JP4941391B2 - 発熱体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体制御装置に関し、詳しくは、内燃機関の燃焼室に設けられた発熱体についてその通電を制御する発熱体制御装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンにおいて、エンジン始動時などに燃料の着火及び燃焼を促進するために、燃焼室に設けられたグロープラグへの通電を制御して燃焼室内を加熱する制御装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の制御装置においては、グロープラグにおけるヒータ部の抵抗値に基づいてグロープラグへの印加電圧を設定し、その印加電圧によりグロープラグへの通電を制御することで、ヒータ部を目標温度にする。
特開２００５−２４０７０７号公報

ところで、ヒータ部をセラミックスで構成したセラミックグロープラグでは、製造過程において焼成工程等を経ることを考慮すると、ヒータ部の抵抗値の個体差が大きいことが考えられる。このため、セラミックグロープラグにおいて抵抗値に基づいて通電制御を行うものとすると、抵抗値が目標値になるよう制御したとしても、その抵抗値における規格値と実値とのずれ（公差）に起因して、グロープラグへの供給電力が目標抵抗に応じた値から大きくずれてしまうことが考えられる。これにより、グロープラグの温度ズレが大きくなるおそれがある。

また、セラミックグロープラグにおいては、その抵抗値の温度特性として正の温度特性を持っており、例えば図９に示すように、温度が高いほど抵抗値が大きくなる。そのため、抵抗値が比較的小さい製品では、目標温度に応じた抵抗値に近付けるために、抵抗値が比較的大きい製品に比べてより多くの電力が供給されることとなり、その結果、目標温度からのズレが生じることが懸念される。また、より多くの電力が供給されるため過加熱となり、製品寿命が短くなることも懸念される。

さらに、セラミックグロープラグでは、経時劣化に伴い抵抗値が大きくなる傾向にある。そのため、上記温度特性を考慮すると、抵抗値に基づいてグロープラグの通電制御を行った場合には、経時変化に伴いグロープラグに供給される電力が実際に供給すべき電力よりも小さくなり、その結果、制御温度が目標温度に対して低くなることが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発熱体への通電を制御するのにあたり発熱体の温度ズレを抑制することのできる発熱体制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の構成は、内燃機関の燃焼室に設けられ電源電圧の印加により発熱する発熱体についてその通電を制御する発熱体制御装置に適用される。また、前記発熱体への供給電力量の目標値を設定するとともに、前記発熱体に供給される実電力量を算出し、その算出した実電力量が前記目標値に収束するよう電力フィードバック制御を実行する。

グロープラグ等の発熱体においては、供給電力と発熱体温度との間に相関関係がある（図３参照）。したがって、発熱体の温度制御を電力フィードバック制御により行うことで、抵抗値に個体差がある場合や経時変化に伴い抵抗値が変動した場合であっても、その個体差や抵抗変動に影響されずに同制御を実施することができ、ひいては発熱体での温度ズレを抑制することができる。また、発熱体の過加熱を回避可能となるため、製品寿命が短縮されるのを抑制することができる。

ここで、電力フィードバック制御の目標値は、内燃機関の運転状態に関与する運転情報、又は通電開始からの経過時間に基づいて可変に設定するのが望ましい。こうすることで、目標値が都度の運転状態に応じた値に設定されるため、電力フィードバック制御をする上で好適である。なお、内燃機関の運転情報としては、内燃機関温度（例えばエンジン水温）、外気温、エンジン回転速度、燃料噴射量等の各種情報の１以上に基づいて設定するのが望ましい。

第２の構成は、前記実電力量として、予め定めた所定周期毎にその周期内における前記発熱体の積算電力を算出するとともに、前記所定周期毎における電力量の目標値を設定する。そして、前記所定周期毎に、その算出した積算電力が前記目標値になるまでの期間に前記発熱体へ通電し、前記目標値を超えると前記発熱体への通電を停止する。こうすることで、安定かつ細やかな通電制御が可能となり、発熱体の温度ズレを好適に抑制することができる。

