CN109983207B - 用于传感器的温度估计 - Google Patents

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Abstract

一种用于后处理***的传感器的受控加热的方法包括：访问若干参数，包括排气质量流量、出口温度、环境空气温度和环境空气速度；基于热模型和访问的参数来计算传感器的温度；将计算的温度与阈值温度进行比较；以及响应于计算的温度低于阈值温度，激活传感器的受控加热过程。受控加热过程可以包括激活加热器来加热传感器。

Description

用于传感器的温度估计
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月30日提交的题为“Temperature Estimation forSensor”的第62/428,065号美国临时专利申请的优先权和权益，该临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请大体上涉及用于内燃机的后处理***(aftertreatment system)的领域。
背景
对于内燃机(例如，柴油发动机)，氮氧化物(NOx)化合物可能在排气中被排放。为了减少NOx排放，可以实施SCR过程以借助于催化剂和还原剂来将NOx化合物转化成更中性的化合物，例如，双原子氮(diatomic nitrogen)、水或二氧化碳。催化剂可以被包括在排气***的催化剂室中，例如交通工具或动力生成单元的排气***的催化剂室。还原剂(例如，无水氨、氨水或尿素)一般在被引入催化剂室之前被引入到排气流(exhaust gas flow)中。为了将还原剂引入到排气流中以用于SCR过程，SCR***可以通过配量模块(dosing module)来配量或以其它方式引入还原剂，该配量模块将还原剂蒸发或喷射到排气***的在催化剂室上游的排气管中。SCR***可以包括一个或更多个传感器以监控排气***内的状况。
概述
本文描述的实施方式涉及用于排气***的传感器(诸如NOx传感器的尖端(tip))的温度估计。一种实施方式涉及用于后处理***的传感器的受控加热的方法。该方法包括：访问若干参数，该若干参数包括排气质量流量(exhaust mass flow)、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度；基于热模型和访问的参数来计算传感器的温度；将计算的温度与阈值温度进行比较；以及响应于计算的温度低于阈值温度，激活传感器的受控加热过程。受控加热过程可以包括激活加热器来加热传感器。可以基于潜在的结露(dew formation)来选择阈值温度。
在一些实施方式中，阈值温度可以在130摄氏度和160摄氏度之间，或者在140摄氏度和150摄氏度之间。在一些实施方式中，当排气质量流量低于预定阈值时，热模型包括传导热传递模型(conductive heat transfer model)。传导热传递模型可以包括来自后处理***中排气流的热功率、到传感器的热功率、到环境的辐射功率、以及与环境的对流功率(convection power)。在一些实施方式中，当排气质量流量高于预定阈值时，热模型包括对流热传递模型(convective heat transfer model)。对流热传递模型可以包括来自后处理***中的排气流的热功率、到排气管的热功率、到环境的辐射功率、以及与环境的对流功率。该方法可以包括访问作为启动条件的键控打开(key-on)参数。热模型可以基于用于确定热模型的参数的一个或更多个校准值的调节校准过程。
另一实施方式涉及一种***，该***包括传感器、与传感器热连通的加热器、以及与传感器和加热器电通信的控制器。控制器可以被配置为访问若干参数，该若干参数包括排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度，基于热模型和访问的参数来计算传感器的温度，将计算的温度与阈值温度进行比较，并且响应于计算的温度低于阈值温度，激活传感器的受控加热过程。受控加热过程可以包括激活加热器来加热传感器。可以基于潜在的结露来选择阈值温度。
在一些实施方式中，阈值温度可以在130摄氏度和160摄氏度之间，或者在140摄氏度和150摄氏度之间。在一些实施方式中，当排气质量流量低于预定阈值时，热模型包括传导热传递模型。传导热传递模型可以包括来自后处理***中排气流的热功率、到传感器的热功率、到环境的辐射功率、以及与环境的对流功率。在一些实施方式中，当排气质量流量高于预定阈值时，热模型包括对流热传递模型。对流热传递模型可以包括来自后处理***中的排气流的热功率、到排气管的热功率、到环境的辐射功率、以及与环境的对流功率。控制器还可以被配置为访问作为启动条件的键控打开参数。热模型可以基于用于确定热模型的参数的一个或更多个校准值的调节校准过程。
