[發(fā)明專利]用于加熱功率軸向分區(qū)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780017115.3
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN108884734B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬卡·埃弗利;詹姆斯·N·普拉頓;張三宏
• 申請（專利權(quán)）人: 沃特洛電氣制造公司
• 主分類號: F01N11/00
• 分類號: F01N11/00;F01N13/00;F01N3/027;F01N3/20;F02D41/02;F02D41/14;F02D41/22;F01K7/16;G05D23/185;H05B1/02;H05B3/14;H05B3/18;H05B3/20;H05B3/40
• 代理公司: 北京市萬慧達(dá)律師事務(wù)所 11111
• 代理人: 田欣欣;段曉玲

提供了一種用于排氣系統(tǒng)(18)的加熱器系統(tǒng)(20)。加熱器系統(tǒng)(20)包括設(shè)置在排氣管中的加熱器(28)。加熱器(28)包括設(shè)置在排氣管(32)中的多個加熱元件(38)。加熱控制模塊(30)根據(jù)每個加熱元件特有的操作條件不同地控制多個加熱元件(38)。在其他形式中，用于排氣系統(tǒng)(18)的加熱器系統(tǒng)(20)具有多個加熱區(qū)域，而不是多個加熱元件(38)。加熱控制模塊根據(jù)每個加熱區(qū)域特有的操作條件不同地控制多個加熱區(qū)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于流體流動應(yīng)用的加熱和傳感系統(tǒng)，例如車輛排氣系統(tǒng)，例如柴油機(jī)廢氣和后處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本節(jié)中的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

物理傳感器在諸如發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)的瞬態(tài)流體流動應(yīng)用中的使用由于諸如振動和熱循環(huán)的惡劣環(huán)境條件而具有挑戰(zhàn)性。一種已知的溫度傳感器包括位于熱電偶套管內(nèi)的礦物絕緣傳感器，然后將其焊接到支撐托架上，該支撐托架保持管狀元件。遺憾的是，這種設(shè)計需要很長時間才能達(dá)到穩(wěn)定性，高振動環(huán)境會導(dǎo)致物理傳感器損壞。

在許多應(yīng)用中，物理傳感器還呈現(xiàn)實際電阻元件溫度的一些不確定性，因此，在加熱器功率的設(shè)計中經(jīng)常應(yīng)用大的安全裕度。因此，與物理傳感器一起使用的加熱器通常提供較低的功率密度，這允許較低的損壞加熱器的風(fēng)險，代價是更大的加熱器尺寸和成本(相同的加熱器功率分布在更多的電阻元件表面區(qū)域上)。

此外，已知技術(shù)使用來自熱控制回路中的外部傳感器的開/關(guān)控制或PID控制。外部傳感器的導(dǎo)線和傳感器輸出之間的熱阻具有固有的延遲。任何外部傳感器都會增加組件故障模式的可能性，并限制任何機(jī)械安裝對整個系統(tǒng)的限制。

用于流體流動系統(tǒng)中的加熱器的一種應(yīng)用是車輛排氣裝置，其耦合到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以幫助減少各種氣體和其他污染物排放到大氣中的不期望的釋放。這些排氣系統(tǒng)通常包括各種后處理裝置，例如柴油微粒過濾器(DPF)，催化轉(zhuǎn)化器，選擇性催化還原(SCR)，柴油氧化催化劑(DOC)，貧NO_x捕集器(LNT)，氨逃逸催化劑，或改變者等。DPF，催化轉(zhuǎn)化器和SCR捕獲廢氣中包含的一氧化碳(CO)，氮氧化物(NOx)，顆粒物質(zhì)(PM_s)和未燃燒的碳?xì)浠衔?HC_s)。加熱器可以周期性地或在預(yù)定時間被激活，以增加排氣溫度并激活催化劑和/或燃燒已經(jīng)在排氣系統(tǒng)中捕獲的顆粒物質(zhì)或未燃燒的碳?xì)浠衔铩?/p>

加熱器通常安裝在排氣管或諸如排氣系統(tǒng)的容器的部件中。加熱器可以包括排氣管內(nèi)的多個加熱元件，并且通常被控制到相同的目標(biāo)溫度以提供相同的熱輸出。然而，溫度梯度通常由于不同的操作條件而發(fā)生，例如來自相鄰加熱元件的不同熱輻射，以及流過加熱元件的不同溫度的廢氣。例如，下游加熱元件通常具有比上游元件更高的溫度，因為下游加熱元件暴露于已經(jīng)被上游加熱元件加熱的具有更高溫度的流體。此外，中間加熱元件從相鄰的上游和下游加熱元件接收更多的熱輻射。

加熱器的壽命取決于加熱元件的壽命，該加熱元件處于最惡劣的加熱條件下并且首先會失效。在不知道哪個加熱元件首先會失效的情況下很難預(yù)測加熱器的壽命。為了提高所有加熱元件的可靠性，加熱器通常設(shè)計成以安全系數(shù)操作以減少和/或避免任何加熱元件的故障。因此，通常操作處于較不苛刻的加熱條件下的加熱元件以產(chǎn)生遠(yuǎn)低于其最大可用熱輸出的熱輸出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于排氣系統(tǒng)的加熱器系統(tǒng)，其包括設(shè)置在排氣系統(tǒng)的排氣管中的加熱器。加熱器包括沿排氣管的軸向設(shè)置的多個加熱元件。加熱器系統(tǒng)包括加熱器控制模塊，其可操作以根據(jù)至少兩個加熱元件中的至少兩個加熱元件的操作條件相對于彼此不同地控制多個加熱元件中的至少兩個加熱元件。

在另一種形式中，提供了一種用于排氣系統(tǒng)的加熱器系統(tǒng)，其包括設(shè)置在排氣系統(tǒng)的排氣管中的加熱器。加熱器包括沿排氣管的軸向設(shè)置的多個區(qū)域。該系統(tǒng)還包括加熱器控制模塊，該加熱器控制模塊可操作以相對于彼此不同地并且根據(jù)特定于多個加熱區(qū)域中的至少兩個加熱區(qū)域的至少一個操作條件來不同地控制多個加熱區(qū)域中的至少兩個加熱區(qū)域。