JP2014214908A - 発熱素子の表面温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の雰囲気の温度や通過するガスの流速に基づき、発熱素子の発熱部の表面温度の低下量を予測する場合、発熱素子の製造時のばらつきや経年劣化による影響ならびにこの発熱素子が組み込まれる個々の状況によっては、表面温度の低下量を正確に予測することができない。
【解決手段】発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱抵抗体を用いた発熱素子の発熱部の表面温度を制御するための本発明の方法は、特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を取得すると共に、特定条件において発熱素子の温度とその電気抵抗との関係を取得し、発熱素子の目標表面温度を設定し、発熱素子に電力を供給して発熱素子の発熱部の電気抵抗を算出し、算出した電気抵抗が目標表面温度に対応した電気抵抗となるように、発熱素子に対する供給電力を制御する。
【選択図】なし

Description

本発明は、発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱電気抵抗体を用いた発熱素子の表面温度を制御するための方法に関する。

例えばグロープラグなどのように、発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱電気抵抗体を用いた発熱素子が知られている。このような発熱素子の使用に際しては、その製造時のばらつきや経年劣化による影響を考慮してその温度を制御する必要がある。例えば、特許文献１には内燃機関の運転停止時にグロープラグに対する通電を行い、その発熱温度と電気抵抗との相関を補正するようにした技術が開示されている。

特開２０１０−１２７４８７号公報

特許文献１に開示された方法では、発熱素子の製造時のばらつきや経年劣化による影響を考慮してその温度制御を行うことが可能である。しかしながら、このような発熱素子を雰囲気が大きく変化する環境にて使用する場合、発熱温度を正確に制御することが困難である。例えば、内燃機関の排気通路に配されたグロープラグに向けて燃料を噴射し、これによって着火・燃焼した高温の排気を排気浄化装置の触媒コンバーターの暖機に利用する場合、グロープラグの周囲を通過する排気の流速がその表面温度に大きな影響を与える。この場合、重要なのは燃料を着火・燃焼させるためのグロープラグの発熱部の表面温度であるが、実際に制御されるのは発熱素子自体の温度である。

このため、従来では排気通路に流入する排気温およびその流速に基づき、グロープラグの発熱部の表面温度の低下量、つまり冷え代を実験などから予測し、この冷え代を考慮に入れてグロープラグの温度を制御している。

しかしながら、このような方法であっても、発熱素子の製造時のばらつきや経年劣化による影響ならびにこの発熱素子が組み込まれる個々の内燃機関の状態によっては、上述した冷え代の誤差が大きくなってしまう。このため、グロープラグの発熱部の表面温度を正確に制御することができず、必然的にグロープラグに対する通電量を常に高めに設定して燃料の着火・燃焼が確実に行われるように配慮している。結果として、発電機の運転頻度を増大させることとなり、燃費の悪化を招来してしまう問題があった。

本発明の目的は、従来のものよりもグロープラグの発熱部の表面温度をより正確に制御する方法を提供することにある。

発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱抵抗体を用いた発熱素子の発熱部の表面温度を制御するための本発明の第１の形態は、特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を取得するステップと、前記特定条件において前記発熱素子の温度と電気抵抗との関係を取得するステップと、前記発熱素子の目標表面温度を設定するステップと、前記発熱素子に電力を供給して前記発熱素子の発熱部の電気抵抗を算出するステップと、算出した電気抵抗が前記目標表面温度に対応した電気抵抗となるように、前記発熱素子に対する供給電力を制御するステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明の第１の形態による発熱素子の表面温度制御方法において、特定条件にて発熱素子に供給される電力をＰ_０，発熱素子を構成する材料の温度抵抗係数および熱伝導率ならびに発熱素子の中心からその表面までの距離に関する定数をＣ，特定条件にて発熱素子に供給される電力Ｐ_０に対応した発熱素子の電気抵抗をＲ_０とすると、電気抵抗Ｒと発熱素子に供給される電力Ｐとの関係がＲ＝{(Ｐ−Ｐ_０)/Ｃ}＋Ｒ_０を満たすことが有効である。