另一实施方式涉及用于校准热模型的一个或更多个参数值的方法。该方法包括对具有传感器的后处理***的一个或更多个物理参数或可调参数设置一个或更多个约束，生成拉丁超立方(latin hypercube)校准集，模拟生成的拉丁超立方校准集的每个校准，以及基于模拟的校准来生成热模型的参数的校准值。
在一些实施方式中，可以并行执行对生成的拉丁超立方校准集的每个校准的模拟。
简要描述
在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据描述、附图和权利要求，本公开的其它特征、方面和优点将变得明显，其中：
图1是用于排气***的具有示例还原剂输送***的示例选择性催化还原***的示意性框图；
图2是定位在示例排气***内的传感器组件的横截面侧视图；
图3是图2的传感器组件的透视图；
图4是图2的传感器组件的横截面流速分布图(profile)，示出了传感器组件外部和内部的流速分布；
图5是用于确定传感器或传感器部件的温度的过程的实施方式的过程图；
图6是用于响应于传感器或传感器部件的温度来激活受控加热过程的过程图；
图7是用于调节用于图5的用于确定传感器或传感器部件的温度的过程的校准的过程图；
图8是描绘相对于测量的温度的实施图5的过程估计的温度的图解图；以及
图9是描绘针对实施图5的过程的估计的温度的图6的受控加热过程的控制参数相对于测量的温度的图解图。
将认识到，一些图或所有图是为了说明的目的的示意性表示。提供附图是为了说明一个或更多个实施方式，明确理解它们将不用于限制权利要求的范围或含义。
详细描述
接着下面是涉及用于排气***的传感器的温度估计的方法、装置和***的各种概念、以及用于排气***的传感器的温度估计的方法、装置和***的实施方式的更详细描述。因为所述概念不限于实施方式的任何特定方式，所以可以以多种方式中的任一种方式来实施上文介绍的以及在下文更详细地讨论的各种概念。主要为了说明性目的来提供特定的实施方式和应用的示例。
I.综述
在一些排气***中，传感器模块可以位于SCR催化剂的下游，以检测SCR催化剂之后的排气流中的一种或更多种排放物。例如，NOx传感器、CO传感器和/或颗粒物传感器可以位于SCR催化剂的下游，以检测离开交通工具的排气***的排气中的NOx、CO和/或颗粒物。这种排放物传感器可以用于向控制器提供反馈，以修改交通工具的后处理***的操作参数。例如，NOx传感器可以用于检测离开交通工具排气***的NOx的量，并且如果检测到的NOx过高或过低，控制器可以修改由配量模块输送的还原剂的量。也可以使用CO和/或颗粒物传感器。
前述传感器包括诸如尖端、入口管等的部件，这些部件对来自传感器的排气***的排气进行采样，以检测排气内NOx、CO和/或颗粒物的量和/或存在。在排气***运行期间，位于排气***内的这些部件暴露于排气的高温下。然而，当排气***不运行时，例如当流体联接到排气***的发动机关闭时，暴露于排气***中的排气的传感器和相关联部件可以冷却到环境温度。当排气***向大气排放时，环境条件(诸如湿度、露点(dew point)等)也可以存在于排气***中，并且特别是存在于暴露于排气***中的排气的传感器和相关联部件中。当排气***运行时，例如当与排气***流体连通的发动机运行时，暴露于排气***中的排气的传感器和相关联部件的温度被流经排气***的排气加热。在传感器和/或相关联部件中，温度的快速升高或降低可能导致部件的热冲击(thermal shock)和故障，例如传感器的尖端和/或外壳破裂，这是由于在传感器上和/或传感器内的结露和快速转变为气相。传感器和/或部件的这种故障可能导致传感器的不正确检测或读数，然后可能需要修理和/或更换该传感器。
在一些实施方式中，控制器可以控制用于传感器的加热器，来增加传感器和/或相关联部件的温度和/或控制其温度的降低。加热器可以在传感器内部。控制器可以控制加热器以按照受控方式增加暴露于排气***中的排气的传感器和/或相关联部件的温度，从而可以减少热冲击的情况。也就是说，控制器可以操作传感器的加热器，使得传感器和/或相关联部件的温度逐渐增加到预定温度或操作温度。
在一些实施方式中，加热器的控制可以基于传感器和/或传感器的相关联部件的温度。控制器可以使用诸如尖端温度的温度来估计传感器和/或相关联部件是高于还是低于阈值露点值，以用于控制传感器的露点加热策略。也就是说，如果传感器和/或相关联部件的温度低于预定阈值，则可以实施受控加热过程以消除在传感器和/或相关联部件上或传感器和/或相关联部件内的任何潜在结露。如果传感器和/或相关联部件的温度处于和/或高于预定阈值，则可以不实施受控加热过程。在一些情况下，可以使用两个或更多个预定阈值。第一预定阈值可以对应于初始转变点(transition point)，并且第二预定阈值可以对应于第二转变点。可以基于在其下不太可能结露的较低的温度来选择初始转变点，但是可以考虑潜在的温度估计误差。第二转变点可以基于在其下不太可能结露的较高的温度来选择并且足够高，使得潜在的温度估计误差仍然会产生足够高以至于不太可能结露的温度。
