CN107524500B - 内燃机用不均匀催化器加热的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于当催化器低于预定的起燃温度时来减少排气排放的不均匀催化器加热的方法和系统。该方法包括：提供由多个导电子部分形成的催化器和至少一个催化器加热设备，该设备可操作以加热催化器的多个导电子部分中的至少一个以形成至少一个预定的不均匀加热模式。提供加热器控制模块，用于控制所述至少一个催化器加热设备的操作。如果发动机处于冷启动状态，则加热器控制模块使所述至少一个催化器加热设备加热催化器的至少一个导电子部分以获得第一预定的不均匀加热模式。

Description

内燃机用不均匀催化器加热的方法与系统
技术领域
与示例性实施例一致的装置涉及一种用于发动机排气处理的方法。更具体地，与示例性实施例相一致的装置涉及一种用于在发动机操作期间来减少排气排放的不均匀催化器加热的方法。
背景技术
排放有益于催化处理内燃机排气，例如通过催化转化器排出排气，这被普遍接受。总体上，这种转化器中使用的催化器仅在催化器的温度高于一定温度时才能净化排气中的污染物，即当温度低于催化器活化温度时，转化器中的催化器不起作用。
通常，转化器中的催化器逐渐被排气加热，并在发动机启动之后达到活化温度(通常称为“起燃”温度)。然而，由于排气中的热在到达转化器之前被排气通道的冷壁带走，因此当发动机的温度低时，例如，发动机冷启动后，需要较长时间来加热催化器至起燃温度。因此，当催化器的温度低于起燃温度期间，发动机的排气并未被充分净化。在某些情况下，催化器开始起作用之前可能需要几分钟，在此期间，排气污染物被排放到环境中。
为提高催化转化器的效率，在转化器组件内引入了加热设备。发动机启动后，使加热设备供能，从而使催化器更快地达到其起燃温度从而允许在冷启动期间发生更快和增加的排放净化。
催化转化器中的传统加热设备基本上用来对整个催化器前面或整个催化器主体施加加热。尽管与非加热的转化器组件相比，加热催化器的这两种方法都已知可以在冷启动过程中表现出更快和增加的排放净化，但在冷启动和催化器达到起燃温度之间仍有一段时间，其间排放净化没有发生。下列示例性实施例试图进一步解决发动机冷启动与催化器得到起燃温度之间的排放净化限制。
发明内容
一个或多个示例性实施例解决了上述问题，通过提供在发动机冷启动、发动机怠速或发动机低负载状态或当催化器温度低于预定的起燃温度的状态时，催化器不均匀加热的方法和系统。更具体地，一个或多个示例性实施例提供了一种用于当催化器低于预定的起燃温度时来减少排气排放的不均匀催化器加热的方法。
根据示例性实施例的一个方面，提供了一种用于当催化器低于预定的起燃温度时来减少排气排放的不均匀催化器加热的方法和系统。该方法包括：提供由多个导电子部分形成的催化器和至少一个催化器加热设备，该设备可操作以加热催化器的多个导电子部分中的至少一个以形成至少一个预定的不均匀加热模式。
提供加热器控制模块，用于控制所述至少一个催化器加热设备的操作。当发动机启动，使所述至少一个催化器加热设备供能。加热器控制模块确定发动机是否处于冷启动状态。如果发动机处于冷启动状态，则加热器控制模块使所述至少一个催化器加热设备加热催化器的至少一个导电子部分以获得第一预定的不均匀加热模式。如果发动机处于怠速或低负载状态，与冷启动状态相反，则加热器控制模块使所述至少一个催化器加热设备加热催化器的至少一个导电子部分以获得第二预定的不均匀加热模式。
根据示例性实施例的一个方面，该方法进一步包括：提供与催化器和加热器控制模块连通的温度传感器，用于分别测量和读取催化器的温度。
根据示例性实施例的另一方面，提供加热器控制模块进一步包括：如果所测量的催化器温度等于预定的起燃温度，则将所测量的催化器温度与关闭所述至少一个催化器加热设备的预定起燃温度进行比较。
根据示例性实施例的另一方面，提供加热器控制模块进一步包括：在发动机打开时连续监测催化器温度。
根据示例性实施例的另一方面，提供加热器控制模块进一步包括：确定当发动机打开时催化器温度是否小于预定的起燃温度，然后如果催化器温度小于发动机打开时的预定的起燃温度，使所述至少一个催化器加热设备再次供能。
根据示例性实施例的另一方面，提供加热器控制模块进一步包括：确定所述至少一个催化器加热设备的加热周期是否等于预定的最大加热周期。
根据示例性实施例的另一方面，提供加热器控制模块进一步包括：如果用于加热催化器的加热周期等于预定的最大加热周期，则向发动机控制模块发送错误代码并关闭所述至少一个催化器加热设备。
