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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität von
der früheren
Japanischen
Patentanmeldung Nr. 2008-6164 , die am 15. Januar 2008 eingereicht
wurde, und der
Japanischen
Patentanmeldung Nr. 2008-291240 , die am 13. November 2008 eingereicht
wurde, wobei die Beschreibungen von diesen durch Bezugsnahme hierin
eingebunden sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Technisches Gebiet der Erfindung)
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung
einer Verschlechterung eines Heizelements, insbesondere auf eine
Vorrichtung zur Steuerung einer Energiezufuhr bzw. Energieversorgung
einer Glühkerze, die in einer Dieselmaschine oder dergleichen
bereitgestellt ist und eine Heizelement enthält, dessen
Verschlechterung bzw. Zerstörung einer Erfassung unterliegt.
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(Verwandte Technik)
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Herkömmlich
ist ein System bekannt, das ein Brechen eines Drahts bzw. Fadens
eines Heizelements erfasst, das aus Metall oder Keramik besteht.
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Zum
Beispiel offenbart die offengelegte
Japanische
Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 11-182400 diese
Art von System, das ein Brechen eines Drahts eines Heizelements
erfasst, das in einer Glühkerze enthalten ist, welche so
bereitgestellt ist, dass sie in die Brennkammer einer Dieselmaschine hinein
ragt. Wenn die Dieselmaschine in einem Zustand anläuft,
in dem eine Außentemperatur niedrig ist und eine Temperatur
in der Brennkammer niedrig ist, erreicht die Temperatur in der Brennkammer
ungeachtet einer Kompression der Luft in der Brennkammer nicht die
Zündtemperatur. So kann eine normale Verbrennung nicht
bereitgestellt werden. Um dieses Problem zu lösen, wird
die Glühkerze dazu verwendet, um in der Brennkammer eine
normale Verbrennung bereitzustellen, das heißt, um die
Temperatur in der Brennkammer auf die Zündtemperatur anzuheben,
bevor die Maschine anläuft. Der Draht bzw. der Faden des
in der Glühkerze enthaltenen Heizelements bricht häufig
infolge einer Verschlechterung im Zeitverlauf oder dergleichen.
Daher wird ein System zur Erfassung eines Brechens des Drahts des
Heizelements verwendet, um die Potentialdifferenz über
das Heizelement hinweg zu überwachen. Wenn die Potentialdifferenz
gleich oder größer einem vorbestimmten Wert ist,
bestimmt das System, dass der Draht des Heizelements gebrochen ist.
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Obwohl
das herkömmliche System ein Brechen eines Drahts eines
Heizelements erfassen kann, kann es eine Verschlechterung des Heizelements
nicht erfassen. Das Heizelement verschlechtert sich infolge einer
wiederholten Energiezufuhr bzw. Energieversorgung. Dadurch erhöht
oder verringert sich der Widerstand des Heizelements. Demzufolge
kommt das Heizelement in den Zustand, in dem es die gewünschte
Leistung nicht erbringen kann. Daraufhin bricht der Draht des Heizelements.
Bis das Heizelement kaputt geht, erkennt das System irrtümlicherweise,
dass das Heizelement normal arbeitet. Daher wird die Temperatur
in der Brennkammer durch die in dem Heizelement enthaltene Glühkerze während
der Periode zwischen der Zeit, zu der das Heizelement in den Zustand
kommt, in dem es eine gewünschte Leistung nicht erbringen
kann, und der Zeit, zu der der Draht des Heizelements bricht, nicht ausreichend
erhöht. Demzufolge läuft die Maschine in einem
Zustand an, in dem die Temperatur in der Brennkammer niedrig ist,
und stößt sie eine große Menge an Kohlenwasserstoffen
aus. Dies kann die Fahrzeugemissionen nachteilig beeinflussen.
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In
den letzten Jahren wurden Glühkerzen nicht nur zum Anlassen
der Maschine verwendet, sondern auch für ein Nachglühen
(„Afterglow") oder Zusatz- bzw. Postglühen („Postglow").
Da diese Glühkerzen im Vergleich zu herkömmlichen,
die nur zum Anlassen der Maschine verwendet werden, unter raueren
Umgebungsbedingungen verwendet werden, können sie sich
folglich früher verschlechtern.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht derartiger Probleme erdacht,
und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Erfassung einer Verschlechterung bzw. Zerstörung eines
Heizelements und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Energiezufuhr
bzw. Energieversorgung einer Glühkerze bereitzustellen.
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Um
die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung
als einen Aspekt eine Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung
eines Heizelements bereit, die aufweist: eine Energiequelle; eine erste
Spannungsausgabeeinheit, die einen in das Heizelement fließenden
Strom in eine Spannung wandelt und einen ersten Spannungswert ausgibt; eine
zweite Spannungsausgabeeinheit, die mit der Energiequelle verbunden
ist und einen zweiten Spannungswert ausgibt, der einer Spannung
der Energiequelle entspricht; und eine Vergleichseinheit, die den
ersten Spannungswert mit dem zweiten Spannungswert vergleicht, um
zu bestimmen, ob das Heizelement verschlechtert ist oder nicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Darstellung, die schematisch eine Konfiguration eines Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines Ausführungsbeispiels zeigt.
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2 ist
eine Darstellung, die eine äußere Ansicht des
Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems des Ausführungsbeispiels
zeigt.
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3 ist
eine Darstellung, die einen Verbindungszustand des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
und dem Umfeld von diesem zeigt.
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4 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A1 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
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5 ist
ein Graph, der eine zeitliche Verschlechterung (Migrationsphänomen)
eines keramischen Heizelements des Ausführungsbeispiels
zeigt.
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6 ist
ein Graph, der eine Veränderung von VB, Vi und Vref mit
Bezug auf die Zeit zeigt.
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7 ist
ein Graph, der eine zeitliche Verschlechterung (Migrationsphänomen)
des keramischen Heizelements des Ausführungsbeispiels zeigt.
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8 ist
ein Graph, der eine Veränderung von VB, Vi und Vref mit
Bezug auf die Zeit zeigt.
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9 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen Vref und VB zeigt.
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10 ist
ein Graph, der einen Verschlechterungsmodus einer Glühkerze
zeigt.
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11 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A2 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
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12,
ist ein Graph, der eine Veränderung von VB, Vi, Vref1 und
Vref2 mit Bezug auf die Zeit zeigt.
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13 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A3 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
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14 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A4 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines vierten Ausführungsbeispiels zeigt.
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15 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A5 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines fünften Ausführungsbeispiels zeigt.
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16 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung E1 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines Modifikationsbeispiels zeigt.
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17 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung E2 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines Modifikationsbeispiels zeigt.
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18A ist ein Graph, der die Zeitkonstante von Vi
mit Bezug auf die Zeit zeigt.
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18B ist ein Graph, der die Zeitkonstante von Vref
mit Bezug auf die Zeit zeigt.
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19 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A6 des Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
eines Modifikationsbeispiels zeigt.
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20A bis 20D sind
Graphen, die Beziehungen zwischen VB und Vref zeigen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Eine
Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements
gemäß dem Ausführungsbeispiel ist geeignet,
um zum Erfassen einer Verschlechterung des Heizelements verwendet
zu werden, das in einer in einer Dieselmaschine oder dergleichen
bereitgestellten Glühkerze eingebunden ist. Nachstehend
wird hierin unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung eine
Glühkerze-Energiezufuhrsteuereinheit 6 (die hierin
als "GCU 6" bezeichnet wird) beschrieben, die eine Verschlechterung
des in der Glühkerze enthaltenen Heizelements erfasst und
eine Energiezufuhr der Glühkerze steuert.
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1 ist
eine Darstellung, die schematisch eine Konfiguration eines Glühkerze-Energiezufuhrsteuersystems
zeigt, das die GCU 6 umfasst. Wie es gemäß 1 gezeigt
ist, ist das System hauptsächlich mit einem Schlüssel-
bzw. Tastschalter 2, einer Batterie 3, Glühkerzen 4a, 4b, 4c und 4d,
einer elektronischen Steuereinheit 5 (die hierin als "ECU 5"
bezeichnet wird) und der GCU 6 kenfiguriert. Die Batterie 3 entspricht
einer Energiequelle, und die GCU 6 entspricht der Vorrichtung
zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements.
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Eine
Maschine 1 ist mit vier Zylindern versehen. Die Glühkerzen 4a bis 4d sind
an den vier Zylindern montiert, so dass sie jeweils in eine Brennkammer
hinein ragen. Wenn der Schlüsselschalter 2 auf die
EIN-Stellung geschaltet wird, steuert die GCU 6 eine Energiezufuhr
und eine Energieabschaltung der Glühkerzen 4a bis 4d basierend
auf einem von der ECU 5 gesendeten Steuersignal.
