(57)【要約】   グロープラグの温度特性や制御回路の温度特性のばらつきに影響されることなく、信頼性の高いグロープラグの故障診断を可能とする。   計測回路５２を介して得られたシャント抵抗器３の電圧を、ＧＣＵ１００内の温度に基づいて補正してシャント補正電圧とすると共に、シャント抵抗器３の所定の標準値をＧＣＵ１００の温度に基づいて補正してシャント補正抵抗値とし、シャント補正電圧をシャント補正抵抗値で除し、その除算結果をグロープラグ１の電流であるグロー電流とし、所定の閾値を超えている場合に、フロープラグ１の故障と判断するものとなっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グロープラグが、バッテリとグランドとの間に、通電制御用半導体素子及びシャント抵抗器と共に直列接続されて設けられる一方、前記グロープラグの通電制御を可能とするために前記通電制御用半導体素子の動作制御可能に構成されてなる演算制御部と、前記シャント抵抗器の電圧を前記演算制御部へ供給可能に構成されてなる計測回路とが、前記シャント抵抗器と共に同一の筐体内に設けられ、前記シャント抵抗器の両端の電圧が、前記演算制御部による前記グロープラグの電圧、電流の認識に供されるよう構成されてなるグロープラグ故障診断装置におけるグロープラグの故障診断方法であって、
前記計測回路を介して得られた前記シャント抵抗器の電圧を、前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正電圧とすると共に、前記シャント抵抗器の所定の標準値を前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正抵抗値とし、
前記シャント補正電圧を前記シャント補正抵抗値で除し、その除算結果を前記グロープラグの電流であるグロー電流とし、
前記グロー電流が所定の閾値を越える場合に、前記グロープラグの故障と判断することを特徴とするグロープラグの故障診断方法。
【請求項２】
前記シャント補正電圧は、シャント抵抗器の両端の電圧に所定の増幅・変換補正係数を乗じて求められ、前記所定の増幅・変換補正係数は、前記筐体内の温度を入力パラメータとして予め定められた関数により求められる一方、
前記シャント補正抵抗値は、前記筐体内の温度と前記標準温度との温度差と前記シャント抵抗器の温度係数との乗算値を、前記シャント抵抗器の標準温度における抵抗値に乗じ、その乗算結果を、前記シャント抵抗器の標準温度における抵抗値に、前記温度係数の正負に応じて加減算して求められたものであることを特徴とする請求項１記載のグロープラグの故障診断方法。
【請求項３】
グロープラグが、バッテリとグランドとの間に、通電制御用半導体素子及びシャント抵抗器と共に直列接続されて設けられる一方、前記グロープラグの通電制御を可能とするために前記通電制御用半導体素子の動作制御可能に構成されてなる演算制御部と、前記シャント抵抗器の電圧を前記演算制御部へ供給可能に構成されてなる計測回路とが、前記シャント抵抗器と共に同一の筐体内に設けられ、前記シャント抵抗器の両端の電圧が、前記演算制御部による前記グロープラグの電圧、電流の認識に供されるよう構成されてなるグロープラグ故障診断装置であって、
前記演算制御部は、
前記計測回路を介して得られた前記シャント抵抗器の電圧を、前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正電圧として算出すると共に、前記シャント抵抗器の所定の標準値を前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正抵抗値として算出し、
前記シャント補正電圧を前記シャント補正抵抗値で除し、その除算結果を前記グロープラグの電流であるグロー電流とし、
前記グロー電流が所定の閾値を越える場合に、前記グロープラグの故障と判断するよう構成されてなることを特徴とするグロープラグ故障診断装置。
【請求項４】
前記演算制御部は、前記筐体内の温度を入力パラメータとして予め定められた関数により増幅・変換補正係数を算出し、前記シャント抵抗器の両端の電圧に前記増幅・変換補正係数を乗じて前記シャント補正電圧を算出する一方、
前記筐体内の温度と前記標準温度との温度差と前記シャント抵抗器の温度係数との乗算値を算出し、当該乗算値を前記シャント抵抗器の標準温度における抵抗値に乗じ、その乗算結果を、前記シャント抵抗器の標準温度における抵抗値に、前記温度係数の正負に応じて加減算してシャント補正抵抗値を算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載のグロープラグ故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において用いられるグロープラグの故障診断方法及びグロープラグ故障診断装置に係り、特に、故障診断の信頼性、精度の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関に用いられるグロープラグの動作状態、特に、その温度はディーゼルエンジン等の始動性などに大きな影響を与えることがあるため、高い精度での温度制御が求められると共に、信頼性の高いグロープラグの故障診断が求められ、これに応えるべく、種々の制御方法、装置が提案、実用化されていることは良く知られている通りである（例えば、特許文献１等参照）。
