JP2011001840A - グロープラグの通電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グロープラグの温度を精度よく制御することができる通電制御装置を提供する。
【解決手段】通電制御装置３０は、デューティ比によりグロープラグ１をＰＷＭ制御する。電源装置３５の出力電圧をＶ、目標電圧Ｖ_Tとしたとき、デューティ比は（Ｖ_T／Ｖ）²＋補正値αによって決定される。補正値αは、ＰＷＭ信号の立上り開始から通電波形の立上り開始までの時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、通電波形の立上り開始から立上り完了までの時間ＴｏｎＳＲ、通電波形の立上り完了からＰＷＭ信号の立下り開始までの時間、ＰＷＭ信号の立下り開始から通電波形の立下り開始まで時間ｏｆｆｄｅｌａｙ、及び、通電波形の立下り開始から立下り完了までの時間ｏｆｆＳＲにおける、通電波形の電圧の２乗の積分値をそれぞれ加算した値をＰＷＭ信号の周期で除算した上で１／２乗して得た算出実効電圧に基づく。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電源装置からグロープラグへと供給される電力を制御するための通電制御装置に関する。

ディーゼルエンジンの予熱や燃焼改善などには、発熱ヒータを有するグロープラグが一般に使用される。

従来、グロープラグの発熱を制御する制御装置として、電源装置（バッテリ）からグロープラグに対する通電の可否を決定する信号を出力するための通電信号出力手段と、前記信号がゲートに入力された際に、バッテリからグロープラグへの通電経路を形成するＦＥＴとを備えたものが知られている。当該制御装置の動作について詳述すると、キースイッチがオン位置にされることによって、発熱ヒータの温度がエンジンを始動させるのに十分な第１目標温度に向けて上昇するように、前記通電信号出力手段が、通電を許可する信号を出力することで、ＦＥＴは前記通電経路を形成し、バッテリからグロープラグに対して電力が供給される。そして、グロープラグの発熱ヒータの温度が第１目標温度に到達した後は、所定時間（例えば、１８０秒間）に亘って、前記発熱ヒータの温度が第２目標温度を維持するようにグロープラグへの通電を制御する。より詳しくは、通電信号出力手段は、一周期における通電を許可する信号の幅（時間）、すなわち、デューティ比を変更した矩形波信号（ＰＷＭ信号）を出力することで、ＦＥＴにより通電経路が形成される時間（オン時間）を増減させる。これにより、グロープラグへの電力供給量が制御（ＰＷＭ制御）され、ひいては発熱ヒータの温度が第２目標温度となるように制御される。

ところで、前記デューティ比は、グロープラグを目標温度に昇温させたり或いは目標温度に維持したりするために必要な電圧（目標電圧）をＶ_Tとし、電源装置の出力電圧をＶとしたとき、一般的に（Ｖ_T／Ｖ）²から求められる（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００４−２３２５０３号公報

しかしながら、グロープラグに印加される電圧の波形（通電波形）を鑑みると、前記ＦＥＴの通電経路が形成されるオン状態とその経路が切断されるオフ状態の切り替えの遅れ等に伴い、ＰＷＭ信号と比較して、波形の立上り開始や立下り終了のタイミングに遅れが生じたり、立上りや立下りに多くの時間を要したり（すなわち、立上りや立下りの傾きがより緩やかなものとなったり）することがある。そのため、通電波形が矩形状であり、かつ、立上り等の遅れが生じていない理想的な場合を想定した（Ｖ_T／Ｖ）²により決定されるデューティ比によっては、発熱ヒータ（グロープラグ）に対して実際に供給される実効電圧が目標電圧からずれたものとなってしまうおそれがある。その結果、グロープラグの適正な温度制御が困難なものとなってしまうことが懸念される。また、その影響により所期の燃焼改善効果が得られなくなってしまうことも懸念される。

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、グロープラグに供給する実効電圧について、目標電圧との差を補完することで、グロープラグの温度を精度よく制御することができる通電制御装置を提供することにある。

