專利名稱：混合催化劑輻射預加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本公開涉及排氣系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器。
背景技術(shù)：
這里提供的背景描述用于總體上展現(xiàn)本公開背景的目的。在本背景技術(shù)部分中描述的當前署名發(fā)明人的工作以及在申請時不得以其它方式作為現(xiàn)有技術(shù)的說明書中的各方面，既不明確地也不隱含地被承認為抵觸本公開的現(xiàn)有技術(shù)。催化轉(zhuǎn)化器被用于內(nèi)燃發(fā)動機(ICE)的排氣系統(tǒng)中以減少排放。作為示例，三效催化劑轉(zhuǎn)化器(TWC)減少排氣系統(tǒng)內(nèi)的氮氧化物、一氧化碳和碳氫化合物。三效轉(zhuǎn)化器將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮和氧、將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳、并且使未燃碳氫化合物氧化以產(chǎn)生二氧化碳和水。催化轉(zhuǎn)化器通常開始工作的平均起燃溫度是大約200_350°C。因此，催化轉(zhuǎn)化器在發(fā)動機的冷啟動時發(fā)生的暖機時段期間不工作或者提供微小的減排。在暖機時段之后，催化轉(zhuǎn)化器的操作溫度可以是大約400-900°C。催化轉(zhuǎn)化器的效率隨著操作溫度的增加而改善?；谒鲈颍呋D(zhuǎn)化器在冷啟動時越快地增加到起燃溫度，則排氣系統(tǒng)的減排性能越好。混合電動車輛可以包括ICE和一個或多個電動馬達。ICE可以具有帶有催化轉(zhuǎn)化器的排氣系統(tǒng)。ICE可以被重復地停用和/或被停用延長的時間段以節(jié)約燃料。當ICE被停用時，催化轉(zhuǎn)化器的溫度降低。啟動/停止車輛(start/stop vehicle)包括ICE并且在例如ICE空閑時段中并且/或者當該啟動/停止車輛的速度是0 m/s時停用ICE。結(jié)果，催化轉(zhuǎn)化器在啟動混合電動車輛和啟動/停止車輛時可能提供有限的減排性能。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了催化劑加熱系統(tǒng)。催化劑加熱系統(tǒng)包括監(jiān)測模塊、模式選擇模塊和電加熱催化劑(EHC)控制模塊。監(jiān)測模塊監(jiān)測(i )發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積和(ii)催化劑組件的非EHC的第一溫度中的至少一者。模式選擇模塊被設置成基于第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非EHC輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號。EHC控制模塊基于模式信號使EHC的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度。穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。在其他特征中，提供了操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，該方法包括監(jiān)測(i)發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積和(ii)催化劑組件的非EHC的第一溫度中的至少一者?；诘谝挥行Т呋瘎┤莘e和第一溫度中的至少一者來選擇非EHC輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號?；谀Ｊ叫盘柺笶HC的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度。穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案。方案1. 一種催化劑加熱系統(tǒng)，包括第一監(jiān)測模塊，其監(jiān)測下列各項中的至少一項(i)發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；
模式選擇模塊，其設置成基于第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及
電加熱催化劑控制模塊，其基于所述模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度，
其中，穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。方案2.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中
