JP2011511205A - 内燃機関の少なくとも１つのグロープラグの監視方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の少なくとも１つのグロープラグを監視するための方法に関している。この方法では少なくとも１つのグロープラグを流れる電流を表している時間依存性の特性量が、エラー識別のために、少なくとも１つの時間依存性の最小閾値及び／又は最大閾値と比較され、前記時間依存性の特性量が前記最小閾値よりも大きい場合、及び／又は前記時間依存性の特性量が最大閾値よりも小さい場合に、エラーが識別される。本発明によれば、前記時間依存性の特性量の一次導関数が、前記最大閾値の一次導関数と比較され、さらに前記時間依存性の特性量の二次導関数が、前記最大閾値の二次導関数と比較され、前記時間依存性の特性量の一次導関数が前記最大閾値の一次導関数よりも小さくかつ前記時間依存性の特性量の二次導関数が前記最大閾値の二次導関数よりも小さい場合に、エラーが識別される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、内燃機関の少なくとも１つのグロープラグを監視するための方法に関しており、さらに請求項９の上位概念による、内燃機関の少なくとも１つのグロープラグを監視するための装置に関している。

内燃機関のグロープラグの監視は通常は、グロープラグを通って流れる電流を所定の固定閾値と比較することによって行われている。グロープラグによる電流消費が閾値よりも小さいと、このグロープラグには欠陥の疑いがありとしての評価が下される。これに対して例えばアナログ回路では、コンパレータや差動増幅器が用いられている。マイクロコンピュータをベースにグロー期間を制御している機器では、グロープラグを流れる電流に相応するデジタル値がアナログ／デジタル変換器を介して求められ、このデジタル値が、記憶されているデジタルの閾値と比較される。

ここで問題となることは、供給電圧印加後のグロープラグの電流経過が時間に強く依存していることであり、そのため、前述したような固定の電流値に基づいてグロープラグの監視を行う従来技法では、評価が非常に粗いものになってしまう。

図５のグラフには、少なくとも１つのグロープラグを監視するための、グロープラグを流れる通流電流Ｉ_Kerzeの経過が時間軸で示されている。このようなグラフは、従来方式による欠陥の生じたグロープラグを検出するための手法に頻繁に用いられている。このグラフでは、グロープラグの欠陥の可能性が時間の経過と共に増加し、その電流経過は低減している。特にこのような従来方式では下方の閾値Ｉ_Uを用いることがよく知られている。この下方の閾値Ｉ_Uはグロープラグのモデリングに基づいて定められるか、又は計算モデルから導出され得る。この下方の閾値Ｉ_Uはエラー識別のための閾値である。そのため従来技法では、電流経過がこの下方の閾値Ｉ_Uを下回ると、グロープラグにエラーが発生したことが識別される。さらにグロープラグの不所望な溶解ないしは金属コア部分の加熱部の不所望な溶解を避けるために、グロープラグの回路パスが中断される。このようなグロープラグの溶解はエンジン全体の故障につながりかねない。その他にも前記下方の閾値Ｉ_Uとは別に上方の閾値が定められてもよい。その場合には、電流経過がこの上方の閾値を上回ったときに、グロープラグに対するエラー判定が下される。

電流値の減少が大きくなるにつれて電流経過が非連続的に経過することは、欠点として判明していることである。当該の図面では、時点ｔ１において、電流経過が電流値Ｉ_Bの下方側で跳躍的な経過をたどり、少なくとも強い波形状の形態で表されている。その際の電流値Ｉ_Bは、まだ下方の閾値Ｉ_Uよりは上に存在している。従来技法では電流値Ｉ_Bよりも上にある電流経過、すなわち時点ｔ１までの時間領域において生じ得る電流経過はわかっている。より厳密に言えば、この時間領域における電流経過は予測若しくはモデリングが可能である。しかしながらそれに対して、時点ｔ１以降の時間領域における、電流値Ｉ_Bよりも下方の電流経過は正確に予測することが困難である。このことは非常に不利となる。なぜならこの時間領域における、下方の閾値Ｉ_Uの下回りがほとんど識別できないか、かなりの遅延を伴なってしか識別できないからである。それにより、グロープラグのエラー識別に対する信頼性が損なわれ、それに伴って例えばグロープラグの溶融やエンジン全体の故障を引き起こすリスクも高まってしまう。

