CN103670617A - 具有废热回收的电加热催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有废热回收的电加热催化剂。一种催化转化器包括入口端、出口端和催化剂主体。入口端被配置成接收来自发动机的废气。出口端被配置成输出废气。催化剂主体包括设置于入口端与出口端之间的分隔构件。催化剂主体包括排气通道和流体通道。排气通道被配置成将废气从入口端引导至出口端。流体通道被配置成接收来自废热回收回路的流体并且将流体返回到废热回收回路。排气通道中的每一个和流体通道中的每一个包括分隔构件中的对应的分隔构件。
Description
技术领域
本公开涉及废热回收系统，并且更具体来说，涉及应用于车辆的排气系统的废热回收系统。
背景技术
本文所提供的背景技术描述的目的在于从总体上介绍本发明的背景。当前提及的发明人的工作——以在此背景技术部分中所描述的为限——以及在提交时否则可能不构成现有技术的该描述的各方面，既不明示地也不默示地被承认为是针对本公开的现有技术。。
废热回收系统可以应用于车辆的排气系统，以便回收否则会从排气系统排放出的能量。废热回收系统可以将从排气系统获得的热能转化成电能，电能随后可以用来操作车辆的电气部件和/或马达。
废热回收系统可以包括例如冷却液通过其中的热交换器或盘管。盘管可以位于排气系统内并且从排气系统接收热能。冷却液随后通过扩张器，在扩张器处冷却液内的热能可以被转化成机械能。冷却液在再次循环通过热交换器之前被泵送通过冷凝器并由冷凝器进一步冷却。
除了具有热交换器之外，排气系统还可以包括催化转化器。催化转化器可以位于例如热交换器的上游，并且用以减少内燃机（ICE）的排放物。例如，三元催化转化器减少排气系统内的氮氧化物、一氧化碳以及碳氢化合物。三元催化转化器将氮氧化物转化为氮气和氧气，将一氧化碳转化为二氧化碳，并且氧化未燃烧的碳氢化合物（HC）从而产生二氧化碳和水。
催化转化器通常开始起作用的平均催化剂熄灯温度是近似200℃至350℃。因此，在ICE的冷启动时发生的暖机时间过程中，催化转化器并不起作用或者提供最少的排放物还原。在发动机冷启动过程中，排气系统温度低于催化剂熄灯温度。在暖机时间过程中，HC排放物可能未由催化转化器有效地处理。
发明内容
提供一种催化转化器，并且其包括入口端、出口端和催化剂主体。入口端被配置成接收来自发动机的废气。出口端被配置成输出废气。催化剂主体包括设置于入口端与出口端之间的分隔构件。催化剂主体包括排气通道和流体通道。排气通道被配置成将废气从入口端引导至出口端。流体通道被配置成接收来自废热回收回路的流体并且将流体返回到该废热回收回路。排气通道中的每一个和流体通道中的每一个包括分隔构件中的对应分隔构件。
在其他特征中，提供一种催化转化器，并且其包括入口端、出口端、催化剂主体以及电极。入口端被配置成接收来自发动机的废气。出口端被配置成输出废气。催化剂主体设置于入口端与出口端之间。催化剂主体包括排气通道和流体通道。排气通道被配置成将废气从入口端引导至出口端。流体通道被配置成接收来自废热回收回路的流体并且将流体返回到该废热回收回路。电极连接到催化剂主体并且使电流通过催化剂主体。
本发明特别包括以下方案：
方案1. 一种催化转化器，包括：
配置成接收来自发动机的废气的入口端；
配置成输出废气的出口端；以及
催化剂主体，其包括分隔构件并且设置于所述入口端与所述出口端之间，其中催化剂主体包括：
配置成将所述废气从所述入口端引导至所述出口端的多个排气通道；以及
配置成接收来自废热回收回路的流体并且将所述流体返回到所述废热回收回路的多个流体通道，
其中所述多个排气通道中的每一个和所述多个流体通道中的每一个包括相应的多个所述分隔构件。
方案2. 如方案1所述的催化转化器，其中所述分隔构件的至少部分形成所述多个排气通道和所述多个流体通道的壁。
方案3. 如方案1所述的催化转化器，其中所述多个流体通道从所述入口端延伸到所述出口端并且与所述多个排气通道平行延伸。
方案4. 如方案1所述的催化转化器，其中所述多个流体通道与所述分隔构件和所述多个排气通道相邻延伸并且从其接收热能。
方案5. 如方案1所述的催化转化器，其中：
所述多个流体通道包括通道对；以及
所述通道对中的每一个包括接收通道和返回通道。
方案6. 如方案5所述的催化转化器，其中所述接收通道和所述返回通道被连接以提供单个通道。
