RU2539216C2 - Способ и устройство для оценки температуры запальной свечи - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при проектировании систем управления нагревом свечей накаливания (запальных свечей), применяемых в камерах сгорания дизелей. Способ заключается в том, что определяют электроэнергию, подаваемую на запальную свечу (С), и температуру камеры сгорания. При этом прогнозируют температуру С и используют прогнозируемую температуру С для управления подачей электроэнергии на С. Прогнозируемую температуру С получают из числового решения дифференциального уравнения (ДУ) для температуры С, причем ДУ для температуры С является нелинейным по температуре С. ДУ для температуры С получают из уравнения баланса мощности, содержащего, по меньшей мере, четыре члена Pg, Pi, Pe, Pc, где Pg моделирует электроэнергию, подаваемую на С, Pi моделирует энергию, аккумулируемую в С за единицу времени, Pe моделирует энергию излучения за единицу времени, и Pc моделирует тепловую энергию за единицу времени, причем тепловая энергия передается посредством конвекции или теплопроводности. Технический результат заключается в повышении точности управления температурой С. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Двигатели с воспламенением от сжатия обычно содержат систему запальных свечей. Система запальных свечей обеспечивает общую помощь для горения во время зажигания двигателя, а также во время фазы прогрева работающего двигателя. Ключевым элементом данной системы является запальная свеча, концевая часть которой может нагреваться до высоких температур (свыше 900°С) в результате преобразования электрической энергии в тепловую.

Каждый цилиндр содержит одну запальную свечу, которая включается при необходимости исходя из состояний двигателя и внешних условий, обычно в холодных условиях. Запальные свечи функционируют как электрические резисторы. Их сопротивление изменяется в зависимости от температуры. Когда температура увеличивается, внутреннее сопротивление также увеличивается.

Для запальных свечей используют различные технологии. Запальные свечи могут быть высокого или низкого напряжения, и они могут быть выполнены из различных материалов, например металлические или керамические запальные свечи. Запальные свечи высокого напряжения обычно запитываются непосредственно от аккумулятора транспортного средства. В отличие от них запальные свечи низкого напряжения, поскольку они имеют более низкое номинальное напряжение по сравнению с напряжением аккумулятора, обычно требуют источника питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для получения нужного напряжения. В частности, запальными свечами низкого напряжения можно легко управлять посредством соединения затворов полевых МОП-транзисторов ШИМ с электронным блоком управления и управления рабочим циклом ШИМ.

Согласно настоящему изобретению создан способ управления одной или более запальными свечами в двигателе с воспламенением от сжатия, предназначенный для осуществления на компьютере, микроконтроллере или подобном устройстве. Управление запальной свечой включает прогнозирование температуры запальной свечи для управления подачей электроэнергии в запальную свечу. Более конкретно, подачей электроэнергии можно управлять посредством управления шириной импульса широтно-импульсной модуляции.

В соответствии с изобретением определяется электроэнергия, подаваемая в запальную свечу, и температура камеры сгорания. Определение подаваемой электроэнергии включает в себя считывание входной величины подаваемой электроэнергии или считывание входных величин, из которых получается подаваемая электроэнергия, как например, ширины импульса широтно-импульсной модуляции или подаваемого напряжения. Определение температуры камеры сгорания включает в себя считывание входной величины температуры камеры сгорания или считывание входных величин, из которых получается температура камеры сгорания. Данные входные величины могут включать в себя, помимо прочих, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, температуру охлаждающей воды и температуру всасываемого воздуха.

Прогнозируется температура запальной свечи, и прогнозируемая температура запальной свечи используется для управления подачей электроэнергии в запальную свечу. Подачей электроэнергии можно управлять, например, посредством открытия, закрытия полевых МОП-транзисторов или других типов транзисторов или открытия и закрытия реле запальных свечей.

Прогнозируемая температура запальной свечи получается из числового решения дифференциального уравнения для температуры запальной свечи. Дифференциальное уравнение является нелинейным по температуре запальной свечи в том смысле, что дифференциальное уравнение содержит показатель степени температуры запальной свечи, который выше единицы. В частности, описано дифференциальное уравнение, которое содержит четвертую степень температуры запальной свечи для моделирования радиационного теплообмена. Получение температуры запальной свечи включает в себя введение выходных величин или вычисленных величин в уравнение или в систему уравнений, что означает числовое решение дифференциального уравнения.

