KR101230530B1 - 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관 - Google Patents

인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료를 연소실에 직접 분사하는 직접분사식 내연기관에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 연소실 중앙에 위치하는 인젝터에 결합되며 다점 점화되는 스파크플러그를 갖는 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 직접분사식 내연기관은 스파크플러그와 인젝터를 실린더헤드에 각각 설치하는 기존 방식에 비해 스파크플러그를 연료 인젝터에 장착함으로써 실린더헤드의 설치 공간을 줄일 수 있다.
또한, 연소실 중앙에 연료공기혼합기 및 스파크가 형성됨으로서 화염의 균일전파 및 연소불안정성이 개선되는 이점이 있다.
아울러, 기존의 단일점화와는 다르게 분무의 외곽에 다점 점화되므로 연소불안정성을 개선할 수 있다.

Description

인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관 {Direct Fuel Injected Internal Combustion Engine which have Multi-Point Spark Plug Coupled with Fuel Injector}
본 발명은 연료를 연소실에 직접 분사하는 직접분사식 내연기관에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 연소실 중앙에 위치하는 인젝터에 결합되며 다점 점화되는 스파크플러그를 갖는 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관에 관한 것이다.
최근 세계 각국에서 자동차의 연비 및 지구온난화가스 배출량을 규제함에 따라 연료를 흡기포트에 분사하지 않고, 연소실에 직접 분사하는 직접분사식 희박연소 가솔린엔진(Gasoline Direct Injection, GDI)이 선보이고 있다.
직접분사식 희박연소 가솔린엔진은 기존의 흡기포트 분사식 가솔린엔진에 비해 압축비 증대, 흡기스로틀 손실 감소, 희박연소에 따른 열손실 감소에 따라 기존 엔진 대비 약 15% 이상의 연비 향상 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
직접분사식 희박연소 가솔린엔진은 성층화된 연료공기혼합기를 만들고, 이를 점화시키기 위해 연소실 중앙에 인젝터와 스파크플러그를 위치시켜야 한다. 하지만 통상의 직접분사식 희박연소 가솔린엔진의 실린더헤드에는 흡기밸브와 배기밸브가 각 2개 위치되므로 인젝터와 스파크플러그를 각각 설치할 공간이 충분치 않다. 최근 직접분사식 희박연소 가솔린엔진에서는 흡기 및 배기밸브의 직경을 줄여 실린더헤드에 인젝터와 스파크플러그를 설치할 공간을 확보하는 기술이 공지된 바 있으나, 흡입공기량 감소 및 배출가스 소기효율 저하에 따른 엔진 출력 저하와 같이 성능이 감소하는 단점이 있다.
직접분사식 희박연소 가솔린엔진은 디젤엔진과 마찬가지로 압축행정 말기에 연료를 연소실에 직접 분사하는 엔진으로 연료공기혼합기가 연소실 전체에 균일하게 분포하지 않고, 연료분무 외곽의 희박한 영역과 연료분무 중심의 농후한 영역으로 성층화(Stratified)되어 존재하는 특징이 있다.
따라서 직접분사식 희박연소 가솔린엔진에서는 공간상으로 불균일하고, 희박한 연료공기혼합기를 점화시켜야 하므로 가연 혼합기가 존재하는 영역에 스파크플러그가 적절히 위치되어야 하며, 가연혼합기가 외부유동에 의해 교란되므로 적절한 시간에 스파크를 발생시켜주어야 한다. 상기와 같은 조건을 만족하지 못할 경우 실화(misfire)가 발생하기 때문이다.
최근 직접분사식 희박연소 가솔린엔진에서는 점화코일에 점화에너지를 빠르게 여러 번 인가하여 다단으로 스파크를 발생시키는 방법을 사용하여 실화를 방지하고 있다. 하지만 공간상 단일 점에서 스파크가 계속 발생하므로 공간상으로 불균일한 혼합기를 효과적으로 착화시키기는 어렵다.
따라서 실린더헤드의 공간을 효율적으로 사용하면서 확실한 점화를 통해 실화도 방지하게 되는 직접분사식 내연기관의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 설계 편의성과, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 연소불안정성을 개선할 수 있는 직접분사식 내연기관을 제공함에 있다.
이를 위해 스파크플러그 몸체에 인젝터가 관통되도록 결합형으로 구성하여 실린더헤드의 공간을 적게 차지하는 직접분사식 내연기관을 제공함에 있다.
