JP6667327B2 - 加熱装置及び温度推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、通電によって発熱する発熱体を先端側の内部に埋設した基体を有するヒータを備えるグロープラグの加熱装置及び温度推定装置に関する。

圧縮着火方式による内燃機関（例えばディーゼルエンジン等）の補助熱源として、ヒータを備えるグロープラグが広く用いられている。グロープラグ（ヒータ）の表面温度を推定する手法として、ヒータの内部に埋設した発熱体の電気抵抗値を利用する手法が知られている。この手法は、発熱体の電気抵抗値が発熱体の温度に依存することを利用している（例えば、特許文献１）。

特許５３５０７６１号公報

上記先行技術の場合、発熱体の電気抵抗値とグロープラグ（ヒータ）の表面温度とが一定の関係にあることを前提としている。しかし実際には、発熱体の電気抵抗値は、エンジンの冷却水温度、エンジンオイルの温度、燃焼室内の温度などにも依存し、グロープラグ（ヒータ）の表面温度を正確に推定するためには上記要因を考慮した複雑な補正が必要になる。さらには、発熱体の電気抵抗値と発熱体の温度との関係は、製造上のばらつきの影響を受けやすい。これらの要因のため、上記先行技術には、温度推定の精度に向上の余地があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、グロープラグが備えるヒータの温度を精度良く制御する、又はヒータの温度推定の精度を向上させることを目的とする。

本発明の加熱装置は、軸線方向に沿って延びる棒状のセラミック製基体であり、通電によって発熱する発熱体を先端側の内部に埋設した基体を有するヒータ、及び前記ヒータの先端側を突出させつつ前記ヒータを保持するハウジング、を備えるグロープラグと、前記発熱体に通電することにより、前記ヒータを発熱させる通電手段と、を備える加熱装置であって、
前記グロープラグには、前記基体の外表面上に設けられる導電性の被膜であり、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を覆いつつ、前記ハウジングを介して被膜と内燃機関とが電気的に接続されるために前記ハウジングに接触する被膜が設けられ、前記発熱体に通電することにより前記発熱体から前記被膜を介して前記ハウジングに電流が流れることで、前記被膜と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を取得する取得手段をさらに有し、前記通電手段は、前記取得手段により取得された前記電気抵抗値が所定の値となるように、前記発熱体への通電を制御することを特徴とする。

本発明の加熱装置は、基体がセラミック製なので、基体の電気抵抗値は温度に対して強く依存し、基体における高温の部位ほど電気抵抗値が小さくなる。つまり、基体の最高温度の部位となる発熱体近傍の基体の電気抵抗値（以下、基体抵抗値という）がヒータ温度との相関が最も強くなる。そこで、基体抵抗値を、基体の外表面上に設けた導電性の被膜と発熱体との間の電気抵抗値を取得する取得手段により取得し、取得手段によって取得した基体抵抗値が所定の値となるように通電手段にて発熱体への通電を制御することで、ヒータが配置される外部環境の影響や製造上のばらつきの影響等を低減でき、ひいてはヒータの温度を精度良く制御できる。

さらに、本発明では、導電性の被膜が、少なくとも発熱体に対向する基体の外表面の一部を覆うように形成されている。このように発熱体に対向する基体の外表面の一部を覆うように被膜を設けることで、基体の最高温度の部位となる発熱体近傍の基体の電気抵抗値、つまりは基体抵抗値を発熱体と共に確実に取得することができ、ヒータの温度を精度良く制御できる。

また、本発明では、導電性の被膜がハウジングに接触してなる。これにより、被膜がハウジングを介して内燃機関と電気的に接続することができ、被膜から延びる導通ラインを別途形成する必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。また、例えば、基体の外表面上に被膜を設ける代わりに、導体を基体内部に配置し、導体と発熱体との間の基体抵抗値を取得する形態に比べ、ヒータを特殊な形態とする必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。

なお、導電性の被膜は、少なくとも発熱体に対向する基体の外表面の一部を覆いつつ、ハウジングに接触していればよく、例えば、基体上に線形状の被膜を設けても良いし、基体上に基体の周方向に亘って略筒状の被膜を設けても良いし、更にはハウジングから突出する基体の外表面の全体を覆っていても良い。

また、本発明の加熱装置は、前記被膜が、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を周方向に亘って覆うことが好ましい。これにより、発熱体近傍の基体の周方向に温度の偏りが生じていたとしても、基体抵抗値を精度良く取得手段によって取得することができ、ヒータの温度をより精度良く制御できる。
なお、被膜は少なくとも発熱体に対向する基体の外表面の一部を周方向に亘って覆っていればよく、例えば、発熱体のうち軸線方向の一部のみを周方向に亘って覆っていても良いし、発熱体のうち軸線方向の全体を周方向に亘って覆っていても良い。

