JP2013127240A - グロープラグ通電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のグロープラグ通電制御装置1は、ECU60から発信された駆動信号SIと、判定基準信号STMとを識別する入力判定回路43と、筒内温度TCYL(℃)、又は、筒内圧力PCYL(MPa)によって自己の設けられた気筒の燃焼行程、又は、燃料噴射が行われたことを検出する燃焼サイクル検出回路46と、判定基準信号STMと燃焼サイクル検出回路46から出力される燃焼検出信号VOUTとの時間差によって自己の設けられている気筒位置を判定する気筒位置判定回路47とを具備する。
【選択図】図1
Description
また、特許文献1の図8にあるように、従来のグロープラグ制御装置では、複数のグロープラグの通電状態検出手段として設けた複数の抵抗や複数の検出回路と一つの異常判断手段との間の配線が複雑となる。
さらに、これらの抵抗や検出回路を異常判断手段の外部に設けた場合、KWP(Key Word Protcol)やトークン方式などの通信プロトコルによって気筒毎に通信を実施する必要を生じるため、通信レスポンスに時間がかかったり、システム構成が複雑になったりするという問題がある。
また、従来のように、グロープラグへの通電を制御する半導体開閉素子が一つのグロープラグ通電制御装置内に複数設けられている場合、それぞれの半導体開閉素子から発生する熱が相互に影響するため、放熱性を良好にするために各半導体開閉素子の配置間隔を大きくする必要があり、装置の大型化を招く虞もある。
ところが、従来のように、電流導入部の領域にスイッチを設けても、グロープラグの外部に設けた一つの駆動制御部によって、複数のグロープラグのスイッチを開閉制御したのでは、スイッチにおける放熱の問題は解消されても、特許文献1にあるような複数のグロープラグを一つの制御手段で制御する場合と何ら変わることがなく、スイッチと制御手段との間で授受されるデータ量が膨大となり、配線構造も複雑となる等の問題は解消されない。
したがって、請求項3の発明によれば、噴射気筒を順次切り替えることによって、グロープラグの気筒位置を特定することが可能となる。
なお、上記気筒判定モードは、上記機関の停止時に設けても良いし、運転時に設けても良い。
請求項4の発明のように所定の燃焼時抵抗閾値(REXP)を超えたときに、自己の設けられた気筒が燃焼行程であると判定したり、請求項5の発明のように、所定の気筒判定時期において、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)が所定の燃料噴射時抵抗閾値(RINJ)を下回ったときに、自己の設けられた気筒において燃料噴射が行われたと判定したり、請求項6の発明のように、検出開始から、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)が所定の燃料噴射時抵抗閾値(RINJ)まで上昇する時間が、所定の時間を下回ったときに、自己の設けられた気筒において燃料噴射が行われたと判定したり、請求項7の発明のように、所定の気筒判定時期において、上記発熱体の抵抗値が所定の燃料噴射時抵抗閾値を下回ったときに、自己の設けられた気筒の燃料噴射を検出したり、請求項8の発明のように筒内圧力の変化を検出して閾値判定することにより自己の設けられた気筒の燃焼を検出したりして、自己の気筒位置を認識することが可能となる。
加えて、自己の設けられた気筒位置をそれぞれ独立して認識できるので、その結果を用いて、気筒ごとに通電開始時期をずらすように制御することが可能となり、複数の気筒間で通電時期が重ならず、電源への過剰な負荷を抑制し、より安定したグロープラグの通電制御が可能となる。
ECU60は、グロープラグ(発熱体)10への通電を指示する駆動信号SIと、自己の設けられた気筒位置の判定開始又は判定タイミングを指示する判定基準信号STMとを発信し、本発明の要部であるGCU30(1)〜30(n)は、ECU60からの入力信号について駆動信号SIと上定基準信号STMとを識別する入力判定回路43と、内燃機関70の燃焼を筒内温度TCYL(℃)の変化、又は、筒内圧力PCYL(MPa)の変化によって自己の設けられた気筒の燃焼行程を検出する燃焼サイクル検出回路46と、判定基準信号STMと燃焼サイクル検出回路46から出力される燃焼検出信号VOUTとの時間差によって自己の設けられている気筒位置を判定する気筒位置判定回路47とを具備することを特徴とする。
