用于控制电热塞内温度的电热塞控制单元和方法

专利名称：用于控制电热塞内温度的电热塞控制单元和方法
技术领域：
本发明涉及用于控制电热塞(glow plug)内温度的电热塞控制单元和方法。
背景技术：
WO2007/033825示出了用于柴油机的一组电热塞的控制。根据脉宽调制 信号，电热塞周期性地与电源线连接。为了给电热塞提供所需的能量，输送 线路上的压降通过测量电热塞电流来计算。为控制它的温度，单独对每个电 热塞计算。这种方法适合于陶瓷电热塞，它的电阻关于所述温度强烈地改变。 另一方面，这种方法采用基于多个测量的计算和包括风险的估计，该风险指 温度的控制是错误的。

发明内容
因此，本发明的目的是提供新颖的电热塞控制单元，该控制单元提供了 电热塞温度的精确控制。本发明的进一步目的是提供更准确控制电热塞的方法。
本发明提供了 一种电热塞控制单元，该单元包括用来将电源节点连接至 电热塞的第一开关。电热塞控制单元进一步包括用于测量电源线上的电压的 电压测量单元。电流测量单元构造成用于测量通过第一开关的电流，控制电 路构造成用于控制第一开关，以及在电流控制模式下，用于将通过第一开关 的电流调节至预定值。
与陶瓷电热塞相比，金属电热塞在不同温度状况下的电阻相对稳定。本 发明的电热塞控制单元设置了电流控制模式，其中，通过电热塞的电流被直 接调节。电热塞内的功率和温度借助于电流测量被相应地控制，且电流控制 无需补偿压降。压降的补偿需要一系列计算，其可能是4晉误的，因为它们基 于电阻的估算和前期测量。电流控制才莫式优选用于金属电热塞，因为它们的 电阻高温时相对稳定。
4在一个实施例中，第一开关包括晶体管，电流测量单元包括通过第一开 关的晶体管反射电流的电流反射镜。电流反射镜设置了通过第 一开关电流的 直接测量，其等于通过电热塞的电流。
优选地，电热塞控制单元包括电池和电源节点之间的第二开关。另外，
第二开关可开通和关闭电池与电热塞之间的供给;f各径。第二开关是冗余设置 (redundant),以阻止独立于控制电3各状态的电流流动。
当第一开关关闭时，电流也被测量。这样，就有可能在关闭期间，检查 是否没有电流流过第 一开关。
在一个实施例中，在电压控制模式中，控制电路调节电热塞中的电压。 这种附加的模式优选地可用于陶资电热塞。陶资电热塞的电阻强烈地依赖于 电热温度。相应地，为了计算电热塞中的功率，需要考虑电热塞中的电压。 这样，支撑具有随温度变化的电阻值的电热塞需要电压控制模式。
在附加模式即功率控制^f莫式中，电热塞中的功率^皮调整至预定值。由于 测量电压依赖于该电阻，电热塞的电阻改变可以被补偿。
为了将功率调至预定值，基于通过第一开关的电流以及基于第一开关处 的电压估计电热塞中的功率。
本发明也涉及一种用于控制具有电热塞控制单元的电热塞的方法，其 中，提供了本发明的电热塞控制单元以及测量通过第一开关的电流。然后， 在电流控制模式中，通过第一开关的电流被调整至预定值。
优选地，设置的电热塞控制单元的第一开关包括晶体管。通过电流反射 镜测量流过第一开关的电流，该反射器反射通过晶体管的电流。
本发明也提供了一种用于计算电热塞中的功率方法。首先，提供了用于 多个电热塞的电热塞控制单元。电热塞控制单元包括多个开关，每个开关用 来将电热塞连"J妄至电源节点。测量通过电热塞的电流，通过计算电源节点处 的压降以及基于通过处于开通时的开关电流计算电热塞处的电压。基于电热
塞处的计算电压和通过电热塞的测量电流，计算电热塞中的功率。
如果开关组在开通时间交叠，电源节点处的压降随时间改变。由于测量 采样的数目被限制， 一个采样被用来估算一个完整周期的电压。在这个期间， 当同时处于开通的开关数量不同时，压降不同且该采样不能为完整周期提供 正确值。这样，为了补偿这种效应，压降基于同时处于开通的开关数量。


本发明将基于本发明实施例的附图来进一步描述。
图1示出了发动机控制模块，其中，该模块集成了电热塞的控制装置。 图2示出了具有用于电热塞集成控制装置的第二发动机控制模块。 图3示出了对图1进一步详细描述的发动机控制模块。 图4示出了用于电热塞温度的详细说明。