発熱体の温度は、エンジン回転速度や燃料噴射量、吸入空気温等により大きく変動し、例えばエンジン回転速度が上昇した場合や、燃料噴射量が増加した場合には、発熱体の放熱量が増大することで発熱体の温度が低下するものと考えられる。かかる場合、発熱体の温度低下に伴い発熱体の抵抗が小さくなり（図９参照）、より多くの電流が発熱体に流れることから、積算電力が目標値を超えた時点で発熱体への通電を停止する構成では、発熱体への通電時間が短くなり、その結果、発熱体の温度復帰が遅れることが考えられる。また、設定した通電時間が経過した時点で積算電力が目標値に達していないのにもかかわらず通電時間が経過した時点で発熱体への通電を停止する構成では、発熱体への電力供給不足により、発熱体の温度上昇が十分に行われないことが考えられる。

これらの点に鑑み、第３の構成は、前記実電力量として、予め定めた所定周期毎にその周期内における前記発熱体の積算電力を算出するとともに、前記所定周期毎における通電時間とその通電時間に対応する電力量の目標値とを設定する。そして、前記所定周期内において、前記電力量算出手段により算出した積算電力が前記通電時間の経過前に前記目標値に達した場合、当該通電時間が経過するまで前記発熱体への通電を継続する一方、前記通電時間が経過した時点で前記積算電力が前記目標値に達していない場合、前記積算電力が前記目標値に達するまで前記発熱体への通電を継続する。

上記構成によれば、例えば機関運転状態の変化により発熱体の抵抗値が小さくなり、それに伴い通電時間の経過前に積算電力が目標値に到達する場合において、通電時間が経過するまでの間で発熱体の通電が継続されるため、発熱体の温度復帰を早めることができる。また、例えば発熱体の経時劣化や個体差により発熱体の抵抗値が大きく、それに伴い通電時間が経過した時点で積算電力が目標値に到達していない場合において、積算電力が目標値に到達するまでの間で発熱体の通電が継続されるため、発熱体の経時劣化時等においても発熱体の温度上昇を促すことができる。以上により、発熱体の抵抗値が変動した場合であっても、発熱体を目標温度に保持することができる。

第４の構成は、前記発熱体が所定の冷間状態にある場合に、前記目標値と無関係に前記発熱体への通電を制御することを特徴とする。例えば、発熱体を通電／通電停止と交互に切り替えることなく、発熱体への通電を継続する。この構成によれば、内燃機関の冷間始動直後などのように発熱体が所定の冷間状態にある場合に、目標値を使わずに発熱体への通電を制御することで、より早期の段階で発熱体を目標温度まで昇温させることができる。ここで、発熱体が所定の冷間状態にあることを判断するには、例えば内燃機関温度や外気温、内燃機関の始動時からの経過時間等に基づいて行うのが望ましい。

第５の構成は、前記実電力量として、予め定めた所定周期毎にその周期内における前記発熱体の積算電力を算出する発熱体制御装置に適用される。また、前記発熱体の積算電力に基づいて前記発熱体又はその通電制御系の異常を検出する。この構成によれば、所定周期毎における周期始めからの積算電力の推移をモニタして異常検出を行うため、正常時との相違を抽出しやすく、発熱体又はその通電制御系の異常を検出するのに好適である。

例えば発熱体の経時劣化により発熱体の抵抗値が大きくなると、その抵抗値の増大に起因して発熱体の電流値が小さくなり、その結果、発熱体への供給電力が小さくなるものと考えられる。その点を鑑み、第６の構成では、前記電力量算出手段により算出した積算電力が前記目標値となるよう前記発熱体への通電を制御し、前記目標値よりも小さい値として異常判定値を定めておく。そして、前記所定周期の１周期内における前記積算電力が前記異常判定値よりも小さい場合に前記発熱体又はその通電制御系の異常が生じているものと検出する。これにより、発熱体の経時劣化異常を検出することができる。

例えば発熱体のグランドショート異常や電源ショート異常が発生した場合、発熱体への供給電力量が正常時に比べて短い時間で目標値に達することがあるものと考えられる。その点を鑑み、第７の構成では、前記所定周期の始まりタイミングから前記積算電力が前記目標値に達するまでの時間に基づいて前記発熱体又はその通電制御系の異常を検出する。これにより、発熱体のショート異常を検出することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものである。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射制御等を実施するものとしている。

図１は、本実施形態におけるエンジン制御システムの全体概略を示す構成図である。図１において、エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１１の開動作により空気と燃料との混合気が吸気管（吸気通路）１３から燃焼室１４内に導入され、排気バルブ１２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管（排気通路）１５に排出される。

