JP2014105667A - グロープラグ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１２Ｖ用の回路構成を極力変更することなく、２４Ｖでの使用を可能とする。
【解決手段】２４Ｖの電圧を出力する車両用バッテリ５とグランドとの間に、通電制御用半導体素子２と、１２Ｖ用の２本のグロープラグ１−１，１−２が直列接続されて設けられると共に、グロープラグ１−１，１−２には、ツェナー電圧が１２Ｖのツェナーダイオード４がそれぞれ並列接続される一方、電源電圧が１２Ｖで、通電制御用半導体素子２の開閉成を制御する演算制御部２３と、車両用バッテリ５の電圧を１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２４とが設けられ、演算制御部２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４により得られた１２Ｖ電圧の供給により、グロープラグ１−１，１−２の駆動制御が可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、グロープラグ駆動制御装置に係り、特に、通常使用される電源電圧の倍の電圧での使用を可能にしたものに関する。

ディーゼルエンジンを用いた車両においては、その始動補助のためにグロープラグが用いられており、その温度制御の安定性、信頼性等は、燃焼の良否等に大きく影響を及ぼすことから、安定した通電制御のために従来から種々の通電駆動制御装置が提案、実用化されていることは良く知られているところである（例えば、特許文献１等参照）。
ところで、一般的な車両にあっては、車両用バッテリの電圧は１２Ｖが主流であるが、大型のトラック等においては、いわゆる電装品の規格等の関係から２４Ｖ電圧が用いられることが多い。

特開平８−２４０１７３号公報（第４−６頁、図１−図７）

しかしながら、上述のようなグロープラグ駆動制御装置は、通常、電源電圧が１２Ｖであることを前提として設計、製造されたものが大半である。そのため、２４Ｖでの使用に適したグロープラグ駆動制御装置が必要とされる場合には、従来は、別途、電源電圧２４Ｖに適した回路構成のグロープラグ駆動制御装置を新たに設計、製造することもあったが、装置価格が高くなるという問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、１２Ｖ用の回路構成を極力変更することなく、２４Ｖでの使用を可能とするグロープラグ駆動制御装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るグロープラグ駆動制御装置は、
所要電圧の２倍の電圧を出力する電源とグランドとの間に、通電制御用半導体素子と、前記所要電圧用のグロープラグであって、２本が直列接続してなるものを一組とし、その一組のグロープラグ、又は、互いに並列接続された複数組のグロープラグとが直列接続されて設けられると共に、前記グロープラグには、前記所要電圧をツェナー電圧とするツェナーダイオードがそれぞれ並列接続される一方、前記所要電圧を電源電圧として、前記通電制御用半導体素子の開閉成を制御する制御部と、前記電源の電圧を前記所要電圧に変換する電圧変換回路とが設けられ、前記電圧変換回路により得られた前記所要電圧を前記制御部へ供給可能としてなり、前記電源による前記グロープラグの駆動制御を可能としてなるものである。

本発明によれば、電圧変換回路の増設と、回路接続の若干の変更によって、所要電圧用に構成されたグロープラグ駆動制御装置であっても、所要電圧の２倍の電圧を有する電源で使用することができ、所要電圧の２倍の電源電圧用のグロープラグ駆動制御装置を新たに設計する必要がなくなり、既存装置の有効活用を図ることによるコストの低減を図ることができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態におけるグロープラグの構成例を模式的に示すグロープラグの縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置１００は、通電駆動回路２１と、計測回路２２と、演算制御部（図１においては「ＡＳＩＣ」と表記）２３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図１においては「ＤＣ／ＤＣ ＣＯＮ」と表記）２４とに大別されて構成されたものとなっている。
かかる構成のグロープラグ駆動制御装置１００は、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ２４を除いて他の構成部分は、所要電圧、すなわち、１２Ｖの電源電圧で動作する従来の構成と基本的に同様の構成を有するものである。

通電駆動回路２１は、通電制御用半導体素子２と、シャント抵抗器３とを主たる構成要素として、グロープラグ１−１，１−２の通電制御が可能に構成されたものとなっている。
すなわち、まず、通電制御用半導体素子２は、例えば、ＭＯＳ ＦＥＴなどが用いられ、そのドレインは、車両用バッテリ５の正極に、ソースは、シャント抵抗器３を介して次述するように直列接続された２つのグロープラグ１−１，１−２に接続されたものとなっている。

本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置１００は、トラックなどにおける大型車両に用いられるものを想定しており、そのため、車両用バッテリ５により供給される電源電圧は２４Ｖであることが前提である。
図１においては、図示を簡潔にして理解を容易とするため、２つのグロープラグ１−１，１−２が示されているが、２つに限定されるものではなく、図示されないエンジンのシリンダ数に応じて設けられるべきものである。

