JP2018013083A

JP2018013083A - 排気加熱用の電熱ヒータシステム

Info

Publication number: JP2018013083A
Application number: JP2016143172A
Authority: JP
Inventors: 斉相園; Hitoshi Aizono
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25

Abstract

【課題】ボディと電極端子との間に堆積した堆積物によって電熱ヒータの正常動作が困難になることを抑制できる排気加熱用の電熱ヒータシステムを提供する。【解決手段】排気加熱用の電熱ヒータシステム１０は、内燃機関２の排気が内部を流動する管状のボディ２１と、ボディの内部に配置され、通電した場合に発熱するヒータ本体部２２と、一端がヒータ本体部に電気的に接続し、他端がボディの外部に突出した電極端子２３，２４と、ヒータ本体部及び電極端子とボディとの間を絶縁させる絶縁部材２５と、を有する排気加熱用の電熱ヒータ２０と、内燃機関を始動させた場合においてボディと電極端子との間の電気抵抗値ｒ１が所定範囲内のときに、ヒータ本体部に通電させる制御を実行する制御装置５０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、排気加熱用の電熱ヒータシステムに関し、詳しくは内燃機関の排気加熱用の電熱ヒータシステムに関する。

従来、内燃機関の排気通路に配置されて、通電した場合に発熱するヒータ本体部を備え、このヒータ本体部が発熱することで排気を昇温させることができる電熱ヒータが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−１８３６０２号公報

ところで、排気加熱用の電熱ヒータとして、内燃機関の排気が内部を流動する管状のボディと、ボディの内部に配置されたヒータ本体部と、一端がヒータ本体部に電気的に接続し、他端がボディの外部に突出した電極端子と、ヒータ本体部及び電極端子とボディとの間を絶縁させる絶縁部材と、を備える構造の電熱ヒータを用いることがある。

この構造の電熱ヒータにおいて、内燃機関を始動させた場合に排気に含まれる煤が排気に含まれる水蒸気等の水分によって凝縮してボディ内の電極端子部分に堆積することがある。このようにして形成された堆積物は導電性を有するので、このような堆積物が多く発生した場合、ボディと電極端子とがこの堆積物を介して導通状態になる可能性がある。この場合、漏電等が生じて電熱ヒータが正常に作動することが困難になる可能性がある。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ボディと電極端子との間に堆積した堆積物によって電熱ヒータの正常動作が困難になることを抑制できる排気加熱用の電熱ヒータシステムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る排気加熱用の電熱ヒータシステムは、内燃機関の排気が内部を流動する管状のボディと、前記ボディの内部に配置され、通電した場合に発熱するヒータ本体部と、一端が前記ヒータ本体部に電気的に接続し、他端が前記ボディの外部に突出した電極端子と、前記ヒータ本体部及び前記電極端子と前記ボディとの間を絶縁させる絶縁部材と、を有する排気加熱用の電熱ヒータと、前記内燃機関を始動させた場合において前記ボディと前記電極端子との間の電気抵抗値が所定範囲内のときに、前記ヒータ本体部に通電させる制御を実行する制御装置と、を備える。

本発明によれば、内燃機関を始動させた場合においてボディと電極端子との間の電気抵抗値が所定範囲内のときにヒータ本体部を発熱させて、ボディと電極端子との間に堆積した堆積物に含まれる煤や水分といった導体を熱によって除去させて、ボディと電極端子との間の電気抵抗値を早期に上昇させることができる。これにより、ボディと電極端子との間に堆積した堆積物によって電熱ヒータの正常動作が困難になることを抑制できる。

