JPH04138550U - 自己温度制御型グロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列接続される二種類の抵抗体をシース内で
耐熱絶縁粉末中に埋設してなるシースヒータを、簡単な
製造作業により高い信頼性をもって形成する。 【構成】 シースヒータを、正の抵抗温度係数の異なる
第１および第２の螺旋状抵抗体１０，１１を直列接続し
てシース２内に組込み、耐熱絶縁粉末６中に埋設するこ
とで形成する。シースは、第１の抵抗体埋設部分のシー
ス径が、第２の抵抗体埋設部分よりも小さく設定され
る。また、第１、第２の抵抗体は、第１の抵抗体埋設部
分のシース径よりも大きい間隙内で、第１の抵抗体の外
径よりも内側に位置した状態で延設される接続端を介し
て接続されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はディ−ゼルエンジンの始動性を向上させるための予熱栓としてのグロ −プラグに関し、特に速熱性および自己温度飽和性を有し長時間にわたるアフタ ーグローを達成し得る自己温度制御型グロープラグの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ディーゼルエンジンの始動性を向上させるために用いられるグロープラグとし ては従来から種々の構造によるものが知られており、本出願人も、たとえば二種 類の材料からなる抵抗体を巧みに組合わせて用いることで、速熱型としての機能 と発熱線の過加熱を防ぎ安定した発熱特性を得ることができる温度飽和機能とを 備えてなる自己温度制御型グロープラグを、特開昭57−182026号公報などにより 先に提案している。 すなわち、この種のグロープラグは、発熱体となる第１の抵抗体とこれに直列 接続されかつ第１の抵抗体よりも正の抵抗温度係数の大きな材料で形成された第 ２の抵抗体とを、金属製シース内で耐熱絶縁粉末中に埋設してなる構造をもち、 しかも第１の抵抗体からの熱伝達に時間遅れを生じさせるための間隙を両抵抗体 間に設けることで、第１の抵抗体に対し通電直後に必要とされる大電力を供給し 迅速に発熱させて速熱性を確保するとともに、所定時間経過後に第２の抵抗体側 での温度上昇による抵抗値の増大化により第１の抵抗体への供給電力を減少せし め、この第１の抵抗体での過加熱による溶断等を防止しようとする自己温度飽和 機能を働かせるものであった。そして、このような構造では、グロープラグへの 通電回路上に供給電力を制御する温度制御手段等を設けることが不要となるため に、予熱装置全体のコストを低く押えることが可能であった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、このような従来のグロープラグにおいては、速熱型としての機能と 自己温度飽和機能とはある程度確保し得るも、エンジン始動後におけるアフター グロー時において発熱温度を低下させる発熱特性をもたせることは困難で、数10 秒程度のアフターグローは行なえるも、近年要求が大きい長時間(10分以上)にわ たるアフターグローを満足させることができないという問題を生じていた。そし て、上述した速熱型としての機能を発揮させるとともに、長時間にわたるアフタ ーグローを発熱温度を低下させながら行なうためには、グロープラグへの通電回 路上に、発熱時に用いるリレーとアフターグロー時に用いるリレーとを別々に組 込むとともにアフターグロー側の回路には電圧降下用抵抗等をも組込むことが必 要とされるもので、その結果回路構成部品が多くなり、装置全体がコスト高とな るものであった。 そして、このようなアフターグローの長時間化を、回路上への素子の追加なく グロープラグ単独で図るためには、発熱体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するとともに発熱線の耐久性確保の ために飽和温度を適切な温度状態以下に低下させてその温度を維持し得る自己温 度制御機能を有すること等が必要とされ、これらの点を考慮し速熱性および自己 温度飽和性等を有しかつ耐熱強度等の信頼性の面でも優れてなるヒータ部を有す るグロープラグの出現が要望されている。

