JP4864814B2 - グロープラグの故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの各気筒毎に備えられたグロープラグの異常の有無を診断するグロープラグの故障診断装置に関する。

ディーゼルエンジン等の圧縮点火式エンジンでは、始動時の燃焼室の予熱のためにグロープラグを気筒毎に備えており、従来から、このグロープラグの断線等の故障を検出する診断技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、グロープラグの上流側電圧と下流側電圧の差に基づいてグロープラグの断線を検出する技術が提案されている。また、特許文献２には、グロープラグの加熱状態が所定の状態に達するまでの時間に基づいて、断線の有無を判定する技術が提案されている。

更に、特許文献３には、複数個並列接続されたグロープラグの合計電流値が設定値まで低下した時からさらに設定減少分だけ少ない電流値に低下するまでの時間、或いは、合計電流値が設定値まで低下した後の設定時間経過した時までの電流変化に基づいて、グロープラグの断線を検出する技術が提案されている。
特開平１１−１８２４００号公報 特開昭５８−１７２４７２号公報 特開昭５７−２６２７５号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示されているような従来の技術は、何れも並列接続される全気筒のグロープラグに対して、並列接続の共通信号線から得られる電圧や電流を用いて診断を行うものであり、全気筒のグロープラグをまとめて診断している。

従って、従来の技術では、断線しているグロープラグの数は検出可能であるものの、各気筒のグロープラグの故障を個々に診断することはできず、当然、故障が発生しているグロープラグを特定することもできない。特に、グロープラグの通電電流値によって故障診断を行う場合には、グロープラグの温度等の状況によって電流値が異なるため、異常状態と正常状態とを区別することが困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、気筒毎に備えられたグロープラグに対して、グロープラグの温度状態に影響されることなく通電電流値から確実に故障を診断すると共に、異常の発生しているグロープラグを特定することのできるグロープラグの故障診断装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による第１のグロープラグの故障診断装置は、エンジンの各気筒毎に備えられたグロープラグの異常の有無を診断するグロープラグの故障診断装置において、各気筒のグロープラグを個別に通電／遮断可能な駆動手段と、各気筒のグロープラグの並列接続の電流値を検出する電流検出手段と、各気筒のグロープラグの通電開始順をエンジン始動時の燃料噴射気筒順として、上記駆動手段を介して各気筒のグロープラグを時間的にずらしながら順次通電させ、上記電流検出手段で検出した電流値の増加状態に基づいて、上記グロープラグの異常の有無を診断し、異常のグロープラグを特定する診断手段とを備えることを特徴とする。

本発明による第２のグロープラグの故障診断装置は、エンジンの各気筒毎に備えられたグロープラグの異常の有無を診断するグロープラグの故障診断装置において、各気筒のグロープラグを個別に通電／遮断可能な駆動手段と、各気筒のグロープラグの並列接続の電流値を検出する電流検出手段と、上記駆動手段を介して全気筒のグロープラグを通電した後、各気筒のグロープラグの通電終了順をエンジン始動時の燃料噴射気筒順として、各気筒のグロープラグを時間的にずらしながら順次通電終了させ、上記電流検出手段で検出した電流値の減少状態に基づいて、上記グロープラグの異常の有無を診断し、異常のグロープラグを特定する診断手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、気筒毎に備えられたグロープラグに対して、グロープラグの温度状態に影響されることなく通電電流値から確実に故障を診断することができると共に、異常の発生しているグロープラグを特定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係り、図１はグロープラグの駆動及び診断系を示す構成図、図２はグロープラグの他の駆動及び診断系を示す構成図、図３はグロープラグ故障診断処理のフローチャート、図４は正常時の電流波形を示す説明図、図５は異常時の電流波形を示す説明図である。

図１において、符号１はディーゼルエンジンであり、符号２は、エンジン１を制御するマイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（ECU；Electric Control Unit）である。以下では、ディーゼルエンジン１を、単にエンジン１と記載し、また、エンジン１を制御する電子制御装置２を、エンジンＥＣＵ２と記載する。

