JP2016520188A

JP2016520188A - ディーゼルエンジン用グロープラグの金具及びその製造方法

Info

Publication number: JP2016520188A
Application number: JP2016516432A
Authority: JP
Inventors: チョ、ヨウン・ジン; リィ、ピョン・ウォン
Original assignee: ウォー・ジン・インダストリアル・カンパニー・リミテッド
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2016-07-11
Also published as: US9784234B2; US20160123293A1; WO2014196698A1; KR20140142934A; EP3006728B1; EP3006728A1; EP3006728A4; CN105308308A

Abstract

本発明はディーゼルエンジンのエンジンヘッドに取り付けられるグロープラグの金具を全長に関わらず加工が容易な２つ以上の多段分離型構造に改善する一方、エンジンヘッドに締結される金具パート（part）と異なる部分の金具パートのうち、少なくとも１つの材質強度を異にすることによって、エンジンヘッドに締結時、締結強度を高めながら金具の撓みを防止し、製品生産性向上及び製造コスト低減を図ることができる構造のグロープラグの金具及びその製造方法を開示する。本発明は、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結されるディーゼルエンジン用グロープラグの金具であって、前記金具は、前記グロープラグの軸方向に沿って配置され、材質強度が互いに異なる複数の金具パートを含んで構成される。

Description

本発明はディーゼルエンジンに取り付けられるグロープラグに関し、より詳しくは、エンジンヘッドに取り付けられるグロープラグの金具（metal shell）を全長に関わらず加工が容易な２つ以上の金具パートを軸方向に連結して複数段の構造に改善すると共に、金具の部分的強度を改善、例えばエンジンヘッドに締結される部位と残りの部位の材質強度を異にしてエンジンヘッドに締結時、締結強度を高めながら金具の撓みを防止することができる構造の金具及びその製造方法を提供するためのものである。

一般に、ディーゼルエンジンは低温で始動性が悪いため、エンジンの円滑な始動性の確保のための予熱手段としてインジェクタと隣接した燃焼室の上部位置にグロープラグを設置するように設計されており、前記グロープラグは低い温度の外気を加熱して始動を補助する役割をする。

図１は従来のグロープラグの正面図であり、図２は従来のグロープラグに適用される一体型金具の正面図であり、図３は従来のグロープラグがエンジンに設置された状態を示す参考断面図である。

図１乃至図３を参照すると、従来のグロープラグ１０ａは、ディーゼルエンジンのエンジンヘッド１に取付できるように上部外周面にねじ山が形成されるプラグ金具１００ａ（以下、‘金具’という）、及び前記金具１００ａを軸方向に貫通して設置される発熱ピン２００を含んで構成される。

前記発熱ピン２００は、前記金具１００ａの下側に露出する発熱部と、前記金具１００ａの上方に端子部を有し、前記金具１００ａの内部には前記発熱ピンが嵌まるように前記金具を軸方向に貫通して中空ホールが形成される。

そして、前記金具１００ａの中空ホールには前記発熱ピン２００の締り嵌めのための圧入固定部が形成される。

前述した従来のグロープラグ１０ａは、バッテリーから電気エネルギーの供給を受けて発熱するようになり、この熱により空気を加熱させるか、または熱点として機能するようになり、噴射された燃料の一部は熱が発生したグロープラグ１０ａの表面に直接接触気化して磁気着火するようになる。

しかしながら、従来のグロープラグ１０ａは直接噴射式であるディーゼルエンジンに適用するに当たってはさまざまな問題点を有している。

最近、間接噴射式から直接噴射式にディーゼルエンジンの燃料噴射方式が変わるにつれて、グロープラグ１０ａの長さが長くなり、これによって金具１００ａの全長も長くなったが、このように金具１００ａの全長が長くなるにつれて、ディーゼルエンジンのエンジンヘッド１にグロープラグ１０ａを取り付ける時、前記金具に作用する圧縮荷重により金具１００ａの撓みが発生するようになる問題点がある。

