JPH01280682A - デイーゼル機関の予熱プラグの温度調節方法および回路装置 - 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、少なくとも１つの予熱プラグに流れる電流
を遮断するための手段を備え、ディーゼル機関の常温始
動の際に電流が周期的にオン・オフされるようなディー
ゼル機関の予熱プラグの温度調節方法およびこの方法を
実施するための回路装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼル機関を常温始動するためには予熱フ。

ラグによって燃焼室を予加熱することが必要であること
は一般的に知られている。この予熱プラグは、点火キー
を操作してそれによって予熱プラグを電池に接続した後
に、出来る限り高速に燃焼室を充分に高い温度、例えば
８００°Ｃ〜９００°Ｃに加熱しなければならない。そ
れによって、ディーゼル機関の高速な始動準備が保証さ
れる。しかしながら、長時間運転の際にはこの予熱プラ
グが過熱によって焼き切れてはならない。

ＰＴＣ抵抗特性を有する自己調節式予熱プラグは知られ
ており、これは長時間運転の際にも破壊されないという
利点を有している。しかしながら、この自己調節式予熱
プラグは高速始動のためには加熱があまりにも遅い。

ディーゼル機関の高速な始動準備は特に低オーミツクな
初期抵抗を有する予熱プラグを使用することによって得
られる。しかも、この高速始動形予熱プラグは、高速に
所望温度に到達するが、しかしながらこの温度に到達後
は焼き切れを回避するために帰還調節されなければなら
ない。

この帰還調節は予熱プラグに前置抵抗を一時的に接続す
ることによって行われたり、または例えばドイツ連邦共
和国特許出願公開第３６０８６０２号公報に記載されて
いるようなパルス幅変調によって行われる。温度のため
の量としてはこの公知の方法においては予熱プラグに流
れる電流が利用されている。この電流は温度が上昇する
につれて、従って予熱プラグの抵抗が増加するにつれて
減少する。所定電圧の際には例えば分路抵抗の助けによ
る電流測定によって燃焼室の温度を推定することが出来
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この電流測定および電流によって燃焼室
の温度を推定することは、特にディーゼル機関の予熱プ
ラグが並列運転される場合には、困難である。つまり、
かかる予熱プラグの内部抵抗は２００〜３００ｍΩのオ
ーダで変動するがらである。この予熱プラグの並列接続
はさらに全抵抗を菫少にする。その場合、特にリード線
の配線抵抗と例えば接触抵抗とが攪乱的に影響する。予
熱プラグが焼き切れると、同様に温度に関する測定結果
も誤差を含むことになる。それゆえ、ディーゼル機関の
燃焼室の温度を信頼を持って検出することは電流測定方
法では可能ではない。

そこで、本発明は、ディーゼル機関の予熱プラグの信頼
出来る温度調節方法およびこの方法を実施するための回
路装置を開発すると共に、予加熱期間を出来る限り短く
することが出来るようにすることを課題とする。

［課題を解決するための手段〕 このような課題を解決するために、本発明によるデイ−
セル機関の予熱プラグの温度調節方法は、オフ時間の期
間中に少なくとも１つの予熱プラグのオーミンク抵抗を
表す物理量が検出され、この物理量はディーゼル機関の
予め定められた運転温度の際に到達すべき目標値と比較
され、前記物理量がその目標値に到達した後、オフ時間
とオン時間とは前記目標値と前記物理量との差が最小に
なるように変えられることを特徴とする。

さらに、本発明によるディーゼル機関の予熱プラグの温
度調節方法を実施するための回路装置は、スイッチング
装置を介して電圧源に接続される少なくとも１つの予熱
プラグを備え、スイッチング装置はパルス幅変調信号に
よって制御可能であり、少なくとも１つの予熱プラグの
オーミック抵抗値を表す物理量の検出手段を備え、調節
回路が少なくとも１つの予熱プラグの検出物理量に依存
してスイッチング装置を制御するためのパルス幅変調信
号のデユーティ比を調節することを特徴とする。