かかるグロープラグ診断の基本的な手法としては、例えば、グロープラグの電流を検出し、その値が所定の閾値を超えている場合に故障と判断する手法が一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０８１２号公報（第７−１３頁、図１−図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来のグロープラグの故障診断は、次述するように必ずしも満足する信頼性が得難いという問題がある。
すなわち、上述の従来のグロープラグの故障判断は、グロープラグの電流が、グロープラグの故障と判断できる閾値を超えているか否かによって行われるものであるが、故障判断の基準となる閾値は、グロープラグ制御装置が用いられる温度範囲、例えば、−４０℃〜１０５℃を考慮して、試験結果やシミュレーション結果を基に好適な一つの値を設定して用いるものとなっている。【０００５】
ところが、上述のようにして定められた好適な閾値であっても、実際には、個々のグロープラグの温度特性や制御回路の温度特性ばらつきに十分対応できるものではなく、なかには故障判断の閾値が適切ではなく、誤診断となる場合も皆無ではない。【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、グロープラグの温度特性や制御回路の温度特性のばらつきに影響されることなく、信頼性の高いグロープラグの故障診断を可能とするグロープラグの故障診断方法及びグロープラグ故障診断装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るグロープラグの故障診断方法は、
グロープラグが、バッテリとグランドとの間に、通電制御用半導体素子及びシャント抵抗器と共に直列接続されて設けられる一方、前記グロープラグの通電制御を可能とするために前記通電制御用半導体素子の動作制御可能に構成されてなる演算制御部と、前記シャント抵抗器の電圧を前記演算制御部へ供給可能に構成されてなる計測回路とが、前記シャント抵抗器と共に同一の筐体内に設けられ、前記シャント抵抗器の両端の電圧が、前記演算制御部による前記グロープラグの電圧、電流の認識に供されるよう構成されてなるグロープラグ故障診断装置におけるグロープラグの故障診断方法であって、
前記計測回路を介して得られた前記シャント抵抗器の電圧を、前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正電圧とすると共に、前記シャント抵抗器の所定の標準値を前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正抵抗値とし、
前記シャント補正電圧を前記シャント補正抵抗値で除し、その除算結果を前記グロープラグの電流であるグロー電流とし、
前記グロー電流が所定の閾値を越える場合に、前記グロープラグの故障と判断するよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るグロープラグ故障診断装置は、
グロープラグが、バッテリとグランドとの間に、通電制御用半導体素子及びシャント抵抗器と共に直列接続されて設けられる一方、前記グロープラグの通電制御を可能とするために前記通電制御用半導体素子の動作制御可能に構成されてなる演算制御部と、前記シャント抵抗器の電圧を前記演算制御部へ供給可能に構成されてなる計測回路とが、前記シャント抵抗器と共に同一の筐体内に設けられ、前記シャント抵抗器の両端の電圧が、前記演算制御部による前記グロープラグの電圧、電流の認識に供されるよう構成されてなるグロープラグ故障診断装置であって、
前記演算制御部は、
前記計測回路を介して得られた前記シャント抵抗器の電圧を、前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正電圧として算出すると共に、前記シャント抵抗器の所定の標準値を前記筐体内の温度に基づいて補正してシャント補正抵抗値として算出し、
前記シャント補正電圧を前記シャント補正抵抗値で除し、その除算結果を前記グロープラグの電流であるグロー電流とし、
前記グロー電流が所定の閾値を越える場合に、前記グロープラグの故障と判断するよう構成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、グロープラグの駆動回路等が設けられた筐体内の温度に対応して補正されたグロー電流が得られるようにしたので、グロープラグの温度特性や制御回路の温度特性のばらつきに影響されることなく、信頼性の高いグロープラグの故障診断が可能となり、信頼性の高い装置を提供することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態におけるグロープラグ故障診断装置の構成例を示す構成図である。