発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱抵抗体を用いた発熱素子の発熱部の表面温度を制御するための本発明の第２の形態は、特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を取得するステップと、前記特定条件において前記発熱素子の温度と電気抵抗との関係を取得するステップと、前記発熱素子の目標表面温度を設定するステップと、前記発熱素子に電力を供給してその電力を算出するステップと、算出した電力が前記目標表面温度に対応した電力となるように制御するステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明の第２の形態による発熱素子の表面温度制御方法において、特定条件において発熱素子に供給される電力をＰ_０，発熱素子を構成する材料の温度抵抗係数および熱伝導率ならびに発熱素子の中心からその表面までの距離に関する定数をＣ，特定条件において発熱素子に供給される電力Ｐ_０に対応した発熱素子の電気抵抗をＲ_０とすると、電気抵抗Ｒと発熱素子に供給される電力Ｐとの関係がＰ＝Ｃ(Ｒ−Ｒ_０)＋Ｐ_０を満たすことが有効である。

発熱素子に電力を供給するステップが、特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を利用して発熱素子に供給する初期電力を設定するステップを含むものであってよい。

特定条件が発熱素子の周囲に介在する気体が流動しない状態であってよい。

発熱素子が特定条件にあるか否かを判定するステップと、発熱素子が特定条件にある場合、発熱素子の周囲の雰囲気温度を検出するステップと、検出した雰囲気温度が所定範囲にある場合、発熱素子の電気抵抗が前記特定条件において発熱素子の電気抵抗Ｒ_０に対応する電力Ｐ_０を発熱素子に供給するステップと、電力Ｐ_０の供給に伴って変化する発熱素子の電気抵抗を求めるステップと、変化が収束した時点での発熱素子の電気抵抗を取得し、これに基づいて特定条件において発熱素子に供給される電力Ｐ_０に対応した発熱素子の電気抵抗Ｒ_０を学習補正するステップとをさらに具えることができる。

あるいは、発熱素子が特定条件にあるか否かを判定するステップと、発熱素子が前記特定条件にある場合、前記発熱素子の周囲の雰囲気温度を検出するステップと、検出した雰囲気温度が所定範囲にある場合、発熱素子の電気抵抗が特定条件における発熱素子の電気抵抗Ｒ_０となるように電力を発熱素子に供給するステップと、発熱素子に供給される電力を求めるステップと、変化が収束した時点での電力を取得し、これに基づいて特定条件において発熱素子の電気抵抗Ｒ_０に対応した供給電力Ｐ_０を学習補正するステップとをさらに具えることができる。

発熱素子が内燃機関の燃焼室または排気通路に配されて燃料を着火・燃焼させるためのグロープラグであり、特定条件は、内燃機関が搭載された車両のイグニッションキースイッチがオン状態からオフに切り替わった以降であることが好ましい。

本発明によると、発熱素子の周囲の温度や雰囲気ガスの流動に拘らず、発熱素子の発熱部の表面温度を正確に制御することができる。

発熱素子に電力を供給する場合、特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を利用して発熱素子に供給する初期電力を設定した場合、効率よく発熱素子の発熱部の表面温度を目標表面温度に制御することができる。

特定条件が発熱素子の周囲に介在する気体が流動しない状態の場合、この特定条件を再現性よく容易に実現することが可能であり、測定の信頼性を高めることができる。

特定条件下にて雰囲気温度が所定範囲にある場合、発熱素子に供給される電力に対応した発熱素子の電気抵抗を学習補正することにより、個々の発熱素子の特性の相違や経時的劣化による影響を受けることなく、信頼性の高い測定を行うことができる。逆に、発熱素子の電気抵抗に対応した供給電力を学習補正した場合においても同様な効果を得ることが可能である。

内燃機関が搭載された車両のイグニッションキースイッチがオン状態からオフに切り替わった以降を特定条件とすることにより、容易かつ再現性の高い特定条件を設定することができる。

本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に応用した一実施形態のシステム概念図である。 図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。 グロープラグの温度と排気流量が０の場合におけるグロープラグの発熱部の電気抵抗との関係を表すマップである。 グロープラグの温度と排気流量が０の場合におけるグロープラグに対する供給電圧との関係を表すマップである。 図１に示した実施形態におけるグロープラグの温度と電気抵抗との相関に関する学習制御手順を表すフローチャートである。 図１に示した実施形態における排気加熱装置の作動手順を表すフローチャートである。

本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に適用した一実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火式内燃機関に対しても本発明は有効である。

本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを概略的に図２に示す。なお、図１にはエンジン１０の吸排気のための動弁機構や消音器の他に、このエンジン１０の補機として一般的な排気ターボ式過給機やＥＧＲ装置なども省略されている。また、エンジン１０の円滑な運転のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。

本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油またはバイオ燃料あるいはこれらの混合燃料を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。

燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂが形成されたシリンダーヘッド１２には、吸気ポート１２ａを開閉する吸気弁１３ａおよび排気ポート１２ｂを開閉する排気弁１３ｂを含む図示しない動弁機構が組み込まれている。燃焼室１０ａの上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１もまた、これら吸気弁１３ａおよび排気弁１３ｂに挟まれるようにシリンダーヘッド１２に組み付けられている。燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射時期は、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１５により制御される。アクセルペダル１４の踏み込み量は、アクセル開度センサー１６により検出され、その検出情報がＥＣＵ１５に出力される。

ＥＣＵ１５は、周知のワンチップマイクロプロセッサーであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリーおよび入出力インターフェースなどを含む。本実施形態におけるＥＣＵ１５は、アクセル開度センサー１６や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１５ａと、燃料噴射設定部１５ｂと、燃料噴射弁駆動部１５ｃとを有する。燃料噴射設定部１５ｂは、運転状態判定部１５ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１５ｃは、燃料噴射設定部１５ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１の作動を制御する。

シリンダーヘッド１２の吸気ポート１２ａに接続する吸気管１７は、吸気ポート１２ａと共に吸気通路１７ａを画成する。吸気管１７の上流側には、エアーフローメーター１８が取り付けられ、これによって検出された吸気流量に関する情報がＥＣＵ１５に出力される。ＥＣＵ１５は、エアーフローメーター１８からの検出情報などに基づき、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量の補正を行う。エアーフローメーター１８よりも下流側の吸気管１７には、吸気通路１７ａの開度を調整するためのスロットル弁１９とこれを駆動するためのスロットルアクチュエーター２０とが設けられている。

先のＥＣＵ１５は、スロットル開度設定部１５ｄと、アクチュエーター駆動部１５ｅとをさらに有する。スロットル開度設定部１５ｄは、アクセルペダル１４の踏み込み量に加え、先の運転状態判定部１５ａでの判定結果に基づいてスロットル弁１９の開度を設定する。アクチュエーター駆動部１５ｅは、このスロットル弁１９がスロットル開度設定部１５ｄにて設定された開度となるように、スロットルアクチュエーター２０の作動を制御する。

ピストン２１ａが往復動するシリンダーブロック２１には、連接棒２１ｂを介してピストン２１ａが連結されるクランク軸２１ｃの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１５に出力するクランク角センサー２２が取り付けられている。ＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａは、このクランク角センサー２２からの情報に基づき、クランク軸２１ｃの回転位相やエンジン回転数の他に車両の走行速度などを実時間で把握する。

排気ポート１２ｂに連通するようにシリンダーヘッド１２に連結される排気管２３は、排気ポート１２ｂと共に排気通路２３ａを画成する。下流端側に取り付けられた図示しない消音器よりも上流側の排気管２３には、燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置２４が取り付けられている。本実施形態における排気浄化装置２４は、少なくとも酸化触媒を含むが、この他にＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)やＮＯ_Ｘ吸蔵触媒などを組み込むことも可能である。酸化触媒は、主として排気に含まれる未燃ＨＣなどを酸化、つまり燃焼させるためのものである。

先のＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａは、排気浄化装置２４の温度に基づいて後述する排気加熱装置２５による排気の加熱の必要性の有無を判定する。このため、本実施形態では触媒温度センサー２６が酸化触媒に組み込まれ、その床温Ｔ_Ｃを検出してこれをＥＣＵ１５に出力する。運転状態判定部１５ａは、触媒温度センサー２６からの温度情報Ｔ_Ｃがあらかじめ設定された閾温度（以下、これを暖機開始判定温度と呼称する）Ｔ_ＣＬよりも低い場合、排気加熱装置２５を作動させて排気浄化装置２４を暖機する必要があると判定する。また、この触媒温度Ｔ_Ｃが酸化触媒の活性状態を維持し得るようなあらかじめ設定された閾温度（以下、これを目標触媒加熱温度Ｔ_ＣＨと呼称する）以上の場合、排気加熱装置２５を作動させる必要がないと判定する。なお、この触媒温度センサー２６に代えて排気浄化装置２４の入口側と出口側とにそれぞれ排気温センサーを配し、これら排気温センサーからの情報に基づいて排気加熱装置２５の温度を推定するようにしてもよい。

排気浄化装置２４よりも上流側の排気管２３の途中には、加熱ガスを生成してこれを下流側に配された排気浄化装置２４に供給し、酸化触媒の活性化および活性状態を維持するための排気加熱装置２５が配されている。本実施形態における排気加熱装置２５は、燃料添加弁２７と、グロープラグ２８とを具えている。