発明の開示
本発明の課題は、内燃機関の少なくとも１つのグロープラグの信頼性の高い監視を可能にする方法を提供することである。また本発明のさらなる課題は、そのような方法に適した装置を提供することである。

前記課題は本発明により、以下の方法によって解決される。すなわち、
内燃機関の少なくとも１つのグロープラグを監視するための方法であって、
少なくとも１つのグロープラグを流れる電流を表している時間依存性の特性量が、エラー識別のために、少なくとも１つの時間依存性の最小閾値及び／又は最大閾値と比較され、前記時間依存性の特性量が前記最小閾値よりも大きい場合、及び／又は前記時間依存性の特性量が最大閾値よりも小さい場合に、エラーが識別される形式の方法において、
前記時間依存性の特性量の一次導関数の値が、前記最大閾値の一次導関数の値と比較され、さらに、前記時間依存性の特性量の二次導関数の値が、前記最大閾値の二次導関数の値と比較され、
前記時間依存性の特性量の一次導関数の値が前記最大閾値の一次導関数の値よりも小さく、かつ前記時間依存性の特性量の二次導関数の値が前記最大閾値の二次導関数の値よりも小さい場合に、エラーが識別される、すなわちエラー判定が下されるようにして解決される。

この本発明による方法の重要な観点は、グロープラグのエラーが高い信頼性のもとで判定される点である。

本発明による方法の有利な実施例は、従属請求項２から８に記載されている。

それにより、本発明の有利な実施形態によれば、少なくとも１つのグロープラグを流れる電流を表している時間依存性の特性量は、グロープラグに基づく抵抗モデルである。これにより、制御機器における回路コストないしはプログラムコストの著しい削減が可能となり、簡単で低コストな解決手段が実現される。

また有利には、前記時間依存性の閾値は、対応するグロープラグの時間的な特徴を表す抵抗経過を含んでいる。ここでも同じ様に、制御機器における回路コストないしプログラムコストの著しい削減が可能となり、簡単で低コストな手段が得られるようになる。

本発明によれば有利には、エラーが識別された際に、グロープラグ回路パスの遮断が行われる。これによりグロープラグの不所望な溶融、特に金属コアの加熱部の溶融が回避される。

有利には、エラー識別の際に、相応する情報がエラーメモリに記憶される。それにより、グロープラグの効果的な制御が保証される。

有利には、エラー識別の際に、診断通知が送信される。それにより、グロープラグのさらに効果的な制御が保証される。

有利には、前記診断通知に対する応答として、グロープラグの制御が変更される。これにより、グロープラグの制御が常に新しいパラメータに更新され得る。

有利には、前記診断通知に対する応答として、グロープラグの状態に関する指示情報がドライバーに表示される。それにより、ドライバは常にグロープラグの状態に関する情報の提供が受けられる。場合によってはその走行特性に関する設定も可能である。

さらに前述した本発明の課題は、請求項９に記載の本発明による、内燃機関の少なくとも１つのグロープラグを監視するための装置によって解決される。

本発明の有利な実施形態によれば、内燃機関の少なくとも１つのグロープラグを監視するための装置は、
評価ユニットを有しており、
前記評価ユニットは比較手段を含んでおり、
前記比較手段は、少なくとも１つのグロープラグを流れる電流を表している時間依存性の特性量を、エラー識別のために、少なくとも１つの時間依存性の最小閾値及び／又は最大閾値と比較し、
前記評価ユニットは、前記時間依存性の特性量が前記最小閾値よりも大きい場合、及び／又は前記時間依存性の特性量が最大閾値よりも小さい場合に、エラーを識別する。さらにこの装置によれば、
前記評価ユニットはさらに別のさらなる比較手段を含んでおり、
前記さらなる比較手段は、前記時間依存性の特性量の一次導関数の値を前記最大閾値の一次導関数の値と比較し、さらに、前記時間依存性の特性量の二次導関数の値を前記最大閾値の二次導関数の値と比較し、
前記評価ユニットは、前記時間依存性の特性量の一次導関数の値が前記最大閾値の一次導関数の値よりも小さく、かつ前記時間依存性の特性量の二次導関数の値が前記最大閾値の二次導関数の値よりも小さい場合に、エラーを識別するように構成されている。これにより、制御機器の適用範囲におけるコストが著しく低減できるようになる。

