專利名稱：混合催化劑對流預(yù)加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(dāng)前署名發(fā)明人的工作以及在申請時(shí)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(rèn)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(dòng)機(jī)(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?xì)浠衔?。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?xì)浠衔镅趸援a(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(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)時(shí)發(fā)生的暖機(jī)時(shí)段期間不工作或者提供微小的減排。在暖機(jī)時(shí)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。基于所述原因，催化轉(zhuǎn)化器在冷啟動(dòng)時(shí)越快地增加到起燃溫度，則排氣系統(tǒng)的減排性能越好?；旌想妱?dòng)車輛可以包括ICE和一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)馬達(dá)。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(fù)地停用和/或被停用延長的時(shí)間段以節(jié)約燃料。當(dāng)ICE被停用時(shí)，催化轉(zhuǎn)化器的溫度降低。啟動(dòng)/停止車輛(start/stop vehicle)包括ICE并且在例如ICE空閑時(shí)段中并且/或者當(dāng)該啟動(dòng)/停止車輛的速度是0 m/s時(shí)停用ICE。結(jié)果，催化轉(zhuǎn)化器在啟動(dòng)混合電動(dòng)車輛和啟動(dòng)/停止車輛時(shí)可能提供有限的減排性能。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了催化劑加熱系統(tǒng)并且該催化劑加熱系統(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(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非EHC的第一溫度和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積中的至少一者。模式選擇模塊被設(shè)置成基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇EHC加熱模式并且產(chǎn)生模式信號。EHC控制模塊基于模式信號來控制通向催化劑組件的EHC的電流。在其他特征中，提供了催化劑加熱系統(tǒng)并且該催化劑加熱系統(tǒng)包括第一監(jiān)測模塊，其監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非EHC的第一溫度。第二監(jiān)測模塊監(jiān)測催化劑組件的EHC的第二溫度。模式選擇模塊被設(shè)置成基于第一溫度和第二溫度來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式并且產(chǎn)生模式信號?？諝獗盟湍K在空氣泵送模式期間發(fā)動(dòng)至少一個(gè)泵送動(dòng)作來將空氣泵送到催化劑組件的入口中。所述至少一個(gè)泵送動(dòng)作包括 (i)在發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，以及(ii)致動(dòng)空氣泵。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(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非EHC的第一溫度和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積中的至少一者。基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇EHC加熱模式并且產(chǎn)生模式信號?；谀Ｊ叫盘杹砜刂仆ㄏ虼呋瘎┙M件的EHC的電流。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(xiàng)中的至少一項(xiàng)(i)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度，和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積；
模式選擇模塊，其設(shè)置成基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇電加熱催化劑加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及
電加熱催化劑控制模塊，其基于模式信號控制通向催化劑組件的電加熱催化劑的電流。方案2.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括 第二監(jiān)測模塊，其監(jiān)測電加熱催化劑的第二溫度，
其中，模式選擇模塊被設(shè)置成基于第二溫度來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式并且產(chǎn)生模式信號；以及
空氣泵送模塊，其在空氣泵送模式期間發(fā)動(dòng)至少一個(gè)泵送動(dòng)作來將空氣泵送到催化劑組件的入口中，
其中，所述至少一個(gè)泵送動(dòng)作包括(i)在發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，以及致動(dòng)空氣泵。方案3.根據(jù)方案2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的火花和燃料被禁用。方案4.根據(jù)方案2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第一比較模塊，其將有效催化劑容積與預(yù)定容積相比較并且產(chǎn)生比較信號，
其中，當(dāng)比較信號指示出有效催化劑容積小于預(yù)定容積時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。方案5.根據(jù)方案2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(dāng)?shù)谝槐容^信號指示出第一溫度小于起燃溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。方案6.根據(jù)方案5所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將第二溫度與最大電加熱催化劑對流溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于最大電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式，以及
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度小于或等于最大電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式。方案7.根據(jù)方案6所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第三比較模塊，其將第二溫度與最小電加熱催化劑對流溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度小于最小電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式，以及
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于或等于最小電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。方案8.根據(jù)方案2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
