专利名称：用于控制混合动力车辆用电加热式催化器的系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及汽车的排放控制，更具体地，涉及用于控制混合动力车辆用电加 热式催化器的方法和系统。
背景技术：
这里提供的背景技术描述是为了总地示出本发明背景的目的。发明人的一部分工 作在该背景技术部分中被加以描述，这部分内容以及在提交时不另作为现有技术的内容， 既不明确地也不暗含地被认为是破坏本发明的现有技术。内燃机使空气和燃料混合物在汽缸内燃烧以驱动活塞从而产生驱动扭矩。利用节 气门调节流入汽油机中的气流。更具体地说，节气门调节节气门面积，从而增加或减少流入 发动机的气流。当节气门面积增大时，流入发动机的气流增加。燃料控制系统调节燃料喷射 速率以便向汽缸提供期望的空气/燃料混合物。增大提供至汽缸的空气和燃料量会增大发 动机的扭矩输出。通常在排气系统内使用加热式催化器以减少排气中的某些成分。通常， 加热来自发动机中的燃烧燃料。也可使用电加热式催化器。该催化器在高于某一温度时能 更有效地操作。混合动力车辆一般具有两种动力源。内燃机是第一动力源，电动机是第二动力源。 在城市驾驶中更经常利用电动机作为动力源，其中车辆动能可通过再生制动恢复，转换成 电化学形式并储存在电池中，电动机由该电池驱动。内燃机更适于公路驾驶，在公路驾驶期 间车轮制动和能量恢复机会并不常见，并且发动机以其最大效率操作。在混合驱动状态下，根据驾驶状态和电池容量大小，电动机和内燃机可一起使用 以向变速器输入轴传递动力。混合动力车辆在怠速和行驶期间会经历长时期的发动机关闭时间。在发动机关闭 时段，催化器温度会下降，这可能需要另外加热以获得转化器的峰值效率。维持催化器的温 度会降低冷起动时的排放量。
发明内容
本发明提供用于操作电加热式催化器以在由远程起动触发的发动机冷起动事件 期间维持混合动力车辆中催化器的温度的方法和系统。在本公开的第一技术方案中，提供一种操作车辆的方法，该方法包括产生远程起 动信号；响应于所述远程起动信号，启动电加热式催化器的预热；以及在启动预热之后起 动发动机。在本公开的第二技术方案中，如上述第一技术方案所述的方法，进一步包括，在产 生远程起动信号后的预定时间之后，产生远程起动关闭信号。在本公开的第三技术方案中，如上述第一技术方案所述的方法，进一步包括，当点 火开关处于运行位置时，确定电池的电量状态。在本公开的第四技术方案中，如上述第三技术方案所述的方法，其中，所述启动包括基于所述电量状态启动预热。在本公开的第五技术方案中，如上述第一技术方案所述的方法，进一步包括，当车 辆不能自动停止时，确定电池的电量状态并响应于所述电量状态电控制所述催化器，并且 其中起动发动机包括起动所述发动机以便用于另外对催化器进行加热、轿箱温度请求和部 件预热三者中至少之一。在本公开的第六技术方案中，如上述第五技术方案所述的方法，进一步包括，当产 生门解锁信号时，关闭发动机。在本公开的第七技术方案中，如上述第五技术方案所述的方法，进一步包括，当产 生门解锁信号时，并且当所述车辆能自动停止且电量状态不处于或不接近电量维持模式 时，关闭发动机。在本公开的第八技术方案中，如上述第一技术方案所述的方法，其中，当所述车辆 能自动停止并且电池的电量状态接近电量维持操作时，停用电加热式催化器，之后起动发 动机。在本公开的第九技术方案中，如上述第一技术方案所述的方法，其中，当所述车辆 处于自动停止模式中并且电池电量状态不接近电量维持操作时，电维持加热的所述催化
ο在本公开的第十技术方案中，如上述第九技术方案所述的方法，其中，当不能满足 轿箱温度请求时，电加热所述催化器直至起动所述发动机。在本公开的第十一技术方案中，如上述第一技术方案所述的方法，其中，启动预热 包括启动来自混合动力电池的预热。在本公开的第十二技术方案中，提供一种用于控制电加热式催化器的控制模块， 包括产生远程起动信号的远程起动模块；基于所述远程起动信号控制所述电加热式催化 器的催化器控制模块；以及在预热之后起动发动机的发动机控制模块。在本公开的第十三技术方案中，提供一种系统，所述系统包括电加热式催化器； 以及上述本公开第十二技术方案所述的控制模块。在本公开的第十四技术方案中，提供一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括: 如上述本公开第十三技术方案所述的系统；以及与所述电加热式催化器通讯的混合动力电 池。在本公开的第十五技术方案中，如上述第十二技术方案所述的控制模块，进一步 包括，确定电池的电量状态的电量状态模块。在本公开的第十六技术方案中，如上述第十五技术方案所述的控制模块，进一步 包括，当所述电量状态接近电量维持模式时起动所述发动机的发动机控制模块。在本公开的第十七技术方案中，如上述第十五技术方案所述的控制模块，进一步 包括，基于所述电量状态和轿箱温度请求起动所述发动机的发动机控制模块。在本公开的第十八技术方案中，如上述第十五技术方案所述的控制模块，进一步 包括，当车辆不能自动停止时起动所述发动机的发动机控制模块。在本公开的第十九技术方案中，如上述第十八技术方案所述的控制模块，进一步 包括门锁模块，所述门锁模块产生门解锁信号，并且响应于所述门解锁信号关闭所述发动 机。
