专利名称：用于混合动力车的催化剂温度控制系统及方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于机动车辆的排放控制，尤其地涉及用于混合动力车的催化 剂温度控制系统和方法。
背景技术：
在此提供的背景描述是为了大体地介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作 就其在该背景部分中描述的程度、以及描述的在提交的时候可能不能构成现有技术的方面 既不明确地也不隐含地被承认为抵触本发明的现有技术。将催化转化器与内燃机一起使用以减少排放。催化转化器通常在高温时更有效地 工作。当起动发动机时，在催化转化器达到工作温度(例如“起燃温度”)之前，催化转化器 可能不能有效地从排气去除排放物。起燃温度可以是一氧化碳(Co)、未燃烧的碳氢化合物 (HC)、和氮氧化物(NOx)的转化达到50%的效率的温度。在发动机冷起动期间，可向发动机供应浓燃料空气混合物以提高排气温度，并可 将排气用于加热催化转化器。因此，发动机在发动机起动期间不是以燃料高效方式操作。在 发动机起动期间可启动电加热催化器(EHC)，以向催化转化器提供额外的热。然而，EHC具 有慢的响应，并且可能不能够根据需要快速地加热催化转化器。
发明内容
本发明的催化剂温度控制系统包括车辆起动预期模块和电加热催化器(EHC)控 制模块。车辆起动预期模块在接通点火开关之前基于多个车辆状态中的至少一个车辆状态 判定是否预期有车辆起动。EHC控制模块基于该判定启动EHC。在一个特征中，多个车辆状态包括车门的状态、门锁的状态、车辆行李箱的状态、 车辆中驾驶员的存在、遥控钥匙的检测、和点火开关中钥匙的插入中的至少一个状态。在其他特征中，当解锁车门并且未检测到车辆中人的存在时，EHC产生第一热输 出。当检测到车辆中人的存在时，EHC产生比第一热输出高的第二热输出。根据本发明控制催化剂温度的方法包括在接通点火开关之前基于多个车辆状 态中的至少一个车辆状态判定是否预期车辆起动；以及基于该判定启动电加热催化器 (EHC)。本发明的催化剂温度控制系统和方法预期车辆起动，并基于预期将EHC用于加热 催化转化器的催化剂。催化转化器在发动机起动之前由EHC加热。因此，减少发动机冷起 动排放和改善车辆燃料经济性。另外，本发明的催化剂温度控制系统和方法在各种车辆操作模式中通过利用EHC 在车辆起动之后将催化剂温度维持在起燃温度或高于起燃温度。因此，减少车辆总的排放 输出和改善车辆燃料经济性。因此，本发明提供以下技术方案方案1. 一种催化剂温度控制系统，包括
车辆起动预期模块，其在接通点火开关之前基于多个车辆状态中的至少一个车辆 状态判定是否预期车辆起动；以及电加热催化器(EHC)控制模块，其基于所述判定启动EHC。方案2.根据方案1所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，所述多个车辆状态 包括车门的状态、门锁的状态、车辆行李箱的状态、车辆中驾驶员的存在、遥控钥匙的检测、 和点火开关中钥匙的插入中的至少一个。方案3.根据方案2所述的催化剂温度控制系统，还包括热输出估计模块，其基于 所述车辆状态估计所述EHC的期望的预热输出。方案4.根据方案3所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，当车门未锁上并且 未检测到车辆中人的存在时，所述EHC产生第一预热输出，以及当检测到所述车辆中人的 存在时，所述EHC产生比所述第一预热输出高的第二预热输出。方案5.根据方案1所述的催化剂温度控制系统，还包括电池充电状态确定模块， 其确定电池的充电状态(SOC)。方案6.根据方案5所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，所述EHC控制模块 基于所述电池的所述SOC启动所述EHC。方案7.根据方案6所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，当所述SOC接近电 量保持模式时，所述EHC控制模块停用所述EHC。