また、前記金具１００ａの全長が長くなるにつれて金具製造においても加工上の困難性が伴われる等の問題点が発生している。

参考に、グロープラグは燃料の噴射形態によって予燃焼室（間接噴射エンジンの場合）または主燃焼室（直接噴射エンジンの場合）に設置されるが、エンジン構造上、主燃焼室と分離された小さな燃焼室である予燃焼室に設置されるグロープラグは主燃焼室に設置されるグロープラグに比べてその長さが短いし、最近、直接噴射方式を採択したディーゼルエンジンの需要が増加している趨勢である。

一方、全長の長い金具１００ａのエンジンへの締結時に発生する撓み現象を解消するために、全長の長い金具の材質を強度の高い材料を採択して製作できるが、この場合、金具１００ａの製造コストが格段に上昇する問題点があるだけでなく、金具１００ａの加工において難渋する問題点がある。

既存の金具１００ａは、通常、切削加工あるいは鍛造加工により製造するようになるが、直接噴射式のディーゼルエンジンに適用するためのグロープラグ１０ａに採用される全長の長い金具を切削加工方式により製造する場合には、切削量が多くて生産性を格段に低下させるだけでなく、加工費用の上昇をもたらす問題点がある。

特に、金具１００ａをエンジンに締結する時に発生する撓み現象を解消するために、金具の材質を強度の高い材料を採択して製作する場合には、前記した生産性の低下及び加工費用上昇の問題はより深刻にならざるをえない。

一方、切削加工でない鍛造加工により全長の長い金具１００ａを製造するようになる場合には、金型が大きくなり、パンチが薄くなって、金型破損が発生して、前記金具１００ａの成形が困難になる問題点があり、何より金具の強度が所望の設計強度を表すことができないという問題点がある。

以上のように、間接噴射式から直接噴射式ディーゼルエンジンへの変遷趨勢に合せて金具の全長が長くなるにつれて、既存の金具１００ａの構造をそのまま採用した状態では、前述した既存の加工方式適用時、多様な問題が伴われて時間及び費用が多くかかるか、または加工性及び生産性が低下せざるを得ず、窮極的に産業上の製品競争力が低下するので、これに対する改善が切実に要求される実状である。

本発明は前記した諸問題点を解決するためのものであって、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに取り付けられるグロープラグの金具を全長に関わらず加工が容易な２段以上の構造に改善し、延いては、前記金具の部分的または部分別の強度を異にすることによって、強度及び耐久性を改善した構造のディーゼルエンジン用グロープラグ及びその製造方法を提供することをその目的とする。言い換えると、本発明は他の部分より優れる強度が要求される部分の強度補強のために分節体構造、即ち複数の金具セグメント（金具パート）が軸方向に繋がって相互固定された構造の金具を提供するためのものである。

前記の目的を達成するために本発明は、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結されるディーゼルエンジン用グロープラグの金具において、前記グロープラグの軸方向に沿って配置され、材質強度が互いに異なる複数の金具パートを含んで構成されることを特徴とする、ディーゼルエンジン用グロープラグの金具を提供する。

前記複数の金具パートは、前記ディーゼルエンジンのヘッドに締結されるように、外周面にねじ山が形成された上部金具パートと、前記上部金具パートの下側に直接または他の金具パートを媒介に間接的に結合され、前記上部金具パートと材質強度が異なる少なくとも１つの下部金具パートを含んで構成できる。

前記下部金具パートは、前記上部金具パートより強度の強い材質を有する。具体的に、前記上部金具パートの材質は冷間圧造用鋼線材であり、前記下部金具パートの材質は冷間圧造用炭素鋼線材で構成できる。