在非電加熱催化劑上游的電加熱催化劑；以及
其中，電加熱催化劑控制模塊在空氣泵送模式期間將熱從電加熱催化劑傳遞到非電加熱催化劑。方案9.根據(jù)方案2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中電加熱催化劑控制模塊在空氣泵送模式期間致動(dòng)空氣泵以將環(huán)境空氣泵送到催化劑組件上游的排氣系統(tǒng)中。方案10.根據(jù)方案2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度小于預(yù)定速度時(shí)，模式選擇模塊被設(shè)置成選擇空氣泵送模式。方案11.根據(jù)方案2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，電加熱催化劑控制模塊控制電動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)以便
在發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式期間防止曲軸旋轉(zhuǎn)；和在空氣泵送模式期間允許曲軸旋轉(zhuǎn)。方案12.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，第一監(jiān)測模塊基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度、流率、以及電加熱催化劑的電流和電壓中的至少一者來估計(jì)第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者。方案13. —種催化劑加熱系統(tǒng)，包括
第一監(jiān)測模塊，其監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫
度；
第二監(jiān)測模塊，其監(jiān)測催化劑組件的電加熱催化劑的第二溫度； 模式選擇模塊，其被設(shè)置成基于第一溫度和第二溫度來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式并且產(chǎn)生模式信號；以及
空氣泵送模塊，其在空氣泵送模式期間發(fā)動(dòng)至少一個(gè)泵送動(dòng)作來將空氣泵送到催化劑組件的入口中，
其中，所述至少一個(gè)泵送動(dòng)作包括(i)在發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，以及 (ii)致動(dòng)空氣泵。方案14.根據(jù)方案13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(dāng)?shù)谝槐容^信號指示出第一溫度小于起燃溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。方案15.根據(jù)方案14所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將第二溫度與最大電加熱催化劑對流溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于最大電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式，以及
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度小于或等于最大電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式。方案16.根據(jù)方案15所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第三比較模塊，其將第二溫度與最小電加熱催化劑對流溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度小于最小電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式，以及
其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于或等于最小電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。方案17. —種操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，包括
監(jiān)測下列各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)(i)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度，和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積；
基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇電加熱催化劑加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及
基于模式信號控制通向催化劑組件的電加熱催化劑的電流。方案18.根據(jù)方案17所述的方法，還包括 監(jiān)測電加熱催化劑的第二溫度，
基于第二溫度來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式并且產(chǎn)生模式信號；以及在空氣泵送模式期間發(fā)動(dòng)至少一個(gè)泵送動(dòng)作來將空氣泵送到催化劑組件的入口中， 其中，所述至少一個(gè)泵送動(dòng)作包括(i)在發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，以及 (ii)致動(dòng)空氣泵。方案19.根據(jù)方案18所述的方法，還包括
將有效催化劑容積與預(yù)定容積相比較并且產(chǎn)生比較信號，以及當(dāng)比較信號指示出第一有效催化劑容積小于預(yù)定容積時(shí)，選擇空氣泵送模式。方案20.根據(jù)方案18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)生比較信號，以及當(dāng)比較信號指示出第一溫度小于起燃溫度時(shí)，選擇空氣泵送模式。從本文提供的描述中將明白進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能框圖； 圖2是另一發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和根據(jù)本公開的相應(yīng)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(dòng)機(jī)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(gè)模式的熱催化劑組件圖。
具體實(shí)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(yīng)用或使用。為了清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)識(shí)相似的元件。如本文使用的，短語“A、 B和C中的至少一個(gè)”應(yīng)當(dāng)理解成使用非排他性邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)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(xiàng)或者是下列各項(xiàng)的一部分或者包括下列各項(xiàng)專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享、專用或群組)和/或存儲(chǔ)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10 可以是混合電動(dòng)車輛系統(tǒng)、充電式混合電動(dòng)車輛系統(tǒng)、起動(dòng)/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(yán)格排放車輛系統(tǒng)(例如SULEV20) 等。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括具有排氣系統(tǒng)16的發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)或多個(gè))催化劑(催化劑組件)。