JPH01267366A - ディーゼルエンジンのグロープラグ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はディーゼルエンジンのグロープラグ制御装置に
関するものであり、とくに、メタノールなどの低セタン
燃料を用いるグローアシストディーゼルエンジンのグロ
ープラグ温度を制御するものに関する。

（従来の技術） ディーゼルエンジンにおいては、通常、燃料を、吸気の
断熱圧縮に伴う温度上昇によって自己着火させて燃焼さ
せる関係上、エンジン始動時、冷間時等、エンジンの温
度が低いときには、圧縮時に吸気の温度が十分に高まら
ず、着火性能が悪化するといった問題があった。そこで
、所定の電気抵抗を有する発熱体を備えたグロープラグ
を燃焼室に臨設し、所定の運転領域ではグロープラグの
発熱体に通電し、その発熱により燃料の着火を助勢する
ようにした、いわゆるグローアシストディーゼルエンジ
ンが提案されている（例えば、実開昭５７−４４９３２
号公報参照）。

そして、軽油を燃料とする普通のグローアシストディー
ゼルエンジンでは、例えば、第１２図に示すように、イ
グニッションスイッチをオンした後、グロープラグを急
速に予熱し、グローブラグ温度が所定値Ｔ＋℃となった
ｔ５秒後にクランキングを開始し、エンジンが完爆する
までの間、グロープラグ温度を１１℃に保ち、エンジン
が完爆したｔ８秒後にグロープラグ温度をＴｔ’Ｃまで
ステップ状に低下させ、暖機が完了するし５秒までグロ
ープラグ温度をＴ’ｔ’Ｃに保持し、暖機完了後はグロ
ープラグへの通電を停止して、グローアシストを終了す
るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、近年、エミッション性能が良好であって、と
くに、カーボンの発生量か低減され、かつ、石炭、天然
ガスなどから製造できて資源的に有利であることから、
メタノール等のアルコールを燃料と１．たり、あるいは
アルコールを混合した軽油を燃料とするディーゼルエン
ジンが提案されている。

そして、このようなメタノール等を燃料とするディーゼ
ルエンジンにおいても、グロープラグを設けて着火性能
の向上を図ったものが提案されているが、これらに対し
ても、軽油を燃料とする普通のグローアシストディーゼ
ルエンジンと同様、第１２図に示すようなグロープラグ
制御が行われているのが現状である。

しかしながら、軽油と、メタノール等のアルコールとで
は、燃焼特性が明らかに異なり、軽油に対しては適切と
される上記グロープラグ制御が、着火性能、グロープラ
グの耐久性、あるいは消費電力の効率化等の観点から、
メタノール等の低セタン燃料を用いるディーゼルエンジ
ンに対しても適切であるか否かは疑問であるが、この点
については従来何ら検討されておらず、メタノール等を
燃料とするグローアシストディーゼルエンジンに適した
グロープラグ制御装置の開発が求められている。

（課題を解決するだめの手段） そこで、本願発明者は、メタノール等を燃料とするグロ
ーアシストディーゼルエンジンについて、着火性能を良
好に保つために必要なグロープラグ温度（以下、グロー
プラグ要求温度という）を測定したところ、グロープラ
グ要求温度はエンジン負荷に依存し、このようなグロー
プラグ要求温度のエンジン負荷に対する依存性は、例え
ば、第１３図に示すように、エンジン負荷が所定値Ｐｄ
＋以下となる運転領域では、Ｔｄ、’Ｃで一定となり、
エンジン負荷Ｐｄｉ近傍でＴｄ＊’Ｃまで略ステップ状
に急激に低下し、それより高負荷域では負荷の増加とと
もに漸減するといった特性を示すという結果か得られた
。

