JP2011043099A - グロープラグ劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】速やかにグロープラグの劣化の有無を判定可能なグロープラグ劣化判定装置を提供する。
【解決手段】グロープラグ４０と、ＥＣＵ２０から発信される駆動信号ＳＩにしたがってスイッチ手段（Ｔ_１〜Ｔ_４）を開閉駆動して、電源１０からグロープラグ４０への通電を制御するＧＣＵ３０と、グロープラグ４０とスイッチ手段（Ｔ_１〜Ｔ_４）と駆動制御ユニットＤＣＵ３１との異常を検出して自己診断信号ＤＩをＥＣＵ２０に発信する自己診断ユニットＤＩＵ３２とを具備し、ＤＩＵ３２によってグロープラグ４０の劣化状態を判定するグロープラグ劣化判定装置１において、グロープラグ４０に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬを検出する電流検出手段（Ｓ_１〜Ｓ_４）と、プラグ電流Ｉ_ＧＬに比例するプラグ電流変換電圧Ｖｉと複数の電圧閾値（Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎ）との比較によってグロープラグ４０の劣化状態を判定する劣化レベル判定手段３３０と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼル燃焼機関の気筒毎に設けたグロープラグの劣化状態を判定するグロープラグ劣化判定装置に関する。

従来、ディーゼル燃焼機関の着火を補助するグロープラグの断線異常や過電流異常等を検出する異常検出装置として、グロープラグとグロープラグへの通電を制御するスイッチ手段との間に電流センサや電流検出抵抗を設けてグロープラグに流れる電流を監視しグロープラグの異常を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１、２、３等参照）。

また、発熱体として通電により発熱する導電性セラミック（例えば、炭化タングステンを主成分として窒化ケイ素等を含むセラミック抵抗体）からなる発熱体を絶縁性セラミック（例えば、窒化ケイ素を主成分として硅化モリブデン等を含むセラミック絶縁体）からなる支持体に埋設したセラミックグロープラグが速暖性に優れたグロープラグとして用いられるようになっている（例えば、特許文献４、５等参照）。

さらに、セラミックグロープラグは、長期に使用を続けると熱負荷により導電性セラミックの粒界成分が電極に拡散するマイグレーションや導電性セラミックのポーラス化によって抵抗値が徐々に増加し、所望の発熱温度に到達しなくなる虞がある。
そこで、セラミックグロープラグの使用に際してはセラミックグロープラグの劣化を監視する必要がある。

ところが、セラミックグロープラグは、発熱温度によって抵抗値が変化する上に、エンジンの運転状況によってグロープラグの設けられた燃焼室内に流れる筒内気流の流速や、燃料の噴霧量などによって吸熱量が変化し、これに伴いグロープラグの発熱温度も変化する。さらに、グロープラグを駆動するバッテリの電圧Ｖ_ＢＡＴＴは、バッテリ容量や、グロープラグと同時に駆動されるスタータ等の負荷の状況等によって変化する。
このため、セラミックグロープラグの劣化状態を正確に検出するためには、各グロープラグに印加されるプラグ電圧Ｖ_ＧＬとグロープラグに流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬとをエンジンの運転を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）に送信し、グロープラグのプラグ抵抗Ｒ_ＧＬを算出し、さらにエンジンの運転状況を考慮して劣化判定しなければならなかった。

従来、アナログで検出されたプラグ電圧Ｖ_ＧＬとプラグ電流Ｉ_ＧＬとは、デジタルデータに変換されシリアル通信手段を介してエンジンＥＣＵに送信されてＥＣＵにおいて劣化判定がなされている。
正確にプラグ抵抗Ｒ_ＧＬを算出するためには、各データ量として１０ビット程度の精度が必要となる。一般にデータは８ビット単位で送信されるため、１０ビットのデータを送信するためには６ビット分の無駄なダミーデータを含む１６ビットのデータとして送信されることになる。例えば４気筒エンジンの場合、グロープラグの抵抗値変化を精度良く検出するために送信される総データ量は、８ビット×２×２種類×４気筒分の１２８ビット分となる。
したがって、全てのデータの送信完了までに時間が掛かり、その間にエンジンの運転条件が変化してしまい、グロープラグの劣化判定が間に合わなくなる虞がある。さらに、多くのデータを処理するため、ＥＣＵに処理能力の高い高価なＭＰＵを使用しなければならない虞もある。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、速やかにグロープラグの劣化の有無を判定可能なグロープラグ劣化判定装置の提供を目的とする。

