用于排气催化剂的方法和系统与流程

文档序号:13683526阅读:191来源:国知局
用于排气催化剂的方法和系统与流程

本说明书总体涉及用于控制车辆发动机以提高排气后处理系统的效率并减少发动机排放的方法和系统。



背景技术:

联接到内燃机的排气通道的排放控制装置(诸如底部(underbody)催化剂),减少燃烧副产物诸如氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物。在底部催化剂的起燃(light-off)之前产生的发动机冷起动排放可以向总排气排放贡献较大的比例。底部催化剂的效率可能受到排气温度的影响,并且在特定温度范围之外可能是次优的。此外,催化剂的功能可能受到催化剂中高于阈值的氧负载的不利影响。

因此,已经开发了各种方法来基于排气温度选择性地传送排气通过排气催化剂。一种示例性方法由servati等人在美国专利5,377,486中示出,该方法包括在冷起动状况期间,在引导排气通过底部(主)催化剂之前,首先传送排气通过较小的催化剂,并且在达到主催化剂的起燃温度之后,绕过较小的催化剂,并且传送排气直接通过主催化剂。较小的催化剂可以比主催化剂更早地达到起燃,并且通过使排气首先流过较小的催化剂,可以提高排放质量。通过在达到主催化剂的起燃温度之后绕过较小的催化剂,可以减少由高于阈值排气温度引起的对较小催化剂的任何损害。

然而,本发明人已经认识到此系统的潜在问题。作为一个示例,由于系统的配置,不管排气温度如何,都不绕过主催化剂。因此,由于在底部催化剂表面上的涂层,催化剂可以在限定的排气温度范围内具有较高的转化效率。因此,在低于或高于限定范围的排气温度下,可能降低底部催化剂的功能。此外,热排气的流动可能导致对催化剂组分的损坏。作为另一示例,当排气在冷起动状况期间流过催化剂时,来自主催化剂上游的排气组分的水可能在催化剂上冷凝,并且从催化剂中提取能量以进行蒸发,这可能进一步影响催化剂的功能,并且延迟达到起燃温度。进一步地,在诸如减速燃料切断(dfso)的发动机工况期间,发动机可以利用通过汽缸仍被泵送的空气未加燃料地操作。因此,氧气的较高浓度可能到达催化剂,从而引起底部催化剂的氧饱和。氧饱和可能导致催化剂转化吸附在催化剂上的nox的能力的降低,从而影响排放质量。



技术实现要素:

本发明人在此已经识别了一种方法,通过该方法可以至少部分地解决上述问题。在一个示例中,上述问题可以通过一种用于发动机的方法来解决,该方法包括:在发动机未加燃料状况期间,经由定位在催化剂下游的阀,使排气流过旁路通道同时绕过定位在主排气主通道中的排气底部催化剂;以及在发动机加燃料状况期间,基于所述排气的温度和水含量中的每个,使排气选择性地流过旁路通道。以这种方式,通过在可能不利地影响催化剂功能性的状况期间,机会性地绕过底部催化剂,可以提高排放质量。

在一个示例中,排气系统可以包括前催化剂和主底部催化剂,该主底部催化剂在排气歧管下游联接到主排气通道。旁路通道可以平行于底部催化剂联接到主排气通道,该旁路包括转向器。在流过前催化剂之后,排气可以流过底部催化剂,或者绕过底部催化剂流过旁路通道。通过主通道或旁路通道的排气的传送可以通过调节转向器阀的位置来调节。例如,在冷起动状况期间,可以调节转向器阀,使得排气可以首先绕过底部催化剂,直到存在于排气流中的水已经蒸发,然后可以重新调节转向器阀,使得可以传送排气通过底部催化剂。来自排气的热量可以用于加热底部催化剂并且达到起燃温度。相比之下,在较高的汽缸空气质量状况以及较高的排气温度状况期间,可以传送排气通过底部催化剂。在一个示例中,在较冷的排气温度状况期间,可以传送排气绕过底部催化剂,以便将底部催化剂的操作温度保持在所期望的操作温度以上,并且减少排气中的水对催化剂温度的降低。类似地,在较热的排气温度状况期间,可以传送排气绕过底部催化剂从而减少过度加热催化剂。同样在诸如dfso的发动机工况期间,当在底部催化剂处存在氧饱和的可能性时,可以传送排气绕过底部催化剂。进一步地,热交换器可以联接到旁路通道,以将热量从流过旁路通道的排气传递到循环通过热交换器的冷却剂。在热交换器处回收的热量可以用于向诸如汽缸盖和客舱等车辆部件提供热量。

以这种方式,通过在发动机冷起动之后立即选择性地绕过排气底部催化剂,可以减少在底部催化剂处的水冷凝和随之而来的蒸发,从而降低在催化剂处的能量耗散。因此,减少了由水冷凝-蒸发循环引起的催化剂起燃的延迟。此外,减少了来自排气冷凝物的催化剂温度的不想要的下降。有效地使用排气热量以加速来自底部催化剂的水蒸发并提高催化剂温度的技术效果在于,加速催化剂起燃,减少用于催化剂加热的火花延迟的使用,并且提高燃料经济性。在催化剂操作温度可能降低和/或催化剂的氧饱和可能发生的状况(诸如低于阈值排气温度和dfso事件)期间,绕过底部催化剂的技术效果在于,催化剂效率可以保持在阈值水平以上。通过在旁路通路中使用热交换器来从排气中回收热量,可以有效地将排气热量用于加速的发动机变暖,并且用于为客舱提供热量,从而减少发动机功率的寄生损耗。总的来说,通过调节流过排气催化剂和容纳热交换器的旁路通道的排气流,可以在发动机系统中改善排放质量和燃料效率。

附图说明

图1示出包括排气催化剂系统的发动机系统的示例实施例。

图2a示出以第一模式操作的图1的排气催化剂系统的示例实施例。

图2b示出以第二模式操作的图1的排气催化剂系统的示例实施例。

图3示出说明可以实施用于调节流过图1的排气催化剂系统的排气的示例方法的流程图。

图4示出说明图1的排气催化剂系统的不同操作模式的表格。

图5示出图1的排气催化剂系统的示例操作。

具体实施方式

以下描述涉及用于提高排气催化剂系统的效率并减少发动机排放的系统和方法。在图1中示出包括具有容纳热交换器的旁路通道的排气催化剂系统的示例发动机系统。参考图2a和图2b详细描述图1的排气催化剂系统的不同操作模式。发动机控制器可以经配置以执行控制例程,诸如图3的示例例程,以改变联接到主排气通道的转向器阀的位置,从而调节流过图1的系统中的排气催化剂系统的排气。在图4中列出了排气催化剂系统的不同操作模式。参考图5示出图1的排气催化剂系统的示例操作。

