(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動が終了するまでは並列接続とされて通電され、始動終了後は切換リレーの付勢により直列接続とされた時のみ通電される複数のグロープラグ群と、
エンジン回転数センサと、
排気温センサと、始動中および排気温が設定温度より大である場合は前記切換リレーを消勢し、始動終了後において排気温が前記設定温度より小であり且つエンジン回転数が燃焼不良設定範囲にある場合は前記切換リレーを付勢するコントローラと
を具えたことを特徴とするグロープラグ通電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの予熱装置に使用されているグロープラグへの通電を、始動時のみならず運転時にも制御する、グロープラグ通電制御装置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、車両用のみならず船舶用のエンジンとして広く使用されている。船舶用に用いた場合、通称、マリンエンジンとも言われる。このようなディーゼルエンジンの始動を容易にするため、種々の予熱装置が考案され、実用に供されているが、最も一般的なものにグロープラグを用いたものがある。この予熱装置は、ディーゼルエンジンの燃焼室内にグロープラグを挿設しておき、燃料が燃焼しにくい始動時にグロープラグに通電する。通電してグロープラグを赤熱しておけば、スタータのクランキングによって噴射された燃料は、温められたグロープラグに当たり、燃焼し易くなり、始動が達成される。
【０００３】
グロープラグへの通電制御は、始動時のキースイッチの操作と関連させて行うようにされており、始動を終えれば、通常、グロープラグへの通電は停止される。しかし、始動を終えたからといって、常に燃焼し易くなっているとは限らない。周囲温度が低いため、吸気温度が低かったり、エンジン温度がなかなか上昇しなかったりすると、燃焼状態は良くならず、エンジン回転の上昇が速やかには行われない。また、燃焼し得なかった燃料が、青白煙となって排出されたり、排気管内への燃料ミストの付着，滞留といった問題を引き起こす。
そこで、始動を終えたからといって、直ちにグロープラグへの通電は停止せず、しばらくの間は通電し続けるように制御したものがある。
【０００４】
図５は、そのようなグロープラグ通電制御装置の第１の従来例である。これはスタータへの通電を終えた後、所定時間が経過するまでは通電するようにしたものである。図５において、１は車両バッテリ、２はリレー、２−１はリレー接点、２−２はリレーコイル、３はキースイッチ、４はスタータ、５はグロープラグ、６はタイマである。
【０００５】
キースイッチ３のＢ端子は、車両バッテリ１に接続されており、キースイッチ３に差し込んだキー（図示せず）を回動操作することにより、Ｃ端子，ＡＣＣ端子等に接続される。Ｒ１  端子，Ｒ２  端子は、一括接続されてグロープラグ５へ接続されている。タイマ６は、スタータ４がオフされた時点より所定時間を計時するためのタイマである。この所定時間は、燃焼が速やかに行われるようになるであろうと思われる時間を、実験等により割り出して定められる。タイマ６への動作電源は、ＡＣＣ端子より供給される。
【０００６】
キースイッチ３にキーを差し込んでから始動を開始するまでは、Ｒ１  端子よりグロープラグ５へ通電され予熱される。始動時は、Ｂ端子はＣ端子と接続されスタータ４に通電されるが、Ｒ２  端子にも接続され、グロープラグ５へ通電される。始動を終える時には、Ｃ端子よりスタータ４への通電が停止され、Ｒ２  端子からグロープラグ５への通電も停止される。
【０００７】
Ｃ端子よりの通電が停止されたことは、タイマ６へ伝えられる。すると、タイマ６は、リレー２のリレーコイル２−２を付勢してリレー接点２−１をオンすると共に、所定時間の計時を開始する。グロープラグ５は、今度はリレー接点２−１を通して通電される。所定時間が経過した時、タイマ６はリレーコイル２−２を消勢してリレー接点２−１をオフし、グロープラグ５への通電を断つ。