エンジン１には、気筒毎にグロープラグ３，…が備えられている。本形態においては、エンジン１が４気筒エンジンであり、４個のグロープラグ３#i（＃iは気筒番号；ｉ＝１，２，３，４）を備える例について説明する。

グロープラグ３#iは、それぞれ、対応するグローリレー４#i（＃iは気筒番号；４気筒の場合、ｉ＝１，２，３，４）の常開接点を介してバッテリ５の正極端子に並列に接続され、エンジン１の接地ラインを介してバッテリ５の負極端子に接続されている。各グローリレー４#iは、それぞれのリレーコイルの一端側がバッテリ５の正極端子に接続されると共に他端側がエンジンＥＣＵ２の出力側に接続されており、エンジンＥＣＵ２により個別に駆動される。

エンジンＥＣＵ２は、入力側にイグニッションスイッチ６を初めとして、バッテリ５の負極端子側の電源ラインに介装された電流センサ７、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ８等の各種センサ・スイッチ類が接続されている。エンジンＥＣＵ２は、これらの各種センサ・スイッチ類からの信号に基づいて、グローリレー４#iを介したグロープラグ３#iの通電制御や、図示しない燃料噴射ノズル（インジェクタ）を介した燃料噴射制御等を行い、また、各気筒のグロープラグ３#iに対する故障診断を行う。

診断手段としてのＥＣＵ２のグロープラグ３#iに対する故障診断は、グロープラグ３#iを個別に通電／遮断可能な駆動手段としてのグローリレー４#iと、グロープラグ３#iの並列接続電流を検出する電流検出手段としての電流センサ７とを用いて実施される。具体的には、エンジンＥＣＵ２は、エンジン始動時に各気筒のグロープラグ３#iを通電する際、各気筒のグロープラグ３#iを時間的にずらしながら通電開始或いは通電終了させ、そのときの通電電流の変化を電流センサ７でモニタすることにより異常の有無を診断し、異常が発生しているグロープラグの気筒が有れば、その気筒を特定する。

尚、電流センサ７をバッテリ５の充電制御用として備えるシステムでは、グロープラグの故障診断用に新たな部品を要することなく、故障診断が可能となる。また、電流センサ７のエンジンＥＣＵ２への出力値は、実際には検出電流値に相当する電圧値であり、エンジンＥＣＵ２はグロープラグ３#iの通電電流を電圧値でモニタする。

すなわち、並列接続される各気筒のグロープラグ３#iを時間的にずらしながら順次通電開始或いは通電終了すると、電流センサ７で検出される通電電流値は、グロープラグ３#iの個々の温度状態（抵抗値の変化）に拘わらず、通電或いは遮断されるグロープラグの数に応じた並列接続の電流値となる。このため、グロープラグ３#iが全て正常の場合、グロープラグ３#iが順次通電或いは遮断されるに応じて、電流センサ７の電流検出値も順次増加或いは減少する。

従って、エンジンＥＣＵ２は、各気筒のグロープラグ３#iを時間的にずらしながら順次通電或いは遮断すると同時に、電流センサ７による電流値の時間変化をモニタする。そして、各気筒のグロープラグ３#iを順次通電したとき、所定気筒のグロープラグを通電したタイミングで電流増加がない場合には、該当気筒のグロープラグが異常であると判断する。同様に、各気筒のグロープラグ３#iを順次遮断したとき、所定気筒のグロープラグを遮断したタイミングで電流減少がない場合には、該当気筒のグロープラグが異常であると判断する。

ここで、各気筒のグロープラグ３#iを時間的にずらしながら通電するタイミングは、エンジン始動時の燃料噴射気筒順に対応した順番としている。すなわち、グロープラグの故障診断に際しては、各気筒のグロープラグ３#iを、エンジン始動時の燃料噴射気筒順に従った順番で、且つグロープラグの抵抗温度特性に基づいて予め定めた時間間隔で順次通電していくことで、各気筒の温度上昇のばらつきを無くし、エンジン始動性を向上することができる。また、この燃料噴射気筒順に従った順番で各気筒のグロープラグ３#iを順次通電した場合には、通電終了も同じ順番として先に通電したグロープラグから順に通電終了させることで、各気筒の温度バランスを均一に維持することができる。

