CN101932818A - 用于监控内燃机的至少一个预热塞的方法和相应的装置 - Google Patents

用于监控内燃机的至少一个预热塞的方法和相应的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中一个表征流过至少一个预热塞(100)的电流的、与时间相关的变量被与至少一个与时间相关的最小(Rmin)和/或最大阈值(Rmax)相比较，用于故障探测，并且如果与时间相关的变量大于和/或小于最小(Rmin)和/或最大(Rmax)阈值，则识别出一个故障。按照本发明的方法的特征在于，与时间相关的变量的一阶导数被与最大阈值的一阶导数相比较(公式I)和与时间相关的变量的二阶导数被与最大阈值的二阶导数相比较(公式II)。如果与时间相关的变量的一阶导数小于最大阈值的一阶导数(公式I)和与时间相关的变量的二阶导数小于最大阈值的二阶导数(公式II)，则识别出一个故障。

Description

用于监控内燃机的至少一个预热塞的方法和相应的装置
现有技术
本发明涉及一种按照权利要求1所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞的方法，以及一种按照权利要求9所述的相应的装置。
通常在内燃机中这样监控预热塞，即将流过预热塞的电流与一个预定的固定阈值比较。
如果预热塞消耗的电流小于阈值，则预热塞被评价为有故障。为此模拟电路使用比较器或差动放大器。基于微机的预热时间控制仪通过模拟/数字转换器确定一个与流过预热塞的电流对应的数字值并且将其与存储的数字阈值比较。
问题是，在施加供给电压之后预热塞的电流变化曲线极大地取决于时间。因此，基于固定的电流值来监控预热塞只能够进行非常粗糙的评价。
图5在一个曲线图中示出了流过预热塞的电流Ikerze与时间相关联的电流变化曲线，其用于监控至少一个预热塞，如在现有技术中用于确定有故障的预热塞。在此情况下，在预热塞的故障率逐渐增大时，电流变化曲线随着时间而减小。在现有技术中已知一个依据对预热塞的模拟确定的或者从计算模型中获取的下限阈值IU。该下限阈值IU此时是一个用于故障识别的阈值。如果电流变化曲线变得低于这个下限阈值IU，那么在现有技术中就识别出预热塞的故障，随后预热塞电路被中断，以防止预热塞或在金属芯情况下的加热器被熔化。预热塞的熔化会导致发动机的完全损坏。除了下限阈值IU以外，此外还可以确定一个上限阈值，其中，如果电流变化曲线超过这个上限阈值，则识别预热塞的故障。
已经证明不利的是，随着电流值的逐渐减小，电流变化曲线呈现强烈不平稳的(断续的)变化。在该图中示出了，在一个电流值IB以下在一个时间点t1时，电流变化曲线具有一个跃变的变化并且至少是强烈波形的。这个电流值IB此时仍然高于下限阈值IU。在电流变化曲线的直到t1的时间区域中，在高于电流值IB下，在现有技术中可以识别出电流的一种可能的变化。确切地说，在这个区域中可以预测或模拟电流变化曲线。相反，在自t1以后的低于电流值IB的电流变化曲线的时间区域中，则不能够精确地获取该可能的变化。这是有缺陷的，因为在这个区域中由此也不能够、几乎不能够或者至少是滞后地识别出低于下限阈值IU的状态。由此预热塞的故障识别是不可靠的，具有使预热塞熔化的可能的危险和完全损坏发动机。
本发明的公开
本发明的任务是，提供一种能够实现对内燃机的至少一个预热塞进行可靠监控的方法。此外本发明的任务是提出一种相应的装置。
这个任务通过一种用于监控内燃机的至少一个预热塞的方法来解决，其中，为了故障识别，一个表征流过至少一个预热塞的电流的、与时间相关的变量被与至少一个与时间相关的最小和/或最大阈值相比较，并且如果与时间相关的变量大于和/或小于最小和/或最大阈值，则识别出故障。该方法的特征在于，与时间相关的变量的一阶导数被与最大阈值的一阶导数相比较以及与时间相关的变量的二阶导数被与最大阈值的二阶导数相比较，如果与时间相关的变量的一阶导数小于最大阈值的一阶导数以及与时间相关的变量的二阶导数小于最大阈值的二阶导数，则识别出故障。
按照本发明的方法的一个关键点在于更加可靠地识别出预热塞的故障。
按照本发明的方法的优选的扩展方案在从属权利要求2至8中给出。
按此在本发明的一个有利的实施形式中规定，表征流过至少一个预热塞的取决于时间的变量是预热塞的一个电阻模型。由此可以显著降低控制仪中的电路费用或编程费用并且提供一种简单且成本有利的解决方案。
与时间相关的阈值优选包括相应的预热塞的表示特征的电阻时间曲线。在此处同样也可以降低显著降低控制仪中的电路费用或编程费用并且提供一种简单且成本有利的解决方案。
优选在故障识别情况下断开预热塞电路。由此防止预热塞、尤其是在金属芯(磁铁心)情况下的加热器被熔化。