또한, 다점 스파크가 발생할 수 있도록 다수의 양전극 및 음전극, 또는 환형의 양전극 및 음전극으로 구성되는 스파크플러그를 포함하는 직접분사식 내연기관을 제공함에 있다.
본 발명의 내연기관은 실린더헤드와, 상기 실린더헤드에 설치되는 인젝터 및 스파크플러그를 포함하는 직접분사식 내연기관에 있어서, 양전극과 음전극을 포함하며, 상기 양전극과 음전극이 연소실 중앙에 노출되도록 상기 실린더헤드 상에 설치되는 스파크플러그; 연료가 상기 연소실 중앙에 분사되도록 상기 스파크플러그 내부에 형성되는 인젝터공간에 삽입 고정되어 상기 실린더헤드 상에 설치되는 인젝터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예로, 상기 스파크플러그는, 내부에 상기 인젝터공간이 형성되고, 하단에 구비되는 양전극을 포함하는 양극플러그와, 상기 양극플러그의 외면을 감싸도록 형성되며, 하단에 상기 양전극에 대응되도록 형성되는 음전극을 포함하는 음극플러그로 구성되며, 상기 음극플러그의 하단부에 형성되는 나사산을 통해 상기 실린더헤드에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시 예로, 상기 스파크플러그는, 상기 인젝터공간이 형성되고, 양전극을 포함하되, 상기 실린더헤드의 외측에서 결합되는 양극플러그와, 음전극을 포함하되, 상기 실린더헤드의 내측에서 결합되는 음극플러그로 구성되며, 상기 양극플러그는, 상기 실린더헤드의 외측을 향해 형성되는 양극플러그공간에 삽입되며, 상기 양극플러그공간의 타단에 형성되는 양극플러그턱에 고정되고, 상기 음극플러그는, 상기 실린더헤드의 내측을 향해 형성되는 음극플러그공간에 삽입되며, 상기 음극플러그공간의 일단에 형성되는 음극플러그턱에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극플러그는, 하단부가 상기 음극플러그의 내부에 형성되는 플러그결합홀에 끼워지고, 상기 음극플러그는 상기 음극플러그공간에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 양전극은, 상기 양극플러그의 타단에 방사상으로 복수 개가 구비되고, 상기 음전극은, 상기 양전극에 대응되도록 상기 음극플러그의 타단에 방사상으로 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스파크플러그에는, 복수 개가 구비되는 각각의 양전극 끝단을 연결하는 환형의 양전극링과, 복수 개가 구비되는 각각의 음전극 끝단을 연결하는 환형의 음전극링이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 양전극과 상기 음전극의 간극은 0.5~ 2mm 이고, 상기 실린더헤드 내면과 상기 양전극의 끝단 및 상기 실린더 내면과 상기 음전극의 끝단과의 이격거리는 5~ 30mm 인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 직접분사식 내연기관은 스파크플러그와 인젝터를 실린더헤드에 각각 설치하는 기존 방식에 비해 스파크플러그를 연료 인젝터에 장착함으로써 실린더헤드의 설치 공간을 줄일 수 있다.
또한, 연소실 중앙에 연료공기혼합기 및 스파크가 형성됨으로서 화염의 균일전파 및 연소속도 증대에 따른 열효율이 개선되는 이점이 있다.
아울러, 기존의 단일점화와는 다르게 분무의 외곽에 다점 점화되므로 연소불안정성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예의 내연기관 전체단면도
도 2는 본 발명의 제1 실시 예의 내연기관 분해단면도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예의 실린더헤드 단면도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 스파크플러그 단면도
도 5는 본 발명의 제2 실시 예의 내연기관 전체단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시 예의 내연기관 분해단면도
도 7은 본 발명의 제2 실시 예의 실린더헤드 단면도
도 8은 본 발명의 제2 실시 예의 스파크플러그 단면도
도 9는 본 발명의 제2 실시 예의 스파크플러그 분해단면도
도 10은 본 발명의 제3 실시 예의 스파크플러그 분해단면도
도 11은 본 발명의 제3 실시 예의 스파크플러그 저면도
이하, 상기와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 내연 기관(E)은 내측에 연소실(C)이 형성되는 실린더헤드(10)와, 하기 스파크플러그에 끼움 결합되며 연료를 분사하는 노즐부가 상기 연소실(C)에 노출되도록 상기 실린더헤드(10) 상에 설치되는 인젝터(20), 내부에 상기 인젝터(20)가 끼움 결합되며 양전극 및 음전극이 상기 연소실(C)에 노출되도록 상기 실린더헤드(10) 상에 결합되는 스파크플러그(30), 상기 연소실(C)로 공기 유입을 제어하기 위해 상기 실린더헤드(10) 상에 설치되는 흡기밸브(51) 및 상기 연소실(C)로부터 배기가스 배출을 제어하기 위해 상기 실린더헤드(10) 상에 설치되는 배기밸브(52)를 포함한다.
