KR101166031B1 - 동축 트윈 스파크 플러그 - Google Patents

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제임스 디. 리코프스키
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페더럴-모걸 코오포레이숀
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Abstract

한 쌍의 독립적인 스파크 갭을 갖는 스파크 플러그는 쉘, 내부 및 외부 절연체, 원통형 전극 어셈블리, 중심 와이어 어셈블리, 및 한쌍의 그라운드 전극을 포함한다. 원통형 전극 어셈블리는 전체적으로 2 개의 절연체 사이에 배치되고, 제 1 고압 점화 펄스를 제 1 스파크 갭에 전달한다. 중심 와이어 어셈블리는 내부 절연체의 축방향 구멍에 배치되고, 제 2 고압 점화 펄스를 제 2 스파크 갭으로 전달한다. 상기 2 개의 절연체와 2 개의 전극 어셈블리는, 상기 2 개의 절연체 모두가 회전가능하게 대칭이 될수 있도록 쉘내에서 모두 동축으로 정렬된다. 상기 제 1 스파크 갭은 반지름방향으로 지향하고, 반면에 제 2 스파크 갭은 축방향으로 지향하며, 제 1 및 제 2 스파크 갭은 상이한 축방향 위치에 배치되고, 서로 독립적으로 점화할 수 있다. 스파크 플러그의 조립방법 역시 기술되어 있다.
엔진, 스파크 플러그, 쉘, 외부 절연체, 내부 절연체, 제 1 스파크 갭, 원통형 전극 어셈블리, 제 2 스파크 갭, 중심 와이어 어셈블리

Description

동축 트윈 스파크 플러그{COAXIAL TWIN SPARK PLUG}
본 발명은 일반적으로 스파크 플러그에 관한 것으로, 보다 특징지어서는 2 개의 독립적인 스파크 갭을 가지는 스파크 플러그에 관한 것이다.
전형적인 스파크 플러그는 일반적으로 절연체 축방향 구멍 내에서 길이방향으로 뻗어나가고, 점화 와이어로부터 단일 스파크 갭으로 고압 점화 펄스를 전달하는 중심 와이어 어셈블리를 포함한다. 상기 중심 와이어 어셈블리는 대개 자신의 상부 축 끝단을 향해 배치된 단자 전극, 고온의 유리 실 및/또는 가압 컴포넌트, 및 대향하는 그라운드 전극과 스파크 갭을 형성하기 위해 자신의 하부축 끝단을 향해 배치된 점화 전극을 포함한다.
종래 기술의 스파크 플러그의 한 예가 Andert에 1961년 1월 24일 발급된, 미국 특허 제 2,969,500에 예시되어 있다. 이 특허에 개시된 스파크 플러그는 절연체와 중심 전극을 봉지(enclosing)한 관모양의 도전체를 포함한다. 동작시, 배전기는 고압 코일로부터 적절한 순서로 여러 스파크 플러그로 전류를 보낸다. 스파크 중 대부분은 관모양의 도전체로부터 그라운드 전극으로 점프하는 반면, 연관된 램프를 밝게하도록 일정량이 또한 중심 전극으로부터 점프한다. 상기 연관된 램프는 점화 시스템이 동작중이며 작업중이라는 것을 지시한다.
하나 이상의 스파크 갭을 가진 스파크 플러그가 종래 기술에 공지되어 있으며, 예를 들면 1915년 12월 28일 Briggs에 발급된 미국 특허 제 1,165,492를 포함한다. 이 특허는 절연체에서의 독립적인 길이방향의 구멍을 통해 뻗어나가는 2 개의 평행한 중심 전극을 가진 스파크 플러그를 교시한다. 중심 전극중 하나는 고압 자석으로부터 고압 점화 펄스를 받는 반면, 다른 하나는 코일 시스템으로부터 저압의 점화 펄스를 받는다. Briggs의 발명의 하나의 목적은 시작시 저압 점화 펄스를 이용하고, 정상 동작시 고압 점화 펄스를 이용하는 것이다.
하나 이상의 스파크 갭을 가진 스파크 플러그의 또다른 예는 1917년 6월 5일 Minogue에 발급된 미국 특허 제 1,229,193에 예시된다. 이 특허에서, 스파크 플러그는 독립적인 길이방향의 절연체 구멍을 통해 뻗어나가는 2 개의 평행한 중심 전극을 가진다. 상기 중심 전극 각각은 제 1 실시예에서 그것들이 서로를 향해 구부러지도록 점화 끝단에서 반지름방향으로 구부러지는 반면(실선), 제 2 실시예에서는 서로로부터 멀어지도록 구부러진다(점선). 상기 제 1 실시예는 전극 중 하나가 연결장치(15)를 통해 접지될 때 단일 갭 스파크 플러그로서 동작하고, 제 2 실시예는 상기 2 개의 전극이 전기적으로 절연된 때 듀얼 갭 스파크 플러그로서 동작한다.