图1示意性示出包括发动机10的示例性发动机系统100的方面。在所示实施例中,发动机10是联接到涡轮增压器13的增压发动机,涡轮增压器13包括由涡轮机116驱动的压缩机114。具体地,新鲜空气沿进气通道42经由空气滤清器112引入进到发动机10中,并且流到压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气空气压缩机,诸如电机驱动或驱动轴驱动的增压器压缩机。在发动机系统10中,压缩机是经由轴19机械地联接到涡轮机116的涡轮增压器,涡轮机116通过膨胀的发动机排气驱动。

如图1所示,压缩机114通过增压空气冷却器(cac)21联接到节流阀20。节流阀20联接到发动机进气歧管22。压缩的空气充气从压缩机通过增压空气冷却器21和节流阀流到进气歧管。在图1所示的实施例中,通过歧管空气压力(map)传感器124感测进气歧管内的空气充气的压力。进气歧管内的质量空气流由歧管空气流量(maf)传感器125感测。汽缸空气质量可以基于map传感器124和maf传感器125中的每个的输入来估计。

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可以联接到入口用于估计压缩机入口温度,并且压力传感器56可以联接到入口用于估计压缩机入口压力。作为另一示例,湿度传感器57可以联接到入口用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。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中的一个或多个(诸如湿度、温度、压力等)。此外,当排气气体再循环(egr)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排气残留物的空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比。

废气门致动器92可以被致动打开,以将来自涡轮机上游的至少一些排气压力经由废气门90倾卸到涡轮机下游的某一位置。通过减少涡轮机上游的排气压力,可以降低涡轮机速度,这进而有助于减少压缩机喘振。

进气歧管22通过一系列的进气门(未示出)联接到一系列的燃烧室30。燃烧室进一步经由一系列的排气门(未示出)联接到排气歧管36。在所示实施例中,示出单个排气歧管36。然而,在其他实施例中,排气歧管可以包括多个排气歧管分段。具有多个排气歧管分段的配置可以使得来自不同燃烧室的流出物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个可以被电子致动或控制。在另一实施例中,排气门和进气门中的每个可以被凸轮致动或控制。无论是被电子致动还是被凸轮致动,都可以针对期望的燃烧和排放控制性能根据需要来调节排气门和进气门的打开和关闭的正时。

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、压缩的天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其任何组合来供应到燃烧室。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所示,来自一个或多个排气歧管分段的排气被引导到涡轮机116以驱动涡轮机。然后,来自涡轮机和废气门的组合流可以流过容纳在主排气通道102中的前催化剂170。通常,前催化剂170可以包括一个或多个排气后处理催化剂,该一个或多个排气后处理催化剂经配置以催化地处理排气流,并且从而减少排气流中的一种或多种物质的量。

然后,从前催化剂170离开的全部或部分排气可以流经底部催化剂176,底部催化剂176在前催化剂170下游联接到主排气通道。底部催化剂176可以经配置以当排气流稀薄时捕集来自排气流的nox,并且当排气流富集时还原捕集的nox。在其他示例中,底部催化剂176可以被配置以歧化(disproportionate)nox或者借助于还原剂选择性地还原nox。在其他示例中,底部催化剂176可以经配置以氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何此功能性的不同的排气后处理催化剂可以被布置在底部催化剂176中的在垫圈涂层中或者别处。

底部催化剂176的效率可能受到排气温度的影响,并且在特定温度范围之外可能是次优的。例如,在流过催化剂的排气不够热的冷起动状况期间,底部催化剂176可能不会足够快地起动。因此,在催化剂的温度增加至起燃温度之前,催化剂可能不会最佳地操作。当在冷起动状况期间排气流过底部催化剂176时,来自底部催化剂176上游的排气组分的水可能在催化剂上冷凝,并且从催化剂中提取用于蒸发的能量,从而进一步影响催化剂的功能性,并且进一步延迟起燃温度的到达。因此,排气水含量可能受到各种发动机工况(诸如,排气温度、egr水平、环境状况等)的影响。例如,由于低于阈值排气温度、高于阈值环境湿度、相对于排气温度的底部催化剂砖温度、以及egr流量和成分中的一个或多个,在底部催化剂处可能存在增加的水冷凝的风险,这可能不利地影响催化剂效率。高于上限阈值的排气温度也可能降低催化剂功能性。进一步地,催化剂的功能性可能受到催化剂的高于阈值氧负载的不利影响,诸如在减速燃料切断事件(dfso)期间当发动机未加燃料地操作,同时阀保持工作以泵送空气通过催化剂时。如本文所详述的,在底部催化剂176的功能由于在底部催化剂下水冷凝的风险、排气温度和/或氧含量中的一个或多个而受到不利影响时的发动机工况期间,可以绕过通过底部催化剂的排气流。

具体地,排气催化剂系统160可以包括联接到主排气通道102的旁路通道173。旁路通道173可以从底部催化剂176的上游延伸到消声器172的上游。在流过前催化剂170之后,排气可以流过底部催化剂176,或者绕过底部催化剂176流过旁路通道173。可以经由调节转向器阀182的位置来调节通过主排气通道102或旁路通道173的排气的传送,该转向器阀182在底部催化剂176的下游在主排气通道102和旁路通道173的接合部处联接到主排气通道102。例如,排气催化剂系统160可以以第一模式操作,其中转向器阀182被切换到第一位置以使排气流经底部催化剂176。作为另一示例,排气催化剂系统160可以以第二模式操作,其中转向器阀182被切换到第二位置,以使排气绕过底部催化剂176流经旁路通道173。在一个示例中,排气催化剂系统160可以在包括下列项的状况期间以第一模式操作:低于底部催化剂中的水冷凝的阈值风险、高于阈值汽缸空气质量、低于上限阈值排气温度、以及高于下限阈值排气温度。在另一示例中,排气催化剂系统160可以在包括减速燃料切断状态的状况期间以第二模式操作。可以在其期间使用第二操作模式的发动机加燃料状况可以包括下列状况:当在底部催化剂中存在高于水冷凝的阈值风险时、高于上限阈值排气温度(例如,在排气太热的热起动期间)、以及低于下限阈值排气温度(例如,在排气太冷的冷起动期间)。

一个或多个温度和氧传感器可以联接到排气催化剂系统160,用于确定进入和离开底部催化剂176的排气的温度和氧含量。在一个示例中,第一温度传感器177和第一氧传感器175可以在底部催化剂174上游联接到主排气通道102,并且第二氧传感器179可以联接在底部催化剂176下游。第二温度传感器178可以联接到底部催化剂176以估计催化剂砖的温度。第一氧传感器175和第二氧传感器179中的每个可以是线性氧传感器或uego(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或ego或hego(加热型ego)。排气可以从底部催化剂176的下游以及从旁路通道173流向消声器172并且经由尾管35离开排气系统。

