CN114458427A - 用于将热空气喷射到排气道中的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于将热空气喷射到排气道中的系统和方法”。提供了用于在发动机冷起动期间减少排放的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括：在排放控制装置加热期间，在泄放排气脉冲之后在发动机的每个气缸的排气冲程期间将加热后空气喷射到对应气缸的排气流道中。通过这种方式，可以减少在排放控制装置达到其起燃温度之前提供给排放控制装置的进给气体中的碳氢化合物的量。

Description

用于将热空气喷射到排气道中的系统和方法
技术领域
本说明书总体上涉及用于内燃发动机的二次空气引入系统的方法和系统。
背景技术
排气排放控制装置(诸如催化转化器(在本文中也称为“催化器”))在达到预定工作温度(例如，起燃温度)之后实现更高的排放减少。因此，为了降低车辆排放，各种方法试图尽可能快地升高排放控制装置的温度。例如，催化剂当前尽可能靠近发动机放置，以最大程度地减少发动机冷起动后的热损失和催化剂预热时间。然而，期望将催化剂从发动机进一步向下游移动以减少峰值功率期间的催化剂劣化，因为由于“λ一”排放法规，将来可能无法使用富集来控制排气温度。这可能会增加催化剂达到其起燃温度之前的时间量。因此，需要新的解决方案来同时快速预热催化剂并最大程度地减少预热期间的碳氢化合物排放，即使催化剂位于发动机的更下游也是如此。
在预热期间减少碳氢化合物排放的其他尝试包括在以浓空燃比操作时将二次空气引入排放控制装置的上游。由Zhang等人在9,238,983B2中示出了一种示例性方法。其中，来自压缩机下游的增压空气被输送到跨涡轮联接在排放控制装置上游的废气门风道中，并且与排气口中的未燃烧燃料发生反应以产生放热反应，所述放热反应将加热排放控制装置。
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，当碳氢化合物排放可能最大时，增压空气可能在发动机起动后不能立即可用。作为另一个示例，增压空气可能对排气具有冷却效果，这可能增加排放控制装置达到其起燃温度之前的时间量。作为又一个示例，以浓空燃比操作可能会降低车辆燃料经济性。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种方法来解决，所述方法包括：在联接于发动机的排气系统中的催化剂的加热期间，在所述发动机的每个气缸的泄放排气脉冲之后将加热后空气喷射到所述对应气缸的排气流道中。通过这种方式，加热后空气可以在泄放排气脉冲之后与位于排气流道中的未燃烧碳氢化合物发生反应，由此减少在预热期间输送到催化剂的未燃烧碳氢化合物的量。
作为一个示例，在催化剂的加热期间，发动机可以大致以化学计量操作，诸如以化学计量或略微浓于化学计量的百分比(例如，不超过2％)操作。结果，发动机的碳氢化合物输出可能低于使用传统的冷起动富集策略时的碳氢化合物输出。作为示例，在对应气缸的泄放排气脉冲之后将加热后空气喷射到每个气缸的排气流道中可以包括在泄放排气脉冲之后打开流量控制阀持续基于排气流道中的碳氢化合物的估计量而确定的持续时间。例如，流量控制阀可以位于联接到排气流道的空气喷射器与空气泵之间的输送通道中，并且因此，打开流量控制阀可以使得空气泵能够将加压空气输送到空气喷射器。此外，加热后空气可以由位于空气泵下游的一个或多个加热元件加热。例如，一个或多个加热元件可以包括被定位成加热提供给每个空气喷射器的加压空气的集中式空气加热器和/或位于每个空气喷射器内的加热元件。
通过将加热后空气直接喷射到排气流道中，发动机可以在加热期间以化学计量或接近化学计量操作，这提高了燃料经济性并减少了车辆排放。此外，加热后空气对排气口没有冷却效果。结果，催化剂可以比空气未被加热时更快地达到其起燃温度。此外，流量控制阀可以使得能够在每个气缸的燃烧循环的期望部分期间选择性地喷射空气。结果，过量的空气将不会被输送到催化剂。总之，可以减少催化剂达到其起燃温度之前的车辆排放和催化剂达到其起燃温度之前的时间量。
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唯一地由在详细描述之后的权利要求限定。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示出了可以包括在发动机系统中的气缸的实施例。
图2示出了发动机系统的示例的示意图。
图3示出了在发动机起动的每个点火事件期间由发动机输出的碳氢化合物的质量的示例性图形。
图4示出了紧接在发动机起动之后的累积碳氢化合物质量的示例性图形。
图5是用于在冷起动期间操作二次空气喷射系统以向发动机的排气流道提供顺序的热空气喷射的示例性方法的流程图。
图6示出了展示加热后空气喷射到发动机的排气流道中的顺序位置和正时的一组图形。
图7示出了在发动机冷起动期间操作二次空气喷射系统的示例性时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于减少发动机起动期间的排气排放的系统和方法。发动机可以是图1和图2中示意性地所示的发动机，例如包括图2的二次空气喷射系统。例如，二次空气喷射系统可以用于在发动机的碳氢化合物输出相对较高(如图3和图4中所描绘)的同时并且在排放控制装置(例如，催化器)达到其起燃温度之前将热空气喷射到发动机的排气道中，此时排放控制装置可以有效地处理发动机的碳氢化合物输出。在将碳氢化合物输送到排放控制装置之前，热空气可以与排气道内的碳氢化合物发生反应。可以在对应气缸的排气冲程期间的泄放脉冲之后(诸如图6中所描绘的)并且根据图5的控制方法顺序地执行热空气喷射。此外，发动机可以大致以化学计量操作以进一步减少发动机的碳氢化合物输出。图7示出了用于在发动机冷起动期间操作二次空气喷射系统的示例性时间线。
现在转向附图，图1示出了可以被包括在车辆5中的内燃发动机10的单个气缸130的局部视图。内燃发动机10可以为多缸发动机，下文将关于图2描述所述多缸发动机的一种示例性配置。气缸(例如，燃烧室)130包括冷却剂套筒114和气缸壁132，活塞136位于其中并且连接到曲轴140。燃烧室130被示出为经由进气门4和进气道22与进气歧管44连通并经由排气门8与排气道86连通。
在所描绘的视图中，进气门4和排气门8位于燃烧室130的上部区域处。可由控制器12使用包括一个或多个凸轮的相应的凸轮致动系统来控制进气门4和排气门8。该凸轮致动系统可利用凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者来改变气门操作。在所描绘的示例中，进气门4由进气凸轮151控制，并且排气门8由排气凸轮153控制。分别根据设置的进气门和排气门正时，可以经由进气门正时致动器101来致动进气凸轮151，并且可以经由排气门正时致动器103来致动排气凸轮153。在一些示例中，可以分别经由进气门正时致动器101和排气门正时致动器103来停用进气门4和排气门8。例如，控制器可将信号发送到排气门正时致动器103以停用排气门8，使得所述排气门保持关闭并且不在其设置好的正时打开。进气凸轮151和排气凸轮153的位置可分别由凸轮轴位置传感器155和157确定。
在一些示例中，进气门和/或排气门可通过电动气门致动来控制。例如，气缸130可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在其他示例中，可由共同的气门致动器或致动系统或可变气门正时致动器或致动系统来控制进气门和排气门。
气缸130可具有某一压缩比，所述压缩比是在活塞136处于下止点与上止点时的容积的比率。常规地，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增大压缩比。例如，当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时可能会出现这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响，则压缩比也可能会增大。
在一些示例中，发动机10的每个气缸都可以包括用于发起燃烧的火花塞92。点火系统88可在选定的操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞92向燃烧室130提供点火火花。然而，在一些示例中，例如在发动机10通过自动点火或通过喷射燃料(例如，当发动机10是柴油发动机时)而发起燃烧的情况下，可省略火花塞92。
