JP2010255618A - 車両用制御部品の通電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】感温素子を備えてなる車両用制御部品の通電制御装置において、感温素子の異常をより精度よく検出する。
【解決手段】通電制御装置30は、スイッチング手段としてのFET32と、感温素子としてのサーミスタ34と、異常検出手段36とを備える。異常検出手段36は、温度差算出手段45と、感度異常判定手段41とを備える。温度差算出手段45は、車両の起動前又は起動から一定期間内における、サーミスタ34の温度情報を有する第1物理量を取得し、当該第1物理量を取得した時点から所定の待機時間経過後における、サーミスタ34の温度情報を有する第2物理量を取得し、前記第1物理量と前記第2物理量との差分を算出する。感度異常判定手段41は、前記差分からサーミスタ34の測定対象温度に対する感度の異常を判定する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、グロープラグ等の車両用制御部品に対する通電を制御するための通電制御装置に関する。
従来、ディーゼルエンジンに用いられるグロープラグや車両に搭載される各種センサ(例えば、酸素センサやNOXセンサなど)を加熱するヒータ等の車両制御用部品の通電を制御する通電制御装置として、バッテリから車両用制御部品への通電経路を開放・閉鎖するためのスイッチング手段(例えば、FET等)と、当該スイッチング手段の開閉を行うための演算装置とを備えるものが知られている。また、一般的に通電制御装置は、FET等の素子を異常過熱から保護するための感温素子(例えば、サーミスタなど)を有する。
ところで、感温素子により発熱状態を正確に検出するためには、感温素子が正常に動作していることが必要である。ここで、感温素子の故障を検出する手法としては、複数の感温素子を設けるとともに、車両の始動時において、各感温素子により検出された温度と外気温とを比較し、他の感温素子と比較して外気温との差が大きなものとなった感温素子に、故障が生じているものと検出する手法が知られている(例えば、特許文献1等参照)。当該手法によれば、感温素子の断線やオープン故障、短絡(ショート)だけでなく、感温素子の劣化などによって検出温度が高温側や低温側にシフトしてしまう異常(高温側シフト異常や低温側シフト異常)を検出することができる。
特開2007−211714号公報
ところで、通電制御装置を構成する電子部品や、これに接続されるハーネスやグロープラグ等の制御部品は、一切の公差を持たないように構成されることが理想的ではある。しかし、工業製品であるために、中心値に対して±数%や片方のみに公差を許容する(例えば、マイナス側のみの「マイナス公差」等)という実態がある。ここで、スイッチング手段としてFET、車両用制御部品としてグロープラグを例にとると、車両用制御部品(グロープラグ)への通電によるFETの発熱量は、グロープラグが有する抵抗値の影響を受ける。例えば、グロープラグとして、公差(使用上の許容範囲)の上限の抵抗値を有するものを接続した場合と、公差の下限の抵抗値を有するものを接続した場合とでは、公差の上限の抵抗値を有するグロープラグが接続された場合の方がFETの発熱量は多くなる。
また、通電に伴いスイッチング手段が発熱するところ、スイッチング手段の近傍に配設された感温素子と、スイッチング手段から離間した位置に配設された感温素子とでは、検出温度が大きく異なり得る。すなわち、車両用制御部品の構成の相違によるスイッチング手段の発熱量の変化や、スイッチング手段と各感温素子との位置関係により、各感温素子により検出される温度に大きな差が生じてしまう。そのため、上記特許文献1に記載の手法では、感温素子に故障が生じているものと誤検出されてしまうおそれがある。
また、上記手法を用いるにあたっては、少なくとも2つの感温素子を設ける必要があり、製造コストの増大を招いてしまう。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、感温素子を備えてなる車両用制御部品の通電制御装置において、感温素子の異常をより正確に検出することが可能な車両用制御部品の通電制御装置を提案することにある。
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
構成1.本構成の車両用制御部品の通電制御装置は、基板上に配設されるとともに、電源装置と接続される車両用制御部品への通電に伴い発熱するスイッチング手段と、
前記基板上に配設される感温素子と、
前記感温素子の異常を検出するための異常検出手段と
を備えた車両用制御部品の通電制御装置であって、
前記異常検出手段は、
車両の起動前又は起動から一定期間内における、前記感温素子の温度情報を有する第1物理量を取得し、当該第1物理量を取得した時点から所定の待機時間経過後における、前記感温素子の温度情報を有する第2物理量を取得し、前記第1物理量と前記第2物理量との差分を算出する温度差算出手段と、
前記差分から前記感温素子の測定対象温度に対する感度の異常を判定する感度異常判定手段と
を備えることを特徴とする。
尚、「車両用制御部品」は、電力が供給されることで駆動される負荷であって、電源装置から当該負荷へと電力を供給することにより、スイッチング手段における発熱が懸念されるものである。「車両用制御部品」としては、電源装置から比較的大きな電力が供給されるもの(スイッチング手段の発熱がより懸念されるもの)、例えば、グロープラグや酸素センサ、NOXセンサ等に用いられるヒータ、ハイブリッド車両等のモータを挙げることができる。
また、「温度情報を有する第1物理量」や「温度情報を有する第2物理量」とあるのは、感温素子により検出される温度に限られるものではなく、温度に基づいて変動する物理量であればよい。従って、例えば、感温素子の抵抗値や、当該抵抗値に従って変化する感温素子を流れる電圧などを挙げることができる。
加えて、「スイッチング手段」としては、例えば、FET、トランジスタ、IBGT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、メカニカルリレー等を挙げることができる。
併せて、「感温素子」としては、例えば、サーミスタや白金抵抗体等を挙げることができる。
