JP3830283B2 - グロープラグ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、グロープラグに関し、さらに詳しくは、発熱チューブを短時間で昇温させることにより、エンジン低温始動性を向上させることができるグロープラグに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、ディーゼルエンジンの始動時の着火補助装置として、グロープラグが各気筒の燃焼室に取り付けられている。グロープラグは、エンジンの始動直前に電流を通じて赤熱させ、これに燃料噴霧の一部を吹き付けて着火、燃焼を補助する。
【0003】
従来、この種のグロープラグとして、例えば図12に示すようなものがあった。図12に示すように、従来のグロープラグ1は、不図示のバッテリに電気的に接続されており、通電と同時に発熱する高抵抗体のヒートコイル11と、ヒートコイル11の発熱により絶縁粉末であるインシュレート粉12を介して赤熱する円筒型の発熱チューブ13とを備える。
グロープラグ1は、通電開始と同時にヒートコイル11が発熱し、インシュレート粉12を介して発熱チューブ13が赤熱する。赤熱した発熱チューブ13の熱により、不図示の噴射ノズルから燃焼室内に吹き付けられた燃料の一部が着火、燃焼を始める。
【0004】
しかし、従来のグロープラグ1は、熱が先端部から後端部へ逃げるので、先端部が赤熱するのに時間がかかり、また、電力消費量が大きいという問題点があった。
そこで、特開平3−267616号公報は、熱が先端部から後端部に逃げることを防ぐ方法を開示した。図13に特開平3−267616号公報において開示されたグロープラグの発熱チューブ13の断面図を示す。
【0005】
特開平3−267616号公報は、発熱チューブ13の先端部に半径方向に絞ったくびれ部13aを設け、発熱チューブ13の先端部分13bを本体部分13cと分けた形状にしている。
発熱チューブ13はくびれ部13aにより先端部分13bと本体部分13cとに分けられているので、先端部分13bの熱の逃げがくびれ部13aにより防止され、先端部分13bは本体部分13cに比し高い温度状態を保っていて熱だまりの状態にある。
よって、例えば、車両を加速状態にする際には、燃焼室へ噴霧される燃料が増加するが、前述の如く発熱チューブ13の先端部分13aは熱だまりの状態にあるので、ヒートコイル11に通電することなく噴霧された燃料の着火を瞬時に行い得られ、過渡応答性を向上できる。また、発熱チューブ13の先端部に、半径方向に絞ったくびれ部13aを設けただけであるので、燃焼室内に占める発熱チューブ13の体積割合を増加させることなく発熱チューブ13の表面積を増大できて燃焼室の温度上昇を確実且つ迅速に行なうことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
(1)確かに、特開平3−267616号公報には、エンジンの過渡応答性および始動性を向上させるために、発熱チューブ13の先端部に半径方向に絞ったくびれ部13aを設けることにより、先端部分13bを熱だまりの状態にし、且つ、伝熱面積を増大させたことが開示されている。しかしながら、特開平3−267616号公報は、従来のグロープラグ1の問題を定性的に解決したにとどまり、具体性に欠けている。すなわち、くびれ部13aの形状、及び、くびれ部13aを形成する位置等の定量的な技術内容については何等開示していない。
【0007】
(2)また、図12に示すように、特開平3−267616号公報に開示しているグロープラグのヒートコイルは、くびれ部13aにおいて変形しているので、通電回数を重ねるにつれて劣化し、耐久性に欠けるという問題があった。
【0008】
そこで本発明は、発熱チューブの先端部を短時間のうちに小電力で効率よく昇温させることができ、しかも、ヒートコイルの耐久性を向上させることができる具体的なグロープラグを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)通電すると発熱するヒートコイルと、前記ヒートコイルの発熱により絶縁粉体を介して赤熱される発熱チューブとを有するグロープラグであって、前記発熱チューブが、半径方向に狭くして形成した溝を有し、前記溝の幅が、2乃至5mmであり、前記ヒートコイルは、一種類の材質からなる部材で構成され、粗密なく、前記溝の部分で変形のない形状とされてなる。
【0010】
(2)(1)に記載するグロープラグであって、前記溝幅の中心が、発熱チューブの先端部から6.5乃至7.5mmの位置にある。
【0011】
