虚拟传感系统技术方案

提供了一种用于排气系统的加热系统的控制系统。控制系统包括至少一个设置在流体流动通道内的电加热器，以及适于接收至少一个输入的控制装置，该输入选自由流体流动的质量流率、流体流动的流速、所述至少一个电加热器上游的流动温度、所述至少一个电加热器下游的流动温度、输入到所述至少一个电加热器的功率、从所述加热系统的物理特性导出的参数，以及它们的组合组成的组。控制装置可操作以基于至少一个输入调制到至少一个电加热器的功率。一个输入调制到至少一个电加热器的功率。一个输入调制到至少一个电加热器的功率。

【技术实现步骤摘要】
虚拟传感系统
[0001]本案是申请号为201780017844.9、专利技术名称为虚拟传感系统的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]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

[0003]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。
[0004]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。
[0005]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)。
[0006]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。
[0007]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NO
x
捕集器(LNT)，氨逃逸催化剂，或改良者等。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(NO
x
)，颗粒物质(PM
s
)和未燃烧的碳氢化合物(HC
s
)。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。
[0008]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。
[0009]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

[0010]本专利技术提供了一种用于排气系统的加热系统的控制系统。控制系统包括设置在排气流体流动路径内的至少一个电加热器。控制装置适于接收选自由排气流体流的质量流率，排气流体流的质量速度，至少一个电加热器的上游或下游的流动温度，至少一个电加热器的功率输入，来自加热系统的物理特性参数及其组合的组中的至少一个输入。控制装置可操作以基于输入调制到至少一个电加热器的功率。
[0011]在本申请的一种形式中，电加热器选自带式加热器，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组成的组。所述至少一个电加热器可包括具有护套温度(T
s
)的护套，所述护套温度由通过加热系统的物理特性得出的参数确定。
[0012]控制装置可操作以在没有物理传感器的情况下预测与至少一个加热器相关联的温度。质量流率可以通过从由扭矩需求，踏板位置，增加的歧管绝对压力(MAP)，增压正时，发动机正时及其组合组成的组中选择的参数来确定。控制装置还可操作以在需要电力之前确定所需的加热器功率。
[0013]本专利技术还提供了一种发动机系统，其包括如本文所述的排气系统。在一种形式中，控制装置适于接收从包括发动机参数，排气参数，电功率输出，加热器参数的组中选择的发动机输入，并且该装置可操作以产生从由功率消耗，排气温度，加热器温度，诊断，排气质量流量及其组合组成的组中选择的输出。在另一种形式中，控制系统可操作以诊断退化的发动机系统部件。在又一种形式中，控制系统与发动机控制单元通信，并且适于在确定的参数与预设参数不匹配时触发诊断故障代码。
[0014]本专利技术还提供了一种预测流体流动系统中的至少一个位置的温度的方法，该流体流动系统具有设置在用于加热流体的加热系统中的加热器。该方法包括：获得流体流动系统的流体流动的质量流率；获得加热器的流体出口温度和流体入口温度中的至少一个；获得提供给加热器的电力；基于流体流动系统的模型和所获得的质量流率以及流体出口和入口温度计算至少一个位置处的温度。
[0015]本专利技术还提供了一种在布置在流体流动系统中的加热器系统中的多个电阻加热元件中的每一个之后预测出口温度的方法。该方法包括：获得流体流动的质量流量；获得每个电阻加热元件的流体入口温度；获得提供给每个电阻加热元件的功率和流体流动系统的特性，其将输入到每个电阻加热元件的功率与传递到流体流的功率相关联；并根据流体流动系统的模型计算出口温度。
[0016]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，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0017]为了可以很好地理解本公开，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：
[0018]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；
[0019]图2是根据现有技术的管状加热器结构的剖视图；
[0020]图3是说明根据本专利技术的教导的流体流动系统中的一系列组件的示意图；
[0021]图4是示出根据本专利技术的教导的预测具有加热器的流体流动系统中的至少一个位置的温度的方法的流程图；和
[0022]图5是示出根据本专利技术的教导的在布置在流体流动系统中的加热器系统中的多个电阻加热元件中的每一个之后预测出口温度的方法的流程图。
[0023]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
[0024]以下描述本质上是示例性的，并且决不旨在限制本公开，其应用或用途。因此，应该理解，方法中的步骤可以以不同的顺序执行而不改变本公开的原理。
[0025]参考图1，示例性发动机系统10一般包括柴油发动机12，交流发电机(在某些应用中或发电机)14，涡轮增压器16，以及排气后处理系统18，排气后处理系统18从涡轮增压器16的下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于流体流动系统的加热系统，所述加热系统包括：至少一个电加热器，设置在所述流体流动系统的流体流动通道内；和可操作地连接到所述至少一个电加热器的控制装置，被配置为接收至少一个流体流动系统输入和至少一个加热器输入，其中所述至少一个流体流动系统输入选自由所述流体流动通道内流体流动的质量流率、流体流动的流速、所述至少一个电加热器上游的流动温度、所述至少一个电加热器下游的流动温度以及它们的组合组成的组，其中所述至少一个加热器输入选自由所述至少一个电加热器的功率输入、从所述加热系统的物理特性导出的参数以及它们的组合组成的组，其中所述控制装置被配置为基于所述至少一个流体流动系统输入、所述至少一个加热器输入和表征所述至少一个电加热器的预定的数学模型来确定所述至少一个电加热器的温度，以及其中控制装置被配置为基于所述至少一个电加热器的确定的温度调制到所述至少一个电加热器的功率。2.根据权利要求1所述的加热系统，其中所述至少一个电加热器选自由带式加热器、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组成的组。3.根据权利要求1所述的加热系统，其中，所述至少一个电加热器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯，
申请(专利权)人：沃特洛电气制造公司，
类型：发明
国别省市：