JP2010180812A - グロープラグ故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自己保護機能を内蔵したスイッチング素子を用いてパルス幅変調制御により通電のオン／オフを制御する場合であっても、より正しい診断結果を出力すること。
【解決手段】グロープラグ故障診断装置は、グロープラグ（５０）に流れる電流を検出する電流検出回路（１２０）と、電流検出回路（１２０）から出力される電流信号の状態を一時的に保持する信号ラッチ回路（１４０）と、グロープラグ（５０）に印加される電圧を検出する電圧検出回路（１３０）と、グロープラグ（５０）への通電がオン状態の時に、電圧検出回路（１３０）から出力される電圧信号と、信号ラッチ回路（１４０）から出力される電流信号とを監視し、電圧信号および電流信号の状態に基づいて少なくとも故障の有無に関する診断処理を実施する診断処理回路（１１０）と、を備える。自己保護機能が働いて瞬間的に電流が流れた場合でも、この状態を保持して正しい診断を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに用いられるグロープラグおよび該グロープラグへの通電を制御するグローコントローラについての故障の診断を行なうグロープラグ故障診断装置に関する。

ディーゼルエンジン（以下、単に『エンジン』と記述する。従って、本願明細書において単に『エンジン』と記述されている場合、それはディーゼルエンジンを意味する。）においては、エンジン始動時等に燃焼室等の温度が低いと燃料の着火性が悪くなり、エンジンが始動しにくくなる。そこで、グロープラグを用いて燃焼室等を予め加熱し、燃料の着火性を改善した状態でエンジンを始動する。

このようなグロープラグは、通電によって発熱するヒータを内蔵している。ヒータは抵抗値が基本的に略変化しない抵抗器である。そこで、温度制御を容易にするために、ヒータの他に温度に応じて抵抗値が大きく変化する制御コイルが内蔵されたグロープラグを用いる場合が実際には多い。一般的に、グロープラグはヒータの先端部が燃焼室内に位置するように、エンジンのエンジンブロックに取り付けられる。

グロープラグの通電を制御するグローコントローラは、一般的に次のような制御を行なう。即ち、イグニッション・キーの操作に応じて状態が切り替わるイグニッション・スイッチがオン位置に切り替わると、グロープラグのヒータの温度がエンジンの始動に十分な目標温度（例えば、１０００°Ｃ）に向かって上昇するように、つまり大きな電力が供給されるようにヒータの通電を制御する。このような制御は、プリグロー等と呼ばれる。急速加熱が可能なグロープラグの場合には、数秒間程度で、ヒータを目標温度まで昇温させることができる。

グロープラグのヒータが目標温度に到達した後は、所定期間中（例えば、１８０秒間）、ヒータの温度が目標温度（例えば、９００°Ｃ）を維持するようにヒータの通電を制御する。このような制御は、アフターグロー等と呼ばれる。アフターグローの制御ではプリグローと比べて小さい電力がヒータに供給される。

エンジンの始動前は、グロープラグのヒータを十分に高い温度に維持することにより、エンジンの始動性を良好にすることができる。また、エンジンの始動後は、グロープラグのヒータを十分に高い温度に維持することにより、エンジンのノックの発生を防止し、更には騒音、白煙の発生、および炭化水素（ＨＣ）の排出等を抑制することができる。

グロープラグの通電を制御するグローコントローラについては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許文献１に記載された技術では、機械的な接点を有するリレーを用いてグロープラグのヒータに対する通電のオン／オフを切り替えている。また、特許文献２に記載された技術では、グロープラグのヒータに対する通電のオン／オフを切り替えるために、スイッチング用のトランジスタ（即ち、ＦＥＴ）を用いている。また、トランジスタに入力する信号をパルス幅変調制御（即ち、ＰＷＭ制御）することで、ヒータに供給する電力の精密な制御を可能にしている。

ところで、上述のようなグローコントローラにおいては、故障等の診断を行なう必要がある。例えば、グロープラグにヒータの断線（即ち、オープン）等の故障が生じると、エンジンの燃焼室を加熱できないので、エンジンが始動しにくくなる。従って、故障の発生を運転者等に知らせる必要がある。ヒータの断線以外にも、グローコントローラ内部のリレーやトランジスタの故障や、回路のショート等が起きる可能性もありうる。

特許文献１について言えば、グロープラグのヒータの通電をオン／オフするリレーの接点と並列に設けた経路に故障診断用のスイッチ素子を接続してある。そして、リレーがオフの時に、前記スイッチ素子を短時間だけオンに切り替えてヒータに通電し、この時に検出される電圧により故障の診断を行なうことを開示している。

また、グローコントローラとは無関係であるが、ヒータの通電を制御する回路において、故障を診断するための技術が特許文献３に開示されている。特許文献３では、通電を制御するスイッチング素子のオン／オフ状態と検出された信号レベルの高低との組み合わせに基づいて診断を実施することが開示されている。

ところで、グロープラグのヒータに対する通電制御を行なう場合、例えば回路のショート等によって過大な電流が流れた際には、上記よりも重大な故障の発生に繋がる可能性がある。また、通電のオン／オフを切り替えるスイッチング素子等の温度が異常に上昇すると、スイッチング素子等が破壊したり、それによって更なる故障の発生を誘発する可能性もある。