根据示例性实施例的另一方面，提供了用于在发动机冷启动期间减少排气排放的不均匀催化器加热的系统。该系统包括集成在内燃机排气通道中的加热的催化转化器，用于去除排气中的污染物。具有由多个导电子部分形成的半径的催化器布置在所述加热的催化转化器中。催化器的多个导电子部分中的每一个与至少一个催化器加热设备连通。加热器控制模块与催化器加热设备连通，并且可操作地使至少一个催化器加热设备选择性地和单独地加热催化器的多个导电子部分中的每一个。
温度传感器与加热器控制模块和催化器连通。当催化器温度低于预定的起燃温度时，加热器控制模块可操作以读取温度传感器并使所述至少一个催化器加热设备以至少一种预定的不均匀加热模式加热催化器。当催化器温度等于预定的起燃温度时，加热器控制模块使所述至少一个催化器加热设备关闭。
根据示例性实施例的另一方面，当催化器加热周期等于预定的最大加热周期时，加热器控制模块可操作以关闭所述至少一个催化器加热设备。
根据示例性实施例的另一方面，当催化器加热周期等于预定的最大加热周期时，加热器控制模块进一步可操作以产生错误代码。
根据示例性实施例的另一方面，当催化器加热周期等于预定的最大加热周期时，加热器控制模块可操作以将产生的错误代码发送到发动机控制单元。
根据示例性实施例的另一方面，所述至少一个催化器加热设备是电加热设备。
根据示例性实施例的另一方面，所述至少一个催化器加热设备是感应加热设备。
根据示例性实施例的另一方面，当发动机处于冷启动状态时，所述至少一个催化器加热设备可操作以第一预定的不均匀加热模式来加热催化器。
根据示例性实施例的另一方面，当发动机处于怠速或低负载状态时，所述至少一个催化器加热设备可操作以第二预定的不均匀加热模式来加热催化器。
仍然根据示例性实施例的另一方面，第一预定的不均匀加热模式是沿着催化器的中心轴线延伸的圆柱体，其半径不大于催化器半径的一半。
仍然根据示例性实施例的另一方面，第二预定的不均匀加热模式是沿着催化器的中心轴线延伸的中空圆柱体，减去沿着催化器的中心轴线延伸的半径不小于催化器半径的四分之三的圆柱体。
根据示例性实施例的另一方面，当加热周期等于预定的最大加热周期时，加热器控制模块可操作以关闭所述至少一个催化器加热设备。
仍然根据示例性实施例的另一方面，当催化器温度等于预定的催化器起燃温度，加热器控制模块可操作以关闭所述至少一个加热器。
根据示例性实施例的另一方面，当催化器温度小于发动机打开时预定的催化器起燃温度，加热器控制模块可操作以再供能所述至少一个加热器。
从以下对示例性实施例和附图的详细描述中，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将更加明显。
附图说明
参考附图，可以从下面给出的说明中更好地理解本发明，其中：
图1是根据示例性实施例，当催化器低于预定的起燃温度时用于加热催化器的加热的催化转化器的系统示意图的图示；
图2A是根据示例性实施例，由多个导电子部分形成的催化器的横截面正视图的图示；
图2B是根据示例性实施例，由多个导电子部分形成的催化器的横截面纵向侧视图的图示；
图3是根据示例性实施例，加热的催化转化器中的催化器不均匀加热的算法流程图；
图4是根据示例性实施例，排气中输出的累积一氧化碳与来自不均匀加热的催化转化器的时间的曲线图的图示；以及
图5是根据示例性实施例，排气中输出的累积碳氢化合物与来自不均匀加热的催化转化器的时间的曲线图的图示；
具体实施方式
以下描述在本质上仅是示例性的，并不意在限制本发明、应用或者使用。
图1根据示例性实施例提供了当催化器低于预定的起燃温度时用于加热催化器的加热的催化转化器的系统100示意图的图示；应当理解，根据示例性实施例的催化转化器可被利用以减少排气中的污染物，排气由燃烧汽油、柴油或替代燃料作为燃料的所有类型的发动机产生。例如，根据示例性实施例的催化转化器可以被利用以减少客车、商用车以及休闲车，农用车辆和机器，割草机、除雪机、发电机以及其它户外机器和设备的排放。
系统100包括排气通道110，其被配置为接收来自发动机排气歧管120的排气。排气流经排气管130，直到进入加热的催化转化器140。催化器150布置在加热的催化转化器140内。根据这一示例性实施例，催化器150由多个将在图2A和图2B中详细说明的导电子部分形成。