さらに、「待機時間」については、車両用制御部品への通電時にスイッチング手段が発熱することを鑑みて、感温素子がスイッチング手段の近傍に配設されている場合や車両用制御部品の構成等からスイッチング手段における一層の発熱が懸念される場合には、当該待機時間を比較的短く設定したり、一方で、感温素子がスイッチング手段から離間した位置に配設されている場合等には、当該待機時間を比較的長く設定したりすることとしてもよい(以下、同様)。
感温素子の温度特性が高温側や低温側にシフトしてしまう異常や、感温素子の抵抗値がその周囲温度に関わらずほぼ不変となってしまう異常等、感温素子に何らかの異常が生じた場合には、車両用制御部品に対して電力が供給された際における感温素子により計測される温度の変動が正常時と異なったものとなる。
この点を鑑みて、上記構成1によれば、車両の起動前又は起動から一定期間内に取得された(換言すれば、スイッチング手段の発熱前に取得された)第1物理量と、第1物理量を取得した時点から所定の待機時間経過後における(換言すれば、車両用制御部品への通電が開始され、スイッチング手段がある程度発熱した段階における)第2物理量との差分に基づいて、感度異常判定手段により感温素子の感度の異常が判定される。すなわち、正常時と異常時とで比較的大きく異なった値をとる前記差分に基づくことで、感温素子の測定対象温度に対する感度の異常を精度よく検出することができる。
また、本構成1によれば、上記従来技術のような、複数の感温素子を必要とすることなく、1つの感温素子からの出力に着目することで、異常を検出することができる。従って、感温素子を複数設けた場合における、製造コストの増大を防止することができる。さらに、複数の感温素子からの出力を利用する場合には、上述の通り、感温素子とスイッチング手段との位置関係の相違等による誤判定といった事態が生じ得るが、1つの感温素子の出力に着目する本構成の通電制御装置では、このような事態は発生しない。このため、感温素子における異常の検出精度を一層向上させることができる。
尚、第1物理量を取得するタイミングは、上述の通り、スイッチング手段が発熱する前の時点(車両の起動前又は起動から一定期間内)であればよいが、車両の起動直後においては、車両用制御部品に対する突入電流等の影響により取得される第1物理量に若干のノイズが含まれてしまうおそれがある。従って、異常検出精度の更なる向上を図るべく、車両の起動前、又は、車両の起動から若干の時間(例えば、1μs)が経過した時点(つまり、突入電流が流れた後)から前記一定期間が経過する前のタイミングで、第1物理量を取得することがより好ましい。また、「第1物理量」及び「第2物理量」は、温度差算出手段における処理負担の軽減を図るべく、同種の物理量(例えば、ともに抵抗値)とすることが好ましい。
尚、上記構成1により、感温素子における感度の異常を検出することができるが、その異常態様は、次述する構成2や構成3により特定することができる。
構成2.本構成の車両用制御部品の通電制御装置は、上記構成1において、前記感度異常判定手段は、
前記差分が所定の第1閾値を超えるか否かを判定する第1判定手段と、
前記差分が前記第1閾値よりも小さい所定の第2閾値以下、かつ、前記第2閾値よりも小さい所定の第3閾値を超えるか否かを判定する第2判定手段と、
前記差分の絶対値が前記第3閾値以下か否かを判定する第3判定手段と
のうち、少なくとも1つの判定手段を備えること
を特徴とする。
尚、「第1閾値」とあるのは、正常な感温素子において、車両用制御部品が発熱する前の時点から車両用制御部品に対する通電後において前記所定の待機時間が経過するまでの間に変動し得る物理量(例えば、抵抗値)の最大値に基づいた値をいう。つまり、「第1閾値」は、感温素子が正常である場合において、第1物理量と第2物理量との差分として算出され得る最大値をいう。また、「第2閾値」とあるのは、正常な感温素子において、車両用制御部品が発熱する前の時点から車両用制御部品に対する通電後であって前記所定の待機時間が経過するまでの間に変動し得る物理量(例えば、抵抗値)の最小値に基づいた値をいう。つまり、「第2閾値」は、感温素子が正常である場合において、第1物理量と第2物理量との差分として算出され得る最小値をいう。加えて、「第3閾値」とあるのは、0から前記第2閾値までの間の値であり、第3閾値温度としては、例えば、正常な感温素子を温度不変の環境下においた場合に生じ得る、当該感温素子の物理量の変動に基づいた値を設定することができる。
上記構成2によれば、感度異常判定手段は、第1判定手段、第2判定手段、及び、第3判定手段のうち、少なくとも1つの判定手段を備えている。
ここで、感温素子の温度特性が、高温側にシフトする異常が生じた場合について鑑みると、車両用制御部品が発熱する前の時点から車両用制御部品への通電後であって前記所定の待機時間が経過するまでの間において、異常の発生した感温素子の抵抗値は、正常な感温素子の抵抗値よりも大きく減少する。従って、第2物理量としては、正常な感温素子の示す第2物理量よりも過度に大きな又は過度に小さな値が取得されることとなり、ひいては、図7(尚、図7は、物理量として温度を取得した場合を示す)のグラフAに示すように、第1物理量と第2物理量との差分が、正常な感温素子(同図、グラフB)における前記差分よりも大きなものとなる。この点を考慮して、前記第1判定手段によって、前記差分が、予め設定された第1閾値を超えるか否かを判定することで、感温素子の温度特性が高温側にシフトしているか否かを精度よく判定することができる。
一方で、感温素子の温度特性が、低温側にシフトする異常が生じると、車両用制御部品が発熱する前の時点から車両用制御部品への通電後前記所定の待機時間が経過するまでの間において、異常の発生した感温素子の抵抗値の減少量は、正常な感温素子の抵抗値の減少量と比較してより小さなものなる。そのため、図7のグラフCに示すように、第2物理量としては、正常な感温素子の示す第2物理量よりも第1物理量に対する変動が比較的小さな値が取得されることとなり、ひいては前記差分が正常時よりも小さな値となる。この点を利用して、第2判定手段により、前記差分が、第3閾値を超え、第2閾値以下であるか否かを判定することで、感温素子の温度特性が低温側にシフトしているか否かを精度よく判定することができる。