燃料添加弁２７は、基本的な構成が通常の燃料噴射弁１１と同じものであり、通電時間を制御することによって、任意の量の燃料を任意の時間間隔で排気通路２３ａにパルス状に供給することができるようになっている。燃料添加弁２７から排気通路２３ａに供給される１回あたりの燃料の量は、エアーフローメーター１８によって検出される吸入空気量および空燃比を含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１５の燃料添加設定部１５ｆにより設定される。ＥＣＵ１５の燃料添加弁駆動部１５ｇは、燃料添加設定部１５ｆにて設定された量の燃料が設定された周期で燃料添加弁２７から噴射されるように、燃料添加弁２７の作動を制御する。

本発明における着火手段としてのグロープラグ２８は、図示しない蓄電池などの車載電源にＥＣＵ１５のグロープラグ駆動部１５ｈを介して接続し、燃料添加弁２７から排気通路２３ａに添加された燃料を着火・燃焼させる。

ＥＣＵ１５は、グロープラグ２８の発熱部２８ａの目標表面温度Ｔ_Ｆを設定する加熱温度設定部１５ｉと、先のグロープラグ駆動部１５ｈとを具えている。本実施形態におけるグロープラグ駆動部１５ｈは、加熱温度設定部１５ｉにて設定された目標表面温度Ｔ_Ｆとなるように、グロープラグ２８に対する投入電力Ｐを制御する。

加熱温度設定部１５ｉは、車両の運転状態に基づき、グロープラグ２８の発熱部２８ａの目標表面温度Ｔ_Ｆを設定する。本実施形態における目標表面温度Ｔ_Ｆは、着火温度Ｔ_Ｇおよび非加熱温度Ｔ_Ｎの何れかである。より具体的には、排気浄化装置２４における触媒温度Ｔ_Ｃが暖機開始判定温度Ｔ_ＣＬよりも低く、かつ燃料添加可能な運転状態にある場合、発熱部２８ａの目標表面温度Ｔ_Ｆとして着火温度Ｔ_Ｇを選択する。それ以外の場合には、発熱部２８ａの目標表面温度Ｔ_Ｆとして非加熱温度Ｔ_Ｎを選択する。この場合、上述した着火温度Ｔ_Ｇは燃料が着火・燃焼し得る温度であり、例えば１０５０℃程度に設定される。また、グロープラグ２８の発熱部２８ａに対して電力Ｐを供給しない状態が非加熱温度Ｔ_Ｎに対応する。上述した着火温度Ｔ_Ｇに加え、目標表面温度Ｔ_Ｆとして着火温度Ｔ_Ｇよりも低い、例えば８００℃程度の予熱温度を設定することも可能である。この場合、排気浄化装置２４を暖機する必要があるとＥＣＵ１５が判断し、グロープラグ２８の発熱部２８ａの目標表面温度Ｔ_Ｆとして予熱温度を選択した後、燃料添加が可能な運転状態になった時点でこれを着火温度Ｔ_Ｇに切り換える。これよって、グロープラグ２８の発熱部２８ａの表面温度を迅速に着火温度Ｔ_Ｇへと昇温させ、実際に燃料を添加することができる期間をより長くすることが可能となる。

この加熱温度設定部１５ｉには、排気流量が０の場合における発熱部２８ａの温度Ｔと、これに対応する発熱部２８ａへの供給電力Ｐ_０ならびにその電気抵抗Ｒ_０とをそれぞれ関係付けた図３，図４に示すようなマップが記憶されている。本実施形態においては、発熱部２８ａの周囲の排気通路２３ａを流れる排気流量が０の場合、すなわちエンジン１０の停止状態を本発明における特定条件として規定しているが、再現性が高ければ他の運転状態を特定条件として規定することも可能である。加熱温度設定部１５ｉは、設定した目標表面温度Ｔ_Ｆに対し、あらかじめ設定された排気流量が０の場合の加熱部２８ａの電気抵抗Ｒ_０および供給電力Ｐ_０を図３，図４のマップから取得してこれをグロープラグ駆動部１５ｈに出力する。

ここで、本発明における発熱素子としてのグロープラグ２８の発熱部２８ａを構成する材料の電気抵抗をＲ、この発熱部２８ａを構成する材料の温度抵抗係数をａとすると、発熱部２８ａの温度Ｔは以下のように表すことができる。
Ｔ＝ａＲ＋ｂ ・・・（１）
ただし、ｂはグロープラグ２８の発熱部２８ａを構成する材料に固有の定数であり、温度Ｔは発熱部２８ａの中心部の温度であって、その表面温度ではなくことに注意すべきである。

