CN116104616A - 用于减少来自发动机系统的碳氢化合物排放的方法和系统 - Google Patents

用于减少来自发动机系统的碳氢化合物排放的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了“用于减少来自发动机系统的碳氢化合物排放的方法和系统”。提供了用于加热排放控制装置的方法和系统。在一个示例中，一种用于车辆的方法包括：在发动机冷起动期间，使用双热交换器加热所述发动机的排放控制装置以加热二次空气并冷却排气，并且用电加热器进一步加热二次空气。所述方法还包括经由单独的空气喷射器将所述加热的二次空气引导到所述发动机的每个排气流道以与排气混合。通过这种方式，改善的空气和排气的混合物减少了催化剂起燃时间并提高了转化效率，由此减少了发动机冷起动期间的碳氢化合物排放。

Description

用于减少来自发动机系统的碳氢化合物排放的方法和系统
技术领域
本说明书总体上涉及用于通过利用二次空气喷射减少来自内燃 发动机的碳氢化合物排放的方法和系统。
背景技术
车辆的碳氢化合物排放的三分之一以上可能在冷起动期间和之 后发生。紧密联接的催化转化器可以用于通过减少达到催化剂起燃温 度所需的时间来减少排放。然而，在其中排气温度可能超过800℃的 峰值负荷/功率状况期间，转化效率和催化剂耐久性两者都可能受损。
在美国专利申请公开号5,136,842中描述了一种用于快速升高发 动机的排放控制装置的温度的方法。其中，发动机以浓空燃比操作， 并且二次空气被直接引入到排放控制装置上游的排气口中。在该系统 中，来自发动机的过量燃料被排出到排气口中，在那里它与排放控制 装置上游的二次空气发生反应。反应后的燃料使排气的温度升高，因 此加热排放控制装置。然而，为了将二次空气引入排气口中，使用二 次空气泵将二次空气的压力增加到高于排气压力。使用这种泵可能会 降低燃料效率并且需要附加的封装空间，因此降低发动机的效率。另 外，该系统可能不会有助于降低高负荷状况期间的排气峰值温度，因 此不利地影响催化剂耐久性。
发明内容
本文发明者已经认识到上述方法的问题并提供一种至少部分地 解决它们的方法和系统。在本公开的一个实施例中，一种用于车辆的 方法包括：在发动机冷起动期间，使用双热交换器加热所述发动机的 排放控制装置以加热二次空气并冷却排气，并且用电加热器进一步加 热二次空气。所述方法还包括经由单独的空气喷射器将所述加热的二 次空气引导到所述发动机的每个排气流道以与排气混合。
作为另一个示例，上述问题可以通过一种用于车辆的系统来解 决，所述系统包括：发动机，所述发动机具有二次空气喷射通道和 EGR通道；双热交换器，所述双热交换器联接到所述二次空气喷射 通道和所述EGR通道；电加热器，所述电加热器在所述双热交换器 下游联接到所述二次空气喷射通道；以及控制器，所述控制器存储用 于进行以下操作的指令：响应于所述发动机的冷起动，使用所述双热 交换器加热所述发动机的排放控制装置以加热二次空气并冷却排气， 并且用所述电加热器进一步加热二次空气。
通过这种方式，排气和二次空气可以被引导通过双热交换器，其 中双热交换器可以冷却排气并加热二次气流。排气通过EGR冷却器 被引导到进气通道，并且二次空气基于排气温度传感器输入而通过电 加热器进一步加热。基于来自相应气缸的排气泄放脉冲的正时，将二 次空气喷射到每个排气流道中。二次空气的温度升高以及空气与排气 的混合物的改善减少了冷起动期间的催化剂起燃时间，并且高负荷状 况期间的非加热空气降低了排气峰值温度，这最终提高了转化效率， 同时减少了催化剂劣化。
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。其并不意味着确定所要求保护的 主题的关键或必要特征，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施方式。
附图说明
图1示出了车辆系统的发动机的示意图。
图2示出了图1的车辆系统的一部分的示意图，所述车辆系统的 部分包括燃烧室，所述燃烧室具有经由凸轮轴驱动的进气门和/或排 气门。
图3示出了包括双热交换器内部的气体通道的双热交换器的实 施例。
图4示出了示出用于经由双热交换器和二次空气引入系统加热 排放控制装置的方法的高级流程图。
图5A至图5B示出了示出在执行图4的方法期间基于发动机工 况操作双热交换器、二次空气系统和排气再循环的示例性时间线图 形。
图6示出了示出在执行图4的方法期间与空燃比的化学计量相关 的各种发动机操作参数的图式。
具体实施方式
以下描述涉及用于在发动机冷起动期间通过利用二次空气喷射 和高压排气再循环来减少来自内燃发动机的碳氢化合物排放的方法 和系统，如图1的车辆系统的发动机示意图所示。图2示出了图1的 车辆系统的一部分，所述部分包括燃烧室，所述燃烧室具有经由凸轮 轴驱动的进气门和/或排气门。图3示出了联接到二次空气喷射系统 和排气再循环系统的双热交换器的实施例。双热交换器包括内部气体 通道以允许二次空气流和排气流在不混合的情况下通过以进行热交 换。图4示出了示出用于经由双热交换器和二次空气喷射系统加热发 动机的排放控制装置的方法的流程图。此外，图5A至图5B提供了 示例性发动机操作序列的图形显示以更详细地示出双热交换器、二次 空气喷射和排气再循环的操作。图6示出了示出与空燃比的化学计量 相关的各种操作参数的图式。
参考图1，其示出了车辆系统106的示意图。车辆系统106包括 发动机系统108，所述发动机系统包括联接到排放控制系统122的发 动机100。发动机100包括多个气缸14。发动机100还包括进气口 123和排气口125。进气口123可以通过进气道142从大气接收新鲜空气。进入进气通道142的空气可以由空气滤清器191过滤。进气通 道142可以包括定位在进气压缩机152下游的进气节气门164。进气 节气门164可以被配置为调整进入发动机进气歧管144的进气(例如， 增压进气)流。排气口125包括排气歧管148，所述排气歧管通向经由排气尾管135将排气引导到大气的排气通道145。
发动机100可以是包括增压装置(诸如涡轮增压器163)的增压发 动机。涡轮增压器163可以包括沿着进气通道142布置的进气压缩机 152和沿着排气通道145布置的排气涡轮154。压缩机152可以经由 轴180至少部分地由涡轮154驱动。由涡轮增压器提供的增压量可以 通过发动机控制器来改变。
联接到排气通道145的排放控制系统122包括排放控制装置170。 在一个示例中，排放控制装置170可以包括多个催化剂砖。在另一个 示例中，可使用各自具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中， 排放控制装置170可为三元催化器。在其他示例中，排放控制装置 170可以是氧化催化器、稀NOx捕集器、选择性催化还原(SCR)装置、 微粒过滤器或其他排气处理装置。虽然在本文描述的实施例中，排放 控制装置170布置在涡轮154的下游，但是在其他实施例中，在不脱 离本公开的范围的情况下，排放控制装置170可以布置在涡轮增压器 涡轮的上游或发动机排气通道中的另一个位置处。
在一些示例中，车辆系统106还可以包括低压EGR(LP-EGR)系 统(未示出)。LP-EGR系统可以包括LP-EGR通道，所述LP-EGR通 道将排气排放控制装置170下游的排气通道145与压缩机152上游的 进气通道142联接。EGR冷却器(未示出)和LP-EGR阀(未示出)可以 布置在LP-EGR通道中以冷却流过其中的排气并改变分别经由 LP-EGR系统从排气通道再循环到进气通道的排气的量和/或速率。
在一些示例(如图描绘)中，车辆系统106还可以包括高压EGR (HP-EGR)系统171。HP-EGR系统171包括EGR通道173，所述EGR 通道将排气通道145联接在涡轮154的上游并且将进气通道142联接 在压缩机152的下游和进气节气门164的上游。布置在EGR通道173 中的EGR冷却器172冷却流过其中的排气。靠近排气通道145与EGR 通道173的联接点位于EGR通道173中的EGR阀179的位置可以由 控制器120调整，以改变经由HP-EGR系统从排气通道再循环到进气 通道的排气的量和/或速率。在一些实施例中，一个或多个传感器可 以位于HP-EGR通道173内，以提供对再循环通过HP-EGR通道的 排气的压力、温度和空燃比中的一者或多者的指示。
