JPH0339213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 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、特に速熱性に優れているとともに自己
温度制御機能を備えてなるデイーゼルエンジン用
グロープラグに関する。

〔従来技術〕

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、いわゆるシース型グ
ロープラグと呼ばれる構造のものが用いられ、上
述した副燃焼室または燃焼室内で高温ガス中にさ
らされることによ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のグロープ
ラグでは、シース等を介しての間接加熱であるこ
とからグロープラグの昇温に時間がかかりすぎる
という問題を生じている。すなわち、上述した発
熱線に電流を流すことにより発生する熱は耐熱絶
縁粉末を経てシース側に伝達されるため、その外
周部表面が赤熱するまでに時間がかかりすぎ、熱
伝達効率の面で問題である。そして、このような
グロープラグでは、その発熱温度をたとえば800
℃とするには数10秒の時間を必要とし、その結果
エンジンをすみやかに始動することができないと
いう欠点があつた。さらに、このシース型のグロ
ープラグでは、その部品点数が多く、組立て作業
が面倒かつ煩雑であるばかりでなく、急速加熱を
行なう際にその内、外温度差が大きいことから、
上述した発熱線の負担が大きく、その材料劣化に
より断線等を生じるといつた問題をもつものであ
つた。

このため、上述したシース、耐熱絶縁粉末等の
代りに、発熱線をセラミツク材中に埋設すること
により形成してなるセラミツクヒータ棒を用い、
熱伝達効率を向上させるようにしたグロープラグ
が提案されており、従来のシース型に比べヒータ
棒の発熱性に優れ、加熱時に短時間で赤熱してそ
の温度立上り特性を大幅に向上させることがで
き、速熱型としてその性能をある程度発揮し得る
ものである。

しかしながら、このような利点を有するセラミ
ツクヒータ棒を用いてなるグロープラグにおいて
も、その内部に発熱線を単に埋設してなる構造で
あることから、通電電流の制御などに若干の問題
を生じている。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、この場合には発熱線の溶断を生じたり、ある
いは高熱によつてセラミツクヒータ棒に悪影響を
及ぼす虞れがあり、さらにバツテリ、電気回路側
に悪影響を及ぼし、ヒユーズの切断等の問題があ
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、その結果こ
のグロープラグを含めた予熱装置全体のコストの
上昇を招くという問題を生じている。

また、上述した発熱線への通電電流を制御しそ
の過加熱を防止するために、この発熱線よりも正
の抵抗温度係数の大きな材料にて形成した抵抗体
をその内部に配設するようにした、いわゆる二種
材料による自己温度制御型のグロープラグも提案
されているが、このようなグロープラグにあつて
も、上述した速熱性や構造上の問題などの点で、
問題をもつものであり、何らかの対策を講じるこ
とが望まれている。

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向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、上述した問題をも含めて考慮
し、簡易型のグロープラグの出現が要望されてい
る。

〔発明の概要〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であり、ヒータ棒を、全体が略筒状を呈するよう
にして負の抵抗温度係数（NTC）の大きなセラ
ミツク材にて形成し、かつその内、外周面とその
一方の端面とにヒータ膜を均一に生成して形成す
るとともに、このヒータ棒の内周面に形成された
ヒータ膜をリード側に、その外周面のヒータ膜を
ホルダ側に電気的に接続させるという簡単な構成
によつて、通電初期においてはヒータ棒表面に形
成されたヒータ膜に大電流を有効に集中させてそ
の迅速な赤熱化を図り、全体の温度立上り特性を
大幅に向上させ、速熱型としての機能を発揮させ
るとともに、所定時間経過後の高温時においては
このヒータ棒部分の温度上昇によつてその抵抗値
が小さくなるセラミツク材を導電体として通電電
流の一部を流し、これによりヒータ膜への通電電
流を自動的にしかも効率よく制御してヒータ棒表
面部分での過加熱を防止し、これにより自己温度
制御機能を発揮させることができ、安定かつ速熱
性に優れてなる発熱特性を得ることが可能となる
安価なデイーゼルエンジン用グロープラグを提供
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図および第２図は本発明に係るデイーゼル
エンジン用グロープラグの一実施例を示すもので
あり、これらの図において、全体を符号１０で示
すグロープラグは、その表面にヒータ膜１１を有
し全体が略円筒状を呈するごとく負の抵抗温度係
数（NTC）の大きなセラミツク材にて形成され
てなるヒータ棒１２と、このヒータ棒１２を先端
において保持する略管状を呈するホルダ１３とを
備え、このホルダ１３の後端部には合成樹脂材な
どからなる絶縁ブツシユ１４を介して外部接続端
子１５が同心状に嵌め込まれて保持され、またこ
の外部接続端子１５は前記ヒータ棒１２後端部か
らその軸孔１２ａ内に嵌め込まれたフレキシブル
ワイヤなどによる金属導線１６を介してヒータ棒
１２側のヒータ膜１１と接続されている。

