JP5656513B2 - 内燃機関に使用するためのグロープラグ - Google Patents

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Description

本発明は、グロープラグ、及びグロープラグを製造するための方法に関する。グロープラグ特にシース型グロープラグは、内燃機関に使用するために、例えばディーゼルエンジン又はその他のエンジン特に自己点火式内燃機関の常温始動に使用するために適している。このようなグロープラグは、エンジン技術のその他の分野においても使用される。
公知のグロープラグ及び特にシース型グロープラグは、例えばヨーロッパ特許公開第1768456号明細書に開示されている。この場合、セラミック製のヒータコアがグロープラグとして使用されており、このグロープラグ内に熱線及び加熱抵抗が配置されている。熱線の一方側は、ヒータコアの周方向側から電気的に接触されるようになっている。熱線の他方側は、軸方向で突き出し部を介して端子接点としてグロープラグ形のヒートコアから突き出している。
公知のグロープラグ、特に窒化珪素(Si)より成るシース型グローププラグにおいては、端子接点の電気的な接触に問題がある。例えば窒化珪素より成るシース型グロープラグは、しばしば、比較的繊細な金属より成るキャップ接続「Cap-Verbindung」を介して接続される。このキャップ接続によって、例えばワイヤの形に構成された端子接点がセラミック上に保持される。ワイヤは、グロープラグのハウジング内に挿入され、ここで端子ピンと、例えばねじ、点溶接、かしめ(コーキング)等の接続技術によって接続される。次いで、ハウジングはセラミック粉末充填体によって充填され、ワイヤと端子ピンとの間の固定が、ハウジングをハンマーブロー(ハンマーでたたくこと)によって強化される。
しかしながらこのような製造のためには、実際には多くの技術的課題を克服する必要がある。つまりまず第1に、ハウジングをセラミック粉末で充填する作業は、ハンマーブロープロセスと共に比較的高価である。また繊細なヒータコア例えばセラミック製のヒータコアは、ハンマーブロープロセス時に損傷を受け易いという問題がある。
ヨーロッパ特許公開第1768456号明細書
そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式のグロープラグ、並びにこのグロープラグを製造するための方法を改良して、上記のような公知のグロープラグ及びその製造方法における欠点を少なくとも部分的に解決することである。グロープラグは特に、内燃機関に使用するために適しているが、基本的にその他の使用分野にも使用することができる。
グロープラグは、少なくとも1つのヒートコア、特にグローピンを有している。ヒートコアは例えば全体的に又は部分的にセラミック材料、例えば窒化珪素(Si)より製造されている。ヒートコアの可能な構造については、前記従来技術に関する説明を参照されたい。ヒートコアのその他の構造ももちろん可能である。
またグローピンは少なくとも1つのハウジング、例えば全体的に又は部分的に金属材料より成るハウジングを有している。ハウジングは、ヒートコア及び/又はその他の、グロープラグの構成部材を全体的に又は部分的に包囲していて、例えば全体的に又は部分的に円筒形に構成されている。
ヒートコアは、ヒートコアのベース体から延在する少なくとも1つの第1の端子接点を有している。例えばベース体は前述のように、グローピン、例えば円筒形のグローピンとして構成されていてよい。ベース体は例えば、燃焼室に向いた側の先端と、この先端とは反対側の端部とを有している。反対側の端部において、第1の端子接点はベース体から突き出しているか、かつ/またはベース体を基点として例えばベース体の軸線に沿って又は軸線に対して平行に延在している。端子接点は、例えばハウジングの開口を通ってハウジング内部に侵入している。端子接点は、例えば金属キャップの形に構成されており、該金属ヤップは、ヒートコアのプラス接点及び/又はその他の電気的な接点に緊締され、かつ/またははんだ付けされる1つのキャップを有している。第1の端子接点自体は、この第1の端子接点が、少なくともその固有の重力の作用を受けて変形しないか、またはあまり変形しないように、例えば全体的にまたは部分的に剛性であってよい。例えば第1の端子接点は、剛性なワイヤの形に構成されているか、またはロッドの形に構成されていてよい。
