JP2012127285A - グロープラグ異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のグロープラグの異常を検出するグロープラグ異常検出装置において、電流検出を必要とせず簡易な構成により、速やかな異常の検出と異常の種類の特定を可能とする。
【解決手段】駆動信号ＧＩにしたがって開閉する第１の開閉スイッチ２１と、駆動電流Ｉ１を制限して第１の開閉スイッチ２１をゆっくりと開閉させる第１の電流制限手段２４と、異常判定用電源３１と、第１の開閉スイッチ２１と並列に設けて、駆動信号ＧＩにしたがって速やかに開閉駆動する第２の開閉スイッチ２４と、第２の開閉スイッチ２４を流れる電流Ｉ２を制限する第２の電流制限手段２５と、所定の断線判定時間（ｔ_１ＲＥＦ）、端子間短絡判定期間（ｔ_２ＲＥＦ）において、駆動用電源３０又は異常判定用電源３１からグロープラグ１０に印加される端子電圧ＶＧ／ＶＢ_２を入力電圧Ｖ_ＩＮとして所定の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦとの比較により異常を判定する異常判定手段２６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の着火補助や燃焼排気の清浄化を図るべく燃料を加熱するグロープラグの異常検出装置に関するものである。

従来、内燃機関の着火補助や燃焼排気の清浄化を図るべく燃料を加熱するグロープラグの故障診断装置として、グロープラグに流れる電流とグロープラグに印加される電圧とからグロープラグの抵抗値の変化を検出し、故障の有無を検出するグロープラグの異常検出装置について種々検討されている。

例えば、特許文献１には、グロープラグに流れる電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路から出力される電流信号の状態を一次的に保持する信号ラッチ回路と、グロープラグに印加される電圧を検出する電圧検出回路と、グロープラグへの通電がオン状態のときに、電圧検出回路から出力される電圧信号と、信号ラッチ回路から出力される電流信号とを監視し、電圧信号及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信号処理を実施する診断処理回路とを備えたグロープラグ故障診断装置が開示されている。

また、特許文献２には、エンジンの各気筒毎に備えられたグロープラグの異常の有無を診断するグロープラグの故障診断装置において、各気筒のグロープラグを個別に通電／遮断可能な駆動手段と、各気筒のグロープラグの並列接続の電流値を検出する電流検出手段と、上記駆動手段を介して各気筒のグロープラグを時間的にずらしながら順次通電させ、上記電流検出手段で検出した電流値の増加状態に基づいて、上記グロープラグの異常の有無を診断し、異常のグロープラグを特定する診断手段とを備えることを特徴とするグロープラグの故障診断装置が開示されている。

さらに、特許文献３には、バッテリから複数のグロープラグに電力を供給する複数の電力供給ラインにそれぞれ設けられ、前記グロープラグの通電及び非通電を切り替える複数のスイッチ手段と、前記複数のスイッチ手段のうち、いずれかのスイッチ手段をオン状態としつつ他の一又は複数のスイッチ手段をオフ状態とするタイミング制御が可能な制御手段と、前記制御手段による前記タイミング制御が行われている状態で、前記バッテリからの前記グロープラグへの通電状態を検出する通電状態検出手段と、前記通電状態検出手段による検出結果に基づいて、前記複数のグロープラグのうちの一部の通電異常を判断する異常判断手段と、を備えたことを特徴とする異常検出装置が開示されている。

特許文献１、２、３等にあるような従来のグロープラグ故障診断装置では、いずれも、電流検出手段を設けてグロープラグに流れる電流を検知することによって異常を検出している。
一方、即暖性の良さから、近年、セラミックグロープラグが用いられるようになっているが、セラミックグロープラグは通電による温度上昇に伴う抵抗値変化が大きく、グロープラグを流れる電流が大きく変化するため、従来の電流を規準とする方法では、幅の広い検出レンジに対応するために検出レンジの異なる複数の電流検出手段を設けたり、グロープラグに流れる電流のみならずグロープラグに印加される電圧を同時に検出して抵抗値を算出したりする必要があり、異常を検出するための情報量が膨大となり処理能力の高い演算素子を必要としたり、多くの情報をＥＣＵとグロープラグ通電制御装置との間で送受信するための高速通信手段が必要となる等、簡易に故障の有無を診断するのが困難であった。

