CN114320623A - 用于排气分配的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“用于排气分配的方法和系统”。提供了用于经由阀将排气分配到涡轮、涡轮增压器旁路和排气再循环(EGR)管线的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括基于发动机工况选择性地使排气经由联接到排气通道的阀流到排气再循环(EGR)通道、排气涡轮中的一者或多者以及经由旁路通道使排气流过排气催化器而不流过所述排气涡轮。

Description

用于排气分配的方法和系统

技术领域

本说明书总体上涉及用于经由阀将排气分配到涡轮、涡轮增压器旁路和排气再循环(EGR)管线的方法和系统。

背景技术

涡轮增压发动机系统可以包括高压排气再循环(HP EGR)系统，所述HP EGR系统将排气从排气涡轮上游的排气通道再循环到涡轮增压器压缩机下游的进气通道。再循环的排气可以稀释进气的氧浓度，从而导致燃烧温度降低，并且因此可以减少排气中氮氧化物的形成。HP EGR系统可以包括位于EGR通道中的EGR冷却器，所述EGR通道将发动机排气通道联接到发动机进气系统。EGR冷却器可以向发动机提供冷却的EGR气体以进一步改善排放和燃料经济性。未再循环的排气可以被引导通过排气涡轮，所述排气涡轮驱动进气压缩机以提供增压压力，或者排气可以被引导以绕过涡轮并直接流过排放控制装置。

提供了用于将排气引导到EGR通道并通过排气涡轮的各种方法。Grunditz等人在美国US 7,921,647 B2中示出了一种示例性方法。其中，单独的导管将排气从发动机排气歧管运送到EGR管线并通过排气涡轮。具有相关联阀的两组导管被定位成使排气部分同时流过EGR冷却器和涡轮。

然而，本文的发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，用于引导EGR流和排气流通过涡轮的单独的导管和阀可能增加发动机结构的复杂性，这可能增加封装和控制所面临的挑战。在冷起动期间使用单独的阀(诸如EGR阀、涡轮增压器废气门阀和排气流旁路阀)来调整通过EGR通道、排气涡轮和排放控制装置的排气流可能会增加发动机排气系统的成本和复杂性。而且，要监测和解决多个部件的耐久性以便维持EGR和涡轮增压系统的操作。在某些发动机工况期间，可能需要较低的EGR流，从而导致通过EGR冷却器的排气流的速度较低。然而，排气可能含有烟粒，并且在低速EGR流通过冷却器期间，烟粒可能积聚在EGR冷却器中，从而导致冷却器积垢。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以通过一种用于车辆中的发动机的方法来解决，所述方法包括：在第一状况期间，经由联接到排气通道的阀使排气从所述排气通道经由旁路通道流到EGR通道和排气催化器中的一者或多者而不流过排气涡轮，以及在第二状况期间，使排气从所述排气通道流到所述排气涡轮而不流过所述EGR通道和所述旁路通道。通过这种方式，通过用单个阀替换多个排气系统阀，可以调整通过EGR通道、排气涡轮和排放控制装置的期望排气流。

作为一个示例，四通阀可以定位在发动机排气歧管中以从发动机气缸接收排气并基于发动机工况将排气分配到EGR通道、排气涡轮和排放控制装置中的每一者。四通阀可以包括圆柱形外部壳体，所述圆柱形外部壳体具有入口通道，所述入口通道从发动机气缸接收排气。联接到所述圆柱形外部壳体的第一出口通道可以将排气经由EGR冷却器引导到EGR通道，第二出口通道可以将排气引导到排气涡轮，并且第三出口通道可以将排气绕过涡轮而直接引导到排放控制装置。所述阀可以包括与外部壳体同轴的内部圆柱形壳体，所述内部圆柱形壳体包括两个矩形开口。内部壳体可以经由旋转控制马达沿顺时针和逆时针方向围绕其中心轴线旋转。通过使内部壳体相对于外部壳体旋转，矩形开口可以与入口通道和一个或多个出口通道对准。基于发动机工况，内部壳体可以旋转到不同程度，并且阀可以以至少六种操作模式进行操作，其中排气的部分分配在EGR通道、排气涡轮和排放控制装置中的一者或多者之间。EGR冷却器可以沿着第一出口通道定位以冷却再循环的排气。四通阀与EGR冷却器之间的通道可以包括多个分流器，以均匀地引导EGR流以较高流速通过EGR冷却器。

通过这种方式，通过用单个阀替换EGR阀、涡轮增压器废气门阀和排气流旁路阀中的每一者，排气可以有效地分配在EGR通道、排气涡轮和排放控制装置之间，同时降低发动机的复杂性和成本。由于包括可旋转内部壳体与固定外部壳体，可以连续地调整出口通道的对准以将期望量的排气输送到每个提及的部件。引导期望量的排气通过EGR通道并且在通向EGR冷却器的通道中包括分流器的技术效果是维持较高流速并且可以减少EGR冷却器的壁上的烟粒沉积(所述烟粒沉积由较慢排气流引起)。总之，通过使用四通阀来划分和分配排气，可以提高发动机性能和排放品质两者。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由随附于具体实施方式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施方式。

附图说明

图1示出了包括联接到发动机排气通道的阀的示例性发动机系统的示意图，所述阀用于将排气引导到多个发动机部件。

图2A示出了图1的阀的外部壳体的示例性示意图。

图2B示出了图1的阀的内部壳体的示例性示意图。

图3A示出了包括入口通道和出口通道的阀的第一横截面视图。

图3B示出了阀和通向EGR冷却器的第一出口通道的第二横截面视图。

图4A示出了在第一模式下的阀操作。

图4B示出了在第二模式下的阀操作。

图4C示出了在第三模式下的阀操作。

图4D示出了在第四模式下的阀操作。

图4E示出了在第五模式下的阀操作。

图4F示出了在第六模式下的阀操作。

图5A、图5B示出了示出可以被实施来以基于发动机工况选择的模式操作阀的方法的流程图。

图6示出了阀的多个操作模式的表。

图7示出了基于期望的EGR流率的阀位置变化的曲线图。

图8示出了阀的示例性操作。

具体实施方式

以下描述涉及用于经由联接到发动机排气系统的四通阀将排气分配到涡轮、涡轮增压器旁路和排气再循环(EGR)管线的系统和方法。图1示出了包括高压EGR系统和用于引导排气的四通阀的示例性增压发动机系统。图2A、图2B和图3A、图3B示出了包括入口通道和出口通道的四通阀的结构细节。发动机控制器可以被配置为执行控制程序，诸如图5A至图5B的示例性程序，来以基于发动机工况选择的模式操作四通阀。图6中列出了四通阀的操作模式。图4A至图4F示出了与每种操作模式相对应的四通阀的位置。图8示出了基于发动机工况的四通阀的示例性操作。图7示出了对与期望的EGR流率相对应的四通阀的位置的示例性调整。

图1示意性地示出了包括发动机系统100的示例性车辆系统101的各方面。在所描绘的实施例中，发动机系统100的发动机10是联接到涡轮增压器13的增压发动机，所述涡轮增压器包括由涡轮116驱动的压缩机114。排气涡轮116可以被配置为可变几何涡轮(VGT)。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气净化器112引入发动机10，并且流到压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气压缩机，诸如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统10中，压缩机是经由轴19机械地联接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，所述涡轮116通过发动机排气膨胀而驱动。来自涡轮116上游的排气可以被引导通过旁路通道136，以将至少一些排气压力从涡轮上游转移到涡轮下游的位置。通过减少涡轮上游的排气压力，可以降低涡轮转速，这进而可以促进减少压缩机喘振和增压过量的问题。

