JPS6362660B2

JPS6362660B2 -

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Publication number: JPS6362660B2
Application number: JP58026754A
Authority: JP
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1988-12-05
Also published as: US4598676A; JPS59153027A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関のグロープラグ、特にデイー
ゼル機関に好適なグロープラグに関するものであ
る。

現在、デイーゼル機関には低温時の始動用部品
としてグロープラグが用いられており、デイーゼ
ル機関の始動性向上のために小型速熱性のグロー
プラグが要求されている。

従来のグロープラグはそのほとんどがシーズ型
式であつて、Ni−Cr合金などの発熱線をコイル
状に巻き、これをステンレスあるいはインコンネ
ルなどの耐熱腐食性合金よりなる一端閉鎖の外筒
内に設置し、更に発熱体まわりを酸化マグネシウ
ムなどの絶縁材で充填した構造となつている。従
つてこの形式では発熱線と外筒との間の熱伝導は
絶縁材を介してなされるために外筒の表面が混合
気を着火すべく赤熱されるには時間がかかり、予
熱時間が長くなるという問題がある。

そこで、定格電圧を低くした急速加熱用グロー
プラグを使用し、予熱時には一時的に定格電圧以
上のバツテリ電圧を直接印加して急速に赤熱せし
め、エンジン起動後のアフタグロー時には抵抗器
によつてバツテリ電圧を低下せしめて定格電圧を
印加する方式がとられている（実開昭56−
124273）。しかしながら、この方式ではかなり容
量が大きく、したがつて、発熱を伴なう抵抗器を
別体に、あるいは内蔵で設ける必要があり、設置
スペースの確保あるいはグロープラグの製造の複
雑化という問題を生じ、さらにこれにまして無駄
な電力が抵抗器で消費されるという問題があつ
た。

本発明は上記従来のグロープラグの問題点に鑑
み、無駄な電力を消費することなく、しかも即熱
性に優れ、かつ耐久性および耐熱性にも優れた構
造簡単なグロープラグを提供することを目的とす
る。

すなわち、本発明のグロープラグは内燃機関の
燃焼室に突出せしめた電気絶縁性セラミツクより
なるヒータ支持部材の先端外表面に、これを覆つ
て略コ字断面をなす耐熱性および耐酸化性に優れ
た導電性セラミツクよりなるヒータ部材を接合
し、上記支持部材内には３本のリード線を埋設し
て、その一本のリード線の一端を上記ヒータ部材
の中央部に、他の２本のリード線の一端を上記ヒ
ータ部材の両端部に接続し、これら各リード線の
他端を通電切換手段を介して電源に接続して、上
記通電切替手段により、燃焼室予熱時には上記一
本のリード線を上記電源の一方の極に接続すると
ともに上記他の２本のリード線を上記電源の他方
の極に接続し、アフタグロー時には上記他の２本
のリード線のみを上記電源の各極にそれぞれ接続
せしめるようになしたものである。しかして、ヒ
ータ部材をヒータ支持部材の先端外表面に設ける
ことによりきわめて即熱性が向上するとともに、
予熱およびアフタグローの各状態に応じて、所定
の抵抗値のヒータが形成された所望のリード線間
に通電することにより、抵抗器により無駄な電力
を消費することなく発熱量を制御することができ
る。

また、セラミツク製ヒータ支持部材にセラミツ
ク製ヒータ部材を接合して構成したから、構造が
簡単である。そして、ヒータ部材を耐酸化性かつ
耐熱性に優れたセラミツクで構成してあるから、
寿命も長い。

実施例１以下、本発明を図示の実施例により説明する。

第１図にグロープラグＧの先端部を示す。金属
製円筒ケース１内にはその先端開口より突出せし
めて絶縁性セラミツクよりなる棒状のヒータ支持
部材２が配設され、該部材２の先端部表面には導
電性セラミツクよりなるヒータ部材３が接合して
ある。支持部材には外周に金属製スリーブ４が嵌
着してあり、このスリーブ４を上記ケース１の開
口にろう付けにより固定してある。支持部材２の
基端にはまた金属製キヤツプ５ａ，５ｂが接合し
てある。そして、支持部材２内には通電用リード
線６ａ，６ｂ，６ｃが埋設してあり、リード線６
ａはその一端がヒータ部材３に接続され、他端は
スリーブ４に接続されて本体アースしてある。リ
ード線６ｂ，６ｃはその一端がヒータ部材３に、
他端がそれぞれキヤツプ５ａ，５ｂに接続してあ
る。

