JP2008039587A - 円柱状発熱部材の温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状発熱部材の温度について、簡易で、信頼性の高い温度測定値を得る。
【解決手段】グロープラグ１の外周方向で１２０度の角度間隔を隔てて、その外周面近傍の温度を、第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃにより測定し、その三箇所の測定温度の平均値を以て、グロープラグ１の測定温度とすることができ、かかる処理を処理部１２において実行させて、その結果をプリンタ１４に印字させ、また、表示装置１３に表示させるようにするとより好適である。
【選択図】図１

Description

本発明は、グロープラグに代表されるような円柱状発熱部材の温度測定方法に係り、特に、信頼性の向上、測定方法の簡素化等を図ったものに関する。

従来、ディーゼルエンジン燃焼室の予熱には、一般に円柱状に形成されたグロープラグが用いられている。
かかるグロープラグの製造工程においては、実際に通電を行い、グループラグの近傍に配置した温度計や温度測定器によって発熱状態における温度を測定し、その温度が所定範囲外にある場合には、不良品と判定するような製品検査を行っている。
なお、このようなグロープラグの特性測定に関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたようなものがある。

特開２００１−３３０２４８号公報（第４−６頁、図１−図５）

ところで、上述の従来のグロープラグの温度測定は、グロープラグの近傍の任意の一箇所に設けられた温度計等による測定結果で、その製品の良否を判定しているが、比較的多く不良と判定されるケースが生じることがある。本願発明者らはその原因及び対策を鋭意研究した結果、グロープラグの温度は、その外周方向で変動があり、温度計や温度測定器を配置する位置によっては、良品と判定される温度以下の測定結果が現れることを突き止めるに至った。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡易に、信頼性の高い温度測定値を得ることのできる円柱状発熱部材の温度測定方法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、本発明に係る円柱状発熱部材の温度測定方法は、
円柱状発熱部材の温度測定方法であって、
前記円柱状発熱部材の外周方向で１２０度の角度間隔を隔てて、その外周面近傍、又は、その外周面の温度を測定し、当該三箇所の測定温度の平均値を前記円柱状発熱部材の温度とするよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る円柱状発熱部材の温度測定装置は、
円柱状発熱部材の温度測定装置であって、
前記円柱状発熱部材の外周方向で１２０度の角度間隔を隔てて、その外周面近傍、又は、その外周面にそれぞれ配設された第１乃至第３の温度検出手段と、
前記第１乃至第３の温度検出手段の出力信号に基づいて、前記円柱状発熱部材の温度を決定する処理手段とを具備し、
前記処理手段は、前記第１乃至第３の温度検出手段により検出された前記円柱状発熱部材のそれぞれの温度の平均値を算出し、当該平均値を前記円柱状部材の測定温度とするよう構成されてなるものである。

本発明によれば、円柱状発熱部材の外周方向で１２０度の間隔隔てた位置で、それぞれ温度を測定し、それらの測定値の平均を求めることで、円柱発熱部材の外周囲における不均一な温度分布に関わらず、円柱状発熱部材の合理的な温度を求めることができるので、簡易に、信頼性の高い温度測定値を得ることができるという効果を奏するものである。

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円柱状発熱部材の温度計測方法が適用されるブロープラグの温度測定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の温度測定装置は、グロープラグの周囲に配設された３つの温度センサ２ａ〜２ｃと、この温度センサ２ａ〜２ｃのアナログ出力信号を所定のディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器（図１においては「Ａ／Ｄ」と表記）１１と、アナログ・ディジタル変換器１１の出力信号を入力し、後述する温度測定処理を実行する処理部（図１においては「ＣＰＵ」と表記）１２とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。

円柱状発熱部材としてのグロープラグ１は、公知・周知のもので、一般に、絶縁性を有する円柱状部材３の中に、２つの発熱体４ａ，４ｂが径方向で所定の間隔を隔てて配設されたものとなっている（図１参照）。この２つの発熱体４ａ，４ｂは、円柱状部材３の直径方向において、円柱状部味３の中心からのそれぞれの距離Ｌ１，Ｌ２離間して位置し、円柱状部材３の軸方向（図１において紙面表裏方向）に延びものとなっており、本来は、Ｌ１＝Ｌ２となるように配設されるのが理想である。しかし、実際には、製造精度のばらつき等から、必ずしもＬ１≠Ｌ２とはならないだけでなく、図１に示されたように直径方向からややずれて配置されることもある。この場合、各々の直径方向からのずれ量ｓ１，ｓ２は、必ずしも等しい（ｓ１＝ｓ２）とは限らない。なお、図１においては、グロープラグ１は、円柱状部材３の径方向での断面の様子が模式的に示されたものとなっている。