當發(fā)動機被停用時，電加熱催化劑控制加熱模塊經(jīng)由電加熱催化劑加熱電路向電加熱催化劑供應電流以增加電加熱催化劑的溫度；以及當發(fā)動機的火花和燃料被禁用時，發(fā)動機被停用。方案3.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第一比較模塊，其將第一有效催化劑容積與預定有效容積相比較并且產(chǎn)生第一比較信號，
其中，當?shù)谝槐容^信號指示出第一有效催化劑容積小于預定有效容積時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。方案4.根據(jù)方案3所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將催化劑組件的第二有效催化劑容積與有效啟動容積相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，
其中，當?shù)诙容^信號指示出第二有效催化劑容積大于有效啟動容積時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑穩(wěn)定模式。方案5.根據(jù)方案4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，有效啟動容積是在啟動發(fā)動機之前所要求的催化劑組件的最小有效容積。方案6.根據(jù)方案4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，電加熱催化劑控制模塊 在電加熱催化劑輻射加熱模式期間將電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度；以及在電加熱催化劑穩(wěn)定模式期間將電加熱催化劑的溫度減小到穩(wěn)定溫度。方案7.根據(jù)方案4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括所述電加熱催化劑， 其中，電加熱催化劑在輻射加熱模式期間輻射地加熱非電加熱催化劑，以及
其中，電加熱催化劑在電加熱催化劑穩(wěn)定模式期間與在輻射加熱模式期間相比提供更少的對非電加熱催化劑的輻射加熱。方案8.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第一比較模塊，其將第一溫度與催化劑起燃溫度相比較并且產(chǎn)生第一比較信號，
其中，當?shù)谝槐容^信號指示出第一溫度小于催化劑起燃溫度時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。方案9.根據(jù)方案8所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將非電加熱催化劑的第二溫度與啟動溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，
其中，當?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于啟動溫度時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑穩(wěn)定模式。方案10.根據(jù)方案10所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，啟動溫度是啟動發(fā)動機之前所要求的最小催化劑溫度。方案11.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中
5啟動溫度大于催化劑起燃溫度；以及啟動溫度小于升高溫度。方案12.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括催化劑組件，其中 催化劑組件包括非電加熱催化劑和電加熱催化劑；
電加熱催化劑在非電加熱催化劑的上游；以及
電加熱催化劑控制模塊在輻射加熱模式期間控制從電加熱催化劑到非電加熱催化劑的熱傳遞。方案13.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，電加熱催化劑控制模塊基于發(fā)動機速度信號將催化劑組件的電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度。方案14.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，當發(fā)動機的速度小于預定速度時， 電加熱催化劑控制模塊將催化劑組件的電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度。方案15. —種操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，包括
監(jiān)測下列各項中的至少一項(i)發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；
基于第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及