前記複数の金具パートは、接合により前記グロープラグの軸方向に結合されて一体形成できる。

前記複数の金具パートは、隣り合って連結される他の金具パートとの結合のために前記他の金具パートとの結合部位に相互形合される段差部が形成できる。

前記複数の金具パートは、前記エンジンヘッドとの結合のためのねじ山を有する金具パートを第１金具パート、前記第１金具パートの下側に連結される金具パートを第２金具パート、前記第２金具パートの下部側に連結される金具パートを第３パートとする時、前記第１金具パートの材質は冷間圧造用鋼線材からなり、第２金具パート及び第３金具パートの材質は冷間圧造用炭素鋼線材からなる。

他の一形態として、本発明は、前述した金具を含むディーゼルエンジン用グロープラグを提供する。

更に他の一形態として、本発明は、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結されるように上部外周面にねじ山が形成され、内部には発熱ピンの挿入のために軸方向に中空ホールが貫通して形成されたグロープラグの金具製造方法であって、前記ねじ山を有する上部金具パートと前記上部金具パートの下側に結合されて前記金具を形成する下部金具パートを各々製造するステップと、前記上部金具パートと前記下部金具パートをレーザー熔接により一体に結合して前記金具を形成するステップを含むディーゼルエンジン用グロープラグの金具製造方法を提供する。

前記上部金具パートと前記下部金具パートは、各々鍛造加工により製造される。そして、前記下部金具パートは、前記上部金具パートと強度が異なる材質で製造される。

より具体的な本発明の一形態によれば、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結するように上部外周面にねじ山が形成され、内部には発熱ピンが挿入できるようになったグロープラグの金具において、前記グロープラグの金具は少なくとも２段に分離された金具パートの連結により一体形成され、前記金具パートのうちの少なくとも２つの金具パートは材質強度が互いに異なることを特徴とする、ディーゼルエンジン用グロープラグの金具が提供される。

前述した構成において、前記ねじ山を有する金具パートの材質が前記ねじ山が形成されない他の金具パートに比べて弱い材質からなることを特徴とする。言い換えると、前記ねじ山が形成されない他の金具パートは強度補強のために前記ねじ山を有する金具パートより強い材質を有する。

一方、前記の目的を達成するための本発明の他の形態によれば、ディーゼルエンジンのヘッドに締結するように上部外周面にねじ山が形成され、内部には発熱ピンが挿入できるようになったグロー金具製造において、前記ねじ山を有する金具パートと、前記ねじ山を有する金具パートに接合される他の金具パートを各々分離して加工するステップと、前記ねじ山を有する金具パートとこれに接合される他の金具パートを隣接させた状態でレーザー熔接により一体をなすように接合するステップを含んでなることを特徴とする、ディーゼルエンジン用グロープラグの金具製造方法が提供される。

本発明のディーゼルエンジン用グロープラグの金具とこれを有するグロープラグ及び金具製造方法に従う効果は、次の通りである。

まず、本発明によれば、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに取り付けられるグロープラグの金具が全長に関わらず容易に加工できる。

即ち、金具を２つ以上の多段分離型接合構造に改善することによって、直接噴射式にディーゼルエンジンの燃料噴射方式が変わるにつれて、長さが長くなったグロープラグの金具製作においても鍛造加工により各パートを容易に加工した後、レーザー熔接などの多様な結合方式により容易に一体に固定することによって、生産性及び加工性を向上させることができる。

そして、本発明は複数の金具セグメント、即ち金具パートが軸方向に繋がって一体に固定された構造であって、部分的に材質を異にして優れる強度が要求されるか、または応力が大きく作用する部分の強度改善が得られる。より具体的には、前記エンジンヘッドに締結される金具パート（part）と残りの金具パートの材質強度を異にすることによって、エンジンヘッドに締結時、金具の撓み発生を効果的に防止できるようになる。

即ち、エンジンヘッドに締結される金具パートに比べて、圧縮荷重による撓みの問題がある残りの金具パートは相対的に強い材質にすることで、既存のグロープラグで発生する金具の撓み現象をきれいに解消できる効果がある。

