JP4874872B2 - グロープラグの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、グロープラグの通電時間を冷却水温に基づいて設定するグロープラグの制御装置に関する。

ディーゼルエンジン等の圧縮点火式エンジンでは、始動時の燃焼室の予熱のためにグロープラグを気筒毎に備えており、始動性向上、無駄な電力消費を防止するためには、グロープラグの通電を適切に制御することが必要となる。

このグロープラグの通電は、エンジンの冷却水温に基づいて制御されることが一般的であるが、冷却水温と燃焼室内の真の温度とは必ずしも一致しないため、既に燃焼温度に達していてもグロープラグの通電による昇温を続け、無駄な電力を消費する虞がある。

このため、例えば、特許文献１には、燃焼室温度や外気温度等に応じてグロープラグの通電時間を調整する技術が開示されており、特許文献２には、外気温に応じてグロープラグの通電時間を調整する技術が開示されている。

また、特許文献３には、グロープラグ自体の温度をモニタすることでグロープラグの通電時間を制御する技術が開示されており、特許文献３には、エンジン温度や燃焼室温度をセンサで検出してグロープラグの通電時間を制御する技術が開示されている。更に、特許文献４には、イグニッションオフ時の運転状況やその後の経過時間を加味してエンジン水温に応じて通電時間を制御する技術が開示されている。
特公昭６１−５５６２７号公報 特開昭５９−２５０８４号公報 特開昭５９−４１６７３号公報 特開昭５９−１０８８７５号公報 特開平２−１４６２６７号公報

しかしながら、特許文献１〜５に開示されているような従来の技術は、冷却水温、外気温度、燃焼室温度等からグロープラグの通電時間を調整するのみで、実際のエンジン始動時のクランキング時間を考慮していないため、始動に要する時間がばらつく虞があり、必ずしもエンジン始動性を向上することには繋がらない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、グロープラグの通電時間を最適に制御してエンジン始動に要する時間を均一化することのできるグロープラグの制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるグロープラグの制御装置は、エンジン始動時に、グロープラグの通電時間を冷却水温に基づいて設定するグロープラグの制御装置において、上記冷却水温から設定されたグロープラグの通電時間を、エンジン停止からの時間と外気温とに基づいて補正し、上記グロープラグによる予熱完了と見做す基本通電時間として設定する基本通電時間設定手段と、上記基本通電時間をエンジンのクランキング時間に基づいて学習補正して最終的な通電時間を設定することにより、上記グロープラグの通電を終了するまでの時間を調整する学習補正手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、グロープラグの通電時間を最適に制御してエンジン始動に要する時間を均一化することができ、始動性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係り、図１はグロープラグ制御装置の構成図、図２はエンジン停止後の燃焼室温度と冷却水温と外気温との関係を示す説明図、図３は基本通電時間設定処理のフローチャート、図４は学習制御処理のフローチャートである。

図１に示すように、本実施の形態におけるグロープラグ制御装置は、各部へ供給する電源を管理・制御する電源制御装置５０、この電源ＥＣＵ５０からの信号に基づいて、変速機１を連設したディーセルエンジン（以下、単に「エンジン」と記載する）２を制御するエンジン制御装置６０、エンジン２の気筒毎に備えられて燃焼室内の空気を加熱するためのグロープラグ３の通電制御を行うグロー制御装置７０を主として構成されている。電源制御装置５０，エンジン制御装置６０，グロー制御装置７０は、それぞれ、マイクロコンピュータ等から構成される電子制御装置（ECU；Electric Control Unit）であり、電源制御装置５０、エンジン制御装置６０、グロー制御装置７０を、それぞれ、電源ＥＣＵ５０、エンジンＥＣＵ６０、グローＥＣＵ７０と記載する。

尚、符号８０は、外気温を検出してエアコンを制御するエアコン制御ユニットであり、このエアコン制御ユニット８０に接続される外気温センサ８１からの信号がエアコン制御ユニット８０からエンジンＥＣＵ６０に送信される。

また、本実施の形態においては、エンジン２に連設される変速機１としてマニュアル変速機を例に取って説明するが、自動変速機であっても良いことは勿論である。更に、グロープラグ３の通電制御は、専用のグローＥＣＵ７０を設けることなく、エンジンＥＣＵ６０で行うようにしても良い。

