混合催化劑輻射預加熱系統的製作方法
2024-04-08 13:16:05
本公開涉及排氣系統的催化轉化器。
背景技術：
這裡提供的背景描述用於總體上展現本公開背景的目的。在本背景技術部分中描述的當前署名發明人的工作以及在申請時不得以其它方式作為現有技術的說明書中的各方面，既不明確地也不隱含地被承認為牴觸本公開的現有技術。
催化轉化器被用於內燃發動機（ICE）的排氣系統中以減少排放。作為示例，三效催化劑轉化器（TWC）減少排氣系統內的氮氧化物、一氧化碳和碳氫化合物。三效轉化器將氮氧化物轉化為氮和氧、將一氧化碳轉化為二氧化碳、並且使未燃碳氫化合物氧化以產生二氧化碳和水。
催化轉化器通常開始工作的平均起燃溫度是大約200-350℃。因此，催化轉化器在發動機的冷啟動時發生的暖機時段期間不工作或者提供微小的減排。在暖機時段之後，催化轉化器的操作溫度可以是大約400-900℃。催化轉化器的效率隨著操作溫度的增加而改善。基於所述原因，催化轉化器在冷啟動時越快地增加到起燃溫度，則排氣系統的減排性能越好。
混合電動車輛可以包括ICE和一個或多個電動馬達。ICE可以具有帶有催化轉化器的排氣系統。ICE可以被重複地停用和/或被停用延長的時間段以節約燃料。當ICE被停用時，催化轉化器的溫度降低。啟動/停止車輛（start/stop vehicle）包括ICE並且在例如ICE空閒時段中並且/或者當該啟動/停止車輛的速度是0 m/s時停用ICE。結果，催化轉化器在啟動混合電動車輛和啟動/停止車輛時可能提供有限的減排性能。
技術實現要素：
在一個實施例中，提供了催化劑加熱系統。催化劑加熱系統包括監測模塊、模式選擇模塊和電加熱催化劑（EHC）控制模塊。監測模塊監測（i）發動機的排氣系統中的催化劑組件的第一有效容積和（ii）催化劑組件的非EHC的第一溫度中的至少一者。模式選擇模塊被設置成基於第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非EHC輻射加熱模式並且產生模式信號。EHC控制模塊基於模式信號使EHC的溫度增加到大於穩定溫度的升高溫度。穩定溫度大於催化劑起燃溫度。
在其他特徵中，提供了操作催化劑加熱系統的方法，該方法包括：監測（i）發動機的排氣系統中的催化劑組件的第一有效容積和（ii）催化劑組件的非EHC的第一溫度中的至少一者。基於第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非EHC輻射加熱模式並且產生模式信號。基於模式信號使EHC的溫度增加到大於穩定溫度的升高溫度。穩定溫度大於催化劑起燃溫度。
本發明還提供了以下技術方案。
方案1. 一種催化劑加熱系統，包括：
第一監測模塊，其監測下列各項中的至少一項：(i)發動機的排氣系統中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；
模式選擇模塊，其設置成基於第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式並且產生模式信號；以及
電加熱催化劑控制模塊，其基於所述模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大於穩定溫度的升高溫度，
其中，穩定溫度大於催化劑起燃溫度。
方案2. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，其中：
當發動機被停用時，電加熱催化劑控制加熱模塊經由電加熱催化劑加熱電路向電加熱催化劑供應電流以增加電加熱催化劑的溫度；以及
當發動機的火花和燃料被禁用時，發動機被停用。
方案3. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，還包括第一比較模塊，其將第一有效催化劑容積與預定有效容積相比較並且產生第一比較信號，
其中，當第一比較信號指示出第一有效催化劑容積小於預定有效容積時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。
