JP4821060B2

JP4821060B2 - グロープラグ通電制御装置

Info

Publication number: JP4821060B2
Application number: JP2001198303A
Authority: JP
Inventors: 西本道明
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: DE60219553T2; US6647937B2; EP1270936A2; EP1270936A3; JP2003013833A; EP1270936B1; DE60219553D1; US20030010306A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの予熱装置に使用されているグロープラグへの通電を、始動時のみならず運転時にも制御するグロープラグ通電制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、車両用のみならず船舶用のエンジンとして広く使用されており、船舶用に用いた場合、通称、マリンエンジンとも言われる。このようなディーゼルエンジンの始動を容易にするため、種々の予熱装置が考案され、実用に供されているが、最も一般的なものとして、グロープラグを用いたものがある。
この予熱装置は、ディーゼルエンジンの燃焼室内にグロープラグを挿設しておき、燃料が燃焼しにくい始動時にグロープラグに通電する。通電してグロープラグを赤熱しておけば、スタータのクランキングによって噴射された燃料は、グロープラグによって温められ、燃焼し易くなって始動が容易に行われる。
【０００３】
グロープラグへの通電制御は、始動時のキースイッチの操作と関連させて行うようにされており、始動を終えれば、通常、グロープラグへの通電は停止される。しかし、始動を終えたからといって、常に燃焼し易くなっているとは限らない。始動後の運転中にも、周囲温度が低いために吸気温度が低かったり、エンジン温度がなかなか上昇しなかったりすると、燃焼状態は良くならず、エンジン回転の上昇が速やかには行われない。また、燃焼し得なかった燃料が、青白煙となって排出されたり、排気管内への燃料ミストの付着，滞留といった問題を引き起こす。
【０００４】
運転時において燃焼状態が悪くなることは、例えば、船舶にターボ過給機付ディーゼルエンジンを用い、圧縮比を小にしている場合等にしばしば生ずる。このようなエンジンで高出力を出そうとすると、高過給を行う必要があるが、そのためには圧縮比を小にしなければならない。しかし、圧縮比が小のエンジンでは、エンジン温度が上昇しても、低速・低負荷運転時には燃焼室温度はあまり上昇せず、青白煙や燃料ミストや異臭を発生する。
船舶の場合などは、青白煙が排出されたり、独特の異臭が周囲に放出されると、それによって乗員の気持ちを悪くさせてしまうことになるし、燃料ミストは海洋を汚染することにもなる。
なお、低速・低負荷運転時とは、言い換えればアイドル運転で微速航行している時のことである。
【０００５】
このような状態は、例えば、漁船が目的水域に着いてから操業等のために微速航行する場合等に生ずる。操業時間が長くなれば、アイドル運転が長時間行われることになる。車両と違って船舶ではエンジンの冷却を熱交換器や直接海水で行うことが多いので、燃焼室温度の低下度合いも大であり、車両の場合よりも燃焼状態は悪くなる。
また、無負荷でアイドル運転をしている時（停泊時）にも、燃焼状態は悪くなる。
【０００６】
このようなことから、ディーゼルエンジンの予熱は、始動時には出来るだけ短時間に温度を上昇させ、始動が容易に行われるようにすることは勿論ですが、始動後の運転中にも、燃焼が良好に行われるような温度に保っておくことが望まれる。
そこで、最初はグロープラグを並列接続とし、バッテリ電圧で大電流を流して急速加熱し、その後は直列接続に切り換えた上で同じ電圧を印加し、保温のための小電流を流しておくものが提案されている。
【０００７】
図２は、そのような従来のグロープラグ通電制御装置を示す図である（特開平８−２４０１７３号公報）。図２において、１はバッテリ、３はキースイッチ、４はスタータ、５Ａ，５Ｂはグロープラグ、１０は切換リレー、１０−１は可動接点、１０−２はリレーコイル、Ｄ，Ｅは固定接点、１１はエンジン回転数センサ、１２は排気温センサ、１６はグロー表示ランプである。グロー表示ランプ１６は、グロープラグ５Ａ，５Ｂに通電されているか否かを表示するためのランプである。
