CN102105678B - 用于给电热塞提供电流的方法和电热塞控制装置 - Google Patents

用于给电热塞提供电流的方法和电热塞控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在运转的压缩点火发动机中在达到电热塞的工作温度后使用一系列电流脉冲(1)来给电热塞提供电流的方法，其中发动机的活塞执行包括多个冲程的工作循环(3)，并且根据工作循环(3)的冲程来给电热塞提供电流，使得在每个工作循环(3)中所提供的电流主要是在活塞的相同的预定冲程发生时提供，其中定义了连续的控制时间间隔(4)，在此期间通过控制装置来触发多达两个转换过程，以便使电热塞与电压源相连以产生电流脉冲(1)，或者与电压源断开以结束电流脉冲(1)。根据本发明，控制时间间隔(4)具有通过控制装置根据发动机转速来改变的持续时间。

Description

用于给电热塞提供电流的方法和电热塞控制装置
技术领域
本发明涉及一种在运转的压缩点火发动机中在达到电热塞的工作温度后使用一系列电流脉冲来给电热塞提供电流的方法。
背景技术
从专利文献EP1780397A1中得知了一种用于在运转的压缩点火发动机中在达到电热塞的工作温度后使用一系列电流脉冲来给电热塞提供电流的方法，其中发动机的活塞执行包括多个冲程的工作循环，并且根据工作循环的冲程来给电热塞提供电流，使得在每个工作循环中所提供的电流主要是在活塞的相同的预定冲程发生时提供，其中定义了连续的控制时间间隔，在此期间通过控制装置来触发最多两个转换过程，以便使电热塞与电压源相连以产生电流脉冲，或者与电压源断开以结束电流脉冲。
在此方法中，根据工作循环的冲程来给电热塞提供电流，使得在每个工作循环中所提供的电流主要在相同的预定冲程发生时提供。根据EP1780397A1的方法，在四冲程发动机中，在进气阶段给电热塞提供电流，而在做功循环停止提供电流。在进气阶段使用一系列经脉宽调制的电流脉冲来提供电流。
根据一种用于脉宽调制的方法，在一个控制时间间隔中，控制装置触发多达两个转换过程，通过此来使电热塞与电压源相连接以产生电流脉冲，或者与电压源断开以结束电流脉冲。
通过根据工作循环的冲程来给电热塞提供电流，就可以改进燃烧和延长电热塞的服务寿命。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种根据发动机的工作循环的冲程来更容易地给电热塞提供电流的方法。
此问题通过下述方法得到了解决。本发明的有益改进形成了从属权利要求的主题。
根据本发明，提供了一种用于在运转的压缩点火发动机中在达到电热塞的工作温度后使用一系列电流脉冲来给电热塞提供电流的方法，其中发动机的活塞执行包括多个冲程的工作循环，并且根据工作循环的冲程来给电热塞提供电流，使得在每个工作循环中所提供的电流主要是在活塞的相同的预定冲程发生时提供，其中定义了连续的控制时间间隔，在此期间通过控制装置来触发最多两个转换过程，以便使电热塞与电压源相连以产生电流脉冲，或者与电压源断开以结束电流脉冲。其中，控制时间间隔具有通过控制装置根据发动机的转速来改变的持续时间；所述控制时间间隔的持续时间以步进方式变化，其中当超过预定转速阈值时控制时间间隔的持续时间缩短，而当低于预定转速阈值时控制时间间隔的持续时间延长。
作为总是使用具有恒定持续时间的控制时间间隔以及仅根据曲轴角来针对多个控制间隔完全中断电流的替代，根据本发明提出了控制间隔具有由控制装置根据发动机的转速来改变的持续时间。通过这种方法，就可以有利地根据工作循环的冲程而使用较少的转换过程来给电热塞提供电流。有利的是，根据本发明由于在发动机的每个工作循环中需要完成的操作较少，因而控制装置上的负载会减小。
基本上来说，可以使控制时间间隔的持续时间与工作循环的持续时间同步，即，将控制间隔的持续时间选择为总是与该瞬时工作循环的持续时间相等，从而保证在每个工作循环中正好产生一个电流脉冲，其开始和/或结束总是在相同的曲轴角处发生。
优选地，控制间隔的持续时间仅以步进方式变化，并且适配于发动机转速的改变，其中当超过预定转速阈值时控制时间间隔的持续时间会缩短，而当低于预定转速阈值时其会延长。有利的是，以取决于冲程的方式给电热塞提供电流所需的转换过程的数量也因此保持为较少，特别是例如当控制时间间隔比瞬时工作循环的持续时间短但比该工作循环的持续时间的一半长时。通过改变控制时间间隔中接通和断开的时间点，可以如所希望地那样产生能以取决于冲程的方式给电热塞提供电流的电流脉冲。这样就可以实现电流脉冲可以开始于一个控制时间间隔中，并且直到随后的控制时间间隔中才结束，因此保证了在特定条件下在一个控制时间间隔中仅有一个转换过程发生。为了避免不必要的控制时间间隔，其持续时间优选地选择成在每个控制时间间隔中会发生至少一个转换过程。
电热塞控制装置可通过发动机控制单元来获得发动机的速度。发动机控制单元可通过以任何方式监测曲轴角来获得发动机速度，因此保证了此信息可传送到电热塞控制装置。电热塞控制装置也可以通过测量电热塞的电阻来自行监测发动机速度。典型地，当点火发生时燃烧使电热塞变热，从而产生了可测量到的电阻升高。通过这种方法，可以确定点火的时刻，并由此确定与工作循环的开始相关的曲轴角。
