JP5720452B2 - 発熱体通電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体通電制御装置に関するもので、特にディーゼル燃焼機関に設けられ、通電により発熱する発熱体を含むグロープラグと該グロープラグへの通電を制御する通電制御部とを一体に設けたグロープラグ通電制御装置に好適なものである。

従来、ディーゼル燃焼機関の着火の補助、ノッキングの抑制、及び、排気浄化装置の再生等を図るため、通電により発熱する発熱体を備えたグロープラグが広く用いられている。グロープラグは、金属抵抗体、又は、セラミック抵抗体からなる発熱体が組み込まれており、エンジンヘッドに配設されて直に燃焼室内の混合気を温める。
また、内燃機関の補助加熱装置として、インテークヒータも用いられている。インテークヒータは、グロープラグ同様、内部に通電により発熱する発熱体を備え、インテークマニホールド内に配設され、インテークマニホールド内に吸入された空気を温める。
このような発熱体への通電を制御する発熱体通電制御装置について、種々提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３等参照）。
近年、グロープラグの即暖化、常時通電化に伴い、グロープラグに流れる電流量が数Ａ〜数十Ａ程度に大きくなり、通電制御に用いられる半導体開閉素子の発熱量が増大する傾向にあり、従来のグロープラグの通電制御装置では、一つの通電制御装置によって、内燃機関の気筒毎に設けられた複数のグロープラグへの通電を順次行うことで、同時に複数のグロープラグへ大電流が流れるのを防いでいる。

特許文献１〜３にあるような従来の発熱体通電制御装置であるグロープラグ通電制御装置では、通電制御装置内に複数の発熱性の半導体開閉素子が配設されているため、それらの半導体開閉素子からの発熱が相互に干渉して、熱暴走を引き起こすと半導体開閉素子の誤作動や破損を招く虞があり、複数の半導体開閉素子間の距離を離して載置したり、放熱性の向上を図るべくヒートシンクを設けたりする等、熱暴走を防止するための措置を施すのが一般的である。このため、装置の小型化が困難となっている。

また、従来のグロープラグ通電制御装置では、グロープラグに流れるプラグ電流（Ｉ_ＧＰ）及びグロープラグに印加されるプラグ電圧（Ｖ_ＧＰ）を検出して、グロープラグの温度制御や、断線や過電流等の異常検出に利用している。
ところが、従来のグロープラグ通電制御装置では、エンジンヘッドに組み付けられて接地状態となるグロープラグと、フロントパネルの内側等に配置され、車体フレームにアース線を介して、又は、車体フレームに直接組み付けられて接地状態とされるグロープラグ通電制御装置とでは制御電流と配線インピーダンスなどにより、グランド電位に差を生じるため、プラグ電流Ｉ_ＧＰやプラグ電圧Ｖ_ＧＰの検出精度が低下する虞がある。

一般的に、従来の発熱体通電制御装置では、通電制御部は、燃料噴射装置その他の制御装置と共に、制御電源（＋Ｂ）に接続され、発熱体は、発熱体通電制御装置内に設けた半導体開閉素子にワイヤーハーネスを介して接続され、さらに車載バッテリ等の駆動電源（ＢＡＴ）に接続されている。このため、発熱体通電制御装置の通電制御部には、他の制御装置で発生した電磁波ノイズの伝播や、自己の通電制御時の電流変化によって発生したノイズが配線インピーダンスによって大きくなり電源電圧に重畳されて印加される虞がある。
このようなノイズが大きくなったり、上述の通電制御部のグランド電位とヒータのグランド電位との差が大きくなったりすると、特に、グロープラグ通電制御装置ではプラグ電流Ｉ_ＧＰ、プラグ電圧Ｖ_ＧＰの検出精度が低下し、グロープラグの発熱温度の制御精度の低下や、異常検出の誤判定を招く虞ある。
さらに、同様の問題は車載用の発熱体通電制御装置に共通の課題である。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、発熱体と個々の発熱体への通電を制御する通電制御部とを一体化し、通電制御部のグランド電位と発熱体とのグランド電位との差をなくすことにより、発熱体の発熱温度を精度良く制御可能で、搭載性に優れたヒータ通電制御装置を提供することを目的とし、特にプラグ電流Ｉ_ＧＰやプラグ電圧Ｖ_ＧＰによって通電制御を実施するグロープラグ通電制御装置好適なものである。

請求項１の発明では、内燃機関の気筒毎に設けられ、電源からの通電により発熱する発熱体と、少なくとも、エンジン制御装置から発信された駆動信号にしたがって上記発熱体への通電を開閉する半導体開閉素子を含み、上記駆動信号を入力する駆動信号端子と接地を図る接地端子とを引き出した通電制御モジュールとからなる発熱体通電制御装置であって、上記通電制御モジュールと上記発熱体とを、金属製で有底筒状に形成したハウジング部の内側に一体的に収容して、上記通電制御モジュールから引き出した上記接地端子を上記ハウジング部に接続し、上記通電制御モジュールと上記発熱体とが、上記ハウジング部を介して上記内燃機関に接地状態となっていることを特徴とする。

請求項２の発明では、上記ハウジング部に、外部との導通を図るためのコネクタ部を収容すると共に、該コネクタ部にモジュール収容空間を設けて上記通電制御モジュールを収容し、上記通電制御モジュールから引き出した上記接地端子を、上記コネクタ部に一体に配設した接地用端子を介して、上記ハウジング部に接続する。

請求項３の発明では、上記通電制御モジュールから引き出した上記接地端子を直接上記ハウジング部に接続する。

請求項４の発明では、上記発熱体が内燃機関の気筒毎に設けられたグロープラグである。

請求項１の発明によれば、上記発熱体のグランド電位と上記通電制御モジュールのグランド電位との間に電位差がなくなり、極めて精度の高い温度制御を実現することができる。

請求項２、３に具体的構成を示すように、本発明によれば、上記接地端子と上記ハウジングとの間のグランド配線の距離を極めて短くできるので上記通電制御モジュールと上記発熱体とのグランド電位差を極めて小さくできる。

