專利名稱：起動-停止混合動力的放熱催化劑加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器。
背景技術(shù)：
在此提供的背景技術(shù)說明是為了大體地介紹本發(fā)明的背景。發(fā)明人的一部分工作在背景技術(shù)部分中被描述，這部分內(nèi)容以及在提交申請時(shí)該描述中不另構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的方面，既不明確也不暗示地被承認(rèn)是破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。催化轉(zhuǎn)化器用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(ICE)的排氣系統(tǒng)中以降低排放。作為示例，三元催化轉(zhuǎn)化器(TWC)減少了排氣系統(tǒng)內(nèi)的氮氧化物、一氧化碳和碳?xì)浠衔?。三元轉(zhuǎn)化器將氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮和氧，將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，以及氧化未燃燒的碳?xì)浠衔镆援a(chǎn)生二氧化碳和水。催化轉(zhuǎn)換器通常開始起作用的平均起燃溫度大致為200-350 °C。結(jié)果，催化轉(zhuǎn)化器在發(fā)動機(jī)冷起動時(shí)出現(xiàn)的預(yù)熱時(shí)段期間不起作用或者提供最低限度的減排。催化轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行溫度在預(yù)熱時(shí)段后可大致為650-900 0C。催化轉(zhuǎn)化器的效率隨運(yùn)行溫度的上升而改善。由于上述原因，催化轉(zhuǎn)化器在冷起動時(shí)上升至起燃溫度越快，則排氣系統(tǒng)的減排性能越好?；旌蟿恿囕v可包括ICE和一臺或多臺電動機(jī)。ICE可具有帶催化轉(zhuǎn)化器的排氣系統(tǒng)。ICE可被反復(fù)地和/或長時(shí)間地停用以節(jié)約燃料。催化轉(zhuǎn)化器的溫度在ICE停用時(shí)降低。帶起動/停止的車輛包括有ICE，并且在例如ICE空轉(zhuǎn)時(shí)段期間和/或當(dāng)帶起動/停止的車輛的速度為0 m/s時(shí)停用ICE。結(jié)果，催化轉(zhuǎn)化器在混合動力電動車輛和帶起動/停止的車輛的起動時(shí)可提供受限的減排性能。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種催化劑加熱系統(tǒng)，該催化劑加熱系統(tǒng)包括第一監(jiān)測模塊、模式選擇模塊和電加熱催化劑(EHC)控制模塊。第一監(jiān)測模塊監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)⑴發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和( )催化劑組件的活性催化劑體積。模式選擇模塊構(gòu)造成基于第一溫度和活性催化劑體積中的至少一個(gè)選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和EHC加熱模式。EHC控制模塊基于模式信號來控制到催化劑組件的第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。在其他特征中，提供了一種操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，并且該方法包括監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)(i)發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和 (ii)催化劑組件的活性催化劑體積?；诘谝粶囟群突钚源呋瘎w積中的至少一個(gè)來選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和電加熱催化劑(EHC)加熱模式?；谀Ｊ叫盘杹砜刂频酱呋瘎┙M件的第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。本發(fā)明還包括以下方案
方案1. 一種催化劑加熱系統(tǒng)，包括第一監(jiān)測模塊，所述第一監(jiān)測模塊監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)i)發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和ii)所述催化劑組件的活性催化劑體積；
模式選擇模塊，所述模式選擇模塊構(gòu)造成基于所述第一溫度和所述活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和電加熱催化劑EHC 加熱模式；以及
EHC控制模塊，所述EHC控制模塊基于所述模式信號來控制到所述催化劑組件的所述第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。方案2.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊在所述發(fā)動機(jī)被啟用時(shí)選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種并產(chǎn)生所述模