作为非限制性示例，气缸130被示出为包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接地联接到燃烧室130，以便与经由电子驱动器168从控制器12接收到的信号FPW的脉冲宽度成比例地在该气缸中直接地喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器66提供被认为是将燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)到气缸130中的燃料喷射。尽管图1将喷射器66示出为侧喷射器，但是所述喷射器还可位于活塞顶上，诸如接近火花塞92的位置。当使用醇基燃料操作发动机时，由于一些醇基燃料的较低挥发性，这种位置可增加混合和燃烧。替代地，喷射器可位于进气门顶上和附近以增加混合。在另一个示例中，喷射器66可为将燃料提供到在气缸130上游的进气道中的进气道喷射器。
可从包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统180将燃料递送到燃料喷射器66。替代地，可通过单级燃料泵在较低压力下输送燃料。此外，尽管未示出，但是燃料箱可以包括向控制器12提供信号的压力传感器。燃料系统180中的燃料箱可保持具有不同燃料品质(诸如不同燃料成分)的燃料。这些差异可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合物和/或它们的组合等。在一些示例中，燃料系统180可联接到燃料蒸气回收系统，该燃料蒸气回收系统包括用于储存燃料补给和日间燃料蒸气的滤罐。当满足抽取条件时，在发动机操作期间可以将燃料蒸气从滤罐抽取到发动机气缸。
发动机10可至少部分地由控制器12以及来自车辆操作员113的经由加速踏板116和加速踏板位置传感器118以及经由制动踏板117和制动踏板位置传感器119实现的输入控制。加速踏板位置传感器118可以向控制器12发送与加速踏板116的位置相对应的踏板位置信号(PP)，并且制动踏板位置传感器119可以向控制器12发送与制动踏板117的位置相对应的制动踏板位置(BPP)信号。控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中被示出为只读存储器106的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。存储介质只读存储器106可以被编程有计算机可读数据，所述计算机可读数据表示可由微处理器102执行以用于执行本文中所述的方法和程序以及预期但未具体地列出的其他变体的指令。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12可从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器48的进气质量空气流量(MAF)的测量结果；来自联接到冷却剂套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度信号(ECT)；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自联接到节气门62的节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自联接到进气歧管44的MAP传感器122的绝对歧管压力信号(MAP)。可以由控制器12根据信号PIP产生发动机转速信号RPM。可使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供进气歧管中的真空或压力的指示。
基于来自上文提及的传感器中的一者或多者的输入，控制器12可调整一个或多个致动器，诸如燃料喷射器66、节气门62、火花塞92、进气门/排气门和凸轮等。控制器可从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且基于被编程在致动器中的与一个或多个例程相对应的指令或代码，响应于处理后的输入数据而触发所述致动器，其示例关于图5进行了描述。
在一些示例中，车辆5可为具有可用于一个或多个车轮160的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在图1所示的示例中，车辆包括发动机10和电机161。电机161可以为马达或马达/发电机，并且因此也可在本文中被称为电动马达。电机161从牵引电池170接收电力以将扭矩提供给车轮160。电机161还可以例如在制动操作期间操作为发电机以提供电力来对电池170进行充电。
当接合一个或多个离合器166时，发动机10的曲轴140以及电机161经由变速器167连接到车轮160。在所描绘的示例中，在曲轴140与电机161之间提供第一离合器166，并且在电机161与变速器167之间提供第二离合器166。控制器12可将信号发送到每个离合器166的致动器以使离合器接合或脱离，以便使曲轴140与电机161和与所述电机连接的部件连接或断开，和/或使电机161与变速器167和与所述变速器连接的部件连接或断开。变速器167可为齿轮箱、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。
现在参考图2，示出了示例性发动机系统200的示意图，所述发动机系统可以被包括在图1的车辆5的推进系统中。例如，发动机系统200提供图1中介绍的发动机10的一种示例性发动机配置。因此，先前在图1中介绍的部件用相同的附图标记表示并且不再重新介绍。此外，图1中介绍的一些部件未在图2中示出，尽管它们可能存在。在如图2所示的示例中，发动机10包括以直列4缸配置布置的气缸13、14、15和18，但是其他发动机配置也是可能的(例如，I-3、V-4、I-6、V-8、V-12、对置4缸和其他发动机类型)。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，可改变气缸的数量和气缸的布置。发动机气缸可在顶部被气缸盖盖住。气缸14和15在本文称为内部(或内侧)气缸，并且气缸13和18在本文称为外部(或外侧)气缸。图2所示的气缸可各自具有气缸配置，诸如上文关于图1描述的气缸配置。
在所示的示例中，气缸13、14、15和18中的每一者包括两个进气门4和两个排气门8。进气门和排气门可分别在本文中被称为气缸进气门和气缸排气门。如上文参考图1所解释，可经由各种气门正时系统来控制每个进气门4和每个排气门8的正时(例如，打开正时、关闭正时、打开持续时间等)。
每个气缸经由进气通道28从进气歧管44接收进气(或进气与再循环排气的混合物，如将在下文详细描述)。进气歧管44经由进气道(例如，流道)22而联接到气缸。通过这种方式，每个气缸进气道可经由对应的进气门4与其所联接的气缸选择性地连通。每个进气道可向其所联接的气缸供应空气、再循环排气和/或燃料以供燃烧。
如上文关于图1所述，可使用高压燃料系统来在联接到每个气缸的燃料喷射器66处产生燃料压力。例如，控制器12可在不同正时将燃料喷射到每个气缸中，使得燃料在发动机循环中的适当的时间输送到每个气缸。如本文所使用的，“发动机循环”是指其间每个发动机气缸以指定气缸点火次序点火一次的时段。无分电器点火系统可响应于来自控制器12的信号SA而经由对应的火花塞92向气缸13、14、15和18提供点火火花以发起燃烧。至少在一些示例中，可以针对每个气缸或针对一组气缸单独地调整点火火花的正时。
内侧气缸14和15各自联接到排气道(例如，流道)86，并且外侧气缸13和18各自联接到排气道87，以将燃烧排气引导到排气系统84。每个排气道86和87可经由对应的排气门8与其所联接的气缸选择性地连通。具体地，如图2所示，气缸14和15经由排气道86将排气引导到第一排气歧管81，并且气缸13和18经由排气道87将排气引导到第二排气歧管85。在其他示例中，每个气缸可以将排气引导到同一排气歧管。
发动机系统200还包括涡轮增压器164，所述涡轮增压器包括联接在公共轴(未示出)上的涡轮165和进气压缩机162。在图2所示的示例中，涡轮165经由第一排气通道73流体地联接到第一排气歧管81和第二排气歧管85。例如，第一排气歧管81和第二排气歧管85各自联接到涡轮165上游的第一排气通道73。涡轮165可以是例如单涡管涡轮或双涡管涡轮。在其中使用双涡管涡轮的示例中，代替合并到涡轮165的上游的是，第一排气歧管81可以将排气输送到双涡管涡轮的第一涡管，并且第二排气歧管85可以将排气输送到双涡管涡轮的第二涡管。
