JPS58110919A - ディーゼルエンジン用グロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディ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する。

一般に、ディ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、耐熱金楓
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
ムまたはニッケルなどの一種材料によるコイル状の発熱
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障
している。

しかしながら、このようなシース型グロープラグでは、
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が多すぎるという問題が生じている
。すなわち、前記発熱線に電流を流すことによシ発生す
る熱は耐熱絶縁粉末を経てシース側に伝達されるため、
その赤熱までに時間がかｔコリ、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
いという欠点があった。

このため、上述したシース、耐熱絶縁粉末等の代りに、
発熱線をセラミック材中に埋設することによシ形成され
たヒータ棒を用い、熱伝達効率を向上させてなるグロー
プラグが提案されておシ、従来のシース型に比ペヒータ
棒の発熱性に優れ、加熱時に短時間で赤熱して温度立上
シ特性が向上し、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、内部に埋
設される発熱線が一種類であることから、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シあるいは高熱によって
セラミックヒータ棒に悪影響を及はす恐れがあり、さら
にバッテリ、電気回路側に悪影響を及はし、またフユー
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、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。

特に、近年では、ディーゼルエンジンが一般乗用車にも
多く使用されるようになっており、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、上述した問
題をも含めて考慮し、簡易な構造によシ発熱特性に優れ
た速熱型グロープラグの出現が要望されている。

このため、本発明者らは、この種のグロープラグにおい
て発熱線などの材料の選定等を含む種々の研究、開発を
行なった結果、通電直後に大電力を供給して温度立上り
特性を向上させるものとして、従来からシース型グロー
プラグでは知られている抵抗温度係数の異なる二種類の
材料によシそれぞれ形成された発熱体を用いてなる構造
を、前述したセラミックヒータ棒に適用することを見出
した。

しかしながら、このような二種材料による発熱体を用い
たグロープラグにおいて、従来のものは、ある程度速熱
型として機能する反面、製造が面倒でコスト高となる割
には発熱特性が良くないのが現状であシ、これをそのま
まセラミックヒータ棒に適用するＫは問題の多いもので
あった。

このため、本発明者らは、上述した二種材料による発熱
体を用いることによる利点を有効に活用するため、種々
研究、開発を行ない、従来のものけ、二種類の発熱体の
発熱部分が互いにあまシにも近接して配設されているた
め熱影響を受けて通電初期における大電力の通電時間が
短くなる点に注目した。・ すなわち、この種従来のグロープラグでは、抵抗温度係
数の小さい発熱体を先端側に、かつ抵抗温度係数の大き
い発熱体を後端側に設け、この後端側発熱体の温度変化
による抵抗変動を利用して櫻電直後において先端側発熱
体に大電力を供給してその迅速な赤熱化を図っているが
、自発熱体が近接しているため後端側発熱体が先端側か
らの熱影響によシあまりにも早く温度上昇し、これによ
υ先端側への供給電流が制御されるととＫなる。

そして、このような問題から発熱特性に欠け、速熱型と
しての効果を発揮し得ない結果となるものであった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、二種
類の発熱体をセラミックヒータ棒内に埋設するとともに
、これら自発熱体を、それぞれの発熱部間での熱伝導を
遅延させることができる程度の余裕をもった間隙をおい
て接続するという簡単な構成によって、先端側の発熱部
からの後端側への熱影響をある程度押え、通電初期にお
いて大電力を先端側に有効に集中させてその迅速な赤熱
化を図シ、これによシ全体の温度立上シ特性を大幅に向
上させることができ、しかも後端側発熱体のもつ自己制
御作用によシ先端側への通電電力を自動的にかつ効率よ
く制御してその過加熱を防止し、安定かつ速熱性に優れ
た発熱特性を得ることができる安価なディーゼルエンジ
ン用グローブラグを提供するものである。

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図ないし第３図は本発明に係るディーゼルエンジン
用グロープラグの一実施例を示し、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、二種類の発熱
体とそのリード部とからなる抵抗体１１を埋設してなる
セラミックヒータ棒１２と、このセラミックヒータ棒１
２を先端部において保持する略々管状のホルダ１３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
る絶縁ブツシュ１４を介して外部接続端子１５が嵌め込
まれ、またこの外部接続端子１５は前記ヒータ棒１２の
後端部に多芯金属導＠１Ｇを介して接続されている。

