JPS6266024A - 温度自己制御型グロ−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］ 本発明は内燃機関、殊にディーゼルエンジンの始動補助
用のグロープラグに関する。

［従来の技術］ ディーゼルエンジンの燃料着火は燃焼用空気の圧縮熱に
よって行われるが、エンジン始動時殊に寒冷時には空気
温を充分に高めることができないので、一種の電熱ヒー
タとしてのグ［１−プラグをエンジンのシリンダヘッド
部に設けられた副燃焼室などに取付けて吸入空気を強制
加熱する方法がとられている。

このようなグロープラグは、エンジンが始動すればその
役割を終えるので、エンジンキースイッチのオフ操作に
同調させて通電を断っていたが、昨今ではエンジン始動
時に白煙が生じたり騒音が発生する現象を押える目的で
エンジン起動後も一定時間グローブラグに通電をつづけ
るいわゆるアフターグローが一般に行われるようになっ
ている。

そしてこのアフターグロー中は何等かの方法によってプ
ラグへの通電量を制御しないと内蔵ヒータが過熱によっ
て溶断する恐れがある。またグロープラグはその通電期
間中の供給電圧の変動を考慮に入れて設計されているの
で、電圧上昇時には過熱する可能性もある。

グロープラグの通電制御方法としては外部に制御回路を
設けるのが常識的であるが、コスト的にも取付はスペー
ス的にも不利なので、プラグ自体に簡単な通電制御機構
を組込んだいわば温度自己制御型のグロープラグも開発
されている。例えば正の抵抗湿度係数をもった金属を素
材として作られた電気ヒータを用いるものとか、温度に
よって抵抗値が変化することのほとんどない金属で作ら
れた電気ヒータに正の抵抗温度係数をもった金属製の通
電制御コイルを直列に接続したもの、あるいは温度セン
サとしてバイメタルを用いた感温スイッチをグロープラ
グ内に組込んだものなどが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如き温度自己制御型グロープラグのうちで、正の
抵抗温度係数をもった金属の抵抗特性を利用する方式の
ものは、ヒータ温度がある設定値を越えた時に、敏速に
通電を断ちまたは通電させるというデジタル的な作動を
行わせることが困難であってスイッチング機能に欠ける
所があり、またバイメタルを用いた感温スイッチを使用
するタイプのものは温度変化に伴うバイメタルの変形量
が小さいので、検温感度が劣るうえにスイッチング作動
が不確実になり勝ちであった。

本発明は、ヒータが設定温度範囲を越えて上下した時、
迅速且つ確実に電気接点を開閉させることのできる、そ
して極力単純な構造の感温スイッチを内蔵させた温度自
己制御型グロープラグを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明の温度自己制御型グ
ロープラグは、接点の開閉作用発生源として形状記憶合
金製部材を使用した電気接点を、ヒータへの通電制御手
段としてプラグ取付金具の内部に組込む構成を採用した
。

［作用および発明の効果］ 上記の如き構成を備えた温度自己制御型グロープラグは
、接点の開閉作用力発生源としての形状記憶合金が、常
温下では電気接点をＯＮさせる作用力を発生する形状、
例えばコイル状をなす形状記憶合金を引き伸ばした形状
に塑性変形されている。

ヒータに通電を開始した後、ヒータが設定温度を越えた
時、この発生熱の伝達を受けた形状記憶合金がその変態
温度に到達する様に形状記憶合金の材質及び取付は個所
があらかじめ選定されているので、変形以前の縮んだコ
イルの形状に迅速に復帰して電気接点が叶Ｆされ、ヒー
タへの通電が断たれる。アフターグロー通電の状態にあ
る時には、ヒータの温度が通電停止によって設定温度以
下にさがると、形状記憶合金もまた冷却されてその変態
温度以下に冷えてコイルは伸びた状態に戻り電気接点が
オンされてヒータへの通電が再開される。

