JPH0339211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデイーゼルエンジンの副燃焼室または
燃焼室内を予熱するために用いられるグロープラ
グに関し、特に速熱型としての機能を発揮させ得
るとともにその発熱特性を改良してアフターグロ
ーの長時間化を図ることが可能となる自己温度制
御型のグロープラグに関する。

〔従来の技術〕

一般に、デイーゼルエンジンは低温時の始動性
が悪いため、副燃焼室または燃焼室内にグロープ
ラグを設置し、これに電流を流して発熱させるこ
とにより、吸気温度を上昇させあるいは着火源と
して用い、エンジンの始動性を向上させる方法が
採用されている。そして、この種のグロープラグ
として従来から種々の構造のものが知られている
が、いずれも速熱型として機能するうえで問題を
生じるものであり、また発熱線の過加熱を防ぐた
めにはその供給電力を制御する温度制御手段を回
路上に設けることが必要で、装置全体のコスト高
を招くといつた欠点もあつた。

たとえば、従来この種のグロープラグとして一
般には、耐熱金属製のシース内に耐熱絶縁粉末を
充填してたとえば鉄クロムまたはニツケルなどか
らなるコイル状の発熱線を埋設した、いわゆるシ
ース型と呼ばれる構造のものが知られており、上
述した副燃焼室または燃焼室内で高温ガス中にさ
らされる等といつた悪条件下における耐久性を保
証し得るような構成とされている。しかしなが
ら、このようなシース型グロープラグによれば、
その内部には単に一種類の発熱線が埋設されてい
るだけであるため、通電電力の制御などに若干の
問題を生じる。すなわち、この種のグロープラグ
において、加熱時における温度立上り特性を大幅
に向上させるためには、通電初期に大電流を流し
て発熱線を急速に発熱させることが考えられる
が、発熱線の溶断を生じたり、あるいは高熱によ
つてシース等に悪影響を及ぼす虞れがあり、さら
にバツテリ、電気回路側に対しても悪影響を及ぼ
し、ヒユーズの切断等の問題を生じることもあ
り、これを防ぐための温度制御手段を発熱線への
回路上に新たに設けることが必要で、このグロー
プラグを含めた予熱装置全体のコスト高を招くと
いう欠点があつた。

このような発熱線への通電電力を自己制御して
その発熱特性を改善しヒータ部分での過加熱を防
止し得る構成をもつものとして、この種のグロー
プラグにおいて、その発熱線（発熱体）よりも正
の抵抗温度係数（PTC）の大きな材料にて形成
した抵抗体を、通電電力制御要素としてグロープ
ラグ内で発熱線と直列接続するようにした、いわ
ゆる二種材料による抵抗体を用いた自己温度制御
型のものが、たとえば特公昭45−11648号公報や
特開昭54−109538号公報等により従来から既に提
案されているが、これら従来のグロープラグにあ
つては、その制御機能等の信頼性や各部の耐久性
の面で問題を生じ、さらに前述したと同様に速熱
性等の点でも問題を生じるばかりでなく、エンジ
ン始動後における通電いわゆるアフターグロー時
間の長時間化を図ることができないという問題も
あつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、上述した従来構造のグロープラグに
おいて、前者の場合には、そのホルダ内に配設さ
れる電力制御用の抵抗体を絶縁状態で安定して保
持するために、ホルダ内壁に水ガラス等の絶縁材
を充填するような構成が採用されているが、その
構造等が面倒かつ煩雑であるばかりでなく、絶縁
材を高密度に充填することは事実上不可能で、そ
の結果抵抗体からの熱放散のばらつきが大きく、
その部分での熱容量を安定させることができず、
これにより発熱線側への通電電力制御性能を安定
させることができないものであつた。

一方、後者の場合には、シース内で発熱線と抵
抗体を直列接続するような構成であるため、抵抗
体部分での絶縁材の充填効率を高密度とし、発熱
特性を改善するうえで効果的である反面、発熱線
と抵抗体との接続が面倒かつ煩雑で、組立性の面
で問題であるばかりでなく、発熱線側での発熱に
よる熱影響が抵抗体に及ぶことを確実に防止する
ことは事実上困難なものであつた。そして、この
ような構成では、抵抗体部分での絶縁材の充填効
率を高密度とし、ある程度の速熱化は図れるもの
の、その温度上昇時間をたとえば10秒以内という
ように速めることはできず、また飽和温度を一定
値以下（たとえば1000℃以下）とすること等がで
きないため、その結果エンジン始動後における通
電いわゆるアフターグロー時間の長時間化を図る
ことができないという問題があつた。