方案7. 如方案5所述的催化转化器，进一步包括端塞，其中所述端塞中的每一个在入口端处阻塞所述接收通道中的相应一个接收通道和所述返回通道中的相应的一个返回通道使其不能接收废气。
方案8. 如方案1所述的催化转化器，进一步包括端塞，其中所述端塞中的每一个阻塞所述多个流体通道中的至少一个。
方案9. 如方案1所述的催化转化器，进一步包括歧管，所述歧管包括歧管主体，其中所述歧管主体连接到所述催化剂主体并且被配置成将流体引导至所述多个流体通道并且引导来自所述多个流体通道的流体。
方案10. 如方案9所述的催化转化器，其中：
所述催化剂主体包括第一蜂窝结构，所述第一蜂窝结构包括分隔构件；
所述歧管主体包括第二蜂窝结构；以及
所述多个排气通道和所述多个流体通道与所述歧管主体中的相应通道对齐。
方案11. 如方案9所述的催化转化器，其中所述催化剂主体由与所述歧管主体不同的材料形成。
方案12. 如方案9所述的催化转化器，其中：
所述催化剂主体由导电材料形成；以及
所述歧管主体由非导电材料形成。
方案13. 如方案9所述的催化转化器，进一步包括连接在所述催化剂主体与所述歧管主体之间的至少一个绝缘体。
方案14. 如方案9所述的催化转化器，进一步包括连接在所述多个流体通道对与所述歧管主体中的相应流体通道对之间的多个通道联接器，其中所述多个通道联接器中的每一个是非导电的。
方案15. 一种系统，包括：
如方案1所述的催化转化器；以及
将电流供应到所述催化剂主体的催化剂加热系统。
方案16. 如方案15所述的系统，进一步包括控制模块，所述控制模块被配置成：
当所述催化剂主体的温度低于所述催化剂主体的催化剂熄灯温度时，将电流供应到所述催化剂主体并且限制流体流过所述废热回收回路和所述多个流体通道；以及
当所述催化剂主体的温度高于所述熄灯温度时，阻止电流供应到所述催化剂主体并且允许流体流过包括所述多个流体通道的所述废热回收回路。
方案17. 一种催化转化器，包括：
配置成接收来自发动机的废气的入口端；
配置成输出所述废气的出口端；
设置于所述入口端与所述出口端之间的催化剂主体，其中所述催化剂主体包括：
配置成将所述废气从所述入口端引导至所述出口端的多个排气通道，以及
配置成接收来自废热回收回路的流体并且将所述流体返回到所述废热回收回路的多个流体通道；以及
连接到所述催化剂主体以便使电流穿过所述催化剂主体的多个电极。
方案18. 如方案17所述的催化转化器，进一步包括歧管，所述歧管连接到所述催化剂主体并且被配置成将流体从所述废热回收回路引导至所述多个流体通道并且将流体从所述多个流体通道引导至所述废热回收回路。
方案19. 如方案17所述的催化转化器，其中所述流体是非传导性的流体。
方案20. 如方案17所述的催化转化器，其中所述多个电极包括：
连接到所述催化剂主体的第一侧的第一电极；以及
连接到所述催化剂主体的第二侧的第二电极，其中所述第二侧与所述第一侧相对。
本公开的应用性的其他领域将从下文提供的详细描述而变得显而易见。应了解，详细描述和具体示例意欲仅用于说明目的，而并非意欲限制公开范围。
附图说明
本公开将从详细描述和附图而变得更完全得到理解，其中：
图1是根据本公开的并入废热回收系统的发动机系统的功能方框图；
图2是图示根据本公开的电加热催化转化器的侧视图的功能方框图；
图3是图示图2的电加热催化转化器的端视图的功能方框图；
图4是图2的电加热催化转化器的催化剂主体的一部分的截面图；
图5是根据本公开的歧管的透视图；
图6是回收效率对温度的图；
图7是根据本公开的并入热控制模块的发动机控制模块的功能方框图；以及
图8图示操作根据本公开的废热回收系统的方法。
具体实施方式
图1中，展示发动机系统10。发动机系统10包括内燃机（ICE）12、排气系统14、废热回收（WHR）系统16以及发动机控制模块（ECM）18。排气系统14包括WHR催化转化器（CC）20并且可以包括第二CC 22。WHR CC 20可以是例如三元CC并且包括配置用于WHR的催化剂主体24。如果包括第二CC 22，则WHR CC 20可以被称为紧密联接的催化剂并且第二CC 22可以被称为底板下催化剂。WHR CC 20可以连接在沿排气系统14的各种位置处。
尽管将发动机系统10展示为具有火花点火发动机（ICE 12）的汽油发动机系统，但是发动机系统10被作为示例提供。WHR系统16可以实施在包括柴油发动机系统的各种其他发动机系统上。发动机系统10可以是基于醇的发动机系统，诸如基于甲醇、乙醇和/或E85的发动机系统。