(3)通電すると発熱するヒートコイルと、前記ヒートコイルの発熱により絶縁粉体を介して赤熱される発熱チューブと、を有するグロープラグにおいて、前記発熱チューブが、半径方向に狭くして形成した溝を有し、前記溝の幅が、2乃至5mmであり、先端部から第1部材、前記第1部材と異なる材質からなる第2部材で構成され、前記溝幅の中心が、前記第1部材と前記第2部材との接合点と、前記発熱チューブの先端部との間にある。
【0012】
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載するグロープラグであって、前記溝をスウェージャ加工または転造加工によって形成する。
【0013】
上記構成を有する本発明のグロープラグは、次のように作用する。
一種類の材質からなるヒートコイルに通電すると、溝が形成された発熱チューブが発熱する。このとき、溝幅が2乃至5mmであって、溝幅の中心が発熱チューブの先端部から6.5乃至7.5mmの位置にある溝をグロープラグに形成すると、発熱チューブの先端部が短時間で昇温することが、実験から明らかになった。
【0014】
すなわち、溝幅が2mmより狭い場合には、先端部の熱が溝を介して後端部に伝導するため、溝が形成されていない場合と同じ状態となり、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。一方、溝幅が5mmより広いと、最高発熱位置が先端部と溝との間に属さず、最高発熱位置において発生した熱が後端部に逃げるので、先端部が短時間で効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な温度差を生じない。
また、先端部から溝幅の中心までの距離が6.5mm未満である場合には、最高発熱位置が先端部と溝との間に属さず、熱が先端部から後端部へ逃げるので、先端部が効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。一方、先端部から溝幅の中心までの距離が7.5mmを超える場合には、赤熱させる面積が発熱を要しない余分な部分を含んで増大するため、先端部が効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。
従って、溝幅を2乃至5mmであって、先端部から溝幅の中心までの距離が6.5乃至7.5mmである溝を形成すると、溝により先端部から後端部への熱引きが効率よく阻害され、熱が先端部に集中して、先端部が短時間で赤熱する。
【0015】
よって、本発明のグロープラグによれば、例えば、寒冷地などの冬場に長時間エンジンを停止した後などにおいて、グロープラグの後端部を保持するエンジンが完全に冷却した状態であっても、先端部から後端部への熱引きが溝により効率よく阻害されるので、先端部が短時間で赤熱し、エンジンの低温始動性が飛躍的に向上する。
【0016】
しかも、一種類の材質からなる部材で構成されたこのヒートコイルは、粗密なく、溝の部分で変形のない形状とされてなる。このため、通電回数を重ねても劣化しにくく、ヒートコイルの耐久性が高い。
【0017】
また、先端部から第1部材、第1部材と異なる材質からなる第2部材から構成されるヒートコイルに通電すると、溝が形成された発熱チューブが発熱する。このとき、溝幅が2乃至5mmであって、溝幅の中心が第1部材および第2部材の接合点と、先端部との間にある溝を形成すると、発熱チューブの先端部分が短時間で昇温することが、実験から明らかになった。
【0018】
すなわち、溝が第1部材と第2部材との接合点から後端部に形成される場合には、第1部材で発生した熱が、赤熱させる面積が発熱を要しない余分な部分を含んで増大するため、先端部が効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。
従って、溝幅を2乃至5mmであって、先端部から溝幅の中心までの距離が4乃至5mmである溝を形成すると、溝により先端部から後端部への熱引きが効率よく阻害され、熱が先端部に集中して、先端部が短時間で赤熱する。
よって、本発明のグロープラグによれば、例えば、寒冷地などの冬場に長時間エンジンを停止した後などにおいて、グロープラグの後端部を保持するエンジンが完全に冷却した状態であっても、先端部から後端部への熱引きが効率よく阻害され、先端部が短時間で赤熱するので、エンジンの低温始動性が飛躍的に向上する。
【0019】
また、二材型ヒートコイルを使用する溝なしグロープラグは、一材型ヒートコイルを使用する溝ありグロープラグと昇温速度が殆ど変わらない。よって、一材型ヒートコイルを使用しても、二材型ヒートコイルと同じように電力を節約することができる。しかも、一材型ヒートコイルは二材型ヒートコイルよりも安価であるので、一材型ヒートコイルを使用することにより材料費のコストダウンを図ることができる。