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．本構成のグロープラグの通電制御装置は、電源装置からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力手段と、
前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記グロープラグへの通電・非通電を切り替えるスイッチング手段とを備え、
前記電源装置から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御装置であって、
前記電源装置の出力電圧をＶとし、グロープラグへ供給すべき目標電圧をＶ_Tとしたとき、
前記デューティ比は、所定の補正値をαとして、
（Ｖ_T／Ｖ）²＋α
によって決定され、
前記所定の補正値αは、
前記ＰＷＭ信号の立上り開始から前記グロープラグへ供給される電圧を示す通電波形の立上り開始までの時間Ｔｏｎｄｅｌａｙにおける、前記通電波形の電圧の２乗の積分値と、
前記通電波形の立上り開始から立上り完了までの時間ＴｏｎＳＲにおける、前記通電波形の電圧Ｖ₂の２乗の積分値と、
前記通電波形の立上り完了から前記ＰＷＭ信号の立下り開始までの時間における、前記通電波形の電圧Ｖ₃の２乗の積分値と、
前記ＰＷＭ信号の立下り開始から前記通電波形の立下り開始までの時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙにおける、前記通電波形の電圧Ｖ₄の２乗の積分値と、
前記通電波形の立下り開始から立下り完了までの時間ＴｏｆｆＳＲにおける、前記通電波形の電圧Ｖ₅の２乗の積分値と、
を加算した値をＰＷＭ信号の周期で除算した上で１／２乗して得た算出実効電圧に基づいて決定されることを特徴とする。

上記構成１によれば、算出実効電圧は、従来の矩形状の通電波形を想定した実効電圧と異なり、通電波形の立上り開始時期及び立下り終了時期の遅れや、立上り及び立下りに要する時間を考慮に入れて導出されている。従って、算出実効電圧に基づいて（例えば、算出実効電圧と、従来の矩形状の通電波形を想定した実効電圧との間における差に基づいて）補正値αを決定し、当該補正値αを付加したデューティ比を用いることで、立上り開始時期及び立下り終了時期の遅れ等による目標電圧に対する実効電圧のずれを補完することができる。その結果、グロープラグの温度を実状に応じて精度よく制御することができる。

ところでグロープラグの通電制御装置には、近年、高機能、高性能化が求められている。具体的には、高機能なＯＢＤ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ：自己診断機能）機能の搭載や複数のシリンダに設けられたそれぞれのグロープラグに対して別個の通電制御を行うことなどである。これらに対応すべく、搭載されるマイコンを高性能なものへとシフトしたり、構成部品を増やして通電制御装置の処理能力を高めることが考えられる。しかしながら、高性能なマイコンは得てして高価であり、また、部品点数を増やすことは、装置の大型化や故障発生要因の増大を招くなどネガティブな一面もある。

このような実情から、処理を簡略化しつつも、効果的な通電制御方法が求められる。そこで、本構成のグロープラグの通電制御装置は、第２、第３の構成として次の構成が挙げられる。

構成２．本構成のグロープラグの通電制御装置は、上記構成１において、前記補正値αは、前記時間ＴｏｎＳＲ及び時間ＴｏｆｆＳＲをそれぞれ等しい時間として得られた前記算出実効電圧に基づいて決定されることを特徴とする。

本発明の構成１により精度よくグロープラグの温度を制御できることは上述したとおりである。処理を簡略化するにあたっては、簡略化することによる処理工数の低減に対して精度がほとんど低下しないことが望ましい。この観点で前記補正値αを算出するにあたり、上記構成２によれば、通電波形が立上りに要する時間ＴｏｎＳＲと、立下りに要する時間ＴｏｆｆＳＲとが等しいものとして実効電圧を算出し、これに基づいて補正値αが決定される。そのため、算出実効電圧を表す式の簡略化、ひいては補正値αを決定するための式の簡略化が図られる。その結果、数μｓ単位での制御が必要となるグロープラグの通電制御において、処理の遅れ等といった事態をより確実に防止することができ、グロープラグの温度を安定的に制御することができる。この観点をさらに推し進めた構成が次述する構成３である。

構成３．本構成のグロープラグの通電制御装置は、電源装置からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力手段と、
前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記グロープラグへの通電・非通電を切り替えるスイッチング手段とを備え、
前記電源装置から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御装置であって、
前記電源装置の出力電圧をＶとし、グロープラグへ供給すべき目標電圧をＶ_Tとし、前記ＰＷＭ信号の周期をＴとし、かつ、
前記ＰＷＭ信号の立上り開始から前記グロープラグへ供給される電圧を示す通電波形の立上り開始までの時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、前記通電波形の立上り開始から立上り完了までの時間ＴｏｎＳＲ、前記ＰＷＭ信号の立下り開始から前記通電波形の立下り開始までの時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ，及び、前記通電波形の立下り開始から立下り完了までの時間ＴｏｆｆＳＲをそれぞれ等しい時間ＴＳとしたとき、
前記デューティ比は、（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）の式に準じて決定されることを特徴とする。

