JP2015135069A - Heater and heater element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を加熱する加熱装置および加熱装置に使用されるヒータ素子に関する。 The present invention relates to a heating device for heating fuel and a heater element used in the heating device.
燃料噴射弁を用いて燃料を噴射する内燃機関には、低温時にも円滑な始動を可能とするために、燃料噴射弁に供給される燃料を温めるものがある。そこで、燃料供給管にヒータを設け、ヒータで温めた燃料を燃料噴射弁に供給するようにした加熱装置が知られている。 Some internal combustion engines that inject fuel using a fuel injection valve warm the fuel supplied to the fuel injection valve in order to enable a smooth start even at low temperatures. Therefore, a heating device is known in which a heater is provided in a fuel supply pipe so that fuel heated by the heater is supplied to a fuel injection valve.
このような加熱装置の例として、少なくとも1つの燃料噴射装置と加熱可能なアダプタとを備えた燃料噴射システムであって、アダプタが燃料レールおよび燃料噴射システムの燃料噴射弁に接続されている形式のものにおいて、燃料レール内にサーモスイッチが設けられていて、このサーモスイッチが、外部の接点を形成する装置と加熱可能なアダプタに接続されている燃料噴射システムが開示されている(特許文献1)。特許文献1によれば、サーモスイッチによって検出された燃料レールの温度に基づいて加熱エレメントで燃料を加熱することで、燃料の完全な燃焼が保証されるとしている。
An example of such a heating device is a fuel injection system comprising at least one fuel injection device and a heatable adapter, wherein the adapter is connected to a fuel rail and a fuel injection valve of the fuel injection system. A fuel injection system is disclosed in which a thermo switch is provided in a fuel rail, and the thermo switch is connected to a device that forms an external contact and a heatable adapter (Patent Document 1). . According to
また、他の例として、燃料のアルコール濃度に基づいてエンジンが始動可能か否かを判別する手順と、この判別する手順で始動不能と判別したとき、スタータモータへの通電を禁止するとともに燃料噴射を禁止し、燃料を気化させるためのヒータへ通電する手順と、通電する手順に従ってヒータへ通電して所定時間が経過した後、ヒータの消費電流に基づいてヒータの加熱完了を判別する手順と、ヒータの加熱完了を判別する手順で加熱完了と判別したとき、スタータモータへ通電するとともに燃料噴射を許可する手順とを備えたFFV(Flexible Fuel Vehicle)用エンジンの始動制御方法が開示されている(特許文献2)。特許文献2によれば、ヒータへ通電して所定時間が経過した後にヒータの消費電流に基づいてヒータの加熱完了が判別され、これによってヒータ加熱完了の誤判定を防止することができるとしている。
As another example, the procedure for determining whether or not the engine can be started based on the alcohol concentration of the fuel, and when it is determined that the engine cannot be started in this determination procedure, energization of the starter motor is prohibited and fuel injection is performed. And a procedure for energizing the heater for vaporizing the fuel, a procedure for energizing the heater according to the energizing procedure, and determining the completion of heating of the heater based on the consumption current of the heater after a predetermined time has elapsed, There is disclosed a start control method for an engine for an FFV (Flexible Fuel Vehicle) engine including a procedure for energizing a starter motor and permitting fuel injection when it is determined that heating is completed in a procedure for determining heating completion of a heater ( Patent Document 2). According to
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、燃料レールが比較的大きな熱容量を有することから、加熱エレメントが設けられたアダプタの熱が燃料レールを介してサーモスイッチに伝達するまでに遅延が生じ、加熱制御の精度が低下するといった課題がある。また、特許文献1では複数の燃料噴射装置を備えるが、これに対してサーモスイッチは共通化されており、個々の燃料噴射装置に供給される燃料の温度管理が適切にできないといった課題がある。
However, in the technique disclosed in
また、特許文献2に開示された技術では、燃料のアルコール濃度に基づいてエンジンが始動可能か否かを判別する手順が存在するものの、既に暖機が行われてエンジンを直ちに始動可能な状態であっても所定期間にわたってヒータへの通電が実行されることになり、消費電力が大きくなるといった課題がある。消費電力を小さくするために、所定期間行われる通電の初期の段階で、ヒータの消費電流(あるいは抵抗値)を測定し、測定した消費電流に応じてヒータへの通電期間を決定する構成も考えられる。このように消費電流を測定するための予備通電期間を設けることで消費電力は低減されうるが、消費電流を測定することはヒータを発熱させることに他ならず、測定それ自体が電力を消費するため低消費電力化には限界がある。
Further, in the technique disclosed in
本発明は、このような従来技術の課題を解決するべく案出されたものであり、その主な目的は、ヒータ素子の一部について抵抗値を高精度に測定してヒータ素子全体の抵抗値を正確に推定するとともに、抵抗値の測定の際の消費電力を低減することが可能な加熱装置およびヒータ素子を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and its main purpose is to measure the resistance value of a part of the heater element with high accuracy and to determine the resistance value of the entire heater element. It is an object of the present invention to provide a heating device and a heater element capable of accurately estimating the power consumption and reducing the power consumption when measuring the resistance value.
前記課題を解決するためになされた本発明は、駆動端子(40c)および接地端子(40d)間にて互いに直列に接続された第1ヒータ部分(40a)および第2ヒータ部分(40b)を備えるヒータ素子(40)と、前記駆動端子に所定のタイミングで接続される第1電源(Bat)と、前記第1ヒータ部分および前記第2ヒータ部分の間に設けられたテスト端子(40e)に選択的に接続される第2電源(Bec)と、前記ヒータ素子に直列に接続された電流検出回路(31)と、前記テスト端子を前記第2電源に接続した際の前記電流検出回路の出力に基づいて前記ヒータ素子の電気抵抗の値を推定し、この推定値に基づいて前記駆動端子を前記第1電源に接続して前記ヒータ素子の通電量を制御する制御部(23a)とを備える加熱装置である。 The present invention made to solve the above-described problems includes a first heater portion (40a) and a second heater portion (40b) connected in series between the drive terminal (40c) and the ground terminal (40d). Select a heater element (40), a first power supply (Bat) connected to the drive terminal at a predetermined timing, and a test terminal (40e) provided between the first heater part and the second heater part. A second power supply (Bec) connected in series, a current detection circuit (31) connected in series to the heater element, and an output of the current detection circuit when the test terminal is connected to the second power supply A heating unit including a control unit (23a) for estimating a value of an electric resistance of the heater element based on the estimated value and connecting the drive terminal to the first power source based on the estimated value to control an energization amount of the heater element. It is the location.
これによって、ヒータ素子の一部である第2ヒータ部分に大きな電流を流して第2ヒータ部分の抵抗値を高精度に測定することで、ヒータ素子全体の抵抗値を正確に推定するとともに、ヒータ素子の一部である第2ヒータ部分の抵抗値を測定することで、測定の際の消費電力を大幅に低減することが可能となる。 Accordingly, a large current is passed through the second heater portion that is a part of the heater element to measure the resistance value of the second heater portion with high accuracy, thereby accurately estimating the resistance value of the entire heater element and the heater. By measuring the resistance value of the second heater portion which is a part of the element, it is possible to greatly reduce the power consumption during the measurement.
また、本発明は、前記第2ヒータ部分(40b)の電気抵抗の値は前記第1ヒータ部分(40a)の電気抵抗の値以下とされているものである。 In the present invention, the value of the electric resistance of the second heater portion (40b) is set to be equal to or less than the value of the electric resistance of the first heater portion (40a).
