JPH041474A - セラミックグロープラグの通電制御装置 - 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、ディーゼルエンジンの始動補助装置に関する
。

［従来の技術］ 第９図、第】０図に示すように、グロープラグ１００と
温度検出抵抗２００とスイッチング素子３００とを直列
接続し、素子３００の導通時における抵抗２００および
温度検出素子４００の各出力に基づき、グロープラグ１
００の温度の上限値１１０でスイッチング素子３００を
遮断し、温度検出素子４００により検出される温度に対
応した時間５００経過後にスイッチング素子３００を導
通する処理回路６００を備えるグロープラグの通電制御
装置が知られている（特開昭６１−２５９７１号公報）
。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記通電制御装置はつぎの様な欠点を有して
いる。

（ア）ランプ等がちらつく。また、昇温後の温度が数十
度変化する。

（イ〉各気筒ごとのグロープラグの温度を個々に制御で
きない。

（つ）スイッチング素子３００のオン・オフ時に高周波
のノイズが多く発生する。

（１）グロープラグ１００の耐久性が悪く、消費電力も
多い。

（オ）セラミックグロープラグを用い、急速昇温をさせ
るとクラックが発生する。

本発明の目的は上記欠点を解決したセラミックグロープ
ラグの通電制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明は以下の精成を採用し
た。

（１）バッテリーに、電気発熱体をセラミック焼結体に
埋設したセラミック発熱体を有するセラミックグロープ
ラグと、温度変化による抵抗値がほぼ一定である抵抗体
と、温度制御回路が出力する制御信号の入力により導通
する半導体スイッチ素子とを直列に電気接続し、前記半
導体スイッチ素子の導通時における前記抵抗体の両端の
電圧とグロープラグの両端の電圧との比が設定値になる
ように、前記制御信号のデユーティを制御するセラミッ
クグロープラグの通電制御装置において、前記制御信号
の周期を、１０ヘルツ以上１００ヘルツ以下とする。

（２）バッテリーに、電気発熱体をセラミック焼結体に
埋設したセラミック発熱体を有するセラミックグロープ
ラグと、温度変化による抵抗値がほぼ一定である抵抗体
と、温度制御回路が出力する制御信号の入力により導通
する半導体スイッチ素子とを直列に電気接続し、前記半
導体スイッチ素子の導通時における前記抵抗体の両端の
電圧とグロープラグの両端の電圧との比が設定値になる
ように前記制御信号のデユーティを温度制御回路で制御
する通電系統を各気筒毎に装着したグロープラグに見合
う数だけ用意し、各通電系統の前記制御信号の周期は１
０ヘルツ以上１００ヘルツ以下とし、各グロープラグへ
の通電を時分割とする。

（３）上記（１）または（２）の精成に加え、半導体ス
イッチの立上りおよび立下り時間を、０゜１ミリセカン
ド以上〜２ミリセカンド以下とする。

（４）上記〈１）または（２）または（３）の構成に加
え、セラミックグロープラグの温度を第１の設定温度に
維持するために要するグロープラグの消費電力が第１の
電力値以下になったら、上記維持温度を第１の設定温度
より低く設定した第２の設定温度に変更し、この第２の
設定温度状態で前記セラミックグロープラグの通電制御
を行い、維持温度を保つために要するグロープラグの消
費電力が第２の電力値以上になったらセラミックグロー
プラグの維持温度を再び第１の設定温度に戻すようにす
る。

（５）上記（１）または（２）才たは（３）または（４
）の構成に加え、セラミックグロープラグの急速昇温時
に制御信号のデユーティを制限する。

［作用および発明の効果］ 請求項１について 最初はセラミックグロープラグが冷えており、グロープ
ラグの両端の電圧と抵抗体の両端の電圧との比が所定値
になっていないので、デユーティが大きい制御信号を温
度制ｍ回路は送出する。グロープラグが昇温するとグロ
ープラグの抵抗値は上昇し、制御信号のデユーティは小
さくなる。