【０００８】
図６は、グロープラグ通電制御装置の第２の従来例である。これは、エンジン冷却水温が所定温度になるまでは、グロープラグに通電するようにしたものである。符号は図５のものに対応し、７はコントローラ、８はエンジン冷却水温センサ、９はドロッピングレジスタである。図５と同じ符号のものは、構成，動作も同様であるので、その説明は省略する。コントローラ７の動作電源は、ＡＣＣ端子より供給される。
【０００９】
コントローラ７は、エンジン冷却水温センサ８で検出されるエンジン冷却水温が設定値に達した時、リレーコイル２−２を消勢してリレー接点２−１をオフする。エンジン冷却水温が設定値に上昇するまでは、グロープラグに通電するので、周囲温度が低い場合には長時間通電することになる。長時間通電すると、グロープラグを損耗させたりバッテリが過放電を起すおそれがある。そこで、グロープラグへの印加電圧を低下させたり、流れる電流が大になるのを防止するために、ドロッピングレジスタ９が接続されている。
【００１０】
また、ディーゼルエンジンの始動時の予熱は、出来るだけ短時間に温度を上昇させ、始動が容易に出来る状態を実現しておき、その後はその温度を保っておくことが望ましい。そこで、最初はグロープラグを並列接続とし、大電流を流して急速加熱し、その後は直列接続に切り換えて保温のための小電流を流しておくものが提案されている。
そのようなグロープラグ通電制御装置に関する従来の文献としては、例えば、実開昭５４−６８０３９  号公報，実公昭６３−１６８６９  号公報等がある。
【００１１】
なお、実公昭６３−１６８６９  号公報に示されるグロープラグ通電制御装置では、種類の異なったグロープラグを組み合わせて使用している。即ち、１線式グロープラグと２線式グロープラグとを１組とし、両グロープラグを、キースイッチをＯＮした時点からグロープラグ印加電圧に応じて設定した所定時間経過時点までは並列接続とし、その後は直列接続として通電するようにしたものである。
【００１２】
図７は、１線式グロープラグと２線式グロープラグとを示す図である。図７（イ）が１線式グロープラグ、図２（ロ）が２線式グロープラグである。図７において、１３は１線式グロープラグ、１３−１は導線、１３−２は金属ケース、１３−３は絶縁物、１３−４はヒータ、１４はエンジン本体、１５は２線式グロープラグ、１５−１，１５−２は導線、１５−３は金属ケース、１５−４は絶縁物、１５−５はヒータである。
【００１３】
１線式グロープラグ１３は、１本の導線１３−１の先端にヒータ１３−４が接続され、ヒータ１３−４の他端は金属ケース１３−２に接続されている。２線式グロープラグ１５では、ヒータ１５−５が２本の導線１５−１，１５−２間に接続されており、一方の導線１５−２は、金属ケース１５−３の途中から引き出されている。その導線１５−２は、エンジン本体１４に接続される。
なお、船舶用に使用するディーゼルエンジンでは、２線式グロープラグの方を用いるように定められている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
（問題点）
燃焼不良状態は、始動時のみならず運転時にも生ずるが、前記した従来のグロープラグ通電制御装置は、▲１▼始動時およびその付近における燃焼不良状態を良好にすることのみを行うものであったり、▲２▼運転時に食い込んで燃焼不良状態に対処するにしても、或る特定の燃焼不良状態に対処するものであったり、必要とする部品の配設に難点がある等という問題点があった。
【００１５】
（問題点の説明）
運転時においても燃焼状態が悪くなることは、例えば、船舶にターボ過給機付ディーゼルエンジンを用い、圧縮比を小にしている場合等にしばしば生ずる。このようなエンジンで高出力を出そうとすると、高過給を行う必要があるが、そのためには圧縮比を小にしなければならない。しかし、圧縮比が小のエンジンでは、エンジン温度が上昇しても、低速・低負荷運転時には燃焼室温度はあまり上昇せず、青白煙や燃料ミストや異臭を発生する。なお、低速・低負荷運転時とは、言い換えればアイドル運転で微速航行している時のことである。
