用于车辆的电热塞控制器 【技术领域】
本发明涉及一种用于内燃机的电热塞控制器。
背景技术
US6,009,369A1公开了一种具有改进的功能和诊断性的电热塞控制器。DE102006010083A1公开了一种设备和方法，其通过控制PWM信号的频率来控制提供到电热塞的能量。
【发明内容】
具有独立权利要求所述特征的电热塞控制器和用于控制电热塞控制器的方法具有以下优点：
向PWM频率中引入偏移量，使得电热塞的输电线上出现的尖峰所包含的能量散布开，使测量窗口内的峰值能量水平下降，并因此使测量窗口内的电磁干扰(EMI)的峰值水平减小。电热塞减小的EMI将改善电热塞的平滑工作，并且还确保了与附近的其它电子设备一起安全工作。
其它的改进和/或优点由从属权利要求的特征实现。
电热塞控制器使用已知的PWM发生器，其产生在时间上有序的多个PWM信号。
用于改变PWM信号的频率的抖动发生器使用预存的表，该预存的表包含用于PWM频率的偏移量并且是简单的。
【附图说明】
本发明的实施例示于附图中，并且在说明书中进行详细描述。
图1示出了电热塞控制器的示意图。
图2示出了PWM信号和用于具有50％占空比的PWM信号的电流信号的曲线图。
图3示出了PWM信号和用于具有大于50％的占空比的PWM信号的电流信号的曲线图。
图4示出了电流和能量曲线图。
图5示出了带有抖动的PWM信号、电流和能量曲线图。
【具体实施方式】
图1示出了电热塞控制器10，其接收发动机参数18并且分别向电热塞20-23发送PWM信号31-34。电热塞控制器10还包括计算装置12、时序装置14和抖动发生器16。PWM信号和电热塞的数量可根据发动机要求改变。
计算装置12接收发动机参数18例如发动机温度、环境空气温度和压力、注入的燃料量、进口空气质量流量、废气特性、废气再循环特性等，从而为每个PWM信号31-34计算有效电压和定时信息15。有效电压和定时信息15被提供给时序装置14。
时序装置14接收并使用有效电压和定时信息15，产生提供给电热塞的多个PWM信号31、32、33和34。
PWM信号31、32、33和34在时间上连续并具有频率F。每个PWM信号31、32、33和34包括持续时间为T的PWM脉冲，其中T为1/F。持续时间T包括PWM脉冲的导通时间和断开时间。
当被时序装置14激活后，抖动发生器16为PWM信号的持续时间T产生不同的偏移量。不同的偏移量以正向和负向被增加到T，保持原始T处于中间位置。例如，如果PWM信号的原始T为40毫秒，不同的偏移量被增加到该原始T，以产生修改后的T，例如持续时间为37毫秒、38毫秒、39毫秒、40毫秒、41毫秒、42毫秒和43毫秒。原始T被保持在中间，而其它值在其左侧和右侧具有相同的步长。抖动发生器可动态地计算偏移量，或者其可包括预先计算的表，该预先计算的表包含针对不同条件的PWM信号的不同持续时间。为了产生不同持续时间的PWM脉冲，PWM信号的频率被改变，使得PWM脉冲的上升沿保持在两个方向上移位。PWM脉冲的上升沿的移动就如向原始PWM信号增加了抖动一样。该抖动减小了输电线上的窗口内测量的峰值能量，从而减小了电磁干扰EMI。本发明的工作将在后续段落中详细阐释。
电热塞20-23在PWM信号具有高电平时被激发，且在PWM信号具有低电平时被解除激发。当被激发时，电热塞20-23被加热，并且帮助点燃注入到未示出的燃烧室内的燃料。
电热塞和电热塞控制器在现有技术中已知。电热塞用于使发动机温度达到工作水平，在该工作水平，柴油内燃机中的空气和燃料混合物在压缩下容易点火。柴油发动机与标准的火花点火式内燃机本质上不同。柴油发动机不具有诸如标准火花塞这样的打火装置。当燃料和热压缩空气在发动机气缸中混合时，燃料被点火。为了使该点火有效发生，发动机必须被置于一个等于或高于给定的最小工作温度的温度，因为冷的柴油发动机将不会实现点火。
电热塞被用作加热器，以在初始起动之前加热柴油发动机。这些电热塞用于使柴油发动机在该发动机起动之前达到有效工作温度。理想地，电热塞将能够使柴油发动机快速达到期望的起动温度。在发动机起动之后，电热塞工作足够长的时间以保持期望的发动机温度，直到发动机自热达到有效维持点为止。电热塞还使发动机能够在初始阶段平滑运行，并且将排放最小化。一旦发动机能够维持其工作温度，电热塞就被关闭。
电热塞还用于在不同的发动机运行条件下帮助空气燃料混合物的点火，或者使废气的温度达到预定值，例如，当发动机需要运行在废气管中的煤烟需要被燃烧的再生模式下的情况下。
通过控制提供给电热塞的电压以及提供给电热塞的电压持续时间来控制电热塞的温度。定时要求的计算通常由电热塞控制器基于发动机参数来完成。电热塞由车辆的电池提供电能。
图1中的计算装置12接收发动机参数18，并且该计算装置基于发动机参数18计算电热塞的温度要求并计算定时信息。电热塞的温度要求随后被转换为每个电热塞要获得要求的温度所需要的有效电压。计算的有效电压值和定时信息被提供给时序装置14。基于每个电热塞要求的有效电压和定时信息，时序装置为每个电热塞产生PWM信号。
