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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizungssteuervorrichtung und noch genauer auf eine Heizungssteuervorrichtung, die eine konstante Wärmeerzeugungsmenge selbst dann erhalten kann, wenn sich ein Widerstandswert eines in einer Heizung verwendeten Heizelements ändert, und die eine Kapazität einer Stromzufuhr zur Zufuhr elektrischer Leistung an die Heizung vollständig nutzen kann.
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2. Erläuterung des Stands der Technik
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Herkömmlich wird eine Sitzheizung in einem Fahrzeug wie einem Automobil verwendet, um einem Insassen desselben Erhitzungswärme zuzuführen. Die Sitzheizung umfasst eine Heizung, die in einem Sitzpolsterabschnitt und einer Rückenlehne eines Sitzes des Fahrzeugs vorgesehen ist. In der Sitzheizung wird die Heizung gesteuert, um eine eingestellte Temperatur zu erreichen, indem die Stromzufuhr der Heizung ein- und ausgeschaltet wird oder eine Menge der elektrischen Leistung, die der Heizung zugeführt wird, entsprechend der Temperatur derselben geändert wird. Beispielsweise wird die Heizung kontinuierlich mit Energie versorgt, bis die Heizung auf eine eingestellte Temperatur aufgeheizt ist, und nachdem die Heizung die eingestellte Temperatur erreicht hat, wird die Stromzufuhr gemäß der Temperatur derselben so ein- und ausgeschaltet, dass die Temperatur der Heizung in einem bestimmten Temperaturbereich beibehalten wird.
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Weil andererseits eine Kapazität einer in einem Fahrzeug eingebauten Stromzufuhr beschränkt ist, muss die einer Sitzheizung zugeführte elektrische Leistung (der elektrische Strom) so gesteuert werden, dass sie zur Kapazität der Stromzufuhr passt.
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Nebenbei bemerkt ist eine Steuervorrichtung bekannt, die eine elektrische Leistung, die der Heizung zugeführt wird, durch eine Pulsbreitenmodulation (pulse width modulation, PWM) steuert. Beispielsweise offenbart die
JP-A-2010-105487 eine Fahrzeugstromzuführvorrichtung, die in einer Fahrzeuglichtmaschine bzw. einem fahrzeuginternen Stromgenerator erzeugte elektrische Leistung der Sitzheizung zuführt. In dieser Fahrzeugstromzuführvorrichtung wird die Heizung kontinuierlich mit Energie versorgt (100% des Tastverhältnisses), nachdem die Sitzheizung eingeschaltet wurde, bis die Heizung eine eingestellte Temperatur erreicht. Dann wird die Stromzufuhr ein- und ausgeschaltet oder das Tastverhältnis wird so gesteuert, dass die Sitzheizung die eingestellte Temperatur beibehalten kann, nachdem die Heizung die eingestellte Temperatur erreicht hat.
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In der Sitzheizungssteuervorrichtung oder der Fahrzeugstromzuführvorrichtung, die in der
JP-A-2010-105487 beschrieben ist, wird die Temperatur der Heizung so schnell wie möglich durch kontinuierliche Energieversorgung der Heizung erhöht, bis die Heizung die eingestellte Temperatur erreicht, und nachdem die Heizung die eingestellte Temperatur erreicht hat, wird die Stromzufuhr ein- und ausgeschaltet oder das Tastverhältnis der PWM wird so geändert, dass die Temperatur der Heizung in dem bestimmten Temperaturbereich bleibt. Im Allgemeinen ändert sich jedoch ein Widerstandswert eines Widerstandsheizelements, das in der Heizung verwendet wird, mit der Temperatur.
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Beispielsweise zeigen die 7A und 7B Änderungen der Temperatur und des Widerstandswerts eines Widerstandsheizelements und eine Änderung der elektrischen Leistung, die dem Widerstandsheizelement tatsächlich zugeführt wird, wenn eine Leistungszufuhr bei einer konstanten Spannung ab der Aktivierung der Heizung in einem Fall eingeschaltet bleibt, in dem ein Material, das einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, als das Widerstandsheizelement verwendet wird. Nach dem Beginn der Stromzufuhr steigt der Widerstandswert des Widerstandsheizelements, wenn seine Temperatur steigt, und daher verringert sich eine Menge des zugeführten elektrischen Stroms. Als ein Ergebnis verringert sich die Wärmeerzeugungsmenge entsprechend, weil die Menge an dem Widerstandsheizelement zugeführter elektrischer Leistung (in einem Bereich, der durch das Bezugszeichen 9 in 7A bezeichnet ist) absinkt. Andererseits sinkt der Widerstandswert in einem Fall, in dem das Widerstandsheizelement einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, wenn die Temperatur steigt, und wenn die angelegte Spannung konstant bleibt, würde die zugeführte elektrische Leistung ansteigen.