【００１６】
このような状態は、例えば、漁船が目的水域に着いてから操業等のために微速航行する場合等に生ずる。操業時間が長くなれば、アイドル運転が長時間行われることになる。車両と違って船舶では排気管を水冷していることが多いので、燃焼室温度の低下度合いも大であり、車両の場合よりも燃焼状態は悪くなる。
また、無負荷でアイドル運転をしている時（停泊時）にも、燃焼状態は悪くなる。
【００１７】
船舶の場合などは、青白煙が排出されたり、独特の異臭が周囲に放出されると、それによって乗員の気持ちを悪くさせてしまうことになるし、燃料ミストは海洋を汚染することにもなる。
【００１８】
ところで、実開昭５４−６８０３９  号公報，実公昭６３−１６８６９  号公報に示されるグロープラグを並列接続から直列接続に切り換える従来例や図５の従来例は、始動時およびその付近における燃焼状態を良好にしようとするものであり、運転時には何ら対処してはいない。例えば、図５の例では、タイマ６の設定時間が経過してしまえば、いくら周囲温度が低くてエンジンでの燃焼状態が悪くなったとしても、もはやグロープラグには通電されない。
【００１９】
図６の従来例では、必ずしも前記したような低速・低負荷運転時や無負荷アイドル運転時等に対処することは出来ないし、必要とする部品に関しても難点がある。即ち、運転時に入ってもエンジン冷却水温が設定値に上昇するまでは、グロープラグに通電するようにされているので、周囲温度が低い場合には長時間通電することになる。従って、ドロッピングレジスタ９としては、大型で且つ高熱に耐えるものとしなければならないとか、その設置場所としては、広くて熱に強い場所を確保しなければならない等といった難点があった。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のグロープラグ通電制御装置では、始動が終了するまでは並列接続とされて通電され、始動終了後は切換リレーの付勢により直列接続とされた時のみ通電される複数のグロープラグ群と、エンジン回転数センサと、排気温センサと、始動中および排気温が設定温度より大である場合は前記切換リレーを消勢し、始動終了後において排気温が前記設定温度より小であり且つエンジン回転数が燃焼不良設定範囲にある場合は前記切換リレーを付勢するコントローラとを具えることとした。
【００２１】
【作    用】
運転時においても、エンジン回転数センサや排気温センサからの検出信号を基に、コントローラにてエンジンが燃焼不良状態にあるか否かを判断する。そして、燃焼不良状態にあると判断された場合には、始動時に使用したグロープラグを２分割して直列接続にし、これに通電して燃焼室の温度を高める。
これにより、アイドル運転で微速航行していたり、無負荷でアイドル運転していたりしても、青白煙や燃焼ミストを排出することもなく、異臭を放つこともなくなる。
【００２２】
【実施例】
本発明では、始動時に通電するグロープラグに、運転時でもディーゼルエンジンの燃焼状態が良好でない場合には通電して、青白煙や燃料ミストの排出および異臭の放出を防止する。燃焼状態が良好でないことの検出は、エンジン回転数および排気温度を利用して行う。そして、運転時に通電する際には、グロープラグを複数の群に分けて直列接続に切り換え、グロープラグ個々への印加電圧や電流を、始動の際の並列接続時より減少させる。そうすると、ドロッピングレジスタを設ける必要はない。
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のグロープラグ通電制御装置を示す図である。符号は図６のものに対応し、５Ａ，５Ｂはグロープラグ、１０は切換リレー、１０−１は可動接点、１０−２はリレーコイル、Ｄ，Ｅは固定接点、１１はエンジン回転数センサ、１２は排気温センサ、１６はグロー表示ランプである。グロー表示ランプ１６は、グロープラグ５に通電されているか否かを表示するためのランプである。