有利には、前記複数の比較手段は、少なくとも１つの比較器を含んでいる。

この本発明による方法及び装置は、以下の明細書で、複数の実施例に基づいて詳細に説明される。

従来技法による少なくとも１つのグロープラグの監視装置の実施形態を示した図 従来技法によるグロープラグのシミュレーションを表した図 本発明による少なくとも１つのグロープラグの監視のための装置の有利な実施形態を表した図 本発明による少なくとも１つのグロープラグを監視するための実施形態での、グロープラグを流れる電流経過を時間に関して表した図 従来技法から公知の少なくとも１つのグロープラグを監視するための装置での、グロープラグを流れる電流経過を時間軸に関して示した図

実施例
図１には、従来技法による、少なくとも１つのグロープラグの監視のための装置の実施形態が示されている。このような実施形態は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０ ２００６ ００５ ７１１号明細書に開示されている。この明細書では、１つのグロープラグ１００が、供給電圧の２つの端子の間で電流測定手段１２０とスイッチング手段１１０に直列に接続されている。図示の実施例では、各グロープラグ毎に１つの電流測定手段１２０と１つのスイッチング手段１１０が設けられている。本発明による装置の構成のもとでは、内燃機関の複数のグロープラグに対して、または内燃機関の全てのグロープラグに対して、１つの共通のスイッチング手段１１０及び／又は１つの共通の電流測定手段１２０が設けられている。各グロープラグ毎に１つの電流測定手段１２０と１つのスイッチング手段１１０が割り当てられている、図示の実施形態によれば、複数のグロープラグが個別に駆動制御でき、それぞれのグロープラグを流れる電流を評価することが可能になる利点が得られる。複数のグロープラグを１つのグループに統合すれば、全てのグロープラグを統括的に駆動制御すること、及び／又は電流を統括的に評価することができるようになる。それにより、例えばスイッチング手段などの高価な構成素子を節約することができ、このことは最終的に著しいコストの削減をもたらす利点となり得る。

さらに制御ユニット１３０が設けられており、この制御ユニット１３０は、図には示されていないさらなる構成素子の他に、評価回路１３３、駆動制御回路１３５，エラー識別回路１３７を含んでいる。前記駆動制御回路１３５は、グロープラグに所望のエネルギーを供給するために、スイッチング手段１１０を駆動制御している。前記評価回路１３３は、電流測定手段１２０において降下する電圧を評価している。これはグロープラグを流れる電流を求めるためである。電流測定手段１２０は、有利にはオーム抵抗として構成されている。この電流測定手段１２０における電圧降下は測定側増幅器１４０に供給される。この増幅器１４０はその出力信号に対して、評価回路１３３からの出力信号も利用している。さらに前記測定側増幅器１４０の出力信号は比較器１５０に供給される。この比較器１５０の第２の入力側には、閾値設定回路１６０の出力信号が印加されている。

通常のグロープラグは、通電開始時点では非常に僅かな抵抗しか持たない。つまりこのことは、通電開始時点には非常にたくさんの電流が流れることを意味している。グロープラグの加熱によってその抵抗値は高まる。このことは電流の減少を引き起こす。これは欠点として捉えられる。なぜならここでは、電流値の減少が大きくなるにつれて電流経過が非連続的に経過するからである。

