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CN111608776A - 用于排放控制装置加热的方法和系统 - Google Patents

用于排放控制装置加热的方法和系统 Download PDF

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CN111608776A
CN111608776A CN202010102136.9A CN202010102136A CN111608776A CN 111608776 A CN111608776 A CN 111608776A CN 202010102136 A CN202010102136 A CN 202010102136A CN 111608776 A CN111608776 A CN 111608776A
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air
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道格拉斯·马丁
本杰明·洛奇
文森特·马丁内斯
欧文·贝利
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开提供了“用于排放控制装置加热的方法和系统”。提供了用于加快排放控制装置加热的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括：响应于排放控制装置加热条件，使空气经由空气喷射系统从发动机的进气口流向一个或多个排放控制装置，同时经由电动马达操作涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流。通过这种方式，将新鲜空气提供给所述一个或多个排放控制装置而不会使发动机性能劣化或提高发动机转速。

Description

用于排放控制装置加热的方法和系统
技术领域
本说明书总体上涉及用于排放控制装置加热的方法和系统。
背景技术
车辆包括排放控制装置，诸如三元催化剂和微粒过滤器，以减少通过燃烧产生的排放物。例如，三元催化剂可以处理一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物和氮氧化物，而微粒过滤器可以捕获流过排气系统的微粒物质。然而，此类排放控制装置的有效性随工作温度而变化。例如，起燃温度用于表示高于其就能实现高排放处理效率从而使得排放控制装置能够有效地降低车辆排放物的温度。因此，在发动机冷起动条件期间，可以采用各种控制策略来加速排放控制装置加热。作为一个实例，可以延迟火花正时以增加排气热，由此以更快速率提高排放控制装置温度。
此外，如果不定期清洁或再生微粒过滤器，则累积在微粒过滤器上的微粒物质可能导致排气系统背压增加，这可能进一步劣化发动机性能。为了定期地再生或抽取微粒过滤器，可以使用控制策略来将排气温度升高到高于预定温度(例如，高于600℃)以焚烧累积在过滤器中的碳微粒。在一些示例中，微粒过滤器可以在正常车辆操作期间达到足够高的排气温度，以被动地执行再生。然而，由于包装限制，微粒过滤器通常位于排气系统中加热缓慢的位置，因此微粒过滤器达到允许再生的温度所需的时间可能比所需时间长。
Van Nieuwstadt等人在US 8,359,839 B2中示出了一种用于加快排放控制装置加热的示例性方法。其中进气可以经由涡轮增压器压缩机从发动机的进气系统泵送到发动机的排气系统，所述排气系统在微粒过滤器的上游和三元催化剂的下游的位置处。此外，在增加通过发动机的气流以满足驾驶员需求的同时火花正时被延迟，同时为排气(并因此为微粒过滤器)提供了附加热量。通过引入进气，可以增加微粒过滤器中烟粒的氧化速率以用于微粒过滤器再生。
然而，本文发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，解决了用于微粒过滤器再生的排放控制装置加热，但是没有解决冷起动期间的排放控制装置加热。尽管在三元催化剂的下游供应进气减少了微粒过滤器再生期间对三元催化剂化学反应的中断，但是在三元催化剂的上游供应进气以在冷起动期间产生用于加快三元催化剂加热的放热可能是理想的。此外，点火正时延迟可能会劣化发动机性能和效率并受到燃烧稳定性的限制。
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：响应于加热条件，使空气经由空气喷射系统从发动机的进气口流向一个或多个排放控制装置，同时经由电动马达操作涡轮增压器以维持流向所述发动机以产生发动机扭矩的所需气流。通过这种方式，一个或多个排放控制装置可以既接收进气以加速加热，同时又经由所述电动马达操作所述涡轮增压器以减少发动机性能劣化。
作为一个示例，所述一个或多个排放控制装置可以包括三元催化剂和联接在排气通道中的汽油微粒过滤器，所述三元催化剂联接在所述汽油微粒过滤器的上游，并且所述空气喷射系统可以在所述三元催化剂上游的第一位置处和所述汽油微粒过滤器上游(以及所述三元催化剂下游)的第二位置处将所述进气口联接到所述排气通道。所述空气喷射系统可以包括：第一流量控制阀，其被定位成允许或阻止从所述进气口流向所述空气喷射系统；第二流量控制阀，其被定位成在所述第一位置处允许或阻止从所述空气喷射系统流向所述排气通道；以及第三流量控制阀，其被定位成在所述第二位置处允许或阻止从所述空气喷射系统流向所述排气通道。因此，作为一个示例，使空气经由所述空气喷射系统从所述发动机的所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置可以包括打开所述第一流量控制阀以使得空气能够从所述进气口流向所述空气喷射系统，打开所述第二流量控制阀以使得空气能够从所述空气喷射系统流向所述三元催化剂的上游，以及打开所述第三流量控制阀以使得空气能够从所述空气喷射系统流向所述汽油微粒过滤器的上游。作为另一个示例，使空气经由所述空气喷射系统从所述发动机的所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置可以包括打开所述第一流量控制阀以使得空气能够从所述进气口流向所述空气喷射系统，以及打开所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的一者以使空气选择性地从所述空气喷射系统流向所述三元催化剂或所述汽油微粒过滤器的上游。另外，可以富集发动机燃料使得未燃烧的燃料在所述三元催化剂或所述汽油微粒过滤器的上游与所述空气喷射系统中的空气混合以产生放热。
此外，所述空气喷射系统可以包括位于所述第一流量控制阀的下游以及所述第二和第三流量控制阀的上游的空气蓄积器，所述空气蓄积器被配置为存储用于输送到所述排气通道的空气。更进一步地，操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流可以包括完全打开涡轮增压器废气门，同时经由所述电动马达使所述涡轮增压器旋转。通过这种方式，可以将新鲜进气提供给所述三元催化剂、所述汽油微粒过滤器或两者(取决于加热需求)，从而在冷起动期间和对于微粒过滤器再生实现高效加热。此外，通过经由打开的废气门绕过所述涡轮增压器的涡轮，更多热量可以被输送到所述三元催化剂和所述微粒过滤器，同时可以通过经由所述电动马达提供增压来维持发动机性能和效率。
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。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由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示出了涡轮增压发动机系统的示意图。
图2示出了图1的发动机系统的气缸的示例。
图3是用于经由二次空气喷射系统加热一个或多个排放控制装置的示例性方法的流程图。
图4示出了用于预热和再生的排放控制装置加热的预示示例性时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于加快联接在配置有电动辅助的涡轮增压发动机系统(诸如图1至图2的发动机系统)中的一个或多个排放控制装置的加热的系统和方法。发动机系统还包括用于将进气气流的一部分从发动机的进气口选择性地分流到一个或多个排放控制装置的二次空气喷射系统，所述二次空气喷射系统包括空气蓄积器和用于控制气流的多个阀。发动机控制器可以被配置为执行控制程序，诸如图3的示例性程序，以将一个或多个排放控制装置快速加热到所需工作温度，所述工作温度可以是用于控制排放的所需工作温度(例如，起燃温度)或再生所需的工作温度。图4示出了将电动辅助涡轮增压器操作与空气喷射系统阀致动相协调以实现排放控制装置加热的预示示例性时间表。
图1示意性地示出了示例性发动机系统100的各方面，所述发动机系统100包括联接在车辆105中的发动机10。在一些示例中，车辆105可以是具有可用于一个或多个车轮的多个扭矩源的混合动力车辆，如将在下面关于图2所描述的。在其他示例中，车辆105是仅具有一个发动机的常规车辆。在所描绘的示例中，发动机10是包括涡轮增压器15的增压发动机。涡轮增压器15包括由涡轮111驱动的第一压缩机115。具体地，新鲜空气沿着进气通道42引入并且经由空气滤清器50流向压缩机115。压缩机115被示为经由轴19机械地联接到涡轮111，并且涡轮111由膨胀的发动机排气驱动。在一个示例中，涡轮111可以是双涡旋涡轮。在另一个示例中，涡轮111可以是可变几何涡轮(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机转速和其他工况而主动地变化。
在所描绘的示例中，涡轮增压器15是电动辅助涡轮增压器(“e-turbo”)，其还包括用于向涡轮增压器输出提供电动辅助的电动马达122。在一个示例中，如所示，电动马达联接到轴19。然而，在其他示例中，电动马达可以联接到压缩机或涡轮。通过调整电动马达122的输出，可以增加或减少由压缩机输送的压缩空气的量，如下所述。电动马达122可以由车载能量存储装置(诸如系统电池45)供电。电动马达122可以另外地或可选地由交流发电机供电。被输送到电动马达122的电力的量可以改变，以便调整涡轮增压器15的输出。在一个示例中，可以增加被输送到电动马达122的电力的量，以增大压缩机115的转速。由于电动辅助，涡轮增压器15可以快速加速转动，从而提供快速动作或高频增压致动。
此外，电动马达122可以被配置为马达-发电机。因此，在指示电动辅助用于增压的条件期间，电动马达122可以向涡轮增压器轴19提供正扭矩以增加涡轮增压器15的转速，而在指示电动辅助用于制动的条件期间，电动马达122可以向涡轮增压器轴19提供负扭矩以减小涡轮增压器15的转速。此外，在提供负扭矩的同时，来自涡轮增压器15的动能可以通过电动马达122转换为电能，并且所产生的电能可以存储在系统电池45中。控制器12可以控制从电动马达122施加到涡轮增压器15的正扭矩和负扭矩的正时和量，以调整增压压力。
在选定条件期间，如以下详细说明的，通过调整压缩机再循环阀(CRV)62的开度，由涡轮增压器15压缩的空气可以通过压缩机旁通通道60从压缩机115的出口再循环到入口。CRV 62可以是连续可变气门，并且增加CRV 62的开度可以包括致动(或激励)气门的螺线管。例如，CRV 62的位置可以从全闭位置到全开位置连续可变。在一些示例中，CRV 62可以在增压发动机操作期间部分打开以提供喘振裕度。在本文中，部分打开位置可以是默认气门位置。然后，响应于喘振的指示，可以增加CRV 62的开度。例如，CRV 62可以从默认的部分打开位置朝向全开位置调整，其中打开程度基于喘振的指示(例如，压缩机压力比、压缩机流率、压缩机两端的压力差等)。在备选示例中，CRV 62可以在增压发动机操作(例如，峰值性能状态)期间保持关闭以减少增压响应时间并提高峰值性能。
压缩机115通过增压空气冷却器(CAC)18(也被称为中间冷却器)联接到节气门20。空气从压缩机115通过CAC 18和节气门20流向进气歧管22。例如，CAC 18可以是空气-空气热交换器或水-空气热交换器。可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器124来确定进气歧管压力(例如，进气歧管内的空气充气的压力)。
