CN109812320B - 利用谐振频率测量的排放控制系统和与其一起使用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用谐振频率测量的排放控制系统和与其一起使用的方法。主题的各方面可以包括例如一种排放控制系统，该排放控制系统包括排放控制装置，该排放控制装置具有多个通路以促进来自引擎的废气的排放控制。控制器确定线圈的谐振频率，并且基于线圈的谐振频率来产生控制排放控制装置的感应加热的控制信号。交流(AC)源通过对线圈产生功率信号以促进经由线圈对排放控制装置的感应加热来对控制信号做出响应。

Description

利用谐振频率测量的排放控制系统和与其一起使用的方法

技术领域

本公开涉及用于处置车辆废气的排放控制系统的结构和操作方法。

背景技术

美国交通部(DOT)和美国环境保护署(EPA)已经建立了设定国家温室气体排放标准的美国联邦规则。从2012车型年份车辆开始，汽车制造商要求全车队温室气体排放每年降低大约5％。例如，如要求中包括的，新标准规定：在车辆车型年份2016中，新的客车、轻型货车和中型客车的估计的组合平均排放水平必须不大于每英里250克二氧化碳(CO₂)。

催化转换器在内燃机中用于减少当燃料被燃烧以作为燃烧循环的一部分时引起的有害废气排放。在这种排放当中显著的是一氧化碳和一氧化氮。这些气体对于健康是危险的，但是可以通过分别氧化为二氧化碳和氮/氧而被转换为不太有害的气体。其他有害气体排放产物(包括未燃烧的碳氢化合物)也可以通过氧化或还原而被转换为不太有害的形式。如果转换处理是在高温下执行的，并且存在与将被处理和转换为良性气态形式的特定有害排放气体匹配的合适催化剂，可以使转换处理发生或加速。例如，用于将一氧化碳转换为二氧化碳的典型催化剂是精细分割的铂和钯，而用于将一氧化氮转换为氮和氧的典型催化剂是精细分割的铑。

催化转换器在寒冷(即，从周围空气启动温度到大约300℃的温度或“点火”温度(即金属催化剂开始使前述污染物转换处理加速的温度)的运行温度)时具有低效率。低于点火温度，几乎没有催化作用发生。因此这是车辆的日常使用期间生成车辆的大部分污染排放的时间段。

发明内容

在一个方面中，本公开提供了一种排放控制系统，包括：排放控制装置，具有多个通路以促进来自引擎的废气的排放控制；线圈，促进所述排放控制装置的感应加热；控制器，按以下步骤进行操作：确定所述线圈的谐振频率；以及基于所述线圈的谐振频率来产生控制信号以控制所述排放控制装置的感应加热；以及交流AC源，基于所述控制信号来产生到所述线圈的功率信号，以促进经由所述线圈对所述排放控制装置的感应加热。

在另一个方面中，本公开提供了一种用于排放控制装置的方法，所述方法包括：提供线圈以促进所述排放控制装置的感应加热；确定所述线圈的谐振频率；基于所述线圈的谐振频率来产生控制信号以控制所述排放控制装置的感应加热；并且基于所述控制信号来产生到所述线圈的功率信号以促进经由所述线圈对所述排放控制装置的感应加热。

其中，所述控制信号选择性地指示所述AC源的开启状态或所述AC源的关闭状态。

其中，产生所述控制信号包括：基于所述线圈的谐振频率来确定所述排放控制装置的温度；以及当所述排放控制装置的温度低于温度阈值时，产生所述控制信号以命令所述AC源产生所述功率信号。

其中，确定所述排放控制装置的温度进一步基于温度滞后曲线。

其中，所述温度滞后曲线包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于所述排放控制装置的感应加热被激活的时候，所述第二部分对应于所述排放控制装置的感应加热被停用的时候。

其中，所述控制信号指示所述功率信号的频率，并且其中，所述AC源通过在所述频率处产生所述功率信号来对所述控制信号做出响应。

其中，所述控制器在最小频率和最大频率之间以离散的频率步长对所述功率信号的频率进行调整。

其中，所述控制器基于所述线圈的谐振频率来确定所述线圈的阻抗，并且基于所述线圈的阻抗来产生所述控制信号。

其中，所述控制器迭代地以离散的频率步长将所述功率信号的频率调整到多个候选频率，测量在所述多个候选频率处被传送到所述线圈的功率量，并且通过选择所述候选频率中与被传送到所述线圈的功率量中的峰值相对应的一个候选频率来确定所述线圈的谐振频率。

其中，所述控制器将所述功率信号的频率选为所述线圈的谐振频率，并且被传送到所述线圈的功率量是通过控制所述AC源的占空比而控制的。

其中，产生所述控制信号包括：基于所述线圈的谐振频率来确定所述排放控制装置的温度；并且当所述排放控制装置的温度低于温度阈值时，产生所述控制信号以命令所述AC源产生所述功率信号。

其中，所述控制信号指示所述功率信号的频率，并且其中，所述功率信号是在所述频率处产生的。

附图说明

为了使说明简单和清晰，附图中例示的元件没有被绘制到普通尺度。例如，为了清晰起见，一些要素的尺寸相对于其他要素是放大的。当参照附图考虑以下描述和权利要求书时，本公开的优点、特征和特性、以及结构的相关要素的方法、操作和功能、以及部件的组合和制造的经济性将变得清楚，所有附图都构成本说明书的一部分，其中相似的标号在各图中指定对应的部分，并且其中：

图1是在挤压过程(extrusion process)中形成的催化转换器砖(brick)的透视概图。

图2是已知形式的催化转换器的纵向截面图。

图3是根据本公开的实施例的催化转换器组件的纵向截面图。

图4是根据本公开的另一实施例的催化转换器的截面图。

图5是根据本公开的实施例的催化转换器基板的一段的截面图。

图6是图5所示的基板段在图5的线B-B上截取的纵向截面图。

图7是与图5和图6中所示的小的基板段相对应的更大段的透视端视图。

图8是与图7类似的、但是示出根据本公开的另一实施例的催化转换器基板的透视端视图。

图9是用于在图8中所示的形式的催化转换器基板中使用的金属丝插件的侧视图。

图10是催化转换器基板的一段的纵向截面图，其示出了图9的金属丝插件被插入到基板中。

图11是催化转换器基板的一段的纵向截面图，其例示了根据本公开的另一实施例的被插入的金属丝插件。

图12是根据本公开的另一实施例的催化转换器基板的一段的截面图。

图13是图12中所示的基板段的纵向截面图。

图14是例示了本公开的实施例的、催化转换器基板的一段以及发射极和集电极的透视端视图。

图15是例示了本公开的替代实施例的、催化转换器基板的一段以及发射极和集电极的透视端视图。

图16是例示了本公开的另一实施例的、催化转换器基板的一段以及发射极和集电极的透视端视图。

图17是例示了本公开的另一实施例的、催化转换器基板的多段以及发射极和更大尺度的集电极的透视端视图。

图18是根据本公开的实施例的催化转换器系统的示意图。

图19是根据本公开的实施例的反馈控制回路的框图表示。

图20呈现了根据本公开的实施例的控制信号和催化转换器温度的图形表示。

图21是根据本公开的实施例的控制器的框图表示。

图22是根据本公开的实施例的方法的流程图表示。

图23是根据本公开的实施例的电磁场发生器300的框图表示。

图24是根据本公开的实施例的电磁场发生器300的框图表示。

图25是根据本公开的实施例的随着时间而变化的控制设置点的图解图。

图26是根据本公开的实施例的随着时间而变化的功率信号的图解图。

图27是根据本公开的实施例的方法的流程图。

图28是根据本公开的实施例的方法的流程图。

图29是根据本公开的实施例的方法的流程图。

图30是根据本公开的实施例的温度滞后曲线(temperature hysteresis curve)的图解图。

图31是根据本公开的实施例的方法的流程图。

图32是根据本公开的实施例的温度、电感和谐振特性的图解图。

具体实施方式

催化转换器可以采取许多形式中的任何一种形式。这些形式中的典型形式是具有陶瓷材料的圆柱形基板的转换器，该基板一般被称为砖，在图1中示出了砖的例子。砖10具有蜂巢结构，在该蜂巢结构中，许多个小面积的通路(passage)或基元(cell)14沿着砖的长度延伸，通路被壁16隔开。基板单元的每平方英寸的截面区域通常有400个到900个基元，壁的厚度典型地在0.006至0.008英寸的范围内。如图1中所示，陶瓷基板可以是用挤压处理形成的，在挤压处理中，绿色陶瓷材料被挤压通过适当成形的冲模，并且单元相继从挤压中切出，这些单元然后被切割成比单元短的砖。通路或基元12的区域形状可以是便于在呈现大的接触区域的同时对砖的总长做出贡献的任何区域形状，在所述大的接触区域，流动的废气可以与涂布基元内壁的热催化剂相互作用。

砖中的管状通路的内部可以被基面涂布含有特定催化剂材料的层。这些管状通路可以具有圆形或椭圆形截面、矩形、方形或其他多边形截面或其他截面。合适的基面涂料(wash-coat)可以含有基底材料和夹带的催化剂材料，基底材料适合于确保对于基板的固化陶瓷材料的粘附，夹带的催化剂材料用于促进特定的减污化学反应。这样的催化剂材料的例子是铂和钯以及铑，铂和钯是对于将一氧化碳和氧转换为二氧化碳有效的催化剂，铑是适合于将一氧化氮转换为氮和氧的催化剂，然而，其他催化剂也可以用于促进其他气态材料的高温氧化或还原。基面涂料可以通过在陶瓷膏或浆中产生精细分割的催化剂的悬浮液来制备，陶瓷浆用于使基面涂料层粘附到陶瓷基板的壁。作为将催化剂材料放置在基板表面上的基面涂布的替代方案，基板材料本身可以含有催化剂组分以使得在限定基板通路或基元的内表面处挤压呈现催化剂材料。

催化转换器可以具有一系列这样的砖，取决于将被中和的特定有害排放，每个砖具有不同的催化剂层。催化转换器砖可以由除了烧结陶瓷之外的材料(诸如不锈钢)制成。此外，它们可以具有与上述那些通路不同形式的蜂巢状通路。例如，基板基元可以是圆形的、方形的、六边形的、三角形的或其他方便的截面。另外，如果打算用于优化强度和低热容量，或者出于其他的目的，其中一些挤压的蜂巢壁可以被形成为比其他壁厚，或者被形成为使得蜂巢基元的形状和大小有一定的变化。相邻的内部基元壁之间的接合可以是尖角的，或者可以呈现曲线轮廓。

典型地，如图2中所示，砖10是包在陶瓷纤维膨胀覆盖层16中的经基面涂布的陶瓷蜂巢砖。冲压金属壳体或罐体18在催化转换器的首尾之间的排气管的部分过渡以便包含所覆盖的砖。壳体18典型地由被焊接以将砖密封到位的两个部分构成。膨胀覆盖层在壳体和砖之间提供缓冲以适应它们的相异的热膨胀系数。在给定升温下，金属片壳体比陶瓷多膨胀许多倍，并且如果这两种材料被粘合在一起或者彼此直接接触，则在这两种材料的界面处将经历破坏性应力。覆盖层还抑制来自排气系统的振动，否则这些振动可能会损坏脆性陶瓷。

在使用中，被包住的砖被安装在车辆排气线中以从引擎接收废气并且将它们传递到车辆尾管。废气通过催化转换器使砖变热以在流动的气体接触催化剂层的地方促进催化剂激活的处理。尤其是当车辆引擎正在最佳的操作温度下运行时以及当可能存在大量的废气吞吐量时，这样的转换器充分地操作以减少进入大气的有害气态排放的存在。然而，在砖的内部未处于高温时的启动阶段，以及在城市驾驶期间可能频繁发生的空转期间，或者当在驱车开过Tim Hortons等待咖啡时，这样的转换器具有缺点。

转换器形状、轮廓和基元密度在不同制造商之间是不同的。例如，一些转换器砖是圆形的，一些是卵形的。一些转换器组件具有一般在基面被厚厚地涂布催化剂金属的单级砖，而其他转换器组件则可能具有两个或三个转换器砖，在每个砖上具有不同的基面涂料。一些排气装置具有在整个排气组件中使用的900、600和400基元每平方英寸(cpsi)的基元密度，而其他排气装置则全部只使用400cpsi的砖。为了缩短启动和点火之间的时间段，紧耦合的转换器可以被安装成靠近排气歧管。底板下的转换器可以位于远离引擎(在这种情况下，它将花费相对较长的时间升温)处但是相对较大，并且一旦排气组件升温，就可以被用来处置大部分气体。在另一构造中，用于缩短到点火的时间段的单元和处理点火之后的高气流的单元被一起安装在共用壳体中。

在转换器组件中的一个或多个位置，传感器被安装在废气流中，向引擎控制系统提供反馈，以用于排放检查和调节的目的。除了启动之外，对燃料和空气输入的控制具有通常是保持期望的空气:燃料比(例如，14.6:1或用于功率和清洁的最佳组合的其他空气:燃料比)的目标。比这高的比率导致贫乏的状况——燃料不足。较低的比率导致富足的状况——燃料太多。一些车辆上的启动过程在初始的几秒内富足地运行以使热量进入引擎中、最终进入催化转换器中。下面描述的用于间接地加热催化剂层和废气的结构和操作方法可以与紧耦合的催化转换器、底板下的转换器和这二者的组合中的每个一起使用。

图3示出了具有图1和图2中所示的种类的两个砖的组件，但是在该组件中，一个砖可以被修改为能够进行感应加热。感应加热是通过施加变化的电磁场以便改变金属主体受到的磁场来对金属主体进行加热的处理。这继而在主体内感应出涡电流，从而引起主体的电阻式加热。在含铁金属主体的情况下，热量也可以通过滞后效应来产生。当非磁化的含铁金属被放置到磁场中时，金属变为磁化，同时创建具有相反的极的磁畴。变化的场在磁畴中周期性地发起极反转，取决于含铁金属主体的材料、质量和形状，反转响应于每秒大约1000至1000000个周期(Hz)量级的高频感应场变化。磁畴极性不容易反转，并且对于反转的抵抗(被称为磁滞)在金属中引起进一步的发热。

