CN106401709A - 混合催化剂辐射预加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合催化剂辐射预加热系统，具体地，一种催化剂加热系统包括监测模块、模式选择模块和电加热催化剂（EHC）控制模块。监测模块监测下列各项中的至少一项：(i)发动机的排气系统中的催化剂组件的第一有效容积，和(ii)催化剂组件的非电加热催化剂的第一温度。模式选择模块设置成基于第一有效催化剂容积和第一温度中的至少一者来选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号。电加热催化剂控制模块基于模式信号将电加热催化剂的温度增加到大于稳定温度的升高温度。稳定温度大于催化剂起燃温度。

Description

混合催化剂辐射预加热系统
技术领域
本公开涉及排气系统的催化转化器。
背景技术
这里提供的背景描述用于总体上展现本公开背景的目的。在本背景技术部分中描述的当前署名发明人的工作以及在申请时不得以其它方式作为现有技术的说明书中的各方面，既不明确地也不隐含地被承认为抵触本公开的现有技术。
催化转化器被用于内燃发动机（ICE）的排气系统中以减少排放。作为示例，三效催化剂转化器（TWC）减少排气系统内的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物。三效转化器将氮氧化物转化为氮和氧、将一氧化碳转化为二氧化碳、并且使未燃碳氢化合物氧化以产生二氧化碳和水。
催化转化器通常开始工作的平均起燃温度是大约200-350℃。因此，催化转化器在发动机的冷启动时发生的暖机时段期间不工作或者提供微小的减排。在暖机时段之后，催化转化器的操作温度可以是大约400-900℃。催化转化器的效率随着操作温度的增加而改善。基于所述原因，催化转化器在冷启动时越快地增加到起燃温度，则排气系统的减排性能越好。
混合电动车辆可以包括ICE和一个或多个电动马达。ICE可以具有带有催化转化器的排气系统。ICE可以被重复地停用和/或被停用延长的时间段以节约燃料。当ICE被停用时，催化转化器的温度降低。启动/停止车辆（start/stop vehicle）包括ICE并且在例如ICE空闲时段中并且/或者当该启动/停止车辆的速度是0 m/s时停用ICE。结果，催化转化器在启动混合电动车辆和启动/停止车辆时可能提供有限的减排性能。
发明内容
在一个实施例中，提供了催化剂加热系统。催化剂加热系统包括监测模块、模式选择模块和电加热催化剂（EHC）控制模块。监测模块监测（i）发动机的排气系统中的催化剂组件的第一有效容积和（ii）催化剂组件的非EHC的第一温度中的至少一者。模式选择模块被设置成基于第一有效催化剂容积和第一温度中的至少一者来选择非EHC辐射加热模式并且产生模式信号。EHC控制模块基于模式信号使EHC的温度增加到大于稳定温度的升高温度。稳定温度大于催化剂起燃温度。
在其他特征中，提供了操作催化剂加热系统的方法，该方法包括：监测（i）发动机的排气系统中的催化剂组件的第一有效容积和（ii）催化剂组件的非EHC的第一温度中的至少一者。基于第一有效催化剂容积和第一温度中的至少一者来选择非EHC辐射加热模式并且产生模式信号。基于模式信号使EHC的温度增加到大于稳定温度的升高温度。稳定温度大于催化剂起燃温度。
本发明还提供了以下技术方案。
方案1. 一种催化剂加热系统，包括：
第一监测模块，其监测下列各项中的至少一项：(i)发动机的排气系统中的催化剂组件的第一有效容积，和(ii)催化剂组件的非电加热催化剂的第一温度；
模式选择模块，其设置成基于第一有效催化剂容积和第一温度中的至少一者来选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号；以及
电加热催化剂控制模块，其基于所述模式信号将电加热催化剂的温度增加到大于稳定温度的升高温度，
其中，稳定温度大于催化剂起燃温度。
方案2. 根据方案1所述的催化剂加热系统，其中：
当发动机被停用时，电加热催化剂控制加热模块经由电加热催化剂加热电路向电加热催化剂供应电流以增加电加热催化剂的温度；以及
当发动机的火花和燃料被禁用时，发动机被停用。
方案3. 根据方案1所述的催化剂加热系统，还包括第一比较模块，其将第一有效催化剂容积与预定有效容积相比较并且产生第一比较信号，
其中，当第一比较信号指示出第一有效催化剂容积小于预定有效容积时，模式选择模块选择电加热催化剂辐射加热模式。