상기와 같은 구성으로 인해 본 발명의 내연 기관은 인젝터(20)와 스파크플러그(30)의 설치공간을 단일화 하여 실린더헤드(10)의 설치공간을 줄이게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 실린더헤드(10)는 플러그공간(11), 플러그턱(12), 결합공간(14), 암나사산(15)을 포함한다.
상기 플러그공간(11)은 상기 실린더헤드(10)의 내부에 형성된다. 상기 플러그공간(11)은 상기 스파크플러그(30)가 삽입되도록 상기 실린더헤드(10)의 외측을 향해 형성된다. 상기 플러그공간(11)의 타단에는 상기 스파크플러그(30)의 타단이 맞닿아 고정되도록 플러그턱(12)이 형성된다. 또한 상기 실린더헤드(10)는 플러그공간(11)의 타단면에서 연소실(C)을 관통하는 결합공간(14)이 형성된다. 상기 결합공간(14)의 측면에는 상기 스파크플러그(30)의 타단부와 나사 결합을 위한 암나사산(15)이 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 인젝터(20)는 연료를 공급받아 노즐을 통해 상기 연소실(C)로 연료를 고압으로 분사하기 위한 통상의 인젝터의 구성이 적용되는 바 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 상기 인젝터(20)는 상기 스파크플러그(30)의 내부에 끼움 고정되며, 일단은 상기 실린더헤드(10)의 외측에 노출되도록 구성되고, 연료가 분사되는 노즐의 끝단은 상기 스파크플러그(30)의 타단을 관통하여 연소실(C)에 노출되도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 상기 스파크플러그(30)는 양극플러그(31)와 음극플러그(32)로 구성된다. 상기 양극플러그(31)의 외면을 상기 음극플러그(31)가 감싸도록 구성된다. 상기 양극플러그(31)의 타단에서 외측으로 형성되는 양전극(35)과 상기 음극플러그(32)의 타단에서 외측으로 형성되는 음전극(38) 사이에는 간극(33)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어날 경우 스파크 발생 효율이 떨어질 수 있다. 즉 상기 거리보다 간극이 짧은 경우 코크 등 불연소 탄화물이 침척되었을 때, 전기적으로 쇼트되는 등 내구성이 악화되며, 상기 거리보다 간극이 긴 경우에는 방전을 발생하는데 큰 에너지가 필요하게 된다.
상기 양극플러그(31)는 인젝터공간(31a), 플러그삽입부(31b), 양전극(35), 양전극봉(36), 전도체(37)를 포함한다. 상기 양극플러그(31)는 통전되지 않는 절연 재질로 되며, 상기 양극플러그(31)의 내부에는 상기 인젝터(20)가 끼움 결합되는 인젝터공간(31a)이 형성된다. 상기 인젝터공간(31a)은 상기 양극플러그(31)의 일단과 타단을 관통하도록 형성된다. 상기 양극플러그(31)의 타단에는 상기 실린더헤드(10)의 결합공간(14)에 끼워지도록 플러그삽입부(31b)가 형성된다. 상기 플러그삽입부(31b)의 직경은 상기 양극플러그(31)의 직경보다 작게 형성되며, 상기 플러그삽입부(31b)의 내부에도 상기 인젝터공간(31a)이 연장 형성된다. 상기 양극플러그(31)의 타단은 상기 양극플러그(31)가 상기 실린더헤드(10)에 결합되었을 때, 상기 플러그턱(12)에 맞닿아 고정된다. 상기 플러그삽입부(31b)는 상기 양극플러그(31)가 상기 실린더헤드(10)에 결합되었을 때 타단이 상기 연소실(C)에 노출되도록 구성된다.