热交换器174可以联接到旁路通道173以冷却穿过旁路通道173的排气。当排气穿过热交换器174时,来自热排气的热量可以被传递到循环通过热交换器174的冷却剂。在一个示例中,热交换器174可以是水-气交换器。在将热量从排气传递到冷却剂后,变暖的冷却剂可以(诸如当需要发动机加热时)循环回到发动机和/或(诸如当要求舱室加热时)循环通过用于加热车辆的客舱的加热器芯体。可替代地,当没有加热需求时,变暖的冷却剂可以流过散热器以将热量消散到大气。关于图2a至图2b、图3、图4和图5将讨论排气催化剂系统160的操作和结构的详细描述。

在一些实施例中,可再生烟灰过滤器可以在底部催化剂176下游被容纳在主排气通道102中,以捕集并氧化排气流中的烟灰颗粒。

排气气体再循环(egr)递送通道180可以在前催化剂170上游被联接到主排气通道102,以通过捕集来自涡轮机116下游的排气气体来递送外部低压(lp)egr。递送通道可以容纳egr冷却器,用于在将排气递送到压缩机114上游的进气歧管之前冷却排气。可以打开egr阀52,以允许受控量的排气气体到达压缩机入口,用于期望的燃烧和排放控制性能。egr阀52可以被配置为连续可变阀。然而,在替代示例中,egr阀52可以被配置为开/关阀。在进一步的实施例中,发动机系统可以包括高压egr流动路径,其中排气气体从涡轮机116的上游抽出,并且被再循环到压缩机114下游的发动机进气歧管。

一个或多个传感器可以联接到egr通道180,以提供关于egr的组成和状况的细节。例如,可以设置温度传感器来确定egr的温度,可以提供压力传感器来确定egr的压力,可以提供湿度传感器来确定egr的湿度或水含量,以及可以提供空燃比传感器来估计egr的空燃比。可替代地,egr状况可以通过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55-57来推断。在一个示例中,空燃比传感器57是氧传感器。

发动机系统100可以进一步包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16(在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18(在本文描述了其各种示例)。作为一个示例,传感器16可以包括位于底部催化剂176的上游的第一排气温度传感器177、位于底部催化剂176上的第二排气温度传感器178、位于底部催化剂176的上游的第一排气氧传感器175、位于底部催化剂176的下游的第二排气氧传感器179、排气压力传感器128、map传感器124、maf传感器125、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以及egr传感器。诸如附加的压力、温度、空气/燃料比和成分传感器等其它传感器可以联接到发动机系统100中的各个位置。致动器81可以包括例如转向器阀182、节流阀20、egr阀52、废气门92和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。

控制器12可以接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据,并且基于与一个或多个例程对应的编程在其中的指令或代码,响应于经处理的输入数据来触发各种致动器。例如,控制器12可以基于来自底部催化剂温度传感器178、排气温度传感器177、进气温度、压力、湿度和空燃比传感器55-57、egr传感器中的一个或多个的输入来预测在底部催化剂176处冷凝物形成的风险,并且响应于高于在底部催化剂处水冷凝的阈值风险,控制器12可以调节转向器阀182的位置,以绕过底部催化剂176经由旁路通道173传送排气。作为另一示例,控制器12可以基于来自一个或多个排气氧传感器175和179的输入来估计排气氧含量,并且基于高于阈值排气氧含量,控制器12可以调节转向器阀182的位置,以绕过底部催化剂176经由旁路通道173传送排气。

图2a进一步阐述了在图1中介绍的底部催化剂系统,并且示出以排气流被引导通过底部催化剂的第一操作模式操作图1的底部催化剂系统的示例实施例200。在一个示例中,组件200是图1的排气催化剂系统160的实施例,因此可以与已经针对排气催化剂系统160描述的特征和/或配置共用共同的特征和/或配置。

从发动机流出的排气穿过前催化剂170并且到达底部催化剂系统200。燃烧副产物的较大部分可以在前催化剂处被吸收并处理。与底部催化剂相比,前催化剂可以包括较高的贵金属负载,以促进副产物的最佳处理。在当汽缸空气质量较高,并且流过前催化剂和底部催化剂中的每个的排气的空间速度较高时的状况期间,与前催化剂相比,底部催化剂可以具有更高的效率。当需要egr时,排气的一部分可以从前催化剂的上游抽出,用于再循环到发动机进气歧管。排气气体再循环(egr)递送通道228可以在前催化剂170下游联接到主排气通道202,以提供低压(lp)egr。可以打开egr阀52以允许受控量的排气到达进气歧管,用于期望的燃烧和排放控制性能。egr阀52可以被配置为连续可变阀或开/关阀。

底部催化剂176可以在前催化剂170上游联接到主排气通道202。在一个示例中,底部催化剂176可以经配置以当排气流稀薄时捕集来自排气流的nox,并且当排气流富集时还原捕集的nox。底部催化剂176还可以被配置为歧化nox或者借助于还原剂选择性地还原nox。在另一示例中,底部催化剂176可以经配置氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。多个传感器可以联接到排气催化剂系统200,用于确定进入和离开底部催化剂176的排气的温度和氧含量,以及低部催化剂砖温度。在一个示例中,第一温度传感器177和第一氧传感器175可以在底部催化剂176上游联接到主排气通道202,并且第二氧传感器179可以在底部催化剂176下游联接到主排气通道202。第二温度传感器178可以联接到底部催化剂176,以估计催化剂砖温度。基于由第二温度传感器178估计的催化剂砖温度,并且进一步基于包括环境湿度、egr水平、排气温度等因素,可以估计排气的水含量和在底部催化剂176上冷凝物形成的风险。

底部催化剂旁路组件205的入口管210可以在前催化剂170的下游和底部催化剂176的上游在接合206处联接到排气通道202。入口管可以通向容纳热交换器174的旁路通道212。热交换器可以联接到发动机的冷却剂系统。冷却剂可以循环通过热交换器174用于从排气中回收热量。在热交换器174的上游,旁路通道212可以在通回到排气通道202的出口管216中终止。入口管210和出口管216可以与通道212和主排气通道202成直角。出口管216可以在位于接合部206和底部催化剂176下游的接合部218处接合排气通道202。转向器阀可以在接合部218处联接到主排气通道302,以调节流经主排气通道202和旁路通道212中的一个的排气流。在一个示例中,转向器阀可以被调节到第一位置,以传送排气通过主排气通道202和底部催化剂。在另一示例中,转向器阀可以被调节到第二位置,以传送排气通过旁路通道212和热交换器174。在接合部218的进一步的下游,消声器272可以联接到主排气通道202。在穿过消声器272之后,排气可以通过尾管235释放到大气中。