そして、本発明によれば、金具の各パートを鍛造加工により容易に製作できるので、製品生産性の向上及び製造コスト低減を図ることができる。

既存のグロープラグの正面図である。図１のグロープラグに適用される一体型金具の正面図である。図１のグロープラグがエンジンに設置された状態を示す断面図である。本発明に係るグロープラグの金具を有するグロープラグの一実施形態を示す正面図である。本発明に係る金具の一実施形態を示す正面図である。図５に図示された金具の分解図である。図５に図示された金具の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施のための具体的な例に対して添付図面の図４乃至図７を参照して詳細に説明すれば、次の通りである。

図４乃至図７を参照すると、本発明はディーゼルエンジンのエンジンヘッド１（図３参照）に締結されるディーゼルエンジン用グロープラグの金具１００、及びこれを有するグロープラグ１０であって、前記金具１００は、前記グロープラグ１０の軸方向（長手方向）に沿って配置され、材質強度が互いに異なる複数の金具パート１０１、１０２、１０３を含んで構成される。

前記複数の金具パート１０１、１０２、１０３は、前記ディーゼルエンジンのヘッド１に締結されるように、外周面にねじ山１０１ａが形成された上部金具パート１０１と、前記上部金具パート１０１の下側に直接または他の金具パートを媒介に間接的に結合される下部金具パート１０２、１０３を含む。そして、前記下部金具パート１０２、１０３は、前記上部金具パート１０１と材質強度が異なる少なくとも１つの金具パートを有する。

より具体的に説明すると、本発明はディーゼルエンジンのエンジンヘッド１に締結されるように上部外周面にねじ山１０１ａが形成され、内部には発熱ピン２００が挿入できるようになったグロープラグ１０の金具１００であって、前記金具１００が少なくても２段（少なくとも２つの金具パートが軸方向に結合された構造）に金具パート（part）の結合、例えばねじ結合や熔接などの接合により一体形成される。即ち、前記金具１００は、前記ねじ山１０１ａが形成された金具パート、即ち上部金具パート１０１とその下側に結合されて固定される少なくとも１段の金具パート、即ち下部金具パート１０２、１０３が強度が異なる材質を有する。本実施形態において、前記下部金具パートは２段に構成されるが、前記金具１００の全長（長さ）に合せて３段以上になることもできる。

この際、前記上部金具パート１０１の下側に繋がって結合される前記下部金具パート１０２、１０３は、前記上部金具パート１０１より強い材質を有することが好ましい。前記下部金具パート１０２、１０３が複数の金具パートを含む構造、即ち２段以上の場合、下部金具パートをなす全体が同一な材質であるか、または前記下部金具パート１０２、１０３が異種材質の金具パートが繋がった構造になるように部分的に異なる材質を有することもできる。例えば、前記下部金具パート１０２、１０３のうち、前記上部金具パート１０１と直接連結される部分１０２は、前記上部金具パート１０１と同一な材質で構成され、この部分１０２を媒介に前記上部金具パート１０１に間接的に連結される部分１０３の材質が前記上部金具パート１０１と異なることもある。

一方、前記複数の金具パート１０１、１０２、１０３はレーザー熔接などの各種接合方式により軸方向に繋がって一体化できる。

そして、前記複数の金具パート１０１、１０２、１０３は、隣り合って連結される他の金具パートとの結合のために、他の金具パートとの結合部位（継ぎ手）に相互形合される段差部、即ち形状が対応する段差部が形成される。

より詳しくは、前記金具パートの接合部位（結合部位）には隣り合って結合される金具パートとの組立及び配置を助ける段差部１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂが備えられる。この際、前記段差部１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂは凹または凸を有する構造であって、これは各パート間の熔接の前に他のパートの接合部と形合されるようにするための構成である。