方案4. 根据方案3所述的催化剂加热系统，还包括第二比较模块，其将催化剂组件的第二有效催化剂容积与有效启动容积相比较并且产生第二比较信号，
其中，当第二比较信号指示出第二有效催化剂容积大于有效启动容积时，模式选择模块选择电加热催化剂稳定模式。
方案5. 根据方案4所述的催化剂加热系统，其中，有效启动容积是在启动发动机之前所要求的催化剂组件的最小有效容积。
方案6. 根据方案4所述的催化剂加热系统，其中，电加热催化剂控制模块：
在电加热催化剂辐射加热模式期间将电加热催化剂的温度增加到升高温度；以及
在电加热催化剂稳定模式期间将电加热催化剂的温度减小到稳定温度。
方案7. 根据方案4所述的催化剂加热系统，还包括所述电加热催化剂，
其中，电加热催化剂在辐射加热模式期间辐射地加热非电加热催化剂，以及
其中，电加热催化剂在电加热催化剂稳定模式期间与在辐射加热模式期间相比提供更少的对非电加热催化剂的辐射加热。
方案8. 根据方案1所述的催化剂加热系统，还包括第一比较模块，其将第一温度与催化剂起燃温度相比较并且产生第一比较信号，
其中，当第一比较信号指示出第一温度小于催化剂起燃温度时，模式选择模块选择电加热催化剂辐射加热模式。
方案9. 根据方案8所述的催化剂加热系统，还包括第二比较模块，其将非电加热催化剂的第二温度与启动温度相比较并且产生第二比较信号，
其中，当第二比较信号指示出第二温度大于启动温度时，模式选择模块选择电加热催化剂稳定模式。
方案10. 根据方案10所述的催化剂加热系统，其中，启动温度是启动发动机之前所要求的最小催化剂温度。
方案11. 根据方案1所述的催化剂加热系统，其中：
启动温度大于催化剂起燃温度；以及
启动温度小于升高温度。
方案12. 根据方案1所述的催化剂加热系统，还包括催化剂组件，其中：
催化剂组件包括非电加热催化剂和电加热催化剂；
电加热催化剂在非电加热催化剂的上游；以及
电加热催化剂控制模块在辐射加热模式期间控制从电加热催化剂到非电加热催化剂的热传递。
方案13. 根据方案1所述的催化剂加热系统，电加热催化剂控制模块基于发动机速度信号将催化剂组件的电加热催化剂的温度增加到升高温度。
方案14. 根据方案1所述的催化剂加热系统，当发动机的速度小于预定速度时，电加热催化剂控制模块将催化剂组件的电加热催化剂的温度增加到升高温度。
方案15. 一种操作催化剂加热系统的方法，包括：
监测下列各项中的至少一项：(i)发动机的排气系统中的催化剂组件的第一有效容积，和(ii)催化剂组件的非电加热催化剂的第一温度；
基于第一有效催化剂容积和第一温度中的至少一者来选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号；以及
基于模式信号将电加热催化剂的温度增加到大于稳定温度的升高温度，
其中，稳定温度大于催化剂起燃温度。
方案16. 根据方案16所述的方法，还包括：
将第一有效催化剂容积与预定有效容积相比较并且产生第一比较信号，以及
当第一比较信号指示出第一有效催化剂容积小于预定有效容积时，选择电加热催化剂辐射加热模式。
方案17. 根据方案17所述的方法，还包括：
将催化剂组件的第二有效催化剂容积与有效启动容积相比较并且产生第二比较信号；以及
当第二比较信号指示出第二有效催化剂容积大于有效启动容积时，选择电加热催化剂稳定模式。
方案18. 根据方案18所述的方法，包括：
在电加热催化剂辐射加热模式期间将电加热催化剂的温度增加到升高温度；以及
在电加热催化剂稳定模式期间将电加热催化剂的温度减小到稳定温度，
其中，电加热催化剂在电加热催化剂稳定模式期间被停用。
方案19. 根据方案16所述的方法，还包括：
将第一温度与催化剂起燃温度相比较并且产生第一比较信号；以及
当第一比较信号指示出第一温度小于催化剂起燃温度时，选择电加热催化剂辐射加热模式。
从本文提供的描述中将明白进一步的应用领域。应当理解，描述和具体示例仅仅用于说明的目的并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是结合了根据本公开的催化剂加热系统的示例性发动机系统的功能框图；
图2是另一发动机系统和根据本公开的相应催化剂加热系统的功能框图；
图3是根据本公开的发动机控制模块的功能框图；
图4图示出根据本公开的操作催化剂加热系统的方法；以及
图5是图示出图4的方法的三个模式的热催化剂组件图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记来标识相似的元件。如本文使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当理解成使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应当理解，在不改变本公开原理的情况下可以以不同顺序执行方法中的步骤。