制御信号の周期が１０ヘルツ以上１００ヘルツ以下であ
り、セラミックグロープラグの熱時定数より十分小さい
。このため、制御温度幅が殆ど無くなる。なお、周期が
１０ヘルツ未満であるとバッテリー電圧が変動する。ま
た、１００ヘルツを越えるとスイッチングノイズが増大
する。

請求項２について 温度制御回路で制御する通電系統を各気筒毎に装着した
グロープラグに見合う数だけ用意している。このなめ、
各気筒のセラミックグロープラグの温度制御が個別にで
きる。

時分割でセラミックグロープラグに通電しているので短
時間に大電流が流れずバッテリーを痛め難い。

請求項３について 半導体スイッチの立上りおよび立下り時間を０１ミリセ
カンド以上２ミリセカンド以下としているのでスイッチ
ングノイズが少ない。０１ミリセカンドより早くすると
高周波ノイズが多くなる。

２ミリセカンドより遅くすると半導体スイッチに過大な
負担がかかる。

請求項４について セラミックグロープラグの耐久性の向上、および消費電
力の低減が図れる。

請求項５について セラミックグロープラグにクラックが発生することが防
止できる。

［実施例］ つぎに、本発明のセラミックグロープラグの通電制御装
置の第１実施例を第１図および第２図に基づき説明する
。

通電制御装置Ａは、バッテリー１に、セラミックグロー
プラグ２と、抵抗体３と、ＦＥＴ４とを直列に電気接続
してなる。また、ＦＥＴ４には温度制御回路５が接続さ
れている。

バッテリー１は電圧２４Ｖの鉛蓄電池である。

セラミックグロープラグ２は、電気発熱体である例えば
、タングステンコイル或いはタングステン合金コイルを
セラミック焼結体である窒化珪素質セラミックに埋設し
たセラミック発熱体を有し、急速昇温が可能なグロープ
ラグである。なお、熱時定数は３秒である６ 抵抗体３は、常温のグロープラグ２の抵抗値の約１０％
の抵抗値（０，１Ω〜０．２Ω）を有し、通電により温
度が上昇しても抵抗値がほぼ一定の抵抗である。

ＦＥＴ４はＭＯＳ形であり、ゲート４１には制御信号５
０が入力される。

温度制御回路５は、制御部５１とＦＥＴ駆動部５２とか
らなり、前記ＦＥＴ４の導通時における抵抗体３の両端
の電圧３１とグロープラグ２の両端の電圧２１との比が
設定値になるように前記制御信号５０のデユーティを制
御している。なお、制御信号５０の周期Ｔは３３Ｈｚで
一定である。

つぎに、通電制御装置Ａの作動を第２−ａ図および第２
−ｂ図とともに説明する。

第２〜ｂ図は制御信号５０のパルスオン時間のバッテリ
ー電圧特性を示しており、斜線領域内でパルスのオン時
間が変化する。

また、ＭＡＸ“ＯＮ”ラインはプラグに供給される電力
の最大値（一定）を決定しており、バッテリー電圧に依
存せず最大供給電力は一定値であつ。

第２−ａ図、昇温過渡期（ａ）においてＦＥＴ４には、
ＭＡＸ″ＯＮ“°ライン特性で決定されるデユーティ制
御信号５０が入力され、セラミックグロープラグ２は急
速昇温する。昇温時間は、バッテリー電圧に関係なく一
定時間となる。

温度維持時間（ｂ）においてＦＥＴ４には、プラグ抵抗
値が一定となるようなデユーティの制御信号５０が入力
され、グロープラグには所定温度２２（１１００℃）を
保つや 通電制御装置Ａは以下の効果を奏する。