これによって、第2ヒータ部分の電気抵抗の値を測定する際は、より低抵抗の第2ヒータ部分にのみ電流を流すことで、電気抵抗の値を高精度に測定することが可能となる。 As a result, when the value of the electric resistance of the second heater portion is measured, it is possible to measure the electric resistance value with high accuracy by flowing a current only through the second heater portion having a lower resistance.
また、本発明は、前記第2電源(Bec)の電圧は前記第1電源(Bat)の電圧よりも低く設定されているものである。 In the present invention, the voltage of the second power source (Bec) is set lower than the voltage of the first power source (Bat).
これによって、第2ヒータ部分の電気抵抗の値を測定する際は、より低電圧の第2電源が使用されることで消費電力を低減することが可能となる。 As a result, when measuring the value of the electrical resistance of the second heater portion, it is possible to reduce power consumption by using a lower voltage second power source.
また、本発明は、前記第1ヒータ部分(40a)の電気抵抗の値をR1、前記第2ヒータ部分(40b)の電気抵抗の値をR2、前記第1電源(Bat)の電源電圧をV1、前記第2電源(Bec)の電源電圧をV2、抵抗比率α=R2/(R1+R2)とするとき、前記抵抗比率αが、V22/V12<α<V2/V1の範囲に設定されているものである。 In the present invention, the electric resistance value of the first heater portion (40a) is R1, the electric resistance value of the second heater portion (40b) is R2, and the power supply voltage of the first power source (Bat) is V1. When the power supply voltage of the second power source (Bec) is V2 and the resistance ratio α = R2 / (R1 + R2), the resistance ratio α is set in a range of V2 2 / V1 2 <α <V2 / V1. It is what.
これによって、ヒータ素子全体に通電する場合と比較して、第2ヒータ部分の電気抵抗の値を測定する際に第2ヒータ部分を流れる電流を大きくして測定精度を向上させ、かつ測定時の消費電力を低減することが可能となる。 As a result, compared with the case where the entire heater element is energized, the current flowing through the second heater portion is increased when measuring the value of the electrical resistance of the second heater portion to improve the measurement accuracy, and at the time of measurement. It becomes possible to reduce power consumption.
また、本発明は、前記ヒータ素子(40)は内燃機関(E)に搭載され、前記制御部(23a)は、前記電流検出回路(31)の出力を前記内燃機関の暖機時に測定するとともに、この測定結果に基づいて前記ヒータ素子の電気抵抗の値を推定し、前記内燃機関の冷機時において、推定した電気抵抗の値に基づいて前記駆動端子(40c)を前記第1電源(Bat)に接続する期間の長さを決定するようにしたものである。 In the present invention, the heater element (40) is mounted on the internal combustion engine (E), and the control unit (23a) measures the output of the current detection circuit (31) when the internal combustion engine is warmed up. The electric resistance value of the heater element is estimated based on the measurement result, and the drive terminal (40c) is connected to the first power source (Bat) based on the estimated electric resistance value when the internal combustion engine is cold. The length of the period to connect to is determined.
これによって、暖機時に取得したデータに基づいて、冷機時に燃料を加熱する時間が決定されるため、冷機時において内燃機関を始動可能な状態にするまでの時間を短縮することが可能となる。 Thus, since the time for heating the fuel at the time of cooling is determined based on the data acquired at the time of warming up, it is possible to shorten the time until the internal combustion engine can be started at the time of cooling.
また、本発明は、前記ヒータ素子(40)は、前記内燃機関(E)の複数の気筒にそれぞれ設けられ、前記気筒に供給される燃料を加熱するものである。 In the present invention, the heater element (40) is provided in each of a plurality of cylinders of the internal combustion engine (E), and heats fuel supplied to the cylinders.
これによって、気筒のそれぞれについて温度が異なっている場合であっても、気筒毎に最適な時間だけ燃料が加熱されることで、トータルの消費電力を低減することが可能となる。 As a result, even if the temperatures of the cylinders are different, the total power consumption can be reduced by heating the fuel for an optimum time for each cylinder.
また、本発明は、互いに直列に接続された第1ヒータ部分(40a)および第2ヒータ部分(40b)とで構成されるヒータ素子(40)であって、前記ヒータ素子を駆動する際に第1電源(Bat)と接続される駆動端子(40c)と、前記第1ヒータ部分および前記第2ヒータ部分の間に接続され、前記ヒータ素子の電気抵抗の値を推定する際に第2電源(Bec)と接続されるテスト端子(40e)とを備えるヒータ素子である。 The present invention also provides a heater element (40) composed of a first heater part (40a) and a second heater part (40b) connected in series with each other, and the first heater part (40a) is driven when the heater element is driven. A drive terminal (40c) connected to one power supply (Bat) and a second power supply (40c) connected between the first heater portion and the second heater portion when estimating the electric resistance value of the heater element. Bec) and a test element (40e) connected to the heater element.
これによって、ヒータ素子の一部である第2ヒータ部分に駆動端子を介して大きな電流を流して第2ヒータ部分の抵抗値を高精度に測定することで、ヒータ素子全体の抵抗値を正確に推定するとともに、ヒータ素子の一部である第2ヒータ部分の抵抗値をテスト端子を用いて測定することで、ヒータ素子の全抵抗値を推定する際の消費電力を大幅に低減すことが可能となる。 As a result, the resistance value of the entire heater element is accurately measured by flowing a large current through the drive terminal to the second heater part, which is a part of the heater element, and measuring the resistance value of the second heater part with high accuracy. Estimate and measure the resistance value of the second heater part, which is a part of the heater element, using the test terminal, which can greatly reduce the power consumption when estimating the total resistance value of the heater element. It becomes.
このように本発明によれば、ヒータ素子の一部である第2ヒータ部分に大きな電流を流して第2ヒータ部分の抵抗値を高精度に測定することで、ヒータ素子全体の抵抗値を正確に推定するとともに、ヒータ素子の一部である第2ヒータ部分の抵抗値を測定することで、測定の際の消費電力を大幅に低減することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the resistance value of the entire heater element is accurately measured by flowing a large current through the second heater part which is a part of the heater element and measuring the resistance value of the second heater part with high accuracy. In addition, by measuring the resistance value of the second heater portion that is a part of the heater element, it is possible to significantly reduce the power consumption during the measurement.
