一种发动机的进气加热系统及其功率控制方法与流程

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机的进气加热系统及其功率控制方法。

背景技术：

当发动机处于低温状态时，由于进入发动机气缸的空气温度较低，使得发动机喷入气缸的燃油在活塞压缩终了时达不到其燃点，从而导致发动机无法正常起动。针对该情况，研制了用于发动机加热的进气加热器。通常情况下，进气加热器安装于发动机的进气口，用于对发动机的进气进行加热，以保证发动机在低温状态时仍能够正常起动，提高发动机的性能。

进气加热器通过继电器实现控制，且常用的进气加热器的继电器通常为机械式继电器，其工作时，由于经常受到高压电弧的冲击，该机械式继电器的触点和导电片之间会因烧蚀而产生粘连的现象，直接造成进气加热器线圈或电路的烧毁，从而影响发动机的起动性能。因此，为防止频繁瞬间开闭造成的继电器粘连现象，应尽量减少继电器的开断，控制方法以控制继电器的连续工作时间(加点时间)为主。

上述进气加热器中，通过继电器控制进气加热器的连续工作时间，进气加热器的功率不可调节，而不同机型需要不同功率的继电器以满足特定排量的需求，因此，该继电器的通用性较差。

鉴于上述进气加热器继电器存在的缺陷，亟待提供一种能够实现进气加热器功率调节的继电器。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的第一目的为提供一种发动机进气加热系统的功率控制方法，用于控制电子继电器，从而能够实现对进气加热器功率的连续调节，使得该电子继电器能够适应不同进气加热器的功率要求，提高其通用性。本发明的第二目的为提供一种发动机的进气加热系统。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种发动机进气加热系统的功率控制方法，所述进气加热系统包括进气加热器，所述进气加热器通过电子继电器控制；所述功率控制方法用于控制所述电子继电器，且包括下述步骤：

10)监测发动机的当前进气温度；

20)计算得到所述当前进气温度下所述进气加热器所需的实际加热功率；

30)计算得到所述实际加热功率下的实际PWM占空比，并将所述实际PWM占空比输入所述电子继电器中，以控制所述电子继电器。

如此设置，相较于背景技术中机械式继电器只能控制进气加热器的连续工作时间相比，本发明中的电子继电器通过上述功率控制方法的控制，使该电子继电器能够采用PWM控制技术，从而能够实现对进气加热器功率的连续调节，进而使得该电子继电器能够适应不同进气加热器的功率要求，提高其通用性，并降低成本。同时，还使得进气加热器的功率能够随当前进气温度实时变化，从而起到节约能源的作用。

可选地，步骤20)包括下述步骤：

21)分别计算得到所述进气加热器处于预加热状态时的预加热功率，及处于后加热状态时的后加热功率，其中，所述预加热状态为在发动机启动前，所述进气加热器处于工作状态，所述后加热状态为在发动机启动后，所述进气加热器处于工作状态；

22)取所述预加热功率与所述后加热功率的最大值作为所述实际加热功率。

可选地，预存发动机的目标进气温度与所述进气加热器的最大加热功率，步骤21)包括下述步骤：

211)将所述目标进气温度与所述当前进气温度求差得到温度偏差，所述温度偏差经PID调节得到加热修正功率；

212)根据所述当前进气温度计算得到所述进气加热器处于后加热状态时的瞬时后加热功率；

213)将所述加热修正功率与所述瞬时后加热功率求和，得到当前后加热功率，判断所述当前后加热功率是否位于零与所述最大加热功率之间，若是，进行步骤214)，若否，返回步骤211)；

214)判断所述进气加热器是否处于后加热状态，若是，所述当前后加热功率为所述后加热功率，若否，所述后加热功率为零。

可选地，步骤21)还包括下述步骤：

215)根据所述当前进气温度计算得出所述进气加热器处于预加热状态时的当前预加热功率；

216)判断所述进气加热器是否处于预加热状态，若是，所述当前预加热功率为所述预加热功率，若否，所述预加热功率为零。

可选地，预存发动机起动后的最小转速为设定转速，及发动机的目标运行时间为设定时间，步骤214)包括下述步骤：

2143)判断发动机转速是否大于所述设定转速，并判断发动机的实际运行时间是否小于所述设定时间，若是，所述进气加热器处于所述后加热状态，若否，所述进气加热器未处于所述后加热状态。

可选地，步骤216)中，包括下述步骤：

2163)判断所述当前进气温度是否小于所述目标进气温度，并判断发动机的起动机是否未开启，若是，所述进气加热器处于预加热状态，若否，所述进气加热器未处于所述预加热状态。