进气歧管22通过一系列进气门(在下文关于图2描述)联接到一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(下文关于图2描述)联接到排气歧管36。在所描绘的示例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他示例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段。具有多个排气歧管段的配置可以使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。
燃烧室30可以被供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇燃料共混物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门阀体喷射或者它们的任何组合来将燃料供应到燃烧室。在所描绘的示例中，燃料经由燃料喷射器66的直接喷射被提供到每个燃烧室30(尽管图1中仅示出了一个燃料喷射器，每个燃烧室都包括与其联接的燃料喷射器)。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(图1中未示出)输送到燃料喷射器66。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火来引发燃烧。
如图1所示，来自排气歧管36的排气被引导至涡轮111以驱动涡轮。当期望减少涡轮扭矩时，排气的一部分反而可以被引导通过废气门90，从而绕过涡轮。废气门致动器93(例如，废气门阀)可以被致动打开，以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮111的上游释放到涡轮111下游的位置。通过降低涡轮111上游的排气压力，可以降低涡轮转速。
在操作员踩加速器踏板事件期间，当响应于操作员扭矩需求的增加而从无增压的发动机操作进入有增压的发动机操作时，可能会出现涡轮迟滞。这是由于因涡轮增压器是较慢作用的压缩装置而导致的涡轮111加速转动延迟，并且当节气门20在踩加速器踏板下打开时瞬时减少通过压缩机115的流量。当发动机在增压操作时也会发生同样的情况，并且由于车辆操作员增加加速踏板施加，增压需求瞬态增加。为了减小这种涡轮迟滞，在那些选定条件期间，电动马达122可以被操作以增加瞬态增压响应。具体地，响应于踩加速器踏板，废气门致动器93可以关闭(例如，完全关闭)以增加通过涡轮111的排气流，并且可以通过从系统电池45中汲取能量以使电动马达122旋转并由此使轴19加速来瞬时提供增压。另外，CRV 62可以关闭(例如，完全关闭)，以便增加通过压缩机115的流量。当涡轮已充分加速转动并且涡轮增压器能够提供所请求的增压量时，可以禁用电动马达122(例如，通过停止从电池45向电动马达122供电)。可以经由控制器12精确地控制电动马达122的激活和停用以便提供所需增压压力，同时减少所需增压压力的过冲或下冲，最小化增压压力干扰，并最小化电动马达122的操作的持续时间，由此最小化电动辅助涡轮增压器15消耗的电力量。
在操作员松加速器踏板事件期间，当从有增压的发动机操作进入无增压(或增压降低)的发动机操作时，可能会出现压缩机喘振。这是由于当节气门20在松加速器踏板的情况下关闭时通过压缩机115的流量降低而造成的。通过压缩机的前向流量减少可能导致喘振，并且使涡轮增压器性能劣化。另外，喘振可能导致噪声、振动和粗糙性(NVH)问题，诸如来自发动机进气系统的非所需噪声。为了能够在车辆操作的默认模式期间响应于松加速器踏板而快速降低扭矩需求且不引起压缩机喘振，由压缩机115压缩的空气充气的至少一部分可以再循环到压缩机入口。这允许基本立即释放过量的增压压力。具体地，CRV 62可以被打开以将(温暖的)压缩空气从CAC 18上游的压缩机115的出口再循环到压缩机115的入口。在一些实施例中，压缩机再循环系统可以另外或可选地包括再循环通道，以用于将冷却的压缩空气从CAC 18的下游再循环到压缩机115的入口。另外，废气门致动器93可以移动到打开更多(例如，完全打开)位置，使得更多的排气流在绕过涡轮的同时行进到尾管，由此加快涡轮减速转动，并且电动马达122可以在再生模式中使用以向轴19提供负扭矩，从而进一步加快涡轮减速转动，同时回收能量。
来自涡轮111和废气门90的组合流量流过联接在排气通道35中的一个或多个排放控制装置。通常，一个或多个排放控制装置可以包括一个或多个排气后处理部件，所述一个或多个排气后处理部件被配置为减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一个排气后处理部件可以被配置为当排气流较稀时从排气流中捕集NOx，并且当排气流较富时减少所捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理部件可以被配置为使NOx不成比例或者借助于还原剂选择性地还原NOx。在所描绘的示例中，发动机系统100包括联接在第二排放控制装置180上游的第一排放控制装置170。具体地，第一排放控制装置170包括三元催化剂(在本文中也被称为“催化剂”)，所述三元催化剂被配置为氧化残留的碳氢化合物和一氧化碳，同时还原排气流中的NOx，并且第二排放控制装置180包括汽油微粒过滤器(GPF)，所述汽油微粒过滤器被配置为捕集和氧化微粒物质(例如，烟粒)。然而，具有任何这种功能性的不同的排气后处理部件可以单独或一起布置在载体涂层中或第一排放控制装置170和第二排放控制装置180中的一者或两者中的其他地方。作为一个示例，诸如当发动机10是柴油发动机时，第一排放控制装置170可以包括柴油氧化催化剂，而第二排放控制装置180可以包括柴油微粒过滤器(DPF)。来自第二排放控制装置180的经处理的全部或一部分排气可以经由排气通道35释放至大气中。
在第一排放控制装置170和/或第二排放控制装置180包括微粒过滤器(例如，GPF或DPF)的示例中，可执行再生过程以减少保留在微粒过滤器中的烟粒负荷。一旦烟粒累积达到预定水平(负荷)(例如经由微粒过滤器两端的压力降识别的)，就可以引发过滤器的再生。在一个示例中，可以基于上游压力传感器的输出相对于下游压力传感器的输出来确定微粒过滤器两端的压力降。在可选示例中，诸如通过控制器12参考存储在存储器中的查找表或算法，可以基于包括发动机转速和负荷的发动机工况对烟粒积累进行建模。此外，基于发动机工况，诸如具有燃料富集的发动机操作的时间段、冷起动、DFSO事件等，可以估计和跟踪累积的烟粒负荷。一旦累积的烟粒(或烟粒负荷)超过阈值，就可以引发下面参考图3进一步描述的再生程序。
发动机系统100被示为包括空气喷射系统70。空气喷射系统70可以被配置为用于向第一排放控制装置170和/或第二排放控制装置180提供空气的二次空气喷射系统。如将在本文中特别是关于图3进一步描述的，空气喷射系统70可以用于供应附加气流以用于排放控制装置加热。空气喷射系统70包括从CAC 18下游和节气门20上游的进气通道42分支的导管78。第一通道80将导管78在第一排放控制装置170的上游联接到排气通道35，而第二通道84将导管78在第二排放控制装置180上游和第一排放控制装置170的下游联接到排气通道35。在一些示例中，空气喷射系统70可以包括空气蓄积器76。空气蓄积器76可以被配置为用于提供空气喷射系统70中的按需压缩空气的存储箱。然而，在其他示例中，可以省略空气蓄积器76。与不包括空气蓄积器76相比，包括空气蓄积器76可以使得空气喷射系统70能够更快地向第一排放控制装置170和/或第二排放控制装置180供应空气。此外，空气蓄积器76可以可选地包括压力传感器，所述压力传感器被配置为将与空气蓄积器76中的空气压力相对应的信号传输到控制器12。
空气喷射系统70还包括多个阀。空气喷射系统流量控制阀72在空气蓄积器76的上游位于导管78中。例如，空气喷射系统流量控制阀72可以位于空气喷射系统70的入口处以阻止或允许空气从进气通道42流向导管78。此外，可以调整空气喷射系统流量控制阀72以控制通过导管78的空气流率。作为一个示例，空气喷射系统流量控制阀72可以是电子致动的连续可变气门。响应于在一个或多个排放控制装置处需要二次空气喷射，控制器12可以将空气喷射系统流量控制阀72从全闭位置致动到全开位置或之间的多个位置。止回阀74与空气喷射系统流量控制阀72在导管78中串联定位于空气喷射系统流量控制阀72的下游。止回阀74可以是单向阀，所述单向阀允许气体(例如，空气)从进气通道42通过(至少部分地)打开的空气喷射系统流量控制阀72流入导管78，并流向空气蓄积器76，并且防止空气从空气蓄积器76流入进气通道42。例如，止回阀74可以自动打开(例如，无需控制器或操作员的输入或调整)以使空气流向空气蓄积器76并流向第一通道80和第二通道84(例如，沿空气喷射系统70中所示的箭头方向)并自动关闭以防止气体(例如，空气、排气或它们的混合物)从空气喷射系统70流向进气通道42。
空气喷射系统70还包括位于第一通道80中的第一流量控制阀82和位于第二通道84中的第二流量控制阀86。第一流量控制阀82(在本文中也被称为催化剂流量控制阀)可以被定位成在第一排放控制装置170上游的位置处阻止或允许通过第一通道80流向排气通道35，而第二流量控制阀86(在本文中也被称为GPF流量控制阀)可以被定位成在第一排放控制装置170下游和第二排放控制装置180上游的位置处阻止或允许通过第二通道84流向排气通道35。即，可以调整第一流量控制阀82以控制通过空气喷射系统70的第一出口(例如，第一通道80联接到排气通道35的位置)的流量，并且可以调整第二流量控制阀86以控制通过空气喷射系统70的第二出口(例如，第二通道84联接到排气通道35的位置)的流量。因此，第一流量控制阀82和第二流量控制阀86各自与空气喷射系统流量控制阀72串联联接，并且彼此并联联接。如本文中所使用的，“串联联接”是指单个流动路径中的部件，而“并联联接”是指从公共流动路径分支的不同的、分离的流动路径中的部件。第一流量控制阀82和第二流量控制阀86各自可以是电子致动的连续可变气门，所述连续可变气门可以响应于来自控制器12的控制信号而致动到全开位置与全闭位置之间的多个位置，包括全开位置和全闭位置。例如，控制器可以打开空气喷射系统流量控制阀72(例如，增加空气喷射系统流量控制阀72的打开量)以使得气流能够通过空气喷射系统70，并且将第一流量控制阀82和第二流量控制阀86定位到分别与向第一排放控制装置170和第二排放控制装置180输送的所需空气量相对应的位置，如下文关于图3进一步描述的。
在发动机系统100包括一个或多个附加排放控制装置的示例中，空气喷射系统70可以包括附加通道和流量控制阀以选择性地向一个或多个附加排放控制装置提供附加气流。例如，在发动机系统100包括联接在第二排放控制装置180下游的第三排放控制装置的示例中，空气喷射系统70可以包括在第二排放控制装置180下游和第三排放控制装置上游的位置处将导管78联接到排气通道35的第三通道，其中第三流量控制阀位于第三通道中。类似地，在发动机系统100仅包括一个排放控制装置(例如，仅第一排放控制装置170)的示例中，可以省略第二通道84和第二流量控制阀86。更进一步地，在存在一个以上的气缸组并且每个气缸组包括其自己的排气通道和一个或多个排放控制装置的示例中，每个气缸组可以包括其自己的一组通道和阀，使得可以单独地控制流向每个气缸组的气流。
一个或多个传感器可以联接在整个车辆105中的各个位置中。例如，温度传感器55可以联接到压缩机115的入口以估计压缩机入口温度。作为另一个示例，压力传感器56可以联接到压缩机115的入口以估计进入压缩机的空气的压力。其他传感器可以包括例如空燃比传感器、湿度传感器等。传感器可以估计在压缩机入口处从进气通道接收的进气以及从CAC 18的上游再循环的空气充气的状况。一个或多个传感器也可以在空气滤清器50的上游联接到进气通道42，诸如压力传感器58。例如，在空气滤清器50上游测量的压力可以等于气压表(例如，大气)压力。另外，节气门入口压力(TIP)传感器59可以联接在CAC 18的下游和节气门20的上游以估计输送到发动机的增压压力。