請求項４の発明によれば、簡易な構成で、搭載性に優れ、通電制御精度が高く、しかも、気筒毎に設けられたグロープラグへの通電制御を他の気筒に設けられたグロープラグの状態の影響を受けることなく互いに独立して制御可能な、発熱部と制御部とが一体となったグロープラグ通電制御装置が実現できる。

本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の基本構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の概要を示す外観図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置に用いられる通電制御モジュールの概要を示し、（ａ）は、平面模式図、（ｂ）は、断面図、（ｃ）は、斜視図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置に用いられるコネクタ部の概要を示し、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、外部との接続に用いられる相手方のコネクタハーネスを示す断面図、（ｃ）は、本図（ａ）中Ａ−Ａに沿った断面図、（ｄ）は、本図（ｃ）中Ｂ−Ｂに沿った断面図、（ｅ）は、下面図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の製造工程を示し、（ａ）は、コネクタ部と通電制御モジュールとの組み付け方法を示す一部断面図、（ｂ）は、コネクタ部と通電制御モジュールとの接続方法を示す一部断面図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の製造工程を示し、（ａ）は、ハウジング部の概要を示す一部断面図、（ｂ）は、ハウジング部の内側への通電制御モジュールの組み付け状態を示す断面図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置に用いられる発熱体の概要を示し、（ａ）は、金属ヒータを用いた場合の断面図、（ｂ）は、セラミックヒータを用いた場合の断面図、（ｃ）は、発熱体を保持部材に組み付けた状態を示す側面図。 図６に続く、本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の製造工程を示し、（ａ）は、発熱体のハウジング部への組み付け方法を示し、（ｂ）は、本実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の完成状態における断面図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置に用いられる通電制御部の詳細を示し、（ａ）は、気筒位置判定モードにおける気筒位置判定部の構成を示すブロック図、（ｂ）は、駆動モードにおける駆動回路部の構成を示すブロック図、（ｃ）は、異常診断モードにおける自己診断部の構成を示すブロック図。 比較例として示す従来のグロープラグ通電制御装置の概要を示すブロック図。 従来のグロープラグ通電制御装置の問題点を示し、（ａ）は、グロープラグのグランド電位に対するグロープラグ通電制御装置のグランド電位の変化を示す特性図、（ｂ）は、従来のグロープラグ通電制御装置とグロープラグとの間の配線抵抗の変化に対する、電位差と温度検出誤差とを示す特性図。 本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置の接地方法についての変形例を示し、（a−１）は、横断面図、（a―２）は、その縦断面図、（ｂ−１）は、他の参考変形例を示し、（ｂ−２）は、その縦断面図。 本発明のグロープラグ通電制御装置の接地方法についての別の参考変形例を示し、（a−１）は、横断面図、（a―２）は、その縦断面図、（ｂ−１）は、さらに別の参考変形例を示し、（ｂ−２）は、その縦断面図。 本発明のグロープラグ通電制御装置に用いられるコネクタ部の変形例を示し、（a）は、外部との接続に用いられる各構成部品を分けた展開図、（ｂ）は、組み付け状態における要部断面図。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態におけるインテークヒータ通電制御装置と、（ｂ）は、その取り付け関係図。

図１から図８を参照して、本発明の第１の実施形態における発熱体通電制御装置として、発熱体が、ディーゼルエンジン等の内燃機関の気筒毎に設けたグロープラグ１０であり、グロープラグ１０への通電を制御するグロープラグ通電制御装置１の概要、及び、製造方法について説明する。
本実施形態におけるグロープラグ通電制御装置１は、発熱体としてグロープラグ１０への通電を制御するものであって、通電制御モジュール１１をグロープラグ１０と一体にハウジング部１２内に収容すると共にハウジング部１２を介して機関のエンジンヘッドに接地状態とすることによってグロープラグ１０と通電制御モジュール１１との接地電位差を解消し、精度良く温度制御可能とするものである。
また、従来のように、複数のグロープラグを一つの通電制御措置でコントロールするのではなく、それぞれ独立した通電制御モジュール１１によって通電制御するので、他のグロープラグの劣化状態によって供給電力が制限されたり、互いの発熱によって熱暴走したりすることがない。

図１に示すように、グロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）は、バッテリ等の電源３０からの電力をエンジン制御装置（ＥＣＵ）２０から、詳述略のエンジンＥ／Ｇの運転状況に応じて発信される駆動信号ＳＩにしたがって、通電により発熱するグロープラグ１０_（１）〜１０_（ｎ）と、それぞれのグロープラグ１０_（１）〜１０_（ｎ）への通電を制御する通電制御モジュール（ＧＣＵ）１１_（１）〜１１_（ｎ）とが、ハウジング部１２_（１）〜１２_（ｎ）内に一体的に収容され、エンジンＥ／Ｇの各気筒に組み付けられ、通電制御モジュール１１とグロープラグ１０とがハウジング部１２を介してエンジンＥ／Ｇに接地状態となっている。
通電制御モジュール（ＧＣＵ）１１_（１）〜１１_（ｎ）は、それぞれ、半導体開閉素子（ｐ−ＭＯＳ）１１０と、制御部１１１とによって構成されている。
制御部１１１は、自己位置判定部ＩＤＵ（Ｉｄｅｎｔｉｆｙ Ｕｎｉｔ）と、駆動回路部ＤＲＶ（Ｄｒｉｖｅｒ Ｕｎｉｔ）と、自己診断部ＤＩＵ（Ｄｉａｇｎｏｓｅ Ｕｎｉｔ）とによって構成されている。