如图4中所示，围绕陶瓷基板的是金属线圈20，并且尽管在该图中未示出，但是位于陶瓷基板10内的选定位置处的是金属元件，这些金属元件可以采取许多形式中的任何一种。通过在线圈20处产生变化的电磁场，可以发起链式反应，其最终结果是，在配备有实施本公开的排气系统的车辆启动之后，在存在变化的电磁感应场的情况下，可以比不存在这种场时更快速地达到点火。链式反应可以如下：变化的电磁场在金属元件中感应出涡电流；涡电流使金属元件加热；来自金属元件的热量被传递到陶瓷基板10；来自加热的基板的热量在它通过转换器时被传递到废气；并且与未加热的废气相比，加热的废气使催化反应更快速地发生。

线圈20可以是缠绕长度的铜管，但是其他材料(诸如铜或绞合线)或其他导体(诸如铝、钢等)可以被使用。就线圈的其他尺寸而言，铜管可以提供高表面积；感应是皮肤效应现象，高表面积有益于产生变化的场。如果绞合线或铜线被使用，则线上的搪瓷或其他涂料可以被构造为在维持转换器的高输入电流和高温操作期间不烧尽。

电磁场屏蔽材料(诸如铁氧体)层22可以被安置在线圈20的正外面以提供感应屏蔽层并且减小对于壳体18的感应损耗。铁氧体屏蔽22还起到增大与陶瓷基板10的电感耦合以集中加热的作用。

线圈可以被包在浇铸且固化的电介质或绝缘物中。浇铸的电介质或绝缘物既用于使线圈位置稳定，又用于创建气密密封以限制废气通过发生催化反应的砖10的通路。绝缘物还提供防止线圈在壳体18或铁氧体屏蔽22上短路的屏障。绝缘物可以是合适的硅酸铝胶粘剂。在替代实施例中，转换器被包在硅酸铝纤维纸中。在一种制造方法中，围绕陶瓷基板10缠绕铜线圈20，然后将铜线圈20放置在壳体18中。在替代制造方法中，将线圈20放置在壳体18中，并且将陶瓷基板10插入到线圈罐体组件中。

在本公开的一个实施例中，在线圈处通过施加来自DC源或AC源的功率来产生变化的电磁感应场。常规的汽车具有12VDC电气系统。感应系统可以在DC或AC功率供应上操作。生成的感应信号也可以被DC或AC驱动。对于DC或AC，使用1kw的功率作为例子，这生成1至200kHz或更高的频率、RMS电压130V至200V以及5至8A的安培数。在适合于道路车辆的一个例子中，DC到DC转换器将车辆的12V DC电池功率转换为上面概述的所需DC电压。在适合于常规的道路车辆的另一例子中，DC到AC转换器将车辆的12V DC电池功率转换为上面概述的期望的AC电压。

另一例子更适合于具有内燃机和电机这两者并且具有额定为大约360V和5kW功率的车载电池的混合车辆。在这种情况下，电池供应功率较高，但是相同的基本DC到DC总线或AC到AC转换器电气构造可以被应用。IGBT高速开关可以用于改变流过线圈的电流的方向。就陶瓷基板中的金属上的变化的电磁感应的效果而言，低切换频率生成较长的波形，在金属元件的表面下面提供良好的场穿透，因此相对均匀的加热。然而，由于没有切换，这是以高温和快速加热为代价的。相反，高切换频率生成较短的波形，其以穿透深度为代价产生较高的表面温度。施加的功率是有限的以避免使金属元件熔融的风险。输入到单个砖线圈的合适的功率可以为大约1.1kw。

如前所述，金属元件位于陶瓷基板10的选定位置处。对于两个相同的金属元件，一般来说，更靠近感应场的源的金属元件变得比位于更远离该源的等同金属元件热，因为对于给定的功率输入实现了效率(即，感应水平)的提高。利用如例示的常规的感应线圈10，在砖10外部的金属元件在线圈20的附近，并且变得非常热，而在基板中心附近的等同金属元件仍相对较冷。线圈20和最近的感应金属元件之间的气隙26防止从感应金属元件到线圈的大量热传递，该热传递否则将使线圈电阻率增大，所以使其效率降低。在替代实施例中，相对较高的集中度的金属元件可以被置于朝向陶瓷基板的中心以补偿如下事实：来自线圈源的场效应在基板的中心的附近远小于在基板的外部部分的附近。在另一实施例中，相对较高的金属元件负载可以被置于陶瓷基板的中心和周边之间的某个中间位置处，由此在中间层内产生的热量既向内流到中心、又向外流到周边，使得总体加热效率更高。可以针对金属负载来调整线圈20的大小以就发热和到点火的速度而言实现高效率。

电磁感应场可以被调节以通过以下中的任何一个或全部的适当选择来修改加热效应：(a)输入到线圈的电输入波形，(b)无源通量控制元件的性质和位置，以及(c)线圈20的性质、位置和构造。例如，可以针对金属元件的位置或高密度的这种元件在陶瓷基板10中的位置来调节感应场。替代地或附加地，可以随着时间改变施加的场，以使得在感应场模式和从预启动到公路驾驶的特定操作阶段之间存在相互依赖。在替代构造中，可以使用多于一个线圈来获得期望的感应效果。例如，如图4的截面所示，陶瓷基板10具有环形截面，第一通电线圈20在基板周边，第二通电线圈在基板芯处。

如图5和图6的分段截面图中所示，在本公开的一个实施例中，金属元件是嵌入在陶瓷蜂巢基板的壁14中的金属粒子28，粒径小于壁14的宽度。作为制造处理的一部分，在陶瓷仍是绿色的或可流动的时，即，在它被挤压之前，添加金属粒子，并且将金属粒子与陶瓷基底材料混合。这样，粒子相对均匀地分布在将被挤压的整个陶瓷基底材料中。在该实施例的操作中，当从线圈20施加变化的电磁感应场时，基板中的陶瓷材料对于施加的场是相对不可见的，并因此不升温。金属粒子28升温，并且将热量传导到它们被限制于其内的陶瓷蜂巢的壁14。

在替代性的制造实施例中，陶瓷基底材料与金属粒子的混合和随后的用以形成蜂巢基板的混合物挤压被配置为使得基板中的选定位置具有比其他位置大的金属粒子浓度。这样的配置可以通过在挤压机处使绿色陶瓷材料的几个流会聚在一起来实现，其中这些流具有彼此不同的金属含量水平。流然后在临在挤压之前被熔融以使得金属含量的变化在挤压的基板的整个截面上是镜像的。在进一步的实施例中，使用伸长的或者以其他方式不对称的金属粒子以使得它们在挤压处理的过程中趋向于略微更靠近转换器基元壁地对齐。在另一实施例中，使粒子长度充分地长以至于至少一些相邻的粒子在混合或随后的挤压的过程中彼此电接触。

在本公开的替代实施例中，金属元件位于陶瓷蜂巢结构内，但是不被嵌入在蜂巢结构本身的材料内。例如，在陶瓷基板砖的后处理期间，金属元件被定位在基板或砖10的选定基元12中。在如图7中所示的一种实现中，高浓度的金属粒子与胶粘剂混合，并且使用诸如2013年8月20日提交的共同未决的实用新型专利申请序列No.13/971129(A catalyticconverter assembly and process for its manufacture)中描述的方法之类的方法来注入所得的混合物，该申请的公开内容出于所有目的通过引用整体并入本文并且变为本申请的一部分。在注入之后，通过例如2013年8月20日提交的共同未决的实用新型专利申请序列No.13/971247(A catalytic converter assembly and process for its manufacture)中描述的微波加热来使胶粘混合物的注入细丝30固化，该申请的公开内容也出于所有目的通过引用整体并入本文并且变为本申请的一部分。在一种实现中，胶粘基底材料是玻璃纤维、粘土浆、聚合物粘合剂和水的低粘性、膏状混合物，在固化处理的过程中水和有机粘合剂被从该混合物逐出。在固化之后，注入细丝30主要是二氧化硅、陶瓷和金属粒子的多孔基体中的二氧化硅。

在另一示例性构造(未示出)中，将被注入的基元12中的通路可以被选择为使得固化的胶粘金属混合物的细丝不是均匀分布的、而是大体上占据圆柱形基板的中间环形区域。在这样的结构的操作中，热量优先在该环形区域处产生，并且从区域位点向内朝向基板芯且向外朝其周边传递。注入到基元中的粘胶金属混合物内的金属粒子可以主要被置于靠近基元内表面，而不是朝向基元中心，以便使发热局限在基元表面附近并且实现到陶瓷基板的更大的热传递和这种传递的速度。在挤压期间和/或之后且在固化之前对于加载的转换器砖的适当方向的搅拌可以鼓励金属粒子朝向基元壁的一定迁移。

在注入基元的实现中，完全被粘胶剂和金属粒子的细丝阻塞的任何基元在废气通过该基元时不能用于催化污染物还原反应。这样的堵塞的基元仅用于在启动时或空转时加热。因此，基元中只有选定的基元被填充复合加热材料。在例示的例子中，基板每平方英寸具有400个基元。在这些基元之中，取决于基元的径向位置，每平方英寸的8个到40个基元被填充金属粘胶复合物，并且使得在基板的整个区域广度上，被阻塞的基元占据基板面积的2到10％。

在本公开的另一实施例中，比图7实施例所讨论的粒径大的离散金属元件被插入在催化转换器基板中的选定基元位置处。如图8中所示，示例性金属元件是金属丝32，这些金属丝32被定位在选定的基板基元内，并且沿着基元的整个长度、从砖入口延伸到其出口。插入的金属丝32可以例如是圆形的、方形的或其他合适的截面，并且可以使用铜、钢、铝、不锈钢、或具有促进感应加热的期望的电磁性质的其他金属或铁磁元件来构造。如图8实施例中所示，陶瓷转换器基板10具有方形基元和圆形截面金属丝。由于所述两种材料之间的高接触面积，方形截面金属丝提供比方形截面基元更好的热传递。然而，由于存在较小的表面积接触、从而引起插入阻力，圆形截面金属丝更易于插入到方形截面基元中。金属丝可以通过摩擦配合(friction fit)而被装配到它们的相应的基元中，摩擦配合至少部分是通过使金属丝外部区域尺寸与基元区域尺寸紧密匹配以使得金属丝表面和基元壁的表面粗糙度将金属丝锁定到位而实现的。金属丝被绘制为宽度比基元宽度小0.002英寸到0.005英寸以使得能够插入。

在一种构造中，插件34由金属丝形成以具有如图9和图10中所示的弓形。弓形金属丝34具有记忆以使得在金属丝被插入到基元12中时、弓被拉直之后，插件34趋向于返回到其弓形，从而使金属丝的中心和端部区域靠在基元12的相对的侧面或拐角上，从而增大摩擦配合以使金属丝在基元中保持到位。替代地或附加地，如图11的实施例中所示，金属丝36在它们的端部卷曲以便建立端部支承接触位点。当废气通过转换器时，每种情况下的总体摩擦配合达到抵抗重力、振动、温度循环和金属丝上的压力的程度。

金属丝可以替代地或附加地通过使金属丝的外表面接合到相应基元的内表面而被固定到基元中。在示例性接合处理中，金属丝在插入之前至少部分地被涂布粘结剂/粘胶剂，或者少量粘结剂/粘接剂在金属丝插入之前被涂布到基元内壁上。高温胶粘材料和复合粘结剂被使用。合适的粘胶剂例如是与前述注入实施例中所用的形式相同的形式。复合粘结剂例如是陶瓷粉末和金属粉末的掺和物，在这两种主要材料之间有粘合剂转化。这样的掺和物用于最小化温度循环应力效应，在温度循环应力效应中，可能存在显著的金属金属丝膨胀/收缩，但是陶瓷基板的膨胀/收缩小到难以察觉。该差别可能在所述两种材料之间的粘结界面处生成应力。通过使用这样的复合粘结剂，使接合的金属丝相对于周围基元表面的移动最小化，并且由于复合粘结材料的存在，获得增大的热传递。

如图8的实施例中所示，在整个转换器基元阵列中具有均匀分布的金属丝阵列被使用。在一个例子中，对于400cpsi基板的每25个基元插入1根金属丝。这具有令人满意的加热性能，并且从在转换器处实现的清污催化反应的角度来看，转换器基元的阻塞不会太大。明显升高的金属丝与基元之比可以导致加热至点火更慢，因为金属丝总共所表示的热容量高，并且因为一些金属丝阻塞其他金属丝上的“视线”场效应的事实。相反，虽然明显降低的金属丝与基元之比导致转换器基元的阻塞更少，但是对400cpsi基板中的每49个基元插入少于1根金属丝的数量级的稀疏金属分布导致发热减少并且到点火的时间增加。如前述注入金属粒子实施例的情况下那样，金属丝可以以不均匀的模式插入：例如，在陶瓷转换器基板内的中间径向位置处大体环形密度的金属丝插入；或者与转换器周边附近的金属丝的密度相比，在离线圈最远的转换器的芯附近放置密度更大的金属丝。

在使用金属粒子和更大的金属元件(诸如金属丝插件)之间存在优点和缺点。感应加热生成正被加热的金属的“皮肤效应”热表面。这可以根据金属元件的表面积提升加热效率。一般来说，表面积越大，金属升温越快。然而，感应是视线处理，其中，“看见”感应场的表面是首先升温并且变热的表面。粉末粒子快速升温，更大的主体更慢地升温。就粒子来说，不管是被分散并嵌入在陶瓷基板材料本身中，还是被分散并嵌入在注入到选定基元中的粘胶剂中，每个粒子都是独立于邻近的粒子起作用的，所以相邻粒子之间的传导很少。因此，热量分布可能相对较差。较大的金属主体在它们的大部分中良好地传导热量，并且就分布热量而言，可以较高效地操作。就表面积、视线定位和传导特性(所有这些都显著地影响加热性能)而言，图8的薄金属丝实施例可以在粒子和固态主体之间提供良好的折衷。