在本公开的第二十技术方案中，如上述第十二技术方案所述的控制模块，进一步 包括，与所述电加热式催化器通讯的混合动力电池。从以下提供的详细说明将会清楚本发明更多的应用领域。应当理解，这些详细描 述及具体示例旨在仅用于说明之目的，并不意图限制本发明的范围。
从详细说明和附图将会更充分地理解本发明，在附图中图1是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图；图2是根据本发明的控制模块的示意框图；以及图3是用于起动混合动力车辆并控制电加热式催化器的方法的流程图。
具体实施例方式下面的描述在本质上仅仅是示例性的，而绝不意图限制本发明及其应用或使用。 为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。用在本文中时，短语“A、B和 C中至少之一”应当被认为是意指使用了非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理 解，在不改变本发明原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法中的步骤。用在本文中时，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多 种软件或固件程序的处理器(共享、专用、或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供 所述功能的其它合适部件。现在参照图1，其中提供了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包 括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物以基于驾驶员输入模块104产生车辆所用的驱动扭 矩。空气通过节气门112被吸入进气歧管110。仅作为示例，节气门112可包括具有可旋转 的叶片的蝶阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，该节气门致动器模 块调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110中的空气量。来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的汽缸中。尽管发动机102可包括多 个汽缸，但是为了说明之目的仅示出了单个的代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可 包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个和/或12个汽缸。ECM 114可指令汽缸致动器模 块120有选择地停用一部分汽缸，在某些发动机操作状态下这可以提高燃料经济性。来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入汽缸118中。ECMl 14控制燃料致 动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射以实现期望的空燃比。燃料可在中央位置 或多个位置处喷射到进气歧管110中，例如在各汽缸的进气门附近。在图1中未示出的各 种实施中，燃料可直接喷射到汽缸中或喷射到与汽缸相关联的混合室中。燃料致动器模块 124可暂停将燃料喷射到停用的汽缸中。喷射的燃料与空气混合，从而在汽缸118中产生空气/燃料混合物。汽缸118内 的活塞(未示出)压缩该空气/燃料混合物。基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块 126给汽缸118中的火花塞128通电，点燃空气/燃料混合物。可相对于活塞处于其最高位 置的时刻规定火花正时，所述最高位置称为上止点(TDC)。空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。活塞接 着开始再次向上运动，并通过排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆排出。 通过指示应在TDC之前或之后多久提供火花的正时信号，可以控制火花致动器模 块126。火花致动器模块126的操作因此可与曲轴旋转同步。在各种实施中，火花致动器模 块126可暂停向停用汽缸提供火花。 进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排气凸轮轴142控制。在 各种实施中，多个进气凸轮轴可控制每个汽缸的多个进气门，并且/或者可控制多组汽缸 的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个汽缸的多个排气门，并且/或者可控制多组 汽缸的排气门。汽缸致动模块120可通过禁止进气门122和/或排气门130打开从而使汽 缸118停用。