專利名稱：用于調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在預(yù)熱塞的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法，其 中依據(jù)預(yù)熱塞的電阻確定溫度值。
背景技術(shù)：
為了點燃燃料-空氣混合物在內(nèi)燃機中使用的預(yù)熱塞在冷態(tài)下被預(yù)加熱，直到其 溫度高到足以使燃料-空氣混合物點燃。預(yù)熱塞為此具有一個加熱器，它在1至2秒鐘的 短的時間段中對冷態(tài)的預(yù)熱塞施加一個提高的加熱電壓，從而使預(yù)熱塞在該時刻承受超負 荷。在該所謂的推動階段結(jié)束之后，預(yù)熱塞的尖端部達到高于1000°C的溫度，而預(yù)熱塞其余 部分具有的溫度仍遠遠低于該1000°c的溫度。對預(yù)熱塞的正常的調(diào)節(jié)或控制是通過測量預(yù)熱塞中的預(yù)熱絲的電阻實施的。由于 在推動階段結(jié)束之后預(yù)熱塞的其余部分并且由此也包括預(yù)熱絲的其余部分還沒有達到預(yù) 熱塞的尖端部的溫度，因此不可能通過測量預(yù)熱絲的電阻實現(xiàn)正常的溫度調(diào)節(jié)或控制。在 推動階段之后在預(yù)熱塞中形成的不穩(wěn)定的溫度變化持續(xù)大約30秒鐘。在此之后預(yù)熱塞中 的溫度已經(jīng)平衡，從而可以通過測量的電阻進行正常的溫度調(diào)節(jié)或控制。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是提出一種用于在預(yù)熱塞(預(yù)熱銷)的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制 預(yù)熱塞的溫度的方法，其中即使在預(yù)熱塞內(nèi)部的不穩(wěn)定的溫度分布期間也能夠調(diào)節(jié)或控制 預(yù)熱塞的溫度。按照本發(fā)明，該任務(wù)如此解決，即借助于物理模型計算在預(yù)熱塞內(nèi)部在不穩(wěn)定的 溫度變化(分布)期間用于確定溫度值的電阻。本發(fā)明的優(yōu)點在于，在高的質(zhì)量(優(yōu)度) 下模擬預(yù)熱(加熱)溫度并且由此可以在預(yù)熱(加熱)階段的每個時刻，尤其是直接在內(nèi) 燃機起動時調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱(加熱)溫度。有利地，依據(jù)測量的電阻和計算的電阻值求出溫度值。該測量的電阻此時形成用 于計算溫度值的可靠的初始值，所述溫度值在加熱階段的時間期間計算。由此保證，在加熱 階段內(nèi)利用計算的電阻值要求出的溫度值形成一個用于調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的預(yù)熱(加熱) 溫度的可靠的基礎(chǔ)。在一個實施例中，在多個時間間隔中求出溫度值，其中計算的電阻值依據(jù)先前的 時間間隔變化。這意味著，分別在一個確定的時間段之后計算一個新的溫度值，將該溫度值 作為調(diào)節(jié)或控制的基礎(chǔ)。要計算的電阻值此時有利地只取決于已經(jīng)過去的時間間隔并且與 先前確定的溫度無關(guān)，這在例如在預(yù)熱塞的加熱階段中出現(xiàn)的不穩(wěn)定的溫度分布情況下是 特別有利的。由于采用這種方法，取消了作為測量塞使用的熱元件的應(yīng)用，由此降低了材料 成本。在一個改進方案中，計算的電阻值依據(jù)一個遞減指數(shù)函數(shù)來確定，其中指數(shù)由熱 弛豫時間和一個時間常數(shù)形成。熱弛豫時間是指這樣的時間，即直到該時間為此，在推動階段之后預(yù)熱塞的溫度是穩(wěn)定的，即預(yù)熱塞已經(jīng)達到一個穩(wěn)定的溫度分布。