CN102753811A - 感应加热负载的参数温度调节 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的燃料输送系统（10）包括燃料喷射器（12），所述燃料喷射器分配已加热燃料流且将已加热燃料温度控制在期望温度范围内。流经示例性燃料喷射器（12）的燃料由阀元件感应加热，所述阀元件与燃料流密封。驱动器控制器通过监测响应于加热元件的材料温度而变化的参数变化来检测温度变化。响应于温度的材料变化用于调整加热元件的输入，以保持加热元件的期望温度，从而保持燃料的温度。

Description

感应加热负载的参数温度调节
技术领域
本发明总体上涉及包括加热元件的燃料喷射器，用于在燃烧之前预加热燃料。更具体地，本发明涉及用于感测和调节燃料喷射器的加热元件温度的方法和装置。
背景技术
在燃料喷射到燃烧室之前预加热燃料提供更完全和有效燃烧，从而增加燃料效率，同时减少不希望排放副产物的产生。燃料喷射器通过使得通过燃料喷射器的燃料流暴露于加热元件而预加热燃料。在离开燃料喷射器且进入燃烧室后，期望燃料温度处于期望范围内。未充分加热的燃料不提供期望益处的全部比例，而过度加热的燃料可能导致燃料系统中的不希望积聚。由于这些原因，燃料的温度被感测和调节。通常，温度传感器设置在燃料喷射器中以感测燃料温度。这种布线传感器以增加的成本需要附加电路和控制器。因而，期望设计和开发更有效的感测温度的方法和装置。
发明内容
所公开的用于车辆的示例性燃料输送系统包括燃料喷射器，所述燃料喷射器分配已加热燃料流且将已加热燃料温度控制在期望温度范围内。
流经示例性燃料喷射器的燃料由阀元件感应加热，所述阀元件用燃料流密封。加热阀元件的温度在没有线路或外部传感器的情况下监测。示例性驱动器电路监测材料参数，其响应于温度变化而改变材料电感。驱动器电路检测电感变化且响应于所检测温度而改变输入加热元件的功率。因而，提供给发动机的燃料温度保持在期望温度范围内以提供期望性能。
所述驱动器电路通过监测参数变化而检测温度变化，所述参数响应于加热元件的材料的温度而变化。温度变化引起的材料导磁率的变化引起参数响应于电感变化的成比例变化。在一个示例中，频率被检测且用于校正输入加热元件的功率，以增加、减少或保持感应加热阀元件的期望温度，从而控制燃料温度。
本文公开的这些和其它特征可以从以下说明和附图最佳地理解，以下是其简要说明。
附图说明
图1是包括感应加热燃料喷射器的示例性燃料系统的示意图。
图2是图示温度和导磁率之间的关系的曲线图。
图3是图示温度和材料属性之间的关系的曲线图。
图4是示例性燃料喷射器驱动器电路的示意图。
图5是示例性感应加热电路的示意图。
具体实施方式
为了促进美国专利法的立法目的，提交本发明，以促进科学和实用技术的进步（第1条第8款）。
参考图1，用于车辆的示例性燃料输送系统10包括燃料喷射器12，燃料喷射器12计量从燃料箱16到发动机18的燃料流14。燃料喷射器12的操作由控制器20操控。控制器20选择性地供电驱动器线圈22以控制电枢24的移动。电枢24的移动控制通过燃料喷射器12的内部通道的燃料流14。
示例性燃料喷射器12提供预加热燃料以有助于燃烧。加热器线圈30在加热元件28中产生时变磁场。在该示例中，加热元件28是阀元件，其在通过燃料喷射器12的燃料流14中密封。没有线路附连到加热元件28。加热借助于由加热器线圈30产生的时变磁场的耦合能量实现。由加热器线圈30产生的能量通过加热元件材料中的磁滞和涡流损失转换为燃料喷射器12的密封腔内的热量。加热元件28将热量传输给燃料流14以产生喷射到发动机18中的加热燃料流28。加热燃料流28改进冷起动性能且改进燃烧过程以减少不希望排放。
加热燃料28的温度被控制在期望温度范围内以提供期望性能。低的温度将不会提供期望益处。高于所需的温度可能引起不希望损害且还导致燃料喷射器内的沉积物形成。
示例性燃料输送系统10包括在不使用温度传感器或安装在密封燃料流中的任何其他传感器的情况下提供用于确定和控制加热元件28的温度的方法和电路。
参考图2，铁磁材料展现出响应于温度的磁化强度或导磁率，根据已知关系导致电感B的一些变化：
B＝uH
其中，u是导磁率，且H是磁动势。