为了实现本发明的第二目的，本发明还提供一种发动机的进气加热系统，包括进气加热器，还包括：

电子继电器，用于控制所述进气加热器；

监测装置，用于监测发动机的当前进气温度；

控制装置，用于计算得到所述当前进气温度下所述进气加热器所需的实际加热功率，且预存有加热功率与PWM占空比曲线，以便得到所述实际加热功率下的实际PWM占空比，用于控制所述电子继电器。

可选地，所述控制装置包括功率计算模块，用于分别计算得到所述进气加热器处于预加热状态时的预加热功率、及处于后加热状态时的后加热功率，其中，所述预加热状态为在发动机起动前，所述进气加热器处于工作状态，所述后加热状态为在发动机起动后，所述进气加热器处于工作状态；

所述控制装置还包括功率选取模块，用于取所述预加热功率与所述后加热功率的最大值作为所述实际加热功率，并将所述最大值输入所述加热功率与PWM占空比曲线。

可选地，所述控制装置还预存发动机的目标进气温度、所述进气加热器的最大加热功率、及进气温度与后加热功率曲线，所述进气温度与后加热功率曲线用于根据所述当前进气温度得到瞬时后加热功率；

所述功率计算模块包括：

求差单元，用于将所述目标进气温度与所述当前进气温度求差得到温度偏差；

PID调节单元，用于调节所述温度偏差，以得到所述温度偏差对应的加热修正功率；

求和单元，用于将所述加热修正功率与所述瞬时后加热功率求和，以得到当前后加热功率；

判断单元，用于判断所述当前后加热功率是否位于零与所述最大加热功率之间。

可选地，所述控制装置还包括后加热判断模块，用于判断所述进气加热器是否处于所述后加热状态，若是，则将所述判断单元输出的所述当前后加热功率输出为所述后加热功率，若否，则输出的所述后加热功率为零。

可选地，所述后加热判断模块预存有发动机起动后的最小转速为设定转速，并预存发动机的目标运行时间为设定时间；

所述后加热判断模块用于判断发动机转速是否大于所述设定转速，并判断发动机的实际运行时间是否小于所述设定时间，若是，所述进气加热器处于所述后加热状态，若否，所述进气加热器未处于所述后加热状态。

可选地，所述控制装置还预存有进气温度与预加热功率曲线，以便根据所述当前进气温度得到当前预加热功率；

所述控制装置进一步包括预加热判断模块，用于判断所述进气加热器是否处于所述预加热状态，若是，输出所述当前预加热功率为所述预加热功率；若否，输出的所述预加热功率为零。

可选地，所述预加热判断模块用于判断所述当前进气温度是否小于所述目标进气温度，并判断发动机的起动机是否未开启，若是，所述进气加热器处于预加热状态，若否，所述进气加热器未处于所述预加热状态。

附图说明

图1为本发明所提供发动机的进气加热系统的控制装置的逻辑示意图；

图2为本发明所提供发动机的进气加热系统的控制方法在第一种具体实施例中的流程图；

图3为本发明所提供发动机的进气加热系统的控制方法在第二种具体实施例中的流程图；

图4为图3中步骤S21的流程图；

图5为图4中步骤S216的流程图；

图6为图4中步骤S214的流程图。

图1-6中：

1功率计算模块、11求差单元、12PID调节单元、13求和单元、14判断单元；

2预加热判断模块、3后加热判断模块、4功率选取模块；

L1温度与预加热功率曲线、L2温度与后加热功率曲线、L3加热功率与PWM占空比曲线；

t当前进气温度、T目标进气温度、A预加热使能条件、B后加热使能条件。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考附图1-6，其中，图1为本发明所提供发动机的进气加热系统的控制装置的逻辑示意图；图2为本发明所提供发动机的进气加热系统的控制方法在第一种具体实施例中的流程图；图3为本发明所提供发动机的进气加热系统的控制方法在第二种具体实施例中的流程图；图4为图3中步骤S21的流程图；图5为图4中步骤S216的流程图；图6为图4中步骤S214的流程图。

在一种具体实施例中，本发明提供一种发动机进气加热系统的功率控制方法，该进气加热系统包括进气加热器及控制进气加热器的电子继电器，其中，电子继电器包括场效应管等电子元器件，能够满足PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制技术)控制的需求，从而能够实现进气加热器的功率控制。