【0020】
また、溝は、スウェージ加工または転造加工などを施すことにより容易に形成することができる。
すなわち、スウェージ加工の場合には、チューブを引き伸ばしながら所定に位置において増圧して溝を形成するか、或は、まずチューブを引き伸ばして発熱チューブの本体を形成した後に、再度スウェージ加工を所定の位置に施すことにより溝を形成する。スウェージ加工は一定速度で移動しながら発熱チューブ及び溝を形成するので、加工後にヒートコイルの形状が疎密にならない。よって、ヒートコイルは溝部分において変形しない。
また、転造加工の場合には、スウェージ加工により成形された発熱チューブの本体を型に押し付けながら転動して、型の逆形を発熱チューブの所定の位置に写すことにより溝が形成される。このとき、ヒートコイルは型により押し付けられないので、溝部分において変形しない。
ここで、スウェージ加工または転造加工を施しても、ヒートコイルは変形しないので、通電回数を重ねても劣化しにくく、ヒートコイルの耐久性が向上する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるグロープラグについて具体化した実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施の形態におけるグロープラグ101の外観図である。図2は、図1の横断面図である。図3は発熱チューブの先端部を示す。
図1に示すように、グロープラグ101は、先端部がU字状の円筒形である発熱チューブ113と、ホールディングピン102を中軸とするプラグハウジング107とを備える。プラグハウジング107には、不図示のシリンダヘッドに取り付けるためのネジ部108が形成されている。また、発熱チューブ113には、溝113aが形成されている。図3に示すように、本第1実施の形態における溝113aの形状は、溝幅Q1が2mmであり、溝の深さは0.3mmである。また、先端部から溝幅Q1の中心までの距離P1は7mmである。先端部から溝113aまでを先端部分113b、溝113aから後端部側を本体部分113cとする。
【0022】
図2に示すように、発熱チューブ113の内部には、通電により発熱する高抵抗体からなる一材型ヒートコイル111が配設されており、絶縁粉末であるインシュレート粉112が積め込まれている。ホールディングピン102の一端は、一材型ヒートコイル111に接続する。ホールディングピン102の他端は、プラグハウジング107から外部へ突出しており、突出した部分には、固定ナット105と端子ナット103とが設けられている。そして、固定ナット105と端子ナット103との間にはバネ座金104が配設されている。バネ座金104は、不図示のバッテリの接続端子に接続されている。
【0023】
上記構成を有する第1実施の形態のグロープラグ101の作用について説明する。
不図示のバッテリからの電流は、図2に図示するように、ホールディングピン102の端部に取り付けられた固定ナット103と端子ナット105との間に、バネ座金104を介して取り付けられる不図示の接続端子から通電される。そして、ホールディングピン102から一材型ヒートコイル111へ流れ、さらに発熱チューブ113からプラグハウジング107へ流れるようになっている。プラグハウジング107は、不図示のシリンダヘッドによって保持されている。
通電開始と同時に高抵抗体である一材型ヒートコイル111は発熱し、インシュレート粉112を介して発熱チューブ113を赤熱させる。赤熱された発熱チューブ113の熱により、不図示の噴射ノズルから吹き付けられた燃料の一部が着火、燃焼を始める。
【0024】
ところで、図4は、溝113aを形成したグロープラグと、溝なしグロープラグとの各部位における昇温速度を示すグラフである。図4の縦軸は昇温温度(℃)を示し、横軸は時間(秒)を示す。グラフA及びグラフBは、溝ありグロープラグにおけるA部およびB部(図3参照)の昇温速度を示す。一方、グラフA’及びグラフB’は、溝なしグロープラグにおけるA部およびB部(図11参照)の昇温速度を示す。
【0024】
図4によると、溝113aの有無に関係なく、B部およびB’部の方がA部およびA’部よりも昇温速度が遅い。よって、通電を開始すると、先端部は後端部よりも高温状態になるので、先端部と後端部とは熱平衡の状態に達しようとして、先端部の熱が後端部へ逃げる。