压缩机114可以通过增压空气冷却器(CAC)17联接到节流阀20。节流阀20联接到发动机进气歧管22。压缩后的空气充气从压缩机流过增压空气冷却器17和节流阀到达进气歧管。可以提供压缩机再循环通道(未示出)用于压缩机喘振控制。具体地，为了减少诸如驾驶员松加速器踏板时的压缩机喘振，增压压力可以从进气歧管、CAC 17的下游和节流阀20的上游排放到进气通道42。通过使增压空气从进气节流阀入口的上游流到压缩机入口的上游，可以迅速降低增压压力，从而加快增压控制。

一个或多个传感器可以联接到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以联接到入口以估计压缩机入口温度，而压力传感器56可以联接到入口以估计压缩机入口压力。作为另一个示例，湿度传感器57可以联接到入口以估计进入压缩机的空气充气的湿度。再一些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来推断压缩机入口状况(诸如湿度、温度、压力等)中的一者或多者。另外，当EGR被启用时，传感器可以估计包括新鲜空气、再循环的压缩空气和在压缩机入口处接收的残余排气的空气充气混合物的温度、压力、湿度以及空燃比。

在一些示例中，进气歧管22可以包括用于估计歧管压力(MAP)的进气歧管压力传感器124和/或用于估计进气歧管22中的质量空气流量(MAF)的进气流量传感器126。进气歧管22通过一系列进气门(未示出)联接到一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(未示出)联接到排气歧管36。在所示实施例中，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配置可以使来自不同燃烧室的流出物能够被引导到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者都可以是电子致动或控制的。在另一个实施例中，排气门和进气门中的每一者可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动的还是凸轮致动的，排气门和进气门打开和关闭的正时都可以根据需要调节以达到所需的燃烧和排放控制性能。

燃烧室30可以经由喷射器66被供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或者它们的任何组合将燃料供应到燃烧室。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火来发起燃烧。

如图1中所示，来自一个或多个排气歧管部分的排气被引导至涡轮116以驱动涡轮。然后，来自涡轮116和旁路通道136的组合流量流过排放控制装置170。通常，一个或多个排放控制装置170可以包括一个或多个排气后处理催化器，所述排气后处理催化器被配置为催化处理排气流，且由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一个排气后处理催化器可以被配置为当排气流为稀时从排气流中捕集NO_x，并且当排气流为浓时减少捕集的NO_x。在其他示例中，排气后处理催化器可以被配置为使NO_x不成比例或者借助还原剂选择性地来还原NO_x。在再一些其他示例中，排气后处理催化器可以被配置为氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这种功能性的不同排气后处理催化器可以单独或一起布置在涂层中或排气后处理阶段的其他地方。在一些实施例中，排气后处理阶段可以包括可再生烟粒过滤器，所述可再生烟粒过滤器被配置为捕集和氧化排气流中的烟粒微粒。来自排放控制装置170的全部或一部分处理后排气可以在通过消声器172之后经由排气通道102释放至大气中。

来自排气通道102的排气的一部分可以经由排气再循环(EGR)系统再循环到进气歧管22，所述排气再循环(EGR)系统包括高压排气再循环(HP-EGR)输送系统144。HP-EGR输送通道182可以在涡轮116上游的位置处联接到排气通道102。来自排气管102的排气的一部分可以作为HP-EGR从涡轮增压器涡轮116的上游、涡轮增压器压缩机114的下游输送到发动机进气歧管22。EGR冷却器184可以容纳在EGR通道182中以在EGR被输送到进气歧管之前将其冷却。多个分流器可以沿着EGR冷却器184的入口定位，所述多个分流器适于将排气分配在EGR冷却器的整个体积上。可以提供温度传感器197用于确定EGR的温度，并且可以提供绝对压力传感器198用于确定EGR的压力。此外，可以提供湿度传感器以用于确定EGR的湿度或含水量，并且可以提供空燃比传感器以用于估计EGR的空燃比。替代地，可以由联接到压缩机入口的一个或多个温度、压力、湿度和空燃比传感器55至57来推断EGR状况。在一个示例中，空燃比传感器57是氧传感器。

单个阀186可以用于调整通过EGR通道182和涡轮116的排气流。阀186可以是四通筒型阀，其包括封闭中空的、可旋转的内部壳体的固定外部壳体，所述内部壳体联接到排气涡轮上游的排气通道。外部壳体可以联接到入口通道、通向EGR通道的第一出口通道、通向排气涡轮的第二出口通道以及通向旁路通道的第三出口通道中的每一者，所述入口通道从排气通道接收排气。内部壳体可以包括第一矩形切口和第二矩形切口，所述内部壳体可经由旋转控制马达相对于外部壳体围绕内部壳体的中心轴线旋转。内部壳体沿顺时针方向和逆时针方向中的一者的旋转可以允许第一矩形切口和第二矩形切口中的一者或多者与入口通道、第一出口通道、第二出口通道和第三出口通道中的一者或多者对准。图2A、图2B和图3A、图3B示出了四通阀186的结构的细节。

在冷起动状况期间，第一矩形切口可以与入口通道和第三出口通道中的每一者对准，以将流入内部壳体的腔体的排气经由旁路通道136引导到催化器而不流到涡轮116和EGR通道182。如果在低于EGR的阈值需求期间催化剂温度降低，则第一矩形切口可以与入口通道和第三出口通道中的每一者对准，并且第二矩形切口可以与第一出口通道部分地对准以在没有排气流过涡轮116的情况下将流入内部壳体的腔体中的较高体积的排气引导到旁路通道136并将流入所述腔体中的较小体积的排气引导到EGR通道182。在高于阈值发动机负荷状况期间，第一矩形切口可以与入口通道对准，并且第二矩形切口可以与第二出口通道对准，以将流入内部壳体的腔体的排气完全引导到涡轮116而不流过EGR通道182。在高于EGR的阈值需求期间，第一矩形切口可以与入口通道和第一出口通道中的每一者对准，并且第二矩形切口可以与第二出口通道和第三出口通道中的每一者部分地对准以将流入内部壳体的腔体中的较高体积的排气引导到EGR通道12，并将流入所述腔体中的较小体积的排气引导到涡轮和旁路通道136中的每一者。在低于EGR的阈值需求期间，第一矩形切口可以与入口通道和第一出口通道中的每一者对准，并且第二矩形切口可以与第二出口通道对准以将流入内部壳体的腔体中的较高体积的排气引导到涡轮116，并将流入所述腔体中的较小体积的排气引导到EGR通道182。如果在高于阈值发动机负荷期间催化剂温度降低，则第一矩形切口可以与入口通道和第三出口通道中的每一者对准，并且第二矩形切口可以与第二出口通道部分地对准以在没有排气流过EGR通道182的情况下将流入内部壳体的腔体中的第一体积的排气经由旁路通道136引导到催化器并将流入所述腔体中的第二体积的排气引导到涡轮116。关于图5A至图5B详细描述了四通阀186在多个模式下的示例性操作。

而且，低压排气再循环(LP-EGR)输送通道(未示出)可以在排放控制装置170上游的位置处联接到排气通道102。来自排气管102的排气的一部分可以作为LP-EGR从涡轮增压器涡轮116的下游、涡轮增压器压缩机114的上游输送到发动机进气歧管22。

发动机系统100还可以包括控制系统14。控制系统14被示为从多个传感器16(其各种示例在本文描述)接收信息并将控制信号发送到多个致动器18(其各种示例在本文描述)。作为一个示例，传感器16可以包括MAP传感器124、MAF传感器126、排气温度传感器128、排气压力传感器129、EGR温度传感器197、EGR绝对压力传感器198、EGR增量压力传感器194、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、曲轴传感器、踏板位置传感器和发动机冷却剂温度传感器。其他传感器(诸如附加的压力、温度、空燃比和成分传感器)可以联接到发动机系统100中的各个位置。致动器18可以包括例如节气门20、四通阀186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，并且响应于处理后的输入数据基于与一个或多个程序相对应的指令或编程在指令中的代码来触发各种致动器。例如，控制器可以经由排气温度传感器128推断排放控制装置170的温度，并且响应于低于排放控制装置170的阈值温度，控制器可以向四通阀186的致动器发送信号以将来自排气歧管36的排气经由旁路通道136绕过涡轮116和EGR通道182而直接引导到排放控制装置170上游的排气通道102。

