JPH0814376B2

JPH0814376B2 - 自己温度制御型グロープラグ

Info

Publication number: JPH0814376B2
Application number: JP1232743A
Authority: JP
Inventors: 広二畑中; 一久飯笹
Original assignee: 自動車機器株式会社
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0399122A; US5132516A; DE4028860A1; DE4028860C2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はディーゼルエンジンの始動性を向上させるた
めの予熱栓としてのグロープラグに関し、特に速熱性お
よび自己温度飽和性を有し長時間にわたるアフターグロ
ーを達成し得る自己温度制御型グロープラグの改良に関
する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの始動性を向上させるために用い
られるグロープラグとしては従来から種々の構造による
ものが知られており、本出願人も、たとえば二種類の材
料からなる抵抗体を巧みに組合わせて用いることで、速
熱型としての機能と発熱線の過加熱を防ぎ安定した発熱
特性を得ることができる温度飽和機能とを備えてなる自
己温度制御型グロープラグを、特開昭57−182026号公報
などにより先に提案している。

すなわち、この種のグロープラグは、発熱体となる第
１の抵抗体とこれに直列接続されかつ第１の抵抗体より
も正の抵抗温度係数の大きな材料で形成された第２の抵
抗体とを、金属製シース内で耐熱絶縁粉末中に埋設して
なる構造をもち、しかも第１の抵抗体からの熱伝達に時
間遅れを生じさせるための間隙を両抵抗体間に設けるこ
とで、第１の抵抗体に対し通電直後に必要とされる大電
力を供給し迅速に発熱させて速熱性を確保するととも
に、所定時間経過後に第２の抵抗体側での温度上昇によ
る抵抗値の増大化により第１の抵抗体への供給電力を減
少せしめ、この第１の抵抗体での過加熱による溶断等を
防止しようとする自己温度飽和機能を働かせるものであ
った。そして、このような構造では、グロープラグへの
通電回路上に供給電力を制御する温度制御手段等を設け
ることが不要となるために、予熱装置全体のコストを低
く押えることが可能であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような従来のグロープラグにおいて
は、速熱型としての機能と自己温度飽和機能とはある程
度確保し得るも、エンジン始動後におけるアフターグロ
ー時において発熱温度を低下させる発熱特性をもたせる
ことは困難で、数10秒程度のアフターグローは行なえる
も、近年要求が大きい長時間（10分以上）にわたるアフ
ターグローを満足させることができないという問題を生
じていた。そして、上述した速熱型としての機能を発揮
させるとともに、長時間にわたるアフターグローを発熱
温度を低下させながら行なうためには、グロープラグへ
の通電回路上に、発熱時に用いるリレーとアフターグロ
ー等に用いるリレーとを別々に組込むとともにアフター
グロー側の回路には電圧降下用抵抗等をも組込むことが
必要とされるもので、その結果回路構成部品が多くな
り、装置全体がコスト高となるものであった。

そして、このようなアフターグローの長時間化を、回
路上への素子の追加なくグロープラグ単独で図るため
に、発熱体への通電電力を自己制御して発熱特性を大幅
に改善しヒータ部分での過加熱を防止するとともに発熱
線の耐久性確保のために飽和温度を適切な温度状態以下
に低下させてその温度を維持し得る自己温度制御機能を
有すること等が必要とされ、これらの点を考慮し速熱性
および自己温度飽和性等を有しかつ耐熱強度等の信頼性
の面でも優れてなるヒータ部を有するグロープラグの出
現が要望されている。

