JPS6347964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として始動のためデイーゼルエンジ
ンに装着されるセラミツクグロープラグに関し、
特にその発熱体となるセラミツクヒーターに係る
ものである。

一般にデイーゼルエンジンは始動性を向上させ
るため副燃焼室等にグロープラグを装着し、これ
に通電して赤熱し室内に噴射される燃料の一部を
燃焼させて予熱する方法がとられており、始動時
に急速な昇温特性をもつことが要求されるととも
に、始動後においても燃焼安定化のためのアフタ
ーグローとして長時間使用される傾向となつてい
るため、その耐久性の向上が益々必要とされてき
ている。

この目的に応ずる急速加熱型グロープラグとし
て、従来高融点金属のタングステンＷ発熱線をセ
ラミツク粉体中に埋設し焼結してなるセラミツク
ヒーターを用いたセラミツクグロープラグが知ら
れており、その発熱体は第１図にその要部を示す
如く、セラミツクヒーター１が取付金具２の内腔
にろう接された金属外筒３の先端から突出した構
造をもつものである。

ところでこの種グロープラグは、エンジンの始
動等には極めて有効である反面、渦流室等燃焼室
内に前記ヒーター部１′が突出している為始動後
における燃焼安定化のためのアフターグローとし
ての長時間運転域においては、この突出部が障害
物となつて渦流形成を阻害し燃焼性に影響を与
え、エンジン出力の低下、燃費の悪化、有害な排
気ガスの増大等エンジン性能に悪影響を及ぼすと
いう問題があり、従つて前記金属外筒３から突出
するヒーター部１′は、その突出寸法ｌが可及的
に短かく、又外径Ｄが可及的に細く形成されるこ
とが好ましいものである。

然し乍らヒーター部１′の外径Ｄを細くするこ
とは、室内の過酷な急熱急冷の熱サイクル及び運
転時における振動、衝撃等の条件下において破損
し易くなり、機械的強度面から制約される。この
機械的強度を増すため、第２図に示す如くヒータ
ー部１′の突出寸法l₁が短かくなるように金属外
筒３′を長くして蔽い補強する例があるが、内部
に埋設されている発熱線コイル４の長さl₂に相当
する部分が金属外筒３′で蔽われるため発熱効率
が阻害される許りでなく、この部分における発熱
線コイルの温度が過大に上昇し、金属外筒３′と
の接合部におけるろう材を溶融させるという不具
合があり、又、発熱線の材質、線径は従来のまゝ
でヒーター部の突出寸法を単に短かくすること
は、これに伴ない内部に埋設される発熱線コイル
の長さが短かくなる為抵抗値が低下し所要の発熱
量が得られないという問題点があつた。

本発明は、このような実状に鑑みなされたもの
であつて、上記せる如き問題点を解決するものと
して、セラミツクヒーターの外径を細くし、発熱
線の電圧を分圧することによつて該発熱線コイル
を所定の突出寸法内に配設するもので、その特徴
はセラミツクヒーターの発熱線コイルに従来用い
られている純タングステンＷ又は該純タングステ
ンＷ線材より大きい固有抵抗をもつRe−Ｗ合金
を用いヒーター部を小型化すると共に、該セラミ
ツクヒーターに、前記発熱線コイルに用いた線材
より温度−抵抗係数（常温における抵抗値と、
1000℃の高温時における抵抗値との比）が５倍以
上の金属線材を使用した抵抗体を組合せ直列に接
続することにより急速昇温時における通電を制御
し、ヒーター部の過熱を防止するようにした構造
をもち始動特性が優れ、耐久性を向上したセラミ
ツクヒーターを提供しようとするものである。

以下図面を用いて詳細に説明する。

第３図は本発明セラミツクグロープラグの実施
例縦断面図で、セラミツクヒーター１０は、金属
外筒１１の先端面から突出するヒーター部１０′
内に埋設する発熱線コイル１２に、固有抵抗が純
Ｗより大きく、かつ温度−抵抗係数が４倍以下と
なるような正の抵抗温度係数をもつRe−Ｗ合金
線材を用いて、その外径（断面が真円でなく楕円
類形状のものにあつてはその長径）Ｄが4.0mm以
下で、金属外筒１１の先端面から突出するヒータ
ー部１０′の突出寸法ｌが3D以下となるように形
成されてなるものである。