当被超过时会导致控制时间间隔的持续时间缩短的转速阈值优选地确定为小于8，更优选为2到5。如果用于延长控制时间间隔的转速阈值不同于用于缩短控制时间间隔的转速阈值，那么当低于其时会导致控制时间间隔的持续时间延长的转速阈值相应地优选确定为小于8，优选为2到5。优选地，在被超过时将导致控制时间间隔的持续时间缩短的预定转速阈值不同于在低于其时将导致控制时间间隔的持续时间延长的预定转速阈值不同，其实际相差小于10%，特别是小于5%，即，除了意在提高系统稳定性的低磁滞现象外它们是相等的。
在本文中，用于低于最低转速阈值的转速的控制时间间隔的持续时间优选是用于高于最高转速阈值的转速的控制时间间隔的持续时间的整数倍。
本发明还涉及一种控制装置，其可在工作期间执行根据本发明的方法。
附图说明
下面将使用实施例并参阅附图来说明本发明的细节和优点。在图中：
图1显示了在控制时间间隔的持续时间与工作循环的持续时间连续相适应时的电流脉冲和曲轴角的过程的示意性描述；
图2a显示了在第一转速范围中在控制时间间隔的持续时间步进式变化时的电流脉冲和曲轴角的过程；和
图2b显示了在第二转速范围中在控制时间间隔的持续时间步进式变化时的电流脉冲和曲轴角的过程。
具体实施方式
在图1中用阴影矩形显示了随着时间t变化的电流脉冲1，其中左侧的纵坐标表示任意单位的电流密度I。此外用斜线2表示作为时间的函数的曲轴角α，其中右侧的纵坐标代表单位为度的曲轴角α的值。斜线2的开始和结束代表了发动机活塞的一个工作循环3的开始和结束。
由于在四冲程发动机中一个工作循环3包括曲轴的两次旋转，因此在图1中曲轴角α的值为从0°到720°。在图1中，0°的曲轴角α对应于工作循环的开始，即点火时刻。
电流脉冲1通过控制装置触发转换过程而产生，所述转换过程导致电热塞与汽车的电系统相连，或与其不相连。电流脉冲1通过控制装置使用转换过程以使功率晶体管转换到其导电状态而开始。电流脉冲1通过控制装置使功率晶体管转换到其截止状态而结束。
控制装置确定连续的控制时间间隔4。在每个控制时间间隔中可触发最多两个转换过程，通过该转换过程来使电热塞与电压源相连以产生电流脉冲，或与电压源断开以结束电流脉冲。在图1中用横坐标下的标示来显示控制时间间隔4的开始和结束。如所示，控制时间间隔4的持续时间总是与特定工作循环3的持续时间相同。
电热塞控制装置接收来自发动机控制单元的关于曲轴角的数据，并且相应地选择控制时间间隔4的持续时间，从而使它们与工作循环3同步。同样可能的是，电热塞控制装置通过测量取决于温度的电热塞电阻来自行确定曲轴角α。也就是说，在工作循环3期间电热塞的温度会经历可测量到的波动，这使得能够确定点火时刻。在燃料混合物的点燃和随后的燃烧过程中，电热塞被燃烧能量加热。这会引起电热塞电阻的可测量的增加，因此就可以通过测定该电阻时刻来确定点火时刻，并由此确定曲轴角。
在图1所示的实施例中，电流脉冲1总是开始于相同的曲轴角处，并且总是结束于相同的曲轴角处，即在工作循环3的一半之后。因此，电流脉冲1的结束时刻与燃烧室中的燃料混合物的点燃时刻相一致。电流脉冲在燃料混合物点燃时结束是特别有利的，因为这可防止电热塞过热。
在图2a和2b中显示了用于一备选方法的电流脉冲1、曲轴角α和控制时间间隔4的边界，其中控制时间间隔4的持续时间以步进方式适应于曲轴转速的变化。因此，在图2a和2b中控制时间间隔4的持续时间偏离于特定工作循环3的持续时间。图2a显示了在较低转速范围内的上述关系，而图2b显示了在较高转速范围内的上述关系。控制时间间隔4的持续时间总是短于瞬时工作循环3的持续时间，但长于此瞬时工作循环3的持续时间的一半。
如图2的右半侧所示，如果转速超过预定的阈值，控制时间间隔4的持续时间会缩短。以相应的方式，当低于预定的转速阈值时，控制时间间隔4的持续时间会延长。转速阈值优选地确定为小于8，特别是为2到5。有利地是将当超过此转速阈值时会导致控制时间间隔的持续时间缩短的转速阈值选择成与当低于此转速阈值时会导致控制时间间隔4的持续时间延长的转速阈值相等，然而这并不是绝对必须的。
在图2a和2b所描述的实施例中，在一些控制时间间隔4中仅发生单个转换过程。例如，在图2a显示的第一控制时间间隔4中产生了电流脉冲1，其通32过随后控制时间间隔4中的断开过程而结束。为了强调控制时间间隔4的边界，电流脉冲1的阴影与相邻控制时间间隔中的不同。
在每个控制时间间隔4中至少有一个转换过程发生。在控制时间间隔4的一部分持续时间中总是给电热塞提供电流。此部分的长短由电热塞控制装置基于在每控制时间间隔4中提供给电热塞的能量总量来决定，以便于例如在点火期间使电热塞具有所希望的温度。
为保证电流以取决于冲程的方式流入，可在单个控制时间间隔4中为由电热塞控制装置执行的转换过程选择适当的时间点，从而保证在每个控制时间间隔4中给电热塞提供所希望量的能量。
附图标记列表
α曲轴角
t时间
I电流
1电流脉冲
2曲轴角α的过程
3工作循环
4控制时间间隔