また、グロープラグは、ハウジング内部に少なくとも部分的に延在する少なくとも1つの第2の端子接点を有している。この第2の端子接点は、例えば端子ピンとして構成されていて、ハウジング内で第1の端子接点の端部に向かってまたはこの端部の直前まで延在している。
またハウジング内のグロープラグ内に、少なくとも1つの開口を備えた少なくとも1つのコンタクトエレメントが設けられている。この場合、コンタクトエレメントの下に、有利な形式でハウジングとは別個に構成されたエレメントが設けられており、このエレメントは、第1の端子接点と第2の端子接点との間の電気的な接触を形成する。この場合、この電気的な接点は、例えば第1の端子接点と第2の端子接点とを直接的に接続することによって形成される。選択的に、コンタクトエレメント自体が、この電気的な接点であってよいので、電気的な接点は、第1の端子接点からコンタクトエレメントを介して第2の端子接点に向かって、またはこれとは逆向きに第2の端子接点からコンタクトエレメントを介して第1の端子接点に向かって形成される。第1の端子接点と第2の端子接点とは、互いに向き合う側からコンタクトエレメントの開口内にもたらされ、互いに電気的に接続される。
コンタクトエレメントは少なくとも1つの、ハウジングの内側に支えられた保持エレメント、特にディスクを有している。例えば保持エレメントは、その外周部から、少なくともハウジングの一部におけるハウジングの内側横断面に適合させることができるので、コンタクトエレメントの外周部は、直接的にまたは間接的に、及び少なくとも部分的にハウジングの内側に載るようになっている。選択的に、コンタクトエレメントとハウジングの内側との間に別のエレメント、例えばコンタクトエレメントを固定するエレメントを設けることができる。
コンタクトエレメントは、特に開口及び/又は開口の内壁が、ハウジングに対して電気的に絶縁されているように、構成される。これに応じて、コンタクトエレメントは全体的にまたは部分的に絶縁材より製造することができる。
コンタクトエレメントがディスクの形、例えばディスク状の保持エレメントの形、特に円環状ディスクの形に構成されていれば、ディスクは例えば円形、有利には円環状及び/又は多角形状の外周部を有している。例えばディスクは、金属製の縁部及び/又は導電性の縁部を有している。この縁部は例えば少なくとも金属材料より製造されている。この場合、この開口及び縁部は、互いに電気的に絶縁されている。しかしながら一般的に、縁部が良好な導電性を有しているかどうかは重要ではない。何故ならば原則として、コンタクトエレメントを介して電流が伝達されることはないからである。縁部の提案された構成によって、例えばコンタクトエレメントとハウジング例えば支持管との間の気密な接続は、レーザ溶接、圧縮等によって行われる。
コンタクトエレメントはさらに、開口の領域内に、コンタクトエレメントを第1の端子接点及び/又は第2の端子接点と形状結合(形状による束縛)的かつ/または摩擦結合(摩擦による束縛)的に接続するための、少なくとも1つの接続エレメントを有していてよい。例えば機械的な接続を生ぜしめる接続エレメントは、少なくとも1つのねじを有していてよい。しかしながら別の形式の接続、例えば緊締接続、圧接結線接続等も基本的に可能である。少なくとも1つのねじを有する接続エレメントの構成においては、第1の端子接点及び/又は第2の端子接点がその両端部で同様にねじを有していれば、特に有利である。選択的に又は付加的に、接続エレメントのねじは、第1の端子接点及び/又は第2の端子接点をこのエレメント内にねじ込む際にねじ切りを行う切断機能を有していてもよい。
上述のように、ヒータコアは、特に少なくとも1つのセラミック製のヒータコア特にセラミック製のグロープラグ及び/又は窒化珪素材料を有するセラミック製のヒータコアを有していてよい。しかしながら別の構成も基本的に可能である。
また、コンタクトエレメントと前記ヒータコアとの間の中間室が、少なくとも部分的に流動媒体特に空気で満たされていれば、有利である。これによって、提案されたグロープラグは、公知のグロープラグとは異なっている。公知のグロープラグにおいては、ハウジングが、第1の端子接点と第2の端子接点との間の、少なくとも接続領域内において完全に又は部分的にセラミック粉末によって満たされている。
ハウジングは特に支持管を有しており、前記ヒータコアが少なくとも部分的に前記支持管内に挿入されている。ヒータコアの電気的な接触は、前記支持管及び前記第1の端子接点を介して行われるようになっている、例えば、第1の端子接点はヒータコアのプラス極に接続されており、支持管は、ヒータコアの周方向側で、ヒータコアのマイナス極を形成する。