また、本発明の加熱装置は、前記被膜が、前記ハウジングよりも先端側に突出した前記基体の外表面の全体を覆うことが好ましい。これにより、ヒータ温度との相関が最も強い発熱体近傍の基体抵抗値だけでなく、発熱体近傍以外の基体抵抗値をも取得手段によって取得することができる。その結果、ヒータの温度をさらに精度良く制御できる。

さらに、本発明の加熱装置は、前記被膜が、導電性セラミックからなることが好ましい。被膜は、基体の先端側の外表面上に設けられるため、内燃機関にグロープラグを取り付けてヒータを発熱させるにあたり、高温（例えば、１２００℃以上）下であっても溶融しない必要がある。これに対し、被膜を導電性セラミックで形成することで、高温下であっても溶融しないものを得ることができ、ヒータの温度を確実に制御することができる。

本発明の温度推定装置は、軸線方向に沿って延びる棒状のセラミック製基体であり、通電によって発熱する発熱体を先端側の内部に埋設した基体を有するヒータ、及び前記ヒータの先端側を突出させつつ前記ヒータを保持するハウジング、を備えるグロープラグの前記基体の温度を推定する温度推定装置であって、
前記グロープラグには、前記基体の外表面上に設けられる導電性の被膜であり、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を覆いつつ、前記ハウジングを介して被膜と内燃機関とが電気的に接続されるために前記ハウジングに接触する被膜が設けられ、前記発熱体に通電することにより前記発熱体から前記被膜を介して前記ハウジングに電流が流れることで、前記被膜と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記電気抵抗値に基づき、前記基体の温度を推定する推定手段と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明の温度推定装置においても上述の加熱装置と同様に、基体がセラミック製なので、基体の電気抵抗値は温度に対して強く依存し、基体における高温の部位ほど電気抵抗値が小さくなる。つまり、基体の最高温度の部位となる発熱体近傍の基体の電気抵抗値（以下、基体抵抗値という）がヒータ温度との相関が最も強くなる。そこで、基体抵抗値を、基体の外表面上に設けた導電性の被膜と発熱体との間の電気抵抗値を取得する取得手段により取得し、取得手段によって取得した基体抵抗値に基づき、推定手段にて基体の温度を推定することで、ヒータが配置される外部環境の影響や製造上のばらつきの影響等を低減でき、ひいてはヒータの温度推定の精度を向上させることができる。

さらに、本発明では、導電性の被膜が、少なくとも発熱体に対向する基体の外表面の一部を覆うように形成されている。このように発熱体に対向する基体の外表面の一部を覆うように被膜を設けることで、基体の最高温度の部位となる発熱体近傍の基体の電気抵抗値、つまりは基体抵抗値を発熱体と共に確実に取得することができ、ヒータの温度推定の精度を向上させることができる。

また、本発明では、導電性の被膜がハウジングに接触してなる。これにより、被膜がハウジングを介して内燃機関と電気的に接続することができ、被膜から延びる導通ラインを別途形成する必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。また、例えば、基体の外表面上に被膜を設ける代わりに、導体を基体内部に配置し、導体と発熱体との間の基体抵抗値を取得する形態に比べ、ヒータを特殊な形態とする必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。

なお、導電性の被膜は、少なくとも発熱体に対向する基体の外表面の一部を覆いつつ、ハウジングに接触していればよく、例えば、基体上に線形状の被膜を設けても良いし、基体上に基体の周方向に亘って略筒状の被膜を設けても良いし、更にはハウジングから突出する基体の外表面の全体を覆っていても良い。

また、本発明の温度推定装置は、前記被膜が、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を周方向に亘って覆うことが好ましい。これにより、発熱体近傍の基体の周方向に温度の偏りが生じていたとしても、基体抵抗値を精度良く取得手段によって取得することができ、ヒータの温度推定の精度をより向上させることができる。
なお、被膜は少なくとも発熱体に対向する基体の外表面の一部を周方向に亘って覆っていればよく、例えば、発熱体のうち軸線方向の一部のみを周方向に亘って覆っていても良いし、発熱体のうち軸線方向の全体を周方向に亘って覆っていても良い。

また、本発明の温度推定装置は、前記被膜が、前記ハウジングよりも先端側に突出した前記基体の外表面の全体を覆うことが好ましい。これにより、ヒータ温度との相関が最も強い発熱体近傍の基体抵抗値だけでなく、発熱体近傍以外の基体抵抗値をも取得手段によって取得することができる。その結果、ヒータの温度推定の精度をさらに向上させることができる。

さらに、本発明の温度推定装置は、前記被膜が、導電性セラミックからなることが好ましい。被膜は、基体の先端側の外表面上に設けられるため、内燃機関にグロープラグを取り付けてヒータを発熱させるにあたり、高温（例えば、１２００℃以上）下であっても溶融しない必要がある。これに対し、被膜を導電性セラミックで形成することで、高温下であっても溶融しないものを得ることができ、ヒータの温度推定を確実に行うことができる。

