JP5773639B2 - グロープラグ駆動制御方法及びグロープラグ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、主としてディーゼルエンジンの始動補助に用いられるグロープラグの駆動制御方法及び装置に係り、特に、通電開始時の突入電流の抑圧等を図ったものに関する。

車両用ディーゼルエンジンの始動補助などに用いられるグロープラグの通電制御方法としては、比較的低電圧のグロープラグシステムでは、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いるのが一般的である。
ところで、低電圧のグロープラグシステムでは、冬季などのいわゆる冷間時の始動の際に、定格以上の電圧を印加して始動補助に供されることが一般的であるが、近年、需要の増えているセラミックグロープラグの場合、冷間時にはグロープラグの抵抗が低下するため、突入電流が非常に大きくなってしまう。

このような事態に対処する方法としては、例えば、特許文献１等に開示されているように、ＰＷＭ信号のデューティを変えて一時的に印加電圧を低下させる方法が考えられる。

特開２００９−１３９８３号公報（第３−５頁、図１−図３）

しかしながら、上述の方法は、あくまでマクロ的な印加電圧の低下であって、突入電流は変化しないため、グロープラグの本体と発熱体との間の接点の高電流に起因する摩耗、劣化の発生による寿命の低下や、高電流に起因して発生したノイズによる周辺の電気回路の誤動作を誘発する等の影響を与える可能性を生むという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、グロープラグの通電開始における大きな突入電流を確実に低減可能とし、電気的ストレスの軽減によるグロープラグの長寿命化、ノイズ低減による周辺電子回路、電子装置への影響防止を図ることのできるグロープラグ駆動制御方法及び装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るグロープラグ駆動制御方法は、
グロープラグの駆動開始の際に、抵抗器を介して前記グロープラグに電源電圧を印加し、所定の基準時間経過後は、前記抵抗器をバイパスさせて前記電源電圧を印加するグロープラグ駆動制御方法であって、前記所定の基準時間は、種々のエンジン冷却水温と外気温度との組み合わせに対する基準時間を定めたマップを用いて、前記グロープラグ通電の際のエンジン冷却水温と外気温度に対して定めらたものであるよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るグロープラグ駆動制御装置は、
グロースイッチとグロープラグとが直列接続されて設けられると共に、前記グロースイッチの開閉成を制御する電子制御ユニットが設けられ、前記電子制御ユニットによる前記グロースイッチの開閉成制御により前記グロープラグの通電が制御可能に構成されてなるグロープラグ駆動制御装置であって、
前記グロースイッチと前記グロープラグの相互の接続点と反対側の前記グロープラグの他端は、グランドに接続される一方、前記グロースイッチの他端には、降圧スイッチの第１の端子が接続され、前記降圧スイッチは、降圧用抵抗器を介して電源電圧が印加された第２の端子と、前記電源電圧が直接印加された第３の端子とを有し、前記電子制御ユニットによる制御により、前記第２の端子と前記第３の端子のいずれか一方と、前記第１の端子とを選択的に接続可能に構成され、
前記電子制御ユニットは、前記グロープラグの駆動開始の際には、前記降圧スイッチの前記第１の端子と前記第２の端子を接続状態とせしめ、所定の基準時間経過後は、前記降圧スイッチの前記第１の端子と第３の端子を接続状態とせしめるよう構成され、
前記電子制御ユニットは、種々のエンジン冷却水温と外気温度との組み合わせに対する基準時間を定めたマップが記憶され、前記所定の基準時間は、前記グロープラグ通電の際のエンジン冷却水温と外気温度に対して前記マップから求められるよう構成されてなるものである。

本発明によれば、グロープラグへの通電開始の一定期間の間、抵抗器を介してグロープラグへの電源電圧を印加するように構成することにより、グロープラグの通電開始における大きな突入電流の発生を確実に抑圧し、電気的ストレスの軽減によるグロープラグの長寿命化を図ることができるという効果を奏するものである。
また、突入電流の抑圧によるノイズの低減、抑圧がなされ、ノイズ発生に起因する周辺電子回路、電子装置の誤動作の発生などの悪影響を軽減、防止することができ、より信頼性の高い装置を提供することができる。