燃焼室１４には、燃料噴射弁１６の先端部が突出されており、この燃料噴射弁１６により燃料供給が行われる。そして、燃焼室１４内の圧縮に伴い燃料が自己着火して燃焼が行われる。

また、エンジン１０にはグロープラグ１７が設けられている。本実施形態では、セラミックス製のヒータを有するセラミックグロープラグである。グロープラグ１７は、その先端部が燃焼室１４に突出して配置されており、赤熱により燃焼室１４を暖めることでエンジン１０の燃料の着火性を向上させる。グロープラグ１７は、グロープラグ駆動ユニット（ＧＣＵ）３０に接続されており、このＧＣＵ３０によりバッテリ２１からグロープラグ１７への供給電力が制御される。

ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ４０のマイコンは、イグニッションスイッチ２５等からの指令信号のほか、クランク軸１８の回転角度を検出するクランク角センサ２２やエンジン水温を検出する水温センサ２３、外気温を検出する外気温センサ２４等からの各種検出信号を入力し、随時入力される各種の検出信号等に基づいて燃料噴射制御等を実施する。また、ＥＣＵ４０は、グロープラグ１７の通電制御に関して、都度のエンジン運転状態に基づいて電力目標値Ｅｔｇを算出してＧＣＵ３０に出力する。エンジン運転状態として具体的には、エンジン回転速度やエンジン水温、外気温、燃料噴射量等が挙げられる。例えば、エンジンの高回転時やエンジン水温の低温時、外気温の低温時ほど目標電力量Ｅｔｇが高い値として算出される。なお、目標電力量Ｅｔｇの設定は、例えば目標値設定用マップ（図示略）からエンジン運転状態に対応する値を算出することにより行う。

次に、ＧＣＵ３０について詳細に説明する。図２は、ＧＣＵ３０の回路構成を示す概略図である。このＧＣＵ３０は、例えばＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子ＴＲを有するスイッチ部３１と、スイッチング素子ＴＲのオン／オフを制御する制御部３２とを備える。制御部３２は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３３を主体として構成されている。制御部３２は、グロープラグ１７の印加電流Ｉｇを検出する電流検出回路３４と、グロープラグ１７の印加電圧Ｖｇを検出する電圧検出回路３５とにそれぞれ電気的に接続されている。本実施形態では、スイッチング素子ＴＲとグロープラグ１７との間に電流検出抵抗２６が直列に接続されており、電流検出抵抗２６の両端電圧を電流検出回路３４により計測することで印加電流Ｉｇを検出する。

なお、電流検出抵抗２６は、グロープラグ１７とグランドとの間に設けられてもよい。また、印加電圧Ｖｇについては、ＭＯＳトランジスタのドレイン側で検出してもよいし、ソース側で検出してもよい。

制御部３２は、所定周期（例えば３０ｍｓｅｃ）毎に通電タイミングが到来するようスイッチング素子ＴＲへの駆動信号を生成する。つまり、制御部３２は、通電タイミングの到来時に駆動信号がオフであれば、通電タイミングにて駆動信号をオフからオンに切り替え、その到来時に駆動信号がオンであれば、通電タイミングにて駆動信号を切り替えずオンの状態を保持する。

また、制御部３２においては、検出した印加電流Ｉｇ及び印加電圧Ｖｇの乗算値を積算することにより実電力量を算出し、その実電力量に基づきスイッチング素子ＴＲに駆動信号を出力することで、スイッチング素子ＴＲのオン／オフ制御を実行する。このとき、制御部３２は、バッテリ２１からグロープラグ１７への実電力量が電力目標値に収束するよう電力フィードバック制御を実施する。つまり、グロープラグ１７においては、図３に示すように、プラグ温度と印加電力との間に相関関係があることから、グロープラグ１７の温度制御として電力フィードバック制御を行うことで、精度の高い温度制御を実現する。

この実電力に関し本実施形態では、上記通電タイミングが周期始めとなるよう所定周期を定め、その周期毎の積算電力Ｅａｃを実電力量として算出する。そして、その積算電力Ｅａｃと目標電力値Ｅｔｇとを比較した結果に基づいて電力制御を行うことで、グロープラグ１７の温度ズレの抑制を好適に図る。

