用于排气再循环和热回收的方法和系统与流程

本发明大体涉及用于排气热回收和排气再循环(EGR)冷却的针对单个热交换器的方法和系统。

背景技术：

排气后处理装置(诸如耦连到内燃发动机的排气的排气催化剂)减少燃烧衍生物，诸如一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物。为了最佳性能效率，催化剂的温度需要保持在比催化剂的起燃温度更高的温度。为此，发动机可以被配置有用于从排气回收热量的排气热回收系统。排气热量可以用于在冷发动机条件期间加热排气催化剂、以及用于加热发动机冷却剂，所述发动机冷却剂将热量传递到发动机部件和车厢，由此改善发动机效率。发动机还可以被配置有排气再循环能力，其中排气再循环到进气歧管以便减少排气NOx排放并且改善燃料经济性。排气再循环(EGR)冷却器可以耦连到EGR系统，以便在再循环排气被递送到进气歧管之前降低其温度。

提供了用于协调对排气催化剂的供热、排气热回收和EGR冷却的各种方法。在一个示例中，如US 8,240,294所示，Surnilla等人公开了一种具有高压EGR(HP-EGR)系统的发动机系统，所述高压EGR系统在排气涡轮和排气催化剂的上游将来自排气歧管的排气供应到进气压缩机下游的进气歧管。HP-EGR冷却器可以耦连到HP-EGR系统，以便在排气递送到发动机进气歧管之前使其冷却。在冷起动条件期间，排气的一部分可以通过HP-EGR冷却器再循环，并且发动机冷却剂可以循环通过冷却器以便回收排气热量并使发动机冷却剂变暖。通过发动机冷却剂回收的热量可用于加热发动机系统部件。为了增加热回收量，可以增加再循环到进气歧管的HP-EGR的量。相应地，可以调整发动机操作参数，以便在HP-EGR的量增加的情况下保持燃烧稳定性。

然而，本文的发明人已经认识到有关以上方法的潜在缺点。作为一个示例，通过在催化剂上游收集排气热量，发动机冷起动排放可能由于用作散热器的HP-EGR冷却器而增加。特别地，在发动机冷起动期间，可以在HP-EGR冷却器处去除发动机排气热，从而降低在下游排气催化剂处接收的排气热量。因此，这可以延迟催化剂起燃。另外，当通过预催化剂冷却器引导排气时，在到达排气催化剂的目标空燃比扰动中可能存在不期望的变化。在可替代的发动机配置中，可以在排气催化剂下游回收排气热，使得排气热可以首先用于催化剂加热。然而，在这种方法中，催化剂可用作散热器，并且从催化剂下游的排气回收的热可能不足以用于发动机冷却剂加热。此外，由于延长的冷却剂管线，回收的热可能会有损失。此外，如果通过使排气从催化剂下游再循环来提供EGR，则在催化剂下游，排气系统中的减小的背压可能不利地影响到进气歧管的EGR流。虽然可以使用两个分离的热交换器，一个热交换器用于催化剂下游的排气热回收并且一个热交换器用于催化剂上游的EGR冷却，但多个热交换器的存在增加了成本和复杂性。

技术实现要素：

本文的发明人已经确认了一种方法，通过所述方法，可以至少部分地解决上述问题。一个示例性发动机方法包括：使排气的第一部分通过旁路通道中的热交换器流动到上游排气催化剂中；使排气的第二剩余部分通过与所述旁路通道平行布置的主排气通道流动到上游排气催化剂中；以及根据所述第一部分相对于所述第二部分而在每个汽缸的基础上调整燃料加注，以便在上游催化剂处提供目标排气空燃比。以此方式，通过将组合的排气热交换器和EGR冷却器定位在催化剂上游的排气旁路中，可以在催化剂加热期间绕过热交换器，并且在催化剂起燃之后，热交换器可用于排气热回收和/或EGR冷却。

在一个示例中，发动机系统可以被配置有单个热交换器，其在与主排气通道平行设置的排气旁路通道中定位在一个或多个排气催化剂的上游。可以使用耦连到旁路通道和主排气通道的接合点的转向阀，以便使排气能够转向到旁路通道中并且通过热交换器，或转向通过主通道到达尾管。EGR通道可以在热交换器下游耦连到旁路通道，并且EGR阀可以耦连到EGR通道以便控制进入进气歧管的排气流。可以基于催化剂加热请求、排气热回收请求和EGR请求中的一种或多种调整转向阀和EGR阀的位置。例如，在冷起动条件期间，可以调整转向阀的位置，使得排气可以被直接引导到排气催化剂，从而绕过热交换器。在实现催化剂起燃(活化)之后，可以基于发动机加热需求相对于催化剂加热需求来调整转向阀的位置，使得排气的第一部分可以通过容纳在排气旁路中的热交换器被引导到(一种或多种)催化剂，同时排气的第二(剩余)部分可以被直接引导到(一种或多种)催化剂，从而绕过热交换器。在排气流通过热交换器期间，排气热可以传递到循环通过热交换器的发动机冷却剂，并且然后热的冷却剂可以用于诸如发动机加热和车厢加热的功能。由于排气的进入催化剂的部分流动通过较长路线，因此对于到达催化剂的排气混合物的空燃比可能存在非预期的改变。特别地，在催化剂处可能要求期望的排气空燃比扰动以便保持催化剂功能。为了提供所请求的空燃比扰动，可以基于来自在热交换器的上游和下游耦连到主排气通道的氧传感器的输入，在逐个汽缸的基础上调整燃烧空燃比。例如，这允许提供在通过热交换器流动到催化剂的排气的第一部分中的较富混合物与提供在流动到催化剂并绕过热交换器的排气第二部分中的较稀混合物混合，由此紧邻催化剂上游产生期望的排气空燃比扰动。当请求冷却的EGR时，排气可以通过热交换器和EGR阀被引导到进气歧管，热交换器现在作为EGR冷却器操作。在可替代性示例中，排气可以从排气催化剂之间的位置吸入公共热交换器中。可以调节通过热交换器的排气流，以便将催化剂的温度保持在其相应的活化温度以上，同时回收排气热和/或提供EGR。

以此方式，通过经由单个热交换器提供EGR冷却器和排气热交换器的功能，在不限制任一系统的功能性或能力的情况下实现了成本和部件减少的益处。通过将热交换器定位在预催化剂(pre-catalyst)或中部催化剂(mid-catalyst)位置，EGR和发动机冷却剂通道长度可以是更短的，从而允许EGR运输延迟和冷却剂热损失的相应减少。在冷起动条件期间将排气引导通过催化剂同时绕过热交换器的技术效果是：催化剂起燃将不受影响，并且可以保持冷起动排放质量。通过引导排气通过位于催化剂之前的热交换器并且在催化剂起燃之后，排气热回收增加，从而允许发动机和车厢加热。对于混合动力车辆，排气热回收和加速的发动机加热可以允许在更短的持续时间内关闭发动机。基于来自在热交换器的上游和下游耦连到排气通道的氧传感器的输入来调整逐个汽缸的空燃比的技术效果是：即使在热回收期间也可以在催化剂处提供排气空燃比的相移，由此改善了催化剂功能。总体而言，通过加快催化剂起燃、回收排气热、并且使用更少部件来提供冷却的EGR，可以改善排放质量、发动机燃料经济性和性能。

应理解，提供以上发明内容从而以简单形式引入在具体实施方式中进一步描述的概念选择。这并不意味着确立要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决本公开以上或任何部分所述任何缺点的实施方式。

附图说明

图1A示出了以第一模式操作的发动机系统的示例性第一实施例，所述发动机系统包括具有预催化剂热交换器的热交换系统。

图1B示出了以第二模式操作的发动机系统的示例性第一实施例，所述发动机系统包括具有预催化剂热交换器的热交换系统。

图1C示出了以第三模式操作的发动机系统的示例性第一实施例，所述发动机系统包括具有预催化剂热交换器的热交换系统。

图2A示出了以第一模式操作的发动机系统的示例性第二实施例，所述发动机系统包括具有中部催化剂热交换器的热交换系统。

图2B示出了以第二模式操作的发动机系统的示例性第二实施例，所述发动机系统包括具有中部催化剂热交换器的热交换系统。

图2C示出了以第三模式操作的发动机系统的示例性第二实施例，所述发动机系统包括具有中部催化剂热交换器的热交换系统。

图3示出了耦连到图1A-1C和图2A-2C中的热交换器的示例性冷却剂系统。

图4示出了表示第一示例性方法的流程图，所述第一示例性方法可以被实现以用于调整通过图1A-1C的热交换系统的排气流。

图5示出了表示第二示例性方法的流程图，所述第二示例性方法可以被实现以用于调整通过图2A-2C的热交换系统的排气流。

图6示出了表示图1A-1C和图2A-2C的热交换系统的不同操作模式的表格。

图7示出了图1A-1C和图2A-2C的热交换系统的示例性操作。

具体实施方式

以下描述涉及用于改善排气热回收和排气再循环(EGR)冷却的针对单个预催化剂或中部催化剂热交换器的系统和方法。在图1A-1C中示出了第一示例性发动机系统的不同操作模式，第一示例性发动机系统包括具有预催化剂热交换器的热交换系统。在图2A-2C中示出了第二示例性发动机系统的不同操作模式，第二示例性发动机系统包括具有中部催化剂热交换器的热交换系统。图3示出了耦连到图1A-1C和图2A-2C的热交换器的示例性冷却剂系统。发动机控制器可以被配置成执行控制例程(诸如图4和图5的示例性例程)以改变排气系统的一个或多个阀的位置，以便分别在图1A-1C和图2A-2C的系统中调整通过热交换器的排气流。在图6中将图1A-1C和图2A-2C的示例性发动机系统的不同操作模式制成表格。在图7中示出了图1A-1C和图2A-2C的系统的示例性操作。

图1A示意性地示出了包括发动机10的示例性发动机系统100的各方面。在所描绘的实施例中，发动机10是耦连到涡轮增压器13的升压发动机，所述涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气沿进气通道42通过空气滤清器112引入发动机10中，并且流动到压缩机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，压缩机为通过轴19机械地耦连到涡轮116的涡轮增压器压缩机，通过使发动机排气膨胀来驱动涡轮116。

如图1A所示，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)118耦连到节气门20。节气门20耦连到发动机进气歧管22。压缩的空气充气从压缩机流动通过增压空气冷却器118和节气门到达进气歧管。在图1A所示的实施例中，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。

一个或多个传感器可以耦连到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以耦连到入口以估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以耦连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可以耦连到入口以估计进入压缩机的空气充气的湿度。例如，另外的其他传感器可以包括空燃比传感器等。在其他示例中，可以基于发动机工况来推断一个或多个压缩机入口状况(诸如湿度、温度、压力等)。此外，当启用排气再循环(EGR)时，传感器可以估计空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比，空气充气混合物包括新鲜空气、压缩空气、以及在压缩机入口处接收的再循环的排气残余物。