根据这一示例性实施例的催化器150材料优选能够与发动机排气发生催化反应的贵金属混合物，以使当发动机排气经过加热的催化转化器140时发生还原和/或氧化事件，其中转化器可以是双向或三向催化转化器系统。在示例性实施例中用于此目的的贵金属材料的一些实例是铂、钯、铑、铈和镍。应当理解，催化转化器仅在内部催化器温度已经充分升高到活化或“起燃”温度之后才有效地减少发动机排气中的污染物。
在到达起燃温度之前，排气污染物流经未受影响的催化转化器并进入环境中。因此，重要的是在发动机从冷启动状态启动之后尽可能快地使催化器达到起燃温度，以使催化转化器系统的效率最大化。排气温度对于升高催化器温度至起燃是有效的，但是可能需要几分钟时间，这并不是期望的。
根据该示例性实施例的一个方面，加热器控制模块160与至少一个催化器加热设备165连通，催化器加热设备165布置在加热的催化转化器140内。加热器控制模块160可操作以在发动机启动时使所述至少一个催化器加热设备165供能，并且使得至少一个加热催化器设备165选择性地加热催化器150的多个导电子部分中的至少一个以获得至少一个预定的不均匀加热模式。在优选示例性实施例中的至少一个催化器加热设备165是与催化器的至少一个导电子部分中的每一个连通以形成单个子电路的电加热器。
在替代示例性实施例中，所述至少一个催化器加热设备165是感应加热器，其可操作以选择性地加热催化器的导电子部分的至少一个，通过使各个子部分受到通过改变交流电流(AC)的频率而产生的磁场。为了加热催化器表面处或附近的子部分，使用高频AC来产生磁场，并且为了加热催化器核心附近的子部分，使用较低频率的AC来产生磁场。
当发动机处于冷启动状态，加热器控制模块160可操作以使至少一个催化器加热设备165选择性地加热催化器的至少多个导电子部分中，以获得第一预定的不均匀加热模式。当发动机处于怠速或低负载状态，加热器控制模块使所述至少一个催化器加热设备加热催化器的至少一个导电子部分以获得第二预定的不均匀加热模式。
应当理解，如果使用相同的热能密度，相比策略地加热催化器150的一部分或子部分以获得该部分或子部分的起燃温度，加热整个催化器150直到起燃温度的周期更长。因此，使用热控制模块160使所述至少一个催化器加热设备165选择性地加热催化器150的至少一个导电子部分以获得至少一个预定的不均匀加热模式将导致从发动机冷启动状态获得更快和更多有效的催化转化器排放减少。根据示例性实施例的诸方面，所述至少一个预定的不均匀加热模式的体积小于整个催化器的体积。
发动机控制单元(ECU)170和温度传感器180也与加热器控制模块160连通。加热器控制模块160读取温度传感器180，温度传感器180也与催化器150连通用于测量催化器温度。如果加热器控制模块160确定催化器温度等于预定的催化器起燃温度，则加热器控制模块160关闭所述至少一个催化器加热设备165。当发动机打开时，加热器控制模块160连续地读取催化器150的温度。如果加热器控制模块160确定催化器150温度小于预定的催化器起燃温度，则加热器控制模块160重新使所述至少一个催化器加热设备165供能。根据示例性实施例的一个方面，加热器控制模块160和ECU 170是分开且不同的，但是在替代示例性实施例中，诸如ECU 170的单个单元可操作以管理所述至少一个催化器加热设备165的控制。
应当理解，在正常情况下，当发动机在常规状态下操作时，催化器起燃温度应该保持在预定的催化器起燃温度以上，但是当发动机低负载或怠速情况下，起燃温度可能小于预定的催化器起燃温度。
加热控制模块160进一步可操作以确定催化器加热周期是否等于预定的最大催化器加热周期。催化转化器140的重复过热可能导致其失效并需要修理或更换。如果加热器控制模块160确定催化器加热周期等于预定的最大催化器加热周期，则加热器控制模块160向ECU 170发送错误代码，并关闭至少一个催化器加热设备165以防止由于过热造成的损坏。
根据示例性实施例的用于在冷启动状态期间加热催化器的加热的催化转化器的系统100还包括用于向系统供应能量的发电机190和电池192。发电机190与加热器控制模块160连通，加热器控制模块160又为加热的催化转化器提供能量。电池192与发电机190连通，用于存储产生的多余能量并用于向加热器控制模块160和ECU 170提供操作能量。
参照图2A和2B，根据示例性实施例的诸方面，图2A示出了由多个导电子部分形成的催化器150的横截面正视图200A，图2B示出了由多个导电子部分形成的催化器150的横截面纵向侧视图200B。催化器150的多个导电子部分中的每一个代表可单独选择性加热的一个加热单元。多个导电子部分中的每个分别具有角位置(X)、径向位置(Y)和轴向位置(Z)。根据示例性实施例的诸方面，催化器150由72个子部分或通过(6,3,4)表示(1,1,1)的单个加热单元形成。催化器150包括根据图2的半径(R)，以及根据图2B的直径(D)和中心轴线。
