JPS61217626A - 自己温度制御型グロ−プラグ - Google Patents

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
を予熱するために用いられるグローブラグに関し、特に
速熱型としての機能を発揮させるとともに、その発熱特
性を改善し長時間のアフターグロー化を達成し得る棒状
ヒータを備えてなる自己温度制御型グロープラグの改良
に関する。

〔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、
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用い、エンジンの始動性
を向上させる方法が採用されている。この種従来のグロ
ープラグとしては、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呼ばれるものが一般的であ
るが、それ以外にも特開昭５７−４１５２３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セラミ
ック材中に埋設した棒状ヒータを用いてなるセラミック
ヒータ型も知られている。そして、このセラミックヒー
タ型では、耐熱絶縁粉末およびシースを介しての間接加
熱であるシース型に比べ、熱伝達効率を向上させ得ると
ともに発熱特性の面でも優れ、加熱時に短時間で赤熱し
て温度立上り特性を大幅に向上させ、速熱型としである
程度の性能を発揮させ得るもので、近年盛んに採用され
るようになっている。

また、上述した発熱線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での過加熱を防止し得る
構成として１発熱線よりも正の抵゛抗温度係数（ＰＴＣ
）の大きな材料にて形成した抵抗体を、通電電力制御要
素としてグロープラグ内で発熱線と直列接続するように
した、いわゆる二種材料による自己温度制御型グロープ
ラグも、たとえば特公昭４５−１１８４８号公報や特開
昭５４−１０！３５３８号公報等により従来既に提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前者のセラミックヒータ型グロープラグ
では、その内部には従来のシース型と同様に、単に一種
類の発熱線が埋設されているだけであるため、通電電力
の制御を行なううえで若干の問題を生じている。すなわ
ち、このようなセラミックヒータにおいて加熱時におけ
る温度立上り特性を大幅に向上させるためには、通電初
期に大電流を流して発熱線を急速に発熱させる必要があ
るが、この場合に発熱線の溶断を生じたり、高熱によっ
てセラミックヒータに悪影響を及ぼす等の虞れがあり、
さらにバッテリ、電気回路側に対しても悪影響を及ぼし
、ヒユーズの切断等の問題を生じることもあり、これを
防ぐための温度制御手段を発熱線への回路上に別個に設
けることが必要で、その結果グロープラグを含めた予熱
装置全体のコスト高を招くものであった。特に、このよ
うなセラミックヒータ型では、たとえば窒化ケイ素など
で形成したセラミックヒータ内にタングステン等による
発熱線を埋設するようにしているが、このヒータ内での
温度分布が不均一となり易く、耐熱強度等の信頼性の面
で問題で、またコスト高となる等といった問題もあり、
何らかの対策を必要とするものであった。

また、後者の自己温度制御型グロープラグは、上述した
セラミックヒータ型における問題点を解決し得るもので
あるが、その制Ｗ機能等の信頼性の面で若干の問題を生
じるばかりでなく、前述したシース型と同様にセラミッ
ク材を介しての間接加熱であることから速熱性等の点で
も問題で、まだまだ改善の余地が残されている。すなわ
ち、この種二種材料による自己温度制御型において、従
来は、電力制御用抵抗体を、ホルダ内に水ガラス等の絶
縁材を充填した状態で内設したり、シース内で発熱線と
直列接続したりする構造が一般的であるが、その構造が
複雑で、組立作業が面倒かつ煩雑であるばかりでなく、
抵抗体を用いることによる制御効果を適切に働かせるこ
とが困難である等の問題があった。さらに、このような
構成では、その温度上昇時間をたとえば７秒以内に速め
ることはできず、また近年の市場要求でもあるエンジン
始動後における通電いわゆるアフターグローの長時間化
に伴ない、線材自身の劣化が問題となってきている。