第１の発明では、ディーゼル燃焼機関の気筒毎に装着され、通電により発熱するグロープラグと、上記ディーゼル燃焼機関の運転を制御する電子制御装置と、上記ディーゼル燃焼機関の運転状況に応じて上記電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって、スイッチ手段を開閉駆動して、電源から上記グロープラグへの通電を制御するグロープラグ通電制御ユニットと、上記グロープラグと上記グロープラグ通電制御ユニットとの異常を検出して自己診断信号を上記電子制御装置に発信する自己診断ユニットとを具備し、上記自己診断ユニットによって上記グロープラグの劣化状態を判定するグロープラグ劣化判定装置において、グロープラグに流れるプラグ電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段によって検出されたプラグ電流と複数の閾値との比較によってグロープラグの劣化状態を判定する劣化レベル判定手段と、を具備する（請求項１）。

第２の発明では、上記劣化レベル判定手段は、判定結果を２進数で表した劣化レベルとして上記電子制御装置に送信する（請求項２）。

第３の発明では、上記電子制御装置は、上記劣化レベルに基づき上記ディーゼル燃焼機関の燃焼特性に応じて正常領域か劣化領域かを判定する（請求項３）。

第４の発明では、上記電流検出手段は、グロープラグに流れるプラグ電流を電圧に変換する電圧変換手段によって出力されたプラグ電流変換電圧に基づき電流検出を行う（請求項４）。

第５の発明では、上記電圧変換手段は、上記電源と上記グロープラグとの間に介装した電流検出用抵抗の上流側の電圧と下流側の電圧とを差動増幅器に入力し、プラグ電流に比例するプラグ電流変換電圧として出力する（請求項５）。

第６の発明では、上記劣化レベル判定手段は、上記電源と接地との間に劣化レベル上限決定用抵抗と（ｎ−１）個の劣化レベル案分用抵抗と劣化レベル下限決定用抵抗とを直列に接続し、これらの抵抗によって案分された電圧閾値と上記プラグ電流変換電圧とを比較器によって比較し、上記プラグ電流変換電圧がそれぞれの電圧閾値より低いときに上記比較器から出力することにより劣化レベルを決定する（請求項６）。

第７の発明では、上記劣化レベル判定手段は、上記比較器からの出力を２進数の自己診断信号に変化して上記電子制御装置に出力する（請求項７）。

第８の発明では、上記劣化レベル判定手段は、劣化レベルを４ランクから１６ランクの範囲で判定して、２ビットから４ビットの自己診断信号として出力する（請求項８）。

本発明によれば、グロープラグの劣化判定を行うために、上記グロープラググロープラグ通電制御ユニットから上記電子制御装置へ送信されるのは、上記グロープラググロープラグ通電制御ユニットに設けた上記劣化判定手段のアナログロジックにより瞬時に判定された各グロープラグの劣化レベルの判定結果のみを送信するだけなので、速やかに劣化レベル判定結果の送信が完了することができる。
また、実際のディーゼル燃焼機関の燃焼特性によって、許容できるグロープラグの劣化レベルの範囲が異なるため、上記電子制御装置では、送信された各劣化レベルを示すデータと上記電子制御装置に入力される運転状況を示すエンジン回転数、エンジン水温等のデータとから、マップ処理等により、適用されるディーゼル燃焼機関に応じて、上記劣化判定回路から入力された劣化レベルが正常領域か劣化領域かを判断することもできる。
グロープラグの劣化が進むにつれ、プラグ抵抗が大きくなり、グロープラグに流れるプラグ電流が低下するので、プラグ電流の低下に伴い、プラグ電流変換電圧も徐々に低下し、各比較器の電圧閾値よりも低くなると、各比較器が順次作動し、２進数化された自己診断信号によって各比較器のどの比較器までが差動しているかを劣化レベルとして表すことができる。
尚、劣化レベル判定手段は、各グロープラグのそれぞれに独立して設ける構成としても良いし、一つの劣化レベル判定手段を共用して各グロープラグからプラグ電流変換電圧の入力を順次切り替える構成としても良い。
本発明のように、電流検出手段によって検出したプラグ電流を電圧変換手段によって電圧に変換したプラグ電流変換電圧と複数の電圧閾値とを比較することにより、瞬時にグロープラグの劣化状態を判定し、その結果を劣化レベル信号として上記電子制御装置に送信できる。
さらに、プラグ電流変換電圧と比較する電圧閾値として電源の電圧を案分して入力しているので電源電圧の変動が相殺され、電源電圧の変動の影響を受けることなく、グロープラグの劣化の進行に伴うプラグ抵抗の変化によって劣化レベルを判定できる。

