CN102062036B - 用于确定内燃机中的炽热头引火塞的温度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定内燃机中的炽热头引火塞的温度的方法和装置，其中，根据内燃机(4)的至少一个工作参数(q、n、mAir、p、TAir)和/或炽热头引火塞(2)的工作参数在炽热头引火塞(2)内部的炽热头加热器的温度和炽热头引火塞(2)的任意位置上的温度之间求得温度差。为了能够精确地确定加热器外部的位置上炽热头引火塞的温度与炽热头引火塞的加热器上的温度之间的温度差，根据时间函数确定温度差(ΔTinstat)并且从代表测量值的温度值(T(R))以及取决于时间函数的温度差(ΔTinstat)中求得所述炽热头引火塞(2)的温度(T)。

Description

用于确定内燃机中的炽热头引火塞的温度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定内燃机中的炽热头引火塞的温度的方法以及一种用于实施该方法的装置，其中根据内燃机的至少一个工作参数和/或炽热头引火塞的工作参数在炽热头引火塞内部的炽热头加热器的温度和炽热头引火塞的任意位置上的温度之间求得温度差。
背景技术
在内燃机中用于点燃燃料空气混合物的炽热头引火塞具有将冷的炽热头引火塞预热到一定温度的加热器，该温度如此之高，使得其足以点燃燃料空气混合物。然而从加热器出发到整个炽热头引火塞上的温度分布是非常不均匀的，从而在炽热头引火塞内部的加热器的温度与炽热头引火塞表面上的温度之间存在温度差。
因为所述炽热头引火塞伸入内燃机的燃烧室中，所以炽热头引火塞的表面总是由在内燃机动态运行时作为燃料空气混合物流过炽热头引火塞的空气流进行冷却，从而所述炽热头引火塞的表面从不具有炽热头引火塞内部的加热器的温度。
由EP 1 719 909 B1公开了一种用于运行炽热头引火塞的方法，该炽热头引火塞布置在内燃机的燃烧室中。根据燃烧温度以及炽热头引火塞温度计算出炽热头引火塞的冷却行为。从由炽热头引火塞消耗的电功率中计算出炽热头引火塞的温度，而燃烧室中的燃烧温度则根据空气温度、冷却水温度、内燃机的转速以及载荷来确定。
如果要调节炽热头引火塞的温度，那么这根据炽热头引火塞内部的引导电流的炽热丝的电阻来实现，从中求得温度的调节实际值。在此，炽热丝的温度越高，电阻就越大。由于所出现的温度差，所述炽热头引火塞温度的调节的质量是不足的，因为这不是基于在炽热头引火塞的表面上实际出现的温度。
发明内容
本发明的任务是说明一种用于确定内燃机中的炽热头引火塞的温度的方法以及装置，其能够确定加热器外部的位置上炽热头引火塞的温度与炽热头引火塞的加热器上的温度之间的温度差。
按本发明，该任务通过以下方法解决，即根据时间函数确定温度差，并且从代表测量值的温度值以及受时间函数影响的温度差中求得所述炽热头引火塞的温度。本发明的优点在于，在内燃机的动态运行中，也就是在内燃机的工作方式的条件变换时确定所述温度差。在此考虑到，根据内燃机的工作状态以不同的速度和量流过炽热头引火塞的燃料空气混合物会影响炽热头引火塞表面上的温度。由此，可以在炽热头引火塞的非稳态的运行中精确地确定炽热头引火塞的温度。所述应用可以不用额外的测量炽热头引火塞的任意位置上的温度的热电偶。
所述时间函数有利地由时间常数确定，一次性地为炽热头引火塞求得并且保存所述时间常数。由此，只需很少的值用于确定温度差。在此，所述时间常数说明了在内燃机的所涉及的气缸中的炽热头引火塞的热惯性，该热惯性对于所有的计算步骤来说是相同的。
在另一实施方式中，根据内燃机在动态的行驶方式中的转速或者载荷或者根据施加到炽热头引火塞上的电压或者说炽热头引火塞的功率来校正所述时间常数。
此外，所述时间函数代表了当前求得的温度差受到先前的温度差的影响的程度。
在一种设计方案中，通过指数函数或者幂级数描述由先前的温度差对当前求得的温度差所产生的影响。所述指数函数特别精确地表示，当前的温度差受到先前的温度差的影响有多厉害。
