JPS61217623A - 自己温度制御型グロ−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】 〔産業上の利用分野〕 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し、特に
速熱型としての機能を発揮させるとともに、その発熱特
性を改善し長時間のアフターグロー化を達成し得る棒状
ヒータを備えてな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〕

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。この種従来のグロ
ープラグとしては、金属型シース内に耐熱絶縁粉末を充
填し鉄クロム、ニッケル等からなるコイル状発熱線を埋
設した。いわゆるシース型と呼ばれるものが一般的であ
るが、それ以外にも特開昭５７−４１５２３号公報等に
示されるように、タングステン等による発熱線をセラミ
ック材中に埋設した棒状ヒータを用いてなるセラミック
ヒータ型も知られている。そして、このセラミックヒー
タ型では、耐熱絶縁粉末およびシースを介しての間接加
熱であるシース型に比べ、熱伝達効率を向上させ得ると
ともに発熱特性の面でも優れ、加熱時に短時間で赤熱し
て温度立上り特性を大幅に向上させ、速熱型としである
程度の性能を発揮させ得るもので、近年盛んに採用され
るようになっている。

また、上述した発熱線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し得る
構成として、発熱線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＃ｉ統するように
した。いわゆる二種材料による自己温度制御型グロープ
ラグも、たとえば特公昭４５−１１８４８号公報や特開
昭５４−１０９５３８号公報等により従来既に提案され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

、　　しかしながら、前者のセラミックヒータ型グロー
プラグでは、その内部には従来のシース型と同様に、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
電電力の制御を行なううえで若干の問題を生じている。

すなわち、このようなセラミックヒータにおいて加熱時
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必
要があるが、この場合に発熱線の溶断を生じたり、高熱
によってセラミックヒータに悪影響を及ぼす等の虞れが
あり、さらにバッテリ、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別
個に設けることが必要で、その結果グロープラグを含め
た予熱装置全体のコスト高を招くものであった。特に、
このようなセラミックヒータ型では、たとえば窒化ケイ
素などで形成したセラミックヒータ内にタングステン等
による発熱線を埋設するようにしているが、このヒータ
内での温度分布が不均一となり易く、耐熱強度等の信頼
性の面で問題で、またコスト的にも非常に高価となるも
ので、何らかの対策を必要とするものであった。

また、後者の自己温度制御型グロープラグは。

上述したセラミックヒータ型における問題点を解決し得
るものであるが、その制御機能等の信頼性の面で若干の
問題を生じるばかりでなく、前述したシース型と同様に
セラミック材を介しての間接加熱であることから速熱性
等の点でも間通で、まだまだ改善の余地が残されている
。すなわち、この種二種材料による自己温度制御型にお
いて、従来は、電力制御用抵抗体を、ホルダ内に水ガラ
ス等の絶縁材を充填した状態で内設したり、シース内で
発熱線と直列接続したりする構造が一般的であるが、そ
の構造が複雑で１組立作業が面倒かつ煩雑であるばかり
でなく、抵抗体を用いることによる制御効果を適切に働
かせることが困難である等の問題があった。さらに、こ
のような構成では、その温度上昇時間をたとえば７秒以
内に速めることはできず、また最近の市場要求でも有る
エンジン始動後における通電いわゆるアフターグローの
長時間化に伴ない、線材自身の劣化が問題となってきて
いる。

特に、近年この種のグロープラグにあっては。

ディーゼルエンジンの始動性の向上やそのターボ化の普
及に伴なう使用条件の高温化に対する耐久性、さらに予
熱装置全体のコスト低減化と共に、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
なえるようにして、排気、騒音対策を図るという、いわ
ゆるアフターグロ一方式を採用することに対しての要求
が大きく、しかもこのアフターグロ一時間を可能な限り
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ってはエ
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、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
音等の問題を生じるため、上述したアフターグロー等　
゛が必要とされるものであった。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した要請に応えるために、本発明に係る自己温度制
御型グロープラグは、中空状ホルダの先端部に保持され
る棒状ヒータを、その先端側で正の抵抗温度係数の小さ
な導電性セラミック材により形成された発熱部と、その
後端側に一体的に連設されかつ発熱部よりも正の抵抗温
度係数の大きな導電性セラミ−２り材により形成された
制御部とから構成するようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、正の抵抗温度係数の異なる導電性セラ
ミック材による発熱部と制御部とを一体的に構成しかつ
発熱部がヒータ表面に露呈しているため、ヒータ先端の
迅速な赤熱化が図れ、速熱型としての性能を発揮させ得
るとともに、それ自身の自己温度飽和性によりピーク温
度および飽和温度を適切に制御し得るものである。