なお、本実施形態においては、半導体開閉素子１１０として、ｐ−チャンネルパワーＭＯＳＦＥＴが用いることにより、回路の簡素化を図っている。
本実施形態においては、各半導体開閉素子１１０の各ソースＶ_ＳＳが、バッテリ電圧端子ＢＡＴ、コネクタ１３_（１）〜１３_（ｎ）、電源用ハーネス１７０_（１）〜１７０_（ｎ）、ヒューズ１８を介して、電源３０に直結され、各ドレインＶ_ＤＤがグロープラグ１０_（１）〜１０_（ｎ）のハイサイドに接続され、各グロープラグ１０_（１）〜１０_（ｎ）は、ハウジング部１２_（１）〜１２_（ｎ）を介して図略のエンジンヘッドに接地状態となっている。
また、一般的にｐ−チャンネルパワーＭＯＳＦＥＴは、ｎ―チャンネルパワーＭＯＳＦＥＴに比べてＯＮ抵抗が大きく、スイッチング速度が遅いことが知られているが、グロープラグ１０への通電をＰＷＭ制御等によって温度制御する場合には、充分である。
特に早いスイッチング速度が要求される場合には、半導体開閉素子１１０として、ｎーチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴを用いても良い。
その場合、ｎ―チャンネルＭＯＳＦＥＴを開閉駆動するために、ソース電圧Ｖ_ＳＳより高い駆動電圧Ｖ_ＧＧを発生するチャージポンプ等を設けて、駆動回路部ＤＲＶを構成する必要がある。

制御部１１１の制御電圧端子＋Ｂは、電源電圧端子ＢＡＴ及びハーネス１７_（１）〜１７_（ｎ）、ヒューズ１８を介して電源３０に接続されている。
また、制御部１１１は、ハウジング部１２_（１）〜１２_（ｎ）を介してグロープラグ１０_（１）〜１０_（ｎ）と共にエンジンヘッドに接地状態となっている。
なお、制御部１１１の制御電圧端子＋ＢとＧＮＤ端子との間には、サージ電流等から制御部１１１を保護すべく、ダイオード等の保護回路Ｄｐが設けられている。

自己位置判定部ＩＤＵは、各グロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）がどの気筒に設けられているのか、自己位置を判定すべく、例えば、気筒位置に応じてそれぞれ固有の抵抗値を有する抵抗体を設けて、該抵抗体による電圧降下を測定して閾値判定したり、複数のグロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）間を架橋するように配設ざれた駆動信号用ハーネス１８_（１）〜１８_（ｎ）又は自己診断信号用ハーネス１９_（１）〜１９_（ｎ）に一定の抵抗値を有する抵抗体を介装して、気筒位置によって変化するそれらの抵抗体の合成抵抗を検出しその電圧降下を計測して閾値判定したりすることによって、自己の配設された気筒位置を判定する。詳細な判定方法については、図９を参照して後述する。

駆動回路部ＤＲＶは、ＥＣＵ２０から発信された駆動信号ＳＩに基づいて半導体開閉素子１１０を開閉駆動するための駆動電圧Ｖ_ＧＧを半導体開閉素子１１０のゲートに印加する。このとき、自己位置判定回路ＩＤＵによって認識された各フロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）の搭載された気筒位置（１気筒目〜ｎ気筒目）に応じて、各グロープラグ１０_（１）〜１０_（ｎ）に流れる大きな突入電流が同時期に重ならないように、所定のタイミングで駆動信号ＳＩをずらして通電制御される。詳細な駆動方法については、図９を参照して後述する。

自己診断部ＤＩＵは、グロープラグ１０に流れるプラグ電流Ｉ_ＧＰ、及び、グロープラグ１０に印加されるプラグ電圧Ｖ_ＧＰから、グロープラグ１０の抵抗値変化を検出し、閾値判定することにより、断線、過電流等の異常の有無を検出する。
なお、プラグ電流Ｉ_ＧＰを検出するにあたり、半導体開閉素子ｎ―ＭＯＳ１１０を構成する半導体セルの一部を利用してカレントミラー回路を構成し、ミラー電流を検出することにより、グロープラグ１０に供給する電流損失を少なくすることができる。また、複数のグロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）の自己診断結果の伝達方法については、図９を参照して後述する。
また、図２に示すように、本発明のグロープラグ通電制御装置１は、上述の通電制御モジュール１１を、極めてコンパクトにハウジング部１２の内側に収容することができるので、搭載性に優れている。

図３を参照して、本実施形態における通電制御モジュール１１の詳細について説明する。本実施形態においては、半導体開閉素子１１０として、ｐ―チャンネルパワーＭＯＳＦＥＴを用いている。
本図（ｂ）に示すように、半導体開閉素子１１０のドレインＤに導通するよう略平板状に設けたドレイン端子部材１１２は、通電制御部１１１を構成するベアチップをマウントするための基板としても利用している。
半導体開閉素子１１０のソースＳ、ゲートＧ、センス端子ＳＥＮは、それぞれ、電源入力用リードフレーム１１４、通電制御部１１１のゲート電圧出力端子ＶＧＧ、センス電流入力端子（Ｉ_ＧＰ、Ｖ_ＧＰ）にボンディングワイヤＷＲ_ＢＮＤを介して接続されている。
ドレイン端子部材１１２上の配設された通電制御部１１１の駆動信号端子SI、電源入力端子＋Ｂ、自己診断出力端子ＤＩ、接地端子ＧＮＤ、は、それぞれ、駆動信号入力用リードフレーム（駆動信号端子）１１３、電源入力用リードフレーム（電源入力端子）１１４、自己診断信号用リードフレーム（自己診断信号端子）１１５、接地用リードフレーム（接地端子）１１６にボンディングワイヤＷＲ_ＢＮＤを介して接続されている。
このようにして接続された半導体開閉素子１１０、通電制御部１１１は、モールド樹脂１１８によって周囲を覆われ、本図（ｃ）に示すような外部に各リードフレーム１１２〜１１６を引き出した通電制御モジュール１１を構成している。
なお、本図においては、半導体開閉素子１１０と通電制御部１１１とを別体の半導体素子として構成し、ワイヤボンディングによって接続した例を示したが、半導体開閉素子１１０と通電制御部１１１を一体の半導体素子として回路形成したものを用いても良い。