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Wie vorstehend beschrieben ändert sich die Wärmeerzeugungsmenge mit der Änderung der Temperatur, weil der Widerstandswert des Widerstandsheizelements sich beispielsweise dann mit einer Änderung der Temperatur des Widerstandsheizelements ändert, wenn die Temperatur der Heizung mit demselben Tastverhältnis durch die PWM-Steuerung gesteuert wird, was ein Problem verursacht, dass die Temperatur der Heizung nicht genau gesteuert werden kann.
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Zudem wird in der vorstehend beschriebenen Sitzheizung das Widerstandsheizelement so gesteuert, dass der elektrische Strom, der in das Widerstandsheizelement fließt, unabhängig vom Wert des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Widerstandsheizelements oder unabhängig davon, ob das Widerstandsheizelement den positiven oder negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, bei jeder Temperatur unabhängig von dem Wert des Widerstandstemperaturkoeffizienten in die Kapazität der Stromzufuhr fällt. Weil sich die Menge an elektrischer Leistung, die dem Widerstandsheizelement zugeführt wird, gemäß der Temperatur desselben wie vorstehend beschrieben ändert, gibt es ein Problem, dass die Zufuhrfähigkeit der Stromzufuhr nicht bei jeder Temperatur des Widerstandsheizelements vollständig genutzt werden kann. Beispielsweise kann in einem Fall der Zufuhr einer Menge der elektrischen Leistung, die wie in den 7A und 7B gezeigt in der Nähe der Zufuhrkapazität der Stromzufuhr bei einer niedrigen Temperatur eingestellt ist, bei einer höheren Temperatur nur eine Menge an elektrischer Leistung zugeführt werden, die niedriger als die Zufuhrfähigkeit der Stromzufuhr ist, und daher wird die Heizleistung verringert.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend erläuterten Umstände durchgeführt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizungssteuervorrichtung zu schaffen, die eine konstante Wärmeerzeugungsmenge selbst dann erhalten kann, wenn sich ein Widerstandswert eines in einer Heizung verwendeten Heizelements ändert, und die eine Kapazität einer Stromzufuhr zum Zuführen von elektrischer Leistung an die Heizung vollständig nutzen kann.
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Nach einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Heizungssteuervorrichtung geschaffen, um eine Wärmeerzeugungsmenge einer Heizung zu steuern, die ein Heizelement umfasst, das in einem Sitz vorgesehen ist und das einen positiven oder negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, wobei die Heizungssteuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Widerstandserfassungseinheit, die die Elektrizitätsmenge erfasst, die zu einem Widerstandswert des Heizelements passt; und eine Steuereinheit, die eine elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, passend zum von der Widerstandserfassungseinheit erhaltenen Widerstandswert erhöht oder verringert.
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Nach dem vorstehend genannten Aufbau kann eine konstante Menge an elektrischer Leistung unabhängig von der Temperatur des Heizelements durch Steuern der elektrischen Energiemenge zugeführt werden, die dem Heizelement gemäß einer Änderung des Widerstandswerts zugeführt wird, obwohl sich der Widerstandswert des Heizelements ändert, wenn sich seine Temperatur ändert, wodurch die Temperatur der Sitzheizung genau gesteuert werden kann. Zudem ist es möglich, die Stromzufuhrkapazität vollständig zum Zuführen von elektrischer Leistung an die Heizung zu nutzen, weil eine konstante Wärmeerzeugungsmenge erhalten werden kann, obwohl sich der Widerstandswert des Heizelements ändert, wodurch die Heizung unabhängig von der Temperatur der Heizung so schnell wie möglich eine Solltemperatur erreichen kann.
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In der vorstehend genannten Heizungssteuervorrichtung kann das Heizelement einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisen, und die Steuereinheit kann die elektrische Stromzufuhr an das Heizelement durch eine PWM-Steuerung steuern und die elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, durch Ändern eines Tastverhältnisses kompensieren, um es zu erhöhen, wenn der von der Widerstandserfassungseinheit erhaltene Widerstandswert ansteigt.
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Nach dem vorstehend genannten Aufbau wird das Tastverhältnis so gesteuert, dass die Verringerung der elektrischen Stromzufuhr aufgrund der Erhöhung des Widerstandswerts kompensiert wird, obwohl der Widerstandswert ansteigt, wenn die Temperatur des Heizelements ansteigt. Daher kann die Änderung der elektrischen Stromzufuhr an das Heizelement unabhängig von der Temperatur des Heizelements unterdrückt werden. Demgemäß kann die Verringerung der elektrischen Stromzufuhr unterdrückt werden, selbst wenn die Temperatur der Heizung ansteigt, und es ist möglich, die Solltemperatur in einem kürzeren Zeitabschnitt als durch die Heizungssteuerung nach dem Stand der Technik zu erreichen.
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In der vorstehend genannten Heizungssteuervorrichtung kann das Heizelement einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisen, und die Steuereinheit kann die elektrische Stromzufuhr an das Heizelement durch eine PWM-Steuerung steuern und die elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, durch Ändern eines Tastverhältnisses unterdrücken, um es zu verringern, wenn der von der Widerstandserfassungseinheit erhaltene Widerstandswert absinkt.