在一些实施方式中，尖端温度可以基于环境温度和排气***内的温度，例如SCR输出温度。环境温度和SCR输出温度可以与查找表一起使用，以确定指示估计的尖端温度的参数。这种实施方式可能不考虑排气***内的排气流速和/或其他排气流条件，这可能影响尖端温度。因此，尖端温度的基于物理学的建模可以提供更精确的尖端温度估计。可以使用更精确的尖端温度估计来控制传感器和/或相关联部件的加热和/或受控冷却，以减少热冲击的情况。
II.后处理***的综述
图1描绘了用于排气***190的具有示例还原剂输送***110的后处理***100。后处理***100包括颗粒过滤器(例如，柴油机颗粒过滤器(DPF)102)、还原剂输送***110、分解室或反应器管104、SCR催化剂106以及传感器150。
DPF 102被配置成从在排气***190中流动的排气中去除颗粒物，例如烟灰(soot)。DPF 102包括入口和出口，其中在入口处接收排气，在使颗粒物大体上从排气中被过滤和/或将颗粒物转化成二氧化碳之后，排气在出口处离开。
分解室104被配置成将诸如尿素、氨水或柴油机排气流体(DEF)的还原剂转化成氨。分解室104包括具有配量模块112的还原剂输送***110，该配量模块112被配置成将还原剂配量到分解室104中。在一些实施方式中，还原剂在SCR催化剂106的上游被注入。还原剂微滴然后经历蒸发、热解和水解的过程以在排气***190内形成气态氨。分解室104包括与DPF102流体连通以接收含有NOx排放物的排气的入口以及用于流至SCR催化剂106的排气、NOx排放物、氨和/或剩余的还原剂的出口。
分解室104包括配量模块112，配量模块112安装到分解室104，使得配量模块112可以将还原剂配量到在排气***190中流动的排气中。配量模块112可以包括隔离件114，隔离件114插在(interpose)配量模块112的一部分和配量模块112安装到的分解室104的一部分之间。配量模块112流体联接到一个或更多个还原剂源116。在一些实施方式中，泵118可以用于对来自还原剂源116的还原剂加压以用于输送到配量模块112。
配量模块112和泵118还电气地或通信地联接到控制器120。控制器120被配置成控制配量模块112以将还原剂配量到分解室104中。控制器120还可以被配置成控制泵118。控制器120可以包括微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或其组合。控制器120可以包括存储器，该存储器可以包括但不限于能够向处理器、ASIC、FPGA等提供程序指令的电子的、光学的、磁性的或任何其它存储或传输设备。存储器可以包括存储器芯片、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存或任何其它适当的存储器，控制器120可以从存储器读取指令。指令可以包括来自任何适当的编程语言的代码。
在某些实施方式中，控制器120被构造成执行某些操作，例如本文关于图5-图6所述的那些操作。在某些实施方式中，控制器120形成处理子***的一部分，该处理子***包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或更多个计算设备。控制器120可以是单个设备或分布式设备，并且控制器120的功能可以由硬件执行和/或作为计算机指令在非临时性计算机可读存储介质上执行。
在某些实施方式中，控制器120包括被构造成在功能上执行控制器120的操作的一个或更多个模块。在某些实施方式中，控制器120可以包括实施参考图5-图6所述的过程的受控加热过程模块。本文中包括模块的描述强调控制器120的方面的结构独立性，并且说明了控制器120的操作和职责的一个分组。执行类似整体操作的其他分组被理解为在本申请的范围内。模块可以在硬件中和/或按照非临时性计算机可读存储介质上的计算机指令来实现，并且模块可以跨各个基于硬件或计算机的部件分布。在参考图5-图6的部分中包括控制器操作的某些实施例的更具体的描述。
示例性和非限制模块实施方式的元件包括：提供本文中所确定的任何值的传感器；提供作为本文所确定的值的前体的任何值的传感器；数据链路和/或网络硬件，包括通信芯片、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线布线、同轴布线、屏蔽布线、发射机、接收机和/或收发机；逻辑电路、硬连线逻辑电路、根据模块规范配置的处于特定非暂时性状态的可重构逻辑电路；任何致动器，至少包括电致动器、液压致动器或气动致动器；螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)和/或数字控制元件。
SCR催化剂106被配置成通过加速在氨和排气的NOx之间的NOx还原过程来帮助将NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。SCR催化剂106包括与分解室104流体连通的入口和与排气***190的端部流体连通的出口，排气和还原剂从该入口被接收。
排气***190还可以包括与排气***190(例如SCR催化剂106的下游或DPF 102的上游)流体连通的氧化催化剂(例如，柴油氧化催化剂(DOC))以氧化排气中的碳氢化合物和一氧化碳。