催化劑加熱系統(tǒng)12可以在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)14之前加熱該(一個(gè)或多個(gè))催化劑。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10被示出為火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，但是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10作為示例被提供。催化劑加熱系統(tǒng)12可以應(yīng)用在各種其他發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)14，發(fā)動(dòng)機(jī)14燃燒空氣和燃料的混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩?？諝饨?jīng)過空氣過濾器20進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí))壓縮新鮮空氣。壓縮越大，發(fā)動(dòng)機(jī)14的輸出就越大。壓縮的空氣在進(jìn)入進(jìn)氣歧管沈之前經(jīng)過空氣冷卻器M (在被包括時(shí))。進(jìn)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(diǎn)燃?xì)飧子^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(jìn)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(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)40。排氣系統(tǒng)16包括CC 18, ECM 40、排氣歧管42、催化劑加熱電路44和空氣泵46。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?xì)浠衔?HC)和揮發(fā)性有機(jī)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(dòng)地加熱。非EHC 50通過相鄰熱傳遞和/或?qū)α鞫槐粍?dòng)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EHC 51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(jìn)行電加熱允許快速激活EHC 48以便于循環(huán)外減排。催化劑加熱電路44包括一個(gè)或多個(gè)端子。在所示的示例中，提供兩個(gè)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(yīng)到供電端子52時(shí)，EHC 48的溫度增加。僅舉例來說，電壓被供應(yīng)到端子。這允許EHC 48在發(fā)動(dòng)機(jī)14未被啟用時(shí)增加到運(yùn)行溫度或激活溫度(例如>催化劑起燃溫度)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)14的火花和燃料被啟用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)14 被啟用。施加于端子52、54的不同的電壓電平可以是例如12V-42V?？梢允褂么笥?2V的電壓電平。任選地，EGR閥(未示出)使排氣的一部分再循環(huán)返回到進(jìn)氣歧管沈中。排氣的剩余部分被引導(dǎo)到渦輪增壓器22中以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。渦輪機(jī)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)10還可以包括混合動(dòng)力控制模塊(HCM)60和一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)馬達(dá)62。 HCM 60可以是ECM 40的一部分或者可以是獨(dú)立式控制模塊，如圖所示。HCM 60控制(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62的運(yùn)轉(zhuǎn)。(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62可以補(bǔ)充和/或取代發(fā)動(dòng)機(jī)14的功率輸出。(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62可以用于調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)14的速度(即，發(fā)動(dòng)機(jī)14的曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。催化劑加熱系統(tǒng)12可以以催化劑加熱模式、發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式(可以稱為二次空氣噴射模式)運(yùn)轉(zhuǎn)。催化劑加熱系統(tǒng)12可以在發(fā)動(dòng)機(jī)14被停用時(shí)以這些模式運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)通向發(fā)動(dòng)機(jī)14的火花和燃料被禁用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)到端子52、54的電流和電壓以及EHC 48的加熱時(shí)間。ECM 40和/或HCM 60可以在發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式期間控制(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62的運(yùn)轉(zhuǎn)以維持當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62可以經(jīng)由皮帶/滑輪系統(tǒng)、經(jīng)由變速器、一個(gè)或多個(gè)離合器、和/或經(jīng)由其他機(jī)械連接裝置連接到發(fā)動(dòng)機(jī)14。在一個(gè)實(shí)施例中，ECM 40和/或HCM 60在發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式(被維持在0轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度)期間致動(dòng)(提供動(dòng)力給)(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62以防止曲軸66旋轉(zhuǎn)。這可在車輛速度大于0 m/s時(shí)發(fā)生。ECM 40和/或HCM 60可以在空氣泵送模式期間控制(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62和/或起動(dòng)機(jī)64的運(yùn)轉(zhuǎn)以使得曲軸66旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車輛速度大于0 m/s 時(shí)，ECM 40和/或HCM 60可以停用(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62以允許曲軸66旋轉(zhuǎn)。在空氣泵送模式期間，在EHC 48被加熱到例如催化劑起燃溫度之后，空氣被泵送到排氣系統(tǒng)16中以對流地加熱非EHC 50。在空氣泵送模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)14可以用作空氣泵46以將空氣泵送到排氣系統(tǒng)16中。在空氣泵送模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)14被停用，但是發(fā)動(dòng)機(jī)14的進(jìn)氣門和排氣門被允許開啟和閉合。這允許空氣被吸入和泵出氣缸觀。代替使曲軸66旋轉(zhuǎn)或者除了使曲軸66旋轉(zhuǎn)之外，ECM 40可以在空氣泵送模式期間致動(dòng)空氣泵46。 空氣泵46被連接到CC 18上游的排氣系統(tǒng)16并且用于將空氣泵送到該排氣系統(tǒng)16中。