ICE 12燃烧空气和燃油混合物从而产生驱动转矩。空气通过穿过空气过滤器25进入ICE 12。空气穿过空气过滤器25并且可以被吸到涡轮增压器26中。涡轮增压器26在被包括时压缩新鲜空气。压缩越大，ICE 12的输出越大。压缩的空气可以在进入进气歧管28之前穿过空气冷却器（未示出）。
进气歧管28内的空气被分配到汽缸30中。燃油由喷油器32喷射到汽缸30中。火花塞34点燃汽缸30中的空气/燃油混合物。空气/燃油混合物的燃烧产生废气。废气离开汽缸30进入排气系统14中。
排气系统14包括WHR CC 20、ECM 18、排气歧管36，并且可以包括空气泵（未示出）。作为示例，WHR CC 20和第二CC 22的催化剂主体可以各自包括三元催化剂（TWC）。TWC可以减少氮氧化物NOX、氧化一氧化碳（CO）并且氧化未燃烧的碳氢化合物（HC）和易挥发的有机化合物。TWC基于后燃空气/燃油比来氧化废气。氧化的量增加废气的温度。ECM 18包括热控制模块40，该热控制模块控制排气系统14的温度和WHR系统16的操作。
可选地，EGR阀（未示出）将一部分废气重新循环回到进气歧管28中。剩余废气被引导至涡轮增压器26中以便驱动涡轮。涡轮促进从空气过滤器25接收到的新鲜空气的压缩。废气从涡轮增压器26流到WHR CC 20。
发动机系统10可以是混合动力电动车辆系统并且包括混合动力控制模块（HCM）42和一个或多个电动马达44。HCM 42可以是ECM 18的一部分或者可以是独立的控制模块，如图所示。HCM 42控制电动马达44的操作。电动马达44可以补充和/或替换ICE 12的功率输出。电动马达44可以用来调整ICE 12的速度（即，ICE 12的曲轴46的旋转速度）。电动马达44可以通过皮带/带轮系统、通过传动装置、一个或多个离合器和/或通过其他机械连接器件连接到ICE 12。ECM 18和/或HCM 42可以控制电动马达44和/或起动机48的操作以便使曲轴46旋转。
WHR系统16包括WHR回路50，该WHR回路包括WHR CC 20、扩张器52、冷凝器54、WHR泵56以及阀58。流体线路60（例如，软管）连接在WHR CC 20、扩张器52、冷凝器54、WHR泵56以及阀58之间。流体通过WHR泵56在WHR回路50中循环，WHR泵引导来自冷凝器54的流体穿过阀58并且到达WHR CC 20，流体随后被引导至扩张器52并且回到冷凝器54。流体可以是冷却液（例如，碳氢化合物制冷剂）。流体可以包括例如丁烷、戊烷和/或其他适合的流体。流体可以不是传导性流体，诸如水（H2O）或乙醇，以防止电流从WHR CC 20传到发动机系统10和/或相应车辆的其他部件。来自扩张器52的流体在由冷凝器54接收时可以处于气态状态，并且在离开冷凝器54时处于液体状态。
流体用来将来自WHR CC 20的热能转移到扩张器52，在扩张器52处，热能可以被转化为机械能并且稍后转化为电能。来自扩张器52的机械能可以被供应到例如电动马达44。电能可以被供应到ICE 12的汽门机构、电源和/或发动机系统10中和/或车辆中的其他电气部件。扩张器52可以包括将加压的流体的热能转化为机械输出转矩 的马达。输出力矩
可以被提供到例如发动机、发电机或起动机。
ECM 18和/或热控制模块40可以通过WHR泵56和阀58来控制WHR系统16的操作。可以通过供电开启和关闭WHR泵56和/或通过控制阀58的开或关状态来允许流体在WHR回路50中循环和/或防止流体在WHR回路50中循环。流体循环通过WHR回路50的速率和/或压力也可以通过调整WHR泵56的速度和/或阀58的开度来控制。
WHR CC 20包括在某些条件下可以被电加热的催化剂主体24，如以下所描述。电流可以从电源62供应到WHR CC 20。电流到WHR CC 20的供应通过ECM 18和/或热控制模块40来控制。催化剂主体24被配置成接收来自排气系统14的废气并且接收通过WHR回路50的流体。这在以下进行进一步描述。
ECM 18、热控制模块40和/或HCM 42基于传感器信息来控制ICE 12、WHR系统16、电动马达44、起动机48以及供应到催化剂主体24的电流。传感器信息可以通过传感器直接获得和/或通过存储在存储器70中的算法和表格间接获得。展示了用于确定废气流量水平、废气温度水平、废气压力水平、催化剂温度、氧气水平、进气流速、进气压力、进气温度、车辆速度、发动机转速、EGR等的一些示例传感器80。展示了废气流量传感器82、废气温度传感器83、废气压力传感器85、催化剂温度传感器86、氧气传感器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、车辆速度传感器98以及发动机转速传感器99。热控制模块40可以基于来自传感器80的信息来控制WHR泵56、阀58、电源62、扩张器52和/或WHR系统16的其他部件的操作。