废气门致动器92可以被致动成打开，以便通过废气门90将至少一些排气压力从涡轮上游转储(dump)到涡轮下游的位置。通过减小涡轮上游的排气压力，可以减小涡轮转速，这进而有助于减小压缩机喘振。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦连到一系列燃烧室30。燃烧室通过一系列排气门(未示出)进一步耦连到排气歧管36。在所描绘的实施例中，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区段。具有多个排气歧管区段的配置可使得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个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个可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动的，都可以根据需要调整排气门和进气门打开和关闭的正时以用于期望的燃烧和排放控制性能。

可以通过喷射器66向燃烧室30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。可以通过直接喷射、进气道喷射、节气门体喷射或其任何组合将燃料供应到燃烧室。在燃烧室中，可以通过火花点火和/或压缩点火来启动燃烧。

如图1A所示，来自一个或多个排气歧管区段的排气被引导到涡轮116以便驱动涡轮。来自涡轮和废气门的组合流然后可以流动通过排气后处理装置170和171。在一个示例中，第一排气后处理装置170可以是起燃催化剂，并且第二排气后处理装置171可以是车身底部催化剂。通常，排气后处理装置170和171被配置成催化地处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，排气后处理装置170和171可以被配置成：当排气流为稀时从排气流捕集NO_x，并且当排气流为富时还原所捕集的NO_x。在其他示例中，排气后处理装置170和171可以被配置成歧化(disproportionate)NO_x，或借助于还原剂来选择性还原NO_x。在另外的其他示例中，排气后处理装置170和171可以被配置成氧化排气流中剩余的烃和/或一氧化碳。具有任何这种功能的不同排气后处理催化剂可以分离地或一起布置在中间层(wash coat)中、或在排气后处理级中的其他地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括可再生碳烟过滤器，其被配置成捕集和氧化排气流中的碳烟微粒。来自排气后处理装置170和171的已处理排气的全部或部分可以在经过消声器172之后通过主排气通道102释放到大气中。

排气热交换系统150可以在排气后处理装置170和171上游耦连到主排气通道。在接合点106处，热交换系统150的旁路通道174可以在涡轮116下游耦连到主排气通道102。旁路通道174可以从涡轮116的下游延伸到第一排气后处理装置170的上游。旁路通道174可以被布置成平行于主排气通道102。热交换器176可以耦连到旁路通道174以便冷却经过旁路通道174的排气。在一个示例中，热交换器176是水-气交换器。发动机冷却剂系统155可以耦连到排气热交换器176，以用于排气热回收和EGR冷却。发动机冷却剂可以通过冷却剂入口管线160进入热交换器176，并且在循环通过热交换器176之后，冷却剂可以返回发动机或者可以通过冷却剂出口管线162被引导到加热器芯子。排气再循环(EGR)递送通道180可以在热交换器176的下游的接合点108处耦连到排气旁路通道174，以便在压缩机114的上游向发动机进气歧管提供低压EGR(LP-EGR)。在另外的实施例中，发动机系统可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116的上游汲取并且在压缩机114的下游再循环到发动机进气歧管。

一个或多个传感器可以耦连到EGR通道180，以用于提供关于EGR的组成和状况的细节。例如，可以提供温度传感器以用于确定EGR的温度，可以提供压力传感器以用于确定EGR的压力，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。可替代地，可以通过耦连到压缩机入口的一个或多个温度传感器、压力传感器、湿度传感器和空燃比传感器55-57来推断EGR状况。在一个示例中，空燃比传感器57是氧传感器。排气可以从涡轮116的下游通过主排气通道102和旁路通道174中的一个或多个朝向排气后处理装置170和171流动。

在热交换器176的下游，耦连到主排气通道102和旁路通道174的接合点的转向阀175可以用于调节排气通过旁路通道174的流动。EGR阀52可以在EGR通道180和进气通道42的接合点处耦连到EGR通道180。可以打开EGR阀52以便容许受控量的排气到达压缩机入口，以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通/断阀。取决于工况(诸如发动机温度)，可以使排气的一部分转向通过旁路通道174，并且在其上通过排气后处理装置170和171到达尾管35，或通过EGR通道180和排气再循环(EGR)阀52到达压缩机114的入口。可以调节转向阀175和EGR阀52的打开，以便控制排气通过旁路通道174和热交换器176的流动。

包括排气温度传感器127和排气压力传感器129的多个传感器可以耦连到主排气通道。第一排气氧传感器161可以在旁路通道174的上游耦连到主排气通道102，并且第二排气氧传感器163可以在旁路通道174的下游(在第一排气后处理装置170的上游)耦连到主排气通道102。传感器161可以提供进入热交换器196的排气的第一空燃比的估计，并且传感器163可以提供排出旁路通道174(在流动通过热交换器176之后)的排气的第二空燃比的估计。氧传感器可以是线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO传感器、HEGO(加热型EGO)传感器、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。

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(其各种示例在本文中描述)接收信息，并且将控制信号发送到多个致动器18(其各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可以包括：位于涡轮116上游的排气氧传感器126、踏板位置传感器、MAP传感器124、排气温度传感器127、排气压力传感器129、氧传感器161和163、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、以及压缩机入口湿度传感器57。其他传感器(诸如附加的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和成分传感器)可以耦连到发动机系统100中的各种位置。例如，致动器81可以包括节气门20、EGR阀52、转向阀175、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，并且响应于处理的输入数据基于相应于一个或多个例程的在致动器中编程的指令或代码来触发各种致动器。例如，基于发动机工况和EGR要求，控制器12可以调节转向阀175和EGR阀52的位置，以便引导排气直接流动到排气后处理装置170和171或通过热交换器176。另外，基于发动机工况，可以调整EGR阀52的打开，以便通过热交换器176将期望量的EGR从排气旁路通道汲取到发动机进气歧管中。关于图4描述了排气流调节的示例性控制例程。

图1A示出了处于第一操作模式的热交换系统150的操作。因此，第一操作模式表示转向阀175和EGR阀52的第一设置，所述第一设置启用排气流控制。在第一操作模式中，转向阀175可以处于第一(完全关闭)位置，并且EGR阀52可以处于关闭位置。当处于第一操作模式时，由于转向阀175的第一位置，排出涡轮116和废气门90的排气不能进入旁路通道174，但是可以通过主排气通道102向下游流动到排气后处理装置。在流动通过第一排气后处理装置170和第二排气后处理装置171以及消声器172之后，排气可以通过尾管35释放到大气。

在冷起动条件期间，热交换系统可以以第一操作模式(如上所述)操作。在此类条件期间，当装置的温度可能没有达到其相应的起燃温度时，排气后处理装置170和171不能最佳地发挥功能。因此，热交换系统可以响应于至少排气后处理装置170(上游排气催化剂)低于其活化温度而以第一操作模式操作。另外，在冷起动条件期间，可能不请求EGR。通过调整排气流来引导热排气直接通过排气后处理装置170和171(绕过热交换器)，排气热可以传递到催化剂，从而加快其活化。因此，热排气可以有效地用于增加排气后处理装置(催化剂)170和171的温度。通过经由使用排气热来加快达到催化剂起燃，可以减少对火花延迟的需要，由此增加发动机的燃料效率。通过更快地达到排气后处理装置170和171的起燃温度，可以改善排放物质量。

在一个示例中，发动机系统100可以耦连在混合动力传动系统中。通过调整经过热交换系统的排气流，可以在混合动力传动系统的冷起动操作期间实现快速的发动机冷却剂变暖。通过使冷却剂快速地达到操作温度，可以更快地实现内燃发动机100的关闭。

图1B示出了处于第二操作模式的热交换系统150的操作的示意图120。先前在图1A中引入的部件被类似地编号并且不被重新引入。

因此，第二操作模式表示转向阀175和EGR阀52的第二设置，所述第二设置启用排气流控制。在第二操作模式中，转向阀175可以处于第二(部分打开)位置，并且EGR阀52可以处于关闭位置。当处于第二操作模式时，由于转向阀175的第二位置，排气的第一部分(离开涡轮和废气门)可以在接合点106处进入旁路通道174，并且流动通过热交换器176。在经过热交换器176之后，排气的第一部分可以通过转向阀175返回主排气通道102。排气然后可以流动通过第一排气后处理装置170、第二排气后处理装置171和消音器172，之后通过尾管35释放到大气。同时，排气的第二(剩余)部分可以被直接引导到催化剂，而不进入旁路通道174。排气的第一部分和第二部分可以在主排气通道102处组合，之后进入第一排气后处理装置170。

响应于第一排气后处理装置170的排气催化剂超过第一活化温度并且第二排气后处理装置171超过第二活化温度，热交换系统可以以第二操作模式(如上所述)操作。可替代地，在至少第一排气后处理装置170达到其起燃温度之后，可以将热交换系统转换成以第二模式操作。通过使一部分排气流动通过热交换器，可以使用发动机冷却剂来回收来自排气的热。从排气提取的热可用于进一步的发动机暖机，并且用于向车厢提供热，由此减少发动机功率的寄生使用(用于操作诸如加热器的辅助系统)并且改善燃料效率。可以基于排气后处理装置170和171的加热需求来确定排气的第一部分(在热交换器176处冷却)与排气的第二部分(被直接引导到第一排气后处理装置170而未冷却)的比率。为了保持排气后处理装置170和171的最佳性能，可以使用来自排气的第二部分的热量，以便将排气后处理装置170和171的温度保持在其相应的起燃温度以上。通过调节流动通过热交换器176的排气的第一部分，调整从排气回收的热，并且保持进入第一排气后处理装置170的排气温度以用于最佳的催化剂性能。在一个示例中，当至少第一排气后处理装置170的温度增加到其(第一)活化温度以上时，可以增加第一部分。在另一个示例中，当至少第一排气后处理装置170的温度降低到其(第一)活化温度以下时，可以增加第二部分。基于估计的比率，可以调整转向阀175的打开程度，以便使得排气的第一部分能够流动通过旁路通道174。

为了保持排气后处理装置170的最佳性能，期望到达装置的排气的空燃比扰动(空燃比相移)。由于进入排气后处理装置170的排气的一部分(第一部分)流动通过较长路线，因此对于到达排气后处理装置170的排气混合物的空燃比可能存在非预期的改变。为了实现相位扰动，可以调整向发动机的每排(至少具有两排)递送的燃料，以便允许该两排具有彼此之间的相对空燃比扰动相移。来自所述两排的排气可以被组合，以便在进入排气后处理装置170和171之前实现近化学计量比的混合物。由于富和稀排气物质可能同时存在，因此高反应性混合物将连续进入后处理装置170和171，由此改善装置170和171的反应功能。

与直接流动到装置170和171的排气的第二部分相比，进入排气后处理装置170和171的排气的第一部分经由热交换器176流动通过更长的路线。因此，第一部分和第二部分的混合物的空燃比可以与紧邻第一催化剂上游的位置处的期望空燃比不同。作为示例，可以在催化剂处请求富空燃比扰动，紧接着是稀空燃比扰动。因此，汽缸可以富操作，并且紧随其后的是稀操作。然而，由于第一部分引起的相对于第二部分的滞后，在排气的富的第一部分到达第一催化剂时，排气的稀的第二部分可能已经穿过第一催化剂。此外，排气的稀的第二部分可以与排气的富的第一部分同时到达第一催化剂，从而导致排气混合物比预期的稀。

