高效的排气热回收的排气系统和方法

摘要

本发明涉及高效的排气热回收的排气系统和方法。描述了用于加热发动机冷却剂的系统和方法，其通过响应于EGR阀位置，经由定位在耦连至EGR冷却器的排气热回收管路中的热交换器，将热量从排气流传递至发动机冷却剂，从而加热发动机冷却剂。在一个特定示例中，EGR冷却器的支路被定位在EGR冷却器的下游并且基于EGR阀位置允许排气被传送至EGR冷却器和/或排气热交换器，这允许控制传递至发动机冷却剂的热量的量以及到发动机内的排气再循环。在具有这种布置的情况下，混合动力车辆的车厢温度在冷启动状况下可以尽可能快地增加，以在加热车辆车厢之后允许发动机快速地关闭。

说明书

技术领域

本发明涉及用于在车辆操作期间高效地回收排气热量的排气系统和方法。

背景技术

发动机系统使用多种方法在操作期间加热发动机冷却剂。例如，图1A-1C图示说明先前实现的示例性的示意排气系统。在图1A示出的一个示例中，排气系统包括用于将排气热量传递至发动机冷却剂的冷却的排气再循环(EGR)配置。然而，冷却的EGR具有这样的缺点，即仅当排气在EGR中流动时才能够进行排气热回收，这限制从该系统可用的排气热回收量。另一个缺点是排气热回收仅是排气流的一部分，其在一些示例中相对于总排气流可以低至25％或更低。图1B和图1C示出另一些示例，其包括使用分离的排气热回收热交换器和阀组件，并且可能与EGR冷却器结合。然而，虽然回收的排气热量相比于图1A可以增加(例如，经由更充分的排气热回收并相对于EGR流独立)，但是在车辆中单独的热交换器可能很大并且难以包装。此外，热交换器可能很重和/或昂贵，这增加车辆的成本。而且，相对于EGR冷却器独立地包装排气热回收热交换器可以进一步包括远离发动机放置额外设备，这减小在暖机期间进入该设备的排气的温度，因为热量由上游部件的热质量吸收。这种布置还具有这样的缺点，即在发动机暖机期间的可用热回收减小。又一个示例(未示出)包括使用冷却的排气歧管从排气中提取热量。然而，这种布置的一个缺点是排气歧管的热质量大，这引起缓慢的冷却剂升温。另一个缺点是通过排气歧管的排气流和冷却剂流两者不能够被关闭(例如，因为关闭冷却剂流可能引起冷却剂沸腾)。因此，可能使从排气到发动机冷却剂的热传递发生在某些不利情况期间，但优选地不这样做，诸如在高温下和在高负载操作期间。

发明内容

发明人已经认识到这类方法具有的问题并且在此描述一种系统和方法，该方法和系统响应于EGR阀位置，通过经由定位在耦连至EGR冷却器的排气热回收管路中的热交换器，将热量从排气流传递至发动机冷却剂，来加热发动机冷却剂。特别地，提出与排气热回收设备结合的示例性EGR冷却器，其允许排气经由EGR冷却器的支路将热量传递至发动机冷却剂。即，根据本公开配置的排气系统基于EGR阀致动允许排气被传送至EGR和/或排气热交换器两者。该系统进一步允许排气流的差动致动，从而将排气分配至EGR和排气热交换器两者，这确保实现其中排气流的差动控制并且从而在操作期间实现传递到发动机冷却剂的热量的控制。以此方式，实现这样的技术效果，即，不管通过EGR管路的流量如何，热量能够从排气中被回收，同时还允许增加来自排气的热回收。一个优点是基于通过排气热回收(EGHR)设备的EGHR分支的流量差的控制，多达100％的排气流能够被分配至热回收。另一个优点是热回收能够在热回收可能是不利的工况下被关闭，不利的工况例如是期望最大冷却的情况。在具有这种布置的情况下，发动机冷却剂可以有效地和快速地升温，例如，在操作期间尽可能快。此外，根据本公开的排气系统在实施到车辆中时允许减小大小、重量和成本。

当单独或与附图相结合时，根据下面的具体实施方式，本说明书的上述优点、其它优点和特征将是显而易见的。应当理解，上述发明内容被提供以简化的形式介绍一系列构思，这些构思将被进一步描述在具体实施方式中。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在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