【０００４】 また、上述した二種類の発熱線を組合わせたシースヒータを用いてなるグロー プラグにおいて、速熱型としての機能を発揮させるために、発熱部となる先端側 発熱線を埋設したシース先端部分を小径に形成し、制御部を構成する後端側発熱 線を埋設してなる部分との比較において熱容量を小さくしたものも、たとえば特 開昭54-60630号公報、特開昭57-87535号公報などにより従来から提案されている 。そして、これらの従来構造では、通電初期において先端側発熱線に大電力を供 給し、所要の発熱温度を得て速熱特性を得るうえではある程度機能を発揮し得る ものであるが、一定時間経過後において発熱温度を低下させ、発熱線等の耐久性 を確保しつつ長時間にわたるアフターグローを行なう際の充分なオーバーシュー ト機能つまり一旦必要とする温度までの発熱させるとともにその発熱温度を時間 の経過と共に充分に温度を低下させて飽和させるという特性を得ることはできな いもので、これらの点を充分に考慮して前述した要請を満足し得る何らかの対策 を講じることが求められている。

【０００５】 特に、上述したグロープラグにおいてシースヒータは、その内部に抵抗体を収 容させた状態で耐熱絶縁粉末を充填し、さらにシースを外周側からスェージング 加工を施すことで、内部の高密度化を図り、熱伝達特性等を所要の状態として発 熱特性を向上させ、またその信頼性を確保した状態で形成されるが、この場合に 各部品が細かくしかも小さいことから、適切な製造、組立てを行なううえで充分 な注意を要するもので、このような製造上での問題をも配慮し、前述した要請に 応えることが必要とされている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

このような要請に応えるために本考案に係る自己温度制御型グロープラグは、 発熱体となる第１の螺旋状抵抗体と、その一端に直列接続されかつ第１の抵抗体 よりも正の抵抗温度係数の大きい第２の螺旋状抵抗体と、これら第１、第２の抵 抗体を耐熱絶縁粉末中に埋設した状態で被覆するシースを備えてなり、このシー スにおける第１の抵抗体埋設部分のシース径を、第２の抵抗体埋設部分のシース 径よりも小さく設定するとともに、第１の抵抗体と第２の抵抗体との間に、少な くとも第１の抵抗体埋設部分におけるシース径よりも大きい間隙を設け、かつこ の間隙内において両抵抗体を、それぞれから第１の抵抗体の外径よりも内側に位 置させた状態で延設した接続端による抵抗値の小さい接続部を介して接続するよ うにしたものである。

【０００７】

【作用】

本考案によれば、発熱体となる第１の抵抗体を埋設しているシース先端部分で の熱容量を、制御側である第２の抵抗体を埋設しているシース後端部分に比べて 充分に小さくし、これにより速熱型としての機能を発揮させ得るとともに、上述 した発熱体埋設部であるシース先端部分から所定の間隙をおいて接続されている シース後端部分に埋設される制御側の第２の抵抗体による電力制御機能を必要か つ適切に働かせ、ピーク温度から充分に低い温度での飽和特性を得るという長時 間にわたるアフターグローを行なえるオーバーシュート特性を得ることが可能と なり、また第１および第２の抵抗体を接続する接続部を、小径な第１の抵抗体の 外径よりも内側に位置するようにして延設されている接続端によって形成してい るため、シースにスェージング加工を施したときに、ショート等の問題を生じる ことなく、高い信頼性をもって所要の状態でシースヒータを形成し得るものであ る。