当转换器在操作中时，传导是到陶瓷基板、因此到废气的热传递的主要来源。在金属丝插件实施例的情况下，还存在少量对流热传递，但是这是有限的，因为在金属丝和基元的内表面之间仅有很小的气隙，所以空气运动最小化。在诸如插入的金属丝(其中金属丝在它们的表面积的大部分上与基元的内部分离，但是间隔不被堵塞)的情况下，还存在相对较少的辐射的热传递。

如前面所描述的和所例示的，感应金属元件相对于基元的位置的分布可以被配置为使得加热效果在转换器的整个区域上大体上是均匀的。尤其是对于启动和空转(其中不均匀的废气流动模式可能发展)，在有意在整个转换器上发展不均匀的热模式时，可能是有优势的。如前面所指出的，这可以通过适当地将感应金属元件置于选定基元中来实现。在本公开的另一实施例中，它也可以通过使用大小或形状不同的金属插件或者通过使用注入实施例中的不同浓度的粒子来实现。在另一替代性结构和方法中，它可以用通过产生非径向对称的场或者通过产生两个或更多个干扰场来实现。这样的感应场和它们的相互作用可以例如在从启动到点火的时间段内是变化的。改变加热效果还可以使用这样的感应金属置入和场操纵的组合来实现。为了提高污染物的转换、节电、或者由于其他原因，可以实现在位置、时间或这二者上变化的针对性加热。

在本公开的另一实施例中，金属元件不是被夹带在陶瓷基板的材料内，并且不是被注入或定位到选定基元中。相反，如图12和图13的分段截面图所示，含铁金属涂料40在(一种或多种)催化剂涂料38涂覆之前被形成在选定的转换器基元的壁14的内表面上。可替代地，(未示出)含铁金属涂料作为共用涂层与(一种或多种)催化剂金属一起被铺设，要么通过使用含有含铁金属和(一种或多种)催化剂金属这两者的合金粒子来铺设，要么通过具有其中分散有含铁金属粒子和催化剂金属粒子这二者的金属薄衣来铺设。在后面的布置中，可能存在由于含铁金属占据催化剂金属位点而引起的一定的催化剂作用损耗，所以折衷是必要的。

所有的金属都一定程度地对感应场做出响应，其中含铁金属是最易于被这样的场加热的材料。涂覆到蜂巢基板基元内部的基面涂料内所含的催化剂材料通常是铂族金属——铂、钯和铑。这样的材料具有1×10^-6的数量级的低磁导率(就铂来说)，所以仅受施加的感应场的非常轻微的影响。而且，催化剂金属是以每个转换器砖一克的数量级的非常微小的量存在的，所以催化剂组件中的金属不足以在启动时间段或空转时间段内产生并向陶瓷基板传递任何显著的热量。相反，用于感应加热的含铁金属是以每个砖60至200克的数量级的量存在的，并且就铁而言，具有2.5×10^-1的数量级的磁导率。

如前面所指示的，感应加热被应用于点火之前的时间段以便减少在催化剂涂料达到它们开始催化反应的温度之前排放的有害污染物的量，在所述催化反应中污染物被转换为更良性的排放。特别是对于城市驾驶，引擎操作的特征常常是被空转时间段不时打断的加速和制动的突发。在这样的时间，进入转换器和基板的壁(流动废气与其接触)的流动废气的温度可能开始下降。如果空转和冷却继续，则基板和气体的温度降至减污催化反应发生所需的温度以下。在这样的时间段内，通过打开感应加热来获得转换器基板上的加热。在未来的时候，当车辆不再空转并且废气温度上升到超过将有毒废气污染物转换为相对良性的产品的有效催化反应所需的温度时，感应加热被关闭。

感应加热公开的实施例是在市售的形状和大小常见的并且成本合理的含铁合金(诸如钢)的背景下描述的。替代的磁铁金属(诸如钴或镍或它们的合金)也可以被使用。所用金属必须承受催化转换器达到的高温以及当金属侵入物从冷启动重复地移到操作温度并且再次返回时的重复的温度循环。一般来说，铁或其他磁铁金属的合金化给予有利的金属性质和物理性质，诸如抗腐蚀性/抗氧化性、高温稳定性、弹性变形和可形成性。

参照图14至图17，例示了本公开的适于通过催化转换器基板的通路或基元的废气的电流体(EHD)热传递和质量传递的实施例。在EHD处理中，产生自由电子，并且使自由电子从充电的上游发射极迁移到接地的下游集电极44。在它们的迁移的过程中，电子与废气中的分子碰撞，从而将动量传递到气体分子，并且在气体流中引起湍流。这意味着，流过基元的气体流采用层流的趋势较小，和/或存在使层流气体流背离层流性的趋势。与没有EHD刺激的情况相比，两个趋势都使更多的废气与转换器基板基元壁中的壁接触。由于在基板基元壁的内表面处废气与热催化剂的接触增加，这既导致废气和基板的壁之间的热传递增加，又导致催化减污反应的增加。

在操作中，在启动和点火之间的时间段内，基板壁处于比废气低的温度下。更多的热量通过EHD热传递刺激的刺激从流动的废气传递到基板，并且与没有EHD加热处理的情况相比，基板温度以更快的速率升高。控制电路包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器监视转换器基板的温度，第二温度传感器监视转换器正上游的废气的温度。控制电路包括比较器和开关，比较器用于测量废气温度和转换器基板温度之间的差异，开关由比较器控制以接通到发射极的EHD电压。在启动到点火时间段期间通过在EHD热传递处理中切换到刺激来自废气的热传递而获得到点火的更大速度。在未来的时候，当基板热得足以使污染物还原催化反应发生时，关闭EHD热传递刺激。

另外，在空转时间段期间，进入转换器的废气的温度可以开始下降，并且可能引起如下情形：催化转换器基板壁仍处于催化剂反应的最佳温度，但是进入转换器的气体低于对于这样的反应最佳的温度。在空转阶段期间，从减少有害排放的角度来看，即使当流过转换器的气体正在冷却时，转换器也可以保持处于或接近最佳操作温度。在这样的时间段内，通过在EHD热传递处理中切换到在有限的时间段内汲取热量而获得对冷却的废气的低功率加热。在未来的时候，当车辆不再空转并且废气温度升高超过监视的基板温度时，EHD热传递刺激可以被关闭。

详细地参照图14，为了操作其中实现了EHD的催化转换器，发射极42连接到递送非常低的安培数的25至50千伏电源，所述系统因此仅消耗几瓦，并且集电极44接地。与通过未充电的废气的催化转换器相比，电子的流动在充电的废气和转换器基板之间生成优先的热交换。废气的传导性影响混合和流量变化的程度，这继而在转换器基板和废气之间引起更快速的热传递。一般来说，废气的传导性越高，湍流效应越大，并且EHD热传递效果越大。

如图14实施例中所示，在第一发射极集电极布置中，发射极42是0.25英寸直径棒和0.375英寸孔径的规则网格，该网格被安装在砖10的正上游。集电极44是位于转换器砖的正下游的类似的金属网格，该网格连接到接地。上游网格与正电压源的互连和下游网格与接地的互连提供产生电子流所需的正(发射极)电极和负(集电极)电极。

如图15所示，在第二发射极集电极布置中，使用与图8所示的金属丝插件构造类似的金属丝插件构造，除了金属丝插件彼此互连和与地互连之外。在所例示的构造中，使用连续的金属丝46，并且使金属丝46环入和环出基板基元，以使得相邻的金属丝插件被有效地缝合到位。

在另一实施例中，如图16中所示，网格集电极44具有与选定的基板基元的纵轴对齐的突出的金属丝48。在制造过程中，集电极44的突出的金属丝48朝向转换器砖的前端向后滑到对齐的基元12中。网格集电极被锁到基板的背面。在一种形式中，突出的金属丝48如前面参照图8至图11所描述的那样在选定基元12中具有摩擦配合，或者通过使用合适的粘结剂被固定到位。在另一形式和相关方法中，突出的金属丝被预先安置在选定基元中，然后通过将金属胶粘基质注入到基元中、然后干燥并烧结基质而被限制到位。

在如图17所示的另一发射极集电极布置中，发射极42是具有与圆柱形转换器基板的直径匹配的直径的金属球体或盘，球体没有带角的拐角，使得电子排放相对均匀地分布在其整个表面上。一系列集电极是通过用粘合剂基质中的金属粉末填充选定转换器基元12以构成一系列集电极位点而形成的，被填塞的基元内的集电极细丝30通过例如图16所示的、但是具有相对较短的接触突起48的形式的网格连接在一起和连接到接地。金属粒子被与粘胶剂混合，所得混合物通过使用诸如2013年8月20日提交的共同未决的实用新型专利申请序列No.13/971129(A catalytic converter assembly and process for itsmanufacture)中描述的方法而被注入，该申请的公开内容出于所有的目的通过引用整体并入本文并且变为本申请的一部分。在注入之后，通过例如2013年8月20日提交的共同未决的实用新型专利申请序列No.13/971247(A catalytic converter assembly and processfor its manufacture)中描述的微波加热来使所注入的粘胶混合物的细丝30固化，该申请的公开内容出于所有的目的通过引用整体并入本文并且变为本申请的一部分。在一种实现中，粘胶基底材料是玻璃纤维、粘土浆、聚合物粘合剂和水的低粘性、膏状混合物，在固化处理中水和有机粘合剂被从该混合物逐出。在固化之后，所注入的细丝30主要是二氧化硅、陶瓷和金属粒子的多孔基体中的二氧化硅。

在图17实施例的修改(未示出)中，均匀分布的第一基元选集被金属粘合剂基质阻塞，这些基元被连线在一起并且彼此连线以形成发射极。在分布中大体上与发射极基元交替的相等数量的基元也被金属粘合剂基质阻塞，第二基元集合被连线在一起并且接地以形成发射极。这种布置在基板基元的表面处具有高效率，因为发射极和集电极是基板的组成部分。

在进一步的替代方案中，前面示出的发射极和集电极构造可以被不同地匹配。

感应加热的益处是转换器组件可以更小。冷启动生成内燃机的污染物的75至90％，这推动整个排气组件的尺寸。因为感应加热技术解决了该75至90％中的很多，所以具备缩小转换器包装的能力。通过利用EHD子系统的实现来引入添加的热传递和质量传递，进一步的尺寸缩小是可能的。

国家排放标准要求是催化转换器设计的主要推动者。这些要求非常高，并且难以用单个转换器满足。目前，因此，现在生产中的大部分汽车采用两转换器组件——一个在紧耦合的位置，另一个在底板下的位置。紧耦合的转换器的重量通常轻于底板下的转换器，这意味着具有低热容量，所以将尽可能快速地达到催化反应操作温度。然而，一旦两个转换器达到它们的相应的催化反应操作温度，紧耦合的转换器与更重的地板下的转换器相比就是相对低效的。通过在启动时将感应加热引入到排气处理，制造商可以通过消除对于紧耦合的转换器的需要来回到单转换器安装并且满足排放标准。

尽管本公开的实施例是在陶瓷催化转换器基板的背景下描述的，但是不锈钢基板也可以被使用，其中感应加热是以与上述方式类似的方式实现的。由400系列磁性合金制成的基板可以表现出显著的磁滞。利用环绕线圈，小直径的不锈钢基板的外环区域由于它们的小热容量而极为快速地升温。

在EHD热传递和质量传递的情况下，在本公开的使用不锈钢基板的替代性实施例中，催化转换器具有两个钢砖，其中第一个用作发射极，第二个用作集电极。在这样的情况下，金属丝插件的插入和金属粘胶细丝的注入和固化被除去，因为钢砖本身有发射和收集自由电子的功能。

EHD热传递和质量传递公开内容的实施例已经在市售的形状和大小常见的并且成本合理的含铁合金(诸如钢)的背景下进行了描述。替代金属可以用于EHD电极，前提条件是它们可以承受在催化转换器中达到的高温以及当转换器基板主体中的金属元件从冷启动重复地移到操作温度并且再次返回时的重复的温度循环。一般来说，合金化给予有利的金属性质和物理性质，诸如抗腐蚀性/抗氧化性、高温稳定性、弹性变形和可形成性。

在将感应加热以及EHD质量传递和热传递公开内容应用于催化转换器的结构和操作中，实现感应加热所需的电路和电输入不同于实现EHD热传递和质量传递所需的电路和电输入。在这方面，有可能的是，EHD效应受到施加的感应场的影响。这可以是正面影响，其中感应场将锯齿形分量添加到电子流，导致热传递和质量传递得到增强。可替代地，感应场可以隐蔽EHD效应。

感应加热处理以及EHD质量传递和热传递处理可以同时应用，或者在感应加热期间分开的时间应用，或者在感应加热的情况下，在启动的前一刻应用。

图18是根据本公开的实施例的催化转换器系统的示意图。催化转换器系统75包括催化转换器60，催化转换器60具有多个通路来促进来自车辆引擎的废气56的至少一个催化反应，从而产生处理后的废气56’。一个或多个温度传感器50耦合到催化转换器60以产生指示催化转换器的至少一个温度的温度信号。温度传感器50可以经由安装在催化转换器上或中的热电偶、热敏电阻或其他热传感器来实现以便监视转换器上或中的不同位置处的温度，或者经由其他温度监视器来监视。例如，一个或多个热电偶在沿着催化剂基板的长度的某个点处(诸如在转换器中间点处)嵌入在催化剂基板的表面上。(一个或多个)热电偶向控制器52提供直接反馈，不需要计算或推断。首先执行校准以补偿催化剂基板外部和内部之间的偏移。在稳定状态下，由于来自驾驶的对流，催化转换器60在其周边具有最大热损耗，雨水、雪和冰对损耗有贡献。在预热期间，周边、芯或整个基板被加热到点火温度，其中对期望区域的点火温度相对于(一个或多个)温度传感器50之间的经计算的温度偏移进行补偿。