控制器12可以被包括在控制系统14中。控制器12被示为从多个传感器16(其各种示例在本文描述)接收信息并将控制信号发送到多个致动器81(其各种示例在本文描述)。作为一个示例，除了上述传感器之外，传感器16还可以包括位于涡轮111上游的排气传感器126、联接在第一排放控制装置170上游和涡轮111下游的第一排气温度传感器128、联接在第一排放控制装置170上游和涡轮111下游的排气压力传感器129、联接在第一排放控制装置170与第二排放控制装置180之间的第二排气温度传感器130，以及质量空气流量(MAF)传感器57。其他传感器(诸如附加的压力、温度、空燃比和成分传感器)可以联接到发动机系统100中的各个位置，下面将关于图2描述所述传感器的示例。致动器81可以包括例如节气门20、CRV 62、电动马达122、废气门致动器93、燃料喷射器66、空气喷射系统流量控制阀72、第一流量控制阀82和第二流量控制阀86。控制器12可以从各种传感器接收输入数据、处理输入数据，并且采用各种致动器来基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机系统操作。控制器可以基于与一个或多个程序(诸如本文中关于图3描述的示例性控制程序)相对应的指令或在其中编程的代码来响应于经处理的输入数据而采用致动器。作为一个示例，响应于由第一排气温度传感器128和第二排气温度传感器130测量的指示排放控制装置加热条件的温度，控制器可以致动空气喷射系统70的各种流量控制阀，调整电动辅助涡轮增压器15的操作，并调整节气门20以向第一排放控制装置170和/或第二排放控制装置180提供附加的空气和热量，同时保持所需增压压力。
现在参考图2，示出了内燃发动机10的单个气缸的局部视图。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。发动机10被描绘为具有燃烧室(气缸)30，所述燃烧室(气缸)30可以表示图1中所示的任何气缸。燃烧室30包括冷却套筒114和气缸壁132，活塞136位于气缸壁132中并连接到曲轴140。燃烧室30被示为分别经由进气门150和排气门152与进气歧管22和排气歧管36连通。在所描绘的示例中，仅示出了一个进气门150和排气门152。然而，在其他示例中，可以包括一个以上的进气门和/或排气门，诸如两个进气门和两个排气门。
进气门150和排气门152位于燃烧室30的上部区域处。进气门150和排气门152可以通过控制器12使用包括一个或多个凸轮的相应凸轮致动系统来控制。凸轮致动系统可以利用凸轮廓线切换(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来改变气门操作。在所描绘的示例中，每个进气门(包括进气门150)由进气凸轮151控制，并且每个排气门(包括排气门152)由排气凸轮153控制。分别根据设定的进气门正时和排气门正时，进气凸轮151可以经由进气门正时致动器101致动，并且排气凸轮153可以经由排气门正时致动器103致动。在一些示例中，进气门和排气门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停用。例如，控制器可以向排气门正时致动器103发送信号以使排气门152停用，使得所述排气门保持关闭并且在其设定的正时不打开。进气凸轮轴151和排气凸轮轴153的位置可以分别由凸轮轴位置传感器155和157来确定。
在一些示例中，进气门150和/或排气门152可以通过电动气门致动而不是凸轮致动来控制。例如，气缸30可以可选地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由凸轮致动(包括CPS和/或VCT系统)控制的排气门。在再一些其他示例中，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来控制。
气缸30可以具有压缩比，所述压缩比是当活塞136处于下止点与处于上止点时的体积比。常规上，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汽化潜焓的燃料时，可能发生这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响，则压缩比也可以增加。
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。在选择操作模式下，点火系统88可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。然而，在一些示例中，诸如在发动机10通过自动点火或通过喷射燃料来发起燃烧的情况下(诸如在发动机10是柴油发动机时)，可以省略火花塞92。
作为非限制性示例，气缸30被示为包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示为直接联接到燃烧室30，以用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地直接在所述燃烧室中喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器66向气缸30中提供所谓的燃料直接喷射(在下文中也称为“DI”)。尽管图2将喷射器66示为侧喷射器，但是喷射器也可以位于活塞顶部，诸如靠近火花塞92的位置。由于一些醇基燃料的挥发性较低，所以当使用醇基燃料操作发动机时，此类位置可以增加混合和燃烧。可选地，喷射器可以位于顶部并靠近进气门以改进混合。在另一个示例中，喷射器66可以是向气缸30上游的进气道中提供燃料的进气道喷射器。
燃料可以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182输送到燃料喷射器66。可选地，燃料可以由单级燃料泵在较低压力下输送。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182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。在一些示例中，燃料系统182可以联接到燃料蒸气回收系统，所述燃料蒸气回收系统包括用于存储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可以至少部分地通过控制器12和通过来自车辆操作员113的输入经由加速踏板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来控制。加速踏板位置传感器118可以将与加速踏板116的位置相对应的踏板位置信号(PP)发送到控制器12，而制动踏板位置传感器119可以将与制动踏板117的位置相对应的制动踏板位置(BPP)信号发送到控制器12。控制器12在图2中被示为微计算机，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在该特定示例中示出为只读存储器(ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110、以及数据总线。存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据来编程，所述计算机可读数据表示可由微处理器102执行以执行下述方法和程序以及预期但未具体列出的其他变型的指令。控制器12可以接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那些信号之外，还包括来自质量空气流量传感器57的感应质量空气流量(MAF)的测量值；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)的表面点火感测信号(PIP)；来自联接到节气门20的节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自MAP传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以通过控制器12从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管22中的真空或压力(例如，增压)的指示。
在一些示例中，车辆可以是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，车辆是仅具有一个发动机的常规车辆。在图2中所示的示例中，车辆包括发动机10和电机161。电机161可以是马达或马达/发电机，并且因此在本文也可以被称为电动马达。电机161从系统电池45接收电力以向车轮160提供扭矩。例如在制动操作期间，电机161还可以充当发电机以提供电力来给系统电池45充电。
当一个或多个离合器166接合时，发动机10的曲轴140和电机161经由变速器167连接到车轮160。在所描绘的示例中，第一离合器166设置在曲轴140与电机161之间，而第二离合器166设置在电机161与变速器167之间。控制器12可以向每个离合器166的致动器发送信号以使离合器接合或脱离，以便将曲轴140与电机161以及与之连接的部件连接或断开，和/或将电机161与变速器167以及与其连接的部件连接或断开。变速器167可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。可以通过各种方式配置动力传动系统，包括配置为并联、串联或串联-并联混合动力车辆。
如上所述，图2仅示出了多缸发动机的一个气缸。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、一个或多个燃料喷射器、火花塞等。应当明白，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。另外，这些气缸中的每一者可以包括参考气缸30通过图2描述和描绘的各种部件中的一些或全部。
如上所述，减少排放控制装置达到其起燃温度之前所需的时间量是减少车辆总体排放的主要挑战。此外，由于所需的高温和一些排放控制装置(诸如微粒过滤器)的较慢加热位置，可能会限制再生排放控制装置的机会。因此，图3提供了用于经由二次空气喷射系统(例如，图1中所示的空气喷射系统70)来加速排放控制装置加热的示例性方法300。例如，空气喷射系统可以被操作以在排放控制装置的上游向发动机的排气通道提供附加气流。具体地，将关于两个排放控制装置来描述方法300，所述两个排放控制装置是催化剂(例如，图1的第一排放控制装置170)和联接在催化剂下游的GPF(例如，图1的第二排放控制装置180)。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，方法300可以用于加热其他排放控制装置或其他数量的排放控制装置(例如，多于或少于两个)。
将针对包括电动辅助涡轮增压器(例如，图1中所示的涡轮增压器15)的增压发动机系统来描述方法300，所述电动辅助涡轮增压器可以被操作以增加通过空气喷射系统的气流，同时维持流向发动机的所需气流。另外，将针对包括空气蓄积器(例如，图1的空气蓄积器76)的空气喷射系统来描述方法300。然而，可以针对不包括电动辅助涡轮增压器和/或空气蓄积器的发动机系统修改方法300，如下文将详细说明的。用于实施方法300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来调整发动机操作。
在302处，方法300包括估计和/或测量工况。工况可以包括例如发动机转速、发动机负荷、歧管空气压力(MAP，诸如由图1和图2的MAP传感器124测量)、进气歧管温度、质量空气流量(MAF，诸如由图1和图2的MAF传感器57测量)、节气门入口压力(例如，由图1的压力传感器59测量)、发动机温度(例如，基于来自图2的温度传感器112的信号ECT)、催化剂的温度(例如，基于来自图1的第一排气温度传感器128的排气温度测量值)、GPF的温度(例如，基于来自图1的第二排气温度传感器130的排气温度测量值)、GPF的烟粒负荷、空气蓄积器的空气压力、驾驶员扭矩需求(例如，基于来自图2的踏板位置传感器118的信号PP)、所需增压压力(例如，用于实现驾驶员扭矩需求)、可用增压压力、流向发动机的气流、环境状况(例如，环境温度、压力和湿度)等。流向发动机的气流可以基于多个发动机操作参数来确定，所述多个发动机操作参数诸如发动机转速、MAP、歧管温度、发动机排量和发动机容积效率。例如，控制器可以将多个发动机操作参数输入方程中并将气流输出到发动机。此外，可以将气流除以发动机气缸的数量以确定气缸空气量。
