JPS6335246Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はデイ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、特に自己温度制御型として機能し得る
二種類の発熱体を備えてなるグロープラグの改良
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、デイ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
ラグを設け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。ところで、この種のグロープラグにおいて
要求されることは、通電初期において内部に組込
まれた発熱体に大電力を供給することによりその
温度立上り特性を向上させ速熱型として機能し得
るとともに、発熱体の溶断等を防ぐためにその飽
和温度を適正なものとしてその過加熱を防止し、
安定した発熱特性を得ることができ、また副燃焼
室または燃焼室内での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等といつた性能を満
足することである。

そして、従来からよく知られている、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
ニツケルなどの一種材料によるコイル状発熱体を
埋設した一般的なシース型グロープラグでは、そ
の供給電力が発熱体を始めとする各部への悪影響
を防ぐために制限され、温度立上り特性の面で問
題であり、しかも速熱型として機能させるには、
発熱体の過加熱を防ぐために温度制御手段を別個
に設けることが必要で、装置全体のコスト高を招
くといつた欠点があつた。

また、上述した温度立上り特性を向上させかつ
自己温度制御手段を有するものとして、抵抗温度
係数の異なる二種類の材料によりそれぞれ形成さ
れた発熱体を用いてなるグロープラグも提案され
ているが、このような構造のものはある程度速熱
型として機能する反面、製造が面倒でコスト高と
なる割には発熱特性が良くないもので、上述した
性能をすべて満足し得るとは言い難いものであつ
た。これは、この種従来のグロープラグでは、抵
抗温度係数の小さい発熱体を先端側に、かつ抵抗
温度係数の大きい発熱体を後端側に設け、この後
端側発熱体の温度変化による抵抗変動を利用して
通電直後において先端側発熱体に大電力を供給し
てその迅速な赤熱化を図つているが、両発熱体が
あまりにも近接して配置されるため後端側発熱体
が先端側からの熱影響によりあまりにも早く温度
上昇し、これにより先端側への供給電力が制御さ
れることによる。そして、このような問題から発
熱特性に欠け、速熱型としての効果を発揮し得な
いものであつた。

このため、本出願人は、上述した二種材料によ
る発熱体を用いることによる利点を有効に活用す
べく種々研究、開発を行なつた結果、従来のもの
は二種類の発熱体が互いにあまりにも近接して配
設されているため熱影響を受けて通電初期におけ
る大電流の通電時間が短くなる点に注目し、この
問題を解決し得るものとして特開昭57−182026号
公報等で、安定かつ速熱性に優れた発熱特性を得
ることができる安価な自己温度制御型デイーゼル
エンジン用グロープラグを先に提案している。

これを第１図および第２図を用いて簡単に説明
すると、図中符号１はステンレススチール等の耐
熱金属材料からなるシース、２はこのシース１を
先端部において保持するハウジングで、このハウ
ジング２の後端部には絶縁ブツシユ３を介して電
極棒４が同心状に取付けられ、この電極棒４の先
端は前記シース１内に挿入されている。

そして、前記シース１の先端側内部空間には、
たとえば鉄クロムあるいはニツケルクロム合金な
どのように正の抵抗温度係数の小さな導電材料に
より形成された第１の螺旋状発熱体５（以下第１
の発熱体という）が軸線方向に沿つて配設され、
その一端は前記シース１と電気的に接続されてい
る。また、前記シース１の後端側内部空間には、
この第１の発熱体５と連続して前記シース１の後
端側の電極棒４との間に、たとえばニツケルまた
はカーボン含有量が0.25％以下の低炭素鋼（以下
低炭素鋼という）等の正の抵抗温度係数の大きな
導電材料により形成された第２の螺旋状発熱体６
（以下第２の発熱体という）が配設され、さらに
これら両発熱体５，６はシース１内に充填された
マグネシア（MgO）等の耐熱絶縁粉末７により
埋設されている。

ここで、この第２の発熱体６はそれ自身が発熱
源として作用するばかりでなく、第１の発熱体５
に対し通電開始直後においてはその抵抗値が小さ
いため大電力を供給することができ、かつ通電時
間の経過と共に抵抗値が増大して供給電力を減少
させ、グロープラグ自身の飽和温度を低くおさ
え、過加熱を防止する温度制御手段としても作用
する。これは、この第２の発熱体６の抵抗値が通
電による発熱と共に順次増大するためである。