また、上述した二種類の発熱線を組合わせたシースヒ
ータを用いてなるグロープラグにおいて、速熱型として
の機能を発揮させるために、発熱部となる先端側発熱線
を埋設したシース先端部分を小径に形成し、制御部を構
成する後端側発熱線を埋設してなる部分との比較におい
て熱容量を小さくしたものも、たとえば特開昭54−6063
0号公報、特開昭57−87535号公報などにより従来から提
案されている。そして、これらの従来構造では、通電初
期において先端側発熱線に大電力を供給し、所要の発熱
温度を得て速熱特性を得るうえではある程度機能を発揮
し得るものであるが、一定時間経過後において発熱温度
を低下させ、発熱線等の耐久性を確保しつつ長時間にわ
たるアフターグローを行なう際の充分なオーバーシュー
ト機能つまり一旦必要とする程度までの発熱させるとと
もにその発熱温度を時間の経過と共に充分に温度を低下
させて飽和させるという特性を得ることはできないもの
で、これらの点を充分に考慮して前述した要請を満足し
得る何らかの対策を講じることが求められている。

〔課題を解決するための手段〕

このような問題を解決するために本発明に係る自己温
度制御型プローグラブは、発熱体となる第１の抵抗体
と、その一端に直列接続されかつ第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る第２の抵
抗体と、これら第１および第２の抵抗体を耐熱絶縁粉末
中に埋設した状態で被覆するシースとを備えてなり、こ
のシースにおける第１の抵抗体を埋設するシース先端部
分でのシース径ＤRを、第２の抵抗体を埋設するシース
後端部分でのシース径ＤBとの比率（ＤB/DR）が1.3〜２
の範囲内にあるように小さく設定するとともに、これら
両抵抗体を抵抗値の小さい接続手段を介して接続するよ
うにしたものである。

また、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の抵抗体と、その一端に直列接続され
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
により形成される第２の抵抗体と、これら第１および第
２の抵抗体を耐熱絶縁粉末中に埋設した状態で被覆する
シースとを備えてなり、このシースにおける第１の抵抗
体を埋設するシース先端部分でのシース径ＤRを、第２
の抵抗体を埋設するシース後端部分でのシース径ＤBよ
りも小さく設定するとともに、これら第１の抵抗体と第
２の抵抗体との間に、少なくとも第１の抵抗体埋設部分
におけるシース径ＤRよりも大きい間隙GAP（＞ＤR）を
設け、かつこの間隙内において両抵抗体を抵抗値の小さ
い接続手段を介して接続したものである。

〔作用〕

本発明によれば、発熱体となる第１の抵抗体を埋設し
ているシース先端部分での熱容量を、制御側である第２
の抵抗体を埋設しているシース後端部分に比べて充分に
小さくし、これにより速熱型としての機能を発揮させ得
るとともに、ピーク温度から充分に低い温度での飽和特
性を得るという長時間にわたるアフターグローを行なえ
るオーバーシュート特性を得ることが可能となる。

また、本発明によれば、発熱体となる第１の抵抗体を
埋設しているシース先端部分での熱容量を、制御側であ
る第２の抵抗体を埋設しているシース後端部分よりも小
さくするとともに、発熱体埋設部であるシース先端部か
ら所定の間隙GAP（＞ＤR）をおいてシース後端部分に埋
設される制御側の第２の抵抗体を接続していることによ
り、この制御側である第２の抵抗体による電力制御機能
を必要かつ適切に働かせ、ピーク温度から充分に低い温
度での飽和特性を得るという長時間にわたるアフターグ
ローを行なえるオーバーシュート特性を得ることが可能
となる。

〔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図は本発明に係る自己温度制御型グ
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、まず、第１図等により全体を符号１で示すグロ
ープラグの概略構成を簡単に説明すると、図中符号２は
ステンレススチール等の耐熱金属材料からなるシース、
３はこのシース２を先端部において保持する筒状ハウジ
ングで、このハウジング３の後端部には絶縁ブッシュ４
を介して電極棒５が同心状に取付けられ、この電極棒５
先端はシース１内に挿入されている。

そして、シース２先端側内部空間には、たとえば鉄ク
ロムあるいはニッケルクロム合金などのように正の抵抗
温度係数の小さな導電材料で形成され発熱体となる第１
の螺旋状抵抗体10（以下第１の抵抗体という）が軸線方
向に沿って配設され、その一端は前記シース２の先端側
に電気的に接続されている。また、前記シース２の後端
側内部空間には、この第１の抵抗体10と連続してシース
２後端側の電極棒５との間に、たとえば鉄系材料または
ニッケル等の正の抵抗温度係数の大きな導電材料で形成
された第２の螺旋状抵抗体11（以下第２の抵抗体とい
う）とが配設され、これによりこれら第１の抵抗体10、
第２の抵抗体11は、シース２と電極棒５間で直列して接
続されている。なお、これら第１および第２の抵抗体1
0,11は、シース２内に充填されたマグネシア（MgO）等
の耐熱絶縁粉末６により埋設されている。