式信號。方案3.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊基于所述第一溫度和所述活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式。方案4.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊基于比催化劑起燃溫度高的所述第一溫度和比預(yù)定溫度高的所述第二催化劑的第二溫度來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式。方案5.根據(jù)方案4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述第一催化劑為EHC，而所述第二催化劑為非EHC。方案6.根據(jù)方案4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度低于或等于所述催化劑起燃溫度和所述第二溫度低于或等于所述預(yù)定溫度時(shí)，所述模式選擇模塊啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種。方案7.根據(jù)方案6所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度高于所述催化劑起燃溫度和所述第二溫度高于所述預(yù)定溫度時(shí)，所述模式選擇模塊停止以所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的所述至少一種進(jìn)行的操作。方案8.根據(jù)方案7所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述第二催化劑為所述催化劑組件最下游的分區(qū)。方案9.根據(jù)方案4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度低于或等于所述催化劑起燃溫度和所述活性催化劑體積小于預(yù)定活性催化劑體積時(shí)，所述模式選擇模塊啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種。方案10.根據(jù)方案9所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度高于所述催化劑起燃溫度和所述活性催化劑體積大于或等于預(yù)定活性催化劑體積時(shí)，所述模式選擇模塊停止以所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的所述至少一種進(jìn)行的操作。方案11.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊基于所述活性催化劑體積來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種和EHC 加熱模式。方案12.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊基于所述催化劑組件相應(yīng)分區(qū)的溫度來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種和所述EHC加熱模式。方案13.根據(jù)方案12所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括產(chǎn)生指示了所述溫度的溫度信號的多個(gè)溫度傳感器，
其中所述第一監(jiān)測模塊基于所述溫度來估計(jì)所述活性催化劑體積。方案14.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括
燃料增濃模塊，所述燃料增濃模塊在所述燃料增濃模式期間基于所述第一溫度和所述第二催化劑的第二溫度來調(diào)節(jié)所述發(fā)動機(jī)的燃料噴射；以及
二次空氣噴射模塊，所述二次空氣注入模塊在所述二次空氣噴射模式期間基于所述第一溫度和所述第二催化劑的第二溫度來調(diào)節(jié)進(jìn)入所述排氣系統(tǒng)的空氣噴射。方案15.根據(jù)方案1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，還包括所述催化劑組件，其中所述催化劑組件包括
所述第一催化劑；以及
所述第一催化劑下游的所述第二催化劑，
其中所述EHC控制模塊通過啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種來將熱從所述第一催化劑傳遞至所述第二催化劑。方案16. —種操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，包括
監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)i)發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和ii)所述催化劑組件的活性催化劑體積；
基于所述第一溫度和所述活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和電加熱催化劑EHC加熱模式；以及
基于所述模式信號來控制到所述催化劑組件中的所述第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。方案17.根據(jù)方案15所述的方法，其中
基于比催化劑起燃溫度高的所述第一溫度和比預(yù)定溫度高的所述第二催化劑的第二溫度來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式；以及所述第一催化劑為EHC，且所述第二催化劑為非EHC。方案18.根據(jù)方案15所述的方法，還包括
其中當(dāng)所述第一溫度低于或等于所述催化劑起燃溫度和所述第二催化劑的第二溫度低于或等于所述預(yù)定溫度時(shí)，啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種；以及
當(dāng)所述第一溫度高于所述催化劑起燃溫度和所述第二溫度高于所述預(yù)定溫度時(shí)，停止以所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種進(jìn)行的操作。方案19.根據(jù)方案15所述的方法，還包括
當(dāng)所述第一溫度低于或等于所述催化劑起燃溫度和所述活性催化劑體積小于預(yù)定活性催化劑體積時(shí)，啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種；以及