特に、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の普及に伴な
う使用条件の高温化に対する耐久性、さらに予熱装置全
体のコスト低減化と共に、エンジン始動後において一定
時間の間グロープラグに対し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なえるよ
うにして、排気、騒音対策を図るという、いわゆるアフ
ターグロ一方式を採用することに対しての要求が大きく
、しかもこのアフターグロ一時間を可能な限り長時間に
することが必要とされている。すなわち、エンジン始動
後においても、たとえば寒冷地等にあってはエンジンが
冷えすぎており、エンジンが暖機状態になるまでには時
間がかかるもので、ざらにこの非暖機状態では、アイド
リング時の騒音が大きく、また不完全燃焼により白煙が
生じたり、エンストしたりするという排気、騒音等の問
題を生じるため、上述したアフターグロー等が必要とさ
れるものであった。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した要請に応えるために１本発明に係る自己温度制
御型グご−プラグは、中空状ホルダの先端部に保持され
る棒状ヒータを、耐熱絶縁性筒体の外周部に形成された
正の抵抗温度係数の小さな導電性セラミック材や金属材
料等の導電性材料からなる発熱部と、前記筒体内周部に
形成されかつその一部が前記発熱部と電気的に接続され
るとともにこの発熱部よりも正の抵抗温度係数の大きな
導電性セラミック材や金属材料等の導電性材料により形
成された制御部とで構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、耐熱絶縁性筒体の内、外周部に形成し
た正の抵抗温度係数の異なる導電材からなる制御部およ
び発熱部を有しかつ発熱部がヒータ表面に露呈している
ため、ヒータ先端の迅速な赤熱化が図れ、速熱型として
の性能を発揮させ得るとともに、それ自身の自己温度飽
和性によりピーク温度および飽和温度を適切に制御し得
るものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図および第２図は本発明に係る自己温度制御型グロ
ープラグの一実施例を示し、まず、第２図において全体
を符号１０で示す自己温度制御型グロープラグの概略構
成を簡単に説明すると、このグロープラグ１０は、先端
側が発熱体として機能する棒状ヒータ１１と、このヒー
タ１１を先端において保持する略管状を呈する金属製ホ
ルダ１２とを備え、このホルダ１２後端部には合成樹脂
材などからなる絶縁ブツシュ１３を介して外部接続端子
１４が同心状に嵌合保持され、またこの外部接続端子１
４は、前記ヒータ１１の後述する発熱部２０に接続され
る電極棒１５にフレキシブルワイヤ等の金属導線１６を
介して接続されている。なお１図中１３ａは前記絶縁ブ
ッシュ１３外周部に一体的に嵌装され組付時においてか
しめられるホルダ１２後端部による高加圧力にてその軸
線方向に座屈変形し絶縁ブツシュ１３をホルダ１２側に
所要の機械的強度で一体化し温度影響を受けにくい構造
とするための金属製パイプで、これは従来一般的な樹脂
製絶縁ブツシュ１３のみではその外部の温度変化によっ
て膨張、収縮してホルダ１２に対して緩みを生じること
から容易に理解されよう、また、１７ａ、１７ｂ、１７
ｃは前記外部接続端子１４後端側のねじ部に螺合された
絶縁リング、固定用ナツト、および外部リード締付は用
ナツトで、図示せぬバッテリからのリード線などをナツ
ト１７ｂ、１７ｃ間で挟持することによりこの外部接続
端子１４をバッテリ端子に電気的に接続される。一方、
前記ホルダ１２はその外周部のねじ部１２＆がエンジン
のシリンダヘッドに形成されたねじ孔に螺合されること
によって電気的にアース接続されると同時に、ヒータ１
１の先端を副燃焼室または燃焼室内に突出して配置させ
るものである。

ここで、上述したヒータ１１に対し外部接続端子１４を
金属導線１６にて接続したのは、外部接続端子１４に加
わる種々の振動や締付はトルク等の機械的外力からヒー
タ１１を強度的に保護するためで、この導線１６の材料
としてはある程度の柔軟性をもつものを用いるとよいも
のである。しかし、必ずしもこのような構成に限定され
ず、上述した金属導線１６を省略し、前記外部接続端子
１４と電極棒１５とを一体に形成する等の変形例も考え
られるものである。