因此,第一操作模式表示启用排气流控制的转向器阀182的第一设定。当处于第一操作模式时,由于转向器阀182的第一位置,排气可以流入消声器而不进入底部催化剂旁路组件205。因此,离开前催化剂170的所有排气可以流过底部催化剂176。在穿过底部催化剂176之后,排气可以流过消声器272,并且经由尾管235离开到大气中。因此,在以第一操作模式操作期间,由于排气不能流过容纳在旁路通道212中的热交换器174,因此排气热不能在热交换器174处被回收。

在当期望排气流经底部催化剂176时的状况期间,可以选择第一操作模式。在一个示例中,在底部催化剂176水冷凝的风险降低至阈值以下之后,在冷起动状况期间可以选择第一模式。在当冷凝的风险高于阈值时的状况期间,水可能在底部催化剂176上冷凝,并且从催化剂中提取用于蒸发能量,这可能通过降低催化剂温度而影响催化剂功能性。可以基于环境湿度、排气空燃比、排气温度和发动机的egr水平中的每个来估计排气的水含量。排气的水含量可以随着湿度的增加以及egr水平/流量的增加而增加。可以基于排气的估计的水含量和底部催化剂的砖温度中的每个来预测在底部催化剂处冷凝的风险,并且该风险可以随着估计的水含量的增加或砖温度的降低而增加。预测的冷凝的风险可以进一步基于相对于化学计量的排气空燃比,预测的风险随着发动机比化学计量更稀地操作的持续时间的增加而增加。在冷起动状况期间,一旦冷凝风险低于阈值,通过使热排气流过底部催化剂176,可以增加催化剂的温度,从而加速达到起燃温度。

在另一示例中,当汽缸空气质量高于阈值时,可以选择第一操作模式。在高于阈值汽缸空气质量期间,可以传送排气通过底部催化剂176,以便改善排放质量并且还减少由排气系统施加的背压。可以基于来自歧管空气流量(maf)和歧管空气压力(map)传感器中的一个的输入来推断汽缸空气质量。

在又一示例中,可以在下列状况时的一个期间选择第一模式:排气温度高于下限阈值,以及排气温度低于上限阈值。由于在底部催化剂表面上的涂层,底部催化剂可以在限定的排气温度范围内具有较高的转化效率,因此在该范围的排气温度之外(高于或低于该范围),催化剂功能性可能被降低。

图2b示出处于排气流绕过底部催化剂的第二操作模式的底部催化剂系统200的示例实施例的示意图250。先前在图2a中介绍的部件被类似地编号并且不再介绍。

因此,第二操作模式表示启用排气流控制的转向器阀182的第二设定。当处于第二操作模式时,由于转向器阀182的第二位置,排气可以绕过底部催化剂176通过入口管210(如由箭头所示)流入底部催化剂旁路组件205中。在第二操作模式中,排气从靠近入口管210的热交换器的第一端到靠近出口管216的热交换器174的第二端流过热交换器174。在热交换器174处,来自排气的热量可以被传递到循环通过热交换器174的冷却剂。然后可以将加热的冷却剂循环返回通过发动机(例如,通过汽缸盖,以在冷起动状况期间提供发动机加热)和/或循环通过车辆的加热器芯体,并且其后回收的热量可以用于诸如使客舱变暖等功能,从而提高发动机效率。在当不需要在热交换器174处回收热量来加热车辆部件时的情况下,可以将热量传递到散热器以散发到大气中。在穿过热交换器174之后,冷却的排气流过出口管216并且离开底部催化剂旁路组件205。排气在接合部218处重新进入主排气通道202,并且朝向消声器272向下游流动。在穿过消声器272之后,排气经由尾管235离开到大气。

在当不期望经由底部催化剂176的排气流时的状况期间,可以选择第二操作模式。在一个示例中,在具有高于在底部催化剂176中的冷凝形成的阈值风险的状况期间,可以选择第二模式。在冷起动状况期间,由于排气和底部催化剂176的较低的温度,在底部催化剂上的水冷凝的风险可能更高。因此,在冷起动状况期间,排气可以被传送以绕过底部催化剂176达一持续时间,直到冷凝物形成的风险降低到阈值以下。在另一示例中,在当排气温度低于下限阈值或高于上限阈值时的状况期间,可以选择第二模式。

在另一示例中,在发动机未加燃料状况期间,诸如在减速燃料切断(dfso)状况期间,可以选择第二模式。在此类状况期间,排气中的氧含量可以增加到阈值以上,这可能导致在底部催化剂176处的氧饱和。该氧饱和可能导致催化剂转化吸收在催化剂上的nox的能力降低,从而影响排放质量。

响应于高于在底部催化剂176处冷凝的阈值风险、减速燃料切断(dfso)事件、低于下限阈值排气温度以及高于上限阈值排气温度,可以实施从以第一模式操作到以第二模式操作的转换。响应于低于在底部催化剂176处冷凝的阈值风险、高于下限阈值排气温度和低于上限阈值排气温度以及高于阈值汽缸空气质量,可以实施从以第二模式操作到以第一模式操作的转换。进一步地,响应于催化剂温度下降到阈值温度以下同时在底部催化剂上的冷凝的风险较低,可以较早地将转向器阀转移到第一位置,并且响应于催化剂温度下降到阈值温度以下同时在底部催化剂上的冷凝的风险较高,可以较晚地将转向器阀转移到第一位置。

在一个示例中,在dfso事件期间,如果底部催化剂的温度降低到阈值以下,则可以实施从第二操作模式到第一操作模式的转换。在dfso事件期间使排气流过底部催化剂,可以增加底部催化剂中的氧浓度,这可以在催化剂再生期间导致增加的燃料使用。然而,如果底部催化剂的温度降低到阈值以下,则火花正时可能必须被延迟(这也导致增加的燃料消耗),以增加排气温度和底部催化剂温度。因此,控制器可以考虑由于氧饱和引起的潜在的燃料消耗损失,以及底部催化剂温度降低,并且可以基于其损失较低来确定是否将排气传送通过底部催化剂,或者是否绕过底部催化剂。例如,如果与延迟火花以提高催化剂温度相关联的燃料损失较低,则底部催化剂可以不被绕过。否则,如果与催化剂再生相关联的燃料损失较低,则底部催化剂可以被绕过。在冷起动状况期间,基于排气的水含量转向器阀可以保持在第二位置(系统以第二模式操作)达一时间段;并且在经过该段时间之后,转向器阀可以被致动到第一位置(将系统转换到以第一模式操作),以使排气流经前催化剂,并且然后流经在主排气通道中的底部催化剂。随着排气的水含量的增加,该段时间可能会增加。