图5示出了第一控制模式中控制装置的示意图。 图6示出了第二控制模式中控制装置的示意图。 图7示出了第三控制模式中控制装置的示意图。 图8示出了第四控制模式中控制装置的示意图。 图9示出了柴油才几起动过程中电热塞处的电压。 图IO示出了通过电热塞的电流分布图。 图11示出了电热塞的温度分布图。
附图标记i兌明
la 第一高侧开关
2b 第二高侧开关
3a 第三高侧开关
3b 第一高侧开关
4a 高侧开关
5 a 第 一单向激活开关(unidirectional enable switch )
5b 第二单向激活开关
6a、 6b 电源输入开关
7a、 7b 电压监测器
8a、 10a、 lla、 8b、 9b、 lib 电流监测器
12、 14、 16、 12b、 13b、 15b 电热塞电压监测器
16a、 18a、 19a、 16b、 17b、 19b 输出端
20a、 20b 单向激活开关控制
22a、 24a、 25a 高侧开关控制
30 接地参考端
100 控制模块
101 电池102 电源线束块(power supply wiring harness block)
103 发电坤几和起动器块
104 电热塞控制单元
105 发动机控制模块
106 电热塞线束(glow plug wiring harness )
107 电热塞和气釭内腔(glow plugs and cylinders chambers )
108 阻性通道 110 控制单元
201 电热塞控制单元
202 第一二极管
203 晶体管
204 电源节点
205 电源节点
206 第一晶体管
207 第二晶体管
208 第一二极管
209 第二二极管 220 节点
500 过冲控制电路
501 电压定点纟交准
502 电压估算
504 除法器
505 乘法器
507 PWM发生器
600 电压控制单元
601、 602、 603 反馈
700 电流控制单元
701 电流定点4t准
702 电流估算
703 除法器
800 功率控制电路801 功率定点校准
802 功率估算
1000 壳体接地(chassis ground)
具体实施例方式
图1示出了控制模块100，其中，该模块集成了用于电热塞的控制装置。 发动机控制模块100包括电池101;电源线束块102;发电机和起动器块103; 控制单元110;电热塞线束106;具有电热塞A、 B、 C和D的电热塞和气缸 内腔(glow plug and cylinder chamber )107;以及电阻通道108。
作为系统电源的电池101，它的负极连接至壳体接地1000，以及它的正 极连接至发电机和起动器块103。电池的负极和正极也连接至电源线束块 102。电源线束块102包括用于电源线的线束和保险丝。
线束块102向控制单元110输出供给信号pwr和gnd,控制单元110分 别在输入6a、 30连接这些信号。控制单元110在它的输入12a、 13a、 14a 以及15a处连接至电热塞线束106，该电热塞线束106提供与电热塞和气缸 内腔107的电热塞A、 B、 C和D的连才妻。
电热塞A、 B、 C和D进一步被连接至节点Nl，节点Nl经电阻通道 108将电热塞连接到壳体接地1000。电阻通道108是将电池101的负极连接 至与电热塞A、 B、 C和D相邻的节点N1的、在壳体内的通道。
图1示出了用于控制单元110的接地连接的可选项la。虚线表示第二可 选项lb，其中，控制单元110的输入6a连4妻至节点Nl而不是连4妄至电源 线束块102的输出。
图1示出了控制模块100内电热塞控制的完全集成。已经限定控制装置 支持用于控制电热温度的各种方法。这些方法根据发动机状况和环境状况而 采用。控制装置能够处理金属和陶瓷电热塞^t支术。图l示出了用于四缸和四 个电热塞A、 B、 C和D的发动机控制。控制装置是模块化的，以便能用于 具有2、 3、 4、 6和8缸的柴油机的电热塞系统。气缸可分成组。