本発明は上記事実に着目して、燃料の着火を助勢するグ
ロープラグを設けたディーゼルエンジンにおいて、エン
ジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、中負荷
以上の負荷領域までグロープラグに通電するとともに、
上記負荷検出手段によって検出されるエンジン負荷が所
定値以下の低負荷領域ではグロープラグが所定の高温と
なる一方、エンジン負荷が上記所定値を超える高負荷領
域ではグロープラグが所定の低温となるようなステップ
状にグロープラグ温度を制御するグロープラグ温度制御
手段とを設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの
グロープラグ制御装置を提供す（発明の作用・効果） 本発明によれば、グロープラグ温度を、所定の低負荷域
では高温となり、一方、高負荷域では低温となるように
、エンジン負荷に対してステップ状に変化させるように
し、グロープラグ温度を、第１３図に示すような実際の
グロープラグ要求温度とほぼ一致するようにしているの
で、燃料の着火に必要なグロープラグ温度が確保され、
着火性能が向上する。かつ、グロープラグ温度はＺ要最
小限となるので、過剰な電流がグロープラグに供給され
ず、グロープラグでの消費電力の低減が図られ、エンジ
ンの正味熱効率の向上を図ることができるとともに、グ
ロープラグの耐久性の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、メタノールを燃料とする４気筒デ
イーゼルエンジンＤＥに吸気を供給するために、共通吸
気通路ｌが設けられ、この共通吸気遣路ｌには上流から
順に、吸気中の塵を除去するエアクリーナ２と、吸気温
を検出する吸気温センサ３と、リンク機構４を介してア
クチュエータ５によって開閉される吸気絞り弁６と、該
吸気絞り弁６の開度を検出する絞り弁開度センサ７とが
設けられている。そして、共通吸気通路１は、絞り弁６
下流の分岐部８で、第１〜第４気筒Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄに夫々吸気を供給する、第１〜第４狐立吸気通路
９８〜９ｄに分岐している。なお、本実施例では燃料と
してメタノールを用いているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、他のアルコールを燃料としたり、あ
るいは、アルコールを混合した軽油を燃料とするディー
ゼルエンジン、さらには、軽油を燃料として低圧縮比で
運転されるディーゼルエンジン等に対しても適用できる
。

そして、第１〜第４気筒Ａ−Ｄには、夫々、燃料の着火
を助勢するための第１〜第４グロープラグＩｌａ〜Ｉｌ
ｄが設けられている。これらの第１〜第４グロープラグ
Ｉｌａ〜ｌｉｄは、所定の電気抵抗を有する発熱体を備
えた普通のグロープラグであって、発熱体か通電される
とその電流の大小に応じて発熱し、この発熱によって燃
料の着火が助勢されるようになっている。なお、発熱体
の電気抵抗はその温度に対して所定の特性で変化するの
で、後で説明するように、発熱体の電気抵抗を測定する
ことによって、発熱体の温度を算出することができるよ
うになっている。

上記第１〜第４グロープラグＩＩａ＝ＩＩｄには、バッ
テリ１５のプラス極から、共通導線１６と、該共通導線
１６から分岐して、夫々、第１〜第４グロープラグＩｌ
ａ〜Ｉｌｄに接続された第１〜第４分岐導線１７ａ〜＋
７ｄとを通して電流が供給されるようになっている。な
お、バッテリ１５のマイナス極はアース！８に接続され
ている。上記共通導線１６には電磁式開閉器２１が介設
され、該電磁式開閉器２■は、後で詳説するコントロー
ルボックス２２から通電されたときには閉じられ、共通
導線１６を導通させる一方、通電が遮断されたときには
開かれ、共通導通１６を遮断するようになっている。

また、第１〜第４グロープラグｊｌａ＝ｌＩｄにかけら
れる電圧（電流）、すなわち発熱量をコントロールする
ためにｓ　ｐｎｐ型のパワートランジスタ２３が設けら
れ、該パワートランジスタ２３のベース２３ｂはベース
側導線２４を介してコントロールボックス２２に接続さ
れ、エミッタ２３ｅはエミッタ側導線２５を介して電磁
式開閉器２１よリバッテリ１５側の共通導線１６に接続
され、コレクタ２３ｃは第１〜第４分岐導線１７ａ＝１
７ｄに接続されている。上記パワートランジスタ２３は
、ベース２３ｂにかけられる電圧（ベース電圧）が、エ
ミッタ２３ｅにかけられる電圧（エミッタ電圧）よりも
低いときには、ベース電圧に応じて、エミッタ２３ｅか
らコレクタ２３ｃに電流を流し、一方、ベース電圧かエ
ミッタ電圧より高いときには、エミッタ２３ｅからコレ
クタ２３ｃへは電流を流さないようになっている。した
がって、ベース電圧を調節することによって第１〜第４
グロープラグＩｌａ〜Ｉｌｄへの通電量、すなわち発熱
量をコントロールできるようになっている。

