JP2003516512A - シース型グロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、熱燃焼過程に点火する、特に自己着火式の内燃機関を始動させるためのシース型グロープラグであって、燃焼室の壁に密に配置可能なハウジングが設けられており、該ハウジングが、燃焼室内に突入するセラミックス製のグローシースを収容しており、該グローシースが、電気抵抗を有する、電圧源に接続可能な加熱導体を形成しており、該加熱導体の、グローシース先端部の領域における導電性の横断面が、グローシースボディの領域における導電性の横断面よりも小さく寸法設定されている形式のものに関する。グローシース先端部（３８）が、少なくとも１つの円錐台形の区分（４６，５０，５２）を有していることが提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を備えた、熱燃焼過程に点火
する、特に自己着火式の内燃機関を始動させるためのシース型グロープラグに関
する。

【０００２】 冒頭で述べた形式のシース型グロープラグは知られている。このシース型グロ
ープラグは、自己着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）を始動させるために
使用される。周知のように、自己着火燃焼過程を開始するためには、起爆が要求
される。このためには、グローシースが燃焼室（内燃機関におけるシリンダ室）
内に突入するように燃焼室の壁に密に挿入されたシース型グロープラグが使用さ
れる。この場合、グローシースは、着火させたい燃料・空気混合物に接触してい
る。

【０００３】 セラミックス製のグローシースの使用が知られている。このグローシースの赤
熱区分は導電性のセラミックス材料から成っている。このセラミックス材料は、
燃焼室内に形成される雰囲気に対する高い強度および高い耐性の点で優れている
。さらに、セラミックス製のグローシースは高い耐熱性を有している。

【０００４】 自己着火式の内燃機関を始動させるためには、グローシースが電圧源（自動車
では一般的に自動車バッテリ）に接続されている。グローシースの電気抵抗に相
応して、グローシースの赤熱区分を加熱する電流が通電される。

【０００５】 グローシースのグローシース先端部の迅速な加熱を達成するためには、グロー
シース先端部の領域に局所的に、グローシースボディのその他の領域よりも高い
固有の電気抵抗を備えたセラミックス材料を設けることが知られている。これに
よって、グローシースのグローシース先端部に電気抵抗が集中されるので、そこ
には、局所的により激しくて迅速な加熱が生ぜしめられる。この場合、このよう
な形式のグローシースは、種々異なる固有の電気抵抗を有する種々異なる材料に
よって極めて手間をかけてひいては費用をかけてしか製作することができないと
いう欠点がある。

【０００６】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０６９５０号明細書に基づき、グロー
シース先端部の領域で導電性の横断面が減少しているシース型グロープラグが公
知である。この導電性の横断面の減少によって、そこには、グローシースのその
他の領域よりも激しい加熱が生ぜしめられる。導電性の横断面の減少は、シース
型グロープラグに孔が設けられ、次いで、この孔が、電気的に絶縁性の材料で充
填されることによって獲得される。この場合、このような形式の横断面減少は、
付加的な製作法ステップによって手間をかけてしか獲得することができないとい
う欠点がある。特に電気的に絶縁性の材料をシース型グロープラグの最も高い加
熱の領域に供給する場合には、使用される材料の種々異なる熱膨張係数に基づき
、シース型グロープラグの損傷もしくは破壊を生ぜしめ得る機械的な応力が形成
され得る。

【０００７】 発明の利点 請求項１に記載した特徴を備えた本発明によるシース型グロープラグは従来の
ものに比べて、グローシース先端部の領域における電気抵抗の増加が簡単に獲得
可能であるという利点を提供している。グローシースのグローシース先端部の領
域における赤熱区分の導電性の横断面が、グローシースボディの領域における導
電性の横断面よりも小さく寸法設定されていて、グローシース先端部が、シース
型グロープラグの長手方向軸線に対して延びる円錐台形の区分を有していること
によって、有利には、グローシース先端部に、グローシースボディ全体と同じ材
料を、同じ固有の電気抵抗で使用することができる。グローシース先端部の領域
における導電性の横断面の減少によって、電気抵抗と、通電される導体の横断面
との既知の関係に基づき、抵抗が局所的に増加する。したがって、シース型グロ
ープラグのグローシース先端部の領域における特殊な形状付与によって、極めて
短い加熱時間と相俟って、所要の赤熱温度に最適な電気抵抗を調整することがで
きる。いま、電気抵抗が形状付与に関連していることによって、このような形式
のシース型グロープラグは相応の成形型によって簡単に製作することができる。
いずれにせよ、シース型グロープラグは形状付与によって獲得されるので、減少
させられる導電性の横断面の製作にかかる手間は無視することができる。

