(57)【要約】【課題】グロープラグのグランド電圧の変動に応じてグロープラグへの印加電圧を補正し、グロープラグの温度を精度よく制御する。【解決手段】通電制御装置１００は、電源１１１からグロープラグ１への通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力部１０２と、電源１１１及びグロープラグ１間に配置され、ＰＷＭ信号により電源１１１及びグロープラグ１間の通電・非通電を切り替えるスイッチング部１０１とを備え、電源１１１からグロープラグ１に対する供給電力をデューティ比を用いてＰＷＭ制御する。通電制御装置１００は、電源１１１の電圧又は電源１１１及びグロープラグ１間が通電しているときのグロープラグ１の印加電圧と、電源１１１及びグロープラグ１間が非通電のときのグロープラグ１のグランド電圧とに基づいて、前記デューティ比を決定する。【選択図】      図２
2014025447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電源からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力部と、
前記電源及び前記グロープラグ間に配置され、前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記電源及び前記グロープラグ間の通電・非通電を切り替えるスイッチング部とを備え、
前記電源から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御装置であって、
前記電源の電圧又は前記電源及び前記グロープラグ間が通電しているときの前記グロープラグの印加電圧と、前記電源及び前記グロープラグ間が非通電のときの前記グロープラグのグランド電圧とに基づいて、前記デューティ比を決定するデューティ比決定部を備え、
前記通電信号出力部は、前記デューティ比決定部により決定されたデューティ比に基づくＰＷＭ信号を出力することを特徴とするグロープラグの通電制御装置。
【請求項２】
所定の電源からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号により前記電源及び前記グロープラグ間の通電・非通電を切り替え、前記電源から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御方法であって、
前記電源の電圧又は前記電源及び前記グロープラグ間が通電しているときの前記グロープラグの印加電圧と、前記電源及び前記グロープラグ間が非通電のときの前記グロープラグのグランド電圧とに基づいて前記デューティ比を決定し、当該決定されたデューティ比を用いてＰＷＭ制御することを特徴とするグロープラグの通電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動補助等に用いられるグロープラグの通電制御装置及びグロープラグの通電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの予熱や燃焼改善などには、ヒータ部材（例えば、シースヒータやセラミックヒータ）を有するグロープラグが一般に使用される。グロープラグは、エンジンに組み付けられ、所定の電源（バッテリ）から電圧が印加されることでヒータ部材が発熱する。
【０００３】
加えて、グロープラグへの通電（ヒータ部材の発熱）を制御する通電制御装置として、前記電源からグロープラグに対する通電の可否を決定する信号を出力するための通電信号出力部と、前記信号がゲートに入力された際に、電源及びグロープラグ間を通電させるＦＥＴとを備えたものが知られている。当該通電制御装置の動作について詳述すると、キースイッチがオン位置とされることによって、ヒータ部材の温度がエンジンを始動させるのに十分な第１目標温度に向けて上昇するように、通電信号出力部が通電を許可する信号をＦＥＴへと出力することで、電源からグロープラグに対して電力が供給される。そして、ヒータ部材の温度が第１目標温度に到達した後は、所定時間（例えば、１８０秒間）に亘って、ヒータ部材の温度が第２目標温度を維持するようにグロープラグへの通電が制御される。ここで、ヒータ部材の温度を維持する際に、通電信号出力部は、一周期における通電を許可する信号の幅（時間）、すなわち、デューティ比を変更した矩形波信号（ＰＷＭ信号）を出力することで、電源からグロープラグに対する電圧の印加時間を増減させる。これにより、グロープラグへの電力供給量が制御（ＰＷＭ制御）され、ひいてはヒータ部材の温度が第２目標温度に維持される。
【０００４】