上記コントツールボックス２２は、第１〜第４グロープ
ラグＩｌａ〜ｌｉｄの温度がメインコントローラ２９か
ら印加されるグロープラグ設定温度に追随するように、
第１〜第４グロープラグ１１ａ〜Ｉｌｄへの通電量を制
御する制御装置であり、メインコントローラ２９ととも
に、本願特許請求の範囲に記載されたグロープラグ温度
制御手段を構成する。そして、コントロールボックス２
２は第４分岐導線１７ｄに介設された固定抵抗３０にか
かっている電圧を検出し、この電圧値と固定抵抗３０の
抵抗値（既知）とから第４分岐導線１７ｄを流れる電流
値を演算し、この電流値と固定抵抗３０下流のＹ点の電
圧、すなわち第４グロープラグＩｌｄにかかっている電
圧とから第４グロープラグＩｌｄの電気抵抗を演算し、
この電気抵抗値から第４グロープラグｌｌｄの温度を演
算するようにしている。なお、グロープラグの温度と電
気抵抗値との関数関係は、コントロールボックス２２内
に記憶されている。

上記メインコントローラ２９は、吸気温センサ３によっ
て検出される吸気温、絞り弁開度センサ７によって検出
される絞り弁開度、回転数センサ３！によって検出され
るエンジン回転数、クランクアングルセンサ３２によっ
て検出されるクランクアングル、水温センサ３３によっ
て検出される水温、油温センサ３４によって検出される
油温、燃料ポンプ（Ｆ　Ｉ　Ｐ）３５に対して設けられ
た負荷センサ３６によって検出される負荷及び減速度等
を入力情報として、絞り弁６の開閉制御を行うとともに
、グロープラグ設定温度をコントロールボックス２２に
印加するようになっている。

以下、上記構成における作用を説明するエンジンＤＥが
始動されると、コントロールボックス２２によって電磁
式開閉器２１のコイルが通電され、電磁式開閉器２１が
閉じられ、共通導線１６を介して、第１〜第４グロープ
ラグｌｌａ〜ｌｉｄは、夫々、最大限の電流が流され、
急速に加熱される。なお、前記したとおり、第４グロー
プラグｌｌｄの温度は、固定抵抗３０の電圧を測定する
ことによって、常時コントロールボックス２２で検出さ
れている。また、第１〜第３グロープラグ１１ａ＝ｌｌ
ｃの温度は上記第４グロープラグｌｌｄの温度とほぼ同
一であると考えられるので、第４グロープラグＩｌｄの
温度をもって、共通のグロープラグ温度とする。

そして、グロープラグ温度が、メインコントローラ２９
からコントロールボックス２２に印加された所定の設定
温度Ｔｇｏ℃に達したときに、電磁開閉Ｗ２１が開かれ
る一方、パワートランジスタ２３のベース２３ｂにベー
ス電圧がかけ始められ、グロープラグ温度の制御が開始
される。そして、クランキングが開始され、エンジンＤ
Ｅが完爆するまでは、グロープラグ温度がＴｇｏ℃で一
定となるように、コントロールボックス２２によつ・て
パワートランジスタ２３のベース電圧が、グロープラグ
温度を入力情報としてフィードバック制御される。なお
、この間の制御態様は、第１２図に示すような、軽油を
燃料とするグローアシストディーゼルエンジンの制御態
様（０〜ｔ３秒）と同様であるが、クランキング時のグ
ロープラグ設定温度は異なる。

