CN102654085A - 用于高效稀燃操作发动机的热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于高效稀燃操作发动机的热管理系统。具体地，提供了一种热管理系统，其包括确定催化转化器是否为活性的催化转化器模块。选择性催化还原SCR催化剂模块确定SCR催化剂是否为活性。当催化转化器不为活性时，发动机控制模块调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并且延迟发动机的火花。当催化转化器为活性而SCR催化剂不为活性时，发动机控制模块执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到发动机的排气系统中的至少一个。

Description

用于高效稀燃操作发动机的热管理系统
技术领域
本发明涉及车辆排气系统，尤其涉及维持排气部件的活性温度的热管理系统。
背景技术
在此提供的背景说明是为了大体上介绍本发明的背景。当前署名的发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
在内燃发动机（ICE）的燃烧循环期间，在ICE的气缸中提供空气/燃料混合物。空气/燃料混合物被压缩并燃烧，以提供输出扭矩。在燃烧之后，ICE的活塞迫使气缸中的废气通过排气阀开口离开并进入排气系统。废气可包含氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）以及碳氢化合物（HC）。
ICE的废气处理系统可包括催化转化器和选择性催化还原（SCR）催化剂，以减轻废气排放。作为示例，可使用三元催化转化器（TWC），以减少排气系统内的NOx、CO和HC。TWC将NOx转化成氮和氧，将CO转化成二氧化碳，并且将未燃烧的HC氧化以产生二氧化碳和水。SCR催化剂可位于TWC的下游，并且可进一步减少排气系统中的NOx。SCR催化剂将NOx转化成氮（N2）和水（H2O）。
典型地，催化转化器开始起作用的平均起燃温度近似为200-350℃。高于其则SCR催化剂为活性的平均温度同样近似为200-350℃。结果，当催化转化器和SCR催化剂的温度没有维持在或者没有维持高于相应的起燃和/或最低活性操作温度时，它们不起作用或提供最低限度的减排。
为了提高催化转化器和SCR催化剂的温度并且将其温度维持在或维持高于起燃和/或最低活性操作温度，ICE的稀燃操作受到限制。ICE可以以稀燃的空气/燃料比操作，以使燃料消耗最低并改善ICE的操作效率。ICE越稀燃地操作，则消耗的燃料越少，并且ICE操作越高效。
然而，ICE越稀燃地操作，则ICE的操作温度越低，这减少了被传递至排气系统部件的热能。随着到排气系统的热能减少，催化转化器和SCR催化剂的温度可能降低至低于活性操作温度。为此，稀燃操作受到限制，以便将催化转化器和SCR催化剂的操作温度维持成高于活性操作温度。限制稀燃操作限制了燃料消耗减少的量。
发明内容
热管理系统包括确定催化转化器是否为活性的催化转化器模块。选择性催化还原（SCR）催化剂模块确定SCR催化剂是否为活性。当催化转化器不为活性时，发动机控制模块调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并且延迟发动机的火花。当催化转化器为活性而SCR催化剂不为活性时，发动机控制模块执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到发动机排气系统中的至少一个。
在其他特征中，提供了一种热控制方法，并且该热控制方法包括确定催化转化器和SCR催化剂是否为活性。当催化转化器不为活性时，调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并且延迟发动机的火花。当催化转化器为活性而SCR催化剂不为活性时，执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到发动机的排气系统中的至少一个。
本发明还包括以下方案：
1. 一种热管理系统，包括：
催化转化器模块，所述催化转化器模块确定催化转化器是否为活性；
选择性催化还原SCR催化剂模块，所述SCR催化剂模块确定SCR催化剂是否为活性；以及
发动机控制模块，当所述催化转化器不为活性时，所述发动机控制模块调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并且延迟所述发动机的火花，
其中当所述催化转化器为活性而所述SCR催化剂不为活性时，所述发动机控制模块执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到所述发动机的排气系统中的至少一个。