在图2至4中，展示了WHR CC 20的侧视图和端视图以及催化剂主体24的截面图。WHR CC 20包括催化剂主体24（或载体24）、电极100、102、WHR歧管104，并且可以包括绝缘体106。载体24由导热并且导电的材料形成，诸如硅化的碳化硅（Si-SiC）、陶瓷复合材料和/或其他适合的材料。这允许热能从废气和/或载体24传到流体，并且也允许对载体24进行电加热。载体24可以具有小于第一预定电阻和/或阻抗并且大于第二预定电阻和/或阻抗的电阻和/或阻抗。第一预定电阻和/或阻抗被设定成允许预定量的电流流过载体24并对其进行加热。第一预定电阻和/或阻抗可以被设定成引导供应到第一电极100的高或预定百分比的电流通过载体24和流体并且到达第二电极102。第二预定电阻和/或阻抗可以被设定成防止电极100与102之间的短路和/或限制流过载体24的电流量。
加热载体24加热流过载体24的废气和流体。电极100、102连接到催化剂加热系统110，该系统可以包括ECM 18、电源62以及开关112。电源62可以是高电压电源，例如，具有大于或等于100V的输出电压。载体24通过电极100、102来电加热。电流从电源62通过开关112供应到第一电极100。电流穿过载体24到达第二电极102并且将载体24加热到大于或等于熄灯温度的温度。
载体24可以包括例如设置于载体24上的TWC。TWC可以包括催化剂金属，诸如铂、铑、钯和/或其他催化剂金属。催化剂金属可以稀疏地定位在载体24的整个表面区域上，并且可以例如嵌入到载体24的氧化铝涂层中。涂层可以是非传导性的和/或具有高电阻和/或高阻抗以便最小化涂层中的电流流动。
载体24可以具有蜂窝配置，其具有形成包括在载体24中的排气通道116和流体通道118的壁的分隔构件114。排气通道116和流体通道118在载体24的入口端120与出口端122之间彼此平行延伸。排气通道116允许来自ICE 12的废气从入口端120传到出口端122。
流体通道118可以包括接收和返回通道对。每个通道对包括接收通道124和返回通道126。接收通道124和返回通道126可以彼此连接和/或形成在一起成为单个通道。通道对沿载体124从入口端120延伸到出口端122，从而有效地从载体24吸收热能。
每个接收通道具有第一端130和第二端132。第一端130可以位于载体24的出口端122处，并且接收来自WHR歧管104的流体。第二端132可以位于载体24的入口端120处，并且可以由端塞134阻塞而不接收废气。
返回通道126可以包括第一端136和第二端138。第一端136可以位于载体24的入口端120处，并且也可以通过端塞134阻塞而不接收废气。端塞134可以在载体24的入口端120处插入到接收通道124和返回通道126中。每个通道对可以包括单个端塞。流体在返回通道126中沿与在接收通道124中的方向相反的方向流动。
端塞位于载体24的与WHR歧管104相对的端上。尽管将端塞展示为位于入口端120处而将WHR歧管104展示为位于出口端122处，但是端塞可以位于出口端122处而WHR歧管104可以位于入口端120处。第二端138可以位于载体24的出口端122处并且将由接收通道124接收到的流体返回到WHR歧管104。
载体124的位于通道对的接收通道与返回通道之间的每个构件（例如，构件140）可以不完全延伸到入口端120。这些构件的长度可以比从入口端120完全延伸到出口端122的载体24的其他构件的长度短。这允许流体横跨对应的端塞（例如，端塞134）从接收通道传到返回通道。
现在还参照图5，展示了WHR歧管104。WHR歧管104可以包括排气通道（未示出）、流体（接收和返回）通道152、154、通道联接器155、流体连接器156、158等。尽管在图5中未展示WHR歧管104的排气通道，但是排气通道类似于载体24的排气通道116。WHR歧管104通过第一流体（或接收）连接器156接收来自图1的WHR回路150和/或阀58的流体，并且将流体从第一流体连接器156引导至接收通道152。第一流体连接器156连接到WHR回路150。接收通道152随后将流体引导至载体24的接收通道（例如，接收通道124）。接收通道152可以包括(i)具有连接到第一流体连接器156的输入端和(ii)连接到接收通道152中的对应的接收通道的多个输出端的进气歧管160。