以这种方式,图1和图2a至图2b的系统提供一种发动机系统,包括:发动机进气歧管,其包括质量空气流量(maf)传感器和歧管压力(map)传感器中的每个;发动机排气歧管,其包括容纳底部催化剂上游的前催化剂的主排气通道以及旁路通道,该旁路通道从前催化剂下游到底部催化剂下游联接到主排气通道,该旁路通道包括热交换器;将热交换器流体联接到加热器芯体的冷却剂系统;转向器阀,其在主排气通道和旁路通道的接合部处联接到底部催化剂的下游;排气温度传感器;排气氧传感器;以及控制器,其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令,用于:响应于发动机比阈值空燃比更稀地操作,将转向阀从使排气能够流过底部催化剂的第一位置致动到使排气能够流过旁路通道和热交换器同时绕过所述底部催化剂的第二位置;基于以阈值空燃比操作的持续时间来估计催化剂温度;响应于所述催化剂温度降至阈值温度以下同时排气的水含量较高,较早地将转向阀转移到第一位置;以及响应于催化剂温度降至阈值温度以下同时排气的水含量较低,较晚地将转向阀转移到第一位置。

图3示出用于操作排气底部催化剂系统(诸如图1和图2a至图2b中的排气催化剂系统160)以减少发动机排放的示例性方法300。用于进行方法300和本文包括的其余方法的指令可以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和图2a至图2b所述的传感器)接收的信号,由控制器来执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器以根据下述方法来调节发动机操作。

在302处,发动机状况可以由控制器基于来自多个传感器的输入来估计。估计的发动机工况可以包括发动机温度、发动机负荷、发动机转速、空燃比、排气温度、汽缸空气质量、底部催化剂砖温度等。此外,可以估计包括环境温度、湿度、大气压力等的环境状况。

在304处,该例程包括确定车辆发动机是否在冷起动状况下操作。当发动机在发动机不活动的延长的时间段之后起动时,当发动机温度低于阈值(诸如低于排气底部催化剂起燃温度),同时环境温度在阈值以下时,可以确认发动机冷起动状况。

在这种情况下,由于较低的排气温度,较高的排气水含量,以及较低的底部催化剂砖温度,因此底部催化剂上可能存在高于水冷凝的阈值风险。基于来自多个传感器的输入可以确定冷凝物形成的风险,该多个传感器包括排气温度传感器(诸如图2a至图2b中的传感器177)、底部催化剂温度传感器(诸如图2a至图2b中的温度传感器178)、排气氧传感器(诸如图2a至图2b中的氧传感器175和179)以及环境湿度传感器。控制器可以通过直接考虑估计的排气水含量和测量的底部催化剂砖温度的确定,来估计冷凝物形成的风险,诸如随着增加的排气水含量和降低的底部催化剂砖温度来增加冷凝物形成的风险。控制器可以可替换地基于使用查找表的计算来确定冷凝物形成的风险,在该查找便中排气水含量和底部催化剂砖温度为输入,并且冷凝物形成的风险为输出。可以进一步基于相对于化学计量的排气空燃比来确定冷凝物形成的风险,当比化学计量更稀的发动机操作的持续时间增加时,预测的风险增加。

在底部催化剂处具有高于水冷凝的阈值风险的状况期间,可能在底部催化剂处发生水冷凝和随之而来的蒸发,从而增加催化剂处的能量耗散。因此,可能存在由于水冷凝-蒸发循环而引起的催化剂起燃的延迟。

假定冷凝的风险较高,如果确认发动机冷起动状况,则例程移至306以便以第二操作模式操作底部催化剂系统。如关于图2b所描述的,以第二模式的操作包括在307处将转向器阀(诸如图2a-b中的转向器阀182)切换到第二位置。由于阀的第二位置,可以不阻塞从旁路通道进入主通道中的排气流,因此排气可以流过旁路通道(诸如图2a至图2b中的旁路通道212),从而绕过容纳在主排气通道中的底部催化剂(诸如图2a至图2b中的催化剂176)。当传送排气通过旁路通道时,排气可以流过热交换器(诸如图2a至图2b中的热交换器174)。在流过热交换器后,排气可以进一步流经旁路通道的下游,并且然后在底部催化剂下游再次进入主排气通道,并且最终经由尾管离开到大气中。通过使排气流过旁路,可以减少在底部催化剂处的水的冷凝和蒸发,并且排气水可以沿主体排气通道在底部催化剂的进一步的下游冷凝。

在排气流经联接到旁路通道的热交换器期间,在308处,来自排气的热量可以被传递到循环通过热交换器的冷却剂。在热交换器处经由热传递变暖的冷却剂可以循环到加热器芯体,使得其可以用于在发动机冷起动期间加热车辆的其它部件,诸如汽缸盖、发动机缸体和车辆舱室空间。在冷起动的情况下,车辆舱室温度可能低,并且可能期望舱室加热。因此,基于如车辆驾驶员所请求的舱室加热需求(例如,基于舱室温度设定),可以将热量从加热器芯体传递到舱室。例如,空气可以经由加热器芯体被吸入舱室,从而使舱室能够变暖。在满足舱室加热需求之后,被变暖的冷却剂还可以循环到发动机缸体和汽缸盖,以提高发动机温度,从而提高在寒冷的状况期间的发动机性能。

在310处,该例程包括确定在底部催化剂处冷凝的风险是否降低到阈值以下。当发动机燃烧进行时,由于较高的排气温度导致在底部催化剂下游的主排气通道处发生较高比例的排气水冷凝,和/或在排气流过底部催化剂期间蒸发较高比例的排气水,可以降低冷凝的风险。同样,排气水含量可以基于环境状况(诸如环境湿度)的变化而减少。如果确定冷凝的风险继续高于阈值,则在312处,转向器阀可以保持在第二位置,并且催化剂系统可以以第二模式(绕过底部催化剂)操作。

如果确定冷凝的风险已经降低到阈值以下,则例程移至314以便以第一操作模式操作底部催化剂系统。如关于图2a所描述的,以第一模式的操作包括在315处将转向器阀切换到第一位置。由于阀的第一位置,可以阻塞从旁路通道进入主通道的排气流,因此排气可以流经主排气通道和底部催化剂,并且不流经排气旁路通道。通过使热排气流过底部催化剂,可以增加催化剂温度,这可以加速达到底部催化剂的起燃温度。

在316处,该例程包括确定底部催化剂温度是否高于阈值温度。阈值温度可以对应于底部催化剂的起燃温度。一旦底部催化剂达到起燃温度,则其可以以最佳的功能性来操作。底部催化剂温度可以基于联接到主排气通道和底部催化剂的输入排气温度传感器来推断。同样,可以基于以化学计量或以比化学计量空燃比更稀的发动机操作的持续时间来估计底部催化剂的温度。

同样,如果在步骤304处确定发动机没有在冷起动状况下操作,则例程可以直接移动到步骤316。如果确定催化剂温度低于阈值,并且为了最佳操作期望温度的进一步增加,则催化剂系统可以继续以第一模式操作,并且排气被传送经过底部催化剂。

