發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一般而言涉及用于加熱
內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣的進(jìn)氣加熱器。
背景技術(shù)
[0002] 許多內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)利用進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)，以根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣
溫度和運(yùn)行條件在進(jìn)氣與
燃料一起燃燒之前對進(jìn)氣加熱。
[0003] 隨著內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，進(jìn)氣流到內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的汽缸所經(jīng)過的路徑變得越來越復(fù)雜。通常，
現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的加熱元件不會(huì)在氣流穿過加熱元件行進(jìn)時(shí)使氣流重定向。由于復(fù)雜的氣流和在發(fā)動(dòng)
機(jī)艙內(nèi)的制約，空氣加熱器的
位置可能并非最佳，使得空氣的直通流動(dòng)可能并非所期望的。
[0004] 電動(dòng)的進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)可操作地聯(lián)接到電源，且通到加熱元件的
電流是由包含繼電器的
控制器控制的，所述繼電器用于可操作地接通或關(guān)斷供向加熱元件的電
力。這些電動(dòng)加熱器通常會(huì)消耗很大的電流。進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的控制器因此將控制很大的電流，且可能產(chǎn)生大量的熱。另外，這些控制器通常緊鄰電接頭，所述電接頭將
電阻帶入到
電路中，使得帶來了附加的熱量釋放。從控制器移除或減少這一熱量對于避免低熱效率以及消除對控制器的潛在損壞是重要的。
[0005] 期望減少這些進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的部件數(shù)量和成本。許多內(nèi)燃機(jī)具有由不同公司制造的各種部件，這些部件隨后被組裝起來。因此，期望簡化整個(gè)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的組裝。
[0006] 這些進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)通常被安裝至用于比如
汽車、
拖拉機(jī)等車輛或其他機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，所述車輛或機(jī)構(gòu)經(jīng)受或以其他方式產(chǎn)生顯著數(shù)量的振動(dòng)。因此，期望減少這些振動(dòng)可能對將各個(gè)部件中的任一個(gè)安裝到內(nèi)燃機(jī)或者將進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的各個(gè)部件固定在一起所造成的影響。
[0007] 這些進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)需要在啟動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)之前進(jìn)行預(yù)熱，以便允許對用于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)被關(guān)閉，以便具有足夠的
電池電力使啟動(dòng)
馬達(dá)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的加熱帶通常被設(shè)計(jì)為相對較大，以便在加熱到大約900攝氏度時(shí)在加熱帶中保留有足夠的熱量，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間，所累積的熱量可被傳遞給穿過進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)進(jìn)入到汽缸內(nèi)的空氣。
[0008] 這具有三個(gè)問題。首先，在一些情況下，對進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱可能花費(fèi)長達(dá)20秒的時(shí)間。然而，當(dāng)人們進(jìn)入車輛或機(jī)器時(shí)，他們并不想等待以啟動(dòng)該裝置。而是，操作者希望盡可能快地啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其次，加熱元件為累積用于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的熱量而所需的大量材料增加了進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的成本。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，幾乎不再需要熱累積，因?yàn)檐囕v的電系統(tǒng)不存在阻礙進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)以較高電力運(yùn)行的電負(fù)荷，比如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間使啟動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行的電負(fù)荷。因此，相對于進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)的正常運(yùn)行所需的尺寸而言，加熱帶的尺寸過大，僅為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)問題。第三個(gè)問題與較長的預(yù)熱時(shí)間相關(guān)聯(lián)。在進(jìn)行長時(shí)間預(yù)熱時(shí)，在一些情況下，相當(dāng)部分的
能量(估計(jì)大于30％)從加熱帶傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的相鄰部件，比如傳遞到進(jìn)氣管
外殼或進(jìn)氣
歧管，然后從那里傳遞到圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)和進(jìn)氣系統(tǒng)的
發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的空氣。
[0009] 因此，期望減少在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之前對進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱所必需的時(shí)間量，以及使加熱帶的尺寸最小化。
發(fā)明內(nèi)容
[0010] 在一個(gè)
實(shí)施例中，提供了一種進(jìn)氣加熱器，所述進(jìn)氣加熱器提供了改進(jìn)的氣流導(dǎo)向能力，例如氣流重定向。所述進(jìn)氣加熱器包含加熱元件。所述加熱元件包含多個(gè)縱向延伸區(qū)段。每一縱向延伸區(qū)段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端和所述出口端之間的引導(dǎo)面。所述引導(dǎo)面通常至少部分地面向上游，使得氣流噴在引導(dǎo)面上。所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的入口端的組合大體上限定了入口面。所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的出口端的組合大體上限定了出口面。所述縱向延伸區(qū)段中的每一個(gè)的所述引導(dǎo)面的至少所述出口端相對于所述入口面和所述出口面以非垂直和/或非平行的
角度延伸。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱元件還包含多個(gè)彎曲連接部分。每一連接部分連接了相鄰的一對所述縱向延伸區(qū)段。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，每一彎曲連接部分限定了延伸于所述連接部分的鄰近所述入口面的頂端與所述連接部分的鄰近所述出口面的底端之間的槽底。所述槽底相對于所述入口面和所述出口面成非垂直的角度。
[0013] 在更具體的實(shí)施例中，所述空氣加熱器包含第一絕緣體和第二絕緣體。所述加熱元件被安裝在所述第一絕緣體和所述第二絕緣體之間，其中所述縱向延伸區(qū)段延伸于所述第一絕緣體和所述第二絕緣體之間，其中每一彎曲連接部分由所述第一絕緣體或所述第二絕緣體中的一個(gè)
支撐或者插入到所述第一絕緣體或所述第二絕緣體中的一個(gè)中。
[0014] 在甚至更具體的實(shí)施例中，所述第一絕緣體和所述第二絕緣體限定大體上矩形的容納腔以容納所述彎曲連接部分。所述容納腔相對于所述入口面和所述出口面旋轉(zhuǎn)一角度，使得所述矩形腔的四個(gè)側(cè)面相對于所述入口面和所述出口面以非平行且非垂直的角度延伸。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述矩形的容納腔包含頂側(cè)和底側(cè)。所述頂側(cè)鄰近所述縱向延伸區(qū)段的所述入口端，且所述底側(cè)鄰近所述縱向延伸區(qū)段的所述出口端。所述頂側(cè)彼此平行但偏置，使得所述頂側(cè)并不對準(zhǔn)，且所述底側(cè)彼此平行但偏置，使得所述底側(cè)并不對準(zhǔn)。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述縱向延伸區(qū)段和所述連接部分是由單個(gè)連續(xù)材料帶形成的。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，每一彎曲連接部分限定了延伸于所述連接部分的頂端與所述連接部分的底端之間的槽底。所述槽底相對于所述入口面和所述出口面垂直地延伸。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述彎曲連接部分包含一對扭曲區(qū)段，所述扭曲區(qū)段過渡到對應(yīng)的所述縱向延伸區(qū)段中。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱元件包含第一絕緣體和第二絕緣體。所述加熱元件被安裝在所述第一絕緣體和所述第二絕緣體之間，其中所述縱向延伸區(qū)段延伸于所述第一絕緣體和所述第二絕緣體之間，每一彎曲連接部分由所述第一絕緣體或所述第二絕緣體中的一個(gè)支撐或者插入到所述第一絕緣體或所述第二絕緣體中的一個(gè)中。所述第一絕緣體和所述第二絕緣體限定用于容納所述彎曲連接部分的大體上矩形的容納腔。所述容納腔被相對于所述入口面和所述出口面確定方位，使得所述矩形腔的兩個(gè)側(cè)面垂直于所述入口面和所述出口面延伸，且所述矩形腔的兩個(gè)側(cè)面平行于所述入口面和所述出口面延伸。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種包含波浪形加熱元件的進(jìn)氣加熱器。所述波浪形加熱元件包含由彎曲連接部分連接的多個(gè)縱向延伸區(qū)段。每一縱向延伸區(qū)段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端和所述出口端之間的引導(dǎo)面。每一彎曲部分具有入口端和出口端以及延伸于所述入口端和所述出口端之間的槽底。所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述入口端大體上限定了入口面，且所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的出口端大體上限定了出口面。所述槽底相對于所述入口面和所述出口面以非垂直且非平行的角度延伸。優(yōu)選地，所述角度介于約45度與90度之間，使得任何氣流重定向均介于約0度與45度之間。