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Nach dem vorstehend genannten Aufbau wird das Tastverhältnis so gesteuert, dass die elektrische Stromzufuhr durch die Verringerung des Widerstandswerts nicht erhöht wird, auch wenn der Widerstandswert absinkt, wenn die Temperatur des Heizelements ansteigt, und daher ist es möglich, die Änderung der elektrischen Stromzufuhr an das Heizelement unabhängig von dessen Temperatur zu unterdrücken. Zudem ist es möglich, die Solltemperatur in einem kürzeren Zeitabschnitt als durch die Heizungssteuerung aus dem Stand der Technik zu erreichen, weil die Maximalmenge der elektrischen Leistung innerhalb der Kapazität der Stromzufuhr auch dann zugeführt werden kann, wenn die Temperatur der Heizung niedrig ist.
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In der vorstehend erläuterten Heizungssteuervorrichtung kann der Heizung die elektrische Leistung von einer vorab festgelegten Stromzufuhr zugeführt werden, und die Steuereinheit kann dazu fähig sein, dem Heizelement eine maximale Menge an elektrischer Leistung zuzuführen, die innerhalb einer Kapazität der Stromzufuhr bestimmt wird, wenn das Heizelement einen vorab festgelegten Widerstandswert aufweist.
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Nach dem vorstehend erläuterten Aufbau kann die maximale Menge der elektrischen Leistung des Heizelements zu jeder Zeit unabhängig von der Temperatur desselben zugeführt werden, indem der Aufbau verwendet wird, dass die maximale elektrische Leistung dem Heizelement bei der vorab festgelegten Temperatur zugeführt werden kann (einer oberen Grenztemperatur des nutzbaren Temperaturbereichs, wenn der Widerstandstemperaturkoeffizient des Heizelements positiv ist, oder einer unteren Grenztemperatur des nutzbaren Temperaturbereichs, wenn der Widerstandstemperaturkoeffizient negativ ist). Daher ist es möglich, die Kapazität der Stromzufuhr unabhängig von der Temperatur des Heizelements vollständig zu nutzen, und es kann veranlasst werden, dass das Heizelement die Solltemperatur schneller als mit der Heizungssteuerung aus dem Stand der Technik erreicht.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
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Die vorstehenden und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung deutlicher und leichter anzuerkennen, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren verwendet wird, in denen:
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1 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Aufbau einer Heizungssteuervorrichtung zeigt, die für eine Fahrzeugsitzheizung verwendet wird;
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2A und 2B Schaubilder zeigen, die Änderungen der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements und Änderungen der Spannung und des elektrischen Stroms beschreiben, die dem Heizelement in einer Heizungssteuerung für das Heizelement mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten zugeführt werden;
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3A und 3B Schaubilder zeigen, die Änderungen von Temperatur und Widerstandswert eines Heizelements und Änderungen der Spannung und des elektrischen Stroms beschreiben, die dem Heizelement in einer Heizungssteuerung für das Heizelement mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten zugeführt werden,
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4A und 4B Schaubilder zeigen, die Änderungen von Temperatur und Widerstandswerts eines Heizelements und Änderungen der Spannung und des elektrischen Stroms beschreiben, die dem Heizelement in einer anderen Heizungssteuerung für das Heizelement mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten zugeführt werden;
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5 ein Schaubild ist, das tatsächlich gemessene Werte der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten zeigt;
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6 ein Schaubild ist, das tatsächlich gemessene Werte der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten zeigt; und
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7A und 7B Schaubilder zeigen, die Änderungen der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements und Änderungen der Spannung und der elektrischen Leistung beschreiben, die dem Heizelement in einer Heizungssteuerung im Stand der Technik zugeführt wird.
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GENAUE ERLÄUTERUNG
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Nachstehend werden mit Bezug auf die Figuren veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau beschrieben.
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Die nachstehend beschriebenen Inhalte bilden ein Beispiel, das eine typische veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt, und es ist beabsichtigt, dass sie eine Erklärung liefern, durch die das Prinzip und die konzeptionellen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung am effektivsten und ohne Schwierigkeiten verstanden werden können. Im Hinblick darauf ist nicht beabsichtigt, dass strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung nötig beschrieben werden. Daher werden Fachleute aus der Erläuterung zusammen mit den Figuren erkennen, wie mehrere Formen der vorliegenden Erfindung tatsächlich ausgeführt werden.
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Eine Heizungssteuervorrichtung steuert die Temperatur einer Heizung, die in einem Sitz vorgesehen ist, indem eine Wärmeerzeugungsmenge derselben gesteuert wird. Die Heizung wird durch ein Heizelement aufgebaut, das einen positiven oder negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist.
