用於監控內燃機的至少一個預熱塞的方法和相應的裝置的製作方法

2023-10-11 13:27:54 6

專利名稱：用於監控內燃機的至少一個預熱塞的方法和相應的裝置的製作方法
用於監控內燃機的至少一個預熱塞的方法和相應的裝置
現有技術本發明涉及一種按照權利要求1所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞的方 法，以及一種按照權利要求9所述的相應的裝置。通常在內燃機中這樣監控預熱塞，即將流過預熱塞的電流與一個預定的固定閾值 比較。如果預熱塞消耗的電流小於閾值，則預熱塞被評價為有故障。為此模擬電路使用 比較器或差動放大器。基於微機的預熱時間控制儀通過模擬/數字轉換器確定一個與流過 預熱塞的電流對應的數字值並且將其與存儲的數字閾值比較。問題是，在施加供給電壓之後預熱塞的電流變化曲線極大地取決於時間。因此，基 於固定的電流值來監控預熱塞只能夠進行非常粗糙的評價。圖5在一個曲線圖中示出了流過預熱塞的電流Ikwze與時間相關聯的電流變化曲 線，其用於監控至少一個預熱塞，如在現有技術中用於確定有故障的預熱塞。在此情況下， 在預熱塞的故障率逐漸增大時，電流變化曲線隨著時間而減小。在現有技術中已知一個依 據對預熱塞的模擬確定的或者從計算模型中獲取的下限閾值IU。該下限閾值IU此時是一 個用於故障識別的閾值。如果電流變化曲線變得低於這個下限閾值IU，那麼在現有技術中 就識別出預熱塞的故障，隨後預熱塞電路被中斷，以防止預熱塞或在金屬芯情況下的加熱 器被熔化。預熱塞的熔化會導致發動機的完全損壞。除了下限閾值IU以外，此外還可以確 定一個上限閾值，其中，如果電流變化曲線超過這個上限閾值，則識別預熱塞的故障。已經證明不利的是，隨著電流值的逐漸減小，電流變化曲線呈現強烈不平穩的 (斷續的)變化。在該圖中示出了，在一個電流值IB以下在一個時間點tl時，電流變化曲 線具有一個躍變的變化並且至少是強烈波形的。這個電流值IB此時仍然高於下限閾值IU。 在電流變化曲線的直到tl的時間區域中，在高於電流值IB下，在現有技術中可以識別出電 流的一種可能的變化。確切地說，在這個區域中可以預測或模擬電流變化曲線。相反，在自 tl以後的低於電流值IB的電流變化曲線的時間區域中，則不能夠精確地獲取該可能的變 化。這是有缺陷的，因為在這個區域中由此也不能夠、幾乎不能夠或者至少是滯後地識別出 低於下限閾值IU的狀態。由此預熱塞的故障識別是不可靠的，具有使預熱塞熔化的可能的 危險和完全損壞發動機。本發明的公開本發明的任務是，提供一種能夠實現對內燃機的至少一個預熱塞進行可靠監控的 方法。此外本發明的任務是提出一種相應的裝置。這個任務通過一種用於監控內燃機的至少一個預熱塞的方法來解決，其中，為了 故障識別，一個表徵流過至少一個預熱塞的電流的、與時間相關的變量被與至少一個與時 間相關的最小和/或最大閾值相比較，並且如果與時間相關的變量大於和/或小於最小和 /或最大閾值，則識別出故障。該方法的特徵在於，與時間相關的變量的一階導數被與最大 閾值的一階導數相比較以及與時間相關的變量的二階導數被與最大閾值的二階導數相比 較，如果與時間相關的變量的一階導數小於最大閾值的一階導數以及與時間相關的變量的
3二階導數小於最大閾值的二階導數，則識別出故障。按照本發明的方法的一個關鍵點在於更加可靠地識別出預熱塞的故障。按照本發明的方法的優選的擴展方案在從屬權利要求2至8中給出。按此在本發明的一個有利的實施形式中規定，表徵流過至少一個預熱塞的取決於 時間的變量是預熱塞的一個電阻模型。由此可以顯著降低控制儀中的電路費用或編程費用 並且提供一種簡單且成本有利的解決方案。與時間相關的閾值優選包括相應的預熱塞的表示特徵的電阻時間曲線。在此處同 樣也可以降低顯著降低控制儀中的電路費用或編程費用並且提供一種簡單且成本有利的 解決方案。優選在故障識別情況下斷開預熱塞電路。由此防止預熱塞、尤其是在金屬芯(磁 鐵心)情況下的加熱器被熔化。優選在故障識別時將相應的信息記錄在故障存儲器中。由此可以保證有效的預熱 塞控制。優選在故障識別時發出診斷信息。由此也可以保證有效的預熱塞控制。優選在響應診斷信息下改變預熱塞控制。由此可以將預熱塞控制隨時更新到新的 參數上。優選在響應診斷信息下為司機顯示關於預熱塞的狀態的指示信息。由此隨時向司 機通告預熱塞的狀態並且必要時可以調整他的駕駛狀態。此外，上述任務通過一種按照權利要求9和10之一所述的用於監控內燃機的至少
