專利名稱：發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)及其控制方法，特別涉及雙渦輪增壓柴油機(jī)排氣后處理系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
利用設(shè)置在渦輪增壓器下游的柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)、顆粒過濾器(DPF)、氮氧 化物吸收器(LNT)和/或選擇性催化還原(SCR)部件限制氮氧化物(NOx)、顆粒物質(zhì)和碳?xì)?化合物等柴油發(fā)動機(jī)排氣排放物的各種方法是已知的。但是，當(dāng)這些排氣后處理裝置位于 渦輪增壓器的下游時，排氣溫度可能比較低并且難以控制。例如，這種定位可能需要額外的 燃料在DOC中被氧化以激活LNT和/或SCR并且再生DPF。而且，LNT和SCR中的氮氧化物 (NOx)轉(zhuǎn)化效率可能在很大的程度上處決于溫度。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，通過使排放控制裝置位于兩個排氣渦輪之間，可以比較容易 地達(dá)到希望的排氣溫度。而且，例如通過進(jìn)氣節(jié)流閥、燃料噴射正時和排氣壓力可以更直接 地控制排氣溫度。當(dāng)渦輪是包括廢氣旁通閥、可變噴嘴等的可變幾何形狀渦輪(VGT)時，可 以控制排氣壓力。通過調(diào)節(jié)VGT、廢氣旁通閥等，可以控制經(jīng)由渦輪的排氣的膨脹量。在一個示例中，提供一種用于控制發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的方法，該發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)具 有第一渦輪和第二渦輪，并且其中依賴溫度的排放控制裝置耦連在第一渦輪和第二渦輪之 間。該方法包括在預(yù)熱狀態(tài)期間，以橫穿位于排放控制裝置上游的第一渦輪的減少的膨脹 和橫穿位于排放控制裝置下游的第二渦輪的增加的膨脹運行；以及在預(yù)熱之后的至少一種 狀態(tài)期間，以橫穿第一渦輪的增加的膨脹和橫穿第二渦輪的減少的膨脹運行。而且，在預(yù)熱 狀態(tài)期間，當(dāng)?shù)诙u輪處于最大膨脹水平時，可以響應(yīng)于增加發(fā)動機(jī)輸出的需要，例如響 應(yīng)于駕駛員踩加速踏板(tip-in)，調(diào)節(jié)第一渦輪以增加橫穿第一渦輪的膨脹。在這種方法中，在非預(yù)熱的排氣狀態(tài)期間，例如在發(fā)動機(jī)從靜止冷起動之后，排 氣、DPF、LNT和/或SCR的溫度可以明顯升高。排放控制裝置中的這種溫度增加也可以增 加在系統(tǒng)預(yù)熱期間通常失去的NOx轉(zhuǎn)化效率。而且，這種方法的排氣溫度控制可以不需要 氧化DOC中的燃料來控制排氣、DPF、LNT和/或SCR的溫度，因此不需要由最近的后燃料噴 射引起的油中燃料的稀釋，或不需要在排氣中利用獨立的燃料噴射器。因此，可以改善燃料 經(jīng)濟(jì)性。此外，在可比的發(fā)動機(jī)速度、載荷和預(yù)熱時間等條件下，由于后處理裝置中較高的 溫度，可以減小后處理裝置的部件尺寸并減少其貴金屬裝料。根據(jù)另一方面，提供一種車輛的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)。該排氣系統(tǒng)包括第一渦 輪增壓器的第一渦輪；第二渦輪增壓器的第二渦輪；以及耦連在第一渦輪和第二渦輪之間 的排放控制裝置。根據(jù)又一方面，提供一種用于控制發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的方法。該發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)包 括第一渦輪和第二渦輪，并且其中依賴溫度的排放控制裝置耦連在第一渦輪和第二渦輪之 間。該方法包括在預(yù)熱期間，以橫穿第一渦輪的第一膨脹和橫穿第二渦輪的第二膨脹運行，該第一膨脹小于第二膨脹；而且，在預(yù)熱之后的至少一種狀態(tài)期間，以橫穿第一渦輪的 第三膨脹和橫穿第二渦輪的第四膨脹運行，該第三膨脹大于第四膨脹。應(yīng)當(dāng)理解，提供上述概要以簡化的方式介紹了概念的選擇，這些概念在詳細(xì)描述 中進(jìn)一步描述。這并不意味著確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，要求保護(hù)的主題的 范圍僅由詳細(xì)描述之后的權(quán)利要求限定。而且，所要求保護(hù)的主題不限于解決上述任何缺 點的裝置或本發(fā)明的任何部分。