実施形態に係る電熱ヒータシステムが適用された内燃機関システムの構成を示す模式図である。図２（ａ）は実施形態に係る電熱ヒータを排気流動方向で上流側から視認した状態の模式図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面の模式図である。図３（ａ）は電熱ヒータの第１電極端子の近傍を第１電極端子の中心軸を含むように切断した状態の拡大断面図である。図３（ｂ）は図２（ａ）のＢ付近の拡大図である。実施形態に係る電気供給部の構成を説明するための模式図である。図５（ａ）は実施形態に係る抵抗データ検出部の構成の一例を説明するための模式図である。図５（ｂ）は変形例１に係る抵抗データ検出部の構成を説明するための模式図である。図６（ａ）は変形例２に係る抵抗データ検出部の構成を説明するための模式図である。図６（ｂ）は変形例３に係る抵抗データ検出部の構成を説明するための模式図である。始動時通電制御の制御イメージを説明するためのグラフである。始動時通電制御の一例を示すフローチャートである。図９（ａ）は比較例に係る電熱ヒータの中心軸を法線方向とする面で、堆積物が堆積した状態の電熱ヒータを切断した切断面を模式的に示す図である。図９（ｂ）は図９（ａ）の第１電極端子の近傍を拡大した断面図である。図９（ｃ）は図９（ａ）の第２電極端子の近傍を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る排気加熱用の電熱ヒータシステム１０（以下、電熱ヒータシステム１０と略称する）について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る電熱ヒータシステム１０が適用された内燃機関システム１の構成を示す模式図である。この内燃機関システム１は車両に搭載されている。内燃機関システム１は、内燃機関２と、内燃機関２の各気筒３から排出された排気（Ｇ）が通過する排気通路４と、電熱ヒータシステム１０と、を備えている。なお、内燃機関２の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例としてディーゼル機関を用いている。

電熱ヒータシステム１０は、排気加熱用の電熱ヒータ２０（以下、電熱ヒータ２０と略称する）と、電熱ヒータ２０に電気を供給する電気供給部３０と、電熱ヒータ２０の後述するボディ２１と電極端子との間の電気抵抗値を検出するためのデータを検出する抵抗データ検出部４０と、電熱ヒータシステム１０を制御する制御装置５０と、を備えている。

なお、本実施形態に係る制御装置５０は、電熱ヒータシステム１０の他に内燃機関２も制御している。具体的には本実施形態においては、内燃機関システム１を統合的に制御する制御装置５０が電熱ヒータシステム１０の制御装置５０としての機能を兼務している。この制御装置５０は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するＣＰＵ５１と、ＣＰＵ５１の動作に用いられるデータやプログラム等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３等と、を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、電熱ヒータシステム１０は、内燃機関システム１を統合的に制御する制御装置とは別に、電熱ヒータシステム１０専用の制御装置を備える構成とすることもできる。

電熱ヒータ２０は、排気通路４において、被昇温部材５（電熱ヒータ２０によって加熱された排気によって昇温させられる部材）よりも上流側の部分に配置されている。被昇温部材５の具体的な構成は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例として、排気浄化用の触媒を用いている。なお、本実施形態では、この触媒の一例として、酸化触媒を用いている。また、本実施形態において、この触媒よりも下流側の排気通路４には、排気浄化用のフィルタ（図示せず）が配置されているとともに、このフィルタより
も下流側には尿素ＳＣＲ装置（図示せず）も配置されている。

なお、被昇温部材５の他の例としては、排気浄化用のフィルタを用いることもできる。この場合、電熱ヒータ２０は、排気通路４のうち、フィルタの直前の部分（具体的には触媒とフィルタとの間の部分）に配置されていればよい。また、被昇温部材５の他の例として、尿素ＳＣＲ装置の例えば尿素ＳＣＲ触媒を用いることもできる。この場合、電熱ヒータ２０は、排気通路４のうち、尿素ＳＣＲ触媒の直前の部分に配置されていればよい。

続いて電熱ヒータ２０の構成について説明する。図２（ａ）は電熱ヒータ２０を排気流動方向で上流側から視認した状態の模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面の模式図である。なお、図２（ｂ）において、ヒータ本体部２２の内部構造の図示は省略されている。また、図２（ａ）に図示されているＸ−Ｙ−Ｚの直交座標のうち、Ｙ方向は紙面の手前側から奥側に向かう方向となっている。このＹ方向は、排気通路４内における排気の流動方向となっている。また、Ｚ方向は上方（重力とは反対の方向）である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、電熱ヒータ２０は、ボディ２１、ヒータ本体部２２、一対の電極端子（第１電極端子２３及び第２電極端子２４）、及び絶縁部材２５を備えている。

