專利名稱：用于柴油發(fā)動機的電熱塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用柴油發(fā)動機中的電熱塞(glow plug)的方法。本申請還涉及 一種用于操作電熱塞的電熱塞控制單元。本申請還涉及一種制造電熱塞控制單元的方法。
背景技術：
電熱塞用作加熱裝置，其用于使柴油發(fā)動機中的冷空氣升溫，以便更有效地點燃。 通常，電熱塞被設計為達到用于點火的大約1000攝氏度(°c)的目標溫度。但是實際上，期 望控制流到電熱塞的電能，以迅速且準確地到達目標溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本申請?zhí)峁┝擞糜谑褂没虿僮鞑裼桶l(fā)動機中的電熱塞的改善方法。柴油發(fā)動機可 利用石油柴油、合成柴油或生物柴油用于燃燒。柴油發(fā)動機包括具有一個或多個燃燒室的 發(fā)動機本體。該方法包括提供電源用于供應電流通過電熱塞的步驟。電源可包括電池。電流被 測量?？邕^電熱塞的電壓然后通過使用被測電流值而被計算?？邕^電熱塞的電壓通常低于 電源的電壓。這是因為電源和電熱塞之間的線束由于其電阻導致壓降。線束包括電纜、連 接器和將電源連接至電熱塞的其他部件。通過電熱塞的電流隨后通過使用被計算電壓而被控制?？刂频牟襟E可包括根據(jù)預 定占空比調(diào)整跨電熱塞的電壓的步驟，從而電熱塞的溫度可被調(diào)節(jié)。該方法提供了對電熱塞的迅速且準確的溫度控制，因為該方法控制通過電熱塞的 電流。盡管線束導致壓降，電流在電源、線束和電熱塞處保持一致，這是由于它們的串聯(lián)連 接。該方法由此通過控制電流而確保電熱塞的加熱的準確調(diào)節(jié)。此外，由于當電熱塞在使 用時從20°C升溫至1000°C的目標溫度時，電熱塞的電阻增加了三倍，電流的變化可反映電 阻的變化。因此，該方法使用電流用于控制，從而電熱塞的電阻變化和由線束導致的壓降的 效應可被補償。該方法還可設置有測量電源的電壓值的步驟。電壓值可根據(jù)數(shù)學公式轉換至電熱 塞的電壓。數(shù)學公式并入了電源的被測電壓和線束的電阻值用作其輸入因子。測量的步驟可包括測量跨過控制電路的監(jiān)控電阻器的電壓的步驟。控制電路串聯(lián) 連接在電源和電熱塞之間。通過監(jiān)控電阻器的電流也流過電熱塞。調(diào)整的步驟可包括調(diào)制流到電熱塞的電能流的脈寬的步驟。脈寬調(diào)制技術可編程 為電熱塞驅動器并儲存到半導體芯片。該方法還包括使用線束的預定值用于控制電流的步驟。線束的電阻可被準確地測 量并被儲存用于計算跨過電熱塞的電壓。該方法還包括根據(jù)用于使電熱塞在預定時間段內(nèi)升溫的預定升溫電壓值調(diào)整跨 過電熱塞的電流的步驟。調(diào)整電流的步驟得到跨過電熱塞的電壓變化。升溫電壓值，提供了 跨過電熱塞的電壓的限制用于短時間段內(nèi)流過電熱塞的電流的猝發(fā)，從而電熱塞可以迅速升溫至高溫而沒有過熱。該短時間段也已知為快速升溫時間段。升溫電壓可包括較高值的 第一電壓和較低值的第二電壓?？焖偕郎仉妷旱亩虝r間段可分解為不同電壓的多個階段。 例如，電熱塞可用IlV的高電壓充電1. 5秒，隨后用9V的低電壓充電0. 5秒。高電壓可加 速電熱塞的升溫?？砂ㄕ{(diào)整流過電熱塞的電流的步驟，用于將電熱塞保持在預定的溫度。電流被 控制用于提供跨過電熱塞的標稱電壓。當電熱塞僅保持溫熱時，標稱電壓提供通過電熱塞 的維持的電流。例如，當具有柴油發(fā)動機的汽車下山時，電熱塞保持溫熱。本申請還提供用于使用柴油發(fā)動機的方法。該方法包括將柴油噴射到柴油發(fā)動機 中的步驟，和用于使用電熱塞的上述方法的任意步驟。由此，柴油發(fā)動機可使燃料更高效。通過測量電熱塞的電流，診斷電熱塞的步驟可包含在使用電熱塞的方法中。診斷 技術提供了檢查電熱塞的簡單和方便的方法，用于柴油發(fā)動機的常規(guī)維護。本申請?zhí)峁┝艘环N制造電熱塞控制單元的方法。該方法包括測量電熱塞的線束的 電阻值的步驟，用于儲存到電熱塞控制單元中。