また、グロープラグ２８の発熱部２８ａの中心からその表面までの距離をＬ、発熱部２８ａを構成する材料の熱伝導率をλとすると、グロープラグ２８の発熱部２８ａに供給される電力Ｐを以下のように表すことができる。
Ｐ＝Ｌλ(Ｔ−Ｔ_Ｆ) ・・・（２）
先の（１）式をこの（２）式に代入して変形すると、以下のように表すことができる。
ａＲ＝(Ｐ/Ｌλ)−ｂ＋Ｔ_Ｆ ・・・（３）
ここで、排気流量が０の場合、先の（３）式を以下のように表すことができる。
ａＲ_０＝(Ｐ_０/Ｌλ)−ｂ＋Ｔ_Ｆ ・・・（４）
（４）式を変形して以下のように表すことができる。
Ｔ_Ｆ＝ａＲ_０−(Ｐ_０/Ｌλ)＋ｂ ・・・（５）
この（５）式を先の（３）式に代入して整理すると、以下のように表すことができる。
Ｒ＝{(Ｐ−Ｐ_０)/ａＬλ}＋Ｒ_０ ・・・（６）
ただし、ａＬλを定数Ｃとみなすとこができるので、（６）式は以下のように単純化して表すことができる。
Ｒ＝{(Ｐ−Ｐ_０)/Ｃ}＋Ｒ_０ ・・・（７）

グロープラグ駆動部１５ｈは、グロープラグ２８の発熱部２８ａの表面温度が加熱温度設定部１５ｉにて設定された目標表面温度Ｔ_Ｆとなるように、グロープラグ２８に対する投入電力Ｐを制御する。より具体的には、加熱温度設定部１５ｉにて設定された目標表面温度Ｔ_Ｆに対応する電気抵抗Ｒ_０および供給電力Ｐ_０に基づき、上の（７）式を満たすように発熱部２８ａの電気抵抗Ｒを目標値としてグロープラグ２８に対する供給電力Ｐをフィードバック制御する。このため、車載電源の電圧Ｖを検出してこれをＥＣＵ１５に出力する電圧計２９と、グロープラグ２８の発熱部２８ａに流れる電流Ｉを検出してこれをＥＣＵ１５に出力する電流計３０とがＥＣＵ１５に接続している。

発熱部２８ａの電気抵抗Ｒは、オームの法則から以下のように表すことができる。
Ｒ＝Ｖ/Ｉ ・・・（８）

また、電圧Ｐは、電流計３０によって検出される電流Ｉと、電圧計２９によって検出される電圧Ｖとから、Ｐ＝Ｖ・Ｉにより求めることができる。このようにして、グロープラグ駆動部１５ｈは、グロープラグ２８に対する供給電力Ｐとグロープラグ２８の発熱部２８ａの電気抵抗Ｒとが上述した（７）式を満たすように、供給電力Ｐを例えばＰＩＤ制御する。このＰＩＤ制御は、周知のように、実際に算出される電気抵抗と目標となる電気抵抗との差に関する比例成分と積分成分と微分成分とを加算して得られる電力補正量を供給電力にフィードバックする方法である。このようなフィードバック制御を行うことにより、先の（７）式を満たすような電気抵抗Ｒおよび供給電力Ｐが得られる。

このように、グロープラグ２８の発熱部２８ａの周囲の排気通路２３ａの状態がどのように変化しても、排気温や排気流量を検出することなく、グロープラグ２８の発熱部２８ａの表面温度を正確に目標表面温度Ｔ_Ｆに制御することができる。結果として、無駄な電力消費を回避して燃費の低下を阻止することが可能となる。

なお、供給電力Ｐをフィードバック制御することによって（７）式を満たす方法に代え、供給電力Ｐを目標値として電気抵抗Ｒを制御することも可能である。すなわち、（７）式は以下のように変形することができる。
Ｐ＝Ｃ(Ｒ−Ｒ_０)＋Ｐ_０ ・・・（９）
この場合、目標となる電力Ｐは算出される電気抵抗Ｒが（９）式を満たすように制御されることとなる。

本実施形態においては、排気通路２３ａに添加した燃料が継続的に着火燃焼することができるような運転状態の場合（以下、これを燃料添加可能な運転状態と記述する）に上述した排気加熱処理が実行される。この燃料添加可能な運転状態は、エンジン１０のアイドル運転や低回転低負荷運転などの排気通路２３ａを流れる排気の流速が比較的低速の場合の運転状態が該当する。ＥＣＵ１５の運転状態判定部１５ａは、排気加熱装置２５を作動させるべき運転状態にあるか否かを判定する。