经由第一排气通道73输送到涡轮165的排气驱动涡轮165的旋转，这进而驱动设置在进气通道28内的压缩机162的旋转。因而，进气在压缩机162处被增压(例如，被加压)并向下游行进到进气歧管44。排气离开涡轮165进入第二排气通道74。在一些示例中，废气门可以跨涡轮165联接(未示出)。具体地，废气门阀可以被包括在旁路中，所述旁路联接在涡轮165的入口上游的排气通道73与涡轮165的出口下游的排气通道74之间。废气门阀可控制流过旁路并流到涡轮的出口的排气量。例如，随着废气门阀的开度增大，流过旁路而不流过涡轮165的排气量可增大，从而减小可用于驱动涡轮165和压缩机162的动力量。作为另一个示例，随着废气门阀的开度减小，流过旁路的排气量减小，从而增大可用于驱动涡轮165和压缩机162的动力量。通过这种方式，废气门阀的位置可控制由涡轮增压器164提供的增压量。在其他示例中，涡轮165可为包括可调整叶片的可变几何涡轮(VGT)，以在发动机工况改变时改变涡轮165的有效纵横比以提供所期望的增压压力。因此，增大涡轮增压器164的转速(诸如通过进一步关闭废气门阀或调整涡轮叶片)可增大所提供的增压量，并且减小涡轮增压器164的转速(诸如通过进一步打开废气门阀或调整涡轮叶片)可减小所提供的增压量。
排气通道73还包括第一排气温度(EGT)传感器98。在图2所示的示例中，第一EGT传感器98位于涡轮165的上游，诸如在涡轮165的入口附近。因而，第一EGT传感器98可以被配置为测量进入涡轮165的排气的温度。在一些示例中，控制器12可以使用第一EGT传感器98的输出来确定涡轮入口温度。
在离开涡轮165之后，排气在排气通道74中向下游流到排放控制装置70。排放控制装置70可以包括一个或多个排放控制装置，诸如一个或多个催化剂砖和/或一个或多个微粒过滤器。例如，排放控制装置70可以包括三元催化器，该三元催化器被配置为化学还原氮氧化物(NOx)并氧化一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)。在一些示例中，排放控制装置70另外地或替代地可以包括汽油微粒过滤器(GPF)。在通过排放控制装置70之后，排气可被引出到排气尾管。作为示例，如下文将详细描述，三元催化器在处理具有化学计量空燃比(AFR)的排气方面可以是最大程度地有效的。
在本文中，AFR将作为相对AFR来讨论，该相对AFR被定义为给定混合物的实际AFR与化学计量的比率并由lambda(λ)表示。在化学计量下(例如，在化学计量操作期间)发生λ值1，其中空气-燃料混合物产生完全燃烧反应。因此，控制器12可以基于由发动机10摄入的空气量来确定要发送到每个气缸的燃料喷射器66的燃料脉冲宽度，以便将AFR维持在λ值1。例如，发动机10可以在标称操作期间以化学计量燃料供应操作，以便减少车辆排放。标称化学计量操作可以包括AFR围绕化学计量波动，诸如按λ大体上保持在化学计量的2％以内的方式波动。例如，发动机10可以从小于1的浓λ值(其中提供比完全燃烧反应更多的燃料，从而导致过量的未燃烧燃料)转变到大于1的稀λ值(其中提供的空气多于用于完全燃烧反应的空气，从而导致过量的未燃烧空气)并且在喷射循环之间从稀转变到浓，从而导致化学计量下的“平均”操作。
排气通道74还包括与控制系统17中包括的控制器12进行电子通信的多个排气传感器。如图2所示，第二排气通道74包括定位在排放控制装置70上游的第一氧传感器90。第一氧传感器90可以被配置为测量进入排放控制装置70的排气的氧含量。第二排气通道74可以包括沿排气通道74定位的一个或多个附加氧传感器，诸如定位在排放控制装置70下游的第二氧传感器91。因而，第二氧传感器91可以被配置为测量离开排放控制装置70的排气的氧含量。在一个示例中，氧传感器90和氧传感器91中的一者或多者可为通用排气氧(UEGO)传感器。替代地，可用双态排气氧传感器替代氧传感器90和91中的至少一者。第二排气通道74可以包括各种其他传感器，诸如一个或多个温度和/或压力传感器。例如，如图2所示，第二EGT传感器96在排气通道74内定位在排放控制装置70上游。第二EGT传感器96可以被配置为测量进入排放控制装置70的排气的温度。在一些示例中，第二EGT传感器96的输出可以用于估计排放控制装置70的温度。
第一排气通道73联接到排气再循环(EGR)系统56中所包括的EGR通道50。在图2所示的示例中，EGR通道50在第一排气歧管81联接到第一排气通道73的位置的上游联接到第一排气通道73。因而，EGR通道50将第二排气歧管85流体地联接到压缩机162下游的进气通道28。排气从第一排气歧管73(特别是从第二排气歧管85)经由提供高压EGR的EGR通道50被引导到在压缩机162下游的进气通道28。然而，在其他示例中，EGR通道50可在压缩机162上游联接到进气通道28。此外，在其他示例中，EGR通道50可以在第一排气歧管81联接到第一排气通道73的位置的下游联接到第一排气通道73，从而导致来自第一排气歧管81和第二排气歧管85两者的排气经由EGR通道50被提供给进气通道28。
如图2所示，EGR通道50可以包括被配置为冷却从第一排气歧管73流到进气通道28的排气的EGR冷却器52，并且可以还包括设置在其中的EGR阀54。控制器12被配置为致动并调整EGR阀54的位置，以便控制流过EGR通道50的排气的流率和/或量。当EGR阀54在关闭(例如，完全地关闭)位置时，没有排气可从第一排气通道73流到进气通道28。当EGR阀54在打开位置(例如，从部分地打开到完全地打开)时，排气可从第一排气通道73流到进气通道28。控制器12可将EGR阀54调整到在完全地打开与完全地关闭之间的多个位置。在其他示例中，控制器12可将EGR阀54调整为完全地打开或完全地关闭。此外，在一些示例中，压力传感器34可在EGR通道50中布置在EGR阀54上游。
如图2所示，EGR通道50在增压空气冷却器(CAC)40下游联接到进气通道28。CAC 40被配置为在进气通过CAC 40时冷却所述进气。在替代示例中，EGR通道50可在CAC 40上游(和压缩机162下游)联接到进气通道28。在一些此类示例中，EGR冷却器52可不被包括在EGR通道50中，因为CAC冷却器40可冷却进气和再循环排气两者。EGR通道50还可以包括设置在其中并被配置为测量从第一排气通道73流过EGR通道50的排气的氧含量的氧传感器36。在一些示例中，EGR通道50可以包括附加传感器，诸如温度和/或湿度传感器，以确定从排气歧管85再循环到进气通道28的排气的成分和/或质量。
进气通道28还包括节气门62。如图2所示，节气门62定位在CAC 40下游和在EGR通道50联接到进气通道28的位置下游(例如，在EGR通道50与进气通道28之间的接合部下游)。可通过控制器12经由通信地耦合到控制器12的节气门致动器(未示出)来调整节气门62的节流板64的位置。通过在操作压缩机162时调节节气门62，可以经由进气歧管44在一定增压压力下将期望量的新鲜空气和/或再循环排气输送到发动机气缸。
为了减少压缩机喘振，可将由压缩机162压缩的空气充气的至少一部分再循环到压缩机入口。可提供压缩机再循环通道41以用于将来自在CAC 40上游的压缩机出口的压缩空气再循环到压缩机入口。可提供压缩机再循环阀(CRV)42以用于调整再循环到压缩机入口的流的量。在一个示例中，可响应于实际或预期的压缩机喘振状况而经由来自控制器12的命令来将CRV 42致动为打开。
进气通道28可以包括一个或多个附加传感器(例如，附加压力、温度、流率和/或氧传感器)。例如，如图2所示，进气通道28包括在进气通道28中设置在压缩机162上游的MAF传感器48。进气压力和/或温度传感器31也在压缩机162上游定位在进气通道28中。进气氧传感器35可在进气通道28中定位在压缩机162下游和CAC 40上游。附加进气压力传感器37可在进气通道28中定位在CAC 40下游和节气门62上游(例如，节气门入口压力传感器)。在一些示例中，如图2所示，附加进气氧传感器39可在进气通道28中定位在CAC40与节气门62之间，在EGR通道50与进气通道28之间的接合部下游。此外，MAP传感器122和进气歧管温度传感器123被示出为在进气歧管44内定位在发动机气缸的上游。
在发动机10起动之后的前几个点火事件中可能发生最大程度的碳氢化合物排放。简要地转向图3，示出了每次点火事件的碳氢化合物质量(竖直轴线)关于时间(水平轴线)的示例性图形300。具体地，曲线图302将多缸发动机(例如，图1和图2的发动机10)的一个气缸的单独的点火事件示出为空心圆。如曲线图302所示，每次点火事件的碳氢化合物质量在气缸上的第二次点火事件与第三次点火事件之间达到峰值，之后稳定地降低。然而，出现该峰值的时间段也可以对应于排放控制装置(例如，排放控制装置70)达到其起燃温度之前的时间。因而，当碳氢化合物输出最高时，排放控制装置可能无法有效最大程度地减少发动机的碳氢化合物输出。