圖1示出耦連在兩個渦輪增壓器之間的排放控制裝置。圖2示出在非預(yù)熱的發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)期間用于在兩個渦輪增壓器之間耦連到內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)的排放控制裝置的溫度控制程序。圖3示出用于在兩個渦輪增壓器之間耦連到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排放控制裝置的溫度 和轉(zhuǎn)矩控制程序。
具體實施例方式下面的描述涉及位于兩個渦輪增壓器排氣渦輪之間(例如，一個在上游且一個在 下游)并且耦連到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一個或多于一個排放控制裝置，如圖1所示。在這種系統(tǒng) 中，排氣溫度可以是諸如進(jìn)氣節(jié)流閥、燃料噴射正時的各種發(fā)動機(jī)參數(shù)與諸如排氣壓力的 各種排氣參數(shù)的協(xié)調(diào)控制。排氣壓力可以通過渦輪在各種運行模式中的協(xié)調(diào)運行來控制， 例如當(dāng)渦輪是可變幾何形狀渦輪增壓器(VGT)時，經(jīng)由可變幾何形狀的葉片來調(diào)節(jié)渦輪的 運行。作為替代，在其他示例中，渦輪運行的調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)渦輪增壓器廢氣旁通閥、可 變噴嘴等。通過在各種模式中調(diào)節(jié)渦輪的運行，可以控制經(jīng)由該渦輪的排氣的膨脹量。橫穿 渦輪的增加的膨脹導(dǎo)致從排氣中汲取更多的能量(功)(并且因此更多增壓)，反之亦然。圖2示出用于圖1的系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行的示例性控制程序。在第一模式中，在非預(yù) 熱的發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)期間，例如在發(fā)動機(jī)從靜止冷起動之后，運行該程序以加熱排放控制 裝置中的催化劑。具體地，例如，在發(fā)動機(jī)冷起動之后，下游渦輪可以以增加的膨脹運行，并 且主要用于在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣中產(chǎn)生增壓壓力，而上游渦輪產(chǎn)生比較少的增壓(具有較少的膨 脹)，使得保持排 氣熱以升高(多個)排放控制裝置的溫度。而且，上游渦輪也可以用于響應(yīng) 更進(jìn)一步增壓壓力的需要，例如響應(yīng)增加驅(qū)動器的要求。作為替代，在第二模式中(例如， 在預(yù)熱運行之后)，上游渦輪可以運行以產(chǎn)生增加的增壓(例如，接近最大膨脹水平)，而下 游渦輪以較低的膨脹水平運行，但是能夠響應(yīng)增壓要求的變化而被調(diào)節(jié)。以這種方式，上 游渦輪保持在比較高的增壓水平，并且因此有可能減小來自上下來回緩沖處理(spooling) 上游渦輪的瞬間延遲。圖3更詳細(xì)地示出用于在發(fā)動機(jī)運行期間將排氣溫度保持在一定溫度范圍的控 制程序。該溫度范圍可以以第一溫度閾值為下邊界并且以第二溫度閾值為上邊界。該第一 閾值溫度可以是這樣的溫度，即在該溫度下排放控制裝置中的后處理裝置被充分地加熱 以變成是充分催化激活的。第二溫度閾值可以是這樣的溫度，即在該溫度下，如果保持在該 溫度或高于該溫度足夠長的一段時間，排放控制裝置中的一個或多于一個后處理裝置可能 開始退化。