グロープラグ通電制御装置において、断線検出は、必須の法規要件とされており、特に、セラミックグロープラグは、過電力により破損し、エンジンに損傷を与える虞があり、異常の検出は可能な限り速やかに行う必要がある。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、電流検出を必要とせず簡易な構成により、速やかな異常の検出とその異常の種類の特定を可能とするグロープラグ異常検出装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、内燃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、該グロープラグへの通電を制御してグロープラグの発熱温度を調整するグロープラグ通電制御装置とに発生する異常を検出するグロープラグ異常検出装置において、上記内燃機関の運転状況に応じて上記グロープラグ通電制御装置に発信される駆動信号にしたがって駆動用電源から上記グロープラグへの通電を開閉駆動する第１の開閉スイッチと、該第１の開閉スイッチの駆動電流を制限して第１の開閉スイッチをゆっくりと開閉させる第１の電流制限手段と、異常判定用電源と、該異常判定用電源に接続すると共に上記第１の開閉スイッチと並列に設けて、上記駆動信号にしたがって速やかに開閉駆動する第２の開閉スイッチと、上記異常判定用電源から第２の開閉スイッチを介して上記グロープラグへ流れる電流を制限する第２の電流制限手段と、上記駆動信号の立上がり又は立ち下がりから所定の異常判定時期において、上記駆動用電源又は上記異常判定用電源から上記グロープラグに印加される電圧と所定の閾値電圧との比較により異常を判定する異常判定手段とを具備する。

具体的には、請求項２の発明のように、上記異常判定手段は、上記入力電圧が上記閾値電圧より高い場合に異常と判定する。

請求項３の発明では、上記所定の異常判定時期として、上記第１の開閉スイッチの立上がり開始から完了するまでの時間の略２分の１より短い時間で、上記第２の開閉スイッチの立上がり開始から完了するまでの時間の２分の１より長い時間を断線判定時間とし、該断線判定時間における入力電圧が上記閾値電圧よりも高いときに断線異常と判定する。

請求項４の発明では、上記通電制御装置が、上記グロープラグへの電流を平滑化すべく、各気筒への通電開始時期をずらして通電する制御を実施すると共に、上記所定の異常判定時期として、上記第１の開閉スイッチと上記第２の開閉スイッチとが開放されている期間を端子間短絡判定期間とし、該端子間短絡判定期間における入力電圧が上記閾値電圧よりも高いときに端子間短絡異常と判定する。

請求項５の発明では、全ての気筒に設けられたグロープラグに対して上記駆動信号が全く発信されていない状態において、上記異常判定手段の入力電圧が上記閾値電圧よりも高いときに上記第１の開閉スイッチ又は上記第２の開閉スイッチの故障と判定する。

本発明によれば、上記駆動信号の立上がりにおいて、正常時には、負荷抵抗が小さく、ゆっくりと閉じられる上記第１の開閉スイッチを介して上記駆動電源の電圧が徐々に昇圧する入力電圧となり、所定の異常判定時期において上記閾値電圧と比較することによって正常と判断でき、上記グロープラグに断線異常が発生している場合には、負荷抵抗が大きく、速やかに閉じられる上記第２の開閉スイッチを介して入力される上記異常判定用電源の電圧が直ちに入力電圧として印加され、所定の異常判定時期において上記閾値電圧と比較することによって断線異常と判断できる。
さらに、グロープラグへの電流を平滑化するため、気筒により通電タイミングをずらす制御を実施したときに、上記駆動信号がオフ時となっている期間において、正常時には、上記異常判定手段に入力される入力電圧が低下し、上記閾値電圧との比較によって正常と判断でき、複数のグロープラグに渡って端子間短絡異常が発生している場合には、所定の異常判定時期において、端子間短絡を経由して上記駆動電源から他のグロープラグへ印加されるべき電圧が入力電圧として検出されるので、上記閾値電圧との比較によって端子間短絡異常と判断できる。
本発明によれば、従来のように電流検出を要することなく、グロープラグに印加される電圧のみの検出によって、グロープラグ及び通電制御装置の異常を検出できるので、装置の構成が極めて簡単となる上に、異常の有無のみならず異常の種類の特定も可能となる。
また、上記駆動信号の立上がりや立ち下がりの途中の極めて早い段階で異常の有無を判定するので、グロープラグに大きな電流が流れる前に異常を検出し、異常が検出された場合に速やかに対応する処置を施すことも可能となるので過電力によるグロープラグの破損等の深刻なトラブルを確実に回避することも可能となる。
さらに、各請求項の発明によれば、より具体的な異常の種類を特定することもできる。

本発明の実施形態におけるグロープラグ異常検出装置の概要を示すブローック図。 本発明の実施形態におけるグロープラグ異常検出装置の作動・効果を示し、（ａ）は、駆動信号と端子電圧との関係を示すタイムチャート、（ｂ）は、正常時の駆動立上がりにおける等価回路と端子電圧の変化を示す特性図、（ｃ）は、断線異常発生時の駆動立上がりにおける等価回路図と端子電圧の変化を示す特性図。 本発明の実施形態におけるグロープラグ異常検出装置の端子間短絡異常を検出する方法を示し、（ａ）は、正常時の立ち下がりにおける端子電圧の変化を示す特性図、（ｂ）は端子間短絡が発生している場合の、等価回路図、（ｃ）は、その立ち下がりにおける端子電圧の変化を示す特性図。 本発明の実施形態におけるグロープラグ異常検出装置の断線異常検出方法を示すフローチャート。 本発明の実施形態におけるグロープラグ異常検出装置の端子間短絡検出方法を示すフローチャート。