【０００８】 このような形式の円錐台形の区分によって、グローシース先端部の領域におけ
る赤熱区分の導電性の横断面の、正確に再現可能な減少が可能となる。さらに、
円錐台形の区分は単純な成形型によって、材料製造に対して適切な再現可能な形
式で繰り返すことができる。

【０００９】 本発明の有利な構成では、グローシース先端部の、シース型グロープラグの長
手方向軸線に対して垂直に延びる面が、斜め面取り部を介して円錐台形の区分に
移行している。斜め面取り部の加工成形によって、先端部の横断面減少ひいては
抵抗増加が得られる。円錐台形に対する後加工によって、この円錐台形の高さを
減少させることができる。したがって、グローシース先端部における赤熱区分の
、規定された導電性の横断面の調整が可能となる。これによって、円錐台形高さ
の初期加工および／または後加工が抵抗測定の間に行われることによって、特に
グローシース全体の電気抵抗を正確に調整することができる。これによって、所
望のパラメータ、特にグローシース先端部の領域に達成したい温度への電気抵抗
の適合を行うことができる。このような形式のプロセスステップは、材料製造に
対して適切な形式で自動化することができる。

【００１０】 本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載したその他の特徴から得られる
。

【００１１】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

【００１２】 図１には、シース型グロープラグ１０が示してある。このシース型グロープラ
グ１０は、自己着火式の内燃機関を始動させるために使用可能である。シース型
グロープラグ１０はプラグハウジング１２を有している。このプラグハウジング
１２はほぼ中空円筒状に形成されている。プラグハウジング１２はグローシース
１４を収容している。プラグハウジング１２はシリンダハウジングの壁に密に配
置可能であるので、グローシース１４は燃焼室内に突入している。グローシース
１４はコンタクトばね１６を介してコンタクトピン１８に導電的に接続されてい
る。このコンタクトピン１８は、図示しない形式で電圧源（自動車では自動車バ
ッテリ）に接続可能であるので、コンタクトピン１８とコンタクトばね１６とを
介して、グローシース１４は電圧Ｕ_＋で負荷可能である。グローシース１４自体
は、導電性のセラミックス材料から成る層（赤熱区分）を有している。このセラ
ミックス材料は、非導電性のセラミックスから成る外側の層内に埋め込まれてい
る。これによって、導電性のセラミックスから成るＵ字形の導体ループが形成さ
れる。この導体ループは加熱導体を形成している。シース型グロープラグ１０は
複数の別の構成部分を有している。これらの構成部分のうち、ここでは、さらに
、シール部材２０；２２と、セラミックススリーブ２４と、金属リング２６と、
締付けエレメント２８とが図示してある。シール部材２０は、同時にプラグハウ
ジング１２に対する電気的な接続が形成されるように構成することができる。プ
ラグハウジング１２を介してやはりアース接続Ｕが実現されている。このような
形式のシース型グロープラグ１０の構造および機能は一般的に知られているので
、これについては、本発明の枠内では説明しないことにする。

【００１３】 さらに、グローシース１４は、電気的に絶縁性の材料から成るコア３０を有し
ている。

【００１４】 図１ａには、グローシース１４が個別に示してある。この場合、切換手段３２
を介してグローシース１４が電圧Ｕで負荷可能であることが概略的に図示してあ
る。図１ａには、導電性のセラミックス層の縦断面図が示してある。したがって
、切換手段３２が閉じられている場合には、電流Ｉがグローシース１４にわたっ
て通電している。このグローシース１４の層構造によって、導電性のセラミック
スはＵ字形のエレメントを形成している。このＵ字形のエレメントはコア３０を
電流Ｉの通電方向で取り囲んでいる。グローシース１４は長さｌのグローシース
ボディ３４を有している。このグローシースボディ３４はほぼ円筒状に形成され
ている。プラグハウジング１２の内部には、グローシースボディ３４が環状張出
し部３６を形成している。この環状張出し部３６はシール部材２０を介してプラ
グハウジング１２に支持されている。グローシースボディ３４は、環状張出し部
３６とは反対の側の端部でグローシース先端部３８に移行している。このグロー
シース先端部３８は長さｌ_１を有している。