基于模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度， 其中，穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。方案16.根據(jù)方案16所述的方法，還包括
將第一有效催化劑容積與預定有效容積相比較并且產(chǎn)生第一比較信號，以及當?shù)谝槐容^信號指示出第一有效催化劑容積小于預定有效容積時，選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。方案17.根據(jù)方案17所述的方法，還包括
將催化劑組件的第二有效催化劑容積與有效啟動容積相比較并且產(chǎn)生第二比較信號；
以及
當?shù)诙容^信號指示出第二有效催化劑容積大于有效啟動容積時，選擇電加熱催化劑穩(wěn)定模式。方案18.根據(jù)方案18所述的方法，包括
在電加熱催化劑輻射加熱模式期間將電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度；以及在電加熱催化劑穩(wěn)定模式期間將電加熱催化劑的溫度減小到穩(wěn)定溫度， 其中，電加熱催化劑在電加熱催化劑穩(wěn)定模式期間被停用。方案19.根據(jù)方案16所述的方法，還包括
將第一溫度與催化劑起燃溫度相比較并且產(chǎn)生第一比較信號；以及當?shù)谝槐容^信號指示出第一溫度小于催化劑起燃溫度時，選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。從本文提供的描述中將明白進一步的應用領域。應當理解，描述和具體示例僅僅用于說明的目的并且不旨在限制本公開的范圍。


本文描述的附圖僅用于說明目的并且不旨在以任何方式限制本公開的范圍。圖1是結(jié)合了根據(jù)本公開的催化劑加熱系統(tǒng)的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖； 圖2是另一發(fā)動機系統(tǒng)和根據(jù)本公開的相應催化劑加熱系統(tǒng)的功能框圖3是根據(jù)本公開的發(fā)動機控制模塊的功能框圖； 圖4圖示出根據(jù)本公開的操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法；以及圖5是圖示出圖4的方法的三個模式的熱催化劑組件圖。
具體實施例方式以下描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且決不旨在限制本公開及其應用或使用。為了清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標記來標識相似的元件。如本文使用的，短語“A、 B和C中的至少一個”應當理解成使用非排他性邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應當理解， 在不改變本公開原理的情況下可以以不同順序執(zhí)行方法中的步驟。如本文使用的，術(shù)語“模塊”可以指代下列各項或者是下列各項的一部分或者包括下列各項專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或群組)和/或存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其他合適部件。在圖1中，示出了包括催化劑加熱系統(tǒng)12的示例性發(fā)動機系統(tǒng)10。發(fā)動機系統(tǒng)10 可以是混合電動車輛系統(tǒng)、充電式混合電動車輛系統(tǒng)、起動/停止車輛系統(tǒng)、部分零排放車輛(P^V)系統(tǒng)、超低排放車輛(SULEV)系統(tǒng)或者其他更嚴格排放車輛系統(tǒng)(例如SULEV20) 等。發(fā)動機系統(tǒng)10包括具有排氣系統(tǒng)16的發(fā)動機14。排氣系統(tǒng)16包括催化轉(zhuǎn)化器(CC) 18。催化劑加熱系統(tǒng)12加熱CC 18中的(一個或多個)催化劑(催化劑組件)。催化劑加熱系統(tǒng)12可以在起動發(fā)動機14之前加熱該(一個或多個)催化劑。雖然發(fā)動機系統(tǒng)10被示出為火花點火式發(fā)動機，但是發(fā)動機系統(tǒng)10作為示例被提供。催化劑加熱系統(tǒng)12可以應用在各種其他發(fā)動機系統(tǒng)上，例如柴油發(fā)動機系統(tǒng)。發(fā)動機系統(tǒng)10包括發(fā)動機14，發(fā)動機14燃燒空氣和燃料的混合物以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩?？諝饨?jīng)過空氣過濾器20進入發(fā)動機14?？諝饨?jīng)過空氣過濾器20并且可以被吸入渦輪增壓器22。渦輪增壓器22 (在被包括時)壓縮新鮮空氣。壓縮越大，發(fā)動機14的輸出就越大。壓縮的空氣在進入進氣歧管沈之前經(jīng)過空氣冷卻器M (在被包括時)。進氣歧管沈內(nèi)的空氣被分配到氣缸28中。燃料被燃料噴射器30噴射到氣缸28 中?；鸹ㄈ?2點燃氣缸觀中的空氣/燃料混合物?？諝?燃料混合物的燃燒產(chǎn)生排氣。 排氣離開氣缸觀進入到排氣系統(tǒng)16中。