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In
den Glühkerzen 4a bis 4d sind jeweils
keramische Heizelemente 40a bis 40d eingebaut.
Die keramischen Heizelemente 40a bis 40d werden
infolge der Energiezufuhr geheizt, wodurch die Temperatur in den
Brennkammern angehoben wird. Die keramischen Heizelemente 40a bis 40d entsprechen
Heizelementen.
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Fahrzeuginformationen
wie etwa eine Spannung der Batterie 3, Temperaturen in
den Brennkammern, EIN/AUS-Signale des Schlüsselschalters 2 und
dergleichen werden and die ECU 5 übertragen. Die
ECU 5 steuert eine Energiezufuhr der Glühkerzen 4a bis 4d basierend
auf den Fahrzeuginformationen. Diese Steuerung wird vorzugsweise
durch eine Pulsweitenmodulationssteuerung durchgeführt.
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Wenn
der Schlüsselschalter 2 auf die EIN-Stellung geschaltet
wird, speist die GCU 6 die Glühkerzen 4a bis 4d basierend
auf einem von der ECU 5 gesendeten Pulsweitenmodulationssignal (das
hierin als "PWM-Signal" bezeichnet wird) mit Energie. Im Speziellen
wird, bevor die Maschine 1 anläuft, wenn die Temperatur
in den Brennkammern niedrig ist und angehoben werden muss, eine
effektive Spannung von zum Beispiel 11 V von der Batterie 3 an
die Glühkerzen 4a bis 4d angelegt.
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Nachdem
die Maschine 1 angelaufen ist, ist es bevorzugt, für
zehn Minuten oder länger ein Nachglühen durchzuführen,
um die Temperatur in den Brennkammern zum Beispiel auf 900°C
zu halten. Dadurch wird die Stabilität der Verbrennungscharakteristik
verbessert. Im Speziellen wird, wenn die Glühkerzen 4a bis 4d durch
eine Nachglühsteuerung mit Energie gespeist werden, eine
effektive Spannung von zum Beispiel 7 V für 20 bis 30 Minuten
angelegt, um die Temperatur in den Brennkammern auf 900°C
zu halten.
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Wahlweise
kann, nachdem die Maschine 1 angelaufen ist, eine Zusatz-
bzw. Postglühsteuerung basierend auf einem von der ECU 5 gesendeten PWM-Signal
durchgeführt werden, wie es bei der Nachglühsteuerung
der Fall ist. Aufgrund der Zusatz- bzw. Postglühsteuerung
wird PM ("Particulate Matter": Feststoff bzw. Ruß), der
ein (nicht gezeigtes) DPF (Dieselrußpartikelfilter) zusetzt
bzw. verstopft, zum Erneuern bzw. Wiederherstellen des DPF verbrannt.
Die Zusatz- bzw. Postglühsteuerung hebt die Temperatur
in den Brennkammern vorübergehend auf 900°C an,
um ein Abgas hoher Temperatur zu erzeugen. Infolgedessen durchströmt
das Abgas hoher Temperatur das DPF, so dass der PM verbrannt wird, wodurch
das DPF erneuert bzw. wiederhergestellt und gereinigt wird. Die
Zusatz- bzw. Postglühsteuerung legt auch eine effektive
Spannung von 7 V von der Batterie 3 an die Glühkerzen 4a bis 4d an.
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Wenn
der Schlüsselschalter 2 in die AUS-Stellung geschaltet
wird, beendet die GCU 6 die Energiezufuhr der Glühkerzen 4a bis 4d.
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Nachstehend
werden hierin ein Aufbau und elektrische Schaltungen der GCU 6 beschrieben.
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2 ist
ein perspektivischer Blick, der eine äußere Ansicht
der GCU 6 zeigt. Ein Gehäuse 10 der GCU 6 umfasst
ein Harzteil 110, das aus Hartharz wie etwa PPS und PBT
hergestellt ist, und ein Wärmeabstrahlungsteil 120 mit
einer Vielzahl von Rippen bzw. Lamellen, die aus einem Metall wie
etwa Aluminium hergestellt sind.
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Wie
es gemäß 2 gezeigt
ist, ragen aus einer äußeren Oberfläche
des Gehäuses 10 ein erstes Anschlussstück 111,
ein zweites Anschlussstück 112 und eine drittes
Anschlussstück 113 hervor. Das erste Anschlussstück 111 verbindet
die GCU 6 mit der Batterie 3. Das zweite Anschlussstück 112 verbindet
die GCU 6 mit den vier Glühkerzen 4a bis 4d. Das
dritte Anschlussstück 113 verbindet die GCU 6 mit
der ECU 5. Die Anschlussstücke 111 bis 113 sind einstückig
mit dem Harzteil 111 durch das Hartharz ausgebildet.
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Das
Gehäuse 10 weist einen innen liegenden Raum auf.
Das Gehäuse 10 enthält in dem Raum elektrische
Schaltungen A1, B1, C1 und D1, die charakteristische Funktionen
des vorliegenden Ausführungsbeispiels implementieren, welche
nachstehend beschrieben sind. Wärme, die durch die elektrischen Schaltungen
A1, B1, C1 und D1 erzeugt wird, wird durch das gemäß 2 gezeigte
Wärmeabstrahlungsteile 120 an das Äußere
des Gehäuses 10 abgestrahlt. In dem Gehäuse 10 ist
ein gallertartiges Siliziumharz oder dergleichen eingeschlossen,
um die elektrischen Schaltungen A1 bis D1 vor Wasser und Feuchtigkeit
zu schützen.
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3 ist
eine Darstellung, die einen elektrischen Verbindungszustand der
Batterie 3, der vier Glühkerzen 4a bis 4d und
der elektrischen Schaltungen A1 bis D1 zeigt, die in dem Raum innerhalb
des gemäß 2 gezeigten
Gehäuses 10 enthalten sind. Die elektrischen Schaltungen
A1 bis D1 werden durch die Batterie 3 mit Energie gespeist
und empfangen PWM-Signal von einem Steuerchip 21. Dann werden
die Glühkerzen 4a bis 4d passend mit
Energie gespeist, während die elektrischen Schaltungen A1
bis D1 nachstehend beschriebene Funktionen durchführen.
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Die
elektrischen Schaltungen A1 bis D1 stehen jeweils in Beziehung zu
den Glühkerzen 4a bis 4d. Jede der elektrischen
Schaltungen A1 bis D1 weist einen Leistungsbzw. Netzchip bzw. -baustein 22,
einen Nebenschluss- bzw. Parallelwiderstand 23, einen Widerstand 24,
einen Widerstand 25, einen Differenzverstärker 26 und
einen Komparator 27 auf, die gemäß 4 gezeigt
sind. Die gesamte GCU 6 weist den einzigen Steuerchip 21 auf.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jede der
elektrischen Schaltungen A1 bis D1 eine ähnliche Konfiguration auf,
und implementiert sie eine ähnliche Steuerung. Daher wird,
um der Einfachheit willen, die elektrische Schaltung A1 der GCU 6,
welche die Glühkerze 4a mit Energie versorgt,
als ein Beispiel herangezogen, um hierin nachstehend charakteristische
Konfigurationen und Funktionen des vorliegenden Ausführungsbeispiels
zu beschreiben.
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4 ist
eine Darstellung, die schematisch die elektrische Schaltung A1 der
GCU 6 zeigt. Die Batterie 3 speist die Glühkerze 4a über
den Leistungschip 22 und den Nebenschlusswiderstand 23, die
auf einem Pfad X angeordnet sind, mit Energie. Gleichzeitig wird
eine Spannung, die durch Aufklemmen über den Nebenschlusswiderstand 23 erhalten wird,
an den Differenzverstärker 26 angelegt. Der Differenzverstärker 26 gibt
einen ersten Spannungswert an den Komparator 27 aus. Der
Nebenschlusswiderstand 23 und der Differenzverstärker 26 entsprechen einer
Einrichtung zum Ausgeben eines ersten Spannungswerts (einer ersten
Spannungsausgabeeinheit). Der Komparator 27 entspricht
einer Einrichtung für Vergleich und Unterscheidung (einer
Vergleichseinheit).
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Die
elektrische Schaltung A1 ist über die Widerstände 24 und 25 geerdet,
die auf einem Pfad Y angeordnet sind. Ein zweiter Spannungswert,
der eine durch die Widerstände 24 und 25 geteilte
Spannung darstellt, wird an den Komparator 27 ausgegeben.
Die Widerstände 24 und 25 entsprechen
einer Einrichtung zum Ausgeben eines zweiten Spannungswerts (einer
zweiten Spannungsausgabeeinheit).