图2示出了图1中的发动机控制模块，其中，控制单元IOO分成电热塞 控制单元104和发动机控制模块105。发动机控制模块105控制发动机，例 如要喷射的燃料体积，而电热塞控制单元104控制电热塞的温度。
电热塞控制单元104经信号pwm和diag连接到发动才几控制模块。信号
8diag用于诊断目的，以将来自电热塞控制单元104的错误信息发送至发动机 控制模块105。通过信号pwm，发动机控制模块105要求电热塞控制单元104 加热电热塞。
控制装置适用于图1和图2所示的电热塞系统，而且由于通常限制与发 动机控制模块相互作用，也可以在具有一些约束的独立电热塞控制单元内实现。
图3中的示意图示出了多缸电热塞控制单元104。其中，符号a和b识 别两个组之一，括号()表示可选件，以及连字符…表示如果发动机气缸数 量多时增加的元件。电热塞控制单元201设计为用于具有八个电热塞的发动 机。a组内的电热塞称为A、 B、 C和D，且b组内的称为Ab、 Bb、 Cb、 Db。
电热塞控制单元201包括第一单向激活开关5a和第二单向激活开关5b， 第一、第二、第三、第四、第五和第六高侧开关la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b。 各高侧开关la、 2b、 3a、 4a、 lb和4 b包括n极增强MOS场效应晶体管203 和反激二极管202。晶体管203的漏极连接到二极管202的阴极，而晶体管 203的源极连接到二极管202的阳极。高侧开关2a和3b没有在图3中显示， 但也为分别将电源节点204和205连接至电热塞B和Cb的高侧开关。
每个单向激活开关5a和5b包括第一晶体管206和第二晶体管207，第 一二极管208和第二二极管209。第一晶体管206的源极连接到第一二极管 208的阳极。第一晶体管206的漏极连接到第一二极管208和第二二极管209 的阴极和第二晶体管207的漏极。第二晶体管207的源极连接到第二二极管 209的阳极。第一单向激活开关5a的第二晶体管207的源极连接到输入6a， 而第一单向激活开关5a的第一晶体管206的源极连接到电源节点2(M。第二 单向激活开关5b的第二晶体管207的源极连接到输入6b，而第二单向激活 开关5b的第一晶体管206的源极连接到节点205。
电源输入端6a连接到节点pwr，以建立至电池101正极的4氐阻抗通道。
接地参考端30连接到节点gnd。这就建立了至电池负极的低阻抗返回 通道。节点gnd是用于所有涉及电压的控制体系的参考节点。
第 一单向激活开关5a具有冗余切断能力(redundant switch off c叩ability ) 和反极性保护，反极性保护是电源输入端6a处的直接电池连接所必需的。 通过单向激活开关5a，可不顾发动机控制模块105的状态而将流到电热塞的 电流阻止。第一晶体管206和第二晶体管207的门极由用于第一单向激活开关5a 的第一单向激活开关控制20a的信号以及用于第二单向激活开关5b的第二 单向激活开关控制20b的信号控制。单向激活开关5a和5b被关闭(closed), 以在节点204和205处提供电压。
输出端16a连接到电热塞A,输出端18a连接到电热塞C,输出端19a 连接到电热塞D，输出端17b连接到电热塞Bb,输出端19b连接到电热塞 Db。
高侧开关la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b的晶体管203的门极由高侧开关控 制22a、 23a、 24a和25a的信号控制，这样，高侧开关la和高侧激活开关(high side enable switch ) lb的晶体管门极由高侧开关控制22a控制。高侧激活开 关3a的晶体管门极由高侧开关控制24a控制，高侧激活开关2b的晶体管门 极由高侧开关控制23a控制，以及高侧激活开关4a和4b的晶体管门极由高 侧开关控制25a控制。