本発明の実施の形態においては、２本のグロープラグ１−１，１−２を一組として、これらを直列接続した状態で通電駆動回路２１により駆動されるよう設けられたものとなっている。したがって、例えば、グロープラグが４本の場合には、図１に示された一組のグロープラグ１−１，１−２に対して、他の一組のグロープラグ（図示せず）が並列接続されて設けられることとなる。６本以上の他の本数についても、同様に２本を一組として、各組が通電制御用半導体素子２，シャント抵抗器３と共に直列接続された状態に設けられることとなる。

図１において、通電制御用半導体素子２のソースは、シャント抵抗器３を介してグロープラグ１−１の正極側に接続され、グロープラグ１−１の負極側は、グロープラグ１−２の正極側に接続されたものとなっており、グロープラグ１−２の負極側がアースに接続されている。
さらに、本発明の実施の形態におけるグロープラグ１−１，１−２は、それぞれツェナーダイオード４が並列接続されたものとなっている。

すなわち、グロープラグ１−１の正極側には、ツェナーダイオード４のカソードが、負極側には、ツェナーダイオード４のアノードが、それぞれ接続されたものとなっている。グロープラグ１−２についてもツェナーダイオード４が同様に並列接続されたものとなっている。
かかるツェナーダイオード４には、ツェナー電圧が１２Ｖのものが用いられている。
一方、通電制御用半導体素子２のゲートには、後述するように演算制御部２３からの制御信号が印加されるようになっており、通電制御用半導体素子２の導通、非導通が制御可能となっている。

かかる構成により、本発明の実施の形態においては、通電制御用半導体素子２を介して車両用バッテリ５の２４Ｖが直流電圧グロープラグ１−１，１−２に印加されると、それぞれのグロープラグ１−１，１−２の両端は、ツェナーダイオード４により１２Ｖに維持されるため、グロープラグ１−１，１−２は、車両用バッテリ５が２４Ｖのものであるにも関わらず、１２Ｖの車両用バッテリを用いた場合と同様の電圧での通電駆動が可能となっている。

計測回路２２は、演算増幅器６を主たる構成要素として、シャント抵抗器３における電圧降下を緩衝増幅して演算制御部２３に供給可能に構成されたものとなっている。
すなわち、まず、演算増幅器６には、シャント抵抗器３の両端の電圧が入力されるようになっており、演算増幅器６の出力段は、次述する演算制御部２３に接続され、シャント抵抗器３における電圧降下が演算制御部２３に入力され、グロープラグ駆動制御処理などに供されるようになっている。

演算制御部２３は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、先の通電制御用半導体素子２へ対する制御信号を出力するためのインターフェイス回路（図示せず）などを主たる構成要素として構成されたものとなっているものである。
本発明の実施の形態における演算制御部２３は、ＡＳＩＣを用いて構成され、１２Ｖの電源電圧で動作するものとなっている。

このため、本発明の実施の形態においては、演算制御部２３には、電圧変換回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２４を介して１２Ｖの電源電圧が供給されるようになっている。
すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、２４Ｖ直流電圧を１２Ｖ直流電圧に変換、出力するよう構成されてなるものである。かかるＤＣ／ＤＣコンバータ２４の入力段には、メインリレー７を介して２４Ｖの車両用バッテリ５の正極が接続されるようになっている。

具体的には、まず、メインリレー７の第１端子７ａが車両用バッテリ５の正極に接続され、第２端子７ｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２４の入力段に接続されている。
メインリレー７は、エンジン制御用電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）２００により通電駆動されるものとなっており、いわゆるノーマルオープンタイプのものが用いられている。
かかるメインリレー７は、エンジン制御用電子制御ユニット２００により電磁コイル７ｅへの通電がなされると、開閉接点７ｃが第１端子７ａと第２端子７ｂとを接続状態とする閉成状態となるように構成されているものである。
上述のようにメインリレー７が閉成状態となることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４には車両用バッテリ５から２４Ｖの直流電圧が入力され、１２Ｖの直流電圧に変換されて演算制御部２３へ供給されることとなる。

エンジン制御用電子制御ユニット２００は、図示されないエンジンの動作制御や燃料噴射制御等を行う他、エンジンの動作状況に応じたグロープラグ１−１，１−２への印加電圧を演算算出し、演算制御部２３へ対して指示するようになっている。
かかるエンジン制御用電子制御ユニット２００には、図示されないイグニッションキーがオンとされることにより車両用バッテリ５からの電源電圧が印加されて動作可能となるように構成されたものとなっている。

