专利名称：使用预热塞电阻估计燃烧温度的发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，且更具体地涉及使用预热塞电阻估计燃烧温度的发动机。
背景技术：
本部分的陈述仅提供与本发明有关的背景信息并且可能不构成现有技术。
理论上，柴油机和汽油机非常相似。它们都是设计成将燃料中可用的化学能转换 为机械能的内燃机。这种机械能使活塞在气缸内上下运动。活塞连接到曲轴，并且活塞的 上下运动，其已知为直线运动，弓I起转动汽车车轮所需的旋转运动。 柴油机和汽油机两者都通过一系列小的剧燃或燃烧将燃料转换为能量。柴油机和 汽油机之间的主要区别是这些剧燃发生的方式。在汽油机中，燃料与空气混合，受到活塞压 縮并且由来自火花塞的火花点燃。然而，在柴油机中，首先压縮空气，然后喷射燃料。由于 在压縮时空气加热，所以燃料点燃。 类似汽油机，柴油机使用四冲程燃烧循环。四个冲程是
进气冲程_进气门打开，从而使空气进入并且使活塞向下运动。
压縮冲程-活塞返回向上运动并且压縮空气。 燃烧冲程-在活塞到达顶部时，恰好喷射并点燃燃料，从而迫使活塞向下返回。
排气冲程-活塞向顶部移动返回，从而将由燃烧产生的废气从排气门排出。柴油 机没有火花塞，发动机吸入空气并且压縮空气，然后将燃料直接喷射进燃烧室(直喷)。在 柴油机中正是压縮空气的热点燃燃料。 某些柴油机包含预热塞。当柴油机处于冷机状态时，压縮过程可能不会使空气升 高到足以点燃燃料的高温。预热塞是电加热元件，其在发动机处于冷机状态时加热燃烧室 并且升高燃烧室内的温度，使得发动机能起动。在加热发动机后，在发动机运行期间不再需 要预热塞。 现代发动机中的全部功能典型地受到与精心设计的传感器组通信的发动机控制
单元的控制，所述传感器测量从R.P.M.到发动机冷却剂及油温和活塞位置的全部参数。发
动机控制单元感测环境空气温度并且延迟发动机在冷天气时的正时，使得喷射器在较迟的
时间喷射燃料。气缸中的空气压縮得更多，从而产生更多的热，这帮助起动。 先进的柴油机控制需要良好地了解燃烧温度和排放温度以提供有效的发动机控
制。将温度传感器布置在燃烧室内或接近燃烧室是检测燃烧温度的一种已知方法，但是是
昂贵的方案。此外，回归或基于模型的温度模型是替代方案，但是需要大量实验和标定工作
以估计宽范围运行条件下的燃烧温度。在内燃机领域期望提供在发动机控制系统中使用的
用于确定燃烧温度的可靠的廉价技术。
发明内容
—种内燃机，所述内燃机包括发动机缸体，所述发动机缸体在其中限定出至少一 个气缸。气缸盖附接到所述发动机缸体，并且与所述发动机缸体中的所述至少一个气缸限
3定出燃烧室。活塞布置在所述至少一个气缸内。预热塞布置在所述燃烧室内。检测所述预 热塞的电阻，并且基于检测到的所述预热塞的电阻确定估计的燃烧温度。然后基于建立自 所述预热塞电阻的估计的燃烧温度控制发动机。 进一步的适用范围将从在此提供的描述中变得显而易见。应当理解，本描述和特 定例子仅意在图示目的，并且无意限制本发明的范围。
在此描述的附图仅意在图示目的，并且无意以任何方式限制本发明的范围。
图1是示范性现有技术的柴油机的部分剖视图，所述柴油机具有布置在燃烧室中 的预热塞；以及 图2是根据本发明的原理的与发动机控制器通信的预热塞电阻检测电路的示意 性图示。
具体实施例方式
下面的描述本质上仅是示范性的并且无意限制本发明、应用或使用。
参考图l，示出具有布置在燃烧室内的预热塞的示范性柴油机。具体地，柴油机10 具有气缸体12，气缸体12限定出由气缸盖16封闭的至少一个气缸14。应当理解通常的发 动机包括多个气缸14。活塞18在气缸14中往复运动，并且和气缸盖16 —起形成燃烧室 20。气缸盖16安装有将燃料喷射进燃烧室20而用于在燃烧室20中压燃的喷射喷嘴或喷 射器22。气缸盖还安装有已知形式的预热塞24，预热塞24具有延伸进燃烧室20的发热顶 端26。在冷发动机起动和低温操作期间加热发热顶端26，以在压縮的温度可能不足以提供 正常的燃料燃烧时的时间段期间帮助点燃喷射进燃烧室20中的燃料。图示的预热塞24是 具有金属套的类型，所述金属套形成发热顶端26。应当理解，本发明可以使用其他形式的预 热塞。此外，可改变喷射器22和预热塞24的位置。气缸盖16限定出进气端口28和排气 端口 32，进气端口 28包括布置在其中的进气门30，排气端口包括布置在其中的排气门34。 也可以改变进气端口 28和排气端口 32的位置。 预热塞24典型地操作用于冷发动机起动并且在发动机预热后保持空闲。