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Title:
GLOW PLUG AND GLOW PLUG CONTROL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/028307
Kind Code:
A1
Abstract:
A glow plug is provided with a temperature rising section exposed to the external for increasing temperature when the glow plug is used; a laser beam radiation section which radiates a laser beam generated by itself or transmitted from other section toward an irradiation surface of a temperature rising section to increase temperature of the temperature rising section; and an optical path surrounding section which surrounds the optical path of a laser beam at least from the laser beam radiation section to the irradiation surface of the temperature rising section. Thus, temperature of the temperature rising section can be locally and quickly increased.

Inventors:
ISHII SHUEI
TAIDOU AKIKAZU
Application Number:
PCT/JP2008/064018
Publication Date:
March 05, 2009
Filing Date:
August 05, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NGK SPARK PLUG CO (JP)
ISHII SHUEI
TAIDOU AKIKAZU
International Classes:
F23Q7/00; F02P19/00; F02P23/04
Domestic Patent References:
WO2004001221A12003-12-31
Foreign References:
JPH0610749U1994-02-10
JP2001336468A2001-12-07
Attorney, Agent or Firm:
HASHIMOTO, Takeshi et al. (Ekisaikai Bldg. 1-29, Akashi-ch, Chuo-ku Tokyo 44, JP)
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Claims:
外部に露出し使用時に昇温させる昇温部と、自身で生成した又は他から転送されたレーザ光を前記昇温部の被照射面に向けて放射して前記昇温部を昇温させるレーザ光放射部と、少なくとも前記レーザ光放射部から前記昇温部の前記被照射面までのレーザ光の光路を包囲する光路包囲部と、を備えるグロープラグ。
前記レーザ光放射部と前記昇温部の前記被照射面とは空間を介して離間してなる、請求項1に記載のグロープラグ。
前記レーザ光放射部と前記昇温部の前記被照射面とは、レーザ照射時に前記被照射面から放出される前記昇温部の成分が、前記レーザ光放射部に付着することを防止可能な距離だけ離間してなる、請求項2に記載のグロープラグ。
前記光路包囲部は、中空筒状をなし、その内外間を気密としてなる、請求項2又は請求項3に記載のグロープラグ。
前記昇温部は1200℃以上の融点を有する高融点材料からなる、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のグロープラグ。
前記レーザ光放射部は、レンズ、光ファイバ、ミラー、プリズム及び光ファイバコネクタの少なくともいずれかの光学転送部材を含む、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のグロープラグ。
前記レーザ光放射部はレーザ光を生成するレーザ発振器を含む、請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のグロープラグ。
前記昇温部の温度を検知する温度センサを備える、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載のグロープラグ。
前記温度センサは、前記昇温部の前記被照射面から放射される赤外線を検知して前記昇温部の温度を検知する放射温度計である、請求項8に記載のグロープラグ。
請求項8又は請求項9に記載のグロープラグと、前記グロープラグの前記温度センサの出力に基づいて、前記レーザ光放射部が前記昇温部の前記被照射面に向けて放射するレーザ光の強度を制御するレーザ制御手段と、を備えるグロープラグ制御システム。
Description:
グロープラグ及びグロープラグ 御システム

 本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃 関に取り付けられ、使用時に昇温させる昇 部を有するグロープラグ、及びこのような ロープラグを備えるグロープラグ制御シス ムに関する。

発明の背景

 従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機 に取り付けられ、使用時にヒータによって 温させる昇温部を有するグロープラグが知 れている。例えば、特許文献1には、昇温部 をなすシースヒータを備えたグロープラグが 開示されている。シースヒータは、金属から なる有底筒状のシース内に、発熱体としてコ イル状の抵抗発熱線が配設され、更に、耐熱 性絶縁粉体が充填されている。また、特許文 献2には、昇温部をなすセラミックヒータを えたグロープラグが開示されている。セラ ックヒータは、絶縁性セラミックからなる 柱状のセラミック基体の内部に、導電性セ ミック等からなるU字状の発熱体が埋設され いる。

特開2004-101085号公報

特開2005-019246号公報

 特許文献1のいわゆるメタルタイプのヒー タは、発熱体として金属コイルを用いている ため、急速昇温や高温加熱を繰り返すと、発 熱体に断線が生じるおそれがある。これに対 し、特許文献2のセラミックタイプヒータは 発熱体を導電性セラミック等で形成してい ので、断線を生じることが少なく、使用温 を比較的高温にすることも可能である。

 しかしながら、特許文献1のグロープラグ も特許文献2のグロープラグも、発熱体の電 抵抗を利用して通電により発熱させる発熱 式を用いているので、一部分のみを局部的 昇温させることが難しい。また、昇温部の 部表面と発熱体との間に絶縁物等の介在物 存在するため、発熱体の温度上昇と昇温部 外部表面の温度上昇とに時間差(遅れ)が生じ るので、昇温部の外部表面の温度を急速に上 昇させることが難しい。また、昇温部の個体 ばらつきにより、到達温度やその温度までの 到達時間にばらつきが生じやすい。従って、 昇温部を適切な温度にするのが難しい場合が ある。

 更に、従来のグロープラグの制御におい は、発熱体の抵抗値を検知することで発熱 の温度を検知し、これに基づいて発熱体及 昇温部の温度を制御するものが知られてい 。しかしながら、ヒータが劣化すると、発 体の抵抗値と温度特性との相関関係も変化 ることから、発熱体の抵抗値から算出した 度と、実際の温度との間にズレが生じる場 がある。このような理由から、昇温部の温 を正確に制御することも困難であった。

