专利名称：一种控制电热塞的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1的技术特征的方法，即涉及一种在发动机运行过程中控制电热塞(glow plug)至其目标表面温度的方法。
背景技术：
在现有的控制装置中，柴油发动机中的电热塞的作用不仅在于其可作为柴油发动机的冷开启辅助，通常也用于在柴油机工作过程中起到燃烧辅助或优化作用。在操作电热塞时，为了让柴油发动机保持最理想的燃烧状态，需确保其处于一所需的目标温度。电热塞的温度过低将使得柴油发动机的燃烧状况不能达到理想效果，且会增加有害物质的排放， 而当超过目标温度值后，将会导致电热塞上的压力增大，从而缩短其使用寿命。可采用决定电热塞温度的电阻值控制电热塞至其目标温度。在这些控制方法中， 测量电热塞的电阻值，并将其与目标温度所对应的期望阻值进行比对。将通过车辆电气系统脉宽调制产生的有效电压施加于电热塞，将产生一个表现电阻测量值与电阻期望值之间偏差的函数。
发明内容
此发明将提供一种在发动机运行过程中如何更好的控制电热塞至其表面温度的目标值的方法。该方法可通过具有权利要求1所述特征的方法来实现，从属权利要求所述的主题是本发明的有益改进。依据此发明，燃烧室的压力通过电热塞的压力传感器测量，则对应于目标表面温度的期望阻值由燃烧室的压力函数决定。通过这种方法，使得更加精确的温度控制成为可能。电热塞的电阻值基本取决于加热元件的温度，也因此取决于电热塞的内部温度。然而， 作为发动机的燃烧室来说，电热塞的表面温度是确定性的，并且其可能与电热塞的内部温度有很大偏离。在点火塞表面施加具有加热或冷却效果的燃烧气体来至少可以大体上改变电热塞的表面温度，通过测量燃烧室压力值，并用这种方法来修正该压力值下目标表面温度对应的期望阻值，为了在此发明中执行这种方法，例如，可使用一特征曲线，该曲线可指示对应于一参考压力下的一给定的表面温度目标值所对应的期望阻值。如果所测量的燃烧室压力值与参考压力值存在偏差，则此特征曲线能够被上下调整以便可描述在燃烧室压力值与参考压力值存在偏差时，表面温度与电阻值之间的关系。最简单的情况下，期望阻值可通过对参考压力下的阻值添加一修正值来得到该压力对应的真实阻值，此修正值适当地表现为参考压力与燃烧室测量压力值间的偏差。作为本发明技术方案的有益改进，在测量燃烧室压力和电阻值的过程中，同时捕捉到机轴角度，则可确定对应一个给定的机轴角度的期望阻值，从而可以进行对应于同一个机轴角度的测量阻值与期望阻值之间的对比。已经发现机轴角度能显著地影响电热塞的表面温度。将机轴角度作为控制电热塞的一个因素，可使得控制质量得到改善。
在最简单的情况下，对于一给定的机轴角度，比如0度，在发动机的工作循环的过程中，燃烧室压力和电阻均可仅测量一次。这些足够确定该机轴角度时的期望阻值。出于此种目的，每次在机轴角度有一确定值时，电热塞控制单元能从发动机控制器或者机轴角度传感器接收一个信号。不过，在发动机的一连续不断或者几乎连续不断的工作循环中，电阻值和燃烧室压力值优选地进行多次测量。如果在一个工作循环中进行多次测量，比如超过10次，或者超过20次，更有甚者甚至超过50次，则测量的电阻值曲线和/或燃烧室压力值曲线能用来确定具有代表性的机轴角度。更有益者，对于此种目的，不需要提供任何关于交界处的信息给电热塞控制单元。为了执行这种方法，对于一个特殊的机轴角度，可估算电阻值和燃烧室压力值。然而，在一个工作循环中，优选地可确定对应于多个机轴角度的期望电阻值，并与具有代表性的机轴角度对应的那些阻值进行对比。有益的是，在这种方法中，在若干改变有效电压的过程中，测量误差的影响可被降低。作为本发明方法中基于对于一个给定的机轴角度的若干测量值的替代，例如，通过平均燃烧室压力值去修正目标阻值也是有可能的。