如图2 中所示，预热塞24示出为通过功率继电器装置42连接到车辆蓄电池40，功率继电器装置 42可由发动机控制单元44或其他车载控制器操作。发动机控制单元44确定在发动机冷 起动下何时需要操作预热塞24。发动机控制单元44还确定在发动机10已经预热时何时 停用预热塞24。根据本发明的原理，预热塞24的电阻是随温度而变的，使得通过检测预热 塞24的电阻，可以估计燃烧室的温度。电路50连接到预热塞24并且包括电流感测电阻器 52。功率MOSFET或其他切换装置54受到接收自发动机控制单元44或其他车载控制器的 控制信号56控制而用于将电流感测电阻器52连接到预热塞24和蓄电池40。运算放大器 58设置成与电流感测电阻器并联而用于将表示预热塞24的电阻的信号提供给发动机控制 单元44，并且然后由发动机控制单元44将来自运算放大器58的信号变换为对应的燃烧室 温度。发动机控制单元44可将来自运算放大器58的信号关联到查询表或其他转换装置而 用于估计燃烧室温度。 应当理解，为了使发动机控制单元或其他微控制器44估计燃烧室温度，可以使用
4电路50的其他替代电路来确定预热塞24的电阻。基于测量到的预热塞电阻水平与已知的
燃烧室温度之间的相互关系映射，可以确定估计的燃烧室温度。此外，可以计算额外的相互
关系映射以提供估计的燃烧温度与排放温度之间的相互关系。然后，控制单元44可使用所
估计的燃烧温度和排放温度用于控制包括燃料喷射正时的发动机操作。 使用本发明的系统，在许多柴油机中预热塞用于在低温发动机起动期间加热燃烧
室。加热元件是温度敏感电阻器。对于给定的预热塞，可由查询表表征诸如电阻的温度敏
感特性。在正常操作条件下，预热塞不被供应功率，但是由燃烧事件而加热。使用简单的分
压电路，可获得预热塞的电阻，并且因此得到燃烧室温度。使用本发明的系统，在增加用于
分压电路的非常小的成本的情况下，可去除已有的气缸压力传感器和排放温度传感器。在
没有显著增加花费的情况下，本系统还能够实现单个气缸控制。
权利要求
一种内燃机，所述内燃机包括发动机缸体，所述发动机缸体在其中限定出至少一个气缸；气缸盖，所述气缸盖附接到所述发动机缸体，并且与所述发动机缸体中的所述至少一个气缸限定出燃烧室；布置在所述至少一个气缸内的活塞；布置在所述燃烧室内的预热塞；以及装置，所述装置用于检测所述预热塞的电阻，并且基于检测到的所述预热塞的电阻确定估计的燃烧温度。
2. 如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，用于检测所述预热塞的电阻的所述装置 包括电路，所述电路包括用于将感测到的电流提供给发动机控制单元的电流感测电阻器。
3. —种内燃机，所述内燃机包括发动机缸体，所述发动机缸体在其中限定出至少一个气缸；气缸盖，所述气缸盖附接到所述发动机缸体，并且与所述发动机缸体中的所述至少一 个气缸限定出燃烧室；布置在所述至少一个气缸内的活塞； 布置在所述燃烧室内的预热塞；与所述内燃机关联并且控制所述预热塞的操作的发动机控制器；以及 连接到所述预热塞的电路，所述电路用于检测所述预热塞的电阻，并且将信号提供给 所述发动机控制器以基于检测到的所述预热塞的电阻确定估计的燃烧温度。
4. 如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述电路包括用于将感测到的电流提供 给发动机控制单元的电流感测电阻器。
5. —种估计内燃机的燃烧室温度的方法，所述内燃机具有在所述燃烧室内的预热塞， 所述方法包括操作发动机；检测所述预热塞的电阻；以及 将检测到的电阻与估计的燃烧室温度关联。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征至于，还包括基于所述估计的燃烧室温度操作所 述内燃机。
全文摘要
本发明涉及使用用于估计燃烧温度的预热塞电阻估计燃烧温度的发动机。具体而言公开了一种内燃机，所述内燃机包括发动机缸体，所述发动机缸体在其中限定出至少一个气缸。气缸盖附接到所述发动机缸体，并且与所述发动机缸体中的所述至少一个气缸限定出燃烧室。活塞布置在所述至少一个气缸内。预热塞布置在所述燃烧室内。检测所述预热塞的电阻，并且基于检测到的所述预热塞的电阻确定估计的燃烧温度。然后基于建立自所述预热塞电阻的估计的燃烧温度控制发动机。
文档编号F02D41/30GK101713345SQ200910179510
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者Q·马 申请人:通用汽车环球科技运作公司