EGR通道173进一步连接到热交换器186，使得热交换器186布 置在EGR冷却器172与EGR阀179之间。热交换器186包括排气入 口端口193和排气出口端口194。热交换器186的排气入口端口193 在EGR阀179下游和热交换器186上游与EGR通道173流体地联接， 以允许排气流入热交换器186中。热交换器186的排气出口端口194 在EGR冷却器172上游和热交换器186下游与EGR通道173流体地 联接，以允许排气流出热交换器186。通过这种方式，热交换器186 被配置为允许排气从排放控制装置170的上游和排气歧管148的下游 分流。在某些工况期间，可以打开EGR阀179以允许受控量的排气 进入热交换器186。流出热交换器186的排气最终经由位于EGR通 道173中的EGR冷却器172流回到进气通道142中。关于热交换器186的更多细节将在图3中呈现。
为了快速加热排放控制装置170，车辆系统106可以包括二次空 气引入系统(也被称为带端口电热反应器空气(PETA)系统)，以将富氧 二次空气引入排放控制装置170上游的排气口中。二次空气中的过量 氧气与排气口中的还原剂(诸如未燃尽的燃料)反应以产生放热反应， 所述放热反应将加热排放控制装置。为了有效地将二次空气引入排气 口，压缩机152下游的增压空气可以经由二次空气喷射通道187引导 到排气口。
如图1所示，二次空气喷射通道187在压缩机152的下游和进气 节气门164的上游联接到进气通道142。PETA空气泵182靠近进气 通道142联接到二次空气喷射通道187。PETA空气泵182可以用于 提供压力以使气流从进气通道142转移到二次空气喷射通道187。二次空气喷射通道187在PETA空气泵182的下游进一步连接到热交换 器186。另外，电加热器188可以布置在热交换器186下游的二次空 气喷射通道187中。热交换器186可以包括PETA入口端口195和 PETA出口端口196。热交换器186的PETA入口端口195在PETA 空气泵182的下游和热交换器186的上游与二次空气喷射通道187流 体地联接，以允许PETA空气流入热交换器186中。热交换器186的 PETA出口端口196在电加热器188的上游和热交换器186的下游与 二次空气喷射通道187流体地联接，以允许PETA空气流出热交换器 186。通过这种方式，热交换器186被配置为允许二次空气来自压缩 机152下游的进气通道142。在某些工况期间，可以关闭或开启PETA 空气泵182以允许受控量的二次空气进入热交换器186。流出热交换 器的二次空气可以在被引导到排气歧管148的排气流道之前由位于 热交换器186下游的电加热器188加热。如图描绘，二次空气喷射通 道187中的二次空气可以经由各个空气喷射器喷射到每个排气流道 中以与排气混合。例如，二次空气可以经由空气喷射器198喷射到排 气歧管148的排气流道197中，以此类推。经由各个空气喷射器将二 次空气喷射到每个排气流道中可以由PETA流量控制阀189调节。另 外，来自排气歧管148处的温度传感器126的测量值用于控制排气和 二次空气的混合物温度。图4更详细地示出了在发动机冷起动期间的 示例性发动机操作参数，其中经由双热交换器加热排放控制装置以加 热PETA空气并冷却HP EGR，然后用电加热器进一步加热PETA空 气。
发动机100可以至少部分地通过包括控制器120的控制系统140 和来自车辆操作员的经由输入装置(未示出)实现的输入来控制。控制 系统140被配置为从多个传感器160(本文描述了其各种示例)接收信 息并且将控制信号发送到多个致动器181。作为一个示例，传感器160 可以包括联接到排气歧管148的排气氧传感器(未示出)、联接到进气 歧管144的MAP传感器121、排气催化剂温度传感器117、在排气尾 管135中位于排放控制装置170上游的排气压力传感器119、排气温 度传感器127和在排气尾管135中位于排放控制装置170下游的排气 压力传感器129。各种排气传感器也可以包括在排放控制装置170下 游的排气通道145中，所述各种排气传感器诸如微粒物质(PM)传感 器、NOx传感器、氧传感器、氨传感器、碳氢化合物传感器等。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 车辆系统106中的各个位置。作为另一个示例，致动器181可以包括 燃料喷射器166、EGR阀179和进气节气门164。其他致动器(诸如例 如多种附加的阀和节气门)可以联接到车辆系统106中的各个位置。 控制器120可从各种传感器接收输入数据，处理所述输入数据，并且 基于编程在其中的对应于一个或多个程序的指令或代码，响应于处理 后的输入数据而触发致动器。本文参考图4至图5描述示例性控制程 序。
如本文参考图3至图6详细描述，取决于某些工况(例如，在冷 起动期间)，一些排气可以经由EGR通道173从排气通道145转移到 热交换器186。控制器120可以被配置为控制EGR阀179以允许排 气进入热交换器186。另外，控制器120可以被配置为控制PETA空 气泵182以经由二次空气喷射通道187将二次空气从进气通道142引 导到热交换器186中。处于活动状态的PETA空气泵182可以提供压 力以将足够的气流从进气通道142抽吸到热交换器186中。热交换器 186是具有两个单独的气体路径的双向或双气体对气体热交换器：多 个第一通道和多个第二通道。在一些示例中，多个第一通道中的每一 者可以是水平的，而多个第二通道中的每一者可以是竖直的。然而， 在其他示例中，多个第一通道可以是竖直的，而多个第二通道可以是 水平的。在又一些其他示例中，多个第一通道和多个第二通道可以具 有除了竖直和水平之外的取向。排气可以流过热交换器186的多个第 一通道，而二次空气可以流过其多个第二通道。热传递可以在排气与 二次空气之间发生，使得二次空气被加热并且排气在流过热交换器 186的同时被冷却。控制器120可以另外被配置为控制电加热器188 以进一步加热流出热交换器186的二次空气并将二次空气的温度升 高到高于碳氢化合物氧化阈值温度。控制器120还可以被配置为在选 定的发动机工况期间经由控制PETA流量控制阀189将二次空气流喷 射到排气歧管148中的每个排气流道中以减少HC排放。在一个示例 中，二次空气可以仅在对应气缸的排气冲程期间喷射到排气流道中。 另外，二次空气在其排气泄放期间可能不会喷射到排气流道中。在一 些示例中，如本文参考图3至图6详细描述，控制器120可以同时将 流出热交换器的排气经由EGR冷却器172引导到进气通道142。通 过这种方式，如本文参考图3至图6详细描述，控制器可以被配置为 通过协调HP-EGR系统与二次空气引入系统来加热发动机的排放控 制装置，以便减少发动机冷起动期间的HC排放。
图2描绘了例如图1的内燃发动机100的燃烧室或气缸的示例性 实施例。虽然图2中未示出，但是发动机100还可以类似地联接到上 文在图1中描述的PETA系统。发动机100可以从包括控制器120的 控制系统接收控制参数并且经由输入装置132从车辆操作员130接收 输入。在该示例中，输入装置132包括加速踏板和用于产生成比例的 踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机100的气缸(在本文 也称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，活塞138位于所述燃烧 室壁中。活塞138可以联接到曲轴141，使得活塞的往复运动被转换 为曲轴的旋转运动。曲轴141可以经由变速器系统联接到乘用车辆的 至少一个驱动轮。此外，起动机马达可经由飞轮联接到曲轴141以实 现发动机100的起动操作。另外，曲轴位置传感器143可以联接到曲 轴141以估计发动机转速和活塞位置。
