專利名稱：用于確定內(nèi)燃機(jī)中的熾熱頭引火塞的溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定內(nèi)燃機(jī)中的熾熱頭引火塞的溫度的方法以及一種用于 實(shí)施該方法的裝置，其中根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的至少一個(gè)工作參數(shù)和/或熾熱頭引火塞的工作參數(shù) 在熾熱頭引火塞內(nèi)部的熾熱頭加熱器的溫度和熾熱頭引火塞的任意位置上的溫度之間求
得溫度差。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機(jī)中用于點(diǎn)燃燃料空氣混合物的熾熱頭引火塞具有將冷的熾熱頭引火塞 預(yù)熱到一定溫度的加熱器，該溫度如此之高，使得其足以點(diǎn)燃燃料空氣混合物。然而從加熱 器出發(fā)到整個(gè)熾熱頭引火塞上的溫度分布是非常不均勻的，從而在熾熱頭引火塞內(nèi)部的加 熱器的溫度與熾熱頭引火塞表面上的溫度之間存在溫度差。因?yàn)樗鰺霟犷^引火塞伸入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中，所以熾熱頭引火塞的表面總是由 在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)作為燃料空氣混合物流過熾熱頭引火塞的空氣流進(jìn)行冷卻，從而所述 熾熱頭引火塞的表面從不具有熾熱頭引火塞內(nèi)部的加熱器的溫度。由EP 1 719 909 Bl公開了一種用于運(yùn)行熾熱頭引火塞的方法，該熾熱頭引火塞 布置在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。根據(jù)燃燒溫度以及熾熱頭引火塞溫度計(jì)算出熾熱頭引火塞的冷 卻行為。從由熾熱頭引火塞消耗的電功率中計(jì)算出熾熱頭引火塞的溫度，而燃燒室中的燃 燒溫度則根據(jù)空氣溫度、冷卻水溫度、內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速以及載荷來確定。如果要調(diào)節(jié)熾熱頭引火塞的溫度，那么這根據(jù)熾熱頭引火塞內(nèi)部的引導(dǎo)電流的熾 熱絲的電阻來實(shí)現(xiàn)，從中求得溫度的調(diào)節(jié)實(shí)際值。在此，熾熱絲的溫度越高，電阻就越大。由 于所出現(xiàn)的溫度差，所述熾熱頭引火塞溫度的調(diào)節(jié)的質(zhì)量是不足的，因?yàn)檫@不是基于在熾 熱頭引火塞的表面上實(shí)際出現(xiàn)的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是說明一種用于確定內(nèi)燃機(jī)中的熾熱頭引火塞的溫度的方法以及 裝置，其能夠確定加熱器外部的位置上熾熱頭引火塞的溫度與熾熱頭引火塞的加熱器上的 溫度之間的溫度差。按本發(fā)明，該任務(wù)通過以下方法解決，即根據(jù)時(shí)間函數(shù)確定溫度差，并且從代表測(cè) 量值的溫度值以及受時(shí)間函數(shù)影響的溫度差中求得所述熾熱頭引火塞的溫度。本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)在于，在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行中，也就是在內(nèi)燃機(jī)的工作方式的條件變換時(shí)確定所述溫度 差。在此考慮到，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)以不同的速度和量流過熾熱頭引火塞的燃料空氣 混合物會(huì)影響熾熱頭引火塞表面上的溫度。由此，可以在熾熱頭引火塞的非穩(wěn)態(tài)的運(yùn)行中 精確地確定熾熱頭引火塞的溫度。所述應(yīng)用可以不用額外的測(cè)量熾熱頭引火塞的任意位置 上的溫度的熱電偶。所述時(shí)間函數(shù)有利地由時(shí)間常數(shù)確定，一次性地為熾熱頭引火塞求得并且保存所 述時(shí)間常數(shù)。由此，只需很少的值用于確定溫度差。在此，所述時(shí)間常數(shù)說明了在內(nèi)燃機(jī)的所涉及的氣缸中的熾熱頭引火塞的熱慣性，該熱慣性對(duì)于所有的計(jì)算步驟來說是相同的。在另一實(shí)施方式中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)態(tài)的行駛方式中的轉(zhuǎn)速或者載荷或者根據(jù)施 加到熾熱頭引火塞上的電壓或者說熾熱頭引火塞的功率來校正所述時(shí)間常數(shù)。