現(xiàn)在返回到圖1，其示出耦連到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的排放控制裝置。發(fā)動機(jī)10包括多 個燃燒室(即氣缸)12。雖然圖1所示的示例性發(fā)動機(jī)包括六個氣缸，但是發(fā)動機(jī)10可以 包括任何數(shù)目的氣紅，例如四個或八個氣缸。燃燒室12可以接納來自進(jìn)氣歧管14的進(jìn)氣 空氣，并且可以經(jīng)由排氣通道16排出燃燒氣體。節(jié)流閥18可以沿著進(jìn)氣通道22設(shè)置在進(jìn) 氣歧管14的上游。節(jié)流閥18可以包括節(jié)流閥片20。例如，節(jié)流閥片20的位置可以通過 提供給包括有節(jié)流閥18的電動機(jī)或致動器的信號而由控制器24改變。以這種方式，節(jié)流 閥18可以被操作以改變提供給燃燒室12的進(jìn)氣空氣。增壓空氣冷卻器26可以沿著進(jìn)氣 通道22設(shè)置在節(jié)流閥18的上游，以冷卻進(jìn)入該進(jìn)氣通道28的新鮮空氣。具有多個燃料噴 嘴32的燃料管路30可以為燃燒室12提供燃料。燃料噴嘴32可以直接耦連到燃燒室12， 用于直接燃料噴射，或者可以替代地或附加地設(shè)置在進(jìn)氣歧管14中，用于將燃料端口噴射 (port injection)到燃燒室12上游的進(jìn)氣口中。例如，燃料可以通過包括燃料箱和燃料 泵的燃料系統(tǒng)(未示出)傳送給燃料管路30。控制器24可以控制燃料噴射正時和脈沖寬 度。一個或多于一個排放控制裝置34可以耦連到排氣通道16。第一渦輪增壓器38的 渦輪36可以沿著排氣通道16設(shè)置在排放控制裝置34的上游。例如，渦輪36可以是可變 幾何形狀渦輪(VGT)，或者可以包括廢氣旁通閥或可變噴嘴。例如，橫穿第一渦輪增壓器38 的渦輪的膨脹量可以通過打開或關(guān)閉可變幾何形狀渦輪或廢氣旁通閥來控制。該可變幾何 形狀渦輪或廢氣旁通閥可以由控制器24控制。第一渦輪增壓器38的壓縮機(jī)40可以經(jīng)由 軸42耦連到渦輪36并且可以沿著進(jìn)氣通道22設(shè)置在增壓空氣冷卻器26的上游。增加的 膨脹可以用來從排氣中汲取更多的熱量并產(chǎn)生更多的功率以驅(qū)動相應(yīng)的壓縮機(jī)，由此增加 增壓。另一方面，減少的膨脹可以用來從排氣中汲取較少的熱量并產(chǎn)生較少的增壓。第二渦輪增壓器46的渦輪44可以沿著排氣通道16設(shè)置在排放控制裝置34的 下游。例如，渦輪44可以是VGT或可以包括廢氣旁通閥。例如，橫穿第二渦輪增壓器46的 渦輪的膨脹量也可以通過打開或關(guān)閉可變幾何形狀渦輪或廢氣旁通閥來控制。該可變幾何 形狀渦輪或廢氣旁通閥可以由控制器24控制。第二渦輪增壓器46的壓縮機(jī)48可以經(jīng)由 軸50耦連到渦輪44并且可以串聯(lián)地設(shè)置，并且沿著進(jìn)氣22通道設(shè)置在壓縮機(jī)40的下游。 在一個示例中，第一渦輪增壓器38的第一渦輪36可以小于第二渦輪增壓器46的第二渦輪 44。在另一個示例中，壓縮機(jī)48可以沿著進(jìn)氣通道22設(shè)置在壓縮機(jī)40的上游。 在又 一個示例中，壓縮機(jī)40可以耦連到渦輪44，而壓縮機(jī)48可以耦連到渦輪36。一個或多于一個排放控制裝置34可以包括設(shè)置在其中的多個后處理裝置，例如， 具有一個或多于一個催化劑組分、載體涂料等的催化劑后處理裝置。而且，排放控制裝置 可以依賴溫度的。例如，在排放控制裝置中的催化劑在被充分加熱之前可能不是充分催化 激活的。在一個示例中，排放控制裝置可以包括上游貧NOx捕集器(LNT)52、緊跟在其下 游的柴油機(jī)顆粒過濾器(DPF) 54、選擇性催化還原催化劑(SCR) 56以及柴油機(jī)氧化催化劑 (DOC)58。也應(yīng)該理解，排放控制裝置34可以包括圖1未明顯示出的多個后處理裝置構(gòu)造。 在一個示例中，排放控制裝置可以僅包括D0C。在另一個示例中，排氣后處理系統(tǒng)可以僅包 括SCR催化劑。在又一個示例中，排放控制裝置可以包括DPF和緊跟在其下游的SCR。在再一個示例中，排放控制裝置可以包括DOC、緊跟在其下游的DPF以及隨后的SCR。而且，在排放控制裝置中不同的催化劑和過濾器的順序也可以變化，并且還可以增加其他的裝置， 例如還原劑噴射系統(tǒng)等。排放控制裝置34可以用來減少離開尾管62的各種排放物，例如 N0x、C0、和 HC。排氣系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在其中的多個溫度傳感器。