【０００８】
切換リレー１０は、２つのグループに分けてあるグロープラグ５Ａ，５Ｂを、並列接続にしたり直列接続にしたりするためのリレーである。可動接点１０−１は、リレーコイル１０−２が消勢されている時は、実線の如く固定接点Ｄと接触し、グロープラグ５Ａ，５Ｂは並列接続とされる。リレーコイル１０−２が付勢されている時は、点線の如く固定接点Ｅと接触し、グロープラグ５Ａ，５Ｂは直列接続とされる。始動時は並列接続とされ、運転時に通電する時は直列接続とされる。
【０００９】
なお、マリンエンジンにおける図２のグロープラグ通電制御装置の場合、グロープラグ５Ａ，５Ｂとしては、急速加熱のために２４Ｖ仕様の２線式グロープラグが用いられる。このグロープラグは、市中に多く販売されている車両用の量産品（標準品）ではなく、特別に設計されたものである。
図５は、２線式グロープラグを示す図である。１４はエンジン本体、１５は２線式グロープラグ、１５−１は導線、１５−２は金属ケース、１５−３はヒータコイル、１５−４は絶縁物、１５−５はグロープラグ本体、１７−１，１７−２はコネクターである。
２線式グロープラグ１５では、ヒータコイル１５−３の両端は、それぞれ導線１５−１を経て、コネクター１７−１，１７−２に接続される。
【００１０】
切換リレー１０のリレーコイル１０−２は、コントローラ７からの信号により付勢されるが、始動時には付勢されないようにしておく。これを付勢したり消勢したりする制御は、始動後の運転時になってから行う。リレーコイル１０−２の消勢，付勢は、エンジン回転数センサ１１等からの検出信号等により決定される。
【００１１】
図２の装置の動作は、次の通りである。
（１）始動時
図３は、始動時のキースイッチ接続図である。キースイッチ３が「予熱」位置にある時には、バッテリ１に接続されているＢ端子は、Ｒ₁端子と接続されている。Ｒ₁端子は並列接続されているグロープラグ５Ａ，５Ｂに接続されているから、これらにはバッテリ電圧が印加される。
【００１２】
次に、キースイッチ３は「ＯＦＦ」位置，「ＯＮ」位置を通って「始動」の位置へ回動される。そこでは、Ｂ端子はＲ₂端子，Ｃ端子，ＡＣＣ端子と接続される。Ｒ₂端子は、Ｒ₁端子と一括して並列接続のグロープラグ５Ａ，５Ｂに接続されているから、グロープラグ５Ａ，５Ｂにはそれぞれバッテリ電圧が印加される。始動時には、グロープラグに大きな電流が流れ、速やかに加熱することが要請される。
一方、Ｃ端子からスタータ４へ電流が流れ、クランキングがなされる。同時にＣ端子からコントローラ７へも電流が流れ、始動中であることを知らせる。その知らせを受けている間、コントローラ７は切換リレー１０を消勢状態に保つ。つまり、グロープラグ５Ａ，５Ｂを並列接続に保っている。なお、「ＯＮ」位置，「始動」位置の時、コントローラ７への動作電源はＡＣＣ端子より供給される。
【００１３】
（２）運転時
キースイッチ３が運転時である「ＯＮ」位置にされると、Ｒ₁端子，Ｒ₂端子はＢ端子とは接続されなくなるから、それらの端子からグロープラグ５Ａ，５Ｂへの通電は停止される。一方、Ｃ端子からコントローラ７への電流がなくなるから、コントローラ７は、切換リレー１０を消勢状態に保つことを止める。
その後は、エンジン回転数センサ１１や排気温センサ１２からの検出信号を、後に述べるような設定値と比較し、切換リレー１０を付勢したり消勢したりする制御を行う。付勢した場合には、グロープラグ５Ａと５Ｂとが直列接続され、その直列接続されたものに対し、Ｂ端子より切換リレー１０を通ってバッテリ電圧が印加される。それにより燃焼室の温度が上昇され、燃焼状態が改善される。
【００１４】
排気温やエンジン回転数に関する設定値について説明すると、次の通りである。
排気温センサ１２は、エンジンの燃焼室の温度を間接的に検出するために用いられているが、排気温がこれ以上の温度であれば燃焼状態が良好と認められる温度Ｔ（例、３００℃）を、予め実験等により求めてコントローラ７に設定しておく。エンジン回転数センサ１１は、エンジン回転数が燃焼状態の悪いアイドル運転状態のものか、通常の走行状態なり航行状態のものかを判断するために用いられている。
【００１５】
