用于给电热催化剂赋能的电力系统和方法

摘要

本发明涉及用于给电热催化剂赋能的电力系统和方法。该系统包括控制器，所述控制器构造成：在所述催化剂下游的第一温度水平小于阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，产生第一控制信号，以将所述切换装置设定成第一操作状态。所述控制器还在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下产生第二控制信号，以致使所述发电机输出第二电压，使得所述第二电压通过处于所述第一操作状态的所述切换装置被施加到所述催化剂，以增加所述催化剂的温度。

说明书

技术领域

本发明的示例性实施方式涉及一种用于给车辆中的电热催化剂赋能的电力系统和方法。

背景技术

内燃驱动车辆利用发动机气缸中的燃料延迟喷射以增加发动机下游的排放催化剂的温度。然而，为了排放改善目的而使用燃料延迟喷射可能会不利地降低车辆的燃料经济性。

发明内容

在本发明的示例性实施方式中，提供了一种用于给电热催化剂赋能的电力系统。所述电热催化剂设置在发动机下游并且在氧化催化剂上游。所述电力系统包括蓄电池，所述蓄电池构造成输出第一电压。所述电力系统还包括发电机，所述发电机通过切换装置选择性地联接到所述蓄电池或所述电热催化剂。所述电力系统还包括控制器，所述控制器构造成：在所述电热催化剂下游的第一温度水平小于阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，产生第一控制信号以将所述切换装置设定成第一操作状态。所述控制器还构造成：在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，产生第二控制信号以致使所述发电机输出第二电压，使得所述第二电压通过处于所述第一操作状态的所述切换装置被施加到所述电热催化剂，以增加所述电热催化剂的温度。

在本发明的另一示例性实施方式中，提供了一种用于给电热催化剂赋能的方法。所述电热催化剂设置在发动机下游并且在氧化催化剂上游。所述方法包括：输出来自蓄电池的第一电压。所述方法包括：在所述电热催化剂下游的第一温度水平小于阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，利用控制器来产生第一控制信号，以将切换装置设定成第一操作状态。所述方法还包括：在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，利用所述控制器来产生第二控制信号，以致使发电机输出第二电压，使得所述第二电压通过处于第一操作状态的所述切换装置施加到所述电热催化剂，以增加所述电热催化剂的温度。

本发明还包括以下方案：

1. 一种用于给电热催化剂赋能的电力系统，所述电热催化剂设置在发动机的下游并且在氧化催化剂的上游，所述电力系统包括：

蓄电池，所述蓄电池构造成输出第一电压；

发电机，所述发电机通过切换装置选择性地联接到所述蓄电池或所述电热催化剂；

控制器，所述控制器构造成：在所述电热催化剂下游的第一温度水平小于阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，产生第一控制信号，以将所述切换装置设定成第一操作状态；并且

所述控制器还构造成：在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，产生第二控制信号以致使所述发电机输出第二电压，使得所述第二电压通过处于所述第一操作状态的所述切换装置被施加到所述电热催化剂，以增加所述电热催化剂的温度。

2. 根据方案1所述的电力系统，其中，所述控制器还构造成：在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，在产生所述第一控制信号之前产生第三控制信号，以致使所述发电机停止输出所述第二电压。

3. 根据方案1所述的电力系统，还包括温度传感器，所述温度传感器构造成：产生表示了所述电热催化剂下游的所述第一温度水平的温度信号。

4. 根据方案1所述的电力系统，还包括：

电压传感器，所述电压传感器构造成：产生表示了所述第一电压水平的第一电压水平信号；并且

所述控制器还构造成：基于所述第一电压水平信号来确定所述蓄电池的荷电状态。

5. 根据方案4所述的电力系统，其中：

所述控制器构造成在以下情况下产生所述第一控制信号，所述情况为：所述第一温度水平小于所述阈值温度水平，所述发动机减速，以及所述蓄电池的荷电状态大于阈值荷电状态；并且

所述控制器构造成在以下情况下产生所述第二控制信号，所述情况为：所述第一温度水平小于所述阈值温度水平，所述发动机减速，以及所述蓄电池的荷电状态大于所述阈值荷电状态。