アフターグロー作動の期間中はこの様な電気接点のＯＮ
〜ＯＦＦ動作が繰返されてヒータは設定温度に維持され
る。

あらかじめ所要の形状に塑性変形させである形状記憶合
金製の線材、板状材、その他の任意の形状を備えた部材
が、その変態温度以上に加熱された時に元形に復帰する
動作は迅速に行われるものであり、復帰作動時の部材の
変位距離も上記の塑性変形を行う前後の部材の変位量に
等しいので充分に大きな値をとらせることが容易であり
、従ってこの様な部材の機能を利用してヒータへの通電
制御用電気接点を開閉させる様にした本発明のグロープ
ラグは、従来の温度自己制御型グロープラグに較べてヒ
ータの定温維持機能並びに作動の信頼性が格段に高めら
れ、しかも構造の複雑化を招かないというすぐれた特長
を備えている。

し実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明の具体的な構
成を説明する。

第１図と第２図は本発明の一実施例としてのシーズ型グ
ロープラグの内蔵ヒータが通電状態にある時と非通電状
態にある時とをそれぞれ示した側断面図であって、１と
２は上下に２分割されている金属棒製の中心電極、３は
下側中心電極２の下端に溶接されたヒータであって、ラ
セン状に巻回されたニクロム線やニッケル線などからな
る。４はグロープラグを内燃機関に取付けるための筒状
の取付金具であり、筒袖部に中心電極１及び２が納めら
れる。５はヒータ３の保護ケースとしての耐熱金属製シ
ーズチューブであって、下端部は封鎖されており、開放
された上端部は取付金具４の下端側に嵌着されている。

ヒータ３の下端はこのシーズチューブの底面部に嵌着さ
せた小金属片７に溶接されている。６はシーズチューブ
５内の空隙に充填さた粉末状絶縁材であって、アルミナ
、マグネシア、ベリリア、シリカなどからなる。８は絶
縁材６のシール材であり、９はヒータ３の接地電極を兼
ねる取付金具４と上側中心電極１との絶縁用栓体、１２
は上側中心電極１の上端部に螺着させたヒータ３への給
電用配線の取付はナツト、１３はナツト１２のストッパ
である。

１０は接点の開閉作用力発生源としての形状記憶合金製
のスプリング状部材であって、その上端部は上側中心電
極１の下底面に溶接され、下端部には電気傍点の一方の
接点を構成する電極片１１が溶接されている。形状記憶
合金としては公知のチタン−ニッケル合金、銅〜アルミ
ニウム〜亜鉛合金、インジウム−９９９６合金などを使
用することができる。また電極片１１の材質としては銀
とタングステン、モリブデンあるいはニッケルなどとの
合金、または銅片に耐蝕メッキを施したものなどを用い
る。下側中心電極２の上端面２ａは電気接点の他方の接
点として機能する面であって、耐蝕メッキを施すか、耐
蝕性にすぐれた金属小片を電極片として溶接する。

上記の電気接点の作動の有様は、常温下においては第１
図に描かれている様に電極片１１がスプリング状部材１
０の呈する押圧力によって電気接点２ａに向けて圧接さ
れるので、通電状態に置かれる。

そして既述の如くして形状記憶合金製のスプリング状部
材１０がその変態温度以上に加熱された時には、第２図
に示された様にスプリング状部材１０は収縮して電気接
点はオフされ非通電状態となる。

この実施例に使用できる形状記憶合金としては、５０原
子％Ｎｉ〜５０原子％Ｔｉをあげることができ、その変
態温度は約６０℃である。またスプリング状部材１０の
作成方法としては、先ず線材状合金を第２図に示された
如き縮んだコイル形状に作成させたうえ、その変態温度
以上の温度のもとて加熱処理を施してこの形状を記憶さ
せた後、塑性変形を行って第１図に丞されているコイル
の引き伸ばし形状を与えればよい。