運転時において排気温が前記設定温度Ｔより大である場合は、エンジン回転数が小であっても燃焼状態は良好であると判断する。排気温が設定温度Ｔより大であれば、燃焼室の温度は高く、燃焼状態は良いからである。このような場合の具体例としては、船舶が高速で航行した直後に、停船したり微速航行している場合が挙げられる。エンジン回転数は小となってはいるが、排気温は設定温度Ｔより大となっている。
【００１６】
エンジン回転数センサ１１から検出される回転数を考慮に入れるのは、排気温が設定温度Ｔより小の場合である。排気温が設定温度Ｔより小であって、回転数が設定範囲（図４で説明する）の値である場合に、グロープラグに通電して燃焼室の温度を上げる。その場合、始動時と同様に並列接続のままでバッテリ電圧を印加したのでは、グロープラグの寿命が短くなる。
なぜなら、このグロープラグでは、始動時に短時間で所定温度に達するようにするため、グロープラグに大きな電流が流れるように設計してあるので、運転時にも同様にバッテリ電圧を印加したのでは、通電する時間が長い場合もあるため、損耗が進むからである。
そこで、それを防止するため、グロープラグを直列接続に切り換えて、個々のグロープラグへの印加電圧および電流を減少させる。
【００１７】
図４は、エンジン回転数と切換リレー１０の接点位置との関係を示す図である。グロープラグ５Ａ，５Ｂは、接点位置がＤとなっている時は並列接続であり、Ｅとなっている時は直列接続である。直列接続に切り換えられている回転数範囲が、いわば燃焼不良設定範囲である。
たとえ排気温が設定温度Ｔより小であっても、エンジン回転数がこの値以上の回転数であれば、通常の走行状態なり航行状態となっていると判断されるところの回転数Ｎ₄（例、１１００ｒｐｍ）が、予め実験等により求めてコントローラ７に設定されている。
【００１８】
また、アイドル回転数より少し小さい回転数Ｎ₂（例、４００ｒｐｍ）をコントローラ７に設定しておき、エンジンの始動時、この回転数に達する迄は、グロープラグを並列接続とし、エンジンの始動を容易にする。この回転（例、４００ｒｐｍ）に達した後で、エンジンは自力で容易に始動する。
また、アイドル状態（例、回転数５００ｒｐｍ）から微速航行のためマリンギヤをＯＮすると、一時的に回転数が低下（例、４５０ｒｐｍ）する場合があるので、前記Ｎ₂はアイドル回転数より低い値とされている。
【００１９】
高い回転数から低下して来た場合は、前記回転数Ｎ₄より少し小さい回転数Ｎ₃（例、１０００ｒｐｍ）になってから直列接続に切り換えるように、回転数Ｎ₃がコントローラ７に設定される。また、その直列接続は、前記回転数Ｎ₂より小さい回転数Ｎ₁（例、３００ｒｐｍ）になった段階で、並列接続に切り換えるようにしておく。このようにヒステリシスを持たせておくのは、切換リレー１０のチャタリングを防止するためである。
前記回転数Ｎ₂より小さい回転数Ｎ₁まで低下すると、これはアイドル運転も保てず、もうすぐエンジンが停止するという状態となる。グロープラグへの通電を遮断しておかないと、エンジンが停止しても通電しっ放しになってしまう。そこで、回転数Ｎ₁で並列接続に切り換えることにより、通電は遮断される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来例には、次のような問題点があった。
第１の問題点は、マリンエンジンではグロープラグとして２線式のものを用いているが、これは市中に多く販売されている量産品ではなく、特別に設計されるものなので、コストが高くつくという点である。
第２の問題点は、始動時と運転時とでグロープラグの接続の仕方を切り換えるようにしているので、回路構成が複雑になるという点である。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、マリンエンジンの予熱装置のためのグロープラグ通電制御装置において、複数個並列接続され、キースイッチを経てバッテリに接続されると共に、リレーコイルとリレー接点とで構成される単一のリレーを経て前記マリンエンジンにより駆動されるオルタネータの中性点に接続され、始動時にはバッテリ電圧が印加され、始動後の運転中に前記リレーがオンした時には前記中性点の電圧が印加される車両用１線式グロープラグと、エンジン回転数センサと、排気温センサ（又は冷却水温センサ）と、始動終了後において排気温（又は冷却水温）が設定温度より小であり、且つエンジン回転数が燃焼不良設定範囲にある場合は、前記車両用１線式グロープラグに前記中性点の電圧を印加するよう、前記リレーをオンするコントローラとを具えることとした。