[0021] 在另一實(shí)施例中，提供了一種包含加熱元件的空氣加熱器。所述加熱元件包含多個(gè)縱向延伸區(qū)段。每一縱向延伸區(qū)段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端所述出口端之間的引導(dǎo)面。所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述入口端大體上限定了入口面，且所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述出口端大體上限定了出口面。所述縱向延伸區(qū)段中的每一個(gè)的所述引導(dǎo)面在所述入口端和所述出口端之間是彎曲的。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱元件還包含多個(gè)彎曲連接部分。每一連接部分連接了相鄰的一對所述縱向延伸區(qū)段。在更具體的實(shí)施例中，所述縱向延伸區(qū)段和所述連接部分是由單個(gè)連續(xù)材料帶形成的。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，每一彎曲連接部分限定了延伸于所述連接部分的頂端與所述連接部分的底端之間的槽底。所述槽底相對于所述入口面和所述出口面垂直地延伸。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種形成進(jìn)氣加熱器的方法。所述方法包含：將加熱元件材料帶彎曲成通過彎曲連接部分連接的多個(gè)縱向延伸區(qū)段，所述縱向延伸區(qū)段通常是平行的。所述縱向延伸區(qū)段具有入口端和出口端以及延伸于所述入口面和所述出口面之間的引導(dǎo)面。所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述入口端大體上限定了入口面，且所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述出口端大體上限定了出口面。所述方法還包含：使所述彎曲的加熱元件材料帶
變形，使得所述縱向延伸區(qū)段中的每一個(gè)的所述引導(dǎo)面至少在所述引導(dǎo)面的所述出口端處相對于所述入口面和所述出口面以非垂直的角度延伸。
[0025] 在更具體的實(shí)施例中，所述變形步驟發(fā)生在所述彎曲步驟之后。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，每一彎曲連接部分限定了延伸于所述連接部分的頂端與所述連接部分的底端之間的槽底。所述變形步驟包含使所述加熱材料帶彎曲，使得每一彎曲連接部分的所述槽底相對于所述入口面和所述出口面成非垂直且非平行的角度。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包含：將所述加熱材料帶安裝于一對絕緣體之間，其中所述彎曲連接部分被設(shè)置在矩形腔內(nèi)。所述矩形腔相對于所述入口面和所述出口面旋轉(zhuǎn)一角度，使得所述矩形腔的四個(gè)側(cè)面相對于所述入口面和所述出口面以非平行且非垂直的角度延伸。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，每一彎曲連接部分限定了延伸于所述連接部分的頂端與所述連接部分的底端之間的槽底。所述變形步驟包含使所述加熱材料帶彎曲，使得每一彎曲連接部分的槽底相對于所述入口面和所述出口面保持垂直。此方法可導(dǎo)致在所述變形步驟期間僅使所述縱向延伸區(qū)段彎曲。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種空氣加熱器組件，所述空氣加熱器組件包含內(nèi)燃機(jī)部件和空氣加熱器，所述內(nèi)燃機(jī)部件可以是進(jìn)氣部件。所述進(jìn)氣部件將進(jìn)氣流引導(dǎo)至包含入口和出口的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。所述進(jìn)氣部件限定了基本上平坦的安裝表面。所述空氣加熱器被安裝至所述進(jìn)氣部件。所述空氣加熱器包含具有多個(gè)縱向延伸區(qū)段的加熱元件。每一縱向延伸區(qū)段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端和所述出口端之間的引導(dǎo)面。所述縱向延伸區(qū)段中的每一個(gè)的所述引導(dǎo)面相對于所述平坦的安裝表面以非垂直的角度延伸。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述引導(dǎo)面在所述入口端和所述出口端之間是平坦的。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述縱向延伸區(qū)段中的每一個(gè)與所述安裝表面間隔開不同的偏置距離。在這一實(shí)施例中，整個(gè)空氣加熱器可以相對于安裝表面成一角度。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述入口端大體上限定了入口面，且所述多個(gè)縱向延伸區(qū)段的所述出口端大體上限定了出口面。所述入口面和所述出口面可相對于所述安裝表面以非平行且非垂直的角度延伸。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種進(jìn)氣加熱器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件限定了進(jìn)氣流路的至少一部分。所述系統(tǒng)包含被可操作地安裝至所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的空氣加熱器，所述空氣加熱器與所述進(jìn)氣流路的由所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件限定的所述部分
流體連通。
電子控制裝置電聯(lián)接至所述空氣加熱器以控制所述空氣加熱器。所述電子控制裝置被永久性地聯(lián)接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
[0034] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件限定了所述電子控制裝置的多個(gè)電子部件被永久地固定于其中的腔。
[0035] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電子控制裝置的所述多個(gè)電子部件借助熱粘膠被永久地固定于所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的所述腔內(nèi)。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件限定了用于電子控制裝置的電子部件的外殼，其中無法從所述電子控制裝置移除所述電子部件。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件具有大體上矩形的外周邊，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的限定所述電子部件的外殼的一部分延伸于所述矩形的外周邊之外，以便在安裝至發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)將所述外殼的下側(cè)暴露至圍繞所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的周圍空氣。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件是
進(jìn)氣歧管蓋。
[0039] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的空氣加熱器的控制裝置，所述空氣加熱器具有加熱元件。所述控制裝置包含被配置成用于接通和關(guān)斷供向所述空氣加熱器的電力的電子控制器。還提供了一種輸出電
接觸件，所述輸出電接觸件限定了用于容納連接件的通孔以將所述空氣加熱器的電引線固定到所述電子控制器。
[0040] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電子控制器是固態(tài)繼電器。
[0041] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出電接觸件限定了圍繞所述孔、在軸向端部上的鄰接表面。在一個(gè)實(shí)施例中，所述連接件是延伸穿過所述孔的
螺栓。
螺母安裝至所述螺栓且鄰接所述輸出電接觸件的鄰接表面。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電子控制器和所述輸出電接觸件被永久地固定至所述外殼。
[0043] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的空氣加熱器的控制裝置，所述空氣加熱器具有加熱元件。所述控制裝置包含被配置成用于接通和關(guān)斷供向所述空氣加熱器的電力的電子控制器，以及包含
螺紋螺柱軸的輸出電接觸件，以將所述空氣加熱器的電引線固定到所述電子控制器。
[0044] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電子控制器是固態(tài)繼電器。
[0045] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電子控制器包含限定了底部安裝表面的外殼。所述螺柱軸軸向向
外延伸超出所述安裝表面。
[0046] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出電接觸件包含附接至所述螺柱軸的增大的頭部。所述外殼限定了與所述底部安裝表面相反的頂部表面。所述外殼限定了通孔，所述通孔延伸穿過所述底部安裝表面和所述頂部表面。所述增大的頭部大于所述通孔。
[0047] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電子控制器和所述輸出電接觸件被永久地固定至所述外殼。
[0048] 在另一實(shí)施例中，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的空氣加熱器裝置。所述裝置包含發(fā)動(dòng)機(jī)部件、空氣加熱器、控制器、