當(dāng)所述第一溫度高于所述催化劑起燃溫度和所述活性催化劑體積大于或等于預(yù)定活性催化劑體積時(shí)，停止以所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種進(jìn)行的操作。方案20.根據(jù)方案15所述的方法，還包括
在所述燃料增濃模式期間基于所述第一溫度和所述第二催化劑的第二溫度來調(diào)節(jié)所述發(fā)動機(jī)的燃料噴射；以及在所述二次空氣噴射模式期間基于所述第一溫度和所述第二催化劑的第二溫度來調(diào)節(jié)進(jìn)入所述排氣系統(tǒng)的空氣噴射。更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑼ㄟ^在此提供的說明而變得明顯。應(yīng)理解的是，說明和具體示例僅用于例示目的，而不意圖用于限制本發(fā)明的范圍。


在此描述的附圖僅用于例示目的，并且不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合了催化劑加熱系統(tǒng)的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的功能框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和對應(yīng)的催化劑加熱系統(tǒng)的功能框圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)控制模塊的功能框圖；以及
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法。
具體實(shí)施例方式以下的說明本質(zhì)上僅是示例性的，并且決不意圖用于限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。 為清楚起見，附圖中將相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)識相似的元件。如在此所使用地，短語“A、B、 和C中的至少一個(gè)”應(yīng)解釋為表示利用了非排它性的邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應(yīng)理解的是，在不改變本發(fā)明原理的情況下，可以不同的順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。如在此所使用地，術(shù)語“模塊”可以是指(或?qū)儆诨虬?專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的(共用、專用、或分組的)處理器和(共用、專用、或分組的)存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所描述功能性的其它合適部件。在圖1中，示出包括催化劑加熱系統(tǒng)12的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10 可以是混合動力電動車輛系統(tǒng)、插電式混合動力電動車輛系統(tǒng)、帶起動/停止的車輛系統(tǒng)、 超低排放車輛(SULEV)系統(tǒng)、和部分零排放車輛(P^V)系統(tǒng)等。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括具有排氣系統(tǒng)16的發(fā)動機(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(催化劑組件)中的催化劑。催化劑加熱系統(tǒng)12可在發(fā)動機(jī)14的起動之后加熱催化劑。盡管發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10被示出為火花點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)，但發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10是作為示例而被提供的。催化劑加熱系統(tǒng)12可在諸如柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)之類的各種其他的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)上得以實(shí)現(xiàn)。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括燃燒空氣燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動扭矩的發(fā)動機(jī)14?？諝饨?jīng)過空氣濾清器20進(jìn)入發(fā)動機(jī)14?？諝饨?jīng)過空氣濾清器20并且可被吸入渦輪增壓器22。在包括有渦輪增壓器時(shí)，渦輪增壓器22壓縮新鮮空氣。壓縮越多，則發(fā)動機(jī)14的輸出越強(qiáng)。 在包括了空氣冷卻器時(shí)，壓縮空氣在進(jìn)入進(jìn)氣歧管沈之前經(jīng)過空氣冷卻器24。進(jìn)氣歧管沈內(nèi)的空氣被分配到氣缸觀中。燃料由作為燃料噴射系統(tǒng)的一部分的燃料噴射器30噴射到氣缸觀中?；鸹ㄈ?2點(diǎn)燃?xì)飧子^中的空氣/燃料混合物?？諝? 燃料混合物的燃燒形成排氣。排氣離開氣缸觀進(jìn)入排氣系統(tǒng)16。催化劑加熱系統(tǒng)12包括排氣系統(tǒng)16和發(fā)動機(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可包括三元催化劑(TWC)。CC 18可減少氮氧化物NOx，氧化一氧化碳(CO)，并氧化未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和揮發(fā)性有機(jī)化合物。CC 18基于燃燒后的空氣/燃料比來氧化排氣。氧化