上述したように、立上りに要する時間と立下りに要する時間とはほぼ等しいものとする。同様に、ＰＷＭ信号の立上りが開始してから通電信号の立上りが開始するまでの時間（遅延時間）Ｔｏｎｄｅｌａｙと、ＰＷＭ信号の立下り開始から通電信号の立下り開始までの時間（遅延時間）Ｔｏｆｆｄｅｌａｙとについても、両者はほぼ等しいものとする。そして、これら時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、ＴｏｎＳＲ、Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ，ＴｏｆｆＳＲは、通常数μｓ〜数十μｓである。このため、これらを等しい時間として前記補正値αを決定したとしても、各時間の値を個別に設定した場合と比較して、補正値αに大きな違いが生じることはほとんどない。

そこで、上記構成３によれば、前記時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、時間ＴｏｎＳＲ、時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ，及び、時間ＴｏｆｆＳＲをそれぞれ等しい時間ＴＳとしたときに導出することができる「ＴＳ／３Ｔ」を補正値αとして、デューティ比の補正がされる。従って、制御処理の更なる簡略化を図ることができ、グロープラグの発熱を一層安定して制御することができる。

尚、補正値αとしての「ＴＳ／３Ｔ」は、前記時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、時間ＴｏｎＳＲ、時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ，及び、時間ＴｏｆｆＳＲがそれぞれ等しい時間ＴＳであり、かつ、通電波形の立上り部分と立下り部分とが時間に関する一次関数であると仮定することにより導出することができる。

また、上記時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、ＴｏｎＳＲ、Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ，ＴｏｆｆＳＲのうち、いずれかが例外的に数百μｓとなることもある。しかし、この例外を踏まえて処理工数を増加させ通電制御の精度を向上させたときに得られる燃焼改善の効果と、これらを互いに等しいものとして処理を簡略化し、例えば、複数のシリンダ（グロープラグ）に対して別個の通電制御を行った際の燃焼改善の効果とを比較したときには、後者の方がより好ましい効果が得られる。このような背景に基づき構成３は技術的な価値が見出されるのである。

構成４．本構成のグロープラグの通電制御装置は、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、内燃機関の始動後、前記グロープラグの温度を所定の目標温度に維持するときに、前記デューティ比を用いて前記グロープラグへの通電を制御することを特徴とする。

立上りや立下りに時間を要することは、上述の通り、実効電圧に影響を与えるが、その影響は、グロープラグの急速昇温時と比べて、グロープラグの温度を維持するときにおいて、特に大きなものとなる。これは、グロープラグの温度を維持するときは、グロープラグに印加する電圧が比較的小さい、言い換えれば、デューティ比が小さいものとされるため、通電波形の中で立上り部分や立下り部分の占める割合が相対的に大きくなってしまうことによる。

この点、上記構成４によれば、内燃機関の始動後、グロープラグの温度を所定の目標温度に維持するときに、補正値αの付加された前記デューティ比を用いてグロープラグへの通電が制御される。従って、目標電圧に対する実効電圧のずれが比較的大きくなりやすい場合において、そのずれによる影響を効果的に低減することができる。

尚、「グロープラグの温度を所定の目標温度に維持するとき」とあるのは、例えば、（Ｖ_T／Ｖ）²の値が６５％以下であるときを挙げることができる。また、上記構成１等は、（Ｖ_T／Ｖ）²の値がより小さいときほど効果的である。従って、（Ｖ_T／Ｖ）²が６０％以下であるときに、前記デューティ比を用いることがより有意であり、（Ｖ_T／Ｖ）²が５０％以下であるときに、前記ディーティ比を用いることがより一層有意である。

（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。 （ａ）は、デューティ比をＴ１／Ｔとしたときの理想的な通電波形の形状を示す参考図であり、（ｂ）は、デューティ比をＴ１／ＴとしたときのＦＥＴからの通電波形の形状を示す参考図である。 電圧ずれ率と出力電圧との関係を示すグラフである。

