JP2000502426A - グロープラグの交流制御装置および方法 - Google Patents
グロープラグの交流制御装置および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明の一局面において、多気筒内燃機関における複数のグロープラグの温度を制御する装置が開示される。電圧センサ(130)がグロープラグを横切る検知電圧の大きさに比例する信号を発生する。マイクロプロセッサ(150)が検知信号の大きさを所定温度グロープラグを示す予選定値の大きさと比較し、それに応答して電流指令信号を発生する。オルタネータ(115)がこの電流指令信号を受け取り、それに応答して交流をグロープラグに与える。
Description
【発明の詳細な説明】
グロープラグの交流制御装置および方法 技術分野
本発明は、全般的には内燃機関における複数のグロープラグの付勢を制御する
装置、一層詳しくは複数のグロープラグを流れる交流電流を連続的に調整する装
置に関する。背景技術
低セタン燃料のような代替燃料が世界の多くの地域で普通になりつつある。デ
ィーゼルエンジンでアルコール燃料を燃焼させるためには、追加の熱を、通常は
エンジンに既に存在するグロープラグから供給しなければならない。グロープラ
グは長期間使用のために設計されていないので、普通は短時間で故障する。
グロープラグの使用可能寿命を延ばすために作動時にグロープラグの消費する
電力を調整するべく、直流電源を利用する精密電圧制御システムが試みられてい
る。しかしながら、直流で生じる電界がグロープラグにイオン移動を生じさせる
。究極的には、このイオン移動がグロープラグを破壊してしまうのである。さら
に、エンジンが作動し、その温度が変化するにつれて、直流電圧制御システムが
過剰な電力でグロープラグを酷使しがちとなり、これが過熱を招いてグロープラ
グを損傷させ、その寿命を短くするのである。
本発明は、低セタン燃料エンジンのような普通の動力用途で使用されるときの
比較的短いグロープラグ寿命についての問題を克服することに向けたものである
。発明の開示
本発明の一局面では、多気筒内燃機関における複数のグロープラグの温度を制
御する装置が開示される。電圧センサがグロープラグを横切る検知電圧の大きさ
に比例した信号を発生する。マイクロプロセッサが検知信号の大きさを所定温度
グロープラグを示す予選定の大きさと比較し、それに応じて電流指令信号を発生
する。オルタネータがこの電流指令信号を受け取り、それに応答して交流電流を
グロープラグに与える。
本発明の別の局面では、多気筒内燃機関における複数のグロープラグの温度を
制御するが開示される。電圧・電流センサがグロープラグに関連した検知電圧・
電流の大きさに比例した信号を発生する。ディバイダが電圧信号を電流信号で割
り、検知抵抗信号を発生する。マイクロプロセッサが検知抵抗信号を、所定温度
グロープラグを示す予選定の大きさと比較し、それに応じて電流指令信号を発生
する。オルタネータが電流指令信号を受け取り、それに応じて交流電流をそのグ
ロープラグに与える。図面の簡単な説明
第1図は、グロープラグ電圧を調整する単相交流グロープラグ制御装置に関す
る本発明の第1実施例を示す。
第2図は、グロープラグ電圧を調整する3相交流グロープラグ制御装置に関す
る本発明の第2実施例を示す。
第3図は、グロープラグ抵抗を調整する単相交流グロープラグ制御装置に関す
る本発明の第3実施例を示す。
第4図は、グロープラグ抵抗を調整する3相交流グロープラグ制御装置に関す
る本発明の第4実施例を示す。
第5図は、グロープラグ抵抗を調整する安定制御器を有する3相交流グロープ
ラグ制御装置に関する本発明の第5実施例を示す。発明を実施するための最良の形態
本発明は、内燃機関の燃焼を助けるのに使用されるセラミック・グロープラグ
の寿命を延ばすための方法および装置に向けたものである。
第1図は交流グロープラグ制御装置100の一実施例を示している。内燃機関
105は複数のグロープラグ110を有する。グロープラグ110は硝酸シリコ
