專利名稱：電熱塞學(xué)習(xí)與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)，尤其涉及燃燒室加熱器控制。
背景技術(shù)：
這一部分的內(nèi)容僅僅是提供與本公開相關(guān)的背景技術(shù)，并不構(gòu)成 現(xiàn)有技術(shù)。
柴油機(jī)操作包括產(chǎn)生廢氣的燃燒。在燃燒期間，空氣/燃料混合 物通過進(jìn)氣門傳送到氣缸中，并在其中燃燒。柴油機(jī)通過壓縮氣缸和 燃燒室內(nèi)的空氣產(chǎn)生熱量來點(diǎn)燃空氣/燃料混合物。
在寒冷條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)油和冷卻水溫度低。發(fā)動(dòng)機(jī)初始旋轉(zhuǎn) 期間產(chǎn)生的熱量通過寒冷的環(huán)境從燃燒室傳導(dǎo)出去，從而妨礙了燃燒 室內(nèi)的點(diǎn)火。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)，極大地降低了燃燒效率。在冷起動(dòng) 條件下，使用電熱塞加熱柴油機(jī)的燃燒室。因此，電熱塞是柴油機(jī)排 放控制中的關(guān)鍵組件。但是，如果電熱塞超過適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟?，就?huì) 由于過熱或燒壞而損壞電熱塞。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)下文中所提供的詳細(xì)描述，本發(fā)明適用性的其它方面也是顯 而易見的。應(yīng)當(dāng)理解，盡管示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是其詳細(xì) 描述和具體實(shí)例僅僅是示意性目的，而不是限制本公開的范圍。
用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制燃燒室加熱器溫度的系統(tǒng)和方法包括計(jì)算模 塊，該計(jì)算模塊基于所述燃燒室加熱器的有效電阻確定所述燃燒室加 熱器的溫度；以及控制模塊，該控制模塊通過基于所述燃燒室加熱器 的操作溫度信號和所述燃燒室加熱器的所需溫度指令所述燃燒室加熱 器的工作循環(huán)來控制所述燃燒室加熱器的溫度。
在其它方面，所述系統(tǒng)還包括誤差模塊，該誤差模塊基于所述燃
燒室加熱器的初始電阻和標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器的預(yù)期電阻計(jì)算所述燃燒 室加熱器與所述標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器之間的誤差電阻。所述預(yù)期電阻基
于所述冷卻液溫度，所述初始電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第一點(diǎn)火電壓和供應(yīng)
到所述燃燒室加熱器的第 一 電流。
在其它方面，所述有效電阻基于所述燃燒室加熱器的所述誤差電 阻和第二電阻，其中所述第二電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第二點(diǎn)火電壓和供應(yīng) 到所述燃燒室加熱器的第二電流。當(dāng)所述操作溫度信號降低到所述所 需溫度信號之下時(shí)，所述控制模塊指令所述燃燒室加熱器的所述工作 循環(huán)。當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)循環(huán)，并且所述冷卻液溫度降低到溫度 閾值之下時(shí)，所述誤差模塊計(jì)算所述誤差電阻。
一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒室加熱器的系統(tǒng)，包括燃燒室加熱
器；以及控制模塊，該控制模塊基于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)的
點(diǎn)火電壓、和供應(yīng)到所述燃燒室加熱器的電流來控制所述燃燒室加熱 器的溫度。
在其它方面，所述系統(tǒng)還包括誤差模塊，該誤差模塊基于所述燃
燒室加熱器的初始電阻和標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器的預(yù)期電阻計(jì)算所述燃燒 室加熱器與所述標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器之間的誤差電阻。所述預(yù)期電阻基
于所述冷卻液溫度，所述初始電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第一點(diǎn)火電壓和供應(yīng) 到所述燃燒室加熱器的第 一電流，所述冷卻液溫度等同于所述燃燒室 加熱器的初始溫度。
在其它方面，所述系統(tǒng)還包括計(jì)算模塊，該計(jì)算模塊基于所述燃 燒室加熱器的有效電阻確定所述燃燒室加熱器的所述溫度。所述有效 電阻基于所述燃燒室加熱器的所述誤差電阻和第二電阻。所述第二電 阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第二點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室加熱器的第二電 流。所述控制模塊基于所述燃燒室加熱器的所述溫度以及所述燃燒室 加熱器的所需溫度來指令燃燒室加熱的工作循環(huán)。


從下面詳細(xì)的描述和附圖，能夠全面理解本發(fā)明，其中 圖1為根據(jù)本發(fā)明的典型柴油機(jī)系統(tǒng)的功能框圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的電熱塞(GP)控制系統(tǒng)的框圖； 圖3A為根據(jù)本發(fā)明的GP學(xué)習(xí)模塊的框圖； 圖3B為根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算模塊的框圖4A為示出由根據(jù)本發(fā)明的GP學(xué)習(xí)模塊執(zhí)行的典型步驟的流程 圖；以及