ボディ２１は、管状の部材によって構成されている。ボディ２１は、その全体が排気通路４の内部に配置されており、ボディ２１の内部には内燃機関２の排気がＹ方向に流動する。

ヒータ本体部２２は、ボディ２１の内部に配置されている。ヒータ本体部２２は、通電した場合に発熱する部材によって構成されている。具体的には本実施形態に係るヒータ本体部２２は、通電した場合に発熱する電熱線によって構成されている。また、図２（ａ）に例示するように、本実施形態に係るヒータ本体部２２は、ボディ２１の内部において、絶縁部材２５によって支持されながら、略渦巻き状に配置されている。

図３（ａ）は電熱ヒータ２０の第１電極端子２３の近傍を第１電極端子２３の中心軸を含むように切断した状態の拡大断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３（ａ）を参照して、第１電極端子２３及び第２電極端子２４は、それぞれ、その一端がヒータ本体部２２に電気的に接続し、その他端がボディ２１の外部に突出している。具体的には本実施形態に係る第１電極端子２３及び第２電極端子２４は、棒状の導体によって構成されている。第１電極端子２３は、その一端がヒータ本体部２２の上面部に接続し、その他端がボディ２１の上面部に設けられた孔からボディ２１の外部に突出している。第２電極端子２４は、その一端がヒータ本体部２２の下面部に接続し、その他端がボディ２１の下面部に設けられた孔からボディ２１の外部に突出している。また、第１電極端子２３及び第２電極端子２４の他端は、さらに、排気通路４に設けられた孔から排気通路４の外部に突出している。

なお、第１電極端子２３及び第２電極端子２４は、いずれか一方が電気供給部３０のバッテリ３２（後述する図４に図示されている）から供給された電流が電熱ヒータ２０に流入する電極端子であり、他方が電熱ヒータ２０から電気が流出する電極端子である。

図３（ｂ）は図２（ａ）のＢ付近の拡大図である。図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に例示されている絶縁部材２５は絶縁性の物質によって構成されている。この絶縁部材２５は、図２（ａ）に示すように、ヒータ本体部２２の外周部とボディ２１の内面との間に配置されることで、ヒータ本体部２２とボディ２１との間を絶縁している。また図３（ａ）に示すように、絶縁部材２５は、一対の電極端子（第１電極端子２３及び第２電極端子２４）と、この電極端子が挿通されるボディ２１の孔（ボディ２１に設けられた電極端子用の孔）との間にも配置されており、これにより、一対の電極端子とボディ２１との間を絶縁している。また図２（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施形態に係る絶縁部材２５は、ヒータ本体部２２の内部にも配置されており、この絶縁部材２５はヒータ本体部２２が略渦巻き形状になるようにヒータ本体部２２の電熱線をガイドしている。

電熱ヒータ２０においては、電気供給部３０から供給された電気が第１電極端子２３又は第２電極端子２４を介してヒータ本体部２２に流れることで、ヒータ本体部２２は発熱する。ヒータ本体部２２が発熱することで、ヒータ本体部２２を通過する排気が加熱される。なお、絶縁部材２５によって、ボディ２１とヒータ本体部２２との間の絶縁、及びボディ２１と第１電極端子２３及び第２電極端子２４との間の絶縁は保たれている。

続いて電気供給部３０の構成について説明する。図４は、電気供給部３０の構成を説明するための模式図である。電気供給部３０はメイン回路３１を備えている。このメイン回路３１には、バッテリ３２、メインスイッチ３３、及び電熱ヒータ２０が直列に接続されている。なお、図４に図示されているＧＮＤ（グランド）は、車両の例えばシャシに接地されていることを示している。また、図４には、ボディ２１と電極端子（第１電極端子２３又は第２電極端子２４）との間の電気抵抗値であるボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１も図示されている。