次に、グラフBとグラフB’とを目標温度M2への到達時間について比較すると、グラフBはT1(秒)であるのに対してグラフB’はT3(秒)であることから、グラフBの方がグラフB’よりも昇温速度が遅い。また、グラフAとグラフA’を目標温度M1への到達時間について比較すると、グラフAがT1(秒)であるのに対してグラフA’はT2(秒)であることから、グラフAの方がグラフA’よりも昇温速度が速い。
従って、溝113aを発熱チューブ113に形成すると、熱が先端部から後端部へ逃げにくくなり、先端部が昇温しやすくなることが分かる。
【0025】
そこで、発明者らは、いかなる形状を有する溝113aを発熱チューブ113のどの位置に形成すると、短時間で効率よく発熱チューブ113の先端部を赤熱させることができるかを実験した。その実験データを図5及び図6に示す。
図5は溝113aの形状を具体化することを目的とし、溝幅Q1と一定時間経過後の先端部の昇温温度との関係に関する実験データを示す。図6は溝113aを形成する位置を具体化することを目的とし、先端部からの距離P1と、一定時間経過後の先端部の昇温温度との関係に関する実験データを示す。
【0026】
図5の縦軸は、まず溝なしグロープラグで通電開始から18秒後の先端部の温度αを測定し、次に、所定の溝幅Q1を有し、先端部から溝幅Q1の中心までの距離P1が7mmである溝を形成したグロープラグで通電開始から18秒後の先端部の温度βを測定し、それらの温度差β−α(℃)を示す。一方、横軸は溝幅Q1(mm)を示す。このとき、ヒートコイル111の最高発熱位置S1は、発熱チューブ113に溝113aを形成していない場合において、先端部から5mmの位置である。
ここで、通電開始から18秒後に温度を測定する理由は、溝なしグロープラグ及び溝ありグロープラグの双方が、目標温度である800℃に十分到達し得る時間であるからである。また、溝113aの深さは、先端部分112bから本体部分113cへの熱引きを阻害しやすいように、ヒートコイルに接触しない程度に半径方向に断面積を狭くすることにより形成される。この実験においては、溝113aの深さを0.3mmとする。
【0027】
図5によると、溝幅Q1が2乃至5mmの溝113aを形成すると、溝なしグロープラグとの温度差が約20℃を示し、溝の有無による差異が顕著となる。
すなわち、溝幅Q1が2mmより狭い場合には、先端部分113bの熱が本体部分113cに溝113aの側面を介して伝導するため、溝113aが形成されていない場合と同じ状態となり、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。一方、溝幅Q1が5mmより広い場合には、最高発熱位置S1が先端部分113a内に属さず、最高発熱部S1による熱が本体部分113cに逃げるので、先端部分113bが短時間で効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。従って、溝幅Q1を2乃至5mmとして溝113aを形成すると、最高発熱位置S1が先端部分113b内に属し、溝113aに先端部分113bから本体部分113cへの熱引きが効率よく阻害されるので、熱が先端部分113b内に集中し、先端部が短時間で赤熱する。
ここで、溝幅Q1が5mmより広い場合の方が、溝幅Q1が2mmより狭い場合に比べて溝なしグロープラグとの温度差が大きく、変化もなだらかである。この理由は、溝幅Q1が広くなるほど先端部分113bの面積が小さくなり、熱が集中しやすいためであると考えられる。
【0028】
図6の縦軸は、まず溝なしグロープラグで通電開始から18秒後の温度αを測定し、次に、溝113a(幅2mm、深さ0.3mm)を、先端部から溝幅Q1の中心まで所定の距離を有する溝を形成したグロープラグで通電開始から18秒後の温度γを測定し、それらの温度差γ−α(℃)を示す。横軸は先端から溝幅Q1の中心までの距離P1(mm)を示す。このとき、ヒートコイル111の最高発熱位置S1は、発熱チューブ113に溝113aを形成していない場合において、先端部から5mmの位置である。
ここで、通電開始から18秒後に温度を測定する理由は、溝なしグロープラグ及び溝ありグロープラグの双方が、目標温度である800℃に十分到達し得る時間であるからである。
【0029】
図6によると、先端部から溝幅Q1の中心までの距離P1が6.5乃至7.5mmとなるように溝113aを形成すると、溝113aを形成したグロープラグの先端部は、溝のないグロープラグの先端部よりも約15乃至20℃高温で発熱し、溝の有無による差異が顕著となる。