상술한 유형의 듀얼 갭 스파크 플러그의 어려움 중 하나는, 그것들이 제조 공정에 상당한 비용과 복잡도를 추가할 수 있는 비대칭적인 절연체를 이용한다는 것이다. 따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 보다 표준-형태의 절연체를 사용하는 것이 가능한 듀얼 갭 스파크 플러그를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 쉘, 외부 및 내부 절연체, 상기 절연체들 사이에 배치되어 제 1 스파크 갭의 부분을 형성하는 원통형 전극 어셈블리, 및 상기 내부 절연체 내에 배치되어 제 2 스파크 갭의 부분을 형성하는 중심 와이어 어셈블리를 구비한 스파크 플러그가 제공되고, 상기 제 1 및 제 2 스파크 갭은 서로 간에 축방향으로 이격된다. 바람직하게는, 스파크 플러그는 쉘로부터 뻗어나온 제 1 및 제 2 그라운드 전극을 포함하고, 상기 제 1 그라운드 전극은 원통형 전극 어셈블리의 스파킹 표면으로부터 이격된 끝단의 스파킹 표면을 가지고, 그에 의해 제 1 스파크 갭을 형성하며, 상기 제 2 그라운드 전극은 중심 와이어 전극 어셈블리의 팁으로부터 이격된 측면의 스파킹 표면을 가지며, 그에 의해 제 2 스파크갭을 형성한다. 상기 원통형 전극 어셈블리는 단일 또는 멀티-피스의 컴포넌트가 될 수 있고, 바람직하게는 스파크 플러그의 점화 끝단에서 외부 절연체로부터 벗어나서 뻗어있는 부분을 포함한다.
본 발명의 또다른 측면에 따라, 중심에 구멍을 가진 쉘, 외부 및 내부 절연체, 상기 절연체들 사이에 배치된 제 1 점화 전극, 및 상기 내부 절연체 내에 배치된 제 2 점화 전극을 구비한 스파크 플러그가 제공되고, 상기 절연체들 및 점화전극들은 모두 동축으로 상기 쉘의 중심 구멍 내에 정렬된다. 바람직하게는, 상기 제 1 점화전극은 제 1 그라운드 전극으로부터 이격된 스파킹 표면을 포함하여 그에 의해 제 1 스파크 갭을 형성하고, 제 2 점화전극은 제 2 그라운드 전극으로부터 이격된 자신의 스파킹 표면을 포함하여 그에 의해 제 2 스파크 갭을 형성한다.
본 발명의 또다른 측면에 따라, 쉘, 외부 및 내부 절연체, 상기 절연체들 사이에 배치된 제 1 점화 전극, 상기 내부 절연체 내에 배치된 제 2 점화 전극, 상기 제 1 점화전극으로부터 이격되어 제 1 스파크 갭을 형성하는 제 1 그라운드 전극, 및 상기 제 2 점화전극으로부터 이격되어 제 2 스파크 갭을 형성하는 제 2 그라운드 전극을 포함하는 스파크 플러그가 제공되고, 상기 제 1 스파크 갭은 반지름 방향으로 지향되고, 상기 제 2 스파크 갭은 축방향으로 지향된다. 상기 반지름방향으로 지향된 스파크 갭은 제 1 점화전극으로서 관모양 전극을 이용하여 형성되어, 스파크 갭이 자신의 스파킹 표면으로 상기 관모양의 전극의 주변 부분을 포함할 수 있도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 하기에서 첨부된 도면과 함께 기술될 것이며, 상기 도면은 2 개의 독립적인 스파크 갭을 형성하는 2 개의 동축 전극을 가진 본 발명의 스파크 갭의 실시예의 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 스파크 플러그의 실시예(10)가 도시되어 있으며, 여기서 상기 스파크 플러그는 2 개의 동축 전극과 2 개의 연관된 그라운드 전극 사이에 형성된 2 개의 스파크 갭을 구비한다. 스파크 플러그 어셈블리(10)는 내연 엔진에서 사용되도록 의도되었으며, 일반적으로 쉘(12), 외부 절연체(14), 원통형 전극 어셈블리(16), 내부 절연체(18), 중심 와이어 어셈블리(20), 및 그라운드 전극(22, 24)을 포함한다.
쉘은 축 A를 따라서 뻗어가는 전체적으로 원통형인 금속 컴포넌트이고, 그의 길이 전체를 통해 뻗어가는 축방향 구멍(40)을 포함한다. 상기 쉘의 특정한 설계는 종래 기술에 공지된 것 처럼 다양하지만, 일반적으로, 내부 숄더(42), 변형가능한 립 또는 테(44), 나사산을 낸 섹션(46), 몸통부(48), 및 상기 쉘의 외부에 배치된 장착 피처(50)를 포함한다. 내부 숄더(42)는 구멍의 내경이 변하는 축방향 구멍(40)의 내부 표면에 배치된 주변의 띠 또는 테이다. 이러한 숄더는 절연체가 쉘 내부에서 축방향으로 아래방향으로 이동하는 것을 방지하도록 외부 절연체(14)의 상보적 크기의 외부 숄더에 맞물린다. 절연체를 구멍(40)에 조립한 후에 상기 쉘(12)을 외부 절연체(14)에 기계적으로 고정하도록 립(44)이 사용된다. 나사산을 낸 섹션(46)은 엔진의 실린더 헤드에 나사산을 낸 홀로 스파크 플러그(10)를 장착하는 데에 사용된다. 몸통부(48)는 상기 몸통부와 장착 피처 사이에 배치된 압축 그루브(52)를 형성하는 것을 보조하는 증가된 직경의 섹션이다. 압축 그루브(52)는 쉘(12)과 외부 절연체(14) 사이의 실을 확장하기 위해 플러그의 제조 동안에 변형된다. 피처(50)의 장착 또는 장치는 예를 들면, 렌치와 같은 적절한 도구가 스파크 플러그(10)의 장착 또는 제거를 위해 쉘에 맞물릴 수 있도록 하는 육각 표면일 수 있다. 쉘의 형태, 크기, 및 특정한 구성은 하나의 설계에서 다른 설계로 크게 변할 수 있으며; 따라서, 도면에 도시된 쉘은 예시로써만 제공될 뿐이다.