発明の概要

 本発明は、上記の状況に鑑みてなされた のであり、昇温部を局部的、且つ急速に昇 させることができるグロープラグ、及び、 速に昇温部の温度を昇温させるなど、高い 由度で昇温部の温度を制御できるグロープ グ制御システムを提供することを目的とす 。

 本発明によれば、外部に露出し使用時に 温させる昇温部と、自身で生成した又は他 ら転送されたレーザ光を昇温部の被照射面 向けて放射して昇温部を昇温させるレーザ 放射部と、少なくともレーザ光放射部から 温部の被照射面までのレーザ光の光路を包 する光路包囲部と、を備えるグロープラグ 提供される。

 本発明のグロープラグは、昇温部の温度 検知する温度センサを備えてもよく、グロ プラグの温度センサの出力に基づいて、レ ザ光放射部が昇温部の被照射面に向けて放 するレーザ光の強度を制御するレーザ制御 段と組み合わせてグロープラグ制御システ を構成してもよい。

本発明の第1実施形態に係るグロープラ グを示す説明図である。 本発明の第2実施形態に係るグロープラ グを示す説明図である。 本発明の第3実施形態に係るグロープラ グを示す説明図である。 本発明の第4実施形態に係るグロープラ グを示す説明図である。 本発明の第5実施形態に係るグロープラ グを示す説明図である。 本発明の第6実施形態に係るグロープラ グを示す説明図である。 本発明の第7実施形態に係るグロープラ グ及びグロープラグ制御システムを示す説明 図である。 本発明の第8実施形態に係るグロープラ グ及びグロープラグ制御システムを示す説明 図である。 本発明の第9実施形態に係るグロープラ グ及びグロープラグ制御システムを示す説明 図である。

詳細な説明

 以下、本発明の実施形態について図面を 照して詳細に説明する。尚、共通する構成 素には同じ参照符号を付し、説明を適宜省 または簡略化する。

 図1に本発明の実施形態1に係るグロープ グ100を示す。このグロープラグ100は、内燃 関(ディーゼルエンジン)に取り付けられて、 内燃機関の始動補助に用いられる。

 グロープラグ100は、基端部110k(図1中、上 )と、この基端部110kから先端側に延びる円 状の筒状部(光路包囲部)110cと、この筒状部11 0cの先端側を閉塞する先端部(昇温部)110s(図1 、下側)とからなる有底筒状の主体金具110を える。また、グロープラグ100は、主体金具1 10の基端部110k内に保持されたレーザ光放射部 120を備える。尚、グロープラグ100は、従来の シースヒータやセラミックヒータを有してい ない。

 主体金具110は、高融点材料から一体形成 れている。即ち、主体金具110の先端部(昇温 部)110sも、この高融点材料で形成されている 昇温部110sは、外部に露出する外側面110sgが 球面状をなすと共に、外部に露出しない内 面110snが平面をなしている。このうち、内 面110snは、後述するレーザ光LSが照射される 照射面である。昇温部110sは使用時に例えば 900℃といった高温に昇温させる部分である。 従って、昇温部110sは1200℃以上の融点を有す 高融点材料からなるのが好ましい。昇温部1 10sを1200℃以上の融点を有する高融点材料で 成すれば、レーザ照射による加熱で昇温部11 0sが溶解・変形したり、また、昇温部110sの被 照射面110snから多量のプラズマやスパッタが 出することを防止できる。高融点材料は、 熱性や加工性、コストなどを考慮して適宜 択することができるが、例えば、ステンレ 、インコロイなどのFe系合金、インコネル どのNi系合金、ステライトなどのCo系合金等 高融点金属材、WCやSiCなど炭化物、窒化物 酸化物からなる単結晶や多結晶、セラミッ 、ガラスなどが挙げられる。本実施形態1で 、一例として、高融点材料としてインコネ 601を用いている。

 主体金具110の基端部110kは、その内側にレ ーザ光放射部120を固定して、筒状部110cの後 側を閉塞している。このため、筒状部110cは その内外間が気密とされている。そして、 状部110c内には、大気に代えて窒素ガスが充 填されている。窒素ガスに置換することで、 主体金具110(筒状部110c)の内側に露出する各部 について酸化等を防止できるからである。

 また、主体金具110の筒状部110cの外周の所 定位置には、雄ネジ部110mが設けられており これにより、グロープラグ100が内燃機関の 定位置に設けられた取付孔(図示しない)に取 り付けられる。そして、グロープラグ110の昇 温部110sが、内燃機関の燃焼室、或いはこれ 連通する副燃焼室内に位置決めされる。

 レーザ光放射部120は、自身で生成した又 他から転送されたレーザ光LSを被照射面110sn に向けて放射するように構成されている。こ のレーザ光放射部120としては、例えば、レー ザ光LSを生成するレーザ発振器を有するもの 、別途生成したレーザ光LSを転送する光学 送部材を有するもの、レーザ発振器と光学 送部材の両方を有するものなどが挙げられ 。レーザ発振器としては、例えば、半導体 ーザ発振器、固体レーザ発振器、ファイバ ーザ発振器などが挙げられる。光学転送部 としては、例えば、レンズ、光ファイバ、 ラー、プリズムなどが挙げられる。レーザ LSに特に制限はないが、その転送性を考慮す れば、BPP値で100mm・mrad(半値・半角)以下とす のが好ましい。また、レーザ光LSの被照射 110snへの照射は、レンズ等を用いて単純に集 光させたり拡散させるだけでなく、回折格子 等を用いて多点分岐させたり、照射強度分布 をリング状や楕円状に成形して行ってもよい 。ここで、BPP値(ビームパラメータ積)とは、 ーザービームの品質を示すパラメータの1つ であり、焦点でのレーザービーム半径ω(mm)と レーザービームの広がりの半角度θ(mrad)の積 表される。BPP=ω・θ(mm・mrad)

