JP5792192B2 - 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、電流変動の低減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に用いられるグロープラグへ対する通電方法としては、電圧制御の際に電損ロスが少なく、実効電圧をベースに柔軟な電圧設定できる等の利点があるパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いるのが一般的であり、かかるパルス幅変調を基本とした種々の駆動制御方法が提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。

しかしながら、実効電圧を基準とした駆動制御をグロープラグに適用した場合、電圧変動に伴い電流変動も発生するが、グロープラグは消費電力が高いため、電圧変動に伴う電流変動も大きく、ピーク時には十数アンペアまでに達する場合もあり、これが、ヒータ部分の電流変動による電気的ストレスを与え、グロープラグの劣化を早め、短寿命化を招くという問題がある。
特開２００９−１３９８３号公報

本発明は、駆動開始時の電流変動を抑圧し、電流変動に起因する電気的ストレスの軽減による長寿命化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。

本発明の第１の形態によれば、グロースイッチと安定化用コイルとグロープラグとが直列接続され、前記グロースイッチの一端にバッテリ電圧が印加される一方、前記グロープラグの他端がグランドに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て、前記グロープラグの通電駆動を可能としてなるグロープラグ駆動制御装置における前記グロープラグの駆動制御方法であって、
前記グロープラグの駆動開始の際には、前記グロースイッチの開閉成を制御するＰＷＭ信号の繰り返し周波数を、通常の駆動状態における繰り返し周波数より高い周波数として前記グロースイッチの開閉成を行い、所定の駆動移行条件が成立した際には、前記ＰＷＭ信号の繰り返し周波数を通常の駆動時における周波数に戻すものであり、前記所定の駆動移行条件は、前記グロープラグの駆動開始からの駆動に費やされた累積エネルギーであって、所定値に達したと判定された際に、前記所定の駆動移行条件が成立したとするよう構成されてなるものが提供される。
また、本発明の第２の形態によれば、グロースイッチと安定化用コイルとグロープラグとが直列接続され、前記グロースイッチの一端にバッテリ電圧が印加される一方、前記グロープラグの他端がグランドに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て、前記グロープラグの通電駆動を可能としてなるグロープラグ駆動制御装置であって、
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、前記グロースイッチの開閉成を制御するＰＷＭ信号の繰り返し周波数を、通常の駆動状態における繰り返し周波数より高い周波数として前記グロースイッチの開閉成を制御し、所定の駆動移行条件が成立したと判定された際には、前記ＰＷＭ信号の繰り返し周波数を通常の駆動時における周波数に戻して前記グロースイッチの開閉成を制御可能に構成されてなり、
前記所定の駆動移行条件は、前記グロープラグの駆動開始からの駆動に費やされた累積エネルギーであって、前記電子制御ユニットは、前記累積エネルギーが所定値に達したと判定された際に、前記所定の駆動移行条件が成立したとするよう構成されてなるものが提供される。

本発明によれば、グロープラグの通電経路へ対する安定化用コイルの直列挿入と、グロープラグの駆動開始の際におけるグロープラグの通電制御用のＰＷＭ信号の繰り返し周波数の増大とが相俟って、駆動開始の際にグロープラグに流れる電流が平滑化され、従来と異なり、駆動開始の際に瞬間的に大電流が流れるようなことが防止されるので、グロープラグに対する電気的ストレスを確実に低減し、長寿命化を可能とするだけでなく、電力損失を低減し、装置の省電力化に資することができるという効果を奏するものである。
また、グロープラグの駆動開始時における瞬間的な大電流の発生が抑圧されるため、ノイズの発生が抑圧され、ノイズ発生に起因する回路の誤動作などの悪影響を低減、抑圧することができ、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。 図１に示されたグロープラグ駆動制御装置によるグロープラグの駆動の際の電流変化を示す波形図であり、図３（Ａ）は高周波駆動の際のグロープラグの電流変化を示す波形図、図３（Ｂ）は低周波駆動の際のグロープラグの電流変化を示す波形図である。

１…グロープラグ
２…グロースイッチ
３…安定化用コイル
１０１…電子制御ユニット

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３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Ｓ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２と、安定化用コイル３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。

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のオン・オフ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いる。

グロースイッチ２は、電子制御ユニット１０１から出力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を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
本発明の実施の形態におけるグロースイッチ２は、後述するように図示されない車両用バッテリとグロープラグ１との間に直列に設けられるスイッチ用の半導体素子としての電界効果トランジスタ（図示せず）と、これを電子制御ユニット１０１から出力される制御信号（ＰＷＭ信号）によりオン・オフするための回路と、さらに、上述の電界効果トランジスタ（図示せず）を介してグロープラグ１へ流れる通電電流Ｉｇを検出するための回路が構成されてなるもので、その回路構成は、基本的に従来同様のものである。なお、通電電流Ｉｇの検出信号は、電子制御ユニット１０１へ入力され、後述する累積エネルギーの算出に供されるようになっている。
かかるグロースイッチ２においては、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）が図示されない車両用バッテリへ接続されて、バッテリ電圧ＶＢが印加されるようになっている一方、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、安定化用コイル３の一端に接続されたものとなっている。