외부 절연체(14)는 축 A를 따라서 뻗어나가는 얇고, 기다란 컴포넌트이고, 바람직하게는 어셈블리와 그라운드된 쉘 사이에 전기 쇼트를 방지하면서, 원통형 전극 어셈블리(16)를 가지고 있도록 비도전성 세라믹 물질로 만들어진다. 외부 절연체(14)는 쉘의 축방향 구멍(40) 내에 부분적으로 배치되고, 일반적으로 외부 숄더(66, 68) 뿐만 아니라 절연체(14)의 확장된 중심부의 어느 한 끝단에 배치된 제 1 축 끝단(62)에서 제 2 축 끝단(64)까지 뻗어나가는 축방향 구멍(60)을 포함한다. 상기 숄더(66, 68)는 절연체가 한 쌍의 환상형 실에 의해, 각각 숄더(42) 및 립(44)을 가지고 숄더(66, 68)와 맞물리는 것에 의해 공지된 방식으로 쉘에 기계적으로 서로 맞물리게되도록 할 수 있다. 축방향 구멍(60)은 그것이 제 1 및 제 2 축방향 끝단에서 개구를 가질 수 있도록 그리고 내부 숄더(70, 72)를 포함할 수 있도록 상기 외부 절연체의 전체 길이방향의 길이를 연장시킨다. 내부 숄더(70, 72)는 그것들이 원통형 전극 어셈블리(16)와 내부 절연체(18)를 수용하고 지지할 수 있도록 축방형 구멍(60)의 내부 직경에서 변화한다.
원통형 전극 어셈블리(16)는 전극으로서 역할을 하고, 제 2 스파크 갭 G2에 공급되는 제 2 고압 점화 펄스와 전기적으로 절연되고 독립적이 될 수 있는 고압 점화 펄스를 제 1 스파크 갭 G1에 제공한다. 원통형 전극 어셈블리(16)는, 함께 점화 리드선(도시되지 않음)에서 스파크 갭 G1으로 고압 점화 펄스를 전달하는 일반적으로 여러개의 얇고, 원통형이며, 전기적으로 도전성인 컴포넌트의 집합체이다. 바람직하게는, 원통형 전극 어셈블리(16)는 축 A를 따라서 중심에 정렬되고, 관모양의 점화 전극(80), 도전성 코팅(82), 및 유리 실(84)을 포함한다. 관모양 점화 전극(80)은 바람직하게는, 동축으로 내부 절연체(18)의 일부분을 둘러싸는 얇고, 슬리브-형태의 컴포넌트이고, 그라운드 전극(22)과 함께 스파크 갭 G1을 형성하는 반지름 방향으로 지향된 스파킹 표면을 가진다. 도면을 살펴보면 이해가 가듯이, 관모양 전극(80)은 내부 절연체(18)의 외부 표면을 따라서 외부 절연체(14)로부터 벗어나서 돌출하고, 상기 전극은 하기에 더 기술될 내부 절연체의 테이퍼된 부분(96) 주변으로 뻗어가는 노출된 환상형 섹션을 갖는다. 상기 관모양 전극의 노출된 부분은 그라운드 전극(22)의 끝단에 인접한 주변부를 포함하고, 그것은 원통형 전극 어셈블리(16)의 스파킹 표면을 구비하는 관모양 전극의 노출된 환상형 섹션의 이와 같이 인접하고, 주변으로 한정된 부분이다. 바람직하게는, 상기 관모양 전극(80)은 5mm내지 10mm의 축길이와, 4mm내지 8mm의 외부 직경을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 관모양 점화 전극은 니켈 합금으로 만들어지고, 귀금속 외부 코팅, 귀금속 팁, 또는 귀금속 링 등과 같은 유형의 귀금속 부가물을 포함한다. 적절한 귀금속 물질의 예로는 이리듐, 플래티늄, 및 그의 합금이 있다. 도전성 코팅(82)은 바람직하게는 축방향 구멍(60)의 내부 표면과 내부 절연체(18)의 외부 표면 사이에 배치된 얇고, 전기적으로 도전성인 물질층이다. 다양한 적합한 물질들이 당업자에게 공지되어 있다. 이러한 도전성 코팅(82)은 절연체 중 어느 하나에, 또는 둘다 모두에 도포될 수 있거나, 플러그의 상부 단자부로부터 관모양 전극(80)으로 유리 실(84)이 흐르는 단일한 연속한 유리 실(84)이 될 수 있다. 유리 실(84)은 바람직하게는 내부 절연체와 외부 절연체 사이의 영역을 기밀하도록 원통형 전극 어셈블리(16)의 상부 축방향 끝단을 향해 배치된, 소성된(fired-in) 도전성 실 또는 소성된 억압 실과 같은 도전성 유리 실이다. 이러한 도전성 유리 실(84)은 당업계에 공지된 소성된 실일 수 있고, 특정한 적용에 바람직하거나 필요하다면, 전자파 차단제(EMI suppression)용 탄소를 포함할 수 있다. 추가로, 당업자에 공지된 다른 컴포넌트를 가지고 원통형 전극 어셈블리(16)에서 유리 실(84)을 생략하거나 또는 대체할 수도 있다.