従来、このような過電流や異常発熱からグローコントローラの回路を保護するために、温度センサ等の特別な素子を設けたり、比較的複雑な構成の保護回路を設ける必要があった。しかし、近年では自己保護機能を内蔵したスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）が市販されている。このスイッチング素子をヒータの通電のオン／オフに用いることで特別な保護回路やセンサを追加する必要が無くなり、コストの低減が可能になる。

自己保護機能を内蔵したスイッチング素子は、過大な電流が流れ続けて該スイッチング素子自体の温度が所定値以上に上昇すると、自動的に電流を遮断するので、当該スイッチング素子自体や他の回路を保護することができ、また、温度が下がると自動的に元の状態に復帰し、電流の遮断が解除されるので、他に特別な制御回路を設ける必要はないものとされている。

特開２００２−１３４６１号公報 特開２００７−２９２０６３号公報 特開平５−７３１５７号公報

しかし、こういった自己保護機能を内蔵したスイッチング素子を採用した場合でも、グローコントローラにおける故障の診断の際に問題が生じえる。即ち、それは、スイッチング素子が故障して電流が流れない状態と、スイッチング素子内部の保護機能が働いて電流が流れない状態とを区別できないことである。

スイッチング素子が故障して電流が流れない状態であれば、故障したスイッチング素子を取り替える必要があるという診断で済ませて問題ない。しかしながら、スイッチング素子内部の保護機能が働いて電流が流れない状態だと、温度の低下によって自然に正常な状態に復帰するのでスイッチング素子を取り替える必要はないという診断だけでは済まされない。

つまり、スイッチング素子内部の保護機能が働いて電流が流れない状態に至った何かしらの原因があるはずなのである。従って、グローコントローラが故障の診断を行なう場合には、スイッチング素子の故障と、保護機能の作動状態とを区別する必要がある。

ところが、自己保護機能を内蔵したスイッチング素子は、保護機能が働いているかどうかを示す信号を出力しないので、グローコントローラ側では保護機能が働いているかどうかを認識できなかった。特に、ヒータに流れる電流をパルス幅変調制御（即ち、ＰＷＭ制御）する場合には、スイッチング素子にオン状態を示す制御信号（即ち、ＰＷＭ信号）が入力されると、前記スイッチング素子に電流が流れてしばらくした後で、自己保護機能が働いて電流が遮断される場合もある。

それ故、スイッチング素子に電流が流れているかどうかを監視するタイミングの違いによって、電流が流れていると認識される場合もあるし、電流が流れていないと認識される場合もある。自己保護機能が働くタイミングは、グローコントローラ側では把握できない。そのため、スイッチング素子の故障の有無や、自己保護機能が働いているかどうかの正しい診断は困難であった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自己保護機能を内蔵したスイッチング素子を用いてパルス幅変調制御により通電のオン／オフを制御する場合であっても、正しい診断が可能なグロープラグ故障診断装置を提供することにある。

（１） 本発明に係るグロープラグ故障診断装置は、
所定の電源ラインからのグロープラグへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御するための周期的に変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、を備え、前記スイッチング素子がそれ自体を流れる過大な電流もしくは該スイッチング素子自体の過大な発熱に対して通電を遮断する自己保護機能を内蔵したグローコントローラに用いられる、
グロープラグ故障診断装置であって、
前記グロープラグに流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路から出力される電流信号の状態を一時的に保持する信号ラッチ回路と、
前記グロープラグに通電のため印加される電圧を検出する電圧検出回路と、
前記グロープラグへの通電がオン状態の時に、前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記信号ラッチ回路から出力される電流信号とを監視し、前記電圧信号および前記電流信号の状態に基づいて少なくとも故障の有無に関する診断処理を実施する診断処理回路と、
を備える。
（２） 上記（１）のグロープラグ故障診断装置において、
前記信号ラッチ回路が、保持している前記電流信号の状態をリセットするためのリセット制御入力端子を有し、そして
前記診断処理回路が、前記パルス信号が前記スイッチング素子をオンからオフに切り替えた後、前記信号ラッチ回路のリセット制御入力端子に対して所定のリセット信号を与える構成であることが好ましい。
（３） 上記（１）のグロープラグ故障診断装置において、
前記診断処理回路が、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値以上の場合に、前記グロープラグの断線に関する診断結果を出力する構成であることが好ましい。
（４） 上記（１）のグロープラグ故障診断装置において、
前記診断処理回路が、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値未満であり、且つ、前記信号ラッチ回路から出力される電流信号によって所定の電流が流れていることを検出した場合には、前記スイッチング素子の自己保護機能の動作に関する診断結果を出力する構成であることが好ましい。
（５） 上記（１）のグロープラグ故障診断装置において、
前記診断処理回路が、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値未満であり、且つ、前記信号ラッチ回路から出力される電流信号によって所定の電流が流れていないことを検出した場合には、前記スイッチング素子の故障に関する診断結果を出力する構成であることが好ましい。