そして、この第２の発熱体６による電流制御を
適切なものとするために、第１の発熱体５と第２
の発熱体６とは、それぞれの螺旋部が所定の間隙
（GAP）をおいて対向して接続されている。すな
わち、これら両発熱体５，６の螺旋部間に一定の
間隙を設けることで、従来問題とされていた第１
の発熱体からの第２の発熱体６に対する熱影響に
時間的間隔を保ち、これにより第２の発熱体６に
よる電流制御を時間的に遅らせて第１の発熱体５
への大電力の供給時間を延ばし、この第１の発熱
体５を急速に赤熱させて温度立上り特性を大幅に
向上させ得るものであつた。

なお、両発熱体５，６は間隙内において熱伝達
が必要最小限となるように、たとえば各発熱体の
最終螺旋部端５ａ，６ａからそれぞれ軸線方向に
向つて延長された直線状端５ｂ，６ｂの端面を当
接させてプラズマアーク溶接などにより接続され
ている。また、図中８は上述した両発熱体５，６
内に貫通して配設されこれらを所定個所に保持す
るセラミツク等の耐熱絶縁材料からなるガイド棒
で、両発熱体５，６間の間隙を適正に維持し発熱
特性の安定化を図るうえで有用なものである。

そして、このような構成によれば、通電開始直
後では、第２の発熱体６の抵抗が小さいため大電
力が第１の発熱体５に集中し、第３図中ａで示す
特性曲線から明らかなように230Wにも及び、迅
速に発熱される。また、この第１の発熱体５から
の熱影響が第２の発熱体６に伝達されその抵抗値
が増大するまでに、前述した間隙の存在により時
間遅れがあることから、この第１の発熱体５に大
電力が集中する時間が長くとれるためこの部分の
速熱性が良好となる。

一方、第２の発熱体６においても、同図中ｂで
示した特性曲線から明らかなように、100W近い
供給電力が加わり、徐々に発熱してその発熱温度
と第１の発熱体５からの熱影響に伴なつて抵抗値
が増加する。そして、この抵抗値の変化で供給電
流が減少し、第１の発熱体５への印加電圧が減少
すると、第１の発熱体５における供給電力は急速
に減少し、その発熱量が制限されて過加熱が防止
される。勿論、このときには、この第２の発熱体
６もそれ自身が発熱体として働き、これによりシ
ース１は順次加熱されてエンジン始動に必要な温
度（通常800℃）まで温度上昇する。このような
グロープラグの発熱特性を第４図中ｃで示してお
り、同図中ｄで示す従来の間隙のないタイプに比
べ温度立上り特性が大幅に向上していることは明
らかであろう。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上述したデイーゼルエンジン用グロ
ープラグにおいて第１，第２の発熱体５，６を埋
設した耐熱絶縁粉末７が充填されてなるシース１
には、一般に第５図ａ，ｂに示すように、その組
立時にスエージ加工が施されるものであり、この
場合に上述した二種類の発熱体５，６間の間隙内
での接続部分に若干の問題を生じている。

これを詳述すると、上述したスエージ加工は、
シース１内に充填された耐熱絶縁粉末７を緻密に
詰めてその熱伝導性を良好なものとすると共に、
線材である両発熱体５，６を完全に埋設してその
酸化を防止し、耐久性を向上させるうえで必要と
される。そして、このスエージ加工は、シース１
内に発熱体５，６や耐熱絶縁粉末７、さらに電極
棒４等を組込んだ状態で、第５図ａに示すよう
に、シース１の外周部を周方向から全周にわたつ
て押圧することで全体を径方向に縮小するもの
で、これによりシース１は同図ｂから明らかなよ
うに、径方向には縮小され、また軸線方向には若
干伸長されて細長くなる。

一方、このようにして径方向に縮小されるシー
ス１内では、耐熱絶縁粉末７は全体にわたつて締
付けられて所望の密度にて凝結されるとともに、
この粉末７により両発熱体５，６の螺旋部（図中
５ｃ，６ｃで示す）は、第６図ａに示すように、
そのコイル径が縮小される。しかし、これら両発
熱体５，６の螺旋部５ｃ，６ｃにおいてその線径
は、同図ａ，ｂに示すように、線軸方向からの圧
縮力によつてD₁からD₂へと太くなることが確認
されている。これは、コイル径が縮小される各螺
旋部５ｃ，６ｃでその周方向からの力はバランス
されるが、その軸線方向からは大きな圧縮力が加
わり、しかも各発熱体５，６の体積は不変である
ためその逃げとして線径が太くなるものであつ
た。

そして、その他方において、これら両発熱体
５，６間を所定の間隙をおいて接続する直線状端
部５ｂ，６ｂ部分では、同図ｃに示すように、各
方向からの力がバランスしてほとんど変化せず、
かえつて軸線方向両端側に働く引張力によつて線
径が若干縮小することもあり、その結果太径とな
る発熱体５，６の螺旋部５ｃ，６ｃの線径との間
に差が生じてしまうものであつた。

