JPS63110589A - デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ - Google Patents

デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ

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JPS63110589A
JPS63110589A JP61256355A JP25635586A JPS63110589A JP S63110589 A JPS63110589 A JP S63110589A JP 61256355 A JP61256355 A JP 61256355A JP 25635586 A JP25635586 A JP 25635586A JP S63110589 A JPS63110589 A JP S63110589A
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博久 諏訪部
間坂 光佑
広二 畑中
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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
の予熱に使用するグロープラグに関し。
特に速熱型の機能を存し、かつ長時間のアフターグロー
化を達成し得る自己飽和性を有するセラミックヒータを
備えたディーゼルエンジン用グロープラグの改良に関す
るものである。
〔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1通
電発熱により、吸気温度の上昇または着火源用として、
エンジンの始動性を向上させる方法を採用している。こ
の種のグロープラグとしては、従来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称するも
のが一般的である。またそれ以外にも特開昭57−41
523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、絶縁性を有する窒化ケイ素等のセラミック
材中に埋設した棒状ヒータを使用したセラミックヒータ
型も知られている。このようなセラミックヒータ型は、
耐熱絶縁粉末およびシースを介して間接加熱するシース
型に比べ、熱伝達効率を向上させ得ると共に2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ち上り
特性を大幅に向上させ、速熱型の性能を存するため。
近年盛んに採用されるようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記セラミックヒータ型のグロープラグ
は2例えば窒化ケイ素のような絶縁性セラミック材の内
部に、タングステン等の金属製発熱線を埋設した構造で
あり、しかもこれら両部材間の熱膨張率が異なるため、
特に発熱時における急激な温度上昇とその繰り返し使用
とが、セラミックヒータの耐久性を減するおそれがある
。従って耐熱強度等の信頼性の面で問題があり、さらに
コスト高を招くという欠点があった。
上記問題点を解消するものとして9発熱線を絶縁性セラ
ミック材と略々間等の熱膨張率を有する導電性セラミッ
ク材で形成したセラミックヒータ構造が9例えば特開昭
60−9085号公報や、同60−14784号公報等
により提案されている。しかしいずれもグロープラグと
して使用するには、構造上および機能面からも未だ問題
があり、実用化するには至っていない。
例えば前者は1発熱体となる導電性セラミック材を絶縁
性セラミック材中に埋設した構造であり。
熱伝導率はシース型より優れるものの1間接的加熱であ
るため、速熱型の機能が不充分であり、さらにその成形
加工が煩雑である等の問題点がある。
また後者は3発熱体がヒータ表面側に露出し、速熱型の
機能を有する反面、その発熱体を単にU字状を呈する部
材の積層構造によって形成し、かつその両端部をヒータ
後端部に導いたのみであるため、その電極取り出しの構
造が複雑化し、コスト高を招く。
また、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に伴
う使用条件の高温化に対する耐久性、さらにエンジン始
動後において一定時間グローブラグに通電状態を維持す
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の採用に対する市場要求が大き
い。しかもこのアフターグロー時間を可能な限り長時間
化(例えば10分程度)することが必要とされている。
そしてこのようなアフターグローの長時間化を図るため
には1発熱体への通電電力を自己制御して発熱特性を大
幅に改善し、ヒータ部分における過熱を防止すると共に
、その飽和温度を適切な温度以下に維持し得る自己温度
飽和機能を有することも必要とされている。従ってこれ
らの点を考慮して、速熱性および自己温度飽和性等を有
し。
かつ耐熱強度等の信頼性の面でも優れた安価なグロープ
ラグの出現が要望されている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点解決のために1本発明においては。
A、一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの先端
部にセラミックヒータを保持する。
B、このセラミックヒータをU字状発熱部とこのU字状
発熱部の両端部から後方に延設した一対のリード部とを
導電性セラミック材によって一体に構成する。
C0前記一方のリード部外側面を導電層を介し。
他方のリード部外側面を絶縁層を介して前記ホルダ内に
接合保持する。
D、前記導電性セラミック材をM x (S i A 
jlり+z(ON)、6で示されるα/β型複合サイア
ロンのMがYまたはCaからなりXがOを越え2.0未
