基于模型控制管理EDOC温度的制作方法

本公开内容涉及用于内燃机的排气系统，并且更具体地涉及使用柴油氧化催化剂(doc)和用于排放控制的选择性催化还原(scr)装置的排气系统。

从内燃机特别是柴油机排出的排气是包含例如一氧化碳(“co”)、未燃烧的碳氢化合物(“hc”)和氮氧化物(“nox”)以及构成颗粒物质(“pm”)的凝聚相材料(液体和固体)的气体排放物的非均相混合物。通常设置在催化剂载体或基底上的催化剂组合物设置在作为后处理系统的一部分的发动机排气系统中，以将这些排气成分中的某些或全部转化为非调节的排气成分。排气处理系统通常包括一个或多个处理装置，例如氧化催化剂(oc)装置、选择性催化还原装置、颗粒过滤器、混合元件和尿素/燃料喷射器。

在排气系统中设置氧化催化剂装置以处理未燃烧的气态和非挥发性碳氢化合物(hc)以及一氧化碳(co)。氧化催化剂在高温条件下氧化hc和co以形成二氧化碳(co2)和水(h2o)。如果氧化催化剂过热，则其氧化hc和co的能力受到影响，并且其性能和寿命可能劣化。因此，希望提供监测氧化催化剂的操作并防止过热的方法和系统。

技术实现要素：

本文描述了一种控制用于处理具有内燃机的机动车辆中的排气的排放控制系统的系统和方法。排放控制系统包括：设置在排气的流中的电气柴油氧化催化剂(edoc)装置，其具有电加热元件；温度传感器，其设置在edoc装置处并且被配置成检测排气的温度；以及控制器，其被配置成基于具有内部闭合环路控制和外部闭合环路控制的双嵌套闭合环路拓扑来执行edoc装置的基于模型的控制。内部闭合环路控制被配置成控制edoc装置所需的功率，并且外部闭合环路控制被配置成控制edoc装置的温度。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括温度传感器和另一个nox传感器。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制采用用于edoc装置的虚拟传感器，其至少响应于发动机的温度和排气的流动。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制具有如下中的至少一个的带宽：高于外部闭合环路的带宽、是外部闭合环路的带宽的两倍、是外部闭合环路的带宽的五倍、以及是外部闭合环路的带宽的十倍。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制和外部闭合环路控制中的至少一个采用比例、积分和微分pid控制。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括外部闭合环路控制采用基于edoc装置的操作和性能约束的限制功能。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括操作和性能约束包括edoc装置温度、其梯度和排气流量中的至少一个。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制和外部闭合环路控制中的至少一个被配置成允许edoc装置的操作独立于排气的流动。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括edoc装置包括在单个封装中与柴油氧化催化剂结合的电加热器。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括位于edoc装置的排气下游的颗粒过滤器。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括选择性催化还原(scr)装置和设置在scr装置下游的排气中的nox传感器。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括edoc装置被配置成再生edoc装置、doc装置、颗粒过滤器和scr装置中的至少一个。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括edoc装置、doc装置、颗粒过滤器和scr装置中的至少两个是一体的。

在本文的另一个实施例中还描述了一种用于处理由内燃机排放的排气的排气系统。排放控制系统包括：设置在内燃机的排气的流中的电气柴油氧化催化剂(edoc)装置；温度传感器，其设置在edoc装置处并且被配置成检测排气的温度；以及控制器，其被配置成基于具有内部闭合环路控制和外部闭合环路控制的双嵌套闭合环路拓扑来执行edoc装置的基于模型的控制。其中，内部闭合环路控制被配置成控制edoc装置所需的功率，并且外部闭合环路控制被配置成控制edoc装置的温度。

此外，在本文的另一个实施例中描述了一种用于控制内燃机的排气系统的电气氧化催化剂(edoc)装置的计算机实现的方法。该方法包括：测量与edoc装置相关的排气温度；以及基于具有内部闭合环路控制和外部闭合环路控制的双嵌套闭合环路拓扑执行edoc装置的基于模型的控制。该方法还包括：配置内部闭合环路以控制edoc装置所需的功率；配置外部闭合环路以控制edoc装置的温度；以及基于所述执行生成针对edoc装置的命令。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制还包括采用用于edoc装置的虚拟传感器，其至少响应于发动机的温度和排气的流动。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制具有如下中的至少一个的带宽：高于外部闭合环路的带宽、是外部闭合环路的带宽的两倍、是外部闭合环路的带宽的五倍、以及是外部闭合环路的带宽的十倍。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括内部闭合环路控制和外部闭合环路控制中的至少一个被配置成允许edoc装置的操作独立于排气的流动。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括再生edoc装置、doc装置、颗粒过滤器和scr装置中的至少一个。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，其他实施例可以包括外部闭合环路控制，其采用基于edoc装置的操作和性能约束的限制功能。