在冷起动状态下，加热器控制模块160使所述至少一个催化器加热设备165选择性地加热催化器150的导电催化器子部分的至少一个，以获得第一预定的不均匀加热模式。在示例性实施例的一个方面，仅催化器150的正面和中心轴线附近的子部分将被所述至少一个催化器加热设备165加热。因此，图2A中，子部分(1,1,1)、(2,1,1)、(3,1,1)、(4,1,1)、(5,1,1)和(6,1,1)被加热，其他子部分关闭。
在另一个示例性实施例中，沿着整个中心轴线从催化器150前部到后部的子部分被所述至少一个催化器加热设备165加热，而其它子部分被关闭使获得第一预定的不均匀的加热模式。相应地，子部分(1,1,1)、(2,1,1)、(3,1,1)、(4,1,1)、(5,1,1)、(6,1,1)；(1,1,2)、(2,1,2)、(3,1,2)、(4,1,2)、(5,1,2)、(6,1,2)；(1,1,3)、2,1,3)、(3,1,3)、(4,1,3)、(5,1,3)、(6,1,3)；和(1,1,4)、(2,1,4)、(3,1,4)、(4,1,4)、(5,1,4)、(6,1,4)被加热，而其它子部分则关闭。(图2A和2B中未示出所有子部分)
应当理解，由于与在排气通道110壁处的气流的摩擦，通常在催化器150的中心处的排气流量更大。因此，在中心轴附近加热催化器150，可以在该区域内更快的得到起燃温度，从而使冷启动状态下的催化转化器性能更好。
在示例性实施例的另一方面，在怠速或低负载发动机状态下，加热器控制模块160使得所述至少一个催化器加热设备165选择性地加热催化器150的至少一个导电子部分，以获得第二预定的不均匀加热模式。在示例性实施例的一个方面，仅催化器150的从前到后的外表面附近的子部分被选择性地加热，而其它子部分关闭。相应地，子部分(1,3,1)、(2,3,1)、(3,3,1)、(4,3,1)、(5,3,1)、(6,3,1)；(1,3,2)、(2,3,2)、(3,3,2)、(4,3,2)、(5,3,2)、(6,3,2)；(1,3,3，)、(2,3,3)、(3.3.3)、(4,3,3)、(5,3,3)、(6,3,3)；以及(1,3,4)、(2,3,4)、(3,3,4)、(4,3,4)、(5,3,4)、(6,3,4)。(图2A和2B中未示出所有子部分)
当发动机处于低负载或怠速时，由于催化器150的表面处的热量的损失，催化器温度有可能降至低于起燃温度。根据示例性实施例的一个方面，通过以第二预定的不均匀加热模式加热催化器的外表面，可以保持起燃温度。
应当理解，示例性实施例中公开的不均匀催化器加热系统和方法的最有效的加热模式可以基于排气后处理系统、催化器制剂、催化器老化、催化器中毒和发动机校准设计而改变。
现在参照图3，示出了根据示例性实施例的用于在加热的催化转化器中催化器的不均匀加热的算法300的流程图；从框310开始，加热器控制模块160确定发动机是否已启动。如果加热器控制模块160确定发动机已经启动，则在框315，加热器控制模块使所述至少一个催化器加热设备165供能。如果发动机没有启动，则在方框310，加热器控制模块160继续监视发动机。
在框320，加热器控制模块160确定发动机是否处于冷启动状态。如果加热器控制模块160确定发动机处于冷启动状态，则在框325，加热器控制模块160使所述至少一个催化器加热设备165加热催化器的多个导电子部分中的至少一个，以获得第一预定的不均匀加热模式。如果加热控制模块160确定发动机不处于冷启动状态，则该方法在框330继续。
在框330处，加热器控制模块160确定发动机是否处于低负载或怠速状态。如果加热器控制模块160确定发动机处于低负载或怠速状态，则加热器控制模块160使所述至少一个催化器加热设备165加热催化器150的多个导电子部分中的至少一个，以获得第二预定的不均匀加热模式。如果加热器控制模块160确定发动机不处于怠速的低负载状态，则在方框340，加热器控制模块关闭所述至少一个催化器加热设备165。该方法在框345继续。
在框345，加热器控制模块160确定催化器加热周期是否等于预定的最大催化器加热周期。如果加热器控制模块160确定催化器加热周期等于预定的最大催化器加热周期，则在框350，加热器控制模块160向ECU 170发送错误代码并关闭所述至少一个催化器加热设备165。如果加热器控制模块160确定催化器加热周期不等于预定的最大催化器加热周期，则该方法继续到框355。