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Es gibt keine Beschränkung für einen Sitz, in dem die Heizungssteuervorrichtung vorgesehen ist, und die Heizungssteuervorrichtung kann beispielsweise bei verschiedenen Sitzen verwendet werden, die in einem Fahrzeug, einem Zimmer und dergleichen angeordnet sind. Die Heizungssteuervorrichtung kann bevorzugt als eine Steuervorrichtung für eine Heizung, die in einem Fahrzeugsitz vorgesehen ist (eine Fahrzeugsitzheizung), oder als Teil einer Steuervorrichtung derselben verwendet werden.
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Die Heizungssteuervorrichtung umfasst eine Widerstandserfassungseinheit, die eine Elektrizitätsmenge erfasst, die zu einem Widerstandswert des Heizelements passt, und eine Steuereinheit, die eine elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, gemäß dem von der Widerstandserfassungseinheit erhaltenen Widerstandswert erhöht oder verringert.
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1 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Fahrzeugsitzes 7, der in einem Fahrzeug wie einem Automobil vorgesehen ist, einer Heizung 2, die in dem Sitz 7 vorgesehen ist, und einer Heizungssteuervorrichtung 1. Der Fahrzeugsitz 7 umfasst einen Sitzpolsterabschnitt 71 und einen Rückenlehnenabschnitt 72. Die Heizung 2, die ein Heizelement zum Aufwärmen eines Körpers eines Insassen 8 ist, der in dem Fahrzeugsitz 7 sitzt, ist in dem Fahrzeugsitz 7 vorgesehen. In dem Sitz 7 dieser veranschaulichenden Ausführungsform ist eine Heizung 21 in einem Oberflächenschichtabschnitt des Sitzpolsterabschnitts 71 vorgesehen, und eine Heizung 22 ist in einem Oberflächenschichtabschnitt des Rückenlehnenabschnitts 72 vorgesehen. Diese Oberflächenschichtabschnitte sind Abschnitte, mit denen der Insasse 8 in Kontakt ist. Die Heizungssteuervorrichtung 1 kann einen Betätigungsschalter, mit welchem der Insasse 8 eine Stromzufuhr für die Heizung 2 ein- und ausschaltet, und einen Steuerabschnitt aufweisen, mit dem der Insasse 8 eine Solltemperatur einstellt (nicht gezeigt).
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Die Heizungssteuervorrichtung 1 umfasst eine Widerstandserfassungseinheit 3, die einen Widerstandswert jeder der Heizungen 21, 22 misst, und eine Steuereinheit 4, die die Menge des elektrischen Stroms steuert, die der Heizung 2 (21, 22 und dergleichen) zugeführt wird. Die Steuereinheit 4 steuert die elektrische Energiemenge, die der Heizung 2 zugeführt wird, und die Wärmeerzeugungsmenge ändert sich entsprechend der Menge der elektrischen Energie, die der Heizung 2 zugeführt wird.
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Die Heizung 2 umfasst das Heizelement und ist vorzugsweise in den Oberflächenschichtabschnitten des Sitzes vorgesehen, mit denen der Insasse in Kontakt ist. Die Oberflächenschichtabschnitte können eine Sitzabdeckung umfassen, die integriert mit dem Sitz so vorgesehen ist, dass eine externe Fläche des Sitzes abgedeckt ist. Beispielsweise können die Heizungen 21, 22 jeweils zwischen Polsterteilen vorgesehen sein, die im Inneren des Sitzpolsterabschnitts 71 und des Rückenlehnenabschnitts 72 und der Sitzabdeckung vorgesehen sind.
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In dem Fall des Fahrzeugsitzes können die Stromzufuhren für die Heizungssteuervorrichtung 1 und die Heizungen 21, 22 von einer fahrzeuginternen bzw. On-board-Stromzufuhr wie einem On-board-Generator (auch: Wechselstromerzeuger oder Lichtmaschine) oder einer in dem Fahrzeug eingebauten Batterie gespeist werden.
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Es gibt keine spezifische Begrenzung eines Materials für das Heizelement, und daher kann ein beliebiges Material verwendet werden. Beispielsweise kann das Material mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten Edelstahl, Kupfer, Nickel-Chrom, Wolfram oder dergleichen sein. Das Material mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten kann Karbon bzw. Kohlenstoff und dergleichen sein. Zudem gibt es keine spezifische Begrenzung bezüglich der Form und der Dimensionen eines Heizelements, das die Heizung bildet. Beispielsweise kann ein Heizelement verwendet werden, das eine lineare Form oder eine flächige Form aufweist.
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5 zeigt als ein Beispiel tatsächlich gemessene Werte der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten. In diesem Beispiel wird ein Edelstahldraht mit einem Durchmesser von 28 μm und einer Länge von 30 cm verwendet. Es wird beobachtet, dass der Widerstandswert im Vergleich zu dem Fall, in dem das Heizelement eine Temperatur von –20°C aufweist, um 3,0% ansteigt, wenn das Heizelement auf eine Temperatur von +80°C aufgeheizt wird.