如本文使用的，术语“模块”可以指代下列各项或者是下列各项的一部分或者包括下列各项：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享、专用或群组）和/或存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适部件。
在图1中，示出了包括催化剂加热系统12的示例性发动机系统10。发动机系统10可以是混合电动车辆系统、充电式混合电动车辆系统、起动/停止车辆系统、部分零排放车辆（PZEV）系统、超低排放车辆（SULEV）系统或者其他更严格排放车辆系统（例如SULEV20）等。发动机系统10包括具有排气系统16的发动机14。排气系统16包括催化转化器（CC）18。催化剂加热系统12加热CC 18中的（一个或多个）催化剂（催化剂组件）。催化剂加热系统12可以在起动发动机14之前加热该（一个或多个）催化剂。虽然发动机系统10被示出为火花点火式发动机，但是发动机系统10作为示例被提供。催化剂加热系统12可以应用在各种其他发动机系统上，例如柴油发动机系统。
发动机系统10包括发动机14，发动机14燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动转矩。空气经过空气过滤器20进入发动机14。空气经过空气过滤器20并且可以被吸入涡轮增压器22。涡轮增压器22（在被包括时）压缩新鲜空气。压缩越大，发动机14的输出就越大。压缩的空气在进入进气歧管26之前经过空气冷却器24（在被包括时）。
进气歧管26内的空气被分配到气缸28中。燃料被燃料喷射器30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进入到排气系统16中。
催化剂加热系统12包括排气系统16和发动机控制模块（ECM）40。排气系统16包括CC 18、ECM 40、排气歧管42和催化剂加热电路44。作为示例，CC 18可以包括三效催化剂（TWC）。CC 18可以还原氮氧化物NOx、使一氧化碳（CO）氧化并且使未燃碳氢化合物（HC）和挥发性有机化合物氧化。CC 18基于后燃烧空/燃比使排气氧化。氧化的量使得排气的温度增加。
CC 18包括电加热催化剂（EHC）48和非EHC 50。EHC 48被主动地加热。非EHC 50通过相邻热传递和/或辐射热传递而被被动地加热。EHC 48和非EHC 50可以指单一催化剂的不同部分或者可以是不同的相邻催化剂。仅举例来说，EHC 48可以具有CC 18的总催化剂质量的大约20%。非EHC 50可以具有总催化剂质量的大约70-80%。附加的非EHC 51可以与EHC48相邻并且在EHC 48的上游。非EHC 51可以由于来自EHC 48的相邻和/或辐射热传递而增加温度。EHC 48从催化剂加热电路44接收选定的电流和/或选定的电压。对EHC 48而不是非EHC 50进行电加热允许快速激活EHC 48以便于循环外减排（off cycle emissionreduction）。
催化剂加热电路44包括一个或多个端子。在所示的示例中，提供两个端子：供电端子52以及接地或返回端子54。在所示的示例中，EHC 48可以执行为端子52、54之间的电阻元件并且从供电端子52接收电流。在电流被供应到供电端子52时，EHC 48的温度增加。这允许EHC 48在发动机14未被启用时增加到运行温度或激活温度（例如≥催化剂起燃温度）。当发动机14的火花和燃料被启用时，发动机14被启用。不同的电压电平可以被施加于端子52、54，例如12V-42V。可以使用大于42V的电压电平。供应到端子52、54的功率可以来自于包括混合动力车辆蓄电池、充电式蓄电池、和/或锂离子蓄电池的功率源。
任选地，EGR阀（未示出）使排气的一部分再循环返回到进气歧管26中。排气的剩余部分被引导到涡轮增压器22中以驱动涡轮机。涡轮机有利于从空气过滤器20接收的新鲜空气的压缩。排气从涡轮增压器22流至CC 18。
发动机系统10还可以包括混合动力控制模块（HCM）60和一个或多个电动马达62。HCM 60可以是ECM 40的一部分或者可以是独立式控制模块，如图所示。HCM 60控制（一个或多个）电动马达62的运转。（一个或多个）电动马达62可以补充和/或取代发动机14的功率输出。（一个或多个）电动马达62可以用于调整发动机14的速度（即，发动机14的曲轴66的旋转速度）。