例えば、エンジン１の燃料噴射気筒順（燃焼行程順）が、＃１→＃３→＃２→＃４の気筒順である場合、エンジンＥＣＵ２は、前回のエンジン停止時に、クランク角センサ８からの信号に基づいて停止したクランク位置を記憶しており、この停止したクランク位置が＃３気筒の燃料噴射位置である場合、次回のエンジン始動時、次の燃料噴射対象となる気筒は、＃２気筒であり、＃２気筒から燃料噴射を開始する。

すなわち、エンジン始動における燃料噴射に先だって、燃料噴射開始対象となる気筒から燃料噴射順に従って予め順にグロープラグを通電することで、実際の燃料噴射に対応して効果的に燃焼室内を予熱することができ、故障診断を行いながらエンジン始動性を向上することができると共に、暖機促進を図ることができる。

尚、エンジンＥＣＵ２によるグロープラグ３#iの通電制御及び診断処理は、図２に示すように、専用のグローコントローラ１０が行うように構成しても良い。図２のシステム構成では、エンジンＥＣＵ２は、メインリレーＲｙを介してグローコントローラ１０の電源をＯＮ，ＯＦＦすると共に、通信ライン９を介してグローコントローラ１０と接続されている。

グローコントローラ１０は、各気筒のグロープラグ３#iを個別に通電／遮断する回路機能を備えており、エンジンＥＣＵ２から通信ライン９を介して送信されるエンジン始動時のグロープラグ通電開始指令やグロープラグ通電終了指令を受けて各グロープラグの通電／遮断を制御すると共に、エンジンＥＣＵ２から通信ライン９を介して送信される電流センサ７の検出電流値や始動時の燃料噴射順データ等に基づいてグロープラグの故障診断を行う。

次に、エンジンＥＣＵ２（或いはグローコントローラ１０）によるグロープラグ故障診断処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。

尚、本形態においては、診断の精度及び信頼性を向上するため、グロープラグの通電開始時と通電終了時との双方で診断を行う例について説明するが、簡易的には、通電開始時或いは通電終了時の何れか一方のみの診断とすることも可能である。

図３に示す診断処理では、先ず、最初のステップＳ１において、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）６のＯＮ，ＯＦＦ状態を調べ、ＯＦＦからＯＮに切り換えられたか否かを判断する。そして、イグニッションスイッチ６がＯＦＦ→ＯＮに切り換えられたとき、ステップＳ２へ進み、エンジン始動時の燃料噴射気筒順Ｎを判定する。

燃料噴射気筒順Ｎは、エンジン始動時に燃料噴射を開始する順番を示す噴射番号であり、例えば、燃料噴射気筒順が＃１→＃３→＃２→＃４の気筒順であり、前回のエンジン停止時のクランク位置が＃３気筒の燃料噴射位置であった場合、今回のエンジン始動で最初に燃料を噴射する気筒は＃２気筒であり、この＃２気筒が噴射番号Ｎ＝１の気筒となる。次の噴射番号Ｎ＝２，…に対応する気筒は、燃料噴射順に従って＃４，…気筒となる。

当初、ステップＳ３において噴射番号ＮがＮ＝１に初期設定されると、ステップＳ４で噴射１番目の気筒のグロープラグ３#iに対応するグローリレー４#iがＯＮ（通電）され、該当するグロープラグがＯＮされる。そして、ステップＳ５で、電流センサ７の出力から電流が増加しているか否かを調べる。