特に、近年この種のグロープラグにあつては、
エンジン始動後において一定時間の間グロープラ
グに対し通電状態を維持することによりエンジン
内部での燃焼を円滑かつ適切に行なえるようにす
るという、いわゆるアフターグロー方式の要求が
大きく、しかもそのアフターグロー時間を可能な
限り長時間にすることが必要とされている。すな
わち、エンジン始動後においても、たとえば寒冷
地等にあつてはエンジンが冷えすぎており、エン
ジンが暖機状態になるまでには時間がかかるもの
である。さらに、この非暖機状態では、アイドリ
ング時の騒音が大きく、また不完全燃焼により白
煙が生じたり、エンストしたりするという排気、
騒音等の問題もあつた。

ところで、上述したデイーゼルエンジンには、
直接噴射式と副燃焼室式とがあり、前者の場合で
はアフターグロー時間が約30秒以内で充分である
ことから、上述した従来のグロープラグ構造でも
その性能や耐久性等に対する悪影響はなく、その
使用にあたつての問題は小さいものである。しか
しながら、後者の場合には、アフターグロー時間
は約30秒程度では不充分で、その要求が３分以上
にも及ぶことがあり、このような場合ではグロー
プラグ各部の耐久性に悪影響を及ぼす虞れがあ
る。すなわち、この種のグロープラグにおいて、
通常の予熱時（約５秒程度）での印加電圧は11V
程度であるが、エンジンが始動されるとレギユレ
ータの設定電圧が一般に14V程度となるもので、
これがグロープラグに印加されることから、アフ
ターグロー時間を長くすると高電圧のため温度が
上りすぎ、特にその内部の発熱体や抵抗体部分で
の劣化や溶断等といつた耐久性に影響を及ぼす虞
れが生じている。

特に、近年ではデイーゼルエンジンが一般の乗
用車にも多く採用されるようになつており、ガソ
リンエンジンに対抗するうえで始動性がよいこと
が望まれ、速熱型のグロープラグに対しての要求
が大きいものであるが、その反面エンジンの排
気、騒音対策として長時間のアフターグローをも
達成することが望まれているものであり、これら
は互いに相反する要求である。すなわち、上述し
た速熱化を図るためには、通電初期において発熱
線側に大電力を迅速に供給しなければならない
が、一方長時間のアフターグローを可能とするに
は、上述した大電力の供給は逆にその妨げとなる
ものである。したがつて、このような相反する発
熱特性に対する要求を、より簡単な構成にて、そ
れぞれの必要枠内で両立させることが可能となる
何らかの対策を講じた簡易型のグロープラグの出
現が要望されている。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので
あり、第２の抵抗体のもつ電力制御機能を効率よ
く発揮させてシース先端での迅速かつ適切な赤熱
化を図り、速熱型としての機能を高めエンジンの
始動性を大幅に向上させるとともに、エンジンの
排気、騒音対策としての長時間のアフターグロー
を可能とし、しかも全体の構造が簡単でその組立
性等に優れてなる安価な自己温度制御型グロープ
ラグを得ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る自己温度制御型グロープラグは、
発熱体となる第１の抵抗体およびその一端にロツ
ドを介して直列に接続されかつ第１の抵抗体より
も正の抵抗温度係数の大きな材料により形成され
た第２の抵抗体を耐熱絶縁粉末中に埋設した状態
で中空状ホルダの先端部に保持されるシースを備
え、このシース後端側で第２の抵抗体を埋設した
部分を、前記ホルダ内に位置するように配設する
とともに、そのシース後端側外周部をホルダ内周
部との間に環状空隙部を形成するように遊嵌状態
で保持させるように構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、第２の抵抗体を、第１の抵抗
体から熱的に隔絶した状態で、シース内に高密度
に充填された耐熱絶縁粉末にて密封して埋設する
とともに、そのシースに対する埋設部分の周囲に
環状の空隙部を形成しているため、従来のような
放熱性のばらつき等といつた問題を改善するとと
もに、この第２の抵抗体から外部への熱放散を必
要最小限に抑えてその発熱特性を安定化させ、第
１の抵抗体側での温度を適切に制御することを可
能とするものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図は本発明に係る自己温度制御型グロープ
ラグの一実施例を示し、同図において、全体を符
号１０で示すグロープラグは、発熱体となる第１
の抵抗体１１およびこれに直列接続されかつその
正の抵抗温度係数が大きい導電材料にて形成され
て後述する電力制御機能をもつ第２の抵抗体１２
をその内部に充填された耐熱絶縁粉末１３中に埋
設してなるステンレススチール等の耐熱金属製の
シース１４と、このシース１４を先端部において
保持する略管状を呈する金属製ホルダ１５とを備
え、このホルダ１５の後端部には合成樹脂材など
からなる絶縁ブツシユ１６を介して外部接続端子
１７が同心上に嵌め込まれて保持され、またこの
外部接続端子１７の先端は前記シース１４内に挿
入されることにより前記第２の抵抗体１２、さら
に第１の抵抗体１１と直列に接続されている。