方案4. 根據方案3所述的催化劑加熱系統，還包括第二比較模塊，其將催化劑組件的第二有效催化劑容積與有效啟動容積相比較並且產生第二比較信號，
其中，當第二比較信號指示出第二有效催化劑容積大於有效啟動容積時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑穩定模式。
方案5. 根據方案4所述的催化劑加熱系統，其中，有效啟動容積是在啟動發動機之前所要求的催化劑組件的最小有效容積。
方案6. 根據方案4所述的催化劑加熱系統，其中，電加熱催化劑控制模塊：
在電加熱催化劑輻射加熱模式期間將電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度；以及
在電加熱催化劑穩定模式期間將電加熱催化劑的溫度減小到穩定溫度。
方案7. 根據方案4所述的催化劑加熱系統，還包括所述電加熱催化劑，
其中，電加熱催化劑在輻射加熱模式期間輻射地加熱非電加熱催化劑，以及
其中，電加熱催化劑在電加熱催化劑穩定模式期間與在輻射加熱模式期間相比提供更少的對非電加熱催化劑的輻射加熱。
方案8. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，還包括第一比較模塊，其將第一溫度與催化劑起燃溫度相比較並且產生第一比較信號，
其中，當第一比較信號指示出第一溫度小於催化劑起燃溫度時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。
方案9. 根據方案8所述的催化劑加熱系統，還包括第二比較模塊，其將非電加熱催化劑的第二溫度與啟動溫度相比較並且產生第二比較信號，
其中，當第二比較信號指示出第二溫度大於啟動溫度時，模式選擇模塊選擇電加熱催化劑穩定模式。
方案10. 根據方案10所述的催化劑加熱系統，其中，啟動溫度是啟動發動機之前所要求的最小催化劑溫度。
方案11. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，其中：
啟動溫度大於催化劑起燃溫度；以及
啟動溫度小於升高溫度。
方案12. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，還包括催化劑組件，其中：
催化劑組件包括非電加熱催化劑和電加熱催化劑；
電加熱催化劑在非電加熱催化劑的上遊；以及
電加熱催化劑控制模塊在輻射加熱模式期間控制從電加熱催化劑到非電加熱催化劑的熱傳遞。
方案13. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，電加熱催化劑控制模塊基於發動機速度信號將催化劑組件的電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度。
方案14. 根據方案1所述的催化劑加熱系統，當發動機的速度小於預定速度時，電加熱催化劑控制模塊將催化劑組件的電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度。
方案15. 一種操作催化劑加熱系統的方法，包括：
監測下列各項中的至少一項：(i)發動機的排氣系統中的催化劑組件的第一有效容積，和(ii)催化劑組件的非電加熱催化劑的第一溫度；
基於第一有效催化劑容積和第一溫度中的至少一者來選擇非電加熱催化劑輻射加熱模式並且產生模式信號；以及
基於模式信號將電加熱催化劑的溫度增加到大於穩定溫度的升高溫度，
其中，穩定溫度大於催化劑起燃溫度。
方案16. 根據方案16所述的方法，還包括：
將第一有效催化劑容積與預定有效容積相比較並且產生第一比較信號，以及
當第一比較信號指示出第一有效催化劑容積小於預定有效容積時，選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。
方案17. 根據方案17所述的方法，還包括：
將催化劑組件的第二有效催化劑容積與有效啟動容積相比較並且產生第二比較信號；以及
當第二比較信號指示出第二有效催化劑容積大於有效啟動容積時，選擇電加熱催化劑穩定模式。
方案18. 根據方案18所述的方法，包括：
