CN101571092B - 控制迪塞尔发动机的热线引火塞的方法和设备 - Google Patents

控制迪塞尔发动机的热线引火塞的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种控制与迪塞尔发动机缸室关联的热线引火塞的方法，包括：在时间周期内以开关方式驱动电子开关，其在直流电压供应件端子之间基本上以串联方式与热线引火塞相连；感知热线引火塞上的电压以及电流；产生表示热线引活塞电流和电压的时间积分的模拟感知信号；产生与对应控制字数字值对应的模拟基准值；将感知信号与各基准信号比较，并且改动对应控制字，从而使得感知信号与基准信号之间的差值最小；和根据电子开关“接通”开始和结束时，控制字值之间的差值，计算感知到的电流和感知到的电压的平均值。

Description

控制迪塞尔发动机的热线引火塞的方法和设备
技术领域
本发明涉及控制特别用于机动车的迪塞尔发动机的热线引火塞的方法和设备。所述方法包括步骤：在时间周期内以开关方式驱动电子开关，该电子开关在直流电压供应件端子之间基本上以串联方式与所述热线引火塞相连；感知所述热线引火塞上的电压以及流经所述热线引火塞的电流。所述设备包括在直流电压供应件端子之间基本上以串联方式与所述热线引火塞连接的电子开关；用于提供第一和第二模拟感知信号的感知装置，所述第一和第二模拟感知信号分别表示流经所述热线引火塞的电流和所述热线引火塞上的电压；和耦接到所述电子开关的控制输入端和所述感知装置的电子控制装置，所述控制装置布置成以开关方式驱动所述电子开关。
背景技术
热线引火塞(glow plug)通常与迪塞尔发动机的缸室关联，并且受到相关电子控制模块的控制，这些电子模块布置成控制传送到每个热线引火塞的能量，从而达到并保持预定工作温度。电子控制模块借助脉宽调制(PWM)控制信号驱动电子开关，一般是MOSFET晶体管。
传送到热线引火塞的能量是受控的关键变量，并且热线引火塞控制系统通常监控每个热线引火塞上的电压以及流过每个热线引火塞的电流。
控制传送到热线引火塞的能量意味着在每个施加于相应电子开关上的PWM驱动信号周期内控制传送到热线引火塞的功率。PWM驱动信号的工作循环受到闭环控制，目的是向每个热线引火塞提供希望的能量。
对于目前已知的控制系统，通过直接确定每个PWM驱动信号周期内电压和电流波形的rms值来实现最佳控制性能。这种方案带来明显的不便，特别是对于外部噪声灵敏度高，而且硬件电路和所需数字处理复杂。
一些已知方案基于借助所谓高采样作业对于热线引火塞电压和电流进行采样，目的是数字式地计算其rms值。这种方案需要昂贵且速度非常高的模拟通道转换器，而且这样对数字处理能力以及热线引火塞控制系统的总体成本带来了不利影响。
为了避免快速采样作业，已经提出在每个PWM驱动信号周期内仅对电压和电流采样一次，例如在该信号“接通”相位的中部进行采样。这种方案确实解决了快速采样问题，但是进而向热线引火塞电压和电流rms值计算引入了严重的误差。
发明内容
本发明的目标是提出一种用来控制迪塞尔发动机内热线引火塞的改进方法和改进装置，允许克服上述现有技术系统中存在缺陷。
该目标以及本发明的其他目标由本发明提供的方法和装置来实现。
附图说明
参照附图，本发明进一步的特征和优势将从详细说明中体现出来，详细说明单纯作为非限制性的示例，附图中：
图1是用来控制迪塞尔发动机内热线引火塞的装置的电路图；
图2是图1所示用来控制单一迪塞尔发动机热线引火塞的控制单元的更为详细的部分的电路图；和
图3是一系列四幅图，示出了图1和2所示控制系统中4个信号作为时间的函数的波形。
具体实施方式
在图1中，附图标记10一般表示驱动热线引火塞(glow plug)GP1、GP2、GP3和GP4的电子控制系统，所述热线引火塞各自分别与4缸迪塞尔内燃机各缸室关联。
热线引火塞GP1-GP4各自连接在电子控制系统10的各输出端子1-4与接地端子EGND(“发动机地线”)之间。
在图1中，直流(ad.c.)电压供应件B，诸如机动车电池，使其正极端子连接到电子控制系统10的供应输入5，并使其负极端子连接到接地端子BGND(“电池地线”)。
接地端子BGND借助导体6连接到接地端子EGND，并且进一步通过导体8连接到电子控制系统10的端子7。电子控制系统的端子7通过导体9连接到电子控制系统10的内部接地端子IGND。
电子控制系统10包括4个电子开关M1-M4，各自的漏极-源极路径基本上串联在电压供应件B的端子与各热线引火塞之间。
电子开关M1-M4例如为MOSFET晶体管，并且它们的门极连接到控制单元20的各输出。
单元20具有第一系列的4个输入，它们分别连接到各一个端子1-4，为所述单元提供表示相应热线引火塞GP1-GP4电压的模拟信号。
单元20具有第二系列的4个输入，它们分别连接到各电流感知装置S1-S4，诸如分流电阻，为所述单元20提供表示操作过程中流经每个热线引火塞的电流的信号。