在一些示例中，车辆101可以是混合动力车辆，其具有可用于一个或多个车轮155的多个扭矩源。在其他示例中，车辆101是仅具有发动机的常规车辆或仅具有电机的电动车辆。在所示的示例中，车辆101包括发动机10和电机152。电机152可以为马达或马达/发电机。当一个或多个离合器156接合时，发动机10的曲轴和电机152经由变速器154连接到车轮155。在所描绘的示例中，第一离合器156设置在曲轴与电机152之间，并且第二离合器156设置在电机152与变速器154之间。控制器12可以向每个离合器156的致动器发送信号以接合或脱离离合器，以便将曲轴与电机152和与所述电机连接的部件连接或断开，和/或将电机152与变速器154和与所述变速器连接的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置，包括被配置为并联、串联或混联式混合动力车辆。

电机152从牵引电池58接收电力以向车轮155提供扭矩。例如在制动操作期间，电机152还可以作为发电机操作以提供电力来对电池158充电。

图2A示出了外部壳体205的示例性示意图200，并且图2B示出了四通阀201(在此处也称为阀201)的内部壳体207，所述四通阀可以定位在发动机的排气通道中以将排气引导到EGR通道、排气涡轮和/或排放控制装置，所述排放控制装置沿着涡轮下游的排气通道定位。在一个示例中，四通阀201可以是图1中的四通阀186。阀201可以是包括外部壳体205和内部壳体207的筒形阀。

外部壳体205可以是中空的，包括圆柱形护罩202，其中第一侧(面)222和第二侧(面)224中的每一者是密封的(实心的)。四个通道可以联接到圆柱形护罩202，以从排气歧管接收排气并将排气分配到排气系统部件。这四个通道可以包括面向排气歧管以接收排气的入口通道204、联接到EGR冷却器的第一出口通道208、通向排气涡轮的第二出口通道206以及联接到排气涡轮的旁路通道的第三出口通道210，所述第三出口通道通向排放控制装置。入口通道204可以沿着坐标系232的负x轴，第一出口通道208可以沿着负y轴延伸，并且第三出口通道210可以沿着正y轴延伸。第一出口通道208和第三出口通道210可以沿着竖直轴线在相反方向上延伸。如关于图3A进一步阐述的，通向排气涡轮的第二出口通道206可以与正x轴形成角度。

排气可以经由入口通道204进入阀201，并且基于内部壳体的对准，排气可以被引导通过第一出口208、第二出口206和第三出口210中的一者或多者。

内部壳体207可以与外部壳体同心并且可围绕中心轴线275旋转。内部壳体207可以是中空的，包括圆柱形护罩255，其中第一侧(面)261和第二侧(面)263中的每一者是密封的(实心的)。圆柱形护罩255可以包括沿着其表面的第一弯曲矩形切口258和第二弯曲矩形切口262。第一弯曲矩形切口258和第二弯曲矩形切口262可以在圆柱形护罩255的相对侧上，其中第一弯曲矩形切口258面向第二弯曲矩形切口262。在一个示例中，相对于第二弯曲矩形切口262，第一弯曲矩形切口258的尺寸可以更大(诸如具有更长的边)。因而，经由第一弯曲矩形切口258进入阀的内部壳体207的流体可以经由第二弯曲矩形切口262离开阀。

诸如马达264的旋转控制致动器可以沿着中心轴线275联接到内部壳体207。马达264可以被配置为使内部壳体207相对于外部壳体205沿顺时针方向和逆时针方向旋转(外部壳体205可以保持静止)。通过使内部壳体207围绕中心轴线275旋转，可以将第一弯曲矩形切口258和第二弯曲矩形切口262中的每一者与入口通道204以及第一出口通道208、第二出口通道206和第三出口通道210中的一者或多者对准。圆柱形护罩255可以分成两个部分：第一侧的第一部分254和第二侧的第二部分256，所述第一部分在第一弯曲矩形切口258与第二弯曲矩形切口262之间，所述第二部分在第一弯曲矩形切口258与第二弯曲矩形切口262之间，所述第一侧与所述第二侧相对。在一个示例中，与第二部分256相比，第一部分254的尺寸可以更大。关于图3A和图4A至图4F进一步阐述内部壳体207的矩形切口的对准和阀201在多种模式下的操作。

图3A示出了包括外部壳体(如图2A所述)和内部壳体(如图2B所述)的四通阀201的第一横截面视图300。先前描述的部件的编号相似，因此不会重新介绍。在视图300中，阀201被示出为处于原点位置。在原点位置中，内部壳体207的圆柱形护罩的第二部分256的中心可以与竖直轴线A-A'对准，而内部壳体207的圆柱形护罩的第一部分254可以从第三出口通道210延伸到第二出口通道206。在原点位置中，第一部分254可以部分地覆盖第三出口通道210和第二出口通道206中的每一者的开口(与该开口重叠)。第一弯曲矩形切口258可以与入口通道204的开口完全重叠并且与第三出口通道210的开口部分地重叠。第二弯曲矩形切口262可以与第二出口通道206的开口部分地重叠。

在原点位置中，流体可以通过无阻断入口通道204进入阀的腔体215(形成在内部壳体207内)，然后第一量的流体可以通过第二出口通道206流出，并且第二(剩余)量的流体可以通过第三出口通道210流出。第一量与第二量的比率可以基于第二出口通道206的阻断程度和第三出口通道210的阻断程度。由于第一出口通道208被内部壳体207的圆柱形护罩的第二部分256阻断，因此流体可能不会进入第一出口通道208。从该原点位置，内部壳体207可以顺时针和逆时针旋转，以使入口通道和一个或多个出口通道与第一弯曲矩形切口258和第二弯曲矩形切口262对准。图4A至图4F阐述了四通阀的操作模式。

竖直轴线A-A'可以形成第一出口208和第三出口210中的每一者的中心轴线。入口通道204的中心轴线314可以与竖直轴线A-A'形成角度β，而第二出口通道206的中心轴线313可以与竖直轴线A-A'形成角度α。在一个示例中，α可以低于β。在另一个示例中，α可以是70°，并且β可以是90°。

图3B示出了四通阀201和通向EGR冷却器184的第一出口通道208的第二横截面视图350。阀201与EGR冷却器184之间的第一出口通道208可以是圆锥形的，其从外部壳体205朝向EGR冷却器184扩散。

多个分流器312(诸如翅片)可以定位在第一出口通道208内。分流器中的每一者可以具有接近阀201的腔体的笔直第一端和接近EGR冷却器184的入口的弯曲的扩散第二端。如果第一出口通道208的至少一部分未被阻断并且与内部壳体的切口重叠，则经由入口通道204流入阀中的排气的一部分可以经由包括分流器312的第一出口通道208被引导到EGR冷却器184。当排气流过分流器时，排气分配在第一出口通道208的宽度上，使得充分分配的排气可以进入EGR冷却器并占据EGR冷却器的整个容量。

在没有分流器的情况下，如果第一出口通道208的一小部分未被阻断，从而允许少量排气进入第一出口通道208并流到EGR冷却器，则EGR气体可能被限制在EGR冷却器的一侧并且EGR气体的流速可能较低。排气的低流速和气体对EGR冷却器的一侧的粘附可能导致排气中的烟粒沉积在EGR冷却器的壁上。利用分流器，由于排气在EGR冷却器内部的分配增加，因此对于较低EGR流量的状况，EGR冷却器内的排气的流速可以增加。流速增加可以减少从排气到EGR冷却器上的烟粒沉积并且延长EGR冷却器的操作寿命。