催化劑加熱系統(tǒng)12包括排氣系統(tǒng)16和發(fā)動機控制模塊(ECM)40。排氣系統(tǒng)16包括CC 18,ECM 40、排氣歧管42和催化劑加熱電路44。作為示例，CC 18可以包括三效催化劑(TWC)。CC 18可以還原氮氧化物NOx、使一氧化碳(CO)氧化并且使未燃碳氫化合物(HC) 和揮發(fā)性有機化合物氧化。CC 18基于后燃燒空/燃比使排氣氧化。氧化的量使得排氣的溫度增加。CC 18包括電加熱催化劑(EHC) 48和非EHC 50。EHC 48被主動地加熱。非EHC 50通過相鄰熱傳遞和/或輻射熱傳遞而被被動地加熱。EHC 48和非EHC 50可以指單一催化劑的不同部分或者可以是不同的相鄰催化劑。僅舉例來說，EHC 48可以具有CC 18的總催化劑質(zhì)量的大約20%。非EHC 50可以具有總催化劑質(zhì)量的大約70-80%。附加的非EHC51可以與EHC 48相鄰并且在EHC 48的上游。非EHC 51可以由于來自EHC 48的相鄰和/ 或輻射熱傳遞而增加溫度。EHC 48從催化劑加熱電路44接收選定的電流和/或選定的電壓。對EHC 48而不是非EHC 50進行電加熱允許快速激活EHC 48以便于循環(huán)外減排(off cycle emission reduction)。催化劑加熱電路44包括一個或多個端子。在所示的示例中，提供兩個端子供電端子52以及接地或返回端子M。在所示的示例中，EHC 48可以執(zhí)行為端子5254之間的電阻元件并且從供電端子52接收電流。在電流被供應到供電端子52時，EHC 48的溫度增加。這允許EHC 48在發(fā)動機14未被啟用時增加到運行溫度或激活溫度(例如>催化劑起燃溫度)。當發(fā)動機14的火花和燃料被啟用時，發(fā)動機14被啟用。不同的電壓電平可以被施加于端子52、54，例如12V-42V。可以使用大于42V的電壓電平。供應到端子52、54的功率可以來自于包括混合動力車輛蓄電池、充電式蓄電池、和/或鋰離子蓄電池的功率源。任選地，EGR閥(未示出)使排氣的一部分再循環(huán)返回到進氣歧管沈中。排氣的剩余部分被引導到渦輪增壓器22中以驅(qū)動渦輪機。渦輪機有利于從空氣過濾器20接收的新鮮空氣的壓縮。排氣從渦輪增壓器22流至CC 18。發(fā)動機系統(tǒng)10還可以包括混合動力控制模塊(HCM)60和一個或多個電動馬達62。 HCM 60可以是ECM 40的一部分或者可以是獨立式控制模塊，如圖所示。HCM 60控制(一個或多個)電動馬達62的運轉(zhuǎn)。(一個或多個)電動馬達62可以補充和/或取代發(fā)動機14的功率輸出。(一個或多個)電動馬達62可以用于調(diào)整發(fā)動機14的速度(即，發(fā)動機14的曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。催化劑加熱系統(tǒng)12可以以一個或多個催化劑加熱模式運轉(zhuǎn)，例如EHC輻射加熱模式和非EHC穩(wěn)定模式。催化劑加熱系統(tǒng)12可以在發(fā)動機14被停用時以催化劑加熱模式運轉(zhuǎn)。當通向發(fā)動機14的火花和燃料被禁用時，發(fā)動機14被停用。催化劑加熱模式包括啟用催化劑加熱電路44來加熱EHC 48。ECM 40在催化劑加熱模式期間控制供應到端子52、 討的電流和電壓以及EHC 48的加熱時間。EHC輻射加熱模式包括將EHC 48加熱到升高溫度，該升高溫度與向非EHC 50提供預定水平的輻射熱傳遞相關(guān)聯(lián)。非EHC穩(wěn)定模式包括使 EHC 48的溫度從升高溫度降低至穩(wěn)定溫度。非EHC穩(wěn)定模式被啟用以便使用于加熱EHC 48和非EHC 50的功率最小化；維持非EHC 50的當前溫度；和/或，使得在EHC輻射加熱模式被禁用時的非EHC 50的溫度降低率最小化。催化劑加熱系統(tǒng)12還可以用于在發(fā)動機14的冷啟動期間增加EHC 48和非EHC 50的溫度。在該示例中，催化劑加熱電路44在發(fā)動機14被啟用并且以大于0米每秒(m/ s)的速度運轉(zhuǎn)時加熱EHC48。ECM 40基于傳感器信息來控制發(fā)動機14和催化劑加熱系統(tǒng)12。傳感器信息可以經(jīng)由傳感器直接獲得和/或經(jīng)由存儲在存儲器70中的算法和表來間接地獲得。示出了一些示例性傳感器80，其用于確定排氣流量水平、排氣溫度水平、排氣壓力水平、催化劑溫度、 氧水平、進氣空氣流率、進氣空氣壓力、進氣空氣溫度、車輛速度、發(fā)動機速度、EGR等。示出了排氣流量傳感器82、排氣溫度傳感器83、排氣壓力傳感器85、催化劑溫度傳感器86、氧傳感器88、EGR傳感器90、進氣空氣流量傳感器92、進氣空氣壓力傳感器94、進氣空氣溫度傳感器96、車輛速度傳感器98和發(fā)動機速度傳感器99。第一排氣流量、壓力和/或溫度傳感器100可以連接到第一排氣管道101并且連接在CC 18的上游。第二排氣流量、壓力和/或溫度傳感器102可以連接到第二排氣管道 103并且連接在CC 18的下游。催化劑溫度傳感器104可以連接到CC 48。