図１を参照して本発明の実施形態におけるグロープラグ異常検出装置１の概要について説明する。
グロープラグ異常検出装置１は、図略の内燃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１０_{（１〜ｎ）}と、エンジン制御装置（ＥＣＵ）４０からの制御信号ＳＩにしたがって、駆動用電源として設けた第１の電源３０からグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}への通電を制御してグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}を所望の発熱温度に維持すると共に、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}及び通電経路の異常を検出して自己診断信号ＤＩとしてＥＣＵ４０へ伝達するグロープラグ通電制御装置（ＧＣＵ）２０とによって構成されている。

ＧＣＵ２０は、駆動開閉スイッチ２１_{（１〜ｎ）}として設けられた第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}、駆動電流制限手段２２_{（１〜ｎ）}として設けた第１の電流制限手段Ｉ１_{（１〜ｎ）}、異常判定手段開閉手段２３_{（１〜ｎ）}として設けられた第２の開閉スイッチＳＷ_{２（１〜ｎ）}、異常判定手段電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}として設けた第２の電流制限手段Ｉ２_{（１〜ｎ）}、駆動制御手段（ＤＲＶ）２５、異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}、自己診断装置（ＤＩＵ）２７によって構成されている。

ＥＣＵ４０では、期間の運転状況に応じたグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}の目標温度が算出され、その温度を実現するための制御信号ＳＩがＧＣＵ２０に発信される。
一般に、グロープラグを所定の温度に維持すべく、デューティ比を調整したＰＷＭ（パルス幅変調）制御が行われ、駆動信号ＳＩは、デューティ比に対応してオンオフするパルス信号となっている。

ＧＣＵ２０のＤＲＶ２５では、ＥＣＵ４０から発信されたＳＩに同期して各グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}への通電を制御する第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}を駆動するための駆動信号ＧＩ_１〜ｎが所定のタイミングｔ_ＩＮＴ（例えば、４気筒エンジンにおいて、駆動信号ＳＩの１周期をＴとしたとき、略４分の１周期ずらして、ｔ_ＩＮＴ＝１／４Ｔとする）をずらして発信され、駆動信号ＧＩ_１〜ｎにしたがってＳＷ１_{（１〜ｎ）}が開閉される。このように、各気筒に設けられたグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}への通電開始時期をずらして通電する制御を実施することにより、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に流れる電流を平滑化することができる。
このとき、ＳＷ１_{（１〜ｎ）}のゲートに入力されＳＷ１_{（１〜ｎ）}を開閉する駆動電流Ｉ１_{（１〜ｎ）}は、駆動電流制限手段２２_{（１〜ｎ）}によって制限されているため、駆動信号ＧＩ_１〜ｎ信号がハイとなったときには、ＳＷ１_{（１〜ｎ）}は、ゆっくりと閉じられ、駆動信号Ｇ_１〜ｎ信号がローとなったときには、ＳＷ１_{（１〜ｎ）}は、ゆっくりと開かれる。
一方、異常判定手段開閉手段２３_{（１〜ｎ）}として設けた第２の開閉スイッチ（ＳＷ２_{（１〜ｎ）}）は、駆動信号Ｇ_１〜ｎの立上がりに同期して直ちに閉じられ、駆動信号ＧＩ_１〜ｎの立ち下がりに同期して直ちに開かれる。
また、ＳＷ２_{（１〜ｎ）}には、定電流源や高抵抗等の第２の電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}が設けられ、第２の制限電流Ｉ２_{（１〜ｎ）}は負荷が正常の場合にＳＷ２_{（１〜ｎ）}に流れる電流（数Ａ〜数十Ａ）に対して、極めて低い値（例えば、１０ｍＡ以下）に制限されている。
ＳＷ１_{（１〜ｎ）}とＳＷ２_{（１〜ｎ）}とは並列に接続され、出力側が異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}の入力に接続されている。

異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}には、例えば、コンパレータが用いられ、グロープラグ１０（１〜ｎ）に印加される端子電圧ＶＧ_１〜ｎ又は第２の電源電圧ＶＢ_２が入力電圧Ｖ_ＩＮとして入力され、比較電圧として、所定の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦが入力され、入力電圧Ｖ_ＩＮと閾値電圧Ｖ_ＲＥＦとが比較され、入力電圧Ｖ_ＩＮが閾値電圧Ｖ_ＲＥＦより高いとハイ出力となり、入力電圧Ｖ_ＩＮが閾値電圧Ｖ_ＲＥＦより低いとロー出力となる。
閾値電圧Ｖ_ＲＥＦは、異常判定用電源として設けた第２の電源３１との間に分圧抵抗を設けて、第２の電源電圧ＶＢ_１の略２分の１となるように調整されている。
なお、本実施形態では第１の電源３０と第２の電源３１とを別電源で構成した例を示したが、第１の電源３０と第２の電源３１とを共通の電源で構成しても良い。