図２には従来技法、例えばドイツ連邦共和国特許出願第１０ ２００６ ００５ ７１１号明細書に開示されているようなグロープラグのシミュレーションが示されている。この図では図１の主要な構成要素、特に閾値設定回路１６０が、詳細に示されている。閾値設定回路１６０はこの実施形態では、実質的にＲＣ回路によって形成されている。このＲＣ回路は、抵抗２０１とコンデンサ２０５からなる直列回路で形成されており、この直列回路は、電流測定手段１２０とスイッチング手段１１０の間の接続点と測定端子の間に設けられている。すなわち、コンデンサ２０５には、実質的にグロープラグ１００における電圧降下に比例した電圧が印加される。さらに抵抗２０１と、さらなる抵抗２０２，２０３，２０４からなる直列回路が設けられている。この直列回路も相応に、スイッチング手段１１０と電流測定手段１２０の間の接続点と、測定端子との間に設けられている。抵抗２０２と２０３の間の接続点からは、比較器１５０ａに対する入力信号が取り出される。抵抗２０３と２０４の間の接続点からは、第２の比較器１５０ｂに対する入力信号が取り出される。これらの２つの比較器１５０ａと１５０ｂは図１に示されている比較器１５０に相当する。

この実施形態においては、２つの比較器が設けられており、これによって、下方の閾値と上方の閾値を用いた閾値問い合わせが可能となる。より簡素な実施形態においては、２つの比較器のうちの１つと、３つの抵抗２０２，２０３，２０４のうちの１つが省略可能である。この実施形態においては、１つの閾値との比較だけが可能である。重要なことは、コンデンサ２０５と抵抗２０１からなる直列回路と、分圧器に同じ電圧が印加されることである。この電圧は監視すべきグロープラグに印加されるものである。

グロープラグを通って流れる電流に相応する電圧降下は、コンデンサ２０５における電圧降下と比較される。この場合は全電圧ではなく、抵抗２０２，２０３，２０４からなる分圧器によって分圧された電圧が評価される。比較器１５０ａ及び１５０ｂの出力側にはそれぞれ、比較結果に依存してエラーを指示する信号またはエラーなしの動作状態を表示する信号が印加される。

図示の回路はグロープラグの簡単なシミュレーションを表している。コンデンサの電圧はコンデンサの充電具合に依存する。コンデンサは積分作用を有しており、グロープラグにもたらされたエネルギーを蓄積する。このことは、グロープラグにおける電圧降下に比例した電圧をコンデンサ２０５に印加することによって達成される。コンデンサ２０５における充電状態ないし電圧は、グロープラグの抵抗ないし温度に対する尺度となる。コンデンサと抵抗の値の適切な選択によって、抵抗２０２，２０３，２０４によって形成される分圧器の出力電圧の時間特性は、グロープラグを通る正常な電流の時間特性に相応する。抵抗値の相応の分割によって、下方及び／又は上方の閾値が予め設定される。電流経過は電流値の減少が大きくなるにつれて益々非連続的に経過する。このことは欠点とみなされる。

図３には、少なくとも１つのグロープラグを監視するための本発明による装置の１つの実施形態が示されている。

この実施形態においては、グロープラグから測定された電流経過Ｉ_Kerzeとグロープラグを介して印加されて測定された電圧Ｕ_Kerzeとが、計算ユニット３１０に入力され、この計算ユニット３１０は、電圧Ｕ_Kerzeを電流Ｉ_Kerzeで割った商からグロープラグの測定された抵抗値Ｒ_Kerze＝Ｕ_Kerze／_IKerzeを算出する。この場合は比率的な電流測定か又は電圧補償された電流測定が行われる。

前記抵抗値Ｒ_Kerzeは、評価ユニット３２０に入力される。この評価ユニット３２０では抵抗値Ｒ_Kerzeが第１の比較ユニット３３０に直接入力される。比較ユニットは例えば２つの比較器を含んでいる。第１の比較ユニット３３０にはそれぞれグロープラグの最小抵抗閾値Ｒ_minと最大抵抗閾値Ｒ_maxが入力される。この第１の比較ユニット３３０は、抵抗値Ｒ_Kerzeをグロープラグのそれぞれ最小抵抗値閾値Ｒ_min及び最大抵抗値Ｒ_maxと比較する。このことは既に図２及び図３に対する説明でも記載されている。

