CN101586517A - 用于控制柴油机中的电热塞工作的方法 - Google Patents

用于控制柴油机中的电热塞工作的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制柴油机中的电热塞工作的方法，该方法包括：根据在相应燃烧室内的电热塞的第一预定模型，作为电热塞电压和电流的探测值以及各输入变量的探测值的函数，估计所述电热塞的当前实际温度；根据在燃烧室内的电热塞的第二预定模型，作为电热塞的估计温度和所述各输入变量的探测值的函数，确定要施加到电热塞上的电压或电功率的理想值；以及作为要施加到电热塞上的所述理想电压或功率的计算值的函数，以预定方式变化施加到电热塞上的电压的占空比。

Description

用于控制柴油机中的电热塞工作的方法
技术领域
本发明涉及一种控制柴油机中的电热塞工作的方法。
更具体地说，本发明涉及一种借助于施加在电热塞上的脉宽调制(PWM)电压来驱动电热塞工作的方法。
背景技术
对于具有柴油机的汽车来说，用户通常要求快速点火且发动机平稳工作，即使在恶劣的周围条件下，尤其是在低温下。此外，越来越严格的规定要求降低排放。
用于满足上述需求的一个关键部件为电热塞。电热塞配装在每个发动机气缸的燃烧室内，并且被加热到非常高的温度，通常900℃以上。
例如在US-A-6148258中公开了控制柴油机中的前面限定那种类型的电热塞工作的方法。
本发明特别旨在一种控制所谓的低压类型电热塞，即，该电热塞的额定供电电压(例如4V)低于车辆电池电压(通常12V)。
在已知的这种类型的控制系统中，车辆电池通常借助于脉宽调制(PWM)来降压，这一方面允许轻易达到用于电热塞的降低的额定供电电压，另一方面也使得所述供电电压在特定工作条件下容易变化，该特定工作条件如在发动机起动情况下高于额定电压的供电电压使得电热塞的加热阶段加快。脉宽调制还允许随着发动机运行根据当前发动机工作条件和环境条件来改变电热塞供电电压，以便将电热塞温度保持在尽可能靠近理想温度值，并且补偿在燃烧室内侧流体流动带来的影响，所述流体流动通常趋于冷却电热塞。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种控制在柴油机中的前面限定的那种电热塞工作的方法。
这个目的和其他目的是通过如下的方法来实现的。本发明提供了一种控制柴油机中的电热塞工作的方法，该电热塞借助于施加到其上的脉宽调制电压驱动，该方法包括如下步骤：
探测电热塞电压和电热塞电流；
探测多个预定的发动机和环境输入变量，这些变量包括发动机速度、发动机温度和周围空气温度；以及
根据所探测的电热塞电压和电流以及所述输入变量的探测值，改变施加到电热塞上的PWM电压的占空比；
根据在相应燃烧室内的电热塞的第一预定模型，作为电热塞电压和电流的探测值以及各输入变量的探测值的函数，估计所述电热塞的当前实际温度；
根据在燃烧室内的电热塞的第二预定模型，作为电热塞的估计温度和所述各输入变量的探测值的函数，确定要施加到电热塞上的电压或电功率的理想值；以及
作为要施加到电热塞上的所述理想电压或功率的计算值的函数，以预定方式变化施加到电热塞上的电压的占空比。
其中，施加到所述电热塞上的所述脉宽调制电压是通过接通和切断由与发动机相关的电池所提供的电压来获得的。
其中，施加到所述电热塞上的所述脉宽调制电压的占空比还作为电热塞电源和电流的探测值的函数予以变化。
其中，所述输入变量还包括：喷入与该电热塞相关联的发动机气缸中的燃料量、以及供给到所述发动机气缸中的空气量。
其中，要施加到所述电热塞上的电压或电功率的理想值是借助于调节器、利用理想电热塞温度作为设定点值、估计的电热塞温度作为反馈值、且电热塞的预定模型作为用来确定施加到电热塞上的电压或功率的初始值的前馈项来加以确定的，所述初始值作为所述设定点值和所述反馈值之间的差值的函数予以校正。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从下面仅作为非限定性示例参照附图给出的详细描述中变得清楚，该附图是根据本发明的方法工作的控制系统的示意图。
具体实施方式
在附图中，配装在柴油机气缸的燃烧室内的电热塞总地用GP来指示。
电热塞GP本身是已知的类型，并且将不再详细描述。
借助于驱动回路1控制电热塞GP的工作，该驱动回路1与车辆电池B连接。
驱动回路1具有控制输入端1a，用于接收控制信号。
驱动回路1以本身公知的方式包括至少一个开关元件(switch)，如MOSFET晶体管，并且被布置成向电热塞GP施加脉宽调制(PWM)电压，在图1中由VPWM表示。
施加到驱动回路1的控制输入端1a的控制信号DCdes表示要施加到电热塞GP上的PWM电压VPWM的占空比DC的理想值。
测量回路2连接到电热塞GP和/或驱动回路1上，并且在其输出端提供信号或数据，该信号或数据表示电热塞GP两端的实际电压VGP和流过所述电热塞的电流IGP。
测量回路2的输出端连接到估计模块3的第一输入端上，该估计模块3在另一输入端接收表示多个输入变量的值的信号或数据，所述多个输入变量包括发动机速度ωE、发动机温度TE、周围空气温度TA、喷入与该电热塞GP相关联的发动机气缸中的燃料量QIF、以及供给到所述发动机气缸中的空气量QA。
