JP2015108370A - グロープラグ制御装置及びグロープラグ制御方法 - Google Patents

グロープラグ制御装置及びグロープラグ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 内燃機関の筒内圧を検出する圧力検知機能を有するグロープラグのハウジング内へのデポジット付着を適切に防止できるグロープラグ制御装置及びグロープラグ制御方法を提供する。
【解決手段】 グロープラグ10は、軸孔11Hを有するハウジング11と先端部14Sがハウジングの先端13Sから突出しハウジングとの間に環状に間隙CVを有して軸孔11H内に配置され、通電により発熱するヒータ部材14と、ハウジングの軸孔内で、ヒータ部材14を軸線方向AXに相対移動可能かつ弾性的にハウジングに連結し、燃焼ガスがハウジングとヒータ部材との間の間隙CVを後端側に進入するのを遮断するシール部材26と、を有する。グロープラグ制御装置1,5は、始動時通電手段S3と、始動前後以外で、ハウジング11の軸孔11H内にデポジットが堆積する運転状態のときに、シール部材26が200℃以上に加熱されるようにヒータ部材14に通電するデポジット堆積時通電手段S5と、を備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関の筒内圧を検知する圧力検知機能を有するグロープラグのヒータ部材に対して通電を実行するグロープラグ通電制御装置、及び圧力検知機能を有するグロープラグの通電の制御方法に関する。
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の始動を補助するグロープラグとして、内燃機関の筒内圧を検知する圧力検知機能を併せて有するグロープラグが知られている(例えば、特許文献1参照)。このグロープラグでは、ヒータ部(ヒータ部材)は、ハウジングと離間しており、連結部材(シール部材)を介してハウジングに弾性的に連結され、ヒータ部が軸線方向に相対移動可能にハウジング内に配置されている。連結部材は、内燃機関の燃焼ガスが、自身よりも軸線方向基端側に進入するのを防止している。そして、筒内圧の変化に伴うヒータ部の軸線方向の変位を圧力センサに伝達して、内燃機関の筒内圧を検知する。圧力センサは、例えば、環状の金属ダイアフラムと、この金属ダイアフラムの上面に接合されたピエゾ抵抗素子とを有し、筒内圧の変化でヒータ部が軸線方向に変位することに伴って生じる金属ダイアフラムの歪みの度合いをピエゾ抵抗素子で検知して、筒内圧を検知する。
ところで、内燃機関を作動させ燃料を燃焼させると、煤が発生することがある。グロープラグは燃焼室内に突出しているので、発生した煤がグロープラグのハウジングの先端から、ハウジングとヒータ部との間隙を通じて、ハウジング内に進入し、ハウジングの内壁やヒータ部の外周、連結部材などにデポジットとして堆積することがある。すると、ヒータ部の可動性が低下するほか、ハウジングとヒータ部との間隙がデポジットで狭くなるあるいは詰まるために、圧力センサで検出される筒内圧が小さくなる場合がある。そこで、グロープラグ(ヒータ部材)とエンジンヘッドとの間に生じた温度勾配による熱泳動現象により、グロープラグ側へのデポジットの堆積を抑制する技術が提案されている(特許文献2参照)。
特開2012−177483号公報 特開2011−74809号公報
しかしながら、この特許文献2に記載の技術では、多量の煤が発生する運転状態が継続した場合などで、グロープラグのハウジングとヒータ部材との間の間隙部分にデポジットが堆積するのを、適切に防止できない場合もある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の筒内圧を検出する圧力検知機能を有するグロープラグのハウジング内へのデポジット付着を適切に防止できるグロープラグ制御装置を提供する。また、圧力検知機能を有するグロープラグのハウジング内へのデポジット付着を適切に防止できるグロープラグ制御方法を提供する。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、内燃機関の筒内圧を検出する圧力検知機能を有するグロープラグの通電制御を行うグロープラグ制御装置であって、上記グロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、少なくとも自身の先端部が上記ハウジングの先端から突出し、上記ハウジングとの間に環状に間隙を有して、上記軸孔内に配置され、通電により発熱する直棒状のヒータ部材と、上記ハウジングの上記軸孔内に配置され、上記ヒータ部材を上記軸線方向に相対移動可能かつ弾性的に上記ハウジングに連結し、上記内燃機関の燃焼室で発生した燃焼ガスが上記ハウジングと上記ヒータ部材との間の上記間隙を上記軸線方向後端側に向けて進入するのを気密に遮断するシール部材と、を有し、上記グロープラグ制御装置は、上記内燃機関の始動前後に上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電する始動時通電手段と、上記始動前後以外で、上記ハウジングの上記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態のときに、上記シール部材が200℃以上に加熱されるように、上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電するデポジット堆積時通電手段と、を備えるグロープラグ制御装置である。