メインスイッチ３３のＯＮ及びＯＦＦは制御装置５０によって切り替えられる。制御装置５０がメインスイッチ３３をＯＮにすることで、バッテリ３２から電熱ヒータ２０に電気が供給されて、電熱ヒータ２０のヒータ本体部２２が発熱して、排気が加熱される。制御装置５０がメインスイッチ３３をＯＦＦにすることで、電熱ヒータ２０への電気供給は停止されて、電熱ヒータ２０による排気の加熱は停止する。なお、バッテリ３２の電圧は、特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として２４Ｖを用いている。

続いて抵抗データ検出部４０の構成について説明する。図５（ａ）は、抵抗データ検出部４０の構成の一例を説明するための模式図である。図５（ａ）に例示する抵抗データ検出部４０は、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を検出する際の電源回路である抵抗検出用電源回路４１を備えるとともに、メイン回路３１のバッテリ３２と電熱ヒータ２０との間の部分に配置された電流センサ４３を備えている。

抵抗検出用電源回路４１は、所定の電気抵抗値ｒ_ａを有する電気抵抗４４を備えるとともに、サブスイッチ４２を備えている。この抵抗検出用電源回路４１は、メインスイッチ３３と並列になるようにメイン回路３１に接続されている。具体的には抵抗検出用電源回路４１の始端は、メイン回路３１のバッテリ３２のプラス極とメインスイッチ３３との間の部分に接続され、終端はメイン回路３１のメインスイッチ３３と電流センサ４３との間の部分に接続されている。

サブスイッチ４２は制御装置５０によって制御されて、ＯＮとＯＦＦとを切り替える。電気抵抗４４は、バッテリ３２からの電気が抵抗検出用電源回路４１を通過して電熱ヒータ２０に供給される場合の供給電圧を所定電圧に調整するための電気抵抗である。具体的には、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を検出する場合、制御装置５０は、メインスイッチ３３をＯＦＦにしてサブスイッチ４２をＯＮにする。この場合、バッテリ３２からの電気は抵抗検出用電源回路４１を通過して、電熱ヒータ２０に供給される。このときに電熱ヒータ２０に供給される供給電圧が所定電圧（例えば、１Ｖ〜５Ｖ程度）になるように、電気抵抗４４の電気抵抗値ｒ_ａは設定されている。

制御装置５０は、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を検出する場合、上述したようにメイ
ンスイッチ３３をＯＦＦにし、且つサブスイッチ４２をＯＮにして、バッテリ３２からの電気を抵抗検出用電源回路４１を通過させて、電熱ヒータ２０に供給させる。このときに電熱ヒータ２０に供給される電流値が電流センサ４３によって検出されて、制御装置５０に伝えられる。制御装置５０は、この電流値に基づいてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。具体的には、この場合、電熱ヒータ２０への供給電圧、電気抵抗４４、及びヒータ本体部２２の電気抵抗値は既知の値であるので、制御装置５０は、これらの既知の値と電流センサ４３によって検出された電流値とを用いて、オームの法則等の一般的な電気法則を用いて、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。

なお、抵抗データ検出部４０の構成は上記構成に限定されるものではなく、例えば、以下に説明する構成（変形例１〜変形例３の構成）とすることもできる。図５（ｂ）は、変形例１に係る抵抗データ検出部４０ａの構成を説明するための模式図である。図５（ｂ）に例示する抵抗データ検出部４０ａは、電流センサ４３を備えずに、所定の電気抵抗値ｒ_ｂを有する電気抵抗４６を備えるとともに、電気抵抗４６における電圧降下を検出する電圧センサ４５を備えている点において、図５（ａ）に示す抵抗データ検出部４０と異なっている。

電気抵抗４６は、メイン回路３１におけるメインスイッチ３３と電熱ヒータ２０との間の部分に接続されている。メインスイッチ３３がＯＦＦの状態でサブスイッチ４２がＯＮになった場合、バッテリ３２からの電気は抵抗検出用電源回路４１を通過して、電熱ヒータ２０に供給される。このときの電気抵抗４６における電圧降下量が電圧センサ４５によって検出されて、制御装置５０に伝えられる。制御装置５０は、この電圧降下量に基づいてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。具体的には制御装置５０は、この電圧センサ４５の検出した電圧降下量から電流値を算出し、この電流値から、図５（ａ）で説明したのと同様の手法によって、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。