В альтернативном варианте осуществления прогнозирование температуры запальной свечи включает в себя переустановку прогнозируемой температуры запальной свечи на вторую оценку, если вторая оценка отличается больше, чем на заранее установленную величину от первой оценки, которая получена из числового решения дифференциального уравнения.

В соответствии с данной заявкой дифференциальное уравнение для температуры запальной свечи является производным из уравнения баланса мощности - или эквивалентного уравнения баланса энергии. Уравнение баланса мощности содержит, по меньшей мере, четыре члена Pg, Pi, Pe, Pc, причем Pg моделирует электроэнергию, подаваемую в запальную свечу, Pi моделирует энергию, аккумулируемую в запальной свече за единицу времени, Pe моделирует энергию излучения за единицу времени, Pc моделирует тепловую энергию за единицу времени, причем тепловая энергия передается посредством конвекции или теплопроводности. "Производное" в данном контексте означает, что имеется уравнение, которое эквивалентно дифференциальному уравнению, в котором имеются члены Pg, Pi, Pe, Pc.

В соответствии с данной заявкой дифференциальное уравнение для температуры запальной свечи принимает вид Pg(t)=A*d/dt Tg(t)+B*Tg(t)+C*Tg(t)⁴+D(t), где Pg - энергия, подаваемая в запальную свечу, Tg - температура запальной свечи, А, В, С - являются производными от предварительно откалиброванных величин, D(t) - функция температуры камеры сгорания. А, В, С являются производными из предварительно откалиброванных величин в том смысле, что они определяются на основе входных величин и предварительно откалиброванных характеристических кривых или они являются предварительно откалиброванными постоянными.

В соответствии с изобретением подачей электроэнергии в запальную свечу можно управлять различными способами. Например, ею можно управлять посредством управления временем открытия реле запальной свечи или посредством управления временем открытия транзистора. Временем открытия транзистора можно управлять посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В частности, используя ШИМ-управляемый транзистор, можно легко управлять запальной свечой при помощи цифрового контроллера.

Кроме того, согласно изобретению создано устройство для управления температурой запальной свечи вышеупомянутым способом, которое содержит средства для прогнозирования температуры запальной свечи, исходя из, по меньшей мере, электроэнергии, подаваемой в запальную свечу, и температуры камеры сгорания. В одном варианте осуществления данной заявки упомянутые средства выполнены посредством блока программирования режимов, логического блока и блока управления затворами. Устройство дополнительно содержит средство для получения температуры камеры сгорания либо посредством считывания входной величины, либо посредством вычисления температуры камеры сгорания из входных величин. В одном варианте осуществления данной заявки упомянутое средство выполнено посредством входа 26, который соединен с блоком управления двигателем.

Устройство содержит средство для получения количества переданной тепловой энергии, которое передается посредством переноса излучения между запальной свечой и камерой сгорания. В одном варианте осуществления изобретения упомянутое средство выполнено посредством программируемых инструкций в логическом блоке устройства. Устройство дополнительно содержит средство для получения величины управления температурой для температуры запальной свечи из прогнозируемой температуры запальной свечи. В одном варианте осуществления изобретения упомянутое средство выполнено посредством контроллера в логическом блоке устройства. Контроллер использует прогнозируемую температуру запальной свечи и требуемую температуру запальной свечи в виде входных величин. Устройство также содержит средство для вычисления ширины импульса широтно-импульсной модуляции из величины управления температурой. В одном варианте осуществления изобретения упомянутое средство выполнено посредством блока управления затворами.

Далее, изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - устройство управления запальными свечами и управляемые запальные свечи;

Фиг.2 - схематичный чертеж, который показывает потоки энергии в камере сгорания;

Фиг.3 - входные и выходные величины вычислительного алгоритма для запальной свечи;

Фиг.4 - эквивалентная принципиальная электрическая схема вычислительного алгоритма, показанного на фиг.3; и

Фиг.5 - схема последовательности операций для способа управления запальной свечой.

В приведенном ниже описании детали предусмотрены для описания вариантов осуществления изобретения. Однако для специалиста в данной области техники очевидно, что данные варианты осуществления могут быть практически реализованы без таких деталей.