以下、添付の図面に示された一実施形態を参照して本発明に係る加熱装置7について詳細に説明する。なお、以降の説明において、上流および下流の用語は実際の燃料の流れ方向に基づくものではなく、燃料タンク2から燃料噴射弁4へ至る燃料供給系の上流および下流に基づいて定めるものとする。
Hereinafter, a
図1は、本実施形態に係る加熱装置7を搭載した燃料供給装置1の全体概要図である。図1に示すように、燃料供給装置1は、エタノール燃料もしくはガソリンおよびエタノールの混合燃料を用いる直列4気筒のFFV用エンジン(以下、「内燃機関E」と呼称する)に対して設けられ、燃料タンク2に貯留された燃料を気筒Sごとに設けられた4つの燃料噴射弁4に供給する。燃料供給装置1は、燃料タンク2と燃料噴射弁4とを接続する燃料供給路5の上流端に設けられた燃料ポンプ6と、燃料ポンプ6よりも下流側に燃料噴射弁4ごとに設けられ、それぞれ燃料を加熱する4つの燃料加熱部14とを備えている。
FIG. 1 is an overall schematic diagram of a
燃料ポンプ6は、燃料タンク2内に設けられ、燃料タンク2に貯留された燃料を図示しないストレーナを介して汲み上げ、燃料噴射弁4へ向けて圧送する。詳細な図示は省略するが、自動車にはイグニッションスイッチ35(図3参照)が設けられており、操作者によってイグニッションスイッチ35がイグニッションポジション(以下、「IGポジション」と呼称する)に操作されると、燃料ポンプ6が駆動され、所定の圧力をもって燃料を圧送する。
The
4つの燃料加熱部14および4つの燃料噴射弁4は、燃料ケース17とともにベース板19によって一体化され、1つの燃料加熱ユニット3を構成している。燃料加熱ユニット3における燃料供給系の上流端には燃料ケース17が位置しており、燃料供給路5がこの燃料ケース17に接続されている。
The four
図2は、燃料加熱ユニット3の構成を示す斜視図である。図2に示すように、燃料加熱ユニット3は、燃料供給管18と、燃料供給管18の下流端に接続された燃料ケース17と、燃料ケース17に形成された4つの流出口にそれぞれ接続された燃料加熱部14と、ベース板19を介してそれぞれ燃料加熱部14の下流側に接続された燃料噴射弁4とを備えている。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the fuel heating unit 3. As shown in FIG. 2, the fuel heating unit 3 is connected to a
燃料ケース17は、内部に燃料を貯めて4つの流出口から均等な圧力で燃料を各燃料加熱部14に分配する。燃料加熱部14は、加熱室を画定して燃料供給路5を構成するヒータハウジング15と、先端側にヒータ素子40(図4参照)とを有し、ヒータ素子40が加熱室に収容される態様でヒータハウジング15に挿着され、ヒータ素子40への通電がECU(Electric Control Unit)20(図3参照)によって制御されることにより、加熱室内の燃料を適宜に加熱する。
The
燃料噴射弁4は、ECU20により駆動制御される電磁弁を内蔵し、電磁弁の開閉によって所定時期に所定量の燃料を内燃機関E(図1参照)の燃焼室に向けて噴射する。なお、全ての燃料加熱部14および燃料噴射弁4がベース板19によって一体化された燃料加熱ユニット3を構成することにより、内燃機関Eへの組み付けが容易にされるとともに、内燃機関Eに対する燃料噴射弁4の組み付け精度を高められるようになっている。
The
詳細な図示は省略するが、内燃機関Eには始動時にクランクシャフトを回転駆動するスタータモータ28(図3参照)が設けられている。このスタータモータ28もECU20によって通電を制御される。なお、内燃機関Eのスタート操作は、イグニッションスイッチ35をIGポジションから更にスタートポジションにキーで回動させる方式で行われる。また、本実施形態の内燃機関Eでは、後述するようにイグニッションスイッチ35がIGポジションに操作されると燃料加熱部14による燃料の加熱が開始される。
Although not shown in detail, the internal combustion engine E is provided with a starter motor 28 (see FIG. 3) that rotationally drives the crankshaft when starting. The
図3は、ECU20の機能を示すブロック図である。以降、図3を参照して、燃料供給装置1を制御するECU20について説明する。ECU20は、内燃機関Eの冷却水温度TWを検出する水温センサ32、排気ガス中に含まれるエタノールの残留濃度を検出して燃料中に含まれるエタノール濃度を把握するためのLAFセンサ34、燃料加熱部14に設けられたヒータ素子40を流れる電流の値を測定する電流検出回路31等からの検出信号、並びにイグニッションスイッチ35の状態信号が入力する入力インタフェース21と、それぞれ各センサ等の信号に基づいて、燃料噴射弁4を駆動制御する燃料噴射弁制御部24と、燃料ポンプ6を駆動制御する燃料ポンプ制御部22と、ヒータ素子40を駆動制御する燃料加熱制御部23と、スタータモータ28を駆動制御するスタータモータ制御部25と、出力インタフェース27とを備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing functions of the
図4は、加熱装置7の電気的構成を示すブロック図、図5は、燃料加熱制御部23に設けられた演算/制御部23aによる処理内容を説明する説明図である。なお、図4では説明を簡単にするために、燃料加熱ユニット3に含まれる燃料加熱部14は1つのみを描いている。また、図5に示す矢印は、演算/制御部23aから見たときの各要素とのアクセス方向を示しており、演算/制御部23aに向かう矢印は演算/制御部23aのリード動作、演算/制御部23aから出る矢印はライト動作であることを示している。
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the
図4に示すように、加熱装置7は、燃料加熱制御部23と燃料加熱ユニット3と電流検出回路31とで構成される。燃料加熱制御部23はECU20に設けられ、実質的な制御部として機能する演算/制御部23aと第1スイッチ23cと第2スイッチ23dと記憶部23eとで構成される。演算/制御部23aは、ここでは図示しないCPU(Central Processing Unit)を含み、CPUは図示しないROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)とシステムバス23fで結合されて、ROMに格納されたプログラムに基づいて動作する。もちろん演算/制御部23aは、ハードウェア化された他の論理回路を含んでいてもよいし、燃料ポンプ制御部22(図3参照)等と共用可能に構成されていても構わない。
As shown in FIG. 4, the
記憶部23eは、ここではEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)で構成され、演算/制御部23aはシステムバス23fを介して記憶部23eにアクセスする。なお、ハードウェア構成上、記憶部23eは演算/制御部23aに含まれていてもよい。
Here, the
図5に示すように、記憶部23eには、ヒータ素子40全体の電気抵抗の値(以降、「全抵抗値Ra」と呼称する)とヒータ素子40の温度THとの関係を記述した第1LUT(Look Up Table)50a、水温センサ32(図3参照)によって検出された冷却水温度TWとヒータ素子40の温度THとの関係を記述した第2LUT50b、およびヒータ素子40の温度THとヒータ素子40による加熱時間TMHとの関係を記述した第3LUT50cが格納されている。なお、本実施形態では各LUTは配列として定義されている。ここでは各配列の要素数は256個であり、配列インデックスは0〜255の値をとるものとする。
As shown in FIG. 5, the
演算/制御部23aは、ヒータ素子40の全抵抗値Raを配列インデックスとして第1LUT50aを参照することで、ヒータ素子40の温度THを取得することができ、冷却水温度TWを配列インデックスとして第2LUT50bを参照することで、ヒータ素子40の温度THを取得することができ、ヒータ素子40の温度THを配列インデックスとして第3LUT50cを参照することでヒータ素子40を駆動すべき加熱時間TMHを取得することができる。なお、第1LUT50aないし第3LUT50cは、実験等を行うことによって予め作成されて記憶部23eに格納される。EEPROMに記憶された第1LUT50aおよび第2LUT50bの内容は演算/制御部23aによって更新することが可能となっている。
The arithmetic /
以降、図4に戻って説明を続ける。第1スイッチ23cおよび第2スイッチ23dはスイッチング素子であり、例えば電力用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を好適に用いることができる。演算/制御部23aの出力は第1スイッチ23cおよび第2スイッチ23dのゲートに接続されており、演算/制御部23aの出力によって第1スイッチ23cおよび第2スイッチ23dはオンまたはオフに制御される。
Hereinafter, returning to FIG. 4, the description will be continued. The
第1スイッチ23cのソースは第1電源としてのバッテリ電源Batに接続されている。ここでは、バッテリ電源Batは直流電源であって、その電源電圧は12[v]とされている。第2スイッチ23dのソースは第2電源としてのECU電源Becに接続されている。ここでECU電源Becは直流電源であり、その電源電圧は5[v]とされている。なお、ECU電源Becについては、直流の出力電圧が常に一定の値になるように制御された安定化電源で構成されている。もちろん、バッテリ電源Batを安定化電源で構成してもよい。
The source of the
燃料加熱ユニット3は、ヒータ素子40を含む燃料加熱部14とヒータリレー41とで構成される。ヒータ素子40はここでは電熱線によって構成され、駆動端子40cと接地端子40dとの間に互いに直列に接続された第1ヒータ部分(以降、「第1ヒータ40a」と呼称する)と第2ヒータ部分(以降、「第2ヒータ40b」と呼称する)とを含む。後述するように、第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2は第1ヒータ40aの電気抵抗の値R1以下、例えばR1=8.6[Ω]、R2=5.8[Ω]に設定されている。
The fuel heating unit 3 includes a
ヒータリレー41はマグネットリレーで構成されている。一般に、マグネットリレーは接点抵抗が小さく大電流を導通可能で電力損失が少ないことから電力操作器として好適に用いられる。ヒータリレー41を構成するコイル41aに電流を流すことで接点41b、41bの間が電気的に接続される。なおマグネットリレーに代えてゼロクロスSSR(ソリッドステートリレー)を用いてもよい。