這些溫度傳感器可以與控制 器24通信，以便能夠基于各種后處理裝置和排放控制裝置中的排氣的測量溫度來調(diào)節(jié)發(fā) 動機(jī)和排氣系統(tǒng)運行。除了上面提到那些信號(包括來自質(zhì)量空氣流傳感器62的感生質(zhì)量空氣流量 (MAF)的測量值；來自節(jié)流閥位置傳感器的節(jié)流閥位置(TP)；來自傳感器64的絕對歧管 壓力信號MAP)之外，控制器24還可以接收來自耦連到發(fā)動機(jī)10的傳感器以及在排放控 制裝置34上游耦連到排氣通道16的排氣傳感器66的各種信號。傳感器66可以是用于 提供排氣空燃比的指示的任何適當(dāng)傳感器，例如線性氧氣傳感器或UEGO(通用或?qū)挿秶?氣氧氣)、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (加熱的EGO)、NOx, HC或CO傳感器。來自歧管壓力 傳感器的歧管壓力信號MAP可以用來提供進(jìn)氣歧管中的真空或壓力的指示。在化學(xué)計量 (stoichiometric)運行期間，MAP傳感器可以給出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的指示。此外，控制器24可 以經(jīng)由輸入裝置70與車輛操作者68的輸入連通。在這個示例中，輸入裝置70包括加速器 踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器72。現(xiàn)在回到圖2，其示出用于控制發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的程序，該發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)具有第 一渦輪和第二渦輪，且其中依賴溫度的排放控制裝置耦連在第一渦輪和第二渦輪之間。在 200處，該程序確定發(fā)動機(jī)是否從靜止起動。如果在200處發(fā)動機(jī)從靜止起動，則程序進(jìn)行 到202處。在202處，基于由設(shè)置在排放控制裝置內(nèi)的多個溫度傳感器中的一個或多于一個 測量的溫度，確定在排放控制裝置中的催化劑塊的溫度。例如，催化劑溫度可以以由位于排 放控制裝置中的每個后處理裝置上游和下游的溫度傳感器測量的溫度為基準(zhǔn)。在另一個示 例中，催化劑溫度可以以在排放控制裝置上游和下游測量的溫度為基準(zhǔn)。在又一個示例中， 催化劑溫度可以被模擬，例如以由氧傳感器測量的進(jìn)入排放控制裝置中的質(zhì)量空氣流量和 氧氣的量為基準(zhǔn)。在202處，催化劑溫度與第一閾值溫度Tl比較。該第一閾值溫度可以是在排放控 制裝置中的后處理裝置被充分加熱而變得充分催化激活的溫度。排氣后處理催化劑的轉(zhuǎn) 化效率可能依賴于溫度。因此，在預(yù)熱狀態(tài)期間，例如發(fā)動機(jī)從靜止冷起動之后，在排放控 制裝置中的催化劑被充分加熱之前，排氣排放控制裝置可以次優(yōu)化地(sub-optimally)運 行，直到在排放控制裝置中的后處理裝置變得被充分地加熱兒使得催化劑開始作用/起燃 (light-off)。例如，該第一閾值溫度Tl可以以排放控制裝置中的每個催化劑的催化劑起 燃溫度為基準(zhǔn)。在202處如果催化劑溫度高于第一閾值溫度Tl，則程序進(jìn)行到204處。在204處， 在預(yù)熱之后至少一種狀態(tài)期間，發(fā)動機(jī)可以以橫穿第一渦輪的增加的膨脹和橫穿第二渦輪 的減少的膨脹運行。而且，在204處，催化劑溫度可以保持在第一閾值溫度Tl和第二閾值 溫度T2之間。該第二閾值溫度T2可以是這樣的溫度，即高于該溫度時排放控制裝置中的 催化劑可能開始退化。在204處，程序可以包括分別響應(yīng)于增加/減少發(fā)動機(jī)輸出的要求， 調(diào)節(jié)第二渦輪以增加/減少橫穿第二渦輪的膨脹。在204處的程序詳細(xì)地示于圖3中并且在下面描述。 在202處如果催化劑溫度低于第一閾值溫度Tl，則在排放控制裝置中的催化劑可 能尚未被充分加熱到變得充分催化激活，并且程序進(jìn)行到206處。在206處，發(fā)動機(jī)以橫穿 第一渦輪增壓器(例如圖1的渦輪增壓器38)的第一渦輪的減小的膨脹運行。例如，由具有 沿著排氣管道設(shè)置在排放控制裝置上游的第一渦輪的第一渦輪增壓器提供的增壓量可以 被設(shè)置成最小值。