作为本发明技术方案的进一步改进，表面温度的目标值的期望阻值也可确定为一与转速有关的函数和/或一与发动机载荷有关的函数。在此方法中，控制过程的精确度可进一步得到改进，因为电热塞的表面温度也能受到转速和发动机载荷的影响。发动机转速能够方便地通过估算燃烧室压力曲线和/或电热塞电阻值曲线来确定。根据本发明方法，利用带有集成的压力传感器的电热塞也是有可能的，例如，这些传感器可从US 2005/0252297 Al中了解到。电热塞控制单元能用这样一个电热塞测得的压力信息去改变目标表面温度时的期望阻值。作为改进，压力信息也能被提供给发动机控制器，用于评估这些信息并用来控制其燃烧过程，例如注入量。取决于测量阻值的电热塞的温度能被用于温度漂移补偿。
本发明的进一步细节及优点将通过下述的实施例及相关附图进行描述。图1为在不同的燃烧室压力值情况下，电热塞的表面温度与此温度下电阻间的关系简图。
具体实施例方式
此发明一种发动机运行过程中控制电热塞至其表面目标温度的方法中，一个有效电压通过车辆电气系统脉宽调制产生，并将该有效电压施加于电热塞，则可测量电热塞的电阻值，并将之与发动机表面温度的期望目标值进行对比，从而有效电压值可变为一组表现电阻的测量值与期望值间偏差的函数。电热塞的电阻值决定于电热塞的内部温度，其内部温度与表面温度间存在很大偏离。虽然如此，用本发明方法，通过电热塞的压力传感器来测量燃烧室压力，同时将目标表面温度的期望阻值确定为一关于燃烧室的压力函数，也能达到精确的表面温度控制。电热塞表面温度与内部温度的偏差基于燃烧室内部气体加热或冷却效果的有效程度。通过测量燃烧室压力，电热塞的表面温度与内部或者加热元素的温度间的系统性的偏差至少是可以大致被考虑到的。图1为通过任意的单元，在不同的燃烧室压力下，电热塞的表面摄氏温度与电阻值之间的关系简图。以示例的方式，曲线A所示为在比如100个大气压强下表面温度与电阻值之间的关系。以示例的方式，曲线B所述为在一已增大的燃烧室压力下，比如燃烧室压力增大50%的情况下，表面温度与电阻值之间的关系，而曲线C所述为在一个有所减小的燃烧室压力下，比如燃烧室压力减小50%的情况下，表面温度与电阻值之间的关系。显而易见的是，在同样的电阻值与同样的内部温度情况下，电热塞的表面温度间可相互偏离超过100K。通过一条特征曲线或一组特征值，能够确定对应于目标表面温度的电热塞的期望阻值。在最简单的情况下，一个在特定压力下的指示电热塞表面温度与电热塞内部温度关系的特征曲线就已经足够了。根据燃烧室测量压力与参考压力的偏差，特征曲线能被改变以适应对应该燃烧室压力测量值的电阻期望值。例如，期望电阻值始于通过对参考压力时的阻值添加一个修正项来确定，此修正项与测量所得的燃烧室压力值与参考压力值的偏差成比例，，并与对应于参考压力的阻值成比例。在一个确定的发动机运行状态下，一个特定表面温度所对应的期望电阻值是可以通过一个电热塞模型更精确的确定的，此电热塞模型中在不同的范围情况内其热电行为可在数学上模拟。将相关的物理学规律考虑进去，很明显地热传导和热辐射，真实的电热塞的状态是能通过一些合适的具体参数进行精确模拟的。除了燃烧室压力，注入量等因素，发动机的速度或发动机的载荷，例如，可以作为这种电热塞模型的输入变量从而计算出电热塞其表面温度。无论期望电阻值如何取决于测量的燃烧室压力值，将机轴角度考虑进去是特别有益的。由于这个原因，在测量燃烧室压力和电阻值的时候，机轴角度最好也能被测取。从而可确定对应于一个给定的机轴角度的期望阻值，并且可进行同一机轴角度时的测量阻值与期望阻值的对比。在发动机的一个工作循环中，电阻值和燃烧室压力值优选地进行多次测量，借以得到有关电阻值的曲线和有关燃烧室压力的曲线。电阻值曲线和/或燃烧室压力曲线能被用来决定对单个测量值时的机轴角度。