空氣泵46可以將環(huán)境空氣泵送到排氣系統(tǒng)16中。環(huán)境空氣可以被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)14的排氣歧管42和/或排氣門。ECM 40和/或HCM 60基于傳感器信息來控制發(fā)動(dòng)機(jī)14、催化劑加熱系統(tǒng)12、空氣泵46和起動(dòng)機(jī)64。傳感器信息可以經(jīng)由傳感器直接獲得和/或經(jīng)由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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(jìn)氣空氣流率、進(jìn)氣空氣壓力、進(jìn)氣空氣溫度、車輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)氣空氣流量傳感器92、進(jìn)氣空氣壓力傳感器94、進(jìn)氣空氣溫度傳感器96、車輛速度傳感器98和發(fā)動(dòng)機(jī)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 44。ECM 40可以基于來自傳感器80、第一和第二排氣傳感器100、102及催化劑溫度傳感器104的信息來控制發(fā)動(dòng)機(jī)14和催化劑加熱系統(tǒng)12的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在圖2中，示出了另一發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10’的功能框圖。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10’包括發(fā)動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)系統(tǒng)10’ 中。發(fā)動(dòng)機(jī)14’可以例如是火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。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(yùn)轉(zhuǎn)。再生模塊IM控制再生系統(tǒng)120的運(yùn)轉(zhuǎn)。在所示的示例中，排氣系統(tǒng)16’包括如下序列的各項(xiàng) 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(dòng)機(jī)14、CC 18、催化劑加熱電路44、空氣泵46、起動(dòng)機(jī)64、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(dòng)機(jī)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?xì)浠衔?HC)和揮發(fā)性有機(jī)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(dòng)機(jī)14的運(yùn)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發(fā)動(dòng)沿PF 142傳播的放熱反應(yīng)。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(dāng)前煤煙負(fù)載來執(zhí)行。ECM 40’可以估計(jì)PF 132的煤煙負(fù)載。當(dāng)估計(jì)的負(fù)載處于預(yù)定水平和/或排氣流率在期望范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)14和再生系統(tǒng)120的運(yùn)轉(zhuǎn)被控制成發(fā)動(dòng)再生過程。再生過程的持續(xù)時(shí)間可以基于PF 132內(nèi)的顆粒物質(zhì)的估計(jì)的量而變化。現(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(dòng)機(jī)速度模塊152。EHC控制模塊122可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)14、催化劑加熱電路44、空氣泵46、(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)馬達(dá)62和/或起動(dòng)機(jī)64的運(yùn)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(dòng)機(jī)速度模塊152基于來自例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器99的信息來確定發(fā)動(dòng)機(jī)14的速度。EHC控制模塊122包括非EHC監(jiān)測模塊(第一監(jiān)測模塊)160、EHC監(jiān)測模塊(第二監(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、第三比較模塊170、 空氣泵送模塊172、以及催化劑加熱模塊174。EHC控制模塊122在由模式選擇模塊166選擇的催化劑加熱模式、發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式中運(yùn)轉(zhuǎn)。EHC控制模塊122可以在相同時(shí)段中以所述模式中多于一種的模式運(yùn)轉(zhuǎn)。現(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(shí)施例描述了該方法，但是該方法也可以應(yīng)用于本公開的其它實(shí)施例。該方法可以開始于200。下文描述的任務(wù)202-220可以被重復(fù)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(jìn)氣空氣流量信號、近期空氣壓力信號、進(jìn)氣空氣溫度信號、車輛速度信號、發(fā)動(dòng)機(jī)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，第一監(jiān)測模塊160監(jiān)測非EHC 50的溫度和/或非EHC 50和/或CC 18
的有效催化劑容積并且產(chǎn)生第一溫度信號Tn。n_EH。和/或有效容積信號vACTIVE。有效容積信號Vactive可以由第一監(jiān)測模塊160產(chǎn)生或者由專用的有效催化劑容積監(jiān)測模塊產(chǎn)生。第一溫度信號Tn。n_ETC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Tn。n_EH?？梢允褂美绲仁?間接地估計(jì)。有效容積信號Vactive可以使用例如等式2來估計(jì)。
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!^ate是通過CC 18的排氣流率，其可以是供應(yīng)到氣缸觀的空氣質(zhì)量流量和燃料量的函數(shù)?？諝赓|(zhì)量流量可以由空氣質(zhì)量流量傳感器來確定，例如進(jìn)氣空氣流量傳感器92。S-是發(fā)動(dòng)機(jī)14的速度(S卩，曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。DC是發(fā)動(dòng)機(jī)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。Cimp是EHC 48的電阻或阻抗。EHCActTime 是催化劑加熱系統(tǒng)12被啟用的時(shí)間。EHCeurrent是施加到EHC 48的電流水平。EHCv。lt是施加到EHC 48的電壓。Tamb是環(huán)境溫度。CAM是發(fā)動(dòng)機(jī)14的凸輪定相。SI3K是火花正時(shí)。溫度信號和有效催化劑容積信號Vactive和可以基于等式1和2中提供的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)和/ 或其他發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)(例如EHC 48的質(zhì)量EHCMass)中的一個(gè)或多個(gè)而定。在206處，第一比較模塊164將第一溫度信號Tn。n_ETC與催化劑起燃溫度TaQ相比較和/或?qū)⒂行Т呋瘎┤莘eVactive與預(yù)定有效容積PVactive相比較并且產(chǎn)生第一比較信號 COMP1。