さらに、感温素子の抵抗値がその周囲温度に関わらず、ほぼ不変となる異常が生じている場合には、図7のグラフDに示すように、車両用制御部品が発熱する前の時点における第1物理量と、所定の待機時間経過後における第2物理量とがほぼ等しいものとなる。従って、第3判定手段によって、前記差分の絶対値が第3閾値温度以下であるかを判定することで、感温素子の抵抗値の不変異常(スタック)が生じているか否かを精度よく判定することができる。
以上、上記各判定手段によって、高温側シフト異常、低温側シフト異常、或いは、スタック異常の各異常態様を特定することができ、感温素子の異常を一層精度よく検出することができる。
構成3.本構成の車両用制御部品の通電制御装置は、上記構成1又は2において、前記感度異常判定手段は、
前記感温素子の抵抗値に基づく出力値が所定の最大許容値を超えるか否かを判定する第4判定手段と、
前記感温素子の抵抗値に基づく出力値が所定の最小許容値未満か否かを判定する第5判定手段と
のうち、少なくとも一方を備えること
を特徴とする。
尚、「最大許容値」とあるのは、正常な感温素子における抵抗値の変動範囲のうちの最大の抵抗値に基づいた電圧値や、当該電圧値をA/D変換等によって変換して得られた値等をいう。また、「最小許容値」とあるのは、正常な感温素子における抵抗値の変動範囲のうちの最小の抵抗値に基づいた電圧値や、当該電圧値をA/D変換等によって変換して得られた値等をいう(以下、同様)。
上記構成3によれば、感度異常検出手段は、第4判定手段、及び、第5判定手段のうち少なくとも一方を備えている。ここで、感温素子に断線やオープン故障が生じた場合、当該感温素子の抵抗値は、正常な感温素子が示し得る抵抗値の上限を超えたものとなってしまう。従って、第4判定手段により、感温素子側からの出力値が最大許容値を超えるか否かを判定することで、感温素子の断線やオープン故障を精度よく検出することができる。
一方で、感温素子に短絡が生じた場合、当該感温素子の抵抗値は、正常な感温素子の抵抗値の下限を下回ってしまう。このため、第5判定手段においては、感温素子側からの出力値が最小許容値未満か否かを判定することにより、感温素子の短絡を精度よく検出することができる。
尚、上述した第1〜第5判定手段の全てを設けることで、感温素子について発生し得る主要な異常である、断線(オープン)、短絡、温度特性の高温側或いは低温側へのシフト、及び、スタックの各異常を検出することができ、感温素子における異常の検出精度をより一層向上させることができる。また、断線(オープン)、短絡、温度特性の高温側へのシフト、温度特性の低温側へのシフト、及び、スタックの計5種類の異常態様を特定できることから、アメリカ排気ガス規制US10(Tier Bin5)に対応することが可能である。
構成4.本構成の車両用制御部品の通電制御装置は、上記構成1乃至3のいずれかにおいて、前記感度異常判定手段により、前記感温素子の測定対象温度に対する感度の異常が検出された場合に、前記車両用制御部品への通電が停止されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用制御部品の通電制御装置。
上記構成4によれば、感度異常判定手段により感温素子の異常が検出された場合に、車両用制御部品への通電が停止される。これにより、スイッチング手段に対する過電流の印加を防止することができ、ひいてはスイッチング手段の過熱、及び、それに伴う不具合の発生をより確実に防止することができる。
尚、車両用制御部品への通電の停止は、感温素子の異常が検出された際に、即座に行われることとしてもよい。また、所定時間の経過を待ってから行われることとしてもよい。すなわち、通電の停止を遅らせたとしても車両用制御部品に断線等の不具合が生じないのであれば、通電の停止タイミングは問わないのである。尚、上述の所定時間としては、車両用制御部品がグロープラグである場合、例えば、実効電圧7.5Vrms(エンジン停止時にグロープラグのヒータの表面温度が所定の目標値に飽和する印加実効電圧)で、30秒という具体的な数値を例示することができるが、この数値は、用いられる車両用制御部品や使用するスイッチング手段の仕様、それらを取り巻く周囲部品の耐熱性等により適宜変更し得るものである。いずれにしても、車両用制御部品へと供給される電力が最大となったときにおいて、車両用制御部品に不具合が生じるまでの間に通電を停止すればよい。
構成5.本構成の通電制御方法は、基板上に配設されるとともに、電源装置と接続される車両用制御部品への通電に伴い発熱するスイッチング手段と、
前記基板上に配設される感温素子と、
前記感温素子の測定対象温度に対する感度の異常を判定するための感度異常判定手段とを備えた車両用制御部品の通電制御装置における、通電制御方法であって、
車両の起動または起動から一定期間内における、前記感温素子の抵抗値に基づいた第1温度を取得し、当該第1温度を取得した時点から所定の待機時間経過後における、前記感温素子の抵抗値に基づいた第2温度を取得し、前記第1温度と前記第2温度との差分を算出する温度差算出行程と、
前記差分が所定の第1閾値温度を超えるか否かを判定する第1判定行程と、
前記差分が前記第1閾値温度よりも小さい所定の第2閾値温度以下、かつ、前記第2閾値温度よりも小さい所定の第3閾値温度を超えるか否かを判定する第2判定行程と、
前記差分の絶対値が前記第3閾値温度以下か否かを判定する第3判定行程とを含むことを特徴とする。
尚、「第1閾値温度」とあるのは、正常な感温素子において、車両用制御部品が発熱する前の時点から車両用制御部品への通電後であって所定の待機時間が経過するまでの間に低下し得る抵抗値の最大値に基づいた温度をいう。また、「第2閾値温度」とあるのは、正常な感温素子において、車両用制御部品が発熱する前の時点から車両用制御部品への通電後であって所定の待機時間が経過するまでの間に低下し得る抵抗値の最小値に基づいた温度をいう。加えて、「第3閾値温度」とあるのは、0℃から前記第2閾値温度までの間の温度であり、第3閾値温度としては、例えば、正常な感温素子を一定温度条件下においた場合に生じ得る、当該感温素子の抵抗値の変動に基づいた温度を設定することができる。