方案8.根据方案6所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，当所述SOC处于电 量消耗模式时，所述EHC控制模块启动所述EHC。方案9.根据方案1所述的催化剂温度控制系统，还包括热输出估计模块，其基于 所述SOC估计所述EHC的期望的维持热输出。方案10.根据方案9所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，所述维持热输出在 车辆起动之后将催化转化器维持在预定温度或高于预定温度。方案11. 一种控制催化剂温度的方法，包括在接通点火开关之前基于多个车辆状态中的至少一个车辆状态判定是否预期有 车辆起动；以及基于所述判定启动电加热催化器(EHC)。方案12.根据方案11所述的方法，其特征在于，所述多个车辆状态包括门锁的解 锁状态、车门的打开状态、车辆行李箱的打开状态、车辆内人的存在、遥控钥匙的检测、和点 火开关中钥匙的插入中的至少一个。方案13.根据方案11所述的方法，还包括基于所述车辆状态估计所述EHC的期望 的热输出。方案14.根据方案13所述的方法，其特征在于，当所述车门未锁上时和当没有检 测到车辆中人的存在时确定第一热输出，和当检测到所述车辆中人的存在时确定第二热输 出，其中所述第二热输出高于所述第一热输出。方案15.根据方案11所述的方法，还包括确定电池的充电状态(SOC)和基于所述 SOC启动所述EHC。方案16.根据方案15所述的方法，还包括当所述SOC接近电量保持模式时，停用 所述EHC。
方案17.根据方案15所述的方法，包括当所述SOC处于电量消耗模式时，启动所 述 EHC。方案18.根据方案15所述的方法，还包括基于所述SOC估计所述EHC的期望的热输出。本发明适用性的其它领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是， 详细说明和具体的示例仅用于说明的目的，而不用于限制本发明的范围。
通过详细说明和附图将变得更充分地理解本发明，其中图1是根据本发明教导的包括催化剂温度控制模块的示例性混合动力车的功能 框图；图2是根据本发明教导的催化剂温度控制模块的功能框图；以及图3A、3B、和3C是根据本发明教导的用于控制催化转化器的温度的方法的流程 图。
具体实施例方式以下的说明本质上仅是示例性的，并且决不用于限制本发明、其应用、或使用。为 清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如本文所使用的，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(共用、专用、或 分组的)处理器和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适的部件。根据本发明的催化剂温度控制模块基于车辆状态确定预期是否有车辆起动。车辆 状态包括但不局限于车辆门锁的锁定状态、车门和车辆行李箱的关闭状态、车辆中人的存 在、车辆的预定距离内遥控钥匙(key fob)的检测、和点火开关中钥匙的插入。当预期有车 辆起动时，催化剂温度控制模块启动电加热催化器(EHC)，以在点火开关接通之前加热三元 催化转化器(TWC)。因此，发动机冷起动时段缩短，发动机冷起动时段期间过高的排放减少， 并且改善燃料经济性。现在参考图1，混合动力车10包括发动机12和电动机16。发动机12连接至向变 速器20提供旋转功率的输出轴18。发电机22由发动机12驱动，并向可充电电池24提供 充电电流。电动机16也可用作发电机，以产生由车辆电气系统使用和/或存储在电池24 中的电能。电动机16将来自电池24的电功率转换成机械功率。机械功率被应用于变速器 20的输入轴。变速器20将来自发动机12和电动机16的功率结合，以向驱动轴25提供功 率。发动机12和电动机16可同时或独立地提供推进力。混合动力车10可以是具有能通过将插头连接至外部电源(未示出)来再充电的 电池的插电式混合动力车(PHEV)。PHEV在起动时通常以电量消耗(⑶)模式操作，并且当 电池达到其最低充电状态(SOC)时切换至电量保持(CS)模式。SOC定义为电池全容量的可 用于进一步放电的百分比。在CD模式中，车辆操作取决于来自具有SOC的净减少的电池24的能量。在CS模 式中，SOC低，并且发动机12和电池24两者向混合动力车10提供功率。在CS模式中，混 合动力车10在不允许电池24的SOC变化至预定窄范围之外的情况下尽可能高效地操作。