此外，所述時(shí)間函數(shù)代表了當(dāng)前求得的溫度差受到先前的溫度差的影響的程度。在一種設(shè)計(jì)方案中，通過指數(shù)函數(shù)或者冪級(jí)數(shù)描述由先前的溫度差對(duì)當(dāng)前求得的 溫度差所產(chǎn)生的影響。所述指數(shù)函數(shù)特別精確地表示，當(dāng)前的溫度差受到先前的溫度差的 影響有多厲害。在一種改進(jìn)方案中，測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)的工作參數(shù)和/或熾熱頭引火塞的特性用于求得 發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)穩(wěn)態(tài)的溫度差，并且從中計(jì)算出穩(wěn)態(tài)的溫度差。考慮內(nèi)燃機(jī)的工作參數(shù) 或者說熾熱頭引火塞的特性使得能夠高精度地確定所述溫度差，因?yàn)檫@反映出了內(nèi)燃機(jī)以 及熾熱頭引火塞的實(shí)際狀態(tài)，這要納入熾熱頭引火塞的溫度差的計(jì)算之中。在內(nèi)燃機(jī)中的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，有利地測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速以及噴射量，從該轉(zhuǎn) 速以及噴射量中計(jì)算出穩(wěn)態(tài)的第一溫度差。因?yàn)闄z測(cè)所述工作參數(shù)也用于分析內(nèi)燃機(jī)的其 它情況，所以不需要額外的硬件耗費(fèi)用于獲得所述測(cè)量數(shù)據(jù)。作為替代方案，在內(nèi)燃機(jī)中的空氣靜止時(shí)測(cè)量由熾熱頭引火塞消耗的功率，需要 該功率用于實(shí)現(xiàn)確定的預(yù)先給出的溫度，并且從中計(jì)算出穩(wěn)態(tài)的第二溫度差。所述處理過 程的優(yōu)點(diǎn)在于，汽車的負(fù)責(zé)監(jiān)控?zé)霟犷^引火塞的發(fā)熱溫度的控制器可以獨(dú)立地不用其它輔 助手段地求得所述第二溫度差。在此，總是遵循熾熱頭引火塞的專門的發(fā)熱參數(shù)。在另一變型方案中，在內(nèi)燃機(jī)中測(cè)量空氣質(zhì)量和/或空氣質(zhì)量的增壓壓力以及空 氣質(zhì)量的溫度，并且從中計(jì)算出第三溫度差。在這種情況下，也已經(jīng)為內(nèi)燃機(jī)中的其它目 的求得了計(jì)算第三溫度差所需的工作參數(shù)，從而可以省去額外地提供傳感器或者說測(cè)量技 術(shù)。在一種改進(jìn)方案中，將取決于時(shí)間函數(shù)的溫度差提供給熾熱頭引火塞的溫度的調(diào) 節(jié)，其中根據(jù)熾熱頭引火塞的引導(dǎo)電流的熾熱絲的電阻確定該熾熱頭引火塞的代表測(cè)量值 的溫度值，其中將溫度差加到熾熱頭引火塞的代表測(cè)量值的溫度值上，由此獲得調(diào)節(jié)實(shí)際 值。通過使用用于確定溫度差的時(shí)間函數(shù)，在調(diào)節(jié)中考慮熱流從熾熱頭引火塞內(nèi)部的熾熱 絲到熾熱頭引火塞的外側(cè)需要一定的時(shí)間?，F(xiàn)在在調(diào)節(jié)中考慮該時(shí)間偏差并且使得調(diào)節(jié)質(zhì) 量提高。另一改進(jìn)方案涉及一種用于確定內(nèi)燃機(jī)中熾熱頭引火塞的溫度的裝置，其中根據(jù) 內(nèi)燃機(jī)的至少一個(gè)工作參數(shù)在熾熱頭引火塞內(nèi)部的熾熱頭引火塞加熱器的溫度與熾熱頭 引火塞的任意位置上的溫度之間求得溫度差。為了能夠確定加熱器外部的位置上熾熱頭引 火塞的溫度與熾熱頭引火塞的加熱器上的溫度之間的溫度差，存在根據(jù)時(shí)間函數(shù)確定溫度 差并且從代表測(cè)量值的溫度值與所述溫度差中求得熾熱頭引火塞的溫度的機(jī)構(gòu)。這具有以 下優(yōu)點(diǎn)，即在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行中，也就是在內(nèi)燃機(jī)的工作方式的條件變換時(shí)并且熾熱頭 引火塞的特性改變時(shí)確定所述溫度差。在此，尤其考慮通過在燃燒室中流過熾熱頭引火塞 的燃料空氣混合物持續(xù)地冷卻該熾熱頭引火塞的表面。