セラミツクヒーターの外径Ｄを4.0mm以下とし、
その突出寸法ｌを外径Ｄの３倍以下とする理由
は、ＷにReを添加したＷ合金線材を発熱線に用
いたセラミツクヒーターに、Ni線材を用いた抵
抗体コイルを直列に接続してなる本発明セラミツ
クグロープラグの実施例につき行なつた以下に述
べる急速通電加熱テスト及び落下衝撃テストの結
果によるものである。

即ち、第４図は急速通電加熱テストの結果を示
したグラフで上記グロープラグに、2.0mm、3.0
mm、4.0mm、4.3mmの４種類の外径Ｄを有するセラ
ミツクヒーターを用いた試料につき、900℃迄の
昇温条件を変えて最高1300℃迄急速に通電加熱し
たときの各試料の900℃迄の昇温条件（時間）と
セラミツク割れが発生する温度との関係をグラフ
化したものであり、各曲線の左側ハツチング部分
はセラミツク割れの発生ゾーンを示し、例えばヒ
ーター外径Ｄ＝4.0mmの曲線について見た場合、
約1300℃に於ては900℃の温度に達する昇温時間
を1.4秒以内とするセラミツク割れを発生し、約
1125℃に於ては1.3秒以内、約1025℃では1.2秒以
内とするとセラミツク割れが発生することを示し
ており、グラフで見られる如く外径Ｄが細くなる
程900℃迄の昇温時間は短縮でき、太くなる程発
熱線の温度上昇に対してセラミツクの追随が遅れ
熱歪みによりセラミツク割れが発生し易くなる
為、900℃迄の昇温時間は短縮し難くなることを
示している。従つて良好な始動性及び燃焼安定性
を得るために要求されている900℃迄の昇温時間
1.5秒以内という条件を満足させるためにはヒー
ター外径Ｄを4.0mm以下とすることが良いことが
判る。

又第５図は、セラミツクヒーターの外径Ｄが
2.0mmで突出寸法ｌが5.0mm及び8.0mmのもの、外径
Ｄが3.0mmで突出寸法ｌが5.0mm、9.0mm及び12.0mm
のもの、ならびに外径Ｄが4.0mmで、突出寸法ｌ
が10.0mm、12.0mm、14.0mmの８種類のセラミツク
グロープラグ試料について行なつた落下衝撃試験
結果を示したグラフで、試料を水平に保持し、コ
ンクリート床上に落下させ、ヒーター部が破損し
たときの落下高さとヒーターの突出寸法ｌとの関
係を示したものであり、実用上の見地から少くと
も1.5ｍ以上の落下高さに耐えるものとするため
にはヒーターの突出寸法ｌは、3D以下とする必
要のあることが判る。

前記せる如く構成されてなるセラミツクヒータ
ー１０は、金属外筒１１に接合されると共に内部
に埋設されている発熱線コイル１２の一端１２ａ
が接続され、金属外筒１１はさらに取付金具１３
にろう接されて側電極を構成している。

一方発熱線コイル１２の他端１２ｂはセラミツ
クヒーター１０の後端部に挿嵌固着された金属キ
ヤツプ１４に接続され、該キヤツプ１４に溶接さ
れたリード線１５を経て抵抗体１６に接続され、
抵抗体１６の他端が中軸１７に接続されて電極
となるように構成されており、前記抵抗体の線材
に、温度−抵抗係数が５倍以上となるような正の
抵抗温度係数をもつ金属線材、例えばタングステ
ンＷ、モリブデンMo、ニツケルNi、鉄Fe等を用
いてなるものである。