温度传感器50的输出被送往控制器52，在控制器52，监视的一个温度或多个温度用于经由AC发电机(诸如AC源64)的控制来控制感应加热。控制器52基于这些温度信号指示的(一个或多个)温度来产生控制信号58。至少一个电磁场发生器(包括AC源64和线圈20)通过感应地产生电磁场以对催化转换器60进行加热来对控制信号58做出响应。AC源64可以例如是可变的AC发生器，该AC发生器产生具有随着控制信号68而变化的幅值、占空比或功率的AC信号。在另一例子中，控制信号58以随着期望加热水平的幅度而变化的占空比来开启和关闭AC源64。AC源可以产生诸如50Hz或60Hz信号的信号，然而，1kHz-100kHz的范围内的中频信号和100kHz-10MHz的范围内的射频信号可以同样地被采用。

控制器52可以经由处理器(诸如独立处理器)或共享处理装置(诸如引擎控制模块)来实现。在感应场特性或EHD高压特性可选来实现特定感应加热模式或EHD效应的实现中，控制器52使用一个或多个算法来控制应用的感应处理和EHD处理。控制器52可以独立于催化转换器安装。例如，控制器52可以安装在车辆的内部，在这种情况下，电子控制电路受到相对较好的保护。可替代地，利用防水壳体，转换器控制模块可以被放置在引擎室中、靠近电池，或者被放置在车辆下面、靠近催化转换器。

考虑催化转换器60经由车辆中的螺栓式组件来实现以处置内燃机排放的例子。胶固底漆中的铂族金属或其他催化剂与热量合作来处置废气中的大多数污染物。催化处置可以是高度取决于温度的。为了使所述处理有效，可能需要达到并保持大约300C的最小点火温度。低于该温度，废气处置处理的效率可能迅速地下降。在正常的引擎操作中，存在催化转换器的温度可能低于该阈值的几种情况：冷启动、冷却和启动-停止混合车辆操作以及具有内燃机的其他电动车辆。

在冷启动状况下，引擎和排气系统处于周围温度。在确实冷的环境中，该温度在冬天经常低至-30C。因此，在引擎和催化转换器升温到所需温度之前，可能花费几分钟的引擎操作。事实上，直到所述系统达到阈值温度(通常被称为“点火”)，几乎没有排放处置。常规的催化转换器仅依赖于引擎供热使它们的温度升高。

当引擎和排气系统开始变热、然后温度降至阈值点以下时，冷却发生。引擎变热之后的过度空转可以产生这种效果。低引擎RPM将不会产生足以使催化转换器60保持热的热量。逐渐冷却可以导致低于点火温度的稳态温度。从高速减速也可以产生这种效果。引擎RPM降至接近空转水平，因为不需要功率，并且如在空转的情况下那样，车辆排气装置没有产生足以使催化转换器60保持热的热量。此外，在车辆下面存在使来自引擎和催化转换器的热量丧失的大量对流，从而增加冷却速率。目前转换器技术的问题是空转禁令已经被立法者落实到位、还有时停时走交通为何可以如此污染的原因。

在启动-停止混合车辆操作中，车辆引擎在车辆操作中可以被自动地关闭和重启。在轻度混合车辆中，车辆引擎被引擎控制模块停止以避免车辆休息时(诸如当车辆在交通中被停止时)空转。当驾驶者从刹车移开他/她的脚并且使加速器重新开始运动时，引擎控制模块在短至350毫秒内快速地重启引擎。在混合电动车辆中，内燃机可以被关闭更长的时间段，并且只有当有必要补充经由电池功率操作的一个或多个电机的操作时才被使用。类似于前述冷启动和冷却状况，催化转换器可以处于周围温度或者低于点火温度。

前述感应加热和EHD热传递/质量传递处理提高了催化转换器系统75在正常驱动条件(包括冷启动和冷却等)下的排放处置的性能，并且另外还改进了催化转换器60对废气56的排放处置。控制操作包括但不限于：

(a)预加热——在引擎启动之前对催化转换器进行加热

(b)后加热——在引擎启动之后对催化转换器进行加热

(c)混合——预加热和后加热的组合，其中催化转换器在引擎启动之前和之后被加热

(d)热管理——典型地与冷启动没有关联，但是通过迅速冷却使转换器温度保持高于点火；和/或

(e)微粒过滤器再生

例如，一旦点火温度在预加热期间被实现，控制器52就可以进入温度保持模式，在该模式下，温度仅被保持而不增加。保持模式下的功率需求是连续的强烈升温所需的功率需求的小部分。保持温度要么是通过脉冲化地启动或关闭整个感应功率、要么是通过对功率进行调制来实现的。脉冲化是更简单的处理，因为所述系统只需要定时器控制来开启或关闭。脉冲的频率和持续时间以及脉冲之间的延迟被选择为使得温度保持恒定在几度内。对功率进行调制是更复杂的，因为功率输出是以保持恒定温度为目标、自动调整的。更复杂的感应电路需要是能在从0％到几乎为零(比如说最小20％)到100％的全范围内工作的。在一个实施例中，当在引擎仍在运行时催化转换器被冷却时，例如，响应于车辆引擎在空转时的冷却，保持模式被触发。与上面概述的操作类似的脉冲式或调制式操作用于防止过度冷却。

在根据实施例的控制方法中，温度传感器50包括在沿着催化剂基板的长度的某个点处(诸如在转换器中间点处)嵌入在催化剂基板的表面上的一个或多个热电偶。(一个或多个)热电偶直接将反馈提供给控制器52，不需要计算或推断。首先执行校准以补偿催化剂基板外部和内部之间的偏移。在稳定状态下，由于来自驾驶的对流，催化转换器60在其周边具有最大热损耗，雨水、雪和冰对损耗有贡献。在预加热期间，周边、芯或整个基板被加热到点火温度，其中对期望区域的点火温度相对于(一个或多个)温度传感器50之间的经计算的温度偏移进行补偿。

虽然上面是结合单独的温度传感器50的使用描述的，但是附加地或替代地，控制器52可以使用线圈20本身来进行温度跟踪。具体地说，线圈20的电感随着温度升高而改变，因为来自热量的分子振动干扰磁场。较冷的温度生成的干扰小于较热的温度。可以对这种干扰进行表征，并且据此，控制器52可以确定总体温度。基板是感应系统的规模最大的组件，基板内包含的热量对电感具有最大的影响。在该方法中监视的温度是平均温度，因为热点和冷点的存在没有被检测到。感应线圈方法的使用为催化转换器消除了对于额外导线的需要。

此外，线圈20的电阻随着温度升高而增大，因为来自热量的分子振动干扰电流流动。较冷的温度生成的干扰小于较热的温度。可以对该干扰进行表征，并且据此，控制器52可以确定总体温度。考虑由在20℃下具有电阻R₁的铜线构成的线圈20。在某个其他的温度T₂下的电阻R₂可以被计算如下：

例如，控制器52可以监视AC源64的线圈电流、线圈电压、电流消耗和/或其他操作参数以便确定线圈电阻、线圈电感或其他线圈阻抗，并且包括查找表或计算以便基于线圈电阻电感或其他线圈阻抗的改变来估计总体温度。基板是感应系统的规模最大的组件，基板内包含的热量对电感和电阻具有最大的影响。该方法中监视的温度是平均温度，因为热点和冷点的存在没有被检测到。感应线圈方法的使用为催化转换器消除了对于额外导线的需要。

尽管控制方法和设备是在感应加热的背景下描述的，但是类似的控制方法和设备也被应用于控制电流体(EHD)热传递和质量传递。将注意到，控制器52可以被配置为产生控制信号58和66以独立地操作感应加热和EHD处理——一起或在分开的时间。

在一个例子中，感应加热处理是在引擎启动之前、在启动之后的短暂时间内、在空转期间以及在减速期间实现的。控制器52被配置为产生只有当引擎正在运行时才开启EHD处理的控制信号66，因为该处理取决于废气流过转换器的流动。在该例子中，在存在废气流过转换器的任何时间运行EHD处理。在另一例子中，采用相同或类似的感应加热程序，但是在高于点火的温度下关闭EHD处理。

虽然电池62被示为向EHD处理提供电力，但是应注意，诸如车辆电池或其他车辆电力系统的电池可以用于选择性地给催化转换器系统75的其他部件供电。在其他例子中，在有替代的电力可用的情况下，替代的电源(诸如太阳能电池、诸如结合起动预热器(blockheater)提供的车辆电力中的外部插头、或系统中的混合车辆插头)也可以用于给催化转换器系统75的部件供电。在操作中，感应加热和EHD处理可以在控制器52的控制下被选择性地启用或禁用。在各种实施例中，感应加热可以由控制器52响应于诸如以下状况发起：钥匙在点火装置中；钥匙碰到运行位置；钥匙碰到启动位置、钥匙在车辆的X英尺内的附近、远程启动功能被发起、将车辆插上插头接入电网、起动预热器插上电源等。控制器52的操作可以响应于点火温度被实现、电池电荷状态太低、达到起动机所需的电池储备、系统被手动关闭、引擎被关闭等而被禁用。

应注意，车辆引擎可以经由以下燃料类型中的一种或多种进行操作，所述燃料类型包括汽油、柴油、丙烷、乙醇、天然气等。控制方法可以被应用于车辆操作配置，所述车辆操作配置包括专职的常规内燃、混合——串行、并行、轻度并行、串并行或功率分流、插入式混合电动、轻度混合自动启停、范围延伸、恒定RPM引擎、可变RPM引擎或其他配置。车辆引擎可以是自然吸气的、蜗轮增压的、超动力的、气体直接注入的、电子燃料注入的、经由配电盘或其他技术操作。

催化转换器60可以经由铂、钯、铑或其他催化剂进行操作，并且可以包括柴油氧化催化剂、微粒过滤器和/或尿素注入系统。基板可以包括陶瓷蜂巢、编织金属、多孔薄膜或其他基板。催化转换器系统可以是针对将废气排放物(诸如碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、二氧化硫、微粒物质和/或其他排放)减少到空气-燃料比(lambda)(诸如化学计量比、富燃比、稀然比和/或其他比率)的整个范围。

关于催化转换器系统75的其它例子(包括几个可选的功能和特征)结合下面的图19-22呈现。

图19是根据本公开的实施例的反馈控制回路的框图表示。具体地说，呈现了反馈控制回路100，其中催化转换器的加热(诸如结合图18呈现的催化转换器60的感应加热)用传递函数G(s)表示，控制信号58用信号E(s)表示，控制输入用信号X(s)表示，催化转换器的温度用信号Y(s)表示，控制器和温度传感器(诸如控制器52和温度传感器50)的操作用反馈函数H(s)、控制输入X(s)的产生和求和连接102表示。因为催化转换器的加热和对流冷却也可能受到废气的温度和体积以及车辆的速度的影响，所以这些附加因素用求和连接104处的扰动输入D(s)表示。这些信号量中均是在拉普拉斯变换域中经由拉普拉斯变换变量表示的。

输出温度Y(s)可以如下计算：

Y(s)＝G(s)[X(s)–Y(s)H(s)]+D(s)

或

Y(s)＝D(s)+X(s)[G(s)/[1+G(s)/H(s)]]

考虑传递函数G(s)被建模为一阶系统的例子如下：

G(s)＝a/(s+ω)

并且此外，其中D(s)＝T_am、反馈函数H(s)＝k的冷启动状况对应于简单的比例控制。在这种情况下，

Y(s)＝T_am+X(s)[a/(s+ω+ka)]

进一步考虑周围温度是T_am，控制器力图使用感应加热来保持参考温度T_ref，并且控制输入是在时间t₀＝0、经由具有幅值kT_ref的阶跃函数发起的。然后，可以如下从逆拉普拉斯变换找到时域中的催化转换器的温度y(t)：

X(s)＝kT_ref/s

Y(s)＝T_am+kT_refa/[s(s+ω+ka)]

y(t)＝L^-1[Y(s)]＝T_am+(T_ref-T_am)(1–e^-t/τ)

其中，τ＝1/(ω+ka)。在这种情况下，对于时间t>0，时域中的控制信号的值简单地为：

e(t)＝k[T_ref-y(t)]

应注意，e(t)的值可以由以下不等式限制：

0≤e(t)≤e_max

其中，e_max表示AC源64的最大输出。注意，在大多数实现中，感应加热能力没有扩展到主动冷却——催化转换器的冷却通常是经由热辐射和对流发生。因此，e(t)的负值可能不被允许。

这种反馈控制回路的操作的例子是结合图20呈现的。虽然前面已经采取一阶模型用于传递函数G(s)，但是基于所实现的感应加热系统和催化转换器的实际传递函数，其他更高阶的具有多个极点和零点的模型可以同样地被采用。另外，虽然上面已经描述了与比例控制相对应的反馈函数，但是实现比例、积分、微分控制的其他更高级的反馈函数和/或更多其他的具有多个极点和零点的反馈函数可以同样地被采用。另外，虽然实现了特定的反馈控制回路，但是其他控制技术(诸如前馈控制；状态-空间控制，包括最优控制、模型预测控制、线性二次高斯控制；自适应控制；分层控制；使用各种AI计算方法(比如神经网络、贝叶斯概率、模糊逻辑、机器学习、进化计算和遗传算法)的智能控制技术；鲁棒控制；随机控制；非线性控制和/或其他控制算法。

图20呈现了根据本公开的实施例的控制信号和催化转换器温度的图解表示。具体地说，控制信号e(t)的曲线图110和催化转换器的温度的曲线图110’是在从时间t₀＝0开始的冷启动下、根据结合图19呈现的例子、在时域中绘制的。如所讨论的，

y(t)＝T_am+(T_ref-T_am)(1–e^-t/τ)

以及

e(t)＝k[T_ref-y(t)]

如所示出的，温度y(t)是从周围温度T_am开始的。当控制e(t)在t₀＝0被施加时，感应加热使催化转换器温度上升并且渐进地接近并保持参考温度T_ref，诸如高效催化转换所需的最小点火温度。在时间t₁，催化转换器的温度已经在可接受容限内达到T_ref，并且车辆引擎可以在排放控制充分运作的情况下被启动。此外，在时间t₁，控制信号e(t)已经接近零，因为催化转换器温度已经接近其参考温度并且不再需要加热。