在一種設(shè)計(jì)方案中，伸入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的熾熱頭引火塞與控制器連接，該控 制器根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作參數(shù)確定取決于時(shí)間函數(shù)的溫度差。在此可以使用不同的控制器。 為了調(diào)節(jié)熾熱頭引火塞的溫度，設(shè)置了與內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器共同工作的發(fā)熱時(shí)間控制器，其中發(fā)動(dòng)機(jī)控制器向發(fā)熱時(shí)間控制器提供所測(cè)量的用于確定溫度差的工作參數(shù)。然后， 在發(fā)熱時(shí)間控制器中，在調(diào)節(jié)熾熱頭引火塞溫度時(shí)考慮所確定的溫度差，其中將該溫度差 加到根據(jù)熾熱頭引火塞的引導(dǎo)電流的熾熱絲的取決于溫度的電阻確定的溫度上。如此求得 的在加熱器與熾熱頭引火塞表面上的點(diǎn)之間的溫度差可以用于控制或者說調(diào)節(jié)熾熱頭引 火塞的溫度。


本發(fā)明允許大量的實(shí)施方式。應(yīng)該根據(jù)圖中示出的附圖對(duì)所述實(shí)施方式之一進(jìn)行 詳細(xì)解釋。其中圖1是熾熱頭引火塞在內(nèi)燃機(jī)中的布置情況的原理圖，圖2是用于計(jì)算加熱器的溫度與熾熱頭引火塞的任意點(diǎn)上的溫度之間的溫度差 的示意性的流程圖。
具體實(shí)施例方式冷的內(nèi)燃機(jī)尤其柴油機(jī)在環(huán)境溫度< 40°C時(shí)需要起動(dòng)輔助裝置用于點(diǎn)燃導(dǎo)入柴 油機(jī)中的燃料空氣混合物。作為起動(dòng)輔助裝置使用發(fā)熱系統(tǒng)，該發(fā)熱系統(tǒng)由熾熱頭引火塞、 發(fā)熱時(shí)間控制器以及保存在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中的發(fā)熱軟件組成。圖1示出了這樣的發(fā)熱系統(tǒng)1。在此，熾熱頭引火塞2伸入柴油機(jī)4的燃燒室3 中。該熾熱頭引火塞2 —方面與發(fā)熱時(shí)間控制器5連接，并且另一方面引到車載電源電壓 6上，該車載電源電壓以例如IlV的額定電壓觸發(fā)所述熾熱頭引火塞2。所述發(fā)熱時(shí)間控制 器5與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器7連接，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制器又引到柴油機(jī)4上。為了點(diǎn)燃燃料空氣混合物，通過施加過電壓將熾熱頭引火塞2在推動(dòng)階段 (Push-Phase)中進(jìn)行預(yù)熱，該推動(dòng)階段持續(xù)1到2秒。由此輸入熾熱頭引火塞2的電能在 沒有進(jìn)一步示出的加熱螺旋管中轉(zhuǎn)換成熱量，因此在熾熱頭引火塞2的尖端上的溫度陡峭 地上升。所述加熱螺旋管的熱功率通過電子的發(fā)熱時(shí)間控制器5配合相應(yīng)的柴油機(jī)4的要 求。燃料空氣混合物在熾熱頭引火塞2的熱的尖端旁邊通過并且在這過程中得到加熱。與 柴油機(jī)4的壓縮機(jī)沖程期間的吸入空氣加熱相聯(lián)系地實(shí)現(xiàn)燃料空氣混合物的點(diǎn)火溫度。要借助于圖2解釋熾熱頭引火塞2的溫度差Δ T的確定方法，該溫度差從加熱器 溫度與熾熱頭引火塞2表面上的位置的溫度之間的差中獲得。在圖2的方框101中測(cè)量柴 油機(jī)4的工作參數(shù)。柴油機(jī)4的轉(zhuǎn)速η、噴射量q、流入燃燒室3的空氣流的空氣質(zhì)量mto、 增壓壓力P以及流入的空氣的溫度Tto屬于所述工作參數(shù)。隨后在方框102中建立靜態(tài)的模型用于模擬溫度差ΔΤ。靜態(tài)在這種情況下意味 著在所述柴油機(jī)4穩(wěn)定地工作時(shí)出現(xiàn)該溫度差。在此，區(qū)分三種模型在第一靜態(tài)模型中，所述溫度差ΔΤ作為燃料的噴射量q以及柴油機(jī)4的轉(zhuǎn)速η 的函數(shù)來確定。為此，一次性地借助于火花塞中央電極溫度測(cè)量?jī)x測(cè)量關(guān)于噴射量q、轉(zhuǎn)速 η以及變化的溫度差ΔΤ的組合特性曲線。從保存在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器7中的組合特性曲線中 基于在方框101中測(cè)量的參數(shù)轉(zhuǎn)速η以及噴射量q求得所述溫度差ΔΤ。根據(jù)由熾熱頭引火塞2消耗的用于達(dá)到所希望的溫度TDes的功率P確定用于求得溫度差ΔT的第二靜態(tài)模型。