如果确定排气温度高于阈值温度,则可以推断底部催化剂已经达到起燃温度并且能够更好地减少燃烧副产物(诸如氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物),从而提高排放质量。

在318处,该例程包括确定汽缸空气质量是否高于阈值空气质量。汽缸空气质量可以是进气空气流量和发动机转速的函数,并且可以基于来自歧管空气流量传感器和歧管压力传感器中的一个或多个的输入来确定。阈值空气质量可以对应于导致高于期望的排气背压的汽缸空气质量,并且可能进一步引起增加的尾管排放。

如果确定发动机以低于阈值汽缸空气质量进行操作,则例程可以进行到步骤322,其中其可以确定发动机是否在未供应燃料(发动机未加燃料的状态)下操作。发动机未加燃料状况可以包括当空燃比比化学计量更稀时的减速燃料切断(dfso)状况。在发动机未加燃料的状况期间,排气氧含量可能增加,这可能导致底部催化剂氧饱和。在底部催化剂处的氧饱和可以导致催化剂功能性的降低。因此,如果确定发动机在未供应燃料下操作,则为了减少在底部上的氧沉积,在324处,催化剂系统可以以第二模式操作。

为了以第二模式操作催化剂系统,在325处,转向器阀可以被切换到第二位置。由于阀的第二位置,排气可以流过旁路通道,从而绕过底部催化剂。当传送排气通过旁路通道时,排气可以流过热交换器。在326处,来自排气的热量可以传递到流过热交换器的冷却剂。在热交换器处由冷却剂回收的热量可以用于向一个或多个车辆部件(诸如汽缸盖和客舱)提供热量。可以基于发动机加热需求和舱室加热需求来调节通过热交换器、客舱和发动机缸体的冷却剂流速。在当热交换器处回收的热量不需要用于加热车辆部件时的情况下,可以将热量传递到散热器以进行散热。

如果确定发动机不在未供应燃料下进行操作,则在328处,例程包括确定排气温度是否低于第一阈值温度。此外,可以确定排气温度是否高于第二阈值温度,第二阈值温度高于第一阈值温度。如果具有低于下限(第一)阈值温度的排气流过底部催化剂,则催化剂的操作温度可能降低,这可能不利地影响催化剂性能。此外,如果具有高于上限(第二)阈值温度的排气流过底部催化剂,则由于催化剂表面上的涂层,催化剂功能性可能降低。第一阈值温度可以低于第二阈值温度,并且为了底部催化剂的最佳操作,催化剂温度可以保持在第一阈值温度和第二阈值温度之间。

如果确定排气温度低于第一阈值温度或高于第二阈值温度,则例程可以进行到步骤334以便以第二模式来操作排气系统。在第二模式中,由于传送排气绕过底部催化剂流经旁路通道,因此催化剂的温度可以不受排气温度的影响。

如果在328处确定排气温度高于第一阈值或低于第二阈值,则排气系统可以继续以第一模式操作,并且可以传送排气通过底部催化剂。然而,如果在任何时候确定由于诸如增加的排气气体再循环、比化学计量空燃比更稀以及更高的环境湿度的因素而导致排气水含量增加,并且在底部催化剂处存在高于冷凝物形成的阈值风险,则转向器阀可以被切换到第二位置以便以第二模式操作催化剂系统,其中绕过底部催化剂以减少在催化剂处的冷凝物形成。

以这种方式,可以通过下列操作来改善排气底部催化剂系统的操作:响应于在底部催化剂处的冷凝物形成的风险高于阈值风险、排气温度低于下限阈值、排气温度高于上限阈值以及排气氧浓度高于阈值浓度中的一个,选择第二模式;以及响应于排气温度低于下限阈值或高于上限阈值,以及排气氧浓度低于阈值浓度中的一个,选择第一模式。

图4是示出图1的排气催化剂系统的示例操作模式的表格400。发动机控制器可以基于发动机状况和加热要求选择操作模式中的一种。排气催化剂是在前催化剂下游联接到主排气通道中的底部催化剂,底部催化剂具有比前催化剂更高的起燃温度。基于所选择的操作模式,可以改变在底部催化剂下游在主排气通道的接合部处联接到主排气通道的转向器阀的位置,以便使排气流过催化剂或流经旁路通道。

在一个示例中,控制器可以以第一模式操作催化剂系统。在第一模式中,转向器阀可以被切换到第一位置,其中从主通道到旁路通道的排气流被阻塞。由于阀的位置,排气可以流过主排气通道中的底部催化剂。排气流过主通道中的催化剂包括排气通过主通道经由底部催化剂从前催化剂的下游流动到排气尾管。在诸如低于底部催化剂中水冷凝的阈值风险、高于阈值汽缸空气质量、低于上限阈值排气温度以及高于下限阈值排气温度中的一个或多个状况期间,催化剂旁路系统可以以第一模式操作。可以基于排气中的水含量和催化剂砖温度来预测底部催化剂中水冷凝的风险。可以基于发动机的egr水平、空燃比、发动机温度和环境湿度中的每个来估计排气气体中的水含量。预测水冷凝的风险可以包括当下列中的一个或多个时增加预测的风险:催化剂砖温度降低、发动机的egr水平增加、发动机温度降低以及环境湿度增加,以及当下列中的一个或多个时降低预测的风险:催化剂温度升高、发动机的egr水平降低、发动机温度增加以及环境湿度降低。

在另一示例中,控制器可以以第二模式操作催化剂系统。在第二模式中,转向器阀可以被切换到第二位置,其中从主通道到旁路通道的排气流不被阻塞。由于阀的位置,排气可以流过绕过底部催化剂流过旁路通道。排气流过旁路通道包括排气从前催化剂的下游经由旁路通道流动到排气尾管而不流过底部催化剂。在发动机未加燃料状况和某些发动机加燃料状况期间,催化剂旁路系统可以以第二模式操作。发动机未加燃料状况可以包括减速燃料切断状况,并且在其期间使用第二操作模式的发动机加燃料状况可以包括高于底部催化剂中水冷凝的阈值风险、高于上限阈值排气温度(例如在热起动期间)以及低于下限阈值排气温度。在以第二模式操作期间,排气可以流过联接到旁路通道的热交换器,并且在排气流过旁路通道中的热交换器期间,来自排气的热量可以传递到循环通过热交换器的冷却剂。响应于发动机加热需求,加热的冷却剂可以被循环通过发动机缸体;并且响应于舱室加热需求,加热的冷却剂可以循环通过加热器芯体。

以这种方式,基于在底部催化剂处预测的冷凝物形成的风险、排气温度和排气氧含量,可以传送排气通过底部催化剂或通过旁路通道从而避开底部催化剂。

图5示出排气底部催化剂系统的示例操作序列500。基于发动机工况确定通过底部催化剂或旁路通道的排气流。水平(x轴)表示时间,并且垂直标记t1-t5识别在排气旁路系统的操作中的重要的时刻。

