JP5506251B2 - 通電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、グロープラグ等の発熱体への通電を制御する通電制御装置に関する。

従来、ディーゼル機関の各気筒に配設され、着火を補助するグロープラグを負荷として、パワートランジスタ等の半導体スイッチング素子の開閉によりこれらの負荷への通電を制御するグロープラグ通電制御装置が広く用いられている。

また、グロープラグの高温化及び長寿命化を図るべく、窒化ケイ素等のセラミック材料からなる発熱体を用いたセラミックグロープラグが用いられるようになっている。セラミックグロープラグは速暖性に優れており、始動時のみならずＰＷＭ制御による長時間通電を採用することにより、更なる始動時間の短縮と排ガスエミッションの低減とを図ることができる。
しかし、セラミックグロープラグは、半導体スイッチング素子の短絡や端子間の短絡等の異常により、グロープラグに過剰な電流が流れると、熱暴走を起こして破壊に至る虞があり、過電流の発生は確実に回避されなければならない。
このため、グロープラグ通電制御装置には過電流保護回路が設けられており、過電流保護回路について種々提案されている（特許文献１、特許文献２等参照）。

例えば、図４に示すような従来のグロープラグ通電制御装置１ｚは、図略のディーゼル機関に設けられるグロープラグ４０ｚと、グロープラグ４０ｚへの電力供給源となる車載バッテリ等の電源１０ｚと、電源１０ｚを開閉するキースイッチ１１ｚと、電子制御装置（ＥＣＵ）２０ｚと、グロープラグ４０ｚへの通電を制御する通電制御回路（ＧＣＵ）３０ｚとによって構成されている。
ＧＣＵ３０ｚは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子３１ｚとグロープラグ４０ｚに流れる電流Ｉ_ＧＰを検出する電流検出手段３２ｚと、電流検出手段３２ｚによって検出された電流を監視し、過電流等の異常を検出する異常検出手段３３ｚとによって構成されている。
ＥＣＵ２０ｚは、機関の運転状況に応じて、グロープラグ４０ｚへの通電を制御すべく、ＧＣＵ３０ｚに対して駆動信号ＳＩを発信し、駆動信号ＳＩに従った駆動電圧が印加され、半導体スイッチング素子３１ｚが開閉駆動される。
異常検出手段３３ｚは、グロープラグ４０に流れる電流を検出し、閾値以上の電流を検知すると、過電流と判断して、自己診断情報ＤＩをＥＣＵ２０ｚに送信する。
ＥＣＵ２０ｚには、自己診断情報ＤＩに基づいて、過電流発生時には直ちにＧＣＵ３０ｚへの通電を遮断するラッチ回路２１ｚが設けられている。

また、従来のグロープラグ通電制御装置１ｚでは、図５に示すような制御フローに従って通電制御がなされている。
ステップ２００においてキースイッチ１１ｚが閉じられ、電源がオンとなると、ステップ２０１においてＥＣＵ２０ｚから発信される駆動信号ＳＩのオンオフが判定され、駆動信号ＳＩがオンの場合には、Ｙｅｓに進み、ステップ２０２においてグロープラグ（ＧＰ）４０ｚへの通電が許可され、駆動信号ＳＩがオフの場合には、Ｎｏに進み、ステップ２０４においてグロープラグ４０ｚへの通電が停止される。
ステップ２０２に次いで、ステップ２０３に進みグロープラグ電流検出手段３１ｚによって検出されたグロープラグ電流Ｉ_ＧＰと閾値との比較により、過電流が流れているか否かが判定され、正常な電流値であれば、Ｎｏに進み、駆動信号ＳＩに従ってグロープラグ４０ｚへの通電（Ｓ２０２）と停止（Ｓ２０４）が繰り返される。
ステップ２０３において過電流が検出されるとＹｅｓに進み、ステップ２０５において過電流検出異常であると判定され、ラッチ回路２１ｚが作動し、グロープラグ４０ｚへの通電が遮断される。
次いでステップ２０６において過電流を知らせる自己診断情報ＤＩがＥＣＵ２０ｚに出力され、異常警報等により、運転者に異常を知らせる。
異常を認知した運転者により、キースイッチ１１ｚが開かれステップ２０７において電源がオフとなると、ステップ２０８において過電流ラッチが解除される。
グロープラグ４０ｚ又はＧＣＵ３０ｚの異常が取り除かれ、再度キースイッチ１１ｚが閉じられるとステップ２００に戻り、グロープラグ４０ｚへの通電制御が再開される。