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、本発明のグロープラグの通電制御装置３０によって通電制御されるグロープラグ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グロープラグの通電制御装置３０について説明する。

通電制御装置３０は、図２に示すように、通電信号出力手段３１と、スイッチング手段３２と、ＣＰＵを有するＥＣＵ３４とを備えている。

ＥＣＵ３４はいわゆるマイコン（Microcomputer）であって、本実施形態では、ルネサス製のもの（Ｒ８Ｃ ｔｉｎｙシリーズ、８ｂｉｔ、４８ｐｉｎ）を用いている。マイコンの処理能力は必ずしもｂｉｔ数やｐｉｎ数に比例するわけではないが、上記の他、処理能力はそれほど高くないものの低廉なマイコン（例えば、同社製、７４０シリーズ、８ｂｉｔ、３２ｐｉｎ）を利用してもよい。このようなマイコンを利用した通電制御装置や、複数のシリンダ（グロープラグ）に対してそれぞれ別個に通電制御を行うなどリソースに余裕が少ない通電制御装置において、本発明は相対的に効果が高まる。

スイッチング手段３２には、半導体スイッチであるＦＥＴ３２１が用いられる。また、このＦＥＴ３２１を駆動させるためのＦＥＴドライバ３２２も使用される。具体的には、ＦＥＴ３２１のソースが所定の出力電圧（例えば、１２Ｖ）を有する電源装置（バッテリ）３５に接続され、ドレインがグロープラグ１に接続されている。ＦＥＴ３２１のゲートには、トランジスタや複数の所定の抵抗（ともに図示せず）によって構成された前記ＦＥＴドライバ３２２を介して、通電信号出力手段３１からのＰＷＭ信号が入力されるようにＥＣＵ３４に接続される。また、ＦＥＴ３２１は、Ｐチャネルのものを用いている。

前記通電信号出力手段３１は、前記ＥＣＵ３４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）３５からグロープラグ１へと通電するタイミングを表す矩形状のＰＷＭ信号を、スイッチング手段３２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、通電信号出力手段３１は、電源装置３５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信号をスイッチング手段３２に対して出力する。すると、ＦＥＴ３２１へ所定の駆動電圧が印加され、ソース及びドレイン間の通電経路が形成され、グロープラグ１に対する通電が開始される。一方で、電源装置３５からグロープラグ１への通電を停止させる、すなわち非通電とする場合には、通電信号出力手段３１は、ＰＷＭ信号としてＬｏｗ信号をスイッチング手段３２に出力する。すると、ＦＥＴ３２１には駆動電圧が印加されず、ソース及びドレイン間の通電経路が閉鎖され、グロープラグ１に対する通電が停止される。このように、通電信号出力手段３１の出力信号とスイッチング手段３２の状態（通電又は非通電のいずれか）とは一対一に対応しており、通電信号出力手段３１からスイッチング手段３２の状態を一義的に判断することが可能である。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。また、ＰＷＭ制御におけるデューティ比（ＰＷＭ信号一周期中のＨｉｇｈ信号の長さ）については、前記ＥＣＵ３４が、後に詳述する方法に基づいて設定している。

ところで、ＦＥＴ３２１の通電経路や、ＦＥＴドライバ３２２のトランジスタの通電経路の形成・閉鎖には、若干の時間を要する。そのため、矩形状をなすＰＷＭ信号が出力された場合であっても、ＦＥＴ３２１からグロープラグ１へと出力される電圧を示す通電波形は台形状をなす。また、前記通電波形の立上りや立下りの開始時期は、ＰＷＭ信号の立上りや立下りの開始時期と比較して若干の遅れが生じる。

そこで、本実施形態において、前記ＥＣＵ３４は、通電波形の立上り及び立下りに要する時間、及び、ＰＷＭ信号の立上り（立下り）から通電波形の立上り（立下り）までの遅延時間として予め設定された時間をＴＳとし、グロープラグ１へと供給が必要な電圧（目標電圧）をＶ_Tとし、電源装置３５の出力電圧をＶとし、ＰＷＭ信号の一周期をＴとしたとき、下記（１）の式に基づいて、デューティ比Ｄを算出する。そして、ＥＣＵ３４は、算出したデューティ比Ｄに基づいて、ＰＷＭ制御を行う。尚、本実施形態において、時間ＴＳは、ＦＥＴ３２１やＦＥＴドライバ３２２の有する前記トランジスタの性能等に基づいて設定されている。