상기 양전극(35)은 상기 양극플러그(31)의 타단과 상기 플러그삽입부(31b) 상에 설치된다. 상기 양전극(35)의 일단부는 절연체로 되는 상기 양극플러그(31)의 타단부에 매립되며, 타단부는 상기 플러그삽입부(310b)의 타단 외측으로 노출된다. 상기 양전극(35)의 타단은 음전극의 타단을 향해 절곡 형성된다.
상기 양전극봉(36)은 상기 양전극(35)으로 전원을 공급하기 위해 상기 양극플러그(31) 상에 설치된다. 상기 양전극봉(36)의 일단부는 상기 실린더헤드(10) 외측으로 노출되며, 상기 양전극봉(36)의 타단부는 절연체로 되는 상기 양극플러그(31) 상에 매립된다. 상기 양전극봉(36)의 타단부와 상기 양전극(35)의 일단부는 통전 재질의 전도체(37)를 통해 통전된다. 상기 전도체(37)는 상기 양극플러그(31) 상에 매립된다.
이때 본 발명의 양전극(35)은 연소불안정성을 개선하기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다. 상기 양전극(35)의 상기 플러그삽입부(31b)의 타단 둘레를 따라 복수 개가 방사상으로 구비될 수 있다. 따라서 스파크가 상기 각각의 양전극(35)에서 다점 발생하여 점화 성능이 우수해진다.
상기 음극플러그(32)는 음전극(38) 및 수나사산(32a)을 포함한다.
상기 음극플러그(32)는 절연체로 되는 상기 양극플러그(31)의 외면을 감싸도록 구성된다. 상기 수나사산(32a)은 상기 음극플러그(32)의 타단부 즉 상기 플러그삽입부(31b)를 감싸는 부위에 형성될 수 있다. 상기 수나사산(32a)은 결합공간(14)에 나사 결합되기 위해 상기 암나사산(15)에 대응되도록 형성된다.
상기 음전극(38)은 상기 음극플러그(32)의 타단에서 외측으로 연장 형성된다. 상기 음전극(38)과 음극플러그(32)는 일체로 형성될 수 있다. 상기 음전극(38)의 타단은 상기 양전극(35)의 타단을 향해 절곡 형성된다. 상기 양전극(35)의 타단과 음전극(38)의 타단은 상기 양극플러그(31)와 음극플러그(32)가 결합되었을 때 상기 간극(33)이 형성되도록 구성된다.
이때 본 발명의 음전극(38)은 연소불안정성을 개선하기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다. 상기 음전극(38)은 상기 양전극(35)에 대응되도록 상기 음극플러그(38)의 타단 둘레 따라 복수 개가 방사상으로 구비될 수 있다. 따라서 스파크가 상기 각각의 양전극(35)에서 다점 발생하여 점화 성능이 우수해진다.
또한, 상기 양전극(35)의 타단은 상기 스파크플러그(30)가 실린더헤드(10)에 결합되었을 때, 상기 실린더헤드(10) 내면과 상기 양전극(35)의 끝단의 이격거리가 5~ 30mm 가 되도록 연소실(C)상에 노출된다. 이는 통상적인 연료분사압력, 연소실의 공기압력조건에서는 상기 실린더헤드(10) 내면으로부터 연소실(C) 하면 방향으로 5~ 30mm 이격된 곳에 분무된 연료가 공기와 혼합되어 가연연료공기혼합기가 형성되기 때문이며, 이격거리가 이보다 크거나 작은 경우는 실화의 가능성이 커진다.
상기 음전극(38)의 타단 역시 상기 스파크플러그(30)가 실린더헤드(10)에 결합되었을 때, 상기 실린더헤드(10) 내면과 상기 음전극(38)의 끝단의 이격거리가 5~ 30mm 가 되도록 연소실(C)상에 노출된다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 내연 기관(E)은 내측에 연소실(C)이 형성되는 실린더헤드(100)와, 하기 스파크플러그에 끼움 결합되며 연료를 분사하는 노즐부가 상기 연소실(C)에 노출되도록 상기 실린더헤드(100) 상에 설치되는 인젝터(200), 내부에 상기 인젝터(200)가 끼움 결합되며 양전극 및 음전극이 상기 연소실(C)에 노출되도록 상기 실린더헤드(100) 상에 끼움 결합되는 스파크플러그(300), 상기 연소실(C)로 공기 유입을 제어하기 위해 상기 실린더헤드(100) 상에 설치되는 흡기밸브(510) 및 상기 연소실(C)로부터 배기가스 배출을 제어하기 위해 상기 실린더헤드(100) 상에 설치되는 배기밸브(520)를 포함한다.
