CN101956640A - 用于柴油发动机的电热塞 - Google Patents

Abstract

一种用于使用柴油发动机(134)中的电热塞(32、34、36、38)的方法，包括：第一步骤，提供电源(52)，用于供应通过电热塞(32、34、36、38)的电流；第二步骤，测量该电流；第三步骤，使用被测电流值计算跨过电热塞(32、34、36、38)的电压；和第四步骤，利用被计算电压控制通过电热塞(32、34、36、38)的电流。

Description

用于柴油发动机的电热塞

技术领域

本发明涉及一种使用柴油发动机中的电热塞(glow plug)的方法。本申请还涉及一种用于操作电热塞的电热塞控制单元。本申请还涉及一种制造电热塞控制单元的方法。

背景技术

电热塞用作加热装置，其用于使柴油发动机中的冷空气升温，以便更有效地点燃。通常，电热塞被设计为达到用于点火的大约1000摄氏度(℃)的目标温度。但是实际上，期望控制流到电热塞的电能，以迅速且准确地到达目标温度。

发明内容

本申请提供了用于使用或操作柴油发动机中的电热塞的改善方法。柴油发动机可利用石油柴油、合成柴油或生物柴油用于燃烧。柴油发动机包括具有一个或多个燃烧室的发动机本体。

该方法包括提供电源用于供应电流通过电热塞的步骤。电源可包括电池。电流被测量。跨过电热塞的电压然后通过使用被测电流值而被计算。跨过电热塞的电压通常低于电源的电压。这是因为电源和电热塞之间的线束由于其电阻导致压降。线束包括电缆、连接器和将电源连接至电热塞的其他部件。

通过电热塞的电流随后通过使用被计算电压而被控制。控制的步骤可包括根据预定占空比调整跨电热塞的电压的步骤，从而电热塞的温度可被调节。

该方法提供了对电热塞的迅速且准确的温度控制，因为该方法控制通过电热塞的电流。尽管线束导致压降，电流在电源、线束和电热塞处保持一致，这是由于它们的串联连接。该方法由此通过控制电流而确保电热塞的加热的准确调节。此外，由于当电热塞在使用时从20℃升温至1000℃的目标温度时，电热塞的电阻增加了三倍，电流的变化可反映电阻的变化。因此，该方法使用电流用于控制，从而电热塞的电阻变化和由线束导致的压降的效应可被补偿。

该方法还可设置有测量电源的电压值的步骤。电压值可根据数学公式转换至电热塞的电压。数学公式并入了电源的被测电压和线束的电阻值用作其输入因子。

测量的步骤可包括测量跨过控制电路的监控电阻器的电压的步骤。控制电路串联连接在电源和电热塞之间。通过监控电阻器的电流也流过电热塞。

调整的步骤可包括调制流到电热塞的电能流的脉宽的步骤。脉宽调制技术可编程为电热塞驱动器并储存到半导体芯片。

该方法还包括使用线束的预定值用于控制电流的步骤。线束的电阻可被准确地测量并被储存用于计算跨过电热塞的电压。

该方法还包括根据用于使电热塞在预定时间段内升温的预定升温电压值调整跨过电热塞的电流的步骤。调整电流的步骤得到跨过电热塞的电压变化。升温电压值，提供了跨过电热塞的电压的限制用于短时间段内流过电热塞的电流的猝发，从而电热塞可以迅速升温至高温而没有过热。该短时间段也已知为快速升温时间段。升温电压可包括较高值的第一电压和较低值的第二电压。快速升温电压的短时间段可分解为不同电压的多个阶段。例如，电热塞可用11V的高电压充电1.5秒，随后用9V的低电压充电0.5秒。高电压可加速电热塞的升温。

可包括调整流过电热塞的电流的步骤，用于将电热塞保持在预定的温度。电流被控制用于提供跨过电热塞的标称电压。当电热塞仅保持温热时，标称电压提供通过电热塞的维持的电流。例如，当具有柴油发动机的汽车下山时，电热塞保持温热。