【００１５】 グローシース１４の、このような形式の形状構造によって、グローシース１４
の、全部で３つの導電性の区分、つまり、環状張出し部３６からグローシース先
端部３８までの第１の区分４０と、グローシース先端部３８の内部の第２の区分
４２と、グローシース先端部３８から環状張出し部３６にまで戻る第３の区分４
４とが得られる。グローシース１４の導電性のセラミックス材料は既知の固有の
電気抵抗を有しているので、グローシース１４は、図１ｂに示した等価回路図に
置き換えることができる。この場合、区分４０の電気抵抗Ｒ_４０と、区分４２の
電気抵抗Ｒ_４２と、区分４４の電気抵抗Ｒ_４４との直列回路が得られる。したが
って、グローシース１４に対する総抵抗ＲはＲ＝Ｒ_４０＋Ｒ_４２＋Ｒ_４４から得
られる。

【００１６】 シース型グロープラグ１０の規定通りの使用時にグローシース先端部３８の領
域において、グローシース１４の材料の既知の固有の電気抵抗と、極めて短い加
熱時間内で、予め規定された赤熱温度、たとえば最高で２ｓ内で９５０℃とを達
成するためには、互いに個々の抵抗の比率に対して、規定された必要性が生ぜし
められる。この場合、総抵抗Ｒに対する抵抗Ｒ_４２の割合は、総抵抗Ｒに対する
抵抗Ｒ_４０と抵抗Ｒ_４４との合計Ｒ_４０＋Ｒ_４４の割合よりも過度に大きくなけ
ればならない。さらに、コア３０の抵抗Ｒ_３０はグローシース１４の抵抗Ｒより
も極めて過度に大きいことが認められている。

【００１７】 抵抗Ｒ_４２が抵抗Ｒ_４０と抵抗Ｒ_４４との合計Ｒ_４０＋Ｒ_４４よりも過度に大
きいことによって、電圧Ｕが一定である場合に電気抵抗Ｒに相応して赤熱電流Ｉ
の量が得られる。電圧Ｕと電流Ｉとが一定である場合には、部分抵抗Ｒ_４０，Ｒ _４２ ，Ｒ_４４に関する電圧降下は、最大の電気抵抗が存在しているところで最大
となる。この最大の電気抵抗が抵抗Ｒ_４２に位置している場合には、そこに、最
大の電圧降下が生ぜしめられる。抵抗Ｒ_４０と抵抗Ｒ_４４との合計に対する抵抗
Ｒ_４２の量比率を規定することによって、抵抗Ｒ_４２が相応に大きく設定されて
いる場合には、そこに、最大の電圧降下を集中させることができる。提供される
加熱出力もやはり一定の電流と電圧降下とに直接関連しているので、したがって
、グローシース先端部３８の領域に最大の加熱出力が得られることが達成される
。

【００１８】 抵抗Ｒに対して、一方では、この抵抗Ｒが、電気的な導体の長さｌと、電気的
な導体の横断面Ａと、電気的な導体の固有の電気抵抗とに関連していることが知
られている。長さｌが一定であると同時に固有の電気抵抗が同じで横断面積Ａが
小さければ小さいほど、抵抗Ｒは益々大きくなる。この関係を使用して、図２〜
図４には、グローシース先端部３８の、最適化された構造の種々異なる実施例が
示してある。最適化された幾何学的形状は、グローシース先端部３８の領域にお
いてグローシースボディ３４およびグローシース先端部３８のために使用される
導電性のセラミックス材料の固有の電気抵抗値が同じである場合に高い電気抵抗
Ｒ_４２を集中させるために役立つ。図２〜図４には、グローシース先端部３８の
、それぞれ拡大された概略図が示してある。

【００１９】 図２に示したように、グローシース先端部３８は最初の円錐台形の区分４６を
有している。この円錐台形の区分４６には半球形の区分４８が続いている。この
半球形の区分４８は直径ｄを有している。この直径ｄはグローシースボディ３４
の直径ｄ_１よりも小さく寸法設定されている。円錐台形の区分４６を介して、直
径ｄへの直径ｄ_１の適合が行われている。これによって、グローシース先端部３
８の長さｌ_１にわたって、図面によれば紙面に対して垂直方向で見て、グローシ
ースボディ３４から半球形の区分４８への横断面の減少が得られる。したがって
、半球形の区分４８の直径ｄの選択によって、グローシース先端部３８の導電性
の区分４２の最小の横断面Ａを規定することができる。この最小の横断面Ａは円
錐台形の区分４６と半球形の区分４８との間の移行領域に得られる。したがって
、使用される材料の電圧Ｕと固有の電気抵抗とが知られている場合には、半球形
の区分４８の直径ｄの選択と、長さｌ_１の選択とによって、グローシース先端部
３８の抵抗Ｒ_４２を最適化させることができる。

