专利名称：用于激活电加热催化剂的电力系统和方法
技术领域：
本发明的例示实施方式涉及一种用于激活电加热催化剂的电力系统和方法。
背景技术：
内燃动力车辆在排气系统中应用电加热催化剂。电加热催化剂使用来自机动车辆的电池的12V的操作电压来激活。并且，车辆电气系统包括发电机，其用于向电池和车辆电负载以及电加热催化剂提供电压。当工作电压从电池供应到电加热催化剂时，催化剂的温度会增加从而废气中的碳氢化合物在电加热催化剂内燃烧。然而，当工作电压随后从电加热催化剂移除时，流动通过电加热催化剂的在废气中的碳氢化合物会冷却催化剂从而碳氢化合物的燃烧在催化剂内停止。
发明内容
在本发明例示性的实施方式中，提供了向电加热催化剂提供能量的电力系统。电加热催化剂被设置在氧化催化剂的上游。电力系统包括被配置用于输出第一电压的电池。电力系统进一步包括发电机，被配置为作为对接收到第一控制信号的回应，输出比第一电压更大的第二电压。电力系统进一步包括控制器，被配置为生成第二控制信号而将第一开关装置设为第一操作状态，从而如果电加热催化剂的第一温度水平小于第一临界温度水平，来自发电机的第二电压通过第一开关装置被应用到电加热催化剂，以增加电加热催化剂的温度。控制器进一步被配置为生成第三控制信号来引起发电机输出与第一电压相等的第三电压。控制器进一步被配置为停止生成第二控制信号而将第一开关装置设为第二操作 状态从而来自发电机的第二电压不会通过第一开关装置被应用到电加热催化剂。控制器进一步被配置为，如果第一温度水平大于或者等于第一临界温度水平，生成第四控制信号而将第二开关装置设为第二操作状态从而来自电池的第一电压通过第二开关装置被应用到电加热催化剂从而增加电加热催化剂的温度。在本发明的另一个例示性实施方式中，提供了为电加热催化剂提供能量的方法。电加热催化剂被设置在氧化催化剂的上游。该方法包括从电池输出第一电压。该方法进一步包括作为对发电机接收到第一控制信号的回应，从发电机输出大于第一电压的第二电压。该方法进一步包括如果电加热催化剂的温度水平小于第一临界温度水平，使用控制器生成第二控制信号而将第一开关装置设为第一操作状态，从而来自发电机的第二电压通过第一开关装置被应用到电加热催化剂，以增加电加热催化剂的温度。该方法进一步包括使 用控制器生成第三控制信号用以引起发电机输出与第一电压相等的第三电压。该方法进一步包括停止生成第二控制信号而将第一开关装置设为第二操作状态从而来自发电机的第二电压不会通过第一开关信号被应用到电加热催化剂。该方法进一步包括如果第一温度水平大于或等于第一临界温度水平，使用控制器生成第四控制信号而将第二开关装置设为第二操作状态，从而来自电池的第一电压通过第二开关装置被应用到电加热催化剂，以增加电加热催化剂的温度。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将从以下结合附图对本发明的详细描述中变得显见。本发明还提供如下方案
I.一种用于激活电加热催化剂的电力系统，所述电加热催化剂设置在氧化催化剂的上游，所述电力系统包括
配置为输出第一电压的电池；
发电机，其配置为响应于接收到第一控制信号输出大于所述第一电压的第二电压；控制器，其配置为如果电加热催化剂的第一温度水平小于第一临界温度水平，则产生第二控制信号以将第一开关装置设为第一操作状态，使得来自所述发电机的第二电压通过所述第一开关装置应用到所述电加热催化剂以增加所述电加热催化剂的温度；
所述控制器还配置为产生第三控制信号以引起所述发电机输出等于第一电压的第三电压；
所述控制器还配置为停止产生第二控制信号以将所述第一开关装置设为第二操作状态，使得来自所述发电机的第二电压不通过所述第一开关装置应用到所述电加热催化剂；以及