在304处，方法300包括确定是否存在排放控制装置加热条件。作为一个示例，响应于冷起动条件而存在排放控制装置加热条件。因此，排放控制装置加热条件可以与冷起动条件一致。作为一个示例，当发动机温度低于第一阈值温度时，可以确认冷起动条件。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。作为另一个实例，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，可以确认冷起动条件。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条件，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。
作为另一个示例，当催化剂和GPF中的一者或两者低于它们相应的所需工作温度时，可以确认排放控制装置加热条件。作为一个示例，所需的工作温度可以是催化剂和GPF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。类似地，GPF的起燃温度可以是存储在控制器的存储器中的预定的第三阈值温度，在等于或高于所述第三阈值温度时，有效地减少烟粒排放。例如，在冷起动条件期间，催化剂和/或GPF可能低于它们相应的起燃温度。
在另一示例中，所需的工作温度可以是催化剂和GPF的再生温度阈值，并且排放控制装置加热条件还可以响应于再生条件。如上文关于图1所描述的，可以响应于GPF的烟粒负荷大于阈值烟粒负荷来确认GPF再生条件，并因此确认排放控制装置加热条件。阈值烟粒负荷可以是存储在控制器的存储器中的预定的非零烟粒负荷，例如，在所述非零烟粒负荷下，GPF接近容量和/或装载过滤器所产生的排气背压可能会对发动机性能产生不利影响。因此，排放控制装置加热条件可以与再生条件一致。催化剂的再生温度阈值可以是存储在控制器的存储器中的预定的非零第四阈值温度，所述第四阈值温度高于第二阈值温度，在等于或高于所述第四阈值温度时发生催化剂再生。例如，排气中的硫可能降低催化剂的催化活性，而将催化剂加热到其再生温度阈值以上可以使催化剂脱硫以恢复较高催化活性。类似地，GPF的再生温度阈值可以是存储在控制器的存储器中的预定的非零第五阈值温度，所述第五阈值温度高于第三阈值温度，在等于或高于所述第五阈值温度时，GPF中燃烧碳烟微粒比沉积新碳烟微粒的速度更快。作为一个非限制性示例，催化剂和GPF中的每一者的再生温度阈值可以是600℃。
如果不存在排放控制装置加热条件，则方法300前进至306并且包括不经由空气喷射系统向排气通道提供空气。例如，空气喷射系统流量控制阀(例如，图1的空气喷射系统流量控制阀72)、催化剂流量控制阀(例如，图1的第一流量控制阀82)和GPF流量控制阀(例如，图1的第二流量控制阀86)将全部保持关闭(例如，处于全闭位置)。空气喷射系统流量控制阀例如可以用作主阀，以使得例如气流能够从发动机的进气通道进入空气喷射系统，而催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀可以被定位成控制从空气喷射系统分别到催化剂和GPF的流量。在空气喷射系统流量控制阀完全关闭的情况下，空气不会从进气通道进入空气喷射系统。在催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀完全关闭的情况下，空气不会离开空气喷射系统而进入排气通道。方法300可以从306前进至332，以操作电动辅助涡轮增压器以提供所需增压压力，如下所述。
如果相反地在304处存在排放控制装置加热条件，则方法300前进至308，并且包括打开空气喷射系统流量控制阀，同时调整节气门位置以维持流向发动机的所需气流。例如，在没有补偿的情况下，打开空气喷射系统流量控制阀会减少流向发动机的用于燃烧的气流，并且可能无法满足驾驶员扭矩需求。因此，可以将在空气喷射系统的入口下游位于进气通道中的节气门调整到进一步打开位置，以在空气喷射系统流量控制阀打开时维持流向发动机的所需气流。作为一个示例，与经由反馈回路流向发动机的所需气流相比可以基于流向发动机的(当前)气流(诸如通过响应于流向发动机的气流小于流向发动机的所需气流而将节气门调整到进一步打开位置并且响应于流向发动机的气流大于流向发动机的所需气流而将节气门调整到进一步关闭位置)来调整节气门位置。例如，当越来越多量的空气被引导到空气喷射系统时，节气门的位置可以进一步打开以便维持流向发动机的气流。
此外，作为一个示例，控制器可以将空气喷射系统流量控制阀致动到全开位置以使进入空气喷射系统的气流最大化。在其他示例中，控制器可以将空气喷射系统流量控制阀致动到基于空气喷射系统中的所需流率和/或空气压力来选择的打开位置。例如，当所需流率和/或压力增加时，空气喷射系统流量控制阀可以进一步打开，而当所需流率和/或压力降低时，空气喷射系统的流量控制阀可以打开到较小程度。在一些示例中，当选择打开位置时，控制器可以进一步考虑发动机系统的当前压力和流动特性。作为一个示例，控制器可以将MAF、节气门入口压力、排气压力和空气喷射系统中的所需流率和/或空气压力输入到一个或多个查找表、映射图或算法中，所述查找表、映射图或算法可以输出空气喷射系统流量控制阀的对应位置以产生所需流率和/或压力。作为另一个示例，控制器可以基于作为节气门入口压力的函数的逻辑规则来做出逻辑确定(例如，关于空气喷射系统流量控制阀的位置)。控制器然后可以生成控制信号，所述控制信号被发送到空气喷射系统流量控制阀以将空气喷射系统流量控制阀调整到所需位置。
在310处，方法300包括操作电动辅助涡轮增压器以增加被供应给催化剂和GPF的气流和热量。如上文关于图1所描述的，电动辅助涡轮增压器可以包括联接在发动机进气口中的压缩机(例如，压缩机115)，所述压缩机由在催化剂和GPF的上游联接在排气通道中的涡轮(例如，涡轮111)来驱动。电动涡轮增压器还可以包括电动马达(例如，电动马达122)，所述电动马达可以被操作以提供用于驱动压缩机的附加扭矩。因此，作为一个示例，所述方法可以包括打开(例如，完全打开)涡轮的废气门致动器并且操作电动马达以提供所需增压压力。打开废气门致动器使得排气流过废气门而不是涡轮，从而通过减少涡轮损失的热量来增加涡轮下游的排气中的热量，并且致动电动马达通过施加正马达扭矩以使压缩机旋转来补偿减少通过涡轮的排气流。在一个示例中，施加正马达扭矩包括诸如经由查找表、映射图或算法来估计将提供所需增压压力的压缩机转速，然后估计将提供估计的压缩机转速的电动马达的马达转速(或电动辅助程度)。控制器然后可以调整被命令给电动马达的占空比以使马达以估计的马达转速操作。通过这种方式，可以增加被供应给催化剂和GPF的排气能量的大小而不提高发动机转速并且不会损失发动机性能。此外，特别是当存在冷起动条件时，控制器可以在操作电动辅助涡轮增压器之前等待校准时间量(例如，大约3秒)或一直等待直到在电动辅助涡轮增压器中达到校准油压(例如，大约30psi)以便减少轴承劣化。
作为另一个示例，所述方法可以另外或可选地包括操作电动辅助涡轮增压器以将增压压力增加到高于所需增压压力以提高空气喷射系统流量控制阀的入口压力并驱动更多气流通过空气喷射系统。作为一个示例，可以将增压压力增加高于所需增压压力达预定量(例如，比所需增压压力高5psi)，使得对于所有增压压力值，增压压力增加都是相同的。作为另一个示例，可以将增压压力增加所需增压压力的某个百分比(例如，所需增压压力的5％)，使得增压压力增加基于增压压力值而改变。作为又一个示例，可以将增压压力增加到单个预定增压压力值，而不管所需增压压力如何。电动马达可以被操作以(诸如通过(例如，经由查找表、映射图或算法)估计将提供增加的增压压力的压缩机转速，然后(例如，经由查找表、映射图或算法)估计将提供估计的压缩机转速的马达转速)增加压缩机转速以提供更高增压压力，如上所述。另外，可以进一步调整节气门以补偿由电动辅助涡轮增压器提供的增加的增压压力。例如，当增压压力增加到高于所需增压压力时，节气门可以进一步关闭以便维持流向发动机以进行燃烧的所需气流。然而，在发动机系统不包括电动辅助涡轮增压器的示例中，可以省略310，并且方法300代而可以直接从308继续到312。
在312处，方法300包括基于空气喷射系统流量控制阀位置和节气门入口压力(TIP)来估计进入空气喷射系统的总气流。作为一个示例，控制器可以将空气喷射系统流量控制阀位置和节气门入口压力输入到查找表、算法或函数中，所述查找表、算法或函数可以将估计总气流输出到空气喷射系统中。作为另一个示例，控制器可以基于空气蓄积器中的压力传感器的输出来估计进入空气喷射系统的总气流。例如，控制器可以基于作为压缩机传感器的输出的函数的逻辑规则来做出逻辑确定(例如，关于进入空气喷射系统的总气流的位置)。
在314处，方法300包括确定空气蓄积器的空气压力是否大于阈值压力。阈值压力可以是预定的非零压力，所述非零压力确保有足够的空气可输送到催化剂和/或GPF。作为一个非限制性示例，阈值压力可以大约为30psi。如果空气蓄积器的空气压力不大于阈值压力，则方法300前进至316，并且包括保持催化剂流量控制阀并且维持GPF流量控制阀关闭。因此，当空气蓄积器被重新填充时，可能不会经由空气喷射系统将空气提供给催化剂和GPF。作为一个示例，当空气蓄积器的空气压力不大于阈值压力时，排气压力可以高于空气喷射系统中的压力，从而在催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀打开时导致排气流入空气喷射系统中。
如果空气蓄积器的空气压力大于阈值压力，则方法300前进至318，并且包括打开催化剂流量控制阀和/或GPF流量控制阀。作为一个示例，当排放控制装置加热条件包括冷起动条件时，催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀都可以打开以向催化剂和GPF中的每一者提供附加气流。作为另一个示例，由于通过催化剂的气流可以向GPF的下游流动，因此仅催化剂流量控制阀可以打开，而GPF流量控制阀可以维持关闭。作为又一个示例，当催化剂和GPF中的一者处于或高于其对应的所需工作温度时，可以将对应的流量控制阀维持关闭(例如，完全关闭)。例如，当排放控制装置加热条件包括GPF再生条件并且催化剂高于其起燃温度时，仅GPF流量控制阀可以打开，从而通过维持催化剂流量控制阀关闭来防止过量氧气经由空气喷射系统输送到催化剂。通过这种方式，可以维持催化剂的所需氧负荷，并且可以减少氧泄放的发生。
此外，在空气喷射系统不包括空气蓄积器的示例中，方法300可以从312直接前进至318。作为一个示例，催化剂流量控制阀和/或GPF流量控制阀可以在打开空气喷射系统流量控制阀后经过阈值持续时间后打开。作为一个示例，阈值持续时间可以是非零持续时间，所述非零持续时间使得在打开催化剂流量控制阀和/或GPF流量控制阀之前能够在空气喷射系统中累积所需压力量。例如，控制器可以将空气喷射系统流量控制阀位置和节气门入口压力输入到查找表或算法中，所述查找表或算法可以输出阈值持续时间。
所述方法在318处包括基于通过空气喷射系统的总气流和催化剂的温度来调整催化剂流量控制阀的位置，如在320处所指示，并且包括基于通过空气喷射系统的总气流和GPF的温度来调整GPF流量控制阀的位置，如在322处所指示。因此，催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀可以使用不同的反馈信号(例如，分别为催化剂的温度和GPF的温度)独立地进行调整(包括维持关闭或调整关闭)。作为一个示例，随着催化剂温度与催化剂的所需工作温度之间的差异增大(例如，催化剂温度进一步低于催化剂的所需工作温度)，可以将催化剂流量控制阀调整为进一步打开位置，并且随着催化剂温度与催化剂的所需工作温度之间的差异降低，可以将催化剂流量控制阀调整为更少打开位置。类似地，随着GPF温度与GPF的所需工作温度之间的差异增大(例如，GPF温度进一步低于GPF的所需工作温度)，可以将GPF流量控制阀调整为进一步打开位置，并且随着GPF温度与GPF的所需工作温度之间的差异降低，可以将GPF流量控制阀调整为更少打开位置。
在经由空气喷射系统向催化剂和GPF中的每一者提供气流的一些示例中，催化剂和GPF中的一者可以在另一者之前达到其对应的所需工作温度。作为一个示例，催化剂可以达到其起燃温度，而GPF保持在其起燃温度以下，反之亦然。在这样的示例中，与处于或高于其所需工作温度的排放控制装置相对应的流量控制阀可以关闭，而与处于或低于其所需工作温度的排放控制装置相对应的流量控制阀可以保持打开。因此，至少在一个示例中，在320处基于通过空气喷射系统的总气流和催化剂的温度来调整催化剂流量控制阀的位置可以包括响应于催化剂达到其所需工作温度而完全关闭催化剂流量控制阀，而在322处基于通过空气喷射系统的总气流和GPF的温度来调整GPF流量控制阀的位置可以包括响应于GPF达到其所需工作温度而完全关闭GPF流量控制阀。然而，在其他示例中，诸如当存在GPF再生条件时，响应于GPF达到其所需工作温度，GPF流量控制阀可以维持至少部分打开，使得可以提供附加气流用于烟粒氧化。作为一个示例，GPF流量控制阀可以在被选择以实现所需气流到达GPF以供GPF再生的位置处维持打开。