因此，返回到图2，发动机系统200还包括二次空气喷射系统202。二次空气喷射系统202可以是例如被配置为将空气直接喷射到排气道86和87中的带端口电热反应空气(PETA)系统。二次空气喷射系统202包括多个空气喷射器210，其中一个空气喷射器210联接到每个排气流道86和87。在所示的示例中，空气经由分支空气通道系统和空气泵204输送到每个空气喷射器210。例如，空气泵204从进气通道206接收空气并将加压空气输送到多缸空气输送通道208。空气泵204可以固定转速操作以向多缸空气输送通道208提供期望压力的空气。多缸空气输送通道208分支成多个气缸空气输送通道以向每个气缸提供空气。即，每个分支将多气缸空气输送通道208流体地联接到发动机10的一个气缸。在所示的示例中，第一气缸空气输送通道212向气缸13的空气喷射器210提供空气，第二气缸空气输送通道216向气缸14的空气喷射器210提供空气，第三气缸空气输送通道220向气缸15的空气喷射器210提供空气，并且第四气缸空气输送通道224向气缸18的空气喷射器210提供空气。
每个气缸空气输送通道从多气缸空气输送通道208分支，并且基于定位在其中的流量控制阀的位置而选择性地向单个气缸的空气喷射器210提供二次空气。在所示的示例中，第一气缸空气输送通道212在第一气缸空气输送通道212分支的位置的上游包括设置在其中的第一流量控制阀214以向气缸13的每个空气喷射器210提供空气。类似地，第二气缸空气输送通道216在第二气缸空气输送通道216分支的位置的上游包括设置在其中的第二流量控制阀218以向气缸14的每个空气喷射器210提供空气，第三气缸空气输送通道220在第三气缸空气输送通道220分支的位置的上游包括设置在其中的第三流量控制阀222以向气缸15的每个空气喷射器210提供空气，并且第四气缸空气输送通道224在第四气缸空气输送通道224分支的位置的上游包括设置在其中的第四流量控制阀226以向气缸18的每个空气喷射器210提供空气。每个流量控制阀214、218、222和226可以(例如，通过控制器12)在完全关闭位置与完全打开位置之间单独地调整，在所述完全关闭位置中，阻挡通过对应的流量控制阀(并到达对应的空气喷射器210)的气流，在所述完全打开位置中，启用通过对应的流量控制阀(并到达对应的空气喷射器210)的气流。在一些示例中，每个流量控制阀214、218、222和226可以被调整到完全打开位置与完全关闭位置之间并包括它们的多个位置。如本文将关于图5和图6详细描述，当具有高碳氢化合物浓度的排气流过排气道时，可以选择性地打开每个流量控制阀以使得二次空气能够喷射到排气道(或单个气缸的一对排气道)中。
在一些示例中，加热器228设置在多气缸空气输送通道208中，在通向单独的气缸空气输送通道212、216、220和224的分支的上游。加热器228可以用作向所有单独的气缸空气输送通道212、216、220和224供应加热后空气的中央加热器。加热器228可以是例如电加热器。此外，在预期发动机10将起动时(例如，在发动机10起动之前)，诸如例如响应于车辆5的车门被打开、车辆5被解锁或钥匙扣107的接近，可以激活加热器228。加热器228可以具有高表面积以增加传递到通过其中的空气的热量。例如，加热器228的加热元件可以具有蜂窝结构。另外或替代地，每个空气喷射器210可以包括加热元件(或加热器)。例如，每个空气喷射器210可以包括在被供应电流时产生热量的电加热元件。作为又一个示例，另外或替代地，附加的加热元件(或加热器)可以位于每个单独的气缸空气输送通道内。因而，由空气喷射器210供应到每个气缸的热空气可以由一个或多个加热元件加热。
二次空气喷射系统202可以用于同时帮助预热排放控制装置70并减少预热期间的碳氢化合物排放。简要地参考图4，示例性图形400示出了紧接在发动机起动之后关于时间(水平轴线)的累积碳氢化合物质量(竖直轴线)。曲线图402关于时间示出了由发动机排放的累积碳氢化合物质量，曲线图404示出了在没有二次空气喷射的情况下提供给排放控制装置(例如，图1的排放控制装置70)的进给气体中的累积碳氢化合物质量，而虚线曲线图406示出了在二次空气喷射的情况下提供给排放控制装置的进给气体中的累积碳氢化合物质量。如通过将曲线图404与虚线曲线图406进行比较所示，诸如经由图2的二次空气喷射系统202提供加热后空气的二次空气喷射减少了提供给排放控制装置的进给气体中的累积碳氢化合物质量。
返回到图2，发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统17控制，并通过来自车辆操作员的输入(如上文关于图1所述)进行控制。控制系统17被示出为从多个传感器16(本文中描述了这些传感器的各种示例)接收信息并将控制信号发送到多个致动器83。作为一个示例，传感器16可以包括如上所述位于进气通道28、进气歧管44、第一排气通道73、第二排气通道74和EGR通道50内的压力、温度和氧传感器。其他传感器可以包括在节气门62上游联接在进气通道中的用于估计节气门空气温度(TCT)的节气门入口温度传感器。此外，应当注意，发动机10可以包括图2所示的传感器的全部或一部分。作为另一个示例，致动器83可以包括燃料喷射器66；空气喷射器210；流量控制阀214、218、222和226；节气门62；CRV42；EGR阀54；以及火花塞92。致动器83还可以包括联接到气缸进气门和排气门的各种凸轮轴正时致动器(如上文参考图1所述)。控制器12可从各种传感器接收输入数据，处理所述输入数据，并且基于被编程在控制器12的存储器中的与一个或多个程序相对应的指令或代码，响应于处理后的输入数据而触发致动器。例如，控制器12可以控制每个流量控制阀214、218、222和226的打开和关闭，以根据图5的示例性方法(例如，程序)喷射到每个气缸的排气流道中的加热后空气的流量(和流率)。
此外，在一些示例中，控制系统17可以包括远程发动机起动接收器(或收发器)，所述远程发动机起动接收器从具有远程起动按钮105的钥匙扣107接收无线信号109。在其他示例(未示出)中，可以经由蜂窝电话或基于智能电话的系统来启动远程发动机起动，其中用户的电话将数据发送到服务器并且服务器与车辆5通信以起动发动机10。
现在转向图5，示出了用于将加热后空气喷射到排气系统中的示例性方法500。例如，加热后空气可以被加热并经由二次空气喷射系统(诸如图2的二次空气喷射系统202)喷射到排气道中。尽管将关于图1和图2中所示的发动机系统和部件来描述方法500，但是在不脱离本公开的范围的情况下，方法500可以应用于其他发动机系统。用于执行方法500和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器(例如，图1和图2的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1和图2描述的传感器)接收的信号来执行。根据以下描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器(诸如通过操作二次空气喷射系统的流量控制阀(例如，图2的流量控制阀214、218、222和226))来调整发动机操作。
在502处，方法500包括估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括例如发动机转速、进气歧管压力(例如，MAP)、提供给发动机的进气的质量空气流量(例如，MAF)、发动机温度、发动机扭矩需求、燃料喷射量和正时、气缸气门升程和正时设置、排气温度、命令的AFR、测量的AFR、火花正时等。作为一个示例，排气温度可以由排气温度传感器(诸如图1的第二EGT传感器96)测量，并且可以用于推断催化器(例如，图2的排放控制装置70)的温度。作为另一个示例，可以基于来自UEGO传感器(例如，图2的第一氧传感器90)的输出来确定测量的AFR。进气歧管压力可以由MAP传感器(诸如图1和图2的MAP传感器122)测量，并且进气质量空气流量可以通过MAF传感器(诸如图1和图2的MAF传感器48)测量。作为又一个示例，可以根据发动机冷却剂温度传感器(诸如图1的ECT传感器112)的输出来确定发动机温度。
在504处，确定是否存在催化剂加热条件。在一个示例中，催化剂加热条件可以在冷起动期间发生。作为一个示例，当发动机温度低于第一阈值温度时，可以确认冷起动。第一阈值温度可以对应于存储在控制器的存储器中的非零的正温度值，高于所述非零的正温度值，发动机被认为是暖的并且处于稳态工作温度。作为另一个示例，在发动机起动时(例如，当发动机从零转速转动起动到非零转速且向发起的燃烧提供燃料和火花时)，当发动机温度基本上等于环境温度(例如，在环境温度的阈值内，诸如在10℃内)时，可以确认冷起动。作为又一示例，可以在发动机已经不活动超过阈值持续时间时确认冷起动，所述阈值持续时间可以对应于非零时间量(例如，数分钟、数小时或数天)，在此期间，发动机被预期冷却到大约环境温度。
另外或替代地，当催化剂的温度低于期望的工作温度时，可以确认催化剂加热条件。作为一个示例，期望的工作温度可以是催化剂的起燃温度。例如，催化剂的起燃温度可以是存储在控制器的存储器中的预定的第二阈值温度，在等于或高于所述第二阈值温度时实现高催化效率，从而使得催化剂能够有效地减少车辆排放。例如，当发动机温度低于第一阈值温度时，催化剂可能低于其起燃温度。