一個預熱塞的裝置來解決。在一個優選實施形式中，該用於監控內燃機的至少一個預熱塞的裝置包括一個評 估單元，它具有一個比較機構，該比較機構將一個表徵流過至少一個預熱塞的電流的、與時 間相關的變量與至少一個與時間相關的最小和/或最大閾值相比較，以便進行故障識別， 並且如果與時間相關的變量大於和/或小於該最小和/或最大閾值，則評估單元識別出故 障。該裝置的特徵在於，評估單元此外具有另一個比較機構，它將與時間相關的變量的一階 導數與最大閾值的一階導數相比較以及將與時間相關的變量的二階導數與最大閾值的二 階導數相比較，並且如果與時間相關的變量的一階導數小於最大閾值的一階導數以及與時 間相關的變量的二階導數小於最大閾值的二階導數，則評估單元識別出故障。由此可以明 顯降低在控制儀的應用範圍中的費用。 比較機構優選包括至少一個比較器。以下依據實施例詳細描述按照本發明的方法和相應的裝置相同的或作用相同的 部件具有相同的附圖標記。附圖所示

圖1是來自現有技術中的用於監控至少一個預熱塞的裝置的一個實施形式，圖2是一個來自現有技術中的預熱塞的等效電路的視圖，圖3是用於監控至少一個預熱塞的裝置的一個按照本發明的實施形式，圖4是在本發明的一個實施形式中用於監控至少一個預熱塞的通過預熱塞的與 時間相關的電流變化曲線，和圖5是如由現有技術中已知的，用於監控至少一個預熱塞的通過預熱塞的相對於 時間的電流變化曲線。
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圖1顯示了來自現有技術中的一個用於監控至少一個預熱塞的裝置的一個實施 形式，如例如在公開文獻DE102006005711A中公開。預熱塞100與電流測量機構120和開 關機構110串聯在一個供給電壓的兩個接頭之間。在所示的實施例中為每個預熱塞設置一 個電流測量機構120和一個開關機構110。在按照本發明的裝置的一個設計方案中也可以 規定為多個預熱塞或全部預熱塞設置一個公共的開關機構110和/或一個公共的電流測量 機構120。所示的實施形式，其中每個預熱塞都配設一個電流測量機構120和一個開關機構 110，具有的優點在於，可以單個地控制各預熱塞和評價流過各預熱塞的電流。如果多個預 熱塞被組成一組，或者全部的預熱塞被一起地控制和/或電流被一起地評價，那麼這具有 的優點在於可以節省昂貴的元件，例如開關機構並且由此獲得極大的成本節省。此外設有控制單元130，它除了其它沒有示出的構件以外包括評價機構133、控制 機構135和故障識別機構137。控制機構135控制開關機構110，用於向預熱塞輸送期望的 能量。評價機構133評價降在電流測量機構120上的電壓，用於確定流過預熱塞的電流。電 流測量機構120優選設計成歐姆電阻。電流測量機構120上的電壓降被輸送給放大器140， 它將它的輸出信號提供給評價機構133。此外，測量放大器140的輸出信號到達比較器150， 在它的第二輸入端上施加閾值設定器160的輸出信號。預熱塞在通電開始時刻通常具有非常小的電阻。其結果是在通電開始時刻流過非 常大的電流。由於預熱塞被加熱，預熱塞的電阻增大，這又導致電流下降。電流曲線隨著電 流值的逐漸減小而呈現極其不平穩的走向，結果表明這是不利的。圖2顯示了來自現有技術中的一個預熱塞的一個等效電路的視圖，如例如在公開 文獻DE102006005711A中公開。在該圖中詳細示出了圖1的主要元件，尤其是閾值設定器 160。在這個實施形式中，閾值設定器160基本上由一個RC電路形成。這個RC電路由電阻 201和電容器205的串聯電路構成，該電阻和電容器布置在接地接頭和位於電流測量機構 120和開關機構110之間的連接點之間。也就是說，基本上在電容器205上施加有一個與 預熱塞100上的電壓降成比例的電壓。此外，由電阻210和另外的電阻202，203和204構 成一個串聯電路。這個串聯電路相應地布置在接地接頭和位於開關機構110和電流測量機 構120之間的連接點之間。在電阻202和203之間的連接點上截取用於比較器150a的輸 入信號。在電阻203和204之間的連接點上截取用於第二比較器150b的信號。這兩個比 較器15a和150b相應於圖1中所示的比較器150。在該實施形式中設置兩個比較器，以便可以用一個下閾值和一個上閾值進行閾值 詢問。在一個簡化的實施形式中可以取消兩個比較器中的一個比較器以及三個電阻202， 203或204中的一個電阻。在這種實施形式中則只能夠與一個閾值比較。重要的是，分壓器 和由電容器205和電阻201組成的串聯電路被加載相同的電壓，該電壓施加在要監控的預
