JP6590521B2

JP6590521B2 - 加熱装置、ヒータ状態推定装置およびヒータの状態の推定方法

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Publication number: JP6590521B2
Application number: JP2015100775A
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Inventors: 洋平菅; 将憲大坪
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Filing date: 2015-05-18
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Description

本発明は、ヒータの状態の推定に関する。

グロープラグは、発熱体と発熱体を内部に保持する基体とを備えるヒータを有し、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）の補助熱源として使用される。グロープラグの高温での使用に伴い、発熱体にクラック等の異常が発生することがある。このような異常により発熱体の抵抗値が増加し、ヒータの温度が上昇しにくくなるため、エンジンの始動性が悪化したり排気ガス中の煤成分が増加するおそれがある。特許文献１には、発熱体の抵抗値の増加に基づき、発熱体の異常を検出する技術が開示されている。

特許第４７８００５６号公報

発熱体に異常が発生した場合の発熱体の抵抗値は、正常な状態の抵抗値と比較して、僅かにしか増加しない。このため、特許文献１の技術では、発熱体の抵抗値の極僅かな変動に基づいて発熱体の異常を検出することとなり、検出精度が悪く、発熱体の僅かな異常を検出することができなかった。それゆえ、発熱体の異常の検出精度を向上させる技術が求められていた。また、基体は、燃焼室内部等の雰囲気に晒されるため、燃料およびオイルに含まれる成分との化学反応による腐食や、高圧の燃料噴射およびエンジン内のスワールによる侵食を受けて、消耗することがある。基体の消耗が進行すると、細径化により強度が低下してヒータが折損するおそれがある。このため、基体の消耗を検出したいという要請があった。このように、発熱体の異常および基体の消耗等の、ヒータの状態の推定精度を向上させる技術が求められていた。このような課題は、グロープラグに限らず、発熱体および基体を有するヒータにおいて共通する課題であった。

上記課題を解決するために、本発明は以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、加熱装置が提供される。この加熱装置は、導電体と、通電によって発熱する発熱体と、前記導電体および前記発熱体を互いに隔離した状態で内部に埋設して保持するセラミック製の基体と、を備え、前記基体が外表面をなすヒータと、前記発熱体に通電することによって、前記ヒータを発熱させる通電部と、を備える加熱装置であって、前記導電体と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を検出する検出部と、所定の条件で前記発熱体に通電したときに前記検出部により検出された前記電気抵抗値に基づき、前記ヒータの状態を推定する推定部と、を備えることを特徴とする。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
（１）本発明の一形態によれば、導電体と、通電によって発熱する発熱体と、前記導電体および前記発熱体を互いに隔離した状態で内部に埋設して保持するセラミック製の基体と、を備えるヒータと；前記発熱体に通電することによって、前記ヒータを発熱させる通電部と；を備える加熱装置が提供される。この加熱装置は、前記導電体と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を検出する検出部と；所定の条件で前記発熱体に通電したときに前記検出部により検出された前記電気抵抗値に基づき、前記ヒータの状態を推定する推定部と；を備えることを特徴とする。この形態の加熱装置によれば、ヒータの温度変化に対して大きく変化する基体の電気抵抗値に基づいてヒータの状態を推定するので、ヒータの状態の推定精度を向上できる。

（２）上記加熱装置において、前記推定部は、前記電気抵抗値が所定の範囲外の値である場合に、前記ヒータに異常があると推定してもよい。この形態の加熱装置によれば、判定基準が明確なので、判定精度の低下を抑制でき、ヒータの状態の推定精度を向上できる。

（３）上記加熱装置において、前記推定部は、前記電気抵抗値が前記所定の範囲を上回る場合に、前記ヒータの異常として、前記発熱体に異常があると推定してもよい。この形態の加熱装置によれば、発熱体の異常を精度よく推定できる。

（４）上記加熱装置において、前記推定部は、前記電気抵抗値が前記所定の範囲を下回る場合に、前記ヒータの異常として、前記基体が消耗していると推定してもよい。この形態の加熱装置によれば、基体の消耗を精度よく推定できる。

（５）上記加熱装置において、通電部は、前記所定の条件として、所定の電圧で通電してもよい。この形態の加熱装置によれば、基体の電気抵抗値を検出するための回路が複雑化することを抑制でき、基体の電気抵抗値を容易に検出できる。