満である組成物に対し+ 20vol.%を越え70v
o l 、%未満のTiNを添加してなるサイアロン焼
結体により形成する。
という技術的手段を採用したのである。
本発明において、導電性化合物としてTiNを添加する
のは下記の理由による。すなわちl ■aIVa、Vi
a族の炭化物、窒化物、甑化物などによっても導電性を
有するサイアロン焼結体を得ることができるが、常圧焼
結またはガス圧焼結による焼結性および焼結体の耐酸化
性を考慮するとTiNに限定されるためである。
またTiNの添加量を20vol.%を越え70vo 
1 、%未満とするのは、まず20vol.%以下では
TiN粒子相互の接触による導電経路が得られず、導電
性を示さないため不都合である。20νo1.%を越え
たものでは、正の抵抗温度特性による導電性を示し。
添加量を増加することにより電気抵抗率が連続的に変化
する。一方70vol.%以上では、サイアロン本来の
特性である耐酸化性、高温強度等が著しく損なわれるた
め不都合である。好ましくは25vol。
%を越え50vol.%未満とするのがよい。
次にMx(S i A R)+z(ON)16のα/β
複合複合サイアロン台いて、XがOを越え2.0未満と
するのは、この範囲内において高強度の焼結体が得られ
るからである。具体的にはYx(S i A ff)+
z(ONL6のα/β複合複合サイアロン台。
S i 3 N gの(St:+N4+ Yz Oz 
+ A E N)に対するモル比を50〜70%とする
のであるが。
50%未満であるとYz Oz + A jl! Nに
よって形成される粒界相が増加し、耐熱性と強度が低下
するのでヒータ用としてのサイアロン相の機能を保持し
得ないため不都合である。一方上記の比が70%を越え
るとβサイアロン相になり、αサイアロン相を維持する
ことができなくなるため。
焼結性が著しく低下し、低温焼結により緻密な焼結体を
得ることができなくなるため不都合である。
更にY、oi /AβNのモル比を理論値の1/9以上
としたのは、過剰量のYtOsが存在しないと粒界に消
費されるyz Otが不足し、焼結性を著しく劣化させ
ることによる。また上記の比を 7/3未満としたのは
、7/3を越えるとαサイアロン相が20%以下に激減
し、複合サイアロンとしての耐熱性および強靭性を維持
することができなくなるという理由による。
なおCax (S i A l )+z(ON)16の
α/β複合サイすロン相では、SisN4の(Si、N
4+Ca○+AJN)に対するモル比を50〜80%に
限定すると共に、Ca0lAINのモル比を2/8〜8
/2と限定するが、前記のYx(S i A +2)+
z  (ON)16におけるものと同様の理由による。
また上記の配合組成において、A6Nの代りにAβN等
価のAl1N固溶体粉を使用することも可能である。
以上のように限定した配合の(Si3N4 +Yz 0
3 + A I N)あるいは(SisN4+CaO+
AlN)混合粉に対し、TiN粉末を20〜7Qvol
.%添加混合し7成形後1600〜1800℃のN。
雰囲気中で焼結することにより、導電性を有するα/β
型複合サイアロン焼結体を得ることができる。
上記の焼結体は、 M x (S i A l ) +
z(ON)16で示されるYまたはCaを含むαサイア
ロンと。
Si、2A!20□N、−2で示されるβサイアロンと
のα/β型複合サイアロンの主相に2粒界相がY、 S
i、 O,N、 AlあるいはCa + S l * 
O*N、Alを含む非晶質または結晶質と、添加された
TiN粒子との4相を主体として構成されている。なお
粒界相を、熱処理または焼結時の冷却速度制御により、
結晶化させることも可能である。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例を示す縦断面図である。
同図において全体を符号10で示すグロープラグの概略
構成を簡単に説明する。グロープラグ10は、先端側が
発熱体として機能する棒状のセラミックヒータ11と、
このセラミックヒータ11を先端において保持する略管
状を呈する金属製のホルダ12を有する。ホルダ12の
後端部には合成樹脂材等からなる絶縁ブツシュ13を介
して外部接続端子14を同心状に嵌着し、またこの外部
接続端子14は前記セラミックヒータ11内のリード部
22とフレキシブルワイヤ等の金属導線15およびター
ミナルキャップ15aを介して接続する。なお13aは
金属製パイプであり、前記絶縁ブツシュ13の外周部に
一体的に嵌装し、1付時にホルダ12後端部をかしめる
ことにより、高加圧力によって軸線方向に座屈変形し、
絶縁ブ・ノシュ13をホルダ12側に所要の機械的強度
で一体化し、温度の影響を除去する。また16a。
16b、16cは前記外部接続端子14後端側のねじ部
に螺合した絶縁リング、固定用のナンド。
および外部リード締付用のナツトであり、バッテリー(
図示せず)からのリード線をナツト16b。
16a間で挟持することにより、外部接続端子14をバ
ッテリ一端子と電気的に接続する。−方前記ホルダ12
の外周部のねじ部12aをエンジンのシリンダヘッドに
設けたねし孔(図示せず)に螺合することにより、電気
的にアース接続すると同時に、セラミックヒータ11の
先端を副燃焼室または燃焼室内に突出させて配置する。
なおセラミックヒータ11に対し、外部接続端子14を
金属8線15を介して接続するが、これは外部接続端子
14に加わる種々の振動や締付トルク等の機械的外力か
ら、上記セラミックヒータ11を強度的に保護するため
である。金属導線15の材料としてはフレキシブルワイ
ヤ等、ある程度の柔軟性を有するものを使用するとよい
次に第2図はセラミックヒータ11を示す拡大斜視図で
あり、同一部分は第1図と同一の参照符号で示す。第2
図において1発熱部20はリード部21.22よりも肉
厚が薄くなるよう小径に形成すると共に、セラミックヒ
ータ11の中央部には2発熱部20からリード部21.
