使用等效電阻來(lái)估計(jì)廢氣后處理部件的加熱器溫度的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及使用等效電阻來(lái)估計(jì)廢氣后處理部件的加熱器溫度。確定被加熱部件的溫度以用于控制和監(jiān)視。加熱器驅(qū)動(dòng)器在接收到接通信號(hào)時(shí)在電子催化劑的部件或廢氣后處理部件內(nèi)生成電流，其中通過(guò)所述部件的所述電流生成適當(dāng)?shù)膿p耗以生成用于促進(jìn)廢氣后處理過(guò)程的熱。所述加熱器驅(qū)動(dòng)器根據(jù)溫度和該溫度的預(yù)定參考值基于該部件的電阻來(lái)調(diào)節(jié)到所述被加熱部件的能量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用等效電阻來(lái)估計(jì)廢氣后處理部件的加熱器溫度
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)與以下5個(gè)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)相關(guān):
由Perry Czimmek、Mike Hornby和Doug Cosby發(fā)明、與本臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)同一天提交并且由代理人案卷號(hào) 2012P01913US 所標(biāo)識(shí)的 Using Resistance Equivalent to EstimateTemperature of a Fuel-1njector Heater。
[0002]由Perry Czimmek發(fā)明、與本臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)同一天提交并且由代理人案卷號(hào)2012P01914US 所標(biāo)識(shí)的 Tuned Power Amplifier With Loaded Choke For InductivelyHeated Fuel Injector。
[0003]由Perry Czimmek發(fā)明、與本臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)同一天提交并且由代理人案卷號(hào)2012P01915US 所標(biāo)識(shí)的 Tuned Power Amplifier with Multiple Loaded Chokes forInductively Heated Fuel Injectors。
[0004]由Perry Czimmek發(fā)明、與本臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)同一天提交并且由代理人案卷號(hào)2012P02175US所標(biāo)識(shí)的Resistance Determination For Temperature Control Of HeatedAutomotive Components。
[0005]由Perry Czimmek發(fā)明、與本臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)同一天提交并且由代理人案卷號(hào)2012P02176US 所標(biāo)識(shí)的 Resistance Determination with Increased Sensitivity forTemperature Control of Heated Automotive Component。
【背景技術(shù)】
[0006]本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及用于廢氣后處理部件加熱器的功率電子裝置，并且更特別地涉及用于控制和監(jiān)視與還原劑輸送廢氣后處理相關(guān)聯(lián)的電子催化劑和分解元件的功率電子裝置。
[0007]存在對(duì)于改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的排放物質(zhì)量的持續(xù)需要。同時(shí)，存在在得到最大燃料節(jié)約的同時(shí)得到改進(jìn)的排放物的壓力。那些壓力適用于以汽油、柴油、天然氣或者以諸如氫、乙醇或另外的生物燃料的任何其它可替換的燃料為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0008]將部件的類(lèi)型劃分成三個(gè)不同類(lèi)別來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)廢氣后處理加熱器的位置的說(shuō)明。這三種類(lèi)型的部件是:3效催化劑、微粒過(guò)濾器以及還原劑分解管。3效催化劑將不需要的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸寂欧盼锱c廢氣流中的過(guò)剩氧氣相組合，并且催化其中輸出水和二氧化碳的氧化反應(yīng)。進(jìn)一步地，發(fā)生其中氮氧化物或NOx排放物被還原為氮和氧的還原反應(yīng)。過(guò)去的3效催化劑系統(tǒng)濃縮燃燒，使得燃燒在排氣系統(tǒng)內(nèi)以低水平繼續(xù)以便更迅速地提高催化劑的溫度，典型地被稱(chēng)為“催化劑點(diǎn)火”。
