專利名稱：用于調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在預(yù)熱塞的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法，其 中依據(jù)預(yù)熱塞的電阻確定溫度值。
背景技術(shù)：
為了點(diǎn)燃燃料-空氣混合物在內(nèi)燃機(jī)中使用的預(yù)熱塞在冷態(tài)下被預(yù)加熱，直到其 溫度高到足以使燃料-空氣混合物點(diǎn)燃。預(yù)熱塞為此具有一個(gè)加熱器，它在1至2秒鐘的 短的時(shí)間段中對冷態(tài)的預(yù)熱塞施加一個(gè)提高的加熱電壓，從而使預(yù)熱塞在該時(shí)刻承受超負(fù) 荷。在該所謂的推動(dòng)階段結(jié)束之后，預(yù)熱塞的尖端部達(dá)到高于1000°C的溫度，而預(yù)熱塞其余 部分具有的溫度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該1000°c的溫度。對預(yù)熱塞的正常的調(diào)節(jié)或控制是通過測量預(yù)熱塞中的預(yù)熱絲的電阻實(shí)施的。由于 在推動(dòng)階段結(jié)束之后預(yù)熱塞的其余部分并且由此也包括預(yù)熱絲的其余部分還沒有達(dá)到預(yù) 熱塞的尖端部的溫度，因此不可能通過測量預(yù)熱絲的電阻實(shí)現(xiàn)正常的溫度調(diào)節(jié)或控制。在 推動(dòng)階段之后在預(yù)熱塞中形成的不穩(wěn)定的溫度變化持續(xù)大約30秒鐘。在此之后預(yù)熱塞中 的溫度已經(jīng)平衡，從而可以通過測量的電阻進(jìn)行正常的溫度調(diào)節(jié)或控制。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是提出一種用于在預(yù)熱塞(預(yù)熱銷)的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制 預(yù)熱塞的溫度的方法，其中即使在預(yù)熱塞內(nèi)部的不穩(wěn)定的溫度分布期間也能夠調(diào)節(jié)或控制 預(yù)熱塞的溫度。按照本發(fā)明，該任務(wù)如此解決，即借助于物理模型計(jì)算在預(yù)熱塞內(nèi)部在不穩(wěn)定的 溫度變化(分布)期間用于確定溫度值的電阻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在高的質(zhì)量(優(yōu)度) 下模擬預(yù)熱(加熱)溫度并且由此可以在預(yù)熱(加熱)階段的每個(gè)時(shí)刻，尤其是直接在內(nèi) 燃機(jī)起動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱(加熱)溫度。有利地，依據(jù)測量的電阻和計(jì)算的電阻值求出溫度值。該測量的電阻此時(shí)形成用 于計(jì)算溫度值的可靠的初始值，所述溫度值在加熱階段的時(shí)間期間計(jì)算。由此保證，在加熱 階段內(nèi)利用計(jì)算的電阻值要求出的溫度值形成一個(gè)用于調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的預(yù)熱(加熱) 溫度的可靠的基礎(chǔ)。在一個(gè)實(shí)施例中，在多個(gè)時(shí)間間隔中求出溫度值，其中計(jì)算的電阻值依據(jù)先前的 時(shí)間間隔變化。這意味著，分別在一個(gè)確定的時(shí)間段之后計(jì)算一個(gè)新的溫度值，將該溫度值 作為調(diào)節(jié)或控制的基礎(chǔ)。要計(jì)算的電阻值此時(shí)有利地只取決于已經(jīng)過去的時(shí)間間隔并且與 先前確定的溫度無關(guān)，這在例如在預(yù)熱塞的加熱階段中出現(xiàn)的不穩(wěn)定的溫度分布情況下是 特別有利的。由于采用這種方法，取消了作為測量塞使用的熱元件的應(yīng)用，由此降低了材料 成本。在一個(gè)改進(jìn)方案中，計(jì)算的電阻值依據(jù)一個(gè)遞減指數(shù)函數(shù)來確定，其中指數(shù)由熱 弛豫時(shí)間和一個(gè)時(shí)間常數(shù)形成。熱弛豫時(shí)間是指這樣的時(shí)間，即直到該時(shí)間為此，在推動(dòng)階段之后預(yù)熱塞的溫度是穩(wěn)定的，即預(yù)熱塞已經(jīng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的溫度分布。