支持管は、ハウジングの一部だけを形成するか、又はハウジングは完全に支持管として構成される。支持管がハウジングの一部だけを形成している場合、支持管は例えば、ハウジングがハウジング体を有していて、該ハウジング体に支持管が肩部を介して装填されている。例えば支持管は管としてハウジング体に形成されており、支持管とハウジング体との間の移行部の領域に肩部が設けられており、該肩部は、第1の端子接点を貫通させるための少なくとも1つの開口を有している。開口のために、同一の内径を有する支持管が選択される。つまり開口の直径はヒータコアの直径にほぼ相当する。この場合、支持管の肩部は、例えばハウジングの外壁に設けられているだけである。選択的に、ハウジングはハウジング体を有していてもよい。支持管はハウジング体と一体的に及び有利には肩部(段部)無しでハウジング体に構成されている。このような構成は可能である。何故ならば、コンタクトエレメントを使用したことによって、従来技術におけるような第1の端子接点と第2の端子接点との間の接続部の支持を高めるためのハンマーブローが、もはや必要ないことによって、ハンマーブロー時にヒータコアが損傷する危険性は存在しないからである。従って、支持管に肩部を設けることは完全に避けられる。
上記本発明の単数又は複数の実施例に従って提案されたグロープラグの他に、グロープラグを製造するための方法が提案されている。この方法は、上記単数又は複数の実施例において特にグロープラグを製造するために用いられる。従ってこの方法の可能な実施態様は、上記説明を参照されたい。しかしながら、別の形式のグロープラグを製造することも基本的に可能である。この方法においては、ヒータコアのベース体から延在する、ヒータコアの少なくとも1つの第1の端子接点がハウジング内に挿入され、ここでコンタクトエレメントの開口内にもたらされる。少なくとも1つの第2の端子接点が、記ヒータコアが存在する側に対向する、ハウジングの側から、前記コンタクトエレメントの開口内に挿され、前記第1の端子接点と第2の端子接点とが互いに電気的に接続される。第1の端子接点及び第2の端子接点を開口内に挿入する順番は基本的に任意である。接続はやはり全体的に又は部分的にコンタクトエレメントを介して行われるので、このコンタクトエレメントは、第1の端子接点及び第2の端子接点の端部を互いに相対的に機械的に固定する機能の他に電気的な機能を有するか、かつ/または直に電気的な接続を行ってもよい。
本発明によって提案されたグロープラグ及び提案された方法は、公知のグロープラグ及び公知の製造方法に対して多くの利点を有している。特に、第1の端子接点と第2の端子接点との間の、電気的かつ機械的な、振動に対して強い頑丈な接続が得られる。このような堅固な接続部の製造時にヒータコアが危険にさらされることは殆どない。しかも、この製造方法は、充填プロセス及び次いで行われるハンマーブロープロセスを有する公知の製造方法と比較して、著しく簡単であり、従って多くのプロセスを省くことができ、例えばハウジングを正確な寸法で製作することができ、その際にそれ以上の加工を必要とすることはない。ハウジング特に支持管を、例えば肩部におけるように、セラミックで保護さする構造は省かれるので、ハウジングは全体的に簡単かつ安価に構成することができる。
以下に本発明を図示の実施例を用いて具体的に説明する。
従来技術の1実施例によるグロープラグの断面図である。 図1に示したグロープラグを改良した本発明の第1実施例によるグロープラグの断面図である。 本発明の第2実施例のグロープラグの断面図である。 コンタクトエレメントの拡大した平面図である。
図1は、シース型グロープラグとして構成された公知のグロープラグ10の実施例を示す。グロープラグ110は、セラミック製のヒータコア114を有しており、このヒータコア114は、例えば全体が又は部分的に窒化珪素セラミックより構成されている。
グロープラグ110は、ハウジング16例えば円筒形の形状を有する金属製のハウジングを有している。このハウジング116自体は、ハウジング体118と支持管120とを有しており、この支持管120は、肩部122においてハウジング体118に当て付けられている。この場合、図1及び後述する図2においても、ハウジング116の形状は単に例として示されているだけであることを指摘しておく。例えば、図1及び図2において、ハウジング116全体が、完全に支持管120として構成されていてもよい。また図示の実施例とは異なり、ハウジング116の内径が例えば一定に保たれていてもよい。また、肩部122が設けられており、この肩部122におけるハウジング116の内径は一定であるが、支持管120の壁厚は肩部の後ろで大きくなっている。