ンその他の適当なセラミック材料で作ったセラミック部分を包含する。電力はオ
ルタネータ115を経由して交流電流の形でグロープラグ110に引き渡される
。こうして、交流電源をセラミック製グロープラグに対して設けることによって
、グロープラグを流れる電流は半サイクル毎に向きを変え、イオン移動を低減す
る。第1図に示す実施例は単相交流構造を表している。ここで、オルタネータ1
15を周知の要領で改造して単相で交流電圧を発生するようにしていることに注
目されたい。
バッテリ125からの電力でグロープラグ110を付勢するためにプレグロー
・スイッチ120が設けてある。このプレグロー・スイッチは、エンジン始動時
にグロープラグをバッテリに直結する第1位置に選択することができる。エンジ
ン105がひとたび始動したならば、プレグロー・スイッチは、グロープラグを
オルタネータ115に接続して交流電圧でグロープラグを付勢する第2位置に選
択することができる。
電圧センサ130がグロープラグ電圧を検知し、検知電圧の大きさに比例した
信号を発生する。電圧センサ130は、たとえば、単純な電圧ディバイダとして
構成してもよい。電圧信号は、交流電圧を直流電圧に変換するAC−DC変換器
135に引き渡される。変換後の電圧は加算増幅器140に引き渡され、この加
算増幅器は変換電圧グロープラグ信号と所望グロープラグ電圧信号との差に応じ
る電圧エラー信号を発生する。所望グロープラグ電圧信号はグロープラグ電圧の
所望の大きさを表している。それに応答して、電圧エラー信号はゲイン・ステー
ジ145に引き渡され、このゲイン・ステージがエラー信号にゲイン値を掛け、
電圧エラー信号を電流指令信号に変換する。オルタネータ115は電流指令信号
を受けており、この信号はオルタネータ界磁巻線を通って流れ、単相交流信号を
発生する。この単相交流信号は複数のグロープラグに引き渡され、各グロープラ
グの電圧を所望グロープラグ電圧に制御する。
好ましくは、加算増幅器140およびゲイン・ステージ145はマイクロプロ
セッサベース・コントローラ150で具体化される。このマイクロプロセッサベ
ース・コントローラ150は、複数の種々のエンジン動作パラメータ、たとえば
、シリンダ温度、シリンダ圧力、エンジン速度などに対応する複数の所望電圧値
を含む多次元ソフトウェア・マップを記憶するメモリ155を包含する。コント
ローラ150は種々のパラメータに基づいて所望電圧値を選ぶ。複数の所望電圧
値は所定のグロープラグ電力に対応するように選ぶと有利である。こうして、本
発明はグロープラグ電圧を所望電圧値に制御してグロープラグを一定温度に維持
することができる。ここで、マップの値が実験および数学的モデリングに基づく
経験データから得られることに注目されたい。さらに、当業者にとって明らかな
ように、ソフトウェア・マップを数式セットに代えることも容易である。 上述
したように、グロープラグ電圧はモニタされる。この値は、グロープラグの所望
電圧である或る予選定されたグロープラグ電圧と比較される。得られた電圧が予
選定電圧と異なる場合、測定電圧が予選定電圧とほぼ等しくなるまで交流界磁電
流を変えることによってグロープラグ電圧を増減する。ここで、グロープラグが
互いに並列に接続してあるので、グロープラグの1つあるいはすべてを検知して
代表的な電圧を決定することができることに注目されたい。
本発明の別の実施例を以下に説明する。第1実施例と同じ構成要素には同じ参
照符号を付け、その説明は省略する。
第2図を参照して、ここには、本発明の別の実施例が示してある。第2図に示
す交流グロープラグ制御装置200は3相電圧手段に基づいており、各相がグロ
ープラグ対を制御する。AC−DC変換器135は各相から検知後のグロープラ
グ電圧を受け取り、それぞれの直流等価電圧を電圧平均化回路205に与える。
電圧平均化回路205は3つの電圧を平均し、平均電圧を加算増幅器140に与
える。加算増幅器は電圧エラー信号を発生する。この電圧エラー信号はゲイン・
ステージ145に引き渡され、ゲイン・ステージはエラー信号とゲイン値とを掛