如果存在催化剂加热条件，则方法500前进到506并且包括以化学计量或接近化学计量操作发动机。例如，发动机可以以化学计量比或恰好浓于化学计量比操作，诸如与化学计量比相距小百分比(例如，比化学计量比浓0至2％)。根据方法500响应于冷起动条件而使用的浓AFR可能远不如通常在冷起动期间使用的浓AFR那样浓，以便减少(例如，最大程度地减少)在预热之前进入/通过催化剂的未燃烧碳氢化合物的量。
在508处，方法500包括激活二次空气喷射系统的加热元件。二次空气喷射系统可以具有一个或多个加热元件，所述一个或多个加热元件可以是在通电时产生热量的电加热元件。例如，一个或多个加热元件可以包括加热经由二次空气喷射系统(例如，图2的加热器228)供应的所有空气的中央空气加热器、位于每个单独的空气喷射器(例如，空气喷射器210)处的加热元件或位于二次空气喷射系统的空气输送通道中的其他加热器。在一些示例中，可以响应于检测到冷起动条件而激活加热元件。在其他示例中，可以在检测到冷起动条件之前(诸如响应于车门被打开或解锁、检测到钥匙扣或对发动机起动即将发生的另一指示)激活加热元件，如上文关于图2所提及的。此外，二次空气喷射系统的加热元件可以被配置为将经由空气喷射系统输送的空气加热到至少期望温度。作为一个示例，期望温度可以是大约500℃。期望温度可以是被校准以有助于或至少不抑制对下游催化剂的加热的预定温度。
在510处，方法500包括操作二次空气喷射系统的空气泵。例如，空气泵(例如，空气泵204)可以包括电动马达和驱动空气流动的可运动零件(例如，叶轮或活塞)。因此，操作空气泵可以包括向电动马达供应电力以驱动可运动零件并将空气经由进气通道吸入到二次空气喷射系统中。在一些示例中，空气泵可以固定转速操作以向二次空气喷射系统的空气输送通道提供具有期望压力的空气。
在512处，方法500包括基于工况(例如，如在502处测量的)来确定二次空气喷射系统的每个流量控制阀的打开和关闭正时。每个流量控制阀可以用于控制输送到发动机的一个气缸的排气流道的空气量以及输送正时。例如，因为空气泵可以固定转速操作，所以调整打开对应的流量控制阀的持续时间可以改变输送到特定气缸的排气流道的空气量。使用四缸发动机作为示例，第一流量控制阀(例如，图2的第一流量控制阀214)可以控制从二次空气喷射系统到第一气缸的排气流道的空气流量，第二流量控制阀(例如，图2的第二流量控制阀218)可以控制从二次空气喷射系统到第二气缸的排气流道的空气流量、第三流量控制阀(例如，图2的第三流量控制阀222)可以控制从二次空气喷射系统到第三气缸的排气流道的空气流量，并且第四流量控制阀(例如，图2的第四流量控制阀226)可以控制从二次空气喷射系统到第四气缸的排气流道的空气流量。
在排气冲程后期，在排气泄放之后，含有高碳氢化合物浓度的排气(从活塞润湿中蒸发)缓慢地移动到排气流道中并停留在那里直到下一次排气泄放事件。可能期望喷射的空气刚好足以使空气中的氧气与输送到排气流道的未燃烧碳氢化合物发生反应(例如，氧化)。此外，来自二次空气喷射系统的空气喷射可以被定时以在排气流道中的碳氢化合物的浓度预期最高时发生。因此，在对应气缸的排气门打开正时之后，流量控制阀打开正时可以被设置为在排气冲程后期。在一些示例中，流量控制阀关闭正时可以被设置为在对应气缸的排气门关闭正时之前，而在其他示例中，流量控制阀关闭正时可以被设置为在排气门关闭正时之后或同时，如关于图6所示并且在下文描述。因此，加热后空气的喷射可能仅发生在气缸的排气冲程后期，而不是在气缸的进气冲程、压缩冲程或动力冲程期间发生。在其他示例中，加热后空气的喷射可以部分地发生在气缸的排气冲程中并且部分地发生在进气冲程内。另外或替代地，加热后空气的喷射可以基本上紧接在泄放排气脉冲之后立即发生并且持续有限的持续时间。
作为一个示例，控制器可以估计在泄放脉冲之后将在排气流道中的未燃烧碳氢化合物的量，并确定将输送足够的氧气(经由加热后空气喷射)以与未燃烧碳氢化合物完全反应的流量控制阀打开的持续时间。在一些示例中，控制器可以将碳氢化合物输出的相关工况(诸如发动机转速、MAP、MAF、燃料喷射量和正时、AFR和火花正时中的一者或多者)以及泄放脉冲正时的相关工况(诸如排气门凸轮正时设置、排气门可变气门升程设置和排气门可变气门持续时间设置)直接输入到一个或多个查找表、算法或映射图中，所述查找表、算法或映射图可以输出预期在泄放脉冲之后与预测存在于排气流道中的估计量的碳氢化合物完全反应的每个流量控制阀的打开和关闭正时。作为另一个示例，控制器可以基于作为发动机转速、MAP、MAF、燃料喷射量和正时、AFR、火花正时、燃料喷射正时、燃料分层、排气门凸轮正时设置、排气门可变气门升程设置和排气门可变气门持续时间设置中的一者或多者的函数的逻辑规则来做出逻辑确定(例如，关于每个流量控制阀的打开和关闭正时)。此外，可以在每个发动机循环中和/或在测量的工况改变时重新评估每个流量控制阀的打开和关闭正时。
在一个示例中，控制器可以将空气喷射的质量流率改变为与通过发动机的空气的质量流率MAF成正比，因为发动机的碳氢化合物排放指数在很大程度上与MAF成比例。然而，因为碳氢化合物排放指数随诸如排气门正时的操作参数而有所不同，所以控制器可以进一步考虑那些参数的变化以改变空气喷射质量流率。此外，因为在给定气缸的排气过程期间来自气缸的排气流中的碳氢化合物浓度关于曲柄转角是不均匀的，所以在另一个示例中，控制器可以根据排气门打开位置或空气喷射器从排气门打开位置的偏移来调制加热后空气的流量，以使加热后空气的流量与碳氢化合物浓度相匹配。
在514处，方法500包括以所确定的打开和关闭正时打开和关闭每个流量控制阀以向对应气缸的空气喷射器提供空气。例如，控制器可以向对应的流量控制阀发送第一控制信号以在确定的打开正时处完全打开流量控制阀，并且发送第二不同的控制信号(或消除第一控制信号)以在确定的关闭正时处完全关闭流量控制阀。流量控制阀可以保持完全关闭，直到下一个确定的打开正时。此外，可以理解，所有流量控制阀都可以保持关闭，直到发动机内开始燃烧。例如，流量控制阀可以在转动起动期间保持关闭，并且因此在发动机中的第一次燃烧事件之后才可以将加热后空气输送到排气流道。
在515处，方法500包括经由对应气缸的空气喷射器喷射空气。在一些示例中，空气喷射器可以持续地打开以在对应的流量控制阀打开时向排气流道提供连续流量。在其他示例中，空气喷射器可以在对应气缸的排气门关闭之后被致动打开一段时间，以允许喷射的加热后空气中的氧气与排气的最终部分中的碳氢化合物混合并发生反应以离开气缸，例如，所述排气的碳氢化合物浓度高于在泄放脉冲期间排放的排气的碳氢化合物浓度。因此，在一些示例中，仅对流量控制阀的控制可以确定喷射到对应气缸的排气流道中的加热后空气的正时和量，而在其他示例中，对流量控制阀和空气喷射器两者的控制可以确定喷射到对应气缸的排气流道中的加热后空气的正时和量。然后可以结束方法500。例如，可以以预定频率重复方法500，以便在保持存在冷起动条件的同时将加热后空气喷射到每个气缸的排气道中。
返回到504，如果不存在催化剂加热条件，诸如当催化剂已经在其起燃温度以上操作时，则方法500前进到516并且包括以化学计量操作发动机。如上文关于图2所述，以化学计量操作发动机可以包括在浓燃烧事件与稀燃烧事件之间交替以用于以化学计量进行的“平均”操作。此外，发动机可以在被确定为提供例如期望的发动机扭矩输出的火花正时下操作。
在518处，方法500包括不操作二次空气喷射系统的空气泵。例如，空气泵可以保持断电，使得它不会通过进气通道吸入空气。因此，空气泵可以保持静止。
在520处，方法500包括停用(或维持停用)二次空气喷射系统的加热元件。例如，一个或多个加热元件可以不被供电。这包括在预期发动机起动和未确认冷起动条件时停用已激活的加热元件。
在522处，方法500包括维持关闭每个气缸的流量控制阀。因而，加热后空气将不会经由二次空气喷射系统喷射到每个气缸的排气流道中，因为当发动机是暖的并且以化学计量操作时，发动机的未燃烧碳氢化合物的输出相对较低。此外，在催化剂高于其起燃温度的情况下，催化剂能够有效地氧化进给气体中的碳氢化合物。然后可以结束方法500。
通过这种方式，当排气流道内存在高浓度的碳氢化合物时，诸如在排气冲程的泄放脉冲(例如，泄放排气脉冲)之后，二次空气喷射系统可以将加热后空气选择性地喷射到每个气缸的排气流道中。通过喷射刚好足以与未燃烧碳氢化合物发生反应的加热后空气，可以减少预热期间的碳氢化合物排放，同时还减少催化剂达到其起燃温度之前的时间量。
