JPH03251613A - セラミックヒータの通電制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明はセラミックヒータの通電制御方法に関するもの
である。

Ｉ従来の技術１ 従来よりセラミックヒータは車両の暖房装置点火用やデ
ィーゼルエンジンの始動補助用あるいは石油ファンヒー
タの点火用等に使用され、それらの通電制御方法はグロ
ーリレーにより通電制御する方法が採用されており、前
記各種加熱装置は急速加熱が可能である反面、機械的な
構造を有するリレー接点は高速で断続させることができ
ない。

とりわけ車両に搭載された場合には内燃機関の停止中及
び稼動中にかかわらず操作する必要上、−般に電源電圧
は９乃至１５Ｖの巾を有し、該電圧がそのまま前記各種
加熱装置に印加されることから、設定された温度に達す
る時間が大きく変化し、前記各種加熱装置の着火性能及
びセラミックヒータの耐久性が悪くなるという欠点があ
ったり、セラミックヒータの温度が設定温度付近で波打
ち、安定した温度を維持し難いという欠点があった。

そこで、前記欠点を解消するために、検出抵抗を介して
接続される有接点型リレーとトランジスタとを並列回路
として設け、はじめに電流制御装置の有接点型リレーを
断続制御してヒータが設定温度に達するまで加熱電流を
印加し、次いで制御装置の出力信号で有接点型リレーか
らトランジスタに切替え、該トランジスタを断続制御し
てヒータへの電流制御を行う通電制御方法が特公昭６２
−３３４３２号公報に提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記通電制御方法ではセラミックヒータ
の設定温度付近での波打ちが緩和されるものの、有接点
型リレーを使用するためセラミックヒータの昇温時間は
電源電圧に左右され、該電源電圧が低下すると昇温時間
が規定値より遅くなり、始動遅れや点火ミスを招くこと
となる。また、前記電源電圧が高すぎると昇温時間が規
定値より早（なり、セラミックヒータを構成する発熱素
子と絶縁体との熱膨張の差からこのような電源電圧が繰
り返し印加されるとヒータを構成するセラミック体にク
ランクを生じ、発熱素子が断線しヒータとしての機能を
喪失するという課題があった［発明の目的１ 本発明は上記欠点を解消するために成されたもので、そ
の目的は電源電圧の変動にかかわらずセラミックヒータ
の設定温度に達する昇温時間を一定にすることにより、
前記各種加熱装置の着火性能及びセラミックヒータの耐
久性の向上をはかるとともに、設定温度に達した後の温
度制御の波打ちを極力小さくするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のセラミックヒータの通電制御方法は、マイクロ
コンピュータにセラミックヒータの設定温度と抵抗値の
相関に基づくヒータ設定抵抗値を記憶させ、制御装置へ
電源電圧を印加することにより前記マイクロコンピュー
タより高速弁の信号を出力し、基準抵抗線を介してセラ
ミックヒータに接続する半導体スイッチを断続制御し、
基準抵抗線両端の電圧を差動増幅器を通してマイクロコ
ンピュータにより流れた電流値を演算し、更に該電流値
とセラミックヒータの端子電圧からセラミックヒータの
抵抗値をそれぞれ演算し、該抵抗値と前記ヒータ設定抵
抗値とを比較しながらセラミックヒータが設定温度に達
するまでの電力の総和を常に等しくなるように制御する
ことを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に述べる。

第１図は車両の暖房装置点火用セラミンクヒータの通電
制御回路図である。図において、１はマイクロコンピュ
ータであり、該マイクロコンピュータ１と半導体スイン
チロ、差動増幅器７及び定電圧装置９とで制御装置３を
構成する。一方、セラミンクヒータ２は電源４の＋側に
スイッチ８に通じた制御装置３と、半導体スイッチ６及
び基準抵抗線５を介して並列に接続されている。

従って、セラミックヒータ２の通電電流は、電源４の＋
側から半導体スイッチ６を通って基準抵抗線５からセラ
ミックヒータ２の＋側へ、次いでセラミックヒータ２の
一側から電源４の一側へループ状に流れる。