所述控制器还配置为如果所述第一温度水平大于或者等于所述第一临界温度水平，则产生第四控制信号以将第二开关装置设为第二操作状态，使得来自电池的第一电压通过所述第二开关装置应用到所述电加热催化剂以增加所述电加热催化剂的温度。2.如方案I所述的电力系统，其中所述控制器还配置为在控制器产生所述第四控制信号的同时，产生第五控制信号，以引起发动机或在所述电加热催化剂的上游的燃料喷射器或者它们的组合，将燃料提供给所述电加热催化剂。3.如方案2所述的电力系统，其中所述电加热催化剂燃烧燃料以在所述电加热催化剂中产生放热反应从而增加流经所述电加热催化剂的废气的温度。4.如方案I所述的电力系统，还包括第一温度传感器，其配置为产生指示所述电加热催化剂的第一温度水平的第一温度信号。5.如方案4所述的电力系统，还包括第二温度传感器，其配置为产生指示氧化催化剂下游的废气的第二温度水平的第二温度信号，所述第二温度信号由所述控制器接收。6.如方案5所述的电力系统，其中所述控制器还配置为如果所述第二温度水平大于或者等于第二临界温度水平，则停止产生第四控制信号使得来自电池的第一电压不通过所述第二开关装置应用到所述电加热催化剂，所述第二临界温度水平大于所述第一临界温度水平。7.如方案I所述的电力系统，其中所述控制器配置为基于应用到所述电加热催化剂的功率的量、来自发动机的废气温度水平以及来自所述发动机的废气流率来计算所述
第一温度水平。8.如方案I所述的电力系统,其中所述第一电压为12V而所述第二电压为24V。9. 一种用于激活电加热催化剂的方法，所述电加热催化剂设置在氧化催化剂的上游，所述方法包括
从电池输出第一电压；
响应于发电机接收到第一控制信号而从所述发电机输出大于第一电压的第二电压，；使用控制器，从而如果在所述电加热催化剂的第一温度水平小于第一临界温度水平，则生成第二控制信号以将第一开关装置设为第一操作状态，使得来自所述发电机的第二电压通过所述第一开关装置施加到所述电加热催化剂，以增加所述电加热催化剂的温度；使用所述控制器生成第三控制信号以引起所述发电机输出等于所述第一电压的第三电压；
停止生成第二控制信号以将所述第一开关装置设为第二操作状态，使得来自所述发电机的第二电压不通过所述第一开关装置应用到所述电加热催化剂；和 使用所述控制器，从而如果所述第一温度水平大于或者等于所述第一临界温度水平，则生成第四控制信号以将第二开关装置设为第二操作状态，使得来自电池的第一电压通过所述第二开关装置应用到所述电加热催化剂，以增加所述电加热催化剂的温度。10.如方案9所述的方法，还包括在所述控制器产生第四控制信号的同时，产生第五控制信号，以弓I起所述发动机或布置在所述电加热催化剂的上游的燃料喷射器或它们的组合，将燃料提供给所述电加热催化剂。11.如方案9所述的方法，还包括使用第一温度传感器产生指示所述电加热催化剂的第一温度水平的第一温度信号。12.如方案11所述的方法，还包括使用能够操作地连接到所述控制器的第二温度传感器，产生指示氧化催化剂下游废气的第二温度水平的第二温度信号。13.如方案12所述的方法，还包括，如果第二温度水平大于或者等于第二临界温度水平，则停止产生第四控制信号使得来自电池的第一电压不通过第二开关装置应用到电加热催化剂，所述第二临界温度水平大于所述第一临界温度水平。14.如方案9所述的方法，还包括基于应用到所述电加热催化剂的功率的量、来自发动机的废气温度水平以及来自所述发动机的废气流率来计算第一温度水平。15.如方案9所述的方法，其中第一电压为12V而所述第二电压为24V。
其他目的、特征、优点以及细节，仅通过例子的形式呈现在下述实施方式的详细描述中，详细描述参照附图，其中
图I为根据本发明例示性实施方式的用于激活电加热催化剂的电力系统的示意 图2为在图I的电力系统中使用的两个开关装置的示意图；和 图3和4为根据本发明另一例示性实施方式的激活电加热催化剂的方法的流程图。
具体实施例方式以下描述本质上仅仅是例示性的，并非意在限制本发明、其应用或者用途。需要理解的是贯穿整个附图，相应的附图标记指示相似或相应的部件和特征。参照图I和2，提供具有根据例示性实施方式的用于激活电加热催化剂19的电力系统18的车辆10。车辆10还包括发动机20，排气管道部分22、24、26，电加热催化剂19，燃料喷射器27，氧化催化剂32以及车辆电负载33。发动机20被提供用于提供车辆10的运动的机械功率。发动机20产生流动通过废气管道部分22、24、电加热催化剂19、氧化催化剂32和废气管道部分26的废气21。如所示，废气管道部分22被连接到发动机20和废气管道部分24两者。同样，电加热催化剂19被连接到废气管道部分24以及氧化催化剂32两者。最后，废气管道部分26被连接到氧化催化剂32。当电加热催化剂19被激活时，催化剂19由在其中流过的电流加热使得废气21中的过量一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的氧化在催化剂19中发生，从而进一步增加催化剂19的温度以及在其中流过的废气的温度。