图5A和图5B示出了用于以基于发动机工况选择的模式操作四通阀(诸如图3A中的阀201)的示例性方法500。用于实施方法500和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储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。根据下面描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

在502处，所述程序包括估计和/或测量发动机工况。所评估的状况可以包括例如驾驶员需求、发动机温度、发动机负荷、发动机转速、排气温度、空气充气温度、包括环境温度、压力和湿度的环境状况、歧管压力和温度、增压压力、排气空燃比等。可以估计包括环境温度、压力和湿度的其他环境状况。

在504处，所述程序包括确认发动机冷起动状况。当发动机在发动机长时间不活动之后起动时，同时发动机温度低于阈值(诸如低于排气催化器起燃温度)并且同时环境温度低于阈值温度，可以确认发动机冷起动状况。低于起燃温度，排放控制装置(例如，催化器)可能无法按需要起作用，由此导致排放的非期望增加。

如果确认发动机冷起动状况，则推断出可能需要加快对排气催化器的加热。在506处，四通阀可以以第一模式操作。以第一模式操作阀包括在507处将内部壳体(诸如图3A中的内部壳体207)相对于外部壳体(诸如图3A中的外部壳体205)沿顺时针方向从原点位置(如图3A所示)旋转20°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第一模式中，因此在508处，进入阀的整个体积的排气可以被引导通过通向排气催化器(诸如图1中的排放控制装置170)的旁路通道(诸如图1中的旁路通道136)。可以将整个体积的热排气直接引导到催化器以加速催化剂加热和起燃。由于排气未被引导通过排气涡轮，因此气体不在涡轮处冷却，并且因此可以保留用于催化剂加热的全部热能。在冷起动期间，可能不需要EGR和增压压力，并且排气可能不经由EGR通道引导和/或不经由排气通道引导到涡轮。在可能需要加热排气排放控制装置时的状况期间，诸如在联接到排气涡轮下游的排气通道的微粒过滤器的再生期间，阀也可以以第一模式操作。为了燃烧积聚的微粒物质并使过滤器再生，通过使热排气流过过滤器来升高过滤器的温度。

图4A示出了以第一模式操作的四通阀201的第一位置400。在第一模式中，内部壳体207可以沿顺时针方向从原点位置旋转角度θ1。在一个示例中，θ1可以是20°。在第一模式中，第一切口258与入口通道204和第三出口通道210中的每一者重叠。第一出口通道208和第二出口通道206中的每一者可以被内部壳体207的第一部分254和第二部分256完全阻断。进入阀201的腔体215的排气可以被完全引导通过第三出口通道210以绕过排气涡轮并直接流过下游催化器，由此加热催化剂。

返回到图5A，如果确定不存在冷起动状况，则所述程序前进到510以确定是否已经实现催化剂起燃。可以基于排气温度传感器的输出来监测催化剂温度，并且可以将催化剂温度与其起燃温度进行比较。一旦催化剂温度已达到其起燃温度，就可以实现催化剂的起燃。在达到其起燃温度时，催化剂可以根据需要起作用。如果确定尚未实现催化剂起燃，则四通阀可以继续以第一模式操作以直接将整个体积的热排气引导到催化器。

如果确定已经实现催化剂起燃，则在512处，可以以第二模式操作四通阀。以第二模式操作阀包括在513处使内部壳体相对于外部壳体沿顺时针方向从原点位置旋转40°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第二模式中，因此在514处，可以继续引导第一较高体积的排气通过排气催化器以维持催化剂温度高于起燃温度。第二较低体积的排气可以经由EGR通道(诸如图1中的EGR通道180)再循环到进气歧管以减少NOx排放并提高燃料效率。第二体积的气体可以被引导通过容纳在EGR通道中的EGR冷却器(诸如图3B中的EGR冷却器184)。通向EGR冷却器的通道可以包括多个分流器以均匀地分配进入EGR冷却器的气体。当排气流过分流器时，排气可以分配在第一出口通道的宽度上，并且充分分配的排气可以进入并占据EGR冷却器的整个容量。由于EGR气体的分配相对均匀，因此EGR气体的流率可以维持高于阈值流率。阈值流率可以对应于通过冷却器的排气的流速，所述流速可能导致烟粒沉积在冷却器的壁上。

图4B示出了以第二模式操作的四通阀201的第二位置420。在第二模式中，内部壳体207可以沿顺时针方向从原点位置旋转角度θ2。在一个示例中，θ2可以是40°。在第二模式中，第一切口258与入口通道204和第三出口通道210中的每一者重叠，并且第二切口262可以与第一出口通道208部分地重叠。第一出口通道208可以被内部壳体207的第二部分256部分阻断，而第二出口通道206可以被内部壳体207的第一部分254完全阻断。进入阀201的腔体215的排气可以被引导通过第三出口通道210(以绕过排气涡轮)和第一出口通道208中的每一者。由于第三出口通道210是完全无阻断的，因此第一较高体积的排气可以经由第三出口通道210绕过涡轮而引导到下游催化器。由于第一出口通道208被部分地阻断，因此第二较低(剩余)体积的排气可以经由第一出口通道208被引导到EGR通道。

返回到图5A中，在516处，控制器可以基于发动机工况来估计期望的EGR流量和期望的增压压力水平。可以请求将一定量的EGR引导通过EGR系统以实现所需发动机稀释，由此提高燃料效率和排放品质。所请求的EGR量可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。例如，控制器可以参考查找表，所述查找表将发动机转速和负荷作为输入并将与EGR流率相对应的信号作为输出，所述EGR流率提供与输入发动机转速-负荷相对应的稀释量。在另一个示例中，控制器可以依赖于将发动机负荷的变化与发动机的稀释需要的变化相关并进一步将发动机的稀释需要的变化与EGR需要的变化相关的模型。例如，当发动机负荷从低负荷增加到中等负荷时，EGR需要可能增加，然后随着发动机负荷从中等负荷增加到高负荷，EGR需要可能降低。在某些发动机工况(诸如冷起动、高发动机负荷等)期间，可能根本不需要EGR流量。

增压压力可以与流过涡轮的排气的体积成正比，并且相应地与涡轮增压器的转速成正比。在较高的发动机转速-负荷状况期间，可能需要增加增压压力来获得较高的扭矩输出和提高的发动机性能。期望的增压压力水平可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。例如，控制器可以参考查找表，所述查找表将发动机转速和负荷作为输入并将与涡轮增压器转速相对应的信号作为输出，所述涡轮增压器转速提供与输入发动机转速-负荷相对应的增压压力。在另一个示例中，控制器可以依赖于将发动机负荷的变化与增压压力需要的变化相关并进一步将增压压力需要的变化与涡轮增压器转速需要的变化相关的模型。例如，当发动机负荷从低负荷增加到中等负荷时，增压压力需要可能增加，然后随着发动机负荷从中等负荷增加到高负荷，增压压力需要可能进一步增加。

在518处，所述程序包括确定是否需要与当前发动机工况相对应的EGR。如果确定不需要EGR，则在520处，所述程序包括确定诸如在高发动机功率负荷状况期间是否需要最高水平的增压压力。增压压力的最高水平可以对应于在包括发动机转速、发动机负荷和发动机温度的当前发动机工况期间可实现的最高涡轮增压器转速。

如果确定需要最高增压压力，则所述程序可以继续到步骤522来以第五模式操作阀。第五模式下的阀操作可以包括在523处使内部壳体相对于外部壳体沿逆时针方向从原点位置旋转10°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第五模式中，因此在524处，进入阀的整个排气体积可以被引导通过排气涡轮。整个体积的热排气可以被直接引导到涡轮，其中排气的能量可以用于使涡轮旋转。涡轮的旋转可以使进气压缩机以对应的转速旋转以向发动机气缸提供压缩空气。通过将整个体积的排气首先引导通过涡轮，可以增加涡轮转速并且可以改善涡轮增压器响应。排气在流过涡轮之后可以向下游流过排气催化器。当以第五模式操作时，排气不作为EGR引导。然后，所述程序可以返回到步骤516以继续估计期望的EGR流水平和增压压力水平。

