使用等效電阻估計燃料噴射器加熱器的溫度的制作方法
【專利摘要】本發明涉及使用等效電阻估計燃料噴射器加熱器的溫度。被加熱部件的溫度被確定以用于控制和監視。加熱器驅動器在接收到開啟信號時在被加熱燃料噴射器的部件內產生電流，其中，通過該部件的電流產生適當的損耗以生成用于可變噴霧式燃料噴射系統的熱量。加熱器驅動器根據溫度和用于該溫度的預定參考值基于被加熱部件的電阻來調節到該部件的能量。
【專利說明】使用等效電阻估計燃料噴射器加熱器的溫度
[0001]相關申請的交叉引用
本申請涉及以下5個美國臨時專利申請:
與本臨時專利申請在同一日提交并用代理人案卷號2012P01914US標識的由PerryCzimmek 發明的 Tuned Power Amplifier With Loaded Choke For Inductively HeatedFuel Injector。
[0002]與本臨時專利申請在同一日提交并用代理人案卷號2012P01915US標識的由Perry Czimmek 發明的 Tuned Power Amplifier With Multiple Loaded Chokes ForInductively Heated Fuel Injectors。
[0003]與本臨時專利申請在同一日提交并用代理人案卷號2012P02060US標識的由Perry Czimmek、Mike Hornby 和 Doug Cosby 發明的 Using Resistance Equivalent toEstimate Heater Temperature of an Exhaust Gas After-Treatment Component。
[0004]與本臨時專利申請在同一日提交并用代理人案卷號2012P02175US標識的由Perry Czimmek發明的Resistance Determination For Temperature Control Of HeatedAutomotive Components。
[0005]與本臨時專利申請在同一日提交并用代理人案卷號2012P02176US標識的由Perry Czimmek 發明的 Resistance Determination with Increased Sensitivity forTemperature Control of Heated Automotive Component。
【背景技術】
[0006]本發明的實施例一般地涉及用于噴射器加熱器的功率電子裝置且更具體地涉及用于控制和監視用于可變噴霧燃料噴射器的加熱器驅動器的功率電子裝置。
[0007]存在對于改善內燃機的排放物質量的持續需要。同時，存在在保持最大燃料經濟性的同時使引擎起動時間和從接通到開走的時間最小化的壓力。這些壓力施加于以諸如乙醇的替換燃料作為燃料的引擎以及以汽油作為燃料的那些引擎。
[0008]在冷溫度引擎啟動期間，常規火花點火式內燃機的特征在于高碳氫化合物排放物及不良的燃料點火和可燃性。除非引擎在停止和熱浸之后已處于高溫，否則起動時間可能是過大的，或者引擎可能根本不啟動。在較高速度和負荷下，工作溫度增大且燃料霧化和混
合改善。
[0009]在實際的引擎冷啟動期間，實現啟動所需的濃縮留下非化學當量式燃料供應，其具體化為高尾管碳氫化合物排放物。最壞的排放物是在引擎工作的前幾分鐘期間，之后催化劑和引擎接近工作溫度。關于以乙醇為燃料的車輛，隨著燃料的乙醇百分比增大至100%，冷啟動的能力變得日益減少，導致某些制造商包括雙燃料系統，其中用常規汽油為引擎啟動供應燃料，并且用乙醇等級為引擎運行供應燃料。此類系統是昂貴且冗余的。
[0010]冷啟動排放物和低溫下的啟動困難的另一解決方案是將燃料預加熱至其中燃料在被釋放到歧管或大氣壓力時快速地蒸發或者立即蒸發(“閃速沸騰”)的溫度。預熱燃料復制熱引擎到考慮燃料狀態的程度。[0011]已經提出了許多預熱方法，其中的大多數涉及燃料噴射器中的預熱。燃料噴射器被廣泛地用于計量到汽車引擎的進氣歧管或汽缸中的燃料。燃料噴射器通常包括外殼，該外殼容納一定體積的加壓燃料、燃料進口部分、包含針形閥的噴嘴部分以及機電致動器，所述機電致動器諸如電磁螺線管、壓電致動器或用于對針形閥進行致動的另一機構。當針形閥被致動時，加壓燃料通過閥座中的孔口噴射出并進入引擎中。