2. 根据方案1所述的热管理系统，还包括：
第一监测模块，所述第一监测模块确定所述催化转化器的第一温度和所述催化转化器的第一活性体积中的至少一个；
第二监测模块，所述第二监测模块确定所述SCR催化剂的第二温度和所述SCR催化剂的第二活性体积中的至少一个；以及
热控制模块，所述热控制模块基于：i）所述第一温度和所述第一活性体积中的至少一个；和ii）所述第二温度和所述第二活性体积中的至少一个，调节所述发动机的空燃比以便以所述化学计量比操作，并且延迟所述发动机的火花。
3. 根据方案1所述的热管理系统，还包括：
第一监测模块，所述第一监测模块确定所述催化转化器的第一温度和所述催化转化器的第一活性体积中的至少一个，
其中所述催化转化器模块基于所述第一温度与起燃温度之间的比较和所述第一活性体积与第一阈值之间的比较中的至少一个来产生第一比较信号；以及
第一控制模块，所述第一控制模块基于所述第一比较信号来请求所述发动机以化学计量比操作和延迟所述发动机的火花。
4. 根据方案3所述的热管理系统，其中当所述第一温度低于所述起燃温度和所述第一活性体积小于所述第一阈值中的至少一个存在时，所述发动机控制模块以化学计量的空燃比操作所述发动机，并延迟所述发动机的火花。
5. 根据方案3所述的热管理系统，还包括：
第二监测模块，所述第二监测模块确定所述SCR催化剂的第二温度和所述SCR催化剂的第二活性体积中的至少一个，
其中所述SCR催化剂模块基于所述第二温度与活性温度之间的比较和所述第二活性体积与第二阈值之间的比较中的至少一个来产生第二比较信号；以及
第二控制模块，所述第二控制模块基于所述第二比较信号产生后喷射信号，以向所述排气系统提供燃料。
6. 根据方案5所述的热管理系统，其中当所述第二温度低于所述活性温度和所述第二活性体积小于所述第二阈值中的至少一个存在时，所述发动机控制模块向所述排气系统提供燃料。
7. 根据方案5所述的热管理系统，所述第二控制模块基于所述第一温度和所述第一活性体积中的至少一个以及所述第二温度和所述第二活性体积中的至少一个对提供到所述排气系统的燃料量进行限制。
8. 根据方案1所述的热管理系统，还包括：
监测模块，所述监测模块确定所述SCR催化剂的温度和所述SCR催化剂的活性体积中的至少一个，
其中所述SCR催化剂模块基于所述温度与活性温度之间的比较和所述活性体积与阈值之间的比较中的至少一个来产生比较信号；以及
后喷射控制模块，所述后喷射控制模块基于所述比较信号产生后喷射信号，以向所述排气系统提供燃料。
9. 根据方案8所述的热管理系统，其中所述后喷射控制模块基于所述SCR催化剂的温度和所述活性体积中的至少一个对提供至所述排气系统的燃料量进行限制。
10. 根据方案1所述的热管理系统，其中当所述催化转化器和所述SCR催化剂为活性时，所述发动机控制模块以稀燃的空燃比操作所述发动机。
11. 一种热控制方法，包括：
确定催化转化器是否为活性；
确定选择性催化还原SCR催化剂是否为活性；
当所述催化转化器不为活性时，调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并延迟所述发动机的火花；以及
当所述催化转化器为活性而所述SCR催化剂不为活性时，执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到所述发动机的排气系统中的至少一个。
12. 根据方案11所述的热控制方法，还包括：
确定所述催化转化器的第一温度和所述催化转化器的第一活性体积中的至少一个；
确定所述SCR催化剂的第二温度和所述SCR催化剂的第二活性体积中的至少一个；以及
基于：i）所述第一温度和所述第一活性体积中的至少一个；和ii）所述第二温度和所述第二活性体积中的至少一个，调节发动机的空燃比以便以所述化学计量比操作，并延迟所述发动机的火花。
13. 根据方案11所述的热控制方法，还包括：
确定所述催化转化器的第一温度和所述催化转化器的第一活性体积中的至少一个；
基于所述第一温度与起燃温度之间的比较和所述第一活性体积与第一阈值之间的比较中的至少一个来产生第一比较信号；
请求所述发动机以化学计量比操作；以及
基于所述第一比较信号请求延迟所述发动机的火花。
14. 根据方案13所述的热控制方法，还包括：
确定所述SCR催化剂的第二温度和所述SCR催化剂的第二活性体积中的至少一个；
基于所述第二温度与活性温度之间的比较和所述第二活性体积与第二阈值之间的比较中的至少一个来产生第二比较信号；以及
基于所述第二比较信号产生后喷射信号，以向所述排气系统提供燃料。
15. 根据方案14所述的热控制方法，其中：