图4E示出了以第五模式操作的四通阀201的第五位置460。在第五模式中，内部壳体207可以沿逆时针方向从原点位置旋转角度θ5。在一个示例中，θ5可以是10°。在第五模式中，第一切口258与入口通道204重叠，并且第二切口262与第二出口通道206重叠。第一出口通道208和第三出口通道210中的每一者可以被内部壳体207的第一部分254和第二部分256完全阻断。进入阀201的腔体215的排气可以被完全引导通过第二出口通道206以直接流到涡轮并施加排气的能量以使涡轮旋转。

返回到图5A，如果在520处确定不期望最高增压压力并且不期望EGR，则可以推断出可能需要通过涡轮的第一量的排气流来实现增压压力，同时可以将第二量的热排气绕过涡轮而直接引导到催化器以将催化剂温度维持在起燃温度以上以实现期望的NOx转化效率。

在526处，阀可以以第六模式操作。以第六模式操作阀包括在528处将阀与内部壳体保持在原点位置处。在第六模式中的起始位置处，在530处，可以将第一较高体积的排气引导到涡轮以提供增压压力。第二较低体积的排气可以绕过涡轮而被直接引导通过排气催化器以将催化剂温度维持在起燃温度以上。

图4F示出了以第六模式操作的四通阀201的第六(原点)位置480。在第六模式中，内部壳体207可以维持在原点位置处。在第六模式中，第一切口258与入口通道204和第三出口通道210中的每一者重叠，并且第二切口262可以与第二出口通道206重叠。第二出口通道206可以被内部壳体207的第一部分254部分阻断，而第三出口通道210可以被内部壳体207的第一部分254部分阻断。进入阀201的腔体215的排气可以被引导通过第三出口通道210(以绕过排气涡轮)和第二出口通道206(以流过涡轮)中的每一者。第一体积的排气可以被引导通过涡轮，而第二体积的排气可以首先被引导通过涡轮，然后被引导到催化器上。

第一体积与第二体积的比率可以基于发动机工况，诸如调节对增压压力和催化剂温度的需求的发动机负荷和发动机转速。在一个示例中，第三出口通道210和第二出口通道206的开口可以相等以允许基本上(诸如具有5％的差异)等量的排气流过第三出口通道210和第二出口通道206中的每一者。在另一个示例中，在诸如由于催化剂温度降低而导致的对催化剂加热的需求增加期间，当以第六模式操作时，内部壳体207可以沿顺时针方向从原点位置旋转10°以增大第三出口通道210的开度，同时减小第二出口通道206的开度，同时维持第一出口通道208被阻断。通过这种方式，直接引导到催化器的排气的第二量可以增加以促进催化剂加热，而引导到涡轮的排气的第一量可以减少。在又一个示例中，在诸如由于发动机负荷增加而导致的对增压压力的需求增加期间，当以第六模式操作时，内部壳体207可以沿逆时针方向从原点位置旋转10°以增大第二出口通道206的开度，同时减小第三出口通道210的开度，同时维持第一出口通道208被阻断。通过这种方式，引导到涡轮的排气的第一量可以增加以增大涡轮转速，而直接引导到催化器的排气的第二量可以减少。

返回到图5A，如果在步骤518处确定需要EGR，则所述程序可以继续到图5B中的步骤532。在532处，所述程序包括确定是否需要最高水平的EGR流量。可以请求将一定量的EGR引导通过EGR系统以实现所需发动机稀释度，由此提高燃料效率和排放品质。所请求的EGR量可以由控制器基于包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等发动机工况来确定。最高水平的EGR流量包括可以从排气歧管再循环到进气歧管的最高量的排气。在中等发动机负荷状况期间可能需要最高水平的EGR流量。

如果确定需要最高水平的EGR流量，则在534处，可以以第四模式操作四通阀。以第四模式操作阀包括在536处使内部壳体相对于外部壳体沿逆时针方向从原点位置旋转60°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第四模式中，因此在537处，第一较高体积的排气可以经由EGR通道再循环到进气歧管。第二较低体积的排气可以分配在涡轮与通向排气催化器的旁路通道之间。通过这种方式，可以将相对大量的排气作为EGR输送，同时继续提供增压压力并维持排气加热。

第一体积的气体可以被引导通过容纳在EGR通道中的EGR冷却器。当排气流过通向EGR冷却器的分流器时，排气可以分配在第一出口通道的宽度上，并且充分分配的排气可以进入并占据EGR冷却器的整个容量。由于EGR气体的均匀分配，即使在较高的EGR流率下也可以实现对排气的更均匀冷却。

图4D示出了以第四模式操作的四通阀201的第四位置450。在第四模式中，内部壳体207可以沿逆时针方向从原点位置旋转角度θ4。在一个示例中，θ4可以是60°。在第四模式中，第一切口258与入口通道204和第一出口通道208中的每一者重叠，并且第二切口262可以与第二出口通道206和第三出口通道210部分地重叠。第二出口通道206可以被内部壳体207的第一部分254部分阻断，而第三出口通道210可以被内部壳体207的第二部分256完全阻断。进入阀201的腔体215的排气可以被引导通过第一出口通道208、第二出口通道206和第三出口通道210中的每一者。由于第一出口通道208被完全阻断，因此第一较高体积的排气可以经由第一出口通道208被引导到EGR通道。剩余的较低(第二)体积的排气可以分配在第二出口通道206(直接引导到涡轮)与第三出口通道210(绕过涡轮而直接引导到排气催化器)之间。

返回到图5B，如果在532处，确定不需要最高水平的EGR而需要一定的EGR流量，则在538处，可以以第三模式操作四通阀。以第三模式操作阀包括在540处使内部壳体相对于外部壳体沿逆时针方向从原点位置旋转45°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第三模式中，因此在540处，第一较高体积的排气可以被引导到排气涡轮以实现增压压力。第二较低体积的排气可以经由EGR通道再循环到进气歧管。通过这种方式，可以在维持EGR流量的同时提供增压压力，由此改善发动机输出、排放控制和燃料效率。

第二体积的气体可以被引导通过容纳在EGR通道中的EGR冷却器。当排气流过通向EGR冷却器的分流器时，排气可以分配在第一出口通道的宽度上，并且充分分配的排气可以进入并占据EGR冷却器的整个容量。由于EGR气体的分配均匀，因此即使在较低水平的EGR流量下，EGR气体的流率仍可以维持高于阈值流率。

图4C示出了以第三模式操作的四通阀201的第三位置440。在第三模式中，内部壳体207可以沿逆时针方向从原点位置旋转角度θ3。在一个示例中，θ3可以是45°。在第四模式中，第一切口258与入口通道204和第一出口通道208中的每一者重叠，并且第二切口262与第二出口通道206部分地重叠。第三出口通道210可以被内部壳体207的第一部分254完全阻断。进入阀201的腔体215的排气可以被引导通过第二出口通道206和第一出口通道208中的每一者。由于第二出口通道206被完全阻断，因此第一较高体积的排气可以被引导到涡轮。剩余的较低(第二)体积的排气可以经由第一出口通道208引导到发动机进气歧管。

通过这种方式，图1、图2A至图2B、图3A至图3B和图4A至图4F提供了一种联接到发动机的排气通道的四通筒形阀，所述四通筒形阀包括：中空圆柱形外部壳体，所述中空圆柱形外部壳体联接到入口通道、第一出口通道、第二出口通道和第三出口通道中的每一者；中空圆柱形内部壳体，所述中空圆柱形内部壳体与所述外部壳体同心，所述中空圆柱形内部壳体包括第一弯曲矩形切口和第二弯曲矩形切口；以及旋转控制马达，所述旋转控制马达沿着所述内部壳体的中心轴线联接到所述内部壳体以使所述内部壳体相对于所述外部壳体顺时针和逆时针旋转。