また、制御部３２のマイコン３３は、グロープラグ１７の異常診断を実行する。具体的には、マイコン３３は、通電タイミングからの実電力量（積算電力Ｅａｃ）に基づいてグロープラグ１７に異常があるか否かを診断する。そして、その診断結果をダイアグ信号としてＥＣＵ４０に出力する。

以下、ＧＣＵ３０によるグロープラグ１７への通電制御及び異常診断にかかる処理について説明する。まず、グロープラグ１７への通電制御について詳細に説明する。図４は、グロープラグ通電処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、ＧＣＵ３０のマイコン３３により所定周期で繰り返し実行される。図４において、まず、ステップＳ１０１で、エンジン始動に伴いグロープラグ１７へ通電開始してから所定時間Ｔｓ（例えば数秒）が経過したか否かを判定する。通電開始から所定時間Ｔｓの経過前であれば、ステップＳ１０２へ進み、スイッチング素子ＴＲへの駆動信号を常時オンにする。つまり、グロープラグ１７への通電開始当初は、以下に説明するステップＳ１０３以降の電力フィードバック制御を実行せず、電力オープン制御を実行する。

一方、通電開始から所定時間Ｔｓの経過後であれば、ステップＳ１０３へ進み、グロープラグ１７への通電タイミングか否かを判定する。つまり、ステップＳ１０３では、一定周期毎（本実施形態では３０ｍｓｅｃ毎）に到来するスイッチング素子ＴＲのオン切替タイミングか否かを判定する。通電タイミングの場合には、ステップＳ１０４において、その通電タイミングでの積算電力Ｅａｃを診断用電力値ＥｄｉとしてＲＡＭに記憶する。なお、この診断用電力値Ｅｄｉは、後述する異常診断の際に用いる。その後、ステップＳ１０５で積算電力Ｅａｃをゼロにリセットし、ステップＳ１０６でスイッチング素子ＴＲへの駆動信号をオフからオンに切り替える。これにより、スイッチング素子ＴＲがオン状態となり、グロープラグ１７への通電が開始される。

一方、ステップＳ１０３で通電タイミングでなければ、ステップＳ１０７へ進み、グロープラグ１７への通電中か否かを判定する。通電中でない場合には、そのまま本ルーチンを終了する。一方、通電中の場合には、ステップＳ１０８へ進み、目標電力量ＥｔｇをＥＣＵ４０から入力して設定する。

続いて、ステップＳ１０９で積算電力Ｅａｃを算出し、ステップＳ１１０でその積算電力Ｅａｃと目標電力量Ｅｔｇとを比較する。このとき、積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇ以下の場合には、スイッチング素子ＴＲへの駆動信号をオンのままとし、グロープラグ１７を通電オンの状態に保持する。一方、積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇよりも大きい場合には、ステップＳ１１１へ進む。そして、スイッチング素子ＴＲへの駆動信号をオンからオフに切り替え、グロープラグ１７への通電を停止する。その後、ステップＳ１１２で通電タイミングからの駆動信号のオン時間を診断用オン時間ＴｄｉとしてＲＡＭに記憶し、ステップＳ１１３で積算電力Ｅａｃをゼロにリセットする。なお、診断用オン時間Ｔｄｉは、後述する異常診断の際に用いる。このように、グロープラグ１７への通電開始から所定時間Ｔｓが経過した後は、積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇに収束するよう電力フィードバック制御を実施する。

図５は、グロープラグ通電処理を説明するタイムチャートである。図５において、通電タイミング（スイッチング素子３１のオン切替時）の時刻ｔ１でグロープラグ１７への通電がオンされると、積算電力Ｅａｃが次第に増加する。そして、時刻ｔ２で積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇを超えると、スイッチング素子ＴＲがオフされ、グロープラグ１７への通電がオフされる。これに伴い、積算電力Ｅａｃもゼロにリセットされる。