ECM 40可以基于來自傳感器80、第一和第二傳感器100、102及催化劑溫度傳感器104的信息來控制發(fā)動機14和催化劑加熱系統(tǒng)12的運轉(zhuǎn)。在圖2中，示出了另一發(fā)動機系統(tǒng)10’的功能框圖。發(fā)動機系統(tǒng)10’包括發(fā)動機 14、催化劑加熱系統(tǒng)12’、排氣系統(tǒng)16’、ECM 40’并且可以包括再生系統(tǒng)120。再生系統(tǒng)120 僅被提供用于示例目的。再生系統(tǒng)120的部分和/或全部可以不被包括在發(fā)動機系統(tǒng)10’ 中。發(fā)動機14’可以例如是火花點火式發(fā)動機或柴油發(fā)動機。ECM 40’可以包括EHC 控制模塊122和再生模塊124。EHC控制模塊122控制催化劑加熱系統(tǒng)12’的運轉(zhuǎn)。再生模塊1 控制再生系統(tǒng)120的運轉(zhuǎn)。在所示的示例中，排氣系統(tǒng)16’包括如下序列的各項 排氣歧管42’、第一排氣管道126、CC 18、第二排氣管道128、催化劑與過濾器組件130、第三排氣管道132和消聲器134。催化劑加熱系統(tǒng)12’包括發(fā)動機14、CC 18、催化劑加熱電路44、和/或EHC控制模塊122。CC 18包括EHC 48和非EHC 50。催化劑加熱電路44可以包括端子52、54。催化劑加熱系統(tǒng)12，還可以包括傳感器100、102、104。再生系統(tǒng)120包括發(fā)動機14、再生模塊IM和催化劑與過濾器組件130。催化劑與過濾器組件130可以包括催化劑140 (例如三效催化劑)和顆粒過濾器(PF)142。催化劑 140將從CC接收的排氣中剩余的CO氧化以生成C02。催化劑140還可以還原氮氧化物NOx 并且氧化未燃碳氫化合物(HC)和揮發(fā)性有機化合物。PF 142從催化劑140接收排氣并且過濾掉存在于排氣中的任何煤煙顆粒。催化劑與過濾器組件130可以包括加熱元件(未示出)以有助于PF 142的再生。再生模塊120可以基于來自例如第二流量、壓力和/或溫度排氣傳感器102的信息和/或來自第三流量、壓力和/或溫度排氣傳感器144以及第四流量、壓力和/或溫度排氣傳感器146的信息來控制發(fā)動機14的運轉(zhuǎn)。第二排氣傳感器102連接在催化劑與過濾器組件130的上游、在第二排氣管道1 上、并且在CC 18和催化劑與過濾器組件130之間。 第三排氣傳感器144連接到催化劑與過濾器組件130。第四排氣傳感器146連接到第三排氣管道132并且在催化劑與過濾器組件130的下游。PF 142的一部分可以被加熱到再生溫度以啟動沿PF 142傳播的放熱反應。這種加熱可以基于來自排氣傳感器102、144、146的信息和PF 132的當前煤煙負載來執(zhí)行。ECM 40’可以估計PF 132的煤煙負載。當估計的負載處于預定水平和/或排氣流率在期望范圍內(nèi)時，發(fā)動機14和再生系統(tǒng)120的運轉(zhuǎn)被控制成啟動再生過程。再生過程的持續(xù)時間可以基于PF 132內(nèi)的顆粒物質(zhì)的估計的量而變化?，F(xiàn)在也參考圖3，示出了 ECM 40”的功能框圖。ECM 40”可以用于圖1和圖2的催化劑加熱系統(tǒng)12、12’中。ECM 40”包括EHC控制模塊122并且還可以包括車輛速度模塊 150和發(fā)動機速度模塊152。EHC控制模塊122可以控制發(fā)動機14和催化劑加熱電路44的運轉(zhuǎn)。車輛速度模塊150基于來自例如車輛速度傳感器98的信息來確定車輛的速度。發(fā)動機速度模塊152基于來自例如發(fā)動機速度傳感器99的信息來確定發(fā)動機14的速度。EHC控制模塊122包括有效催化劑容積監(jiān)測模塊160、催化劑溫度監(jiān)測模塊162、模式選擇模塊164、第一比較模塊166、第二比較模塊168、催化劑加熱模塊174、以及計時器 178。EHC控制模塊122在催化劑加熱模式中運轉(zhuǎn)，催化劑加熱模式由模式選擇模塊166選擇。EHC控制模塊122可以在相同時段中以所述模式中多于一種的模式運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在也參考圖4，示出了操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法。雖然關(guān)于圖1-3的實施例描述了該方法，但是該方法也可以應用于本公開的其它實施例。該方法可以開始于200，并且可以當例如發(fā)動機14被啟用時在下文描述的任務202-218中的任一任務中結(jié)束。下文描述的任務202-218可以被重復地執(zhí)行并且可以由圖1-3的ECM 40、40’、40”之一執(zhí)行。在202處，產(chǎn)生傳感器信號。傳感器信號可以包括排氣流量信號、排氣溫度信號、 排氣壓力信號、催化劑溫度信號、氧信號、近進氣空氣流量信號、近期空氣壓力信號、進氣空氣溫度信號、車輛速度信號、發(fā)動機速度信號、EGR信號等，所述信號可以由如上所述的圖1 和圖2的傳感器80和100-104、144、146產(chǎn)生。在204處，有效容積監(jiān)測模塊160監(jiān)測CC 18的有效催化劑容積并且產(chǎn)生第一有效催化劑容積信號VACTIVE1。除了監(jiān)測有效催化劑容積之外或者代替監(jiān)測有效催化劑容積， 催化劑溫度監(jiān)測模塊162可以監(jiān)測非EHC 50的第一溫度(或第一溫度信號)Τη。η_ΕΗα。第一有效催化劑容積信號Vaotvei可以使用例如等式1來估計。Vactive1 = f{Trion.EHCi ,RE, CondRate,SENG ,DC1CtessiEHC^rirre ,EHCcurrent ,EHCsmJ (I)