 特に、レーザ光放射部120は、レンズ、光 ァイバ、ミラー、プリズム及び光ファイバ ネクタの少なくともいずれかの光学転送部 を含むのが好ましい。レーザ光放射部120に レンズ、光ファイバ、ミラー、プリズム及 光ファイバコネクタの少なくともいずれか 光学転送部材を設けることにより、レーザ LSが被照射面110snに適切に照射されるように 、レーザ光放射部120を容易に構成することが できる。

 また、レーザ光放射部120と昇温部110sの被 照射面110snとは空間を介して離間しているの 好ましい。被照射面110snはレーザ光LSの照射 により高温となるが、レーザ光放射部120を被 照射面110snから空間を介して離しているので 被照射面110snの熱がレーザ光放射部120に直 伝わりにくい。このため、レーザ光放射部12 0が熱により変形したり劣化することなどを 止できる。レーザ光放射部120と被照射面110sn とが接している場合や、これらの間にガラス ロッドなど透明な詰め物を介在させた場合は 、レーザ照射時に被照射面110snから放出され 昇温部110sの成分(原子等)が、レーザ光放射 120或いは詰め物に付着して、レーザ光LSの 照射面110snへの放射が妨げられるおそれがあ る。これに対し、レーザ光放射部120と被照射 面110snとが空間を介して離間することにより 上記のようにレーザ光LSの被照射面110snへの 照射が妨げられることを抑制できる。

 レーザ光放射部120と被照射面110snとは、 ーザ照射時に被照射面110snから放出される昇 温部110sの成分が、レーザ光放射部120に付着 ることを防止可能な距離だけ離間している が特に好ましい。レーザ光放射部120と被照 面110snとが近いと、レーザ照射時に被照射面 110snから放出される昇温部110sの成分(原子等) 、レーザ光放射部120に付着して、レーザ光L Sの被照射面110snへの放射が妨げられるおそれ がある。レーザ光放射部120と被照射面110snと 十分に離間することにより、上記のように ーザ光LSの被照射面110snへの照射が妨げられ ることがなく、安定して昇温部110sを昇温さ ることができる。

 具体的には、本実施形態1では、レーザ光 放射部120は、光学転送部材としての凸レンズ 121と光ファイバ123と光ファイバコネクタ122,12 4とを有する。このうち、凸レンズ121は、主 金具110内の所定位置に固設されている。一 、光ファイバ123は、一端が主体金具110側の ファイバコネクタ122に接続する一方、他端 が外部に延出し、他端が光ファイバコネク 124に接続している。この光ファイバコネク 124は、グロープラグ100とは別に用意されて グロープラグ100の外部に配置された外部レ ザ発振器180に接続されている。

 外部レーザ発振器180は、外部制御回路(図 示しない)からの制御を受けて、所定のレー 光LSを放射する。外部レーザ発振器180から放 射されたレーザ光LSは、光ファイバコネクタ1 24を介して光ファイバ123により入射され、光 ァイバコネクタ122を介して凸レンズ121まで 送される。更に、レーザ光LSは、この凸レ ズ121から被照射面110snに向けて放射される。 このようにしてレーザ光LSを被照射面110snに 射することで、この被照射面110snを含む昇温 部110sだけを、短時間のうちに昇温させ高温 することができる。本実施形態1では、内燃 関が冷えた状態でキースイッチがオンされ ときに、外部レーザ発振器180で生成される ーザ光LSの条件を、1J/パルス,出力30Wとして る。

 レーザ光放射部120(凸レンズ121)は、図1を 照すれば容易に理解できるように、主体金 110の基端部110k内に固定されており、レーザ 光放射部120(凸レンズ121)と昇温部110sの被照射 面110snとは、空間を介して離間している。本 施形態1では、レーザ光放射部120(凸レンズ12 1)と昇温部110sの被照射面110snとは、20mm以上離 間している。この離間距離は、レーザ照射時 に被照射面110snから放出される昇温部110sの成 分(原子等)が、レーザ光放射部120(凸レンズ121 )に付着することを防止できる十分長い距離 ある。

 また、レーザ光放射部120から被照射面110s nまでのレーザ光LSの光路は、主体金具110の筒 状部(光路包囲部)110cにより包囲されている。 光路包囲部110cは、中空筒状をなし、その内 間を気密としてなるのが好ましい。中空筒 の光路包囲部110cによりレーザ光LSの光路を 密に包囲することにより、グロープラグ100 内燃機関の燃焼室等に挿入して使用した場 にも、燃焼ガス等が光路包囲部110c内に侵入 ることを防止できる。このため、燃焼ガス の光路包囲部110c内への侵入により、レーザ 光放射部120(凸レンズ121)や被照射面110snに汚 や堆積物が発生することを防止できる。ま 、高温の燃焼ガス等が接触することにより ーザ光放射部120(凸レンズ121)が劣化すること を防止し、また、燃焼ガス等の影響により被 照射面110snの表面状態が変化することも防止 きる。