如图2所示，该功率控制方法用于控制上述电子继电器，且包括下述步骤：

S10：监测发动机的当前进气温度t；

为了实现本实施例所述的功率控制方法，上述进气加热系统除包括进气加热器和电子继电器外，还包括监测装置，用于监测发动机的当前进气温度t。

通常情况下，上述监测装置可为本领域常用的温度传感器或红外传感器等能够监测温度的装置，可以理解，监测装置的结构和种类不应构成对本发明保护范围的绝对限定。

S20：计算得到当前进气温度t下进气加热器所需的实际加热功率；

S30：计算得到实际加热功率下的实际PWM占空比，并将该实际PWM占空比输入电子继电器中，以控制电子继电器，进而控制进气加热器。

上述进气加热系统还包括控制装置，如图1所示，该控制装置用于计算得到当前进气温度t下进气加热器所需的实际加热功率，且预存有加热功率与PWM占空比曲线L3，以便得到实际加热功率下的实际PWM占空比，并将该实际PWM占空比输入电子继电器中，以控制该电子继电器，进而控制进气加热器，改变进气加热器的功率。同时，由于该控制装置通过监测装置实时监测发动机的当前进气温度t，因此，该控制装置能够实现电子继电器对进气加热器的实时功率控制。

如此设置，相较于背景技术中机械式继电器只能控制进气加热器的连续工作时间相比，本实施例中的电子继电器通过上述功率控制方法的控制，使该电子继电器能够采用PWM控制技术，从而能够实现对进气加热器功率的连续调节，进而使得该电子继电器能够适应不同进气加热器的功率要求，提高其通用性，降低成本，同时，还使得进气加热器的功率能够随当前进气温度t实时变化，从而起到节约能源的作用。

进一步地，如图3所示，步骤S20包括下述步骤：

S21：分别计算得到进气加热器处于预加热状态时的预加热功率，及处于后加热状态时的后加热功率，其中，预加热状态为在发动机启动前，进气加热器处于工作状态，后加热状态为在发动机启动后，进气加热器处于工作状态。

相应地，图1所示的控制装置包括功率计算模块1，用于分别计算得到上述预加热功率与后加热功率。

需要说明的是，本实施例中的进气加热器仅在发动机启动前和启动后进行加热，其中，发动机启动前的状态对应进气加热器处于预加热状态，发动机启动后的状态对应进气加热器处于后加热状态。在发动机启动过程中，进气加热器未处于工作状态，此时，不对发动机进气进行加热。由于发动机启动过程中会产生电流，若此时进气加热器对发动机进气进行加热，则进气加热器也会产生电流，二者叠加造成电流过大，容易引起电池放电过大而损坏，因此，本实施例中，发动机启动过程中，进气加热器未处于工作状态。

S22：取上述预加热功率与后加热功率的最大值作为实际加热功率。

如图1所示，该控制装置还包括功率选取模块4，用于取预加热功率与后加热功率的最大值，并将该最大值输出为进气加热器的实际加热功率。

由于上述进气加热器具有预加热状态和后加热状态两种工作状态，且当其处于预加热状态时，后加热功率为零，当其处于后加热状态时，预加热功率为零，因此，当取上述预加热功率与后加热功率的最大值时，能够筛选出进气加热器特定状态对应的加热功率作为实际加热功率，即实际加热功率等于预加热功率或后加热功率。

本实施例中，通过设置功率选取模块4，使得该控制装置与功率控制方法能够适用于进气加热器处于预加热状态或后加热状态时的功率控制，且能够实现对应状态时加热功率的自动筛选，而不需要为进气加热器的上述两种状态分别设置控制装置和控制方法，从而使得该控制装置和控制方法较简单，易于实现。

更进一步地，本实施例中的控制装置还预存发动机的目标进气温度T与进气加热器的最大加热功率，如图4所示，步骤S21包括下述步骤：

S211：将目标进气温度T与当前进气温度t做差得到温度偏差，温度偏差经PID调节得到加热修正功率。

如图1所示，上述功率计算模块1包括求差单元11，用于将目标进气温度T与当前进气温度t做差，以得到上述温度偏差；还包括PID调节单元12，用于调节上述温度偏差，以得到该温度偏差对应的加热修正功率。

其中，PID单元(比例-积分-微分控制单元)是一种常用的反馈回路部件，其通过将加热温度与加热功率的关系简化为基本线性和动态特性，从而实现对动态特性的控制，进而根据加热温度对加热功率实现反馈控制，上述加热修正功率即为温度偏差经PID单元反馈调节后的功率值。