すなわち、先端部から溝幅Q1の中心までの距離P1が6.5mm未満である場合には、最高発熱位置S1が本体部分113cに属するか、或は、近接するかして、先端部分113bから本体部分113cに熱が逃げるので、先端部分113bが効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。一方、先端部から溝幅Q1の中心までの距離が7.5mmを超える場合には、先端部分113bの面積が大きくなり余分な部分も発熱させなければならないので、先端部分113bが昇温しにくくなり、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。
従って、図6に示すように、溝幅Q1の中心が発熱チューブ113の先端部から6.5乃至7.5mmの距離を有するように溝113aを形成すると、先端部分113bから本体部分113cへの熱引きが効率よく阻害され、先端部分112bに熱が集中するので、先端部が短時間で赤熱する。
【0030】
以上のことから、一材型ヒートコイル111を使用するグロープラグに、溝幅Q1が2乃至5mmであって、発熱チューブ113の内壁がヒートコイル111に接触しない程度に半径方向に断面積を狭くして形成した溝113aを、先端部から溝幅Q1の中心までの距離が6.5乃至7.5mmとなるように形成すると、先端部分113bから本体部分113cへの熱引きが効率よく阻害され、先端部が短時間で無駄な電力を使用せずに赤熱する。この実験結果に基づき、第1実施の形態においては、溝幅Q1を2mm、溝の深さを0.3mmとし、先端部から溝幅Q1の中心までの距離を7mmとしている。
【0031】
次に、本第1実施の形態のグロープラグ101と、一材型ヒートコイルを使用する従来の溝なしグロープラグ1とにおいて、800℃までの到達時間を計測した。図7にその実験データを示す。図7のグラフXは溝ありグロープラグ101を示し、グラフX’は従来の溝なしグロープラグ1を示す。グラフの縦軸は昇温温度(℃)を、横軸は時間(秒)を示す。
図7によると、従来の溝なしグロープラグ1は、通電開始から15秒経過後に800℃に到達するが、第1実施の形態の溝ありグロープラグ101は、通電開始から僅か5秒経過後に800℃に到達する。従って、実験により定量化した溝をグロープラグに形成することにより、800℃までの到達時間を溝なしグロープラグ1の3分の1に短縮することができ、エンジンの低温始動性が飛躍的に改善される。
【0032】
ここで、溝113aは、例えばスウェージ加工あるいは転造加工などを施すことにより形成される。
スウェージ加工の場合は、例えば図8に示すスウェージングマシン50を用いて行なわれる。スウェージングマシン50においては、対象物を取り囲むように配置された複数のダイス53がそれぞれ対応するハンマ52によって支えられており、それらが回転主軸54内に配置されて一体的に回転させられる。この回転主軸54は、焼き入れ鋼等で構成された複数のローラ51を有するゲージ55の内側で回転するようになっており、回転主軸54とともに回転しながらハンマ52がローラ51の位置にくると、ダイス53が圧縮され、ハンマ52が隣接するローラ51の間にくるとダイス53は遠心力による圧縮加工を何度も繰り返すことができる。
【0033】
従って、最終寸法よりも加工代分だけ大径に形成されたチューブ113’内に、コイル111’および絶縁粉末であるインシュレート粉112を封入して、チューブ113’を回転主軸54内に配置し、スウェージングマシン50を作動させる。すると、チューブ113’等は回転主軸54と一体的に回転しながら加圧されて、引き伸ばされる。このとき、チューブ113’の所定の位置において増圧すると、溝113aを一度の工程で形成することができる。また、本体113と溝113aとを別個の工程で形成してもよい。すなわち、スウェージ加工により本体を形成した後に、所定の位置を所定の幅加圧して溝113aを形成する。よって、溝113aを発熱チューブに容易に形成することができる。
このように、スウェージ加工は同じ速度で対象物を引き伸ばすので、ヒートコイル111が疎密にならず、溝113a部分において変形しない。よって、ヒートコイル111は通電回数を重ねても劣化しにくく、ヒートコイルの耐久性が向上する。
【0034】
また、転造加工する場合には、まず、スウェージ加工により発熱チューブ113の本体を形成する。そして、先端部がU字状である円筒形に形成された発熱チューブ113を、例えば、高さ0.3mm、幅2mmの型で押し付けながら転動し、型の逆形を発熱チューブ113に写すように特殊圧延する。このとき、ヒートコイルが型に押し付けられないため、ヒートコイル111が溝113a部分において変形しないので、ヒートコイル111は通電回数を重ねても劣化しにくく、ヒートコイルの耐久性が向上する。
【0035】
以上詳細に説明したように、本第1実施の形態のグロープラグ101によれば次のような効果を奏する。