上記構成5によれば、第1判定行程、第2判定行程、及び、第3判定行程により、高温側シフト異常、低温側シフト異常、及び、スタック異常の各異常態様をそれぞれ精度よく特定することができ、感温素子における異常を精度よく検出することができる。
構成6.本構成の通電制御方法は、上記構成5において、前記感温素子の抵抗値に基づく出力値が所定の最大許容値を超えるか否かを判定する第4判定行程と、
前記感温素子の抵抗値に基づく出力値が所定の最小許容値未満か否かを判定する第5判定行程とを含むことを特徴とする。
上記構成5によれば、第4判定行程及び第5判定行程により、感温素子における断線やオープン故障、短絡を精度よく検出することができる。
構成6.本構成の通電制御方法は、上記構成4又は5において、前記各判定行程の判定条件の少なくとも1つに当てはまる場合に、前記車両用制御部品への通電を停止することを特徴とする。
上記構成6によれば、基本的には上記構成4と同様の作用効果が奏されることとなる。
構成7.本構成の発熱システムは、上記構成1乃至4のいずれかに記載の車両用制御部品の通電制御装置と、
前記通電制御装置によって制御される車両用制御部品とを備えてなる。
上記構成7のように、上記技術思想を車両用制御部品を備える発熱システムに具現化することとしてもよい。この場合には、基本的に上記構成1等と同様の作用効果が奏されることとなる。
(a)は、本実施形態のグロープラグの一部破断正面図であり、(b)は、グロープラグ先端部の部分拡大断面図である。 通電制御装置の構成を示すためのブロック図である。 サーミスタの温度特性の変化について説明するためのグラフである。 短絡判定手段等によるサーミスタの断線や短絡の検出方法を説明するためのフローチャートである。 高温側シフト判定手段等によるサーミスタの高温側シフト異常等の検出方法を説明するためのフローチャートである。 FETとの距離の異なるサーミスタについて、通電時間とサーミスタ温度との関係を示すグラフである。 高温側シフト異常、低温側シフト異常、及び、スタック異常の検出方法を説明するためのグラフである。
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の車両用制御部品の通電制御装置30によって通電制御される車両用制御部品としてのグロープラグ1の構成について説明する。図1(a)は、シースヒータを具備してなるグロープラグの一例を示す一部破断正面図であり、図1(b)はグロープラグ先端部の断面図である。
図1(a),(b)に示すように、グロープラグ1は、筒状の主体金具2と、主体金具2に装着されたシースヒータ3とを備えている。
主体金具2は、軸線CL1方向に貫通する軸孔4を有するとともに、その外周面には、ディーゼルエンジンへの取付用のねじ部5と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部6とが形成されている。
シースヒータ3は、チューブ7と中軸8とが軸線CL1方向に一体化されて構成されている。
チューブ7は、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)を主成分とする先端部が閉じた筒状チューブであり、前記チューブ7の後端は、中軸8との間で環状ゴム17により封止されている。
加えて、前記チューブ7の内側には、チューブ7先端に接合される発熱コイル9と、当該発熱コイル9の後端に直列接続された制御コイル10とが酸化マグネシウム(MgO)粉末等の絶縁粉末11とともに封入されている。但し、発熱コイル9は、その先端においてチューブ7と導通しているが、発熱コイル9及び制御コイル10の外周面とチューブ7の内周面とは、絶縁粉末11の介在により絶縁された状態となっている。
前記発熱コイル9は、例えば、Fe−クロム(Cr)−アルミニウム(Al)系合金からなる抵抗発熱線により構成されている。一方で、制御コイル10は、発熱コイル9の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質、例えばコバルト(Co)−Ni−Fe系合金等に代表されるCo又はNiを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。これにより、制御コイル10は、自身の発熱及び発熱コイル9からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル9に対する電力供給量を制御する。従って、通電初期においては発熱コイル9には比較的大きな電力供給がなされ、発熱コイル9の温度は急速に上昇する。すると、その発熱により制御コイル10が加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイル9への電力供給が減少する。これにより、シースヒータ3の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル10の働きにより電力供給が抑制されて温度が飽和する形となる。つまり、制御コイル10の存在により、急速昇温性を高めつつ発熱コイル9の温度の過昇(オーバーシュート)も生じにくくすることができるようになっている。
加えて、チューブ7には、スウェージング加工等によって、その先端部に発熱コイル9等を収容する小径部7aが形成されるとともに、その後端側において小径部7aよりも径の大きい大径部7bが形成されている。そして、この大径部7bが、主体金具2の軸孔4に形成された小径部4aに対し圧入接合されることにより、チューブ7が主体金具2の先端より突出した状態で保持される。
中軸8は、自身の先端がチューブ7内に挿入され、前記制御コイル10の後端と電気的に接続されるとともに、主体金具2の軸孔4に挿通されている。中軸8の後端は主体金具2の後端から突出しており、この主体金具2の後端部においては、ゴム製等のOリング12、樹脂製等の絶縁ブッシュ13、絶縁ブッシュ13の脱落を防止するための押さえリング14、及び、通電用のケーブル接続用のナット15が先端側からこの順序で中軸8に嵌め込まれた構造となっている。
次に、本発明の特徴である車両用制御部品の通電制御装置30について説明する。