ヒータコア114は、Siセラミックを備えたベース体124を有している。ヒータコア114内に延在する、図1には示されていない加熱エレメントのマイナス極の接触は、例えば支持管120を介して行われる。ヒータコア114のプラス極を接触させるために、ヒータコア114は第1の端子接点126を有している。第1の端子接点126は、図示の実施例ではいわゆるメタルキャップ128として構成されていて、キャップ130とワイヤ132とを有しており、前記キャップ130は、ヒータコア114のプラス接点にはんだ付けされており、前記ワイヤ132は、端部が螺旋状に構成されている。
ワイヤ132内に、端子ピン136として構成された第2の端子接点134がねじ込まれており(図1には、符号140で概略的に示されている)、この端子ピン136は、ワイヤ132に向いた側の端部にねじ山138を備えている。
次いで、ハウジング116の内室が部分的にセラミック粉末充填体で満たされている。セラミック粉末充填体142がハウジング116の内室から出ないようにするために、かつ端子ピン136を支持するために、端子ピン136は、ヒータコア114とは反対側の端部がシールリング144内に支承されている。端子ピン136は、ヒータコア114とは反対側の、ハウジング116の端部で例えばハウジング116から突き出しているか、又は詳しく図示していない形式で電気的に閉鎖されている。例えば端子ピン136は、別の接続部を介してハウジング内部の図示していないコネクタ(例えば丸型コネクタ)内で終わっている。セラミック粉末充填体142は、ワイヤ132と端子ピン136との間の接続部を固定するために用いられる。次いでこの固定部は、管状のハウジング体118又はその一部、特に支持管の一部をハンマーブロー(ハンマーでたたくこと)によって、セラミック粉末充填体142によって補強される。
図1に示された公知のグロープラグ110は、その製造コストが比較的高価である。特に支持管120を設ける必要があり、この支持管120は、ハンマーブロープロセス(ハンマーでたたくプロセス)によってヒータコア114のセラミックが損傷を被ることがないように、ベース体124から分離して構成されている。例えば支持管120はハウジング体118内に、及び/又はハウジング116の別の部分内に挿入される。このセラミックを保護する管構造は高価である。しかも、セラミック粉末充填体142を充填するプロセス段階及びそれに続くハンマーブロープロセス段階は、それ自体に欠陥が多いにも拘わらず多く高価なものであり、第1の端子接点126と第2の端子接点134との間に形成された接続部は、欠陥が多いものである。
従って、本発明によるグロープラグ110の第1実施例が図2に示されている。このグロープラグ110の大部分の構造は、図1に示した公知の構造のものに相当するので、その点に関しては、図1を参照されたい。
図2に示した本発明の実施例によれば、グロープラグ110はコンタクトエレメント146を有しており、このコンタクトエレメント146は、例えばディスク148として構成されている。ディスク148は、保持エレメント150として用いられ、例えば円環状ディスクとして構成されている。ディスク150の外周部は、ハウジング116のうえい側152に支えられている。
ディスク148は開口154を有している。この開口154は必ずしも貫通して構成されていなくてもよい。開口154は例えば、一方側から又は両側から貫通していない盲孔を有していてもよい。開口154内には、両側から、第1の端子接点126及び第2の端子接点134が挿入される。
図4は、ディスク148の拡大した平面図を示す。ディスク148は周面に、図示の実施例では例えばメタルリング158を有している。別の構成も可能である。上述のように、メタルリング158によって、例えばコンタクトエレメント146とハウジング116例えば支持管120との間の気密な接続は、例えばレーザ溶接、圧縮等のプロセスを介して得られる。開口154内のメタル156とメタルリング158との間には、例えば絶縁体160が設けられていてよい。