然后，废气21中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)在氧化催化剂32中进一步氧化。电力系统18被提供用于激活电加热催化剂19以及为电池40充电。电力系统18包括发电机41，电池40，开关装置50、52，导线60、62、64、66、68、70、72，第一温度传感器80、第二温度传感器82和第三温度传感器83，空气流量计85以及控制器84。发电机41被配置为产生在电池40的正端子90处接收的电压(例如，直流电压)。具体地，当发动机20转动发电机41的转子时，发电机41产生交流电压，然后发电机41使用内部的电压调节器将交流电压转换为被应用到导线64的直流电压。在一个例示性实施方式中，发电机41输出例如在0-24V范围内的、通过来自控制器84的控制信号可调节的直流电压。在一个例示性实施方式中，当激活电加热催化剂19时，发电机41输出24V直流。电池40具有正端子90以及负端子92，并且被配置为在端子90、92之间输出第一电压，例如，12V。当然，在替代实施方式中，电池40可输出小于12V或者大于12V的电压。第一开关装置50在电池40和第二开关装置52之间电连接。第一开关装置50具有第一操作状态(如图I所示)从而来自发电机41的电压通过第一开关装置50应用到电加热催化剂19。并且，第一开关装置50具有第二操作状态(如图2所示)从而发电机41的电压不会通过第一开关装置50应用到电加热催化剂19。替代地，当第一开关装置50具有第二操作状态(如图2所示)时，来自发电机41的电压通过第一开关装置50应用到电池40以及第二开关装置52的节点108。第一开关装置50包括开关100，内部线圈102以及节点97、98、99。开关100被连接到节点98，并且通过内部线圈102的激活和去激活而被致动在开关100电连接在节点98、97之间的第一操作位置以及在开关100电连接在节点98、99之间的第二操作位置之间。节点97通过导线62被电连接到电池40的正端子90。同样，节点98通过导线64被电连接到发电机41，而且节点99通过导线70被电连接到电加热催化剂19。第二开关装置52电连接在第一开关装置50和车辆电负载33之间。第二开关装置52还电连接到电加热催化剂19。第二开关装置52具有第一操作状态(如图2所示)从而来自电池40的电压通过第二开关装置52被应用到电加热催化剂19。同样，第二开关装置52具有第二操作状态(如图I所示)从而电池40的电压不会通过第二开关装置52被应用到电加热催化剂19。第二开关装置52包括开关110，内部线圈112以及节点108、109。开关110被连接到节点109，并且通过内部线圈112的激活和去激活而被致动在开关100电连接在节点109、108之间的第一操作位置以及在开关100不电连接到节点108的第二操作位置之间。节点108通过导线66被电连接到节点97，并且通过导线68还电连接到车辆电负载33。同样，节点109通过导线72电连接到导线70以及电加热催化剂19。第一温度传感器80被配置为产生指示电加热催化剂19的温度水平的信号。第一温度传感器80被设置为邻近催化剂19并且与控制器84通讯。第二温度传感器82被配置、为产生指示氧气催化剂32下游的废气的温度水平的信号。第二温度传感器82与控制器84通讯。第三温度传感器83被配置为产生指示排出发动机20的废气的温度水平的信号。第三温度传感器83与控制器84通讯。空气流量计85被配置为产生指示进入发动机20的空气的流率的信号，其还指示来自发动机20的废气21流率。空气流量计85与控制器84通讯。控制器84被配置为控制发动机20、燃料喷射器27、发电机41、第一和第二开关装置50、52以及电加热催化剂19的操作，以下将更详细地解释。在一个例示性实施方式中，控制器84为微处理器。然而，在替代实施方式中，控制器84可为固态电路。参照图3和4，提供了根据另一个例示性实施方式的用于激活电加热催化剂19的方法的流程图。在步骤130,电池40输出第一电压。在一个例不性实施方式中,第一电压为 12V直流。当然，在替代实施方式中，第一电压可小于或者大于12V直流。在步骤132，发电机41响应于接收到来自控制器84的第一控制信号输出大于第一电压的第二电压。