エンジン２の始動系は、エンジン２に連設されるスタータ５を中心として、このスタータ５に接続され、電源ＥＣＵ５０やエンジンＥＣＵ６０によって制御されるリレー類や信号入力源となるスイッチ類によって構成されている。スタータ５は、その電源端子（マグネットスイッチの固定接点側端子）がバッテリ６に直接接続され、また、Ｓ端子（マグネットスイッチのコイル側端子）がスタータリレー７からスタータカットリレー８を経てイグニッションリレー９に至る各リレーの接点を介してバッテリ６に接続されている。

スタータリレー７及びイグニッションリレー９は、常開接点型のリレーであり、スタータカットリレー８は常閉接点型のリレーである。これらのリレー７，８，９のうち、スタータリレー７及びスタータカットリレー８は、エンジンＥＣＵ６０によって駆動されるよう結線され、イグニッションリレー９は、電源ＥＣＵ５０によって駆動されるよう結線されている。

すなわち、スタータリレー７のリレーコイルは、一方の端子がマニュアル変速機１のクラッチを断続するクラッチペダル４の踏み込みによってＯＮするクラッチスタートスイッチ１０を介してバッテリ６に接続され、他方の端子がエンジンＥＣＵ６０の出力端子に接続されている。スタータカットリレー８のリレーコイルは、一方の端子がイグニッションリレー９のリレー接点を介してバッテリ６に接続され、他方の端子がエンジンＥＣＵ６０の出力端子に接続されている。また、イグニッションリレー９のリレーコイルは、一方の端子が電源ＥＣＵ５０の出力端子に接続され、他方の端子が接地されている。

電源ＥＣＵ５０には、運転者による押下操作されるプッシュボタン式のスタートスイッチ１１が接続されている。スタートスイッチ１１は、押下された状態でのみＯＮとなり、離すと元の位置に復帰してＯＦＦするプッシュスイッチであり、運転者のスタートスイッチ１１の押下操作が電源ＥＣＵ５０によって検知され、この操作状態に応じてイグニッションリレー９がＯＮ，ＯＦＦされると共に、スタートスイッチ１１の押下操作によるスタート信号がエンジンＥＣＵ６０に送信される。

すなわち、電源ＥＣＵ５０は、運転者がクラッチペダル４を踏んでいない状態（マニュアル変速機１のクラッチ係合状態）では、スタートスイッチ１１を短時間押下すると、電源ＯＦＦの状態で図示しないリレーを介してアクセサリ電源をＯＮさせ、次にスタートスイッチ１１が押下されると、イグニッションリレー９をＯＮしてイグニッション電源をＯＮする。このイグニッション電源がＯＮの状態で、更に、スタートスイッチ１１が押下操作されると、イグニッションリレー９をＯＦＦしてイグニッション電源をＯＦＦする。

一方、運転者がクラッチペダル４を踏み込んでいる状態（マニュアル変速機１のクラッチ開放状態）では、スタートスイッチ１１を短時間押下すると、イグニッションリレー９がＯＮされ、エンジンＥＣＵ６０は、スタータ５への通電待機状態となる。エンジンＥＣＵ６０の入力端子には、スタートスイッチ１１の操作状態を出力する電源ＥＣＵ５０の出力端子が接続され、また、クラッチスタートスイッチ１０，ニュートラルスイッチ１２、スタータ５のＳ端子が接続されている。

尚、クラッチスタートスイッチ１０は、電源ＥＣＵ５０の入力端子にも接続されている。また、ニュートラルスイッチ１２は、マニュアル変速機１のギヤ位置がニュートラルのときにＯＮ（接点閉）する。

エンジンＥＣＵ６０は、クラッチスタートスイッチ１０のＯＮによるクラッチ踏み込みを認識している状態で、スタートスイッチ１１の押下操作による電源ＥＣＵ５０からのスタート信号を受信し、その他、ニュートラルスイッチ１２がＯＮの条件等からエンジン始動を判断すると、グローＥＣＵ７０にグロープラグ３の通電開始を指示する制御指令を送信し、グロープラグ３の通電によるエンジン２の予熱が完了するまでスタータリレー７をＯＦＦに保持して待機（グロー待機）する。

エンジンＥＣＵ６０からのグロープラグ通電開始指令を受けたグローＥＣＵ７０は、グロープラグ３への通電を開始すると共に、車両のインストルメントパネルに配設されたグローランプ１３を点灯させる。そして、グローＥＣＵ７０は、グロープラグ３による予熱が完了したとき、グローランプ１３を消灯すると共に、エンジンＥＣＵ６０に予熱完了を知らせる信号を送信し、引き続きアフターグローが完了するまでグロープラグ３の通電を継続する。