次いで、図４を参照して、本実施形態におけるコネクタ部１３の概要について説明する。コネクタ部１３は、本図（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、樹脂成型部１３０内に外部との導通を図るためのコネクタ端子（１７２、１８２、１９２、２０３）がインサート成型又は嵌合いによって一体に配設されており、 コネクタ部１３の基端側には、本図（ｂ）に示す相手側ハーネスコネクタ２０との嵌合を図るべく略筒状の嵌合部１３１が形成され、嵌合部１３１の一部には、相手側ハーネスコネクタ２０が外れないように係止するための鍵爪部１３５が形成されている。
コネクタ部１３の先端側には、内側に、通電制御モジュール１１を収容するための収容空間１３３が区画され、その基端側は、各コネクタ端子（１７２、１８２、１９２、２０３）の一端（１７３、１８３、１９３、２０３））が露出し、通電制御モジュール１１を収容したときに各コネクタ端子（１７３、１８３、１９３、２０３）と通電制御モジュール１１の各リードフレーム（１１２〜１１６）とを接続するための作業開口部１３４が区画されている。
本図（ｂ）に示すように、本実施形態においては、外部の電源３０及びＥＣＵ２との接続を図るための相手側ハーネスコネクタ２０は、内側に電源用ハーネス１７０、駆動信号用ハーネス１８０、自己診断用ハーネス１９０のそれぞれに接続された電源用コネクタ端子１７１、駆動信号用コネクタ端子１８１、自己診断信号用コネクタ端子１９１が収容保持されており、グロープラグ通電制御装置１側のコネクタ部１３と嵌合可能に形成されている。

図５を参照して、コネクタ部１３内への通電制御モジュール１１の収容方法及び、各端子部分の接続方法について説明する。
通電制御モジュール１１のドレイン端子１１２は、長軸状で導電率の高い金属からなる通電用中軸１４の基端側に設けた略筒状の端子接続部１４１に陥入され、圧着、ロウ付け、半田付け、溶接、その他の公知の接合方法により電気的に接続された状態とされる。
このようにして通電用中軸１４が接続された通電制御モジュール１１を、本図（ａ）に示すように、コネクタ部１３のモジュール収容空間１３３内に収容する。
通電制御モジュール１１は、モジュール収容空間１３３内に収容されると、本図（ｂ）に示すように、通電用制御モジュール１１の各リードフレーム１１３〜１１６が、コネクタ部１３内に収容された各コネクタ端子１７３、１８３、１９３、２０３と接触して、作業開口部１３４に露出した状態となる。
そこで、作業開口部１３４を利用して、それぞれ対応するリードフレーム１１３〜１１６と各コネクタ端子１７３、１８３、１９３、２０３とを半田付け、レーザ溶接等の公知の方法により接続する。

図６を参照して、ハウジング部１２、及び、通電制御部１１、コネクタ部１３、通電用中軸１４が一体となったものをハウジング部１２内に収容する方法について説明する。
ハウジング部１２は、金属製で、略筒状に形成されたハウジング基体１２０からなり、その先端側外周には、図略のエンジンヘッドに設けた雌ネジ部に螺合するネジ部１２１が形成され、基端側外周には、ネジ部１２１を螺結するための六角部１２６が形成されている。
また、基端側には、コネクタ部１３を収容した後、コネクタ部１３の脱落を防ぐための略筒状のカラー１６を嵌装・固定するためのボス部１２７が形成され、先端側には、発熱体１０を固定するための発熱体保持部材１５を挿通・固定するための筒状部１２２が形成されている。
ハウジング基体１２０の内側には、段付きの貫通孔が穿設され、コネクタ収容空間１２５、通電用中軸挿通孔１２３が区画されている。径大のコネクタ収容空間１２５と径小の通電用中軸挿通孔１２３との間の段差部１２４は、後述の弾性保持部材１２３を係止するための係止部としても機能する。

図６（ｂ）に示すように、ハウジング部１２内に通電制御モジュール１１、コネクタ部１３、通電用中軸１４が一体となったものを挿入し固定する。
このとき、耐熱性の弾性部材からなるドーナツリング状のシール部材１４３を用いて、通電用中軸１４の軸中心と通電用中軸挿通孔１２３の軸中心とをそろえた状態で保持する。ハウジング部１２と、接地用端子２０３とが密着状態となり、通電用制御モジュール１１の接地端子１１６は、接地用端子２０３を介して、ハウジング部１２と接地状態となる。
なお、接地用端子２０３とハウジング部１２との接続を確実にするため、両者をレーザ溶接によって固定したり、あらかじめ導体ペースト、半田ペースト、導電性接着剤等を接地用端子２０３の先端に塗布しておき、通電制御モジュール１１等をハウジング部１２内に収容した後、外部からの加熱により、接地用端子２０３とハウジング部１２とを導通固着するようにしたりしても良い。