도시된 실시예가 제 1 중심 전극에 대해 다중-섹션으로된 원통형 전극 어셈블리(16)를 채택하고 있지만, 이러한 전극은 단일 또는 다중-피스의 컴포넌트 중 어느 하나의 방식으로 구축될 수 있다는 것이 당업자에게는 이해될 것이다. 그 형태가 어떠하든간에, 그러나 이러한 전극(16)은 바람직하게는 관모양을 하고있어서 쉘(12), 절연체, 및 중심 와이어 어셈블리(20)과 동축 정렬되어 절연체(14, 18) 사이에 배치될 수 있다.
내부 절연체(18)는 적어도 부분적으로는 외부 절연체(14)의 축방향 구멍(60)내에 위치하는 기다란 모양의 세라믹 절연체이다. 내부 절연체(18)는 축 A를 따라 중심에 정렬되며, 바람직하게는 축방향 구멍(94), 노우즈부(98), 중간부(100), 및 단자 연결부(102)를 포함한다. 내부 구멍(94)은 바람직하게는 스테핑되어 축방향 구멍(40, 60)에 대해 기밀하게 중심 와이어 어셈블리(20)의 컴포넌트를 수용할 수 있게 되어있다. 노우즈부(98)는 외부절연체(14)로부터 벗어나고, 관모양 점화 전극(80)의 끝단을 벗어나 뻗어나가는 단계적으로 낮아지는 노출된 부분(96)을 포함한다. 노우즈부의 길이, 폭, 및 테이퍼에 관련된 특정한 크기는 스파크 플러그가 사용되는 특정한 적용분야에 크게 의존할 것이다. 중간부(100)는 한 끝단에서 숄 더(72)에서 원통형 전극 어셈블리(16)와 맞물리는 외부 숄더(90)에서의 노우즈부(98)까지 경계를 이룬다. 이것은 내부 절연체(18)가 다른 스파크 플러그 컴포넌트에 대해 하방으로 이동하는 것을 방지한다. 중간부(100)는 자신의 다른 끝단에서 절연체의 단자부(102)의 기다란 직경섹션에서 형성된 제 2 숄더(92)까지 경계를 이룬다. 이것 역시 절연체(18)의 하방 이동을 방지한다. 단자부(102)의 상부 섹션은 감소된 벽 두께를 가짐으로써 자신과 외부 절연체(14) 사이에 공간을 제공한다. 이 공간은 유리 실(84)을 수용하는데에 사용되고, 점화 리드 커넥터에 의해 원통형 전극 어셈블리(16)로의 전기 연결을 이네이블하게 한다. 이러한 절연체의 상향 움직임은 유리 실(84)에 의해 상기 절연체가 내부 숄더(70, 72)에서 유리 실과 원통형 전극 어셈블리(16) 사이에서 적절하게 기계적으로 고정되도록 방지된다. 상기 상부(102)는 유리 실과 중심 와이어 어셈블리(20) 사이에 표면 방전을 방지하기에 충분한 거리만큼 유리 실(84)을 벗어나서 스파크 플러그의 단자 끝단을 향해 뻗어나간다. 도시된 실시예에서, 이러한 상부(102)는 외부 절연체(14)의 단자 끝단으로부터 오목하게 들어가 있다. 중간부(100)는 전체적으로 도전성 코팅(82)에 의해 둘러싸여 있으며, 바람직하게는 자신의 길이축을 따라서 직경이 균일하다. 바람직한 실시예에 따라, 관모양 전극(80)에 의해 둘러싸여있는 절연체 노우즈(98)의 상부 섹션은 자신의 길이축을 따라 균일한 직경을 가지고, 절연체 노우즈(98)의 단계적으로 낮아지는 노출부(96)는 점화 끝단을 향해 테이퍼된다. 또한, 중간부(100)는 노우즈부(98)와 단자부(102)의 상부 부분 모두 보다 더 두꺼운 벽두께를 가진다.