〔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図ないし第３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、まず、第３図において全体
を符号１０で示す自己温度制御型グロープラグの概略構
成を簡単に説明すると、このグロープラグ１０は、先端
側が発熱体として機能する棒状ヒータ１１と、このヒー
タ１１を先端において保持する略管状を呈する金属製ホ
ルダ１２とを備え、このホルダ１２後端部には合成樹脂
材などからなる絶縁ブツシュ１３を介して外部接続端子
１４が同心状に嵌合保持され、またこの外部接続端子１
４は、前記ヒータ１１の発熱部２０に接続される後述す
る電極棒１５にフレキシブルワイヤ等の金属導線１６を
介して接続されている。なお、図中１３ａは前記絶縁ブ
ッシュ１３外周部に一体的に嵌装され組付時においてか
しめられるホルダ１２後端部による高加圧力にてその軸
線方向に座屈変形し絶縁ブツシュ１３をホルダ１２側に
所要の機械的強度で一体化し温度影響を受けにくい構造
とするための金属製パイプで、これは従来一般的な樹脂
製絶縁ブツシュ１３のみではその外部の温度変化によっ
て膨張、収縮してホルダ１２に対して緩みを生じること
から容易に理解されよう、また、１７ａ、１７ｂ、１７
ｃは前記外部接続端子１４後端側のねじ部に螺合された
絶縁リング、固定用ナツト、および外部リード締付は用
ナツトで、図示せぬバッテリからのリード線などをナツ
ト１７ｂ　、１７ｃ間で挟持することによりこの外部接
続端子１４をバッテリ端子に電気的に接続される。一方
、前記ホルダ１２はその外周部のねじ部１２ａがエンジ
ンのシリンダヘッドに形成されたねじ孔に螺合されるこ
とによって電気的にアース接続されると同時に、ヒータ
１１の先端を副燃焼室または燃焼室内に突出して配置さ
せるものである。

ここで、上述したヒータ１１に対し外部接続端子１４を
金属導線１６にて接続したのは、外部接続端子１４に加
わる種々の振動や締付はトルク等の機械的外力からヒー
タ１１を強度的に保護するためで、この導線１６の材料
としてはある程度の柔軟性をもつものを用いるとよいも
のである。しかし、必ずしもこのような構成に限定され
ず、上述した金属導線１６を省略し、前記外部接続端子
１４と電極棒１５とを一体に形成する等の変形例も考え
られるものである。

さて１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、ホルダ１２先端に保持される棒状ヒー
タ１１を、第１図から明らかなように、その先端側で正
の抵抗温度係数の小さな導電性セラミック材により形成
された発熱部２０と、この発熱部２０の後端側に一体的
にｉ！！設されかつ発熱部よりも正の抵抗温度係数の大
きな導電性セラミック材により形成された制御部２１と
で構成するようにしたところに特徴を有している。

すなわち、本発明によれば、従来のグロープラグでは発
熱線をシース、セラミック内に埋設してなる内部発熱型
であることがら速熱型としての機能に欠けるといった問
題を、発熱部２０をヒータ１１の外表面に露呈させるこ
とで解決するとともに、電力制御機能を有する制御部２
１を一体化し自己温度制御型としての機能を持たせ、さ
らに全体の耐熱強度等の信頼性を向上させ得るようにし
たものである。そして、本発明による棒状ヒータ１１に
よれば、発熱部２０はヒータ１１の表面に露呈すると同
時にその内部にまで延在しているもので、従来の内部発
熱型に比べ内外発熱型ということができ、その利点は明
らかであろう。

また、上述した棒状ヒータ１１を構成する発熱部２０お
よび制御部２１を形成する導電性セラミック材としては
、高温状態（たとえば１４００℃程度まで）でも性能的
に安定しており、＃熱衝撃性などに優れてなる。いわゆ
るファインセラミックスと言われているシリコン系非酸
化物などが好ましく、たとえばＭｏＳｉ２　、ＷＳｉ２
　、Ｒｕ５２．Ｓ：Ｃ，ＬａＣｒ０１等が考えられ、こ
れらの材料の中から適宜選択すればよいものである。要
は１発熱部２０側の正の抵抗温度係数が、制御部ｚｌ側
の正の抵抗温度係数よりも小さくなるような材料を設定
すればよい、さらに、このような発熱部２０とＭ制御部
２１を形成する材料として同一材質で形成したものを用
いることもできる。たとえばサイアロン（ＳｉＡＩＯＮ
）に対しＴｉＮを添加すると、導電性を有すること（い
わゆる導電性サイアロン）が確認されており１　またそ
れ以上加えることにより抵抗値が連続的に変化すること
が知られており、上述したＴｉＮの含有率を変えたもの
を適宜利用するようにしてもよいことは明らかであろう
、なお、上述した第１図等では、棒状ヒータ１１を構成
する発熱部２０と制御部２１とを略等しい容積で形成し
た場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、これ
らの容積は必要とされる抵抗比に応じて適宜設定される
もので、自由に選択し得るものである。また、本実施例
では、上述した発熱部２０の先端部を小径に形成した場
合を示し、電極棒１５からの距離を近くして迅速な赤熱
化を達成し得るようにした場合を説明したが、これに限
定されないことも明らかであろう。