本申请还提供用于使用柴油发动机的方法。该方法包括将柴油喷射到柴油发动机中的步骤，和用于使用电热塞的上述方法的任意步骤。由此，柴油发动机可使燃料更高效。

通过测量电热塞的电流，诊断电热塞的步骤可包含在使用电热塞的方法中。诊断技术提供了检查电热塞的简单和方便的方法，用于柴油发动机的常规维护。

本申请提供了一种制造电热塞控制单元的方法。该方法包括测量电热塞的线束的电阻值的步骤，用于储存到电热塞控制单元中。电热塞控制单元可补偿线束的影响以精确地控制电热塞的加热。

测量线束电阻值的步骤可包含在用于制造电热塞控制单元的方法中。线束包括电热塞和监控电阻器之间的线路。线束还连接至监控电阻器至电源。由于线路的电阻由于其电阻影响通过电热塞的电流，电热塞控制单元可被编程以补偿线的电阻值。

制造方法还包括在不同温度测量电热塞的电阻值的步骤。由于电阻值随电热塞的温度变化，电阻值可用作温度指示器。因此，电热塞控制单元可通过监控电阻值响应温度调整通过电热塞的电流。该方法由此可通过响应电阻值提供通过电热塞的准确电流。电热塞的寿命可延长，且电热塞可在寿命期间具有较少维护。实践中，电阻和温度的相应值可预载到电热塞控制单元中。

本申请提供了一种电热塞控制单元。电热塞控制单元包括用于测量通过电热塞的电流值的端口、用于储存被测电流值的存储单元。该存储单元包括易失性存储器和非易失性存储器。

电热塞控制单元还包括控制单元，用于利用被储存电流值计算电热塞电压，和用于利用被计算电压控制通过电热塞的电流。控制单元可包括处理器和栅极驱动单元。处理器执行嵌入的计算机程序，其并入了数学公式，用于计算通过电热塞的电流。

电热塞控制单元可包括用于接收柴油发动机的发动机操作状态的端口。发动机操作状态包括发动机本体温度、曲轴位置和发动机的曲轴速度。电热塞控制单元可通过补偿线束和电热塞温度变化的效应精确调整流向电热塞的电能流。

电热塞控制单元可包括一个或多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，用于脉宽调制。MOSFET用作电子开关，调节通过电热塞的电流。MOSFET提供并入到半导体芯片的方便，用于制造紧凑的电热塞控制单元。MOSFET还具有比继电器更快的响应。替换地，印刷电路板(PCB)可形成电热塞控制单元。电热塞控制单元还可被并入到ECU中。

控制单元可包括栅极驱动单元，用于调制通过电热塞的电流的脉宽。电流的脉宽调制(PWM)涉及电流的调制占空比。PWM技术可以紧凑的方式被编程且可执行半导体芯片。

电热塞控制单元还可包括在电源和电热塞之间串联连接的监控电阻器和晶体管。晶体管包括MOSFET晶体管。监控电阻器和晶体管形成控制电路，其制成为集成电路(IC)的形式。IC提供了控制电热塞的紧凑和高效的方案。

制造商可构建由独立电源供电的电热塞控制单元，或将电热塞控制单元并入到发动机控制单元(ECU)中。独立电热塞控制单元和整合ECU的电热塞控制单元二者可被构造为执行使用电热塞的方法。构造的步骤可通过电路布线、软件编程或其组合的方式实现。

本申请可提供一种柴油发动机。柴油发动机包括插入在柴油发动机的燃烧室内的电热塞。柴油发动机还包括电源和电热塞控制单元。电热塞控制单元连接至电热塞和电源。电热塞控制单元被设置用于控制通过电热塞的电流。电热塞控制单元可获得对电热塞的迅速和准确的控制用于发动机燃烧。