なお、図中１６ａは上述した導線１６に被覆さ
れた絶縁性チユーブであり、さらに前記外部接続
端子１５の後端側に形成されたねじ部には、絶縁
リング１７ａおよびナツト１７ｂ、スプリングワ
ツシヤ１７ｃ、ワツシヤ１７ｄさらには外部リー
ド締付け用のナツト１７ｅなどが螺合して設けら
れ、図示せぬバツテリからのリード線などをワツ
シヤ１７ｄとナツト１７ｅとの間で挟みナツト１
７ｅを締付けることによりこの外部接続端子１５
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１３の外周部に形成されたねじ部１３
ａ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１３を
介して前記ヒータ棒１２のヒータ膜１１の他端は
電気的にアース接続されると同時に、このヒータ
棒１２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。

また、上述したセラミツク材からなるヒータ棒
１２に対し外部接続端子１５を金属導線１６にて
接続したのは、外部接続端子１５に加わる各種の
振動や締付けトルクなどの機械的外力からヒータ
棒１２を強度的に保護するためで、この導線１６
としては、ある程度の柔軟性をもつ材料からなる
ものを用いるとよいものである。さらに、本実施
例においては、上述した外部接続端子１５をホル
ダ１３の後端側に取付けるための絶縁ブツシユ１
４を、金属製パイプ１４ａとその内部に装填され
前記外部接続端子１５を保持する絶縁材１４ｂと
によつて一体的に形成している。これは、従来一
般的な樹脂製の絶縁ブツシユのみではその外部の
温度変化によつて膨張、収縮してホルダ１３に対
して緩みを生じるといつた問題を招くためで、こ
のような問題を、絶縁ブツシユ１４、ホルダ１３
間での機械的強度を向上させて防止し得るように
したものである。すなわち、上述した構造では、
この絶縁ブツシユ１４を構成する金属製パイプ１
４ａがホルダ１３後端部のかしめ加工によりその
軸線方向に高加圧力で挟持されて座屈変形し、そ
の内、外周部がホルダ１３、絶縁材１４ｂに対し
それぞれ圧接され、これらを所望の機械的強度を
もつて一体化し、温度影響を受けにくい構造とす
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、そのヒータ棒１２を、
第２図にその詳細を示すように、全体が略円筒状
を呈するようにして負の抵抗温度係数（NTC）
の大きなセラミツク材にて形成するとともに、そ
の内、外周面とその一方の端面（グロープラグ１
０先端側端面）とにヒータ膜１１を均一に生成し
て形成し、かつこのヒータ棒１２内周面のヒータ
膜１１ａの内方端側に前記リード側の金属導線１
６の先端を、またその外周面のヒータ膜１１ｂの
内方端側を前記アース側ホルダ１３の先端にそれ
ぞれ嵌合保持させた状態で接続するようにしたと
ころに特徴を有している。すなわち、このような
ヒータ棒１２において、通電電流は、ヒータ棒内
周部のヒータ膜１１ａ、ヒータ棒先端側端面のヒ
ータ膜１１ｃ、さらにヒータ棒外周部のヒータ膜
１１ｂへと流れるように構成されている。また、
上述した通電側の導線１６とアース側のホルダ１
３とは、上述したヒータ棒内、外周部のヒータ膜
１１ａ，１１ｂおよび前記負の抵抗温度係数の大
きなセラミツク材によるヒータ棒１２自身を介し
て対向した状態とされている。