本発明による方法は、予熱プラグの抵抗がヒー夕で加熱
すると変化するという認識に基づいている。予熱プラグ
のオーミック抵抗は予熱プラグのヒータ温度に依存する
。予熱プラグの抵抗の温度依存特性は測定可能であり、
例えば抵抗−温度ダイヤグラムで表すことができる。予
熱プラグのかかる抵抗−温度ダイヤグラムが検出される
と、抵抗値から対応する予熱プラグ温度を推定すること
が出来る。それゆえ、オーミック抵抗の温度依存特性は
各予熱プラグにとっては既知であることが前提であり、
予熱プラグの調節量として利用される。本発明によれば
、予熱プラグは常温始動の際にはパルス幅変調信号を用
いて制御される。最初は、オフ時間はオン時間（電流が
予熱プラグを通って流れる時間）に比較して短く選定さ
れる。それによって、予熱プラグが充分高速に高温度に
到達することが保証される。

本発明による方法は、オフ時間の期間中に、即ち、予熱
プラグの電流が遮断されている際に、少なくとも１つの
オーミック抵抗の尺度が検出される。この測定結果によ
って、予熱プラグの瞬時温度を推定することが出来る。

短いオフ時間の期間中、予熱プラグのヒータ温度はその
熱的慣性によって略一定に保たれ続ける。予熱プラグの
オーミンク抵抗値を表す物理量は予め定められた運転温
度の際に生じるであろう予め定められた目標値と比較さ
れる。目標値と予熱プラグのオーミック抵抗の検出値と
の差に依存して調節工程が開始され、この調節工程は目
標値と測定結果との差が最小になるように予熱プラグを
制御するためのオフ時間とオン時間とを変える。このこ
とは例えば目標値と測定結果との差の絶対量の平均値か
最小になることによって生ぜしめられる。

本発明の実施態様によれば、上述した物理量を検出する
ために抵抗ブリッジ回路が設けられる。

この抵抗ブリッジ回路は補助スイッチング装置を介して
電圧源（例えば電池電圧でもよい）に接続可能である。

この抵抗ブリッジ回路の枝辺には予熱プラグが配設され
る。オフ時間の期間中、抵抗ブリッジ回路は補助スイッ
チング装置の閉成によって動作させられる。抵抗ブリッ
ジ回路の出力端子間には予熱プラグのオーミック抵抗、
従って予熱プラグヒータの温度に依存して電圧が形成さ
れる。抵抗ブリッジ回路の全素子が予熱プラグの抵抗を
除いて既知であると、抵抗ブリッジ回路の出力端子の電
圧差は予熱プラグの温度に対する直接の尺度となる。

本発明による方法の特別な利点は特に欠陥診断も同様に
可能であるという点である。即ち、負荷回路の遮断なら
びに過負荷を検出することができる。予熱プラグが遮断
によって脱落させられたりまたは短絡されても、ディー
ゼル機関はそれにも拘わらず運転準備をし続ける。

〔実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に図示された本発明による回路装置のブロック図
は予熱プラグｌが直列接続されているスイッチング装置
２を有している。この直列回路には、予熱プラグ１のケ
ーシング端子７が電圧源ＵＥのアース極に接続されるよ
うに、電圧源ＵＢが接続されている。予熱プラグ１の接
触電極６はスイッチング装置２に接続されている。さら
に、抵抗ブリッジ回路４が設けられ、４つのブリッジ枝
辺の各々にはオーミック抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が
接続されている。抵抗Ｒ４は予熱プラグ１のオーミンク
抵抗である。第１図によれば、直列接続された抵抗Ｒ１
、Ｒ２は抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路に並列に接続されて
いる。抵抗Ｒ１、Ｒ３の接続点は補助スイッチング族Ｗ
５を介して電圧源、例えば電圧源ＵＢに接続されている
。抵抗Ｒ２はその一方の端子に基準電位が与えられてい
る。抵抗Ｒ２および予熱プラグ１に降下する電圧ｕｒｅ
ｆおよびｕｃｘは調節回路１０に供硲される。電圧Ｕｒ
ｅｒおよびｕｃｘの差または比は予熱プラグ１のオーミ
ック抵抗Ｒ４の尺度となる。予熱プラグ１のオーミック
抵抗Ｒ４を検出するために、スイッチング装置２が開成
され、補助スイッチング装置５が閉成される。予熱プラ
グ１のオーミック抵抗Ｒ４は電圧ｕ　ｒａｆおよびＵ。