ところで、図４に示すマップに関し、グロープラグ２８個々の製品としてのばらつきや経時的な劣化を考慮する必要がある。このため、加熱温度設定部１５ｉに記憶された図４のマップは、ＥＣＵ１５の学習補正部１５ｊにて学習補正され、これを定期的に行うことによって、個々のグロープラグ２８の特性や経時的な劣化などを補償する。学習補正部１５ｊでの学習補正は、排気温や排気流速が常に所定の値の場合に行うことが好ましく、一般的にはイグニッションキースイッチ３１をオフにした以降、すなわちイグニッションキースイッチ３１のオフ直後から行われる。これ以外に、エンジン１０のアイドル運転時においても学習補正が可能な場合もあることに注意されたい。また、排気温が低すぎたり高すぎたりする状態では発熱部２８ａでの放熱性が大きく変化するため、排気温か所定範囲にある場合に所定の電力を供給し、検出される電気抵抗の変化がほぼ収束した時点での電気抵抗を投入電力に基づいて先の（８）式から算出する。ここで、加熱温度設定部１５ｉに記憶されている電気抵抗をＲ_０とし、算出された電気抵抗をＲ_ｎとすると、学習補正された電気抵抗Ｒ_Ｎは、例えば下式のように表すことができる。
Ｒ_Ｎ＝Ｒ_０＋{１−(Ｒ_ｎ/Ｒ_０)} ・・・（10）

従って、供給電力に対して図３のマップから読み出されるグロープラグ２８の発熱部２８ａの温度に対応する電気抵抗が上の（９）式から得られる新たな電気抵抗Ｒ_Ｎとなるように、図４のマップが学習補正される。

このような学習補正を行うため、本実施形態においては、排気加熱装置２５よりも上流側の排気通路２３ａに排気温センサー３２が配される。そして、排気加熱装置２５のグロープラグ２８の発熱部２８ａに導かれる排気温Ｔ_Ｅに関する情報が排気温センサー３２からＥＣＵ１５に出力されるようになっている。

上述したグロープラグ２８の発熱部２８ａの温度Ｔと電気抵抗Ｒとの相関を学習補正する手順について、図５を参照しながら説明すると、まずＳ１のステップにてイグニッションキースイッチがオン状態からオフに切り替わったか否かを判定する。ここでイグニッションキースイッチがオン状態からオフに切り替わった、すなわち学習可能運転状態であると判断した場合には、Ｓ２のステップに移行する。そして、グロープラグ２８の発熱部２８ａの周囲を通過する排気温Ｔ_Ｅが学習可能な温度範囲Ｔ_ＥＬ〜Ｔ_ＥＨにあるか否かを判定する。ここで排気温Ｔ_Ｅが学習可能な温度範囲Ｔ_ＥＬ〜Ｔ_ＥＨにあると判断した場合には、Ｓ３のステップに移行してグロープラグ２８に対してあらかじめ設定した電力Ｐ_０を供給する。次いでＳ４のステップにて排気温Ｔ_Ｅが図３に示す供給電力Ｐ_０に対応したグロープラグ２８の温度Ｔ_０とほぼ同じであるか否かを判定する。ここで、排気温Ｔ_ＥがＴ_０とほぼ同じである、すなわち検出される電気抵抗Ｒ_０の変動が収束していると判断した場合には、Ｓ５のステップに移行してこの時の電気抵抗Ｒ_０を算出し、Ｓ６のステップにて現在記憶されている電気抵抗Ｒ_０を学習補正する。

このように、加熱温度設定部１５ｉに記憶された図４に示す如きマップを学習補正部１５ｊにて補正することにより、個々のグロープラグ２８の製品としてのばらつきや経時劣化などに起因する温度Ｔと電気抵抗Ｒとの相関のずれを確実に補償することができる。

なお、上述したように電力を基準にして電気抵抗を学習補正する代わりに、電気抵抗を基準にして電力を学習補正することも可能である。すなわち、検出した雰囲気温度が所定範囲にある場合、発熱部２８ａの電気抵抗が特定条件における発熱部２８ａの電気抵抗Ｒ_０となるようにグロープラグ２８に電力を供給し、これによって変化する電力を継続的に算出する。そして、変化が収束した時点での電力を取得し、これに基づいて特定条件においてグロープラグ２８の発熱部２８ａの電気抵抗Ｒ_０に対応した供給電力Ｐ_０を学習補正する。