【００２４】
切換リレー１０は、２つのグループに分けてあるグロープラグ５Ａ，５Ｂを、並列接続にしたり直列接続にしたりするためのリレーである。可動接点１０−１は、リレーコイル１０−２が消勢されている時は、実線の如く固定接点Ｄと接触し、グロープラグ５Ａ，５Ｂは並列接続とされる。リレーコイル１０−２が付勢されている時は、点線の如く固定接点Ｅと接触し、グロープラグ５Ａ，５Ｂは直列接続とされる。始動時は並列接続とされ、運転時に通電する時は直列接続とされる。
【００２５】
従って、切換リレー１０のリレーコイル１０−２は、コントローラ７からの信号により付勢されるが、始動時には付勢されないようにしておく。これを付勢したり消勢したりする制御は、運転時になってから行う。リレーコイル１０−２の消勢，付勢は、エンジン回転数センサ１１等からの検出信号等により決定する。
【００２６】
ここで、動作の概要を説明しておく（詳細な動作は、後で図３に従って説明する。）。
（１）始動時
図２は、始動時のキースイッチ接続図である。キースイッチ３が「予熱」位置にある時には、車両バッテリ１に接続されているＢ端子は、Ｒ１  端子と接続されている。Ｒ１  端子はグロープラグ５Ａ，５Ｂに接続されているから、車両バッテリ１から並列接続されているグロープラグ５Ａ，５Ｂに通電される。
【００２７】
次に、キースイッチ３は「ＯＦＦ」位置，「ＯＮ」位置を通って「始動」の位置へ回動される。そこでは、Ｂ端子はＲ２  端子，Ｃ端子，ＡＣＣ端子と接続される。Ｒ２  端子はＲ１  端子と一括してグロープラグ５Ａ，５Ｂに接続されているから、グロープラグ５Ａ，５Ｂには通電される。Ｃ端子からスタータ４へ電流が流れ、始動がなされる。同時にＣ端子からコントローラ７へも電流が流れ、始動中であることを知らせる。その知らせを受けている間、コントローラ７は切換リレー１０を消勢状態に保つ。つまり、並列接続に保つ。なお、「ＯＮ」位置，「始動」位置の時、コントローラ７への動作電源はＡＣＣ端子より供給される。
【００２８】
（２）運転時
キースイッチ３が運転時である「ＯＮ」位置に戻されると、Ｒ１  端子，Ｒ２  端子はＢ端子とは接続されなくなるから、グロープラグ５Ａ，５Ｂへの通電は停止される。一方、Ｃ端子からコントローラ７への電流がなくなるから、コントローラ７は、切換リレー１０を消勢状態に保つ動作を解除する。
その後は、エンジン回転数センサ１１や排気温センサ１２からの検出信号を、後に述べるような設定値と比較し、切換リレー１０を付勢したり消勢したりする制御を行う。付勢した場合には、グロープラグ５Ａとグロープラグ５Ｂとが直列接続され、Ｂ端子より切換リレー１０を通って通電される。それにより燃焼室の温度が上昇され、燃焼状態が改善される。
先にも述べたように、長時間通電する可能性のある運転時には、並列ではなく直列にして通電するので、図６の従来例で用いていたようなグロープラグ保護用のドロッピングレジスタは不用となる。
以上が、動作の概要である。
【００２９】
次に、排気温やエンジン回転数に関する設定値について説明する。
本発明では、排気温センサ１２は、エンジンの燃焼室の温度を間接的に検出するために用いている。排気温がこれ以上の温度であれば燃焼状態が良好と認められる温度Ｔ（例、３００℃）を、予め実験等により求めてコントローラ７に設定しておく。エンジン回転数センサ１１は、エンジン回転数が燃焼状態の悪いアイドル運転状態のものか、通常の走行状態なり航行状態のものかを判断するために用いている。
【００３０】
運転時において排気温が前記設定温度Ｔより大である場合は、エンジン回転数が小であっても燃焼状態は良好であると判断する。排気温が設定温度Ｔより大であれば、燃焼室の温度は高く、燃焼状態は良いからである。このような場合の具体例としては、船舶が高速で航行した後、停船したり微速航行している場合が挙げられる。エンジン回転数は小となってはいるが、排気温は設定温度Ｔより大となっている。
【００３１】