可通过进气凸轮相位器148来相对于活塞TDC改变进气门122打开的时刻。可通 过排气凸轮相位器150来相对于活塞TDC改变排气门130打开的时刻。相位器致动器模块 158基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在实施时， 可变的气门升程也可由相位器致动器模块158控制。发动机系统100可包括向进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1示 出了涡轮增压器160，其包括由流过排气系统134的热排气提供动力的热涡轮160-1。涡轮 增压器160还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩引向节气门112的空 气。在各种实施中，由曲轴驱动的超级增压器可压缩来自节气门112的空气并将压缩空气 输送至进气歧管110。涡轮增压器160也可以是可变叶片式涡轮。废气门162可允许排气绕过涡轮增压器160，从而降低涡轮增压器160的增压(进 气压缩量)。ECM 114利用增压致动器模块164来控制涡轮增压器160。增压致动器模块 164可通过控制废气门162的位置调整涡轮增压器160的增压。在各种实施中，增压致动器 模块164可控制多个涡轮增压器。涡轮增压器160可具有可变的几何尺寸，该可变的几何 尺寸可由增压致动器模块164控制。中冷器(未示出)可耗散压缩空气充量的一部分热，该热是随着空气被压缩产生 的。压缩空气充量可也具有因空气接近排气系统134而吸收的热。尽管为了说明之目的而 被分别示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2通常相互附连，从而将进气置于更靠近热排气 之处。发动机系统100可包括排气再循环(EGR)气门170，其有选择地将排气重新引回进 气歧管110。EGR气门170可位于涡轮增压器160上游。EGR气门170可由EGR致动器模块 172控制。发动机系统100可利用RPM传感器180以每分钟转数(RPM)为单位测量曲轴速度。 可利用发动机冷却液温度(ECT)传感器182测量发动机冷却液的温度。ECT传感器182可 位于发动机102内，或者位于冷却液再循环的其它位置处，例如散热器(未示出)处。可利用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在各种实施 中，可测量发动机真空度，其中发动机真空度是环境空气压力与进气歧管110内的压力之 差。可利用空气质量流量(MAF)传感器186来测量流入进气歧管110内的空气质量流量。 在各种实施中，MAF传感器186可位于也包括节气门112的壳体中。节气门致动模块116可利用一个或多个节气门位置传感器(TPS) 190来监测节气 门112的位置。可利用进气温度(IAT)传感器192测量被吸入发动机102内的空气的环境温度。ECM 114可利用来自传感器的信号为发动机系统100做出控制决策。ECM 114可以与变速器控制模块194通讯，以协调变速器(未示出)中的换档。例 如，ECM 114可在换档期间减小发动机扭矩。ECMl 14可与混合动力控制模块196通讯，以协 调发动机102与电动机198的操作。混合动力控制模块196可与电池197通讯，以向电动 机198供电。混合动力控制模块196可为燃料经济性或性能来进行控制。车辆操作员能够 选择操作模式。混合动力控制模块196可包括电量状态模块230，用于确定混合动力电池197的电 量状态。所述电量状态对应于电池充电水平。电量状态信号可表述为满充或者充电完成的 百分比。存在不同水平的电量状态，因而电量状态信号可对应于充电水平。混合动力车辆 可在各种操作模式下操作，这包括电量消耗(CD)模式，该模式是利用电驱动、发动机子系 统或者二者来进行车辆操作，从而在电池的电量状态中具有净减少。电量维持(CS)混合动 力电动车辆模式是这样一种模式，该模式以相对恒定的电池电量状态利用电驱动、发动机 子系统或二者来进行车辆操作。这通常是一个较窄的范围。电动机198还可用作发电机，并可用于产生车辆电气系统所用的电能，用于储存 在电池中的电能，或者产生这二者所用的电能。在各种实施中，ECM 114、变速器控制模块 194和混合动力控制模块196的各种功能可集成到一个或多个模块中。电子制动控制模块200也可与发动机控制模块114通讯。与电子制动系统相关联 的各种扭矩也可计入扭矩控制，如以下所述。可将改变发动机参数的各系统称为致动器，其接收致动器值。例如，节气门致动器 模块116可称为致动器，而节气门开口面积可称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动 器模块116接收由节气门112的叶片的角度调节的节气门开口面积。类似地，火花致动器模块126也可称为致动器，而对应的致动器值可以是火花相 对于汽缸TDC的提前量。其它致动器可包括增压致动器模块164、EGR致动器模块172、相 位器致动器模块158、燃料致动器模块124、以及汽缸致动器模块120。