ここで、上述した第２の抵抗体11は、それ自身が発熱
源として作用するばかりでなく、前記第１の抵抗体10に
対し通電開始直後において、その抵抗値が小さいことか
ら大電力を供給し得るとともに、通電時間の経過と共に
抵抗値が増大して供給電力を減少させ、グロープラグ自
身の飽和温度を一定温度以下におさえ、過加熱を防止す
る温度制御手段としても作用する。これは、この第２の
抵抗体11の正の抵抗温度係数が大きく、その抵抗値が通
電による発熱と共に順次増大することから明らかであろ
う。そして、この第２の抵抗体11による電流制御を適切
なものとするために、第１の抵抗体10と第２の抵抗体11
とは、それぞれの螺旋部が所定の間隙GAPをおいて対抗
するようにして接続されている。すなわち、これら両抵
抗体10,11の螺旋部間に一定の間隙を設けることで、従
来問題とされていた第１の抵抗体10からの第２の抵抗体
11に対する熱影響に時間的間隔を保ち、これにより第２
の抵抗体11による電流制御を時間的に遅らせて第１の抵
抗体10への大電力の供給時間を延ばし、この第１の抵抗
体10を急速に赤熱させて温度立上り特性を大幅に向上さ
せ得るものである。なお、この実施例では、両抵抗体1
0,11を、第２図から明らかなように、その最終螺旋部端
からそれぞれ軸線方向に向って延設した直線状端部10a,
11a同士を平行して重ね合わせてレーザ溶接等で接続す
ることで、両抵抗体10,11を、小さい抵抗値（実質的に
ゼロに近い値）となる接続部12を構成するようにしてい
る。

さて、本発明によれば、上述した構成による自己温度
制御型グロープラグ１において、シース２における発熱
体となる第１の抵抗体10を埋設した先端部分でのシース
径ＤRを、制御用の第２の抵抗体11を埋設した後端部分
でこのシース径ＤBとの比率（ＤB/DR）が1.3〜２の範囲
内にあるように小さく設定するとともに、これら第１の
抵抗体10と第２の抵抗体11とを前述したように抵抗値が
実質的にゼロとなるように構成した抵抗値の小さい接続
部12を介して接続するようにしたところに特徴を有して
いる。

なお、この実施例では、前述した両抵抗体10,11間の
間隙GAPに対応するシース２部分を、ラッパ状に形成さ
れた径変化部により構成し、これにより小径な先端部分
と大径な後端部分とを連結するようにしている。

ここで、上述したような第１、第２の抵抗体10,11の
それぞれの埋設部分でのシース径ＤR,DBとしては、ＤB
≧1.3DRとすることが望ましく、特にこれらのシース径
ＤR,DB間での比率が、｛ＤB/DR＝1.7｝程度が最適であ
ることが、第３図（ａ），（ｂ）、さらに第９図の
（ａ），（ｂ）から明らかなように実験により確認され
ている。たとえばシース２の後端部分でのシース径ＤB
を５φとしたとき、シース先端部分でのシース径ＤRは
３φ程度が望ましい。

なお、上述した第３図（ａ）は上述した間隙GAPを8mm
とした場合のＤB/DR＝1.0、1.3、1.7とした場合の特性
を示し、1.3以上であるときにオーバーシュート特性が
得られ、1.7のときにピーク温度やシース径の製造上で
の理由から最適であることが確認されている。勿論、こ
れ以上の比率であると速熱性はより一層よくなるが、シ
ース先端が細くなり過ぎ、製造面から問題を生じる。つ
まり、必要とするシース２の肉厚、螺旋状抵抗体10の線
径などを考慮すると、先端側のシース径ＤRは、比率2.0
程度が製造限界と考えられる。