在一个例示性实施方式中，第二电压为24V直流。当然，在替代实施方式中，第二电压可小于或者大于24V直流。在步骤134，第一温度传感器80生成第一温度信号，其指示电加热催化剂19的第一温度水平。在替代实施方式中，步骤134可由以下步骤代替控制器84使用以下等式计算电加热催化剂19的第一温度水平第一温度水平=f (应用到电加热催化剂19的电功率的量，来自发动机20的废气温度水平，以及来自发动机20的废气流率)，其中，f为经验确定的数学函数。在步骤136，控制器84确定第一温度水平是否小于第一临界温度水平。在一个例示性的实施方式中，第一临界温度水平为200摄氏度。当然，在替代实施方式中，第一临界温度水平可小于或者大于200摄氏度。如果步骤136的值为“是”，则方法进入到步骤138。否则，方法进入到140。在步骤138，控制器84生成第二控制信号，以将第一开关装置50设为第一操作状态从而来自发电机41的第二电压通过第一开关装置50被应用到电加热催化剂19，以增加电加热催化剂19的温度水平。在步骤138后，方法回到步骤134。再次参照步骤136，如果步骤136的值为“否”，则方法进入到步骤140。在步骤140，控制器84生成第三控制信号以引起发电机41输出等于第一电压的第三电压。在步骤142，控制器84停止生成第二控制信号，以将第一开关装置50设为第二操作状态从而来自发电机41的第二电压不会通过第一开关装置50被应用到电加热催化剂19。在步骤144，控制器84生成第四控制信号，以将第二开关装置52设为第二操作状态使得来自电池40的第一电压通过第二开关装置52被施加到电加热催化剂19，以增加电加热催化剂19的温度水平。在步骤146，控制器84在控制器84生成第四控制信号的同时，生成第五控制信号，以引起发动机20或被设置在电加热催化剂19的上游的燃料喷射器27向电加热催化剂19提供燃料。具体地，在一个例示性实施方式中，控制器84生成第五控制信号以引起在发动机20中的燃料喷射器在气缸的排气行程期间后喷射燃料进入发动机气缸,使得来自发动机20的废气中21中的燃料被催化剂19接收。在另一个例示性实施方式中，控制器84生成第五控制信号以引起燃料喷射器27将燃料或尿素喷射进入催化剂19上游的废气中。在步骤148，电加热催化剂19燃烧燃料以在电加热催化剂19中产生放热反应从而增加流经电加热催化剂19的废气21的温度。在步骤150，第二温度传感器8 2产生第二温度信号，其指示由控制器84接收的氧化催化剂32下游的废气21的第二温度水平。在步骤152，控制器84确定第二温度水平是否大于第二临界温度水平。第二临界温度水平大于第一临界温度水平。在一个例示性的实施方式中，第二临界温度水平在250-350摄氏度的范围内。如果步骤152的值为“否”，则方法回到步骤146。如果步骤152的值为“是”，则方法进入到步骤154。在步骤154，控制器84停止产生第四控制信号以将第二开关装置52设为第四操作状态，使得来自电池40的第一电压不会通过第二开关装置52被应用到电加热催化剂19。在步骤156，控制器84停止产生第五控制信号以停止燃料被输送到电加热催化剂19。供电系统以及用于激活电加热催化剂19的方法提供了优于其他系统和方法的重大优点。具体地，该供电系统和方法提供了这样的技术效果将第一电压应用于电加热催化剂19以增加催化剂19的温度从而开始燃料在催化剂19内的燃烧，并在此之后，将第二电压应用于催化剂19来保持燃料在催化剂19内的燃烧。虽然本发明参照例示性实施方式已被描述，但是，本领域技术人员应当理解，在没有背离本发明的范围内，可以进行各种变化并且其要素可使用等同物来替代。此外，在没有背离本发明的范围内，可以做出很多修改以将具体情形或材料适应本发明的教导。因此，意在本发明并不限于为了实施本发明而公开的具体实施方式
，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施方式。
权利要求
