(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のヒーターエレメントと、 
加熱システムを制御するために用いられる１または複数の予め決められた又は予測された性能情報と、 
前記性能情報を記憶及び処理する電子調節モジュール（ＥＣＵ）と、
前記複数のヒーターエレメントに組み合わせられた複数の支持ブラケットとを備えるスマート加熱システムであって、
前記性能情報は、前記複数のヒーターエレメントの各ヒーターエレメントごとのヒーター情報を含み、前記ヒーター情報とは予め決められた情報でありヒーター抵抗を含み、
前記ＥＣＵは、前記各ヒーターエレメントごとのヒーター情報に基づいて前記ヒーターエレメントを個別に制御するものであり、
各ヒーターエレメントは、個々のヒーター情報を格納し、前記ＥＣＵに提供するよう構成されたことを特徴とするスマート加熱システム。 
【請求項２】
前記性能情報は、さらに、センサー情報を含み、前記センサー情報は、センサー安定性情報、センサー時間応答、ヒーターのシースに対するセンサー接触抵抗、ヒーターエレメントの最大温度限定、ヒーターエレメントの最大傾斜速度、ヒーター抵抗、ヒーター安定性、ヒーターエレメントの温度プロファイル、ヒーターエレメントの分布マップ、隣接するヒーターエレメントとの温度差からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。 
【請求項３】
前記加熱システムは、ＥＣＵ又はスイッチ制御ユニットからの信号を受信する動力スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。 
【請求項４】
前記性能情報は、電流測定値、電圧測定値、および、切り替えられる電流量の関数としてのスイッチの固体素子に関する加熱速度からなる群から選択されたスイッチ情報をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のスマート加熱システム。 
【請求項５】
前記動力スイッチは、前記スイッチ制御ユニットにより制御され、前記スイッチ制御ユニットは、前記スイッチ情報を用い、前記スイッチ制御ユニットは、前記ＥＣＵと通信することを特徴とする請求項４に記載のスマート加熱システム。 
【請求項６】
前記ヒーター情報は、前記ヒーターエレメントに隣接する位置における所望の電圧で又は特定の流動条件下の加熱速度、ヒーター安定性、温度プロフィール又は分布、流動不均一性又は温度条件、および前記ヒーターエレメントの製造上の変動を含むことを特徴とする請求項２に記載のスマート加熱システム。 
【請求項７】
前記加熱システムは、さらに、少なくとも一つの温度センサーを含み、前記少なくとも一つの温度センサーは、複数の温度測定を提供し得る少なくとも一つの個々のセンサー、個々のセンサーの組み合わせ、および多数のジャンクションセンサーであることを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。 
【請求項８】
前記温度センサーは、熱電対、サーミスタ又は抵抗温度装置として選択されることを特徴とする請求項７に記載のスマート加熱システム。 
【請求項９】
前記ヒーターエレメントは、ケーブルヒーター、管状ヒーター、カートリッジヒーター、フレキシブルヒーター、層状ヒーター、金属箔又は金属フリースヒーターとして選択されることを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。 
【請求項１０】
前記性能情報は、書き込みテキスト、バーコード、データマトリクス、無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグ又は調節モジュールのメモリー内として保存されることを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。 
【請求項１１】
前記加熱システムは、少なくとも２つのシステムコンポーネント間の伝達経路を提供し得るＬＩＮ又はＣＡＮバスをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。 
【請求項１２】
前記加熱システムは、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、選択的触媒還元剤（ＳＣＲ）、リーンＮＯｘトラップ又は後処理触媒を含む他の排気コンポーネント内に存在する温度勾配を補償することを特徴とする請求項１に記載のスマート加熱システム。
【請求項１３】
スマート加熱システムを含み、 
前記スマート加熱システムは、 
複数のヒーターエレメントと、 
前記加熱システムを制御するために用いられる１または複数の予め決められた又は予測された性能情報と、 
任意の前記性能情報を記憶及び処理し得る電子調節モジュール（ＥＣＵ）と、