The
図示するように、ヒータ素子40の駆動端子40cは、ヒータリレー41を介してバッテリ電源Batと接続されている。演算/制御部23aが第1スイッチ23cのゲートに所定電位を印加すると、ヒータリレー41のコイル41aはバッテリ電源Batに接続され、コイル41aが駆動されて接点41b、41b間が導通して、ヒータ素子40の駆動端子40cがバッテリ電源Batに接続される。即ち、駆動端子40cはヒータリレー41を介してバッテリ電源Batに選択的に接続される。
As shown in the figure, the
また、第1ヒータ40aと第2ヒータ40bとの間にはテスト端子40eが設けられ、テスト端子40eは第2スイッチ23dのドレインに接続されている。演算/制御部23aが第2スイッチ23dのゲートに所定電位を印加すると、テスト端子40eがECU電源Becに接続される。即ち、テスト端子40eは第2スイッチ23dを介してECU電源Becに選択的に接続される。
A
ここで、演算/制御部23aは第1スイッチ23cおよび第2スイッチ23dを次のいずれかの状態となるように制御する。
第1状態:第1スイッチ23cがオンで、かつ第2スイッチ23dがオフ
第2状態:第1スイッチ23cがオフで、かつ第2スイッチ23dがオン
第3状態:第1スイッチ23cがオフで、かつ第2スイッチ23dがオフ
なお、以降の説明では、演算/制御部23aが第1スイッチ23cおよび第2スイッチ23dを制御して第1状態を選択することを、「第1状態に遷移する」のように記載する(第2状態、第3状態についても同じ)。
Here, the arithmetic /
First state: the
第1状態は、バッテリ電源Batを用いてヒータ素子40の全体を駆動し、燃料加熱部14において燃料を加熱する状態である。即ち、第1スイッチ23cがオン、かつ第2スイッチ23dがオフに制御されることで、ヒータリレー41の接点41b、41b間が導通されてヒータ素子40の駆動端子40cがバッテリ電源Batに接続され、その一方で第2スイッチ23dのドレインに接続されたテスト端子40eはECU電源Becから切り離される。これによって互いに直列に接続された第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bにはヒータ素子40の全抵抗値Raに応じて電流i1が流れる。
The first state is a state in which the
第2状態は、ECU電源Becを用いて第2ヒータ40bを駆動し、この際に第2ヒータ40bを流れる電流i2の値を検出することで、第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を測定する状態である。即ち、第1スイッチ23cがオフ、かつ第2スイッチ23dがオンに制御されることで、ヒータリレー41の接点41b、41b間が開放されてヒータ素子40の駆動端子40cはバッテリ電源Batから切り離され、その一方で第2スイッチ23dのドレインに接続されたテスト端子40eはECU電源Becに接続される。これによって第2ヒータ40bには、第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2に応じて電流i2が流れる。
In the second state, the
第3状態は、ヒータ素子40(その部分である第2ヒータ40bを含む)に通電しない状態である。即ち、第1スイッチ23cがオフ、かつ第2スイッチ23dもオフに制御されることで、駆動端子40cはバッテリ電源Batから切り離され、テスト端子40eもECU電源Becから切り離される。なお、ECU20が動作を開始した時点で演算/制御部23aは第3状態に遷移する。
The third state is a state in which the heater element 40 (including the
電流検出回路31はECU20に設けられ、電流検出抵抗31aとオペアンプ31bとA/D変換器31cとで構成される。電流検出抵抗31aは、一般に数10[mΩ]程度の電気抵抗Rsを有する固定抵抗器である。電流検出抵抗31aの一端はヒータ素子40の接地端子40dと接続され、他端は接地されている。なお、電流検出抵抗31aの電気抵抗の値は、上述した第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bの電気抵抗の値よりも遥かに小さいから(通常、1/100以下)、接地端子40dは実質的に接地されているとみなしてよい。
The
オペアンプ31bは、電流が電流検出抵抗31aを流れることで電流検出抵抗31aの両端に発生する電位差Vrを増幅する。A/D変換器31cは、オペアンプ31bによって増幅されたアナログレベル信号としての電位差をディジタルデータに変換して出力する。そしてA/D変換器31cの出力は演算/制御部23aに入力される。上述した第2状態において、第2ヒータ40bを流れる電流i2の値は電流検出回路31によって検出される。これに加えて第1状態においてヒータ素子40全体を流れる電流i1の値を検出してもよい。もっとも、第2状態において電流i2が流れる経路長(ハーネス長)は、第1状態において電流i1が流れる経路長よりも短くされており、ハーネス抵抗が相対的に小さいため、第2状態はより高精度に電流i2の値を検出することができる。
The
ここで、電流検出抵抗31aとして電気抵抗の値Rsが既知の抵抗器を用いれば、第2ヒータ40bを駆動するECU電源Becの電源電圧も既知(上述したように5.0[v])であることから、第2状態において電流検出回路31で電流i2の値を検出することで、オームの法則(R=E/I)より第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を測定することができる。この測定結果は演算/制御部23aによって記憶部23eに格納される。
Here, if a resistor having a known electric resistance value Rs is used as the
本実施形態では第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bは、同一材料で構成され、かつ実質的に燃料加熱部14の同一位置に配置されることから、ヒータ素子40全体を駆動した場合に第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bは同一温度となり、またこれら2つのヒータの駆動時間はほぼ同一とみなせるから(上述した第2状態を維持する期間は、第1状態の期間と比較して1/100程度とされている。詳細は後述する)、結果的に第1ヒータ40aの電気抵抗の値R1と第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2との比率は一定に保たれる。
In the present embodiment, the
この特性を利用することで、演算/制御部23aは、測定された第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を用いて、第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bの合成抵抗の値、即ちヒータ素子40の全抵抗値Raを推定する。つまり、R1:R2が一定であれば、R2を実測することで、R1が定まり、全抵抗値Ra=R1+R2と計算することができる。
By using this characteristic, the calculation /
以降、図5を併用して説明する。演算/制御部23aは推定した全抵抗値Raを用いて第1LUT50aを参照しヒータ素子40の温度THを取得する。そしてヒータ素子40の温度THを用いて第3LUT50cを参照し燃料の加熱時間TMHを取得する。演算/制御部23aは、取得した加熱時間TMHに基づいて上述した第1状態に遷移して燃料を加熱する。なお、本実施形態では、第1状態は取得した加熱時間TMHに基づいて連続的に維持されるが、ヒータリレー41としてソリッドステートリレーを採用した場合は、高速なオン/オフ動作が可能であることから、PWM(pulse width modulation)駆動を行ってもよい。これによって、ヒータ素子40に対する通電量が制御される。
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. The arithmetic /
本実施形態では、演算/制御部23aは、まず上述した第3状態から第2状態へと遷移してヒータ素子40の全抵抗値Raを推定する。次に演算/制御部23aは第2状態から第1状態へと遷移して(実際の制御においては、第1スイッチ23cと第2スイッチ23dとが瞬間的にともにオン状態となるのを回避するため、演算/制御部23aは第2状態→第3状態→第1状態の順に遷移させる)、ヒータ素子40で燃料を加熱する。ヒータ素子40を構成する電熱線等の抵抗体は、一般に高温になると電気抵抗の値が増大することが知られている(図5に示す第1LUT50aの特性(実線部分)を参照)が、本実施形態によれば、燃料の加熱に先立ってヒータ素子40の全抵抗値Raが推定され、この推定値に基づいて内燃機関Eの始動に際して燃料が適切に加熱される。
In the present embodiment, the arithmetic /
図6は、ヒータ素子40の抵抗比率αの設定について説明する説明図である。以降、図6に図4を併用して、ヒータ素子40を構成する第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bの各電気抵抗の値について詳細に説明する。なお、図6においては、説明を簡単にするために、第1スイッチ23c、第2スイッチ23dおよび電流検出抵抗31aの記載は省略している。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the setting of the resistance ratio α of the
ヒータ素子40の全抵抗値Raのうち第2ヒータ40bの電気抵抗の値が占める比率(以降、抵抗比率αまたは単にαと呼称する)をα(0<α<1)とすると、
第1ヒータ40aの電気抵抗の値R1は、R1=Ra×(1−α)
第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2は、R2=Ra×α
と表される。
If the ratio (hereinafter referred to as resistance ratio α or simply α) of the total resistance value Ra of the
The electric resistance value R1 of the
The electric resistance value R2 of the
It is expressed.