このグロープラグ制御装置では、内燃機関の始動前後にヒータ部材に通電する始動時通電手段のほか、デポジット堆積時通電手段を有しており、燃焼室内に煤が発生して、ハウジングの軸孔内にデポジットが堆積する運転状態のときに、デポジット堆積時通電手段でヒータ部材に通電することで、シール部材が200℃以上に加熱される。このように、シール部材まで高温となることで、燃焼室内に発生した煤が、エンジンヘッドのグローホールとグロープラグのヒータ部材との間に、さらに、ハウジングとヒータ部材との間の間隙に進入する間に、熱により分解されてガス化し、あるいは改質されて付着しにくい微粒子となる。このため、煤によるデポジットが、エンジンヘッドのグローホールとグロープラグのヒータ部材との間や、ハウジングとヒータ部材との間隙のうち、シール部材よりも先端側の、ハウジングの内周面、ヒータ部材の外周面、及びシール部材の先端側面に堆積するのを適切に防止することができる。かくして、このグロープラグ制御装置によれば、グロープラグの圧力検知機能を維持し、筒内圧の検知を適切に行わせることができる。
なお、「ハウジングの軸孔内にデポジットが堆積する運転状態」では、デポジット堆積時通電手段で通電をしないと、ハウジングの軸孔内の各部材(ハウジング、ヒータ部材、シール部材)においてデポジットが堆積する。「ハウジングの軸孔内にデポジットが堆積する運転状態」であるか否かについては、アクセル開度(アクセル開度センサ)、エンジン回転数(回転数センサ)、エンジン冷却水温度(水温センサ)、排気中の酸素濃度(酸素センサ、空燃比センサ)などのデータを、グロープラグ制御装置で取得し演算して判別すると良い。また、ECUなど内燃機関の運転状態を監視する装置で「ハウジングの軸孔内にデポジットが堆積する運転状態」であるか否かを判定した判定結果を受け取る構成とすることもできる。
さらに、上述のグロープラグ制御装置であって、前記デポジット堆積時通電手段は、前記シール部材が250℃以上に加熱されるように、前記グロープラグの前記ヒータ部材に通電するグロープラグ制御装置とすると良い。
この装置では、シール部材が250℃以上に加熱される。このように、シール部材までさらに高温となることで、煤によるデポジットが、さらに付着しにくくなり、より確実にグロープラグの圧力検知機能を維持し、筒内圧の検知を適切に行わせることができる。
さらに、上記いずれかに記載のグロープラグ制御装置であって、前記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態には、排気ガス浄化触媒またはディーゼル粒子フィルタが再活性化するように前記内燃機関を運転する運転状態、または、燃料供給量を最大にして上記内燃機関を運転する運転状態を含むグロープラグ制御装置とすると良い。
上述のような、触媒やフィルタの再活性化のためには、多量の燃料を噴射して、未燃焼の燃料を含んだ排気ガスを排出させ、触媒やフィルタ付近で燃焼させることにより、排気ガス温を上げ、触媒やフィルタに付着した煤を燃焼させる。このため、内燃機関の燃焼室内では、未燃の燃料粒子や煤が多く残った排気ガスが生じる。従って、グロープラグの軸孔内にデポジットが堆積する状態となる。また、急坂を登坂する場合など高負荷であるために、アクセルペダルが強く踏み込まれアクセルの開度が最大とされて、燃料供給量を最大にして内燃機関を運転する運転状態も含む。このような運転状態でも、内燃機関の燃焼室内では、煤の多く残った排気ガスが生じる。
従って、これらの運転状態の場合に、前述のように、デポジット堆積通電手段で、ヒータ部材に通電することで、各所にデポジットが堆積するのを、適切に防止することができる。
また他の態様は、内燃機関の筒内圧を検出する圧力検知機能を有するグロープラグの通電制御を行うグロープラグ制御方法であって、上記グロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、少なくとも自身の先端部が上記ハウジングの先端から突出し、上記ハウジングとの間に環状に間隙を有して、上記ハウジングに対し上記軸線方向に相対移動可能な状態で、上記軸孔内に配置され、通電により発熱する直棒状のヒータ部材と、上記ハウジングの上記軸孔内に配置され、上記ヒータ部材を上記軸線方向に相対移動可能かつ弾性的に上記ハウジングに連結し、上記内燃機関の燃焼室で発生した燃焼ガスが上記ハウジングと上記ヒータ部材との間の上記間隙を上記軸線方向後端側に向けて進入するのを気密に遮断するシール部材と、を有し、上記内燃機関の始動前後に上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電する始動時通電ステップと、上記始動前後以外で、上記ハウジングの上記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態のときに、上記シール部材が200℃以上に加熱されるように、上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電するデポジット堆積時通電ステップと、を備えるグロープラグ制御方法である。