前記複数のヒーターエレメントに組み合わせられた複数の支持ブラケットとを備え、
前記性能情報は、前記複数のヒーターエレメントの各ヒーターエレメントごとのヒーター情報を含み、前記ヒーター情報とは予め決められた情報でありヒーター抵抗を含み、
前記ＥＣＵは、前記各ヒーターエレメントごとのヒーター情報に基づいて前記ヒーターエレメントを個別に制御するものであり、
各ヒーターエレメントは、個々のヒーター情報を格納し、前記ＥＣＵに提供するよう構成されたことを特徴とするディーゼル排気システム。 
【請求項１４】
前記性能情報は、さらに、センサー情報を含み、前記センサー情報は、センサー安定性情報、センサー時間応答、ヒーターのシースに対するセンサー接触抵抗、ヒーターエレメントの最大温度限定、ヒーターエレメントの最大傾斜速度、ヒーター抵抗、ヒーター安定性、ヒーターエレメントの温度プロファイル、ヒーターエレメントの分布マップ、隣接するヒーターエレメントとの温度差からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１３に記載のディーゼル排気システム。 
【請求項１５】
前記スマート加熱システムは、ＥＣＵ又はスイッチ制御ユニットからの信号を受信する動力スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のディーゼル排気システム。 
【請求項１６】
前記性能情報は、電流測定値、電圧測定値、および、切り替えられる電流量の関数としてのスイッチの固体素子に関する加熱速度からなる群から選択されたスイッチ情報をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載のディーゼル排気システム。
【請求項１７】
請求項１に記載のスマート加熱システムを準備する工程と、 
前記複数のヒーターエレメントのそれぞれのヒーターエレメントごとのヒーター情報に基づいて前記複数のヒーターエレメントを個別に制御することによって所望の温度プロフィールを作成することにより熱制御を確立する工程とを備え、 
前記温度プロフィールは、前記スマート加熱システムにおける前記ヒーターエレメントの全て又はいくつかに同時に又は交互に動力を提供することにより作成されることを特徴とする温度勾配を補償することにより予め決められた用途における熱制御を提供する方法。 
【請求項１８】
前記動力は、前記スマート加熱システムにおける前記ヒーターエレメントに同じレベル又は異なるレベルで適用されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 
【請求項１９】
前記熱制御を確立する工程は、閉ループ制御機構又は開ループ制御機構を使用することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
複数のヒーターエレメントおよび前記複数のヒーターエレメントに組み合わせられた複数の支持ブラケットを含むスマート加熱システムを備え、 
ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、選択的触媒還元剤（ＳＣＲ）、リーンＮＯｘトラップ、又は、後処理触媒を含む他の排気コンポーネントの性能を促進する排気温度を提供するために、前記スマート加熱システムは、複数のヒーターエレメントのそれぞれのヒーターエレメントごとのヒーター情報に基づいて前記複数のヒーターエレメントを個別に制御し、各ヒーターエレメントは、個々のヒーター情報を格納し、電子調節モジュール（ＥＣＵ）に提供するよう構成されたことを特徴とする排ガス処理システム。 
【請求項２１】
前記スマート加熱システムは、 
前記加熱システムを制御するために用いられる、１または複数の予め決められた又は予測された性能情報と、 
少なくとも１つの温度センサーと、 
前記ＥＣＵ又はスイッチ制御ユニットからの信号を受信する動力スイッチとを備え、
前記ＥＣＵは、前記性能情報を記憶および処理することができることを特徴とする請求項２０に記載の排ガス処理システム。 
【請求項２２】
前記予め決められた又は予測された性能情報は、ヒーター情報とセンサー情報の組み合わせ、およびスイッチ情報を含み、前記センサー情報は、センサー安定性情報、センサー時間応答、ヒーターのシースに対するセンサー接触抵抗、ヒーターエレメントの最大温度限定、ヒーターエレメントの最大傾斜速度、ヒーター抵抗、ヒーター安定性、ヒーターエレメントの温度プロファイル、ヒーターエレメントの分布マップ、隣接するヒーターエレメントとの温度差からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項２０に記載の排ガス処理システム。 
【請求項２３】
前記ヒーター情報、前記ヒーター情報及びセンサー情報の前記組合わせ又は前記スイッチ情報は、書き込みテキスト、バーコード、データマトリクス、無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグ又は調節モジュールのメモリー内として保存されることを特徴とする請求項２２に記載の排ガス処理システム。