本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置の構成例を示す構成図であり、図１（Ａ）は通電駆動開始時における接続状態を示す構成図、図１（Ｂ）は通電開始から所定の基準時間経過後における接続状態を示す構成図である。 図１に示されたグロープラグ駆動制御装置を構成する電子制御ユニットにより実行されるグロープラグ駆動制御処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、図１に示された本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置の構成について説明する。
本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置は、電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）１０１と、グロースイッチ（図１においては「Glow S/W」と表記）２と、降圧用抵抗器３と、降圧スイッチ５とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。

そして、図示されない車両用バッテリから供給されるバッテリ電圧ＶＢとグランドとの間に、バッテリ電圧ＶＢ側から順に、降圧用抵抗器３，降圧スイッチ５、グロースイッチ２、及び、グロープラグ１が直列接続されて設けられたものとなっている。
電子制御ユニット１０１は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、外部の回路との信号の授受のための入出力インターフェイス回路（図示せず）等を有して構成されたものとなっており、車両のエンジン制御や燃料噴射制御等と共に、後述するグロープラグ駆動制御処理を実行するものとなっている。かかる電子制御ユニット１０１は、グロープラグ１の通電駆動のための制御信号として、いわゆるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を生成、出力するようになっており、後述するグロースイッチ２へ印加されるようになっている。

降圧用抵抗器３の一端には、図示されない車両用バッテリからバッテリ電圧ＶＢが印加されるようになっている一方、他端は、次述する降圧スイッチ５の第２接点５ｂに接続されている。
降圧スイッチ５は、第１乃至第３接点５ａ〜５ｃを有する１回路２接点の単投双極スイッチで、電子制御ユニット１０１からの切替用制御信号により、第１接点５ａが、第２接点５ｂと第３接点５ｃのいずれかに選択的に切替接続されるようになっているものである。
本発明の実施の形態における降圧スイッチ５は、ノーマル状態、すなわち、外部から何ら制御信号が印加されていない状態において、第１接点５ａと第３接点５ｃとが接続状態となる一方、後述するように電子制御ユニット１０１から所定の切替用制御信号が印加されると、第１接点５ａと第２接点５ｂとが接続されるようになっている。

本発明の実施の形態においては、第１接点５ａは、グロースイッチ２の一端に接続され、また、第３接点５ｃには、バッテリ電圧ＶＢが直接印加されるようになっている。
そして、グロースイッチ２の他端とグランドとの間に、グロープラグ１が接続された構成となっている。
グロースイッチ２は、電子制御ユニット１０１から印加される上述の制御信号（ＰＷＭ信号）によりオン・オフ動作せしめられるものであり、より具体的には、例えば、電界効果トランジスタ等の半導体素子が用いられてなるものである。
かかるグロースイッチ２は、開閉される端子の一方（例えば、電界効果トランジスタのドレイン）が上述の降圧スイッチ５の第１接点５ａに接続される一方、開閉される端子の他方（例えば、電界効果トランジスタのソース）は、グロープラグ１の一端に接続されたものとなっている。

なお、本発明の実施の形態においては、図示されない車両用バッテリとグランドとの間に、バッテリ電圧ＶＢ側から電子制御ユニット１０１とイグニッション（図１においては「Key SW」と表記）４が順に直列接続されて設けられた構成となっており、イグニッションスイッチ４をオン（閉成状態）とすることで、電子制御ユニット１０１にバッテリ電圧ＶＢが印加されるようになっている。

次に、かかる構成において、電子制御ユニット１０１により実行されるグロープラグ駆動制御処理について、図２に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
電子制御ユニット１０１により処理が開始されると、最初に、図示されない各種のコントローラ等への電源供給が開始され（図２のステップＳ１０２）、次いで、電子制御ユニット１０１の適宜な記憶領域に記憶されているイグニッションスイッチ４がオンとされた回数（ＯＮ回数）が読み出される（図２のステップＳ１０２）。

次いで、上述のように読み出されたイグニッションスイッチ４のＯＮ回数が１回か否かが判定されることとなる（図２のステップＳ１０６参照）。
ここで、本発明の実施の形態においては、イグニッションスイッチ４が一度オフとされ、その後、所定時間の間は、イグニッションスイッチ４がオンとされる回数が計数され、その計数値（ＯＮ回数）は、電子制御ユニット１０１の適宜な記憶領域に記憶されるものとなっている。
そして、ステップ１０６において、イグニッションスイッチ４のＯＮ回数は、１回であると判定された場合（ＹＥＳの場合）は、図示されないエンジンの最初の起動時であるとして後述するステップＳ１０８の処理へ進むこととなる。