第６図は上記グロープラグを前記のアフターグロー作動
さぜた時のヒータ電流、ヒータ温度、及び電気接点のＯ
Ｎ〜ＯＦＦ状態のそれぞれの経時変化を示したタイムチ
ャートであり、第７図はアフターグローを行わない通常
のグロープラグの使用状態のもとての第６図と同様なタ
イムチャートである。

次に上記実施例に示されたグロープラグの作動を自動車
用ディーゼルエンジンに組込んだ場合に例をとって上記
のタイムチャート等を参照しながら説明する。

エンジン始動以前にはグロープラグは冷えているので、
ヒータ３への通電制御用電気接点の両電極１１と２ａは
第１図に示された様にＯＮ状態にある。

従ってエンジンキースイッチをプラグへの通電接点に回
すことによって、ヒータ３には第６図のグラフＡにみら
れる様に瞬間的に大電流が流れてヒータ温度はグラフＢ
の如く短時間内に急上昇し、ヒータ３の好ましい加熱温
度（設定温度）である約１０００℃内外に達する。そし
てこの設定温度に達した時に、電気接点の一方の電極片
１１が取付けられている形状記憶合金製のスプリング状
部材１０がヒータ３から１・側中心電極２を介して伝え
られる伝導熱及び通電によってこの部材の内部から発生
するジュール熱によってほぼ合金の変ｆｒ３温度にまで
上昇する様に合金の材質やスプリング状部材１０の取付
は個所などをあらかじめ選定して置くことによって、ヒ
ータ３がこの設定温度１０００℃にまで加熱された時、
スプリング状部材１０は塑性変形以前の第２図に描かれ
た如き形状に迅速に逆戻りし、電気接点の両電極１１と
２ａはその圧接状態を解かれて接点はＯＦＦ状態となり
、ヒータ３への通電が断たれてその過熱が自動的に防止
される。ヒータ３が設定温度にまで昇温したことが、別
個に設けられている検温手段によって運転者に報知され
れば、運転者はエンジンキースイッチをエンジンスター
ｌ−接点に切替えるので、以後はグロープラグへの電源
回路は開成されたままとなりヒータ３を過熱させる原因
は消滅する。

しかしエンジンの始動が行われた後も、前述の理由によ
って一定時間グローブラグが加熱されつづける様な電源
回路が設けられている場合には電気接点の叶「によって
ヒータ３の温度が低下し始め設定温度範囲以下にまで冷
えると、可逆変形性を有する形状記憶合金製のスプリン
グ状部材１０もまた同期的に放冷されてその変態温度以
下に冷却した時、再び第１図に描かれた塑性変形後の形
状に復帰して電気接点をＯＮさせ、それに伴って第６図
のグラフＢの（イ）領域にみられる様にヒータ３は設定
温度に向けてｌを再開する。そして設定温度に達すれば
前記と同様な過程をたどる。次いで再度設定温度範囲以
下に冷却すれば、グラフＢの（ロ）領域に示された如く
通電による昇温か再開され、以後このような作動力イク
ルがアフターグローの設定時間が終わるまで反復されて
ヒータ３の温度は設定温度範囲内に維持されその過熱に
よる損壊が防がれる。

第３図は本発明の第２実施例としてのコイル型グロープ
ラグの側断面図であって、ヒータの形状が前例のヒータ
３と相違している点を除いて基本的構造において前例と
ほぼ共通している。２ｏはコイル状に巻かれたヒータ、
２１はプラグケース、２２と２３はそれぞれ外側電極と
そのターミナル、２４と２５はそれぞれプラグケース２
１と中心および外側電極の間に介在させた絶縁材である
。

上記実施例は本発明によるグロープラグの作動原理の説
明のために引用したにとどまるものであって、グロープ
ラグを構成する各部材の＋Ａ　質・形状あるいは配置状
態は適宜に変更しても本発明の目的は達成される。