電熱塞控制單元可補償線束的影響以精確 地控制電熱塞的加熱。測量線束電阻值的步驟可包含在用于制造電熱塞控制單元的方法中。線束包括電 熱塞和監(jiān)控電阻器之間的線路。線束還連接至監(jiān)控電阻器至電源。由于線路的電阻由于其 電阻影響通過電熱塞的電流，電熱塞控制單元可被編程以補償線的電阻值。制造方法還包括在不同溫度測量電熱塞的電阻值的步驟。由于電阻值隨電熱塞的 溫度變化，電阻值可用作溫度指示器。因此，電熱塞控制單元可通過監(jiān)控電阻值響應溫度調(diào) 整通過電熱塞的電流。該方法由此可通過響應電阻值提供通過電熱塞的準確電流。電熱塞 的壽命可延長，且電熱塞可在壽命期間具有較少維護。實踐中，電阻和溫度的相應值可預載 到電熱塞控制單元中。本申請?zhí)峁┝?一種電熱塞控制單元。電熱塞控制單元包括用于測量通過電熱塞的 電流值的端口、用于儲存被測電流值的存儲單元。該存儲單元包括易失性存儲器和非易失 性存儲器。電熱塞控制單元還包括控制單元，用于利用被儲存電流值計算電熱塞電壓，和用 于利用被計算電壓控制通過電熱塞的電流?？刂茊卧砂ㄌ幚砥骱蜄艠O驅動單元。處理 器執(zhí)行嵌入的計算機程序，其并入了數(shù)學公式，用于計算通過電熱塞的電流。電熱塞控制單元可包括用于接收柴油發(fā)動機的發(fā)動機操作狀態(tài)的端口。發(fā)動機操 作狀態(tài)包括發(fā)動機本體溫度、曲軸位置和發(fā)動機的曲軸速度。電熱塞控制單元可通過補償 線束和電熱塞溫度變化的效應精確調(diào)整流向電熱塞的電能流。電熱塞控制單元可包括一個或多個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，用 于脈寬調(diào)制。MOSFET用作電子開關，調(diào)節(jié)通過電熱塞的電流。MOSFET提供并入到半導體芯 片的方便，用于制造緊湊的電熱塞控制單元。MOSFET還具有比繼電器更快的響應。替換地， 印刷電路板(PCB)可形成電熱塞控制單元。電熱塞控制單元還可被并入到ECU中?？刂茊卧砂艠O驅動單元，用于調(diào)制通過電熱塞的電流的脈寬。電流的脈寬 調(diào)制(PWM)涉及電流的調(diào)制占空比。PWM技術可以緊湊的方式被編程且可執(zhí)行半導體芯片。電熱塞控制單元還可包括在電源和電熱塞之間串聯(lián)連接的監(jiān)控電阻器和晶體管。 晶體管包括MOSFET晶體管。監(jiān)控電阻器和晶體管形成控制電路，其制成為集成電路(IC)的形式。IC提供了控制電熱塞的緊湊和高效的方案。制造商可構建由獨立電源供電的電熱塞控制單元，或將電熱塞控制單元并入到發(fā) 動機控制單元(EOT)中。獨立電熱塞控制單元和整合E⑶的電熱塞控制單元二者可被構造 為執(zhí)行使用電熱塞的方法。構造的步驟可通過電路布線、軟件編程或其組合的方式實現(xiàn)。本申請可提供一種柴油發(fā)動機。柴油發(fā)動機包括插入在柴油發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的 電熱塞。柴油發(fā)動機還包括電源和電熱塞控制單元。電熱塞控制單元連接至電熱塞和電源。 電熱塞控制單元被設置用于控制通過電熱塞的電流。電熱塞控制單元可獲得對電熱塞的迅 速和準確的控制用于發(fā)動機燃燒。


圖1示出了用于驅動四缸柴油發(fā)動機中的四個電熱塞的電熱塞控制單元的示意 圖；圖2示出了電熱塞控制單元的簡化視圖，其中第一電熱塞位于發(fā)動機本體中；圖3示出了在電熱塞控制單元的脈寬調(diào)制(PWM)模塊控制下的第一電熱塞的電壓 圖表；圖4示出了繪制在第一圖表中的第一電熱塞的實驗數(shù)據(jù)；圖5示出了繪制在第二圖表中的第一電熱塞的實驗數(shù)據(jù)；圖6示出了繪制在第三圖表中的第一電熱塞的實驗數(shù)據(jù)；和圖7示出了電熱塞控制單元的示意圖。附圖標記30電熱塞控制單
32第一電熱塞
34第二電熱塞
36第三電熱塞
38第四電熱塞
40PWM模塊
42邏輯單元
44柵極單元
46測量單元
48模式編程單元
50電壓輸入端子
52電池
53正極端子
54電壓檢測端子
55負極端子
