JP5037465B2 - グロープラグ制御装置、制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの始動を補助するグロープラグの制御に関する。

従来、グロープラグの温度制御方法として、数学モデルを使用してグロープラグへの電力供給量を決定する技術（特許文献１）、あるいはヒータの抵抗値の変化量に応じた制御方式において予熱時の電力積算値を制限して過昇温を抑制する技術（特許文献２）が提案されている。

米国特許出願公開第２００５／８１８１２号明細書 特開２００４−４４５８０公報

しかし、数学モデルを使用する方式では、複雑な計算を必要とするとともに数学モデルと現実のダイナミクスとの間の忠実性の確保が困難で誤差要因が大きいという問題がある。一方、ヒータの抵抗値の変化量に応じた上述の制御方式においては、グロープラグごとの特性のばらつきに起因する過昇温を抑制することはできなかった。

本発明は、上述の従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、グロープラグへの発熱通電において、簡易な構成でグロープラグごとの特性のばらつきに起因する過昇温を抑制する技術を提供することを目的とする。

[適用例１]
複数のグロープラグに供給する電力を操作して、予め設定された目標温度を目標値として前記複数のグロープラグの温度を制御するグロープラグ制御装置であって、
前記複数のグロープラグの抵抗温度係数を格納する記憶部と、
前記複数のグロープラグの発熱通電前における各抵抗値である初期抵抗値を計測する抵抗値測定部と、
予め設定されたグロープラグの運用範囲内の温度において、前記初期抵抗値と、前記目標温度と、前記抵抗温度係数と、に応じて前記複数のグロープラグそれぞれの目標抵抗値を設定するとともに、前記設定された目標抵抗値を前記複数のグロープラグの各抵抗値の目標値として前記複数のグロープラグの各々に供給する電力を操作する供給電力操作部と、
を備え、
前記供給電力操作部は、前記運用範囲内の特定の温度を前記複数のグロープラグの発熱通電前における前記複数のグロープラグの共通の温度とみなし、
前記目標抵抗値は、前記初期抵抗値に対して前記目標温度と前記特定の温度の差に前記抵抗温度係数を乗じた値を加算することによって算出された値であるグロープラグ制御装置。

適用例１のグロープラグ制御装置は、運用範囲内の特定の温度を複数のグロープラグの発熱通電前における複数のグロープラグの共通の初期温度とみなすので、初期温度を推定するための計算処理を行うことなく簡易に複数のグロープラグの特性のばらつきに起因する過昇温を効果的に抑制することができる。この方法は、目標温度と初期温度の差に比較して、グロープラグの運用範囲内における初期温度の変動幅が極めて小さいことに着目して創作された実用性の高い方法である。

[適用例２]
適用例２のグロープラグ制御装置であって、
前記特定の温度は、前記運用範囲内の中心位置の温度であるグロープラグ制御装置。

適用例２のグロープラグ制御装置は、運用範囲内の中心位置の温度を特定の温度（初期温度とみなされる温度）としているので、運用範囲内において現実の初期温度と特定の温度の差を全体的に小さくすることができる。

なお、本発明は、グロープラグ制御装置だけでなく、グロープラグ制御方法、これらの方法を実行するコンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納する記録媒体及びプログラム製品といった種々の方法で実現することができる。

本発明によれば、グロープラグへの発熱通電において、簡易な構成でグロープラグごとの特性のばらつきに起因する過昇温を抑制することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例のグロープラグ制御装置の構成：
Ｂ．実施例のグロープラグ制御装置の制御内容：
Ｃ．変形例：

Ａ．実施例のグロープラグ制御装置の構成：
図１は、本発明の実施例におけるグロープラグ制御装置１００を有する制御系のブロック図を示す説明図である。この制御系は、グロープラグ制御装置１００と、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４と、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４を有する４気筒のディーゼルエンジン（図示せず）を制御するエンジン制御装置３００と、これらに直流電力を供給するバッテリ２１５とを備えている。

グロープラグ制御装置１００は、エンジン制御装置３００からの指令に応じて作動する。エンジン制御装置３００には、ディーゼルエンジン（図示せず）の状態を計測するセンサの一つとして冷却水温度を測定する温度センサ３２３が接続されている。

４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４は、エンジン（図示せず）の始動性を高めるために各気筒を加熱するデバイスである。この加熱は、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４へのバッテリ２１５からの電力供給に応じて行われる。この電力供給の制御は、グロープラグ制御装置１００によって行われる。

グロープラグ制御装置１００は、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４への電力供給を個別に制御することができる。４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の各々への電力供給は、各プラグの特性に適応して制御パラメータが調整される適応制御によって行われる。この制御内容の詳細については後述する。