【請求項２４】
スマート加熱システムの使用により排気コンポーネントの加熱を提供し、 
前記スマート加熱システムは、 
複数のヒーターエレメントと、 
少なくとも１つの温度センサーと、 
前記加熱システムを制御するために用いられる、前記複数のヒーターエレメントの各ヒーターエレメントごとの１または複数のヒーター情報又はヒーター情報及びセンサー情報の組合わせと、 
動力スイッチと、 
スイッチ制御ユニットと、 
スイッチ情報のセットと、
前記ヒーター情報又はヒーター情報及びセンサー情報の前記組合わせを記憶及び処理し、かつ、前記複数のヒーターエレメントの各ヒーターエレメントごとの前記ヒーター情報又はヒーター情報及びセンサー情報の前記組合わせに基づいて前記動力スイッチを個別に制御する電子調節モジュール（ＥＣＵ）と、前記複数のヒーターエレメントに組み合わせられた複数の支持ブラケットとを備え、 
前記ヒーター情報とは予め決められた情報でありヒーター抵抗を含み、
前記スイッチ制御ユニットは、前記動力スイッチを制御する前記スイッチ情報を使用し、前記スイッチ制御ユニットは、前記ＥＣＵと通信し、
前記センサー情報は、センサー安定性情報、センサー時間応答、ヒーターのシースに対するセンサー接触抵抗、ヒーターエレメントの最大温度限定、ヒーターエレメントの最大傾斜速度、ヒーター抵抗、ヒーター安定性、ヒーターエレメントの温度プロファイル、ヒーターエレメントの分布マップ、隣接するヒーターエレメントとの温度差からなる群から選択されたものであり、
各ヒーターエレメントは、個々のヒーター情報を格納し、前記ＥＣＵに提供するよう構成されたことを特徴とする排ガス処理システム。 
【請求項２５】
前記ヒーター情報、ヒーター情報及びセンサー情報の組合わせ又はスイッチ情報は、書き込みテキスト、バーコード、データマトリクス、無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグ又は調節モジュールのメモリー内として保存されることを特徴とする請求項２４に記載の排ガス処理システム。 
【請求項２６】
前記スマート加熱システムは、所望の温度プロフィールを作成することにより熱制御を確立し、 
前記温度プロフィールは、前記スマート加熱システムにおける前記ヒーターエレメントの全て又はいくつかに同時に又は交互に動力を提供することにより作成されることを特徴とする請求項２４に記載の排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に温度制御に関するものである。より具体的には、本発明は伝熱差の測定及び比較用のシステム及び方法、並びに、熱システムの他の環境的伝熱態様に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この節の記述は、本発明に関する背景情報を単に提供するものであり、従来技術を構成しなくともよい。熱流束は、温度、伝達効率及び寿命を含む相対的なヒーターエレメント性能を予測する有用な測定である。ヒーターエレメントにより示された束密度は、エレメントの表面積の平方ミリメーターに対する濃縮され得る出力の強度の基準を意味するＷａｔｔ密度（ｗａｔｔｓ／ｍｍ２）として定義される。高Ｗａｔｔ密度を発揮するヒーターエレメントは、必要な表面積の減少に起因した迅速な温度上昇及び低い製造コストを一般的に提供するであろう。しかしながら、低信頼性（例えば所望の温度条件の行き過ぎ等）のおそれと同様に、悩まされる高表面温度に起因した寿命減少の危険により、これらの利点はしばしば相殺される。
【０００３】
製造中の工程条件及びヒーター構成において悩まされる相違は、１つのヒーターエレメントの異なる位置内又は製造される様々なヒーターエレメント間で発揮される熱流束に相違を生じる。この製造変異性を補償し、性能（例えば加熱速度）の最大化の費用で信頼性を確実にし、コストの最小化（例えばエレメントの表面積の低下）のために、製造業は、ヒーターエレメントにより発揮されたＷａｔｔ密度を低減する安全係数を慣習的に適用する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
列挙された不利益及び関連技術の他の限定の克服において、本発明はスマート加熱システムを提供する。スマート加熱システムは、少なくとも1つのヒーターエレメント、加熱システムを制御するために用いられる予め決められ又は予測可能な１セットの性能情報、及び、性能情報を記憶し、処理し得る任意の調節電子モジュール（ＥＣＭ）を備える。また、スマート加熱システムは、少なくとも１つの温度センサーをさらに備えてもよい。性能情報は、書き込みテキスト、バーコード、データマトリクス、又は、無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグとして記憶されてもよい。スマート加熱システムは、少なくとも２つのシステムコンポーネント間の伝達経路を提供し得るＬＩＮ又はＣＡＮバスをさらに備えてもよい。
