JP2793005B2 - 予熱プラグ - Google Patents

予熱プラグ

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JP2793005B2
JP2793005B2 JP2089259A JP8925990A JP2793005B2 JP 2793005 B2 JP2793005 B2 JP 2793005B2 JP 2089259 A JP2089259 A JP 2089259A JP 8925990 A JP8925990 A JP 8925990A JP 2793005 B2 JP2793005 B2 JP 2793005B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、請求項1の上位概念に記載の、ジーゼルエ
ンジンの燃焼室内に配置するための予熱プラグに関す
る。
従来の技術 予熱プラグの主要な構成は、ドイツ国特許第2802625
号明細書に公開されている。その後ジーゼルエンジンの
冷間スタート特性を改良するために所謂予熱プラグが使
用されており、その高熱のピン表面上で、噴射された燃
料の1部分が気化され、かつ一圧縮空気と混合して一点
火される。その際に放出される熱が、燃焼プロセスの開
始に役立つている。予熱プラグは、プラグケーシングか
ら突出する管状の予熱ピンを有しており、その予熱管内
には、高い熱伝導率の絶縁粉末(特に酸化マグネシウ
ム)内に埋め込まれて、ほぼ温度に無関係な抵抗値を備
えている加熱コイルが配置されている。加熱体の過熱並
びに破損を防止するために、これらの加熱コイルは、付
加的な制御コイルと直列に接続されており、該制御コイ
ルは、高い正の抵抗温度係数(PTC)を有して、上述の
絶縁粉末内に一緒に埋め込まれている。加熱コイル及び
制御コイルの寸法と設計とを適切に行うことにより、予
熱プラグは、許容最高温度を越えることなしに、始動の
ために必要な温度に急速に加熱される。
予熱プラグは、その燃焼室先端部が、通常約5秒から
10秒後に約850℃から900℃までのその作動温度に到達す
る。
公知の予熱プラグにあつては、予熱管は、電気的には
絶縁性の、しかし熱を良く伝導する例えば酸化マグネシ
ウムのようなセラミツク粉末で充填されている。
従つて特に加熱コイルの熱を予熱管に対し外方に向つ
て迅速に伝達するためには、セラミツク粉末の良好な熱
伝導率が必要でありかつ有意気である。
しかし加熱コイルと制御コイルとが、予熱管内で空間
的に互いに密に位置している限りは、次のような欠点が
発生する。つまりそれは、加熱コイルから発散される熱
が、絶縁粉末と予熱管の両者の良好な熱伝導率によつ
て、余りにも急速に制御コイルを加熱してしまうという
ことである。そのため制御コイルは、その温度依存型の
抵抗値が余りにも早く上昇せしめられ、加熱コイルの加
熱導線を下方に制御してしまう。従つて若し制御コイル
の温度の影響を加熱コイルの側で減少せしめることがで
きるならば、これが利点となるであろう。そのためこの
種の予熱プラグが、EP第0240650Al号明細書に公開され
ている。該明細書にあつては、燃焼室側の加熱コイルと
接続側の制御コイルとの間に熱伝導率の低い結合部材が
設けられている。この結合部材は、電気伝導率は良好で
あるが熱伝導率の低いCrNi−鋼から成つている。この結
合部材は、同じ様に全予熱管内に一様に存在する絶縁粉
末によつて取り囲まれているが、熱絶縁性が不充分なた
めに構造的に費用が嵩み、かつ作用も不満足である。
ドイツ国特許DE−PS第3421950号明細書に予熱プラグ
が公開されている。該明細書にあつては、加熱コイルが
燃焼セラミツク材料から成る分離された絶縁体内に配置
されている。1方制御コイルは、通常の酸化マグネシウ
ム粉末内又は硝子内に埋め込まれている。この配置によ
り、予熱プラグの改良された自己制御型の機能が達成さ
れる筈である。このことは、温度に無関係乃至は温度依
存形の抵抗特性を備えた特殊な加熱ワイヤ材料並びに制
御コイル材料によつて達成されている。加熱コイルと制
御コイルとの間で、絶縁粉末又は予熱管を介して、温度
が相互に影響を及ぼし合うようなことはない。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、冒頭で述べた形式の予熱プラグを改
良して、その制御特性が最適に調節されるようにするこ
とにある。
課題を解決するための手段 本発明では、請求項1に記載の特徴によつて上記課題
を解決することができた。つまり最適な制御特性は、異
なつた種類の絶縁粉末を予熱管内に導入することによつ
て、特にこれを達成することができる。その際絶縁粉末
の品種は、予熱管の内方の軸方向で入れ替つている。
発明の効果 本発明では、加熱コイルと制御コイルとの間で、第2
の絶縁粉末品種により小さな熱伝導率を備えた区域が調
達されており、該区域は、加熱コイルによつて発生した
熱が、その他の絶縁粉末を介して制御コイルに、極めて
迅速に伝達されるのを阻止している。制御コイルは、付