在一种改进方案中，测量内燃机的工作参数和/或炽热头引火塞的特性用于求得发动机稳定运行时稳态的温度差，并且从中计算出稳态的温度差。考虑内燃机的工作参数或者说炽热头引火塞的特性使得能够高精度地确定所述温度差，因为这反映出了内燃机以及炽热头引火塞的实际状态，这要纳入炽热头引火塞的温度差的计算之中。
在内燃机中的发动机稳定运行时，有利地测量内燃机的转速以及喷射量，从该转速以及喷射量中计算出稳态的第一温度差。因为检测所述工作参数也用于分析内燃机的其它情况，所以不需要额外的硬件耗费用于获得所述测量数据。
作为替代方案，在内燃机中的空气静止时测量由炽热头引火塞消耗的功率，需要该功率用于实现确定的预先给出的温度，并且从中计算出稳态的第二温度差。所述处理过程的优点在于，汽车的负责监控炽热头引火塞的发热温度的控制器可以独立地不用其它辅助手段地求得所述第二温度差。在此，总是遵循炽热头引火塞的专门的发热参数。
在另一变型方案中，在内燃机中测量空气质量和/或空气质量的增压压力以及空气质量的温度，并且从中计算出第三温度差。在这种情况下，也已经为内燃机中的其它目的求得了计算第三温度差所需的工作参数，从而可以省去额外地提供传感器或者说测量技术。
在一种改进方案中，将取决于时间函数的温度差提供给炽热头引火塞的温度的调节，其中根据炽热头引火塞的引导电流的炽热丝的电阻确定该炽热头引火塞的代表测量值的温度值，其中将温度差加到炽热头引火塞的代表测量值的温度值上，由此获得调节实际值。通过使用用于确定温度差的时间函数，在调节中考虑热流从炽热头引火塞内部的炽热丝到炽热头引火塞的外侧需要一定的时间。现在在调节中考虑该时间偏差并且使得调节质量提高。
另一改进方案涉及一种用于确定内燃机中炽热头引火塞的温度的装置，其中根据内燃机的至少一个工作参数在炽热头引火塞内部的炽热头引火塞加热器的温度与炽热头引火塞的任意位置上的温度之间求得温度差。为了能够确定加热器外部的位置上炽热头引火塞的温度与炽热头引火塞的加热器上的温度之间的温度差，存在根据时间函数确定温度差并且从代表测量值的温度值与所述温度差中求得炽热头引火塞的温度的机构。这具有以下优点，即在内燃机的动态运行中，也就是在内燃机的工作方式的条件变换时并且炽热头引火塞的特性改变时确定所述温度差。在此，尤其考虑通过在燃烧室中流过炽热头引火塞的燃料空气混合物持续地冷却该炽热头引火塞的表面。
在一种设计方案中，伸入内燃机的燃烧室中的炽热头引火塞与控制器连接，该控制器根据内燃机的工作参数确定取决于时间函数的温度差。在此可以使用不同的控制器。为了调节炽热头引火塞的温度，设置了与内燃机的发动机控制器共同工作的发热时间控制器，其中发动机控制器向发热时间控制器提供所测量的用于确定温度差的工作参数。然后，在发热时间控制器中，在调节炽热头引火塞温度时考虑所确定的温度差，其中将该温度差加到根据炽热头引火塞的引导电流的炽热丝的取决于温度的电阻确定的温度上。如此求得的在加热器与炽热头引火塞表面上的点之间的温度差可以用于控制或者说调节炽热头引火塞的温度。
附图说明
本发明允许大量的实施方式。应该根据图中示出的附图对所述实施方式之一进行详细解释。
其中：
图1是炽热头引火塞在内燃机中的布置情况的原理图，
图2是用于计算加热器的温度与炽热头引火塞的任意点上的温度之间的温度差的示意性的流程图。
具体实施方式
冷的内燃机尤其柴油机在环境温度＜40℃时需要起动辅助装置用于点燃导入柴油机中的燃料空气混合物。作为起动辅助装置使用发热系统，该发热系统由炽热头引火塞、发热时间控制器以及保存在发动机控制器中的发热软件组成。
图1示出了这样的发热系统1。在此，炽热头引火塞2伸入柴油机4的燃烧室3中。该炽热头引火塞2一方面与发热时间控制器5连接，并且另一方面引到车载电源电压6上，该车载电源电压以例如11V的额定电压触发所述炽热头引火塞2。所述发热时间控制器5与发动机控制器7连接，该发动机控制器又引到柴油机4上。
