CN101201024A - 电热塞学习与控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电热塞学习与控制系统，其中用于控制发动机的燃烧室加热器温度的系统和方法包括：计算模块，该计算模块基于所述燃烧室加热器的有效电阻确定所述燃烧室加热器的温度；以及控制模块，该控制模块通过基于所述燃烧室加热器的操作温度信号和所述燃烧室加热器的所需温度指令所述燃烧室加热器的工作循环来控制所述燃烧室加热器的温度。

Description

电热塞学习与控制系统
技术领域
本发明涉及柴油机，尤其涉及燃烧室加热器控制。
背景技术
这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现有技术。
柴油机操作包括产生废气的燃烧。在燃烧期间，空气/燃料混合物通过进气门传送到气缸中，并在其中燃烧。柴油机通过压缩气缸和燃烧室内的空气产生热量来点燃空气/燃料混合物。
在寒冷条件下，发动机、机油和冷却水温度低。发动机初始旋转期间产生的热量通过寒冷的环境从燃烧室传导出去，从而妨碍了燃烧室内的点火。当发动机温度低时，极大地降低了燃烧效率。在冷起动条件下，使用电热塞加热柴油机的燃烧室。因此，电热塞是柴油机排放控制中的关键组件。但是，如果电热塞超过适当的操作温度，就会由于过热或烧坏而损坏电热塞。
发明内容
根据下文中所提供的详细描述，本发明适用性的其它方面也是显而易见的。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，但是其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
用于发动机的控制燃烧室加热器温度的系统和方法包括：计算模块，该计算模块基于所述燃烧室加热器的有效电阻确定所述燃烧室加热器的温度；以及控制模块，该控制模块通过基于所述燃烧室加热器的操作温度信号和所述燃烧室加热器的所需温度指令所述燃烧室加热器的工作循环来控制所述燃烧室加热器的温度。
在其它方面，所述系统还包括误差模块，该误差模块基于所述燃烧室加热器的初始电阻和标准燃烧室加热器的预期电阻计算所述燃烧室加热器与所述标准燃烧室加热器之间的误差电阻。所述预期电阻基于所述冷却液温度，所述初始电阻基于发动机的第一点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第一电流。
在其它方面，所述有效电阻基于所述燃烧室加热器的所述误差电阻和第二电阻，其中所述第二电阻基于发动机的第二点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第二电流。当所述操作温度信号降低到所述所需温度信号之下时，所述控制模块指令所述燃烧室加热器的所述工作循环。当所述发动机进入起动循环，并且所述冷却液温度降低到温度阈值之下时，所述误差模块计算所述误差电阻。
一种用于控制发动机内燃烧室加热器的系统，包括：燃烧室加热器；以及控制模块，该控制模块基于发动机的冷却液温度、发动机的点火电压、和供应到所述燃烧室加热器的电流来控制所述燃烧室加热器的温度。
在其它方面，所述系统还包括误差模块，该误差模块基于所述燃烧室加热器的初始电阻和标准燃烧室加热器的预期电阻计算所述燃烧室加热器与所述标准燃烧室加热器之间的误差电阻。所述预期电阻基于所述冷却液温度，所述初始电阻基于发动机的第一点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第一电流，所述冷却液温度等同于所述燃烧室加热器的初始温度。
在其它方面，所述系统还包括计算模块，该计算模块基于所述燃烧室加热器的有效电阻确定所述燃烧室加热器的所述温度。所述有效电阻基于所述燃烧室加热器的所述误差电阻和第二电阻。所述第二电阻基于发动机的第二点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第二电流。所述控制模块基于所述燃烧室加热器的所述温度以及所述燃烧室加热器的所需温度来指令燃烧室加热的工作循环。
附图说明
从下面详细的描述和附图，能够全面理解本发明，其中：
图1为根据本发明的典型柴油机系统的功能框图；
图2为根据本发明的电热塞(GP)控制系统的框图；
图3A为根据本发明的GP学习模块的框图；
图3B为根据本发明的计算模块的框图；
图4A为示出由根据本发明的GP学习模块执行的典型步骤的流程图；以及
图4B为示出由根据本发明的计算模块执行的典型步骤的流程图。
具体实施方式
实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。
现在参考图1，示出了发动机14的发动机控制系统10。控制器16与发动机控制系统10的各种组件通信，包括，但不限于，节气门位置传感器(TPS)20、燃料系统22、发动机速度传感器24、发动机冷却液温度(Tcool)传感器26、环境温度(Tamb)传感器28和发动机14的燃烧室32内的燃烧室加热器30。在本发明中，燃烧室加热器30包括电热塞。但是，应当理解，在本发明的范围内可预计到，燃烧室加热器30的各种其它实施方式。另外，尽管只示出了单个电热塞30，但是应当理解，本发明的发动机控制系统10可在具有多个电热塞的发动机中实现。