在電加熱催化劑輻射加熱模式期間將電加熱催化劑的溫度增加到升高溫度；以及
在電加熱催化劑穩定模式期間將電加熱催化劑的溫度減小到穩定溫度，
其中，電加熱催化劑在電加熱催化劑穩定模式期間被停用。
方案19. 根據方案16所述的方法，還包括：
將第一溫度與催化劑起燃溫度相比較並且產生第一比較信號；以及
當第一比較信號指示出第一溫度小於催化劑起燃溫度時，選擇電加熱催化劑輻射加熱模式。
從本文提供的描述中將明白進一步的應用領域。應當理解，描述和具體示例僅僅用於說明的目的並且不旨在限制本公開的範圍。
附圖說明
本文描述的附圖僅用於說明目的並且不旨在以任何方式限制本公開的範圍。
圖1是結合了根據本公開的催化劑加熱系統的示例性發動機系統的功能框圖；
圖2是另一發動機系統和根據本公開的相應催化劑加熱系統的功能框圖；
圖3是根據本公開的發動機控制模塊的功能框圖；
圖4圖示出根據本公開的操作催化劑加熱系統的方法；以及
圖5是圖示出圖4的方法的三個模式的熱催化劑組件圖。
具體實施方式
以下描述本質上僅僅是示例性的，並且決不旨在限制本公開及其應用或使用。為了清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標記來標識相似的元件。如本文使用的，短語「A、B和C中的至少一個」應當理解成使用非排他性邏輯「或」的邏輯（A或B或C）。應當理解，在不改變本公開原理的情況下可以以不同順序執行方法中的步驟。
如本文使用的，術語「模塊」可以指代下列各項或者是下列各項的一部分或者包括下列各項：專用集成電路（ASIC）、電子電路、執行一個或多個軟體或固件程序的處理器（共享、專用或群組）和/或存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其他合適部件。
在圖1中，示出了包括催化劑加熱系統12的示例性發動機系統10。發動機系統10可以是混合電動車輛系統、充電式混合電動車輛系統、起動/停止車輛系統、部分零排放車輛（PZEV）系統、超低排放車輛（SULEV）系統或者其他更嚴格排放車輛系統（例如SULEV20）等。發動機系統10包括具有排氣系統16的發動機14。排氣系統16包括催化轉化器（CC）18。催化劑加熱系統12加熱CC 18中的（一個或多個）催化劑（催化劑組件）。催化劑加熱系統12可以在起動發動機14之前加熱該（一個或多個）催化劑。雖然發動機系統10被示出為火花點火式發動機，但是發動機系統10作為示例被提供。催化劑加熱系統12可以應用在各種其他發動機系統上，例如柴油發動機系統。
發動機系統10包括發動機14，發動機14燃燒空氣和燃料的混合物以產生驅動轉矩。空氣經過空氣過濾器20進入發動機14。空氣經過空氣過濾器20並且可以被吸入渦輪增壓器22。渦輪增壓器22（在被包括時）壓縮新鮮空氣。壓縮越大，發動機14的輸出就越大。壓縮的空氣在進入進氣歧管26之前經過空氣冷卻器24（在被包括時）。
進氣歧管26內的空氣被分配到氣缸28中。燃料被燃料噴射器30噴射到氣缸28中。火花塞32點燃氣缸28中的空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物的燃燒產生排氣。排氣離開氣缸28進入到排氣系統16中。
催化劑加熱系統12包括排氣系統16和發動機控制模塊（ECM）40。排氣系統16包括CC 18、ECM 40、排氣歧管42和催化劑加熱電路44。作為示例，CC 18可以包括三效催化劑（TWC）。CC 18可以還原氮氧化物NOx、使一氧化碳（CO）氧化並且使未燃碳氫化合物（HC）和揮發性有機化合物氧化。CC 18基於後燃燒空/燃比使排氣氧化。氧化的量使得排氣的溫度增加。
CC 18包括電加熱催化劑（EHC）48和非EHC 50。EHC 48被主動地加熱。非EHC 50通過相鄰熱傳遞和/或輻射熱傳遞而被被動地加熱。EHC 48和非EHC 50可以指單一催化劑的不同部分或者可以是不同的相鄰催化劑。僅舉例來說，EHC 48可以具有CC 18的總催化劑質量的大約20%。非EHC 50可以具有總催化劑質量的大約70-80%。附加的非EHC 51可以與EHC 48相鄰並且在EHC 48的上遊。非EHC 51可以由於來自EHC 48的相鄰和/或輻射熱傳遞而增加溫度。EHC 48從催化劑加熱電路44接收選定的電流和/或選定的電壓。對EHC 48而不是非EHC 50進行電加熱允許快速激活EHC 48以便於循環外減排（off cycle emission reduction）。