図６（ａ）は、変形例２に係る抵抗データ検出部４０ｂの構成を説明するための模式図である。図６（ａ）に例示する抵抗データ検出部４０ｂは、電流センサ４３を備えずに、ボディ−電極端子間の電気抵抗における電圧降下を検出する電圧センサ４５ｂを備えている点において、図５（ａ）に示す抵抗データ検出部４０と異なっている。

メインスイッチ３３がＯＦＦの状態でサブスイッチ４２がＯＮになることで、バッテリ３２からの電気が抵抗検出用電源回路４１を通過して電熱ヒータ２０に供給される。このときのボディ−電極端子間の電気抵抗における電圧降下量が電圧センサ４５ｂによって検出されて、制御装置５０に伝えられる。制御装置５０は、この電圧降下量に基づいてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。この具体的な算出手法は次のとおりである。

まず、バッテリ３２からの電気が抵抗検出用電源回路４１を通過して電熱ヒータ２０に供給された場合において、電圧センサ４５ｂの検出する電圧降下量がゼロのとき（すなわち、ボディ−電極端子間に漏電が生じていないとき）に電熱ヒータ２０に流れる電流値を予め求めておく（この電流値を基準電流値と称する）。制御装置５０は、バッテリ３２からの電気が抵抗検出用電源回路４１を通過して電熱ヒータ２０に供給されたときの電圧センサ４５ｂの検出した電圧降下量を取得し、この取得された電圧降下量と基準電流値とに基づいて、オームの法則等の一般的な電気法則を用いてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。

図６（ｂ）は、変形例３に係る抵抗データ検出部４０ｃの構成を説明するための模式図である。図６（ｂ）に例示する抵抗データ検出部４０ｃは、電流センサ４３を備えずに、電熱ヒータ２０における電圧降下を検出する電圧センサ４５ｃを備えている点において、図５（ａ）に示す抵抗データ検出部４０と異なっている。

メインスイッチ３３がＯＦＦの状態でサブスイッチ４２がＯＮになることで、バッテリ３２からの電気が抵抗検出用電源回路４１を通過して電熱ヒータ２０に供給される。このときの電熱ヒータ２０の電気抵抗によって生じる電圧降下量が電圧センサ４５ｃによって検出されて、制御装置５０に伝えられる。制御装置５０は、この電圧降下量に基づいてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。

具体的には制御装置５０は、抵抗検出用電源回路４１から電熱ヒータ２０に供給される供給電圧と、この電圧センサ４５ｃの検出した電圧降下量との差に基づいて、ボディ−電極端子間抵抗における電圧降下を算出する。そして、制御装置５０は、このように算出されたボディ−電極端子間抵抗における電圧降下に基づいて、前述した図６（ａ）の手法と同様の手法でボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を算出する。

続いて、内燃機関２の始動時における電熱ヒータ２０の制御について説明するが、この説明の前に、前述した本発明の解決課題について、比較例を用いて詳細に説明し、この説明の後に上記制御について説明する。まず、比較例として、後述する本実施形態に係る電熱ヒータ２０の制御（始動時通電制御）を実行しない電熱ヒータシステム２００を想定する。

図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、比較例に係る電熱ヒータシステム２００の電熱ヒータ２０ａに堆積物５００が堆積した様子を示す模式図である。具体的には、図９（ａ）は、比較例に係る電熱ヒータ２０ａの中心軸を法線方向とする面で、堆積物５００が堆積した状態の電熱ヒータ２０ａを切断した切断面を模式的に図示している。なお、この図９（ａ）は、堆積物５００が堆積した状態の電熱ヒータ２０ａを図２（ｂ）と同じ箇所で断面図示した模式図となっている。また、図９（ｂ）は図９（ａ）の第１電極端子２３の近傍を拡大して断面図示しており、図９（ｃ）は図９（ａ）の第２電極端子２４の近傍を拡大して断面図示している。