次に、かかる構成におけるグロープラグ駆動制御について概括的に説明する。
エンジン制御用電子制御ユニット２００が始動され、エンジン制御用電子制御ユニット２００によりメインリレー７が通電されると、第１端子７ａと第２端子７ｂとが開閉接点７ｃにより接続され、車両用バッテリ５の２４Ｖ直流電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２４に印加されることとなる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２４においては、２４Ｖ直流電圧が１２Ｖ電圧に変換されて、演算制御部２３に供給され演算制御部２３が動作状態となる。

一方、演算制御部２３においては、グロープラグ駆動制御処理が実行され、通電制御用半導体素子２の動作が制御されることにより、グロープラグ１−１，１−２の通電が制御されるようになっている。
本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動制御装置１００により実行されるグロープラグ駆動制御処理は、特定の制御処理に限定される必要はなく、搭載される車両の仕様に応じて適宜な制御処理が選択されるべきものである。

次に、本発明の実施の形態におけるグロープラグ１−１，１−２の構成例について、図２を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態においては、先に図１を参照しつつ説明したように、グロープラグ１−１，１−２には、それぞれツェナーダイオード４を接続する構成としているが、このツェナーダイオード４は、グロープラグ１−１，１−２に、それぞれ予め収納する構成とすると、グロープラグ１−１，１−２と周囲との配線を簡素できる等の点で好適である。
図２には、そのようにツェナーダイオード４をグロープラグ１−１，１−２に、それぞれ収納した構成例を示したものである。

まず、この構成例を概括的に説明する。
従来のグロープラグの負極側は、導電性部材からなるハウジング４０と電気的に導通状態とされ、ハウジング４０がエンジンブロック（図示せず）に取り付けられることで、いわゆる車体アースされる構造となっていた。
これに対して、図２に示された構成例にあっては、正極端子４１の近傍に設けられた負極端子３７にのみ負極側、すなわち、後述する発熱体３１の一端が電気的に導通し、ハウジング４０とは非導通状態とされる構成となっている。

以下、具体的に説明すれば、この構成例において、グロープラグ１−１，１−２は、発熱体３１、柱状正極体３２、金属製外筒３３、絶縁性第１内筒３４、絶縁性第２内筒３５、接続部材３６、負極端子３７、及び、絶縁性止具３８、蓋体３９、ハウジング４０を主たる構成要素として構成されたものとなっている。

ハウジング４０は、導電性部材を用いて全体外観形状が大凡中空円柱状に形成されて、ハウジング中空部４０ａを有するものとなっている。
このハウジング中空部４０ａには、その内周面に絶縁性第２内筒３５の外周面が内接するように、絶縁性第２内筒３５が嵌挿されている。
絶縁性第２内筒３５は、絶縁性部材を用いて、その軸方向の全長がハウジング４０とほぼ同一に設定され、先端側、すなわち、後述するように発熱体３１が位置する部位側が中空筒状に形成されているのに対して、他の部位は、後述する接続部材３６とハウジング４０との間に位置する部位を除いて切り欠かれたものとなっている。

絶縁性第２内筒３５の中空筒状に形成された部位の内部には、導電性部材を用いて柱状に形成された柱状正極体３２の一部と発熱体３１の一部とが収納されるようになっている。
すなわち、柱状正極体３２は、一端側が正極端子４１としてハウジング４０及び絶縁性第２内筒３５から突出し、かつ、ハウジング４０の一端側に取り付けられる蓋体３９内部に位置するように形成される一方、他端側は、ハウジング４０及び絶縁性第２内筒３５の反対側の端部からやや内側に位置するよう形成せしめられて、その端部には、発熱体３１の一端がスポット溶接等により電気的に接続されようになっている。

かかる柱状正極体３２には、絶縁性第１内筒３４が外装されるようなっている。本発明の実施の形態において、絶縁性第１内筒３４は、蓋体３９側の端部が、ハウジング４０から突出して、後述する負極端子３７が丁度外装されするに適した位置まで形成される一方、他端側は、蓋体３９側と反対側の柱状正極体３２の端部よりもやや手前に位置する部位まで形成されたものとなっている。この絶縁性第１内筒３４は、絶縁性部材を用いて中空円筒状に形成されてなるもので、その外径は絶縁性第２内筒３５との間に、導電性部材からなる接続部材３６を介在させることができる適宜な大きさに設定されている。