評価ユニット３２０はさらに一次導関数ｄ／ｄｔを算出する第１の導出ユニット３４０を含んでおり、このユニットも抵抗値Ｒ_Kerzeを供給するための信号パスに接続されている。つまりここでは第１の導出ユニット３４０は抵抗値Ｒ_Kerzeに対する一次導関数を算出し、その結果を第２の比較ユニット３５０に供給している。第２の比較ユニット３５０は、第１の導出ユニット３４０からの一次導関数の結果を、グロープラグの最大抵抗閾値の一次導関数の値Ｒ′_maxと比較する。

さらに評価ユニット３２０は第２の導出ユニット３６０を含んでおり、この第２の導出ユニット３６０は第１の導出ユニット３４０の出力側と接続している。第２の導出ユニット３６０は抵抗値Ｒ_Kerzeの一次導関数に対するさらなる時間導関数を算出し、その結果、すなわち抵抗値Ｒ_Kerzeの二階の微分結果を第３の比較器３７０に供給している。この第３の比較器３７０は、第２の導出ユニット３６０からの抵抗値Ｒ_Kerzeの二次導関数の結果を、グロープラグの最大抵抗閾値の二次導関数の値Ｒ″_maxと比較する。

前記評価ユニット３２０の第１の比較ユニット３３０は次のように構成されている。すなわち、抵抗値Ｒ_Kerzeが最小抵抗閾値Ｒ_minよりも大きいか、又は抵抗値Ｒ_Kerzeが最大抵抗閾値Ｒ_maxよりも小さい場合には、グロープラグのエラーを示唆する信号を出力するように構成されている。それに対して評価ユニット３２０の第２の比較ユニット３５０は次のように構成されている。すなわち、グロープラグの抵抗値の一次導関数の値が最大抵抗閾値の一次導関数の値Ｒ′_maxよりも小さい場合に、グロープラグのエラーを示唆する信号を出力するように構成されている。さらに評価ユニット３２０の第３の比較器３７０は次のように構成されている。すなわち、グロープラグの抵抗値の二次導関数の値が最大抵抗閾値の二次導関数の値Ｒ″_maxの値よりも小さい場合に、グロープラグのエラーを示唆する信号を出力するように構成されている。

グロープラグのエラーを示唆すべく出力された信号は、それぞれ制御ユニット３８０に入力される。この制御ユニット３８０は、個々の入力された信号のみに応じて、グロープラグの回路パスを遮断するか、及び／又は、相応する情報をエラーメモリ３８２に記憶させるか、及び／又は、送信装置３８４を介して診断通知を送信する。前記エラーメモリ３８２と送信装置３８４は、この場合インターフェース３８６を介して接続され得る。このインターフェース３８６は複数の入力信号を制御ユニット３８０に取込み、それぞれエラーメモリ３８２や送信装置３８４に転送している。

前述の送信された診断通知に応じてグロープラグユニット４００（このユニットは送信装置３８４と接続されている）内では、グロープラグ制御の変更が最適に制御される。さらに前述の送信された診断通知に応じてドライバーには、表示装置４１０を介してグロープラグの状態に関する指示情報が表示される。

図４には、本発明による実施形態におけるグロープラグを通る電流の一次導関数Ｉ′_Kerzeの電流経過がダイヤグラムで示されている。ここでの本発明による実施形態における電流経過は、少なくとも１つのグロープラグの監視のために用いられている。ここではグロープラグを通って流れる電流の一次導関数の値Ｉ′_Kerzeが、時間軸ｔに亘ってプロットされている。このダイヤグラム中には、可能な閾値Ｉ′Ｓがプロットされている。この場合グロープラグを通って流れる電流の一次導関数の値Ｉ′_Kerzeが、前記閾値Ｉ′Ｓを上回った場合には、エラーを生じているグロープラグの状態が識別される。ここでは時点ｔ１までの間は、グロープラグを通って流れる電流の一次導関数の値Ｉ′_Kerzeの経過が、前記閾値Ｉ′Ｓの下方側で推移している。そして時点ｔ１において、突然このグロープラグを通って流れる電流の一次導関数の値Ｉ′_Kerzeの経過が急上昇している。これはグロープラグに突然の欠陥が生じたことを示唆するものである。そしてこの上昇曲線は、前記閾値Ｉ′Ｓを上回ることを表している。これにより、迅速で信頼性の高いグロープラグの欠陥識別が達成される。従ってこのような非常に迅速で信頼性の高いグロープラグの欠陥識別がエンジン制御において達成されるため、本発明によればエンジンの損傷も未然に防ぐことができる。