为了点燃燃料空气混合物，通过施加过电压将炽热头引火塞2在推动阶段(Push-Phase)中进行预热，该推动阶段持续1到2秒。由此输入炽热头引火塞2的电能在没有进一步示出的加热螺旋管中转换成热量，因此在炽热头引火塞2的尖端上的温度陡峭地上升。所述加热螺旋管的热功率通过电子的发热时间控制器5配合相应的柴油机4的要求。燃料空气混合物在炽热头引火塞2的热的尖端旁边通过并且在这过程中得到加热。与柴油机4的压缩机冲程期间的吸入空气加热相联系地实现燃料空气混合物的点火温度。
要借助于图2解释炽热头引火塞2的温度差ΔT的确定方法，该温度差从加热器温度与炽热头引火塞2表面上的位置的温度之间的差中获得。在图2的方框101中测量柴油机4的工作参数。柴油机4的转速n、喷射量q、流入燃烧室3的空气流的空气质量mAir、增压压力p以及流入的空气的温度TAir属于所述工作参数。
随后在方框102中建立静态的模型用于模拟温度差ΔT。静态在这种情况下意味着在所述柴油机4稳定地工作时出现该温度差。在此，区分三种模型：
在第一静态模型中，所述温度差ΔT作为燃料的喷射量q以及柴油机4的转速n的函数来确定。为此，一次性地借助于火花塞中央电极温度测量仪测量关于喷射量q、转速n以及变化的温度差ΔT的组合特性曲线。从保存在发动机控制器7中的组合特性曲线中基于在方框101中测量的参数转速n以及喷射量q求得所述温度差ΔT。
根据由炽热头引火塞2消耗的用于达到所希望的温度TDes的功率P确定用于求得温度差ΔT的第二静态模型。在此适用：
ΔT＝a(TDes)*exp(-b(TDes)*(TDes/P))    (1)
温度与功率的比TP
TP＝TDes/P                             (2)
是用于炽热头引火塞2的效率的尺度或者说用于炽热头引火塞2的冷却的尺度。输入炽热头引火塞2的用以实现所希望的温度TDes的功率P越高，所述炽热头引火塞2冷却得就越强烈。
用于确定温度差ΔT的第三模型基于温度差与空气质量mAir以及空气的温度TAir或者说空气的增压压力p以及其温度TAir的关系。由以下关系出发，即输入燃烧室的空气越多，增压压力p就增加。如下计算所述温度差ΔT：
ΔT＝a*mAir+b+(c*TAir+d)              (3)
或者说
ΔT＝a·p+b+(c·TAir+d)               (4)
在此，所述系数a、b、c、d基于测量并且一次性确定。
在确定静态的模型结束之后，在方框103中如下建立用于温度差ΔT的非稳态的模型：
ΔTinstat＝ΔTold*exp(-dt/τ)+ΔT·(1-exp(-dt/τ))    (5)
其中
ΔT是在方框102中确定的静态的模型的温度差，
ΔTold是在先前的测量周期中确定的非稳态的温度差，
dt是测量周期的时间间隔，
τ是时间常数，该时间常数表示在柴油机4的在其中布置炽热头引火塞的气缸中炽热头引火塞2的热惯性。
通过方程式(5)中的指数函数说明了温度差的当前有待确定的值ΔTinstat在何种程度上受到温度差的在先前的测量周期中确定的非稳态的值ΔTold的影响。
随后，在方框104中将非稳态的温度差ΔTinstat用在对炽热头引火塞2的温度的调节之中，该调节由发热时间控制器3实施。在此，确定炽热头引火塞的当前温度T，方法是首先借助于对炽热头引火塞2的炽热丝上的电流以及电压进行的测量来求得炽热丝的电阻R，从该电阻中推断出温度T(R)。作为替代方案，可以通过测量电功率或者功率以及电阻来确定温度。将在方框103中确定的温度差ΔTinstat加到该温度T(R)上，由此获得实际的温度T。
T＝T(R)+ΔTinstat                    (6)
在方程式(6)中考虑到，热流从炽热头引火塞内部的炽热丝到炽热头引火塞表面需要一定的时间，这在调节过程中必须作为时间偏差加以考虑。将如此求得的温度T与温度的额定值进行比较。根据从中获得的差来调节输入炽热头引火塞的电流，从而将其调节到所希望的温度。