又、温度制御に利用されるセラミックヒータ２の抵抗値
Ｒ７は、基準抵抗線５の両端の電圧Ｖ、−Ｖ２を差動増
幅器７を通してマイクロコンピュータ１へ入力して流れ
た電流値１丁を演算し、一方セラミックヒータ２の端子
電圧■２はＲ，、Ｒ２で分圧されてｖ３となり、該ｖ３
と前記電流値Ｉｔからマイクロコンピュータ１で演算す
ることにより求められ、得られた抵抗値Ｒ７とヒータ設
定抵抗値とを比較してマイクロコンピュータ１から断続
信号を出力して半導体スイッチ６を制御することとなる
。すなわち、セラミックヒータが設定温度に達するまで
の温度制御は、前記マイクロコンピュータ１より１０μ
ｓｅｃ乃至１ｓｅｃ毎に上記設定抵抗値とセラミックヒ
ータ２の抵抗値ＲＴとを比較して半導体スイッチ６を断
続制御する。その際、セラミックヒータ２の端子電圧が
低い場合には１０μＳｅＣ乃至１ｓｅｃ毎に半導体スイ
ッチ６を接続する状態を遮断状態より長くし、逆に上記
端子電圧が高い場合には半導体スイッチ６を接続する状
態を遮断する状態より短くすることにより、電源電圧の
変動に対して常に設定温度への昇温時間を一定とするこ
とが可能となる。よってセラミックヒータ２の設定温度
は、該設定温度と相関する抵抗値をマイクロコンピュー
タ１に記憶させておくことにより設定温度が維持される
ことになる。

尚、マイクロコンピュータからの信号の出力間隔が１０
μｓｅｃ未満では半導体スイッチの応答性が十分でなく
温度制御の精度が悪くなり、ｌ　ｓｅｃを越えると従来
のグローリレーによる通電制御方法と同様となる。また
、半導体スイッチとしては、高出力用ＭＯ３形電界効果
トランジスタが好適に使用できる。

（実験例） セラミックヒータの温度と抵抗値の相関が、常温で３０
０Ωを、１１１０°Ｃで１０６０＋＋＋Ωを示す窒化珪
素質セラミックなどの電気絶縁性、耐熱性及び機械強度
を有するセラミック焼結体中に、タングステン、モリブ
デン等の高融点金属から成る発熱抵抗線を埋設したセラ
ミックヒータを使用し、本発明の通電制御方法を評価し
た。

上記評価にあたり、設定温度を１１１０°Ｃとし、セラ
ミックヒータの昇温時間を５ｓｅｃ間に設定した。

次に設定抵抗値をチエツクする信号時間巾を１ｍ５ｅｃ
、通電断続時間の最小値を１０ｍ５ｅｃに、かつ設定抵
抗値とセラミックヒータの抵抗値との比較時間巾を１＋
＋ｓｅｃに設定した。以上の各設定値とセラミックヒー
タの制御する抵抗中、すなわち設定温度と常温との抵抗
値の差をマイクロコンピュータに記憶させた。

スイッチ８により電源４を投入すると、定電圧装置から
５ｖの電圧がマイクロコンピュータ１に印加され、該マ
イクロコンピュータ１から１ｓｏｓｅｃの負パルスが出
力され半導体スイッチ６のゲートをトリガーすることに
より１ｍ＋ｓｅｃ間の電流が電源４から半導体スイッチ
６を通って基準抵抗線５へ更にセラミックヒータ２から
電源４へと流れる。

前記電流値Ｉｔは基準抵抗線５の両端の電圧Ｖ、−Ｖ２
を基準抵抗値Ｒｓで割った値となり、セラミックヒータ
２の端子電圧■２はＲ１％　Ｒ１で分圧されて■３とな
り、前記電流値Ｉ□と端子電圧■、とからセラミックヒ
ータ２の抵抗値Ｒｔを演算し該抵抗値Ｒ７と設定抵抗値
とを比較してマイクロコンピュータ１から断続信号を出
力して半導体スイッチ６を制御する。尚、この過程で半
導体スイッチ６が接続される間隔は、印加される電源電
圧により変化し、昇温時間は５ｓｅｃ間で設定温度に到
達する。