在框355，加热器控制模块160确定催化器150的温度是否等于预定的催化器起燃温度。如果加热器控制模块160确定催化器温度等于预定的催化器起燃温度，则在框360，加热器控制模块160关闭所述至少一个催化器加热设备165。如果加热器控制模块160确定催化器温度不等于预定的催化器起燃温度，则该方法返回到框345。
在框365，加热器控制模块160确定发动机是否打开。如果加热器控制模块160确定发动机未打开，则该方法结束，直到发动机再次启动。如果加热器控制模块160确定发动机打开，则在框370，加热器控制模块160确定催化器温度是否小于预定的催化器起燃温度。如果加热器控制模块160确定催化器温度小于预定的催化器起燃温度，则该方法返回到框315，其中所述至少一个催化器加热设备被再次供能。如果加热器控制模块160确定催化器温度不小于预定的催化器起燃温度，则该方法返回到框365，其中所述加热器控制模块160确定发动机是否仍打开。
图4是根据示例性实施例，排气中输出的累积一氧化碳与来自不均匀加热的催化转化器的时间的曲线图的图示；曲线图400示出了在中等功率发动机的排气通道中的加热的催化器转化器的联邦测试程序(FTP)75的结果。在发动机起动后，将置于催化转化器中的催化器从冷启动状态由2kW加热设备加热100秒。所述2kW加热设备以预定的加热模式向催化器施加热，从零到百分之一百的催化器体积。
在410标绘图中，不对柴油氧化催化器(DOC)转化器施加加热。100秒后，结果表明，如下面的描述所示，鉴于加热的催化转化器的出口的排气中CO含量，(DOC)转化器出口的排气中累积的一氧化碳(CO)含量最高。
例如，在420曲线，100％的DOC正被加热。一百秒后，结果表明，DOC转化器出口的排气中累积的一氧化碳(CO)含量比未向DOC施加加热时大约减少40％。因此，可以认为，从冷启动状态的加热将导致DOC具有比不从冷启动状态加热DOC更好的减排性能。
在图4的430曲线中，以不均匀模式加热DOC总体积的50％一百秒。结果表明，DOC转化器出口处的排气中累积的一氧化碳(CO)含量比未向DOC施加加热时进一步降低到大约减少67％。这表明在DOC的较小体积下使用相同量的热能提高了排放减少性能，因为不加热DOC或当加热DOC的100％并且热能的量是恒定的。
在440曲线中，以不均匀模式，加热DOC总体积的20％一百秒。再次，结果表明，DOC转化器出口处的排气中累积的一氧化碳(CO)含量进一步到比未向DOC施加加热时降低到大约减少92％，并且比向DOC的100％施加加热时降低到大约减少85％。
图5是根据示例性实施例，排气中输出的累积碳氢化合物与来自不均匀加热的催化转化器的时间的曲线图500的图示。在先前图4的实例中，曲线图500示出了在中等功率发动机的排气通道中的加热的催化器转化器的联邦测试程序(FTP)75的结果。在发动机起动后，将置于催化转化器中的催化器从冷启动状态由2kW加热设备加热100秒。所述2kW加热设备以预定的加热模式向催化器施加热，从零到百分之一百的催化器体积。
在曲线510中，不对柴油氧化催化器(DOC)转化器施加加热。100秒后，结果表明，如下面的描述所示，鉴于加热的催化转化器的出口的排气中碳氢化合物(HC)含量，(DOC)转化器出口的排气中累积的碳氢化合物(HC)含量最高。
在曲线520，100％的DOC被加热。一百秒后，结果表明，DOC转化器出口的排气中累积的碳氢化合物(HC)含量比未向DOC施加加热时大约减少30％。
在曲线530中，以不均匀模式加热DOC总体积的50％一百秒。结果表明，DOC转化器出口的排气中累积的碳氢化合物(HC)含量比未向DOC施加加热时降低到大约减少45％。应当理解，DOC具有固有的HC储存能力，因此减少排放物的性能没有CO显著。