22間にかけて長手方向にスリット25を形成する。ま
た発熱部20と共に導電性セラミック材により一体に形
成したリード部21.22のうち、一方のリード部21
の外周面には金属メタライズN23を形成すると共に、
他方のリード部22には絶縁コーティング層24を形成
する。なお上記金属メタライズ層23および絶縁コーテ
ィング層24の表面にはニッケルメッキ層(図示せず)
を積層する。而して上記両層23.24およびそれらの
表面のニッケルメッキ層により、セラミックヒータ11
を第1図に示すようにホルダ12先端部に2例えば銀ろ
う付等の手段を介して接合固定保持するのである。この
場合ホルダ12の接合面側にも必要に応じてニッケルメ
ッキ層を形成しておくことができる。
次に前記のセラミックヒータ11は、導電性サイアロン
粉末を熱可塑性樹脂等と混練し、所定の金型中に射出成
形し、更にこの成形体を焼成して形成するか、若しくは
予め棒状に成形したセラミックヒータを放電加工や切削
加工によって所要の形状に成形することができる。そし
て上記の成形後において金属メタライズ層23および絶
縁コーティング層24 (アルミナ等を溶射するとよい
)等をそれぞれ対応するリード部21.22の外周面に
形成し、さらにその表面に第1図に示す金属製ホルダ1
2との接続補助材としてのニッケルメッキ層を後加工と
して形成すればよい。なお第2図中27は電極取出し端
26部分に形成された金属メタライズ層で、勿論その表
面には前記同様のニッケルメッキ層を形成しており、こ
れに前記ターミナルキャップ15aを介して金属導線1
5を接続してヒータアセンブリを形成することができる
。なお前記のようにして成形したセラミックヒータ11
を、第1図に示すようにホルダ12内に嵌着してリード
部21.22外周面をそれぞれ金属メタライズN23お
よび絶縁コーティング層24を介してろう付は等で固着
するとともに。
金属導線15の後端部をホルダ12の後端部に保持され
る外部接続端子14側に接続してグロープラグ10の組
立を完了する。
なお前記のセラミックヒータ11各部の厚み等は、その
成形時において自由に調整し得るもので。
これにより抵抗値を自由に選択し得る。例えば。
本実施例では、セラミックヒータ11全体が5龍φで9
発熱部20部分が3flφである円形断面を有し、かつ
長さを50鶴(電極取出し端26の長さ5Nは除く)と
して形成した場合に9発熱部20の長さを101富とし
、また先端から25mmおいた位置から長さ201mに
わたって前記金属メタライズ層23および絶縁コーティ
ング層24を形成するようにしである。これにより発熱
部20の熱容量をリード部21.22に比べて小さくシ
所要の抵抗値を得て必要とされる自己温度飽和性を発揮
し得ることが実験等で確認されている。更に、前記の実
施例では説明を省略したが、使用条件が厳しい環境にお
いて使用する場合には、セラミックヒータ11外表面に
、特に発熱部20部分の耐酸化性を有する保護膜を蒸着
等でコーティングして形成すれば、より大きな耐久性等
を期待し得る。
上記セラミックヒータ11をグロープラグ10として組
立てて実験したところ、第3図のaに示すように、80
0℃到達時間3.5秒、飽和温度をその許容範囲120
0℃以下とした上で約1100℃とし得ることを確認し
た。
ところで、上述した構成によるグロープラグ10にあっ
ては、第1図および第2図から明らかなように、セラミ
ックヒータ11の長手方向に沿って形成されたスリット
25により、ホルダ12内部空間が、セラミックヒータ
11が臨むエンジン燃焼室等と連通状態となる。従って
燃焼室内での爆発時における燃焼圧のエンジン外部への
洩れ防止を図ることが必要となる。このため。
本実施例では、第1図に示すように、ホルダ12後端部
開口部分で外部接続端子14に一体的に設けた絶縁ブツ
シュ13の外方端側に1例えばアスベスト、ゴム等によ
る密閉用シート28を介在させてこの部分を機械的にシ
ールするような構成を採用している。しかし、このよう
なシール部の配設位置およびシール方法としては5種々
考えられるもので2例えば絶縁ブツシュ13の内方端側
でホルダ12との間をシールするOリング等を介在させ
てもよい。
第4図は本発明の他の実施例を示す要部縦断面図であり
、同一部分は前記第1図および第2図と同一の参照符号