在图1所示的布置中，电流传感器S1-S4布置在电子开关M1-M4与热线引火塞GP1-GP4之间。在基本上等同的布置中，所述传感器可以布置在电子开关M1-M4和电压供应件B的正极端子之间。
参照图2，现在针对单一热线引火塞的控制来说明电子单元20的操作，例如针对热线引火塞GP1。其他热线引火塞GP2-GP4的控制与之类似。
在图2所示实施方式中，感知电流的分流电阻S1示为连接在MOSFET晶体管M1的漏极和供电源B的正极端子之间。分流电阻S1的端部连接到调节电路11的输入，该调节电路通常包括电流镜像结构。调节电路11对分流电阻S1上的电压滤波，然后将并联电压缩放到目前通常用于机动车模拟信号的0-5V电压区间。
调节电路11输出的信号施加到模拟积分器12的输入，该模拟积分器具有复位输入12a。积分器12在其输出端提供感知信号AS1，该信号表示借助分流电阻S1感知到的电流I1的时间积分。
积分器12的输出耦接到模拟比较器13的反向输入端，该比较器将所述感知信号AS1与模拟基准信号R1连续进行比较，该模拟基准信号R1由数字驱动的模拟电压发生器DAC1的输出端提供，该发生器通常为数模转换器。
积分器12的复位输入12a、比较器13的输出以及发生器DAC1的输入连接到微控制器30的对应端子。
发生器DAC1在其输出端提供基准信号R1，该信号的模拟值对应于微控制器30在该发生器输入端提供的第一个数字控制字W1的数字值。
微控制器30实施闭环控制，从而使得积分器信号AS1的模拟值和基准信号R1之间的差值最小。
在比较器13的输出(例如)为“低”时，即表示积分器信号AS1大于发生器DAC1提供的基准信号R1，微控制器30因此将增大与向DAC1输入端提供的控制字W1相关的数字值。另一方面，如果比较器30的输入为“高”，即表示积分器信号AS1小于基准值R1，则微控制器30在这种情况下将减小控制字W1的数字值。
仍然参照图2，控制单元20进一步包括第二调节电路14，该调节电路使其输入端连接到端子1，即连接到对应的热线引火塞GP1。
电压调节电路14过滤热线引火塞电压V1，并将其缩放到用于机动车模拟信号的通常0-5V电压区间。在所示实施方式中，调节电路14包括运算放大器。在另一种实施方式中，这种调节电路可以包括简单的分压器。
调节电路14输出端的电压耦接到积分器15的输入端，积分器15使其复位输入15a耦接到微控制器30的对应端子。
模拟积分器15在其输出端提供表示被感知热线引火塞电压V1时间积分的模拟感知信号AS2。
积分器15的输出连接到比较器16的反向输入端，该比较器具有耦接到数字驱动的发生器DAC2输出端的非反向输入端，类似于DAC1。
发生器DAC2布置成在其输出端提供模拟基准信号R2，该基准信号的值对应于微控制器30在该发生器输入端提供的第二数字控制字W2的数字值。
微控制器30布置成对施加在发生器DAC2上的控制字W2实施闭环控制，从而以类似于针对该系统的电流感知部分所述的方式，使得感知信号AS2的模拟值与基准信号R2之间的差值最小。
参照图1和2，控制单元2布置成分别计算感知电压和感知电流在施加于开关M1-M4门极上的PWM驱动信号每个周期内的平均值。
基本上如下所述来进行：
对于每个时间周期，控制单元20计算感知电流，例如通过热线引火塞GP1的电流I1(图2)的平均值，通过计算如下比率：
对应电子开关(M1)“接通”或导通时间开始和结束时刻第一数字字W1的值之间的差异与
所述时间周期(PWM驱动信号的周期)的持续时间的比率。
类似地，控制单元20布置成计算每个热线引火塞，例如热线引火塞GP1(图2)的电压V1的感知电压平均值，通过计算如下比率：
对应电子开关(M1)“接通”或导通时间开始和结束时刻第二数字字W2的值之间的差异与
所述时间周期的持续时间的比率。
对于每个热线引火塞计算出感知电压和感知电流的平均值之后，控制单元20容易通过各种已知方式其中一种来计算对应的rms值。
图3示出了感知到的热线引火塞GP1的电压V1以及流经的电流I1的示例波形，以及积分信号AS 1和相关基准信号R1的对应波形。
上面公开的系统具有若干优势。
首先，上述系统不需要采样保持电路，好处是节省成本。
此外，上述系统大大降低了发生器DAC1和DAC2的采样时间，因为对应的模拟积分器12和15可以认为是非常低的低通滤波器。
最后，所公开的系统对于噪声具有非常低的敏感性，因为正如上述内容，模拟积分器可以认为是非常低的低通滤波器。
显然，只要遵循本发明的原理，实施方式的形式以及制造过程的细节可以从单纯作为非限制性示例的上述和图示内容发生变化，因而不会脱离由附带的权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种控制与迪塞尔发动机缸室关联的热线引火塞(GP)的方法，包括步骤：