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Zudem zeigt 6 als ein Beispiel tatsächlich gemessene Werte der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten. In diesem Beispiel wird eine Kohlefaser mit einer Feinheit von 66 tex (g/1000 m) und einer Länge von 26 cm verwendet. Es wird beobachtet, dass der Widerstandswert im Vergleich zu dem Fall, in dem das Heizelement eine Temperatur von –20°C aufweist, um ungefähr 4,4% sinkt, wenn das Heizelement auf eine Temperatur von +80°C aufgeheizt wird.
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Die Widerstandserfassungseinheit 3 ist dazu aufgebaut, eine Elektrizitätsmenge zu erfassen, die zu einem Widerstandswert des Heizelements passt. Es gibt keine spezifische Beschränkung einer zu erfassenden Elektrizitätsmenge. Daher kann sie dazu aufgebaut sein, eine Elektrizitätsmenge zu erfassen, die in einen Widerstandswert des Heizelements umgewandelt werden und unter Verwendung des Aufbaus und des Erfassungsverfahrens gemessen werden kann, die in einer bekannten Widerstandserfassungseinheit verwendet werden. Das heißt, dass die Elektrizitätsmenge eine Spannung oder ein elektrischer Strom, der dem Heizelement zugeführt wird, eine Temperatur und dergleichen des Heizelements sein kann.
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Wenn die Spannung der Stromquelle, die dem Heizelement elektrische Leistung zuführt, beispielsweise gleich bleibt, ist es möglich, einen Widerstandswert des Heizelements zu berechnen, indem ein elektrischer Strom gemessen wird, der zu dem Heizelement fließt. Zudem kann es möglich sein, einen Widerstandswert des Heizelements aus einem gemessenen Wert zu erfassen, der durch Messen der Temperatur des Heizelements mit einem Temperaturerfassungselement wie einem Thermistor erhalten wird. Das heißt, dass die Temperatur des Heizelements als eine Elektrizitätsmenge gemessen werden kann, die zu einem Widerstandswert des Heizelements passt, wenn der Widerstandstemperaturkoeffizient des Heizelements und ein Widerstandswert des Heizelements bei jeweiligen Temperaturen bereits bekannt sind, und die gemessene Temperatur kann dann in den Widerstandswert umgewandelt werden.
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Die Steuereinheit 4 ist dazu aufgebaut, einen Widerstandswert des Heizelements auf der Grundlage der Elektrizitätsmenge zu berechnen, die von der Widerstandserfassungseinheit 3 erfasst wird, um die elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, entsprechend einer Änderung des Widerstandswerts zu erhöhen oder zu verringern. Die Steuereinheit 4 kann nur Hardware umfassen oder kann sowohl Hardware als auch Software umfassen, indem ein Mikroprozessor oder dergleichen verwendet wird. Zudem kann die Steuereinheit 4 als ein Teil einer elektronischen Steuereinheit (ECU) aufgebaut sein.
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Die elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, bedeutet Größen der Spannung, des elektrischen Stroms, der Zeit und dergleichen, die verwendet werden, um das Heizelement mit Energie zu versorgen. Steuerverfahren zum Steuern der elektrischen Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, können beliebig gewählt werden. Beispielweise kann die elektrische Energiemenge durch Durchführen einer Ein/Aus-Steuerung, einer Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM), einer Spannungssteuerung, einer Steuerung des elektrischen Stroms und dergleichen durch den Mikroprozessor gesteuert werden.
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Zudem können der Betätigungsschalter und der Steuerabschnitt mit der Steuereinheit 4 so verbunden sein, dass die Heizung auf der Grundlage der Zustände derselben gesteuert wird.
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Als Nächstes wird das Verfahren und der Vorgang der Steuerung der Heizungssteuervorrichtung beschrieben.
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Die Steuereinheit der Heizungssteuervorrichtung dieser veranschaulichenden Ausführungsform erhält den Widerstandswert des Heizelements auf der Grundlage der von der Widerstandserfassungseinheit erfassten Elektrizitätsmenge und steuert die dem Heizelement zugeführte elektrische Energiemenge so, dass sie sich entsprechend einer Änderung des Widerstandswerts erhöht oder verringert. Durch Steuern der elektrischen Energiemenge in der vorstehend beschriebenen Weise ist es möglich, zu erlauben, dass eine vorab festgelegte Menge an elektrischer Leistung dem Heizelement unabhängig von dem Widerstandswert (der Temperatur) des Heizelements zugeführt wird. Es ist nämlich möglich, die Heizung so zu steuern, dass dem Heizelement eine konstante Menge an elektrischer Leistung zugeführt wird, wenn das Heizelement für einen bestimmten Zeitabschnitt mit Energie versorgt wird, und die Wärmeerzeugungsmenge des Heizelements bleibt unabhängig von der Temperatur des Heizelements konstant.