次に、本システムにおけるシステム異常診断について詳細に説明する。この異常診断のための処理として、制御部３２のマイコン３３は、以下に示すグロー異常診断処理を実行する。図６は、異常診断処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、ＧＣＵ３０のマイコン３３により所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１で、目標電力量Ｅｔｇに基づいて異常電力量Ｅｅｒを設定する。この異常電力量Ｅｅｒは、目標電力量Ｅｔｇがエンジン運転状態に基づいて可変に設定されるのに伴い可変に設定される値であり、目標電力量Ｅｔｇよりも小さい値として設定される。続いて、ステップＳ２０２へ進み、診断用電力量Ｅｄｉと異常電力量Ｅｅｒとを比較する。診断用電力量Ｅｄｉが異常電力量Ｅｅｒ以下の場合、ステップＳ２０５へ進み、例えばグロープラグ１７の経時劣化に伴う異常が発生したものと判断し、システム故障のダイアグ信号をＥＣＵ４０に出力する。つまり、グロープラグ１７の経時劣化異常が発生した場合、その抵抗が大きくなるのに起因して印加電流Ｉｇが低下し、その結果、積算電力の上昇が緩慢になることが考えられる。したがって、診断用電力量Ｅｄｉが異常電力量Ｅｅｒ以下の場合には、グロープラグ１７の劣化等の異常が発生したものと判断する。

これに対し、診断用電力量Ｅｄｉが異常電力量Ｅｅｒを超える場合、ステップＳ２０３へ進み、診断用オン時間Ｔｄｉが異常判定時間Ｔｅｒ以下か否かを判定する。そして、診断用オン時間Ｔｄｉが異常判定時間Ｔｅｒよりも大きければ、ステップＳ２０４に進み、同システムは正常であるものと判断する。一方、診断用オン時間Ｔｄｉが異常判定時間Ｔｅｒ以下であれば、ステップＳ２０５へ進み、例えばグロープラグ１７のグランドショート異常が発生したものと判断し、システム故障のダイアグ信号をＥＣＵ４０に出力する。

なお、電流検出抵抗２６がグロープラグ１７とグランドとの間に設けられており、その電流検出抵抗２６の両端電圧を電流検出回路３４により検出する構成の場合には、診断用オン時間Ｔｄｉが異常判定時間Ｔｅｒ以下になることから、電源ショート異常が検出される。

図７は、グロープラグ１７のシステム異常時における積算電力Ｅａｃの推移を示すタイムチャートである。図７において、（ａ）はグロープラグ１７のグランドショート異常時を示し、（ｂ）はグロープラグ１７の劣化異常時を示す。グロープラグ１７のグランドショート異常が発生した場合、グロープラグ１７に大電流が流れることで供給電力が大きくなるため、通電タイミングの時刻ｔ１から異常判定時間Ｔｅｒが経過する前の時刻ｔ２で目標電力量Ｅｔｇに至り、その時刻ｔ２でシステム故障のダイアグ信号が出力される。

また、グロープラグ１７の劣化異常の場合、その劣化に伴いグロープラグ１７の抵抗値が大きくなるため、正常時に比べて電力の増加が緩慢になる。そのため、次回の通電タイミングの時刻ｔ３が到来しても、積算電力Ｅａｃが異常電力量Ｅｅｒ以下となり、その時刻ｔ３でシステム故障のダイアグ信号が出力される。

図８は、エンジン始動期間におけるグロープラグ１７への積算電力の時間的推移を示す図である。図８において、イグニッションオンに伴いグロープラグ１７への通電が開始され、その通電開始から所定時間Ｔｓ（例えば数秒）が経過するまでは、グロープラグ１７のヒータを短時間で目標温度まで昇温させるべくプレヒートが実施される。具体的には、目標電力量Ｅｔｇに対するフィードバック制御を禁止し、電力オープン制御を実施する。プレヒートの期間が経過すると、その後の始動時グローにおいて電力フィードバック制御が開始される。このとき、目標電力量Ｅｔｇを、例えばエンジン運転状態に応じて段階的に設定してもよい。その後、アフターグローにおいて、例えば始動時グローとは異なるマップを用いることにより目標電力量Ｅｔｇを始動時グローよりも小さい値に設定し、その目標電力値Ｅｔｇに基づく電力フィードバック制御を実施する。このとき、目標電力量Ｅｔｇは、時間の経過に伴いその値が段階的に小さくなるよう設定されるのが望ましい。そして、通電開始から所定時間（例えば３ｍｉｎ）が経過した時点で積算電力をゼロとし、グロープラグ１７による燃焼室１４の加熱を停止する。