 以上で説明したように、本実施形態1のグ ロープラグ100は、レーザ光放射部120からレー ザ光LSを被照射面110snに放射して、昇温部110s みを局所的に昇温させることができる。ま 、被照射面110snにレーザ光LSを照射すること で昇温部110sを昇温させているので、従来の うに通電により発熱体を発熱させる場合に して、急速に昇温部110sの温度を上昇させる とができる。また、発熱体の個体ばらつき 伴う、到達温度のばらつきやその温度まで 到達時間のばらつきが生じ難い。更に、従 のように発熱体や絶縁体等の介在物を要し いため、グロープラグ100の構造を簡素化で る。また、外部レーザ発振器180の発振出力 制御することで、昇温部110sの温度を緻密に 制御できる。

 図2に本発明の実施形態2に係るグロープ グ200を示す。実施形態2のグロープラグ200は レーザ光放射部220の構成以外は、基本的に 記実施形態1のグロープラグ100と同様である 。

 実施形態2のグロープラグ200は、基端部110 k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部(昇 部)110sからなる有底筒状の主体金具110と、 の主体金具110の基端部110k内に保持されたレ ザ光放射部220とを備える。

 レーザ光放射部220は、レーザ光LSを転送 る光学転送部材として、光ファイバ223と光 ァイバコネクタ222,224とを有する。光ファイ 223は、一端が主体金具110側の光ファイバコ クタ222に接続する一方、他端側が外部に延 し、他端が光ファイバコネクタ224に接続し いる。光ファイバコネクタ224は、グロープ グ200の外部に配置された外部レーザ発振器1 80に接続されている。レーザ光放射部220は凸 ンズを有していない。

 外部レーザ発振器180から放射されたレー 光LSは、光ファイバコネクタ224を介して光 ァイバ223により入射され、光ファイバコネ タ222を介して被照射面110snに向けて放射され る。このようにしてレーザ光LSを被照射面110s nに照射することで、この被照射面110snを含む 昇温部110sだけを、短時間のうちに昇温させ 温にすることができる。

 レーザ光放射部220は、主体金具110の基端 110k内に固定されており、レーザ光放射部220 と昇温部110sの被照射面110snとは、空間を介し て離間している。また、レーザ光放射部220か ら被照射面110snまでのレーザ光LSの光路は、 空筒状をなす主体金具110の筒状部110cにより 密に包囲されている。

 このように、本実施形態2のグロープラグ 200も、レーザ光放射部220からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ200の構造を簡素 できる。また、外部レーザ発振器180の発振 力を制御することで、昇温部110sの温度を緻 密に制御できる。その他、上記実施形態1と 様の構成部分は、実施形態1と同様な作用効 を奏する。

 図3に本発明の実施形態3に係るグロープ グ300を示す。実施形態3のグロープラグ300は レーザ光放射部320の構成以外は、基本的に 記実施形態1、2のグロープラグ100、200と同 である。

 実施形態3のグロープラグ300は、基端部110 k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部(昇 部)110sからなる有底筒状の主体金具110と、 の主体金具110の基端部110k内に保持されたレ ザ光放射部320とを備える。

 レーザ光放射部320は、レーザ光LSを生成 るレーザ発振器327を有する他、レーザ光LSを 転送する光学転送部材として、凸レンズ321と ミラー325を有する。このうち、凸レンズ321は 、主体金具110内の所定位置に固設されている 。一方、ミラー325とレーザ発振器327は、凸レ ンズ321よりも基端側(図3、上方)で、かつ、主 体金具110よりも基端側に固設されている。

 また、レーザ光放射部320は、レーザ光LS 光路を包囲する光路包囲部材326を有する。 の光路包囲部材326は、凸レンズ321とミラー32 5との間のレーザ光LSの光路を包囲すると共に 、ミラー325とレーザ発振器327との間のレーザ 光LSの光路を包囲している。

 レーザ発振器327から放射されたレーザ光L Sは、ミラー325で反射され、凸レンズ321まで 送される、更に、レーザ光LSは、この凸レン ズ321から被照射面110snに向けて放射される。 のようにしてレーザ光LSを被照射面110snに照 射することで、この被照射面110snを含む昇温 110sだけを、短時間のうちに昇温させ高温に することができる。

 レーザ光放射部320は、主体金具110の基端 110k内に固定されており、レーザ光放射部320 と昇温部110sの被照射面110snとは、空間を介し て離間している。また、レーザ光放射部320か ら被照射面110snまでのレーザ光LSの光路は、 空筒状をなす主体金具110の筒状部110cにより 密に包囲されている。

 このように、本実施形態3のグロープラグ 300も、レーザ光放射部320からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ300の構造を簡素 できる。また、レーザ発振器327の発振出力 制御することで、昇温部110sの温度を緻密に 制御できる。更に、本実施形態3では、レー 光放射部320にレーザ発振器327を設けている で、別途、外部レーザ発振器を用意し、レ ザ光LSをグロープラグ300に入射させる光学系 を構成する必要がない。従って、内燃機関に このグロープラグ300を取り付けて、グロープ ラグ300のレーザ発振器327を駆動すればよい。 その他、上記実施形態1、2と同様の構成部分 、実施形態1、2と同様な作用効果を奏する

 図4に本発明の実施形態4に係るグロープ グ400を示す。実施形態4のグロープラグ400は レーザ光放射部420の構成以外は、基本的に 記実施形態1、2、3のグロープラグ100、200、3 00と同様である。