比較例に係る電熱ヒータシステム２００において、ボディ２１内の電極端子部分よりも上流側の排気（Ｇ）はボディ２１内の電極端子部分に直接当たる。このため、例えば内燃機関２を始動させた場合において、排気に含まれる煤が排気に含まれる水分（水蒸気等）によって凝縮して、ボディ２１内の電極端子部分に堆積して、導電性の堆積物５００が発生することがある。このような導電性の堆積物５００が多く発生した場合、ボディ２１と電極端子との間の電気抵抗が小さくなって、ボディ２１と電極端子とがこの堆積物５００を介して導通状態になる可能性がある。この場合、漏電等が生じて電熱ヒータ２０ａが正常に作動することが困難になる可能性がある。

そこで、上記の課題を解決するために、本実施形態に係る制御装置５０は、内燃機関２を始動させた場合においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲のときに、ヒータ本体部２２に通電させる制御（以下、始動時通電制御と称する）を実行する。また、本実施形態に係る制御装置５０は、この始動時通電制御において、ヒータ本体部２２への通電及び通電停止を複数回繰り返す。

この内燃機関２を始動させた場合に上記の始動時通電制御が実行されることで、ヒータ本体部２２を発熱させて、ボディ２１と電極端子との間に堆積した堆積物５００に含まれる煤や水分といった導体を熱によって除去させて、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を早期に上昇させることができる。これにより、ボディ２１と電極端子との間に堆積した堆積物５００によって漏電等が生じることを抑制できるので、電熱ヒータ２０の正常動作が困難になることを抑制できる。

上述した始動時通電制御の制御イメージについて、図を用いて説明すると次のようになる。図７は、始動時通電制御の制御イメージを説明するためのグラフである。図７の縦軸は、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を示し、横軸は時間を示している。なお、ボディ２１と電極端子との間に発生した堆積物５００の電気伝導度が高いほど、縦軸に示すボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１の値は小さくなる。縦軸の第１基準値ｃ_１以上、第２基準値ｃ_２以下の領域が、前述したボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１の所定範囲に相当する。横軸の時刻ｔ_１は内燃機関２の運転が停止した時刻であり、時刻ｔ_２は内燃機関２が始動した時刻である。すなわち、内燃機関２は横軸の時刻ｔ_１までは運転状態にあり、時刻ｔ_１において運転停止状態となり、時刻ｔ_２において再始動する。

図７のライン３００は、本実施形態に係る始動時通電制御が実行されない場合（すなわち、前述した比較例の場合）を示している。ライン３１０は、内燃機関２の始動開始時点（ｔ_２）においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲（ｃ_１以上、ｃ_２以下）に入っており、その結果、この始動開始時点において始動時通電制御が実行された場合を示している。ライン３２０は、内燃機関２の始動開始時点（ｔ_２）においては、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第１基準値ｃ_１よりも小さいため（すなわち所定範囲内でないため）、始動開始時点では始動時通電制御が実行されず、内燃機関２の始動開始後においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第１基準値ｃ_１以上になった場合（すなわち所定範囲内になった場合）に始動時通電制御が実行された場合を示している。

なお、このライン３２０は、排気に含まれる水分量が多い場合を想定している。具体的には、排気に含まれる水分量が多い場合、発生した堆積物５００に含まれる水分量も多くなるので、堆積物５００の電気伝導度が高くなる（電気抵抗値が小さくなる）。このため、内燃機関２の始動開始時点（ｔ_２）におけるボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第１基準値ｃ_１よりも小さくなる。このような場合をライン３２０は想定している。

ライン３００〜ライン３２０のいずれにおいても、内燃機関２の運転中における時間の経過とともに、堆積物５００の堆積が進むので、時間の経過とともにボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１の値は減少している。また、時刻ｔ_１で内燃機関２の運転が停止しても、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１の値は減少を続けている。

ライン３００の場合、時刻ｔ_２において始動時通電制御は実行されないが、内燃機関２の運転に伴う排気温度の上昇等によって堆積物５００の煤や水分といった導体がある程度は除去される。そのため、堆積物５００の電気伝導度は徐々に減少していき、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１は徐々に上昇していく。