当所述第一温度低于所述起燃温度和所述第一活性体积小于所述第一阈值中的至少一个存在时，以化学计量的空燃比操作所述发动机，并延迟所述发动机的火花；以及
当所述第二温度低于所述活性温度和所述第二活性体积小于所述第二阈值中的至少一个存在时，向所述排气系统提供燃料。
16. 根据方案14所述的热控制方法，还包括基于所述第一温度和所述第一活性体积中的至少一个以及所述第二温度和所述第二活性体积中的至少一个来对提供到所述排气系统的燃料量进行限制。
17. 根据方案11所述的热控制方法，还包括：
确定所述SCR催化剂的温度和所述SCR催化剂的活性体积中的至少一个；
基于所述温度与活性温度之间的比较和所述活性体积与阈值之间的比较中的至少一个来产生比较信号；以及
基于所述比较信号产生后喷射信号，以向所述排气系统提供燃料。
18. 根据方案17所述的热控制方法，还包括基于所述SCR催化剂的温度和所述活性体积中的至少一个来对提供到所述排气系统的燃料量进行限制。
19. 根据方案11所述的热控制方法，还包括当所述催化转化器和所述SCR催化剂为活性时，以稀燃的空燃比操作所述发动机。
本发明的适用性的其它领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于例示目的，而不旨在用于限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将获得对本发明更充分的理解，其中：
图1是结合了根据本发明的热管理系统的发动机系统的功能框图；
图2是图1的热管理系统的功能框图；
图3是结合了根据本发明的热控制模块的发动机控制模块的功能框图；以及
图4是根据本发明的热控制方法的逻辑流程图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是说明性的，并且决不旨在限制本发明、其应用或使用。为了清楚，相同的附图标记在附图中用于标识相似的元件。如在此所使用地，短语“A、B、和C中的至少一个”应解释为表示利用了非排它性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应理解的是，在不改变本发明原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如在此所使用地，术语“模块”可指的是以下各项的一部分或包括以下各项：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的（共用、专用、或组）处理器；提供所述功能性的其他合适部件；或者上述各项中的一些或全部的组合，例如在片上系统中。术语“模块”可包括存储由处理器执行的代码的（共用、专用、或组）存储器。
如以上所使用地，术语“代码”可包括软件、固件和/或微码，并且可指的是程序、例程、函数、类和/或对象。如以上所使用地，术语“共用”意思是可利用单个（共用）处理器执行来自多个模块的一些或所有代码。另外，来自多个模块的一些或所有代码可由单个（共用）存储器存储。如以上所使用地，术语“组”意思是可利用一组处理器执行来自单个模块的一些或所有代码。另外，可利用一组存储器存储来自单个模块的一些或所有代码。
在此描述的设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括存储的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
在此使用的术语仅为了描述特定示例的实施例，且不旨在是限制性的。如在此所使用地，除非上下文以另外的方式清楚地指示，否则措词“一”、“一个”以及“该”可以被认为也包含“多个”的情况。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”都是包括性的，并因此详细说明了所声明的特征、任务、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、任务、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或附加。除非明确地确定为执行的顺序，否则在此描述的方法的步骤、过程和操作不应理解为一定需要它们按所讨论或例示的特定顺序来执行。还应理解的是，可采用附加的或替代的步骤。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等等在此可用于描述各种元件、部件和/或装置，但这些元件、部件和/或装置不应受这些术语限制。这些术语可仅用于使一个元件、部件或装置区别于另一元件、部件或装置。除非由上下文清楚地指示，否则诸如“第一”、“第二”及其他数值项之类的术语在用于本文中时并不暗含有序列或顺序的含义。因此，以下讨论的第一元件、部件或装置在不偏离示例的实施例的教导的情况下可被称为第二元件、部件或装置。