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Nachstehend
werden hierin Elemente und Funktionen der elektrischen Schaltung
A1 ausführlich beschrieben, die gemäß 4 gezeigt
ist.
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Der
gemäß 4 gezeigte Steuerchip 21, der
in der GCU 6 enthalten ist, ist elektrisch mit den elektrischen Schaltungen
A1 bis D1, die gemäß 3 gezeigt
sind, und der ECU 5 verbunden. Der Steuerchip 21 überträgt
Signale basierend auf von der ECU 5 ausgegebenen PWM-Signalen
an den Leistungschip 22. Der Steuerchip 21 ist
eine integrierte Schaltung, die eine Schaltzeit des Leistungschips 22 steuert.
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Der
Leistungschip 22 ist ein Schaltelement, das zum Beispiel
durch einen vertikalen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)
mit drei Anschlüssen konfiguriert ist, und ist mit dem
Steuerchip 21 über Bond- bzw. Kontaktierdrähte
elektrisch verbunden. Der Leistungschip 22 schaltet zwischen
einer Energiezufuhr der Glühkerze 4a durch die
Batterie 3 und einer Energieabschaltung um. Der Leistungschip 22 weist
einen EIN-Widerstand Ron auf.
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Der
Nebenschlusswiderstand 23 ist auf dem elektrischen Pfad
X angeordnet, auf dem die Batterie 3 über den
Leistungschip 22 mit der Glühkerze 4a verbunden
ist. Bei Beginn einer Energiezufuhr fließt ein hoher Strom
von ein paar Dutzend Ampere, zum Beispiel 50 A, auf dem Pfad X.
Daher ist es bevorzugt, den Widerstandswert Rs des Nebenschlusswiderstands 23 auf
5 mΩ oder weniger einzustellen, um einen Energieverlust
infolge einer Wärmeerzeugung an dem Nebenschlusswiderstand 23 zu
verhindern. Es ist zu beachten, dass der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands 23,
da der Nebenschlusswiderstand 23 eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweist,
selbst dann kaum variiert, wenn die Temperatur des Nebenschlusswiderstands 23 infolge
der Wärmeerzeugung steigt.
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Der
Pfad Y ist beginnend von einem Punkt x bereitgestellt, der dem Leistungschip 22 vorgelagert positioniert
ist, so dass er parallel zu dem Pfad X ist. Der Pfad Y ist über
die Widerständer 24 und 25 geerdet. Die
Widerstände 24 und 25 weisen Widerstandswerte
R1 und R2 auf. Der Widerstand 24 ist auf dem Pfad Y so
angeordnet, dass er dem Widerstand 25 vorgelagert ist.
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Auf
dem Pfad X sind beide Seiten s und t des Nebenschlusswiderstands 23 aufgeklemmt
und elektrisch mit dem Differenzverstärker 26 verbunden,
wie etwa einem Operationsverstärker oder einer Differenzverstärkerschaltung.
Der Differenzverstärker 26 gibt eine Spannung
Vi, die ein Spannungsabfall infolge des durch den Nebenschlusswiderstand 23 fließenden
Stroms ist, an den Komparator 27 aus. Die Spannung Vi entspricht
dem ersten Spannungswert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist ein Gewinn bzw. eine Verstärkung G des Differenzverstärkers 26 auf
10 eingestellt. Ein Punkt y, der dem Widerstand 25 vorgelagert
und dem Widerstand 24 nachgelagert positioniert ist, ist
mit dem Komparator 27 verbunden. Eine Batteriespannung
VB wird zwischen den Widerständen 24 und 25 geteilt.
Eine Bezugsspannung Vref entspricht einem Potential an dem Punkt
y. Der Punkt y gibt die Bezugsspannung Vref, die mit der Batteriespannung
VB in Zusammenhang steht, an den Komparator 27 aus, der
dem Punkt y nachgelagert angeordnet ist. Die Bezugsspannung Vref
entspricht dem zweiten Spannungswert.
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Der
Komparator 27, an den Vi und Vref eingegeben werden, vergleicht
Vi mit Vref. Zum Beispiel gibt der Komparator 27, wenn
Vi > Vref gilt, ein
"hohes" Signal aus. Wenn Vi Vref gilt, gibt der Komparator 27 ein
"niedriges" Signal aus.
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Die
vorstehend beschriebene elektrische Schaltung A1 erfasst eine Verschlechterung
der Glühkerze 4a, wie es nachstehend beschrieben
ist.
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5 und 7 sind
Darstellungen, die eine zeitliche Verschlechterung des keramischen
Heizelements 40a des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigen.
Gemäß 5 und 7 zeigt
die vertikale Achse einen Widerstandswert Rg des keramischen Heizelements 40a und
zeigt die horizontale Achse die Zeit. 5 und 7 zeigen
auf, dass sich das keramische Heizelement 40a infolge einer
wiederholten Energiezufuhr verschlechtert, und dass sich der Widerstandswert
Rg, wenn sich das Heizelement verschlechtert, im Vergleich zu demjenigen
erhöht, wenn sich das Heizelement in einem normalen Zustand
befindet. Die Verschlechterung des keramischen Heizelements 40a erhöht
den Widerstandswert Rg infolge des Migrations- bzw. Wanderungsphänomens,
das die Menge elektrisch leitfähiger Keramik in dem keramischen
Heizelements verringert.
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Wie
vorstehend beschrieben erhöht das Migrationsphänomen
den Widerstandswert Rg des keramischen Heizelements 40a.
Wenn der Komparator 27 ein "niedriges" Signal an den Steuerchip 21 ausgibt,
das heißt, wenn Vi ≤ Vref gilt, bestimmt der Steuerchip 21,
dass das keramische Heizelement 40a verschlechtert ist,
und informiert er den Fahrer über das Problem mit dem Fahrzeug.
Selbst wenn die Glühkerze 4a ohne eine Verschlechterung
infolge äußerer Faktoren plötzlich kaputt
geht, informiert der Steuerchip 21 den Fahrer in der gleichen
Art und Weise wie in dem Fall, in dem die Verschlechterung erfasst
wird, über das Problem mit dem Fahrzeug.
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6 und 8 sind
Darstellungen, die eine Veränderung von VB, Vi und Vref
mit Bezug auf die Zeit zeigen. Gemäß 6 und 8 zeigt
die vertikale Achse eine Spannung [V] und zeigt die horizontale
Achse die Zeit. Wenn der Widerstandswert Rg infolge der zeitlichen
Verschlechterung des keramischen Heizelements 40a steigt,
wie es vorstehend beschrieben ist, verringert sich der durch den
Pfad X fließende Strom und verringert sich auch die Spannung
Vi, die ein durch den Nebenschlusswiderstand 23 verursachter
Spannungsabfall ist. Unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls,
der durch den auf dem Pfad X bereitgestellten Nebenschlusswiderstand 23 verursacht
wird, wird eine von dem Differenzverstärker 26 ausgegebene
Spannung Vi wie folgt ausgedrückt: Vi = G × VB × Rs/(Ron + Rs +
Rg) [Ausdruck 1]
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Wie
vorstehen beschrieben verschlechtert sich das keramische Heizelement 40a mit
der Zeit und erhöht sich deshalb dessen Widerstandswert Rg.
Wenn der Widerstandswert Rg einen vorbestimmten Schwellenwert K überschreitet,
wird angenommen, dass in dem keramischen Heizelement Wärme
unzureichend erzeugt wird. Dadurch kann die Glühkerze 4a eine
gewünschte Leistung nicht erbringen. Das heißt,
wenn Rg ≥ K gilt, wird angenommen, dass die Glühkerze 4a verschlechtert
ist, und wird der Ausdruck 1 wie folgt modifiziert: Vi ≤ G × VB × Rs/(Ron
+ Rs + K) [Ausdruck 2]
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Zusätzlich
wird, da die Bezugsspannung Vref durch Teilen der Spannung VB zwischen
den Widerständen 24 und 25 auf dem Pfad
Y erhalten wird, der folgende Ausdruck erhalten: Vref = VB × R2/(R1 + R2) [Ausdruck 3]
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Der
Komparator 27 vergleicht Vi mit Vref. Wenn Vi ≤ Vref
gilt, bestimmt der Komparator 27, dass das keramische Heizelement 40a verschlechtert
ist, und gibt er ein "niedriges" Signal an den Steuerchip 21 aus.