前記ヒータ棒１２は断面が略々楕円状を呈し、前記抵抗
体１１を金型内に保持した状態で充填されるセラミック
粉末を加圧焼成することによシ、あるいは一対の化セラ
ミック棒の接・金回に抵抗体１１を挾持させた状態で圧
縮焼結することなどＫよって成形される。この場合、ヒ
ータ棒１２の断面形状を略々楕円状としたのは、円形に
比ベセラミック材の密度を向上させ、その強度、絶縁性
および熱伝導率をより効果的とするためである。なお、
上述したセラミックヒータ棒１２の材質としては、絶縁
性、熱伝導率の優れたシリコン系非酸化物、たとえば８
１１Ｎ４のようなシリコン系窒化物などが好ましい。特
に５ｉｌＮ、は高温強度において金属材料、アルミナ等
に比較して数段優れ、また耐熱衝撃性にも優れており、
さらに高温での電気絶縁性、耐摩耗性、耐薬品性などに
も優れておシ、この種のグロープラグに要求される特性
をほぼ満足し得るものである。

なお、図中１７ａ、　１７ｂけヒータ棒１２の長手方向
中央部外周と後端部外周およびその端面に形成されたニ
ッケルなどの金属をメタライズした金属コーテング層で
、ヒータ棒１２内に埋設される抵抗体１１の両端、すな
わち第３図に示す各リード部１１ａ、　１１ｂの端部を
外部に電気的に接続するために、各リード部１１１．１
１ｂの棒体外に露出する端部に接触してヒータ棒１２外
部に形成される。

これはセラミック材からなるヒータ棒１２には金属部材
を直接溶接あるいはろう付けすることができないためで
ある。

そして、前記ヒータ棒１２の中央部にはヒータ棒１２．
の外形状にほぼあわせた断面形状の孔１８ａを有し前記
ホルダ１３の先端部に保持固定される補強用の金属製パ
イプ１８が嵌合され、かつその後端部側には前記導線１
６を結線するための取付片１９ｍを有するターミナルキ
ャップ１９が被冠され、それぞれヒータ棒１２に対し銀
ろう付けなどにより固着されている。

さて、本発明によれば、上述した構成によるグロープラ
グにおいて、セラミックヒータ棒１２内に埋設される抵
抗体１１を、第３図に示すような状態で配列したところ
に特徴を有している。すなわち、抵抗体１１は、前記ヒ
ータ棒１２の先端部で波状に屈曲形成された発熱部２０
ａを有しかつその両端部２０Ｊ　２０ｏが平行してヒー
タ棒１２後端側に延設されてなる第１の発熱体２０と、
この第１の発熱体２０の両端部２０ｂ、　２０ｏに連設
されヒータ棒１２の長手方向に沿って後端側に導びかれ
るとともに、上述したと同様に波状に屈曲形成された発
熱部２１ｍ、　２１ａを有する一対の第２の発熱体２１
．２１と、これら第２の発熱体２１．２１のそれぞれに
連設され一方はヒータ棒１２の長手方向中央部まで、他
方はヒータ棒１２の後端部まで延設された一対の板状リ
ード部１１ｍ、　１１ｂとから構成されている。そして
、前記第１の発熱体２０は抵抗温度係数の小さな導電材
料によｐ１第２の発熱体２１は前記第１の発熱体２０よ
シも抵抗温度係数の大きな導電材料により形成されてい
る。

この場合、これら自発熱体２０．２１の材料はセラミッ
クヒータ棒１２の成形時の加熱温度などによって適宜選
定される。

そして、上述したように自発熱体２０，２１の材料を選
定することによシ、第２の発熱体２１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の発熱体２
０に対し、通電開始直後においては大電力を供給し、か
つ通電時間の経過と共にその供給電力を減少させてグロ
ープラグ自身の飽和温度を低くおさえ、過加熱を防止す
る温度制御手段としても作用する。すなわち、この第２
の発熱体２１は、ｊＩｌの発熱体２ｏに比べて抵抗温度
係数の大きな材料で形成されていることがら、通電開始
直後においては発熱が極めて小さいためその抵抗値は小
さい。そして、通電時間の経過と共に第１の発熱体２ｏ
の発熱部２０ａからの伝熱とそれ自身の発熱部２１１で
の発熱とにょ）順次に温度上昇し、この上昇温度に比例
してその抵抗値が増大し、第１の発熱体２ｏへの供給電
力を制御する。