在图1和图2中，示出了发动机系统10和热管理系统12。发动机系统10为低排放的车辆系统，其包括热管理系统12和具有排气系统16的发动机14。排气系统16包括催化转化器（CC）18和选择性催化还原（SCR）催化剂20。热管理系统12将CC 18和SCR催化剂20的温度维持成高于相应的起燃和/或最低活性操作温度。
在允许发动机12以燃烧前的稀燃的空燃（空气/燃料）比操作的同时，维持CC 18和SCR催化剂20的温度。稀燃的空气/燃料比可指的是大于化学计量的空气/燃料比（例如14.7:1）的空气/燃料比。当发动机14以稀燃的空气/燃料比操作时，排气系统16的一部分（除CC 18和SCR催化剂20以外）和/或发动机14的温度可降低至低于起燃和/或最低活性操作温度的温度。稀燃的发动机操作和降低的发动机操作温度减少了热损失并且改善了燃料经济性。
发动机系统10包括发动机14，其燃烧空气/燃料混合物以产生驱动扭矩。尽管发动机系统10显示为火花点火直喷式发动机，但是发动机系统10仅作为示例被提供。热管理系统12可实施在各种其他的发动机系统上，诸如分层燃烧（stratified）发动机系统、端口燃料喷射系统、均质充气压燃式（HCCI）发动机系统，等等。分层燃烧发动机系统可指的是燃料在进入发动机气缸时被点燃的直喷式发动机系统。
在操作期间，空气通过空气滤清器21进入发动机14，并可被吸入涡轮增压器22。涡轮增压器22在被包括时压缩新鲜空气。压缩越大，则发动机14的输出越大。当包括有空气冷却器24时，压缩空气在进入进气歧管26之前还通过空气冷却器24。进气歧管26内的空气被分配到气缸28中。燃料可由燃料喷射器30直接喷射到气缸28中。火花塞32点燃气缸28中的空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生排气。排气离开气缸28并进入排气系统16。
热管理系统12包括排气系统16和发动机操纵模块（ECM）40。排气系统16包括CC 18、SCR催化剂20、ECM 40和排气歧管42。在示出的示例中，排气系统16按以下顺序包括：排气歧管42、第一排气导管124、第二排气导管126、CC FWC 18、第三排气导管128、底盘下FWC 20和第四排气导管131。空气泵连接至排气歧管。氧传感器在空气泵上游连接至排气歧管。
作为示例，CC 18可包括三元催化剂（TWC）。CC 18可减少氮氧化物NOx，氧化一氧化碳（CO），以及氧化未燃烧的碳氢化合物（HC）和挥发性有机化合物。CC 18基于排气系统16中燃烧后的空气/燃料比使排气氧化。氧化量提高了排气的温度。SCR催化剂20可用于进一步减少NOx。SCR催化剂20将NOx转化成氮（N2）和水（H2O）。
可任选地，EGR阀（未示出）将一部分排气再循环回到进气歧管26中。排气的其余部分被引导到涡轮增压器22中，以驱动涡轮。涡轮有助于对从空气滤清器21接收的新鲜空气的压缩。排气从涡轮增压器22流向CC 18。
热管理系统12可以以各种模式操作，包括：CC加热模式、SCR加热模式、和稀燃操作模式（或温度维持模式）。可经由ECM 40和/或热控制模块60来启动和控制这些模式，其中热控制模块60可作为ECM 40的一部分而结合。热控制模块60是热管理系统12的一部分，并且在下面参考图3和图4进一步描述。
在CC加热模式期间，将CC 18加热到至少CC起燃温度（例如200-350℃）。在一个实现中，将CC 18加热到至少250℃。ECM 40和/或热控制模块60可在延迟火花的同时将发动机14的燃烧前空气/燃料比设定成化学计量比，以便加热CC 18。这允许热量从发动机14传递到排气系统16中并且加热CC 18。可使火花正时从例如与上止点（TDC）相关联的火花时间和/或当前设定的火花时间迟延，以便延迟火花。当前设定的火花时间可在TDC之前或TDC之后。
在SCR加热模式期间，将SCR催化剂20加热到至少活性温度（例如200-350℃）。在一个实现中，将SCR催化剂20加热到至少225℃。ECM 40和/或热控制模块60可执行后燃料喷射和/或将燃料喷射到排气系统16中，以加热SCR催化剂20。后燃料喷射可包括在气缸28内的空气/燃料混合物的点火之后并且在气缸28的进气冲程之前将燃料喷射到气缸28中。这允许燃料被传送至排气系统16中。碳氢化合物（HC）喷射器62（在图2中示出）可用于将燃料直接喷射到排气系统16中。热控制模块60可向燃料泵64发信号，以将燃料供应至HC喷射器62。如所示，HC喷射器62可以例如在发动机14与CC 18之间将燃料喷射到排气系统16中。