Außerdem wird, wenn Vi = Vref gilt, der Schwellenwert K
des Widerstandswerts des keramischen Heizelements 40a basierend
auf den Ausdrücken 1 bis 3 aus dem folgenden Ausdruck 4
hergeleitet: R2/(R1 + R2) = G × Rs/(Ron
+ Rs + K) [Ausdruck 4]
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In
dem Ausdruck 4 kann der Schwellenwert K des Widerstandswerts Rg
des keramischen Heizelements 40a gemäß einem
Leistungsbewertungstest eingestellt werden, und können
daraufhin die Widerstände 24 und 25 ausgewählt
werden, die den Ausdruck 4 erfüllende Widerstandswerte
R1 und R2 aufweisen. Zum Beispiel werden K, R1 und Rs auf 1 Ω, 19
kΩ und 1 kΩ eingestellt. Infolgedessen wird, wenn sich
die Glühkerze 4a verschlechtert oder kaputt geht,
was ein anormaler Zustand ist, das heißt, wenn der Widerstandswert
Rg des keramischen Heizelements 40a den Schwellenwert K überschreitet,
die Beziehung zwischen Vi und Vref, die an den Komparator 27 eingegeben
werden, zu Vi ≤ Vref. Dadurch gibt der Komparator 27 ein
"niedriges" Signal an den Steuerchip 21 aus. Der Steuerchip 21 gibt
ein Signal, das den anormalen Zustand einschließlich der
Verschlechterung angibt, an die ECU 5 aus. Die ECU 5 schaltet
zum Beispiel eine Warnlampe an dem (nicht gezeigten) Armaturenbrett
des Fahrzeugs ein, um den Fahrer über das Problem mit dem
Fahrzeug zu informieren.
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Die
jeweiligen Widerstandswerte Ron, Rs, R1 und R2 des Leistungschips 22,
des Nebenschlusswiderstands 23 und der Widerstände 24 und 25 variieren,
wie es bei dem Widerstandswert Rg des keramischen Heizelements 40a der Fall
ist. Die Ausmaße der Erhöhungen von Ron, Rs, R1
und R2 sind jedoch im Vergleich zu demjenigen von Rg vernachlässigbar
gering. Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
unterstellt, dass Ron, Rs, R1 und R2 nicht erhöht werden,
das heißt nicht mit der Zeit erhöht werden und
im Wesentlichen konstant sind. Es ist jedoch bevorzugt, dass der
Schwellenwert K in Anbetracht der zeitlichen Erhöhungen
der Widerstandswerte Ron, Rs, R1 und R2 eingestellt wird, um eine
Verschlechterung der Glühkerze 4a genauer zu erfassen.
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Bei
der vorstehenden Beschreibung wird, wie es gemäß 8 gezeigt
ist, unterstellt, dass sich die Batterie 3 nicht mit der
Zeit verschlechtert. In der Praxis fällt jedoch die Spannung
VB der Batterie 3 allmählich ab, wenn die Batterie 3 für
eine lange Zeitdauer verwendet wird. Dementsprechend fallen auch Vi
und Vref ab. Wie es gemäß 9 aufgezeigt
ist, die eine Beziehung zwischen Vref und VB zeigt, und wie es durch
den Ausdruck 4 gezeigt ist, kann die Verschlechterung der Glühkerze 4a jedoch
selbst dann genau erfasst werden, wenn VB abfällt, da der EIN-Widerstand
Ron des Leistungschips 22 und der Widerstandswert Rs des
Nebenschlusswiderstands 23 im Wesentlichen konstant sind
und der Schwellenwert K nicht von VB, Vi und Vref abhängt.
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Wenn
die Energiezufuhr der Glühkerze 4a beginnt und
wenn die Energiezufuhr endet, ist die Beziehung zwischen Vi und
Vref ungeachtet des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der
Verschlechterung des Glühkerze 4a gleich Vi ≤ Vref.
Infolgedessen gibt der Komparator 27, wenn die Energiezufuhr
beginnt und wenn die Energiezufuhr endet, ein "niedriges" Signal
an den Steuerchip 21 aus. Daher wird selbst dann, wenn
die Glühkerze 4a normal arbeitet, die Glühkerze 4a irrtümlicherweise
als verschlechtert bestimmt. Um eine solche Situation zu verhindern,
führt die ECU 5 eine Steuerung durch, wie sie
nachstehend beschrieben ist. Unter der Steuerung führt
der Komparator 27, wenn die Energiezufuhr beginnt, für
eine vorbestimmte Zeitdauer von zum Beispiel 5 Sekunden keinen Vergleich
zwischen Vi und Vref durch. Wenn die Energiezufuhr endet, führt
der Komparator 27 den Vergleich überhaupt nicht
durch.
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Bei
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist die elektrische
Schaltung A1 beschrieben, die die Verschlechterung der Glühkerze 4a erfasst.
Da die anderen Glühkerzen 4b bis 4d mit
den elektrischen Schaltungen B1 bis D1 verbunden sind, die ähnliche Konfigurationen
wie diejenige der elektrischen Schaltung A1 aufweisen, ist es möglich,
die Verschlechterung der Glühkerzen 4b bis 4d auf
die gleiche Art und Weise wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen elektrischen
Schaltung A1 zu erfassen. Zusätzlich wird das von der ECU 5 an
den Steuerchip 21 übertragene PWM-Signal als ein
Anweisungsbetriebssignal bezeichnet, das in dem Steuerchip 21 verarbeitet wird.
Daraufhin überträgt der Steuerchip 21 Kanalbetriebssignale
an die Leistungschips 22, die in den elektrischen Schaltungen
A1 bis D1 bereitgestellt sind, um die Energiezufuhr der Glühkerzen 4a bis 4d in
unterschiedlichen Phasen zu steuern.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird hierin das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
Da die grundlegende Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels gleich
derjenigen des vorstehenden ersten Ausführungsbeispiels
ist, werden nur charakteristische Teile beschrieben. Die gleichen
Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnen
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die gleichen Bauteile.
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Bei
dem vorstehenden ersten Ausführungsbeispiel sind Glühkerzen 4a bis 4d mit
keramischen Glühkerzen konfiguriert, die keramische Heizelemente 40a bis 40d enthalten.
Die Verschlechterung der Glühkerzen 4a bis 4d wird
basierend auf der Charakteristik bzw. Kennlinie erfasst, gemäß der
die Widerstandswerte der keramischen Heizelemente 40a bis 40d infolge
des Migrationsphänomens steigen, wenn sich diese verschlechtern.
In der Praxis kann, wie es gemäß 10 gezeigt
ist, der Widerstandswert der keramischen Glühkerze infolge
deren Verschlechterung verringert werden. In diesem Fall wird durch
den Kontakt zwischen einem keramischen leitfähigen Teil oder
einem Verdrahtungsteil und einem Gehäuse ein teilweiser
bzw. unvollständiger Kurzschluss verursacht, der Schichtkurzschluss
bzw. „Lager-Short" genannt wird. Zusätzlich kann,
selbst wenn eine aus Nickelchrom-Draht oder dergleichen bestehende
metallische Glühkerze anstelle der keramischen Glühkerze
verwendet wird, deren Widerstandswert infolge deren Verschlechterung
steigen oder fallen. Im Speziellen können zwei Situationen
erwartet werden, wenn die metallische Glühkerze verwendet
wird. In einer Situation erhöht sich der Widerstandswert
der metallischen Glühkerze, da sich der Radius einer metallischen
Heizelementverdrahtung darin verringert. In der anderen Situation
verringert sich der Widerstandswert der metallischen Glühkerze,
da durch den Kontakt zwischen der metallischen Heizelementverdrahtung
und dem Gehäuse der Schichtkurzschluss bzw. „Lager-Short"
verursacht wird.
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Wie
vorstehend beschrieben setzt die GCU 6 des Ausführungsbeispiels
eine elektrische Schaltung A2 ein, die eine Verschlechterung in
Erwiderung auf die verschiedenen vorgenannten Verschlechterungsmodi
der Glühkerze 4a erfassen kann, da der Widerstandswert
der Glühkerze 4a abhängig von dem Typ der
Glühkerze 4a oder einer Vielzahl von Verschlechterungsmodi
der Glühkerze 4a steigt oder fällt. Das heißt,
dass die Verschlechterung der Glühkerze 4a, deren
Widerstandswert infolge ihrer Verschlechterung variiert, durch die
GCU 6 zuverlässig erfasst werden kann. Die Glühkerze 4a kann
eine metallische Glühkerze oder eine keramische Glühkerze sein.
-
Im
Speziellen wird die gemäß 11 gezeigte
elektrische Schaltung A2 bei der GCU 6 angewandt. Die elektrische
Schaltung A2 ist durch Hinzufügung eines Komparators 28 zu
der gemäß 4 gezeigten
elektrischen Schaltung A1 des ersten Ausführungsbeispiels
konfiguriert. Vi wird von dem Knoten zwischen der Ausgangsseite
des Verstärkers 26 und der Eingangsseite des Komparators 27 an
den Komparator 28 eingegeben.
