JPS613922A - デイ−ゼルエンジン用グロ−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】 〔発明の技術分野〕 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
速熱性に優れているとともに自己温度制御機能を備えて
なるディーゼルエンジン用グロープラグに関する。

〔従来技術〕

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
属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からな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証し得る
ような構成とされている。

しかしながら、このようなシース型のグロープラグでは
、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かりすぎるという問題を生じてい
る。すなわち、上述した発熱線に電流を流すことにより
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、その外周部表面が赤熱するまでに時間ががかりす
ぎ、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８ｏ。

℃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。さらに、このシース型のグロープラグでは、そ
の部品点数が多く、組立て作業が面倒かつ煩雑であるば
かりでなく、急速加熱を行なう際にその内、昇温度差が
大きいことから、上述した発熱線の負担が大きく、その
材料劣化により断線等を生じるといった問題をもつもの
であった。

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り形成して
なるセラミックヒータ棒を用い。

熱伝達効率を向上させるようにしたグロープラグが提案
されており、従来のシース型に比ベヒータ（°″″′１
“１゛加″ｂ＊＜＊５ｔｆＬｌｆ″Ｉ°“１の温度立上
り特性を大幅に向上させることができ、速熱型としてそ
の性能をある程度発揮し得るしかしながら、このような
利点を有するセラミックヒータ棒を用いてなるグロープ
ラグにおいても、その内部に発熱線を単に埋設してなる
構造であることから、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
溶断を生じたり、あるいは高熱によってセラミックヒー
タ棒に悪影響を及ぼす虞れがあり、さらにバッテリ、電
気回路側に悪影響を及ぼし、ヒ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、その結果このグロープ
ラグを含めた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。

また、上述した発熱線への通電電流を制御しその過加熱
を防止するために、この発熱線よりも正の抵抗温度係数
の大きな材料にて形成した抵抗体をその内部に配設する
ようにした、いわゆる二種材料による自己温度制御型の
グロープラグも提案されているが、このようなグロープ
ラグにあっても、上述した速熱性や構造上の問題などの
点で、問題をもつものであり、何らかの対策を講じるこ
とが望まれている。

特に、近年では、ディーゼルエンジンが一般）乗用車に
も多く採用されるようになっており、ガソリンエンジン
に対向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、簡易型の・グロープラグの出現
が要望されている。

〔発明の概要〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
ヒータ棒を、全体が略筒状を呈するようにして負の抵抗
温度係数（ＮＴＧ）の大きなセラミック材にて形成し、
かつその内、外周面とその一方の端面とにヒータ膜を均
一に生成して形成するとともに、このヒータ棒の内周面
に形成されたヒータ膜をリード側に、その外周面のヒー
タ膜をホルダ側に電気的に接続させるという簡単な構成
によって、通電初期においてはヒータ棒表面に形成され
たヒータ膜に大電流を有効に集中させてその迅速な赤熱
化を図り、全体の温度立上り特性を大幅に向上させ、速
熱型としての機能を発揮させるとともに、所定時間経過
後の高温時においてはこのヒータ棒部分の温度上昇によ
ってその抵抗値が小さくなるセラミツ、り材を導電体と
して通電電流の一部を流し、これによりヒータ膜への通
電電流を自動的にしかも効率よく制御してヒータ棒表面
部分での過加熱を防止し、これにより自己温度制御機能
を発揮させることができ、安定かつ速熱性に優れてなる
発熱特性を得ることが可能となる安価なディーゼルエン
ジン用グロープラグを提供スるものである。

〔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図は本発明に係るディーゼルエンジン
用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、全体を符号ｌｏで示すグロープラグは、そ
の表面にヒータ１１１１１を有し全体が略円筒状を呈す
るごとく負の抵抗温度係数（ＮＴＧ）の大きなセラミッ
ク材にて形成されてなるヒータ棒１２と、このヒータ棒
１２を先端において保持する略管状を呈するホルダ１３
とを備え、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
同心状に嵌め込まれて保持され、またこの外部接続端子
１５は前記ヒータ棒ｌｚ後端部からその軸孔１２ａ内に
嵌め込まれたフレキシブルワイヤなどによる金属導線１
６を介してヒータ棒１２側のヒータ膜１１と接続されて
いる。