本発明の実施形態におけるグロープラグ劣化判定装置を含むグロープラグ通電制御装置全体の概要を示す構成図。 本発明の実施形態におけるグロープラグ劣化判定装置の具体例を示すブロック図。 グロープラグの劣化による変化を示し、（ａ）は、温度特性にかかる特性図、（ｂ）は、プラグ抵抗にかかる特性図、（ｃ）は、プラグ電流にかかる特性図。 グロープラグの劣化にかかる抵抗値に対するエンジン回転数との関係を示し、（ａ）は、プラグ抵抗の経時変化を示す特性図、（ｂ）は、エンジン回転数に対する劣化領域と正常領域の変化を示す特性図。 プラグ抵抗を検出するのに必要なプラグ電圧及びプラグ電流の情報量を示すシリアルデータのイメージ。 本発明の劣化判定装置において劣化レベルを７ランクに分類した実施例を示し、（ａ）は、劣化レベルを示す２進数、（ｂ）は、送信情報量を示すシリアルデータのイメージ、（ｃ）は、閾値の具体例と判定結果を示す実施例。 本発明の効果を比較例と共に示す通信イメージ。 本発明の劣化判定装置によって判定されたグロープラグの劣化レベルに基づき電子制御装置で行われる劣化判定フローチャートの一例 劣化レベル閾値算出マップの一例。

図１を参照して、本発明の実施形態としてディーゼル燃焼機関５０の気筒毎に装着されたグロープラグ４０（ＧＬ_１、ＧＬ_２、ＧＬ_３、ＧＬ_４）を負荷とし、ディーゼル燃焼機関５０の運転を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２０から駆動信号ＳＩを発信して、バッテリ等の電源１０とグロープラグ４０との間にスイッチ手段として介装されたＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体パワー素子Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４の開閉を駆動信号ＳＩにしたがって制御する駆動ユニット３１をグロープラグ４０への通電と遮断とを制御するグロープラグ通電制御ユニット３０に設けると共に、電源１０からグロープラグ４０までの駆動系の異常を検出してＥＣＵ２０に自己診断信号ＤＩを伝達する自己診断ユニットＤＩＵ３２にグロープラグ４０の劣化状態を判定する劣化レベル判定手段を設けた劣化判定装置１の概要について図１を参照しながら説明する。
尚、本実施形態においては、グロープラグ４０が４本設けられたディーゼル燃焼機関５０として４気筒エンジンを例に説明するが、本発明は本実施形態に限定するものではない。
グロープラグ４０は、発熱体として通電により発熱する導電性セラミック（例えば、炭化タングステンを主成分として窒化ケイ素等を含むセラミック抵抗体）からなる発熱体を絶縁性セラミック（例えば、窒化ケイ素を主成分として硅化モリブデン等を含むセラミック絶縁体）からなる支持体に埋設したセラミックグロープラグが用いられている。

グロープラグ劣化判定装置１は、車載バッテリ等の電源１０と、エンジンの駆動を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２０とＥＣＵ２０から機関の運転状況に応じて発信される駆動信号ＳＩにしたがってディーゼル燃焼機関５０の気筒毎に設けたグロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）への通電を制御するグロープラグ通電制御ユニット（ＧＣＵ）３０とによって構成されている。
ＧＣＵ３０は、開閉により、電源１０からのグロープラグ４０への電力の供給と遮断とを制御するＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子を含むスイッチ手段Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４と、ＥＣＵ２０から発信された駆動信号ＳＩにしたがって駆動信号Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３、Ｇ_４を所定の間隔をずらしながら発信してスイッチ手段Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４を開閉駆動する駆動制御ユニット（ＤＣＵ）３１と、電流検出用抵抗（シャント抵抗）Ｒｓ等の電流検出手段Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４と、電流検出手段Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４によって検出された各グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬから、グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化状態を判定する劣化レベル判定手段として劣化レベル判定回路３３０とを含む自己診断ユニット（ＤＩＵ）３２とによって構成されている。

シャント抵抗Ｒｓの上流側の電圧Ｖ_ａ１、Ｖ_ａ２、Ｖ_ａ３、Ｖ_ａ４が電圧変換手段として設けられた差動増幅器３２１、３２２、３２３、３２４の非反転入力端子＋に入力され、シャント抵抗Ｒｓの下流側の電圧Ｖ_ｂ１、Ｖ_ｂ２、Ｖ_ｂ３、Ｖ_ｂ４が差動増幅器３２１、３２２、３２３、３２４の反転入力端子−に入力され、グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）のそれぞれに流れるプラグ電流Ｉ_{ＧＬ（１〜４）}に比例して増幅されたプラグ電流変換電圧Ｖｉ_{（１〜４）}が出力される。
差動増幅器３２１、３２２、３２３、３２４から出力されたプラグ電流変換電圧Ｖｉ_{（１〜４）}は、劣化レベル判定回路３３０に入力され、グロープラグ４０の劣化状態が判定される。
劣化レベル判定回路３３０で判定された判定結果は、自己診断信号ＤＩの一部としてＥＣＵ２０に送信される。
ＥＣＵ２０からＧＶＵ３０への駆動信号ＳＩの送信とＣＧＵ３０からＥＣＵ２０への自己診断信号ＤＩの送信とは、シリアルインターフェースを介して行われる。