【０００５】
本発明の一態様によれば、スマート加熱システムは、少なくとも１つのヒーターエレメント及び少なくとも１つの任意の温度センサーと接触する少なくとも１つの支持ブラケットをさらに備えてもよい。性能情報は、ヒーター情報のみ又はヒーター情報とセンサー情報との組み合わせを含んでもよい。ヒータ性能情報は、所望の電圧で又は特定の流動条件下で生じる加熱速度を含んでもよい。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、加熱システムは、ＥＣＵからの信号を受信するパワースイッチをさらに備えてもよい。この場合、性能情報は、スイッチ情報を含んでもよい。パワースイッチは、ＥＣＵと通信し、スイッチ情報を使用するスイッチ制御ユニットにより制御される。スイッチ情報は、切り替えられる電流量の機能としてスイッチの固体素子に関する加熱速度と同様に、電流及び／又は電圧の測定を含んでもよい。
【０００７】
本発明のさらなる他の態様によれば、スマート加熱システムは、多数のヒーターエレメント及び温度センサーを備え、温度センサーは、複数の温度測定を提供し得る独立センサーの組み合わせ又はジャンクションセンサーである。温度センサーは、熱電対、サーミスタ又は抵抗温度装置として選択されてもよい。ヒーターエレメントは、ケーブルヒーター、管状ヒーター、カートリッジヒーター、フレキシブルヒーター、層状ヒーター、金属薄又は金属フリースヒーターとして選択されてもよい。
【０００８】
スマート加熱システムは、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、選択的触媒還元剤（ＳＣＲ）、リーンＮＯｘトラップ又は後処理触媒を含む他の排気コンポーネントにおける温度勾配の存在を補償するために用いられる。このように、ディーゼル排気システムは、上記及び下記のようなスマート加熱システムを備えるように構成されてもよい。
【０００９】
温度勾配の補償による予め決められた用途における熱制御の提供方法を以下に示す。この方法は、スマート加熱システムを提供する工程と、所望の温度プロフィールの作成により熱制御を確立する工程とを備える。所望の温度プロフィールは、スマート加熱システムにおけるヒーターエレメントの全て又はいくつかに同時に又は交互に電力を供給することにより作成される。また、電力は、スマート加熱システムにおけるヒーターエレメントに同レベル又は異なるレベルで適用されてもよい。熱制御は、閉ループ制御機構又は開ループ制御機構を用いて確立されてもよい。
【００１０】
適用可能性のさらなる領域は、以下の記載から明らかであろう。記載及び具体例が単なる説明のために意図されたものであり、本発明の趣旨を限定するために意図されたものではないことは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下に記載された図面は、単なる説明を目的とするものであり、どのようにしても本発明の趣旨を限定するために意図されたものではない。
【図１】Ａは本発明のスマート加熱システムの画像表示であり、Ｂは本発明の他のスマート加熱システムの画像表示である。
【図２】多数のセンサーを備えた他のスマート加熱システムの画像表示である。
【図３】Ａ〜Ｃは取付ブラケットを備えた他のスマート加熱システムの画像表示である。
【図４】Ａ〜Ｃはディーゼル排気用途におけるスマート加熱システムに用いられる多数のセンサーエレメントの画像表示及び断面図である。
【図５】スマート加熱システム設計の概念図である。
【図６】Ａ及びＢはヒーター情報を用いるために設計された他のスマート加熱システムの概念図である。
【図７】Ａ及びＢはヒーター情報及びセンサー情報を用いるために設計された他のスマート加熱システムの概念図である。
【図８】Ａ及びＢは動力スイッチ制御を備えるように設計された他のスマート加熱システムの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の記載は、本質的に単なる説明であり、本発明、用途又は使用を限定することを意図していない。記載を通して対応する符号が類似の又は対応する部分及び態様を示すことは理解されるべきである。
【００１３】
本発明は、一般的にスマート加熱システム及びそれに関連する使用方法に関するものである。ここに含まれた開示によりなされ、用いられたスマート加熱システムは、概念を十分に説明するために、ディーゼル排気用途とあわせて本発明を通して記載される。他のタイプの熱管理用途とあわせてスマート加熱システムの取り込み及び使用は、本発明の趣旨に含まれるよう考慮される。
【００１４】