なお、内燃機関70を構成する複数の気筒#1〜#nに設けられるグロープラグ10(1)〜10(n)、GCU30(1)〜GCU30(n)、グロープラグ通電制御装置1(1)〜1(n)には、便宜上、添え字(1)〜(n)を付してあるが、本発明によれば、気筒位置を判定するために気筒毎に異なった構成を取る必要はなく、すべての気筒に対して同じ構成でありながら、それぞれのGCU30(1)〜GCU30(n)が自己の気筒位置を独立して認識することができるものである。
具体的な、気筒位置判定方法については、図3、4等を参照して後述する。
さらに、電子制御装置60(以下、適宜、ECU60と称する。)は、内燃機関70の運転状況に応じて、駆動信号SIを全てのGCU30(1)〜30(n)に対して同時に出力すると共に、各GCUGCU30(1)〜30(n)から送信された自己診断情報DIを受信する。
さらに、本発明において、ECU60は、各気筒#1から#nに設けたグロープラグ10(1)〜10(n)がどの気筒に設けられたものであるかをそれぞれ、独立に設けられたGCU30(1)〜30(n)が認識すべく自己気筒位置判定の実施を開始するための判定基準信号STMを発信する。
また、本発明において、グロープラグ10に内蔵される発熱体を特に限定するものではなく、窒化硅素、二硅化モリブデン等の導電性セラミック材料からなるセラミック抵抗体とタングステン等の耐熱性金属材料からなるリード部とを窒化硅素等の絶縁性セラミック材料からなる絶縁体に埋設したセラミックヒータや、Fe−Cr合金、Ni−Cr合金等の公知の抵抗材料を用い所定の比抵抗となるように形成された発熱コイルと制御コイルとからなる金属ヒータ等の公知の発熱体を適宜採用することができる。
また、本発明のグロープラグ通電制御装置1では、サーミスタや熱電対等の温度検出手段を用いることなく、自機が制御するグロープラグ10の抵抗値RGPが一定となるように通電制御することで、発熱温度を一定の目標温度に制御することができる。
本図(a)は、グロープラグ通電制御装置1の回路構成を示すブロック図であり、本図(b)は、内燃機関70の一つの気筒に設けられたグロープラグ通電制御装置1の概要を示す断面図である。
本図(a)に示すように、ハウジング20内にグロープラグ10とGCU30とが一体的に収容され、ハウジング20を介して接地状態となっている。
制御IC40は、昇圧回路41、駆動回路42、入力判定回路43、定電流電源回路44、抵抗値演算回路45、燃焼サイクル検出回路46、気筒判定回路47、気筒記憶回路48、自己診断回路49とによって構成され、必要に応じてパッケージ化されている。
本実施形態においては、燃焼サイクル検出回路46として、発熱体を含むグロープラグ10の抵抗値RGPを検出する抵抗値検出手段として、駆動信号SIにより、グロープラグ10への通電を許可しない状態でグロープラグ10が発熱しない程度の極低い電流を流す定電流電源回路44を具備し、筒内温度TCYLの変化に伴うグロープラグ10の抵抗値RGPの変化をグロープラグ10の上端における電圧(プラグ電圧VGP)の変化として検出し、所定の燃焼時抵抗閾値(VREF)を超えたときに、自己の設けられた気筒が燃焼行程であると判定する
駆動回路42は、内燃機関70の運転状況に応じて、外部に設けたECU60から発信された駆動信号SIにしたがって通電を開始し、抵抗値演算回路45によって算出したグロープラグ10の抵抗値RGPが一定となるように、半導体開閉素子50を開閉駆動し、グロープラグ10の発熱温度を所定の目標温度に維持する。
入力判定回路43は、ECU60から出力された信号が、駆動信号SIであるか、判定基準信号STMであるかを判定する。
具体的には、例えば、ECU60から入力された信号のオン時間とオフ時間とを計測することによって、デューティを示す駆動信号SIか判別基準信号化STMかを判別することができる。
抵抗値演算回路45は、グロープラグ10に流れる電流IGPとグロープラグ10に印加されている電圧VGPとから抵抗値RGPを算出し、必要に応じて所定の閾値との比較によって閾値判定を行う。
さらに、抵抗値演算回路45で算出した抵抗値RGPは、自己診断回路49にフィードバックされ、グロープラグ通電制御装置1の異常検出にも用いることができる。
例えば、抵抗値RGPを基準抵抗値RCと一致するよう電力制御したときに、グロープラグ10に流れるプラグ電流IGPと抵抗値RGPとから算出される実効電力PACが、初期の実効電力PINTに対して所定の限界率RLを下回ったときに劣化異常と判定したり、抵抗値RGPが所定の閾値RREF以下となった場合には、断線異常と判定したりできる。