【図２】図１に示されたグロープラグ故障診断装置において実行されるグロープラグ故障診断処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるグロープラグ故障診断装置は、グロープラグ駆動制御装置によって実現されるものとなっており、図１には、かかるグロープラグ駆動制御装置の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、本発明の実施の形態におけるグロープラグ故障診断装置を実現するグロープラグ駆動制御装置（以下「ＧＣＵ」と称する）１００について説明する。
本発明の実施の形態におけるＧＣＵ１００は、通電駆動回路５１と、計測回路５２と、演算制御部（図１においては「ＣＰＵ」と表記）５３とに大別されて構成されたものとなっている。なお、これら通電駆動回路５１、計測回路５２、及び、演算制御部５３は、適宜な筐体（図示せず）内に収納されるものとなっている。
【００１１】
通電駆動回路５１は、通電制御用半導体素子２と、シャント抵抗器３とを主たる構成要素として、グロープラグ１の通電制御が可能に構成されたものとなっている。
すなわち、まず、通電制御用半導体素子２は、例えば、ＭＯＳ  ＦＥＴなどが用いられ、そのドレインは、車両用バッテリ４の正極に、ソースは、シャント抵抗器３を介してグロープラグ１の正極側に接続され、グロープラグ１の負極側は、アースに接続されたものとなっている。また、通電制御用半導体素子２のゲートには、演算制御部５３からの制御信号が印加されるようになっており、通電制御用半導体素子２の導通、非導通が制御可能となっている。
【００１２】
一方、計測回路５２は、演算増幅器５と、アナログ・ディジタル変換器（図１においては「Ａ／Ｄ」と表記）６と、温度検出素子７とを主たる構成要素として、シャント抵抗器３における電圧降下がディジタル信号として演算制御部５３に供給可能に構成されたものとなっている。
すなわち、まず、演算増幅器５には、シャント抵抗器３の両端の電圧が入力されるようになっており、その入力電圧は、次段のアナログ・ディジタル変換器６の入力に適した電圧に増幅され、出力されるようになっている。そして、演算増幅器５の出力電圧は、アナログ・ディジタル変換器６によりディジタル値として演算制御部５３に入力されるようになっている。
【００１３】
温度検出素子７は、ＧＣＵ１００内（換言すれば、筐体内）の温度、換言すれば、シャント抵抗器３、演算増幅器５、アナログ・ディジタル変換器６等のＧＣＵ１００内の電子部品が晒されている雰囲気温度（周囲温度）を検出するため、ＧＣＵ１００内の適宜な位置に設けられているものである。かかる温度検出素子７としては、具体的には、例えば、ＮＴＣ(negative temperature coefficient)などが好適である。
この温度検出素子７の出力信号は、演算制御部５３に入力され、演算制御部５３においてディジタル信号に変換されて、演算制御部５３において実行される後述のグロープラグの故障診断処理に供されるようになっている。
【００１４】
演算制御部５３は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、先の通電制御用半導体素子２へ対する制御信号を出力するためのインターフェイス回路（図示せず）などを主たる構成要素として構成されたものとなっているものである。
【００１５】
ここで、本発明の実施の形態におけるグロープラグ１は、いわゆる閉ループ制御により駆動制御されるものとなっている。
具体的には、まず、演算制御部５３において、計測回路５２により入力されたシャント抵抗器３の電圧降下の大きさと、予め把握されているシャント抵抗器３の抵抗値とからシャント抵抗器３を流れる電流が、グロープラグ１を流れる電流として演算算出される。そして、グロープラグ１の実際の印加電圧を、上述の算出された電流値で除することでグロープラグ１の実際の抵抗値が求められる。
【００１６】
ここで、グロープラグ１の印加電圧は、車両用バッテリ４の電圧値から、通電制御用半導体素子２における電圧降下、シャント抵抗器３の電圧降下を減算したものとして求められる。通電制御用半導体素子２の電圧降下は、予め把握されて定数として設定されたものが用いられるようになっている。
【００１７】
演算制御部５３には、グロープラグ１の抵抗値とグロープラグ１の温度（グロープラグ温度）との相関関係が、例えば、抵抗・温度相関マップとして記憶されており、上述のようにして求められたグロープラグ１の抵抗値に対するグロープラグ温度がその抵抗・温度相関マップから求められる。