6的量增加了排氣的溫度。CC 18包括電加熱催化劑(EHC) 48和非EHC 50。EHC 48被主動加熱。非EHC 50 則通過相鄰的熱傳遞和/或經(jīng)由發(fā)動機(jī)14的燃料增濃以及到排氣系統(tǒng)16中的二次空氣噴射(SAI)來被動加熱。EHC 48和非EHC 50可指的是單個(gè)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可近似具有CC 18的總催化劑質(zhì)量的20%。非EHC 50可近似具有總催化劑質(zhì)量的70-80%。額外的非EHC 51可鄰近于EHC 48或，位于EHC 48 的上游。EHC 51可由于來自EHC48的相鄰熱傳遞而溫度升高。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。EHC 48 (而不是非EHC 50)的電加熱允許EHC 48 的快速啟用，用于停止運(yùn)轉(zhuǎn)周期(off cycle)的減排。催化劑加熱電路44包括一個(gè)或多個(gè)端子。在示出的示例中，提供了兩個(gè)端子；電源端子52，和接地端子或返回端子M。在示出的示例中，EHC 48可表現(xiàn)為端子52、討之間的電阻元件，并從電源端子52接收電流。EHC 48的溫度在向電源端子52供應(yīng)電流的同時(shí)升高。這允許EHC 48在發(fā)動機(jī)14未啟用時(shí)上升至起作用溫度或活性溫度(例如， 彡200-400 0C的催化劑起燃溫度TaQ)?？扇我膺x擇地，EGR閥(未示出)使排氣的一部分再循環(huán)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)動渦輪。渦輪促進(jìn)了從空氣濾清器20接收的新鮮空氣的壓縮。排氣從渦輪增壓器22流動至CC 18。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10還可包括混合動力控制模塊(HCM) 60和一個(gè)或多個(gè)電動機(jī)62。HCM 60可以是ECM 40的一部分，或者如所示那樣可以是獨(dú)立的控制模塊。HCM 60控制電動機(jī) 62的操作。電動機(jī)62可補(bǔ)充和/或替代發(fā)動機(jī)14的功率輸出。電動機(jī)62可用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)14的速度(即發(fā)動機(jī)14的曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。催化劑加熱系統(tǒng)12可以EHC加熱模式、燃料增濃模式和SAI模式(統(tǒng)稱為催化劑加熱模式)來操作。催化劑加熱系統(tǒng)12可在發(fā)動機(jī)14被啟用時(shí)以這些模式操作。催化劑加熱模式包括啟用催化劑加熱電路44以加熱EHC 48。ECM 40在催化劑加熱模式期間控制向端子5254供應(yīng)的電流和電壓、以及控制EHC 48的加熱時(shí)間。燃料增濃模式指的是例如當(dāng)燃料流率增大和/或空氣流率減小時(shí)，使得發(fā)動機(jī) 14的空氣/燃料比降低。換句話說，燃料增濃包括在當(dāng)前狀態(tài)期間以比在先前的運(yùn)行狀態(tài)期間具有更濃燃料的方式來操作發(fā)動機(jī)14。例如，發(fā)動機(jī)14在當(dāng)前狀態(tài)下可以化學(xué)計(jì)量比 (14.7:1)操作。發(fā)動機(jī)14在燃料增濃狀態(tài)期間可以比該化學(xué)計(jì)量比更濃或者更稀的空氣 /燃料比來操作。SAI模式包括啟用空氣泵46以將環(huán)境空氣噴射到排氣系統(tǒng)16中。環(huán)境空氣在CC 18的上游噴射到排氣系統(tǒng)16中。催化劑加熱系統(tǒng)12在同一時(shí)段期間可以催化劑加熱模式中的一種或多種模式進(jìn)行操作。例如，催化劑加熱系統(tǒng)12在同一時(shí)段期間可以燃料增濃模式和SAI模式操作，以提高非EHC 50的溫度。在EHC加熱模式期間，發(fā)動機(jī)14可以燃料增濃模式操作，并且可啟用空氣泵46以增加排氣系統(tǒng)16和/或CC 18內(nèi)的廢氣的燃燒，并從而提高非EHC 50的溫度。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10和/或催化劑加熱系統(tǒng)12在發(fā)動機(jī)14啟用時(shí)或者當(dāng)CC 18的催化劑高于或等于催化劑起燃溫度Τ。ω時(shí)可啟動燃料增濃和/或二次空氣噴射(SAI)。這可基于發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度和進(jìn)氣閥溫度。作為替代，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10和/或催化劑加熱系統(tǒng)12 可以如以下所述那樣啟動燃料增濃和/或二次空氣噴射(SAI)。ECM 40和/或HCM 60可控制電動機(jī)62的操作。電動機(jī)62可經(jīng)由帶/帶輪系統(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)械連接裝置連接至發(fā)動機(jī)14。電動機(jī) 62可補(bǔ)充和/或替代發(fā)動機(jī)14的功率輸出。電動機(jī)62可用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)14的速度(即發(fā)動機(jī)14的曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。ECM 40基于傳感器信息來控制發(fā)動機(jī)14、催化劑加熱系統(tǒng)12和空氣泵46?？山?jīng)由傳感器直接、和/或經(jīng)由存儲在存儲器70中的算法和表而間接獲得傳感器信息。示出了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)氣流率、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、車輛速度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、EGR等的一些示例性傳感器80。