催化剂加热系统12可以以一个或多个催化剂加热模式运转，例如EHC辐射加热模式和非EHC稳定模式。催化剂加热系统12可以在发动机14被停用时以催化剂加热模式运转。当通向发动机14的火花和燃料被禁用时，发动机14被停用。催化剂加热模式包括启用催化剂加热电路44来加热EHC 48。ECM 40在催化剂加热模式期间控制供应到端子52、54的电流和电压以及EHC 48的加热时间。EHC辐射加热模式包括将EHC 48加热到升高温度，该升高温度与向非EHC 50提供预定水平的辐射热传递相关联。非EHC稳定模式包括使EHC 48的温度从升高温度降低至稳定温度。非EHC稳定模式被启用以便：使用于加热EHC 48和非EHC 50的功率最小化；维持非EHC 50的当前温度；和/或，使得在EHC辐射加热模式被禁用时的非EHC50的温度降低率最小化。
催化剂加热系统12还可以用于在发动机14的冷启动期间增加EHC 48和非EHC 50的温度。在该示例中，催化剂加热电路44在发动机14被启用并且以大于0米每秒（m/s）的速度运转时加热EHC48。
ECM 40基于传感器信息来控制发动机14和催化剂加热系统12。传感器信息可以经由传感器直接获得和/或经由存储在存储器70中的算法和表来间接地获得。示出了一些示例性传感器80，其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、氧水平、进气空气流率、进气空气压力、进气空气温度、车辆速度、发动机速度、EGR等。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、氧传感器88、EGR传感器90、进气空气流量传感器92、进气空气压力传感器94、进气空气温度传感器96、车辆速度传感器98和发动机速度传感器99。
第一排气流量、压力和/或温度传感器100可以连接到第一排气管道101并且连接在CC 18的上游。第二排气流量、压力和/或温度传感器102可以连接到第二排气管道103并且连接在CC 18的下游。催化剂温度传感器104可以连接到CC 48。ECM 40可以基于来自传感器80、第一和第二传感器100、102及催化剂温度传感器104的信息来控制发动机14和催化剂加热系统12的运转。
在图2中，示出了另一发动机系统10’的功能框图。发动机系统10’包括发动机14、催化剂加热系统12’、排气系统16’、ECM 40’并且可以包括再生系统120。再生系统120仅被提供用于示例目的。再生系统120的部分和/或全部可以不被包括在发动机系统10’中。
发动机14’可以例如是火花点火式发动机或柴油发动机。ECM 40’可以包括EHC控制模块122和再生模块124。EHC控制模块122控制催化剂加热系统12’的运转。再生模块124控制再生系统120的运转。在所示的示例中，排气系统16’包括如下序列的各项：排气歧管42’、第一排气管道126、CC 18、第二排气管道128、催化剂与过滤器组件130、第三排气管道132和消声器134。
催化剂加热系统12’包括发动机14、CC 18、催化剂加热电路44、和/或EHC控制模块122。CC 18包括EHC 48和非EHC 50。催化剂加热电路44可以包括端子52、54。催化剂加热系统12’还可以包括传感器100、102、104。
再生系统120包括发动机14、再生模块124和催化剂与过滤器组件130。催化剂与过滤器组件130可以包括催化剂140（例如三效催化剂）和颗粒过滤器（PF）142。催化剂140将从CC接收的排气中剩余的CO氧化以生成CO2。催化剂140还可以还原氮氧化物NOx并且氧化未燃碳氢化合物（HC）和挥发性有机化合物。PF 142从催化剂140接收排气并且过滤掉存在于排气中的任何煤烟颗粒。催化剂与过滤器组件130可以包括加热元件（未示出）以有助于PF142的再生。
再生模块120可以基于来自例如第二流量、压力和/或温度排气传感器102的信息和/或来自第三流量、压力和/或温度排气传感器144以及第四流量、压力和/或温度排气传感器146的信息来控制发动机14的运转。第二排气传感器102连接在催化剂与过滤器组件130的上游、在第二排气管道128上、并且在CC 18和催化剂与过滤器组件130之间。第三排气传感器144连接到催化剂与过滤器组件130。第四排气传感器146连接到第三排气管道132并且在催化剂与过滤器组件130的下游。PF 142的一部分可以被加热到再生温度以启动沿PF142传播的放热反应。这种加热可以基于来自排气传感器102、144、146的信息和PF 132的当前煤烟负载来执行。