なお、図中１６ａは上述した導線１６に被覆された絶縁
性チューブであり、さらに前記外部接続端子１５の後端
側に形成されたねじ部には、絶縁（リング１７ａおよび
ナツト１７ｂ、スプリングワッシャ１７ｃ、ワッシャ１
７ｄさらには外部リード締付は用のナラ）１７ｅなどが
螺合して設けられ、図示せぬバッテリからのリード線な
どをワッシャ１７ｄとナラ）　１７ｅとの間で挟みナツ
ト１７ｅを締付けることによりこの外部接続端子１５は
バッテリ端子に電気的に接続される。そして、前記ホル
ダ１３の外周部に形成されたねじ部１３ａをエンジンの
シリンダヘッドに形成された′ねじ孔に螺合させること
によって、このホルダ１３を介して前記ヒータ棒１２の
ヒータｌｌｌ１ｌの他端は電気的にアース接続されると
同時に、このヒータ棒１２の先端は副燃焼室または燃焼
室内に突出して配置されるものである。

また、上述したセラミック材からなるヒータ棒１２に対
し外部接続端子１５を金属導線１６にて接続したのは、
外部接続端子１５に加わる各種の振動や締付はトルクな
どの機械的外力からヒータ棒１２を強度的に保護するた
めで、この導線１６としては、ある程度の柔軟性をもつ
材料からなるものを用いるとよいものである。さらに、
本実施例においてζｊ、上述した外部接続端子１５をホ
ルダ１３の後端側に取付けるための絶縁ブツシュ１４を
、金属製パイプ１４ａとその内部に装填され前記外部接
続端子１５を保持する絶縁材１４ｂとによって一体的に
形成している。これは、従来一般的な樹脂製の絶縁ブツ
シュ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１３に対して緩みを生じるといった問題を招く
ためで、このような問題を、絶縁ブツシュ１４、ホルダ
１３間での機械的強度を向上させて防止し得るようにし
たものである。すなわち、上述した構造では、この絶縁
ブツシュ１４を構成する金属製パイプ１４ａがホルダ１
３後端部のかしめ加工によりその軸線方向に高加圧力で
挟持されて座屈変形し、その内、外周部がホルダ１３、
絶縁材１４ｂに対しそれぞれ圧接され、これらを所望の
機械的強度をもって一体化し、温度影響を受けにくい構
造とするものである。

さて、本発明によれば、上述した構成によるグロープラ
グ１０において、そのヒータ棒１２を、第２図にその詳
細を示すように、全体が略円筒状を呈するようにして負
の抵抗温度係数（ＮＴＣ）の大きなセラミック材にて形
成するとともに、その内、外周面とその一方の端面（グ
ロープラグ１’０先端側端面）とにヒータ膜１１を均一
に生成して形成し、かつこのヒータ棒１２内周面のヒー
タ膜１１ａの内方端側に前記リード側の金属導線１６の
先端を、またその外周面のヒータ膜１１ｂの内方端側を
前記アース側ホルダ１３の先端にそれぞれ嵌合保持させ
た状態で接続するようにしたところに特徴を有している
。すなわち、このようなヒータ棒１２において、通電電
流は、ヒータ棒内周部のヒータ膜１１ａ、ヒータ棒先端
側端面のヒータ膜ｌｉｅ、ざらにヒータ棒外周部のヒー
タ膜ｌｌｂへと流れるように構成されている。また、上
述した通電側の導線１６とアース側のホルダ１３とは、
上述したヒータ棒内、外周部のヒータ膜ｌｌａ、ｌｌｂ
および前記負の抵抗温度係数の大々なセラミック材によ
るヒータ棒１２自身を介して対向した状態とされている
。