本発明は、種々の態様で実現することも可能である。例えば、ヒータ状態推定装置、ヒータの状態の推定方法、グロープラグの異常検出装置等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての加熱装置の概略構成を示す説明図である。グロープラグ１の詳細構成を示す部分断面図である。グロープラグ１の先端部の構成を示す拡大断面図である。基体抵抗値Ｒ_１１とヒータ１０の温度との関係を示すグラフである。ヒータ１０の状態の違いによる基体抵抗値Ｒ_１１の一例を示す説明図である。ヒータ状態推定処理の手順を示すフローチャートである。比較例として、通電発熱体２の電気抵抗値とヒータ１０の温度との関係を示すグラフである。変形例２におけるヒータ状態推定処理の手順を示すフローチャートである。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての加熱装置の概略構成を示す説明図である。本実施形態の加熱装置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６００のインジェクタ４５９から噴射される燃料の着火を補助するため、ディーゼルエンジン６００の燃焼室６１０を加熱する。

加熱装置１００は、グロープラグ１と、制御部５０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、先端部を燃焼室６１０に露出させた状態で、ディーゼルエンジン６００のシリンダヘッド６２０に装着される。グロープラグ１の詳細な構成は、後述する。

制御部５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５２と、第１のグローリレー５３と、バッテリ５４と、第２のグローリレー５３１と、リレー５５と、直流電源５１と、抵抗５２１と、電位差計５２２とを備える。ＥＣＵ５２は、内部にＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭとを備えるマイクロコンピュータにより構成され、グロープラグ１の発熱を制御する。ＥＣＵ５２は、抵抗検出部６０と状態推定部７０とを備える。抵抗検出部６０は、後述する基体の電気抵抗値を検出する。状態推定部７０は、後述するヒータ状態推定処理において、基体の電気抵抗値に基づきヒータの状態を推定する。

第１のグローリレー５３は、バッテリ５４の正極と、グロープラグ１に備えられた外部リード線２３３との間に配置されている。バッテリ５４の負極は、第２のグローリレー５３１を介してシリンダヘッド６２０に接続されており、第２のグローリレー５３１がオンの場合、シリンダヘッド６２０に導通する。シリンダヘッド６２０の電位は接地電位なので、第２のグローリレー５３１がオンの場合、バッテリ５４の負極は接地される。ＥＣＵ５２は、第１のグローリレー５３及び第２のグローリレー５３１をオンにすることで、外部リード線２３３を介してバッテリ５４の電力をグロープラグ１に給電し、グロープラグ１を発熱させる。ＥＣＵ５２は、第１のグローリレー５３のオン時間とオフ時間との割合を制御することで、グロープラグ１の発熱を制御する。第２のグローリレー５３１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。

リレー５５は、抵抗５２１と、グロープラグ１に備えられた外部リード線３３３との間に配置されている。リレー５５は、直流電源５１からグロープラグ１への給電のオン、オフを切り替える。直流電源５１の負極は、シリンダヘッド６２０に接続されることで、接地されている。抵抗５２１は、直流電源５１の正極に接続されている。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。

ＥＣＵ５２は、外部の水温センサ５２５および回転数センサ５２６と、それぞれ電気的に接続されている。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。ＥＣＵ５２は、これらの値を取得し、グロープラグ１の発熱の制御に利用する。

図２は、グロープラグ１の詳細構成を示す部分断面図である。図３は、グロープラグ１の先端部の構成を示す拡大断面図である。図３は、グロープラグ１がシリンダヘッド６２０に装着された状態を示している。図２および図３では、グロープラグ１の軸線ＯＬを一点鎖線で示している。以下の説明では、グロープラグ１において、後述するヒータ１０が配置されている側を「先端側」と呼び、外部リード線２３３，３３３が配置されている側を「後端側」と呼ぶ。

図２に示すように、グロープラグ１は、ハウジング４と、ゴムブッシュ４２１と、ヒータ１０と、２つの端子部２３，３１と、２つの外部リード線２３３，３３３と、２つの接続端子２３２，３３２と、２つの内部リード線３３，２３１とを備える。