このような制御によって、図６（ａ）に示すように、過電流が検出された場合には、ラッチ２１ｚが作動してグロープラグ４０ｚへの通電が遮断されるので、駆動信号ＳＩのオンオフに従って、半導体スイッチング素子３１ｚが開閉されても、グロープラグ４０ｚに過電流が流れることがなく、グロープラグ４０ｚの損傷を防ぐことができる。

ところが、ディーゼル機関のクランキング時には、図略のスタータモータへの駆動開始や、グロープラグ４０ｚへの通電開始によって、大きな突入電流が同時期に流れるため、ノイズが発生し易く、実際にはグロープラグ４０ｚに過電流が流れていないにも関わらず、ノイズ等の外乱により、異常検出手段３３ｚにおいて過電流検出信号ＤＩが誤って発信される虞がある。
このような場合、図６（ｂ）に示すように、一回の過電流検出信号ＤＩによってラッチ２１ｚが作動し、グロープラグ４０ｚへの通電が遮断される。このため、電源を落として誤動作によるラッチ解除するために、キースイッチ１１ｚを開き、エンジンを停止しなければならない虞がある。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、ノイズ等の外乱に起因する誤動作を防止して、無要なエンジン停止等の無駄を排除しつつ、確実な過電流保護を実現する信頼性の高い通電制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明では、駆動信号に従って開閉駆動される半導体スイッチング素子の開閉により負荷への通電を制御する通電制御装置において、負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、該負荷電流検出手段によって検出された電流値と閾値とを比較して異常を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段によって異常が検出された場合に上記負荷への通電を遮断する通電遮断手段と、上記異常検出手段によって検出された異常が誤検出であるか否かを判定する誤検出判定手段と、上記通電遮断手段を一時的に解除して上記負荷への通電を許可する通電遮断一時解除手段と、を備え、上記通電遮断一時解除手段は、上記負荷への通電の許可を上記駆動信号の入力の一時的な停止によって行うことを特徴とする（請求項１）。

第１の発明によれば、上記異常検出手段によって異常が検知された場合には負荷への通電を遮断し負荷の損傷を防止しつつ、上記異常検出手段によって検出された異常が誤検出であるか否かを、上記誤検出判定手段によって判定し、真に異常であると判定された場合には、負荷への通電を完全に停止し、誤検出であると判定された場合には、負荷への通電を維持することが可能となり、誤検出か否かによって適切な処置をとることができるので、信頼性の高い通電制御装置が実現できる。

より具体的には、第２の発明では、上記誤検出判定手段は、上記通電遮断一時解除手段によって上記通電遮断手段を一時的に解除して、再度通電を実行したときに、上記異常検出手段によって再度異常が検出されなかった場合には、異常検出が誤検出であると判断し、再度異常が検出された場合には真に異常であると判断する（請求項２）。
また、第３の発明では、上記誤検出判定手段は、上記駆動信号の入力を再開したときに上記異常検出手段によって検出された異常検出の検出回数をカウントする異常検出回数計数手段を具備し、該異常検出回数計数手段によってカウントされた異常検出回数と閾値との比較によって誤検出か否かを判定する（請求項３）。
このような構成とすることによって、信頼性の高い通電制御装置が実現できる。

第４の発明では、上記負荷がディーゼル機関に装着されるグロープラグである（請求項４）。

特に、ディーゼル機関に装着されるグロープラグを負荷としてグロープラグへの通電制御装置として用いた場合には、ノイズの発生し易いクランキング時での誤検出による通電停止の無駄を排除しつつ、確実に過電流によるグロープラグの破損を防止可能な信頼性の高い通電制御装置が実現できる。

本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の概要を示す構成図。 本発明の第１の実施形態における通電制御方法を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態における通電制御装置の効果を示し、（ａ）は、過電流発生時における作動を示すタイムチャート、（ｂ）は、ノイズによる過電流誤検出時における作動を示すタイムチャート。 比較例として示す従来のグロープラグ通電制御装置の概要を示す構成図。 比較例として示す従来の通電制御方法を示すフローチャート。 比較例として示す従来の通電制御装置の問題点を示し、（ａ）は、過電流発生時における作動を示すタイムチャート、（ｂ）は、ノイズによる過電流誤検出時における作動を示すタイムチャート。

図1を参照して本発明の第１の実施形態における通電制御装置として、図略のディーゼル機関に装着される複数のグロープラグ４０を負荷として、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワー半導体スイッチング素子３１の開閉によりこれらの負荷への通電を制御するグロープラグ通電制御装置１について説明する。