图2示出了由传统的现有技术的电热塞控制器产生的PWM信号。在曲线图2A、2B、2C和2D中所示的PWM信号由时序装置14产生，曲线图的X轴表示时间t，而Y轴表示电压V。每个PWM信号2A、2B、2C和2D控制电热塞20-23中的一个。这里以PWM信号的占空比为50％作为示例。PWM信号是按时序的，即在t1，第一个PWM信号的导通周期开始。在t2，第一个PWM信号的导通周期结束并且第二个PWM信号的导通周期开始。在t3，第二个PWM信号的导通周期结束并且第三个PWM信号的导通周期开始。在t4，第三个PWM信号的导通周期结束并且第四个PWM信号的导通周期开始。只要电热塞在工作，该循环保持重复。示出四个电热塞仅仅作为示例，电热塞的数量可根据发动机而改变。
曲线图2E示出了在PWM信号的占空比为上述50％的情况下向电热塞提供电能的输电线上观察到的电流波形。从t1到t2，仅电热塞20打开，从t2到t3，仅电热塞21打开。因此从t1到t3，电流恒定地为水平I1。从t3往后，在任何给定的时间均有两个电热塞打开。因此，消耗的电流恒定地为两倍，即I2。
图3示出了由传统的现有技术的电热塞控制器产生的PWM信号，其中PWM信号具有大于50％的占空比。对于这些情况，消耗的电流不再恒定，因为在不同的时隙中不同的PWM信号的导通周期重叠。
曲线图3A、3B、3C和3D类似于图2中的曲线图，不同之处仅在于，图3中的PWM信号的占空比大于50％。曲线图3E示出了在PWM信号的占空比为上述大于50％的情况下向电热塞提供电能的输电线上观察到的电流波形。这里，从t1到t3，电流保持在I1，从t3到t5，电流为I2，在t5，出现了一个持续时间短的小的尖峰，其中电流为I3，因为三个电热塞处于导通周期。类似地，在t7，电流在一个小的持续时间中处于水平I3。只要电热塞在工作，该循环就一直重复。
曲线图3E示出了在测量窗口W内测量的电流。该部分在图4的曲线图4A中放大示出。
图4的曲线图4A示出了在测量窗口W内测量的电流，其中出现了尖峰，X轴表示时间t，而Y轴表示电流I。
曲线图4B示出了曲线图4A的能量表现。在窗口中，观察到能量峰值水平，其对应于电流的尖峰。该峰值能量还表示由电热塞在测量窗口期间产生的电磁干扰，因为EMI与能量成正比。
产生EMI的所有电子设备需要遵循安全标准，其中这些电子设备产生的EMI应该低于规定值，该规定值由政府当局制定，从而使彼此接近的电子设备安全工作。因此，每个电子设备在其声明适于使用之前都要进行EMI测试。
由于在尖峰发生时电热塞从车辆的电源消耗的电流快速变化，电热塞也产生EMI。因此，电热塞在其声明能够安全使用之前需要进行EMI测试。
这里，本发明提供一种方法，其能够通过改变PWM信号的频率来减小EMI的峰值水平。
在图5中，曲线图5A示出了正常的PWM信号，其中该PWM信号的频率恒定，X轴表示时间，而Y轴表示电压。PWM信号的频率为F，一个PWM脉冲的持续时间为T，T为1/F。
曲线图5B示出了PWM信号，其中PWM脉冲的T通过改变PWM信号的频率F而被改变。如之前所阐释的那样，向频率F增加小步长的正偏移量和负偏移量来改变该频率。获得的PWM信号在曲线图5B中以点线示出。
PWM信号的频率的改变通过使用抖动发生器16来实现。抖动发生器16具有保存有针对PWM信号的不同频率的不同T值的表。当被激活时，抖动发生器16向时序装置提供基于PWM信号的电流频率和基于发动机参数的用于PWM信号的偏移量。抖动发生器还可实时地计算偏移量。
曲线图5C示出了窗口‘W’中的电流，其中由于不同的电热塞的导通周期的重叠，因此观察到尖峰。尖峰的位置保持向左边和右边移位，这是因为PWM信号的频率的改变。
曲线图5D示出了曲线图5C的能量分析。由于PWM信号的频率改变，在测量窗口W中，尖峰中包含的能量被分布到频率成分的一个宽范围中。这种能量的分布导致当PWM信号的频率改变时峰值能量水平减小。窗口W中的峰值能量的减小将直接减小峰值EMI水平，因为EMI与能量成正比。
在使用本发明时，电热塞在给定的测量窗口中具有减小的EMI水平，并且可容易地满足为电热塞的EMI测试设定的安全标准。
在上述实施例中，电热塞控制器具有其自己的微控制器且具有计算装置。在另一实施例中，电热塞控制器可在用于控制发动机的发动rrrr机控制单元内实现。
尽管在前述说明书中已经呈现了至少一个示例性实施例，但应该认识到存在大量的变型方案。还应该认识到，这些示例性实施例仅为示例，而并不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。更确切地说，前面详细的描述将向本领域的技术人员提供实现示例性实施例的便利途径，应该理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可对元件的功能和布置进行各种改变。