高侧开关la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b经高侧开关控制信号22a、 24a和 25b激活电热塞A、 B、 C、 D、 E,以在电源节点204、 205处分别变换到输 出16a、 18a、 19a、 16b、 17b和19b的电压。它们也为开/关和关/开过渡提 供改变电压转换速度的能力，以限制功率损耗。电压转换速度依赖于环境状 况。
高侧开关控制22a、 23a、 24a和25a独立地控制高侧开关la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b以向每个电热塞A、 B、 C、 D、 Ab、 Bb、 Cb和Db传递电压。 在该实施例中，高侧开关控制22a、 23a、 24a和25a由脉宽调制信号驱动， 该脉宽调制信号将限定电流提供到电热塞，当高侧开关la、 2b、 3a、 4a、 lb 和4b开通时也提供限定电压。
激活电压监测器7a监测节点204处的电压，激活电压监测器7b监测节 点205处的电压。在这个实施例中，在电热塞的脉宽调制命令开通期间，电 压监测器7a和7b输出节点204和205的电压最大和最小值。
在脉宽调制命令开通和关闭期间，电流监测器8a、 8b、 9b、 10a、 lla 和llb监测流过各高侧开关la、 lb、 2b、 3a、 4a和4b的电流。电流监测器 8a和8b优选地为电流反射镜，该电流反射镜反射通过高侧开关的晶体管202 的电流。在一个实施例中，每个电流监测器8a、 8b报告开通期间和关闭期 间的最大值。
10晶体管T示出了电流反射镜用作电流监测器的实施例。晶体管T与高 侧开关4b的晶体管203具有相同的尺寸。它的漏极连接至节点205，其中， 它的源极连接到节点220。门极由高侧开关控制25a的信号控制。电阻R设 置在节点220和参考接地端30之间。电阻R可调以便节点220处的电压至 输出端19b的电压具有相同的值。由于晶体管T与输出端19b具有相同的尺 寸和电压状况，通过晶体管的电流与通过高側开关4b的电流相同。该电流 可通过节点220处的电压除以电阻R的阻值计算出。
电流监测器8a、 10a、 lla、 8b、 9b和10b的输出值与各个激活电压监 测器7a和7b检测的最大电压值同时获得，该最大电压值用于高侧开关控制 22a、 23a、 24a和25a处设置的每个脉宽调制命令。
在关断期间，通过电流监测器8a、 8b测得的电流应为零。在这个期间 内通过电流监测器8a、 8b测得的电流对控制功能没有影响，只是用于诊断 目的。
虚线210示出了可选连接，即节点204和205之间的短路。在这种情况 下，可取消第二单向激活开关5b，且节点205也由第一单向激活开关5a提
供电源。
当单向激活开关不工作时，偏置网络21a和21b监测供给到高侧开关 la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b的电压。这不会对控制功能产生影响，也是用于 诊断目的。
控制逻辑26提供控制方法，以基于分别从电压监测器7a和7b以及电 流监测器8a、 10a、 lla、 8b、 9b和lib获得的信息的发动机运行状态，环境 状况，电热塞类型来驱动单向激活开关控制20a和20b以及高侧开关控制 22a、 23a、 24a和25a。
第二电压监测器12、 14、 15、 12b、 13b和15b提供了备选方法以在各 自的脉宽调制命令开通期间和关断期间都监测输出端16a、 18a、 19a、 16b、 17b和19b的输出电压。如果必要的话，在关闭期间所产生的信息以允许补 偿发动机组和壳体接地1000之间的电压接地漂移。
通过以下方面可以简要地说明控制的功能目标目标温度应迅速地达 到。然而，应避免危险温度过调。另外，温度应保持在一预定范围内，该预 定范围依赖于发动机的运行状况。