 実施形態4のグロープラグ400は、基端部110 k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部(昇 部)110sからなる有底筒状の主体金具110と、 の主体金具110の基端部110k内に保持されたレ ザ光放射部420とを備える。

 レーザ光放射部420は、レーザ光LSを生成 るレーザ発振器427を有する他、レーザ光LSを 転送する光学転送部材として、ミラー425を有 する。ミラー425とレーザ発振器427は、主体金 具110よりも基端側に固設されている。

 また、レーザ光放射部420は、レーザ光LS 光路を包囲する光路包囲部材426を有する。 の光路包囲部材426は、主体金具110とミラー42 5との間のレーザ光LSの光路を包囲すると共に 、ミラー425とレーザ発振器427との間のレーザ 光LSの光路を包囲している。

 レーザ発振器427から放射されたレーザ光L Sは、ミラー425で反射され、被照射面110snに向 けて放射される。このようにしてレーザ光LS 被照射面110snに照射することで、この被照 面110snを含む昇温部110sだけを、短時間のう に昇温させ高温にすることができる。

 レーザ光放射部420は、主体金具110の基端 110k内に固定されており、レーザ光放射部420 と昇温部110sの被照射面110snとは、空間を介し て離間している。また、レーザ光放射部420か ら被照射面110snまでのレーザ光LSの光路は、 空筒状をなす主体金具110の筒状部110cにより 密に包囲されている。

 このように、本実施形態4のグロープラグ 400も、レーザ光放射部420からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ400の構造を簡素 できる。また、レーザ発振器427の発振出力 制御することで、昇温部110sの温度を緻密に 制御できる。その他、上記実施形態1~3と同様 の構成部分は、実施形態1~3と同様な作用効果 を奏する。

 図5に本発明の実施形態5に係るグロープ グ500を示す。実施形態5のグロープラグ500は レーザ光放射部520の構成以外は、基本的に 記実施形態1、2、3、4のグロープラグ100、200 、300、400と同様である。

 実施形態5のグロープラグ500は、基端部110 k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部(昇 部)110sからなる有底筒状の主体金具110と、 の主体金具110の基端部110k内に保持されたレ ザ光放射部520とを備える。

 レーザ光放射部520は、レーザ光LSを生成す レーザ発振器527を有する他、レーザ光LSを転 送する光学転送部材として、凸レンズ521を有 する。このうち、凸レンズ521は、主体金具110 内の所定位置に固設されている。一方、レー ザ発振部527は、凸レンズ521よりも基端側(図5 上方)で、かつ、主体金具110よりも基端側に 固設されている。
また、レーザ光放射部520は、レーザ光LSの光 を包囲する光路包囲部材526を有する。この 路包囲部材526は、凸レンズ521とレーザ発振 527との間のレーザ光LSの光路を包囲してい 。

 レーザ発振器527から放射されたレーザ光L Sは、凸レンズ521を通過し、被照射面110snに向 けて放射される。このようにしてレーザ光LS 被照射面110snに照射することで、この被照 面110snを含む昇温部110sだけを、短時間のう に昇温させ高温にすることができる。

 レーザ光放射部520は、主体金具110の基端 110k内に固定されており、レーザ光放射部520 と昇温部110sの被照射面110snとは、空間を介し て離間している。また、レーザ光放射部520か ら被照射面110snまでのレーザ光LSの光路は、 空筒状をなす主体金具110の筒状部110cにより 密に包囲されている。

 このように、本実施形態5のグロープラグ 500も、レーザ光放射部520からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ500の構造を簡素 できる。また、レーザ発振器527の発振出力 制御することで、昇温部110sの温度を緻密に 制御できる。その他、上記実施形態1~4と同様 の構成部分は、実施形態1~4と同様な作用効果 を奏する。

 図6に本発明の実施形態6に係るグロープ グ600を示す。実施形態6のグロープラグ600は レーザ光放射部620の構成以外は、基本的に 記実施形態1、2、3、4、5のグロープラグ100 200、300、400、500と同様である。

 実施形態6のグロープラグ600は、基端部110 k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部(昇 部)110sからなる有底筒状の主体金具110と、 の主体金具110の基端部110k内に保持されたレ ザ光放射部620とを備える。

 レーザ光放射部620は、レーザ光LSを生成 るレーザ発振器627を有する。このレーザ発 部627は、主体金具110よりも基端側に固設さ ている。また、レーザ光放射部620は、レー 光LSの光路を包囲する光路包囲部材626を有す る。この光路包囲部材626は、主体金具110とレ ーザ発振器627との間のレーザ光LSの光路を包 している。

 レーザ発振器627から放射されたレーザ光L Sは、被照射面110snに向けて放射される。この ようにしてレーザ光LSを被照射面110snに照射 ることで、この被照射面110snを含む昇温部110 sだけを、短時間のうちに昇温させ高温にす ことができる。

 レーザ光放射部620は、主体金具110の基端 110k内に固定されており、レーザ光放射部620 と昇温部110sの被照射面110snとは、空間を介し て離間している。また、レーザ光放射部620か ら被照射面110snまでのレーザ光LSの光路は、 空筒状をなす主体金具110の筒状部110cにより 密に包囲されている。

 このように、本実施形態6のグロープラグ 600も、レーザ光放射部620からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ600の構造を簡素 できる。また、レーザ発振器627の発振出力 制御することで、昇温部110sの温度を緻密に 制御できる。その他、上記実施形態1~5と同様 の構成部分は、実施形態1~5と同様な作用効果 を奏する。