熱電偶電路和
電壓表。所述空氣加熱器具有加熱元件，所述加熱元件適于加熱穿過其中的用于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣。所述加熱元件被可操作地電聯(lián)接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件。所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件和所述加熱元件是由不同的導(dǎo)電材料形成的。所述控制器被配置成控制對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)。所述熱電偶電路具有在第一電接點(diǎn)處聯(lián)接到所述加熱元件的第一引線以及在第二電接點(diǎn)處聯(lián)接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的第二引線。電壓表被配置成感測所述第一電接點(diǎn)和所述第二電接點(diǎn)之間的電壓差。
[0049] 在一個(gè)實(shí)施例中，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件與所述加熱元件之間直接形成熱接點(diǎn)，使得所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件與所述加熱元件直接彼此接觸。
[0050] 在另一實(shí)施例中，將中間段插置在所述加熱元件與所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間，使得在所述第一電接點(diǎn)和所述第二電接點(diǎn)之間形成至少兩個(gè)熱接點(diǎn)。所述中間段是由不同于所述加熱元件的材料形成的。
[0051] 在另一實(shí)施例中，所述控制器被配置成基于感測到的所述電壓差來控制對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)。
[0052] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種控制用于內(nèi)燃機(jī)的空氣加熱器裝置的方法。所述加熱器裝置包含空氣加熱器，所述空氣加熱器具有加熱元件，所述加熱元件適于加熱穿過其中的用于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣。所述加熱元件被可操作地電聯(lián)接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件。所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件和所述加熱元件是由不同的導(dǎo)電材料形成的。所述控制器被配置成選擇性地控制對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)。熱電偶電路具有在第一電接點(diǎn)處聯(lián)接到所述加熱元件的第一引線以及在第二電接點(diǎn)處聯(lián)接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的第二引線。電壓表被配置成感測所述第一電接點(diǎn)和所述第二電接點(diǎn)之間的電壓差。所述方法包含：測量所述第一電接點(diǎn)和所述第二電接點(diǎn)之間的電壓差，以及基于測量到的電壓差由所述控制器調(diào)整供應(yīng)到所述加熱元件的電力。
[0053] 在一種方法中，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件與所述加熱元件之間直接形成熱接點(diǎn)。
[0054] 在另一種方法中，將中間段插置在所述加熱元件與所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間，使得在所述第一電接點(diǎn)和所述第二電接點(diǎn)之間形成至少兩個(gè)熱接點(diǎn)。所述中間段是由不同于所述加熱元件的材料形成的。
[0055] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種在發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間操作空氣加熱器系統(tǒng)的方法。所述方法允許減少預(yù)熱時(shí)間和/或使用較小的加熱元件，因?yàn)樵趩?dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)在所述加熱元件中需要較少的熱累積。所述空氣加熱器系統(tǒng)具有包括加熱元件的空氣加熱器和用于控制對所述加熱元件的電力供應(yīng)的控制器。所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有連接到電池的啟動(dòng)馬達(dá)。所述方法包含：起動(dòng)所述空氣加熱器以在起動(dòng)所述啟動(dòng)馬達(dá)之前加熱所述加熱元件持續(xù)預(yù)定時(shí)間量；在所述預(yù)定時(shí)間量之后減少對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)；在減少對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)的步驟之后起動(dòng)所述啟動(dòng)馬達(dá)；以及在第二時(shí)間量之后二次起動(dòng)所述空氣加熱器以加熱所述加熱元件同時(shí)所述啟動(dòng)馬達(dá)保持起動(dòng)。
[0056] 在一種方法中，所述第二時(shí)間量是預(yù)定時(shí)間量。
[0057] 在一種方法中，所述方法還包含：監(jiān)測所述電池的電壓且在所述電壓在預(yù)定值之上時(shí)所述第二時(shí)間結(jié)束。
[0058] 在一種方法中，直到所述發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)過
上止點(diǎn)至少一次之后才進(jìn)行所述二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟。
[0059] 在一種方法中，減少對所述空氣加熱器的所述加熱元件的電力供應(yīng)的步驟減少了對所述加熱元件的電力供應(yīng)，使得所述加熱元件消耗的電流基本上為零。
[0060] 在一種方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括將少于全部電力的電力供應(yīng)給所述加熱元件。
[0061] 在一種方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括將最大電力的約10％與50％之間的電力供應(yīng)給所述空氣加熱器的所述加熱元件。在更優(yōu)選的方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括將最大電力的約20％與40％之間的電力供應(yīng)給所述空氣加熱器的所述加熱元件。
[0062] 在一種方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括通過使用脈沖寬度調(diào)制來供應(yīng)電力而將少于全部電力的電力供應(yīng)給所述加熱元件。在此方法中，電力脈沖可以是最大電力，其中供應(yīng)給所述加熱元件的平均電力小于最大電力。
[0063] 在另一實(shí)施例中，提供了一種在發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間操作空氣加熱器系統(tǒng)的方法。所述空氣加熱器系統(tǒng)具有包含加熱元件的空氣加熱器和控制器。所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有連接到電池的啟動(dòng)馬達(dá)。所述方法包含：起動(dòng)所述空氣加熱器以在起動(dòng)所述啟動(dòng)馬達(dá)之前加熱所述加熱元件持續(xù)預(yù)定時(shí)間量；在所述預(yù)定時(shí)間量之后減少對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)；在減少對所述空氣加熱器的電力供應(yīng)的步驟之后起動(dòng)所述啟動(dòng)馬達(dá)；監(jiān)測所述電池的電壓；以及在所述電池的電壓在預(yù)定值之上時(shí)二次起動(dòng)所述空氣加熱器以加熱所述加熱元件同時(shí)使所述啟動(dòng)馬達(dá)保持起動(dòng)。
[0064] 在一種方法中，減少對所述空氣加熱器的所述加熱元件的電力供應(yīng)的步驟減少了對所述加熱元件的電力供應(yīng)，使得所述加熱元件消耗的電流基本上為零。
[0065] 在一種方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括將少于全部電力的電力供應(yīng)給所述加熱元件。
[0066] 在一種方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括將最大電力的約10％與50％之間的電力供應(yīng)給所述空氣加熱器的所述加熱元件。在更優(yōu)選的方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括將最大電力的約20％與40％之間的電力供應(yīng)給所述空氣加熱器的所述加熱元件。
[0067] 在一種方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟包括通過使用脈沖寬度調(diào)制來供應(yīng)電力而將少于全部電力的電力供應(yīng)給所述加熱元件。
[0068] 在另一種方法中，提供了一種在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱器系統(tǒng)的方法。所述空氣加熱器系統(tǒng)具有空氣加熱器和控制器，所述空氣加熱器包含加熱元件，所述控制器用于控制供向所述加熱元件的電力。所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有連接到電池的啟動(dòng)馬達(dá)。所述方法包含：以第一電力
水平起動(dòng)所述空氣加熱器以加熱所述加熱元件，直至達(dá)到期望的空氣加熱器溫度；將電力供應(yīng)減少至較低的值且維持所述期望的空氣加熱器溫度；起動(dòng)所述啟動(dòng)馬達(dá)，同時(shí)監(jiān)測電池電壓；以及在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)期間二次起動(dòng)所述空氣加熱器以借助較低電力來加熱所述加熱元件。
[0069] 在一種方法中，所述方法包含：在鄰近起動(dòng)所述啟動(dòng)馬達(dá)的步驟開始時(shí)關(guān)斷供向空氣加熱器的電力。
[0070] 在一種方法中，關(guān)斷供向空氣加熱器的電力的步驟發(fā)生在檢測到所述電池的預(yù)定電壓降時(shí)。
[0071] 在一個(gè)方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟發(fā)生在第二電力水平處，所述第二電力水平介于所述第一電力水平的大約10％與50％之間。
