JP2623822B2 - 自己制御型グロープラグの通電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、正の抵抗温度係数を有する発熱部とその抵
抗温度係数よりも大きな正の抵抗温度係数を有する通電
量制限部とを有する自己制御型グロープラグへの通電を
制御する通電制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来よりディーゼルエンジンの始動性を高めるため、
通電により発熱するグロープラグにより燃焼室を予熱す
る方法が用いられている。ここでグロープラグとは、基
本的には通電によるジュール熱（Ｒ・I²）を利用したも
のであり、大きな発熱量を得るためには大きな電流、す
なわち大電力が必要となる。

そこで、グロープラグの電源容量に制限がある場合、
例えば自動車用ディーゼルエンジンであって電源として
バッテリーを用いる場合には、消費電力を抑制できる自
己制御型グロープラグが提供されている。

この自己制御型グロープラグとは、第６図（Ａ）の電
気回路図に示すごとく２つの抵抗器R1,R2を直列接続し
たものであり、それぞれの抵抗器R1,R2の抵抗温度特性
は第６図（Ｂ）に示すごとく共に正の特性を示し、抵抗
温度特性の小さい抵抗器R1がディーゼルエンジンの燃焼
室に配置される構成となっている。この自己制御型グロ
ープラグと電源との間に介在するスイッチS1を閉成する
ならば、初期に大きな電流が流れて直ちに抵抗器R1が赤
熱して燃焼室を予熱する。その後、抵抗器R2が徐々に高
温となるに伴って合成抵抗が大きくなり、自己制御型グ
ロープラグに流入する電流は初期電流に比較して低く抑
えられ、抵抗器R1の発熱温度は初期状態よりも低いとこ
ろで安定する。

従って、自己制御型グロープラグの抵抗器R1の発熱状
態は、スイッチS1は閉成した時点を原点として図示する
ならば第６図（Ｃ）にしめす特性となり、短時間のうち
にディーゼルエンジンの始動が可能となり、かつ消費電
力を抑制できる。

しかし、一般にガソリンエンジンの始動に要する時間
に比較すれば、ディーゼルエンジンを始動するための操
作（自動車用ディーゼルエンジンの場合にはイグニッシ
ョンキー操作）を実行した時点から自己制御型グロープ
ラグによる予熱が完了するまでの時間は長く、特に寒冷
時には十数秒に及ぶ。

これを解決するため、第６図（Ａ）に示すスイッチS1
の閉成をイグニッションキーの操作ばかりでなく、始動
に要するその他の操作が実行されたときにも行うことと
し、これを解決している。例えば、実開昭56−34070号
公報や特開昭55−69760号公報によれば、ディーゼルエ
ンジンを搭載した自動車において、ドアスイッチ等に連
動してもスイッチS1が閉成する構成とした自己制御型グ
ロープラグの通電制御装置が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の自己制御型グロープラグの通電制御装
置においても、次のような課題が未解決である。

イグニッションキーの操作ばかりでなく、ドアスイッ
チ等の他の操作に起因しても自己制御型グロープラグに
通電を開始するため、自己制御型グロープラグへの通電
は１回のエンジンの始動に対して必須的に多数回実行さ
れ、結局、消費電力が増大している。従って、バッテリ
ーを電源とする場合、その端子電圧の低下を招来し、真
に始動を希望するときにディーゼルエンジンの始動特性
が悪化する可能性がある。

しかも、自己制御型グロープラグの場合には、一旦通
電を実行すると第６図（Ａ）に示した抵抗器R2も発熱し
て抵抗値が増加する。このため、イグニッションキーの
操作等による次回の通電時に発熱が望まれる抵抗器R1へ
の供給電力が低く抑えられ、発熱が所望の温度に達しな
い事態が発生する。従って、特に寒次時などにはディー
ゼルエンジンの始動特性が低下してしまう。

第７図は、前回の自己制御型グロープラグへの通電終
了時点から一定時間経過した後に再通電した時の抵抗器
R1の発熱最高温度を、前回の通電時間を種々変更して実
験した結果である。図に示すように、前回の通電時間が
長引くにしたがって抵抗R2が高温・高抵抗状態となり、
再通電時の抵抗R1への供給電力が低下し、これにより発
熱最高温度が低下していることが分かる。