从以下结合附图的详细描述中，本公开内容的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得明显。

附图说明

仅通过示例的方式，在以下详细描述中呈现其他特征、优点和细节，以下详细描述参考附图，在附图中：

图1示出了根据一个或多个实施例的包括内燃机和排放控制系统的机动车辆；

图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统的示例组件；

图3a示出了根据一个或多个实施例的edoc装置的扩展图；

图3b示出了根据一个或多个实施例的edoc装置的简化透视图；

图4示出了用于控制edoc装置的说明性方法的流程图；以及

图5示出了根据一个或多个实施例的用于控制edoc装置的说明性方法的流程图。

具体实施方式

为了促进对本公开内容的原理的理解的目的，现在将参考附图中示出的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应理解的是，因此不旨在限制本公开内容的范围。以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开内容、其应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。如本文所使用的，术语模块指的是处理电路，其可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器模块、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。

另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为比其他实施例或设计更优选或更具优势。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一个的任何整数，即一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括大于或等于两个的任何整数，即两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。

根据实施例的一个方面，机动车辆在图1中总体上用10表示。机动车辆10以皮卡车的形式示出。应当理解，机动车辆10可以采用各种形式，包括汽车、商业运输、海上交通工具等。机动车辆10包括具有发动机舱14、乘客舱15和货台17的车身12。发动机舱14容纳内燃机系统24，在所示的说明性实施例中，内燃机系统24可以包括柴油发动机26。内燃机系统24包括排气系统30，排气系统30流体连接到后处理或排放控制系统34。由内燃机(ice)系统24产生的排气通过排放控制系统34以减少可以通过排气出口管36排出到环境的排放物。

应当注意，本文描述的技术方案与ice系统密切相关，ice系统可以包括但不限于柴油发动机系统和汽油发动机系统。ice系统24可以包括附接到曲轴的多个往复活塞，其可以可操作地附接到传动系，例如车辆传动系，以为车辆提供动力(例如，将牵引扭矩传递到传动系)。例如，ice系统24可以是任何发动机配置或应用，包括各种车辆应用(例如，汽车、船舶等)，以及各种非车辆应用(例如，泵、发电机等)。尽管可以在车辆环境(例如，产生扭矩)中描述ice，但是其他非车辆应用也在本公开内容的范围内。因此，当参考车辆时，这种公开内容应被解释为适用于ice系统的任何应用。

此外，ice通常可代表能够产生包含气态(例如，nox、o2)、碳质和/或颗粒物质的排气流的任何装置，并且因此本文的公开内容应当被解释为适用于所有这样的装置。如本文所使用，“排气”是指可能需要处理的任何化学物质或化学物质的混合物，并且包括气态、液态和固态物质。例如，排气流可以包含一种或多种nox物质、一种或多种液态碳氢化合物物质和一种或多种固体颗粒物质(例如灰)的混合物。应进一步理解，本文公开的实施例可适用于处理不包含碳质和/或颗粒物质的流出物流，并且在这种情况下，ice24通常也可表示能够产生包含此类物质的流出物流的任何装置。排气颗粒物质通常包括碳质烟灰、以及与ice排气密切相关或在排放控制系统34内形成的其他固态和/或液态含碳物质。

图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统34的示例组件。应当注意，尽管在上述示例中ice系统24包括柴油发动机26，但是本文描述的排放控制系统34可以在各种发动机系统中实现。排放控制系统34便于控制和监测未燃烧的气态和非挥发性碳氢化合物(hc)和一氧化碳(co)以及nox存储和/或处理材料，以控制由ice系统24产生的排气。例如，排放控制系统34可以使用氧化催化剂在高温条件下氧化hc和co以形成二氧化碳(co2)和水(h2o)。此外，排放控制系统可以采用各种方法来控制选择性催化还原(scr)装置和附属的nox传感器，其中scr装置被配置成接收来自ice系统24的排气流并控制来自其的nox排放。如本文所使用，“nox”是指一种或多种氮氧化物。nox物质可以包括nyox物质，其中，y＞0且x＞0。氮氧化物的非限制性示例可以包括no、no2、n2o、n2o2、n2o3、n2o4和n2o5。scr装置被配置成例如以可变的剂量率接收还原剂，如将在下面所述。