Ｋから次式によって得られる。

１ＧＫ Ｒ１＋Ｒ２ｕｓ、 Ｒ２ｕｒ、。

調節回路１０の出力端子３１．３２はスイッチング族Ｗ
２および補助スイッチング装置５を制御するために設け
られている。調節回路１０はスイッチング装置２および
補助スイッチレグ装置５をオン・オフさせるだめの手段
を含んでいる。その場合、制御はデユーティ比が予熱プ
ラグ１のオーミック抵抗に依存するパルス幅変調信号に
よって行われる。

抵抗Ｒ４は、測定電流１０が全温度範囲に亘って抵抗Ｒ
４つまり予熱プラグ１に例えば数ボルトの良好に評価可
能な電圧降下を生じるように選定される。パワー的には
抵抗Ｒ３は殆ど応動しない。

というのは、測定電流ｉ、は短時間しか流れず、その実
効値はそれに応じて小さいからである。

第２図には第１図に示した回路装置が詳細に図示されて
いる。その場合、同一部分には同一符号が付されている
。電界効果トランジスタによって実現されているスイッ
チング装置２を制御するためにはマイクロプロセッサ２
０を使用するのが好ましい。ＵＢは例えば１２Ｖの電池
電圧、Ｕｃは電池電圧ＵＢよりも大きい補助電圧である
。電池電圧ＵＢの正極は電界効果トランジスタ２のドレ
イン端子に接続され、そのソース端子は予熱プラグ１の
接触電極６に接続されている。予熱プラグ１のケーシン
グ端子７はアース電位が与えられている。抵抗Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３と予熱プラグ１のオーミック抵抗Ｒ４とから形
成された抵抗ブリンジ回路４は、同様に電界効果トラン
ジスタによって実現されている補助スイッチング装置５
を介して、電池電圧ＵＩｌの正極に接続されている。予
熱プラグ１の接触電極６は抵抗１１を介してマイクロプ
ロセッサ２０の入力端子２３に接続されている。

この入力端子２３とアース電位との間にはツェナーダイ
オード１６が接続されている。スイッチング装置２が閉
成され、従って予熱プラグ１に電流が流れる場合には、
抵抗１１は入力端子２３に現れる電圧を制限するツェナ
ーダイオード１６のための保護素子となる。抵抗Ｒ１，
Ｒ２の接続点はマイクロプロセッサ２０の入力端子２１
に接続されている。′マイクロプロセッサ２０の入力端
子２２には例えば冷却水温度センサ１７が接続されてお
り、この冷却水温度センサ１７によってオン時点に調節
工程のための修正量が検出される。その修正量はこの実
施例においては冷却水温度センサ１７が温度依存性抵抗
であり抵抗４４に直列に接続されることによって得られ
る。抵抗４４と冷却水温度センサ１７とから構成された
この分圧器は電圧源に接続されており、それゆえ、冷却
水温度センサ１７における電圧降下はディーゼル機関の
冷却水温度の尺度となる。

マイクロプロセッサ２０は入力端子２３．２１．２２に
現れる電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を
含むのが好ましい。マイクロプロセッサ２０の出力端子
３１．３２はそれぞれ抵抗１３．１２を介してエミッタ
接地されたトランジスタ１８．１９のヘース端子に接続
されている。トランジスタ１８のコレクタ端子は一方で
は抵抗１５を介して補助電圧Ｕ６に接続され、他方では
スイッチング装置２の電界効果トランジスタのゲート端
子に接続されている。トランジスタ１９のコレクタ端子
は補助スイッチング装置５の電界効果トランジスタのゲ
ート端子と接続され、かつ抵抗１４を介して補助電圧Ｕ
、に接続されている。トランジスタ１８．１９はパワー
消費の少ないＮＰＮバイポーラトランジスタであり、抵
抗１４．１５は高抵抗のゲート前置抵抗であり、抵抗１
２．１３はトランジスタ１８．１９のためのヘース抵抗
である。

分圧器Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）は、電圧ＵＢが期待すべき
最高値である場合に電圧ｕｒ０がマイクロプロセッサ２
０のＡ／Ｄ変換器によって検知可能な最大電圧を超過し
ないように設定される。同じことが抵抗Ｒ３と予熱プラ
グ１の抵抗Ｒ４とから成る分圧器に対しても適用される
。