グロープラグ通電制御装置１は、図略のディーゼル機関に設けられるグロープラグ４０を負荷とし、グロープラグ４０への電力供給源となる車載バッテリ等の電源１０と、電源１０を開閉するキースイッチ１１と、電子制御装置（ＥＣＵ）２０と、グロープラグ４０への通電を制御する通電制御回路（ＧＣＵ）３０とによって構成されている。
ＧＣＵ３０は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子３１とグロープラグ４０に流れる電流Ｉ_ＧＰを検出する負荷電流検出手段３２と、負荷電流検出手段３２によって検出された電流Ｉ_ＧＰを監視し、過電流等の異常を検出する異常検出手段３３とによって構成されている。
ＥＣＵ２０は、機関の運転状況に応じて、グロープラグ４０への通電を制御すべく、ＧＣＵ３０に対して駆動信号ＳＩを発信し、駆動信号ＳＩに従った駆動電圧が印加され、半導体スイッチング素子３１が開閉駆動される。
異常検出手段３３は、負荷電流としてグロープラグ４０に流れる電流Ｉ_ＧＰを検出し、閾値以上の電流を検知したときに、ラッチ２１を作動させ、グロープラグ４０への通電を一時的に遮断する。
このとき、ノイズ等による誤検知であるか、半導体スイッチング素子３１やグロープラグ４０の故障等による過電流であるかを判断して、誤検知である場合には、ラッチ２１を解除し、グロープラグ４０への通電を維持し、実際に過電流である場合には、ラッチ２１の作動を維持してグロープラグ４０への通電を遮断すると共に過電流であることを知らせる自己診断情報ＤＩをＥＣＵ２０に送信する。
ＥＣＵ２０には、自己診断情報ＤＩに基づいて、過電流発生時には直ちにＧＣＵ３０への通電を遮断するラッチ回路２１が設けられている。
異常検出手段３３で検知された過電流がノイズ等の影響による誤作動であるか否かを判定する誤検出判定手段として、過電流検出なされた場合に、通電遮断一時解除手段として、駆動信号一時解除手段３４によって駆動信号ＳＩを一時的にオフすると共にラッチ２１を一時的に解除し、グロープラグ電流Ｉ_ＧＰを再度検出する。このとき、異常検出回数計数手段によって、異常の検出回数ｎをカウントする。異常検出回数判定手段によって、過電流が再度検出されることがなく、複数回の異常検出でないと判定された場合には、誤検出であると判断し、過電流が再度検出され、複数回の異常検出であると判定された場合には、真に過電流が発生していると判断する。

具体的には、本実施形態におけるグロープラグ通電制御装置１では、図２に示すような制御フローに従って通電制御がなされている。
ステップ１００においてキースイッチ１１が閉じられ、電源オンとなると、ステップ１０１において異常検出回数ｎが初期値０に設定される。ステップ１０２においてＥＣＵ２０から発信される駆動信号ＳＩのオンオフが判定され、駆動信号ＳＩがオンの場合には、Ｙｅｓに進み、ステップ１０３においてグロープラグ４０への通電が許可され、駆動信号ＳＩがオフの場合には、Ｎｏに進みステップ１０５においてグロープラグ４０への通電が停止される。
ステップ１０４においてグロープラグ電流検出手段３１によって検出されたグロープラグ電流Ｉ_ＧＰと閾値との比較により、過電流が流れているか否かが判定され、正常な電流値であれば、Ｎｏに進み、駆動信号ＳＩに従ってグロープラグ４０への通電（Ｓ１０３）と停止（Ｓ１０５）が繰り返される。
ステップ１０４において過電流が検出されるとＹｅｓに進み、ステップ１０６において過電流検出異常であると仮判定され、通電遮断手段であるラッチ回路２１が作動し、グロープラグ４０への通電が遮断される。
次いでステップ１０７において過電流を知らせる自己診断情報ＤＩがＥＣＵ２０に出力されると共に、異常検出回数ｎがカウントされ、ｎ＋１の値となる。
本発明の要部である異常検出回数判定手段として、ステップ１０８において異常検出回数ｎが１、即ち、初回検出であるか否かが判定され、初回検出であるならば、Ｙｅｓに進み、ステップ１０９において一時駆動信号解除手段によって、駆動信号ＳＩの入力をオフする。
駆動信号ＳＩの一時的な解除により、ステップ１１０において、ラッチ２１が一時的に解除され、Ｓ１０２に戻る。
再度、駆動信号ＳＩがオンとなったときに、再びステップ１０４においてグロープラグ電流ＩＧＰが判定される。
このとき、一回目の過電流検出がノイズ等の誤検出であって、２回目に過電流が検出されなければ、正常であると判断され、ステップ１０１に戻って、異常検出回数ｎが初期値に戻され通常の通電（Ｓ１０３）と停止（Ｓ１０５）が繰り返される。
一方、現実に何らかの異常が存在し、再びステップ１０４において過電流が検出されると、再度ラッチ２１が作動し、グロープラグ４０への通電を遮断する。
次いで、ステップ１０７において異常検出回数ｎが繰り上がり、ステップ１０８において異常検出回数ｎが１より大きい場合、即ち、複数回の異常検出がなされたと判定され、Ｎｏに進み、ステップ１１２において真に過電流と判定され、グロープラグ４０への通電が完全に遮断される。
このとき自己診断情報ＤＩによって、複数回の異常が検出された状態であることがＥＣＵ２０に伝達される。
異常を認知したＥＵＣによりステップ１１３において駆動信号ＳＩがオフとなると、ステップ１１４において過電流ラッチが解除される。
グロープラグ４０又はＧＣＵ３０の異常が取り除かれ、再度、駆動信号ＳＩがオンとなるとステップ１０１に戻り、グロープラグ４０への通電制御が再開される。

