(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの始動前に吸気予熱装置に通電して該エンジンの燃焼室に供給される空気を予熱するプリヒートと、ディーゼルエンジンが始動した後に吸気予熱装置に通電して前記燃焼室に供給される吸気を予熱するアフタヒートとを行わせるディーゼルエンジン用吸気予熱装置の通電制御方法において、
前記吸気予熱装置に供給する駆動電流をオンオフする予熱装置駆動用スイッチと前記エンジンの冷却水の温度を検出する温度センサとを設けておき、
前記アフタヒートを開始する際に、前記予熱装置駆動用スイッチのオン動作回数の設定値を、前記冷却水の温度が高い場合ほど小さくするように、前記温度センサにより検出された冷却水の温度に応じて決定し、
前記アフタヒートを行う際には、前記温度センサによりエンジンの冷却水の温度が設定値以下であることが検出されているときに前記予熱装置駆動用スイッチを設定されたデューティ比でオンオフさせる動作を開始させて前記吸気予熱装置への通電を間欠的に行わせ、
前記吸気予熱装置への通電を開始した後、前記冷却水の温度が設定値を超えたことが検出された時、または前記予熱装置駆動用スイッチのオン動作回数が前記設定値に達した時に前記予熱装置駆動用スイッチをオフ状態に保持して吸気予熱装置への間欠通電を停止させることを特徴とするディーゼルエンジン用吸気予熱装置の通電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの吸気を予熱するために用いる吸気予熱装置の通電制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、燃料の圧縮に伴って生じる自己着火により点火される。従って、機関の温度が低いときにその始動性を良好にするためには、機関の始動操作を行う前に燃焼室に供給される吸気を予熱することが必要とされる。また最近では、機関の始動直後の回転数を安定にしたり、排気ガスの色を改善したりするために、機関が始動した後も吸気を予熱することが行われている。機関始動前の吸気の予熱をプリヒート、機関が始動した後の吸気の予熱をアフタヒートと呼ぶ。
【０００３】
プリヒート及びアフタヒートを行う吸気予熱装置としては、機関の燃焼室内に取り付けられるグロープラグ（電気ヒータを備えたプラグ）や、機関の吸気通路に取り付けられるエアヒータ（電気ヒータ）を用いるのが一般的である。
【０００４】
従来、プリヒートは、吸気予熱装置の電気ヒータに通電する時間（以下プリヒート時間と呼ぶ。）を機関の温度の如何に係わりなく一定とする方法か、または、機関の冷却水の温度を検出して、該プリヒート時間を冷却水の温度に応じて連続的に変化させる方法により行っていた。
【０００５】
またアフタヒートは、機関の冷却水の温度が一定値以下の場合にのみ行われるが、その際の通電時間は予め定められた一定の長さに固定されていた。
【０００６】
図５はプリヒート及びアフタヒートを行わせる場合に従来行われていた通電制御のタイムチャートを示したものである。同図（Ａ）はエンジン始動用モータ及び吸気予熱装置を含む電装品負荷への通電を制御するキースイッチの動作を示したもので、同図においてＯＦＦ，ＯＮ及びＳＴはそれぞれ、キースイッチの可動接点が、すべての負荷への通電を停止するオフ位置、始動用モータ以外の電装品負荷への通電を行うオン位置（機関の運転時の位置）、及び始動用モータへの通電とその他の電装品負荷への通電とを行う始動位置にあることを示している。また図５（Ｂ）は吸気予熱装置への通電の有無の表示を行う予熱表示ランプの動作を示し、同図（Ｃ）は吸気予熱装置の駆動回路に設けられて、吸気予熱装置に通電する際にオン状態にされる予熱装置駆動用スイッチの動作を示している。予熱装置駆動用スイッチとしてはリレーや半導体スイッチ等の電気的にオンオフ制御が可能なスイッチが用いられている。
【０００７】
図５に見られるように、吸気予熱装置の通電を制御する従来の制御方法においては、キースイッチが開かれているときに予熱装置駆動用スイッチがオフ状態にあり、吸気予熱装置への通電は遮断されている。このとき予熱表示ランプは消灯状態にあり、吸気の予熱が行われていないことを表示している。