상기와 같은 구성으로 인해 본 발명의 내연 기관은 인젝터(200)와 스파크플러그(300)의 설치공간을 단일화 하여 실린더헤드(100)의 설치공간을 줄이게 된다.
도 7을 참조하면, 상기 실린더헤드(100)는 양극플러그공간(110), 양극플러그턱(120), 플러그고정홀(130), 음극플러그공간(140), 암나사산(150) 및 음극플러그턱(160)을 포함한다.
상기 양극플러그공간(110)은 상기 실린더헤드(100)의 내부에 형성된다. 상기 양극플러그공간(110)은 상기 스파크플러그(300)의 양극플러그가 삽입되도록 상기 실린더헤드(100)의 외측을 향해 형성된다. 상기 양극플러그공간(110)의 타단에는 상기 양극플러그의 타단이 맞닿아 고정되도록 양극플러그턱(120)이 형성된다.
상기 음극플러그공간(140)은 상기 실린더헤드(100)의 내부에 형성된다. 상기 음극플러그공간(140)은 상기 스파크플러그(300)의 음극플러그가 삽입되도록 상기 실린더헤드(100)의 내측을 향해 형성된다. 상기 음극플러그공간(140)의 일단에는 상기 음극플러그의 일단이 맞닿아 고정되도록 음극플러그턱(160)이 형성된다. 상기 음극플러그공간(140)의 측면에는 상기 음극플러그와 나사 결합을 위한 암나사산(150)이 형성될 수 있다.
상기 플러그고정홀(130)은 상기 양극플러그공간(110)과 음극플러그공간(140)을 관통하여 형성된다. 상기 플러그고정홀(130)의 직경은 상기 음극플러그공간(140)의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 인젝터(200)는 연료를 공급받아 노즐을 통해 상기 연소실(C)로 연료를 고압으로 분사하기 위한 통상의 인젝터의 구성이 적용되는 바 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 상기 인젝터(200)는 상기 스파크플러그(300)의 내부에 끼움 고정되며, 일단은 상기 실린더헤드(100)의 외측에 노출되도록 구성되고, 연료가 분사되는 상기 노즐의 끝단은 상기 스파크플러그(300)의 타단을 관통하여 연소실(C)에 노출되도록 구성된다.
도 8을 참조하면, 상기 스파크플러그(300)는 양극플러그(310)와 음극플러그(320)로 구성된다. 상기 양극플러그(310)의 타단부가 상기 음극플러그(320)의 내부에 끼움 결합된다. 이때 상기 양극플러그(310)의 타단에서 외측으로 형성되는 양전극과 상기 음극플러그(320)의 타단에서 외측으로 형성되는 음전극 사이에는 간극(330)이 형성되도록 결합되는 것이 바람직하다. 상기 간극(330)은 0.5~ 2mm 인 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어날 경우 스파크 발생 효율이 떨어질 수 있다. 즉 상기 거리보다 간극이 짧은 경우 코크 등 불연소 탄화물이 침척되었을 때, 전기적으로 쇼트되는 등 내구성이 악화되며, 상기 거리보다 간극이 긴 경우에는 방전을 발생하는데 큰 에너지가 필요하게 된다.
이하 상기 스파크플러그(300)의 상세 구성을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 상기 양극플러그(310)는 인젝터공간(310a), 플러그삽입부(310b), 양전극(311), 양전극봉(312), 전도체(313)를 포함한다. 상기 양극플러그(310)는 통전되지 않는 절연 재질로 되며, 상기 양극플러그(310)의 내부에는 상기 인젝터(200)가 끼움 결합되는 인젝터공간(310a)이 형성된다. 상기 인젝터공간(310a)은 상기 양극플러그(310)의 일단과 타단을 관통하도록 형성된다. 상기 양극플러그(310)의 타단에는 상기 음극플러그(320)의 내부에 끼워지도록 플러그삽입부(310b)가 형성된다. 상기 플러그삽입부(310b)의 직경은 상기 양극플러그(310)의 직경보다 작게 형성되며, 상기 플러그삽입부(310b)의 내부에도 상기 인젝터공간(310a)이 형성된다. 상기 양극플러그(310)의 타단은 상기 양극플러그(310)가 상기 실린더헤드(100)에 결합되었을 때, 상기 양극플러그턱(120)에 맞닿아 고정된다. 상기 플러그삽입부(310b)는 상기 양극플러그(310)가 상기 실린더헤드(100)에 결합되었을 때 상기 플러그고정홀(130)을 관통하도록 구성된다.