在一些实施方式中，DPF 102可以被定位在分解室或反应器管104的下游。例如，DPF 102和SCR催化剂106可以组合成单个单元，例如具有SCR涂层的DPF(SDPF)。在一些实施方式中，配量模块112可以替代地被定位在涡轮增压器(turbocharger)的下游或涡轮增压器的上游。
传感器150可以联接到排气***190以检测流经排气***190的排气的状况。在一些实施方式中，传感器150可以具有设置在排气***190内的一部分，例如传感器150的尖端可以延伸到排气***190的一部分内。在其它实施方式中，传感器150可以接收通过另一导管(例如从排气***190延伸的样本管)的排气。虽然传感器150被描绘为定位于SCR催化剂106的下游，但是应当理解，传感器150可以被定位在排气***190的任何其它位置处，包括DPF 102的上游、在DPF 102内、在DPF 102和分解室104之间、在分解室104内、在分解室104和SCR催化剂106之间、在SCR催化剂106内、或在SCR催化剂106的下游。此外，两个或更多个传感器150(例如两个、三个、四个、五个或六个传感器150)可以用于检测排气的状况，其中每个传感器150位于排气***190的前述位置中的一个位置处。
III.示例传感器温度估计实施方式
在一些实施方式中，确定或估计传感器和/或传感器部件的温度可以用于发动机和/或排气***的运行期间。例如，传感器和/或其部件的温度可以用于对传感器和/或部件的受控加热和/或冷却，以降低热冲击的可能性。热冲击可能由于传感器和/或传感器部件上和/或传感器和/或传感器部件内的结露而发生。当传感器和/或传感器部件相对于排气温度具有降低的温度时，当发动机和/或排气***最初启动时，可能会出现这种露水。由于相对于排气和/或排气***内的其他部件的温度降低，露水可能凝结在传感器和/或传感器部件(例如，传感器尖端)上和/或传感器和/或传感器部件内。此外，传感器和/或其部件可以被定位在收集设备例如排气样本收集管内，这可以进一步降低传感器和/或其部件的温度相对于排气升高的速率。如果传感器和/或其部件的温度快速变化，例如由于结露和/或传感器和/或其部件的快速加热或冷却，则可能发生热冲击，这可能导致对传感器和/或其部件的损坏。
控制器可以控制用于传感器的加热器，来增加传感器和/或相关联部件的温度和/或控制传感器和/或相关联部件的温度的降低。加热器可以在传感器内部。控制器可以控制加热器以按照受控方式增加暴露于排气***中的排气的传感器和/或相关联部件的温度，从而可以减少热冲击的情况。也就是说，控制器可以操作传感器的加热器，使得传感器和/或相关联部件的温度增加到预定温度或操作温度，以减少结露和/或使露水蒸发。在一些实施方式中，加热器的控制可以基于传感器和/或传感器的相关联部件的温度。控制器可以使用诸如尖端温度的温度来估计传感器和/或相关联部件是高于还是低于阈值露点值，以用于控制传感器的露点加热策略。也就是说，如果传感器和/或相关联部件的温度低于预定阈值，则可以实施受控加热过程以减少结露或消除传感器和/或相关联部件上或传感器和/或相关联部件内的任何潜在结露。如果传感器和/或相关联部件的温度处于和/或高于预定阈值，则可以不实施受控加热过程。
在一些情况下，可以使用两个或更多个预定阈值。第一预定阈值可以对应于初始转变点，并且第二预定阈值可以对应于第二转变点。可以基于在其下不太可能结露的较低的温度来选择初始转变点，但是可以考虑潜在的温度估计误差。第二转变点可以基于在其下不太可能结露的较高的温度来选择并且足够高，使得潜在的温度估计误差仍然会产生足够高以至于不太可能结露的温度。
提高传感器和/或相关联部件的温度确定或估计的准确性可以降低热冲击的可能性。因此，本文描述了利用传感器和/或其部件(例如传感器尖端)的基于物理学的温度确定和/或估计的实施方式。基于物理学的确定可以利用附加的排气流参数和/或部件参数来增加尖端温度确定或估计的准确性。
图2描绘了排气***200的实施方式的一部分，排气***200具有位于壳体204内和传感器组件210的上游的部件202，例如SCR催化剂。传感器组件210包括位于传感器组件210的样本探测组件内的传感器220。在一些实施方式中，传感器220可以被定位在排气***内，而没有样本探测组件。传感器220可以包括NOx传感器、CO传感器、NH3传感器、O2传感器、颗粒物传感器等。在一些实施方式中，传感器220可以包括可能受到热冲击影响的传感器尖端或其他部件。传感器220被配置成测量排气中感兴趣的组分(例如NOx、CO、颗粒物、NH3等)的量和/或检测其存在。在一些实施方式中，例如当传感器220被安装到排气***200的侧壁时，可以排除传感器探测组件。在其他实施方式中，可以利用具有传感器220的不同传感器探测组件。
