專利名稱：一種控制電熱塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的技術(shù)特征的方法，即涉及一種在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中控制電熱塞(glow plug)至其目標(biāo)表面溫度的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的控制裝置中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的電熱塞的作用不僅在于其可作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷開(kāi)啟輔助，通常也用于在柴油機(jī)工作過(guò)程中起到燃燒輔助或優(yōu)化作用。在操作電熱塞時(shí)，為了讓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)保持最理想的燃燒狀態(tài)，需確保其處于一所需的目標(biāo)溫度。電熱塞的溫度過(guò)低將使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況不能達(dá)到理想效果，且會(huì)增加有害物質(zhì)的排放， 而當(dāng)超過(guò)目標(biāo)溫度值后，將會(huì)導(dǎo)致電熱塞上的壓力增大，從而縮短其使用壽命。可采用決定電熱塞溫度的電阻值控制電熱塞至其目標(biāo)溫度。在這些控制方法中， 測(cè)量電熱塞的電阻值，并將其與目標(biāo)溫度所對(duì)應(yīng)的期望阻值進(jìn)行比對(duì)。將通過(guò)車輛電氣系統(tǒng)脈寬調(diào)制產(chǎn)生的有效電壓施加于電熱塞，將產(chǎn)生一個(gè)表現(xiàn)電阻測(cè)量值與電阻期望值之間偏差的函數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
此發(fā)明將提供一種在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中如何更好的控制電熱塞至其表面溫度的目標(biāo)值的方法。該方法可通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求所述的主題是本發(fā)明的有益改進(jìn)。依據(jù)此發(fā)明，燃燒室的壓力通過(guò)電熱塞的壓力傳感器測(cè)量，則對(duì)應(yīng)于目標(biāo)表面溫度的期望阻值由燃燒室的壓力函數(shù)決定。通過(guò)這種方法，使得更加精確的溫度控制成為可能。電熱塞的電阻值基本取決于加熱元件的溫度，也因此取決于電熱塞的內(nèi)部溫度。然而， 作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室來(lái)說(shuō)，電熱塞的表面溫度是確定性的，并且其可能與電熱塞的內(nèi)部溫度有很大偏離。在點(diǎn)火塞表面施加具有加熱或冷卻效果的燃燒氣體來(lái)至少可以大體上改變電熱塞的表面溫度，通過(guò)測(cè)量燃燒室壓力值，并用這種方法來(lái)修正該壓力值下目標(biāo)表面溫度對(duì)應(yīng)的期望阻值，為了在此發(fā)明中執(zhí)行這種方法，例如，可使用一特征曲線，該曲線可指示對(duì)應(yīng)于一參考?jí)毫ο碌囊唤o定的表面溫度目標(biāo)值所對(duì)應(yīng)的期望阻值。如果所測(cè)量的燃燒室壓力值與參考?jí)毫χ荡嬖谄睿瑒t此特征曲線能夠被上下調(diào)整以便可描述在燃燒室壓力值與參考?jí)毫χ荡嬖谄顣r(shí)，表面溫度與電阻值之間的關(guān)系。最簡(jiǎn)單的情況下，期望阻值可通過(guò)對(duì)參考?jí)毫ο碌淖柚堤砑右恍拚祦?lái)得到該壓力對(duì)應(yīng)的真實(shí)阻值，此修正值適當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)為參考?jí)毫εc燃燒室測(cè)量壓力值間的偏差。作為本發(fā)明技術(shù)方案的有益改進(jìn)，在測(cè)量燃燒室壓力和電阻值的過(guò)程中，同時(shí)捕捉到機(jī)軸角度，則可確定對(duì)應(yīng)一個(gè)給定的機(jī)軸角度的期望阻值，從而可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)于同一個(gè)機(jī)軸角度的測(cè)量阻值與期望阻值之間的對(duì)比。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)機(jī)軸角度能顯著地影響電熱塞的表面溫度。將機(jī)軸角度作為控制電熱塞的一個(gè)因素，可使得控制質(zhì)量得到改善。
