JPH021497Y2

JPH021497Y2 -

Info

Publication number: JPH021497Y2
Application number: JP1982045758U
Authority: JP
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1990-01-16
Also published as: JPS58148278U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、デイーゼルエンジンの燃焼室内の一
部で、予熱栓近傍の空気を予熱栓（グロープラ
グ）によつて加熱してデイーゼルエンジンの燃焼
条件を改善せしめるデイーゼルエンジンの燃焼補
助装置の改良に関する。

冷機状態にあるエンジンはスタータを起動する
だけでは始動しにくいので、予熱栓をエンジンに
設け、エンジンの始動時に燃焼室内の一部で、予
熱栓近傍の空気を予熱栓で所定温度に加熱した後
スタータで起動をかけることが行なわれている
が、同様に、エンジン起動後もエンジンの温度が
大気温や動作状態によつて所定温度以下になつた
場合、デイーゼルエンジンの燃焼状態が劣化し、
ノツキング、騒音が生じるので、デイーゼルエン
ジンの燃焼室内の一部で、予熱栓近傍の空気を予
熱栓で加熱することが行なわれている。このよう
な予熱栓には一般に抵抗線が用いられており、こ
の抵抗線には予熱時間を短縮するため正の抵抗温
度係数を持つものが採り入れられている。そして
予熱栓が予定温度以上にならないよう温度制御す
るために、予熱栓に電流供給後に予熱栓の抵抗値
を検出し、その抵抗値が予定温度における予熱栓
の抵抗値と一致するところで予熱栓への電流供給
を停止することが行なわれている。

係る燃焼補助装置では、大気温が低く冷却水温
が低い場合には、デイーゼルエンジンにアイドリ
ングノツク現象が発生し易いことから、大気温や
冷却水温である温度条件を検出し、これら温度が
設定温度より低い場合に予熱栓の通電駆動を開始
するという構成が用いられていたが、この設定温
度を高めに取ると巾広い範囲で予熱栓が通電さ
れ、予熱栓の消費電力が増加し、車載用バツテリ
ーである限られた容量の電源の電力を消費してし
まうという欠点があつた。逆に設定温度を低めに
とると、予熱栓が通電されるまでの長時間にアイ
ドリングノツクが生じデイーゼルエンジンの最大
の問題点とされている騒音、振動が大きくなり、
予熱栓による燃焼補助装置の効果が半減するとい
う欠点があつた。

従つて、本考案の目的は、温度条件の検出の他
にデイーゼルエンジンの燃焼状態を検出して予熱
栓を駆動制御することにより、巾広い温度範囲で
しかも予熱が必要な時のみ予熱栓を駆動制御しう
るデイーゼルエンジンの燃焼補助装置を提供する
にある。