つまり、このような第１、第２の抵抗体10,11の埋設
部分でのシース径ＤR,DBの比率としては、1.3〜2.0の範
囲にあるように設定すればよい。そして、このようなシ
ース径ＤR,DBの比率とすれば、第３図（ａ）、第９図
（ａ），（ｂ）等から明らかなように、発熱体となる第
１の抵抗体10を埋設しているシース先端部分での熱容量
を、制御側である第２の抵抗体11を埋設しているシース
後端部分に比べて充分に小さくし、これにより速熱型と
しての機能を発揮させ得るとともに、ピーク温度から充
分に低い温度での飽和特性が得るという長時間にわたる
アフターグローを行なえるオーバーシュート特性を得る
ことが可能となる。

すなわち、第９図の（ａ）は上述した間隙GAPを5mmと
した場合、第９図（ｂ）は間隙GAPを3mmとした場合の特
性を示すものであり、これらの図からも上述したよう
に、比率が1.3以上であるときにオーバーシュート特性
が得られ、1.7のときにピーク温度やシース径の製造上
での理由から最適であることが確認されることは容易に
理解されよう。

そして、以上のようなシース径ＤR,DBの比率を一定の
範囲に定めた本発明による構成では、発熱体となる第１
の抵抗体10を埋設しているシース２先端部分での熱容量
を、制御側である第２の抵抗体11を埋設しているシース
２後端部分に比べて充分に小さくし、これにより迅速な
赤熱化を得て800℃到達が５秒以内という速熱型として
の機能を発揮させ得るとともに、シース２後端部分に埋
設される制御側の第２の抵抗体11による電力制御機能を
必要かつ適正に働かせ、エンジン始動後における発熱温
度が、1050℃程度をピーク温度としてこれから200℃程
度も充分に低い850℃程度で飽和温度となるという第４
図に示したようなオーバーシュート特性を得ることが可
能となり、これにより長時間にわたるアフターグローを
行なえるものである。

なお、第３図（ｂ）は上述した第１および第２の抵抗
体10,11間に間隙を設けない場合（ギャップ0mm）での特
性を示しており、比率が1.7程度であるときには多少の
オーバーシュート特性を得られることが確認することが
でき、ある程度の機能は得られるものである。

しかし、その特性は実用上からは不充分なものであ
り、本発明によれば、後述するような間隙GAPを両抵抗
体10,11間に設け、これら間の熱伝達を小さくし、シー
ス径ＤRを小さくして熱容量を小さくすることによる所
要の電力制御を適切に行なうという効果を、より一層発
揮させ得るように構成している。

すなわち、本発明によれば、上述した自己温度制御型
グロープラグ１において、シース２における発熱体とな
る第１の抵抗体10を埋設した先端部分でのシース径ＤR
を、制御用の第２の抵抗体11を埋設した後端部分でのシ
ース径ＤBよりも小さく設定するとともに、第１の抵抗
体10と第２の抵抗体11との間に、少なくとも第１の抵抗
体埋設部分（シース先端部分）におけるシース径ＤRよ
りも大きい間隙GAP（＞ＤR）を設け、かつこの間隙GAP
内において両抵抗体10,11を上述した抵抗値の小さい接
続部12を介して接続するようにしている。

そして、このような構成によっても、発熱体となる第
１の抵抗体10を埋設しているシース２先端部分での熱容
量を、制御側である第２の抵抗体11を埋設しているシー
ス２後端部分に比べて小さくし、これにより迅速な赤熱
化を得て800℃到達が５秒以内という速熱型としての機
能を発揮させ得るとともに、上述したシース２先端部分
の第１の抵抗体10から所定の間隙GAP（＞ＤR）をおいて
接続されているシース２後端部分に埋設される制御側の
第２の抵抗体11による電力制御機能を必要かつ適切に働
かせることが可能である。