ここで、駆動端子40cに接続されるバッテリ電源Batの電源電圧をV1、テスト端子40eに接続されるECU電源Becの電源電圧をV2とすると、
上述した第2状態において電流は第2ヒータ40bのみを流れ、このときの電流値I2は、
I2=V2/(α×Ra)・・・(式1)
となる。
Here, if the power supply voltage of the battery power supply Bat connected to the
In the second state described above, the current flows only through the
I2 = V2 / (α × Ra) (Formula 1)
It becomes.
一方、上述した第1状態では、電流は互いに直列に接続された第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bの両方を流れ、このときの電流値I1は、
I1=V1/{Ra×(1−α)+Ra×α}=V1/Ra・・・(式2)
となる。
On the other hand, in the first state described above, the current flows through both the
I1 = V1 / {Ra × (1-α) + Ra × α} = V1 / Ra (Expression 2)
It becomes.
ハーネスの引き回し等によって、電流に一定のノイズ成分が加算的に重畳することを考慮すると、電気抵抗の測定時に電流検出抵抗31aを流れる電流を大きくすることで、ノイズ成分が相対的に小さくなって測定精度を向上させることができる。即ち、ヒータ素子40全体に通電するのではなく、ヒータ素子40の一部である第2ヒータ40bのみに通電し、この際に電流値I2をより大きくすることで(ヒータ素子40全体の全抵抗値Raよりも、その一部である第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2は当然に小さいため、より大きな電流値I2を確保しやすい)、電流検出回路31における検出精度が向上する。従ってI2>I1とすべきである。式1および式2から、
V2/(α×Ra)>V1/Ra・・・(式3)
これをαについて解くと、
α<V2/V1・・・(式4)
Considering that a certain noise component is additionally superimposed on the current due to the routing of the harness, etc., the noise component becomes relatively small by increasing the current flowing through the
V2 / (α × Ra)> V1 / Ra (Expression 3)
Solving for α,
α <V2 / V1 (Formula 4)
第2状態における第2ヒータ40bの消費電力P2は、
P2=V22/R2=V22/(Ra×α)・・・(式5)
第1状態における第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bの消費電力P1は、
P1=V12/Ra・・・(式6)
The power consumption P2 of the
P2 = V2 2 / R2 = V2 2 / (Ra × α) (Formula 5)
The power consumption P1 of the
P1 = V1 2 / Ra (Formula 6)
第2状態における消費電力を第1状態よりも小さくすることで、消費電力の低減が図られることから、P2<P1とすべきである。従って、式5および式6から、
V22/(Ra×α)<V12/Ra・・・(式7)
これをαについて解くと、
α>V22/V12・・・(式8)
Since power consumption is reduced by making the power consumption in the second state smaller than that in the first state, P2 <P1 should be satisfied. Therefore, from
V2 2 / (Ra × α) <V1 2 / Ra (Expression 7)
Solving for α,
α> V2 2 / V1 2 (Equation 8)
よって、式4および式8から、
V22/V12<α<V2/V1・・・(式9)
の条件となるように抵抗比率αの範囲を定めればよい。
Therefore, from
V2 2 / V1 2 <α <V2 / V1 (Equation 9)
The range of the resistance ratio α may be determined so as to satisfy the above condition.
具体的には、本実施形態においてはV1=12[v]、V2=5[v]であるから、式9によって抵抗比率αは、
0.174<α<0.417
の範囲に設定される。
Specifically, in this embodiment, since V1 = 12 [v] and V2 = 5 [v], the resistance ratio α is expressed by Equation 9 as follows:
0.174 <α <0.417
Is set in the range.
抵抗比率αの下限値(α=0.174)においては、抵抗値R2を測定する際に第2ヒータ40bを流れる電流i2は最大となって測定精度が最も高くなるが、消費電力はヒータ素子40の全体を駆動するときとほぼ等しくなる。一方、抵抗比率αの上限値(α=0.417)においては、抵抗値R2を測定する際に第2ヒータ40bを流れる電流i2はヒータ素子40の全体を駆動するときとほぼ等しくなるが、消費電力は最も小さくなる。抵抗比率αを、例えば上限値と下限値との中間値((0.174+0.417)/2=0.296)とすることで、第2ヒータ40bの電気抵抗の値の測定精度を高めつつ、測定の際の消費電力を低減することができる。もちろん、測定精度の向上と消費電力の低減とのいずれをより優先するかで、抵抗比率αの範囲は上限値と下限値との間で任意に決定すればよい。もちろん、電流検出回路31における測定精度が維持できる範囲において、抵抗比率αをより大きく(例えば0.5)設定してもよい。このようにすることで、抵抗値を測定する際の消費電力を一層少なくすることができる。
At the lower limit value (α = 0.174) of the resistance ratio α, the current i2 flowing through the
さて、燃料加熱ユニット3においては、内燃機関E(図1参照)が置かれる環境温度の範囲や内燃機関Eの始動に際して許容される加熱時間等を考慮して、ヒータ素子40で消費される目標電力が定められる。例えば、ヒータ素子40の駆動端子40cが接続されたバッテリ電源Batの電源電圧を12[V]、目標電力を10[W]とすると、式6を変形して、
Ra=V12/P1・・・(式10)
より、Ra=144/10=14.4[Ω]と計算される。
In the fuel heating unit 3, the target consumed by the
Ra = V1 2 / P1 (Formula 10)
Thus, Ra = 144/10 = 14.4 [Ω] is calculated.