催化劑加熱電路44包括一個或多個端子。在所示的示例中，提供兩個端子：供電端子52以及接地或返回端子54。在所示的示例中，EHC 48可以執行為端子52、54之間的電阻元件並且從供電端子52接收電流。在電流被供應到供電端子52時，EHC 48的溫度增加。這允許EHC 48在發動機14未被啟用時增加到運行溫度或激活溫度（例如≥催化劑起燃溫度）。當發動機14的火花和燃料被啟用時，發動機14被啟用。不同的電壓電平可以被施加於端子52、54，例如12V-42V。可以使用大於42V的電壓電平。供應到端子52、54的功率可以來自於包括混合動力車輛蓄電池、充電式蓄電池、和/或鋰離子蓄電池的功率源。
任選地，EGR閥（未示出）使排氣的一部分再循環返回到進氣歧管26中。排氣的剩餘部分被引導到渦輪增壓器22中以驅動渦輪機。渦輪機有利於從空氣過濾器20接收的新鮮空氣的壓縮。排氣從渦輪增壓器22流至CC 18。
發動機系統10還可以包括混合動力控制模塊（HCM）60和一個或多個電動馬達62。HCM 60可以是ECM 40的一部分或者可以是獨立式控制模塊，如圖所示。HCM 60控制（一個或多個）電動馬達62的運轉。（一個或多個）電動馬達62可以補充和/或取代發動機14的功率輸出。（一個或多個）電動馬達62可以用於調整發動機14的速度（即，發動機14的曲軸66的旋轉速度）。
催化劑加熱系統12可以以一個或多個催化劑加熱模式運轉，例如EHC輻射加熱模式和非EHC穩定模式。催化劑加熱系統12可以在發動機14被停用時以催化劑加熱模式運轉。當通向發動機14的火花和燃料被禁用時，發動機14被停用。催化劑加熱模式包括啟用催化劑加熱電路44來加熱EHC 48。ECM 40在催化劑加熱模式期間控制供應到端子52、54的電流和電壓以及EHC 48的加熱時間。EHC輻射加熱模式包括將EHC 48加熱到升高溫度，該升高溫度與向非EHC 50提供預定水平的輻射熱傳遞相關聯。非EHC穩定模式包括使EHC 48的溫度從升高溫度降低至穩定溫度。非EHC穩定模式被啟用以便：使用於加熱EHC 48和非EHC 50的功率最小化；維持非EHC 50的當前溫度；和/或，使得在EHC輻射加熱模式被禁用時的非EHC 50的溫度降低率最小化。
催化劑加熱系統12還可以用於在發動機14的冷啟動期間增加EHC 48和非EHC 50的溫度。在該示例中，催化劑加熱電路44在發動機14被啟用並且以大於0米每秒（m/s）的速度運轉時加熱EHC48。
ECM 40基於傳感器信息來控制發動機14和催化劑加熱系統12。傳感器信息可以經由傳感器直接獲得和/或經由存儲在存儲器70中的算法和表來間接地獲得。示出了一些示例性傳感器80，其用於確定排氣流量水平、排氣溫度水平、排氣壓力水平、催化劑溫度、氧水平、進氣空氣流率、進氣空氣壓力、進氣空氣溫度、車輛速度、發動機速度、EGR等。示出了排氣流量傳感器82、排氣溫度傳感器83、排氣壓力傳感器85、催化劑溫度傳感器86、氧傳感器88、EGR傳感器90、進氣空氣流量傳感器92、進氣空氣壓力傳感器94、進氣空氣溫度傳感器96、車輛速度傳感器98和發動機速度傳感器99。
第一排氣流量、壓力和/或溫度傳感器100可以連接到第一排氣管道101並且連接在CC 18的上遊。第二排氣流量、壓力和/或溫度傳感器102可以連接到第二排氣管道103並且連接在CC 18的下遊。催化劑溫度傳感器104可以連接到CC 48。ECM 40可以基於來自傳感器80、第一和第二傳感器100、102及催化劑溫度傳感器104的信息來控制發動機14和催化劑加熱系統12的運轉。
在圖2中，示出了另一發動機系統10』的功能框圖。發動機系統10』包括發動機14、催化劑加熱系統12』、排氣系統16』、ECM 40』並且可以包括再生系統120。再生系統120僅被提供用於示例目的。再生系統120的部分和/或全部可以不被包括在發動機系統10』中。
