CN103912429A - 使用等效电阻估计燃料喷射器加热器的温度 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用等效电阻估计燃料喷射器加热器的温度。被加热部件的温度被确定以用于控制和监视。加热器驱动器在接收到开启信号时在被加热燃料喷射器的部件内产生电流，其中，通过该部件的电流产生适当的损耗以生成用于可变喷雾式燃料喷射系统的热量。加热器驱动器根据温度和用于该温度的预定参考值基于被加热部件的电阻来调节到该部件的能量。

Description

使用等效电阻估计燃料喷射器加热器的温度

相关申请的交叉引用

本申请涉及以下5个美国临时专利申请：

与本临时专利申请在同一日提交并用代理人案卷号2012P01914US标识的由Perry Czimmek发明的Tuned Power Amplifier With Loaded Choke For Inductively Heated Fuel Injector。

与本临时专利申请在同一日提交并用代理人案卷号2012P01915US标识的由Perry Czimmek发明的Tuned Power Amplifier With Multiple Loaded Chokes For Inductively Heated Fuel Injectors。

与本临时专利申请在同一日提交并用代理人案卷号2012P02060US标识的由Perry Czimmek、Mike Hornby和Doug Cosby发明的Using Resistance Equivalent to Estimate Heater Temperature of an Exhaust Gas After-Treatment Component。

与本临时专利申请在同一日提交并用代理人案卷号2012P02175US标识的由Perry Czimmek发明的Resistance Determination For Temperature Control Of Heated Automotive Components。

与本临时专利申请在同一日提交并用代理人案卷号2012P02176US标识的由Perry Czimmek发明的Resistance Determination with Increased Sensitivity for Temperature Control of Heated Automotive Component。

背景技术

本发明的实施例一般地涉及用于喷射器加热器的功率电子装置且更具体地涉及用于控制和监视用于可变喷雾燃料喷射器的加热器驱动器的功率电子装置。

存在对于改善内燃机的排放物质量的持续需要。同时，存在在保持最大燃料经济性的同时使引擎起动时间和从接通到开走的时间最小化的压力。这些压力施加于以诸如乙醇的替换燃料作为燃料的引擎以及以汽油作为燃料的那些引擎。

在冷温度引擎启动期间，常规火花点火式内燃机的特征在于高碳氢化合物排放物及不良的燃料点火和可燃性。除非引擎在停止和热浸之后已处于高温，否则起动时间可能是过大的，或者引擎可能根本不启动。在较高速度和负荷下，工作温度增大且燃料雾化和混合改善。

在实际的引擎冷启动期间，实现启动所需的浓缩留下非化学当量式燃料供应，其具体化为高尾管碳氢化合物排放物。最坏的排放物是在引擎工作的前几分钟期间，之后催化剂和引擎接近工作温度。关于以乙醇为燃料的车辆，随着燃料的乙醇百分比增大至100%，冷启动的能力变得日益减少，导致某些制造商包括双燃料系统，其中用常规汽油为引擎启动供应燃料，并且用乙醇等级为引擎运行供应燃料。此类系统是昂贵且冗余的。

冷启动排放物和低温下的启动困难的另一解决方案是将燃料预加热至其中燃料在被释放到歧管或大气压力时快速地蒸发或者立即蒸发（“闪速沸腾”）的温度。预热燃料复制热引擎到考虑燃料状态的程度。

已经提出了许多预热方法，其中的大多数涉及燃料喷射器中的预热。燃料喷射器被广泛地用于计量到汽车引擎的进气歧管或汽缸中的燃料。燃料喷射器通常包括外壳，该外壳容纳一定体积的加压燃料、燃料进口部分、包含针形阀的喷嘴部分以及机电致动器，所述机电致动器诸如电磁螺线管、压电致动器或用于对针形阀进行致动的另一机构。当针形阀被致动时，加压燃料通过阀座中的孔口喷射出并进入引擎中。

已用于燃料预热中的一种技术是用时变或稳态电流以电阻方式对燃料喷射器的金属元件进行加热。电能被转换成部件内部的热量，该部件在几何结构和材料方面适合于通过焦耳或欧姆损耗而被加热，所述焦耳或欧姆损耗是由电流流动通过该部件而引起的。