1.一种用于激活电加热催化剂的电力系统，所述电加热催化剂设置在氧化催化剂的上游，所述电力系统包括 配置为输出第一电压的电池； 发电机，其配置为响应于接收到第一控制信号输出大于所述第一电压的第二电压； 控制器，其配置为如果电加热催化剂的第一温度水平小于第一临界温度水平，则产生第二控制信号以将第一开关装置设为第一操作状态，使得来自所述发电机的第二电压通过所述第一开关装置应用到所述电加热催化剂以增加所述电加热催化剂的温度； 所述控制器还配置为产生第三控制信号以引起所述发电机输出等于第一电压的第三电压； 所述控制器还配置为停止产生第二控制信号以将所述第一开关装置设为第二操作状态，使得来自所述发电机的第二电压不通过所述第一开关装置应用到所述电加热催化剂；以及 所述控制器还配置为如果所述第一温度水平大于或者等于所述第一临界温度水平，则产生第四控制信号以将第二开关装置设为第二操作状态，使得来自电池的第一电压通过所述第二开关装置应用到所述电加热催化剂以增加所述电加热催化剂的温度。
2.如权利要求I所述的电力系统，其中所述控制器还配置为在控制器产生所述第四控制信号的同时，产生第五控制信号，以引起发动机或在所述电加热催化剂的上游的燃料喷射器或者它们的组合，将燃料提供给所述电加热催化剂。
3.如权利要求2所述的电力系统，其中所述电加热催化剂燃烧燃料以在所述电加热催化剂中产生放热反应从而增加流经所述电加热催化剂的废气的温度。
4.如权利要求I所述的电力系统，还包括第一温度传感器，其配置为产生指示所述电加热催化剂的第一温度水平的第一温度信号。
5.如权利要求4所述的电力系统，还包括第二温度传感器，其配置为产生指示氧化催化剂下游的废气的第二温度水平的第二温度信号，所述第二温度信号由所述控制器接收。
6.如权利要求5所述的电力系统，其中所述控制器还配置为如果所述第二温度水平大于或者等于第二临界温度水平，则停止产生第四控制信号使得来自电池的第一电压不通过所述第二开关装置应用到所述电加热催化剂，所述第二临界温度水平大于所述第一临界温度水平。
7.如权利要求I所述的电力系统，其中所述控制器配置为基于应用到所述电加热催化剂的功率的量、来自发动机的废气温度水平以及来自所述发动机的废气流率来计算所述第一温度水平。
8.如权利要求I所述的电力系统，其中所述第一电压为12V而所述第二电压为24V。
9.一种用于激活电加热催化剂的方法，所述电加热催化剂设置在氧化催化剂的上游，所述方法包括 从电池输出第一电压； 响应于发电机接收到第一控制信号而从所述发电机输出大于第一电压的第二电压，； 使用控制器，从而如果在所述电加热催化剂的第一温度水平小于第一临界温度水平，则生成第二控制信号以将第一开关装置设为第一操作状态，使得来自所述发电机的第二电压通过所述第一开关装置施加到所述电加热催化剂，以增加所述电加热催化剂的温度；使用所述控制器生成第三控制信号以引起所述发电机输出等于所述第一电压的第三电压； 停止生成第二控制信号以将所述第 一开关装置设为第二操作状态，使得来自所述发电机的第二电压不通过所述第一开关装置应用到所述电加热催化剂；和 使用所述控制器，从而如果所述第一温度水平大于或者等于所述第一临界温度水平，则生成第四控制信号以将第二开关装置设为第二操作状态，使得来自电池的第一电压通过所述第二开关装置应用到所述电加热催化剂，以增加所述电加热催化剂的温度。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述控制器产生第四控制信号的同时，产生第五控制信号，以引起所述发动机或布置在所述电加热催化剂的上游的燃料喷射器或它们的组合，将燃料提供给所述电加热催化剂。
全文摘要
提供一种用于激活电加热催化剂提供能量的电力系统和方法。该系统包括输出第一电压的电池，以及响应于第一信号输出大于第一电压的第二电压的发电机。该系统还包括控制器，如果催化剂的第一温度水平小于第一临界温度水平，则控制器产生第二信号以将第一开关装置设为第一操作状态从而将第二电压应用到电加热催化剂，以增加催化剂的温度。该控制器产生第三信号以引起发电机输出第三电压，并且，如果第一温度水平大于第一临界温度水平，则产生第四信号以将第二开关装置设为第二操作状态从而将第一电压引用到催化剂。
文档编号F01N3/20GK102758674SQ20121012763
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年4月29日
发明者C.J.卡勒布简, E.V.冈策, M.J.小帕拉托尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司