在324处，方法300包括调整发动机燃料以实现排放控制装置加热条件所需的空燃比(AFR)。例如，发动机可以是至少部分以汽油为燃料的火花点火发动机，所述火花点火发动机名义上可以等于或接近化学计量比的AFR(例如，此时空气燃料混合物产生完全燃烧反应)来操作。在冷起动期间，发动机可以富AFR操作，在此期间，提供的燃料比产生完全燃烧反应的燃料更多。然而，由于由空气喷射系统提供的附加气流，因此AFR可以比冷起动富集更富集，以在催化剂上维持所需AFR，因此维持所需氧负荷。作为一个示例，当排放控制装置加热条件包括冷起动条件时，控制器可以进一步使发动机燃料富集大约5％(例如，所需AFR可以比传统的冷起动富集更富集5％)。因此，发动机可以产生具有富AFR的排气，但是来自发动机的富排气的混合物可以被来自空气喷射系统的进气稀释以产生化学计量混合物。包含未燃烧燃料的富排气与催化剂和/或GPF上游的二次喷射系统的(稀)进气混合以在催化剂和/或GPF上游产生放热。例如，当进气气流经由空气喷射系统提供给催化剂和GPF两者时，来自发动机的富排气被来自催化剂上游的空气喷射系统的气流所稀释以在催化剂上产生放热，由此提高催化剂的温度，并且再次在GPF的上游(和催化剂的下游)稀释以在GPF的表面产生另一次放热，由此提高GPF的温度。
作为另一个示例，当排放控制装置加热条件包括再生条件时，所需AFR可以是富AFR。例如，控制器可以将所需AFR设定为大约5％富集。因此，控制器可以将AFR设定点更新为特定排放控制装置加热条件所需的AFR。此外，如果在GPF再生期间的富集燃料冷却了催化剂，则控制器可以延迟火花正时以增加排气中的热量和/或经由空气喷射系统提供一些进气，以维持催化剂的温度高于其起燃温度。作为一个示例，在GPF再生期间提供给催化剂的进气的量(或流率)可以小于在催化剂加热期间(例如，为了冷起动或催化剂再生)提供的进气量(或流率)，其中催化剂流量控制阀打开至较小程度。
作为一个示例，调整发动机燃料以实现所需AFR可以包括基于气缸空气量(如以上在302处确定)和所需AFR来确定燃料喷射量，并以与燃料喷射量相对应的脉冲宽度向发动机的燃料喷射器发送信号。例如，控制器可以通过将气缸空气量除以所需AFR来计算燃料喷射量。此外，控制器可以使用来自排气传感器(例如，图1中所示的排气传感器126)的反馈来进一步调整发动机燃料以实现所需AFR。
在326处，方法300包括确定是否仍然存在排放控制装置加热条件。作为一个示例，当催化剂和GPF中的一者或两者保持低于其所需工作温度时，仍然存在排放控制装置加热条件。作为另一个示例，另外或可选地，当仍然存在再生条件时，诸如当GPF的烟粒负荷保持高于指示再生的GPF的第二较低阈值烟粒负荷时，排放控制装置加热条件仍然存在。如果仍然存在排放控制装置加热条件，则方法300前进至328并且包括继续经由空气喷射系统向催化剂和/或GPF提供附加气流。例如，可以继续基于催化剂的温度来调整催化剂流量控制阀，并且可以继续基于GPF的温度来调整GPF流量控制阀。至少在一些示例中，对于特定的排放控制装置加热条件(例如，冷起动或再生)，发动机可以继续以调整后的燃料操作，并且电动辅助涡轮增压器的电动马达可以继续补偿打开的废气门并提供附加增压。方法300可以返回到326以继续评估是否仍然存在排放控制装置加热条件。
如果排放控制装置加热条件不再存在，则方法300前进至330，并且包括完全关闭空气喷射系统流量控制阀、催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀。例如，控制器可以将控制信号发送到空气喷射系统流量控制阀、催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀中的每一者以将对应的阀命令到全闭位置。可选地，如果催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀中的一者已经完全关闭，则其可以保持完全关闭。通过这种方式，将不会经由空气喷射系统向催化剂和/或GPF提供附加气流。此外，可以同时调整节气门位置以维持流向发动机的所需气流。作为一个示例，随着空气喷射系统流量控制阀关闭，可以将节气门调整至进一步关闭位置，这是因为气流不再从进气通道分流至空气喷射系统。
在332处，方法300包括操作电动辅助涡轮增压器以提供所需增压压力。作为一个示例，废气门阀可以被调整到使得涡轮能够以估计转速旋转压缩机以提供所需增压压力的位置，并且电动马达可以被禁用。作为另一个示例，如上文关于图1所描述的，如果通过涡轮的排气流量不足以按估计转速旋转压缩机(例如，即使废气门阀完全关闭)，则可以操作电动马达以提供电动辅助。
在334处，方法300包括调整发动机燃料以实现非加热条件所需的AFR。例如，如上所述，所需AFR可以等于或接近化学计量。在例如退出加热条件时，控制器可以将AFR设定点更新为非加热条件所需的AFR。控制器然后可以基于气缸空气量(如以上在302处确定)和更新后AFR设定点来确定调整后的燃料喷射量，并以与燃料喷射量相对应的脉冲宽度向发动机的燃料喷射器发送信号。在334之后，方法300结束。
通过这种方式，二次空气喷射系统可以与发动机致动器(例如，节气门、电动涡轮增压器和发动机燃料)相协调以向催化剂和GPF提供附加气流，以在冷起动和再生条件两者期间加快加热速度而不使发动机性能劣化。此外，空气喷射系统的每个阀可以独立地操作以提供定向加热并达到所需工作温度。在其他示例中，控制器可以在不存在排放控制装置条件时预先填充空气蓄积器，使得空气蓄积器准备向排气通道提供附加气流。例如，控制器可以诸如通过省略包括排放控制装置加热的部分(例如，304、318至328和334)来适时地执行方法300的各部分以使空气流向空气蓄积器而不使空气流向催化剂和GPF。
如在本文中通过示例示出的，响应于确定排放控制装置加热条件而操作并执行动作的方法可以包括：在该条件下操作(例如，在发动机正燃烧并且排放控制装置的温度低于所需温度的情况下操作)，确定该条件是否存在(诸如基于传感器输出，例如，基于排放控制装置的温度低于所需温度来确定存在排放控制装置加热条件)，以及响应于此而执行动作；以及在该条件不存在的情况下操作，确定该条件不存在，并且响应于此而执行不同动作。例如，响应于确定存在排放控制装置加热条件，所述方法可以包括通过以第一模式(例如，排放控制装置加热模式)操作以将进气提供给发动机和排放控制装置；以及响应于确定不存在排放控制装置加热条件(例如，存在非加热条件)，所述方法可以包括仅通过以第二模式(例如，非排放控制装置加热模式)操作以将进气仅提供给发动机。此外，存储在存储器中的指令可以包括：根据联接在排放控制装置上游的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来确定存在排放控制装置加热条件，并且作为响应，通过用于将信号发送到二次空气喷射系统中的多个流量控制阀、节气门、涡轮增压器的电动马达和涡轮增压器的废气门阀的指令来将进气提供给发动机和排放控制装置。存储在存储器中的指令还可以包括：根据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来确定不存在排放控制装置加热条件，并且作为响应，通过用于将不同的信号集合发送到节气门、涡轮增压器的电动马达和涡轮增压器的废气门阀的指令来将进气仅提供给发动机。在一些示例中，所述方法可以包括基于确定是否存在加热条件并确定是否存在非加热条件来确定是否执行将进气提供给发动机和将进气提供给排放控制装置中的每一者中的一者或多者。
接下来，图4示出了用于在冷起动条件和GPF再生条件两者期间调整发动机系统的操作的示例性时间线400，所述发动机系统包括用于加速催化剂和在排气通道中位于催化剂下游的GPF的加热的二次空气喷射系统(例如，图1的空气喷射系统70)。例如，控制器(例如，图1和图2的控制器12)可以根据图3的方法执行调整。发动机转速示出在曲线402中，节气门位置(TP)示出在曲线404中，催化剂的温度(Tcat)示出在曲线406中，GPF的温度(TGPF)示出在曲线408中，GPF烟粒负荷(例如，GPF的微粒物质负荷)示出在曲线410中，AFR设定点示出在曲线412中，空气喷射系统流量控制阀位置示出在曲线414中，催化剂流量控制阀位置示出在曲线416中，GPF流量控制阀位置示出在曲线418中，废气门(WG)阀位置示出在曲线420中，并且电动辅助涡轮增压器(e-turbo)电动马达的激活状态示出在曲线422中。
对于以上所有曲线，水平轴表示时间，其中时间沿着水平轴从左向右增加。竖直轴表示每个标记的参数。对于曲线402、406、408和410，标记参数沿着竖直轴从上向下增加。对于曲线404，竖直轴示出从完全关闭(“关闭”)到完全打开(“打开”)的节气门位置，如所标记的。对于曲线412，竖直轴表示相对于化学计量比的AFR设定点，被示为虚线434，其中稀AFR对应于大于化学计量比的AFR(例如，在虚线434的竖直上方)，而富AFR对应于小于化学计量比的AFR(例如，在虚线434的竖直下方)。对于曲线414、416、418和420，竖直轴示出从完全关闭(“关闭”)到完全打开(“打开”)的对应阀的位置，如所标记的。对于曲线422，竖直轴将电动辅助涡轮增压器电动马达的激活状态示为“启动”(电动马达被操作以提供用于旋转涡轮增压器的扭矩)或“关闭”(电动马达被停用并且不提供用于旋转涡轮增压器的扭矩)。
在时间t1，发动机起动。催化剂的温度(曲线406)低于由虚线424表示的催化剂的起燃温度，而GPF的温度(曲线408)低于由虚线426表示的GPF的起燃温度。结果，控制器确定存在冷起动条件，并且进一步确定存在排放控制装置加热条件。作为响应，在时间t2，空气喷射系统流量控制阀(例如，图1的空气喷射系统流量控制阀72)完全打开，使得进气可以从发动机的进气通道向节气门上游流入空气喷射系统。同时，将节气门位置调整到进一步打开位置(曲线404)以补偿流向空气喷射系统的进气气流。如曲线420所示，废气门阀在时间t2已经完全打开，并且响应于排放控制装置加热条件而维持打开。此外，响应于冷起动条件，控制器将AFR设定点调整为富AFR(曲线412)。
一旦空气喷射流量控制阀在时间t2打开，进气就会流入空气喷射系统并开始填充空气蓄积器(例如，图1的空气蓄积器76)。蓄积器(未示出)的空气压力尚未达到用于将进气提供给催化剂和GPF的阈值压力，因此被定位成阻止或允许从空气喷射系统流向催化剂的入口的催化剂流量控制阀(例如，图1的第一流量控制阀82)和被定位成阻止或允许从空气喷射系统流向GPF的入口的GPF流量控制阀(例如，图1的第二流量控制阀86)保持关闭(分别为曲线416和418)。此外，电动辅助涡轮增压器尚未进行操作来增加流向催化剂和GPF的气流和热量，以便减少电动辅助涡轮增压器轴承性能劣化。
在时间t3，经过校准的持续时间以达到在电动辅助涡轮增压器轴承中的所需油压，因此电动辅助涡轮增压器电动马达被激活以将所提供的增压压力增加到高于发动机操作所需的增压压力(未示出)。作为响应，将节气门调整至进一步关闭位置以便维持流向发动机的所需气流。
在时间t4，蓄积器(未示出)的空气压力达到用于将进气提供给催化剂和GPF的阈值压力。作为响应，催化剂流量控制阀(曲线416)和GPF流量控制阀(曲线418)都被命令打开，从而使得气流能够从空气喷射系统流向催化剂的入口(例如，经由打开的催化剂流量控制阀)和GPF的入口(例如，经由打开的GPF流量控制阀)。在时间线400的示例中，催化剂流量控制阀和GPF流量控制阀都在时间t4被命令完全打开。此外，由于流向催化剂和GPF的附加气流，AFR设定点进一步富集(曲线412)。