なお、本実施形態においては、燃焼サイクル検出回路46は、グロープラグ10を発熱させるための通電が停止されている状態で、定電流電源44から極めて小さい電流を流して検出される抵抗値RGPによって、燃焼の検出を行うため、通電時に流れる大きな電流を検出して抵抗値RGPを算出する抵抗値演算回路45とは別に設けた構成としている。
例えば、グロープラグ10への通電が行われていない状態で、ECU60から出力された判定基準信号STMを受けると、燃焼サイクル検出回路46によって内燃機関70の燃焼行程において、燃焼熱を受けて変化する抵抗値RGPが所定の燃焼検出抵抗閾値REXPを超えて、燃焼行程を検出するまでの時間をカウントし、その長短によって自己の気筒位置を判定することができる。
気筒位置記憶手段48は、気筒位置判定回路47によって認識された自己の気筒位置を記憶する。
自己診断装置49は、抵抗値RGPを閾値判定して異常の有無を検出すると共に、その結果を気筒位置記憶手段48に記憶された気筒位置情報IDを利用して、気筒位置を特定して自己診断信号DIを出力することができる。
燃焼室700の圧縮行程において、燃焼室700内に燃料噴射弁INJから高圧燃料FLが噴射され、燃焼爆発が起こるとグロープラグ10には、筒内温度TCYLと筒内圧力PCYLとが負荷される。
本発明の第1の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置1は、燃焼室700内で爆発が起こったときの筒内温度TCYLの変化に伴うグロープラグ10の抵抗値RGPの変化を読み取って、複数の気筒からなる内燃機関70において、各気筒の燃焼順位とグロープラグ10の抵抗値変化によって検出された燃焼時期とから自己の気筒位置を認識するものである。
このような構成とすることにより、グロープラグ10の発熱温度を一定温度に保つために、バッテリ電圧を検出するなどの他の検出手段を設ける必要がなく、また、各グロープラグ10(1)〜10(n)の温度をそれぞれのGCU30(1)〜30(n)が独立して制御するので、他のグロープラグ10(1)〜10(n)の劣化状態によって影響されることがなく、極めて高い精度で温度維持を図ることができる。
グロープラグ10に内蔵された抵抗発熱体の抵抗温度特性は、正の相関が成り立っており、図3(a)に実線で示すように、筒内温度TCYL(℃)、又は、自己の発熱温度TTRG(℃)が高いほど高い抵抗値RGPを示す。
そこで、グロープラグ10への通電によって発熱温度を一定の目標温度に維持する際には、駆動回路42から出力されるゲート電圧VGGを昇降させて、半導体開閉素子50を開閉制御して、抵抗値RGPを所定の目標温度TTRG(例えば、1200℃)における基準抵抗RCと一致させるように供給電力を調整することにより目標温度TTRGに維持している。
しかし、本図(a)に示すように、常温において、グロープラグ10への通電は停止した状態で、グロープラグ10が発熱しない程度の微弱な電流を流したとき(非駆動時)に、検出されるグロープラグ10の抵抗値RGP(Ω)は、例えば、0.3〜0.4Ω程度であるが、内燃機関の燃焼爆発により、筒内温度TCYLが700℃程度に上昇すると、その熱を受けて、グロープラグ10の抵抗値RGPも上昇し、0.9Ω程度まで上昇し、グロープラグ10が劣化した状態では、より高い抵抗値を示す。
そこで、燃焼サイクル検出回路46において、例えば、0.8Ωを燃焼検出抵抗閾値REXPとして、グロープラグ10の抵抗値RGPと比較し、燃焼検出抵抗閾値REXPを超える高い抵抗値RGPが検出された場合に燃焼爆発が起こっていると判定し、燃焼サイクル検出回路46を出力させる。
また、各気筒の燃焼持には、グロープラグ10が、高い筒内圧力PCYLにも晒されることになるので、グロープラグ通電制御装置1に、例えば、圧電素子等の圧力検出手段を設けて、燃焼時期を検出するようにしても良く、そのような構成とした場合の詳細については、本発明の第4の実施形態として後述する。
本図(b−1)に示すように、ECU60から、判定基準信号STMが全てのGCU30(1)〜30(4)に対して同時に出力されると、各GCU30(1)〜30(4)で経過時間T1〜T4のカウントが開始される。
本図(b−2)に示すように気筒#1で燃焼爆発が起こり、筒内温度TCYLが昇降すると、本図(b−3)に示すように、気筒#1の筒内温度TCYLの温度変化にやや遅れてグロープラグ10(1)の抵抗値RGPが変化し、燃焼検出閾値REXPを超えると、燃焼検出出力がHiとなり、カウントが停止され、判定基準信号STMの入力からの経過時間T1が計測されるので、これを予め記憶したマップデータと比較する等によって閾値判定すれば、GCU30(1)が、気筒#1に設けられたものであることが分かる。
