JPH0742940A - セラミックグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関用グロープラグのカーボンによる固
着に起因するグロープラグ取り外し時の折損を防止す
る。 【構成】 セラミックグロープラグ１は、筒状の金属ハ
ウジング４の先端部に、発熱体を埋設したセラミックヒ
ータ２と、それを包囲する金属パイプ３が固定、支持さ
れていると共に、ハウジング４に形成された取り付けネ
ジ４ａによって機関のプラグ装着孔に螺着されるが、金
属パイプ３の表面と機関のプラグ装着孔内周面との微小
な隙間に堆積したカーボンに燃料や潤滑油が浸透し、機
関の熱により炭化して生じたカーボンがグロープラグ１
をプラグ装着孔内に強固に固着することが判明したの
で、カーボンとの固着力が弱いガラス、石膏等の無機材
料や、アルミニウム、銅、銀、金、或いはそれらの合金
のような軟質の金属材料を金属パイプ３の表面に固着防
止層８として設けて強固な固着を避ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発熱部にセラミックヒー
タを用いた内燃機関用の、特にディーゼルエンジン用の
セラミックグロープラグに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のセラミックヒータとしては、発熱
体として高融点金属をセラミックに埋設したもの、また
は導電性セラミックを絶縁セラミックに埋設したもの等
が提案されている。そして、このようなセラミックヒー
タを用いた内燃機関用のセラミックグロープラグとして
は、セラミックヒータの外周に金属パイプをロウ付け等
により取り付けた後、この金属パイプを筒状の金属ハウ
ジングの一端にさらに、ロウ付け等で接合した構造のも
のが一般に採用されている。

【０００３】しかし、このような構造のセラミックグロ
ープラグがディーゼルエンジンのような内燃機関に用い
られるため、内燃機関のグロープラグ装着孔とセラミッ
クグロープラグの隙間に運転中に発生するカーボンが次
第に詰まってゆき、その結果、セラミックグロープラグ
を内燃機関から取り外す時、内燃機関のプラグ装着孔と
セラミックグロープラグの隙間に詰まったカーボンの固
着によって、セラミックグロープラグが折損することが
あるという問題が知られている。

【０００４】その対策として、従来では、例えば特開平
４−１６１７２４号公報に示されるように、セラミック
ヒータのプラグ本体から突出した端部のうちプラグ本体
近傍部分の発熱時における温度をカーボンの発火温度よ
りも高く設定して、エンジンのグロープラグ装着孔とセ
ラミックグロープラグの隙間に詰まるカーボンを焼失さ
せる方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
対策をとっても、いまだにセラミックグロープラグを取
り外す時のカーボン固着によるセラミックグロープラグ
の折損を完全になくすることは困難であった。

【０００６】そこで、発明者等は、従来の方法ではなぜ
セラミックグロープラグの折損を完全に防止することが
できないのか、内燃機関のグロープラグ装着孔とセラミ
ックグロープラグの隙間に介在するカーボンの固着のメ
カニズムを詳細に調べることによって原因を究明した。
その結果、内燃機関のグロープラグ装着孔とセラミック
グロープラグとの隙間に固着するカーボンは、軽油の不
完全燃焼により発生するカーボンと、軽油およびエンジ
ンオイルがグロープラグ装着孔とセラミックグロープラ
グに付着した後、熱分解をおこして炭化したものから形
成されていることを見出した。

【０００７】即ち、先ず、軽油の燃焼時に気相で発生し
たカーボンが内燃機関のグロープラグ装着孔とセラミッ
クグロープラグとの隙間に詰まる。一旦カーボンが詰ま
ると、燃料である軽油および潤滑剤であるエンジンオイ
ルがそのカーボンの中に浸み込んで、燃焼することな
く、グロープラグの発熱および燃焼時の熱により炭化し
て熱分解カーボンとなる。そして、この繰り返しによ
り、内燃機関のグロープラグ装着孔とセラミックグロー
プラグとの隙間を、燃焼によって発生したカーボンと熱
分解カーボンが高密度に入り込んで埋めてしまい、結
局、この隙間全体がカーボンによって強固に固着してし
まうことが判った。さらに、この熱分解カーボンの固着
強度は、鉄、クロム、ニッケル等の遷移金属の表面の触
媒作用により特に強くなる。