一方、演算制御部５３は、エンジン制御用の電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）２００からグロープラグ１の設定温度及びベースとなるグロープラグ１の印加電圧が指示されるようになっている。この設定温度は、エンジン制御用の電子制御ユニット２００において、エンジンの動作状況に応じて決定されるものである。また、ベースとなるグロープラグ印加電圧は、エンジン制御用の電子制御ユニット２００において、各グロープラグ設定温度及びエンジンの動作状況に応じて、予め把握されているグロープラグ１の電気的特性に基づいて設定された演算式やマップ等を用いて定められるようになっているものである。
【００１８】
演算制御部５３においては、エンジン制御用の電子制御ユニット２００から入力されたグロープラグ設定温度と、上述のようにして求められたグロープラグ温度との相関関係から、エンジン制御用の電子制御ユニット２００から入力されたべースとなるグロープラグ印加電圧に対する補正電圧が求められるようになっている。そして、ベースとなるグロープラグ印加電圧が補正電圧分だけ補正され、グロープラグ１の最終的な印加電圧とされる。
【００１９】
一方、演算制御部５３による通電制御用半導体素子２の駆動制御は、ＰＷＭ制御により行われるようになっており、演算制御部５３においては、グロープラグ１の印加電圧が、上述のようにして補正された所要の電圧となるように、通電制御用半導体素子２に印加されるＰＷＭ信号のデューティが演算処理により算出され、通電制御用半導体素子２へ印加されることで、その導通、非導通が制御されるようになっている。
【００２０】
次に、上述の演算制御部５３によって実行されるグロープラグの故障診断処理の手順について、図２に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、図２に示されたサブルーチンフローチャートは、演算制御部５３において従来同様実行されるグロープラグ１の通電駆動制御などと共に演算制御部５３において実行される種々のサブルーチン処理の一つとなっているものである。
【００２１】
しかして、演算制御部５３による処理が開始されると、最初に、シャント抵抗器３の両端子間の電圧（シャント電圧）の読み込みが行われる（図２のステップＳ１０２参照）。
すなわち、シャント抵抗器３の電圧が、演算増幅器５及びアナログ・ディジタル変換器６を介してディジタル値として演算制御部５３に取り込まれ、適宜な記憶領域に記憶、保持されることとなる。
【００２２】
次いで、ＧＣＵ１００内の温度（筐体内温度）の読み込みが行われる（図２のステップＳ１０４参照）。すなわち、温度検出素子７の出力信号が、演算制御部５３に取り込まれ、筐体内温度として適宜な記憶領域に記憶、保持されることとなる。
【００２３】
次いで、抵抗補正係数Ｋｒと増幅・変換補正係数Ｋｄの算出が行われる（図２のステップＳ１０６参照）。
ここで、抵抗補正係数Ｋｒは、筐体内温度変化を考慮したシャント抵抗器３の実抵抗値を後述するように演算算出する際に用いられる補正係数であり、増幅・変換補正係数Ｋｄは、筐体内温度変化を考慮したアナログ・ディジタル変換器６の正しい出力値を後述するように演算算出する際に用いられる補正係数である。特に、増幅・変換補正係数Ｋｄは、筐体内温度変化による演算増幅器５の出力信号の変動をも包含したものである。
【００２４】
本発明の実施の形態においては、グロープラグ１の実抵抗値を算出するために用いられるシャント抵抗器３の抵抗値や、演算増幅器５、アナログ・ディジタル変換器６の出力値が、その周囲の温度によって変化することに鑑みて、シャント抵抗器３の標準抵抗値、アナログ・ディジタル変換器６の出力値の標準値を、筐体内温度に対応して温度補正し、筐体内温度が考慮された、換言すれば、筐体内温度に対応したシャント抵抗器３の抵抗値及びアナログ・ディジタル変換器６の出力値を得、これをグロープラグ１の実抵抗値の算出に用いることで、従来に比して正確なグロープラグ１の実抵抗値の算出を可能としている。
【００２５】
筐体内温度を考慮したシャント抵抗器３の抵抗値（シャント補正抵抗値）Ｒｓは、温度変化に対する抵抗素子の一般的な特性に準じて、下記する式１により求めることができる。
【００２６】
Ｒｓ＝Ｒｃ（１±ＴＣＲ×ΔＴ）・・・式１
【００２７】
ここで、Ｒｃは、シャント抵抗器３の標準温度（例えば、２４℃）における抵抗値（標準抵抗値）である。また、ＴＣＲは、抵抗補正係数Ｋｒである。さらに、ΔＴは、上述の標準温度とステップＳ１０４で得られた筐体内温度との差である。またさらに、上記式１における符号±は、シャント抵抗器３の温度係数が負の温度係数か、正の温度係数かによって択一的に選択されるものである。
【００２８】
抵抗補正係数Ｋｒは、筐体内温度により変化するものであり、本発明の実施の形態においては、抵抗補正係数マップ、又は、抵抗補正係数算出式によって先のステップＳ１０４で取得された筐体内温度に対する抵抗補正係数Ｋｒが求められるようになっている。