在Neel温度和Curic温度去磁的情况下，电感的变化可以是非线性，非单调的，铁磁性在这两个温度之间。此外，电感的变化可以是线性的，如曲线68所示，或者至少是单调的，从低温下的强铁磁性和较高温度下的降低铁磁性。曲线68图示导磁率70和温度72之间的关系。在特定材料的已知关系的情况下，感应元件（例如，示例性加热元件28）的温度可以确定。
参考图3，曲线62图示了许多不同材料的磁性饱和度64和温度66之间的关系。由曲线62示出的关系由示例性方法和电路使用以确定加热元件的温度。如图所示，许多不同磁性材料可用作加热元件28且提供用于确定和控制期望温度的已知关系。
因而，示例性燃料系统10测量电感作为响应于温度变化而变化的参数。
电感是引起频率和相位变化的可测量变化的参数。频率根据以下公式与电感相关：
Figure 2011800067538100002DEST_PATH_IMAGE002
其中，L是电感，电感的度量或B相对于H绘制的斜率；以及
C是电容。
示例性燃料输送系统10包括使用由于电感变化引起的频率变化作为控制参数来确定温度变化的电路32（图4）。可选地，电流和电压之间的相位也可以用作期望控制参数。随着电感减少，电流滞后电压更少，最终在没有电感的情况下处于准确相位，或者在电容器的情况下颠倒为电流领先电压。在电感较少时，阻抗减少，这影响无功功率且在给定电压下将增加电流或者减少在电感器中保持给定电流所需的电压。因而，频率、相位和阻抗的控制参数可以用于确定由于温度变化引起的电感变化。这些中的任一个可用于示例性燃料输送系统10以检测和控制加热元件28的温度。
参考图4，示例性电路32使用频率变化来确定电感变化，因而确定温度。示例性电路32示意性地图示控制器20的驱动器电子器件的一部分。零电压切换功率振荡器36在示例性电路32中驱动加热线圈或感应负载34。功率振荡器36由示例性电路32响应性地调节。然而，其他振荡器配置（例如，硬切换振荡器或其他已知驱动器电路）可替代该电路，而不偏离本发明的范围。
频率或相位根据测量振荡器36的取决于频率的变量来确定。在该示例中，由于栅极电压随频率直接变化，因而从推挽振荡器（push-pull oscillator）36的一侧测量栅极电压。频率或相位从而转换为便于测量的输出，例如38示意性地示出的电压。
进入振荡器36的电流经由电流感测电阻器40（R1与R2并联）监测。来自于电流感测电阻器40的测量电流被差分放大（differentially amplified）以提供有用值。该值然后乘以模拟计算引擎42中的频率标度电压（frequency scaled voltage）。结果是由电压表示的频率校正电流。电压然后相对于由电压积分器54设定的电流误差放大器56中的目标电流值被差分放大。
频率的该调节感测变化且将频率的检测变化转换为控制由振荡器36发送给负载26的功率的信号。在该示例中，如果频率增加（表示温度增加），那么电流感测电压被倍增至较高值，看起来像较高电流到达电流误差放大器56一样，这引起较低误差电压的输出，继而命令较低电流。
误差电压与从PWM（脉宽调制）电路部分中使用的发生器44发生的三角波进行比较，以形成表示所确定电流的PWM波形，PWM电路部分包括比较器46和PWM栅极驱动器48。所确定电流提供响应于频率的检测变化的供应给功率振荡器36的功率，且电感控制加热元件28中的热量生成。
参考图5，示例性电路32使用电流感测和误差40、电压加热器54、电流误差放大器56、PWM比较器46、PWM栅极驱动器48、D类放大器桥（class-D amplifier bridge）50和载波滤波器52，一起形成综合功率电感器，提供由框58示意性地示出的参数温度控制。该示例性电路示意性地图示频率、相位和/或阻抗检测用于允许参数温度控制，通过改变综合功率电感器58的虚拟损失，其控制可用于功率振荡器36的功率补充。
因而，示例性电路32通过监测响应于加热元件的磁性材料的温度而变化的参数变化来检测温度变化。由温度变化引起的材料导磁率的变化响应于电感变化引起参数的成比例变化。在该示例中，频率被检测且用于校正输入感应负载的功率，以减少、增加或保持感应加热元件28的期望温度，从而控制燃料温度。
虽然已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，某些修改将落入本发明的范围内。由于该原因，应当研读所附权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (20)

1. 一种控制感应加热燃料喷射器的方法，包括：