より詳しくは、本実施形態のグロープラグ１０の金具１００は３段の構造であって、前記ねじ山１０１ａを有する金具パートを第１金具パート１０１、前記第１金具パート１０１の下側に連結される金具パートを第２金具パート１０２、前記第２金具パート１０２の下側に連結される金具パートを第３金具パート１０３とする時、前記第１金具パート１０１の材質は冷間圧造用鋼線材（例：ＳＷＲＣＨ１０Ａ）からなり、第２金具パート１０２及び第３金具パート１０３の材質は冷間圧造用炭素鋼線材（例：ＳＷＣＨ４５Ｋ）からなることで、部分的な強度改善を容易に得ることができる。

一方、前記金具１００を構成する第１金具パート１０１、第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３は、各金具パートの材質及び加工性を考慮する時、その長さ比が０．４〜０．６：１：１をなすが、その割合がこれに限定されるものではない。

このように構成される本発明のグロープラグ１０の金具１００の製造過程は、次の通りである。

本発明のディーゼルエンジン用グロープラグ１０の金具１００は、ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結するように上部外周面にねじ山１０１ａが形成され、内部には発熱ピン２００が挿入される構造であって、前記ねじ山１０１ａを有する上部金具パート１０１と、前記上部金具パート１０１の下側に結合されて前記上部金具パートと共に前記金具１００を形成する下部金具パート１０２、１０３が、各々個別的に分離して製造される。前記上部金具パート１０１と前記下部金具パート１０２、１０３は各々鍛造加工により製造される。本実施形態のように、前記下部金具パート１０２、１４０３が２段以上の場合、下部金具パートをなす各々の金具パートも個別的に各々製造される。

そして、前記上部金具パート１０１と前記下部金具パート１０２、１０３をレーザー熔接などの多様な固定方式を用いて一体に結合すれば、前記金具１００が完成できる。

より詳しくは、前記エンジンヘッド１に締結されるように前記ねじ山１０１ａを有する第１金具パート１０１と、前記第１金具パート１０１に接合される第２金具パート１０２と、前記第２金具パート１０２に接合される第３金具パート１０３が各々個別的に加工されて製造される。

この際、前記第１金具パート１０１、第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３は、各々前述した鍛造加工により製造できるが、必ずこれに限定されるものではない。

次に、前記第１金具パート１０、と第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３を互いに隣接させて１列に配置する。この際、前記各金具パートに形成された段差部１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂの段差により、前記第１金具パート１０１、第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３の組立が容易になされることができる。

そして、前記第１金具パート１０１、第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３が隣接して配置された状態でレーザー熔接などにより前記金具パートが一体をなすように固定することで、前記金具１００が完成できる。

このように構成及び製造される本発明のグロープラグ１０の金具１００の作用は、次の通りである。

本発明のグロープラグ１０の金具１００は、複数の段に個別加工されて長さの短い各々の金具パートを鍛造加工により容易に製作した後、これらを相互固定して一体化することによって、製品生産性向上及び製造コスト低減を図ることができる。

即ち、本発明は金具１００を分節体構造に改善することによって、直接噴射式にディーゼルエンジンの燃料噴射方式が変わることによって長さが長くなったグロープラグ１０の金具１００の製作においても鍛造加工により各金具パートを加工した後、レーザー熔接により容易に接合することで、生産性及び加工性を向上させることができる。

結局、本発明はエンジンヘッド１に取り付けられるグロープラグ１０の金具を全長に関わらず容易に加工できるようになる。

そして、本発明の金具１００は分節体構造であって、強度の改善が要求される部分の材質を異にして金具の部分的強度補強が可能であり、これによって金具の撓みを防止することができ、耐久性が向上できる。

即ち、エンジンヘッドに直接締結される金具パートは相対的に弱い材質にし、かつ、締結時に圧縮荷重を受けるようになる残りの部分をなす少なくとも１つの金具パートは、相対的に強い材質を有することによって、前記金具の撓み現象をきれいに解消することができる。

そして、本発明はグロープラグ１０の金具加工方法を分離接合方式に変更し、強い力を受ける部分の金具パートを強い材質にすることで、エンジンヘッドに対するグロープラグ１０の締結強度を向上させることができる。