本発明の実施の形態における温度検出手段としての第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃは、グロープラグ１の外周面近傍において、その外周方向で相互に１２０度の角度を隔てて配設されている。図１に示された例においては、第１の温度センサ２ａの位置を０度として、第２の温度センサ２ｂは、これより半時計方向に１２０度進んだ位置に、また、第３の温度センサ２ｃは、第２の温度センサ２ｂより半時計方向に１２０度進んだ位置に、それぞれ配設されたものとなっている。すなわち、第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃは、同一円周上において、互いに１２０度づつ隔てて配設されたものとなっている。
なお、第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃとグロープラグ１の外周面との間隔は、いずれも均一である。

本発明の実施の形態における第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃは、アナログの出力信号が出力されるようになっているもので、その出力信号は、後述するような処理部１２による温度測定処理のため、アナログ・ディジタル変換器１１によって所定の形式のディジタル信号に変換され、処理部１２へ入力されるようになっている。

処理手段としての処理部１２は、例えば、マイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子や入出力インターフェイス等（図示せず）を有して構成されて、後述するような温度測定処理のためのプログラムが実行されるようになっている。
かかる処理部１２には、所望に応じて表示装置１３やプリンタ１４などを接続し、後述するように測定結果を表示させ、又は、印字させるようにすると好適である。

図２には、処理部１２において実行される温度測定処理の手順を示すフローチャートが示されており、以下、同図を参照しつつ温度測定処理について説明する。
処理が開始されると、まず、第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃの出力信号が、アナログ・ディジタル変換器１１を介して処理部１２に読み込まれ、処理部１２内の図示されない一時的にデータを記憶するための一時記憶領域に記憶されることとなる（図２のステップＳ１００参照）。

次いで、上述のようにして入力された第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃによるグロープラグ１の測定温度の平均値が算出される（図２のステップＳ１０２参照）。ここで、第１の温度センサ２ａによって測定されたグロープラグ１の温度を便宜的にＴ１、第２の温度センサ２ｂによって測定されたグロープラグ１の温度を便宜的にＴ２、第３の温度センサ３ｂによって測定されたグロープラグ１の温度を便宜的にＴ３、とそれぞれ定義すると、平均値αは、α＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／３として求められるものである。

このように求められた３つの温度センサ２ａ〜２ｃによる測定温度の平均値が、グロープラグ１の測定温度とされ、その温度（平均値）が所定の基準値Ｋ１を下回っているか否かが判定されることとなる（図２のステップＳ１０４参照）。ここで、所定の基準値Ｋ１は、グロープラグ１が正常に発熱しているか否かを判定する基準として予め設定される温度である。
そして、ステップＳ１０４において、グロープラグ１の測定温度の平均値は、所定の基準値Ｋ１を下回ってはいないと判定された場合（ＮＯの場合）は、グロープラグ１は正常であるとして、例えば、表示装置１３に正常である旨の所定の表示が行われたり、又は、プリンタ１４に正常である旨の所定の表記が印字出力される等の正常処理が行われて、一連の処理が終了されることとなる（図２のステップＳ１０６参照）。

一方、ステップ１０４において、グロープラグ１の測定温度の平均値は、所定の基準値Ｋ１を下回っていると判定された場合（ＹＥＳの場合）は、グロープラグ１は不良であるとして、例えば、表示装置１３に不良である旨の所定の表示が行われたり、又は、プリンタ１４に不良である旨の所定の表記が印字出力される等の不良処理が行われて、一連の処理が終了されることとなる（図２のステップＳ１０８参照）。

ここで、上述のように、グロープラグ１の周囲に配設された３つの温度センサ２ａ〜２ｃによる測定温度の平均値を、グロープラグ１の温度とすることができる根拠について説明することとする。
まず、本願発明者は、鋭意試験、研究の結果、グロープラグ１の温度が、その外周面で一様ではないことを知見するに至ると共に、例えば、先の図１における第１の温度センサ２ａの位置を始点とした場合、グロープラグ１の外周面の各位置における温度Ｔ1を、始点から反時計回り方向での角度をパラメータとして表すと下記するような三角関数の多項式によって表されることを解明するに至った。