通過對在加熱階 段中預(yù)熱塞的溫度的這種不穩(wěn)定的模擬，可以實現(xiàn)對取決于發(fā)動機工作點的預(yù)熱(加熱) 溫度的控制和調(diào)節(jié)，其中例如不同地調(diào)整內(nèi)燃機的負荷。有利地，一次性地求出用于各使用的預(yù)熱塞的時間常數(shù)。由于該時間常數(shù)因生產(chǎn) 的分散性而成為各預(yù)熱塞本身特有的，因此該時間常數(shù)的確定在預(yù)熱塞安裝到內(nèi)燃機中之 后就已經(jīng)實施并且被存儲在控制器中以便進一步使用。在一種變型中，要計算的第一電阻值用一個起始值初始化。其中該起始值與指數(shù) 函數(shù)相乘。在一個實施例中，起始值由基于在預(yù)熱塞中的均勻的溫度分布下一次性求得的電 阻與在預(yù)熱階段結(jié)束之后探測的電阻的差來確定。此時出發(fā)點是，也被稱為推動階段的預(yù) 熱階段的結(jié)束時刻是與被稱為加熱階段的溫度平衡階段的開始的時刻相同的。因此由一個 預(yù)計在加熱階段結(jié)束之后產(chǎn)生的電阻和一個在預(yù)熱階段結(jié)束之后在加熱階段的開始時刻 出現(xiàn)的電阻計算出該差值。在加熱階段結(jié)束之后的該電阻的計算在此情況下取決于在預(yù)熱 階段之后預(yù)熱塞已經(jīng)達到的溫度并且該溫度在考慮預(yù)熱塞上施加的車載電壓的情況下從 預(yù)熱塞提供的能量中計算出來。在一個改進方案中，在短時間的預(yù)熱階段期間，冷態(tài)的預(yù)熱塞被施加上一個加熱 電壓，該加熱電壓高于為預(yù)熱塞設(shè)定的工作電壓，由此在預(yù)熱塞中形成不穩(wěn)定的溫度分布。 通過這種方法，將預(yù)熱塞置于一種溫度上，該溫度限定了預(yù)熱塞中的不穩(wěn)定的溫度變化并 且在那里使用用于在預(yù)熱塞的加熱階段期間確定溫度狀態(tài)的物理模型，在該加熱階段中， 不穩(wěn)定的溫度分布變化成一種沿著預(yù)熱塞的穩(wěn)定的溫度分布。有利地，針對一個先前的時間段計算的電阻值形成用于計算在下一個時間段中的 下一個電阻值的起點。計算的電阻值在相互之上(在相互的基礎(chǔ)上)建立，由此物理模型 不僅在靜止的空氣上而且在內(nèi)燃機起動時或者在內(nèi)燃機空轉(zhuǎn)時以及在動態(tài)的發(fā)動機運行 中(如果汽車直接在起動之后被加速的話)都非常好地反映預(yù)熱塞的不穩(wěn)定的溫度分布。 因此借助于該物理模型計算的溫度值可以用于調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度。在一個實施例中，測量用于在預(yù)熱階段結(jié)束之后形成溫度值的電阻。在一種變型中，測量的電阻由一個電壓和一個電流確定，它們通過測量施加在預(yù) 熱塞上的電壓和流過預(yù)熱塞的電流被求出。由于這些參數(shù)可以借助于控制器測量，因此電 阻可以簡單地由預(yù)熱塞的實際的狀態(tài)計算出來。但是，由于不穩(wěn)定的溫度分布，該電阻將小 于在加熱階段結(jié)束之后預(yù)計出現(xiàn)的電阻。有利地，在預(yù)熱塞的加熱階段結(jié)束之后，在該加熱階段中已經(jīng)在預(yù)熱塞中調(diào)整出 一種穩(wěn)定的溫度分布，依據(jù)一個測量的電阻值實施溫度的調(diào)節(jié)，該電阻值代表預(yù)熱塞的溫 度。因此可以自內(nèi)燃機起動起任何時候控制和調(diào)節(jié)預(yù)熱塞的溫度，因為在不穩(wěn)定的溫度分 布期間，溫度值借助于物理模型確定，而在調(diào)整出穩(wěn)定的溫度分布期間測量預(yù)熱塞的電阻 并且由此求得用于調(diào)節(jié)和/或控制的溫度實際值。本發(fā)明可以具有很多的實施形式。其中一個實施形式將對照在附圖中示出的圖進 行詳細描述。