优选在故障识别时将相应的信息记录在故障存储器中。由此可以保证有效的预热塞控制。
优选在故障识别时发出诊断信息。由此也可以保证有效的预热塞控制。
优选在响应诊断信息下改变预热塞控制。由此可以将预热塞控制随时更新到新的参数上。
优选在响应诊断信息下为司机显示关于预热塞的状态的指示信息。由此随时向司机通告预热塞的状态并且必要时可以调整他的驾驶状态。
此外，上述任务通过一种按照权利要求9和10之一所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞的装置来解决。
在一个优选实施形式中，该用于监控内燃机的至少一个预热塞的装置包括一个评估单元，它具有一个比较机构，该比较机构将一个表征流过至少一个预热塞的电流的、与时间相关的变量与至少一个与时间相关的最小和/或最大阈值相比较，以便进行故障识别，并且如果与时间相关的变量大于和/或小于该最小和/或最大阈值，则评估单元识别出故障。该装置的特征在于，评估单元此外具有另一个比较机构，它将与时间相关的变量的一阶导数与最大阈值的一阶导数相比较以及将与时间相关的变量的二阶导数与最大阈值的二阶导数相比较，并且如果与时间相关的变量的一阶导数小于最大阈值的一阶导数以及与时间相关的变量的二阶导数小于最大阈值的二阶导数，则评估单元识别出故障。由此可以明显降低在控制仪的应用范围中的费用。
比较机构优选包括至少一个比较器。
以下依据实施例详细描述按照本发明的方法和相应的装置相同的或作用相同的部件具有相同的附图标记。附图所示：
图1是来自现有技术中的用于监控至少一个预热塞的装置的一个实施形式，
图2是一个来自现有技术中的预热塞的等效电路的视图，
图3是用于监控至少一个预热塞的装置的一个按照本发明的实施形式，
图4是在本发明的一个实施形式中用于监控至少一个预热塞的通过预热塞的与时间相关的电流变化曲线，和
图5是如由现有技术中已知的，用于监控至少一个预热塞的通过预热塞的相对于时间的电流变化曲线。
图1显示了来自现有技术中的一个用于监控至少一个预热塞的装置的一个实施形式，如例如在公开文献DE102006005711A中公开。预热塞100与电流测量机构120和开关机构110串联在一个供给电压的两个接头之间。在所示的实施例中为每个预热塞设置一个电流测量机构120和一个开关机构110。在按照本发明的装置的一个设计方案中也可以规定为多个预热塞或全部预热塞设置一个公共的开关机构110和/或一个公共的电流测量机构120。所示的实施形式，其中每个预热塞都配设一个电流测量机构120和一个开关机构110，具有的优点在于，可以单个地控制各预热塞和评价流过各预热塞的电流。如果多个预热塞被组成一组，或者全部的预热塞被一起地控制和/或电流被一起地评价，那么这具有的优点在于可以节省昂贵的元件，例如开关机构并且由此获得极大的成本节省。
此外设有控制单元130，它除了其它没有示出的构件以外包括评价机构133、控制机构135和故障识别机构137。控制机构135控制开关机构110，用于向预热塞输送期望的能量。评价机构133评价降在电流测量机构120上的电压，用于确定流过预热塞的电流。电流测量机构120优选设计成欧姆电阻。电流测量机构120上的电压降被输送给放大器140，它将它的输出信号提供给评价机构133。此外，测量放大器140的输出信号到达比较器150，在它的第二输入端上施加阈值设定器160的输出信号。
预热塞在通电开始时刻通常具有非常小的电阻。其结果是在通电开始时刻流过非常大的电流。由于预热塞被加热，预热塞的电阻增大，这又导致电流下降。电流曲线随着电流值的逐渐减小而呈现极其不平稳的走向，结果表明这是不利的。
图2显示了来自现有技术中的一个预热塞的一个等效电路的视图，如例如在公开文献DE102006005711A中公开。在该图中详细示出了图1的主要元件，尤其是阈值设定器160。在这个实施形式中，阈值设定器160基本上由一个RC电路形成。这个RC电路由电阻201和电容器205的串联电路构成，该电阻和电容器布置在接地接头和位于电流测量机构120和开关机构110之间的连接点之间。也就是说，基本上在电容器205上施加有一个与预热塞100上的电压降成比例的电压。此外，由电阻210和另外的电阻202，203和204构成一个串联电路。这个串联电路相应地布置在接地接头和位于开关机构110和电流测量机构120之间的连接点之间。在电阻202和203之间的连接点上截取用于比较器150a的输入信号。在电阻203和204之间的连接点上截取用于第二比较器150b的信号。这两个比较器15a和150b相应于图1中所示的比较器150。