熱塞上。對應於通過預熱塞的電流的電壓降被與電容器205上的電壓降比較。其中在此情 況下不是總電壓，而是通過由電阻202，203和204構成的分壓器分出的電壓被評價。在比 較器150a和150b的輸出端上各有一個信號，該信號依據該比較的情況指示一個故障或者 指示一個無故障的運行。所示的電路是預熱塞的一個簡單的等效電路。電容器上的電壓取決於電容器的充 電。電容器以積分和求和的方式作用於引入到預熱塞中能量。這是這樣實現的，即在電容器205上施加一個與預熱塞上的電壓降成比例的電壓。電容器205上的充電狀態或電壓是預 熱塞的溫度或電阻的一個尺度。通過恰當地選擇電容器和電阻值可以實現使通過電阻202， 203和204形成的分壓器的輸出電壓的時間特性對應於通過預熱塞的無故障電流的時間特 性。通過相應地分配電阻值可以設定下閾值和/或上閾值。電流曲線隨著電流值的逐漸減 小而呈現極其不平穩的走向，結果表明這是不利的。圖3在一個簡化的電路結構中顯示了按照本發明的用於監控至少一個預熱塞的 裝置的一個實施形式。在這個按照本發明的實施形式中，預熱塞的被測量的電流曲線IKerze 和施加在預熱塞上的被測量的電壓UKerze被輸入給計算單元310，它由電壓UKerze和電流IKCTZ6 的商計算出預熱塞的被測量的電阻值= UKerze/IKerze0在此情況下進行一種比率法的 (ratiometrische)或電壓補償的電流測量。電阻值RKerae被輸入給評估單元320。在評估單元320中，電阻值RKerae被直接地輸 入給第一比較單元330，它例如含有兩個比較器。也向第一比較單元330中分別輸入預熱 塞的一個最小電阻閾值Rmin和一個最大電阻閾值Rmax。第一比較單元330將電阻值RKerze 分別與預熱塞的最小電阻閾值Rmin和最大電阻閾值Rmax比較，如已經在說明圖2和3時 描述的那樣。評估單元320此外具有第一求導單元340，它計算一階時間導數d/dt，它也與用於 輸入電阻值RKerze的信號線路連接。第一求導單元340此時實施對電阻值RKCTze的一階時間 求導並且將結果輸送給第二比較單元350。第二比較單元350將第一求導單元340的一階 導數的結果與預熱塞的最大電阻閾值的一階導數k max的值比較。評估單元320此外含有第二求導單元360，它與第一求導單元340的輸出端連接。 第二求導單元360對電阻值RKCTze的一階導數實施時間求導並且將結果即電阻值RKCTze的二 階導數輸入給第三比較單元370。第三比較單元370將第二求導單元360的電阻值RKCTze的 二階導數的結果與預熱塞的最大電阻閾值的二階導數R max的值比較。評估單元320的第一比較單元330此時被這樣地設計，即在電阻值RKerae大於最小 電阻閾值Rmin或者在電阻值RKCTze小於最大電阻閾值Rmax時，分別輸出一個指示預熱塞的 故障的信號。而評估單元320的第二比較單元350被這樣地設計，即在預熱塞的電阻值RKerae 的一階時間導數小於最大電阻閾值的一階導數k max時，輸出一個指示預熱塞的故障的 信號。此外，評估單元320的第三比較單元370被這樣地設計，即在預熱塞的電阻值的二階 時間導數小於最大電阻閾值的二階導數Rmax時，輸出一個指示預熱塞的故障的信號。指示預熱塞的故障的輸出信號被分別輸入到一個控制單元380，該控制單元在響 應僅僅一個單獨的輸入信號下斷開預熱塞電路和/或將相應的信息記錄在故障存儲器382 中和/或通過發射裝置384發出診斷信息。故障存儲器382和發射裝置384此時可以通過 接口 386連接，該接口接受控制單元380上的輸入信號並且分別傳輸到故障存儲器382和 發射裝置384。在響應發出的診斷信息下，可以在與發射裝置384連接的預熱塞單元400中有選 擇地改變對預熱塞的控制。此外，在響應發出的診斷信息下，可以通過顯示器410給司機顯 示預熱塞狀態的指示信息。圖4在一個曲線圖中示出了通過在本發明的一個實施形式中的預熱塞的一階導
6miKerze白勺 、流變&曲線。在itt清況下，在本發明W—個實H形式中Wi亥 、流變&曲線被用
於監控至少一個預熱塞。流過預熱塞的電流的一階導數丨！^㈣被相對於時間t繪出。在圖
中用is標註出一個可能的閾值，其中，如果流過預熱塞的電流超過這個閾值is，則
識別出一個有故障的預熱塞。此時，在直到一個時間點ti之前，流過預熱塞的電流iKwze
在低於閾值is下變化。在時間ti處，流過預熱塞的電流iKe,ze的變化經歷一個躍變式的上
升，這例如可以由預熱塞具有一個突發的故障得到解釋。此時該上升是這樣的，即閾值is 被超過。由此迅速且可靠地識別出有故障的預熱塞。由此可以在發動機控制裝置中非常迅 速且可靠地識別預熱塞的故障並且避免可能的發動機損壞。
權利要求
