CN102052229B - 用于调节或控制预热塞的温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在预热塞(2)的加热阶段中调节或控制预热塞的温度的方法，其中依据预热塞(2)的电阻确定温度值。为了即使在预热塞内部的一个不稳定的温度分布期间也能够调节或控制预热塞的温度，在预热塞(2)内在一个不稳定的温度分布期间借助于物理模型计算用于确定温度值(Tmod)的电阻(ΔR(tk))。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在预热塞的加热阶段中调节或控制预热塞的温度的方法，其中依据预热塞的电阻确定温度值。
背景技术
为了点燃燃料-空气混合物在内燃机中使用的预热塞在冷态下被预加热，直到其温度高到足以使燃料-空气混合物点燃。预热塞为此具有一个加热器，它在1至2秒钟的短的时间段中对冷态的预热塞施加一个提高的加热电压，从而使预热塞在该时刻承受超负荷。在该所谓的推动阶段结束之后，预热塞的尖端部达到高于1000℃的温度，而预热塞其余部分具有的温度仍远远低于该1000℃的温度。
对预热塞的正常的调节或控制是通过测量预热塞中的预热丝的电阻实施的。由于在推动阶段结束之后预热塞的其余部分并且由此也包括预热丝的其余部分还没有达到预热塞的尖端部的温度，因此不可能通过测量预热丝的电阻实现正常的温度调节或控制。在推动阶段之后在预热塞中形成的不稳定的温度变化持续大约30秒钟。在此之后预热塞中的温度已经平衡，从而可以通过测量的电阻进行正常的温度调节或控制。
发明内容
因此本发明的任务是提出一种用于在预热塞(预热销)的加热阶段中调节或控制预热塞的温度的方法，其中即使在预热塞内部的不稳定的温度分布期间也能够调节或控制预热塞的温度。
按照本发明，该任务如此解决，即借助于物理模型计算在预热塞内部在不稳定的温度变化(分布)期间用于确定温度值的电阻。本发明的优点在于，在高的质量(优度)下模拟预热(加热)温度并且由此可以在预热(加热)阶段的每个时刻，尤其是直接在内燃机起动时调节或控制预热(加热)温度。
有利地，依据测量的电阻和计算的电阻值求出温度值。该测量的电阻此时形成用于计算温度值的可靠的初始值，所述温度值在加热阶段的时间期间计算。由此保证，在加热阶段内利用计算的电阻值要求出的温度值形成一个用于调节或控制预热塞的预热(加热)温度的可靠的基础。
在一个实施例中，在多个时间间隔中求出温度值，其中计算的电阻值依据先前的时间间隔变化。这意味着，分别在一个确定的时间段之后计算一个新的温度值，将该温度值作为调节或控制的基础。要计算的电阻值此时有利地只取决于已经过去的时间间隔并且与先前确定的温度无关，这在例如在预热塞的加热阶段中出现的不稳定的温度分布情况下是特别有利的。由于采用这种方法，取消了作为测量塞使用的热元件的应用，由此降低了材料成本。
在一个改进方案中，计算的电阻值依据一个递减指数函数来确定，其中指数由热弛豫时间和一个时间常数形成。热弛豫时间是指这样的时间，即直到该时间为此，在推动阶段之后预热塞的温度是稳定的，即预热塞已经达到一个稳定的温度分布。通过对在加热阶段中预热塞的温度的这种不稳定的模拟，可以实现对取决于发动机工作点的预热(加热)温度的控制和调节，其中例如不同地调整内燃机的负荷。
有利地，一次性地求出用于各使用的预热塞的时间常数。由于该时间常数因生产的分散性而成为各预热塞本身特有的，因此该时间常数的确定在预热塞安装到内燃机中之后就已经实施并且被存储在控制器中以便进一步使用。
在一种变型中，要计算的第一电阻值用一个起始值初始化。其中该起始值与指数函数相乘。
在一个实施例中，起始值由基于在预热塞中的均匀的温度分布下一次性求得的电阻与在预热阶段结束之后探测的电阻的差来确定。此时出发点是，也被称为推动阶段的预热阶段的结束时刻是与被称为加热阶段的温度平衡阶段的开始的时刻相同的。因此由一个预计在加热阶段结束之后产生的电阻和一个在预热阶段结束之后在加热阶段的开始时刻出现的电阻计算出该差值。在加热阶段结束之后的该电阻的计算在此情况下取决于在预热阶段之后预热塞已经达到的温度并且该温度在考虑预热塞上施加的车载电压的情况下从预热塞提供的能量中计算出来。
在一个改进方案中，在短时间的预热阶段期间，冷态的预热塞被施加上一个加热电压，该加热电压高于为预热塞设定的工作电压，由此在预热塞中形成不稳定的温度分布。通过这种方法，将预热塞置于一种温度上，该温度限定了预热塞中的不稳定的温度变化并且在那里使用用于在预热塞的加热阶段期间确定温度状态的物理模型，在该加热阶段中，不稳定的温度分布变化成一种沿着预热塞的稳定的温度分布。