流体随后从载体24的接收通道穿过载体24的返回通道（例如，返回通道126）并且到达返回通道154中。流体被从返回通道154引导至第二流体连接器158（返回连接器），在此之后流体被引导至图1的扩张器52。返回通道154可以包括(i)包括连接到返回通道154中的对应的返回通道的多个输入端和(ii)连接到第二流体连接器158的输出端的输出歧管164。第二流体连接器158连接到WHR回路150。
取决于载体24和WHR歧管104的配置，通道联接器155可以位于WHR歧管104的通道与载体24的通道（例如，通道116、118）之间。通道联接器155可以是非传导的，并且凹入在WHR歧管104和/或载体24内。通道联接器155可以防止电流经过(i)载体24和/或载体24的通道与(ii)通道152、154之间。在一种实施方式中，不包括通道联接器155并且载体24的通道邻接通道152、154。在这种实施方式中，载体24的通道可以直接接收来自WHR歧管104的通道的流体并且将流体直接返回到这些通道。在另一种实施方式中，包括通道联接器以便将WHR歧管104与载体24的传导性材料隔离。
WHR歧管104可以包括歧管主体166，该歧管主体包括排气通道（图5中未示出）和流体通道152、154。歧管主体166可以具有类似于载体24的蜂窝结构的蜂窝结构。这允许WHR歧管104的排气和流体通道与载体24的对应通道对齐。在一种实施方式中，歧管主体166由非传导性的材料形成，诸如堇青石，以便防止电流从载体24传到WHR歧管104和/或发动机系统10的其他部件。TWC可以沉积在歧管主体166上，或者歧管主体166可以作为经过器件来执行（即，废气在歧管主体166中不被氧化、处理和/或化学改变）。在一种实施方式中，歧管主体166由传导性材料形成，诸如Si-SiC，并且通过绝缘体106或其他适合的电流绝缘器件与载体24分离。
可以在载体24与WHR歧管104之间包括绝缘体106，以便防止电流从电极100、102通过载体24和/或载体24的通道传到WHR歧管104。可以包括绝缘体106以便将WHR歧管104、通道152、154和/或连接器156、158与载体24电气隔离。包括绝缘体106取决于载体24和WHR歧管104的配置。例如，如果载体24和WHR歧管104由传导性材料形成，那么可以包括绝缘体106。如果歧管主体166由非传导性材料形成，那么可以不包括绝缘体106。
绝缘体106可以具有蜂窝结构并且包括在载体24的对应通道与WHR歧管104的对应通道之间延伸的通道。绝缘体106由可以包括堇青石的非传导性材料形成。
载体24、歧管主体166、绝缘体106和/或通道联接器155可以具有类似的膨胀和收缩性质以便在加热和冷却转变过程中呈现出类似的改变。这允许载体24、歧管主体166和绝缘体106中的每一个的通道保持彼此对齐。也维持了(i)载体24、歧管主体166和绝缘体106的通道与(ii)通道联接器155之间的对齐。通过具有类似的膨胀和收缩性质，防止了载体24、歧管主体166、绝缘体106和/或通道联接器155中的破裂。载体24、歧管主体166、绝缘体106和/或通道联接器155可以使用粘合剂彼此粘合。绝缘体106和/或粘合剂可以由柔性材料形成以便：维持载体24、歧管主体166、绝缘体106和/或通道联接器155的通道的对齐；防止破裂；以及维持流体通道从入口端120到连接器156、158的完整性和连续性。
作为防止电流从电极100、102通过载体24和WHR歧管104传到WHR回路150的其他部件的另一种技术，连接器156、158可以是非传导性的和/或包括绝缘体和/或电流绝缘体。这将催化剂加热系统110与WHR回路150的部件和/或发动机系统10和/或车辆的其他部件电气分离。
通过使用WHR CC 20的载体24从排气系统14回收热能，排气系统14中的高百分比的能量是可回收的。形成Si-SiC和/或其他类似材料的载体24为转移热能提供有效热源。
图6中，展示了回收效率对温度的图。热源的温度越高，热源的等级越高并且废热回收系统的效率越高。较高的载体温度产生较高的WHR效率。可以使用例如等式1来确定热源的最大效率Eff max，其中T amb 是周围温度，并且T s 是源温度或载体24的温度。