一方、本発明は前記した実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範疇を逸脱しない限り、多様な形態に変形及び修正が可能である。

例えば、前記実施形態では金具１００が３段に分離されたことを例示したが、これに限定されるものではなく、前記金具１００を構成する第１金具パート１０１、第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３は、鍛造加工することが生産性の面で好ましいので、これを例に挙げたが、各金具パートの加工時の切削加工も適用可能であることは勿論である。

一方、前記実施形態において、前記金具１００は、第１金具パート１０１、第２金具パート１０２、及び第３金具パート１０３の厚さが同一に提示されたが、前記各金具パート１０１、１０２、１０３の厚さは異なるように形成されることもできる。特に、材質が同一材質の場合、各パートの要求強度及び発熱ピン２００の形態を考慮して各パートの厚さは互いに異なる厚さに形成できる。

したがって、本発明の範囲は詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲により表れて、特許請求範囲の意味及び範囲、そして等価概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解析されなければならない。

本発明は、ディーゼルエンジンのヘッドに取り付けられるグロープラグの金具を全長に関わらず製造が容易で、かつ部分的に異なる強度を与えることができる複数段の構造に改善することで、金具の強度及び耐久性の改善と共に、製品生産性向上及び製造コスト低減を図ることができ、自動車部品設計／製造分野及び自動車分野で産業上の利用可能性を有する発明である。

Claims

ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結されるディーゼルエンジン用グロープラグの金具であって、
前記グロープラグの軸方向に沿って配置され、材質強度が互いに異なる複数の金具パートを含んで構成されることを特徴とする、ディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記複数の金具パートは、
前記ディーゼルエンジンのヘッドに締結されるように、外周面にねじ山が形成された上部金具パートと、
前記上部金具パートの下側に直接または他の金具パートを媒介に間接的に結合され、前記上部金具パートと材質強度が異なる少なくとも１つの下部金具パートと、
を含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記下部金具パートは、前記上部金具パートより強度の強い材質を有することを特徴とする、請求項２に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記上部金具パートの材質は冷間圧造用鋼線材であり、前記下部金具パートの材質は冷間圧造用炭素鋼線材であることを特徴とする、請求項３に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記複数の金具パートは、接合により前記グロープラグの軸方向に結合されて一体をなすことを特徴とする、請求項１に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記複数の金具パートは、隣り合って連結される他の金具パートとの結合のために前記他の金具パートとの結合部位に相互形合される段差部が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記複数の金具パートは、
前記エンジンヘッドとの結合のためのねじ山を有する金具パートを第１金具パート、前記第１金具パートの下側に連結される金具パートを第２金具パート、前記第２金具パートの下部側に連結される金具パートを第３パートとする時、前記第１金具パートの材質は冷間圧造用鋼線材からなり、第２金具パートと第３金具パートの材質は冷間圧造用炭素鋼線材からなることを特徴とする、請求項１に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
前記複数の金具パートは、前記金具の部分的強度改善のために材質が異なることを特徴とする、請求項１に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具。
請求項１乃至請求項８のうちのいずれか一項の金具を含むことを特徴とする、ディーゼルエンジン用グロープラグ。
ディーゼルエンジンのエンジンヘッドに締結されるように上部外周面にねじ山が形成され、内部には発熱ピンの挿入のために軸方向に中空ホールが貫通して形成されたグロープラグの金具製造方法であって、
前記ねじ山を有する上部金具パートと前記上部金具パートの下側に結合されて前記金具を形成する下部金具パートを各々製造するステップと、
前記上部金具パートと前記下部金具パートをレーザー熔接により一体に結合して前記金具を形成するステップと、
を含むことを特徴とする、ディーゼルエンジン用グロープラグの金具製造方法。
前記上部金具パート及び前記下部金具パートは各々鍛造加工により製造されることを特徴とする、請求項１０に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具製造方法。
前記下部金具パートは、前記上部金具パートと強度が異なる材質で製造されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のディーゼルエンジン用グロープラグの金具製造方法。