图4示出了温度屏蔽实例，该温度屏蔽限定了用于电热塞的电热温度边界条件。在时间t-0秒时，电热塞的温度接近零摄氏度。温度的最大转换速
度是每2.2秒1200度。从3秒开始，电热塞的温度必须达到700度，且必须 不低于这个溫度。从2.3秒至9秒，温度必须不超出1200度，且9秒后，最 大温度设置为1100度。
控制装置允许经过脉宽调制输出命令，脉宽调制输出命令被设置成高侧 开关控制信号22a、 23a、 24a和25a以便控制各电热塞的温度。根据发动机 运行状况以及电热塞技术，控制逻辑应选择最有效方法以控制和驱动电热 塞。
由该控制体系支撑的四种控制方法为l)起动过沖能量控制(inrush energy control )， 2)有效电压闭环，3)有效电热塞电流闭环，4)输出功率闭环。
图5示出了用于第一种方法的起动过冲能量控制的控制电路500的示意 总图。控制电路500控制单个电热塞的温度用于八个电热塞的电热塞控制 包括八个这种控制电路500。控制电路500包括电压定点校准501、电压估 算502、热状态估算503、除法器504、乘法器505、积分器506、 PWM产 生装置507和比较器508。 PWM表示脉宽调制信号。
电压定点校准501接收发动机运行状态，在这种情形下，发动机处于起 动过冲阶段(inrushphrase)。电压定点校准501输出值电压定点，该电压设 置点表示给定发动机的运行状态下的需求电压。
电压估算502接收来自电压监测器7a的电压，即在电源节点204处测 得的电压。从该值，电压估算502输出代表电热塞A的电压估算值。估算的 电压通过积分器506得到，积分器506首先计算估算电压的平方，然后积分 平方运算的结果。通过该运算，从发动机起动以来提供给电热塞的能量被求和。
热状态估算503接收发动机运行状态和环境运行状态，尤其是外界温度 和风速。如果发动机运行状态表明发动机刚刚起动，电热塞温度被估算为与 外界温度相同。
电热塞的估计温度在积分器506中被作为初始值用于积分。总体能量与 比较器508中的能量预定目标值进行比较。如果能量低于目标能量，比较器 508向PWM发生器507发出输出信号以开通高侧开关la。
如果电热塞处的电压超出由电压定点限定的阈值电压，高侧开关la将被关闭。为检测这种状况，除法器504用电压设置值除以估算电压并向乘法 器505输出它的结果，乘法器505设置PWM发生器507， PWM发生器507 产生参数PWM占空比、PWM频率和PWM偏移。这些参数被用来产生高 侧开关控制22a的信号。
当需要电热塞的快速供能时，主要是在起动过冲阶段，采用起动冲量能 量控制。控制电路将提供取决于环境和发动机运行状况、估算的电热塞初始 热状态以及电热塞特性的能量数量。传递至电热塞的实时能量称为归一化能 量，其通过对施加在电热塞上的估算有效电压的平方进行积分计算得到。控 制也限制施加到电热塞的有效电压以避免在这个阶段期间过量热梯度。
图6是根据第二种方法、有效电压闭环的控制电路的示意总图。与上述 附图中具有相同功能的部件具有相同的附图标记。
根据发动机运行状态和温度目标，电压控制600为每个电热塞设置预定 有效电压。电压估算502接收由电压监测器7a监测的电压。通过这种反馈 信号，计算电热塞A处的电压。
电压定点501的输出值除以估算电压，其结果被平方，然后作为该运行 周期的占空比被输出至PWM发生器507。 PWM发生器507限定了参数频率、 偏移和占空比，以产生第一高侧开关控制22a的脉宽调制信号。根据在电热 塞A处提供的限定电压信号，电热塞A被打开和关闭。
块601 、 602和603反馈参数PWM偏移、PWM频率和PWM占空比。 该反馈用来确保这些参数不会超过上限。
为了计算应用到电热塞的电压，电热塞线束106的压降被补偿。相应地， 电流监测器8a的输出和电热塞线束106的电阻值被输入电压估算502。
作为选择，高侧开关la的压降也被补偿。当高侧开关5a开通时，压降 可以通过电压监测器7a和12a之间的差来计算。压降随着温度而改变，相 应地，高侧开关的估算温度也可以被考虑。也应当考虑高度依赖于通过高侧 开关la电流的压降。因此，压降应在不同电流时^^皮测量。