6. 根据方案1所述的电力系统，其中，所述控制器还构造成：在所述第一温度水平大于或等于所述阈值温度水平的情况下，停止产生所述第一控制信号和所述第二控制信号。

7. 一种用于给电热催化剂赋能的方法，所述电热催化剂设置在发动机下游并且在氧化催化剂上游，所述方法包括：

输出来自蓄电池的第一电压；

在所述电热催化剂下游的第一温度水平小于阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，利用控制器来产生第一控制信号，以将切换装置设定成第一操作状态；以及

在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，利用所述控制器来产生第二控制信号，以致使发电机输出第二电压，使得所述第二电压通过处于第一操作状态的所述切换装置施加到所述电热催化剂，以增加所述电热催化剂的温度。

8. 根据方案7所述的方法，还包括：

在所述第一温度水平小于所述阈值温度水平并且所述发动机减速的情况下，利用所述控制器在产生所述第一控制信号之前产生第三控制信号，以致使所述发电机停止输出所述第二电压。

9. 根据方案7所述的方法，还包括：利用温度传感器产生表示了所述电热催化剂下游的所述第一温度水平的温度信号。

10. 根据方案7所述的方法，还包括：

利用电压传感器产生表示了所述第一电压水平的第一电压水平信号；以及

利用所述控制器基于所述第一电压水平信号来确定所述蓄电池的荷电状态。

11. 根据方案10所述的方法，还包括：

在以下情况下利用所述控制器产生所述第一控制信号，所述情况为：所述第一温度水平小于所述阈值温度水平，所述发动机减速，以及所述蓄电池的荷电状态大于阈值荷电状态；并且

在以下情况下利用所述控制器产生所述第二控制信号，所述情况为：所述第一温度水平小于所述阈值温度水平，所述发动机减速，以及所述蓄电池的荷电状态大于所述阈值荷电状态。

12. 根据方案7所述的方法，还包括：

在所述第一温度水平大于或等于所述阈值温度水平的情况下，停止产生所述第一控制信号和所述第二控制信号。

本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从本发明的下述详细说明并结合附图将显而易见。

附图说明

其他目的、特征、优势和细节仅以示例的方式展现在对实施方式的下述详细说明中，该详细说明参考了附图，在附图中：

图1是根据本发明示例性实施方式的具有用于给电热催化剂赋能的电力系统的车辆的示意图；

图2是图1的电力系统的一部分的示意图；以及

图3-5是根据本发明的另一示例性实施方式的用于给电热催化剂赋能的方法的流程图。

具体实施方式

下述说明本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明、其应用或使用。应当理解的是，贯穿附图，相应的附图标记指代相同或相应的部件或特征。

参考图1和图2，提供了根据示例性实施方式的具有用于给电热催化剂22赋能的电力系统20的车辆10。车辆10还包括：发动机30；排气管部段32、34、36、38；氧化催化剂50；尿素喷射器51；以及SCR催化剂52。

提供发动机30，以供应用于使得车辆10运动的机械功率。发动机30产生排气31，该排气流经排气管部段32、34、电热催化剂22、氧化催化剂50、排气管部段36、SCR催化剂52和排气管部段38。

如所示的那样，排气管部段32被联接在发动机30和排气管部段34之间。同样，电热催化剂22被联接在排气管部段34和氧化催化剂50之间。排气管部段36被联接在氧化催化剂50和SCR催化剂52之间。最后，SCR催化剂52被联接到排气管部段38。

当电热催化剂22被赋能时，催化剂22由从其流经的电流加热，使得在催化剂22中发生对排气31中的过量一氧化碳（CO）和烃（HC）的氧化，以进一步增加催化剂22的温度以及从其流经的排气的温度。然后，排气31中的一氧化碳（CO）和烃（HC）在氧化催化剂50中被进一步氧化。此外，SCR催化剂52还原排气31中的NO_x。

设置电力系统20，以给电热催化剂22赋能以及向蓄电池72充电。电力系统20包括：发电机70；蓄电池72；切换装置74；导体90、92、94、96、98、100、102、104、106；电压传感器118；温度传感器120；制动传感器130；RPM传感器132；温度传感器134；NO_x传感器136；以及控制器138。