このグロープラグ制御方法では、内燃機関の始動前後にヒータ部材に通電する始動時通電ステップのほか、デポジット堆積時通電ステップを有しており、燃焼室内に煤が発生し、ハウジングの軸孔内にデポジットが堆積する運転状態のときに、デポジット堆積時通電ステップでヒータ部材に通電することで、シール部材が200℃以上に加熱される。このように、シール部材まで高温となることで、燃焼室内に発生した煤が、グローホールとヒータ部材との間に、さらに、ハウジングとヒータ部材との間の間隙に進入する間に、熱により分解されてガス化し、あるいは改質されて付着しにくい微粒子となる。このため、煤によるデポジットが、エンジンヘッドのグローホールとグロープラグのヒータ部材との間のみならず、ハウジングとヒータ部材との間隙のうち、シール部材よりも先端側の、ハウジングの内周面、ヒータ部材の外周面、及びシール部材の先端側面に堆積するのを適切に防止することができる。かくして、このグロープラグ制御方法によれば、グロープラグの圧力検知機能を維持し、筒内圧の検知を適切に行わせることができる。
また、上述のグロープラグ制御方法であって、前記デポジット堆積時通電ステップは、前記シール部材が250℃以上に加熱されるように、前記グロープラグの前記ヒータ部材に通電するグロープラグ制御方法とすると良い。
この制御方法によれば、シール部材が250℃以上に加熱される。このように、シール部材までさらに高温となることで、煤によるデポジットが、さらに付着しにくくなり、より確実にグロープラグの圧力検知機能を維持し、筒内圧の検知を適切に行わせることができる。
さらに、上述のいずれかに記載のグロープラグ制御方法であって、前記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態には、排気ガス浄化触媒またはディーゼル粒子フィルタが再活性化するように前記内燃機関を運転する運転状態、または、燃料供給量を最大にして上記内燃機関を運転する運転状態を含むグロープラグ制御方法とすると良い。
上述のような、触媒やフィルタの再活性化時や、燃料を多量に噴射している場合には、内燃機関の燃焼室内に、未燃の燃料粒子や煤が多く残った排気ガスが生じる。従って、グロープラグの軸孔内にデポジットが堆積する状態となる。
従って、これらの運転状態の場合に、前述のように、デポジット堆積通電ステップで、ヒータ部材に通電することで、各所にデポジットが堆積するのを、適切に防止することができる。
エンジン、グロープラグ、ECU、グローコントローラ及びエンジン制御装置を含むエンジン制御システムの構成を示す説明図である。 グロープラグの構造を示す部分断面図である。 エンジンヘッド及びこれに取り付けたグロープラグの先端部分の形態を示す拡大断面図である。 実施形態に係るECU1のうち、マイクロプロセッサのグロープラグ通電制御処理を示すフローチャートである。
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態のグロープラグ制御システムSYSは、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジン(以下、単にエンジンともいう)EGを制御対象としている。
先ず、本実施形態のエンジン制御システムSYS全体の概略構成を説明する。図1は、本実施形態のエンジン制御装置であるECU1及びグローコントローラ5のほか、これを含むエンジン制御システムSYSの概略構成を示した図である。このシステムの制御対象であるエンジンEGは、4輪自動車(図示しない)に搭載された直列4気筒エンジンである。ただし、図1においては、説明の便宜上、1つのシリンダCYのみを図示している。本明細書では、この1つのシリンダCYに注目して、ECU1等についての説明を行う。
エンジンEGにおいて、シリンダCYは、シリンダブロックCBとエンジンヘッドEHとから構成されている。シリンダブロックCBには、冷却水を循環させるための冷却水路(ウオータジャケット)WJと、その冷却水路WJ内の冷却水の温度(冷却水温)を検出する水温センサ73とが設けられ、この冷却水によりエンジンEG(シリンダブロックCB、エンジンヘッドEH)が冷却されている。
シリンダCY内には、ピストンPIが収納され、そのピストンPIの往復運動により、エンジンEGの出力軸であるクランク軸(図示外)が回転する。なお、クランク軸にはクランク軸とともに回転する公知のパルサPLが設けられている。このパルサPLの外周には、複数の歯が形成されており、パルサPLの外周側には、パルサPLの歯を検出することによって、クランク角CAを示すクランク角信号を出力する公知のクランク角センサ71が設けられている。
エンジンEGのシリンダCY内の燃焼室FCには、図示しない高圧ポンプから送られた高圧の燃料をコモンレール(蓄圧配管)CMに蓄え、そこから供給された高圧燃料(例えば圧力「1000気圧」以上の軽油)を、燃焼室FC内へ直接的に噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁であるインジェクタIJが、エンジンヘッドEHに固設されている。エンジンEGにおいては、インジェクタIJの開弁駆動により各シリンダCYに対して所要量の燃料FLが随時噴射供給される。この燃料FLの供給量は、アクセルACの開度やエンジンEGに掛かる負荷等に応じてエンジン制御装置1で決定されている。従って、アクセルAcの開度を最大にし、エンジンEGを高負荷で運転する場合には、最大の供給量で燃料FLが噴射供給される。なお、エンジンEGからの排気ガスEFは、排気管EXを通じて放出される。この排気管EXの途中には、排気ガスEFを浄化する酸化触媒CT及びディーゼル粒子フィルタDFが配置され、排気ガスEFの浄化及び煤粒子の除去がなされる。