在一个示例中，所述方法可以包括发生催化剂加热条件，确定存在催化剂加热条件，并且响应于此，在气缸的排气冲程期间将热空气喷射到气缸的排气道中；以及不发生催化剂加热条件，确定不存在催化剂加热条件，并且响应于此，不喷射热空气。在一些示例中，在气缸的排气冲程期间将热空气喷射到气缸的排气道中在催化剂加热条件的同时或期间发生，并且在催化剂加热条件不存在时不发生。此外，存储在存储器中的指令可以包括从发动机冷却剂温度传感器和排气温度传感器中的一者或多者确定催化剂加热条件，并且作为响应，通过用于将第一信号发送到被定位成控制到达联接到排气道的空气喷射器的流量的流量控制阀的指令而喷射热空气；以及确定不存在催化剂加热条件，并且作为响应，通过用于向流量控制阀发送第二不同信号的指令不喷射热空气。例如，在泄放排气脉冲之后，第一信号可以打开流量控制阀持续在排气冲程期间开始的确定持续时间，并且第二信号可以在发动机循环期间(包括在排气冲程期间)维持关闭流量控制阀。
如在本文中通过示例示出，响应于对催化剂加热条件的确认而操作和执行动作的方法可以包括：在催化剂加热条件下操作(例如，在催化剂的温度低于阈值温度时开始发动机燃烧)；(诸如基于来自温度传感器的传感器输出)确定是否存在所述条件，并且响应于此而执行动作；以及在不存在所述条件的情况下操作，确定不存在所述条件，并且响应于此而执行不同动作。例如，控制器可以响应于确定存在催化剂加热条件而操作二次空气喷射系统的加热元件和空气泵，并且控制器可以响应于确定不存在催化剂加热条件而不操作二次空气喷射系统的加热元件和空气泵。作为另一个示例，相对于确定不存在催化剂加热条件时，当确定存在催化剂加热条件时，控制器可以以更浓AFR操作发动机。
接下来，图6示出了四缸发动机中的连续热的二次空气喷射位置及其正时的一组示例性图形600。例如，发动机可以是图1和图2的发动机10，所述发动机配备有二次空气喷射系统202。在曲线图602中示出了进入第一气缸(例如，气缸1)的排气流道中的排气流量，在曲线图606中示出了进入第二气缸(例如，气缸2)的排气流道中的排气流量，在曲线图610中示出了进入第三气缸(例如，气缸3)的排气流道的排气流量，在曲线图614中示出了进入第四气缸(例如，气缸4)的排气流道的排气流量。此外，针对每个排气门打开事件示出了每个气缸的对应的排气门打开(EVO)和排气门关闭(EVC)正时。调节进入对应气缸的排气流道的热空气的流量的流量控制阀的位置也在每个曲线图上示出为虚线叠加。即，调节进入第一气缸的排气流道中的热喷射后空气的流量的第一流量控制阀的位置在虚线曲线图604中示出，调节进入第二气缸的排气流道中的热喷射后空气的流量的第二流量控制阀的位置在虚线曲线图608中示出，调节进入第三气缸的排气流道中的热喷射后空气的流量的第三流量控制阀的位置在虚线曲线图612中示出，而调节进入第四气缸的排气流道中的热喷射后空气的流量的第四流量控制阀的位置在虚线曲线图616中示出。
对于以上所有曲线，水平轴线表示时间，其中时间沿着水平轴线从左向右增加。对于曲线图602、606、610和614，进入对应的排气流道的排气流率从0沿竖直轴线向上增加。对于虚线曲线图604、608、612和616，竖直轴线表示对应的流量控制阀的位置从完全关闭位置(“关闭”)到完全打开位置(“打开”)，如所标记的。此外，在图6的示例中，可以理解，在发动机冷起动期间已经发生了第一次燃烧事件。
如该组图形600所示，在较高的排气流率泄放脉冲完成之后，二次空气喷射系统的每个流量控制阀被脉动打开。泄放脉冲被示出为在排气门打开时发生的排气流率的急剧尖峰，之后发生更平缓的排气流率增加。例如，在从气缸进入流道的较慢、较长时间的排气流期间打开对应的流量控制阀，这随着气缸内的活塞上升并迫使附加排气流出而发生。对应的流量控制阀保持打开直到刚好在排气门关闭之前、刚好在排气门关闭之后或在排气门关闭的同时保持打开。因此，随着排气门打开的持续时间关于时间减小，诸如由于发动机的转速增加、对应的流量控制阀打开的持续时间相应地减少。
接下来，图7示出了用于在冷起动期间向车辆的发动机的排气流道中提供二次加热后空气喷射的操作参数的示例性时间线700。例如，发动机可以是图1和图2中所示的发动机10，所述发动机包括二次空气喷射系统202。曲线图702中示出了发动机转速，曲线图704中示出了催化剂的温度，曲线图706中示出了空气加热器的状态，曲线图708中示出了空气泵的状态，曲线图710中示出了催化剂前碳氢化合物浓度，并且曲线图712中示出了发动机AFR。对于以上所有曲线，水平轴线表示时间，其中时间沿着水平轴线从左向右增加。竖直轴线表示每个标记的参数。对于曲线图702、704和710，标记参数的量值沿着竖直轴线从下到上增加。对于曲线图706和708，竖直轴线将标记的部件的状态示出为“关闭”或“开启”。对于曲线图712，关于表示化学计量比的虚线示出了发动机AFR。大于化学计量的AFR值为稀，而小于化学计量的AFR值为浓。
在时间t0处，车辆关闭并静止。发动机转速为零(曲线图702)，因为在车辆关闭时发动机不操作。催化剂的温度相对较低(曲线图704)，诸如等于环境温度，并且低于由虚线714表示的催化剂的起燃温度。因为发动机关闭并且不燃烧，所以在时间t0处没有发动机AFR，并且催化剂前碳氢化合物浓度非常低(曲线图710)。此外，空气加热器(曲线图706)和空气泵(曲线图708)关闭。
在时间t1处，控制器确定发动机起动即将发生，诸如由于车辆的车门被解锁。作为响应，空气加热器通电(曲线图706)以开始加热二次空气喷射系统内的空气。例如，空气加热器可以是图2的空气加热器228和/或位于联接到发动机的每个排气流道的空气喷射器内的加热元件。例如，空气加热器可以通过从车辆电池供应电力来通电。
在时间t2处，发动机在起动期间转动起动。催化剂的温度(曲线图704)低于起燃温度(虚线714)，从而指示存在冷起动条件。作为响应，空气泵通电(曲线图708)以将加压空气输送到二次空气喷射系统的输送通道，在那里例如热空气加热器可以对加压空气进行加热。
在时间t3处，发动机中开始燃烧，所述发动机以略微浓的AFR(曲线图712)和怠速(曲线图702)操作。结果，催化剂前碳氢化合物浓度(曲线图710)在发动机起动后不久开始增加并达到峰值。如上文关于图5和图6所述，热空气在气缸的排气冲程后期被喷射到发动机的每个气缸的排气流道中。例如，可以基于多个操作参数(包括对应排气门的打开和关闭正时)来确定每个热空气喷射事件的正时。喷射的热空气中的氧气与排气流道中的未燃烧碳氢化合物发生反应。结果，催化剂前碳氢化合物浓度(曲线图710)低于不使用二次空气喷射系统的情况(由虚线段711表示)。此外，热空气有助于使催化剂升温。结果，在时间t4处，催化剂的温度(曲线图704)达到起燃温度(虚线714)。相比之下，如果不使用二次空气喷射系统将热空气选择性地喷射到每个气缸的排气流道中，则催化剂的温度将更缓慢地升高，如虚线段705所示，并且在时间t5之前不会达到起燃温度，所述时间t5晚于时间t4发生。
响应于催化剂的温度(曲线图704)在时间t4处达到起燃温度(虚线714)，不再存在冷起动条件。结果，空气加热器和空气泵都关闭(分别为曲线图706和708)，并且二次空气喷射系统不再用于将热的加压空气喷射到每个气缸的排气流道中。此外，将发动机AFR调整到化学计量(曲线图712)。在时间t6处，在驾驶车辆时，发动机转速增加(曲线图702)到高于怠速，这导致催化剂的温度进一步升高(曲线图704)。此外，因为发动机是暖的，所以催化剂前碳氢化合物浓度大幅降低(曲线图710)。
通过这种方式，通过使用热空气的二次喷射且以仅略浓于化学计量操作发动机，减少了在催化剂达到其起燃温度之前输送到催化剂的未燃烧碳氢化合物的量。通过在存在碳氢化合物时将热空气直接喷射到排气流道中，催化剂可以更快地达到其起燃温度，之后它可以更有效地减少排气排放(例如，通过将未燃烧碳氢化合物氧化)。结果，减少了总体车辆排放。此外，通过在预热期间以化学计量或接近化学计量操作而不是使用传统的富集，可以提高车辆燃料经济性。更进一步地，以接近化学计量操作使得能够喷射相对较小体积的空气，这进而允许将空气加热到比喷射较大体积(例如，如果使用传统的富集)时可能可行的温度更高的温度(例如，500℃)。
在冷起动期间以化学计量或接近化学计量操作发动机的同时在排气冲程后期将热空气喷射到每个气缸的排气流道中的技术效果是可以减少碳氢化合物排放。