グロープラグ制御装置１００は、４本の電力供給ライン１１１〜１１４と、ＦＥＴ１２１〜１２４と、制御回路１４０と、４個のセンサ１３１〜１３４とを備えている。４本の電力供給ライン１１１〜１１４は、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の各々に電力を供給する。ＦＥＴ１２１〜１２４は、電力供給ライン１１１〜１１４をオンオフ制御する。制御回路１４０は、４個のＦＥＴ１２１〜１２４を個別に制御する。センサ１３１〜１３４は、制御回路１４０の制御で使用される電力供給ライン１１１〜１１４の電圧と電流とを計測する。電圧は４個のグロープラグを個別に測定するようにしてもよい。

電力供給ライン１１１〜１１４は、電力分岐ライン２１７と共通ライン２１６とを介してバッテリ２１５に接続されている。制御回路１４０は、電力分岐ライン２３７とイグニッションスイッチＩＧと共通ライン２１６とを介してバッテリ２１５に接続されている。

制御回路１４０は、ＦＥＴ１２１〜１２４の各々に接続される複数の端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と、ＣＰＵ１４１と、各種のプログラムやデータを記憶しているＲＯＭ１４２やＲＡＭ１４３などを備えている。ＲＯＭ１４２は、書き込み可能なＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）を含むようにしても良い。

Ｂ．実施例のグロープラグ制御装置の制御内容：
図２は、本発明の実施例におけるグロープラグの電力供給制御の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１００では、グロープラグ制御装置１００は、ばらつき補正処理を実行する。ばらつき補正処理とは、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の特性のばらつきに起因する４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の温度のばらつきを抑制するための処理である。

図３は、本発明の実施例におけるばらつき補正処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、グロープラグ制御装置１００は、グロープラグ計測処理を実行する。グロープラグ計測処理とは、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の計測のための通電である計測通電時の電圧値Ｖと電流値Ｉとを実測する処理である。この実測は、４個のセンサ１３１〜１３４によって行われる。４個のセンサ１３１〜１３４は、本実施例では、４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の供給電力の電圧値Ｖを計測するための電圧センサ（図示せず）と、電流値Ｉを計測するためのセンス抵抗（図示せず）とを備えている。

この計測通電は、たとえばグロープラグＧＰ１の計測においては、制御回路１４０（図１）がＦＥＴ１２２〜１２４をオフ状態に維持した状態で、ＦＥＴ１２１のみを短時間オン状態（たとえば２ミリ秒）にすることによって行われる。また、電圧を個別に測定する構成にすることでＦＥＴ１２２〜１２４の状態によらずＧＰ１の計測が可能である。このように、オン状態を短時間に限定するのは、グロープラグＧＰ１の温度上昇を回避するためである。

ステップＳ１２０では、グロープラグ制御装置１００は、初期抵抗値算出処理を実行する。初期抵抗値算出処理とは、実測された電圧値Ｖと電流値Ｉとに基づいて、たとえばグロープラグＧＰ１の発熱通電前の初期抵抗値Ｒｉ１を算出する処理である。この処理は、グロープラグ制御装置１００によって実行される。

このような処理（ステップＳ１１０、ステップＳ１２０）は、気筒ごとに、すなわち４個のグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の各々について実行される（ステップＳ１３０）。これにより、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の各初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４を有することが算出される。

このような処理が完了すると、初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４がＲＯＭ１４２あるいはＲＡＭ１４３に格納され、処理が目標抵抗値算出処理（ステップＳ１４０）に進められる。

図４は、目標温度Ｔｐにおける目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４と発熱通電前の初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４の関係を示す近似計算式を示す説明図である。図５は、目標温度Ｔｐにおける目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４と発熱通電前の初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４の関係を示す説明図である。目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４は、初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４と、目標温度Ｔｐ（共通）と、初期温度Ｔｉ（共通）と、抵抗温度係数αとを使用し、所定の近似計算式（式１）によってグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の各々について算出することができる。
Ｒｐｎ＝Ｒｉｎ（１＋α×（Ｔｐ−Ｔｉ））・・・式１
ここで、ｎは、１、２、３、４である。

抵抗温度係数αとは、温度が１度変化したときの抵抗値の変化量を表す係数である。抵抗温度係数αは、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４が内部に有するヒータの発熱材料によって決定される値である。抵抗温度係数αは、発熱材料の製造プロセスによってほぼ一定の値（一般的な値は、０．００４℃^−１）を有し、一般的にグロープラグの抵抗温度特性は線形性も良いことが発明者によって確認されている。本実施例では、抵抗温度係数αは、本実施例では、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４に共通する値としてＲＯＭ１４２に格納されている。

しかしながら、本実施例の近似計算式は、温度と抵抗値との関係を表す式１において初期温度Ｔｉをゼロとみなすことによって、式２に修正されている。
Ｒｐｎ＝Ｒｉｎ（１＋α×Ｔｐ）・・・式２

このような修正は、初期温度Ｔｉが目標温度Ｔｐに対して無視できるほどに小さいことに着目して行われたものである。目標温度Ｔｐは、一般に１１００℃程度であるのに対して、初期温度Ｔｉをゼロとみなしても、一般的なグロープラグ運用温度範囲では、グロープラグのばらつきに起因する温度誤差（１００℃程度）に比較して、現実の温度と初期温度Ｔｉ（ゼロ）の差が±４０℃程度と小さいからである。

このようにして、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の各々について目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４が算出されると、処理がステップＳ２００（図２）に進められる。

ステップＳ２００では、グロープラグ制御装置１００は、予熱処理を実行する。予熱処理とは、目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４を目標値として、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の温度を急速に上昇させる処理である。

具体的には、たとえばグロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の電圧値Ｖと電流値Ｉとを個別に計測するセンサ１３１〜１３４の実測値に応じて、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の実測抵抗値Ｒａ１〜Ｒａ４が目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４に到達するまでＦＥＴ１２１〜１２４をオン状態とするような制御であっても良い。実測抵抗値Ｒａ１〜Ｒａ４は、センサ１３１〜１３４の実測値（電圧値Ｖと電流値Ｉ）に基づいて制御回路１４０で算出される値である。

ステップＳ３００では、グロープラグ制御装置１００は、アフターグローを実行する。アフターグローは、燃料着火後もグロープラグを連続的に加熱し、冷間始動時の燃焼室内の燃焼を安定化させるための処理である。アフターグローでは、グロープラグＧＰ１〜ＧＰ４の抵抗値が目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４の近傍で安定するように維持するように制御される。

具体的な制御処理の内容は、たとえばＰＷＭ制御により制御するようにしても良い。ＰＷＭ制御のデューティ比は、たとえば目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４と実測抵抗値Ｒａ１〜Ｒａ４との差分に応じて制御回路１４０で決定することができる。実測抵抗値Ｒａ１〜Ｒａ４は、ピーク値としての電圧値と電流値とに基づいて算出することができる。

このように、本実施例では、グロープラグ運用温度範囲が０℃近傍で運用されることが予め分かっているとともに、グロープラグの目標温度Ｔｐが極めて高い１１００℃程度であることを利用し、極めて簡易に複数のグロープラグの特性のばらつきに起因する温度差を抑制することができる。これにより、グロープラグの特性のばらつきに起因する過昇温を簡易に抑制しつつグロープラグの温度を高くすることができる。

さらに、現実の温度と初期温度Ｔｉ（ゼロ）の差が±４０℃程度と小さいことを利用してグロープラグのばらつきに起因する温度誤差を小さくするだけでなく、逆に、グロープラグのばらつきを許容する設計としてグロープラグの「製造歩留まりの向上」や「製造プロセスの簡略化」に利用することもできる。

加えて、グロープラグの経年変化は、グロープラグの抵抗温度特性（線形性）に影響を与えないことも発明者によって確認されているので、本実施例は、経年変化によってばらつきが拡大した複数のグロープラグの特性を制御パラメータの調整で補償することができるという適応制御としての機能を実現することもできる。これにより、グロープラグの信頼性を高めることによって、耐用年数を実質的に延長してユーザー負担と環境保護の観点からも貢献できることが本願発明者によって予測されている。

Ｄ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。特に、上記各実施例における構成要素中の独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。さらに、独立請求項に記載された要素についても、本願明細書に開示された範囲で独立請求項に記載されていない要素と適宜入れ替えが可能である。

さらに、上述の実施例において、上述の利点や効果の各々の全てが本願発明の必須の構成要件につながるものではなく、本願発明は、上述の利点や効果の各々を簡易に実現させる設計自由度を与えるものであって、少なくとも一つの利点あるいは効果を実現させるものであれば良い。

Ｄ−１．第１変形例：上述の実施例では、グロープラグの運用範囲内の中心位置の温度（０℃）が初期温度として擬制されているが、たとえば運用範囲内の最高温度や最低温度を使用するようにしても良い。一般に本発明で使用可能な供給電力操作部は、運用範囲内の特定の温度を複数のグロープラグの発熱通電前における共通の温度と擬制するものであれば良い。

ただし、運用範囲内の中心位置の温度を初期温度として推定すれば、運用範囲内で擬制に起因する誤差を全体的に小さくすることができるという利点を有している。

Ｄ−２．第２変形例：上述の実施例では、４気筒エンジンについて例示しているが、たとえば５気筒以上のエンジンや２気筒エンジンにも本発明を適用することができる。

本発明の実施例におけるグロープラグ制御装置１００を有する制御系のブロック図を示す説明図。 本発明の実施例におけるグロープラグの電力制御の処理ルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例におけるばらつき補正処理の処理ルーチンを示すフローチャート。 目標温度Ｔｐにおける目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４と発熱通電前の初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４の関係を示す近似計算式を示す説明図。 目標温度Ｔｐにおける目標抵抗値Ｒｐ１〜Ｒｐ４と発熱通電前の初期抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ４の関係を示す説明図。

符号の説明

１００…グロープラグ制御装置
ＧＰ１〜ＧＰ４…グロープラグ
１１１〜１１４…電力供給ライン
１２１〜１２４…ＦＥＴ
１３１〜１３４…センサ
１４０…制御回路
１４１…ＣＰＵ
１４２…ＲＯＭ
１４３…ＲＡＭ
２１５…バッテリ
２１６…共通ライン
２３７…電力分岐ライン
３００…エンジン制御装置
３２３…温度センサ

Claims (4)

1. 複数のグロープラグに供給する電力を操作して、予め設定された目標温度を目標値として前記複数のグロープラグの温度を制御するグロープラグ制御装置であって、
   前記複数のグロープラグの抵抗温度係数を格納する記憶部と、
   前記複数のグロープラグの発熱通電前における各抵抗値である初期抵抗値を計測する抵抗値測定部と、
   予め設定されたグロープラグの運用範囲内の温度において、前記初期抵抗値と、前記目標温度と、前記抵抗温度係数と、に応じて前記複数のグロープラグそれぞれの目標抵抗値を設定するとともに、前記設定された目標抵抗値を前記複数のグロープラグの各抵抗値の目標値として前記複数のグロープラグの各々に供給する電力を操作する供給電力操作部と、
   を備え、
   前記供給電力操作部は、前記運用範囲内の特定の温度を前記複数のグロープラグの発熱通電前における前記複数のグロープラグの共通の温度とみなし、
   前記目標抵抗値は、前記初期抵抗値に対して前記目標温度と前記特定の温度の差に前記抵抗温度係数を乗じた値を加算することによって算出された値であるグロープラグ制御装置。
2. 請求項１記載のグロープラグ制御装置であって、
   前記特定の温度は、前記運用範囲内の中心位置の温度であるグロープラグ制御装置。
3. 複数のグロープラグに供給する電力を操作して、予め設定された目標温度を目標値として前記複数のグロープラグの温度を制御するグロープラグ制御方法であって、
   前記複数のグロープラグの抵抗温度係数を格納する記憶工程と、
   前記複数のグロープラグの発熱通電前における各抵抗値である初期抵抗値を計測する抵抗値測定工程と、
   予め設定されたグロープラグの運用範囲内の温度において、前記初期抵抗値と、前記目標温度と、前記抵抗温度係数と、に応じて前記複数のグロープラグそれぞれの目標抵抗値を設定するとともに、前記設定された目標抵抗値を前記複数のグロープラグの各抵抗値の目標値として前記複数のグロープラグの各々に供給する電力を操作する供給電力操作工程と、
   を備え、
   前記供給電力操作工程は、前記運用範囲内の特定の温度を前記複数のグロープラグの発熱通電前における前記複数のグロープラグの共通の温度とみなす工程を含み、
   前記目標抵抗値は、前記初期抵抗値に対して前記目標温度と前記特定の温度の差に前記抵抗温度係数を乗じた値を加算することによって算出された値であるグロープラグ制御方法。
4. 複数のグロープラグに供給する電力を操作して、予め設定された目標温度を目標値として前記複数のグロープラグの温度を制御するための処理をグロープラグ制御装置に実行させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記グロープラグ制御装置は、前記複数のグロープラグの抵抗温度係数を格納する記憶装置を有し、
   前記コンピュータプログラムは、
   前記複数のグロープラグの発熱通電前における各抵抗値である初期抵抗値を計測する抵抗値測定機能と、
   予め設定されたグロープラグの運用範囲内の温度において、前記初期抵抗値と、前記目標温度と、前記抵抗温度係数と、に応じて前記複数のグロープラグそれぞれの目標抵抗値を設定するとともに、前記設定された目標抵抗値を前記複数のグロープラグの各抵抗値の目標値として前記複数のグロープラグの各々に供給する電力を操作する供給電力操作機能と、
   を前記グロープラグ制御装置に実行させるためのプログラムを備え、
   前記供給電力操作機能は、前記運用範囲内の特定の温度を前記複数のグロープラグの発熱通電前における前記複数のグロープラグの共通の温度とみなす機能を含み、
   前記目標抵抗値は、前記初期抵抗値に対して前記目標温度と前記特定の温度の差に前記抵抗温度係数を乗じた値を加算することによって算出された値であるコンピュータプログラム。

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