電源１０は、制御回路に供給される制御電圧＋Ｂと負荷を駆動する駆動電圧ＢＡＴＴとに分配されている。
制御電圧＋Ｂは、ヒューズ１２１と主リレー（ＭＲＹ）１２０とを介して、ＥＣＵ２０とＧＣＵ３０とに供給され、駆動電圧ＢＡＴＴは、ヒューズ１３１とグローリレー（ＧＲＹ）１３０とを介してＧＣＵ３０に供給されている。

主スイッチ１１が閉じられると、主リレーＭＲＹ１２０が閉じられ制御電圧＋ＢがＥＣＵ２０とＧＣＵ３０とに供給される。
同時に、グローリレーＧＲＹ１３１が閉じられ、駆動電圧ＢＡＴＴがＧＣＵ３０に供給される。
ＥＣＵ２０には、図略の水温センサ、クランク角センサ、回転速度センサ、スロットルセンサ、グロープラグ温度センサ等の運転状況検出手段によって検出されたエンジン水温Ｔｗ、クランク角ＣＡ、回転数Ｎｅ、スロットル開度ＳＬ、グロープラグ温度Ｔｇ等の機関の運転状況を示す情報が入力され、グロープラグ４０の発熱量を所望の値に調整すべくデューティ比を算出した駆動信号ＳＩが発信される。

図２を参照して、より具体的な劣化判定回路３３０について説明する。
劣化判定回路３３０は、電源１０と接地との間に直列に配設されバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴを所定の電圧に案分する劣化レベル上限決定用抵抗Ｒ_１と劣化レベル下限決定用抵抗Ｒ_２と（ｎ―１）個の劣化レベル案分用抵抗Ｒと、差動増幅器３２１（３２２、３２３、３２４）によって差動増幅されたプラグ電流変換電圧Ｖｉと電圧閾値Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎとを比較するｎ個のコンパレータ（比較器）ＣＭＰ_１〜ＣＭＰ_ｎとコンパレータＣＭＰ〜ＣＭＰ_ｎの出力を２進数のダイアグコードに変換するエンコーダ３３１と、エンコーダ３３１によって変換されたダイアグコードを自己診断信号ＤＩの一部としてＥＣＵ２０に出力するダイアグコード出力インターフェース３３２とによって構成されている。

グロープラグ４０の劣化が進むと徐々にプラグ抵抗Ｒ_ＧＬが上昇し、グロープラグ４０に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬは徐々に低下する。
そこで、コンパレータＣＭＰ_１〜ＣＭＰｎの反転入力端子−には、電流検出手段Ｓ１によって検出されたプラグ電流Ｉ_ＧＬに比例する差動増幅電圧Ｖｉが入力され、コンパレータＣＭＰ_１〜ＣＭＰ_ｎの非反転入力端子＋には劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_ｎに応じた電圧閾値Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎが入力される。
電圧閾値Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎは、劣化レベル上限決定用抵抗Ｒ_１と劣化レベル下限決定用抵抗Ｒ_２と（ｎ―１）個の劣化レベル案分用抵抗Ｒとを直列に接続してバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴを劣化レベルに応じた閾値に案分されている。

グロープラグ４０の劣化が進むにつれ、プラグ抵抗Ｒ_ＧＬが大きくなり、グロープラグ４０に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬが低下するので、プラグ電流Ｉ_ＧＬの低下に伴い、プラグ電流変換電圧Ｖｉも徐々に低下し、各コンパレータＣＭＰ_１〜ＣＭＰ_ｎの電圧閾値Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎよりも低くなると、各コンパレータＭＰ_１〜ＣＭＰ_ｎが順次作動し、エンコーダ３３１によって２進数化されたダイアグコードによってＣＭＰ_１〜ＣＭＰ_ｎのどのコンパレータまでが作動しているかを劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_ｎとして表すことができる。
尚、劣化レベル判定回路３２は、各グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）のそれぞれに独立して設ける構成としても良いし、一つの劣化レベル判定回路３２を共用して各グロープラグＧＬ_１〜ＧＬ_４からプラグ電流変換電圧Ｖｉ_{（１〜４）}の入力を順次切り替える構成としても良い。

本実施形態のように、電流検出手段Ｓ_１〜Ｓ_４によって検出したプラグ電流Ｉ_ＧＬ１〜Ｉ_ＧＬ４に比例する差動増幅電圧Ｖｉと複数の電圧閾値Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎとを比較することにより、瞬時にグロープラグ４０の劣化状態を判定し、その結果をレベルＬ_０〜レベルＬ_ｎの劣化レベル信号ＬＶ_１〜ＬＶ_４としてＥＣＵ２０に送信できる。
また、差動増幅電圧Ｖｉと比較する電圧閾値Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎとしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴを案分して入力しているのでバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴの変動が相殺され、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴの変動の影響を受けることなくグロープラグ５０の劣化の進行に伴うプラグ抵抗Ｒ_ＧＬの変化によって劣化レベルを判定できる。