【００２０】 図３に示した実施例では、グローシースボディ３４が第１の円錐台形の区分５
０を介して第２の円錐台形の区分５２に移行している。円錐台形の区分５０の入
口直径はグローシースボディ３４の直径ｄ_１に相当している。円錐台形の区分５
０の出口直径ｄ_２は円錐台形の区分５２の入口直径に相当している。この入口直
径は直径ｄにまで減径されている。直径ｄ_１に対する直径比ｄ，ｄ_２の選択によ
って、線路区分４２の横断面Ａの調整を達成することができる。直径ｄ；ｄ_２が
小さく選択されればされるほど、線路区分４２の横断面Ａは益々小さくなり、次
いで、直径ｄ；ｄ_２と長さｌ_１との選択によって、グローシース先端部３８の抵
抗Ｒ_４２を最適化させることができる。

【００２１】 区分５７の層厚さｄ_Ｒの減少によって、抵抗の後続の修正がある程度の範囲内
で可能となる。

【００２２】 図４には、特に有利な変化形が示してある。この変化形では、円錐台形の区分
５２が斜め面取り部５４を備えている。これによって、グローシース先端部３８
に別の円錐台形の区分５６が得られる。この円錐台形の区分５６は入口直径ｄ_４ から直径ｄ_３に移行している。グローシース１４の長手方向軸線に対する斜め面
取り部５４の角度αに相応して、直径ｄ_３；ｄ_４の比率を調整することができる
。角度αが大きければ大きいほど、線路区分４２の横断面積Ａは円錐台形の区分
５６の領域において益々小さくなる。次いで、区分５６の層厚さｄ_Ｒの減少によ
って、抵抗の修正がある程度の範囲内で可能となる。これによって、既知の関係
に相応して抵抗Ｒ_４２の増加が得られる。

【００２３】 実施例に基づき、単純な幾何学的な構造によって、線路区分４２の横断面Ａの
減少ひいては抵抗Ｒ_４２の増加が獲得可能となることが容易に明らかとなる。こ
れによって、極めて小さな加熱時間をシース型グロープラグ１０に達成すること
ができる。使用される材料の固有の電気抵抗と材料の温度係数とに相応して、長
さｌ_１に相俟って横断面Ａひいては抵抗Ｒ_４２を最適化させることによって、特
にグローシース先端部３８でのグローシース１４の最大の赤熱温度を調整するこ
とができる。グローシース３４に用いられる材料として、正の温度係数を備えた
セラミックスが使用される、すなわち、温度が増加するにつれて抵抗Ｒが増加す
ると、自己調整するグローシース温度を赤熱電流Ｉの減少と同時に抵抗Ｒの増加
によって獲得することができる。

【００２４】 グローシース１４の、提案された幾何学的形状は簡単に製作することができる
。周知のように、グローシース１４は、「未処理の状態」で付与されたセラミッ
クス材料から成形され、次いで、焼成される。射出成形技術でのセラミックス製
のグローシースの製作も同じく可能である。グローシースの焼成時には、形状付
与の間、適宜な成形型によって円錐台形の区分４６，５０，５２もしくは半球形
の区分４８が形成される。特に図４に示した実施例では、層厚さｄ_Ｒの後続の減
少によって、グローシース先端部３８の抵抗Ｒ_４２の、規定された調整を行うこ
とができる。したがって、たとえばグローシース１４の長手方向軸線に対するコ
ア３０のずれによってまたは固有の電気抵抗における偏差において生ぜしめられ
得るグローシース１４の製造誤差は補償することができる。この過程はグローシ
ース製作時に自動化することができる。抵抗の測定と同時に研削加工が行われる
。これによって、層厚さｄ_Ｒが減少させられるので、抵抗は増加する。目標抵抗
の達成時には研削加工は中止される。

【００２５】 製造に基づき、グローシース１４の個々の区分は半径Ｒ_ｄを介して互いに移行
することができる。ただし、この半径Ｒ_ｄは、グローシース先端部３８の、調整
したい横断面Ａひいては調整したい抵抗Ｒ_４２に対して、無視できる程度の小さ
な影響しか与えない。

【００２６】 自己着火式の内燃機関を始動させる他に、本発明によるシース型グロープラグ
１０は、たとえばガスボイラにおける熱燃焼過程に点火するためにも使用するこ
とができる。