在此適用ΔΤ = a (TDes) *exp (_b (TDes) * (TDes/P)) (1)溫度與功率的比TPTP = TDes/P(2)是用于熾熱頭引火塞2的效率的尺度或者說用于熾熱頭引火塞2的冷卻的尺度。 輸入熾熱頭引火塞2的用以實(shí)現(xiàn)所希望的溫度TDes的功率P越高，所述熾熱頭引火塞2冷 卻得就越強(qiáng)烈。用于確定溫度差Δ T的第三模型基于溫度差與空氣質(zhì)量mAi,以及空氣的溫度Tto 或者說空氣的增壓壓力P以及其溫度Tto的關(guān)系。由以下關(guān)系出發(fā)，即輸入燃燒室的空氣 越多，增壓壓力P就增加。如下計(jì)算所述溫度差ΔΤ:Δ T = a*mAir+b+ (c*TAir+d)(3)或者說Δ T = a · p+b+ (c · TAir+d)(4)在此，所述系數(shù)a、b、C、d基于測(cè)量并且一次性確定。在確定靜態(tài)的模型結(jié)束之后，在方框103中如下建立用于溫度差Δ T的非穩(wěn)態(tài)的 模型Δ Tinstat = Δ T。ld*exp (_dt/ τ ) + Δ T · (l_exp (_dt/ τ)) (5)其中Δ T是在方框102中確定的靜態(tài)的模型的溫度差，Δ Told是在先前的測(cè)量周期中確定的非穩(wěn)態(tài)的溫度差，dt是測(cè)量周期的時(shí)間間隔，τ是時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間常數(shù)表示在柴油機(jī)4的在其中布置熾熱頭引火塞的氣缸中 熾熱頭引火塞2的熱慣性。通過方程式(5)中的指數(shù)函數(shù)說明了溫度差的當(dāng)前有待確定的值A(chǔ)Tinstat在何種 程度上受到溫度差的在先前的測(cè)量周期中確定的非穩(wěn)態(tài)的值A(chǔ)T。ld的影響。隨后，在方框104中將非穩(wěn)態(tài)的溫度差Δ Tinstat用在對(duì)熾熱頭引火塞2的溫度的調(diào) 節(jié)之中，該調(diào)節(jié)由發(fā)熱時(shí)間控制器3實(shí)施。在此，確定熾熱頭引火塞的當(dāng)前溫度Τ，方法是首 先借助于對(duì)熾熱頭引火塞2的熾熱絲上的電流以及電壓進(jìn)行的測(cè)量來求得熾熱絲的電阻 R，從該電阻中推斷出溫度T(R)。作為替代方案，可以通過測(cè)量電功率或者功率以及電阻來 確定溫度。將在方框103中確定的溫度差A(yù)Tinstat加到該溫度T(R)上，由此獲得實(shí)際的溫 度Τ。T = T(R) + A Tinstat(6)在方程式(6)中考慮到，熱流從熾熱頭引火塞內(nèi)部的熾熱絲到熾熱頭引火塞表面 需要一定的時(shí)間，這在調(diào)節(jié)過程中必須作為時(shí)間偏差加以考慮。將如此求得的溫度T與溫 度的額定值進(jìn)行比較。根據(jù)從中獲得的差來調(diào)節(jié)輸入熾熱頭引火塞的電流，從而將其調(diào)節(jié) 到所希望的溫度。
權(quán)利要求
1.用于確定內(nèi)燃機(jī)中熾熱頭引火塞的溫度的方法，其中，根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的至少 一個(gè)工作參數(shù)(q、η、mAir, ρ、TAir)和/或所述熾熱頭引火塞O)的工作參數(shù)在所述熾熱頭 引火塞O)內(nèi)部的熾熱頭加熱器的溫度和所述熾熱頭引火塞( 的任意位置上的溫度之間 求得溫度差(ΔΤ)，其特征在于，根據(jù)時(shí)間函數(shù)確定溫度差(ATinstat)并且從代表測(cè)量值的 溫度值(T(R))以及取決于所述時(shí)間函數(shù)的溫度差(ATinstat)中求得所述熾熱頭引火塞(2) 的溫度⑴。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述時(shí)間函數(shù)由時(shí)間常數(shù)(τ)確定，一次性 地為所述熾熱頭引火塞( 求得并且保存所述時(shí)間常數(shù)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述時(shí)間函數(shù)代表當(dāng)前求得的溫度差 (ATinstat)受到先前的溫度差(T。ld)的影響的程度。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過指數(shù)函數(shù)或者冪級(jí)數(shù)描述由先前的溫 度差(T。ld)對(duì)當(dāng)前求得的溫度差(ATinstat)所產(chǎn)生的影響。