このような制御によって、図３（ａ）に示すように、複数回過電流が検出された場合には、ラッチ２１が作動してグロープラグへの通電が遮断されるので、駆動信号ＳＩのオンオフに従って、半導体スイッチング素子３１が開閉されても、グロープラグ４０に過電流が流れることがなく、グロープラグ４０の損傷を防ぐことができる。
また、図３（ｂ）に示すように、ノイズ等の誤動作による場合には、過電流検出回数ｎが１回だけとなり、誤検知と判断され、グロープラグ４０への通電が維持される。
したがって、本実施形態におけるグロープラグ通電制御装置１において信頼性の高い過電流検出が可能となる。

なお、一回目の過電流検出が行われた後、２回目にグロープラグ電流を検出するタイミングを、クランキング時ではなく、安定したエンジン回転状態に移行したアイドリング時に実施することにより、ノイズの影響を排除して、より確実に、誤検出であるか否かを判定することができる。
したがって、ラッチ解除のタイミングをステップ１０９において駆動信号ＳＩをオフした後、直ちに実行するのではなく、エンジンの運転状態に応じて、アイドリング状態であることを確認した状態で実行するように、アイドリング検知手段を設る構成としても良いし、時間調整によってアイドリング時にラッチ解除のタイミングを調整する構成としても良い。
さらに、複数のグロープラグへの通電制御を行うに際して、各グロープラグに対応して異常検出回数を多重的にカウントすることによって、異常の発生したグロープラグを特定することも可能である。
また、上記実施形態において、各信号のオン状態をＨｉ側で表し、オフ状態をＬｏ側で表した図を用いて説明したが、実際の通信対応においてＯＮ、ＯＦＦをＨｉ、Ｌｏのいずれに対応させるかは適宜変更可能である。

１０ 電源
１１ キースイッチ
２０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
３０ グロープラグ通電制御装置（ＧＣＵ）
３１ 半導体スイッチング素子（ＭＯＳ）
３２ 電流検出手段
３３ 異常検出手段（異常診断回路）
３４ 一時駆動信号停止手段
４０ グロープラグ

特開2008-31979号公報 特開2008-121457号公報

Claims (4)

1. 駆動信号に従って開閉駆動される半導体スイッチング素子の開閉により負荷への通電を制御する通電制御装置において、負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、該負荷電流検出手段によって検出された電流値と閾値とを比較して異常を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段によって異常が検出された場合に上記負荷への通電を遮断する通電遮断手段と、上記異常検出手段によって検出された異常が誤検出であるか否かを判定する誤検出判定手段と、上記通電遮断手段を一時的に解除して上記負荷への通電を許可する通電遮断一時解除手段と、を備え、
   上記通電遮断一時解除手段は、上記負荷への通電の許可を上記駆動信号の入力の一時的な停止によって行うことを特徴とする通電制御装置。
2. 上記誤検出判定手段は、上記通電遮断一時解除手段によって上記通電遮断手段を一時的に解除して、再度通電を実行したときに、上記異常検出手段によって再度異常が検出されなかった場合には、異常検出が誤検出であると判断し、再度異常が検出された場合には真に異常であると判断する請求項１に記載の通電制御装置
3. 上記誤検出判定手段が、上記駆動信号の入力を再開したときに上記異常検出手段によって検出された異常検出の検出回数をカウントする異常検出回数計数手段を具備し、該異常検出回数計数手段によってカウントされた異常検出回数と閾値との比較によって誤検出か否かを判定する請求項１又は２に記載の通電制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の通電制御装置であって、上記負荷がディーゼル機関に装着されるグロープラグである通電制御装置。

Images