[0012]已用于燃料預熱中的一種技術是用時變或穩態電流以電阻方式對燃料噴射器的金屬元件進行加熱。電能被轉換成部件內部的熱量，該部件在幾何結構和材料方面適合于通過焦耳或歐姆損耗而被加熱，所述焦耳或歐姆損耗是由電流流動通過該部件而引起的。
[0013]被加熱的燃料噴射器不僅在解決與汽油系統相關聯的上述問題方面是有用的，而且在將乙醇等級燃料預熱以在沒有冗余汽油燃料系統的情況下實現成功的啟動方面是有用的。
[0014]由于加熱技術使用電流，所以該系統包括用于向燃料噴射器中的部件提供適當激勵的電子裝置。此激勵可以包括控制電能并確定施加該電能的時間。
[0015]常規電阻性加熱是開環地或在沒有基于溫度的對電能的控制的情況下實現的。可以結合遠程恒溫器或計算模型以提供某種控制以防止失控溫度事件和對燃料噴射器的損壞。更復雜的方法可以監視通過加熱器的電流以估計溫度或監視直接熱電偶、正/負溫度系數傳感器或用于確定溫度的其他裝置以獲得對噴射器加熱器溫度的更精確調節。
[0016]被加熱的金屬部件將具有電阻對電流的溫度系數(S卩，其電阻將隨著其溫度的增大而增大)。理想地，知道初始電阻和最終電阻將允許以一定的精確度知道部件的溫度。用于電阻性加熱器的最佳金屬通常具有非常小的正溫度系數，并且因此僅僅通過監視電流進行的對電阻變化的測量將由于許多互連部件的線束電阻和老化而降低靈敏度。因此，變得難以將加熱器部件的電阻變化與串聯連接的其他部件的電阻變化區別開。
[0017]更精確地知道加熱器部件的電阻變化、使得可以實現對溫度的控制將是有利的。
【發明內容】
[0018]被加熱部件的溫度被確定以用于控制和監視。加熱器驅動器在接收到開啟信號時在被加熱燃料噴射器的部件內產生電流，其中，通過該部件的電流產生適當的損耗從而生成用于可變噴霧式燃料噴射系統的熱量。加熱器驅動器根據溫度和用于該溫度的預定參考值基于被加熱部件的電阻來調節到該部件的能量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1示出了根據本發明的實施例的系統。
【具體實施方式】
[0020]本發明的實施例針對確定被加熱燃料噴射器中的加熱器部件的溫度。可以通過精確地測量跨電子裝置組件內部的小值精密電阻器或“電流感測電阻器”兩端的電壓降來測量電流。此電壓降與流過電阻器的電流成正比。然后可以通過對跨加熱器部件兩端的電壓的精密測量來詳述對此電流的知識。在已知通過加熱器的電流且已知跨加熱器兩端的電壓的情況下，根據歐姆定律，可以根據眾所周知的公式R = V/I來計算電阻，其中，R是電阻，V是電壓，并且I是電流。本發明的實施例使用此電阻知識來估計被加熱部件的溫度并基于此估計來調節被加熱部件的溫度。
[0021]參考圖1，噴射器加熱器110參考被加熱部件，要確定作為溫度的函數的其電阻。也稱為加熱器電流信號120的I感測電阻器差動電壓表示通過I感測電阻器122且因此通過噴射器加熱器110的電流。電流測量電路127包括I感測器電阻器122和差動電壓運算放大器126。可以在電源開關或負載的高側或低側使用電流感測電阻器。可以用霍爾傳感器或用其他類型的磁傳感器、諸如感測線圈來完成電流測量。
[0022]也稱為加熱器電壓信號108的跨噴射器加熱器的差動電壓表示與流過噴射器加熱器的電流直接有關的激勵電壓。使用模擬或數字的等效除法113，針對歐姆定律關系R =V/I對兩個差動電壓求解，以提供結果作為電壓等效加熱器電阻信號112。通過將運算和部件組合，可以根據在本領域中已知的技術來實現模擬或數字的等效除法113，所述運算和部件包括但不限于:數字解決方案中的求和和移位寄存器；以及模擬解決方案中的對數、和或差以及反對數放大。電阻變化差動放大器113然后找到電阻等效加熱器電阻信號112與電子參考值R-ref 124之間的差。這產生可以作為等效溫度上升信號123被引入到溫度控制模塊130的增量或電阻變化或誤差信號。可以在時間上對此等效溫度上升信號123求積分，其可以以計算方式或通過模擬轉換以執行積分函數來執行，并且可以與溫度參考T-ref128相比較。溫度控制模塊130可以使用此比較來確定是否應通過關掉針對本示例在圖1中用MOSFET表示的電源開關116來將功率從噴射器加熱器去除。溫度控制模塊130可以是:微控制器、數字“恒溫器”、PID (比例積分導數)控制器或使用被積分并與目標溫度變化、絕對溫度或某個其他溫度參考相比較的溫度變化(其用等效溫度上升信號來表示)的任何接口。如果等效溫度上升信號123過高，則溫度變化過大，因此電源開關116可以被去激勵，從而關斷噴射器加熱器。然后可以使用冷卻模型來確定何時再次開啟加熱器。或者，如果使用連續設置點控制策略，則可以快速地將電源開關開啟和關斷(或者在類似于模擬音頻放大器的線性區中操作)以通過反復地調整加熱器功率將溫度調節至目標溫度。