当单独或与附图相结合时，通过阅读在本文中被称为具体实施方式的实施例的示例，将更充分地理解本文描述的优点，其中

图1A-1C图示说明先前实现的示例性排气系统。

图2示出根据本公开的示例性混合动力车辆系统。

图3图示说明根据具有EGHR出口耦连至催化剂上游的排气通道的第一示例性配置耦连至排气热回收管路的示例性EGR冷却器。

图4图示说明具有减小的阀配置的第二示例性配置。

图5图示说明具有EGHR出口管路连接至催化剂下游的排气通道的第三示例性配置。

图6图示说明第四示例性配置，其中EGR冷却器的入口耦连至EGHR管路的下游位置处的EGHR。

图7和图8是通过调整排气流路径来切换可操作的排气模式的示例性流程图。

图9是根据本公开通过控制到EGHR管路的排气流，快速地加热车厢空气温度的示例性流程图。

图10示出用于图示说明根据本公开的方法的在发动机冷启动下的示例性车辆操作顺序。

具体实施方式

在冷状况下启动汽车时，为了舒适的驾驶体验，乘客可能期望快速的车厢升温。在某些情况下，因为车厢空气通过传送至加热器芯的发动机冷却剂加热，所以由发动机产生的热量可能是乘客舱的主要热源。因此，为了达到阈值车厢温度，超过该阈值车厢温度可以在车辆操作期间关闭发动机，例如，为了减小混合动力车辆中的燃料消耗，发动机可以操作直到足够的热量已经被传递至发动机冷却剂。为此，图2示出示例性混合动力车辆系统。然后，图3-6图示说明具有耦连至根据本公开配置和操作的排气热回收管路的EGR冷却器的示例性排气系统。图7和图8进一步示出通过基于阀状态调整排气流路径来改变车辆的操作模式的示例方法，而图9图示说明该方法使用示例性操作顺序，该操作顺序通过控制到EGHR管路的排气流，快速地加热车厢空气温度。图10示出在冷启动下的示例性操作顺序以更详细地图示说明阀调整和排气流。

现参考图2，示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机10可以被包括在机动车的推进系统中。发动机10可以至少部分通过包括控制器12的控制系统并且通过经由输入设备130来自车辆操作者132的输入控制。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(例如，汽缸)30可以包括具有活塞36定位在其中的燃烧室壁32。在一些实施例中，汽缸30内活塞36的面可以具有碗状件。活塞36可以耦连至曲轴40，以便活塞的往复运动被转变为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦连至车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可以经由飞轮耦连至曲轴40以确保实现发动机10的起动操作。

燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气通道44的进气空气并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气通道44和排气通道48能够经由相应的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在该示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动被控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或更多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动控制。例如，汽缸30可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器66被示出直接耦连至燃烧室30，用于与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。以此方式，燃料喷射器66提供被称为燃料到燃烧室30内的直接喷射。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料系统(未示出)被输送至燃料喷射器66。

在选定操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统88能够经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。在一些实施例中，虽然示出火花点火部件，但是燃烧室30或发动机10的一个或更多个其它燃烧室可以在具有点火火花或不具有点火火花的情况下以压缩点火模式操作。在一些实施例中，点火系统可以包括双火花系统，其中每个汽缸包括两个火花塞(未示出)。

进气通道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在该特定示例中，节流板64和65的位置可以经由提供到电机或电动致动器的信号通过控制器12来改变，其中电机或电动致动器包括有节气门62和63，即通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置。以此方式，节气门62和63可以被操作以改变提供至燃烧室30等其它发动机汽缸的进气空气。节流板64和65的位置可以通过节气门位置信号TP被提供至控制器12。进气通道42可以包括用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP的空气质量流量传感器120和歧管空气压力传感器122。进一步地，进气通道44可以包括充气运动控制阀45，用于控制在燃烧室30中发生的充气运动的强度。

进一步地，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由高压EGR(HP-EGR)通道140将期望部分的排气从排气通道48传送至进气通道44。在一些示例中，虽然该系统被描述为使用HP-EGR，但是低压EGR(LP-EGR)通道也可以被包括或可替代地被包括。在发动机未被涡轮增压的实施方式中，还可以采用自然吸气式EGR。提供至进气通道44的EGR量可以通过控制器12经由HP-EGR阀142改变。在一些实施例中，节气门可以包括在排气装置中以帮助驱动EGR。进一步地，EGR传感器144可以被布置在EGR通道内并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。可替代地，可以通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)和曲柄转速传感器的信号的计算值来控制EGR。进一步地，可以基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)来控制EGR。在一些状况下，EGR系统可以用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统，其中在该系统中EGR从涡轮增压器的涡轮上游被传送至涡轮增压器的压缩机下游。进一步地，例如，如图1所示，HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146以将热量从EGR气体传递至发动机冷却剂。

根据本说明书，HP-EGR140与排气回收管路141(EGHR)结合。因此，为简单起见，根据本公开配置的排气系统可以包括允许热量从排气被传递至冷却剂而不会使排气再循环返回到发动机进气装置的支路。作为一个示例，EGHR管路可以被添加至具有与主排气流平行的布置的排气系统，这允许发动机舱中的紧凑包装。此外，从排气管延伸到进气歧管的另一个支路可以包括空气与液体热交换器，以便将热量从排气流传递至发动机冷却剂。然后，阀允许系统以下面描述的方式执行多种功能。提供的EGHR量可以通过控制器12经由EGHR阀143改变。

在一些实施例中，发动机10可以进一步包括压缩设备，诸如包括沿进气通道44布置的至少一个压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对于涡轮增压器来说，压缩机162可以至少部分地由沿排气通道48布置的涡轮164(例如，经由轴)驱动。对于机械增压器来说，压缩机162可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供至发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可以通过控制器12改变。