發動機14』可以例如是火花點火式發動機或柴油發動機。ECM 40』可以包括EHC控制模塊122和再生模塊124。EHC控制模塊122控制催化劑加熱系統12』的運轉。再生模塊124控制再生系統120的運轉。在所示的示例中，排氣系統16』包括如下序列的各項：排氣歧管42』、第一排氣管道126、CC 18、第二排氣管道128、催化劑與過濾器組件130、第三排氣管道132和消聲器134。
催化劑加熱系統12』包括發動機14、CC 18、催化劑加熱電路44、和/或EHC控制模塊122。CC 18包括EHC 48和非EHC 50。催化劑加熱電路44可以包括端子52、54。催化劑加熱系統12』還可以包括傳感器100、102、104。
再生系統120包括發動機14、再生模塊124和催化劑與過濾器組件130。催化劑與過濾器組件130可以包括催化劑140（例如三效催化劑）和顆粒過濾器（PF）142。催化劑140將從CC接收的排氣中剩餘的CO氧化以生成CO2。催化劑140還可以還原氮氧化物NOx並且氧化未燃碳氫化合物（HC）和揮發性有機化合物。PF 142從催化劑140接收排氣並且過濾掉存在於排氣中的任何煤煙顆粒。催化劑與過濾器組件130可以包括加熱元件（未示出）以有助於PF 142的再生。
再生模塊120可以基於來自例如第二流量、壓力和/或溫度排氣傳感器102的信息和/或來自第三流量、壓力和/或溫度排氣傳感器144以及第四流量、壓力和/或溫度排氣傳感器146的信息來控制發動機14的運轉。第二排氣傳感器102連接在催化劑與過濾器組件130的上遊、在第二排氣管道128上、並且在CC 18和催化劑與過濾器組件130之間。第三排氣傳感器144連接到催化劑與過濾器組件130。第四排氣傳感器146連接到第三排氣管道132並且在催化劑與過濾器組件130的下遊。PF 142的一部分可以被加熱到再生溫度以啟動沿PF 142傳播的放熱反應。這種加熱可以基於來自排氣傳感器102、144、146的信息和PF 132的當前煤煙負載來執行。
ECM 40』可以估計PF 132的煤煙負載。當估計的負載處於預定水平和/或排氣流率在期望範圍內時，發動機14和再生系統120的運轉被控制成啟動再生過程。再生過程的持續時間可以基於PF 132內的顆粒物質的估計的量而變化。
現在也參考圖3，示出了ECM 40」的功能框圖。ECM 40」可以用於圖1和圖2的催化劑加熱系統12、12』中。ECM 40」包括EHC控制模塊122並且還可以包括車輛速度模塊150和發動機速度模塊152。EHC控制模塊122可以控制發動機14和催化劑加熱電路44的運轉。車輛速度模塊150基於來自例如車輛速度傳感器98的信息來確定車輛的速度。發動機速度模塊152基於來自例如發動機速度傳感器99的信息來確定發動機14的速度。
EHC控制模塊122包括有效催化劑容積監測模塊160、催化劑溫度監測模塊162、模式選擇模塊164、第一比較模塊166、第二比較模塊168、催化劑加熱模塊174、以及計時器178。EHC控制模塊122在催化劑加熱模式中運轉，催化劑加熱模式由模式選擇模塊166選擇。EHC控制模塊122可以在相同時段中以所述模式中多於一種的模式運轉。
現在也參考圖4，示出了操作催化劑加熱系統的方法。雖然關於圖1-3的實施例描述了該方法，但是該方法也可以應用於本公開的其它實施例。該方法可以開始於200，並且可以當例如發動機14被啟用時在下文描述的任務202-218中的任一任務中結束。下文描述的任務202-218可以被重複地執行並且可以由圖1-3的ECM 40、40』、40」之一執行。
在202處，產生傳感器信號。傳感器信號可以包括排氣流量信號、排氣溫度信號、排氣壓力信號、催化劑溫度信號、氧信號、近進氣空氣流量信號、近期空氣壓力信號、進氣空氣溫度信號、車輛速度信號、發動機速度信號、EGR信號等，所述信號可以由如上所述的圖1和圖2的傳感器80和100-104、144、146產生。