け合わせて電流指令信号を発生する。オルタネータ115がこの電流指令信号を
受け取り、所定の単相交流信号を各グロープラグ対に与えて各グロープラグの電
圧を所望グロープラグ電圧に制御する。
1つのグロープラグの消費あるいは浪費する電力量がグロープラグ温度に関連
することは周知である。本発明の第1、第2の実施例はグロープラグの電圧を絶
えずモニタし、複数のグロープラグの電圧を所望電圧に制御してグロープラグを
過熱から保護する。このほぼ連続的な電圧フィードバックにより、グロープラグ
電圧が予選定電圧から不当にずれるのを防ぐことができる。グロープラグ電圧が
予選定電圧すなわち所望電圧に維持されるので、グロープラグの消費する電力も
同様に所望レベルに維持されることになる。
本発明の第3実施例が第3図に示してある。第3図は単相交流抵抗制御装置3
00を示している。この第3実施例300はグロープラグ電圧をグロープラグ電
流で割ることによってグロープラグ抵抗を演算する。
電圧センサ130がグロープラグ電圧を検知し、検知電圧の大きさに比例する
グロープラグ電圧信号を発生する。電流センサ305がグロープラグ電流を検知
し、検知電流の大きさに比例する信号を発生する。グロープラグ電圧、電流信号
は複数のAC−DC変換器310に送られ、これらの変換器が信号を交流形態か
ら直流形態へ変換する。それぞれの変換された信号はディバイダ回路315に引
き渡され、ここで、変換後の電圧信号が変換後の電流信号で割られ、グロープラ
グの平均抵抗を示すグロープラグ抵抗信号を発生する。加算増幅器140がこの
グロープラグ抵抗信号を受け取り、信号の大きさを所望のグロープラグ抵抗信号
の大きさと比較する。加算増幅器140は、実際と所望グロープラグ抵抗信号の
大きさの差に応答して抵抗エラー信号を発生する。ゲイン回路145がこのエラ
ー信号をゲイン値に掛け合わせ、電流指令信号を生成する。この電流指令信号は
オルタネータ115に引き渡される。それに応答して、オルタネータ115は単
相交流信号を複数のグロープラグに与えて各グロープラグの抵抗を所望のグロー
プラグ抵抗に制御する。
上述したように、グロープラグ電圧はグロープラグ電流で割られてグロープラ
グ抵抗の指標となる。この値は、グロープラグの所望抵抗である予選定グロープ
ラグ抵抗と比較される。予選定すなわち所望のグロープラグ抵抗はソフトウェア
・マップからマイクロプロセッサベース・コントローラ150によって決定され
る。このソフトウェア・マップは複数の種々のエンジン作動パラメータに対応す
る複数の所望抵抗値を含む。所望抵抗値は所望グロープラグ温度に対応するよう
に選ばれる。もしグロープラグ抵抗が予選定抵抗と異なっているならば、予選定
抵抗にほぼ等しくなるまでこのグロープラグ抵抗が増減される。
グロープラグ抵抗がグロープラグ温度に関連していることは周知である。した
がって、或る範囲の温度を通じて作動エンジンが循環するにつれて、グロープラ
グの温度が変化する。本装置はグロープラグの抵抗を絶えずモニタし、複数のグ
ロープラグの抵抗を所望抵抗に制御してグロープラグを過熱から保護する。この
ほぼ連続的な抵抗フィードバックにより、グロープラグ抵抗が予選定抵抗から不
当にずれることが防止される。こうして、グロープラグ抵抗が所望抵抗に維持さ
れるので、グロープラグ温度も同様に所望温度に維持される。ここで、グロープ
ラグが互いに並列に接続してあるため、グロープラグのすべてが予選定抵抗に制
御されることに注目されたい。したがって、グロープラグ電圧、電流のすべてあ
るいはそのうちの1つを検知して代表的なグロープラグ抵抗値を決定することが
できる。
第4図を参照して、ここには、本発明のまた別の実施例が示してある。第4図
に示す交流グロープラグ制御装置400は各相が1つのグロープラグ対を制御す
る3相電圧手段に基づいている。AC−DC変換器310は各相からの検知グロ
ープラグ電圧、電流を受け取り、それぞれの直流等価信号をそれぞれの電圧、電
流平均化回路405、410に与える。これらの平均化回路は変換後の信号を平
