JPH01151778A - 自己着火式内燃機関のグロープラグの温度を制御する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、グロープラグの温度を制御する方法及び装置
に関し、さらに詳細には自己着火式内燃機関の特にグロ
ープラグの温度を制御する方法及びこれを実施する装置
に関するものである。

［１ｆ来の技術］ この種の公知の方法及び装置においては、加熱コイルと
制御コイルとを有するグローブラクカ月史用されている
。

［発明か解決しようとする課題］ 上記のような公知の方法及び装置においては、グロープ
ラグか始動に必要な温度に急速には達しないことによっ
て、自己着火式内燃機関の始動が遅延するという欠点か
ある。

本発明は上記の従来技術の欠点を除去するためになされ
たものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために本発明方法によれは、グロ
ープラグの加熱コイルの温度が、第１の制１ＷＪＮに選
はれ、その場合コイル温度の最大値が予め設定される。

さらに本発明装置によれは、−次遅れ要素として形成さ
れた第１の制御対象を制御する第１の制御器と、二次遅
れ要素として形成された第２の制御対象を制御する第２
の制御器が設けられる。

［作用］ 本発明によれは、加熱素子を加熱し過ぎることなく、従
って破壊することなく、グロープラグを非常に迅速に高
温にすることができる。本発明においては加熱コイルの
温度を本来の制ｉＩＩ量として処理することによって、
特に確実を期することかでき、またこの場合コイルを熱
的な過負荷から保護するために、コイル温度の最大値を
設定している。

本発明の好ましい実施例によれは、制御する場合にさら
にグロープラグの表面温度も考慮しているので、２つの
制御すなわちコイル温度の制御と表面温度の制御がカス
ケードに行われろ。

特に好ましい実施例によれは、始動後すなわちエンジン
が自刃で回転しているときに、クロープラグの温度を制
御するために、エンジンの駆動状態を外乱量として印加
している。それによって本発明方法及び装置は後期加熱
時及び中間加熱時にも使用することができる。

本発明の特に好ましい実施例によれは、本発明方法はコ
イル温度及び表面温度が直接測定されたものであるか、
モデルを用いたシミュレーションによって１簿られたも
のであるかを問題にせずに、使用することができる。

本発明方法及び装置においては、制御Ｂコイルを持たず
、加熱コイルが例えは金属ワイヤのフィラメントコイル
として形成され、通常の電源電圧の１２Ｖよりずっと低
い３ｖで駆動できるグロープラグを使用することができ
るので、特に有利であることが明らかにされている。そ
れによって例えば冷間時・及び電源電圧が弱いなと好ま
しくない条件下においても、グロープラグを非常に迅速
に加熱することかできる。本発明方法及び装置によれは
、前記のような不利な条件下においても加熱コイルに過
負荷を与えることが防止できる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

本発明方法及び装置は電気的に加熱された素子の温度を
制御するのに適している。ここでは自己着火式内燃機関
のグロープラグの温度制御を例に取って説明する。

第１図においては、グロープラグｌの断面が概略図示さ
れている。図には加熱素子として用いられる加熱コイル
（フィラメント）２と、例えばセラミックなどからなり
グロープラグに充填される絶縁材料３と、ジャケット４
か示されている。加熱コイル２内で、蓄積された電気エ
ネルキか熱に変換される。熱は加熱コイルの表面から絶
縁材料３を通ってグローチューブとして形成されている
ジャケット４に流れ、そこからグロープラグの表面へ伝
達され、そこで内側から伝達されろ熱と外部に放射され
る熱とが平衡状態に達して、クロープラグの表面温度が
形成される。

制御技術的に簡単に説明すると、グロープラグの動的特
性は遅れ要素を順次接続することによって示すことかで
きる。コアを有する加熱コイル２、加熱コイルとジャケ
ット４間の絶縁材料３、及びジャケットが一次遅れ要素
となる。第１図においては、絶縁材料とジャケットを通
る熱移動を示す遅れ要素をまとめて二次遅れ要素として
示されているので、２つのブロックに分けられる。第１
のフロックの出力信号Ａは加熱コイルの温度を示し、第
２のブロックの出力信号Ｂはグロープラグの表面温度を
示している。