排气氧传感器126被示出耦连至排放控制系统71上游和涡轮164下游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。

排放控制设备71被示出沿排气传感器126下游的排气通道48布置。排放控制设备71可以是选择性的催化还原(SCR)系统、三元型催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制设备或其组合。例如，设备71可以是TWC，并且设备72可以是微粒过滤器(PF)。进一步地，在一些实施例中，在发动机10的操作期间，通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸，可以周期性地重新设置排放控制设备71。在一些实施例中，设备71和72中的一个或另一个可以存在于发动机10中。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中被示为只读存储器芯片106的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可以接收来自耦连到发动机10的传感器的各种信号，除了前面讨论的这些信号，还包括：来自空气质量流量传感器120的引入的空气质量流量(MAF)的测量值；来自耦连到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦连到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12从信号PIP中产生。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中的真空或压力的指示。注意到，可以使用上述传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而无MAP传感器，反之亦然。在化学计量的操作期间，MAP传感器能够提供发动机扭矩的指示。进一步地，该传感器与检测到的发动机转速一起能够提供引入至汽缸内的充气(包括空气)的估计值。在一个示例中，传感器118也被用作发动机转速传感器，并且可以每曲轴旋转一周产生预定数量的等间隔脉冲。

存储介质只读存储器106能够以表示处理器102可执行的指令的计算机可读数据来编程，以便执行下面描述的方法以及未被具体列出的其它预期变体。

如上所述，图2仅示出多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

转至配置有结合的EGR和EGHR设备的排气系统的描述，图3-6示出根据本公开的示例系统。

作为一个示例，车辆的排气系统可以包含：EGR冷却器；排气热回收管路，其耦连至EGR冷却器；EGR阀，其在EGR冷却器的下游，用于控制到发动机进气装置的排气流；以及阀，其位于排气热回收管路内，用于控制通过排气热回收管路的排气流速，排气流速确定传递至发动机冷却剂的热量的量。在一些示例实施例中，该系统包括经由EGR冷却器下游的支路耦连至EGR冷却器的排气热回收管路，排气热回收管路进一步连接至排气通道，其中到排气通道的连接在排气催化剂的上游。然而，到排气通道的连接还可以定位在排气催化剂的下游，如在下面更详细描述的。为了增加通过EGR和/或EGHR设备的排气流，排气系统可以进一步包含排气节气门，其定位在排气热回收管路和催化剂上游的排气通道之间的连接的上游的排气通道中。在一些实施例中，位于排气热回收管路中的阀可以是被动单向阀，其响应于排气流超过阈值而被打开。在又一些实施例中，入口阀可以被定位在EGR冷却器上游的EGR冷却器中。在又进一步的实施例中，排气热回收管路可以耦连至替代配置中的EGR冷却器。例如，排气热回收管路可以耦连至上游侧上而不是下游侧上的EGR冷却器。因此，位于排气热回收管路内的阀可以被定位在EGR冷却器的上游。为了减小发动机舱内的大小，并且为了进一步增强系统封装，排气系统可以配置有排气热回收管路，该排气热回收管路被定位在接近排气歧管并平行于排气通道。

图3图示说明第一示例性配置300，其中示例性EGR冷却器140耦连至EGHR管路141，并且其中EGHR出口连接至催化剂(例如，设备71)上游的排气通道。为简单起见，发动机10被示意性示为具有直列布置的四汽缸发动机。然而，可以替代地使用其它发动机布置。例如，上述技术能够应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。来自进气通道44(例如，一个进气通道被标记)的进气空气被引导至进气歧管304并且进一步引导至发生燃烧的汽缸30内。例如，在燃烧之后，排气被引导至排气通道48(例如，一个排气通道被标记)，其中来自每个汽缸的各个排气流被示出结合到排气管348中。此后，根据所描述的方法，排气可以沿各种路径被引导。在图3中，除了在操作期间用于调整一个或更多个排气流路径的EGR阀142和EGHR阀143之外，排气通道348还包括排气节气门366。

阀致动允许排气被重新引导通过所示的各个通道。在一些情况下，排气的全部、全无或一部分可以基于识别的发动机状况被重新引导。换言之，排气流可以被独立地分配通过每个路径，或按照其路径中的两个或更多个的组合被分配。例如，在第一组的某些状况下，车辆可以以第一操作模式操作，以经由排气歧管348直接释放排气。以此方式，混合动力车辆基于不同的操作模式被描述，其中在不同操作模式下在排气流经由排气管排出车辆之前重新引导排气流贯穿排气系统。作为另一个示例，在第二组状况下，车辆可以以第二操作模式操作，以通过将排气引导至EGHR141将热量传递至发动机冷却剂。同样地，在不同于其它状况的第三组状况下，车辆可以以第三操作模式操作，以通过将排气流引导至进气歧管304使排气再循环至发动机10。为简单起见，在这些操作模式(例如，第一到第三模式)期间，提出的描述调整沿指示路径的基本全部排气流。然而，在被称为第四组状况的又一不同组状况下，车辆可以以第四操作模式操作，以基于发动机工况分配排气通过路径中的两个或更多个(例如，50％的流引导排气并且50％的流至EGHR)。该方法关于做出的调整被描述以在发动机冷启动之后加热车辆车厢。然而，这是非限制性的并且其它示例情况和操作情形是可能的。例如，发动机冷却剂还可以被加热以通过降低油粘度而增加发动机的操作效率。