중심 와이어 어셈블리(20)는, 제 2 스파크 갭 G2에 원통형 전극 어셈블리(16)에 의해 전달되는 제 1 고압 점화 펄스와 전기적으로 절연되고, 독립적이 될 수 있는 제 2 고압 점화 펄스를 공급한다. 중심 와이어 어셈블리(20)는 일반적인 중심 와이어 어셈블리에 가깝게 설계되었으며, 일반적으로 점화 전극(114)에 연결된, 전체적으로 단자 전극을 둘러싸는 선택사항인 유리 실(112)을 가진 단자 전극(110)을 포함한다. 중심 와이어 어셈블리의 모든 컴포넌트는 축 A를 따라 중심에 정렬되고, 내부 및 외부 절연체, 원통형 전극 어셈블리, 및 쉘과 동축이다. 단자 전극(110)은 바람직하게는 Iconel™과 같은 니켈 기반합금 등의 고온 물질로 만들어진 기다란 로드이고, 점화 전극(114)의 탑부의 연장된 부분에 최상부에 놓인다. 유리 실(112)은 축방향 구멍(94)의 내부 표면과 단자 전극의 외부 표면 사이에 배치되도록 동축으로 단자 전극(110)을 둘러싼 소성된 실(도전성이거나 아니건 간에)이 될 수 있다. 점화 전극(114)은 Iconel™ 또는 기타 적절한 금속 또는 금속합금으로 구성될 수 있고, 높은 열전도도를 나타내는 구리 또는 기타 물질로 만들어진 코어를 가지는 클래딩된 전극이 될 수 있다. 점화 전극은 바람직하게는 상부 축끝단에 확대된 헤드와 하부축 끝단에 점화팁을 가진 기다랗고, 원통형인 컴포넌트이다. 상기 확대된 헤드는 내부 숄더 또는 내부 절연체 구멍(94)의 레지 상에 걸려있도록 설계되고, 기계적으로 적절한 위치에 전극이 고정되는 것을 돕는다. 점화팁은, 특정한 적용에 필요하거나 그것이 바람직하다면, 귀금속 팁, 리벳, 또는 전극의 내구성을 증가시키는 기타 컴포넌트가 첨가될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이리듐, 플래티늄, 또는 그의 합금을 포함하는 다수의 상이한 귀금속 물질중 임의의 것이 사용될 수 있다. 유사하게, 그라운드 전극에도 귀금속 스파킹 표면이 제공될 수 있다.
제 1 그라운드 전극(22)은 쉘(12)의 축끝단으로부터 하방으로 뻗어나가고, 그런다음 내부방향으로 구부러져, 스파크 갭 G1이 실질적으로 그라운드 전극(22)의 끝단 표면과 관모양의 점화 전극(80)의 축끝단의 외부 표면의 주변부 사이에서 형성되도록 한다. 그 결과, 그라운드 전극(22)이 상기 관모양 점화전극으로부터 반지름방향으로 분리되어 상기 제 1 스파크 갭 G1이 반지름 방향의 스파크 갭으로서 형성되며, 이는 스파크가 스파킹 표면 사이에서 점핑할 때 축 A에 연관된 반지름 방향으로 우선하여 이동하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 그라운드 전극(22)은 0mm내지 4mm의 축방향 거리에 달한다. 제 2 그라운드 전극(24)은 또한 쉘(12)의 축끝단으로부터 하방으로, 바람직하게는 6mm 내지 10mm의 축방향길이로 뻗는다. 그라운드 전극(24)은 또한 쉘(12)의 동일한 축끝단으로부터 뻗어나가서, 그라운드 전극(24)의 측부면과 점화 전극(114)의 끝단면 사이에 있도록 함으로써 제 2 스파크 갭 G2이 형성되도록 구부러진다. 상기 제 2 스파크 갭은 축방향 스파크 갭이고, 이는 스파크가 스파킹 표면들 사이에서 점핑하며 축방향으로 우선하여 이동한다는 것을 의미한다. 그라운드 전극(24)은 그 영역에서 원하지 않는 스파크를 방지하기에 충분한 거리만큼 관모양 점화 전극(80)으로부터 반지름 방향으로 이격될 수 있고; 바람직한 반지름방향의 이격은 적어도 스파크 갭 G1의 110%이다. 스파크 갭 G1과 스파크 갭 G2 사이의 축방향 거리는 특정한 적용에 대해 바람직한 것으로 선택될 수 있지만, 바람직하게는 2mm 내지 10mm 사이의 거리만큼 축방향으로 분리된다.
12mm, 14mm, 또는 18mm의 나사직경 등의, 표준 스파크 플러그 나사 직경을 요구하는 적용에 사용될 때, 내부 및 외부 절연체의 세라믹 두께는 각 세라믹이 그의 의도된 서비스 수명동안 절연체의 크래킹을 방지하기에 충분한 두께를 가질 수 있도록 중심 와이어 직경 및 원통형 전극(16)의 두께와 함께 선택되어야 한다. 공지된 바와 같이, 크래킹은 엔진에 장착하는 동안 쉘을 조이는 것의 결과로 세라믹 상에 전달되는 인장력의 압력하에서 발생할 수 있다. 12mm 및 14mm 플러그에 대해, 몸통부(48) 및 쉘의 나사산(46)의 영역에서의 세라믹 두께는 2 개의 절연체(14, 18) 각각에 대해 1.2mm 내지 2.5mm의 범위에 있을 수 있다. 18mm 플러그에 대해서는, 이들의 크기는 2 개의 절연체(14, 18) 각각에 대해 1.2mm 내지 4mm가 될 수 있다.