ここで、図７を参照して、本発明に用いられ発熱体について説明する。
本発明において、グロープラグ１０を構成する発熱体として、本図（ａ）に示すような、いわゆるメタルヒータを用いても良いし（以下適宜メタルヒータ１０と記す）、本図（ｂ）に示すような、いわゆるセラミックヒータ１０ａを用いても良い。
メタルヒータ１０は、基端側が開口し先端側が閉塞する略有底筒状の金属製保護管１００の内側に、金属抵抗線コイルからなる発熱コイル１０２と制御コイル１０３とが直列に接続され、マグネシア粉末等の絶縁材料１０４と共に収容され、発熱コイル１０２の先端側に位置する発熱体接地部１０１で、金属製保護管１００に電気的に接続され、制御コイル１０３の基端側１０５で、通電制御モジュール１１との導通を図る入力端子１０６が接続されている。
発熱コイル１０２及び制御コイル１０３には、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等の公知の抵抗材料が用いられ所定の比抵抗となるように形成されている。

セラミックヒータ１０ａは、略Ｕ字形に形成されたセラミック抵抗体１０２ａと、セラミック抵抗体１０２ａと外部との導通を図る一対のリード部１０３ａ、１０４ａと、これらを覆い略柱状に形成された絶縁体１１ａとによって構成され、セラミック抵抗体１０２ａの一方の端部に接続されたリード部１０３ａの一端が絶縁体１１ａの側面方向に引き出され、接地端子１０１ａが形成され、セラミック抵抗体１０２ａの他方の端部に接続されたリード部１０４ａの先端が、絶縁体１１ａの基端部に引き出され、入力端子１０５ａが形成され、入力端子１０５ａは、入力端子部材１０６ａを介して通電制御モジュール１１との導通が図られている。
セラミック抵抗体１０２ａには、例えば、窒化硅素、二硅化モリブデン等の導電性セラミック材料が用いられている。
また、リード部１０３ａ、１０４ａには、タングステンなどの耐熱性金属材料が用いられている。
絶縁体１１ａには、窒化硅素等の絶縁性セラミック材料が用いられている。

メタルヒータ１０又はセラミックヒータ１０ａは、本図（ｃ）に示すように、略筒状の発熱体保持部材１５によって保持・固定される。
発熱体保持部材１５は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料からなり、略筒状体１５０に形成された発熱部挿入孔１５２の内側にメタルヒータ１０又はセラミックヒータ１０ａを保持、固定すると共に、金属製保護管１００、又は、接地端子１００ａと電気的に接続され、発熱部１の一端を接地状態としている。
メタルヒータ１０の場合、金属保護管１００と発熱体保持部材１５とは、レーザ溶接、ロウ付け、ネジ締め等の公知の方法によって、互いに固定されている。
セラミックヒータ１０ａの場合、絶縁体１００ａと発熱体保持部材１５とは、嵌め合い、及び、ロウ付けによって固定されている。

図８を参照して、グロープラグ１０、１０ａとハウジング１２との組み付け方法について説明する。
上述のごとく、通電制御モジュール１１、コネクタ部１３、通電用中軸１４がハウジング１２内に一体的に収容されたものに、本図（ａ）に示すように、グロープラグ１０を挿通保持した発熱体保持部材１５をハウジング１２の先端側から挿入し、グロープラグ１０、１０ａの基端側に設けた入力端子部材１０６、１０６ａを通電用中軸１４の先端側に設けた略筒状の発熱体入力端子嵌合部１４２に圧入すると共に、ハウジング１２の先端側筒状部１２２内に発熱体保持部材１５の基端部１５１を嵌入し、本図（ｂ）に示すように、レーザ溶接等によって固着する。
さらに、ハウジング部１２の基端側に略筒状のカラー１６を装着し、カラー１６の先端部１６２をハウジング部１２のボス部１２７に、固着する。
このとき、コネクタ部１３とカラー１６との間にはドーナツリング状の弾性部材１６３が介装され、コネクタ部１３をハウジング１２の軸方向に弾性的に押圧して、制御モジュール収容空間１３３の機密性、水密性を確保している。

ここで、図９を参照して、本発明の通電制御モジュール１１のより具体的な構成、機能について説明する。
本図（ａ）は、気筒位置判定モードにおける通電制御部１１１に内蔵された気筒位置判定部ＩＤＵの回路構成を示す。
気筒判定モードにおいては、ＥＣＵ２側でバッテリ電圧＋ＢにプルアップされたＤＩ端子と、ＥＣＵ２側で接地にプルダウンされたＳＩ端子との間に分圧抵抗Ｒ_１、Ｒ_２を介装したはしご回路を構成する導通経路が形成される。
自己診断信号用ハーネス１９上に介装された所定の抵抗値を有する分圧抵抗Ｒ_１、又は、自己診断信号用ハーネス１９の内部抵抗と分圧抵抗Ｒ_２とによって分圧される電圧は、本発明のグロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）の組み付けられた気筒位置によって変化するため、これを検出し、判定手段ＯＰによって閾値判定することで自己の気筒位置を認識することができる。
なお、気筒位置判定モードは、例えば、電源投入時にのみ行われ、その結果をメモリに記録させ、後述の駆動モードに利用し、気筒位置判定モード以外では、ＩＤＵ内においてＤＩ端子とＳＩ端子との導通を遮断するスイッチＳＷが設けてある。