如上面已经提到的，当在冷状况下启动混合动力车辆时，期望的是尽可能快地加热发动机冷却剂，以允许混合动力车辆的发动机被关闭，从而减小在操作期间的燃料消耗。发动机冷却剂的加热允许车厢的升温，因为加热的发动机冷却剂被传送至加热器芯以加热车厢空气。由发动机产生的热量表示主热源，用于使车辆乘客舱升温。为此，基于由车辆操作者指示的期望的车厢温度，发动机可以继续操作直到获得令人满意的高的冷却剂温度。

当EGR阀142至少部分打开时，能够实现冷却的EGR功能。因此，EGHR阀143起作用以阻止来自排气通道的未冷却排气进入进气歧管。当EGR阀142打开并且排气节气门366部分闭合时，通过增加在EGR支路入口处的压力，EGR功能被增强，这增加再循环至进气歧管内的排气流。当EGR阀142闭合并且EGHR阀143至少部分打开时，能够实现EGHR功能。闭合排气节气门366可以用于控制结合的EGR/EGHR系统的入口和出口支路之间的压力差。排气节气门366两端的压力差引起排气流过EGR通道140和EGHR管路141，其中热量经由热交换器被传递至发动机冷却剂。当EGHR阀143是主动阀时，经由EGHR阀可以调整通过EGHR管路141的流速。然而，当EGHR阀143是被动阀时，可以基于排气节气门366和EGR阀142中的一个或更多个来调整排气流速。当EGR阀142至少部分打开并且EGHR阀143至少部分打开时，能够实现排气热回收和冷却的EGR功能两者。每个阀的开度可以用于控制流并且因此控制气体到进气歧管304和排气热回收管路EGHR141中的每个内的分配。当排气流通过两条管路同时分配时，排气节气门366可以被致动以控制通过该两条管路的流速。如上面所提到的，增加排气节气门366的闭度可以增加EGR/EGHR系统的入口和出口支路之间的压力差，这增加通过结合的EGR/EGHR管路的气体的流速。

本公开的各种示例实施例可以被配置为提供类似功能，但具有不同的或减小的管件和/或阀布置。例如，在一种布置中，EGHR阀143可以是被动单向阀(例如，止回阀)。在具有这种配置的情况下，来自排气节气门366的压力促使止回阀在预定阈值下打开。因此，当利用排气热回收时，排气节气门366可以被致动到部分或全部闭合位置，从而产生引起被动单向阀(例如，EGHR阀143)打开的力。相反地，当冷却的EGR被单独或与排气热回收结合利用时，止回阀可以阻止未冷却的排气经由EGHR管路141再循环返至进气歧管内。

图4图示说明具有减少的阀配置的第二示例性配置400。在图4中，EGHR阀443是排气节流阀和出口阀的组合。例如，在一些实施方式中，EGHR阀443可以表现为片状阀(flapperdoor)或蝶形阀的形式。因此，当EGHR阀443闭合时，未冷却的排气被阻止经由EGHR管路141再循环至进气歧管内。然而，当EGHR阀443打开时，排气流可以在排气歧管348(例如，主排气管)中被同时节流，并且还被允许以流过EGHR设备到排气支路的出口。以此方式，打开EGHR阀443提供压力降，该压力降引起排气流通过热交换器同时还允许排气经由排气管被直接释放。在一些实施例中，上游入口阀可以被包括在HP-EGR冷却器146上游的EGR通道140中以进一步控制通过EGR冷却器的排气流。

图5图示说明具有EGHR出口管路连接至第一催化剂(例如，设备71)下游的排气通道的第三示例性配置500。如图所示，支路的出口被重定位至催化剂下游的位置。当EGHR阀143打开时，催化剂两端压力降形成，这引起排气流通过EGHR管路141。当配置有这种布置时，除了通过经由热交换器传递至发动机冷却剂的排气热量加热发动机冷却剂之外，通过EGHR管路141的支路的排气流体积的致动还可以引起催化剂的催化活性，从而允许车辆在释放排气至大气之前充分地催化排气。