应注意，曲线图110和110’仅反映了示例性的催化转换器系统对于冷启动状况的操作。一旦车辆引擎启动并且车辆开始移动，D(s)就不再仅仅是T_am。来自车辆引擎的废气贡献热量，并且车辆的运动使对流和热损耗增大。控制器52对这些状况变化做出响应以使催化转换器的温度保持为达到或高于参考温度的值。

图21是根据本公开的实施例的控制器的框图表示。具体地说，呈现了控制器120，该控制器120可以在催化转换器系统中进行操作，并且作为结合图19呈现的控制器52的代替者进行操作。像控制器52那样，控制器120进行操作以产生控制信号58和控制信号66，控制信号58用于控制催化转换器的感应加热，控制系统66用于控制催化转换器的EHD处理。不是仅基于来自与催化转换器相关联的一个或多个温度传感器50的温度数据130进行操作，控制器120而是基于更广范围的车辆控制数据125来进行操作，车辆控制数据125诸如是周围温度数据132、引擎RPM数据134(其指示车辆引擎的旋转速率)、刹车激活数据136、离合器激活数据138、剩余电池寿命数据140、停止-起动模式数据142、排放数据144、引擎启动数据146、速度数据148(其指示车辆的速度)、交通数据和车辆导航数据150(其指示车辆的路径、速度限制、当前交通堵塞、停走状况等)、可选地还有其他引擎控制数据、车辆状态数据、以及车辆数据(诸如氧传感器电压、氧传感器温度、废气再循环温度、冷却剂温度、车辆加速度/减速度、空气-燃料比(lambda)、点火装置位置、引擎定时、排气歧管温度等)。

在各种实施例中，控制器120包括处理器和存储查找表(LUT)122的存储器，LUT122对车辆控制数据125指示的车辆的状态做出响应并且产生与当前状态相对应的控制信号58和66。例如，LUT 122可以根据基于车辆状态(诸如催化转换器温度、周围温度、车辆RPM、温度数据130指示的车辆速度、周围温度数据132、RPM数据134和车辆速度数据148)的状态-空间控制算法存储控制数据。以这种方式，可以基于由车辆引擎RPM的变化、周围温度的变化和由于不同车辆速度下的对流的热损耗引起的排气量变化来控制催化转换器的温度。

另外，控制器120将温度数据130与参考温度(诸如催化转换器的点火温度)进行比较。控制器120产生达到温度指示信号152，达到温度指示信号152指示催化转换器的温度何时已经达到或保持处于或高于参考温度。该达到温度指示信号152可以用于触发达到温度指示器160，诸如仪表板灯、仪表板屏幕上的弹出消息、或向车辆的驾驶者指示催化转换器何时已经达到或保持处于或高于参考温度或可以启动车辆的其他用户界面。达到温度指示信号152还可以用于触发作为车辆点火系统的一部分的车辆启动解锁170，车辆启动解锁170使得车辆引擎只有当催化转换器已经达到或保持处于或高于参考温度时才能够被启动。

现在制造的大多数车辆配备有无钥匙遥控器的形式的无线通信装置，无钥匙遥控器典型地包括门锁、门解锁、行李箱开启、紧急警报，偶尔还有远程启动能力。智能电话技术很可能在未来的某个时候取代无钥匙遥控器，并且已经被一些制造商用来经由智能电话应用(“app”)启用远程启动特征。在一个实施例中，催化转换器预加热的控制被合并到无线控制装置(诸如前述那些)中。具体地说，感应预加热启动过程是作为远程启动过程的一部分发起的，转换器预加热过程是在远程引擎启动被激活之前在固定的或可选的时间段发起的。在替代方案中，远程无线控制装置包括专用电路，其中，转换器预加热过程是独立于用于车辆的任何其他远程控制能力激活的。

在预加热按钮被按下或远程启动的情况下，车辆通信系统接收用于产生启动数据146的无线通信信号。作为响应，控制器120产生用于开始感应加热的催化转换器系统的控制的控制信号58。当引擎被冷启动时，在车辆被启动之前将催化转换器加温到点火温度或接近点火温度的温度在气态排放中生成较少的污染物。使用无线遥控器使驾驶者无需在车里执行预加热过程，因为许多消费者可能无法容忍正常启动过程中的延迟。这样，驾驶者可以进入车辆中，开启点火装置以启动车辆，然后使用热的转换器开走。作为该过程的替代方案，驾驶者进入车辆，并且转动或按下点火钥匙，这产生启动数据146。然而，在这种情况下，延迟可以自动地设立在点火钥匙被按下的时间和点火电路被通电的时间之间。在该延迟的时间段期间，控制器120发起转换器预加热过程。当车辆引擎被启动时，控制器120可以通过产生使得EDH处理能够实现进一步的效率的控制信号66来做出响应。

其他车辆控制数据125可以被控制器120用来产生控制信号58和66和/或使控制器120的操作适应不同的车辆状态和状况。目前的转换器技术使用前转换器(pre-converter)氧传感器和后转换器(post-converter)氧传感器来计算有效的催化转换器温度，而传感器之间的差异提供转换器温度的测度。这些氧传感器产生的或来自车辆的其他排放传感器的排放数据144可以被控制器120使用。例如，当在输入氧传感器和输出氧传感器之间的排放数据144中没有检测到差异时，催化剂不工作，所以温度低于点火(300C)。高于300C，传感器之间的差异增长，并且计算的温度随着氧转换成比例地升高。该排放数据144可以用于补充温度数据130、检测温度传感器故障等。

如前面所讨论的，在轻度混合车辆和电动混合车辆中，车辆引擎可以在车辆操作期间被自动地关闭和重启。车辆引擎在操作期间的延长停止可以使催化转换器冷却到最小点火温度以下，并且使车辆排放物加。在各种实施例中，控制器120可以适于自动启动-停止操作。具体地说，启动-停止模式数据142可以指示自动启动-停止功能性在包括该功能性的车辆上是被启用、还是被禁用。当自动启动-停止功能性被启用时，RPM数据134可以指示引擎是被启动、还是被停止。刹车数据136、离合器数据138和车辆速度数据148可以进一步向控制器120指示自动停止可能何时来临。在实施例中，控制器120通过产生以同步的方式启动和停止EHD处理的控制数据66来对车辆引擎的启动和停止做出响应。另外，当引擎被停止时，控制器120可以产生保持催化转换器的温度的控制数据52，从而防止当引擎随后被重启时的冷启动状况。

在进一步的实施例中，控制器120包括驾驶模式预测产生器124，驾驶模式预测产生器124对车辆控制数据125进行分析以便从诸如以下的一组可能的驾驶模式中预测当前驾驶模式：

(a)非混合停走交通模式，其特征在于连续的车辆引擎操作、伴随有空转的频繁和/或延长的停止

(b)公路模式，其特征在于连续的车辆引擎操作、高车辆速度、有限的制动和离合器操作、适中的RPM和高对流速率；

(c)延长空转模式，其中车辆正在运行，但是停止长达延长时间段；

(d)自动启动-停止的停走交通模式，其特征在于伴随有自动启动-停止的频繁和/或延长的停止；

(e)混合车辆的仅电动模式，其中车辆引擎被停止并且直到仅电动模式被退出才可以被启动；

(f)混合电动模式，其中车辆引擎可以被停止长达延长时间段，并且只有当需要时才被重启，等等。

控制器自适应地根据当前驾驶模式产生控制信号58。在非混合停走交通模式、延长空转模式或公路模式下，控制器120可以产生如前面所讨论的控制信号58以触发感应加热，只根据需要使催化转换器的温度保持处于或高于点火温度。在自动启动-停止的停走交通模式下，对于较短停止，控制器120可以产生如前面所讨论的控制信号58以触发感应加热，只根据需要使催化转换器的温度保持处于或高于点火温度。对于可以基于由停走通勤交通或交通灯停止引起的模式预测的较长停止，基于交通数据和导航150，或者基于其他驾驶模式，控制器120可以允许催化转换器的温度降至点火温度以下长达短暂的时间段，只要控制器预测重新加热到点火温度可以在控制器120预测重启将发生之前被发起和完成即可。例如，控制器120可以操作来将催化转换器温度控制为低于点火温度的待机温度。待机温度可以被选择以节省电力，但是足够接近点火温度以便最小化使催化转换器温度返回到点火以用于车辆引擎重启所需的重新加热时间。虽然前面已经考虑特定的驾驶模式，但是控制器120还可以预测并适应其他驾驶模式，诸如攻击性驾驶、胆小的驾驶、超级惜油等。

同样地，在混合电动模式下，控制器可以允许催化转换器的温度降至点火温度以下，只要控制器预测重新加热到点火温度可以在控制器120预测重启将发生之前被发起和完成即可。在实施例中，来自引擎控制模块的自动启动数据可以基于车辆速度、导航路线引导、交通状况来指示引擎的重启即将来临，并且可以指示从当前温度或待机温度加热到点火温度，根据需要，在控制器120预测重启将发生之前完成。此外，在混合车辆的仅电动模式下，只有当仅电动模式被退出时或者当控制器120预测车辆引擎的重启将发生时才可以对催化转换器进行预加热。

如前面所讨论的，转换器预加热功率可以从车载电池提供。根据功耗，汽车电池可以仅在短暂的时间段内供应加热功率。当与汽车引擎正在运行并且从汽车电池可获得一致的14VDC的情况相比时，车辆引擎关闭的情况下的预加热由于电池电压较低，可能是更有限的。柴油汽车和卡车由于使用必须被预加热以便促进燃烧处理的电热塞，通常具有比普通汽油汽车更大的电池。柴油车辆一般具有比常见汽车多的可用车载电功率。混合电动车辆具有大量电池容量，然而，它们依赖于该容量来提高车辆的范围和降低操作成本。

在实施例中，当电池中的剩余电荷与低功率阈值相比不利时，控制器120根据低功率模式产生控制信号58和66。催化转换器加热由控制器120发起，并且得到保持，只要可能与保持足以启动汽车的电池功率相当即可。电池的功率水平在转换器预加热过程之前或期间受到监视，并且指示剩余电池寿命的电池寿命数据140被控制器120用来进入低功率模式。在该低功率模式下，例如，控制器可以从一开始就禁用感应加热和EHD处理，或者当剩余电池寿命处于或低于最小可靠功率阈值(其指示进一步的使用可能有损于车辆启动或其他车辆操作)时，停止感应加热和/或EHD处理。

转换器预加热功率可以可选地从公用电网提供。电网功率的使用是范围扩大的混合、插入式混合、起动预热器和电动车辆的目前做法。汽车要么在标准插座处、要么在车辆特定的插座处被插上电源。起动预热器通常是在寒冷的气候里使用的，尤其是对于柴油引擎。将起动预热器插上电源使引擎冷却剂保持温暖以使得能够更容易地启动并且防止冷却剂冷冻。电网功率既用于使电池保持处于完全充电的状况，又使电池组准备好驾驶使用。电池在极冷或极热状况下不好工作，提供气候控制系统的电池组被用来使电池温度保持为适中的温度，从而使得能够实现最大功率。

例如，可以感应地使用来自车库或公共场所插座的电网功率来对内燃车辆的催化转换器进行预加热。在该方法中，与直接消耗车载电池运行相比，对于升温时间段没有限制。值得注意的是，对于生成相同的能量，电网功率的成本是汽油的五分之一，并且因为车辆经常在其家庭地点或者可以接入公共插座，所以使用电网的预加热可以用于最冷启动状况。在一种变型中，为了激活无钥匙进入，在驾驶者进入并开走之前，使用智能电话或其他无线命令来对转换器进行预加热预定时间段。在替代方案中，在汽车被自动启动之前，使用无钥匙遥控器特征来对催化剂预加热预定时间。这确保当启动时，排放物尽可能地清洁，同时仍允许消费者具有远程启动特征。对转换器进行感应加热仅在实现点火温度之前被执行，因为超过点火温度几乎没有益处。

在各种实施例中，控制器120被耦合以与车辆的连接的汽车接口175进行通信，汽车接口175提供诸如以下的特征：车辆互联网接入、车辆和无线用户装置(诸如智能电话、平板、智能手表、膝上型计算机或其他计算装置)之间的无线连接、以及用于服务和车辆诊断、车辆检查的无线接入以及其他连接。从引擎控制模块或单独的排放传感器接收的排放数据144可以被处理和/或被存储在与控制器120相关联的存储器中以便提供实际车辆排放的历史记录。

该历史排放数据可以经由连接的汽车接口175检索，并且被提供给用户智能电话、平板、家庭计算机或其他用户装置以用于维护车辆排放的记录的目的。另外，历史排放数据可以被提供作为车辆检查的一部分，车辆检查需要不仅测试当前排放、而且还测试历史排放数据。此外，历史排放数据可以被提供给服务人员以用于车辆诊断和修复。

指示实际车辆排放物的数据可以用于其他目的。例如，连接的汽车接口175可以将该数据作为在旅行期间向车辆的占用者呈现当前排放的显示的应用或实用程序的一部分提供给内置式显示器、用户智能电话或平板或者其他显示屏幕。以类似的方式，指示感应加热和/或EHDC处理的激活的控制数据58和66可以被提供给连接的汽车接口175，并且在显示器上被指示，从而使车辆的占用者知道例如这些系统正在工作以减少排放物。如果感应加热和/或EHDC处理不在工作，则所述应用或实用程序可以可选地提供实际排放与理论排放的比较，并且向车辆占用者显示这些系统提供的关于减排方面的益处。在进一步的例子中，可以经由连接的汽车接口175报告指示车辆对于低排放目标的保持的数据，并且使用该数据来使车辆占用者有资格取得税收抵免、高占用车辆状态、奖励或其他激励。

图22是根据本公开的实施例的方法的流程图表示。具体地说，呈现了用于与结合图1-21呈现的一个或多个功能和特征结合使用的方法。步骤200包括产生指示催化转换器的温度的温度信号。步骤202包括基于温度信号产生控制信号。步骤204包括响应于控制信号产生电磁场以对催化转换器进行感应加热。

在各种实施例中，进一步基于参考温度来产生控制信号，以根据参考温度来控制催化转换器的温度。所述方法可以进一步包括：当催化转换器的至少一个温度与参考温度相比有利时，产生达到温度信号指示信号。可以响应于达到温度信号指示信号而启用车辆引擎的启动。

