CN101614599B - 用于估计内燃机中的温度的方法和电路 - Google Patents

Abstract

一种用于估计内燃机中的温度的方法，包括步骤：在内燃机中设置传感器电阻(RTD)，传感器电阻(RTD)具有预定的电阻-温度特性；测量跨过传感器电阻(RTD)的传感器电压(V_RTD)；基于传感器电压(V_RTD)计算传感器电阻(RTD)的电阻值；使用电阻值和电阻-温度特性估计温度值。该方法的特征在于其还包括步骤：串接电流反射镜结构(10)的第一分支(10a)到传感器电阻(RTD)；将参考电阻(R₀)串接到电流反射镜结构(10)的第二分支(10b)；测量跨过参考电阻(R₀)的参考电压(V₀)；以及基于传感器电压(V_RTD)和参考电压(V₀)计算传感器电阻(RTD)的电阻值。

Description

用于估计内燃机中的温度的方法和电路

技术领域

本发明涉及估计内燃机中的温度，更特别地，涉及一种用于估计内燃机中的温度的方法以及一种用于估计内燃机中的温度的相应的电路。

背景技术

线性电阻温度传感器(“RTD”)现在被用于自动控制中以监测内燃机的排气管和催化剂中的高温。

要监测的温度涵盖较宽的范围，从40摄氏度到1000摄氏度，对应的传感器电阻变化为从170欧姆到850欧姆，其具有准线性的温度属性。温度测量的分辨率因此受到限制，测量误差具有较大的影响。

用于自动控制器中的RTD传感器的传统的调节电路示于图1中。该电路包括非常精确的负载电阻R1，特别地具有1000欧姆值，其连接到精确供给的电压源V_CC，该电压源例如具有5V电压值。为线性电阻温度传感器的传感器电阻RTD被串接在负载电阻R1和参考电压特别是接地导体之间。包括电阻R_f和电容器C_f的低通滤波器2并联连接到传感器电阻RTD，并被用来减小来自电气环境的噪声。模数转换器ADC被并联连接到滤波器2并且还被连接到参考电压源V_ADC，而该参考电压源可追踪供给电压源V_CC。微处理器M被连接在转换器ADC和电路的输出端OUT之间。

跨过传感器电阻RTD的电压V_meas是在节点A相对于接地点利用以下公式进行测量：

$V_{\mathrm{meas}}=\frac{\mathrm{RTD}}{R_1+\mathrm{RTD}}---\left(1\right)$

获得传感器电阻RTD的电阻值。

具体地，跨过传感器电阻RTD的电压V_meas以已知的方式被测量，并且它被供给到转换器ADC，该转换器提供与所述电压对应的数字值。数字值被供给到根据公式1计算传感器电阻RTD的电阻值的微处理器M。知道传感器电阻RTD的电阻值和所述温度之间的依从关系，在电路的输出端OUT能获得温度的估计值。

温度测量的总的精度主要受到以下影响：

-传感器电阻精度；

-调节电路容差；

-转换器ADC的量化级；

-转换器ADC的转换误差；

-通过低通滤波器2转换器ADC的漏电电流。

该结构的缺点在于：

-它利用了可利用的转换器输入电压范围的不足一半的范围；

-由于电压分配器布置在负载电阻R1和传感器电阻RTD之间，因此传递函数是非线性的；

-ΔV_meas/ΔTemperature的灵敏度非常低，例如在大约600℃下不高于1.2mV/℃；

-ΔV_meas/ΔTemperature不是常数，并且随着温度的增加而减小；

-需要非常精确和昂贵的负载电阻，特别是具有0.1％的容差。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的是提供一种用于估计内燃机中的温度的替代方法从改进整个的精度和灵敏度而不需要使用具有昂贵的电子部件的负载电路。