そして、安定化用コイル３の他端とグランドとの間に、グロープラグ１が設けられたものとなっている。
なお、電子制御ユニット１０１は、図示されない車両用バッテリとグランドとの間には、車両用バッテリ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、イグニッションスイッチ４がオンとされているか否かが判定されることとなる（図２のステップＳ１０２参照）。
ステップＳ１０２において、イグニッションスイッチ４がオンとされていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、グロープラグ１の駆動開始として次述するステップＳ１０４の処理へ進む一方、イグニッションスイッチ４はオンとされ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の駆動は必要ないとして処理を終了し、図示されないメインルーチンへ一旦戻ることとなる。

ステップＳ１０４においては、電子制御ユニット１０１からグロースイッチ２へ印加される制御信号（ＰＷＭ信号）の繰り返し周波数が、通常の駆動時よりも高い周波数に設定され出力されることで、グロースイッチ２はいわば高周波駆動により駆動開始されることとなる。なお、繰り返し周波数をどの程度の高周波とするかは、個々の車両におけるグロープラグの種類の相違等による駆動電流の違い等を考慮して、それぞれ試験やシミュレーション結果に基づいて好適な値を具体的に設定するのが好適である。

次いで、ステップＳ１０６の処理へ進み、駆動移行条件が成立したか否かが判定されることとなる。
すなわち、本発明の実施の形態においては、上述のグロープラグ１に対する高周波駆動は、グロープラグ１の駆動初期の所定の期間にのみ行い、その後は、通常の繰り返し周波数によるいわば低周波駆動を行うようにしており（図２のステップＳ１０８参照）、このステップＳ１０６においては、予め定められた高周波駆動から低周波駆動へ移行する所定の条件が成立したか否かが判定されることとなる。

具体的な駆動移行条件としては、例えば、駆動開始からの所定経過時間を挙げることができる。すなわち、駆動開始から予め定められた時間が経過したか否かを判定し、経過したと判定された場合に、低周波駆動へ移行するとする。
なお、この場合、所定経過時間を、例えば、エンジン（図示せず）の駆動状態によって変えるようにしても好適である。
より具体的には、例えば、エンジン冷却水温をエンジンの駆動状態を表すパラメータとして、種々のエンジン冷却水温と、それぞれのエンジン冷却水温に対する好適な所定経過時間との関係を、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て電子制御ユニット１０１の適宜な記憶領域に記憶させる。そして、ステップＳ１０６の実行時におけるエンジン冷却水温に応じた所定経過時間を上述のマップから読み出すようにして、適切な所定経過時間を用いて駆動移行の要否を判定するようにしても良い。
なお、駆動移行条件は、これに限定されるものではなく、車両の種々の具体的な条件等によって、好適なものを選択するのが望ましい。

他の駆動移行条件としては、例えば、グロープラグ１の駆動開始からの駆動に費やされたエネギーである累積エネルギーを用い、これが所定値を超えたか否かで駆動移行条件の成立を判定するようにしても良い。
すなわち、グロープラグ１の累積エネルギーは、種々の表現を採り得るが、その一つとして、例えば、グロープラグ１への印加電圧をＶｇとし、駆動開始からの経過時間をｔとすると、累積エネルギーＥｇは、Ｅｇ＝Ｖｇ^２×ｔと表すことができる。なお、ここで、Ｖｇは、実効値（ＲＭＳ）である。
また、累積エネルギーは、グロープラグ１への印加電圧をＶｇと、グロープラグ１の通電電流をＩｇとすると、その積分値としても表すことができる。ここで、通電電流Ｉｇは、先に述べたようにグロースイッチ２において検出され、電子制御ユニット１０１に入力されたものである。
すなわち、この場合の累積エネルギーＥｇは、Ｅｇ＝∫Ｖｇ（ｔ）×Ｉｇ（ｔ）ｄｔとなる。なお、積分時間（積分期間）は、グロープラグ１の駆動開始から駆動移行条件の判断時までの時間である。
なお、累積エネルギーが駆動移行条件成立とできる値を超えたか否かを判断するための上述の所定値は、個々の車両の諸条件の違いに応じて、それぞれ試験やシミュレーション結果に基づいて好適な値を具体的に設定するのが好適である。
また、本発明の実施の形態においては、グロースイッチ２において、通電電流Ｉｇを検出するようにしたが、その検出方法は、通電電流Ｉｇを直接検出するものに限定される必要はなく、通電電流Ｉｇが流れるラインに検出用の抵抗器を直列接続して設け、その電圧降下を電子制御ユニット１０１へ入力し、電流に換算して通電電流Ｉｇを得るようにしても良い。