气缸14可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除 了与气缸14连通之外，进气通道146还可以与发动机100的其他气 缸连通。在一些实施例中，进气道中的一者或多者可以包括增压装置， 诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置有涡轮增压 器的发动机100，所述涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之 间的压缩机152和沿着排气通道145布置的排气涡轮154。在增压装 置被配置为涡轮增压器的情况下，压缩机152可以至少部分地由排气 涡轮154经由轴180提供动力。然而，在其他示例中，诸如在发动机 100设置有机械增压器的情况下，可以任选地省略排气涡轮154，其 中压缩机152可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节 流板164的节气门20可以沿着发动机的进气通道设置以改变提供给 发动机气缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门20可以设置在压 缩机152的下游，如本文所示，或替代地，可以提供在压缩机152的 上游。
排气歧管148除了从气缸14接收排气之外，还可从发动机100 的其他气缸接收排气。排气通道145可以联接到排气歧管148。虽然 图2中未示出，但是排气通道145可以经由先前在图1中示出的 HP-EGR系统类似地联接到进气通道142。排气传感器128被示出为 在排放控制装置178的上游联接到排气通道145。例如，传感器128 可以从各种合适的传感器中选择以便提供对排气空燃比的指示，所述 各种合适的传感器诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传 感器)、双态氧传感器或EGO(如所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、 NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化器(TWC)、 NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合，如上所述。
可以由位于排气通道145中的一个或多个温度传感器(未示出)来 估计排气温度。替代地，可基于诸如速度、负荷、空燃比(AFR)、火 花延迟等发动机工况来推断出排气温度。此外，可通过一个或多个排 气传感器128来计算排气温度。应当理解，可以替代地通过本文列出 的温度估计方法的任何组合来估计排气温度。
发动机100的每个气缸可以包括一个或多个进气门和一个或多 个排气门。例如，气缸14被示出为包括位于气缸14的上部区域处的 至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例 中，发动机100的每个气缸(包括气缸14)都可以包括位于气缸的上部 区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可以由控制器120通过经由凸轮致动系统151的凸轮 致动来控制。类似地，排气阀156可由控制器120经由凸轮致动系统 153来控制。凸轮致动系统151和153可以各自包括一个或多个凸轮， 并且可以利用凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气 门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者，其可以 由控制器120操作以改变气门操作。进气门150和排气门156的位置 可以分别由气门位置传感器155和157来确定。在替代实施例中，进 气门和/或排气门可以通过电动气门致动来控制。例如，气缸14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。在其他实施例中，进气门和 排气门可以由共同的气门致动器或致动系统或者可变气门正时致动 器或致动系统控制。
气缸14可以具有压缩比，所述压缩比是当活塞138处于下止点 与处于上止点时的容积比。常规地，压缩比在9:1至10:1的范围中。 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 用较高辛烷值的燃料或具有较高汽化潜焓的燃料时，可能发生这种情 况。如果使用直接喷射，则由于直接喷射对发动机爆震的影响，压缩 比也可能会增大。
在一些实施例中，发动机100的每个气缸都可包括用于引发燃烧 的火花塞192。在选择操作模式下，点火系统190可以响应于来自控 制器120的火花提前信号SA而经由火花塞192向燃烧室14提供点 火火花。然而，在一些实施例中，诸如在发动机100可以通过自动点 火或通过燃料喷射来发起燃烧的情况下，可以省略火花塞192，就如 同一些柴油发动机的情况那样。
在一些实施例中，发动机100的每个气缸可以被配置有用于向其 提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，气缸14被 示为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示为直接联接到气 缸14以用于与经由电子驱动器168从控制器120接收的信号FPW的 脉冲宽度成比例地直接在其中喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器 166向燃烧气缸14中提供所谓的燃料直接喷射(在下文中也称为 “DI”)。尽管图1将喷射器166示出为侧喷射器，但所述喷射器也可 位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料具有较低挥发性，因此当使用醇基燃料操作发动机时，这种位置可改进 混合和燃烧。替代地，喷射器可以位于进气门的顶部并靠近进气门以 改进混合。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统 8输送到燃料喷射器166。替代地，燃料可以通过单级燃料泵在较低 压力下输送，在这种情况下直接燃料喷射的正时在压缩冲程期间比在 使用高压燃料系统的情况下可能更受限制。此外，尽管未示出，但是 燃料箱可以具有向控制器120提供信号的压力传感器。应当理解，在 替代实施例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其将燃料在气缸 14上游提供到进气道中。
还应理解的是，虽然所描绘的实施例示出了通过经由单个直接喷 射器喷射燃料来操作发动机，但在替代实施例中，可以通过使用两个 喷射器(例如，直接喷射器和进气道喷射器)并改变来自每个喷射器的 相对喷射量来操作发动机。
在气缸的单个循环期间，燃料可以通过喷射器输送到气缸。此外， 从喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随工况变化。此外，对 于单次燃烧事件，可以在每个循环执行所输送的燃料的多次喷射。可 以在压缩冲程、进气冲程或者它们的任何适当组合期间执行多次喷 射。而且，可以在循环期间喷射燃料以调整燃烧的喷射空燃比(AFR)。 例如，可以喷射燃料以提供化学计量AFR。可以包括AFR传感器以 提供对缸内AFR的估计。在一个示例中，AFR传感器可以是排气传 感器，诸如EGO传感器128。通过测量排气中的残余氧气(对于稀混 合气而言)或未燃烧的碳氢化合物(对于浓混合气而言)的量，传感器可 确定AFR。因此，AFR可以被提供作为λ值(即，作为给定混合物的 实际AFR与化学计量比的比率)。因此，λ为1.0指示化学计量的混 合物，浓于化学计量的混合物可以具有小于1.0的λ值，而稀于化学 计量的混合物可以具有大于1的λ值。
如上所述，图2仅示出了多缸发动机中的一个气缸。因此，每个 气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火 花塞等。
燃料系统8中的燃料箱可以容纳具有不同燃料品质(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。
