[发明专利]虚拟传感系统

说明书

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排气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，该输入选自由排气流体的质量流率、排气流体的质量速度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。

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(PMs)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。