【０００８】

【実施例】

図１ないし図３は本考案に係る自己温度制御型グロープラグの一実施例を示す ものであり、これらの図において、まず、図３等により全体を符号１で示すグロ ープラグの概略構成を簡単に説明すると、図中符号２はステンレススチール等の 耐熱金属材料からなるシース、３はこのシース２を先端部において保持する筒状 ハウジングで、このハウジング３の後端部には絶縁ブッシュ４を介して電極棒５ が同心状に取付けられ、この電極棒５先端はシース１内に挿入されている。 そして、シース２先端側内部空間には、たとえば鉄クロムあるいはニッケルク ロム合金などのように正の抵抗温度係数の小さな導電材料で形成され発熱体とな る第１の螺旋状抵抗体１０（以下第１の抵抗体という）が軸線方向に沿って配設 され、その一端は前記シース２の先端側に電気的に接続されている。また、前記 シース２の後端側内部空間には、この第１の抵抗体１０と連続してシース２後端 側の電極棒５との間に、たとえば鉄系材料またはニッケル等の正の抵抗温度係数 の大きな導電材料で形成された第２の螺旋状抵抗体１１（以下第２の抵抗体とい う）とが配設され、これによりこれら第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１１は、 シース２と電極棒５間で直列して接続されている。なお、これら第１および第２ 抵抗体１０，１１は、シース２内に充填されたマグネシア（ＭｇＯ）等の耐熱絶 縁粉末６により埋設されている。 ここで、上述した第２の抵抗体１１は、それ自身が発熱源として作用するばか りでなく、前記第１の抵抗体１０に対し通電開始直後において、その抵抗値が小 さいことから大電力を供給し得るとともに、通電時間の経過と共に抵抗値が増大 して供給電力を減少させ、グロープラグ自身の飽和温度を一定温度以下におさえ 、過加熱を防止する温度制御手段としても作用する。これは、この第２の抵抗体 １１の正の抵抗温度係数が大きく、その抵抗値が通電による発熱と共に順次増大 することから明らかであろう。 そして、このような第２の抵抗体１１による電流制御を適切なものとするため に、第１の抵抗体１０と第２の抵抗体１１とは、それぞれの螺旋部が所定の間隙 ＧＡＰをおいて対向するようにして接続されている。すなわち、これら両抵抗体 １０，１１の螺旋部間に一定の間隙を設け、この間隙内で両抵抗体１０，１１を 小さい抵抗値となる接続部１２によって接続することで、従来問題とされていた 第１の抵抗体１０からの第２の抵抗体１１に対する熱影響に時間的間隔を保ち、 これにより第２の抵抗体１１による電流制御を時間的に遅らせて第１の抵抗体１ ０への大電力の供給時間を延ばし、この第１の抵抗体１０を急速に赤熱させて温 度立上り特性を大幅に向上させ得るものである。

【０００９】 さて、本考案によれば、上述した構成による自己温度制御型グロープラグ１に おいて、図１および図３から明らかなように、シース２における発熱体となる第 １の抵抗体１０を埋設した先端部分でのシース径ＤR を、第２の抵抗体１１が埋 設されるシース後端部分でのシース径ＤB よりも小さく設定するとともに、第１ の抵抗体１０と第２の抵抗体１１との間に、少なくとも第１の抵抗体１０が埋設 されるシース先端部分におけるシース径ＤRよりも大きい間隙ＧＡＰ(ＧＡＰ＞Ｄ R)を設け、この間隙内において両抵抗体１０，１１を、それぞれの抵抗体の螺旋 部端から折曲げられ前記第１の抵抗体１０の小径な外径よりも内側に位置するよ うにして軸線方向に延設されている接続端（直線状端部１０ａ，１１ａ）により 抵抗値が実質的にゼロとなるように形成される抵抗値の小さい接続部１２を介し て接続するようにしたところに特徴を有している。 なお、上述した実施例では、前述した間隙に対応するシース２部分を、ラッパ 状に形成された径変化部により構成し、これにより小径な先端部分と大径な後端 部分とを連結している場合を示している。 ここで、上述したシース径ＤR，ＤBとは、ＤB≧1.3ＤRとすることが望ましく 、特に｛ＤB／ＤR＝1.7｝程度が最適であることが、図４の(a),(b)から明らかな ように実験により確認されている。たとえばシース２の後端部分でのシース径Ｄ B を5φとしたとき、シース先端部分でのシース径ＤRは3φ程度が望ましい。な お、上述した図４の(a)は上述した間隙ＧＡＰを8mmとした場合のＤB／ＤR＝1.0 、1.3、1.7とした場合の特性を示し、1.3以上であるときにオーバーシュート特 性が得られ、1.7 のときにピーク温度やシース径の製造上での理由から最適であ ることが確認されている。勿論、これ以上の比率であると速熱性はより一層よく なるが、シース先端が細くなり過ぎ、製造面から問題を生じる。つまり、必要と するシース２の肉厚、螺旋状抵抗体１０の線径などを考慮すると、先端側のシー ス径ＤR は、比率2.0程度が製造限界と考えられる。なお、図４の(b)は上述した 第１および第２の抵抗体１０，１１間に間隙を設けない場合の特性を示しており 、比率が 1.7程度であるときには多少のオーバーシュート特性を得られることが 確認できるが、その特性は実用上でまだまだ不充分で、本考案のような間隙ＧＡ Ｐの必要性が理解されよう。これは、シース径ＤR を単純に異ならせて熱容量を 小さくしただけでは、両抵抗体１０，１１間での熱伝達が大きいことから、所要 の電力制御が適切に行なえないためである。