本発明は、上記未解決の課題を解決するためになされ
たもので、自ら消費電力を抑制する機能を有する自己制
御型グロープラグの特性を有効に活用し、低消費電力で
しかも確実な始動特性を確保することのできる優れた自
己制御型グロープラグの通電制御装置を提供することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達するために、本発明の自己制御型グロー
プラグの通電制御装置構成は、 正の抵抗温度係数を有する発熱部と該発熱部に直列に
接続されその抵抗温度係数よりも大きな正の抵抗温度係
数を有する通電量制限部とを備える自己制御型グロープ
ラグへの通電を制御するため、該自己制御型グローグラ
プと電源との接続を断続する自己制御型グロープラグの
通電制御装置において、 所定の通電指令に応じて前記自己制御型グロープラグ
と前記電源とを接続する接続手段と、 該接続手段による前記自己制御型グロープラグへの通
電終了時点からの経過時間を管理する計時手段と、 該計時手段の計時結果に基づき、前記自己制御型グロ
ープラグへの通電終了から所定時間が経過するまでは前
記接続手段の作動を中止し、前記自己制御型グロープラ
グと前記電源との接続を禁止する禁止手段と、 を備えたことをその要旨とする。

［作用］ 本発明の自己制御型グロープラグの通電制御装置は、
ドアスイッチやイグニッションキーの操作等が通電指令
として接続手段に与えられたとき自己制御型グロープラ
グと電源とを接続して通電を実行する。そして、計時手
段によりこの通電が完了した時点からの時間経過が計測
され、その計時結果が所定値未満であるときには禁止手
段により接続手段の作動が中止され、連続した自己制御
型グロープラグへの通電が回避される。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を
挙げて詳述する。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例である自己制御型グロー
プラグの通電制御装置10の電気回路図である。本実施例
では、車両用ディーゼルエンジンに使用される自己制御
型グロープラグ20の通電状態を制御する例を示してい
る。従って、自己制御型グロープラグ20の電源として
は、容量の小さい車載用のバッテリー30が用いられる。

図示するように自己制御型グロープラグ20は、ディー
ゼルエンジンの燃焼室に固定される第１抵抗体20aと、
該第１抵抗体20aよりも大きな正の温度変化率を示す第
２抵抗体20bとを有する通常の構成である。この自己制
御型グロープラグ20への通電は、リレー10aの接点10aS
を介してバッテリー30から行われる。従って、リレー10
aの励磁コイル10aLの励磁状態を制御することで、通電
制御装置10の目的としている通電制御が達成される。こ
のため通電制御装置10は、トリガが入力された時点から
接点を閉じてその状態を所定期間T1だけ保持する保持回
路10b、入力信号を積分する積分回路10c、２つの入力信
号の比較を行う比較器10dを備え、この比較器の出力信
号によりスイッチングトランジスタ10eを作動させて前
記リレー10aを励磁コイルの励磁状態を制御している。

以下、上記構成要素の個別的な作動及び交互の関係を
説明しつつ、通電制御装置10の目的としている自己制御
型グロープラグ20に対する通電制御機能を解説する。

保持回路10bとは、ドアスイッチ40あるいはイグニッ
ションスイッチ50が閉成されたとき、これをトリガ信号
として作動を開始し、接点10bSを所定期間T1だけ閉じ
る。いわゆる単安定マルチバイブレータと同様の動作を
する。すなわち、車両のドアが閉じられたときあるいは
イグニッションキーが回動操作されたときに動作を開始
し、所定期間T1だけ接点10bSを閉成し続ける。また、上
記所定期間T1が経過したときには、接点10bSを開放する
と同時に、積分回路10cにリセット信号を出力して当該
積分回路10cを初期状態に復帰させる。なお、この所定
期間T1は、一般的な単安定マルチパイブレータと同様
に、回路素子の定数を変更することで所望の値に調整す
ることができる。

保持回路10bの動作により接点10bSが閉成されると、
バッテリー30の端子電圧VBを抵抗器10f,10gにより分圧
した電圧V1が比較器10dの一方の入力端子に印加され
る。また、積分回路10cにはバッテリー30の端子電圧VB
が入力されるため、その出力電圧V2は直線的に上昇し始
める。そして、この積分回路10cの出力電圧V2が、比較
器10dの他方の入力端子に印加される。

第２図に、比較器10dの入力端子に印加される電圧V1,
V2の推移状況を、保持回路10bが動作を開始した時点か
ら記述している。図示するように電圧V1は一定値である
が、電圧V2は時間経過と共に直線的に上昇するため、時
刻t0にはその大小関係が逆転することになる。この保持
回路10bが動作を開始してから時刻t0までの期間T2は、
電圧V1の値を変更しまたは積分回路10cの時定数を変更
することで簡単に調整することができる。そして、上記
保持回路10bに設定される所定期間T1が経過したとき、
接点10bSが開放され、かつ、積分回路10cがリセットさ
れるために両電圧V1,V2は同時に初期状態に復帰する。