在该实施形式中设置两个比较器，以便可以用一个下阈值和一个上阈值进行阈值询问。在一个简化的实施形式中可以取消两个比较器中的一个比较器以及三个电阻202，203或204中的一个电阻。在这种实施形式中则只能够与一个阈值比较。重要的是，分压器和由电容器205和电阻201组成的串联电路被加载相同的电压，该电压施加在要监控的预热塞上。
对应于通过预热塞的电流的电压降被与电容器205上的电压降比较。其中在此情况下不是总电压，而是通过由电阻202，203和204构成的分压器分出的电压被评价。在比较器150a和150b的输出端上各有一个信号，该信号依据该比较的情况指示一个故障或者指示一个无故障的运行。
所示的电路是预热塞的一个简单的等效电路。电容器上的电压取决于电容器的充电。电容器以积分和求和的方式作用于引入到预热塞中能量。这是这样实现的，即在电容器205上施加一个与预热塞上的电压降成比例的电压。电容器205上的充电状态或电压是预热塞的温度或电阻的一个尺度。通过恰当地选择电容器和电阻值可以实现使通过电阻202，203和204形成的分压器的输出电压的时间特性对应于通过预热塞的无故障电流的时间特性。通过相应地分配电阻值可以设定下阈值和/或上阈值。电流曲线随着电流值的逐渐减小而呈现极其不平稳的走向，结果表明这是不利的。
图3在一个简化的电路结构中显示了按照本发明的用于监控至少一个预热塞的装置的一个实施形式。在这个按照本发明的实施形式中，预热塞的被测量的电流曲线IKerze和施加在预热塞上的被测量的电压UKerze被输入给计算单元310，它由电压UKerze和电流IKerze的商计算出预热塞的被测量的电阻值RKerze＝UKerze/IKerze。在此情况下进行一种比率法的(ratiometrische)或电压补偿的电流测量。
电阻值RKerze被输入给评估单元320。在评估单元320中，电阻值RKerze被直接地输入给第一比较单元330，它例如含有两个比较器。也向第一比较单元330中分别输入预热塞的一个最小电阻阈值Rmin和一个最大电阻阈值Rmax。第一比较单元330将电阻值RKerze分别与预热塞的最小电阻阈值Rmin和最大电阻阈值Rmax比较，如已经在说明图2和3时描述的那样。
评估单元320此外具有第一求导单元340，它计算一阶时间导数d/dt，它也与用于输入电阻值RKerze的信号线路连接。第一求导单元340此时实施对电阻值RKerze的一阶时间求导并且将结果输送给第二比较单元350。第二比较单元350将第一求导单元340的一阶导数的结果与预热塞的最大电阻阈值的一阶导数
Figure BPA00001189012800061
的值比较。
评估单元320此外含有第二求导单元360，它与第一求导单元340的输出端连接。第二求导单元360对电阻值RKerze的一阶导数实施时间求导并且将结果即电阻值RKerze的二阶导数输入给第三比较单元370。第三比较单元370将第二求导单元360的电阻值RKerze的二阶导数的结果与预热塞的最大电阻阈值的二阶导数的值比较。
评估单元320的第一比较单元330此时被这样地设计，即在电阻值RKerze大于最小电阻阈值Rmin或者在电阻值RKerze小于最大电阻阈值Rmax时，分别输出一个指示预热塞的故障的信号。而评估单元320的第二比较单元350被这样地设计，即在预热塞的电阻值RKerze的一阶时间导数小于最大电阻阈值的一阶导数时，输出一个指示预热塞的故障的信号。此外，评估单元320的第三比较单元370被这样地设计，即在预热塞的电阻值的二阶时间导数小于最大电阻阈值的二阶导数
Figure BPA00001189012800064
时，输出一个指示预热塞的故障的信号。
指示预热塞的故障的输出信号被分别输入到一个控制单元380，该控制单元在响应仅仅一个单独的输入信号下断开预热塞电路和/或将相应的信息记录在故障存储器382中和/或通过发射装置384发出诊断信息。故障存储器382和发射装置384此时可以通过接口386连接，该接口接受控制单元380上的输入信号并且分别传输到故障存储器382和发射装置384。
在响应发出的诊断信息下，可以在与发射装置384连接的预热塞单元400中有选择地改变对预热塞的控制。此外，在响应发出的诊断信息下，可以通过显示器410给司机显示预热塞状态的指示信息。
图4在一个曲线图中示出了通过在本发明的一个实施形式中的预热塞的一阶导数
Figure BPA00001189012800065
的电流变化曲线。在此情况下，在本发明的一个实施形式中的该电流变化曲线被用于监控至少一个预热塞。流过预热塞的电流的一阶导数被相对于时间t绘出。在图中用
Figure BPA00001189012800072
标注出一个可能的阈值，其中，如果流过预热塞的电流
Figure BPA00001189012800073
超过这个阈值