特に、このような効果は、前述した第３図（ａ）、第
９図（ａ），（ｂ）と第３図（ｂ）との比較において容
易に理解されよう。すなわち、第３図（ｂ）に示す間隙
GAPが０であると、シース径ＤR,DBの比率が1.7であって
も、オーバーシュート特性上での効果はあまりないが、
第９図（ｂ）、第９図（ａ）、さらに第３図（ａ）で示
すように間隙GAPが3mm,5mm,8mmとなると、1.3以上の比
率であれば、所要のオーバーシュート特性を得ることが
できるものである。

そして、このような構成では、エンジン始動後におけ
る発熱温度が、1050℃程度をピーク温度としてこれから
200℃程度も充分に低い850℃程度で飽和温度となるとい
う第４図に示したようなオーバーシュート特性を得るこ
とが可能となり、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。

また、本発明によれば、上述したような発熱特性をグ
ロープラグ１単独で自己制御により得ることができるた
め、従来のようなアフターグロー時用のリレーや電圧降
下用抵抗等といった余分な回路部品等は不要で、予熱装
置全体のコスト低減化が図れるものである。

ここで、上述したグロープラグ１への通電制御回路構
成を第５図（ａ）を用いて簡単に説明すると、四本のグ
ロープラグ１（GP）のヒータ部分が並列接続して設けら
れ、たとえば12Vのバッテリ電源20からの定格電圧が、
リレー21を介して印加され、各ヒータ部分がそれぞれ発
熱することで、ディーゼルエンジンの燃焼室または副燃
焼室を予熱し、エンジンの始動性を補助するようになっ
ている。なお、上述したグロープラグ１はボディアース
となっており、また図中符号22はエンジンキースイッ
チ、23はタイマ機能を有するコントローラ、24はエンジ
ン冷却水温度センサ、25は始動タイミング表示器である
が、その動作等は周知の通りで、その具体的な説明は省
略する。

そして、本発明によるグロープラグ１によれば、その
自己温度制御機能により上述した回路構成でよいが、従
来型の場合には、同図（ｂ）で示すように、アフターグ
ロー時の制御用としての別回路を設け、その制御用リレ
ー26および電圧降下用抵抗27を付設することが必要であ
るもので、その回路構成上での相違は容易に理解されよ
う。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、グ
ロープラグ１各部の形状、構造等を、適宜変形、変更す
ることは自由であり、またその適用するグロープラグ構
造としても第１図および第２図に例示したものに限定さ
れるものではない。たとえば第６図および第７図に示す
ように、第１の抵抗体10と第２の抵抗体11との間の間隙
GAPを、柱状または筒状のロッド体30で接続してもよ
く、このような断面積の大きなロッド体30ではその抵抗
値を実質的にゼロとすることが可能となる。また、第８
図に示すように、両抵抗体10,11の螺旋部を小径として
延設し、これら小径螺旋部同士を螺合させて接合してな
る接続部31などのような接続手段であってもよいことも
容易に理解されよう。要は抵抗値が充分に小さい接続手
段により両抵抗体10,11を所定間隙をおいて接続すると
よいものである。

〔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、発熱体となる第１の抵抗体と、その
一端に直列接続されかつ第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る第２の抵抗体と、
これら第１および第２の抵抗体を耐熱絶縁粉末中に埋設
した状態で被覆するシースとを備えてなり、このシース
における第１の抵抗体を埋設するシース先端部分でのシ
ース径ＤRを、第２の抵抗体を埋設するシース後端部で
のシース径ＤBとの比率（ＤB/DR）が1.3〜２の範囲内に
あるように小さく設定するとともに、これら両抵抗体を
抵抗値の小さい接続手段を介して接続するようにしたの
で、簡単な構成であるのにもかかわらず、発熱体となる
第１の抵抗体を埋設しているシース先端部分での熱容量
を、制御側である第２の抵抗体を埋設しているシース後
端部分に比べて充分に小さくし、これにより通電初期に
おいて迅速な発熱を得て速熱型としての機能を発揮させ
得るとともに、ピーク温度から充分に低い温度での飽和
特性を得るという長時間にわたるアフターグローを行な
えるオーバーシュート特性を得ることが可能となる。