[0072] 在一個(gè)方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟發(fā)生在檢測到電池電壓在
閾值之上時(shí)。
[0073] 在一個(gè)方法中，二次起動(dòng)所述空氣加熱器的步驟在電池電壓降至閾值之下時(shí)停止。
[0074] 結(jié)合
附圖從下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。
附圖說明
[0075] 并入本
說明書且形成為其一部分的附圖示出了本發(fā)明的若干方面，且與本說明書一起用于闡釋本發(fā)明的原理。在附圖中：
[0076] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0077] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被并入到進(jìn)氣歧管蓋中的加熱裝置的簡化圖；
[0078] 圖3是圖2的加熱器的放大圖；
[0079] 圖4是圖3的加熱器的仰視圖；
[0080] 圖5是圖2的進(jìn)氣歧管蓋，其中移除了加熱器系統(tǒng)；
[0081] 圖6是圖2的加熱器系統(tǒng)的控制器的局部圖，所述控制器被從進(jìn)氣歧管蓋移除；
[0082] 圖7進(jìn)一步示出了圖6的控制器；
[0083] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器的替代性實(shí)施例；
[0084] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加熱器部件的分解圖；
[0085] 圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加熱元件的實(shí)施例；
[0086] 圖11是圖10的加熱元件的簡化剖視圖；
[0087] 圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加熱元件的另一實(shí)施例；
[0088] 圖13是圖12的加熱元件的剖視圖；
[0089] 圖14A-14C示出了與加熱元件有關(guān)的其他構(gòu)思；
[0090] 圖15和16示出了用于支撐圖14的加熱元件的陶瓷絕緣體的實(shí)施例；
[0091] 圖17和18示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其示出了相對于發(fā)動(dòng)機(jī)部件的安裝表面成一角度安裝的多個(gè)加熱器部件；
[0092] 圖19-21示出了控制器的替代性實(shí)施例；
[0093] 圖22和23示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用的熱電偶電路裝置；
[0094] 圖24是另一熱電偶電路裝置的簡化示意圖；
[0095] 圖25是示出了用于校準(zhǔn)圖22-24的熱電偶裝置的校準(zhǔn)量度的曲線圖；
[0096] 圖26是安裝有控制器和空氣加熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的另一實(shí)施例的透視圖；
[0097] 圖27是圖26的實(shí)施例的仰視透視圖；
[0098] 圖28和29是圖26和27的實(shí)施例的加熱元件的一部分的圖；
[0099] 圖30是圖26的實(shí)施例的仰視分解圖；
[0100] 圖31示出了用于在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間控制供向空氣加熱器的加熱元件的電力或電流供應(yīng)的控制策略；
[0101] 圖32-34是根據(jù)圖31的控制策略在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間供應(yīng)給加熱元件的電流、供應(yīng)給啟動(dòng)馬達(dá)的電流以及由電池提供的電流的簡化示意性曲線圖；
[0102] 圖35示出了用于在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間控制對空氣加熱器的加熱元件的電力或電流供應(yīng)的第二控制策略；
[0103] 圖36-38是根據(jù)圖35的控制策略在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間供應(yīng)給加熱元件的電流、供應(yīng)給啟動(dòng)馬達(dá)的電流以及電池電壓的簡化示意性曲線圖；并且
[0104] 圖39-41是在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間供應(yīng)給加熱元件的電流、供應(yīng)給啟動(dòng)馬達(dá)的電流以及電池電壓的簡化示意性曲線圖，其中電池電壓降至預(yù)定閾值之下。
[0105] 盡管將結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，但并非意在將本發(fā)明限制于那些實(shí)施例。相反，目的在于涵蓋如隨附
權(quán)利要求所限定的、在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所包含的所有可選方案、變型和等同方案。
具體實(shí)施方式
[0106] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100大體上包含進(jìn)氣系統(tǒng)102，用于供應(yīng)空氣以使其與燃料相混合時(shí)燃燒。進(jìn)氣系統(tǒng)102從比如周圍空氣供應(yīng)源等空氣供應(yīng)源
抽取空氣。流過進(jìn)氣系統(tǒng)102的空氣由箭頭104表示。
[0107] 以簡化形式示出，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包含多個(gè)內(nèi)燃機(jī)部件。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包含發(fā)動(dòng)機(jī)組106、進(jìn)氣歧管108、進(jìn)氣歧管蓋110和進(jìn)氣供應(yīng)
導(dǎo)管112。
[0108] 在進(jìn)氣系統(tǒng)102內(nèi)是空氣加熱器系統(tǒng)114，空氣加熱器系統(tǒng)114被設(shè)置在穿過加熱器系統(tǒng)114的空氣加熱器116的空氣流(由箭頭104表示)內(nèi)以在燃燒之前將空氣加熱?？諝饧訜崞飨到y(tǒng)114包含呈控制器118的形式的電子控制裝置，所述控制器控制對空氣加熱器116的加熱元件120的電力供應(yīng)以控制空氣流104的加熱。通常，電力由通過發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100供電的裝置的電氣系統(tǒng)形式的電源供應(yīng)。例如，如圖1所示，電力可由電池122供應(yīng)。作為選擇或除此之外，還可以通過比如交流發(fā)
電機(jī)的裝置(未示出)直接地或者間接地通過電池
122來供應(yīng)電力。在本發(fā)明的不同實(shí)施例中可使用各種不同的控制器。
[0109] 空氣加熱器系統(tǒng)114可與整個(gè)裝置(即，汽車)的
電子控制單元或其他
傳感器通信，以感測通過進(jìn)氣系統(tǒng)102供應(yīng)的周圍空氣的溫度，以及確定發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)(即，RPM、溫度、排放等)。
[0110] 在此實(shí)施例中，空氣加熱器116被安裝到進(jìn)氣歧管蓋110。更具體地，空氣加熱器116被安裝在貫穿進(jìn)氣歧管蓋110的孔隙內(nèi)。
[0111] 參照圖2和3，示出了進(jìn)氣歧管蓋110的更詳細(xì)圖示，所述進(jìn)氣歧管蓋安裝有空氣加熱器系統(tǒng)114。在此實(shí)施例中，空氣加熱器116包含可操作地連接到一起的兩個(gè)單獨(dú)的加熱器部件。每一部件包含一對支撐加熱元件的絕緣
支架126。單獨(dú)的加熱器部件各自安裝于貫穿進(jìn)氣歧管蓋110延伸的孔隙130內(nèi)，進(jìn)氣(參見箭頭104)穿過所述孔隙且在控制器118將電力供應(yīng)至加熱元件120時(shí)被加熱。
[0112] 控制器118包含輸入電接觸件134，其中連接到電源(例如，電池或
交流發(fā)電機(jī))的
電纜可連接到所述輸入電接觸件?？刂破?18還包含輸出電接觸件136，所述輸出電接觸件借助螺母138電聯(lián)接到接觸螺釘140。螺母138擰在接觸螺釘140上，且軸向地偏靠著輸出電接觸件136的接觸表面。
[0113] 圖4示出了進(jìn)氣歧管蓋110的下側(cè)142。下側(cè)142包含安裝表面142，所述安裝表面將與進(jìn)氣歧管108(參見圖1)或插入兩者之間的
墊圈相配合。在此實(shí)施例中，安裝表面142的形狀是大體上矩形形狀的。然而，進(jìn)氣歧管蓋110包含側(cè)向延伸部分146，所述側(cè)向延伸部分側(cè)向地向外延伸超過大體上矩形的周邊。虛線148有助于示出大體上矩形的周邊。
[0114] 此側(cè)向延伸部分146以下述方式從進(jìn)氣歧管蓋110向外延伸：在進(jìn)氣歧管蓋110被安裝到進(jìn)氣歧管108(圖1)時(shí)，此側(cè)向延伸部分146的底表面150暴露至圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的周圍空氣。此側(cè)向延伸部分146有助于消散可能由控制器118產(chǎn)生的熱量。
[0115] 參照圖2和3，在此實(shí)施例中，進(jìn)氣歧管蓋110限定了外殼154的至少一部分，所述外殼限定了其中設(shè)置有空氣加熱器系統(tǒng)114的多個(gè)電部件的內(nèi)腔。在優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器118的部件被永久地固定于外殼154的內(nèi)腔內(nèi)，使得控制器118被永久地至少部分地固定到進(jìn)氣歧管蓋110。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器118的部件借助設(shè)置在所述部件與外殼154之間的熱粘膠固定于外殼154內(nèi)。通常，所述熱粘膠將把控制器118的印刷
電路板固定到外殼154中。另外，
密封劑156將涂覆并進(jìn)一步將所述部件永久固定到外殼154內(nèi)且固定到所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件。這種裝置將控制器118集成到進(jìn)氣歧管蓋110內(nèi)。
[0116] 這種裝置改善了熱冷卻路徑，簡化了安裝，且改善了控制器118的抗振性。另外，這種裝置減少了控制器所需的空間量，減少了總重量，降低了消費(fèi)者付出的價(jià)格，為供應(yīng)商提供了改善的配件管理，且優(yōu)化了相關(guān)部件(在此情形中為空氣加熱器116)的電連接。更具體地，這減少了對用以將控制器118固定到進(jìn)氣歧管蓋110的單獨(dú)連接機(jī)構(gòu)的需求。通過消除連接件(通常為螺釘或螺栓)，減少了可能由于振動(dòng)或