 図7に本発明の実施形態7に係るグロープ グ700及びグロープラグ制御システム790を示 。

 実施形態7のグロープラグ制御システム790 は、グロープラグ700と、このグロープラグ700 の外部に配置され、グロープラグ700にレーザ 光LSを放射する外部レーザ発振器180と、グロ プラグ700及びレーザ発振器180を制御するグ ー制御ユニット(レーザ制御手段)760とを備 る。

 実施形態7のグロープラグ700は、昇温部110 sの温度を検知する温度センサ730を備える点 レーザ光放射部720の構成が異なる点以外は 基本的に上記実施形態1、2、3、4、5、6のグ ープラグ100、200、300、400、500、600と同様で る。

 実施形態7のグロープラグ700は、基端部110 k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部(昇 部)110sからなる有底筒状の主体金具110と、 の主体金具110の基端部110k内に保持されたレ ザ光放射部720と、光ファイバ731によりレー 光放射部720に接続され、昇温部110sの温度を 検知する温度センサ730とを備える。

 レーザ光放射部720は、光学転送部材とし 、光ファイバ723と光ファイバコネクタ722,724 とを有する。このうち、光ファイバ723は、一 端が主体金具110側の光ファイバコネクタ722に 接続する一方、他端側が外部に延出し、他端 が光ファイバコネクタ724に接続している。こ の光ファイバコネクタ724は、グロープラグ700 とは別に用意されて、グロープラグ700の外部 に配置された外部レーザ発振器180に接続して いる。また、主体金具110の基端部110k内の所 位置には、ハーフミラー740が固設されてい 。

 外部レーザ発振器180は、グロー制御ユニ ト760に接続されており、このグロー制御ユ ット760からの制御を受けて、レーザ光LSを 成する。外部レーザ発振器180から放射され レーザ光LSは、光ファイバコネクタ724を介し て光ファイバ723により入射される。そして、 レーザ光LSは、光ファイバコネクタ722を介し 凸ハーフミラー740を通過して、被照射面110s nに向けて放射され、この被照射面110snを含む 昇温部110sだけを昇温させる。

 温度センサ730は、昇温部110sの温度を検知 するものであればよい。例えば、昇温部110s 直接接触させる熱電対等の接触式温度セン でもよいし、或いは、被照射面100snから放射 される赤外線を検知して、昇温部110sの温度 検知する放射温度計等の非接触式温度セン でもよい。また、温度センサ730は、単数で よいし、複数あってもよい。複数の場合に 、それらの温度センサは、同一のものでも いし、異なる種類のものでもよい。

 好ましくは、温度センサ730は、被照射面1 10snから放射される赤外線を検知して昇温部10 0sの温度を検知する放射温度計で構成される 温度センサ730として放射温度計を用いるこ により、昇温部110sの温度を容易かつ正確に 測定することができる。また、この放射温度 計は、被照射面110snから離れた位置に配置す ので、被照射面110snからの熱が温度センサ73 0に伝わりにくく、温度センサ730が熱により 形したり劣化することなどを防止できる。

 放射温度計は、被照射面110snからレーザ LSの光軸と同軸に放射された赤外線のうち、 ハーフミラーやプリズム等により分岐させた 赤外線を測定して、温度を検知すればよい。 本実施形態7では、レーザ光LSにより昇温部110 sが加熱されると、それに応じた波長の赤外 が被照射面110snから放射され、レーザ光LSの 軸と同軸の赤外線のうち、図中に矢印で示 ようにハーフミラー740により反射される赤 線は、光ファイバ731を通じて温度センサ730( 放射温度計)に転送される。温度センサ730(放 温度計)は、光ファイバ131により転送された 赤外線を検知することにより、昇温部110sの 度を検知している。或いは、被照射面110snか ら放射された赤外線のうち、レーザ光LSの光 とは異なる方向に放射された赤外線を、直 或いは光ファイバ等で転送した上で測定し 温度を検知してもよい。温度センサ730は、 ロー制御ユニット760に接続されており、温 センサ730からの出力信号は、グロー制御ユ ット760に転送される。尚、放射温度計で正 に赤外線を検知するためには、レーザ光放 部720からレーザ光LSを照射していないタイ ングで赤外線の測定(強度測定)を行うとよい 。

 グロー制御ユニット(レーザ制御手段)760 、温度センサ730により検知された昇温部110s 温度に基づいて、レーザ光放射部720が被照 面110snに向けて放射するレーザ光LSの強度を 制御する。より具体的には、グロー制御ユニ ット760は、この温度センサ730からの出力信号 に基づいて、外部レーザ発振器180のレーザ出 力を制御することにより、昇温部110sの温度 制御する。なお、グロー制御ユニット760は 図示しないエンジン制御ユニットと通信し おり、このエンジン制御ユニットの制御に り、外部レーザ発振器180のオンオフ(レーザ の生成の有無)等の制御を行う。

 具体的には、内燃機関が冷えた状態でキ スイッチがオンされた場合には、昇温部110s が第1目標温度(1000℃)に到達するまで、外部 ーザ発振器180から放射させるレーザ光LSの条 件を、1J/パルス,出力45Wとする。昇温部110sが 1目標温度に達した後は、昇温部110sが第1目 温度を維持するように、外部レーザ発振器1 80のレーザ出力をフィードバック制御する。 ち、昇温部110sの温度が第1目標温度を超え 場合には内燃機関が始動するまで、外部レ ザ発振器180から放射させるレーザ光LSの条件 を、0.9J/パルス,出力27Wとして、昇温部110sの 度を維持する。