以下、本考案を図面に従つて詳細に説明する。

第１図は本考案の一実施例構成図、第２図はそ
の各部波形図であり、図中、Ｅは電源であり、車
輛のバツテリーと考えてよい。TRは開閉素子で
あり、パワートランジスタ等の半導体から成る電
気的スイツチや、リレー等の機械的スイツチを用
いることができ、必要とする動作速度に応じて適
宜選択できる。開閉素子TRは後述する駆動回路
１１によつて、そのオン期間に予熱栓GPに電源
Ｅの電流を流し、オフ期間に電流の供給を停止す
る。GPは予熱栓（グローブラグ）であり、エン
ジンのシリンダ数だけ設けられ、第１図では４つ
の予熱栓が設けられている。予熱栓GPは発熱体
としての金属抵抗線を有し、抵抗線の抵抗温度特
性は正の特性（即ち、温度が高くなるにつれて抵
抗が高くなる特性）を持つている。CCは定電流
回路で、常時一定電流をダイオードDDを介して
出力し、開閉素子TRのオフ期間には予熱栓GP
に一定電流ｉを流すものである。１０は設定温度
比較回路で、比較器COM１とラツチ回路RCを備
え、比較器COM１の一入力端には、予熱栓GPに
一定電流が流れることにより生ずる電圧降下の電
圧値e_tが入力され、比較器COM１の他入力端に
は、所望の設定予熱温度（例えば900℃）におけ
る予熱栓GPの抵抗値r_sによつて定まる電圧値e_s
（＝ｉ×r_s）が入力抵抗によつて設定され、開閉
素子TRのオフ期間の予熱栓GPの電圧値e_tと設定
電圧値e_sを比較し、e_t≧e_sの場合に比較器COM１
よりローレベルの出力Ｌを発し、e_t＜e_sの場合比
較器COM１はハイレベルの出力Ｈを発する。比
較器COM１の出力はラツチ回路RCでラツチさ
れ、後述するアンドゲートAND１を制御するも
のである。１１は開閉素子駆動回路で、発振器
OSCと発振器OSCの発振出力を分周して駆動信
号DVを発生する分周器DCからなり、図示しな
いスタートスイツチ等からのエンジン始動信号に
よつて動作し、開閉素子TRのオン、オフを制御
する第２図の駆動信号DVを発生する。駆動信号
DVの１周期は開閉素子TRをオンして予熱栓を
加熱する加熱期間ａと、開閉素子TRをオフし定
電流によつて予熱栓GPの抵抗値（温度）を検出
する検出期間ｂとから成り、加熱期間ａにパルス
が与えられれば開閉素子TRはオンする。その断
続周期は、予じめ求めた予熱栓温度−経過時間特
性から求めた温度上昇値／時間値と設定予熱温度
の許容幅から決定される。本実施例では約15ms
としてある。１２は圧力検出装置で、圧力センサ
NSとトランジスタTR１及びインバータINVと
で構成されている。圧力センサNSは一種の振動
検出器であり、例えば、圧電素子等の圧電形や磁
気形（コイルの中央に磁石がスプリングを介して
設けられ、振動によつて磁石が振動し、これによ
つてコイルから振動出力が得られる形式のもの）
のものが用いられる。圧力センサNSは第４図に
示す様にピストンPTを収容するシリンダSLにシ
リンダヘツドカバーSHを取付けるためのシリン
ダヘツドボルトSHV上に設けられ、デイーゼル
エンジンの燃焼室内の圧力を検出して電気信号と
して出力する。デイーゼルエンジンでは、正常の
燃焼状態では、第３図のａに示す様に燃焼室の圧
力Ｐはピストンの上昇とともに上昇し、燃焼室内
の混合気が圧縮され、温度が高められ、爆発燃焼
してa′に示す高い圧力を示すが、エンジン温度が
低下する等燃焼条件が劣化すると、第３図ｂに示
す様にピストンの上昇とともにその圧力Ｐも上昇
するが、最高圧力は低下し、従つて燃焼室の温度
も充分上昇せず、正常な状態に比し、所定時間遅
れて爆発燃焼し、b′に示す高い圧力を示す。従つ
て、この最高圧力変化によつてデイーゼルエンジ
ンの燃焼状態を判定しうる。圧力センサNSは第
３図の如き圧力を電気信号に変換し、エミツタ接
地のNPN形トランジスタTR１のベースに入力
せしめるので、検出圧力Ｐが小ならトランジスタ
TR１がオンし、トランジスタTR１のコレクタ
をローレベルにし、検出圧力Ｐが大ならトランジ
スタTR１がオフし、トランジスタTR１のコレ
クタをハイレベルとする。このためインバータ
INV１からは検出圧力Ｐが大ならローレベル、
検出圧力Ｐが小ならハイレベルの出力を発する。
即ち、正常の燃焼状態であれば、圧力Ｐは大のた
め、圧力検出装置１２からはローレベル、正常で
ない燃焼状態であれば、圧力Ｐは小のため、圧力
検出装置１２からはハイレベルの出力を発する。
１３はエンジンの負荷検出装置で、負荷が1/4
Load以上になるとオンする負荷センサLSと、ト
ランジスタTR２と、インバータINV２で構成さ
れ、負荷センサLSがオン（1/4Load以上）にな
ると、エミツタ接地のNPN形トランジスタTR
２をオフし、インバータINV２よりローレベル
出力を、負荷センサLSがオフ（1/4Load以下）
であると、トランジスタTR２をオンし、インバ
ータINV２よりハイレベルの出力を発するもの
である。１４は水温検出装置で、エンジンの冷却
水温が50℃以上になるとオンする水温センサー
WSを有し、冷却水温が50℃以下の低温では、ハ
イレベル、冷却水温が50℃以上の高温では、ロー
レベルの出力を発する。１５は大気温検出装置
で、温度に対して負の特性を持つ抵抗体を用いた
大気温センサーTSと比較器COM２とで構成さ
れ、大気温が５℃以下の場合比較器COM２より
ハイレベルの出力が、大気温が５℃以上の場合比
較器COM２よりローレベルの出力が発生するも
のである。１６は回転数検出装置で、デイーゼル
エンジンの回転軸に取付けられた検出歯車を磁気
的に検出するデジタル形回転センサRSの出力を
一対のダイオードで構成した電圧制限回路VLを
介し増巾器AMPへ入力せしめ、増巾器AMPで増
巾後、ワンシヨツトマルチバイブレータMVで回
転パルスに整形後、積分回路DLでパルス列数に
比例した直流信号に変換され、一対の比較器
COM３，COM４に入力する。比較器COM３は
直流信号によるエンジン回転数がアイドル回転数
以下ならハイレベル、アイドル回転数以上でロー
レベル出力をインバータINV３へ発するもので、
比較器COM４は直流信号によるエンジン回転数
が1200r.p.m以下ならハイレベル、1200r.p.m以上
ならローレベルの出力を発生する。従つて、アン
ドゲートAND３からはエンジン回転数がアイド
ル回転数から1200r.p.mの間の低回転にある時に
ハイレベル（低回転信号）を発し、それ以外はロ
ーレベルを発する。AND２はアンドゲートで、
圧力検出装置１２のインバータINV１、負荷検
出装置１３のインバータINV２、水温検出装置
１４のスイツチWS、大気温検出装置１５の比較
器COM２、回転数検出装置１６のアンドゲート
AND３と接続され、いずれもハイレベル出力を
発するとハイレベルの信号を発生する。即ちアン
ドゲートAND２からは、エンジンの燃焼室の
圧力が低く、負荷が０〜1/4であり、水温が
50℃以下で、大気温が＋５℃以下で、エンジ
ン回転数がアイドル〜1200r.p.mである時にハイ
レベルの出力を発するものである。AND１はア
ンドゲートで、アンドゲートAND２の出力がハ
イレベルで、設定温度比較回路１０のラツチ回路
RCの出力がハイレベルである時、駆動回路１１
の駆動信号DVを開閉素子TRへ伝えるものであ
る。