对于这些致动器，致 动器值可分别对应于增压压力、EGR气门开口面积、进气凸轮相位器和排气凸轮相位器的角 度、燃料供应速率、以及启用的汽缸数量。ECM114可控制致动器值，以从发动机102产生期 望扭矩。排气系统134可包括电加热式催化器210。电加热式催化器210可与发动机控制 模块114或其它控制模块(例如，制动器控制模块、或例如混合动力控制模块196那样的电 动机控制模块)通讯。发动机控制模块114可控制混合动力电池197与电加热式催化器 210的连接和断开。其它模块可直接为电加热式催化器210供能。电量状态控制器也可控 制EHC 210。当然，其它控制模块也可控制电加热式催化器210。电加热式催化器210也可 与由燃烧的燃料加热的被动式催化器212联合使用。如所示，电加热式催化器210和被动 式催化器212示出为位于共同的壳体中。然而，这两个催化器可以为排气系统134内的分 开部件。催化器210、212减少离开排气管214的排气中的有毒气体。远程起动模块220也可与发动机控制模块114通讯。远程起动模块220可接收RF 信号之类的无线信号以远程起动车辆。混合动力车辆的远程起动可包括起动发动机以预热 轿箱或者预热其它部件、如果发动机已升温则利用加热系统使轿箱空气循环、以及以发动 机操作预期来操作电加热式催化器210。
远程起动模块220可与其它车辆部件(例如，点火开关222和锁定模块224)通讯。 点火开关222可具有各种位置，例如附件位置和运行位置。点火开关222可提供与运行位 置、附件位置和关闭位置对应的信号。锁定模块2224可与车辆的电子锁通讯。当车辆被解 锁时，可产生解锁信号，当车辆被锁定时，锁定模块224可产生锁定信号。现在参照图2，示出了控制模块300。控制模块300为总控制模块，其可包括下列 部件发动机控制模块114、变速器控制模块194、混合动力控制模块196、以及远程起动模 块220。如以上所述，这些模块可结合到一个模块中，或者可分布到图1中所示的若干不同 模块中。控制模块300包括远程起动检测模块310。远程起动检测模块310可耦接至计时 器模块312。该计时器模块可以对起动模块启用以来的逝去时间进行计时。远程起动检测 模块310可产生远程起动信号，并将该信号传送给电加热式催化器控制模块314。可由计时 器模块312对远程起动信号产生以来的时间进行计时。锁定模块316可将门锁信号传送给电加热式催化器控制模块314。该锁定模块可 产生门解锁信号、门锁定信号、或门锁启用信号、或门解锁启用信号。点火开关位置模块318 可产生与点火钥匙的位置对应的点火开关位置信号。点火开关位置模块可产生与点火开关 开启位置、点火开关关闭位置或者附件驱动位置对应的信号。电量状态模块320可将电量状态传送给电加热式催化器控制模块314。该电量状 态模块可产生混合动力电池197的电量状态。轿箱温度请求模块322可向电加热式催化器控制模块314产生轿箱温度请求。轿 箱温度请求模块322可与车辆内的气候控制系统通讯。该轿箱温度请求模块还可与遥控钥 匙(key fob)或用于远程起动系统的其它致动器通讯。电加热式催化器控制模块314基于来自其它模块310至322的输入可产生电加热 式催化器控制，使得在发动机操作之前启用催化器。发动机操作可由发动机控制模块114 控制。发动机控制模块114还可用于启用被动式催化器。现在参照图3，本发明具体针对用于在远程起动时控制混合动力车辆中的电加热 式催化器的系统。在步骤410中，可利用遥控钥匙或其它装置来启用远程起动。可由远程 起动模块或其它远程起动检测来接收RF信号。在步骤412中，如果未能在预定时间量(在 步骤412中由变量XX表示)内启用远程起动，则步骤414会命令车辆关停或命令远程起动 系统关闭。在步骤416中，当车辆被解锁时，车辆可重新锁定门锁。这可利用电子锁定系统 集中完成。在步骤418中，通常在远程起动过程中启用的车辆控制器可进入休眠模式。这 可去除供应给这些控制器的电能或者说减少供应给这些控制器的电能。返回去参照步骤412，当逝去时间小于预定阈值时，执行步骤420。在步骤420中， 确定车辆是否已被插入钥匙以运行。为了确定车辆是否已被插入钥匙以运行，可利用来自 点火源或钥匙锁的信号检测。在无钥匙系统中，按下按钮可为插入钥匙以运行位置。在步 骤422中，若车辆在步骤420中已被插入钥匙以运行，则步骤422检查混合动力电池的电量 状态以及催化器的温度，从而确定是否需要燃料加热。若需要燃料加热，则可如下所述执行 步骤426。在步骤424中，电加热式催化器系统被通电以维持催化器温度或预热至催化器温 度，或者二者皆有。可响应于电量状态对该步骤进行修改。在步骤424之后，步骤426中止 前面在步骤410中启动的远程起动操作，并响应于步骤420至424重新开始正常的电加热式催化器操作。返回去参照步骤420，当车辆未被插入钥匙以运行时，则步骤428确定车辆是否能 自动停止。能自动停止涉及的是能够无需车辆发动机而以纯电动模式操作的混合动力车 辆。若车辆不能以纯电动模式运行，则步骤430检查高电压或混合动力电池的电量状态。 