エンジン回転数センサ１１から検出される回転数を考慮に入れるのは、排気温が設定温度Ｔより小の場合である。排気温が設定温度Ｔより小であって、回転数が設定範囲（図４で説明する）の値である場合に、グロープラグに通電して燃焼室の温度を上げる。その場合、始動時と同様に並列接続のままで大きな電流を流したのでは、グロープラグの損耗が激しい（始動時には、短時間で所定温度に達せしめるため、大きな電流が流れるように設計してある）。そこで、それを防止するため、グロープラグを直列接続に切り換えて、個々のグロープラグへの印加電圧および電流を減少させる。
【００３２】
図４は、エンジン回転数と切換リレー１０の接点位置との関係を示す図である。グロープラグ５Ａ，５Ｂは、接点位置がＤとなっている時は並列接続であり、Ｅとなっている時は直列接続である。
たとえ排気温が設定温度Ｔより小であっても、エンジン回転数がこの値以上の回転数であれば、通常の走行状態なり航行状態となっていると判断されるところの回転数Ｎ４  （例、１１００ｒｐｍ）を、予め実験等により求めてコントローラ７に設定しておく。
【００３３】
また、アイドル回転数より少し小さい回転数Ｎ２  （例、４００ｒｐｍ）をコントローラ７に設定しておき、回転数Ｎ２  〜Ｎ４  までの間では、通常の走行状態でもなく燃焼状態も良くない状態であるから、グロープラグに通電して燃焼室の温度を上げてやる。アイドル回転数より少し小さい回転数Ｎ２  としたのは、アイドル回転数になってから発熱させるより、多少余裕を見て少し低い回転数から発熱させた方が良いからである。
また、アイドル状態（例、回転数５００ｒｐｍ）から微速航行のためマリンギヤをＯＮすると、一時的に回転数が低下（例、４５０ｒｐｍ）する場合があるので、前記Ｎ２  はアイドル回転数より低い値とした。
【００３４】
高い回転数から低下して来た場合は、前記回転数Ｎ４  より少し小さい回転数Ｎ３  （例、１０００ｒｐｍ）になってから直列接続に切り換えるように、回転数Ｎ３  をコントローラ７に設定しておく。また、その直列接続は、前記回転数Ｎ２  より小さい回転数Ｎ１  （例、３００ｒｐｍ）になった段階で、並列接続に切り換えるようにしておく。このようにヒステリシスを持たせておくのは、切換リレー１０のチャタリングを防止するためである。
【００３５】
前記回転数Ｎ２  より小さい回転数Ｎ１  まで低下すると、これはアイドル運転も保てず、もうすぐエンジンが停止するという状態となる。グロープラグへの通電を遮断しておかないと、エンジンが停止しても通電しっ放しになってしまう。そこで、回転数Ｎ１  で並列接続に切り換えることにより、通電を遮断しておく。
【００３６】
図３は、排気温が設定温度より低い場合の本発明の動作を説明するタイムチャートである。ｔ０  〜ｔ９  は、時間を表している。図３（イ）はキースイッチ３の回動位置を示し、図３（ロ）は切換リレー１０の可動接点１０−１の位置を示し、図３（ハ）はエンジン回転数の変化を示し、図３（ニ）はグロープラグの温度変化を示している。以下、時間の順を追って動作を説明する。
【００３７】
（１）ｔ０  〜ｔ１  
これは、始動前の予熱を行っている状態である。キースイッチ３がＨＥＡＴ（予熱）の位置（図１で言えばＲ１  端子の位置）にされ、並列接続とされているグロープラグ５Ａ，５Ｂに通電されているので、グロープラグ温度は急速に上昇している。始動が終わる時間ｔ３  までは、コントローラ７は切換リレー１０を消勢状態に保つから、切換リレー１０の可動接点１０−１は、接点Ｄにオンしたまま（並列接続のまま）である。
【００３８】
（２）ｔ１  〜ｔ３  
これは、スタータ４を駆動して始動を行う状態である。キースイッチ３が一時的に「ＯＦＦ」になるので、この時、グロープラグ温度は少し下がる。次に「ＯＮ」を通って始動位置である「ＳＴ」の位置にされると、スタータ４が駆動されクランキングがなされる。その間は、Ｒ２  端子より並列接続されているグロープラグ５Ａ，５Ｂに通電される。そのため、グロープラグ温度はまた上昇する。
【００３９】
（３）ｔ３  〜ｔ５  