同様にして、本図(b−1)に示すように、気筒#3→#4→#2の順で燃焼爆発が起こると、本図(b−4)〜(b−6)に示すように、GCU30(3)→GCU30(4)→GCU30(2)の順で、経過時間T3、T4、T2が計測され、GCU30(3)、30(4)、30(2)がそれぞれ、気筒#3、#4、#2に設けられたものであることが分かる。
前記実施形態においては、駆動信号SIがオフの状態で、燃焼時のグロープラグ10に定電流電源44から微弱な電流を流して、抵抗値RGPを検出して、燃焼検出抵抗閾値REXPとの比較により燃焼検出をし、判定基準信号STMの入力から、燃焼検出までの経過時間を閾値判定して、自己気筒位置を認識する例を示したが、本実施形態においては、グロープラグ10に、発熱しない程度の微弱な電流をn−MOS50aを通して流し、そのセンス電流IGPとグロープラグ10の端部に発生する電圧VGPとで算出する抵抗値RGPと、ECU60から出力された気筒判定基準信号STMを基準として、いつ抵抗値RGPが変化するかを捉えることによって自己の気筒位置を認識する点が相違する。
また、前記実施形態においては、グロープラグ10の温度制御をn-MOS50に流れるプラグ電流IGPとグロープラグ10に印加される電圧VGPとから、通電時の抵抗値RGPを算出して、基準抵抗値RCとの比較によって、発熱温度を制御する構成を示したが、本実施形態においては、半導体開閉素子としてグロープラグ10への通電を開閉駆動するトランジスタ回路の一部を利用してカレントミラー回路を構成した電流センスモスMOS50aを用いて、グロープラグ10に流れるプラグ電流IGPとグロープラグ10に印加されるプラグ電圧VGPとを抵抗値演算回路45aで読み取り、通電制御することによって発熱温度を制御する点が相違する。
なお、検出精度の関係から、センスMOS50aを経由してセンス電流IGPを検出により燃焼検出を行うことが困難な場合には、後述する本発明の第4の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置1cに示す、燃焼検出手段として、筒内圧力PCYLを検出する圧力検出手段25を設けた構成と組み合わせた構成としても良い。
上記実施形態においては、GCU30とグロープラグ10とが一体的にハウジング20内に収容された構成を示したが、本実施形態においては、ハウジング20bとして、雌雄のコネクタ21、22を用いて、グロープラグ10とGND線とソース端子VSS線を分離可能とし、GCU30bをコネクタ22内に収容した点が相違する。
本実施形態の構成とすることで、上記実施形態と同様の効果に加え、内燃機関70への組み付け作業が容易となる上に、グロープラグ10に異常を生じた場合、ハウジング20b内に収容されたグロープラグ10のみを交換し、コネクタ22内に収容したGCU30はそのまま利用することも可能となる。
コネクタ22の基端側には、駆動信号線WIRSI、自己診断信号線WIRDI、動力線WIRBATが引き出され、フッ素ゴム、シリコンゴム等の公知の耐熱性封止部材を介して、ステンレス等の金属からなり略筒状に形成されたケーシングによってかしめ固定されている。
コネクタ22の先端側には、GCU30に接続され、駆動電圧VSSの出力を図る駆動信号端子115b、GNDとの接続を図る接地端子127bが露出している。
コネクタ21とコネクタ22とを嵌合すると、コネクタ21内に収容した各端子114b、126bとコネクタ22から露出する各端子115b、127bはそれぞれ弾性的に接触して導通状態となる。
また、後述する、燃焼検出手段として、筒内圧力PCYLを検出する構成においては、圧力センサ25の出力をGCU30bに伝達する経路をコネクタ21、22内に設けることができる。
上記実施形態においては、判定基準信号STMとして、ECU60から、1パルスのみからなる信号を全てのGCU30(1)〜30(n)に発信して、自己気筒位置判定を開始する方法について説明したが、本実施形態においては、ECU60が、気筒数(n)に応じて所定の間隔で複数回の判定基準信号STMを発信し、気筒位置判定回路47が、燃焼サイクル検出回路46によって自己の設けられた気筒の燃焼が検出されるまでに受信した判定基準信号STMの回数によって自己の設けられている気筒位置を判定する。
このような構成とすることによって、上述のようなマップデータ等を予め用意する必要がなく、気筒位置の判定に当たり、簡易なアナログロジックを用いて、高速処理を行うことが可能となる。