催化劑起燃溫度Tatj可以在例如200-350 V之間。在一個(gè)實(shí)施例中，CLO溫度TaQ是大約250°C。預(yù)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(shí)的非EHC 50和/或CC 18的目標(biāo)催化劑容積。作為示例，目標(biāo)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%。當(dāng)?shù)谝粶囟刃盘朤n。n_EH。不小于催化劑起燃溫度Τ。ω和/或有效催化劑容積Vactive不小于預(yù)定有效容積PVactive時(shí)，控制過程可以在208處結(jié)束，否則控制過程可以前進(jìn)至210。 代替在208處結(jié)束的是，控制過程可以返回202。在210處，模式選擇模塊166基于第一比較信號COMP1選擇催化劑加熱模式并且產(chǎn)生模式選擇信號MODE。催化劑加熱電路44在催化劑加熱模式期間被啟用以加熱EHC 48。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。催化劑加熱模式可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度S-和/或車輛速度Sveh來選擇。作為示例，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度小于預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)，可以選擇催化劑加熱模式。作為另一示例，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度是大約0轉(zhuǎn)每分鐘(RPM) 時(shí)，可以選擇催化劑加熱模式。在212處，第二監(jiān)測模塊162監(jiān)測EHC 48的溫度并且產(chǎn)生第二溫度信號TEH。。第二溫度信號Tehc可以經(jīng)由EHC溫度傳感器直接確定和/或例如使用等式3間接地估計(jì)，其中EHCtoss是EHC 48的質(zhì)量。
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(xiàng)中的至少一項(xiàng)(i)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度，和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積；模式選擇模塊，其設(shè)置成基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇電加熱催化劑加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及電加熱催化劑控制模塊，其基于模式信號控制通向催化劑組件的電加熱催化劑的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括 第二監(jiān)測模塊，其監(jiān)測電加熱催化劑的第二溫度，其中，模式選擇模塊被設(shè)置成基于第二溫度來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式并且產(chǎn)生模式信號；以及空氣泵送模塊，其在空氣泵送模式期間發(fā)動(dòng)至少一個(gè)泵送動(dòng)作來將空氣泵送到催化劑組件的入口中，其中，所述至少一個(gè)泵送動(dòng)作包括(i)在發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，以及 ( )致動(dòng)空氣泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的火花和燃料被禁用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第一比較模塊，其將有效催化劑容積與預(yù)定容積相比較并且產(chǎn)生比較信號，其中，當(dāng)比較信號指示出有效催化劑容積小于預(yù)定容積時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2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(dāng)?shù)谝槐容^信號指示出第一溫度小于起燃溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第二比較模塊，其將第二溫度與最大電加熱催化劑對流溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于最大電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式，以及其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度小于或等于最大電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括第三比較模塊，其將第二溫度與最小電加熱催化劑對流溫度相比較并且產(chǎn)生第二比較信號，其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度小于最小電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式，以及其中，當(dāng)?shù)诙容^信號指示出第二溫度大于或等于最小電加熱催化劑對流溫度時(shí)，模式選擇模塊選擇空氣泵送模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求2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；和在非電加熱催化劑上游的電加熱催化劑；以及其中，電加熱催化劑控制模塊在空氣泵送模式期間將熱從電加熱催化劑傳遞到非電加熱催化劑。
9.一種催化劑加熱系統(tǒng)，包括第一監(jiān)測模塊，其監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；第二監(jiān)測模塊，其監(jiān)測催化劑組件的電加熱催化劑的第二溫度； 模式選擇模塊，其被設(shè)置成基于第一溫度和第二溫度來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持模式和空氣泵送模式并且產(chǎn)生模式信號；以及空氣泵送模塊，其在空氣泵送模式期間發(fā)動(dòng)至少一個(gè)泵送動(dòng)作來將空氣泵送到催化劑組件的入口中，其中，所述至少一個(gè)泵送動(dòng)作包括(i)在發(fā)動(dòng)機(jī)被停用時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，以及 ( )致動(dòng)空氣泵。
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(xiàng)中的至少一項(xiàng)(i)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度，和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積；基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇電加熱催化劑加熱模式并且產(chǎn)生模式信號；以及基于模式信號控制通向催化劑組件的電加熱催化劑的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及混合催化劑對流預(yù)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(i)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度和(ii)催化劑組件的有效催化劑容積中的至少一者。模式選擇模塊被設(shè)置成基于第一溫度和有效催化劑容積中的至少一者來選擇電加熱催化劑加熱模式并且產(chǎn)生模式信號。電加熱催化劑控制模塊基于模式信號來控制通向催化劑組件的電加熱催化劑的電流。
文檔編號F01N3/22GK102251837SQ20111013026
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19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(yùn)作有限責(zé)任公司