ヒータ素子40がこのような全抵抗値Raをもつとき、
例えば、抵抗比率αを上述した中間値(α=0.296)とすると、
第1ヒータ40aの電気抵抗の値R1=14.4×(1−0.296)=10.14[Ω]
第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2=14.4×0.296=4.26[Ω]
のように決定される。この値に基づいて、例えば第1ヒータ40aおよび第2ヒータ40bを構成する電熱線の長さを調整することで、特定の電気抵抗の値を有する2つのヒータ部分を有するヒータ素子40を容易に実現することができる。
When the
For example, when the resistance ratio α is the above-described intermediate value (α = 0.296),
Electric resistance value R1 of the
Electric resistance value R2 of the
It is determined as follows. Based on this value, for example, by adjusting the length of the heating wire constituting the
以降、図5に戻って説明を続ける。第1LUT50aはヒータ素子40の全抵抗値Raを入力としヒータ素子40の温度THを出力とする関数(第1温度推定手段)であり、第2LUT50bは冷却水温度TWを入力としヒータ素子40の温度THを出力する関数(第2温度推定手段)である。本実施形態においては、演算/制御部23aは電流検出回路31の出力(これから推定した全抵抗値Ra)を用いて第1LUT50aを参照すること、または水温センサ32の出力を用いて第2LUT50bを参照することのいずれかによってヒータ素子40の温度THを推定することが可能である。
Hereinafter, returning to FIG. The first LUT 50a is a function (first temperature estimating means) that inputs the total resistance value Ra of the
なお、第1温度推定手段および第2温度推定手段の出力は8ビット量に正規化され、例えば0x1f→0℃のように配列要素の値とヒータ素子40の温度THとの対応は第1LUT50aと第2LUT50bとで同一とされている。
The outputs of the first temperature estimating means and the second temperature estimating means are normalized to an 8-bit quantity. For example, the correspondence between the value of the array element and the temperature TH of the
演算/制御部23aは、第1LUT50aおよび第2LUT50bを用いたヒータ素子40の温度THの推定を、冷機時に互いに近接したタイミングで実行し、例えば図示しない外気温センサの出力と第1、第2温度推定手段の出力とを比較することで、ヒータ素子40の断線や、水温センサ32を構成するNTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor)サーミスタの故障等を容易に判定することができる。また、このように複数の温度推定手段を備えることで、不具合が検出された温度推定手段の出力を参照しないようにして、フェールセーフが図られる。
The calculation /
さて、ヒータ素子40に使用される電熱線等の抵抗体は、長期にわたる駆動によって経年変化が生じ、徐々に電気抵抗の値が大きくなることが知られている。即ち、ヒータ素子40の経年変化が進むと、全抵抗値Raが大きくなることでヒータ素子40の温度THは実際よりも高く観測されることになる。一方、水温センサ32を構成するNTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor)サーミスタ等の受動素子は、一般に経年変化が非常に小さい。
Now, it is known that a resistor such as a heating wire used for the
これらのことから、演算/制御部23aは、第1、第2温度推定手段の出力がいずれも正常の範囲であると判断され、かつ両者の出力差の絶対値が所定の閾値よりも大きくなった場合(以降、この条件を「LUT更新条件」と呼称する)、第1温度推定手段である第1LUT50aの内容を更新して、ヒータ素子40の経年変化を補償する。もちろん、LUT更新条件に他の要件、例えば、LUT更新条件を複数回満たした場合に、第1LUT50aの内容を更新するようにしてもよい。
For these reasons, the calculation /
LUT更新条件を満たす場合、以下の第1処理手順によって第1LUT50aの内容が更新される。第1処理手順においては、第2LUT50bがリファレンスとして用いられる。
When the LUT update condition is satisfied, the contents of the first LUT 50a are updated by the following first processing procedure. In the first processing procedure, the
<第1処理手順>
(a)第2LUT50bを用いて、冷却水温度TWからヒータ素子40の温度THを推定する。
(b)第1LUT50aの配列要素から温度THの値を検索する。
(c)第1LUT50aにおける温度THに対応する配列インデックス(以降、温度THの値を検索して求められた配列インデックスを「INDX1」と呼称する)を取得する。ヒットしない場合は、温度THの値に最も近いINDX1を求める。なお、(c)の処理では更新される第1LUT50aは単調増加(あるいは単調減少)関数であることが前提となる。
<First processing procedure>
(A) The temperature TH of the
(B) The value of the temperature TH is searched from the array element of the first LUT 50a.
(C) An array index corresponding to the temperature TH in the first LUT 50a (hereinafter, the array index obtained by searching the value of the temperature TH is referred to as “INDX1”) is acquired. If no hit is found, INDX1 closest to the value of temperature TH is obtained. In the process of (c), it is assumed that the updated first LUT 50a is a monotonically increasing (or monotonically decreasing) function.
(d)上述した第2状態に遷移して、第2ヒータ40b(図4参照)の電気抵抗の値R2を測定し、ヒータ素子40の全抵抗値Raを推定する。
ここで、ヒータ素子40の全抵抗値Raは第1LUT50aの配列インデックス(以降、ヒータ素子40の全抵抗値Raに基づく配列インデックスを「INDX2」と呼称する)そのものである(即ち、第1LUT50aの入力)。なお、経年変化によってヒータ素子40の全抵抗値Raが大きくなっている場合、INDX2>INDX1となっている。
(e)δp=INDX2−INDX1を計算する。
(f)第1LUT50aの配列要素を配列内でδpだけ右シフトする。
ただし、この処理は配列インデックス+δpの値が配列要素数を越えない範囲で行われ、配列インデックスのうち0〜(δp−1)に対応する配列要素にはNULLが割り付けられる。(f)の処理によって、図5に点線で示すように第1LUT50aは右に平行移動することになる。そして、演算/制御部23aは新たに生成した第1LUT50aを記憶部23e(図4参照)に記憶する。
(D) Transition to the second state described above, measure the electric resistance value R2 of the
Here, the total resistance value Ra of the
(E) Calculate δp = INDX2−INDX1.
(F) The array element of the first LUT 50a is shifted to the right by δp within the array.
However, this processing is performed in a range where the value of the array index + δp does not exceed the number of array elements, and NULL is assigned to the array elements corresponding to 0 to (δp−1) in the array index. By the process (f), the first LUT 50a is translated to the right as indicated by the dotted line in FIG. Then, the arithmetic /
さて、上述の(a)〜(f)の処理手順は、ヒータ素子40の全抵抗値Raが経年変化することを前提に、第1LUT50aの内容を更新して経年変化の影響を除去するものである。他方、ヒータ素子40が駆動されるトータル時間が比較的短く、全抵抗値Raの経年変化を考慮する必要がない場合は、逆に第1LUT50aをリファレンスとして用いて、第2LUT50bの内容を更新してもよい。これによって内燃機関Eの状態に合わせて常に第2LUT50bの内容が更新される。第2LUT50bの内容を更新する場合においてもLUT更新条件は上述した第1処理手順と同様である。第2LUT50bを更新する際の第2処理手順は以下のようになる。
The processing procedures (a) to (f) described above are based on the premise that the total resistance value Ra of the
<第2処理手順>
(g)第2状態に遷移してヒータ素子40の全抵抗値Raを推定し、全抵抗値Raを用いて第1LUT50aを参照して、ヒータ素子40の温度THを推定する。
(h)第2LUT50bの配列要素から温度THの値を検索する。
(i)第2LUT50bにおける温度THに対応する配列インデックス(INDX1)を取得する。なお、ヒットしない場合は、温度THの値に最も近いINDX1を求める。なお、(i)の処理では第2LUT50bは単調増加(あるいは単調減少)関数であることが前提となる。
<Second processing procedure>
(G) Transition to the second state to estimate the total resistance value Ra of the
(H) The value of the temperature TH is retrieved from the array element of the
(I) An array index (INDX1) corresponding to the temperature TH in the
(j)冷却水温度TWを測定する。
ここで、冷却水温度TWは第2LUT50bの配列インデックス(INDX2)そのものである。
(k)δp=INDX2−INDX1を計算する。
(l)δpが正数である場合は、第2LUT50bの配列要素を配列内でδpだけ右シフトする。δpが負数である場合は、第2LUT50bの配列要素をδpだけ左シフトする。
そして、演算/制御部23aは新たに生成した第2LUT50bを記憶部23e(図4参照)に記憶する。
(J) The cooling water temperature TW is measured.