加熱装置、温度推定装置の概略構成図である。 加熱装置、温度推定装置に用いられるグロープラグの断面の構成を示す説明図である。 図２のグロープラグの先端側近傍を拡大した説明図である。 加熱装置の通電制御処理を示すフローチャートである。 温度推定装置の温度推定処理を示すフローチャートである。 変形例のグロープラグの断面の構成を示す説明図である。

図１は、加熱装置１００の概略構成を示す。加熱装置１００は、ディーゼルエンジン車に搭載され、ディーゼルエンジンの燃焼室を加熱する。この加熱は、インジェクタ４５９から噴射された燃料の着火を補助するために実行される。

加熱装置１００は、グロープラグ１と、制御部５５０と、を備える。グロープラグ１は、セラミックグロープラグである。グロープラグ１は、図１に示すように、シリンダブロック４５０に対して、主体金具２０のネジ部２２を螺合することにより装着する。これにより、グロープラグ１の先端部が、シリンダブロック４５０の燃焼室に露出した状態で装着される。

制御部５５０は、ＥＣＵ５５２と、グローリレー５５３と、グロー通電用電源５５４と、コントローラ５３１と、を備える。グロー通電用電源５５４の正極は、コントローラ５３１、グローリレー５５３を介してグロープラグ１に備えられた中軸５０に接続している。一方、グロー通電用電源５５４の負極は、グロープラグ１に備えられた接続端子７０に接続している。グローリレー５５３がオンの場合、グロー通電用電源５５４、コントローラ５３１グロープラグ１が電気的に接続する。

ＥＣＵ５５２は、グローリレー５５３を制御することで、グロー通電用電源５５４の電力を、グロープラグ１に備えられた中軸５０を介して給電する。ＥＣＵ５５２は、この給電によって、グロープラグ１を発熱させる。なお、グローリレー５５３は、加熱が実行される間は常にオンにされ、加熱が停止された場合にオフにされる。また、ＥＣＵ５５２は、コントローラ５３１を制御することで、加熱のオン時間とオフ時間との割合を調整し、グロープラグ１の発熱を制御する。

制御部５５０は、さらに、直流電源５５１と、リレー５５５と、抵抗５２１と、電位差計５２２と、を備える。リレー５５５は、抵抗５２１と、グロープラグ１に備えられた接続端子７０との間に配置される。リレー５５５は、直流電源５５１からグロープラグ１への給電のオン、オフをスイッチングするためのものである。

直流電源５５１の負極は、シリンダブロック４５０に接続されることで、接地されている。抵抗５２１は、直流電源５５１の正極側に配置されている。電位差計５２２は、抵抗５２１において降下する電圧値（降下電圧）を測定する。

ＥＣＵ５５２は、リレー５５を制御することで、グロープラグ１（基体４２）の温度を推定する。ＥＣＵ５５２は、推定した温度を、先述したグロープラグ１の発熱の制御に利用する（図４と共に後述）。ＥＣＵ５５２は、さらに、水温センサ５２５と回転数センサ５２６とから取得した値も、上記発熱の制御に利用する。水温センサ５２５は、エンジン冷却水の温度を測定する。回転数センサ５２６は、エンジン回転数を測定する。リレー５５は、温度の推定が行われる間は常にオンにされ、温度の推定が停止された場合には、オフにされる。なお、上記の温度推定と発熱制御とについては図４と共に後述する。

図２は、グロープラグ１の断面の構成を示す説明図である。図３は、グロープラグ１の先端側近傍を拡大した説明図である。グロープラグ１は、主な構成要素として、主体金具２０と、外筒３０と、セラミックヒータ４０と、中軸５０と、リード管６０と、接続端子７０とを備えている。なお、以下では、グロープラグ１の軸線ＡＬの下方（セラミックヒータ４０を備える側）をグロープラグ１の先端側とし、上方（接続端子７０を備える側）を後端側として説明する。また、主体金具２０と外筒３０とが、特許請求の範囲の「ハウジング」に相当し、セラミックヒータ４０が特許請求の範囲の「ヒータ」に相当する。

主体金具２０は、軸線ＡＬに沿って延びる略円筒状の部材であり、本実施形態においては炭素鋼によって形成されている。主体金具２０は、炭素鋼に限らずステンレス鋼など、任意の種類の鋼によって形成されてもよい。主体金具２０は、セラミックヒータ４０の先端を突出させた状態で、セラミックヒータ４０の一部を内部に収容する。主体金具２０の外周面には、グロープラグ１０を内燃機関のシリンダブロック４５０に固定するためのネジ部２２が形成されている。ネジ部２２がシリンダブロック４５０のプラグ取付孔に螺合することによって、グロープラグ１が内燃機関に固定される。