第２図に図示した回路装置の作用は次の通りである。マ
イクロプロセッサ２０の出力端子３１には、例えば第３
図の上段に示したようなパルス幅変調信号Ｕ、が周期的
に出現する。例えば１００ｍ５の周期Ｔの期間に例えば
ｌ＋ｎｓの時間ｔの間だりロジック１が現れる、即ち、
この時間ｔの期間だけスイッチング装置２の電界効果ト
ランジスタが遮断される。予熱プラグ１を通って流れる
実効電流はこの例では最大電流の約９９％のデユーティ
比の大きさとなる。それによって、予熱プラグ１の高速
加熱が保証される。出力端子３２に出現する信号Ｕ２は
パルス幅変調信号Ｕ１に対して反転されている。それに
よって、スイッチング装置２の電界効果トランジスタが
導通ずると、補助スイッチング装置５の電界効果トラン
ジスタが遮断されることが保証される。スイッチング装
Ｗ２の電界効果トランジスタが遮断されるとマイクロプ
ロセッサ２０の入力端子２３．２１に現れる電圧ＵＧＫ
およびｕｒｅｆは、予熱プラグ１の温度の尺度となる。

所定の時点Ｌ１でいま所望温度を上回ったとする。しか
しながら、このことはそれに続くオフ時間、この例では
例えば時点ｔ２になってようやく検知される。所望温度
を上回ったことが検知されると、スイッチング装置２の
電界効果１〜ランジスタが少なくとも１周期Ｔの間遮断
される。予熱プラグ１は冷たくなり、例えば時点Ｌ３で
所望温度を再び下回る。このことは次の測定サイクル、
つまり時点Ｌ４になってようやく検知される。それゆえ
、温度は所望温度の上下を行ったり来たりし、その場合
に振幅は周３ｔＪｌＴが短く選定されればされる程小さ
くなる。

ｎ個の予熱プラグに対して温度１Ｊｉ１節を行いたい場
合には、第２図に示した回路装置は抵抗１１．１３．１
５と、ツェナーダイオード１６と、トランジスタ１８と
、スイッチング装置２の電界効果トランジスタとがｎ倍
に増やされる。制御は位相ずれをもって行うと有利であ
り、その場合補助スイッチング装置５の電界効果トラン
ジスタは１周期の間にｎ同温通状態にもたらされなけれ
ばならない。

所定温度の際に複数の予熱プラグの抵抗は例えば±２０
％に制御され、そのために調節の初期値は正確に規定出
来ないので、この初期値を調節すべき各予熱プラグに対
して分離して測定しその後はこの初期値を適用するよう
にすることは有利である。それによって、所定温度の際
に予熱プラグの抵抗値が例えば製造公差に起因して予熱
プラグ毎に異なることを考慮することができ、しかも予
熱プラグの良好な温度調節に寄与することができる。予
熱プラグの常温抵抗、つまり調節のための基礎値は加熱
工程の開始時に検出される。そのために、ディーゼル機
関の瞬時冷却水温度の尺度となる電圧も同様に測定され
なければならない。即ち、予熱プラグの温度が例えば１
５分以上の長い停止後に冷却水温度に正確かつ充分に一
致することが基本である。正確に測定されたこの冷却水
温度の際の予熱プラグのオーミック抵抗と、温度変動を
している際のオーミック抵抗のパーセント上昇に関する
知識とによって、丁度投入された予熱プラグに対して温
度の明白な調節が行われる。この停止時間が既に終了し
たか否かを検知し得るようにするために、マイクロプロ
セッサ２０に、別の入力端子３３を介して、例えはディ
ーゼル機関の運転中に電圧を与えられる自動車端子３３
がまだ電圧を与えられている否かが知らされる。マイク
ロプロセッサ２０がこの時間中に電圧を供給される場合
には、この値に依存してソフトウェア的に時間計数が行
われる。