图6示出了用于将排气引导通过EGR通道、排气涡轮和直接通向排气催化器(绕过涡轮)的旁路通道中的一者或多者的四通阀(诸如图3A中的阀201)的示例性操作模式的表600。第一列602表示阀的操作模式，第二列604表示阀的内部壳体(诸如图3A中的内部壳体207)相对于阀的原点位置的位置。图3A描述了阀的原点位置。

第一行612示出了在第一模式下的阀操作，其中内部壳体围绕竖直轴线(诸如图3A中的竖直轴线A-A')相对于原点位置顺时针旋转20°。在第一操作模式中，进入阀的腔体的整个体积的排气被引导通过旁路通道到达排气催化器。排气未被供应到EGR通道或通过排气涡轮。关于图4A详细描述了在第一模式下的阀操作。

第二行614示出了在第二模式下的阀操作，其中内部壳体围绕竖直轴线相对于原点位置顺时针旋转40°。在第二操作模式中，进入阀的腔体的第一较高体积的排气被引导通过旁路通道到达排气催化器，并且进入阀的腔体的第二较低体积的排气经由EGR通道被引导到发动机进气歧管。排气未被引导通过排气涡轮。关于图4B详细描述了在第二模式下的阀操作。

第三行616示出了在第三模式下的阀操作，其中内部壳体围绕竖直轴线相对于原点位置逆时针旋转45°。在第三操作模式中，进入阀的腔体的第一较高体积的排气被直接引导到排气涡轮，并且进入阀的腔体的第二较低体积的排气经由EGR通道被引导到发动机进气歧管。排气未被引导通过旁路通道。关于图4C详细描述了在第三模式下的阀操作。

第四行618示出了在第四模式下的阀操作，其中内部壳体围绕竖直轴线相对于原点位置逆时针旋转60°。在第四操作模式中，进入阀的腔体的较高体积的排气被引导到EGR通道，并且进入阀的腔体的较低体积的排气被引导到涡轮和旁路通道中的每一者。关于图4D详细描述了在第四模式下的阀操作。

第五行620示出了在第五模式下的阀操作，其中内部壳体围绕竖直轴线相对于原点位置逆时针旋转10°。在第五操作模式中，进入阀的腔体的整个体积的排气被引导通过排气涡轮。排气未被引导通过旁路通道和/或EGR通道。关于图4E详细描述了在第五模式下的阀操作。

第六行622示出了在第六模式下的阀操作，其中阀处于原点位置处。在第六操作模式中，进入阀的腔体的第一较高体积的排气被直接引导到排气涡轮，并且进入阀的腔体的第二较低体积的排气被引导通过旁路通道。排气未被引导通过EGR通道。关于图4F详细描述了在第六模式下的阀操作。

通过这种方式，在第一发动机工况期间，所述阀可以以第一模式操作以将整个体积的排气从排气歧管绕过排气涡轮而引导到容纳在所述排气涡轮下游的所述排气通道中的排气催化器；在第二发动机工况期间，所述阀可以以第二模式操作以将排气的较高部分绕过所述排气涡轮而引导到所述排气催化器，并且将排气的较小部分经由EGR通道引导到进气歧管；以及在第三发动机工况期间，所述阀可以以第三模式操作以经由所述EGR通道将排气的较大部分引导到所述排气涡轮并将排气的较小部分引导到所述进气歧管。在第四发动机工况期间，所述阀可以以第四模式操作以将排气的较大部分引导到所述EGR通道并将排气的较小部分绕过所述排气涡轮而引导通过所述涡轮和所述排气催化器；在第五发动机工况期间，所述阀可以以第五模式操作以将所述整个体积的排气引导到所述涡轮；以及在第六发动机工况期间，所述阀可以以第六模式操作以将排气的较大部分引导到所述涡轮并将排气的较小部分绕过所述排气涡轮而直接引导到所述排气催化器。

图7示出了用于基于期望的EGR流率引导排气通过EGR通道的四通阀(诸如图3A中的阀201)的位置变化的示例700。所请求以实现期望的发动机稀释度的EGR量可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。例如，控制器可以参考查找表，所述查找表将发动机转速和负荷作为输入并将与EGR流率相对应的信号作为输出，所述EGR流率提供与输入发动机转速-负荷相对应的稀释量。通过使阀的内部壳体(诸如图3A中的内部壳体207)相对于阀的原点位置旋转，可以相对于阀的原点位置连续地改变阀的位置。内部壳体可以经由旋转控制马达沿顺时针和逆时针方向围绕其中心轴线旋转。图3A描述了阀的原点位置。

第一曲线图702示出了基于当前发动机工况的期望EGR流率的变化。y轴表示期望EGR流率，并且x轴表示时间。第二曲线图704示出了阀相对于原点位置的位置变化。y轴表示阀的内部壳体的顺时针旋转角度(以度为单位)，并且x轴表示时间。如从曲线图702和704所见，随着期望EGR流率的增加，内部壳体可以沿顺时针方向成比例地旋转以增加EGR流量。通过增大内部壳体的旋转角度，可以减少通向EGR通道的出口通道(诸如图3A中的第一出口通道208)的阻断，由此允许增加到EGR通道的排气流。类似地，随着期望EGR流率的减少，内部壳体沿顺时针方向的旋转可以成比例地减少以减少EGR流量。换句话说，所输送的EGR流率可以与阀的内部壳体相对于原点位置的顺时针旋转角度成正比。

图8示出了示例性操作序列800，其示出了用于基于发动机工况操作四通阀(诸如图3A中的阀201)以引导排气通过EGR通道(诸如图1中的EGR通道180)、排气涡轮(诸如图1中的涡轮116)以及(绕过涡轮)直接通向排气催化器的旁路通道(诸如图1中的旁路通道136)中的一者或多者的示例性方法。水平(x轴)表示时间，并且竖直标记t1至t6表示发动机系统的操作中的重要时间。

第一曲线图(线)802示出了经由来自踏板位置传感器的输入估计的发动机负荷随时间的变化。第二曲线图(线804)示出了经由来自排气温度传感器的输入估计的排气催化器(诸如图1中的排放控制装置170)的温度变化。虚线805表示阈值温度，低于所述阈值温度就需要加热催化剂。作为一个示例，阈值温度是催化剂的起燃温度。第三曲线图(线806)示出了基于四通阀的位置的变化EGR流率。第四曲线图(线808)示出了基于四通阀的位置被引导通过排气涡轮的排气的流率。第五曲线图(线810)示出了基于四通阀的位置通过旁路通道绕过涡轮被引导到排气催化器的排气的流率。第六曲线图(线)812示出了四通阀的位置。阀可以以至少6种模式操作，每种模式对应于一个位置。

在时间t1之前，发动机未进行操作来推进车辆，并且发动机负荷为零。在没有排气的情况下，通过EGR通道、涡轮和旁路通道的流动被暂停，并且四通阀不操作。在时间t1处，发动机从静止状态起动，并且发动机负荷随时间增加。在发动机起动时，催化剂温度低于阈值温度，并且需要催化剂加热。四通阀被致动来以第一模式操作。以第一模式操作阀包括将内部壳体(诸如图3A中的内部壳体207)相对于外部壳体(诸如图3A中的外部壳体205)沿顺时针方向从原点位置(如图3A所示)旋转20°。在原点位置中，内部壳体的圆柱形护罩的第二部分(诸如图3A中的第二部分256)的中心与阀的竖直轴线A-A'对准，而内部壳体207的圆柱形护罩的第一部分(诸如图3A中的第一部分254)从第三出口通道(诸如图3A中的第三出口210)延伸到第二出口通道(诸如图3A中的第二出口206)。