Фиг.1 изображает устройство 11 управления запальными свечами для электрических свечей 12, которые символически изображены нагревательными катушками. Запальные свечи 12 соединены с источником 13 электроэнергии через полевые МОП-транзисторы 14. Затвор каждого из полевых МОП-транзисторов 14 соединен с соответствующим выходом блока 16 управления затворами в устройстве 11 управления запальными свечами. Между стоком каждого полевого МОП-транзистора 14 и соответствующей запальной свечой 12 расположены чувствительные резисторы 17. Вход и выход каждого из чувствительных резисторов 17 соединен с соответствующим выходом и соответствующим входом диагностического блока 19 в устройстве 11 управления запальными свечами.

Устройство 11 управления запальными свечами также содержит логический блок 20, который, в свою очередь, содержит логику диагностики и логику управления. Выход 22 диагностики логического блока 20 соединен с блоком управления двигателем (БУД), который не показан. Вход 23 управления логического блока 20 соединен с БУД. Кроме того, устройство 11 управления запальными свечами содержит блок 25 программирования режимов. Блок 25 программирования режимов соединен с выходами датчиков через вход 26. Вход 28 регистрации напряжения устройства 11 управления запальными свечами соединен с источником 13 электроэнергии, а вход 29 подвода электроэнергии устройства 11 управления запальными свечами соединен с напряжением питания.

Во время работы логический блок 20 принимает из БУД входной сигнал управления через вход 23 управления, а блок 25 программирования режимов принимает величины показаний датчиков через вход 26. На основе величин показаний датчиков блок 25 программирования режимов определяет режим работы и передает выходные величины в логический блок 20. Величины показаний датчиков могут включать в себя, помимо прочих, температуру охлаждающей жидкости или охлаждающей воды двигателя, частоту вращения двигателя, впрыскиваемое топливо, выходной крутящий момент двигателя. БУД использует соответствующую модель для получения температуры камеры сгорания из величин показаний датчиков и выдает полученную температуру камеры сгорания на вход 26. БУД может также выдавать в устройство 11 управления запальными свечами дополнительную информацию, например длительность предыдущего периода холостого хода двигателя.

Логика управления логического блока 20 вычисляет требуемое эффективное напряжение для каждой из запальных свечей 12, которое основано на входных величинах, передаваемых в устройство 11 управления запальными свечами. Блок 16 управления затворами использует требуемые эффективные напряжения для вычисления длительности рабочего цикла широтно-импульсной модуляции для каждой из запальных свечей 12 и управляет затворами полевых МОП-транзисторов 14 в соответствии с рабочим циклом.

Через входы и выходы чувствительных резисторов 17 диагностический блок 19 получает перепад напряжения для каждого из чувствительных резисторов 17. Из данных перепадов напряжения диагностический блок получает токи питания для каждой из запальных свечей 12. Диагностический блок 19 выдает величины полученных токов питания в блок 25 программирования режимов. Кроме того, диагностический блок 19 генерирует состояние ошибки, если полученный ток питания выше или ниже, чем заданные предельные величины.

Фиг.2 изображает процессы преобразования энергии в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, который в данном документе не показан. Кончик 32 запальной свечи 12 продолжается в камеру 34 сгорания. Внутри кончика 32 запальной свечи 12 расположены нагревательная катушка и регулировочная катушка, которые не показаны. В верхнем конце запальной свечи 12 предусмотрен вывод 33 для тока питания. Камера 34 сгорания содержит топливно-воздушную смесь 35, которая подается в камеру 34 сгорания посредством впрыскивающего клапана, который не показан. В камере 34 сгорания на противоположной стороне запальной свечи 12 расположен подвижный поршень 37.

Во время работы запальной свечи 12 электрическая энергия подается в запальную свечу 12 с мощностью Pg аккумулирования через вывод 33. Мощность Pg аккумулирования преобразуется в мощность Pi аккумулирования запальной свечи 12, в мощность нагревания Рс, которая учитывает передачу тепла посредством конвекции и теплопроводности, и мощность Ре нагревания, которая учитывает передачу тепла посредством излучения. Это приводит к следующему уравнению баланса мощности:

Pg=Pi+Pc+Pe $$$$

(1)

На данном уровне моделирования потери тепловой энергии в окружающую среду, а также потери/увеличение энергии в результате действия поршня 37 являются пренебрежимо малыми. Стрелки на фиг.2 символически изображают четыре члена Pg, Pi, Pc, Pe уравнения баланса мощности.