ところで、前記デューティ比Ｄは、ヒータ部材を目標温度とするために必要な電圧（目標電圧）をＶT（Ｖ）とし、電源の出力電圧又はＦＥＴをオンとしたときのグロープラグへの印加電圧をＶO（Ｖ）としたとき、一般にＤ＝（ＶT／ＶO）2の式に基づいて求められる（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３２５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジンに組み付けられたグロープラグのグランド電圧は、通常、エンジンの電位と等しいものとなる。しかしながら、実際の車両においては、種々の装置などにより、エンジンに若干の電流が流れることがあり、グロープラグのグランド電圧が０Ｖとならないことがある。従って、上記式により算出されたデューティ比に基づいてＰＷＭ制御を行った場合には、グロープラグに対して実際に印加される実効電圧が、前記グランド電圧の変動分だけ、目標電圧よりも少ないものとなってしまう。その結果、グロープラグの適正な温度制御が困難なものとなってしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、グロープラグのグランド電圧に基づいてデューティ比を算出することで、グランド電圧の変動に応じてグロープラグに対する印加電圧を補正し、グロープラグの温度を精度よく制御することができる通電制御装置及び通電制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【０００９】
構成１．本構成のグロープラグの通電制御装置は、所定の電源からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力部と、
前記電源及び前記グロープラグ間に配置され、前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記電源及び前記グロープラグ間の通電・非通電を切り替えるスイッチング部とを備え、
前記電源から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御装置であって、
前記電源の電圧又は前記電源及び前記グロープラグ間が通電しているときの前記グロープラグの印加電圧と、前記電源及び前記グロープラグ間が非通電のときの前記グロープラグのグランド電圧とに基づいて、前記デューティ比を決定するデューティ比決定部を備え、
前記通電信号出力部は、前記デューティ比決定部により決定されたデューティ比に基づくＰＷＭ信号を出力することを特徴とする。
【００１０】
上記構成１によれば、グロープラグのグランド電圧に基づいて、デューティ比が算出されるように構成されている。従って、グランド電圧が変動した場合であっても、その変動分に対応するデューティ比を適切に算出することができ、ひいてはグロープラグに印加される実効電圧が目標電圧からずれてしまうことを効果的に抑制できる。その結果、グロープラグの温度を精度よく制御することができる。
【００１１】
構成２．本構成のグロープラグの通電制御方法は、所定の電源からグロープラグに対する通電可否を決定するためのＰＷＭ信号により前記電源及び前記グロープラグ間の通電・非通電を切り替え、前記電源から前記グロープラグに対する供給電力を、デューティ比を用いてＰＷＭ制御するグロープラグの通電制御方法であって、
前記電源の電圧又は前記電源及び前記グロープラグ間が通電しているときの前記グロープラグの印加電圧と、前記電源及び前記グロープラグ間が非通電のときの前記グロープラグのグランド電圧とに基づいて前記デューティ比を決定し、当該決定されたデューティ比を用いてＰＷＭ制御することを特徴とする。
【００１２】
上記構成２によれば、上記構成１と同様の作用効果が奏されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、グロープラグの構成を示す一部破断正面図であり、（ｂ）はグロープラグの先端部の拡大断面図である。
【図２】通電制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ＥＣＵにより取得されたグロープラグへの印加電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の通電制御装置１００によって通電制御されるグロープラグ１の構成について説明する。図１（ａ）は、グロープラグ１の構成を示す一部破断正面図であり、図１（ｂ）はグロープラグ１の先端部の拡大断面図である。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、グロープラグ１は、筒状のハウジング２と、当該ハウジング２に装着されたヒータ部材３とを備えている。
【００１６】
ハウジング２は、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有し、その外周面には、グロープラグ１を内燃機関（ディーゼルエンジン等）のエンジンヘッドに取付ける際に、エンジンヘッドの取付孔に螺合されるねじ部５と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部６とが形成されている。
【００１７】
ヒータ部材３は、所定の金属（例えば、ＦｅやＮｉを主成分とする金属等）からなる先端部が閉塞する筒状のチューブ７と、当該チューブ７内に設けられた発熱コイル８及び制御コイル９とを備えており、両コイル８，９への通電経路をなす中軸１０が接続されている。
【００１８】
発熱コイル８は、所定の電熱線が螺旋状に巻回されてなり、制御コイル９と直列的に接続されるとともに、その先端部がチューブ７の先端部に接合されている。
