專利名稱：一種控制電熱塞的方法
技術領域：
本發明涉及一種具有權利要求1的技術特征的方法，即涉及一種在發動機運行過程中控制電熱塞(glow plug)至其目標表面溫度的方法。
背景技術：
在現有的控制裝置中，柴油發動機中的電熱塞的作用不僅在于其可作為柴油發動機的冷開啟輔助，通常也用于在柴油機工作過程中起到燃燒輔助或優化作用。在操作電熱塞時，為了讓柴油發動機保持最理想的燃燒狀態，需確保其處于一所需的目標溫度。電熱塞的溫度過低將使得柴油發動機的燃燒狀況不能達到理想效果，且會增加有害物質的排放， 而當超過目標溫度值后，將會導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溫度。在這些控制方法中， 測量電熱塞的電阻值，并將其與目標溫度所對應的期望阻值進行比對。將通過車輛電氣系統脈寬調制產生的有效電壓施加于電熱塞，將產生一個表現電阻測量值與電阻期望值之間偏差的函數。
發明內容
此發明將提供一種在發動機運行過程中如何更好的控制電熱塞至其表面溫度的目標值的方法。該方法可通過具有權利要求1所述特征的方法來實現，從屬權利要求所述的主題是本發明的有益改進。依據此發明，燃燒室的壓力通過電熱塞的壓力傳感器測量，則對應于目標表面溫度的期望阻值由燃燒室的壓力函數決定。通過這種方法，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部溫度。然而， 作為發動機的燃燒室來說，電熱塞的表面溫度是確定性的，并且其可能與電熱塞的內部溫度有很大偏離。在點火塞表面施加具有加熱或冷卻效果的燃燒氣體來至少可以大體上改變電熱塞的表面溫度，通過測量燃燒室壓力值，并用這種方法來修正該壓力值下目標表面溫度對應的期望阻值，為了在此發明中執行這種方法，例如，可使用一特征曲線，該曲線可指示對應于一參考壓力下的一給定的表面溫度目標值所對應的期望阻值。如果所測量的燃燒室壓力值與參考壓力值存在偏差，則此特征曲線能夠被上下調整以便可描述在燃燒室壓力值與參考壓力值存在偏差時，表面溫度與電阻值之間的關系。最簡單的情況下，期望阻值可通過對參考壓力下的阻值添加一修正值來得到該壓力對應的真實阻值，此修正值適當地表現為參考壓力與燃燒室測量壓力值間的偏差。作為本發明技術方案的有益改進，在測量燃燒室壓力和電阻值的過程中，同時捕捉到機軸角度，則可確定對應一個給定的機軸角度的期望阻值，從而可以進行對應于同一個機軸角度的測量阻值與期望阻值之間的對比。已經發現機軸角度能顯著地影響電熱塞的表面溫度。將機軸角度作為控制電熱塞的一個因素，可使得控制質量得到改善。
在最簡單的情況下，對于一給定的機軸角度，比如0度，在發動機的工作循環的過程中，燃燒室壓力和電阻均可僅測量一次。這些足夠確定該機軸角度時的期望阻值。出于此種目的，每次在機軸角度有一確定值時，電熱塞控制單元能從發動機控制器或者機軸角度傳感器接收一個信號。不過，在發動機的一連續不斷或者幾乎連續不斷的工作循環中，電阻值和燃燒室壓力值優選地進行多次測量。如果在一個工作循環中進行多次測量，比如超過10次，或者超過20次，更有甚者甚至超過50次，則測量的電阻值曲線和/或燃燒室壓力值曲線能用來確定具有代表性的機軸角度。更有益者，對于此種目的，不需要提供任何關于交界處的信息給電熱塞控制單元。為了執行這種方法，對于一個特殊的機軸角度，可估算電阻值和燃燒室壓力值。然而，在一個工作循環中，優選地可確定對應于多個機軸角度的期望電阻值，并與具有代表性的機軸角度對應的那些阻值進行對比。有益的是，在這種方法中，在若干改變有效電壓的過程中，測量誤差的影響可被降低。作為本發明方法中基于對于一個給定的機軸角度的若干測量值的替代，例如，通過平均燃燒室壓力值去修正目標阻值也是有可能的。作為本發明技術方案的進一步改進，表面溫度的目標值的期望阻值也可確定為一與轉速有關的函數和/或一與發動機載荷有關的函數。在此方法中，控制過程的精確度可進一步得到改進，因為電熱塞的表面溫度也能受到轉速和發動機載荷的影響。發動機轉速能夠方便地通過估算燃燒室壓力曲線和/或電熱塞電阻值曲線來確定。根據本發明方法，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電熱塞測得的壓力信息去改變目標表面溫度時的期望阻值。作為改進，壓力信息也能被提供給發動機控制器，用于評估這些信息并用來控制其燃燒過程，例如注入量。取決于測量阻值的電熱塞的溫度能被用于溫度漂移補償。
本發明的進一步細節及優點將通過下述的實施例及相關附圖進行描述。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系簡圖。
具體實施例方式
此發明一種發動機運行過程中控制電熱塞至其表面目標溫度的方法中，一個有效電壓通過車輛電氣系統脈寬調制產生，并將該有效電壓施加于電熱塞，則可測量電熱塞的電阻值，并將之與發動機表面溫度的期望目標值進行對比，從而有效電壓值可變為一組表現電阻的測量值與期望值間偏差的函數。電熱塞的電阻值決定于電熱塞的內部溫度，其內部溫度與表面溫度間存在很大偏離。雖然如此，用本發明方法，通過電熱塞的壓力傳感器來測量燃燒室壓力，同時將目標表面溫度的期望阻值確定為一關于燃燒室的壓力函數，也能達到精確的表面溫度控制。電熱塞表面溫度與內部溫度的偏差基于燃燒室內部氣體加熱或冷卻效果的有效程度。通過測量燃燒室壓力，電熱塞的表面溫度與內部或者加熱元素的溫度間的系統性的偏差至少是可以大致被考慮到的。圖1為通過任意的單元，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系簡圖。以示例的方式，曲線A所示為在比如100個大氣壓強下表面溫度與電阻值之間的關系。