以下の具体的な実施形態は、本発明のスマート加熱システムの設計及び使用を説明するために用いられ、本発明の趣旨を限定するように構成されるべきではない。本発明を考慮すると、ここに開示され、本発明の意図又は趣旨から逸脱又は超えることなく同様に又は類似の結果を得る具体的な実施形態において多くの変更がなされることは当業者にとって理解されるであろう。ここで報告された特性が常に測定される特性を意味し、多数の異なる方法によっても得られることは当業者にとってさらに理解されるであろう。ここに記載された方法はこのような方法の１つを意味し、本発明の趣旨を逸脱することなく他の方法を用いてもよい。
【００１５】
スマート加熱システムは、一般的に予め決められ（例えば測定され）又は予測された性能上を有する少なくとも１つのヒーターエレメントを備える。このような性能特性の一例としては、予め選択された電圧又は特定工程の流動条件下に曝された際のヒーターエレメントの加熱速度が含まれる。類似の工程条件下の同じ工程により製造された同じ又は本質的に類似な設計の多数のヒーターエレメントの平均性能は可変的な情報を意味するが、システムにおける個々のヒーターエレメントが実行する測定又は知識は、全体の信頼性を犠牲にすることなく早い加熱に関するシステムの全体性能を制御し得る。システムの全性能を制御するために使用可能なヒーターエレメントの性能特性の具体例には、限定することなく、公知又は予め決められた流動／工程条件下の加熱エレメントにより発揮される温度プロフィールにより示されるように、シース温度における不均一性に関する位置が含まれる。
【００１６】
スマート加熱システムは、熱流束の最大化及び製造コストの低減に加えて、促進された診断能力の利益を提供する。高い診断能力は、しばしばヒーターエレメントからヒーターエレメントへ発揮される変動に依存する。特定のヒーターエレメントの性能特性又は情報を使用可能なシステムは、製造変動から生じる不規則変動の少なくとも一部を修正又は補償することにより、促進された診断能力を提供する。
【００１７】
特定の特性又は情報は、デジタルバス又は当業者にとって公知な他の情報又は伝達方法に伝達されるように、これらに限定されるものではないが、書き込みテキスト、バーコード、データマトリクス及び無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）を含む好適な公知のフォーマットで保存される。
【００１８】
本発明の一態様によれば、スマート加熱システムは、少なくとも一つのヒーターエレメント又は少なくとも一つのヒーターエレメント及び少なくとも一つの温度センサーの組み合わせを備えてもよい。センサーは、ヒーターエレメントに隣接するブラケット上に配置され、あるいは、ヒーターエレメントの上流又は下流に配置される（図１Ｂ参照）ヒーターエレメントのシースに接触してもよい（図１Ａ参照）。センサーは、ヒーターエレメントの特定又は所望の位置において温度を測定可能である。センサーによる温度の測定は、ヒーターエレメントが実行される用途にしたがって確立される予め決められた温度限定に近似する又は超える場合に、システムの出力を低減することができる。
【００１９】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、管状ヒーター１０５及び熱電対１１０を備えた特定の組み合わせのスマート加熱システム１００が示される。熱電対１１０は、ヒーターエレメント１０５のシースに接触又は取り付けられ（図１Ａ）、あるいは、ヒーターエレメント１０５に隣接して配置される（図１Ｂ）。当業者は、本発明の趣旨を超えることなく他のヒーター及びセンサーが用いられることを理解するであろう。選択的には、熱電対１１０は、ヒーターとヒーターに隣接する領域との間の温度差と同様に、これらに限定されるものではないが、センサー時間応答又は安定性、ヒーターのシースに対するセンサー接触抵抗、ヒーターの最大温度限定、ヒーターに対する最大傾斜速度、ヒーター抵抗又は安定性、ヒーターの温度プロファイル又は分布マップのような情報を記憶及び／又は処理し得る信号調節モジュール１１５に伝達され又は取り付けられる。最大温度限定及び最大傾斜速度は、従来の試験及び検査の組み合わせを用いた特定のヒーター１０５及びセンサー１１０により測定される。
【００２０】
信号調節モジュール１１５は入出力（Ｉ／Ｏ）、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）及びマイクロプロセッサを備えることから、ヒーターに適用される電圧及び／又は電流と同様に、これらに限定されるものではないが、地面への漏電電流の強度を含む他の測定を行う又は伝達するために、このモジュールが使用される。漏電電流の測定は、湿気を除去及び／又はヒーターの寿命を延長するために、ヒーター絶縁抵抗（ＩＲ）が低く、ヒーターへの電圧の適用率を調整するのに用いられる際の測定に有用である。適用電圧及び／又は電流の測定は、障害又は故障の発生の検出と同様に、スマート加熱システム１００に関する出力及び熱流束を測定するために用いられる。