【００１９】
制御コイル９は、発熱コイル８及び中軸１０間に設けられており、発熱コイル８の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質（例えば、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする金属）からなる抵抗発熱線が螺旋状に巻回されることで構成されている。これにより、制御コイル９は、自身の発熱及び発熱コイル８からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル８に対する供給電力を制御する。詳述すると、通電初期においては発熱コイル８に対して比較的大きな電力が供給され、発熱コイル８の温度は急速に上昇する。すると、その発熱及び自身の発熱により制御コイル９が加熱され、制御コイル９の電気抵抗値が増大し、発熱コイル８への供給電力が減少する。これにより、ヒータ部材３の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル９の働きにより供給電力が抑制されて温度が飽和する形となる。つまり、制御コイル９の存在により、急速昇温性を高めつつ、発熱コイル８の過昇温（オーバーシュート）が生じにくくなるように構成されている。
【００２０】
中軸１０は、所定の導電性金属により形成されており、軸線ＣＬ１方向に沿って延びる棒状をなしている。また、中軸１０は、その先端部がチューブ７内に挿通されるとともに、制御コイル９の後端部に接合され、その後端部がハウジング２の後端から突出している。そして、ハウジング２の後端部においては、ゴム等からなるＯリング１３、樹脂等からなる絶縁ブッシュ１４、絶縁ブッシュ１４の脱落を防止するための押さえリング１５、及び、通電用のケーブルを接続するためのナット１６がこの順序で中軸１０に嵌め込まれた構造となっている。
【００２１】
さらに、チューブ７内には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を主成分とする絶縁粉末１１が封入されており、絶縁粉末１１が介在することにより、発熱コイル８及び制御コイル９の外周面とチューブ７の内周面とが絶縁された状態となっている。また、チューブ７の後端は、中軸１０との間で環状ゴム１２により封止されている。
【００２２】
加えて、チューブ７には、スウェージング加工等によって、その先端部に発熱コイル８等を収容する小径部７Ａが形成されるとともに、その後端部に自身の外径が小径部７Ａの外径よりも大きい大径部７Ｂが形成されている。そして、ヒータ部材３は、前記大径部７Ｂが、軸孔４のうち内径が比較的小さい小径部４Ａに圧入されることで、ハウジング２に固定されている。
【００２３】
次に、図２を参照して、電源１１１からグロープラグ１に対する通電を制御するための通電制御装置１００について説明する。尚、グロープラグ１は図示しないエンジン（エンジンヘッド）に組み付けられており、グロープラグ１のグランド電圧はエンジンの電位と等しいものとなっている。また、図２においては、説明の簡便化のため、グロープラグ１は１つのみ表記しているが、エンジンの複数気筒のそれぞれへとグロープラグ１を取付ける際には、各グロープラグ１のそれぞれに対して同様の回路構成が設けられる。
【００２４】
通電制御装置１００は、図２に示すように、スイッチング部１０１と、通電信号出力部１０２と、ＡＤコンバータ１０３と、デューティ比決定部１０４とを備えている。
【００２５】
スイッチング部１０１には、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０５と、当該ＦＥＴ１０５を駆動させるためのＦＥＴドライバ１０６とを備えている。ＦＥＴ１０５は、そのソースが所定値（例えば、１２Ｖ）の電圧ＶOを出力する電源（バッテリ）１１１に接続され、そのドレインがグロープラグ１に接続されている。さらに、ＦＥＴ１０５のゲートには、トランジスタや複数の抵抗（ともに図示せず）により構成された前記ＦＥＴドライバ１０６を介して、通電信号出力部１０２からの切替信号が入力されるようになっている。尚、本実施形態では、ＦＥＴ１０５として、Ｐチャネルのものが用いられている。
【００２６】
通電信号出力部１０２は、所定の電子制御装置（ＥＣＵ）１１０により構成されており、前記電源１１１からグロープラグ１への通電・非通電の切り替えを行うための切替信号を、前記スイッチング部１０１に対して出力する。
【００２７】
具体的には、通電信号出力部１０２は、電源１１１からグロープラグ１へと通電させる場合に、Ｈｉｇｈ信号（例えば、５Ｖ）をスイッチング部１０１に対して出力する。これにより、ＦＥＴ１０５へと所定の駆動電圧が印加されるため、ソース及びドレイン間の通電経路が形成されることとなり、電源１１１からグロープラグ１に対する通電が開始される。一方で、電源１１１からグロープラグ１への通電を停止、すなわち非通電とする場合に、通電信号出力部１０２は、Ｌｏｗ信号（例えば、０Ｖ）をスイッチング部１０１に出力する。これにより、ＦＥＴ１０５には駆動電圧が印加されず、ソース及びドレイン間の通電経路が閉鎖され、電源１１１からグロープラグ１に対する通電が停止される。このように、通電信号出力部１０２の出力信号（切替信号）とスイッチング部１０１の状態（通電又は非通電のいずれか）とは一対一に対応している。