可以包括若干段的排气管道214将排气216从柴油发动机26输送到排放控制系统34的各种排气处理装置。例如，如图所示，排放控制系统34包括scr装置220。在一个或多个示例中，scr装置220可以包括选择性催化过滤器(scrf)装置，其除了颗粒过滤能力之外还提供scr的催化方面能力。替代地或另外地，scr装置220也可以涂覆在流通式基底上。可以理解，系统34可以包括各种附加处理装置，包括柴油氧化催化剂(doc)装置218和颗粒过滤装置等，而不管是在单独的封装中或是集成的。

可以理解，doc装置218可以是本领域已知的各种流通式氧化催化剂装置。doc装置包括氧化催化剂，其设计用于将一氧化碳、气相碳氢化合物和柴油颗粒物质的可溶有机部分(sof)氧化成co2和h2o。在各种实施例中，doc装置218可以包括流通式金属或陶瓷整料基底224。基底224可以封装在不锈钢壳或罐中，其具有与排气管道214流体连通的入口和出口。基底224可以包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可以作为洗涂层施加，并且可以含有铂族金属，例如铂(pt)、钯(pd)、铑(rh)或其他合适的氧化催化剂、或其组合。doc装置218可用于处理未燃烧的气态和非挥发性hc和co，其被氧化形成二氧化碳和水。洗涂层包括设置在整体式基底的表面上或下面的洗涂层上的组成不同的材料层。催化剂可以含有一个或多个洗涂层，并且每个洗涂层可以具有独特的化学催化功能。doc装置218还可以将一部分氮氧化物(no)氧化成二氧化氮(no2)。doc装置218还可以将沸石组分结合到洗涂层中以捕获或储存否则将在低温下(例如，在冷启动或发动机空转期间-低于200摄氏度)排出的碳氢化合物。在实施例中，oc装置218的沸石组分包括沸石-β(ti-β)和/或沸石-ssz-33(ti-ssz-33)。

scr装置220可以设置在排气系统30中的doc装置218的下游。在一个或多个示例中，scr装置220可以包括过滤器部分222，其可以是壁流式过滤器，该壁流式过滤器被配置成从排气216过滤或捕获碳和其他颗粒物质。在至少一个实施例中，过滤器部分222形成为颗粒过滤器(pf)，例如柴油颗粒过滤器(dpf)。过滤器部分(即pf)可以例如使用陶瓷壁流式整体式排气过滤器基底构造，其被封装在刚性的耐热壳或罐中。过滤器部分222具有与排气管道214流体连通的入口和出口，并且可以在排气216流过其时捕获颗粒物质。应当理解，陶瓷壁流式整体式过滤器基底本质上仅是示例性的，并且过滤器部分222可以包括其他过滤器装置，例如缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。

在另一个实施例中，颗粒过滤器(pf)222可以设置在scr装置220的上游/下游。pf222用于过滤排气216中的碳和其他颗粒。如上所述，在实施例中，pf222可以使用陶瓷壁流式整体式过滤器构造，该过滤器封装在刚性壳或罐中，该壳或罐具有与排气导管流体连通的入口和出口。陶瓷壁流式整体过滤器可以具有多个纵向延伸的通道，这些通道由纵向延伸的壁限定。通道包括入口通道的具有开放的入口端和闭合的出口端的子集，以及出口通道的具有闭合的入口端和开放的出口端的子集。通过入口通道的入口端进入pf222的排气216被迫通过相邻的纵向延伸壁迁移到出口通道。通过该示例性壁流机构，排气216被过滤其中的碳(烟灰)和其他颗粒。过滤的颗粒沉积在入口通道的纵向延伸的壁上，并且随着时间的推移，将具有增加排气系统34和ice24所经历的排气背压的效果。为了解决这些问题，排放控制系统34还可以执行pf222的清洁或再生过程以降低背压，如在本文中一个或多个示例中所述。在一个实施例中，一种再生方法涉及在通常为高温(＞600℃)环境中氧化或燃烧累积的碳和其他颗粒。

doc装置218、scr装置220和pf222可以各自具有选定的操作温度，在该操作温度下装置有效且高效地移除颗粒或改变排气216。例如，scr装置220具有用于所接收的排气216的操作温度，在该操作温度下装置将no转换成等于或高于所选温度的n2。另外，doc装置218可以用于在放热反应中燃烧hc，该放热反应有效地燃烧pf222中的累积颗粒。pf222再生的启动通常在选定的操作温度下发生，其中由高排气温度引起的放热反应燃烧或氧化累积的颗粒。