【００２１】
さらに図１を参照すると、デジタル通信能力を有する信号調節モジュール１１５は選択的に用いられる。このようなデジタル通信能力は、当業者に公知な他のデジタルバスと同様に、局所相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）バス又はコントローラーエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスの使用を含んでもよい。デジタルバスは、順番に信号調節ユニット１１５を認識し、自信が測定される情報に変えてこの情報を使用する一体型コネクタ１２０の使用によりバスと通信している他の装置から温度、漏電電流、電圧、電流等の測定を受信する。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、あるタイプの収集及び／又は伝達された情報は、性能に関するヒーターシステムの制御を促進するために用いられる。例えは、情報は、（ａ）ヒーターに関する温度条件を超えるのを避けるための制御パラメータ、（ｂ）湿度を上昇させるために定電流（Ｉ）抵抗（Ｒ）条件での電圧の緩やかな傾斜、又は、（ｃ）ヒーターシステムの寿命を延長するよう設計された診断限定を計算するために用いられる。このような診断限定（ＤＬ）の一例は、式１に示された予め決められた変数（ｘ）に対する単位時間（Δｔ）に対する温度変化（ΔＴ）の計算を含んでもよい。この予め決められた変数（ｘ）は、スマート加熱システムが用いられる特定の用途に基づき選択される。ある用途においては、この変数（ｘ）は、適用される電圧、使用される燃料量、排気の質量流量などであってもよい。
【００２３】
ＤＬ＝［（ΔＴ／Δｔ）／ｘ］      式１
【００２４】
本発明の他の態様によれば、スマート加熱システムは複数の温度センサーを備えてもよい。図２を参照すると、複数の温度センサー２１０又は多数のセンサー２１０又は数なくとも３つのセンサー２１０に接触するヒーター２０５を備えたスマート加熱システム２００が示されている。多数のセンサー２１０の使用は、スマート加熱システム２００のヒーターエレメント２０５の数ヶ所の温度を測定することができ、これにより、測定位置の相違を計算することができる。これらの温度差の計算は、ヒーターエレメント２０５のより正確な制御を提供し、これにより、局在的な過熱により生じる破損を避けるとともに寿命を延長することができる。
【００２５】
多くの用途においては、温度勾配は、スマート加熱システムが暴露される環境において存在するであろう。例えば、温度勾配は、時間及び／又はエンジン条件の関数として変化し得るディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）内に存在してもよい。温度勾配は、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、選択的触媒還元剤（ＳＣＲ）、リーンＮＯｘトラップ、後処理触媒を含む排気流内に存在する他のコンポーネントのような他の後処理コンポーネント内で存在してもよい。後処理触媒の機能の少なくとも一部は、排ガス規制に応じる汚染物質を低減するために、排ガスをともなう化学反応を促進する。このような化学反応は温度依存性を有するため、温度の変化又は勾配は、これらの反応が進行する速度に影響を及ぼすであろう。スマート加熱システム２００の使用は、化学反応の発生を促進するレベルでの効果的な温度制御により後処理コンポーネントの性能を改良することができる。
【００２６】
さらに図２を参照すると、ディーゼル排気システムにおいて、多数のセンサー２１０を備えたスマート加熱システム２００は排気ガスに暴露される。この用途においては、スマート加熱システム２００は、ヒーターエレメント２０５の性能及び／又は寿命を最大化するために、排ガスの熱流分布により生じる温度の変化を検出し、それに応じて補償又は調整することができる。このように、センサー情報は、ヒーターエレメント２０５に隣接した位置における温度条件の測定を含む。１つのセンサーを備えた同様の配置が図１Ｂに示されている。多数のセンサー２０５の使用は、様々な用途に用いられた際の追加的な診断条件を測定又は予測するためにも用いられる。いくつかの例示においては、（ｉ）ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）内に蓄積される不均一なすすを測定するためにＤＰＦの下流、（ｉｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の非均一酸化又は面詰まりの発生を特定するためにＤＯＣの下流、及び、（ｉｉｉ）より正確なエネルギーバランス計算が得られるように非均一温度を特定するためにＤＯＣの上流における温度勾配の測定が含まれる。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、スマート加熱システムは支持ブラケットをさらに備えてもよい。ディーゼル排気システム等のようないくつかの用途においては、用途から生じる振動は、少なくとも一つの支持ブラケットがスマート加熱システムの取り付けに必要となるくらいであってもよい。図３Ａを参照すると、各取付ブラケット３３０は、スマート加熱システム３００の加熱エレメント３０５を支持するために用いられる。好適な場合、温度センサー３１０は、ブラケット３３０の一つにより支持されてもよい。多数のセンサー３１０が使用される場合、各センサー３１０はブラケット３３０と接触してもよい。