さて、本発明によれば、上述した構成によるグロープラ
グ１０において、ホルダ１２先端に保持される棒状ヒー
タ１１を、第１図から明らかなように、耐熱絶縁性筒体
２ｚの外周部に形成された正の抵抗温度係数の小さな導
電性セラミック材や金属材料等の導電性材料からなる発
熱部２０と、前記筒体２２の内周部に形成されかつその
一部が前記発熱部２０と電気的に接続されるとともにこ
の発熱部２０よりも正の抵抗温度係数の大きな導電性セ
ラミック材や金属材料等の導電性材料により形成された
制御部２１とによって構成するようにしたところに特徴
を有している。

すなわち、本発明によれば、従来のグロープラグでは発
熱線をシース、セラミック内に埋設してなる内部発熱型
であることがら速熱型としての機能に欠けるといった問
題を、発熱部２０をヒータ１１の外表面に露呈させるこ
とで解決するとともに、電力制御機能を有する制御部２
１を発熱部２０内に一体的に設は自己温度制御型として
の機能を持たせるようにし、さらに全体の耐熱強度等の
信頼性を向上させ得るようにしたものである。そして、
本発明による棒状ヒータ１１によれば、発熱部２０はヒ
ータ１１の外表面に露呈して設けられていることから、
従来の内部発熱型に比べ表面発熱型ということができ、
その利点は明らかであろう。

ここで、上述した棒状ヒータ１１を構成する耐熱絶縁性
筒体２２は、窒化シリコン（ＳｉＩＮ午）やアスベスト
等といった耐熱絶縁材によって筒状に形成されており、
またその外周部および内周部に形成される発熱部２０と
制御部２１とを形成する導電性セラミック材としては、
高温状態（たとえば１４００℃程度まで）でも性能的に
安定しており、＃熱衝撃性などに優れてなる、いわゆる
ファインセラミックスと言われているシリコン系等の非
酸化物などで導電性を有するものが好ましく。

たとえばＭｏＳｉ２　、ＷＳｉ２　、ＲｕＯ２，ＳｉＣ
，ＬａＣｒ０１等が考えられ、これらの材料の中から適
宜選択すればよいものである。しかし、これらの発熱部
２０および制御部２１は、上述した導電性セラミック材
に限定されず、たとえばＷ　、Ｎｏ　、Ｐｔ　、　Ｉ　
ｒ　、Ｒｈ　、Ｃｒ　、〒ａ等といった金属材料で形成
してもよいことは容易に理解されよう、要は、発熱部２
０側の正の抵抗温度係数が、制御部２１偶の正の抵抗温
度係数よりも小さくなるような材料を設定すればよいも
のである。ここで、上述した発熱部２０、制御部２１を
金属材料で形成する場合には、耐酸化性物質で形成すれ
ばよいが、その表面に耐酸化性物質で保護膜を形成して
もよいことは勿論である。さらに。

このように発熱部２０または制御部２１のいずれか一方
を金属材料を用いて形成すると、両者間での正の抵抗温
度係数を導電性セラミック材を共に用いた場合よりも大
きく異ならしめることが可能で、これにより制御部２１
による電力制御効果をより適切に作用させることが可能
である等どいった利点を奏することが可能である。

なお、上述した発熱部２０と制御部２１を形成する材料
としては、同一の導電性セラミック材を用いることも可
能である。たとえばサイアロンに対しＴｉＮを添加する
と、導電性を有すること（いわゆる導電性サイアロン）
が確認されており、またそれ以上加えることにより抵抗
値が連続的に変化することが知られており、上述したＴ
ｉＮの含有率を変えたものを適宜利用するようにしても
よいことは明らかであろう、さらに、上述した棒状ヒー
タ１１を構成する発熱部２０と制御部２１との容積等は
、必要とされる抵抗比に応じて適宜設定されるもので、
自由に選択し得るものである。