制御過程を線形に処理することができるようにするため
に、クロープラグに印加される電源電圧や供給される電
流やクロープラグを制御する際に選択されるチューティ
ー比などではなく、加熱電力を入力量として用いる。

コイル温度あるいは表面温度が測定されたものであるの
か、あるいはモデルシミュレータから得られたものであ
るかということは、本発明方法及び装置にとっては問題
とならない。従って加熱コイルとして温度依存性の物質
を用いることができるので、制１ａｔｌ量Ａ、すなわち
コイル温度を直接コイル抵抗から求めることができる。

制御ｆｔＢ、すなわちグロープラグの表面温度も同様に
、ジャケットの表面に設置した温度センサを介して測定
することができる。しかし前記２つの制御量はシミュレ
ータを使用してもあるいは計算プログラムによっても求
めることかできるので、加熱コイルに温度依存性物質を
使用し、表面温度を検出する温度センサを省くことも可
能である。

第２図には本発明方法を示す第１の実施例が示されてお
り、同図においてはコイル温度を目標値Ｔｓｏｌｌとし
て予め設定することによって所望の制御特性か得られる
。図には２つのカスケード接続された制御器Ｒ１とＲ２
が設けられており、そのうちの第１の制御器Ｒ１か上位
に接続されており、表面温度Ｂを目標値Ｔｓｏｌｌに制
御する。第２の下位の制御器Ｒ２はＰ、■、あるいはＤ
特性を持つことができ、あるいはディジタル的ζこ、す
な才つち所定のアルプリズムに従って動作する制御器と
することができる。この第２の制御器Ｒ２はコイル温度
Ａの制御に使用される。

制御器Ｒ２に設定される目標値は最小値選択回路５にお
いて最小値を選択することによって求められ、コイル温
度に対して予め設定された最大コイル温度ＴＸｙｍａｘ
と制御器Ｒ１の操作量のうち小さい方の値が選択される
。

次に制御の方法について説明する。始動モードでグロー
プラグのスイッチが入れられると、グロープラグの表面
は冷たいので制御器Ｒ１は急速に加熱を行おうとし、最
大の操作量を出力する。この操作量が許容される最大コ
イル温度よりも太きい値となる場合には、制御器Ｒ２は
最小値選択によって最大コイル温度に相当する値Ｔ　ｗ
ｍａｘを目標値とする。１ｆってこの場合に制御器Ｒ２
の制御によって最大コイル温度に調節され、それによっ
て加熱コイルに熱的な過負荷をかけろことなくグロープ
ラグをできる限り迅速に加熱することができる。

目標値温度Ｔｓｏｌｌが達成され、従って定常的な運転
状態に達すると、第１の制御器Ｒ１の出力する操作量が
減少されて、最大コイル温度の半分以下の値となり、グ
ロープラグの表面温度が所望に調節される。

第３図に示す第２の実施例の場合にも、２つの制御器Ｒ
１とＲ２が設げられている。しかし本実施例においては
前記２つの制御器はカスケード接続ではなく同等に構成
されている。各制御器はそれぞれに関連する目標値への
調節を行う。すなわち第１の制御器Ｒ１は表面温度Ｂを
調節し、第２の制御器Ｒ２は加熱コイル温度Ａを調節す
る。２つの制御器の操作量は加算的に重畳される。制御
器Ｒ１，Ｒ２の出力操作量は所定の最大値に限定されて
いる。第１の制御器Ｒ１の目標値は所望の表面温度Ｔｓ
ｏｌｌを設定することによって得られ、この目標値と実
際の表面温度との差が制御器Ｒ２に入力される。同様に
第２の制御器Ｒ２の目標値も実際のコイル温度から求め
られ、この実際のコイル温度と最大コイル温度Ｔｓｙｍ
ａｘとの差が制御器Ｒ２に入力される。

始動時でグロープラグが冷たい場合には、第１の制御器
Ｒ１の操作量は上限のしきい値に達する。

一方、第２の制御器Ｒ２の操作量は、最大コイル温度Ｔ
　ｗｍａｘを越えない値をとる。

コイル温度が最大コイル温度以下にある定常的な制御が
行われる場合には、第２の制御器Ｒ２の操作量は上限の
しきい値に達し、第１の制御器Ｒ１の操作量からその上
限のしきい値を引いた操作量に従って所望の表面温度Ｂ
が達成される。