作为一个示例，一种方法包括：在联接于发动机的排气系统中的催化剂的加热期间，在所述发动机的每个气缸的泄放排气脉冲之后将加热后空气喷射到所述对应气缸的排气流道中。在所述方法的第一示例中，所述方法还包括：在所述催化剂的所述加热期间以化学计量操作所述发动机。在所述方法的第二示例(任选地包括第一示例)中，所述方法还包括：在所述催化剂的所述加热期间以比化学计量浓不超过2％的空燃比(AFR)操作所述发动机。在所述方法的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，在所述发动机的每个气缸的所述泄放排气脉冲之后将所述加热后空气喷射到所述对应气缸的所述排气流道中包括打开位于联接到所述对应气缸的所述排气流道的空气喷射器与空气泵之间的输送通道中的流量控制阀持续基于所述排气流道中的未燃烧碳氢化合物的估计量而确定的持续时间。在所述方法的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的任一者或全部)中，在所述发动机的每个气缸的所述泄放排气脉冲之后将所述加热后空气喷射到所述对应气缸的所述排气流道中包括：在所述对应气缸的排气门打开正时之后发生的打开正时处打开位于联接到所述对应气缸的所述排气流道的空气喷射器与空气泵之间的输送通道中的流量控制阀；以及在发生于所述对应气缸的排气门关闭正时之前、同时或之后的关闭正时处关闭所述流量控制阀。在所述方法的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的任一者或全部)中，所述方法还包括：通过操作所述空气泵来对所述输送通道中的所述加热后空气加压。在所述方法的第六示例(任选地包括第一示例至第五示例中的任一者或全部)中，经由位于所述空气泵下游的一个或多个加热元件来加热所述加热后空气。在所述方法的第七示例(任选地包括第一示例至第六示例中的任一者或全部)中，所述一个或多个加热元件包括在所述流量控制阀上游位于所述输送通道中的集中式空气加热器以及在所述流量控制阀下游位于所述空气喷射器内的加热器中的至少一者。在所述方法的第八示例(任选地包括第一示例至第七示例中的任一者或全部)中，所述方法还包括：响应于预期起动所述发动机，在所述催化剂的所述加热之前激活所述一个或多个加热元件。在所述方法的第九示例(任选地包括第一示例至第八示例中的任一者或全部)中，所述催化剂的所述加热是响应于所述催化剂的温度低于阈值温度，并且所述方法还包括：响应于所述催化剂的所述温度达到所述阈值温度，在所述发动机的每个气缸的所述泄放排气脉冲之后中断将所述加热后空气喷射到所述对应气缸的所述排气流道中。
作为另一个示例，一种方法包括：响应于对发动机的预期冷起动的指示而激活二次空气喷射系统的加热元件；响应于所述预期冷起动发生，经由所述二次空气喷射系统执行热空气到所述发动机的每个气缸的排气流道中的顺序喷射；以及响应于所述预期冷起动未发生，停用所述加热元件并且不执行所述热空气的所述顺序喷射。在所述方法的第一示例中，所述二次空气喷射系统包括分支空气通道系统，所述分支空气通道系统的每个分支将空气输送通道流体地联接到所述发动机的一个气缸的所述排气流道并且包括位于其中的流量控制阀，并且经由所述二次空气喷射系统执行所述热空气到所述发动机的每个气缸的所述排气流道中的所述顺序喷射包括：经由所述加热元件将所述热空气加热到至少预定期望温度；在所述对应气缸的泄放排气脉冲之后在基于所述对应气缸的至少排气门设置确定的打开正时处打开所述对应的流量控制阀；以及经由直接联接到所述排气流道和所述分支空气通道系统的所述对应分支的空气喷射器喷射所述热空气。在所述方法的第二示例(任选地包括第一示例)中，所述方法还包括：在基于所述对应气缸的至少所述所述排气门设置确定的关闭正时处关闭所述对应的流量控制阀。在所述方法的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，所述对应气缸的所述排气门设置包括排气门凸轮正时设置、排气门可变气门升程设置以及排气门可变气门持续时间设置中的一者或多者。在所述方法的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的任一者或全部)中，所述方法还包括：响应于所述预期冷起动发生，操作所述二次空气喷射系统的空气泵，所述空气泵位于所述加热元件的上游，以向所述分支空气通道系统提供加压空气，并且其中经由所述加热元件加热所述加压空气。
作为又一个示例，一种系统包括：发动机，所述发动机包括多个气缸，每个气缸包括排气门，所述排气门被定位成控制从所述对应气缸到排气道的流量；二次空气喷射系统，所述二次空气喷射系统包括：分支空气通道系统；空气泵；至少一个加热器；空气喷射器，所述空气喷射器直接联接到每个排气道和所述分支空气通道系统；以及多个流量控制阀，所述多个流量控制阀位于所述分支空气通道系统内；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令在被执行时使所述控制器：在冷起动条件期间，在所述对应气缸的泄放排气脉冲之后打开所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀持续基于所述排气道中的未燃烧碳氢化合物的估计量而确定的持续时间；并且当不存在所述冷起动条件时，在整个发动机循环中维持关闭所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀。在所述系统的第一示例中，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外指令，所述另外指令在被执行时使所述控制器：在所述冷起动条件期间，操作所述空气泵以向所述分支空气通道系统提供加压空气，并且在将所述加压空气经由联接到每个排气道的所述空气喷射器喷射到每个排气道中之前，操作所述至少一个加热器以加热所述加压空气。在所述系统的第二示例(任选地包括第一示例)中，所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀位于所述分支空气通道系统的空气输送通道中，所述空气输送通道将所述多个气缸中的一个气缸的所述空气喷射器流体地联接到所述空气泵，并且其中打开所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀使得加压空气能够流到所述对应的空气喷射器。在所述系统的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外指令，所述另外指令在被执行时使所述控制器：在所述冷起动条件期间，以大约等于化学计量的空燃比操作所述发动机。在所述系统的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的任一者或全部)中，所述系统还包括排放控制装置，所述排放控制装置在每个气缸的所述排气道的下游联接在所述发动机的排气通道中，并且其中当所述排放控制装置的温度低于阈值温度时，存在所述冷起动条件，而当所述排放控制装置的所述温度高于所述阈值温度时，不存在所述冷起动条件。
在另一种表示中，一种方法包括：当联接到发动机的排气系统的催化剂的温度低于阈值温度时，将加热后空气喷射到所述发动机的气缸的排气流道中。在所述方法的第一示例中，当所述催化剂的所述温度低于所述阈值温度时将所述加热后空气喷射到所述发动机的所述气缸的所述排气流道中包括：在所述气缸的燃烧循环的一部分期间选择性地打开流量控制阀，所述流量控制阀位于将空气泵流体地联接到所述排气流道的空气输送通道中。在所述方法的第二示例(任选地包括第一示例)中，选择性地打开所述流量控制阀包括：在所述气缸的泄放排气脉冲之后立即打开所述流量控制阀；以及在确定的持续时间之后关闭所述流量控制阀。在所述方法的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，所述确定的持续时间是基于紧接在所述气缸的所述泄放排气脉冲之后所述排气流道中的碳氢化合物的估计量来确定的。在所述方法的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的任一者或全部)中，当所述催化剂的所述温度低于所述阈值温度时将所述加热后空气喷射到所述发动机的所述气缸的所述排气流道中还包括：激活位于所述空气泵与所述流量控制阀之间的所述空气输送通道中的加热元件。在所述方法的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的任一者或全部)中，当所述催化剂的所述温度低于所述阈值温度时将所述加热后空气喷射到所述发动机的所述气缸的所述排气流道中还包括：激活位于所述流量控制阀下游的加热元件。在所述方法的第六示例(任选地包括第一示例至第五示例中的任一者或全部)中，当所述催化剂的所述温度低于所述阈值温度时将所述加热后空气喷射到所述发动机的所述气缸的所述排气流道中还包括：激活位于直接联接到所述排气流道和所述空气输送通道的空气喷射器中的加热元件。在所述方法的第七示例(任选地包括第一示例至第六示例中的任一者或全部)中，当所述催化剂的所述温度低于所述阈值温度时将所述加热后空气喷射到所述发动机的所述气缸的所述排气流道中还包括：以被确定在所述流量控制阀的上游产生具有期望压力的空气的转速操作所述空气泵。在所述方法的第八示例(任选地包括第一示例至第七示例中的任一者或全部)中，所述温度阈值是所述催化剂的起燃温度。
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执行。本文所述的具体程序可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务、多线程等)中的一者或多者。因而，所示的各种措施、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。