通過對在加熱階 段中預(yù)熱塞的溫度的這種不穩(wěn)定的模擬，可以實(shí)現(xiàn)對取決于發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的預(yù)熱(加熱) 溫度的控制和調(diào)節(jié)，其中例如不同地調(diào)整內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷。有利地，一次性地求出用于各使用的預(yù)熱塞的時(shí)間常數(shù)。由于該時(shí)間常數(shù)因生產(chǎn) 的分散性而成為各預(yù)熱塞本身特有的，因此該時(shí)間常數(shù)的確定在預(yù)熱塞安裝到內(nèi)燃機(jī)中之 后就已經(jīng)實(shí)施并且被存儲在控制器中以便進(jìn)一步使用。在一種變型中，要計(jì)算的第一電阻值用一個(gè)起始值初始化。其中該起始值與指數(shù) 函數(shù)相乘。在一個(gè)實(shí)施例中，起始值由基于在預(yù)熱塞中的均勻的溫度分布下一次性求得的電 阻與在預(yù)熱階段結(jié)束之后探測的電阻的差來確定。此時(shí)出發(fā)點(diǎn)是，也被稱為推動(dòng)階段的預(yù) 熱階段的結(jié)束時(shí)刻是與被稱為加熱階段的溫度平衡階段的開始的時(shí)刻相同的。因此由一個(gè) 預(yù)計(jì)在加熱階段結(jié)束之后產(chǎn)生的電阻和一個(gè)在預(yù)熱階段結(jié)束之后在加熱階段的開始時(shí)刻 出現(xiàn)的電阻計(jì)算出該差值。在加熱階段結(jié)束之后的該電阻的計(jì)算在此情況下取決于在預(yù)熱 階段之后預(yù)熱塞已經(jīng)達(dá)到的溫度并且該溫度在考慮預(yù)熱塞上施加的車載電壓的情況下從 預(yù)熱塞提供的能量中計(jì)算出來。在一個(gè)改進(jìn)方案中，在短時(shí)間的預(yù)熱階段期間，冷態(tài)的預(yù)熱塞被施加上一個(gè)加熱 電壓，該加熱電壓高于為預(yù)熱塞設(shè)定的工作電壓，由此在預(yù)熱塞中形成不穩(wěn)定的溫度分布。 通過這種方法，將預(yù)熱塞置于一種溫度上，該溫度限定了預(yù)熱塞中的不穩(wěn)定的溫度變化并 且在那里使用用于在預(yù)熱塞的加熱階段期間確定溫度狀態(tài)的物理模型，在該加熱階段中， 不穩(wěn)定的溫度分布變化成一種沿著預(yù)熱塞的穩(wěn)定的溫度分布。有利地，針對一個(gè)先前的時(shí)間段計(jì)算的電阻值形成用于計(jì)算在下一個(gè)時(shí)間段中的 下一個(gè)電阻值的起點(diǎn)。計(jì)算的電阻值在相互之上(在相互的基礎(chǔ)上)建立，由此物理模型 不僅在靜止的空氣上而且在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)或者在內(nèi)燃機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)以及在動(dòng)態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 中(如果汽車直接在起動(dòng)之后被加速的話)都非常好地反映預(yù)熱塞的不穩(wěn)定的溫度分布。 因此借助于該物理模型計(jì)算的溫度值可以用于調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，測量用于在預(yù)熱階段結(jié)束之后形成溫度值的電阻。在一種變型中，測量的電阻由一個(gè)電壓和一個(gè)電流確定，它們通過測量施加在預(yù) 熱塞上的電壓和流過預(yù)熱塞的電流被求出。由于這些參數(shù)可以借助于控制器測量，因此電 阻可以簡單地由預(yù)熱塞的實(shí)際的狀態(tài)計(jì)算出來。但是，由于不穩(wěn)定的溫度分布，該電阻將小 于在加熱階段結(jié)束之后預(yù)計(jì)出現(xiàn)的電阻。有利地，在預(yù)熱塞的加熱階段結(jié)束之后，在該加熱階段中已經(jīng)在預(yù)熱塞中調(diào)整出 一種穩(wěn)定的溫度分布，依據(jù)一個(gè)測量的電阻值實(shí)施溫度的調(diào)節(jié)，該電阻值代表預(yù)熱塞的溫 度。因此可以自內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)起任何時(shí)候控制和調(diào)節(jié)預(yù)熱塞的溫度，因?yàn)樵诓环€(wěn)定的溫度分 布期間，溫度值借助于物理模型確定，而在調(diào)整出穩(wěn)定的溫度分布期間測量預(yù)熱塞的電阻 并且由此求得用于調(diào)節(jié)和/或控制的溫度實(shí)際值。本發(fā)明可以具有很多的實(shí)施形式。其中一個(gè)實(shí)施形式將對照在附圖中示出的圖進(jìn) 行詳細(xì)描述。