ハウジング４は、グロープラグ１の外郭を構成し、主体金具４７と、保護筒４２と、外筒４１とを有する。主体金具４７は、軸線ＯＬに沿って延びる略筒状の外観形状を有し、ハウジング４において先端側に位置している。主体金具４７の先端側の外周面には、雄ねじ部４３が形成されている。雄ねじ部４３は、ディーゼルエンジン６００のシリンダヘッド６２０に形成された図示しない雌ねじ部と螺合する。保護筒４２は、軸線ＯＬに沿って延びる略円筒状の外観形状を有し、ハウジング４において後端側に位置している。保護筒４２は、先端側および後端側に開口部を有する。保護筒４２の先端側開口部は、主体金具４７の後端部に装着されている。保護筒４２の後端側開口部は、ゴムブッシュ４２１により塞がれている。ゴムブッシュ４２１は、略円柱状の外観形状を有し、ゴムにより形成されている。ゴムブッシュ４２１が保護筒４２に挿入されることで、ゴムブッシュ４２１よりも先端側が封止される。外筒４１は、リング状の外観形状を有し、金属により形成され、主体金具４７の先端部に配置されている。

ヒータ１０は、先端部が半球状であり、軸線ＯＬに沿って延びる略棒状の外観形状を有する。ヒータ１０は、後端側がハウジング４に収容され、先端側がハウジング４から露出するように、外筒４１によって固定されている。図３に示すように、ヒータ１０は、基体１１と、通電発熱体２と、電極３と、２つのリード線２１，２２とを有する。

基体１１は、通電発熱体２および電極３を、互いに隔離した状態で内部に埋設して保持している。本実施形態において、基体１１は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分として含有するセラミックにより形成され、高い絶縁性を有する。

通電発熱体２は、Ｕ字形の外観形状を有し、ヒータ１０の先端部に埋設されている。通電発熱体２は、導電性を付与した窒化ケイ素系のセラミックにより形成され、通電によって発熱する。通電発熱体２の電気抵抗値は、基体１１の電気抵抗値よりも小さい。Ｕ字形の通電発熱体２の両端部には、各リード線２１，２２が接続されている。各リード線２１，２２は、基体の内部に埋設されている。通電発熱体２の一端は、リード線２１を介して端子部２３に接続されている。通電発熱体２の他端は、リード線２２を介して外筒４１に接続されている。

電極３は、軸線ＯＬに沿った方向に延びる棒状の外観形状を有し、一端が端子部３１に接続され、他端が通電発熱体２の先端付近に配置されている。電極３は、基体１１の電気抵抗値を検出するために用いられ、導電性セラミックにより形成されている。

端子部２３は、ハウジング４の内周面と隙間が設けられた状態で、基体１１の外周面に配置されている。端子部２３は、ヒータ１０および外筒４１を介して、ハウジング４に導通している。端子部３１は、ヒータ１０の後端部に接して配置されている。

図２に示すように、外部リード線２３３，３３３は、ゴムブッシュ４２１を貫通し、グロープラグ１の内部に通じている。外部リード線２３３は、接続端子２３２と内部リード線２３１とを介して、端子部２３に接続されている。外部リード線３３３は、接続端子３３２と内部リード線３３とを介して、端子部３１に接続されている。

本実施形態において、通電発熱体２は請求項における発熱体の下位概念に、電極３は請求項における導電体の下位概念に、制御部５０は請求項における通電部の下位概念に、抵抗検出部６０は請求項における検出部の下位概念に、状態推定部７０は請求項における推定部の下位概念に、それぞれ相当する。

Ａ−２．基体の電気抵抗値の検出：
図１に示すように、ハウジング４は、シリンダヘッド６２０に装着されているので、接地電位のシリンダヘッド６２０に導通している。このため、グローリレー５３，５３１がオンになると閉回路が形成され、バッテリ５４の電圧が通電発熱体２に印加され、通電発熱体２に電流が流れてヒータ１０が加熱される。また、リレー５５がオンになり、直流電源５１と電極３とが導通すると、電極３と通電発熱体２との間に電位差が発生する。この電位差に基づいて基体１１の電気抵抗値（以下、「基体抵抗値Ｒ_１１」とも呼ぶ）が検出される。本実施形態において、基体抵抗値Ｒ_１１とは、通電発熱体２と電極３との間の基体１１の電気抵抗値を意味する。

基体１１は、高い絶縁性を有するセラミックにより形成されているので、高い電気抵抗値を有する。しかしながら、基体１１の電気抵抗値は有限なので、電極３に高電圧を印加すると、僅かな電流が基体１１内を流れる。この電流は、基体１１内に埋設されている導電体、および基体１１に接触している導電体に流れ、最終的にはシリンダヘッド６２０へと流れる。基体１１内に埋設されている導電体には、通電発熱体２と、各リード線２１，２２とが該当する。基体１１に接触している導電体には、各端子部２３，３１と、外筒４１とが該当する。