にて示す。第4図において、30は絶縁シートであり1
例えば絶縁性セラミック材により、セラミックヒータ1
1の少なくともホルダ12先端部に対応する部分のリー
ド部21゜22間に、それらと一体的に接合させる。こ
のように構成することにより、スリット25をホルダ1
2部で閉塞密閉し、エンジンの燃焼圧をシールして外部
への漏洩を防止するのである。また上記構成により、セ
ラミックヒータ11において、ホルダ12に保持される
後端部分の機械的強度を向上させ得るとともに、前述し
た実施例のような密閉用シート28を省略することもで
き、その利点は大きい。
ここで、上述した絶縁性セラミック材としては。
セラミックヒータ11を形成する導電性セラミック材と
同様に、Tiの炭窒化物固溶体の添加量を調整すること
により絶縁性、導電性を選択し得るサイアロンを用いる
とよい。そして、このような材料を選択すれば、絶縁シ
ート30を抵抗体側と熱膨張率の略等しい同一材質で形
成することができ、その接合強度を増大させて耐熱強度
等の信頼性をも確保し得る。なお、上述したサイアロン
による絶縁性および導電性セラミック材からなる部材相
互間を接合させるには、Y2O2などの酸化物焼結助剤
を介在させて焼結することにより、その接合部分に拡散
層を形成した状態で強固に接合することができるが、勿
論一般的なセラミック材の接合方法であるハロゲン化合
物法、ろう接法。
固相接合法を用いてもよい。さらに、絶縁シート30を
形成する絶縁性セラミック材としては、耐熱強度等に優
れしかも導電性セラミック材との接合強度面で優れた1
例えばS i C,SiiN4゜AINまたはAlzO
zを主成分とするものも考えられ、更にガラス等の絶縁
材料であってもよい。
特に、上述した絶縁シート30介装部分は、セラミック
ヒータ11の発熱部20から離れた後端側であるため、
多少接合部の信頼性が低くなっても。
実用上何ら支障はない。
なお5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。例えばセラミックヒータ11の形状としては、上述
した実施例における丸棒形状に限定されず、第5図に示
した横断面矩形状を呈する角棒体であっても、また第6
図(a)、 (b)に示すような楕円形状を呈する場合
であってもよいことは明らかである。
さらに、上述した実施例では、セラミックヒータ11を
ホルダ12先端部に保持させた状態で接合固定するため
に、一方のリード部21に金属メタライズ層23を、他
方に絶縁コーティング層24を、それぞれ導電層および
絶縁層として形成してろう付は接合する場合を示したが
1本発明はこれに限定されず9例えばセラミックヒータ
11のリード部21.22外周面に、それぞれガラス層
を形成することにより、ホルダ12側にろう付は接合す
るようにしてもよい。なお、上述したガラス層およびろ
う材層による接合方法を採用する場合には、ホルダ12
側と電気的に接続する側のリード部側では、その一部を
露呈させるようにガラス層の一部を除去して形成し、ろ
う材層を介して導通状態を確保するようにすればよい。
〔発明の効果〕
本発明のディーゼルエンジン用グロープラグは。
以上記述のような構成であるから、下記の効果を奏する
ことができる。
(1)M単な構造であるにも拘らず1発熱部がヒータ外
表面に露出しているから、従来型に比べて迅速かつ確実
な先端赤熱化を達成し、速熱型としての機能を発揮でき
る。
(2)発熱部およびリード部を形成する抵抗体と絶縁体
との熱膨張率を略々等しくすることができるため、その
接合強度を増大させると共に、ヒータ発熱時における急
激な温度上昇によってもワレ等の事故を発生せず、耐熱
強度等の信頼性を確保し得る。
(3)先端発熱部の熱容■が小さいため自己温度飽和性
を有し、その結果エンジンの排気、騒音対策としての長
時間のアフターグローが可能である。
(4)全体の構造が簡単であるため、成形加工9組立が
容易であり、生産性が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す縦断面図、第2図は第1
図におけるセラミックヒータを示す拡大斜視図、第3図
はセラミックヒータの温度特性を示す図、第4図は本発
明の他の実施例を示す要部縦断面図、第5図および第6
図(a) (blは夫々更に他の実施例を示すセラミッ