熱膨脹而變松的部件數(shù)量。而且，不需要在安裝控制器時(shí)提供較高水平的工作量，因?yàn)椴淮嬖谛枰痪o固至預(yù)定力矩以將其
鎖緊的螺釘。
[0117] 控制器118不能夠被從進(jìn)氣歧管蓋110移除，且因此是進(jìn)氣歧管蓋110的組成部件。因此，在一些實(shí)施例中，控制器118是固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)，致使所述控制器具有比進(jìn)氣歧管蓋
110更長或相等的使用壽命。
[0118] 盡管此實(shí)施例將控制器118集成到進(jìn)氣歧管蓋110中，但控制器118也可形成到其他內(nèi)燃機(jī)部件中，例如(作為非限制性示例)進(jìn)氣供應(yīng)導(dǎo)管112(見圖1)或進(jìn)氣歧管108(見圖1)。
[0119] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，進(jìn)氣歧管蓋110(通常為
鋁)的溫度有助于消散由于控制器或存在于空氣加熱器系統(tǒng)114的將大電流供應(yīng)到加熱元件120的各電接觸件之間的低熱效率和寄生電阻而產(chǎn)生的任何熱量。
[0120] 圖5示出了進(jìn)氣歧管蓋110，其中移除了空氣加熱器系統(tǒng)114的其它部分。因此，可看到外殼154和孔隙130。
[0121] 圖6以簡化形式示出了從外殼154中取出且移除了密封劑156的控制器118?？刂破?18包含連接件160，用于將控制器連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元或由發(fā)動(dòng)機(jī)供電的裝置的其他控制單元。在此實(shí)施例中，輸入電接觸件134是螺柱。輸出電接觸件136是中空接觸件的形式，其界定了鄰接表面162，螺母138軸向
偏壓所述鄰接表面以形成控制器118與接觸螺釘
140之間的電連接。
[0122] 另外參照圖7，輸出電接觸件136包含被構(gòu)造成容納或套住接觸螺釘(諸如接觸螺釘140)的孔164。螺母138然后將再次相對于接觸螺釘140軸向擰緊，以在兩者之間形成電連接。
[0123] 參照圖8，在一些實(shí)施例中，控制器118'可以是與進(jìn)氣歧管蓋110分離的獨(dú)立部件。在此實(shí)施例中，控制器118'包含其自己的外殼155。
[0124] 參照圖4，控制器118借助連接構(gòu)件166電連接到空氣加熱器116。更具體地，連接構(gòu)件166連接到接觸螺釘140，所述接觸螺釘又連接到輸出電接觸件136，如上所述。加熱元件120的一端連接到連接構(gòu)件166的與接近控制器118的一端相反的一端。加熱元件120的另一端電連接到進(jìn)氣歧管蓋110。這使得空氣加熱器116接地。作為選擇，連接構(gòu)件可將加熱元件直接連接到控制器，例如使用直接
焊接到加熱元件的鎳中間區(qū)段，所述加熱元件將直接或間
接地連接到控制器的輸出電
端子。下文更詳細(xì)地論述此鎳區(qū)段。另外，呈鎳區(qū)段形式的連接構(gòu)件可連接到加熱元件與發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間，即在加熱元件的接地側(cè)上。
[0125] 參照圖9，每一空氣加熱器部件119大體上包含一對絕緣支架126和加熱元件120。絕緣支架126中的每一個(gè)通常包含U形載架170以及一個(gè)或多個(gè)陶瓷絕緣體172，所述U形載架通常是
沖壓金屬。加熱元件120是形成為多個(gè)縱向延伸區(qū)段174的材料帶，所述縱向延伸區(qū)段借助呈彎曲端部區(qū)段176的形式的多個(gè)彎曲連接部分彼此互連，以形成波狀或波浪形輪廓。絕緣體172(其可以是除陶瓷外的其他材料)限定了大體上矩形的容納腔182，所述容納腔容納彎曲端部區(qū)段176，以支撐加熱元件120且使加熱元件120與發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝有空氣加熱器116的部件(即，進(jìn)氣歧管蓋)相隔離。
[0126] 縱向延伸區(qū)段174各自具有入口端184和出口端186。平行表面188、190在入口端184和出口端186之間延伸。入口端184大體上限定了空氣加熱器的入口面192，而出口端186大體上限定了空氣加熱器的出口面194。
[0127] 如上文指出的，可期望將空氣流引導(dǎo)穿過空氣加熱器116。圖10和11是加熱元件120A的一個(gè)實(shí)施例的局部圖示，所述加熱元件被配置成在空氣流流過加熱元件120A時(shí)引導(dǎo)所述空氣流。在此實(shí)施例中，縱向延伸區(qū)段174A相對于加熱元件120A的入口面和出口面傾斜。
[0128] 空氣流由箭頭104示出。在此實(shí)施例中，縱向延伸區(qū)段174A限定了入口端184A和出口端186A之間的引導(dǎo)面188A。在這里，引導(dǎo)面188A是平坦表面且平行于也是平坦表面的背面190A。引導(dǎo)面188A和背面190A相對于加熱元件120A的入口面192以非平行、非垂直的角度α1延伸。入口面192可由設(shè)置于加熱元件120A的入口端194A上的假設(shè)平坦表面限定。類似地，引導(dǎo)面188A和背面190A相對于出口面194以非平行、非垂直的角度α2延伸。在此實(shí)施例中，角度α1和α2是相等的且介于45度與90度之間，且優(yōu)選地介于約60度至85度之間，使得任何空氣流的重定向均介于約0度與45度之間，優(yōu)選地介于約15度與30度之間。
[0129] 由于縱向延伸區(qū)段174A的彎曲，在彎曲端部區(qū)段176A與縱向延伸區(qū)段174A之間形成過渡區(qū)段210A。過渡區(qū)段210A在所示實(shí)施例中是扭曲區(qū)段。
[0130] 通常，為了形成角度α1和α2，所述材料帶通常被彎曲以首先形成彎曲端部區(qū)段176A。其后，延伸于彎曲端部區(qū)段176A之間的縱向延伸區(qū)段174A被彎曲以形成角度α1和α2。
[0131] 加熱元件120A的此實(shí)施例具有垂直于入口面192和出口面194延伸的彎曲端部區(qū)段176的槽198(即，底部)。另外，此加熱元件120A將使用具有矩形的容納腔182的絕緣體172，所述矩形的容納腔并非回轉(zhuǎn)式的，如圖9所示。更具體地講，矩形的容納腔182的兩側(cè)
200、202相對于彼此平行，且與其余的矩形的容納腔182的相同側(cè)對齊(例如，共線/共面)。
另外，另外兩側(cè)204、206彼此平行但與其他容納腔182的任一側(cè)均不對齊，且在將加熱元件
120A安裝于絕緣體172內(nèi)時(shí)大致垂直于入口面192A和出口面194A延伸。
[0132] 圖12和13示出了加熱元件120B的另一實(shí)施例，所述加熱元件用于將空氣流引導(dǎo)通過加熱元件120B。在此實(shí)施例中，縱向延伸區(qū)段174B在入口端184B和出口端186B之間并非平坦的。而是，縱向延伸區(qū)段174B的引導(dǎo)面188B和背面90B是彎曲的或修圓的。
[0133] 在此實(shí)施例中，引導(dǎo)面188B在入口端184B處大致垂直于加熱元件120B的入口面192B，使得在所述面的切線處測量的角度α3大致為90度。然而，在可供選擇的實(shí)施例中，角度α3可以具有非垂直的值，使得引導(dǎo)面更類似于U形。引導(dǎo)面188B沿空氣流104的方向連續(xù)彎曲至出口端186B。引導(dǎo)面188B在出口端190B處相對于出口面194B以非平行、非垂直的角度α4延伸，所述角度是沿表面的切線測量的。
[0134] 此實(shí)施例將類似于先前實(shí)施例120A形成，且具有垂直于入口面192B和出口面194B的槽198B。另外，此實(shí)施例將使用具有類似形狀的絕緣體172，所述絕緣體使用非回轉(zhuǎn)式的矩形的容納腔。另外，此實(shí)施例將具有形成于彎曲的縱向延伸區(qū)段174B與彎曲端部區(qū)段176B之間的過渡區(qū)段。
[0135] 引導(dǎo)面188B將大體上具有半徑r。半徑r優(yōu)選地根據(jù)加熱元件寬度w和角度α4使用以下公式確定：r＝(180w)/(πα4)。作為選擇，加熱元件寬度w可使用以下公式根據(jù)已知的加熱元件高度h來計(jì)算：w＝(hα4π)/(180sin(α4))。
[0136] 另一加熱元件120C的實(shí)施例示出于圖14A-14C中。此實(shí)施例具有大致平坦的引導(dǎo)面188C，且類似于標(biāo)準(zhǔn)的無變形的加熱元件，例如圖9所示的加熱元件120。然而，在形成圖9的加熱元件120之后，加熱元件120被以角度α5傾斜，使得引導(dǎo)面188C相對于入口面192C和出口面194C成一角度延伸。由于所述傾斜動(dòng)作，彎曲端部區(qū)段176C的槽198C也相對于入口面192C和出口面194C以角度α6傾斜，角度α6大致等于90度-角度α5。優(yōu)選地，角度α6介于45度與90度之間，且優(yōu)選地介于約60度至85度之間，使得任何空氣流的重定向均介于約0度與45度之間，優(yōu)選地介于約15度與30度之間。參照圖14B，在利用傾斜的一些實(shí)施例中，相鄰的縱向延伸區(qū)段174C的鄰近同一彎曲區(qū)段176C的入口端184C將由于傾斜變形而具有離入口面192不同的距離。出口端186C也出現(xiàn)了同樣的情形。在此實(shí)施例中，彎曲端部區(qū)段176C在從端部觀看時(shí)是大體上矩形的。
[0137] 在此實(shí)施例中，陶瓷絕緣體172將具有回轉(zhuǎn)式的矩形的容納腔，如15和16中示出。在此實(shí)施例中，在將加熱元件120C(未示出)安裝到容納腔182C內(nèi)時(shí)，矩形的容納腔182C的頂側(cè)200C和底側(cè)202C均相對于入口面192C和出口面194C以非平行、非垂直的角度延伸。在這里，側(cè)面204C、206C相對于入口面192C和出口面194C以角度α7延伸。另外，頂側(cè)200C或底側(cè)202C均不平行于相鄰腔182C的對應(yīng)側(cè)，如在圖9所示的絕緣體172中。
[0138] 然而，在可供選擇的實(shí)施例中，可出現(xiàn)傾斜動(dòng)作，使得彎曲區(qū)段176C'的端視圖看似非矩形的平行四邊形，諸如圖14C所示。在此情形中，對應(yīng)絕緣體中的腔將具有相似的非矩形的平行四邊形形狀。另外，所有縱向延伸區(qū)段174C'的入口端184C'均相對于入口面192C'具有相同距離，且出口端186C'離出口面194C'具有相同距離。然而，彎曲區(qū)段176C'的槽仍相對于入口面192C'和出口面194C'成一角度延伸。
[0139] 在空氣流104流動(dòng)時(shí)使用空氣加熱器使其轉(zhuǎn)向的第四種方法在圖17和18中示出。在此實(shí)施例中，空氣加熱器區(qū)段119被以一角度α8相對于內(nèi)燃機(jī)部件的安裝所述空氣加熱器區(qū)段的安裝表面220安裝。在此實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)部件是進(jìn)氣供應(yīng)導(dǎo)管112。
[0140] 因此，加熱區(qū)段119的方位僅被改變，從而在空氣流104離開發(fā)動(dòng)機(jī)部件(即，進(jìn)氣供應(yīng)導(dǎo)管112)時(shí)使其改變方位，而不是如先前實(shí)施例中所述使加熱元件120D、尤其是其縱向延伸區(qū)段變形。在此實(shí)施例中，絕緣支架126被安裝成使縱向延伸區(qū)段、且尤其是其引導(dǎo)面相對于安裝表面220成一角度。