在204處，有效容積監測模塊160監測CC 18的有效催化劑容積並且產生第一有效催化劑容積信號VACTIVE1。除了監測有效催化劑容積之外或者代替監測有效催化劑容積，催化劑溫度監測模塊162可以監測非EHC 50的第一溫度（或第一溫度信號）Tnon-EHC1。第一有效催化劑容積信號VACTIVE1可以使用例如等式1來估計。
(1)
第一溫度信號Tnon-EHC1可以經由例如排氣傳感器102直接確定。作為替代方案，第一溫度信號Tnon-EHC1可以使用例如等式2間接估計。
(2)
RE是從EHC 48傳遞到非EHC 50的輻射能量。RE可以基於EHCActTime、EHCCurrent、EHCVolt和/或EHC 48的電阻來估計。CondRate是非EHC 50的傳導率。輻射能量的示例性度量單位是焦耳（J）。RE也可以使用例如等式3和4來確定，其中α是波爾茲曼常數。
(3)
(4)
SENG是發動機14的速度（即，曲軸66的旋轉速度）。DC是發動機的佔空比。CMass是EHC 48和/或非EHC 50的質量或者是CC 18的催化劑的總質量。EHCActTime是催化劑加熱系統12被啟用的時間。EHCCurrent是施加到EHC 48的電流水平。EHCVolt是施加到EHC 48的電壓。第一有效容積VACTIVE1和第一溫度Tnon-EHC1可以基於等式1和2的發動機系統參數和/或其他發動機系統參數（例如EHC電阻和/或阻抗、環境空氣溫度、EHC 48的質量等）中的一個或多個來確定。
在206處，第一比較模塊164將第一有效容積VACTIVE1與預定有效容積PVACTIVE相比較並且產生第一比較信號COMP1。預定有效容積PVACTIVE指的是處於大於或等於有效催化劑溫度的溫度（催化劑起作用並且降低排放或催化劑起燃溫度的溫度）時的非EHC 50和/或CC 18的目標催化劑容積。作為示例，目標催化劑容積可以是非EHC 50的大約30-40%和/或CC 18的總催化劑容積的30-40%。預定有效容積PVACTIVE可以與啟動發動機14之前所期望的最小有效容積相關聯。
在206處，除了基於第一有效催化劑容積信號VACTIVE1產生第一比較信號之外或者替代地，第一比較模塊164可以將第一溫度Tnon-EHC1與催化劑起燃溫度TCLO相比較。第一比較模塊164基於所述比較產生第一比較信號COMP1。催化劑起燃溫度TCLO可以例如在200-350℃之間。在一個實施例中，CLO溫度TCLO是大約250℃。
當第一有效催化劑容積信號VACTIVE1不小於預定有效容積PVACTIVE和/或第一溫度信號Tnon-EHC1不小於催化劑起燃溫度TCLO時，控制過程可以在208處結束，否則控制過程可前進至210。替代在208處結束的是，控制過程可返回202。
在210處，模式選擇模塊166基於第一比較信號COMP1選擇EHC輻射加熱模式並且產生模式選擇信號MODE。催化劑加熱電路44被啟用以將EHC 48加熱到升高溫度TE。當EHC 48被啟用時，模式選擇模塊166可以產生EHC啟用信號EHCACT以啟動計時器178。
作為示例，升高溫度TE可以大於或等於大約700℃。升高溫度TE可以基於目標非EHC溫度（例如400℃）、EHC 48和非EHC 50的尺寸和質量、施加於EHC 48的電流和/或電壓、EHC 48和非EHC50的傳導率等來選擇。升高溫度TE可以是EHC 48在維持於升高溫度TE長於預定時間PredTime的情況下可能發生故障的過熱溫度。僅舉例來說，取決於EHC 48和非EHC 50的尺寸、質量及傳導率，當EHC 48處於大於或等於700℃的溫度時，非EHC 50可以被EHC 48輻射加熱到大於或等於大約400℃的溫度。
催化劑加熱模塊174基於模式選擇信號MODE產生催化劑加熱信號CH。催化劑加熱信號CH可以指示出選定的電流和/或電壓以施加於催化劑加熱系統12的端子。催化劑加熱信號CH指示出用於EHC輻射加熱模式和EHC穩定模式的相應的電流和/或電壓。催化劑加熱模式可以基於發動機速度SENG和/或車輛速度SVEH來選擇。作為示例，當發動機速度小於預定發動機速度時，可以選擇催化劑加熱模式。作為另一示例，當發動機速度是大約0轉每分鐘（RPM）時，可以選擇催化劑加熱模式。