そして、このような構成によるヒータ棒１２に
おいて、前記外部接続端子１５、金属導線１６を
介して電流を供給すると、その通電初期にあつて
は、供給電流は、第２図中矢印Ａで示すように、
上述したヒータ膜１１内周部の一端から外周部の
他端にかけて流れ、ホルダ１３側にアースされる
もので、このとき、このヒータ膜１１（１１ａ，
１１ｃ，１１ｂ）には大電流が効率よく集中して
供給されるととなり、これによりこのヒータ膜１
１は急速に発熱して赤熱化され、その温度立上り
特性に優れた発熱特性を得ることができるもので
ある。特に、本発明においては、発熱体となるヒ
ータ膜１１がセラミツク材からなるヒータ棒１２
の表面に形成されているため、従来のようなシー
ス型や抵抗体を埋設してなるセラミツクヒータ型
に比べ、速熱型としてその効果を発揮させ得るこ
とは容易に理解されよう。

さらに、本発明において、注目すべきことは、
ヒータ棒１２を構成するセラミツク材として、負
の抵抗温度係数の大きな材料を用いているため、
このヒータ棒１２がその周囲温度の上昇に伴なつ
て抵抗値が小さくなり、導電体として機能する点
である。すなわち、上述した通電初期では、この
ヒータ棒１２はその抵抗値が大きいため導電体と
しての機能は小さく、これによりヒータ膜１１に
大電流が供給されてその急速加熱が可能となるも
のであるが、その発熱によるヒータ棒１２部分で
の温度上昇によつて、徐々に抵抗値が小さくな
り、ヒータ膜１１が所定の温度（たとえば800℃）
程度まで温度上昇すると、供給電流の一部を、第
２図中矢印Ｂで示すように、導線１６側からホル
ダ１３側に短絡させて分流させるように機能する
ものである。そして、このような導電機能によつ
て、通電から所定時間経過後における高温時の電
流制御手段として働き、これにより上述したヒー
タ膜１１での過加熱を防止することが可能とな
る。これは、第４図ａに示す特性図から容易に理
解されよう。

したがつて、上述した負の抵抗温度係数の大き
なセラミツク材によるヒータ棒１２は第４図ｂ中
実線で示す特性曲線からも明らかなように、従来
型に比較して熱伝導時間が不要となるため速熱型
としての機能を発揮させ得るとともに、その過加
熱を防止する自己温度制御機能を備えてなり、デ
イーゼルエンジン用グロープラグ１０に採用して
その効果を発揮させ得るものである。また、上述
したヒータ棒１２によれば、その構成および成形
加工などが簡単で、コスト的に安価であり、さら
にヒータ膜１１を発熱体として利用することか
ら、従来のような発熱線と用いるものに比べ断線
等といつた問題はなくなり、各部の耐久性や動作
上の信頼性の面で優れている等の利点もある。そ
して、このようなヒータ棒１２においては、その
先端部分の迅速な赤熱化が可能であることから、
デイーゼルエンジンの始動性を大幅に向上させ、
しかもその出力を適切かつ良好なものとし得ると
いつた種々優れた効果を奏することが可能となる
ものである。

ここで、上述したヒータ棒１２を形成するセラ
ミツク材としては、高温状態（1700℃程度まで）
でも性能的に安定しており、しかも負の抵抗温度
係数の導電性を有し、800〜1000℃の温度で一部
導電性を有するような特性をもつもの、たとえば
ZrO₂−Y₂O₃系、ZrO₂−CeO₂系、Ta₂O₅系、TiN
系、SiC系、AlN系等が考えられる。

また、ヒータ棒１２の表面に形成されるヒータ
膜１１は、正の抵抗温度係数の導電性を有し、か
つ断続的な熱衝撃を受けても上述したヒータ棒１
２を形成するセラミツク材と密着性が良好な導電
材料、たとえばPt（白金）、Ｗ（タングステン）等
にて形成するとよい。この場合、このヒータ膜１
１は、セラミツク材にて加圧焼成されたヒータ棒
１２の表面に0.05〜10μ程度の厚さをもつてフイ
ルム蒸着法などにて形成されるものである。