スイッチング周期をグロープラグ２の熱時定数より十分
小さくしているので、急速昇温後、グロープラグ２の温
度は所定温度２２でほぼ一定となる。

ヘッドランプ、ルームランプ等にちらつきは認められず
、スイッチングノイズは極めて少ない。

つぎに、本発明のセラミックグロープラグの通電制御装
置の２実施例を第３図および第４図に基づき説明する。

通電制御装置Ｂは、温度制御回路５で制御する通電系統
を、各気筒（４気筒）に装着したセラミックグロープラ
グ２に見合う数である４系統用意し、時分割ユニット５
３により、第４図に示すように、各グロープラグ２への
通電を時分割にしている。なお、制御信号５０の周期Ｔ
は３３Ｈｚで一定である。

通電制御装置Ｂは以下の作用効果を奏する。

各気筒のセラミックグロープラグ２は通常、昇温特性の
ばらつきや装着した気筒の状態等のより各々、一定時間
経過後における温度は異なるものである。しかし、本実
施例では個々のグロープラグ２について温度制御を行っ
ているので、各気筒内の温度をぼぼ同一的に昇温させた
り、維持させたりすることができる。

通電制御装置Ａに比べ、ＦＥＴ４の負担が１／４に減少
する。

グロープラグ２の断線や異常が検知し易い。

つぎに、本発明のセラミックグロープラグの通電制御装
置の第３実施例を第５図および第６図に基づき説明する
。

本実施例では、温度制御回路５とＦＥＴ４との間に波形
整形回路５４を入れている。これにより、第６図の（ｄ
）に示す制御信号５０の波形を（ｅ）の様に整形して、
ＦＥＴ４の立上りおよび立下り時間を、各々１ｍｓにし
ている。

本構成の採用によりスイッチングノイズの発生が著しく
減少する。このため、自動車用ラジオ等に影響を与えた
り、温度制御回路５の誤作動を招いたりすることは無い
。

つぎに、本発明のセラミックグロープラグの通電制御装
置の第４実施例を第７図に基づき説明する。

本実施例では、温度制御回路（図示せず）の制御はつぎ
の様に行われる。

第７図に示すように、セラミックグロープラグ２の温度
を第１の設定温度２３に維持するために要するグロープ
ラグ２の消費電力が第１の電力値Ｗ１以下になったら、
上記維持温度を第１の設定温度２３より低く設定した第
２の設定温度２４に変更する。

この第２の設定温度状態でセラミックグロープラグ２の
通電制御を行い、維持温度を保つために要するグロープ
ラグ２の消費電力が第２の電力値Ｗ２以上になったらセ
ラミックグロープラグ２の維持温度を再び第１の設定温
度２３に戻す。

なお、グロープラグ２の消費電力の算出は、通電時間、
休止時間、バッテリー電圧に基づいて行つ。

本実施例の構成を採用すれば、セラミックグロープラグ
２は余裕をもって発熱し、耐久性が向上できる。また、
消費電力が低減できる。

つぎに、本発明のセラミックグロープラグの通電制御装
置の第５実施例を第２−ｂ図に基づき説明する。

本実施例では、セラミックグロープラグ２の昇温過渡時
にプラグに供給することができる電力の最大値をＭＡＸ
“ＯＮ“ライン特性に示すデユーティでバッテリ電圧に
依存せず一定にしてしかも３秒間で０℃から９００℃に
達する昇温スピードを越えないような電力にする構成を
採用しており、これにより、セラミック焼結体にクラッ
クが入ることはない。

本発明は、上記実施例以外につぎの実施態様を含む。

ａ。半導体スイッチ素子は、ＭＯ３形ＦＥＴ以外に、接
合形ＦＥＴ、接合形トランジスタ、サイリスタ等でも良
い。

ｂ、請求項３の構成で、半導体スイッチの立上りおよび
立下り時間は各々異なっていても良い６Ｃ１全請求項に
おいて、設定値はエンジンの運転状態に応じて変えるよ
うにしても良い。

