JPH0133733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属ケーシングの縦孔内に固定され
たセラミツク管を有する、内燃機関用のグロープ
ラグであつて、このセラミツク管が燃焼室側に底
部を有しまたその表面上には電気的な加熱素子が
配設されており、この加熱素子から少なくとも１
つの電気的な接続・結合部材がケーシング縦孔を
通つて案内されている形式のものに関する。ドイ
ツ連邦共和国特許第406932号明細書に基づいて公
知の上記形式を有するグロープラグにおいては、
その各構成部材及びその構造体の高い熱容量に基
づいて、蒸気燃料・空気混合気の点火のために必
要な温度に達するために比較的に長い時間がかか
つてしまう、従つて、このようなグロープラグは
その構造に基づいて、十分な耐用年数は有し得ず
しかも相対的に高価なものとなつてしまつてい
る。

更にドイツ連邦共和国特許出願公開第290984号
明細書に基づいて公知のグロープラグにおいて
は、管状のセラミツク保持体の外套部の上に膜状
の加熱素子が配置されているが、しかし、このグ
ロープラグでも現在の内燃機関に用いるにはやは
り極めて長い時間をその予熱作業のために必要と
してしまうのである。

本発明の出発点となつた上記の先行技術に対し
て、加熱素子が、ほぼ中空の内室を有するセラミ
ツク管の、燃焼室内の底部の範囲にほぼ限定され
て配置されかつ膜状に形成されており、しかも絶
縁性で密な保護膜によつておおわれていることを
特徴とする本発明のグロープラグの有する利点
は、必要な予熱温度が２秒よりも少ない時間で得
られ、また優れた耐用年数を有し、更に最新の製
造法によつて安価な製作が可能なことである。

本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲第２
項乃至第１５項に記載したとおりである。グロー
プラグのセラミツク管底部上に配置された膜状の
加熱素子が接続用の各帯状導電体の間の狭窄部分
として形成されていると、該グロープラグの予熱
時間を特に短くすることが可能となる。またこの
本発明による特に有利なグロープラグのセラミツ
ク管への熱による負荷を解除するためには有利に
は、加熱素子とセラミツク管との間に多孔性のセ
ラミツク・中間膜が配置されまたたいていはもう
１つの付加的な伝熱膜が必要とされる。このよう
なグロープラグの耐用年数を長いものとするため
には、セラミツク管の底部がドーム形状に形成さ
れていると有利であり、更にグロープラグを内燃
機関内に取付ける際にセラミツク管や加熱素子に
破損が生じるのを防ぐためには、作業温度で燃焼
する保護スリーブがセラミツク管の周囲にいくら
か距離を置いて配設されると有利である。

更に本発明のグロープラグの特に有利な点は、
該グロープラグに簡単な方法で光電的な燃焼室セ
ンサが装着され得る点であり、この燃焼室センサ
とは原理的に公知で、内燃機関内での蒸気燃料・
空気混合気の点火開始やその燃焼の経過を捕促す
るために働き、また光導電管としてグロープラグ
の接続ボルトを介して案内されていてもよいもの
であり、当該のグロープラグの発熱体を以つてそ
の機能を保証されて配設されている。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図及び第２図に示されたグロープラグ１０
は縦孔１２を有する管形状の金属ケーシング１１
を有し、この金属ケーシング１１の外面には図示
されていない機関内への取付けのために、ねじ込
み用のねじ山１３とスパナ係合６角頭部１４と、
更に燃焼室側の端部に配置されたはめ合いシール
部１５とが設けられている。ケーシング１１の縦
孔１２の燃焼室側端部分には肩部１６が設けられ
ており、この肩部１６上には発熱体１７の、外方
へ向けられたフランジ１８が載設されており、更
にこの発熱体のフランジ１８と金属ケーシング１
１の縦孔の肩部１６との間には銅製の接触リング
１９がそう入されており、この接触リング１９は
同時に発熱体１７と金属ケーシング１１との間の
シール材としても働いている。