図2に示すように、通電制御装置30は、通電信号出力手段31と、スイッチング手段としてのFET(電界効果トランジスタ)32及びFETドライバ33と、感温素子としてのサーミスタ34と、CPUを有するECU35と、異常検出手段36とを備えている。また、前記FET32、FETドライバ33、サーミスタ34、及び、ECU35は、基板37上に配設されているが、サーミスタ34は、FET32から比較的離間した位置に配設されている。
前記通電信号出力手段31は、前記ECU35によって制御されており、所定の出力電圧(例えば、12V)を有する電源装置(バッテリ)VBからグロープラグ1へと通電するタイミングを表すPWM信号を、前記FETドライバ33に対して出力する。通電信号出力手段31の動作について詳述すると、当該通電信号出力手段31は、電源電圧VBからグロープラグ1へと通電させる場合には、PWM信号としてHigh信号をFETドライバ33に対して出力する。一方で、電源装置VBからグロープラグ1への通電を停止させる場合には、通電信号出力手段31は、PWM信号としてLow信号をFETドライバ33に出力する。尚、前記シースヒータ3の温度制御においては、一周期中のHigh信号の幅を変更することでグロープラグ1への通電量を制御する、いわゆるPWM(Pulse−Width−Modulation)制御が行われるようになっている。
前記FET32は、ソースが電源装置VBに接続されるとともに、ドレインがグロープラグ1に対して接続されている。また、FET32のゲートは、前記FETドライバ33に接続されており、当該ゲートに印加された電圧が所定値以下となった際に、ソース及びドレイン間の通電経路が開放され、グロープラグ1に対する通電が開始される。
前記FETドライバ33は、トランジスタや複数の所定の抵抗(ともに図示せず)によって構成されており、通電信号出力手段31から入力されるPWM信号に基づいて前記FET32の通電経路の開閉を行うものである。すなわち、PWM信号としてHigh信号が入力された場合には、前記FET32のゲートに印加される電圧が所定値以下となり、FET32の通電経路が開放される。一方で、PWM信号としてLow信号が入力された場合には、FET32のゲートに印加される電圧が所定値以上となり、FET32の通電経路が閉鎖される。
前記サーミスタ34は、NTCサーミスタであり、一端が抵抗38を介して、所定の出力電圧(例えば、5V)を有する電源装置39に接続されている一方で、他端がアースに接続されている。また、サーミスタ34及び抵抗38間と、前記ECU35とが接続されており、前記サーミスタ34の抵抗値に基づいて分圧された電圧が、分解能10ビットのA/Dコンバータ40を経て、ECU35に対して入力されるようになっている。尚、前記A/Dコンバータ40は、サーミスタ34側から入力される電圧を、予め設定された入力電圧の範囲に合わせて量子化した数値にデジタル変換するものである。例えば、入力電圧の範囲が0V〜5Vとされている場合において、サーミスタ34側から5Vが入力されたときには、A/Dコンバータ40は、サーミスタ34側からの電圧を210−1(=1023)LSBに変換し、また、サーミスタ34側から0Vが入力されたとき、A/Dコンバータ40は、サーミスタ34側からの電圧を20−1(=0)LSBに変換する。
前記異常検出手段36は、ECU35によって制御されており、感度異常判定手段41を備えている。
前記感度異常判定手段41は、第4判定手段としての断線判定手段43と、第5判定手段としての短絡判定手段44とを有する。
前記断線判定手段43は、前記A/Dコンバータ40によって変換されて、ECU35に入力された数値が、予め設定された最大許容値〔例えば、1020(LSB)〕を超えるか否かを判定するものである。より詳しくは、断線判定手段43は、前記グロープラグ1が組み付けられた内燃機関の始動後、所定時間毎に、A/Dコンバータ40から入力された数値をチェックし、当該数値が前記最大許容値を超えたときに、前記ECU35に対して異常を検出した旨の信号を伝達する。尚、前記信号が伝達された場合、前記ECU35は、当初0に設定された断線検出用カウンタの数値を1つ増加させる。そして、前記断線検出用カウンタの数値が予め設定された数値(以下、「断線検出用閾値」と称す)以上となったときに、ECU35により、サーミスタ34に断線又はオープン故障が生じているものと判定される。
前記短絡判定手段44は、前記A/Dコンバータ40によって変換されて、ECU35に入力された数値が、予め設定された最小許容値〔例えば、10(LSB)〕未満であるか否かを判定するものである。詳述すると、短絡判定手段44は、前記断線判定手段43によるチェック時に合わせて、A/Dコンバータ40から入力された数値をチェックし、当該数値が前記最小許容値未満のときに、前記ECU35に対して異常を検出した旨の信号を伝達する。尚、当該異常を検出した旨の信号が伝達されたECU35は、当初0に設定された短絡検出用カウンタの数値を1つ増加させる。そして、短絡検出用カウンタの数値が予め設定された数値(以下、「短絡検出用閾値」と称す)以上となったときに、ECU35により、前記サーミスタ34に短絡故障が生じているものと判定される。また、ECU35は、A/Dコンバータ40から入力された数値が、前記最大許容値以下であり、かつ、前記最小許容値以上であるとき、前記断線検出用カウンタの数値、及び、短絡検出用カウンタの数値が0を下限として1つずつ減らす。
さらに、前記異常検出手段36は、温度差算出手段45を備えるとともに、前記感度異常判定手段41は、第1判定手段としての高温側シフト判定手段46と、第2判定手段としての低温側シフト判定手段47と、第3判定手段としての抵抗値不変判定手段48とを備えている。
前記温度差算出手段45は、車両の起動前又は起動から一定期間内のタイミング(例えば、前記内燃機関の初期始動時をいう。尚、初期始動時とは、所定時間以上継続して動作していない状態からの始動時をいう)における、前記A/Dコンバータ40を介して入力されたサーミスタ34の電圧値に基づく第1物理量としての第1温度T1と、前記第1温度T1を取得した時点から所定の待機時間(例えば、60秒)経過後における、サーミスタ34の電圧値に基づく第2物理量としての第2温度T2とを取得する。加えて、温度差算出手段45は、前記第2温度T2から第1温度T1を減算した値である差分としての温度差ΔTを算出する。
