并且还包括，其中在发动机冷起动之前操作e-压缩机包括当进气歧管的温度低于阈值温度时启用e-压缩机。所述方法的第三实例任选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个，并且还包括，其中当发动机接通时操作e-压缩机生成超过用于满足扭矩需求所需的e-压缩机负荷的e-压缩机负荷。所述方法的第四实例任选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个，并且还包括，其中操作e-压缩机包括通过从发动机的电气系统接收能量的电机为e-压缩机的旋转供电，由电机供应的功率量基于进气的所需质量空气流率和进气歧管的压力，所述进气歧管位于e-压缩机下游。所述方法的第五实例任选地包括第一实例至第四实例中的一个或多个，并且还包括：基于e-压缩机的出口处的阈值温度而调整由电机供应的功率量。所述方法的第六实例任选地包括第一实例至第五实例中的一个或多个，并且还包括，其中起动发动机包括使来自e-压缩机的出口的再循环的加热的进气流到发动机并开始发动机中的进气燃烧，从而加热发动机。所述方法的第七实例任选地包括第一实例至第六实例中的一个或多个，并且还包括，当发动机接通时，将来自发动机的排气引导至一个或多个排放装置并且基于一个或多个排放装置的温度调整再循环阀。所述方法的第八实例任选地包括第一实例至第七实例中的一个或多个，并且还包括：当发动机接通时，响应于从e-压缩机到进气的功传递量而调整进气节气门，以调整通过e-压缩机的质量流量，从而提高燃烧温度和排气温度。所述方法的第九实例任选地包括第一实例至第八实例中的一个或多个，并且还包括：响应于再生微粒过滤器的命令而操作e-压缩机并打开增压空气冷却器的旁路通道的旁通阀。
举另一实施例来说，一种发动机系统包括：进气系统，所述进气系统联接到排气系统，其中燃烧室定位在进气系统与排气系统之间；进气系统的进气通道，所述进气通道位于燃烧室的上游，所述进气通道配置有电驱动压缩机(e-压缩机)和布置在气流路径中的增压空气冷却器(CAC)；再循环通道，所述再循环通道将进气通道的位于e-压缩机下游的区域联接到进气通道的位于e-压缩机上游的区域；排放装置，所述排放装置布置在燃烧室下游的排气系统中；以及控制器，所述控制器配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述指令可由所述控制器执行以响应于发动机起动请求，当歧管增压温度(MCT)低于阈值温度时延迟发动机处的燃烧，操作e-压缩机，并使空气流动通过再循环通道以加热空气；以及当MCT至少等于阈值温度时，启动发动机中的燃烧。在所述系统的第一实例中，再循环通道被配置成将来自e-压缩机的出口的空气再循环到e-压缩机的入口。所述系统的第二实例任选地包括第一实例，并且还包括，其中再循环通道被配置成将来自进气通道的位于e-压缩机和CAC下游的区域的空气再循环到进气通道的位于e-压缩机上游和CAC上游的区域。所述系统的第三实例任选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个，并且还包括，其中e-压缩机在CAC和涡轮增压器压缩机二者的下游。所述系统的第四实例任选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个，并且还包括，其中e-压缩机在CAC和涡轮增压器压缩机二者的上游。所述系统的第五实例任选地包括第一实例至第四实例中的一个或多个，并且还包括，还包括布置在再循环通道中的再循环阀，并且其中指令可执行以当MCT低于阈值温度时打开再循环阀，并且当MCT至少等于阈值温度时关闭再循环阀。所述系统的第六实例任选地包括第一实例至第五实例中的一个或多个，并且还包括，还包括CAC旁通阀，所述CAC旁通阀被配置成控制通过CAC旁路通道的流量，并且其中所述指令可执行以当MCT低于阈值温度时，打开CAC旁通阀。
举另一实施例来说，一种方法包括：响应于进气歧管温度下降到第一阈值温度以下，启用布置在进气通道中的电驱动压缩机(e-压缩机)以通过打开再循环通道的再循环阀使一部分进气经由再循环通道流动通过e-压缩机不止一次；通过打开CAC旁路的旁通阀，使空气围绕增压空气冷却器(CAC)转向通过CAC旁路，所述CAC也布置在进气通道中；以及通过调整布置在进气通道中的e-压缩机和CAC下游和燃烧室上游的节气门的开度来对输送到发动机的燃烧室的进气进行节流。所述方法的第一实例包括在检测到进气歧管温度达到第一阈值温度时减小再循环阀和旁通阀的相应开度。所述方法的第二实例任选地包括第一实例，并且还包括：在检测到排放装置的温度达到第二阈值温度时减小再循环阀和旁通阀的相应开度，所述排放装置定位在联接到燃烧室的排气通道中。