Ｄ＝（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）…（１）
尚、Ｖについては、電源装置３５の出力電圧に代えて、ＦＥＴ３２１からグロープラグ１へと出力される電圧を用いてもよい。

ここで、上記（１）の式は、以下の考えにより算出された式である。Ｔ１をＰＷＭ信号がＨｉｇｈとなる時間とすると、デューティ比はＴ１／Ｔであり、これによりＰＷＭ制御がされたとき、理想的には、図３（ａ）に示すような矩形状の通電波形が、ＰＷＭ信号の出力と同時にＦＥＴ３２１からグロープラグ１へと出力され、実効電圧はＶ・（Ｔ１／Ｔ）^1/2となる。しかしながら、実際には上述の通り、通電波形の立上り等には遅れが生じる。従って、ＦＥＴ３２１からグロープラグ１への通電波形は、図３（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号が出力されたときよりも時間Ｔｏｎｄｅｌａｙだけ遅れて立上る。そして、ＰＷＭ信号の立上りは瞬時になされる一方で、通電波形の立上り開始から立上り完了までには、時間ＴｏｎＳＲを要する。さらに、ＰＷＭ信号の立下り開始から通電波形の立下り開始までには、時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙだけ遅れが発生し、通電波形の立下り開始から立下り完了までに時間ＴｏｆｆＳＲを要する。

ここで、一般的に通電波形の実効電圧は、次のようにして求められる。つまり、一周期中における通電波形の電圧の２乗を時間で積分した値（算出実効電圧）Ｓを、ＰＷＭ信号の周期Ｔで除算し、かつ、除算した値を１／２乗することで求められる。この算出方法に従うと、まず、通電波形の算出実効電圧Ｓは、通電波形がＬｏｗのときの電圧をＶ_Lとし、通電波形の立上り時の電圧を示す式をｖｏｎとし、通電波形がＨｉｇｈの時の電圧をＶ_Hとし、立下り時の電圧を示す式をｖｏｆｆとすると、本発明においてＶ₁＝Ｖ₆＝Ｖ_L、Ｖ₂＝ｖｏｎ、Ｖ₃＝Ｖ₄＝Ｖ_H、Ｖ₅＝ｖｏｆｆとなり、次の式（２）で表すことができる。（尚、Ｖ₆は、前記通電波形の立下り完了から次の通電波形の立上り開始までの時間における、通電波形の電圧示す。また、電圧Ｖ_Hと電源装置の出力電圧Ｖとは略等しい。）

本実施形態において、通電波形がＬｏｗのときの電圧値Ｖ_Lは０（Ｖ）である。また、前記式ｖｏｎは、式（３）で示す、時間ｔの一次式に近似することができ、前記ｖｏｆｆは、式（４）に近似することができる。

そこで、上記式（２）に、Ｖ_L＝０、上記式（３）、及び、式（４）を代入することで、Ｓは、次の式（５）で表されることとなる。

そして、上記式（５）を用いることで、実効電圧Ｖｅｆｆは、次の式（６）で表される。

従って、デューティ比をＴ１／Ｔ〔＝（Ｖ_T／Ｖ）²〕とした場合には、理想波形の実効電圧Ｖ・（Ｔ１／Ｔ）^1/2と比較して、実効電圧が、次の式（７）で表されるＴｃｏｍｐの分だけ低下してしまうことが分かる。

そこで、実効電圧を目標電圧と等しいものとすべく、Ｔ１にＴｃｏｍｐを加算した（Ｔ１＋Ｔｃｏｍｐ）／Ｔに基づいてデューティ比を算出することが考えられる。ここで、Ｔ１／Ｔ＝（Ｖ_T／Ｖ）²であるため、このデューティ比を算出するための式は、（Ｖ_T／Ｖ）²＋Ｔｃｏｍｐ／Ｔで表され、補正値αとしてのＴｃｏｍｐ／Ｔが得られる。さらに、時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、時間ＴｏｎＳＲ、時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ、及び、時間ＴｏｆｆＳＲがそれぞれ等しい値（当該値を「ＴＳ」とする）であると仮定すると、Ｔｃｏｍｐ＝ＴＳ／３となり、上記式（１）を求めることができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、従来の矩形状の通電波形を想定した実効電圧と異なり、通電波形の立上り開始時期及び立下り終了時期の遅れや、立上り及び立下りに要する時間を考慮に入れた算出実効電圧に基づいて、デューティ比Ｄが補正される。このため、立上り開始時期及び立下り終了時期の遅れや、立上り及び立下りに要する時間に伴う、目標電圧に対する実効電圧のずれを補完することができ、グロープラグ１の温度を実状に応じて精度よく制御することができる。