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Als
nächstes werden an die Komparatoren 27 und 28 zwei
unterschiedliche Bezugsspannungen Vref1 und Vref2 eingegeben, die
mit der Spannung Vref in Zusammenhang stehen. Die Komparatoren 27 und 28 entsprechen
einer Einrichtung für Vergleich und Unterscheidung (einer
Vergleichseinheit).
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Auf
dem Pfad Y sind von der Erdungsseite zu der vorgelagerten Seite
hin in dieser Reihenfolge drei Widerstände 25, 24 und 29 seriell
geschaltet, die gegenseitig unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
Die Widerstände 25, 24 und 29 entsprechen
der Einrichtung zum Ausgeben eines zweiten Spannungswerts (einer
zweiten Spannungsausgabeeinheit).
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Die
Bezugsspannung Vref1, die durch Teilen der Batteriespannung durch
die Widerstandswerte von Widerständen 25, 24 und 29 erhalten
wird, wird wie folgt erhalten: Vref1
= VB × R2/(R1 + R2 + R3) [Ausdruck
5]
-
Gleichermaßen
wird die Bezugsspannung Vref2 wie folgt erhalten: Vref2 = VB × (R1 + R2)/(R1 + R2 + R3) [Ausdruck 6]
-
Vref1
und Vref2 werden an die Komparatoren 27 und 28 eingegeben.
Hier sind die Widerstandswerte der Widerstände 25, 24 und 29 auf
1 kΩ, 2 kΩ und 17 kΩ eingestellt, und
ist Vref1 auf weniger als Vref2 eingestellt. Bei der folgenden Beschreibung wird
angenommen, dass der folgende Ausdruck erfüllt ist. Vref1 < Vi < Vref2 [Ausdruck 7]
-
12 ist
eine Darstellung, die einen Mechanismus zur Erfassung einer Verschlechterung
der Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt. 12 steht
mit 8 des ersten Ausführungsbeispiels in
Zusammenhang. Wie es gemäß 12 gezeigt
ist, gibt der Komparator 27, wenn infolge des Zustands
der Glühkerze 4a Vref1 < Vi gilt, ein Signal "Hoch (keine Verschlechterung)"
an den Steuerchip 21 aus. Wenn infolge des Zustands der Glühkerze 4a Vi < Vref2 gilt, gibt
der Komparator 28 ein Signal "Hoch (keine Verschlechterung)"
an den Steuerchip 21 aus. Das heißt, wenn Vi den
Ausdruck 7 erfüllt, wird die Glühkerze 4a als
nicht verschlechtert bestimmt. Wenn Vi den Ausdruck 7 nicht erfüllt, wird
die Glühkerze 4a als verschlechtert bestimmt. Auf
diese Art und Weise werden der obere Grenzwert und der untere Grenzwert
von Vi durch die Widerstände 24, 25 und 29 sowie
die Komparatoren 27 und 28 definiert, um zu ermöglichen,
dass die Verschlechterung der Glühkerze 4a abhängig
von dem Typ der Glühkerze 4a oder der Vielzahl
von Verschlechterungsmodi der Glühkerze 4a erfasst
wird.
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Es
ist zu beachten, dass es wünschenswert ist, Widerstandswerte
der Widerstände 25, 24 und 29 abhängig
von dem Typ und der Charakteristik bzw. Kennlinie der Glühkerze 4a passend
zu ändern.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird hierin das dritte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Da die grundlegende Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels
gleich denjenigen des vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsbeispiels
ist, werden nur charakteristische Teile beschrieben. Die gleichen
Bezugszeichen wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnen
bei dem dritten Ausführungsbeispiel die gleichen Bauteile.
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13 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A3 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels zeigt. Wie es gemäß 13 gezeigt
ist, ist auf der Seite der Batterie 3 der Glühkerze 4a ein Fühl-MOS
(Fühl-MOSFET) 30 bereitgestellt. Der Fühl-MOS 30 steuert
eine Energiezufuhr der Glühkerze 4a. Der Fühl-MOS 30 weist
ein Hauptelement 31 und ein Fühlelement 32 auf,
und teilt einen von der Batterie 3 fließenden
Laststrom I in einen durch das Hauptelement 31 fließenden
Hauptstrom Im und einen durch das Fühlelement 32 fließenden
Fühlstrom Is. Das Hauptelement 31 steuert eine
Energiezufuhr der Glühkerze 4a. Da ein Teil des
Laststroms I, der in den Fühl-MOS 30 fließt,
durch das Fühlelement 32 fließt, dient
das Fühlelement 32 dazu, den durch das Hauptelement 31 fließenden
Hauptstrom Im zu überwachen. Das heißt, dass der Fühl-MOS 30 eine Stromspiegelschaltung
ist, bei der das Verhältnis zwischen dem durch das Hauptelement 31 fließenden Hauptstrom
Im und dem durch das Fühlelement 32 fließenden
Fühlstrom Is konstant ist.
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Ein
Gate-Anschluss des Hauptelements 31 und ein Gate-Anschluss
des Fühlelements 32 sind miteinander verbunden.
Das Verhältnis der Größe des Hauptelements 31 zu
der Größe des Fühlelements 32 beträgt
n zu 1. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt
das Verhältnis 1500 zu 1.
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Eine
Rückkopplungsschaltung ist mit einem Operationsverstärker 33 und
einem Transistor 34 konfiguriert, die dem Fühlelement 32 nachgelagert angeordnet
sind. Der Verstärker 33 entspricht einer Verstärkungseinrichtung.
Die Rückkopplungsschaltung hält die jeweiligen
Anschlussspannungen des Hauptelements 31 und des Fühlelements 32 (d.
h. eine Drain-Source-Spannung, die hierin nachstehend als "Vds"
bezeichnet wird) konstant. Das heißt, dass ein invertierender
Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers 33 mit
einem Source-Anschluss des Hauptelements 31 verbunden ist.
Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss (+) des Operationsverstärkers 33 ist
mit einem Source-Anschluss des Fühlelements 32 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 33,
der auf der nachgelagerten Seite von diesem positioniert ist, ist mit
einem Gate-Anschluss des Transistors 34 verbunden. Ein
Drain-Anschluss des Transistors 34 ist mit dem Source-Anschluss
des Fühlelements 32 verbunden. Ein Nebenschluss-
bzw. Parallelwiderstand 35 ist auf der Erdungsseite des
Transistors 34 angeordnet. Der Nebenschlusswiderstand 35 entspricht der
Einrichtung zum Ausgeben eines ersten Spannungswerts (einer ersten
Spannungsausgabeeinheit).
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Wie
vorstehend beschrieben ist die Rückkopplungsschaltung mit
einem Operationsverstärker 33 und einem Transistor 34 konfiguriert,
und steuert sie dahingehend, dass Vds des Hauptelements 31 und
Vds des Fühlelements 32 einander gleich sind. Infolgedessen
kann bei der Stromspiegelschaltung das Verhältnis zwischen
dem durch das Hauptelement 31 fließenden Strom
und dem durch das Fühlelement 32 fließenden
Strom so eingestellt werden, dass es dem Verhältnis der
Größe des Hauptelements 31 zu der Größe
des Fühlelements 32 entspricht. Dass heisst, wenn
das Verhältnis der Größe des Hauptelements 31 zu
der Größe des Fühlelements 32 gleich
n zu 1 beträgt, kann der Fühlstrom Is, der 1/n
des Hauptstroms Im des Hauptelements 31 beträgt,
stabil auf die Seite des Fühlelements 32 fließen.
-
Aufgrund
des mit der Source-Seite des Transistors 34 verbundenen
Nebenschlusswiderstands 35 wird Vi basierend auf dem Fühlstrom
Is erfasst. Vi wird an den Komparator 27 eingegeben. Danach
vergleicht der Komparator 27 Vi mit Vref, die mit VB in Zusammenhang
steht, um zu bestimmen, ob die Glühkerze 4a verschlechtert
ist oder nicht. Wie vorstehend beschrieben wird der Laststrom I
in Im, der durch das Hauptelement 31 fließt, und
den Fühlstrom Is geteilt. Der Fühlstrom Is, der
relativ gering ist, wird verwendet, um die Verschlechterung der
Glühkerze 4a zu erfassen. Dadurch kann eine Wärmeerzeugung
des Nebenschlusswiderstands 35 unterdrückt werden.
Es ist zu beachten, dass das Hauptelement 31 und das Fühlelement 32 mit
Feldeffekttransistoren konfiguriert sind.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird hierin das vierte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Da die grundlegende Konfiguration des vierten Ausführungsbeispiels gleich
denjenigen des vorstehenden ersten bis dritten Ausführungsbeispiels
ist, werden nur charakteristische Teile beschrieben. Die gleichen
Bezugszeichen wie bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel
bezeichnen bei dem vierten Ausführungsbeispiel die gleichen
Bauteile.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel ist eine Kombination des
ersten und des dritten Ausführungsbeispiels, und es weist
eine elektrische Schaltung A4 auf.