例如，可在CC 18中点燃经由后燃料喷射和/或经由HC喷射器62提供至排气系统16的燃料。由燃料的点燃所产生的热能加热SCR催化剂20。后燃料喷射和/或经由HC喷射器62的喷射可由热控制模块60的后喷射控制模块68来控制。在执行CC加热模式时，可以不执行SCR加热模式。
在稀燃操作模式期间，ECM 40和/或热控制模块60以燃烧前稀燃的空气/燃料比来操作发动机14。在执行稀燃操作模式时，可以不执行CC加热模式和SCR加热模式。
ECM 40和/或热控制模块60可基于传感器信息来控制发动机系统10和热管理系统12。可经由传感器直接获得传感器信息，和/或可经由存储在存储器70中的算法、模型和/或表格来间接获得传感器信息。示出了用于确定排气流量水平、排气温度水平、排气压力水平、催化剂温度、氧含量、进气流率、进气压力、进气温度、车速、发动机转速、EGR等的一些示例性传感器80。示出了排气流量传感器82、排气温度传感器83、排气压力传感器85、催化剂温度传感器86、环境温度传感器87、氧传感器88、EGR传感器90、进气流量传感器92、进气压力传感器94、进气温度传感器96、车速传感器98和发动机转速传感器99。
第一排气流量、压力和/或温度传感器100可连接至第二排气导管126并位于CC 18上游。第二排气流量、压力和/或温度传感器102可连接至位于CC 18下游的第三排气导管128。第一催化剂温度传感器104可连接至CC 18。第三排气流量、压力和/或温度传感器106可连接至SCR催化剂20下游的第四排气导管131。第二催化剂温度传感器110可连接至SCR催化剂20。ECM 40和热控制模块60可基于来自传感器80、100、102、104、106和110的信息来控制催化剂加热系统12和发动机14的操作。
热控制模块60可包括尿素喷射控制模块120，其控制SCR催化剂20上游的还原剂的喷射。仅举例来说，还原剂可包括无水氨、氨水或尿素。排气系统16可包括向尿素喷射器132提供还原剂的尿素供应系统130。尿素喷射器132可例如在CC 18与混合器134之间和/或在CC 18与SCR催化剂20之间将尿素直接喷射到排气系统16中。混合器134可位于第二排气导管103中。
现在还参考图3，其示出了包括热控制模块60的ECM 40。热控制模块60包括CC温度监测模块150、CC比较模块152和CC温度控制模块154。CC温度监测模块150可确定CC 18的操作和/或平均温度（CC温度）TCC（156）和/或活性体积CCAV（158）。活性体积CCAV指的是CC 18中处于活性（即具有高于起燃温度的温度）的体积。例如，可基于来自传感器100、102、104的温度信号T1-T3（160-164）、发动机模型、算法等来确定CC温度TCC和/或活性体积CCAV。
作为示例，CC温度监测模块150可利用第一热模型并基于发动机参数和/或排气温度来估计CC温度TCC和/或活性体积CCAV，以下关于方程1和和2描述了所述发动机参数和/或排气温度中的一些。CC温度监测模块可经由传感器100、102、104直接确定CC温度TCC。第一热模型可包括诸如方程1和方程2的方程。
Figure 548397DEST_PATH_IMAGE002
FCCRate是通过CC 18的排气流率，其可以是供应至气缸28的质量空气流量和燃料量的函数。质量空气流量可由诸如进气流量传感器92之类的质量空气流量传感器确定。SENG为发动机14的转速（即，发动机14的曲轴的旋转速度）。DC为发动机的工作循环（duty cycle）。CCMass为CC 18的质量。CCIMP为CC 18的电阻或阻抗。ERunTime是发动机14启动（运转）的时间。ELoad是发动机14当前的负载。TEXH可指的是排气系统16的温度，并且基于传感器100、102、104中的一个或多个。Tamb为环境温度。CAM是发动机14的凸轮定相。SPK为火花正时。CC温度TCC和/或活性体积CCAV可以基于在方程1和方程2中提供的发动机系统参数中的一个或多个和/或其他发动机系统参数。
CC比较模块152将CC温度TCC与催化剂起燃温度TLO（166）比较和/或将活性体积CCAV与第一催化剂阈值CCTHR（168）比较。催化剂起燃温度TLO和第一催化剂阈值CCTHR可预定并存储在存储器70中。CC比较模块152产生第一比较信号C1（170），其指示了CC温度TCC是否高于催化剂起燃温度TLO和/或活性体积CCAV是否大于第一催化剂阈值CCTHR。
CC温度控制模块154基于第一比较信号C1来确定是否以CC加热模式操作。当CC温度TCC高于催化剂起燃温度TLO时和/或当活性体积CCAV大于第一催化剂阈值CCTHR时，CC温度控制模块154可以CC加热模式操作。CC温度控制模块154可产生和/或调节化学计量信号STOICH（171）和/或延迟火花信号RET（172），以请求发动机14以化学计量的空气/燃料比操作以及延迟发动机14的火花正时。