上記セラミックヒータを使用し、本発明の通電制御方法
と従来のグローリレーによる方法とで電・源電圧を９乃
至１５Ｖに種々設定した場合の１１１０°Ｃに門する昇
温時間を測定した結果を第２図に示す。

同様にして車両の暖房装置に組み込み、電源電圧を１４
Ｖとしてセラミックヒータへ３０ｓｅｃ間通電して燃料
に着火し、該燃料を５ｍ１ｎ間燃焼させ５ｍ１ｎ間冷却
する操作を１サイクルとした耐久試験を実施し、試料数
各５０個について１００サイクル毎にそれぞれのセラミ
ックヒータの抵抗値を測定し、該抵抗値が無限大となっ
たもの、及びクラックが認められるものを不良とした。

その結果を第３図及び第４図に示す。

第２図から明らかなように、電源電圧が９ｖまで低下す
ると従来の通電制御方法では１２ｓｅｃ間かかってした
のが、本発明に係る通電制御方法では７ｓｅｃ以内で所
定の温度に達することから、低電圧時でも確実に着火す
ることができる。

また、耐久試験では第４図の従来の通電制御方法では４
０００サイクルで不良の発生が認められたが、本発明に
係る通電制御方法では第３図に見られるように８０００
サイクルで初めて不良の発生が認められ、約２倍の耐久
性が確認された。その上、１４０００サイクル後の良品
数も従来の通電制御方法ではわずか１１個であったのに
対し、本発明の通電制御方法では３６個の３倍強と極め
て優れていることが明らかとなった。

尚、昇温時間を一定にして電源電圧をｌＯ乃至１５Ｖと
変化させて設定温度に対する温度バラツキを種々測定し
たところ、従来の通電制御方法では前記温度バラツキが
８０°Ｃ以上あるのに対して、本発明の通電制御方法で
は前記温度バラツキが２０″Ｃ以内と極めて優れている
ことが確認できた。

尚、本発明のセラミックヒータの通電制御方法は、上述
の実施例及び実験例に限定されるものではなく、ディー
ゼルエンジンの始動補助用のグロープラグ等にも通用可
能である。

［発明の効果１ 畝上のように本発明のセラミックヒータの通電制御方法
によれば、電源電圧の変動にかかわらずセラミックヒー
タの設定温度に達する昇温時間を一定にすることができ
、各種加熱装置の始動遅れや点火ミスが皆無となり、着
火性能が著しく向上するとともにセラミックヒータの耐
久性も著しく向上させることができ、各種加熱装置に好
適なセラミックヒータの通電制御方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックヒータの通電制御方法を説
明するための通電制御回路図、第２図は本発明のセラミ
ックヒータの通電制御方法の一実施例を具体的に示した
電源電圧と昇温時間の関係を示す図、第３図は本発明の
セラミンクヒータの通電制御方法によるセラミ・７クヒ
ータの耐久試験の結果を示す図、第４図は従来の通電制
御方法によるセラミックヒータの耐久試験の結果を示す
図である。 １・・・マイクロコンピュータ ２・・・セラミックヒータ ３・・・制御装置 ４・・・電源 ５・・・基準抵抗線 ６・・・半導体スイッチ ７・・・差動増幅器 ８・・・スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロコンピュータによりセラミックヒータへの供給
   電力を制御するセラミックヒータの通電制御方法におい
   て、マイクロコンピュータにセラミックヒータの設定温
   度と抵抗値の相関に基づくヒータ設定抵抗値を記憶させ
   、制御装置へ電源電圧を印加することにより前記マイク
   ロコンピュータより高速の信号を出力し、基準抵抗線を
   介してセラミックヒータに接続する半導体スイッチを断
   続制御し、基準抵抗線両端の電圧を差動増幅器を通して
   マイクロコンピュータにより流れた電流値を演算し、更
   に該電流値とセラミックヒータの端子電圧からセラミッ
   クヒータの抵抗値を演算し、該抵抗値と前記ヒータ設定
   抵抗値とを比較しながらセラミックヒータが設定温度に
   達するまでの電力の総和を常に等しくなるように制御す
   ることを特徴とするセラミックヒータの通電制御方法。