以上説明した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

グロープラグ１７の温度制御として電力フィードバック制御を行うため、グロープラグ１７における抵抗値に個体差がある場合や経時変化に伴い抵抗値が変動した場合であっても、その個体差や抵抗変動に影響されないようグロープラグ１７の温度制御を行うことができ、ひいてはグロープラグ１７の温度ズレを抑制することができる。また、グロープラグ１７の過加熱が回避されるため、製品寿命の短縮を抑制することができる。特に、セラミックグロープラグでは抵抗値の個体差が大きい傾向にあるため、本発明を適用するのに好適である。

通電タイミングからの実電力量（積算電力Ｅａｃ）が目標電力量Ｅｔｇを超えないようグロープラグ１７の通電制御を実施するため、安定かつ細やかな通電制御が可能となり、ひいてはグロープラグ１７の温度ズレを好適に抑制することができる。

グロープラグ１７への通電開始から所定時間は電力フィードバック制御を禁止して電力オープン制御を実行するため、通電開始後速やかにグロープラグ１７を目標温度にすることができる。

エンジンの運転状態に基づいて目標電力量Ｅｔｇが設定されるため、都度のエンジン運転状態に応じた目標電力量に設定することができ、電力フィードバック制御を実行する上で好適である。

周期始めからの積算電力Ｅａｃに基づいてシステム異常を検出するため、正常時との相違を比較しやすく、ひいてはシステム異常を精度よく検出することができる。このとき、積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇに至るまでの時間（診断用オン時間Ｔｄｉ）と異常判定時間Ｔｅｒとを比較することで、グロープラグ１７のグランドショート異常を検出することができる。また、通電タイミングからの積算電力Ｅａｃ（診断用電力値Ｅｄｉ）と異常電力量Ｅｅｒとを比較することで、グロープラグ１７の劣化異常を検出することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。ＧＣＵ３０の基本制御として、本実施形態では、予め設定した所定周期内にグロープラグ１７への通電時間を設定し、その通電時間だけグロープラグ１７に電力供給することで積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇになるよう電力フィードバック制御を実施する。

ここで、グロープラグ１７の温度は、エンジン回転速度や燃料噴射量、吸入空気温度などの種々の要因により都度変動するものと考えられる。また、その温度変動に伴い、グロープラグ１７の抵抗値も都度変動するものと考えられる（図９参照）。例えば、グロープラグ１７の温度が低下した場合、その温度低下に伴い抵抗値も低下することから、積算電力Ｅａｃは、より早期に目標電力値Ｅｔｇに達することとなる。そのため、積算電力Ｅａｃが電力目標値Ｅｔｇを超えた場合に直ちにグロープラグ１７への通電を停止すると、グロープラグ１７への通電時間が短くなり、その結果、グロープラグ１７の温度復帰（低下分の温度上昇）までの時間が長引くことが考えられる。そこで、本実施形態では、通電時間内に積算電力Ｅａｃが電力目標値Ｅｔｇに達した場合であっても、グロープラグ１７への通電を継続する。

また、グロープラグ１７の経時劣化や個体差等によりグロープラグ１７の抵抗値が基準値より大きい場合、電流が流れにくくなり、通電に伴う積算電力Ｅａｃの上昇がより緩慢になるものと考えられる。その場合、通電時間が終了する時点での積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇに達せず、その結果、グロープラグ１７を目標温度に保持できないおそれがある。そこで、本実施形態では、通電時間の終了時点で積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇに達していない場合には、目標電力値Ｅｔｇに達するまでグロープラグ１７への通電を継続する。

詳細には、本実施形態において、ＥＣＵ４０は、都度のエンジン運転状態に基づいて、グロープラグ１７に電力供給するためのデューティ比Ｄａを算出し、そのデューティ比ＤａをＧＣＵ３０に出力する。ＧＣＵ３０は、入力したデューティ比Ｄａに対し、バッテリ電圧の電圧値に応じて補正を行う。こうすることで、バッテリ電圧が変動した場合においても、グロープラグ１７への通電が適正に行われるようにする。続いて、補正後のデューティ比Ｄｋにつき、例えばデューティ比と目標電力値Ｅｔｇとの関係を想定したマップを用いることにより、補正後のデューティ比Ｄｋから目標電力値Ｅｔｇを算出する。そして、ＧＣＵ３０は、積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇになるよう電力フィードバック制御を実施する。なお、デューティ比Ｄｋにより所定周期内における通電時間が決定される。