リード線６ｃの一端は他のリード線６ａ，６ｂ
の接続点のほぼ中間位置に接続してあり、したが
つて、リード線６ａ，６ｃ間に形成されるヒータ
３１およびリード線６ｂ，６ｃ間に形成されるヒ
ータ３２の抵抗値はほぼ等しい。

キヤツプ５ａ，５ｂにはリード線７ａ，７ｂの
一端が接続され、各リード線７ａ，７ｂの他端は
グロープラグＧの図示しない外部引出端子に至つ
ている。なお、ケース１の外周にはネジ部１ａが
形成してあり、これによつてグロープラグＧ本体
を燃焼室壁に固定する。

なお、上記支持部材２を形成する絶縁性セラミ
ツクとしてはアルミナ（Al₂O₃）と窒化珪素
（Si₃N₄）の混合物の焼結体を使用し、またヒー
タ部材３を形成する導電性セラミツクとしては二
珪化モリブデン（MoSi₂）と上記Si₃N₄の混合物
の焼結体を使用した。MoSi₂は極めて耐酸化性、
耐熱性にすぐれており、またSi₃N₄はサーマルシ
ヨツクに対して耐性を持たせるとともに抵抗値を
調節するために添加する。リード線６ａ〜６ｃと
してはニツケル線を使用した。

中心部材２とヒータ部材３を形成する手順の一
例を第２図にて説明する。Al₂O₃粉末とSi₃N₄粉
末を所定量混合し、適当な有機バインダを加え、
ドクタブレード法により得たセラミツクグリーン
シートを積層して各一対のセラミツクシート２′
ａ，２′ｂを得る。次にMoSi₂粉末とSi₃N₄粉末を
所定量混合して同様の方法により各一対のセラミ
ツクシート３′ａ，３′ｂを得る。そしてセラミツ
クシート２′ａ，３′ａおよびセラミツクシート
２′ｂ，３′ｂを各々接合し、これらの間にリード
線６ａ，６ｂ，６ｃを配して積層し、図中矢印方
向に圧力をかけてラミネートする。ラミネートし
たものを1600℃程度の温度で不活性雰囲気中でホ
ツトプレスし、焼成して一体のセラミツク体とす
る。セラミツク体とした支持部材２は研磨加工
し、表面にメタライズ処理を施してスリーブ４お
よびキヤツプ５ａ，５ｂを接合する。

上記グロープラグの通電回路を第３図に示す。
図中７はバツテリ、８は10ｍΩ程度の小さな抵抗
器、９は通電切換回路である。

通電切換回路９を構成するタイマ回路９１はス
タータスイツチ１０と接続され、スタータスイツ
チ１０投入後10分間その出力が「１」レベルとな
る。

車速判定回路９２は車速センサ１１と接続さ
れ、車速20Km／Ｈ以下で「１」レベル出力を発す
る。

エンジン回転検出回路９３はオルタネータ１２
の中性点と接続され、エンジン回転時に「１」レ
ベル出力を発する。

水温検出回路９４は水温センサ１３と接続さ
れ、水温60℃以下でその出力が「１」レベルとな
る。

グロー温度検出回路９５にはバツテリ７とグロ
ープラグＧ間に設けた抵抗器８の両端の電圧が入
力される。この入力電圧はグロープラグＧのヒー
タ３１，３２の抵抗が温度上昇にともなつて変化
すると、これに伴なつて同様に変化し、上記回路
９５はこの電圧変化を検知して、1000℃以上で
「１」レベルとなり、750℃以下で「０」レベルと
なるヒステリシスを有する出力を発する。