在时间t4与时间t5之间，发生驾驶员踩加速器踏板事件，从而导致节气门位置(曲线404)进一步打开和发动机转速(曲线402)增加。尽管驾驶员需求增加，废气门阀保持完全打开(曲线420)，使得热排气绕过电动辅助涡轮增压器的涡轮并且被输送到催化剂，其中电动辅助涡轮增压器电动马达提供扭矩来旋转涡轮增压器而不是涡轮。此外，随着发动机在冷起动条件下操作，GPF的烟粒负荷(曲线410)增加。催化剂的温度(曲线406)和GPF的温度(曲线408)都增加，并且各自以比不使用二次空气喷射、附加富集和电动辅助涡轮增压器时更快的速度增加，分别由虚线段407和409指示。催化剂流量控制阀位置(曲线416)部分地基于催化剂的温度(曲线406)进行调整，使得催化剂流量控制阀的打开程度随着催化剂温度朝其起燃温度(虚线424)升高而减小。类似地，GPF流量控制阀位置(曲线418)部分地基于GPF的温度(曲线408)进行调整，使得GPF流量控制阀的打开程度随着GPF温度朝其起燃温度(虚线426)升高而减小。
在时间t5处，催化剂温度(曲线406)达到催化剂的起燃温度(虚线424)。作为响应，催化剂流量控制阀完全关闭(曲线416)，使得不再向催化剂的入口提供附加气流。然而，空气喷射流量控制阀(曲线414)和GPF流量控制阀(曲线418)保持打开，使得GPF在仍未达到其起燃温度时继续加热。此外，废气门阀维持打开(曲线420)，并且电动辅助涡轮增压器继续在电动马达(图422)的电动辅助下操作。
在时间t6处，GPF温度(曲线408)达到GPF的起燃温度(虚线426)。作为响应，GPF流量控制阀完全关闭(曲线418)，使得不再向GPF的入口提供附加气流。此外，空气喷射系统流量控制阀完全关闭(曲线414)，使得进气不再流入空气喷射系统，并且电动辅助涡轮增压器电动马达被停用(曲线422)。同时，废气门阀被调整到使得涡轮能够满足发动机操作所需的增压压力(未示出)的位置。因为电动辅助涡轮增压器不再被操作来提供高于所需增压压力的增压压力，所以将节气门调整至进一步打开位置(曲线404)，以便维持流向发动机的所需气流。此外，因为催化剂和GPF达到其相应的起燃温度时不再存在冷起动条件，所以将AFR设定点调整至化学计量比(曲线434)。随着发动机操作，GPF烟粒负荷继续增加(图410)。
在稍晚时间t7处(例如，在发动机操作时经过一段时间之后)，GPF的烟粒负荷(曲线410)达到由虚线430表示的上限烟粒负荷。结果，指示GPF的再生。然而，GPF的温度(曲线408)低于由虚线428所示的再生温度阈值。因此，空气喷射系统流量控制阀打开(曲线414)以使得进气能够流入空气喷射系统。同时，将节气门位置调整到进一步打开位置(曲线404)以补偿分流至空气喷射系统的气流。此外，废气门阀完全打开(曲线420)，并且电动辅助涡轮增压器电动马达被操作以便电动辅助(曲线422)。在时间t7的示例中，电动辅助涡轮增压器的操作不会将增压压力增加到高于所需的增压压力(未示出)，而是使得废气门阀打开而不会发生增压不足。
响应于蓄积器的空气压力(未示出)在时间t8达到阈值压力，打开GPF流量控制阀(曲线418)以向GPF的入口提供进气气流，而催化剂流量控制阀(曲线416)保持关闭以防止进气气流到达催化剂的入口。此外，将AFR设定点调整到富AFR(曲线412)，所述富AFR与冷起动期间(例如，在时间t2与t6之间)相比不太富。部分地基于GPF的温度(曲线408)来再次调整GPF流量控制阀位置(曲线418)，并且在时间t9，GPF的温度达到再生温度阈值(虚线428)。因为GPF尚未再生(例如，排放控制装置加热条件仍然存在)，所以GPF流量控制阀(曲线418)和空气喷射系统流量控制阀(曲线414)维持打开以向氧化GPF处的烟粒提供附加气流。催化剂温度(曲线406)由于燃料富集而下降，但是保持高于催化剂的起燃温度(虚线424)。因此，催化剂流量控制阀保持关闭(曲线416)。在GPF温度(曲线408)高于再生温度阈值(虚线428)的情况下，随着从GPF燃烧烟粒沉积物，GPF烟粒负荷(曲线410)降低，并且在时间t10，GPF烟粒负荷达到由虚线432表示的下限阈值烟粒负荷，这指示GPF再生完成。相反，如果没有通过空气喷射系统向GPF入口提供附加气流，而通过打开废气门阀操作电动辅助涡轮增压器来供应附加热量，则GPF烟粒负荷将更缓慢地降低，如虚曲线411所指示。响应于GPF烟粒负荷(曲线410)达到下限阈值烟粒负荷(虚线432)，GPF流量控制阀(曲线418)和空气喷射系统流量控制阀(曲线414)完全关闭。同时，由于一部分进气气流不再提供给空气喷射系统，因此节气门返回到进一步关闭位置(曲线404)。废气门阀返回到关闭位置(曲线420)，从而使得涡轮能够提供足够扭矩来操作电动辅助涡轮增压器以提供所需增压压力，并且电动辅助涡轮增压器电动马达停用(曲线422)。此外，将AFR设定点恢复到化学计量比(曲线412)。随着发动机不再在排放控制装置加热条件下操作，节气门位置和废气门阀位置将基于驾驶员的需求进行调整。
通过这种方式，经由利用电动辅助涡轮增压器和空气蓄能器的空气喷射系统来提供有效的排放控制装置加热。通过基于对应的排放控制装置的加热需求单独地控制联接在每个排放控制装置的上游的流量控制阀，可以将加热引导至一个或多个排放控制装置，诸如联接在微粒过滤器的上游的催化剂。例如，空气喷射系统可以用于响应于冷起动条件而在催化剂上游和GPF上游提供新鲜空气。作为另一个示例，空气喷射系统可以用于响应于GPF再生条件而仅在GPF上游而不在催化剂上游提供新鲜空气，由此减少催化剂上的氧气装载的中断。通过利用电动辅助涡轮增压器，可以在涡轮废气门完全打开的情况下加热一个或多个排放控制装置，由此将废热引导至一个或多个排放控制装置而不引导至涡轮，以加速加热而不使发动机性能劣化。通过包括空气蓄积器，空气可以在冷起动期间更快地在一个或多个排放控制装置处输送而不影响发动机性能。总体而言，可以通过在冷起动期间快速升高一个或多个排放控制装置的温度并在发动机操作期间有效地使一个或多个排放控制装置再生来减少车辆排放。
在依靠对涡轮增压器压缩机的电动辅助以维持增压压力的同时经由空气喷射系统将进气气流供应到排放控制装置的技术效果是，排放控制装置的温度可以快速升高而不会降低发动机性能。
作为一个示例中，一种方法包括：响应于加热条件，使空气经由空气喷射系统从发动机的进气口流向一个或多个排放控制装置，同时经由电动马达操作涡轮增压器以维持流向所述发动机以产生发动机扭矩的所需气流。在前述示例中，另外或可选地，所述一个或多个排放控制装置联接在所述发动机的排气通道中，所述空气喷射系统将所述进气口从节气门上游沿所述一个或多个排放控制装置的上游联接到所述排气通道，并且所述空气喷射系统包括止回阀，所述止回阀允许从所述进气口流向所述排气通道并阻止从所述排气通道流向所述进气口。在一个或两个前述示例中，另外或可选地，所述涡轮增压器包括位于所述进气口中的压缩机、电动马达和在所述一个或多个排放控制装置的上游位于所述排气通道中的涡轮，并且操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括完全打开所述涡轮的废气门，同时经由所述电动马达旋转所述压缩机。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，经由所述电动马达操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括经由所述电动马达使所述涡轮增压器的压缩机以大于用于提供所需气流的转速旋转，并且所述方法还包括将所述节气门调整至进一步关闭位置以维持流向所述发动机的所需气流。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀上游的第一流量控制阀，所述第一流量控制阀被定位成允许或阻止从所述进气口流向所述空气喷射系统，并且使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置包括打开所述第一流量控制阀。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀下游的第二流量控制阀，所述第二流量控制阀被定位成允许或阻止在所述一个或多个排放控制装置上游从所述空气喷射系统流向所述排气通道，并且使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置还包括打开所述第二流量控制阀。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述一个或多个排放控制装置包括三元催化剂和汽油微粒过滤器，所述汽油微粒过滤器在所述排气通道中联接在所述三元催化剂的下游；所述第二流量控制阀被定位成允许或阻止在所述三元催化剂的上游从所述空气喷射系统流向所述排气通道；所述空气喷射系统还包括第三流量控制阀，所述第三流量控制阀联接在所述止回阀的下游并且与所述第二流量控制阀并联联接，所述第三流量控制阀被定位成允许或阻止在所述汽油微粒过滤器上游和所述三元催化剂下游从所述空气喷射系统流向所述排气通道；以及使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置还包括打开所述第三流量控制阀。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，打开所述第一流量控制阀包括将所述第一流量控制阀调整至基于所述空气喷射系统中的所需压力而选择的打开位置；打开所述第二流量控制阀包括将所述第二流量控制阀调整至基于所述三元催化剂的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置以及所述节气门的入口处的压力而选择的打开位置；以及打开所述第三流量控制阀包括将所述第三控制阀调整至基于所述汽油微粒过滤器的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置以及所述节气门的所述入口处的所述压力而选择的打开位置。在任何或所有前述示例中，所述方法另外或可选地进一步包括：响应于不存在所述加热条件，通过完全关闭或维持关闭所述第一流量控制阀、所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者来阻止气流从所述空气喷射系统流向所述一个或多个排放控制装置。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述空气喷射系统还包括空气蓄积器，所述空气蓄积器联接在所述止回阀的下游以及所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者的上游，并且打开所述第二流量控制阀并打开所述第三流量控制阀还响应于所述空气蓄积器中的空气压力大于或等于阈值压力。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述加热条件是发动机冷起动条件和排放控制装置再生条件中的一者。
作为另一个示例，一种方法包括：响应于第一条件，将第一流量控制阀调整到第一打开位置并将第二流量控制阀调整到第二打开位置，所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀串联联接并且被配置为阻止或允许气流在第一排放控制装置的上游从发动机进气口流向发动机排气通道；以及响应于第二条件，完全关闭或维持关闭所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀。在前述示例中，所述方法另外或可选地进一步包括：响应于所述第一条件，将第三流量控制阀调整到第三打开位置，所述第三流量控制阀与所述第一流量控制阀串联联接并与所述第二流量控制阀并联连接，并且被配置为阻止或允许气流在第二排放控制装置的上游从所述发动机进气口流向所述发动机排气通道；以及响应于所述第二条件，完全关闭或维持关闭所述第三流量控制阀。在一个或两个前述示例中，另外地或可选地，至少部分地基于所述发动机进气口中的压力来选择所述第一位置；基于所述第一位置、所述发动机进气口中的所述压力和所述第一排放控制装置的温度来选择所述第二位置；并且基于所述第一位置、所述发动机进气口中的所述压力和所述第二排放控制装置的温度来选择所述第三位置。在任何或所有前述示例中，所述方法另外或可选地进一步包括：在所述第一条件期间，在废气门阀完全打开的情况下使用电动辅助来操作涡轮增压器并使发动机燃料富集，所述电动辅助是基于发动机需求而调整的；以及在所述第二条件期间，在将所述废气门调整至基于所述发动机扭矩需求选择的位置的情况下操作所述涡轮增压器。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述第一条件包括发动机温度低于阈值温度和所述第一排放控制装置的负荷大于上限阈值负荷中的至少一者，并且所述第二条件包括所述发动机温度高于阈值温度和所述第一排放控制装置的所述负荷小于下限阈值负荷两者。