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14 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A4 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels zeigt. Wie es gemäß 14 gezeigt
ist, wird ein Fühl-MOS (Fühl-MOSFET) 36 als
ein Schaltelement verwendet, das eine Energiezufuhr der Glühkerze 4a steuert.
Der Fühl-MOS 36 teilt Strom in einen Fühlstrom
Is, der durch den Nebenschlusswiderstand 23 fließt,
der mit der Source-Seite des Fühl-MOS 30 parallel
geschaltet ist, und einen Hauptstrom Im, der durch die Glühkerze 4a fließt,
in dem Fühlverhältnis von 1 zu 1000. Gemäß der
Konfiguration kann die Verschlechterung der Glühkerze 4a genau
erfasst werden. Außerdem ist der durch den Nebenschlusswiderstand 23 fließende
Strom im Vergleich zu demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
ausreichend gering, wodurch ermöglicht wird, dass ein Energieverlust
aufgrund einer Wärmeerzeugung des Nebenschlusswiderstands 23 unterdrückt wird.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird hierin das fünfte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Da die grundlegende Konfiguration des fünften Ausführungsbeispiels gleich
denjenigen des vorstehenden ersten bis vierten Ausführungsbeispiels
ist, werden nur charakteristische Teile beschrieben. Die gleichen
Bezugszeichen wie bei dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel
bezeichnen bei dem fünften Ausführungsbeispiel
die gleichen Bauteile.
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15 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung A5 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels zeigt. Wie es gemäß 15 gezeigt
ist, ist der bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene
Punkt x dem Punkt t nachgelagert und der Glühkerze 4a vorgelagert
positioniert. Daher kann, da sich der Punkt x und der Punkt t im
Wesentlichen auf dem gleichen Potential befinden, die Auswirkung
auf die Bezugsspannung Vref auf dem Pfad Y behoben werden, die durch
die Veränderung der Widerstandswerte des Leistungschips 22 und
des Nebenschlusswiderstands 23 infolge des Spannungsabfalls
der Elemente 22 und 23 oder dergleichen verursacht
wird. Dadurch kann der Komparator 27 die Verschlechterung
der Glühkerze 4a genau erfassen, während
der Leistungschip 22 unter der PWM-Steuerung des Steuerchips 21 eingeschaltet
ist.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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Bei
dem vorstehenden ersten bis fünften Ausführungsbeispiel
ist Vi ein Spannungswert, der durch Wandlung des Laststroms I, der
von der Batterie 3 kommend fließt, unter Verwendung
des Nebenschlusswiderstands 23 oder 35 in eine
Spannung erhalten wird, und ist Vref ein Spannungswert, der durch
Wandlung des Laststroms I unter Verwendung der Widerstände 24, 25 und 29 in
eine Spannung erhalten wird. Vi und Vref werden an den Komparator 27 eingegeben,
um die Verschlechterung der Glühkerze 4a zu erfassen.
An den Komparator 27 eingegebene Signale sind jedoch nicht
auf die Spannungswerte Vi und Vref beschränkt. Stromwerte
Ii und Iref, die an eine nachstehend beschriebene Stromvergleichsschaltung
eingegeben werden, können als die Signale verwendet werden.
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16 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung E1 zeigt. Wie es
gemäß 16 gezeigt
ist, sind auf dem Pfad Y anstelle der gemäß 4 gezeigten
Widerstände 24 und 25 eine Stromspiegelschaltung 50 und
ein Widerstand 51 in Reihe angeordnet. Die Stromspiegelschaltung 50 gibt
Iref aus. Eine Stromspiegelschaltung 60 ist anstelle des gemäß 4 gezeigten
Nebenschlusswiderstands 23 angeordnet. Die Stromspiegelschaltung 60 gibt
Ii aus. Diese elektrische Schaltung E1 kann ebenfalls die Verschlechterung
der Glühkerze 4a erfassen, wie es bei den vorstehenden
Ausführungsbeispielen der Fall ist.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht Ii einem
ersten Stromwert und entspricht Iref einem zweiten Stromwert. Die
Stromspiegelschaltung 60 entspricht einer Stromregelungseinrichtung.
Die Stromspiegelschaltung 50 und der Widerstand 51 entsprechen
einer Einrichtung zum Ausgeben eines zweiten Stromwerts. Es ist
bevorzugt, die Stromspiegelschaltungen 50 und 60 zur
Miniaturisierung der elektrischen Schaltung E1 mit Halbleiterchips
zu konfigurieren. Gemäß 16 teilt
die Stromspiegelschaltung 60 in die Glühkerze 4a fließenden
Strom in dem Verhältnis 1 zu 1. Der Strom kann in dem Verhältnis
1 zu 3 geteilt werden, um den Wert Ii zu verringern. Dadurch kann
eine Wärmeerzeugung des Drahts, der Ii ausgibt, und des
Komparators 27 unterdrückt werden.
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17 ist
eine Darstellung, die eine elektrische Schaltung E2 zeigt. Durch
Verwendung der elektrischen Schaltung E2 können Vorteile
bereitgestellt werden, die ähnlich denjenigen des vorstehenden
Ausführungsbeispiels sind. Wie es gemäß 17 gezeigt
ist, sind anstelle des Widerstands 35 und des Operationsverstärkers 33,
die gemäß 13 gezeigt
sind, eine Stromspiegelschaltung 70 und ein Stromregler 52 angeordnet.
Der Stromregler 52 führt keine Differenzverstärkung
durch und weist eine Funktion zum Konstanthalten des Fühlstroms
Is auf. Der Komparator 27 führt einen Vergleich
und eine Unterscheidung zwischen Ii und Iref durch, um die Verschlechterung
der Glühkerze 4a zu erfassen. Der Stromregler 52 entspricht
der Stromregelungseinrichtung.
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Bei
dem vorstehenden ersten bis fünften Ausführungsbeispiel
unterscheiden sich Vi und Vref, die an den Komparator 27 eingegeben
werden, in den Zeitkonstanten, da die Vi-Seite mit Betriebseinrichtungen
wie etwa einem Differenzverstärker und einem Operationsverstärker
versehen ist. Wie es gemäß 18A gezeigt
ist, verändert sich die Zeitkonstante von Vi allmählich
im Vergleich zu derjenigen von Vref. Wenn Vi und Vref durch den
Komparator 27 im stationären Zustand miteinander
verglichen werden, kann daher eine Verschlechterung der Glühkerze 4a korrekt
bestimmt werden. Wenn Vi und Vref durch den Komparator 27 in
dem Übergangs- bzw. Einschwingzustand (der in einer stufenartigen
Kurve von Vref gezeigt werden kann) miteinander verglichen werden,
kann jedoch eine Verschlechterung der Glühkerze 4a falsch
erfasst werden. Um dieses Problem zu lösen, kann eine Konfiguration
wie etwa eine gemäß 19 gezeigte
elektrische Schaltung A6 bereitgestellt werden. Bei der elektrischen
Schaltung A6 ist auf dem Ausgangspfad von Vref an den Komparator 27 eine
RC-Schaltung bereitgestellt, die mit einem Widerstand 41 und
mit einem Kondensator 42 konfiguriert ist. Aufgrund dieser
Konfiguration stimmen die Zeitkonstanten von Vi und Vref miteinander überein.
Dadurch kann der Komparator 27 die Verschlechterung der
Glühkerze 4a in dem Übergangs- bzw. Einschwingzustand
von Vi und Vref ebenso wie in dem stationären Zustand korrekt
bestimmen. Anstelle einer Verwendung des sogenannten Tiefpassfilters
wie etwa einer RC-Schaltung, um eine Verzögerung erster
Ordnung aufzuheben und die Ansprechverhalten miteinander abzugleichen,
kann ein digitales Filter verwendet werden, um eine Totzeit abzuschneiden
und die Ansprechverhalten miteinander abzugleichen. Der Widerstand 41 und
der Kondensator 42 entsprechen einer Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung
(einer Ansprechverhaltenabstimmungseinheit). Es ist zu beachten,
dass es bevorzugt ist, die Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung
in den elektrischen Schaltungen E1 und E2 einzurichten, die eine
Verschlechterung durch Verwendung von Ii und Iref erfassen, um die
Ansprechverhalten von Ii und Iref miteinander abzugleichen (was
nicht gezeigt ist).