その結果、グロープラグの通電に伴って電流が増加している場合には、該当気筒のグロープラグは正常であると判定してステップＳ５からステップＳ７へ進む。一方、グロープラグの通電に伴う電流増加がない場合には、ステップＳ６でＮ番目のグロープラグが異常であると仮判定（グロー仮異常判定１）し、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、噴射番号Ｎが気筒数（４気筒の場合は４）に達したか否かを調べ、Ｎ＜気筒数の場合、ステップＳ８で気筒順Ｎを増分１でインクリメントしてステップＳ４へ戻る。ステップＳ４では、前の噴射番号の気筒のグロープラグをＯＮしてから設定時間が経過したタイミングで今回の噴射番号の気筒のグロープラグをＯＮし、同様に電流値の増加状態から異常の有無を判定する処理を行う。

すなわち、図４に示すように、グロープラグ３#iが正常である場合、最初に（Ｎ＝１）番目の気筒のグロープラグをＯＮすると、電流センサ７の検出電流値が急激に立ち上がり、グロープラグの急速昇温による抵抗値の増大によって電流値がピーク値から緩やかに減少してゆく。この電流値が減少していくタイミングで、次の（Ｎ＝２）番目の気筒のグロープラグをＯＮすると、（Ｎ＝２）番目の気筒のグロープラグの電流値が急激に立ち上がり、（Ｎ＝１）番目の気筒のグロープラグの電流値に重畳した電流波形となる。

従って、Ｎ番目の気筒のグロープラグをＯＮしたときの電流センサ７の検出電流値が（Ｎ−１）番目の気筒のグロープラグをＯＮしたときの検出値よりも増加していれば、Ｎ番目の気筒のグロープラグは正常、増加していなければ、Ｎ番目の気筒のグロープラグは異常であると判定することができる。

図５は、（Ｎ＝３）番目の気筒のグロープラグが異常である場合を示しており、（Ｎ＝２）番目の気筒のグロープラグをＯＮした後、（Ｎ＝３）番目の気筒のグロープラグをＯＮしても、電流波形が減少傾向のままで電流値の増加を検出することができず、（Ｎ＝３）番目の気筒のグロープラグが異常であると判定される。

その後、噴射番号Ｎが気筒数に達すると、ステップＳ７からステップＳ９へ進み、グロープラグのＯＦＦ（通電遮断）条件が成立するか否かの判断ループとなる。グロープラグＯＦＦ条件は、例えばグロープラグによる予熱が完了した後のアフターグローが完了した条件であり、エンジン水温に応じてテーブル参照等により設定される時間が経過した条件である。

このステップＳ９の判断ループにおいてグロープラグＯＦＦ条件が成立すると、ステップＳ１０へ進んで噴射番号Ｎを１に初期化する。そして、ステップＳ１１で噴射Ｎ番目の気筒のグロープラグ３#iに対応するグローリレー４#iをＯＦＦ（通電遮断）して該当するグロープラグをＯＦＦする。

次に、ステップＳ１２で電流センサ７の出力から電流が減少してるか否かを調べ、グロープラグのＯＦＦに伴って電流が減少している場合には、該当気筒のグロープラグは正常であると判定してステップＳ１２からステップＳ４へ進む。一方、グロープラグのＯＦＦに伴う電流減少がない場合には、ステップＳ１３でＮ番目のグロープラグが異常であると仮判定（グロー仮異常判定２）し、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、噴射番号Ｎが気筒数に達したか否かを調べ、Ｎ＜気筒数の場合、ステップＳ１５で気筒順Ｎを増分１でインクリメントしてステップＳ１１へ戻り、グロープラグ３#iを順次ＯＦＦして同様に電流値の減少状態から異常の有無を判定する処理を行う。尚、グロープラグ３#iを順次ＯＦＦする場合の時間間隔は、ＯＮする場合の時間間隔に比較して短い時間で良く、電流値の減少を検出して異常の有無を判定可能な時間で適宜設定される。

図４に示すように、グロープラグによる予熱完了の状態では、電流センサ７で検出される電流は一定値で飽和した波形となっており、この状態からグロープラグを順次ＯＦＦしてゆくと、正常であれば、検出電流値はステップ的に減少していく。一方、何れかのグロープラグが異常である場合、例えば、図５に例示するように、（Ｎ＝３）番目の気筒のグロープラグが異常である場合には、（Ｎ＝３）番目の気筒のグロープラグをＯＦＦしても前の（Ｎ−２）番目の気筒のグロープラグをＯＦＦした状態の電流値から減少しない。