上記（１）の構成のグロープラグ故障診断装置によれば、前記診断処理回路は、前記電圧検出回路が検出した電圧と、前記電流検出回路が検出した電流とに基づいて、故障の有無等の診断を行なうことができる。しかも、信号ラッチ回路が備わっているので、前記電流検出回路から出力される電流信号をしばらくの間保持することができる。つまり、前記グロープラグへ電流が流れた後で、前記スイッチング素子の自己保護機能によって電流が遮断された場合には、電流を検出したことを表す信号が信号ラッチ回路で保持されるので、診断処理回路が任意のタイミングで電流信号を参照しても、電流が流れたかどうかを正しく診断できる。前記スイッチング素子が故障してオフ状態を維持している場合には、前記スイッチング素子に与える制御信号をオン状態に切り替えても常に電流が流れないので、自己保護機能が働いた状態と区別することができる。
上記（２）の構成のグロープラグ故障診断装置によれば、前記診断処理回路が前記信号ラッチ回路のリセット制御を行なうので、前記診断処理回路が電流信号を参照するまで前記信号ラッチ回路の保持状態を維持することができる。従って、前記診断処理回路が電流信号を参照するタイミングに関する自由度が高くなる。
上記（３）の構成のグロープラグ故障診断装置によれば、前記グロープラグの断線に関する診断を行なうことができる。即ち、グローコントローラの負荷である前記グロープラグに断線が生じると、負荷電流が流れないため前記グロープラグに印加される電圧が正常時に比べて高くなる。従って、断線の有無を識別できる。
上記（４）の構成のグロープラグ故障診断装置によれば、前記スイッチング素子の自己保護機能の動作に関する診断を行なうことができる。即ち、前記信号ラッチ回路から出力される電流信号によって所定の電流が流れていることを検出した場合には、前記スイッチング素子に故障が生じておらず、前記スイッチング素子の自己保護機能が働いていると判定される。他方、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値未満であれば、グロープラグの断線はないと判定される。
上記（５）の構成のグロープラグ故障診断装置によれば、前記スイッチング素子の故障に関する診断を行なうことができる。前記スイッチング素子が故障していなければ、自己保護機能が働く場合であっても、短い間、所定の電流が流れた後でその発熱によって電流が遮断されるので、電流が流れたことを示す信号が前記信号ラッチ回路に保持される。従って、前記信号ラッチ回路から出力される電流信号によって所定の電流が流れていないことを検出した場合には、自己保護機能が働く以前に電流が流れていないので、前記スイッチング素子が故障していると診断できる。

本発明によれば、自己保護機能を内蔵したスイッチング素子を用いてパルス幅変調制御により通電のオン／オフを制御する場合であっても、正しい診断が可能になる。即ち、グロープラグへ電流が流れた後で、スイッチング素子の自己保護機能によって電流が遮断された場合には、電流を検出したことを表す信号が信号ラッチ回路で保持されるので、診断処理回路が任意のタイミングで電流信号を参照しても電流が流れたかどうかを正しく診断できる。前記スイッチング素子が故障してオフ状態を維持している場合には、前記スイッチング素子に与える制御信号をオン状態に切り替えても常に電流が流れないので、自己保護機能が働いた状態と区別することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明のグロープラグ故障診断装置を搭載したグローコントローラに関する主要部の構成を示すシステムブロック図である。 図１に示したグローコントローラおける各部の信号の波形および制御のタイミングを示すタイムチャートである。 図１に示したグローコントローラおける故障診断に関する処理の内容を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るグロープラグ故障診断装置の好適な実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１に示したグロープラグ５０は、エンジンのエンジンブロックに取り付けられ、シリンダー内の燃焼室等を加熱するために用いられる。このグロープラグ５０は、市販されている一般的なグロープラグと同様にヒータを内蔵している。具体的には、通電によって発熱する発熱コイルと温度制御を行なうための制御コイルとがグロープラグ５０に内蔵されている。発熱コイルは温度変化に対して抵抗値がほとんど変化しない。制御コイルは温度変化に対して抵抗値が大きく変化する。発熱コイルと制御コイルは直列に電気的に接続され、その直列に接続されたものの両端が２つの端子５０ａ、５０ｂに電気的に接続されている。

つまり、端子５０ａ、５０ｂの間に電圧を印加すると、発熱コイルに電流が流れてグロープラグ５０が発熱する。また、制御コイルの働きにより、温度が低い時には比較的大きな電流が流れて急速に温度が上昇し、そして温度が高くなると電流が小さくなって温度の上昇が抑制される。

図１においては単一のグロープラグ５０だけが示してあるが、例えば４気筒のエンジンを制御する場合には、４つのグロープラグをシリンダー毎に設置する必要がある。複数のグロープラグ５０を用いる場合には、複数のグロープラグ５０を並列に接続してこれらの通電を同時にオン／オフする場合もあるし、複数のグロープラグ５０の通電を個別にオン／オフする場合もある。尚、複数のグロープラグ５０を直列に接続してこれらの通電を同時にオン／オフする場合もありえる。