本発明の実施の形態における接続部材３６は、絶縁性第１内筒３４の外周面と絶縁性第２内筒３５の内周面に沿うように大凡の外観形状が短冊状に形成されたものとなっているが、中空円筒状に形成しても良いものである。
かかる接続部材３６の蓋体３９側の端部は、先の絶縁性第２内筒３５の端部と同一位置に設定される一方、他端側は、柱状正極体３２の端部より手前の部位付近までの長さに設定されたものとなっている。そして、接続部材３６の他端側近傍、すなわち、発熱体３１が位置する側の端部近傍は、絶縁性第１内筒３４との間に、金属製外筒３３が端部を挟むことができるように、先の絶縁性第２内筒３５の中空筒状に形成された部位の内周面に沿って、絶縁性第１内筒３４から離間するように形成され、かつ、その端部は、絶縁性第１内筒３４の端部よりも、やや柱状正極体３２の端部側に位置するものとなっている。

金属製外筒３３は、導電性部材を用いて中空有底状に形成されたものとなっており、その内部には、発熱体３１が収納されると共に、発熱体３１の一端が、底部に半田付け等により接続されたものとなっている。
また、金属製外筒３３の開口部側の端部は、その一部が先に述べたように絶縁性第１内筒３４と接続部材３６の間に挟み込まれる一方、他の部位は、絶縁性第１内筒３４と絶縁性第２内筒３５との間に挟み込まれるようになっている。

一方、金属製外筒３３が位置するハウジング４０の端部と反対側には、大凡中空円筒状の蓋体３９が、例えば、かしめ等によって取着されるようになっている。
この蓋体３９内においては、ハウジング４０から突出する絶縁性第１内筒３４の端部に、導電性部材からなる負極端子３７が外装されたものとなっている。この負極端子３７は、中空筒状に形成され、ハウジング４０側の端面の一部には、接続部材３６の端面が接合されるようになっている。これにより、負極端子３７は、接続部材３６、金属製外筒３３を介して発熱体３１の一端と電気的に導通状態とされている。

さらに、蓋体３９内では、ハウジング４０から突出した柱状正極体３２には、絶縁性部材からなる絶縁性止具３８が取り付けられている。
すなわち、絶縁性止具３８は、中空円筒状の両端に、それぞれ円板状のフランジ３８ａ，３８ｂが形成されてなり、中空部分に柱状正極体３２が、例えば、圧入されることで、特に、一方のフランジ３８ｂが負極端子３７の端面に接するように柱状正極体３２に取り付けられるものとなっている。

また、この絶縁性止具３８から突出した柱状正極体３２の部位は、特に、正極端子４１とされ、シャント抵抗器３の一端、又は、直列接続されるグロープラグの負極端子が接続されるものとなっている（図１参照）。
そして、蓋体３９内においては、ツェナーダイオード４のカソードが正極端子４１に、ツェナーダイオード４アノードが負極端子３７に、それぞれ半田付け等により接続されて、収納されたものとなっている。
かかる構成によって、グロープラグ１−１，１−２は、それぞれ ツェナーダイオード４が並列接続された構成とすることができる。

なお、このような構造のグロープラグ１−１，１−２を、図１に示された回路に用いる場合には、グロープラグ１−１の正極端子４１にシャント抵抗器３の一端を接続すると共に、このグロープラグ１−１の負極端子３７とグロープラグ１−２の正極端子４１とを接続する一方、グロープラグ１−２の負極端子３７をアースに接続すれば良い。

極力小さな回路構成の変更により２４Ｖでの使用が所望されるグロープラグ駆動制御装置に適用できる。

１…グロープラグ
３…シャント抵抗器
４…ツェナーダイオード
５…車両用バッテリ
２１…通電駆動回路
２２…計測回路
２３…演算制御部
２４…ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims (1)

1. 所要電圧の２倍の電圧を出力する電源とグランドとの間に、通電制御用半導体素子と、前記所要電圧用のグロープラグであって、２本が直列接続してなるものを一組とし、その一組のグロープラグ、又は、互いに並列接続された複数組のグロープラグとが直列接続されて設けられると共に、前記グロープラグには、前記所要電圧をツェナー電圧とするツェナーダイオードがそれぞれ並列接続される一方、前記所要電圧を電源電圧として、前記通電制御用半導体素子の開閉成を制御する制御部と、前記電源の電圧を前記所要電圧に変換する電圧変換回路とが設けられ、前記電圧変換回路により得られた前記所要電圧を前記制御部へ供給可能としてなり、前記電源による前記グロープラグの駆動制御を可能としてなることを特徴とするグロープラグ駆動制御装置。

Images