发电机70构造成产生电压（例如，DC电压），该电压在蓄电池72的正端子160处被接收。具体地，当发动机30转动发电机70的转子时，发电机70产生AC电压；然后发电机70利用内部电压调节器150将AC电压转换为被施加到导体94的DC电压。在一个示例性实施方式中，发电机70输出DC电压，该DC电压能够由来自控制器138的控制信号在例如0-24伏的范围内调节。在另一示例性实施方式中，当给电热催化剂22赋能时，发电机70输出24伏DC。

蓄电池72具有正端子160和负端子162，并且构造成在端子160、162之间输出第一电压，例如12伏。正端子160被联接到导体92，负端子162被联接到导体90。在另选实施方式中，蓄电池72能够输出比12伏更低或比12伏更高的电压。

切换装置74被电联接在发电机70与蓄电池72或电热催化剂22之间。切换装置74具有第一操作状态（如图1所示），使得来自发电机70的电压通过切换装置74被施加到电热催化剂22。切换装置74还具有第二操作状态（如图2所示），使得发电机70的电压不通过切换装置74被施加到电热催化剂22。而是，当切换装置74具有第二操作状态（如图2所示）时，来自发电机70的电压通过导体94、切换装置74和导体92被施加到蓄电池72。

切换装置74包括开关190、内部线圈192、以及节点194、196、198。开关190被联接到节点196，并且分别借助对内部线圈192的赋能以及去能从而在第一操作位置和第二操作位置之间被致动，在第一操作位置中，开关190被电连接在节点196、198之间，在第二操作位置中，开关190被电连接在节点196、194之间。节点194借助导体92被电联接到蓄电池72的正端子160。同样，节点196借助导体94被电联接到发电机70，并且节点198借助导体96被电联接到电热催化剂22。

电压传感器118分别借助导体92、90被联接到蓄电池72的正端子160和负端子162。电压传感器118构造成产生表示了蓄电池72的输出电压水平的电压水平信号。电压传感器118借助导体100发送电压水平信号给控制器138。控制器138构造成基于所述电压水平信号来确定蓄电池72的荷电状态（或充电状态）。

温度传感器120构造成产生表示了电热催化剂22的温度水平的温度信号。温度传感器120靠近催化剂22设置，并且借助导体106与控制器138通信。

温度传感器134构造成产生表示了在氧化催化剂50下游的正进入SCR催化剂52的排气的温度水平的温度信号。温度传感器134借助导体108与控制器138通信。

制动传感器130构造成当车辆制动器（未示出）由操作员压下时产生制动信号。制动传感器130借助导体102与控制器138通信。控制器138能够基于来自制动传感器130的制动信号确定车辆10的减速量。制动传感器130是可任选的传感器。

RPM传感器132构造成产生表示了发动机30的RPM水平的RPM信号。RPM 传感器132借助导体104与控制器138通信。控制器138能够基于来自RPM传感器132的RPM信号来确定车辆10的减速量。RPM传感器132是可任选的传感器。

NO_x传感器136构造成产生表示了离开氧化催化剂50的排气中的NO_x水平的NO_x信号。NO_x传感器136借助导体110与控制器138通信。控制器138构造成基于NO_x信号确定是否产生信号以致使尿素喷射器51将尿素喷射到位于SCR催化剂52上游的排气31中。

如将在下文更详细地阐述的那样，控制器138构造成控制发动机30、发电机70、切换装置74、尿素喷射器51和电热催化剂22的操作。在一个示例性实施方式中，控制器138是微处理器。然而在另选的实施方式中，控制器138能够是固态电路。

参考图3-5，其提供了根据另一示例性实施方式的用于给电热催化剂22赋能的方法的流程图。控制器138借助执行被存储在控制器138的非易失性存储器中的软件算法能够执行下述方法。

在步骤210，控制器138将循环计数初始化为值1。在步骤210之后，该方法推进到步骤212。

在步骤212，蓄电池72输出第一电压。在一个示例性实施方式中，第一电压是12伏DC。当然在另选的实施方式中，第一电压能够小于或大于12伏DC。在步骤212之后，该方法推进到步骤214。