除⑶和CS模式之外，混合动力车10可以电量增加(Cl)模式操作，其中车辆操作 取决于来自发动机12的能量，并且电池24正被充电。另外，PHEV可以混合模式操作，其中 发动机12在中负荷至重负荷期间补充电池24。发动机12连接至排气歧管26。排气歧管26通过排气管30将来自发动机12的 排气28引导至催化转化器。仅用于示例，催化转化器可以是三元催化转化器(TWC)32。在 TWC32的入口端处安装有电加热催化器(EHC)。EHC34可以是与TWC32分开的组件或一体地 形成为TWC32的一部分。在发动机冷起动期间，当排气流过TWC32时，排气将TWC32逐渐地加热至起燃温 度。“起燃温度”是一氧化碳(Co)、碳化氢(HC)、和氮氧化物(NOx)的转化达到50%的效率 的温度。当发动机12运转时，TWC32主要由排气28加热。EHC34由电池24提供功率，并且 可被启动以向TWC32提供附加的热。另外，发动机12可以燃料加浓状态和/或点火延迟状 态操作，以更快速地提高排气和TWC32的温度。在TWC32处设置有TWC温度传感器36，以测量TWC32的温度(即催化剂温度)。在 EHC34处设置有EHC温度传感器37，以测量EHC34的温度。控制模块40包括催化剂温度控 制模块42，其通过调节EHC34的热输出控制TWC32的温度。催化剂温度控制模块42确定预 期是否有车辆起动，并在点火开关接通之前启动EHC34以加热TWC32。参考图2，催化温度控制模块42包括车辆起动预期模块44、无声起动监控模块46、 热输出估计模块48、电池状态确定模块50、和EHC控制模块52。车辆起动预期模块44确定 是否预期车辆起动。“车辆起动”指的是当点火开关接通并且起动电机开始驱动动力系的时 刻或车辆状态。在点火开关接通之后立即起动发动机的非混合动力车中，“车辆起动”可与 “发动机起动”互换地使用。然而，在混合动力车中，由于在点火开关接通之后可不立即起动 发动机，所以“车辆起动”可不同于“发动机起动”。车辆起动预期模块44例如基于来自近程式传感器54、门锁控制器56、远程控制器 58、和/或点火开关60的信号确定预期是否有车辆起动。近程式传感器54可设置在驾驶 员座位处，以检测驾驶员的存在。替代性地，近程式传感器54可检测车辆的预定距离内遥 控钥匙的存在。换句话说，车辆起动预期模块44基于包括但不局限于车辆门锁的锁定和解锁状 态、车门和/或车辆行李箱的打开和关闭状态、车辆10中驾驶员的存在与否、车辆的预定距 离内遥控钥匙的检测、和/或点火开关60中钥匙的插入的车辆状态来预期车辆起动。仅用 于示例，当车门打开时、当车辆行李箱打开时、当解锁车门时、当检测到驾驶员座位中驾驶 员的存在时、或者当将钥匙插入点火开关时，可预期有车辆起动。通过监控车门、车辆行李 箱、点火开关中钥匙的插入、或车辆中驾驶员的存在的各状态，车辆起动预期模块44确定 预期有车辆起动。无声起动监控模块46监控混合动力系统工作状态和环境状态，并确定车辆10是 否处于无声起动允许状态。“无声起动允许”状态指的是在将钥匙插入点火开关60以接通 该点火开关60之后不立即起动发动机12的状态。车辆10能仅由来自电池24的电功率驱 动。例如，无声起动允许状态可类似于在自动停止下的车辆状态。相比之下，当车辆10未 处于无声起动允许状态时，车辆10不能仅由电功率驱动。在接通点火开关60之后将立即 起动发动机12。仅用于示例，当环境温度低时(例如低于-20°C)，车辆10可以不处于无声起动允许状态。车辆10的无声起动允许状态确定EHC34的预热温度(或预热输出)。