(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に設けられたグロープラグに対する制御を行うグロープラグの制御装置であって、
前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、前記気筒における筒内のすす堆積量を推定するすす堆積量推定手段と、
前記すす堆積量推定手段が推定した前記すす堆積量が所定値よりも大きい場合、前記内燃機関の停止後に、前記グロープラグを通電する制御を行うグロープラグ制御手段と、を備えることを特徴とするグロープラグの制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関における水温及び外気温の少なくともいずれかを取得する温度取得手段を更に備え、
前記グロープラグ制御手段は、前記すす堆積量推定手段が推定した前記すす堆積量が所定値よりも大きい場合において、前記温度取得手段が取得した温度が低い場合には高い場合よりも、前記グロープラグの通電時間を長くする請求項１に記載のグロープラグの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒に設けられたグロープラグに対する制御を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンの始動時における着火促進を図る目的などから、気筒に配設されたグロープラグが利用されている。例えば、特許文献１には、グロープラグの通電解除後にグロープラグの電極を利用して、燃焼により発生したイオンに流れる電流を検出する技術が記載されている。この技術では、グロープラグの通電によって電極部に付着・堆積したすすを焼き切ることにより、すすの影響を抑制することで、イオン電流による着火時期の検出精度向上を図っている。その他にも、本発明に関連する技術が特許文献２及び３に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８２１４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７８８号公報
【特許文献３】特開平１１−４４２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、筒内（例えばグロープラグの周辺など）に堆積するすす量は、運転条件などによって変化するものと考えられる。つまり、エンジン回転数や燃料噴射量などの違いにより、すす堆積量に差が生じるものと考えられる。しかしながら、上記した特許文献１乃至３には、このような運転条件の変化などを考慮に入れて、堆積したすすを除去することについての記載はない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転条件などを考慮して、グロープラグの周辺に堆積したすすを適切に除去することが可能なグロープラグの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、内燃機関の気筒に設けられたグロープラグに対する制御を行うグロープラグの制御装置は、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、前記気筒における筒内のすす堆積量を推定するすす堆積量推定手段と、前記すす堆積量推定手段が推定した前記すす堆積量が所定値よりも大きい場合、前記内燃機関の停止後に、前記グロープラグを通電する制御を行うグロープラグ制御手段と、を備える。
【０００７】
上記のグロープラグの制御装置は、内燃機関の気筒に設けられたグロープラグに対する制御を行うために好適に利用される。具体的には、すす堆積量推定手段は、内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、筒内（グロープラグの周辺など）のすす堆積量を推定し、グロープラグ制御手段は、推定されたすす堆積量が所定値よりも大きい場合に、グロープラグを通電する制御を行う。これにより、堆積しているすすを除去すべき状況において、適切にグロープラグに対する通電を行うことができる。よって、グロープラグの周辺に堆積しているすすを焼き切ることができ、適切にすすを除去することが可能となる。したがって、グロープラグの周辺にすすが堆積したことに起因する、グロープラグの先端温度低下による運転状態の悪化や、グロープラグの交換時における破損などを適切に防止することが可能となる。
また、グロープラグ制御手段は、内燃機関の運転中だけでなく、内燃機関の停止後においても、推定されたすす堆積量が所定値よりも大きい場合に、グロープラグを通電する制御を行うことができる。
【０００８】
上記のグロープラグの制御装置の一態様では、前記内燃機関における水温及び外気温の少なくともいずれかを取得する温度取得手段を更に備え、前記グロープラグ制御手段は、前記すす堆積量推定手段が推定した前記すす堆積量が所定値よりも大きい場合において、前記温度取得手段が取得した温度が低い場合には高い場合よりも、前記グロープラグの通電時間を長くする。
【０００９】
この態様では、グロープラグ制御手段は、水温及び／又は外気温が低いほど、グロープラグの通電時間を長くする。これにより、冷間時において、グロープラグの周辺に堆積しているすすを適切に除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１３】