ECM 40’可以估计PF 132的煤烟负载。当估计的负载处于预定水平和/或排气流率在期望范围内时，发动机14和再生系统120的运转被控制成启动再生过程。再生过程的持续时间可以基于PF 132内的颗粒物质的估计的量而变化。
现在也参考图3，示出了ECM 40”的功能框图。ECM 40”可以用于图1和图2的催化剂加热系统12、12’中。ECM 40”包括EHC控制模块122并且还可以包括车辆速度模块150和发动机速度模块152。EHC控制模块122可以控制发动机14和催化剂加热电路44的运转。车辆速度模块150基于来自例如车辆速度传感器98的信息来确定车辆的速度。发动机速度模块152基于来自例如发动机速度传感器99的信息来确定发动机14的速度。
EHC控制模块122包括有效催化剂容积监测模块160、催化剂温度监测模块162、模式选择模块164、第一比较模块166、第二比较模块168、催化剂加热模块174、以及计时器178。EHC控制模块122在催化剂加热模式中运转，催化剂加热模式由模式选择模块166选择。EHC控制模块122可以在相同时段中以所述模式中多于一种的模式运转。
现在也参考图4，示出了操作催化剂加热系统的方法。虽然关于图1-3的实施例描述了该方法，但是该方法也可以应用于本公开的其它实施例。该方法可以开始于200，并且可以当例如发动机14被启用时在下文描述的任务202-218中的任一任务中结束。下文描述的任务202-218可以被重复地执行并且可以由图1-3的ECM 40、40’、40”之一执行。
在202处，产生传感器信号。传感器信号可以包括排气流量信号、排气温度信号、排气压力信号、催化剂温度信号、氧信号、近进气空气流量信号、近期空气压力信号、进气空气温度信号、车辆速度信号、发动机速度信号、EGR信号等，所述信号可以由如上所述的图1和图2的传感器80和100-104、144、146产生。
在204处，有效容积监测模块160监测CC 18的有效催化剂容积并且产生第一有效催化剂容积信号VACTIVE1。除了监测有效催化剂容积之外或者代替监测有效催化剂容积，催化剂温度监测模块162可以监测非EHC 50的第一温度（或第一温度信号）Tnon-EHC1。第一有效催化剂容积信号VACTIVE1可以使用例如等式1来估计。
(1)
第一温度信号Tnon-EHC1可以经由例如排气传感器102直接确定。作为替代方案，第一温度信号Tnon-EHC1可以使用例如等式2间接估计。
(2)
RE是从EHC 48传递到非EHC 50的辐射能量。RE可以基于EHCActTime、EHCCurrent、EHCVolt和/或EHC 48的电阻来估计。CondRate是非EHC 50的传导率。辐射能量的示例性度量单位是焦耳（J）。RE也可以使用例如等式3和4来确定，其中α是波尔兹曼常数。
(3)
(4)
SENG是发动机14的速度（即，曲轴66的旋转速度）。DC是发动机的占空比。CMass是EHC 48和/或非EHC 50的质量或者是CC 18的催化剂的总质量。EHCActTime是催化剂加热系统12被启用的时间。EHCCurrent是施加到EHC 48的电流水平。EHCVolt是施加到EHC 48的电压。第一有效容积VACTIVE1和第一温度Tnon-EHC1可以基于等式1和2的发动机系统参数和/或其他发动机系统参数（例如EHC电阻和/或阻抗、环境空气温度、EHC 48的质量等）中的一个或多个来确定。
在206处，第一比较模块164将第一有效容积VACTIVE1与预定有效容积PVACTIVE相比较并且产生第一比较信号COMP1。预定有效容积PVACTIVE指的是处于大于或等于有效催化剂温度的温度（催化剂起作用并且降低排放或催化剂起燃温度的温度）时的非EHC 50和/或CC18的目标催化剂容积。作为示例，目标催化剂容积可以是非EHC 50的大约30-40%和/或CC18的总催化剂容积的30-40%。预定有效容积PVACTIVE可以与启动发动机14之前所期望的最小有效容积相关联。
在206处，除了基于第一有效催化剂容积信号VACTIVE1产生第一比较信号之外或者替代地，第一比较模块164可以将第一温度Tnon-EHC1与催化剂起燃温度TCLO相比较。第一比较模块164基于所述比较产生第一比较信号COMP1。催化剂起燃温度TCLO可以例如在200-350℃之间。在一个实施例中，CLO温度TCLO是大约250℃。