在一個示例中，當(dāng)?shù)谝粶u輪是VGT時，該VGT可以設(shè)置到完全打開位置。 在另一個示例中，當(dāng)?shù)谝粶u輪包括廢氣旁通閥時，該廢氣旁通閥可以完全打開。然后程序進(jìn) 行到208處。在208處，提供橫穿第二渦輪增壓器(例如，圖1中的渦輪增壓器46)的第二 渦輪的增加的膨脹。例如，由具有沿著排氣通道設(shè)置在排放控制裝置下游的第二渦輪的第 二渦輪增壓器提供的增壓量被設(shè)置成最大值。在208處，燃料噴射正時可以被延遲以進(jìn)一 步加速排放控制系統(tǒng)的加熱。在208處延遲燃料噴射正時和增加橫穿第二渦輪的膨脹可以 在發(fā)動機(jī)冷起動之后升高排放控制裝置中的催化劑的溫度。在210處，調(diào)節(jié)節(jié)流閥(例如 圖1中的節(jié)流閥18)以保持供給發(fā)動機(jī)的期望進(jìn)氣流速。例如，節(jié)流閥可以與在208處第 二渦輪增壓器增壓所增加的量成比例地關(guān)閉，以便保持期望的進(jìn)氣流速。當(dāng)?shù)诙u輪增壓器為發(fā)動機(jī)提供增壓時，如果需要增壓或轉(zhuǎn)矩，例如通過駕駛員 踩加速踏板(tip-in)，節(jié)流閥可以打開以提供所需要的轉(zhuǎn)矩。但是，如果在212處轉(zhuǎn)矩需 求超過第二渦輪增壓器通過節(jié)流閥完全打開所能夠提供的轉(zhuǎn)矩，則程序進(jìn)行到214處。在 214處，調(diào)節(jié)橫穿第一渦輪的膨脹量以滿足并保持在212處的轉(zhuǎn)矩需求，而橫穿第二渦輪的 膨脹量被保持在膨脹最大水平。在發(fā)動機(jī)運行期間，圖2的程序可以連續(xù)地重復(fù)，以便加 熱排放控制裝置中的催化劑并提供足夠的增壓以適應(yīng)瞬時轉(zhuǎn)矩需求。現(xiàn)在回到圖3，其示出將催化劑溫度保持在第一閾值溫度Tl和第二閾值溫度T2之 間且同時適應(yīng)瞬時轉(zhuǎn)矩需求的程序。圖3所示的程序包括用于三種不同催化劑溫度狀態(tài)的 子程序。在300處總體所示的子程序類似于圖2所示的程序，其中催化劑溫度小于第一閾 值溫度Tl。如上所述，第一溫度閾值Tl可以是排放控制裝置中的催化劑被充分加熱到變得 充分激活的溫度。例如，在300處，程序可以在發(fā)動機(jī)起動之后的預(yù)熱狀態(tài)期間任何一點開 始。在一個示例中，預(yù)熱狀態(tài)可以以催化劑溫度低于第一閾值Tl為基準(zhǔn)。在另一個示例中， 預(yù)熱狀態(tài)可以以發(fā)動機(jī)速度低于閾值為基準(zhǔn)，例如在怠速運行期間當(dāng)發(fā)動機(jī)RPM低于1200 時。在300處在催化劑溫度范圍(regime)中，第二渦輪增壓器是主要增壓源。在300處，催化劑溫度與第一溫度閾值Tl比較。如果催化劑溫度低于第一閾值溫 度Tl，則程序進(jìn)行到302處。在302處，發(fā)動機(jī)以橫穿第一渦輪的增加的膨脹運行。例如， 由具有沿著排氣通道設(shè)置在排放控制裝置上游的第一渦輪的第一渦輪增壓器提供的增壓 量可以設(shè)置成最小值。然后程序進(jìn)行到304處。在304處，發(fā)動機(jī)以橫穿第二渦輪的增加 的膨脹運行。例如，由具有沿著排氣通道設(shè)置在排放控制裝置下游的第二渦輪的第二渦輪 增壓器提供的增壓量可以設(shè)置成最大值。而且，在304處，燃料噴射正時可以被延遲以加速 排氣的加熱。在306處，調(diào)節(jié)節(jié)流閥以保持供給發(fā)動機(jī)的期望進(jìn)氣流速。例如，節(jié)流閥可以 與在304處橫穿第一渦輪的減少的膨脹量成比例地關(guān)閉，以便保持期望的進(jìn)氣流速。當(dāng)?shù)诙u輪增壓器提供增壓時，如果需要增壓或轉(zhuǎn)矩，例如通過駕駛員踩加速踏 板(tip-in)，節(jié)流閥可以打開以提供所需要的轉(zhuǎn)矩。但是，如果轉(zhuǎn)矩需求超過在308處第二渦輪增壓器通過節(jié)流閥完全打開所能夠提供的轉(zhuǎn)矩，則程序進(jìn)行到310處。在310處，調(diào)節(jié) 橫穿第一渦輪增壓器的膨脹，以滿足并保持在308處的轉(zhuǎn)矩需求，同時第二渦輪處于最大 膨脹水平，例如VGT或廢氣旁通閥完全關(guān)閉。