作为另一个示例，一种车辆系统包括：发动机；涡轮增压器，其包括进气压缩机，所述进气压缩机经由轴和电动马达旋转地联接到排气涡轮；废气门阀，其联接在所述排气涡轮周围的旁路中；排气通道，其包括催化剂和微粒过滤器，所述催化剂联接在所述微粒过滤器的上游和所述排气涡轮的下游；空气喷射系统，其用于使进气在所述进气压缩机的下游从所述发动机的进气通道沿所述催化剂和所述微粒过滤器中的每一者的上游流入所述排气通道，所述空气喷射系统包括多个流量控制阀；以及控制器，其将可执行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：以第一模式操作以向所述发动机以及所述催化剂和所述微粒过滤器中的至少一者提供进气，其中以所述第一模式操作包括在所述废气门阀完全打开的情况下经由电动马达操作所述涡轮增压器，调整所述多个流量控制阀并以富空燃比操作所述发动机；以及以第二模式操作以仅向所述发动机提供进气，其中以所述第二模式操作包括在所述废气门阀处于基于发动机扭矩需求而选择的位置处操作所述涡轮增压器并完全关闭所述多个流量控制阀。在前述示例中，另外或可选地，所述多个流量控制阀包括：第一流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的入口处；第二流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的第一出口处，所述第一出口在所述催化剂上游和所述排气涡轮下游联接到所述排气通道；以及第三流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的第二出口处，所述第二出口在所述微粒过滤器上游和所述催化剂下游联接到所述排气通道并且平行于所述第一出口。在一个或两个前述示例中，另外或可选地，所述空气喷射系统还包括：空气蓄积器，其联接在所述第一流量控制阀的下游以及所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者的上游；以及止回阀，其联接在所述第一流量控制阀的下游和所述空气蓄积器的上游。在任何或所有前述示例中，所述系统另外或可选地进一步包括节气门，所述节气门在所述空气喷射系统的所述入口的下游联接在所述进气通道中，其中以所述第一模式操作是响应于所述催化剂和所述微粒过滤器中的至少一者的温度低于阈值温度，并且所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的其他指令，所述其他指令在以所述第一模式操作的同时被执行时使所述控制器：基于所述第一阀的位置和所述节气门的入口处的压力来估计进入所述空气喷射系统的气流；基于进入所述空气喷射系统的所述估计气流和所述催化剂的温度来调整所述第二流量控制阀的位置；并基于进入所述空气喷射系统的所述估计气流和所述微粒过滤器的温度来调整所述第三流量控制阀的位置。
在另一种表示中，一种方法包括：在排放控制装置的温度低于阈值温度时操作发动机；以及响应于所述排放控制装置的所述温度低于所述阈值温度，在操作电动辅助涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流并富集所述发动机的燃料的同时使空气经由空气喷射系统从所述发动机的进气口流动。在前述示例中，另外或可选地，其中所述阈值温度是所述排放控制装置的起燃温度和所述排放控制装置的再生温度中的一者。在一个或两个前述示例中，另外或可选地，富集所述发动机的燃料包括相对于空气充气量增加燃料量，所述燃料量被选择以在所述排放控制装置的下游产生化学计量空燃比。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述排放控制装置联接在所述发动机的排气通道中，并且所述空气喷射系统经由导管将节气门上游的所述进气口联接到所述排放控制装置上游的所述排气通道，并且所述空气喷射系统包括止回阀，所述止回阀位于所述导管中以允许经由所述导管从所述进气口流向所述排气通道并阻止经由所述导管从所述排气通道流向所述进气口。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述涡轮增压器包括位于所述进气口中的压缩机、电动马达和位于所述排放控制装置上游的所述排气通道中的涡轮，并且操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括完全打开所述涡轮的废气门，同时经由所述电动马达旋转所述压缩机。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述空气喷射系统还包括在所述止回阀上游联接在所述导管中的第一流量控制阀，所述第一流量控制阀被定位成在至少部分地打开时允许从所述进气口流向所述空气喷射系统并且在完全关闭时阻止从所述进气口流向所述空气喷射系统，并且使空气从所述进气口流向所述排放控制装置包括打开所述第一流量控制阀。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀下游的第二流量控制阀，所述第二流量控制阀被定位成在至少部分地打开时允许从所述空气喷射系统流向所述排气通道并且在完全关闭时阻止从所述空气喷射系统流向所述排气通道，并且使空气从所述进气口流向所述排放控制装置还包括打开所述第二流量控制阀。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，打开所述第一流量控制阀包括基于所述空气喷射系统中的所需压力来调整所述第一流量控制阀的打开位置，并且打开所述第二流量控制阀包括基于所述排放控制装置的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置和所述节气门的入口处的压力来调整所述第二流量控制阀的打开位置。在任何或所有前述示例中，所述方法另外或可选地进一步包括：响应于所述排放控制装置的所述温度高于所述阈值温度，通过完全关闭或维持关闭所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀来阻止气流从所述空气喷射系统流向所述排放控制装置。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，其中所述空气喷射系统还包括空气蓄积器，所述空气蓄积器在所述止回阀的下游联接在所述导管中，并且打开所述第二流量控制阀还响应于所述空气蓄积器中的空气压力大于或等于阈值压力。
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、多任务的、多线程的处理策略等)中的一种或多种。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所示的顺序执行、并行地执行或者在某些情况下进行省略。同样，处理次序不一定是实现本文所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重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以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而执行。
应当明白，本文所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缸及其他发动机类型。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/或性质的所有新颖和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”被解释为表示范围的±5％。
以下权利要求特别指出被视为新颖的和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。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类要素的引入，从而既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本发明权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。
根据本发明，一种方法包括：响应于加热条件，使空气经由空气喷射系统从发动机的进气口流向一个或多个排放控制装置，同时经由电动马达操作涡轮增压器以维持流向所述发动机以产生发动机扭矩的所需气流。
根据一个实施例，所述一个或多个排放控制装置联接在所述发动机的排气通道中，所述空气喷射系统将所述进气口从节气门上游沿所述一个或多个排放控制装置的上游联接到所述排气通道，并且所述空气喷射系统包括止回阀，所述止回阀允许从所述进气口流向所述排气通道并阻止从所述排气通道流向所述进气口。
根据一个实施例，所述涡轮增压器包括位于所述进气口中的压缩机、电动马达和在所述一个或多个排放控制装置的上游位于所述排气通道中的涡轮，并且操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括完全打开所述涡轮的废气门，同时经由所述电动马达旋转所述压缩机。
根据一个实施例，经由所述电动马达操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括经由所述电动马达使所述涡轮增压器的压缩机以大于用于提供所需气流的转速旋转，并且所述方法还包括将所述节气门调整至进一步关闭位置以维持流向所述发动机的所需气流。
根据一个实施例，所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀上游的第一流量控制阀，所述第一流量控制阀被定位成允许或阻止从所述进气口流向所述空气喷射系统，并且使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置包括打开所述第一流量控制阀。
根据一个实施例，所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀下游的第二流量控制阀，所述第二流量控制阀被定位成允许或阻止在所述一个或多个排放控制装置上游从所述空气喷射系统流向所述排气通道，并且使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置还包括打开所述第二流量控制阀。
根据一个实施例，所述一个或多个排放控制装置包括三元催化剂和汽油微粒过滤器，所述汽油微粒过滤器在所述排气通道中联接在所述三元催化剂的下游；所述第二流量控制阀被定位成允许或阻止在所述三元催化剂的上游从所述空气喷射系统流向所述排气通道；所述空气喷射系统还包括第三流量控制阀，所述第三流量控制阀联接在所述止回阀的下游并且与所述第二流量控制阀并联联接，所述第三流量控制阀被定位成允许或阻止在所述汽油微粒过滤器上游和所述三元催化剂下游从所述空气喷射系统流向所述排气通道；以及使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置还包括打开所述第三流量控制阀。
根据一个实施例，打开所述第一流量控制阀包括将所述第一流量控制阀调整至基于所述空气喷射系统中的所需压力而选择的打开位置；打开所述第二流量控制阀包括将所述第二流量控制阀调整至基于所述三元催化剂的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置以及所述节气门的入口处的压力而选择的打开位置；以及打开所述第三流量控制阀包括将所述第三控制阀调整至基于所述汽油微粒过滤器的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置以及所述节气门的所述入口处的所述压力而选择的打开位置。
根据一个实施例，本发明的特征还在于：响应于不存在所述加热条件，通过完全关闭或维持关闭所述第一流量控制阀、所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者来阻止气流从所述空气喷射系统流向所述一个或多个排放控制装置。
根据一个实施例，所述空气喷射系统还包括空气蓄积器，所述空气蓄积器联接在所述止回阀的下游以及所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者的上游，并且打开所述第二流量控制阀并打开所述第三流量控制阀还响应于所述空气蓄积器中的空气压力大于或等于阈值压力。