[0141] 盡管此實(shí)施例具有安裝于進(jìn)氣供應(yīng)導(dǎo)管112中的加熱區(qū)段119，但其他實(shí)施例可將所述加熱區(qū)段以這種傾斜的構(gòu)造并入到其他部件中，諸如進(jìn)氣歧管蓋110。
[0142] 另外，圖17和18中的角度α8、α8’和α8”顯示為相等的。然而，在可供選擇的實(shí)施例中，這些角度α8、α8’和α8”可彼此不同，使得每一加熱區(qū)段119以更可控的方式引導(dǎo)空氣流改變方向。例如，不同加熱器旨在在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸進(jìn)氣端口處引導(dǎo)部分空氣流。
[0143] 圖19-21示出了控制器118B的可供選擇的實(shí)施例。此實(shí)施例
修改了輸出電接觸件136B。在此實(shí)施例中，輸出電接觸件136B呈電接觸螺釘?shù)男问剑渚哂懈浇拥铰菁y螺柱軸
232的增大的頭部230。電引線，諸如空氣加熱器的連接構(gòu)件166，可連接到控制器118B。
[0144] 此實(shí)施例也是獨(dú)立控制器，其可獨(dú)立于安裝所述控制器的發(fā)動(dòng)機(jī)部件形成，然后附接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
[0145] 環(huán)繞螺柱軸232的是圓柱形絕緣體234。圓柱形絕緣體234使螺柱軸232與將安裝控制器118B的內(nèi)燃機(jī)部件(如進(jìn)氣歧管蓋110)絕緣。圓柱形絕緣體234將被調(diào)整尺寸以穿過內(nèi)燃機(jī)部件(110)的安裝表面240被插入到孔238中。優(yōu)選地，絕緣體234的直徑將與孔238的直徑相匹配，使得絕緣體234將為所述系統(tǒng)提供增大的機(jī)械
剛度。
[0146] 在此實(shí)施例中，控制器118B具有底部安裝表面236，所述底部安裝表面在組裝期間將抵靠內(nèi)燃機(jī)的部件安裝。在此實(shí)施例中，底部安裝表面236由容納控制器118B的其他內(nèi)部電部件的外殼提供。
[0147] 輸出電接觸件136B也可以并入到控制器中，所述控制器被永久地固定到內(nèi)燃機(jī)的部件，如上文所述的控制器136。
[0148] 此類電接觸件的使用減少了可靠的電/機(jī)械連接所需的配件數(shù)量，且使得由于電連接所致的寄生電阻最小化。
[0149] 圖22示出了本發(fā)明實(shí)施例的另一特征。了解加熱元件120的溫度通常是重要的。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器118被配置成使用熱電偶原理且尤其是在加熱元件120與進(jìn)氣歧管蓋110(或加熱元件120接地的其他內(nèi)燃機(jī)部件)之間的熱接點(diǎn)250處感測加熱元件120的溫度。
[0150] 在此裝置中，加熱元件120和進(jìn)氣歧管蓋110是由不同材料形成的。當(dāng)加熱元件120與進(jìn)氣歧管蓋110之間的熱接點(diǎn)250暴露至與電接點(diǎn)256、260處的溫度不同的溫度時(shí)，產(chǎn)生與電接點(diǎn)256、260和熱接點(diǎn)250之間的溫度差相關(guān)的熱電偶電壓。
[0151] 所述裝置包含用以測量熱接頭250上的電壓的熱電偶電路252。熱電偶電路252包含在第一電接點(diǎn)256處聯(lián)接到加熱元件120的第一引線254。熱電偶電路252還包含在第二電接點(diǎn)260處聯(lián)接到進(jìn)氣歧管蓋110的第二引線258。最后，電壓表262連接到第一引線254和第二引線258的相反兩端，以測量兩個(gè)電接點(diǎn)256、260之間產(chǎn)生的熱電偶電壓。盡管附圖將電壓表262示為單獨(dú)部件，但電壓表262可由控制器118的電路提供，且無需是單獨(dú)的獨(dú)立部件。換句話說，電壓表無需且通常不會(huì)是單獨(dú)的萬用表。
[0152] 根據(jù)此熱電偶電壓，可確定熱接點(diǎn)250的溫度。作為選擇，所述熱電偶電壓可被使用，因?yàn)闊犭娕茧妷号c熱接點(diǎn)250的溫度相關(guān)。如果電接點(diǎn)256、260的參考溫度已知，則可確定熱接點(diǎn)250的溫度。因此，在熱接點(diǎn)250處的加熱元件120的溫度是已知的。此溫度數(shù)據(jù)可用于由控制器118或整個(gè)裝置的更高階的電子控制單元來控制空氣加熱器系統(tǒng)的操作。
[0153] 關(guān)于熱接點(diǎn)250感測到的溫度數(shù)據(jù)通常將出現(xiàn)在并未將電力供應(yīng)到加熱元件120時(shí)。
[0154] 圖23示出了類似于圖22所示的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，中間段264被插置在加熱元件120與進(jìn)氣歧管蓋110(或其他發(fā)動(dòng)機(jī)部件)之間。加熱元件120、中間段264和進(jìn)氣歧管蓋110是由不同材料形成的。
[0155] 在加熱元件120與中間段264之間形成第一熱接點(diǎn)266。在中間段264與進(jìn)氣歧管蓋110之間形成第二熱接點(diǎn)268。
[0156] 在這種裝置中，兩個(gè)熱接點(diǎn)266、268被設(shè)置在電接點(diǎn)256、260之間。在這種裝置中，對溫度變化具有較高的敏感度，且溫度是在加熱元件120的端部測量的，而非在進(jìn)氣歧管蓋處測量，因?yàn)檫M(jìn)氣歧管蓋是過大
塊的材料，對加熱元件的溫度變化不那么敏感。
[0157] 同樣，從電壓表262收集的電壓信息可用于控制空氣加熱器的運(yùn)行。
[0158] 圖24示出了類似于圖22和23的另一實(shí)施例，其包含用于確定加熱元件120的溫度的熱接點(diǎn)布置。在此實(shí)施例中，中間段364被設(shè)置在控制器118(以簡化形式和虛線示出)與加熱元件120之間。更具體地講，中間段364被連接到控制器118的輸出電接觸件與加熱元件120之間。中間段364形成控制器118與加熱元件120之間的連接構(gòu)件的一部分。
[0159] 在此實(shí)施例中，中間段364的連接到加熱元件120的端部370與相鄰的縱向延伸區(qū)段374的一部分重疊。這允許在熱接點(diǎn)368處獲得更準(zhǔn)確的溫度讀數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，與相鄰的縱向延伸區(qū)段374重疊的端部370的長度L1是縱向延伸區(qū)段374的長度L2的至少25％。然而，可供選擇的實(shí)施例可具有更多或更少的重疊，或者完全不重疊。
[0160] 在第一電接點(diǎn)380和第二電接點(diǎn)382處的溫度將顯著低于加熱元件120的溫度，且比加熱元件120的溫度低大約8-11倍。例如，電接頭380、382處的溫度可介于-40攝氏度與125攝氏度之間，而熱接點(diǎn)368處的溫度通?？山橛?00攝氏度與1200攝氏度之間，且更通常地介于600攝氏度與1000攝氏度之間。因此，在電接點(diǎn)380、382與主要的熱接點(diǎn)368之間具有大溫度差。
[0161] 同樣，加熱元件120的溫度測量最終是通過測量電接點(diǎn)380、382之間的電壓來確定的。控制器118內(nèi)的其他電路可用于確定或估計(jì)這些電接點(diǎn)380、382中的一個(gè)或兩個(gè)處的溫度，所述電接點(diǎn)通常稱為冷接點(diǎn)。
[0162] 另外，控制器118可包含負(fù)溫度系數(shù)的
電阻器390(或測量控制器118內(nèi)或鄰近控制器的溫度的其他方法)，以測量控制器、且尤其是形成冷接點(diǎn)380的部件的溫度。因此，控制器118將具有控制器118內(nèi)的溫度的可用數(shù)據(jù)。因此，至少第一電接點(diǎn)380的溫度將是已知的。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)部件(即進(jìn)氣歧管蓋110)的溫度將基本上類似于控制器118內(nèi)的溫度。通過使用控制器118的內(nèi)部溫度，加熱元件120的溫度值可獲得補(bǔ)償以消除或顯著減少冷接點(diǎn)的影響，因此改善在熱接點(diǎn)368處的溫度測量值的準(zhǔn)確性。
[0163] 在一個(gè)實(shí)施例中，中間段264、364由鎳形成，而加熱元件120由堪塔爾
合金(Kanthal)形成。優(yōu)選地，熱電偶由具有極為精確且穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的合金形成。這并非使用市售的主要旨在用于加熱目的的呈帶狀形式的合金的情況。因此，可預(yù)期在相同的空氣加熱器溫度下在不同部分處具有不同的熱電偶電壓。
[0164] 因此，本發(fā)明實(shí)施例的另一特征是提供加熱元件的溫度測量的線性校準(zhǔn)端，即在熱接點(diǎn)266、368處。
[0165] 在形成每一加熱元件之后，通常測試每一加熱元件。此時(shí)，也可進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0166] 在校準(zhǔn)期間，在室溫下將參考溫度探針插入到空氣加熱器的加熱元件120中。然后將控制器內(nèi)側(cè)的熱電偶電壓與參考溫度探針的溫度讀數(shù)相關(guān)聯(lián)，并存儲(chǔ)在控制器118的
微控制器非易失性記憶體中。在較高溫度(例如，在900攝氏度)下執(zhí)行相同工序。將此信息再次存儲(chǔ)在控制器118的微控制器非易失性記憶體中。
[0167] 熱電偶電壓與溫度的相關(guān)性通常具有線性關(guān)系。因此，可通過內(nèi)推法產(chǎn)生中間值。例如，參照圖25，如果室溫測量提供值為T0＝20℃，U0＝0.2mV，T1＝950℃，U1＝27.5mV，那么ΔT＝T1-T0＝930K且ΔU＝U1-U0＝27.3mV。
[0168] 經(jīng)過兩個(gè)測量點(diǎn)的直線的公式為：
[0169]
[0170] 因此，Tcalculated的公式為：
[0171]
[0172] 因此，如果在運(yùn)行中感測到16.1mV的測量值，則加熱元件的溫度將被確定為大約562℃。
[0173] 如果將ΔU/ΔT標(biāo)記為k，則可得到
溫度計(jì)算的簡化公式：
[0174]
[0175] 圖26示出了發(fā)動(dòng)機(jī)部件和控制器組合的可供選擇的實(shí)施例。此實(shí)施例類似于上文參照圖1-5所述的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)部件是具有集成的控制器1118的進(jìn)氣歧管蓋1110。
[0176] 加熱元件1120以簡化形式示為安裝到孔隙1130內(nèi)。在此實(shí)施例中，加熱元件1120是單個(gè)加熱元件，使得正連接1131在孔隙1130的靠近控制器1118的一側(cè)上，且加熱元件1120的負(fù)連接1133(例如，接地)在孔隙1130的相反側(cè)上。
[0177] 圖27示出了進(jìn)氣歧管蓋1110的底側(cè)或安裝側(cè)。加熱元件1120被安裝于絕緣支架1126中，類似于之前的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，中間段1364在加熱元件1120與控制器1118之間互連。優(yōu)選地，此中間段1364由鎳形成，如上文所述。圖28和29是聯(lián)接到加熱元件1120的一部分的中間段1364的局部圖示。