由于内部壳体的旋转以将阀定位在第一模式中，因此进入阀的整个体积的排气被引导通过通向排气催化器的旁路通道。将整个体积的热排气直接引导到催化器会加速催化剂加热和起燃。在时间t1与t2之间，排气未被引导通过涡轮和EGR通道中的每一者。

在时间t1处，响应于催化剂温度升高到高于阈值温度805，推断出不再需要催化剂的加速加热，并且四通阀被致动来以第二模式操作。以第二模式操作阀包括使内部壳体相对于外部壳体沿顺时针方向从原点位置旋转40°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第二模式中，因此继续引导第一较高体积的排气通过排气催化器以维持催化剂温度高于阈值温度。第二较低体积的排气经由EGR通道再循环到进气歧管以减少NOx排放并提高燃料效率。在时间t2与t3之间，由于较低的发动机负荷和期望的增压压力，排气未被引导通过涡轮。

在时间t3处，响应于发动机负荷的增加，推断出需要更高的增压压力。四通阀被致动为第五模式。以第五模式进行的阀操作包括使内部壳体相对于外部壳体沿逆时针方向从原点位置旋转10°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第五模式中，因此进入阀的整个排气体积被引导通过排气涡轮，其中热排气的能量完全用于使涡轮增压器旋转。排气在流过涡轮之后向下游流过催化器。在时间t3与t4之间，排气不作为EGR引导。

在时间t4处，响应于催化剂温度的下降，期望在催化器处增加热排气。四通阀被致动为第六模式。以第六模式操作阀包括将阀与内部壳体保持在原点位置处。在第六模式中的起始位置处，将第一较高体积的排气引导到涡轮以提供增压压力。第二较低体积的排气绕过涡轮而被直接引导通过排气催化器以加热催化剂并将催化剂温度维持在起燃温度以上。在时间t3与t4之间，排气不作为EGR引导。

在时间t5处，响应于发动机负荷降低到中等负荷并且排气温度升高，四通阀被致动到第四模式以实现EGR输送。以第四模式操作阀包括使内部壳体相对于外部壳体沿逆时针方向从原点位置旋转60°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第四模式中，因此第一较高体积的排气经由EGR通道再循环到进气歧管。第二较低体积的排气分配在涡轮与通向排气催化器的旁路通道之间。因此，在时间t5与t6之间，排气被引导通过EGR通道、涡轮和旁路通道中的每一者。

在时间t6处，响应于发动机负荷的增加和对增压压力的后续需求，四通阀被致动到第三模式。以第三模式操作阀包括使内部壳体相对于外部壳体沿逆时针方向从原点位置旋转45°。由于内部壳体的旋转以将阀定位在第三模式中，因此第一较高体积的排气被引导到排气涡轮以实现增压压力。第二较低体积的排气被输送到EGR通道以满足发动机稀释度需求。在四通阀处于第三模式的情况下继续操作发动机，直到发动机状况的进一步变化提示阀位置变化。

通过这种方式，通过使用单个阀同时将排气引导到EGR通道、排气涡轮和排放控制装置中的一者或多者，可以减少发动机排气系统中的部件，由此改善发动机的封装和成本。此外，通过在通向EGR冷却器的通道中包括翅片状分流器，可以实现排气在EGR冷却器中的分配的改善。排气在冷却器中的均匀分配有助于改善冷却和更高的流速。较高的流速减少了EGR冷却器的壁上的烟粒沉积。总之，通过使用四通阀来划分和分配排气，可以改善发动机性能和排放品质两者。

在一个示例中，一种用于车辆中的发动机的方法包括：在第一状况期间，经由联接到排气通道的阀使排气从所述排气通道经由旁路通道流到排气再循环(EGR)通道和排气催化器中的一者或多者而不流过排气涡轮，以及在第二状况期间，使排气从所述排气通道流到所述排气涡轮而不流过所述EGR通道和所述旁路通道。在前述示例中，另外或任选地，所述阀是筒型阀，其包括封闭中空的、可旋转的内部壳体的固定外部壳体，所述内部壳体联接到排气涡轮上游的排气通道。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述外部壳体联接到入口通道、通向所述EGR通道的第一出口通道、通向所述排气涡轮的第二出口通道以及通向所述旁路通道的第三出口通道中的每一者，所述入口通道从所述排气通道接收排气。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述内部壳体包括第一矩形切口和第二矩形切口，所述内部壳体可经由旋转控制马达相对于所述外部壳体围绕所述内部壳体的中心轴线旋转。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述内部壳体沿顺时针方向和逆时针方向中的一者的旋转允许所述第一矩形切口和所述第二矩形切口中的一者或多者与所述入口通道、所述第一出口通道、所述第二出口通道和所述第三出口通道中的一者或多者对准。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第一状况包括冷起动状况，所述方法还包括在所述第一状况期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第三出口通道中的每一者对准，以将流入所述内部壳体的腔体的排气经由所述旁路通道引导到所述催化器而不流到所述涡轮和所述EGR通道。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第一状况还包括在低于EGR的阈值需求期间降低催化剂温度，所述方法还包括在所述第一状况期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第三出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第一出口通道部分地对准以将流入所述内部壳体的所述腔体的较高体积的排气引导到所述旁路通道，并在没有排气流过所述涡轮的情况下将流入所述腔体的较低体积的排气引导到所述EGR通道。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第二状况包括高于阈值发动机负荷状况，所述方法还包括在所述第二状况期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道对准以将流入所述内部壳体的所述腔体中的排气引导到所述涡轮而不流过所述EGR通道。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括在高于EGR的阈值需求期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第一出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道和所述第三出口通道中的每一者部分地对准以将流入所述内部壳体的所述腔体的较高体积的排气引导到所述EGR通道，并将流入所述腔体的较低体积的排气分配到所述涡轮和所述旁路通道中的每一者，对EGR的需求基于发动机转速、发动机负荷和发动机温度中的一者或多者而估计。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括在低于EGR的阈值需求期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第一出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道对准以将流入所述内部壳体的所述腔体的较高体积的排气引导到所述涡轮，并将流入所述腔体的较低体积的排气引导到所述EGR通道。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括响应于在高于阈值发动机负荷期间催化剂温度降低，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第三出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道部分地对准以在没有排气流过所述EGR通道的情况下将流入所述内部壳体的所述腔体中的第一体积的排气经由所述旁路通道引导到所述催化器并将流入所述腔体中的第二体积的排气引导到所述涡轮。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，流过所述EGR通道的排气在进入EGR冷却器之前流过多个分流器，所述多个分流器将所述排气分配在所述EGR冷却器的整个体积上。

在另一个示例中，一种用于联接到发动机排气通道的阀的方法包括：在第一发动机工况期间，以第一模式操作所述阀以将整个体积的排气从排气歧管绕过排气涡轮而引导到容纳在所述排气涡轮下游的所述排气通道中的排气催化器；在第二发动机工况期间，以第二模式操作所述阀以将排气的较高部分绕过所述排气涡轮而引导到所述排气催化器，并将排气的较小部分经由EGR通道引导到进气歧管；以及在第三发动机工况期间，以第三模式操作所述阀以经由所述EGR通道将排气的较大部分引导到所述排气涡轮并将排气的较小部分引导到所述进气歧管。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括在第四发动机工况期间，以第四模式操作所述阀以将排气的较大部分引导到所述EGR通道并将排气的较小部分绕过所述排气涡轮而引导通过所述涡轮和所述排气催化器；在第五发动机工况期间，以第五模式操作所述阀以将所述整个体积的排气引导到所述涡轮；以及在第六发动机工况期间，以第六模式操作所述阀以将排气的较大部分引导到所述涡轮并将排气的较小部分绕过所述排气涡轮而直接引导到所述排气催化器。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第一发动机工况包括容纳在所述排气通道中的微粒过滤器的冷起动状况或再生，其中所述第二发动机工况包括紧接在实现催化剂起燃之后的发动机操作，并且其中所述第三发动机工况包括发动机起动后发动机负荷的增加。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第四发动机工况包括低于阈值发动机负荷且排气催化器温度降低，其中所述第五发动机工况包括高于阈值发动机负荷，并且其中所述第六发动机工况包括高于阈值发动机负荷且所述排气催化器温度降低。