有利地，针对一个先前的时间段计算的电阻值形成用于计算在下一个时间段中的下一个电阻值的起点。计算的电阻值在相互之上(在相互的基础上)建立，由此物理模型不仅在静止的空气上而且在内燃机起动时或者在内燃机空转时以及在动态的发动机运行中(如果汽车直接在起动之后被加速的话)都非常好地反映预热塞的不稳定的温度分布。因此借助于该物理模型计算的温度值可以用于调节或控制预热塞的温度。
在一个实施例中，测量用于在预热阶段结束之后形成温度值的电阻。
在一种变型中，测量的电阻由一个电压和一个电流确定，它们通过测量施加在预热塞上的电压和流过预热塞的电流被求出。由于这些参数可以借助于控制器测量，因此电阻可以简单地由预热塞的实际的状态计算出来。但是，由于不稳定的温度分布，该电阻将小于在加热阶段结束之后预计出现的电阻。
有利地，在预热塞的加热阶段结束之后，在该加热阶段中已经在预热塞中调整出一种稳定的温度分布，依据一个测量的电阻值实施温度的调节，该电阻值代表预热塞的温度。因此可以自内燃机起动起任何时候控制和调节预热塞的温度，因为在不稳定的温度分布期间，温度值借助于物理模型确定，而在调整出稳定的温度分布期间测量预热塞的电阻并且由此求得用于调节和/或控制的温度实际值。
本发明可以具有很多的实施形式。其中一个实施形式将对照在附图中示出的图进行详细描述。
附图说明
图1是在内燃机中设置预热塞的原理图，
图2是用于计算在不稳定的温度分布期间的温度的示意流程图。
具体实施方式
冷态的内燃机，尤其是柴油机，在环境温度低于40℃时需要起动辅助装置，以便点燃被引入到柴油机中的燃料空气混合物。作为起动辅助装置则使用由预热塞、预热(加热)时间控制器和存储在发动机控制器中的预热软件组成的预热系统。此外预热系统也被用于改善汽车的排放。预热系统的其它的应用领域在于燃烧器废气系统、在停车采暖装置中、在燃料(混合燃料系统(柔性燃料))的预热或冷却水的预热中。
图1示出了一种这样的预热系统1。预热塞2此时凸入到柴油机4的燃烧室3中。预热塞2一方面与预热(加热)时间控制器5连接并且另一方面通到车载电网电压6，它给预热塞2施加例如11V的额定电压。预热(加热)时间控制器5与发动机控制器7连接，后者又通到柴油机4上。
为了点燃燃料空气混合物，在一个持续1至2秒钟的推动阶段(Push-Phase)中，预热塞2通过施加超电压(过电压)被预热。由此供给到预热塞2上的电能在一个没有进一步示出的加热螺旋管(丝)中被转换成热量，因此预热塞的尖端部上的温度陡然升高。加热螺旋管(丝)的加热功率通过电子式预热施加控制装置5与相应的柴油机4的要求相适配。燃料空气混合物被引导从预热塞2的热的尖端部旁经过并且由此被加热。结合在柴油机4压缩冲程期间对进气空气的加热，达到燃料空气混合物的着火温度。
预热塞2具有不同的预热(加热)阶段。如已经示出的那样，在一个预热阶段，即要求1至2秒钟的推动阶段中，冷态预热塞2被供给一个推动电压，该推动电压高于预热塞2的额定电压。在这个短的时间段期间，预热塞的尖端部分被加热到近似1000℃，而预热塞2的其余部分还低于该温度，由此在预热塞2内部形成一种不稳定的温度分布。在该预热阶段之后接着是预热塞2的一个加热阶段，在该加热阶段中不稳定的温度分布得到补偿而在整个预热塞2上形成稳定的温度分布。一个这样的加热阶段通常持续大约30秒钟。在这个时间段期间，预热塞2的温度没有通过具有用于预热功能的软件的发动机控制器被提供进行调节或控制。只有在已经形成了预热塞2的稳定的温度分布之后，才能够到目前为止按照现有技术实施预热功能的调节。
图2中示出了用于计算在加热阶段期间的温度的示意流程图，该加热阶段作为软件集成在发动机控制器中并且在那里在对预热塞的预热功能的温度调节情况下被考虑。
在框块100中通过测量由柴油机4驱动的汽车的车载电网电压和电流，确定预热塞2的能量。依据该车载电网电压确定推动阶段的持续时间。接着在框块101中确定温度TPush，由于在推动阶段内以推动电压的形式提供给预热塞2的能量，使得预热塞2的尖端部分已经达到该温度。
从该前提出发，在框块102中计算电阻差ΔR(t＝0)。
ΔR(t＝0)＝R(t＝30)-RPush(t＝0) (1)。
备选地，可以将该电阻差直接换算成温度。则满足：
ΔT(t＝0)＝T(t＝30)-TPush(t＝0)
其中
T(t＝30)＝f(R(t＝30))
并且
TPush(t＝0)＝f(RPush(t＝0))。
电阻值R(t＝30)的测量在此情况下是在假设存在稳定的温度分布情况下在预热塞2安装到柴油机4中之后一次地实施并且为了其它的计算被存储起来。备选地，电阻值R(t＝30)可以由一个电阻模型计算，该电阻模型将电阻值R(t＝30)看作是预热塞2的在推动阶段中达到的温度TPush的函数，其中，如已经描述的那样，温度TPush是在推动阶段中向预热塞2提供的能量的函数。