56繼電器驅動線
57電地線
59低通濾波器
58控制線
128第四MOSFET的源極
0093]130第四MOSFET的柵極
0094]132第四MOSFET的漏極
0095]134發(fā)動機本體
0096]136燃燒室
0097]138第一護套
0098]140二維笛卡爾坐標系圖標
0099]142垂直軸
0100]144水平軸
0101]146快速升溫時間段
0102]148標稱供電時間段
0103]150高壓階段
0104]151標稱電壓階段
0105]152低壓階段
0106]153第一線束
0107]154第一線
0108]155第二線束
0109]156第二線
0110]157第三線束
0111]158第三線
0112]159第四線束
0113]160第四線
0114]162第一圖表
0115]164第二圖表
0116]166第三圖標
0117]168垂直軸
0118]170水平軸
0119]172第二溫度曲線
0120]174第一溫度曲線
0121]176時間差
0122]178水平軸
0123]180垂直軸
0124]182第一占空比曲線
0125]184第二占空比曲線
0126]186差
0127]188水平軸
0128]190垂直軸
0129]192第一電壓曲線
0130]194第二電壓曲線
196第三電壓曲線
198集成半導體芯片
200接收端口
202測量端口
204存儲單元
206計算機程序
208控制單元
具體實施例方式在余下的說明書，將詳細描述本申請的實施例。但是對于本領域的技術人員明顯 的是，這些實施例實施時可不采用這些細節(jié)。本申請的第一實施例參考圖1-7描述。圖1-7包括具有相同附圖標記的部件。這 些部件相關的描述在必要的時候提供。圖1示出了電熱塞控制單元30的示意圖，其用于驅動四缸柴油發(fā)動機中的這四個 電熱塞。電熱塞控制單元30連接至未示出的ECU(發(fā)動機控制單元)。電熱塞控制單元30 主要包括PWM(脈寬調(diào)制)模塊40，其連接至這四個電熱塞。這四個電熱塞包括第一電熱塞 32、第二電熱塞34、第三電熱塞36、第四電熱塞38。PWM模塊40包括邏輯單元42、柵極驅動單元44、測量單元46和模式編程單元48。 這四個單元42、44、46、48根據(jù)預定的方式彼此互連。這四個單元42、44、46、48的每個還連 接至其外部電子部件，用于操作。根據(jù)圖1，第一電熱塞32、第一監(jiān)控電阻器70、第一 M0SFET62和電池52按順序串 聯(lián)連接。第一 M0SFET62和第一監(jiān)控電阻器70形成第一控制電路71。第一電熱塞32包括 具有兩端的電阻加熱線圈。其中一個端部是第一電熱塞端子78，用于接收來自電池52的輸 入。另一端是第一接地端子80，熔接至第一電熱塞32的第一殼體81。第一殼體81僅在圖 2中示出。第一監(jiān)控電阻器70在其相對端部處具有第一輸入端子82和第一輸出端子84。 第一輸出端子84連接至第一電熱塞端子78和測量單元46。第一輸入端子82經(jīng)由第一 M0SFET62連接至電池52。第一輸入端子82還連接至測量單元46。第一 M0SFET62是N溝道M0SFET，其具有三個端子。這三個端子是漏極86、柵極88 和源極90。源極90連接至輸入端子80、柵極88連接至柵極驅動單元44、漏極86連接至電 源52。類似于第一電熱塞32的連接，第二電熱塞34、第三電熱塞36和第四電熱塞38分 別連接至電源。特別地，第二電熱塞34具有第二電熱塞端子92和第二接地端子94。第二電 熱塞端子92連接至第二監(jiān)控電阻器72的第二輸出端子96。第二M0SFET64和第二監(jiān)控電阻 器72形成第二控制電路73。第二監(jiān)控電阻器72的第二輸入端子98連接至第二 M0SFET64 的源極100。第二 M0SFET64的柵極102連接至柵極驅動單元44、而第二 M0SFET64的源極 104連接至電源52。第二輸出端子96和第二輸入端子98 二者單獨地連接至測量單元46。第三電熱塞36的電聯(lián)接與第一電熱塞32和第二電熱塞34的類似。第三電熱塞 36具有第三電熱塞端子106和第三接地端子108。