第一曲线502示出随着时间的推移,发动机每分钟转数(rpm)的变化。虚线503示出阈值发动机rpm,低于该阈值发动机rpm,发动机可能未供应燃料地操作。第二曲线504示出底部催化剂砖温度。虚线505示出阈值催化剂温度,低于该阈值催化剂温度底部催化剂可能不完全地起作用。第三曲线506示出随着时间的推移排气温度的变化。虚线507示出阈值排气温度,在该阈值排气温度以下,排气可以不经由底部催化剂被传送。催化剂砖温度度和排气温度可以经由(多个)排气温度传感器来估计。第四曲线508示出如经由歧管空气流量传感器和/或歧管空气压力传感器估计的汽缸空气质量的变化。虚线509示出阈值汽缸空气质量,在该阈值汽缸空气质量以上,排气可以被传送通过底部催化剂。第五曲线510示出如基于排气水含量和底部催化剂砖温度估计的底部催化剂上的预测的水冷凝的风险。虚线511示出阈值冷凝风险,在该阈值冷凝风险以上大量的冷凝物可以形成在底部催化剂上,从而不利地影响催化剂的功能性。第六曲线512示出喷射到发动机汽缸中用于燃烧的燃料质量(燃料量)。第七曲线514示出在底部催化剂下游在主排气通道和旁路通道的接合部处联接到主排气通道的转向器阀的位置。

在t0之后不久,要求发动机起动。由于发动机在不活动的时间段(在该不活动的时间段期间车辆未被推动)之后从静止起动,并且进一步由于较冷的环境状况,因此发动机起动可以是发动机冷起动。发动机可以在具有低于阈值排气温度和底部催化剂砖温度的冷起动状况下起动。由于冷起动状况和低于阈值排气温度,在底部催化剂处冷凝物形成的风险可能高于阈值风险水平。因此,在该时间期间,排气可以不被传送通过底部催化剂,以减少由冷凝物蒸发引起的催化剂的能量的耗散。响应于高于在底部催化剂处的冷凝物形成的阈值风险,控制器可以将信号发送到联接到转向器阀的致动器,以将阀切换到第二位置,以便经由旁路通道传送排气,从而避开底部催化剂。

在t0和t1之间,排气温度可以稳定地升高,并且来自排气的水可以在底部催化剂的上游和/或下游在主排气通道上冷凝。因此,在底部催化剂处的冷凝物形成的风险可以降低。在时间t1处,冷凝物形成的风险可以降低到阈值以下。响应于冷凝物形成的风险的降低,控制器可以将信号发送到联接到转向器阀的致动器,以将阀切换到第一位置,以便经由主排气通道和底部催化剂传送排气。在时间t1和t2之间,当热排气穿过底部催化剂时,底部催化剂的温度可以稳定地增加。

在时间t2处,可以推断底部催化剂已经达到起燃温度并且完全地起作用。同样,此时汽缸空气质量可以增加到阈值以上,并且为了保持较低的排气背压同时改善排放质量,在时间t2和t3之间,可以继续经由底部催化剂传送排气。

在时间t3处,由于操作者松开加速器踏板和扭矩需求的下降,发动机rpm可以降低到阈值rpm以下,并且为了提高发动机的燃料效率,发动机可以未供应燃料地操作。响应于低于阈值发动机rpm,喷射到汽缸的燃料质量可以减小到零。由于发动机的未加燃料状态,其中燃料供给被停用,但是进气门和/或排气门继续泵送空气通过发动机汽缸,所以排气的氧含量可以增加。同样,此时排气温度可以降低到阈值温度以下。为了减少在底部催化剂处氧饱和的可能性,并且为了将催化剂的温度保持在最佳水平,转向器阀可以被切换到第二位置,以便使更冷的且富氧的排气流经旁路通道从而避开底部催化剂。在时间t3和t4之间,随着发动机未加燃料状况的继续,排气可以继续被绕过底部催化剂传送。

在时间t4处,由于操作者踩加速器踏板和扭矩需求的提高,发动机rpm可以增加到阈值rpm以上,并且相应地可以恢复加燃料,并且排气氧含量可能降低。然而,此时,底部催化剂温度可以降低到阈值温度以下,并且在底部催化剂处冷凝物形成的风险可能增加。同样,此时,排气温度可以继续保持在阈值以下。因此,为了降低在底部催化剂处水冷凝的可能性,并且为了避免催化剂温度的进一步降低,在时间t4-t5之间,转向器阀可以保持在第二位置,并且排气可以继续绕过底部催化剂。

在时间t5处,底部催化剂温度可以增加到阈值温度以上,排气温度可以降低到阈值温度以下,并且冷凝的风险也可以降低到阈值以下。进一步地,汽缸空气质量可以增加到阈值空气质量以上。因此,为了经由底部催化剂传送排气,转向器阀可以被切换到第一位置。在时间t5之后,排气可以继续经由底部催化剂流动,并且可以在催化剂处有效地还原燃烧副产物诸如氮气、一氧化碳和碳氢化合物。

在一个示例中,一种用于发动机的方法包括:在发动机未加燃料状况期间,经由定位在催化剂下游的阀,使排气流过旁路通道同时绕过定位在主排气主通道中的排气底部催化剂;以及在发动机加燃料状况期间,基于排气的温度和水含量中的每个,选择性地使排气流过旁路通道。前述示例性方法可以附加地或可选地进一步包括,基于环境湿度、排气空燃比以及发动机的egr水平中的每个来估计排气的水含量。任意或全部前述示例附加地或可选地进一步包括,基于估计的排气的水含量和底部催化剂的砖温度度中的每个,预测在底部催化剂处冷凝的风险,该风险随着估计的水含量的增加或砖温度的降低而增加。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,选择性地流动包括:响应于排气温度低于下限阈值或高于较高阈值,使排气流过旁路通道达某一持续时间,直到排气的水含量已经降低到阈值含量以下,或催化剂的砖温度已经上升到阈值温度以上。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,选择性地流动包括:响应于排气温度低于下限阈值或高于较高阈值,使排气流过旁路通道达某一持续时间,直到预测的在底部催化剂处冷凝的风险已经降低,并且响应于排气温度高于上限阈值,使排气流过旁路通道达某一持续时间,直到排气温度已经降低到上限阈值以下。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,选择性地流动进一步包括:响应于排气温度高于下限阈值、排气温度低于上限阈值以及预测的冷凝的风险降低中的一个,经由阀转换为使排气流过主排气通道中的催化剂。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,选择性地流动进一步基于汽缸空气质量,选择性地流动包括当汽缸空气质量高于阈值质量时,使排气流过排气催化剂。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,发动机未加燃料状况包括减速燃料切断状况,其中当排气温度低于阈值时发动机加燃料状况包括发动机冷起动,并且其中当排气温度高于阀值时发动机加燃料状况包括发动机热起动。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,底部排气催化剂在前排气催化剂下游被定位在主排气通道中,并且其中阀是在主排气通道和旁路通道的接合部处联接到底部催化剂下游的转向器阀。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,使排气流过主通道包括将转向器阀致动到从旁路通道到主通道中的排气流被阻塞的第一位置,并且其中使排气流过旁路通道包括将转向器阀致动到从旁路通道到主通道中的排气流不被阻塞的第二位置。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,旁路通道包括热交换器,并且其中使排气流过旁路通道包括使排气流过热交换器,将热量从流动的排气传递到循环通过热交换器的冷却剂,并且基于发动机温度使加热的冷却剂循环通过发动机缸体并且基于舱室加热使加热的冷却剂循环通过加热器芯。

