用于加热功率轴向分区的系统和方法技术方案

提供了一种用于排气系统(18)的加热器系统(20)。加热器系统(20)包括设置在排气管中的加热器(28)。加热器(28)包括设置在排气管(32)中的多个加热元件(38)。加热控制模块(30)根据每个加热元件特有的操作条件不同地控制多个加热元件(38)。在其他形式中，用于排气系统(18)的加热器系统(20)具有多个加热区域，而不是多个加热元件(38)。加热控制模块根据每个加热区域特有的操作条件不同地控制多个加热区域。

System and Method for Axial Zoning of Heating Power

A heater system (20) for an exhaust system (18) is provided. The heater system (20) includes a heater (28) arranged in an exhaust pipe. The heater (28) comprises a plurality of heating elements (38) arranged in an exhaust pipe (32). The heating control module (30) controls a plurality of heating elements (38) according to the unique operating conditions of each heating element. In other forms, the heater system (20) for the exhaust system (18) has multiple heating regions rather than multiple heating elements (38). The heating control module controls multiple heating areas according to the unique operating conditions of each heating area.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于加热功率轴向分区的系统和方法
本专利技术涉及用于流体流动应用的加热和传感系统，例如车辆排气系统，例如柴油机废气和后处理系统。
技术介绍
本节中的陈述仅提供与本专利技术相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。物理传感器在诸如发动机的排气系统的瞬态流体流动应用中的使用由于诸如振动和热循环的恶劣环境条件而具有挑战性。一种已知的温度传感器包括位于热电偶套管内的矿物绝缘传感器，然后将其焊接到支撑托架上，该支撑托架保持管状元件。遗憾的是，这种设计需要很长时间才能达到稳定性，高振动环境会导致物理传感器损坏。在许多应用中，物理传感器还呈现实际电阻元件温度的一些不确定性，因此，在加热器功率的设计中经常应用大的安全裕度。因此，与物理传感器一起使用的加热器通常提供较低的功率密度，这允许较低的损坏加热器的风险，代价是更大的加热器尺寸和成本(相同的加热器功率分布在更多的电阻元件表面区域上)。此外，已知技术使用来自热控制回路中的外部传感器的开/关控制或PID控制。外部传感器的导线和传感器输出之间的热阻具有固有的延迟。任何外部传感器都会增加组件故障模式的可能性，并限制任何机械安装对整个系统的限制。用于流体流动系统中的加热器的一种应用是车辆排气装置，其耦合到内燃发动机以帮助减少各种气体和其他污染物排放到大气中的不期望的释放。这些排气系统通常包括各种后处理装置，例如柴油微粒过滤器(DPF)，催化转化器，选择性催化还原(SCR)，柴油氧化催化剂(DOC)，贫NOx捕集器(LNT)，氨逃逸催化剂，或改变者等。DPF，催化转化器和SCR捕获废气中包含的一氧化碳(CO)，氮氧化物(NOx)，颗粒物质(PMs)和未燃烧的碳氢化合物(HCs)。加热器可以周期性地或在预定时间被激活，以增加排气温度并激活催化剂和/或燃烧已经在排气系统中捕获的颗粒物质或未燃烧的碳氢化合物。加热器通常安装在排气管或诸如排气系统的容器的部件中。加热器可以包括排气管内的多个加热元件，并且通常被控制到相同的目标温度以提供相同的热输出。然而，温度梯度通常由于不同的操作条件而发生，例如来自相邻加热元件的不同热辐射，以及流过加热元件的不同温度的废气。例如，下游加热元件通常具有比上游元件更高的温度，因为下游加热元件暴露于已经被上游加热元件加热的具有更高温度的流体。此外，中间加热元件从相邻的上游和下游加热元件接收更多的热辐射。加热器的寿命取决于加热元件的寿命，该加热元件处于最恶劣的加热条件下并且首先会失效。在不知道哪个加热元件首先会失效的情况下很难预测加热器的寿命。为了提高所有加热元件的可靠性，加热器通常设计成以安全系数操作以减少和/或避免任何加热元件的故障。因此，通常操作处于较不苛刻的加热条件下的加热元件以产生远低于其最大可用热输出的热输出。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于排气系统的加热器系统，其包括设置在排气系统的排气管中的加热器。加热器包括沿排气管的轴向设置的多个加热元件。加热器系统包括加热器控制模块，其可操作以根据至少两个加热元件中的至少两个加热元件的操作条件相对于彼此不同地控制多个加热元件中的至少两个加热元件。在另一种形式中，提供了一种用于排气系统的加热器系统，其包括设置在排气系统的排气管中的加热器。加热器包括沿排气管的轴向设置的多个区域。该系统还包括加热器控制模块，该加热器控制模块可操作以相对于彼此不同地并且根据特定于多个加热区域中的至少两个加热区域的至少一个操作条件来不同地控制多个加热区域中的至少两个加热区域。根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本专利技术的范围。附图说明为了可以很好地理解本专利技术，现在将通过示例的方式参考附图描述其各种形式，其中：图1是应用了本专利技术原理的柴油发动机和排气后处理系统的示意图；图2是安装在上游排气管中并根据本专利技术的教导构造的加热器组件的透视图；图3是安装在图2的上游排气管中的加热器组件的透视剖视图；图4是另一个加热器组件的透视剖视图，示出了流动方向上的温度分布；图5是根据本专利技术的教导构造和操作的加热系统的加热器控制模块的示意图；和图6是比较每个加热元件的最大可用功率和实际功率输出以在加热器组件的加热元件上获得均匀温度的曲线图。