【０００８】
キースイッチがオン位置（ＯＮ）に切り換えられると、予熱装置駆動用スイッチがオン状態にされて吸気予熱装置に通電され、プリヒートが開始される。このとき予熱表示ランプが点灯して、吸気予熱装置への通電（プリヒート）が行われていることを表示する。吸気予熱装置への通電時間が所定のプリヒート時間ｔp に達すると、予熱装置駆動用スイッチがオフ状態にされ、吸気予熱装置への通電が遮断されてプリヒートが停止させられるとともに、予熱表示ランプが消灯させられる。その後予熱表示ランプが消灯したことを確認した運転者がキースイッチを始動位置（ＳＴ）に切り換えると、始動用モータが駆動されると同時に、機関の始動を容易にするために吸気予熱装置への通電が再開される。始動用モータの回転により機関が始動すると、キースイッチがオン位置（ＯＮ）に戻されるが、吸気予熱装置への通電はそのまま継続される。キースイッチがオン位置（ＯＮ）に戻された時点からアフタヒートが開始され、キースイッチがオン位置に戻された時刻からの経過時間が、プリヒート時間ｔp よりも十分に長く設定されたアフタヒート時間ｔa に達した時に予熱装置駆動用スイッチがオフ状態にされる。これにより、吸気予熱装置への通電が遮断されるためアフタヒートが終了する。予熱表示ランプはプリヒートが終了した時刻以降は消灯状態に保持される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸気予熱装置の通電制御方法においては、予め定められた設定時間ｔa の間吸気予熱装置に一定の駆動電流を流し続けるようにしていたが、このような通電制御を行うと、吸気予熱装置のヒータの温度が必要以上に上昇するため、該ヒータの寿命が短くなるという問題があった。特に吸気予熱装置として、エンジンの燃焼室内の高温雰囲気に直接さらされるグロープラグを用いる場合には、アフタヒート時にその温度が著しく上昇するため、ヒータが早期に損傷する恐れがあった。
【００１０】
また吸気予熱装置として用いられているグロープラグ及びエアヒータのいずれも電気ヒータであるため、通電時には大電力を消費する。そのため、プリヒートよりもかなり長い時間行われるアフタヒートの間中吸気予熱装置に供給する駆動電流を一定に保持した場合には、予熱装置の電源であるバッテリにかかる負担が大きくなり、該バッテリの電圧が大きく低下することがあった。
【００１１】
また吸気予熱装置に通電してアフタヒートを行っている間は、機関に取り付けられた発電機から充電回路を通してバッテリに供給される充電電流が大きくなるため、該発電機が機関にとって大きな負荷となり、この負荷の増大が機関の出力の低下と燃費の低下とを招くという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、アフタヒートを行う際に吸気予熱装置に供給する駆動電流の平均値を小さくして、吸気予熱装置の温度が過度に上昇するのを防止するとともに、アフタヒート時に吸気予熱装置を駆動するバッテリ及び該バッテリを充電する発電機にかかる負担を軽減することができるようにしたディーゼルエンジン用吸気予熱装置の通電制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディーゼルエンジンの始動前に吸気予熱装置に通電して該エンジンの燃焼室に供給される空気を予熱するプリヒートと、ディーゼルエンジンが始動した後に吸気予熱装置に通電して燃焼室に供給される吸気を予熱するアフタヒートとを行わせるディーゼルエンジン用吸気予熱装置の通電制御方法に係わるものである。
【００１４】