化学计量信号STOICH可被提供至空气/燃料比控制模块174。空气/燃料比控制模块174包括空气控制模块176和燃料控制模块178。空气控制模块176基于化学计量信号STOICH产生空气控制信号THR（180）。空气控制信号THR可例如被提供至节气门致动器模块182，以控制节气门板的位置和调节供应至气缸28的空气量。燃料控制模块178基于化学计量信号STOICH产生燃料控制信号FUEL（184）。燃料控制信号FUEL可被提供至燃料致动器模块185，以调节供应至气缸28的燃料量。燃料致动器模块185可控制燃料喷射器30的操作。
改变发动机参数的每个系统可被称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块182可称为致动器，而节气门开口面积可称为致动器值。节气门致动器模块182可通过调节节流阀的叶片的角度来实现节气门开口面积。节气门致动器模块182可利用一个或多个节气门位置传感器（未示出）来监测节流阀的位置。空气控制模块176可基于化学计量信号STOICH向节气门致动器模块182输出期望面积信号。节气门致动器模块182于是调节节流阀，以产生期望的节气门面积。
延迟火花信号RET可被提供至火花控制模块186，其可基于延迟火花信号RET产生火花控制（或正时）信号SPARK（187）。火花控制信号SPARK可被提供至火花致动器模块188。火花致动器模块188可称为致动器，而对应的致动器值可以是相对于气缸TDC和/或气缸当前火花时间的火花延迟量。火花致动器模块控制火花塞32的操作。
热控制模块60还包括SCR温度监测模块190、SCR比较模块191和SCR温度控制模块192。SCR温度监测模块190可确定SCR催化剂20的操作和/或平均温度（SCR温度）TSCR（193）和/或活性体积SCRAV（194）。活性体积SCRAV指的是SCR催化剂20中处于活性（即，具有高于起燃温度的温度）的体积。例如，可基于来自传感器102、106、110的温度信号T3-T5（164、195、196）、发动机模型、算法等来确定SCR温度TSCR和/或活性体积SCRAV。
作为示例，SCR温度监测模块190可利用第二热模型并基于发动机参数和/或排气温度来估计SCR温度TSCR和/或活性体积SCRAV，以下相对于方程3和方程4描述了所述发动机参数和/或排气温度中的一些。SCR温度监测模块190可经由传感器102、106、110直接确定SCR温度TSCR。第二热模型可包括诸如方程3和方程4的方程。
Figure 2012100529571100002DEST_PATH_IMAGE003
Figure 340904DEST_PATH_IMAGE004
FSCRRate是通过SCR催化剂20的排气流率，其可以是供应至气缸28的质量空气流量和燃料量的函数。SCRMass是SCR催化剂20的质量。SCRIMP为SCR催化剂20的电阻或阻抗。TEXH可指的是排气系统16的温度，并且基于传感器102、106、110中的一个或多个。SCR温度TSCR和/或活性体积SCRAV可基于在方程3和方程4中提供的发动机系统参数中的一个或多个和/或其他发动机系统参数。
SCR比较模块191将SCR温度TSCR与活性温度TACT（197）比较和/或将活性体积SCRAV（198）与第二催化剂阈值SCRTHR比较。活性温度TACT和/或活性体积SCRAV可预定并存储在存储器70中。SCR比较模块191产生第二比较信号C2（199），其指示了SCR温度TSCR是否高于活性温度TACT和/或活性体积SCRAV是否大于第二催化剂阈值SCRTHR。
SCR温度控制模块192可以是后喷射控制模块68的一部分，并基于第二比较信号C2来确定是否以SCR加热模式操作。当SCR温度TSCR高于活性温度TACT时和/或当活性体积SCRAV大于第二催化剂阈值SCRTHR时，SCR温度控制模块192可以SCR加热模式操作。SCR温度控制模块192可产生和/或调节后喷射信号POST（200），以请求发动机14执行后喷射和/或请求HC喷射器62将燃料直接喷射到排气系统16中。
后喷射信号POST可被提供至空气/燃料比控制模块174和/或燃料控制模块178。燃料控制模块178基于后喷射信号POST产生燃料控制信号FUEL。燃料控制信号FUEL和/或HC喷射信号HCINJ（201）可被提供至燃料致动器模块，以调节被提供至排气系统16的燃料量。
可基于和/或作为CC温度TCC、SCR温度TSCR和/或活性体积CCAV、SCRAV的函数来限制在后燃料喷射期间和/或由HC喷射器62提供至排气系统16的燃料量。这提供了喷射到排气系统16中的燃料的闭环控制。