圖1是在內(nèi)燃機中設(shè)置預(yù)熱塞的原理圖，圖2是用于計算在不穩(wěn)定的溫度分布期間的溫度的示意流程圖。
具體實施例方式冷態(tài)的內(nèi)燃機，尤其是柴油機，在環(huán)境溫度低于40°C時需要起動輔助裝置，以便點 燃被引入到柴油機中的燃料空氣混合物。作為起動輔助裝置則使用由預(yù)熱塞、預(yù)熱(加熱) 時間控制器和存儲在發(fā)動機控制器中的預(yù)熱軟件組成的預(yù)熱系統(tǒng)。此外預(yù)熱系統(tǒng)也被用于 改善汽車的排放。預(yù)熱系統(tǒng)的其它的應(yīng)用領(lǐng)域在于燃燒器廢氣系統(tǒng)、在停車采暖裝置中、在 燃料(混合燃料系統(tǒng)(柔性燃料))的預(yù)熱或冷卻水的預(yù)熱中。圖1示出了一種這樣的預(yù)熱系統(tǒng)1。預(yù)熱塞2此時凸入到柴油機4的燃燒室3中。 預(yù)熱塞2—方面與預(yù)熱(加熱)時間控制器5連接并且另一方面通到車載電網(wǎng)電壓6，它給 預(yù)熱塞2施加例如IlV的額定電壓。預(yù)熱(加熱)時間控制器5與發(fā)動機控制器7連接， 后者又通到柴油機4上。為了點燃燃料空氣混合物，在一個持續(xù)1至2秒鐘的推動階段(Push-Phase)中， 預(yù)熱塞2通過施加超電壓(過電壓)被預(yù)熱。由此供給到預(yù)熱塞2上的電能在一個沒有進 一步示出的加熱螺旋管(絲)中被轉(zhuǎn)換成熱量，因此預(yù)熱塞的尖端部上的溫度陡然升高。加 熱螺旋管(絲)的加熱功率通過電子式預(yù)熱施加控制裝置5與相應(yīng)的柴油機4的要求相適 配。燃料空氣混合物被引導從預(yù)熱塞2的熱的尖端部旁經(jīng)過并且由此被加熱。結(jié)合在柴油 機4壓縮沖程期間對進氣空氣的加熱，達到燃料空氣混合物的著火溫度。預(yù)熱塞2具有不同的預(yù)熱(加熱)階段。如已經(jīng)示出的那樣，在一個預(yù)熱階段，即 要求1至2秒鐘的推動階段中，冷態(tài)預(yù)熱塞2被供給一個推動電壓，該推動電壓高于預(yù)熱塞 2的額定電壓。在這個短的時間段期間，預(yù)熱塞的尖端部分被加熱到近似1000°C，而預(yù)熱塞 2的其余部分還低于該溫度，由此在預(yù)熱塞2內(nèi)部形成一種不穩(wěn)定的溫度分布。在該預(yù)熱階 段之后接著是預(yù)熱塞2的一個加熱階段，在該加熱階段中不穩(wěn)定的溫度分布得到補償而在 整個預(yù)熱塞2上形成穩(wěn)定的溫度分布。一個這樣的加熱階段通常持續(xù)大約30秒鐘。在這 個時間段期間，預(yù)熱塞2的溫度沒有通過具有用于預(yù)熱功能的軟件的發(fā)動機控制器被提供 進行調(diào)節(jié)或控制。只有在已經(jīng)形成了預(yù)熱塞2的穩(wěn)定的溫度分布之后，才能夠到目前為止 按照現(xiàn)有技術(shù)實施預(yù)熱功能的調(diào)節(jié)。圖2中示出了用于計算在加熱階段期間的溫度的示意流程圖，該加熱階段作為軟 件集成在發(fā)動機控制器中并且在那里在對預(yù)熱塞的預(yù)熱功能的溫度調(diào)節(jié)情況下被考慮。在框塊100中通過測量由柴油機4驅(qū)動的汽車的車載電網(wǎng)電壓和電流，確定預(yù)熱 塞2的能量。依據(jù)該車載電網(wǎng)電壓確定推動階段的持續(xù)時間。接著在框塊101中確定溫度 Taish,由于在推動階段內(nèi)以推動電壓的形式提供給預(yù)熱塞2的能量，使得預(yù)熱塞2的尖端部 分已經(jīng)達到該溫度。從該前提出發(fā)，在框塊102中計算電阻差A(yù)R(t = Q)。Δ R(t = 0) = R(t = 30)-RpuSh(t = ο)⑴ ο備選地，可以將該電阻差直接換算成溫度。則滿足ΔΤ( = 0) = T(t = 30) "Taishit = O)