また、補正値αとして「ＴＳ／３Ｔ」という比較的簡略化された式が用いられるため、デューティ比をより簡易に算出することができる。従って、数μｓ単位での制御が必要となるグロープラグ１の通電制御において、処理の遅れ等といった事態をより確実に防止することができ、グロープラグ１の温度を一層安定して制御することができる。

さらに、上述の通り、デューティ比を算出するための式が簡易なものであることから、前記ＥＣＵ３４に必要な処理能力は比較的低いものであってもよい。このため、処理能力の比較的低いＥＣＵ３４を用いることができ、通電制御装置３０の製造コストの増大を防止することができる。

次に、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²に設定した場合（従来技術に相当する）と、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）に設定した場合（本発明に相当する）とで、電源装置の出力電圧Ｖを種々変更しつつ、目標電圧Ｖ_Tに対する、目標電圧Ｖ_Tと実効電圧との差異の割合（電圧ずれ率）を測定した。図４に電源装置の出力電圧Ｖと、電圧ずれ率との関係を示す。尚、同図においては、グラフ１が、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²に設定したときの結果を表し、グラフ２が、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）に設定したときの結果を表している。また、目標電圧は、４．３Ｖｒｍｓとした。

図４に示すように、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²とした場合には、電源装置の出力電圧が大きくなるほど、電圧ずれ率が大きくなってしまうことがわかった。これは、出力電圧が大きくなると、通電波形中において立上り部分や立下り部分の占める割合が相対的に大きくなるため、立上りや立下りの遅れ等に起因する実効電圧の低下という悪影響が顕著に表れてしまったためであると考えられる。

一方で、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）に設定したときには、出力電圧が大きくなっても、電圧ずれ率が増大してしまうといったことはなく、実効電圧を目標電圧とほぼ等しいものとできることが明らかとなった。これは、出力電圧が大きくなることで、通電波形中において立上り部分等の占める割合が相対的に大きくなるが、補正値αとして（ＴＳ／３Ｔ）を付加したことで、立上りや立下りの遅れ等による悪影響が抑制されたことによると考えられる。

以上のように、デューティ比を決定するための式を（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）とすることで、実効電圧が目標電圧から乖離してしまうことをより確実に防止でき、グロープラグの発熱制御をより正確に行うことができるといえる。

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、デューティ比は（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）とされているが、このデューティ比は、前記ｖｏｎやｖｏｆｆを一次の近似式とし、また、時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、時間ＴｏｎＳＲ、時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ、及び、時間ＴｏｆｆＳＲをそれぞれ等しい時間ＴＳとした上で、導出されたものである。従って、上述したデューティ比の導出過程において、ｖｏｎやｖｏｆｆの式を他の式としたり、また、時間Ｔｏｎｄｅｌａｙや時間ＴｏｎＳＲ等をそれぞれ異なる値に設定したりすることとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態におけるＴＳの値は、目標電圧Ｖ_Tの大きさに関わらず、一定なものとされているが、ＴＳの値を目標電圧Ｖ_Tに対応して適宜変更することとしてもよい。従って、例えば、目標電圧Ｖ_T〔（Ｖ_T／Ｖ）²の値〕が比較的大きく、立上りや立下りの遅れ等による影響が比較的小さい場合には、ＴＳを小さな値とし、一方で、目標電圧Ｖ_T〔（Ｖ_T／Ｖ）²の値〕が比較的小さく、立上りや立下りの遅れ等による影響が比較的大きい場合には、ＴＳを大きな値とすることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、（Ｖ_T／Ｖ）²の値に関わらず、補正値αによるデューティ比の補正を行うこととしているが、（Ｖ_T／Ｖ）²の値が比較的大きい（例えば、０．６を超える）場合には、前記補正値αを用いることなく（すなわち、ＴＳ＝０として）、（Ｖ_T／Ｖ）²の式に基づいてデューティ比を決定す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、これに限定されるものではない。例えば、各部材の寸法やコイルの組成等は、通電制御装置３０で制御しやすいものに適宜変更可能である。また、グロープラグとしても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。