エンジンヘッドEHには、エンジン始動を補助するために、圧力センサ付きグロープラグ(以下、単にグロープラグともいう)10が、自身の先端部分を燃焼室FCに突出させて固設されている。グロープラグ10は、エンジンEG始動の前後に、グロープラグ10のヒータ部材14に内蔵された発熱コイル16Aおよび制御コイル16Bに通電されることで、燃焼室内温度を昇温させ、あるいはヒータ部材14の表面温度を高温にして衝突した燃料を瞬時に高温として、燃料の着火性を向上させる。また、グロープラグ10は、燃焼室FC内の圧力である筒内圧を検出する圧力センサアセンブリ20(圧力検知機能)を有している。
このグロープラグ10の構造を、図2、図3を参照して説明する。図2は、グロープラグ10の部分断面図である。図3は、グロープラグ10をエンジンヘッドEHに取り付けた状態及びグロープラグの先端部分の形態を示す拡大断面図である。以下では、説明の便宜上、図2、図3において上方を軸線方向AXの基端側AXB、下方を軸線方向AXの先端側AXSとする。図2に示すように、グロープラグ10は、ハウジング11、ヒータ部材14、圧力センサアセンブリ20、中軸18、端子アセンブリ28等からなる。
このうち、ハウジング11は、軸線Xに沿う軸線方向AXに延びる軸孔11Hを有する筒状であり、いずれも金属材からなり、基端側AXBに位置する筒状の主体金具12と、先端側AXSに位置する筒状のキャップ部材13と、後述する圧力センサアセンブリ20の一部をなす内筒22のフランジ部22F及び先端部22Sとからなる。主体金具12のうち、軸線方向AXの基端側AXBの外周面には、取り付け用の雄ネジ部12Nが形成されている。
圧力センサアセンブリ20は、内筒22、伝達スリーブ21、センサ本体24、及びメンブレン26等からなる。内筒22のうち、本体部22Mは、略円筒状をなし、主体金具12の軸孔12H内に、同心状に配置されている。本体部22Mの軸線方向AXの先端側AXSには、径方向外側に突出して、主体金具12と同じ外径の鍔状のフランジ部22Fが形成されている。このフランジ部22Fは、主体金具12の金具先端部12Sに溶接されている。なお、内筒22は基端側でセンサ本体24と結合している。
圧力センサアセンブリ20のうち、伝達スリーブ21は略円筒状をなし、ヒータ部材14のシースチューブ15に外嵌すると共に、中軸18のうちシースチューブ15から露出した部分まで延びている。この伝達スリーブ21は、先端部21Sがシースチューブ15に溶接されヒータ部材14と一体にされて、主体金具12及び内筒22内に収容されている。また、伝達スリーブ21の基端側はセンサ本体24に結合されている。かくして、ヒータ部材14の軸線方向AXの変位は、この伝達スリーブ21によってセンサ本体24に伝達される。センサ本体24は、ピエゾ抵抗型素子からなる圧力検知素子25を含み、内筒22及び伝達スリーブ21に結合しており、伝達スリーブ21によって伝達されたヒータ部14の軸線方向AXの変位を検知することにより筒内圧の検知を行う。
キャップ部材13のうち、軸線方向AXの基端側AXBに位置するキャップ基端部13Kは、厚みの薄い円筒状とされており、キャップ基端部13Kは、内筒22の先端部22Sに外嵌され、内筒22のフランジ部22Fに溶接されている。
キャップ基端部13Kの内側には、内筒22の先端部22Sとヒータ部材14のシースチューブ15とを連結するメンブレン26が収容されている。すなわち、ヒータ部材14、中軸18及び圧力センサアセンブリ20を、主体金具12及び内筒22内に収容し、さらに、メンブレン26を内筒22の先端部22S及びヒータ部材14のシースチューブ15に溶接により連結した後に、キャップ部材13がメンブレン26及びヒータ部材14に外嵌され、内筒22のフランジ部22Fに溶接されている。
また、キャップ部材13のうち、先端側AXSは、先端13Sに向かって縮径するテーパ形状のテーパ部13Tが形成されている。グロープラグ10をエンジンEGのエンジンヘッドEHのグローホールGH内に取り付ける際、燃焼室FCとの気密を確保するように、テーパ部13TがグローホールGHのテーパシート面TSに密接する。
以上のように、主体金具12、内筒22のフランジ部22F及び先端部22S、並びにキャップ部材13は一体とされて、ハウジング11をなしている。
なお、キャップ部材13の軸孔13Hとヒータ部材14(シースチューブ15)との間の間隙のうち、メンブレン26よりも先端側AXSは、エンジンEGの燃焼室FCに連通する連通間隙CVとなっている。