[0023]可以用差動電壓測量電路109來獲得跨噴射器加熱器110兩端的差動電壓，差動電壓測量電路109可以包括差動電壓運算放大器114和盡可能接近于實際加熱器電連接的到加熱器的一對開爾文連接104-1和104-2。該對開爾文連接指的是其中實現力和感測連接的結點。力部件是高電流載送導體且感測部件是用于獲得該連接處的電壓電位的并行導線。存在兩個開爾文連接，使得一個導體對載送噴射器加熱器的電流，并且另一個導體對被用于獲得電壓電位。兩對導線可以具有不同的尺寸，其中電流載送對具有適合于使損耗最小化的尺寸，并且電壓電位對具有用于測量的任何合理的小尺寸。這樣，根據本發明的實施例，可以使用這兩對導線來執行四線測量。
[0024]為了測量差動電壓，負載或加熱器可以是平衡的惠斯通電橋的一個支腿。并且然后負載的任何變化都將導致惠斯通電橋的不平衡和因此的不同的跨負載電壓。或者，可以將電阻分壓器本地地定位于加熱器或負載處。并且然后可以將來自電阻分壓器的電壓帶回到電子裝置以用于判讀。
[0025]總而言之，根據本發明的實施例，可以通過將接近加熱器測量的跨加熱器兩端的差動電壓除以流過加熱器的電流來確定加熱器電阻。并且可以使用等效電阻值基于由于溫度而引起的電阻變化來控制加熱器溫度。[0026]應將前述詳細描述理解為在每個方面都是說明性和示例性的，但不是限制性的，并且不是根據本發明的描述而是根據如根據專利法所允許的完全寬度而解釋的權利要求來確定本文公開的本發明的范圍。例如，雖然圖1示出了低側半導體開關和低側電流感測電阻器，但如本領域的技術人員所理解的，其他實施例可以使用高側半導體開關或高側電流感測電阻器或它們的任何組合。應理解的是，本文所示和所述的實施例僅僅是本發明的實施例的例證，并且在不脫離本發明的范圍和精神的情況下可以由本領域的技術人員實現各種修改。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 差動地測量跨燃料噴射器加熱器兩端的電壓降； 測量通過燃料噴射器加熱器的電流的量； 通過確定等效于將差動地測量的跨燃料噴射器加熱器兩端的電壓降除以測量的通過燃料噴射器加熱器的電流的量的除法，產生電壓等效物加熱器電阻。
2.權利要求1的方法，其中，差動地測量跨燃料噴射器加熱器兩端的電壓降還包括使用一對開爾文連接來測量跨燃料噴射器加熱器兩端的電壓降。
3.權利要求1的方法，其中，測量通過燃料噴射器加熱器的電流的量還包括使用電流感測電阻器來測量通過燃料噴射器加熱器的電流的量。
4.權利要求1的方法，其中，所述電壓等效加熱器電阻被用作用于控制燃料噴射器加熱器的溫度的溫度模擬。
5.權利要求1的方法，還包括:將電壓等效加熱器電阻信號與電阻參考值相比較以生成等效溫度上升信號。
6.權利要求5的方法，還包括:將等效溫度上升信號與溫度參考值相比較以生成溫度控制信號，所述溫度控制信號被配置成當等效溫度上升信號與溫度參考值的比較指示燃料噴射器加熱器比閾值溫度更熱時關斷燃料噴射器加熱器。
7.—種設備,包括: 差動電壓測量電路，其被配置成差動地測量跨燃料噴射器加熱器兩端的電壓降； 電流測量電路，其被配置成測量通過燃料噴射器加熱器的電流； 除法等效電路，其被配置成通過執行等效于將跨燃料噴射器加熱器兩端的測量電壓降除以通過燃料噴射器加熱器的測量電流的除法來生成電壓等效加熱器電阻信號。
8.權利要求7的設備，其中，所述差動電壓測量電路包括一對開爾文連接。
9.權利要求7的設備，其中，電流測量電路包括電流感測電阻器。
10.權利要求7的設備，還包括被配置成通過將電壓等效電阻信號與參考電阻值相比較來生成等效溫度上升信號的差動放大器。
11.權利要求10的設備，還包括溫度控制模塊，其被配置成將等效溫度上升信號與溫度參考值相比較以生成溫度控制信號，該溫度控制信號被配置成當等效溫度上升信號與溫度參考值的比較指示燃料噴射器加熱器比閾值溫度更熱時關斷燃料噴射器加熱器。
【文檔編號】F02M53/06GK103912429SQ201310747132
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】P.R.齊梅克, M.J.霍恩比, D.E.科斯比 申請人:大陸汽車系統公司