【０００８】このように、内燃機関のグロープラグ装着
孔とセラミックグロープラグとの隙間に介在するカーボ
ンは、燃焼時に発生したカーボンと熱分解カーボンから
なっており、これらはセラミックグロープラグの金属パ
イプに一般に使われているステンレス、ニッケル基合金
等の遷移金属の表面近傍で特に強い付着強度を示す。従
って、隙間を埋めているものは従来から考えられてきた
非晶質で自由堆積状態のよりもさらに強固なカーボンで
ある。そのため、従来の如く、セラミックヒータのプラ
グ本体から突出した端部のうちプラグ本体近傍部分の発
熱時における温度をカーボンの発火温度よりも高く設定
した構造では、セラミックヒータのプラグ本体から突出
した端部のうちプラグ本体近傍部分のみの温度をカーボ
ンの発火温度よりも高くして、その部分のカーボンのみ
を焼失させるだけであり、隙間に強固に詰ったカーボン
は更に黒鉛化方向の物質となるので、このような構造で
は除去することができない。従って、セラミックグロー
プラグの折損を完全に防ぐことはできないのである。

【０００９】そこで、本発明は、以上の問題点及びその
原因究明の結果に鑑み、内燃機関のプラグ装着孔とセラ
ミックグロープラグの隙間にカーボンが固着したとして
も、セラミックグロープラグを折損させることなく、セ
ラミックグロープラグを内燃機関より容易に取り外すこ
とのできるセラミックグロープラグを提供することを解
決課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために、ハウジングと、該ハウジングに保持さ
れ、前記ハウジングの一端側より突出する金属パイプと
該金属パイプに包含されるよう固定されたセラミックヒ
ータとを有するセラミックグロープラグにおいて、該セ
ラミックグロープラグを内燃機関のグロープラグ装着孔
に装着した場合に、前記セラミックグロープラグの前記
グロープラグ装着孔内周面に対向する面の少なくとも金
属パイプ部には、前記セラミックグロープラグと前記グ
ロープラグ装着孔内周面とのカーボンを介しての固着を
防ぐために、グラファイトなどの層間剥離を生じ易い性
質を有するガラスや石膏のような無機材料からなる固着
防止層、またはアルミニウム、銅、銀、金、またはそれ
らの合金等の軟質の金属材料からなる固着防止層が設け
られているセラミックグロープラグを提供するものであ
る。

【００１１】

【作用】上記構成を採用することによって、内燃機関の
グロープラグ装着孔とセラミックグロープラグとの隙間
にカーボンが強固に付着した場合でも、内燃機関のプラ
グ装着孔内周面に対向するセラミックグロープラグの表
面には、セラミックグロープラグとグロープラグ装着孔
内周面とのカーボンを介しての固着を防ぐ固着防止層が
設けられているため、カーボンは、セラミックグロープ
ラグと直接に接触するのではなく、固着防止層を介して
付着することとなる。

【００１２】そのため、セラミックグロープラグを取り
外す場合には、この固着防止層とカーボンとの間の付着
力が小さいため、取り外しが容易となる。また、仮に、
固着防止層とカーボンとの間の付着力が大きくなったと
しても、取り外し時の捩じり引っ張り力によって、先
ず、この固着防止層自体が破壊するので、セラミックグ
ロープラグを折損することなく、取り外すことができ
る。

【００１３】

【発明の効果】本発明の手段を採用することによって、
内燃機関のグロープラグ装着孔とセラミックグロープラ
グとの隙間に強固にカーボンが付着したとしても、セラ
ミックグロープラグ自体を折損させることなく、内燃機
関から容易に取り外すことのできるセラミックグロープ
ラグが得られた。

【００１４】

【実施例】以下本発明を具体的実施例により詳細に説明
する。図１は本発明のセラミックグロープラグ１の実施
例を示す断面図である。図１において、２はセラミック
ヒータであって、図示しないがタングステンのような高
融点金属等の線または導電性セラミックよりなる発熱線
と、発熱線に接続された一対の金属線からなるリード線
を埋設した絶縁性セラミックにより構成されている。そ
して、図示しないリード線の一本はセラミックヒータ２
の端部２ａに導出されるとともに、リード線の他の一本
はセラミックヒータ２の側面２ｂに導出されている。

【００１５】セラミックヒータ２の側面２ｂには、ニッ
ケルメッキが施されており、このセラミックヒータ２を
保持するために、金属パイプ３がセラミックヒータ２を
包含するようにろう付け固定されている。そして、金属
パイプ３の外周には図示しないエンジンヘッドへの取り
付けネジ４ａを形成された筒状の金属ハウジング４の一
端がろう付けによって接合されている。

【００１６】さらに、セラミックヒータ２の端部２ａに
導出された金属線の一端は、セラミックヒータ２の端部
２ａに嵌着した金属キャップ５と導通している。このよ
うな構成により、金属キャップ５と金属パイプ３は電気
的に導通している。そして、この金属キャップ５はニッ
ケル線６及び中軸７を介して図示しない電源と電気的に
導通している。

【００１７】セラミックヒータ２を包含する金属パイプ
３のハウジング４より突出している外表面３ａには、セ
ラミックグロープラグ１と図示しない内燃機関のグロー
プラグ装着孔内周面とのカーボンを介しての固着を防ぐ
ガラスよりなる固着防止層８が形成されている。なお、
固着防止層８は厚さが０．１mmであり、金属パイプ３の
表面の長さ方向全体に形成されている。