本図(b)に示すように、例えば、各GCU30(1)〜30(4)内に設けた気筒位置判定回路47に内蔵したロジックカウンタが判定基準信号STM#1、STM#3、STM#4の入力の度にアップされ、STM#2の入力によりリセットされるように構成すれば、本図(c)に示すように、気筒#1→#3→#4→#2の順に燃焼爆発が起こった場合、本図(d)〜(g)に示すように、ロジックカウンタがいくつの状態で各GCU30(1)〜30(4)で燃焼検出されるかを判定することによって、自己の気筒位置を認識することができる。
本実施形態においては、燃焼サイクル検出回路46cとして、発熱体100を含むグロープラグ10を略柱軸状に形成して、略筒状のハウジング20cの先端に遊動可能に収容すると共に、燃焼室700内の圧力PCYLに応じて伸縮するダイヤフラム125を介してグロープラグ10とハウジング20cとの間を気密に保持して、燃焼室700内の圧力PCYLがグロープラグ10に負荷されたときにグロープラグ10の基端側に設けた圧力検出手段25によって検出し、所定の燃焼時圧力閾値PREFを超えたときに、自己の設けられた気筒が燃焼行程であると判定する。
前記実施形態においては、グロープラグ10の抵抗温度特性を利用して、燃焼時の温度上昇に伴うグロープラグ10の抵抗値変化を検出して、自己の気筒位置を判定する方法について説明したが、本実施形態においては、圧力検出手段として、圧電素子25をハウジング20c内に設けて、燃焼行程における筒内圧力PCYLの上昇を検出して自己の気筒位置を判定するようにした点が相違する。
さらにGCU30cの先端側には、ハウジング220、200、ネジ部203等を介して、内燃機関のシリンダヘッド740に接地される接地端子GNDと、グロープラグ10cへ接続されるソース端子VSSと、筒内圧力PCYLの変化を検出した圧電素子25の出力を入力する入力端子VINが引き出されている。
ダイヤフラム125は略平膜状で発熱体100に連結された筒状のスリーブ124とハウジング基体200とを気密の接続し、ダイヤフラム125は、スリーブ124を介して発熱体100の先端に負荷された筒内圧力PCYLを圧電素子25の先端側表面254に伝達できるよう、弾性部材によって形成されている。
ハウジング20cの先端側には、スリーブ122、123、124に連結された略円柱状のグロープラグ10が、収容されている。
本実施形態において、グロープラグ10は、いわゆるセラミックヒータが用いられており、略U字形の発熱体100を絶縁体130が覆い、一対のリード線110、120が引き出されている。
発熱体100に接続する他方のリード線120を引き出した接地端子121は、スリーブ122、123、ハウジング基体200、ネジ部203を介して、シリンダヘッド730に接地状態となっている。
ハウジング20cの先端には、スリーブ122の外周を摺動可能に保持する内径を有する厚肉部212が形成され、その間隙をシール部材240によって封止している。
中心導体113とスリーブ122とは、筒状の絶縁体241によって絶縁を確保されている。
スリーブ123は、スリーブ122とスリーブ124とを接続状態とすると共に外径方向に広がる鍔部が形成されており、ハウジング基体200の内周に摺動可能に保持されて、グロープラグ10をハウジング20cの先端の中心に保持している。
グロープラグ10とスリーブ122とは、ロウ付け等の公知の方法により接合されている。
本実施形態では、筒内圧力PCYLを所定の燃焼時圧力閾値PREFとの比較によって自己の設けられた気筒位置を認識できる。
本図(b)に示すように、例えば、各GCU30(1)〜30(4)内に設けた気筒位置判定回路47に内蔵したロジックカウンタが判定基準信号STM#1、STM#3、STM#4の入力の度にアップされ、STM#2の入力によりリセットされるように構成すれば、本図(c)に示すように、気筒#1→#3→#4→#2の順に燃焼爆発が起こった場合、本図(d)〜(g)に示すように、ロジックカウンタがいくつの状態で各GCU30(1)〜30(4)で燃焼検出されるかを判定することによって、自己の気筒位置を認識することができる。
上記実施形態においては、燃焼温度の変化又は燃焼圧力の変化を燃焼サイクル検出回路46、45a、46b、46cによって、実際の燃焼行程を検出して自己の気筒位置を認識する構成について説明したが、気筒判定モードとして、気筒順に燃料噴射を行って自己の気筒位置を検出するようにしても良い。
本実施形態における、気筒判定モードでは、エンジンの始動前、又は、エンジン停止後に以下の手順にしたがって気筒判別を実施する。