比較器10dは、上記のごとき２つの印加電圧V1,V2の大
小関係に応じた出力を生じるもので、V1＜V2であるとき
に高電圧VHを出力し、V1≧V2であるときに低電圧VL（０
［Ｖ］）を出力する。ここで、電圧V1,V2は第２図に示
すように変化を示すため、比較器10dの出力は第３図に
示すごときものとなる。すなわち、ドアスイッチ40ある
いはイグニッションスイッチ50の何れかが閉成された時
点から時刻t0までの期間T2だけ高電圧VHを出力し、その
後は低電圧VLを出力し続けることとなる。

上記比較器10dの出力（第３図）は、NPN型スイッチン
グトランジスタ10eのベースに入力される。従って、こ
のスイッチングトランジスタ10eは、第３図に示す比較
器10dの出力電圧が高電圧VHである期間だけ導通状態と
なり、この期間にリレー10aの励磁コイル10aLを励磁し
て接点10aSを閉無し、自己制御型グロープラグ20への通
電を許可する。なお、励磁コイル10aLに直列に接続され
る抵抗器60は励磁コイル10aLの通電電流を所定値以下に
制限するための電流制限用抵抗器であり、スイッチ70は
ディーゼルエンジンの冷却水温が所定値以下で自己制御
型グロープラグ20の作動が必要となるある場合にのみ閉
成する水温スイッチである。

すなわち、本実施例の自己制御型グロープラグの通電
制御装置10によれば、ドアスイッチ40あるいはイグニッ
ションスイッチ50の閉成操作がなされてから時刻t0まで
の期間T2だけに限定して、自己制御型グロープラグ20に
対する通電が実行される。

また、本実施例の自己制御型グロープラグの通電制御
装置10によれば、上記ドアスイッチ40あるいはイグニッ
ションスイッチ50が閉成されてから保持回路10bが保持
動作を継続する所定期間T1の間は、第２図に示すような
電圧の変化が継続して実行される。従って、この所定期
間T1の間にドアスイッチ40あるいはイグニッションスイ
ッチ50が繰り返し閉成操作されても、その操作よって通
電制御装置10の動作を何等の影響を受けず、上述した動
作を確実に実行する。そして、この所定期間T1が経過し
て保持回路10bの保持動作が終了し通電制御装置10が初
期の状態に復帰した後に、次のドアスイッチ40あるいは
イグニッションスイッチ50の閉成に応答して期間T2の通
電を実行する。

上述のごとく所定時間T1と期間T2は、通電制御装置10
の動作を決定する重要な要素となる。そして、これらの
期間は、制御対象である自己制御型グロープラグ20の特
性に対して次のように決定されている。

本実施例の通電制御装置10が制御対象としている自己
制御型グロープラグ20は、通電が実行されたときその第
１抵抗体20aに発熱が生じ、該第１抵抗体20aは第４図に
示すごとく温度特性を呈する。すなわち、従来例（第６
図（Ｃ））で説明したように、通電が開始されると急激
に高温となり、その後は第２抵抗体20bによる通電電流
制限のため一定温度で安定する（第４図の点線部分）。
しかし、この一定温度で安定する期間が長引くほど第２
低抗体20bは高温・高抵抗状態で安定し、この状態が解
消しない間に次回の通電を実行したときに最初から第２
抵抗体20bによる通電電流制限作用が働くことになり、
従来例（第７図）にて前述したように前回の通電時間に
応じて再通電時の第１抵抗体20aの発熱最高温度は低下
する特性を示す。

本実施例の通電制御装置10はこの点を考慮して、１回
の通電時間を期間T2に限定し、また次回の通電は通電期
間T2が終了してから時間（T1−T2）を経過するまで、禁
止しているのである。そして、このような期間T1,T2
は、自己制御型グロープラグ20の特性に基づき、第４図
及び第５図に示すような値に決定している。

すなわち期間T2は、第４図に示すごとく、第１抵抗器
20aが最高温度に達するに十分な時間であり、かつ、第
２抵抗器20bが高温・高抵抗状態で安定する以前の期間
に設定される。