グロープラグ５０の通電は、図１に示したグローコントローラ１００によって制御される。尚、グローコントローラ１００はＧＣＵ（即ち、Glow Control Unit）とも呼ばれる。車両に搭載されたバッテリー５５から供給されるバッテリー電圧ＶＢが、グローコントローラ１００を介してグロープラグ５０の端子５０ａ、５０ｂ間に印加され、それによってグロープラグ５０に電流が流れ内部の発熱コイルが発熱する。

図１に示すように、グローコントローラ１００には、マイクロコンピュータ１１０、電流検出回路１２０、電圧検出回路１３０、信号ラッチ回路１４０および通電制御用スイッチングトランジスタＱ１が備わっている。マイクロコンピュータ１１０等の回路には、電源として直流電源電圧Ｖｃｃが印加される。この直流電源電圧Ｖｃｃは安定化された電圧｛例えば、５Ｖ（ボルト）｝であり、バッテリー電圧ＶＢに基づいて生成される。

通電制御用スイッチングトランジスタＱ１は、バッテリー５５からグロープラグ５０への電圧印加のオン／オフを切り替えるためのスイッチングを行なう。通電制御用スイッチングトランジスタＱ１は自己保護機能を内蔵したＭＯＳ型のＦＥＴである。即ち、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１はそれ自体に過大な電流が流れた場合や異常な温度上昇を検出した場合に保護のために自動的に電流を遮断する。温度が正常に戻ったり、過大な電流が検出されなくなると保護機能は解除され元の状態に復帰する。但し、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の内部で保護機能が働いているかどうかを外部から監視することはできない。尚、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の具体例としては、Infineon Technologies AG 社製のＰＲＯＦＥＴ（登録商標）を挙げることができる。但し、マイクロコンピュータ１１０の出力ポートＰ１の出力電圧値は実際にはバッテリー電圧ＶＢの電圧値よりも小さいため、マイクロコンピュータ１１０の出力ポートＰ１と通電制御用スイッチングトランジスタＱ１ならびにバッテリー５５との間に例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタおよび複数の抵抗器からなるオープンコレクタ回路等を電気的に接続するよう設けることが好ましい。

マイクロコンピュータ１１０は、予め用意されたプログラムに従って、主に通電制御用スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御する。スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御するためにマイクロコンピュータ１１０の出力ポートＰ１から出力されるパルス信号ＳＧｐｗｍは、周期が一定でパルス幅が可変の信号（即ち、ＰＷＭ信号）である。パルス信号ＳＧｐｗｍの周期（図２のＴｐｗｍも参照。）については、グロープラグ５０の温度のふらつきを避けるために、例えば１／４０秒程度に定められる。

通常は、パルス信号ＳＧｐｗｍがオンレベル（即ち、高レベル：ＨＩ）になると通電制御用スイッチングトランジスタＱ１が導通し、パルス信号ＳＧｐｗｍがオフレベル（即ち、低レベル：ＬＯ）になると通電制御用スイッチングトランジスタＱ１が非導通になる。

パルス信号ＳＧｐｗｍのパルス幅を変更し、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の導通期間と非導通期間との割合を変えること（換言すれば、デューティ比の変更）により、グロープラグ５０に印加される電圧の実効値を変更できる。例えば、バッテリー電圧ＶＢが１２Ｖの場合にデューティ比が５０％のパルス信号ＳＧｐｗｍを通電制御用スイッチングトランジスタＱ１に印加すると、約６Ｖの実効値電圧をグロープラグ５０に印加することになる。つまり、マイクロコンピュータ１１０はパルス信号ＳＧｐｗｍのパルス幅を変更することにより、グロープラグ５０の通電状態を調整することができる。

電流検出回路１２０は、バッテリー５５からグロープラグ５０へ所定値以上（即ち、正常な範囲）の電流が流れたかどうかを検出するための回路である。図１に示すように、電流検出回路１２０には抵抗器Ｒ１、差動増幅器１２１、トランジスタＱ２、抵抗器Ｒ４が備わっている。

抵抗器Ｒ１については、グロープラグ５０に流れる電流に大きな影響を与えないように非常に抵抗値の小さいものが用いられる。差動増幅器１２１は、グロープラグ５０に電流Ｉｇｐが流れる時に、この電流によって抵抗器Ｒ１の端子間に生じる電圧降下の信号を増幅して出力する。トランジスタＱ２は、差動増幅器１２１の出力する信号レベルの高低に応じてオン／オフするＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。即ち、所定値以上の電流Ｉｇｐが流れている時には、差動増幅器１２１の出力が高レベルになってトランジスタＱ２がオンし、電流信号ＳＧｉが低レベル（即ち、ＬＯ）になる。電流Ｉｇｐが流れていないか又は電流が小さい時には、差動増幅器１２１の出力が低レベルになってトランジスタＱ２がオフし、電流信号ＳＧｉが高レベル（即ち、ＨＩ）になる。つまり、電流検出回路１２０から出力される電流信号ＳＧｉは、グロープラグ５０に所定値以上の電流Ｉｇｐが流れているかどうかを表す２値信号である。