【００２８】
または、多数のジャンクションセンサー３１１は、多数の位置のブラケット３０５と接触するセンサー３１１とともに使用されてもよい（図３Ｂ及び３Ｃ）。多数のジャンクションセンサー３１１は、多数の温度測定を提供する。図３Ｂに示されているように、図示された特定の多数のジャンクションセンサー３１１は、ヒーター缶の中央（ジャンクションＪ１）及び他の４ヶ所（ジャンクションＪ２〜Ｊ５）での温度測定を提供する。図３Ｃにおいては、ヒーターエレメント３０５の支持を提供するブラケット３３０及び３ヶ所（ジャンクションＪ１〜Ｊ３）で温度測定を提供する多数のジャンクションセンサー３１１を備えるスマート加熱システム３００が示されている。多くの他の異なるセンサー３１０，３１１及びブラケット３０５の組み合わせが本発明の趣旨を超えることなく用いられることを当業者は理解するであろう。
【００２９】
一般的には、温度を測定する多数のセンサー３１０，３１１を備えたスマート加熱システム３００は、一つのセンサー３１０を備えた同様のセンサーよりも、良好な性能、低いヒーターコスト、高い信頼性及び促進された診断能力を指揮する。多数のジャンクションセンサー３１１の使用は、多数の個々のセンサー３１０の使用と比較して、より低コストな代案としてもよい。
【００３０】
図４Ａ〜４Ｃを参照すると、スマート加熱システム４００は多数のヒーターエレメント４０５を備えてもよい。図４Ａにおいては、排気コンポーネント４１１内にＵ字型湾曲を有する多数の循環ヒーターエレメント４０５が示されている。図４Ｂ及び４Ｃにおいては、多数の円形の循環ヒーターエレメント４０５が示されている。多数のヒーターエレメント４０５は、所望の温度プロフィールを作成するために使用される。例えば、化学反応を促進するために排気／後処理システム４１１において均一温度が確立されるように、全てのヒーターエレメント４０５が同時に又は交互に動力供給される。また、異なる熱量を作成し、排気又は後処理コンポーネント４１１内に存在する温度勾配を変更するために、いくつかのヒーターエレメント４０５が異なるレベルで組み立て製造され、動力供給される。ヒーターエレメントが異なる熱量を作成するいくつかの具体例は、（ａ）排気コンポーネント４１１の内部に配置されたものとは異なる出力量を有する周辺部に配置されたヒーターエレメント４０５の提供、及び、（ｂ）象限別に温度勾配を制御するために、排気コンポーネント４１１内の異なる象限内に配置されたヒーターエレメント４０５の提供を含む。また、ヒーターエレメント４０５は、放射状温度勾配を低減又は改良するために用いられた１つの加熱ゾーンを確立するために、排気コンポーネント４１１の周辺部のみに配置されてもよい。
【００３１】
温度勾配の測定において数値を追加する能力に基づいて予め決められた位置に配置された多数のセンサーの使用は多数のヒーターの使用と類似している。温度センサーは、熱電対、サーミスタ、抵抗温度装置及び他の公知の温度測定又は検出手段である。温度によって変化する抵抗を有するヒーターエレメントは、２ワイヤヒーター／センサーの組み合わせとして使用されてもよい。ヒーターエレメントは、これらに限定されることなく、ケーブルヒーター、管状ヒーター、カートリッジヒーター、フレキシブルヒーター、層状ヒーター、金属箔、金属フリースヒーター又は当業者にとって公知な他のタイプのヒーターを含んでもよい。
【００３２】
図５を参照すると、温度制御のために設計されたスマート加熱システム５００の具体例が示されている。このシステム５００設計においては、ヒーターエレメント５０５は、ヒーター制御ユニット５６０からの信号を用いて動作し得るスイッチ５６０からの動力を受け取る。ヒーター制御ユニット５６０は、１つ以上のセンサー５１０及び／又は電子制御ユニット５４０からの情報を受け取る。情報に基づいて、ヒーター制御ユニット５６０は、動力スイッチ５５０と通信し、ヒーターエレメント５０５に動力を中継する。動力スイッチ５５０リレーは、所望の場合、ヒーター制御ユニット５６０内で一体化されてもよい。後処理システムの性能を促進するために、後処理排気システム内で好適又は望ましい温度プロフィールを提供し得るように、ヒーターエレメント５０５が配置される。ディーゼル排気システムに関する促進された性能は、これらに限定されることなく、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）により又は触媒されたディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）内で製造された改良されたＮＯ２、アンモニア貯蔵又はＮＯｘ変換ＳＣＲの改良あるいは他の化学反応の改良を含む。