圖1是在內(nèi)燃機(jī)中設(shè)置預(yù)熱塞的原理圖，圖2是用于計(jì)算在不穩(wěn)定的溫度分布期間的溫度的示意流程圖。
具體實(shí)施例方式冷態(tài)的內(nèi)燃機(jī)，尤其是柴油機(jī)，在環(huán)境溫度低于40°C時(shí)需要起動(dòng)輔助裝置，以便點(diǎn) 燃被引入到柴油機(jī)中的燃料空氣混合物。作為起動(dòng)輔助裝置則使用由預(yù)熱塞、預(yù)熱(加熱) 時(shí)間控制器和存儲在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中的預(yù)熱軟件組成的預(yù)熱系統(tǒng)。此外預(yù)熱系統(tǒng)也被用于 改善汽車的排放。預(yù)熱系統(tǒng)的其它的應(yīng)用領(lǐng)域在于燃燒器廢氣系統(tǒng)、在停車采暖裝置中、在 燃料(混合燃料系統(tǒng)(柔性燃料))的預(yù)熱或冷卻水的預(yù)熱中。圖1示出了一種這樣的預(yù)熱系統(tǒng)1。預(yù)熱塞2此時(shí)凸入到柴油機(jī)4的燃燒室3中。 預(yù)熱塞2—方面與預(yù)熱(加熱)時(shí)間控制器5連接并且另一方面通到車載電網(wǎng)電壓6，它給 預(yù)熱塞2施加例如IlV的額定電壓。預(yù)熱(加熱)時(shí)間控制器5與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器7連接， 后者又通到柴油機(jī)4上。為了點(diǎn)燃燃料空氣混合物，在一個(gè)持續(xù)1至2秒鐘的推動(dòng)階段(Push-Phase)中， 預(yù)熱塞2通過施加超電壓(過電壓)被預(yù)熱。由此供給到預(yù)熱塞2上的電能在一個(gè)沒有進(jìn) 一步示出的加熱螺旋管(絲)中被轉(zhuǎn)換成熱量，因此預(yù)熱塞的尖端部上的溫度陡然升高。加 熱螺旋管(絲)的加熱功率通過電子式預(yù)熱施加控制裝置5與相應(yīng)的柴油機(jī)4的要求相適 配。燃料空氣混合物被引導(dǎo)從預(yù)熱塞2的熱的尖端部旁經(jīng)過并且由此被加熱。結(jié)合在柴油 機(jī)4壓縮沖程期間對進(jìn)氣空氣的加熱，達(dá)到燃料空氣混合物的著火溫度。預(yù)熱塞2具有不同的預(yù)熱(加熱)階段。如已經(jīng)示出的那樣，在一個(gè)預(yù)熱階段，即 要求1至2秒鐘的推動(dòng)階段中，冷態(tài)預(yù)熱塞2被供給一個(gè)推動(dòng)電壓，該推動(dòng)電壓高于預(yù)熱塞 2的額定電壓。在這個(gè)短的時(shí)間段期間，預(yù)熱塞的尖端部分被加熱到近似1000°C，而預(yù)熱塞 2的其余部分還低于該溫度，由此在預(yù)熱塞2內(nèi)部形成一種不穩(wěn)定的溫度分布。在該預(yù)熱階 段之后接著是預(yù)熱塞2的一個(gè)加熱階段，在該加熱階段中不穩(wěn)定的溫度分布得到補(bǔ)償而在 整個(gè)預(yù)熱塞2上形成穩(wěn)定的溫度分布。一個(gè)這樣的加熱階段通常持續(xù)大約30秒鐘。在這 個(gè)時(shí)間段期間，預(yù)熱塞2的溫度沒有通過具有用于預(yù)熱功能的軟件的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器被提供 進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。只有在已經(jīng)形成了預(yù)熱塞2的穩(wěn)定的溫度分布之后，才能夠到目前為止 按照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施預(yù)熱功能的調(diào)節(jié)。圖2中示出了用于計(jì)算在加熱階段期間的溫度的示意流程圖，該加熱階段作為軟 件集成在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中并且在那里在對預(yù)熱塞的預(yù)熱功能的溫度調(diào)節(jié)情況下被考慮。