[0009]用于柴油機(jī)的微粒過(guò)濾器是柴油微粒過(guò)濾器(“DPF”)。這個(gè)部件是捕獲碳微粒或煙炱的過(guò)濾器。過(guò)濾器“裝載”正被捕獲的顆粒，因?yàn)檫^(guò)濾器的孔隙小于顆粒。最后，由被裝載的過(guò)濾器引起的反向壓力標(biāo)記該過(guò)濾器的再生。該再生通過(guò)將過(guò)濾器材料(典型地為陶瓷)加熱到使得碳微粒在存在過(guò)剩氧氣的情況下燃盡這樣的高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)。該加熱典型地通過(guò)利用未燃燒的燃料濃縮廢氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述未燃燒的燃料然后在過(guò)濾器處燃燒，從而加熱它。
[0010]還原劑分解管是尿素水溶液被還原劑輸送單元(“RDU”)添加到廢氣流的地方。該尿素水溶液通過(guò)尿素分解成氨和水來(lái)幫助選擇性催化還原(“SCR”)。該氨然后將氮氧化物還原成二價(jià)氮和水。典型地，熱廢氣被預(yù)期在分解管內(nèi)部將尿素分解成氨和水。然而，這不總是有效的，因?yàn)槟蛩卦诤苷臏囟确秶戏纸獬砂焙退?，并且更?jīng)常地尿素在附加反應(yīng)中分解為不會(huì)有助于SCR的沉積物。
[0011]在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)所必需的濃縮造成非化學(xué)當(dāng)量式(off-stoichiometric)加燃料,所述非化學(xué)當(dāng)量式加燃料至少部分地由于冷廢氣后處理部件而表現(xiàn)為高尾管碳?xì)浠衔锱欧盼?。最糟的排放物是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的前幾分鐘期間，在這之后催化劑、其它排氣部件以及發(fā)動(dòng)機(jī)接近工作溫度。
[0012]已經(jīng)提出了許多預(yù)加熱方法，它們中的大部分涉及要產(chǎn)生的附加燃燒產(chǎn)物。用來(lái)加熱催化劑、分解元件或微粒過(guò)濾器的最快方法是直接利用電力。電能在幾何結(jié)構(gòu)和待加熱材料合適的部件內(nèi)部通過(guò)焦耳(Joule)或歐姆(Ohm)損耗而被轉(zhuǎn)換為熱，所述焦耳或歐姆損耗是由電流流動(dòng)通過(guò)該部件而引起的。這樣，期望知道加熱器的溫度并控制該溫度。
[0013]因?yàn)榧訜峒夹g(shù)使用電流，所以系統(tǒng)包括用于將適當(dāng)?shù)募?lì)提供給排氣系統(tǒng)中的部件的電子裝置。該激勵(lì)可以包括控制電能并且確定該電能何時(shí)被施加。
[0014]常規(guī)的電阻加熱被開(kāi)環(huán)地實(shí)現(xiàn)，或者沒(méi)有基于溫度的對(duì)電能的控制?？梢院喜⑦h(yuǎn)程恒溫器或計(jì)算模型來(lái)提供防止失控溫度事件的一些控制和某種水平的控制。更復(fù)雜的方法可以監(jiān)視通過(guò)加熱器的電流以估計(jì)溫度或者監(jiān)視直接熱電耦、正/負(fù)溫度系數(shù)傳感器、或用于確定溫度的其它裝置，以得到對(duì)部件溫度的更精確的調(diào)節(jié)。
[0015]被加熱的金屬部件將具有電阻對(duì)電流的正溫度系數(shù)(即，其電阻將隨著其溫度的升高而增大)。理想地，知道初始電阻和最終電阻將使得能夠以某種程度的精度知道部件的溫度。用于電阻式加熱器的最好的金屬通常具有非常小的正溫度系數(shù)，并且因此僅通過(guò)監(jiān)視電流來(lái)測(cè)量電阻的變化將由于許多互連部件的老化和線(xiàn)束電阻而變得不敏感。另外，電子催化劑或E-cat是由不銹鋼制成的并且同樣遭受材料的小溫度系數(shù)。因此，變得難以區(qū)分加熱器部件的電阻變化與串聯(lián)連接的其它部件的電阻變化。
[0016]更精確地知道加熱器部件的電阻變化使得可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制將是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]確定被加熱部件的溫度以用于控制和監(jiān)視。加熱器驅(qū)動(dòng)器在接收到接通信號(hào)時(shí)在電子催化劑的部件或廢氣后處理部件內(nèi)生成電流，其中通過(guò)所述部件的電流產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膿p耗以產(chǎn)生用于促進(jìn)廢氣后處理過(guò)程的熱。所述加熱器驅(qū)動(dòng)器根據(jù)溫度和該溫度的預(yù)定參考值基于該部件的電阻來(lái)調(diào)節(jié)到所述被加熱部件的能量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1示出了依照本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)確定廢氣后處理部件中的加熱器部件的溫度?？梢酝ㄟ^(guò)精確地測(cè)量跨電子裝置組件內(nèi)部的小值精密電阻器或“電流感測(cè)電阻器”兩端的電壓降來(lái)測(cè)量電流。該電壓降與流過(guò)該電阻器的電流成正比。然后可以通過(guò)對(duì)跨加熱器部件兩端的電壓的精確測(cè)量來(lái)詳述該電流的知識(shí)。在通過(guò)加熱器的電流已知并且跨加熱器兩端的電壓已知的情況下，根據(jù)歐姆定律(Ohm’ s Law)，可以依照眾所周知的公式R=V/I來(lái)計(jì)算電阻，其中R是電阻，V是電壓，以及I是電流。本發(fā)明的實(shí)施例使用該電阻知識(shí)來(lái)估計(jì)被加熱部件的溫度，并且基于該估計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)被加熱部件的溫度。