エンジンＤＥの完爆後は、メインコントローラ２９から
コントロールボックス２２に、第２図中の折れ線Ｆ、で
示すような、エンジン負荷に応じたグロープラグ設定温
度が印加され、コントロールボックス２２はグロープラ
グ温度が上記グロープラグ設定温度に追随するように、
パワートランジスタ２３のベース電圧をフィードバック
制御する。上記折れ＠Ｆ、で示すグロープラグ設定温度
は、エンジン負荷か所定値Ｐ１（以下、切替負荷という
）以下の領域ではＴ　ｇ　＋　’Ｃで一定であり、切替
負荷Ｐｌでステップ状に変化し、切替負荷Ｐ１を超える
領域ではＴ　ｇｔ’ｃで一定となっている。このような
グロープラグ設定温度のエンジン負荷に対する特性は、
実測により求められた、折れ線Ｆ、で示すようなグロー
プラグ要求温度（第１３図参照）とほぼ一致するような
特性となっている。なお、従来のものでは、グロープラ
グ設定温度は、直線Ｆ３で示すように、負荷の大小に関
係なくＴｇ＋’Ｃで一定となる特性となっている。した
がって、本発明にかかる上記グロープラグ温度制御によ
れば、グロープラグ温度がほぼグロープラグ要求温度と
一致するので、着火性能を良好に維持でき、さらにグロ
ープラグ温度を不必要に高温化することが防止できるの
でグロープラグの耐久性の向上を図ることができ、かつ
消費電力が必要最小限となるので、燃費性能の向上を図
ることができる。この場合、グロープラグの消費電力は
、第３図中の折れ線Ｆ４で示すように、折れ線Ｆ、で示
される従来のものの消費電力に比べて、大幅に減少して
おり、切替負荷Ｐ、で３０％、最大負荷Ｐ　ｍａｘで４
５％の消費電力の低減が図られる。

ところで、実験結果によれば、上記切替負荷Ｐ、は固定
的なものではなく、エンジンの運転状態によって変化す
るので、本実施例では、切替負荷Ｐ、を種々の運転条件
に応じて補正するようにしているが、以下このような切
替負荷Ｐ、の補正方法について説明する。

まず、切替負荷Ｐ＋をエンジン回転数によって補正する
ようにしている。すなわち、高回転時には、エンジンＤ
Ｅが高温となり、着火性能が良くなるので、切替負荷Ｐ
、を低負荷側に移動させて、より低負荷域からグロープ
ラグ温度を低温側（Ｔｇｔ℃）に切り替え、不必要にグ
ロープラグ温度を高めないようにしている。逆に、低回
転時には、エンジンＤＥの温度が低下して着火性能が低
下するので、切替負荷Ｐ１を高負荷側に移動させて、よ
り高負荷域までグロープラグ温度を高ｔＦｊＬ（Ｔ　ｇ
　＋℃）に保ち、着火性を良好に保つようにしている。

具体的には、例えば第４図に示すように、グロープラグ
設定温度のエンジン負荷に対する特性を、高回転時には
折れ線Ｇ、で示すように設定し、通常時（折れ線Ｇ、）
より切替負荷を低負荷側に移動させ、−力紙回転時には
折れ線Ｇ、で示すように設定し、通常時（折れ線ＧＩ）
より切替負荷を高負荷側に移動させている。そして、切
替負荷Ｐ、は、第５図に示すように、エンジン回転数の
増加に対して直線的に減少するような特性となっている
。

さらに、切替負荷Ｐ、を吸気温によって補正するように
している。すなわち、吸気温が高いときには圧縮によっ
て吸気が十分に高温となり着火性が良くなるので、切替
負荷Ｐ、をより低負荷側に移動させ、一方眼気温が低い
ときにはその逆にしている。本実施例では、切替負荷Ｐ
、のエンジン回転数に対する特性を、吸気温が低いとき
には、第６図中の直線Ｇ、で示すように、通常時（直線
ＣＳ）よりも高負荷側に移動させている。すなわち、よ
り高負荷域までグロープラグ温度を高くして、吸気温度
が低いことによる着火性能の低下を補うようにしている
。これに対して、吸気温が高いときには直線Ｇ、で示す
ように、低負荷側に移動させ、不必要にグロープラグ温
度を高めないようにしている。