本発明においては、吸気予熱装置に供給する駆動電流をオンオフする予熱装置駆動用スイッチと、エンジンの冷却水の温度を検出する温度センサとを設けておき、アフタヒートを開始する際に、予熱装置駆動用スイッチのオン動作回数の設定値を冷却水の温度が高い場合ほど小さくするように、温度センサにより検出された冷却水の温度に応じて決定する。そして、アフタヒートを行う際には、温度センサによりエンジンの冷却水の温度が設定値以下であることが検出されているときに予熱装置駆動用スイッチを設定されたデューティ比でオンオフさせる動作を開始させて電気ヒータへの通電を間欠的に行わせる。吸気予熱装置への通電を開始した後、冷却水の温度が設定値を超えたことが検出された時、または予熱装置駆動用スイッチのオン動作の回数が設定値に達した時に予熱装置駆動用スイッチをオフ状態に保持して吸気予熱装置への間欠通電を停止させる。
【００１５】
上記のように、アフタヒートを行わせる際に吸気予熱装置への通電を間欠的に行わせるようにすると、吸気予熱装置に流れる駆動電流の平均値が低くなるため、吸気予熱装置を駆動するバッテリ及び該バッテリを充電する発電機にかかる負担を軽減することができ、アフタヒートを行う際にバッテリの電圧が大幅に低下したり、機関の出力が低下したりするのを防ぐことができる。
【００１６】
また吸気予熱装置への通電を間欠的に行わせると、吸気予熱装置の電気ヒータの温度が過度に上昇するのを防ぐことができるため、吸気予熱装置の寿命が短くなるのを防ぐことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る通電制御方法を実施するために用いる通電制御装置の構成例を示したもので、同図において１は負極が接地されたバッテリ、２は可動接点２ａと、該可動接点が接触する固定接点２ｂ，２ｃ及び２ｄとを備えたキースイッチである。バッテリ１は内燃機関に取り付けられた図示しない磁石発電機の出力により充電回路を通して充電される。キースイッチ２の可動接点２ａは、キーにより操作されて、固定接点２ｂに接触するオフ位置（ＯＦＦ）と、固定接点２ｃに接触するオン位置（ＯＮ）と、固定接点２ｃに接触した状態を保って固定接点２ｄに接触する始動位置（ＳＴ）とに切換えられるようになっており、キースイッチ２の可動接点２ａはバッテリ１の正極端子に接続されている。キースイッチの固定接点２ｂは遊び接点となっており、固定接点２ｃはダイオードＤ1 を通してヘッドランプ等の電装品負荷３の非接地側の電源端子に接続されている。また固定接点２ｄはダイオードＤ2 のアノードに接続され、該ダイオードＤ2 のカソードと接地間に電磁リレー４の励磁コイル４ａが接続されている。電磁リレー４は励磁コイル４ａが励磁されたときに閉じる接点４Ａを有していて、該接点４Ａの一端がバッテリ１の正極端子に接続されている。接点４Ａの他端と接地間に始動用電動機５が接続され、該始動用電動機５と電磁リレー４とにより、エンジン始動装置６が構成されている。
【００１８】
キースイッチの固定接点２ｃにはまた、予熱表示ランプ７の一端と電磁リレー８の励磁コイル８ａの一端とが接続され、予熱表示ランプ７の他端はエミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 のコレクタに、また励磁コイル８ａの他端はエミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ2 のコレクタにそれぞれ接続されている。
【００１９】
電磁リレー８は励磁コイル８ａが励磁されたときに閉じる接点８Ａを有していて、該接点８Ａの一端はバッテリ１の正極端子に接続されている。接点８Ａの他端は吸気予熱装置９の電気ヒータ９ａの一端に接続され、該電気ヒータの他端は接地されている。この例では、電磁リレー８により、電気ヒータに供給する駆動電流をオンオフする予熱装置駆動用スイッチが構成されている。
【００２０】
一般に吸気予熱装置９としては、エンジンの燃焼室内に取り付けるグロープラグと、吸気通路に取り付けるエアヒータとが用いられているが、本発明はこれらいずれの吸気予熱装置が用いられる場合にも適用することができる。
【００２１】
図１の装置においてはまた、キースイッチ２がオン位置に切り換えられたときに可動接点２ａ及び固定接点２ｃとダイオードＤ1 とを通して電源端子１０ａにバッテリ電圧が与えられて動作する制御装置１０が設けられ、該制御装置１０からトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 のベースにベース電流が与えられるようになっている。