(1)一材型ヒートコイル111を使用するグロープラグ101において、溝幅が2乃至5mmである溝113aを、先端部から溝幅Q1の中心までの距離が6.5乃至7.5mmとなる位置に形成することにより、先端部分113aから本体部分113cへの熱引きが効率よく阻害され、先端部が短時間のうちに小電力で赤熱し、エンジンの低温始動性が向上する。
従って、例えば、寒冷地の冬場において長時間エンジンを停止した後など燃焼室内が氷点下になった場合において、従来のグロープラグ1は、エンジンの始動を補助する先端部分以外に、冷えきったエンジンに保持されている後端部をも発熱させていたので、先端部の熱が後端部へ逃げ、先端部が赤熱するのに時間がかかり、なかなかエンジンが始動しなかった。しかも、寒冷地の冬場においては特にバッテリの能力が低下しているにもかかわらず、先端部から後端部へ熱引きするために余分な電力を消費し、バッテリに多大な負担をかけた。
しかし、本第1実施の形態のグロープラグ101は、エンジンが冷えきっていても、溝113aにより先端部から後端部への熱引きが効率よく阻害されるので、発熱チューブの先端部を短時間で集中的に赤熱させることができ、エンジンの低温始動性が向上する。また、短時間で先端部が赤熱するので、消費電力が小さく、バッテリに余分な負担をかけない。
【0036】
(2)また、溝113aは、形状が単純であるので、スウェージ加工または転造加工により容易に形成することができる。しかも、ヒートコイル111を変形させることなく溝113aを形成することができるので、ヒートコイル111は通電回数を重ねても劣化しにくく、ヒートコイル111の耐久性が向上する。
【0037】
次に、第2実施の形態のグロープラグについて図面を参照しながら説明する。第1実施の形態のグロープラグ101と第2実施の形態グロープラグとは、ほぼ同様の構成を有しているので、ここでは異なる点についてのみ説明する。図8は、第2実施の形態のグロープラグの断面図である。
図9に示すように、本第2実施の形態のグロープラグのヒートコイル211は、発熱コイル211bと制御コイル211cとを備える。発熱コイル211bは高抵抗体であって、温度抵抗係数が低く作られている。また、制御コイル211cは発熱コイル211bよりも低抵抗体であって、温度抵抗係数が高く作られている。発熱コイル211bと制御コイル211cとは、接合点211aにおいて掛合している。また、第2実施の形態のグロープラグの発熱チューブ213にも、溝213aが形成されている。溝213aは、溝幅Q2が4mmであって、深さが0.3mmである。そして、溝213aは、先端部から溝幅Q2の中心までの距離P2が4.5mmとなるように形成されている。溝213aにより、発熱チューブ213aは、先端部分213bと本体部分213cに分けられている。
【0038】
第2実施の形態のグロープラグの作用について説明する。
ヒートコイル211に通電すると、発熱コイル211bは急速に加熱するが、制御コイル211cは抵抗が小さいので発熱しにくい。よって、二材型ヒートコイル211は、一材型ヒートコイル111よりも先端部の昇温速度が速い。この急速な加熱が続くと、熱が先端部から後端部に伝わるので、抵抗温度係数の大きな制御コイル211cの温度も上昇する。制御コイル211cの温度の上昇とともに抵抗も増加し、発熱コイル211bへの過大電流が制御され、発熱コイル211bの安全温度が保たれる。
【0039】
本第2実施の形態の発熱チューブ213には、溝213aが形成されている。溝213aを先端部と接合点211aとの間に形成すると、先端部分213bから本体部分213cへの熱引きが阻害され、先端部が発熱コイル211bで発生した熱により効率よく赤熱する。発明者らは、更に発熱チューブ213のいずれの位置に溝213aを形成すると、更に効率よく発熱チューブの先端部を昇温させることができるかを実験した。その実験データを図10に示す。
【0040】
図10は、先端部から溝幅Q2の中心までの距離P2と先端部の昇温温度との関係を示す実験データである。すなわち、図9の縦軸は、まず溝をつけていないグロープラグで通電開始から18秒経過後の先端部の温度αを測定し、次に溝213a(幅2mm、深さ0.3mm)を先端部から所定の位置に形成したグロープラグで通電開始から18秒経過後の先端部の温度γを測定し、それらの温度差γ−α(℃)を示す。横軸は先端部から溝幅Q2までの距離P2(mm)を示す。ここで、二材型ヒートコイル211の最高発熱位置は、溝なしグロープラグにおいて先端部から2.5mmである。
また、通電開始から18秒後に温度を測定する理由は、溝の有無とは無関係に二材型ヒートコイルを使用したグロープラグが、800℃に十分に到達し得る時間であるためである。