在最簡(jiǎn)單的情況下，對(duì)于一給定的機(jī)軸角度，比如0度，在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)的過(guò)程中，燃燒室壓力和電阻均可僅測(cè)量一次。這些足夠確定該機(jī)軸角度時(shí)的期望阻值。出于此種目的，每次在機(jī)軸角度有一確定值時(shí)，電熱塞控制單元能從發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或者機(jī)軸角度傳感器接收一個(gè)信號(hào)。不過(guò)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的一連續(xù)不斷或者幾乎連續(xù)不斷的工作循環(huán)中，電阻值和燃燒室壓力值優(yōu)選地進(jìn)行多次測(cè)量。如果在一個(gè)工作循環(huán)中進(jìn)行多次測(cè)量，比如超過(guò)10次，或者超過(guò)20次，更有甚者甚至超過(guò)50次，則測(cè)量的電阻值曲線和/或燃燒室壓力值曲線能用來(lái)確定具有代表性的機(jī)軸角度。更有益者，對(duì)于此種目的，不需要提供任何關(guān)于交界處的信息給電熱塞控制單元。為了執(zhí)行這種方法，對(duì)于一個(gè)特殊的機(jī)軸角度，可估算電阻值和燃燒室壓力值。然而，在一個(gè)工作循環(huán)中，優(yōu)選地可確定對(duì)應(yīng)于多個(gè)機(jī)軸角度的期望電阻值，并與具有代表性的機(jī)軸角度對(duì)應(yīng)的那些阻值進(jìn)行對(duì)比。有益的是，在這種方法中，在若干改變有效電壓的過(guò)程中，測(cè)量誤差的影響可被降低。作為本發(fā)明方法中基于對(duì)于一個(gè)給定的機(jī)軸角度的若干測(cè)量值的替代，例如，通過(guò)平均燃燒室壓力值去修正目標(biāo)阻值也是有可能的。作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，表面溫度的目標(biāo)值的期望阻值也可確定為一與轉(zhuǎn)速有關(guān)的函數(shù)和/或一與發(fā)動(dòng)機(jī)載荷有關(guān)的函數(shù)。在此方法中，控制過(guò)程的精確度可進(jìn)一步得到改進(jìn)，因?yàn)殡姛崛谋砻鏈囟纫材苁艿睫D(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠方便地通過(guò)估算燃燒室壓力曲線和/或電熱塞電阻值曲線來(lái)確定。根據(jù)本發(fā)明方法，利用帶有集成的壓力傳感器的電熱塞也是有可能的，例如，這些傳感器可從US 2005/0252297 Al中了解到。電熱塞控制單元能用這樣一個(gè)電熱塞測(cè)得的壓力信息去改變目標(biāo)表面溫度時(shí)的期望阻值。作為改進(jìn)，壓力信息也能被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，用于評(píng)估這些信息并用來(lái)控制其燃燒過(guò)程，例如注入量。取決于測(cè)量阻值的電熱塞的溫度能被用于溫度漂移補(bǔ)償。


本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下述的實(shí)施例及相關(guān)附圖進(jìn)行描述。圖1為在不同的燃燒室壓力值情況下，電熱塞的表面溫度與此溫度下電阻間的關(guān)系簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
此發(fā)明一種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中控制電熱塞至其表面目標(biāo)溫度的方法中，一個(gè)有效電壓通過(guò)車輛電氣系統(tǒng)脈寬調(diào)制產(chǎn)生，并將該有效電壓施加于電熱塞，則可測(cè)量電熱塞的電阻值，并將之與發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度的期望目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，從而有效電壓值可變?yōu)橐唤M表現(xiàn)電阻的測(cè)量值與期望值間偏差的函數(shù)。電熱塞的電阻值決定于電熱塞的內(nèi)部溫度，其內(nèi)部溫度與表面溫度間存在很大偏離。雖然如此，用本發(fā)明方法，通過(guò)電熱塞的壓力傳感器來(lái)測(cè)量燃燒室壓力，同時(shí)將目標(biāo)表面溫度的期望阻值確定為一關(guān)于燃燒室的壓力函數(shù)，也能達(dá)到精確的表面溫度控制。