ライン３１０の場合は、内燃機関２が始動した時刻ｔ_２において、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲内になっているので、時刻ｔ_２において始動時通電制御の実行が開始される。この時刻ｔ_２における始動時通電制御の実行開始によって、堆積物５００に含まれる煤や水分といった導体が除去されるので、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が急激に上昇する。これにより、漏電等が生じることが抑制されるので、電熱ヒータ２０の正常動作が困難になることが抑制される。

ライン３２０の場合は、内燃機関２の始動開始後においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲内になった場合に（なお、ライン３１０よりも遅れて所定範囲内になる）、始動時通電制御が実行されて、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が急激に上昇している。この場合においても、漏電等が生じることを抑制して、電熱ヒータ２０の正常動作が困難になることを抑制できる。

続いて、上述した始動時通電制御について、フローチャートを用いて再度詳細に説明す
る。図８は始動時通電制御の一例を示すフローチャートである。制御装置５０は、図８のフローチャートを内燃機関２を始動させた場合に実行する。なお、図８の各ステップは、制御装置５０の具体的にはＣＰＵ５１が実行する。

まず制御装置５０は、内燃機関２を始動させた場合に、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を取得する（ステップＳ１０）。具体的には制御装置５０は、内燃機関２を始動させるためのスタートスイッチがＯＮにされた場合やイグニションキーがＯＮにされた場合に、抵抗データ検出部４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃの検出結果に基づいてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を取得する。

次いで制御装置５０は、ステップＳ１０で取得されたボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第１基準値ｃ_１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

なお、第１基準値ｃ_１の具体的な値は、特に限定されるものではないが、例えば、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１がこの値よりも小さい状態で始動時通電制御が実行された場合に、堆積物５００に起因する漏電によって電熱ヒータ２０の正常動作が困難になると考えられるようなボディ−電極端子間抵抗値を用いることができる。この第１基準値ｃ_１は、予め実験、シミュレーション等によって求めておき、制御装置５０の記憶部（例えばＲＯＭ５２）に記憶させておく。

ステップＳ２０でＮＯと判定された場合、制御装置５０は、再びステップＳ１０を実行する。なお、この場合、制御装置５０は、ステップＳ２０でＮＯと判定されてから所定時間経過後（例えば数秒後）にステップＳ１０を実行することが好ましい。これは次の理由によるものである。

具体的には、内燃機関２の始動開始時点においてステップＳ２０でＮＯと判定されても、その後に、排気流によって堆積物５００の水分の少なくとも一部が吹き飛ばされてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第１基準値ｃ_１以上になることが考えられる。あるいは、内燃機関２の始動開始時点においてステップＳ２０でＮＯと判定されても、その後に内燃機関２の出力上昇に伴って排気温度が上昇した場合に、堆積物５００の水分の少なくとも一部が蒸発して、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第１基準値ｃ_１以上になることも考えられる。そのため、制御装置５０は、ステップＳ２０でＮＯと判定してから所定時間が経過してからステップＳ１０を実行することが好ましい。

ステップＳ２０でＹＥＳと判定された場合、制御装置５０は、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が第２基準値ｃ_２以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。

なお、第２基準値ｃ_２は、第１基準値ｃ_１よりも大きな値であればよく、その具体的な値は特に限定されるものではないが、例えば、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１がこの値よりも大きい場合には、始動時通電制御を実行しなくても、漏電等の問題が生じないと考えられるようなボディ−電極端子間抵抗値を用いることができる。この第２基準値ｃ_２は、予め実験、シミュレーション等によって求めておき、制御装置５０の記憶部（例えばＲＯＭ５２）に記憶させておく。

ステップＳ３０でＹＥＳと判定された場合、すなわち内燃機関２を始動させた場合においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲内（第１基準値ｃ_１以上、第２基準値ｃ_２以下）であるとき、制御装置５０は始動時通電制御の実行を開始する（ステップＳ４０）。具体的には制御装置５０は、電気供給部３０のメインスイッチ３３をＯＮに制御して、ヒータ本体部２２に通電させる。