该目的以及其他目的是通过根据本发明的一种用于估计内燃机中的温度的方法和一种用于估计内燃机中的温度的电路得以实现的。

特定的实施例的内容将被理解为本描述的整体或整体的一部分。

附图说明

从以下参照附图且仅通过非限制性的例子提供的描述，本发明的其他特征和优点将是明显的，其中：

图1，其已被描述过，是现有技术的温度传感器的调节电路的示意图；以及

图2是根据本发明的温度传感器的调节电路的示意图。

具体实施方式

图2表示根据本发明的调节电路；与上述图1的元件相同的元件具有相同的标记。

传感器电阻RTD，其是线性电阻温度传感器(即，具有线性电阻温度特性的电阻)，被连接到参考电压，特别是接地导体，并且其还被串接到电流反射镜结构10的第一分支10a。所述电流反射镜结构10被连接到例如具有5V值的供给电压源V_CC。

参考电阻R₀被串接到电流反射镜10的第二分支10b。

第一分支10a的第一节点12和第二分支10b的第二节点14被连接到模数转换器ADC，其还被连接到参考电压源V_ADC。第一节点12用来测量跨过传感器电阻RTD的传感器电压V_RTD；第二节点14用来测量跨过参考电阻R₀的参考电压V₀。

微处理器M被连接在转换器ADC和电路的输出端OUT之间。

所公开的调节电路是使得参考电流I₀和反射电流I_RTD通过电流反射镜10被分别供给到参考电阻R₀以及传感器电阻RTD。

电流反射镜10确保参考电流I₀等于反射电流I_RID。为此，一致测量跨过传感器电阻RTD的传感器电压V_RTD和跨过参考电阻R₀的参考电压V₀的相干测量值用来获得传感器电阻RTD的值，在此及后公开的。

电流反射镜10确保：

I₀＝I_RTD    (2)

以上等式能改写为：

$\frac{V_0}{R_0}=\frac{V_{\mathrm{RTD}}}{\mathrm{RTD}}---\left(3\right)$

因此 $\mathrm{RTD}=R_0\frac{V_{\mathrm{RED}}}{V_0}---\left(4\right)$

参考电压V₀和传感器电压V_RTD的相干测量值(coherentmeasurements)是在较短的时间范围内以已知方式进行的两个电压信号的两次测量，并且因此能认为参考电流I₀和反射电流I_RTD是常数并且是相等的。

所述参考电压V₀和传感器电压V_RTD被供给到转换器ADC，该转换器ADC提供分别与所述电压对应的数字值。这些数字值被供给到微处理器M，该微处理器M根据公式3和4计算传感器电阻RTD的电阻值。已知所述传感器电阻RTD的电阻值和温度之间的依从关系，在电路的输出端OUT能够获得温度的估计值。

上述方法保证该测量不取决于转换器ADC的参考电压源V_ADC，不取决于供给电压源V_CC以及不取决于所述温度。

电流反射镜10优选实现为具有以已知方式彼此连接的一对匹配的晶体管。另外，能使用本身已知的更复杂的电流反射镜。

优选地，每个都包括电阻R_f和电容器C_f的典型的低通滤波器被并接到传感器电阻RTD以便减小来自电气环境的噪声。有利地，每个都包括电阻和电容的低通滤波器被并接到参考电阻R₀。转换器ADC被平行连接到所述滤波器，在这些滤波器和微处理器M之间。

参考电流I₀必需被设计成以便在可用的转换器输入电压范围内使电压跨度最大化并且使传感器电阻RTD的自身发热最小化。

本发明可被概括为一种n个传感器调节电路，该n个传感器调节电路在该情况下具有成n行反射的共用参考电流I₀，每个传感器一行。所述电路具有n个选择开关，每个传感器一个，用于在电气故障情况下在“RTD”传感器上进行诊断恢复。

本发明可应用于柴油和汽油发动机。

明显地，本发明的原理保持相同，在不背离由所附权利要求限定的本发明的保护范围的情况下，具体实施例和产生的细节可以相对于纯粹通过非限制性的例子已描述和图示内容有不少变化。