次に、この実施例構成の動作を説明する。

先づ、デイーゼルエンジンは既に始動している
状態においては通常予熱栓GPは開閉素子TRよ
り電流が供給されていないので、予熱栓GPの抵
抗値（温度）は低いから、設定温度比較回路１０
ではe_t＜e_sと判定され、ラツチ回路RCの出力は
ハイレベルである。一方、図示しないスタータス
イツチからの起動信号の入力で開閉素子駆動回路
１１からは駆動信号DVが発生している。しか
し、アンドゲートAND２の出力がハイレベルに
ならないと、アンドゲートAND１が開かないた
め、駆動信号DVは開閉素子TRへ伝えられず、
予熱栓GPの通電がなされない。アンドゲート
AND２は５つの検出装置１２〜１６が接続され
ており、これらの検出装置１２〜１６を分類する
と、エンジンの燃焼室の圧力を検出する圧力検出
装置１２は実際のエンジンの燃焼状態を、エンジ
ンの冷却水温の温度を検出する水温検出装置１４
は間接的にエンジンの温度状態を、外気温を検出
する外気温検出装置１５は環境条件を、エンジン
の負荷を検出する負荷検出装置１３及びエンジン
の回転数を検出する回転数検出装置１６はエンジ
ンの運転状態を検出するものである。そして、ア
ンドゲートAND２の出力がハイレベルになる条
件は圧力検出装置１２が燃焼状態良好としてハイ
レベル出力を発し、負荷検出装置１３が1/4Load
以下であるとしてハイレベル出力を発し、水温検
出装置１４が水温が50℃以下であるとしてハイレ
ベル出力を発し、大気検出装置１５が大気温が５
℃以下であるとしてハイレベル出力を発し、回転
数検出装置１６がエンジン回転数がアイドル〜
1200r.p.mであるとしてハイレベル出力を発した
場合である。