-在时间周期内以开关方式驱动电子开关(M)，该电子开关在直流电压供应件(B)端子之间以串联方式与所述热线引火塞(GP)相连，其中所述时间周期为驱动信号的周期；
-感知所述热线引火塞(GP)上的电压以及流经所述热线引火塞(GP)的电流；
其特征在于，
-分别产生表示感知到的电流(I)和感知到的电压(V)的时间积分的第一和第二模拟感知信号(AS1、AS2)；
-分别产生第一和第二基准信号(R1、R2)，它们各自具有与第一和第二数字控制字(W1、W2)的数字值对应的模拟值；
-在所述电子开关(M)“接通”时，将所述第一和第二感知信号(AS1、AS2)分别与所述第一和第二基准信号(R1、R2)比较，并且改动所述第一和第二数字控制字(W1、W2)的数字值，从而使得所述感知信号(AS1、AS2)与对应基准信号(R1、R2)之间的差值最小；和
-根据所述电子开关(M)“接通”时间开始和结束时，所述第一和第二数字控制字(W1、W2)各自之间的差值，分别计算所述感知到的电流(I)和感知到的电压(V)在所述时间周期内的平均值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算以下比率来计算所述感知到的电流(I)在所述时间周期内的平均值：
在所述电子开关(M)“接通”时间开始和结束时刻，所述第一数字控制字(W1)的数字值之间的差值与
所述时间周期的持续时间的比率。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过计算以下比率来计算所述感知到的电压(V)在所述时间周期内的平均值：
在所述电子开关(M)“接通”时间开始和结束时刻，所述第二数字控制字(W2)的数字值之间的差值与
所述时间周期的持续时间的比率。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电子开关(M)由PWM信号驱动。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，流经所述热线引火塞(GP)的电流借助分流电阻(S)来感知。
6.一种用来控制与迪塞尔发动机缸室关联的热线引火塞(GP)的设备(10)，包括：
在直流电压供应件(B)端子之间以串联方式与所述热线引火塞(GP)连接的电子开关(M)；
用于提供第一和第二模拟感知信号(AS1、AS2)的感知装置(S)，所述第一和第二模拟感知信号分别表示流经所述热线引火塞(GP)的电流和所述热线引火塞(GP)上的电压；和
耦接到所述电子开关(M)的控制输入端和所述感知装置(S)的电子控制装置(20、30)，所述控制装置(20、30)布置成：
-以开关方式驱动所述电子开关(M)；
-所述设备(10)特征在于，所述电子控制装置(20、30)进一步布置成：
-产生分别表示所述感知到的电流(I)和所述感知到的电压(V)的时间积分的第一和第二模拟感知信号(AS1、AS2)；
-分别产生第一和第二基准信号(R1、R2)，所述第一和第二基准信号各自具有与第一和第二数字控制字(W1、W2)的数字值对应的模拟值；
-在所述电子开关(M)“接通”时，将所述第一和第二感知信号(AS1、AS2)分别与所述第一和第二基准信号(R1、R2)比较，并且改动所述第一和第二数字控制字(W1、W2)的数字值，从而使得所述感知信号(AS1、AS2)与对应基准信号(R1、R2)之间的差值最小；和
-根据所述电子开关(M)“接通”时间开始和结束时，所述第一和第二数字控制字(W1、W2)各自之间的差值，分别计算所述感知到的电流(I)和感知到的电压(V)在时间周期内的平均值，其中所述时间周期为驱动信号的周期。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述电子控制装置(20、30)预设成通过计算如下比率来计算所述感知到的电流(I)在所述时间周期内的所述平均值：
在所述电子开关(M)“接通”时间开始和结束时刻，所述第一数字控制字(W1)的数字值之间的差值与
所述时间周期的持续时间的比率。
8.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述电子控制装置(20、30)预设成通过计算如下比率来计算所述感知到的电压(V)在所述时间周期内的所述平均值：
在所述电子开关(M)“接通”时间开始和结束时刻，所述第二数字控制字(W2)的数字值之间的差值与
所述时间周期的持续时间的比率。
9.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述电子控制装置(20、30)预设成借助PWM信号驱动所述电子开关(M)。
10.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述感知装置包括分流电阻(S)。
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