前記高温側シフト判定手段46は、前記温度差ΔTが、予め設定された所定の第1閾値温度(本発明における「第1閾値」に相当する)TS1(例えば、24℃)を超えるか否かを判定するものである。ここで、前記温度差ΔTが、第1閾値温度TS1を超える場合には、高温側シフト判定手段46により、ECU35に対して異常を検出した旨の信号が伝達される。そして、当該信号を取得したECU35は、サーミスタ34の温度特性が、正常なサーミスタ34の温度特性よりも高温側にシフトする異常が生じているものと判定する。尚、「温度特性が高温側にシフトする異常」とは、正常なサーミスタ34の示す温度よりも高い温度が示されてしまう異常をいう。すなわち、図3のグラフ1に示すような、正常なサーミスタ34における周囲温度と抵抗値との関係式が、同図のグラフ2に示すような、より低い周囲温度の側へとシフトしてしまう異常をいう。
前記低温側シフト判定手段47は、前記温度差ΔTが、予め設定された所定の第2閾値温度(本発明における「第2閾値」に相当する)TS2(例えば、4℃)以下であり、かつ、予め設定された正数である所定の第3閾値温度(本発明における「第3閾値」に相当する)TS3(例えば、2℃)よりも大きいか否か、或いは、前記温度差ΔTが、前記第3閾値温度TS3を正負反転させた数値(例えば、−2℃)よりも小さいか否かを判定する。ここで、低温側シフト判定手段47は、前記温度差ΔTが、第2閾値温度TS2以下であり、かつ、第3閾値温度TS3よりも大きいとき、或いは、前記温度差ΔTが、前記第3閾値温度TS3を正負反転させた数値よりも小さいときに、ECU35に対して異常を検出した旨の信号を伝達する。そして、当該信号を取得したECU35によって、正常なサーミスタ34の温度特性よりも低温側にシフトする異常が生じているものと判定される。尚、前記第2閾値温度TS2としては、前記第1閾値温度TS1よりも小さい値が設定されており、前記第3閾値温度TS3としては、前記第2閾値温度TS2よりも小さい正数が設定されている。また、「温度特性が低温側にシフトする異常」とは、正常なサーミスタ34の示す温度よりも低い温度が示されてしまう異常をいう。すなわち、図3のグラフ1に示すような、正常なサーミスタ34における周囲温度と抵抗値との関係式が、同図のグラフ3に示すような、より高い周囲温度の側へとシフトしてしまう異常をいう。
前記抵抗値不変判定手段48は、前記温度差ΔTの絶対値が前記第3閾値温度TS3以下であるか否か、換言すれば、前記第1温度T1と前記第2温度T2とがほぼ等しいか否かを判定するものである。ここで、前記温度差ΔTの絶対値が前記第3閾値温度TS3以下である場合には、ECU35に対して異常を検出した旨の信号が伝達される。そして、ECU35によって、前記サーミスタ34において、その周囲温度の変化に関わらず、抵抗値がほとんど変化しない異常(以下、「スタック(Stuck)」と称す)が生じているものと判定される。
尚、前記第3閾値温度TS3は、環境温度不変の条件下において、前記A/Dコンバータ40を介して電圧として入力される前記サーミスタ34の抵抗値の変化量を元に決定される。具体的には、A/Dコンバータ40が入力された電圧を量子化するにあたり、基準電圧の変動等により1〜3LSB(読取単位)程度の変化が生じる。この読取値の変動で1℃程度の変化が発生するので、本実施形態では、余裕を見て第3閾値温度TS3を2℃としている。
前記ECU35は、断線検出手段43、短絡検出手段44、高温側シフト判定手段46、低温側シフト判定手段47、及び、抵抗値不変判定手段48のいずれかから、サーミスタ34の異常を示す情報が伝達された場合に、前記通電信号出力手段31から出力されるPWM信号のHigh信号をLow信号へと変更するように設定されている。すなわち、ECU35は、サーミスタ34に異常があると判定した場合に、電源装置VBからグロープラグ1への通電を停止するようになっている。
次いで、上述した異常検出手段36による異常検出方法について、図4,5のフローチャートに従って説明する。まず、図4に従って、断線判定手段43及び短絡判定手段44による異常検出方法について説明する。
まず、ステップS11において、前記サーミスタ34側からの出力(電圧値)に基づいて前記A/Dコンバータ40によって変換された数値が取得(読取)される。次いで、ステップS121において、取得された数値が前記最小許容値(本実施形態では、10LSB)未満であるか否かが判断され、取得された数値が最小許容値未満である場合には、ステップS131に移行する。一方で、取得された数値が最小許容値以上である場合には、ステップS122に移行する。例えば、取得された数値が5LSBである場合には、ステップS131に移行することとなり、前記取得された数値が500LSBである場合には、ステップS122に移行することとなる。
ステップS131においては、前記短絡検出用カウンタの数値が1つ増加させられ、次いで、ステップS141において、短絡検出用カウンタの数値が前記短絡検出用閾値以上であるか否かが判定される。ここで、短絡検出用カウンタの数値が短絡検出用閾値以上である場合には、ステップS151に移行し、サーミスタ34に短絡が発生しているものと判定されるとともに、ステップS161に移行し、グロープラグ1への通電が停止される。一方で、短絡検出用カウンタの数値が短絡検出用閾値未満である場合には、ステップS11へと戻る。
ステップS122においては、取得された数値が前記最大許容値(本実施形態では、1020LSB)を超えるか否かが判断され、取得された数値が最大許容値を超える場合には、ステップS132に移行する。一方で、取得された数値が最大許容値以下である場合には、ステップ17に移行する。例えば、サーミスタ34側からの電圧値に基づいて取得された数値が1023LSBである場合には、ステップS132に移行することとなり、前記取得された数値が500LSBである場合には、ステップS17に移行することとなる。
ステップS132においては、前記断線検出用カウンタの数値が1つ増加させられ、次いで、ステップS142において、断線検出用カウンタの数値が前記断線検出用閾値以上であるか否かが判定される。ここで、断線検出用カウンタの数値が断線検出用閾値以上である場合には、ステップS152に移行し、サーミスタ34に断線又はオープン故障が発生しているものと判定されるとともに、ステップS162に移行し、グロープラグ1への通電が停止される。一方で、断線検出用カウンタの数値が断線検出用閾値未満である場合には、ステップS11へと戻る。