圖4B為示出由根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算模塊執(zhí)行的典型步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)質(zhì)上，下列優(yōu)選實(shí)施例的描述僅僅是示意性的，而絕不是限制 本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。為簡便起見，附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來 表示相似的元件。如本文所使用的，術(shù)語模塊指的是特定用途集成電
路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的處理器(共 享、專用或群組的)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路或提供所述功能的其它 合適部件。
現(xiàn)在參考圖l，示出了發(fā)動(dòng)機(jī)14的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10?？刂破?6與 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10的各種組件通信，包括，但不限于，節(jié)氣門位置傳 感器(TPS) 20、燃料系統(tǒng)22、發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器24、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液 溫度(Tcool)傳感器26、環(huán)境溫度(Tamb)傳感器28和發(fā)動(dòng)機(jī)14的 燃燒室32內(nèi)的燃燒室加熱器30。在本發(fā)明中，燃燒室加熱器30包括電 熱塞。但是，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可預(yù)計(jì)到，燃燒室加熱器 30的各種其它實(shí)施方式。另外，盡管只示出了單個(gè)電熱塞30,但是應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10可在具有多個(gè)電熱塞的發(fā)動(dòng)機(jī)中 實(shí)現(xiàn)。
發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器24確定發(fā)動(dòng)機(jī)速度，單位為轉(zhuǎn)每分(RPM)。 TPS 20確定節(jié)氣門19的位置。節(jié)氣門19調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)14的空氣流。 控制器16從MAF傳感器34接收質(zhì)量空氣流量(MAF)信號，從而確定 進(jìn)入發(fā)動(dòng)才幾14的空氣流。
控制器16接收Tamb傳感器28的Tamb信號和Tcool傳感器26的Tco01 信號。控制器16通過點(diǎn)火開關(guān)42聯(lián)接車輛蓄電池40,并向電熱塞(GP) 30的加熱元件(未示出)供電?？刂破?6監(jiān)測供應(yīng)到GP 30的電流。
現(xiàn)在參考圖2 ，控制器16的電熱塞控制系統(tǒng)200包括GP學(xué)習(xí)模塊 202、計(jì)算模塊204和控制模塊206。 GP學(xué)習(xí)模塊202接收Tcool傳感器26 的Tcool信號、初始點(diǎn)火電壓信號(初始Vign)和標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)GP電阻 (R)。初始Vign和初始電流分別表示電熱塞30起動(dòng)時(shí)的電壓和電流。 GP 30加熱燃燒室32,以輔助寒冷條件下的點(diǎn)火。Tamb表示標(biāo)準(zhǔn)(環(huán) 境)室溫(例如，20攝氏度)，并用作相對于Tcool的校準(zhǔn)室溫偏移 (Toffset)。通常，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)(其中發(fā)動(dòng)機(jī)14已經(jīng)停用一段時(shí)
間，例如，5個(gè)小時(shí))，Tamb與Tcool基本相同。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，假 設(shè)GP 30的溫度等于Tco01。標(biāo)稱的GP R表示室溫時(shí)標(biāo)稱或標(biāo)準(zhǔn)GP的電阻。
GP學(xué)習(xí)模塊202通過計(jì)算標(biāo)稱GP的預(yù)期R與GP 30起動(dòng)時(shí)的初始R 之間的誤差R來確定GP 30的特性。GP學(xué)習(xí)模塊202對于所有的發(fā)動(dòng)機(jī) 起動(dòng)都產(chǎn)生誤差R。誤差R信號傳送到計(jì)算模塊204,并存儲(chǔ)在非易失 性存儲(chǔ)器中(未示出)。通常，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)14已停用一段時(shí)間時(shí)，GP學(xué) 習(xí)模塊202每個(gè)點(diǎn)火循環(huán)操作 一 次。
計(jì)算模塊204基于誤差R信號和GP 30的電阻特性來確定GP 30的操 作溫度測量值(GP temp)。計(jì)算模塊204接收GP學(xué)習(xí)模塊202的誤差 R信號、GP 30的隨后或者第二Vign和電流讀數(shù)，以及標(biāo)稱GP R。計(jì)算 模塊204計(jì)算操作GP temp,并將操作GP temp信號傳送至控制模塊 206。通常，計(jì)算一莫塊204周期性地操作(例如，每100ms)。
控制模塊206基于操作GP temp信號和校準(zhǔn)的所需溫度(所需temp) 控制GP 30的工作循環(huán)?？刂颇K206提供閉環(huán)控制方法，可包括，但 不限于，具有脈沖寬度調(diào)制、轉(zhuǎn)換和離散盲區(qū)控制的比例積分微分 (PID)控制器。通常，控制模塊206周期性地操作(例如，每100ms)。