ヒータ部材14は、先端が閉塞した筒状のシースチューブ15内に、発熱コイル16Aおよび制御コイル16Bを直列に配置し、絶縁粉末17を封入した公知のシースヒータである。シースチューブ15内には、次述する中軸18のうち先端側AXSの一部が挿入されている。中軸先端部18Sは、シースチューブ15内で制御コイル16Bに導通している。このヒータ部材14は、自身のヒータ先端部14Sがキャップ部材13の先端13Sから突出している。また、軸線方向AXに相対移動可能にハウジング11の軸孔11H内、具体的には、主体金具12の軸孔12H内、内筒22のフランジ部22F及び先端部22Sの内側、及びキャップ部材13の軸孔13H内に配置されている。ヒータ部材14のヒータ先端部14Sは燃焼室FC内に露出され(図1参照)、筒内圧の変化に伴って、ヒータ部材14が軸線方向AXに変位する。すると、この変位がヒータ部材14に接合された伝達スリーブ21を介して、主体金具12内の内筒本体部22Mに固定されたセンサ本体24に伝達される。これにより、グロープラグ10は、エンジンEGの燃焼室FCの筒内圧を検知することができる。
中軸18は、中軸先端部18Sから軸線方向AX基端側AXBに延びる直棒状をなす。この中軸18のうち、中軸先端部18Sを含む先端側AXSの一部は、制御コイル16B、発熱コイル16Aとともにシースチューブ15内に挿入され(図2参照)、絶縁粉末17によって固定され、ヒータ部材14と中軸18とは一体にされている。
メンブレン26は、軸線方向AXに弾性を有する二段円筒状での部材であり、先端部26Sが径小とされ、基端部26Kが径大とされている。前述したように、径大の基端部26Kは、全周に亘りハウジング11(内筒22の先端部22S)に気密に溶接されている。一方、径小の先端部26Sは、伝達スリーブ21の先端部21Sよりも先端側AXSで、全周に亘りシースチューブ15に気密に溶接されている。これにより、メンブレン26を介して、ヒータ部材14とハウジング11(内筒22の先端部22S)とが弾性的に連結され、ヒータ部材14は軸線方向AXの変位が許容されている。すなわち、メンブレン26は、ヒータ部材14を軸線方向AXに相対移動可能かつ弾性的にハウジング11に連結している。そして、後述するように、ヒータ部材14の軸線方向AXの変位は、ヒータ部材14と一体とされた伝達スリーブ21によってセンサ本体24に伝達される。
加えて、メンブレン26は、ハウジング11の軸孔11Hとヒータ部材14との間を軸線方向AXについて気密に遮断している。前述したように、キャップ部材13の内側には、燃焼室FCに連通する連通間隙CVが形成されており、メンブレン26は、この連通間隙CVに面している。このため、燃焼室FCで発生した燃焼ガスが、ハウジング11内の連通間隙CVに進入し、メンブレン26は燃焼ガスに接触するが、メンブレン26よりも基端側AXBに燃焼ガスが進入することを防止している。
また、主体金具12の金具基端部12Kには、筒状をなす端子カバー28Cが溶接されている。端子カバー28C内には、端子アセンブリ28が、その一部を端子カバー28Cよりも基端側AXBに突出させた状態で収容されている。端子アセンブリ28内には、その形態を詳述しないが、センサ本体24から出力される信号を外部回路に出力するための図示しない出力端子部及び配線が設けられている。また、端子アセンブリ28の内側には、前述した中軸18を介してヒータ部材14(制御コイル16B、発熱コイル16A)に導通する外部接続端子(図示しない)も配置されている。
図1に戻って説明する。グロープラグ10(ヒータ部材14)は、グロープラグ通電制御装置としてのECU1及びグローコントローラ5に電気的に接続されており、グローコントローラ5によるバッテリBTからの通電を制御することによって発熱する。
加えて、前述したように、グロープラグ10は、燃焼室FCの筒内圧を検知可能とされており、筒内圧に対応する信号が、グローコントローラ5を介して、ECU1に送信される。ECU1は、その筒内圧に対応する信号に基づいて、燃焼室FCにおける燃焼状態の把握、すなわち着火時期や燃焼温度の推定、さらにはノッキング検出、筒内圧のピーク位置検出、失火検出等が可能となる。このように、グロープラグ10は、筒内圧を検出する圧力検知機能を有している。
グロープラグ10には、グローコントローラ5が接続されている。このグローコントローラ5は、バッテリBT及びECU1にも接続しており、ECU1から発せられるON−OFF駆動信号やパルス幅変調信号(PWM信号)に応じて、バッテリBTからグロープラグ10(ヒータ部材14)への通電を切り替える。
さらに、エンジンEGを用いて走行する車両(図示しない)には、前述の各センサのほか、車両制御のための各種センサが設けられている。例えば、アクセルペダルACには、このアクセルペダルACの状態(変位量)に応じたアクセル開度信号を出力するアクセル開度センサ72が設けられている。エンジンEG(クランク軸)の回転数に対応する回転数信号を出力する回転数センサ75も有している。
ECU1は、内部に図示しないマイクロプロセッサ、RAM及びROMを有し、マイクロプロセッサがRAM、ROMを利用し、各センサの出力を監視し、インジェクタIJ等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様でエンジンEGに係る各種制御を行っている。また、ECU1は、グロープラグ10への通電を制御する処理も実行する。具体的には、エンジンEGの始動の前後に、グローコントローラ5を介して、グロープラグ10のヒータ部材14に通電をする始動時通電制御を実行して、ヒータ部材14(発熱コイル16Aおよび制御コイル16B)を昇温させる。すなわち、始動時通電制御を実行して、ヒータ部材14を昇温させることによって、燃焼室内温度を昇温させ、あるいはヒータ部材14を高温にして衝突した燃料を瞬時に高温とすることで、燃料の着火性を向上させてエンジン始動安定性を向上させる。