また、サーミスタ34側から取得された数値が、最小許容値以上最大許容値以下である場合には、サーミスタ34に短絡や断線等の異常が生じていないものといえる。従って、前記取得された数値が、最小許容値以上最大許容値以下である場合に移行するステップS17においては、短絡検出用カウンタの数値が1つ減算され、次いで、ステップS18において、断線検出用カウンタの数値が1つ減算される。
以降、ステップS161,S162や後述するステップS29において、グロープラグ1への通電が停止される場合等を除いて、基本的には所定時間毎に、上述した断線判定手段43及び短絡判定手段44による異常判定が行われる。
次いで、図5のフローチャートに従って、上記判定手段46〜48による異常検出方法について説明する。
まず、ステップS21において、第1温度T1や第2温度T2等の取得・算出された数値が初期状態に戻される。次いで、ステップS22において、グロープラグ1への通電が停止されているか否かが判定される。ここで、グロープラグ1への通電が停止状態にあるときには、ステップS23に移行し、一方で、グロープラグ1が通電状態にあるときには、ステップS24へと移行する。
ステップS23においては、グロープラグ1への通電が開始されるタイミングであるか、又は、通電を開始する指示があるか否かが判定される。そして、通電開始タイミングであったり、通電指示があったりした場合には、ステップS231に移行し、一方で、通電開始タイミングでなく、かつ、通電指示がない場合には、ステップS22へと戻る。
ステップS231においては、グロープラグ1への通電が開始される。そして、ステップS232では、ステップS231におけるグロープラグ1への通電が、1回目の通電(所定時間以上継続して通電していない状態からの初めての通電)であるか否かが判定される。ここで、ステップS231におけるグロープラグ1への通電が、1回目の通電である場合には、ステップS233に移行することとなり、サーミスタ34の抵抗値に基づいた第1温度T1が取得される。一方で、2回目以降の通電である場合には、ステップS22へと戻ることとなる。
ステップS24においては、第1温度T1を取得した時点から前記待機時間以上の時間が経過しているか否か、すなわち、サーミスタ34についての異常の有無を判定するタイミングか否かが判定される。ここで、第1温度T1を取得した時点から待機時間以上の時間が経過している場合には、ステップS241に移行し、前記待機時間以上の時間が経過していない場合には、ステップS22へと戻る。
ステップS241においては、サーミスタ34の抵抗値に基づいた第2温度T2が取得される。そして、ステップS242(温度差算出行程に相当する)において、取得された第2温度T2から第1温度T1を減算した温度差ΔTが算出される。
次いで、ステップS251において、前記温度差ΔTが、前記第2閾値温度TS2を超えており、かつ、前記第1閾値温度TS1以下であるか否かが判定される。ここで、前記温度差ΔTが、前記第2閾値温度TS2を超えており、かつ、前記第1閾値温度TS1以下である場合には、サーミスタ34が正常の温度特性を有するものといえ、異常判定は終了される。一方で、前記温度差ΔTが前記第2閾値温度TS2以下であったり、又は、前記温度差ΔTが前記第1閾値温度TS1を超えていたりする場合には、サーミスタ34の温度特性に何らかの異常が生じているものといえる。そのため、異常態様を特定するために、ステップS261以降のステップが実行される。
すなわち、ステップS261(第1判定行程に相当する)においては、前記温度差ΔTが、前記第1閾値温度TS1を超えるか否かが判定される。ここで、温度差ΔTが、第1閾値温度TS1を超える場合には、ECU35に対して異常を検出した旨の情報が伝達される。そして、ステップS262において、ECU35により、サーミスタ34に高温側シフト異常が発生しているものと判定される。次いで、ステップS29において、グロープラグ1への通電を停止した上で、異常判定を終了する。一方で、前記温度差ΔTが第1閾値温度TS1以下である場合には、ステップS261からステップS271へと移行する。
ステップS271(第3判定行程に相当する)では、温度差ΔTの絶対値が前記第3閾値温度TS3以下であるか否かが判定される。ここで、温度差ΔTの絶対値が、第3閾値温度TS3以下の場合には、ECU35に対して異常を検出した旨の情報が伝達される。そして、ステップS272において、ECU35により、サーミスタ34のスタックが生じているものと判定される。その後、ステップS29において、グロープラグ1への通電を停止した上で、異常判定が終了される。
さらに、ステップS251,S261,S271の条件を満たさない場合、すなわち、温度差ΔTが、第3閾値温度TS3を超え、かつ、第2閾値温度TS2以下である場合、或いは、前記温度差ΔTが、第3閾値温度TS3を正負反転した温度未満である場合には、ステップS282に移行する。そして、ステップS282において、サーミスタ34の温度特性が低温側にシフトしているものと判定される。次いで、ステップS29において、ECU35によりグロープラグ1への通電が停止され、異常判定が終了される。尚、本実施形態では、ステップS251,S261,S271の各行程からなる行程が、第2判定行程に相当する。
以上詳述したように、本実施形態によれば、上記各判定手段43,44,46,47,48によって、サーミスタ34の断線(オープン故障)、短絡、高温側シフト異常、低温側シフト異常、及び、スタック異常の各異常態様を特定することができ、サーミスタ34の異常を精度よく検出することができる。
また、複数のサーミスタを必要とすることなく、1つのサーミスタ34の抵抗値に基づいた電圧値等に着目することで、異常判定をすることができる。従って、サーミスタを複数設けることに伴う、製造コストの増大を防止することができる。さらに、サーミスタを複数設けた場合に生じ得る、サーミスタとFETとの位置関係等の相違に伴う誤判定といった事態は、1つのサーミスタ34のみを有する本実施形態の通電制御装置30では発生しない。そのため、サーミスタ34の異常検出の精度を一層向上させることができる。