また、切替負荷Ｐ１をエンジンＤＥの暖機状態に応じて
補正するようにしている。すなわち、エンジンＤＥの暖
機完了前は、圧縮時に吸気温度が十分に高まらず、着火
性能が低下するので、切替負荷Ｐ１のエンジン回転数に
対する特性を、暖機完了前には第７図中の直線Ｇ８で示
すように、暖機完了後（直線Ｇ８）よりも高負荷側に移
動させ、着火性能の低下を補うようにしている。

以上のようなグロープラグ温度制御を行うことによって
、基本的には着火性の向上と消費電力の低減とが図られ
るが、エンジン負荷が高負荷側から低負荷側に切替負荷
Ｐ１を越えて変化し、グロープラグ設定温度がＴ　ｇ＊
’ｃからＴ　ｇ　＋℃に変更されたときには、グロープ
ラグが熱容量を有することによる過渡的現象によって若
干着火性能の低下が生じるので、本実施例においてはそ
の改善が図られているが、以下、これについて説明する
。

第８図に示すように、ある時期（ｔ、）において、アク
セル開度が折れ線に、で示すように、開側から閉側に移
行し、これに伴ってエンジン負荷が、折れ線に４で示す
ように、高負荷側から低負荷側に変化して切替負荷Ｐ、
以下となったときには、グロープラグ設定温度がＴ　ｇ
ｔ’ｃからＴ　ｇ　＋　℃にステップ状に上昇するが、
第１〜第４グロープラグｌ！ａ〜Ｉｌｄは所定の熱容量
を有するため、実際のグロープラグ温度はステップ状に
は上昇せず、曲線に、で示すように、かなりの時間遅れ
を伴って、徐々にＴＬ℃に到達する。この間実際のグロ
ープラグ温度が、Ｋ１で示すグロープラグ要求温度に達
していないので、着火性能が低下する。これを防止する
ために、本実施例では、エンジン負荷が高負荷側から低
負荷側に変化して切替負荷Ｐ１以下となり、グロープラ
グ設定温度がＴ　ｇ　＊　’Ｃから１８１℃にステップ
状に上昇したときには、折れ線に３で示すように、校り
弁６を所定時間Δｔの間、ΔＸ％だけ開度を減少させて
吸気量を減少させ、第１〜第４グロープラグＩＩａ＝１
１ｄの放熱量を減らして、グロープラグ温度が早急にＴ
ｇｔ℃から１８１℃に上昇するようにしている。

この場合、切替負荷Ｐ、が低いときほど空気過剰率が大
きく、グロープラグ温度が上昇しにくいので、これを補
正するために、第９図に示すように、切替負荷Ｐ１が低
いとき程、絞り弁開度（絞り量）を大きくして吸気量を
減少させ、グロープラグ温度の上昇を迅速化するように
している。

また、エンジン回転数が高いときにはエンジンＤＥが高
温となっており、グロープラグ温度の上昇が速くなるの
で、第１０図に示すように、エンジン回転数が高いとき
程、絞り弁の閉作動時間を短くしている。

なお、グロープラグ設定温度がＴ　ｇ　ｔ　’Ｃから７
ｇ＋℃に変更されたときに、上記のように所定時間だけ
校り弁６を閉作動してグロープラグ温度の上昇を迅速化
しても、絞り弁６が再び全開されたときには、吸気量の
急増によりグロープラグ温度が一時的に低下するおそれ
がある。そこで、本実施例ではこれを防止するようにし
ている。すなわち、第１１図中の折れ線Ｌ５で示すよう
に、絞り弁６が再び全開されたとき（し８）には、吸気
量の急増により、グロープラグ温度が折れ線し４で示す
ように一時的に低下する。これを防止するために、絞り
弁６が閉作動中はグロープラグ設定温度を本来のグロー
プラグ設定温度Ｔｇ＋°Ｃ（折れ線り、）より所定値だ
け高めたＴｇ３℃（折れ線Ｌ１）に設定し、上記絞り弁
６全開時のグロープラグ温度の低下を防止するようにし
ている。これによって、グロープラグ温度を、折れ線り
、で示すように、グロープラグ設定温度Ｔｇ１℃に一致
させることができ、着火性能の向上をより完全なものに
することができる。