可以使用例如等式2来测量废热回收作为回收的能量Q的量，其中m是包括载体24中的颗粒、废气和/或流体的载体24的质量，c是载体24的比热，并且ΔT是在回收能量Q的周期过程中载体24的温度改变。载体24的比热c可以是例如880焦耳/千克（kg）·1°开（K）（或J/kg/K）。
Q = m·c·ΔT （2）。
作为一个示例，可以在低温（低于100℃的温度）下将催化剂主体中低至10%的热能转化回电能。可以在高温（高于600℃的温度）下将催化剂主体中高至80%的热能转化回电能。
通过在WHR CC20中并入WHR通道（载体24的通道），与已经应用WHR技术的传统排气系统相比，提供了改进的排气封装。不需要例如TWC的下游的分离的热交换器。
再次参照图2和3，催化剂加热系统110在例如冷启动过程中辅助载体24上的催化剂的熄灯。由于载体24包括流体通道和在其中流动的相应流体，所以比没有流体通道的催化剂主体增加了载体24的质量。催化剂加热系统110是质量增加的原因，并且通过使电流经过电极100、102之间并且穿过载体24和载体24中的流体来将载体24和催化剂的温度迅速增加到高达熄灯温度。
电极100、102可以连接到载体24的相对外侧170、172，并且可以与载体24类似成形以便在载体24的预定外表面区域上延伸。尽管将电极100、102展示为在载体24的外部，但是电极100、102可以安装在载体24内。电极100、102可以各自具有半圆形状的截面区域，如图所示。通过电加热载体24，解决了载体24的质量增加，并且最小化了排放物。催化剂加热系统110可以用来提供满足部分零排放车辆（PZEV）要求的排气系统。PZEV具有零蒸发排放物。
现在还参照图7，展示了ECM 18。ECM 18包括热控制模块40并且还可以包括车辆速度模块180和发动机转速模块182。车辆速度模块180基于来自例如车辆速度传感器98的信息来确定车辆速度并且产生车辆速度信号SVEH（200）。发动机转速模块182基于来自例如发动机转速传感器99的信息来确定ICE 12的速度并且产生发动机转速信号SENG（202）。
热控制模块40包括发动机监控模块184、催化剂监控模块186、第一比较模块188、第二比较模块190、模式选择模块192、温度模块194以及WHR模块196。热控制模块40在电加热和WHR模式下工作。在电加热模式过程中，电流被供应到电极100、102，并且WHR回路150中的流体流动受到限制和/或阻止。在WHR模式过程中，允许流体循环通过WHR回路150。与电加热模式过程中的流体流动相比，这种流动可以是不受限制和/或增加的。
可以使用许多方法来操作图1的WHR系统16，图8的方法提供一种示例方法。图8中，展示了操作WHR系统16的方法。尽管主要参照图1至5和图7的实施方式描述了以下任务，但是这些任务可以容易修改以应用于本公开的其他实施方式。这些任务可以重复地执行。该方法可以在300开始。
在302，产生传感器信号。传感器信号可以包括废气流量信号、废气温度信号、废气压力信号、催化剂温度信号、氧气信号、进气流量信号、进气压力信号、进气温度信号、车辆速度信号、发动机转速信号、EGR信号等，这些信号可以由图1的上述传感器80和104至110产生。
在304，热控制模块40和/或发动机监控模块184确定ICE 12的状态。发动机监控模块184可以基于发动机转速信号SENG、燃油供应信号FUEL（204）和/或点火启动信号SPARK（206）来产生发动机监控信号Engine（203）。发动机监控信号Engine指示ICE 12的状态，包括发动机是开启还是关闭、燃油和/或火花是否被启动，和/或ICE 12的速度。当发动机是开启时，热控制模块40可以进行到306。
在306，热控制模块40确定载体24的温度TCAT（208）和/或载体24的有效容积PVACTIVE（210）是否小于预定值。催化剂监控模块186可以使用热模型并且基于发动机参数和/或废气温度来估计载体24的温度TCAT和/或有效容积PVACTIVE，其中一些在以下参照等式3和4来描述。尽管以下提供热模型，但是可以使用其他适合的热模型、表格和/或等式来估计温度TCAT和/或有效容积PVACTIVE。同样，取决于热控制模块40和相应系统的完善度，可以不包括等式3和4中使用的一个或多个参数来确定载体24的温度TCAT。
催化剂监控模块186可以通过载体24的温度传感器来直接确定载体24的温度和/或基于ICE参数ENGPARS（212）和排气系统参数EXHPARS（214）来估计温度TCAT。热模型可以包括诸如等式3和4的等式，这些等式包括IEC参数和排气系统参数。