従って、Ｎ番目の気筒のグロープラグをＯＦＦたときの電流センサ７の検出電流値が（Ｎ−１）番目の気筒のグロープラグをＯＦＦしたときの検出値よりも減少していれば、Ｎ番目の気筒のグロープラグは正常、減少していなければ、Ｎ番目の気筒のグロープラグは異常であると判定する。

その後、噴射番号Ｎが気筒数に達すると、ステップＳ１４からステップＳ１６へ進み、グロー仮異常判定１，２の両方が成立した気筒が有るか否かを調べる。その結果、グロー仮異常判定１，２の両方が成立している気筒が無い場合には、ステップＳ１７で全気筒のグロープラグが正常であると判定して本診断処理を終了する。一方、グロー仮異常判定１，２の両方が成立している気筒が有る場合には、両方の仮異常判定が成立している気筒のグロープラグが異常であり、その他の気筒のグロープラグは正常であると判定して本診断処理を終了する。

このように本実施の形態においては、各気筒のグロープラグ３#iの並列接続の電流値を検出する単一の電流センサ７を用いて、各気筒のグロープラグ３#iを時間的にずらしながら順次通電或いは遮断し、そのときの並列接続電流の検出値の順次増加或いは減少の状態に基づいて異常の有無を判定する。

これにより、グロープラグ３#iの個々の温度状態（抵抗値の変化）に影響されることなく正確に異常の有無を診断することができるばかりでなく、異常の発生しているグロープラグを特定することができ、メンテナンス性を向上することができる。しかも、電流センサ７をバッテリ５の充電制御用の電流センサと兼用することにより、コスト上昇を抑制しつつ正確な故障診断を行うことができる。

更に、本実施の形態においては、グロープラグの通電／遮断の順番をエンジン始動時の料噴射順としているので、実際の燃料噴射に対応して燃焼室内を効果的に予熱することができ、効率的に電力を使用してエンジン始動性を向上し、また、暖機促進を図ることができる。

グロープラグの駆動及び診断系を示す構成図 グロープラグの他の駆動及び診断系を示す構成図 グロープラグ故障診断処理のフローチャート 正常時の電流波形を示す説明図 異常時の電流波形を示す説明図

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ 電子制御装置
３ グロープラグ
４ グローリレー
７ 電流センサ

Claims (2)

1. エンジンの各気筒毎に備えられたグロープラグの異常の有無を診断するグロープラグの故障診断装置において、
   各気筒のグロープラグを個別に通電／遮断可能な駆動手段と、
   各気筒のグロープラグの並列接続の電流値を検出する電流検出手段と、
   各気筒のグロープラグの通電開始順をエンジン始動時の燃料噴射気筒順として、上記駆動手段を介して各気筒のグロープラグを時間的にずらしながら順次通電させ、上記電流検出手段で検出した電流値の増加状態に基づいて、上記グロープラグの異常の有無を診断し、異常のグロープラグを特定する診断手段と
   を備えることを特徴とするグロープラグの故障診断装置。
2. エンジンの各気筒毎に備えられたグロープラグの異常の有無を診断するグロープラグの故障診断装置において、
   各気筒のグロープラグを個別に通電／遮断可能な駆動手段と、
   各気筒のグロープラグの並列接続の電流値を検出する電流検出手段と、
   上記駆動手段を介して全気筒のグロープラグを通電した後、各気筒のグロープラグの通電終了順をエンジン始動時の燃料噴射気筒順として、各気筒のグロープラグを時間的にずらしながら順次通電終了させ、上記電流検出手段で検出した電流値の減少状態に基づいて、上記グロープラグの異常の有無を診断し、異常のグロープラグを特定する診断手段と
   を備えることを特徴とするグロープラグの故障診断装置。

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