为了保持所请求的空燃比扰动，可以在各汽缸基础上调整汽缸燃烧空燃比，使得即使在被引导通过两个分离的流动路径之后，到达排气后处理装置170和171的排气混合物的空燃比也处于目标空燃比。可以基于来自第一氧传感器161和第二氧传感器163的输入之间的相关性来执行逐个汽缸的空燃比调整，第一氧传感器161在旁路通道174的上游耦连到主排气通道102(指示在进入旁路通道之前的排气的空燃比的实时估计)，并且第二氧传感器163在旁路通道174的下游耦连到主排气通道102(指示与排气的第二部分混合的排气的第一部分的空燃比的实时估计)。逐个汽缸的空燃比调整可以包括比化学计量比富地操作第一组汽缸，同时比化学计量比稀地操作第二组汽缸，其中第一组汽缸的富程度和第二组汽缸的稀程度基于空燃比扰动的目标振幅和频率。在一个示例中，发动机可以是V型发动机，其中第一组汽缸包括第一排并且第二组汽缸包括第二排。在另一个示例中，发动机可以是具有两个汽缸组的直列式发动机。因此，与第二组汽缸相比，第一组汽缸可具有不同数量的汽缸，并且可以基于每组中的汽缸数量来调整富程度或稀程度。排气歧管可以是分流式排气歧管，其中第一组流道将第一组汽缸耦连到第一排气歧管，而第二(不同的)组流道将第二组汽缸耦连到第二排气歧管。两组汽缸的点火顺序可能不同，其中在旁路通道174的上游，来自一组汽缸的排气与来自第二组汽缸的排气组合。可以调整两组汽缸的点火顺序，以便使来自第一组汽缸(通过第一排气歧管)的排气能够被引导通过旁路通道174，并且使来自第二组汽缸(通过第二排气歧管)的排气能够被直接引导到排气后处理装置170。可以通过调整来自第一组相对于第二组的排气脉冲的正时来保持目标空燃比扰动。另外，可以通过调整喷射到不同汽缸组中的特定汽缸的燃料量来保持期望的空燃比扰动。

图1C示出了处于第三操作模式的热交换系统150的操作的示意图140。先前在图1A中引入的部件被类似地编号并且不再重新介绍。

因此，第三操作模式表示转向阀175和EGR阀52的第三设置，所述第三设置启用排气流控制。在第三操作模式中，转向阀175可以处于第一位置，并且EGR阀52可以处于打开位置。当处于第三操作模式时，由于EGR阀52的打开，排出涡轮116和废气门90的排气的第一部分可以在接合点106处进入旁路通道，但是可能不能通过转向阀175返回主排气通道。排气的第二(剩余的)部分可能不能进入旁路通道，但是可以通过排气后处理装置170和171以及消音器172直接流动到尾管。排气的第一部分在热交换器176处被冷却之后，可以在接合点108处进入EGR递送通道180。EGR可以通过EGR递送通道180和EGR阀52被递送到发动机进气歧管。在这种模式中，热交换器176作为EGR冷却器操作。

在排气后处理装置170和171的活化之后，并且在发动机和车厢变暖之后(当不再为了车辆部件加热目的而需要排气热时)，发动机系统可以以第三操作模式(如上所述)操作，并且请求EGR以用于发动机操作。通过提供更冷的EGR，可以改善燃料效率和排放质量。可以基于期望的EGR水平来确定排气的第一部分(作为EGR递送)与排气的第二部分(直接引导到尾管而未冷却)的比率，这进一步基于发动机工况，诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。控制器可以通过直接考虑确定的发动机转速、发动机负荷、发动机温度等的决定来确定期望的EGR水平，诸如随着低中负荷区域中的发动机负荷增加而增加EGR水平，并且然后随着中高负荷区域中的发动机负荷增加而减小EGR量。可替代地，控制器可以通过参考存储在控制器的存储器中的查找表来确定期望的EGR水平，其中查询表的输入是发动机转速和发动机负荷，并且输出是EGR量或排气的第一部分与排气的第二部分的比率。基于确定的比率，可以调节EGR阀52的打开，以便允许期望量的排气进入旁路通道174和EGR递送通道180。

在一个示例中，即使当存在对排气热回收的需求时，发动机系统也可能以第三操作模式操作。当EGR在热交换器处被冷却时，来自排气的热可以被传递到循环通过热交换器的冷却剂，并且回收的热可以用于向车辆部件(诸如车厢、汽缸盖等)提供热。

图1A的替代性实施例在图2A中示出，并且以下参考示例性发动机系统200进行阐述。除了热交换系统250之外，发动机系统200的所有部件可以与发动机系统100的部件相同。先前在图1A中介绍的部件被类似地编号并且不再重新介绍。类似于图1A的实施例，图2A的发动机系统200还可以包括用于控制发动机操作的控制系统14。参考图2A-2C阐述了热交换系统250的不同操作模式。

如图2A所示，发动机系统200包括热交换系统250，所述热交换系统250具有：第一排气后处理装置270，其耦连到主排气通道102；以及第二排气后处理装置271，其在第一排气后处理装置270的下游耦连到主排气通道102。在接合点206处，旁路通道274可以在第一排气后处理装置270的下游耦连到主排气通道102。旁路通道274可以从第一排气后处理装置270延伸到第二排气后处理装置271的上游。旁路通道274可以被布置成平行于主排气通道102。热交换器276可以耦连到旁路通道274以便冷却经过旁路通道274的排气。在一个示例中，热交换器276是水-气交换器。发动机冷却剂系统155可以耦连到排气热交换器276，以用于排气热回收和EGR冷却。发动机冷却剂可以通过冷却剂入口管线160进入热交换器276，并且在循环通过热交换器276之后，冷却剂可以返回到发动机或者可以通过冷却剂出口管线162被引导到加热器芯子。在接合点208处，排气再循环(EGR)递送通道180可以在热交换器276的下游耦连到排气旁路通道274，以便在压缩机114的上游向发动机进气歧管提供低压EGR(LP-EGR)。在另外的实施例中，发动机系统可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116的上游汲取并且再循环到压缩机114的下游的发动机进气歧管。在又一个实施例中，发动机可以在没有涡轮增压器的情况下自然吸气，并且EGR可以从排气通道(在所示位置中)汲取并且被供应到进气歧管。一个或多个传感器可以耦连到EGR通道180，以用于提供关于EGR的组成和状况的细节。可替代地，可以通过耦连到压缩机入口的一个或多个温度传感器、压力传感器、湿度传感器和空燃比传感器55-57来推断EGR状况。排气可以从第一排气后处理装置270的下游经由主排气通道102和旁路通道274中的一个或多个朝向第二排气后处理装置271流动。

在热交换器276的下游，耦连到主排气通道102和旁路通道274的接合点的转向阀275可以用于调节排气通过旁路通道274的流动。EGR阀52可以在EGR通道180和进气通道42的接合点处耦连到EGR通道180。可以打开EGR阀52以便容许受控量的排气到达压缩机入口，以用于期望的燃烧和排放控制性能。取决于工况(诸如发动机温度)，可以使排气的一部分转向通过旁路通道274，并且在其上通过第二排气后处理装置271到达尾管35，或通过EGR通道180和排气再循环(EGR)阀52到达压缩机114的入口。可以调节转向阀275和EGR阀52的打开，以便控制排气通过旁路通道274和热交换器276的流动。

以此方式，图1A-1C的系统提供了一种发动机系统，其包括：发动机进气歧管；发动机排气系统，其具有排气通道和热交换系统，排气通道包括排气湿度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、一个或多个排气催化剂和消音器，旁路通道耦连到从一种或多种催化剂上游到消声器上游的排气通道，热交换系统包括容纳热交换器的旁路通道、流体耦连到热交换器的冷却剂系统、发动机缸体和加热器芯子，冷却剂系统包括发动机冷却剂温度传感器；转向阀，其将旁路通道的出口耦连到排气通道；具有EGR阀的排气再循环(EGR)通道，其用于在热交换器的下游将来自旁路通道的排气再循环到进气歧管；在热交换器上游耦连到排气通道的第一氧传感器以及在热交换器下游耦连到排气通道的第二氧传感器。发动机系统还包括具有存储在非瞬态存储器上的计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令用于：通过发动机冷却剂温度传感器估计发动机温度并通过排气温度传感器估计催化剂温度，并且响应于低于阈值催化剂温度，关闭EGR阀和转向阀中的每一个以便使排气直接流动到一种或多种催化剂；并且响应于高于阈值催化剂温度以及低于阈值发动机温度，打开转向阀以便使来自排气歧管的第一排气量通过热交换器流动到一种或多种催化剂，同时使第二剩余量直接流动到一种或多种催化剂，从而绕过热交换器。

图2A示出了处于第一操作模式的热交换系统250的操作。第一操作模式表示转向阀275和EGR阀52的第一设置，所述第一设置启用排气流控制。在第一操作模式中，转向阀275可以处于第一(完全关闭)位置，并且EGR阀52可以处于关闭位置。当处于第一操作模式时，由于转向阀275的第一位置，排出第一排气后处理装置270的排气可以不进入旁路通道274，但是可以通过主排气通道102向下游流动到第二排气后处理装置271。在流动通过第二排气后处理装置271和消声器172之后，排气可以通过尾管35释放到大气。

在冷起动条件期间，热交换系统250可以以第一操作模式(如上所述)操作。在此类条件期间，当装置的温度可能未达到其相应的起燃(活化)温度时，排气后处理装置270和271可能不能最佳地发挥功能。另外，在冷起动条件期间，可以不请求EGR。通过在冷起动期间调整排气流来引导热排气直接通过排气后处理装置270和271两者，排气热可以传递到排气后处理装置270和271，从而加快其活化。因此，热排气可以有效地用于增加排气后处理装置(催化剂)270和271的温度。通过经由使用排气热来加快达到催化剂起燃，可以减少对火花延迟的需要，由此增加发动机的燃料效率。通过更快地达到排气后处理装置270和271的起燃温度，可以改善排放质量。

在高于阈值发动机温度以及高于阈值发动机负荷条件中的每个期间，热交换系统250也可以以第一操作模式操作。在此类高于阈值发动机负荷条件期间，排气后处理装置270和271都可能要处理较高体积的排气。为了排气后处理装置270和271的最佳性能，可以在排气后处理装置270和271处保持目标空燃比扰动。为了保持到达排气后处理装置270和271中的每个的排气的目标空燃比扰动，排气可以从第一排气后处理装置270直接引导到第二排气后处理装置271。取代直接引导排气的是，如果通过旁路通道将排气的第一部分从第一排气后处理装置270引导到第二排气后处理装置271，同时将第二剩余部分直接从第一排气后处理装置270引导到第二排气后处理装置271，则进入第二排气后处理装置271的两部分排气可以流动通过两个不同的路线。所述两部分之间的路线差异可能导致到达第二排气后处理装置271的排气的目标空燃比扰动的不期望改变，这可能在较大体积排气流期间(诸如在较高负荷条件期间)对第二排气后处理装置271的操作产生不利影响。因此，在此类高于阈值负荷条件期间，热交换系统可以以第一操作模式操作，使得排气后处理装置270和271中的每一个可以最佳地发挥功能。