なお、同一のディーゼルエンジンにおいて、運転者の選
択によって、軽油とアルコールとを切り替えて使用する
ような場合には、第１２図に示すような軽油を燃料とし
た場合のグロープラグ設定温度と、第２図に示すような
アルコールを燃料とした場合のグロープラグ設定温度の
両方をメインコントローラ２９に記憶しておき、実際に
使用する燃料の種類に応じて、メインコントローラ２９
からコントロールボックス２２に印加されるグロープラ
グ設定温度を切り替えるようにするのが好ましい。ただ
し、軽油の場合はアルコールに比べて着火性が良いため
軽負荷域のみグロープラグに通電するようにしてもよい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるグロープラグ制御装置を備えた
ディーゼルエンジンのシステム構成図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの完爆後のグロープラ
グ設定温度のエンジン負荷に対する特性を示す図である
。 第３図は、第２図に示すグロープラグ設定温度でグロー
プラグ温度を制御した場合のグロープラグの消費電力と
、従来の制御方法による消費電力とをエンジン負荷に対
して示した図である。 第４図は、グロープラグ設定温度のエンジン負荷に対す
る特性を、エンジン回転数に応じて補正した例を示す図
である。 第５図は、第４図に示すようなエンジン回転数に応じた
補正を行う場合の、切替負荷のエンジン回転数に対する
特性を示す図である。 第６図は、切替負荷のエンジン回転数に対する特性を、
吸気温に応じて補正した例を示す図である。 第７図は、切替負荷のエンジン回転数に対する特性を、
エンジンの暖機塵に応じて補正した例を示す図である。 第８図は、エンジン負荷が高負荷側から低負荷側に変化
して切替負荷以下となったときに、絞り弁を閉作動して
グロープラグ温度の上昇を迅速化するように制御する場
合の、グロープラグ温度と、絞り弁開度と、エンジン負
荷と、アクセル開度の時間に対する特性を示す図である
。 第９図は、第８図に示すような絞り弁制御が行なわれる
場合の、絞り弁開度の切替負荷に対する特性を示す図で
ある。 第１Ｏ図は、第８図に示すような絞り弁制御が行なわれ
る場合の、校り弁閉作動時間のエンジン回転数に対する
特性を示す図である。 第１１図は、絞り弁再開時のグロープラグ温度の低下を
防止するために、絞り弁閉作動中のグロープラグ設定温
度を高めるように制御する場合の、グロープラグ設定温
度と、グロープラグ温度と、絞り弁の作動状態とを示す
図である。 第１２図は、軽油を燃料とする従来のグローアシストデ
ィーゼルエンジンの、始動時におけるグロープラグ設定
温度の時間に対する特性を示す図である。 第１３図は、メタノール等を燃料とするグローアンスト
ディーゼルエンジンの、グロープラグ要求温度のエンジ
ン負荷に対する特性を示す図である。 ＤＥ・・・ディーゼルエンジン、Ａ、［３，Ｃ，Ｄ・・
・第１〜第４気筒、Ｉｌａ〜Ｉｌｄ・・・第１〜第４グ
ロープラグ、１５・・・バッテリ、２１・・・電磁開閉
器、２２・・コントロールボックス、２３・・・パワー
トランジスタ、２９・・・メインコントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料の着火を助勢するグロープラグを設けたディ
   ーゼルエンジンにおいて、 エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、中
   負荷以上の負荷領域までグロープラグに通電するととも
   に、上記負荷検出手段によって検出されるエンジン負荷
   が所定値以下の低負荷領域ではグロープラグが所定の高
   温となる一方、エンジン負荷が上記所定値を超える高負
   荷領域ではグロープラグが所定の低温となるようなステ
   ップ状にグロープラグ温度を制御するグロープラグ温度
   制御手段とを設けたことを特徴とするディーゼルエンジ
   ンのグロープラグ制御装置。