发动机100还可以包括联接到每个气缸14的爆震传感器90以用 于识别异常气缸燃烧事件。在替代实施例中，一个或多个爆震传感器 90可以联接到发动机缸体的选定位置。爆震传感器可以是气缸体上 的加速度计，或被配置在每个气缸的火花塞中的离子传感器。爆震传 感器的输出可以与曲轴加速度传感器的输出组合以指示气缸中的异 常燃烧事件。
控制器120被示为微计算机，包括微处理器单元105、输入/输出 端口107、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定示例中 被示为只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114 和数据总线。控制器120可从联接到发动机100的传感器接收各种信 号，除先前讨论的那些信号之外，所述各种信号还包括：来自质量空 气流量传感器111的进气质量空气流量(MAF)的测量结果；来自联接 到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自 联接到曲轴141的霍尔效应传感器115(或其他类型的传感器)的表面 点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自 传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)；来自EGO传感器128的气 缸AFR；以及来自爆震传感器90和曲轴加速度传感器的异常燃烧。 发动机转速信号(RPM)可以由控制器120根据信号PIP来生成。来自 歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供对进气歧管中的真 空或压力的指示。
存储介质只读存储器110可以用表示可由处理器105执行的指令 的计算机可读数据来编程，这些指令用于执行下面描述的方法以及预 期但未具体列出的其他变型。参考图4至图6示出了示例性程序。
在一些示例中，发动机可联接到混合动力车辆中的电动马达/电 池系统。混合动力车辆可具有并联配置、串联配置或其变型或组合。 此外，在一些实施例中，可以采用其他发动机配置，例如柴油发动机。
在操作期间，发动机100内的每个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，一般地，排气门156关闭，且进气门150打开。空气经由进气 歧管146被引入到燃烧室14中，并且活塞138移动到气缸的底部以 便增加燃烧室14内的容积。活塞138在气缸的底部附近并且处于其 冲程结束时的位置(例如，当燃烧室14处于其最大容积时)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150和排气 门156关闭。活塞138朝向气缸盖移动，以便压缩燃烧室14内的空 气。活塞138处于其冲程的结束并最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室 30处于其最小容积时)的点通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。 在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在下文被称为点 火的过程中，由诸如火花塞192的已知点火装置点燃所喷射燃料，从 而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞138推回到BDC。 曲轴40将活塞运动转变成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期 间，排气门156打开以将已燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管 48，并且活塞返回到TDC。注意，以上仅作为示例进行描述，并且 进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气 门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。
基于排气门关闭与进气门打开之间的正时差异，可以在负气门重 叠时操作气门，其中对于在排气冲程结束之后和进气冲程开始之前的 较短持续时间，进气门和排气门两者都关闭。两个气门可以都关闭的 该时段被称为负(进气门与排气门)气门重叠。在一个示例中，可以调 整VCT系统，使得负进气门与排气门重叠正时可以是气缸燃烧期间 发动机的默认凸轮位置。
替代地，可以在正气门重叠时操作气门，其中对于在排气冲程结 束之前和进气冲程开始之后的较短持续时间，进气门和排气门两者都 可以打开。两个气门都可以打开的该时段被称为正(进气门与排气门) 气门重叠。可以调整VCT系统，使得在选定的增压发动机工况期间 的正气门重叠量增加正气门重叠。具体地，可以调整进气凸轮轴的位 置，使得进气门打开正时提前。因此，进气门可以在排气冲程结束之 前更早地打开，并且两个气门打开的持续时间可以增加，从而导致正 气门重叠更多。作为一个示例，可以通过将进气凸轮轴从一定的正气 门重叠的位置移动到具有更多正气门重叠的位置来增加正气门重叠。 作为另一个示例，可以通过将进气凸轮轴从负气门重叠的位置移动到 正气门重叠的位置来增加正气门重叠。在一个示例中，可以调整VCT 系统，使得负进气门与排气门重叠正时可以是发动机冷起动期间发动 机的默认凸轮位置。
应当理解，虽然以上示例建议通过将进气打开正时提前来增加正 气门重叠，但是在替代示例中，可以通过调整排气凸轮轴以延迟排气 门关闭来增加正气门重叠。更进一步地，可以通过改变进气门正时和 排气门正时两者来调整进气凸轮轴和排气凸轮轴中的每一者以改变 正气门重叠。在其他示例中，可以使用凸轮凸角切换或可变气门升程 来代替可变凸轮轴正时。
图3示出了图1的热交换器186的实施例300。虽然图3中未示 出，但是热交换器186可以联接到车辆系统(诸如图1所示的车辆系 统106)的HP-EGR系统、进气系统和排气系统。如图3中描绘，热 交换器186包括壳体302、二次空气歧管310和EGR歧管312。二次 空气歧管310和EGR歧管312在热交换器186的壳体302内部。二 次空气歧管310还包括可以在双热交换器内部沿着第一方向取向的 多个第一通道。EGR歧管312还包括可以在双热交换器内部沿着第 二方向取向的多个第二通道。多个第一通道的第一方向可以垂直于多 个第二通道的第二方向。例如，二次空气歧管310可以包括多个竖直 通道303，所述多个竖直通道在热交换器186的壳体302内部联接在 PETA入口通道304与PETA出口通道306之间。EGR歧管312可以 包括多个水平通道309，所述多个水平通道在热交换器186的壳体302 内部联接在EGR入口通道334与EGR出口通道322之间。热交换器 186的多个竖直通道303和多个水平通道309被配置为在热交换器 186的内部容积内彼此靠近，以促进热能从流过多个水平通道309的 排气传递到流过多个竖直通道303的二次空气。作为一个示例，多个 水平通道309可以在热交换器186的壳体302内大致垂直于多个竖直 通道303布置，以增加多个水平通道309与多个竖直通道303之间的 界面区域。另外，多个水平通道309和多个竖直通道303是共面的， 即，多个水平通道309布置在与多个竖直通道303的公共平面平行的 公共平面中以便具有最大界面区域。多个竖直通道303与多个水平通 道309之间的界面区域可以包括导热材料(例如，金属)，以促进热能 从流过多个水平通道309的排气传递到流过多个竖直通道303的二次 空气，同时保持排气与二次空气的流体隔离。换句话说，多个水平通 道309内的气体可以与多个竖直通道303内的二次空气交换热能，但 是多个竖直通道303和多个水平通道309不彼此交换和/或混合气体。
热交换器186的壳体302包括和/或联接到如先前参考图1所述 的多个入口端口和出口端口。图3所示的热交换器186的实施例300 包括PETA入口端口195、PETA出口端口196、排气入口端口193 和排气出口端口194。替代实施例可以包含不同数量的端口。例如， 在一个实施例(未示出)中，PETA出口端口196可以分成两个或更多 个PETA出口端口，以接收来自多个竖直通道303的二次气流。