以下权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”要素或“第一”要素或其等效形式。这些权利要求应当被理解成包括一个或多个这类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个这类要素。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修订或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。这样的权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或是不同，同样被认为包括在本公开的主题内。
根据本发明，一种方法包括：在发动机冷起动之前，操作e-压缩机并且打开联接在e-压缩机上的再循环通道的再循环阀，以使来自e-压缩机的出口的压缩进气通过所述再循环通道流动到所述e-压缩机的入口；以及当e-压缩机的出口处的温度达到阈值时起动发动机，并且在发动机接通的同时继续操作e-压缩机。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于打开增压空气冷却器(CAC)的旁路通道的旁通阀，所述CAC布置在进气通道中，以允许一部分进气流动通过旁路通道。
根据一个实施例，在发动机冷起动之前操作e-压缩机包括当进气歧管的温度低于阈值温度时启用e-压缩机。
根据一个实施例，当发动机接通时操作e-压缩机生成超过用于满足扭矩需求所需的e-压缩机负荷的e-压缩机负荷。
根据一个实施例，操作e-压缩机包括通过从发动机的电气系统接收能量的电机为e-压缩机的旋转供电，由电机供应的功率量基于进气的所需质量空气流率和进气歧管的压力，所述进气歧管位于e-压缩机下游。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于，基于e-压缩机的出口处的阈值温度调整由电机供应的功率量。
根据一个实施例，起动发动机包括使来自e-压缩机的出口的再循环的加热的进气流到发动机并开始发动机中的进气燃烧，从而加热发动机。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于，当发动机接通时，将来自发动机的排气引导至一个或多个排放装置并且基于一个或多个排放装置的温度调整再循环阀。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于，当发动机接通时，响应于从e-压缩机到进气的功传递量而调整进气节气门，以调整通过e-压缩机的质量流量，从而提高燃烧温度和排气温度。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于：响应于再生微粒过滤器的命令而操作e-压缩机并打开增压空气冷却器的旁路通道的旁通阀。
根据本发明，提供了一种混合动力电动车辆的发动机系统，所述发动机系统具有：进气系统，所述进气系统联接到排气系统，其中燃烧室定位在进气系统与排气系统之间；进气系统的进气通道，所述进气通道位于燃烧室的上游，所述进气通道配置有电驱动压缩机(e-压缩机)和布置在气流路径中的增压空气冷却器(CAC)；再循环通道，所述再循环通道将进气通道的位于e-压缩机下游的区域联接到进气通道的位于e-压缩机上游的区域；排放装置，所述排放装置布置在燃烧室下游的排气系统中；以及控制器，所述控制器配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述指令可由所述控制器执行以响应于发动机起动请求，当歧管增压温度(MCT)低于阈值温度时延迟发动机处的燃烧，操作e-压缩机，并使空气流动通过再循环通道以加热空气；以及当MCT至少等于阈值温度时，启动发动机中的燃烧。
根据一个实施例，再循环通道被配置成将来自e-压缩机的出口的空气再循环到e-压缩机的入口。
根据一个实施例，再循环通道被配置成将来自进气通道的位于e-压缩机和CAC下游的区域的空气再循环到进气通道的位于e-压缩机上游和CAC上游的区域。
根据一个实施例，e-压缩机在CAC和涡轮增压器压缩机二者的下游。
根据一个实施例，e-压缩机位于CAC和涡轮增压器压缩机二者的上游。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于，布置在再循环通道中的再循环阀，并且其中指令可执行以当MCT低于阈值温度时打开再循环阀，并且当MCT至少等于阈值温度时关闭再循环阀。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于CAC旁通阀，所述CAC旁通阀被配置成控制通过CAC旁路通道的流量，并且其中当MCT低于阈值温度时，所述指令可执行以打开CAC旁通阀。