ここで、図３、図４を参照して、グロープラグ４０の劣化に伴うプラグ抵抗Ｒ_ＧＬの変化とその測定の困難性について説明する。
図３（ａ）は、グロープラグ４０が新品の状態でのアイドリング時における温度特性と劣化が進んだ状態でのアイドリング時における温度特性を示す。図３（ａ）に示すように、新品の状態では、数秒で所望の温度に到達するが、劣化が進んだ状態では、発熱温度が十分に上昇せず、このような状態で使用を続けるとディーゼル燃焼機関５０で失火を招く虞がある。
図３（ｂ）は、グロープラグ４０が新品の状態でのアイドリング時における抵抗特性と劣化が進んだ状態でのアイドリング時における抵抗特性を示す。図３（ｂ）に示すように、セラミックグロープラグでは、通電により抵抗値が上昇する（例えば、１Ωから２Ω）のに加え、劣化によってさらに抵抗値が上昇する（例えば、２Ωから６Ω）。このため、プラグ抵抗Ｒ_ＧＬの上昇が通電によるものなのか、劣化によるものなのかを判別する必要がある。また、プラグ抵抗Ｒ_ＧＬは、新品の場合も劣化が進んだ場合も、通電開始から１０〜２０秒程度で安定化し、一定の値となる。
図３（ｃ）は、グロープラグ４０が新品の状態でのアイドリング時における電流特性と劣化が進んだ状態でのアイドリング時における電流特性を示す。図３（ｃ）に示すように、セラミックグロープラグは、突入電流が数十Ａと大きく、通電によって徐々にグロープラグに流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬが低下する（例えば、６Ａ以下）が、劣化が進むとさらにプラグ電流Ｉ_ＧＬは低くなる（例えば、２Ａ以下）。

図４（ａ）は、エンジン回転数の変化によるプラグ抵抗Ｒ_ＧＬの変化を示す。図４（ａ）に示すように、エンジンの回転数が高くなるとプラグ抵抗Ｒ_ＧＬの降下を招く。これは、高回転時には、燃焼室内に発生する筒内気流が強く、燃料の噴霧量も多く、吸熱量が増加するので、グロープラグ４０の発熱温度も低くなる。これに伴い、プラグ抵抗Ｒ_ＧＬが低くなるためである。
プラグ抵抗Ｒ_ＧＬ測定時におけるディーゼル燃焼機関５０の運転状況によってプラグ抵抗Ｒ_ＧＬが変化するので、プラグ抵抗Ｒ_ＧＬの変化が、グロープラグ４０の劣化によるものなのか、ディーゼル燃焼機関５０の運転状況の変化によるものなのかを判別しなければならない。
したがって、グロープラグ４０が正常な状態であると判定される正常領域と劣化が進んだ状態であると判定される劣化領域とは、図４（ｂ）に示すように、ディーゼル燃焼機関５０の回転数ＮＥによって右肩下がりに変化する。
また、本発明において、グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化判定をすべく、電流検出手段Ｓ_１〜Ｓ_４を用いて行うプラグ電流（Ｉ_ＧＬ１〜Ｉ_ＧＬ４）の検出、又は、検出結果の読み込みを行うのは、エンジン始動後又はグロープラグ４０への通電開始後、１０秒〜２０秒経過してプラグ電流Ｉ_ＧＬの安定した時期に行うのが望ましい。

グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）に印加されるプラグ電圧Ｖ_ＧＬ１、Ｖ_ＧＬ２、Ｖ_ＧＬ３、Ｖ_ＧＬ４（例えば、０〜１４Ｖ）とグロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬ１、Ｉ_ＧＬ２、Ｉ_ＧＬ３、Ｉ_ＧＬ４（例えば、０〜１２７Ａ）とをフルレンジの１００分の１の精度で送信しようとすると、１０ビット程度の情報量となり、一般にシリアル通信においては、８ビット単位で送信されるので、従来行われているように、プラグ電圧Ｖ_ＧＬ１、Ｖ_ＧＬ２、Ｖ_ＧＬ３、Ｖ_ＧＬ４とプラグ電流Ｉ_ＧＬ１、Ｉ_ＧＬ２、Ｉ_ＧＬ３、Ｉ_ＧＬ４とからプラグ抵抗Ｒ_ＧＬを精度良く算出しようとすると、ＧＣＵ３０で用いられるＩＣでは、演算能力が低く、ＥＣＵ２０に用いられるＭＰＵ等の高度な演算処理能力を要し、ＥＣＵ２０に送信される総データ量は、図５に示すように、１６ビット×２種類×４気筒の１２８ビット（Ｄ_０ａ１〜Ｄ_１５ａ１、Ｄ_０ｂ１〜Ｄ_１５ａ１、Ｄ_０ａ２〜Ｄ_１５ａ２、Ｄ_０ｂ２〜Ｄ_１５ａ２、Ｄ_０ａ３〜Ｄ_１５ａ３、Ｄ_０ｂ３〜Ｄ_１５ａ３、Ｄ_０ａ４〜Ｄ_１５ａ４、Ｄ_０ｂ４〜Ｄ_１５ａ４）となる。