なお、制御装置５０は、この始動時通電制御において、ヒータ本体部２２へ所定期間（例えば数秒間）通電させることを１回のみ実行してもよいが、本実施形態に係る制御装置５０は、この始動時通電制御において、メインスイッチ３３のＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことを所定期間（例えば数秒間）実行することで、ヒータ本体部２２への通電及び通電停止を複数回繰り返す。ステップＳ４０の後に制御装置５０は、フローチャートの実行を終了する。

一方、ステップＳ３０でＮＯと判定された場合、制御装置５０はフローチャートの実行を終了する。すなわち、本実施形態に係る制御装置５０は、内燃機関２を始動させた場合においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲内のときのみに、始動時通電制御を実行し、内燃機関２を始動させた場合にボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲外のときは始動時通電制御を実行していない。

以上説明した、本実施形態によれば、内燃機関２を始動させた場合においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲内のときにステップＳ４０に係る始動時通電制御が実行されるので、この始動時通電制御の実行によって、ヒータ本体部２２を発熱させて、ボディ２１と電極端子との間に堆積した堆積物５００に含まれる煤や水分といった導体を熱によって除去させて、ボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１を早期に上昇させることができる。これにより、ボディ２１と電極端子との間に堆積した堆積物５００によって電熱ヒータ２０の正常動作が困難になることを抑制できる。

また、本実施形態によれば、内燃機関２を始動させた場合において常時ヒータ本体部２２を発熱させるのではなく、内燃機関２を始動させた場合においてボディ−電極端子間抵抗値ｒ_１が所定範囲内のときのみにヒータ本体部２２を発熱させているので、内燃機関２を始動させた場合に常時ヒータ本体部２２を発熱させる場合に比較して、消費電力の増大を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、消費電力の増大を抑制しつつ、ボディ２１と電極端子との間に堆積した堆積物５００によって電熱ヒータ２０の正常動作が困難になることを抑制できる。

また、本実施形態によれば、制御装置５０は、ステップＳ４０に係るヒータ本体部２２に通電させる制御において、ヒータ本体部２２への通電及び通電停止を複数回繰り返す制御を実行しているので、次に説明する効果を奏することもできる。

具体的には、ヒータ本体部２２に所定期間通電させることを１回のみ実行する場合においても、上述したように、消費電力の増大を抑制しつつ、ボディ２１と電極端子との間に堆積した堆積物５００によって電熱ヒータ２０の正常動作が困難になることを抑制することは可能である。しかしながら、例えば排気流量が少ない場合（すなわち、排気によるヒータ本体部２２の温度上昇抑制効果が少ない場合）に、このようにヒータ本体部２２に所定期間通電させることを１回のみ実行した場合、今度は、ヒータ本体部２２が当初の想定以上に高温になり過ぎる可能性がある。これに対して、本実施形態のように、ヒータ本体部２２への通電及び通電停止を複数回繰り返した場合、排気流量が少ない場合にヒータ本体部２２の温度が急上昇することを抑制できるので、排気流量が少ない場合にヒータ本体部２２が想定以上に高温になり過ぎることを抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１内燃機関システム
２内燃機関
１０排気加熱用の電熱ヒータシステム
２０排気加熱用の電熱ヒータ
２１ボディ
２２ヒータ本体部
２３第１電極端子
２４第２電極端子
２５絶縁部材
５０制御装置

Claims

内燃機関の排気が内部を流動する管状のボディと、前記ボディの内部に配置され、通電した場合に発熱するヒータ本体部と、一端が前記ヒータ本体部に電気的に接続し、他端が前記ボディの外部に突出した電極端子と、前記ヒータ本体部及び前記電極端子と前記ボディとの間を絶縁させる絶縁部材と、を有する排気加熱用の電熱ヒータと、
前記内燃機関を始動させた場合において前記ボディと前記電極端子との間の電気抵抗値が所定範囲内のときに、前記ヒータ本体部に通電させる制御を実行する制御装置と、を備える、排気加熱用の電熱ヒータシステム。
前記制御装置は、前記ヒータ本体部に通電させる制御において、前記ヒータ本体部への通電及び通電停止を複数回繰り返す制御を実行する、請求項１記載の排気加熱用の電熱ヒータシステム。