端口促进气体流入和流出热交换器186。PETA入口端口195在 热交换器186的壳体302内部联接到二次空气歧管310的PETA入口 通道304。PETA入口端口195还在热交换器186的壳体302外部联 接到二次空气喷射通道187的第一部分356(例如，如图1所示)。二 次空气喷射通道的第一部分356又可以在压缩机(例如，图1的压缩 机152)下游联接到进气通道(例如，图1的进气通道142)。经由PETA 空气泵(例如，图1的PETA空气泵182)从进气通道转移到二次空气 喷射通道的第一部分356的一些进气流可以经由如箭头305所指示经 由PETA入口端口195被发送到热交换器186的二次空气歧管310。
PETA出口端口196在热交换器186的壳体302内部联接到二次 空气歧管310的PETA出口通道306。PETA出口端口196还在热交 换器186的壳体302外部联接到二次空气喷射通道187的第二部分 360(例如，如图1所示)。二次空气喷射通道的第二部分360又可以 联接到车辆系统(例如，图1的车辆系统106)的多个排气流道(例如， 图1的排气歧管148的排气流道)。经由PETA出口端口196流出热 交换器186的二次空气歧管310的PETA空气/二次空气(例如，如由 箭头307指示)可以经由二次空气喷射通道的第二部分360被引导到 排气流道。另外，二次空气喷射通道的第二部分360可以包括控制阀 362。可以通过控制器(例如，图1的控制器120)致动控制阀362来调 节(例如，增加或减少)通过热交换器186的PETA出口端口196的二 次空气的流量。
因此，压缩的进气作为二次空气通过PETA入口端口195朝向二 次空气歧管310的多个竖直通道303流入PETA入口通道304(在热 交换器186的内部或内部)。压缩的进气朝向PETA出口通道306流 过多个竖直通道303，并且在与热交换器186的EGR歧管312中的 EGR气体交换热能(例如，从EGR气体接收热量)之后被引导到PETA 出口端口196。
排气入口端口193在热交换器186的壳体302内部联接到EGR 歧管312的EGR入口通道334。排气入口端口193还在热交换器186 的壳体302外部联接到EGR通道173的第一部分340(例如，如图1 所示)。EGR通道的第一部分340又可以在车辆系统(图1的车辆系统 106)的涡轮(例如，图1的涡轮154)上游联接到排气通道(例如，图1 的排气通道145)。一些或全部排气可以经由EGR阀(例如，图1的 EGR阀179)从排气通道转移到EGR通道的第一部分340，并且可以 如箭头335所指示经由排气入口端口193被发送到热交换器186的 EGR歧管312。
排气出口端口194在热交换器186的壳体302内部联接到EGR 歧管312的EGR出口通道322。排气出口端口194还在热交换器186 的壳体302外部联接到EGR通道173的第二部分316(例如，如图1 所示)。EGR通道的第二部分316又可以在车辆系统(例如，图1的车 辆系统106)的压缩机(例如，图1的压缩机152)下游联接到进气通道 (例如，图1的进气通道142)。经由排气出口端口194流出热交换器 186的EGR歧管312的排气(例如，如箭头323所指示)可以经由EGR 通道的第二部分316被引导到进气通道。另外，EGR通道的第二部 分316可以包括控制阀318。可以通过控制器(例如，图1的控制器 120)致动控制阀318来调节(例如，增加或减少)通过热交换器186的 排气出口端口194的排气流。
因此，排气可以通过排气入口193朝向EGR歧管312的多个水 平通道309流入EGR入口通道334(在热交换器186之内或其内部)。 排气通过多个水平通道309朝向EGR出口通道322流动，并且在与 热交换器186的二次空气歧管310中的PETA空气/二次空气交换热 能(例如，将热量传递到二次空气)之后被引导到排气出口端口194。
现在转向图4，呈现了用于加热排放控制装置的方法400。方法 400可以由图1和图2的控制器120根据存储在其上的指令来执行以 便经由在排气流道中发生的放热反应来加热排放控制装置170。方法 400包括在402处确定发动机操作参数。所确定的发动机操作参数可 以包括发动机转速、发动机负荷、发动机温度、排气温度、自从发动 机起动以来的时间等。在404处，基于发动机操作参数来确定是否检 测到发动机冷起动。发动机冷起动可以是发动机起动和发动机起动之 后的操作时段，其中发动机诸如在发动机起动时的环境温度下相对较 冷。在发动机冷起动期间，排放控制装置可能低于操作温度，诸如低 于其起燃温度，并且因此排气口中的排放物(诸如未烧尽的碳氢化合 物、NOx和CO)可以未经处理地通过装置并逸出到大气。所述装置可 以继续以低于最佳效率操作，直到发动机达到操作温度为止，取决于 环境温度，这可能需要几秒钟到一分钟或更长时间。为了在发动机冷 起动期间(例如，在几秒钟以内)快速加热排放控制装置，可以通过将 富氧进气引入排放控制装置上游的排气来发起放热反应，其中未燃尽 的碳氢化合物和其他还原剂与氧气反应以产生热量。
因此，如果在404处确定发动机不在冷起动状况下操作，则方法 400前进到406，其中维持当前发动机操作，因为未指示排放控制装 置的加热。例如，如果发动机关闭，然后基于发动机操作参数和检测 到的排气氧含量以化学计量空燃比或其他期望的空燃比操作发动机， 则不会检测到发动机冷起动。这可能是因为发动机可能仍处于或高于 阈值操作温度，其中可以在没有对排放控制装置进行二次加热的情况 下进行正常的发动机操作。然后，方法400结束。
然而，如果在404处确定发动机在冷起动状况下操作，则方法 400通过使用双热交换器(例如，热交换器186)加热PETA空气并冷却 HP EGR气体来加热排放控制装置，并且进一步将加热的PETA空气 引入排气口。为了维持受控放热反应不会导致可能使排气系统部件劣 化的高温，可以用PETA空气泵(例如，PETA空气泵182)和PETA流 量控制阀(例如，PETA流量控制阀189)协调地调整EGR阀(例如，EGR 阀179)。因此，在408处，紧接在发动机起动之后，EGR阀打开或 维持在打开位置。打开EGR阀可以将排气从排气通道(例如，排气通 道145)转移到涡轮(例如，涡轮154)上游的EGR通道(例如，EGR通 道173)。
PETA空气泵的标称(例如，默认)状态可以是被停用，以便避免 在未指示对排放控制装置进行加热的状况下将进气转移离开进气歧 管。然而，紧接在发动机冷起动之后，在408处激活PETA空气泵。 激活PETA空气泵可以将进气从进气通道(例如，进气通道142)转移到压缩机(例如，压缩机152)下游的二次空气喷射通道(例如，二次空 气喷射通道187)。
因此，在408处，通过打开EGR阀并激活PETA空气泵，可以 分别经由EGR通道和二次空气喷射通道将排气流和二次空气流引导 到双热交换器。
在410处，排气流和二次空气流到达双热交换器以进行热交换， 其中来自排气的热能可以被传递到二次空气，使得二次空气(也称为 PETA空气)被加热并且排气(也称为HPEGR气体)被冷却。如先前参 考图3所述，在热交换器的壳体(例如，302)的内部，二次空气可以流 过二次空气歧管(例如，310)的多个竖直通道(例如，303)，并且排气 可以流过EGR歧管(例如，312)的多个水平通道(例如，309)。热交换 器的内部容积内的多个竖直通道和多个水平通道的邻近配置促进将 热能从排气传递到二次空气/PETA空气，而没有排气与PETA空气进 行流体混合。
在412处，在热交换之后，PETA空气和排气分别经由PETA出 口端口(例如，196)和排气出口端口(例如，194)流出热交换器。排气 可以经由布置在EGR通道(例如，173)中的EGR冷却器(例如，172) 在进气节气门(例如，164)的上游和压缩机(例如，152)的下游被引导 到进气通道(例如，142)。然而，EGR冷却器在发动机冷起动期间保 持不活动。在412处，流出热交换器的PETA空气可以用布置在二次 空气喷射通道中的电加热器(例如，188)进一步加热。例如，可以使用 电加热器将PETA空气加热到高于碳氢化合物氧化的阈值温度。加热 的PETA空气随后可以经由二次空气喷射通道被引导到排气流道。