在各种实施例中，控制器基于以下中的至少一个来产生控制信号：指示车辆引擎的旋转速率的信号；指示包含催化转换器系统的车辆的周围温度的信号；指示车辆引擎的自动启动-停止模式的信号；指示车辆电池中的剩余电荷的信号。所述方法可以进一步包括基于车辆控制数据来预测多种驾驶模式中的一种当前的驾驶模式，控制信号可以根据所述多种驾驶模式中的一种当前的驾驶模式而产生。所述方法可以进一步包括控制催化转换器系统的电流体热传递/质量传递。

图23是根据本公开的实施例的电磁场发生器300的框图表示。具体地说，呈现了包括AC源64和金属线圈20的磁场发生器300。在操作中，AC源通过产生磁场310以对催化转换器基板(诸如基板10)进行感应加热来对控制信号(诸如控制信号58)做出响应。具体地说，磁场发生器300包括辐射磁场310的线圈(诸如金属线圈20)。

从电池(诸如车辆电池)操作AC源64的潜在问题是，在电压消耗、电流消耗、因此功率消耗之间存在相关性。这可能在排放控制装置的预加热期间引起功率变化。电池可以被充分充电以使得电压相对较高，例如，当在车辆被关闭之前车辆的交流发电机刚完成给电池充电时。高电压导致高电流消耗、因此高功率。在其他情况下，电池电荷可能被耗尽而使得电池电压相对较低，例如，当在引擎没有运行时在电池上已经存在过度消耗时。当内部灯或其他配件在延长的时间段内开启时，这可能发生。低电压导致低电流、因此低功率。此外，电池电压在给定的引擎启动周期内可能不是恒定的。当电池功率用完时，电压将开始下降，然后当交流发电机开始给电池充电时，电压将回升。开始时电池电压的下降可以低至11VDC，交流发电机可以充高达13.5VDC或更高。该差异可以多达20％。基于电压和电流之间的相关性，这意味着电流也可以相差多达20％。80％的低电压消耗和80％的低电流消耗导致在周期刚开始时功率消耗为结束时的功率消耗的64％(80％V消耗x 80％A＝64％W)。加热周期开始和结束之间的这个36％功率摆动可以导致加热机会和效率丢失，并且达到排放控制装置的点火温度的加热时间变长。

在操作中，控制信号58由控制器52或120产生以控制排放控制装置的感应加热。控制信号58可以包括在包含排放控制装置的引擎启动时或此后预定时间(例如，1秒、2秒、5秒、10秒、20秒等)发起对排放控制装置的加热的指示。除了发起加热的指示之外，控制信号58还可以指示功率设置点，诸如目标量的功率传送或其他功率水平。

控制信号58还可以提供中止排放控制装置的感应加热的指示。例如，控制器52或120可以产生在排放控制装置的感应加热被发起之后预定时间(例如，达到点火温度的预定时间量，诸如200秒的其他时间段)中止对排放控制装置的感应加热的控制信号58。在其他情况下，控制器52或120可以基于排放控制装置的温度与参考温度(诸如点火温度)的比较来产生控制信号58。如前面所讨论的，可以基于温度传感器(诸如热电偶)或者基于线圈的阻抗的变化来确定排放控制装置的温度。以这种方式，可以产生在低于点火的温度下激活感应加热并且当达到点火温度时停用感应加热的控制信号58。控制器52或120还可以产生响应于由例如线圈电压的存在和低线圈电流或无线圈电流指示的线圈的无负载状况来暂停对排放控制装置的感应加热的控制信号58。此外，控制器52或120可以监视电磁场发生器300的一个或多个部件(特别是功率放大器304)的温度。控制器52或120可以产生当温度超过温度阈值时中止对排放控制装置的感应加热的控制信号58以避免对于电磁场发生器300的功率放大器304和/或其他部件的损坏。

电磁场发生器300通过选择性地产生被施加于金属线圈20的功率信号以引起对排放控制装置的感应加热来对控制信号58做出响应。电磁场发生器300的操作例如是在电压消耗峰和谷期间通过调整功率信号的频率以控制传送到线圈的功率来保持固定的功率消耗。

在各种实施例中，振荡器306(诸如电压控制的振荡器、环形振动器或其他振荡器电路)被构造为产生功率信号。具体地说，振荡器在控制器308的控制下进行操作以调整功率信号的频率、从而使功率传送稳定。例如，控制器308可以监视线圈电流、线圈电压、线圈电阻、线圈电感或其他线圈阻抗、AC源64的电流消耗和/或其他操作参数，并且包括查找表、状态机或迭代控制算法以便选择提升功率因子的频率，以与包括线圈的储能电路的谐振频率匹配，或者要不然使磁场发生器300传送到催化转换器基板的传导部件的功率稳定或以其他方式改进和/或稳定。

功率放大器304(诸如A类、B类、C类、D类或E类(包括它们的组合)功率放大器)被构造为放大功率信号以在功率放大器304的输出处产生放大的功率信号来驱动线圈。功率放大器304可以包括一个或多个晶体管，诸如双极结型晶体管、绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和/或其他功率晶体管。在各种实施例中，功率放大器304作为开关进行操作以在其输出处产生AC功率信号。

阻抗匹配网络302被配置为使功率放大器304的输出与线圈是阻抗匹配的。具体地说，阻抗匹配网络302可以包括与线圈(诸如金属线圈20)形成谐振储能电路的一个或多个电容器，以及可选地成Pi网络、L网络或其他阻抗匹配电路配置的一个或多个其他的反应阻抗(诸如电容器和/或电感器)。在各种实施例中，控制器308被配置为调整阻抗匹配网络的阻抗以改善功率传送。例如，控制器308可以监视线圈电流、线圈电压、线圈消耗、AC源64的功率信号频率和/或其他操作参数，并且包括查找表、状态机或迭代控制算法以便控制可调阻抗以提升功率因子，以与包括线圈的储能电路的阻抗匹配，或者要不然最大化或以其他方式提升磁场发生器300传送到催化转换器基板的传导部件的功率以用于提升感应加热。

电磁场发生器300可选地包括备用电源305，备用电源305包括在电磁场发生器300不在工作或者来自车辆的剩余功率以其他方式可用时的时间段期间被车辆充电的电容器、可再充电电池或其他可再充电储存装置。在所述系统的操作由于车辆功率供应系统上的负载高而不一致/间歇的情况下，备用电源305向电磁场发生器300提供补充功率以使得控制和感应系统能够不间断地操作，诸如控制为它的指定/目标输出水平。

考虑以下例子，振荡器306产生一个或多个切换信号，诸如大体上具有50％占空比(例如，45％-55％)的方波。功率放大器304继而通过在0VDC和更高电压之间切换来供应高电压/高电流版本的功率信号。在各种实施例中，功率放大器304经由H切换绝缘栅双极晶体管电路实现，该H切换绝缘栅双极晶体管电路由振荡器306产生的相位不同、频率相同的大体上具有50％占空比信号的两个方波信号控制。切换信号在切换期间具有“死区时间”，在该死区时间内，两个信号都不为高。这使得H切换绝缘栅双极晶体管电路中的开关元件在下一个元件接通之前完全切断。这防止“击穿”，即当两个开关元件闭合或部分闭合时造成短路的状况。

控制器308通过调整功率信号的频率来控制传送到金属线圈20的功率。金属线圈20的谐振频率由以下方程给出：

其中：F_RES是金属线圈的谐振频率(以Hz为单位)。

L是金属线圈20的电感(以亨利为单位)。

C是阻抗匹配网络302的谐振电容的电容(以法拉为单位)。

最大功率在其谐振频率处被传送到金属线圈20。当频率增大到高于谐振时，被传送到金属线圈20的功率下降。在各种实施例中，控制器308监视功率信号的电压和/或电流，并且基于功率信号的电压来调整功率信号的频率以控制被传送到线圈(被传送到金属线圈20)的功率。具体地说，可以基于线圈电压来动态地选择功率信号的频率，以在例如初始化时间段之后与期望的功率设置点匹配的恒定功耗来消耗电流。这可以通过经由电压传感器或电流传感器监视线圈电压和/或电流并且使用控制器308对功率信号频率进行经验调整来实现。这允许磁场发生器300在静止时间段期间在11伏到13.5伏下以相同的功率进行操作并且还适应由于温度而导致的材料性质变化。当排放控制装置的温度升高时，感应线圈电阻和加热金属丝电感将改变。功率信号的频率的调谐调整可以确保温度不会不利地影响功耗。

在各种实施例中，控制器308确定被传送到金属线圈20的功率，将被传送到线圈的功率与功率设置点进行比较，并且基于被传送到线圈的功率与功率设置点的比较来选择功率信号的频率。控制器308可以通过以下操作来选择功率信号的频率：

(a)当被传送到金属线圈20的功率低于功率设置点时，降低功率信号的频率；并且

(b)当被传送到线圈的功率高于功率设置点时，提高功率信号的频率。

例如，功率信号的频率可以被调整在最大频率限值和最小频率限值之间。最大频率限值可以被设置为高于金属线圈20的谐振频率的预定频率，诸如谐振频率的150％、谐振频率的200％或某个其他的值。最小频率限值可以被设置为金属线圈20的谐振频率。

线圈的谐振频率可以基于周围状况而变化，并且还基于金属线圈20在操作期间的电感变化而变化。在各种实施例中，控制器20可以经由测量过程来确定线圈的初始谐振频率。另外，控制器20可以通过重复测量过程来确定线圈的谐振频率变化。例如，控制器20可以运行功率信号的频率扫描或者经由另一迭代测量过程来操作，以确定F_RES作为功率传送达到峰值时的频率。例如，测量过程可以在引擎启动时运行，在向上运行到期望温度设置点期间和/或在感应加热否则将被关闭时(诸如在已经达到温度设置点时的时间段期间)周期性地重新运行。进一步的例子结合图28和图29呈现。

在各种实施例中，控制器308可以通过在高频(诸如最大频率限值)处开始功率信号并且在预定的时间量(诸如2秒、5秒、10秒或某个其他的值)内斜降到加热频率来发起感应加热。这防止在开启期间进入金属线圈20的高的初始电流浪涌或电压尖峰。一旦达到加热频率，功率输出就保持加热时间段，然后功率信号被关闭。

在各种实施例中，功率信号的频率可以由控制器308按不同大小的离散的频率步长(诸如大频率步长和小于大频率步长的小频率步长)选择。例如，当功率设置点有变化时，可以按大频率步长调整功率信号的频率，直到达到新的功率设置点为止。当功率设置点没有变化时，可以按小频率步长调整功率信号的频率，以便使功率传送保持在功率设置点处或附近。下面呈现示例性算法：

1.如果操作功率设置点改变，则将步长大小设置为大。

2.测量操作功率水平。

3.如果达到功率设置点，则不改变频率。如果小于设置点，则按步长大小降低频率，否则按步长大小提高频率。不超过最大频率限值或最小频率限值。

4.测量新的操作功率水平。

5.如果步长大小被设置为大：

a.如果尚未达到或超过设置点，则进入步骤3。

b.否则，已经达到或超过设置点。将步长大小设置为小，并且进入步骤3。

在另一操作模式下，一旦针对与最大功率传送相对应的一组操作状况确定了谐振频率，就可以通过使用谐振频率、但是在一段时间段(例如，100毫秒、500毫秒、1秒、2秒或某个更大或更小的时间段)期间脉冲化开启功率长达某些脉冲持续时间并且关闭功率长达该时间段的其余部分，由控制器308将功率调节到更低的功率设置点。平均功率可以对应于期望的功率设置点，而感应消耗在所述时间段的功率开启部分内将大于功率设置点，并且在所述时间段的其余部分内为零。如果金属线圈20的谐振频率例如由于线圈电感变化而改变，则控制器308可以通过运行频率扫描或其他迭代测量过程并且确定谐振频率为到线圈的功率传送最大的频率来周期性地确定新的谐振频率。使用谐振频率可以产生更大的热效率和电效率。峰值时间段和关闭(零功率)时间段的平均值生成总体期望的加热/功率。如果例如期望的功率设置点是最大功率的90％，则谐振频率可以被以90％占空比应用于金属线圈20——功率信号被应用于线圈的时间的90％，而在该时间的其余10％，线圈可以被关闭。另外，频率和脉冲持续时间这二者的调节都可以被应用于对于金属线圈20的功率传送的控制。

虽然前述控制方法主要集中于车辆系统和50％占空比，但是在一些应用(包括采矿应用或工业应用)中，更高的占空比可以被应用于排放控制装置的加热。虽然控制器30被示为与控制器52和120是分开的，但是应注意，控制器308的功能性可以同样地被合并在所述其他控制装置中的任何一个中以便经由单个处理器、电路或其他装置来实现。

虽然没有被明确地示出，但是控制器52或120和/或其他控制器可以耦合到用于存储操作参数的存储器和/或显示器(诸如车辆显示器或监视器)以用于供包含排放控制装置的车辆或其他系统的操作者进行诊断和/或审查。操作参数(诸如温度、电压、电流、谐振频率、到点火的时间和其他操作状况以及错误状况和其他数据)可以被存储、显示和/或输出，例如，作为图形和/或文本文件、csv文件或其他数据文件。正常的操作可以被指示，并且错误消息可以被产生以确保操作者、车辆和感应加热系统的安全。实时的电压、电流、频率和功率可以与排放控制装置的温度一起存储和显示。连接安全检查的结果可以被存储和显示，从而指示存在负载并且线圈在感应加热被发起之前被附连，或者如果没有找到负载，指示出现故障。功率放大器304的温度和/或正常操作温度和超温故障的指示可以被显示。

虽然前面已经集中于谐振频率的测量用于排放控制系统的感应加热的控制，但是谐振频率变化也可以用于其他目的。谐振频率的值可以随着时间而被存储，并且被用于监视和指示排放控制系统的寿命周期劣化。此外，谐振频率可以被与高寿命周期阈值频率和/或低寿命周期阈值频率进行比较。如果测得的谐振频率超过这些界限中的任何一个，则控制器52或120或其他控制器可以产生已经达到排放控制装置的最大寿命的指示。作为响应，感应加热系统可以被控制器52或120或其他控制器停用，和/或对应的故障指示可以被显示。