测量电阻值和期望电阻值的偏差在本发明方法中可作为差异控制(control difference)来推算控制变量，更确切的是施加于电热塞上的有效电压电热塞。有效电压通过车辆电气系统脉宽调制产生，例如通过短时间间歇性地给电热塞提供车辆电气系统电压。车辆电气系统电压提供给电热塞的过程中的间歇持续时间与不在这种情况下，这表示一个相对应的开关打开了，的间歇持续时间的比例确立了该有效电压。出于控制的意图，例如，可以使用一 PID控制器、一适配控制器，或者一非线性的控制器。大体上来说，优选的是非线性的控制方法，如PID控制器、状态校准器、线性二次方程校准器，或者类似的方法。如果线性方法不足以达到控制目的，比如因为控制系统不够稳定或者对于电瓶电压波动的不稳定性变得较明显，则可用非线性的控制方法，利于自适应性控制或者基于不等式的控制方法。当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种发动机运行过程中控制电热塞至其目标表面温度的方法，通过由车辆电气系统脉宽调制产生的一有效电压并将其施加于电热塞，测量电热塞的电阻值，并将其与发动机目标表面温度对应的期望阻值进行对比，从而有效电压值可变为一组表现电阻的测量值与期望阻值间偏差的函数，其特征在于电热塞上的压力传感器用于测量燃烧室温度，并且目标表面温度对应的电阻期望值通过燃烧室压力函数确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在测量燃烧室压力和电阻值的过程中，同时测量机轴角度，确定对应一给定机轴角度的期望阻值，并进行对应于同一个机轴角度的测量阻值与期望阻值的比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于机轴角度决定于测量电阻值的曲线和/ 或燃烧室压力值的曲线。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制方法，其特征在于基于一条特征曲线或者一组特征值，可确定电热塞对应目标表面温度的期望电阻值。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于期望电阻值始于通过对参考压力时的阻值添加一修正项来确定，此修正项与测量所得的燃烧室压力值与参考压力值的偏差成比例，并与对应于参考压力的阻值成比例。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于目标表面温度对应的期望阻值可确定为一燃烧室的压力函数和一发动机的旋转速度函数。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于通过估算燃烧室的压力曲线可确定旋转速度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于目标表面温度对应的期望电阻值可确定为一关于燃烧室压力的函数和一发动机载荷的函数。
全文摘要
本发明涉及一种在发动机运行过程中通过控制电热塞将发动机表面温度稳定于一个目标值的方法，其中一有效电压通过车辆电气系统脉宽调制产生，并将该有效电压施加于电热塞，则可测量电热塞的电阻值，并将之与发动机目标表面温度的期望值进行对比，从而有效电压值可变为一组表现电阻的测量值与期望值间偏压的函数。依据此发明，通过一个电热塞的压力传感器来测量燃烧室压力，燃烧室的表面温度所对应的目标期望阻值则可确定为一个燃烧室的压力函数。
文档编号F02P19/02GK102192070SQ201110057608
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月11日
发明者B·拉斯特, H·胡本, M·洛特纳, M·萨克曼, O·托德特 申请人:博格华纳贝鲁系统有限公司