在414处，确定是否满足用于将PETA空气喷射到排气流道中的 条件。例如，PETA空气可以仅在对应气缸的排气冲程期间被引入每 个排气流道中。在排气泄放期间可以不向排气流道提供PETA气流， 而是可以仅在排气泄放之后立即将PETA气流引入排气流道。例如， 控制器可以从监测曲轴位置的传感器(例如，曲轴位置传感器143)接 收信息以确定活塞位置。如果在414处确定不满足用于将PETA空气 喷射到排气流道中的条件，则方法400前进到416，其中连接对应的 排气流道(例如，197)的空气喷射器(例如，198)的PETA流动控制阀(例 如，189)维持关闭。因此，在416处，方法400等待满足条件。然后， 方法400可以返回到414。替代地，如果在414处确定满足用于将 PETA空气喷射到排气流道中的条件，则方法400前进到418。
在418处，连接对应的排气流道的空气喷射器的PETA流动控制 阀被打开或维持在打开位置中以发起加热的PETA空气流入排气流 道中。在418处将加热的PETA空气喷射到排气流道中导致PETA空 气与对应的排气流道中存在的排气混合。加热的富氧PETA空气与排气的混合又导致发起放热反应，其中未燃尽的碳氢化合物和其他还原 剂在排放控制装置的上游与氧气反应以产生热量。
在所示的示例性方法中，描述了经由对应的空气喷射器将PETA 空气喷射到一个排气流道中。然而，应当注意，所述方法可以包括同 时经由单个空气喷射器将PETA空气喷射到多个排气流道中，这取决 于在何处实现排气泄放。因此，可以相应地调节每个空气喷射器的 PETA流量控制阀。
在420处，监测排气和PETA空气的混合物的温度。作为一个示 例，可以通过使用位于车辆系统的排气歧管(例如，排气歧管148)中 的温度传感器(例如，温度传感器126)来测量和/或监测排气和PETA 空气的混合物温度。
在422处，确定排气和PETA空气的混合物温度是否高于HC氧 化阈值温度。如果在422处确定排气和PETA空气的混合物温度低于 HC氧化阈值温度，则方法400前进到424以在将PETA空气喷射到 排气流道中之前用电加热器继续加热PETA空气。然后，方法400可 以返回到420，其中继续监测排气和PETA空气的混合物的温度。替 代地，如果在422处确定排气和PETA空气的混合物温度高于HC氧 化阈值温度，则方法400前进到426。在426处，方法400停止用电 加热器加热PETA空气，例如，停用电加热器，并继续将PETA空气 喷射到排气流道中。
在428处，方法400确定是否满足用于停止将PETA空气喷射到 排气流道中的条件。作为一个示例，如果气缸正在经历四冲程循环的 进气冲程、压缩冲程或膨胀冲程，则可以停止向对应的排气流道中喷 射PETA空气。作为另一个示例，如果排气流道正在经历排气泄放， 则可以停止向排气流道中喷射PETA空气。如果在428处确定不满足 停止向排气流道中喷射PETA空气的条件，则所述方法返回到420， 其中继续监测排气和PETA空气的混合物温度，同时PETA空气被喷 射到排气流道中。替代地，如果在428处确定满足用于停止将PETA空气喷射到排气流道中的条件，则所述方法前进到430。在430处， 方法400包括关闭空气喷射器的PETA流量控制阀以停止向对应的排 气流道中喷射PETA空气。
在432处，确定排放控制装置(例如，170)是否处于起燃或另一个 预定义操作温度。排放控制装置的温度可以基于工况(诸如排气温度 和质量流率)来确定，或者可以基于来自装置中的温度传感器(例如， 117)的反馈来确定。如果装置尚未达到起燃或预定义操作温度，则方 法400返回到414以确认是否满足将PETA空气喷射到排气流道中的 条件。然而，如果装置已经达到起燃或预定义操作温度，则方法400 前进到434以关闭EGR阀并停用PETA空气泵，并且以化学计量空 燃比或其他期望的空燃比操作发动机。然后，方法400结束。
转到图5A至图5B，示出了用于示出双热交换器、二次空气喷射 和排气再循环的操作的示例性发动机操作序列的时序图500。图5A 和图5B在本文中被共同描述。用于执行在时序图500中描述的动作 的指令可以由控制器(例如，图1至图2的控制器120)基于存储在控 制器的存储器上的指令并且结合从车辆系统的传感器(例如，图1至 图2的传感器160)接收的信号来执行。
时序图500示出了示出车辆系统的部件随时间变化的状态的曲 线图502、504、506、508、510、512、552、554、558、560、562、 566和568。曲线图502指示车辆的发动机的状态，所述状态可以处 于开启状态或关闭状态。曲线图504指示流过排气流道的排气，其可以是高或低。曲线图506指示EGR阀的位置，其可以处于打开位置 或关闭位置。曲线图508指示通过双热交换器的排气流量，其可以是 高或低。曲线图510指示PETA空气泵的状态，其可以处于活动状态 或非活动状态。曲线图512指示通过双热交换器的二次空气的流量， 其可以是高或低。曲线图552指示电加热器的状态，其可以处于开启 状态或关闭状态。曲线图554指示二次空气的温度，其可以是高或低。 曲线图558指示PETA流量控制阀的位置，其可以处于打开位置或关 闭位置。曲线图560指示进入对应的排气流道的二次空气的流量，其中“是”表示二次空气正在流入排气流道中，而“否”表示二次空气没有 流入排气流道中。曲线图562指示二次空气和排气的混合物的温度， 其可以是高或低。曲线图566指示碳氢化合物的流率，其可以是高或 低。曲线图568指示排放控制装置的温度，其可以是高或低。虚线556和564表示碳氢化合物氧化的阈值温度。虚线570表示排放控制 装置的起燃温度。
曲线图502、504、506、508、510、512、552、554、558、560、 562、566和568示出了车辆系统的上述部件在以下六个持续时间内 的状态：从时间t0至时间t1的第一持续时间；从时间t1至时间t2 的第二持续时间；从时间t2至时间t3的第三持续时间；从时间t3至 时间t4的第四持续时间；从时间t4至时间t5的第五持续时间；以及 从时间t5至时间t6的第六持续时间。
在时间t0处并且在从时间t0到时间t1的第一持续时间内，在曲 线图502处车辆发动机处于关闭状态。因此，所述方法等待发动机的 冷起动。
在时间t1处，车辆发动机起动并且在曲线图502处为开启状态， 并且在曲线图504处排气开始流过排气流道。因此，在时间t1处， EGR阀在曲线图506处打开并且PETA空气泵被激活，如曲线图510 所表示。因而，在曲线图508处，排气开始流过双热交换器，并且在 曲线图512处，二次空气开始流过双热交换器。在曲线图566处，碳 氢化合物流率低，并且在曲线图568处，排放控制装置的温度在发动 机起动时保持为低。在从时间t1到时间t2的第二持续时间内，当发 动机预热时，在曲线图562处，排气歧管中的排气的温度不断上升超 过用于HC氧化的温度阈值。在从时间t1到时间t2的第二持续时间 内，在曲线图504处，排气流道可以示出对应气缸的排气泄放脉冲。 在从时间t1到时间t2的第二持续时间内，二次空气的温度保持升高， 然后由于双热交换器处的热交换而稳定在高于HC氧化的阈值温度的 温度。
在时间t2处，通过排气流道的排气泄放完成，并且排气流在曲 线图504处达到低水平。在曲线图554处，二次空气的温度下降到低 于HC氧化的阈值温度。因而，在曲线图552处，开启电加热器以进 一步加热流出双热交换器的二次空气。在时间t2处，在曲线图558处，PETA流量控制阀打开。因此，在曲线图560处，加热的二次空 气开始流入排气流道。在曲线图562处，排气歧管中的排气温度保持 高于HC氧化的阈值温度。在从时间t2到时间t3的第三持续时间内， 曲线图502、504、506、508、510、512、552、554、558、560、562、 566和568保持不变。
在时间t3处，二次空气的温度在曲线图554处升高到高于HC 氧化的阈值温度。因而，在曲线图552处，关闭电加热器以停止加热 流出双热交换器的二次空气。在从时间t3到时间t4的第四持续时间 内，曲线图502、504、506、508、510、512、552、554、558、560、 562、566和568保持不变。