第一溫度信號Τη。η_ΕΗα可以經(jīng)由例如排氣傳感器102直接確定。作為替代方案，第一溫度信號Τη。η_ΕΗα可以使用例如等式2間接估計。Tnw_EHC1 = f {R Ε, Con dR ate, Seng ,DC, Clwfass ,EH C 獻-,EH Ccurrent. EH C·} (2)
RE是從EHC 48傳遞到非EHC 50的輻射能量。RE可以基于EHCActTime、EHCCurrent、 EHCv。lt和/或EHC 48的電阻來估計。CondRate是非EHC 50的傳導率。輻射能量的示例性度量單位是焦耳(J)。RE也可以使用例如等式3和4來確定，其中α是波爾茲曼常數(shù)。ΡΕ = α(ΔΤ)4(3)
ΔΤ = Tehc - Tnori.EHC(4)
SENe是發(fā)動機14的速度(S卩，曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。DC是發(fā)動機的占空比。CMass是EHC 48和/或非EHC 50的質(zhì)量或者是CC 18的催化劑的總質(zhì)量。EHCA。tTime是催化劑加熱系統(tǒng) 12被啟用的時間。EHCament是施加到EHC 48的電流水平。EHCv。lt是施加到EHC 48的電壓。 第一有效容積Vactivei和第一溫度Τη。η_ΕΗα可以基于等式1和2的發(fā)動機系統(tǒng)參數(shù)和/或其他發(fā)動機系統(tǒng)參數(shù)(例如EHC電阻和/或阻抗、環(huán)境空氣溫度、EHC 48的質(zhì)量等)中的一個或多個來確定。在206處，第一比較模塊164將第一有效容積Vactivei與預定有效容積PVactive相比較并且產(chǎn)生第一比較信號COMP115預定有效容積PVactive指的是處于大于或等于有效催化劑溫度的溫度(催化劑起作用并且降低排放或催化劑起燃溫度的溫度)時的非EHC 50和/或 CC 18的目標催化劑容積。作為示例，目標催化劑容積可以是非EHC 50的大約30-40%和/ 或CC 18的總催化劑容積的30-40%。預定有效容積PVactive可以與啟動發(fā)動機14之前所期望的最小有效容積相關(guān)聯(lián)。
在206處，除了基于第一有效催化劑容積信號Vactivei產(chǎn)生第一比較信號之外或者替代地，第一比較模塊164可以將第一溫度??；—工與催化劑起燃溫度Τα()相比較。第一比較模塊164基于所述比較產(chǎn)生第一比較信號COMP115催化劑起燃溫度Τα()可以例如在 200-350°C之間。在一個實施例中，CLO溫度TaQ是大約250°C。當?shù)谝挥行Т呋瘎┤莘e信號Vactivei不小于預定有效容積PVactive和/或第一溫度信號Τη。η-ΕΗα不小于催化劑起燃溫度τ。ω時，控制過程可以在208處結(jié)束，否則控制過程可前進至210。替代在208處結(jié)束的是，控制過程可返回202。在210處，模式選擇模塊166基于第一比較信號COMP1選擇EHC輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式選擇信號MODE。催化劑加熱電路44被啟用以將EHC 48加熱到升高溫度TE。當 EHC 48被啟用時，模式選擇模塊166可以產(chǎn)生EHC啟用信號EHCACT以啟動計時器178。作為示例，升高溫度Te可以大于或等于大約700°C。升高溫度Te可以基于目標非 EHC溫度(例如400°C)、EHC 48和非EHC 50的尺寸和質(zhì)量、施加于EHC 48的電流和/或電壓、EHC 48和非EHC50的傳導率等來選擇。升高溫度Te可以是EHC 48在維持于升高溫度 Te長于預定時間ft~edTime的情況下可能發(fā)生故障的過熱溫度。僅舉例來說，取決于EHC 48 和非EHC 50的尺寸、質(zhì)量及傳導率，當EHC 48處于大于或等于700°C的溫度時，非EHC 50 可以被EHC 48輻射加熱到大于或等于大約400°C的溫度。催化劑加熱模塊174基于模式選擇信號MODE產(chǎn)生催化劑加熱信號CH。催化劑加熱信號CH可以指示出選定的電流和/或電壓以施加于催化劑加熱系統(tǒng)12的端子。催化劑加熱信號CH指示出用于EHC輻射加熱模式和EHC穩(wěn)定模式的相應的電流和/或電壓。催化劑加熱模式可以基于發(fā)動機速度S-和/或車輛速度Sveh來選擇。作為示例，當發(fā)動機速度小于預定發(fā)動機速度時，可以選擇催化劑加熱模式。作為另一示例，當發(fā)動機速度是大約 0轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)時，可以選擇催化劑加熱模式。在212處，有效容積監(jiān)測模塊162監(jiān)測非EHC 50和/或CC 18的有效催化劑容積