同時に、噴射開始を示す噴射開始デューティDTY2と、噴射されている気筒の情報を示す噴射気筒識別デューティDTY3とをGCU30に送信する。
GCU30では、燃料噴射によるグロープラグ10の温度変化をプラグ抵抗RGPの測定によって検出し、燃料噴射が行われた気筒では、燃料の気化潜熱によってプラグ温度が低下するため、所定の燃料噴射時抵抗閾値RINJを下回るまでの時間が短くなることを利用して、燃焼サイクル検出信号として、燃料噴射を検出して、自己の搭載された気筒が燃料噴射の行われた気筒か否かを判別することが可能となる。
燃料噴射を行う気筒を順次切り替えることで、全てのGCU30(1)〜30(n)が、どの気筒#1〜#nに設けられたものであるかを認識することができる。
また、本図(a)に示すように、降温時の抵抗値変化を閾値判定することで、燃料噴射気筒であるか否かを判定しても良い。
具体的には、本実施形態においては、検出開始から、発熱体100の抵抗値RGPが所定の燃料噴射時抵抗閾値RINJまで下降する時間が、所定の時間を下回ったときに、自己の設けられた気筒において燃料噴射が行われたと判定する。
さらに、本図(b)に示すように、燃料噴射の行われた気筒のグロープラグ10の降温速度が大きくなるので、燃料噴射気筒の微少時間における抵抗変化率ΔRINJは、燃料噴射の行われていない抵抗変化率ΔRNOよりも小さくなるため、この差を検出するようにしても良い。
微少時間における抵抗変化率を測定することで、グロープラグ10の劣化による抵抗値変化の影響を受けることなく高精度に自己の気筒位置の判別が可能となる。
燃料噴射の行われた気筒では、グロープラグ10が冷却されるため、グロープラグの昇温時に所定の燃料噴射時抵抗閾値RINJを超えるまでの判定時間TINJが燃料噴射のない気筒の判定時間TNOよりも長くなるため、これを検出することで、自己の気筒位置を判断できる。
さらに、本図(b)に示すように、グロープラグ10への通電期間中に、燃料噴射を所定の時間行い、所定の気筒判定時期において、安定した温度におけるグロープラグ抵抗RGPを検出し、燃料噴射時閾値RINJとの比較により閾値判定するようにしても良い。
この場合、燃料噴射が行われた気筒においては、グロープラグ抵抗RGPが燃料噴射時閾値RINJを下回り、燃料噴射の行われていない気筒では、グロープラグ抵抗RGPが燃料噴射時閾値RINJを越えるため、自己の気筒で燃料噴射されているか否かが判定され、上記の実施形態と同様に、気筒順に燃料噴射を行うことで、各グロープラグ10がいずれの気筒に設けられたものであるかを特定することができる。
上記実施形態においては、始動前、又は、運転停止時に気筒判定モードを設けた例を示したが、燃焼サイクル検出回路46において、機関の運転中の燃料噴射を検出するようにしても良い。
本図(b−1)に示すように、ECU60から、判定基準信号STMが全てのGCU30(1)〜30(4)に対して同時に出力されると、各GCU30(1)〜30(4)で経過時間T1〜T4のカウントが開始される。
本図(b−2)に示すように、ECU30から、各気筒#1から#4に対して燃焼順(#1→#3→#4→#2)に燃料噴射指令SINJが所定のタイミングで送信される。
燃料噴射が行われた気筒では、燃料の一部がグロープラグ10の先端に付着し、気化潜熱によって温度が下がり、検出される抵抗値RGPが低下する。
これを燃料噴射時抵抗閾値RINJとの比較により閾値判定することで燃料噴射された気筒を検出することができる。
同様にして、本図(b−1)に示すように、気筒#3→#4→#2の順で燃焼爆発が起こると、本図(b−5)〜(b−7)に示すように、GCU30(3)→GCU30(4)→GCU30(2)の順で、経過時間T3、T4、T2が計測され、GCU30(3)、30(4)、30(2)がそれぞれ、気筒#3、#4、#2に設けられたものであることが分かる。
例えば、上記実施形態においては、半導体開閉素子として、n―チャンネルMOSFETをグロープラグのハイサイドで制御する構成を示したが、半導体開閉素子をn―チャンネルMOSFETに限定するものではなく、p−チャンネルMOSFETを用いる構成としても良いし、グロープラグのローサイドで通電制御する構成でも良い。
さらに、上記実施形態においては、ピンプラグ構造のコネクタを示したが、本発明においてコネクタの構造を特に限定するものではない。
上記実施形態においては、4気筒エンジンを例として、本発明の効果を説明したが、2以上の気筒からなる内燃機関であって、それぞれの気筒に設けたグロープラグに対して一対一に対応するGCUを設けた構成であれば、如何なる気筒数の内燃機関にも採用し得るものである。
