JPH04122944U - イグナイタプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境条件変化にかかわらず安定した発熱特性
を有する、点火源としての信頼性の高いイグナイタプラ
グを提供する。 【構成】 保護管２で被覆された一対の非発熱部１３
と、非発熱部１３間に直列に接続された保護管２から突
出した発熱部１４とを有するセラミックス発熱体１を、
抵抗値を一定にして温度制御して赤熱させ、燃料に点火
するイグナイタプラグにおいて、セラミックス発熱体１
の非発熱部１３の電気抵抗値を発熱部１４のそれの１／
８以下とするとともに、保護管２に被覆されている部分
の非発熱部１３の長さを２５mm以上とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、バーナ点火装置に係り、特に環境温度変化に伴う発熱温度変化を抑 制し、信頼性の高い点火を可能とするイグナイタプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】

バーナ点火装置の従来の点火源としては、図７に示すようなパルスイグナイタ がある。図７において、パルスイグナイタ４１はスリーブ４２により被覆されて おり、先端に電極４３、４４が設けられている。またパルスイグナイタ４１とス リーブ４２との間にはイグナイタ冷却用空気４５が供給されている。そして軽油 アトマイザ４６から噴霧された軽油４７は一対の電極４３、４４間に生ずる火花 放電により点火され、燃焼用空気４８と混合されて燃焼する。

【０００３】 しかしながら上記のように構成された従来のパルスイグナイタ４１は、電極４ ３、４４に耐熱温度の低い半導体を用いているため、寿命が短く交換頻度が高く 、しかも火花放電が点状であるため着火領域が狭いという欠点を有している。

【０００４】 最近パルスイグナイタに代るイグナイタとして、セラミックスヒータを応用し た図８に示すようなセラミックスイグナイタ５１が開発されている。図８におい て、図７に示すパルスイグナイタの部分に対応する部分には同一符号を付して示 し、その説明を適宜省略する。セラミックスイグナイタ５１は、プラグ保護管５ ２内に充填材５３を介してセラミックス発熱体５４が設けられてなっている。セ ラミックス発熱体５４はプラグ保護管５２内の発熱体電極接合部５５と、プラグ 保護管５２から突出した発熱体発熱部５６と、電極接合部５５と発熱体発熱部５ ６との間に設けられた発熱体非発熱部５７とが、同心上に一体に配設されてなっ ている。セラミックスイグナイタ５１は点火源である発熱体発熱部５６が耐熱性 に優れたセラミックスであるため、パルスイグナイタに比較して長寿命である。 また、発熱体発熱部５６が大きいために着火領域が広く優れた着火特性を有して いる。セラミックスイグナイタの発熱体温度は図９に示すように発熱体抵抗値に 比例して増加する原理を利用して、発熱体温度を抵抗値で制御する方式を採用し ている。図１０に空冷時の発熱特性を示すが、定電圧及び定電流制御では空気流 速の増加に伴って発熱温度が低下するのに対し、定抵抗値制御では安定した発熱 特性であることを示している。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

前記セラミックスイグナイタはバーナ点火装置の点火源として高温雰囲気下で 用いられる。従って、非発熱部長さが短いと発熱部からの伝導伝熱及び火炎から のふく射伝熱により、電極接合部温度が耐熱温度を越えてしまい寿命を著しく低 下するという問題があった。一方、上記対策として非発熱部長さを長尺化すると 、発熱部抵抗値に対する非発熱部の抵抗値比が大きくなり、空冷条件下において 発熱温度が設定温度に対し低下するという問題が発生した。

【０００６】 これは、発熱体の温度を発熱部と非発熱部の合計の抵抗値が一定になるように 制御しているが、非発熱部の一部がプラグ保護管に被覆されているため、外部か らの環境条件変化（加熱あるいは冷却）が発熱部と非発熱部で異なるため、発熱 部と非発熱部の温度バランがくずれるためである。従ってトータルの抵抗値が一 定であるにも係わらず、非発熱部の抵抗値比が大きくなると環境条件変化によっ て、相対的に発熱部温度の変化幅が大きくなる。

【０００７】 無風条件下で１２００℃に設定後、発熱部だけを４０ｍ／Ｓの空気流速条件下 において部分冷却した場合、図１１に示すように発熱部に対する非発熱部の抵抗 値比が０．１の時は設定温度との差が５℃程度であるのに対し、抵抗値比が０． ３５の時は１００℃もの差が生じることを示している。環境条件によって設定温 度が低下することは点火源としての信頼性を著しく低下することになり問題があ った。

【０００８】 本考案の目的は、環境条件変化にかかわらず安定した発熱特性を有する、点火 源としての信頼性の高いイグナイタプラグを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