更具体地说， 车辆10的无声起动允许状态影响EHC34应利用第一 EHC预热温度策略还是利用第二EHC预 热温度策略的判定。当车辆10处于无声起动允许状态时，在接通点火开关60之后不会立 即起动发动机12。当TWC32的温度低时(例如低于起燃温度)，EHC34可由可充电电池24 提供功率，以在接通点火开关60之前加热TWC32。由于在接通点火开关之后不会立即起动 发动机12以向TWC32供应排气，所以EHC34具有相对长的时段以加热TWC32的催化剂。因 此，使用第一 EHC预热温度策略，并将EHC加热至第一预热温度。当车辆10未处于无声起动允许状态时，在接通点火开关60之后将立即起动发动 机12。在车辆起动之后，发动机12将立即起动以产生排气。EHC34在发动机起动之前具有 相对少的时间以将TWC32的催化剂加热至起燃温度。由于与加热EHC相关的时间约束，所 以使用第二 EHC预热温度策略，并将EHC34加热至比第一预热温度高的第二预热温度。因 此，将EHC34较早地预热至较高的预热温度并维持在较高的预热温度持续达较长的一段时 间。在动力系变热之后，在车辆起动期间可停用EHC34，以便为更有效的使用节省电池功率。电池状态确定模块50确定电池24的充电状态(SOC)。电池状态确定模块50可产 生指示与不同的操作模式对应的电量水平的不同信号，所述不同的操作模式包括但不局限 于CS模式、CD模式和CI模式。热输出估计模块48基于车辆状态和SOC估计EHC34的热输出，以加热TWC32。热 输出估计模块48包括预热估计模块62和维持加热估计模块64。当TWC32具有比起燃温度 低的温度(即催化剂温度)时，预热估计模块62估计EHC34的期望的预热输出。热输出估 计模块48可与TWC温度传感器36、EHC温度传感器37、混合动力系统温度传感器51、和环 境温度传感器53通讯。来自这些温度传感器36、37、51和53的信号还影响在预热阶段或 维持加热阶段期间的热输出的估计。不同的车辆状态指示不同的车辆起动可能性。例如，当车辆行李箱或车门打开时， 车辆起动可以是可能的但非急迫的。预热估计模块62估计第一热输出，并且利用第一 EHC 预热温度策略，EHC34被提供功率至第一预热温度、例如100°C。当检测到驾驶员座位中人 的存在时，车辆起动可能是急迫的。预热估计模块62估计第二热输出，并且可利用第二 EHC 预热温度策略，EHC34被提供功率至第二预热温度、例如30(TC。第二预热输出/温度高于 第一预热输出/温度。维持加热估计模块64估计EHC34期望的维持热输出，以在TWC32达到起燃温度之 后将TWC32的温度维持在起燃温度或高于起燃温度。仅用于示例，在发动机12已运转一段 时间并且电池24已充电之后，可停止发动机12以减少燃料消耗。在该情况下，TWC32可处 于等于或高于起燃温度的温度。在发动机12停止供应排气之后，TWC32可能冷却。因此， 在发动机12停止之后，可启动EHC34，以加热TWC32和将TWC32的温度维持在起燃温度或高 于起燃温度。EHC34用于维持加热的热输出取决于电池的SOC。SOC确定在什么时候再次启 动发动机12。维持热估计模块64包括基于SOC估计EHC34的维持热输出的SOC学习模块66。 当点火开关60仍然接通但发动机12停止时，启动SOC学习模块66。SOC学习模块66可确 定EHC34的期望热输出和EHC34的启动持续时间。
例如，当车辆10处于CD模式时，车辆10很可能将电功率仅用于当前发动机关闭 事件与下次发动机起动事件之间较长的持续时间。因此，维持加热估计模块64估计EHC34 的相对大的热输出(即第一维持热输出)。当车辆10接近CD模式与CS模式之间的转变点 时，维持加热估计模块64确定EHC34的中间水平的热输出(第二维持热输出)。在车辆10 转变成CS模式时，维持加热估计模块64估计相对低水平的热输出(即第三维持热输出)。 第一维持热输出大于第二维持热输出。第二维持热输出大于第三维持热输出。EHC控制模 块52启动EHC34并(例如通过控制启动时段)相应地调节EHC34的维持热输出。