外筒３０は、軸線ＡＬに沿って延びる略円筒状の金属部材であり、主体金具２０よりも軸線ＡＬの先端側に配置されている。外筒３０は、セラミックヒータ４０の先端を露出させた状態で、セラミックヒータ４０の一部を内部に収容する。外筒３０の内周部は、セラミックヒータ４０の外周部と接している。また、外筒３０は、軸線ＡＬに垂直な方向に膨出する膨出部３２を備える。膨出部３２の後端は、主体金具２０の先端と接合されている。外筒３０は、膨出部３２の軸線ＡＬの先端側に、テーパ状の当接部３４を備える。グロープラグ１０が内燃機関に固定された際、当接部３４は、内燃機関のプラグ取付孔のテーパ座面に当接する。さらに、外筒３０は、当接部３４の軸線ＡＬの先端側に、外径が略同一で軸線ＡＬに沿って延びる円筒部を備える。

セラミックヒータ４０は、軸線ＡＬに沿って延びる略円柱状の部材であり、基体４２と、抵抗体４４とを備えている。セラミックヒータ４０の先端および後端は、外筒３０の外部に露出しており、セラミックヒータ４０の中間部は、外筒３０の内部に収容されている。また、セラミックヒータ４０の後端側は、主体金具２０の内部に収容されている。セラミックヒータ４０は、電力が供給されることによって発熱する熱源として機能する。

基体４２は、軸線ＡＬに沿って延びる柱状の部材であって、絶縁性セラミックによって形成されている。本実施形態においては、基体４２は、窒化珪素によって形成されている。基体４２は、窒化珪素に限らず、例えば、アルミナやサイアロン等の他の絶縁性セラミックによって形成されていてもよい。

抵抗体４４は、基体４２の内部に埋設されており、通電によって発熱する導電性セラミックによって形成されている。本実施形態においては、抵抗体４４は、タングステンカーバイドおよび窒化珪素によって形成されている。抵抗体４４は、タングステンカーバイドおよび窒化珪素に限らず、例えば、二珪化モリブデンや二珪化タングステン等の他の導電性セラミックによって形成されていてもよい。抵抗体４４は、基体４２の先端側に埋設された略Ｕ字状に形成された発熱体４４１と、発熱体４４１の後端側に接続され、軸線ＡＬに沿って延びる一対のリード部４４２から形成されている。なお、本実施形態では、発熱体４４１、リード部４４２は同一材料で形成されているため、発熱体４４１は、発熱体４４１の断面積をリード部４４２の断面積よりも小さくして、発熱体４４１にて発熱するようにしている。また、抵抗体４４の後端側には、電極取出部４６，４８が形成されている（図３参照）。

電極取出部４６は、セラミックヒータ４０の外表面に露出するとともに、セラミックヒータ４０の後端部の外周面に配置された円筒形状の導電性の第１のリング５６と電気的に接続されている。電極取出部４６は、抵抗体４４の正極側端子として機能する。

電極取出部４８は、電極取出部４６よりも先端側に形成されており、セラミックヒータ４０の外表面に露出する。電極取出部４８は、セラミックヒータ４０の一部を内部に収容する略円筒形状の導電性の第２のリング５８と電気的に接続されている。電極取出部４８は、抵抗体４４の負極側端子として機能する。本実施形態では、電極取出部４６，４８は、抵抗体４４と同じ材料で形成されている。

そして、本実施形態では、外筒３０よりも先端側に突出するセラミックヒータ４０の基体４２の外表面を覆うようにして、被膜９０が設けられている。この被膜９０は、基体４２の先端から外筒３０の先端までの、外筒３０から露出した基体４２の全面を覆うように設けられており、被膜９０の後端側と外筒３０とが接触している。この被膜９０は、グロープラグ１の加熱時に基体４２の先端側が１２００℃以上という高温下になったとしても、溶融しないことが必要であり、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）といった、導電性セラミックにて形成されている。この被膜９０は、後述するように、発熱体４２との間に電位差を発生させる。

中軸５０は、軸線ＡＬに沿って延びる金属製の棒状の部材であり、主体金具２０の内部で、セラミックヒータ４０の後端側に配置されている。中軸５０は、先端近傍の外周面で第１のリング５６と電気的に接続されている。中軸５０は、第１のリング５６を介して電極取出部４６と電気的に接続されている。

リード管６０は、軸線ＡＬに沿って延びる金属線の筒状の部材である。リード管６０は、主体金具２０の内部に収容される。また、リード管６０は、中軸５０の一部およびセラミックヒータ４０の一部を内部に収容する。リード管６０は、先端近傍の内周面で、第２のリング５８の後端部の外周面と電気的に接続されている。リード管６０は、第２のリング５８を介して電極取出部４８と電気的に接続されている。また、リード管６０の後端部の内周面と、中軸５０の内周面との間には、円筒形状のゴム製の第１の絶縁性部材６２が配置され、リード管６０と中軸５０との間の短絡を抑制する。