すなわち、抵抗補正係数マップは、予め試験やシミュレーション結果に基づいて、種々の筐体内温度に対する抵抗補正係数Ｋｒが、筐体内温度を入力パラメータとして読み出し可能に構成されたものであり、演算制御部５３の適宜な記憶領域に予め記憶されたものとなっている。また、抵抗補正係数算出式は、抵抗補正係数マップ同様に、予め試験やシミュレーション結果に基づいて、筐体内温度を引数として、抵抗補正係数Ｋｒが算出できるよう設定された式である。
【００２９】
一方、筐体内温度を考慮したアナログ・ディジタル変換器６の出力信号は、演算増幅器５の筐体内温度変化に伴う増幅率や入出力オフセットの変化をも包含して、下記する式２により求めることができる。
なお、本発明の実施の形態においては、演算増幅器５とアナログ・ディジタル変換器６の双方を併せた増幅率は１に設定されている。したがって、下記の式２で得られる電圧値は、演算増幅器５とアナログ・ディジタル変換器６を介したシャント抵抗器３の両端の電圧となる。
【００３０】
ＶT＝ｆ（Ｔｕ）×Ｖｓ・・・式２
【００３１】
ここで、ＶTは、筐体内温度を考慮したアナログ・ディジタル変換器６のディジタル出力値に相当するアナログ電圧値(シャント補正電圧)である。また、Ｖｓは、ステップＳ１０２で読み込まれたシャント抵抗器３の両端の電圧である。
また、ｆ（Ｔｕ）は、先の増幅・変換補正係数Ｋｄを算出する増幅・変換補正係数算出式であり、Ｋｄ＝ｆ（Ｔｕ）と表されるものである。このｆ（Ｔｕ）は、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて設定されたもので、Ｔｕは、先のステップＳ１０４で得られた筐体内温度である。
すなわち、ｆ（Ｔｕ）は、筐体内温度の変化による演算増幅器５の特性変動をも含んだアナログ・ディジタル変換器６のディジタル出力値の変動が生じても、シャント抵抗器３の両端の電圧について、本来の正しい値が得られるよう筐体内温度を入力パラメータとして増幅・変換補正係数Ｋｄが定められるよう試験結果やシミュレーション結果に基づいて設定されたものである。
【００３２】
上述のようにして抵抗補正係数Ｋｒ、及び、増幅・変換補正係数Ｋｄが求められた後は、これら抵抗補正係数Ｋｒ、及び、増幅・変換補正係数Ｋｄを用いてシャント補正抵抗値、及び、シャント補正電圧の算出が行われる（図２のステップＳ１０８参照）。
すなわち、まず、シャント補正抵抗値Ｒｓは、先の式１により求められる。
次いで、シャント補正電圧ＶTは、先の式２によって求められる。
【００３３】
次に、グロープラグ１に流れる電流が算出される（図２のステップＳ１１０参照）。
すなわち、グロープラグ１を流れる電流（グロー電流）Ｉｇは、シャント抵抗器３を流れる電流でもあるので、下記する式３により求められる。
【００３４】
Ｉｇ＝ＶT／Ｒｓ・・・式３
【００３５】
ここで、ＶTは、ステップＳ１０８で得られたシャント補正電圧、Ｒｓは、ステップＳ１０８で得られたシャント補正抵抗値である。
次いで、ステップＳ１１２において、上述のグロー電流Ｉｇを基にグロープラグの故障判定が行われることとなる。
すなわち、グロー電流Ｉｇが所定の閾値Ｋを超えているか否かが判定され、所定の閾値を超えていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、正常であるとされ（図２のステップＳ１１４参照）、一連の処理が終了されて、図示されないメインルーチンへ戻り、グロープラグ１の通電制御が継続されることとなる。
【００３６】
一方、ステップＳ１１２においてグロー電流Ｉｇが所定の閾値Ｋを超えていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、グロープラグ１は故障と判定され（図２のステップＳ１１６参照）、図示されないメインルーチンへ戻り、従来同様、警報表示等の警報処理や、必要に応じてグロープラグ１への通電制御の停止等の処理が実行されることとなる。
【００３７】
なお、ステップＳ１１２における閾値Ｋは、従来同様、グロープラグ駆動制御装置１００が用いられる温度範囲、例えば、−４０℃〜１０５℃を考慮して、試験結果やシミュレーション結果を基に、最も好適な値として設定されたものである。
本発明の実施の形態においては、先に述べたようにグロー電流Ｉｇは、グロープラグ駆動制御装置１００の筐体温度に対応して補正されたシャント抵抗器３の両端の電圧ＶT及び抵抗値Ｒｓに基づいて求められたものであるため、従来と異なり、閾値Ｋ自体が、グロー電流Ｉｇの適否を判断する基準として適切で無くなるようなことが確実に回避され、ステップＳ１１２における判定は、従来と異なり、精度が高く、信頼性の高いものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
信頼性の高いグロープラグの故障診断が所望されるグロープラグを備えたエンジンを用いる車両などに適する。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2015093219.tif 000006
2015093219.tif 000007
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