６８本明細書において、電気発熱体をセラミック焼結体
に埋設したという表現は、電気発熱体がセラミック焼結
体の表面に露出している場合も含む。

ｅ、セラミックグロープラグの電気発熱体はモリブデン
、タンタル、導電性セラミック等の発熱体材料でも良く
、セラミック焼結体は窒化アルミニウム、サイアロン、
アルミナ等のセラミック材料でも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示す。 第１図は通電制御装置の簡略電気配線図、第２−ａ図お
よび第２−ｂ図は経過時間とグロープラグ温度との関係
およびある経過時間における制御信号の様子を示す説明
図である。 第３図および第４図は本発明の第２実施例を示す。 第３図は通電制御装置の簡略電気配線図、第４図は時分
割の状態を説明する説明図である。 第５図および第６図は本発明の第３実施例を示す。 第５図はその実施例を説明するための説明図、第６図は
制御信号が波形整形される様子を示す説明図である。 第７図は本発明の第４実施例を示し、経過時間における
、グロープラグの温度およびグロープラグ消費電力を示
すグラフである。 第８図、第９図は従来の通電制御装置の電気回路図およ
び作動説明図である。 図中　１・・・バッテリー　２・・・セラミックグロー
プラグ　３・・・抵抗体　４・・・ＦＥＴ　（半導体ス
イッチ素子）　２１．３１・・・電圧　２３・・・第１
の設定温度　２４・・・第２の設定温度　５０・・・制
御信号Ａ、Ｂ・・・通電制御装置　Ｗｌ・・・第１の電
力値　Ｗ２・・・第２の電力値

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）バッテリーに、電気発熱体をセラミック焼結体に埋
   設したセラミック発熱体を有するセラミックグロープラ
   グと、温度変化による抵抗値がほぼ一定である抵抗体と
   、温度制御回路が出力する制御信号の入力により導通す
   る半導体スイッチ素子とを直列に電気接続し、 前記半導体スイッチ素子の導通時における前記抵抗体の
   両端の電圧とグロープラグの両端の電圧との比が設定値
   になるように、前記制御信号のデューティを制御するセ
   ラミックグロープラグの通電制御装置において、 前記制御信号の周期を、１０ヘルツ以上１００ヘルツ以
   下としたことを特徴とするセラミックグロープラグの通
   電制御装置。 ２）バッテリーに、電気発熱体をセラミック焼結体に埋
   設したセラミック発熱体を有するセラミックグロープラ
   グと、温度変化による抵抗値がほぼ一定である抵抗体と
   、温度制御回路が出力する制御信号の入力により導通す
   る半導体スイッチ素子とを直列に電気接続し、 前記半導体スイッチ素子の導通時における前記抵抗体の
   両端の電圧とグロープラグの両端の電圧との比が設定値
   になるように前記制御信号のデューティを温度制御回路
   で制御する通電系統を各気筒毎に装着したグロープラグ
   に見合う数だけ用意し、 各通電系統の前記制御信号の周期は１０ヘルツ以上１０
   ０ヘルツ以下とし、 各グロープラグへの通電を時分割としたことを特徴とす
   るセラミックグロープラグの通電制御装置。 ３）前記半導体スイッチの立上りおよび立下り時間を、
   ０．１ミリセカンド以上〜２ミリセカンド以下としたこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミッ
   クグロープラグの通電制御装置。 ４）前記セラミックグロープラグの温度を第１の設定温
   度に維持するために要するグロープラグの消費電力が第
   １の電力値以下になったら、上記維持温度を第１の設定
   温度より低く設定した第２の設定温度に変更し、 この第２の設定温度状態で前記セラミックグロープラグ
   の通電制御を行い、維持温度を保つために要するグロー
   プラグの消費電力が第２の電力値以上になったらセラミ
   ックグロープラグの維持温度を再び第１の設定温度に戻
   す ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに
   記載のセラミックグロープラグの通電制御装置。 ５）前記セラミックグロープラグの急速昇温時に、前記
   制御信号のデューティを制限したことを特徴とする請求
   項１ないし請求項４のいずれかに記載のセラミックグロ
   ープラグの通電制御装置。