图6图示说明第四示例性配置600，其中EGR冷却器的入口耦连至EGHR管路的下游位置处的EGHR。在具有这种布置的情况下，定位在EGHR管路141下游的EGHR阀143可以同时使排气流节流，同时还致动通过排气回收管路的流速。当EGHR阀143打开并且EGR阀142闭合时，来自排气的热量可以被传递至发动机冷却剂。可替代地，当EGR阀142打开时，排气流通过EGR管路140可以沿由箭头指示的方向发生。以与上述相同的方式，通过调整排气系统内的阀，可以使排气流动贯穿由流箭头所指示的各个路径。因而，虽然该布置是不同的，但是结合的EGR和EGHR排气系统在各种状况(例如，冷状况)下还可以允许热量从排气被传递至冷却剂。如图所示，热交换器(例如，HP-EGR冷却器146)可以替代地在某些情况下被配置为同时从EGR通道140和EGHR管路141两者中提取热量。

现转至描述的方法，图7和图8示出根据本公开通过调整排气流路径来切换可操作的排气模式的示例性流程图。

图7示出通过经由一个或更多个阀调整来调整排气流路径而切换排气系统的操作模式的示例性流程图700。如上面所提到的，为简单起见，操作模式可以关于通过每个路径(例如，通过排气通道、EGR管路或EGHR管路)和经由各个路径(例如，经由两个或更多个管路)的组合的排气流被描述。关于图3的第一示例配置300描述图7中指示的操作调整。

在702处，方法700包括确定发动机工况。例如，发动机温度和/或冷却剂温度可以被确定以识别在发动机操作期间热量是否被传递至冷却剂。本文提供的示例是发动机冷启动，其中排气热量从发动机排气转移至冷却剂。所公开的排气系统和操作方法的优点是冷却剂加热率(例如，和因而车辆车厢加热率)能够基于在操作期间传递至冷却剂的热量的量而被控制，因为可以通过排气管从车辆的发动机释放大量的热量。将排气流重新引导至耦连至排气热回收管路的排气再循环管路有利地允许在操作期间至少一部分热量从发动机被传递至发动机冷却剂。特别地，所描述的方法允许从排气中回收热量，而不管EGR的开/关状态。换言之，排气热回收不限于EGR流，因为多达100％的排气流能够被传送至热交换器或排气热回收管路，用于热回收(例如，通过闭合EGR阀142和排气节气门366，以及打开EGHR阀143)

基于发动机工况，在704处，方法700可以确定车辆是否以第一排气模式操作。如果第一排气模式基于例如第一组状况被指示，则可以做出一个或更多个阀调整，以经由排气歧管或通道直接释放排气，如在块706处所指示的。例如，EGR阀142和EGHR阀143可以闭合(例如，被致动至闭合位置)，这引起排气经由排气管(或排气通道)被直接释放。

可替代地，如果控制器(例如，控制器12)确定状况使得车辆以另一种操作模式操作，则方法700前进到块710，其中在块710处做出关于经由第二排气模式的车辆操作的决定，以引导排气通过排气热回收管路同时将热量传递至冷却剂。如果车辆以第二排气模式操作，例如，因为第二组状况被识别不同于第一组状况，则可以做出一个或更多个阀调整以引导排气通过EGHR管路41，从而将热量传递至冷却剂，如在块712处所指示的。作为一个示例，EGR阀142和排气节气门336可以闭合，同时EGHR阀143被打开，以调整通过EGHR管路141的排气气流路径。

如果在块710处排气不以第二排气模式操作，则方法700前进至块720，其中在720处做出关于排气再循环的决定。如果车辆以第三排气模式操作，例如，因为第三组状况被识别不同于第一组或第二组状况，则可以做出一个或更多个阀调整以引导至少一部分排气通过EGR管路并返回至发动机进气装置，例如以通过将排气流再循环返回至发动机内来减小排放，如在块722处所指示的。作为一个示例，基于发动机工况，EGR阀142可以打开并且排气节气门366被致动，同时EGHR阀143闭合。这些阀调整允许排气流路径被引导通过EGR管路140并朝向发动机进气装置，例如进气歧管304。在一些情况下，可以通过使排气门节流来获得较高的或增加的EGR流。例如，排气门可以被节流同时进气真空被减小，以增加通过EGR冷却器的排气流速。

由块720指示的第四排气模式是指除了排气通道之外分配的排气流通过EGR管路和EGHE管路两者。换言之，基于发动机工况和期望的冷却剂加热率，排出的气体被引导通过指示的排气路径。以此方式，一个或更多个阀可以被调整或致动至某一位置，在该位置处基于识别的状况，将排气流分配贯穿各个管路。

虽然已经基于在第一、第二和第三操作模式中的阀开/关状态描述排气流，但是在车辆上的排气系统中，排气可以在基本所有状况下被分配贯穿路径的组合。因而，所指示的各种排气模式也可以基于在发动机驱动循环期间预期的冷却剂加热和排气流状况被实现和控制。例如，在热状况(例如，发动机温度超过温度阈值)下，发动机热量可以通过排气管从车辆释放，而不是经由热交换器(例如，散热器)将热量传递至发动机冷却剂。可替代地，在冷状况下，发动机热量可以被传递至冷却剂用于在车辆上使用，而排气的一部分经由排气通道被释放。