ここで、上述した本発明による棒状ヒータｌｌは、第２
図に示１ように、予め所定の成形状態にて準備された発
熱部２０形成体と制御部２１形成体とをその接合部に接
合用の金属系リング２２等を介装した状態で、プレスし
て焼き固め（加圧焼成）、その金属材を拡散させて接合
部分に固溶層を形成し、両部材を確実に一体化するもの
である。次で、前記制御部２１の後端側外周部にホルダ
１２側と接合される金属コーティング層２３を形成し、
しかる後、前記制御部２１および発熱部２０内に形成し
た電極差込み孔２１ａ、２０ａ内に電極棒１５を嵌合し
て差込み、その先端部を前記発熱部２０の先端側に電気
的に接続するとよいものである。この場合、上述した金
属コーティング層２３は、ホルダ１２に対しこのヒータ
１１を銀ろう付は等で接合保持させるためのもので、そ
の熱膨張率を前記ヒータ１１側の導電性セラミック材と
合せた材料を選定すればよく、またその成形方法として
は、溶射、　　ＣＶＤ、　　ＰＶＤ、さらには真空蒸着
等といった方法を始めその他既知の手法を採用すればよ
いものである。さらに、上述した電極棒１５も同様にそ
の熱膨張率を導電性セラミック材と合せることは勿論で
ある。なお、図中１５ａは前記電極棒の先端部を残した
先端側部分に嵌装され、この電極棒と前記制御部との間
を絶縁する絶縁コーティング層で、これにより前記発熱
部２０は本実施例によれば外部接続端子１４、金属溝＆
１１６、および電極棒１５を介してプラス側に接続され
ることとなる。勿論、上述した制御部２１は、その後端
側の金属コーティング層２３を介してホルダ１２側に電
気的に接続され、これによりマイナス（アース）側に接
続されることは容易に理解されよう。

また１本実施例では、棒状ヒータ１１はその断面形状が
略円形となるように形成された丸棒状に形成した場合を
示しており、これによりその成形加工やホルダ１２側へ
の組付けにあたって容易である等といった利点を奏する
ものであるが、勿論これに限定されず、楕円状、角形状
等、種々の変形例が考えられるものである。

そして、上述したような棒状ヒータｌｌによれば、発熱
部２０が直接ヒータ外表面に露呈しているため、従来の
シース型やセラミッ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ものである。特に、上述した棒状ヒ
ータ１１では、その先端部分の断面積が小さくされ迅速
な赤熱化が可能であることから、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
し得るものである。ここで、上述した実施例では説明を
省略したが、ヒータ１１外表面に耐酸化性を有する保護
膜を蒸着等で形成すれば、より大きな耐久性等を期待し
得るものである。

そして、上述したように導電性セラミック材による発熱
部２０と制御部２１とを一体的に構成してなるヒータ１
１を用いると、第４図に示すようなグロープラグ１０と
して優れた特性を発揮し得るものである。すなわち、本
発明によるグロープラグ１０によれば、９００℃到達時
間を３．０秒、ピーク温度をその許容範囲を１４００℃
以下としたうえで約１２００℃、さらに飽和温度を８５
０℃とすることができることが実験により確認されてい
る。

以上の構成による自己温度制御型グロープラグ１０にお
いて、外部接続端子１４から金属導線１６、電極棒１５
を介してヒータ１１の発、熱部２Ｏ１さらにはこの発熱
部２０を介して制御部２１側に電圧を印加すると、その
通電初期にあっては、印加電圧は、発熱部２０および制
御部２１間での抵抗比において分圧され、その抵抗値の
大なる発熱部２０側に制御部２１側よりも大きな電圧が
印加され、制御部２１に対し相対的に大きな電力密度と
なり、速熱性に優れているヒータｌｌ先端の発熱部２０
が急速に発熱されるものである。

また１通電開始から所定時間経過する間に制御部２１側
が徐々に発熱しこれに伴なってその抵抗値が増加すると
、これら発熱部２０および制御部２１間に加わる電圧が
徐々に変化し１発熱部２０側への印加電圧が制御されて
この発熱部２０側は１２００℃程度でピーク温度に達し
た後８５０℃程度で飽和し、その過加熱が防止されるこ
ととなる。すなわち、この時点での制御部２１側での抵
抗値は、発熱部２０側よりもかなり大きくなるものであ
る。そして、この制御部２１による制御機能により発熱
部２０側に加わる電圧が所定値以下に制限されるため、
長時間に及ぶアフターグローを行なう際において、その
耐久性を充分保証し得るものである。