接続端子７０は、円筒形の金属製の部材であって、主体金具２０の後端側の外部に配置され、リード管６０の後端部を内部に収容する。接続端子７０の内周面とリード管６０の外周面とは電気的に接続されている。接続端子７０はグローリレー５３及びリレー５５と電気的に接続されている。

主体金具２０の後端部における内周面とリード管６０の外周面との間には、円筒形の封止部材７４が配置されている。封止部材７４は、絶縁性および弾性を有する材料によって形成されている。本実施形態においては、封止部材７４は、フッ素ゴムによって形成されている。なお、封止部材７４は、シリコーンゴムなどの一般的な封止材によって形成されてもよい。封止部材７４は、ハウジング２０の内部においてリード管６０の後端部を支持することによって、リード管６０および中軸５０の揺れを抑制するとともに、ハウジング２０とリード管６０との間の気密を確保する。

封止部材７４の後端側には、円筒形の第２の絶縁性部材７６が配置されている。第２の絶縁性部材７６は、耐熱性および絶縁性を有する材料によって形成されている。本実施形態においては、第２の絶縁性部材７６は、合成マイカによって形成されている。なお、第２の絶縁性部材７６は、ナイロン（登録商標）やＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の他の絶縁材料によって形成されていてもよい。第２の絶縁性部材７６は、ハウジング２０と、リード管６０および接続端子７０とを離間することによって、これらの部材の短絡を抑制する。

上述に記載したように、ＥＣＵ５５２にてグローリレー５５３をオンに制御すると、グロー通電用電源５５４の電力を、グロープラグ１に備えられた中軸５０を介して給電する。中軸５０から電力が供給されると、第１のリング５６、電極取出部４６を通じて抵抗体４４（発熱体４４１）に電力が供給され、セラミックヒータ４０が発熱する。

その後、ＥＣＵ５５２にてグローリレー５５３をオフに制御すると共に、リレー５５５をオンに制御すると、直流電源５５１の電力が、グロープラグ１に備えられた接続端子７０を介して給電する。接続端子７０から電力が給電されると、リード管６０、第２のリング５８を通じで抵抗体４１（発熱体４４１）に電力が供給される。これにより、発熱体４４１と被膜９０との間に電位差が発生する。この電位差は、次から説明する通電制御処理において利用される。

図４は、通電制御処理を示すフローチャートである。温度制御処理は、グロープラグ１による発熱が要求されている間、ＥＣＵ５５２によって繰り返し実行される。

まず、電位差計５２２を用い、抵抗５２１における降下電圧Ｖ_５２１を取得する（ステップＳ６１０）。続いて、基体抵抗値Ｒ１１を算出する（ステップＳ６２０）。基体抵抗値Ｒ１１とは、発熱体４４１と被膜９０との間の基体４２の電気抵抗値である。

基体１１は、セラミック製であり、一般的には絶縁体に分類される電気抵抗値を有する。しかし、基体４２の電気抵抗値は、当然、有限なので、発熱体４４１に高電圧を印加すると、わずかな電流が基体４２内を流れる。この電流は、基体４２の外表面に配置された被膜９０に流れ、被膜９０から外筒３０、主体金具２０を介して、最終的にはシリンダブロック４５０へと流れる。

基体抵抗値Ｒ１１は、下記式（５）によって算出される。下記式（１）〜（５）におけるＶ１１は発熱体４４１と被膜９０との電位差、Ｉは抵抗５２１を流れる電流値、Ｖ０は直流電源５１の電圧を示す。

Ｒ１１＝Ｖ１１／Ｉ…（１）、Ｖ１１＝Ｖ０−Ｖ５２１…（２）、Ｉ＝Ｖ５２１／Ｒ５２１…（３）
式（１）に式（２）と式（３）と、を代入すると、式（４）になる。
Ｒ１１＝（Ｖ０−Ｖ５２１）／（Ｖ５２１／Ｒ５２１）…（４）
本実施形態では、Ｖ５２１<<Ｖ０なので、式（４）を変形すると、式（５）になる。
Ｒ１１＝Ｖ０×Ｒ５２１／Ｖ５２１…（５）

続いて、基体４２の最高表面温度を推定する（ステップＳ６３０）。基体４２の最高表面温度とは、基体４２の表面温度の中での最高値のことである。基体４２の表面温度は、部位によって異なり、通常、発熱体４４１近傍が最高値を呈する。なお、基体４２の最高表面温度と基体抵抗値Ｒ１１との関係は、基体４２の最高表面温度を変化させながら基体抵抗値Ｒ１１を実測する実験によって予め取得し、ＥＣＵ５５２に記憶されている。

次に、目標温度を決定する（ステップＳ６４０）。目標温度とは、基体１１の最高表面温度の目標値である。目標温度は、水温センサ５２５からの入力値、回転数センサ５２６からの入力値、その他、エンジンに関する値（例えば、吸気の温度）に基づき決定する。