【００２２】
【作用】
グロープラグとして車両用の量産品を採用し、これらを並列接続しておき、始動時にはバッテリ電圧を印加して予熱する。運転時においては、エンジン回転数センサや排気温センサ又は冷却水温センサからの検出信号を基に、エンジンが燃焼不良状態にあるか否かをコントローラにて判断し、燃焼不良状態にあると判断された場合には、前記グロープラグにオルタネータの中性点電圧（バッテリ電圧の約半分の電圧）を印加し、燃焼室の温度を高める。
グロープラグは量産品を使うからコストが安くて済むし、直，並列の切り換え構成は不用であるので、回路構成が簡単となる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のグロープラグ通電制御装置を示す図である。符号は図２のものに対応し、５はグロープラグ、１２は排気温センサ、２０はオルタネータ、２１は励磁コイル、２２は整流回路、２３はレギュレータ、２４はコンデンサ、２５はチャージランプ、２６はリレー、２７はリレー接点、２８はリレーコイルである。排気温センサ１２の代わりに、冷却水温センサを用いてもよい。
なお、キースイッチ３における操作と端子接続状況は図３と同様であり、始動時の動作も同様であるので、それらについての説明は省略する。
【００２４】
オルタネータ２０は、車両や船舶等に搭載され、ディーゼルエンジンにより駆動される発電機であり、励磁コイル２１，整流回路２２，レギュレータ２３，コンデンサ２４等は、その付随的構成部であり、これらは公知である。レギュレータ２３は、励磁コイル２１への励磁電流を制御して発電電圧を制御する。
オルタネータ２０のＢ端子からの直流電圧は、キースイッチ３のＢ端子を経てバッテリ１に印加され、該バッテリの充電を行う（図示はしていないが、他の電気負荷へも給電される。）。
チャージランプ２５は、キースイッチ３のＡｃｃ端子とＬ端子間に接続され、当初はバッテリ１からの電流が、Ａｃｃ端子→チャージランプ２５→励磁コイル２１へと流れて点灯しているが、オルタネータが発電し、Ｌ端子−Ｅ端子間の発電がバッテリ電圧（Ａｃｃ端子−アース端子間）以上になると消灯し、充電が行われていることを報知する。
【００２５】
図２の従来例においても、図１と同様のオルタネータ２０やその付随的構成部には存在しているから、これらも併せて描こうと思えば描くことが出来る。しかし、描いたとしても、単にオルタネータ２０の出力で、バッテリ１を充電しているという周知のことを示すだけであるので、図２では省略してある。
一方、図１でオルタネータ２０等を併せて描いている理由は、以下の説明で明らかとなるが、バッテリ充電のための周知の構成とは別の、本発明特有の構成を示すためである。
【００２６】
本発明において、図２の従来例と相違する第１の点は、グロープラグ５として、車両用のグロープラグとして大量に生産されている標準品を採用するようにしたという点である。このような量産品は１線式のグロープラグであり、前記した２線式グロープラグに比べて価格が安い。
図６は、１線式グロープラグを示す図である。図６において、１３は１線式グロープラグ、１３−１は導線、１３−２は金属ケース、１３−３は絶縁物、１３−４はヒータコイル、１３−５はグロープラグ本体、１４はエンジン本体、１７−１はコネクターである。
１線式グロープラグ１３では、ヒータコイル１３−４の１端は金属ケース１３−２に接続され、他端は導線１３−１を経てコネクター１７−１に接続されている。
【００２７】
第２の相違点は、運転時にグロープラグ５に印加する電圧として、オルタネータ２０の中性点Ｎの電圧を用いるようにしたという点である。なお、中性点Ｎの電圧は、オルタネータ２０の端子間から取り出される電圧（バッテリの充電に用いられる電圧）の半分（１２Ｖ）である。
【００２８】
リレー２６は、オルタネータ２０の中性点Ｎとグロープラグ５の電圧印加端子との間の配線中に介在されたリレーである。そして、そのリレーコイル２８はコントローラ７の出力により付勢，消勢され、リレー接点２７がオン，オフされる。コントローラ７は、図２の場合と同様、ディーゼルエンジン始動後の運転時において、エンジン回転数センサ１１，排気温センサ又は冷却水温センサ１２からの検出信号を基にグロープラグ５による加熱が必要と判断された場合には、リレーコイル２８を付勢する出力を発してリレー接点２７をオンする。その必要がない場合には、リレーコイル２８を消勢し、リレー接点２７をオフする。