另外，在脉宽调制命令开通期间，采用电流监测器8a的反馈，沿着电 阻通道108的压降也可以被补偿。任意地，脉宽调制命令的占空比也可以通 过上限被限制以避免过电 流。
图7示出了用于第三种方法的电流控制电路700,第三种方法采用有效 电热塞电流闭环。电流控制电路700包括电流定点校准701、电流估算702、
13除法器703、乘法505以及PWM发生器507。
电流估算702接收由电流监测器8a测得的电流。通过该反馈信号，计 算通过电热塞A的电流。电流定点校准701的输出除以估算电流，运行的结 果在乘法器505内平方，然后作为占空比输出至PWM发生器，PWM发生 器输出用于产生第一高侧开关控制22a的脉宽调制信号的参数频率、偏移和 占空比。根据这些信号开通或关闭电热塞A,这些信号在电热塞处提供限定 电流。
在脉宽调制命令开通期间，采用电流监测器8a的反馈，电流控制电路 700提供有效电流至电热塞。如果等效电阻不过分依赖于提供给热电热塞A 的电源，那么通常采用该方法。
相比较电压闭环控制而言，不需要补偿监测点和电热塞之间的沿电阻通 道的压降。
由功率控制电路800提供的第四种方法(输出功率闭环)显示在图8中。 控制电路800包括功率定点校准801、功率估算802、除法器504以及PWM 发生器507。功率估算802接收电压监测器7a测得的电压和电流监测器8a 测得的电流。功率估算将这两个值相乘从而输出用于电热塞A的估算功率。 在除法器504内，根据能量运行状态，将估算功率除以功率定点校准801处 的输出。
除法的结果用来在PWM发生器507内产生参数偏移、频率和占空比。 相比较第一种起动过沖能量控制而言，只调节实际被提供的功率。在起动过 冲能量控制，能量从起动过冲阶段开始就^皮累积。
控制电路800在脉宽调制命令开通期间，采用电流监测器8a的反馈和 电压监测器7a的反馈向每个电热塞提供限定功率。
作为选择，通过内部高侧开关的压降被补偿，在进一步地选项中，采用 电流监测器8a的反馈补偿通过外部线束的压降，可选择地，限制脉宽调制 命令的占空比以避免过电流。
可通过以上描述的控制方法补偿以下的电效应在命令重叠和PWM频 率调制期间的供给电压改变、接地漂移、高侧开关开通电阻(Rdson)压降、
线束损耗和电压变化。
热/流体动力学影响气流冷却效应，也可以补偿燃烧热释放以及初始热变化。
14借助电压监测器7a的反馈，控制方法2 )和4 )补偿功率供给输入端的 供给电压变化。
也可以借助脉宽调制命令关断期间所测的输出电压监测器12、 14、 15、 12b、 13b、 15b的反馈，补偿节点gnd和电池负极之间的接地漂移。
通过控制方法2)、 3)和4)，内部高侧开关上的压降也可以被补偿。当 高侧开关开通时，通过电压监测器12、 14、 15、 12b、 13b和15b测量通过
高侧开关的压降。
在脉宽调制命令开通期间，由于电流监测器8a反馈实际电流，所有的 控制方法1 )、 2)和4)补偿通过电源线束块102的外部线束的压降。在电 源线束块102内，通过外部线束的压降也可以通过流过高侧开关的电流和与 电阻的乘积计算出，该电阻基于识别线束通道电阻值的参数。
图9示出了高侧开关的开关期间供电电压的波形。电源节点204处的电 压标记为V7，而电压VA、 VB、 VC和VD表示各个电热塞A、 B、 C和D 处的电压。在电压V7的图中，电压VB被复制从而表明这些电压值的差别 △VI。在VA、 VB、 VC和VD的图中，通过电热塞A、 B、 C和D的各个 电流18、 19、 IlO和Ill用虚线画出。
由于命令重叠，沿电源线束106的压降影响通过电压监测器7a测得的 电压。结果，所监测电压上的电压梯度影响RMS值的计算但是不测量。由 于高侧开关的命令，沿线束的压降影响电源节点204处的电压。这些命令部 分重叠，也就是说至少两个高侧开关同时打开。在这期间，电源节点204处 的电压下降AV2。结果，监测电压的电压梯度影响RMS计算值的估算。