被加热的燃料喷射器不仅在解决与汽油系统相关联的上述问题方面是有用的，而且在将乙醇等级燃料预热以在没有冗余汽油燃料系统的情况下实现成功的启动方面是有用的。

由于加热技术使用电流，所以该系统包括用于向燃料喷射器中的部件提供适当激励的电子装置。此激励可以包括控制电能并确定施加该电能的时间。

常规电阻性加热是开环地或在没有基于温度的对电能的控制的情况下实现的。可以结合远程恒温器或计算模型以提供某种控制以防止失控温度事件和对燃料喷射器的损坏。更复杂的方法可以监视通过加热器的电流以估计温度或监视直接热电偶、正/负温度系数传感器或用于确定温度的其他装置以获得对喷射器加热器温度的更精确调节。

被加热的金属部件将具有电阻对电流的温度系数（即，其电阻将随着其温度的增大而增大）。理想地，知道初始电阻和最终电阻将允许以一定的精确度知道部件的温度。用于电阻性加热器的最佳金属通常具有非常小的正温度系数，并且因此仅仅通过监视电流进行的对电阻变化的测量将由于许多互连部件的线束电阻和老化而降低灵敏度。因此，变得难以将加热器部件的电阻变化与串联连接的其他部件的电阻变化区别开。

更精确地知道加热器部件的电阻变化、使得可以实现对温度的控制将是有利的。

发明内容

被加热部件的温度被确定以用于控制和监视。加热器驱动器在接收到开启信号时在被加热燃料喷射器的部件内产生电流，其中，通过该部件的电流产生适当的损耗从而生成用于可变喷雾式燃料喷射系统的热量。加热器驱动器根据温度和用于该温度的预定参考值基于被加热部件的电阻来调节到该部件的能量。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的系统。

具体实施方式

本发明的实施例针对确定被加热燃料喷射器中的加热器部件的温度。可以通过精确地测量跨电子装置组件内部的小值精密电阻器或“电流感测电阻器”两端的电压降来测量电流。此电压降与流过电阻器的电流成正比。然后可以通过对跨加热器部件两端的电压的精密测量来详述对此电流的知识。在已知通过加热器的电流且已知跨加热器两端的电压的情况下，根据欧姆定律，可以根据众所周知的公式R＝V/I来计算电阻，其中，R是电阻，V是电压，并且I是电流。本发明的实施例使用此电阻知识来估计被加热部件的温度并基于此估计来调节被加热部件的温度。

参考图1，喷射器加热器110参考被加热部件，要确定作为温度的函数的其电阻。也称为加热器电流信号120的I感测电阻器差动电压表示通过I感测电阻器122且因此通过喷射器加热器110的电流。电流测量电路127包括I感测器电阻器122和差动电压运算放大器126。可以在电源开关或负载的高侧或低侧使用电流感测电阻器。可以用霍尔传感器或用其他类型的磁传感器、诸如感测线圈来完成电流测量。

也称为加热器电压信号108的跨喷射器加热器的差动电压表示与流过喷射器加热器的电流直接有关的激励电压。使用模拟或数字的等效除法113，针对欧姆定律关系R＝V/I对两个差动电压求解，以提供结果作为电压等效加热器电阻信号112。通过将运算和部件组合，可以根据在本领域中已知的技术来实现模拟或数字的等效除法113，所述运算和部件包括但不限于：数字解决方案中的求和和移位寄存器；以及模拟解决方案中的对数、和或差以及反对数放大。电阻变化差动放大器113然后找到电阻等效加热器电阻信号112与电子参考值R-ref 124之间的差。这产生可以作为等效温度上升信号123被引入到温度控制模块130的增量或电阻变化或误差信号。可以在时间上对此等效温度上升信号123求积分，其可以以计算方式或通过模拟转换以执行积分函数来执行，并且可以与温度参考T-ref 128相比较。温度控制模块130可以使用此比较来确定是否应通过关掉针对本示例在图1中用MOSFET表示的电源开关116来将功率从喷射器加热器去除。温度控制模块130可以是：微控制器、数字“恒温器”、PID（比例积分导数）控制器或使用被积分并与目标温度变化、绝对温度或某个其他温度参考相比较的温度变化（其用等效温度上升信号来表示）的任何接口。如果等效温度上升信号123过高，则温度变化过大，因此电源开关116可以被去激励，从而关断喷射器加热器。然后可以使用冷却模型来确定何时再次开启加热器。或者，如果使用连续设置点控制策略，则可以快速地将电源开关开启和关断（或者在类似于模拟音频放大器的线性区中操作）以通过反复地调整加热器功率将温度调节至目标温度。