如果在300處催化劑溫度高于第一溫度閾值Tl，則該催化劑溫度與第二溫度閾值 T2比較。在一個示例中，第二閾值T2可以是這樣的溫度T2，S卩如果保持在或高于該溫度 T2足夠長的一段時間，則排放控制裝置中的一個或多于一個后處理裝置可能開始退化。在 再生事件期間，當(dāng)微粒煙塵從后處理過濾器例如DPF中除去時，排氣溫度可以超過閾值溫 度T2 —段足夠長的時間以凈化后處理過濾器。如果在312處催化劑溫度高于第二溫度閾 值T2，則排放控制裝置可以經(jīng)受過高溫(over-temperature)狀態(tài)，并且程序進(jìn)行到314處。 在314處，確定過高溫狀態(tài)是否是由再生事件引起的。如果在314處回答是“是”，則程序進(jìn) 行到316處以保持催化劑溫度高于T2 —段足夠長的時間以凈化進(jìn)行再生的后處理過濾器。 但是，如果過高溫狀態(tài)不是由314處的再生事件引起的或再生事件在316處完成，則程序進(jìn) 行到318處。在318處，橫穿第二渦輪的膨脹減少到小于在預(yù)熱狀態(tài)期間橫穿第二渦輪的 膨脹量。例如，由第二渦輪增壓器(例如，圖1中的渦輪增壓器46)提供的增壓量可以設(shè)置 為最小值。然后程序進(jìn)行到320處，以再一次檢查催化劑溫度是否高于第二閾值溫度T2。 如果在320處回答是“是”，則程序進(jìn)行到322處。在322處，橫穿第一渦輪的膨脹減少。例 如，由第一渦輪增壓器(例如，圖1中的渦輪增壓器38)提供的增壓量可以減少到保持最小 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩狀態(tài)的最小值。在324處總體所示的子程序是在催化劑溫度處于第一溫度閾值Tl和第二溫度閾 值T2之間時開始的。在324處，在這個狀態(tài)期間，與在300處的子程序所示的預(yù)熱狀態(tài)相 比，可以響應(yīng)于運行狀態(tài)不同地調(diào)節(jié)第一渦輪和第二渦輪。在312處，當(dāng)催化劑溫度在第一 溫度閾值Tl和第二溫度閾值T2之間時，圖3的程序進(jìn)行到326處。在326處，橫穿第二 渦輪的膨脹量減少到小于在非預(yù)熱狀態(tài)期間橫穿第二渦輪的膨脹量。在326處，可以將橫 穿第二渦輪的膨脹量進(jìn)一步調(diào)節(jié)到小于橫穿第一渦輪的膨脹量。例如，由第二渦輪增壓器 (例如，圖1中的渦輪增壓器46)提供的增壓量可以設(shè)置成最小值。然后程序進(jìn)行到328 處。在328處，橫穿第一渦輪的膨脹量增加到大于非預(yù)熱狀態(tài)期間橫穿第一渦輪的膨脹量。 在328處，可以將橫穿第一渦輪的膨脹量進(jìn)一步調(diào)節(jié)到大于橫穿第二渦輪的膨脹量。例如， 由第一渦輪增壓器提供的增壓量可以設(shè)置成最大值。然后在330處可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥，以保 持進(jìn)入發(fā)動機(jī)的期望進(jìn)氣流速。如上參考圖2和圖3所述，因此在不同的狀態(tài)下可以協(xié)調(diào)渦輪增壓器的不同的相 關(guān)運行，以實現(xiàn)整體上改善的性能。例如，為了更快的升高排放控制裝置的溫度，增加的增 壓可以從下游渦輪產(chǎn)生，由此減少來自該裝置的排氣溫度的汲取，但是同時仍然產(chǎn)生能夠 用于增加燃燒溫度(因此增加排氣溫度)的增壓。附加地或替換地，在這樣的狀態(tài)下由下 游渦輪產(chǎn)生的增加的背壓能夠進(jìn)一步幫助排氣預(yù)熱。一旦排放控制裝置預(yù)熱到期望溫度之后，可以調(diào)節(jié)渦輪增壓器的運行，相反，上游 渦輪可以用于產(chǎn)生增加的增壓(例如，以較高速旋轉(zhuǎn))同時減少下游渦輪的能量汲取。在 這種情況下，通過保持上游渦輪已經(jīng)旋轉(zhuǎn)，即便當(dāng)期望的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩暫時減少，也可能例如 通過可從上游渦輪獲得的增壓來快速增加轉(zhuǎn)矩，同時如果需要，下游渦輪也旋轉(zhuǎn)。此外，通 過調(diào)節(jié)下游渦輪以進(jìn)一步調(diào)節(jié)增壓且同時保持上游渦輪增壓高于閾值，有可能在各種狀態(tài)下提供期望的增壓水平。