【００１０】 そして、以上の構成によれば、発熱体となる第１の抵抗体１０を埋設している シース２先端の小径部分での熱容量を、制御側である第２の抵抗体１１を埋設し ているシース２後端の大径部分に比べて充分に小さくし、これにより迅速な赤熱 化を得て 800℃到達が 5秒以内という速熱型としての機能を発揮させ得るととも に、上述したシース２先端部分の第１の抵抗体１０から所定の間隙をおいて接続 されているシース２後端部分に埋設される制御側の第２の抵抗体１１による電力 制御機能を必要かつ適切に働かせ、エンジン始動後における発熱温度が、1050℃ 程度をピーク温度としてこれから200℃程度も充分に低い850℃程度で飽和温度と なるという図５に示したようなオーバーシュート特性を得ることが可能となり、 これにより長時間にわたるアフターグローを行なえるものである。

【００１１】 ところで、上述したシースヒータにおいて、所定の間隙ＧＡＰ内で第１および 第２の抵抗体１０，１１を接続部１２により接続するにあたって、上述したよう に各抵抗体１０，１１の埋設部分でのシース２のシース径が異なっていることか ら、該接続部１２における接続方法に注意を要するものである。 すなわち、これら第１および第２の抵抗体１０，１１は、それぞれの螺旋部に おける最終螺旋部端から軸線方向に向って延設した直線状端部１０ａ，１１ａ同 士を平行して重ね合わせ、レーザ溶接等で接続することで、小さい抵抗値（実質 的にゼロに近い値）となる接続部１２を介して接続される。そして、これら両抵 抗体１０，１１は、上述した接続状態でシース２内に組み込まれ、かつ耐熱絶縁 粉末６が充填された後、シース２の外周側からスェージング加工を施すことで、 その内部に組み込んだ抵抗体１０，１１を埋設している耐熱絶縁粉末６を型締め しているが、このスェージング加工時にシース２先端を絞り、前述したような第 １の抵抗体埋設部分の小径化を行なった際に、上述した両抵抗体１０，１１間の 間隙内での接続部１２部分がシース２内で動き、シース２等に接触してショート 等の問題を生じる虞れがあるものであった。 特に、上述したような二種類の抵抗体１０，１１を所定間隙内で直列接続して シース２内に組込む際の接続部１２としては、たとえば特公平1−20687号公報、 特公平1−39015号公報等に示されるように、抵抗体１０，１１の外径部分でそれ ぞれの螺旋部端から軸線方向に延設した直線状端部同士を重ね合わせて溶接接続 する等が最も簡単に考えられるが、このような構造では、上述したスェージング 加工時にシース２を介して耐熱絶縁粉末６に作用する加圧力によって、内設され ている抵抗体１０，１１の接続部１２部分での挙動を完全に押さえ込むことは不 可能で、該接続部１２がシース２内壁部に接触してショート状態となっている不 良品の発生を完全に防止することは困難である。