可以用差动电压测量电路109来获得跨喷射器加热器110两端的差动电压，差动电压测量电路109可以包括差动电压运算放大器114和尽可能接近于实际加热器电连接的到加热器的一对开尔文连接104-1和104-2。该对开尔文连接指的是其中实现力和感测连接的结点。力部件是高电流载送导体且感测部件是用于获得该连接处的电压电位的并行导线。存在两个开尔文连接，使得一个导体对载送喷射器加热器的电流，并且另一个导体对被用于获得电压电位。两对导线可以具有不同的尺寸，其中电流载送对具有适合于使损耗最小化的尺寸，并且电压电位对具有用于测量的任何合理的小尺寸。这样，根据本发明的实施例，可以使用这两对导线来执行四线测量。

为了测量差动电压，负载或加热器可以是平衡的惠斯通电桥的一个支腿。并且然后负载的任何变化都将导致惠斯通电桥的不平衡和因此的不同的跨负载电压。或者，可以将电阻分压器本地地定位于加热器或负载处。并且然后可以将来自电阻分压器的电压带回到电子装置以用于判读。

总而言之，根据本发明的实施例，可以通过将接近加热器测量的跨加热器两端的差动电压除以流过加热器的电流来确定加热器电阻。并且可以使用等效电阻值基于由于温度而引起的电阻变化来控制加热器温度。

应将前述详细描述理解为在每个方面都是说明性和示例性的，但不是限制性的，并且不是根据本发明的描述而是根据如根据专利法所允许的完全宽度而解释的权利要求来确定本文公开的本发明的范围。例如，虽然图1示出了低侧半导体开关和低侧电流感测电阻器，但如本领域的技术人员所理解的，其他实施例可以使用高侧半导体开关或高侧电流感测电阻器或它们的任何组合。应理解的是，本文所示和所述的实施例仅仅是本发明的实施例的例证，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以由本领域的技术人员实现各种修改。

Claims (11)

1.一种方法，包括：

差动地测量跨燃料喷射器加热器两端的电压降；

测量通过燃料喷射器加热器的电流的量；

通过确定等效于将差动地测量的跨燃料喷射器加热器两端的电压降除以测量的通过燃料喷射器加热器的电流的量的除法，产生电压等效物加热器电阻。

2.权利要求1的方法，其中，差动地测量跨燃料喷射器加热器两端的电压降还包括使用一对开尔文连接来测量跨燃料喷射器加热器两端的电压降。

3.权利要求1的方法，其中，测量通过燃料喷射器加热器的电流的量还包括使用电流感测电阻器来测量通过燃料喷射器加热器的电流的量。

4.权利要求1的方法，其中，所述电压等效加热器电阻被用作用于控制燃料喷射器加热器的温度的温度模拟。

5.权利要求1的方法，还包括：将电压等效加热器电阻信号与电阻参考值相比较以生成等效温度上升信号。

6.权利要求5的方法，还包括：将等效温度上升信号与温度参考值相比较以生成温度控制信号，所述温度控制信号被配置成当等效温度上升信号与温度参考值的比较指示燃料喷射器加热器比阈值温度更热时关断燃料喷射器加热器。

7.一种设备，包括：

差动电压测量电路，其被配置成差动地测量跨燃料喷射器加热器两端的电压降；

电流测量电路，其被配置成测量通过燃料喷射器加热器的电流；

除法等效电路，其被配置成通过执行等效于将跨燃料喷射器加热器两端的测量电压降除以通过燃料喷射器加热器的测量电流的除法来生成电压等效加热器电阻信号。

8.权利要求7的设备，其中，所述差动电压测量电路包括一对开尔文连接。

9.权利要求7的设备，其中，电流测量电路包括电流感测电阻器。

10.权利要求7的设备，还包括被配置成通过将电压等效电阻信号与参考电阻值相比较来生成等效温度上升信号的差动放大器。

11.权利要求10的设备，还包括温度控制模块，其被配置成将等效温度上升信号与温度参考值相比较以生成温度控制信号，该温度控制信号被配置成当等效温度上升信号与温度参考值的比较指示燃料喷射器加热器比阈值温度更热时关断燃料喷射器加热器。