（全体構成）
図１は、第１実施形態に係るグロープラグの制御装置が適用された車両５０の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００１４】
車両５０は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、エンジン（内燃機関）５と、排気通路９と、グロープラグ１１と、回転数センサ１５と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０と、を有する。エンジン５は、気筒６ａや吸気弁７や排気弁８や燃料噴射弁１０などを備えて構成され、例えばディーゼルエンジンなどに相当する。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒６ａのみを示しているが、実際にはエンジン５は複数の気筒６ａを有する。
【００１５】
吸気通路３には外部から導入された空気（新気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する空気の流量を調整する。吸気通路３を通過した空気は、エンジン５における燃焼室６ｂに供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁１０によって噴射された燃料が供給される。燃焼室６ｂ内では、このように供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド６ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。また、エンジン５には排気通路９が接続されており、燃焼によって生じた排気は排気通路９から排出される。
【００１６】
また、エンジン５の燃焼室６ｂには、吸気弁７と排気弁８が設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。排気弁８は、開閉することによって、排気通路９と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。
【００１７】
更に、エンジン５の気筒６ａには、エンジン５の始動時において着火を促進すること等が可能なグロープラグ１１（以下、単に「グロー」とも表記する。）が設けられている。グロープラグ１１は、図１中の破線矢印で示すように、ＥＣＵ２０から供給される制御信号により通電などが制御される。なお、グロープラグ１１は、複数の気筒６ａごとに配設される。
【００１８】
回転数センサ１５は、エンジン５の回転数（エンジン回転数）を検出可能に構成されている。回転数センサ１５は、図１中の破線矢印で示すように、検出したエンジン回転数に相当する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成される。ＥＣＵ２０は、車両５０内に設けられた各種センサから信号などを取得し、車両５０内の構成要素に対して制御を行う。第１実施形態では、ＥＣＵ２０は、主に、すす堆積量推定手段及びグロープラグ制御手段として機能して、グロープラグ１１に対する制御を行う。つまり、ＥＣＵ２０は、本発明におけるグロープラグの制御装置に相当する。なお、ＥＣＵ２０は車両５０における他の構成要素の制御も行うが、本実施形態と特に関係の無い部分については説明を省略する。
【００２０】
（グロープラグの制御方法）
次に、第１実施形態において、ＥＣＵ２０がグロープラグ１１に対して行う制御方法について説明する。
【００２１】
第１実施形態では、ＥＣＵ２０は、エンジン５の運転条件に基づいて、気筒６ａの筒内（例えばグロープラグ１１の周辺など）に堆積しているすす量を推定して、推定されたすす堆積量（以下、「推定すす堆積量」と呼ぶ。）が大きい場合にグロープラグ１１を通電する制御を行う。つまり、第１実施形態では、運転条件の違いによりすす堆積量に差が生じることを考慮に入れて推定すす堆積量を求め、当該推定すす堆積量に基づいて、堆積しているすすを除去するための制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて推定すす堆積量を求め、推定すす堆積量が所定値よりも大きい場合にグロープラグ１１に対して通電を行う。これにより、グロープラグ１１の周辺に堆積しているすすを焼き切ることができ、適切にすすを除去することが可能となる。
【００２２】
図２及び図３を参照して、グロープラグ１１の制御方法について具体的に説明する。
【００２３】
本実施形態では、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数及び燃料噴射量ごとに堆積されるすす量を表したマップ（以下、「すす堆積マップ」と呼ぶ。）を予め作成しておき、当該すす堆積マップを利用して推定すす堆積量を求める。具体的には、ＥＣＵ２０は、すす堆積マップを参照して現在のエンジン回転数及び燃料噴射量に対応するすす量を求め、求められたすす量を積算することによって推定すす堆積量を算出する。なお、すす堆積マップは、現在のエンジン回転数及び燃料噴射量によって、所定時間において堆積されるすす量（言い換えると単位時間当たりに堆積されるすす量）を示したマップに相当し、測定や解析などを予め行うことで作成される。