附图说明

图1示出了用于驱动四缸柴油发动机中的四个电热塞的电热塞控制单元的示意图；

图2示出了电热塞控制单元的简化视图，其中第一电热塞位于发动机本体中；

图3示出了在电热塞控制单元的脉宽调制(PWM)模块控制下的第一电热塞的电压图表；

图4示出了绘制在第一图表中的第一电热塞的实验数据；

图5示出了绘制在第二图表中的第一电热塞的实验数据；

图6示出了绘制在第三图表中的第一电热塞的实验数据；和

图7示出了电热塞控制单元的示意图。

附图标记

30    电热塞控制单元

32    第一电热塞

34    第二电热塞

36    第三电热塞

38    第四电热塞

40    PWM模块

42    逻辑单元

44    栅极单元

46    测量单元

48    模式编程单元

50    电压输入端子

52    电池

53    正极端子

54    电压检测端子

55    负极端子

56    继电器驱动线

57    电地线

59    低通滤波器

58    控制线

60    诊断线

62    第一MOSFET

64    第二MOSFET

66    第三MOSFET

68    第四MOSFET

70    第一监控电阻器

71    第一控制电路

72    第二监控电阻器

73    第二控制电路

74    第三监控电阻器

75    第三控制电路

76    第四监控电阻器

77    第四控制电路

78    第一电热塞端子

80    第一接地端子

81    第一壳体

82    第一输入端子

84    第一输出端子

86    第一MOSFET的漏极

88    第一MOSFET的栅极

90    第一MOSFET的源极

92    第二电热塞端子

94    第二接地端子

96    第二输出端子

98    第二输入端子

100   第二MOSFET的源极

102   第二MOSFET的栅极

104   第二MOSFET的漏极

106   第三电热塞端子

108   第三接地端子

110   第三输出端子

112   第三输入端子

114   第三MOSFET的源极

116   第三MOSFET的栅极

118   第三MOSFET的漏极

120   第四电热塞端子

122   第四接地端子

124   第四输出端子

126   第四输入端子

128   第四MOSFET的源极

130   第四MOSFET的栅极

132   第四MOSFET的漏极

134   发动机本体

136   燃烧室

138   第一护套

140   二维笛卡尔坐标系图标

142   垂直轴

144   水平轴

146   快速升温时间段

148   标称供电时间段

150   高压阶段

151   标称电压阶段

152   低压阶段

153   第一线束

154   第一线

155   第二线束

156   第二线

157   第三线束

158   第三线

159   第四线束

160   第四线

162   第一图表

164   第二图表

166   第三图标

168   垂直轴

170   水平轴

172   第二温度曲线

174   第一温度曲线

176   时间差

178   水平轴

180   垂直轴

182   第一占空比曲线

184   第二占空比曲线

186   差

188   水平轴

190   垂直轴

192   第一电压曲线

194   第二电压曲线

196   第三电压曲线

198   集成半导体芯片

200   接收端口

202   测量端口

204   存储单元

206   计算机程序

208   控制单元

具体实施方式

在余下的说明书，将详细描述本申请的实施例。但是对于本领域的技术人员明显的是，这些实施例实施时可不采用这些细节。

本申请的第一实施例参考图1-7描述。图1-7包括具有相同附图标记的部件。这些部件相关的描述在必要的时候提供。

图1示出了电热塞控制单元30的示意图，其用于驱动四缸柴油发动机中的这四个电热塞。电热塞控制单元30连接至未示出的ECU(发动机控制单元)。电热塞控制单元30主要包括PWM(脉宽调制)模块40，其连接至这四个电热塞。这四个电热塞包括第一电热塞32、第二电热塞34、第三电热塞36、第四电热塞38。

PWM模块40包括逻辑单元42、栅极驱动单元44、测量单元46和模式编程单元48。这四个单元42、44、46、48根据预定的方式彼此互连。这四个单元42、44、46、48的每个还连接至其外部电子部件，用于操作。

根据图1，第一电热塞32、第一监控电阻器70、第一MOSFET62和电池52按顺序串联连接。第一MOSFET62和第一监控电阻器70形成第一控制电路71。第一电热塞32包括具有两端的电阻加热线圈。其中一个端部是第一电热塞端子78，用于接收来自电池52的输入。另一端是第一接地端子80，熔接至第一电热塞32的第一壳体81。第一壳体81仅在图2中示出。

第一监控电阻器70在其相对端部处具有第一输入端子82和第一输出端子84。第一输出端子84连接至第一电热塞端子78和测量单元46。第一输入端子82经由第一MOSFET62连接至电池52。第一输入端子82还连接至测量单元46。

第一MOSFET62是N沟道MOSFET，其具有三个端子。这三个端子是漏极86、栅极88和源极90。源极90连接至输入端子80、栅极88连接至栅极驱动单元44、漏极86连接至电源52。