在步骤214，温度传感器134产生表示了电热催化剂22下游的第一温度水平的温度信号。电热催化剂22设置在发动机30下游和氧化催化剂50上游。在步骤214之后，该方法推进到步骤216。

在步骤216之后，电压传感器118产生表示了第一电压水平并且还表示了蓄电池72的荷电状态的电压水平信号。在步骤216之后，该方法推进到步骤218。

在步骤218，控制器138确定第一温度水平是否小于阈值温度水平。在一个示例性实施方式中，阈值温度水平是200摄氏度。当然，在另选的实施方式中，阈值温度水平能够小于或大于200摄氏度。如果步骤218的值等于“是”，那么该方法推进到步骤220。否则，该方法推进到步骤234。

在步骤220，控制器138确定发动机减速率是否大于减速率阈值。在一个示例性实施方式中，控制器138基于来自制动传感器130的制动信号来确定发动机减速率。在另一示例性实施方式中，控制器138基于来自RPM传感器132的RPM信号来确定发动机减速率。如果步骤220的值等于“是”，那么该方法推进到步骤222。否则，该方法推进到步骤234。

在步骤222，控制器138确定蓄电池72的荷电状态是否大于阈值荷电状态。在一个示例性实施方式中，控制器138基于来自电压传感器118的电压信号来确定蓄电池72的荷电状态。如果步骤222的值等于“是”，那么该方法推进到步骤224。否则，该方法推进到步骤234。

在步骤224，控制器138确定循环计数是否等于值1。如果步骤224的值等于“是”，那么该方法推进到步骤226。否则，该方法推进到步骤228。

在步骤226，控制器138产生第一控制信号以致使发电机70停止输出被供应到蓄电池72的第二电压。第二电压大致等于第一电压。在步骤226之后，该方法推进到步骤228。

在步骤228，控制器138产生第二控制信号，以将切换装置74设定成第一操作状态，使得发电机70通过切换装置74被电联接到电热催化剂22。在步骤228之后，该方法推进到步骤230。

在步骤230，控制器138产生第三控制信号，以致使发电机70输出第三电压，该第三电压通过处于第一操作状态的切换装置74被施加到电热催化剂22，以增加电热催化剂22的温度。第三电压大于第二电压。在一个示例性实施方式中，第三电压是24伏DC。当然，在另选的实施方式中，第三电压能够小于或大于24伏DC。在步骤230之后，该方法推进到步骤232。

在步骤232之后，控制器138使循环计数递增1。在步骤232之后，该方法返回到步骤212。

再次参考步骤218、220、222，如果这些步骤中任何步骤的值等于“否”，那么该方法推进到步骤234。

在步骤234，控制器138停止产生第三控制信号，以致使发电机70停止输出被供应到电热催化剂22的第三电压。在步骤234之后，该方法推进到步骤236。

在步骤236之后，控制器138停止产生第二控制信号，以将切换装置74设定成第二操作状态，使得发电机70通过切换装置74被电联接到蓄电池72。在步骤236之后，该方法推进到步骤238。

在步骤238之后，控制器138产生第五控制信号，以致使发电机70输出第二电压，该第二电压通过切换装置74被供应到蓄电池72。在步骤238之后，该方法推进到步骤240。

在步骤240，控制器138产生第六控制信号，以致使发动机30在其中具有延迟的燃料喷射操作，以增加氧化催化剂50的温度。在步骤240之后，该方法推进到步骤242。

在步骤242，控制器138将循环计数设置成等于值1。在步骤242之后，该方法返回至步骤212。

用于给电热催化剂22赋能的电力系统和方法与其他系统和方法相比提供了显著的优势。特别地，该电力系统和方法提供了在发动机减速期间增加电热催化剂的温度的技术效果。

虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，能够做出各种变化并且等同物能够替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，能够做出许多修改以使得具体情形或材料适于本发明的教导，而不偏离本发明的实质范围。因此，本发明旨在不局限于用于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发明范围内的全部实施方式。