前記第１の抵抗体１１は、たとえば鉄クロム系
合金あるいはニツケルクロム系合金等のように正
の抵抗温度係数の小さな導電材料にて螺線状に形
成され、かつ上述したようにシース１４内に充填
されたマグネシア等の耐熱絶縁粉末１３にてその
先端側に埋設され、前記外部接続端子１７、およ
び第２の抵抗体１２を介して流れる通電電流にて
発熱されシース１４先端を赤熱化させる発熱体と
なるものである。勿論、この第１の抵抗体１１の
他端は前記シース１４先端に接続され、このシー
ス１４、さらにホルダ１５を介して図示せぬエン
ジンのシリンダヘツド側にアース接続される。

また、前記第２の抵抗体１２は、上述した第１
の抵抗体１１よりも正の抵抗温度係数の大きな導
電材料、たとえばニツケルあるいはカーボン含有
量が0.25％以下の低炭素鋼などにより螺線状に形
成され、かつ後述するロツド１８を介して前記第
１の抵抗体１１、外部接続端子１７に直列接続さ
れ、これにより前記第１の抵抗体１１に対する通
電電力を制御する制御手段として機能するもので
ある。

なお、図中１９ａ，１９ｂは前記外部接続端子
１７の後端側に形成されたねじ部に螺合された絶
縁ブツシユ１６固定用のナツトおよびこのナツト
１９ａとの間でバツテリからのリード線などを挟
持する外部リード締付け用のナツトで、これによ
り外部接続端子１７はバツテリ端子に電気的に接
続される。そして、前記ホルダ１５外周部に形成
されたねじ部１５ａをエンジンのシリンダヘツド
に形成されたねじ孔に螺合させることによつて、
このホルダ１５を介して前記発熱側の第１の抵抗
体１１の他端は電気的にアース接続されると同時
に、そのシース１４の先端は副燃焼室または燃焼
室内に突出して配置されるものである。

さて、本発明によれば、上述した構成によるグ
ロープラグ１０において、発熱体となる第１の抵
抗体１１とその電力制御用の第２の抵抗体１２と
を、前記シース１４内で導電材からなるロツド１
８を介して直列に接続し、これにより第２の抵抗
体１２を発熱側の第１の抵抗体１１から熱的に隔
絶した状態で耐熱絶縁粉末１３中に密封して埋設
させるとともに、この第２の抵抗体１２を埋設し
たシース１４の後端側部分を、前記ホルダ１５内
部に位置するように配設させ、かつそのシース１
４後端側外周部をホルダ１５内周部との間に環状
空隙部２０を形成するように遊嵌状態で保持させ
るようにしたところに特徴を有している。

そして、上述した構成によれば、第２の抵抗体
１２を、第１の抵抗体１１から熱的に隔絶した状
態で、シース１４内に高密度に充填された耐熱絶
縁粉末１３にて密封して埋設するとともに、その
シース１４に対する埋設部分の周囲に環状の空隙
部２０を形成しているため、従来のような放熱性
のばらつき等といつた問題を改善するとともに、
この第２の抵抗体１２から外部への熱放散を必要
最小限に抑えてその発熱特性を安定化させ、その
結果としてグロープラグ１０に必要とされる速熱
型と低い飽和温度とを実現し得るものである。

これを詳述すると、前記グロープラグ１０のヒ
ータ部は、シース１４内に前記第１および第２の
抵抗体１１，１２を配設した状態で、たとえばマ
グネシア（MgO）などといつた耐熱絶縁粉末１
３を充填し、さらにこの耐熱絶縁粉末１３を高密
度な状態となるようにシース１４を減径処理、い
わゆるスエージング加工などを施すことにより形
成されるもので、その結果電力制御用の第２の抵
抗体１２埋設部分の耐熱絶縁粉末１３の充填密度
は、従来のようにホルダ１５内に単に耐熱絶縁粉
末を充填するようにした場合に比べ飛躍的に向上
するものである。

すなわち、上述した電力制御用の第２の抵抗体
１２において必要とされることは、発熱用第１の
抵抗体１１を埋設したシース１４先端部での適切
な温度上昇を得るために第２の抵抗体２０部分で
の温度上昇をある程度押えることができるように
その熱容量を、発熱側の第１の抵抗体１１部分よ
りも大きくすることが望まれる一方、この発熱側
の第１の抵抗体１１でのピーク温度と飽和温度と
を適正に制御する電力制御機能を発揮させるため
にはある程度の温度上昇は必要となるもので、こ
のような相反する要求を共に満足し得る構成とす
ることで、本発明はこのような要請に応えるため
になされたものであると言うことができる。