【００２７】 本発明の思想は、抵抗に与える影響の、前述した可能性に対して付加的に、グ
ローシース先端部３８が、グローシース１４のその他の領域とは異なる固有の電
気抵抗を備えた材料から成っている場合にも当てはまる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 シース型グロープラグの断面図である。

【図１ａ】 グローシースの縦断面図である。

【図１ｂ】 グローシースの等価回路図である。

【図２】 グローシース先端部の第１実施例の概略的な断面図である。

【図３】 グローシース先端部の第２実施例の概略的な断面図である。

【図４】 グローシース先端部の第３実施例の概略的な断面図である。

【符号の説明】

１０ シース型グロープラグ、 １２ プラグハウジング、 １４ グローシ
ース、 １６ コンタクトばね、 １８ コンタクトピン、 ２０ シール部材
、 ２２ シール部材、 ２４ セラミックススリーブ、 ２６ 金属リング、
２８ 締付けエレメント、 ３０ コア、 ３２ 切換手段、 ３４ グロー
シースボディ、 ３６ 環状張出し部、 ３８ グローシース先端部、 ４０
区分、 ４２ 区分、 ４４ 区分、 ４６ 円錐台形の区分、 ４８ 半球形
の区分、 ５０ 円錐台形の区分、 ５２ 円錐台形の区分、 ５４ 斜め面取
り部、 ５６ 円錐台形の区分、 ５７ 区分、 ｄ 直径、 ｄ_１ 直径、
ｄ_２ 直径、 ｄ_３ 直径、 ｄ_４ 直径、 ｄ_Ｒ 層厚さ、 Ｉ 電流、 ｌ
長さ、 ｌ_１ 長さ、 Ｒ_４０ 電気抵抗、 Ｒ_４２ 電気抵抗、 Ｒ_４４
電気抵抗、 Ｒ_ｄ 半径、 Ｕ 電圧、 α 角度

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱燃焼過程に点火する、特に自己着火式の内燃機関を始動さ
   せるためのシース型グロープラグであって、燃焼室の壁に密に配置可能なハウジ
   ングが設けられており、該ハウジングが、燃焼室内に突入するセラミックス製の
   グローシースを収容しており、該グローシースが、電気抵抗を有する、電圧源に
   接続可能な加熱導体を形成しており、該加熱導体の、グローシース先端部の領域
   における導電性の横断面が、グローシースボディの領域における導電性の横断面
   よりも小さく寸法設定されている形式のものにおいて、グローシース先端部（３
   ８）が、少なくとも１つの円錐台形の区分（４６，５０，５２）を有しているこ
   とを特徴とする、シース型グロープラグ。
2. 【請求項２】 グローシース先端部（３８）が、半球形の区分（４８）を有
   しており、該区分（４８）の直径（ｄ）が、グローシースボディ（３４）の直径
   （ｄ_１）よりも小さく寸法設定されている、請求項１記載のシース型グロープラ
   グ。
3. 【請求項３】 直径（ｄ_１）に対する直径（ｄ）の比率を長さ（ｌ_１）に相
   俟って規定することによって、導電性の横断面（Ａ）が調整可能である、請求項
   １または２記載のシース型グロープラグ。
4. 【請求項４】 グローシース先端部（３８）が、２つの円錐台形の区分（５
   ０，５２）を有しており、第１の区分（５０）の出口直径が、第２の区分（５２
   ）の入口直径に相当している、請求項１から３までのいずれか１項記載のシース
   型グロープラグ。
5. 【請求項５】 終端直径（ｄ）を有する円錐台形の区分（５２）が、斜め面
   取り部（５４）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のシース
   型グロープラグ。
6. 【請求項６】 斜め面取り部（５４）の角度（α）をグローシース（１４）
   の長手方向軸線に対して選択することによって、導電性の横断面（Ａ）が調整可
   能である、請求項５記載のシース型グロープラグ。
7. 【請求項７】 終端直径（ｄ）を有する円錐台形の区分（５２，５６）の層
   厚さ（ｄ_Ｒ）を選択することによって、導電性の横断面（Ａ）が調整可能である
   、請求項１から６までのいずれか１項記載のシース型グロープラグ。
8. 【請求項８】 グローシース（１４）が、グローシース先端部（３８）の領
   域において、グローシースボディ（３４）の領域とは異なる固有の電気抵抗を備
   えた材料から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載のシース型グ
   ロープラグ。