在发动机启动时，排气处理装置可以处于或接近环境温度，这通常对于排放控制系统34中的这种装置的有效操作而言太低。另外，在正常的发动机操作下，排气系统30的排气处理装置的温度不超过它们各自的正常操作温度，这对于有效再生而言太低。因此，必要时通过提高排气216的温度来增加排气处理装置的温度。在一些系统中，可以采用hc喷射器在doc装置218的上游喷射另外的燃料，使得燃料在doc装置218中燃烧以暂时增加排气温度。替代地或结合地，可以采用后喷射策略通过将额外的燃料喷射到ice24的气缸中来临时增加排气温度。在另一个实施例中，采用电气doc(edoc)装置223，其包括根据需要向排气216添加热能以用于再生和/或改进排放控制系统34的操作的能力，如本文将进一步描述的。

现在转向图3a和图3b并继续参考图1和图2，在一些实施例中，排放控制系统34还包括edoc装置219。edoc装置223设置在doc装置218和scr装置220上游的排气216的流中。在实施例中，edoc装置223设置在壳体221中，壳体221基本上包围基底224。基底224可以由金属制成，但是其他材料也是可能的。壳体221可以是大致圆柱形的或具有允许排气216从入口225流到出口226并穿过基底224的任何其他形状。入口225为排气216流入edoc装置223提供流体通道，并且出口为排气216流出基底装置224提供流体通道。在实施例中，如图3a所示，edoc组件219包括edoc装置218。

继续参考图3a，第一电极227通过第一传输线(未示出)电连接到车辆上的电源。第一电极227延伸穿过edoc组件219的壳体221并接触edoc组件219的edoc装置223。第二电极228从edoc组件219的壳体221延伸，并且还根据需要电连接以便以常规方式完成电路。当第二电极228从壳体延伸时，第二电极228也可以与大致与第一电极227相对的edoc装置223接触。当电流流到第一电极227时，电流与壳体221隔离，并且电流被引导到在第二电极228处离开的edoc组件219的edoc装置223。在实施例中，电极227、228和edoc装置223的一部分可以是加热元件，在下文中表示为加热元件223。在实施例中，加热元件223是与基底224分开的加热装置。加热元件223也可以是基底224的全部或一部分，其被配置成通过施加电流来产生热量。选择性地将电流引入edoc组件219可以是用户激活或自动激活，例如通过发动机控制或排放控制系统34来进行。

当电流流过加热元件223时，在edoc组件219中产生热量。流过edoc组件219的排气216由加热元件223加热，并且加热的排气216流到/穿过基底224、doc装置218(如果是分开的)、pf222，并流到scr装置220。在edoc组件219、doc装置218或scr装置220处，加热的排气216提供足够的热量以启动如本文所述的过滤器的再生。此外，通过电加热edoc组件219，pf222可以再生而不必增加ice24上的燃料负载，这允许在低发动机速度和低发动机负载下再生。

还应该理解的是，如图1所示，尽管排放控制系统34被描述为具有位于doc装置218的上游的edoc装置223，可以的是：如果edoc装置223获得足够的排气温度，则排放控制系统34可以仅包括具有整体edoc装置223和催化剂224的edoc组件219，而没有下游doc装置218。此外，根据需要，可以使用多于一个edoc装置223来增加排气216的温度并确保排放控制系统34的有效操作。

排放控制系统34还可以包括还原剂输送系统232，其将还原剂230引入排气216。还原剂输送系统232包括还原剂供应源234和喷射器236。使用喷射器236或其他合适的输送方法将还原剂230在scr装置220上游的位置处喷射到排气管道214中。还原剂供应源234存储还原剂230并且与喷射器236流体连通。因此，可以将对应于可变剂量率的可选择量的还原剂230注入排气管道214中，使得还原剂230在scr装置220上游的位置处被引入排气216。在一个或多个示例中，还原剂230可以是气体、液体或水溶液的形式，例如尿素水溶液。在一个或多个示例中，还原剂230可以与喷射器236中的空气混合，以帮助喷射喷雾的分散。scr装置220利用还原剂230(例如氨(nh3))来降低排气216中的nox水平。