即ち、排気温又は冷却水温が設定温度より小の場合に、エンジン回転数が燃焼不良設定範囲にあるかどうかが、図４と略同様に判定される。従って、本発明では、図４のＤがリレー接点２７オフに相当し、Ｅがリレー接点２７オンに相当することになる。
【００２９】
かくして、始動時には並列接続されているグロープラグ５に、その定格電圧のバッテリ電圧（２４Ｖ）が印加され、始動後の運転時において、リレー接点２７がオンされた場合には、オルタネータ２０の中性点Ｎから取り出した電圧が、グロープラグ５に印加されることになる。中性点電圧はバッテリ電圧の半分（１２Ｖ）であり、グロープラグ５にとって定格より低い電圧であるので、長時間印加されても寿命が短くなる恐れはない。
本発明では、グロープラグ５の接続を直列，並列に切り換える必要もないので、その分だけ回路構成が簡単になる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のグロープラグ通電制御装置によれば、始動用のグロープラグとして車両用の量産品を使用するようにした。また、ディーゼルエンジン始動後の運転時においても、エンジン回転数センサや排気温センサ又は冷却水温センサからの検出信号を基に、エンジンが燃焼不良状態にあるか否かをコントローラにて判断し、燃焼不良状態にあると判断した場合には、前記グロープラグにオルタネータの中性点電圧を印加し、燃焼室の温度を高めるようにした。
そのため、グロープラグのコストは安くて済む上、複数のグロープラグを直列とか並列に切換接続する必要がないので、回路構成が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグロープラグ通電制御装置を示す図
【図２】従来のグロープラグ通電制御装置を示す図
【図３】キースイッチにおける操作と端子接続状況を示す図
【図４】エンジン回転数とリレー接点位置との関係を示す図
【図５】２線式グロープラグを示す図
【図６】１線式グロープラグを示す図
【符号の説明】
１…バッテリ、３…キースイッチ、４…スタータ、５，５Ａ，５Ｂ…グロープラグ、７…コントローラ、１０…切換リレー、１０−１…可動接点、１０−２…リレー接点、１１…エンジン回転数センサ、１２…排気温センサ、１３…１線式グロープラグ、１３−１…導線、１３−２…金属ケース、１３−４…ヒータコイル、１４…エンジン本体、１５…２線式グロープラグ、１５−１…導線、１５−２…金属ケース、１５−３…ヒータコイル、１６…グロー表示ランプ、２０…オルタネータ、２１…励磁コイル、２２…整流回路、２３…レギュレータ、２４…コンデンサ、２５…チャージランプ、２６…リレー、２７…リレー接点、２８…リレーコイル

Claims

マリンエンジンの予熱装置のためのグロープラグ通電制御装置において、
複数個並列接続され、キースイッチを経てバッテリに接続されると共に、リレーコイルとリレー接点とで構成される単一のリレーを経て前記マリンエンジンにより駆動されるオルタネータの中性点に接続され、始動時にはバッテリ電圧が印加され、始動後の運転中に前記リレーがオンした時には前記中性点の電圧が印加される車両用１線式グロープラグと、
エンジン回転数センサと、
排気温センサと、
始動終了後において排気温が設定温度より小であり、且つエンジン回転数が燃焼不良設定範囲にある場合は、前記車両用１線式グロープラグに前記中性点の電圧を印加するよう、前記リレーをオンするコントローラと
を具えたことを特徴とするグロープラグ通電制御装置。
マリンエンジンの予熱装置のためのグロープラグ通電制御装置において、
複数個並列接続され、キースイッチを経てバッテリに接続されると共に、リレーコイルとリレー接点とで構成される単一のリレーを経て前記マリンエンジンにより駆動されるオルタネータの中性点に接続され、始動時にはバッテリ電圧が印加され、始動後の運転中に前記リレーがオンした時には前記中性点の電圧が印加される車両用１線式グロープラグと、
エンジン回転数センサと、
冷却水温センサと、
始動終了後において冷却水温が設定温度より小であり、且つエンジン回転数が燃焼不良設定範囲にある場合は、前記車両用１線式グロープラグに前記中性点の電圧を印加するよう、前記リレーをオンするコントローラと
を具えたことを特徴とするグロープラグ通電制御装置。