图3描绘了传感器组件210的实施方式，其中未包括传感器220。如可以看出的，传感器组件210的样本探测组件包括至少两个采样臂，它们在中心部分联接在一起，并从中心部分径向向外延伸到外端(outward end)。外端可以联接到整流罩(fairing)上，整流罩可以是弧形的。整流罩可以附接到图2的壳体204的内表面，其限定了传感器组件210安装在其中的排气***的流体导管。
每个采样臂可以被定义为单流采样臂或聚集流采样臂。通常，进入单流采样臂的捕获的流体的样本部分流入并与进入并流过聚集流采样臂的样本部分结合。传感器组件210的样本探测组件包括一个聚集流采样臂和三个单流采样臂，四个臂彼此等角度间隔开。然而，在其他实施例中，传感器组件210的样本探测组件可以包括少于或多于四个臂，这些臂彼此等角度间隔开，或者在臂之间具有不同的角度间隔。
采样臂是中空的，并且各自包括在其中形成的流体流动通道(fluid flowchannel)。每个采样臂的流体流动通道可以具有各种横截面形状中的任何一种，诸如，例如圆形、椭圆形、三角形、多边形等。采样臂各自包括一组入口孔，主流体流的样本部分通过该组入口孔被捕获并被引导到采样臂的流体流动通道中。可以在采样臂的相应的面向上游的表面中形成入口孔，使得入口孔中的每一个面向上游方向(即，垂直于流体流动方向)。换句话说，入口孔的中心轴线基本平行于流体流动方向。然而，在替代实施例中，入口孔也可以相对采样臂的侧面(或顶表面和底表面)成一角度，以及处于可被认为合适的其他非垂直位置/定向。例如，在这样的替代实施例中，孔面向相对于流体流动方向成角度的方向。换句话说，成角度的入口孔的中心轴线基本上不平行于流体流动方向。
此外，沿着各个臂从靠近采样臂中心部分的位置到接近或靠近采样臂径向外端的位置将各个采样臂的入口孔径向对齐。在图示的实施例中，每个单流采样臂包括四个入口孔，而聚集流采样臂包括单个入口孔。然而，在其他实施例中，每个采样臂可以包括更少或更多的入口孔。如所示，入口孔基本上是圆形的。然而，在其他实施例中，入口孔可以具有其他形状，例如多边形、椭圆形、矩形、三角形等。
传感器组件210的样本探测组件还包括位于聚集流采样臂的外端的传感器孔(well)。传感器孔是钝的、圆形主体，其包围了与形成在聚集流采样臂中的流体流动通道流体连通的内部体积。传感器孔包括外部，其向传感器220被安装在其中的流体导管或壳体的内表面开口。传感器孔可以包括具有钝的、圆形表面的前部，用于使流经流体导管的流体在传感器孔周围转向。
传感器组件210安装在流体导管或壳体204内，使得流过导管的流体要么作为主流体流来在采样臂之间通过，要么作为到传感器220的流体流的样本部分来进入入口孔并通过传感器组件210的样本探测组件的内部通道。图4描绘了经过壳体204内的传感器组件210的和在传感器组件210内的示例排气流的流速分布图300。
图5是用于确定传感器或传感器部件的温度的过程500的实施方式的过程图。过程500包括以下步骤：访问指示排气质量流量、出口温度、环境空气温度、以及环境空气速度的参数(框510)，并计算传感器或传感器部件的温度(框520)。在一些实施方式中，键控开关(key switch)参数可以被用作过程500发生的启动条件。也就是说，如果指示键控打开或键控开关接通事件的参数被设置为值1，则过程500可以继续。如果指示键控打开或键控开关接通事件的参数被设置为值0或非1，则过程500结束或不被执行。
访问指示排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度的参数(框510)可以包括从存储器和/或其他存储设备访问参数值、从关于对应参数的传感器接收值等。
计算传感器或传感器部件的温度(框520)利用所访问的指示排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度的参数来确定传感器或传感器部件的估计的温度。在一些实施方式中，如果排气质量流量(即，排气质量流量的速率)高于预定阈值，则可以选择第一热模型，并且如果排气质量流量不高于预定阈值，则可以选择第二热模型。预定阈值可以是发动机怠速(idle speed)时的排气质量流量(即，当联接到排气***的发动机怠速时的排气质量流量)。当排气质量流量高于预定阈值时，则传感器或传感器部件的加热可以基于从流动的排气到传感器或传感器部件的对流热传递。当排气质量流量低于预定阈值时，则传感器或传感器部件的加热可以基于从排气***的排气管到传感器或传感器部件的传导热传递。传感器或传感器部件(例如传感器尖端)的温度的第一热模型可以包括以下内容：
来自排气流的热功率：
Figure GDA0002067189670000121
传感器质量损失/获得的热功率
Figure GDA0002067189670000131
(到环境的)辐射功率
Figure GDA0002067189670000132
(与环境的)对流功率
[T传感器-T环境]×f(ν空气)。
使用前述内容，传感器尖端的能量平衡可以设置为
Figure GDA0002067189670000133
等于
Figure GDA0002067189670000134