【００１２】 このため、本考案によれば、上述した抵抗体１０，１１を間隙内で接続する接 続部１２を、抵抗体１０，１１の外径（小径な第１の抵抗体１０側の外径）より も内側部分に位置させるように構成することで、上述したようなスェージング時 におけるショート等の問題を一掃し得るようにしたものである。 ここで、本実施例では、図１および図２の(a),(b)からも明らかなように、各 抵抗体１０，１１の螺旋部から延設される接続端としての直線状端部１０ａ，１ １ａを、両抵抗体１０，１１の略軸線上に沿って延設されるように折曲げ形成し 、これらをレーザ溶接等で接続することで、両抵抗体１０，１１を、小さい抵抗 値(実質的にゼロに近い値)となる接続部１２を構成した場合を示している。 そして、このような構成によって、第１および第２の抵抗体１０，１１を接続 する接続部１２が、小径な第１の抵抗体１０の外径よりも内側に位置するように して延設されている接続端によって形成されていることから、シース２にスェー ジング加工を施したときに、ショート等の問題を生じることなく、常に高い信頼 性をもって所要の状態でシースヒータを形成でき、品質上での問題はなくなり、 しかも製造時の作業性の面でも優れている等の利点を奏する。

【００１３】 また、本考案によれば、上述したような発熱特性をグロープラグ１単独で自己 制御により得ることができるため、従来のようなアフターグロー時用のリレーや 電圧降下用抵抗等といった余分な回路部品等は不要で、予熱装置全体のコスト低 減化が図れるものである。 ここで、上述したグロープラグ１への通電制御回路構成を図６の(a) を用いて 簡単に説明すると、四本のグロープラグ１(ＧＰ)のヒータ部分が並列接続して設 けられ、たとえば12Ｖのバッテリ電源２０からの定格電圧が、リレー２１を介し て印加され、各ヒータ部分がそれぞれ発熱することで、ディーゼルエンジンの燃 焼室または副燃焼室を予熱し、エンジンの始動性を補助するようになっている。 なお、上述したグロープラグ１はボディアースとなっており、また図中符号２２ はエンジンキースイッチ、２３はタイマ機能を有するコントローラ、２４はエン ジン冷却水温度センサ、２５は始動タイミング表示器であるが、その動作等は周 知の通りで、その具体的な説明は省略する。 そして、本考案によるグロープラグ１によれば、その自己温度制御機能により 上述した回路構成でよいが、従来型の場合には、図６の(b) で示すように、アフ ターグロー時の制御用としての別回路を設け、その制御用リレー２６および電圧 降下用抵抗２７を付設することが必要であるもので、その回路構成上での相違は 容易に理解されよう。