在时间t4处，二次空气的温度在曲线图554处再次下降到低于 HC氧化的阈值温度。因而，在曲线图552处，再次开启电加热器以 进一步加热流出双热交换器的二次空气。在从时间t4到时间t5的第 五持续时间内，曲线图502、504、506、508、510、512、552、554、558、560、562和566保持不变。在从时间t4到时间t5的第五持续 时间内，在曲线图568处，排放控制装置的温度开始升高。
在时间t5处，二次空气的温度在曲线图554处再次升高到高于 HC氧化的阈值温度。因而，在曲线图552处，关闭电加热器以停止 加热流出双热交换器的二次空气。在时间t5处，在曲线图568处， 排放控制装置的温度达到催化剂起燃温度以上。在从时间t5到时间t6的第六持续时间内，曲线图502、504、506、508、510、512、552、 554、558、560、562、566和568保持不变。
在时间t6处，随着在曲线图568处实现排放控制装置的起燃温 度，双热交换器的操作、二次空气喷射和排气再循环可以结束。因此， 在曲线图558处关闭PETA流量控制阀，并且因此在曲线图560处停 止二次空气流入排气流道。另外，在曲线图506处，EGR阀关闭以停止排气流过EGR通道，并且在曲线图510处停用PETA空气泵以 停止二次空气流过二次空气喷射通道。因而，通过双热交换器的排气 流和二次空气流也停止，如分别由曲线图508和曲线图512所表示。 因此，如时序图500中所示，由于排气和二次空气的混合物的温度维 持高于HC氧化的阈值温度(在曲线图562处从时间t2至时间t6的持 续时间内)，因此曲线图566处的碳氢化合物流率在整个发动机冷起 动期间保持为低。
参考图6，图6是示出发动机冷起动期间的示例性操作参数的图 式600。在图式600中描绘的操作参数包括排放控制装置温度(由曲线602示出)、PETA流量控制阀位置(由曲线604示出)、EGR阀位置(由 曲线606示出)和空燃比(由曲线608示出)。对于所描绘的每个操作参 数，在水平轴线上示出时间，并且在竖直轴线上描绘每个相应的操作 参数的值。在图式600中描绘的持续时间在发动机起动时开始，并且 在发动机和排放控制装置已经达到操作温度之后的时间结束。
由曲线602所示的排放控制装置以相对较低的温度起动，因为发 动机和排气部件在发动机起动时处于环境温度。在时间T1之后，装 置温度开始升高，这部分地是由于随着发动机预热排气而加热，并且 部分地是由于因为在排放控制装置上游喷射富氧二次空气而发生的 放热反应。在时间T2之后，装置已经达到其操作温度。
由曲线604描绘的PETA流量控制阀的位置在时间T1之前处于 其默认关闭位置。然而，在时间T1处，紧接在发动机的气缸的排气 泄放之后，PETA流量控制阀打开以将二次空气喷射到对应的排气流 道中，如先前参考图4以及图5A至图5B所述。PETA流量控制阀被 示出为在自从发动机起动以来经过阈值时间量(例如，几秒钟)之后打 开，即，当排气温度达到接近HC氧化的阈值温度时打开，如先前参 考图5B所指示。PETA流量控制阀可以保持打开，直到气缸返回到 四冲程循环的进气冲程和/或直到排放控制装置在时间T2处达到操作温度。
由曲线606描绘的EGR阀位置可以紧接在发动机起动之后处于 完全打开位置，以将排气转移到双热交换器以与二次空气进行热交 换。EGR阀可以在时间T1与T2之间保持打开，以继续允许一些排 气进入双热交换器。在时间T2之后，当排放控制装置已经达到其操作温度时，可以关闭EGR阀。因此，EGR阀紧接在发动机起动后完 全打开以对双热交换器内的PETA空气进行预热。然而，在时间T2 之后，EGR阀位置可以基于发动机控制策略在热条件下完全打开、 部分打开或关闭以减少NOx排放并提高燃料经济性。
为了在排气口中产生额外的还原剂，可以在时间T1之后命令由 曲线608描绘的发动机空燃比为浓。在时间T1之前和时间T2之后， 空燃比可以维持在化学计量附近。然而，在时间T1之前和时间T2 之后，可以将空燃比命令为适合于给定工况的比率。例如，可以通过UEGO传感器进行空燃比的闭环控制。在时间T1之前，维持化学计 量以减少发动机排出的HC排放。在时间T1与时间T2之间，发动机 可以一定百分比浓运行(例如，可以将10％以上的燃料喷射到气缸 中)。在时间T2之后，需要化学计量来在热条件下实现催化剂的高转 化效率。
通过这种方式，HP EGR气体/排气和PETA空气/二次空气被引 导通过双热交换器，其中双热交换器冷却HP EGR气体并加热PETA 气流。HP EGR气体通过EGR冷却器被引导到进气通道，并且PETA 空气基于排气温度传感器输入而通过电加热器进一步加热。基于来自相应气缸的排气泄放脉冲的正时，将PETA空气喷射到每个排气流道 中。PETA空气的温度升高以及空气与排气的混合物的改善减少了冷 起动期间的催化剂起燃时间，并且高负荷状况期间的非加热空气降低 了排气峰值温度，这最终提高了转化效率，同时缓解催化剂的劣化。
本公开还提供了对一种用于车辆的方法的支持，所述方法包括： 在发动机冷起动期间，使用双热交换器加热所述发动机的排放控制装 置以加热二次空气并冷却排气，并且用电加热器进一步加热所述二次 空气。在所述方法的第一示例中，所述方法还包括：紧接在所述发动 机冷起动之后，打开EGR阀并激活PETA空气泵。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：经由空气喷射器 将所述二次空气引导到排气流道以将所述二次空气与所述排气混合。 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，通过联接到所述空气喷射器的流量控制阀来调节进入所述 排气流道的所述二次空气的流量。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一者或多者或每一者)中，紧接在排气泄 放脉冲之后将所述二次空气喷射到所述排气流道中。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一者或多者或每一者) 中，所述电加热器将所述二次空气加热到高于用于碳氢化合物氧化的 阈值温度。在所述方法的第六示例(任选地包括第一示例至第五示例 中的一者或多者或每一者)中，在所述发动机冷起动期间维持EGR冷 却器关闭。
本公开还提供了对一种用于车辆的系统的支持，所述系统包括： 发动机，所述发动机具有二次空气喷射通道和EGR通道；双热交换 器，所述双热交换器联接到所述二次空气喷射通道和所述EGR通道； 电加热器，所述电加热器在所述双热交换器下游联接到所述二次空气 喷射通道；以及控制器，所述控制器将指令存储在非暂时性存储器中， 所述指令在被执行时使所述控制器：响应于所述发动机的冷起动，使 用所述双热交换器加热所述发动机的排放控制装置以加热流过所述 二次空气喷射通道的空气并冷却流过所述EGR通道的排气，并且用 所述电加热器进一步加热所述空气。在所述系统的第一示例中，所述 双热交换器定位在所述发动机的进气通道与排气通道之间，并且所述 双热交换器还包括：排气入口端口，所述排气入口端口经由所述EGR 通道的第一部分在涡轮上游流体地联接到所述排气通道；排气出口端 口，所述排气出口端口经由所述EGR通道的第二部分在压缩机下游流体地联接到所述进气通道；PETA入口端口，所述PETA入口端口 经由所述二次空气喷射通道的第一部分在压缩机下游流体地联接到 所述进气通道；以及PETA出口端口，所述PETA出口端口经由所述 二次空气喷射通道的第二部分流体地联接到多个排气流道。在所述系 统的第二示例(任选地包括第一示例)中，所述控制器包括用于进行以 下操作的另外指令：紧接在发动机起动事件之后打开定位在所述EGR 通道的所述第一部分中的EGR阀以允许排气流入所述双热交换器 中。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，所述控制器包括用于进行以下操作的另外指令：紧接 在发动机起动事件之后激活定位在所述二次空气喷射通道的所述第 一部分中的PETA空气泵以允许所述空气流入所述双热交换器中。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一者或多 者或每一者)中，所述空气在所述双热交换器内部流过沿着第一方向 取向的多个第一通道并且所述排气流过沿着第二方向取向的多个第 二通道以进行热交换，所述第一方向垂直于所述第二方向。在所述系 统的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的一者或多者或每 一者)中，所述控制器包括用于进行以下操作的另外指令：经由多个 空气喷射器将流出所述双热交换器的所述空气引导到所述多个排气 流道，并且其中联接到每个空气喷射器的流量控制阀控制进入每个排 气流道的所述空气的流量。