第三電熱塞端子106連接至第三監(jiān)控電阻器74的第三輸出端子110。第三M0SFET66和第三監(jiān)控電阻器74形成第三控制電路75。 第三監(jiān)控電阻器74的第三輸入端子112連接至第三M0SFET66的源極114。第三M0SFET66 的柵極116連接至柵極驅動單元44、而第三M0SFET66的源極118連接至電池52。第三輸 出端子110和第三輸入端子112 二者單獨地連接至測量單元46。第四電熱塞76具有與第一電熱塞32、第二電熱塞34和第三電熱塞36類似的電 聯(lián)接。第四電熱塞38具有第四電熱塞端子120和第四接地端子122。第四電熱塞端子120 連接至第四監(jiān)控電阻器76的第四輸出端子124。第四M0SFET76和第四監(jiān)控電阻器68形成 第四控制電路77。第四監(jiān)控電阻器76的第四輸入端子126連接至第四M0SFET68的源極 128。第四M0SFET68的柵極128連接至柵極驅動單元44、而第四M0SFET68的源極130連接 至電源52。測量單元46分別連接至第四輸出端子120和第四輸入端子126。PWM模塊40在電壓輸入端子50處連接至電壓源(Vs)，用于接收電能。PWM模塊40 還在電壓檢測端子54處連接至電池52，用于監(jiān)控電池52的電壓值。電池52具有連接至其 陰極的正輸出端子53，和連接至其陽極的負輸出端子55。在圖1中，負輸出端子55連接至 地線(GND) 57。PWM模塊40還連接至低通濾波器59。PWM模塊40具有連接至E⑶的其它 部件的繼電器驅動線56。特別地，邏輯單元42具有連接至E⑶的控制線58，用于接收控制信號。邏輯單元 42還具有連接至ECU的其它部件的診斷線60，用于提供診斷信號。柵極驅動電路44和測量 單元46直接連接至電池52，這四個MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)62、64、66、 68，這四個監(jiān)控電阻器70、72、74、76，和這四個電熱塞32、34、36、38。這些部件在圖1的右 側示出。模式編程單元48具有輸入線69，用于接收關于溫度、曲軸轉速、冷卻劑溫度和柴油 發(fā)動機其它值的信號。在本申請中，電壓或電壓信號可意味著描述兩個端子之間電勢差的電壓值、或一 個端子相對于地線(GND)的電勢的電壓值。圖2示出了電熱塞控制單元30的簡化視圖，其中第一電熱塞32位于發(fā)動機本體 134中。發(fā)動機本體134具有燃燒室136，用于接收新鮮空氣。第一電熱塞32包括第一護 套138，其由第一電熱塞32的第一殼體81封閉。第一護套138插入到燃燒室136中，而第 一殼體81由發(fā)動機本體134保持。發(fā)動機本體134具有四個燃燒室，其分別接收四個電熱塞32、34、36、38的每一個。 這四個電熱塞32、34、36、38以類似的方式插入到這四個燃燒室中。電熱塞32、34、36、38的每個具有電阻加熱線圈，其包括調(diào)節(jié)線圈和加熱線圈，用 于提升燃燒室136內(nèi)的新鮮空氣的溫度。這些線圈使新鮮空氣升溫用于與噴射的柴油點 燃。這四個M0SFET62、64、66、68的每個在PWM模塊40的控制下用作電子開關。第一 漏極86和第一源極90之間的電連接通過第一柵極88上的電壓信號打開或關斷，該電壓信 號來自柵極單元44。其它三個M0SFET64、66、68類似于第一 M0SFET62那樣操作。這四個監(jiān)控電阻器70、72、74、76向測量單元46提供電壓信號。這四個監(jiān)控電阻 器70、72、74、76還限制在電池52和這四個電熱塞32、34、36、38之間流動的電流。這四個 監(jiān)控電阻器70、72、74、76以相似的方式操作。例如，第一監(jiān)控電阻器70在第一輸入端子82 處產(chǎn)生第一輸入電壓信號。第一監(jiān)控電阻器70還在其第一輸出端子84處提供第一輸出電壓信號。第一監(jiān)控電阻器70的第一電阻值是預定的，且對測量電路46是已知的。類似地， 第二監(jiān)控電阻器72在第二輸入端子98處產(chǎn)生第二輸入電壓信號。