本図（ｂ）は、駆動モードにおける通電制御部１１１内に内蔵された駆動回路部ＤＲＶの回路構成を示す。
気筒位置判定部ＩＤＵによって認識された気筒位置に基づいて、所定のタイミングｔ（例えば１／４周期）だけずらして駆動信号ＳＩを伝達する遅延手段ＢＦが設けてあり、各グロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）の電流ピークを一致させることなく駆動信号に同期したゲート電圧Ｖ_ＧＧを出力してグロープラグ１０_（１０）〜１_（ｎ）を昇温させることができる。
また、各グロープラグ１０の抵抗値変化から、発熱体の温度特性を元にグロープラグ１０の発熱温度を算出し、目標温度との差を少なくするべく、駆動信号ＳＩのデューティ比を補正する等のフィードバックがなされる。
本図（ｃ）は、異常診断モードにおける通電制御部１１１内に内蔵された自己診断部ＤＩＵの回路構成を示す。
自己診断部ＤＩＵは、グロープラグ１０に流れるプラグ電流ＩＧＰとグロープラグ１０に印加されるプラグ電圧ＶＧＰとから、グロープラグの抵抗を算出し、これを閾値判定することにより、断線異常、劣化異常、過電流異常等の異常を検出することができる。
複数の自己診断部ＤＩＵがワイヤードオア回路を構成しているので、それぞれのグロープラグ通電制御装置１_（１）〜１_（ｎ）の自己診断情報ＤＩが合成されて一つの自己診断信号ＤＩとしてＥＣＵ２側に伝達されるので、各グロープラグ通電制御装置からＥＣＵに送られるデータの大きさを最小限にしながら、どの気筒で異常が発生しているか否かを確実に伝達することができる。

ここで、図１０、図１１を参照して比較例として示す従来のグロープラグ通電制御装置１ｚの構成及び問題点について簡単に説明する。
従来のグロープラグ通電制御装置１ｚは、エンジンＥ／Ｇの気筒毎に設けたグロープラグ１０ｚ_（１）〜１０ｚ_（ｎ）と電源４０とを繋ぐ電源用ハーネス１７ｚに介装された各グロープラグ１０ｚ_（１）〜１０ｚ_（ｎ）への通電を開閉するための半導体開閉素子（ｐ−ＭＯＳ）を複数具備し、これらを、ＥＣＵ３ｚから発信された駆動信号ＳＩに基づいて、各半導体開閉素子を所定のタイミングだけずらしながら開閉駆動すべく、駆動信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇｎを発信する駆動回路ＤＲＶと、各グロープラグに流れるプラグ電流とそれぞれに印加されるプラグ電圧とから、グロープラグの異常を検出して自己診断信号ＤＩを発信する自己診断部ＤＩＵとを具備している。
また、従来のグロープラグ通電制御装置１ｚは、駆動電圧ＢＡＴとは別系統で制御電圧＋Ｂが入力され、例えば配線抵抗ｒ、０．５ｓｑ、１〜５ｍ程度のアース線を介して車体フレームＦＬＭ等に接続されて接地状態となっている。

さらに、一般的に、従来のグロープラグ通電制御装置１ｚに接続される制御電圧＋Ｂには、燃料噴射装置や、セルモータ等の駆動を制御するための電子制御装置も接続されており、これらの電子制御装置から発振された電磁波ノイズが電源ラインに伝播される虞がある。
また、エンジンヘッドに組み付けられたグロープラグ１０は、エンジンヘッドと接地状態となっており、車体フレームＦＬＭに接地されたグロープラグ通電制御装置１ｚとの間には無視できない内部抵抗ｒ_Ｇが存在し、グランド電位に電位差が生じる。

さらに、図１１（ａ）に示すようにその電位差は通常の状態でも最大０．４５Ｖ程度あり、電源ラインに配設された他の電子制御装置において、セルモータの突入電流や燃料噴射弁の切り替え時等に大きなサージ電流が発生した場合や、電源としたバッテリの容量が低下した場合等、さらにグランド電位に差を生じる虞がある。
本図（ｂ）に示すように、グロープラグ通電制御装置１ｚとグロープラグ１０ｚとの間に生じる配線抵抗（ｍΩ）の変化に対して、検出されるプラグ電圧Ｖ_ＧＰに電位差ΔＶを生じ、これによって、算出されるグロープラグ１０ｚの抵抗値に誤差を生じ、これに基づいて検出される発熱温度にも誤差を生じることになる。
本発明はかかる問題を解決すべく想起されたもので、上述のごとくグロープラグ１０と通電制御モジュール１１とは、ハウジング部１２を介して共にエンジンヘッドに接地されているため、グランド電位に従来のような電位差を生ずることがない。
また、本発明のグロープラグ通電制御装置１では、直接電源４０から供給されるバッテリ電圧ＢＡＴを駆動電圧と制御電圧として用いているので他の電子制御装置から発振される電磁波ノイズの影響を受け難くなっている。
したがって、プラグ電流Ｉ_ＧＰ及びプラグ電圧Ｖ_ＧＰの検出精度が向上し、より正確で安定した発熱温度に制御することができる。

図１２、図１３、図１４を参照して本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ通電制御装置のいくつかの変形例について説明する。
図１２（ａ―１）、（ａ―２)に示す変形例１ｂでは、通電制御モジュール１１ｂの接
地端子１１６ｂを直接ハウジング部１２のボス部１２７に接続している。
このときハウジング部１２と接地端子１１６ｂとは、溶接、又は、ロウ付けによって電気的導通が確保されている。
通電制御モジュール１１とグロープラグ１０とのＧＮＤ配線距離が極めて短くなるため、ＧＮＤ電位差を極めて小さくできる。
図１２（ｂ−１）、(ｂ−２)に示す参考変形例１ｃでは、ハウジング部１２の内周壁に接するように金属ブロック１１７ｃを設け、その内側に区画した制御モジュール収容空間内に通電制御モジュール１１を搭載して、金属ブロック１１７ｃと接地端子１１６ｃとを接続する。
このとき金属ブロック１１７ｃと接地端子１１６ｃは溶接又はロウ付けによって電気的導通を確保する。
また本参考形態においては、金属ブロック１１７ｃと出力端子１１２との絶縁性を確保する必要があるので、出力端子１１２の下面をモールド樹脂１１８で覆うようにするのが良い。
本参考形態によれば、上述と同様の効果に加え、金属ブロック１１７ｃがヒートシンクとしても機能し、速やかに半導体開閉素子１１０で発生した熱をエンジンブロックに放出させることができるので、さらに安定性を向上させることができる。