10 グロープラグ
100 抵抗発熱体
20 ハウジング
30 通電制御部
40 制御IC
41 昇圧回路
42 駆動回路
43 入力判定回路
44 定電流電源
45 抵抗値演算回路
46 燃焼サイクル検出回路(比較器)
47 気筒位置判定回路
48 気筒位置記憶部
49 自己診断制御部
50 半導体開閉素子
60 エンジン電子制御装置(ECU)
70 内燃機関
80 電源
REXP 燃焼時抵抗閾値
RINJ 燃料噴射時抵抗閾値
Claims (10)
- 複数の気筒からなる内燃機関(70)の各気筒(#1〜#n)に設けられ、通電により発熱すると共に、その抵抗値が自己の温度変化に応じて正の相関を以て変化する抵抗発熱体(100)を有するグロープラグ(10)と、該グロープラグ(10)に一対一対応で設けられ、上記内燃機関(70)の運転を制御する電子制御装置(60)からの駆動信号(SI)にしたがって、上記グロープラグ(10)への通電を個別に制御する通電制御ユニット(30)とからなるグロープラグ通電制御装置であって、
上記電子制御装置(60)が、上記発熱体(100)への通電を指示する駆動信号(SI)と、自己の設けられた気筒位置の判定開始を指示する判定基準信号(STM)とを発信し、
上記通電制御ユニット(30)が、上記電子制御装置(60)からの入力信号について上記駆動信号(SI)と上記判定基準信号(STM)とを識別する入力判定回路(43)と、
上記内燃機関(70)の筒内(700)の温度変化、若しくは、上記グロープラグ(10)の温度変化、又は、筒内圧力の変化によって自己の設けられた気筒への燃料噴射、又は、気筒の燃焼を検出する燃焼サイクル検出回路(46)と、
該燃焼サイクル検出回路から出力された燃焼サイクル検出信号(VOUT)と上記判定基準信号(STM)との時間差によって自己の設けられている気筒位置を判定する気筒位置判定回路(47)とを具備することを特徴とするグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b、1c)。 - 複数の気筒からなる内燃機関(70)の各気筒(#1〜#n)に設けられ、通電により発熱すると共に、その抵抗値が自己の温度変化に応じて正の相関を以て変化する抵抗発熱体(100)を有するグロープラグ(10)と、該グロープラグ(10)に一対一対応で設けられ、上記内燃機関(70)の運転を制御する電子制御装置(60)からの駆動信号(SI)にしたがって、上記グロープラグ(10)への通電を個別に制御する通電制御ユニット(30)とからなるグロープラグ通電制御装置であって、
上記電子制御装置(60)が、上記発熱体(100)への通電を指示する駆動信号(SI)と、自己の設けられた気筒位置の判定タイミングを指示する判定基準信号(STM)とを発信し、
上記通電制御ユニット(30)が、上記電子制御装置(60)からの入力信号について上記駆動信号(SI)と上記判定基準信号(STM)とを識別する入力判定回路(43)と、
上記内燃機関(70)の筒内(700)の温度変化、若しくは、上記グロープラグ(10)の温度変化、又は、筒内圧力の変化によって自己の設けられた気筒への燃料噴射、又は、気筒の燃焼を検出する燃焼サイクル検出回路(46)と、
上記電子制御装置(60)が、気筒数に応じて所定の間隔で複数回の上記判定基準信号(STM)を発信し、上記燃焼サイクル検出回路(46)によって自己の設けられた気筒への燃料噴射、又は、燃焼が検出されるまでに受信した上記判定基準信号(STM)の回数によって自己の設けられている気筒位置を判定する気筒位置判定回路(47)とを具備することを特徴とするグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b、1c)。 - 上記グロープラグ(10)の気筒位置を判定する気筒判定モードとして、各気筒に対して順に燃料噴射を行い、燃料噴射が行われた気筒とその他の気筒とで検出される温度の違いを閾値判定して上記燃焼サイクル検出信号を出力し、自己の気筒位置を判定する請求項1又は2に記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b、1c)。