ところで、通電発熱体２は、ヒータ１０の先端部に埋設された状態で発熱する。このため、基体１１において、通電発熱体２に隣接する先端側の温度は、後端側よりも上昇する。一般に、絶縁性セラミックは、温度が高いほど電気抵抗値が減少して電流が流れやすくなり、温度が低いほど電気抵抗値が増加して電流が流れにくくなる性質を有する。したがって、基体１１内を流れる上記の電流の大部分は、電極３の先端付近から通電発熱体２の先端付近へと流れる。

そこで、基体抵抗値Ｒ_１１の検出においては、電極３以外に流れる電流を無視するものとする。さらに、通電発熱体２の電気抵抗値は、基体抵抗値Ｒ_１１に比べて極めて小さいので無視するものとする。すなわち、通電発熱体２は、本実施形態では導電体として扱うものとする。

上記を前提にした場合、基体抵抗値Ｒ_１１は、下記式（５）によって求められる。下記式（１）〜（５）において、Ｖ_１１は通電発熱体２と電極３との電位差、Ｉは抵抗５２１を流れる電流値、Ｖ_０は直流電源５１の電圧、Ｖ_５２１は抵抗５２１の降下電圧、Ｒ_５２１は抵抗５２１の電気抵抗値を示す。

Ｒ_１１＝Ｖ_１１／Ｉ・・・（１）
Ｖ_１１＝Ｖ_０−Ｖ_５２１・・・（２）
Ｉ＝Ｖ_５２１／Ｒ_５２１・・・（３）
式（１）に式（２）および式（３）を代入すると、式（４）になる。
Ｒ_１１＝（Ｖ_０−Ｖ_５２１）／（Ｖ_５２１／Ｒ_５２１）・・・（４）
本実施形態では、Ｖ_５２１≪Ｖ_０なので、式（４）を変形すると、式（５）になる。
Ｒ_１１＝Ｖ_０×Ｒ_５２１／Ｖ_５２１・・・（５）

図４は、基体抵抗値Ｒ_１１とヒータ１０の温度との関係を示すグラフである。縦軸は、基体抵抗値Ｒ_１１（Ω）を或る値Ａに対する対数で示し、横軸は、ヒータ１０の温度（℃）を示している。或る値Ａとしては、例えば、１０ｋΩ等を例示することができる。本実施形態において、ヒータ１０の温度とは、基体１１の表面温度のうちの最高値を意味する。基体１１の表面温度は、部位によって異なり、通常、通電発熱体２の先端付近が最高値を呈する。図４に示すように、基体抵抗値Ｒ_１１は、ヒータ１０の温度の上昇に伴って減少し、ヒータ１０の温度の低下に伴って増加する。

通電発熱体２にクラック等の異常が発生すると、通電発熱体２の電気抵抗値が増加し、場合によっては断線する。また、通電発熱体２に耐熱温度を大幅に超えるような通電がされた場合、マイグレーション効果によって通電発熱体２の元素が拡散し、通電発熱体２がポーラス化することで通電発熱体２の電気抵抗値が増加する。このような異常が発生した状態で通電発熱体２に電圧を印加すると、通電発熱体２の温度が上昇しにくいため、ヒータ１０の温度は、正常な状態に比べて低くなる。このため、図４に示す関係から、基体抵抗値Ｒ_１１は、正常の場合よりも増加する。

他方、通電発熱体２は正常な状態であり、且つ、基体１１が消耗した状態で通電発熱体２に電圧を印加すると、ヒータ１０の温度は、基体１１の細径化により上昇しやすく、正常な状態に比べて高くなる。このため、図４に示す関係から、基体抵抗値Ｒ_１１は、正常の場合よりも低下する。

図５は、ヒータ１０の状態の違いによる基体抵抗値Ｒ_１１の一例を示す説明図である。図５では、正常な状態のヒータ１０における基体抵抗値Ｒ_１１の基準抵抗値をＢ（Ω）とし、通電発熱体２に異常があるヒータ１０と、基体１１が消耗したヒータ１０とにおけるそれぞれの基体抵抗値Ｒ_１１を、Ｂに対する比率で示している。図５では、通電発熱体２に一定の電圧（７Ｖ）を印加したときに検出された基体抵抗値Ｒ_１１を、ヒータ１０の温度と共に示している。