【００２４】
図２は、すす堆積マップの一例を示している。図２は、横方向にエンジン回転数を示し、縦方向に燃料噴射量を示している。図示のように、すす堆積マップでは、エンジン回転数及び燃料噴射量ごとに、堆積されるすす量が数値で示されている。これより、エンジン回転数が高く、燃料噴射量が多い場合に、堆積されるすす量が多いことが見て取れる。
【００２５】
図３は、推定すす堆積量の時間経過の一例を示している。図３は、横軸に時間を示し、縦軸に推定すす堆積量を示している。ここでは、運転条件の違いによる推定すす堆積量の違いを、グラフＡ１、Ａ２に例示している。これより、グラフＡ１のほうがグラフＡ２よりも、推定すす堆積量の増加度合いが大きいことがわかる、言い換えるとすすが堆積される速度が速いことがわかる。なお、グラフＡ１、Ａ２中の複数のドットは、それぞれの時点において、すす堆積マップより得られたすす量から算出された推定すす堆積量に相当する。前述したように、推定すす堆積量は、すす堆積マップを参照して現在のエンジン回転数及び燃料噴射量に対応するすす量を求め、当該すす量を積算することによって算出される。
【００２６】
更に、図３中の一点鎖線Ａ３は、推定すす堆積量に対する判定に用いる所定値（以下では、「規定値」と呼ぶ。）を示している。この規定値Ａ３は、グロープラグ１１に対して通電を行うことで、堆積しているすすを除去することが望ましいようなすす堆積量に相当し、予め設定される値である。ＥＣＵ２０は、推定すす堆積量が規定値Ａ３よりも大きい場合にはグロープラグ１１に対して通電を行い、推定すす堆積量が規定値Ａ３以下である場合にはグロープラグ１１に対して通電を行わない。つまり、ＥＣＵ２０は、推定すす堆積量が規定値Ａ３よりも大きい場合に、グロープラグ１１に対して通電を行うことによって、グロープラグ１１の周辺に堆積しているすすを焼き切る。
【００２７】
次に、図４を参照して、ＥＣＵ２０が実行するグロープラグ制御処理について説明する。図４は、第１実施形態に係るグロープラグ制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。
【００２８】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、現在のエンジン回転数及び燃料噴射量を取得する。具体的には、ＥＣＵ２０は、回転数センサ１５より現在のエンジン回転数を取得すると共に、燃料噴射弁１０に対して供給している制御信号より現在の燃料噴射量を取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。
【００２９】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、すす堆積マップを読み込む。具体的には、ＥＣＵ２０は、ＲＯＭなどに予め記憶されたすす堆積マップ（図２参照）を読み込む。次に、ＥＣＵ２０は、すす堆積マップを参照して、ステップＳ１０１で取得されたエンジン回転数及び燃料噴射量に対応するすす量を求める。つまり、現在のエンジン回転数及び燃料噴射量において堆積されるすす量を求める。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０３に進む。
【００３０】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２にてすす堆積マップより求められたすす量に基づいて、推定すす堆積量を算出する。具体的には、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で求められたすす量を積算することによって、推定すす堆積量を算出する。例えば、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で求められたすす量を、前回のステップＳ１０３の処理で算出された推定すす堆積量に対して加算することによって推定すす堆積量を算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０４に進む。
【００３１】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３で算出された推定すす堆積量が規定値以下か否かを判定する。つまり、ステップＳ１０４では、グロープラグ１１に対して通電を行うことで、堆積しているすすを除去すべき状況であるか否かを判定している。なお、ステップＳ１０４の判定で用いる規定値は、グロープラグ１１に対して通電を行うことで、堆積しているすすを除去することが望ましいようなすす堆積量に相当し、測定又は解析などによる結果に応じて予め設定される。
【００３２】
推定すす堆積量が規定値以下である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、すすを除去する必要はないと考えられる。そのため、ＥＣＵ２０は、グロープラグ１１に対して通電を行わない。
【００３３】