各、異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}では、異常判定時期として所定のタイミング（ｔ_１ＲＥＦ）、及び、期間（ｔ_２ＲＥＦ）に読み込んだ入力電圧Ｖ_ＩＮと閾値電圧Ｖ_ＲＥＦとの比較を行い、断線判定時間ｔ_１ＲＥＦにおいて、Ｖ_ＩＮ＞Ｖ_ＲＥＦとなった場合には、断線異常と判定し、端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦにおいて、Ｖ_ＩＮ＞Ｖ_ＲＥＦとなった場合には、端子間短絡と判定する。
また、異常判定時期として、第２の開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}の立上がり開始から完了するまでの時間（例えば、１０μｓ）より長く、上記第１の開閉スイッチの立上がり開始から完了するまでの時間（例えば、５０μｓ〜３００μｓ）の２分の１より短い時間を断線判定時間ｔ_１ＲＥＦとする。
所定の異常判定時期が、第１の立ち下がりの完了から、第１の立上がりがり開始されるまでの区間を端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦとする。
ゲート電圧Ｇ_{（１〜ｎ）}がローの区間を端子間短絡の判定時間（ｔ_２ＲＥＦ）とし、その区間で、所定の閾値以上の電圧が検出されたら、異常と判定する。

自己診断回路（ＤＩＵ）２７は、異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}の出力に基づいて、自己診断信号ＤＩをＥＣＵ４０に発信する。
自己診断信号ＤＩは、判定結果のみの２値情報であるため通信負荷が少ない。
また、従来の電流によって異常検出する場合、多くのデータを処理するために、ＥＣＵ側で演算処理を行う場合があるが、本発明によれば、ＧＣＵ２０内に設けた異常判定手段２６のアナローグロージックによって速やかに異常が判定され、その結果だけがＥＣＵ４０に伝達されるのでＥＣＵ４０の演算負荷も少なく済む。
本発明のグロープラグ異常検出装置１では、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に印加される電圧ＶＧＬのみを異常を判定するための入力情報としており、断線異常の検出と端子間短絡異常の検出との両方を一つの異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}を用いて行うことができるので、構成が極めて簡単で、速やかに異常を検出することができる。

断線異常検出に当たっては、負荷の抵抗あり、なしによって、確実に端子電圧ＶＧＬ_{（１〜ｎ）}の立上がり時間に差をつけられるように、ＳＷ１_{（１〜ｎ）}のスイッチング時間とＳＷ２_{（１〜ｎ）}のスイッチング時間とに差を設けるべく、ＳＷ１_{（１〜ｎ）}には、第１の駆動電流制限手段２２_{（１〜ｎ）}を設け、ＳＷ２_{（１〜ｎ）}には、第２の電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}が設けてあるので、断線異常は、ある瞬間の端子電圧ＶＧＬ_{（１〜ｎ）}を閾値判定することで、誤検出を防ぐことができる。
一方、端子間短絡については、ＶＧＬ_{（１〜ｎ）}の立下りの瞬間を判定するのではなく、ＶＧＬ_{（１〜ｎ）}がオフであるべき期間を監視する。
そのため、誤検出防止のため、立下り、立上がりの過渡時は電圧が確実にローになっていない可能性があるので、一定区間監視しない時間を設けてある。

図２を参照して、本発明の断線検出に対する効果について説明する。
本図（ａ）に示すように、ＤＲＶ２５では、ＥＣＵ４０から発信された駆動信号ＳＩにしたがって、電源３０から各グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}への通電を開閉制御する個別の駆動信号ＧＩ１〜ｎが、所定のタイミングｔ_ＩＮＴ（例えば、１／４Ｔ）だけずらして発信される。
本発明の異常検出装置１では、後述のフローに示すように、駆動信号の立上がり又は立ち下がりに同期して異常判定が実施される。
本図（ｂ）を参照して、正常持の断線検出判定について説明する。なお、本図（ｂ）の左側の図は、正常時における異常判定手段２６の入出力を示す等価回路図であり、右側は、正常時における異常判定手段２６の入力信号と判定方法を示し、駆動信号の立上がり時における入力電圧Ｖ_ＩＮの特性図である。
本図（ｂ）に示すように、正常時においては、第１の開閉スイッチＳＷ１と第１の電流制限手段とに起因する第１のインピーダンスＺ_１は、徐々に低下する可変抵抗とみなすことができ、第２の開閉スイッチＳＷ２と第２の電流制限手段に起因する第２のインピーダンスＺ_２は、グロープラグ１０の抵抗値Ｒに比べて遙かに大きく、徐々に上昇して電源電圧ＶＢ_１に漸近する端子電圧ＶＧの印加によって、グロープラグ１０に流れる電流ＩＧに比べ、第２の開閉スイッチＳＷ_２を流れる第２の制限電流Ｉ２は遙かに小さく無視できる。
このため、異常判定手段２６の入力電圧Ｖ_ＩＮは、グロープラグ１０に印加される端子電圧ＶＧＬに等しく、本図右側に示したように、５０μｓ〜３００μｓの時間をかけてゆっくりと上昇し、やがて、第１の電源電圧ＶＢ_１に達する。
所定の断線判定時間ｔ１_ＲＥＦ（例えば、２０μｓ〜１００μｓ）においては、端子電圧ＶＧは、閾値電圧Ｖ_ＲＥＦよりも低く、異常判定手段２６の出力はローとなり、正常と判定される。
一方、グロープラグ１０が断線している場合には、本図（ｃ）左側に示すように、グロープラグ１０へは電流は流れず、速やかに閉じられたＳＷ_２によって、本図（ｃ）右側に示すように１０μｓ程度の短い時間で速やかに上昇した第２の電源電圧ＶＢ_２が入力電圧Ｖ_ＩＮとして、異常判定手段２６に入力される。
このため、所定の断線判定時間ｔ_１ＲＥＦ（例えば、２０μｓ〜１００μｓ）においては、入力電圧Ｖ_ＩＮは、閾値電圧Ｖ_ＲＥＦよりも高い第２の電源電圧ＶＢ_２となっており、異常判定手段２６の出力はハイとなり、断線異常と判定される。