Figure BPA00001189012800074
，则识别出一个有故障的预热塞。此时，在直到一个时间点t1之前，流过预热塞的电流
Figure BPA00001189012800075
在低于阈值
Figure BPA00001189012800076
下变化。在时间t1处，流过预热塞的电流
Figure BPA00001189012800077
的变化经历一个跃变式的上升，这例如可以由预热塞具有一个突发的故障得到解释。此时该上升是这样的，即阈值
Figure BPA00001189012800078
被超过。由此迅速且可靠地识别出有故障的预热塞。由此可以在发动机控制装置中非常迅速且可靠地识别预热塞的故障并且避免可能的发动机损坏。

Claims (10)

1.用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中一个表征流过至少一个预热塞(100)的电流的、与时间相关的变量被与至少一个与时间相关的最小(Rmin)和/或最大阈值(Rmax)相比较，以便进行故障识别，并且如果与时间相关的变量大于和/或小于最小(Rmin)和/或最大(Rmax)阈值，则识别出故障，其特征在于，与时间相关的变量的一阶导数被与最大阈值的一阶导数
Figure FPA00001189012700011
相比较以及与时间相关的变量的二阶导数被与最大阈值的二阶导数
Figure FPA00001189012700012
相比较，如果与时间相关的变量的一阶导数小于最大阈值的一阶导数
Figure FPA00001189012700013
以及与时间相关的变量的二阶导数小于最大阈值的二阶导数
Figure FPA00001189012700014
则识别出故障。
2.按照权利要求1所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中表征流过至少一个预热塞(100)的与时间相关的变量是预热塞(100)的一个电阻模型。
3.按照权利要求1或2之一所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中与时间相关的阈值包含相应的预热塞的表示特征的电阻时间曲线(Rkerze)。
4.按照前述权利要求之一所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中在故障识别时断开预热塞电路。
5.按照前述权利要求之一所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中在故障识别时将相应的信息记录到一个故障存储器(382)中。
6.按照前述权利要求之一所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中在故障识别时发出诊断信息。
7.按照权利要求6所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中在响应诊断信息下改变对预热塞的控制。
8.按照权利要求6或7所述的用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的方法，其中在响应诊断信息下给司机显示关于预热塞(100)的状态的指示信息。
9.用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的装置，包括一个评估单元(320)，它具有一个比较机构(330)，后者将一个表征流过至少一个预热塞(100)的电流的、与时间相关的变量与至少一个与时间相关的最小(Rmin)和/或最大阈值(Rmax)相比较，以便进行故障识别，并且如果与时间相关的变量大于和/或小于最小(Rmin)和/或最大(Rmax)阈值，则评估单元(320)识别出故障，其特征在于，评估单元(320)此外具有另一个比较机构(350，370)，它将与时间相关的变量的一阶导数与最大阈值的一阶导数
Figure FPA00001189012700021
相比较以及将与时间相关的变量的二阶导数与最大阈值的二阶导数
Figure FPA00001189012700022
相比较，如果与时间相关的变量的一阶导数小于最大阈值的一阶导数
Figure FPA00001189012700023
以及与时间相关的变量的二阶导数小于最大阈值的二阶导数则评估单元(320)识别出故障。
10.用于监控内燃机的至少一个预热塞(100)的装置，其中比较机构(330，350，370)包括至少一个比较器。
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