[0020]參考圖1，電子催化劑(“E-Cat”)加熱器110引用被加熱部件，其中要確定作為溫度的函數(shù)的其電阻。還被稱(chēng)為加熱器電流信號(hào)120的I感測(cè)(電流感測(cè))電阻器差動(dòng)電壓表示通過(guò)I感測(cè)電阻器122以及因此通過(guò)E-Cat加熱器110的電流。電流測(cè)量電路127包括I感測(cè)電阻器122和差動(dòng)電壓運(yùn)算放大器126?？梢栽陔娫撮_(kāi)關(guān)或負(fù)載的高側(cè)或低側(cè)使用電流感測(cè)電阻器。可以用霍爾傳感器或用其它類(lèi)型的磁傳感器(諸如感測(cè)線(xiàn)圈)來(lái)實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量。
[0021]還被稱(chēng)為加熱器電壓信號(hào)108的跨E-Cat加熱器兩端的差動(dòng)電壓表示與流過(guò)E-Cat加熱器的電流直接相關(guān)的激勵(lì)電壓。使用模擬或數(shù)字的等效除法113針對(duì)歐姆定律關(guān)系R=V/I來(lái)求解兩個(gè)差動(dòng)電壓，以提供結(jié)果作為電壓等效加熱器電阻信號(hào)112?？梢酝ㄟ^(guò)組合操作和部件依照本領(lǐng)域內(nèi)已知的常規(guī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬或數(shù)字的等效除法113，所述操作和部件包括但不限于:數(shù)字解決方案中的求和與移位寄存器；以及模擬解決方案中的對(duì)數(shù)、和或差，以及反對(duì)數(shù)放大。電阻變化差動(dòng)放大器118然后找到電壓等效加熱器電阻信號(hào)112與電阻參考值R-ref 124之間的差。這生成電阻變化或增量或者誤差信號(hào)，其可以作為等效溫度上升信號(hào)123被引入到溫度控制模塊130。該等效溫度上升信號(hào)123可以在時(shí)間上被積分，這可以以計(jì)算的方式或者通過(guò)模擬轉(zhuǎn)換以執(zhí)行積分功能來(lái)執(zhí)行，并且可以將其與溫度參考T-ref 128相比較。溫度控制模塊130可以使用該比較來(lái)確定是否應(yīng)該通過(guò)斷開(kāi)在針對(duì)本示例的圖1中用MOSFET表示的電力開(kāi)關(guān)116來(lái)從E-Cat加熱器移除電力。溫度控制模塊130可以是:微控制器、數(shù)字“恒溫器”、PID(比例積分微分)控制器或使用被積分并且被與目標(biāo)溫度變化、絕對(duì)溫度或一些其它溫度參考相比較的溫度變化(其由等效溫度上升信號(hào)來(lái)表示)的任何接口。如果等效溫度上升信號(hào)123太高，則溫度變化太大，所以電源開(kāi)關(guān)116可以被斷電從而關(guān)斷E-Cat加熱器110。然后可以使用冷卻模型來(lái)確定何時(shí)再次接通加熱器?；蛘呷绻褂眠B續(xù)設(shè)定點(diǎn)控制策略，則電源開(kāi)關(guān)可以被迅速地接通和斷開(kāi)(或者像模擬音頻放大器一樣在線(xiàn)性區(qū)中被操作)，以便通過(guò)重復(fù)地調(diào)整加熱器功率將溫度調(diào)節(jié)到目標(biāo)溫度。
[0022]跨E-Cat加熱器110兩端的差動(dòng)電壓可以通過(guò)差動(dòng)電壓測(cè)量電路109來(lái)獲得，所述差動(dòng)電壓測(cè)量電路109可以包括差動(dòng)電壓運(yùn)算放大器114和盡可能地接近于實(shí)際的加熱器電連接的到加熱器的一對(duì)開(kāi)爾文(Kelvin)連接104-1和104-2。該對(duì)開(kāi)爾文連接指的是其中形成力和感測(cè)連接的結(jié)。力部件是高載流導(dǎo)體并且感測(cè)部件是用于獲得該連接處的電壓電位的并聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)。存在兩個(gè)開(kāi)爾文連接使得一個(gè)導(dǎo)體對(duì)承載E-Cat加熱器的電流，而另一個(gè)導(dǎo)體對(duì)被用于獲得電壓電位。兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)可以具有不同的尺寸，其中載流對(duì)具有適當(dāng)?shù)某叽缫宰钚』瘬p耗，并且電壓電位對(duì)具有任何合理小的尺寸以用于測(cè)量。以這種方式，可以依照本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)使用這兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)，以便執(zhí)行四導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量。
[0023]為了測(cè)量差動(dòng)電壓，負(fù)載或加熱器可以是平衡的惠斯通(Wheatstone )電橋的一條腿。并且然后負(fù)載的任何變化將導(dǎo)致惠斯通電橋的不平衡，以及因此，導(dǎo)致跨負(fù)載兩端的不同的電壓?；蛘唠娮璺謮浩骺梢员镜氐匚挥诩訜崞骰蜇?fù)載處。并且然后來(lái)自電阻分壓器的電壓可以被帶回到電子裝置以用于判讀。