作为另一示例，可基于SCR上的温度梯度确定SCR温度TSCR。CC温度监测模块150基于来自温度传感器102、106的温度信号T1、T2确定SCR催化剂20上的温度梯度。例如，CC温度监测模块150可如通过方程5所提供的那样来确定第一温度信号T1与第二温度信号T2之间的差。
Figure 2012100529571100002DEST_PATH_IMAGE005
可作为温度信号T1、T2的函数来产生加权平均值WA。作为替代，加权平均值WA可以是温度信号T1、T2的加权平均。加权平均值WA的示例由方程6提供，其中x是0与1之间的校准值。例如，可基于测试的和/或建模的催化剂的热电偶数据对校准值x进行校准。
Figure 182958DEST_PATH_IMAGE006
加权平均值WA指示了SCR催化剂20的平均温度。可基于温度信号T1、T2、加权平均值WA和/或其他参数确定SCR催化剂20的活性体积SCRAV。如上所述，可例如基于SCR催化剂20的质量、电阻和/或阻抗、环境温度、发动机转速、凸轮轴定相、点火正时、发动机工作循环等确定SCR催化剂20的活性体积SCRAV。
还可利用传感器100和102确定CC 18上的温度梯度，以确定CC温度TCC。可基于传感器100、102的温度信号、从所述温度信号确定的加权平均值、和/或其他参数（以上阐述了它们中的一些）来确定CC 18的活性体积CCAV。
可利用许多方法来操作热管理系统12，图4的方法则提供了一种示例的方法。在图4中，示出了一种热控制方法。尽管主要关于图1-3的实现来描述以下的任务，但这些任务可容易地修改，以便适用于本发明其他的实现。这些任务可被反复地执行。该方法可开始于202。
在203处，产生传感器信号。例如，传感器80、100、102、104、106、110可产生相应的传感器信号。
在204处，热控制模块60确定CC 18和SCR催化剂20是否为活性。当CC 18和SCR催化剂20都为活性时，执行任务206，否则执行任务208。CC温度控制模块可基于第一比较信号来确定CC 18是否为活性。SCR温度控制模块可基于第二比较信号来确定SCR催化剂20是否为活性。
在206处，发动机14以稀燃操作模式操作。作为示例，在发动机14的稀燃操作期间，燃料控制模块可以空气主导模式操作，在空气主导模式中，空气/燃料比控制模块试图通过基于空气流量来控制燃料流量以维持化学计量的空气/燃料比。空气/燃料比控制模块和/或燃料控制模块可确定燃料质量，该燃料质量在与当前每气缸空气量结合时产生化学计量比的燃烧。燃料控制模块可基于燃料添加速率来指令燃料致动器模块，以将选择的燃料质量喷射到发动机14的各个被启用的气缸中。在任务206之后执行任务203。
在208处，CC比较模块确定CC温度TCC是否低于催化剂起燃温度TLO（或者在第一预定温度范围内）和/或活性体积CCAV是否小于第一催化剂阈值CCTHR。当CC温度TCC低于催化剂起燃温度TLO（或者在第一预定温度范围内）时和/或当活性体积CCAV小于第一催化剂阈值CCTHR时，执行任务210，否则执行任务212。
在210处，空气/燃料比控制模块、空气控制模块和/燃料控制模块产生空气控制信号THR和燃料控制信号FUEL，以便以化学计量比操作发动机14。火花控制模块产生火花控制信号SPARK，以使发动机14的火花正时从TDC和/或从当前的火花时间延迟。在任务210之后执行任务203。
延迟发动机14的火花可包括使火花正时从预定的或当前的火花时间迟延一预定量（或度数）（或者迟延以相距TDC的预定度数）。预定的或当前的火花时间可以是超前的时间（在TDC之前的时间）、与TDC对应的时间或者在TDC之后的时间。延迟的正时可被限定为改变正时，从而使得燃料点火在燃烧循环中稍后发生。
当CC 18为活性时可执行任务212。在212处，SCR比较模块确定SCR温度TSCR是否低于活性温度TACT（或者在第二预定温度范围内）和/或活性体积SCRAV是否小于第二催化剂阈值SCRTHR。当SCR温度TSCR低于活性温度TACT（或者在第二预定温度范围内）时和/或当活性体积SCRAV小于第二催化剂阈值SCRTHR时，执行任务214，否则执行任务203。
在214处，空气/燃料比控制模块和/或燃料控制模块执行后喷射，和/或经由HC喷射器62将燃料直接喷射到排气系统16中。提供至排气系统16的燃料量可渐变升至预定水平并如上所述那样受限制。任务214被执行以提高SCR催化剂20的温度。在任务214之后可执行任务203。
上述任务应是说明性的示例；这些任务取决于应用可以顺次、同步、同时、连续、在重叠的时间段期间、或者以不同的顺序执行。在一个实现中，在任务202之后执不执行任务204而是行任务208。