如图7中信号V7所示。在用于电热塞B的高侧开关控制23a的开通期 间，电压监测器7a在电源节点204处^f又采样电压V7—次。电压V7的曲线 中的圓圈标记这种采样。然而，在电热塞B的高侧开关的打开期间，由于电 热塞D命令重叠，电压V7变化。与只有电热塞B起动相比，当两个电热塞 都起动时，电压V7减少AV1。电压的这种变化在计算驱动信号的实时有效 性RMS (均方才艮)时应该考虑。
为了计算实时RMS电压，AV1和AV2的值Vsample，max，At=t2-tl被 评估。Vsample,min值被用于对最大值的相干检查。
<formula>formula see original document page 15</formula>n〉 1是命令重叠的数量。
Isampie在脉宽调制命令开通/关断期间通过电流监测器8a、 10a、 11a、8b、 9b、 llb测得。脉宽调制占空比和脉宽调制偏移从PWM发生器507获得， 这样就可以计算出用于tl、 t2和t3的值。校准参数识别线束功率电源输入 通道值和电热塞束线电阻。通过这些值，评估At^2-tl， AV1和AV2，以 及电热塞B处的校正效应电压。
通过在热状态估算503中校准发动机运行状态，控制方法1)补偿气流 冷却效应和燃烧热释放。在这个块中，在发动机循环期间，由于缸体内热交 换的冷却被考虑且与名义运行状态进行比较，名义运行状态通常在静止空气 中限定。
控制方法1 )通过监测自上次起动周期所经过的时间和环境运行状况估 算电热塞的初始热状态。为估算电热塞的热状态，该周期与热衰变模型相关。
图10示出了起动过沖阶段期间，从电池进入到四缸发动机电热塞的总 电流。依照控制方法l)，第一电热塞根据发动机初始运行状态起动。其它电 热塞在第 一 电热塞之后起动。不同电热塞起动之间的延迟限制了第 一单向激 活开关5a和线束块102内共同线束通道内的峰值电流的重叠。起动过沖阶 段以冷电热塞开始。通过基于从发动机的上次起动周期经过的时间和环境运 行状态来计算初始温度。如图10所示，很显然，为减小电流峰值，采用延 迟方式起动四个电热塞。
图11示出了用于多个环境条件和电池电压的温度曲线。大多数曲线在 限定的范围内。它们中的一部分在3.2s之后且不在特定的3s之后达到最小 目标温度，但是这不认为是最重要的。
该控制在依赖于发热操作条件下的温度保持期间提供了能力，以设置脉 宽调制命令之间的延迟，目的是最小化有效电流以及相关的电磁兼容问题。
热功能集成在发动机控制模块内部，以为发动机的全部管理提供独特的
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16解决方案并在成本上具有明显的优势。集成在发动机控制模块内的热功能提 供了与所有其它发动机控制功能相互作用的独特可能性，其它发动机控制功
能提供了灵活的解决方案，以易于适应热辅助系统的新要求，包括新的电热
塞特性。控制体系提供了冗余切断功能(redundant switch off functionality )，
该功能允许消除直接电池连接中的外部继电器。
控制方法提供了根据发动机运行状态和电热塞技术适用的几种解决方 案，以确保目标温度达到可接受的准确度。
控制方法提供了根据发动机运行状态和电子辅助系统体系适用的不同 解决方案，以补偿系统参数变化的影响和改善车辆电子系统的电磁兼容 (EMC )，系统参数变化能影响总体温度控制准确性。
权利要求
1、一种电热塞控制单元，包括第一开关(1a)，用来将电源节点(pwr)连接至电热塞(A)，电压测量单元(7a)，用来测量电源节点(pwr)处的电压，电流测量单元(8a)，用来测量通过第一开关(1a)的电流，电流控制电路(700)，用来控制第一开关(1a)，以及在电流控制模式下用来调节通过第一开关(1a)的电流至预定值。