ところで、エンジンEGが作動し燃焼室FC内で燃料FLが燃焼されると、運転状態によっては、排気ガスEF中に煤が発生し排出されたり、煤の発生とともに未燃燃料(HC)が残って排出されたりすることがある。しかるに、エンジンヘッドEHのグローホールGHは燃焼室FCと連通しているので、煤や煤に未燃燃料が付着した微粒子などが、グローホールGHとグロープラグ10のヒータ部材14との間隙を通って、ハウジング11の軸孔11H内にデポジットとして付着、堆積することがある。特に、グロープラグ10のうち、ハウジング11とヒータ部材14との間の連通間隙CVを通じて煤が進入し、キャップ部材13の軸孔13Hの内周面や、ヒータ部材14のシースチューブ15のうち軸孔13Hに対向する外周面や、メンブレン26の先端側面26Fにデポジットが付着、堆積して、連通間隙CVが詰まると、筒内圧の変化によって生じるヒータ部材14の変位が生じにくくなる。その結果、センサ本体24で検出される筒内圧が、デポジットの付着がない場合に比して低下する。
そこで本実施形態では、ECU1は、始動時通電制御とは別に、エンジンEGが、排気ガスEF中に煤が発生し、ハウジング11の軸孔11H内にデポジットが堆積する運転状態のときに、グロープラグ10への、特に、連通間隙CVにおけるデポジット付着を防止する。具体的には、ヒータ部材14に通電し昇温させ、ヒータ部材14のうち、燃焼室FCに突出した先端部分のみならず、連通間隙CVに面する部分、さらにはメンブレン26まで加熱し、メンブレン26の温度が200℃以上となるようにするデポジット堆積時通電制御を行う。なお、排気ガスEF中に煤が発生し、ハウジング11の軸孔11H内にデポジットが堆積するエンジンEGの運転状態には、酸化触媒CT及びディーゼル粒子フィルタDFが再活性化するようにエンジンEGを運転する運転状態を含む。また、長い坂を登坂している場合など、アクセルACの開度を最大にした高負荷での運転により、インジェクタIJからの燃料FLの供給量を最大にして、エンジンEGを運転する運転状態も含む。
以下、ECU1及びグローコントローラ5によるグロープラグ10の通電制御処理を、図4のフローチャートを参照して説明する。イグニッションスイッチ(図示しない)が投入され、ECU1及びグローコントローラ5が作動を開始すると、グロープラグ10の通電制御が開始される。まず、ステップS1において、エンジンEGの始動前後の期間であるか否かが判断される。始動前後の期間である場合には、ステップS2に進む。一方、既にエンジンEGが始動し、始動前後の期間を経過した状態の場合(No)には、ステップS4に進む。
ステップS2では、水温センサ73から取得した、冷却水路WJを流れる冷却水の水温が所定温度以上(本実施形態では30℃以上)であるか否かを判定する。水温が低い場合(No)には、ステップS3に進む。エンジンEGが暖まっておらず、始動時の着火補助及び始動後の着火安定化などのため、グロープラグ10への通電が必要だからである。
ステップS3では、グロープラグ10のヒータ部材14に所定パターンで通電を行い、ヒータ部材14を加熱して、エンジンEGの始動前におけるエンジンEGの着火補助、及びアフターグローによる始動後の駆動補助を行う。一方、水温が所定温度以上の場合(Yes)には、ステップS4に進む。エンジンEG自身が暖まっており、前回の運転から時間が余り経過していないなど、グロープラグ10による始動時の着火補助等は不要と考えられるからである。
ステップS4においては、エンジンEGの運転状態がハウジング11の軸孔11H内にデポジットが堆積する状態であるか否か、具体的には、エンジンEGに取り付けたグロープラグ10のハウジング11とヒータ部材14との間の連通間隙CVなどに、煤によるデポジットが堆積するほどに煤が発生する運転状態であるか否かを判定する。例えば、エンジンEGの運転状態が、高負荷低回転である場合が挙げられる。なお、この判定にあたっては、アクセル開度センサ72によるアクセルペダルACの踏み込み量、即ち、アクセル開度の信号、回転数センサ75によるエンジンEGの回転数の信号、排気管EXに取り付けられたA/Fセンサ74(図1参照)からのA/Fの信号などを参照すると良い。
ステップS4において、エンジンEGの運転状態が軸孔11H内にデポジットが堆積する状態であると判定された場合(Yes)には、ステップS5に進む。ここでは、グロープラグ10に対し、デポジット堆積時通電制御を行う。即ち、ヒータ部材14から伝わる熱などによって、メンブレン26の温度が200℃以上の温度になるように、グロープラグ10のヒータ部材14に通電し加熱する。具体的には、グロープラグへの印加電圧とメンブレン26の温度との相関を予め得ておき、デューティ比制御によってグロープラグへの実効印加電圧を適宜設定して、メンブレン26の温度が200℃以上の所定温度となるようにする。