当第一有效催化剂容积信号VACTIVE1不小于预定有效容积PVACTIVE和/或第一温度信号Tnon-EHC1不小于催化剂起燃温度TCLO时，控制过程可以在208处结束，否则控制过程可前进至210。替代在208处结束的是，控制过程可返回202。
在210处，模式选择模块166基于第一比较信号COMP1选择EHC辐射加热模式并且产生模式选择信号MODE。催化剂加热电路44被启用以将EHC 48加热到升高温度TE。当EHC 48被启用时，模式选择模块166可以产生EHC启用信号EHCACT以启动计时器178。
作为示例，升高温度TE可以大于或等于大约700℃。升高温度TE可以基于目标非EHC温度（例如400℃）、EHC 48和非EHC 50的尺寸和质量、施加于EHC 48的电流和/或电压、EHC48和非EHC50的传导率等来选择。升高温度TE可以是EHC 48在维持于升高温度TE长于预定时间PredTime的情况下可能发生故障的过热温度。仅举例来说，取决于EHC 48和非EHC 50的尺寸、质量及传导率，当EHC 48处于大于或等于700℃的温度时，非EHC 50可以被EHC 48辐射加热到大于或等于大约400℃的温度。
催化剂加热模块174基于模式选择信号MODE产生催化剂加热信号CH。催化剂加热信号CH可以指示出选定的电流和/或电压以施加于催化剂加热系统12的端子。催化剂加热信号CH指示出用于EHC辐射加热模式和EHC稳定模式的相应的电流和/或电压。催化剂加热模式可以基于发动机速度SENG和/或车辆速度SVEH来选择。作为示例，当发动机速度小于预定发动机速度时，可以选择催化剂加热模式。作为另一示例，当发动机速度是大约0转每分钟（RPM）时，可以选择催化剂加热模式。
在212处，有效容积监测模块162监测非EHC 50和/或CC 18的有效催化剂容积并且产生第二有效催化剂容积信号VACTIVE2。除了监测有效催化剂容积之外或者替代地，催化剂温度监测模块162可以监测非EHC 50的第二温度Tnon-EHC2。第二有效催化剂容积信号VACTIVE2和第二温度Tnon-EHC2可以类似于第一有效催化剂容积信号VACTIVE1和第一温度Tnon-EHC1。
在214处，第二比较模块168将第二有效催化剂容积信号VACTIVE2与启动容积VSTART相比较并且产生第二比较信号COMP2。除了基于第二有效催化剂容积信号VACTIVE2产生第二比较信号之外或者替代地，第二比较模块168可以将第二温度Tnon-EHC2与启动温度TSTART相比较。可以基于第二温度Tnon-EHC2与启动温度TSTART之间的比较来产生第二比较信号COMP2。启动温度TSTART可以指的是当发动机14被启动时非EHC 50的目标启动温度。启动温度TSTART可以大于或等于催化剂起燃温度。当第二有效催化剂容积信号VACTIVE2不大于启动容积VSTART和/或第二温度Tnon-EHC2不大于或等于启动温度TSTART时，控制过程前进至216，否则控制过程可前进至218。
在216处，模式选择模块166可以确定EHC 48是否被启用长于预定时间PredTime。模式选择模块166可以基于来自计时器178的时间信号TIME来选择稳定模式。当EHC 48的温度大于过热或故障温度并且EHC 48的启用时间大于或等于预定时间PredTime时，模式选择模块166可以切换到稳定模式。这防止EHC 48的故障。EHC 48的温度TEHC可以由催化剂温度监测模块162确定。EHC 48的温度TEHC可以经由EHC温度传感器直接确定和/或使用等式5间接确定，其中EHCMass是EHC 48的质量。
(5)
在218处，催化剂加热模块174经由催化剂加热电路44使EHC 48的温度降低到稳定温度TS。稳定温度TS小于升高温度TE并且大于催化剂起燃温度TCLO。稳定温度TS可以大于或等于启动温度TSTART。仅举例来说，稳定温度可以大于或等于大约400℃。EHC 48的温度被降低以节省动力并且使EHC 48处于升高温度的时间最小化。如图所示，控制过程可以在216之后结束或者可以返回202。
以上所述的在202-218处执行的任务意味着说明性示例；取决于应用，可以相继地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段期间或者以不同的顺序来执行所述任务。以上所述的任务被执行为将催化剂组件的催化剂加热并将其温度维持在催化剂起燃温度或维持大于催化剂起燃温度。
在图5中，示出了说明图4方法的三个模式MODE 1-3的热催化剂组件图。热催化剂图包括具有EHC 48和非EHC 50的CC 18。