在212處，有效容積監測模塊162監測非EHC 50和/或CC 18的有效催化劑容積並且產生第二有效催化劑容積信號VACTIVE2。除了監測有效催化劑容積之外或者替代地，催化劑溫度監測模塊162可以監測非EHC 50的第二溫度Tnon-EHC2。第二有效催化劑容積信號VACTIVE2和第二溫度Tnon-EHC2可以類似於第一有效催化劑容積信號VACTIVE1和第一溫度Tnon-EHC1。
在214處，第二比較模塊168將第二有效催化劑容積信號VACTIVE2與啟動容積VSTART相比較並且產生第二比較信號COMP2。除了基於第二有效催化劑容積信號VACTIVE2產生第二比較信號之外或者替代地，第二比較模塊168可以將第二溫度Tnon-EHC2與啟動溫度TSTART相比較。可以基於第二溫度Tnon-EHC2與啟動溫度TSTART之間的比較來產生第二比較信號COMP2。啟動溫度TSTART可以指的是當發動機14被啟動時非EHC 50的目標啟動溫度。啟動溫度TSTART可以大於或等於催化劑起燃溫度。當第二有效催化劑容積信號VACTIVE2不大於啟動容積VSTART和/或第二溫度Tnon-EHC2不大於或等於啟動溫度TSTART時，控制過程前進至216，否則控制過程可前進至218。
在216處，模式選擇模塊166可以確定EHC 48是否被啟用長於預定時間PredTime。模式選擇模塊166可以基於來自計時器178的時間信號TIME來選擇穩定模式。當EHC 48的溫度大於過熱或故障溫度並且EHC 48的啟用時間大於或等於預定時間PredTime時，模式選擇模塊166可以切換到穩定模式。這防止EHC 48的故障。EHC 48的溫度TEHC可以由催化劑溫度監測模塊162確定。EHC 48的溫度TEHC可以經由EHC溫度傳感器直接確定和/或使用等式5間接確定，其中EHCMass是EHC 48的質量。
(5)
在218處，催化劑加熱模塊174經由催化劑加熱電路44使EHC 48的溫度降低到穩定溫度TS。穩定溫度TS小於升高溫度TE並且大於催化劑起燃溫度TCLO。穩定溫度TS可以大於或等於啟動溫度TSTART。僅舉例來說，穩定溫度可以大於或等於大約400℃。EHC 48的溫度被降低以節省動力並且使EHC 48處於升高溫度的時間最小化。如圖所示，控制過程可以在216之後結束或者可以返回202。
以上所述的在202-218處執行的任務意味著說明性示例；取決於應用，可以相繼地、同步地、同時地、連續地、在重疊時間段期間或者以不同的順序來執行所述任務。以上所述的任務被執行為將催化劑組件的催化劑加熱並將其溫度維持在催化劑起燃溫度或維持大於催化劑起燃溫度。
在圖5中，示出了說明圖4方法的三個模式MODE 1-3的熱催化劑組件圖。熱催化劑圖包括具有EHC 48和非EHC 50的CC 18。
在模式1中，EHC 48被停用。在MODE 2中，催化劑加熱電路（例如圖1的催化劑加熱電路44）被啟用以將EHC 48加熱到升高溫度TE。所述加熱可以由壁式電源（wall source）來提供，例如蓄電池。所述加熱可以不通過發動機的燃料供應來提供，這節省了燃料。在MODE 2中，控制過程以EHC輻射加熱模式運轉。對於MODE 2，在第一時間以及在第一時間之後出現的第二時間示出了CC 18。在第二時間，EHC 48提供比在第一時間提供更多的輻射加熱。MODE 3在MODE 2之後被執行，並且包括維持催化劑加熱電路的啟用，但是以EHC穩定模式而非EHC輻射加熱模式運轉。
以上所述的實施例允許催化劑的快速加熱而不需要起用發動機的燃料和發動機的加熱。結果，在啟動發動機之前，排氣系統的催化劑被加熱和/或是有效的（總催化劑加熱容積增加）。在發動機被啟動之前加熱催化劑時，燃料被用於加熱催化劑。所述實施例還限制診斷催化劑起燃所需的多餘發動機運行時間。以上所述的實施例通過在啟用發動機之前的目標催化劑加熱且不使用燃料的情況下來降低發動機的排放輸出。
本領域技術人員限制能夠從前述描述中認識到，本公開的廣泛教導能夠以各種形式來實施。因此，雖然本公開包括了具體示例，但是本公開的真實範圍不應當如此受到限制，因為技術人員在研究附圖、說明書和所附權利要求後會顯而易見到其他變型。