現(xiàn)在參考圖3A和3B，分別更加詳細(xì)地示出了GP學(xué)習(xí)模塊202和計(jì) 算模塊204。 GP學(xué)習(xí)模塊202包括預(yù)期R模塊300和初始R模塊302。預(yù) 期R模塊300基于Tcool參考GP 30的制造商提供的校準(zhǔn)的溫度對R關(guān) 系。例如，其關(guān)系可包括R每變化1歐姆的攝氏度變化。
初始R才莫塊302基于初始Vign和初始電流計(jì)算GP 30的初始R。初始 R的值根據(jù)下列公式確定
<formula>formula see original document page 8</formula>
第一比較器304基于GP 30的預(yù)期R和初始R來計(jì)算誤差R。在各種實(shí)施 例中，誤差R的值可根據(jù)下列公式確定<formula>formula see original document page 8</formula>(2)
計(jì)算模塊204包括有效R模塊310和GP溫度模塊312。有效R模塊310 基于GP 30的隨后或第二Vign和電流讀數(shù)，周期性地計(jì)算GP 30的電 阻。然后，有效R模塊310基于GP 30的電阻和從GP學(xué)習(xí)模塊202接收 的誤差R確定GP 30的有效R。有效R;f莫塊310將GP 30的有效R傳遞到GP 溫度模塊312。
GP溫度才莫塊312周期性地(例如，每100ms)計(jì)算有效R與標(biāo)稱GP R之間的R差。然后，GP溫度模塊312基于校準(zhǔn)的溫度對R關(guān)系確定對 應(yīng)于R差的溫度。GP溫度模塊312將操作GP temp傳遞到控制模塊206。 操作GP temp基于對應(yīng)于R差的溫度。
控制模塊206基于所需GP temp與從GP溫度才莫塊312接收的操作GP temp之間的差確定temp誤差。控制才莫塊206提供聯(lián)接到GP 30的閉環(huán)控 制方法，可包括，但不限于，具有脈沖寬度調(diào)制、轉(zhuǎn)換和離散盲區(qū)控 制的比例積分微分(PID)控制器。
現(xiàn)在參考圖4A,現(xiàn)在更加詳細(xì)地描述示出GP學(xué)習(xí)模塊202的操作 的方法400。控制在步驟402開始方法400。在步驟404中，控制確定發(fā) 動(dòng)機(jī)14的停用周期或"關(guān)閉時(shí)間"是否超過了校準(zhǔn)的關(guān)閉時(shí)間閾值。 應(yīng)當(dāng)理解，該閾值可包括其它發(fā)動(dòng)機(jī)14操作參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)14的溫 度。如果控制確定發(fā)動(dòng)機(jī)14未超過校準(zhǔn)的關(guān)閉時(shí)間閾值，那么控制進(jìn) 行到步驟414 。如果控制確定發(fā)動(dòng)機(jī)14已超過校準(zhǔn)的關(guān)閉時(shí)間閾值， 那么控制進(jìn)行到步驟406。
在步驟406中，控制確定Tamb和Tcool是否在冷卻液校準(zhǔn)范圍內(nèi)。 控制估計(jì)Tcool等同于發(fā)動(dòng)機(jī)14操作溫度。如果控制確定Tamb和Tcool 不在冷卻液校準(zhǔn)范圍內(nèi)，那么控制進(jìn)行到步驟414。如果控制確定Tamb 和Tcool在冷卻液校準(zhǔn)范圍內(nèi)，那么控制進(jìn)行到步驟408。在步驟408中， 控制計(jì)算標(biāo)稱GP在Tcool的預(yù)期R。在步驟410中，控制計(jì)算GP 30起動(dòng) 時(shí)的初始R。在步驟412中，控制確定GP30的預(yù)期R與初始R之間的GP 30 的誤差R。在步驟414中，方法400結(jié)束。
現(xiàn)在參考圖4 B,現(xiàn)在更加詳細(xì)地描述示出計(jì)算沖莫塊204的操作的 方法450。控制在步驟452開始方法450。在步驟454中，控制測量GP30 的隨后或第二Vign和電流。在步驟456中，控制計(jì)算GP 30的有效R。 在步驟458中，控制確定GP 30的操作GP temp。在步驟460中，控制將
操作GPtemp傳遞到控制模塊206。在步驟462中，方法450結(jié)束。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員從前面的描述應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明廣泛的教導(dǎo)可 以多種形式執(zhí)行。因此，盡管根據(jù)其特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是 由于通過對附圖、說明書和所附權(quán)利要求的研究，其它修改對于技術(shù) 人員也是顯而易見的，所以本發(fā)明的實(shí)際范圍不應(yīng)當(dāng)這樣限制。
權(quán)利要求
1.一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒室加熱器的系統(tǒng)，包括燃燒室加熱器；以及控制模塊，該控制模塊基于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火電壓、和供應(yīng)到所述燃燒室加熱器的電流來控制所述燃燒室加熱器的溫度。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括誤差模塊，該誤差模塊基于所述燃燒室加熱器的初始電阻和標(biāo)準(zhǔn) 燃燒室加熱器的預(yù)期電阻計(jì)算所述燃燒室加熱器與所述標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加 熱器之間的誤差電阻。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)期電阻基于所述冷卻液 溫度，所述初始電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第一點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室 加熱器的第一電流，所述冷卻液溫度等同于所述燃燒室加熱器的初始 溫度。
4. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括計(jì)算模塊，該計(jì)算模塊基于 所述燃燒室加熱器的有效電阻確定所述燃燒室加熱器的所述溫度。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述有效電阻基于所述誤差電 阻和所述燃燒室加熱器的第二電阻。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述笫二電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第 二點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室加熱器的第二電流。
7. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述控制;^莫塊基于所述燃燒室 加熱器的所述溫度以及所述燃燒室加熱器的所需溫度來指令燃燒室加 熱的工作循環(huán)。
8. —種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室加熱器的溫度的系統(tǒng)，包括計(jì)算模塊，該計(jì)算模塊基于所述燃燒室加熱器的有效電阻確定所 述燃燒室加熱器的溫度；以及控制模塊，該控制模塊通過基于所述燃燒室加熱器的操作溫度信 號和所述燃燒室加熱器的所需溫度指令所述燃燒室加熱器的工作循環(huán) 來控制所述燃燒室加熱器的溫度。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括誤差;f莫塊，該誤差;f莫塊基于 所述燃燒室加熱器的初始電阻和標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器的預(yù)期電阻計(jì)算所述燃燒室加熱器與所述標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器之間的誤差電阻。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)期電阻基于所述冷卻液 溫度，所述初始電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第 一 點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室 加熱器的第一電流。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述有效電阻基于所述誤差電阻和所述燃燒室加熱器的第二電阻，所述第二電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第二 點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室加熱器的第二電流來確定。
12. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述操作溫度信號降低到所 述所需溫度信號之下時(shí)，所述控制模塊指令所述燃燒室加熱器的所述 工作循環(huán)。
13. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)循環(huán)， 并且所述冷卻液溫度降低到溫度閾值之下時(shí)，所述誤差模塊計(jì)算所述 誤差電阻。
14. 一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室加熱器的溫度的方法，包括 基于所述燃燒室加熱器的有效電阻確定所述燃燒室加熱器的溫度；以及通過基于所述燃燒室加熱器的操作溫度信號和所述燃燒室加熱器 的所需溫度指令所述燃燒室加熱器的工作循環(huán)來控制所述燃燒室加熱 器的溫度。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括基于所述燃燒室加熱器的 初始電阻和標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器的預(yù)期電阻計(jì)算所述燃燒室加熱器與所 述標(biāo)準(zhǔn)燃燒室加熱器之間的誤差電阻。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述預(yù)期電阻基于冷卻液溫 度，所述初始電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第一點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室加 熱器的第一電流。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述有效電阻基于所述誤差 電阻和所述燃燒室加熱器的第二電阻，所述第二電阻基于發(fā)動(dòng)機(jī)的第 二點(diǎn)火電壓和供應(yīng)到所述燃燒室加熱器的第二電流。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括當(dāng)所述操作溫度信號降低 到所述所需溫度信號之下時(shí)，指令所述燃燒室加熱器的所述工作循 環(huán)。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)循環(huán)，并且所述冷卻液溫度降低到溫度閾值之下時(shí)，所述誤差模塊計(jì)算所述 誤差電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及電熱塞學(xué)習(xí)與控制系統(tǒng)，其中用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室加熱器溫度的系統(tǒng)和方法包括計(jì)算模塊，該計(jì)算模塊基于所述燃燒室加熱器的有效電阻確定所述燃燒室加熱器的溫度；以及控制模塊，該控制模塊通過基于所述燃燒室加熱器的操作溫度信號和所述燃燒室加熱器的所需溫度指令所述燃燒室加熱器的工作循環(huán)來控制所述燃燒室加熱器的溫度。
文檔編號F02N19/02GK101201024SQ200710198988
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者波泰 B·E·德 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司