クヒータの斜視図および横断面図である。 11:セラミックヒータ、12:ホルダ。 20:発熱部、21.22:リード部、25ニスリツト
 30:絶縁シート。

Claims (10)

    【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
    端部にセラミックヒータを保持し、このセラミックヒー
    タをU字状発熱部とこのU字状発熱部の両端部から後方
    に延設した一対のリード部とを導電性セラミック材によ
    って一体に構成し、前記一方のリード部外側面を導電層
    を介し、他方のリード部外側面を絶縁層を介して前記ホ
    ルダ内に接合保持すると共に、前記導電性セラミック材
    をM_x(SiAl)_1_2(ON)_1_6で示さ
    れるα/β型サイアロンのMがYまたはCaからなりx
    が0を越え2.0未満である組成物に対し、20vol
    .%を越え70vol.%未満のTiNを添加してなる
    サイアロン焼結体により形成したことを特徴とするディ
    ーゼルエンジン用グロープラグ。
  2. (2)セラミックヒータを構成するU字状発熱部の肉厚
    寸法をリード部の肉厚寸法より小さく形成した特許請求
    の範囲第1項記載のディーゼルエンジン用グロープラグ
  3. (3)導電層が金属メタライズ層であり、絶縁層が絶縁
    コーティング層である特許請求の範囲第1項若しくは第
    2項記載のディーゼルエンジン用グロープラグ。
  4. (4)セラミックヒータの少なくともホルダ先端部に対
    応する部分の一対のリード部間に、燃焼圧をシールする
    絶縁シートを一体的に介装した特許請求の範囲第1項な
    いし第3項何れかに記載のディーゼルエンジン用グロー
    プラグ。
  5. (5)一方のリード部を導電層を介してホルダと電気的
    に接続すると共に、他方のリード部とホルダ後端部に保
    持した外部接続端子とを金属導線を介して接続した特許
    請求の範囲第1項ないし第4項何れかに記載のディーゼ
    ルエンジン用グロープラグ。
  6. (6)α/β型複合サイアロン組成物が、Si_3N_
    4の(Si_3N_4+Y_2O_3+AlN)に対す
    るモル比が50〜75%、残部Y_2O_3粉末および
    AlN粉末からなり、Y_2O_3/AlNのモル比が
    1/9〜7/3である特許請求の範囲第1項ないし第5
    項何れかに記載のディーゼルエンジン用グロープラグ。
  7. (7)α/β型複合サイアロン組成物の粒界相がY、S
    i、O、N、Alを含む非晶質または結晶質であり、主
    相がYを含むαサイアロンとSi−Al−O−Nからな
    るβサイアロンの混合相である特許請求の範囲第6項記
    載のディーゼルエンジン用グロープラグ。
  8. (8)α/β型複合サイアロン組成物が、Si_3N_
    4の(Si_3N_4+CaO+AlN)に対するモル
    比が50〜80%、残部CaO粉末およびAlN粉末か
    らなり、CaO/AlNのモル比が2/8〜8/2であ
    る特許請求の範囲第1項ないし第5項何れかに記載のデ
    ィーゼルエンジン用グロープラグ。
  9. (9)α/β型複合サイアロン組成物の粒界相がCa、
    Si、O、N、Alを含む非晶質または結晶質であり、
    主相がCaを含むαサイアロンとSi−Al−O−Nか
    らなるβサイアロンの混合相である特許請求の範囲第8
    項記載のディーゼルエンジン用グロープラグ。
  10. (10)サイアロン焼結体の室温時の電気抵抗率が1Ω
    ・cm以下で、かつ抵抗温度係数が正である特許請求の
    範囲第1項ないし第9項何れかに記載のディーゼルエン
    ジン用グロープラグ。
JP61256355A 1986-10-28 1986-10-28 デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ Expired - Lifetime JPH0795466B2 (ja)

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