发动机速度传感器24确定发动机速度，单位为转每分(RPM)。TPS 20确定节气门19的位置。节气门19调节进入发动机14的空气流。控制器16从MAF传感器34接收质量空气流量(MAF)信号，从而确定进入发动机14的空气流。
控制器16接收Tamb传感器28的Tamb信号和Tcool传感器26的Tcool信号。控制器16通过点火开关42联接车辆蓄电池40，并向电热塞(GP)30的加热元件(未示出)供电。控制器16监测供应到GP 30的电流。
现在参考图2，控制器16的电热塞控制系统200包括GP学习模块202、计算模块204和控制模块206。GP学习模块202接收Tcool传感器26的Tcool信号、初始点火电压信号(初始Vign)和标定的标准GP电阻(R)。初始Vign和初始电流分别表示电热塞30起动时的电压和电流。GP 30加热燃烧室32，以辅助寒冷条件下的点火。Tamb表示标准(环境)室温(例如，20摄氏度)，并用作相对于Tcool的校准室温偏移(Toffset)。通常，在发动机起动时(其中发动机14已经停用一段时间，例如，5个小时)，Tamb与Tcool基本相同。在发动机起动时，假设GP 30的温度等于Tcool。标称的GP R表示室温时标称或标准GP的电阻。
GP学习模块202通过计算标称GP的预期R与GP 30起动时的初始R之间的误差R来确定GP 30的特性。GP学习模块202对于所有的发动机起动都产生误差R。误差R信号传送到计算模块204，并存储在非易失性存储器中(未示出)。通常，当发动机14已停用一段时间时，GP学习模块202每个点火循环操作一次。
计算模块204基于误差R信号和GP 30的电阻特性来确定GP 30的操作温度测量值(GP temp)。计算模块204接收GP学习模块202的误差R信号、GP 30的随后或者第二Vign和电流读数，以及标称GP R。计算模块204计算操作GP temp，并将操作GP temp信号传送至控制模块206。通常，计算模块204周期性地操作(例如，每100ms)。
控制模块206基于操作GP temp信号和校准的所需温度(所需temp)控制GP 30的工作循环。控制模块206提供闭环控制方法，可包括，但不限于，具有脉冲宽度调制、转换和离散盲区控制的比例积分微分(PID)控制器。通常，控制模块206周期性地操作(例如，每100ms)。
现在参考图3A和3B，分别更加详细地示出了GP学习模块202和计算模块204。GP学习模块202包括预期R模块300和初始R模块302。预期R模块300基于Tcool参考GP 30的制造商提供的校准的温度对R关系。例如，其关系可包括R每变化1欧姆的摄氏度变化。
初始R模块302基于初始Vign和初始电流计算GP 30的初始R。初始R的值根据下列公式确定：
Figure S2007101989887D00041
第一比较器304基于GP 30的预期R和初始R来计算误差R。在各种实施例中，误差R的值可根据下列公式确定：
Figure S2007101989887D00042
计算模块204包括有效R模块310和GP温度模块312。有效R模块310基于GP 30的随后或第二Vign和电流读数，周期性地计算GP 30的电阻。然后，有效R模块310基于GP 30的电阻和从GP学习模块202接收的误差R确定GP 30的有效R。有效R模块310将GP 30的有效R传递到GP温度模块312。
GP温度模块312周期性地(例如，每100ms)计算有效R与标称GPR之间的R差。然后，GP温度模块312基于校准的温度对R关系确定对应于R差的温度。GP温度模块312将操作GP temp传递到控制模块206。操作GP temp基于对应于R差的温度。
控制模块206基于所需GP temp与从GP温度模块312接收的操作GPtemp之间的差确定temp误差。控制模块206提供联接到GP 30的闭环控制方法，可包括，但不限于，具有脉冲宽度调制、转换和离散盲区控制的比例积分微分(PID)控制器。
现在参考图4A，现在更加详细地描述示出GP学习模块202的操作的方法400。控制在步骤402开始方法400。在步骤404中，控制确定发动机14的停用周期或“关闭时间”是否超过了校准的关闭时间阈值。应当理解，该阈值可包括其它发动机14操作参数，例如发动机14的温度。如果控制确定发动机14未超过校准的关闭时间阈值，那么控制进行到步骤414。如果控制确定发动机14已超过校准的关闭时间阈值，那么控制进行到步骤406。
在步骤406中，控制确定Tamb和Tcool是否在冷却液校准范围内。控制估计Tcool等同于发动机14操作温度。如果控制确定Tamb和Tcool不在冷却液校准范围内，那么控制进行到步骤414。如果控制确定Tamb和Tcool在冷却液校准范围内，那么控制进行到步骤408。在步骤408中，控制计算标称GP在Tcool的预期R。在步骤410中，控制计算GP 30起动时的初始R。在步骤412中，控制确定GP30的预期R与初始R之间的GP 30的误差R。在步骤414中，方法400结束。