第二監(jiān)控電阻器72還 在其第二輸出端子86處提供第二輸出電壓信號。第二監(jiān)控電阻器72的第二電阻值是預定 的，且對測量電路46是已知的。電池52用作電源，用于向這四個電熱塞32、34、46、38提供電壓和電流。電壓源Vs 向PWM模塊40供應電力用于其操作。低通濾波器59去除PWM模塊40的低頻噪音?？刂?線58提供由E⑶的訪問路徑，以便這四個電熱塞32、34、36、38的協(xié)同操作。診斷線60使 得ECU能檢查PWM模塊40中的錯誤，以供操作。繼電器驅動線56是可選的，用于經(jīng)由繼電 器調(diào)節(jié)輔助電熱塞。PWM模塊40主要管理這四個電熱塞32、34、36、38。特別地，邏輯單元42提供對控 制線58和對診斷線60的導納。柵極單元44控制這四個M0SFET62、64、66、68的這四個柵 極88、102、116、130，從而來自電池52的電能流可關閉或打開。模式編程單元48接收電信 號，這些電信號表示柴油發(fā)動機溫度、曲軸轉速、冷卻劑溫度和其他值。電熱塞32、34、36、38是低壓電熱塞，其適于被MOSFET以約5V控制。當在PWM策 略下操作時，這些電熱塞32、34、36、38接收5V的標稱電壓，用于快速加熱以在2秒內(nèi)從室 溫到達1000°C的目標溫度。相反，高壓電熱塞需要IlV的標稱電壓，且需要5-6秒來到達同 樣的目標溫度。與高電壓電熱塞相比，電熱塞32、34、36、38還消耗較小的電功率。這些低 壓電熱塞32、34、36、38的使用導致節(jié)省了電池功率、降低了線束需求并減小了發(fā)動機燃料 消耗。PWM模塊40在使用時獲取這四個電熱塞32、34、36、38的多個瞬時測量值。此夕卜， PWM模塊40儲存四個線束的電阻值。這四個線束將這四個電熱塞32、34、36、38連接至電池 52。特別地，PWM模塊40在電壓檢測端子54處測量電壓值Vbatt。PWM模塊40還檢查 第一電熱塞32的第一電流值Igplt5第一電流值Igpl可通過檢查跨過第一控制電路71的監(jiān) 控電阻器70的電壓獲得。監(jiān)控電阻器70在電池和第一電熱塞32之間串聯(lián)連接。將電池 52連接至第一電熱塞32的第一線束153的電阻值Rwl被標定，且預載至PWM模塊40。第一 線束153的電阻Rwl包括第一 M0SFET62、第一監(jiān)控電阻器70、第一監(jiān)控電阻器70和第一電 熱塞32之間的第一線154以及從電池52到第一電熱塞32的其它電連接的電阻。第一線 束153的電阻Rwl還已知為通過在以標稱電壓Vn。m使第一電熱塞32充電而標定的預定線束 電阻Rwl。標稱溫度是目標溫度1000°C。通過獲取這些值，PWM模塊40由此能夠根據(jù)公式 ⑴計算第一電熱塞32的第一電壓值Vgpl，該公式⑴為Vgpl = Vbatt-RwlXIgpl (1)利用公式(1)，PWM模塊40通過將第一電壓值Vgpl與預定值相比來控制流至第一 電熱塞32的電能。類似地，PWM模塊40在第二輸出端子96處檢查第二電熱塞34的第二電流值Igp2， 在第三輸出端子110處檢查第三電熱塞36的第三電流值Igp3，在第四輸出端子124處檢查 第四電熱塞38的第四電流值Igp4。第二線束155、第三線束157和第四線束159的電阻也 被標定并載入PWM模塊40。PWM模塊40根據(jù)公式⑵至(4)計算第二電熱塞34的第二電 壓值Vgp2，第三電熱塞36的第三電壓值Vgp3，第四電熱塞38的第四電壓值Vgp4