また、本発明に係る自己温度制御型グロープラグによ
れば、発熱体となる第１の抵抗体と、その一端に直列接
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る第２の抵抗体と、これら第１お
よび第２の抵抗体を耐熱絶縁粉末中に埋設した状態で被
覆するシースとを備えてなり、このシースにおける第１
の抵抗体を埋設するシース先端部分でのシース径ＤR
を、第２の抵抗体を埋設するシース後端部分でのシース
径ＤBよりも小さく設定するとともに、これら第１の抵
抗体と第２の抵抗体との間に、少なくとも第１の抵抗体
埋設部分におけるシース径ＤRよりも大きい間隙GAP（＞
ＤR）を設け、かつこの間隙内において両抵抗体を抵抗
値の小さい接続手段を介して接続するようにしたので、
発熱体埋設部であるシース先端部分から所定の間隙GAP
（＞ＤR）をおいてシース後端部分に埋設される制御側
の第２の抵抗体を接続していることにより、この制御側
である第２の抵抗体による電力制御機能を必要かつ適切
に働かせ、発熱温度を時間の経過に伴ってピーク温度か
ら充分に低い飽和温度とし得るというオーバーシュート
特性を得ることができ、長時間にわたるアフターグロー
が可能で、しかもこのような発熱特性をグロープラグ自
身で得ることができるため余分な回路部品等は不要で、
予熱装置全体のコスト低減化が図れる等の優れた効果を
奏する。

【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を示
す全体の概略断面図、第２図はその要部拡大断面図、第
３図（ａ），（ｂ）は先端部発熱温度と時間との関係を
示す間隙を有する場合（ギャップ8mm）と間隙なしの場
合（ギャップ0mm）との特性図、第４図は発熱特性を説
明するための特性図、第５図（ａ），（ｂ）はグロープ
ラグへの通電回路構成を示す本発明による場合と従来例
との回路図、第６図および第７図は本発明の別の実施例
を示す全体の概略断面図およびその要部拡大断面図、第
８図はさらの別の実施例を示す要部拡大断面図、さらに
第９図（ａ），（ｂ）は第３図に対応して先端部発熱温
度と時間との関係を示す間隙（ギャップ）が5mmの場合
と3mmの場合との特性図である。１……自己温度制御型グロープラグ、２……シース、３
……ハウジング、５……電極棒、６……耐熱絶縁粉末、
10……第１の抵抗体、11……第２の抵抗体、12……接続
部、30……ロッド体、31……接続部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体となる第１の抵抗体（10）と、その
一端に直列接続されかつ第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る第２の抵抗体（1
1）と、これら第１および第２の抵抗体を耐熱絶縁粉末
（６）中に埋設した状態で被覆するシース（２）とを備
えてなり、このシースにおける第１の抵抗体埋設部分のシース径Ｄ
Rを、第２の抵抗体埋設部分のシース径ＤBとの比率（Ｄ
B/DR）が1.3〜２の範囲内にあるように小さく設定する
とともに、前記両抵抗体を抵抗値の小さい接続手段（12）を介して
接続したことを特徴とする自己温度制御型グロープラ
グ。
【請求項２】発熱体となる第１の抵抗体（10）と、その
一端に直列接続されかつ第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る第２の抵抗体（1
1）と、これら第１および第２の抵抗体を耐熱絶縁粉末
（６）中に埋設した状態で被覆するシース（２）とを備
えてなり、このシースにおける第１の抵抗体埋設部分のシース径Ｄ
Rを、第２の抵抗体埋設部分のシース径ＤBよりも小さく
設定するとともに、前記第１の抵抗体と第２の抵抗体との間に、少なくとも
第１の抵抗体埋設部分におけるシース径ＤRよりも大き
い間隙GAP（＞ＤR）を設け、かつこの間隙内において前記両抵抗体を抵抗値の小さい
接続手段（12）を介して接続したことを特徴とする自己
温度制御型グロープラグ。