一方、ステップＳ１０６において、イグニッションスイッチ４のＯＮ回数は、１回ではないと判定された場合（ＮＯの場合）は、図２に示された一連の処理を行う必要なしとして、降圧スイッチ５に対する電子制御ユニット１０１からの切替用制御信号の出力が断とされ、ノーマル状態（Normal）、すなわち、第１接点５ａと第３接点５ｃとが接続された状態とされることとなる（図２のステップＳ１２４参照）。なお、ステップＳ１２４において、「Drop S/W」の表記は、降圧スイッチ５を意味する。

このように、イグニッションスイッチ４のＯＮ回数が、１回ではない、すなわち、複数回と判定された場合に、ステップＳ１０８以降の処理を実行することなく、降圧スイッチ５をノーマル状態とするのは、ある時間内にイグニッションスイッチ４が複数回オンとされている場合には、図示されないエンジンの温度は比較的上昇していると考えられ、それによってグロープラグ１の抵抗値も高くなっており、グロープラグ１への通電開始の際に降圧用抵抗器３を用いなければならないほどの大きな突入電流は生じないと考えられるためである。

一方、ステップ１０８においては、バッテリ電圧ＶＢが所定の基準電圧Ｖｓを上回っているか否かが判定され、バッテリ電圧ＶＢが所定の基準電圧Ｖｓを上回っている（ＶＢ＞Ｖｓ）と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１１０の処理へ進む一方、バッテリ電圧ＶＢは所定の基準電圧Ｖｓを上回っていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、グロープラグ１への通電開始の際に降圧用抵抗器３を用いなければならないほどの大きな突入電流は生じないとして先に述べたステップＳ１２４の処理が実行されることとなる。
なお、所定の基準電圧Ｖｓは、バッテリ電源（図示せず）の最大出力電圧の大きさや、使用されるグロープラグ１の電気的特性等を考慮して、個々に好適な値は定められるべきものであり、特定の値に限定されるものではない。

ステップＳ１１０においては、エンジン水温Ｔｗが所定の基準水温Ｔｗｓを上回っているか否かが判定され、エンジン水温Ｔｗが所定の基準水温Ｔｗｓを上回っている（Ｔｗ＞Ｔｗｓ）と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１１２の処理へ進む一方、エンジン水温Ｔｗは所定の基準水温Ｔｗｓを上回っていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、グロープラグ１への通電開始の際に降圧用抵抗器３を用いなければならないほどの大きな突入電流は生じないとして先に述べたステップＳ１２４の処理が実行されることとなる。
なお、所定の基準水温Ｔｗｓは、個々の車両の具体的な条件を考慮して、好適な値が定められるべきものであり、特定の値に限定される必要はないものである。

ステップＳ１１２においては、グロー通電時間Ｔｇの初期化が行われＴｇ＝０とされる。ここで、グロー通電時間Ｔｇは、グロープラグ１への通電が行われている間の経過時間の計時結果を表す変数である。
次いで、グロー通電判定が行われることとなる（図２のステップＳ１１４参照）。このグロー通電判定は、従来装置においても実行されているもので、グロープラグ１の通電を開始する必要があるか否か、すなわち、通電を開始する所定の条件が満たされているか否かの判定を行うもので、通電を開始する必要なしと判定された場合（ＮＯの場合）には、グロープラグ１への通電は遮断されることとなる（図２のステップＳ１１６参照）。

一方、ステップＳ１１４において、グロープラグ１への通電が必要と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、エンジン回転数Ｎｅが零であるか否かが判定され（図２のステップＳ１１８参照）、エンジン回転数Ｎｅが零ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、降圧用抵抗器３を用いる必要はないとして、ステップＳ１２４の処理が実行されることとなる。

また、ステップＳ１１８において、エンジン回転数Ｎｅが零であると判定された場合（ＹＥＳの場合）は、グロープラグ１の通電が開始されることとなる。すなわち、電子制御ユニット１０１から降圧スイッチ５へ対して、切替用制御信号が出力され、第１接点５ａと第２接点５ｂとが接続状態とされ、バッテリ電圧ＶＢが降圧用抵抗器３、及び、降圧スイッチ５を介してグロースイッチ２の一端に印加されることとなる。
また、電子制御ユニット１０１からは、グロースイッチ２へ対して従来同様、ＰＷＭ信号による制御信号が出力され、グロースイッチ２のオン・オフによるグロープラグ１の通電が行われることとなる。