信号ラッチ回路１４０は、電流検出回路１２０から出力される電流信号ＳＧｉの状態を一時的に保持するための回路である。図１に示すように、信号ラッチ回路１４０はアンドゲートＧ１、抵抗器Ｒ５、トランジスタＱ３を備えている。

電流検出回路１２０から出力される電流信号ＳＧｉは、アンドゲートＧ１の一方の入力端子に印加される。アンドゲートＧ１の他方の入力端子には、抵抗器Ｒ５およびトランジスタ（具体的には、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ）Ｑ３が接続されている。アンドゲートＧ１から出力される電流信号ＳＧｉ２は、マイクロコンピュータ１１０の入力ポートＰ３に印加されると同時に、アンドゲートＧ１の他方の入力端子にフィードバックされる。また、マイクロコンピュータ１１０の出力ポートＰ２から出力されるリセット信号ＲＳＴがトランジスタＱ３の制御入力であるベース端子に印加される。

つまり、初期状態では、リセット信号ＲＳＴによって一時的にトランジスタＱ３がオンし、アンドゲートＧ１の他方の入力端子に高レベルが印加される。この状態で、アンドゲートＧ１の一方の入力端子に印加される電流信号ＳＧｉが高レベルから低レベルに切り替わると、アンドゲートＧ１の出力である電流信号ＳＧｉ２が高レベルから低レベルに切り替わる。同時に、アンドゲートＧ１の他方の入力端子に抵抗器Ｒ５を介して電流信号ＳＧｉ２がフィードバックされるので、この後で電流信号ＳＧｉが低レベルから高レベルに切り替わった場合でも、次にリセット信号ＲＳＴが印加されるまでは、電流信号ＳＧｉ２の状態は変化せず維持される。

このため、マイクロコンピュータ１１０は電流信号ＳＧｉ２を参照することにより、電流信号ＳＧｉの状態が切り替わるタイミングの影響を受けることなく、グロープラグ５０に所定値以上の電流Ｉｇｐが流れたかどうかを識別することができる。具体的なタイミングについては後で説明する。

電圧検出回路１３０は、グロープラグ５０の端子５０ａ、５０ｂ間に印加される電圧Ｖｇｐを検出するための回路である。実際の電圧検出はマイクロコンピュータ１１０が行なうが、マイクロコンピュータ１１０が扱える電圧の許容範囲（具体的には、５Ｖ以内）に比べて電圧Ｖｇｐが大きいので、電圧検出回路１３０は電圧Ｖｇｐを分圧して許容範囲内の電圧に変換する。即ち、電圧検出回路１３０は、抵抗器Ｒ２、Ｒ３を直列に接続して構成した分圧回路である。

マイクロコンピュータ１１０は、アナログレベルを検出するためにアナログ入力ポートＡ／Ｄを有している。即ち、マイクロコンピュータ１１０はアナログ入力ポートＡ／Ｄに印加される電圧信号ＳＧｖのレベルを、デジタル信号に変換して読み取ることができる。電圧信号ＳＧｖのレベルは、電圧Ｖｇｐに比例し、電圧検出回路１３０の分圧比によって決まる。

図１に示すように、グローコントローラ１００のマイクロコンピュータ１１０は、主制御装置２００と接続されている。主制御装置２００はＥＣＵ（即ち、Electronic Control Unit）とも呼ばれ、エンジンの制御等、車両上の様々な制御を実施する。

主制御装置２００は、グロープラグ５０に印加する実効電圧の指示値をグローコントローラ１００に与える。この指示値に従って、マイクロコンピュータ１１０はパルス信号ＳＧｐｗｍのパルス幅（換言すれば、デューティ比）を決定する。但し、主制御装置２００はバッテリー電圧ＶＢが規定値（例えば、１２Ｖ）である場合を想定して実効電圧の指示値を生成するのに対し、実際のバッテリー電圧ＶＢは変動する。従って、マイクロコンピュータ１１０はバッテリー電圧ＶＢの変動の影響を排除するために、バッテリー電圧ＶＢの誤差を検出しその結果をパルス信号ＳＧｐｗｍのパルス幅（換言すれば、デューティ比）に反映する。グローコントローラ１００は主制御装置２００に対して診断の結果を表す情報を通知する。

尚、エンジンキーの操作状態やエンジンの状態に応じたグロープラグ５０の通電制御に関しては、上記特許文献２に開示されている技術と同様の処理を実施すればよい。

図１に示したグローコントローラ１００における各部の信号の具体例が図２に示されている。図２に示すように、マイクロコンピュータ１１０から出力されるパルス信号ＳＧｐｗｍは、一定の周期Ｔｐｗｍで高レベル（即ち、ＨＩ）のオン状態と低レベル（即ち、ＬＯ）のオフ状態とが交互に繰り返すＰＷＭ信号である。パルス幅（即ち、Ｔｏｎ）を変えることにより、グロープラグ５０に印加される電圧Ｖｇｐの実効値を調整することができる。