作為一個示例，在預(yù)熱狀態(tài)期間，第一渦輪可以運行以基本上不產(chǎn)生增壓，同時下游渦輪產(chǎn)生IOpsi的增壓。但是在預(yù)熱之后，上游渦輪可以運行以產(chǎn)生5psi的增壓，同時 下游渦輪產(chǎn)生5psi的增壓。在每種情況下，都產(chǎn)生IOpsi的總增壓。作為另一個示例，在 預(yù)熱狀態(tài)期間，第一渦輪可以運行以產(chǎn)生大約2psi的增壓，同時下游渦輪產(chǎn)生8psi的增 壓。但是，在預(yù)熱之后，上游渦輪可以運行以產(chǎn)生15psi的增壓，同時下游渦輪產(chǎn)生8psi的 增壓。由此，產(chǎn)生不同的增加的總增壓水平。類似地，總增壓水平可以減少。在第一渦輪增壓器提供增壓時，如果需要增壓或轉(zhuǎn)矩，例如通過駕駛員踩加速踏 板，節(jié)流閥可以打開以提供所需要的轉(zhuǎn)矩。但是，如果在332處轉(zhuǎn)矩需求要超過第一渦輪增 壓器通過完全打開節(jié)流閥所能夠提供的轉(zhuǎn)矩，則程序行進(jìn)到334處。在334處，調(diào)節(jié)橫穿第 二渦輪的膨脹量，以滿足并保持在332處的轉(zhuǎn)矩需求，同時保持橫穿第一渦輪的膨脹量在 最大的膨脹水平。在發(fā)動機(jī)運行期間圖3的程序可以連續(xù)地重復(fù)，以保持排放控制裝置中的催化劑 溫度在第一溫度閾值和第二溫度閾值范圍內(nèi)，并提供足夠的增壓以適應(yīng)瞬間轉(zhuǎn)矩需求。應(yīng)注意在此包括的示例性控制和估計程序可以用于不同的發(fā)動機(jī)和/或車輛系 統(tǒng)配置。在此描述的具體程序可以代表一個或多于一個任意數(shù)量的處理策略，例如事件驅(qū) 動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等等。就此而言，各種步驟、操作或功能可以以所示的順序?qū)?施、并行實施或者在一些情況下被省略。類似地，該處理的順序并不是實現(xiàn)在此所述的示例 性實施例的特征和優(yōu)點所必需的，只不過被提供以便于展示和說明。根據(jù)所使用的特別策 略可以重復(fù)實施一個或多于一個所示的步驟或者功能。此外，所述步驟可以圖表性地代表 有待編程到發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的計算機(jī)可讀存儲媒介內(nèi)的代碼。應(yīng)該理解的是，在此公開的這些配置和程序本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體的 實施例不應(yīng)從限定的角度進(jìn)行解釋，因為可能存在多種變體。例如，上述技術(shù)可以應(yīng)用于 V-6、1-4、1-6、V-12、對置4(opposed 4)以及其他發(fā)動機(jī)類型。本公開的主題包括多種系 統(tǒng)和配置以及在此公開的其他特征、功能和/或特性的所有新穎的且非顯而易見的組合。隨附的權(quán)利要求特別指出了被認(rèn)為是新穎的和非顯而易見的某些組合以及子組 合。這些權(quán)利要求可能提到“一個”元件或“第一”元件或者其等價物。這種權(quán)利要求應(yīng)該 被理解為包括一個或多于一個這種元件的結(jié)合，既不必需也不排除兩個或多于兩個這種元 件。所公開的這些特征、功能、元件和/或特性的其他組合以及子組合可能通過當(dāng)前權(quán)利要 求的修改或者通過在本申請或相關(guān)申請中提出新權(quán)利要求而要求保護(hù)。不管是否比原始權(quán) 利要求的范圍更寬、更窄、相等或者不同，這種權(quán)利要求均被視為包括在本公開的主題內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于控制發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的方法，所述發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)具有第一渦輪和第二渦輪，并且其中依賴溫度的排放控制裝置耦連在所述第一渦輪和所述第二渦輪之間，該方法包括在預(yù)熱狀態(tài)期間，以橫穿所述第一渦輪的減少的膨脹和橫穿所述第二渦輪的增加的膨脹運行；和在預(yù)熱之后的至少一種狀態(tài)期間，以橫穿所述第一渦輪的增加的膨脹和橫穿所述第二渦輪的減少的膨脹運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一渦輪位于所述排放控制裝置的上游，而 所述第二渦輪位于所述排放控制裝置的下游。