该方法可以在包含耦连至排气热回收管路的EGR冷却器的设备内实施。如所描述的，该方法可以包含致动EGR冷却器下游的EGR阀，以调整到发动机进气装置的排气流和到排气热回收管路的排气流，并经由热交换器控制从分配至排气热回收管路的排气流传递至发动机冷却剂的热量的量。根据本说明书，热传递的控制可以包含打开EGR阀以增加到发动机进气装置的排气流，同时减小到排气热回收管路的排气流，其中闭合EGR阀增加到排气热回收管路的排气流同时减小到发动机进气装置的排气流。然而，包含排气节气门可以通过排气节气门的致动进一步控制到EGR冷却器的排气流。

作为一个示例，图8图示说明通过基于发动机工况调整排气流路径来切换排气系统的操作模式的方法800。在810处，控制器(例如，控制器12)确定发动机的开/关状态。如果发动机打开并运行，则方法800前进至决定块820，其中在决定块820处控制器12进一步确定冷却剂是否被加热，例如，因为冷却剂温度降低到温度阈值以下。可替代地，如果发动机关闭，同时车辆操作，则控制器12可以被配置为经由替代动力源(诸如电动马达)向车辆提供动力。

在820处，控制器进一步确定冷却剂是否被加热以及至少一部分排气是否被传送返回至发动机，如在块830和840处所指示的，从而产生上面确认的四种操作模式。

例如，如果发生冷却剂加热(例如，在决定块820处为是)并且控制器12确定无排气被引导至发动机(例如，在决定块830处为否)，则可以做出阀调整，以通过将排气引导通过排气热回收管路而在第二排气模式中操作排气，从而将热量传递至冷却剂，如在块834处所指示的。在一些情况下，第二排气模式可以包括经由排气热回收管路以及直接经由排气通道两者释放排气同时将热量传递至冷却剂。然而，在另一些情况下，多达100％的排气可以被引导通过排气热回收管路以增加在操作期间传递至冷却剂的热量。此外，如果发生冷却剂加热(例如，在决定块820处为是)并且控制器12基于发动机工况确定至少一部分排气被再循环至发动机(例如，在决定块830处为是)，则可以以已经描述的方式做出阀调整，从而将车辆操作调整至第四排气模式，其中在第四排气模式中一部分排气被引导返回至发动机进气装置，而排气也被传送通过排气热回收管路和排气通道，如在块832处所指示的。以此方式，排出的气体的分配能够通过调整在车辆操作期间贯穿各个排气管路的气流来调整以控制传递至冷却剂的热量，并因此控制冷却剂加热率。

可替代地，如果将不发生冷却剂加热(例如，在决定块820处为否)并且控制器12确定无排气被引导至发动机(例如，在决定块840处为否)，则可以做出阀调整以通过经由排气通道直接释放排气来在第一排气模式中操作排气，如在块844处所指示的。然而，如果将不发生冷却剂加热(例如，在决定块820处为否)并且控制器12基于发动机工况确定至少一部分排气被引导至发动机(例如，在决定块840处为是)，则可以做出阀调整以通过将排气再循环返回至发动机进气装置来在第三排气模式中操作排气，如在块842处所指示的。例如，至少一部分排气可以再循环至发动机，而剩余的排气经由排气通道被直接释放。

图9示出根据本公开通过控制到EGHR管路的排气流，快速地加热车厢空气温度的示例性流程图900。如本文所描述的，该方法可以有利地提供在操作期间从发动机高效和快速的热回收。为简单起见，关于在发动机冷启动之后使车辆车厢升温，描述该方法。然而，另一些示例是可能的并且落入本公开的范围内。

以此方式，方法900可以是一种在发动机暖机期间加热发动机冷却剂的方法，其包含：响应于EGR阀位置，经由定位在排气热回收管路中的热交换器，将热量从排气流传递至发动机冷却剂。作为一个示例，EGR阀位置可以连续可变，并且因而用于确定到排气热回收管路的排气流速，排气流速用于基于发动机状况控制传递至发动机冷却剂的热量的量。因此，当EGR阀打开时，到发动机的EGR流速还可以增加，到发动机的增加的流速使到排气热回收管路的流速减小。然而，当EGHR阀被包括并且被耦连至排气热回收管路以控制通过其中的流速时，EGR阀和EGHR阀可以独立地或同步地被调整以控制到排气热回收管路的排气流速，从而控制传递到冷却剂的热量。传递至冷却剂的热量增加，以增加车辆车厢的加热率。此外，当包括独立的EGHR阀时，如果EGR阀闭合，则到排气热回收管路的流速可以独立于EGR操作而发生。放置在排气通道中的排气节气门可以进一步增加到发动机和排气热回收管路中的一个或更多个的流速，如上面更详细描述的。因为关于混合动力车辆上的冷启动描述该方法，所以该方法可以进一步包含响应于车厢空气温度超过温度阈值，关闭发动机，车厢空气温度响应于传递至发动机冷却剂的热量而增加。