下次发 动机起动事件来得越快，则维持热输出越低。现在参考图3A、3B和3C，控制催化转化器的温度的方法80开始于步骤82。车辆起 动预期模块44在步骤84中通过监控车辆状态确定预期是否有车辆起动。当在步骤84中 预期有车辆起动时，电池状态确定模块50在步骤86中确定电池的SOC是否接近CS模式。 当SOC接近CS模式时，EHC控制模块52在步骤88中停用EHC34。催化剂温度控制模块42 在步骤90中确定当起动发动机12时，TWC32仅由排气加热。当在步骤86中电池24的SOC不接近CS模式时，车辆起动预期模块44在步骤92 中确定是否启动远程起动。如果在步骤92中启动远程起动，则方法80结束于步骤130。通 过远程控制器用于车辆起动的催化剂温度控制公开于转让给本受让人的共同未决的美国 申请 No. 12/392，438 (General Motors No. P006793-PTH-RRM)，并且不受本发明保护。如果在步骤92中没有启动远程起动，则热输出估计模块48在步骤94中确定催化 剂温度(即TWC32的温度)是否低于阈值温度(例如起燃温度)。当在步骤94中确定催化 剂温度不低于阈值温度时，方法80转至步骤116。当催化剂温度低于阈值温度时，无声起动 监控模块46在步骤96中确定车辆10是否处于无声起动允许状态。当在步骤96中车辆10 处于无声起动允许状态时，在接通点火开关60之后不会立即起动发动机12以加热TWC32。 在步骤98中EHC34利用混合动力电池被提供功率至第一预热温度(例如100°C )。车辆起动预期模块44持续地监控车辆状态直至接通点火开关60。当车辆起动预 期模块44在步骤100中从近程式传感器54接收到指示驾驶员座位中驾驶员的存在的信号 时，在步骤102中EHC34被提供功率至第二预热温度(例如300°C )，以提供较高的热输出。当在步骤96中车辆10未处于无声起动允许状态时，在接通点火开关60之后将立 即起动发动机12。在步骤102中EHC34被提供功率至第二温度，以提供较高的热输出。当在步骤100中没有检测到驾驶员的存在时，车辆起动预期模块44在步骤104中 确定钥匙是否插入点火开关60。如果在步骤104中钥匙在点火开关60中，则方法80转至 步骤102，并EHC34被提供功率至第二温度，以提供较高的热输出。如果在步骤104中钥匙 没有插入点火开关60，则催化剂温度控制模块42在步骤106中等待来自驾驶员的进一步 的响应持续达第一预定时间(仅用于示例，3分钟)。如果在步骤108中车辆起动预期模 块44从门锁控制器56接收到指示门锁请求的信号，则EHC控制模块52在步骤112中停用 EHC34。如果在步骤108中没有接收到指示门锁请求的信号，则车辆起动预期模块44继续 监控车辆状态。当在步骤110中在第二预定时间内没有接收到驾驶员的进一步响应时，方 法80转至步骤112以停用EHC34。返回步骤102，在由于检测到车辆中驾驶员的存在因而EHC34被提供功率至第二 预热温度以提供较高的热输出之后，车辆起动预期模块44在步骤116中继续监控点火开关60是否被接通。如果在步骤116中没有接通点火开关60，则方法80转至步骤106，以等待 来自驾驶员的进一步的响应。如果在步骤114中接通点火开关60，则方法80转至步骤116。当在步骤116中起动发动机12时，热输出估计模块48在步骤118中确定由发动 机12和EHC34以全功率进行TWC32的加热。然后，方法80转至步骤126。当在步骤116中 未起动发动机12时，维持加热估计模块64在步骤120中启用SOC学习模块66。SOC学习 模块66在步骤122中估计维持热输出。EHC控制模块52在步骤124中控制EHC34，以提供 期望的维持热。车辆起动预期模块44在步骤126中继续确定是否关断点火开关60。如果在步骤 126中未关断点火开关60，则方法80回到步骤116。当在步骤126中关断点火开关60时， 在步骤128中停用催化剂温度控制模块42。方法80结束于步骤130。