加的な絶縁粉末層により加熱コイルと制御コイルとの間
で寧ろ著しく遅延して加熱される。その結果加熱コイル
は、その出力を良好に分配することができるようにな
る。
請求項2以下に記載の対策により、請求項1で説明し
た予熱プラグの、有利でかつ機能的な別の構成が実現さ
れている。
有利には第2の絶縁粉末品種を備えた移行帯の長さ
は、加熱帯の長さの約75%に選択されている。この長さ
は、適切な第2の絶縁粉末品種との関連で、本発明の効
果が達成できるような長さに決定される。
本発明の装置にあつては、制御コイルの長さは、加熱
コイルの約5倍の長さに一致するように選択されてい
る。その際制御コイルの約50%の長さが、プラグケーシ
ングの内方に位置しており、該部は高温導線によつて直
接的な影響を受けないようになつている。
加熱コイルと制御コイルとの間の接続は、有利には、
より大きなコイルピツチ、特に2倍のコイルピツチを備
えた制御コイルの区分によつて行われている。
実施例 本発明の実施例を図面に示し、次にこれを詳しく説明
する。
第1図に図示の予熱プラグ1は、プラグケーシング2
と、その長手方向孔内に不動にかつ気密状に配置され、
予熱ビン4として形成された耐蝕性の予熱管4から成る
加熱耐3と、から成つており、該予熱管4内では所謂2
成分コイル5が、絶縁粉末6内に、特に酸化マグネシウ
ム粉末内に埋め込まれている。2成分コイル5は、ほぼ
温度に無関係な抵抗材料から成る燃焼室側の加熱コイル
7と、高い抵抗温度係数を有する抵抗材料から成る接続
側の制御コイル8とから成つており、その際加熱コイル
と制御コイルとは、互いに直列に接続されている。制御
コイル8は、接続側で接続ピン9に結合されており、該
接続ピン9は、加熱コイル7への電流の供給部として使
用されている。加熱コイル7は、その燃焼室側端部が予
熱管4に溶接されている。加熱コイル7と制御コイル8
とを取り囲んでいる酸化マグネシウムから成る絶縁粉末
は、高い熱伝導率と良好な電気絶縁性とを有している。
第1図の実施例に基く加熱コイル7は、軸方向の長さ
がl1で、例えば約6回の巻線を有している。制御コイル
8は、長さがl3で約30回の巻線を有している。その比率
はl3:l1=5:1である。この値は又、付属の巻線の比率に
ほぼ一致している。制御コイル8は、プラグケーシング
の内方に長さl4を有しており、その際l40.5l3であ
る。
加熱コイル7と制御コイル8との間の熱伝導率を減少
させるために、長さl2の移行帯10が設けられており、該
移行帯10は、別の絶縁粉末で充填されている。この絶縁
粉末11は、同じ様に電気的に絶縁されていなければなら
ないが、絶縁粉末6とは異なつて、熱伝導率が極めて小
さい。そのため熱は、この領域を介して加熱コイル7か
ら制御コイル8へ、ごく僅かしか伝達されない。このよ
うな粉末は、例えばステトナ社のステタライト(KER22
1)という商品名(Stettalit(KER221)der Firma Stet
tner & Co.,8560 Laufb.Nrnberg)で入手できる。
移行帯10内の制御コイル8の終端区分12は、非常に大
きなコイルピツチを有しており、そのためこの部分に
は、僅かの巻線しか位置できない。移行帯の長さl2は、
加熱コイル7の長さl2のほぼ75%である。
この領域内に層状に装入された移行帯10は、第2の絶
縁粉末品種を有してその熱伝導率が小さいため、予熱プ
ラグの熱的な特性を改善しており、加熱コイル7内に発
生する熱が、熱伝導率の悪い絶縁粉末11を介して直ちに
伝達されることのないようにしている。その結果、加熱
コイルの先端部には熱の停滞部が発生し、そのため、予
熱管4の燃焼室側の先端部が急速に加熱されることにな
る。しかし移行帯10内の絶縁材料11は、その熱伝導率が
悪いので、制御コイル8による加熱コイル7の導線の制
御を遅延させることになる。それは、熱の流れが加熱コ
イル7から制御コイル8へ遅延して到達するからであ
る。その後で制御コイル8の遅れた応答が開始される。
つまり加熱コイル7内の電流が遅れて制御されることに
なる。これによつて加熱コイル7が、必要な予熱温度に
急速に加熱されるようになる。つまりジーゼルエンジン
にとつて重要な、予熱時間の短縮が可能となる。
第2図には、本発明の予熱プラグの予熱時間に対する
温度と電流との関係がグラフで示されている。その際温
度経過は符号で、電流経過は符号で、夫々図示され
ている。又、電流はI(アンペア)、温度はT(℃)、
予熱時間はt(秒)で表わされている。電源電圧は多く
の場合12Vであるけれども、この図面ではこれをU=11V
で表わしている。それらは、この種の予熱プラグには大
電流が流れるため、約1Vの電圧降下が発生するからであ
る。従来の予熱プラグは符号K1で、本発明の予熱プラグ
は符号K2で、夫々図示されている。
第2図で明らかなように、本発明の予熱プラグK2の温
度曲線の方がより急激に上昇しており、その結果、例
えば約6.5sの時間t1後には加熱温度Tが約850℃に達す
る(点13)。これは、移行帯10の熱伝導率の小さな絶縁