【００１４】 なお、本考案は上述した実施例構造に限定されず、グロープラグ１各部の形状 、構造等を、適宜変形、変更することは自由であり、種々の変形例が考えられよ う。たとえば上述した実施例では、各抵抗体１０，１１の螺旋部端から軸線上に 沿って延設した直線状端部１０ａ，１１ａを軸線上で重ね合わせて溶接した場合 を示しているが、本考案はこれに限定されず、たとえば斜めに掛け渡された接続 部１２であってもよく、要は両抵抗体１０，１１を、小径側の抵抗体の外径より も内側部分に位置して延設されかつ抵抗値が充分に小さくなるようにされた接続 部１２で接続するようにすればよい。また、このような接続部１２としては、必 ずしも両方側からの接続端同士の接続に限らず、一方側から延設されている接続 端を、他方側の螺旋部端部分の接続端に接続するようにしてもよいことは言うま でもない。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明したように本考案に係る自己温度制御型グロープラグによれば、発熱 体となる第１の螺旋状抵抗体と、その一端に直列接続されかつ第１の抵抗体より も正の抵抗温度係数の大きい第２の螺旋状抵抗体と、これら第１、第２の抵抗体 を耐熱絶縁粉末中に埋設した状態で被覆するシースを備えてなり、このシースに おける第１の抵抗体埋設部分のシース径を、第２の抵抗体埋設部分のシース径よ りも小さく設定するとともに、第１の抵抗体と第２の抵抗体との間に、少なくと も第１の抵抗体埋設部分におけるシース径よりも大きい間隙を設け、かつこの間 隙内において両抵抗体を、それぞれから第１の抵抗体の外径よりも内側に位置さ せた状態で延設した接続端による抵抗値の小さい接続部を介して接続するように したので、簡単な構成にもかかわらず、発熱体となる第１の抵抗体を埋設してい るシース先端部分での熱容量を充分に小さくし、通電初期において迅速な発熱を 得て速熱型としての機能を発揮させ得るとともに、シース先端側の第１の抵抗体 から所定の間隙をおいて接続されているシース後端側の制御側としての第２の抵 抗体による電力制御機能を必要かつ適切に働かせ、発熱温度を時間の経過に伴な ってピーク温度から充分に低い飽和温度とし得るというオーバーシュート特性を 得ることができ、長時間にわたるアフターグローが可能で、しかもこのような発 熱特性をグロープラグ自身で得ることができるため余分な回路部品等は不要で、 また第１および第２の抵抗体を接続する接続部を、小径な第１の抵抗体の外径よ りも内側に位置するようにして延設されている接続端によって形成しているため 、シースにスェージング加工を施したときに、ショート等の問題を生じることな く、高い信頼性をもって所要の状態でシースヒータを形成することができ、予熱 装置全体の製造時の作業性を簡素化するとともにその製造コストの低減化が図れ る等の種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る自己温度制御型グロープラグの一
実施例を示し、シースヒータの要部のみを拡大して示す
要部拡大断面図である。

【図２】本考案を特徴づける螺旋状抵抗体の接続部構造
を説明するための概略斜視図およびその側面図である。

【図３】本考案を適用する自己温度制御型グロープラグ
の全体の概略断面図である。

【図４】ヒータ先端部での発熱温度と時間との関係を示
す間隙を有する場合と間隙なしの場合の特性図である。

【図５】発熱特性を説明するための特性図である。

【図６】グロープラグへの通電回路構成を示す本考案の
よる場合と従来例との回路図である。

【符号の説明】

１ 自己温度制御型グロープラグ ２ シース ３ ハウジング ５ 電極棒 ６ 耐熱絶縁粉末 １０ 第１の螺旋状抵抗体 １０ａ 直線状端部（接続端） １１ 第２の螺旋状抵抗体 １１ａ 直線状端部（接続端） １２ 接続部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体となる第１の螺旋状抵抗体と、そ
   の一端に直列接続されかつ第１の螺旋状抵抗体よりも正
   の抵抗温度係数の大きな材料により形成される第２の螺
   旋状抵抗体と、これら第１および第２の螺旋状抵抗体を
   耐熱絶縁粉末中に埋設した状態で被覆するシースとを備
   えてなり、このシースにおける第１の螺旋状抵抗体埋設
   部分のシース径を、第２の螺旋状抵抗体埋設部分のシー
   ス径よりも小さく設定するとともに、前記第１の螺旋状
   抵抗体と第２の螺旋状抵抗体との間に、少なくとも第１
   の螺旋状抵抗体埋設部分におけるシース径よりも大きい
   間隙を設け、この間隙内において両螺旋状抵抗体を、そ
   れぞれの抵抗体から第１の螺旋状抵抗体の外径よりも内
   側に位置させて延設した接続端を介して接続したことを
   特徴とする自己温度制御型グロープラグ。