図２に示すように、グロープラグ５０に印加される電圧Ｖｇｐの波形は通常はパルス信号ＳＧｐｗｍと同等である。即ち、パルス信号ＳＧｐｗｍが高レベル（即ち、ＨＩ）になると、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１がオンし、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１、抵抗器Ｒ１を介してバッテリー電圧ＶＢがグロープラグ５０の端子５０ａに印加されるので、電圧Ｖｇｐも高レベル（即ち、ＨＩ：例えば１２Ｖ）になる。また、パルス信号ＳＧｐｗｍが低レベル（即ち、ＬＯ）になると、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１がオフするので、電圧Ｖｇｐも低レベル（即ち、ＬＯ：０Ｖ）になる。電圧信号ＳＧｖの波形は電圧Ｖｇｐと相似形である。

図２に示すように、グロープラグ５０に流れる電流Ｉｇｐの波形も通常はパルス信号ＳＧｐｗｍと同等である。即ち、グロープラグ５０に印加される電圧Ｖｇｐが高レベル（即ち、ＨＩ）になるとグロープラグ５０に電流が流れ、電圧Ｖｇｐが低レベル（即ち、ＬＯ）になるとグロープラグ５０に電流が流れなくなる。また、電流検出回路１２０から出力される電流信号ＳＧｉは、電流Ｉｇｐが流れると低レベル（即ち、ＬＯ）になり、電流Ｉｇｐが流れない時には高レベル（即ち、ＨＩ）になる。

一方、例えばグロープラグ５０の端子５０ａ、５０ｂ間がショート（即ち、短絡）した場合には、電圧Ｖｇｐが高レベルになった時に、過大な電流Ｉｇｐが流れる。その場合、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１が過電流を検出し、自己保護機能により通電制御用スイッチングトランジスタＱ１自体が電流Ｉｇｐを遮断する。つまり、図２に示す時刻ｔ１２のように、パルス信号ＳＧｐｗｍが高レベル（即ち、ＨＩ）を維持している時であっても、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の制御によって電流Ｉｇｐが低レベル（即ち、ＬＯ）に切り替わる。

この場合、例えば時刻ｔ２４で電流信号ＳＧｉを参照すれば、電流Ｉｇｐが流れたことを確認できるが、時刻ｔ３４で電流信号ＳＧｉを参照すると、電流Ｉｇｐが流れたことを確認できない。つまり、電流信号ＳＧｉを参照する場合には、参照するタイミングの違いに応じて異なる検出結果が得られることになり、正しい診断ができない。そこで、信号ラッチ回路１４０が設けてある。

図２に示すように、電流信号ＳＧｉが低レベル（即ち、ＬＯ）になると、電流信号ＳＧｉ２も低レベル（即ち、ＬＯ）に切り替わる。しかし、電流信号ＳＧｉ２の状態は信号ラッチ回路１４０によって保持されるので、電流信号ＳＧｉが高レベル（即ち、ＨＩ）に切り替わってもリセット信号ＲＳＴが現れるまでは電流信号ＳＧｉ２は低レベル（即ち、ＬＯ）を維持する。そして、リセット信号ＲＳＴが現れると電流信号ＳＧｉ２は高レベル（即ち、ＨＩ）に切り替わる。

従って、例えば時刻ｔ３４で電流信号ＳＧｉ２を参照すれば、時刻ｔ２４の場合と同様に、電流信号ＳＧｉ２が低レベル（即ち、ＬＯ）なので、電流Ｉｇｐが流れたことを確認できる。つまり、タイミングの違いによる診断結果の間違いを防止できる。

マイクロコンピュータ１１０は、パルス信号ＳＧｐｗｍが低レベルから高レベルに切り替わった後の各時刻ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、ｔ２４、・・・で周期的に電圧信号ＳＧｖを参照し、電圧Ｖｇｐのレベルを検出する。また、マイクロコンピュータ１１０はパルス信号ＳＧｐｗｍが高レベルの時の各時刻ｔ３１、ｔ３２、ｔ３３、ｔ３４、・・・で周期的に電流信号ＳＧｉ２を参照し、所定の電流Ｉｇｐが流れたか否かを検出する。また、電流信号ＳＧｉ２の参照が終了した後の各時刻ｔ４１、ｔ４２、ｔ４３、ｔ４４、・・・で、リセット信号ＲＳＴを短時間だけ低レベル（即ち、ＬＯ）に切り替えて、信号ラッチ回路１４０にリセットをかける。

診断処理のためのマイクロコンピュータ１１０の制御の内容が図３に示されている。図３の制御の内容について以下に説明する。尚、図３に示すステップＳ１１〜Ｓ２０の処理は周期的に繰り返し実行される。即ち、ステップＳ２０が終了するとステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。

ステップＳ１１では、マイクロコンピュータ１１０は出力ポートＰ１に出力するパルス信号ＳＧｐｗｍを高レベル（即ち、ＨＩ）に切り替える。このタイミングは、例えば図２に示す各時刻ｔ０１、ｔ０３、ｔ０５に相当する。これにより、正常であれば通電制御用スイッチングトランジスタＱ１がオンに切り替わり、グロープラグ５０に対する通電が開始される。つまり、電圧Ｖｇｐが高レベルになり電流Ｉｇｐが流れる。