图2B示出了处于第二操作模式的热交换系统250的操作的示意图220。先前在图2A中介绍的部件被类似地编号并且不再重新介绍。

第二操作模式表示转向阀275和EGR阀52的第二设置，所述第二设置启用排气流控制。在第二操作模式中，转向阀275可以处于第二(部分打开)位置，并且EGR阀52可以处于关闭位置。当处于第二操作模式时，由于转向阀275的第二位置，排气的第一部分(排出第一排气后处理装置270)可以在接合点206处进入旁路通道274，并且流动通过热交换器276。在经过热交换器276之后，排气的第一部分可以通过转向阀275返回到主排气通道102。排气然后可以流动通过第二排气后处理装置271和消音器172，之后通过尾管35释放到大气。同时，排气的第二(剩余)部分可以从第一排气后处理装置270被直接引导到第二排气后处理装置271，而不进入旁路通道274。排气的第一部分和第二部分可以在主排气通道102处组合，之后进入第二排气后处理装置270。

在第二排气后处理装置271已经达到其起燃温度并被活化之后，热交换系统250可以以第二操作模式(如上所述)操作。即使在第一排气后处理装置270未达到其起燃温度时，响应于第二排气后处理装置271的活化，排气系统操作也可以从第一模式转换到第二模式，因为在第二模式期间，排气在进入旁路通道274之前继续流动通过第一排气后处理装置270。通过使一部分排气流动通过热交换器276，可以使用发动机冷却剂回收来自排气的热。从排气提取的热可用于进一步的发动机暖机，并且用于向车厢提供热，由此减少发动机功率的寄生使用(以便操作诸如加热器等辅助系统)并且改善燃料效率。可以基于第二排气后处理装置271的温度来确定排气的第一部分(在热交换器276处冷却)与排气的第二部分(直接引导到第二排气后处理装置271而未冷却)的比率。为了保持排气后处理装置270和271的最佳性能，可以将装置的温度保持在其相应的起燃(活化)温度以上。来自排气的第二部分的热可以用于将第二排气后处理装置271的温度保持在其起燃温度以上。在一个示例中，当第二排气后处理装置271的温度增加到阈值温度以上时，可以增加第一部分，其中阈值温度可以相应于第二排气后处理装置271的起燃温度。在另一个示例中，当第二排气后处理装置272的温度降低到起燃温度以下时，可以增加第二部分。基于估计的比率，可以调整转向阀275的打开程度，以便使排气的第一部分能够流动通过旁路通道274，而使排气的剩余第二部分直接流动通过主排气通道102到达第二排气后处理装置271。

当发动机负荷低于阈值发动机负荷时，热交换系统250可以可替代地以第二模式操作，并且可以通过第一排气后处理装置270有效地处理整体排气量。在以该模式进行操作期间，由于排气通过两个不同流动路径到达第二排气后处理装置271，因此在目标空燃比与到达第二排气后处理装置271的实际空燃比之间可能存在差异，这可能影响其性能。然而，由于排气在其到达第二排气后处理装置271之前被第一排气后处理装置270充分处理，因此空燃比扰动的差异可能不显著影响第二排气后处理装置的性能效率或总体排气排放质量。

图2C示出了处于第三操作模式的热交换系统250的操作的示意图240。先前在图2A中介绍的部件被类似地编号并且不再重新介绍。

第三操作模式表示转向阀275和EGR阀52的第三设置，所述第三设置启用排气流控制。在第三操作模式中，转向阀275可以处于第一(完全关闭)位置，并且EGR阀52可以处于打开位置。当处于第三操作模式时，由于EGR阀52的打开，排出第一排气后处理装置270的排气的第一部分可以在接合点206处进入旁路通道，但是不能通过转向阀275返回到主排气通道。排气的第二(剩余)部分可能不能进入旁路通道，但是可以直接流动到第二排气后处理装置271。排气的第一部分在热交换器276处被冷却之后，可以在接合点108处进入EGR递送通道180。已冷却的EGR可以通过EGR递送通道180和EGR阀52被递送到发动机进气歧管。在这种模式中，热交换器276作为EGR冷却器操作。

当请求EGR以达到期望的发动机稀释度时，发动机系统可以以第三操作模式(如上所述)操作。此外，在该EGR请求期间，排气后处理装置270可能已经达到其起燃温度，并且可能不再期望发动机和车厢变暖。通过提供EGR，可以改善燃料效率和排放质量。可以基于期望的EGR量来确定排气的第一部分(作为EGR递送)与排气的第二部分(直接引导到尾管而未冷却)的比率，这进一步基于发动机工况，诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。在一个示例中，控制器可以通过直接考虑参数(诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等)的决定来确定EGR量。在另一个示例中，控制器可以基于使用查找表的计算来确定EGR水平，查找表的输入是发动机负荷、发动机转速、发动机温度等中的一个或多个，并且输出是EGR量。基于确定的比率，可以调节EGR阀52的打开，以便允许期望量的排气进入旁路通道274并且然后进入EGR递送通道180。在一个示例中，随着第一部分(所请求的EGR量)增加并且第二部分相应地减小，可以增大EGR阀的打开。

在一个示例中，当除了EGR需求之外还存在对排气热回收的需求时，发动机系统也可以以第三操作模式操作。当EGR在热交换器处被冷却时，来自排气的热可以传递到循环通过热交换器的冷却剂，并且回收的热可以用于向车辆部件(诸如车厢、发动机缸体、汽缸盖等)提供热。另外，在对EGR和排气热回收两者的需求期间，转向阀275可以打开以便使整个体积的排气流动通过热交换器276。在流动通过热交换器275之后，排气的第一部分可以进入EGR递送通道，同时排气的第二(剩余)部分可以返回到主排气通道102并且可以通过尾管35释放到大气。可以基于EGR需求来调整第一部分与第二部分的比率。当EGR需求增加时，第一部分可以增加并且第二部分可以相应地减小；而当EGR需求减小时，第一部分可以减小并且第二部分可以相应地增加。可以基于第一位置来调整EGR阀52的打开，阀52的打开随着第一位置的增大而增大，并且阀52的打开随着第一位置的减小而减小。

在图6中将如上所述的图1A-1C和图2A-2C的热交换系统的三个示例性操作模式制成表格。表600的行602示出了相应于如图1A和图2A所描述的以第一模式操作的热交换系统的两个实施例(预催化剂热交换系统和中部催化剂热交换系统)的操作的设置，行604示出了相应于如图1B和图2B所描述的以第二模式操作的热交换系统的两个实施例的操作的设置，并且行606示出了相应于如图1C和图2C所描述的以第三模式操作的热交换系统的两个实施例的操作的设置。

图3示出了机动车辆6中的冷却剂系统5的示例性实施例300。冷却剂系统5使发动机冷却剂循环通过内燃发动机10，并且通过冷却剂管线84将回收的热从排气热交换器54分配到内燃发动机10。在一个示例中，冷却剂系统5可以是冷却剂系统155，并且排气热交换器54可以是图1A-1C中的热交换器176和图2A-2C中的热交换器276。

冷却剂系统5使发动机冷却剂通过冷却剂管线89从内燃发动机10循环到加热器芯子90，并且还通过冷却剂管线82循环到散热器80和/或散热器旁路管线87。通过冷却剂管线82离开散热器80的冷却剂流以及通过冷却剂管线87绕过散热器的冷却剂流可以在恒温阀38处会聚，恒温阀38控制散热器80与散热器旁路管线87之间的流动分流。在一个示例中，冷却剂系统5可以是冷却剂系统155，并且排气热交换器54可以是图1A-1C中的热交换器176。

特别地，图3示出了冷却剂系统5，其耦连到发动机10并且使发动机冷却剂从发动机10循环通过排气热交换器54，并且通过发动机驱动(或电气的)水泵86循环到散热器80和/或散热器旁路管线87，以及返回到发动机10。第一冷却剂管线84可以将发动机耦连到热交换器54。来自热交换器54的冷却剂可以通过第一冷却剂环路84循环到发动机10。水泵86可以通过前端附件驱动器(FEAD)37耦连到发动机，并且通过皮带、链条等与发动机转速成比例地旋转。具体地，水泵86使冷却剂循环通过发动机缸体、发动机盖等中的通道以便吸收发动机热，然后如恒温阀38调节的，所述发动机热通过散热器80传递到环境空气。在泵86是离心泵的示例中，产生的压力(和所得的流量)可以与曲轴速度成比例，曲轴速度可能与发动机转速成正比。冷却剂的温度可以由恒温阀38调节，恒温阀38可以保持关闭，直到冷却剂达到阈值温度，由此在关闭时减少从散热器80到环境空气的热传递。

在流动通过发动机10之后，冷却剂可以通过冷却剂管线89排出发动机，并且已加热的发动机冷却剂然后可以流动到加热器芯子90。在循环通过加热器芯子90之后，冷却剂通过冷却剂管线89返回到发动机。如通过恒温阀38调节的，通过冷却剂管线82排出发动机的冷却剂可以流动通过散热器80或通过散热器旁路管线87，其中在发动机温度(冷却剂温度)低于阈值温度的状况期间，流量被引导通过散热器旁路管线87。

风扇93可以耦连到散热器80以便根据需要增加通过散热器80的气流，从而将冷却剂温度保持在期望阈值以下。在一些示例中，风扇速度可以由发动机控制器直接控制。可替代地，风扇93可以耦连到发动机并直接由其驱动。

排气热交换器54可以用于在冷起动条件期间以及当可能期望发动机和/或车厢加热时从排气中提取热。在一个示例中，发动机冷却剂可以循环通过热交换器54，来自排气的热可以传递到发动机冷却剂，并且然后已加热的冷却剂(通过提取的排气热来加热)可以经由第一冷却剂环路84引导通过发动机10。冷却剂然后可以经由冷却剂管线89循环通过加热器芯子90。来自发动机冷却剂的热可传递到发动机10和/或加热器芯子90，并且可以使用从发动机冷却剂汲取的热来加热发动机10(包括汽缸壁和活塞)和客厢4。在流动通过加热器芯子90之后，冷却剂通过冷却剂管线89返回到发动机10。通过冷却剂管线82排出发动机的冷却剂可以流动通过散热器80和/或散热器旁路管线87。在流动通过散热器80之后，冷却剂通过恒温阀38返回到发动机10，同时通过散热器旁路管线87绕过散热器的冷却剂也通过恒温阀38返回到发动机10。