メタル156は基本的に、任意の頑丈な材料によって置き換えることができる。この場合、選択的に又はメタルに加えて、別の材料を設けても良い。絶縁体として、ひいてはディスク材料として、例えばゴム、プラスチック、セラミック等の任意の絶縁材料を使用してもよい。基本的に、上述のように、コンタクトエレメント146の良好な伝導性は、それほど重要なことではない。何故ならば一般的に、電流はコンタクトエレメント146自体を介して伝達されないからである。
開口154を有するディスク148は、第1の端子接点126を支持するために用いられる。この第1の端子接点126は、例えばワイヤ132として構成することができる。運転に基づいて発生する振動時に良好な支持作用を得るために、キャップ130とディスク148との間のワイヤ長さは、できるだけ短くする必要がある。しかしながら選択的に又は付加的に、別の支持エレメント例えば別のディスク148及び/又はコンタクトエレメント146を使用してもよい。
さらに、開口54の内側及び/又は外側にねじ山162及び/又は別の形式の機械的な接続エレメントが設けられている。図1にも示されているように、この場合、ディスク148に向いた側の、第2の端子接点134の端部にもねじ山138が設けられており、このねじ山138は、ディスク148のねじ山162内にねじ込まれるようになっている。例えば、このねじ山162が金属製のねじ山である。ねじ山162とは反対側において、ヒータコア114のワイヤ132がディスク148内にガイドされている。支持管120内におけるヒータコア114のベース体124の位置は、このベース体124を固定する前、例えばはんだ付けする前に、要求に応じて、例えば内燃機関の燃焼室内におけるヒータコア114の所望の突入長さに応じて、選択可能である。
図2の実施例ではセラミック粉体充填体142は省かれている。コンタクトエレメント146とヒータコア114若しくは肩部122との間の中間室164は、例えば空気で満たされる。
図3には、本発明によるグロープラグ110の第2実施例が示されている。グロープラグ110の構造は、基本的に図2に示した構造に相当しているので、図2の記載が参照される。勿論、この実施例では、ハウジング116が一体的に構成されていて、支持管120とハウジング体118とは、肩部122によって分離されていない。しかしながら上述のように、ハウジング116を、必ずしも図1及び図2に示したように2分割して構成する必要はないので、図示の実施例においても例えば一定の内径を有するハウジング116を提供することができ、例えば壁厚を増大することによってハウジング116の外径の段部と最適に組み合わせることができる。
従って図3に示した実施例では、純粋に円筒形スリーブ状のハウジング116が設けられており、この場合、例えば空気で満たされた中間室164が、コンタクトエレメント146とヒータコア114との間の直接構成されている。前述のように、このような構成は、図1及び図2においても設けられている。ヒータコア114をハウジング116内に組み込んだ後、並びに第1の端子接点126及び第2の端子接点134を接触させた後で、ハンマーはもはや必要ないので、ハウジング体118と支持管120との間に肩部若しくは段部が設けられていないハウジング116を使用することができる。ハンマーブロープロセスによってヒータコア114がダメージを受ける恐れはない。
支持管120内における、ヒータコア114のベース体124のセラミック例えばSiセラミックの位置決めは、例えば必要な突き出し長さに応じて、はんだ付け前に選択される。一般的なフレキシブルな動作を可能にするために、つまりセラミック体114のセラミックがダメージを受けることなしに、支持管120を折り曲げることができるようにするために、ハウジング116若しくはハウジング体118は、ヒータコア114のセラミックのできるだけ後ろを起点として延在するように構成されている。
110 グロープラグ、 112 シース型グロープラグ、 114 ヒータコア、 116 ハウジング、 118 ハウジング体、 120 支持パイプ、 122 肩部、 124 ベース体、 126 第1の端子接点、 128 メタルキャップ、 130 キャップ、 132 ワイヤ、 134 第2の端子接点、 136 端子ピン、 140 、 142 セラミック粉末充填体、 144 シールリング、 146 コンタクトエレメント、 148 ディスク、 150 ディスク、保持エレメント、 152 内側、 154 開口、 156 メタル、 158 メタルリング、 160 絶縁体、 162 ねじ山、 164 中間室

Claims (12)