Фиг.3 показывает входные величины 38 с левой стороны блока 39, и он показывает прогнозируемые величины 40 с правой стороны блока 39. Блок 39 символически изображает преобразование данных. Входные величины 38 включают в себя подводимую электрическую мощность Pg, температуру Т_СС камеры сгорания, которую обычно вычисляет БУД, и температуру Tcoolant охлаждающей жидкости (или хладагента). Прогнозируемые выходные величины 40 включают в себя температуру Tg запальной свечи, мощность Ре, передаваемую посредством излучения, мощность Рс нагревания, передаваемую посредством конвекции и теплопроводности, внутреннюю мощность Pi аккумулирования.

Фиг.4 изображает эквивалентную принципиальную электрическую схему 42, которая обеспечивает аналоговую модель из четырех элементов Pg, Pi, Pc, Pe упомянутого уравнения (1) баланса мощности для одной из запальных свечей 12. Параметры R_th, C_th и F модели показаны в блоках. В пределах объема данной модели элементы мощности моделируются в виде электрических токов, а температуры моделируются в виде электрических напряжений относительно уровня 47 земли. Более конкретно, источник электроэнергии запальной свечи моделируется источником 43 тока. Внутреннее аккумулирование тепла в запальной свече моделируется конденсатором 44 с емкостью C_th. Передача тепла из запальной свечи посредством конвекции и теплопроводности моделируется резистором 45 с сопротивлением R_th. Передача излучения из запальной свечи в камеру сгорания моделируется управляемым источником 46 тока, который является управляемым в том же смысле, что и источник 43 тока. Выход управляемого источника 46 тока зависит от параметра F модели. Температура камеры сгорания моделируется управляемым источником 48 напряжения.

Температура Tg запальной свечи моделируется в виде напряжения, которое измеряется в опорной точке между источником 43 напряжения и входами конденсатора 44 и резистора 45 относительно уровня 47 земли. Резистор 45 и управляемый источник 46 тока подсоединены параллельно между источником 43 тока и управляемым источником 48 напряжения. Конденсатор 44 подсоединен между источником 43 тока и землей 47.

Данная аналоговая модель может быть выполнена посредством схемы, которая в данном документе не показана. Источники 46, 48 тока могут быть выполнены посредством заказных элементов.

В соответствии с эквивалентной принципиальной электрической схемой 42 вычислительная цифровая модель определяется уравнениями (1) и

Pg=Vpeak*Ipeak*D $$$$

(2)

Pi=C_th*d/dt Tg $$$$

(3)

Pc =(Tg-T_СС)/R_th $$$$

(4)

Pe=k_B*F*(Tg⁴-T_СС ⁴) $$$$

(5)

В соответствии с уравнением (2) мощность Pg, которая подводится к запальной свече 12, определяется напряжением Vpeak, умноженным на ток Ipeak и на длительность рабочего цикла. Здесь Vpeak и Ipeak - напряжение и ток в запальной свече во время прямоугольного импульса рабочего цикла широтно-импульсной модуляции. D - длительность рабочего цикла относительно длительности периода широтно-импульсной модуляции. Напряжение Vpeak и ток Ipeak в запальной свече оцениваются посредством измерения тока в чувствительном резисторе 17 и напряжения питания полевого МОП-транзистора 14 соответственно.

Для переменной длительности периода средняя мощность определяется как

$$Pg=\frac{1}{T}{\displaystyle \underset{0}{\overset{T}{\int }}V(t)}*I(t)dt$$

$$$$

(2а)

где Т - соответственно выбранное время усреднения.

В соответствии с уравнением (3) внутренняя мощность Pi аккумулирования, которая не преобразуется непосредственно в тепловую мощность, определяется теплоемкостью C_th, умноженной на производную по времени температуры Tg запальной свечи.

В соответствии с уравнением (4) тепловая мощность Pc, которая передается топливно-воздушной смеси в камере сгорания посредством конвекции и теплопроводности, определяется разностью температур между температурой Tg запальной свечи и температурой T_СС камеры сгорания, поделенной на термическое сопротивление R_th передачи тепла посредством теплопроводности и конвекции.

В соответствии с уравнением (5) тепловая мощность Ре, которая передается топливно-воздушной смеси в камере сгорания посредством излучения, определяется постоянной Больцмана k_B, умноженной на коэффициент формы F и на разность четвертых степеней температуры Tg запальной свечи и температуры камеры сгорания. Уравнение (5) определяет разность излученных энергий запальной свечи и камеры сгорания в соответствии с уравнением Стефана-Больцмана.