図３を参照して、本発明の端子間短絡異常に対する効果について説明する。
端子間短絡については、ＶＧＬの立下りの瞬間を判定するのではなく、ＶＧＬがオフであるべき期間を監視する。
そのため、誤検出防止のため、立下り、立上がりの過渡時は電圧が確実にローになっていない可能性があり、一定区間監視しない時間を設けてある。
駆動信号Ｇｎの立ち下がりに同期して、第１の開閉スイッチＳＷ１が完全に開かれた状態を確保すべく、所定の時間ＴＬが経過するまで、端子電圧ＶＧＬの読み込みが待機され、次の駆動信号Ｇｎが立ち上がるまでの端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦの間だけ、端子電圧ＶＧＬが読み込まれる。
このとき、本図（ａ）に示すように、正常時においては、第１の開閉スイッチＳＷ１は完全に開いた状態となっているので、グロープラグ１０には通電されておらず、異常判定手段２６の出力はローとなり、正常と判定される。
一方、端子間短絡異常が生じている場合には、本図（ｂ）示すように、駆動信号Ｇ1がローとなり、１のグロープラグ１０_（１）に接続された第１の開閉スイッチＳＷ１_（１）が開いた状態であっても、端子間短絡によって他のグロープラグ１０_（２）に接続された閉じた状態の第１開閉スイッチＳＷ１_（２）にバイパスされ、１のグロープラグ１０_（１）への通電が維持される。
このため、本図（ｃ）に示すように、正常時であれば、出力がローとなるべき所定の端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦにおいても、入力電圧Ｖ_ＩＮがＶ_ＲＥＦよりも高くなり、異常判定手段２６の出力がハイとなり、端子間短絡異常と判定される。
なお、１のグロープラグ１０_（１）への通電を制御する第１の開閉スイッチＳＷ１_（１）と、他のグロープラグ１０_（２）への通電を制御する第１の開閉スイッチＳＷ１_（２）との間に端子間短絡異常が発生している場合であっても、第１の開閉スイッチＳＷ１_（１）、ＳＷ１_（２）が共に完全に開放された状態においては、端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦの期間であっても、異常判定手段２６の出力はローとなり、正常と判断され得るが、いずれのスイッチも開放状態であるので、グロープラグ１０_（１）には、通電されず、実害を及ぼさない。