また、グロープラグＧの通電用リード線６ｂは
通電切換回路９の出力リレー９７の接点９７ａを
介して抵抗器８に接続され、通電用リード線６ｃ
は出力リレー９６の常開接点９６ａを介して抵抗
器８に接続してある。なお、接点９７ａはリレー
９７の励磁時にＣ１，Ｃ３間が導通する。

上記通電切換回路９の作動を以下に説明する。

回路電源を投入して予熱を開始した場合、エン
ジン回転検出回路９３およびグロー温度検出回路
９５の出力はともに「０」レベルである。したが
つてNORゲート９８の出力が「１」レベルとな
り、リレー９６が励磁されて、その接点９６ａが
閉じる。この時、リレー９７は無励磁で、その接
点９７ａはＣ１，Ｃ２間が導通しており、グロー
プラグＧのリード線６ｂはアースされる。これに
より、ヒータ３１，３２はバツテリ７に並列に接
続された状態となり、各ヒータ３１，３２の抵抗
をＲとし、バツテリ７の電圧をＥとすると、ヒー
タ３１，３２に投入される電力はほぼ2E²／Ｒと
なつて、グロープラグＧの温度は第４図に示すグ
ラフのＳ点よりＴ点まで急速に上昇する。

グロープラグＧの温度が1000℃（図のＴ点）に
達すると、温度検出回路９５の出力が「１」レベ
ルとなり、ANDゲート９９ａの出力が「１」レ
ベル、NORゲート９８の出力が「０」レベルと
なる。これにより、リレー９７が励磁され、リレ
ー９６は無励磁となつて、接点９７ａはＣ１，Ｃ
３間が導通し、接点９６ａは開成する。この状態
ではヒータ３１，３２はバツテリ７に直列に接続
され、したがつてヒータ３１，３２に投入される
電力は上記並列接続状態の1/4にあたるE²／2Rと
なる。

これにより、グロープラグＧの温度は急速に低
下する（図中Ｔ点よりＵ点）。温度が750℃（図の
Ｕ点）に達すると、温度検出回路９５の出力は再
び「０」レベルとなり、リレー９７は無励磁、リ
レー９６は励磁の状態となる。これにより、グロ
ープラグＧのヒータ３１，３２は再びバツテリ７
に並列に接続され、その温度が上昇し始める。こ
のようにして、予熱時にはグロープラグＧの温度
は750℃〜1000℃の間に保たれる。

スタータスイツチ１０を投入してエンジンを起
動すると、タイマ回路９１、およびエンジン回転
検出回路９３の出力が「１」レベルとなり、これ
によりNORゲート９８の出力が「０」レベルと
なる一方、ANDゲート９９ｂの出力は「１」レ
ベルとなる。したがつて、リレー９６は無励磁状
態、リレー９７は励磁状態となつて、これ以降の
アフタグロー時にはグロープラグＧのヒータ３
１，３２はグロープラグの温度に関係なくバツテ
リ７に直列に接続される。これにより、グロープ
ラグＧの温度は低下し始め（第４図Ｗ点）、上記
予熱温度より低いアフタグロー温度（本実施例で
は約650℃）になる。

そして、スタータスイツチ１０投入後10分経過
するか、車両が走行を始めるか、あるいは冷却水
温が60℃以上に上昇するとリレー９７も無励磁と
なり、グロープラグＧへの通電が停止する（第４
図Ｘ点）。

このように、本発明のグロープラグは絶縁性セ
ラミツクよりなる支持部材内に３本のリード線を
埋設し、その一本のリード線の一端を上記支持部
材の先端外周に接合した導電性セラミツクよりな
るヒータ部材の中央部に、他の２本のリード線の
一端をヒータ部材の両端部に接続し、これら３本
のリード線を通電切換回路の出力接点を介して電
源に接続するようにして、燃焼室予熱時には上記
各リード線間に形成されたヒータを並列に電源に
接続してヒータ部材全体の抵抗値を下げることに
より、その発熱量を増大せしめて急速加熱を行な
い、アフタグロー時には直列に電源に接続してヒ
ータ部材全体の抵抗値を上げることにより、その
発熱量を減少せしめて予熱時より低い温度に維持
するようにしたので、従来のグロープラグの如
く、アフタグロー時に電源とグロープラグ間に大
容量の抵抗器を設ける必要はなく、したがつて、
この抵抗器により無駄な電力が消費されることは
ない。