一方、エンジンEGにかかる負荷が減少するなどして、ステップS4において、エンジンEGの運転状態が軸孔11H内にデポジットが堆積する状態ではないと判定された場合(No)には、ステップS6に進み、グロープラグ10に対する通電(デポジット堆積時通電制御)を停止する。なお、ステップS1〜S6は、イグニッションスイッチが投入されている期間中、所定の時間割り込み処理により、ECU1のプロセッサにおいて繰り返し実行される。上述のフローチャートにおいて、ステップS3を実行するECU1のマイクロプロセッサが、始動時通電手段に相当する。また、ステップS5を実行するECU1のマイクロプロセッサがデポジット堆積時通電手段に相当する。
次いで、メンブレン26の温度と、煤によるグロープラグ10の圧力検知機能の感度変化について行った調査について説明する。
まず、グロープラグ10の圧力検知機能(圧力センサ)についての机上での圧力感度測定方法について説明する。圧縮空気のボンベをレギュレータを介して接続し、内圧を可変とした気密容器を用意する。気密容器内の内圧を大気圧とした状態で、気密容器内部にグロープラグ10の先端部を挿入固定する。レギュレータに接続したバルブを開閉して、容器内部の圧力を大気圧と大気圧+2MPaとの間でパルス状に変化させ、グロープラグ10の圧力センサからの出力を検知する。これにより、2MPaの気圧(筒内圧)変化に対する感度が得られる。
ついで、グロープラグ10を取り付けたエンジンEGの運転条件を所定条件に保ちつつ、各気筒に装着したグロープラグの通電を、OFF及びONとし、かつ、ONの場合の印加電圧(デューティ比)を異ならせることで、メンブレン26の温度を互いに異なる値とした状態で、エンジンEGを駆動した場合において、駆動前後における机上での圧力感度測定の変化を調査した。具体的には、まず、調査用のグロープラグとして、メンブレン26の基端側面に熱電対を接着し、この熱電対のリード線を基端側から取り出せるように改造したグロープラグを4本用意する。これを4気筒、2000cc、コモンレール式燃料噴射型ディーゼルエンジンEGに搭載し、燃焼室FC内に煤が発生しやすい駆動条件でエンジンEGを20時間に亘り駆動する。一方、4本のグロープラグのうち、第1気筒に装着したグロープラグについては、通電をOFFとする。第2〜4気筒に装着した残る3本のグロープラグについては、通電をONとし、それぞれメンブレン26の温度が所定温度(表1参照)になるように印加電圧を調整した。この駆動前及び駆動後の各グロープラグについて、前述の圧力感度測定を行い、駆動前後での感度の変化を調査した。各グロープラグへの通電の有無、メンブレン26の温度、及び結果を表1に示す。
Figure 2015108370
この表1によれば、グロープラグへの通電をしないために、メンブレン26の温度が200℃未満の150℃になった第1気筒では、駆動後の圧力センサの感度が、駆動前に比して−58.2%と著しく低下することが判る。また、グロープラグに通電し、メンブレン26の温度を250℃未満の230℃とした第2気筒では、駆動後の圧力センサの感度が、駆動前に比して16%低下した。一方、グロープラグに通電し、メンブレン26の温度を250℃あるいは350℃とした、第3気筒及び第4気筒では、駆動前後で、圧力センサの感度がほとんど低下していない(−2%程度)ことが判る。
エンジンEGの駆動中に燃焼室FCで発生した煤が、エンジンヘッドEHのグローホールGHとグロープラグ10のヒータ部材14との間隙を通り、さらに、グロープラグ10のハウジング11とヒータ部材14との間の連通間隙CVを通じて進入する。しかるに、メンブレン26の温度が200℃未満の状態(第1気筒)では、キャップ部材13の軸孔13Hの内周面や、ヒータ部材14のシースチューブ15のうち軸孔13Hに対向する外周面や、メンブレン26の先端側面26Fにデポジットが付着、堆積したために、連通間隙CVが詰まり、筒内圧の変化によって生じるヒータ部材14の変位が生じにくくなり、感度が大きく低下したと考えられる。
これに対し、煤が発生する駆動状態であっても、メンブレン26の温度が200℃以上となる状態(第2〜4気筒)とすれば、圧力センサの感度低下を抑制できることが判る。さらに、メンブレン26の温度が250℃以上となる状態(第3,4気筒)とすれば、圧力センサの感度低下を十分に抑制できることが判る。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、ECU1でグローコントローラ5による通電の制御内容まで決定する形態の「グロープラグ通電制御装置」を示した。しかし、ECU1では、各種のセンサにより、煤が発生しハウジング11の軸孔11H内にデポジットが堆積する運転状態であるか否かを検知し、これをグローコントローラ5に通知する。グローコントローラ5は、ECU1からの通知に従って、自律的にグロープラグ10への通電制御を行うようにしても良い。この場合には、グローコントローラ5が、「グロープラグ通電制御装置」に相当する。
SYS エンジン制御システム
EG ディーゼルエンジン(内燃機関)
EH エンジンヘッド
GH グローホール
FC 燃焼室
FL 燃料
EX 排気管
EF 排気ガス
CT 酸化触媒(排気ガス浄化触媒)
DF ディーゼル粒子フィルタ
1 エンジン制御装置(ECU,グロープラグ制御装置)
5 グローコントローラ(グロープラグ制御装置)
10 圧力センサ付きグロープラグ(圧力検知機能を有するグロープラグ)
11 ハウジング
11H (ハウジングの)軸孔
12 主体金具
12H (主体金具の)軸孔
12S 金具先端部
12K 金具基端部
13 キャップ部材
13H (キャップ部材の)軸孔