另一示例方法包括:基于催化剂温度和排气气体的水含量中的每个来预测在排气催化剂处冷凝的风险;基于预测的风险,在以第一模式操作和以第二模式操作之间进行选择,在第一模式中排气流过主排气通道中的催化剂,并且在第二模式中排气流过旁路通道同时绕过催化剂。在上述示例性方法中,附加地或可选地,预测的风险进一步基于相对于化学计量的排气空燃比,预测的风险随着发动机比化学计量更稀地操作的持续时间的增加而增加。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,排气催化剂是在主排气通道中联接到前催化剂下游的底部催化剂,底部催化剂的起燃温度比前催化剂更高,其中排气流过主通道中的催化剂包括排气通过主通道经由底部催化剂从前催化剂的下游流到排气尾管,并且其中排气流过旁路通道包括排气经由旁路通道从前催化剂的下游流动到排气尾管而没有流过底部催化剂。任意或全部前述示例进一步包括,附加地或可选地,基于发动机的egr水平、发动机温度和环境湿度中的每个来估计排气气体的水含量,其中预测包括:根据下列中的一项或多项来增加预测的风险:催化剂温度降低、发动机的egr水平增加、发动机温度降低,以及环境湿度增加;并且根据下列中的一项或多项来降低预测的风险:催化剂温度增加、发动机的egr水平降低、发动机温度增加以及环境湿度降低。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,该选择包括:响应于预测的风险高于阈值以第二模式操作,并且响应于预测的风险低于阈值而转变到第一模式。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,该选择包括:响应于排气温度低于下限阈值、排气温度高于上限阈值以及排气氧浓度高于阈值浓度中的一个,选择第二模式;以及响应于排气温度低于下限阈值或高于上限阈值,以及排气氧浓度低于阈值浓度中的一个,选择第一模式。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,响应于减速燃料切断事件,从以第一模式操作转换为以第二模式操作,并且响应于排气温度超过上限阈值和汽缸空气质量超过阈值空气质量中的一个,从以第二模式操作转换为以第一模式操作。

在又一示例中,一种发动机系统包括:发动机进气歧管,其包括质量气流(maf)传感器和歧管压力(map)传感器中的每个;发动机排气歧管,其包括容纳底部催化剂上游的前催化剂的主排气通道,和从前催化剂的下游到底部催化剂的下游联接到主排气通道的旁路通道,旁路通路包括热交换器;冷却剂系统,其将热交换器流体联接到加热器芯体;转向器阀,其在主排气通道和旁路通道的接合部处联接到底部催化剂下游;排气温度传感器;排气氧传感器;以及控制器,其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令,用于:响应于发动机比阈值空燃比更稀地操作,将转向器阀从使排气能够流过底部催化剂的第一位置致动到使排气能够流过旁路通道和热交换器同时绕过底部催化剂的第二位置;基于以阈值空燃比操作的持续时间来估计催化剂温度;响应于催化剂温度降至阈值温度以下同时排气的水含量较低,较早地将转向器阀转移到第一位置;以及响应于催化剂温度降至阈值温度以下同时排气的水含量较高,较晚地将转向器阀转移到第一位置。在上述示例性方法中,附加地或可选地,控制器包括进一步的指令,用于:基于来自排气温度传感器的指示排气温度高于下限阈值并且低于上限阈值的输入,将转向器阀致动到第一位置;基于来自排气温度传感器的指示低于下限阈值排气温度或高于较高阈值排气温度的输入,将转向器阀从第一位置致动到第二位置,以使排气经由前催化剂、然后经由旁路通道并且然后经由热交换器流动;基于排气的水含量将转向器阀保持在第二位置达一时间段;以及在该时间段经过之后,将转向器阀致动到第一位置,以使排气经由前催化剂并且然后经由主排气通道中的底部催化剂流动。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,控制器包括进一步的指令,用于:基于来自maf传感器和map传感器中的一个的输入来推断汽缸空气流量质量;以及响应于高于阈值汽缸质量流量,当水含量较低时,将转向器阀致动到第一位置,以使排气经由主排气通道中的底部催化剂流动。在任意或全部前述示例中,附加地或可选地,控制器包括进一步的指令,用于:在排气流过旁路通道中的热交换器期间,将热量从排气气体传递到循环通过热交换器的冷却剂;响应于发动机加热需求,使加热的冷却剂循环通过发动机缸体;以及响应于舱室加热需求,使加热的冷却剂循环通过加热器芯体。以这种方式,当在排气底部催化剂处存在高于冷凝物形成的阈值风险时的状况期间,通过传送排气以绕过排气底部催化剂,不期望的催化剂冷却被减少。在发动机未加燃料状况期间,还通过使排气流过旁路通道,可以降低氧饱和以及随之而来的催化剂功能的恶化。在当排气温度在期望的温度范围之外(高于上限阈值或低于下限阈值)时的状况期间,绕过底部催化剂的技术效果是可以将底部催化剂温度保持在最佳范围内。通过在旁路通道中使用热交换器以从排气回收热量,排气热量可以被有效地用于加速发动机加温和向客舱提供热量,从而减少发动机功率的寄生损失。总的来说,通过调节经由底部催化剂和容纳热交换器的旁路通道的排气流,可以提高排放质量,并且可以提高发动机效率。

要注意的是,本文中所包括的示例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。本文中公开的控制方法和程序可以作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中,并且可以被包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统执行。此处所描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种,例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此,所示的各种动作、操作或功能可以按照所示的顺序执行,并行地执行,或在某些情况下被省略。同样地,处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的,而是被提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略,所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被反复地执行。此外,所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式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中的非暂时性存储器内的代码,其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件的系统内的指令而被执行。

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并不被认为是限制性的,因为多种变化是可能的。例如,以上技术可以被应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸以及其它发动机类型。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/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合,既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改权利要求来主张,或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求,不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同,都被认为包含在本公开的主题内。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1