其中假设T输入+T输出＝2*T传感器。为了对上述公式求解，需要设置输出温度T输出。然后，使用(来自框510的)所访问的参数，可以计算传感器的温度T传感器。然后，计算的温度可以用于控制一个或更多个过程，例如激活传感器的受控加热过程。在上述模型下，当发动机转速大于怠速时，假设T尖端＝(TsCR_输出+T尖端_输出)/2，此时对流是主要的热传递模式。
传感器或传感器部件(例如传感器尖端)的温度的第二热模型可以包括以下内容：
来自排气流的热功率：
Figure GDA0002067189670000135
排气管质量损失/获得的热功率
Figure GDA0002067189670000136
(到环境的)辐射功率
Figure GDA0002067189670000141
(与环境的)对流功率
[T管-T环境]×f(ν空气)。
使用前述内容，排气管的能量平衡可以设置为
Figure GDA0002067189670000142
等于
Figure GDA0002067189670000143
其中假设T输入+T输出＝2*T管。为了对上述公式求解，需要设置输出温度T输出。然后，使用(来自框510的)访问的参数，传感器的温度T传感器可以被计算为等于排气管的温度T管。然后，可以使用计算的温度来控制一个或更多个过程，例如激活传感器的受控加热过程。在上述模型下，假设当发动机转速等于或小于怠速时T管＝(TSCR_输出+T管_输出)/2，此时传导是主要的热传递模式。
图6描绘了用于响应于传感器或传感器部件的温度来激活受控加热过程的过程600。过程600包括访问指示排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度的参数(框610)，计算传感器或传感器部件的温度(框620)，将计算的温度与阈值温度进行比较(框630)，以及响应于相对于阈值温度的计算的温度来激活或停用(deactivate)受控加热过程(框640)。在一些实施方式中，键控开关参数可以被用作过程600发生的启动条件。也就是说，如果指示键控打开或键控开关接通事件的参数被设置为值1，则过程600可以继续。如果指示键控打开或键控开关接通事件的参数被设置为值0或非1，则过程600结束或不被执行。
访问指示排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度的参数(框610)可以包括从存储器和/或其他存储设备访问参数值、从关于对应参数的传感器接收值等。
计算传感器或传感器部件的温度(框620)利用所访问的指示排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度的参数来确定传感器或传感器部件的估计的温度。计算的温度可以利用上面参考图5详细描述的热模型。
过程600还包括将计算的温度与阈值温度进行比较(框630)。如果传感器和/或相关联部件的计算的温度低于预定阈值，则可以实施受控加热过程以消除在传感器和/或相关联部件上或传感器和/或相关联部件内的任何潜在结露。如果传感器和/或相关联部件的温度处于和/或高于预定阈值，则可以不实施受控加热过程。预定温度阈值可以在130摄氏度和160摄氏度之间、在140摄氏度和150摄氏度之间、或者可以是140摄氏度或150摄氏度。在一些情况下，可以使用两个或更多个预定阈值。第一预定阈值可以对应于初始转变点，并且第二预定阈值可以对应于第二转变点。可以基于在其下不太可能结露的较低的温度来选择初始转变点，但是可以考虑潜在的温度估计误差。第二转变点可以基于在其下不太可能结露的较高的温度来选择并且足够高，使得潜在的温度估计误差仍然会产生足够高以至于不太可能结露的温度。在一些实施方式中，初始转变点可以在从130摄氏度到150摄氏度的范围内，例如140摄氏度，并且第二转变点可以在从140摄氏度到160摄氏度的范围内，例如150摄氏度。在一些实施方式中，还可以用初始转变点阈值来监控标志值，使得如果计算的温度大于初始转变点温度，并且标志值指示从先前迭代中被停用的受控加热过程，则标志值可以保持在相同的值。如果标志值指示从先前迭代被激活的受控加热过程，则标志值可以保持在相同的值。
过程600还包括响应于相对于阈值温度的计算的温度来激活或停用受控加热过程(框640)。如果计算的温度高于阈值温度，则可以激活受控加热过程。受控加热过程可以包括激活传感器的加热器和/或外部加热器来加热传感器。激活或停用控制器加热过程可以包括修改控制参数的值，例如1表示停用受控加热过程以及0表示激活受控加热过程。
图7描绘了用于调节对图5的用于计算传感器或传感器部件的温度的过程500的热模型的校准的示例过程700。过程700包括设置对物理参数和可调参数的约束(框710)。物理约束可以是热模型的材料或组分的特性。可调参数可以是针对热模型可以被修改的其他参数。对物理特性和可调参数的约束的一些实施方式可以包括设置传感器尖端表面积(m2)小于1、传感器尖端质量大于0.05kg且小于1kg、传感器长度(m)小于2、传感器的Cp大于0.01且小于1(KJ/kg*k)、传感器的h大于0.001且小于1W/(m2K)、传感器发射率(emissivity)大于0.001且小于1、流量分数大于0.001且小于0.01。对物理特性和可调参数的约束的一些其他实施方式可以包括设置排气管表面积(m2)小于1、管质量大于0.05kg且小于1kg、管长度(m)小于2、排气管的Cp大于0.01且小于1(KJ/kg*k)、排气管的h大于0.001且小于1W/(m2K)、以及排气管发射率大于0.001且小于1。