ここで、アンドゲートAND２の出力がハイレ
ベルとなると、設定温度比較回路１０のラツチ出
力もハイレベルであるので、アンドゲートAND
１が開き、駆動回路１１の駆動信号DVが開閉素
子TRに送られ、開閉素子TRがオン／オフ（断
続）駆動される。開閉素子TRがオンしている間
（オン期間ａ）には、電源Ｅの電流が予熱栓GPに
供給される。この時ダイオードDDの出力端は電
源Ｅの電圧が付与されているので、定電流回路
CCからは予熱栓GPへ電流が流れない。一方、開
閉素子TRがオフしている間（オフ期間ｂ）に
は、ダイオードDDの出力端に電圧が付与されて
いないので、定電流回路CCから一定電流が予熱
栓GPに与えられる。

従つて断続の一周期においては、開閉素子TR
のオン期間には、電源Ｅの電流が開閉素子TRを
介し予熱栓GPに供給され、開閉素子TRのオフ
期間には、定電流回路CCの電流が予熱栓GPに供
給されることになる。電源Ｅから電流により予熱
栓GPは発熱し、温度を上昇せしめるとともに予
熱栓GPの抵抗値も増加する。開閉素子TRのオ
フ期間には、定電流回路CCの供給される定電流
によつて予熱栓GPの電圧降下による電圧値e_tが
発生される。電圧値e_tの変化は抵抗値変化と比例
し、従つて電圧値e_tは温度変化を示しているとみ
なされる。この電圧値e_tは設定温度比較回路１０
に入力され、設定された電圧値e_sと比較器COM
１で比較される。この比較によつて、e_s＞e_t、即
ち予熱栓GPが設定予熱温度に達していないと検
出されると、比較器COM１はハイレベル出力を
発しているので、ラツチ回路RCの出力は反転せ
ず、アンドゲートAND１は開いたままとなるた
め、駆動信号DVはアンドゲートAND１から出
力される。逆に、予熱栓GPが設定予熱温度に達
すると、比較器COM１の比較結果はe_t≧e_sとな
り、比較器COM１からローレベルの出力が発生
し、ラツチ回路RCはローレベルをラツチし、従
つてラツチ出力はローレベルに反転するのでアン
ドゲートAND１は閉じ、駆動信号DVは開閉素
子TRへ与えられない。第２図に示す様に、オフ
期間の電圧値e_tは駆動信号DVの印加による予熱
栓GPの加熱により上昇していき、設定電圧値e_s
に達したことがオフ期間に検出されると、ラツチ
回路RCはローレベル出力を発し、第２図の駆動
信号DVの点線で示す様に駆動信号DVの出力が
禁止され、従つて開閉素子TRがオンにならず、
予熱栓GPには加熱のための電流は付与されない。
次の周期のオフ期間で、予熱栓GPの温度が設定
予熱温度以下となることが検知されると（即ち比
較結果としてe_t＜e_sが検出されると）、ラツチ回
路RCは反転してハイレベルを出力するので、開
閉素子駆動回路１１の駆動信号DVは次の次の周
期にはアンドゲートAND１から出力される。こ
のようにして、予熱栓GPは予定予熱温度まで加
熱制御され、しかも予定予熱温度に達するとこの
温度に保持制御される。このような構成では、温
度検出に定電流を用いているため、従来の電源Ｅ
の電流を用いるものに比し、正確に温度検出が出
来、しかも電圧検出用抵抗を設けていないので、
電源Ｅの電流を温度検出のために消費せず、特に
エンジン等の限られた電源しか有しない場合に有
効である。