そして、このような構成によるヒータ棒１２において、
前記外部接続端子１５、金属導線１６を介して電流を供
給すると、その通電初期にあっては、供給電流は、第２
図中矢印Ａで示すように、上述したヒータ膜１１内周部
の一端から外周部の他端にかけて流れ、ホルダ１３偏に
アースされるもので、このとき、このヒータ膜１１（ｌ
ｌａ。

１１ｃ、１ｌｂ）には大電流が効率よく集中して供給さ
れるととなり、これによりこのヒータ膜１１は急速に発
熱して赤熱化され、その温度立上り特性に優れた発熱特
性を得ることができるものである。特に、本発明におい
ては、発熱体となるヒータ膜１１がセラミック材からな
るヒータ棒１２の表面に形成されているため、従来のよ
うなシース型や抵抗体を埋設してなるセラミックヒータ
型に比べ、速熱型としてその効果を発揮させ得ることは
容易に理解されよう。

さらに、本発明において、注目すべきことは、ヒータ棒
１２を構成するセラミック材として、負ｆ　　　　　　
　　の抵抗温度係数の大きな材料を用いているため、こ
のヒータ棒１２がその周囲温度の上昇に伴なって抵抗値
が小さくなり、導電体として機能する点である。すなわ
ち、上述した通電初期では、このヒータ棒１２はその抵
抗値が大きいため導電体としての機能は小さく、これに
よりヒータ＠ｔｉに大電流が供給されてその急速加熱が
可能となるものであるが、その発熱によるヒータ棒１２
部分での温度上昇によって、徐々に抵抗値が小さくなり
、ヒータ膜１１が所定の温度（たとえば８００℃）程度
まで温度上昇すると、供給電流の一部を、第２図中矢印
Ｂで示すように、導線１６側からホルダ１３側に短絡さ
せて分流させるように機能するものである。そして、こ
のような導電機能によって、通電から所定時間経過袂に
おける高温時の電流制御手段として働き、これにより上
述したヒータ膜１１での過加熱を防止することが可能と
なる。これは、第４図（ａ）に示す特性図から容易に理
解されよう。

したがって、上述した負の抵抗温度係数の大きなセラミ
ック材によるヒータ棒１２は第４図（ｂ）中実線で示す
特性曲線からも明らかなように、従来型に比較して熱伝
導時間が不要となるため速熱型としての機能を発揮させ
得るとともに、その過加熱を防止する自己温度制御機能
を愉えてなり、ディーゼルエンジン用グロープラグｌＯ
に採用してその効果を発揮させ得るものである。また、
上述したヒータ棒１２によれば、その構成および成形加
工などが簡単で、コスト的に安価であり、ざらにヒータ
膜１１を発熱体として利用することから、従来のような
発熱線と用いるものに比べ断線等といった問題はなくな
り、各部の耐久性や動作上の信頼性の面で優れている等
の利点もある。そして、このようなヒータ棒１２におい
ては、その先端部分の迅速な赤熱化が可能であることか
ら、ディーゼル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といった
種々優れた効果を奏することが可能となるものである。

ここで、上述したヒータ棒１２を形成するセラミック材
としては、高温状態（１７００℃程度まで）でも性能的
に安定しており、しかも負の抵抗温度係数の導電性を有
し、８００〜１０００℃の温度で一部導電性を有するよ
うな特性をもつもの、たとえばＺｒ０ｚ　−Ｙ２０　ｘ
系、Ｚｒ０２−Ｃ１！０２系、↑ａ２０゜系、Ｔｊ　Ｎ
系、ＳｉＣ系、ＡＩ　Ｎ系等が考えられる。

また、ヒータ棒１２の表面に形成されるヒータ膜１１は
、正の抵抗温度係数の導電性を有し、かつ断続的な熱衝
撃を受けても上述したヒータ棒１２を形成するセラミッ
ク材と密着性が良好な導電材料、たとえばｐｔ（白金）
、Ｗ（タングステン）等にて形成するとよい、この場合
、このヒータ、膜１１は、セラミック材にて加圧焼成さ
れたヒータ棒１２の表面に０．０５〜１０終程度の厚さ
をもってフィルム蒸着法などにて形成されるものである
。