其中T(t = 30) = f(R(t = 30))并且Tpushft = 0) = f (Rpush(t = ο))。電阻值R(t = 3CI)的測量在此情況下是在假設(shè)存在穩(wěn)定的溫度分布情況下在預(yù)熱塞2 安裝到柴油機4中之后一次地實施并且為了其它的計算被存儲起來。備選地，電阻值R(t = 30)可以由一個電阻模型計算，該電阻模型將電阻值R(t = 3CI)看作是預(yù)熱塞2的在推動階段中 達到的溫度Taish的函數(shù)，其中，如已經(jīng)描述的那樣，溫度Taish是在推動階段中向預(yù)熱塞2提 供的能量的函數(shù)。在框塊103中，在考慮熱弛豫時間t下，以一種指數(shù)方法模擬在加熱階段中跟隨在 推動階段之后進行的溫度平衡過程。Tfflod = f (Rffless) +Δ R(tK)(2)。當換算成溫度時，得到Tfflod = Tact+Δ T (tK),其中Tad = f (Rfflass),其中Δ R (tK) = f (exp (_dtK/T)或Δ T (tK) = f (exp (_dtK/T)。在此情況下確定電阻Rnress,該電阻在時刻、時存在于預(yù)熱塞的預(yù)熱絲上。為此測 量預(yù)熱塞2的預(yù)熱絲上存在的電壓和通過預(yù)熱塞流動的電流并且由此計算出電阻Rmess。時 刻、此時表示推動階段的結(jié)束，但同時也是溫度平衡過程亦即加熱階段的開始。進行初始化(設(shè)置初值)，其中將由等式⑴求出的電阻差值A(chǔ)R(Ptl)或溫度差 值A(chǔ)T(Ptl)與指數(shù)函數(shù)相乘。Δ R (t0+1) = exp (_dt/T) · Δ R(t = 0)(3)或Δ T (t0+t) = exp(_dt/T) · AT(t = 0)。時間常數(shù)T在此情況下形成一個在預(yù)熱塞使用之前一次性用于每個預(yù)熱塞2的參 量，該參量存儲在發(fā)動機控制器7中。參數(shù)-dt給出熱弛豫的時間段(以tQ開始，在該 時刻求出了電阻值A(chǔ)R(t(l+1))。由此獲得起始值A(chǔ)R(t(l+1)，該起始值被用于函數(shù)⑵中并且 由此確定第一模擬溫度值Tm。d。這個模擬的溫度值在調(diào)節(jié)預(yù)熱塞的預(yù)熱特性中被作為溫度 實際值處理(框塊104)。在該加熱階段期間，電阻值A(chǔ)R(tk)以分布在整個加熱階段上的方式，例如每隔 100ms，被計算k次，其中在框塊103中總是將上一次計算的電阻值與指數(shù)函數(shù)相乘。由此 得出AR(tk) =exp(_dtK/T) * AR(^1)(4)或在電阻值換算成溫度的情況下Δ T (tk) = exp (_dtK/T) * Δ T (t^)。
接著在框塊104中將每個電阻值A(chǔ)R(tk)或溫度值Δ T (tk)用于計算針對給定的 時間段tk的溫度Tnrod并且作為溫度實際值在加熱階段期間用于調(diào)節(jié)。所描述的模型不僅在靜止的空氣上而且在柴油機起動時或者在空轉(zhuǎn)中都非常好 地反映了該不穩(wěn)定的溫度分布并且因此可以有利地用于在加熱階段中調(diào)節(jié)預(yù)熱塞2的預(yù) 熱(加熱)溫度。
權(quán)利要求