[0178] 優(yōu)選地，中間段1364的橫截面(且具體地講寬度W5)大于形成加熱元件120的帶的橫截面。此結(jié)構(gòu)關(guān)系降低了中間段1364內(nèi)的電阻，因此避免了來自中間段1364的顯著的熱量產(chǎn)出。
[0179] 中間段1364包含用于容納連接螺栓或螺釘1140的孔隙1365(參見圖27和30)。
[0180] 此實(shí)施例的控制器1118被并入到發(fā)動(dòng)機(jī)部件(例如進(jìn)氣歧管蓋1110)中，使得控制器1118不能從進(jìn)氣歧管蓋1110移除。一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)(但并非唯一優(yōu)點(diǎn))是發(fā)動(dòng)機(jī)部件可被用作大型
散熱器，以去除由控制器1118產(chǎn)生的熱量。
[0181] 圖30以分解圖示出了所述部件。進(jìn)氣歧管蓋1110限定了直接模制成所述部件的外殼1154。外殼1154包含穿過所述部件的孔隙1155，用于從進(jìn)氣歧管蓋1110的下側(cè)或底部側(cè)容納接觸螺栓1140。
[0182] 控制器1118包含輸入電接觸件1134和輸出電接觸件1136。在此實(shí)施例中，輸出電接觸件1136呈螺紋接頭的形式，其形成
內(nèi)螺紋以與接觸螺栓1140相連接。螺紋防松的電材料可施加于輸出電接觸件1136與接觸螺栓1140之間，以避免由于振動(dòng)所致的連接松脫，且減少部件之間的任何接觸電阻。
[0183] 控制器1118包含印刷電路板1400，輸入電接觸件1134和輸出電接觸件1136被安裝至所述印刷電路板。熱粘膠層1402或其他熱材料被設(shè)置于印刷電路板1400底部與進(jìn)氣歧管蓋1110之間，以幫助消散由控制器1118產(chǎn)生的熱量。
[0184] 借助密封劑1404將控制器1118的電子部件密封或封裝在外殼1154內(nèi)。通常，將密封劑傾注到外殼中，然后使其
固化以將控制器1118的部件永久地固定至外殼1154中且避免任何液體進(jìn)入。其他實(shí)施例可利用螺釘將印刷電路板1400固定至進(jìn)氣歧管蓋1110，且使用熱凝膠或熱凝膏來幫助將熱量消散到發(fā)動(dòng)機(jī)部件。然而，將把密封劑施加到這些部件上同樣將控制器1118固定到發(fā)動(dòng)機(jī)部件且避免任何液體進(jìn)入。
[0185] 絕緣體1408將在接觸螺栓1140延伸穿過孔隙1155時(shí)使接觸螺栓1140與金屬發(fā)動(dòng)機(jī)部件隔離。絕緣體1155和/或密封劑1404幫助密封孔隙1155，以避免穿過控制器1118的進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力損失。
[0186] 如上文提及，如上所述的空氣加熱器系統(tǒng)的問題之一是在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)預(yù)熱加熱元件(也稱為加熱帶)所需的延遲，這產(chǎn)生數(shù)個(gè)問題。下文將描述克服上述問題中的一個(gè)或多個(gè)的控制策略的實(shí)施例。
[0187] 圖31的
流程圖中示出了第一控制策略1200?？刂撇呗?200與空氣加熱器系統(tǒng)的運(yùn)行有關(guān)，且尤其是在將電力供應(yīng)至空氣加熱器時(shí)。圖32-34示出了在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間經(jīng)過空氣加熱器(圖32)、啟動(dòng)馬達(dá)(圖33)和電池(圖34)的電流和時(shí)間。
[0188] 在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，第一步驟1202包含在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開始(例如，通過轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙)之后將空氣加熱器的加熱元件預(yù)熱一預(yù)定時(shí)間量，由圖32中的大括號(hào)1204示出。在轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙之后，將以最大電流將加熱元件加熱所述預(yù)定時(shí)間量1204。此時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)的電流將為零。
[0189] 在預(yù)定時(shí)間量1204之后，第二步驟1206包含停止將電流供應(yīng)至空氣加熱器加熱元件，這將保持停止持續(xù)第二預(yù)定時(shí)間量，如大括號(hào)1208所示。此時(shí)，將電流供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)馬達(dá)，由圖33中的用于啟動(dòng)馬達(dá)的峰值電流1210示出?？諝饧訜崞鞯碾娏鞔藭r(shí)被停止，以避免由于啟動(dòng)馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的高電流消耗而造成電池超負(fù)荷。在初始的電流峰值1210之后且發(fā)動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)之后，經(jīng)過啟動(dòng)馬達(dá)的電流開始降低，如圖33的區(qū)段1212所示。這是因?yàn)樵趩?dòng)馬達(dá)上負(fù)荷較少。在一些實(shí)施例中，第二預(yù)定時(shí)間量是大約0.5秒，但可根據(jù)應(yīng)用而變化，且具體而言電流的輪廓是從圖33中的峰值1210降到區(qū)段1214。
[0190] 在第二預(yù)定時(shí)間量1208之后，由啟動(dòng)馬達(dá)消耗的電流具有實(shí)質(zhì)上減少且基本上恒定的消耗，如圖33中的區(qū)段1214所示。在第二預(yù)定時(shí)間量1208之后，接下來的步驟1216是開始將電流再次供應(yīng)到加熱元件。然而，此時(shí)，空氣加熱器將不再被供應(yīng)全部電力。通常，將使用脈沖寬度調(diào)制(“PWM”)，使得將全電流的短脈沖供應(yīng)至空氣加熱器，使在啟動(dòng)馬達(dá)繼續(xù)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)供應(yīng)到空氣加熱器的平均電力大約介于全部電力的約10％與50％之間，且更優(yōu)選地介于全部電力的約20％與40％之間。然而，無需使用PWM。圖34示出了對應(yīng)于通向空氣加熱器的電流的PWM峰值1222的電流峰值1220。
[0191] 由于啟動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)
時(shí)空氣加熱器接收電流，所以在啟動(dòng)馬達(dá)電流降至峰值1210以下之后，在空氣加熱器的加熱元件內(nèi)需要較少的熱量累積。因此，在以峰值1210起動(dòng)啟動(dòng)馬達(dá)之前的第一預(yù)定時(shí)間量可被縮短。作為選擇，加熱元件可縮小尺寸，因?yàn)樵趩?dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)加熱元件將被提供電力，需要由加熱元件提供的熱量累積較少。作為選擇，可提供這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)的組合。更具體地講，加熱元件可制作得較小，以節(jié)約成本且可減少初始預(yù)熱時(shí)間1204。
[0192] 圖35示出了第二控制策略1300。此控制策略類似于上述的控制策略1200。然而，此第二控制策略1300監(jiān)測電池的電壓，以確定何時(shí)重新起動(dòng)空氣加熱器。圖36示出了隨時(shí)間的供應(yīng)至空氣加熱器的電流，類似于圖32。圖37示出了隨時(shí)間的供應(yīng)至啟動(dòng)馬達(dá)的電流，類似于圖33。圖38示出了隨時(shí)間的電池電壓。
[0193] 第二控制策略從第一步驟1302開始，其起動(dòng)空氣加熱器以將空氣加熱器的加熱元件預(yù)熱一預(yù)定時(shí)間量1304。電池電壓將下降，如圖38的區(qū)段1305處所示。此時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)是不活動(dòng)的且尚未被起動(dòng)，因此沒有電流供應(yīng)至啟動(dòng)馬達(dá)。
[0194] 在預(yù)定時(shí)間量1304之后，第二步驟1306包含停止將電力供應(yīng)至空氣加熱器持續(xù)第二時(shí)間量1308，且啟動(dòng)馬達(dá)將被起動(dòng)，導(dǎo)致形成電流峰值，如圖中的點(diǎn)1310所示。在啟動(dòng)馬達(dá)經(jīng)歷電流峰值1310時(shí)，電池電壓經(jīng)歷了顯著的電壓下降，如負(fù)電壓峰值1311所示。在點(diǎn)1310處的初始電流峰值和點(diǎn)1311處的電壓降之后，由啟動(dòng)馬達(dá)消耗的電流將下降，如圖37的部分1312所示，且電壓將升高，如圖38的部分1313所示。
[0195] 所述控制策略包含監(jiān)測電池電壓，如步驟1317所示。在電池電壓升高至可接受或預(yù)定水平之后(諸如點(diǎn)1315)，空氣加熱器可被重新啟動(dòng)，以加熱空氣加熱器的加熱元件，同時(shí)啟動(dòng)馬達(dá)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，步驟1316。同樣，加熱元件通常將被以小于全部電力的方式來供應(yīng)電流。同樣，通常將使用PWM，使得將全電流的短脈沖供應(yīng)至空氣加熱器，使得在啟動(dòng)馬達(dá)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)供應(yīng)到空氣加熱器的平均電力大約介于全部電力的約10％與50％之間，且更優(yōu)選地介于全部電力的約20％與40％之間。然而，無需使用PWM。圖36示出了對應(yīng)于PWM電流供應(yīng)的電流峰值1320。同樣，其他實(shí)施例可利用其他方法以將小于全部電力的電力供應(yīng)至空氣加熱器的加熱元件。
[0196] 另外，在轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可繼續(xù)監(jiān)測電池的電壓，使得在電池電壓降至預(yù)定電壓值(或不同的預(yù)定值)之下時(shí)，空氣加熱器將被再次關(guān)閉以將所有可用電力供應(yīng)至啟動(dòng)馬達(dá)。
[0197] 通常，在上文概述的兩種控制策略中，空氣加熱器將在啟動(dòng)馬達(dá)已轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過第一上止點(diǎn)之后才被重新起動(dòng)(步驟1216、1316)。