粉末11によつて惹き起される現象である。これに対し従
来の予熱プラグK1は、約8sの予熱時間t2が必要である
(点14)。本発明の予熱プラグK2にあつては、950℃の
温度は約9sの予熱時間t3(点15)後に達成されるが、従
来の予熱プラグK1にあつては、この時間t4が約13s必要
である(点16)。
熱の流れは、付加的に添入された熱伝導率の小さな粉
末層11により、制御コイルに対して遅延せしめられる。
その結果予熱ピンの先端部に熱の停滞が起り、かつ制御
コイル8上の温度が低いために制御が遅延して行われる
ようになる。第2図に符号で図示した電流曲線は、本
発明の予熱プラグK2の電流Iと、従来の予熱プラグK1
電流とがほぼ等しいことを示している。
第3図は第2図に相応するグラフを示しているが、そ
の相違点は、本発明の予熱プラグK2がU=10.2Vの運転
電圧で作動しているという点である。このグラフから判
るように、本発明の予熱プラグK2は、10.2Vの低い電源
電圧の場合でも、例えば850℃の所定値に8sの短い時間
で昇温せしめられている(符号17参照)。従来の予熱プ
ラグでは、この時間は、より高い運転電圧U=11Vの場
合にしかこれを達成することができない。従つて本発明
の予熱プラグにあつては、電源内の電圧損失が、予熱工
程に激しい影響を及ぼすようなことはない。
第3図の電流経過(曲線)から、本発明の予熱プラ
グK2の電流は、従来の予熱プラグのそれの下方に位置し
ている、つまりその入力もより小さくて済むことが判
る。
本発明は、ここに説明しかつ図示した実施例に限定さ
れるものではなく、寧ろ、独自の発明的な内容を含まな
い総ての専門的な構成を包含している。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図は異なつた
粉末品種の区域を備えた予熱プラグの断面図、第2図は
運転電圧が11Vの場合の予熱プラグの予熱時間と、温度
と電流との関係を示すグラフ、第3図は運転電圧が異な
る場合の予熱プラグの予熱時間と、温度と電流との関係
を示すグラフである。 1……予熱プラグ、2……プラグケーシング、3……加
熱体、4……予熱管、5……2成分コイル、6……絶縁
粉末、7……加熱コイル、8……制御コイル、9……接
続ピン、10……移行帯、11……絶縁粉末、12……終端区
分、l1,l2,l3,l4……長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレアス・クライン ドイツ連邦共和国シユツツガルト31・ミ ツテンフエルトシユトラーセ 19 (56)参考文献 特開 平1−318810(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23Q 7/00 F02P 19/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジーゼルエンジンの燃焼室内に配置するた
    めの予熱プラグであつて、プラグケーシングと、その長
    手方向孔内に不動に位置して燃焼室内に突入し、高い熱
    伝導率の絶縁粉末が充填されて予熱ピンとして形成され
    ている加熱体と、を備えており、該加熱体は、その予熱
    管内の燃焼室側では、ほぼ一定の抵抗値を備えた加熱コ
    イルを包含しており、接続側では、これに直列に接続さ
    れて、加熱コイルの温度制御乃至は温度制限のために正
    の温度抵抗係数(PTC)を備えている制御コイルを包含
    しており、その際加熱コイルと制御コイルとの間には熱
    伝導率のより低い移行帯が設けられている形式のものに
    おいて、加熱コイル(7)と制御コイル(8)との間の
    予熱管(4)の内方には、熱伝導率のより小さい絶縁粉
    末(11)から成る移行帯(10)が配置されていることを
    特徴とする予熱プラグ。
  2. 【請求項2】移行帯(10)は、加熱帯(7)の長さ
    (l1)の約75%の長さl2(l2≒0.75l1)を有しているこ
    とを特徴とする、請求項1記載の予熱プラグ。
  3. 【請求項3】制御コイル(8)の長さ(l3)は、加熱コ
    イル(7)の長さ(l1)の約5倍の長さを有しており、
    その際巻き数もほぼこれに比例していることを特徴とす
    る、請求項1又は2記載の予熱プラグ。
  4. 【請求項4】移行帯(10)内の制御コイル(8)は、そ
    れ以外の制御コイル(8)に比較してより大きなコイル
    ピツチを備えた区分(12)を有していることを特徴とす
    る、請求項1記載の予熱プラグ。
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EP0392181A1 (de) 1990-10-17
DE59001591D1 (de) 1993-07-08
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