2、 如权利要求1所述的电热塞控制单元，其中，所述第一开关(la) 包括晶体管(202),所述电流测量单元包括电流反射镜，该电流反射镜反射 通过所述第一开关(la)的晶体管(202)的电流。
3、 如权利要求1或2所述的电热塞控制单元，包括位于电池(101)和 所述电源节点(pwr)之间的第二开关(5a)。
4、 如前述权利要求中任一项所述的电热塞控制单元，其中，当所述第 一开关(la)切断时，所述电流也被测量。
5、 如前述权利要求中任一项所述的电热塞控制单元，其中，所述第一 开关(la)由脉宽调制命令控制。
6、 如权利要求5所述的电热塞控制单元，进一步包括电压控制电路 (700 ),其在电压控制才莫式下用于将电热塞处的电压调至预定值。
7、 如前述权利要求任一项所述的电热塞控制单元，进一步包括功率控 制单元(800)，其在功率控制模式下用于调节电热塞处的功率至预定值。
8、 如权利要求7所述的电热塞控制单元，其中，基于通过所述第一开 关Ua)的电流和在所述第一开关(la)处的电压估算所述电热塞(A)内 的功率。
9、 如前述权利要求中任一项所述的电热塞控制单元，进一步包括起动 过沖控制单元(500),该起动过沖控制单元在起动过冲控制模式下用于将提 供给电热塞的能量调至预定值。
10、 如前述权利要求中任一项所述的电热塞控制单元，包括 第三开关(3a)，用于将电源节点(204)连接至第二电热塞(C)， 电流测量单元(8a),用于测量通过所述第二开关(3a)的电流， 其中，所述控制电路(800)构造成用于控制所述第二开关(2a)以及在电流控制模式下也用来调节通过所述第一开关(la)的电流。
11、 如权利要求IO所述的电热塞控制单元，包括电压估算单元(7a)， 该电压估算单元通过补偿电源节点(pwr)处由通过所述第三开关(3a)的 电流产生的压降来估算所述电热塞处的电压。
12、 一种用于控制电热塞内温度的方法，包括以下步骤 -提供根据权利要求1至11中任一项所述的电热塞控制单元， -测量通过所述第一开关(la)的电流，-在电流控制模式下将通过所述第一开关(la)的电流调至预定值。
13、 根据权利要求12所述的方法，其中，所提供的电热塞控制单元的所述第一开关(la)包括晶体管(202)， 并且，通过所述第一开关(la)的电流由电流反射镜测量，该电流反射镜反 射通过所述晶体管的电流。
14、 一种用于计算应用到电热塞上的功率的方法，包括以下步骤 -设置用于多个电热塞(A, B， C, D)的电热塞控制单元(104),该电热塞控制单元包括多个开关(la， lb, 2a， 2b， 3a， 3b， 4a， 4b)，各开关(la, lb， 2a， 2b， 3a， 3b， 4a, 4b)用来将电热塞连接至电源节点(204)， -测量通过开关(la, lb， 2a, 2b， 3a， 3b， 4a， 4b)的电流， -基于通过同时打开的开关Ua， lb, 2a， 2b， 3a, 3b， 4a， 4b)的电流 计算电源节点(204)处的压降而计算电热塞处的电压。-基于所计算的电热塞处的电压和所测量的通过电热塞的电流而计算功
全文摘要
本发明提供一种用于控制电热塞内温度的电热塞控制单元和方法。该电热塞控制单元包括用于将电源线(pwr，gnd)连接至电热塞的第一开关。该电热塞控制单元进一步包括用来测量电源线处电压的电压测量单元。电流测量单元被构造成用来测量通过第一开关的电流，以及控制电路被构造成用来在电流控制模式下控制第一开关，以用来调节通过第一开关的电流。用于控制电热塞内温度的方法包括以下步骤提供所述电热塞控制单元；测量通过所述第一开关的电流；在电流控制模式下将通过所述第一开关的电流调至预定值。
文档编号F02P19/02GK101555857SQ20091013074
公开日2009年10月14日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者保罗·卡萨索, 安德烈·卡内夫, 安杰洛·阿金托, 斯蒂法诺·卡萨尼, 菲利波·帕里西 申请人:Gm全球科技运作股份有限公司