【0041】
図10によると、先端部から溝幅Q2の中心までの距離P2が4.5mm前後の位置に溝213aを形成すると、溝なしグロープラグに比べて約26℃の高温の状態で昇温し、溝なしグロープラグとの差を顕著に示す。従って、溝213aは、先端部から4乃至5mmの位置に形成することが望ましい。
すなわち、先端部から溝幅Q1の中心までの距離P1が4mm未満である場合には、最高発熱位置S2が本体部分213cに属するか、或は、近接するかして、先端部分213bから本体部分213cに熱が逃げて、先端部分213bが効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。一方、先端部から溝幅Q2の中心までの距離が5mmを超える場合には、先端部分113bの面積が大きくなり余分な部分も発熱させなければならないので、先端部2113bが効率よく昇温せず、溝なしグロープラグと顕著な差異を生じない。
よって、図10に示すように、溝幅Q1の中心が発熱チューブ113の先端部から4乃至5mmの距離を有するように溝213aを形成すると、先端部分213bから本体部分213cへの熱引きが効率よく阻害され、発熱コイル211bにおいて発生した熱が先端部分213bに集中し、先端部が短時間で赤熱する。
【0042】
従って、二材型ヒートコイル211を使用するグロープラグに、溝幅Q2が2乃至5mmであって、発熱チューブ213の内壁がヒートコイル211に接触しない程度に半径方向に断面積を狭くして形成した溝213aを、先端部から溝幅Q2の中心までの距離が4乃至5mmとなるように形成すると、先端部分213bから本体部分213cへの熱引きが効率よく阻害され、先端部が短時間で赤熱する。また、短時間で先端部が赤熱するので電力を節約することができ、バッテリの負担を軽減することができる。
【0043】
図11は、二材型ヒートコイルを使用するグロープラグにおいて、溝を形成した場合Yと、溝を形成しない場合Y’における800℃までの到達時間を示すグラフである。縦軸には昇温温度(℃)を、横軸には時間(秒)をとっている。
図11によると、800℃までの到達時間は、二材型ヒートコイルを使用する溝なしグロープラグは4.5秒であるのに対して、二材型ヒートコイルを使用する溝ありグロープラグ201は4秒であって、所定の溝を形成することにより800℃までの到達時間が約1割速くなった。
従って、接合点211aと先端部との間に溝213aを設けると、先端部分213bから本体部分213cへの熱引きが阻害されるので、短時間で先端部が赤熱し、エンジンの低温始動性が向上する。しかも、通電時間が短くて済むので小電力でエンジンを起動させることができ、バッテリに負担がかからない。
【0044】
以上詳細に説明したように、本第2実施の形態のグロープラグによれば、発熱チューブ213の先端部と接合点211aとの間に溝幅Q2の中心を有する溝213aを形成することにより、先端部から後端部への熱引きが阻害されるので、溝213aを形成しない場合よりも効率よく先端部を発熱させることができ、昇温速度を速くすることができる。しかも、溝213aを形成すると、溝を形成しない場合よりも通電時間が短くなるので、小電力で先端部を赤熱させることができる。
【0045】
ここで、第1実施の形態のグロープラグの効果を示すものとなるが、800℃までの到達時間に関し、図7および図11を参照しながら、一材型ヒートコイルを使用するグロープラグと、二材型ヒートコイルを使用するグロープラグとを比較する。
まず、二材型ヒートコイルを使用する溝なしグロープラグと、第1実施の形態である一材型ヒートコイルを使用する溝ありグロープラグとを比較すると、前者は通電開始から4.5経過後に800℃に到達しているのに対し、後者は通電開始から5秒経過後に800℃に到達し、後者は、前者のの約1.1倍の時間で800℃に到達する。
よって、一材型ヒートコイルを使用しても、溝幅が2乃至5mmであって、先端部から溝幅の中心までの距離が6.5乃至7.5mmの位置に溝を形成すると、二材型ヒートコイルを使用する溝なしグロープラグとほぼ同じ時間で800℃に到達することができる。
【0046】
次に、第2実施の形態である二材型ヒートコイルを使用する溝ありグロープラグと、第1実施の形態である一材型ヒートコイルを使用する溝ありグロープラグとを比較すると、前者は通電開始から4秒経過後に800℃に到達しているのに対し、後者は通電開始から5秒経過後に800℃に到達し、後者の方が前者よりも約1.3倍の時間がかかる。