Claims (15)

1.一种用于在运转的压缩点火发动机中在达到电热塞的工作温度后使用一系列电流脉冲(1)来给所述电热塞提供电流的方法，其中所述发动机的活塞执行包括多个冲程的工作循环(3)，并且根据工作循环(3)的冲程来给所述电热塞提供电流，使得在每个工作循环(3)中所提供的电流主要是在活塞的相同的预定冲程发生时提供，其中定义了连续的控制时间间隔(4)，在此期间通过控制装置来触发最多两个转换过程，以便使所述电热塞与电压源相连以产生电流脉冲(1)，或者与电压源断开以结束电流脉冲(1)，
其特征在于，所述控制时间间隔(4)具有通过所述控制装置根据所述发动机的转速来改变的持续时间，所述控制时间间隔(4)的持续时间以步进方式变化，其中当超过预定转速阈值时所述控制时间间隔(4)的持续时间缩短，而当低于预定转速阈值时所述控制时间间隔(4)的持续时间延长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在被超过时将导致所述控制时间间隔(4)的持续时间缩短的预定转速阈值与在低于其时将导致所述控制时间间隔(4)的持续时间延长的预定转速阈值相差小于10%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在被超过时将导致所述控制时间间隔(4)的持续时间缩短的转速阈值确定为小于8。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在被超过时将导致所述控制时间间隔(4)的持续时间缩短的转速阈值为3到5。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于低于最低转速阈值的转速的控制时间间隔(4)的持续时间是用于高于最高转速阈值的转速的控制时间间隔(4)的持续时间的整数倍。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个控制时间间隔(4)的持续时间比当前工作循环(3)的一个冲程更长。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个控制时间间隔(4)的持续时间比当前工作循环(3)的持续时间更短。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，控制时间间隔(4)的持续时间比当前工作循环(3)的持续时间的一半更长。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，电流脉冲(1)规定成使得电流脉冲(1)总是在所述工作循环(3)中的同一曲轴角(α)处结束。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，电流脉冲(1)规定成使得电流脉冲(1)在燃料混合物点燃时停止。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一个控制时间间隔(4)中发生至少一个用于产生或结束电流脉冲(1)的转换过程。
12.一种用于使用脉宽调制来控制电热塞性能的电热塞控制装置，其特征在于，在工作期间所述电热塞控制装置执行根据权利要求1到11中任一项所述的方法。
13.根据权利要求12所述的电热塞控制装置，其特征在于，所述电热塞控制装置检测曲轴角(α)，并在性能控制中考虑所述曲轴角。
14.根据权利要求13所述的电热塞控制装置，其特征在于，所述电热塞控制装置从发动机控制单元中接收曲轴角(α)。
15.根据权利要求13所述的电热塞控制装置，其特征在于，所述电热塞控制装置通过测定电热塞的电阻来确定曲轴角(α)。
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