[0198] 圖38包含示出了空電池狀態(tài)的虛線1330。此時(shí)，電池電壓將在數(shù)秒后減小。如果感測到這種電壓狀態(tài)，空氣加熱器也將關(guān)閉。
[0199] 另一控制策略包含監(jiān)測供應(yīng)至加熱系統(tǒng)的供應(yīng)電壓，且基于所述供應(yīng)電壓來調(diào)適進(jìn)氣加熱器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)負(fù)載循環(huán)。在瞬時(shí)供應(yīng)電壓較高時(shí)，PWM負(fù)載循環(huán)增加。在供應(yīng)電壓較低時(shí)，PWM負(fù)載循環(huán)減小。也可能在每次由于啟動(dòng)馬達(dá)上的負(fù)載減小而使電壓升高時(shí)接通所述加熱器(持續(xù)較短的時(shí)間周期)。借此，可維持電池上幾乎恒定的電流消耗。
[0200] 為了執(zhí)行這些控制策略，空氣加熱器系統(tǒng)的控制器將相應(yīng)地控制對加熱元件的電流或電力供應(yīng)。
[0201] 之前的預(yù)熱控制策略有助于減少預(yù)熱時(shí)間量。通過減少預(yù)熱時(shí)間，這些策略提供了以下優(yōu)點(diǎn)：在預(yù)熱周期期間，加熱元件產(chǎn)生的熱量的較小部分被浪費(fèi)，即進(jìn)氣歧管蓋保持為冷的。僅進(jìn)氣歧管蓋的接近加熱元件的一小部分是溫?zé)岬摹?/div>
[0202] 這些附加控制策略也可以用于潛在地減小加熱帶的尺寸，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間加熱進(jìn)氣所需的熱量累積(能量E)較少。
[0203] 該能量被計(jì)算為E＝m*Q*ΔT，其中Q是加熱帶的具體熱量，且介于450J/(kg*K)的范圍內(nèi)。由于期望將加熱器加熱到同一高溫(ΔT＝～900K)，因此減少所需能量的有效方式是減少加熱元件的
質(zhì)量m。為了減少加熱帶的質(zhì)量，加熱帶應(yīng)該較薄且較短，以便在改變橫截面尺寸之后具有相同的電阻。
[0204] 例如，在加熱帶的橫截面減小至初始橫截面的三分之二，同時(shí)維持加熱帶的相同長度時(shí)，將出現(xiàn)以下有害影響。首先，加熱帶的電阻將增加至初始電阻的1.5倍。加熱帶的功率將減小至初始功率的三分之二。加熱帶的質(zhì)量(其與熱累積相關(guān))將減小至初始質(zhì)量的三分之二。
[0205] 因此，預(yù)熱時(shí)間將保持相同，因?yàn)槠渥裱|(zhì)量和能量之間的商數(shù)關(guān)系。
[0206] 為了減少預(yù)熱時(shí)間，加熱元件長度也必須減小。例如，如果在上述分析中加熱元件長度減少百分之二十(20％)，且橫截面減少三分之一，則產(chǎn)生以下結(jié)果。首先，加熱帶的電阻將進(jìn)一步減小至0.8(80％)。計(jì)算0.8*3/2(由于橫截面變化)可知，產(chǎn)生了比初始電阻增加1.2倍的電阻。由于長度的減少，加熱帶的功率將進(jìn)一步增加至初始功率的1.25倍。計(jì)算此功率增加和長度改變1.25*2/3(由于橫截面減小所致的功率改變)，將得到的功率為初始功率的0.83倍。加熱帶的質(zhì)量將進(jìn)一步減小至0.8*2/3，導(dǎo)致質(zhì)量為初始質(zhì)量的0.53倍。
[0207] 由于預(yù)熱時(shí)間遵循質(zhì)量與功率之間的比例關(guān)系，因此預(yù)熱時(shí)間的改變將為0.53/0.83，導(dǎo)致預(yù)熱時(shí)間為初始預(yù)熱時(shí)間的0.64倍。
[0208] 以下示例也示出了上文概述的改進(jìn)后的控制策略的優(yōu)點(diǎn)，其與發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的熱量有關(guān)。以下示例將假定為理想狀況(其中不存在熱量損失)。
[0209] 用以在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)期間立即加熱通過空氣加熱器的空氣所需的恒定功率介于約280W與425W之間。應(yīng)注意的是，已經(jīng)考慮了6.7升發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，減小發(fā)動(dòng)機(jī)容量將成比例地減小所需功率。轉(zhuǎn)動(dòng)速度估計(jì)介于100rpm與150rpm之間。然而，降低轉(zhuǎn)動(dòng)速度將成比例地減小所需功率。另外，在計(jì)算中已使用了40開爾文的空氣溫度增加。然而，減少空氣溫度增加將成比例地減小所需功率。
[0210] 如果假設(shè)加
熱能量的百分之五十(50％)被損耗而浪費(fèi)了用于在被加熱空氣到達(dá)燃燒腔室之前加熱進(jìn)氣歧管的熱量，則所需功率介于560W至850W的范圍內(nèi)。
[0211] 該功率足夠低，因此可在啟動(dòng)期間從電池處額外獲得(即，在開始發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始峰值之后)。尤其是這樣，由于在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開始之前的預(yù)熱周期，在加熱帶中將有一定的熱量累積。
[0212] 以下示例示出了在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間的轉(zhuǎn)動(dòng)期間所需的空氣加熱器功率是如何計(jì)算的。單缸
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每兩個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)可吸入1個(gè)單位的空氣。雙缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)可吸入1個(gè)單位的空氣。六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)可吸入3個(gè)單位的空氣。以6缸6.7升的發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其每一轉(zhuǎn)數(shù)可吸入1/6*3*6.7升＝3.35升空氣。
[0213] 假設(shè)將有兩種轉(zhuǎn)動(dòng)速度，100rpm(1.67轉(zhuǎn)/秒)和150rpm(2.50轉(zhuǎn)/秒)。對于100rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，每秒進(jìn)氣體積將為1.67轉(zhuǎn)/秒*3.35升/轉(zhuǎn)，即進(jìn)氣速率為每秒5.6升。對于150rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，每秒進(jìn)氣體積將為2.50轉(zhuǎn)/秒*3.35升/轉(zhuǎn)＝8.4升(每秒進(jìn)氣)。
[0214] 進(jìn)氣質(zhì)量可根據(jù)以下公式計(jì)算：m＝V*ρ，其中ρ是在預(yù)期溫度下的特定空氣
密度(～1.252kg/m3)。以100rpm為例，每秒進(jìn)氣5.6升＝0.007kg/秒進(jìn)氣。以150rpm為例，每秒進(jìn)氣8.4升＝0.0105kg/秒進(jìn)氣。
[0215] 如上文提及，確定所需能量的公式為E＝m*σ*ΔT，其中ΔT＝40開爾文(從-20℃加熱到+20℃)，σ是空氣的
比熱(1009J/[kg*K])。以100rpm為例，每秒所需能量為283焦
耳。由于每秒焦耳數(shù)等于瓦特，因此所需功率為283W。以150rpm為例，每秒所需能量為424焦耳。由于每秒焦耳數(shù)等于瓦特，因此所需功率為424W。
[0216] 圖39-41以曲線圖示出了另一特征。圖41示出了其中在使用啟動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)且空氣加熱器活動(dòng)時(shí)電池電壓降至預(yù)定閾值(線1361)之下的情形，所述預(yù)定閾值在點(diǎn)1360處示出。在此情形中，在電池電壓降至此預(yù)定閾值1360之下時(shí)，空氣加熱器關(guān)閉，但啟動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)，以嘗試啟動(dòng)汽車，如圖40所示。這是由圖39的區(qū)域1362示出的。通過關(guān)斷空氣加熱器，提供充足能量以繼續(xù)為啟動(dòng)馬達(dá)供電。
[0217] 圖40與圖37大致相同，但有利于幫助理解。在空氣加熱器和啟動(dòng)馬達(dá)二者均活動(dòng)時(shí)監(jiān)測電池電壓的這種分析可內(nèi)置于先前論述的控制策略和控制系統(tǒng)內(nèi)。
[0218] 本文所引用的所有引用文獻(xiàn)，包括出版物、
專利申請和專利，在此通過引用而并入，如同達(dá)到每一引用文獻(xiàn)都是被獨(dú)立且具體地指出通過引用而并入本文，并且其全部內(nèi)容都在本文中得到闡述的程度。
[0219] 在描述本發(fā)明的上下文中(尤其是下面權(quán)利要求的上下文中)，術(shù)語“一”、“一個(gè)”、“所述”和類似指代的使用應(yīng)理解為
覆蓋了單數(shù)和復(fù)數(shù)形式，除非本文中以其它方式指出或明顯與上下文相抵觸。除非以其它方式指出，否則術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”應(yīng)理解為開放式術(shù)語(即意味著“包含，但不限于”)。本文中數(shù)值范圍的記載僅僅旨在用作單獨(dú)地表示落入所述范圍內(nèi)的每一單獨(dú)數(shù)值的簡化方法，除非在本文中以其它方式指出，且每一單獨(dú)數(shù)值都并入在本說明書中，如同該數(shù)值在本文中單獨(dú)地記載。本文中描述的所有方法可以按任何適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行，除非在本文中以其它方式指出或明顯與上下文相抵觸。本文中所提供的任何和全部示例或示例性語言(例如，“比如”)的使用，僅僅旨在更好地解釋本發(fā)明，且并非對本發(fā)明的范圍限制，除非以其它方式
聲明。說明書中的“否定”式語言應(yīng)解釋為指示了任何未聲明的元件同樣是執(zhí)行本發(fā)明的關(guān)鍵。
[0220] 在本文中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，包括
發(fā)明人已知的執(zhí)行本發(fā)明的最好模式。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在閱讀了前面描述的情況下，這些優(yōu)選實(shí)施例的變體會(huì)變得明顯。發(fā)明人希望本領(lǐng)域技術(shù)人員酌情應(yīng)用這些變體，且發(fā)明人想讓本發(fā)明能以本文中具體描述的之外的方式進(jìn)行實(shí)施。因此，本發(fā)明包括適用法律所允許的、在所述權(quán)利要求中記載的主題的全部修改和等同物。此外，在其全部可能的變體中，上述元件的任何組合都包含在本發(fā)明中，除非在本文中以其它方式指出或明顯與上下文相抵觸。
