JP5843886B2 - 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及び装置が提案、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、上記実状に鑑みてなされたもので、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装置を提供するものである。

本発明の形態によれば、電源とグランドとの間に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による制御に応じて、前記グロープラグの通電開始時に前記グロースイッチと前記グロープラグの直列接続路に電流安定化素子を直列接続せしめる一方、通電開始後、電源とグランドとの間に前記グロースイッチとグロープラグを直列接続状態に切替える通路切替用スイッチが設けられ、
前記通路切替用スイッチは、第１乃至第３の接点を有し、前記第１の接点は、グロープラグの一端に、前記第２の接点は、電流安定化素子の一端に、前記第３の接点は、前記電流安定化素子の他端と共に、グロースイッチの一端に、それぞれ接続され、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電源電圧が印加可能とされ、
前記通路切替用スイッチは、電子制御ユニットからの切替制御信号が印加されるまでは、前記第１の接点と前記第２の接点とが接続状態とされ、前記電子制御ユニットからの切替制御信号が印加された際に、前記第１の接点と前記第３の接点が接続状態とされるよう構成されてなり、
前記電子制御ユニットは、前記グロープラグの通電開始後に、所定の駆動移行条件が成立したと判定された場合に、前記通路切替用スイッチへ前記切替制御信号を出力するよう構成されてなるグロープラグ駆動制御装置が提供される。

本発明によれば、グロープラグへの通電開始の際に、グロープラグの通電経路へ電流安定化素子を直列挿入せしめる一方、通電開始後は、一定の条件の下、グロープラグの通電経路から電流安定化素子を除くようにしたので、通電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周辺の電子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第１の回路構成例を示す回路図であって、図１（Ａ）はグロープラグの駆動開始前における回路図、図１（Ｂ）はグロープラグの駆動開始後に通路切替が行われた際の回路図である。 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）は駆動開始直後のグロープラグの電流変化を模式的に示す波形図、図３（Ｂ）は駆動開始後に通路切替が行われた際のグロープラグの電流変化を模式的に示す波形図である。 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第２の構成例を示す回路図であって、図４（Ａ）はグロープラグの駆動開始前における回路図、図４（Ｂ）はグロープラグの駆動開始後に通路切替が行われた際の回路図である。

１…グロープラグ
２…グロースイッチ
３…安定化用コイル
５…通路切替用スイッチ（第１の構成例）
６…通路切替用スイッチ（第２の構成例）
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４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第１の構成例について説明する。
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（図１においては「Glow S/W」と表記）２と、電流安定化素子としての安定化用コイル３と、通路切替用スイッチ５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・オフのためのグロー制御信号として、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てなるもので、その構成は従来同様のものである。
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の他端は、次述する通路切替用スイッチ５の第２の接点５ｂに接続されている。
また、グロースイッチ２と安定化用コイル３の一端との接続点は、通路切替用スイッチ５の第３の接点５ｃに接続されている。
通路切替用スイッチ５は、第１乃至第３の接点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からの切替制御信号により、第１の接点５ａが、第２の接点５ｂと第３の接点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。
かかる通路切替用スイッチ５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てなるものである。

本発明の実施の形態における通路切替用スイッチ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の接点５ａと第２の接点５ｂとが接続状態となっている（図１（Ａ）参照）。
そして、電子制御ユニット１０１から所定の切替制御信号が印加されると、第１の接点５ａと第３の接点５ｃ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の接点５ａとグランドとの間にグロープラグ（図１においては「Ｇ／Ｐ」と表記）１が直列接続されて設けられたものとなっている（図１（Ａ）参照）。

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、車両用バッテリ側から電子制御ユニット１０１とイグニッションスイッチ（図１においては「Key S/W」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Ｓ２０２参照）。

ステップＳ２０２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（通電開始）として次述するステップＳ２０４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の駆動する状態ではないとして一連の処理が終了され、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Ｓ２０４においては、グロースイッチ２が安定化用コイル３を介してグロープラグ１と接続され、グロープラグ１はＰＷＭ制御信号に応じて通電開始されることとなる。
すなわち、本発明の実施の形態においては、先に説明したように通路切替用スイッチ５は、ノーマル状態において、第１の接点５ａと第２の接点５ｂとが接続されるものとなっている。そのため、グロープラグ１の通電開始となるステップＳ２０４においては、電子制御ユニット１０１から通電切替用スイッチ５に対して切替用制御信号は出力されず、第１の接点５ａと第２の接点５ｂの接続状態が維持され、図示されない車両用バッテリとグランドとの間に、グロースイッチ２、安定化用コイル３、及び、通路切替用スイッチ５、及び、グロープラグ１が直列接続されることとなる（図１（Ａ）参照）。