例えば接点の開閉作用力発生源としての形状記憶合金製
部材は、スプリング状部材１０に代えて板バネの様に変
形しうる板状体であってもよいし、真円形筒体と楕円形
筒体の門を相互に変形しうる筒状体などの如き立体形状
体であっても差しつかえない、又形状記憶合金製部材の
変形方向も上下方向に限られることなく、水平方向であ
ってもよい。又形状記憶合金製部材の取付個所及び取付
は方法としては、ヒータ３が設定温度にまで加熱さ、れ
た時、その発生熱あるいは合金の内部に発生したジュー
ル熱によって丁度形状記憶合金がその変態温度にまで熱
せられるという条件が満たせると共に、合金が腐蝕性燃
焼ガスなどから防護されるという条件が満たされれば足
りるので、場合によっては適宜の熱不良導体を利用して
形状記憶合金への伝熱速度を調節するなど適宜の設計変
更を施すことができる。

第４図は第１および第２実施例に用いられたのとは異な
る形状記憶合金製部材を組込んだ第３実施例としてのグ
ロープラグの電気接点の構成および作動の説明図であっ
て、上側中心電極１の底面部と下側中心電極２の頂面部
にそれぞれ溶接されている１組の電気接点３１と３２は
共に帯板状の形状記憶合金に（ロ）図で示された如き弓
なり形状を記憶させた後、くイ）図の如ぎ弓なりカーブ
がゆるやかになるように塑性変形を行わせて形作られて
いる。（イ）図はグローブジグのヒータが設定加熱温度
以下の状態を描いており、電気接点は閉じられている。

（［１）図はヒータが設定温度に達した時にほぼ時を同
じくしてその変態渇磨にまで熱せられた電気接点３１と
３２が記憶形状に復帰して接点か開かれた状態を示して
いる。

第５図は第４実施例のグロープラグの電気接点の構成及
び作動の説明図であって、上側中心電極１の下端部には
細い帯板状の形状記憶合金で作られたヘアピン形の上側
電気接点３３が溶接されており、下側中心電極２の頂面
が小側電気接点を構成している。上側電気接点３３には
あらかじめ（ロ）図の如きふくらみ形状を記憶させた後
、塑性変形により（イ）図に示された引き伸ばされたヘ
アピン形状が与えられている。この電気接点の作動はヒ
ータが設定温度以下の時（イ）図の閉状態を採り、設定
温度に達した時（ロ）図の如く開成される。

本発明による電気接点を組込むことのできるグロープラ
グとしては、メタルシーズヒータやセラミックヒータが
組込まれたタイプの他に、公知の様々なタイプのものが
適合する。又形状記憶合金製部材への伝熱手段を適宜に
工夫することによって、電気接点は取（」金具の内部以
外の周所に取付（づることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例のグロープラグの側端
面図であり、電気接点は閉成されている。 第２図は第１図のプラグの電気接点の開成状態を示す部
分側断面図、第３図は第２実施例プラグの側断面図、第
４図と第５図はそれぞれ第３および第４実施例プラグの
電気接点の構成および作動の説明図である。 第６図と第７図はそれぞれ第１実施例プラグについてア
フターグローを行わせた場合と行わせない場合の作動タ
イムチャートである。 図中　１．２・−・小側および下側中心電極　３・・・
ヒータ　４・・・取付金具　１０・・・形状記憶合金製
部材２８．１１・・・電気接点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）接点の開閉作用力発生源として形状記憶合金製部材
   を使用した電気接点を、ヒータへの通電制御手段として
   プラグ取付金具の内部に組込んだことを特徴とする温度
   自己制御型グロープラグ。 ２）前記形状記憶合金がコイル形状を有しており、該コ
   イルの熱伸縮の動きを受けて前記電気接点が開閉される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度自己
   制御型グロープラグ。 ３）前記形状記憶合金が板片状をなしており、該板状片
   の熱変形によつて前記電気接点が開閉されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の温度自己制御型グロ
   ープラグ。 ４）前記ヒータがメタルシーズヒータまたはセラミック
   ヒータであることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第３項のいずれかに記載の温度自己制御型グロープ
   ラグ。