Claims (11)

1.用于确定内燃机中炽热头引火塞的温度的方法，其中，根据所述内燃机(4)的至少一个工作参数(q、n、mAir、p、TAir)和/或所述炽热头引火塞(2)的工作参数在所述炽热头引火塞(2)内部的炽热头加热器的温度和所述炽热头引火塞(2)的任意位置上的温度之间求得温度差(ΔT)，其特征在于，根据时间函数确定温度差(ΔTinstat)并且从代表测量值的温度值(T(R))以及取决于所述时间函数的温度差(ΔTinstat)中求得所述炽热头引火塞(2)的温度(T)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间函数由时间常数(τ)确定，一次性地为所述炽热头引火塞(2)求得并且保存所述时间常数。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间函数代表当前求得的温度差(ΔTinstat)受到先前的温度差(Told)的影响的程度。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，通过指数函数或者幂级数描述由先前的温度差(Told)对当前求得的温度差(ΔTinstat)所产生的影响。
5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测量所述内燃机(4)的工作参数(q、n、mAir、p、TAir)和/或所述炽热头引火塞(2)的特性(TP)用于求得在内燃机(4)的稳定的条件下的稳态的温度差(ΔT)，并且从中计算出为了确定取决于时间函数的温度差(ΔTinstat)所引用的稳态的温度差(ΔT)。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，测量所述内燃机(4)的转速(n)以及喷射量(q)，由所述转速以及喷射量计算出稳态的第一温度差(ΔT)。
7.按权利要求5所述的方法，其特征在于，测量由所述炽热头引火塞(2)消耗的功率(P)，为了实现特定的温度(TDes)需要该功率，并且从该功率中计算出稳态的第二温度差(ΔT)。
8.按权利要求5所述的方法，其特征在于，测量空气质量(mAir)和/或空气质量(mAir)的增压压力(p)以及空气质量(mAir)的温度(TAir)，并且从中计算出稳态的第三温度差(ΔT)。
9.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将取决于所述时间函数的温度差(ΔTinstat)提供给炽热头引火塞(2)的温度的调节，其中，根据所述炽热头引火塞(2)的引导电流的炽热丝的电阻(R)确定该炽热头引火塞(2)的代表测量值的温度(T(R))，其中，将所述温度差(ΔTinstat)加到所述炽热头引火塞(2)的代表所述测量值的温度值(T(R))上，由此获得调节实际值。
10.用于确定内燃机中炽热头引火塞的温度的装置，其中，根据所述内燃机(4)的至少一个工作参数(q、n、mAir、p、TAir)在所述炽热头引火塞(2)内部的炽热头加热器的温度和所述炽热头引火塞(2)的任意位置上的温度之间求得温度差(ΔT)，其特征在于，存在根据时间函数确定温度差(ΔTinstat)并且从代表测量值的温度值(T(R))与取决于所述时间函数的所述温度差中求得所述炽热头引火塞(2)的温度(T)的机构(5、7)。
11.按权利要求10所述的装置，其特征在于，伸入所述内燃机(4)的燃烧室(3)中的炽热头引火塞(2)与控制器(5、7)连接，所述控制器根据所述内燃机(4)的工作参数(q、n、mAir、p、TAir)确定所述取决于所述时间函数的温度差(ΔTinstat)。
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