【００３３】
スマート加熱システムの作成中において、ヒーターは、バーコード、データマトリクス、ＲＦＩＤタグ又は他の公知の方法によってヒーターアッセンブリに取り付けられたヒーターに関する情報により実施されてもよい。このようなヒーター情報は、中でも、時間などの関数として加熱速度、抵抗、最大電圧を含んでもよい。図６Ａを参照すると、スマート加熱システム６００は、開ループ制御機構６０１によって用いられてもよい。この機構６０１においては、その関連情報６０７に加えてヒーター６０５を含むスマート加熱システム６００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）６４０と通信する。ヒーター情報６０７は、ヒーター６０５の良好な使用を可能とするために、手動又は自動でＥＣＵ６４０又はスイッチ装置６５０に伝達されてもよい。ヒーター情報６０７の使用に関する同様な利点は、外部温度センサー６１１を組み入れる図６Ｂに示された閉ループ制御機構６０２に同等に適用する。
【００３４】
また、ヒーター及び温度センサーの両者についての情報を含むスマート加熱システムが使用される。図７Ａ及び７Ｂを参照すると、ヒーター７０５及びセンサー７１０の組み合わせを含むスマート加熱システム７００は、ヒーター情報のみを含む（図６参照）スマート加熱システム６００として上述されたようにヒーター及びセンサー情報７０７で示され、センサーが信号調節モジュール（図示していない）を備えたアクティブセンサーである場合、情報７０７は調節モジュールのメモリー内に記憶されてもよい。ヒーターセンサー情報７０７は、スマート加熱システム７００の使用を促進するために、ＥＣＵ７４０（図７Ａ）又は動力スイッチ７５０（図７Ｂ）に伝達される。閉ループ制御機構７０１内で使用されるスマート加熱システム７００が図７Ａ及び７Ｂに示されているが、開ループ制御機構（図示していない）が他の選択肢として使用されてもよいことを当業者は理解するであろう。
【００３５】
図８Ａを参照すると、ヒーターセンサー情報８０７を用いるための第３の選択肢は、動力スイッチ８５０の機能性を制御する他の制御ユニット８６０にこの情報８０７を伝達する。選択的には、スイッチ制御８６０はＥＣＵ８４０と通信してもよい。また、図８Ｂに示されているように、スイッチ８５０に関する情報８０８は、ヒーターセンサー情報とともに用いるスイッチ制御８６０に組み入れられる。
【００３６】
さらに図８Ｂを参照すると、スイッチ情報８０８は、これらに限定されることなく、切り替えられる電流量の関数としてスイッチ８５０の固体素子に関する加熱速度と同様に、電流及び／又は電圧の測定を含んでもよい。スイッチ８５０と接触するジャンクションセンサー８１０に関する加熱速度は、電流（Ｉ）及びジャンクションから離れた熱を発散するためのスイッチ８５０の能力に基づき測定される。当業者は、Ｉ２Ｒ加熱として公知なヒーターエレメント８０５に関する抵抗（Ｒ）に対するこの電流（Ｉ）関係を理解するであろう。このように、ヒーターエレメント８０５の温度に対する電流の関係は、ヒーター情報８０７として測定及び記憶される。ＥＣＵ８４０に伝達される予め決められた流体流動条件では、ヒーター８０５、センサー８１０及びスイッチ８５０を備えたスマート加熱システム８００は、システム６００が効果的に動作する際に診断するために、スイッチ８５０の温度の変化速度に対して流体温度の変化速度を比較するために用いられる。
【００３７】
発明の様々な形態の前述の記載は、図解及び説明のために示されている。徹底的又は開示された正確な形態に発明を限定するよう意図されるものではない。多くの変更及びバリエーションは、上記開示を考慮に入れることができる。論じられた形態は、当業者が様々な形態の発明及び考慮された実用的な使用に適切な様々な変更を有する発明を使用することができるような発明及びその実用的な用途の原理の最良の説明を提供するよう選択又は記載される。このような変更及びバリエーションは、公正、合法的及び公平に権利を与えられる幅に従って解釈された際の付記された請求項により規定された発明の趣旨の範囲内である。
【図１】
0006454687.tif 000002
【図２】
0006454687.tif 000003
【図３】
0006454687.tif 000004
【図４】
0006454687.tif 000005
【図５】
0006454687.tif 000006
【図６】
0006454687.tif 000007
【図７】
0006454687.tif 000008
【図８】
0006454687.tif 000009