 また、内燃機関が始動した直後で内燃機 の気筒内の温度が低い場合や、下り坂走行 のエンジンブレーキの使用による燃料噴射 ット時や、アクセルを踏み込んだ際の急激 燃料噴射増加時などに内燃機関の気筒内の 度が低下した場合には、昇温部110sの温度を 第2目標温度(700~1000℃であってエンジンの特 やその時の負荷に適した温度)に維持する、 わゆるアフターグロー(始動後グロー)を行 。つまり、昇温部110sが第2目標温度を維持す るように、外部レーザ発振器180のレーザ出力 をフィードバック制御する。具体的には、昇 温部110sの温度が第2目標温度を超えた場合に 、外部レーザ発振器180から放射させるレー 光LSの条件を、0.6J/パルス,出力15Wとして、 温部110sの温度を維持する。

 このように、本実施形態7のグロープラグ 700は、レーザ光放射部720からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ700の構造を簡素 できる。更に、本実施形態7のグロープラグ 700は、レーザ光LSにより昇温部110sを昇温させ るものでありながら、温度センサ730を有して いるため、昇温部110sの各時点での温度を検 できる。そして、グロー制御ユニット760に り、検知した温度に基づいて外部レーザ発 器180のレーザ出力を制御することにより、 温部110sの温度を適切に制御できる。しかも レーザ出力の制御によって昇温部110sの温度 を局所的にかつ短時間で変化させることがで きるので、電気抵抗を利用した従来の発熱方 式のグロープラグに比して、昇温部110sの温 を急激に上昇させる、複雑に温度を変化さ る、或いは、クランキングや燃料噴射を行 ても温度を一定に保つなど、高い自由度で 温部110sの温度を制御できる。その他、上記 施形態1~6と同様の構成部分は、実施形態1~6 同様な作用効果を奏する。

 図8に本発明の実施形態8に係るグロープ グ800及びグロープラグ制御システム890を示 。実施形態8は、グロープラグ800にレーザ発 器827が含まれる点、温度センサ830による温 の測定形態が異なる点以外は、基本的に上 実施形態7と同様である。

 本実施形態8のグロープラグ800は、基端部 110k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部( 温部)110sからなる有底筒状の主体金具110と この主体金具110の基端部110k内に保持された ーザ光放射部820と、光ファイバ831によりレ ザ光放射部820に接続され、昇温部110sの温度 を検知する温度センサ830とを備える。

 レーザ光放射部820は、光学転送部材であ 凸レンズ821と、レーザ光LSを生成するレー 発振器827と、レーザ光LSの光路を包囲する光 路包囲部材826とを有する。このうち、凸レン ズ821は、主体金具110内の所定位置に固設され ている。また、レーザ発振部827は、凸レンズ 821よりも基端側(図8、上方)で、かつ、主体金 具110よりも基端側に固設されている。また、 光路包囲部材826は、凸レンズ821とレーザ発振 器827との間のレーザ光LSの光路を包囲してい 。

 レーザ発振器827から放射されたレーザ光LS 、凸レンズ821を通過して、被照射面110snに向 けて放射される。このようにしてレーザ光LS 被照射面110snに照射することで、この被照 面110snを含む昇温部110sだけを、短時間のう に高温にまでに昇温させることができる。
また、レーザ光放射部820は、主体金具110の基 端部110kの内側に固定されており、レーザ光 射部820と昇温部110sの被照射面110snとは、空 を介して離間している。また、レーザ光放 部220から被照射面110snまでのレーザ光LSの光 は、中空筒状をなす主体金具110の筒状部110c により気密に包囲されている。

 本実施形態8でも、温度センサ830として放 射温度計を用いる。レーザ光LSにより昇温部1 10sが加熱されると、それに応じた波長の赤外 線が被照射面110snから放射される。この赤外 のうち、図中に矢印で示すように、レーザ LSの光軸とは異なる所定方向に放射された 外線が、光ファイバ831を通じて温度センサ83 0に転送される。温度センサ830は、光ファイ 831により転送された赤外線を検知すること より、昇温部110sの温度を検知している。温 センサ(放射温度計)830は、グロー制御ユニ ト760に接続されており、温度センサ830から 出力信号は、グロー制御ユニット760に転送 れる。

 グロー制御ユニット760では、この温度セ サ830からの出力信号に基づいて、レーザ発 器827のレーザ出力を制御することにより、 ーザ光放射部820が被照射面110snに向けて放 するレーザ光LSの強度を調節して、昇温部110 sの温度を制御する。

 このように、本実施形態8のグロープラグ 800は、レーザ光放射部220からレーザ光LSを被 射面110snに放射して、昇温部110sのみを局所 に昇温させることができる。また、被照射 110snにレーザ光LSを照射することで昇温部110 sを昇温させているので、通電により発熱さ る場合に比して、急速に昇温部110sの温度を 昇させることができる。また、従来のよう 発熱体を有しないため、発熱体の個体ばら きに伴う、到達温度のばらつきやその温度 での到達時間のばらつきが生じ難い。更に 従来のように発熱体や絶縁体等の介在物を しないため、グロープラグ800の構造を簡素 できる。更に、本実施形態8に係るグロープ ラグ800は、レーザ光LSにより昇温部110sを昇温 させるものでありながら、温度センサ830を有 しているため、昇温部110sの各時点での温度 検知できる。そして、グロー制御ユニット76 0により、検知した温度に基づいてレーザ発 器827のレーザ出力を制御することにより、 温部110sの温度を適切に制御できる。しかも レーザ出力の制御によって昇温部110sの温度 を局所的にかつ短時間で変化させることがで きるので、電気抵抗を利用した従来の発熱方 式のグロープラグに比して、昇温部110sの温 を急激に上昇させるなど、高い自由度で昇 部110sの温度を制御できる。その他、上記実 形態1~7と同様の構成部分は、上記実施形態1 ~7と同様な作用効果を奏する。