1.用于在預(yù)熱塞O)的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法，其中依據(jù)預(yù)熱塞 (2)的電阻確定溫度值，其特征在于，在預(yù)熱塞O)內(nèi)在一個不穩(wěn)定的溫度分布期間借助于 物理模型計算用于確定溫度值(Tm。d)的電阻(AR(tk))。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，依據(jù)測量的電阻(Rnress)和計算的電阻值 (AR(tk))求出溫度值(Tm。d)。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在多個時間間隔(k)中求出溫度值(Tnrod)， 其中計算的電阻值(△! (、))依據(jù)先前的時間間隔(k-i)變化。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，依據(jù)一個遞減指數(shù)函數(shù)確定所述計算的 電阻值(ARak))，其中指數(shù)由熱弛豫時間ak)和一個時間常數(shù)⑴形成。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對于相應(yīng)使用的預(yù)熱塞O)，一次性求得 所述時間常數(shù)⑴。
6.按照權(quán)利要求3和4所述的方法，其特征在于，用一個起始值(ΔΙΚ、=》)將計算的 第一電阻值(AR(t0+1))初始化。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，起始值(AR^J)由基于在預(yù)熱塞中的 均勻的溫度分布下一次性求得的電阻a t=3(l)與在預(yù)熱階段結(jié)束之后探測的電阻(Rpushit= 0))的差來確定。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在短時間的預(yù)熱階段期間，冷態(tài)的預(yù)熱塞 ⑵被施加上一個加熱電壓，該加熱電壓高于為預(yù)熱塞⑵設(shè)定的工作電壓，由此在預(yù)熱塞 (2)中形成不穩(wěn)定的溫度分布。
9.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，針對一個先前的時間段(k-Ι)計算的電阻 值QR(V1))形成用于計算在下一個時間段(k)中的下一個電阻值A(chǔ)R(tk)的起點。
10.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱階段結(jié)束之后測量預(yù)熱塞O)的 電阻(Rmess)，以形成溫度值(Tmod)。
11.按照權(quán)利要求2或10所述的方法，其特征在于，測量的電阻(Rmess)由一個電壓和 一個電流確定，它們通過測量施加在預(yù)熱塞( 上的電壓和流過預(yù)熱塞( 的電流被求出。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱塞(2)的加熱階段結(jié)束之后，在該 加熱階段中已經(jīng)在預(yù)熱塞O)中調(diào)整出一種穩(wěn)定的溫度分布，溫度的調(diào)節(jié)依據(jù)一個測量的 電阻值確定，該電阻值代表預(yù)熱塞O)的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在預(yù)熱塞(2)的加熱階段中調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度的方法，其中依據(jù)預(yù)熱塞(2)的電阻確定溫度值。為了即使在預(yù)熱塞內(nèi)部的一個不穩(wěn)定的溫度分布期間也能夠調(diào)節(jié)或控制預(yù)熱塞的溫度，在預(yù)熱塞(2)內(nèi)在一個不穩(wěn)定的溫度分布期間借助于物理模型計算用于確定溫度值(Tmod)的電阻(ΔR(tk))。
文檔編號F02P19/02GK102052229SQ201010537468
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者B·拉普, S·約斯 申請人:羅伯特·博世有限公司