一方、本発明のグロープラグ判定装置１では、その判定結果を示すのに、図６（ａ）に示すように、Ｊ_１〜Ｊ_３の３ビットの情報量で、劣化レベルを正常レベル（Ｌ_０、０００）、劣化レベル１（Ｌ_１、００１）、劣化レベル２（Ｌ_２、０１０）、劣化レベル３（Ｌ_３、０１１）、劣化レベル４（Ｌ_４、１００）、劣化レベル５（Ｌ_５、１０１）、劣化レベル６（Ｌ_６、１１０）、劣化レベル７（Ｌ_７、１１１）の８ランクに分類して表すことができ、グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）に対して劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_４を判定し、これをシリアルデータとして送信する場合、図６（ｂ）に示すように、総データ量は、１６ビットあれば十分となる。
図６（ｃ）に本発明の劣化判定装置１の実施例１として、Ｒ_１＝４・Ｒ、Ｒ_２＝４・Ｒ、ｎ＝７に設定し、劣化レベルを８ランクに分類した具体例を示す。

図７を参照して、本発明の効果について説明する。
上述のごとく、従来のように、プラグ電圧Ｖ_ＧＬとプラグ電流Ｉ_ＧＬとからプラグ抵抗Ｒ_ＧＬを算出しようとすると、必要な総データ量は１２８ビットとなり、１秒間に８ビットずつ送信した場合、図７（ａ）に示すように、全てのデータを送信するのに、１６秒かかることになり、その間、ディーゼル燃焼機関５０の運転条件を変更することができなくなるか、全てのグロープラグ４０の劣化判定が完了しないうちに、運転状況が変化し、判定の基準となるプラグ抵抗Ｒ_ＧＬが安定せず、劣化判定できなくなる虞がある。
一方、本発明によれば、グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化判定を行うために、ＧＣＵ３０からＥＣＵ２０へ送信されるのは、ＧＣＵ３０に設けた劣化判定回路３３０のアナログロジックにより瞬時に判定された各グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_４の判定結果のみを送信するだけなので、総データ量は１６ビット以下であるため、１秒間に８ビットずつデータを送信したとしても、図７（ｂ）に示すように、２秒で全てのグロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化レベル判定結果の送信が完了することができる。

また、実際のディーゼル燃焼機関５０の燃焼特性によって、許容できるグロープラグ４０の劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_４の範囲（０００〜１１１）が異なるため、ＥＣＵ２０では、送信された各劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_４を示す正常レベル（０００）〜劣化レベル７（１１１）のデータとＥＣＵ２０に入力される運転状況を示すエンジン回転数ＮＥ、エンジン水温ＴＷ等のデータとから、マップ処理等により、適用されるディーゼル燃焼機関５０に応じて、劣化レベルＬＶ_１〜ＬＶ_４（０００〜１１１）が正常領域か劣化領域かを判断することができる。

上記実施形態においては、劣化レベルを８ランクに分類した実施例を示したが、本発明は、８ランクに限定するものではなく、適応するディーゼル燃焼機関の通信環境や、ＥＣＵの処理能力に応じて、４ランクから１６ランクまで適宜変更可能である。正常レベル（００）、劣化レベル１（０１）、劣化レベル２（１０）、劣化レベル３（１１）の４ランクに分類する場合には、グロープラグ１本当たり２ビットのデータ量で良く、正常レベル（００００）から劣化レベル１５（１１１１）の１６ランクに分類する場合でもグロープラグ１本当たり４ビットのデータ量で良い。

図８、９を参照して、本発明のグロープラグ劣化判定装置によって判定されたグロープラグの劣化レベルから、適応するディーゼル燃焼機関に応じた劣化判定をする劣化判定制御方法とその判定に用いられる劣化レベルの閾値の具体例について説明する。
なお、本実施例においては、劣化レベルを０００〜１１１の８ランクに分類した場合を例として説明する。
ＥＣＵ２０では、ＧＣＵ３０から送信された劣化レベル信号ＬＶ_１、ＬＶ_２、ＬＶ_３、ＬＶ_４に基づいて、図８に示すような制御フローにしたがって、劣化判定がなされる。
ステップＳ１００のグロープラグ劣化判定開始可否判定処理では、エンジン回転数の変化が２００ｒｐｍ以内に収まっている状態が５秒以上継続しているか否かによってエンジン回転数が安定状態であるか否が判定され、安定状態の場合に実質的なグロープラグの劣化判定が開始される。