类似于第一电热塞32的连接，第二电热塞34、第三电热塞36和第四电热塞38分别连接至电源。特别地，第二电热塞34具有第二电热塞端子92和第二接地端子94。第二电热塞端子92连接至第二监控电阻器72的第二输出端子96。第二MOSFET64和第二监控电阻器72形成第二控制电路73。第二监控电阻器72的第二输入端子98连接至第二MOSFET64的源极100。第二MOSFET64的栅极102连接至栅极驱动单元44、而第二MOSFET64的源极104连接至电源52。第二输出端子96和第二输入端子98二者单独地连接至测量单元46。

第三电热塞36的电联接与第一电热塞32和第二电热塞34的类似。第三电热塞36具有第三电热塞端子106和第三接地端子108。第三电热塞端子106连接至第三监控电阻器74的第三输出端子110。第三MOSFET66和第三监控电阻器74形成第三控制电路75。第三监控电阻器74的第三输入端子112连接至第三MOSFET66的源极114。第三MOSFET66的栅极116连接至栅极驱动单元44、而第三MOSFET66的源极118连接至电池52。第三输出端子110和第三输入端子112二者单独地连接至测量单元46。

第四电热塞76具有与第一电热塞32、第二电热塞34和第三电热塞36类似的电联接。第四电热塞38具有第四电热塞端子120和第四接地端子122。第四电热塞端子120连接至第四监控电阻器76的第四输出端子124。第四MOSFET76和第四监控电阻器68形成第四控制电路77。第四监控电阻器76的第四输入端子126连接至第四MOSFET68的源极128。第四MOSFET68的栅极128连接至栅极驱动单元44、而第四MOSFET68的源极130连接至电源52。测量单元46分别连接至第四输出端子120和第四输入端子126。

PWM模块40在电压输入端子50处连接至电压源(V_s)，用于接收电能。PWM模块40还在电压检测端子54处连接至电池52，用于监控电池52的电压值。电池52具有连接至其阴极的正输出端子53，和连接至其阳极的负输出端子55。在图1中，负输出端子55连接至地线(GND)57。PWM模块40还连接至低通滤波器59。PWM模块40具有连接至ECU的其它部件的继电器驱动线56。

特别地，逻辑单元42具有连接至ECU的控制线58，用于接收控制信号。逻辑单元42还具有连接至ECU的其它部件的诊断线60，用于提供诊断信号。栅极驱动电路44和测量单元46直接连接至电池52，这四个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)62、64、66、68，这四个监控电阻器70、72、74、76，和这四个电热塞32、34、36、38。这些部件在图1的右侧示出。模式编程单元48具有输入线69，用于接收关于温度、曲轴转速、冷却剂温度和柴油发动机其它值的信号。

在本申请中，电压或电压信号可意味着描述两个端子之间电势差的电压值、或一个端子相对于地线(GND)的电势的电压值。

图2示出了电热塞控制单元30的简化视图，其中第一电热塞32位于发动机本体134中。发动机本体134具有燃烧室136，用于接收新鲜空气。第一电热塞32包括第一护套138，其由第一电热塞32的第一壳体81封闭。第一护套138插入到燃烧室136中，而第一壳体81由发动机本体134保持。

发动机本体134具有四个燃烧室，其分别接收四个电热塞32、34、36、38的每一个。这四个电热塞32、34、36、38以类似的方式插入到这四个燃烧室中。

电热塞32、34、36、38的每个具有电阻加热线圈，其包括调节线圈和加热线圈，用于提升燃烧室136内的新鲜空气的温度。这些线圈使新鲜空气升温用于与喷射的柴油点燃。

这四个MOSFET62、64、66、68的每个在PWM模块40的控制下用作电子开关。第一漏极86和第一源极90之间的电连接通过第一栅极88上的电压信号打开或关断，该电压信号来自栅极单元44。其它三个MOSFET64、66、68类似于第一MOSFET62那样操作。

这四个监控电阻器70、72、74、76向测量单元46提供电压信号。这四个监控电阻器70、72、74、76还限制在电池52和这四个电热塞32、34、36、38之间流动的电流。这四个监控电阻器70、72、74、76以相似的方式操作。例如，第一监控电阻器70在第一输入端子82处产生第一输入电压信号。第一监控电阻器70还在其第一输出端子84处提供第一输出电压信号。第一监控电阻器70的第一电阻值是预定的，且对测量电路46是已知的。类似地，第二监控电阻器72在第二输入端子98处产生第二输入电压信号。第二监控电阻器72还在其第二输出端子86处提供第二输出电压信号。第二监控电阻器72的第二电阻值是预定的，且对测量电路46是已知的。