ここで、上述した本発明による棒状ヒータ１１は、予め
筒状に形成された耐熱絶縁性筒体２２の内、外周部に対
し、制御部２１および発熱部２０をコーティングし、筒
体２２の先端側でこれら両者を直列に接続することによ
り一体化された状態で成形されるものである。次で、前
記発熱部２０の後端側外周部にホルダ１２側と接合され
る金属コーティングＭ２３を形成するとともに、制御部
２１の後端側内周部にも同様に金属コーティング層２４
を形成し、かつこの金属コーテジング層２４に対し、筒
体２２内に差込まれた電極棒１５の先端部１５ａを電気
的に接続するとよいものである。この場合、上述した外
側の金属コーティング層２３は、ホルダ１２に対しこの
ヒータ１１を銀ろう付は等で接合保持させるためのもの
で、また上述した両コーティング層２３．２４の熱膨張
率は前記ヒータ１１側の導電性セラミック材や耐熱絶縁
材と合せた材料を選定すればよく、さらに上述した発熱
部２０、制御部２１および金属コーティング層２３．２
４の成形方法としても、溶射、　ｃｖｏ、　　ｐｖ口、
さらには真空蒸着等と（１つだ方法を始めその他既知の
手法を採用すればよいものである。ここで、上述した電
極棒１５も同様にその熱膨張率を導電性セラミック材や
耐熱絶縁材等と合せることは勿論である。

そして、上述した構成によれば、前記制御部２１の後端
部は、本実施例の場合外部接続端子１４、金属導線１６
、および電極棒１５を介してプラス側に接続されること
となる。勿論、上述した発熱部２０は、その後端側の金
属コーティング暦２３を介してホルダ１２偏に電気的に
接続され、これによりマイナス（アース）側に接続され
ることは容易に理解されよう。

また１本実施例では、棒状ヒータ１１はその断面形状が
略円形となるように形成された丸棒状に形成した場合を
示しており、これによりその成形加工やホルダ１２偏へ
の組付けにあたって容易である等といった利点を奏する
ものであるが、勿論これに限定されず、楕円状、角形状
等１種々の変形例が考えられるものである。

そして、上述したような棒状ヒータ１１によれば１発熱
部２０が直接ヒータ外表面に露呈しているため、従来の
シース型やセラミックヒータ型に比べ速熱型としてその
効果を発揮させ得るものである。特に、このようなヒー
タ１１では、その先端部分の迅速な赤熱化が可能である
ことから、エンジンの始動性を大幅に向上させ、しかも
その出力を適切かつ良好なものとし得るものである。こ
こで、上述した実施例では、説明を省略したが、棒状ヒ
ータ１１の外表面に耐酸化性を有する保護膜を蒸着等で
形成するようにすれば、より大きな耐久性等を期待し得
るものである。

そして、上述したように発熱部２０と制御部２１とを耐
熱絶縁性筒体２２を介して一体的に構成してなるヒータ
ｌｌを用いると、第３図に示すようなグロープラグ１０
として優れた特性を発揮し得るものである。すなわち、
本発明によるグロープラグ１０によれば、９００℃到達
時間を３．０秒、ピーク温度をその許容範囲を１４００
℃以下としたうえで約１２００℃、さらに飽和温度を８
５０℃とすることができることが実験により確認されて
いる。

以上の構成による自己温度制御型グロープラグ１０にお
いて、外部接続端子１４から金属導線１６、電極棒１５
を介してヒータ１１の制御部２１、さらにはこの制御部
２１を介して発熱部２０側に電圧を印加すると、その通
電初期にあっては、印加電圧は、発熱部２０．制御部２
１間での抵抗比において分圧され、その抵抗値の大なる
発熱部２０側に制御部２１側よりも大きな電圧が印加さ
れ、制御部２１に対し相対的に大きな電力密度となり、
速熱性に優れているヒータ１１先端の発熱部２０が急速
に発熱されるものである。

また、通電開始から所定時間経過する間に制御部２１側
が徐々に発熱しこれに伴なってその抵抗値が増加すると
、これら発熱部２０および制御部２１間に加わる電圧が
徐々に変化し１発熱部２０側への印加電圧が制御されて
この発熱部２０側は１２００℃程度でピーク温度に達し
た後８５０℃程度で飽和し、その過加熱が防止されるこ
ととなる。すなわち、この時点での制御部２１側での抵
抗値は、発熱部２０側よりもかなり大きくなるものであ
る。そして、この制御部２１による制御機能により発熱
部２０側に加わる電圧が所定値以下に制限されるため、
長時間に及ぶアフターグローを行なう際において、その
耐久性を充分保証し得るものである。