図１３（ａ―１）、（ａ―２）に示す参考変形例１ｄでは、接地端子１１６ｄを直接ハウジング部１２へ接続するのではなく、ターミナル（接地中継部材）１１７ｄを介してハウジング部１２へ接続する。このとき接地端子１１６ｄとターミナル（接地中継部材）１１７ｄとハウジング部１２とは、それぞれ溶接又はロウ付けによって電気的導通を確保する。
本参考形態によれば、上述の効果と同様の効果に加え、ターミナル（接地中継部材）１１７ｄの形状に自由度があり、製造上の利便性が向上する。また、本参考形態において、ターミナル（接地中継部材）１１７ｄを幅広に形成し、通電制御モジュール１１の樹脂成形部１１８の表面に接触させるようにしてターミナル（接地中継部材）１１７ｄをヒートシンクとして利用しつつハウジング部１２に接続するようにしても良い。
図１３（ｂ−１）、（ｂ−２）に示す参考変形例１ｅでは、ターミナル１１７eの端部をハウジング部１２のボス部１２７とカラー１６の先端側の封止部１６２と間に配設し、ボス部１２７とカラー１６と共に固定する。
上述と同様の効果に加え、ターミナル（接地中継部材）１１７eとハウジング部１２と
を溶接する必要がなく、その分の加工工数を低減できる。

図１４を参照して、変形例１ｆについて説明する。
上記実施形態においては、コネクタ部１３内に平板状に形成したコネクタ端子１７２、１８２、１９２を収容した例を示したが、本発明は、このようなコネクタ形状に限定するものではなく、コネクタ部１３の形状を適宜変更することができる。
本実施例においては、駆動信号用端子１８２ｆ及び自己診断信号用端子１９２ｆを筒状の絶縁体１３１ｆ、１３５ｆを介して同軸状に配設し、その外周を覆うように同心に略筒状の電源入力端子１７ｆを形成している。
さらに、駆動信号用ハーネス１８０ｆと自己診断信号用ハーネス１９０ｆとを絶縁体１８４、１８５を介して同心に配設した同軸ケーブルとし、中心に駆動用信号端子１８１ｆを配置し、その外周に筒状の駆動信号端子１９１ｆを配置して同軸コネクタを形成している。
本実施形態においては、電源用ハーネス１７ｆは、従来のグロープラグへの通電に用いられるような、環状の接続部を有する圧着端子１７１ｆを用い、本図（ｂ）に示すように、ワッシャー１９４を介装してナット１９５で電源入力端子１７３ｆに螺結し、同軸コネクタを差し込むことで、駆動信号用ハーネス１８０ｆと自己診断信号用ハーネス１９０ｆとを駆動信号端子１８２ｆ、自己診断信号用端子１９２ｆとを導通させることができる。
同軸構造とすることで、グロープラグ通電制御装置１ｆをエンジンヘッドに螺結したときに端子に方向性がないので、ハーネスがよじれたりする虞がない。
本実施形態においても接地端子１１７ｆの接続部２０３ｆをハウジング１２に接続することで、通電制御モジュール１１とグロープラグ１０との電位差をなくし、温度制御の精度向上を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発熱体としてグロープラグのみならず、発熱体に流れる電流及び発熱体に印加される電圧によって通電制御や故障検知を実施する内燃機関用の発熱体通電制御装置全般に応用することができるものである。
図１５（ａ）に、本発明の第２の実施形態における発熱体通電制御装置として、内燃機関のインテークマニホールドＩＮＭＨに設けられたインテークヒータ１０ｇへの通電を制御するインテークヒータ通電制御装置１ｇの概要を示すと共に、本図（ｂ）に、その取り付け関係図を示す。本図（ｂ）は、典型的なディーゼル内燃機関Ｅ／Ｇ、吸排気システムの概要を示している。

なお、本実施形態に示すインテークヒータ通電制御装置１ｇは、上記実施形態に示すグロープラグ通電制御装置１〜１ｆと基本的に同種の構成をしており、図中に上述の第１の実施形態におけるグロープラグ１と実質的に同じ構成については、同じ番号を付し、枝播として、ｇの記号を付してあるので、各部の詳細な説明は省略し、概要について簡単に説明する。
本実施形態においては、発熱体として設けたインテークヒータ１０ｇの基端側の入力端子部材１０６ｇが、中軸１４ｇの先端部１４２ｇと接続され、中軸１４ｇの基端部１４１ｇが、通電制御モジュール１１ｇの出力端子１１２ｇに接続されている。
さらに、インテークヒータ１０ｇの先端側の発熱体接地部１０１ｇと通電制御モジュール１１ｇの接地端子１１６ｇ及び接地中継部材１１７ｇとが、ハウジング１２ｇと接続部２０３ｇにおいて一体的に接続され、さらに、ハウジング部１２ｇは、インテークマニホールドＩＮＭＨに螺結され、接地状態となっている。
一方、通電制御モジュール１１ｇの駆動信号端子１１３ｇ、電源入力端子１１４ｇ、自己診断信号端子１１５ｇは、それぞれ、コネクタ部１３ｇ内に収容された駆動信号用コネクタ１７２ｇ、電源用コネクタ１８２ｇ、自己診断信号用コネクタ１９２ｇの接続部１７３ｇ、１８３ｇ、１９３ｇと接続されている。