如本文所使用，除非另有指定，否则术语“约”被解释为表示所述范围的±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，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
在联接于发动机的排气系统中的催化剂的加热期间，在所述发动机的每个气缸的泄放排气脉冲之后将加热后空气喷射到所述对应气缸的排气流道中。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述催化剂的所述加热期间以化学计量操作所述发动机。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述催化剂的所述加热期间以比化学计量浓不超过2％的空燃比(AFR)操作所述发动机。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述发动机的每个气缸的所述泄放排气脉冲之后将所述加热后空气喷射到所述对应气缸的所述排气流道中包括打开位于联接到所述对应气缸的所述排气流道的空气喷射器与空气泵之间的输送通道中的流量控制阀持续基于所述排气流道中的未燃烧碳氢化合物的估计量而确定的持续时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述发动机的每个气缸的所述泄放排气脉冲之后将所述加热后空气喷射到所述对应气缸的所述排气流道中包括：
在所述对应气缸的排气门打开正时之后发生的打开正时处打开位于联接到所述对应气缸的所述排气流道的空气喷射器与空气泵之间的输送通道中的流量控制阀；以及
在发生于所述对应气缸的排气门关闭正时之前、同时或之后的关闭正时处关闭所述流量控制阀。
6.根据权利要求5所述的方法，其还包括通过操作所述空气泵来对所述输送通道中的所述加热后空气加压。
7.根据权利要求5所述的方法，其中经由位于所述空气泵下游的一个或多个加热元件来加热所述加热后空气。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个加热元件包括在所述流量控制阀上游位于所述输送通道中的集中式空气加热器以及在所述流量控制阀下游位于所述空气喷射器内的加热器中的至少一者。
9.根据权利要求7所述的方法，其还包括响应于预期起动所述发动机，在所述催化剂的所述加热之前激活所述一个或多个加热元件。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂的所述加热是响应于所述催化剂的温度低于阈值温度，并且所述方法还包括：
响应于所述催化剂的所述温度达到所述阈值温度，在所述发动机的每个气缸的所述泄放排气脉冲之后中断将所述加热后空气喷射到所述对应气缸的所述排气流道中。
11.一种系统，其包括：
发动机，所述发动机包括多个气缸，每个气缸包括排气门，所述排气门被定位成控制从所述对应气缸到排气道的流量；
二次空气喷射系统，所述二次空气喷射系统包括：分支空气通道系统；空气泵；至少一个加热器；空气喷射器，所述空气喷射器直接联接到每个排气道和所述分支空气通道系统；以及多个流量控制阀，所述多个流量控制阀位于所述分支空气通道系统内；以及
控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令在被执行时使所述控制器：
在冷起动条件期间，在所述对应气缸的泄放排气脉冲之后打开所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀持续基于所述排气道中的未燃烧碳氢化合物的估计量而确定的持续时间；并且
当不存在所述冷起动条件时，在整个发动机循环中维持关闭所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外指令，所述另外指令在被执行时使所述控制器：
在所述冷起动条件期间，操作所述空气泵以向所述分支空气通道系统提供加压空气，并且在将所述加压空气经由联接到每个排气道的所述空气喷射器喷射到每个排气道中之前，操作所述至少一个加热器以加热所述加压空气。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀位于所述分支空气通道系统的空气输送通道中，所述空气输送通道将所述多个气缸中的一个气缸的所述空气喷射器流体地联接到所述空气泵，并且其中打开所述多个流量控制阀中的每个流量控制阀使得加压空气能够流到所述对应的空气喷射器。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外指令，所述另外指令在被执行时使所述控制器：
在所述冷起动条件期间，以大约等于化学计量的空燃比操作所述发动机。
15.根据权利要求11所述的系统，其还包括排放控制装置，所述排放控制装置在每个气缸的所述排气道的下游联接在所述发动机的排气通道中，并且其中当所述排放控制装置的温度低于阈值温度时，存在所述冷起动条件，而当所述排放控制装置的所述温度高于所述阈值温度时，不存在所述冷起动条件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0469170B1 (de) 1990-08-01 1994-03-09 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Aufheizen eines Abgaskatalysators
US5493858A (en) * 1992-06-23 1996-02-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Controlling apparatus for introduction air into exhaust pipe of internal combustion engine
JP2935327B2 (ja) * 1992-06-29 1999-08-16 三菱電機株式会社 内燃機関の二次空気供給装置及びその気体加熱装置
DE4239079A1 (de) 1992-11-20 1994-05-26 Pierburg Gmbh Brennersystem zur Abgasentgiftung bzw. -reinigung einer Brennkraftmaschine
US5832725A (en) * 1994-12-30 1998-11-10 Hyundai Motor Company Device for reducing air polluting emissions from vehicles
DE10040516A1 (de) 2000-08-18 2002-02-28 Bayerische Motoren Werke Ag Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Katalysator-Heizen
DE10249421B4 (de) 2002-10-23 2005-06-30 Siemens Ag Verfahren zum Überwachen der Zufuhr von Sekundärluft in das Abgas einer Brennkraftmaschine
US20070079604A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-12 Anthony Macaluso Secondary air supply system for internal combustion engine
US7792627B1 (en) * 2009-04-14 2010-09-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Hybrid vehicle exhaust control strategy
US9238983B2 (en) 2012-09-06 2016-01-19 Ford Global Technologies, Llc Secondary air introduction system
US10378485B2 (en) * 2017-08-18 2019-08-13 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for preheating a fuel vapor storage canister

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