Here, the cooling water temperature TW is the array index (INDX2) itself of the
(K) Calculate δp = INDX2−INDX1.
(L) When δp is a positive number, the array element of the
Then, the arithmetic /
図7(a)は、内燃機関Eの第1始動モードを示す説明図、(b)は、内燃機関Eの第2始動モードを示す説明図である。より具体的には、図7(a)、(b)は各始動モードにおける第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を測定する測定期間SPとヒータ素子40を駆動する加熱期間DPとの関係を示している。以降、図7(a)、(b)に図3、図4、図5を併用して、各始動モードについて説明する。
FIG. 7A is an explanatory view showing a first start mode of the internal combustion engine E, and FIG. 7B is an explanatory view showing a second start mode of the internal combustion engine E. More specifically, FIGS. 7A and 7B show the relationship between the measurement period SP for measuring the electric resistance value R2 of the
なお以降の説明にあたって、イグニッションスイッチ35の状態、水温センサ32の出力等はECU20(いずれも図3参照)によって検出ないし測定され、所定のイベント情報とともに燃料加熱制御部23(図3参照)に送信される。燃料加熱制御部23の演算/制御部23a(図4参照)は、このイベント情報を受信することで、上述した第1状態〜第3状態の遷移を実行し、また燃料の加熱が完了した旨の情報は、所定のイベント情報とともに演算/制御部23aからECU20に送信され、これを受信したECU20は、搭乗者等のスタート操作に応じてスタータモータ28等のアクチュエータを動作させる。
In the following description, the state of the
<第1始動モード>
第1始動モードは、イグニッションスイッチ35(図3参照)がIGポジションに操作された際に(図7(a)には「イグニッションON」と記載。図7(b)も同じ)、例えばECU20によって測定された冷却水温度TWと図示しない外気温センサの出力との差分が所定の閾値よりも大きい場合、即ち、内燃機関E(図1参照)が暖機時と冷機時との中間状態、あるいは暖機時である場合に選択される。
<First start mode>
In the first start mode, when the ignition switch 35 (see FIG. 3) is operated to the IG position (described as “ignition ON” in FIG. 7A, the same applies to FIG. 7B), for example, by the
第1始動モードでは、図7(a)に示すようにイグニッションスイッチ35がIGポジションに操作されると、燃料加熱制御部23の演算/制御部23aは、第2状態に遷移して第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を測定し、ヒータ素子40(いずれも図4参照)の全抵抗値Raを求める。ここで、全抵抗値Raを求める際に第2ヒータ40bに通電がなされる時間(測定期間SP)は200ms程度とされている。そして、演算/制御部23aは、第1LUT50a(図5参照)を参照してヒータ素子40の温度THを推定し、更に第3LUT50c(図5参照)を参照してヒータ素子40を駆動する加熱時間TMHを取得する。
In the first start mode, as shown in FIG. 7A, when the
演算/制御部23aは、所定のタイミングで(ここでは測定期間SPが終了した後)上述した第1状態に遷移し、第1状態を加熱期間DPだけ継続する。即ち、加熱期間DPに応じてヒータ素子40の通電量が制御されることで燃料が加熱される。上述したように加熱期間DPは、第3LUT50cに記述されてヒータ素子40の温度THによって期間長が定まる関数であり、数十秒から数分の間とされている。そして加熱期間DPが経過すると、演算/制御部23aは第3状態に遷移してヒータ素子40への通電が停止され、その後、演算/制御部23aから加熱完了を示すイベント情報がECU20に送信され、ECU20は操作者の指示に基づいてスタータモータ28(図3参照)を始動させて内燃機関Eの運転が開始される。
The arithmetic /
第1始動モードのシーケンスでは、イグニッションスイッチ35がIGポジションに操作された時点から測定期間SPが開始され、実際に燃料の加熱が開始されるのは、イグニッションスイッチ35がIGポジションに操作された後200ms程度を経過した後となるが、測定期間SPにおいては上述した第2状態が維持されて、第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を測定する際の消費電力が低く抑えられることになる。なお、ECU20によって車両のドアが開かれたこと、あるいは運転者が着席したこと等を検出し、その際に測定期間SPを設定してもよい。このようにすることで、イグニッションスイッチ35がIGポジションに操作された直後から加熱期間DPを開始することが可能となる。
In the sequence of the first start mode, the measurement period SP is started from the time when the
このように、第1始動モードでは、演算/制御部23aは、テスト端子40eを第2電源であるECU電源Becに接続した際の電流検出回路31の出力に基づいてヒータ素子40の電気抵抗の値(全抵抗値Ra)を推定し、この推定値に基づいて駆動端子40cを第1電源であるバッテリ電源Batに接続してヒータ素子40の通電量を制御する。見方を変えれば、演算/制御部23aは、駆動端子40cをバッテリ電源Batに接続するタイミング、および駆動端子40cをバッテリ電源Batから切り離すタイミングを決定する。
As described above, in the first start mode, the calculation /
<第2始動モード>
第2始動モードは、イグニッションスイッチ35が一旦オフにされ、次にIGポジションに操作された際に、例えばECU20によって測定された冷却水温度TWと図示しない外気温センサの出力との差分が、所定の閾値よりも小さい場合に選択される。即ち、内燃機関Eが冷機時である場合に第2始動モードが選択される。
<Second start mode>
In the second start mode, when the
第2始動モードでは、図7(b)に示すようにイグニッションスイッチ35がIGポジションに操作されると、演算/制御部23aは、直ちにヒータ素子40への通電を開始する。即ち、第2始動モードでは、ヒータ素子40への通電が開始される所定のタイミングはイグニッションスイッチ35がIGポジションになった直後となる。冷機時のとき、冷却水温度TWとヒータ素子40の温度THとは極めて相関が高いことから、演算/制御部23aは水温センサ32で測定された冷却水温度TWを用いて第2LUT50bを参照し、ヒータ素子40の温度THを取得する。そして温度THを用いて第3LUT50cを参照してヒータ素子40の加熱時間TMHを取得する。
In the second start mode, as shown in FIG. 7B, when the
演算/制御部23aは、取得した加熱時間TMHに基づいて加熱期間DPを設定して、上述した第1状態に遷移してヒータ素子40に通電を行う。このように第2始動モードでは、イグニッションスイッチ35がIGポジションに操作されると、第2状態に遷移することなく直ちに第1状態に遷移してヒータ素子40による燃料の加熱を開始する。これによって、内燃機関Eの始動開始までに要する時間が第1始動モードと比較してδt(具体的には、200〜500ms程度)だけ短縮される。
The arithmetic /
さて、第2始動モードでは、内燃機関Eの運転中(暖機時)に測定期間SPが設定される。より具体的には、内燃機関Eの運転が所定期間継続され、ヒータ素子40の温度TH(運転中は、上述した第3状態が維持され、ヒータ素子40への通電は行われていない)と内燃機関Eの冷却水温度TWとが平衡状態となっている時期に測定期間SPが設定される。測定期間SPに測定された第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2は記憶部23e(図4参照)に記憶される。
In the second start mode, the measurement period SP is set during operation of the internal combustion engine E (when warming up). More specifically, the operation of the internal combustion engine E is continued for a predetermined period, and the temperature TH of the heater element 40 (the above-described third state is maintained during operation and the
そして、演算/制御部23aは、記憶部23eに記憶された第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を読み出し、上述した第2処理手順(g)〜(l)に従って第2LUT50bを更新し、更新された第2LUT50bを記憶部23eに記憶する。そして、更新された第2LUT50bを用いて冷却水温度TWからヒータ素子40の温度THが推定され、推定された温度THから加熱時間TMHが決定され、加熱時間TMHに基づいてヒータ素子40の通電量が制御される。
Then, the arithmetic /
もちろん上述した第1処理手順(a)〜(f)に従って第1LUT50aを更新、記憶するようにしてもよい。これによって、第1LUT50aはヒータ素子40の経年変化が補償された最新の状態に保たれる。
Of course, the first LUT 50a may be updated and stored in accordance with the first processing procedures (a) to (f) described above. As a result, the first LUT 50a is kept in the latest state in which the aging of the
このように、第2始動モードでは電流検出回路31の出力を内燃機関Eの暖機時に測定するとともに、この測定結果に基づいてヒータ素子40の全抵抗値Raを推定し、内燃機関Eの冷機時において、推定した全抵抗値Raに基づいて駆動端子40c(図4参照)をバッテリ電源Batに接続する期間の長さを決定している。
As described above, in the second start mode, the output of the
第1始動モード、第2始動モードのいずれにおいても、測定期間SPは200ms程度の短期間である。このため、測定期間SP中に第2ヒータ40bの発熱による電気抵抗の変化は微小なものであり、抵抗値の測定精度を低下させることはなく、更に第2ヒータ40bの経年変化が加速されることもない。なお、ヒータ素子40は気筒毎にそれぞれ設けられているが、上述したように測定期間SPにおける消費電力は小さくされていることから、複数の気筒Sについて同時に第2ヒータ40bの電気抵抗の値R2を測定することが可能である。