电池52用作电源，用于向这四个电热塞32、34、46、38提供电压和电流。电压源V_s向PWM模块40供应电力用于其操作。低通滤波器59去除PWM模块40的低频噪音。控制线58提供由ECU的访问路径，以便这四个电热塞32、34、36、38的协同操作。诊断线60使得ECU能检查PWM模块40中的错误，以供操作。继电器驱动线56是可选的，用于经由继电器调节辅助电热塞。

PWM模块40主要管理这四个电热塞32、34、36、38。特别地，逻辑单元42提供对控制线58和对诊断线60的导纳。栅极单元44控制这四个MOSFET62、64、66、68的这四个栅极88、102、116、130，从而来自电池52的电能流可关闭或打开。模式编程单元48接收电信号，这些电信号表示柴油发动机温度、曲轴转速、冷却剂温度和其他值。

电热塞32、34、36、38是低压电热塞，其适于被MOSFET以约5V控制。当在PWM策略下操作时，这些电热塞32、34、36、38接收5V的标称电压，用于快速加热以在2秒内从室温到达1000℃的目标温度。相反，高压电热塞需要11V的标称电压，且需要5-6秒来到达同样的目标温度。与高电压电热塞相比，电热塞32、34、36、38还消耗较小的电功率。这些低压电热塞32、34、36、38的使用导致节省了电池功率、降低了线束需求并减小了发动机燃料消耗。

PWM模块40在使用时获取这四个电热塞32、34、36、38的多个瞬时测量值。此外，PWM模块40储存四个线束的电阻值。这四个线束将这四个电热塞32、34、36、38连接至电池52。

特别地，PWM模块40在电压检测端子54处测量电压值V_batt。PWM模块40还检查第一电热塞32的第一电流值I_gp1。第一电流值I_gp1可通过检查跨过第一控制电路71的监控电阻器70的电压获得。监控电阻器70在电池和第一电热塞32之间串联连接。将电池52连接至第一电热塞32的第一线束153的电阻值R_w1被标定，且预载至PWM模块40。第一线束153的电阻R_w1包括第一MOSFET62、第一监控电阻器70、第一监控电阻器70和第一电热塞32之间的第一线154以及从电池52到第一电热塞32的其它电连接的电阻。第一线束153的电阻R_w1还已知为通过在以标称电压V_nom使第一电热塞32充电而标定的预定线束电阻R_w1。标称温度是目标温度1000℃。通过获取这些值，PWM模块40由此能够根据公式(1)计算第一电热塞32的第一电压值V_gp1，该公式(1)为：

V_gp1＝V_batt-R_w1×I_gp1    (1)

利用公式(1)，PWM模块40通过将第一电压值V_gp1与预定值相比来控制流至第一电热塞32的电能。

类似地，PWM模块40在第二输出端子96处检查第二电热塞34的第二电流值I_gp2，在第三输出端子110处检查第三电热塞36的第三电流值I_gp3，在第四输出端子124处检查第四电热塞38的第四电流值I_gp4。第二线束155、第三线束157和第四线束159的电阻也被标定并载入PWM模块40。PWM模块40根据公式(2)至(4)计算第二电热塞34的第二电压值V_gp2，第三电热塞36的第三电压值V_gp3，第四电热塞38的第四电压值V_gp4：

V_gp2＝V_batt-R_w2×I_gp2    (2)

V_gp3＝V_batt-R_w3×I_gp3    (3)

V_gp4＝V_batt-R_w4×I_gp4    (4)

在这些公式(2)至(4)中，R_w2、R_w3、R_w4分别是第二线束155、第三线束157和第四线束159的标定电阻值。这些线束分别包括从电池到这些电热塞34、36、38的每个的电连接。