上述实现在允许发动机以增加的稀燃空气/燃料比操作的同时通过提供有目标的催化剂加热从而最大化了燃料的高效操作。在允许发动机和/或排气系统上游部分的温度降低的同时，维持催化转化器和/或SCR催化剂的温度。增加的稀燃的空气/燃料比和降低的操作温度减小了与发动机操作相关联的燃料消耗和热损失。
为了例证和说明，已提供了对实施例的前述说明。所述说明并不旨在是无遗漏的，也不旨在限制本发明。即使未明确示出或描述，但是特定实施例的单独元件或特征一般不局限于该特定实施例，而是在可适用的情况下可互换，并且可用于选定的实施例。所述单独的元件和特征还可以许多方式改变。这样的变化不被认为是相对于本发明的偏离，并且所有这样的修改都被认为被包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种热管理系统，包括：
催化转化器模块，所述催化转化器模块确定催化转化器是否为活性；
选择性催化还原SCR催化剂模块，所述SCR催化剂模块确定SCR催化剂是否为活性；以及
发动机控制模块，当所述催化转化器不为活性时，所述发动机控制模块调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并且延迟所述发动机的火花，
其中当所述催化转化器为活性而所述SCR催化剂不为活性时，所述发动机控制模块执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到所述发动机的排气系统中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，还包括：
第一监测模块，所述第一监测模块确定所述催化转化器的第一温度和所述催化转化器的第一活性体积中的至少一个；
第二监测模块，所述第二监测模块确定所述SCR催化剂的第二温度和所述SCR催化剂的第二活性体积中的至少一个；以及
热控制模块，所述热控制模块基于：i）所述第一温度和所述第一活性体积中的至少一个；和ii）所述第二温度和所述第二活性体积中的至少一个，调节所述发动机的空燃比以便以所述化学计量比操作，并且延迟所述发动机的火花。
3.根据权利要求1所述的热管理系统，还包括：
第一监测模块，所述第一监测模块确定所述催化转化器的第一温度和所述催化转化器的第一活性体积中的至少一个，
其中所述催化转化器模块基于所述第一温度与起燃温度之间的比较和所述第一活性体积与第一阈值之间的比较中的至少一个来产生第一比较信号；以及
第一控制模块，所述第一控制模块基于所述第一比较信号来请求所述发动机以化学计量比操作和延迟所述发动机的火花。
4.根据权利要求3所述的热管理系统，其中当所述第一温度低于所述起燃温度和所述第一活性体积小于所述第一阈值中的至少一个存在时，所述发动机控制模块以化学计量的空燃比操作所述发动机，并延迟所述发动机的火花。
5.根据权利要求3所述的热管理系统，还包括：
第二监测模块，所述第二监测模块确定所述SCR催化剂的第二温度和所述SCR催化剂的第二活性体积中的至少一个，
其中所述SCR催化剂模块基于所述第二温度与活性温度之间的比较和所述第二活性体积与第二阈值之间的比较中的至少一个来产生第二比较信号；以及
第二控制模块，所述第二控制模块基于所述第二比较信号产生后喷射信号，以向所述排气系统提供燃料。
6.根据权利要求5所述的热管理系统，其中当所述第二温度低于所述活性温度和所述第二活性体积小于所述第二阈值中的至少一个存在时，所述发动机控制模块向所述排气系统提供燃料。
7.根据权利要求5所述的热管理系统，所述第二控制模块基于所述第一温度和所述第一活性体积中的至少一个以及所述第二温度和所述第二活性体积中的至少一个对提供到所述排气系统的燃料量进行限制。
8.根据权利要求1所述的热管理系统，还包括：
监测模块，所述监测模块确定所述SCR催化剂的温度和所述SCR催化剂的活性体积中的至少一个，
其中所述SCR催化剂模块基于所述温度与活性温度之间的比较和所述活性体积与阈值之间的比较中的至少一个来产生比较信号；以及
后喷射控制模块，所述后喷射控制模块基于所述比较信号产生后喷射信号，以向所述排气系统提供燃料。
9.根据权利要求8所述的热管理系统，其中所述后喷射控制模块基于所述SCR催化剂的温度和所述活性体积中的至少一个对提供至所述排气系统的燃料量进行限制。
10.一种热控制方法，包括：
确定催化转化器是否为活性；
确定选择性催化还原SCR催化剂是否为活性；
当所述催化转化器不为活性时，调节发动机的空燃比以便以化学计量比操作，并延迟所述发动机的火花；以及
当所述催化转化器为活性而所述SCR催化剂不为活性时，执行后燃料喷射和将燃料直接喷射到所述发动机的排气系统中的至少一个。
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