[0024]總之，依照本發(fā)明的實(shí)施例，可以通過(guò)將靠近加熱器測(cè)量的跨加熱器兩端的差動(dòng)電壓除以通過(guò)加熱器的電流來(lái)確定加熱器電阻。并且可以使用該等效電阻值來(lái)基于由于溫度而導(dǎo)致的電阻變化來(lái)控制加熱器溫度。
[0025]前述詳細(xì)描述將被理解為在每個(gè)方面是說(shuō)明性和示例性的，而不是限制性的，并且本文中所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍將不由本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)來(lái)確定，而是相反地由如根據(jù)專(zhuān)利法所許可的全寬度所解釋的權(quán)利要求來(lái)確定。例如，雖然圖1示出了低側(cè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和低側(cè)電流感測(cè)電阻器，但是如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，其它實(shí)施例可以使用高側(cè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或高側(cè)電流感測(cè)電阻器或其任何組合。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中所示出和描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例的例證，并且各種修改可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包括: 差動(dòng)地測(cè)量跨電子催化劑加熱器兩端的電壓降； 測(cè)量通過(guò)所述電子催化劑加熱器的電流的量； 通過(guò)確定相當(dāng)于將差動(dòng)地測(cè)量的跨所述電子催化劑加熱器兩端的電壓降除以所測(cè)量的通過(guò)所述電子催化劑加熱器的電流的量的除法來(lái)生成電壓等效加熱器電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中差動(dòng)地測(cè)量跨所述電子催化劑加熱器兩端的電壓降進(jìn)一步包括使用一對(duì)開(kāi)爾文連接來(lái)測(cè)量跨所述電子催化劑加熱器兩端的所述電壓降。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量通過(guò)所述電子催化劑加熱器的電流的量進(jìn)一步包括使用電流感測(cè)電阻器來(lái)測(cè)量通過(guò)所述電子催化劑加熱器的電流的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電壓等效加熱器電阻被用作用于所述電子催化劑加熱器的溫度的控制的溫度模擬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:將所述電壓等效加熱器電阻信號(hào)與電阻參考值相比較以生成等效溫度上升信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括:將所述等效溫度上升信號(hào)與溫度參考值相比較以生成溫度控制信號(hào)，所述溫度控制信號(hào)被配置成在所述等效溫度上升信號(hào)與所述溫度參考值的比較指示所述電子催化劑加熱器比閾值溫度更熱時(shí)關(guān)斷所述電子催化劑加熱器。
7.—種設(shè)備,包括: 差動(dòng)電壓測(cè)量電路，其被配置成差動(dòng)地測(cè)量跨電子催化劑加熱器兩端的電壓降； 電流測(cè)量電路，其被配置成測(cè)量通過(guò)所述電子催化劑加熱器的電流； 除法等效電路，其被配置成通過(guò)執(zhí)行相當(dāng)于將所測(cè)量的跨所述電子催化劑加熱器兩端的電壓降除以所測(cè)量的通過(guò)所述電子催化劑加熱器的電流的除法來(lái)生成電壓等效加熱器電阻信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述差動(dòng)電壓測(cè)量電路包括一對(duì)開(kāi)爾文連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中電流測(cè)量電路包括電流感測(cè)電阻器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括被配置成通過(guò)將所述電壓等效電阻信號(hào)與參考電阻值相比較來(lái)生成等效溫度上升信號(hào)的差動(dòng)放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括被配置成將所述等效溫度上升信號(hào)與溫度參考值相比較以生成溫度控制信號(hào)的溫度控制模塊，所述溫度控制信號(hào)被配置成在所述等效溫度上升信號(hào)與所述溫度參考值的比較指示所述電子催化劑加熱器比閾值溫度更熱時(shí)關(guān)斷所述電子催化劑加熱器。
【文檔編號(hào)】F01N11/00GK103912355SQ201310747165
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】D.E.科斯比, P.R.齊梅克, M.J.霍恩比 申請(qǐng)人:大陸汽車(chē)系統(tǒng)公司