図５に示すように、通電発熱体２に異常がある場合におけるヒータ１０の温度は、正常の場合よりも低い。このため、基体抵抗値Ｒ_１１は、正常の場合よりも増加している。また、基体１１が消耗した場合におけるヒータ１０の温度は、正常の場合よりも高い。このため、基体抵抗値Ｒ_１１は、正常の場合よりも低下している。本実施形態の加熱装置１００では、後述するヒータ状態推定処理を実行することにより、基体抵抗値Ｒ_１１に基づいて、通電発熱体２の異常および基体１１の消耗等の、ヒータ１０の状態を推定することができる。

Ａ−３．ヒータ状態推定処理：
図６は、ヒータ状態推定処理の手順を示すフローチャートである。ヒータ状態推定処理は、ディーゼルエンジン６００の始動の際に、通電発熱体２に所定の電圧が印加されてグロープラグ１の通電が実施され、ディーゼルエンジン６００がアイドル状態になると実施される。

ＥＣＵ５２は、電位差計５２２を用いて抵抗５２１における降下電圧Ｖ_５２１を取得する（ステップＳ１０５）。抵抗検出部６０は、上述の式（５）に基づいて、基体抵抗値Ｒ_１１を検出する（ステップＳ１１０）。状態推定部７０は、基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲を上回るか（上限値を越えているか）否かを判定する（ステップＳ１１５）。

基体抵抗値Ｒ_１１の基準範囲は、予め実験により取得されたデータに基づいて設定されている。例えば、正常な状態のヒータ１０における基体抵抗値Ｒ_１１の基準範囲を、正常な状態のヒータ１０における基体抵抗値Ｒ_１１の基準抵抗値をＢ（Ω）としたときに、Ｂ×０．５（Ω）〜Ｂ×２．５（Ω）等と設定することができる。本実施形態において、「正常な状態のヒータ１０」とは、発熱に支障がない状態のヒータ１０を意味する。また、「通電発熱体２の異常」とは、通電発熱体２にクラック等が所定の度合い以上発生した状態（例えば、所定の大きさのクラックが所定数以上発生した状態）を意味する。かかる状態は、例えば、ヒータ１０の発熱に支障を与える程度の状態と言い換えることもできる。また、「基体１１の消耗」とは、基体１１が所定の度合い以上（例えば、基体１１の全体積のうち所定の割合の体積以上）摩耗している状態を意味する。かかる状態も、例えば、ヒータ１０の発熱に支障を与える程度の状態と言い換えることができる。

基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲を上回ると判定された場合（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、状態推定部７０は、通電発熱体２に異常が有ると推定し（ステップＳ１２０）、後述するステップＳ１３５に進む。他方、基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲を上回らないと判定された場合（ステップＳ１１５：ＮＯ）、状態推定部７０は、基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲を下回るか（下限値未満か）否かを判定する（ステップＳ１２５）。

基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲を下回ると判定された場合（ステップＳ１２５：ＹＥＳ）、状態推定部７０は、基体１１が消耗していると推定する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１２０およびステップＳ１３０の後、状態推定部７０は、ヒータ１０に異常が有ると推定し（ステップＳ１３５）、ヒータ状態推定処理は終了する。

他方、基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲を下回らないと判定された場合（ステップＳ１２５：ＮＯ）、基体抵抗値Ｒ_１１が基準範囲内であるため、状態推定部７０は、ヒータ１０に異常が無いと推定し（ステップＳ１４０）、ヒータ状態推定処理は終了する。

本実施形態では、上述のヒータ状態推定処理の結果、ヒータ１０に異常が有ると推定された場合、ＥＣＵ５２は、ヒータ１０の異常をユーザーに通知する。

以上説明した本実施形態の加熱装置１００では、基体抵抗値Ｒ_１１が所定の範囲外の値である場合に、ヒータ１０に通電発熱体２の異常および基体１１の消耗等の異常が有ると推定する。図４に示すように、基体抵抗値Ｒ_１１は、ヒータ１０の温度変化に対して指数関数的に変化する。このため、基体抵抗値Ｒ_１１に基づいてヒータ状態推定処理を実施することで、ヒータ１０の状態の推定精度を向上できる。加えて、ヒータ１０の異常を検出してユーザーに通知することで、ユーザーが適切な対応（例えば、グロープラグ１の交換等）をすることができる。したがって、通電発熱体２の異常に起因する、エンジンの始動性の悪化および排気ガス中の煤成分の増加を抑制できる。加えて、基体１１の消耗に起因する、ヒータ１０の強度低下による折損を抑制できる。また、基体抵抗値Ｒ_１１が所定の範囲外の値であるかの判定基準が明確なので、判定精度の低下を抑制でき、ヒータ１０の状態の推定精度を向上できる。