したがって、このような構成によるグロープラグ１０に
よれば、正の抵抗温度係数の異なる導電性セラミック材
により一体的に構成された発熱部２０および制御部２１
からなる棒状ヒータ１１を用いることによって、その自
己温度制御機能により従来のようにヒータに対する回路
上に制御回路等を付設するといった構成は不要となり、
これにより予熱装置全体のコスト低減化を図るうえでそ
の効果を発揮し得るものである。

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。たとえば上述した実施例では、棒状ヒータ１１を構
成する発熱部２０および制御部２１に対し電圧を印加す
るにあたって、発熱部２０側にプラスを、制御部２１偏
にマイナスを接続した場合を説明したが、本発明はこれ
に限定されず、逆に接続してもよいものであり、また、
このような棒状ヒータ１１の形状、構造や電極の接続構
造としても種々の変形例が考えられる。たとえば第５図
に示すように、丸棒状の発熱部２０と制御部２１とを一
体化し、かつその外周部に耐熱絶縁層３０を形成して、
電極リード３１を発熱部２０側に導くとともに、制御部
２１の外周部の一部に形成した金属コーティングＭ２３
部分からマイナス側電極を取出すように構成してもよい
、さらに、第６図に示すように、発熱部２０と制御部２
１とに互いに嵌合する凹、凸部２０ｂ、２１ｂを設け、
これらを嵌合させて接合するようにしてもよく、しかも
このとき上述したとは逆に＋、−電極を接続するように
しても、実用上は何ら支障ないものである。

〔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、ホルダ先端に保持される棒状ヒータ
を、その先端側で正の抵抗温度係数の小さな導電性セラ
ミック材により形成された発熱部と、その後端側に一体
的に連設されかつ発熱部よりも正の抵抗温度係数の大き
な導電性セラミンク材により形成された制御部とで構成
するようにしたので、簡単かつ安価な構成にもかかわら
ず、発熱部がヒータ外表面に露呈し、しかもこれに一体
重に連設された電力制御用制御部の自己温度制御作用に
より、従来型に比べ迅速かつ確実な先端赤熱化を達成し
、速熱型としての機能を高めることができ、また使用条
件の高温化に対する耐熱性をも有し、さらにエンジンの
始動性を大幅に向上させるとともに、オーバーシュート
特性等の発熱特性が大幅に改善され、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ることが可能で、
しかも全体の構造が簡単でその組立性、さらに過酷な使
用条件にも充分に耐え得る耐熱強度、耐久性等に優れて
なる等といっ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
実施例を示す要部拡大側面図、第２図はその要部とする
棒状ヒータの成形状態を説明する分解図、第３図は本発
明を適用した自己温度制御型グロープラグの縦側断面図
、第４図はその要部とする棒状ヒータの温度特性を示す
特性図、第５図および第６図は本発明の別の実施例を示
す棒状ヒータの概略断面図である。 １０・・・・自己温度制御型グロープラグ、１１−−−
・棒状ヒータ、１２・・・・中空状ホルダ、１４・・拳
拳外部接続端子、１５・・・・電極棒、１５ａ・・争・
絶縁コーティング層、１６・・・・金属導線、２０−・
・ψ発熱部、２１・・・・（電力制御用）制御部、２３
・・・・金属コーティング層。 特許出願人　自動車機器株式会社 代　　理　　人　　山川政綱（ほか２名）＝ｔＬ（’Ｃ
）　　　　第４図 第５図 手続補正書（自制 特許庁長官殿　　　　　　　　　　６０．６．１２１、
事件の表示 昭和６０年　特　許　願第５５９８８号２、発明の名称 自己温度制御盤グローブラグ ３、補正をする者 事件との関係　　　特　　　許　　　出願人名称（氏名
）自動車機器株式会社 ５、補正の対象 界　　↓

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの先
   端部に保持される棒状ヒータを備え、この棒状ヒータは
   、その先端側で正の抵抗温度係数の小さな導電性セラミ
   ック材により形成された発熱部と、この発熱部の後端側
   に一体的に連設されかつ発熱部よりも正の抵抗温度係数
   の大きな導電性セラミック材により形成された制御部と
   から構成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。
2. （２）棒状ヒータを構成する発熱部と制御部とは電気的
   に直列接続され、かつ前記発熱部に中空状ホルダの後端
   部に保持された外部接続端子が接続されるとともに、前
   記制御部がホルダ側に接続されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の自己温度制御型グロープラ
   グ。