設定温度比較回路１０のラツチ回路RCの出力
がハイレベルであつても、５つの検出装置１２〜
１６のいずれかがローレベルの出力となれば、ア
ンドゲートAND２の出力がローレベルとなり、
アンドゲートAND１が閉じ、駆動信号DVの開
閉素子TRへの伝達を阻止する。即ち、燃焼室内
の最大圧力が上昇すれば、圧力検出装置１２の出
力がローレベルとなり、燃焼状態は改善されてい
るので、予熱栓GPへの通電は必要なく、又、冷
却水温が上昇すれば、水温検出装置１４の出力が
ローレベルとなり、エンジンの温度が上昇してい
るので、予熱栓GPへの通電も必要なくなる。大
気温が低い場合には、エンジンの運転条件が高回
転、高負荷から低回転、低負荷に変つた場合、エ
ンジン温度が急激に低下する恐れがあるため、大
気温が所定温度（５℃）以下の場合を検出する大
気温検出装置１５が設けられ、この出力をアンド
ゲートAND２の一条件入力としている。又、全
回転数及び全負荷域で圧力検出装置１２を作動さ
せると、燃焼室の最大圧力変動巾が大きすぎ、良
否判定が難しくなるので、エンジンの運転状態と
してエンジン温度が低下し易い低回転（アイドル
〜1200r.p.m）域や低負荷（1/4Load）域で、圧
力検出装置１２の出力を有効とし、良否判定の精
度を高めるため、回転数検出装置１６や負荷検出
装置１５を設け、これらの出力をアンドゲート
AND２の条件入力としているものである。

以上詳細に説明したように、本考案によれば、
燃焼室に設けられた予熱栓への断続的な通電の継
続により該予熱栓を加熱するものにおいて、通電
断のインターバルに定電流回路からの出力電流を
予熱栓に供給しているので、予熱栓に断続的に加
熱用の電流を供給していてバツテリの端子電圧が
不安定になつていても、予熱栓の抵抗値を正確に
測定することができ、適確に予熱栓の加熱制御が
出来る。

また、本考案は、エンジンの燃焼条件が劣化し
た時のみ予熱栓による加熱制御を実行しているの
で、予熱栓への不要な通電が行われないから、バ
ツテリー電源の電力消耗が少なくなり、特に限ら
れた容量のバツテリーの保護に寄与することが大
きい。

そして、上記エンジンの燃焼条件の劣化をエン
ジンの燃焼室内圧力を基に判断しているので、燃
焼条件が劣化しているか否かの判断が正確に行な
える。

尚、本考案を一実施例により説明したが、本考
案は上述の実施例に限定されることなく、本考案
の主旨に従い種々の変形が可能であり、これらを
本考案の範囲から排除するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例ブロツク図、第２図
は第１図実施例の要部波形図、第３図は燃焼室の
圧力説明図、第４図は圧力センサの取付図を示
す。Ｅ……電源、TR……開閉素子、GP……予熱
栓、CC……定電流回路、１０……設定温度比較
回路、１１……駆動回路、１２……圧力検出装
置、１３……負荷検出装置、１４……水温検出装
置、１５……大気温検出装置、１６……回転数検
出装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

燃焼室に設けられた予熱栓への断続的な通電の
継続により該予熱栓を加熱するものにおいて、通
電断のインターバルに定電流回路からの出力電流
を予熱栓に流して測定した抵抗値により予熱栓へ
の断続通電状態を制御する制御回路を有するとと
もに燃焼時の最大圧力を検出し該最大圧力が所定
値以上の場合に上記予熱栓への通電を停止する手
段を有するデイーゼルエンジンの燃焼補助装置。