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Wie vorstehend beschrieben kann irgendein Steuerverfahren verwendet werden, um die elektrische Energiemenge zu steuern, die dem Heizelement zugeführt wird. In der nachstehenden Beschreibung wird die Steuereinheit 4 zur Steuerung der elektrischen Energiemenge beschrieben, die dem Heizelement von einer Stromzufuhr mit einer konstanten Spannung durch die PWM-Steuerung zugeführt wird. Im Allgemeinen wird das Tastverhältnis so gesteuert, dass die Heizung bei einer Solltemperatur (einer eingestellten Temperatur) gehalten wird, wenn die Heizung durch die PWM-Steuerung gesteuert wird. Das Tastverhältnis wird durch ein Verfahren gesteuert, in dem das Tastverhältnis auf der Grundlage verschiedener Faktoren bestimmt wird, zu denen die eingestellte Temperatur, ein Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur und der vorliegenden Temperatur, der Gradient der Temperaturänderung, die verstrichene Zeit und dergleichen gehören, oder ein Verfahren, in dem das Tastverhältnis auf der Grundlage eines vorab festgelegten Musters bestimmt wird. Nebenbei bemerkt wird eine Steuerung so durchgeführt, dass das Tastverhältnis hoch gesetzt wird, um wärmende Hitze so schnell wie möglich zu erhalten, wenn die Heizung aktiviert wird. Hier kann das erfinderische Konzept der vorliegenden Erfindung auf alle Fälle angewendet werden, in denen das Tastverhältnis durch irgendein Verfahren bestimmt wird, weil die Aufgabe der Heizungssteuervorrichtung dieser veranschaulichenden Ausführungsform ist, dass die Wärmeerzeugungsmenge durch den Widerstandswert (die Temperatur) des Heizelements nicht geändert wird. Beispielsweise kann das Tastverhältnis für die Fälle, in denen das Tastverhältnis durch die vorstehend beschriebenen verschiedenen Verfahren bestimmt wird, passend zu einer Änderung des Widerstandswerts des Heizelements erhöht oder verringert werden.
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Zudem kann irgendeine andere Steuerung außer der PWM-Steuerung verwendet werden, solange die elektrische Energiemenge, die dem Heizelement zugeführt wird, erhöht oder verringert werden kann. Beispielsweise kann die Zeit, während der die Energieversorgung des Heizelements ein und aus ist, gesteuert werden, oder die Spannung oder elektrischer Strom, der zugeführt wird, kann passend zu einer Änderung des Widerstandswerts des Heizelements erhöht oder verringert werden.
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Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem ein Temperaturerfassungselement 31 als die Widerstandserfassungseinheit 3 vorgesehen ist, und dieses Temperaturerfassungselement 31 umfasst einen Thermistor, der dazu vorgesehen ist, mit der Heizung 21 in Kontakt zu sein, wodurch ein Wert, der die Temperatur der Heizung 21 anzeigt, als eine zu einem Widerstandswert der Heizung 21 passende Elektrizitätsmenge erfasst wird. Wenn eine Charakteristik des Heizelements wie ein Widerstandswert, ein Widerstandstemperaturkoeffizient oder dergleichen bei einer bestimmten Temperatur bekannt ist, kann die Steuereinheit 4 den derzeitigen Widerstandswert des Heizelements beispielsweise auf Grund einer Umwandlungstabelle aus der Temperatur der Heizung 21 erhalten, die vom Temperaturerfassungselement 31 erfasst wird.
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Die Heizungssteuervorrichtung 1 und die Heizungen 21, 22 sind dazu aufgebaut, von dem On-board-Generator bzw. der Lichtmaschine und der Batterie des Fahrzeugs versorgt zu werden. Weil die elektrische Leistung, die von dem On-board-Generator oder dergleichen erzeugt wird, beschränkt ist, kann die elektrische Leistung, die der Heizung zugeführt werden kann, vorab innerhalb des Bereichs einer Kapazität der Stromzufuhr eingestellt werden, wenn der Widerstandswert des Heizelements ein vorab festgelegter Widerstandswert ist (der nachstehend als „zuführbare elektrische Leistung” oder „maximale elektrische Leistung” bezeichnet wird), und die maximale elektrische Leistung kann als elektrische Leistung bezeichnet werden, die dem Heizelement zugeführt wird, wenn der Widerstandswert des Heizelements im nutzbaren Temperaturbereich minimal ist.
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Die 2A und 2B zeigen Schaubilder, die Änderungen der Temperatur und des Widerstandswerts eines Heizelements und Änderungen der Spannung und der elektrischen Leistung beschreiben, die dem Heizelement in einer Heizungssteuerung für das Heizelement 1 mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten zugeführt wird. Dieses in 2 beschriebene Beispiel zeigt einen Fall, in dem die maximale elektrische Leistung (die zuführbare elektrische Leistung) dem Heizelement zugeführt wird, obwohl der Widerstandswert des Heizelements ansteigt, wenn die Temperatur des Heizelements ansteigt, nachdem die Heizung aktiviert wurde.