- 上記燃焼サイクル検出回路(46)として、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)を検出する抵抗値検出手段(45、45a)を具備し、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)が所定の燃焼時抵抗閾値(REXP)を超えたときに、自己の設けられた気筒が燃焼行程であると判定する請求項1ないし3のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b)。
- 上記燃焼サイクル検出回路(46)として、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)を検出する抵抗値検出手段(45、45a)を具備し、所定の気筒判定時期において、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)が所定の燃料噴射時抵抗閾値(RINJ)を下回ったときに、自己の設けられた気筒において燃料噴射が行われたと判定する請求項1ないし3のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b)。
- 上記燃焼サイクル検出回路(46)として、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)を検出する抵抗値検出手段(45、45a)を具備し、検出開始から、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)が所定の燃料噴射時抵抗閾値(RINJ)まで下降する時間が、所定の時間を下回ったときに、自己の設けられた気筒において燃料噴射が行われたと判定する請求項1ないし3のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b)。
- 上記燃焼サイクル検出回路(46)として、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)を検出する抵抗値検出手段(45、45a)を具備し、検出開始から、上記発熱体(100)の抵抗値(RGP)が所定の燃料噴射時抵抗閾値(RINJ)まで上昇する時間が、所定の時間を上回ったときに、自己の設けられた気筒において燃料噴射が行われたと判定する請求項1ないし3のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b)。
- 上記燃焼サイクル検出回路(46c)として、上記発熱体(100)を略柱軸状に形成して、略筒状のハウジング(20c)の先端に遊動可能に収容すると共に、燃焼室(700)の内側の圧力(PCYL)に応じて伸縮するダイヤフラム(125)を介して上記発熱体(100)と上記ハウジング(20c)との間を気密に保持して、上記燃焼室(700)の内側の圧力(PCYL)が上記発熱体(100)に負荷されたときに該発熱体(100)の基端側に設けた圧力検出手段(25)によって検出し、所定の燃焼時圧力閾値(PEXP)を超えたときに、自己の設けられた気筒が燃焼行程であると判定する請求項1ないし3のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1c)。
- 外部に設けた電源(80)から上記グロープラグ(10)への通電を開閉する半導体開閉素子(50)と、
上記電子制御装置(70)からの駆動信号(SI)にしたがって上記半導体開閉素子(50)を開閉駆動する駆動回路(42)と、
上記発熱体(100)に流れる電流(IGP)と上記発熱体(100)に印加される電圧(VGP)とから上記発熱体の抵抗値(RGP)を算出する抵抗値演算回路(45)とを具備し、
該抵抗値演算回路(45)によって算出した上記抵抗値(RGP)と、予め設定した目標温度における所定の基準抵抗(RC)とが一致するように上記駆動回路(42)を制御するに当たり、上記気筒位置判定回路(47)によって認識した自己の気筒位置に応じたタイミングで上記発熱体(100)への通電開始時期をずらす請求項1ないし8のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b、1c)。 - 上記抵抗値演算回路(45)の算出した抵抗値(RGP)から上記グロープラグ通電制御装置(1,1a、1b、1c)における異常の有無を判定した結果と、上記気筒位置判定回路(47)によって認識した自己の気筒位置に関する情報とを合わせて、自己診断信号(DI)として上記電子制御装置(70)に発信する請求項1ないし9のいずれかに記載のグロープラグ通電制御装置(1、1a、1b、1c)。
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