Claims (10)

1. 内燃機関の少なくとも１つのグロープラグ（１００）を監視するための方法であって、
   少なくとも１つのグロープラグ（１００）を流れる電流の特性を表している時間依存性の特性量が、エラー識別のために、少なくとも１つの時間依存性の最小閾値（Ｒ_min）及び／又は最大閾値（Ｒ_max）と比較され、前記時間依存性の特性量が前記最小閾値（Ｒ_min）よりも大きい場合、及び／又は前記時間依存性の特性量が最大閾値（Ｒ_max）よりも小さい場合に、エラーが識別される形式の方法において、
   前記時間依存性の特性量の一次導関数の値が、前記最大閾値の一次導関数の値（Ｒ′_max）と比較され、
   前記時間依存性の特性量の二次導関数の値が、前記最大閾値の二次導関数の値（Ｒ″_max）と比較され、
   前記時間依存性の特性量の一次導関数の値が、前記最大閾値の一次導関数の値（Ｒ′_max）よりも小さく、前記時間依存性の特性量の二次導関数の値が前記最大閾値の二次導関数の値（Ｒ″_max）よりも小さい場合に、エラーが識別されるようにしたことを特徴とする方法。
2. 少なくとも１つのグロープラグ（１００）を流れる電流を表している時間依存性の特性量は、グロープラグ（１００）に基づく抵抗モデルである、請求項１記載の方法。
3. 前記時間依存性の閾値は、対応するグロープラグの時間的な特徴を表す抵抗経過（Ｒ_Kerze）を含んでいる、請求項１または２記載の方法。
4. エラー識別の際に、グロープラグの回路パスが遮断される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. エラー識別の際に、相応する情報がエラーメモリ（３８２）に記憶される、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. エラー識別の際に、診断通知が送信される、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 前記診断通知に対する応答として、グロープラグの制御が変更される、請求項６記載の方法。
8. 前記診断通知に対する応答として、グロープラグ（１００）の状態に関する指示情報がドライバーに表示される、請求項６または７記載の方法。
9. 内燃機関の少なくとも１つのグロープラグ（１００）を監視するための装置であって、
   評価ユニット（３２０）を有しており、
   前記評価ユニット（３２０）は比較手段（３３０）を含んでおり、
   前記比較手段（３３０）は、少なくとも１つのグロープラグ（１００）を流れる電流を表している時間依存性の特性量を、エラー識別のために、少なくとも１つの時間依存性の最小閾値（Ｒ_min）及び／又は最大閾値（Ｒ_max）と比較し、
   前記評価ユニット（３２０）は、前記時間依存性の特性量が前記最小閾値（Ｒ_min）よりも大きい場合、及び／又は前記時間依存性の特性量が前記最大閾値（Ｒ_max）よりも小さい場合に、エラーを識別する形式の方法において、
   前記評価ユニット（３２０）はさらに別のさらなる比較手段（３５０，３７０）を含んでおり、
   前記さらなる比較手段（３５０，３７０）は、前記時間依存性の特性量の一次導関数の値を前記最大閾値の一次導関数の値（Ｒ′_max）と比較し、前記時間依存性の特性量の二次導関数の値を前記最大閾値の二次導関数の値（Ｒ″_max）と比較し、
   前記評価ユニット（３２０）は、前記時間依存性の特性量の一次導関数の値が前記最大閾値の一次導関数の値（Ｒ′_max）よりも小さく、前記時間依存性の特性量の二次導関数の値が前記最大閾値の二次導関数の値（Ｒ″_max）よりも小さい場合に、エラーを識別するように構成されていることを特徴とする装置。
10. 前記複数の比較手段（３３０，３５０，３７０）は、少なくとも１つの比較器を含んでいる、請求項９記載の装置。

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