Vgp2 = Vbatt-Rw2XIgp2 (2)Vgp3 = Vbatt-Rw3XIgp3 ⑶Vgp4 = Vbatt-Rw4XIgp4 (4)在這些公式⑵至(4)中，Rw2,民3、Rw4分別是第二線束155、第三線束157和第四 線束159的標定電阻值。這些線束分別包括從電池到這些電熱塞34、36、38的每個的電連接。圖3示出了在電熱塞控制單元30的脈寬調(diào)制(PWM)模塊40控制下的第一電熱塞 32的電壓圖表。其它三個電熱塞34、36、38類似于第一低壓電熱塞32那樣被控制。圖3使用了具有二維笛卡爾坐標系的圖表140，其具有垂直軸142，以伏指示施加 到第一電熱塞32的電壓。圖標140還具有水平軸144，其以秒指示時間。當使用時，電熱塞 控制單元30提供了向第一電熱塞32加熱的兩個時間段。這兩個時間段包括快速升溫時間 段146和隨后的標稱供電時間段148?？焖偕郎貢r間段已知為預加溫時間，用于加速第一 電熱塞32溫度的初始提升，以使柴油發(fā)動機點火。在快速升溫時間段146中，第一電熱塞 32在1. 5秒的時間段內(nèi)被施加IlV的高電壓Vh，其已知為高壓階段150。此后，第一電熱塞 32被充有9V的低電壓V1約0. 5秒，其已知為低壓階段152。緊跟著快速升溫時間段146， 第一電熱塞32經(jīng)歷標稱供應時間段148，第一電熱塞32在較長時間段接收7V的標稱電壓 Vn。m?？焖偕郎貢r間段146和標稱供應時間段148的總時間是柴油發(fā)動機的曲軸循環(huán)的持 續(xù)時間。PWM模塊40與第一低壓電熱塞32類似地控制其它電熱塞34、36、38。高壓Vh、低壓V1和標稱電壓Vn。m的值是有效電壓，而VgplJgp2Jgp3Jgp4是跨過電熱 塞32、34、36、38的峰值電壓。有效電壓表示與較高電壓的脈寬調(diào)制非連續(xù)電流的效應等效 的恒定電流的電壓。有效電壓VpVpVmm基于占空比(duty cycle)D根據(jù)以下公式(5)確定?！?gt;^100χ^ = 100χ= θθχ(^γ(5)
11On + 1OjfVgp在公式(5)中，Tra^PT表示充電時間和電熱塞32、34、36、38的總使用時間。相應 地，1； 表示在總電熱塞時間期間的電能關閉時間。Vtmgrt指示圖3的有效電壓Vh、VpVnrail， 而Vgp指示分別跨過這四個電熱塞32、34、36、38的峰值電壓。電熱塞控制單元30評估占空 比D，以便獲得根據(jù)公式(5)的電熱塞的期望有效目標電壓Vtmgrt。使用這四個電熱塞32、34、36、38的方法更加迅速和準確，以在這些電熱塞32、34、 36,38的護套處獲得1000°C的目標溫度。例如，當從室溫20°C開始加熱時，第一電熱塞32 比已知技術早一秒到達目標溫度。第一電熱塞32還可在使用時在目標溫度的50°C范圍內(nèi) 獲得峰值溫度。該方法用于以類似于第一電熱塞32的方式操作其它三個電熱塞34、36、38。因此， 這些電熱塞34、36、38也可迅速和準確地到達目標溫度。該方法提供用于加熱這些電熱塞32、34、36、38的更迅速和更精確控制的其中一 個原因是，電熱塞控制單元30計算跨過每個電熱塞32、34、36、38的電壓用于控制。該方法 避免了直接采用電池電壓值Vbatt用作被這些電熱塞32、34、36、38接收的電壓。實際上，由 于線束153、155、157、159，這些電熱塞32、34、36、38沒有獲得電池電壓Vbatt的全部輸出電壓。該方法為這些電熱塞32、34、36、38提供了嚴格的溫度控制和快速的升溫，因為這 些電熱塞32、34、36、38的和連接至這些電熱塞32、34、36、38的線束153、155、157、159的電 阻值被標定和儲存在PWM模塊40中。標定考慮了電熱塞32、34、36、38的溫度依賴性。例 如，當這些電熱塞32、34、36、38被供應有標稱電壓Vn。m時，電熱塞32、34、36、38的電阻被測量。圖4-6示出了在三個圖表中繪制的第一電熱塞32的實驗數(shù)據(jù)。圖4示出了在第一圖表162中繪制的第一電熱塞32的實驗數(shù)據(jù)。第一圖表162具有用于以攝氏度(V )表示溫度的垂直軸168和用于以秒(s)表 示時間的水平軸170。第一溫度曲線174表示通過使用電池52的輸出電壓(作為第一電熱 塞的電壓用于控制)從0°C升溫的第一電熱塞32的溫度。第二溫度曲線172表示通過使用 跨過第一電熱塞的電壓用于控制從相同起始點0°C升溫至目標溫度1000°C的第一電熱塞 32的溫度。第一圖表清晰地顯示出使用跨過第一電熱塞32的電壓使得第一電熱塞32早1 秒到達目標溫度，其補償了第一線束153的電阻效應。換句話說，根據(jù)第一實施例，第一電 熱塞32已提速升溫，并需要較短預升溫時間。