グロー待機中のエンジンＥＣＵ６０は、グローＥＣＵ７０からの予熱完了信号を受信すると、クラッチスタートスイッチ１０がＯＮである状態（クラッチペダル４が踏み込まれている状態）でスタータリレー７をＯＮしてリレー接点を閉成させ、スタータ５を回転させてエンジン２を始動させる。

本実施の形態においては、グロープラグ３の通電制御は、グローＥＣＵ７０によって実施され、グローＥＣＵ７０が以下に説明する各機能の手段（基本通電時間設定手段、学習補正手段）を実現している。

すなわち、グローＥＣＵ７０は、水温センサ１４によって検出したエンジン２の冷却水温に基づいて設定される通電時間を、エンジン停止からの経過時間（再始動までの時間）と外気温センサ８１によって検出した外気温とに基づいて補正し、この補正後の通電時間を、予熱完了と見做す基本通電時間としている。更に、グローＥＣＵ７０は、冷却水温、エンジン停止後の経過時間、外気温を考慮した基本通電時間に対して、スタータ５の駆動時間に基づく学習によってグロープラグ３の通電を終了するまでの時間を調整し、最終的な通電時間を設定する。

すなわち、一般的に、エンジン停止後の燃焼室内の温度とエンジンの冷却水温との関係は、図２に示すように、時間の経過とともに燃焼室内の温度が早く下がり、やがて冷却水温と同一になる。また、外気温の状態により、冷却水温と燃焼室温度との差が異なるため、冷却水温からの一律的な通電時間の設定では、特にエンジン停止後から短時間後に再始動した場合、必ずしも最適な時間とはならない。

従って、グローＥＣＵ７０は、冷却水温に基づく通電時間を、エンジン停止からの経過時間と外気温センサ８１によって検出した外気温とに基づいて補正することで、燃焼室内の温度推定精度を向上させ、更に、学習制御によって通電時間を調整することで、通電過多による無駄な電力の消費を防止するようしている。

また、グロープラグ３の通電時間に対する学習制御は、スタータ５を回したクランキング時間を計測し、この計測値に基づいてグロープラグ３の通電時間を制御する。エンジンＥＣＵ６０は、グロープラグ３によって昇温が行なわれた後の始動に際して、スタータ５を回してエンジンをクランキングした時間を計測し、クランキング時間をグローＥＣＵ７０に送信する。

グローＥＣＵ７０は、前回のクランキング時間を期待値（例えば、１．０ｓｅｃ）と比較し、クランキング時間が期待値よりも長い場合、グロープラグ３の通電時間を徐々に長く設定し、クランキング時間が期待値よりも短い場合、グロープラグ３の通電時間を徐々に短く設定して学習を行うことにより、燃焼室の昇温が不足している場合の昇温を促進すると共に、昇温が完了している場合の無駄な電力消費を防止する。

尚、グロープラグ３の通電時間は、エンジンＥＣＵ６０で設定するようにしても良い。その場合には、エンジンＥＣＵ６０は、冷却水温に基づく通電時間を、エンジン停止からの経過時間と外気温とに基づいて補正し、更に、学習制御によって調整した最終的な通電時間をグローＥＣＵ７０に送信する。グローＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ６０からの送信された通電時間を受信してタイマにセットする等して、グロープラグ３の通電を制御する。

以上のグロープラグ３の通電制御処理は、具体的には、図３及び図４のフローチャートに示す手順に従って実行される。図３のフローチャートはグロープラグ３の基本通電時間を設定する処理を示し、図４のフローチャートは学習制御処理を示している。

先ず、図３に示す基本通電時間の設定処理について説明する。この処理では、最初のステップＳ１において、エンジン停止から再始動までの経過時間が判定値より長いか否かを判定する。この判定値は、エンジン停止後の燃焼室温度と冷却水温との関係（図２参照）から外気温に依存して設定される時間パラメータであり、外気温が高い場合には、比較的短い時間に設定され、外気温が低い場合には、長い時間に設定される。

具体的には、例えば、グロープラグ３及びエンジン２の特性を考慮して、予め実験或いはシミュレーション等により、エンジン停止後に燃焼室温度が冷却水温に略等しくなるまでの時間を外気温をパラメータとして求めておき（図２参照）、求めた時間を判定値としてテーブル化しておく。そして、このテーブルを外気温をパラメータとして検索することで、判定値を設定する。

ステップＳ１において、エンジン停止後の経過時間が判定値より長い場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進み、水温センサ１４で検出した冷却水温を用いてテーブル検索によって求めた通電時間をグロープラグ３の基本通電時間として設定し、本処理を抜ける。この場合には、エンジン停止後、燃焼室温度と冷却水温とに等しくなるに十分な時間が経過しているため、水温センサ１４で検出した通常の冷却水温に基づいて設定した通電時間に対して、特に外気温による補正を必要としない。