并且產(chǎn)生第二有效催化劑容積信號VACTIVE2。除了監(jiān)測有效催化劑容積之外或者替代地，催化劑溫度監(jiān)測模塊162可以監(jiān)測非EHC 50的第二溫度Tn。n_ETC2。第二有效催化劑容積信號 Vactive2和第二溫度Tn。n_EIC2可以類似于第一有效催化劑容積信號Vactivei和第一溫度T__EHC1。在214處，第二比較模塊168將第二有效催化劑容積信號Vactive2與啟動容積Vstakt 相比較并且產(chǎn)生第二比較信號C0MP2。除了基于第二有效催化劑容積信號Vactive2產(chǎn)生第二比較信號之外或者替代地，第二比較模塊168可以將第二溫度Tn。n_Effi2與啟動溫度Tstakt相比較?？梢曰诘诙囟萒n。n_Effi2與啟動溫度Tstakt之間的比較來產(chǎn)生第二比較信號C0MP2。啟動溫度Tstam可以指的是當發(fā)動機14被啟動時非EHC 50的目標啟動溫度。啟動溫度Tstakt 可以大于或等于催化劑起燃溫度。當?shù)诙行Т呋瘎┤莘e信號Vact■不大于啟動容積Vstakt 和/或第二溫度Tn。n_EH。2不大于或等于啟動溫度Tstakt時，控制過程前進至216，否則控制過程可前進至218。在216處，模式選擇模塊166可以確定EHC 48是否被啟用長于預定時間 I^edTime。模式選擇模塊166可以基于來自計時器178的時間信號TIME來選擇穩(wěn)定模式。當EHC 48的溫度大于過熱或故障溫度并且EHC 48的啟用時間大于或等于預定時間 I^redTime時，模式選擇模塊166可以切換到穩(wěn)定模式。這防止EHC 48的故障。EHC 48的溫度Tehc可以由催化劑溫度監(jiān)測模塊162確定。EHC 48的溫度Tehc可以經(jīng)由EHC溫度傳感器直接確定和/或使用等式5間接確定，其中EHCMass是EHC 48的質(zhì)量。丁ehc 一 f {°eng f DC, EH C-^yjass, EHC-^tJjme ,EHCcufierit ,EH C^^J(5)
在218處，催化劑加熱模塊174經(jīng)由催化劑加熱電路44使EHC 48的溫度降低到穩(wěn)定溫度Ts。穩(wěn)定溫度Ts小于升高溫度Te并且大于催化劑起燃溫度Τ。，穩(wěn)定溫度Ts可以大于或等于啟動溫度TSTAM。僅舉例來說，穩(wěn)定溫度可以大于或等于大約400°C。EHC 48的溫度被降低以節(jié)省動力并且使EHC 48處于升高溫度的時間最小化。如圖所示，控制過程可以在216之后結(jié)束或者可以返回202。以上所述的在202-218處執(zhí)行的任務意味著說明性示例；取決于應用，可以相繼地、同步地、同時地、連續(xù)地、在重疊時間段期間或者以不同的順序來執(zhí)行所述任務。以上所述的任務被執(zhí)行為將催化劑組件的催化劑加熱并將其溫度維持在催化劑起燃溫度或維持大于催化劑起燃溫度。在圖5中，示出了說明圖4方法的三個模式MODE 1-3的熱催化劑組件圖。熱催化劑圖包括具有EHC 48禾口非EHC 50的CC 18。在模式1中，EHC 48被停用。在MODE 2中，催化劑加熱電路(例如圖1的催化劑加熱電路44)被啟用以將EHC 48加熱到升高溫度TE。所述加熱可以由壁式電源(wall source)來提供，例如蓄電池。所述加熱可以不通過發(fā)動機的燃料供應來提供，這節(jié)省了燃料。在MODE 2中，控制過程以EHC輻射加熱模式運轉(zhuǎn)。對于MODE 2，在第一時間以及在第一時間之后出現(xiàn)的第二時間示出了 CC 18。在第二時間，EHC 48提供比在第一時間提供更多的輻射加熱。MODE 3在MODE 2之后被執(zhí)行，并且包括維持催化劑加熱電路的啟用，但是以EHC穩(wěn)定模式而非EHC輻射加熱模式運轉(zhuǎn)。以上所述的實施例允許催化劑的快速加熱而不需要起用發(fā)動機的燃料和發(fā)動機的加熱。結(jié)果，在啟動發(fā)動機之前，排氣系統(tǒng)的催化劑被加熱和/或是有效的(總催化劑加熱容積增加)。在發(fā)動機被啟動之前加熱催化劑時，燃料被用于加熱催化劑。所述實施例還限制診斷催化劑起燃所需的多余發(fā)動機運行時間。以上所述的實施例通過在啟用發(fā)動機之前的目標催化劑加熱且不使用燃料的情況下來降低發(fā)動機的排放輸出。本領域技術(shù)人員限制能夠從前述描述中認識到，本公開的廣泛教導能夠以各種形式來實施。因此，雖然本公開包括了具體示例，但是本公開的真實范圍不應當如此受到限制，因為技術(shù)人員在研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求后會顯而易見到其他變型。
權(quán)利要求