基体抵抗値Ｒ_１１の検出は、略一定の条件下で行なわれることが好ましい。本実施形態の加熱装置１００において、ヒータ状態推定処理は、ディーゼルエンジン６００がアイドル状態になると実施される。このため、エンジン冷却水の温度およびエンジン回転数等の、ヒータ１０の温度に影響を与えるパラメータが比較的安定しているので、基体抵抗値Ｒ_１１の検出誤差を低減でき、ヒータ１０の状態の推定精度を向上できる。また、或る程度、定期的にヒータ状態推定処理が実施され得るので、徐々に発生する通電発熱体２の異常および基体１１の消耗を推定でき、ユーザーの利便性を向上できる。

抵抗検出部６０は、通電発熱体２に所定の電圧を印加したときの基体抵抗値Ｒ_１１を検出するので、検出のための回路が複雑化することを抑制でき、基体抵抗値Ｒ_１１を容易に検出できる。加えて、エンジン冷却水の温度およびエンジン回転数等の条件が同様である場合、通電発熱体２に所定の電圧を印加したときの、ヒータ１０の温度の誤差は小さい。このため、所定の電圧を印加したときの基体抵抗値Ｒ_１１を検出することにより、基体抵抗値Ｒ_１１の検出誤差を低減でき、ヒータ１０の状態の推定精度を向上できる。

状態推定部７０は、予め設定された基体抵抗値Ｒ_１１の基準範囲と、抵抗検出部６０により検出された基体抵抗値Ｒ_１１とを比較して判定することにより、ヒータ１０の状態を推定する。このように、絶対的な値に基づいて判定を行なうので、ＥＣＵ５２の負荷を低減できる。

本実施形態の加熱装置１００では、ヒータ１０の異常として、通電発熱体２の異常と基体１１の消耗とを区別して推定できる。このため、ヒータ１０の異常原因の特定が容易であり、ユーザーの利便性を向上できる。

Ｂ．比較例：
図７は、比較例として、通電発熱体２の電気抵抗値とヒータ１０の温度との関係を示すグラフである。縦軸は、通電発熱体２の電気抵抗値（以下、「発熱体抵抗値Ｒ_２」とも呼ぶ）（Ω）を示し、横軸は、ヒータ１０の温度（℃）を示している。縦軸における或る値Ｃとしては、例えば、３Ω等を例示することができる。

通電発熱体２に異常が発生した場合の発熱体抵抗値Ｒ_２は、正常な状態の発熱体抵抗値Ｒ_２と比較して、僅かにしか増加しない。このため、図７に示すように、ヒータ１０の温度変化に対する発熱体抵抗値Ｒ_２の変化率は、極めて小さい。したがって、発熱体抵抗値Ｒ_２に基づいて通電発熱体２の異常を検出する構成では、検出精度が悪く、通電発熱体２に発生した僅かなクラック等の、僅かな異常を検出することができない。これに対して、上述した本実施形態の加熱装置１００は、ヒータ１０の温度変化に対して指数関数的に大きく変化する基体抵抗値Ｒ_１１に基づいてヒータ１０の状態を推定するので、ヒータ１０の状態の推定精度を向上できる。さらに、通電発熱体２の異常に加えて、基体１１が消耗していることも推定することができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ−１．変形例１：
上記実施形態では、通電発熱体２に所定の電圧を印加したときの基体抵抗値Ｒ_１１に基づいてヒータ１０の状態を推定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。基体抵抗値Ｒ_１１は、予め基準範囲として設定された基体抵抗値Ｒ_１１の検出と同じ通電条件で検出されるのであれば、他の任意の通電条件で検出されてもよい。例えば、基体抵抗値Ｒ_１１を検出する際の通電条件として、通電発熱体２を所定の電力で発熱させてもよく、所定の電流値となるように発熱させてもよく、通電発熱体２の電気抵抗値が所定の値となるように発熱させてもよい。このような構成によっても、実施形態の加熱装置１００と同様な効果を奏する。

Ｃ−２．変形例２：
上記実施形態において、状態推定部７０は、通電発熱体２の異常と基体１１の消耗とを区別して推定していたが、通電発熱体２の異常と基体１１の消耗とを区別せずにヒータ１０の状態を推定してもよい。