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In dem Fall, in dem das Heizelement aus einem Material mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten wie Kupfer gebildet ist, erhält die Steuereinheit 4 den derzeitigen Widerstandswert auf der Grundlage der Temperatur des Heizelements, die von der Widerstandserfassungseinheit 3 erfasst wird, und ändert das Tastverhältnis so, dass das Tastverhältnis ansteigt, wenn der Widerstandswert ansteigt, wodurch die elektrische Energiemenge so gesteuert werden kann, dass sie eine Verringerung der elektrischen Leistung kompensiert, die dem Heizelement zugeführt wird.
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Insbesondere steigt der Widerstandswert des Heizelements an, wenn die Temperatur ansteigt, wenn das Heizelement wie in 2A gezeigt mit Energie versorgt wird, wodurch seine Temperatur ansteigt. Zu dieser Zeit verringert sich der elektrische Strom, der dem Heizelement zugeführt wird, und die dem Heizelement zugeführte elektrische Leistung sinkt, wenn das Tastverhältnis konstant bleibt. Daher wird das Tastverhältnis wie in 2B gezeigt in einem solchen Ausmaß erhöht, dass der Widerstandswert so ansteigt, dass die Breite des Pulses der angelegten Spannung ausgedehnt wird, wodurch verhindert wird, dass die dem Heizelement zugeführte elektrische Leistung kleiner wird. Durch Durchführen dieser Steuerung kann dem Heizelement zu jeder Zeit eine konstante Menge (eine maximale Menge) an elektrischer Leistung unabhängig von der Temperatur des Heizelements zugeführt werden.
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In diesem Beispiel ist es möglich, nur eine Änderung eines Widerstandswerts des Heizelements zu korrigieren, während das Tastverhältnis so geändert wird, dass die maximale elektrische Leistung zu jeder Zeit zugeführt wird, indem das Tastverhältnis auf Grund eines Tastverhältnisses erhöht oder verringert wird, das aus der eingestellten Temperatur oder dergleichen bestimmt wird, obwohl die PWM-Steuerung durch ein beliebiges Verfahren durchgeführt wird, um die Temperatur der Heizung zu steuern.
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Die 3A und 3B zeigen Schaubilder, die Änderungen einer Temperatur und eines Widerstandswerts eines Heizelements und Änderungen einer Spannung und eines elektrischen Stroms beschreiben, die dem Heizelement in einer Heizungssteuerung für das Heizelement 1 zugeführt werden, das einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist. Dieses Beispiel, das in den 3A und 3B beschrieben ist, zeigt einen Fall, in dem die elektrische Leistung, die dem Heizelement zugeführt wird, auf der maximalen elektrischen Leistung (der zuführbaren elektrischen Leistung) beibehalten werden kann, obwohl der Widerstandswert der Heizelements sinkt, wenn die Temperatur des Heizelements nach der Aktivierung der Heizung steigt.
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In dem Fall, in dem das Heizelement aus einem Material gebildet wird, das einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, beispielsweise Carbon, erhält die Steuereinheit 4 den geltenden Widerstandswert, der durch die Widerstandserfassungseinheit 3 erfasst wird, auf der Grundlage der Temperatur des Heizelements und ändert das Tastverhältnis so, dass das Tastverhältnis sinkt, wenn der Widerstandswert sinkt, wodurch die elektrische Energiemenge so gesteuert werden kann, dass die Erhöhung der dem Heizelement zugeführten elektrischen Leistung unterdrückt wird.
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Insbesondere verringert sich wie in 3A gezeigt der Widerstandswert des Heizelements, wenn die Temperatur steigt, wenn das Heizelement mit Energie versorgt wird, wodurch seine Temperatur ansteigt. Zu dieser Zeit steigt der elektrische Strom, der dem Heizelement zugeführt wird, und die dem Heizelement zugeführte elektrische Leistung steigt, wenn das Tastverhältnis konstant bleibt. Daher wird das Tastverhältnis wie in 3B gezeigt in einem solchen Ausmaß verringert, dass der Widerstandswert so verringert wird, dass die Breite des Pulses der angelegten Spannung verengt wird, wodurch die elektrische Leistung, die dem Heizelement zugeführt wird, dazu veranlasst werden kann, die zuführbare elektrische Leistung nicht zu übersteigen. Durch Durchführen dieser Steuerung kann dem Heizelement zu jeder Zeit eine konstante Menge an elektrischer Leistung innerhalb des Bereichs der maximalen elektrischen Leistung unabhängig von der Temperatur des Heizelements zugeführt werden, was es ermöglicht, den Heizwert auf einem konstanten Pegel beizubehalten.
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In diesem Beispiel ist es möglich, nur eine Änderung des Widerstandswerts des Heizelements zu korrigieren, während das Tastverhältnis so geändert wird, dass zu jeder Zeit die maximale elektrische Leistung zugeführt wird, indem das Tastverhältnis auf der Grundlage des aus der eingestellten Temperatur oder dergleichen bestimmten Tastverhältnisses erhöht oder verringert wird, obwohl die PWM-Steuerung durch irgendein Verfahren ausgeführt wird, um die Temperatur der Heizung zu steuern.