图3示出了在电热塞控制单元30的脉宽调制(PWM)模块40控制下的第一电热塞32的电压图表。其它三个电热塞34、36、38类似于第一低压电热塞32那样被控制。

图3使用了具有二维笛卡尔坐标系的图表140，其具有垂直轴142，以伏指示施加到第一电热塞32的电压。图标140还具有水平轴144，其以秒指示时间。当使用时，电热塞控制单元30提供了向第一电热塞32加热的两个时间段。这两个时间段包括快速升温时间段146和随后的标称供电时间段148。快速升温时间段已知为预加温时间，用于加速第一电热塞32温度的初始提升，以使柴油发动机点火。在快速升温时间段146中，第一电热塞32在1.5秒的时间段内被施加11V的高电压V_h，其已知为高压阶段150。此后，第一电热塞32被充有9V的低电压V_l约0.5秒，其已知为低压阶段152。紧跟着快速升温时间段146，第一电热塞32经历标称供应时间段148，第一电热塞32在较长时间段接收7V的标称电压V_nom。快速升温时间段146和标称供应时间段148的总时间是柴油发动机的曲轴循环的持续时间。

PWM模块40与第一低压电热塞32类似地控制其它电热塞34、36、38。

高压V_h、低压V_l和标称电压V_nom的值是有效电压，而V_gp1、V_gp2、V_gp3、V_gp4是跨过电热塞32、34、36、38的峰值电压。有效电压表示与较高电压的脉宽调制非连续电流的效应等效的恒定电流的电压。

有效电压V_h、V_l、V_nom基于占空比(duty cycle)D根据以下公式(5)确定。

$D=100\×\frac{T_{\mathrm{on}}}{T}=100\×\frac{T_{\mathrm{on}}}{T_{\mathrm{on}}+T_{\mathrm{off}}}=100\×{\left(\frac{V_{t\arg \mathrm{et}}}{V_{\mathrm{gp}}}\right)}^2---\left(5\right)$

在公式(5)中，T_on和T表示充电时间和电热塞32、34、36、38的总使用时间。相应地，T_off表示在总电热塞时间期间的电能关闭时间。V_target指示图3的有效电压V_h、V_l、V_nom，而V_gp指示分别跨过这四个电热塞32、34、36、38的峰值电压。电热塞控制单元30评估占空比D，以便获得根据公式(5)的电热塞的期望有效目标电压V_target。

使用这四个电热塞32、34、36、38的方法更加迅速和准确，以在这些电热塞32、34、36、38的护套处获得1000℃的目标温度。例如，当从室温20℃开始加热时，第一电热塞32比已知技术早一秒到达目标温度。第一电热塞32还可在使用时在目标温度的50℃范围内获得峰值温度。

该方法用于以类似于第一电热塞32的方式操作其它三个电热塞34、36、38。因此，这些电热塞34、36、38也可迅速和准确地到达目标温度。

该方法提供用于加热这些电热塞32、34、36、38的更迅速和更精确控制的其中一个原因是，电热塞控制单元30计算跨过每个电热塞32、34、36、38的电压用于控制。该方法避免了直接采用电池电压值V_batt用作被这些电热塞32、34、36、38接收的电压。实际上，由于线束153、155、157、159，这些电热塞32、34、36、38没有获得电池电压V_batt的全部输出电压。

该方法为这些电热塞32、34、36、38提供了严格的温度控制和快速的升温，因为这些电热塞32、34、36、38的和连接至这些电热塞32、34、36、38的线束153、155、157、159的电阻值被标定和储存在PWM模块40中。标定考虑了电热塞32、34、36、38的温度依赖性。例如，当这些电热塞32、34、36、38被供应有标称电压V_nom时，电热塞32、34、36、38的电阻被测量。

图4-6示出了在三个图表中绘制的第一电热塞32的实验数据。

图4示出了在第一图表162中绘制的第一电热塞32的实验数据。

第一图表162具有用于以摄氏度(℃)表示温度的垂直轴168和用于以秒(s)表示时间的水平轴170。第一温度曲线174表示通过使用电池52的输出电压(作为第一电热塞的电压用于控制)从0℃升温的第一电热塞32的温度。第二温度曲线172表示通过使用跨过第一电热塞的电压用于控制从相同起始点0℃升温至目标温度1000℃的第一电热塞32的温度。第一图表清晰地显示出使用跨过第一电热塞32的电压使得第一电热塞32早1秒到达目标温度，其补偿了第一线束153的电阻效应。换句话说，根据第一实施例，第一电热塞32已提速升温，并需要较短预升温时间。第一电热塞32的温度还保持更接近目标温度1000℃(相差少于50℃)。

