[发明专利]用于排气后处理的方法和系统

说明书

技术领域

本公开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且减少发动机排放的方法和系统。

背景技术

发动机可以使用经由涡轮增压器提供的空气充气进行操作，其中进气压缩机由排气涡轮驱动。然而，将涡轮放置在排气系统中可增加由于涡轮充当散热器而引起的发动机冷起动排放。具体地，在发动机冷起动期间的发动机排气热可在涡轮处被吸收，从而降低在下游排气后处理装置处接收的排气热的量。由此，这延迟达到排气催化剂诸如柴油氧化催化剂(DOC)或选择性催化还原(SCR)催化剂处的起燃温度。此外，微粒过滤器(诸如DPF)的再生可延迟。将涡轮放置在排气后处理装置的下游可以在车辆加速期间导致涡轮迟滞。

因此，已经开发了各种方法来基于温度要求导引排气通过不同的排气系统部件。Andrews在US 8,234,865中示出的一个示例方法涉及在冷起动条件期间经由绕开排气涡轮的通道导引排气朝向排气尾管。被动的热操作阀用于调节通过通道的排气流，在低温条件期间(诸如冷起动期间)所述阀打开。通过绕过涡轮，排气热可直接被递送到排气催化剂。

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，到达每个排气系统部件(包括涡轮、DOC、DPF和SCR催化剂)的排气的温度不能被调节。进一步地，可难以提供满足不同排气部件的冲突的热要求的排气流。例如，在催化剂起燃之后，到达DOC的无阻挡排气的温度可能高于所需温度。具体地，由于DOC表面上的涂层，催化剂在较低排气温度下可具有较高的转化效率。因此，到达比催化剂的排气的期望温度更高的温度可导致催化剂功能性降低。此外，比在DPF再生期间到达DPF的排气的期望温度更低的温度可导致不完全再生。类似地，比在清洗事件期间到达SCR催化剂的排气的期望温度更低的温度可降低NOx转化的效率。进一步地，将DOC、DPF和/或SCR催化剂定位在排气涡轮上游在加速期间和较高发动机负荷条件期间可导致涡轮迟滞和增压压力损失。

发明内容

本发明人已经确定了一种方法，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：调整耦接到分支排气系统的第一、第二、第三和第四子分支中的每个的多个阀，每个子分支平行于主排气通道布置并容纳不同的(distinct)排气部件；以及基于排气温度约束改变排气流通过不同排气部件的顺序。以这种方式，可以基于发动机工况和相应部件的期望的操作温度将排气热递送到每个排气系统部件。

在一个示例中，涡轮增压发动机系统可以配置有分支排气组件，其中排气通道被分成至少三个分开的分支，每个分支形成不同的流动路径。主排气通道可以构成中央(主)分支，而第一外围分支可以进一步分成三个子分支，并且第二外围分支也可以分成三个子分支。子分支和分支可以经由阀彼此互连，使得可以通过调整阀的位置来调整排气流沿流动路径中的每个的顺序。不同的排气部件可以耦接到分支排气组件的不同的子分支。例如，涡轮增压器的排气涡轮可以耦接到第一外围分支的第一子分支，柴油氧化催化剂(DOC)可以耦接到第一外围分支的第二子分支，柴油微粒过滤器(DPF)可以耦接到第二外围分支的第三子分支，并且选择性催化还原(SCR)装置可以耦接到排气组件的第二外围分支的第四子分支。一个或多个尿素喷射器可以耦接到SCR催化剂上游的第四子分支，以便在NOx清洗期间喷射期望量的尿素。基于发动机工况，可以调整分支式排气组件的阀的位置，从而以多种模式中的一种模式操作排气系统，其中在不同的流动路径中导引排气，从而向系统的每个部件提供期望的热。

例如，在冷起动条件期间，可以调整阀的位置，使得排气可以绕过涡轮并首先流过DOC，以便加快达到催化剂的起燃温度。此后，基于DPF和SCR负荷，排气可以流过DPF并且然后流过SCR，反之亦然。作为另一示例，在车辆加速期间，为了减少涡轮迟滞，可以调整阀的位置，使得排气可以首先被导引通过涡轮，并且然后在被释放到大气之前通过剩余的排气部件。排气流通过DOC、DPF和SCR催化剂的顺序可基于每个部件的相对热要求确定。例如，当DPF再生条件满足时，可以引导排气流首先通过DPF，从而使较大部分的排气热被传递到DPF，而当SCR再生条件满足时，可以引导排气流首先通过SCR催化剂，从而使较大部分的排气热被传递到SCR催化剂。