そして、上述した高密度に充填された耐熱絶縁
粉末１３内に埋設された第２の抵抗体１２によれ
ば、このグロープラグ１０に対する通電初期にお
いては前記シース１４先端側の第１の抵抗体１１
との抵抗値の比率により、第１の抵抗体１１側に
高電圧を印加させ、その迅速な赤熱化を図るとと
もに、一定時間経過後においては第２の抵抗体１
２自身の発熱により上昇する抵抗値により第１の
抵抗体１１側への印加電圧を低下させる制御機能
を備えているものである。

特に、本発明によれば、この第２の抵抗体１２
を埋設したシース１４後端側部分をホルダ１５に
対し、空隙部２０を介して遊嵌状態で保持させる
ように構成しており、この空隙部２０は、第２の
抵抗体１２からの放熱を必要最小限に抑え、これ
によりこの第２の抵抗体１２の温度上昇を速く
し、その結果上昇する抵抗値によつて第１の抵抗
体１１側への通電電力を適切に制御して、第２図
中ａで示すようなピーク温度まで迅速に発熱する
とともに、その温度から若干下降した温度にて飽
和する特性を得ることができるもので、これによ
り長時間にわたるアフターグローが可能となるも
のである。なお、同図中ｂは上述したような第１
および第２の抵抗体を単に直列接続してなる従来
型のグロープラグにおける温度特性を示してお
り、その相違は明らかであろう。

ここで、上述した構成によるグロープラグ１０
において、第１および第２の抵抗体１１，１２の
抵抗比としては、その初期状態において、たとえ
ば５：１程度となるように設定すればよいことが
実験により確認されている。

したがつて、このような構成によるグロープラ
グ１０によれば、ホルダ１５内に位置するように
してシース１４内に組込まれた第２の抵抗体１２
による印加電圧の制御機能により従来のような複
雑な制御回路を別個に設けることなく、それ自身
で速熱型としての機能とアフターグローの長時間
化とを達成し得るもので、その利点は大きい。特
に、上述した構成によれば、その発熱温度の800
℃への到達時間を約４秒にすることが可能となる
とともにその飽和温度を約800℃とし、さらにそ
のピーク温度を1000℃程度に抑え、３分以上にも
及ぶアフターグローを可能とすることができるも
のである。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定され
ず、各部の形状、構造等を、適宜変形、変更する
ことは自由で、また各部の材料等も適宜選択し得
るものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る自己温度制
御型グロープラグによれば、中空状ホルダの先端
部に保持されるシースに対し、発熱体となる第１
の抵抗体およびこれよりも正の抵抗温度係数の大
きな材料により形成された第２の抵抗体を、ロツ
ドを介して直列に接続した状態で、その内部に充
填した耐熱絶縁粉末中に埋設し、かつこのシース
後端側で第２の抵抗体を埋設した部分を、前記ホ
ルダ内に位置するように配設するとともに、その
シース後端部外周部をホルダ内周部との間に環状
空隙部を形成するように遊嵌状態で保持させるよ
うにしたので、簡単かつ安価な構成にもかかわら
ず、第２の抵抗体を、第１の抵抗体から熱的に隔
絶した状態で、高密度な耐熱絶縁粉末内に密封状
態にて埋設し、しかもその周囲に形成される空隙
部にて熱放散を適切に抑えることができるため、
その電力制御機能を効率よく発揮させて第１の抵
抗体が埋設されているシース先端での迅速かつ適
切な赤熱化を図り、速熱型としての機能を高めエ
ンジンの始動性を大幅に向上させるとともに、エ
ンジンの排気、騒音対策としての長時間のアフタ
ーグローを可能とし、グロープラグとしての性能
を発揮させ得るとともに、しかも全体の構造が簡
単でその組立性等に優れてなる等といつた種々優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自己温度制御型グロープ
ラグの一実施例を示す縦断側面図、第２図はその
温度特性を示す特性図である。 １０……自己温度制御型グロープラグ、１１…
…第１の抵抗体、１２……第２の抵抗体、１３…
…耐熱絶縁粉末、１４……シース、１５……中空
状ホルダ、１７……外部接続端子、１８……ロツ
ド、２０……環状空隙部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発熱体となる第１の抵抗体と、その一端にロ
   ツドを介して直列に接続されかつ第１の抵抗体よ
   りも正の抵抗温度係数の大きな材料により形成さ
   れた第２の抵抗体と、これら両抵抗体を耐熱絶縁
   粉末中に埋設するシースと、このシースをその先
   端部において保持する中空状ホルダとを備え、前
   記シース後端側で第２の抵抗体を埋設した部分
   は、前記ホルダ内に位置するように配設されると
   ともに、そのシース後端側外周部はホルダ内周部
   との間に環状空隙部を形成するように遊嵌状態で
   保持されていることを特徴とする自己温度制御型
   グロープラグ。