第４図には第３の実施例が示されている。

この実施例は、同等の制御器Ｒ１とＲ２が設け・られて
いる点においては、第３哩に示す第２の実施例と同様で
ある。制御器の目標値は、第３図を用いて説明した制御
方法によって決定される。しかし本実施例においては２
つの制御器の操作量は、最小値選択回路５に入力され、
コイル温度Ａと表面温度Ｂの制御に使用される操作量の
うち小ざい方が選択される。

始動モードでプラクが冷たい場合には最小値を選択する
際に、許容される最大コイル温度を越えることを防止す
る第２の制御器Ｒ２の操作量が選択される。定常状態に
おいて最小値を選択する場合には、コイル温度を許容最
大コイル温度Ｔ　ｗｍａｘ以下て所望の表面温度に調節
する第１の制御器Ｒ１の操作量が優先される。従って最
小値の選択によって、各制御器の操作量の上限のしきい
値を設定する必要がなくなる。

実際には、どのような動的特性の制御ないし外乱量を必
要とするかによって、前記３つの実施例のいずれかが選
択される。

前記３つのすへての実施例において、温度制御過程を線
形化するために、第２図から第６図でグロープラグを示
す制御対象の前段に、電圧ないし電流を二乗する駆動ブ
ロックＰ／Ｅが設けられている。線形の操作量「電力」
Ｐから「電気的な駆動量」Ｅが形成される。グロープラ
グが例えはパルス長さｔでパルス周期Ｔ　Ｉ３のデユー
ティ−比で作動され、かつ電源電圧が変化すると、加熱
電力を一定に維持するために、Ｐ　−ＴＪ　２の関係に
基づいてパルス長ざｔないしデユーティ−比ｔ　／　Ｔ
　１１　（〜１／Ｕ２）が変化される。この変化はコン
ピュータ制御で行うことが可能で、あるいは駆動ブロッ
クＰＺＥ内の回路を使用して行うことができる。

第２図から第４図に示す実施例によれは、エンジンがま
だ自刃で回転していない始動時にだけグロープラグ温度
の制御を行うことができる。

内燃機関が自刃で回転している場合にもグロープラグの
温度を所定に制御しようとする場合には、エンジンの駆
動状態に関係してプラグに熱を追加し、あるいは減少さ
せることを考えなけれはならない。燃料噴射量が少ない
場合には、熱を減少させ、燃料噴射量が多い場合ないし
は回転数が太きい場合には熱を追加する。

いずれの制御方法においても、例えは燃料噴射量ないし
回転数などの公知のエンジンデータから駆動状態に相当
する電気信号を所定の箇所に外乱量Ｓとして入力するこ
とによって、内燃機関の駆動状態を考慮することができ
る。