さらに、上述したヒータ棒１２表面のヒータ膜１１は、
ある程度耐酸化性等を有し、その耐久性を保証し得るも
のであるが、必要に応じて第３図、に示すように、その
外表面に高温酸化防止保護薄膜２０を、同様に蒸着など
によって形成するようにしてもよいものである。ここで
、このような高温酸化防止保護薄膜２０としては、たと
えば１５００℃程度まで耐酸化性を有しその内部のヒー
タ膜１１の高温酸化保護の役割を果たすことが可能な材
料、たとえばＺｒＣｈ　、　ＴｉＮ　、５ｉＩＮ　４等
を用いるとよいものである。そして、このような高温酸
化防止保護薄膜２０を生成するようにすると、ヒータ棒
１２とその表面のヒータ膜１１の高温安定性を向上させ
ることができ、その効果は大きいものであるが、ヒータ
膜１１が耐食性等を有する場合には必ずしも必要とされ
るものではない。

そして、上述したようにして形成されるヒータ棒１２は
、その内部に導線１６を差込んでろう付けなどにより固
着されるとともに、その外周部もホルダ１３先端部にろ
う付けなどにより固着されることにより簡単に組立てら
れるものである。

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、第５図に示すよう（に、ホルダ１３の
先端から突出されているヒータ棒１２を、保護し得る金
属製保護筒３０をホルダ１３の先端に固設し、その保護
筒３０にてヒータ棒１２の後端側を保持するようにして
もよいもので、その作用効果等は容易に理解されよう。

さらに、ヒータ棒１２を始めと′して各部の構造などを
適宜変更してもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、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、そのヒータ棒を、全体が略筒
状を呈するようにして負の抵抗温度係数（ＮＴＣ）の大
きなセラミック材にて形成するとともにその内、外周面
とその一方の端面とにヒータ膜を均一に形成し、かつこ
のヒータ膜に対しその一端から他端側に通電させるよう
にしたので、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、以下
に列挙する種々優れた効果を奏する。

■ヒータ膜がセラミック材からなるヒータ棒表面に形成
されているため、従来のような間接加熱に比べ簡単かつ
迅速に加熱されて赤熱化し、速熱型としてその効果を発
揮させることができる。

■ヒータ膜に対し通電を行なうため、従来のような発熱
線において問題とされた断線等のトラブルを一掃するこ
とができる。

■ヒータ棒先端の迅速な赤熱化が可能で、これによりエ
ンジンの始動性や出力特性を向上させることができる。

■全体の部品点数や成形加工性を従来に比べ簡素化し、
そのコスト低減化を達成することが可能となる。

■ヒータ膜の表面に高温酸化防止保護薄膜等を生成する
ようにすれば、その内部のヒータ棒形成材料として安価
なものを使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るディーゼルエンジン用グロープラ
グの一実施例を示す縦断側面図、第２図はその要部であ
るヒータ棒部分を拡大して示す要部拡大断面図、第３図
はヒータ棒表層部を拡大して示す図、第４図（ａ）、（
ｂ）はその特性曲線図、第５図は別の実施例を示す概略
図である。 １０・・・Φディーゼルエンジン用グロープラグ、１１
　（ｌｌａ、ｌｌｂ、１ｉｅ）ｔｅｅ・ヒータ膜、１２
１１１１　ａ　ｅヒータ棒、ｌ　２ａ＊　＊　ｅ　ａ軸
孔、１３１１・・・ホルダ、１５・―・・外部接続端子
、１６会・・・金属導線、２０・・争・高温酸化防止保
護薄膜。 特許出願人　自動車機器株式会社 代　　理　　人　　山川政樹（ほか２名）第４図 （ＣＩ） σキ明 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 全体が略筒状を呈するようにして負の抵抗温度係数の大
   きなセラミック材にて形成されかつその内、外周面とそ
   の一方の端面とにヒータ膜が形成されたヒータ棒を備え
   てなり、このヒータ棒は、その内周面のヒータ膜がリー
   ドを介して、その外周面のヒータ膜がホルダを介して、
   それぞれ電源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。