また、ヒータ支持部材の表面にヒータ部材を形
成してあるから、極めて即熱性に優れ、またヒー
タ部材は耐酸化性、耐熱性のあるセラミツクで形
成してあるから寿命も長い。

実施例２第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、
支持部材２内には４本の通電用リード線６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄが埋設され、各リード線６ａ〜６
ｄは一端がヒータ部材３に接続され、他端はキヤ
ツプ５あるいはスリーブ４ａ，４ｂ，４ｃを介し
て通電切換回路９のリレー接点９６ａ，９７ａに
接続してある。そして、各リード線６ａ〜６ｄ間
にはそれぞれほぼ等しい抵抗値Ｒのヒータが形成
されている。また、リレー接点９６ａ，９７ａは
励磁、無励磁の各状態に応じてＣ１，Ｃ２間ある
いはＣ１，Ｃ３間が導通する。

上記リレー接点９６ａ，９７ａを適当に作動せ
しめることにより、ヒータ部材３と電源の接続は
第６図１，２，３の各状態とすることができる。
そして、ヒータ部材３全体の抵抗値は図の１，
２，３の順にそれぞれ３Ｒ，２Ｒ，Ｒとなり、こ
れに伴なつて発生電力はE²／3R、E²／2R、E²／Ｒと順次大きくなる。

すなわち、本実施例では所望のリード線６ａ〜
６ｄに通電することによりヒータ部材３の発熱量
を３段階に変化させることができ、第１の実施例
と同様の効果を奏する上に、よりきめ細かく燃焼
室温度を調節することができる。

以上の如く、本発明のグロープラグは絶縁性セ
ラミツクよりなる支持部材の表面に導電性セラミ
ツクよりなるヒータ部材を形成して格段に即熱性
を向上せしめるとともに支持部材内に埋設した少
くとも３本以上のリード線の一端を上記ヒータ部
材に接続して、これらリード線間に所定の抵抗値
を有するヒータを形成し、予熱およびアフタグロ
ーの各状態に応じて所望のリード線に通電するこ
とにより、ヒータ部材の抵抗値を可変となし、そ
の発熱量を制御するようにしたので、アフタグロ
ー時にグロープラグへの印加電圧を低下せしめる
大容量の抵抗器は必要なく、無駄な電力消費が防
止でき、かつ燃焼室の温度を多段にきめ細かく調
節することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図はグロープラグの支持部材断面図、
第２図はセラミツクシートの構成を示す斜視図、
第３図はグロープラグの通電回路の構成を示す
図、第４図はグロープラグ温度の経時変化を示す
図である。第５図、第６図は本発明の第２の実施
例を示し、第５図はグロープラグの支持部材断面
図、第６図はリード線への通電状態を示す図であ
る。２……支持部材、３……ヒータ部材、６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄ……通電用リード線、７……バツ
テリ、９……通電切換回路、Ｇ……グロープラ
グ。

Claims

【特許請求の範囲】１内燃機関の燃焼室に電気絶縁性セラミツクよ
りなるヒータ支持部材を突出せしめて、その先端
外表面にこれを覆つて略コ字断面をなす耐熱性お
よび耐酸化性に優れた導電性セラミツクよりなる
ヒータ部材を接合し、上記支持部材内には３本の
リード線を埋設して、その一本のリード線の一端
を上記ヒータ部材の中央部に、他の２本のリード
線の一端を上記ヒータ部材の両端部に接続し、こ
れら各リード線の他端を通電切換手段を介して電
源に接続して、上記通電切替手段により、燃焼室
予熱時には上記一本のリード線を上記電源の一方
の極に接続するとともに上記他の２本のリード線
を上記電源の他方の極に接続し、アフタグロー時
には上記他の２本のリード線のみを上記電源の各
極にそれぞれ接続せしめるようになしたことを特
徴とするグロープラグ。２上記ヒータ部材を２珪化モリブデン
（MoSi₂）と窒化ケイ素（Si₃N₄）の焼結体で構成
した特許請求の範囲第１項記載のグロープラグ。