発熱体１７は保持体としてセラミツク管２０を
有しており、このセラミツク管２０は金属ケーシ
ング１１の燃焼室側端部から突出しておりまた該
セラミツク管２０自体の燃焼室側端部は底部２１
を以つて閉じられている。セラミツク管２０は絶
縁性のセラミツク材料か又はガラス・セラミツ
ク、有利には酸化アルミニウムから成り、また該
セラミツク管２０の、ケーシング１１から突出し
た部分は約５mmの外径を有しており、更にその底
部２１の範囲は約0.5mmの壁厚さを有するがこの
壁厚さはこのグロープラグ１０の適用ケースに応
じて0.3mmから0.8mmの間の厚さでもよい。発熱体
１７の熱容量をできるだけ小さくするために、セ
ラミツク管２０の壁厚さがフランジ１８の所まで
ほぼ均一に形成され、そしてセラミツク管内室２
２はほとんど中空に形成されていると極めて有利
である。底部２１はドーム形に形成されているが
別の構成を有していてもよい。

セラミツク管２０の底部２１の外面は、有利に
は酸化アルミニウムから成る薄くて多孔性でかつ
絶縁性の中間膜２３によつておおわれており、こ
の中間膜２３は熱膨長を受容しそして加熱素子２
４からセラミツク管２０への早過ぎる伝熱を防ぐ
働きをしており、またこの中間膜２３はセラミツ
ク管２０上と更にセラミツク管のフランジ１８へ
の方向に延長されている。

加熱素子２４の方は主にセラミツク管の底部２
１の範囲上に限定されて膜形状に形成されてお
り、また例えば酸化アルミニウムなどのセラミツ
ク材料を加えられた白金・ロジウム合金から成つ
ている。この白金・ロジウム合金の代りに他の白
金、白金の合金又は他の適当な導電性材料（例え
ば銀・ペロブスキー石）を加熱素子２４のために
使用することも可能である。第２図から分るよう
に、前述の実施例において加熱素子２４は波形に
形成されておりそれによつて高いエネルギ密度が
得られている。加熱素子２４はセラミツク管の底
部２１上で中間膜２３よりも小さな面を有してい
る。この加熱素子２４は、セラミツク材料（例え
ば酸化アルミニウム）製で絶縁性のある密な保護
膜２５でおおわれており、この保護膜２５が加熱
素子２４を摩耗や腐食や短絡から守つている。

加熱素子２４の両端部には第１の帯状導電体２
６と第２の帯状導電体２７とが接続されており、
この２つの帯状導電体２６，２７は白金と酸化ア
ルミニウムとの混合物から成つているが、他の白
金又は白金の合金あるいは他の適切な導電性の材
料（例えば銀・ペロブスキー石）及びセラミツク
材料から成つていてもよく、またこの帯状導電体
２６，２７は２mmの幅を有している。第１の帯状
導電体２６はセラミツク管のフランジ１８の端面
２８まで廷びているが、第２の帯状導電体２７は
フランジの燃焼室側の面２９の後方で終つてい
る。保護膜２５は、セラミツク管の端面２８を被
う接触範囲を除いての第１の帯状導電体２６と、
フランジの燃焼室側の面２９の手前までの第２の
導電路２７とを被つており、これによつて帯状導
電体２７はこのフランジの燃焼室側の面２９の所
で接触リング１９を介して、電気的にアース配設
されている金属ケーシング１１と接触するように
なつている。中間膜２３及び保護膜２５は10μm
と50μmの間、有利には20μmの厚さである。

発熱体１７の、ケーシング１１から突出した部
分は保護スリーブ３０によつて距離を置いて取り
囲まれており、この保護スリーブ３０は耐熱性の
薄板から成つており蒸気燃料・空気混合気の流入
のための開口３１を有し金属ケーシング１１の、
燃焼室側の端部に公知の部材を以つて固定されて
いる。また金属性の保護スリーブ３０の代りにケ
ーシング１１の、燃焼室側の端部分に管状の延長
部を設けることも可能であり、更にセラミツクの
保護スリーブを用いてもよい。