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
(a)上記実施形態では、サーミスタ34がFET32から比較的離間した位置に配設されているが、基板37上のサーミスタ34の配設位置については特に限定されるものではない。尚、通電に伴いFET32が発熱するため、図6のグラフ1に示すように、FET32に比較的近接して配設されたサーミスタは、通電時間に対する温度上昇の程度が大きくなり、一方で、同図のグラフ2に示すように、FET32から比較的離間した位置に配設されたサーミスタは、通電時間に対する温度上昇の程度が小さくなる。また、FETにおける発熱量の相違に伴い、通電時間に対するサーミスタの温度上昇の程度が変化する。従って、サーミスタ34とFET32との位置関係やFET32における発熱量を考慮して、前記閾値温度TS1,TS2,TS3や待機時間を適宜設定することが好ましい。
(b)上記実施形態において、A/Dコンバータ40から入力された数値が、最大許容値以下であり、かつ、最小許容値以上であるときに、断線検出用カウンタの数値、及び、短絡検出カウンタ用の数値が1つ減らされるように設定されているが、前記A/Dコンバータ40から入力された数値が、最大許容値以下であり、かつ、最小許容値以上であるときに、断線検出用カウンタ及び短絡検出用カウンタの数値をそれぞれ0に戻す(リセットする)こととしてもよい。
(c)上記実施形態では特に言及していないが、ECU35によってサーミスタ34に異常があるものと判定された場合において、サーミスタ34の異常態様をユーザに通知する手段を設けることとしてもよい。
(d)上記実施形態では、通電制御装置30は、発熱コイル9を有するグロープラグ1(メタルグロープラグ)の通電を制御するように構成されているが、通電制御装置30による制御の対象は、メタルグロープラグに限定されるものではない。従って、通電制御装置30が、セラミックヒータを有するセラミックグロープラグの通電を制御するように構成することとしてもよい。さらに、上記実施形態では、車両用制御部品としてグロープラグ1を例示しているが、車両用制御部品はグロープラグに限定されるものではない。従って、車両用制御部品は、例えば、車両に搭載される各種センサ(酸素センサやNOXセンサ等)を加熱するためのヒータや、ハイブリッド車両における駆動用のモータ、ワイパー作動用のモータ等であってもよい。
(e)上記実施形態では、NTCサーミスタを具体例として説明を行っているが、本発明をPTCサーミスタを有する通電制御装置に対して適用することとしてもよい。また、感温素子は、サーミスタに限定されるものではなく、例えば、感温素子として白金抵抗体を用いることとしてもよい。尚、感温素子としてPTCサーミスタや白金抵抗体を用いる場合には、上述の各閾値温度等を適宜変更することとしてもよい。
(f)上記実施形態では、第1物理量及び第2物理量として温度が取得されているが、第1物理量や第2物理量は、サーミスタ34の温度情報を有するものであればよい。従って、第1物理量や第2物理量としては、サーミスタ34の抵抗値やサーミスタ34に印加される電圧値などを採用してもよい。
(g)上記実施形態において、通電制御装置30は、高温側シフト判定手段46(第1判定手段)、低温側シフト判定手段47(第2判定手段)、抵抗値不変判定手段48(第3判定手段)、断線判定手段43(第4判定手段)、及び、短絡判定手段44(第5判定手段)をそれぞれ備えているが、各手段のうち少なくとも1つを備えるように構成することとしてもよい。
1…グロープラグ(車両用制御部品)、30…通電制御装置、32…FET、34…サーミスタ(感温素子)、36…異常検出手段、41…感度異常判定手段、43…第4判定手段としての断線判定手段、44…第5判定手段としての短絡判定手段、45…温度差算出手段、46…第1判定手段としての高温側シフト判定手段、47…第2判定手段としての低温側シフト判定手段、48…第3判定手段としての抵抗値不変判定手段。

Claims (4)

  1. 基板上に配設されるとともに、電源装置と接続される車両用制御部品への通電に伴い発熱するスイッチング手段と、
    前記基板上に配設される感温素子と、
    前記感温素子の異常を検出するための異常検出手段と
    を備えた車両用制御部品の通電制御装置であって、
    前記異常検出手段は、
    車両の起動前又は起動から一定期間内における、前記感温素子の温度情報を有する第1物理量を取得し、当該第1物理量を取得した時点から所定の待機時間経過後における、前記感温素子の温度情報を有する第2物理量を取得し、前記第1物理量と前記第2物理量との差分を算出する温度差算出手段と、
    前記差分から前記感温素子の測定対象温度に対する感度の異常を判定する感度異常判定手段と
    を備えることを特徴とする車両用制御部品の通電制御装置。
  2. 前記感度異常判定手段は、
    前記差分が所定の第1閾値を超えるか否かを判定する第1判定手段と、
    前記差分が前記第1閾値よりも小さい所定の第2閾値以下、かつ、前記第2閾値よりも小さい所定の第3閾値を超えるか否かを判定する第2判定手段と、
    前記差分の絶対値が前記第3閾値以下か否かを判定する第3判定手段と
    のうち、少なくとも1つの判定手段を備えること
    を特徴とする請求項1に記載の車両用制御部品の通電制御装置。
  3. 前記感度異常判定手段は、
    前記感温素子の抵抗値に基づく出力値が所定の最大許容値を超えるか否かを判定する第4判定手段と、
    前記感温素子の抵抗値に基づく出力値が所定の最小許容値未満か否かを判定する第5判定手段と
    のうち、少なくとも一方を備えること
    を特徴とする請求項1又は2に記載の車両用制御部品の通電制御装置。
  4. 前記感度異常判定手段により、前記感温素子の測定対象温度に対する感度の異常が検出された場合に、前記車両用制御部品への通電が停止されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用制御部品の通電制御装置。
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