電熱塞表面溫度與內(nèi)部溫度的偏差基于燃燒室內(nèi)部氣體加熱或冷卻效果的有效程度。通過(guò)測(cè)量燃燒室壓力，電熱塞的表面溫度與內(nèi)部或者加熱元素的溫度間的系統(tǒng)性的偏差至少是可以大致被考慮到的。圖1為通過(guò)任意的單元，在不同的燃燒室壓力下，電熱塞的表面攝氏溫度與電阻值之間的關(guān)系簡(jiǎn)圖。以示例的方式，曲線A所示為在比如100個(gè)大氣壓強(qiáng)下表面溫度與電阻值之間的關(guān)系。以示例的方式，曲線B所述為在一已增大的燃燒室壓力下，比如燃燒室壓力增大50%的情況下，表面溫度與電阻值之間的關(guān)系，而曲線C所述為在一個(gè)有所減小的燃燒室壓力下，比如燃燒室壓力減小50%的情況下，表面溫度與電阻值之間的關(guān)系。顯而易見(jiàn)的是，在同樣的電阻值與同樣的內(nèi)部溫度情況下，電熱塞的表面溫度間可相互偏離超過(guò)100K。通過(guò)一條特征曲線或一組特征值，能夠確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)表面溫度的電熱塞的期望阻值。在最簡(jiǎn)單的情況下，一個(gè)在特定壓力下的指示電熱塞表面溫度與電熱塞內(nèi)部溫度關(guān)系的特征曲線就已經(jīng)足夠了。根據(jù)燃燒室測(cè)量壓力與參考?jí)毫Φ钠?，特征曲線能被改變以適應(yīng)對(duì)應(yīng)該燃燒室壓力測(cè)量值的電阻期望值。例如，期望電阻值始于通過(guò)對(duì)參考?jí)毫r(shí)的阻值添加一個(gè)修正項(xiàng)來(lái)確定，此修正項(xiàng)與測(cè)量所得的燃燒室壓力值與參考?jí)毫χ档钠畛杀壤?，并與對(duì)應(yīng)于參考?jí)毫Φ淖柚党杀壤Ｔ谝粋€(gè)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，一個(gè)特定表面溫度所對(duì)應(yīng)的期望電阻值是可以通過(guò)一個(gè)電熱塞模型更精確的確定的，此電熱塞模型中在不同的范圍情況內(nèi)其熱電行為可在數(shù)學(xué)上模擬。將相關(guān)的物理學(xué)規(guī)律考慮進(jìn)去，很明顯地?zé)醾鲗?dǎo)和熱輻射，真實(shí)的電熱塞的狀態(tài)是能通過(guò)一些合適的具體參數(shù)進(jìn)行精確模擬的。除了燃燒室壓力，注入量等因素，發(fā)動(dòng)機(jī)的速度或發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷，例如，可以作為這種電熱塞模型的輸入變量從而計(jì)算出電熱塞其表面溫度。無(wú)論期望電阻值如何取決于測(cè)量的燃燒室壓力值，將機(jī)軸角度考慮進(jìn)去是特別有益的。由于這個(gè)原因，在測(cè)量燃燒室壓力和電阻值的時(shí)候，機(jī)軸角度最好也能被測(cè)取。從而可確定對(duì)應(yīng)于一個(gè)給定的機(jī)軸角度的期望阻值，并且可進(jìn)行同一機(jī)軸角度時(shí)的測(cè)量阻值與期望阻值的對(duì)比。在發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，電阻值和燃燒室壓力值優(yōu)選地進(jìn)行多次測(cè)量，借以得到有關(guān)電阻值的曲線和有關(guān)燃燒室壓力的曲線。電阻值曲線和/或燃燒室壓力曲線能被用來(lái)決定對(duì)單個(gè)測(cè)量值時(shí)的機(jī)軸角度。測(cè)量電阻值和期望電阻值的偏差在本發(fā)明方法中可作為差異控制(control difference)來(lái)推算控制變量，更確切的是施加于電熱塞上的有效電壓電熱塞。有效電壓通過(guò)車輛電氣系統(tǒng)脈寬調(diào)制產(chǎn)生，例如通過(guò)短時(shí)間間歇性地給電熱塞提供車輛電氣系統(tǒng)電壓。車輛電氣系統(tǒng)電壓提供給電熱塞的過(guò)程中的間歇持續(xù)時(shí)間與不在這種情況下，這表示一個(gè)相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)打開(kāi)了，的間歇持續(xù)時(shí)間的比例確立了該有效電壓。出于控制的意圖，例如，可以使用一 PID控制器、一適配控制器，或者一非線性的控制器。大體上來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的是非線性的控制方法，如PID控制器、狀態(tài)校準(zhǔn)器、線性二次方程校準(zhǔn)器，或者類似的方法。