[发明专利]估计电热塞温度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种估计电热塞温度的方法和装置。

背景技术

压燃式发动机通常装配有电热塞系统。该电热塞系统在发动机点火时以及在工作的发动机预热阶段提供普通的助燃。这一系统的核心零件是电热塞，该电热塞的端部可以通过电能向热能的转化达到超过900℃的高温。

每个汽缸都配有电热塞，根据发动机和环境情况的需要，通常是冷的情况下，该电热塞会被打开。电热塞的作用相当于电阻。它们的电阻值随温度变化。在温度升高时，内阻值也增加。

各种不同的电热塞技术都在应用。电热塞可以是高压或者低压，它们也可以由不同的材料制成，例如金属电热塞和陶瓷电热塞。高压电热塞通常直接由汽车电池供电。相反，由于低压电热塞具有低于电池电压的额定电压，它们通常需要脉宽调制(PWM)电源来获得正确的电压。特别是低压电热塞可以很容易地通过将PWM的MOSFETs的门极连接到电子控制单元并控制PWM的工作循环而得以控制。

发明内容

本发明提供了一种用于在计算机、微控制器及类似装置中执行的、用于控制压燃式发动机的一个或者多个电热塞的方法。电热塞的控制包括预测电热塞的温度以控制电热塞的功率供给。特别的，可以通过控制脉宽调制的脉冲宽度来控制。

按照本发明，确定电热塞的供给功率以及燃烧室温度。供给功率的确定包括读入供给功率的输入值或者读入派生出供给功率的若干输入值，例如脉宽调制的脉冲宽度或者供给电压。确定燃烧室温度包括读入燃烧室温度的输入值或者读入派生出燃烧室温度的若干输入值。这些输入值可以包括但不限于，发动机负载，发动机转速，冷却水温度和进气温度。

预测电热塞的温度并且所预测的电热塞的温度被用来控制电热塞的功率供给。例如可以通过开关MOSFETs或者其他类型的晶体管或者开关电热塞继电器控制功率供给。

预测的电热塞温度是从电热塞温度的一个微分方程的一个数值解推导出来的。该微分方程关于电热塞温度是非线性的，因为该微分方程包括电热塞温度的大于一次的幂。特别是提供了这样一个微分方程，该微分方程包括用于对辐射热传递建模的电热塞温度的四次幂以。推导电热塞温度包括将输入值或者计算值插入到一个或者一组代表所述微分方程数值解的方程中。

在另一种可选的实施形式中，如果第二次估计和通过微分方程数值解推导出的第一次估计的差超过了一个预先设定的值，电热塞温度的预测包括将预测的电热塞温度重置成第二估计。

按照本发明，从一个功率守恒方程或者一个等价的能量守恒方程推导出电热塞温度的微分方程。功率守恒方程包括至少四项，即，Pg，Pi，Pe，Pc，其中Pg表示电热塞的供给功率，Pi表示单位时间内存储在电热塞中的能量，Pe单位时间内的辐射的能量，Pc表示单位时间内通过对流或者传导传递的的热能。在此，“推导”意味着存在一个和具有项Pg，Pi，Pe，Pc的微分方程等价的方程。

按照本发明，用于电热塞温度的微分方程具有如下形式：Pg(t)＝A*d/dtTg(t)+B*Tg(t)+C*Tg(t)⁴+D(t)，其中，Pg是提供给电热塞的能量，Tg是电热塞的温度，A，B，C是从预先标定的值推导出来的，D(t)是燃烧室温度的函数。A，B，C是从预先标定的值推导出来的，因为它们是由输入值和预先标定的特性曲线所确定或者它们是预先标定的常数。

按照本发明，电热塞的功率供给可以用各种方法加以控制。例如，可以通过控制电热塞继电器的开启时间或者控制晶体管的开启时间来加以控制。晶体管的开启时间可以用脉宽调制(PWM)加以控制。尤其在晶体管通过PWM控制时，电热器可以很容易地由数字控制器加以控制。

此外，本发明公开了一种根据前述方法控制电热塞温度的装置，该装置包括根据至少电热塞的供给功率和燃烧室的温度预测电热塞温度的器件。在本发明的一种实施形式中，该器件由一个模式编程单元，一个逻辑单元和一个门极驱动单元来提供。该装置还包括得出燃烧室温度的器件，该器件要么通过读入输入值，要么根据输入值计算燃烧室温度。在本发明的一种实施形式中，该器件由连接在发动机控制单元的输入26提供。