第１の帯状導電体２６の、セラミツク管の端面
２８上に位置する部分は接触フランジ３３を介し
て接続ボルト３２と電気的に接触している。この
接続ボルト３２は、その接続ねじ山部３４を以つ
て金属ケーシング１１の接続側端部から突出して
おりまた２つの絶縁ブシユ３５，３６によつて金
属ケーシング１１内に絶縁されて案内されてい
る、即ち、絶縁ブシユ３５はその縦孔３７を以つ
て接続ボルト３２上に、該ブシユが接触フランジ
３３に接するまで下方へはめ入れられている。こ
の下側の絶縁ブシユ３５上の接続側ではばねリン
グ３８が接続ボルト３２に被せ嵌められており、
このばねリング３８によつてグロープラグ１０
の、各構成部材の種々異なる熱膨張度が補償され
る。更に接続ボルト３２上には上側の絶縁ブシユ
３６がその縦孔３６′を以つて被せ嵌められてお
り、この絶縁ブシユ３６の接続側部分には同軸的
な斜面３９が設けられている。この斜面３９上に
は接続ボルト３２から距離をおいて金属的な押圧
リング４０が配設されており、この押圧リング４
０の上面には金属ケーシング１１に一体成形され
たカーリングフランジ縁４１が押しつけられてい
る、即ち、このカーリングフランジ縁４１によつ
てグロープラグ１０の、ケーシングの縦孔１２内
に位置する各構成部材がしつかりと結合保持され
ている。

上記のようなグロープラグは有利には、火花点
火を伴わない内燃機関（例えばデイーゼルエンジ
ン）に使用される。第２の帯状導電体２７を金属
ケーシング１１と電気的に接続して電気的な戻し
案内部とする代りに、この帯状導電体２７を、従
来のグロープラグにおいて原理的に公知なように
ケーシングの縦孔１２内部に沿つて案内すること
も可能である。

第３図及び第４図には発熱体１７′の特に有利
な実施態様が示されている。この発熱体１７′は
第１図及び第２図におけるグロープラグ１０と同
様にフランジ１８′と底部２１′とを有するセラミ
ツク管２０′を備えている。セラミツク管２０′の
底部２１′の外面上には伝熱膜４２が公知方法で
装着されており、この伝熱膜４２は白金・酸化ア
ルミニウム膜から成り、密に焼結されたセラミツ
ク管２０′内の温度に急過ぎるこう配曲線が生じ
ないようにする目的を有している、即ち、この伝
熱膜４２が加熱素子２４′の、ほとんど１点に集
中して生ぜしめられる衝撃性の熱をセラミツク管
の底部２１′全体に亘つて分配しかつ導出せしめ
ることによつてこの目的は叶えられている。この
伝熱膜４２は他の金属・セラミツク結合材から成
つていてもよく、この場合の金属としては白金又
は白金合金が有利である。

前記の伝熱膜４２は約30μmの厚さであり、多
孔性のセラミツク材（例えば酸化アルミニウム）
から成る20μmの厚さの中間膜４３によつておお
われており、この中間膜４３は加熱素子２４′か
らセラミツク管２０′への早過ぎる熱伝導の防御
に助力している、即ち、この中間膜４３は熱膨張
を受け止める働きをし、有利にはセラミツク管の
フランジ１８′の所まで延びている。前記伝熱膜
４２は加熱素子２４′よりも大きな面を有しかつ
絶縁性の中間膜４３によつておおわれている。

前記中間膜４３上に、セラミツク管２０′の端
面２８′の所から始まる第１の帯状導電体２６′が
配置されており、この第１の帯状導電体２６′は
第１図及び第２図の発熱体１７の帯状導電体２
６，２７と同様に白金・セラミツク膜から成りセ
ラミツク管の底部２１′まで延びている。この発
熱体１７′の第２の帯状導電体２７′はセラミツク
管のフランジ１８′の燃焼室側の面２９′からやは
りセラミツク管の底部２１′まで延びており、第
１の帯状導電体２６′と同じ材料から成つている。
加熱素子２４′は両方の帯状導電体２６′と２７′
との間に狭窄部分として形成されており、即ち、
この加熱素子２４′は１mmの長さで０・５mmの幅
を有するのみであり、また使用形式に応じて６mm
の長さ又は点状にも形成可能である。