そして、通電開始と同時に通電開始からの経過時間（グロー通電時間）Ｔｇの計時が開始され、計時されたグロー通電時間Ｔｇが所定の基準時間ｔｓを下回っているか否かが判定されることとなる（図２のステップＳ１２０参照）。
ステップＳ１２０において、グロー通電時間Ｔｇが所定の基準時間ｔｓを下回っている（Ｔｇ＜ｔｓ）と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、未だ通電の必要があるとして、計時が継続（カウントアップ）され（図２のステップＳ１２２参照）、先のステップＳ１１８以降の処理が繰り返されることとなる。
一方、ステップＳ１２０において、グロー通電時間Ｔｇが所定の基準時間ｔｓを下回っていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、必要な通電時間が経過したとして、先のステップＳ１２４の処理が実行されることとなる。

上述のステップＳ１２０における所定の基準時間ｔｓは、個々の車両の具体的条件を考慮して、好適な値が定められるべきものであり、特定の値に限定されるものではない。
また、かかる所定の基準時間ｔｓは、試験やシミュレーション等に基づいて予め設定された固定値であっても良いが、例えば、エンジン冷却水温と外気温度をパラメータとして、適宜変更するようにしても良い。

すなわち、この場合、種々のエンジン冷却水温と、種々の外気温度の組合せに対する好適な所定の基準時間ｔｓとの関係を、試験やシミュレーション結果等に基づいて求め、これをいわゆるマップ化し、それを電子制御ユニット１０１の適宜な記憶領域に記憶させる。そして、ステップＳ１２０の実行時におけるエンジン冷却水温と外気温度に応じた基準時間ｔｓを上述のマップから読み出して用いるようにすると好適である。

また、上述の本発明の実施の形態においては、グロープラグ１の通電駆動のための制御信号として、ＰＷＭ信号を用いる場合を説明したが、ＰＷＭ信号に限定される必要はなく、制御信号は他の形態のものであっても勿論良いものである。

駆動開始時の大電流の発生を抑圧可能としたので、大電流によるグロープラグの劣化防止やノイズ低減が所望される車両等のグロープラグ駆動制御装置に適する。

１…グロープラグ
２…グロースイッチ
３…降圧用抵抗器
５…降圧スイッチ
１０１…電子制御ユニット

Claims (2)

1. グロープラグの駆動開始の際に、抵抗器を介して前記グロープラグに電源電圧を印加し、所定の基準時間経過後は、前記抵抗器をバイパスさせて前記電源電圧を印加するグロープラグ駆動制御方法であって、前記所定の基準時間は、種々のエンジン冷却水温と外気温度との組み合わせに対する基準時間を定めたマップを用いて、前記グロープラグ通電の際のエンジン冷却水温と外気温度に対して定めらたものであることを特徴とするグロープラグ駆動制御方法。
2. グロースイッチとグロープラグとが直列接続されて設けられると共に、前記グロースイッチの開閉成を制御する電子制御ユニットが設けられ、前記電子制御ユニットによる前記グロースイッチの開閉成制御により前記グロープラグの通電が制御可能に構成されてなるグロープラグ駆動制御装置であって、
   前記グロースイッチと前記グロープラグの相互の接続点と反対側の前記グロープラグの他端は、グランドに接続される一方、前記グロースイッチの他端には、降圧スイッチの第１の端子が接続され、前記降圧スイッチは、降圧用抵抗器を介して電源電圧が印加された第２の端子と、前記電源電圧が直接印加された第３の端子とを有し、前記電子制御ユニットによる制御により、前記第２の端子と前記第３の端子のいずれか一方と、前記第１の端子とを選択的に接続可能に構成され、
   前記電子制御ユニットは、前記グロープラグの駆動開始の際には、前記降圧スイッチの前記第１の端子と前記第２の端子を接続状態とせしめ、所定の基準時間経過後は、前記降圧スイッチの前記第１の端子と第３の端子を接続状態とせしめるよう構成され、
   前記電子制御ユニットは、種々のエンジン冷却水温と外気温度との組み合わせに対する基準時間を定めたマップが記憶され、前記所定の基準時間は、前記グロープラグ通電の際のエンジン冷却水温と外気温度に対して前記マップから求められるよう構成されてなることを特徴とするグロープラグ駆動制御装置。

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