次に、本実施形態における排気加熱装置２５の制御手順を図６を参照しながら説明すると、まず、Ｓ１１のステップにて触媒温度Ｔ_Ｃが暖機開始判定温度Ｔ_ＣＬ以下か否かを判定する。ここで、触媒温度Ｔ_Ｃが暖機開始判定温度Ｔ_ＣＬ以下である、すなわち排気浄化装置２４の暖機を行う必要があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して排気加熱装置２５による燃料添加が可能な運転状態であるか否かを判定する。ここで、燃料添加が可能な運転状態にあると判断した場合、Ｓ１３のステップに移行して通電フラグがセットされているか否かを判定する。最初は通電フラグがセットされていないので、Ｓ１４のステップに移行してグロープラグ２８の発熱部２８ａの目標表面温度Ｔ_Ｆを設定し、グロープラグ２８に対して図示しない車載電源から電力を投入し、通電フラグを同時にセットする。そして、Ｓ１５のステップにてグロープラグ２８の発熱部２８ａの表面が目標表面温度Ｔ_Ｆとなるように、排気温や排気流量に応じて車載電源からの投入電力が前述の如く適切に制御される。そして、Ｓ１６のステップにて添加フラグがセットされているか否かを判定する。最初は添加フラグがセットされていないので、Ｓ１７のステップに移行して燃料噴射弁１１からグロープラグ２８の発熱部２８ａに向けて排気通路２３ａに燃料を添加し、同時に添加フラグをセットする。より具体的には、目標表面温度Ｔ_Ｆ、つまり着火温度Ｔ_Ｇに達したグロープラグ２８の発熱部２８ａに向けて燃料を噴射し、これを着火・燃焼させることによって排気を加熱し、この加熱状態にある排気を排気浄化装置２４へと導いてその暖機を促進させる。次に、Ｓ１８のステップに移行して触媒温度Ｔ_Ｃが目標触媒加熱温度Ｔ_ＣＨ以上か否かを判定する。ここで、触媒温度Ｔ_Ｃが目標触媒加熱温度Ｔ_ＣＨ以上である、すなわち排気浄化装置２４の暖機が終了したと判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行して燃料添加弁２７からの燃料の添加を終了すると共にグロープラグ２８に対する通電を止める。同時に、通電フラグおよび添加フラグをそれぞれリセットして一連の処理を終了する。

一方、Ｓ１８のステップにて触媒温度Ｔ_Ｃが目標触媒加熱温度Ｔ_ＣＨよりも低い、すなわ０燃料の添加を継続する必要があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに戻って上述した処理を繰り返す。このＳ１２のステップにて燃料添加が可能な運転状態ではないと判断した場合、Ｓ２０のステップに移行して添加フラグがセットされているか否かを判定しする。ここで、添加フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行して燃料添加処理を終了する。また、Ｓ２０のステップにて添加フラグがセットされていないと判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行して今度は通電フラグがセットされているか否かを判定する。ここで通電フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行してグロープラグ２８に対する通電を止めると共に通電フラグをリセットし、一連の処理を終了する。さらに、Ｓ１１のステップにて触媒温度Ｔ_Ｃが暖機開始判定温度Ｔ_ＣＬよりも高いと判断した場合や、Ｓ２１のステップにて通電フラグがセットされていないと判断した場合には、何もせずに終了する。

上述した実施形態においては、本発明を排気加熱装置２５のグロープラグ２８に適用したが、このようなエンジン１０の燃焼室１０ａに配される図示しないグロープラグの発熱部の表面温度を推定する場合にも本発明を適用することが可能である。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ エンジン
１０ａ 燃焼室
１５ａ 運転状態判定部
１５ｆ 燃料添加設定部
１５ｇ 燃料添加弁駆動部
１５ｈ グロープラグ駆動部
１５ｉ 加熱温度設定部
１５ｊ 学習補正部
２３ａ 排気通路
２４ 排気浄化装置
２５ 排気加熱装置
２７ 燃料添加弁
２８ グロープラグ
２８ａ 発熱部
２９ 電圧計
３０ 電流計
３１ イグニッションキースイッチ
３２ 排気温センサー
Ｔ_０ 無風状態での発熱部の温度
Ｒ_０ 無風状態での発熱部を構成する材料の電気抵抗
Ｐ_０ 無風状態での発熱部への供給電力

Claims (9)