（ｅ）上記実施形態では、通電制御装置３０は１つのグロープラグ１への通電を制御する、１つのシリンダ（単気筒エンジン）を対象とするものとして説明した。これは本発明の主旨を簡略に説明するためであり、通電制御装置３０の制御対象は、これに限定されるものではない。むしろ、多気筒エンジンに搭載される複数のグロープラグへの通電を制御する際に、本発明の通電制御装置３０は有意である。すなわち、それぞれのグロープラグへの通電制御を異にすることがあり（例えば、ＰＷＭ信号の立上り、立下りタイミングをそれぞれのグロープラグで異ならせること）、このような場合にはマイコンのリソースが不足しがちである。このときに、特に本発明の第２、第３の構成では、マイコンのリソースを十分に確保でき、複数のグロープラグをそれぞれ別個に制御することが可能となる。

１…グロープラグ、３０…通電制御装置、３１…通電信号出力手段、３２…スイッチング手段、３５…電源装置。

Claims (4)

1. 電源装置からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力手段と、
   前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記グロープラグへの通電・非通電を切り替えるスイッチング手段とを備え、
   前記電源装置から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御装置であって、
   前記電源装置の出力電圧をＶとし、グロープラグへ供給すべき目標電圧をＶ_Tとしたとき、
   前記デューティ比は、所定の補正値をαとして、
   （Ｖ_T／Ｖ）²＋α
   によって決定され、
   前記所定の補正値αは、
   前記ＰＷＭ信号の立上り開始から前記グロープラグへ供給される電圧を示す通電波形の立上り開始までの時間Ｔｏｎｄｅｌａｙにおける、前記通電波形の電圧の２乗の積分値と、
   前記通電波形の立上り開始から立上り完了までの時間ＴｏｎＳＲにおける、前記通電波形の電圧Ｖ₂の２乗の積分値と、
   前記通電波形の立上り完了から前記ＰＷＭ信号の立下り開始までの時間における、前記通電波形の電圧Ｖ₃の２乗の積分値と、
   前記ＰＷＭ信号の立下り開始から前記通電波形の立下り開始までの時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙにおける、前記通電波形の電圧Ｖ₄の２乗の積分値と、
   前記通電波形の立下り開始から立下り完了までの時間ＴｏｆｆＳＲにおける、前記通電波形の電圧Ｖ₅の２乗の積分値と、
   を加算した値をＰＷＭ信号の周期で除算した上で１／２乗して得た算出実効電圧に基づいて決定されることを特徴とするグロープラグの通電制御装置。
2. 前記補正値αは、前記時間ＴｏｎＳＲ及び時間ＴｏｆｆＳＲをそれぞれ等しい時間として得られた前記算出実効電圧に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のグロープラグの通電制御装置。
3. 電源装置からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力手段と、
   前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記グロープラグへの通電・非通電を切り替えるスイッチング手段とを備え、
   前記電源装置から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御装置であって、
   前記電源装置の出力電圧をＶとし、グロープラグへ供給すべき目標電圧をＶ_Tとし、前記ＰＷＭ信号の周期をＴとし、かつ、
   前記ＰＷＭ信号の立上り開始から前記グロープラグへ供給される電圧を示す通電波形の立上り開始までの時間Ｔｏｎｄｅｌａｙ、前記通電波形の立上り開始から立上り完了までの時間ＴｏｎＳＲ、前記ＰＷＭ信号の立下り開始から前記通電波形の立下り開始までの時間Ｔｏｆｆｄｅｌａｙ，及び、前記通電波形の立下り開始から立下り完了までの時間ＴｏｆｆＳＲをそれぞれ等しい時間ＴＳとしたとき、
   前記デューティ比は、（Ｖ_T／Ｖ）²＋（ＴＳ／３Ｔ）の式に準じて決定されることを特徴とするグロープラグの通電制御装置。
4. 内燃機関の始動後、前記グロープラグの温度を所定の目標温度に維持するときに、前記デューティ比を用いて前記グロープラグへの通電を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のグロープラグの通電制御装置。

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