なお、発熱線コイル１２及び抵抗体１６の抵抗
値は、所要の発熱条件に応じ設定される。

第６図は、ヒーター外径Ｄ＝３mm、突出寸法ｌ
＝５mmの前記せる如き構造をもつ本発明実施例の
セラミツクグロープラグに通電し急速昇温させた
時の時間と、発熱線コイルを埋設したヒーター部
の温度及び抵抗体の温度との関係を実測した結果
を示すグラフであり、図から明らかな如くヒータ
ー部に埋設された発熱線コイルには温度−抵抗係
数の小さい（４倍以下）のRe−Ｗ合金線材が用
いられ、これに温度−抵抗係数が大きい（５倍以
上）金属線材を用いた抵抗体を組合せ直列に接続
している為、通電による急速昇温時において抵抗
体の抵抗値が発熱線コイルより速かに増大し、自
己制御により加熱電流を低減せしめ、発熱線コイ
ル即ちヒーター部の過熱を極めて有効に抑制する
ことができることを示している。

以上の説明から理解されるように、本発明セラ
ミツクグロープラグは、セラミツクヒーターの発
熱線を分圧することによつて、又は該発熱線に従
来用いられている純Ｗ線材より大きい固有抵抗を
有するRe−Ｗ合金線材を用いることによつて発
熱線コイルが小型化し、これに伴なつてヒーター
部の露出長が短かくなる為燃焼室内の渦流形成を
阻害することが少なく、又振動、衝撃等に対する
機械的強度が向上されたものとなるほか、取付金
具内腔内で、前記セラミツクヒーターのヒーター
部に埋設された発熱線より大きい温度−抵抗係数
をもつ金属線材を用いた抵抗体が該セラミツクヒ
ーターに組合せ直列に接続されている為、急速昇
温時において抵抗体の抵抗値が発熱線コイルより
速かに増加し加熱電流を減少させることによつて
ヒーター部の過熱が抑制され、熱衝撃によるセラ
ミツク割れや発熱線コイルの破断を防止できるも
のとなる等多くの特長を有するもので、従来の問
題点を解決し、エンジンの始動特性を改善し、耐
久性を向上させたセラミツクグロープラグとして
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のセラミツクグロープラグのセ
ラミツクヒーターについての要部を示す正面図、
第２図は金属外筒でセラミツクヒーターを補強し
た他の従来例の要部縦断面図、第３図は本発明セ
ラミツクグロープラグの実施例縦断面図、第４図
は急速通電加熱テストにおけるヒーター外径に対
する昇温条件とセラミツク割れ発生温度との関係
を示すグラフ、第５図は、落下衝撃テストにおけ
るヒーター突出寸法と破損する落下高さとの関係
を示すグラフ、第６図は本発明セラミツクグロー
プラグの実施例における急速昇温時の通電時間
と、ヒーター部及び、抵抗体の温度との関係を示
すグラフである。 １，１０：セラミツクヒーター、１′，１０′：
ヒーター部、２，１３：取付金具、３，３′，１
１：金属外筒、４，１２：発熱線コイル、１６：
抵抗体、１７：中軸、ｌ：突出寸法、Ｄ：外径。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高融点金属の発熱線をセラミツク粉体中に埋
   設し焼結して成るセラミツクヒーターが、金属外
   筒の先端面から突出してその内腔にろう接され、
   該金属外筒が取付金具の先端部内腔に接合されて
   成るセラミツクグロープラグにおいて、前記セラ
   ミツクヒーターの外径Ｄが4.0mm以下、金属外筒
   の先端面からの突出寸法ｌが3D以下となるよう
   に形成され、発熱線コイルが前記突出寸法内に埋
   設されてなるとともに、前記発熱コイルとして固
   有抵抗が純Ｗよりも大きく、かつ、温度−抵抗係
   数（常温−1000℃）が４倍以下となるような正の
   抵抗温度係数をもつレニウムReと残部タングス
   テンＷからなるＷ合金線材を用い、又上記抵抗体
   として温度−低抗係数が５倍以上となるような金
   属線材を用い、更に前記セラミツクヒーターに、
   抵抗体が取付金具内腔内で直列に接続されて成る
   ことを特徴とするセラミツクグロープラグ。