估计模块3被预先配置成：根据在发动机气缸的相应燃烧室内的电热塞的第一预定数学模型，作为电热塞电压VGP和电流IGP的探测值以及所述输入变量的探测值的函数，来估计电热塞GP的当前实际温度TGP，est。
所述模型例如可以为多变量查询表的形式。
电热塞温度估计模块3的输出端连接到计算模块4的输入端上，该计算模块4在另一输入端还接收上述各输入变量的值(ωE、TE、TA、QIF等)。
计算模块4具有另一输入端，用于接收表示理想电热塞温度TGP，des的信号或数据。
计算模块4被布置成：根据燃烧室内的电热塞的第二预定模型，作为电热塞GP的估计温度TGP，est、电热塞GP的温度的理想值TGP，des、和所述各输入变量的探测值的函数，确定要施加到电热塞GP上的电压VGP，des或电功率PGP，des的理想值。
计算模块4可以包括所谓的调节器(governor)，该调节器基于设定点值(即，理想电热塞温度TGP，des)和反馈值(即，估计的电热塞温度TGP，est)确定输出值(即，理想的供电电压VGP，des或功率PGP，des)。这种调节器被配置成：利用电热塞GP的数学模型作为前馈项，即，作为基于设定点值的理想电压(功率)供给的第一假想值，所述项然后作为设定点值和反馈值之间的差值的函数，即，作为所谓的跟踪误差的函数，被校正。
计算模块4的输出端被连接到控制模块5的输入端上，该控制模块5在另一输入端接收表示所探测的电热塞电压VGP和电流IGP的信号或数据。
控制模块5被配置成借助于适当的算法，作为要施加到电热塞上的所述理想电压VGP，des或功率PGP，des的计算值的预定函数，计算要施加到电热塞GP上的PWM电压VPWM的占空比的值。
本发明可以实现电热塞温度的更精确和更柔性的控制，这又带来如下主要益处：低温下的燃烧质量得以改进，且发动机更容易起动，而排放被显著降低。本发明可以降低对电热塞的可能的损坏，由此可以明显提高电热塞的寿命。
自然，在本发明的原理保持不变的前提下，实施例的形式和结构的细节可以相对于在此借助于非限定性示例所图示和描述的内容广泛地变化，而不会背离如所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种控制柴油机中的电热塞(GP)工作的方法，该电热塞借助于施加到其上的脉宽调制电压(VPWM)驱动，该方法包括如下步骤：
探测电热塞电压(VGP)和电热塞电流(IGP)；
探测多个预定的发动机和环境输入变量，这些变量包括发动机速度(ωE)、发动机温度(TE)和周围空气温度(TA)；以及
根据所探测的电热塞电压(VGP)和电流(IGP)以及所述输入变量的探测值，改变施加到电热塞(GP)上的PWM电压的占空比(DC)；
该方法特征在于：
根据在相应燃烧室内的电热塞(GP)的第一预定模型(3)，作为电热塞电压和电流(VGP，IGP)的探测值以及各输入变量的探测值的函数，估计所述电热塞(GP)的当前实际温度(TGP，est)；
根据在燃烧室内的电热塞(GP)的第二预定模型(4)，作为电热塞(GP)的估计温度(TGP，est)和所述各输入变量的探测值的函数，确定要施加到电热塞(GP)上的电压(VGP，des)或电功率(PGP，des)的理想值；以及
作为要施加到电热塞(GP)上的所述理想电压(VGP，des)或功率(PGP，des)的计算值的函数，以预定方式变化施加到电热塞(GP)上的电压(VPWM)的占空比(DC)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，施加到所述电热塞(GP)上的所述脉宽调制电压(VPWM)是通过接通和切断由与发动机相关的电池(B)所提供的电压来获得的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，施加到所述电热塞(GP)上的所述脉宽调制电压(VPWM)的占空比(DC)还作为电热塞电源和电流(VGP，IGP)的探测值的函数予以变化。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述输入变量还包括：喷入与该电热塞(GP)相关联的发动机气缸中的燃料量(QIF)、以及供给到所述发动机气缸中的空气量(QA)。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，要施加到所述电热塞(GP)上的电压(VGP，des)或电功率(PGP，des)的理想值是借助于调节器、利用理想电热塞温度(TGP，des)作为设定点值、估计的电热塞温度(TGP，est)作为反馈值、且电热塞(GP)的预定模型作为用来确定施加到电热塞(GP)上的电压或功率的初始值的前馈项来加以确定的，所述初始值作为所述设定点值(TGP，des)和所述反馈值(TGP，est)之间的差值的函数予以校正。
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