在框块103中，在考虑热弛豫时间t下，以一种指数方法模拟在加热阶段中跟随在推动阶段之后进行的温度平衡过程。
Tmod＝f(Rmess)+ΔR(tK) (2)。
当换算成温度时，得到
Tmod＝Tact+ΔT(tK)，
其中
Tad＝f(Rmass)，
其中
ΔR(tK)＝f(exp(-dtK/T)
或
ΔT(tK)＝f(exp(-dtK/T)。
在此情况下确定电阻Rmess，该电阻在时刻t0时存在于预热塞的预热丝上。为此测量预热塞2的预热丝上存在的电压和通过预热塞流动的电流并且由此计算出电阻Rmess。时刻t0此时表示推动阶段的结束，但同时也是温度平衡过程亦即加热阶段的开始。
进行初始化(设置初值)，其中将由等式(1)求出的电阻差值ΔR(t ＝0)或温度差值ΔT(t＝0)与指数函数相乘。
ΔR(t0+1)＝exp(-dt/T)·ΔR(t＝0) (3)
或
ΔT(t0+t)＝exp(-dt/T)·ΔT(t＝0)。
时间常数T在此情况下形成一个在预热塞使用之前一次性用于每个预热塞2的参量，该参量存储在发动机控制器7中。参数-dt给出热弛豫的时间段(以t(0)开始，在该时刻求出了电阻值ΔR(t0+1))。由此获得起始值ΔR(t0+1)，该起始值被用于函数(2)中并且由此确定第一模拟温度值Tmod。这个模拟的温度值在调节预热塞的预热特性中被作为温度实际值处理(框块104)。
在该加热阶段期间，电阻值ΔR(tk)以分布在整个加热阶段上的方式，例如每隔100ms，被计算k次，其中在框块103中总是将上一次计算的电阻值与指数函数相乘。由此得出：
ΔR(tk)＝exp(-dtK/T)＊ΔR(tk-1) (4)
或在电阻值换算成温度的情况下
ΔT(tk)＝exp(-dtK/T)＊ΔT(tk-1)。
接着在框块104中将每个电阻值ΔR(tk)或温度值ΔT(tk)用于计算针对给定的时间段tk的温度Tmod并且作为温度实际值在加热阶段期间用于调节。
所描述的模型不仅在静止的空气上而且在柴油机起动时或者在空转中都非常好地反映了该不稳定的温度分布并且因此可以有利地用于在加热阶段中调节预热塞2的预热(加热)温度。
Claims (5)
1.用于在预热塞（2）的加热阶段中调节或控制预热塞的温度的方法，其中依据预热塞（2）的电阻确定温度值，其中，加热阶段接在一个预热阶段之后，其特征在于，在预热阶段期间，冷态的预热塞（2）被施加上一个加热电压，该加热电压高于为预热塞（2）设定的工作电压，由此在预热塞（2）中形成不稳定的温度分布，依据测量的电阻（Rmess）和计算的电阻值（ΔR(tk)）求出温度值（Tmod），在预热塞（2）内在该不稳定的温度分布期间借助于物理模型计算用于确定温度值（Tmod）的该计算的电阻（ΔR(tk)），在多个时间间隔（k）中求出温度值（Tmod），其中计算的电阻值（ΔR(tk)）依据先前的时间间隔（k-1）变化，用一个起始值（ΔR(tT=0)）将计算的第一电阻值（ΔR(t0+1)）初始化，起始值（ΔR(tT=0)）由基于在预热塞中的均匀的温度分布下一次性求得的电阻（Rt=30）与在预热阶段结束之后达到的电阻（Rpush(t=0)）的差来确定，其中依据一个递减指数函数确定所述计算的电阻值（ΔR(tk)），其中指数由热弛豫时间(tk)和一个时间常数（T）形成，并且对于相应使用的预热塞（2），一次性求得所述时间常数（T）。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，针对一个先前的时间段（k-1）计算的电阻值（ΔR(tk-1)）形成用于计算在下一个时间段（k）中的下一个电阻值ΔR(tk)的起点。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在预热阶段结束之后测量预热塞（2）的电阻（Rmess），以形成温度值（Tmod）。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，测量的电阻（Rmess）由一个电压和一个电流确定，它们通过测量施加在预热塞（2）上的电压和流过预热塞（2）的电流被求出。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在预热塞（2）的加热阶段结束之后，在该加热阶段中已经在预热塞（2）中调整出一种稳定的温度分布，温度的调节依据一个测量的电阻值确定，该电阻值代表预热塞（2）的温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |