JP2012251457A - Control part integrated glow plug and current-carrying control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼル燃焼機関の気筒毎に設けられ、通電により発熱する抵抗発熱体を含む発熱部と該発熱部への通電を制御する制御部とを一体に設けた制御部一体型グロープラグとその通電制御方法に関する。 The present invention provides a control unit-integrated glow plug that is provided for each cylinder of a diesel combustion engine and includes a heating unit including a resistance heating element that generates heat when energized and a control unit that controls energization of the heating unit. The present invention relates to the energization control method.
従来、ディーゼル燃焼機関の着火を補助するグロープラグの通電制御方法として、金属抵抗体又はセラミック抵抗体からなる所定の温度係数を持ち、通電により発熱する抵抗発熱体を有し、該発熱体の温度上昇に伴う抵抗値の変化に対して、昇温過渡期における温度上昇を抑制して発熱体の過昇温を防止し、早期にグロープラグの温度を安定化させるべく、種々提案されている。
例えば、特許文献１には、抵抗制御方式により抵抗発熱ヒータの通電制御を行うと共に、抵抗発熱ヒータの温度が飽和する前の昇温過渡期においてもヒータ温度の過度のオーバーシュートを生じにくいグロープラグの制御装置として、グロープラグの抵抗発熱ヒータの抵抗が設定範囲内に維持されるように、抵抗発熱ヒータに対する通電電力を調整する定常制御モードを有し、また、該定常制御モードによる通電制御の開始に先立って過渡制御モードによる制御期間を設け、過渡制御モードによる制御期間中の抵抗発熱ヒータへの積算電力量が、該過渡制御モードによる制御期間を定常制御モードによる通電期間に置き換えて動作させたときに見込まれる該通電期間の積算電力量よりも低く設定されることを特徴とするグロープラグの制御装置が開示されている。
Conventionally, as a glow plug energization control method for assisting ignition of a diesel combustion engine, a resistance heating element having a predetermined temperature coefficient made of a metal resistor or a ceramic resistor and generating heat by energization is provided, and the temperature of the heating element Various proposals have been made to suppress the temperature rise in the temperature rise transition period by preventing the temperature rise in the temperature rise transition period, to prevent the temperature rise of the heating element, and to stabilize the temperature of the glow plug at an early stage.
For example,
ところが、特許文献１にあるような従来のグロープラグ通電制御装置（以下、適宜ＧＣＵと称す。）では、電源電圧が安定した状態である場合には、過渡制御期間における過昇温を抑制することができるが、予熱モードから過渡制御モードへの切換を、例えば、電源電圧と時間とのマップによって、選択するよう等、予め固定的に設定した期間の経過によって行ったのでは、電源電圧が高い場合には、グロープラグの温度上昇速度も速くなるため、十分グロープラグの温度が高くなっているにも拘わらず、予め設定した期間を経過していない場合には、過渡モードへの切換が遅れ、過昇温を招く虞がある。
これとは逆に、電源電圧が低い場合には、充分な温度に上昇していないにも拘わらず、予め設定した期間を経過した場合に過渡モードへの切換が行われ、目標温度に達するまでの時間が長くなる虞がある。
一方、従来のように、目標温度における目標抵抗値との比較によって過渡モードへの切換を行っていたのでは、電源電圧が高く、昇温速度が速い場合に、オーバーシュートによる過昇温を招く虞もある。
特に、発熱部としてセラミック抵抗体を用いたセラミクグロープラグの場合には、過昇温によってセラミック発熱体が破損すると燃焼室内に落下してエンジンの破損を招く虞があり、絶対に回避しなければならない問題である。
However, in the conventional glow plug energization control device (hereinafter referred to as GCU as appropriate) as disclosed in
On the other hand, when the power supply voltage is low, the transition to the transient mode is performed after a preset period, even though the temperature has not risen sufficiently, until the target temperature is reached. There is a possibility that the time of the process becomes longer.
On the other hand, switching to the transient mode by comparison with the target resistance value at the target temperature as in the conventional case causes an excessive temperature increase due to overshoot when the power supply voltage is high and the temperature increase rate is fast. There is also a fear.
In particular, in the case of a ceramic glow plug that uses a ceramic resistor as the heating element, if the ceramic heating element is damaged due to excessive temperature rise, it may fall into the combustion chamber and cause engine damage, which must be avoided. It must be a problem.
また、特許文献１にあるように、複数のグロープラグを一つのＧＣＵによって制御する場合には、それぞれのグロープラグの抵抗値に個体差があり、過昇温を回避するためには、複数のグロープラグの内、最も高い抵抗値のグロープラグを基準として供給する電力を決定することになる。
このため、複数のグロープラグの内、抵抗値の高いグロープラグの過昇温を回避できても、抵抗値の低いグロープラグの昇温速度の低下を招く虞もある。
Further, as described in
For this reason, even if it is possible to avoid overheating of the glow plug having a high resistance value among the plurality of glow plugs, there is a possibility that the temperature rising speed of the glow plug having a low resistance value is lowered.
さらに、期間設定によりモード切換を行うためには、回路中にタイマを設ける必要があり装置の大型化を招き、グロープラグの発熱部と通電制御部との一体化が困難となる虞もある。 Further, in order to switch the mode by setting the period, it is necessary to provide a timer in the circuit, which increases the size of the device, and it may be difficult to integrate the heat generating part of the glow plug and the energization control part.
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、グロープラグの発熱部と通電制御部とを一体化し、それぞれの固有の抵抗値に応じた通電制御を可能とすると共に、電源電圧が変動した場合でも、過昇温や昇温不足等を招くことなく、安定した状態で早期に目標温度へ昇温させることができる制御部一体型グロープラグとその通電制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a situation, the present invention integrates the heat generating part and the energization control unit of the glow plug, enables energization control according to each specific resistance value, and even when the power supply voltage fluctuates, It is an object of the present invention to provide a control unit-integrated glow plug and an energization control method thereof that can raise the temperature to a target temperature early in a stable state without causing excessive temperature rise or insufficient temperature rise.
第１の発明では、内燃機関に設けられ、所定の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体からなり、電源からの通電により発熱する発熱部と、エンジン制御装置から発信された駆動信号にしたがって、オンオフ駆動される半導体開閉素子を用いて、該発熱部への通電を開閉制御する制御部とを一体に設けた制御部一体型グロープラグであって、上記制御部が、少なくとも、上記抵抗発熱体の抵抗値を算出するプラグ抵抗検出手段と、上記抵抗発熱体に定格電力を超える過電力を供給した場合の目標温度における上記抵抗発熱体の目標抵抗値を第１の抵抗閾値とし、上記抵抗発熱体に定格電圧を印加した場合の目標温度における上記抵抗発熱体の目標抵抗値を第２の抵抗閾値とし、上記プラグ抵抗検出手段によって検出したプラグ抵抗と上記第１の抵抗閾値との比較により、上記抵抗発熱体へ定格電力を超える過電力を供給する昇温制御通電と、上記抵抗発熱体に供給する電力を上記過電力より低く、飽和電力より高い電力に抑制して供給する過昇温抑制制御通電行程との切換の要否を判定する第１の通電切換要否判定手段と、上記プラグ抵抗検出手段によって検出した上記プラグ抵抗と上記第２の抵抗閾値との比較により、上記過昇温抑制制御通電行程と、上記抵抗発熱体に定格電力以下の電力を供給する安定制御通電行程との切換の要否を判定する第２の通電切換要否判定手段とを具備する。 In the first aspect of the invention, a heating element provided in the internal combustion engine, which is formed of a resistance heating element having a predetermined resistance temperature coefficient and generates heat when energized from a power source, and on / off driving according to a driving signal transmitted from the engine control device And a control unit integrated glow plug integrally provided with a control unit for controlling opening and closing of the energization of the heat generating unit using the semiconductor switching element, wherein the control unit includes at least a resistance of the resistance heating element. Plug resistance detection means for calculating a value, and a target resistance value of the resistance heating element at a target temperature when overpower exceeding the rated power is supplied to the resistance heating element as a first resistance threshold, The target resistance value of the resistance heating element at the target temperature when the rated voltage is applied is set as a second resistance threshold, and the plug resistance and the first resistance detected by the plug resistance detecting means are used. By comparing with the value, the temperature rise control energization that supplies overpower exceeding the rated power to the resistance heating element and the power supplied to the resistance heating element are suppressed to a power lower than the overpower and higher than the saturation power. A comparison between the first energization switching necessity determining means for determining whether or not to switch between the overheating suppression control energizing process to be supplied and the plug resistance detected by the plug resistance detecting means and the second resistance threshold value. And a second energization switching necessity determining means for determining whether or not to switch between the overheating suppression control energization process and a stable control energization process for supplying electric power equal to or lower than the rated power to the resistance heating element. To do.
請求項２の発明では、上記第１の抵抗閾値は、上記電源電圧に反比例して増減する抵抗閾値増減手段を具備する。 According to a second aspect of the present invention, the first resistance threshold includes a resistance threshold increasing / decreasing unit that increases / decreases in inverse proportion to the power supply voltage.
請求項３の発明では、上記プラグ抵抗検出手段として、上記半導体開閉素子の一部を利用してカレントミラー回路を構成して、上記抵抗発熱体に流れるプラグ電流を上記カレントミラー回路に流れるミラー電流として検出するプラグ電流検出手段と、上記抵抗発熱体に印加されるプラグ電圧を検出するプラグ電圧検出手段とを具備し、上記プラグ電流検出手段の検出結果と上記プラグ電圧検出手段の検出結果とから上記抵抗発熱体の抵抗値を算出する。 According to a third aspect of the present invention, a current mirror circuit is configured by using a part of the semiconductor switching element as the plug resistance detecting means, and a plug current flowing through the resistance heating element is mirror current flowing through the current mirror circuit. And a plug voltage detecting means for detecting a plug voltage applied to the resistance heating element, and from the detection result of the plug current detecting means and the detection result of the plug voltage detecting means. The resistance value of the resistance heating element is calculated.
請求項４の発明では、上記プラグ抵抗検出手段として、数ｍＡ〜数１００ｍＡの微弱な電流を発生する定電流源と、上記半導体開閉素子がオフとなったときに上記定電流源から上記抵抗発熱体に微弱な電流を流したときに上記抵抗発熱体の両端の電位差を検出する電位差検出手段とを具備し、該電位差検出手段の検出結果から上記抵抗発熱体の抵抗値を算出する。 In the invention of claim 4, as the plug resistance detecting means, a constant current source that generates a weak current of several mA to several hundred mA, and the resistance heating from the constant current source when the semiconductor switching element is turned off. Potential difference detecting means for detecting a potential difference between both ends of the resistance heating element when a weak current is passed through the body, and calculating a resistance value of the resistance heating element from a detection result of the potential difference detection means.
請求項５の発明では、内燃機関に設けられ、所定の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体からなり、電源からの通電により発熱する発熱部と、エンジン制御装置から発信された駆動信号にしたがって、該発熱部への通電を開閉制御する制御部とを一体に設けた制御部一体型グロープラグの通電制御方法であって、少なくとも、上記抵抗発熱体に定格電力を超える過電力を印加する昇温制御通電行程と、上記抵抗発熱体に供給する電力を上記過電力より低く、飽和電力より高い電力に抑制して供給する過昇温抑制制御通電行程と、上記抵抗発熱体に定格電力以下の電力を供給する安定制御通電行程と、上記抵抗発熱体の抵抗値と過電力の印加したときにおける目標温度に対応する目標抵抗を第１の抵抗閾値とし、上記抵抗発熱体の抵抗値と上記第１の抵抗閾値とを比較して、上記昇温制御通電行程と上記過昇温抑制制御通電行程との切換の要否を判定する第１の判定行程と、定常状態における目標温度に対応する目標抵抗値を第２の抵抗閾値とし、上記抵抗発熱体の抵抗値と第２の抵抗閾値とを比較して、上記過昇温抑制制御通電から上記安定制御通電への切換の要否を判定する第２の判定行程とを具備する。 According to the fifth aspect of the present invention, the internal combustion engine is composed of a resistance heating element having a predetermined resistance temperature coefficient, which generates heat when energized from the power source, and according to the drive signal transmitted from the engine control device. A control unit-integrated glow plug energization control method integrated with a control unit for controlling opening and closing of energization to a heat generating unit, and at least a temperature rise control for applying an overpower exceeding the rated power to the resistance heating element An energization process, an overheating suppression control energization process for supplying the electric power supplied to the resistance heating element to a power lower than the overpower and higher than a saturation power, and an electric power less than the rated power to the resistance heating element The stability control energization process to be supplied, the resistance value of the resistance heating element and the target resistance corresponding to the target temperature when overpower is applied are set as the first resistance threshold value, and the resistance value of the resistance heating element and the first resistance are set. A first resistance determination process for determining whether or not to switch between the temperature increase control energization process and the excessive temperature increase suppression control energization process by comparing with a resistance threshold, and a target resistance value corresponding to a target temperature in a steady state Is a second resistance threshold value, and a resistance value of the resistance heating element is compared with a second resistance threshold value to determine whether or not switching from the excessive temperature rise suppression control energization to the stable control energization is necessary. The determination process.
請求項６の発明では、上記第１の抵抗閾値は、上記電源電圧が高いほど低く、上記電源電圧が低いほど高く設定する。 According to a sixth aspect of the present invention, the first resistance threshold is set to be lower as the power supply voltage is higher and higher as the power supply voltage is lower.
請求項１の発明によれば、制御部一体型グロープラグにおいて、上記抵抗発熱体の個体差があっても、上記プラグ抵抗検出手段によって検出された個々のプラグ抵抗に基づいて、上記昇温制御通電と上記過昇温抑制制御通電と上記安定制御通電とが切り換えられるので、過昇温による上記抵抗発熱体の破損を招くことなく、効率よく早期に発熱温度を目標値に到達し、速やかに安定維持する信頼性の高い制御部一体型グロープラグが実現可能となる。
しかも、本発明の制御部一体型グロープラグは、極めて簡易な構成であるため、搭載性にも優れている。
According to the first aspect of the present invention, in the control unit-integrated glow plug, even if there is an individual difference between the resistance heating elements, the temperature increase control is performed based on the individual plug resistances detected by the plug resistance detection means. Since the energization, the overheating suppression control energization, and the stable control energization are switched, the heating temperature reaches the target value quickly and quickly without causing the resistance heating element to be damaged due to overheating. A highly reliable control unit-integrated glow plug that can be stably maintained can be realized.
Moreover, since the control unit integrated glow plug of the present invention has a very simple configuration, it is excellent in mountability.
さらに、請求項２の発明によれば、電源電圧の変動があっても過昇温となったり、昇温不足となったりすることなく常に安定した発熱温度に発熱する信頼性の高い制御部一体型グロープラグが実現できる。 According to the second aspect of the present invention, a highly reliable control unit that always generates heat to a stable heat generation temperature without causing excessive temperature rise or insufficient temperature rise even when the power supply voltage fluctuates. A body-shaped glow plug can be realized.
さらに、請求項３、又は、請求項４の発明によれば、上記抵抗発熱体への電力供給に損失を生じることなく正確にプラグ電流を検出することが可能となり、さらに信頼性の高い制御部一体型グロープラグが実現可能となる。
Furthermore, according to the invention of
請求項５の発明によれば、制御部一体型グロープラグの温度を、過電力の印加により早期に目標温度に到達させることができる上に、過昇温を抑制し、早期に安定した温度に維持することができる。 According to the invention of claim 5, the temperature of the control unit-integrated glow plug can be made to reach the target temperature at an early stage by applying overpower, and the temperature rise can be suppressed to an early and stable temperature. Can be maintained.
請求項６の発明によれば、電源電圧の変動があっても過昇温となったり、昇温不足となったりすることなく常に制御部一体型グロープラグの温度を安定した状態に維持することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the temperature of the control unit-integrated glow plug is always maintained in a stable state without being overheated or underheated even if the power supply voltage fluctuates. Can do.
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における制御部一体型グロープラグ３の構成概要について説明する。
本発明の第１の実施形態における制御部一体型グロープラグ３は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に設けられ、通電により発熱する抵抗発熱体からなる発熱部１と、発熱部１への通電を制御する制御部２とが一体的にエンジン（Ｅ／Ｇ）４の気筒毎に設けられ、エンジン始動時の着火性向上を図るべく混合気を予熱するプリグローや、エンジン始動後のアイドル回転数を安定させるべくアフターグロー等に用いられるものである。さらには、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）の再生時にエンジンに負荷をかける手段としてグロープラグを発熱させることもある。
With reference to FIG. 1, the outline of the configuration of the control unit integrated
The control unit-integrated
グロープラグ１０は、略長軸状に形成され、所定の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する抵抗発熱体からなる発熱部１と、これを内側に保持する略筒状のハウジング１４とによって構成されている。
さらに、ハウジング１４の基端側には、制御部２を収容するケーシング２８が形成され、さらに、外部に設けた図略の電源及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）との接続を可能とする電源入力端子２２２、駆動信号入力端子２３２、自己診断信号出力端子２４２と、相手側に嵌合して端子電極２２２、２３２、２４２と図略の相手側の端子電極とを接続状態とするコネクタ２７が形成されている。
The
Further, a
制御部２は、半導体開閉素子（ｐ−ＭＯＳ）２０１と、検出部（ＤＣＴ）２０２と駆動回路２０３と、第１の通電切換要否判定手段として設けた第１の判定部（ＯＰ１）２０４と、第２の通電切換要否判定手段として設けた第２の判定部（ＯＰ２）２０５、自己診断部（ＤＩＵ）２０６と、電流検出抵抗２０７（抵抗値Ｒ２０７（Ω））、分圧抵抗２０８、２１２、抵抗２１３（それぞれ、抵抗値Ｒ２０、Ｒ２１２、Ｒ２１３（Ω））と、定電圧源２０９（ＶＲＥＦ２）、入力信号調整部（ＩＰＣ）２１０と、出力信号調整部（ＯＰＣ）２１１と、によって構成されている。
The
ＩＰＣ２１０は、駆動信号入力端子２３２を介して入力された駆動信号ＳＩの波形を調整し、駆動回路２０３に伝達する。
駆動回路２０３は、出力ＶＯＵＴとして、駆動信号入力端子２３２を介して外部のＥＣＵから、エンジンＥ／Ｇ４の運転状況に応じて発信された駆動信号ＳＩにしたがって、ｐ−ＭＯＳ２０１をオンオフ駆動するための駆動電圧ＶＧＧを昇降させて、ｐ−ＭＯＳ２０１のゲート端子Ｇに印加する。
The
The
ｐ−ＭＯＳ２０１の開閉により、電源入力端子２２２を介して入力された電源電圧＋Ｂの発熱部１への入力と停止とを開閉制御して発熱部１の温度を所定の温度に維持する。
本実施形態において、半導体開閉素子（ｐ−ＭＯＳ）２０１には、ｐ−チャンネルパワーＭＯＳＦＥＴが用いられ、ソースＳ側が電源入力端子２２２に接続され、ドレインＤ側が発熱部１に接続されている。
さらに、本実施形態においては、プラグ電流検出手段としてｐ−ＭＯＳ２０１には、内蔵する複数のトランジスタセルの一部を利用して電流検出手段としてカレントミラー回路が構成されており、ミラー電流ＩＧＰ／ｎをセンス端子ＳＥＮから取り出して、ＤＴＣ２０２に入力し、電流検出抵抗２０７（抵抗値Ｒ２０７）を利用して、発熱部１に流れるプラグ電流ＩＧＰを算出するようになっている。
カレントミラー回路を利用してプラグ電流ＩＧＰを検出しているので、シャント抵抗を挿入する方法よりも発熱部１のエネルギ損失を抑制することができる。なお、本実施形態において、電流検出抵抗２０７は、定電圧源Ｖにプルアップされている。
By opening / closing the p-
In the present embodiment, a p-channel power MOSFET is used for the semiconductor switching element (p-MOS) 201, the source S side is connected to the
Further, in the present embodiment, the p-
Since the plug current IGP is detected using the current mirror circuit, the energy loss of the
さらに、ｐ−ＭＯＳ２０１のソース端子Ｓから発熱部１に印加されるプラグ電圧ＶＧＰとして、ドレイン電圧ＶＤＤをプラグ電流検出手段とプラグ電圧検出手段とプラグ抵抗検出手段とを兼ねて設けたＤＴＣ２０２に読み込んで、プラグ電流ＩＧＰとプラグ電圧ＶＧＰとから、発熱部１の抵抗値（プラグ抵抗）ＲＧＰを検出可能となっている。
このとき、制御部一体型グロープラグ３では、制御部２と発熱部１との配線距離が極めて短く、かつ制御部２のＧＮＤと発熱部１のＧＮＤが金属筐体１４と図略のエンジンブロック（４）とで電気的に接続されているため、ドレイン電圧ＶＤＤとプラグ電圧ＶＧＰと間で内部抵抗による電圧降下およびＧＮＤ配線による電圧降下がほとんどなく、精度良くプラグ電圧ＶＧＰを検出できる。
なお、本実施形態においては、半導体開閉素子２０１として、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いることにより、発熱部１のハイサイドに制御部２を設けた場合でも、ＤＲＶ２０３の出力を昇圧する必要がないので回路構成を簡素化し、制御部一体型グロープラグ３の体格を小さくすることができる。
Further, as the plug voltage V GP applied from the source terminal S of the p-
At this time, in the control unit integrated
In the present embodiment, by using a p-channel MOSFET as the
第１の判定部（ＯＰ１）２０４は、ＤＴＣ２０２で検出したプラグ抵抗ＲＧＰと分圧抵抗２０８（Ｒ２０８（Ω））とによって電源電圧＋Ｂ（ｖ）を分圧し、プラグ抵抗ＲＧＰに反比例する入力電圧ＶＩＮ（＝Ｒ２１３／（ＲＧＰ＋Ｒ２１３）・Ｂ）を入力とし、分圧抵抗２０８、２１２によって、電源電圧＋Ｂを案分した電圧（＝Ｒ２０８／（Ｒ２０８＋Ｒ２１２）・Ｂ）を第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１に比例する第１の電圧閾値ＶＲＥＦ１として、プラグ抵抗ＲＧＰについて第１の閾値判定し、その結果をＤＲＶ２０３にフィードバックするようになっている。
The first determination unit (OP 1 ) 204 divides the power supply voltage + B (v) by the plug resistance R GP detected by the
さらに、第２の判定部（ＯＰ２）２０５は、定電圧源２０９の電圧を第２の電圧閾値ＶＲＥＦ２として、プラグ抵抗ＲＧＰについて第２の閾値判定し、その結果をＤＲＶ２０３にフィードバックするようになっている。
このような構成とすることによって、プラグ抵抗ＲＧＰの判定に用いる第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１を電源電圧＋Ｂの変動に対して反比例するように増減させたのと同じ効果を発揮させることが可能となる。
Further, the second determination unit (OP 2 ) 205 determines the second threshold value for the plug resistance R GP using the voltage of the
By adopting such a configuration, it is possible to achieve the same effect as increasing or decreasing the first resistance threshold value R REF1 used for determining the plug resistance R GP so as to be inversely proportional to the fluctuation of the power supply voltage + B. It becomes.
なお、具体的な、温度制御方法、第１の電圧閾値ＶＲＥＦ１及び第２の電圧式位置ＶＲＥＦ２の選定方法、及び、閾値判定した結果をどのようにＤＲＶ２０３の駆動制御に利用するか等については、図３から図７を参照して後述する。
また、本実施形態においては、プラグ抵抗ＲＧＰを検出するプラグ抵抗検出手段として、抵抗発熱体１の通電時に流れるプラグ電流ＩＧＰと抵抗発熱体１に印加されるプラグ電圧ＶＧＰ（ドレイン電圧ＶＤＤ）とから、プラグ抵抗ＲＧＰを算出する構成を例として説明したが、本発明において、プラグ抵抗検出手段を限定するものではなく、数ｍＡ〜数１００ｍＡ程度の微弱な電流を発生する定電流源を設けて、ｐ−ＭＯＳ２０１がオフとなったときに、抵抗発熱体１に発熱しない極微弱な電流を流し、そのとき電位差検出手段（例えば、オペアンプ、コンパレータ等）によって検出される抵抗発熱体１の両端の電位差の検出結果と定電流源から入力された微弱な電流値とから、プラグ抵抗ＲＧＰを検出するようにしても良い。
It should be noted that a specific temperature control method, a method for selecting the first voltage threshold value V REF1 and the second voltage equation position V REF2 , how to use the threshold determination result for driving control of the
In the present embodiment, as the plug resistance detecting means for detecting the plug resistance R GP , the plug current I GP flowing when the
ＤＩＵ２０６は、ＯＰ１２０４及びＯＰ２２０５の出力結果から異常の有無を判定し、自己診断信号ＤＩを発信する。
ＯＰＣ２１１は、ＤＩＵ２０６で形成された自己診断信号ＤＩの波形調整をして、自己診断信号出力端子２４２を介して外部に設けた図略のＥＣＵに発信する。
The
The
図２を参照して、本発明の制御部一体型グロープラグ３の構造的特徴について説明する。なお、本図（ａ）は、本実施形態における制御部一体型グロープラグ３の縦断面図、（ｂ）は、上面図、（ｃ）は、メタルヒータ１の縦断面図、（ｄ）は、セラミックヒータ１ａの縦断面図。
制御部一体型グロープラグ３の先端には、ハウジング１４を介して、略円柱状に形成された発熱部１が保持固定されている。
本発明において、発熱部１を構成する抵抗発熱体は、本図（ｃ）に示すようないわゆる、メタルヒータ１を用いても良いし、本図（ｄ）に示すような、いわゆるセラミックヒータ１ａを用いても良い。
With reference to FIG. 2, the structural features of the control unit integrated
A
In the present invention, a so-called
メタルヒータ１は、基端側が開口し先端側が閉塞する略有底筒状の金属製保護管１００の内側に、金属抵抗線コイルからなる発熱コイル１０２と制御コイル１０３とが直列に接続され、マグネシア粉末等の絶縁材料１１と共に収容され、発熱コイル１０２の先端側で、金属製保護管１００に電気的に接続され、制御コイル１０３の基端側で、制御部２との導通を図る入力端子１２が接続されている。 発熱コイル１０２及び制御コイル１０３には、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等の公知の抵抗材料が用いられ所定の比抵抗となるように形成されている。
In the
セラミックヒータ１ａは、略Ｕ字形に形成されたセラミック抵抗体１０２ａと、セラミック抵抗体１０２ａと外部との導通を図る一対のリード部１０１ａ、１３ａと、これらを覆い略柱状に形成された絶縁体１１ａとによって構成され、セラミック抵抗体１０２ａの一方の端部に接続されたリード部１０１ａの一端が絶縁体１１ａの側面方向に引き出され、接地端子１００ａが形成され、セラミック抵抗体１０２ａの他方の端部に接続されたリード部１０３ａの先端が、絶縁体１１ａの基端部に引き出され、入力端子１０４ａが形成され、入力端子１０４ａは、入力端子金具１２ａを介して制御部２との導通が図られている。セラミック抵抗体１０２ａには、例えば、窒化硅素、二硅化モリブデン等の導電性セラミック材料が用いられている。
また、リード部１０１ａ、１０３ａには、タングステンなどの耐熱性金属材料が用いられている。絶縁体１１ａには、窒化硅素等の絶縁性セラミック材料が用いられている。
The
The
メタルヒータ１又はセラミックヒータ１ａは、略筒状のハウジング１４の先端に設けた筒状部１４１に保持・固定されている。
ハウジング１４は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料からなり、略筒状に形成され、発熱部挿入孔１３１の内側にメタルヒータ１又はセラミックヒータ１ａを保持、固定すると共に、金属製保護管１００、又は、接地端子１００ａと電気的に接続され、発熱部１の一端を接地状態としている。
メタルヒータ１の場合、金属保護管１００とハウジング１４の先端の筒状部部１４１とは、レーザ溶接、ロウ付け、ネジ締め等の公知の方法によって、互いに固定されている。
セラミックヒータ１ａの場合、絶縁体１００ａとハウジング１４の先端の筒状部１４１とは、嵌め合い、及び、ロウ付け等公知の方法によって固定されている。
なお、ハウジング１４の先端の筒状部は、ハウジング１４と一体に設けても良いし、別部材によって形成しても良い。
The
The
In the case of the
In the case of the
The cylindrical portion at the tip of the
ハウジング１４の先端側外周には、機関の燃焼室に螺結するためのネジ部１４２が形成され、基端側に設けた六角部１４３によって締め付け固定される。
ハウジング１４の基端部１４４には、内側に制御部２を構成するＩＣパッケージを収容する略筒状のケーシング２８が固定されている。
A
A substantially
本図（ａ）に示すように、電極金具２２２、２３２、２４２は、それぞれ、制御部２の電源入力端子（+Ｂ）、駆動信号入力端子（ＳＩ）、自己診断信号出力端子（ＤＩ）と接続されている。
さらに、制御部２のドレイン端子ＶＤＤは、発熱部１、１ａに接続され、ＧＮＤは、ハウジング１４を介してエンジンに接地状態となっている。
As shown in FIG. 5A, the
Further, the drain terminal VDD of the
本実施形態において、図１に示したように回路構成された制御部２のｐ−ＭＯＳ２０１、ＤＲＶ２０２、ＤＴＣ２０３、ＯＰ１２０４、ＯＰ２２０５、ＤＩＵ２０６、ＩＰＣ２１０、ＯＰＣ２１１等を、エポキシ樹脂等により、一体的にパッケージ内に収容し、パッケージの外部にリードフレームを引き出して、電源入力端子＋Ｂ、駆動信号入力端子ＳＩ、自己診断信号出力端子ＤＩ、ソー出力端子（ＶＤＤ）、接地端子ＧＮＤが形成してある。なお、本図においては、制御部２を、いわゆるＤＩＰ型のパッケージで表しているが、本発明において、制御部２のパッケージ構造を限定するものではなく、いわゆるＳＩＰ型その他の公知のＩＣパッケージに用いられる構造を適宜採用し得るものである。
In the present embodiment, the p-
ここで、図３を参照して本発明の制御部一体型グロープラグ３に用いられる発熱部（メタルヒータ１、又は、セラミックヒータ１ａ）の温度特性について説明する。
本図（ａ）は、定常状態、すなわち、発熱体にある電力を印加して、ある時間経過後にヒータ温度と抵抗値が飽和した状態におけるヒータ温度と発熱体の抵抗値との関係を示し、本図（ｂ）は、昇温過渡におけるヒータ温度と発熱体の抵抗値との関係を示す特性図である。
電気抵抗式の発熱体においては、通電開始直後の昇温過渡においては、発熱体に定格電力を超える過電力を印加して、目標温度への早期の到達を図っている。
エンジンの限られた空間に搭載して用いられるグロープラグにおいては、熱電対や温度センサ等の温度検出手段を設けて発熱部の温度を制御するのが困難であるため、発熱体の抵抗値を検出して目標温度に到達したか否かを判断し、温度制御している。
Here, with reference to FIG. 3, the temperature characteristic of the heat generating part (
This figure (a) shows the relationship between the heater temperature and the resistance value of the heating element in the steady state, that is, the state where the heater temperature and the resistance value are saturated after a certain period of time by applying electric power to the heating element, This figure (b) is a characteristic view showing the relationship between the heater temperature and the resistance value of the heating element in the temperature rising transient.
In the electric resistance type heating element, in the temperature rising transient immediately after the start of energization, overpower exceeding the rated power is applied to the heating element so as to reach the target temperature early.
In glow plugs that are installed in a limited space in the engine, it is difficult to control the temperature of the heat generating part by providing temperature detection means such as a thermocouple or temperature sensor. The temperature is controlled by determining whether or not the target temperature has been detected.
ところが、発熱体の発熱部中心からその周辺へ熱が伝わるときにはその熱容量や熱伝導などにより遅れが発生するため、本図（ａ）に示すように定常状態における発熱体の抵抗温度特性と、本図（ｂ）に示す昇温過渡における発熱体の抵抗温度特性とが異なる。
しかも、自動車エンジン等においては、始動時に用いられる電源として、限られた容量のバッテリが用いられるため、外気温等の環境変化や、充電状況により、バッテリ容量に変動を生じ、グロープラグに印加される電圧も変動する。
このため、発熱体の抵抗温度特性は、定常状態か、昇温過渡かによる通電時期の違いだけでなく、電源電圧の変動によっても変化する。
例えば、目標温度ＴＴＲＧを１２３０℃としたとき、本図（ａ）に示すように、定常状態においては、Ｒ２は１．３Ωで一定である
However, when heat is transferred from the center of the heat generating portion to the periphery thereof, a delay occurs due to the heat capacity, heat conduction, etc., and as shown in FIG. The resistance temperature characteristic of the heating element in the temperature rising transient shown in FIG.
Moreover, in automobile engines and the like, a battery with a limited capacity is used as a power source used at the time of start-up, so that the battery capacity varies due to environmental changes such as the outside air temperature and the charging state, and is applied to the glow plug. The voltage that fluctuates also fluctuates.
For this reason, the resistance-temperature characteristic of the heating element changes not only due to the difference in energization timing depending on whether it is in a steady state or transient in temperature rise, but also due to fluctuations in power supply voltage.
For example, when the target temperature T TRG and 1230 ° C., as shown in the figure (a), in a steady state, R 2 is constant at 1.3Ω
また、昇温過渡においては、目標温度ＴＴＲＧを同じ１２３０℃としたとき、本図（ｂ）に示すように、電源電圧が１１ｖのときには、対応する発熱体の抵抗値Ｒ１Ｍは１．１Ωであるが、電源電圧が１４ｖとなったときには、対応する発熱体の抵抗値Ｒ１Ｈは１．０６Ωとなり、電源電圧９ｖとなったときには、対応する発熱体の抵抗値Ｒ１Ｌは１．２Ωとなる。
このため、従来のように、通電開始から一定時間経過するまで、又は、目標温度（ＴＴＲＧ）を代表する目標抵抗値に達するまでは、定格電圧を超える過電力供給、又は、１００％デューティで通電し、一定温度に到達した後は、供給する電力をＰＷＭ制御やオンオフ制御等によって抑制して、発熱温度を早期に安定化しようとした場合に、昇温過渡において、電源電圧の違いにより、本図（ｂ）に示すように、印加電圧が高いと発熱体の抵抗値は、標準的な電圧が印加されたときの目標温度における抵抗値よりも低く検出されため、過電力が供給され続け過昇温を招く虞がある。
それとは逆に、電源電圧が低下したときには、目標温度に到達する前であっても、一定時間経過後に、昇温過渡制御から定常制御に切り換えられると、目標温度に到達するまでの時間が長くなったり、目標温度に到達できなくなったりする虞がある。
In the temperature rise transient, when the target temperature TTRG is the same 1230 ° C., as shown in FIG. 5B, when the power supply voltage is 11 v, the resistance value R 1M of the corresponding heating element is 1.1Ω. although, when the power supply voltage reaches the 14v, when the resistance value R IH corresponding heating element was next 1.06Omu, the power supply voltage 9v, the resistance value R 1L of the corresponding heating element and 1.2Ω Become.
Therefore, as in the conventional case, overpower supply exceeding the rated voltage or 100% duty is used until a certain time has elapsed from the start of energization or until a target resistance value representative of the target temperature (T TRG ) is reached. After energizing and reaching a certain temperature, the supplied power is suppressed by PWM control or on / off control, etc., and when trying to stabilize the heat generation temperature early, due to the difference in power supply voltage during the temperature rise transient, As shown in FIG. 7B, when the applied voltage is high, the resistance value of the heating element is detected lower than the resistance value at the target temperature when the standard voltage is applied, so that overpower continues to be supplied. There is a risk of overheating.
On the other hand, when the power supply voltage drops, even if it is before reaching the target temperature, if the temperature rise transient control is switched to the steady control after a certain period of time, the time until the target temperature is reached becomes longer. Or the target temperature may not be reached.
そこで、本発明においては、図３に示した定常状態における温度特性と、昇温過渡における温度特性とから、目標温度ＴＴＲＧにおける発熱体の抵抗値と電源電圧の変化との関係から、図４に実線で示すような昇温過渡における電源電圧の変化に対応する第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１を与える第１の抵抗閾値曲線をマップデータとして記憶させ、電源電圧＋Ｂの変動に応じて、昇温過渡における第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１を選択し、ＤＴＣ２０２で算出されたプラグ抵抗ＲＧＰを、ＯＰ１２０４において、第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１との比較を行い、その結果をＤＲＶ２０３にフィードバックさせ、過昇温を抑制すべく、定格を超える電圧を印加する過電力供給制御から、過昇温抑制制御に切換え、さらに、ＯＰ２２０５において、第２の抵抗閾値ＲＲＥＦ２との比較を行い、目標温度に到達したと判定されたら、温度の維持安定化を図るべく、その結果をＤＲＶ２０３へフィードバックして、温度維持制御への切換えを行う。
図４に示すように、電源電圧＋Ｂが高いほど第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１は、低くなるように設定される。
また、第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１を電源電圧＋Ｂの変化に連動して変化するよう、電源電圧＋Ｂを分圧抵抗２０８、２１２によって案分して発生させるようにしても良い。
Therefore, in the present invention, from the relationship between the temperature characteristic in the steady state shown in FIG. 3 and the temperature characteristic in the temperature rising transient, the relationship between the resistance value of the heating element and the change in the power supply voltage at the target temperature TTRG , FIG. A first resistance threshold curve that gives a first resistance threshold value R REF1 corresponding to a change in power supply voltage during a temperature rise transient as shown by a solid line is stored as map data, and the temperature rises according to fluctuations in the power supply voltage + B. The first resistance threshold value R REF1 in the transient is selected, the plug resistance R GP calculated by the
As shown in FIG. 4, the higher the power supply voltage + B, the lower the first resistance threshold value R REF1 is set.
Further, the power supply voltage + B may be appropriately generated by the
ここで、図５を参照して本発明の第１の実施形態における制御部一体型グロープラグ３の通電制御方法について説明する。
ステップＳ１００の駆動開始判定行程では、ＥＣＵから機関Ｅ／Ｇ４の運転状況に応じてＣＭＧＰ３に発信される駆動信号ＳＩの有無を検出して、始動制御の要否を判定する。
Here, an energization control method for the control unit-integrated
In the drive start determination process of step S100, the presence or absence of the drive signal SI transmitted from the ECU to the
駆動信号ＳＩが発信されている場合には、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ１１０の電流、電圧読込行程に進み、駆動信号ＳＩが発信されていない場合には、判定Ｎｏとなり、ステップＳ１７０の通電制御終了行程に進む。
ステップＳ１７０の通電制御終了行程では、グロープラグ１０への通電を停止し、本発明の制御部一体型グロープラグの通電制御が完了する。
If the drive signal SI is transmitted, the determination is Yes, and the process proceeds to the current and voltage reading process in step S110. If the drive signal SI is not transmitted, the determination is No and the energization control end process in step S170. Proceed to
In the energization control end process of step S170, the energization to the
ステップＳ１１０の電流、電圧読込行程では、検出部ＤＴＣ２０２によって、グロープラグ１０に流れるプラグ電流ＩＧＰ及びグロープラグ１０に印加されるプラグ電圧ＶＧＰとして、ドレイン電圧ＶＤＤを検出し、抵抗値ＲＧＰ（ＶＧＰ／ＩＧＰ）を算出し、又は、抵抗値ＲＧＰに反比例する出力電圧ＶＩＮを出力する。
In the current and voltage reading process in step S110, the detection unit DTC202 detects the drain voltage V DD as the plug current I GP flowing in the
次いでステップＳ１２０の第１の判定行程に進み、ステップＳ１２０の第１の判定行程では、ステップＳ１１０の電流、電圧読込行程で読み込まれたプラグ電流ＩＧＰ及びプラグ電圧ＶＧＰに基づいて、第１の判定として、グロープラグ１０の抵抗値ＲＧＰが、所定の第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１より大きくなっているか否か（又は、検出電圧ＶＩＮが第１の電圧閾値ＶＲＥＦ１より低くなっているか否か）が判定される。
このとき、電源電圧＋Ｂが高い場合には、それに連動して、図４に示したように、第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１が低くなるので、（又は、第１の閾値電圧ＶＲＥＦ１が高くなるので）、より早期にステップＳ１４０の第２の判定行程に進み、電源電圧＋Ｂが低い場合には、それに連動して、図４に示したように、第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１が高くなるので、（又は、第１の閾値電圧ＶＲＥＦ１が低くなるので）、ステップＳ１３０の昇温制御通電を維持する期間が長くなる。
Next, the process proceeds to the first determination process of step S120. In the first determination process of step S120, the first determination process of step S120 is performed based on the current of step S110, the plug current I GP read in the voltage reading process, and the plug voltage V GP . As a determination, whether or not the resistance value R GP of the
At this time, when the power supply voltage + B is high, the first resistance threshold value R REF1 is lowered in conjunction with the power supply voltage + B, as shown in FIG. 4 (or the first threshold voltage V REF1 is raised). Therefore, the process proceeds to the second determination step of step S140 earlier, and when the power supply voltage + B is low, the first resistance threshold value R REF1 becomes high as shown in FIG. (Or since the first threshold voltage V REF1 becomes low), the period for maintaining the temperature increase control energization in step S130 becomes long.
ステップＳ１２０の第１の判定行程において、グロープラグ１０の抵抗値Ｒが所定の第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１以下の場合には、（又は、検出電圧ＶＩＮが所定の第１の電圧閾値ＶＲＥＦ１以上の場合には、）判定Ｎｏとなり、ステップＳ１３０の昇温制御通電行程に進む。
ステップＳ１３０の昇温制御行程では、抵抗発熱体１に定格電圧を超える過電力を印加する昇温時負荷条件Ｄ０として、例えば、１００％デューティでグロープラグ１０への通電を行う昇温制御通電を実施し、ステップＳ１００に戻る。
If the resistance value R of the
Step In temperature increase control process of S130, as during heating load condition D 0 is applied over power exceeding the rated voltage to the
ステップ１２０の第１の判定行程において、グロープラグ１０の抵抗値Ｒが所定の第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１より大きくなるまで（又は、検出電圧ＶＩＮが所定の第１の電圧閾値ＶＲＥＦ１より低くなるまで）、ステップＳ１００からステップＳ１３０のループが繰り替えされ、昇温制御通電が維持され、グロープラグ１０の温度が上昇する。
ステップ１２０の第１の判定行程において、グロープラグ１０の抵抗値Ｒが所定の第１の抵抗閾値ＲＲＥＦ１より大きくなると（又は、検出電圧ＶＩＮが所定の第１の電圧閾値ＶＲＥＦ１より低くなると）、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ１４０の第２の判定行程に進む。
In the first determination step of
In the first determination step of
ステップＳ１４０の第２の判定行程では、ステップＳ１１０で読み込まれた抵抗値Ｒが所定の第２の抵抗閾値ＲＲＥＦ２より大きいか否か（又は、出力電圧ＶＩＮが所定の第２の電圧閾値ＶＲＥＦ２より低いか否か）が判定される。 In the second determination process of step S140, whether or not the resistance value R read in step S110 is greater than a predetermined second resistance threshold value R REF2 (or the output voltage VIN is equal to a predetermined second voltage threshold value V REF2). Whether it is lower) or not.
グロープラグ１０の抵抗値Ｒが所定の第２の抵抗閾値ＲＲＥＦ２以下の場合には、（又は、検出電圧ＶＩＮが所定の第２の電圧閾値ＶＲＥＦ２以上の場合には、）判定Ｎｏとなり、ステップＳ１５０の過昇温抑制制御通電行程に進む。
ステップＳ１５０の過昇温抑制制御行程では、抵抗発熱体１に供給する電力を過電力より低く、飽和電力より高い電力に抑制して供給する過昇温抑制時負荷条件Ｄ１として、例えば、８０％デューティのＰＷＭ制御によってグロープラグ１０への通電を行う過昇温抑制制御通電を実施し、ステップＳ１００に戻る。
When the resistance value R of the
The excessive temperature rise suppression control process of step S150, the electric power supplied to the
ステップＳ１４０の第２の判定行程において、グロープラグ１０の抵抗値Ｒが所定の第２の抵抗閾値ＲＲＥＦ２より大きくなるまで（又は、検出電圧ＶＩＮが所定の第２の電圧閾値ＶＲＥＦ２より低くなるまで）、ステップＳ１００からステップＳ１５０のループが繰り替えされ、過昇温抑制制御通電が維持され、グロープラグ１０の温度が過昇温とならないよう供給電力を抑制した状態で温度上昇する。
次いで、ステップＳ１４０の第２の判定行程において、グロープラグ１０の抵抗値Ｒが所定の第２の抵抗閾値ＲＲＥＦ２より大きくなると（又は、検出電圧ＶＩＮが所定の第２の電圧閾値ＶＲＥＦ１より低くなると）、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ１６０の安定制御通電行程に進む。
In the second determination process of step S140, until the resistance value R of the
Next, in the second determination step of step S140, when the resistance value R of the
ステップＳ１６０の安定制御通電行程では、抵抗発熱体１に定格電圧以下の電力を供給する安定制御時負荷条件Ｄ２として、例えば、５０％デューティのＰＷＭ制御によってグロープラグ１０への通電を行う安定制御通電を実施し、ステップＳ１００に戻る。
駆動信号ＳＩが停止し、ステップＳ１００において、通電終了判定されるまで、ステップＳ１００からステップＳ１６０のループが繰り返され、グロープラグ１０の温度が一定に維持される。
The stability control energization process of step S160, as a stabilizing control during load condition D 2 to supply less power rating voltage to the
The drive signal SI is stopped, and the loop from Step S100 to Step S160 is repeated until the end of energization is determined in Step S100, and the temperature of the
なお、ステップＳ１２０の第１の判定、及び、ステップＳ１４０の第２の判定においては、プラグ電流ＩＧＰ及びプラグ電圧ＶＧＰをＡ／Ｄ変換し、抵抗値Ｒを算出して、それをＣＰＵなどによって閾値判定するようにしても良いし、電圧値として読み込まれたプラグ電流ＩＧＰ及びプラグ電圧ＶＧＰと閾値電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２とを図１に示したようなアナログロジックによって判定するようにしても良い。 In the first determination in step S120 and the second determination in step S140, the plug current I GP and the plug voltage V GP are A / D converted, a resistance value R is calculated, and this is converted into a CPU or the like. The threshold value may be determined by the voltage value, or the plug current I GP and the plug voltage V GP and the threshold voltages VR EF1 and V REF2 read as voltage values may be determined by analog logic as shown in FIG. May be.
ここで、図６、図７を参照して、本発明の効果について比較例と共に説明する。
本図（ａ）に示すように、駆動信号ＳＩが入力されると、これに同期して、上述の制御フローにしたがってグロープラグへの通電が開始され、電源電圧が高い場合には、実施例１として、本図（ｂ）に示すように、実施例２として本図（ｃ）に示す電源電圧が標準的な電圧の場合に比べて、より早いタイミングで、昇温制御（Ｄ０）から過昇温抑制制御（Ｄ１）、過昇温抑制制御（Ｄ１）から安定制御（Ｄ２）への切換が行われ、電源電圧が低い場合には、実施例３として、本図（ｄ）に示すように、実施例２として本図（ｃ）に示す電源電圧が標準的な電圧の場合に比べて、より遅いタイミングで、昇温制御（Ｄ０）から過昇温抑制制御（Ｄ１）、過昇温抑制制御（Ｄ１）から安定制御（Ｄ２）への切換が行われる。
一方、比較例として、本図（ｅ）に示す従来の制御方法では、電源電圧の変動によらず、一定期間経過する度に、昇温制御（Ｄ０）から過昇温抑制制御（Ｄ１）、過昇温抑制制御（Ｄ１）から安定制御（Ｄ２）への切換が行われる。
Here, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, the effect of this invention is demonstrated with a comparative example.
As shown in FIG. 5A, when the drive signal SI is input, the energization of the glow plug is started in accordance with the control flow described above in synchronization with this, and the power supply voltage is high. As shown in FIG. 1B, the temperature rise control (D 0 ) is performed at an earlier timing as compared to the case where the power supply voltage shown in FIG. When switching from the excessive temperature rise suppression control (D 1 ) and the excessive temperature rise suppression control (D 1 ) to the stable control (D 2 ) is performed and the power supply voltage is low, this figure (d As shown in FIG. 4, the temperature rise control (D 0 ) to the over temperature rise suppression control (D 0 ) are delayed at a later timing than the case where the power supply voltage shown in FIG. 1 ) Switching from excessive temperature rise suppression control (D 1 ) to stable control (D 2 ) is performed.
On the other hand, as a comparative example, in the conventional control method shown in FIG. 5E, the temperature rise control (D 0 ) to the over temperature rise suppression control (D 1 ) each time a certain period of time elapses regardless of fluctuations in the power supply voltage. ), Switching from the excessive temperature rise suppression control (D 1 ) to the stable control (D 2 ) is performed.
図７（ａ）は、本実施形態において、電圧変動が起こった場合の抵抗値の経時変化を示す。本図（ａ）に示すように、電圧上昇時には、目標抵抗値が引き下げられ、電圧低下時には、目標抵抗値が引き上げられるので、結果的に電源電圧が如何様に変動しようとも常に一定昇温速度及び目標温度に維持できるようになる。
一方、図７（ｂ）に示すように、比較例においては、電源電圧が標準的な電圧の場合には、本発明の実施形態と同様の抵抗値変化を示し、本実施形態と同様の温度制御を実施できるが、電源電圧が上昇した場合には、目標温度に到達した後も昇温制御が継続し、オーバーシュートとなり、断線を引き起こす虞があり、電源電圧低下時には、目標抵抗値に到達する前に、過昇温抑制制御に切り換えられ目標温度に到達できない虞がある。
FIG. 7A shows a change with time of the resistance value when a voltage variation occurs in the present embodiment. As shown in FIG. 4A, the target resistance value is lowered when the voltage rises, and the target resistance value is raised when the voltage drops. As a result, no matter how the power supply voltage fluctuates, the constant heating rate is always constant. And the target temperature can be maintained.
On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the comparative example, when the power supply voltage is a standard voltage, the resistance value change similar to that of the embodiment of the present invention is shown, and the temperature similar to that of this embodiment is shown. Control can be performed, but if the power supply voltage rises, the temperature rise control will continue even after reaching the target temperature, which may cause overshoot and disconnection. When the power supply voltage drops, the target resistance value is reached. Before starting, there is a possibility that it is switched to the excessive temperature rise suppression control and the target temperature cannot be reached.
図８を参照して本発明の第２の実施形態における制御部一体型グロープラグ３ａの構成概要について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。
上記実施形態においては、ＯＰ１２０４の第１の閾値電圧ＶＲＥＦ１を電源電圧＋Ｂを分圧抵抗２０８、２１２によって分圧して電源電圧＋Ｂの変動に連動するように発生させた例を示したが、本実施形態においては、抵抗閾値増減手段として、ＤＴＣ２０２ａで検出されたＶＧＰから電源電圧＋Ｂを算出し、その値を基に、図４に示したマップに従うように、異なる抵抗値（Ｒ１１、Ｒ１２、・・・Ｒｎ）を介して発生させた、第１の閾値電圧ＶＲＥＦ１を選択し、第１の判定を実施するようにした点が相違する。
本実施形態においても第１の実施形態と同様グにロープラグの発熱部１と通電制御部２とを一体化し、それぞれの固有の抵抗値ＲＧＰに応じた通電制御を可能とすると共に、電源電圧＋Ｂが変動した場合でも、過昇温や昇温不足等を招くことなく、安定した状態で早期に目標温度へ昇温させることができる。
With reference to FIG. 8, the outline of the configuration of the control unit-integrated glow plug 3a in the second embodiment of the present invention will be described. In addition, since the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the said embodiment, description is abbreviate | omitted and only a different point is demonstrated.
In the above embodiment, the first threshold voltage V REF1 of
Also in the present embodiment, the low plug
図９を参照して、本発明の第３の実施形態における制御部一体型グロープラグ３ｂについて説明する。
上記実施形態においては、半導体開閉素子として、ｐチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴ２０１を用い、発熱部１のハイサイドに設けた例を示したが、本実施形態においては、半導体開閉素子として、ｎチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴ（ｎ―ＭＯＳ）２０１ｂを用いた点が相違する。
ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのデメリットとして、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴに比べてオン抵抗が大きく、僅かながらスイッチング速度が遅くなる虞がある。
そこで、搭載スペースに余裕があるエンジンに設ける場合には、本実施形態のように、半導体開閉素子として、ｎチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴ２０１ｂを使用しても良い。
ｎ―ＭＯＳ２０１ｂを用いた場合、ｐ―ＭＯＳ２０１に比べてオン抵抗が低く、電力損失の低減を図ることができる。
With reference to FIG. 9, a control unit integrated
In the above embodiment, an example in which the p-
As a demerit of the p-channel MOSFET, there is a possibility that the on-resistance is larger than that of the n-channel MOSFET and the switching speed is slightly reduced.
Therefore, when the engine is provided with a sufficient mounting space, the n-channel power MOSFET 201b may be used as the semiconductor switching element as in this embodiment.
When the n-MOS 201b is used, the on-resistance is lower than that of the p-
しかし、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴを発熱部１のハイサイドに設けた場合、ｎ―ＭＯＳ２０１ｂがオンするときに、ゲート電圧ＶＤＤをソース電圧ＶＳＳより高くする必要があり、ソース電圧ＶＳＳは、電源電圧＋Ｂにほぼ等しく、ゲート電圧ＶＧＧを電源電圧＋Ｂ以上の高い電圧とするために、ＤＲＶ２０３ｂの出力をチャージポンプ等によって昇圧することになる。
したがって、本実施形態の制御部一体型グロープラグ３ｂの体格が大きくなる虞があり、搭載スペースが充分でないエンジンには不向きだが、エンジンの搭載スペースに余裕がある場合に効果的である。
However, the case of providing the n-channel MOSFET for high-side of the
Therefore, there is a possibility that the physique of the control unit integrated
なお、本図においては、ＤＲＶ２０３ｂ内に複数のコンデンサとダイオードとを組み合わせた典型的なチャージポンプを設けた例を示したが、コンデンサの大きさによっては、ＤＲＶ２０３ｂの外部に設けても良い。
また、本実施形態において、ゲート電圧ＶＧＧの昇圧手段は、チャージポンプに限るものではなく、ケーシング２８内に収容可能であれば、いわゆるチョッパー型ＤＣ−ＤＣコンバータやフライバックトランス型ＤＣ−ＤＣコンバータ等公知の昇圧手段を適宜採用し得る。
本実施形態においても第１の実施形態と同様グにロープラグの発熱部１と通電制御部２とを一体化し、それぞれの固有の抵抗値ＲＧＰに応じた通電制御を可能とすると共に、電源電圧＋Ｂが変動した場合でも、過昇温や昇温不足等を招くことなく、安定した状態で早期に目標温度へ昇温させることができる。
In the figure, an example in which a typical charge pump in which a plurality of capacitors and diodes are combined is provided in the
In the present embodiment, the means for boosting the gate voltage VGG is not limited to the charge pump. If it can be accommodated in the
Also in the present embodiment, the low plug
図１０を参照して、本発明の第４の実施形態における制御部一体型グロープラグ３ｃについて説明する。
上記実施形態においては、半導体開閉素子として、ｎチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴ２０１ｂを用い、発熱部１のハイサイドに設けた例を示したが、本実施形態においては、半導体開閉素子として、ｎチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴ（ｎ―ＭＯＳ）２０１ｃを用い、発熱部１のローサイドに設けた点が相違する。
このような構成とすることにより、上記第１の実施形態と同様、ドライバ２０３ｃにチャージポンプ等の昇圧回路を設ける必要がなく、全体の体格を小さくできる。加えて、ｎ―ＭＯＳ２０１ｃの応答性の高さを享受できる。
ただし、発熱部１ｃをエンジン４に対して絶縁状態で固定することになるので、この点を配慮して、発熱部１ｃの接地側を制御部２ｃに接地端子を設けて接続する必要がある。
本実施形態においても第１の実施形態と同様グにロープラグの発熱部１ｃと通電制御部２ｃとを一体化し、それぞれの固有の抵抗値ＲＧＰに応じた通電制御を可能とすると共に、電源電圧＋Ｂが変動した場合でも、過昇温や昇温不足等を招くことなく、安定した状態で早期に目標温度へ昇温させることができる。
With reference to FIG. 10, a control unit integrated glow plug 3c according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
In the above-described embodiment, an example in which the n-channel power MOSFET 201b is used as the semiconductor switching element and is provided on the high side of the
By adopting such a configuration, it is not necessary to provide a booster circuit such as a charge pump in the driver 203c as in the first embodiment, and the overall size can be reduced. In addition, the high responsiveness of the n-MOS 201c can be enjoyed.
However, since the heat generating portion 1c is fixed in an insulated state with respect to the engine 4, it is necessary to consider this point and connect the ground side of the heat generating portion 1c to the control portion 2c by providing a ground terminal.
In the present embodiment as well, the low plug heat generating portion 1c and the energization control portion 2c are integrated in the same manner as in the first embodiment, and energization control according to the respective specific resistance value R GP is made possible. Even when + B fluctuates, the temperature can be raised to the target temperature at an early stage in a stable state without causing excessive temperature rise or insufficient temperature rise.
１ 発熱部
１０ グロープラグ
１４ ハウジング
２ 制御部
２０１ 半導体開閉素子
２０２ 電流、電圧検出手段
２０３ 半導体駆動回路
２０４ 第１の判定部
２０５ 第２の判定部
２０６ 自己診断装置
２０７ 電流検出抵抗
２０８、２０９、２１２、２１４ 分圧抵抗
２１０ 駆動信号入力調整回路
２１１ 自己診断信号出力調整回路
２２２ 電源入力端子
２３２ 駆動信号入力端子
２４２ 自己診断信号出力端子
２７ コネクタ
２８ ケーシング
３ 制御部一体型グロープラグ
ＳＩ 駆動信号
ＤＩ 自己診断信号
Ｓ１１０ 電流、電圧読込行程
Ｓ１７０ 通電制御終了行程
Ｓ１２０ 第１の判定行程
Ｓ１３０ 昇温制御通電
Ｓ１４０ 第２の判定行程
Ｓ１５０ 過昇温抑制制御通電行程
Ｓ１６０ 安定制御通電行程
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記制御部が、少なくとも、上記抵抗発熱体の抵抗値を算出するプラグ抵抗検出手段と、上記抵抗発熱体に定格電圧を超える過電力を供給した場合の目標温度における上記抵抗発熱体の目標抵抗値を第１の抵抗閾値とし、
上記抵抗発熱体に定格電圧を印加した場合の目標温度における上記抵抗発熱体の目標抵抗値を第２の抵抗閾値とし、
上記プラグ抵抗検出手段によって検出したプラグ抵抗と上記第１の抵抗閾値との比較により、上記抵抗発熱体へ定格電力を超える過電力を供給する昇温制御通電と、上記抵抗発熱体に供給する電力を上記過電力より低く、飽和電力より高い電力に抑制して供給する過昇温抑制制御通電行程との切換の要否を判定する第１の通電切換要否判定手段と、
上記プラグ抵抗検出手段によって検出した上記プラグ抵抗と上記第２の抵抗閾値との比較により、上記過昇温抑制制御通電行程と、上記抵抗発熱体に定格電圧以下の電力を供給する安定制御通電行程との切換の要否を判定する第２の通電切換要否判定手段とを具備することを特徴とする制御部一体型グロープラグ。 A heating element provided in an internal combustion engine, which is composed of a resistance heating element having a predetermined resistance temperature coefficient, and generates heat when energized from a power source, and a semiconductor switching element that is driven on and off according to a driving signal transmitted from an engine control device A control unit-integrated glow plug provided integrally with a control unit that controls opening and closing of the energization of the heat generating unit,
Plug resistance detection means for calculating at least the resistance value of the resistance heating element, and the target resistance value of the resistance heating element at a target temperature when overpower exceeding the rated voltage is supplied to the resistance heating element. Is the first resistance threshold,
A target resistance value of the resistance heating element at a target temperature when a rated voltage is applied to the resistance heating element is set as a second resistance threshold,
By comparing the plug resistance detected by the plug resistance detecting means with the first resistance threshold, the temperature rise control energization for supplying overpower exceeding the rated power to the resistance heating element and the power supplied to the resistance heating element First energization switching necessity determination means for determining whether or not to switch to an excessive temperature rise suppression control energization process that is controlled to supply power lower than the overpower and higher than saturation power;
By comparing the plug resistance detected by the plug resistance detection means with the second resistance threshold, the overheating suppression control energization process and a stable control energization process for supplying power below the rated voltage to the resistance heating element. A controller-integrated glow plug, comprising: a second energization switching necessity determining unit that determines whether or not switching is required.
少なくとも、上記抵抗発熱体に定格電圧を超える過電力を印加する昇温制御通電行程と、上記抵抗発熱体に供給する電力を上記過電力より低く、飽和電力より高い電力に抑制して供給する過昇温抑制制御通電行程と、
上記抵抗発熱体に定格電圧以下の電力を供給する安定制御通電行程と、
上記抵抗発熱体の抵抗値と過電力の印加したときにおける目標温度に対応する目標抵抗を第１の抵抗閾値とし、上記抵抗発熱体の抵抗値と上記第１の抵抗閾値とを比較して、上記昇温制御通電行程と上記過昇温抑制制御通電行程との切換の要否を判定する第１の判定行程と、
定常状態における目標温度に対応する目標抵抗値を第２の抵抗閾値とし、上記抵抗発熱体の抵抗値と第２の抵抗閾値とを比較して、上記過昇温抑制制御通電から上記安定制御通電への切換の要否を判定する第２の判定行程とを具備することを特徴とする制御部一体型グロープラグの通電制御方法。 A heating element provided in an internal combustion engine, which is a resistance heating element having a predetermined resistance temperature coefficient, generates heat when energized from a power source, and opens and closes energization to the heating element according to a drive signal transmitted from the engine control device A control unit-integrated glow plug energization control method integrally provided with a control unit to be controlled,
At least a heating control energization process for applying an overpower exceeding the rated voltage to the resistance heating element, and an oversupply that supplies the resistance heating element with a power that is lower than the overpower and higher than a saturation power. Temperature rise suppression control energization process,
A stable control energization process for supplying power below the rated voltage to the resistance heating element;
A resistance value of the resistance heating element and a target resistance corresponding to a target temperature when overpower is applied are set as a first resistance threshold value, and the resistance value of the resistance heating element and the first resistance threshold value are compared, A first determination step for determining whether or not to switch between the temperature increase control energization step and the over temperature increase suppression control energization step;
The target resistance value corresponding to the target temperature in the steady state is set as the second resistance threshold value, and the resistance value of the resistance heating element and the second resistance threshold value are compared, and the overheating suppression control energization to the stable control energization. A control part-integrated glow plug energization control method comprising: a second determination step for determining whether or not to switch to the control unit.
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