스파크 플러그(10)의 각 컴포넌트는 공지된 기술 및 물질을 이용하여 제조가가능하다. 쉘, 절연체, 및 중심 와이어 어셈블리가 만들어지면, 이들 컴포넌트의 어셈블리는 내부 절연체(18)에 조립되는 중심 와이어(20)로 시작되는 멀티-스텝의 프로세스를 통해 수행될 수 있다. 유리 분말이 그런다음 삽입되고 단자 전극(110) 주변의 적절한 위치에서 압축되고, 절연체 및 중심 와이어 어셈블리가 그런다음 유리 분말을 용융 및 융해하기에 충분한 온도로 오븐에서 가열된다. 내부 절연체 및 중심 와이어의 소조립품은 그런다음 냉각된다. 다음으로, 도전성 코팅(82)이 내부 절연체(18)의 중간부(100)의 외부 표면과, 자신의 단자부(102)의 좁아지는 섹션으로까지의 통로 모두에 도포된다. 관모양 전극(82)은 그것이 외부 절연체(14)로 배치될 수 있도록 플레어된(flared) 끝단을 가지고 만들어질 수 있고, 상기 전극의 플레어된 끝단이 숄더(72)와 맞물릴 때까지 아래로 미끄러진다. 그런다음, 내부 절연체와 중심 와이어 소조립품이 외부 절연체(14)에 배치되어, 도전성 코팅(82)이 관모양 절연체(80)의 플레어된 끝단과 맞물리고, 그와 전기적 접촉을 할 수 있도록 한다. 도전성 유리 실(84)은 그런 다음 유리실(112)에 대해 상술한 것과 동일한 일반적인 방식으로 만들어진다. 마지막 스텝은, 양측 숄더(66, 68)에서 환상형 실(120)을 이용하여 쉘 구멍(40)의 단자 끝단으로 삽입되고, 그런 다음 쉘을 냉각하거나 가열하여 변형시켜 립(44)을 구부러뜨리고, 절연체(14) 상의 적절한 위치에서 쉘을 고정하도록 압축 그루브(52)를 변형하는, 절연체/중심 와이어 소조립품을 가지고 하는 일반적인 방식으로 수행가능한, 조립된 절연체들과 중심 전극들을 쉘로 삽입하는 것이다. 바람직하게는, 레이저, 저항 또는 기타 적절한 기술에 의해 절연체 및 중심 와이어를 쉘에 마지막으로 조립하기 전에 그라운드 전극(22, 24)은 쉘의 하부 축끝단으로 용접된다. 2 개의 그라운드 전극은 도시된 바와 같이 서로 180도 만큼 각도상으로 오프셋될 수 있거나, 또는 원하는 대로 기타 상대적 위치에 있을 수 있다.
상술한 특정한 순서는 단순히 본 발명의 스파크 플러그(10)를 조립하는 다수의 것 중에 하나일 뿐이다. 예를 들면, 그라운드 전극(22, 24)은 스파크 플러그를 조립하는 동안에 언제라도 쉘에 부착될 수 있고, 2 개의 유리 실(84, 112)은 동시 에 적절한 위치에서 소성될 수 있다. 이러한 조립 스텝에 대한 기타 변경은 당업자에 있어 명확하거나 일반적인 것이다.
동작중에, 자동차 점화 시스템은 하나 이상의 점화 리드선에 의해 스파크 플러그(10)로 제 1 및 제 2 고압 점화 펄스를 제공하고, 상기 제 1 및 제 2 고압 펄스는 서로 독립적일 수 있다. 점화 리드선(들)은 내부 절연체의 상부 축끝단, 즉 단자 연결부(102)의 탑에서 미끄러지는 덮개(boot) 또는 기타 부속품에 의해 스파크 플러그로 결합된다. 덮개 또는 부속품은 전기적으로 유리실(84)에 결합되는 외부 접촉(도시되지 않음)과, 단자 전극(110)에 결합되는 내부 접촉(도시되지 않음)을 갖는다. 제 1 점화 펄스는 점화 시스템에서 스파크 갭 G1으로 원통형 전극 어셈블리(16)를 통해 전송되는 반면, 제 2 점화 펄스는 중심 와이어 어셈블리(20)에 의해 점화 시스템에서 스파크 갭 G2으로 전송된다. 양측 모두의 경우에, 점화 펄스 아크는 각각의 스파크 갭을 가로질러 연소 프로세스를 시작하고 및/또는 연소 프로세스를 지속시킨다. 이들 2 가지 독립적인 스파크 갭에 대한 다양한 사용이 당업자에 공지되어 있다. 예를 들면, 제 1 스파크 갭 G1에 보다 고압의 스파크가 제공되어 연소를 개시할 수 있고, 좀더 긴 시간에 이어져서, 보다 낮은 전압의 스파크가 제 2 갭을 가로질러 연소를 지속하는 것을 돕는다. 이러한 것을 고려하여, 상이한 스파크 갭의 이격이 2 가지 스파크 갭에 대해 제공될 수 있다. 또한, 상기 2 갭을 가로지르는 스파크의 타이밍과 순서는 선택되거나, 특정한 애플리케이션의 필요에 따라 변경될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 2 개의 독립적인 스파크 갭을 형성하는 것을 돕는 원통형 전극 어셈블리 및 중심 와이어 어셈블리를 갖는 스파크 플러그 어셈블리가 제공되고, 이것이 본문에 기술된 목적 및 장점을 달성한다는 것이 이해될 것이다. 물론, 상기 설명은 본 발명의 바람직한 실시예이고, 본 발명은 도시된 특정한 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 스파크 플러그 어셈블리는 2 개 이상의 스파크 갭을 포함할 수 있으며, 이경우 추가적인 포지티브 및/또는 그라운드 전극이 필요하게 될 것이다. 다양한 변형과 변경이 본 발명의 영역 내에서 의도된다.