第一電熱塞32的溫度還保持更接近目標溫 度1000°C (相差少于50°C )。圖5示出了繪制在第二圖表164中的第一電熱塞32的實驗數(shù)據(jù)。第二圖表164還 顯示了用于以秒(s)指示時間的水平軸178。第二圖表164還顯示了用于指示第一電熱塞 32的供電占空百分比的垂直軸180。第一占空比曲線182顯示了在快速升溫過程下采用跨 過第一電熱塞32的電壓用于脈寬調(diào)制的第一電熱塞的功率占空百分比。第二占空比曲線 184顯示了在快速升溫過程下通過使用電池52的電壓用于脈寬調(diào)制的第一電熱塞32的功 率占空百分比。第三圖表顯示了在兩個曲線182、184之間存在10%的差異。圖6示出了繪制在第三圖表166中的第一電熱塞32的實驗數(shù)據(jù)。第三圖表166 具有用于以秒(s)顯示時間的水平軸188。第三圖表166的垂直軸190以伏表示電壓。在 第三圖表166中存在三個曲線，包括第一電壓曲線192、第二電壓曲線194和第三電壓曲線 196。第一電壓曲線192顯示了電池52的輸出電壓，其是用于PWM的峰值電壓。第一電壓 曲線192沒有顯示跨過電熱塞32的真實電壓，因為第一線束153導致從電池52到第一電 熱塞32的壓降。第二電壓曲線194指示跨過第一電熱塞32的用于PWM的峰值電壓。該峰 值電壓時跨過第一電熱塞32的最大電壓，用于獲得預定的有效電壓。第三電壓曲線196顯 示了在使用脈寬調(diào)制時跨過第一電熱塞的有效電壓。圖7示出了電熱塞控制單元30的示意圖。電熱塞控制單元30具有集成半導體芯 片198的形式，其具有多個端口和單元。芯片198包括接收發(fā)動機操作狀態(tài)的端口 200，包括曲軸速度信號、發(fā)動機溫度信 號和節(jié)流位置信號。芯片198還具有用于測量監(jiān)控電阻器70的電學值的端口 202。電學值 包含電壓值和電流值。存儲單元204包括ROM (只讀存儲器)和RAM (隨機存取存儲器)，RAM存儲第一電 熱塞32關于不同操作溫度的電阻值。存儲單元202還存儲接收的信號和電熱塞控制單元 30的被測電學值。存儲單元202還存儲計算機程序206，其基于數(shù)學公式(1)和圖3的升
溫策略。
控制單元208具有處理器，其執(zhí)行計算機程序206用于根據(jù)被存儲的計算機程序 206調(diào)節(jié)第一 M0SFET62?？刂茊卧?06連接至接收端口 200、測量端口 202和存儲單元204。 控制單元208根據(jù)PWM技術調(diào)制流過第一電熱塞32的電流。本申請?zhí)峁┝说诙嵤├?，其使得電熱塞控制單?0響應電熱塞32、34、36、38在 使用時的溫度調(diào)節(jié)電能流。在第二實施例中，測量單元46在第一輸入端子82處獲取輸入電壓值VKlin。測量電 路46還在第一輸出端子84處檢查輸出電壓值VK1。ut。PWM模塊40通過將VKlin和VK1。ut之間 的差除以第一監(jiān)控電阻器70的電阻值R1來計算流過第一電熱塞32的第一電流值Igpl。電阻 值R1被測量并預載到PWM模塊40中。PWM模塊40還獲取第一線154的電阻值Rwl。由此根 據(jù)以下的公式(6)獲得第一電熱塞32的更精細的第一電壓V’gpl，用于控制第一 M0SFET62。
權利要求
一種使用柴油發(fā)動機(134)中的電熱塞(32、34、36、38)的方法，包括 提供通過電熱塞(32、34、36、38)的電流； 測量該電流； 利用測量的電流值計算跨過電熱塞(32、34、36、38)的電壓；和 利用計算的電壓控制通過電熱塞(32、34、36、38)的電流。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于， 該方法還包括測量電源(52)的電壓。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法還包括測量跨過監(jiān)控電阻器(70、72、74、76)的電壓，該監(jiān)控電阻器(70、72、74、 76)被連接在電源(52)和電熱塞(32、34、36、38)之間。