在框塊100中通過測量由柴油機(jī)4驅(qū)動(dòng)的汽車的車載電網(wǎng)電壓和電流，確定預(yù)熱 塞2的能量。依據(jù)該車載電網(wǎng)電壓確定推動(dòng)階段的持續(xù)時(shí)間。接著在框塊101中確定溫度 Taish,由于在推動(dòng)階段內(nèi)以推動(dòng)電壓的形式提供給預(yù)熱塞2的能量，使得預(yù)熱塞2的尖端部 分已經(jīng)達(dá)到該溫度。從該前提出發(fā)，在框塊102中計(jì)算電阻差A(yù)R(t = Q)。Δ R(t = 0) = R(t = 30)-RpuSh(t = ο)⑴ ο備選地，可以將該電阻差直接換算成溫度。則滿足ΔΤ( = 0) = T(t = 30) "Taishit = O)
其中T(t = 30) = f(R(t = 30))并且Tpushft = 0) = f (Rpush(t = ο))。電阻值R(t = 3CI)的測量在此情況下是在假設(shè)存在穩(wěn)定的溫度分布情況下在預(yù)熱塞2 安裝到柴油機(jī)4中之后一次地實(shí)施并且為了其它的計(jì)算被存儲起來。備選地，電阻值R(t = 30)可以由一個(gè)電阻模型計(jì)算，該電阻模型將電阻值R(t = 3CI)看作是預(yù)熱塞2的在推動(dòng)階段中 達(dá)到的溫度Taish的函數(shù)，其中，如已經(jīng)描述的那樣，溫度Taish是在推動(dòng)階段中向預(yù)熱塞2提 供的能量的函數(shù)。在框塊103中，在考慮熱弛豫時(shí)間t下，以一種指數(shù)方法模擬在加熱階段中跟隨在 推動(dòng)階段之后進(jìn)行的溫度平衡過程。Tfflod = f (Rffless) +Δ R(tK)(2)。當(dāng)換算成溫度時(shí)，得到Tfflod = Tact+Δ T (tK),其中Tad = f (Rfflass),其中Δ R (tK) = f (exp (_dtK/T)或Δ T (tK) = f (exp (_dtK/T)。在此情況下確定電阻Rnress,該電阻在時(shí)刻、時(shí)存在于預(yù)熱塞的預(yù)熱絲上。為此測 量預(yù)熱塞2的預(yù)熱絲上存在的電壓和通過預(yù)熱塞流動(dòng)的電流并且由此計(jì)算出電阻Rmess。時(shí) 刻、此時(shí)表示推動(dòng)階段的結(jié)束，但同時(shí)也是溫度平衡過程亦即加熱階段的開始。進(jìn)行初始化(設(shè)置初值)，其中將由等式⑴求出的電阻差值A(chǔ)R(Ptl)或溫度差 值A(chǔ)T(Ptl)與指數(shù)函數(shù)相乘。Δ R (t0+1) = exp (_dt/T) · Δ R(t = 0)(3)或Δ T (t0+t) = exp(_dt/T) · AT(t = 0)。時(shí)間常數(shù)T在此情況下形成一個(gè)在預(yù)熱塞使用之前一次性用于每個(gè)預(yù)熱塞2的參 量，該參量存儲在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器7中。參數(shù)-dt給出熱弛豫的時(shí)間段(以tQ開始，在該 時(shí)刻求出了電阻值A(chǔ)R(t(l+1))。由此獲得起始值A(chǔ)R(t(l+1)，該起始值被用于函數(shù)⑵中并且 由此確定第一模擬溫度值Tm。d。這個(gè)模擬的溫度值在調(diào)節(jié)預(yù)熱塞的預(yù)熱特性中被作為溫度 實(shí)際值處理(框塊104)。在該加熱階段期間，電阻值A(chǔ)R(tk)以分布在整個(gè)加熱階段上的方式，例如每隔 100ms，被計(jì)算k次，其中在框塊103中總是將上一次計(jì)算的電阻值與指數(shù)函數(shù)相乘。由此 得出AR(tk) =exp(_dtK/T) * AR(^1)(4)或在電阻值換算成溫度的情況下Δ T (tk) = exp (_dtK/T) * Δ T (t^)。
接著在框塊104中將每個(gè)電阻值A(chǔ)R(tk)或溫度值Δ T (tk)用于計(jì)算針對給定的 時(shí)間段tk的溫度Tnrod并且作為溫度實(shí)際值在加熱階段期間用于調(diào)節(jié)。所描述的模型不僅在靜止的空氣上而且在柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)或者在空轉(zhuǎn)中都非常好 地反映了該不穩(wěn)定的溫度分布并且因此可以有利地用于在加熱階段中調(diào)節(jié)預(yù)熱塞2的預(yù) 熱(加熱)溫度。
權(quán)利要求