【００２２】
エンジンの冷却水の温度を検出するため、感温抵抗素子等を用いた温度センサ１１が設けられ、該温度センサ１１の検出出力が制御装置１０に入力されている。またキースイッチの可動接点が始動位置にあるか否かを検出するため、キースイッチ２の可動接点２ａ及び固定接点２ｄとダイオードＤ2 とを通して与えられるバッテリ電圧がキースイッチの状態検出信号として制御装置１０に入力されている。
【００２３】
図１の装置を用いて本発明を実施する場合には、制御装置１０によってトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 をオンオフ制御することにより、ディーゼルエンジンの始動前に吸気予熱装置９の電気ヒータ９ａに通電して該エンジンの燃焼室に供給される空気を予熱するプリヒートと、エンジンが始動した後に吸気予熱装置９の電気ヒータ９ａに通電して燃焼室に供給される吸気を予熱するアフタヒートとを行わせる。そして、アフタヒートを行う際には、温度センサ１１によりエンジンの冷却水の温度が設定値以下であることが検出されているときに予熱装置駆動用スイッチ（電磁リレー８）を設定されたデューティ比でオンオフさせて電気ヒータへの通電を間欠的に行わせる。電気ヒータへの通電を開始した後、冷却水の温度が設定値を超えたことが検出された時、または予熱装置駆動用スイッチ（電磁リレー８）のオン動作の回数ｎが設定値ｎs に達した時に予熱装置駆動用スイッチをオフ状態に保持して電気ヒータ９ａへの間欠通電を停止させる。
【００２４】
図２は本発明により吸気予熱装置９への通電を制御する場合の制御動作の一例を示すタイムチャートを図２に示した。図２に示した例の制御動作は下記の通りである。
【００２５】
時刻ｔ1 においてキースイッチ２がオン位置（ＯＮ）に切り換えられると、バッテリ１の電圧がダイオードＤ1 を通して制御装置１０の電源端子１０ａに与えられるため、該制御装置が動作を開始する。制御装置は先ず温度センサ１１により検出された冷却水温度からプリヒート時間ｔp を決定し、次いで、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 に決定されたプリヒート時間ｔp の間ベース電流を与える。これによりトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 を導通させる。トランジスタＴＲ1 の導通により予熱表示ランプ５を点灯させる。またトランジスタＴＲ2 の導通によりリレー８の励磁コイル８ａを励磁して該リレーの接点８Ａを閉じ、バッテリ１から接点８Ａを通して吸気予熱装置９の電気ヒータ９ａに通電することによりプリヒートを行わせる。制御装置１０は、キースイッチ２がオン位置に切り換えられた後、プリヒート時間ｔp が経過したときの時刻ｔ2 において、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 へのベース電流の供給を停止してこれらのトランジスタをオフ状態にする。トランジスタＴＲ1 をオフ状態にすることにより予熱表示ランプ７を消灯させる。またトランジスタＴＲ2 をオフ状態にすることによりリレー８の励磁コイル８ａを非励磁状態にして接点８Ａを開き、吸気予熱装置９への通電を停止させる。
【００２６】
運転者は、予熱表示ランプ７の消灯によりプリヒートが終了したことを確認し、キースイッチを操作して、時刻ｔ3 において該キースイッチの可動接点２ａを始動位置（ＳＴ）に切り換える。これにより、始動装置６の電磁リレー４の励磁コイル４ａを励磁して接点４Ａを閉じ、始動用電動機５に通電する。キースイッチの可動接点が始動位置に切り換えられた時にトランジスタＴＲ2 をオン状態にし、これによりリレー８の接点８Ａを閉じて吸気予熱装置９への通電を再開させる。この始動操作の際の吸気予熱装置への通電は、機関の始動を容易にするために行うものである。
【００２７】
