(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部が閉じており、かつ導電性コイルが埋め込まれている、非導電性の圧縮された粉末充填物を含む耐食性のグロー・パイプを有する、内燃機関用の電気加熱式グロー・プラグまたはグロー・ロッドであって、導電性コイル（８、９）が表面硬化されていることを特徴とするグロー・プラグまたはグロー・ロッド。
【請求項２】
少なくとも加熱コイル（８）が表面硬化されていることを特徴とする請求項１に記載のグロー・プラグまたはグロー・ロッド。
【請求項３】
導電性コイル（８、９）が、拡散処理、特に窒化処理によって、少なくとも縦方向範囲の一部にわたって表面硬化されていることを特徴とする請求項１に記載のグロー・プラグまたはグロー・ロッド。
【請求項４】
導電性コイル（８、９）の硬化拡散領域（１３）が約５から１０μｍの深さ（ｔ）を有することを特徴とする請求項３に記載のグロー・プラグまたはグロー・ロッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、たとえば欧州特許４５０１８５Ｂ１から公知のものとして開示されているような、請求項１の前提特徴部分に記載の内燃機関用の電気加熱式グロー・プラグまたはグロー・ロッドに関するものである。
【０００２】
グロー・プラグは、冷間始動時の予熱のためにディーゼル・エンジンの燃焼室内で使用されるか、または吸入空気の予熱のために吸気通路内のグロー・ロッドの形で使用される。このグロー・プラグまたはグロー・ロッドは１つの非腐食性の金属製ケーシングと、１つの加熱・制御コイルとおよび１つの電気絶縁性の圧縮粉末充填物とを含む。加熱領域中にある加熱・制御コイルは、その上に制御抵抗器としての純ニッケル線を溶接したフェライト鋼から成っている。
【０００３】
動作時に、この加熱コイルの材質はグロー・プラグの耐用年数に悪影響を与える可能性がある熱的および化学的影響を受ける。これらの影響は、少なくともグロー・プラグの耐用年数に関する極めて重要なパラメータを構成している。加熱コイルの高い動作温度、及び、これまでと同じ様に圧縮粉末充填物内に酸素が存在することにより、加熱コイルはクリープを起こす腐食を受けやすい。具体的には、これは第１に、フェライトの熱伝導体における結晶の成長および大きな粒子を形成する傾向によって促進される結晶粒界腐食であると思われる。第２に、高温での腐食は加熱コイルの自由表面上で起き、そのため加熱コイルの断面の脆弱化を招く。
【０００４】
粉末充填物としては一般的に酸化マグネシウムが使用される。粉末充填物の孔隙に含まれる大気中の酸素を最小にするために、向心状に作用する打設工作機によって粉末が詰まった金属製ケーシングを外側から据え込み加工（アプセット）することによってこの粉末は非常に強く圧縮され、これによって直径が小さくなる。この粉末充填物は、金属製ケーシング先端を据え込み加工で円錐形に押し縮めることによって加熱ロッド先端部分が特に強く圧縮される。
【０００５】
本発明の目的は、加熱コイルに対しての耐用年数に関わる汎用型のグロー・プラグを改良することにある。
【０００６】
この汎用型のグロー・プラグを出発点とすると、この目的は本発明の請求項１に記載された特徴によって達成される。この理由としては、粉末充填物の圧縮時に、ケーシング・パイプを半径方向にアプセットすることによって加熱コイルおよび制御コイルの各ワイヤ上にも激しい機械的応力が生じ、この過程で、たとえば切り欠きやへこみなどによって、知らず知らずに最初から前記ワイヤを損傷させてしまう、すなわちワイヤの断面を局部的に収縮させてしまうということが見出されたためである。このコイルは、その表面硬度を特に窒化処理によって増加させたために、粉末充填物の圧縮中も最初に著しい損傷を受けることなく機械的応力に耐えることができる。
【０００７】
本発明の有利な各改良点は各従属項から得ることができる。本発明はまた図面中に例示されている例示的な実施形態を参照した以下の記述の中でもより詳細に説明される。
【０００８】
ディーゼル・エンジンにおいて、グロー・プラグは冷間始動時の予熱のために燃焼室内で使用されるか、または吸入空気の予熱のために空気入口通路内のロッド状の燃焼グロー・プラグまたは燃焼システムとして使用される。図１に示したグロー・プラグの例示的な実施形態はプラグ本体１に固定され、その本体と電気的に導通するように接続されたグロー・パイプ５を有する。グロー・パイプのケーシングは一般にニッケルを多量に含む鉄合金かまたは非腐食性のニッケルを主成分とする合金、たとえばインコネル６０１から成っており、原則として、電気的にアース極、すなわち負側として接続される。この電気的アースの接続は、ねじ込まれたねじ山７を介しておよび／またはプラグ本体１の下端にある円錐部７ａによって行われる。
【０００９】
接続溶接部１１を介して溶接された制御コイル９を有する加熱コイル８および電気絶縁性の圧縮粉末充填物１０はグロー・パイプ内に配置されている。この粉末充填物は、特に圧縮された状態でいくつかの機能を有する。まず第一に、加熱コイル（８）および制御コイル（９）をグロー・パイプ内の所定位置に収容、固定し、これらコイルを電気的に絶縁して保持することが確実に行なわれる。この圧縮された粉末によって加熱コイル８内で発生した熱が必然的に可能なかぎり迅速にグロー・パイプのケーシングに伝えられることを意味する。さらに、この粉末の圧縮は最大限可能な範囲までいかなるエアーポケットをも除去するように、特に一定量の残留酸素を除去するように行われる。このためには特に強力な粉末圧縮が、特に加熱コイル８の領域で必要となる。