监测表示加热构件的电感值的参数；
基于电感值确定加热构件的温度可变材料特性；
基于所确定的温度可变材料特性来确定加热构件的温度；以及
响应于所确定的温度与期望温度不同而调节输入到加热构件的能量水平。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，材料特性包括加热构件的导磁率。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，表示电感值的参数包括时变磁场的频率。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，频率通过测量将能量提供给加热构件的电路的取决于频率的参数来确定。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，取决于频率的参数包括响应于频率变化而变化的栅极电压，栅极电压转换为频率校正电流值。
6. 根据权利要求5所述的方法，包括步骤：将频率校正电流值与目标电流值进行比较，其中，输入到加热输入的能量水平响应于频率校正电流值和目标值之间的差被调节。
7. 一种加热燃料喷射器驱动器电路组件，包括：
电感器，用于在加热元件中感应时变磁场；
监测器，所述监测器感测供应给电感器的能量且提供第一输出值；
转换器，所述转换器将响应于加热元件的温度变化而变化的参数转换为第二输出值；
计算引擎，所述计算引擎将第一输出值与第二输出值结合以获得标度值；
误差放大器，所述误差放大器将标度值与目标值结合以获得误差值；以及
比较器，所述比较器使用误差值来调节提供给电感器的功率，以保持加热元件的期望温度。
8. 根据权利要求7所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，所述监测器包括监测供应给电感器的电流的电流感测电阻器。
9. 根据权利要求8所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，所述转换器将电感器处的电流的频率转换为表示频率的电压。
10. 根据权利要求8所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，所述转换器将电感器处的电流的相位转换为表示相位的电压。
11. 根据权利要求9所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，所述误差放大器将从电流感测电阻器监测的电流与表示频率的电压值结合以获得频率校正电流值。
12. 根据权利要求11所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，频率校正电流相对于目标电流值被差分放大。
13. 根据权利要求12所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，较高频率校正电流表示温度增加，这触发提供给电感器的功率减少。
14. 根据权利要求12所述的加热燃料喷射器驱动器电路组件，其中，较低频率校正电流表示温度降低，这触发提供给电感器的功率增加。
15. 一种燃料系统，包括：
燃料喷射器，用于计量进入能量转换装置的燃烧室的燃料流；
加热元件，所述加热元件设置在燃料喷射器中且与通过燃料喷射器的燃料流处于热连通；以及
驱动器电路，用于控制燃料喷射器的致动和加热元件的温度，所述驱动器电路包括电感器和监测器，所述电感器用于在加热元件中感应时变磁场，所述监测器感测加热元件的温度响应参数，从而驱动器电路调节输入加热元件的功率以保持加热元件的期望温度。
16. 根据权利要求15所述的燃料系统，其中，温度响应参数包括加热元件的材料属性。
17. 根据权利要求16所述的燃料系统，其中，材料属性包括加热元件的导磁率，其响应于温度而改变加热元件的电感。
18. 根据权利要求17所述的燃料系统，其中，驱动器电路检测响应于电感变化的频率变化，以确定加热元件的温度。
19. 根据权利要求17所述的燃料系统，其中，驱动器电路检测响应于电感变化的相位变化，以确定加热元件的温度。
20. 根据权利要求15所述的燃料系统，其中，温度响应参数包括加热元件的磁化属性的变化。
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