よって、グロープラグに一材型ヒートコイルを使用しても、溝幅が2乃至5mmであって、先端部から溝幅の中心までの距離が6.5乃至7.5mmの位置に溝を形成すると、二材型ヒートコイルを使用する溝ありグロープラグとほぼ同じ時間で800℃に到達する。
従って、一材型ヒートコイルを使用しても、溝を形成することにより二材型ヒートコイルとほぼ同様に機能するので、二材型ヒートコイルを使用する必要がなくなり、材料費のコストダウンを図ることができる。
【0047】
尚、本発明は上記実施の形態に何等拘束されるものではなく、発明の目的を逸脱しない範囲において変更が可能である。
例えば、本実施の形態において、ヒートコイルはメタルからなるが、セラミックコイル、或はタングステンコイルを使用してもよい。この場合、前者は、セラミックコイルが途中で細くなっている位置に溝を形成することが望ましい。また後者は、タングステンコイルと保持具とが接合する位置に溝を形成することが、望ましい。
【0048】
【発明の効果】
通電すると発熱するヒートコイルと、前記ヒートコイルの発熱により絶縁粉体を介して赤熱される発熱チューブとを有するグロープラグにおいて、前記発熱チューブが、半径方向に狭くして形成した溝を有し、前記溝の幅が、2乃至5mmであるので、溝が先端部から後端部への熱引きを効率よく阻害し、先端部が短時間のうちに小電力で赤熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施の形態のグロープラグに係り、外観図を示す。
【図2】 同じく、図1の断面図である。
【図3】 同じく、第1実施の形態の発熱チューブの先端部を示す図である。
【図4】 同じく、溝を形成した第1実施の形態のグロープラグと、従来の溝なしグロープラグにおける各部位の昇温速度を示す図である。
【図5】 同じく、溝幅と一定時間経過後の先端部の昇温温度との関係に関する実験データ図を示す。
【図6】 同じく、先端部から溝幅の中心までの距離と、一定時間経過後の先端部の昇温温度との関係に関する実験データ図を示す。
【図7】 同じく、溝ありグロープラグと溝なしグロープラグの昇温速度を示す図である。
【図8】 同じく、スウェージングマシンの概念図を示す。
【図9】 本発明の第2実施の形態のグロープラグに係り、発熱チューブの先端部の断面図を示す。
【図10】 同じく、先端部から溝幅の中心までの距離と、一定時間経過後の先端部の昇温温度との関係に関する実験データ図である。
【図11】 同じく、溝ありグロープラグと溝なしグロープラグの昇温速度を示す図である。
【図12】 従来のグロープラグの断面図を示す。
【図13】 特開平3−267616号公報において開示されたグロープラグにおける発熱チューブ部分の断面図を示す。
【符号の説明】
101、201 グロープラグ
111、211 ヒートコイル
211a 接合点
211b 第1部材
211c 第2部材
112、212 絶縁粉体
113、213 発熱チューブ
113a、213a 溝
Q1、Q2 溝幅
Claims (5)
- 通電すると発熱するヒートコイルと、
前記ヒートコイルの発熱により絶縁粉体を介して赤熱される発熱チューブとを有する
グロープラグにおいて、
前記発熱チューブが、半径方向に狭くして形成した溝を有し、
前記溝の幅が、2乃至5mmであり、
前記ヒートコイルは、一種類の材質からなる部材で構成され、粗密なく、前記溝の部分で変形のない形状とされてなることを特徴とする
グロープラグ。 - 請求項1に記載するグロープラグにおいて、
前記溝幅の中心が、発熱チューブの先端部から6.5乃至7.5mmの位置にあることを特徴とするグロープラグ。 - 通電すると発熱するヒートコイルと、
前記ヒートコイルの発熱により絶縁粉体を介して赤熱される発熱チューブと、を有する
グロープラグにおいて、
前記発熱チューブが、半径方向に狭くして形成した溝を有し、
前記溝の幅が、2乃至5mmであり、
前記ヒートコイルが、先端部から第1部材、前記第1部材と異なる材質からなる第2部材で構成され、
前記溝幅の中心が、前記第1部材と前記第2部材との接合点と、前記発熱チューブの先端部との間にあることを特徴とする
グロープラグ。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載するグロープラグにおいて、
前記溝をスウェージャ加工によって形成することを特徴とするグロープラグ。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載するグロープラグにおいて、
前記溝を転造加工によって形成することを特徴とするグロープラグ。
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