图5示出了绘制在第二图表164中的第一电热塞32的实验数据。第二图表164还显示了用于以秒(s)指示时间的水平轴178。第二图表164还显示了用于指示第一电热塞32的供电占空百分比的垂直轴180。第一占空比曲线182显示了在快速升温过程下采用跨过第一电热塞32的电压用于脉宽调制的第一电热塞的功率占空百分比。第二占空比曲线184显示了在快速升温过程下通过使用电池52的电压用于脉宽调制的第一电热塞32的功率占空百分比。第三图表显示了在两个曲线182、184之间存在10％的差异。

图6示出了绘制在第三图表166中的第一电热塞32的实验数据。第三图表166具有用于以秒(s)显示时间的水平轴188。第三图表166的垂直轴190以伏表示电压。在第三图表166中存在三个曲线，包括第一电压曲线192、第二电压曲线194和第三电压曲线196。第一电压曲线192显示了电池52的输出电压，其是用于PWM的峰值电压。第一电压曲线192没有显示跨过电热塞32的真实电压，因为第一线束153导致从电池52到第一电热塞32的压降。第二电压曲线194指示跨过第一电热塞32的用于PWM的峰值电压。该峰值电压时跨过第一电热塞32的最大电压，用于获得预定的有效电压。第三电压曲线196显示了在使用脉宽调制时跨过第一电热塞的有效电压。

图7示出了电热塞控制单元30的示意图。电热塞控制单元30具有集成半导体芯片198的形式，其具有多个端口和单元。

芯片198包括接收发动机操作状态的端口200，包括曲轴速度信号、发动机温度信号和节流位置信号。芯片198还具有用于测量监控电阻器70的电学值的端口202。电学值包含电压值和电流值。

存储单元204包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)，RAM存储第一电热塞32关于不同操作温度的电阻值。存储单元202还存储接收的信号和电热塞控制单元30的被测电学值。存储单元202还存储计算机程序206，其基于数学公式(1)和图3的升温策略。

控制单元208具有处理器，其执行计算机程序206用于根据被存储的计算机程序206调节第一MOSFET62。控制单元206连接至接收端口200、测量端口202和存储单元204。控制单元208根据PWM技术调制流过第一电热塞32的电流。

本申请提供了第二实施例，其使得电热塞控制单元30响应电热塞32、34、36、38在使用时的温度调节电能流。

在第二实施例中，测量单元46在第一输入端子82处获取输入电压值V_R1in。测量电路46还在第一输出端子84处检查输出电压值V_Rlout。PWM模块40通过将V_R1in和V_R1out之间的差除以第一监控电阻器70的电阻值R₁来计算流过第一电热塞32的第一电流值I_gp1。电阻值R₁被测量并预载到PWM模块40中。PWM模块40还获取第一线154的电阻值R_w1。由此根据以下的公式(6)获得第一电热塞32的更精细的第一电压V’_gp1，用于控制第一MOSFET62。

${V^{\′}}_{\mathrm{gp}1}=V_{R1\mathrm{out}}-R_{w1}\×\frac{V_{R1\mathrm{in}}-V_{R1\mathrm{out}}}{R_1}---\left(6\right)$

由于第一监控电阻器70的电阻R₁和第一线154R_w1通常恒定，PWM模块40观察第一输出电压V_R1out，其反映对第一电热塞32的温度影响，用于精确控制。第一监控电阻器70的第一输出电压V_R1out可根据公式(6)被转换为由第一电热塞32接收的电压V’_gp1。由于第一电热塞32的加热线圈有Fr-Cr合金制成，其电阻值从20℃的80μΩ变化到1000℃的200μΩ。第二实施例避免将第一电热塞32的电阻作为可导致控制错误的常量。

类似地，可以根据如下公式获得第二电热塞34的更精细的第二电压V’_gp2、第三电热塞36的更精细的第三电压V’_gp3、第四电热塞38的更精细的第四电压V’_gp4：

${V^{\′}}_{\mathrm{gp}2}=V_{R2\mathrm{out}}-R_{w2}\×\frac{V_{R2\mathrm{in}}-V_{R2\mathrm{out}}}{R_2}---\left(7\right)$

${V^{\′}}_{\mathrm{gp}3}=V_{R3\mathrm{out}}-R_{w3}\×\frac{V_{R3\mathrm{in}}-V_{R3\mathrm{out}}}{R_3}---\left(8\right)$

