JPS61217625A - 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、金属製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１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接続するようにし
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１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、またコスト高ともなり、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
も問題で、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、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あるエンジン
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、アイトリジ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、全体が棒状に形成された正の抵抗温度
係数の大きな導電性セラミック材からなる制御部と、こ
の制御部の先端側外周部に耐熱絶縁層を介して形成され
かつその一部が制御部と電気的に接続されるとともにこ
の制御部よりも正の抵抗温度係数の小さな導電性セラミ
ック材や金属材料等による導電性材料により形成され”
た発熱部とで構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、導電性セラミック材による棒状制御部
とその先端部外周に形成された制御部よりも正の抵抗温
度係数の小さな導電性材料による発熱部とで一体的に構
成され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し、まず、第２図において全体
を符号ｌＯ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の後述する発熱部２０に接続され
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ラ
）　１７ｂ　、１７ａ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、Ｊ：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ｌＯ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、全体が棒状に形
成された正の抵抗温度係数の大きな導電性セラミック材
からなる制御部２１と、この制御部２１の先端側外周部
に耐熱絶縁層２２を介して形成されかつその一部が制御
部２１と電気的に接続されるとともにこの制御部２１よ
りも正の抵抗温度係数の小さな導電性セラミック材や金
属材料等による導電性材料により形成された発熱部２０
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１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を発熱部２０内に一体的に設は自己温度制御型として
の機能を持たせるようにし、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の外表面に露呈して設けられていることから、
従来の内部発熱型に比べ表面発熱型ということができ、
その利点は明らかであろう。

ここで、上述した棒状ヒータ１１を構成する制御部２１
を形成する導電性セラミック材としては１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
、耐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等の非酸化物などが
好ましく、たとえばＭｏＳｉ２　、ＷＳｉ２　、ＲｕＯ
２、ＳｉＣ，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。

また、上述した発熱部２０は、上述した制御部２１と同
様に導電性セラミック材により形成してもよいし、ある
いはＷ、Ｎｏ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｒ、Ｔａ等といっ
た金属材料で形成してもよいことは容易に理解されよう
、要は１発熱部２０側の正の抵抗温度係数が、制御部ｚ
ｌ側の正の抵抗温度係数よりも小さくなるような材料を
設定すればよいものである。ここで、上述した発熱部２
０を金属材料で形成する場合には、耐酸化性物質で形成
すればよいが、その表面に耐酸化性物質で保護膜を形成
してもよいことは勿論である。さらに、この発熱部２０
として金属材料を用いた場合には、制御部２１に対する
正の抵抗温度係数を導電性セラミック材を用いた場合よ
りも大きく異ならしめることが可能で、これにより制御
部２１による電力制御効果をより適切に作用させること
が可能である等といった利点を奏することが可能である
。

なお、上述した発熱部２０と制御部２１を形成する材料
としては、同一の導電性セラミック材を用いることも可
能である。たとえばサイアロンにに対し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、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。さらに、上述した棒状ヒ
ータ１１を構成する発熱部２０と制御部２１との容積等
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。

ここで、上述した本発明による棒状ヒータ１１は、予め
所定の成形状態にて準備された制御部２１形成体の先端
部外周に対し、耐熱絶縁層２２をコーティングし、さら
にその外側に発熱部２０をコーティングすることにより
一体化された状態で成形されるものである０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ｆｉ２３を形成し、しかる後、前記制
御部２１内に形成した電極差込み孔２１ａ内に電極棒１
５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暦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例の導電性セラ
ミック材と合せた材料を選定すればよく、また上述した
発熱部２０、耐熱絶縁層２２および金属コーティング層
２３の成形方法としては、溶射、ｃｖｎ、　　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１５の先端部を残した先
端側部分に嵌装され、この電極棒１５と前記制御部２１
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の先端側は本実施例によれば外部接続端子
１４、金属導線１６、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、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１１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、このようなヒー
タ１１では、その先端部分の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。

棒状ヒータ１１の外表面に耐酸化性を有する保護膜を蒸
着等で形成するようにすれば、より大きな耐久性等を期
待し得るものである。

そして、上述したように発熱部２０と制御部２１とを一
体的に構成してなるヒータｔｉを用いると、第３図に示
すようなグロープラグｌＯ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１
０によれば、８００℃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１２０
０℃、さらに飽和温度を８５０℃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２０、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、制御部２
１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１１先端の発熱部２０が急速
に発熱されるものである。

また、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、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
などによって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側
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、第４図に示すように、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第４図に示すように種々
の変形例が考えられるものである。

〔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、全体が棒状に形成された正の抵抗温度係数の大きな
導電性セラミック材からなる制御部と、この制御部の先
端側外周部に耐熱絶縁層を介して形成されかつその一部
が制御部と電気的に接続されるとともにこの制御部より
も正の抵抗温度係数の小さな導電性セラミック材や金属
材料等による導電性材料により形成された発熱部とで構
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１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酎え得る耐熱強度、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３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
４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−・争・自己温度制御型グロープラグ、ｉｔ・・・
拳棒状ヒータ、１２・拳・・中空状ホルダ、１４拳・魯
・外部接続端子、１５・・−・電極棒、１５ａ・・轡・
絶縁コーティング層、１６・・・・金属導線、２０・・
・・発熱部。 ２１・ｏｓ・（電力制御用）制御部、２２・・・・耐熱
絶縁層、２３俸・・・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　　山川数構（ほか２名）第３図 第４図 ｎ　　　　　　　２１

Claims (4)

【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
   、全体が棒状に形成された正の抵抗温度係数の大きな導
   電性セラミック材からなる制御部と、この制御部の先端
   側外周部に耐熱絶縁層を介して形成されかつその一部が
   制御部と電気的に接続されるとともにこの制御部よりも
   正の抵抗温度係数の小さな導電性材料により形成された
   発熱部とによって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）発熱部は、制御部よりも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。
3. （３）発熱部は、制御部よりも正の抵抗温度係数の小さ
   な金属材料により形成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。
4. （４）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。