In both the first start mode and the second start mode, the measurement period SP is a short period of about 200 ms. For this reason, the change in electrical resistance due to the heat generated by the
また、第3LUT50cについては、単一の特性を持つものとして説明したが、互いに異なる特性を記述した複数のLUTを用意しておき、例えばLAFセンサ34(図3参照)の出力を参照して、燃料中のアルコール濃度に応じて第3LUT50cとして使用するLUTを選択するようにしてもよい。
The
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は本実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、本実施形態では、本発明に係る加熱装置7を、FFV用エンジンに適用したが、軽油やガソリン等、他の成分を燃料とする内燃機関Eにも適用可能であり、直列4気筒以外の内燃機関Eにも当然に適用可能である。また、ヒータ素子40はインジェクタに設けられてもよく、燃料供給経路中のコモンレールに設けられてもよい。また、ヒータ素子40によって内燃機関Eに導入される吸気を加熱するように構成してもよい。また、ヒータ素子40を3個以上のヒータ部分で構成してもよく、少なくとも各ヒータ部分の抵抗比率が既知であれば本発明を容易に適用することができる。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to this embodiment and can be widely modified. For example, in the present embodiment, the
本発明に係る加熱装置およびヒータ素子は、ヒータ素子の一部について抵抗値を高精度に測定してヒータ素子全体の抵抗値を正確に推定するとともに、抵抗値の測定の際の消費電力を低減することが可能であることから、車両で使用される燃料を加熱する加熱装置等に好適に利用することができる。 The heating device and the heater element according to the present invention accurately measure the resistance value of a part of the heater element to accurately estimate the resistance value of the entire heater element, and reduce power consumption when measuring the resistance value. Therefore, it can be suitably used for a heating device for heating fuel used in a vehicle.
1 燃料供給装置
3 燃料加熱ユニット
7 加熱装置
14 燃料加熱部
20 ECU
23 燃料加熱制御部
23a 演算/制御部(制御部)
23c 第1スイッチ
23d 第2スイッチ
23e 記憶部
31 電流検出回路
31a 電流検出抵抗
32 水温センサ
35 イグニッションスイッチ
40 ヒータ素子
40a 第1ヒータ(第1ヒータ部分)
40b 第2ヒータ(第2ヒータ部分)
40c 駆動端子
40d 接地端子
40e テスト端子
41 ヒータリレー
50a 第1LUT
50b 第2LUT
50c 第3LUT
Bat バッテリ電源(第1電源)
Bec ECU電源(第2電源)
DESCRIPTION OF
23 Fuel
40b Second heater (second heater part)
50b 2nd LUT
50c 3rd LUT
Bat Battery power supply (first power supply)
Bec ECU power supply (second power supply)
Claims (7)
前記駆動端子に所定のタイミングで接続される第1電源と、
前記第1ヒータ部分および前記第2ヒータ部分の間に設けられたテスト端子に選択的に接続される第2電源と、
前記ヒータ素子に直列に接続された電流検出回路と、
前記テスト端子を前記第2電源に接続した際の前記電流検出回路の出力に基づいて前記ヒータ素子の電気抵抗の値を推定し、この推定値に基づいて前記駆動端子を前記第1電源に接続して前記ヒータ素子の通電量を制御する制御部とを備えることを特徴とする加熱装置。 A heater element comprising a first heater portion and a second heater portion connected in series between a drive terminal and a ground terminal;
A first power source connected to the drive terminal at a predetermined timing;
A second power source selectively connected to a test terminal provided between the first heater portion and the second heater portion;
A current detection circuit connected in series to the heater element;
A value of an electric resistance of the heater element is estimated based on an output of the current detection circuit when the test terminal is connected to the second power supply, and the drive terminal is connected to the first power supply based on the estimated value. And a controller for controlling the energization amount of the heater element.
前記第2ヒータ部分の電気抵抗の値をR2、
前記第1電源の電源電圧をV1、
前記第2電源の電源電圧をV2、
抵抗比率α=R2/(R1+R2)とするとき、
前記抵抗比率αが、
V22/V12<α<V2/V1
の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の加熱装置。 The value of the electric resistance of the first heater portion is R1,
The electric resistance value of the second heater portion is R2,
The power supply voltage of the first power supply is V1,
The power supply voltage of the second power supply is V2,
When the resistance ratio α = R2 / (R1 + R2),
The resistance ratio α is
V2 2 / V1 2 <α <V2 / V1
The heating device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating device is set in a range of.
前記制御部は、
前記電流検出回路の出力を前記内燃機関の暖機時に測定し、この測定結果に基づいて前記ヒータ素子の電気抵抗の値を推定し、前記内燃機関の冷機時において、推定した電気抵抗の値に基づいて前記駆動端子を前記第1電源に接続する期間の長さを決定することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の加熱装置。 The heater element is mounted on an internal combustion engine;
The controller is
The output of the current detection circuit is measured when the internal combustion engine is warmed up, and the value of the electrical resistance of the heater element is estimated based on the measurement result, and the estimated electrical resistance value is obtained when the internal combustion engine is cold. The heating apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a length of a period for connecting the drive terminal to the first power source is determined based on the length.
前記ヒータ素子を駆動する際に第1電源と接続される駆動端子と、
前記第1ヒータ部分および前記第2ヒータ部分の間に接続され、前記ヒータ素子の電気抵抗の値を推定する際に第2電源と接続されるテスト端子とを備えることを特徴とするヒータ素子。 A heater element composed of a first heater portion and a second heater portion connected in series with each other,
A drive terminal connected to a first power source when driving the heater element;
A heater element, comprising: a test terminal connected between the first heater part and the second heater part and connected to a second power source when estimating the electric resistance value of the heater element.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014006208A JP2015135069A (en) | 2014-01-16 | 2014-01-16 | Heater and heater element |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017044138A (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 株式会社デンソー | Electronic control device |
JP2018048614A (en) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社デンソー | Heater driving device |
JP2019094828A (en) * | 2017-11-22 | 2019-06-20 | 株式会社ケーヒン | Deterioration determination device of oxygen concentration detector |
-
2014
- 2014-01-16 JP JP2014006208A patent/JP2015135069A/en active Pending
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