図１０は、デューティ比Ｄｋと積算電力Ｅａｃとの推移を示すタイムチャートである。図１０のうち（ａ）は補正後のデューティ比Ｄｋに基づくグロープラグ１７への通電時間を示し、（ｂ）はグロープラグ１７の抵抗値が小さくなった場合の積算電力Ｅａｃとスイッチング素子ＴＲのオン／オフとの推移を示し、（ｃ）グロープラグ１７の抵抗値が大きくなった場合の積算電力Ｅａｃとスイッチング素子ＴＲのオン／オフとの推移を示す。また、図中、一点鎖線は抵抗値の変動前を示す。

まず、グロープラグ１７の抵抗値が小さくなった場合について説明する。図１０（ｂ）において、時刻ｔ１でグロープラグ１７への通電が開始されると、積算電力Ｅａｃが次第に増加し、所定周期が終了する前の時刻ｔ２で目標電力値Ｅｔｇに達する。このとき、本実施形態では、デューティ比Ｄｋに対応する通電時間の終了時刻である時刻ｔ３までスイッチング素子ＴＲをオン状態にすることで、グロープラグ１７への通電を継続させる。

次に、グロープラグ１７の経時劣化等によりグロープラグ１７の抵抗値が大きくなった場合について説明する。この場合、通電時間の終了時に積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇに達せず、グロープラグ１７への電力供給を十分に行うことができないおそれがある。つまり、図１０（ｃ）において、時刻ｔ１でグロープラグ１７への通電が開始された後、時刻ｔ３の時点で積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇに達しない場合が考えられる。この場合には、時刻ｔ３の後であっても、積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇになるまでスイッチング素子ＴＲをオン状態のままとし、グロープラグ１７への通電を継続させる。

以上説明した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

デューティ比Ｄｋに対応する通電時間内に積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇに達した場合に、デューティ比Ｄｋに対応する通電時間が終了するまではグロープラグ１７への通電を継続する構成としたため、エンジン運転状態等に起因するグロープラグ１７の温度低下分の熱量を速やかに補うことが可能となり、ひいてはグロープラグ１７を目標温度に保持することができる。

デューティ比Ｄｋに対応する通電時間が経過しても積算電力Ｅａｃが目標電力値Ｅｔｇに達しない場合には、その通電時間経過後であっても目標電力値Ｅｔｇに達するまではグロープラグ１７への通電を継続する構成としたため、グロープラグ１７の経時劣化等によりグロープラグ１７の抵抗値が大きくなる等して電流が流れにくくなっても、グロープラグ１７を目標温度に保持することができ好適である。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

・上記実施形態では、グロープラグ１７の積算電力Ｅａｃを、印加電圧Ｖｇと印加電流Ｉｇと印加時間とから算出したが、積算電力Ｅａｃの算出方法はこれに限定しない。例えば、グロープラグ１７の印加電圧Ｖｇと抵抗値と印加時間とから算出してもよいし、あるいはグロープラグ１７の印加電流Ｉｇと抵抗値と印加時間とから算出してもよい。

・上記実施形態では、目標電力量Ｅｔｇをエンジン運転状態に基づいて可変に設定したが、固定にしてもよいし、あるいは別のパラメータに基づいて可変に設定してもよい。例えば、通電開始からの経過時間に基づいて目標電力量Ｅｔｇを可変に設定してもよい。具体的には、通電開始からの経過時間が長いほど目標電力量Ｅｔｇを小さく設定する。

・上記実施形態では、一定周期毎にその周期始めからの積算電力Ｅａｃを算出したが、その周期を可変にしてもよい。

・上記実施形態では、グロープラグ通電処理及び異常診断処理をＧＣＵ３０が実行するものとしたが、ＥＣＵ４０が行うものとしてもよい。

・上記実施形態では、積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇを上回らないよう電力フィードバック制御を実行したが、目標電力量Ｅｔｇにおいて上限値と下限値とを設け、その上限値と下限値とで規定される範囲内に積算電力Ｅａｃが収束するよう電力フィードバック制御を行ってもよい。具体的には、グロープラグ１７への供給電力が下限値未満の場合にグロープラグ１７への通電をオンにし、上限値よりも大きい場合にグロープラグ１７への通電をオフにする。この構成によれば、下限値から上限値までの範囲内に積算電力Ｅａｃが入るよう電力フィードバック制御が実施されるため、グロープラグ１７での温度ズレを効果的に抑制する上で好適である。