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系，而曲線C所述為在一個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系。顯而易見的是，在同樣的電阻值與同樣的內部溫度情況下，電熱塞的表面溫度間可相互偏離超過100K。通過一條特征曲線或一組特征值，能夠確定對應于目標表面溫度的電熱塞的期望阻值。在最簡單的情況下，一個在特定壓力下的指示電熱塞表面溫度與電熱塞內部溫度關系的特征曲線就已經足夠了。根據燃燒室測量壓力與參考壓力的偏差，特征曲線能被改變以適應對應該燃燒室壓力測量值的電阻期望值。例如，期望電阻值始于通過對參考壓力時的阻值添加一個修正項來確定，此修正項與測量所得的燃燒室壓力值與參考壓力值的偏差成比例，，并與對應于參考壓力的阻值成比例。在一個確定的發動機運行狀態下，一個特定表面溫度所對應的期望電阻值是可以通過一個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其熱電行為可在數學上模擬。將相關的物理學規律考慮進去，很明顯地熱傳導和熱輻射，真實的電熱塞的狀態是能通過一些合適的具體參數進行精確模擬的。除了燃燒室壓力，注入量等因素，發動機的速度或發動機的載荷，例如，可以作為這種電熱塞模型的輸入變量從而計算出電熱塞其表面溫度。無論期望電阻值如何取決于測量的燃燒室壓力值，將機軸角度考慮進去是特別有益的。由于這個原因，在測量燃燒室壓力和電阻值的時候，機軸角度最好也能被測取。從而可確定對應于一個給定的機軸角度的期望阻值，并且可進行同一機軸角度時的測量阻值與期望阻值的對比。在發動機的一個工作循環中，電阻值和燃燒室壓力值優選地進行多次測量，借以得到有關電阻值的曲線和有關燃燒室壓力的曲線。電阻值曲線和/或燃燒室壓力曲線能被用來決定對單個測量值時的機軸角度。測量電阻值和期望電阻值的偏差在本發明方法中可作為差異控制(control difference)來推算控制變量，更確切的是施加于電熱塞上的有效電壓電熱塞。有效電壓通過車輛電氣系統脈寬調制產生，例如通過短時間間歇性地給電熱塞提供車輛電氣系統電壓。車輛電氣系統電壓提供給電熱塞的過程中的間歇持續時間與不在這種情況下，這表示一個相對應的開關打開了，的間歇持續時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。大體上來說，優選的是非線性的控制方法，如PID控制器、狀態校準器、線性二次方程校準器，或者類似的方法。如果線性方法不足以達到控制目的，比如因為控制系統不夠穩定或者對于電瓶電壓波動的不穩定性變得較明顯，則可用非線性的控制方法，利于自適應性控制或者基于不等式的控制方法。當然，本發明創造并不局限于上述實施方式，熟悉本領域的技術人員在不違背本發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權利要求所限定的范圍內。
權利要求
1.一種發動機運行過程中控制電熱塞至其目標表面溫度的方法，通過由車輛電氣系統脈寬調制產生的一有效電壓并將其施加于電熱塞，測量電熱塞的電阻值，并將其與發動機目標表面溫度對應的期望阻值進行對比，從而有效電壓值可變為一組表現電阻的測量值與期望阻值間偏差的函數，其特征在于電熱塞上的壓力傳感器用于測量燃燒室溫度，并且目標表面溫度對應的電阻期望值通過燃燒室壓力函數確定。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在測量燃燒室壓力和電阻值的過程中，同時測量機軸角度，確定對應一給定機軸角度的期望阻值，并進行對應于同一個機軸角度的測量阻值與期望阻值的比較。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于機軸角度決定于測量電阻值的曲線和/ 或燃燒室壓力值的曲線。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的控制方法，其特征在于基于一條特征曲線或者一組特征值，可確定電熱塞對應目標表面溫度的期望電阻值。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于期望電阻值始于通過對參考壓力時的阻值添加一修正項來確定，此修正項與測量所得的燃燒室壓力值與參考壓力值的偏差成比例，并與對應于參考壓力的阻值成比例。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于目標表面溫度對應的期望阻值可確定為一燃燒室的壓力函數和一發動機的旋轉速度函數。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于通過估算燃燒室的壓力曲線可確定旋轉速度。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于目標表面溫度對應的期望電阻值可確定為一關于燃燒室壓力的函數和一發動機載荷的函數。
全文摘要
本發明涉及一種在發動機運行過程中通過控制電熱塞將發動機表面溫度穩定于一個目標值的方法，其中一有效電壓通過車輛電氣系統脈寬調制產生，并將該有效電壓施加于電熱塞，則可測量電熱塞的電阻值，并將之與發動機目標表面溫度的期望值進行對比，從而有效電壓值可變為一組表現電阻的測量值與期望值間偏壓的函數。依據此發明，通過一個電熱塞的壓力傳感器來測量燃燒室壓力，燃燒室的表面溫度所對應的目標期望阻值則可確定為一個燃燒室的壓力函數。
文檔編號F02P19/02GK102192070SQ201110057608
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月10日 優先權日2010年3月11日
發明者B·拉斯特, H·胡本, M·洛特納, M·薩克曼, O·托德特 申請人:博格華納貝魯系統有限公司