図８は、変形例２におけるヒータ状態推定処理の手順を示すフローチャートである。変形例２におけるヒータ状態推定処理は、ステップＳ１１５に代えてステップＳ１１５ａが実行される点と、ステップＳ１２０〜Ｓ１３０が省略される点において、図６に示す実施形態のヒータ状態推定処理と異なる。変形例２におけるヒータ状態推定処理におけるその他のステップおよび加熱装置１００の構成は、上記実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。

状態推定部７０は、基体抵抗値Ｒ_１１が所定の範囲内か否かを判定し（ステップＳ１１５ａ）、所定の範囲内でないと判定された場合（ステップＳ１１５ａ：ＮＯ）、ヒータ１０に異常が有ると推定し（ステップＳ１３５）、所定の範囲内であると判定された場合（ステップＳ１１５ａ：ＹＥＳ）、ヒータ１０に異常が無いと推定（ステップＳ１４０）してもよい。かかる構成によっても、実施形態の加熱装置１００と同様な効果を奏する。

Ｃ−３．変形例３：
上記実施形態の加熱装置１００において、ヒータ状態推定処理は、ディーゼルエンジン６００がアイドル状態になると実施されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。ヒータ状態推定処理は、基体抵抗値Ｒ_１１が予め基準範囲として設定された基体抵抗値Ｒ_１１の検出と同じ条件で検出されるのであれば、他の任意のタイミングで実施されてもよい。例えば、アイドルストップの際に実施されてもよく、フェ−ルカットの際に実施されてもよく、エンジン停止時に実施されてもよい。また、あるタイミングから所定の時間が経過した後に実施されてもよい。例えば、グロープラグ１の通電開始から所定時間経過後に実施されてもよい。また、エンジン冷却水の温度およびエンジン回転数等のパラメータが、所定の範囲内であるか否かが判定された後に、ヒータ状態推定処理が実施されてもよい。このような構成によっても、上記実施形態の加熱装置１００と同様な効果を奏する。

Ｃ−４．変形例４：
上記実施形態において、状態推定部７０は、予め設定された基体抵抗値Ｒ_１１の基準範囲を用いてヒータ１０の状態を推定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。ＥＣＵ５２が基体抵抗値Ｒ_１１の初期値をメモリすることにより、基体抵抗値Ｒ_１１の初期値と検出された基体抵抗値Ｒ_１１との差分を算出し、かかる差分に基づいて推定を行なってもよい。例えば、基体抵抗値Ｒ_１１の初期値と検出された基体抵抗値Ｒ_１１との差分の絶対値が、正常な状態のヒータ１０における基体抵抗値Ｒ_１１の初期値をＤ（Ω）としたときに、Ｄ×０．５（Ω）〜Ｄ×２．５（Ω）の範囲外である場合に、ヒータ１０に異常が有ると推定してもよい。かかる構成によれば、相対的な値に基づいて推定を行なうので、グロープラグ１の個体差による基体抵抗値Ｒ_１１のばらつきの影響を低減でき、ヒータ１０の状態の推定精度を向上できる。

Ｃ−５．変形例５：
上記実施形態において、状態推定部７０は、予め設定された基体抵抗値Ｒ_１１の１つの基準範囲を用いてヒータ１０の状態を推定していたが、２つ以上の基準範囲を用いてヒータ１０の状態を推定してもよい。例えば、正常な状態のヒータ１０における基体抵抗値Ｒ_１１の基準抵抗値をＢ（Ω）としたときに、第１の基準範囲をＢ×０．５（Ω）〜Ｂ×２．５（Ω）Ωと設定し、第２の基準範囲をＢ×０．７５（Ω）〜Ｂ×２（Ω）等と設定することによって、ヒータ１０の状態を２段階で推定してもよい。かかる構成によれば、例えば、第１の基準範囲を満たし、かつ、第２の基準範囲を満たさない場合に、印加電圧を変更することによってヒータ１０を所望の温度にすることができる。

Ｃ−６．変形例６：
上記実施形態における加熱装置１００の構成はあくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、基体１１は、窒化ケイ素系セラミックに代えて、二ホウ化チタンやアルミナやサイアロン等の、他の任意の絶縁性セラミックにより形成されてもよい。また、電極３は、導電性セラミックに代えて金属材料により形成されてもよい。このような構成によっても、上記実施形態の加熱装置１００と同様な効果を奏する。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ５２がヒータ状態推定処理を実施していたが、本発明はこれに限定されるものではない。ＥＣＵ５２とは別に、グロープラグ１の制御を専ら行なうグローコントロールユニットを配置し、かかるグローコントロールユニットがヒータ状態推定処理を実施してもよい。この構成において、グローコントロールユニットは、エンジン冷却水の温度およびエンジン回転数等をＥＣＵ５２から受信してもよい。かかる構成によっても、上記実施形態の加熱装置１００と同様な効果を奏する。