Ｔ1（Ｘ）＝α＋βｓｉｎ(２ｘ−π／２)＋γｓｉｎ(ｘ−π／２)＋δｓｉｎｘ＋・・・

なお、以下、この式を便宜的に式１とする。
ここで、Ｘは、始点からの角度である（図１参照）。
本願発明者は、式１において、第１及び第２項の部分、すなわち、「α＋βｓｉｎ(２ｘ−π／２)」の部分は、グロープラグ１が理想的な構造の場合、すなわち、発熱体４ａ，４ｂが直径方向に位置し、しかも、円柱状部材３の中心から等間隔離れて設けられた状態（Ｌ１＝Ｌ２）にある場合（図１参照）における、外周方向で各位置の温度を表し、特に、αは、平均値であること、さらに、式１の第３項以降の部分、すなわち、「γｓｉｎ(ｘ−π／２)＋δｓｉｎｘ＋・・・」の部分は、発熱体４ａ，４ｂが上述のような理想位置からずれている場合（図１参照）、それに起因する温度変動分を表すものであることを解明するに至った。

より具体的には、本願発明者は、上述の式１の項数は、円柱状部材３の外周方向での温度のばらつきの状態に依存することを解明することができた。例えば、図３に示されたように、円柱状部材３の外周方向で温度変化がある場合において、ほぼ等しい２箇所の温度ピークが現れるような変化を示すものにおいては、Ｔ1（Ｘ）は、Ｔ1（Ｘ）＝α＋βｓｉｎ(２ｘ−π／２)＋γｓｉｎ(ｘ−π／２)と、第３項までの多項式で表すことができる。

また、例えば、図４に示されたように、２箇所の温度ピークが現れる変化は図３と同様であるが、その温度に差があるような変化を示すものにおいては、Ｔ1（Ｘ）は、Ｔ1（Ｘ）＝α＋βｓｉｎ(２ｘ−π／２)＋γｓｉｎ(ｘ−π／２)＋δｓｉｎｘと、第４項までの多項式で表すことができる。

そして、かかる式１に基づいて、本願発明者は、さらなる試験、研究の結果、３つの温度センサ２ａ〜２ｃを、グロープラグ１の外周近傍において、その外周方向で相互に１２０度間隔で配置し、測定された３箇所の温度の平均値を求めると、グロープラグ１が理想的な構造である場合の温度を表すとして先に説明した式１の第１及び第２項部分の「α＋βｓｉｎ(２ｘ−π／２)」のαのみとなることを導くに至った。

これは、次のように説明することができる。
まず、第１の温度センサ２ａの位置を始点として、グロープラグ１の外周面の各位置における温度Ｔ１を、始点から反時計回り方向の角度をパラメータとして表すと式１となることは、既に述べた通りである。
次に、第２の温度センサ２ｂの位置、すなわち、第１の温度センサ２ａの位置から反時計回りに１２０度隔てた位置を始点として、グロープラグ１の外周面の各位置における温度Ｔ２を、その始点から反時計回り方向の角度をパラメータとして表すと下記する式２で表すことができる。

式２：Ｔ2（Ｘ）＝α＋βｓｉｎ｛２(ｘ＋θ)−π／２｝＋γｓｉｎ(ｘ＋θ−π／２)＋δｓｉｎ(ｘ＋θ)＋・・・

ここで、θは、第１の温度センサ２ａの位置と第２の温度センサ２ｂの位置の角度であり、具体的には、上述のようにθ＝２π／３である。

次に、第３の温度センサ２ｃの位置、すなわち、第１の温度センサ２ａの位置から反時計回りに２４０度隔てた位置を始点として、グロープラグ１の外周面の各位置における温度Ｔ３を、その始点から反時計回り方向の角度をパラメータとして表すと下記する式３で表すことができる。

式３：Ｔ3（Ｘ）＝α＋βｓｉｎ｛２(ｘ＋２θ)−π／２｝＋γｓｉｎ(ｘ＋２θ−π／２)＋δｓｉｎ(ｘ＋２θ)＋・・・

そして、これらの平均を求めると下記するようになる。

（１／３）×（Ｔ1＋Ｔ2＋Ｔ3）＝（１／３）〔 α＋βｓｉｎ(２ｘ−π／２)＋γｓｉｎ(ｘ−π／２)＋δｓｉｎｘ＋・・・＋α＋βｓｉｎ｛２(ｘ＋θ)−π／２｝＋γｓｉｎ(ｘ＋θ−π／２)＋δｓｉｎ(ｘ＋θ)＋・・・＋α＋βｓｉｎ｛２(ｘ＋２θ)−π／２｝＋γｓｉｎ(ｘ＋２θ−π／２)＋δｓｉｎ(ｘ＋２θ)＋・・・〕＝α