该过程包括生成拉丁超立方校准集(框720)，可选地设置并行处理工作者(框730)，以及模拟所有校准(框740)。顶部校准(top calibration)(例如，基于均方根误差计算)可以被优化(框750)，以生成热模型的参数的校准值。
图8描绘了相对于测量的温度的使用图5的过程500计算的传感器尖端的温度的一组值，并且图9描绘了使用计算的温度的控制参数的值，例如参考图6的过程600描述的控制参数的值。
术语“控制器”包括用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，举例来说包括可编程处理器、计算机、片上***或多个前述项、编程处理器的一部分或前述项的组合。装置可包括专用逻辑电路，例如FPGA或ASIC。除了硬件以外，装置还可以包括为讨论中的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理***、操作***、跨平台运行时间环境、虚拟机或它们中的一个或更多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，例如分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言——包括编译或解释语言、说明或过程语言——被编写，且它可在任何形式中——包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、对象或适合于用在计算环境中的其它单元——被使用。计算机程序可以但不需要对应于文件***中的文件。程序可存储在保存其它程序或数据(例如存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)的文件的一部分中、专用于讨论中的程序的单个文件中或多个协同文件(例如存储一个或更多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在独立的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中被实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何适当的子组合的方式实施。此外，虽然特征在上面可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
类似地，虽然在图中以特定的顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这样的操作以所示的特定顺序或以连续的顺序被执行或所有所示的操作被执行，以实现合乎需要的结果。在某些情况下，在上面所述的实施方式中的各种***部件的分离不应被理解为在所有实施方式中需要这样的分离，并且应理解，所述部件和***通常可以集成在单个产品中或封装到体现在有形介质上的多个产品中。
如本文所使用的，术语“近似”、“约”、“大体上”以及相似的术语旨在具有与本公开的主题所属领域中的普通技术人员普遍和所接受的用法相一致的广泛的意义。查阅本公开的本领域的技术人员应理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征的描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为在如所附权利要求中所陈述的本发明的范围内。此外，应注意，在术语“装置(means)”不在其中被使用的情况下，按照美国专利法，权利要求中的限制不应被解释为构成“装置加功能”的限制。
如在本文中使用的术语“联接(coupled)”、“连接(connected)”以及类似术语意味着两个部件彼此直接或间接地连结(joining)。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连结可以通过两个部件或这两个部件和任何额外的中间部件彼此一体地形成为单个整体(single unitary body)，或者通过两个部件或这两个部件和任何额外的中间部件附接到彼此来实现。
如在本文使用的术语“流体联接(fluidly coupled)”、“流体连通(in fluidcommunication)”等意指两个部件或对象具有在这两个部件或对象之间形成的通路(pathway)，流体(例如水、空气、气态还原剂、气态氨等)可以在有介入部件或对象或者没有介入部件或对象的情况下在该通路中流动。用于实现流体连通的流体联接或构造的示例可以包括管道、通道或用于实现流体从一个部件或对象到另一部件或对象的流动的任何其它适当的部件。