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)氣流量傳感器92、進(jìn)氣壓力傳感器94、進(jìn)氣溫度傳感器96、車輛速度傳感器98和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器99。第一排氣流量、壓力和/或溫度傳感器100可連接至第一排氣管道101，并且位于 CC 18的上游。第二排氣流量、壓力和/或溫度傳感器102可連接至第二排氣管道103，并且位于CC 18的下游。催化劑溫度傳感器104、105、106可連接至CC 44并例如檢測非EHC 50的分區(qū)溫度。非EHC 50可包括許多分區(qū)和對應(yīng)的溫度傳感器。作為示例，如所示的非EHC 50包括三個(gè)分區(qū)107、108、109。如以下所描述地，可經(jīng)由相應(yīng)的傳感器直接檢測分區(qū)107、108、 109中每個(gè)分區(qū)的溫度，和/或估計(jì)分區(qū)107、108、109中每個(gè)分區(qū)的溫度。ECM 40可基于來自傳感器80、第一和第二排氣傳感器100、102、以及催化劑溫度傳感器107、108、109的信息來控制發(fā)動機(jī)14和催化劑加熱系統(tǒng)12的操作。在圖2中，示出了另一發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10’的功能框圖。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10’可以是發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10的一部分。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10’包括發(fā)動機(jī)14、催化劑加熱系統(tǒng)12’、排氣系統(tǒng)16’ 和ECM 40’。發(fā)動機(jī)14’例如可以是火花點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)或柴油發(fā)動機(jī)。ECM 40’可包括EHC 控制模塊122。EHC控制模塊122控制催化劑加熱系統(tǒng)12’的操作。在示出的示例中，排氣系統(tǒng)16’按以下順序包括排氣歧管42’、第一排氣管道126、CC 18、第二排氣管道128、催化劑組件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(jī)14、CC 18、催化劑加熱電路44、空氣泵46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可包括端子52、 54。催化劑加熱系統(tǒng)12’還可包括傳感器100、102、107、108、109。排氣系統(tǒng)16’還可包括發(fā)動機(jī)14和催化劑組件130。催化劑組件130可包括第一催化劑140和第二催化劑142，其可以是三元催化劑。催化劑140、142氧化殘留在從CC 18 接收的排氣中的⑶，以產(chǎn)生C02。催化劑140、142還可減少氮氧化物NOx，并氧化未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和揮發(fā)性有機(jī)化合物。EHC模塊122可基于例如來自第二流量、壓力和/或溫度排氣傳感器102、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(jī)14的操作。EHC控制模塊可基于該信息在燃料增濃和SAI模式期間控制發(fā)動機(jī)的操作。第二排氣傳感器102連接在催化劑組件130的上游、連接在第二
Feate是通過CC 18的排氣流率，該排氣流率可以是供應(yīng)至氣缸觀的空氣質(zhì)量流量和燃料量的函數(shù)?？諝赓|(zhì)量流量可由諸如進(jìn)氣流量傳感器92之類的空氣質(zhì)量流量傳感器確定。Sffle為發(fā)動機(jī)14的轉(zhuǎn)速(即曲軸66的旋轉(zhuǎn)速度)。DC為發(fā)動機(jī)的負(fù)載循環(huán)。CMass 為EHC 48和/或非EHC 50的質(zhì)量、或CC 18的催化劑的總質(zhì)量。Cimp為EHC 48的電阻或阻抗。EHCA。tTime為催化劑加熱系統(tǒng)12啟用的時(shí)間。EHCeunent是向EHC 48施加的電流水平。 EHCv。lt是向EHC 48施加的電壓。Tamb為環(huán)境溫度。CAM為發(fā)動機(jī)14的凸輪定相。SPK為火花正時(shí)。
排氣管道1 上、并連接在CC 18與催化劑組件130之間。第三排氣傳感器144連接至催化劑組件130。第四排氣傳感器146連接至第三排氣管道132，并位于催化劑組件130的下游?，F(xiàn)在還參考圖3，其示出了 ECM 40'，的功能框圖。ECM 40'，可用于圖1和圖2的催化劑加熱系統(tǒng)12、12'。ECM 40"包括EHC控制模塊122，并且還可包括車輛速度模塊150 和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速模塊152。EHC控制模塊122可控制發(fā)動機(jī)14、催化劑加熱電路44和空氣泵 46的操作。車輛速度模塊150基于例如來自車輛速度傳感器98的信息確定車輛的速度。 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速模塊152基于例如來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器99的信息確定發(fā)動機(jī)14的轉(zhuǎn)速。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、比較模塊166-174、催化劑監(jiān)測模塊176、燃料噴射模 ±夬178、SAI模塊180和催化劑加熱模塊182。EHC控制模塊122以由模式選擇模塊164選擇的催化劑加熱模式、燃料增濃模式和SAI模式來操作。