さらに、上述したヒータ棒１２表面のヒータ膜
１１は、ある程度耐酸化性等を有し、その耐久性
を保証し得るものであるが、必要に応じて第３図
に示すように、その外表面に高温酸化防止保護薄
膜２０を、同様に蒸着などによつて形成するよう
にしてもよいものである。ここで、このような高
温酸化防止保護薄膜２０としては、たとえば1500
℃程度まで耐酸化性を有しその内部のヒータ膜１
１の高温酸化保護の役割を果たすことが可能な材
料、たとえばZrO₂、TiN、Si₃N₄等を用いるとよ
いものである。そして、このような高温酸化防止
保護薄膜２０を生成するようにすると、ヒータ棒
１２とその表面のヒータ膜１１の高温安定性を向
上させることができ、その効果は大きいものであ
るが、ヒータ膜１１が耐食性等を有する場合には
必ずしも必要とされるものではない。

そして、上述したようにして形成されるヒータ
棒１２は、その内部に導線１６を差込んでろう付
けなどにより固着されるとともに、その外周部も
ホルダ１３先端部にろう付けなどにより固着され
ることにより簡単に組立てられるものである。

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
ことは自由である。たとえば、第５図に示すよう
に、ホルダ１３の先端から突出されているヒータ
棒１２を、保護し得る金属製保護筒３０をホルダ
１３の先端に固設し、その保護筒３０にてヒータ
棒１２の後端側を保持するようにしてもよいもの
で、その作用効果等は容易に理解されよう。さら
に、ヒータ棒１２を始めとして各部の構造などを
適宜変更してもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るデイーゼル
エンジン用グロープラグによれば、そのヒータ棒
を、全体が略筒状を呈するようにして負の抵抗温
度係数（NTC）の大きなセラミツク材にて形成
するとともにその内、外周面とその一方の端面と
にヒータ膜を均一に形成し、かつこのヒータ膜に
対しその一端から他端側に通電させるようにした
ので、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、以下
に列挙する種々優れた効果を奏する。

ヒータ膜がセラミツク材からなるヒータ棒表
面に形成されているため、従来のような間接加
熱に比べ簡単かつ迅速に加熱されて赤熱化し、
速熱型としてその効果を発揮させることができ
る。

ヒータ膜に対し通電を行なうため、従来のよ
うな発熱線において問題とされた断線等のトラ
ブルを一掃することができる。

ヒータ棒先端の迅速な赤熱化が可能で、これ
によりエンジンの始動性や出力特性を向上させ
ることができる。

全体の部品点数や成形加工性を従来に比べ簡
素化し、そのコスト低減化を達成することが可
能となる。

ヒータ膜の表面に高温酸化防止保護薄膜等を
生成するようにすれば、その内部のヒータ棒形
成材料として安価なものを使用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るデイーゼルエンジン用グ
ロープラグの一実施例を示す縦断側面図、第２図
はその要部であるヒータ棒部分を拡大して示す要
部拡大断面図、第３図はヒータ棒表層部を拡大し
て示す図、第４図ａ，ｂはその特性曲線図、第５
図は別の実施例を示す概略図である。 １０……デイーゼルエンジン用グロープラグ、
１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）……ヒータ膜、
１２……ヒータ棒、１２ａ……軸孔、１３……ホ
ルダ、１５……外部接続端子、１６……金属導
線、２０……高温酸化防止保護薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 全体が略筒状を呈するようにして負の抵抗温
   度係数の大きなセラミツク材にて形成されかつそ
   の内、外周面とその一方の端面とにヒータ膜が形
   成されたヒータ棒を備えてなり、このヒータ棒
   は、その内周面のヒータ膜がリードを介して、そ
   の外周面のヒータ膜がホルダを介して、それぞれ
   電源に接続されていることを特徴とするデイーゼ
   ルエンジン用グロープラグ。