続いて、目標抵抗値を決定する（ステップＳ６５０）。目標抵抗値とは、ステップＳ６４０で決定した目標温度に対応する基体抵抗値のことである。この決定は、ＥＣＵ５５２に記憶した基体４２の最高表面温度と基体抵抗値との関係に基づき実行される。

最後に、通電を制御する（ステップＳ６６０）。具体的には、基体抵抗値Ｒ１１が目標抵抗値に近づくように、コントローラ５３１のオン時間とオフ時間との比率を制御する。その後、通電制御処理を終える。

この実施形態では、グローリレー５５３と、グロー通電用電源５５４と、コントローラ５３１と、グローリレー５５３及びコントローラ５３１の制御、並びに通電制御処理のステップＳ６６０を実行しているＥＣＵ５５２が、通電手段に相当する。また、直流電源５５１と、リレー５５５と、抵抗５２１と、電位差計５２２と、ステップＳ６１０、ステップＳ６２０を実行しているＥＣＵ５５２が、取得手段に相当する。

以上で説明したように、実施形態の加熱装置１００は、基体４２の最高温度の部位となる発熱体４４１近傍の基体の基体抵抗値Ｒ１１がヒータ温度との相関が最も強くなることを考慮して、基体抵抗値Ｒ１１を、基体４２の外表面上に設けた導電性の被膜９０と発熱体４４１との間の電気抵抗値を取得する取得手段により取得し（ステップＳ６１０、ステップＳ６２０）、取得手段によって取得した基体抵抗値が所定の値となるように通電手段にて発熱体４１１への通電を制御する（ステップＳ６６０）ことで、セラミックヒータ４０が配置される外部環境の影響や製造上のばらつきの影響等を低減でき、ひいてはセラミックヒータ４０の温度を精度良く制御できる。

さらに、実施形態の加熱装置１００では、導電性の被膜９０が、少なくとも発熱体４４１に対向する基体４２の外表面の一部を覆うように形成されている。このように発熱体４４１に対向する基体４２の外表面の一部を覆うように被膜９０を設けることで、基体４２の最高温度の部位となる発熱体４４１近傍の基体の電気抵抗値、つまりは基体抵抗値Ｒ１１を発熱体と共に確実に取得することができ、セラミックヒータ４０の温度を精度良く制御できる。

また、実施形態の加熱装置１００では、導電性の被膜９０が外筒３０に接触してなる。これにより、被膜９０が外筒３０、主体金具２０を介してシリンダブロック４５０と電気的に接続することができ、被膜９０から延びる導通ラインを別途形成する必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。また、例えば、基体４２の外表面上に被膜９０を設ける代わりに、導体を基体内部に配置し、導体と発熱体との間の基体抵抗値を取得する形態に比べ、ヒータを特殊な形態とする必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。

また、実施形態の加熱装置１００は、被膜９０が、外筒３０よりも先端側に突出した基体４２の外表面の全体を覆っている。これにより、セラミックヒータ４０の温度との相関が最も強い発熱体４４１近傍の基体抵抗値Ｒ１１だけでなく、発熱体４４１近傍以外の基体抵抗値Ｒ１１をも取得手段によって取得することができる。その結果、セラミックヒータ４０の温度をさらに精度良く制御できる。

さらに、実施形態の加熱装置１００は、被膜９０が、導電性セラミックからなっている。被膜９０は、基体４２の先端側の外表面上に設けられるため、グロープラグ１が高温下に曝されたとしても溶融しないものを得ることができ、セラミックヒータ４０の温度を確実に制御することができる。

次に、第２実施形態として、グロープラグの温度推定装置２００について説明する。なお、温度推定装置２００と実施形態にて説明した加熱装置１００とは、通電制御処理と温度推定処理とが異なるだけであり、温度推定装置２００の構成及び温度推定装置２００に設けられるグロープラグ１の構成は、加熱装置１００と同一の構成である。よって、以下の説明では、温度推定処理を中心に説明し、温度推定装置２００の構成及びグロープラグ１の構成については省略する。

実施形態の加熱装置１００と同様に、温度推定装置２００においても、ＥＣＵ５５２にてグローリレー５５３をオンに制御すると、グロー通電用電源５５４の電力を、グロープラグ１に備えられた中軸５０を介して給電する。中軸５０から電力が供給されると、第１のリング５６、電極取出部４６を通じて抵抗体４４（発熱体４４１）に電力が供給され、セラミックヒータ４０が発熱する。

その後、ＥＣＵ５５２にてグローリレー５５３をオフに制御すると共に、リレー５５５をオンに制御すると、直流電源５５１の電力が、グロープラグ１に備えられた接続端子７０を介して給電する。接続端子７０から電力が給電されると、リード管６０、第２のリング５８を通じで抵抗体４１（発熱体４４１）に電力が供給される。これにより、発熱体４４１と被膜９０との間に電位差が発生する。この電位差は、次から説明する温度推定処理において利用される。