Параметры C_th, R_th, F могут быть получены посредством процедуры калибровки практически реализованной запальной свечи на производственном объекте или в ремонтной мастерской. В соответствии с данной заявкой запальные свечи моделируются по отдельности, и для каждой запальной свечи определяются свои параметры C_th, R_th, F. В альтернативном варианте осуществления только часть запальных свечей моделируется отдельно, а другая часть запальных свечей моделируется посредством использования усредненных величин.

Систему уравнений (1)-(5) можно решить, например, посредством введения правых сторон уравнений (3), (4) и (5) в уравнение (1) баланса. Откуда получается дифференциальное уравнение в виде

Pg(t)=A*d/dt Tg(t)+B*Tg(t)+C*Tg(t)⁴+D(t) $$$$

(6)

для температуры Tg запальной свечи.

Параметры А, В, С и D известны исходя из параметров R_th, C_th и F и зависящей от времени температуры камеры сгорания Т_СС. Pg известна из уравнения (2) или уравнения (2а) соответственно. Таким образом, уравнение (6) может быть численно решено. Затем из вычисленной температуры Tg запальной свечи можно получить элементы Pi, Pe, Pc.

Например, температура Т(t₂) в момент времени t₂ может быть вычислена из величин в более ранний момент времени t₁ посредством использования метода Эйлера для решения уравнения (6). Можно также использовать другие алгоритмы, например, такие как методы Рунге-Кутта или линейно-многошаговые методы. В частности, использование метода Эйлера приводит к прогнозируемой температуре запальной свечи:

$$Tg(t_2)=Tg(t_1)+\frac{\Delta t}{A}*\left(Pg(t_1)-B*Tg(t_1)-C*Tg{(t_1)}^4+D(t_1)\right)$$

или

$$Tg(t_2)=Tg(t_1)+\frac{\Delta t}{C_{th}}*\left(I*V*D_{PWM}(t_1)-\frac{1}{R_{th}}*Tg(t_1)-k_{B}F*Tg{(t_1)}^4\right)$$

$$+\frac{\Delta t}{C_{th}}\left(\frac{1}{R_{th}}{T}_{CC}(t_1)+k_{B}F*T_{CC}{(t_1)}^4\right)$$

Здесь I - ток через запальную свечу во время рабочего цикла, V - оцениваемый перепад напряжения в запальной свече во время рабочего цикла и D_PWM(t) - длительность рабочего цикла в момент времени t рабочего цикла в транзисторе, через который запитывается запальная свеча. Т_СС(t) - оценка температуры камеры сгорания, которая получается при помощи БУД или при помощи устройства 11 управления запальными свечами, используя температуру охлаждающей жидкости двигателя и/или нагрузку двигателя. Нагрузка двигателя может быть получена, например, из подачи топлива, частоты вращения двигателя и выходного крутящего момента.

Теплоемкость С_th и термическое сопротивление R_th, а, следовательно, параметры А и В могут зависеть от времени. В частности, термическое сопротивление R_th зависит от условий горения. Таким образом, более точная модель термического сопротивления R_th будет моделировать термическое сопротивление R_th в виде функции частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.

Зависящее от температуры сопротивление запальной свечи обеспечивает вторую оценку температуры запальной свечи, которая может быть использована в качестве первоначальной оценки температуры запальной свечи. Вторая оценка может быть также использована для корректирования вычисленной температуры запальной свечи в ситуациях, в которых решение уравнения (6) отклоняется от реальной температуры запальной свечи. Это можно осуществить посредством переустановки оцененной температуры запальной свечи на вторую оценку, если разность между оцененной температурой запальной свечи и второй оценкой превышает заранее установленный предел.

Если оценка сопротивления запальной свечи является доступной, то она может быть использована для устранения либо тока, либо напряжения в уравнении (2).

Уравнение (6) может быть также использовано для прогнозирования требуемой входной энергии для достижения требуемой разности Т(t₂)-T(t₁) температур в период времени t₂ - t₁.