用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其中一個表徵流過至少一個預熱塞(100)的電流的、與時間相關的變量被與至少一個與時間相關的最小(Rmin)和/或最大閾值(Rmax)相比較，以便進行故障識別，並且如果與時間相關的變量大於和/或小於最小(Rmin)和/或最大(Rmax)閾值，則識別出故障，其特徵在於，與時間相關的變量的一階導數被與最大閾值的一階導數相比較以及與時間相關的變量的二階導數被與最大閾值的二階導數相比較，如果與時間相關的變量的一階導數小於最大閾值的一階導數以及與時間相關的變量的二階導數小於最大閾值的二階導數則識別出故障。FPA00001189012700011.tif,FPA00001189012700012.tif,FPA00001189012700013.tif,FPA00001189012700014.tif
2.按照權利要求ι所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其中表徵 流過至少一個預熱塞(100)的與時間相關的變量是預熱塞(100)的一個電阻模型。
3.按照權利要求1或2之一所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法， 其中與時間相關的閾值包含相應的預熱塞的表示特徵的電阻時間曲線(RkCTJ。
4.按照前述權利要求之一所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其 中在故障識別時斷開預熱塞電路。
5.按照前述權利要求之一所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其 中在故障識別時將相應的信息記錄到一個故障存儲器(382)中。
6.按照前述權利要求之一所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其 中在故障識別時發出診斷信息。
7.按照權利要求6所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其中在響 應診斷信息下改變對預熱塞的控制。
8.按照權利要求6或7所述的用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其中 在響應診斷信息下給司機顯示關於預熱塞(100)的狀態的指示信息。
9.用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的裝置，包括一個評估單元(320)，它具有 一個比較機構(330)，後者將一個表徵流過至少一個預熱塞(100)的電流的、與時間相關的 變量與至少一個與時間相關的最小(Rmin)和/或最大閾值(Rmax)相比較，以便進行故障 識別，並且如果與時間相關的變量大於和/或小於最小(Rmin)和/或最大(Rmax)閾值，則 評估單元(320)識別出故障，其特徵在於，評估單元(320)此外具有另一個比較機構(350， 370)，它將與時間相關的變量的一階導數與最大閾值的一階導數(Ii max)相比較以及將 與時間相關的變量的二階導數與最大閾值的二階導數(Rmax)相比較，如果與時間相關 的變量的一階導數小於最大閾值的一階導數(Ii max)以及與時間相關的變量的二階導數 小於最大閾值的二階導數(Rmax),則評估單元(320)識別出故障。
10.用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的裝置，其中比較機構(330，350，370)包 括至少一個比較器。
全文摘要
本發明涉及一種用於監控內燃機的至少一個預熱塞(100)的方法，其中一個表徵流過至少一個預熱塞(100)的電流的、與時間相關的變量被與至少一個與時間相關的最小(Rmin)和/或最大閾值(Rmax)相比較，用於故障探測，並且如果與時間相關的變量大於和/或小於最小(Rmin)和/或最大(Rmax)閾值，則識別出一個故障。按照本發明的方法的特徵在於，與時間相關的變量的一階導數被與最大閾值的一階導數相比較(公式I)和與時間相關的變量的二階導數被與最大閾值的二階導數相比較(公式II)。如果與時間相關的變量的一階導數小於最大閾值的一階導數(公式I)和與時間相關的變量的二階導數小於最大閾值的二階導數(公式II)，則識別出一個故障。
文檔編號F02D41/22GK101932818SQ200880126117
公開日2010年12月29日 申請日期2008年11月14日 優先權日2008年2月4日
發明者A·雷斯納, H·-P·鮑爾, R·莫裡茨, S·施米廷格 申請人:羅伯特.博世有限公司