図５は、温度推定処理を示すフローチャートである。温度制御処理は、グロープラグ１による発熱が要求されている間、ＥＣＵ５５２によって繰り返し実行される。

まず、電位差計５２２を用い、抵抗５２１における降下電圧Ｖ_５２１を取得する（ステップＳ７１０）。続いて、基体抵抗値Ｒ１１を算出する（ステップＳ７２０）。基体抵抗値Ｒ１１とは、発熱体４４１と被膜９０との間の基体４２の電気抵抗値である。基体抵抗値Ｒ１１は、加熱装置１００にて説明した上述の式（５）によって算出される。

続いて、基体４２の最高表面温度を推定する（ステップＳ７３０）。基体４２の最高表面温度とは、基体４２の表面温度の中での最高値のことである。基体４２の表面温度は、部位によって異なり、通常、発熱体４４１近傍が最高値を呈する。なお、基体４２の最高表面温度と基体抵抗値Ｒ１１との関係は、基体４２の最高表面温度を変化させながら基体抵抗値Ｒ１１を実測する実験によって予め取得し、ＥＣＵ５５２に記憶されている。そして、温度推定処理を終える。

この第２実施形態では、直流電源５５１と、リレー５５５と、抵抗５２１と、電位差計５２２と、ステップＳ７１０、ステップＳ７２０を実行しているＥＣＵ５５２が、取得手段に相当する。また、ステップＳ７３０を実行しているＥＣＵ５５２が推定手段に相当する。

以上で説明したように、第２実施形態の温度推定装置２００においても上述の加熱装置１００と同様に、基体４２の最高温度の部位となる発熱体４４１近傍の基体の基体抵抗値Ｒ１１がヒータ温度との相関が最も強くなることを考慮して、基体抵抗値Ｒ１１を、基体４２の外表面上に設けた導電性の被膜９０と発熱体４４１との間の電気抵抗値を取得する取得手段により取得し（ステップＳ６１０、ステップＳ６２０）、取得手段によって取得した基体抵抗値Ｒ１１に基づき、推定手段にて基体４２の温度を推定することで、セラミックヒータ４０が配置される外部環境の影響や製造上のばらつきの影響等を低減でき、ひいてはセラミックヒータ４０の温度推定の精度を向上させることができる。

さらに、第２実施形態の温度推定装置２００では、導電性の被膜９０が、少なくとも発熱体４４１に対向する基体４２の外表面の一部を覆うように形成されている。このように発熱体４４１に対向する基体４２の外表面の一部を覆うように被膜９０を設けることで、基体４２の最高温度の部位となる発熱体４４１近傍の基体の電気抵抗値、つまりは基体抵抗値Ｒ１１を発熱体と共に確実に取得することができ、セラミックヒータ４０の温度推定の精度を向上させることができる。

また、第２実施形態の温度推定装置２００では、導電性の被膜９０が外筒３０に接触してなる。これにより、被膜９０が外筒３０、主体金具２０を介してシリンダブロック４５０と電気的に接続することができ、被膜９０から延びる導通ラインを別途形成する必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。また、例えば、基体４２の外表面上に被膜９０を設ける代わりに、導体を基体内部に配置し、導体と発熱体との間の基体抵抗値を取得する形態に比べ、ヒータを特殊な形態とする必要が無いため、グロープラグの複雑化を防止できる。

また、第２実施形態の温度推定装置２００は、被膜９０が、外筒３０よりも先端側に突出した基体４２の外表面の全体を覆っている。これにより、セラミックヒータ４０の温度との相関が最も強い発熱体４４１近傍の基体抵抗値Ｒ１１だけでなく、発熱体４４１近傍以外の基体抵抗値Ｒ１１をも取得手段によって取得することができる。その結果、セラミックヒータ４０の温度推定の精度をさらに向上させることができる。

さらに、実施形態の加熱装置１００は、被膜９０が、導電性セラミックからなっている。被膜９０は、基体４２の先端側の外表面上に設けられるため、グロープラグ１が高温下に曝されたとしても溶融しないものを得ることができ、セラミックヒータ４０の温度推定を確実に行うことができる。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。

実施形態の加熱装置１００、又は第２実施形態の加熱装置２００では、グロープラグ１において、外筒３０よりも先端側に突出するセラミックヒータ４０の基体４２の外表面の全体を覆うようにして、被膜９０が設けられていたが、これに限られない。例えば、図６に示す変形例のように、被膜９００が、発熱体４４１に対向する基体４２の外表面（図６に示す範囲Ｔ）の一部を覆うように形成されていても良い。なお、変形例では、被膜９００は、範囲Ｔの略中央部に周方向に亘って設けられている。このように発熱体４４１に対向する基体４２の外表面の一部を覆うように被膜９００を設けることで、基体４２の最高温度の部位となる発熱体４４１近傍の基体４２の電気抵抗値、つまりは基体抵抗値Ｒ１１を発熱体４２と共に確実に取得することができ、セラミックヒータ４０の温度を精度良く制御できたり、セラミックヒータ４０の温度推定の精度を向上させることができる。