FRate是通过WHR CC 20的废气流速，其可以是供应到汽缸30的空气质量流量和燃油量的函数。空气质量流量可以由空气质量流量传感器（诸如进气流量传感器92）确定。SENG是ICE 12的速度（即，曲轴46的旋转速度）。DC是IEC 12的工作循环。CMass是载体24的质量。CIMP是载体24的电阻或阻抗。值CMass和CIMP可以说明载体24中的流体的质量、电阻和/或阻抗。ERunTime是启动ICE 12（开启）的时间。ELoad是ICE 12上的电流负荷。TEXH可以指排气系统14的温度，并且基于温度传感器104至110中的一个或多个。Tamb是周围温度。CAM是CIE的凸轮定相。SPK是火花正时。温度信号和有效催化剂容积信号PVACTIVE可以基于等式3和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（诸如载体24的质量CMass）。
第一比较模块188可以基于温度TCAT和催化剂熄灯温度TCLO（217）（例如，250℃）来产生第一比较信号COMP1（216）。第二比较模块190可以基于有效催化剂容积PVACTIVE和第一预定有效催化剂容积PVPRED1（220）来产生第二比较信号COMP2（218）。预定有效催化剂容积PVPRED1可以是例如载体24的容积的30%至40%。模式选择模块192基于第一比较信号COMP1和第二比较信号COMP2、发动机监控信号Engine、车辆速度SVEH和/或发动机转速SENG来产生模式信号MODE（222）。
当比较信号COMP1、COMP2中的一个或两个是例如LOW(低)时，热控制模块40和/或模式选择模块192可以进行到308，否则热控制模块40可以进行到任务311。这指示载体24的温度低于熄灯温度或预定温度，和/或载体24的有效容积小于预定容积。
在308，催化剂加热系统110电加热载体24。热控制模块40和/或温度模块194产生功率信号POW（224），该信号可以被提供到电源62和/或开关112以便控制供应到电极100、102的电流。
在310，热控制模块40和/或WHR模块196限制和/或防止流体流过包括载体24的流体通道的WHR回路150。WHR模块196可以产生信号PUMP（226）、VALVE（228）以便控制WHR泵56的速度和/或阀58的状态。热控制模块40可以返回到任务202随后返回到任务310。
在311，热控制模块40确定载体24的温度TCAT和/或载体24的有效容积PVACTIVE是否大于预定值。催化剂监控模块186可以使用等式3和4的热模型或者其他适合的（多个）热模型、（多个）表格和/或（多个）等式来估计载体24的温度TCAT和/或有效容积PVACTIVE。第一比较模块188可以基于温度TCAT和预定温度TPRED（230）来产生第一比较信号COMP1。预定温度可以大于或等于熄灯温度TCLO。第二比较模块190可以基于有效催化剂容积PVACTIVE和第二预定有效催化剂容积PVPRED2（132）来产生第二比较信号COMP2。第二预定有效催化剂容积PVPRED2可以大于或等于第一预定有效催化剂容积PVPRED1。
当比较信号COMP1、COMP2中的一个或两个是例如HIGH(高)时，热控制模块40和/或模式选择模块192可以进行到312，否则热控制模块40可以返回到任务302。
在一种实施方式中，在任务310之后，不执行任务311而执行任务312。在312，热控制模块40和/或温度模块194停用催化剂加热系统110。这可以包括例如将开关112转换为关闭和/或阻止电流供应到电极100、102。
在314，WHR模块196允许流体循环通过包括载体24的流体通道的WHR回路150。这种流体流动可能不受限制。WHR模块196调整信号PUMP、VALVE以便控制循环通过WHR回路150的流体的流速和压力。WHR模块196可以基于温度TCAT来调整信号以便调整流体流速和压力。热控制模块40可以返回到任务302随后返回到任务314。
上述任务意欲是说明性示例；取决于应用可以顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠的时间周期中或以不同的次序来执行任务。另外，取决于实施方式和/或事件顺序，可以不执行或跳过任何任务。