-
Außerdem
ist, obwohl VB und Vref bei dem vorstehenden ersten bis fünften
Ausführungsbeispiel die Proportionalität zueinander
aufweisen, die Beziehung zwischen VB und Vref unter der Bedingung, dass
VB und Vref eine Korrelation bzw. Wechselbeziehung zwischen einander
aufweisen, nicht darauf beschränkt. Die Beziehungen zwischen
VB und Vref können wie gemäß 20A bis 20D gezeigt sein,
welche Kurvengraphen und Liniengraphen sind.
-
Zusätzlich
kann, obwohl eine elektrische Schaltung verwendet wird, um die gewünschte
Steuerung zu implementieren, die vorstehend beschriebene Steuerung
zur Erfassung einer Verschlechterung durch Verwendung einer günstigen
elektronischen Schaltung oder Software implementiert werden. Dadurch
kann die GCU 6 miniaturisiert und gewichtsmäßig
verringert werden.
-
Außerdem
ist die Anzahl von elektrischen Schaltungen in der GCU 6 gleich
derjenigen von Glühkerzen, und ist sie nicht durch die
Anzahl von Zylindern der Maschine 3 beschränkt.
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Es
ist zu beachten, dass, obwohl bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen
die Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements
auf die GCU 6 angewandt ist, die Vorrichtung auf Einheiten
angewandt werden kann, die ein Heizelement enthalten, wie etwa einen
keramischen Heizlüfter.
-
Bei
dem vorstehenden ersten bis fünften Ausführungsbeispiel
sind die elektrischen Schaltungen A1 bis A6 beschrieben. Wenn zum
Beispiel eine Maschine mit vier Zylindern verwendet wird, können die
elektrischen Schaltungen A1 bis A6, E1 oder E2 selektiv auf die
elektrischen Schaltungen B bis D angewandt werden.
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[Zusammenfassung]
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Eine
Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements
umfasst eine Energiequelle, eine erste Spannungsausgabeeinheit, die
einen in das Heizelement fließenden Strom in eine Spannung
wandelt und einen ersten Spannungswert ausgibt, eine zweite Spannungsausgabeeinheit,
die mit der Energiequelle verbunden ist und einen zweiten Spannungswert
ausgibt, der einer Spannung der Energiequelle entspricht, und eine Vergleichseinheit,
die den ersten Spannungswert mit dem zweiten Spannungswert vergleicht,
um zu bestimmen, ob das Heizelement verschlechtert ist oder nicht.
-
Das
heißt, dass bei der Vorrichtung der von der ersten Spannungsausgabeeinheit
ausgegebene erste Spannungswert und der von der zweiten Spannungsausgabeeinheit
ausgegebene zweite Spannungswert einem Vorgang bzw. Betrieb in der
Vergleichseinheit unterzogen werden. Wenn die Vergleichseinheit
bestimmt, dass das Heizelement verschlechtert ist, gibt die Vergleichseinheit
ein die Verschlechterung angebendes Signal aus. Dadurch kann die
Verschlechterung des Heizelements erfasst werden.
-
Zusätzlich
geben sowohl die erste Spannungsausgabeeinheit als auch die zweite
Spannungsausgabeeinheit Signale aus, die mit der Spannung der Energiequelle
in Zusammenhang stehen. Selbst wenn ein großer Strom fließt,
zum Beispiel wenn die Temperatur niedrig ist oder ein Anlassen erfolgt,
oder selbst wenn die Spannung der Energiequelle infolge einer zeitlichen
Verschlechterung der Energiequelle variiert, stehen sowohl der erste
Spannungswert als auch der zweite Spannungswert, die an die Vergleichseinheit
eingegeben werden, mit der Spannung der Energiequelle in Wechselbeziehung. Dadurch
kann die Vergleichseinheit die Verschlechterung des Heizelements
ungeachtet der Veränderung der Spannung der Energiequelle
erfassen.
-
Eine
weitere Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements
umfasst eine erste Spannungsausgabeeinheit, die einen in das Heizelement
fließenden Strom in eine Spannung wandelt und einen ersten
Spannungswert ausgibt, eine zweite Spannungsausgabeeinheit, die
mit dem Heizelement verbunden ist und einen zweiten Spannungswert
ausgibt, der einer an dem Heizelement anliegenden Spannung entspricht,
und eine Vergleichseinheit, die den ersten Spannungswert mit dem
zweiten Spannungswert vergleicht, um zu bestimmen, ob das Heizelement
verschlechtert ist oder nicht.
-
Das
heißt, dass bei der Vorrichtung der von der ersten Spannungsausgabeeinheit
ausgegebene erste Spannungswert und der von der zweiten Spannungsausgabeeinheit
ausgegebene zweite Spannungswert einem Vorgang bzw. Betrieb in der
Vergleichseinheit unterzogen werden. Wenn die Vergleichseinheit
bestimmt, dass das Heizelement verschlechtert ist, gibt die Vergleichseinheit
ein die Verschlechterung angebendes Signal aus. Dadurch kann die
Verschlechterung des Heizelements erfasst werden.
-
Zusätzlich
geben sowohl die erste Spannungsausgabeeinheit als auch die zweite
Spannungsausgabeeinheit Signale aus, die mit der an dem Heizelement
anliegenden Spannung in Zusammenhang stehen. Selbst wenn ein großer
Strom fließt, zum Beispiel wenn die Temperatur niedrig
ist oder wenn ein Anlassen erfolgt, oder selbst wenn die an dem
Heizelement anliegende Spannung infolge einer zeitlichen Verschlechterung
der Energiequelle oder von elektrischen Elementen variiert, sind
sowohl der erste Spannungswert als auch der zweite Spannungswert,
die an die Vergleichseinheit eingegeben werden, proportional zu
der an dem Heizelement anliegenden Spannung. Dadurch kann die Vergleichseinheit
die Verschlechterung des Heizelements ungeachtet der Veränderung
der an dem Heizelement anliegenden Spannung erfassen.
-
Bei
der Vorrichtung weist die erste Spannungsausgabeeinheit einen Fühl-MOS
(Metall-Oxid-Halbleiter) auf, und wandelt sie einen Teil des in
das Heizelement fließenden Stroms in eine Spannung, und
gibt sie den ersten Spannungswert aus. Der in das Heizelement fließende
Strom wird durch den Fühl-MOS geteilt, was ermöglicht,
dass der erste Spannungswert angepasst bzw. abgestimmt wird. Dadurch
kann eine Wärmeerzeugung der ersten Spannungsausgabeeinheit
verringert werden.
-
Bei
der Vorrichtung weist die erste Spannungsausgabeeinheit einen Nebenschlusswiderstand
auf, und gibt sie den ersten Spannungswert als einen durch den Nebenschlusswiderstand
verursachten Spannungsabfall aus. Da der Nebenschlusswiderstand
eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweist, kann der
erste Spannungswert selbst dann genau ausgegeben werden, wenn die
Temperatur der ersten Spannungsausgabeeinheit hoch wird.
-
Bei
der Vorrichtung weist die zweite Spannungsausgabeeinheit eine Vielzahl
von Widerständen auf, die in Reihe geschaltet sind, und
gibt sie den zweiten Spannungswert als eine durch die Vielzahl von
Widerständen geteilte Spannung aus. Dadurch kann der zweite
Spannungswert ein gewünschter Wert sein, der von Widerstandswerten
der Vielzahl von Widerständen abhängig ist. Zusätzlich
kann der an die Vergleichseinheit eingegebene zweite Spannungswert
mit der Spannung der Energiequelle in Zusammenhang stehen.
-
Bei
der Vorrichtung wird eine Energiezufuhr des Heizelements durch Verwendung
eines Schaltelements mit einer Pulsweitenmodulation gesteuert. Die
erste Spannungsausgabeeinheit weist eine Verstärkungseinrichtung
zum Verstärken des ersten Spannungswerts auf, und die zweite
Spannungsausgabeeinheit weist eine Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung
wie etwa ein Tiefpassfilter auf. Falls die zweite Spannungsausgabeeinheit
die Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung nicht aufweist, ist
das Ansprechverhalten der ersten Spannungsausgabeeinheit mit der
Verstärkungseinrichtung im Vergleich zu demjenigen der
zweiten Spannungsausgabeeinheit langsam bzw. zurückgeblieben.
Daher kann die Vergleichseinheit in dem Übergangs- bzw.
Einschwingzustand, in dem der erste Spannungswert und der zweite
Spannungswert an die Vergleichseinheit eingegeben werden, die Verschlechterung
des Heizelements aufgrund der Differenz zwischen dem Ansprechverhalten
der ersten Spannungsausgabeeinheit und dem Ansprechverhalten der
zweiten Spannungsausgabeeinheit nicht genau erfassen. Um das Problem
zu lösen, ist die zweite Spannungsausgabeeinheit mit der
Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung versehen, um das Ansprechverhalten
der ersten Spannungsausgabeeinheit mit dem Ansprechverhalten der
zweiten Spannungsausgabeeinheit abzugleichen. Dadurch kann die Vergleichseinheit
die Verschlechterung des Heizelements in dem Übergangs-
bzw. Einschwingzustand genau bestimmen.