1. 発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱抵抗体を用いた発熱素子の発熱部の表面温度を制御するための方法であって、
   特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を取得するステップと、
   前記特定条件において前記発熱素子の温度と電気抵抗との関係を取得するステップと、
   前記発熱素子の目標表面温度を設定するステップと、
   前記発熱素子に電力を供給して前記発熱素子の発熱部の電気抵抗を算出するステップと、
   算出した電気抵抗が前記目標表面温度に対応した電気抵抗となるように、前記発熱素子に対する供給電力を制御するステップと
   を具えたことを特徴とする発熱素子の表面温度制御方法。
2. 前記特定条件において前記発熱素子に供給される電力をＰ_０，前記発熱素子を構成する材料の温度抵抗係数および熱伝導率ならびに前記発熱素子の中心からその表面までの距離に関する定数をＣ，前記特定条件において前記発熱素子に供給される電力Ｐ_０に対応した前記発熱素子の電気抵抗をＲ_０とすると、前記電気抵抗Ｒと前記発熱素子に供給される電力Ｐとの関係が下式
   Ｒ＝{(Ｐ−Ｐ_０)/Ｃ}＋Ｒ_０
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の発熱素子の表面温度制御方法。
3. 発熱温度と電気抵抗とが相関を持つ発熱抵抗体を用いた発熱素子の発熱部の表面温度を制御するための方法であって、
   特定条件において発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を取得するステップと、
   前記特定条件において前記発熱素子の温度と電気抵抗との関係を取得するステップと、
   前記発熱素子の目標表面温度を設定するステップと、
   前記発熱素子に電力を供給してその電力を算出するステップと、
   算出した電力が前記目標表面温度に対応した電力となるように制御するステップと
   を具えたことを特徴とする発熱素子の表面温度制御方法。
4. 前記特定条件において前記発熱素子に供給される電力をＰ_０，前記発熱素子を構成する材料の温度抵抗係数および熱伝導率ならびに前記発熱素子の中心からその表面までの距離に関する定数をＣ，前記特定条件において前記発熱素子に供給される電力Ｐ_０に対応した前記発熱素子の電気抵抗をＲ_０とすると、前記電気抵抗Ｒと前記発熱素子に供給される電力Ｐとの関係が下式
   Ｐ＝Ｃ(Ｒ−Ｒ_０)＋Ｐ_０
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の発熱素子の表面温度制御方法。
5. 前記発熱素子に電力を供給する前記ステップは、前記特定条件において前記発熱素子に供給される電力とこれによって発熱する発熱素子の温度との関係を利用して前記発熱素子に供給する初期電力を設定するステップを含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の発熱素子の表面温度制御方法。
6. 前記特定条件が前記発熱素子の周囲に介在する気体が流動しない状態であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の発熱素子の表面温度制御方法。
7. 前記発熱素子が前記特定条件にあるか否かを判定するステップと、
   前記発熱素子が前記特定条件にある場合、前記発熱素子の周囲の雰囲気温度を検出するステップと、
   検出した雰囲気温度が所定範囲にある場合、前記特定条件における前記発熱素子の電気抵抗Ｒ_０に対応した電力Ｐ_０を前記発熱素子に供給するステップと、
   前記電力Ｐ_０の供給に伴って変化する前記発熱素子の電気抵抗を求めるステップと、
   変化が収束した時点での前記発熱素子の電気抵抗を取得し、これに基づいて前記特定条件において前記発熱素子に供給される電力Ｐ_０に対応した前記発熱素子の電気抵抗Ｒ_０を学習補正するステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の発熱素子の表面温度制御方法。
8. 前記発熱素子が前記特定条件にあるか否かを判定するステップと、
   前記発熱素子が前記特定条件にある場合、前記発熱素子の周囲の雰囲気温度を検出するステップと、
   検出した雰囲気温度が所定範囲にある場合、前記発熱素子の電気抵抗が前記特定条件における前記発熱素子の電気抵抗Ｒ_０となるように前記発熱素子に電力を供給するステップと、
   前記発熱素子に供給される前記電力を求めるステップと、
   変化が収束した時点での前記電力を取得し、これに基づいて前記特定条件において前記発熱素子の電気抵抗Ｒ_０に対応した供給電力Ｐ_０を学習補正するステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の発熱素子の表面温度制御方法。
9. 前記発熱素子が内燃機関の燃焼室または排気通路に配されて燃料を着火・燃焼させるためのグロープラグであり、前記特定条件は、内燃機関が搭載された車両のイグニッションキースイッチがオン状態からオフに切り替わった以降であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発熱素子の表面温度制御方法。

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