在又一个示例中，一种用于联接到发动机的排气通道的四通筒形阀的系统包括：中空圆柱形外部壳体，所述中空圆柱形外部壳体联接到入口通道、第一出口通道、第二出口通道和第三出口通道中的每一者；中空圆柱形内部壳体，所述中空圆柱形内部壳体与所述外部壳体同心，所述中空圆柱形内部壳体包括第一弯曲矩形切口和第二弯曲矩形切口；以及旋转控制马达，所述旋转控制马达沿着所述内部壳体的中心轴线联接到所述内部壳体以使所述内部壳体相对于所述外部壳体顺时针和逆时针旋转。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述入口通道从发动机排气歧管接收排气，并且所述排气从所述内部壳体的腔体被引导到联接到所述第一出口通道的排气再循环(EGR)通道、联接到所述第二出口通道的排气涡轮以及所述排气涡轮的旁路通道中的一者或多者，所述旁路通道直接通向联接到所述第三出口通道的排气催化器。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第一弯曲矩形切口大于所述第二弯曲矩形切口，并且基于所述内部壳体相对于初始位置的旋转角度，所述第一弯曲矩形切口和/或所述第二弯曲矩形切口与所述入口通道以及所述第一出口通道、所述第二出口通道和所述第三出口通道中的一者或多者重叠。任何或所有前述示例，其另外或任选地包括多个分流器，所述多个分流器沿着通向容纳在所述EGR通道中的EGR冷却器的所述第一出口通道，所述多个分流器适于将排气分配在所述EGR冷却器的整个体积上，所述多个分流器中的每一者从所述阀的所述腔体朝向所述EGR冷却器的入口扩散。

应当注意，本文所包括的示例性控制和估计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、致动器和其他发动机硬件来实施。本文所述的具体程序可以表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次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。所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可以根据所使用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示将被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，其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实施。

应当理解，本文中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视为具有限制性含义，因为众多变化是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。此外，除非明确地相反指出，否则术语“第一”、“第二”、“第三”等不意图表示任何顺序、位置、数量或重要性，而是仅用作标记以区分一个元件与另一个元件。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且非明显的组合和子组合。

如本文所用，除非另有说明，术语“基本上”应当理解为表示所述范围的±5％。

所附权利要求特别地指出被视为新颖的且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应当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。所公开特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同，也都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种用于发动机的方法，其包括：

在第一状况期间，经由联接到排气通道的阀使排气从所述排气通道经由旁路通道流到排气再循环(EGR)通道和排气催化器中的一者或多者而不流过排气涡轮，以及

在第二状况期间，使排气从所述排气通道流到所述排气涡轮而不流过所述EGR通道和所述旁路通道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阀是筒型阀，其包括封闭中空的、可旋转的内部壳体的固定外部壳体，所述内部壳体联接到所述排气涡轮上游的所述排气通道。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述外部壳体联接到入口通道、通向所述EGR通道的第一出口通道、通向所述排气涡轮的第二出口通道以及通向所述旁路通道的第三出口通道中的每一者，所述入口通道从所述排气通道接收排气。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述内部壳体包括第一矩形切口和第二矩形切口，所述内部壳体可经由旋转控制马达相对于所述外部壳体围绕所述内部壳体的中心轴线旋转，并且其中所述内部壳体沿顺时针方向和逆时针方向中的一者的旋转允许所述第一矩形切口和所述第二矩形切口中的一者或多者与所述入口通道、所述第一出口通道、所述第二出口通道和所述第三出口通道中的一者或多者对准。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一状况包括冷起动状况，所述方法还包括在所述第一状况期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第三出口通道中的每一者对准，以将流入所述内部壳体的腔体的排气经由所述旁路通道引导到所述催化器而不流到所述涡轮和所述EGR通道。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一状况还包括在低于EGR的阈值需求期间降低催化剂温度，所述方法还包括在所述第一状况期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第三出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第一出口通道部分地对准以将流入所述内部壳体的所述腔体的较高体积的排气引导到所述旁路通道，并在没有排气流过所述涡轮的情况下将流入所述腔体的较低体积的排气引导到所述EGR通道。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二状况包括高于阈值发动机负荷状况，所述方法还包括在所述第二状况期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道对准以将流入所述内部壳体的所述腔体中的排气引导到所述涡轮而不流过所述EGR通道。

8.根据权利要求5所述的方法，其还包括在高于EGR的阈值需求期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第一出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道和所述第三出口通道中的每一者部分地对准以将流入所述内部壳体的所述腔体的较高体积的排气引导到所述EGR通道，并将流入所述腔体的较低体积的排气分配到所述涡轮和所述旁路通道中的每一者，对EGR的需求基于发动机转速、发动机负荷和发动机温度中的一者或多者而估计。

9.根据权利要求5所述的方法，其还包括在低于EGR的阈值需求期间，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第一出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道对准以将流入所述内部壳体的所述腔体的较高体积的排气引导到所述涡轮，并将流入所述腔体的较低体积的排气引导到所述EGR通道。

10.根据权利要求5所述的方法，其还包括响应于在高于阈值发动机负荷期间催化剂温度降低，将所述第一矩形切口与所述入口通道和所述第三出口通道中的每一者对准，并将所述第二矩形切口与所述第二出口通道部分地对准以在没有排气流过所述EGR通道的情况下将流入所述内部壳体的所述腔体中的第一体积的排气经由所述旁路通道引导到所述催化器并将流入所述腔体中的第二体积的排气引导到所述涡轮。

11.根据权利要求1所述的方法，其中流过所述EGR通道的排气在进入EGR冷却器之前流过多个分流器，所述多个分流器将所述排气分配在所述EGR冷却器的整个体积上。

12.一种用于联接到发动机的排气通道的阀的系统，其包括：

中空圆柱形外部壳体，所述中空圆柱形外部壳体联接到入口通道、第一出口通道、第二出口通道和第三出口通道中的每一者；

中空圆柱形内部壳体，所述中空圆柱形内部壳体与所述外部壳体同心，所述中空圆柱形内部壳体包括第一弯曲矩形切口和第二弯曲矩形切口；以及

旋转控制马达，所述旋转控制马达沿着所述内部壳体的中心轴线联接到所述内部壳体以使所述内部壳体相对于所述外部壳体顺时针和逆时针旋转。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述入口通道从发动机排气歧管接收排气，并且所述排气从所述内部壳体的腔体被引导到联接到所述第一出口通道的排气再循环(EGR)通道、联接到所述第二出口通道的排气涡轮以及所述排气涡轮的旁路通道中的一者或多者，所述旁路通道直接通向联接到所述第三出口通道的排气催化器。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一弯曲矩形切口大于所述第二弯曲矩形切口，并且基于所述内部壳体相对于初始位置的旋转角度，所述第一弯曲矩形切口和/或所述第二弯曲矩形切口与所述入口通道以及所述第一出口通道、所述第二出口通道和所述第三出口通道中的一者或多者重叠。

15.根据权利要求14所述的系统，其还包括多个分流器，所述多个分流器沿着通向容纳在所述EGR通道中的EGR冷却器的所述第一出口通道，所述多个分流器适于将排气分配在所述EGR冷却器的整个体积上，所述多个分流器中的每一者从所述阀的所述腔体朝向所述EGR冷却器的入口扩散。

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