电加热式催化器被预热或维持在预定的催化器温度。在步骤432之后，步骤434基于轿箱 温度请求、部件预热请求、或者是否需要高电压或混合动力电池充电，而在需要时起动发动 机用于另外进行催化器加热。之后，当发动机开启并且在步骤436中启用门解锁时，在步骤 438中忽视发动机开启请求并将车辆置于自动停止状态。步骤438的忽视步骤可执行并持 续预定时间，例如2分钟到3分钟。通过执行步骤438，用户在进入或接近车辆时不会听到 发动机运行。开车钥匙或远程遥控钥匙的使用可允许车辆执行自动停止。返回去参照步骤428，当车辆能自动停止时，执行步骤440。在步骤440中，监测混 合动力电池的电量状态。当混合动力电池的电量状态接近电量维持(CS)操作时，在步骤 442中关闭电加热式催化器系统。之后，可在发动机开启的情况下执行步骤434至436。返回去参照步骤440，当混合动力电池的电量状态未接近电量维持操作，并且在步 骤444中车辆处于自动停止时，步骤446提供催化器的维持加热。在门锁未被启用的步骤436之后，并在步骤438和446之后，执行步骤448。步骤 448确定是否产生温度请求。在步骤448之后，当产生制冷请求时，步骤450启用电空调系 统。在步骤450之后，再次执行步骤412。返回去参照步骤448，当轿箱温度请求为加热请求时，步骤452确定是否可无需来 自发动机的额外的热而兑现该加热请求。若无需提供额外的热，则再次执行步骤412。若需 要来自发动机的额外的热，则在步骤454中确定电池的电量状态。之后，步骤456将催化器 电加热至预热温度或维持催化器的温度。之后，开启发动机并再次执行步骤434至438。混合动力的用户通常期望其车辆尽可能经常在纯电动模式下操作。在用户进入车 辆并以高扭矩请求驶离的情况下，因为预计到发动机开启事件，所以维持催化器处于电量 消耗的混合动力中。车辆还必需兑现所有轿箱舒适请求，例如在远程起动期间以最小化燃 料使用和排放输出的方式进行加热和空气调节。以上方法提供了一种电加热式催化器系 统，其在远程起动事件期间减少燃料消耗并减少排放输出。本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，尽管本发明包括特定示例，但是本 发明的真实范围不应当受此限制，因为本领域技术人员通过研究附图、说明书和所附权利 要求将会清楚其它修改。
权利要求
一种操作车辆的方法，所述方法包括产生远程起动信号；响应于所述远程起动信号，启动电加热式催化器的预热；以及在启动预热之后起动发动机。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，在产生远程起动信号后的预定时间之后，产 生远程起动关闭信号。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括，当点火开关处于运行位置时，确定电池的电 量状态。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述启动包括基于所述电量状态启动预热。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括，当车辆不能自动停止时，确定电池的电量状 态并响应于所述电量状态电控制所述催化器，并且其中起动发动机包括起动所述发动机以 便用于另外对催化器进行加热、轿箱温度请求和部件预热三者中至少之一。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括，当产生门解锁信号时，关闭发动机。
7.如权利要求5所述的方法，进一步包括，当产生门解锁信号时，并且当所述车辆能自 动停止且电量状态不处于或不接近电量维持模式时，关闭发动机。
8.一种用于控制电加热式催化器的控制模块，所述控制模块包括 产生远程起动信号的远程起动模块；基于所述远程起动信号控制所述电加热式催化器的催化器控制模块；以及 在预热之后起动发动机的车辆控制模块。
9.一种系统，所述系统包括 电加热式催化器；以及如权利要求8中所述的控制模块。
10.一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括如权利要求9中所述的系统；以及与所述电加热式催化器通讯的混合动力电池。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制混合动力车辆用电加热式催化器的系统和方法。具体地，提供了一种用于控制电加热式催化器的系统和控制模块，其包括产生远程起动信号的远程起动模块；基于所述远程起动信号控制所述电加热式催化器的催化器控制模块；以及在预热之后和/或在车辆要求兑现该文献中限定的请求时起动发动机的发动机控制模块。
文档编号F01N3/20GK101881229SQ20101012589
公开日2010年11月10日 申请日期2010年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者B·N·鲁斯, B·斯波恩, E·V·冈策, H·G·桑托索 申请人:通用汽车环球科技运作公司