在曲线540中，以不均匀模式，加热DOC总体积的20％一百秒。再次，结果表明，DOC转化器出口处的排气中累积的碳氢化合物(HC)含量进一步比未向DOC施加加热时降低到大约减少55％，并且比向DOC的100％施加加热时降低到大约减少33％。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并不意在限制本发明、其应用或用途。本发明的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本发明包括特定示例，但是本发明的真实范围不应受到限制，因为在学习了附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将会变得显而易见。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。在此使用的短语A、B和C的至少一个应当被释为表示逻辑(A or B or C)，该逻辑使用非排性逻辑或。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行，而不改变本发明的原理。
这里使用的术语模块可以指专用集成电路(ASIC)的一部分或包括专用集成电路(ASIC)；分立电路；集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码处理器(共享的，专用的或组的)；提供所述功能的其它合适的硬件组件；或上述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器(共享的、专用的或组的)，其存储由处理器执行的代码。
如上所使用的，术语代码可以包括软件、固件、和/或微代码，并且可以指程序、例程、功能、类、和/或对象。如果上面使用，术语共享意味着可以使用单个(共享)处理器来执行来自多个模块的一些或全部代码。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。此外，可以使用一组存储器存储来自单个模块的一些或全部代码。
本文描述的装置和方法可以由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序部分地或完全地实现。计算机程序包括存储在至少一个非暂时有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括和/或依赖存储的数据。非暂时有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁存储器和光学存储器。

Claims (8)

1.一种在发动机冷启动期间加热催化转化器的催化器的方法，其包括：
提供由多个导电子部分形成的具有外表面的催化器；
提供至少一个催化器加热设备，用于选择性加热所述催化器的所述多个导电子部分中的至少一个；
提供一个温度传感器，用于测量所述催化器的温度；
当所述发动机启动时，对所述至少一个催化器加热设备供能；
确定所述发动机是否处于冷启动状态；以及
提供一个加热器控制模块，用于使得所述至少一个催化器加热设备选择性地加热所述催化器的所述多个导电子部分中的至少一个，以：当所述发动机处于冷启动状态时获得第一预定的不均匀加热模式，其中所述多个导电子部分中仅所述催化器的正面和中心轴线附近的所述导电子部分将被所述至少一个催化器加热设备加热而所述多个导电子部分中的其他导电子部分关闭；以及当所述发动机处于怠速状态或低负载状态时获得第二预定的不均匀加热模式，其中所述多个导电子部分中仅所述催化器的从前到后的所述外表面附近的导电子部分被选择性地加热而所述多个导电子部分中的其他导电子部分关闭。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括：确定催化器加热周期是否等于一个预定的最大加热周期。
3.权利要求2所述的方法，进一步包括：当所述催化器加热周期等于所述预定的最大催化器加热周期时，发送一个错误代码至一个发动机控制模块，并关闭所述至少一个催化器加热设备。
4.权利要求1所述的方法，进一步包括：确定所测量的催化器温度是否等于一个预定的催化器起燃温度。
5.权利要求4所述的方法，进一步包括：当所述测量的催化器温度等于所述预定的催化器起燃温度时，关闭所述至少一个加热设备。
6.权利要求5所述的方法，进一步包括：如果所述测量的催化器温度变得小于所述预定的催化器起燃温度，则重新供能所述至少一个加热器。
7.权利要求1所述的方法，其中，提供至少一个催化器加热进一步包括：提供电加热器。
8.权利要求1所述的方法，其中，提供至少一个催化器加热设备进一步包括：提供传导加热器。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10486687B2 (en) * 2017-08-11 2019-11-26 Ford Global Technologies, Llc Hybrid vehicle and emission reduction strategy