如果線性方法不足以達(dá)到控制目的，比如因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)不夠穩(wěn)定或者對(duì)于電瓶電壓波動(dòng)的不穩(wěn)定性變得較明顯，則可用非線性的控制方法，利于自適應(yīng)性控制或者基于不等式的控制方法。當(dāng)然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中控制電熱塞至其目標(biāo)表面溫度的方法，通過(guò)由車輛電氣系統(tǒng)脈寬調(diào)制產(chǎn)生的一有效電壓并將其施加于電熱塞，測(cè)量電熱塞的電阻值，并將其與發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)表面溫度對(duì)應(yīng)的期望阻值進(jìn)行對(duì)比，從而有效電壓值可變?yōu)橐唤M表現(xiàn)電阻的測(cè)量值與期望阻值間偏差的函數(shù)，其特征在于電熱塞上的壓力傳感器用于測(cè)量燃燒室溫度，并且目標(biāo)表面溫度對(duì)應(yīng)的電阻期望值通過(guò)燃燒室壓力函數(shù)確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在測(cè)量燃燒室壓力和電阻值的過(guò)程中，同時(shí)測(cè)量機(jī)軸角度，確定對(duì)應(yīng)一給定機(jī)軸角度的期望阻值，并進(jìn)行對(duì)應(yīng)于同一個(gè)機(jī)軸角度的測(cè)量阻值與期望阻值的比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于機(jī)軸角度決定于測(cè)量電阻值的曲線和/ 或燃燒室壓力值的曲線。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于基于一條特征曲線或者一組特征值，可確定電熱塞對(duì)應(yīng)目標(biāo)表面溫度的期望電阻值。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于期望電阻值始于通過(guò)對(duì)參考?jí)毫r(shí)的阻值添加一修正項(xiàng)來(lái)確定，此修正項(xiàng)與測(cè)量所得的燃燒室壓力值與參考?jí)毫χ档钠畛杀壤⑴c對(duì)應(yīng)于參考?jí)毫Φ淖柚党杀壤?br> 6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于目標(biāo)表面溫度對(duì)應(yīng)的期望阻值可確定為一燃燒室的壓力函數(shù)和一發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度函數(shù)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過(guò)估算燃燒室的壓力曲線可確定旋轉(zhuǎn)速度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于目標(biāo)表面溫度對(duì)應(yīng)的期望電阻值可確定為一關(guān)于燃燒室壓力的函數(shù)和一發(fā)動(dòng)機(jī)載荷的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)控制電熱塞將發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度穩(wěn)定于一個(gè)目標(biāo)值的方法，其中一有效電壓通過(guò)車輛電氣系統(tǒng)脈寬調(diào)制產(chǎn)生，并將該有效電壓施加于電熱塞，則可測(cè)量電熱塞的電阻值，并將之與發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)表面溫度的期望值進(jìn)行對(duì)比，從而有效電壓值可變?yōu)橐唤M表現(xiàn)電阻的測(cè)量值與期望值間偏壓的函數(shù)。依據(jù)此發(fā)明，通過(guò)一個(gè)電熱塞的壓力傳感器來(lái)測(cè)量燃燒室壓力，燃燒室的表面溫度所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)期望阻值則可確定為一個(gè)燃燒室的壓力函數(shù)。
文檔編號(hào)F02P19/02GK102192070SQ201110057608
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者B·拉斯特, H·胡本, M·洛特納, M·薩克曼, O·托德特 申請(qǐng)人:博格華納貝魯系統(tǒng)有限公司