4.如前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述控制包括調(diào)制通過電熱塞(32、34、36、38)的電流的脈寬。
5.如前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述計算包括使用預定的線束(153、155、157、159)的電阻，該線束(153、155、157、 159)被連接在電熱塞(32、34、36、38)和電源(52)之間。
6.如前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括根據(jù)用于使電熱塞(32、34、36、38)升溫的預定的升溫電壓值(150、152) 調(diào)整流過電熱塞(32、34、36、38)的電流。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述升溫電壓值(150、152)包括第一電壓(150)和第二電壓(152)。
8.如前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括根據(jù)用于將電熱塞(32、34、36、38)保持在預定溫度的預定標稱電壓值 (151)調(diào)整流過電熱塞(32、34、36、38)的電流。
9.一種使用柴油發(fā)動機(134)的方法，包括將柴油噴射到柴油發(fā)動機中，和如前述權 利要求中任一項所述的用于使用電熱塞(32、34、36、38)的方法的步驟。
10.一種制造電熱塞控制單元(30)的方法，該方法包括測量預定的線束的電阻(153、155、157、159)，該預定的線束電阻(153、155、157、159) 包括在電源(52)和電熱塞(32、34、36、38)之間的電連接線，并且將所測的電阻值儲存到電 熱塞控制單元(32、34、36、38)中，用于控制通過電熱塞(32、34、36、38)的電流。。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，該方法還包括在不同溫度測量電熱塞(32、34、36、38)的電阻值；和 將在不同溫度下測得的電熱塞(32、34、36、38)電阻值儲存到電熱塞控制單元(30)中。
12.一種電熱塞控制單元(30)，包括-用于測量通過電熱塞(32、34、36、38)的電流值的端口(202)， _用于儲存被測的電流值的存儲單元(204)，和-控制單元(208)，用于利用被儲存電流值計算電熱塞(32、34、36、38)電壓，和用于利 用被計算出的電壓控制通過電熱塞(32、34、36、38)的電流。
13.如權利要求12所述的電熱塞控制單元(30)，其特征在于，該控制單元(208)包括一個柵極驅動單元(44)，用于調(diào)制通過電熱塞(32、34、36、38)的電流的脈寬。
14.如權利要求12或13所述的電熱塞控制單元(30)，其特征在于，電熱塞控制單元(30)還包括串聯(lián)連接在電源(52)和電熱塞(32、34、36、38)之間的監(jiān) 控電阻器(70、72、74、76)和晶體管(62、64、66、68)。
15.一種柴油發(fā)動機，包括-插入柴油發(fā)動機的燃燒室(136)內(nèi)的電熱塞(32、34、36、38)， -連接至電熱塞(32、34、36、38)的電源(52)，和-如權利要求12至14中的任一項所述的電熱塞控制單元(30)，用于控制通過電熱塞 (32、34、36、38)的電流。
全文摘要
一種用于使用柴油發(fā)動機(134)中的電熱塞(32、34、36、38)的方法，包括第一步驟，提供電源(52)，用于供應通過電熱塞(32、34、36、38)的電流；第二步驟，測量該電流；第三步驟，使用被測電流值計算跨過電熱塞(32、34、36、38)的電壓；和第四步驟，利用被計算電壓控制通過電熱塞(32、34、36、38)的電流。
文檔編號F02P19/02GK101956640SQ20101023341
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者斯蒂法諾·卡薩尼 申請人:Gm全球科技運作股份有限公司