排气再循环(EGR)系统50可以通过排气热交换器54和EGR通道59将来自排气歧管48的排气的期望部分引导到进气歧管44。在EGR递送期间，排气热交换器54可以用作EGR冷却器，并且递送到进气歧管的EGR可以在排气热交换器54处被冷却。在冷却EGR之后，冷却剂可以被引导到发动机10，并且然后引导到加热器芯子90、散热器旁路管线87和/或散热器80。在期望发动机加热和/或客厢加热的状况期间，如上所述，通过热经由热交换器54传递到冷却剂，排气热可用于增加发动机温度和车厢4温度。控制器12可通过EGR阀51来改变向进气歧管44提供的EGR量。另外，EGR传感器(未示出)可布置在EGR通道59内，并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。

图4示出了第一示例性方法400，其可以被实施以用于在图1A-1C所示的排气热交换系统的第一实施例中调整通过旁路组件的排气流。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1A-1C描述的传感器)接收的信号，控制器可以执行用于执行方法400以及本文包括的其他方法的指令。根据下述方法，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402处，例程包括估计和/或测量发动机工况。评估的状况可以包括例如发动机温度、发动机负荷、驱动器扭矩需求、发动机转速、节流阀(throttle)位置、排气压力、排气空燃比、环境状况(包括环境温度、压力和湿度)、MAP、MAF、升压等。

在404处，例程包括确定车辆发动机是否在冷起动条件下操作。当发动机在长时间的发动机停用之后被起动时、当发动机温度低于阈值(诸如低于排气催化剂起燃温度)时、并且同时环境温度低于阈值时，可以确认发动机冷起动条件。在冷起动条件期间，可能期望加快排气催化剂的加热以改善排放质量，同时最佳发动机操作可能不期望排气再循环(EGR)。

如果确认发动机冷起动条件，则例程移动到406，以便以第一操作模式操作排气旁路系统。如关于图1A所描述的，以第一模式操作包括：在407处，将EGR阀(诸如图1A中的EGR阀52)致动到关闭位置；以及在408处，将耦连到旁路通道(诸如图1A中的旁路通道174)和主排气通道的接合点的转向阀(诸如图1A中的转向阀175)移位到第一完全关闭位置。

由于转向阀的完全关闭位置，在409处，排出排气涡轮和废气门的整个体积的排气可能不能进入旁路通道，但是可以通过主排气通道向下游流动到排气催化剂(诸如图1A中的后处理装置170和171)。来自排气的热可以用于加热排气后处理装置，由此加快达到每种催化剂的起燃(活化)温度。通过经由使用排气热来加快达到催化剂起燃温度，可以减少对火花延迟的需要，由此增加发动机的燃料效率，同时改善排放质量。

在410处，例程包括确定(一种或多种)排气系统催化剂是否已经达到其相应的起燃温度。一旦催化剂达到其起燃温度，则催化剂就可以最佳地操作，从而提供改善的排放质量。此外，如果确定(在404处)发动机未在冷起动条件下操作(诸如在热起动条件期间)，则例程可以直接行进到步骤410。

如果确认排气催化剂尚未达到其起燃温度，则例程可以移动到步骤406，其中以第一模式操作热交换器并且将排气直接引导到催化剂，直到至少上游排气催化剂达到其起燃温度。可替代地，可以继续以第一模式操作热交换系统，直到每个排气催化剂已经达到其各自的起燃温度。

如果确认至少上游催化剂已经达到其起燃温度、或者两种排气催化剂都已经达到其各自的起燃温度，则在412处，可以以第二模式操作排气系统。如关于图1B所述，以第二模式操作包括：在413处，将EGR阀保持在关闭位置；以及在414处，将转向阀致动到第二(部分打开)位置。在第二位置中，可以基于至少上游催化剂温度相对于上游催化剂的起燃温度来改变转向阀的打开程度，以便调整进入旁路通道的排气量。

由于转向阀的第二位置，在416处，排出涡轮和废气门的排气的第一部分可以进入旁路通道，流动通过热交换器，并且然后在两种排气催化剂的上游返回到主排气通道。排气的第二部分可能不能进入旁路通道，并且可以直接流动到排气催化剂。来自排气的第二部分的热可以用于将至少上游催化剂的操作温度保持在其起燃温度或起燃温度以上。在一个示例中，第一部分(被引导通过热交换器)与第二部分(被引导绕过热交换器)的比率可以基于至少上游催化剂温度相对于上游催化剂的起燃温度(活化温度)。当上游催化剂温度减小到起燃温度以下时，可以减小第一部分并且可以相应地增加第二部分。类似地，当上游催化剂温度增加到起燃温度以上时，可以增加第一部分以用于增加的排气热回收并且可以相应地减小第二部分。可以调整转向阀的打开以便提供第一部分，其中随着第一部分增大而增大打开，并且随着第一部分减小而减小打开。作为示例，如果上游催化剂温度显著低于其起燃温度(诸如低于阈值温度)，则可以完全关闭转向阀，以便使整个体积的排气流动通过上游和下游催化剂，而没有任何排气流动通过热交换器(无排气热回收)。在另一个示例中，第一部分与第二部分的比率可以基于以下中的每一个：上游排气催化剂温度相对于上游催化剂起燃温度、以及下游排气催化剂温度相对于下游催化剂起燃温度。如果上游催化剂和下游催化剂之一的温度降低到其各自的起燃温度以下，则可以减少第一部分并且可以相应地增加第二部分。

在418处，可以将来自流动通过热交换器的排气的第一部分的热传递到循环通过热交换器的冷却剂。可以使在热交换器处通过热传递而变暖的冷却剂循环到发动机和加热器芯子，使得其可以被用于加热车辆的其他部件，诸如汽缸盖、发动机缸体和车厢空间。作为示例，车厢温度可以低于请求的温度，并且可能需要车厢加热。因此，如车辆驾驶员所请求(例如，基于车厢温度设置)的，基于车厢加热需求，可以将热从加热器芯子传递到车厢。例如，可以通过加热器芯子将空气吸入车厢中，由此使得车厢能够变暖。也可以使已变暖的冷却剂循环到发动机缸体和汽缸盖以便提高发动机温度。以此方式，可以使用来自排气的第一部分和第二部分中的每个的热以根据需要向车辆部件提供热。

在420处，可以调整逐个汽缸的空燃比，以便在到达催化剂(上游催化剂入口)的排气流中保持期望的空燃比扰动。换言之，可以使用通过调整逐个汽缸的空燃比创建的空燃比扰动以在催化剂处提供目标空燃比。空燃比扰动可以有助于至少上游催化剂的最佳操作。由于排出两组汽缸的排气之间的相移引起进入上游催化剂的排气中的空燃比扰动(稀与富之间的波动)。可以通过调整第一组汽缸的燃料加注相对于第二组汽缸的燃料加注来实现期望的空燃比扰动。可以组合来自两组汽缸的排气，以便在进入上游排气催化剂之前实现近化学计量比的混合物。由于期望的相位的空燃比扰动，具有富和稀的排气物质的反应性混合物可以同时到达催化剂，由此改善催化剂的反应能力。可以根据排气的第一部分(通过热交换器引导到催化剂)相对于第二部分(被引导到催化剂从而绕过热交换器)，在每个汽缸的基础上可以调整燃料加注，以便在上游催化剂处提供目标排气空燃比。与直接流动到催化剂的排气的第二部分相比，进入催化剂的排气的第一部分经由热交换器而流动通过更长的路线，因此，到达催化剂的排气的期望空燃比扰动可以非预期地改变。在一个示例中，根据第一部分相对于第二部分来调整燃料加注包括：基于通过旁路通道的排气的第一部分的运输延迟相对于通过主排气通道的排气的第二部分的运输延迟来调整燃料加注。可以基于来自第一氧传感器和第二氧传感器中的每个的输入来调整在每个汽缸基础上的燃料加注，第一氧传感器安置在主排气通道中的(旁路通道上游的)热交换器的上游(指示在进入旁路通道之前的排气的空燃比)，并且第二氧传感器安置在主排气通道中的(转向阀下游和排气催化剂上游的)热交换器下游(指示与排气的第二部分混合的排气的第一部分的空燃比)。在一个示例中，其中发动机包括：第一组汽缸，其将排气递送到第一流道中；以及第二组汽缸，其将排气递送到第二不同的流道中，排气的第一部分可以包括在第一正时从第一组汽缸接收的排气，并且排气的第二部分可以包括在第二正时从第二不同组汽缸接收的排气。其中，当上游催化剂处的目标空燃比扰动包括富空燃比扰动(即比化学计量比富)时，可以给第一组汽缸加注燃料至比化学计量比富，并且可以给第二组汽缸加注燃料至比化学计量比稀，第一组汽缸的富程度被选择为比第二组汽缸的稀程度更高。因此，到达上游催化剂的第一部分和第二部分的混合物可以处于目标富AFR或其附近。类似地，当上游催化剂处的目标空燃比扰动包括较稀空燃比扰动时，可以给第一组汽缸加注燃料至比化学计量比稀，并且可以给第二组汽缸加注燃料至比化学计量比富，第一组汽缸的稀程度被选择为比第二组汽缸的富程度更高。因此，到达上游催化剂的第一部分和第二部分的混合物可以处于目标稀AFR或其附近。可以使用乘法器以用于调节通过每个喷射器的燃料供给，使得可以调整通过每个喷射器喷射的燃料量以便保持目标空燃比扰动。

在422处，例程包括确定是否期望进一步的排气热回收。在一个示例中，发动机温度可能已经达到最佳操作温度，并且可能不期望进一步的发动机加热。另外，当车厢温度达到请求的温度时，可以不再请求排气热回收。

如果确定了期望进一步的排气热回收，则在424处，可继续以第二模式操作热交换系统，并且可以继续从排气的至少一部分回收热，直到冷却剂温度增加到阈值温度。如果确认了不再期望排气热回收，则例程可以行进到步骤426。

在426处，例程包括确定是否期望EGR。可以基于包括发动机转速和发动机负荷的发动机工况来估计EGR需求。控制器可以通过直接考虑所确定的发动机转速、发动机负荷、发动机温度等的决定来确定EGR要求，诸如随着低中负荷区域中的发动机负荷增加而增加EGR量，并且然后随着中高负荷区域中的发动机负荷增加而减小EGR量。可替代地，控制器可以通过参考存储在控制器的存储器中的查找表来确定EGR要求，查找表具有输入和输出，输入是发动机转速和发动机负荷，输出是EGR量或相应于EGR量的EGR阀位置(或打开程度)。

如果基于当前的发动机工况确定不期望EGR，则在428处，可通过将转向阀致动到第一位置同时保持EGR阀关闭，以第一模式操作排气系统。在第一模式中，排气可能不能进入旁路通道并且可以通过催化剂直接流动到尾管。另外，在高于阈值发动机负荷条件期间，可以将排气系统转换成以第一模式操作。如果在较高负荷条件期间以第二模式操作排气系统，则发动机性能可能由于增加的排气背压而受到不利的影响，所述增加的排气背压导致泵送功的增加，从而致使制动器输出减小。此外，如果在较高负荷条件期间继续热回收，则可能存在冷却剂过热和冷却剂系统劣化。