ステップＳ１００において、エンジン回転数ＮＥの変化が２００ｒｐｍ以内である場合には安定状態であると判定しＹｅｓに進む。
加速時や減速時等エンジン回転数ＮＥの変化が２００ｒｐｍより大きい場合には、エンジン回転数が不安定であり、正確にグロープラグの劣化判定を行うことが困難であるので、Ｎｏに進み、エンジン回転数ＮＥが安定するまでＳ１００を繰り返す。
ステップＳ１１０のグロープラグ通電状態判定処理ではグロープラグに通電される実効電圧Ｖ_ＧＬＥが１０秒以上変化していないか否かが判定され、実効電圧Ｖ_ＧＬＥが１０秒以上変化していない場合には、グロープラグの劣化判定が可能であると判定されＹｅｓに進む。
グロープラグに通電される実効電圧Ｖ_ＧＬＥが１０秒以内に変化する場合には、バッテリの容量変化やオルタネータからの充電量の変化等によって電源電圧Ｖ_ＢＡＴＴが不安定となっている虞があり、正確にグロープラグ４０の劣化判定を行うことが困難であるので、Ｎｏに進み、実効電圧Ｖ_ＧＬＥが安定するまでステップＳ１００〜ステップＳ１１０を繰り返す。
ステップＳ１２０の劣化レベル閾値算出処理では、図９に示すような予め用意されたマップにしたがって、エンジン回転数ＮＥとグロープラグ通電実効電圧Ｖ_ＧＬＥとから劣化レベル信号ＬＶ_１〜ＬＶ_４からグロープラグの劣化状態を判定するための閾値ＬＶ_ＲＥＦが算出される。
ステップＳ１３０の劣化レベル判定処理では、ＧＣＵ３０から送信された劣化レベル信号ＬＶ_１〜ＬＶ_４によって表される各グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化レベル（Ｌ０、０００〜Ｌ７、１１１）とステップＳ１３０で算出された閾値ＬＶ_ＲＥＦとの比較によって、各グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）の劣化判定が実施される。
劣化レベル（Ｌ０、０００〜Ｌ７、１１１）が劣化レベル閾値よりも大きい場合には、グロープラグが劣化状態であると判定されＹｅｓに進む。
劣化レベルが劣化レベル閾値ＬＶ_ＲＥＦよりも小さい場合には正常領域であると判定され、Ｎｏに進み、劣化判定されるまでステップＳ１００〜ステップＳ１３０が繰り返される。
劣化レベルが劣化レベル閾値を超え、ステップＳ１４０の劣化判定がされた場合には、グロープラグが劣化状態であることを知らせるべく警報を発信したり、ダイアグ情報を記録したりする等の処理を適宜行い、劣化判定を終了する。

例えば、エンジン回転数ＮＥが５００ｒｐｍのアイドリング状態で、グロー通電事項電圧Ｖ_ＧＬＥが１２Ｖにおいて劣化判定処理が開始された場合、劣化レベル閾値ＬＶ_ＲＥＦは、５となる。
ＧＣＵ３０からＥＣＵ２０へ発信された劣化レベル信号ＬＶ_１〜ＬＶ_４が、（００００１０１１０００１）であるとすると、グロープラグ４０（ＧＬ１、ＧＬ_２、ＧＬ_３、ＧＬ_４）の劣化レベル信号ＬＶ_１、ＬＶ_２、ＬＶ_３、ＬＶ_４は、それぞれ、劣化レベル０、２、６、１であるので、劣化レベル閾値ＬＶ_ＲＥＦの５より大きいグロープラグ４０（ＧＬ_３）のみが劣化領域であると判定され、他のグロープラグ４０（ＧＬ_１、ＧＬ_２、ＧＬ_４）は正常領域であると判定される。

上記実施形態においては、グロープラグ４０（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬを検出する電流検出手段（Ｓ_１〜Ｓ_４）として、シャント抵抗Ｒｓを用いる構成を示したが、本発明に用いられる電流検出手段（Ｓ_１〜Ｓ_４）は、シャント抵抗Ｒｓに限定するものではなく、グロープラグ４０に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＬを電圧に変換する電圧変換手段によってプラグ電流変換電圧Ｖｉに変換してプラグ電流Ｉ_ＧＬに比例する電圧を出力ができるものであれば、電流センサやセンスＭＯＳ等の電流検出手段を適宜採用できる。

なお、一般にエミッションの多い大排気量エンジンでは、グロープラグの劣化の程度が僅かであっても発熱温度が所望の温度を下回ると、エミッションが法規制を越えてしまうような場合には劣化レベルの低い状態で劣化と判定する必要があり、もともとのエミッションが少なく、始動時の着火補助としてグロープラグが機能すれば良いエンジンの場合には、劣化レベルの高い状態を許容することができる。