Claims (27)

  1. 엔진에 사용하는 스파크 플러그에 있어서,
    축방향 구멍을 가지는 쉘;
    축방향 구멍을 가지고, 상기 쉘의 축방향 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치된 외부 절연체;
    축방향 구멍을 가지고, 상기 외부 절연체의 축방향 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치된 내부 절연체;
    상기 외부 절연체와 내부 절연체 사이에 적어도 부분적으로 배치되어, 제 1 스파크 갭 부분을 형성하는 원통형 전극 어셈블리; 및
    상기 내부 절연체의 축방향 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치되어, 제 2 스파크 갭 부분을 형성하는 중심 와이어 어셈블리;를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 스파크 갭은 축방향으로 서로 이격되어 있고,
    상기 스파크 플러그는, 상기 제 1 스파크 갭을 형성하기 위해 상기 쉘의 축방향 끝단으로부터 연장하는 제 1 그라운드 전극과, 상기 제 2 스파크 갭을 형성하기 위해 상기 쉘의 축방향 끝단으로부터 연장하는 제 2 그라운드 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 전극 어셈블리는 적어도 부분적으로 상기 내부 절연체를 둘러싸고, 반지름 방향으로 지향된 스파킹 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 원통형 전극 어셈블리는 직렬로 함께 전기적으로 연결된 관모양 점화전극, 도전성 코팅, 및 도전성 유리 실을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전성 코팅은 한 끝단에서는 상기 관모양 점화전극에 연결되고, 다른 끝단에서는 상기 도전성 유리 실에 연결되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 관모양 점화전극은 5mm 내지 10mm 사이의 축방향 길이를 가지며, 4mm내지 8mm 사이의 외경을 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 내부 절연체는 자신의 길이방향을 따라 균일한 직경을 가지는 제 1 섹션과 상기 스파크 플러그의 점화 끝단을 향해 테이퍼되는 제 2 부분을 가지는 절연체 노우즈 부를 포함하고, 상기 관모양 점화 전극이 전체적으로 상기 노우즈부의 제 1 섹션을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스파크 갭은 상기 반지름 방향으로 지향된 스파킹 표면과 그라운드 전극의 끝단 표면 사이에 형성되며, 그에 의해 상기 제 1 스파크 갭은 반지름 방향의 스파크 갭이 되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 와이어 어셈블리는 축방향으로 지향된 스파킹 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중심 와이어 어셈블리는 기다란 점화전극과 단자전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  10. 제 8 항에 있어서,
    제 2 스파크 갭은 상기 축방향으로 지향된 스파킹 표면과 그라운드 전극의 측부 표면 사이에 형성되고, 그에 의해 상기 제 2 스파크 갭이 축방향 스파크 갭이 되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 그라운드 전극은 0mm 내지 4mm 사이의 축방향 거리로 뻗어나가고, 상기 제 2 그라운드 전극은 6mm 내지 10mm 사이의 축방향 거리로 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 그라운드 전극은 상기 제 1 스파크 갭의 적어도 110%의 반지름 방향의 거리만큼 상기 원통형 전극 어셈블리로부터 반지름 방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스파크 갭 사이의 축방향의 이격은 2mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 전극 어셈블리는 상기 중심 와이어 어셈블리와 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  16. 엔진에 사용하는 스파크 플러그에 있어서,
    중심 구멍을 가지는 쉘;
    상기 쉘 내에 적어도 부분적으로 배치된 제 1 절연체;
    상기 제 1 절연체 내에 적어도 부분적으로 배치된 제 2 절연체;
    상기 절연체들 사이에 적어도 부분적으로 배치되고, 제 1 스파크 갭의 스파킹 표면을 구비하는 제 1 점화 전극;
    상기 제 2 절연체를 통과하여 뻗어나가고, 제 2 스파크 갭의 스파킹 표면을 포함하는 제 2 점화 전극;을 포함하고,
    상기 제 1 절연체, 제 2 절연체, 제 1 점화전극, 및 제 2 점화 전극은 모두 상기 쉘의 중심 구멍내에서 동축으로 정렬되어 있고