しかして、ステップＳ１０６において、駆動移行条件が成立したと判定されると（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１０８の処理へ進み、グロープラグ１は低周波駆動されることとなる。すなわち、グロースイッチ２は、電子制御ユニット１０１から通常の繰り返し周波数のＰＷＭ信号でオン・オフ駆動される状態となり、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。

このように、グロープラグ１の駆動開始時には、高周波駆動することにより、グロープラグ１を流れる電流は、従来と異なり、駆動開始の際に、瞬間的に大電流が流れ、その後、電流値が低下して定常状態に戻るようなことがなく、高周波駆動と安定化用コイル３との相乗効果により、図３（Ａ）に模式的に示されたように、ほぼ平滑化された状態の電流が流れることとなる。そのため、従来と異なり、駆動開始時の瞬間的な大電流によるグロープラグ１に対する電気的ストレスが極めて低いものとなる。
そして、低周波駆動に移行した際には、ＰＷＭ信号の繰り返し周期が低いため、電流波形は、図３（Ａ）に示されたように持続的ではなく、図３（Ｂ）に模式的に示されたように、ＰＷＭ信号にほぼ相似した電流波形となる。
なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、横軸はグロープラグ１の駆動開始からの経過時間を示し、縦軸はグロープラグ１を流れる電流を示している。また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の電流波形は、図１に示されたＡ点におけるものである。

駆動開始時の大電流の発生を抑圧可能としたので、大電流による電気的ストレスの緩和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。

Claims (6)

1. グロースイッチと安定化用コイルとグロープラグとが直列接続され、前記グロースイッチの一端にバッテリ電圧が印加される一方、前記グロープラグの他端がグランドに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て、前記グロープラグの通電駆動を可能としてなるグロープラグ駆動制御装置における前記グロープラグの駆動制御方法であって、
   前記グロープラグの駆動開始の際には、前記グロースイッチの開閉成を制御するＰＷＭ信号の繰り返し周波数を、通常の駆動状態における繰り返し周波数より高い周波数として前記グロースイッチの開閉成を行い、所定の駆動移行条件が成立した際には、前記ＰＷＭ信号の繰り返し周波数を通常の駆動時における周波数に戻すものであり、
   前記所定の駆動移行条件は、前記グロープラグの駆動開始からの駆動に費やされた累積エネルギーであって、所定値に達したと判定された際に、前記所定の駆動移行条件が成立したとすることを特徴とするグロープラグ駆動制御方法。
2. 累積エネルギーは、グロープラグへの印加電圧Ｖｇと、駆動開始時からの経過時間ｔとにより、Ｖｇ^２×ｔとして表されたものであることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ駆動制御方法。
3. 累積エネルギーは、グロープラグへの印加電圧Ｖｇと、グロープラグの通電電流Ｉｇとにより、∫Ｖｇ(t)・Ｉｇ(t)・ｄｔとして表されたものであることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ駆動制御方法
4. グロースイッチと安定化用コイルとグロープラグとが直列接続され、前記グロースイッチの一端にバッテリ電圧が印加される一方、前記グロープラグの他端がグランドに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て、前記グロープラグの通電駆動を可能としてなるグロープラグ駆動制御装置であって、
   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、前記グロースイッチの開閉成を制御するＰＷＭ信号の繰り返し周波数を、通常の駆動状態における繰り返し周波数より高い周波数として前記グロースイッチの開閉成を制御し、所定の駆動移行条件が成立したと判定された際には、前記ＰＷＭ信号の繰り返し周波数を通常の駆動時における周波数に戻して前記グロースイッチの開閉成を制御可能に構成されてなり、
   前記所定の駆動移行条件は、前記グロープラグの駆動開始からの駆動に費やされた累積エネルギーであって、前記電子制御ユニットは、前記累積エネルギーが所定値に達したと判定された際に、前記所定の駆動移行条件が成立したとす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。
5. 累積エネルギーは、グロープラグへの印加電圧Ｖｇと、駆動開始時からの経過時間ｔとにより、Ｖｇ^２×ｔとして表されたものであることを特徴とする請求項４記載のグロープラグ駆動制御装置。
6. 累積エネルギーは、グロープラグへの印加電圧Ｖｇと、グロープラグの通電電流Ｉｇとにより、∫Ｖｇ(t)・Ｉｇ(t)・ｄｔとして表されたものであることを特徴とする請求項４記載のグロープラグ駆動制御装置。

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