第５図と第６図においては外乱量Ｓを入力する２つの方
法が示されている。この２つの方法は、前記の３つの実
施例のいずれの制御にも使用することができる。

第５図においては、外乱ｔＳは第２の制御ブロックの出
力側に印加され、第６図においては池の目標値として第
１の制御ブロックに入力される。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように本発明方法によれは、グ
ロープラグの加熱コイルの温度が、本来の第１の制御量
として使用され、コイル温度の最大値が予め設定され、
さらに本発明装置によれば、−次遅れ要素として形成さ
れた第１の制御対象を制御する第１の制徘器と、二次遅
れ要素として形成された第２の制御対象を制御する第２
の制御器か設けられろ構成が採用されているので、加熱
素子を加熱し過ぎることなく、従って破壊することなく
、グロープラグを非常に迅速に高温にすることができ、
自己着火式内燃機関の始動が遅延することのない、優れ
たグロープラグの温度を制御する方法及び装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はグロープラグの断面を用いて温度特性の制御方
法を示す説明図、第２図はグロープラグの表面温度とコ
イル温度を制御する方法の第１の実施例を示すフロック
図、第３図は同第２の実施例を示すブロック図、第４図
は同第３の実施例を示すブロック図、第５図はエンジン
の駆動状態に相当する外乱量を入力する第１の方法を示
すフロック図、第６図は同第２の方法を示すブロック図
である。 １・・・グロープラグ、２・・・加熱コイル、代理人　
弁理士　加熱　車　　　　山 〆 □　Ｉ 丁Ｗｍａｘ 丁ＳＯ【【 Ｆｉｇ、３ ”ｓｏＬＬ Ｆｉｇ、４ ｓｏｌｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１）自己着火式内燃機関のグロープラグの温度を制御
   する方法において、 　コイル温度の最大値（Ｔ＿ｗ＿ｍ＿ａ＿ｘ）を予め設
   定しておき、グロープラグ（１）の加熱コイル（２）の
   温度を第１の制御量（Ａ）として用いることによりグロ
   ープラグの温度を制御することを特徴とするグロープラ
   グの温度を制御する方法。 　２）さらに第２の制御量（Ｂ）として表面温度を用い
   、第１の制御量（Ａ）と第２の制御量（Ｂ）を用いて制
   御を行うことを特徴とする請求項第１項記載の方法。 　３）第１の制御量（Ａ）の制御と第２の制御量（Ｂ）
   の制御がカスケード制御により行われることを特徴とす
   る請求項第２項記載の方法。 　４）上位に接続された第１の制御器（Ｒ１）と下位に
   接続された第２の制御器（Ｒ２）が使用され、 　第１の制御器（Ｒ１）の操作量が制御量（Ａ）の所定
   の最大値（Ｔ＿ｗ＿ｍ＿ａ＿ｘ）と比較されて、最小値
   の選択が行われ、その最小値が第２の制御器（Ｒ２）に
   入力されることを特徴とする請求項第３項記載の方法。 　５）同等の２つの制御器（Ｒ１，Ｒ２）か使用され、
   その操作量が加算的に重畳され、２つの制御器の操作量
   に所定の上限のしきい値が設定されていることを特徴と
   する請求項第３項記載の方法。　６）同等の２つの制御
   器（Ｒ１，Ｒ２）か使用され、両制御器の操作量が比較
   されて、最小値を選択され、小さい方の操作量がコイル
   温度と表面温度の制御に使用されることを特徴とする請
   求項第３項記載の方法。 　７）エンジン駆動状態が外乱量（Ｓ）として入力され
   ることを特徴とする請求項第１項〜第６項のいずれか１
   項記載の方法。 　８）外乱量（Ｓ）が第２の制御器（Ｒ２）の出力側に
   印加されることを特徴とする請求項第７項記載の方法。 　９）外乱量（Ｓ）が他の目標値として第１の制御器（
   Ｒ１）に入力されることを特徴とする請求項第７項記載
   の方法。 　１０）請求項第１項〜第９項に記載の方法を実施する
   グロープラグの温度を制御する装置において、 　一次遅れ要素として形成された第１の制御対象を制御
   する第１の制御器（Ｒ１）と、２次遅れ要素として形成
   された第２の制御対象を制御する第２の制御器（Ｒ２）
   を設けたことを特徴とするグロープラグの温度を制御す
   る装置。 　１１）制御対象の前段に接続され制御過程を線形化す
   る駆動ブロック（Ｐ／Ｅ）を設けたことを特徴とする請
   求項第１０項記載の装置。 　１２）第１の制御器（Ｒ１）と第２の制御器（Ｒ２）
   との間に接続され、第１の制御器の操作量をコイル温度
   の所定の最大値（Ｔ＿ｗ＿ｍ＿ａ＿ｘ）と比較する最小
   値選択回路（５）を設けたことを特徴とする請求項第１
   ０項あるいは第１１項記載の装置。　１３）２つの制御
   器（Ｒ１、Ｒ２）の操作量を受け、その最小値を選択す
   ることのできる最小値選択回路（５）を設けたことを特
   徴とする請求項第１０項あるいは第１１項記載の装置。 　１４）加熱素子としてコイルを設け、その駆動電圧を
   電源電圧より低くしたことを特徴とする請求項第１項〜
   第９項記載の方法あるいは第１０項〜第１２項記載の装
   置を使用する自己着火式エンジンのグロープラグの使用
   方法。