1.用于在預(yù)熱塞O)的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法，其中依據(jù)預(yù)熱塞 (2)的電阻確定溫度值，其特征在于，在預(yù)熱塞O)內(nèi)在一個(gè)不穩(wěn)定的溫度分布期間借助于 物理模型計(jì)算用于確定溫度值(Tm。d)的電阻(AR(tk))。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，依據(jù)測量的電阻(Rnress)和計(jì)算的電阻值 (AR(tk))求出溫度值(Tm。d)。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在多個(gè)時(shí)間間隔(k)中求出溫度值(Tnrod)， 其中計(jì)算的電阻值(△! (、))依據(jù)先前的時(shí)間間隔(k-i)變化。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，依據(jù)一個(gè)遞減指數(shù)函數(shù)確定所述計(jì)算的 電阻值(ARak))，其中指數(shù)由熱弛豫時(shí)間ak)和一個(gè)時(shí)間常數(shù)⑴形成。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對于相應(yīng)使用的預(yù)熱塞O)，一次性求得 所述時(shí)間常數(shù)⑴。
6.按照權(quán)利要求3和4所述的方法，其特征在于，用一個(gè)起始值(ΔΙΚ、=》)將計(jì)算的 第一電阻值(AR(t0+1))初始化。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，起始值(AR^J)由基于在預(yù)熱塞中的 均勻的溫度分布下一次性求得的電阻a t=3(l)與在預(yù)熱階段結(jié)束之后探測的電阻(Rpushit= 0))的差來確定。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在短時(shí)間的預(yù)熱階段期間，冷態(tài)的預(yù)熱塞 ⑵被施加上一個(gè)加熱電壓，該加熱電壓高于為預(yù)熱塞⑵設(shè)定的工作電壓，由此在預(yù)熱塞 (2)中形成不穩(wěn)定的溫度分布。
9.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，針對一個(gè)先前的時(shí)間段(k-Ι)計(jì)算的電阻 值QR(V1))形成用于計(jì)算在下一個(gè)時(shí)間段(k)中的下一個(gè)電阻值A(chǔ)R(tk)的起點(diǎn)。
10.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱階段結(jié)束之后測量預(yù)熱塞O)的 電阻(Rmess)，以形成溫度值(Tmod)。
11.按照權(quán)利要求2或10所述的方法，其特征在于，測量的電阻(Rmess)由一個(gè)電壓和 一個(gè)電流確定，它們通過測量施加在預(yù)熱塞( 上的電壓和流過預(yù)熱塞( 的電流被求出。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱塞(2)的加熱階段結(jié)束之后，在該 加熱階段中已經(jīng)在預(yù)熱塞O)中調(diào)整出一種穩(wěn)定的溫度分布，溫度的調(diào)節(jié)依據(jù)一個(gè)測量的 電阻值確定，該電阻值代表預(yù)熱塞O)的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在預(yù)熱塞(2)的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法，其中依據(jù)預(yù)熱塞(2)的電阻確定溫度值。為了即使在預(yù)熱塞內(nèi)部的一個(gè)不穩(wěn)定的溫度分布期間也能夠調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度，在預(yù)熱塞(2)內(nèi)在一個(gè)不穩(wěn)定的溫度分布期間借助于物理模型計(jì)算用于確定溫度值(Tmod)的電阻(ΔR(tk))。
文檔編號F02P19/02GK102052229SQ201010537468
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者B·拉普, S·約斯 申請人:羅伯特·博世有限公司