如果确认了发动机操作期望EGR，则响应于对EGR的请求，在430处，可以以第三模式操作排气系统。如关于图1C所描述的，以第三模式操作包括：在431处，将EGR阀致动到打开位置；以及在432处，将转向阀偏移到第一完全关闭位置。可以基于EGR需求来调整EGR阀的打开程度。

在434处，基于EGR需求(如在步骤416处估计的)，可以使请求的第一排气量通过热交换器和EGR递送通道再循环到进气歧管，请求的EGR量在热交换器处冷却，同时可以引导第二(剩余)排气量通过主排气通道直接到达催化剂而不在热交换器处冷却。在这种模式中，热交换器可以作为EGR冷却器操作。在一个示例中，可以基于EGR需求以及至少上游催化剂温度相对于其起燃温度中的每一个来确定排气的第一部分(作为EGR递送)与排气的第二部分(直接流动到尾管)的比率，当至少上游催化剂温度减小到其起燃温度以下时，可以减小第一部分并且可以相应地增加第二部分。当至少上游催化剂的温度增加(高于其起燃温度)并且EGR需求增加时，可以增加第一部分并且可以相应地减小第二部分。在另一个示例中，可以仅基于EGR需求来确定排气的第一部分与排气的第二部分的比率，随着EGR需求的增加，可以增加第一部分并且可以相应地减小第二部分。当EGR需求减小时，可以减小第一部分并且可以相应地增加第二部分。可以基于第一部分相对于第二部分来调节EGR阀的打开，随着第一部分增加而增大打开，并且随着第一部分减小而减小打开。

以此方式，单个预催化剂热交换器可用于排气热回收和EGR冷却，同时一个或多个排气催化剂的温度保持在其活化温度以上。

图5示出了第一示例性方法500，其可以被实现以用于在图2A-2C所示的热交换系统的第二实施例中调整通过旁路组件的排气流。

在502处，例程包括估计和/或测量发动机工况。评估的条件可以包括：例如发动机温度、发动机负荷、驱动器扭矩需求、发动机转速、节气门位置、排气压力、排气空燃比、环境状况(包括环境温度、压力和湿度)、MAP、MAF、升压等。

在504处，例程包括确定车辆发动机是否在冷起动条件下操作。当发动机在长时间的发动机停用之后起动时、当发动机温度低于阈值(诸如低于排气催化剂起燃温度)时、并且同时环境温度低于阈值时，可以确认发动机冷起动条件。在冷起动条件期间，可能期望加快排气催化剂的加热以改善排放质量，而最佳发动机操作可能不期望排气再循环(EGR)。

如果确认发动机冷起动条件，则例程移动到506，以便以第一操作模式操作热交换系统。如关于图2A所描述的，以第一模式操作包括：在507处，将EGR阀(诸如图2A中的EGR阀52)致动到关闭位置；以及在508处，将耦连到旁路通道(诸如图2A中的旁路通道274)和主排气通道的接合点的转向阀(诸如图2A中的转向阀275)偏移到第一(完全关闭)位置。

由于转向阀的完全关闭位置，在509处，排出第一排气后处理装置(诸如图2A中的第一排气后处理装置270)的整个体积的排气可以不进入旁路通道，但是可以通过主排气通道向下游流动到第二排气后处理装置(诸如图2A中的第二排气后处理装置271)。来自排气的热可以用于增加两个排气后处理装置(催化剂)的温度，由此加快达到催化剂起燃温度。通过经由使用排气热来加快达到催化剂起燃温度，可以减少对火花延迟的需要，由此增加发动机的燃料效率，同时改善排放质量。

在510处，例程包括确定第二排气后处理装置是否已经达到其起燃温度。一旦第一排气后处理装置和第二排气后处理装置中的每一个均达到其相应的起燃温度，催化剂就可以最佳地操作，从而提供改善的排放质量。在以第一模式、第二模式和第三模式中的每个操作热交换系统期间，排气可以首先流动通过第一排气后处理装置(在流动通过热交换器之前)。因此，在热交换系统的中部催化剂实施例中的模式选择可以不与第一排气后处理装置的温度直接相关。此外，如果(在504处)确定发动机未在冷起动条件下操作(诸如在热起动条件期间)，则例程可以直接行进到步骤510。

如果确认第二排气催化剂尚未达到起燃温度，则例程可以移动到步骤506以便以第一模式操作排气系统，以使得排气直接流动通过两种排气催化剂，直到第二排气催化剂已经达到其起燃温度并且可完全操作。如果确认第二排气催化剂已经达到其起燃温度，则在512处，可以以第二模式操作排气系统。如关于图2B所述，以第二模式操作包括：在513处，将EGR阀保持在关闭位置；以及在514处，使转向阀偏移到第二位置(部分打开)。在第二位置中，可以改变转向阀的打开，以便调整进入旁路通道的排气量。

由于转向阀的第二位置，在516处，排出第一排气后处理装置的排气的第一部分可以进入旁路通道，流动通过热交换器，并且然后在第二排气后处理装置的上游返回到主排气通道。排气的第二部分可能不能进入旁路通道，并且可以从第一排气后处理装置的下游直接流动到第二排气后处理装置，从而绕过热交换器。来自排气的第二部分的热可以用于将第二排气后处理装置的操作温度保持在其起燃温度以上。第一部分(被引导通过热交换器)与第二部分(被引导绕过热交换器)的比率可以基于第二排气催化剂的温度相对于第二排气催化剂的活化温度。当第二排气催化剂温度减小到活化温度以下时，可以减小第一部分并且可以相应地增加第二部分。类似地，当第二排气催化剂温度增加到活化温度以上时，可以增加第一部分以用于增加的排气热回收并且可以相应地减小第二部分。可以基于第一部分来调整转向阀的打开，随着第一部分增加而增大打开，并且随着第一部分减小而减小打开。作为示例，如果第二排气催化剂的温度显著降低到低于其起燃温度(诸如低于阈值温度)，则可以完全关闭转向阀，以便使整个体积的排气从第一排气催化剂流动到第二排气催化剂，而没有任何排气流动通过热交换器(无排气热回收)。

在518处，在通过热交换器的排气流期间，可以在热交换器处回收排气热。具体地，可以将来自排气的热传递到循环通过热交换器的冷却剂。排气热可以用于使循环通过热交换器的冷却剂变暖，并且然后可以使已变暖的冷却剂循环通过发动机和/或通过加热器芯子，使得热可以用于加热车辆系统的其他部件。例如，如果由于车厢温度低于期望温度，车辆驾驶员请求车厢加热，则可以使已变暖的冷却剂循环通过加热器芯子，并且可以提供车厢加热。因此，如车辆驾驶员所请求(例如，基于车厢温度设置)的，基于车厢加热需求，可以将热从加热器芯子传递到车厢。例如，可以通过加热器芯子将空气吸入车厢，由此使车厢能够变暖。也可以使已变暖的冷却剂循环到发动机缸体和汽缸盖以便提高发动机温度，由此在寒冷条件期间改善发动机性能。

在520处，例程包括确定是否期望进一步的排气热回收。在一个示例中，发动机温度可能已经达到最佳操作温度，并且可能不期望进一步的发动机加热。另外，当车厢温度达到请求的温度时，可能不再请求排气热回收。

如果确定了期望继续排气热回收，则在522处，可继续以第二模式操作排气系统并且可以继续从排气的第一部分回收热，直到冷却剂温度增加到阈值温度。如果确定了不期望进一步的排气热回收，则例程可以行进到步骤524。

在524处，例程包括确定是否请求EGR以用于发动机操作。在(一种或多种)排气催化剂已经达到其各自的起燃温度并且最佳发挥功能之后，可能期望EGR。可请求EGR以达到期望的发动机稀释度，由此改善燃料效率和排放质量。所请求的EGR量可以基于发动机工况，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，所述查找表具有发动机转速和负荷作为输入，并且具有要施加到EGR阀的相应于打开程度的信号作为输出，打开程度提供相应于输入的发动机转速-负荷的稀释量。在另外的其他示例中，控制器可以依赖于模型，该模型将发动机负荷的变化与发动机稀释度要求的变化相关联，并且进一步将发动机的稀释度要求的变化与EGR要求的变化相关联。例如，当发动机负荷从低负荷增加到中负荷时，EGR要求可以增加，并且然后当发动机负荷从中负荷增加到高负荷时，EGR要求可以减少。

如果基于当前的发动机工况确定不请求EGR，则在532处，例程包括确定发动机负荷是否高于阈值发动机负荷。阈值发动机负荷可相应于一定发动机负荷，在所述发动机负荷期间，可以产生较高体积的排气并且整个体积的排气可以不被一种催化剂最佳地处理。另外，为了改善第二催化剂的功能性，可以在第二催化剂处保持较高温度，并且为了在第二催化剂处保持较高温度，可以将整个体积的排气直接引导到第二催化剂(没有热回收)。此外，为了保持两种排气催化剂的功能性，可以在两种催化剂处保持目标空燃比扰动。

如果确定发动机负荷低于阈值负荷，则例程可以进行到步骤522并且可以继续以第二模式操作排气系统，其中排气的第一部分通过热交换器被引导到第二催化剂，并且排气的第二部分被直接引导到第二催化剂而绕过热交换器。

如果确定发动机在比阈值负荷更高的负荷下操作，则在534处，可以以第一模式操作排气系统。可以将转向阀致动到第一位置，并且可以关闭EGR阀，以使排气流直接从第一排气后处理装置(第一催化剂)到第二排气后处理装置(第二催化剂)，从而绕过热交换器。通过使排气直接流动到第二催化剂，可以在第二催化剂处保持较高温度以用于在较高负荷条件下的最佳操作。通过直接引导排气通过两种催化剂，可以保持到达每种催化剂的排气的目标空燃比扰动，由此保持催化剂功能性。取代直接引导排气的是，如果通过旁路通道将排气的第一部分从第一催化剂引导到第二催化剂，同时将第二剩余部分从第一催化剂直接引导到第二催化剂，则进入第二催化剂的排气的两部分可以流动通过两个不同的路线。两部分之间的路线差异可以导致到达第二催化剂的排气的期望空燃比扰动的非预期的变化，这可以在较大体积排气流期间(诸如在较高负荷条件期间)对第二排气催化剂的操作产生不利影响。另外，如果在较高负荷条件期间以第二模式操作排气系统，则发动机性能可以由于增加的排气背压而受到不利的影响，增加的排气背压导致泵送功的增加，从而致使制动器输出减小。此外，如果在较高负荷条件期间继续热回收，则可能存在冷却剂过热和冷却剂系统劣化。