始動用電動機５の回転により機関が始動したことが確認されると、キースイッチ２の可動接点がオン位置（ＯＮ）に戻される。制御装置１０は、キースイッチの可動接点がオン位置に戻されたときの時刻ｔ4 をアフタヒートの開始時刻として、該時刻ｔ4 から一定のオン時間ｔonを計測し、該オン時間が経過した時にトランジスタＴＲ2 をオフ状態にして吸気予熱装置９への通電を中断させる。トランジスタＴＲ2 がオフ状態になったときの時刻から一定のオフ時間ｔoff を計測し、該オフ時間ｔoff が計測されたときにトランジスタＴＲ2 をオン状態にする。以下同様にして、トランジスタＴＲ2 のオン動作とオフ動作とを交互に行わせることにより、予熱装置駆動用スイッチ（リレー８）を一定時間ｔonの間オン状態にするオン動作と一定時間ｔoff の間オフ状態にするオフ動作とを交互に行わせ、吸気予熱装置９への通電を所定の周期τ（＝ｔon＋ｔoff ）で間欠的に行わせる。この間トランジスタＴＲ2 のオン動作（予熱装置駆動用スイッチのオン動作）の回数ｎを計測し、該オン動作の回数ｎが設定値ｎs に達したときの時刻ｔ5 をアフタヒートの終了時刻とする。アフタヒートの終了時刻ｔ5 以降は、トランジスタＴＲ2 へのベース電流の供給を停止させて該トランジスタＴＲ2 をオフ状態に保持し、予熱装置駆動用スイッチをオフ状態に保持する。トランジスタＴＲ1 は、プリヒートが終了した時刻ｔ2 以降オフ状態に保持し、プリヒートが終了した後は予熱表示ランプ７を消灯状態に保持する。
【００２８】
上記の制御を行うに当っては、吸気予熱装置に設けられるヒータの温度を制限値以下に制限するように（過度に上昇させないように）、予熱駆動用スイッチのオンオフのデューティ比Ｄf ＝ｔon／（ｔon＋ｔoff ）を適当な値に設定し、機関の回転を安定させ、排気ガスの色を改善するために必要な吸気温度が得られるように、吸気予熱装置の電気ヒータの容量を考慮して、予熱駆動用スイッチのオン動作の回数ｎの設定値ｎs を、エンジンの冷却水温度に応じて適当な値に設定しておく。予熱駆動用スイッチのオン動作の回数の設定値ｎs は、アフタヒートを開始する前に温度センサ１１の検出出力に応じて決定しておくようにしてもよく、またアフタヒートを行っている途中で温度センサ９の検出出力に応じて適宜に変更するようにしてもよい。
【００２９】
なお吸気予熱装置に設けられる電気ヒータの温度の制限値は、吸気の予熱に必要な熱量を得ることと、該ヒータの寿命の延長を図ることとを考慮して適当な値に設定する。
【００３０】
アフタヒートを行っている間に、ある時刻で温度センサ１１によりエンジンの冷却水温度が設定値を超えたことが検出されたときには、その時刻以降トランジスタＴＲ2 をオフ状態に保持して吸気予熱装置への通電を停止させる。
【００３１】
図３は、プリヒート時間ｔp とエンジンの冷却水温度Ｔとの関係及び冷却水温度とアフタヒートとの関係の一例を示したもので、この例では、冷却水温度が−２０℃付近に設定された設定値Ｔ1 以下のときにプリヒート時間ｔp を最大値ｔpmaxに固定し、設定温度Ｔ1 から＋５℃付近に設定された設定温度Ｔ2 までの範囲でプリヒート時間ｔp を冷却水温度の上昇に伴って最大値ｔpmaxから最小値ｔpminまで連続的に短縮していく。設定温度Ｔ2 を超える範囲では、プリヒート時間ｔp をｔpminに固定する。
【００３２】
また図３に示した例では、機関が始動した際の冷却水温度が５０℃付近に設定された設定値Ｔ3 以下のときにアフタヒートを行わせ、機関が始動した時点で冷却水温度が設定値Ｔ3 を超えているときにはアフタヒートを行わせない。またアフタヒートを行っている途中で冷却水温度が設定値Ｔ3 を超えたときにも、アフタヒートを中止させる。
【００３３】