现在参考图4B，现在更加详细地描述示出计算模块204的操作的方法450。控制在步骤452开始方法450。在步骤454中，控制测量GP 30的随后或第二Vign和电流。在步骤456中，控制计算GP 30的有效R。在步骤458中，控制确定GP 30的操作GP temp。在步骤460中，控制将操作GP temp传递到控制模块206。在步骤462中，方法450结束。
本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (19)

1.一种用于控制发动机内燃烧室加热器的系统，包括：
燃烧室加热器；以及
控制模块，该控制模块基于发动机的冷却液温度、发动机的点火电压、和供应到所述燃烧室加热器的电流来控制所述燃烧室加热器的温度。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：
误差模块，该误差模块基于所述燃烧室加热器的初始电阻和标准燃烧室加热器的预期电阻计算所述燃烧室加热器与所述标准燃烧室加热器之间的误差电阻。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述预期电阻基于所述冷却液温度，所述初始电阻基于发动机的第一点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第一电流，所述冷却液温度等同于所述燃烧室加热器的初始温度。
4.如权利要求2所述的系统，还包括计算模块，该计算模块基于所述燃烧室加热器的有效电阻确定所述燃烧室加热器的所述温度。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述有效电阻基于所述误差电阻和所述燃烧室加热器的第二电阻。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述第二电阻基于发动机的第二点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第二电流。
7.如权利要求4所述的系统，其中所述控制模块基于所述燃烧室加热器的所述温度以及所述燃烧室加热器的所需温度来指令燃烧室加热的工作循环。
8.一种用于控制发动机的燃烧室加热器的温度的系统，包括：
计算模块，该计算模块基于所述燃烧室加热器的有效电阻确定所述燃烧室加热器的温度；以及
控制模块，该控制模块通过基于所述燃烧室加热器的操作温度信号和所述燃烧室加热器的所需温度指令所述燃烧室加热器的工作循环来控制所述燃烧室加热器的温度。
9.如权利要求8所述的系统，还包括误差模块，该误差模块基于所述燃烧室加热器的初始电阻和标准燃烧室加热器的预期电阻计算所述燃烧室加热器与所述标准燃烧室加热器之间的误差电阻。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述预期电阻基于所述冷却液温度，所述初始电阻基于发动机的第一点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第一电流。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述有效电阻基于所述误差电阻和所述燃烧室加热器的第二电阻，所述第二电阻基于发动机的第二点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第二电流来确定。
12.如权利要求8所述的系统，其中当所述操作温度信号降低到所述所需温度信号之下时，所述控制模块指令所述燃烧室加热器的所述工作循环。
13.如权利要求10所述的系统，其中当所述发动机进入起动循环，并且所述冷却液温度降低到温度阈值之下时，所述误差模块计算所述误差电阻。
14.一种用于控制发动机的燃烧室加热器的温度的方法，包括：
基于所述燃烧室加热器的有效电阻确定所述燃烧室加热器的温度；以及
通过基于所述燃烧室加热器的操作温度信号和所述燃烧室加热器的所需温度指令所述燃烧室加热器的工作循环来控制所述燃烧室加热器的温度。
15.如权利要求14所述的方法，还包括基于所述燃烧室加热器的初始电阻和标准燃烧室加热器的预期电阻计算所述燃烧室加热器与所述标准燃烧室加热器之间的误差电阻。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述预期电阻基于冷却液温度，所述初始电阻基于发动机的第一点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第一电流。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述有效电阻基于所述误差电阻和所述燃烧室加热器的第二电阻，所述第二电阻基于发动机的第二点火电压和供应到所述燃烧室加热器的第二电流。
18.如权利要求14所述的方法，还包括当所述操作温度信号降低到所述所需温度信号之下时，指令所述燃烧室加热器的所述工作循环。
19.如权利要求16所述的方法，其中当所述发动机进入起动循环，并且所述冷却液温度降低到温度阈值之下时，所述误差模块计算所述误差电阻。
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