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Wie vorstehend beschrieben ist es unabhängig davon, ob der Widerstandstemperaturkoeffizient des Heizelements positiv oder negativ ist, durch Beibehalten der dem Heizelement zugeführten elektrischen Leistung auf der maximalen elektrischen Leistung möglich, das Heizelement zu veranlassen, Wärme zu jeder Zeit mit der konstanten Wärmeerzeugungsmenge zu erzeugen. Demgemäß wird das Heizelement im Vergleich mit der Heizungssteuerung aus dem Stand der Technik (siehe 7A und 7B), in der die zuzuführende elektrische Leistung gesteuert wird, ohne die Änderung des Widerstandswerts des Heizelements in Betracht zu ziehen, in der veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dazu veranlasst, die Solltemperatur in einem kürzeren Zeitabschnitt zu erreichen, indem die elektrische Leistung, die von dem On-board-Generator zugeführt wird, vollständig genutzt wird.
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Zudem kann die eingestellte Temperatur unter Verwendung eines bekannten Steuerverfahrens beibehalten werden, wenn das Heizelement die eingestellte Temperatur erreicht, die die Solltemperatur ist. Beispielsweise wird das Tastverhältnis nach der Zeit T wie in den 4A und 4B gezeigt in einem Fall, in dem das Heizelement den positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, wenn das Heizelement zur Zeit T eine Temperatur erreicht, die eine Solltemperatur ist, auf einen Wert gesetzt, der die Temperatur halten kann, wodurch es möglich ist, die Temperatur zu halten. Zusätzlich kann die Temperatur auch beibehalten werden, indem eine ähnliche Steuerung durchgeführt wird, auch wenn das Heizelement den negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist. Die Temperatur des Heizelements kann auch genauer gesteuert werden, wenn die eingestellte Temperatur auf diese Weise beibehalten wird, indem das Tastverhältnis passend zu einer Änderung des Widerstandswerts des Heizelements auf der Grundlage des eingestellten Tastverhältnisses korrigiert wird. Zudem kann das Heizelement so schnell wie möglich auf die Solltemperatur aufgeheizt werden, weil die maximale elektrische Leistung zu jeder Zeit unabhängig von der Temperatur des Heizelements zugeführt werden kann, wenn die Temperatur des Heizelements auf eine Temperatur unter der Solltemperatur sinkt.
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Daher kann die maximale elektrische Leistung, die innerhalb der Kapazität der Stromzufuhr bestimmt wird, mit der Steuereinheit 4 dem Heizelement zugeführt werden, wenn der Widerstandswert des Heizelements irgendein Widerstandswert ist, wie durch die vorstehende veranschaulichende Ausführungsform beispielhaft ausgeführt. Das Heizelement weist einen bestimmten Widerstandswert bei einer bestimmten Temperatur auf. Beispielsweise ist es möglich, die Kapazität der Stromzufuhr unabhängig von der Temperatur des Heizelements vollständig zu nutzen, indem der Aufbau verwendet wird, dass die maximale elektrische Leistung dem Heizelement bei einer oberen Grenztemperatur des nutzbaren Temperaturbereichs zugeführt werden kann, wenn der Widerstandstemperaturkoeffizient des Heizelements positiv ist, oder bei einer unteren Grenztemperatur des nutzbaren Temperaturbereichs, wenn der Widerstandstemperaturkoeffizient negativ ist. Demgemäß kann das Heizelement dazu veranlasst werden, die Solltemperatur schneller als mit der Heizungssteuerung aus dem Stand der Technik zu erreichen.
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Die Beschreibung, die bisher gegeben wurde, soll nur dazu dienen, die Erfindung zu beschreiben, und soll daher nicht dazu dienen, die vorliegende Erfindung zu beschränken. Während die vorliegende Erfindung beschrieben wurde, indem die typische veranschaulichende Ausführungsform als Beispiel verwendet wird, sollten die Worte, Satzteile oder Sätze, die verwendet werden, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben oder zu veranschaulichen, als nicht beschränkend, sondern als beschreibend oder veranschaulichend verstanden werden. Wie hier genau beschrieben, kann die veranschaulichende Ausführungsform im Gebiet der beigefügten Ansprüche modifiziert werden, ohne vom Geist und Gebiet der Erfindung abzuweichen. Während auf die spezifischen Aufbauten, Materialien und Ausführungsform in der genauen Beschreibung der Erfindung Bezug genommen wird, ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die hier offenbarten Einzelheiten zu beschränken, und somit umfasst die vorliegende Erfindung alle äquivalenten Aufbauten, Verfahren und Anwendungen, die in das Gebiet der beigefügten Ansprüche fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-105487 A [0004, 0005]