これに対して、推定すす堆積量が規定値よりも大きい場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０５に進む。この場合には、すすを除去すべき状況であると考えられる。よって、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、グロープラグ１１に対して通電を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、予め定められた所定時間、グロープラグ１１を通電する制御を行う。なお、通電を行う所定時間は、堆積しているすすを適切に焼き切るためにグロープラグ１１に対して通電すべき時間に基づいて設定される。例えば、所定時間は、測定又は解析などによる結果に応じて予め設定される。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００３４】
以上説明した第１実施形態によれば、堆積しているすすを除去すべき状況において、適切にグロープラグ１１に対する通電を行うことができる。よって、グロープラグ１１の周辺に堆積しているすすを焼き切ることができ、適切にすすを除去することが可能となる。したがって、グロープラグ１１の周辺にすすが堆積したことに起因する、グロープラグ１１の先端温度低下による運転状態の悪化や、グロープラグ１１の交換時における破損などを適切に防止することが可能となる。
【００３５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００３６】
第２実施形態では、グロープラグ１１に対して通電を行う際において、エンジン５における冷却水の温度（以下、単に「水温」と呼ぶ。）及び外気温のうちの少なくともいずれかに応じて、グロープラグ１１の通電時間を変化させる点で、第１実施形態と異なる。具体的には、第２実施形態では、水温及び外気温のうちの少なくともいずれかが低い場合に高い場合よりも、グロープラグ１１の通電時間を長くする。こうするのは、水温、外気温が低い場合には（言い換えると冷間時である場合には）、堆積しているすすを適切に焼き切るためにグロープラグ１１に対して通電すべき時間が比較的長くかかる傾向にあるからである。
【００３７】
（全体構成）
図５は、第２実施形態に係るグロープラグの制御装置が適用された車両５１の構成を示す概略図である。なお、図５では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。また、第１実施形態で示した車両５０（図１参照）と同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
車両５１は、回転数センサ１５の他に水温センサ１６及び外気温センサ１７を有し、ＥＣＵ２０の代わりにＥＣＵ２１を有する点で、前述した車両５０と異なる。水温センサ１６は、エンジン５などを冷却する冷却水の温度（水温）を検出し、検出した水温に相当する検出信号をＥＣＵ２１に供給する。外気温センサ１７は、車両５１における外気の温度を検出し、検出した外気温に相当する検出信号をＥＣＵ２１に供給する。
【００３９】
ＥＣＵ２１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを備えて構成される。ＥＣＵ２１は、車両５１内に設けられた各種センサから信号などを取得し、車両５１内の構成要素に対して制御を行う。第２実施形態では、ＥＣＵ２１は、主に、温度取得手段、すす堆積量推定手段、及びグロープラグ制御手段として機能して、グロープラグ１１に対する制御を行う。つまり、ＥＣＵ２１は、本発明におけるグロープラグの制御装置に相当する。なお、ＥＣＵ２１は車両５１における他の構成要素の制御も行うが、本実施形態と特に関係の無い部分については説明を省略する。
【００４０】
（グロープラグの制御方法）
次に、第２実施形態において、ＥＣＵ２１がグロープラグ１１に対して行う制御方法について説明する。第２実施形態では、ＥＣＵ２１は、水温及び外気温のうちの少なくともいずれかが低い場合に高い場合よりも、グロープラグ１１の通電時間を長くする。つまり、ＥＣＵ２１は、冷間ほどグロープラグ１１の通電時間を長くする。
【００４１】
図６は、水温ごとの通電時間の一例を示した図である。図６は、横軸にエンジン５の水温を示し、縦軸にグロープラグ１１の通電時間を示している。また、グラフ中の通電時間は、堆積しているすすを適切に焼き切るために、グロープラグ１１に対して通電すべき時間を概ね表している。図示のように、水温が低いほど、グロープラグ１１の通電時間が長くなることが見て取れる。こうなるのは、水温が低い場合には、グロープラグ１１に対する通電によって、堆積しているすすを焼き切るまでに要する時間が長くかかる傾向にあるからである。
【００４２】
図７は、第２実施形態に係るグロープラグ制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２１によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理は、前述した第１実施形態に係るグロープラグ制御処理（図４参照）におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２０５以降の処理について説明する。
【００４３】
ステップＳ２０５以降の処理は、推定すす堆積量が規定値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）に、即ちすすを除去すべき状況であると判断された場合に、実行される。ステップＳ２０５では、ＥＣＵ２１は、エンジン５の水温及び外気温を取得する。具体的には、ＥＣＵ２１は、水温センサ１６より水温を取得すると共に、外気温センサ１７より外気温を取得する。そして、処理はステップＳ２０６に進む。