均し、それぞれ平均化された電圧、電流信号を発生する。ディバイダ315が平
均化された電圧、電流信号を受け取り、実際のグロープラグ抵抗を示す抵抗信号
を発生する。加算増幅器140は実際のおよび所望のグロープラグ抵抗信号を受
け取り、それに応答して、抵抗エラー信号を発生する。ゲイン回路145がエラ
ー信号をゲイン値と掛け合わせ、電流指令信号を発生する。この電流指令信号は
オルタネータ115に引き渡される。それに応答して、オルタネータ115は所
定の単相交流信号を各グロープラグ対に引き渡し、各グロープラグ対の抵抗を所
望のグロープラグ抵抗に制御する。
本発明のまたさらに別の実施例が第5図に示してある。この第5図は各グロー
プラグのための個別の安定制御器505を有する3相交流抵抗制御装置500を
示している。安定制御器505はそれぞれのグロープラグ抵抗を調整する複数の
直列負荷装置からなる。一層詳しくは、安定制御器505はそれぞれのグロープ
ラグの消費する電力を調整してグロープラグ温度を制御する。グロープラグ温度
がグロープラグ抵抗に比例するので、安定制御器はグロープラグ抵抗を所望の抵
抗に調整することができる。
安定制御器505はディバイダ回路510を包含し、このディバイダ回路はそ
れぞれのグロープラグ電流、電圧を示す信号を受け取り、この特定のグロープラ
グ抵抗を示す信号を発生する。安定レギュレータ515がこのグロープラグ抵抗
信号を受け取り、実際のグロープラグ抵抗を所望のグロープラグ抵抗と比較し、
安定信号を発生する。この安定信号は安定器520に引き渡され、それの消費す
る電力量を調整し、グロープラグの消費する電力量を制御する。一層詳しくは、
安定信号は負荷として作用する安定器520の抵抗を制御する。こうして、安定
器520の抵抗が大きければそれだけ、安定器の消費する電力も大きくなり、グ
ロープラグの消費する電力が少なくなる。安定器の抵抗を変えることによって、
グロープラグ電力、抵抗も同様に変化する。こうして、グロープラグの実際の抵
抗をモニタすることによって、グロープラグ抵抗を所望抵抗に制御することがで
きる。好ましい実施例においては、安定レギュレータ515は所望のおよび実際
のグロープラグ抵抗信号を受け取る加算増幅器を包含し、安定器520はFET
装置を包含する。さらに、マイクロプロセッサベース・コントローラ150は安
定制御器505の一部であってもよい。
こうして、本発明の第5実施例は、安定器520の抵抗を調整することによっ
て各グロープラグを所望抵抗に制御する「内側」制御ループと、オルタネータ界
磁巻線電流を調整することによってグロープラグ・セット全体の平均抵抗を所望
抵抗値に制御する「外側」制御ループとを利用する。産業上の応用
本発明は多気筒低セタン燃料エンジンに応用できる。先に述べたように、グロ
ープラグ抵抗はグロープラグ温度に比例して変化する。エンジンを始動する前に
、グロープラグは、まず、燃料の初期燃焼に充分な高さの温度まで加熱しなけれ
ばならない。この温度は、最適なグロープラグ寿命を与えるように計算した所望
抵抗値に対応する。グローブラグが予選定温度に達すると、エンジンを始動する
ことになる。
エンジン始動後、多くの他のファクタと組み合った、シリンダ・ピストンの摩
擦がシリンダ内の温度を上昇させる。一定電圧式制御では、シリンダ熱はグロー
プラグ温度を増大させる。温度が増大するにつれて、抵抗が増加し、グロープラ
グがより多くの電力を消費する。しかしながら、本発明のグロープラグ・オルタ
ネータ制御では、グロープラグの電圧あるいは抵抗が制御される。このことは、
グロープラグの消費する電力を制御するという効果を奏する。各グロープラグ電
圧あるいは抵抗は予選定値に制御され、ほほ予選定値の大きさに維持される。
本発明の他の特徴、目的、利点は図面、本明細書および添付の請求の範囲を検
討することにより明らかとなろう。
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(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