在模式1中，EHC 48被停用。在MODE 2中，催化剂加热电路（例如图1的催化剂加热电路44）被启用以将EHC 48加热到升高温度TE。所述加热可以由壁式电源（wall source）来提供，例如蓄电池。所述加热可以不通过发动机的燃料供应来提供，这节省了燃料。在MODE2中，控制过程以EHC辐射加热模式运转。对于MODE 2，在第一时间以及在第一时间之后出现的第二时间示出了CC 18。在第二时间，EHC 48提供比在第一时间提供更多的辐射加热。MODE 3在MODE 2之后被执行，并且包括维持催化剂加热电路的启用，但是以EHC稳定模式而非EHC辐射加热模式运转。
以上所述的实施例允许催化剂的快速加热而不需要起用发动机的燃料和发动机的加热。结果，在启动发动机之前，排气系统的催化剂被加热和/或是有效的（总催化剂加热容积增加）。在发动机被启动之前加热催化剂时，燃料被用于加热催化剂。所述实施例还限制诊断催化剂起燃所需的多余发动机运行时间。以上所述的实施例通过在启用发动机之前的目标催化剂加热且不使用燃料的情况下来降低发动机的排放输出。
本领域技术人员限制能够从前述描述中认识到，本公开的广泛教导能够以各种形式来实施。因此，虽然本公开包括了具体示例，但是本公开的真实范围不应当如此受到限制，因为技术人员在研究附图、说明书和所附权利要求后会显而易见到其他变型。

Claims (18)

1.一种催化剂加热系统，包括：
催化转化器，包括电加热催化剂和非电加热催化剂，其中，催化转化器应用在发动机的排气系统中，其中，电加热催化剂通过向电加热催化剂供应电流被主动加热；
第一监测模块，监测催化转化器的非电加热催化剂的第一温度；
模式选择模块，设置成基于第一温度来选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号，其中，非电加热催化剂不供应电流，且被电加热催化剂被动或辐射加热；以及
电加热催化剂控制模块，基于所述模式信号将电加热催化剂的温度增加到大于稳定温度的升高温度，其中，稳定温度大于催化剂起燃温度；
第一比较模块，设置成将第一温度与催化剂起燃温度相比较并且产生第一比较信号，
其中，当第一比较信号指示出第一温度小于催化剂起燃温度时，模式选择模块被设置成选择电加热催化剂辐射加热模式；以及
第二比较模块，将非电加热催化剂的第二温度与启动温度相比较并且产生第二比较信号，
其中，启动温度是启动发动机之前非电加热催化剂所请求的最小温度，以及
其中，当第二比较信号指示出非电加热催化剂的第二温度大于启动温度时，模式选择模块被设置成选择电加热催化剂稳定模式。
2.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，其中：
当发动机被停用时，电加热催化剂控制加热模块经由电加热催化剂加热电路向电加热催化剂供应电流以增加电加热催化剂的温度；以及
当发动机的火花和燃料被禁用时，发动机被停用。
3.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，其中：
第一比较模块被设置成将催化转化器的第一有效催化剂容积与预定有效容积相比较并且产生第一比较信号，
第一监测模块被设置成监测第一有效容积；
模式选择模块被设置成基于第一有效催化剂容积来选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号；以及
当第一比较信号指示出第一有效催化剂容积小于预定有效容积时，模式选择模块选择电加热催化剂辐射加热模式。
4.根据权利要求3所述的催化剂加热系统，其中：
第二比较模块被设置成将催化剂组件的第二有效催化剂容积与有效启动容积相比较并且产生第二比较信号；以及
当第二比较信号指示出第二有效催化剂容积大于有效启动容积时，模式选择模块选择电加热催化剂稳定模式。
5.根据权利要求4所述的催化剂加热系统，其中，有效启动容积是在启动发动机之前所请求的催化剂组件的最小有效容积。
6.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，其中，电加热催化剂控制模块：
在电加热催化剂辐射加热模式期间将电加热催化剂的温度增加到升高温度；以及
在电加热催化剂稳定模式期间将电加热催化剂的温度减小到稳定温度。
7.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，还包括所述电加热催化剂，
其中，电加热催化剂在辐射加热模式期间辐射地加热非电加热催化剂，以及