1.一種催化劑加熱系統(tǒng)，包括第一監(jiān)測模塊，其監(jiān)測下列各項中的至少一項(i)發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；模式選擇模塊，其設置成基于第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及電加熱催化劑控制模塊，其基于所述模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度，其中，穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中當發(fā)動機被停用時，電加熱催化劑控制加熱模塊經(jīng)由電加熱催化劑加熱電路向電加熱催化劑供應電流以增加電加熱催化劑的溫度；以及當發(fā)動機的火花和燃料被禁用時，發(fā)動機被停用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第一比較模塊，其將第一有效催化劑容積與預定有效容積相比較并且產(chǎn)生第一比較信號，其中，當?shù)谝槐容^信號指示出第一有效催化劑容積小于預定有效容積時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將催化劑組件的第二有效催化劑容積與有效啟動容積相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，其中，當?shù)诙容^信號指示出第二有效催化劑容積大于有效啟動容積時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑穩(wěn)定模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，有效啟動容積是在啟動發(fā)動機之前所要求的催化劑組件的最小有效容積。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，電加熱催化劑控制模塊 在電加熱催化劑輻射加熱模式期間將電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度；以及在電加熱催化劑穩(wěn)定模式期間將電加熱催化劑的溫度減小到穩(wěn)定溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括所述電加熱催化劑， 其中，電加熱催化劑在輻射加熱模式期間輻射地加熱非電加熱催化劑，以及其中，電加熱催化劑在電加熱催化劑穩(wěn)定模式期間與在輻射加熱模式期間相比提供更少的對非電加熱催化劑的輻射加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第一比較模塊，其將第一溫度與催化劑起燃溫度相比較并且產(chǎn)生第一比較信號，其中，當?shù)谝槐容^信號指示出第一溫度小于催化劑起燃溫度時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將非電加熱催化劑的第二溫度與啟動溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，其中，當?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于啟動溫度時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑穩(wěn)定模式。
10.一種操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，包括監(jiān)測下列各項中的至少一項(i)發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；基于第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及基于模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度， 其中，穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及混合催化劑輻射預加熱系統(tǒng)，具體地，一種催化劑加熱系統(tǒng)包括監(jiān)測模塊、模式選擇模塊和電加熱催化劑(EHC)控制模塊。監(jiān)測模塊監(jiān)測下列各項中的至少一項(i)發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度。模式選擇模塊設置成基于第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式并且產(chǎn)生模式信號。電加熱催化劑控制模塊基于模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大于穩(wěn)定溫度的升高溫度。穩(wěn)定溫度大于催化劑起燃溫度。
文檔編號F01N9/00GK102242659SQ201110120948
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者L. 斯波恩 B., N. 魯斯 B., V. 岡策 E., G. 桑托索 H. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司