図４を参照して、断線異常検出フローについて説明する。
ステップＳ１００の駆動信号立上がり検出行程では、駆動信号ＳＩの立上がりに同期して各グロープラグに所定のタイミングで発振される各グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}への通電を制御する駆動開閉手段（第１の開閉スイッチＳＷ_{１（１〜ｎ）}）を駆動する駆動信号Ｇ_１〜ｎの立上がりを検出する。
ステップＳ１１０の第１の開閉スイッチ緩閉行程では、駆動信号ＧＩ_１〜ｎの立上がりに同期して、駆動電流制限手段２２_{（１〜ｎ）}によって制限された第１の駆動電流Ｉ１_{（１〜ｎ）}が第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}のゲートＧに入力され、第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}がゆっくりと閉じられ、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に印加される端子電圧ＶＧ_１〜ｎが徐々に上昇する。
ステップＳ１２０の第２の開閉スイッチ速閉行程では、駆動信号ＧＩ_１〜ｎの立上がりに同期して、速やかに第２の開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}が閉じられる。
このとき、第２の開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}に流れる電流は、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}が正常に結線されている場合には、電圧上昇に影響を与えないよう第２の電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}によって第２の制限電流Ｉ２_{（１〜ｎ）}に制限されている。
ステップＳ１３０の断線判定時間計測行程では、駆動信号Ｇ_１〜ｎの立上がりに同期して、断線判定時間ｔのカウントが開始される。
ステップＳ１４０の判定時間経過判定行程では、所定の判定時間ｔ_１が経過したか否かが判定され、断線判定時間ｔ_１が所定の断線判定時間ｔ_１ＲＥＦ（第１の判定時間）となるまでステップＳ１４０のループを繰り返す。
なお、所定の断線判定時間ｔ_１ＲＥＦは、第１の開閉スイッチＳＷ_１が完全に閉じられる迄の作動時間（例えば、５０μｓから３００μｓ）の半分以下の時間（例えば、２０μｓから１００μｓ）に設定される。
断線判定時間ｔ_１が所定の断線判定時間ｔ_１ＲＥＦに達すると、ステップ１５０の端子電圧読込行程へ進む。
ステップＳ１５０の端子電圧読込行程では、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に印加されている電圧ＶＧ_{（１〜ｎ）}が入力電圧Ｖ_ＩＮとして異常判定手段２６に読込まれる。
このとき、第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}は、ゆっくりと閉じられているので、グロープラグ１０_{（１〜１０）}に印加される電圧ＶＧ_{（１〜ｎ）}が第１の駆動電圧ＶＢ_１に漸近するように徐々に上昇している。
一方、第２の開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}は既に閉じているが、第２の電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}によって第２の制限電流Ｉ２_{（１〜ｎ）}に制限されているので、第２の電源ＶＢ_２から流れる電流Ｉ２_{（１〜ｎ）}はグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に流れる電流ＩＧに比べて遙かに小さく、ほとんどＶＧＬ_{（１〜ｎ）}電圧を上昇させないため、異常判定手段２６の入力電圧Ｖ_ＩＮは、第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}を介してグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}にゆっくり上昇しながら印加される電圧ＶＧＬ_１〜ｎとなる。
開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}は既に閉じているが、第２の電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}によって第２の制限電流Ｉ２_{（１〜ｎ）}に制限されているので、その電流が低抵抗のグロープラグに流れ込んでも、電圧がごく僅かしか発生しない。
即ち、（電圧）＝（電流）×（抵抗）であるので、例えば、Ｉ＝１０ｍＡ、とＲ＝２Ω程度とすると、負荷が正常時には、発生電圧は２０ｍＶとごく僅かである。
一方、負荷がオープン時には、その抵抗が無限大となるため、Ｖ_ＩＮは、ＳＷ_２が閉じられた瞬間にＶＢ_２に貼り付くことになる。
ステップＳ１６０の端子電圧閾値判定行程では、異常判定手段２６に読み込まれた電圧Ｖ_ＩＮと所定の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦ（例えば、１／２ＶＢ_２）との比較判定が行われる。
このとき、グロープラグ１０に異常がなければ、負荷抵抗が小さく、電流がグロープラグ１０に流れるが、所定の断線判定時間ｔ_１ＲＥＦにおいて、第２の開閉スイッチＳＷ_２は既に閉じられているがインピーダンスの大きな第２の電流制限手段２４による電圧降下が大きく、第１の開閉スイッチＳＷ１は完全に閉じていないため、端子電圧ＶＧは、閾値電圧Ｖ_ＲＥＦよりも低い値となっている。
したがって、判定Ｎｏとなり、ステップＳ１８０の正常判定行程に進む。
一方、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に断線異常が発生している場合、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}には電流が流れないため、負荷抵抗が大きく、速やかに閉じられた第２の開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}によって印加される第２の駆動電源ＶＢ_２の電圧が、異常判定手段２６の入力電圧Ｖ_ＩＮとなり、閾値電圧Ｖ_ＲＥＦよりも高い値となっている。したがって、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ１７０の断線判定行程に進む。
ステップＳ１７０の断線判定行程では、自己診断信号ＤＩがハイとなり、ＥＣＵ４０に伝達される。
ステップＳ１８０の正常判定行程では、自己診断信号ＤＩがローとなり、ＥＣＵ４０に伝達される。
以上により断線異常検出行程が終了する。