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SG
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.多気筒内燃機関における複数のグロープラグの消費する電力を制御する装置 であって、グロープラグを横切る電圧を検知し、検知電圧の大きさに比例する信 号を発生する電圧センサ(130)と、複数のエンジン作動パラメータに対応す る複数の予選定電圧値を含むソフトウェア・マップを記憶するメモリ装置(15 5)と、検知信号を受け取るマイクロプロセッサ(150)であり、複数の予選 定電圧値のうちの1つを選定し、検知信号の大きさを予選定電圧値の大きさと比 較し、それの応答して電流指令信号を発生するマイクロプロセッサ(150)と 、この電流指令信号を受け取り、それに応答して交流電流をグロープラグへ与え るオルタネータ(115)とを包含することを特徴とする装置。 2.請求の範囲第1項記載の装置において、検知信号を受け取り、検知信号の交 流形態を直流形態に変換するAC−DC変換器(135)と、変換後の電圧信号 を受け取り、この変換後の電圧信号の大きさを予選定電圧の大きさと比較し、比 較に応答して電圧エラー信号を発生する加算増幅器(140)と、電圧エラー信 号を受け取り、このエラー信号にゲイン値を掛け、指令信号を発生するゲイン・ ステージ(145)とを包含することを特徴とする装置。 3.請求の範囲第2項記載の装置において、オルタネータが3相交流電圧を発生 し、各相がそれぞれのグロープラグ対を付勢することを特徴とする装置。 4.多気筒内燃機関における複数のグロープラグの温度を制御する装置であって 、グロープラグを横切る電圧を検知し、検知電圧の大きさに比例する信号を発生 する電圧センサ(130)と、グロープラグを横切る電流を検知し、検知電流の 大きさに比例した信号を発生する電流センサ(305)と、検知電圧、電流信号 を受け取り、検知信号を除算し、検知抵抗信号を発生するディバイダ(315) と、複数のエンジン作動パラメータに対応する複数の予選定抵抗値を含むソフト ウェア・マップを記憶するメモリ装置(155)と、検知信号を受け取り、所定 のグロープラグ温度を示す複数の予選定抵抗値のうちの1つを選び、検知信号の 大きさを予選定の大きさと比較し、それに応答して電流指令信号を発生するマイ クロプロセッサ(150)と、電流指令信号を受け取り、それに応答して交流を グロ ープラグへ与えるオルタネータ(115)とを包含することを特徴とする装置。 5.請求の範囲第4項記載の装置において、検知電圧信号および検知電流信号を 受け取り、これらの信号を交流形態から直流形態へ変換するAC−DC変換器( 135)と、抵抗信号を受け取り、抵抗信号の大きさを予選定抵抗の大きさと比 較し、この比較に応答して抵抗エラー信号を発生する加算増幅器(140)と、 この抵抗エラー信号を受け取り、エラー信号とゲイン値を掛け合わせ、指令信号 を発生するゲイン・ステージ(145)とを包含することを特徴とする装置。 6.請求の範囲第4項記載の装置において、オルタネータが3相交流電圧を発生 し、各相がグロープラグ対を付勢することを特徴とする装置。 7.多気筒内燃機関における複数のグロープラグの温度を制御する装置であって 、複数のグロープラグを横切る電圧を検知し、検知電圧の大きさに比例する信号 を発生する電圧センサ(130)と、各グロープラグと組み合わせてあって各グ ロープラグを横切る電流を検知し、検知電流の大きさに比例する信号を発生する 電流センサ(305)と、検知電圧、電流信号を受け取り、これらの検知信号を 除算し、複数のグロープラグの平均抵抗を示す検知抵抗信号を発生するディバイ ダ(315)と、検知抵抗信号を受け取り、この検知信号の大きさを所定温度グ ロープラグを示す予選定値の大きさと比較し、それに応答して電流指令信号を発 生するマイクロプロセッサ(150)と、電流指令信号を受け取り、それに応答 して交流をグロープラグに与えるオルタネータ(115)とを包含することを特 徴とする装置。 