１ グロープラグ劣化判定装置
１０ 電源（バッテリ）
１１ 主スイッチ
１２０ 主リレー
１３０ グローリレー
１２１、１３１ ヒューズ
２０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
３０ グロープラグ制御装置（ＧＣＵ）
３１ 駆動制御ユニット（ＤＣＵ）
３２ 自己診断ユニット（ＤＩＵ）
３２１〜３２４ 電圧変換手段（差動増幅器）
３３０ 劣化レベル判定回路
３３１ エンコーダ
３３２ ダイアグコード出力インターフェース
４０ グロープラグ（ＧＬ_１〜ＧＬ_４）
５０ ディーゼルエンジン
Ｔ_１〜Ｔ_４ スイッチ手段（ＭＯＳ）
ＳＩ、Ｇ_１〜Ｇ_４ 駆動信号
ＤＩ 自己診断信号
Ｖ_ＢＡＴＴ バッテリ電圧
Ｖ_１ａ、Ｖ_２ａ、Ｖ_３ａ、Ｖ_４ａ シャント抵抗上流電圧
Ｖ_１ｂ、Ｖ_２ｂ、Ｖ_３ｂ、Ｖ_４ｂ シャント抵抗下流電圧
Ｖ_ＧＬ プラグ電圧
Ｉ_ＧＬ プラグ電流
Ｖｉ プラグ電流変換電圧（差動増幅電圧）
Ｖｒｅｆ_１〜Ｖｒｅｆ_ｎ 劣化レベル判定用閾値
Ｒ_１ 劣化レベル上限決定用抵抗
Ｒ_２ 劣化レベル下限決定用抵抗
Ｒ 劣化レベル案分用抵抗
Ｒｓ シャント抵抗
Ｒ_ＧＬ プラグ抵抗
Ｓ_１〜Ｓ_４ 電流検出手段（シャント抵抗）
ＬＶ_１〜ＬＶ_ｎ 劣化レベル出力

特開２００１−６６３２９号公報 特開２００８−３１９７９号公報 特開２００８−２９７９２５号公報 特開２００３−２４７７２１号公報 特開２００５−１４７５３３号公報

Claims (8)

1. ディーゼル燃焼機関の気筒毎に装着され、通電により発熱するグロープラグと、
   上記ディーゼル燃焼機関の運転を制御する電子制御装置と、
   上記ディーゼル燃焼機関の運転状況に応じて上記電子制御装置から発信される駆動信号にしたがって、スイッチ手段を開閉駆動して、電源から上記グロープラグへの通電を制御するグロープラグ通電制御ユニットと、
   上記グロープラグと上記グロープラグ通電制御ユニットとの異常を検出して自己診断信号を上記電子制御装置に発信する自己診断ユニットとを具備し、
   上記自己診断ユニットによって上記グロープラグの劣化状態を判定するグロープラグ劣化判定装置において、
   グロープラグに流れるプラグ電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段によって検出されたプラグ電流と複数の閾値との比較によってグロープラグの劣化状態を判定する劣化レベル判定手段と、を具備することを特徴とするグロープラグ劣化判定装置。
2. 上記劣化レベル判定手段は、判定結果を２進数で表した劣化レベルとして上記電子制御装置に送信する請求項１に記載のグロープラグ劣化判定装置。
3. 上記電子制御装置は、上記劣化レベルに基づき上記ディーゼル燃焼機関の燃焼特性に応じて正常領域か劣化領域かを判定する請求項１又は２に記載のグロープラグ劣化判定装置。
4. 上記電流検出手段は、グロープラグに流れるプラグ電流を電圧に変換する電圧変換手段によって出力されたプラグ電流変換電圧に基づき電流検出を行う請求項１ないし３のいずれかに記載のグロープラグ劣化判定装置。
5. 上記電圧変換手段は、上記電源と上記グロープラグとの間に介装した電流検出用抵抗の上流側の電圧と下流側の電圧とを差動増幅器に入力し、プラグ電流に比例するプラグ電流変換電圧として出力する請求項４に記載のグロープラグ劣化判定装置。
6. 上記劣化レベル判定手段は、上記電源と接地との間に劣化レベル上限決定用抵抗と（ｎ−１）個の劣化レベル案分用抵抗と劣化レベル下限決定用抵抗とを直列に接続し、これらの抵抗によって案分された電圧閾値と上記プラグ電流変換電圧とを比較器によって比較し、上記プラグ電流変換電圧がそれぞれの電圧閾値より低いときに上記比較器から出力することにより劣化レベルを決定する請求項４又は５に記載のグロープラグ劣化判定装置。
7. 上記劣化レベル判定手段は、上記比較器からの出力を２進数の自己診断信号に変化して上記電子制御装置に出力する請求項６に記載のグロープラグ劣化判定装置。
8. 上記劣化レベル判定手段は、劣化レベルを４ランクから１６ランクの範囲で判定して、２ビットから４ビットの自己診断信号として出力する請求項７に記載のグロープラグ劣化判定装置。

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