また、基体抵抗値Ｒ_１１を検出するための回路構成を変更してもよい。例えば、１対の外部リード線２３３，３３３の間に電圧を印加して、電流値を測定するように構成してもよい。かかる構成によれば、通電発熱体２と電極３との間に印加される電圧の把握が容易となり、基体抵抗値Ｒ_１１の検出精度を向上できる。

Ｃ−７．変形例７：
上記実施形態では、グロープラグ１を備える加熱装置１００に本発明を適用したが、グロープラグ１に代えて、他の任意のセラミックヒータに本発明を適用してもよい。例えば、暖房器具、ハンダゴテ用熱源、温水便座、半導電体製造装置用熱源、測定機器用熱源、理化機器部品等に本発明を適用してもよい。

本発明は、上述の実施形態および変形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することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する本実施形態および変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…グロープラグ
２…通電発熱体
３…電極
４…ハウジング
１０…ヒータ
１１…基体
２１…リード線
２２…リード線
２３…端子部
３１…端子部
３３…内部リード線
４１…外筒
４２…保護筒
４３…雄ねじ部
４７…主体金具
５０…制御部
５１…直流電源
５３…第１のグローリレー
５４…バッテリ
５５…リレー
６０…抵抗検出部
７０…状態推定部
１００…加熱装置
２３１…内部リード線
２３２…接続端子
２３３…外部リード線
３３２…接続端子
３３３…外部リード線
４２１…ゴムブッシュ
４５９…インジェクタ
５２１…抵抗
５２２…電位差計
５２５…水温センサ
５２６…回転数センサ
５３１…第２のグローリレー
６００…ディーゼルエンジン
６１０…燃焼室
６２０…シリンダヘッド
Ａ…基体抵抗値の或る値
Ｂ…基体抵抗値の基準抵抗値
Ｃ…発熱体抵抗値の或る値
Ｄ…基体抵抗値の初期値
ＯＬ…軸線

Claims

導電体と、通電によって発熱する発熱体と、前記導電体および前記発熱体を互いに隔離した状態で内部に埋設して保持するセラミック製の基体と、を備え、前記基体が外表面をなすヒータと、
前記発熱体に通電することによって、前記ヒータを発熱させる通電部と、
を備える加熱装置であって、
前記導電体と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を検出する検出部と、
所定の条件で前記発熱体に通電したときに前記検出部により検出された前記電気抵抗値に基づき、前記ヒータの状態を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする加熱装置。
請求項１に記載の加熱装置であって、
前記推定部は、前記電気抵抗値が所定の範囲外の値である場合に、前記ヒータに異常があると推定することを特徴とする加熱装置。
請求項２に記載の加熱装置であって、
前記推定部は、前記電気抵抗値が前記所定の範囲を上回る場合に、前記ヒータの異常として、前記発熱体に異常があると推定することを特徴とする加熱装置。
請求項２または請求項３に記載の加熱装置であって、
前記推定部は、前記電気抵抗値が前記所定の範囲を下回る場合に、前記ヒータの異常として、前記基体が消耗していると推定することを特徴とする加熱装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の加熱装置であって、
前記通電部は、前記所定の条件として、所定の電圧で通電することを特徴とする加熱装置。
導電体と、通電によって発熱する発熱体と、前記導電体および前記発熱体を互いに隔離した状態で内部に埋設して保持するセラミック製の基体と、を有し、前記基体が外表面をなすヒータの状態を推定するヒータ状態推定装置であって、
前記導電体と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を検出する検出部と、
前記発熱体への所定の条件での通電時に前記検出部により検出された前記電気抵抗値に基づき、前記ヒータの状態を推定する推定部と、
を備えることを特徴とするヒータ状態推定装置。
導電体と、通電によって発熱する発熱体と、前記導電体および前記発熱体を互いに隔離した状態で内部に埋設して保持するセラミック製の基体と、を備え、前記基体が外表面をなすヒータの状態の推定方法であって、
（ａ）所定の条件で前記発熱体に通電する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の実行中に、前記導電体と前記発熱体との間の前記基体の電気抵抗値を検出する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）により検出された前記電気抵抗値に基づき、前記ヒータの状態を推定する工程と、
を含むことを特徴とする、ヒータの状態の推定方法。