Один способ осуществления оценки температуры в соответствии с упомянутыми моделями состоит в использовании логического блока 20 в целях вычисления. В этом случае температурой можно управлять следующим образом. Во-первых, логический блок 20 генерирует сигнал ошибки посредством вычитания оцениваемой температуры Tg запальной свечи из требуемой температуры запальной свечи, который подается блоком управления двигателем на вход 23. Во-вторых, сигнал ошибки используется как входной сигнал в контроллер, например, пропорционально-дифференциальный (ПД), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер или подобный контроллер, чтобы генерировать сигнал управления. Блок 16 управления затворами использует данный сигнал управления для генерирования входного сигнала для полевого МОП-транзистора 14 с соответствующим рабочим циклом.

Другой способ использования упомянутых уравнений (1)-(5) посредством хранимой температуры и поисковых таблиц, которые позволяют считывать прогнозируемую температуру в виде функции предыдущей температуры и величин входных параметров, как, например, температура камеры сгорания. Такую поисковую таблицу можно реализовать в виде таблицы, которая содержит прогнозируемые температуры в зависимости от всех возможных комбинаций входных параметров и предыдущих температур.

Фиг.5 изображает, в качестве примера, блок-схему последовательности операций способа управления запальной свечой, в котором используется способ оценки температуры запальной свечи в соответствии с данной заявкой. Способ управления запальной свечой в соответствии с фиг.5 может быть реализован при помощи машинной программы или также при помощи жестко смонтированной схемы. Кроме того, способ оценки температуры в соответствии с данной заявкой может быть также использован для других способов управления запальной свечой, отличающихся от способа, который проиллюстрирован на фиг.5.

На этапе 50 активируется нагревание запальной свечи, например, посредством поворота ключа автомобиля. На этапе 51 из выходных величин показаний датчиков или из вычислений получаются входные величины для алгоритма оценки температуры. Получение входных величин включает в себя определение электроэнергии, подаваемой в запальную свечу, и температуры камеры сгорания. На следующем этапе 52 прогнозируется температура запальной свечи посредством вычисления оценки Tg температуры запальной свечи в соответствии с вышеупомянутым алгоритмом оценки температуры. На этапе 53 вычисляется требуемая температура T ref запальной свечи. На этапе 54 получается вторая оценка Tg2 температуры запальной свечи на основе сопротивления запальной свечи. Если на этапе 55 принятия решения обнаружено, что разница между оценкой Tg и второй оценкой Tg2 температуры запальной свечи превышает заранее установленный предел, то на этапе 56 оценка Tg переустанавливается на вторую оценку Tg2. В противном случае оценка Tg используется в качестве оценки для температуры запальной свечи. На этапе 57 принятия решения проверяется, превышает ли требуемая температура T ref запальной свечи оцениваемую температуру Tg запальной свечи. Если да, то запальная свеча активируется на этапе 58, в противном случае она деактивируется на этапе 59. Затем способ управления запальной свечой в соответствии с фиг.5 возвращается обратно на этап 51, чтобы получить входные величины для следующего по времени этапа.

Способ управления подачей электроэнергии в запальную свечу в соответствии с этапами 58, 59 можно дополнительно усовершенствовать. Например, разность температур можно использовать в качестве входного сигнала в ПД-контроллер, чтобы определить рабочий цикл широтно-импульсной модуляции. В альтернативном способе управления запальной свечой, который предусматривает только прямую связь, этапы 55, 56 исключаются.

Способ оценки температуры в соответствии с изобретением обеспечивает ряд преимуществ. Вычисление температуры запальной свечи в соответствии с изобретением избавляет от использования отдельного датчика температуры для каждой запальной свечи. За счет этого уменьшается стоимость и сложность запальной свечи.

Алгоритм требует только немногих, легко приспосабливаемых параметров и входных величин. Кроме того, он обеспечивает более точную оценку по сравнению с оценкой, которая основана только на энергопотреблении запальной свечи.

В соответствии с изобретением каждая запальная свеча может моделироваться отдельно посредством обеспечения отдельных параметров C_th, R_th, F для каждой запальной свечи. Могут быть также использованы отдельные оценки температур Т_CC камеры сгорания, например, в зависимости от отдельных положений поршней. Таким образом, можно компенсировать разброс по температуре, обусловленный диапазоном отклонений при производстве запальных свечей и разной динамикой текучей среды цилиндров.