また、所定期間T1は第５図に示すごとく、前回の通電
時間T2の後、時間（T1−T2）を経過して再通電を実行し
たときの第１抵抗体の発熱最高温度がディーゼルエンジ
ンの始動を可能とする限界温度以上となるように設定さ
れている。すなわち、通電期間T2終了時点からの経過時
間が管理されるのである。

以上のように構成される本実施例の通電制御装置10に
よれば、次の効果が明らかである。

すなわち、自己制御型グロープラグ20への通電は、第
１抵抗体の発熱状態がディーゼルエンジンの始動に要す
る温度まで発熱するに十分な期間T2だけ実行され、イグ
ニッションスイッチ50の操作などによる始動特性を良好
とすることができる。しかもその通電期間T2は、第２抵
抗体20bが高温・高抵抗状態で安定するまでに中止され
るため、バッテリー30の電力を必要最小限に抑えること
ができる。

また、ドアの開閉が頻繁に行われてドアスイッチ40が
複数回にわたって閉成されるときであっても、自己制御
型グロープラグ20に対する通電は所定期間T1の間は禁止
され、無用な通電が実行され、バッテリー30の電力が浪
費が回避される。

しかも、通電を禁止する所定期間T1は、次回の通電を
実行したときに自己制御型グロープラグ20の発熱温度が
確実にディーゼルエンジンを始動させることのできる期
間に設定されているため、その所定期間T1経過後のドア
スイッチ40あるいはイグニッションスイッチ50の閉成に
より実行される通電時には第１抵抗体20aは十分高温と
なり、ディーゼルエンジンの始動特性はきわめて良好と
なる。

なお、上記実施例では所定期間T1,期間T2は総て回路
の素子定数により固定のものとしている。しかし、自己
制御型グロープラグ20の各抵抗体20a,20bの通電−温度
特性（第４図及び第５図）は、雰囲気温度により変動す
ることは周知である。従って、特性の変動を雰囲気温度
より判定し、その判定結果に応じて所定期間T1,期間T2
を変更するなど、本発明の要旨を逸脱しない種々なる態
様により具現化してもよい。

発明の効果 以上実施例を挙げて詳述したように、本発明の自己制
御型グロープラグの通電制御装置は、自己制御型グロー
プラグへの通電を完了した時点より所定期間だけ再度の
通電を禁止するものである。

従って、通電によりも十分な発熱が得られない短時間
内の繰り返し通電が禁止され、電源電力の有効利用が達
成される。

また、通電の禁止状態が解除された後の自己制御型グ
ロープラグへの通電により、自己制御型グロープラグは
ディーゼルエンジンの始動に十分な高温発熱状態とな
る。

この様に本発明の自己制御型グロープラグの通電制御
装置は、低消費電力でしかも確実なディーゼルエンジン
の始動特性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である自己制御型グロープラグ
の通電制御装置のブロック図、第２図は同実施例の比較
器に入力される電圧信号の説明図、第３図は同実施例の
比較器出力の説明図、第４図は同実施例に使用される自
己制御型グロープラグの発熱状態の説明図、第５図はそ
の自己制御型グロープラグの再通電特性の説明図、第６
図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び第７図は自己制御型グロ
ープラグの構成及び発熱特性の説明図、を示している。 10……通電制御装置、10a……リレー 10b……保持回路、10c……積分回路 10d……比較器 10e……スイッチングトランジスタ 20……自己制御型グロープラグ 20a……第１抵抗体、20b……第２抵抗体 30……バッテリー、40……ドアスイッチ 50……イグニッションスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 徳彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−49375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−139977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−265470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−12884（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正の抵抗温度係数を有する発熱部と該発熱
   部に直列に接続されその抵抗温度係数よりも大きな正の
   抵抗温度係数を有する通電量制限部とを備える自己制御
   型グロープラグへの通電を制御するため、該自己制御型
   グローグラプと電源との接続を断続する自己制御型グロ
   ープラグの通電制御装置において、 所定の通電指令に応じて前記自己制御型グロープラグと
   前記電源とを接続する接続手段と、 該接続手段による前記自己制御型グロープラグへの通電
   終了時点からの経過時間を管理する計時手段と、 該計時手段の計時結果に基づき、前記自己制御型グロー
   プラグへの通電終了から所定時間が経過するまでは前記
   接続手段の作動を中止し、前記自己制御型グロープラグ
   と前記電源との接続を禁止する禁止手段と、 を備えたことを特徴とする自己制御型グロープラグの通
   電制御装置。