ここで、注目すべき点は、上述した第１の発熱体２０と
第２の発熱体２１とはそれぞれの発熱部２０ａ、　２１
ａ間が一定の間隙をおいて対向するようにして接続され
ていることである。すなわち、第２の発熱部２１ｍを、
第１の発熱部２０ｍからの熱伝導を遅延させるための余
裕をもった間隙をおいて第１の発熱部２０１に接続する
ことにょシ、従来間鴎であった第２の発熱部２１１に対
する先端側の第１の発熱部２０ａの熱影響に時間的間隔
を保てるようにし、これにより第２の発熱体２１による
電流制御を時間的に、遅らせて第１の発熱体２０への大
ｉＩ流の通電時間を延ばし、急速に赤熱させて温度立上
り特性を大幅に向上させるようにしている。

この場合、この間隙は、自発熱体２０．２１の線径など
を考慮して適切な値とすべきで、本実施例のように波状
の発熱部２０ａ、　２１ａを有する場合そのピッチよシ
も大きいことが望まれる。

なお、これら自発熱体２０．２１の発熱部２０ａ。

２１ａの形状は上述した波状に限定されるものではなく
、種々変形例が考えられる。たとえば第４図（ａ）に示
すように螺旋状としたシ、同図（ｂ）に示す櫛歯状、さ
らに同図（ｏ）に示す波状など、任意の形状、幅などを
採シ得るもので、要は発熱部を密にするように曲げ、屈
曲、折曲げ形成すればよいものである。

ま喪、第１の発熱体２０と第２の発熱体２１の接続部は
上述した間隙内に訃いて熱伝達が必要最小限となるよう
に接続されていればよく、第３図および第４図（＆３　
（ｂ）　（ｏ）に示すように両方の端部を重ね合わせ、
溶接するも、また第５図に示すように、一方を他方に巻
き付けるようにするも、自由である。この場合、この第
２の発熱体２１のリード部１１ａ、　ｌｌｂへの接続も
同様に処理されている。

このような構成によるセラミックヒータ棒１２を用いた
グロープラグによれば、通電開始直後においては、第２
の発熱体２１の抵抗が小さいため大電力が第１の発熱体
２ｕに集中し、その供給電力は第６図中ａで示す特性曲
線から明らかなように２３０Ｗにも及び、迅速に発熱さ
れる。そして、この第１の発熱体２００発熱部２０ｍか
らの熱影響が第２の発熱体２１の発熱部２１１に伝達さ
れ抵抗が増大するまでに、間隙の存在により時間遅れが
ちシ、第１の発熱部２０１に大電力が集中する時間が長
くとれるため、この部分の速熱性が良好となる。

一方、第２の発熱体２１の発熱部２１１においても、同
図中すで示される特性曲線から明らかなように、　１０
０ｍ近い供給電力が加わ）、これにょシ徐々に発熱し、
この発熱温度および第１の発熱部２０ｍからの熱影曽に
伴って抵抗値が増加する。そして、この抵抗値の変化に
応じて電流が減少し、第１の発熱体２０側への印加電圧
が減少すると、第１の発熱体２０における供給電力は急
速に減少し、その発熱蓋が制限されて過加熱が防止され
る。

このときには、第２の発熱体２１はそれ自身の発熱部２
１ａのみで必要な発熱量を有し、セラミックヒータ棒１
２は順次加熱されてエンジン始動に必要な温度（通常８
００℃）まで温度上昇する。