【００１０】
加熱領域（加熱コイル８）において、加熱および制御コイル８、９は、たとえばクロム１７〜２２％およびアルミニウム３〜７％を含む鉄−クロム−アルミニウム合金のフェライト鋼から成る。合金としてはカンタル  ＡＦ  ＣｒＡｌ１２２５がしばしば用いられる。純ニッケルで作られ制御抵抗器としての機能を有するコイル状ワイヤ（制御コイル９）が、この種の加熱コイルの上に溶接される（接続溶接部１１）。加熱コイル８はグロー・パイプの先端内でシール溶接１２を介してグロー・パイプに接続される。
【００１１】
この制御コイル９の他端は絶縁ウォッシャ４内に埋め込まれた接続ボルト２に接続され、電気的に絶縁され、シール材６によって封止してプラグ本体１の外に取り出される。この接続ボルトはナット３を介して電流源のプラス極に接続されており、このナットがケーブルの端子を接続ボルトにしっかりと接触させている。さらに、接続ボルト２はグロー・パイプの上部の開放端を、大気中の酸素が圧縮粉末充填物内に侵入するのを確実に防止する目的で柔軟な絶縁シール材６’で封止している。
【００１２】
一般的に、酸化マグネシウムが粉末充填物１０として使用される。この粉末充填物を圧縮するために、前述の様に、粉末が詰まったグロー・パイプは向心状に作用する打設工作機によって外側から半径方向にアプセットされ、これによって直径が小さくなり、また円錐形状を達成することが可能になる。粉末充填物は特に強力に圧縮され、グロー・パイプの先端部分においては金属製ケーシングによって半径方向に特別強く圧縮される。
【００１３】
粉末充填物を強く圧縮しているために、コイル８、９全体、特に加熱コイル８には機械的に高い応力が掛けられている。グロー・パイプ５の半径方向のアプセット時は、そのケーシングが塑性的に変形するだけでなく、内部に取りつけたコイル８、９にもさらに変形を起こす。圧縮しおよび圧縮されている粉末充填物１０はまた、外部から加熱および制御コイル８、９の各旋回部に均衡に作用する打設工作機からの力の作用も伝え、この加工中にコイルの直径を適当な太さに縮める。しかしながら、この粉末充填物は完全に均一ではなく、あるばらつきが伴うので、粉末充填物を通してコイルに働く力は、粉末密度のばらつきにより場所によって大きさが異なる。
【００１４】
このことは、処理を施していないコイルの場合、場所によってコイルの塑性アプセットの度合いが異なる結果を招く。各部によってアプセット度合いが異なることは、非処理のコイル８’を有する従来の設計によるグロー・プラグの例を用いたものとして図３に示される様に、コイル８’表面に確率論的なへこみができる原因になる。新品のときでも、粉末の圧縮後にはこのコイルの表面１５にへこみができる。本発明の知見によれば、最初からある量の損傷がこの表面のへこみで認められている。これはこの種の確率論的なへこみが、コイルの導線断面の局部的な断面圧縮による結果として生じたものと思われる。この局部的な断面圧縮は、その結果として局部的な電気抵抗の増加を招き、そのためグロー・プラグ作動時におけるコイルの加熱が局部的にさらに激しいものとなっている。このことは、この圧縮部が他の場所より高い温度にあるので、そこでは熱的および化学的な経年変化プロセスが急速に進行することを意味している。最初はほんの僅かであり、さらにへこみによって引き起こされるコイル導線の断面の圧縮は、耐用年数を決定する要因、すなわち耐用年数を短くする要因となる可能性がある。
【００１５】
本発明は、コイル、特に、圧縮時に特に厳しい機械的応力が掛かりまた作動時に特に高い熱的応力も掛かる加熱コイル８の耐用年数を増加させようとするものである。耐用年数を増加させるために、本発明によれば導電性のコイル８、９、少なくとも特に危険の多い加熱コイル８が表面硬化処理される。具体的には、窒化処理などの拡散処理が有利なものとして推奨され、前記処理は拡散領域において窒化物を形成することにより硬度の増加をもたらし、拡散の結果としてこれらのプロセスは硬化された端面領域から柔らかな中心部へ段階的な硬度の移行を生じる。このコイル８、９の拡散領域１３は概略５から１０μｍの深さｔを有することが望ましい。
【００１６】
これらのコイルは表面近くの端面層１３が単に硬化するに過ぎないが、それらはそれでもなお全体として塑性的に変形可能である。一方、粉末充填物の半径の圧縮時に、ワイヤ表面の顕著なへこみの発生は、端面層を硬化処理することによって避けられる。粉末充填物の圧縮の後であっても、このコイルは滑らかな表面１４を有する。結果として、導線に対する初期の機械的損傷が避けられる。この結果、導線に対し、したがってグロー・プラグ全体に対して長い耐用年数が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】グロー・プラグを通る縦断面図である。
【図２】図１の詳細ＩＩ部分の拡大図である。
【図３】従来のグロー・プラグのコイルの表面が粉末充填物の圧縮時に機械的応力により最初に損傷を受けた詳細ＩＩ部分におけるこのコイルを通る断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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