前記の目的を達成するために、本考案に係るイグナイタプラグは、保護管で被 覆された一対の非発熱部と、非発熱部間に直列に接続され保護管から突出した発 熱部とを有するセラミックス等の抵抗発熱体を、電気抵抗値を一定制御して所定 温度に赤熱させ、燃料に点火するイグナイタプラグにおいて、発熱部の赤熱時に おける非発熱部の電気抵抗値を、発熱部の電気抵抗値の１／８以下とするととも に、保護管に被覆されている非発熱部の長さを２５mm以上としたことを特徴とし ている。

【００１０】

【作用】

本考案のイグナイタプラグによれば、発熱体赤熱時の発熱部の電気抵抗値に対 する非発熱部の電気抵抗値を１／８以下とすることにより、環境条件の変化に対 する非発熱部の影響が抑制され、イグナイタプラグを有風条件下に置いても温度 変化が２０℃以下となる。

【００１１】 また、プラグ保護管に被覆されている非発熱部の長さを２５mm以上とすること により、点火後の燃焼条件下においても電極との接合部温度が６００℃以上に上 昇することはなく、発熱体の寿命が低下することはない。

【００１２】

【実施例】

本考案に係るイグナイタプラグの一実施例を図面を参照して説明する。

【００１３】 図１及び図２に本考案の一実施例の構成を示す。図１、２において、セラミッ クス発熱体１は、プラグ保護管２内に充填材３を介して同心上に保持されている 。セラミックス発熱体１は電極接合部４、非発熱部５及び発熱部６とからなって おり、電極接合部４からはプラス側リード線７とマイナス側リード線８とが引き 出されている。またプラグ保護管２の電極接合部４側の一端にはソケット９が固 定されており、ソケット９の外周はマイナス側電極端子１０となっている。ソケ ット９内の中心には絶縁スリーブ１１を介してプラス側電極端子１２が固定され ており、各電極端子１０、１２はそれぞれリード線８、７に接合されている。

【００１４】 セラミックス発熱体１の非発熱部５内には一対の非発熱部エレメント１３が設 けられており、発熱部６内には発熱部エレメント１４が設けられている。これら のエレメント１３、１４はそれぞれ周囲を絶縁性セラミックスで被覆された構造 となっており、一対の非発熱部エレメント１３の一端は電極接合部４内において 、それぞれリード線７、８とメタライズろう付法などにより接合されている。ま た、一対の非発熱部エレメント１３の他端は、それぞれ発熱部エレメント１４の 両端と接合されており、発熱部エレメント１４は発熱部６内において２回ターン する折り返し構造となっている。

【００１５】 本実施例では、非発熱部５のプラグ保護管２内の長さＡを４０mm、非発熱部５ のプラグ保護管２から露出した部分の長さＢを１０mm、発熱部６の長さＣを５０ mmとしている。一方、発熱部エレメント１４及び非発熱部エレメント１３は、そ れぞれほう化物系導電性セラミックスとＳｉＣとの複合材料で構成されている。 また非発熱部エレメント１３の断面積は発熱部エレメント１４の断面積の２．５ 倍となっている。このため、両エレメント１４、１３の抵抗値比は、常温で約５ ：１、発熱部が１２００℃に赤熱されたときには約１０：１となる。

【００１６】 また、プラス側及びマイナス側の電極端子１２、１０を介して非発熱部及び発 熱部のエレメント１３、１４に電圧を印加したときに、発熱部６が１０００〜１ ２００℃に赤熱するように、各エレメント１３、１４の電気抵抗値は一定に制御 されている。さらに非発熱部エレメント１３とリード線７、８との間のろう付法 で接合処理した接合部の耐熱温度は約６００℃である。また、プラグ保護管２の セラミックス発熱体１が突出する端面は、図２に示すようにマイカ１５で被覆さ れている。

【００１７】 次に本実施例の作用を図３〜図７を参照して説明する。図３に本実施例による イグナイタプラグ２１を軽油点火トーチに設置した状態を示す。イグナイタプラ グ２１はイグナイタスリーブ２２内に設けられたイグナイタステイック２３に取 り付けられている。

【００１８】 点火シーケンスとしては、図１に示す電極端子１０、１２間に電圧を印加して 、予め所定温度に発熱体発熱部６を赤熱させた後、軽油アトマイザ２４から軽油 噴霧２５を発熱部６に衝突させると、発熱部６の着火エネルギにより軽油が点火 する。その後軽油噴霧２５と燃焼用空気２６とにより連続的に火炎が形成されて 点火が完了する。通常軽油噴霧２５が発熱部６に衝突してから点火するまでに要 する時間は１秒以下である。なお燃焼中はイグナイタプラグ２１はイグナイタ冷 却用空気２７によって冷却されている。