本公开还提供了对一种用于发动机的方法的支持，所述方法包 括：响应于所述发动机的冷起动，打开定位在EGR通道中的EGR阀 以使排气流过所述EGR通道；以及激活定位在二次空气喷射通道中 的PETA空气泵以使二次空气流过所述二次空气喷射通道；使用双热 交换器加热所述二次空气并冷却所述排气，所述双热交换器在所述 EGR阀和所述PETA空气泵下游联接到所述EGR通道和所述二次空 气喷射通道；利用在所述双热交换器下游联接到所述二次空气喷射通 道的电加热器进一步加热所述二次空气；以及经由多个空气喷射器将 所述二次空气引导到多个排气流道以将所述二次空气与所述排气混 合。在所述方法的第一示例中，通过联接到所述多个空气喷射器中的 每个空气喷射器的PETA流量控制阀来调节进入所述多个排气流道 中的每个排气流道的二次空气的流量。在所述方法的第二示例(任选 地包括第一示例)中，紧接在所述发动机的对应气缸的排气泄放之后 将所述二次空气流喷射到所述多个排气流道中的每个排气流道中。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，所述方法还包括：使用联接到排气歧管的温度传感器来监测 排气和二次空气的混合物的温度。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一者或多者或每一者)中，只要所述排气 歧管内部所述排气和二次空气的所述混合物的所述温度低于用于碳 氢化合物氧化的阈值温度，所述电加热器就维持开启。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一者或多者或每一者) 中，在所述发动机冷起动期间，喷射到每个排气流道中的所述二次空 气在排放控制装置上游与所述排气中的还原剂发生放热反应以加热 所述排放控制装置。在所述方法的第六示例(任选地包括第一示例至 第五示例中的一者或多者或每一者)中，所述方法还包括：在所述排 放控制装置的温度达到起燃温度之后，关闭所述EGR阀并停用所述 PETA空气泵。
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作为 可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可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，示出的各种动作、操作 和/或功能可按示出的顺序执行、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。可根据所使用的特 定策略而重复地执行示出的动作、操作和/或功能中的一者或多者。 此外，所描述的动作、操作和/或功能可图形表示被编程到发动机控 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，其中通 过在包括各种发动机硬件部件的系统中结合电子控制器执行指令来 实施所描述的动作。
应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些 具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如， 以上技术可应用于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。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。
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且非显而易见的某些组合 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，也都被视为包括 在本公开的主题内。

Claims (13)

1.一种用于车辆的方法，其包括：
在发动机冷起动期间，
使用双热交换器加热所述发动机的排放控制装置以加热二次空气并冷却排气，并且用电加热器进一步加热所述二次空气。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括紧接在所述发动机冷起动之后，打开EGR阀并激活PETA空气泵。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括经由空气喷射器将所述二次空气引导到排气流道以将所述二次空气与所述排气混合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过联接到所述空气喷射器的流量控制阀来调节进入所述排气流道的所述二次空气的流量。
5.根据权利要求3所述的方法，其中紧接在排气泄放脉冲之后将所述二次空气喷射到所述排气流道中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述电加热器将所述二次空气加热到高于用于碳氢化合物氧化的阈值温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述发动机冷起动期间维持EGR冷却器关闭。
8.一种用于车辆的系统，其包括：
发动机，所述发动机具有二次空气喷射通道和EGR通道；
双热交换器，所述双热交换器联接到所述二次空气喷射通道和所述EGR通道；
电加热器，所述电加热器在所述双热交换器下游联接到所述二次空气喷射通道；以及
控制器，所述控制器将指令存储在非暂时性存储器中，所述指令在被执行时使所述控制器：
响应于所述发动机的冷起动，使用所述双热交换器加热所述发动机的排放控制装置以加热流过所述二次空气喷射通道的空气并冷却流过所述EGR通道的排气，并且用所述电加热器进一步加热所述空气。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述双热交换器定位在所述发动机的进气通道与排气通道之间，并且所述双热交换器还包括：
排气入口端口，所述排气入口端口经由所述EGR通道的第一部分在涡轮上游流体地联接到所述排气通道；
排气出口端口，所述排气出口端口经由所述EGR通道的第二部分在压缩机下游流体地联接到所述进气通道；
PETA入口端口，所述PETA入口端口经由所述二次空气喷射通道的第一部分在压缩机下游流体地联接到所述进气通道；以及
PETA出口端口，所述PETA出口端口经由所述二次空气喷射通道的第二部分流体地联接到多个排气流道。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的另外指令：紧接在发动机起动事件之后打开定位在所述EGR通道的所述第一部分中的EGR阀以允许排气流入所述双热交换器中。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的另外指令：紧接在发动机起动事件之后激活定位在所述二次空气喷射通道的所述第一部分中的PETA空气泵以允许所述空气流入所述双热交换器中。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述空气在所述双热交换器内部流过沿着第一方向取向的多个第一通道并且所述排气流过沿着第二方向取向的多个第二通道以进行热交换，所述第一方向垂直于所述第二方向。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的另外指令：经由多个空气喷射器将流出所述双热交换器的所述空气引导到所述多个排气流道，并且其中联接到每个空气喷射器的流量控制阀控制进入每个排气流道的所述空气的流量。
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