したがつて、このようなグロープラグでは、両
発熱体５，６においてその螺旋部５ｃ，６ｃとこ
れらの接続部である直線状端部５ｂ，６ｂとの間
で線径に差があることから両者間で電流密度が異
なることになり、特に細径な直線状端部５ｂ，６
ｂによる接続部では電流密度が高くなり、温度上
昇を招き、耐久性の面で問題となるものであつ
た。すなわち、上述したように発熱体５，６にお
いて線径に細い部分があると、通常の予熱時には
あまり問題とはならないが、たとえばエンジン始
動直後のアフターグロー時などのようにバツテリ
電圧が急に上つたときには細径部分での放熱が間
に合わず、この部分の温度が急上昇し、劣化が早
く断線するといつた耐久性に悪影響を及ぼす問題
が生じてしまうものであつた。

このことは、スエージ加工によりたとえばシー
ス径が6φから5φに、発熱体５，６のコイル径が
2.8φから2.2φに縮小し、一方発熱体螺旋部５ｃ，
６ｃの線径が0.3φから0.37φに太くなり、その接
続部である直線状端部５ｂ，６ｂの線径が0.3φで
あるとき、螺旋部５ｃ，６ｃの電流密度Ｉ
COILと直線状端部５ｂ，６ｂの電流密度Ｉ
STRATとは、 Ｉ COIL：Ｉ STRAT ＝１／Ｓ COIL：１／Ｓ STRAT ＝１／（0.37）²：１／（0.3）² ＝１：1.5 の関係となり、接続部分での温度が上昇し易いも
のであることから容易に理解されよう。なお、Ｓ
COILは螺旋部断面積、Ｓ STRATは直線状
端部断面積である。

〔課題を解決するための手段〕

このような問題を解決するために本考案に係る
デイーゼルエンジン用グロープラグは、正の抵抗
温度係数が異なる材料にて形成された二種類の発
熱体を有し、かつこれら両発熱体を所定の間隙を
おいて接続する接続部を、各発熱体螺旋部での断
面積よりも大きな断面積を有し外径寸法が各発熱
体螺旋部と略々等しい円筒状で形成された導電性
接続円筒体の両端部に各発熱体端部を接合固定す
ることで構成したものである。

〔作用〕

本考案によれば、両発熱体を所定の間隙内で接
続する接続部を構成する導電性接続円筒体が、発
熱体螺旋部での断面積よりも充分に大きな断面積
を有し、スエージ加工により発熱体螺旋部の線径
が太くなつたとしても、それ以上の断面積を維持
することが可能で、これにより接続部での電流密
度を低くおさえ、その温度上昇を防いで耐久性を
向上させ得るものである。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第７図ａ，ｂは本考案に係るデイーゼルエンジ
ン用グロープラグの一実施例を示すもので、これ
らの図において第２図等と同一または相当する部
分には同一番号を付してその説明は省略する。

さて、本考案によれば、抵抗温度係数の異なる
第１および第２の発熱体５，６を所定の間隙
（GAP）内で接続する接続部（図中符号１０で示
す）を、各発熱体螺旋部５ｃ，６ｃでの断面積よ
りも大きな断面積を有しかつ外径寸法が各発熱体
螺旋部５ｃ，６ｃと略々等しい円筒状となるよう
に形成された導電性接続円筒体１１の両端部に各
発熱体端部５ｂ，６ｂを接合固定することにより
構成するようにしたところに特徴を有している。
なお、図中１１ａ，１１ｂは接続円筒体１１の両
端側外周部に形成された切欠きで、この切欠き内
に各発熱体端部５ｂ，６ｂがたとえばレーザスポ
ツト溶接などにより固定される。また、１１ｃは
この接続円筒体１１の中空部で、この種のグロー
プラグの組立時において両発熱体５，６等を支持
するセラミツク材等によるガイド棒８（第２図等
参照）の挿通用として利用される。

これを詳述すると、前述した第２図等に示すよ
うに耐熱絶縁粉末７を充填したシース１をスエー
ジ加工する際に生じる発熱体螺旋部５ｃ，６ｃの
線径とその接続部１０の径との間での断面積差に
よる不具合、すなわち相対的に細径となる接続部
１０での電流密度が高くなり、その部分の温度上
昇を招くことから耐久性が害されるといつた問題
を解消するために、両発熱体５，６の接続部１０
を予め太径にて形成し、スエージ加工後において
もこの接続部１０部分での断面積が発熱体螺旋部
５ｃ，６ｃ側よりも小さくならないように構成し
たものである。