  1. 内燃機関に使用するためのグロープラグ(110)であって、少なくとも1つのヒータコア(114)と少なくとも1つのハウジング(116)とを有しており、前記ヒータコア(114)が、該ヒータコア(114)のベース体(124)からハウジング(116)内に延在する少なくとも1つの第1の端子接点(126)を有しており、前記グロープラグ(110)がさらに、前記ハウジング(116)内に少なくとも部分的に延在する第2の端子接点(134)を有していて、前記ハウジング(116)内に、少なくとも1つの開口(154)を備えた少なくとも1つのコンタクトエレメント(146)が設けられており、前記第1の端子接点(126)と第2の端子接点(134)とが、互いに向き合う側から前記開口(154)内に挿入され、電気的に接続されていて、前記コンタクトエレメント(146)が、ディスク(148)として構成されており、前記ディスク(148)が金属製の縁部(158)及び/又は導電性の縁部(158)を有していることを特徴とする、グロープラグ(110)。
  2. 前記コンタクトエレメント(146)が、ハウジング(116)の内側(152)に支えられた少なくとも1つの保持エレメント(150)を有している、請求項1記載のグロープラグ(110)。
  3. 前記コンタクトエレメント(146)が、ハウジング(116)の内側(152)に支えられた少なくとも1つのディスク(148)を有している、請求項1記載のグロープラグ(110)。
  4. 前記コンタクトエレメント(146)は、前記開口(154)が前記ハウジング(116)に対して電気的に絶縁されるように、構成されている、請求項1から3までのいずれか1項記載のグロープラグ(110)。
  5. 前記コンタクトエレメント(146)が、前記開口(154)の領域内で第1の端子接点(126)及び/又は第2の端子接点(134)との形状結合的かつ/または摩擦結合的な接続を得るための少なくとも1つの接続エレメントを有している、請求項1からまでのいずれか1項記載のグロープラグ(110)。
  6. 前記接続エレメントがねじ山(162)である、請求項記載のグロープラグ(110)。
  7. 前記ヒータコア(114)が、セラミック製のグローピン及び/又は窒化珪素材料を有するセラミック製のヒータコア(114)を有している、請求項1からまでのいずれか1項記載のグロープラグ(110)。
  8. 前記コンタクトエレメント(146)と前記ヒータコア(114)との間の中間室が、少なくとも部分的に流動媒体で満たされている、請求項1からまでのいずれか1項記載のグロープラグ(110)。
  9. 前記ハウジング(116)が支持管(120)を有しており、前記ヒータコア(114)が少なくとも部分的に前記支持管(120)内に挿入されており、前記ヒータコア(114)の電気的な接触が前記支持管(120)及び前記第1の端子接点(126)を介して行われるようになっている、請求項1からまでのいずれか1項記載のグロープラグ(110)。
  10. 前記ハウジング(116)がハウジング体(118)を有しており、前記支持管(120)が前記ハウジング体(118)と一体的に、肩部を形成することなしに形成されている、請求項記載のグロープラグ(110)。
  11. 前記第2の端子接点(134)が端子ピン(136)を有しており、該端子ピン(136)が前記開口(154)内に押し込まれるか又はねじ込まれるようになっている、請求項1から10までのいずれか1項記載のグロープラグ(110)。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項記載のグロープラグ(110)を製造するための方法において、ヒータコア(114)のベース体(124)から延在する、ヒータコア(114)の少なくとも1つの第1の端子接点(126)をハウジング(116)内に導入して、該ハウジング(116)内でコンタクトエレメント(146)の開口(154)内に挿入し、少なくとも1つの第2の端子接点(134)を、ハウジング(116)の、前記第1の端子接点(126)を挿入する側とは反対側から、前記コンタクトエレメント(146)の開口(154)内に挿入し、前記第1の端子接点(126)と第2の端子接点(134)とを互いに電気的に接続することを特徴とする、グロープラグ(110)を製造するための方法。
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