在902处，方法900包括确定车辆是否经历发动机冷启动。例如，短时间段未使用的发动机可能冷却至某一点，在该点处温度(例如，发动机温度)降低到阈值以下。如果确认冷启动，则方法900前进到块910，在块910处做出车辆车厢是否被加热的确定。然而，如果发动机状况使得发动机冷启动未被执行，则通过做出阀调整以经由排气歧管或通道直接释放热量，方法900前进至块904。例如，如关于图7的方法700所描述的，EGR阀和EGHR阀两者可以闭合以在第一排气模式下操作排气系统同时经由排气通道直接排出发动机气体。

返至块910，如果车辆车厢被加热，则通过将热量传递至冷却剂以进一步加热车辆车厢，方法900前进到块912。例如，EGHR阀可以打开以产生到EGHR的增加的流速。作为一个示例，基本所有的排气流(例如，在第二排气模式中为100％)可以被传送通过EGHR管路以将热量传递至发动机冷却剂。然而，作为另一个示例，一部分排气流可以被传送通过EGHR管路，而剩余的流被传送通过排气管和/或EGR管路到发动机。此外，在一些情况下，被传送通过EGHR管路的排气流量可以基于传递的热量的量和因而车辆车厢中期望的加热率。以此方式，传递至冷却剂的热量的量可以被调整以实现优选车厢加热率，从而允许环境空气被快速加热。可替代地，如果不期望车厢加热，例如，因为控制器12确定环境温度超过由加热单元指示的温度设置点或车辆操作者已经手动调整加热器控制命令，则方法900前进到块904并且基于发动机工况致动排气再循环量。

返至块912，在接合排气热回收单元的情况下，方法900前进至块920，其中在块920处做出关于加热程度的确定。以此方式，可以包括指示车辆车厢的温度的温度阈值。然而，如果车厢温度超过温度阈值，则方法900可以基于温度超过温度阈值做出操作上的调整以关闭发动机，同时经由替代动力源向车辆提供动力。例如，除了发动机之外，混合动力车辆还可以包括由电源供电的电动马达。因此，由车辆供应的动力可以通过马达提供，这导致减小的燃料使用和因而减小的排放。如果车厢温度降低到温度阈值以下，则在到冷却剂的热传递率被控制同时加热车辆车厢时该系统可以继续致动通过EGHR管路的流速。然后，一旦车厢已经升温，则在922处发动机可以被关闭并且经由车辆上存在的替代动力源给车辆提供动力。因此，方法900进一步包含响应于车厢空气温度超过温度阈值以及加热器控制命令中的一个或更多个，关闭发动机，其中所述车厢空气温度响应于传递至发动机冷却剂的热量而被调整。例如，车辆操作者可以通过推动旋钮或按钮手动调整加热器控制命令，以减小使车辆车厢升温的热量的量。

图10示出混合动力车辆的示例性冷启动操作顺序，以图示说明刚刚描述的方法。在图10中，示例性发动机负载1010连同图4的示例性减小的阀配置指示的各个排气流路径(例如，1020、1030和1040)被示出在顶部曲线中。EGR和EGHR阀位置(例如，分别为1050和1060)也被示出。时间被示出沿x-轴线并且时间从左到右增加。

在T₀处，车辆在冷启动状况下接合。此后，车辆负载1010随车辆被驱动而增加。在从T₀到T₁的时间段期间，排气流被引导通过EGHR管路以将发动机热量传递至发动机冷却剂。因此，直接排气1020，即通过排气管直接释放的排气流，被维持在最小水平。在一些情况下，最小水平基本为零。如图所示，EGHR流1030与发动机负载成比例地增加，因为来自排气流的热量在操作期间经由热交换器(例如，EGR冷却器146)被回收。EGR流1040可以基于发动机工况而被控制，然而，发动机工况可以指示在发动机冷启动期间无EGR流发生。对此，为简单起见，EGR流被示为恒定的(例如，处于最小水平)。通过EGR管路的减小的流速允许通过EGHR管路的增加的流速。在操作期间，可以发生EGR和EGHR阀调整，以便发生增强的热回收，即使发动机在较冷的发动机工况下操作。根据刚刚描述的排气流，EGR阀1050可以被调整至闭合位置，而EGHR阀1060被调整至打开位置以产生指示的冷却排气流。根据图4的减小的阀配置，EGHR阀443是排气节流阀和出口阀的组合。因此，当EGHR阀443打开时，排气流在排气歧管348中被同时节流(例如，以减小主排气管中的流)，并且允许流过EGHR设备到排气支路的出口。

从T₁到T₂，发动机上的负载增加到某一点，其中在该点处从发动机释放的排放超过阈值(未示出)。响应于该状况，一部分排气流被引导通过EGR管路以再循环排气以及到EGHR管路，以将发动机热量传递至发动机冷却剂。未对直接排气1020作出调整，其维持在最小水平。EGHR流1030随着一些排气流在操作期间被重新引导至EGR而减小。EGR流1040因此成比例地增加，同时EGHR流1030减小。在一些情况下，总流可以仍然反映发动机负载1010。以此方式，根据本公开的排气系统允许经由EGR同时优化到冷却剂的热传递和排放的减小。基于所示的排气流，EGR阀1050可以被调整至打开位置并且在操作期间基于一组期望的排放被进一步致动，这可以通过排气系统中的传感器来测量。EGHR阀1060还可以基于发动机负载被调整并且响应于EGR流和确认状况被致动。