ステップＳ１２では、マイクロコンピュータ１１０はアナログ入力ポートＡ／Ｄに入力される電圧信号ＳＧｖの電圧をサンプリングし、デジタル信号に変換して読み取る。つまり、グロープラグ５０の端子５０ａ、５０ｂ間に印加される電圧Ｖｇｐに相当するレベルを検出する。このタイミングは、例えば図２に示す各時刻ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、・・・に相当する。つまり、パルス信号ＳＧｐｗｍが低レベルに切り替わる前にステップＳ１２を実行して電圧Ｖｇｐを検出する必要がある。

ステップＳ１３では、マイクロコンピュータ１１０は診断のために、ステップＳ１２で読み取った電圧Ｖｇｐ相当のレベルを予め定めた閾値ｔｈｖと比較し、この比較結果により電圧Ｖｇｐが高（即ち、ＨＩ）／低（即ち、ＬＯ）いずれであるかを判別する｛ここで、閾値ｔｈｖ以上のときが高（即ち、ＨＩ）、そして閾値ｔｈｖ未満のときが低（即ち、ＬＯ）と判定される｝。閾値ｔｈｖについては、正常時の電圧Ｖｇｐのレベルと、バッテリー電圧ＶＢとの中間的なレベルに定める。ステップＳ１３の比較結果において電圧Ｖｇｐが高（即ち、ＨＩ）の場合はステップＳ１４に進み、低（即ち、ＬＯ）の場合はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１４では、マイクロコンピュータ１１０はグロープラグ５０が断線している（換言すれば、端子５０ａ、５０ｂ間がオープン状態である）ことに関する診断について判定し、その結果を出力に反映する。即ち、ステップＳ１３の比較結果において電圧Ｖｇｐが高（即ち、ＨＩ）なので、この電圧は正常時に比べてバッテリー電圧ＶＢに近いことになる。即ち、グロープラグ５０が断線しているため、電圧Ｖｇｐが通常よりも高くなっていると診断できる。この診断結果は、マイクロコンピュータ１１０から例えば主制御装置２００に通知され、診断結果の表示等に利用される。

ステップＳ１５では、マイクロコンピュータ１１０は信号ラッチ回路１４０から出力される電流信号ＳＧｉ２を入力ポートＰ３で読み取る。このタイミングは、例えば図２に示す各時刻ｔ３１、ｔ３２、ｔ３３、・・・に相当する。つまり、パルス信号ＳＧｐｗｍが高レベルになった後、リセット信号ＲＳＴを出力する前にステップＳ１５を実行して電流信号ＳＧｉ２を読み取る必要がある。

ステップＳ１６では、マイクロコンピュータ１１０はステップＳ１５で読み取った電流信号ＳＧｉ２の高（即ち、ＨＩ）／低（即ち、ＬＯ）を識別し、高の場合はステップＳ１８に進み、低の場合はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、マイクロコンピュータ１１０は通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の自己保護機能が働いてグロープラグ５０への通電を遮断している可能性についての診断を行ない、その結果を出力に反映する。即ち、ステップＳ１７を実行する時には、電圧Ｖｇｐが正常であり、しかも電流信号ＳＧｉ２の状態から電流Ｉｇｐが流れたことが確認できるので、何らかの問題が発生している（つまり、グロープラグ５０の温度が上がらない）とすれば、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の自己保護機能が働いた結果であると診断できる。

例えば、グロープラグ５０の端子５０ａ、５０ｂ間がショートしていると、パルス信号ＳＧｐｗｍが高レベルになった後、一時的に電流Ｉｇｐが流れ、この電流Ｉｇｐが過大なため通電制御用スイッチングトランジスタＱ１自体がこれを検出して直ちに電流Ｉｇｐを遮断する（これは、図２の時刻ｔ１２の時の状態に相当する）。その結果、電流Ｉｇｐが流れる時間は非常に短くなり、グロープラグ５０は発熱しないが、電流Ｉｇｐが流れた結果として、電流信号ＳＧｉ２は低レベルになる。

従って、ステップＳ１７では、過電流や異常加熱の可能性があり、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１の自己保護機能が働いている状態を表す診断結果を出力する。

ステップＳ１８では、マイクロコンピュータ１１０は、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１自体が故障してオフ状態に固定されていることに関する診断を行ない、その結果を出力に反映する。即ち、ステップＳ１８を実行する時には、パルス信号ＳＧｐｗｍが高レベル（即ち、オン状態）になった後も電流Ｉｇｐが全く流れておらず、しかもグロープラグ５０に断線も生じていないので、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１が自己保護機能とは無関係に故障していると診断できる。

ステップＳ１９では、マイクロコンピュータ１１０はパルス信号ＳＧｐｗｍを高レベルから低レベルに切り替える。このタイミングは、例えば図２に示す各時刻ｔ０２、ｔ０４、・・・に相当する。即ち、パルス信号ＳＧｐｗｍを高レベルに切り替えてから予め決定したオン時間Ｔｏｎを経過したので、オフ状態に切り替える。このオン時間Ｔｏｎは、電圧Ｖｇｐについて必要とされる実効電圧に相当するデューティ比と、周期Ｔｐｗｍと、バッテリー電圧ＶＢとに基づいて決定される。パルス信号ＳＧｐｗｍが低レベルに切り替わると、通電制御用スイッチングトランジスタＱ１はオフ状態に切り替わり電流Ｉｇｐの通電を終了する。