図５を参照して、端子間短絡異常検出フローについて説明する。
ステップＳ２００の駆動信号立ち下がり検出行程では、駆動信号ＳＩの立ち下がりに同期して各グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に所定のタイミングで発振される各グロープラグ１０_（１〜ｎ）への通電を制御する駆動開閉手段（第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}を駆動する駆動信号Ｇ１〜ｎの立ち下がりを検出する。
ステップＳ２１０の第１の開閉スイッチ緩開行程では、駆動信号Ｇ_１〜ｎの立ち下がりに同期して、駆動電流制限手段２２_{（１〜ｎ）}によって制限された駆動電流Ｉ１_{（１〜ｎ）}が遮断され、第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}がゆっくりと開かれ、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に印加される端子電圧ＶＧ_１〜ｎが徐々に低下する。
ステップＳ２２０の第２の開閉スイッチ速開行程では、駆動信号Ｇ_１〜ｎの立ち下がりに同期して、速やかに第２の開閉スイッチＳＷ２_{（１〜ｎ）}が開かれる。
ステップＳ２３０の端子間短絡判定時間計測行程では、駆動信号Ｇ_１〜ｎの立上がりに同期して、端子間短絡判定開始時間ｔ_２の計測が開始される。
ステップＳ２４０の端子間短絡判定開始判定行程では、第１の開閉スイッチＳＷ１_{（１〜ｎ）}が完全に開かれ、端子電圧ＶＧＬがローとなるべき時間ＴＬに達しているか否かが判定され、所定の時間ＴＬが経過するまでこのループを繰り返す。
ステップＳ２４０の端子間短絡判定開始判定行程において、所定の時間ＴＬを経過すると判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ２５０の端子電圧読込行程に進む。
ステップＳ２５０の端子電圧読込行程では、グロープラグ１０の端子電圧ＶＧＬが異常判定手段２６に読み込まれる。
ステップＳ２６０の端子電圧閾値判定行程では、異常判定手段２６に読み込まれた入力電圧Ｖ_ＩＮと所定の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦ（例えば、略１／２ＶＢ_２）との比較判定が行われる。
このとき、グロープラグ１０に異常がなければ、所定の端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮは、駆動電源電圧ＶＢ_１の略１／２以下となっており、閾値電圧Ｖ_ＲＥＦよりも低い値となっている。
したがって、判定Ｎｏとなり、ステップＳ１８０の正常判定行程に進む。
一方、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に端子間短絡異常が発生している場合、例えば、第１の開閉スイッチＳＷ１_（１）と第１の開閉スイッチＳＷ１_（２）との間に端子間短絡が発生しているときには、第１の開閉スイッチＳＷ１_（１）が開いた状態でも、他の第１の開閉スイッチＳＷ１_（２）をバイパスして、駆動電源３０とグロープラグ１０_（１）が導通状態となり、グロープラグ１０_（１）には、駆動電源電圧ＶＢ１が印加され、異常判定手段２６の入力電圧Ｖ_ＩＮとなり、閾値電圧Ｖ_ＲＥＦよりも高い値となっている。
したがって、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ２７０の端子間短絡判定行程に進む。
ステップＳ２７０の端子間短絡判定行程では、自己診断信号ＤＩがハイとなり、ＥＣＵ４０に伝達される、
ステップＳ２８０の正常判定行程では、自己診断信号ＤＩがローとなり、ＥＣＵ４０に伝達される。
ステップＳ２９０の端子間短絡判定終了判定行程では、駆動信号Ｇｎの立上がりの有無が検出され、次の駆動信号Ｇｎの立上がりが検出されるまでは、判定Ｎｏとなり、ステップＳ２５０からステップＳ２９０のループを繰り返し、所定の端子間短絡異常検出期間ｔ２ＲＥＦの期間の間、端子電圧ＶＧＬの監視が継続される。
ステップＳ２９０で次の駆動信号Ｇｎの立上がりが検出されると判定Ｙｅｓとなり、端子間短絡異常検出行程を終了する。

上記実施形態においては、一つのＧＣＵ２０によって複数のグロープラグ１０（１〜ｎ）を制御と異常検出とを実現すべく、複数のＳＷ_１２１（１〜ｎ）、駆動電流制限手段２２_{（１〜ｎ）}、ＳＷ_２２３_{（１〜ｎ）}、第２の電流制限手段２４_{（１〜ｎ）}異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}、を１つのＧＣＵ２０内にまとめて配設した例を示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、グロープラグ１０を駆動する駆動信号ＧＩに従いつつ、第１の電流制限手段２２によって制限された駆動電流Ｉ１によってゆっくりと開閉駆動される第１の開閉スイッチ２１と、駆動信号ＧＩにしたがって速やかに開閉駆動される第２の開閉スイッチ２３と、第２の開閉スイッチ２３に流れる電流Ｉ２を制限する第２の電流制限手段２４と、第１の開閉スイッチ２１と第２の開閉スイッチ２３とが並列に接続され、第１の開閉スイッチ２１の出力電圧ＶＧと第２の電流制限手段２４を介して入力される第２の電源電圧ＶＢ_２とを入力電圧Ｖ_ＩＮとし、駆動信号ＧＩの立上がり及び立ち下がりに同期して計測された所定の断線判定時間ｔ１_ＲＥＦと所定の端子間短絡判定期間ｔ_２ＲＥＦにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮと閾値電圧Ｖ_ＲＥＦとを比較して、断線の有無と端子間短絡異常の有無を検出するものであれば、これらの手段（２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７）を各グロープラグ１０のそれぞれに独立して設けたＧＣＵ２０内に配設したものであっても良い。

さらに、上記実施形態においては、複数のグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に対して、それぞれ、独立に異常判定手段２６_{（１〜ｎ）}を設けた例を示したが、１つの異常判定手段２６を複数のグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に対して共用するように構成し、駆動信号ＧＩ_１〜ｎの立上がり及び立ち下がりに同期して、断線異常を判定する気筒を順次切り換えて異常判定を実施するようにしても良い。
但し、上記実施形態においては、断線と端子間短絡との両方を連続的に検出する構成を示したが、断線検出のみを実施する場合と、端子間短絡のみで実施する場合とを切り替えて実施するように構成して、駆動信号の立上がりと立ち下がりとの度毎に切り換えるのではなく、端子間短絡異常は、一の駆動信号の立ち下がりから次の駆動信号の立上がりまでの所定の期間ｔ_２ＲＥＦを継続的に監視して判定するように構成しても良い。