    상기 쉘의 축방형 끝단으로부터 각각 뻗어있는 제 1 및 제 2 그라운드 전극을 더 구비하고, 상기 제 1 그라운드 전극은 상기 제 1 점화 전극의 스파킹 표면을 가지고 상기 제 1 스파크 갭을 형성하는 끝단면을 구비하고, 상기 제 2 그라운드 전극은 상기 제 2 점화 전극의 스파킹 표면을 가지고 상기 제 2 스파크 갭을 형성하는 측부 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 점화전극은 관모양의 전극을 포함하고, 상기 제 1 점화 전극의 스파킹 표면은 상기 관모양 전극의 외부 주변의 부분인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 스파크 갭은 반지름 방향의 스파크 갭이고, 상기 제 2 스파크 갭은 축방향의 스파크 갭인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  20. 엔진에 사용하는 스파크 플러그에 있어서,
    중심 구멍을 가지는 쉘;
    상기 쉘 내에 적어도 부분적으로 배치된 제 1 절연체;
    상기 제 1 절연체 내에 적어도 부분적으로 배치된 제 2 절연체;
    상기 절연체들 사이에 적어도 부분적으로 배치되고, 제 1 스파크 갭의 스파킹 표면을 구비하는 제 1 점화 전극;
    상기 제 2 절연체를 통과하여 뻗어나가고, 제 2 스파크 갭의 스파킹 표면을 포함하는 제 2 점화 전극;
    상기 쉘로부터 뻗어나가고, 상기 제 1 점화전극과는 서로 이격하여 배치되어 반지름 방향의 스파크 갭을 형성하는 제 1 그라운드 전극; 및
    상기 쉘로부터 뻗어나가고, 상기 제 2 점화전극과는 서로 이격하여 배치되어 축 방향의 스파크 갭을 형성하는 제 2 그라운드 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 절연체는 제 1 절연체로부터 벗어나서 축방향으로 뻗어나가고, 상기 제 1 점화 전극은 상기 제 2 절연체의 외부 표면을 따라서 상기 제 1 절연체로부터 벗어나서 축방향으로 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 점화 전극은 관모양의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 그라운드 전극은 상기 제 1 점화전극의 스파킹 표면을 가지고 상기 제 1 스파크 갭을 형성하는 끝단면을 가지고, 상기 제 2 그라운드 전극은 상기 제 2 점화전극의 스파킹 표면을 가지고 상기 제 2 스파크 갭을 형성하는 측부 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 절연체, 제 2 절연체, 제 1 점화 전극, 및 제 2 점화 전극 모두는 상기 쉘의 중심 구멍 내에 동축으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  25. 엔진에 사용하는 스파크 플러그에 있어서,
    중심축을 따라 뻗어나가는 중심 구멍을 가지는 쉘;
    중심구멍을 가지고, 상기 쉘 내에 적어도 부분적으로 배치되며, 상기 스파크 플러그의 단자 끝단에서 상기 스파크 플러그의 점화 끝단으로 뻗어나가는 외부 절연체;
    중심구멍을 가지고, 상기 외부 절연체의 중심 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치되며, 상기 점화 끝단에서 외부절연체로부터 벗어나서 돌출하는 내부 절연체;
    상기 절연체들 사이에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 점화 끝단에서 내부 절연체의 외부 표면을 따라서 상기 외부 절연체로부터 벗어나서 돌출하고, 상기 점화 끝단에서 제 1 스파크 갭의 스파킹 표면을 포함하는 노출된 환상형 섹션을 가지는 원통형 전극 어셈블리;
    상기 내부 절연체의 중심 구멍을 통과하여 뻗어나가고 제 2 스파크 갭의 스파킹 표면을 포함하는 중심 와이어 어셈블리로서, 상기 쉘, 절연체, 원통형 전극 어셈블리, 및 중심 와이어 어셈블리는 모두 중심축을 따라 동축으로 정렬되는 중심 와이어 어셈블리;
    상기 스파크 플러그의 점화 끝단에서 상기 쉘로부터 뻗어나가고, 상기 원통형 전극 어셈블리의 스파킹 표면의 외부로 반지름 방향으로 배치된 스파킹 표면을 가지고, 그에 의해 상기 제 1 스파크 갭이 반지름 방향의 스파크 갭이되는 제 1 그 라운드 전극; 및
    상기 스파크 플러그의 점화 끝단에서 상기 쉘로부터 뻗어나가고, 상기 원통형 전극 어셈블리의 스파킹 표면으로부터 축방향으로 이격된 스파킹 표면을 가지고, 그에 의해 상기 제 2 스파크 갭이 축방향 스파크 갭이되는 제 2 그라운드 전극;을 포함하고,
    상기 원통형 전극 어셈블리와 상기 중심 와이어 어셈블리는 상기 스파크 플러그의 상기 단자 끝단에서 상기 내부 및 외부 절연체 모두로부터 오목하게되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 내부 절연체는 상기 단자 끝단에서 상기 외부 절연체의 중심 구멍 내에 오목하게 되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 내부 절연체는 상기 제 1 및 제 2 스파크 갭 사이에 축방향으로 뻗어나가는 노출된 태이퍼된 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
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