Claims (5)

1.一种用于估计内燃机中的温度的方法，该方法包括步骤：

在所述内燃机中设置传感器电阻(RTD)，所述传感器电阻(RTD)具有预定的电阻-温度特性；

测量跨过所述传感器电阻(RTD)的传感器电压(V_RTD)；

基于所述传感器电压(V_RTD)确定所述传感器电阻(RTD)的电阻值；

基于所述电阻值和所述电阻-温度特性估计温度值；

其特征在于，所述方法还包括步骤：

将电流反射镜结构(10)的第一分支(10a)串接到所述传感器电阻(RTD)；

将参考电阻(R₀)串接到电流反射镜结构(10)的第二分支(10b)；

测量跨过所述参考电阻(R₀)的参考电压(V₀)；

基于所述传感器电压(V_RTD)和所述参考电压(V₀)计算所述传感器电阻(RTD)的电阻值；以及

将模数转换器(ADC)并接到所述传感器电阻(RTD)和所述参考电阻(R₀)，所述模数转换器(ADC)被布置成以分别提供表示传感器电压(V_RTD)和参考电压(V₀)的数字值，

其中，流过第一分支(10a)的反射电流(I_RTD)和流过第二分支(10b)的参考电流(I₀)大小相等。

2.如权利要求1所述的方法，其中测量跨过所述传感器电阻(RTD)的传感器电压(V_RTD)的步骤包括步骤：

将反射电流(I_RTD)供给到所述传感器电阻(RTD)，所述反射电流(I_RTD)流过所述电流反射镜结构(10)的所述第一分支(10a)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中测量跨过所述参考电阻(R₀)的参考电压(V₀)的步骤包括步骤：

将参考电流(I₀)供给到所述参考电阻(R₀)，所述参考电流(I₀)流过所述电流反射镜结构(10)的所述第二分支(10b)。

4.如权利要求1所述的方法，其中基于所述传感器电压(V_RTD)和所述参考电压(V₀)计算所述传感器电阻(RTD)的电阻值的步骤是根据以下公式进行的：

$\mathrm{RTD}=R_0\frac{V_{\mathrm{RTD}}}{V_0}$

其中，RTD是表示所述传感器电阻(RTD)的电阻值的值，V_RTD是表示传感器电压的电压值的值，V₀是表示参考电压的电压值的值，R₀是表示参考电阻的电阻值的值。

5.一种用于估计内燃机中的温度的电路，该电路包括：

传感器电阻(RTD)，其具有预定的电阻-温度特性；

计算装置(M)，其并接到所述传感器电阻(RTD)并被布置成：

测量跨过所述传感器电阻(RTD)的传感器电压(V_RTD)；

基于所述传感器电压(V_RTD)确定所述传感器电阻(RTD)的电阻值；以及

使用所述传感器电阻(RTD)的所述电阻值和所述电阻-温度特性估计温度值，

其特征在于，所述电路还包括：

被串接到所述传感器电阻(RTD)的电流反射镜结构(10)的第一分支(10a)，以及

被串接到所述电流反射镜结构(10)的第二分支(10b)的参考电阻(R₀)；

所述计算装置(M)被进一步并接到所述参考电阻(R₀)并被布置成：

测量跨过所述参考电阻(R₀)的参考电压(V₀)；

基于所述传感器电压(V_RTD)和所述参考电压(V₀)计算所述传感器电阻(RTD)的电阻值；

将模数转换器(ADC)并接到所述传感器电阻(RTD)和所述参考电阻(R₀)，所述模数转换器(ADC)被布置成以分别提供表示传感器电压(V_RTD)和参考电压(V₀)的数字值，

其中，流过第一分支(10a)的反射电流(I_RTD)和流过第二分支(10b)的参考电流(I₀)大小相等。

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