S212：根据当前进气温度t计算得到进气加热器处于后加热状态时的瞬时后加热功率；

如图1所示，该控制装置还预存进气温度与后加热功率曲线L2，其中，该温度与后加热功率曲线L2用于根据当前进气温度t得到上述瞬时后加热功率。

S213：将上述加热修正功率与瞬时后加热功率求和，得到当前后加热功率，并判断该当前后加热功率是否位于零与最大加热功率之间，若是，则进行步骤S214，若否，则返回步骤S211。

如图1所示，该功率计算模块1包括求和单元13，该求和单元13的输入值为上述加热修正功率与瞬时后加热功率，将二者求和后，该求和单元13的输出值为上述当前后加热功率，该当前后加热功率即为当前进气温度t对应的经PID调节后的加热功率；还包括判断单元14，用于判断当前后加热功率是否位于零与最大加热功率之间。

可以理解，经PID调节后的加热修正功率可能较大或为负值，从而导致当前后加热功率较大或为负值的情况出现，显然这两种情况下的当前后加热功率偏离实际值。本实施例中，通过设置判断单元14，使得上述当前后加热功率的有效值位于零与最大加热功率之间，符合实际情况。

S214：判断进气加热器是否处于后加热状态，若是，则该当前后加热功率为上述后加热功率，若否，则后加热功率为零。

进一步地，上述控制装置还预存发动机起动后的最小转速为设定转速，并预存发动机的目标运行时间为设定时间，如图6所示，步骤S214包括下述步骤：

S2143：判断发动机转速是否大于上述设定转速，并判断发动机的实际运行时间是否小于上述设定时间，若是，则进入步骤S2144：进气加热器处于后加热状态，此时，当前后加热功率为上述后加热功率；若否，则进入步骤S2145：进气加热器未处于所述后加热状态，此时，后加热功率为零。

相应地，图1所示的控制装置还包括后加热判断模块3，用于判断进气加热器是否处于后加热状态，若是，则将判断单元14输出的当前后加热功率输出为上述后加热功率，若否，则输出的后加热功率为零。

具体地，上述后加热判断模块3用于判断发动机转速是否大于上述设定转速，并判断发动机的实际运行时间是否小于上述设定时间，若是，则该进气加热器处于后加热状态，若否，则该进气加热器未处于后加热状态。

可以理解，本实施例中的后加热判断模块3为包括和逻辑的模块，且预存有若干后加热状态使能条件B，该后加热状态使能条件B可包括：发动机转速﹥设定转速、发动机运行时间﹤设定时间、进气温度﹤设定温度、电池电压﹥设定电压、发动机转速传感器及进气温度传感器无故障等，其中，设定电压为电池能够正常工作时的最小电压，电池电压﹥设定电压的设置目的为防止电池由于电压太小而出现亏电现象。

通过设置该后加热判断模块3，使得满足上述各后加热状态使能条件B时，进气加热器处于后加热状态，并将上述后加热功率输出至功率选取模块4。

另一方面，如图4所示，步骤S21还包括下述步骤：

S215：根据当前进气温度t计算得到进气加热器处于预加热状态时的当前预加热功率。

图1所示的控制装置还预存有进气温度与预加热功率曲线L1，以便根据该当前进气温度t得到当前预加热功率。

S216：判断进气加热器是否处于预加热状态，若是，则当前预加热功率为预加热功率，若否，则该预加热功率为零。

具体地，如图5所示，上述步骤S216包括下述步骤：

S2163：判断当前进气温度t是否小于目标进气温度T，并判断发动机的起动机是否未开启，若是，则进入步骤S2164：进气加热器处于预加热状态，此时，该当前预加热功率为上述预加热功率；若否，则进入步骤S2165：进气加热器未处于预加热状态，此时，上述预加热功率为零。

相应地，控制装置进一步包括预加热判断模块2，用于判断进气加热器是否处于预加热状态，若是，则将该当前预加热功率输出为预加热功率；若否，则输出的预加热功率为零。

具体地，上述预加热判断模块2用于判断当前进气温度t是否小于目标进气温度T，并判断发动机的起动机是否未开启，若是，则进气加热器处于预加热状态，若否，则该进气加热器未处于预加热状态。

同样地，该预加热判断模块2也为包括和逻辑的模块，并预存有若干预加热状态使能条件A，该预加热状态使能条件A可包括：进气温度﹤设定温度、发动机的起动机未开启、电池电压﹥设定电压、进气温度传感器无故障等。

通过设置该预加热判断模块2，使得满足上述各预加热状态使能条件A时，该进气加热器处于预加热状态，并将该预加热功率输出至功率选取模块4。

以上对本发明所提供的一种发动机的进气加热系统及其功率控制方法均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。