本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本专利技术，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。参照图1，示例性发动机系统10通常包括柴油发动机12，交流发电机14(或一些应用中的发电机)，涡轮增压器16和排气后处理系统18。排气后处理系统18设置在涡轮增压器16的下游用于处理在废气释放到大气之前，来自柴油发动机12的废气。排气后处理系统18可包括一个或多个附加部件，装置或系统，其可操作以进一步处理排气流体流以实现期望的结果。在图1的示例中，排气后处理系统18包括加热系统20，柴油氧化催化剂(DOC)22，柴油微粒过滤装置(DPF)24和选择性催化还原装置(SCR)26。排气后处理系统18包括：上游排气管32，其接收加热器组件28，中间排气管34，其中提供DOC22和DPF24，以及下游排气管36，SCR26设置在下游排气管36中。应该理解的是，这里示出和描述的发动机系统10仅仅是示例性的，因此可以包括诸如NOx吸附器或氨氧化催化剂等其他部件，而其他部件例如DOC22，DPF24和SCR26可以不使用。此外，尽管示出了柴油发动机12，但是应该理解，本专利技术的教导也适用于汽油发动机和其他流体流动应用。因此，柴油发动机应用不应被解释为限制本专利技术的范围。这些变化应被解释为落入本专利技术的范围内。加热系统20包括设置在DOC22上游的加热器组件28，以及用于控制加热器组件28的操作的加热器控制模块30。加热器组件28可包括一个或多个电加热器，其中每个电加热器包括在至少一个电阻加热元件。加热器组件28设置在排气流体流动通道内，以便在操作期间加热流体流动。加热器控制模块30通常包括适于接收来自加热器组件28的输入的控制装置。控制加热器组件28的操作的示例可包括打开和关闭加热器组件，将加热器组件28的功率调制为单个单元和/或调制功率以分离子组件，例如单个或一组电阻加热元件(如果可用的话)，以及它们的组合。在一种形式中，加热器控制模块30包括控制装置。控制装置与加热器组件28的至少一个电加热器通讯。控制装置适于接收至少一个输入，包括但不限于排气流体流动，排气流体流动的质量速度，至少一个电加热器的上游流动温度，至少一个电加热器下游的流动温度，至少一个电加热器的功率输入，从加热系统的物理特性得到的参数，以及它们的组合。至少一个电加热器可以是适于加热排出流体的任何加热器。示例性电加热器包括但不限于带式加热器，裸线电阻加热元件，电缆加热器，筒式加热器，分层加热器，条形加热器和管式加热器。图1所示的系统包括设置在加热器组件28下游的DOC22。DOC22用作催化剂以氧化废气中的一氧化碳和任何未燃烧的碳氢化合物。另外，DOC22将一氧化氮(NO)转化为二氧化氮(NO2)。DPF24设置在DOC22的下游，以帮助从废气中去除柴油颗粒物质(PM)或烟灰。SCR26设置在DPF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于排气系统的加热器系统，该加热器系统包括：加热器，加热器设置在排气系统的排气管中，加热器包括沿排气管的轴向设置的多个加热元件；和加热器控制模块，可操作以根据特定于多个加热元件的至少两个的至少一个操作条件，相对于彼此不同地控制多个加热元件中的至少两个加热元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.02 US 62/302,4821.一种用于排气系统的加热器系统，该加热器系统包括：加热器，加热器设置在排气系统的排气管中，加热器包括沿排气管的轴向设置的多个加热元件；和加热器控制模块，可操作以根据特定于多个加热元件的至少两个的至少一个操作条件，相对于彼此不同地控制多个加热元件中的至少两个加热元件。2.根据权利要求1所述的加热器系统，其中多个加热元件设置在排气管的上游，并且多个加热元件设置在排气管的下游。3.根据权利要求2所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块以比所述下游加热元件更高的功率水平和更低的温度控制所述上游加热元件。4.根据权利要求3所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括操作参数获取模块，其可操作以获取所述多个加热元件中的至少一个的操作参数。5.根据权利要求3所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括虚拟传感模块，其可操作以获取所述多个加热元件中的至少一个的操作参数。6.根据权利要求3所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括加热器性能特征数据存储模块，其可操作以存储所述多个加热元件中的至少一个的操作参数。7.根据权利要求3所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括可靠性确定模块，所述可靠性确定模块可操作以根据所述多个加热元件中的至少一个的操作条件确定所述多个加热元件中的至少一个的可靠性。8.根据权利要求7所述的加热器系统，其中，所述可靠性确定模块确定所述多个加热元件的平均可靠性。9.根据权利要求7所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括目标温度和加热循环确定模块，其可操作以基于所确定的可靠性确定加热元件，所述可靠性是目标温度，加热循环及其组合中的至少一个。10.根据权利要求9所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括功率控制和切换模块，其可操作用于控制提供给所述多个加热元件中的每一个的功率水平，并且切换所述多个加热元件中的每一个的接通与断开，基于足以实现目标温度所确定的加热循环。11.根据权利要求3所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块包括控制算法，以确定所述多个加热元件中的至少一个的瞬态条件。12.根据权利要求3所述的加热器系统，其中所述加热器控制模块可操作以控制所述多个加热元件中的每一个以达...

【专利技术属性】
技术研发人员：马卡·埃弗利，詹姆斯·N·普拉顿，张三宏，
申请(专利权)人：沃特洛电气制造公司，
类型：发明
国别省市：美国,US