また、上述した二樵類の発熱体２０．２１を埋設したセ
ラミックヒータｌ１１１２を用いたグロープラグの発熱
特性の実測値を第７図に示してお夛、同図（＆）は間隙
を０としたもの、同図（ｂ）〜＜１）はそれぞれ１ｍｍ
〜６ｍｍとした場合を示している。そして、これらの特
性図において、間隙をθ〜３１１１１とすることによっ
て、８００℃に達する時間が順次減少し、温度立上シ特
性が大幅に向上し、それ以上はあまシ変化しないことが
確認される。一方、間隙が大きくなると、その飽和温度
が１２００℃にも及び、発熱体２０．２１の溶断等を招
く恐れも生じる。したがって、上述した間隙は小さすぎ
ても、また大きすぎても問題で、この場合２〜３ｍｍ程
度が好ましいことが明らかとなるであろう。

なお、本発明に係るディーゼルエンジン用グロープラグ
は前述し九実施例構造に限定されるものではなく、各部
の構造、形状等を適宜変更することは自由である。

以上説明し喪ように、本発明に係るディーゼルエンジン
用グロープラグによれば、抵抗温度係数の異なる二種材
料からなる第１および第２の発熱体をセラミックヒータ
棒内に埋設するとともに、それぞれの発熱部を熱伝導を
遅延させる程度の間隙をおいて接続するようにしたので
、以下に列挙する優れた効果がある。

（１）第２の発熱体の発熱部の温度上昇に時間遅れを生
じさせ、これによシ通電初期において第１の発熱体の発
熱部に大電力を有効に集中させ、迅速な赤熱化を図り、
従来に比べて温度上昇特性を大幅に向上させて速熱型と
してのグロープラグを得ることができ、その結果ディー
ゼルエンジンの始動性を大幅に向上させることができる
。

（２）％に、自発熱体が熱伝達効率に優れたセラミック
ヒータ棒内に埋設されているため、ヒータ棒の発熱性に
優れ、速熱型としてその性能を充分に発揮することがで
きる。

（３）また、エンジン始動時においては、第２の発熱体
のもつ温度制御機能によシ、グロープラグ全体の過加熱
を防止できることから、従来のような溶断事故が生じる
といった恐れはなく、さらに別個に抵抗値検出装置、電
圧降下抵抗等を設けるといった必要は全くない。

（４）また、二種類の発熱体の発熱部を単に間隙をおい
て接続してセラミックヒータ棒内に埋設するだけでよい
ため、全体の構成が簡単で、その製造も容易に行なえ、
また動作上の信頼性が高く、シかもコスト的に安価であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るディーゼにエンジン用グロープラ
グの一実施例を示す分解斜視図、第２図（＆）（ｂ）は
その組立て状態を示す正面図および先端側から見た側面
図、第３図は本発明を特徴づけるセラミックヒータ棒へ
の抵抗体の埋設状態を示す図、第４図（ａ）　Ｃｂ）（
ｏ）および第５図はその変形例を示す図、第６図および
第７図（＆）ないしくｆ）は本発明による動作を説明す
るえめの特性図である。 １０・・・・グループラグ、１１・・・・抵抗体、Ｉｌ
ｍ、１１ｂ・・・・リード部、１２・・・・セラミック
ヒータ棒、１３・・・・ホルダ、２゜・・・・第１の発
熱体、２０ａ・・・・第１の発熱部、２１・・・・第２
の発熱体、２１ａ・・・・第２の発熱部。 特許出願人　　自動車機器株式会社 代　理　人　　　山　川　政　樹（ほか１名）第４図 １＠５図 、１２ 第６図 叶１１ｊｌ　（Ｓｅｃ）　− ＃！７図 （ＣＩ）　　　　　　　　（Ｃ） （ｂ）（ｄ） Ｈ１ＩＨｂｅｃノー　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１手　ｌｉｔ　　（Ｓｅｃ）　　→（ｅ） （ｆ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の発熱部と、この第１の発熱部に接続されかつ第１
   の発熱部よシも正の抵抗温度係数の大きな材料で形成さ
   れた第２の発熱部とを有し、これら自発熱部を埋設して
   なるセラミックヒータ棒を備えてなり、前記第２の発熱
   部は、第１の発熱部からの熱伝導を遅嬌させるための余
   裕をもった間隙をおいて、前記第１の発熱部に接続され
   ていることを特徴とするディーゼルエンジン用グロープ
   ラグ。