重要的是，注意到在各种示例性实施方式中所示的***的结构和布置在特性上仅仅是说明性的而不是限制性的。在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改期望被保护。应理解，一些特征可能不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，意图是当词语例如“一个(a)”、“一个(an)”、“至少一个”或“至少一部分”被使用时，不存在将权利要求限制到仅仅一个项的意图，除非在权利要求中特别相反地规定。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项可包括一部分和/或整个项，除非特别相反地规定。

Claims (18)

1.一种用于后处理***的传感器的受控加热的方法，所述方法包括：
访问多个参数，所述多个参数包括排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度；
基于热模型和访问的多个参数来计算所述传感器的温度；
将计算的温度与阈值温度进行比较，其中所述阈值温度在130摄氏度和160摄氏度之间；以及
响应于所述计算的温度低于所述阈值温度，激活所述传感器的受控加热过程，所述受控加热过程包括激活加热器来加热所述传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值温度在140摄氏度和150摄氏度之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述排气质量流量低于预定阈值时，所述热模型包括传导热传递模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述传导热传递模型包括来自所述后处理***中的排气流的热功率、到所述传感器的热功率、到环境的辐射功率以及与环境的对流功率。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述排气质量流量高于预定阈值时，所述热模型包括对流热传递模型。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述对流热传递模型包括来自所述后处理***中的排气流的热功率、到排气管的热功率、到环境的辐射功率以及与环境的对流功率。
7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括访问作为启动条件的键控打开参数。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述热模型基于用于确定所述热模型的参数的一个或更多个校准值的调节校准过程。
9.一种用于传感器的受控加热的***，包括：
传感器；
加热器，所述加热器与所述传感器热连通；以及
控制器，所述控制器与所述传感器和所述加热器电通信，所述控制器被配置成：
访问多个参数，所述多个参数包括排气质量流量、出口温度、环境空气温度以及环境空气速度；
基于热模型和访问的多个参数来计算所述传感器的温度；
将计算的温度与阈值温度进行比较，其中所述阈值温度在130摄氏度和160摄氏度之间；以及
响应于所述计算的温度低于所述阈值温度，激活所述传感器的受控加热过程，所述受控加热过程包括激活所述加热器来加热所述传感器。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述阈值温度在140摄氏度和150摄氏度之间。
11.根据权利要求9或10所述的***，其中，当所述排气质量流量低于预定阈值时，所述热模型包括传导热传递模型。
12.根据权利要求11所述的***，其中，所述传导热传递模型包括来自后处理***中的排气流的热功率、到所述传感器的热功率、到环境的辐射功率以及与环境的对流功率。
13.根据权利要求9或10所述的***，其中，当所述排气质量流量高于预定阈值时，所述热模型包括对流热传递模型。
14.根据权利要求13所述的***，其中，所述对流热传递模型包括来自后处理***中的排气流的热功率、到排气管的热功率、到环境的辐射功率以及到环境的对流功率。
15.根据权利要求9或10所述的***，其中，所述控制器还被配置成访问作为启动条件的键控打开参数。
16.根据权利要求9或10所述的***，其中，所述热模型基于用于确定所述热模型的参数的一个或更多个校准值的调节校准过程。
17.一种用于校准热模型的一个或更多个参数值的方法，所述方法包括：
对具有传感器的后处理***的一个或更多个物理参数或可调参数设置一个或更多个约束；
生成拉丁超立方校准集；
模拟生成的拉丁超立方校准集的每个校准；以及
基于模拟的校准来生成所述热模型的参数的校准值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，并行执行对所述生成的拉丁超立方校准集的每个校准的模拟。
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