其中，电加热催化剂在电加热催化剂稳定模式期间与在辐射加热模式期间相比提供更少的对非电加热催化剂的辐射加热。
8.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，其中：
启动温度大于催化剂起燃温度；以及
启动温度小于升高温度。
9.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，还包括催化剂组件，其中：
催化剂组件包括非电加热催化剂和电加热催化剂；
电加热催化剂在非电加热催化剂的上游；以及
电加热催化剂控制模块在辐射加热模式期间控制从电加热催化剂到非电加热催化剂的热传递。
10.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，电加热催化剂控制模块基于发动机速度信号将催化剂组件的电加热催化剂的温度增加到升高温度。
11.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，当发动机的速度小于预定速度时，电加热催化剂控制模块将催化剂组件的电加热催化剂的温度增加到升高温度。
12.一种操作催化剂加热系统的方法，包括：
监测发动机的催化转化器的非电加热催化剂的第一温度；
如果第一温度低于非电加热催化剂的起燃温度，选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号；
基于模式信号，将催化转化器的电加热催化剂的第二温度增加到大于稳定温度的升高温度第一预定时间段，从而（i）辐射加热非电加热催化剂，并（ii）将非电加热催化剂的第一温度增加到操作目标温度，其中，操作目标温度大于非电加热催化剂的起燃温度；以及
在第一预定时间段之后，将电加热催化剂的第二温度从升高温度降低，从而防止非电加热催化剂或电加热催化剂的故障，
其中，稳定温度大于非电加热催化剂的起燃温度，
其中，电加热催化剂通过向电加热催化剂供应电流被主动加热，同时非电加热催化剂不供应电流，被电加热催化剂被动或辐射加热，
其中，如果非电加热催化剂的第一温度高于或等于升高温度达第二预定时间段，非电加热催化剂开始故障，或者如果电加热催化剂的第二温度高于或等于升高温度达第二预定时间段，电加热催化剂开始故障，以及
其中，第一预定时间段短于第二预定时间段。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
监测催化转化器的第一有效催化剂容积；
基于第一有效催化剂容积来选择非电加热催化剂辐射加热模式并且产生模式信号；
将第一有效催化剂容积与预定有效容积相比较并且产生第一比较信号；以及
当第一比较信号指示出第一有效催化剂容积小于预定有效容积时，选择电加热催化剂辐射加热模式。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
将催化剂组件的第二有效催化剂容积与有效启动容积相比较并且产生第二比较信号；以及
当第二比较信号指示出第二有效催化剂容积大于有效启动容积时，选择电加热催化剂稳定模式。
15.根据权利要求1所述的催化剂加热系统，其中：
电加热催化剂控制模块被设置成基于所述模式信号将催化转化器的电加热催化剂的第二温度增加到大于稳定温度的升高温度达第一预定时间段，从而（i）辐射加热非电加热催化剂，并（ii）将非电加热催化剂的第一温度增加到操作目标温度，其中，操作目标温度大于非电加热催化剂的起燃温度；以及
在第一预定时间段之后，将电加热催化剂的第二温度从升高温度降低，从而防止非电加热催化剂或电加热催化剂的故障，
如果非电加热催化剂的第一温度高于或等于升高温度达第二预定时间段，非电加热催化剂开始故障，或者如果电加热催化剂的第二温度高于或等于升高温度达第二预定时间段，电加热催化剂开始故障；以及
第一预定时间段短于第二预定时间段。
16.根据权利要求12所述的方法，其中：
如果电加热催化剂的第一温度高于或等于升高温度达第二预定时间段，电加热催化剂开始故障；以及
如果电加热催化剂的第二温度高于或等于升高温度达第二预定时间段，非电加热催化剂开始故障。
17.根据权利要求12所述的方法，其中：
电加热催化剂通过向电加热催化剂供应电流被主动加热；以及
非电加热催化剂不供应电流并被电加热催化剂被动或辐射加热。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括：在非电加热催化剂辐射加热模式中操作时禁止向发动机供应燃料。
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