そして、電子制御ユニット１０１からは、グロースイッチ２へ対して、従来同様にＰＷＭ制御信号が出力されることで、バッテリ電圧ＶＢが、グロースイッチ２、安定化用コイル３、及び、通路切替用スイッチ５を介してグロープラグ１に印加され、ＰＷＭ制御信号に応じた通電が行われることとなる。
したがって、グロープラグ１の通電開始直後におけるグロープラグ１には、安定化用コイル３の作用により、図３（Ａ）に模式的に示されたように、通電開始時に瞬時に大電流が流れることなく、ほぼ平滑化された状態の電流が流れることとなる。
次いで、ステップＳ２０６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、安定化用コイル３を介したグロープラグ１への通電状態から安定化用コイル３を介することなくグロープラグ１へバッテリ電圧ＶＢを印加するに適した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、通電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、通電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、駆動移行条件成立として、安定化用コイル３を介することなくグロープラグ１へバッテリ電圧ＶＢを印加し、通電駆動を行うようにすると好適である。

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Ｓ２０６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の通電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、通電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の通電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適切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、通電電流Ｉｇの検出は、グロースイッチ２において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Ｓ２０６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Ｓ２０８の処理へ進み、電子制御ユニット１０１から通路切替用スイッチ５に対して切替用制御信号が出力され、第１の接点５ａと第３の接点５ｃとが接続され、安定化用コイル３が開放状態とされる。その結果、グロープラグ１には、グロースイッチ２、第３の接点５ｃ、及び、第１の接点５ａを介してバッテリ電圧ＶＢが印加される状態となる。すなわち、換言すれば、回路接続が通常の接続状態とされてグロープラグ１の通電駆動が行われることとなる。したがって、グロープラグ１を流れる電流は、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。

次に、第２の構成例について、図４を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この図４に示された構成例は、グロースイッチ２とグロープラグ１との間に、並列接続状態とされた安定化用コイル３及び通路切替用スイッチ６が、直列接続されて設けられたものとなっている。

すなわち、安定化用コイル３の一端と通路切替用スイッチ６の一端が共に、グロースイッチ２の一端、すなわち、電源電圧ＶＢが印加される一端と反対側の一端に接続される一方、安定化用コイル３の他端と通路切替用スイッチ６の他端は、グロープラグ１の一端に接続され、グロープラグ１の他端はグランドに接続されたものとなっている。
この構成例における通路切替用スイッチ６は、単極単投スイッチ、すなわち、１回路１接点のスイッチであり、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てなるものである。
かかる通路切替用スイッチ６の開閉成は、通路切替用スイッチ５と同様、電子制御ユニット１０１により制御されるものとなっている。

本発明の実施の形態における通路切替用スイッチ６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は開成状態となっている（図４（Ａ）参照）一方、電子制御ユニット１０１から所定の切替制御信号が印加されると閉成状態となるよう構成されたものとなっている。
かかる構成における電子制御ユニット１０１により実行されるグロープラグ駆動制御処理は、先に図２を参照しつつ説明した処理と基本的に同一であるので、ここでの再度の説明は省略することとする。

このように、グロープラグ１の通電開始の所定の期間のみ、安定化用コイル３を介して、グロープラグ１への通電を行うようにすることで、グロープラグ１の通電開始の際の瞬間的な大電流の発生が抑圧され、従来と異なり、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。
なお、上述した本発明の実施の形態においては、グロー制御信号としてＰＷＭ信号を用いる例を示したが、必ずしもＰＷＭ信号に限定される必要はなく、他の形式の信号であっても良いものである。
また、電流安定化素子としてコイルを用いたが、電流安定化素子はコイルに限定される必要はなく、同等の特性を有する他の電子部品であっても良いことは勿論である。

通電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. 電源とグランドとの間に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による制御に応じて、前記グロープラグの通電開始時に前記グロースイッチと前記グロープラグの直列接続路に電流安定化素子を直列接続せしめる一方、通電開始後、電源とグランドとの間に前記グロースイッチとグロープラグを直列接続状態に切替える通路切替用スイッチが設けられ、
   前記通路切替用スイッチは、第１乃至第３の接点を有し、前記第１の接点は、グロープラグの一端に、前記第２の接点は、電流安定化素子の一端に、前記第３の接点は、前記電流安定化素子の他端と共に、グロースイッチの一端に、それぞれ接続され、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電源電圧が印加可能とされ、
   前記通路切替用スイッチは、電子制御ユニットからの切替制御信号が印加されるまでは、前記第１の接点と前記第２の接点とが接続状態とされ、前記電子制御ユニットからの切替制御信号が印加された際に、前記第１の接点と前記第３の接点が接続状態とされるよう構成されてなり、
   前記電子制御ユニットは、前記グロープラグの通電開始後に、所定の駆動移行条件が成立したと判定された場合に、前記通路切替用スイッチへ前記切替制御信号を出力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。
2. 所定の駆動移行条件は、グロープラグへの通電開始からの経過時間であって、電子制御ユニットは、予め定められた経過時間に達したと判定された際に、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請求項１記載のグロープラグ駆動制御装置。
3. 電子制御ユニットは、少なくともエンジン冷却水温に基づいて、予め定められた経過時間を算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項２記載のグロープラグ駆動制御装置。
4. 所定の駆動移行条件は、グロープラグの通電開始からの駆動に費やされた累積エネルギーであって、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、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請求項１記載の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、通電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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