因此，通过使排气直接从第一催化剂流动到第二催化剂，在较高负荷发动机条件期间可以改善排放质量。

如果在524处确定了针对发动机操作请求EGR，则在526处，可以以第三模式操作排气系统。如关于图2C所述，以第三模式操作包括：在527处，将EGR阀致动到打开位置；以及在528处，将转向阀偏移到第一(关闭)位置。可以基于所请求的EGR量来调节EGR阀的打开。由于EGR阀的打开(基于所请求的EGR量)，排出第一催化剂的排气的第一部分可以进入旁路通道，并且流动通过热交换器，之后进入EGR递送通道。在这种模式中，热交换器可以作为EGR冷却器操作。然后，可以通过EGR递送通道将EGR递送到发动机进气歧管。排气的第二部分可能不进入旁路通道，并且可以直接流动通过主排气通道以经由第二催化剂到达尾管，从而绕过热交换器。可以基于针对最佳发动机操作而请求的EGR量来确定排气的第一部分(作为EGR递送)与排气的第二部分(直接流动到尾管)的比率。在所请求的EGR量增加的情况下，可以增加第一部分并且可以相应地减小第二部分。类似地，在所请求的EGR量减少的情况下，可以增加第二部分并且可以相应地减小第一部分。可以基于第一部分与第二部分的比率来调节EGR阀的打开。

以此方式，在发动机冷起动条件期间，可以将耦连到排气旁路的转向阀致动到完全关闭位置并且可以关闭EGR阀，以使排气流能够通过主排气通道从第一排气催化剂下游到达第二排气催化剂上游。在至少第二排气催化剂的活化之后，可以将转向阀致动到部分打开位置并且可以关闭EGR阀，以使得排气的第一部分能够通过与主排气通道平行布置的旁路通道中容纳的热交换器从第一排气催化剂的下游流动到第二排气催化剂的上游，并且使得排气的第二剩余部分能够通过主排气通道从第一排气催化剂的下游流动到第二排气催化剂的上游，排气的第一部分和第二部分在第二排气催化剂的上游组合，并且然后流动通过第二排气催化剂。在使排气流动通过热交换器时，可以将排气热传递到循环通过热交换器的冷却剂，并且然后可以基于发动机加热需求将来自冷却剂的热传递到发动机缸体。

图7示出了示例性操作序列700，其示出了图1A-1C的热交换系统在不同发动机工况期间的操作。可以基于发动机工况和相应的排气再循环(EGR)需求来调节通过旁路通道的排气流。水平(x轴)表示时间，并且垂直标记t1-t6标识热交换系统操作中的重要时刻。

第一曲线(线702)示出了随着驾驶员需求改变的发动机负荷变化，随着时间推移通过踏板位置传感器来估计驾驶员需求。第二曲线(线704)示出了随着时间推移通过发动机冷却剂温度传感器估计的发动机温度的改变。第三曲线(线706)示出了通过车厢温度传感器估计的车厢温度。第四曲线(线708)示出了相应于如虚线709所示的EGR需求的发动机EGR流。第五曲线(线710)示出了第一组发动机汽缸的燃料加注计划(以lb m为单位喷射的燃料量)，并且第六曲线(线712)示出了第二组发动机汽缸的燃料加注计划(以lb m为单位喷射的燃料量)。第七曲线(线714)示出了在旁路通道上游进入第一催化剂的排气的空燃比。

第八曲线(线716)示出了在热交换器下游耦连到主排气通道和旁路通道的接合点的转向阀的位置。

在时间t1之前，发动机关闭并且未使用发动机扭矩来推进车辆。在时间t1，响应于操作者扭矩需求，发动机在停用时间段之后从静止起动。在发动机起动时，发动机温度可以低于阈值温度705。基于低于阈值发动机温度，推断发动机冷起动条件。由于在冷起动时低于阈值发动机温度，排气催化剂的温度可以低于其起燃温度，并且可以期望催化剂加热以便加速达到其各自的起燃温度。在冷起动条件期间，发动机操作可以不期望EGR，因此可以将EGR阀(调节到进气歧管的EGR流)保持在关闭位置，并且排气可以不从排气通道流动到发动机进气歧管。在该时间期间，可以关闭转向阀，使得排气可以不进入旁路通道，并且可以直接流动通过第一排气催化剂和第二排气催化剂，其中来自排气的热可以用于增加两种催化剂的温度，由此加快达到其各自的起燃温度。在流动通过催化剂之后，排气可以通过尾管释放到大气。在时间t1与t2之间，由于排气直接流动到第一催化剂，可以保持到达催化剂的目标空燃比扰动，而不对第一组汽缸和第二组汽缸的燃料加注计划进行任何调整。空燃比扰动可以随着发动机负荷而变化，扰动频率随着发动机负荷的增加而增加。在该时间期间，发动机负荷可以低于阈值负荷。

在时间t2，基于来自排气温度传感器的输入，可以推断催化剂已经达到其各自的起燃温度。另外，可以从发动机冷却剂温度传感器推断出发动机温度已经增加到阈值保持温度以上。然而，此时，可以确定已经请求了车厢加热。为了从排气回收热并且使用该热以用于车厢加热，控制器可以向耦连到转向阀的致动器发送信号以部分地打开阀，以便使排出涡轮的排气的第一部分流动到旁路通道中并且通过热交换器，同时使排气的第二(剩余)部分直接流动到催化剂(绕过热交换器)。可以基于至少第一催化剂温度相对于第一催化剂的起燃温度来调整转向阀的打开程度，以便调整进入旁路通道的排气量。因此，随着第一催化剂温度相对于其起燃温度的减小，可以减小转向阀的打开(以便减少第一部分)。通过减少第一部分，较高量的热排气可以被引导通过第一催化剂，从而导致催化剂温度增加到其起燃温度以上。来自排气的热可以传递到循环通过热交换器的冷却剂，并且然后可以使已加热的冷却剂循环通过加热器芯子。来自冷却剂的热可以传递到加热器芯子，并且还可以用于车厢变暖。具有排气热的冷却剂也可以循环通过发动机以便保持发动机温度。在时间t2与t3之间，与直接流动到催化剂的排气的第二部分相比，进入催化剂的排气的第一部分经由热交换器而流动通过更长的路线，因此为了保持期望的空燃比扰动，使用乘法器以调节喷射到第一组汽缸和第二组汽缸中的每个的燃料量。喷射到第一组汽缸的燃料量可以低于喷射到第二组汽缸的燃料量。通过调整燃料加注计划，可以观察到保持了到达催化剂的空燃比扰动。可以通过调整第一组汽缸的燃料加注相对于第二组汽缸的燃料加注来保持目标空燃比扰动。控制器可以向耦连到第一组汽缸的第一组燃料喷射器以及耦连到第二组汽缸的第二组燃料喷射器发送信号，以便调整燃料加注计划(诸如燃料加注脉宽)。通过保持第一催化剂处的目标空燃比扰动，可以保持催化剂功能性。可以基于来自第一氧传感器和第二氧传感器中的每个的输入调整第一组汽缸和第二组汽缸的燃料加注计划，第一氧传感器位于热交换器的上游(可指示在进入旁路通道之前的排气的空燃比)，第二氧传感器位于热交换器的下游(可指示与排气的第二部分混合的排气的第一部分的空燃比)。

在排气系统实施例的替代性实施例中(其中热交换器位于第一催化剂与第二催化剂之间的中间催化剂位置)，在时间t2与t3之间，排出第一催化剂的排气的第一部分可流动通过耦连到旁路通道的热交换器并且然后在第二催化剂上游返回到主排气通道，同时排气的第二部分从第一催化剂直接流动到第二催化剂。在返回到主排气通道之后，第一部分和第二部分可以组合并且通过一种或多种排气催化剂流动到尾管。对于中部催化剂实施例，在低于阈值发动机负荷条件期间，由于排气主要由第一催化剂处理，当排气中的目标空燃比扰动到达第一催化剂时，不能在每个汽缸的基础上调整燃料加注以在第二催化剂处保持目标空燃比扰动。

在时间t3，车厢温度可以增加到期望温度以上，并且可以推断出不期望进一步的车厢加热。另外，发动机温度可以继续高于阈值温度。因此，可以不再期望热交换器处的排气热的回收。另外，由于发动机负荷从低负荷条件到中负荷条件的改变，因此可以请求EGR。控制器可以通过直接考虑发动机工况(诸如发动机转速、发动机负荷、发动机温度等)的决定来确定期望的EGR水平(如虚线709所示)，诸如随着低-中负荷区域中的发动机负荷增加而增加EGR量，并且然后随着中-高负荷区域中的发动机负荷增加而减小EGR量。可替代地，控制器可以通过参考存储在控制器的存储器中的查找表来确定EGR要求，查找表具有输入和输出，输入是发动机转速和发动机负荷，输出是EGR量或相应于EGR量的EGR阀位置(或打开程度)。为了将期望量的EGR从排气通道供应到进气歧管，可以打开EGR阀，同时将转向阀偏移到关闭位置。在时间t3与t4之间，排气的一部分可以进入旁路通道，并且然后流动通过热交换器，之后通过EGR阀和EGR递送通道进入进气歧管。可以基于最佳发动机操作期望的EGR量来调整EGR阀的打开。在流动通过热交换器时，可以冷却EGR。排气的剩余部分(未进入旁路通道)可以通过(一种或多种)催化剂向下游流动到尾管。在该时间期间，由于排气通过主排气通道直接流动到第一催化剂，可以保持到达催化剂的目标空燃比扰动，而不对第一组汽缸和第二组汽缸的燃料加注计划进行任何调整。

在时间t4，发动机负荷可以增加到阈值负荷703以上，并且发动机操作可能期望较高的发动机动力。由于所请求的发动机动力输出增加，发动机操作可能不再期望发动机操作，并且可以将EGR阀致动到关闭位置。此时，发动机温度和车厢温度中的每个均高于各自的阈值，并且可能不再请求排气热回收。为了保持每种排气催化剂处的目标空燃比扰动而不对第一组汽缸和第二组汽缸的燃料加注计划进行任何调整，在t4与t5之间，可以将转向阀保持在关闭位置，以便使整个体积的排气能够被引导直接通过每个排气催化剂，从而绕过热交换器。通过使整个体积的排气直接流动通过催化剂，可以保持到达每种催化剂的排气的期望化学成分，由此增加催化剂功能性。在时间t4与t5之间，排气可能不进入旁路通道和EGR递送通道，并且可以通过催化剂和尾管直接释放到大气。在较高发动机负荷条件期间产生的较高体积的排气可以在其被引导到尾管之前由两种催化剂处理。在该时间期间，由于发动机负荷增加，空燃比扰动可以增加。