【００２８】
また、通電信号出力部１０２は、一周期中におけるＨｉｇｈ信号の幅（時間）を変更可能となっている。そして、一周期中のＨｉｇｈ信号の幅を変更する〔いわゆるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う〕ことで、グロープラグ１への供給電力（実効電圧）を制御することができ、グロープラグ１（ヒータ部材３）の発熱温度を制御可能となっている。
【００２９】
尚、本実施形態では、エンジンの始動後において、所定の装置からエンジンに電流が流れることがあり、電源１１１及びグロープラグ１間を非通電とした（ＦＥＴ１０５をオフとした）ときであっても、エンジンには若干の電圧が印加され得る。すなわち、電源１１１及びグロープラグ１間を非通電としたときのグロープラグ１のグランド電圧は、必ずしも０Ｖとはならず、０Ｖ超のプラス電圧となることがある。
【００３０】
ＡＤコンバータ１０３は、ＦＥＴ１０５及びグロープラグ１間の通電経路に対して通電経路１０７を介して電気的に接続されており、入力された電圧をデジタル変換するものである。ＡＤコンバータ１０３には、グロープラグ１への印加電圧が入力されており、ＡＤコンバータ１０３は、当該電圧をデジタル変換する。そして、デジタル変換された電圧値は、ＥＣＵ１１０によって取得されるようになっている。尚、通電経路１０７に、図示しない複数の抵抗を設け、前記複数の抵抗により分圧されたグロープラグ１への印加電圧をＡＤコンバータ１０３に対して入力することとしてもよい。
【００３１】
デューティ比決定部１０４は、図３に示すように、それぞれＥＣＵ１１０が取得した、電源１１１及びグロープラグ１間が通電しているとき（ＦＥＴ１０５をオンとしたとき）のグロープラグ１に対する印加電圧ＶGXＨｉｇｈ（Ｖ）と、電源１１１及びグロープラグ１間を非通電としたとき（ＦＥＴ１０５をオフとしたとき）のグロープラグ１に対する印加電圧、すなわち、グロープラグ１のグランド電圧ＶGXＬｏｗ（Ｖ）とに基づいて、デューティ比Ｄを決定する。より詳しくは、グロープラグ１へと供給が必要な電圧（目標電圧）をＶT（Ｖ）としたとき、Ｄ＝｛ＶT／（ＶGXＨｉｇｈ−ＶGXＬｏｗ）｝2の式に基づいて、デューティ比Ｄを決定する。尚、本実施形態では、デューティ比Ｄを決定するために用いられるグランド電圧ＶGXＬｏｗとして、直前の周期において取得されたグランド電圧ＶGXＬｏｗが用いられる。そして、通電信号出力部１０２は、決定されたデューティ比Ｄに基づいて、ＰＷＭ制御を行う。
【００３２】
尚、電圧ＶGXＨｉｇｈとして、グロープラグ１に対する印加電圧に代えて、電源１１１の出力電圧ＶOを用いてもよい。また、ＥＣＵ１１０が、一周期中に、グロープラグ１への印加電圧を複数回（例えば、６０〜７０回程度）取得するように構成し、取得した電圧値の平均値を電圧ＶGXＨｉｇｈや電圧ＶGXＬｏｗとして用いてもよい。
【００３３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、グロープラグ１のグランド電圧ＶGXＬｏｗに基づいて、デューティ比Ｄが算出されるように構成されている。従って、グランド電圧ＶGXＬｏｗが変動した場合であっても、その変動分に対応するデューティ比Ｄを適切に算出することができ、ひいてはグロープラグ１に印加される実効電圧が目標電圧からずれてしまうことを効果的に抑制できる。その結果、グロープラグ１の温度を精度よく制御することができる。
【００３４】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００３５】
（ａ）上記実施形態におけるグロープラグ１の構成は例示であって、本発明を適用可能なグロープラグは、上記実施形態のグロープラグ１に限られるわけではない。従って、例えば、発熱コイル８に中軸１０を直接接触させ、制御コイル９を省略してもよい。また、ヒータ部材を、絶縁性セラミックからなる筒状の基体と、当該基体内に設けられるとともに、導電性セラミックにより形成され、中軸１１からの通電により発熱する発熱素子とにより構成し、本発明の技術思想を、いわゆるセラミックグロープラグに対して適用してもよい。さらに、ヒータ部材３の形状は特に限定されるものではなく、例えば、断面楕円形状や断面長円形状、断面多角形状であってもよい。加えて、ヒータ部材として、絶縁性の基体を板状に複数形成して、その間に発熱体を挟み込んだいわゆる板状ヒータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…グロープラグ、１００…通電制御装置、１０１…スイッチング部、１０２…通電信号出力部、１０４…デューティ比決定部、１１１…電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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