根据本发明，一种用于发动机的方法包括：响应于进气歧管温度下降到第一阈值温度以下，启用布置在进气通道中的电驱动压缩机(e-压缩机)以通过打开再循环通道的再循环阀使一部分进气经由再循环通道流动通过e-压缩机不止一次；通过打开CAC旁路的旁通阀，使空气围绕增压空气冷却器(CAC)转向通过CAC旁路，所述CAC也布置在进气通道中；以及通过调整布置在进气通道中的e-压缩机和CAC下游和燃烧室上游的节气门的开度来对输送到发动机的燃烧室的进气进行节流。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于，在检测到进气歧管温度达到第一阈值温度时减小再循环阀和旁通阀的相应开度。
根据一个实施例，以上发明的特征还在于，在检测到排放装置的温度达到第二阈值温度时减小再循环阀和旁通阀的相应开度，所述排放装置定位在联接到燃烧室的排气通道中。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
在发动机冷起动之前，操作电驱动压缩机(e-压缩机)以使进气流动通过进气通道，所述e-压缩机适配有将所述e-压缩机的出口联接到所述e-压缩机的入口的再循环通道；
打开所述再循环通道的再循环阀，以允许进气在流动通过所述进气通道的进气流的相反方向上流动通过所述再循环通道；以及
当所述e-压缩机的出口处的温度达到阈值温度时起动所述发动机，并且在所述发动机接通的同时继续操作所述e-压缩机。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括打开增压空气冷却器(CAC)的旁路通道的旁通阀，所述CAC布置在所述进气通道中，以允许一部分所述进气流动通过所述旁路通道。
3.如权利要求1所述的方法，其中在发动机冷起动之前操作所述e-压缩机包括当所述进气歧管的温度低于阈值温度时启用所述e-压缩机，并且其中当所述发动机接通时操作所述e-压缩机生成超过扭矩需求的e-压缩机负荷。
4.如权利要求1所述的方法，其中操作所述e-压缩机包括通过从所述发动机的电气系统接收能量的电机为所述e-压缩机的旋转供电，由所述电机供应的功率量基于进气的所需质量空气流率和进气歧管的压力，所述进气歧管位于所述e-压缩机下游。
5.如权利要求4所述的方法，其中调整由所述电机供应的所述功率量基于所述e-压缩机的所述出口处的所述阈值温度。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括：在操作所述e-压缩机一段时间后，使所述再循环的加热空气流动到所述发动机并启动所述发动机中的所述进气燃烧，从而加热所述发动机。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括将来自所述发动机的排气引导至一个或多个排放装置，并且基于所述一个或多个排放装置的温度调整所述再循环阀。
8.如权利要求6所述的方法，其还包括响应于从所述e-压缩机到所述进气的功传递量而调整进气节气门，以调整通过所述e-压缩机的质量流量，从而提高燃烧温度和排气温度。
9.如权利要求7所述的方法，其还包括：响应于再生微粒过滤器的命令而操作所述e-压缩机并打开所述CAC的所述旁路通道的所述旁通阀。
10.一种混合动力电动车辆的发动机，其包括：
进气系统，所述进气系统联接到排气系统，其中燃烧室定位在所述进气系统和所述排气系统之间；
所述进气系统的进气通道，所述进气通道位于所述燃烧室的上游，所述进气通道配置有电驱动压缩机(e-压缩机)和布置在气流路径中的增压空气冷却器(CAC)；
再循环通道，所述再循环通道将所述进气通道的位于所述e-压缩机下游的区域联接到所述进气通道的位于所述e-压缩机上游的区域；
排放装置，所述排放装置布置在所述燃烧室下游的所述排气系统中；以及
控制器，所述控制器配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述指令可由所述控制器执行以：
响应于发动机起动请求，
当歧管增压温度(MCT)低于阈值温度时，延迟所述发动机处的燃烧，操作所述e-压缩机，并使空气流动通过所述再循环通道以加热所述空气；
当所述MCT至少等于所述阈值温度时，启动所述发动机中的燃烧。
11.如权利要求10所述的发动机，其中所述再循环通道将来自所述e-压缩机的出口的空气再循环到所述e-压缩机的入口，并且将来自所述进气通道的位于所述e-压缩机和所述CAC下游的区域的空气再循环到所述进气通道的位于所述e-压缩机上游和所述CAC上游的区域。
12.如权利要求10所述的发动机，其中所述e-压缩机位于所述CAC和涡轮增压器压缩机二者的下游。
13.如权利要求10所述的发动机，其中所述e-压缩机位于所述CAC和涡轮增压器压缩机二者的上游。
14.如权利要求10所述的发动机，其中布置在所述再循环通道中的再循环阀在所述MCT低于所述阈值温度时打开，并且在所述MCT至少等于所述阈值温度时关闭。
15.如权利要求10所述的发动机，其中当所述MCT低于所述阈值温度时，控制通过CAC旁路通道的流量的CAC旁通阀打开。
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