 図9に本発明の実施形態9に係るグロープ グ900及びグロープラグ制御システム990を示 。実施形態9は、上記実施形態7と同様に、グ ロープラグ900にレーザ発振器827が含まれるが 、温度センサ930が上記実施形態7、8の温度セ サ730、830とは異なる。それ以外の構成は基 的に実施形態7~8と同様である。

 本実施形態9のグロープラグ900は、基端部 110k、筒状部(光路包囲部)110c、及び、先端部( 温部)110sからなる有底筒状の主体金具110と この主体金具110の基端部110k内に保持された ーザ光放射部820とを備える。

 レーザ光放射部820は、上記実施形態8と同 様であり、光学転送部材である凸レンズ821と 、レーザ光LSを生成するレーザ発振器827と、 ーザ光LSの光路を包囲する光路包囲部材826 を有する。

 レーザ発振器827から放射されたレーザ光L Sは、凸レンズ821を通過して、被照射面110snに 向けて放射される。このようにしてレーザ光 LSを被照射面110snに照射することで、この被 射面110snを含む昇温部110sだけを、短時間の ちに高温にまでに昇温させることができる

 また、レーザ光放射部820は、主体金具110 基端部110kの内側に固定されており、レーザ 光放射部820と昇温部110sの被照射面110snとは、 空間を介して離間している。また、レーザ光 放射部220から被照射面110snまでのレーザ光LS 光路は、中空筒状をなす主体金具110の筒状 110cにより気密に包囲されている。

 本実施形態9における温度センサ930は、熱 電対からなる接触式温度センサである。この 温度センサ930は、昇温部110sの被照射面110snに 直接接触している。温度センサ930は、この熱 電対に適合する温度計931に接続されている。 この温度計931は、グロー制御ユニット760に接 続している。温度センサ930は、昇温部110sの 度に応じた起電力を生じるので、これを温 計931で計測し、その温度に応じた出力をグ ー制御ユニット760に送信する。

 グロー制御ユニット760では、温度計931か の信号に基づいて、レーザ発振器827のレー 出力を制御する。これにより、昇温部110sの 温度を制御することができる。

 このように、本実施形態9のグロープラグ 900でも、レーザ光放射部820からレーザ光LSを 照射面110snに放射して、昇温部110sのみを局 的に昇温させることができる。また、被照 面110snにレーザ光LSを照射することで昇温部 110sを昇温させているので、通電により発熱 せる場合に比して、急速に昇温部110sの温度 上昇させることができる。また、従来のよ な発熱体を有しないため、発熱体の個体ば つきに伴う、到達温度のばらつきやその温 までの到達時間のばらつきが生じ難い。更 、従来のように発熱体や絶縁体等の介在物 要しないため、グロープラグ900の構造を簡 化できる。更に、本実施形態9に係るグロー プラグ900は、レーザ光LSにより昇温部110sを昇 温させるものでありながら、温度センサ930を 有しているため、昇温部110sの各時点での温 を検知できる。そして、グロー制御ユニッ 760により、検知した温度に基づいてレーザ 振器827のレーザ出力を制御することにより 昇温部110sの温度を適切に制御できる。しか 、レーザ出力の制御によって昇温部110sの温 度を局所的にかつ短時間で変化させることが できるので、電気抵抗を利用した従来の発熱 方式のグロープラグに比して、昇温部110sの 度を急激に上昇させるなど、高い自由度で 温部110sの温度を制御できる。その他、上記 施形態1~8と同様の構成部分は、上記実施形 1~8と同様な作用効果を奏する。

 以上のように、本発明を具体的な実施例 基づいて説明してきたが、本発明は上記実 例に限定されるものではなく、その趣旨を 脱しない範囲で種々の変形・変更を含むも である。

 被照射面110snは、昇温部110sに設けたもの あり、その形成位置は適宜変更でき、その 状も平面に限らず、曲面、凹凸面など適宜 更できる。また、被照射面110snは、単数設 る他、複数設けることもできる。

 上記実施形態1~9では、主体金具110の筒状 110c内を窒素ガスに置換しているが、その他 の不活性ガス等に置換したり、大気としても よい。また、主体金具110(筒状部110c)内を真空 にしてもよい。

 また、上記実施形態1~9では、主体金具110 基端部110k及び筒状部110cと昇温部110sとを一 的に構成し同材質としたが、基端部110k及び 筒状部110cと昇温部110sとを別部材(別材質)で 成してもよい。更には、昇温部110sを例えば 構造などとして複数の部材により構成する ともできる。

 光学転送部材としてプリズムを用いるこ もできる。例えば、実施形態1のグロープラ グ100において、凸レンズ121に代えて、プリズ ム129を配設することもできる。

 実施形態7~9では、グロー制御ユニット(レ ーザ制御手段)760がエンジン制御ユニットと 別に設けられている場合を例示したが、グ ー制御ユニット(レーザ制御手段)がエンジン 制御ユニットに含まれる形態とすることもで きる。また、グロー制御ユニット(レーザ制 手段)をレーザ発振器と一体的に構成するこ もできる。