在一个或多个示例中，排放控制系统34还包括控制模块238，其经由多个传感器可操作地连接以监测发动机26和/或排气处理系统34。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、处理器(共享、专用或组)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。例如，模块238可以执行如本文所述的控制过程和一个或多个化学模型250，如本文所述。控制模块238可以可操作地连接到ice系统24、scr装置220、doc装置218和加热元件223和/或一个或多个传感器。如图所示，传感器可以包括设置在scr装置220下游的上游nox传感器242a和下游nox传感器242b，每个传感器与排气管道214中的排气216流体连通。在一个或多个示例中，上游nox传感器242a设置在ice26的下游以及scr装置220和喷射器236两者的上游。上游nox传感器242a和下游nox传感器242b检测靠近它们在排气管道214内的位置的nox水平，并产生与nox水平相对应的nox信号。在一些实施例中，nox水平可以包括浓度、质量流率或体积流率。例如，由nox传感器242a、242b产生的nox信号可以由控制模块238解释。控制模块238还可以与如下的一个或多个温度传感器通信：例如设置在edoc组件219处的上游温度传感器244a(图3a)以及设置在scr装置220上游的第二温度传感器244b。

排放控制系统34的传感器还可以包括至少一个压力传感器246(例如，δ压力传感器)。δ压力传感器246可以确定scr装置220两端的压差(即δp)。尽管示出了单个δ压力传感器246，但是应当理解，可以使用多个压力传感器来确定scr装置220的压差。应当注意，在其他示例中，传感器可以包括与本文所示/所述的传感器不同、附加或更少的传感器。

控制模块(或控制器)238基于感测和/或建模的数据控制ice24和/或排放控制系统34的一个或多个组件的操作，以维持有效操作和低排放。可以从若干传感器nox传感器242a、242b、温度传感器244a、244b和压力传感器246中的一个或多个接收数据。在各种实施例中，感测和/或建模的数据包括排气温度、排气流率、烟灰负载、nox浓度、排气组成(化学成分)、差压和许多其他参数。

控制模块238被配置成基于所感测和/或建模的数据执行所选择的过程或操作，例如控制还原剂剂量以维持期望的排放，诊断doc装置218、pf222的状态，以及根据需要控制加热元件223以控制排气216的温度并再生pf222。在实施例中，控制模块238基于温度差是否被记录和/或显示温度尖峰来确定加热元件223、doc装置218、pf222中的一个或多个是否正确地操作。在实施例中，温度尖峰的存在被解释为表示edoc装置219、doc装置218和pf222中的一个或多个的沸石组分如预期那样储存碳氢化合物。

应当注意，柴油ice24和排放控制系统34不应限于图2中所示的配置。例如，各种排气处理装置例如edoc组件219、pf222和scr装置220可以以与所描绘的顺序不同的顺序设置在排气系统30中。作为示例，scr装置220可以设置在pf222的下游，反之亦然。此外，可以有更多、更少或不同的排气处理装置设置在排放控制系统34中，例如底流scr装置或附加的颗粒过滤器。例如，在一些实施例中，如图所示，scr装置和pf222可以被配置成单个装置(例如，在单个罐中)。在其他实施例中，它们可以是两个单独的装置。此外，作为另一示例，另一doc装置218可以设置在scr装置220与pf222之间。在这种情况下，根据需要，可以在附加doc装置和pf222之间放置附加传感器。

在一个或多个示例中，控制模块238使用加热元件223、doc装置218、pf222和scr催化剂中的一个或多个的化学模型250来预测装置的状态。例如，排气216中的hc浓度或nox浓度分别进入edoc组件219或doc装置218和scr装置220。此外，基于所感测的温度、预测的温度、预测的hc浓度等，控制模块238确定加热元件223、doc装置218和pf222是否正确操作以及是否需要操作加热元件223。另外，基于所感测的nox、温度、排气流量和压力的控制模块确定nh3的量，利用将该nh3的量施用至排气216以满足选定的排放阈值。