【００４４】
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ２１は、ステップＳ２０５で取得された温度が所定温度以下であるか否かを判定する。ここでは、水温及び外気温の少なくともいずれかに基づいて、冷間時であるか否かを判定している。例えば、ＥＣＵ２１は、水温が第１の所定温度以下である場合、及び／又は外気温が第２の所定温度以下である場合に、冷間時であると判定する。
【００４５】
取得された温度が所定温度より高い場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０７に進む。この場合には、冷間時ではないと言える。よって、ステップＳ２０７では、ＥＣＵ２１は、予め定められた所定時間、グロープラグ１１を通電する制御を行う。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００４６】
これに対して、取得された温度が所定温度以下である場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０８に進む。この場合には、冷間時であると言える。よって、ステップＳ２０８では、ＥＣＵ２１は、「所定時間＋α」の時間、グロープラグ１１を通電する制御を行う。つまり、上記のステップＳ２０７における通電時間よりも長い時間、グロープラグ１１を通電する制御を行う。なお、通電時間を長くする時間「α」は、冷間時において、堆積しているすすを適切に焼き切るためにグロープラグ１１に対して通電すべき時間に基づいて設定される。例えば、時間「α」は、測定又は解析などによる結果に応じて予め設定される。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００４７】
このように第２実施形態では、冷間時においてグロープラグ１１の通電時間を長くすることができる。したがって、第２実施形態によれば、冷間時においても、グロープラグ１１の周辺に堆積しているすすを適切に除去することが可能となる。
【００４８】
なお、上記したグロープラグ制御処理では、取得された温度が所定温度以下であるか否かに応じて、グロープラグ１１の通電時間を「所定時間」及び「所定時間＋α」のうちのいずれかに設定する例を示したが、これに限定はされない。つまり、冷間時であるか否かの判定結果に応じて、２種類の通電時間を切り替えることに限定はされない。他の例では、水温及び外気温の少なくともいずれかに応じて、３種類以上の通電時間を切り替えたり、通電時間を連続的に変化させたりすることができる。例えば、水温、外気温ごとにグロープラグ１１の通電時間をマップなどに設定しておき、取得された水温、外気温に応じた通電時間をマップより得て、グロープラグ１１を通電する制御を行うことができる。
【００４９】
［変形例］
上記では、エンジン５の運転中に、グロープラグ１１を通電する制御を行う実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、エンジン５の運転中、及びエンジン５の停止後の少なくともいずれかにおいて、前述したようなグロープラグ１１を通電する制御を行うことができる。つまり、エンジン５の運転中だけでなく、エンジン５の停止後においても、推定すす堆積量が規定値よりも大きい場合に、グロープラグ１１の周辺に堆積しているすすを除去するために、グロープラグ１１を通電する制御を行うことができる。エンジン５の停止後に通電を行う場合には、エンジン５の運転中においてエンジン回転数及び燃料噴射量より求められた推定すす堆積量に基づいて、グロープラグ１１を通電する制御を行う。
【００５０】
また、本発明は、ディーゼルエンジンへの適用に限定はされず、ガソリンエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１実施形態に係るグロープラグの制御装置が適用された車両の概略構成図を示す。
【図２】すす堆積マップの一例を示す。
【図３】推定すす堆積量の時間経過の一例を示す。
【図４】第１実施形態に係るグロープラグ制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係るグロープラグの制御装置が適用された車両の概略構成図を示す。
【図６】水温ごとの通電時間の一例を示す。
【図７】第２実施形態に係るグロープラグ制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
３  吸気通路
４  スロットルバルブ
５  エンジン
６ａ  気筒
１０  燃料噴射弁
１１  グロープラグ
１５  回転数センサ
１６  水温センサ
１７  外気温センサ
２０、２１  ＥＣＵ
５０、５１  車両
【図１】
0005050864.tif 000002
【図２】
0005050864.tif 000003
【図３】
0005050864.tif 000004
【図４】
0005050864.tif 000005
【図５】
0005050864.tif 000006
【図６】
0005050864.tif 000007
【図７】
0005050864.tif 000008