図２に示した例では、時刻ｔ4 でアフタヒートを開始させる際に、オン状態にあるトランジスタＴＲ2 をそのままオン状態にして、予熱装置駆動用スイッチ（リレー８）のオン状態からアフタヒートを開始させるようにしたが、図４に示したように、予熱駆動用スイッチのオフ状態からアフタヒートを開始させるようにしてもよい。図４に示したようにアフタヒートを行わせる場合には、アフタヒートの開始時刻ｔ4 でトランジスタＴＲ2 をオフ状態にし、一定のオフ時間ｔoff が経過した後に該トランジスタＴＲ2 をオン状態にする。トランジスタＴＲ2 がオン状態になった後所定のオン時間ｔonが経過したときに該トランジスタＴＲ2 をオフ状態にする。以下同様にして、トランジスタＴＲ2 のオン動作とオフ動作とを交互に行わせることにより、予熱装置駆動用スイッチ（リレー８）を一定時間ｔonの間オン状態にするオン動作と一定時間ｔoff の間オフ状態にするオフ動作とを交互に行わせ、吸気予熱装置９への通電を所定の周期τで間欠的に行わせる。
【００３４】
図２または図４に示したような制御動作を行う制御装置１０は、例えばマイクロコンピュータを用いることにより容易に実現することができる。
【００３５】
本発明を実施するに際して、予熱駆動用スイッチのオンオフのデューティ比Ｄf を一定値に固定してもよいが、エンジンの冷却水温度に応じて変化させる（吸気予熱装置への通電電流をＰＷＭ制御する）ようにしてもよい。
【００３６】
また上記の説明では、予熱駆動用スイッチのオン動作回数の設定値ｎs を、エンジンの冷却水温度に応じて決定するとしたが、該オン動作回数の設定値ｎs を決定するための条件として、更に他の条件、例えばエンジンの負荷状態を加えるようにしてもよい。例えば、エンジンの冷却水温度が同じ場合であっても、エンジンの負荷が重いときには予熱駆動用スイッチのオン動作回数の設定値を小さくするようにしてもよい。
【００３７】
本発明においては、上記のようにオン動作回数の設定値ｎs を冷却水温度に応じて決定するか、または冷却水温度とエンジンの負荷状態との双方に応じて決定するようにするのが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却水温度やエンジンの負荷状態の如何に係わりなく、予熱装置駆動用スイッチのオン動作回数の設定値を一定としてもよい。
【００３８】
上記の例では、予熱装置駆動用スイッチとしてリレー８を用いたが、該スイッチとして半導体スイッチを用いるようにしてもよいのはもちろんである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アフタヒートを行わせる際に吸気予熱装置への通電を間欠的に行わせるようにしたので、該電気ヒータに流れる駆動電流の平均値を低くして、吸気予熱装置を駆動するバッテリ及び該バッテリを充電する発電機にかかる負担を軽減することができ、アフタヒートを行う際にバッテリの電圧が大幅に低下したり、機関の出力が低下したりするのを防ぐことができる。
【００４０】
また本発明によれば、アフタヒートを行う際に吸気予熱装置への通電を間欠的に行わせるので、吸気予熱装置の電気ヒータの温度が過度に上昇するのを防いで吸気予熱装置の寿命が短くなるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するために用いる通電制御装置の構成を示した構成図である。
【図２】本発明の通電制御方法による場合の制御動作の一例を示したタイムチャートである。
【図３】エンジンの冷却水温度とプリヒート時間との関係及び冷却水温度とアフタヒートとの関係の一例を示した線図である。
【図４】本発明の通電制御方法による場合の制御動作の他の例を示したタイムチャートである。
【図５】従来の通電制御方法による場合の制御動作を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１  バッテリ
２  キースイッチ
８  電磁リレー（予熱装置駆動用スイッチ）
９  吸気予熱装置
１０  制御装置
１１  温度センサ
ＴＲ2 トランジスタ
【図１】
0003617572.tif 000002
【図２】
0003617572.tif 000003
【図３】
0003617572.tif 000004
【図４】
0003617572.tif 000005
【図５】
0003617572.tif 000006