Усовершенствованная оценка температуры обеспечивает ряд преимуществ. Например, температура запала может быть достигнута быстрее, при этом исключается перегрев, что обеспечивает продолжительный срок службы запальных свечей. Кроме того, более точная оценка температур запальных свечей позволяет более эффективно использовать энергию источника питания и управлять процессом горения с более высокой точностью, чтобы уменьшить расход топлива и выбросы.

Усовершенствованная оценка температуры запальной свечи может быть также использована для диагностических целей. Можно своевременно обнаруживать неисправность запальной свечи посредством сравнения прогнозируемой температуры запальной свечи с независимой оценкой температуры запальной свечи.

Показан вариант осуществления с запальной свечой низкого напряжения, которая приводится в действие методом ШИМ. В другом варианте осуществления, который не показан в данном документе, используются запальные свечи высокого напряжения, и управление их электропитанием Pg осуществляется точно так же, как показано выше, например, посредством управления временами открытия реле запальной свечи. Кроме того, управление электропитанием можно также осуществлять посредством регулирования питающего тока запальной свечи, например, при помощи резистора переменного сопротивления. В последнем случае подачу электроэнергии в запальную свечу можно оценивать посредством измерений тока и/или напряжения вместо использования длительности временных периодов открытия и закрытия транзисторов или переключателей.

Особенно предпочтительно использование способа в соответствии с изобретением для двигателя с воспламенением от сжатия с электронным впрыском топлива, чтобы обеспечить точное управление процессом горения. Однако данный способ может быть также использован для двигателей с воспламенением от сжатия с механическим впрыском топлива или вообще без впрыска топлива.

Claims (14)

1. Способ управления одной или более запальными свечами двигателя с воспламенением от сжатия, отличающийся тем, что:
определяют электроэнергию, подаваемую в запальную свечу, и температуру камеры сгорания;
прогнозируют температуру запальной свечи; и
используют прогнозируемую температуру запальной свечи для управления подачей электроэнергии в запальную свечу,
при этом прогнозируемую температуру запальной свечи получают из числового решения дифференциального уравнения для температуры запальной свечи, причем дифференциальное уравнение для температуры запальной свечи является нелинейным по температуре запальной свечи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дифференциальное уравнение для температуры запальной свечи получают из уравнения баланса мощности, содержащего, по меньшей мере, четыре члена Pg, Pi, Pe, Pc,
где Pg моделирует электроэнергию, подаваемую в запальную свечу, Pi моделирует энергию, аккумулируемую в запальной свече за единицу времени, Pe моделирует энергию излучения за единицу времени, и Pc моделирует тепловую энергию за единицу времени, причем тепловая энергия передается посредством конвекции или теплопроводности.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дифференциальное уравнение принимает вид
Pg(t)=A*d/dt Tg(t)+B*Tg(t)+C*Tg(t)⁴+D(t)
где Pg - электроэнергия, подаваемая в запальную свечу, Tg - температура запальной свечи, A, B, C - производные из заранее откалиброванных величин, и D(t) - функция температуры камеры сгорания.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что управление электроэнергией, подаваемой в запальную свечу, осуществляют посредством управления временем открытия реле запальной свечи.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что управление электроэнергией, подаваемой в запальную свечу, осуществляют посредством управления временем открытия транзистора.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру камеры сгорания получают из температуры охлаждающей жидкости двигателя.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что температуру камеры сгорания дополнительно получают из нагрузки двигателя.

8. Устройство для управления температурой запальной свечи способом по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит средство для прогнозирования температуры запальной свечи, исходя из, по меньшей мере, электроэнергии, подаваемой в запальную свечу, и температуры камеры сгорания, при этом устройство содержит средство для получения температуры камеры сгорания.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения количества передаваемой тепловой энергии, причем тепловая энергия передается посредством переноса излучения между запальной свечой и камерой сгорания.

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что оно содержит средство для получения величины управления температурой для температуры запальной свечи из прогнозируемой температуры запальной свечи.

11. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что оно содержит средство для вычисления ширины импульса широтно-импульсной модуляции из величины управления температурой.

12. Двигатель с воспламенением от сжатия, содержащий запальные свечи, отличающийся тем, что управление одной или более запальными свечами осуществляется при помощи устройства по любому из пп.8-11.

13. Транспортное средство, отличающееся тем, что оно содержит двигатель с воспламенением от сжатия по п.12.

14. Машиночитаемый носитель, отличающийся тем, что он содержит машиночитаемый программный код для осуществления способа по любому из пп.1-7.

Images