在另一例子中，谐振频率可以用于检测管脚的居里(Curie)温度或管脚或磁通量集中器的磁饱和限值，并且用作停用感应加热的触发以避免由大幅度的负载变化引起的失控状况或其他系统不稳定性。谐振频率的变化速率可以在感应加热被激活时被跟踪，并且与变化阈值速率进行比较。一直到居里温度或饱和限值，谐振频率的变化速率随着时间是相对恒定的，因此某种程度上是可预测的。当达到居里点或饱和限值时，谐振频率的变化速率大幅度地增大。检测谐振频率的变化速率增大到高于变化速率阈值并且控制功率传送低于该阈值可以确保最大的功率递送、最大的效率、因此最大程度的加热。事实上，对于商业部署的系统，对示例性测试系统进行预测试以确定所述系统或其组件发生损坏时的输入，包括居里点和饱和限值。与测试系统类似的用于商业部署的系统的控制软件被用来限制输入以避免这种损坏的任何风险。

图24是根据本公开的实施例的电磁场发生器300的框图表示。具体地说，呈现了磁场发生器300，该磁场发生器包括结合图23描述的、用共同的标号指代的许多共同的功能和特征。然而，在所示的实施例中，磁场发生器300包括多个线圈，诸如金属线圈20和单独的驱动路径350、352等。

控制器308进行操作以响应于一个或多个控制信号58来控制每个金属线圈20的操作。除了结合图23描述的功能和特征之外，控制器308还响应于控制信号58进行操作以选择性地启用和禁用单独的驱动路径350、352等以便激活所述多个线圈中的选定线圈。考虑控制信号58命令AC源64在特定时间仅生成最大功率的一部分的情况。在这种情况下，线圈中的一个或多个可以通过禁用它们的对应的(一个或多个)驱动路径而被停用以便产生更精细的控制。因为线圈在被驱动时基于互感的变化来修改彼此的电感，所以激活和停用各种线圈可以伴随着如下调整：对对应的(一个或多个)匹配电路302的一个或多个阻抗的调整和/或对激活的驱动路径的对应的(一个或多个)振荡器306的频率的调整，以便提升功率因子、调整包括线圈的储能电路的谐振频率、将线圈的谐振频率调整为与驱动频率匹配、或以其他方式最大化或以其他方式提升由磁场发生器300传送到排放控制装置的传导部件的功率从而改善感应加热。

图25是根据本公开的实施例的随着时间而变化的控制设置点的图解图400。具体地说，示出了例如在控制信号58中包括的控制设置点402。控制设置点402可以用于控制磁场发生器(诸如结合图23-24呈现的磁场发生器300或与引擎相关联的排放控制装置的其他感应加热元件)的操作。

在时间t₀，启动与排放控制装置相关联的引擎。控制设置点402实现在时间t₁激活线圈的感应加热并且设置初始功率设置点P₁之前的启动延迟。启动延迟允许电磁场发生器300被初始化，并且允许电池电压可以在线圈被命令接通之前潜在地稳定。如结合图23所讨论的，电磁场发生器300通过对功率信号的频率进行调整以便达到功率设置点P₁并使传送到线圈的功率保持为功率设置点P₁来进行操作。

在时间t₂，停用线圈的感应加热，并且将功率设置点402重置为零，因为确定温度已经达到点火或者已经检测到错误状况(诸如无负载线圈状况或功率放大器超温状况)，或者因为预定的初始时间段已经届满。在时间t₃，在不存在错误状况的情况下，例如因为确定温度已经降至点火以下或者要使排放控制装置的温度保持处于或高于点火，重新激活线圈的感应加热，将功率设置点402设置为更低的值P₂。在时间t₄，再次停用线圈的感应加热，并且将功率设置点402设置为零。虽然在所示的例子中，在t₃和t₂之间存在延迟，但是具有功率设置点P₂的低功率程序可以被设置为在时间t₂的初始程序之后立即开始。

虽然功率设置点402被示为具有两个离散的值，但是在其他实施例中，可以使用更多的或更少的值。此外，呈现的定时仅仅是出于说明性的目的，并且不一定是按比例绘制的。

图26是根据本公开的实施例的随着时间而变化的功率信号的图解图410。具体地说，示出了线圈(诸如金属线圈20)处的功率信号412。如结合图23所讨论的，功率信号412是方波；然而，其他波形可以同样地被采用。

功率信号的周期为T_i，频率(以Hz为单位)为1/T_i。如前面所讨论的，功率信号412的功率可以被控制，和/或功率信号412可以被脉冲化地开启或关闭达受控百分比的时间(例如，具有受控的占空比)，以便控制到金属线圈20的功率传送。

图27是根据本公开的实施例的方法的流程图420。具体地说，呈现了用于与结合图1-26讨论的一个或多个功能和特征一起使用的方法。步骤422包括产生发起排放控制装置的感应加热的控制信号。步骤424包括响应于控制信号产生功率信号，其中，功率信号被施加于线圈以引起排放控制装置的感应加热。步骤424包括对功率信号的频率进行调整以控制被传送到线圈的功率。

图28是根据本公开的实施例的方法的流程图440。具体地说，呈现了用于与结合图1-26讨论的一个或多个功能和特征一起使用的方法。步骤442包括经由控制器(诸如控制器308或其他控制器)确定线圈(诸如金属线圈20)的谐振频率。步骤444包括经由控制器、基于线圈的谐振频率来选择功率信号的频率。步骤446包括经由控制器产生控制排放控制装置的感应加热的控制信号。步骤446包括经由交流(AC)源(诸如AC源64或其他AC源)并响应于控制信号来产生施加于排放控制装置附近的线圈以引起排放控制装置的感应加热的功率信号。

在各种实施例中，控制器通过迭代地调整功率信号的频率来确定线圈的谐振频率。例如，控制器可以在最小频率和最大频率之间按离散的频率步长来迭代地调整功率信号的频率。控制器可以进行操作以按离散的频率步长将功率信号的频率迭代地调整为多个候选频率、测量在所述多个候选频率处被传送到线圈的功率量、并且通过选择候选频率中与被传送到线圈的功率量中的峰值相对应的一个候选频率来确定线圈的谐振频率。控制器可以进行操作，从而更新线圈的谐振频率以补偿线圈的电感变化和/或选择功率信号的频率高于线圈的谐振频率。控制器可以进行操作以选择功率信号的频率为线圈的谐振频率并且通过控制AC源的占空比来控制被传送到线圈的功率量。

在各种实施例中，控制信号指示功率设置点，AC源确定被传送到线圈的功率，将被传送到线圈的功率与功率设置点进行比较，并且基于被传送到线圈的功率与功率设置点的比较来选择功率信号的频率。功率信号的频率可以选自最大频率限值和最小频率限值之间的候选频率。最大频率限值可以被选为高于线圈的谐振频率，和/或最小频率限值可以基于线圈的谐振频率而被确定。

图29是根据本公开的实施例的方法的流程图460。具体地说，呈现了用于与结合图1-28讨论的一个或多个功能和特征一起使用的用于确定线圈的当前谐振频率的方法。使用以下参数：

·Fres0，线圈谐振频率的先前计算的值，或者如果先前没有计算谐振频率，则为默认值

·Fmin，用于谐振频率的最小候选频率

·Fmax，用于谐振频率的最大候选频率

·Fstep，相邻的候选频率之间的频率步长大小

·Pthres，指示明显至可测的功率差的功率阈值

·F1，当前候选频率

·F2，下一个候选频率

·Fdir，频率搜索方向(要么为+1，要么为-1)

·P1，在F1处被传送到线圈的功率

·P2，在F2处被传送到线圈的功率

在各种实施例中，Fstep＝固定频率，诸如25Hz、50Hz、100Hz、250Hz或其他固定频率。Fmin＝18KHz，Fmax＝22KHz，然而，可以基于电容C和线圈的可能的电感L采用其他频率。Pthres＝固定功率差，诸如10W、25W、50W或100W，然而，可以基于测量准确度、期望的效率和最大功率传送使用更大或更小的值。

在步骤462中，将F1设置为Fres0，将Fdir设置为+1，将F2设置为F1+(Fdir*Fstep)，如果F2小于Fmin，则将F2修剪到Fmin，如果F2大于Fmax，则将F2修剪到Fmax。在步骤464中，测量P1和P2。在步骤466中，所述方法确定P2-P1的绝对量值是否超过Pthres。如果否，则所述方法继续进行到步骤468以确定F2是否在Fmin或Fmax处。如果否，则所述方法继续进行到步骤470，在步骤470中，将F2设置为F2+(Fdir*Fstep)，如果它小于Fmin，则将F2修剪到Fmin，如果F2大于Fmax，则将F2修剪到Fmax，并且所述方法返回到步骤464。如果F2既不是Fmin、也不是Fmax，则所述方法继续进行到步骤474。然而，如果在步骤466中P2-P1的绝对量值超过Pthres，则所述方法继续进行到步骤472。在步骤472中，所述方法确定P2是否大于P1。如果否，则所述方法也继续进行到步骤474，在步骤474中将Fdir设置为-Fdir，即，搜索方向反过来。在步骤478中，所述方法确定Fdir是否为+1。如果否，则所述方法继续进行到步骤480，在步骤480中将F2设置为F1+(Fdir*Fstep)，如果它小于Fmin，则将F2修剪到Fmin，如果F2大于Fmax，则将F2修剪到Fmax，并且所述方法继续进行到步骤464。否则，步骤478继续进行到步骤482，在步骤482中将Fres设置为F1。如果P2大于P1，则所述方法直接继续进行到步骤480并且转到步骤464。

虽然呈现了用于确定当前谐振频率的特定算法，但是可以采用其他迭代测量过程。例如，可以执行穷举搜索算法，在该算法中，在Fmax和Fmin之间的所有候选频率处测量到线圈的功率传送(按步长大小为Fstep的离散间隔)，其中谐振频率被选为具有最高功率传送的候选频率。其他搜索算法可以同样地被采用，包括具有自适应步长大小的梯度搜索算法、斐波那契(Fibonacci)搜索算法、贝叶斯(Bayesian)搜索算法、遗传搜索、或确定使到线圈的功率传送最大化的频率的其他优化算法。

如前面所讨论的，谐振频率测量过程可以在引擎启动时运行，在上升到期望的温度设置点期间和/或在感应加热否则将被停用时(诸如在已经达到或超过温度设置点时的时间段期间、当感应加热处于脉冲化控制并且关闭时的停机时间、和/或当感应系统未在运行的其他时间)被周期性地重新运行。在这些时间段期间，当与正常感应加热期间所用的功率相比时，谐振频率测量过程可以在非常低的功率水平下、以最小的感应加热效果和非常低的耗用功率运行。

考虑基于由谐振频率变化指示的线圈的阻抗变化来确定排放控制装置的温度的情况。在已经达到点火温度并且感应加热已经停用之后测得的温度可以被控制器52、120或308用来检测排放控制系统的冷却，并且被用作用于重新激活感应加热的基础。此外，以这种方式测得的温度可以被引擎控制器用于其他目的。

图30是根据本公开的实施例的温度滞后曲线的图解图500。如前面所讨论的，排放控制装置的温度(更具体地说，基板的温度)可以用于控制感应加热。此外，可以基于线圈的阻抗变化来确定排放控制装置的温度。

在各种实施例中，控制器(诸如控制器52、120或308)通过确定线圈(诸如金属线圈20)的谐振频率并且产生控制经由线圈对排放控制装置的感应加热的控制信号(诸如控制信号58或其他控制信号)来进行操作。交流(AC)源(诸如AC源64或其他AC源)通过选择性地对线圈产生功率信号以促进经由线圈对排放控制装置的感应加热来对控制信号做出响应。在各种实施例中，产生所述控制信号可以包括：基于温度滞后曲线和线圈的谐振频率来确定排放控制装置的温度；并且产生控制信号以命令AC源产生通过将排放控制装置的温度与一个或多个温度阈值进行比较来选择性地激活和停用感应加热的控制信号。

呈现了指示排放控制装置的基板的温度和线圈的电感之间的关系的示例性温度滞后曲线502。温度滞后曲线502包括低于中间线504的第一部分506和高于中间线504的第二部分508，第一部分506对应于排放控制装置的感应加热被激活时，第二部分508对应于排放控制装置的感应加热被停用时。当感应加热被激活时，基板和管脚的温度主要是感应加热的函数。当感应加热被停用时，基板和管脚的温度更多的是引擎RPM和由废气的温度引起的加热和/或冷却的函数。该温度滞后效果可以例如被控制器用来对感应加热应用不同的频率调谐——基于起始点在滞后曲线上给定功率水平处的地方。

所示的温度滞后曲线502用这两种不同的状态的不同的温度/电感关系提供对这些差异的校正。考虑以下例子。测量谐振频率F_res。如下确定线圈的电感：

L＝1/(8Cπ²F_res ²)＝L1

如下确定基板的温度T：

T＝T1，如果感应加热被激活

T＝T2，如果感应加热被停用

以这种方式，可以近似地测量陶瓷基板的温度，并且可以产生在低于点火的温度下发起感应加热并且当达到或超过点火温度时中止加热的控制信号。

虽然特定的温度滞后曲线被呈现为电感的函数，并且不管感应加热是否被激活，其他变量或附加变量(诸如引擎RPM、周围温度、由氧传感器产生的或来自车辆的其他排放传感器的排放数据144、其他车辆控制数据125和/或来自引擎操作或其他车辆传感器的其他参数)的函数可以同样地被用来提高温度测量的准确度。在这种情况下，查找表可以存储温度测量结果的三维数据库，这些温度测量的索引编排不仅是按照谐振频率和开/关感应加热状态，而且还按照这些其他参数中的一个或多个。此外，虽然前面讨论了线圈电感和谐振频率之间的转换，但是在其他实施例中，温度滞后曲线可以被直接表示为线圈的谐振频率的函数。另外，虽然温度滞后曲线是用曲线图呈现的，但是温度滞后曲线可以在控制器(诸如控制器52、120或308)中实现为查找表、状态机或控制算法。