以上描述实际上仅是说明性的，而绝不意欲限制公开、其应用或使用。可以用多种形式来实施公开的广泛教示。因此，虽然此公开包括具体示例，但是公开的真实范围不应如此受限，因为在学习附图、说明书以及以下权利要求之后其他修改将变得显而易见。为了阐明的目的，附图中将使用相同的参考数字来识别类似元件。本文所用的措词"A、B和C中的至少一个"应当解释成意味着使用非排他逻辑"或"的逻辑（A或B或C）。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序（或同时地）执行，而不改变本公开的原理。
如本文所使用，术语模块可以指以下各项、可以是其一部分或包括以下各项：特定应用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；场可编程闸阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享的、专用的或群组）；提供所述功能性的其他适合的硬件部件；或者上述各项的一些或所有的组合，诸如在芯片上系统中。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享的、专用的或群组）。
如上文所使用，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例行程序、功能、类和/或对象。如上文所使用，术语共享意指来自多个模块的一些或所有代码可以使用单个（共享的）处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或所有代码可以由单个（共享的）存储器存储。如上文所使用，术语群组意指来自单个模块的一些或所有代码可以使用处理器群组来执行。此外，来自单个模块的一些或所有代码可以使用存储器群组来存储。
本文描述的装置和方法可以由一个或多个处理器所执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在永久的有形计算机可读介质上的处理器可执行的指令。计算机程序也可以包括所存储的数据。永久的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁性存储器和光学存储器。
Claims (10)
1.一种催化转化器，包括：
配置成接收来自发动机的废气的入口端；
配置成输出废气的出口端；以及
催化剂主体，其包括分隔构件并且设置于所述入口端与所述出口端之间，其中催化剂主体包括：
配置成将所述废气从所述入口端引导至所述出口端的多个排气通道；以及
配置成接收来自废热回收回路的流体并且将所述流体返回到所述废热回收回路的多个流体通道，
其中所述多个排气通道中的每一个和所述多个流体通道中的每一个包括相应的多个所述分隔构件。
2.如权利要求1所述的催化转化器，其中所述分隔构件的至少部分形成所述多个排气通道和所述多个流体通道的壁。
3.如权利要求1所述的催化转化器，其中所述多个流体通道从所述入口端延伸到所述出口端并且与所述多个排气通道平行延伸。
4.如权利要求1所述的催化转化器，其中所述多个流体通道与所述分隔构件和所述多个排气通道相邻延伸并且从其接收热能。
5.如权利要求1所述的催化转化器，其中：
所述多个流体通道包括通道对；以及
所述通道对中的每一个包括接收通道和返回通道。
6.如权利要求5所述的催化转化器，其中所述接收通道和所述返回通道被连接以提供单个通道。
7.如权利要求5所述的催化转化器，进一步包括端塞，其中所述端塞中的每一个在入口端处阻塞所述接收通道中的相应一个接收通道和所述返回通道中的相应的一个返回通道使其不能接收废气。
8.如权利要求1所述的催化转化器，进一步包括端塞，其中所述端塞中的每一个阻塞所述多个流体通道中的至少一个。
9.一种系统，包括：
如权利要求1所述的催化转化器；以及
将电流供应到所述催化剂主体的催化剂加热系统。
10.一种催化转化器，包括：
配置成接收来自发动机的废气的入口端；
配置成输出所述废气的出口端；
设置于所述入口端与所述出口端之间的催化剂主体，其中所述催化剂主体包括：
配置成将所述废气从所述入口端引导至所述出口端的多个排气通道，以及
配置成接收来自废热回收回路的流体并且将所述流体返回到所述废热回收回路的多个流体通道；以及
连接到所述催化剂主体以便使电流穿过所述催化剂主体的多个电极。
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