首尾よく始動されると、キースイッチ３は、「ＳＴ」位置より「ＯＮ」位置に戻される。すると、Ｒ２  端子よりグロープラグ５Ａ，５Ｂへの通電は停止される。始動直後では、排気温はまだ設定温度Ｔ（例、３００℃）に達していないから、アイドル回転数より小さい設定回転数Ｎ２  になった時間ｔ４  で、コントローラ７は切換リレー１０を付勢する。可動接点１０−１は接点Ｅにオンとなり、グロープラグ５Ａ，５Ｂは直列接続とされ、通電される。
【００４０】
（４）ｔ5 〜ｔ6 
エンジン回転数が通常の航行をしていると判断される設定回転数Ｎ4 になると、コントローラ７は切換リレー１０を消勢する。グロープラグ５Ａ，５Ｂは、並列接続とされるが、どこからも通電はされないので、グロープラグ温度は低下してゆく。エンジン回転数が低下して来て設定回転数Ｎ3 になると、コントローラ７は切換リレー１０を付勢し、グロープラグ５Ａ，５Ｂを直列接続し、通電を開始する。
【００４１】
（５）ｔ７  
仮に時間ｔ７  でエンストを起こしたとすると、エンジン回転数は急激に０となるわけであるが、エンジン回転数センサ１１が設定回転数Ｎ１  まで低下したことを検出すると、コントローラ７は切換リレー１０を消勢する。切換リレー１０の可動接点１０−１は、接点Ｄにオンとなる。グロープラグ５Ａ，５Ｂは並列接続とされ、通電は停止される。
【００４２】
（６）ｔ８  〜ｔ９  
エンストせずに回転していて、再び設定回転数Ｎ４  まで上昇して来ると（時間ｔ８  ）、コントローラ７は切換リレー１０を消勢し、可動接点１０−１を接点Ｄにオンとし、グロープラグ５Ａ，５Ｂへの通電を停止する。グロープラグ温度は低下して行く。時間ｔ９  でキースイッチ３をＯＦＦにし、エンジン停止ボタン（図示せず）を作動させると、エンジンは停止する。
【００４３】
なお、前記した実施例では、グロープラグを２つの群に分けて直列接続するものを示したが、任意の複数の群に分けて直列接続するようにすることも、勿論可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のグロープラグ通電制御装置によれば、運転時においても、エンジン回転数センサや排気温センサからの検出信号を基に、コントローラにてエンジンが燃焼不良状態にあるか否かを判断し、燃焼不良状態にあると判断した場合には、始動時に使用したグロープラグを複数に分割して直列接続にし、これに通電して燃焼室の温度を高めるようにした。
そのため、アイドル運転で微速航行していたり、無負荷でアイドル運転していたりしても、青白煙や燃焼ミストを排出することもなく、異臭を放つこともなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグロープラグ通電制御装置を示す図
【図２】始動時のキースイッチ接続図
【図３】排気温が設定温度より低い場合の本発明の動作を説明するタイムチャート
【図４】エンジン回転数とリレー接点位置との関係を示す図
【図５】グロープラグ通電制御装置の第１の従来例を示す図
【図６】グロープラグ通電制御装置の第２の従来例を示す図
【図７】１線式グロープラグと２線式グロープラグとを示す図
【符号の説明】
１…車両バッテリ、２…リレー、２−１…リレー接点、２−２…リレーコイル、３…キースイッチ、４…スタータ、５，５Ａ，５Ｂ…グロープラグ、６…タイマ、７…コントローラ、８…エンジン冷却水温センサ、９…ドロッピングレジスタ、１０…切換リレー、１０−１…可動接点、１０−２…リレー接点、１１…エンジン回転数センサ、１２…排気温センサ、１３…１線式グロープラグ、１３−１…導線、１３−２…金属ケース、１３−３…絶縁物、１３−４…ヒータ、１４…エンジン本体、１５…２線式グロープラグ、１５−１，１５−２…導線、１５−３…金属ケース、１５−４…絶縁物、１５−５…ヒータ、１６…グロー表示ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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