EHC控制模塊122在同一時(shí)段期間能夠以模式中的一種或多種模式或者所有模式來操作?，F(xiàn)在還參考圖4，其示出了操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法。盡管相對于圖1-3的實(shí)施例來描述該方法，但該方法可應(yīng)用于本發(fā)明的其他實(shí)施例。該方法可從200開始。以下描述的任務(wù)202-220可反復(fù)地執(zhí)行，并可由圖1-3的ECM 40,40' ,40'，中的一個(gè)執(zhí)行。在202處，產(chǎn)生傳感器信號。傳感器信號可包括能夠由圖1和圖2的上述傳感器 80和100-102、107-109、144、146產(chǎn)生的排氣流量信號、排氣溫度信號、排氣壓力信號、催化劑溫度信號、氧信號、進(jìn)氣流量信號、進(jìn)氣壓力信號、進(jìn)氣溫度信號、車輛速度信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、EGR信號等。在204處，第一監(jiān)測模塊160監(jiān)測非EHC 50的溫度、和/或非EHC50和/或CC 18
的活性催化劑體積，并產(chǎn)生溫度信號和/或第一活性體積信號VACTIVE1。在一個(gè)實(shí)施例中，第一監(jiān)測模塊監(jiān)測非EHC 150的分區(qū)104-106的溫度?？苫趤碜詡鞲衅?07-109的溫度信號和/或基于利用諸如方程1之類的方程的溫度估計(jì)來確定溫度。第一活性體積信號Vactivei 可以利用例如方程2來估計(jì)，并且該第一活性體積信號Vactivei可基于來自傳感器107-109 和/或由第一監(jiān)測模塊160產(chǎn)生的溫度信號。
作為示例，如所示地，第一監(jiān)測模塊160可產(chǎn)生與分區(qū)104-106中的每個(gè)分區(qū)相關(guān)
聯(lián)的溫度信號Τη。η_ΕΗαΑ、Τη。η_ΕΗ。2Α、Τ__ΕΗ。3Α。可由第一監(jiān)測模塊160或由專用的活性催化劑體積監(jiān)測模塊來產(chǎn)生第一活性體積信號Vactivei。另外，第二監(jiān)測模塊可檢測EHC 48的溫度并產(chǎn)生第一 EHC溫度信號ΤΕΗα?？山?jīng)由 EHC溫度傳感器直接和/或使用例如方程3間接確定EHC 48的溫度。溫度信號Τη。η_ΕΗαΑ、Tn。n_EH。2A、Tn。n_EH。3A、Tehci和第一活性體積信號Vactivei可基于在方程1-3中提供的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)參數(shù)和/或諸如EHC 48的質(zhì)量EHCtoss之類的其他發(fā)動機(jī)系統(tǒng)參數(shù)。在206處，比較模塊166-170將溫度信號Τη。η_ΕΗαΑ、Tn。n_EHm、Tnon_EHC3A與催化劑起燃溫度相比較和/或與相應(yīng)的預(yù)定溫度TPredl、Tpred2, Tpred3相比較。催化劑起燃溫度例如可以在200-400°C之間。在一個(gè)實(shí)施例中，CLO溫度TaQ近似為；350 °C。在一個(gè)實(shí)施例中，第一預(yù)定溫度Tpredl高于第二預(yù)定溫度Tpred2，該第二預(yù)定溫度 Tpral2可高于第三預(yù)定溫度Tp,ed3。僅舉例來說，第一預(yù)定溫度Tftedl可近似等于600-700 V， 第二預(yù)定溫度Tfted2可近似等于500-600 0C，第三預(yù)定溫度Tfted3可近似等于400-500 °C。第一比較模塊166基于第一溫度信號Τη。η_ΕΗα與第一預(yù)定溫度Tftedl之間的比較產(chǎn)生第一比較信號COMP115第二比較模塊168基于第二溫度信號Tn。n_ETC2與第二預(yù)定溫度Tfted2 之間的比較產(chǎn)生第二比較信號C0MP2。第三比較模塊170基于第三溫度信號Tn。n_EHra與第三預(yù)定溫度Tpred3之間的比較產(chǎn)生第三比較信號C0MP3。在206處，還可將EHC 48的溫度或第一 EHC溫度信號Tfflei與催化劑起燃溫度TaQ 和/或第四預(yù)定溫度Tpral4(例如700 V )相比較。第四預(yù)定溫度Tpral4可高于或等于第一預(yù)定溫度TP,edl。第四比較模塊基于EHC 48的溫度、催化劑起燃溫度TaQ和/或第四預(yù)定溫度Tpred4來產(chǎn)生第四比較信號C0MP4。第五比較模塊174將第一活性體積信號Vactivei與預(yù)定活性體積PVactive相比較并產(chǎn)生第五比較信號C0MP5。預(yù)定活性體積PVactive指的是在溫度高于或等于活性催化劑溫度 (催化劑起作用并減排的溫度、或催化劑起燃溫度)時(shí)非EHC 50和/或CC 18的目標(biāo)催化劑體積。作為示例，目標(biāo)催化劑體積可近似為非EHC 50的30-40%和/或CC 18的總催化劑體積的30-40%。催化劑監(jiān)測模塊176可接受比較信號COMPp COMP2, C0MP3、COMP4并產(chǎn)生催化劑溫度匯總信號(summary signal)CT。僅舉例來說，催化劑監(jiān)測模塊176可表現(xiàn)為和/或包括 “與”門。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)比較信號COMPp COMP2, C0MP3、COMP4中的所有信號為高時(shí)，催化劑監(jiān)測模塊176的輸出為高。當(dāng)溫度信號Tn。n_EHaA、Tn。n_EHC2A、Tnon_EHC3A中的一個(gè)或多個(gè)不低于催化劑起燃溫度TaQ 和/或?qū)?yīng)的預(yù)定溫度TPredl、Tpred2, Tpred3時(shí)；當(dāng)?shù)谝?EHC溫度信號Teici不低于催化劑起燃溫度Τα()和/或第四預(yù)定溫度Tpral4時(shí)；當(dāng)催化劑溫度匯總信號為高時(shí)；和/或當(dāng)?shù)谝换钚泽w積信號VAeTIVE1不小于預(yù)定活性體積PVA。TIVE時(shí)，控制可終止于208，否則控制可行進(jìn)到210。 作為終止于208的替代，控制可回到202。