13S (キャップ部材の)先端
14 ヒータ部材
14S ヒータ先端部
CV (ハウジングとヒータ部材との間の)連通間隙
15 シースチューブ
16A 発熱コイル
16B 制御コイル
20 圧力センサアセンブリ
21 伝達スリーブ
22 内筒
22F フランジ部(ハウジング)
22S 先端部
24 センサ本体
25 圧力検知素子
26 メンブレン(シール部材)
26S (メンブレンの)先端部
26K(メンブレンの)基端部
26F (メンブレンの)先端側面
AX 軸線方向
AXB (軸線方向の)基端側
AXS (軸線方向の)先端側
S3 始動時通電手段
S5 デポジット堆積時通電手段

Claims (6)

  1. 内燃機関の筒内圧を検出する圧力検知機能を有するグロープラグの通電制御を行うグロープラグ制御装置であって、
    上記グロープラグは、
    軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
    少なくとも自身の先端部が上記ハウジングの先端から突出し、上記ハウジングとの間に環状に間隙を有して、上記ハウジングに対し上記軸線方向に相対移動可能な状態で、上記軸孔内に配置され、通電により発熱する直棒状のヒータ部材と、
    上記ハウジングの上記軸孔内に配置され、上記ヒータ部材を上記軸線方向に相対移動可能かつ弾性的に上記ハウジングに連結し、上記内燃機関の燃焼室で発生した燃焼ガスが上記ハウジングと上記ヒータ部材との間の上記間隙を上記軸線方向後端側に向けて進入するのを気密に遮断するシール部材と、を有し、
    上記グロープラグ制御装置は、
    上記内燃機関の始動前後に上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電する始動時通電手段と、
    上記始動前後以外で、上記ハウジングの上記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態のときに、上記シール部材が200℃以上に加熱されるように、上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電するデポジット堆積時通電手段と、を備える
    グロープラグ制御装置。
  2. 請求項1に記載のグロープラグ制御装置であって、
    前記デポジット堆積時通電手段は、
    前記シール部材が250℃以上に加熱されるように、前記グロープラグの前記ヒータ部材に通電する
    グロープラグ制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載のグロープラグ制御装置であって、
    前記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態には、
    排気ガス浄化触媒またはディーゼル粒子フィルタが再活性化するように前記内燃機関を運転する運転状態、または、
    燃料供給量を最大にして上記内燃機関を運転する運転状態を含む
    グロープラグ制御装置。
  4. 内燃機関の筒内圧を検出する圧力検知機能を有するグロープラグの通電制御を行うグロープラグ制御方法であって、
    上記グロープラグは、
    軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
    少なくとも自身の先端部が上記ハウジングの先端から突出し、上記ハウジングとの間に環状に間隙を有して、上記ハウジングに対し上記軸線方向に相対移動可能な状態で、上記軸孔内に配置され、通電により発熱する直棒状のヒータ部材と、
    上記ハウジングの上記軸孔内に配置され、上記ヒータ部材を上記軸線方向に相対移動可能かつ弾性的に上記ハウジングに連結し、上記内燃機関の燃焼室で発生した燃焼ガスが上記ハウジングと上記ヒータ部材との間の上記間隙を上記軸線方向後端側に向けて進入するのを気密に遮断するシール部材と、を有し、
    上記内燃機関の始動前後に上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電する始動時通電ステップと、
    上記始動前後以外で、上記ハウジングの上記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態のときに、上記シール部材が200℃以上に加熱されるように、上記グロープラグの上記ヒータ部材に通電するデポジット堆積時通電ステップと、を備える
    グロープラグ制御方法。
  5. 請求項4に記載のグロープラグ制御方法であって、
    前記デポジット堆積時通電ステップは、
    前記シール部材が250℃以上に加熱されるように、前記グロープラグの前記ヒータ部材に通電する
    グロープラグ制御方法。
  6. 請求項4または請求項5に記載のグロープラグ制御方法であって、
    前記軸孔内にデポジットが堆積する運転状態には、
    排気ガス浄化触媒またはディーゼル粒子フィルタが再活性化するように前記内燃機関を運転する運転状態、または、
    燃料供給量を最大にして上記内燃機関を運転する運転状態を含む
    グロープラグ制御方法。
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