加熱素子２４′の範囲及び帯状導電体２６′，２
７′は保護膜２５′によつておおわれており、この
保護膜２５′の構造、材料及び目的は第１図の発
熱体１７上の保護膜２５に相応する。

セラミツク管２０′上に載設された全ての膜状
の部分４２，４３，２６′，２７′，２４′，２
５′は当該のセラミツク管２０′と共同で１回の焼
き入れで互いに焼結され得る。

更に言及すべきことは、上記の各加熱素子２
４，２４′はその帯状導電体２６，２７又は２
６′，２７′と共にセラミツク管２０又は２０′の
外面上に必ずしも配設される必要はなく、セラミ
ツク管２０又は２０′の内室２２又は２２′内に配
置されてもよい、即ち、加熱素子２４，２４′は
セラミツク管２０又は２０′の外面上あるいは内
室２２又は２２′内のどちらに配置してもよいの
である。

第３図及び第４図に示された発熱体１７′を有
するグロープラグは、蒸気燃料・空気混合気の点
火に必要な温度に１秒よりも早く達することがで
き、即ち、上記のような発熱体１７′によれば所
謂点火温度自体が９ボルトの大きさで供給された
電圧において1.5秒よりも早く達成され得、この
場合の電力消費量は、セラミツク材料内に据付け
られた抵抗線を薄壁の金属製発熱スリーブ内に備
えた従来の棒状グロープラグに比べて約半分で済
む。

発熱体１７又は第３図と第４図に示された発熱
体１７′を有する第１図に示されたグロープラグ
には光電的な燃焼室センサ４４が備えられている
と有利である。この燃焼室センサ４４は、石英ガ
ラス棒及び（又は）ガラスフアイバー線から成り
接続ボルト３２の縦孔４５内に沿つて案内された
光導電管であり、即ち、燃焼室センサ４４の、燃
焼室側の端部は有利にはセラミツク管の内室２２
内にいくらか突入しており、しかし熱の伝達を回
避するためにセラミツク管２０には接触しないよ
うになつている。薄壁のセラミツク管２０は不純
物（例えばすす）からセンサ４４を防護する機能
を有しているが、しかしそれにも拘わらずその透
明性に基づいて、燃焼時に生じる光を十分に通す
ようになつている。燃焼室センサ４４の、燃焼室
側で接続ボルト３２から突出した、大抵は光を通
さないように被覆された部分は公知のように、図
示されていない光電的な変成器と接続されている
（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第2905506
号明細書に基づいて公知である）。光電的なセン
サは既に、前記のドイツ連邦共和国特許出願公開
第2905506号明細書及びドイツ連邦共和国特許出
願公開第3001711号、第3011569号、第3011570号、
第3042399号そして第3042454号明細書に基づいて
公知である。

更に言及すべき点は、発熱体１７，１７′を取
り囲む保護スリーブ３０が設けられている場合に
は例えば開口３１が、燃焼室センサ４４の良好な
作用を得るために該保護スリーブ３０の燃焼室側
端面に配設されていることであり、しかし多くの
適用例では保護スリーブ３０のどこかの個所に開
口３１を設けることで十分である。