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)熱狀態(tài)以發(fā)動機(jī)速度低于第一閾值為基準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括，在預(yù)熱狀態(tài)期間響應(yīng)于駕駛員踩加速踏板， 調(diào)節(jié)所述第一渦輪以增加橫穿所述第一渦輪的膨脹。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括，在預(yù)熱之后的所述至少一種狀態(tài)期間，分別 響應(yīng)于增加和/或減少發(fā)動機(jī)輸出的需要，調(diào)節(jié)所述第二渦輪以增加和/或減少橫穿所述 第二渦輪的膨脹。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括，在所述預(yù)熱狀態(tài)期間，當(dāng)所述第二渦輪處在 最大膨脹水平時，響應(yīng)于增加發(fā)動機(jī)輸出的需要，調(diào)節(jié)所述第一渦輪以增加橫穿所述第一 渦輪的膨脹。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括，在預(yù)熱之后的所述至少一種狀態(tài)期間，當(dāng)所 述第一渦輪處在最大膨脹水平時，響應(yīng)于增加發(fā)動機(jī)輸出的需要，調(diào)節(jié)所述第二渦輪以增 加橫穿所述第二渦輪的膨脹。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中響應(yīng)于預(yù)熱之后的所述至少一種狀態(tài)中的運行狀 態(tài)，與預(yù)熱相比不同地調(diào)節(jié)所述第一渦輪和所述第二渦輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括，在預(yù)熱之后的所述至少一種狀態(tài)期間，調(diào)節(jié) 所述第一渦輪以增加橫穿所述第一渦輪的膨脹量到大于在預(yù)熱期間橫穿所述第一渦輪的 膨脹量，并且進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述第一渦輪到大于在所述至少一種狀態(tài)期間橫穿所述第二渦輪 的膨脹量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括，在預(yù)熱之后的所述至少一種狀態(tài)期間，調(diào) 節(jié)所述第二渦輪以減少橫穿所述第二渦輪的膨脹量到小于在預(yù)熱期間橫穿所述第二渦輪 的膨脹量，并且進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述第二渦輪到小于在所述至少一種狀態(tài)期間橫穿所述第一渦 輪的膨脹量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)及其控制方法，該發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)具有第一渦輪和第二渦輪，并且其中依賴溫度的排放控制裝置耦連在第一渦輪和第二渦輪之間，該控制方法包括在預(yù)熱狀態(tài)期間，以橫穿第一渦輪的減少的膨脹和橫穿第二渦輪的增加的膨脹運行；和在預(yù)熱之后的至少一種狀態(tài)期間，以橫穿第一渦輪的增加的膨脹和橫穿第二渦輪的減少的膨脹運行。這種方法在非預(yù)熱的排氣狀態(tài)期間可以明顯地升高在排放控制裝置中的排氣后處理裝置的溫度，導(dǎo)致催化劑更快地開始作用/起效。
文檔編號F02B37/12GK101988427SQ201010226000
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者T·S·J·喬 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司