5.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量所述內(nèi)燃機(jī)的工作 參數(shù)(q、n、mto、p、TAJ和/或所述熾熱頭引火塞(2)的特性(TP)用于求得在內(nèi)燃機(jī)⑷ 的穩(wěn)定的條件下的穩(wěn)態(tài)的溫度差(ΔΤ)，并且從中計(jì)算出為了確定取決于時(shí)間函數(shù)的溫度 差(ATinstat)所引用的穩(wěn)態(tài)的溫度差(AT)0
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，測(cè)量所述內(nèi)燃機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速(η)以及噴射量 (q)，由所述轉(zhuǎn)速以及噴射量計(jì)算出穩(wěn)態(tài)的第一溫度差(ΔΤ)。
7.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，測(cè)量由所述熾熱頭引火塞( 消耗的功率 (P)，為了實(shí)現(xiàn)特定的溫度(TdJ需要該功率，并且從該功率中計(jì)算出穩(wěn)態(tài)的第二溫度差 (ΔΤ)。
8.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，測(cè)量空氣質(zhì)量(mAJ和/或空氣質(zhì)量(mAJ 的增壓壓力(P)以及空氣質(zhì)量(mAJ的溫度(TAJ，并且從中計(jì)算出穩(wěn)態(tài)的第三溫度差 (ΔΤ)。
9.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將取決于所述時(shí)間函數(shù)的溫 度差(ATinstat)提供給熾熱頭引火塞O)的溫度的調(diào)節(jié)，其中，根據(jù)所述熾熱頭引火塞( 的引導(dǎo)電流的熾熱絲的電阻(R)確定該熾熱頭引火塞O)的代表測(cè)量值的溫度(T(R))， 其中，將所述溫度差(ATinstat)加到所述熾熱頭引火塞O)的代表所述測(cè)量值的溫度值 (T(R))上，由此獲得調(diào)節(jié)實(shí)際值。
10.用于確定內(nèi)燃機(jī)中熾熱頭引火塞的溫度的裝置，其中，根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的至少 一個(gè)工作參數(shù)(q、n、mto、p、TAJ在所述熾熱頭引火塞O)內(nèi)部的熾熱頭加熱器的溫度和所 述熾熱頭引火塞O)的任意位置上的溫度之間求得溫度差(ΔΤ)，其特征在于，存在根據(jù)時(shí) 間函數(shù)確定溫度差(ATinstat)并且從代表測(cè)量值的溫度值(T(R))與所述取決于所述時(shí)間 函數(shù)的溫度差中求得所述熾熱頭引火塞O)的溫度(T)的機(jī)構(gòu)(5、7)。
11.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，伸入所述內(nèi)燃機(jī)(4)的燃燒室(3)中的熾 熱頭引火塞⑵與控制器(5、7)連接，所述控制器根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)⑷的工作參數(shù)(q、n、 mAir,p,TAir)確定所述取決于所述時(shí)間函數(shù)的溫度差(Δ Tinstat)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定內(nèi)燃機(jī)中的熾熱頭引火塞的溫度的方法和裝置，其中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)(4)的至少一個(gè)工作參數(shù)(q、n、mAir、p、TAir)和/或熾熱頭引火塞(2)的工作參數(shù)在熾熱頭引火塞(2)內(nèi)部的熾熱頭加熱器的溫度和熾熱頭引火塞(2)的任意位置上的溫度之間求得溫度差。為了能夠精確地確定加熱器外部的位置上熾熱頭引火塞的溫度與熾熱頭引火塞的加熱器上的溫度之間的溫度差，根據(jù)時(shí)間函數(shù)確定溫度差(ΔTinstat)并且從代表測(cè)量值的溫度值(T(R))以及取決于時(shí)間函數(shù)的溫度差(ΔTinstat)中求得所述熾熱頭引火塞(2)的溫度(T)。
文檔編號(hào)G01K3/10GK102062036SQ20101054408
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
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