第５図に示されたグロープラグ１０′は第１図
及び第２図に示されたグロープラグ１０にほぼ相
応するか又は第３図及び第４図に示された発熱体
１７′を備えていてもよい。ただ一点鎖線で示さ
れたシリンダヘツド４６内にそのねじ込み用ねじ
山１３′を以つてねじ入れられたグロープラグ１
０′が前記の各実施例と異なる点は、該グロープ
ラグ１０′の金属ケーシング１１′の燃焼室側の端
部に付加的に、管状の延長部４７と、グロープラ
グ１０′の作業温度において燃焼する保護スリー
ブ３０′とが設けられていることある。ケーシン
グの延長部４７は、該延長部４７の端面４８がシ
リンダヘツド４６の内面４９とほぼ整合して終る
ように形成されており、またこの延長部４７が発
熱体１７″に面した環状すき間５０とシリンダヘ
ツド４６内のグロープラグ用の孔５２の燃焼室側
部分に面した環状すき間５１とを有しており、即
ち、この場合ケーシングの延長部４７の整合され
た密閉によつて、この内燃機関の範囲内で蒸気燃
料・空気混合気に不都合な渦巻きが生じるのが防
がれ、また環状すき間５１，５２によつて発熱体
１７″の不都合な熱導出が防がれている。保護ス
リーブ３０′はセルロイド製で発熱体１７″の周囲
に距離を置いて配置されており、有利には底部
（符号なし）を有しかつその開放された端部分を
以つてケーシングの延長部４７の燃焼室側端部に
固定されており、即ち前記の実施例では保護スリ
ーブ３０′がケーシングの端面４８の同軸的な環
状溝５３内に締め込まれかつ固定されている。こ
の保護スリーブ３０′の有する機能は、シリンダ
ヘツド４６内にグロープラグ１０′を組み込む際
の発熱体１７″への損傷発生を防止することであ
り、即ち、保護スリーブ３０′と発熱体１７″に間
隔を置くことによつて、グロープラグ取付けの際
に燃焼室側の範囲に作用する衝撃力が発熱体１
７″上に直接的には作用せず、可撓性の保護スリ
ーブ３０′によつて受け止められるようになり有
利である。発熱体１７″上に直接的に装着されて
いる保護スリーブ３０′（例えばスリーブとして
差しはめられているかあるいは浸漬成形法又は類
似の方法などの他の公知方法によつて装着されて
いる）でもこの目的のためには有効であるがしか
し前述のいくつかの理由から最適とは言えない。
このような構造の保護スリーブのための材料とし
ては板紙も使用可能ある。