参考图3C，通过SOC学习模块66确定维持加热的方法140开始于步骤142。在步 骤144中，电池状态确定模块50在步骤144中监控S0C。当在步骤146中车辆10处于⑶ 模式时，维持加热估计模块64在步骤148中估计与第一维持加热时段对应的第一维持热输 出。当在步骤146中车辆10未处于CD模式时，电池状态确定模块50在步骤150中确定车 辆是否处于CD/CS转变模式。如果车辆10处于CD/CS转变模式，则维持加热估计模块64在 步骤152中估计与第二维持加热时段对应的第二维持热输出。当车辆10不处于CD/CS模 式时，车辆10处于CS模式。维持加热估计模块64在步骤154中估计与第三维持加热时段 对应的第三维持热输出。第一维持热输出大于第二维持热输出，而第二维持热输出大于第 三维持热输出。第一维持加热时段长于第二维持加热时段。第二维持加热时段长于第三维 持加热时段。方法140返回至步骤144，以继续监控S0C。现在，本领域的技术人员通过前述说明可意识到的是能以各种形式实现本发明宽 广的教导。因此，尽管本发明包括特定的示例，但由于通过对附图、说明书、和所附权利要求 书的研究，其它的改进将对熟练的从业者变得显而易见，所以本发明的真实范围不应受限 制。
权利要求
1.一种催化剂温度控制系统，包括车辆起动预期模块，其在接通点火开关之前基于多个车辆状态中的至少一个车辆状态 判定是否预期车辆起动；以及电加热催化器(EHC)控制模块，其基于所述判定启动EHC。
2.根据权利要求1所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，所述多个车辆状态包括 车门的状态、门锁的状态、车辆行李箱的状态、车辆中驾驶员的存在、遥控钥匙的检测、和点 火开关中钥匙的插入中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的催化剂温度控制系统，还包括热输出估计模块，其基于所述 车辆状态估计所述EHC的期望的预热输出。
4.根据权利要求3所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，当车门未锁上并且未检 测到车辆中人的存在时，所述EHC产生第一预热输出，以及当检测到所述车辆中人的存在 时，所述EHC产生比所述第一预热输出高的第二预热输出。
5.根据权利要求1所述的催化剂温度控制系统，还包括电池充电状态确定模块，其确 定电池的充电状态(SOC)。
6.根据权利要求5所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，所述EHC控制模块基于所 述电池的所述SOC启动所述EHC。
7.根据权利要求6所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，当所述SOC接近电量保持 模式时，所述EHC控制模块停用所述EHC。
8.根据权利要求6所述的催化剂温度控制系统，其特征在于，当所述SOC处于电量消耗 模式时，所述EHC控制模块启动所述EHC。
9.根据权利要求1所述的催化剂温度控制系统，还包括热输出估计模块，其基于所述 SOC估计所述EHC的期望的维持热输出。
10.一种控制催化剂温度的方法，包括在接通点火开关之前基于多个车辆状态中的至少一个车辆状态判定是否预期有车辆 起动；以及基于所述判定启动电加热催化器(EHC)。
全文摘要
本发明涉及用于混合动力车的催化剂温度控制系统及方法。催化剂温度控制系统包括车辆起动预期模块和电加热催化器(EHC)控制模块。车辆起动预期模块在接通点火开关之前基于多个车辆状态中的至少一个车辆状态判定是否预期有车辆起动。EHC控制模块基于判定启动EHC。
文档编号F01N9/00GK102003258SQ20101027137
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月1日 优先权日2009年9月1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