このように、１２０度の間隔で検出された温度の平均を求めることによって、先に説明した式１や式２において表された温度変動分、すなわち、「βｓｉｎ｛２(ｘ＋θ)−π／２｝」や「γｓｉｎ(ｘ＋θ−π／２)＋δｓｉｎ(ｘ＋２θ)＋・・・」が相殺されるので、３つの温度センサ２ａ〜２ｃによる測定温度の平均値をグロープラグ１の測定温度とすることができるものとなっている。

なお、上述の構成例においては、第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃをグロープラグ１の外周面近傍に位置せしめるとしたが、勿論、グロープラグ１の外周面に接触させて測定するようにしてもよい。
また、上述の構成例においては、円柱状発熱部材としてグロープラグ１を例に採り説明したが、部材の外周方向の温度に変動があるような円柱状発熱部材であれば、グロープラグ１に限定される必要はないことは勿論である。
さらに、上述の構成例において、第１乃至第３の温度センサ２ａ〜２ｃは、アナログ検出信号を出力する構成のものとしたが、アナログ式に限定される必要は勿論なく、ディジタル検出信号を出力するよう構成されたものであってもよい。

またさらに、上述の実施の形態においては、グロープラグ１は、図１に示されたように円柱状部材３の中に２つの発熱体４ａ，４ｂが、理想的には、直径方向で中心から等間隔の距離隔てて配設されたものとしたが、勿論このような構成に限定される必要はないものである。
例えば、図５（ａ）に示されたように、円柱状発熱部材１Ａは、４つの発熱体５ａ〜５ｄが円柱状部材３Ａの中に配設される構成のものであってもよい。この場合、それぞれの発熱体５ａ〜５ｄは、円柱状部材３Ａの軸方向（図５において紙面表裏方向）に長さを有するものである。そして、４つの発熱体５ａ〜５ｄは、例えば、発熱体５ａ，５ｂと発熱体５ｃ，５ｄが、これらの間に位置する直径方向の仮想的な線αを中心として線対称に配設されたものとなっている。

また、図１に示された例において、発熱体４ａ，４ｂは、その軸方向に直交する方向の断面が矩形状であったが、例えば、図５（ｂ）に示されたように、断面が円形状の発熱体６ａ，６ｂであってもよい。なお、この図５（ｂ）における円柱状発熱部材１Ｂの場合、発熱体６ａ，６ｂは、円柱状部材３Ｂの直径方向において、中心から等間隔隔てて配設されたものとなっているが、勿論、図１に示されたように直径方向から変位した構成であってもよい。

本発明の実施の形態における円柱状発熱部材の温度計測方法が適用される温度測定装置の構成例を示す構成図である。 図１に示された温度測定装置の処理部において実行される温度測定処理の手順を示すフローチャートである。 グロープラグの外周方向での温度変化の一例を示す特性線図である。 グロープラグの外周方向での温度変化の他の例を示す特性線図である。 円柱状発熱部材の他の構成例を模式的に示す模式図であり、図５（ａ）は、４つの発熱体が配設された円柱状発熱部材の軸方向に直交する方向の断面における模式図、図５（ｂ）は、２つの発熱体が配設された円柱状発熱部材の軸方向に直交する方向の断面における模式図である。

符号の説明

１…グロープラグ
２ａ〜２ｃ…温度センサ
３…円柱状部材
４ａ，４ｂ…発熱体

Claims (2)

1. 円柱状発熱部材の温度測定方法であって、
   前記円柱状発熱部材の外周方向で１２０度の角度間隔を隔てて、その外周面近傍、又は、その外周面の温度を測定し、当該三箇所の測定温度の平均値を前記円柱状発熱部材の温度とすることを特徴とする円柱状発熱部材の温度測定方法。
2. 円柱状発熱部材の温度測定装置であって、
   前記円柱状発熱部材の外周方向で１２０度の角度間隔を隔てて、その外周面近傍、又は、その外周面にそれぞれ配設された第１乃至第３の温度検出手段と、
   前記第１乃至第３の温度検出手段の出力信号に基づいて、前記円柱状発熱部材の温度を決定する処理手段とを具備し、
   前記処理手段は、前記第１乃至第３の温度検出手段により検出された前記円柱状発熱部材のそれぞれの温度の平均値を算出し、当該平均値を前記円柱状部材の測定温度とするよう構成されてなることを特徴とする円柱状発熱部材の温度測定装置。

Images