图31是根据本公开的实施例的方法的流程图520。具体地说，呈现了用于与结合图1-30讨论的一个或多个功能和特征一起使用的、用于确定线圈的当前谐振频率的方法。步骤522包括经由控制器确定线圈的谐振频率。步骤524包括经由控制器、基于线圈的谐振频率来产生控制排放控制装置的感应加热的控制信号。步骤526包括经由交流(AC)源并且响应于控制信号、产生到线圈的功率信号以促进经由线圈对排放控制装置进行感应加热。

在各种实施例中，产生控制信号包括：基于温度滞后曲线和线圈的谐振频率来确定排放控制装置的温度；并且当排放控制装置的温度低于温度阈值时，产生所述控制信号以命令AC源产生所述控制信号。确定排放控制装置的温度可以包括：基于线圈的谐振频率来确定线圈的电感；并且其中，温度滞后曲线包括第一部分和第二部分，第一部分使当排放控制装置的感应加热被激活时线圈的电感与排放控制装置的温度相关，所述第二部分使当排放控制装置的感应加热被停用时线圈的电感与排放控制装置的温度相关。

在各种实施例中，温度滞后曲线可以包括第一部分和第二部分，第一部分对应于排放控制装置的感应加热被激活时，第二部分对应于排放控制装置的感应加热被停用时。控制信号可以指示AC源的开启状态或AC源的关闭状态。AC源可以通过激活经由线圈对排放控制装置的感应加热来对控制信号的开启状态做出响应，并且通过停用经由线圈对排放控制装置的感应加热来对控制信号的关闭状态做出响应。

在各种实施例中，控制器通过迭代地调整功率信号的频率来确定线圈的谐振频率。例如，控制器在最小频率和最大频率之间以离散的频率步长迭代地调整功率信号的频率。在另一例子中，控制器以离散的频率步长将功率信号的频率迭代地调整为多个候选频率，测量在所述多个候选频率处被传送到线圈的功率量，并且通过选择候选频率中与被传送到线圈的功率量中的峰值相对应的一个候选频率来确定线圈的谐振频率。

图32是根据本公开的实施例的温度、电感和谐振特性的图解图530。具体地说，呈现了示出谐振频率F_res和线圈(诸如金属20)的电感L之间的关系的进一步的例子，该关系是在与图30的示图的比较中、当感应加热从周围温度进展到500℃时测得的，电感L是针对温度滞后曲线的与排放控制装置的感应加热被激活时的系统状态相对应的一部分呈现的。如所示，谐振频率F_res随着感应加热到更高温度而减小，而电感L增大。

如本文所使用的，术语“大体上”和“大致地”为其对应的项和/或项之间的相对性提供行业接受的容限。这样的行业接受的容限在小于1％到50％的范围内，并且对应于但不限于：分量值、集成电路处理变化、温度变化、上升时间和下降时间和/或热噪声。项之间的这种相对性在几个百分比的差异到巨大差异的范围内。如在本文中还可以使用的，术语“被配置为”、“可操作地耦合到”、“耦合到”和/或“耦合”包括项之间的直接耦合和/或项之间的经由中间项的间接耦合(例如，项包括但不限于部件、元件、电路和/或模块)，其中，对于间接耦合的例子，中间项不修改信号的信息，但是可以调整其电流水平、电压水平和/或功率水平。如在本文中可以进一步使用的，推断的耦合(即，其中一个元件通过推断耦合到另一元件)包括两个项之间以与“耦合到”的相同方式的直接耦合和间接耦合。如在本文中可以更进一步地使用的，术语“被配置为”、“可操作为”、“耦合到”和/或“可操作地耦合到”表示项包括当被激活时执行一个或多个其对应功能的功率连接、(一个或多个)输入、(一个或多个)输出等中的一个或多个，并且可以进一步包括与一个或多个其他的项目的推断的耦合。如在本文中可以更进一步地使用的，术语“与……相关联”包括单独的项的直接和/或间接耦合和/或一个项目嵌入在另一项内。

如在本文中可以使用的，术语“有利地比较”指示两个或更多个项、信号等之间的比较提供期望的关系。例如，当期望的关系是信号1具有大于信号2的量值，当信号1的量值大于信号2的量值时，或者当信号2的量值小于信号的量值时，可以实现有利的比较。如在本文中可以使用的，术语“不利地比较”指示两个或更多个项、信号等的比较未能提供期望的关系。

如在本文中还可以使用的，术语“处理模块”、“处理电路”、“处理器”和/或“处理单元”可以是单个处理装置或多个处理装置。这样的处理装置可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、和/或基于电路的硬译码和/或操作指令来操纵(模拟的和/或数字的)信号的任何装置。处理模块、模块、处理电路和/或处理单元可以是或者可以进一步包括存储器和/或集成存储器元件，该存储器和/或集成存储器元件可以是单个存储器器件、多个存储器器件和/或另一处理模块、模块、处理电路和/或处理单元的嵌入式电路。这样的存储器器件可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓存存储器、和/或存储数字信息的任何器件。注意，如果处理模块、模块、处理电路和/或处理单元包括多于一个的处理器件，则处理器件可以是集中式地安置的(例如，经由有线的和/或无线的总线结构直接耦合在一起)，或者可以是分布式地安置的(例如，通过经由局域网和/或广域网的间接耦合的云计算)。进一步注意，如果处理模块、模块、处理电路和/或处理单元经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现其一个或多个功能，则存储对应的操作指令的存储器和/或存储器元件可以被嵌入在包括该状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路内，或者在该电路的外部。更进一步地注意，存储器元件可以存储与附图中的一个或多个附图例示的步骤和/或功能中的至少一些步骤和/或功能相对应的硬译码的指令和/或操作指令，并且处理模块、模块、处理电路和/或处理单元执行这些指令。这样的存储器器件或存储器元件可以包括在制造品中。

上面已经借助于例示了指定功能的执行的方法步骤及其关系描述了一个或多个实施例。为便于描述，这些功能构建块和方法步骤的界限和顺序在本文中是任意定义的。可以定义替代的界限和顺序，只要指定的功能和关系被适当地执行即可。任何这样的替代界限或顺序因此在权利要求的范围和精神内。此外，为便于描述，这些功能构建块的界限是任意定义的。可以定义替代的界限，只要某些重要的功能被适当地执行即可。类似地，流程图方框在本文中可能也是任意定义的以例示某些重要的功能性。

在所使用的程度上，流程图方框界限和顺序可以是以其他方式定义的，并且仍执行某个重要的功能性。功能构建块和流程图方框和顺序的这种替代性定义因此在权利要求的范围和精神内。本领域普通技术人员还将认识到，功能构建块和其他说明性块、模块和其中的部件可以如例示的那样实现，或者用分立的部件、专用集成电路、执行适当的软件的处理器等类似装置或它们的任何组合来实现。

另外，流程图可以包括“开始”和/或“继续”指示。“开始”和“继续”指示反映了所呈现的步骤可以可选地合并在其他例程中或者以其他方式结合其他例程使用。在此背景下，“开始”指示所呈现的第一个步骤的开始，并且前面可以有未具体示出的其他活动。此外，“继续”指示反映了所呈现的步骤可以被执行多次，和/或后面可以有未具体示出的其他活动。此外，虽然流程图指示了步骤的特定排序，但是其他排序是同样可能的，前提条件是保持因果关系原则。

所述一个或多个实施例在本文中用于例示一个或多个方面、一个或多个特征、一个或多个构思、和/或一个或多个例子。设备、制造品、机器和/或处理的物理实施例可以包括参照本文所讨论的实施例中的一个或多个描述的方面、特征、构思、例子等中的一个或多个。此外，在不同图之间，实施例可以合并名称相同或类似的、可以使用相同的或不同的标号的功能、步骤、模块等，就这一点而论，这些功能、步骤、模块等可以是相同或类似的功能、步骤、模块等或不同的功能、步骤、模块等。

除非有相反的具体陈述，否则来往本文所呈现的附图中的任何一个附图中的元件的信号、和/或这些元件之间的信号可以是模拟的或数字的、连续时间的或离散时间的以及单端的或差分的。例如，如果信号路径被示为单端路径，则它还表示差分信号路径。类似地，如果信号路径被示为差分路径，则它还表示单端信号路径。虽然本文中描述了一个或多个特定的架构，但是其他的架构可以同样地实现，所述其他的架构使用未明确示出的一个或多个数据总线、元件之间的直接连接、和/或如本领域的普通技术人员所认识的其他元件之间的间接耦合。

术语“模块”被用于实施例中的一个或多个的描述中。模块经由诸如处理器或其他处理装置或者可以包括存储操作指令的存储器或与该存储器相关联地操作的其他硬件之类的装置来实现一个或多个功能。模块可以独立地操作和/或结合软件和/或固件操作。如本文中还使用的，模块可以包含一个或多个子模块，其中每个子模块均可以是一个或多个模块。

虽然本文中已经明确描述了一个或多个实施例的各种功能和特征的特定组合，但是这些特征和功能的其他组合是同样可能的。本公开不受本文所公开的特定例子的限制，并且明确地合并这些其他组合。

Claims (20)

1.一种排放控制系统，包括：

排放控制装置，具有多个通路以促进来自车辆引擎的废气的排放控制；

控制器，按以下步骤进行操作：

确定线圈的谐振频率；以及

基于所述线圈的谐振频率来产生控制信号以控制所述排放控制装置的感应加热，其中产生控制信号包括基于温度滞后曲线以及线圈的谐振频率来确定排放控制装置的温度，并且其中温度滞后曲线具有针对线圈的谐振频率的值的第一温度值和第二温度值；以及

交流AC源，通过选择性地产生到所述线圈的功率信号来响应所述控制信号，以促进经由所述线圈对所述排放控制装置的感应加热。

2.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中当所述线圈的感应加热被激活时，所述排放控制装置的温度被确定为针对线圈的谐振频率的值的第一温度值，当所述线圈的感应加热被停用时，所述排放控制装置的温度被确定为针对线圈的谐振频率的值的第二温度值，并且其中产生控制信号进一步包括：

当排放控制装置的温度低于温度阈值时，产生控制信号以命令AC源以产生控制信号。

3.根据权利要求2所述的排放控制系统，其中确定排放控制装置的温度包括：

基于线圈的谐振频率确定线圈的电感；以及

其中温度滞后曲线包括当线圈的感应加热被激活时将线圈的电感与排放控制装置的温度相关的第一部分，以及当线圈的感应加热被停用时将线圈的电感与排放控制装置的温度相关的第二部分。

4.根据权利要求2所述的排放控制系统，其中所述温度滞后曲线包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于所述排放控制装置的感应加热被激活的时候，所述第二部分对应于所述排放控制装置的感应加热被停用的时候。

5.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述控制信号指示所述AC源的开启状态或所述AC源的关闭状态。

6.根据权利要求5所述的排放控制系统，其中AC源通过经由线圈激活排放控制装置的感应加热来响应控制信号的开启状态。

7.根据权利要求5所述的排放控制系统，其中AC源通过经由线圈停用排放控制装置的感应加热来响应控制信号的关闭状态。

8.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中控制器通过迭代地调整功率信号的频率来确定线圈的谐振频率。

9.根据权利要求8所述的排放控制系统，其中控制器在最小频率和最大频率之间按离散的频率步长来迭代地调整功率信号的频率。

10.根据权利要求8所述的排放控制系统，其中控制器迭代地以离散的频率步长将所述功率信号的频率调整到多个候选频率，测量在所述多个候选频率处被传送到所述线圈的功率量，并且通过选择所述候选频率中与被传送到所述线圈的功率量中的峰值相对应的一个候选频率来确定所述线圈的谐振频率。

11.一种方法，包括：

经由控制器确定线圈的谐振频率；

经由控制器产生控制信号来基于线圈的谐振频率来控制排放控制装置的感应加热，其中产生控制信号包括基于温度滞后曲线和线圈的谐振频率确定排放控制装置的温度，并且其中温度滞后曲线具有针对线圈的谐振频率的值的第一温度值和第二温度值；以及

经由交流AC源并且响应于控制信号选择性地产生到线圈的功率信号以促进经由线圈对排放控制装置的感应加热。

12.根据权利要求11所述的方法，其中当线圈的感应加热被激活时排放控制装置的温度被确定为针对线圈的谐振频率的值的第一温度值，并且当线圈的感应加热被停用时排放控制装置的温度被确定为针对线圈的谐振频率的值的第二温度值，并且其中产生控制信号进一步包括：

当所述排放控制装置的温度低于温度阈值时，产生所述控制信号以命令所述AC源产生所述功率信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中确定排放控制装置的温度包括：

基于线圈的谐振频率来确定线圈的电感；以及

其中温度滞后曲线包括当线圈的感应加热被激活时将线圈的电感与排放控制装置的温度相关的第一部分，以及当线圈的感应加热被停用时将线圈的电感与排放控制装置的温度相关的第二部分。

14.根据权利要求12所述的方法，其中温度滞后曲线包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于所述排放控制装置的感应加热被激活的时候，所述第二部分对应于所述排放控制装置的感应加热被停用的时候。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制信号指示所述AC源的开启状态或所述AC源的关闭状态。

16.根据权利要求15所述的方法，其中AC源通过经由线圈激活排放控制装置的感应加热来响应控制信号的开启状态。

17.根据权利要求16所述的方法，其中AC源通过经由线圈停用排放控制装置的感应加热来响应控制信号的关闭状态。

18.根据权利要求11所述的方法，其中控制器通过迭代地调整功率信号的频率来确定线圈的谐振频率。

19.根据权利要求18所述的方法，其中控制器在最小频率和最大频率之间按离散的频率步长来迭代地调整功率信号的频率。

20.根据权利要求18所述的方法，其中控制器迭代地以离散的频率步长将所述功率信号的频率调整到多个候选频率，测量在所述多个候选频率处被传送到所述线圈的功率量，并且通过选择所述候选频率中与被传送到所述线圈的功率量中的峰值相对应的一个候选频率来确定所述线圈的谐振频率。

Images