在时间t5，可以从操作者接收发动机关闭请求，并且在时间t5与t6之间，发动机可以不操作并且燃料喷射可以暂停。在时间t6，接收发动机重新起动请求，响应于所述发动机重新起动请求，发动机从静止起动。这里，发动机在自上次关闭以来的较短持续时间之后重新起动，因此推断出发动机热起动，其中发动机温度高于阈值温度705。此时，操作者可请求车厢加热。因此，可以部分地打开转向阀以便引导排气的一部分通过热交换器，其中可以通过冷却剂提取排气热，该冷却剂然后可以循环通过加热器芯子，以便向车厢提供热。排气的剩余部分可以直接流动通过催化剂，并且提供热以便将催化剂的温度保持在其各自的起燃温度以上。可以基于将催化剂温度保持在期望水平所期望的排气量来调整转向阀的打开。因此，在时间t6之后的转向阀打开程度可以不同于在时间t2与t3之间的转向阀的打开程度。此外，在该时间期间，可以调整第一组汽缸和第二组汽缸的燃料加注计划，以便保持上游催化剂处的目标排气空燃比扰动。控制器可以向燃料喷射器发送信号，以便相对于喷射到第二组汽缸的燃料量而减少喷射到第一组汽缸的燃料量。在热起动条件期间，发动机操作可以不期望EGR，并且可以将EGR阀保持在关闭位置。

一个示例性发动机方法包括：使排气的第一部分通过旁路通道中的热交换器流动到上游排气催化剂中；使排气的第二剩余部分通过与所述旁路通道平行布置的主排气通道流动到上游排气催化剂中；以及根据所述第一部分相对于所述第二部分在每个汽缸的基础上调整燃料加注，以便在所述上游催化剂处提供目标排气空燃比。任何前述示例还包括，附加地或任选地，在所述上游催化剂处组合排气的第一部分和第二部分，并且使组合的排气流动通过所述上游排气催化剂并且然后流动通过下游排气催化剂。在先前示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，所述流动响应于所述上游排气催化剂超过第一活化温度以及所述下游催化剂超过第二活化温度中的每一个，所述第二活化温度低于所述第一活化温度，并且其中所述第一部分被选择为保持处于或高于所述第一活化温度的所述上游排气催化剂和处于或高于所述第二活化温度的所述下游排气催化剂中每一个。先前示例的任一个或全部还包括，附加地或任选地，响应于至少所述上游排气催化剂低于所述第一活化温度，使整个体积的排气流动到所述上游排气催化剂，同时绕过所述热交换器。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，随着至少所述上游催化剂的温度降低，减少所述第一部分并且相应地增加所述第二部分。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，使所述第一部分和所述第二部分流动包括将耦连在所述主排气通道和所述旁路通道出口的接合点处的转向阀致动到打开位置，以使排气流能够从所述排气旁路到达所述主通道，随着所述第一部分相对于所述第二部分增加而增加所述转向阀的打开程度。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，在每个汽缸的基础上调整燃料加注基于来自第一氧传感器和第二氧传感器中的每个的输入，所述第一氧传感器放置在所述主排气通道中的所述热交换器的上游，所述第二氧传感器放置在所述主排气通道中的所述热交换器的下游。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，根据所述第一部分相对于所述第二部分来调整燃料加注包括：基于通过所述旁路通道的所述排气第一部分的运输延迟相对于通过所述主排气通道的所述排气第二部分的运输延迟而进行调整，并且其中所述上游催化剂处的目标排气空燃比包括所述上游催化剂处的目标空燃比扰动。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，排气的第一部分包括在第一正时从第一组汽缸接收的排气，并且其中排气的第二部分包括在第二正时从第二不同组汽缸接收的排气，并且其中当所述上游催化剂处的所述目标空燃比扰动包括富空燃比扰动时，给所述第一组汽缸加注燃料至比化学计量比富并且给所述第二组汽缸加注燃料至比化学计量比稀，所述第一组汽缸的富程度高于所述第二组汽缸的稀程度。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，所述发动机耦连在具有车厢的车辆中，并且所述方法还包括：将热量从所述排气的第一部分传递到流动通过所述热交换器的冷却剂；以及使已加热的冷却剂流动通过发动机缸体和加热器芯子，以便基于发动机加热需求来加热所述发动机并且基于车厢加热需求来加热所述车厢。先前示例的任一个或全部还包括，附加地或任选地，在请求排气再循环(EGR)期间，将所述转向阀的位置致动调整到完全关闭位置以禁止从所述排气旁路到所述主排气通道的排气流，并且打开EGR阀以使排气的第三部分在所述热交换器的下游通过耦连到所述排气旁路的EGR递送通道流动到发动机进气歧管，并且使排气的第四部分直接流动到所述上游催化剂，所述EGR阀耦连到EGR递送通道，所述EGR递送通道在所述热交换器的下游耦连到所述排气旁路。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，基于EGR需求和至少所述上游催化剂的温度中的每个来调整所述第三部分与所述第四部分的比率，随着至少所述上游催化剂的温度降低，减少所述第三部分并且相应地增加第四部分，基于所述第三部分来调整所述EGR阀的打开。

另一示例性方法包括：在发动机冷起动条件期间，将耦连到旁路通道的转向阀致动到完全关闭位置并且关闭EGR阀，以使排气流能够通过主排气通道从第一排气催化剂下游到达第二排气催化剂上游；在至少所述第二排气催化剂的活化之后，将所述转向阀致动到部分打开位置并且关闭EGR阀，以使排气的第一部分能够通过所述旁路通道中容纳的热交换器从所述第一排气催化剂的下游流动到所述第二排气催化剂的上游，并且使排气的第二剩余部分能够通过所述主排气通道从所述第一排气催化剂的下游流动到所述第二排气催化剂的上游，排气的所述第一部分和所述第二部分在所述第二排气催化剂的上游组合，并且然后流动通过所述第二排气催化剂。在先前示例的任一个中，附加地或任选地，所述第一部分与所述第二部分的比率基于所述第二排气催化剂的温度相对于所述第二排气催化剂的活化温度，并且基于所述第一部分调整所述转向阀的打开，随着所述第一部分增加而增加所述打开，并且其中使排气流动通过所述热交换器包括将排气热传递到循环通过所述热交换器的冷却剂，并且然后基于发动机加热需求将来自所述冷却剂的热传递到发动机缸体。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，当所述第二排气催化剂的温度降低到所述活化温度以下时，减少所述第一部分并且相应地增加所述第二部分。先前示例的任一个或全部还包括，附加地或任选地，响应于对排气再循环的需求，将所述转向阀致动到所述完全关闭位置并打开所述EGR阀，以使排气的第三部分能够通过所述热交换器从所述第一排气催化剂的下游流动到发动机进气道，并且使排气的第四剩余部分能够通过所述主排气通道从所述第一排气催化剂的下游流动到所述第二排气催化剂的上游，基于EGR需求相对于所述第四部分调整所述第三部分，其中随着所述EGR需求增加而增加所述第三部分。先前示例的任一个或全部还包括，附加地或任选地，响应于高于阈值发动机负荷和高于阈值发动机温度中的每个，将所述转向阀致动到所述完全关闭位置并关闭所述EGR阀，以便使排气流能够通过所述主排气通道从所述第一排气催化剂的下游到达所述第二排气催化剂的上游，从而绕过所述热交换器。

在另一个示例中，发动机系统包括：发动机进气歧管；发动机排气系统，其具有排气通道和热交换系统，所述排气通道包括排气湿度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、一个或多个排气催化剂、和消音器，所述旁路通道耦连到从所述一种或多种催化剂上游到所述消声器上游的排气通道，所述热交换系统包括容纳热交换器的旁路通道；冷却剂系统，其流体耦连到所述热交换器、发动机缸体、和加热器芯子，所述冷却剂系统包括发动机冷却剂温度传感器；转向阀，其将所述旁路通道的出口耦连到所述排气通道；具有EGR阀的排气再循环(EGR)通道，其用于在所述热交换器的下游将来自所述旁路通道的排气再循环到所述进气歧管；在热交换器上游耦连到排气通道的第一氧传感器以及在热交换器下游耦连到排气通道的第二氧传感器。发动机系统还包括：控制器，其具有存储在非瞬态存储器上的计算机可读指令，所述指令用于：通过所述发动机冷却剂温度传感器估计发动机温度并通过所述排气温度传感器估计催化剂温度，并且响应于低于阈值催化剂温度，关闭所述EGR阀和所述转向阀中的每个以使排气直接流动到所述一种或多种催化剂；以及响应于高于阈值催化剂温度并且响应于低于阈值发动机温度和低于所请求的车厢温度中的至少一个，部分地打开所述转向阀以使来自所述排气歧管的第一排气量通过所述热交换器流动到所述一种或多种催化剂，同时使第二剩余量直接流动到所述一种或多种催化剂，从而绕过所述热交换器。在任何先前示例中，附加地或任选地，所述控制器包括另外的指令，其用于：基于来自所述第一氧传感器的输入估计第一排气空燃比，基于来自所述第二氧传感器的输入估计第二空燃比，以及基于所述第一空燃比和所述第二空燃比中的每一个调整逐个汽缸的空燃比，以保持到达所述一种或多种催化剂的所述排气中的空燃比扰动的目标振幅和频率，所述调整包括比化学计量比富地操作第一组汽缸，同时比化学计量比稀地操作第二组汽缸，其中所述第一组汽缸的富程度和所述第二组汽缸的稀程度基于所述空燃比扰动的所述目标振幅和频率。在先前示例的任一个或全部中，附加地或任选地，所述控制器包括另外的指令，其用于：响应于对EGR的请求，打开所述EGR阀并且关闭所述转向阀，以便使请求量的排气通过所述热交换器再循环到所述进气歧管，请求量的EGR在所述热交换器处冷却，而剩余量的排气被直接引导到所述一种或多种催化剂而不在所述热交换器处冷却。

以此方式，通过使用在排气催化剂上游或两种排气催化剂之间的中间部分耦连到排气旁路通道的单个热交换器，可以有效地执行EGR冷却和排气热回收。通过在冷起动条件期间将排气引导通过催化剂同时绕过热交换器，可以加速催化剂起燃，并且可以改善冷起动排放质量。通过在催化剂起燃之后将排气的一部分引导通过热交换器，增加排气热回收，同时通过使用来自排气剩余部分的热，将催化剂的温度保持在其各自的起燃温度以上。在预催化剂热交换器配置中，在通过热交换器的排气流期间调整逐个汽缸的空燃比的技术效果是：可以保持进入上游催化剂的排气的目标空燃比扰动，由此改善催化剂功能。在中部催化剂热交换器配置中，通过在较高发动机负荷条件期间使排气直接流动通过两种催化剂，可以在两种催化剂处保持目标空燃比扰动。通过回收排气热，并使用公共热交换器来提供冷却的EGR，实现了部件和成本降低的益处。总体而言，可以改善排放质量、发动机燃料经济性和发动机性能。

注意，本文包括的示例性控制和估计例程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例程可以作为可执行指令存储在非瞬态存储器中，并且可以由控制系统执行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器。本文描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行，或在一些情况下被省略。同样地，所述处理顺序不是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以取决于所使用的特定策略重复地执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码，其中通过在包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件的系统中执行指令来执行所描述的动作。

应当理解，本文所公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可行的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的全部新颖且非显而易见的组合和子组合。

所附权利要求特别指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”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括一个或多个此类元件的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。可以通过修改本权利要求书或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。此类权利要求，无论范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同还是不同，均被认为包括在本公开的主题内。