控制模块238通常实施自适应闭合环路控制策略以控制加热元件223和/或向排气216添加燃料以根据化学模型250维持edoc装置219、doc装置218和pf222的性能，其中控制模块根据ice24的持续性能连续学习与化学模型250相关联的一个或多个参数。同样地，控制模块238通常实施自适应闭合环路控制策略以根据化学模型250维持scr装置220的性能，其中控制模块根据ice24的持续性能连续地学习与化学模型250相关联的一个或多个参数。

图4示出了用于控制加热元件223的激活以控制排气216的温度的传统方法400的流程图。在该配置中，采用单个控制环路405。该策略基于控制环路，该控制环路基于来自温度传感器244a、244b的目标温度和温度反馈计算加热元件223的所需功率420。查找表410有助于计算加热元件223所需的最大功率416，其考虑发动机输出温度412和排气质量流量414，并限制来自控制的所需功率420，如块430所示。采用该限制是因为有时所需的最大功率(产生足够的加热)将超过加热元件223的规格和能力并可能导致损坏。例如，在低或零排气流的条件下，如果对加热元件223施加过多的功率，则可能导致过度加热。不幸地，该约束导致对加热元件223的功率请求的限制。此外，因为通常edoc组件219通常被设计和配置用于柴油ice24的稳态操作，所以在发动机26或排放控制系统24操作例如启动的过渡阶段期间性能受到限制，其中edoc装置219的使用有利于尽可能快地加热后处理系统以实现有效操作。

继续参考图4，对加热元件223的控制继续利用功率命令，通过块430基于加热元件约束被限制，从而在块440处被转换为施加的功率占空比。因此，由于对加热元件223的应用的这些限制，采用改进该限制的控制方法以更精确地控制施加到加热元件和edoc组件219的功率和温度将是有利的。

图5示出了根据实施例的用于控制加热元件223的激活以控制排气216的温度的方法500的流程图。有利地，所描述的方法利用edoc组件219(或doc装置218、scr装置220和pf222)中的加热元件223和主催化剂224之间的热容差。前者约为后者的十分之一。作为采用两个嵌套控制环路的这种控制结构，内部闭合控制环路和外部闭合控制环路提供了对施加到加热元件的温度和功率的改进控制。另外，由于与基底(例如224)相比加热元件223的热特性的动态差异，两个控制环路的带宽(以及由此的响应特性)被配置成非常不同。例如，在实施例中，内部闭合控制环路的带宽高于外部闭合环路的带宽。在另一个实施例中，内部闭合控制环路的带宽至少是外部闭合环路的带宽的两倍。在又一个实施例中，内部闭合控制环路的带宽是外部闭合环路的带宽的至少五倍，而在又一个实施例中，内部闭合控制环路的带宽是外部闭合环路的带宽的至少十倍。在如本文所述的一个或多个示例中，方法500由控制器238实现。替代地，方法500由一个或多个电路实现。在一个或多个示例中，方法500通过执行可以以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑来实现。

在实施例中，方法500采用具有两个嵌套控制环路505和550的基于模型的方法。该策略基于快速响应内部控制环路550和外部控制环路505，内部控制环路550计算加热元件223的所需功率520，并且外部控制环路505被配置成控制加热元件223的温度并且最终控制排气216的温度。在实施例中，外部环路在535处为加热元件223生成期望的温度参考或命令。内部控制环路550采用虚拟传感器560，其是edoc组件219中的加热元件223的模型仿真。控制模块238执行edoc组件219的模型，该模型特别确定edoc组件219的加热元件223的温度随着发动机温度、排气216的流量和施加至加热元件223的功率而变化。功率被确定为施加到电极227和228的电压和通过电极227和228的电流的函数。块515用作控制环路550的增益和控制实现方式。在实施例中，采用比例、积分、微分(pid)控制拓扑来避免卷起并改善控制环路的动态响应。然而，虽然描述了pid控制拓扑，但是应该理解，可以设想和可能的其他配置。例如，比例(p)控制器、比例积分(pi)、比例微分pd等。再次类似于上述过程，如520处所示的加热元件223所需的功率指令针对转换器540，以建立要施加到加热元件223的功率占空比，以实现所需的加热。利用温度传感器244a、244b测量排气216的温度以输入到虚拟传感器560来完成控制环路550。

