双用途加热器和流体流动测量系统技术方案

提供了一种用于流体流动应用的控制系统。控制系统包括具有至少一个电阻加热元件的加热器。加热器适于加热流体流动。控制系统还包括控制装置，该控制装置利用来自至少一个电阻加热元件的热损失来确定流体流动的流动特性。

Dual-purpose heater and fluid flow measurement system

A control system for fluid flow applications is provided. The control system includes a heater with at least one resistance heating element. The heater is suitable for heating fluid flow. The control system also includes a control device that uses heat loss from at least one resistance heating element to determine the flow characteristics of the fluid flow.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双用途加热器和流体流动测量系统
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。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
在本专利技术中，提供了一种用于流体流动应用的控制系统，其包括加热器，该加热器具有至少一个适于加热流体流动的电阻加热元件。控制系统还包括控制装置，该控制装置利用来自至少一个电阻加热元件的热损失来确定流体流动的流动特性。在一种形式中，控制装置可操作以基于从由流体流动的温度，流体流动的速度，流体流动的通道的几何形状，流体流动的压力，流体流动的密度，以及它们的组合组成的组中选择的特性来计算质量流量。流动特性可选自流体速度，流体压力，流体温度，流体湍流及其组合。在另一种形式中，控制装置可操作以接收来自至少一个电阻加热元件的流体流动特性和来自发动机控制模块的流体流动特性，以确定加热器的加热器性能和发动机控制模块的质量流量测量性能。此外，控制装置可操作以确定从至少一个电阻加热元件和发动机控制模块接收的流体流动特性的不一致性。此外，控制装置可操作以从至少一个电阻加热元件接收冷却速率，从至少一个电阻加热元件接收加热速率，以及从发动机控制模块接收质量流量数据。基于该信息，控制装置可以基于由来自至少一个电阻加热元件的测量确定的流动特性来确定是否在至少一个电阻加热元件上形成沉积物。在另一种形式中，加热器包括沿流体流动路径设置的多个电阻加热元件。多个电阻加热元件适于提供流体流动特性。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，现在将描述其各种形式，通过示例的方式给出，参考附图，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是根据本专利技术的教导的控制系统的框图；图3是根据本专利技术的教导构造的管状加热器的剖视图；图4A是根据本专利技术的教导的多个连续电阻加热元件的示意图；和图4B是根据本专利技术的教导的多个电阻加热元件的示意图。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，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，用于处理废气在排气释放到大气之前来自柴油发动机12的气体。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。在一种形式中，排气后处理系统18包括加热系统20，柴油氧化催化剂(DOC)22，柴油微粒过滤器(DPF)24和选择性催化还原装置(SCR)26。加热系统20包括设置在DOC22的上游的加热器组件28，加热器控制装置30用于控制加热器组件28的操作。排气后处理系统18包括上游排气管道32，其接收加热器组件28，其中接收DOC22和DPF24的中间排气管道34，以及设置SCR26的下游排气管道36。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。DOC22设置在加热器组件28的下游，并且用作氧化一氧化碳和废气中的任何未燃烧的碳氢化合物的催化剂。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，以从废气中去除柴油颗粒物质(PM)或烟灰。SCR26设置在DPF24的下游，并且借助于催化剂将氮氧化物(NOx)转化为氮气(N2)和水。尿素水溶液喷射器27设置在DPF24的下游和SCR26的上游，用于将尿素水溶液喷射到废气流中。当尿素水溶液用作SCR18中的还原剂时，NOx被还原成N2，H2O和CO2。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。现在参照图2，根据本专利技术示出了用于流体流动应用的控制系统100的一种形式的框图。控制系统100适用于图1保留在本专利技术的范围内的其他应用的发动机系统10。特别地，加热系统20可与控制系统100一起操作。控制系统100包括具有至少一个电阻加热元件140和控制装置160的加热器120。一种形式的加热器120结合到加热组件28中，其中控制装置160对应于热控制装置30。具有至少一个电阻加热元件140本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于流体流动应用的控制系统，包括：具有至少一个电阻加热元件的加热器，该加热器适于加热流体流动；和控制装置，其利用来自至少一个电阻加热元件的热损失来确定流体流动的流动特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.02 US 62/302,4821.一种用于流体流动应用的控制系统，包括：具有至少一个电阻加热元件的加热器，该加热器适于加热流体流动；和控制装置，其利用来自至少一个电阻加热元件的热损失来确定流体流动的流动特性。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制装置可操作以基于从由流体流动的温度，流体流动的速度，流体流动的通道的几何形状，流体流动的压力，流体流动的密度，以及它们的组合组成的组中选择的特性来计算质量流率。3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述流动特性选自流体速度，流体压力，流体温度，流体湍流及其组合组成的组中。4.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述加热器还包括围绕所述电阻加热元件的陶瓷绝缘体和围绕所述陶瓷绝缘体的金属护套。5.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述加热器包括沿流体流动路径设置的多个电阻加热元件，所述多个电阻加热元件适于提供流体流动特性。6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述控制装置基于所述流体流动的温度，所述流体流动的速度，所述流体流动的通道的几何形状以及所述流体流动的压力和所述流体流动的密度的至少一个来计算质量流率。7.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述流体流动特性选自流体速度，流体压力，流体温度，流体湍流及其组合组成的组。8.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制装置可操作以接收来自所述至少一个电阻加热元件的流体流动特性和来自发动机控制模块的流体流动特性，以在发动机控制模块中确定所述加热器的加热器性能和质量流量测量性能。9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述控制装置可操作以确定从所述至少一个电阻加热元件和所述发动机控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·斯汪森，马卡·D·埃弗利，大卫·P·卡伯特森，詹姆斯·N·普拉顿，杰里米·J·匡特，马克·霍芬，杰里米·奥泽，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