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10
在210處，模式選擇模塊164選擇EHC催化劑加熱模式，并基于信號COMPpCOMPy C0MP3、COMP4, COMP5, CT中的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生模式選擇信號MODE。在EHC催化劑加熱模式期間啟用催化劑加熱電路44以加熱EHC 48。催化劑加熱模塊182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可指示向催化劑加熱系統(tǒng)12的端子施加的選定的電流和/或電壓?？苫诎l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速S-和/或車輛速度Sveh選擇EHC催化劑加熱模式。作為示例，可在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于預(yù)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)選擇催化劑加熱模式。作為另一示例，可在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速近似大于0每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM)時(shí)選擇EHC催化劑加熱模式。在212處，第二監(jiān)測模塊162監(jiān)測EHC 48的溫度并產(chǎn)生第二 EHC溫度信號TEHC2。 可直接從EHC溫度傳感器直接確定和/或例如利用方程3間接估計(jì)第二溫度信號TETC2。在214處，第四比較模塊172將第二 EHC溫度信號Tehc2與催化劑起燃溫度TaQ相比較。當(dāng)?shù)诙?EHC溫度信號Tetc2高于催化劑起燃溫度Τα()時(shí)，控制行進(jìn)到216，否則控制可行進(jìn)到217。在216處，與在204處一樣，非EHC監(jiān)測模塊160和EHC監(jiān)測模塊162監(jiān)測EHC 48和非EHC 50的溫度。監(jiān)測模塊160和162可產(chǎn)生相應(yīng)的EHC和非EHC溫度信號TEHC3、 Tn。n-EHaB、Tn。n_EHe2B、Tn。n_EraB。非EHC監(jiān)測模塊160還可檢測非EHC 50和/或CC 18的活性催化劑體積，并產(chǎn)生第二活性催化劑體積信號VACTIVE2。在217處并且如果當(dāng)前使能(如果當(dāng)前選定并有效)，模式選擇模塊162可禁用燃料增濃模式和/或SAI模式。控制可在217之后回到210。在218 處，比較模塊 166-170 和 174 將非 EHC 溫度信號 Tn。n_EHC1B、Tn。n_EHC2B、Tnon_EHC3B 和第二活性催化劑體積信號Vactive2中的一個(gè)或多個(gè)與預(yù)定溫度TPMdl、Tpred2, Tpred3和預(yù)定體積PVactive相比較。該比較可像在206處一樣執(zhí)行，以產(chǎn)生對應(yīng)的比較信號。當(dāng)溫度信號T
non-EHClB、Tnon-EHC2B、Tnon-EHC3B 中的一個(gè)或多個(gè)大于對應(yīng)的預(yù)定溫度T
Predl、
Tpred2>Tpred3時(shí)；當(dāng)催化劑溫度匯總信號為高時(shí)；和/或當(dāng)?shù)诙钚泽w積信號Vactive2大于或等于預(yù)定活性體積PVA。TIVE時(shí)，控制可行進(jìn)到220，否則控制可行進(jìn)到217。任務(wù)210-218允許EHC 48和/或非EHC 50在燃料增濃和SAI模式啟用之前將溫度提高至預(yù)定的溫度。作為示例，任務(wù)222可在非EHC 50最下游的分區(qū)(例如分區(qū)106) 為300-400 °C之后執(zhí)行。這例如在非EHC 50處于高于催化劑起燃溫度TaQ的溫度和/或活性催化劑體積大于或等于預(yù)定活性體積PVaetive之前防止SAI冷卻EHC 48。在220處，模式選擇模塊164選擇燃料增濃模式和/或SAI模式，并產(chǎn)生啟動選定模式的模式選擇信號MODE?？苫贓HC 48和/或非EHC 50的狀態(tài)執(zhí)行燃料增濃和SAI。 例如可基于EHC 48的溫度和非EHC 50的分區(qū)的溫度來執(zhí)行燃料增濃和SAI。作為另一示例，可基于非EHC 50和/或CC 18的活性催化劑體積來執(zhí)行燃料增濃和SAI。燃料增濃模塊178可基于模式選擇信號MODE、CC 18的催化劑和分區(qū)的狀態(tài)和/ 或溫度、和/或CC 18的活性催化劑體積來產(chǎn)生燃料噴射信號FUEL?？諝獗盟湍K180可基于模式選擇信號M0DE、CC 18的催化劑和分區(qū)的狀態(tài)和/或溫度、和/或CC 18的活性催化劑體積來產(chǎn)生空氣泵信號AIRPUMP?？諝獗眯盘枂⒂每諝獗?6?？刂瓶稍?20之后回到 202。燃料增濃模式和/或SAI模式可保持有效，直到例如非EHC 50最下游的分區(qū)(例如分區(qū)106)處于高于預(yù)定溫度的溫度時(shí)為止。該預(yù)定溫度可以是催化劑起燃溫度Τα()和/ 或更高的溫度，諸如600-700 V。上述方法例如在發(fā)動機(jī)14停用時(shí)可在任務(wù)202-220中的任一任務(wù)期間結(jié)束。發(fā)動機(jī)14的停用可包括停用發(fā)動機(jī)14的火花和燃料和停用空氣泵46。在202-220處執(zhí)行的上述任務(wù)是說明性示例；這些任務(wù)可取決于應(yīng)用而順序地、同步地、同時(shí)地、連續(xù)地、在重疊的時(shí)間段期間地、或以不同的次序來執(zhí)行。執(zhí)行上述任務(wù)以加熱催化劑組件的催化劑，并將催化劑組件的催化劑的溫度維持處于催化劑起燃溫度或高于催化劑起燃溫度。如在上述方法中描述的燃料增濃模式和SAI模式中的操作使非EHC 50的冷卻最小化。所描述的方法使得由催化劑冷卻引起的碳?xì)浠衔锘炎钚』?。