その上、変形例では、被膜９００が、少なくとも発熱体４４１に対向する基体４２の外表面（図６に示す範囲Ｔ）の一部を周方向に亘って覆っている。これにより、発熱体４４１近傍の基体４２の周方向に温度の偏りが生じていたとしても、基体抵抗値Ｒ１１を精度良く取得手段によって取得することができ、セラミックヒータ４０の温度をより精度良く制御できたり、セラミックヒータ４０の温度推定の精度をより向上させることができる。

また、実施形態の加熱装置１００、又は第２実施形態の加熱装置２００では、グロープラグ１において、抵抗体４４の発熱体４４１及びリード部４４２は同一材料で形成されていたが、これに限られない。例えば、図６に示す変形例のように、発熱体４４１とリード部４４２とが異なる材料で形成されていても良い。この場合、実施形態１の抵抗体４４とは異なり、発熱体４４１及びリード部４４２の断面積は同断面積としている。

さらに、実施形態の加熱装置１００では、ステップＳ６３０で基体４２の最高表面温度を推定していたが、これに限られない。例えば、ステップＳ６２０で基体抵抗値Ｒ１１を算出した後、ステップＳ６３０にて基体４２の最高表面温度を推定することなく、ステップＳ６４０にて目標温度を決定しても良い。

１・・・グロープラグ
２０・・・主体金具
３０・・・金属外筒
４０・・・セラミックヒータ
４２・・・基体
４４・・・抵抗体
５０・・・中軸
６０・・・リード管
７０・・・接続端子
１００・・・加熱装置
２００・・・温度推定装置
４５０・・・シリンダブロック
５００・・・制御部
５２１・・・抵抗
５２２・・・電位差計
５５１・・・直流電源
５５２・・・ＥＣＵ
５５３・・・グローリレー
５５４・・・グロー通電用電源
５５５・・・リレー

Claims (8)

1. 軸線方向に沿って延びる棒状のセラミック製基体であり、通電によって発熱する発熱体を先端側の内部に埋設した基体を有するヒータ、及び前記ヒータの先端側を突出させつつ前記ヒータを保持するハウジング、を備えるグロープラグと、
   前記発熱体に通電することにより、前記ヒータを発熱させる通電手段と、
   を備える加熱装置であって、
   前記グロープラグには、前記基体の外表面上に設けられる導電性の被膜であり、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を覆いつつ、前記ハウジングを介して被膜と内燃機関とが電気的に接続されるために前記ハウジングに接触する被膜が設けられ、
   前記発熱体に通電することにより前記発熱体から前記被膜を介して前記ハウジングに電流が流れることで、前記被膜と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を取得する取得手段をさらに有し、
   前記通電手段は、前記取得手段により取得された前記電気抵抗値が所定の値となるように、前記発熱体への通電を制御することを特徴とする加熱装置。
2. 請求項１に記載の加熱装置であって、
   前記被膜は、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を周方向に亘って覆うことを特徴とする加熱装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の加熱装置であって、
   前記被膜は、前記ハウジングよりも先端側に突出した前記基体の外表面の全体を覆うことを特徴とする加熱装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の加熱装置であって、
   前記被膜は、導電性セラミックからなることを特徴とする加熱装置。
5. 軸線方向に沿って延びる棒状のセラミック製基体であり、通電によって発熱する発熱体を先端側の内部に埋設した基体を有するヒータ、及び前記ヒータの先端側を突出させつつ前記ヒータを保持するハウジング、を備えるグロープラグの前記基体の温度を推定する温度推定装置であって、
   前記グロープラグには、前記基体の外表面上に設けられる導電性の被膜であり、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を覆いつつ、前記ハウジングを介して被膜と内燃機関とが電気的に接続されるために前記ハウジングに接触する被膜が設けられ、
   前記発熱体に通電することにより前記発熱体から前記被膜を介して前記ハウジングに電流が流れることで、前記被膜と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記電気抵抗値に基づき、前記基体の温度を推定する推定手段と、をさらに備えることを特徴とする温度推定装置。
6. 請求項５に記載の温度推定装置であって、
   前記被膜は、少なくとも前記発熱体に対向する前記基体の外表面の一部を周方向に亘って覆うことを特徴とする温度推定装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の温度推定装置であって、
   前記被膜は、前記ハウジングよりも先端側に突出した前記基体の外表面の全体を覆うことを特徴とする温度推定装置。
8. 請求項５乃至７のいずれか一項に記載の温度推定装置であって、
   前記被膜は、導電性セラミックからなることを特徴とする温度推定装置。