${V^{\′}}_{\mathrm{gp}4}=V_{R4\mathrm{out}}-R_{w4}\×\frac{V_{R4\mathrm{in}}-V_{R4\mathrm{out}}}{R_4}---\left(9\right)$

在这些公式中，R_w2表示第二线156的电阻值。第二线156在第二监控电阻器72和第二电热塞34之间连接。R_w3表示第三线158的电阻值。第三线158在第三监控电阻器74和第三电热塞36之间连接。R_w4表示第四线160的电阻值。第四线160在第四监控电阻器76和第四电热塞38之间连接。

第二实施例的其它机械构造、电连接和控制技术与第一实施例的类似。

尽管上述描述包含较多细节，这些并未视为限制实施例的范围，而仅仅提供可预知实施例的阐释。特别是，实施例的上述优点不应视为限制实施例的范围，而仅仅解释为如果所述实施例投入实施的话其可行的获得方式。由此，本实施例的范围应该通过权利要求和它们的等效物确定，而不是通过给出的例子确定。

Claims (15)

1.一种使用柴油发动机(134)中的电热塞(32、34、36、38)的方法，包括：

-提供通过电热塞(32、34、36、38)的电流；

-测量该电流；

-利用测量的电流值计算跨过电热塞(32、34、36、38)的电压；和

-利用计算的电压控制通过电热塞(32、34、36、38)的电流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

该方法还包括测量电源(52)的电压。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

该方法还包括测量跨过监控电阻器(70、72、74、76)的电压，该监控电阻器(70、72、74、76)被连接在电源(52)和电热塞(32、34、36、38)之间。

4.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，

所述控制包括调制通过电热塞(32、34、36、38)的电流的脉宽。

5.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，

所述计算包括使用预定的线束(153、155、157、159)的电阻，该线束(153、155、157、159)被连接在电热塞(32、34、36、38)和电源(52)之间。

6.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，

该方法还包括根据用于使电热塞(32、34、36、38)升温的预定的升温电压值(150、152)调整流过电热塞(32、34、36、38)的电流。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述升温电压值(150、152)包括第一电压(150)和第二电压(152)。

8.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，

该方法还包括根据用于将电热塞(32、34、36、38)保持在预定温度的预定标称电压值(151)调整流过电热塞(32、34、36、38)的电流。

9.一种使用柴油发动机(134)的方法，包括将柴油喷射到柴油发动机中，和如前述权利要求中任一项所述的用于使用电热塞(32、34、36、38)的方法的步骤。

10.一种制造电热塞控制单元(30)的方法，该方法包括：

测量预定的线束的电阻(153、155、157、159)，该预定的线束电阻(153、155、157、159)包括在电源(52)和电热塞(32、34、36、38)之间的电连接线，并且将所测的电阻值储存到电热塞控制单元(32、34、36、38)中，用于控制通过电热塞(32、34、36、38)的电流。。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

该方法还包括在不同温度测量电热塞(32、34、36、38)的电阻值；和

将在不同温度下测得的电热塞(32、34、36、38)电阻值储存到电热塞控制单元(30)中。

12.一种电热塞控制单元(30)，包括：

-用于测量通过电热塞(32、34、36、38)的电流值的端口(202)，

-用于储存被测的电流值的存储单元(204)，和

-控制单元(208)，用于利用被储存电流值计算电热塞(32、34、36、38)电压，和用于利用被计算出的电压控制通过电热塞(32、34、36、38)的电流。

13.如权利要求12所述的电热塞控制单元(30)，其特征在于，

该控制单元(208)包括一个栅极驱动单元(44)，用于调制通过电热塞(32、34、36、38)的电流的脉宽。

14.如权利要求12或13所述的电热塞控制单元(30)，其特征在于，

电热塞控制单元(30)还包括串联连接在电源(52)和电热塞(32、34、36、38)之间的监控电阻器(70、72、74、76)和晶体管(62、64、66、68)。

15.一种柴油发动机，包括：

-插入柴油发动机的燃烧室(136)内的电热塞(32、34、36、38)，

-连接至电热塞(32、34、36、38)的电源(52)，和

-如权利要求12至14中的任一项所述的电热塞控制单元(30)，用于控制通过电热塞(32、34、36、38)的电流。

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