そして、このような構成によれば、両発熱体
５，６を所定の間隙内で接続する接続部１０を、
導電性接続円筒体１１により発熱体螺旋部５ｃ，
６ｃでの断面積よりも充分に大きな断面積をもつ
て構成することができ、スエージ加工で発熱体螺
旋部５ｃ，６ｃの線径が太くなつたとしても、そ
れ以上の断面積を確保し得るもので、これにより
この接続部１０での電流密度を低くおさえ、その
温度上昇を防いで耐久性を向上させ得る等の利点
を奏する。特に、上述した接続部１０での抵抗は
実際上小さいことが望ましいものであり、本考案
によれば、発熱体螺旋部５ｃ，６ｃのコイル径
（外径寸法）と略々等しい円筒体１１を用いるこ
とで、このような要請を満足し得るものである。

さらに、上述した構成によれば、接続円筒体１
１を中空部１１ｃを利用してガイド棒８に挿通さ
せることができるため、この接続円筒体１１に対
する各発熱体端部５ｂ，６ｂの接続作業がきわめ
て簡単に行なえるとともに、そのままの状態でシ
ース１内に組込むことが可能で、組立性などの面
で、その実用上での効果は大きい。

なお、本考案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
ことは自由であり、たとえば接続円筒体１１の両
端部への各発熱体端部の接続構造等としては種々
の変形例が考えられよう。また、本考案を適用し
得るグロープラグ構造としても、第１図等に例示
したものに限定されるものではない。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案に係るデイーゼル
エンジン用グロープラグによれば、正の抵抗温度
係数の異なる二種類の発熱体を所定の間隙内で接
続する接続部を、各発熱体螺旋部での断面積より
も大きな断面積を有しかつその外径寸法が各発熱
体螺旋部と略々等しい円筒状で形成された導電性
接続円筒体の両端部に各発熱体端部を接合固定す
ることにより構成したので、簡単な構成にもかか
わらず、両発熱体を間隙内で接続する接続部を、
導電性接続円筒体により発熱体螺旋部での断面積
よりも充分に大きな断面積をもつて形成でき、そ
の組立時のスエージ加工により螺旋部線径が太く
なつたとしてもそれ以上の断面積を適切かつ充分
に確保し得るもので、これによりこの接続部での
電流密度を低くおさえ、その温度上昇を防いで耐
久性を向上させ得る等の実用上種々優れた効果が
ある。特に、本考案によれば、接続部を構成する
導電性接続円筒体と両発熱体端部との接続を、発
熱体支持用のガイド棒にそれぞれを嵌装した状態
で行なえるため、組立性の面で優れており、しか
もそのままの状態でシースへの組込みも行なえる
ため、両発熱体の安定した接続によりその同心性
を維持でき、またグロープラグの組立性を大幅に
向上させ得る等といつた利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用するデイーゼルエンジン
用グロープラグを示す全体の概略縦断面図、第２
図はその要部拡大断面図、第３図および第４図は
その特性図、第５図ａ，ｂおよび第６図ａ，ｂ，
ｃはスエージ加工時におけるシース、発熱体等の
変形状態を説明するための図、第７図ａ，ｂは本
考案に係るデイーゼルエンジン用グロープラグの
一実施例を示す要部拡大図である。 １……シース、２……ハウジング、４……電極
棒、５，６……第１、第２の螺旋状発熱体、５
ｂ，５ｂ……接続用直線状部分、５ｃ，６ｃ……
螺旋部、７……耐熱絶縁粉末、８……ガイド棒、
１０……接続部、１１……導電性接続円筒体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 第１の螺旋状発熱体と、この第１の螺旋状発熱
   体に対し直列に接続されかつ第１の螺旋状発熱体
   よりも正の抵抗温度係数の大きな材料で形成され
   た第２の螺旋状発熱体と、これら両発熱体を耐熱
   絶縁粉末中に埋設した状態で被覆するシースとを
   備え、前記第１の螺旋状発熱体の螺旋部端と第２
   の螺旋状発熱体の螺旋部端との間に間隙を設ける
   とともに、この間隙内に前記各発熱体螺旋部での
   断面積よりも大きな断面積を有しかつその外径寸
   法が前記各発熱体螺旋部と略々等しい円筒状で形
   成された導電性接続円筒体を配設し、この導電性
   接続円筒体の両端部に前記各発熱体端部を接合固
   定したことを特徴とするデイーゼルエンジン用グ
   ロープラグ。