碳?xì)浠衔锘?(Hydrocarbon slips)指的是當(dāng)CC 18由于CC 18的催化劑的一部分不起作用而不能維持氧化性能水平時(shí)的時(shí)段。由于基于CC 18的催化劑的溫度執(zhí)行燃料增濃，所以上述方法還消除了在催化劑加熱模式期間的低效率燃料使用。上述實(shí)施例基于活性催化劑體積提供了 EHC、SAI系統(tǒng)與燃料增濃系統(tǒng)之間的協(xié)同配合，從而降低了碳?xì)浠衔锱欧拧Ｉ鲜鰧?shí)施例允許催化劑的快速加熱。結(jié)果，在起動發(fā)動機(jī)之后，排氣系統(tǒng)的催化劑被快速地加熱和/或活化(增大了總的催化劑被加熱體積)。上述實(shí)施例在發(fā)動機(jī)啟用后通過快速地加熱和維持催化劑的溫度從而降低了發(fā)動機(jī)的排放輸出?，F(xiàn)在，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過前述說明可認(rèn)識到能以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明寬廣的教導(dǎo)。因此，盡管本發(fā)明包括特定的示例，但是由于通過對附圖、說明書、和所附權(quán)利要求書的研究，其它的改進(jìn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見，所以本發(fā)明的真實(shí)范圍不應(yīng)被如此限制。
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，所述第一監(jiān)測模塊監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)i)發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和ii)所述催化劑組件的活性催化劑體積；模式選擇模塊，所述模式選擇模塊構(gòu)造成基于所述第一溫度和所述活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和電加熱催化劑EHC 加熱模式；以及EHC控制模塊，所述EHC控制模塊基于所述模式信號來控制到所述催化劑組件的所述第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊在所述發(fā)動機(jī)被啟用時(shí)選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種并產(chǎn)生所述模式信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊基于所述第一溫度和所述活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述模式選擇模塊基于比催化劑起燃溫度高的所述第一溫度和比預(yù)定溫度高的所述第二催化劑的第二溫度來選擇所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述第一催化劑為EHC，而所述第二催化劑為非EHC。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度低于或等于所述催化劑起燃溫度和所述第二溫度低于或等于所述預(yù)定溫度時(shí)，所述模式選擇模塊啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度高于所述催化劑起燃溫度和所述第二溫度高于所述預(yù)定溫度時(shí)，所述模式選擇模塊停止以所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的所述至少一種進(jìn)行的操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，所述第二催化劑為所述催化劑組件最下游的分區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑加熱系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一溫度低于或等于所述催化劑起燃溫度和所述活性催化劑體積小于預(yù)定活性催化劑體積時(shí)，所述模式選擇模塊啟動所述燃料增濃模式和所述二次空氣噴射模式中的至少一種。
10.一種操作催化劑加熱系統(tǒng)的方法，包括監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)i)發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和ii)所述催化劑組件的活性催化劑體積；基于所述第一溫度和所述活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和電加熱催化劑EHC加熱模式；以及基于所述模式信號來控制到所述催化劑組件中的所述第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及起動-停止混合動力的放熱催化劑加熱系統(tǒng)。具體地，提供了一種催化劑加熱系統(tǒng)，其包括第一監(jiān)測模塊、模式選擇模塊和電加熱催化劑EHC控制模塊。第一監(jiān)測模塊監(jiān)測以下各項(xiàng)中的至少一個(gè)i)發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中催化劑組件的第一催化劑的第一溫度；和ii)催化劑組件的活性催化劑體積。模式選擇模塊構(gòu)造成基于第一溫度和活性催化劑體積中的至少一個(gè)來選擇燃料增濃模式和二次空氣噴射模式中的至少一種和EHC加熱模式。EHC控制模塊基于模式信號來控制到催化劑組件的第一催化劑和第二催化劑中的一個(gè)的電流。
文檔編號F01N9/00GK102235214SQ20111010490
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26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