ディーゼル機関を短時間の停止後に新たに始動させたい
が、例えば１５分の停止時間がまだ終了していない場合
には、調節には最後の停止時の初期値が適用される。

予熱プラグの出来る限り高速でかつ問題のない加熱を得
るために、スイッチング素子として、内部抵抗が出来る
限り小さい電界効果トランジスタを使用することは有利
である。耐短絡性を必要とするところでは、電界効果ト
ランジスタは相応した保護手段を持たなければならない
。補助スイ・ンチング装置５は、電流ｊ、が短時間しか
流れずその際に僅かな電圧降下しか生じないように設計
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための回路装置を
示すブロック図、第２図は第１図に示した回路装置の具
体例の一例を示す回路図、第３図は第１図および第２図
に示した予熱プラグを制御するためのパルスダイヤグラ
ムである。 １・・・予熱プラグ ２・・・スイッチング装置 ４・・・抵抗ブリッジ回路 ５・・補助スイッチング装置 １０・・・調節装置 １７・・・冷却水温度センサ ２０・・・マイクロプロセンサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも１つの予熱プラグに流れる電流を遮断す
   るための手段を備え、ディーゼル機関の常温始動の際に
   電流が周期的にオン・オフされるようなディーゼル機関
   の予熱プラグの温度調節方法において、 オフ時間の期間中に前記少なくとも１つの 予熱プラグのオーミック抵抗を表す物理量が検出され、 この物理量はディーゼル機関の予め定めら れた運転温度の際に到達すべき目標値と比較され、 前記物理量がその目標値に到達した後、オ フ時間とオン時間とは前記目標値と前記物理量との差が
   最小になるように変えられる ことを特徴とするディーゼル機関の予熱プラグの温度調
   節方法。 ２）ディーゼル機関の各予熱プラグのためにそれらのオ
   ーミック抵抗の量が検出されることを特徴とする請求項
   １記載の方法。 ３）調節方法として二位置調節方法が使用されることを
   特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４）予熱プラグは同期してオン・オフされることを特徴
   とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５）予熱プラグは位相ずれをもってオン・オフされるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ６）予熱プラグの温度を表す別の量が検出され、温度調
   節の開始時に予熱プラグのオーミック抵抗にはこの別の
   温度が適用され、この初期値に依存して調節工程が行わ
   れることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の
   方法。 ７）スイッチング装置（２）を介して電圧源（Ｕ＿Ｂ）
   に接続される少なくとも１つの予熱プラグ（１）を備え
   、 前記スイッチング装置（２）はパルス幅変 調信号によって制御可能であり、 少なくとも１つの予熱プラグ（１）のオー ミック抵抗値を表す物理量の検出手段を備え、調節回路
   （１０）が少なくとも１つの予熱 プラグ（１）の検出物理量に依存して前記スイッチング
   装置（２）を制御するためのパルス幅変調信号のデュー
   ティ比を調節する ことを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の方法
   を実施するためのディーゼル機関の予熱プラグの温度調
   節回路装置。 ８）予熱プラグのオーミック抵抗値のための物理量の検
   出手段は補助スイッチング装置（５）を介して電圧源に
   接続可能な抵抗ブリッジ回路（４）を有し、この抵抗ブ
   リッジ回路（４）の１つの枝辺には予熱プラグ（１）が
   配設されることを特徴とする請求項７記載の回路装置。 ９）複数の予熱プラグ（１）が設けられ、スイッチング
   手段（２）は複数のスイッチによって構成され、各予熱
   プラグ（１）は前記スイッチの１つに直列接続され、予
   熱プラグ（１）とスイッチとから構成されたこの各直列
   回路は電圧源（Ｕ＿Ｂ）の端子に接続されることを特徴
   とする請求項７または８記載の回路装置。 １０）スイッチング手段（２）として少なくとも１つの
   リレーが設けられることを特徴とする請求項７ないし９
   の１つに記載の回路装置。 １１）スイッチング手段（２）として少なくとも１つの
   電界効果トランジスタが設けられることを特徴とする請
   求項７ないし１０の１つに記載の回路装置。　　　　　
   　　　　　　 １２）調節回路（１０）としてマイクロプロセツサ（２
   ０）が設けられることを特徴とする請求項７ないし１１
   の１つに記載の回路装置。 １３）調節工程の修正量を検出するために冷却水温度セ
   ンサ（１７）が設けられることを特徴とする請求項７な
   いし１２の１つに記載の回路装置。