更に言及すべき点は、特に第５図に示された本
発明によるグロープラグは多燃料機関内に用いる
のに適しており、即ちこの場合、発熱体１７″は
そのような形式の内燃機関のシリンダ内に10mmほ
ど突入していることである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の複数の実施例を示すものであつ
て、第１図は本発明によるグロープラグの拡大縦
断面図、第２図は第１図のグロープラグのセラミ
ツク管の底部の外側を加熱素子・保護膜を除いて
上から見た図、第３図は本発明によるグロープラ
グの発熱体の特に有利な実施例を示す拡大縦断面
図、第４図は第３図のグロープラグのセラミツク
管の底部の外側を加熱素子・保護膜を除いて上か
ら見た図、第５図は燃焼室側で延長されたケーシ
ングが燃焼可能な保護スリーブを有しているグロ
ープラグの拡大縦断面図であつてシリンダヘツド
部分は鎖線で示されている図である。 １０，１０′…グロープラグ、１１，１１′…金
属ケーシング、１２，３６′，３７，４５…縦孔、
１３，１３′…（ねじ込み用の）ねじ山、１４…
スパナ係合６角頭部、１５…シールはめ合い部、
１６…肩部、１７，１７′，１７″…発熱体、１
８，１８′…フランジ、１９…接触リング、２０，
２０′，２０″…セラミツク管、２１，２１′…底
部、２２，２２′…セラミツク管内室、２３，４
３…中間膜、２４，２４′…加熱素子、２５，２
５′…保護膜、２６，２６′，２７，２７′…導電
路、２８，２８′…端面、２９，２９′…フランジ
の燃焼室側の面、３０，３０′…保護スリーブ、
３１…開口、３２…接続ボルト、３３…接触フラ
ンジ、３４…接続ねじ山部、３５，３６…絶縁ブ
シユ、３８…ばねリング、３９…斜面、４０…押
圧リング、４１…カーリングフランジ縁、４２…
伝熱膜、４４…燃焼室センサ、４６…シリンダヘ
ツド、４７…延長部、４８…端面、４９…内面、
５０，５１…環状すき間、５２…グロープラグ用
の孔、５３…環状溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属ケーシングの縦孔内に固定されたセラミ
   ツク管を有する、内燃機関用のグロープラグであ
   つて、このセラミツク管が燃焼室側に底部を有し
   またその表面上には電気的な加熱素子が配設され
   ており、この加熱素子から少なくとも１つの電気
   的な接続・結合部材がケーシング縦孔を通つて案
   内されている形式のものにおいて、加熱素子２
   ４；２４′が、ほぼ中空の内室２２；２２′を有す
   るセラミツク管２０；２０′の、燃焼室内の底部
   ２１；２１′の範囲にほぼ限定されて配置されか
   つ膜状に形成されており、しかも絶縁性で密な保
   護膜２５，２５′によつておおわれていることを
   特徴とする、内燃機関用のグロープラグ。 ２ セラミツク管の底部２１；２１′が最大0.8mm
   の厚さを有している。特許請求の範囲第１項記載
   のグロープラグ。 ３ セラミツク管２０；２０′の底部２１；２
   １′がドーム形に形成されている、特許請求の範
   囲第１項記載のグロープラグ。 ４ 膜状の加熱素子２４；２４′が、セラミツク
   管２０；２０′上に装着された帯状導電体２６，
   ２７；２６′，２７′を介してセラミツク管２０；
   ２０′の接続部分と接続されており、またこの帯
   状導電体２６，２７；２６′，２７′が絶縁性の保
   護膜２５，２５′によつておおわれている、特許
   請求の範囲第１項記載のグロープラグ。 ５ 加熱素子２４′とセラミツク管２０′との間に
   多孔性で絶縁性の中間膜４３が配置されており、
   この中間膜４３が加熱素子２４′と比べてより大
   きな面でセラミツク管底部２１′をおおうように
   なつている、特許請求の範囲第１項記載のグロー
   プラグ。 ６ 中間膜４３とセラミツク管２０′との間に伝
   熱膜４２が配置されており、この伝熱膜４２が加
   熱素子２４′と比べてより大きな面でセラミツク
   管底部２１′をおおうようになつている、特許請
   求の範囲第５項記載のグロープラグ。 ７ セラミツク管底部２１上の加熱素子２４がほ
   ぼ波型の構造を有している（第２図参照）、特許
   請求の範囲第１項記載のグロープラグ。 ８ 加熱素子２４′が、両方の接続用の帯状導電
   体２６′，２７′の間の狭窄部分として形成されて
   いる（第４図参照）、特許請求の範囲第１項記載
   のグロープラグ。 ９ 両方の帯状導電体２６′，２７′の間に狭窄部
   分として形成された加熱素子２４′が最大６mmの
   長さである、特許請求の範囲第８項記載のグロー
   プラグ。 １０ 加熱素子２４，２４′がセラミツク管２０，
   ２０′の外側及び（又は）内側２２，２２′に配置
   されている、特許請求の範囲第１項記載のグロー
   プラグ。 １１ セラミツク管２０，２０′の、燃焼室側で
   金属ケーシング１１から突出している区分が、少
   なくとも１つの開口３１を有する保護スリーブ３
   ０によつて間隔を置いて取り囲まれている、特許
   請求の範囲第１項記載のグロープラグ。 １２ セラミツク管２０″の、グロープラグのケ
   ーシング１１′から突出した区分が保護スリーブ
   ３０′によつて取り囲まれており、この保護スリ
   ーブ３０′が当該のグロープラグの作業温度にお
   いて燃焼する材料（例えばセルロイド）から成り
   かつセラミツク管２０″から距離を置いて配置さ
   れている、特許請求の範囲第１項記載のグロープ
   ラグ。 １３ 燃焼室センサ４４が発熱体１７，１７′の
   内室２２，２２′と接続されている、特許請求の
   範囲第１項記載のグロープラグ。 １４ 燃焼室センサ４４が接続ボルト３２の縦孔
   ４５を通つて案内されている、特許請求の範囲第
   １３項記載のグロープラグ。 １５ 多燃料機関に用いられるようになつてい
   る、特許請求の範囲第１項記載のグロープラグ。