また、第１の開閉スイッチ２１_{（１〜ｎ）}がオフの状態において、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に印加される端子電圧ＶＧ_１〜ｎを検出し、所定の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦと比較することにより、他のグロープラグ１０_{（１〜ｎ）}との端子間短絡異常の有無やスイッチング素子の故障の有無を検出することも可能である。なお、このような場合の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦは、上記実施形態における所定の閾値電圧Ｖ_ＲＥＦのみならず、予め複数の電圧レベルを用意し、比較することによって検出精度を向上させることもできる。

さらに、駆動信号ＳＩが全く発信されていない状態において、グロープラグ１０_{（１〜ｎ）}に印加される端子電圧ＶＧＬ_１〜ｎを検出することによってスイッチング素子の故障と端子間短絡とを区別して検出できる。

１ グロープラグ異常検出装置
１０_{（１〜ｎ）} グロープラグ
２０ グロープラグ通電制御装置（ＧＣＵ）
２１_{（１〜ｎ）} 駆動開閉手段（第１の開閉スイッチＳＷ１）
２２_{（１〜ｎ）} 異常判定手段開閉手段（第２の開閉スイッチＳＷ２）
２３_{（１〜ｎ）} 駆動開閉電流制限手段（第１の電流制限手段）
２４_{（１〜ｎ）} 異常判定手段電流制限手段（第２の電流制限手段）
２５ 駆動制御回路（ＤＲＶ）
２６ 異常判定手段（ＯＰ）
２７ 自己診断回路（ＤＩＵ）
３０ 駆動電源（第１の電源）
３１ 異常判定用電源（第２の電源）
４０ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
ＳＩ 駆動信号
Ｇ_{（１〜ｎ）} 個別駆動信号
ＤＩ 異常診断信号
Ｖ_ＩＮ 入力電圧
Ｖ_ＲＥＦ 閾値電圧
ＶＧＬ 端子電圧
ＩＧ グロープラグ電流
ＶＢ_１ 駆動電源電圧
ＶＢ_２ 異常判定手段電源電圧

特開２０１０−１８０８１２号公報 特開２００８−２９７９２５号公報 特開２００８−３１９７９号公報

Claims (5)

1. 内燃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、該グロープラグへの通電を制御してグロープラグの発熱温度を調整するグロープラグ通電制御装置とに発生する異常を検出するグロープラグ異常検出装置において、
   上記内燃機関の運転状況に応じて上記グロープラグ通電制御装置に発信される駆動信号にしたがって駆動用電源から上記グロープラグへの通電を開閉駆動する第１の開閉スイッチと、
   該第１の開閉スイッチの駆動電流を制限して第１の開閉スイッチをゆっくりと開閉させる第１の電流制限手段と、
   異常判定用電源と、
   該異常判定用電源に接続すると共に上記第１の開閉スイッチと並列に設けて、上記駆動信号にしたがって速やかに開閉駆動する第２の開閉スイッチと、
   上記異常判定用電源から第２の開閉スイッチを介して上記グロープラグへ流れる電流を制限する第２の電流制限手段と、
   上記駆動信号の立上がり又は立ち下がりから所定の異常判定時期において、上記駆動用電源又は上記異常判定用電源から上記グロープラグに印加される電圧と所定の閾値電圧との比較により異常を判定する異常判定手段とを具備することを特徴とするグロープラグ異常検出装置。
2. 上記異常判定手段は、上記入力電圧が上記閾値電圧より高い場合に異常と判定する請求項１に記載のグロープラグ異常検出装置。
3. 上記所定の異常判定時期として、上記第１の開閉スイッチの立上がり開始から完了するまでの時間の略２分の１より短い時間で、上記第２の開閉スイッチの立上がり開始から完了するまでの時間の２分の１より長い時間を断線判定時間とし、該断線判定時間における入力電圧が上記閾値電圧よりも高いときに断線異常と判定する請求項１又は２に記載のグロープラグ異常検出装置。
4. 上記通電制御装置が、上記グロープラグへの電流を平滑化すべく、各気筒への通電開始時期をずらして通電する制御を実施すると共に、
   上記所定の異常判定時期として、上記第１の開閉スイッチと上記第２の開閉スイッチとが開放されている期間を端子間短絡判定期間とし、
   該端子間短絡判定期間における入力電圧が上記閾値電圧よりも高いときに端子間短絡異常と判定する請求項１ないし３のいずれかに記載のグロープラグ異常検出装置。
5. 全ての気筒に設けられたグロープラグに対して上記駆動信号が全く発信されていない状態において、上記異常判定手段の入力電圧が上記閾値電圧よりも高いときに上記第１の開閉スイッチ又は上記第２の開閉スイッチの故障と判定する請求項１ないし４のいずれかに記載のグロープラグ異常検出装置。

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