8.請求の範囲第7項記載の装置において、複数のエンジン作動パラメータに対 応する複数の予選定抵抗値を含むソフトウェア・マップを記憶するメモリ(15 5)を包含し、マイクロプロセッサが複数の予選定抵抗値のうちの1つを選び、 所望抵抗信号を発生することを特徴とする装置。 9.請求の範囲第7項記載の装置において、検知電圧信号および検知電流信号を 受け取り、これら検知電圧、電流信号の交流形態を直流形態に変換するAC−D C変換器(135)を包含し、前記ディバイダが前記電圧、電流信号の前記直流 形態を受け取り、初句流抵抗信号を発生し、さらに、この直流抵抗信号と所望の 抵抗信号を比較し、この比較に応答して抵抗エラー信号を発生する加算増幅器( 140)と、この抵抗エラー信号を受け取り、このエラー信号にゲイン値を掛け 、指令信号を生成するゲイン・ステージ(145)とを包含することを特徴とす る装置。 10.請求の範囲第9項記載の装置において、オルタネータが3相交流電圧を発 生し、各相が1つのグロープラグ対を付勢することを特徴とする装置。 11.請求の範囲第10項記載の装置において、それぞれのグロープラグの電流 、電圧を示す信号を受け取り、特定のグロープラグ抵抗を示す信号を発生するデ ィバイダ回路(510)と、特定のグロープラグ抵抗信号を受け取り、実際のグロ ープラグ抵抗を所望グロープラグ抵抗と比較し、安定信号を発生する安定レギュ レータ(515)と、特定のグロープラグと直列に接続してある安定器(520 )であり、安定信号を受け取り、それに対する抵抗を変更して安定器(520) の消費する電力量を調整し、グロープラグの消費する電力量を制御する安定器( 520)とを包含することを特徴とする装置。 12.多気筒内燃機関における複数のグロープラグの温度を制御する方法であっ て、複数のグロープラグを横切る電圧を検知し、検知電圧の大きさに比例する信 号を発生する段階と、複数のグロープラグを横切る電流を検知し、検知電流の大 きさに比例する信号を発生する段階と、検知電圧、電流信号を受け取り、これら の検知信号を除算し、グロープラグの平均抵抗を示す検知抵抗信号を発生する段 階と、この検知抵抗信号を受け取り、検知抵抗信号の大きさを所定のグロープラ グ温度を示す予設定値の大きさと比較し、それに応答して電流指令信号を発生す る段階と、この電流指令信号を受け取り、それに応答して交流をグロープラグへ 与える段階とを包含することを特徴とする方法。 13.請求の範囲第12項記載の方法において、複数のエンジン作動パラメータ に対応する複数の予設定抵抗値を含むソフトウェア・マップを記憶する段階を包 含し、マイクロプロセッサが複数の予設定抵抗値のうちの1つを選び、所望の抵 抗信号を発生することを特徴とする方法。 14.請求の範囲第13項記載の方法において、検知抵抗信号を受け取り、この 検知抵抗信号の交流形態を直流形態に変換する段階と、変換後の抵抗信号を受け 取り、それを所望抵抗信号と比較し、この比較に応答して抵抗エラー信号を発生 する段階と、この抵抗エラー信号を受け取り、このエラー信号にゲイン値を掛け 、指令信号を発生する段階とを包含することを特徴とする方法。 15.請求の範囲第14項記載の方法において、3相交流電圧を発生する段階を 包含し、各相が1つのグロープラグ対を付勢することを特徴とする方法。 16.請求の範囲第15項記載の方法において、或る特定のグロープラグの電流 、電圧を示す信号を受け取り、この特定のグロープラグ抵抗を示す信号を発生す る段階と、特定のグロープラグ抵抗信号を受け取り、実際のグロープラグ抵抗を 所望グロープラグ抵抗と比較し、安定信号を発生する段階と、この安定信号を受 け取り、グロープラグの消費する電流量を変更してグロープラグ抵抗を所望の抵 抗値に制御する段階とを包含することを特徴とする方法。
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