【００１８】図２は、図１に示した第１実施例のセラミ
ックグロープラグ１を内燃機関であるエンジン１０に装
着したときの要部を示す図である。なお、この場合のエ
ンジン１０は、２２００ccの４気筒ディーゼルエンジン
である。セラミックグロープラグ１をエンジン１０に装
着することにより、図２に示す如く、セラミックヒータ
２の先端の発熱部２ｃが燃焼室１１内に露出するととも
に、セラミックヒータ２を包含する金属パイプ３がグロ
ープラグ装着孔であるプラグ装着孔１２内に存在するこ
とになる。この時、プラグ装着孔１２の内周面に対向す
る金属パイプ３の外表面には、固着防止層８が形成され
ているため、セラミックグロープラグ１の金属パイプ３
とプラグ装着孔１２との間には、固着防止層８が設けら
れた構成となっている。なお、図２において、金属パイ
プ３とエンジンのプラグ装着孔１２との間にある筈の隙
間の値Ａは０．５mmであり、固着防止層８とエンジンの
プラグ装着孔１２との隙間１３の値Ｂを０．４mmとし
た。

【００１９】次に、図２の装着状態において第１実施例
のセラミックグロープラグ１を装着してエンジン１０の
運転を行った。また、それとは別に、比較のために従来
のセラミックグロープラグをもエンジン１０に装着し
て、同様に運転を行った。エンジン１０の運転条件は、
固着防止層の耐久性を考慮して、グロープラグの通電と
燃焼温度が最高となる全負荷４０００rpm の運転、およ
びカーボンの発生および固着しやすい条件である全負荷
１０００rpm の運転とを組み合わせた評価パターンで行
った。具体的には、グロープラグの通電を行い全負荷
４０００rpm を２分、グロープラグの通電を行い全負
荷１０００rpm を２分、グロープラグの通電無しで全
負荷４０００rpm を１分、グロープラグの通電無しで
全負荷１０００rpm を１分、としたからまでの手順
を１サイクルとして、５０００サイクルの運転を行っ
た。

【００２０】上記試験運転後のエンジン１０のプラグ装
着孔１２とセラミックグロープラグ１との隙間１３のカ
ーボンの詰まり具合を図３に示すと共に、従来のセラミ
ックグロープラグの場合の詰まり具合を図４に示す。図
３および図４に示したように、上記条件によってエンジ
ン１０を運転した後においては、第１実施例のセラミッ
クグロープラグ１及び従来のセラミックグロープラグの
場合のどちらの場合も隙間１３の全体にカーボン１４が
詰まった。

【００２１】これらセラミックグロープラグをプラグ装
着孔１２から取り外した時、従来のセラミックグロープ
ラグである固着防止層を用いないものでは、金属パイプ
３とプラグ装着孔１２との間の隙間１３に詰まったカー
ボン１４により、エンジン１０のプラグ装着孔１２とセ
ラミックグロープラグが固着し、セラミックグロープラ
グを取り外す時にセラミックヒータ２の折損が発生し
た。これは、カーボンの固着力がセラミックグロープラ
グを取り外す時の捩じり引っ張り力以上であったことを
意味する。

【００２２】しかしながら、第１実施例の固着防止層８
を設けたセラミックグロープラグ１を装着したエンジン
１０では、４本全てのセラミックグロープラグ１を折損
することなく容易に取り外すことができた。つまり、こ
の場合はプラグ装着孔１２内に固着したカーボンと固着
防止層８の付着力がセラミックグロープラグ１の変形に
要する力以下であったために、セラミックグロープラグ
１を容易に取り外すことができたものと考えられる。

【００２３】従って、第１実施例を採用することによ
り、エンジン１０のプラグ装着孔１２とセラミックグロ
ープラグ１との隙間１３にカーボン１４が付着した場合
でも、セラミックグロープラグ１を取り外す時にセラミ
ックグロープラグ１の折損を発生させることがない。こ
れより、固着防止層８を設けた第１実施例のセラミック
グロープラグ１が、エンジン１０のプラグ装着孔１２と
セラミックグロープラグ１とのカーボンを介しての付着
に対して大きな効果を奏することが確認できた。

【００２４】なお、上記実施例においては固着防止層８
としてガラスを採用したが、本発明はこれに限るもので
はなく、ガラスの他に、例えば、セメント、石膏等、金
属パイプ３上に固着防止層８として形成することができ
る無機材料ならばどのようなものでもよい。このような
無機材料を固着防止層８として用いた第２実施例の場合
も、外見的には第１実施例として図示したものと同様な
形状、構造になっている。

