[发明专利]用于加热功率轴向分区的系统和方法

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，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NO_x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(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。

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。

发明内容

本发明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。