继续参考图5，基于由温度传感器244a、244b测量的温度和来自edoc组件219和排放控制系统34的模型的预测目标温度，外部控制环路505通过闭合环路控制加热元件223的功率，以便确保下游排气216和基底(例如，基底224)或pf222的所选目标温度的期望温度目标。该方法有助于限制局部加热器元件223的温度，以便不超过硬件限制并避免损坏。

使用基于模型的方法并动态估计加热器元件223的温度，产生edoc组件219(或下游的其他装置，例如pf222)的下游排气216和基底224的参考温度。将下游排气216和基底的参考温度与来自温度传感器244a、244b的温度反馈进行比较，以制定温度指令。块508用作控制环路505的增益和控制实现方式。在一个实施例中，采用比例、积分、微分(pid)控制拓扑来避免卷起并改善控制环路的动态响应。然而，虽然描述了pid控制拓扑，但是应该理解，如前所述，可以设想和可能的其他配置。然后，目标温度命令被引导到如上所述的限制功能530。然而，在所描述的实施例中，限制功能530比关于图4描述的更简单。在这种情况下，由于限制功能在基于温度的外部控制环路505中，限制功能可以简化为edoc组件219的加热元件223的最大温度和梯度，以在块535处产生加热元件223的目标温度。有利地，不需要关于ice操作发动机温度和排气流量的约束。

有利地，利用该控制拓扑，由于响应时间的不同，可以更准确地应用所需的最大功率(以产生足够的加热)。通过更加直接地控制具有更高动态能力的edoc组件219的加热元件223的功率，可以确保为排放控制系统提供改进的温度响应，而不超过加热元件223的规格和能力并且避免任何潜在的损坏。例如，在低或零排气流量的条件下，直接控制加热元件223的功率，并且避免了前面描述的限制。在另一个示例中，在冷启动时，现在可以操作控制环路以提供根据需要实现期望温度所需的功率，其中较慢的温度调节环路确保不超过装置约束。edoc组件219的加热元件223的控制现在能够更加动态地操作(不仅仅是柴油机ice24的稳态操作)。如此，改善了发动机操作的过渡阶段期间的性能。

在硬件架构方面，这样的计算装置可以包括处理器、存储器、以及经由本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出(i/o)装置接口。本地接口可以包括例如但不限于一个或多个总线和/或其他有线或无线连接。本地接口可以具有附加元件(为简单起见省略了这些元件)，例如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器以实现通信。此外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现上述组件之间的适当通信。

当计算装置在操作中时，处理器可以被配置成执行存储在存储器内的软件，将数据传送到存储器和从存储器传送数据，并且通常根据软件控制计算装置的操作。存储器中的全部或部分软件由处理器读取，可能在处理器内缓冲，然后被执行。处理器可以是用于执行软件特别是存储在存储器中的软件的硬件装置。处理器可以是定制的或商业上可用的处理器、中央处理单元(cpu)、与计算装置相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、或用于执行软件的通常任何装置。

存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(ram，诸如dram、sram、sdram、vram等))和/或非易失性存储器元件(例如，rom、硬盘驱动器、磁带、cd-rom等)中的任何一个或组合。此外，存储器可以包含电子、磁、光和/或其他类型的存储介质。注意，存储器也可以具有分布式架构，其中各种组件彼此远程地定位，但是可以由处理器访问。

存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。体现为软件的系统组件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括要执行的一组指令的任何其他实体。当构造为源程序时，程序通过编译器、汇编器、解释器等翻译，其可以包括或可以不包括在存储器中。

应该注意，图4和图5示出了软件的可能实现方式的架构、功能和/或操作。在这方面，可以将一个或多个块解释为表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实现方式中，块中提到的功能可以不按顺序发生和/或根本不发生。例如，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。

应当注意，本文描述的任何功能可以体现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用，例如基于计算机的系统、包含处理器的系统、或者可以从指令执行系统、设备或装置获取指令并执行指令的其他系统。在本文件的上下文中，“计算机可读介质”包含、存储、传送、传播和/或传输程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用。计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)包括便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(ram)(电子)、只读存储器(rom)(电子)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)(电子)和便携式光盘只读存储器(cdrom)(光学)。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本公开内容。如本文所使用的，单数形式(“a”、“an”和“the”)也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其组。

虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其要素。另外，在不脱离本公开内容的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开内容的教导。因此，本公开内容旨在不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。