从T₂到T₃，发动机在高负载下操作并且因此产生较高水平的排放。因此，从发动机释放的排放可以继续超过阈值(未示出)。发动机排放可以取决于发动机温度。因此，当车辆被驱动较长时间时，发动机的温度还可以增加，这改变在操作期间排气排放的效率。在一些实施例中，车辆排放可以例如经由模型被估计和/或计算，以确定在给定组的工况下预期的车辆排放。虽然车厢的温度在操作顺序期间可以增加，但是当温度降低到温度阈值以下时控制器12可以监测车厢温度，如关于图9所描述的。响应于增加的发动机负载，排气流可以至少部分被引导通过EGR管路以使排气再循环，同时阻止排气流通过EGHR管路。未对直接排气1020作出调整，其维持在最小水平。随着一部分排气流在操作期间被重新引导至EGR以通过增加排气再循环率来减小排放，EGHR流1030减小到至最小水平。因此，EGR流1040基于发动机工况而增加至最大水平，同时EGHR流1030减小至最小水平。作为一个示例，通过EGR管路的流速可以增加至最大水平，即，入口流速的大约25％的流速。以此方式，排气系统允许经由排气阀调整的冷却EGR。基于所示的排气流，EGR阀1050可以被致动至打开位置，而EGHR阀1060可以被调整至闭合位置。

从T₃到T₄，发动机上的负载减小并且因此产生的排气排放量减小。作为响应，可以做出调整以再次将一部分排气流引导通过EGHR管路，从而将发动机热量传递至发动机冷却剂，同时关闭通过EGR的排气流(例如，因为排放减小且降低到阈值以下)。未对直接排气1020作出调整，其维持在最小水平。EGHR流1030基于发动机负载而增加，同时EGR流1040减小。以此方式，排气系统继续将热量传递至冷却剂以使车辆车厢升温。基于所示的排气流，EGR阀1050可以被致动至闭合位置，同时EGHR阀1060被致动至打开位置并且基于发动机负载被调整。

从T₄到T₅，发动机上的负载基于驱动状况而波动。在该时间段期间，一部分排气流可以经由排气管被释放。因此，可以对EGHR阀做出阀调整以调整排气流，同时调整传递至冷却剂的热率。作为响应，通过EGHR管路的排气流部分可以减小，同时通过排气管的排气流增加。未对EGR流1040作出调整，其维持在最小水平。排气系统继续将热量传递至冷却剂，以使车辆车厢升温但以较低速率。然而，在一些情况下，因为热传递率可以取决于发动机温度，所以通过排气通道的排气流可以增加，同时通过排气热回收管路的排气流减小以加热车辆车厢。例如，基于发动机工况，可以做出操作上的调整以增加引导至催化剂的排气流量。因此，EGR阀1050可以维持在闭合位置，同时EGHR阀1060处于打开位置。

在T₅处，车厢温度超过温度阈值，发动机被关闭并且由替代动力源提供动力，替代动力源诸如电动马达(未示出)。以此方式，发动机上的负载可以被切断或减小至最小水平。此后，排气流还可以被阻止，因为发动机中不再发生燃烧。EGR阀1050被维持在闭合位置，同时EGHR阀1060被调整至闭合位置。然而，在一些情况下，当发动机关闭发生时，阀可以仅保持在其相应位置处，因为不再产生发动机排气。然后，当发动机被重新接合时，可以做出一个或更多个调整，以按已经描述的方式分配排气流贯穿排气系统。

以此方式，提出减小的质量、高效的排气热交换器。此外，多功能排气单元可以以不同模式操作，以在操作期间传送排气通过不同的路径。在一个特定示例中，结合的EGR和EGHR排气系统用于在冷状况下使发动机冷却剂快速地升温。例如，将排气传送至热交换器同时还避免散热器上过量的热负载可能是期望的。此外，当根据本发明的系统实现到所描述的车辆内时，其允许减小的大小、重量和成本。

注意，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和程序可以在非临时性存储器中存储为可执行指令。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，说明的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下被省略。同样，处理的顺序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而被提供。根据使用的特定策略，说明的行为、操作和/或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以图形化地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器内的代码。

应当意识到，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为具有限制意义，因为很多变化是可能的。例如，以上技术能够被应用到V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它的发动机类型。本公开的主题包含各种系统和配置以及本文所述的其他特征、功能和/或属性的所有新颖并且非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求书特别指出被认为是新颖且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”元件或其等同物。这种权利要求应该被理解为包含一个或多个这种元件的合并，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求书或者通过在该申请或相关申请中提出新的权利要求来得到保护。这种权利要求，无论其在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等同或不同，也都被认为是被包含在本公开的主题内。