一方、エンジン停止後の経過時間が判定値より短い場合には、ステップＳ１からステップＳ３へ進み、外気温センサ８１で検出した外気温が閾値より高いか否かを判定する。この閾値は、再始動までの時間が短い場合であっても、燃焼室温度と冷却水温との差を無視できるか否かを判断するための閾値であり、固定値（例えば、２０°Ｃ）或いは、冷却水温と外気温との関係において設定されるテーブル値である。

そして、外気温が閾値よりも高く、燃焼室温度と冷却水温との差を無視できると判断される場合には、ステップＳ３から前述のステップＳ２へ分岐し、通常の冷却水温による通電時間の設定を行う。

一方、外気温が閾値よりも低く、燃焼室温度と冷却水温との差を補正する必要があると判断される場合には、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、水温センサ１４による冷却水温の検出値を補正する。すなわち、外気温が低い場合には、エンジン停止後に燃焼室温度が冷却水温より急速に低下し、両者の差が大きくなっていると推定されるため、水温センサ１４の検出値でテーブルを参照すると、グロープラグ３の通電時間が不足し、十分な予熱を行えない。

このため、水温センサ１４による冷却水温の検出値を、外気温による補正値で補正し、センサ値よりも低い値の水温とする。そして、ステップＳ５で、補正後の水温を用いてテーブルを検索して通電時間を設定し、この通電時間をグロープラグ３の基本通電時間として本処理を抜ける。

以上により設定されたグロープラグ３の基本通電時間に対して、更に、図４に示す学習制御処理により時間調整がなされ、最終的に通電を終了するまでの時間が決定される。次に、この学習制御処理について説明する。

図４の学習制御処理では、最初のステップＳ１１において、グロープラグ３によって昇温が行なわれた後（基本通電時間による予熱完了後）のスタータ５の駆動によるクランキング時間が期待値より長いか否かを判定する。この期待値は、グロープラグ３及びエンジン２の特性から定まる代表的なクランキング時間の目標値（例えば、１．０ｓｅｃ）である。

その結果、前回のエンジン始動におけるクランキング時間が期待値より長い場合には、燃焼室の昇温が不足していると判断して、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進んで学習制御分に微小時間ｔを加算し、この学習制御分と基本通電時間とを合わせてグロープラグ３の最終通電時間とする。

一方、クランキング時間が期待値より短い場合には、燃焼室の昇温が十分であると判断してステップＳ１１からステップＳ１３へ進み、学習制御分から微小時間ｔを減算し、この減算後の学習制御分と基本通電時間とを合わせてグロープラグ３の最終通電時間とする。

このように本実施の形態においては、エンジン停止から再始動までの経過時間と外気温度から燃焼室内温度を推定し、推定結果に基づきグロープラグ３の通電を行うと共に、クランキングに要した時間によりグロープラグ３の通電時間を学習制御することで、エンジン始動に要する時間を均一化することができ、始動性の向上、電力消費の抑制、バッテリの長寿命化を図ることができる。

グロープラグ制御装置の構成図 エンジン停止後の燃焼室温度と冷却水温と外気温との関係を示す説明図 基本通電時間設定処理のフローチャート 学習制御処理のフローチャート

符号の説明

２ エンジン
３ グロープラグ
５ スタータ
１４ 水温センサ
６０ エンジン制御装置
７０ グロー制御装置
８１ 外気温センサ

Claims (2)

1. エンジン始動時に、グロープラグの通電時間を冷却水温に基づいて設定するグロープラグの制御装置において、
   上記冷却水温から設定されたグロープラグの通電時間を、エンジン停止からの時間と外気温とに基づいて補正し、上記グロープラグによる予熱完了と見做す基本通電時間として設定する基本通電時間設定手段と、
   上記基本通電時間をエンジンのクランキング時間に基づいて学習補正して最終的な通電時間を設定することにより、上記グロープラグの通電を終了するまでの時間を調整する学習補正手段と
   を備えることを特徴とするグロープラグの制御装置。
2. 上記学習補正手段は、
   前回始動時のクランキング時間が目標値より長いとき、今回始動時の上記基本通電時間を延長し、前回始動時のクランキング時間が目標値より短いとき、今回始動時の上記基本通電時間を短縮するよう学習補正する
   ことを特徴とする請求項１記載のグロープラグの制御装置。

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