ステップＳ２０では、マイクロコンピュータ１１０は出力ポートＰ２からリセット信号ＲＳＴ（即ち、低レベル）を短時間だけ出力する。このタイミングは、例えば図２に示す各時刻ｔ４１、ｔ４２、ｔ４３、・・・に相当する。即ち、ステップＳ１５での電流信号ＳＧｉ２の読み取りが終了し、更にパルス信号ＳＧｐｗｍが低レベルに切り替わった後、次にパルス信号ＳＧｐｗｍが高レベルに切り替わる前にリセット信号ＲＳＴを出力し、信号ラッチ回路１４０の状態を初期状態にリセットする。

このように、本発明のグロープラグ故障診断装置は、エンジンに用いられるグロープラグおよびそれの通電を制御するグローコントローラについて故障の診断を行なうために用いることができる。特に、自己保護機能を有するスイッチング素子を用いて、ＰＷＭ信号等のパルス信号によりグロープラグの通電のオン／オフを制御する場合であっても、より正しい診断結果を出力するために利用できる。

以上、現時点において、最も実践的であり、且つ、好ましいと思われる実施形態を例示して本発明を詳細に説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜、改良等、様々な変更が可能であり、そのような変更を伴うグロープラグ故障診断装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

尚、上述した実施形態における構成要素の形態についても本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。例えば、上述したトランジスタについては、バイポーラトランジスタの代わりにＦＥＴを用いてもよく、そして同様にＦＥＴの代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。また、ＰＮＰ型のトランジスタを適宜な回路変更によりＮＰＮ型のトランジスタに変更してもよいし、同様にＮＰＮ型のトランジスタを適宜な回路変更によりＰＮＰ型のトランジスタに変更してもよい。更に、Ｐチャネル型のＦＥＴを適宜な回路変更によりＮチャネル型のＦＥＴに変更してもよいし、同様にＮチャネル型のＦＥＴを適宜な回路変更によりＰチャネル型のＦＥＴに変更してもよい。

尚、グロープラグの用途については、ディーゼルエンジン以外の用途であってもよいことは言うまでもない。

５０：グロープラグ
５０ａ，５０ｂ：端子
５５：バッテリー
１００：グローコントローラ
１１０：マイクロコンピュータ
１２０：電流検出回路
１２１：差動増幅器
１３０：電圧検出回路
１４０：信号ラッチ回路
２００：主制御装置
Ｇ１：アンドゲート
Ｑ１：通電制御用スイッチングトランジスタ
Ｑ２，Ｑ３：トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ５：抵抗器
ＳＧｐｗｍ：パルス信号
ＳＧｉ，ＳＧｉ２：電流信号
ＳＧｖ：電圧信号
ＲＳＴ：リセット信号
ＶＢ：バッテリー電圧
Ｖｃｃ：直流電源電圧

Claims (5)

1. 所定の電源ラインからのグロープラグへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御するための周期的に変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、を備え、前記スイッチング素子がそれ自体を流れる過大な電流もしくは該スイッチング素子自体の過大な発熱に対して通電を遮断する自己保護機能を内蔵したグローコントローラに用いられる、
   グロープラグ故障診断装置であって、
   前記グロープラグに流れる電流を検出する電流検出回路と、
   前記電流検出回路から出力される電流信号の状態を一時的に保持する信号ラッチ回路と、
   前記グロープラグに通電のため印加される電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記グロープラグへの通電がオン状態の時に、前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記信号ラッチ回路から出力される電流信号とを監視し、前記電圧信号および前記電流信号の状態に基づいて少なくとも故障の有無に関する診断処理を実施する診断処理回路と、
   を備えることを特徴とするグロープラグ故障診断装置。
2. 前記信号ラッチ回路が、保持している前記電流信号の状態をリセットするためのリセット制御入力端子を有し、そして
   前記診断処理回路が、前記パルス信号が前記スイッチング素子をオンからオフに切り替えた後、前記信号ラッチ回路のリセット制御入力端子に対して所定のリセット信号を与えることを特徴とする請求項１に記載したグロープラグ故障診断装置。
3. 前記診断処理回路が、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値以上の場合に、前記グロープラグの断線に関する診断結果を出力することを特徴とする請求項１に記載したグロープラグ故障診断装置。
4. 前記診断処理回路が、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値未満であり、且つ、前記信号ラッチ回路から出力される電流信号によって所定の電流が流れていることを検出した場合には、前記スイッチング素子の自己保護機能の動作に関する診断結果を出力することを特徴とする請求項１に記載したグロープラグ故障診断装置。
5. 前記診断処理回路が、前記電圧検出回路が検出した電圧が所定値未満であり、且つ、前記信号ラッチ回路から出力される電流信号によって所定の電流が流れていないことを検出した場合には、前記スイッチング素子の故障に関する診断結果を出力することを特徴とする請求項１に記載したグロープラグ故障診断装置。

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