【００１９】 図４及び図５に本実施例による実験結果を示す。この実験に用いたセラミック ス発熱体１の各部の寸法は図４に示すように、発熱部６の長さＣ＝５０mm、非発 熱部５の長さＡ＋Ｂ＝５０mm、部分冷却冷域の長さＢ＋Ｃ＝６０mm、プラグ保護 管２に被覆されている部分の非発熱部５の長さＡ＝４０mmとし、断面は８mm×２ ．２mmとした。また、外層材質はＳｉＣ／ＡＩＮとし、無風時の設定温度を１２ ００℃とした。ここで、セラミックス発熱体１近傍の燃焼用空気２６の流速は２ ０ｍ／ｓ程度である。

【００２０】 前述したように、１２００℃における発熱体非発熱部５の発熱部６に対する抵 抗値比は０．１であるから、図５に示す実験結果及び伝熱シミュレーション結果 より、空気流に対する温度変化は１０℃程度であり環境条件による温度変化の許 容限界である２０℃をクリアしている。

【００２１】 図５は発熱体の露出部に２０、４０、及び６０ｍ／ｓの空気流を当てた時の発 熱体発熱部の最高温度を非発熱部抵抗値比を０〜０．３まで変化させて伝熱シミ ュレーションしたものである。設定温度１２００℃において、空冷条件下では非 発熱部の抵抗値比を大きくする程発熱部の発熱温度は低下することを示しおり、 環境条件による温度変化の許容限界である。±２０℃をクリアするには非発熱部 の抵抗値比が０．１２５（１／８）以下が必要条件であることが分かる。

【００２２】 点火後イグナイタプラグ２１は火炎からのふく射熱を受けるが、プラグ保護管 先端面３０の最高温度は実機条件下で９５０℃であった。この温度をベースにプ ラグ保護管２に被覆された部分の発熱体非発熱部５の温度を伝熱シミュレーショ ンした結果を図６に示す。シミュレーションの結果、プラグ保護管先端面３０か らの距離が２５mmの位置における非発熱部５の温度は接合部耐熱温度の６００℃ となり、接合部４を耐熱温度以下にするためには、プラグ保護管２に被覆された 部分の非発熱部長さＡを２５mm以上とすることが必要条件であることが分かる。 本実施例において非発熱部プラグ保護管被覆部長さＡは４０mmであるから、図６ より非発熱部端子部の温度は４５０℃となり、非発熱部端子部に隣接した発熱体 電極接合部４の温度は４５０℃以下となるため接合部４の耐熱温度６００℃以下 を充分満足している。

【００２３】 上記実施例で示した各部の寸法及び温度は一例を示したものであり、これらに 限定されないことは云うまでもない。

【００２４】

【考案の効果】

本考案のイグナイタプラグによれば、空気流などの環境条件の変化による発熱 部の温度変化を許容限界値以下に低減することができる。また発熱部からの伝導 伝熱及び火炎からのふく射熱による発熱体接合部の温度上昇を許容温度以下に抑 制することができる。この結果点火源としての信頼性を向上させることができる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】本実施例を軽油点火トーチに設け作用を説明す
る図である。

【図４】実験に用いた本実施例の各部の寸法を示す図で
ある。

【図５】本実施例の設定温度に対する最大温度差と非発
熱部抵抗値比との関係を説明するグラフである。

【図６】本実施例のプラグ保護管被覆部の非発熱部温度
を伝熱シミュレーションした結果を示すグラフである。

【図７】従来の技術を示す図である。

【図８】従来の技術の基本的構造を示す図である。

【図９】セラミックス発熱体の電気抵抗値と温度との関
係を示すグラフである。

【図１０】冷却用空気の流速と発熱体温度との関係を示
すグラフである。

【図１１】端子部抵抗値比と設定温度に対する最大温度
差との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ セラミックス発熱体 ２ プラグ保護管 ５ 非発熱部 ６ 発熱部 １３ 非発熱部エレメント １４ 発熱部エレメント

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 保護管で被覆された一対の非発熱部と、
   該非発熱部間に直列に接続され前記保護管から突出した
   発熱部とを有するセラミックス発熱体を、電気抵抗値を
   一定制御して所定温度に赤熱させ、燃料に点火するイグ
   ナイタプラグにおいて、前記発熱部の赤熱時における前
   記非発熱部の電気抵抗値を、前記発熱部の電気抵抗値の
   １／８以下とするとともに、前記保護管に被覆されてい
   る前記非発熱部の長さを２５mm以上としたことを特徴と
   するイグナイタプラグ。