したがって、このような構成によるグロープラグ１０に
よれば、正の抵抗温度係数の異なる導電性セラミック材
などによって耐熱絶縁性筒体２２を介して一体的に構成
された発熱部２０および制御部２１からなる棒状ヒータ
１１を用いることによって、その自己温度制御機能によ
り従来のようにヒータに対する回路上に制御回路等を付
設するといった構成は不要となり、これにより予熱装置
全体のコスト低減化を図るうえでその効果を発揮し得る
ものである。

なお、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。たとえば上述した実施例では、棒状ヒータ１１を構
成する発熱部２０および制御部２１に対し電圧を印加す
るにあたって、制御部２１偏にプラスを、発熱部２０側
にマイナスを接続した場合を説明したが、本発明はこれ
に限定されず、たとえば二線式構造を採用することによ
って逆に接続してもよいものであり、またこのような棒
状ヒータ１１の形状、構造や電極の接続構造としても種
々の変形例が考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る自己温度制御型グロ
ープラグによれば、ホルダ先端に保持される棒状ヒータ
を、耐熱絶縁性筒体の外周部に形成された正の抵抗温度
係数の小さな導電性材料からなる発熱部と、前記筒体内
周部に形成されかつその一部が前記発熱部と電気的に接
続されるとともにこの発熱部よりも正の抵抗温度係数の
大きな導電性材料により形成された制御部とで構成した
ので、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、発熱部がヒ
ータ外表面に露呈し、しかもこれに一体重に連設された
電力制御用制御部の自己温度制御作用により、従来型に
比べ迅速かつ確実な先端赤熱化を達成し、速熱型として
の機能を高めることができ、また使用条件の高温化に対
する耐熱性をも有し、さらにエンジンの始動性を大幅に
向上させるとともに、オーバーシュート特性等の発熱特
性が大幅に改善され、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を可能とし、グロープラグと
しての性能を発揮させることが可能で、しかも全体の構
造が簡単でその組立性、さらに過酷な使用条件にも充分
に耐え得る耐熱強度。

耐久性等に優れてなる等といった種々優れた効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自己温度制御型グロープラグの一
実施例を示す要部拡大側面図、第２図は本発明を適用し
た自己温度制御型グロープラグの縦側断面図、第３図は
その要部とする棒状ヒータの温度特性を示す特性図であ
る。 ｌＯ・−・・自己温度制御型グロープラグ、１１・・・
・棒状ヒータ、１２・・・・中空状ホルダ、１４・・・
・外部接続端子、１５・・・・電極棒、１６Φ・・・金
属導線、２０・・拳・発熱部、２１・・・・（電力制御
用）制御部、２２・・拳・耐熱絶縁性筒体、２３．２４
・争争・金属コーティング層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの先
   端部に保持される棒状ヒータを備え、この棒状ヒータは
   、耐熱絶縁性筒体の外周部に形成された正の抵抗温度係
   数の小さな導電性材料からなる発熱部と、前記筒体内周
   部に形成されかつその一部が前記発熱部と電気的に接続
   されるとともにこの発熱部よりも正の抵抗温度係数の大
   きな導電性材料により形成された制御部とによって構成
   されていることを特徴とする自己温度制御型グロープラ
   グ。 （２）発熱部は、制御部よりも正の抵抗温度係数の小さ
   な導電性セラミック材により形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の自己温度制御型グロ
   ープラグ。 （３）発熱部は、制御部よりも正の抵抗温度係数の小さ
   な金属材料により形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の自己温度制御型グロープラグ。 （４）制御部は、発熱部よりも正の抵抗温度係数の大き
   な導電性セラミック材により形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の自己温度制御型グロ
   ープラグ。 （５）制御部は、発熱部よりも正の抵抗温度係数の大き
   な金属材料により形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の自己温度制御型グロープラグ。 （８）棒状ヒータを構成する発熱部と制御部とは電気的
   に直列接続され、かつ前記制御部に中空状ホルダの後端
   部に保持された外部接続端子が接続されるとともに、前
   記発熱部がホルダ側に接続されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の自己温度制御型グロープラ
   グ。