根据一个实施例，所述加热条件是发动机冷起动条件和排放控制装置再生条件中的一者。
根据本发明，一种方法包括：响应于第一条件，将第一流量控制阀调整到第一打开位置并将第二流量控制阀调整到第二打开位置，所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀串联联接并且被配置为阻止或允许气流在第一排放控制装置的上游从发动机进气口流向发动机排气通道；以及响应于第二条件，完全关闭或维持关闭所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀。
根据一个实施例，本发明的特征还在于：响应于所述第一条件，将第三流量控制阀调整到第三打开位置，所述第三流量控制阀与所述第一流量控制阀串联联接并与所述第二流量控制阀并联连接，并且被配置为阻止或允许气流在第二排放控制装置的上游从所述发动机进气口流向所述发动机排气通道；以及响应于所述第二条件，完全关闭或维持关闭所述第三流量控制阀。
根据一个实施例，至少部分地基于所述发动机进气口中的压力来选择所述第一位置；基于所述第一位置、所述发动机进气口中的所述压力和所述第一排放控制装置的温度来选择所述第二位置；并且基于所述第一位置、所述发动机进气口中的所述压力和所述第二排放控制装置的温度来选择所述第三位置。
根据一个实施例，本发明的特征还在于：在所述第一条件期间，在废气门阀完全打开的情况下使用电动辅助来操作涡轮增压器并使发动机燃料富集，所述电动辅助是基于发动机扭矩需求而调整的；以及在所述第二条件期间，在将所述废气门调整至基于所述发动机扭矩需求选择的位置的情况下操作所述涡轮增压器。
根据一个实施例，所述第一条件包括发动机温度低于阈值温度和所述第一排放控制装置的负荷大于上限阈值负荷中的至少一者，并且所述第二条件包括所述发动机温度高于阈值温度和所述第一排放控制装置的所述负荷小于下限阈值负荷两者。
根据本发明，提供了一种车辆系统，所述车辆系统具有：发动机；涡轮增压器，其包括进气压缩机，所述进气压缩机经由轴和电动马达旋转地联接到排气涡轮；废气门阀，其联接在所述排气涡轮周围的旁路中；排气通道，其包括催化剂和微粒过滤器，所述催化剂联接在所述微粒过滤器的上游和所述排气涡轮的下游；空气喷射系统，其用于使进气在所述进气压缩机的下游从所述发动机的进气通道沿所述催化剂和所述微粒过滤器中的每一者的上游流入所述排气通道，所述空气喷射系统包括多个流量控制阀；以及控制器，其将可执行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：以第一模式操作以向所述发动机以及所述催化剂和所述微粒过滤器中的至少一者提供进气，其中以所述第一模式操作包括在所述废气门阀完全打开的情况下经由电动马达操作所述涡轮增压器，调整所述多个流量控制阀并以富空燃比操作所述发动机；以及以第二模式操作以仅向所述发动机提供进气，其中以所述第二模式操作包括在所述废气门阀处于基于发动机需求而选择的位置处操作所述涡轮增压器并完全关闭所述多个流量控制阀。
根据一个实施例，所述多个流量控制阀包括：第一流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的入口处；第二流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的第一出口处，所述第一出口在所述催化剂上游和所述排气涡轮下游联接到所述排气通道；以及第三流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的第二出口处，所述第二出口在所述微粒过滤器上游和所述催化剂下游联接到所述排气通道并且平行于所述第一出口。
根据一个实施例，所述空气喷射系统还包括：空气蓄积器，其联接在所述第一流量控制阀的下游以及所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者的上游；以及止回阀，其联接在所述第一流量控制阀的下游和所述空气蓄积器的上游。
根据一个实施例，本发明的特征还在于节气门，所述节气门在所述空气喷射系统的所述入口的下游联接在所述进气通道中，其中以所述第一模式操作是响应于所述催化剂和所述微粒过滤器中的至少一者的温度低于阈值温度，并且所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的其他指令，所述其他指令在以所述第一模式操作的同时被执行时使所述控制器：基于所述第一阀的位置和所述节气门的入口处的压力来估计进入所述空气喷射系统的气流；基于进入所述空气喷射系统的所述估计气流和所述催化剂的温度来调整所述第二流量控制阀的位置；并基于进入所述空气喷射系统的所述估计气流和所述微粒过滤器的温度来调整所述第三流量控制阀的位置。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
响应于加热条件，使空气经由空气喷射系统从发动机的进气口流向一个或多个排放控制装置，同时经由电动马达操作涡轮增压器以维持流向所述发动机以产生发动机扭矩的所需气流。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个排放控制装置联接在所述发动机的排气通道中，所述空气喷射系统将所述进气口从节气门上游沿所述一个或多个排放控制装置的上游联接到所述排气通道，并且所述空气喷射系统包括止回阀，所述止回阀允许从所述进气口流向所述排气通道并阻止从所述排气通道流向所述进气口。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述涡轮增压器包括位于所述进气口中的压缩机、电动马达和在所述一个或多个排放控制装置的上游位于所述排气通道中的涡轮，并且操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括完全打开所述涡轮的废气门，同时经由所述电动马达旋转所述压缩机。
4.如权利要求2所述的方法，其中经由所述电动马达操作所述涡轮增压器以维持流向所述发动机的所需气流包括经由所述电动马达使所述涡轮增压器的压缩机以大于用于提供所需气流的转速旋转，并且所述方法还包括将所述节气门调整至进一步关闭位置以维持流向所述发动机的所需气流。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀上游的第一流量控制阀，所述第一流量控制阀被定位成允许或阻止从所述进气口流向所述空气喷射系统，并且使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置包括打开所述第一流量控制阀。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述空气喷射系统还包括联接在所述止回阀下游的第二流量控制阀，所述第二流量控制阀被定位成允许或阻止在所述一个或多个排放控制装置上游从所述空气喷射系统流向所述排气通道，并且使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置还包括打开所述第二流量控制阀。
7.如权利要求6所述的方法，其中：
所述一个或多个排放控制装置包括三元催化剂和汽油微粒过滤器，所述汽油微粒过滤器在所述排气通道中联接在所述三元催化剂的下游；
所述第二流量控制阀被定位成允许或阻止在所述三元催化剂的上游从所述空气喷射系统流向所述排气通道；
所述空气喷射系统还包括第三流量控制阀，所述第三流量控制阀联接在所述止回阀的下游并且与所述第二流量控制阀并联联接，所述第三流量控制阀被定位成允许或阻止在所述汽油微粒过滤器上游和所述三元催化剂下游从所述空气喷射系统流向所述排气通道；以及
使空气从所述进气口流向所述一个或多个排放控制装置还包括打开所述第三流量控制阀。
8.如权利要求7所述的方法，其中：
打开所述第一流量控制阀包括将所述第一流量控制阀调整至基于所述空气喷射系统中的所需压力而选择的打开位置；
打开所述第二流量控制阀包括将所述第二流量控制阀调整至基于所述三元催化剂的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置以及所述节气门的入口处的压力而选择的打开位置；以及
打开所述第三流量控制阀包括将所述第三控制阀调整至基于所述汽油微粒过滤器的温度、所述第一流量控制阀的所述打开位置以及所述节气门的所述入口处的所述压力而选择的打开位置。
9.如权利要求7所述的方法，其还包括：响应于不存在所述加热条件，通过完全关闭或维持关闭所述第一流量控制阀、所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者来阻止气流从所述空气喷射系统流向所述一个或多个排放控制装置。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述空气喷射系统还包括空气蓄积器，所述空气蓄积器联接在所述止回阀的下游以及所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者的上游，并且打开所述第二流量控制阀并打开所述第三流量控制阀还响应于所述空气蓄积器中的空气压力大于或等于阈值压力。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述加热条件是发动机冷起动条件和排放控制装置再生条件中的一者。
12.一种车辆系统，其包括：
发动机；
涡轮增压器，其包括进气压缩机，所述进气压缩机经由轴和电动马达旋转地联接到排气涡轮；
废气门阀，其联接在所述排气涡轮周围的旁路中；
排气通道，其包括催化剂和微粒过滤器，所述催化剂联接在所述微粒过滤器的上游和所述排气涡轮的下游；
空气喷射系统，其用于使进气在所述进气压缩机的下游从所述发动机的进气通道沿所述催化剂和所述微粒过滤器中的每一者的上游流入所述排气通道，所述空气喷射系统包括多个流量控制阀；以及
控制器，其将可执行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：
以第一模式操作以向所述发动机以及所述催化剂和所述微粒过滤器中的至少一者提供进气，其中以所述第一模式操作包括在所述废气门阀完全打开的情况下经由电动马达操作所述涡轮增压器，调整所述多个流量控制阀并以富空燃比操作所述发动机；以及
以第二模式操作以仅向所述发动机提供进气，其中以所述第二模式操作包括在所述废气门阀处于基于发动机需求而选择的位置处操作所述涡轮增压器并完全关闭所述多个流量控制阀。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述多个流量控制阀包括：第一流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的入口处；第二流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的第一出口处，所述第一出口在所述催化剂上游和所述排气涡轮下游联接到所述排气通道；以及第三流量控制阀，其联接在所述空气喷射系统的第二出口处，所述第二出口在所述微粒过滤器上游和所述催化剂下游联接到所述排气通道并且平行于所述第一出口。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述空气喷射系统还包括：空气蓄积器，其联接在所述第一流量控制阀的下游以及所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀中的每一者的上游；以及止回阀，其联接在所述第一流量控制阀的下游和所述空气蓄积器的上游。
15.如权利要求13所述的系统，其还包括节气门，所述节气门在所述空气喷射系统的所述入口的下游联接在所述进气通道中，其中以所述第一模式操作是响应于所述催化剂和所述微粒过滤器中的至少一者的温度低于阈值温度，并且所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的其他指令，所述其他指令在以所述第一模式操作的同时被执行时使所述控制器：
基于所述第一阀的位置和所述节气门的入口处的压力来估计进入所述空气喷射系统的气流；
基于进入所述空气喷射系统的所述估计气流和所述催化剂的温度来调整所述第二流量控制阀的位置；以及
基于进入所述空气喷射系统的所述估计气流和所述微粒过滤器的温度来调整所述第三流量控制阀的位置。
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