-
Eine
weitere Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements
umfasst eine Energiequelle, eine erste Stromausgabeeinheit, die einen
ersten Stromwert ausgibt, der einem durch das Heizelement fließenden
Strom entspricht, eine zweite Stromausgabeeinheit, die eine Spannung
der Energiequelle in einen Strom wandelt und einen zweiten Stromwert
ausgibt, und eine Vergleichseinheit, die den ersten Stromwert mit
dem zweiten Stromwert vergleicht, um zu bestimmen, ob das Heizelement verschlechtert
ist oder nicht.
-
Das
heißt, dass bei der Vorrichtung der von der ersten Stromausgabeeinheit
ausgegebene erste Stromwert und der von der zweiten Stromausgabeeinheit
ausgegebene zweite Stromwert an die Vergleichseinheit eingegeben
werden. Wenn die Vergleichseinheit bestimmt, dass das Heizelement
verschlechtert ist, gibt die Vergleichseinheit ein die Verschlechterung
angebendes Signal aus. Dadurch kann die Verschlechterung des Heizelements
erfasst werden.
-
Zusätzlich
geben sowohl die erste Stromausgabeeinheit als auch die zweite Stromausgabeeinheit
Signale aus, die mit der Spannung der Energiequelle in Zusammenhang
stehen. Selbst wenn ein großer Strom fließt, zum
Beispiel wenn die Temperatur niedrig ist oder wenn ein Anlassen
erfolgt, oder selbst wenn die Spannung der Energiequelle infolge einer
zeitlichen Verschlechterung der Energiequelle variiert, stehen sowohl
der erste Stromwert als auch der zweite Stromwert, die an die Vergleichseinheit eingegeben
werden, mit der Spannung der Energiequelle in Wechselbeziehung.
Dadurch kann die Vergleichseinheit die Verschlechterung des Heizelements
ungeachtet der Veränderung der Spannung der Energiequelle
erfassen.
-
Eine
weitere Vorrichtung zur Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements
umfasst eine erste Stromausgabeeinheit, die einen ersten Stromwert
ausgibt, der einem in das Heizelement fließenden Strom
entspricht, eine zweite Stromausgabeeinheit, die mit dem Heizelement
verbunden ist und eine an dem Heizelement anliegende Spannung in
einen Strom wandelt und einen zweiten Stromwert ausgibt, und eine
Vergleichseinheit, die den ersten Stromwert mit dem zweiten Stromwert
vergleicht, um zu bestimmen, ob das Heizelement verschlechtert ist
oder nicht.
-
Das
heißt, dass bei der Vorrichtung der von der ersten Stromausgabeeinheit
ausgegebene erste Stromwert und der von der zweiten Stromausgabeeinheit
ausgegebene zweite Stromwert an die Vergleichseinheit eingegeben
werden. Wenn die Vergleichseinheit bestimmt, dass das Heizelement
verschlechtert ist, gibt die Vergleichseinheit ein die Verschlechterung
angebendes Signal aus. Dadurch kann die Verschlechterung des Heizelements
erfasst werden.
-
Zusätzlich
geben sowohl die erste Stromausgabeeinheit als auch die zweite Stromausgabeeinheit
Signale aus, die mit der an dem Heizelement anliegenden Spannung
in Zusammenhang stehen. Selbst wenn ein großer Strom fließt,
zum Beispiel wenn die Temperatur niedrig ist oder wenn ein Anlassen
erfolgt, oder selbst wenn die an dem Heizelement anliegende Spannung
infolge einer zeitlichen Verschlechterung der Energiequelle variiert,
entsprechen sowohl der erste Stromwert als auch der zweite Stromwert,
die an die Vergleichseinheit eingegeben werden, der an dem Heizelement
anliegenden Spannung. Dadurch kann die Vergleichseinheit die Verschlechterung
des Heizelements ungeachtet der Veränderung der an dem
Heizelement anliegenden Spannung erfassen.
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Bei
der Vorrichtung weist die erste Stromausgabeeinheit einen Fühl-MOS
auf. Dadurch wird der in das Heizelement fließende Strom
geteilt, um den ersten Stromwert auszugeben. Der in das Heizelement fließende
Strom wird durch den Fühl-MOS geteilt, was ermöglicht,
dass der erste Stromwert abgestimmt bzw. angepasst wird. Dadurch
kann eine Wärmeerzeugung der ersten Stromausgabeeinheit
verringert werden.
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Bei
der Vorrichtung weist die erste Stromausgabeeinheit einen Stromsensor
auf. Das heißt, dass der erste Stromwert durch den Stromsensor
in der ersten Stromausgabeeinheit erfasst wird.
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Bei
der Vorrichtung weist die zweite Stromausgabeeinheit einen Widerstand
auf, und gibt sie den zweiten Stromwert als einen Stromwert aus,
der durch den Widerstand fließt.
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Bei
der Vorrichtung wird eine Energiezufuhr des Heizelements durch Verwendung
eines Schaltelements mit einer Pulsweitenmodulation gesteuert. Die
erste Stromausgabeeinheit weist eine Stromregelungseinrichtung zum
Regeln des ersten Stromwerts auf, und die zweite Stromausgabeeinheit
weist eine Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung zum Abstimmen
bzw. Anpassen eines Ansprechverhaltens des zweiten Stromwerts auf.
Falls die zweite Stromausgabeeinheit die Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung
nicht aufweist, ist das Ansprechverhalten der zweiten Stromausgabeeinheit
mit der Stromregelungseinrichtung im Vergleich zu demjenigen der
ersten Stromausgabeeinheit langsam bzw. zurückgeblieben.
Daher kann die Vergleichseinheit in dem Übergangs- bzw.
Einschwingzustand, in dem der erste Stromwert und der zweite Stromwert
an die Vergleichseinheit eingegeben werden, die Verschlechterung
des Heizelements aufgrund der Differenz zwischen dem Ansprechverhalten
der ersten Stromausgabeeinheit und dem Ansprechverhalten der zweiten
Stromausgabeeinheit nicht genau erfassen. Um das Problem zu lösen,
ist die zweite Stromausgabeeinheit mit der Ansprechverhaltenabstimmungseinrichtung
versehen, um das Ansprechverhalten der ersten Stromausgabeeinheit
mit dem Ansprechverhalten der zweiten Stromausgabeeinheit abzugleichen.
Dadurch kann die Vergleichseinheit die Verschlechterung des Heizelements
in dem Übergangs- bzw. Einschwingzustand genau bestimmen.
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Eine
Glühkerze, die ein Heizelement enthält, ist in
einem Dieselfahrzeug installiert. Gemäß der weltweiten
aktuellen Gesetzgebung der obligatorischen Installation eines fahrzeuginternen
Diagnosesystems ist es erforderlich, dass eine Verschlechterung
bzw. Zerstörung der Glühkerze einem Fahrer durch
eine Warnlampe, die an einem Armaturenbrett bereitgestellt ist,
oder dergleichen angegeben werden. Daher wird die Vorrichtung zur
Erfassung einer Verschlechterung bzw. Zerstörung eines
in einer Glühkerze umfassten Heizelements auf eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Energiezufuhr der Glühkerze angewandt.
Dadurch kann die Verschlechterung bzw. Zerstörung des in
der Glühkerze umfassten Heizelements durch die Vorrichtung
zur Steuerung einer Energiezufuhr der Glühkerze erfasst
werden, um der Vorschrift entsprechend Folge zu leisten.
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Es
wird anerkannt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die vorstehend beschriebenen Konfigurationen beschränkt
ist, sondern einzelne und alle Modifikationen, Variationen oder Äquivalente,
die einem Fachmann in den Sinn kommen können, als in den
Umfang der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet werden sollen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt als einen Aspekt eine Vorrichtung zur
Erfassung einer Verschlechterung eines Heizelements bereit. Die
Vorrichtung umfasst eine Energiequelle, eine erste Spannungsausgabeeinheit,
die einen in das Heizelement fließenden Strom in eine Spannung
wandelt und einen ersten Spannungswert ausgibt, eine zweite Spannungsausgabeeinheit,
die mit der Energiequelle verbunden ist und einen zweiten Spannungswert
ausgibt, der einer Spannung der Energiequelle entspricht, und eine
Vergleichseinheit, die den ersten Spannungswert mit dem zweiten
Spannungswert vergleicht, um zu bestimmen, ob das Heizelement verschlechtert
ist oder nicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-6164 [0001]
- - JP 2008-291240 [0001]
- - JP 11-182400 [0004]