・上記実施形態では、積算電力Ｅａｃが目標電力量Ｅｔｇを上回るまでの経過時間に基づいてグロープラグ１７のショート異常を検出したが、積算電力Ｅａｃの上昇率と異常判定値とを比較することによりショート異常を検出してもよい。

・上記実施形態では、グロープラグ１７をセラミックグロープラグとしたが、金属グロープラグとしてもよい。

エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。 ＧＣＵの回路構成を示す概略図。 グロープラグ通電処理に関する処理手順の一例を示すフローチャート。 周期毎電力算出処理に関する処理手順の一例を示すフローチャート。 グロープラグ通電処理を説明するタイムチャート。 異常診断処理に関する処理手順の一例を示すフローチャート。 システム異常時における実電力量の推移を示すタイムチャート。 エンジン始動期間における実電力量の時間的推移を示すタイムチャート。 グロープラグの温度と抵抗との関係を示す図。 デューティ比と積算電力との推移を示すタイムチャート。

符号の説明

１０…エンジン、１４…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１７…グロープラグ、２１…バッテリ、３０…ＧＣＵ、３１…スイッチ部、３２…制御部、３３…マイコン、３４…電流検出回路、３５…電圧検出回路、４０…ＥＣＵ、ＴＲ…スイッチング素子。

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼室に設けられ電源電圧の印加により発熱する発熱体についてその通電を制御する発熱体制御装置において、
   前記発熱体の印加電流を検出する電流検出回路と、
   前記発熱体の印加電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記発熱体への供給電力量の目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記電流検出回路により検出した印加電流及び前記電圧検出回路により検出した印加電圧の乗算値を積算することにより、前記発熱体に供給される実電力量として、予め定めた所定周期毎にその周期内における前記発熱体の積算電力を算出する電力量算出手段と、
   前記実電力量が前記目標値に収束するよう電力フィードバック制御を実行する通電制御手段と、
   を備えることを特徴とする発熱体制御装置。
2. 前記目標値設定手段は、前記所定周期毎における電力量の目標値を設定し、
   前記通電制御手段は、前記所定周期毎に、前記電力量算出手段により算出した積算電力が前記目標値になるまでの期間に前記発熱体へ通電し、前記目標値を超えると前記発熱体への通電を停止することを特徴とする請求項１に記載の発熱体制御装置。
3. 前記発熱体制御装置は、前記所定周期内において前記発熱体の通電時間と非通電時間とを設定することにより前記発熱体への通電をデューティ制御するものであり、
   前記目標値設定手段は、前記所定周期毎における前記通電時間とその通電時間に対応する電力量の目標値とを設定し、
   前記通電制御手段は、前記所定周期内において、前記電力量算出手段により算出した積算電力が前記通電時間の経過前に前記目標値に達した場合、当該通電時間が経過するまで前記発熱体への通電を継続する一方、前記所定周期内において、前記通電時間が経過した時点で前記積算電力が前記目標値に達していない場合、前記積算電力が前記目標値に達するまで前記発熱体への通電を継続することを特徴とする請求項１に記載の発熱体制御装置。
4. 前記通電制御手段は、前記発熱体が所定の冷間状態にある場合に、前記目標値と無関係に前記発熱体への通電を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発熱体制御装置。
5. 前記電力量算出手段は、前記実電力量として、予め定めた所定周期毎にその周期内における前記発熱体の積算電力を算出する手段であり、
   前記発熱体の積算電力に基づいて前記発熱体又はその通電経路の異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発熱体制御装置。
6. 前記通電制御手段は、前記電力量算出手段により算出した積算電力が前記目標値となるよう前記発熱体への通電を制御し、
   前記目標値よりも小さい値として異常判定値を定めておき、
   前記異常検出手段は、前記所定周期毎の１周期内における前記積算電力が前記異常判定値よりも小さい場合に前記発熱体又はその通電経路の異常が生じているものと検出することを特徴とする請求項５に記載の発熱体制御装置。
7. 前記異常検出手段は、前記所定周期の始まりタイミングから前記積算電力が前記目標値に達するまでの時間に基づいて前記発熱体又はその通電経路の異常を検出することを特徴とする請求項５又は６に記載の発熱体制御装置。

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