【００２５】以下、固着防止層８として石膏を用いた場
合の、上記エンジンの試験結果を記す。石膏の固着防止
層８を用いた場合、上記エンジン試験終了後、セラミッ
クグロープラグ１を取り外すときに、４本とも全て燃焼
室内に石膏の一部が残ったが、セラミックグロープラグ
１の折損は発生しなかった。従ってこの結果は、カーボ
ン１４の付着により、取り外し時にセラミックグロープ
ラグ１に作用する捩じり引っ張り力に比べて、セラミッ
クグロープラグ１の機械的強度よりも固着防止層８の強
度の方が小さいので、固着防止層８自体が先に破壊して
セラミックグロープラグ１が折損することなく取り外さ
れたことを示している。

【００２６】次に、軟質の金属を固着防止層８として用
いた第３実施例について述べる。この実施例では、セラ
ミックヒータ２を包囲する金属パイプ３のハウジング４
から突出している外表面３ａに、アルミニウムの溶射層
よりなる固着防止層８が形成されている。尚、固着防止
層８は、厚さが０．１mmであって、金属パイプ３の表面
の長さ方向全体に形成されている。

【００２７】アルミニウムの溶射層よりなる固着防止層
８を有するセラミックグロープラグ１によって、前記エ
ンジンの運転試験を実施した結果を以下に記す。試験終
了後、エンジン１０のプラグ装着孔１２とセラミックグ
ロープラグ１の隙間１３にカーボン１４が付着している
状態より、セラミックグロープラグ１の取り外しを行っ
た。その結果、固着防止層８はセラミックグロープラグ
１の取り外し方向にカーボン１４によって強く擦られ
て、固着防止層８の表面は一部剥げ落ちている部分も認
められたが、４本とも全て、セラミックグロープラグ１
を折損することなく取り外すことができた。これは、固
着防止層８をアルミニウムという柔らかい金属で形成し
たため、カーボン１４の付着により、取り外し時にセラ
ミックグロープラグ１に作用する捩じり引っ張り力に対
して、固着防止層８の強度が小さく、固着防止層８自体
が塑性変形するか、または金属パイプ３から剥離するこ
とにより、セラミックグロープラグ１が折損することな
く取り外されたことを示している。また、アルミニウム
が従来から使用されているステンレスやニッケル基合金
のような遷移金属でないため、その表面に付着したカー
ボンの付着力が低下していたとも考えられる。

【００２８】金属の固着防止層８としては、アルミニウ
ムの他に、銅、銀、金およびそれらの合金等の柔らかい
金属についても試験したが、全て良好な結果が得られ
た。また、前記のように溶射によって固着防止層８を形
成したものの他に、メッキにより固着防止層８を形成し
たものをも試験したが、それらにおいても全て良好な結
果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックグロープラグの一実施例を
示す断面図である。

【図２】本発明の実施例のセラミックグロープラグをエ
ンジンに装着した状態の断面図である。

【図３】本発明の実施例のセラミックグロープラグをエ
ンジンに装着して試験運転を行った後の状態を示す断面
図である。

【図４】従来のセラミックグロープラグをエンジンに装
着して試験運転を行った後の状態を示す状態図である。

【符号の説明】

１…セラミックグロープラグ ２…セラミックヒータ ３…金属パイプ ８…固着防止層 １２…プラグ装着孔 １３…隙間 １４…カーボン

フロントページの続き (72)発明者 竹島 恵一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 石黒 友乙 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 佐藤 敏一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に取り付けられるハウジング
   と、該ハウジングに保持され前記ハウジングの一端側よ
   り突出する金属パイプと、該金属パイプに包囲されるよ
   うに固定されたセラミックヒータとを有するセラミック
   グロープラグにおいて、該セラミックグロープラグを前
   記内燃機関のグロープラグ装着孔に装着した場合に前記
   セラミックグロープラグの前記グロープラグ装着孔内周
   面に対向する面の少なくとも金属パイプの部分には、前
   記セラミックグロープラグと前記グロープラグ装着孔内
   周面との固着を防ぐ無機材料からなる固着防止層が設け
   られていることを特徴とするセラミックグロープラグ。
2. 【請求項２】 内燃機関に取り付けられるハウジング
   と、該ハウジングに保持され前記ハウジングの一端側よ
   り突出する金属パイプと、該金属パイプに包囲されるよ
   うに固定されたセラミックヒータとを有するセラミック
   グロープラグにおいて、該セラミックグロープラグを前
   記内燃機関のグロープラグ装着孔に装着した場合に前記
   セラミックグロープラグの前記グロープラグ装着孔内周
   面に対向する面の少なくとも金属パイプの部分には、前
   記セラミックグロープラグと前記グロープラグ装着孔内
   周面との固着を防ぐアルミニウム、銅、銀、金、及びそ
   れらの合金等のうちから選ばれた一つからなる固着防止
   層が設けられていることを特徴とするセラミックグロー
   プラグ。