DE102019122315A1 (de) * 2019-08-20 2021-03-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators
FR3111386B1 (fr) * 2020-06-15 2022-06-10 Vitesco Technologies Dispositif de chauffage électrique de catalyseur de gaz d’échappement
US11725560B2 (en) * 2020-07-21 2023-08-15 Paccar Inc Heater control in heavy-duty motor vehicle engines
US11879367B2 (en) 2020-07-21 2024-01-23 Paccar Inc NOx sensor diagnostics in heavy-duty motor vehicle engines
US11976582B2 (en) 2020-07-21 2024-05-07 Paccar Inc Methods for diagnostics and operation of an emissions aftertreatment system
DE102021200331A1 (de) * 2021-01-15 2022-07-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Abgaskatalysators

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8816514U1 (zh) * 1988-04-25 1989-10-26 Emitec Emissionstechnologie
JPH04136412A (ja) * 1990-09-28 1992-05-11 Nissan Motor Co Ltd ハニカム触媒コンバータの加熱装置
US5582805A (en) * 1992-12-21 1996-12-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electrically heated catalytic apparatus
US9140159B2 (en) * 2007-09-18 2015-09-22 Eugene V. Gonze High exhaust temperature, zoned, electrically-heated particulate matter filter
US8479496B2 (en) * 2009-07-02 2013-07-09 GM Global Technology Operations LLC Selective catalytic reduction system using electrically heated catalyst
US8475574B2 (en) * 2009-08-05 2013-07-02 GM Global Technology Operations LLC Electric heater and control system and method for electrically heated particulate filters
US8863505B2 (en) * 2010-04-26 2014-10-21 GM Global Technology Operations LLC Start-stop hybrid exothermic catalyst heating system
WO2013126575A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-29 Watlow Electric Manufacturing Company Electric heating assisted passive and active regeneration for efficient emission controls of diesel engines

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