本図に示すように、インテークヒータ通電制御装置１ｇは、上記実施形態におけるグロープラグ通電制御装置１〜１ｆと同様、発熱体として設けたインテークヒータ１０ｇと通電制御モジュール１１ｇとを一体にハウジング１２ｇ内に収容すると共にハウジング１２ｇを介して機関のインテークマニホールドＩＮＭＨに接地状態とすることによってインテークヒータ１０ｇと通電制御モジュール１１ｇとの接地電位差を解消し、精度良く温度制御可能とするものである。なお、本実施形態においても上述の変形例を適宜採用することができる。
なお、本図（ｂ）に示した各略記号の意味を記載する。ＣＬ_ＩＮＴは、ＥＧＲガスを冷却するインタークーラ、ＥＧＲは、燃焼排気の一部を吸気内に還流するＥＧＲバルブ、ＳＬＴは、図略のアクセル操作に連動して燃焼室内に導入する吸気量を調整するスロットルバルブ、ＩＮＭＨは、吸気を燃焼室内に導入するためのインテークマニホールド、ＥＸＭＨは、燃焼排気を燃焼室から排出するためのイグゾーストマニホールド、Ｖ_ＩＮは、吸気筒を開閉する吸気バルブ、Ｖ_ＥＸは、排気筒を開閉する排気バルブ、ＳＹＬは、エンジンＥ／Ｇを構成するシリンダ、ＰＳＴは、シリンダ内を昇降するピストン、ＴＷは冷却水温度センサ、ＩＮＪは燃料噴射弁、ＣＲは高圧燃料を蓄圧するコモンレール、ＰＭＰは、燃料を圧縮する高圧ポンプ、ＴＲＢは、燃焼排気の排出圧力を利用してタービンを回転させ燃焼室内に過吸気を導入するためのターボチャージャー、ＤＰＦは、燃焼排気を浄化するためのディーゼルパティクレーとフィルタ、ＳＥＮはＤＰＦ内を通過する燃焼排気中の特定成分を検出するガスセンサ、ＰＳは、ＤＰＦの圧損を検出してＤＰＦの劣化等を検出する圧力センサであり、本発明においては、これらを特に限定するものではなく、公知のものを適宜採用し得る。

１ グロープラグ通電制御装置
１０ グロープラグ
１０１ 発熱体接地部
１０６ 入力端子部
１１ 通電制御モジュール
１１０ 半導体開閉素子
１１１ 通電制御部
１１２ 出力端子（Ｖ_ＤＤ）
１１３ 駆動信号端子（ＳＩ）
１１４ 電源入力端子（ＢＡＴ）
１１５ 自己診断信号端子（ＤＩ）
１１６ 接地端子
１１７ 接地中継部材
１２ ハウジング部
１２０ ハウジング基体
１２１ ハウジングネジ部
１２２ ハウジング先端側筒状部
１２３ 中軸挿通孔
１２４ 係止部
１２５ コネクタ収容部
１２６ 六角部
１２７ ボス部
１３ コネクタ部
１３０ 樹脂形成部
１３１ コネクタ基端部
１３２ コネクタ先端部
１３３ 制御モジュール収容部
１３４ 端子接続用開孔部
１４ 導通用中軸
１４０ 導通用中軸基部
１４１ 出力端子嵌合部
１４２ 発熱体入力端子嵌合部
１４３ 弾性部材
１５ 発熱体保持部材
１５０ 保持部材基部
１５１ 保持部材基端部
１５２ 発熱体保持部
１６ 基端側封止部材（カラー）
１６０ カラー筒状部
１６１ コネクタ挿通孔
１６２ 封止部
１６３ 弾性部材
２０ ハーネス用コネクタ
１７０ 電源用ハーネス
１７１ 電源用コネクタ端子（ハーネス側）
１７２ 電源用コネクタ端子（発熱体側）
１７３ 電源用コネクタ端子接続部
１８０ 駆動信号用ハーネス
１８１ 駆動信号用コネクタ端子（ハーネス側）
１８２ 駆動信号用コネクタ端子（発熱体側）
１８３ 駆動信号用コネクタ端子接続部
１９０ 自己診断信号用ハーネス
１９１ 自己診断信号用コネクタ端子（ハーネス側）
１９２ 自己診断信号用コネクタ端子（発熱体側）
１９３ 自己診断信号用コネクタ端子接続部
２ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
２１ キースイッチ
２２ ヒューズ
３０ 電源

特開２００４−１０８１８９号公報 特開２００９−１６８３１９号公報 特開２０１０−６５９８０号公報

Claims (4)

1. 内燃機関に設けられ、電源からの通電により発熱する発熱体と、少なくとも、エンジン制御装置から発信された駆動信号にしたがって上記発熱体への通電を開閉する半導体開閉素子を含み、上記駆動信号を入力する駆動信号端子と接地を図る接地端子とを引き出した通電制御モジュールとからなる発熱体通電制御装置であって、
   上記通電制御モジュールと上記発熱体とを、金属製で有底筒状に形成したハウジング部の内側に一体的に収容して、上記通電制御モジュールから引き出した上記接地端子を上記ハウジング部に接続し、上記通電制御モジュールと上記発熱体とが、上記ハウジング部を介して上記内燃機関に接地状態となっていることを特徴とする発熱体通電制御装置。
2. 上記ハウジング部に、外部との導通を図るためのコネクタ部を収容すると共に、該コネクタ部にモジュール収容空間を設けて上記通電制御モジュールを収容し、上記通電制御モジュールから引き出した上記接地端子を、上記コネクタ部に一体に配設した接地用端子を介して、上記ハウジング部に接続した請求項１に記載の発熱体通電制御装置。
3. 上記通電制御モジュールから引き出した上記接地端子を直接上記ハウジング部に接続した請求項１に記載の発熱体通電制御装置。
4. 上記発熱体が内燃機関の気筒毎に設けられたグロープラグである請求項１ないし３のいずれかに記載の発熱体通電制御装置。

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