상기 양전극(311)은 상기 양극플러그(310)의 타단과 상기 플러그삽입부(310b) 상에 설치된다. 상기 양전극(311)의 일단부는 절연체로 되는 상기 양극플러그(310)의 타단부에 매립되며, 타단부는 상기 플러그삽입부(310b) 외측으로 노출된다. 상기 양전극(311)의 타단은 음전극의 타단을 향해 절곡 형성된다.
상기 양전극봉(312)은 상기 양전극(311)으로 전원을 공급하기 위해 상기 양극플러그(310) 상에 설치된다. 상기 양전극봉(312)의 일단부는 상기 실린더헤드(100) 외측으로 노출되며, 상기 양전극봉(312)의 타단부는 절연체로 되는 상기 양극플러그(310) 상에 매립된다. 상기 양전극봉(312)의 타단부와 상기 양전극(311)의 일단부는 통전 재질의 전도체(313)를 통해 통전된다. 상기 전도체(313)는 상기 양극플러그(310) 상에 매립된다.
이때 본 발명의 양전극(311)은 연소불안정성을 개선하기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다. 상기 양전극(311)의 상기 플러그삽입부(310b)의 타단 둘레를 따라 복수 개가 방사상으로 구비될 수 있다. 따라서 스파크가 상기 각각의 양전극(311)에서 다점 발생하여 점화 성능이 우수해진다.
상기 음극플러그(320)는 플러그결합홀(320a), 음전극(321) 및 수나사산(322)을 포함한다.
상기 음극플러그(320)의 내부에는 플러그삽입부(310b)가 끼움 결합되는 플러그결합홀(320a)이 형성된다. 상기 플러그결합홀(320a)은 상기 양극플러그(310)의 일단과 타단을 관통하도록 형성된다. 상기 음극플러그(320)의 외주면에는 상기 음극플러그공간(140)에 나사 결합되기 위해 상기 암나사산(150)에 대응되는 수나사산(322)이 형성된다. 상기 음극플러그(320)의 일단은 상기 음극플러그(320)가 상기 실린더헤드(100)에 결합되었을 때, 상기 음극플러그턱(160)에 맞닿아 고정된다.
상기 음전극(321)은 상기 음극플러그(320)의 타단에서 외측으로 연장 형성된다. 상기 음전극(321)과 음극플러그(320)는 일체로 형성될 수 있다. 상기 음전극(321)의 타단은 상기 양전극(311)의 타단을 향해 절곡 형성된다. 상기 양전극(311)의 타단과 음전극(321)의 타단은 상기 양극플러그(310)와 음극플러그(320)가 결합되었을 때 상기 간극(330)이 형성되도록 구성된다.
이때 본 발명의 음전극(321)은 연소불안정성을 개선하기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다. 상기 음전극(321)은 상기 양전극(311)에 대응되도록 상기 음극플러그(320)의 타단 둘레 따라 복수 개가 방사상으로 구비될 수 있다. 따라서 스파크가 상기 각각의 양전극(311)에서 다점 발생하여 점화 성능이 우수해진다.
또한, 상기 양전극(311)의 타단은 상기 스파크플러그(300)가 실린더헤드(100)에 결합되었을 때, 상기 실린더헤드(100) 내면과 상기 양전극(311)의 끝단의 이격거리가 5~ 30mm 가 되도록 연소실(C)상에 노출된다. 이는 통상적인 연료분사압력, 연소실의 공기압력조건에서는 상기 실린더헤드(10) 내면으로부터 연소실(C) 하면 방향으로 5~ 30mm 이격된 곳에 분무된 연료가 공기와 혼합되어 가연연료공기혼합기가 형성되기 때문이며, 이격거리가 이보다 크거나 작은 경우는 실화의 가능성이 커진다.
상기 음전극(321)의 타단 역시 상기 스파크플러그(300)가 실린더헤드(100)에 결합되었을 때, 상기 실린더헤드(100) 내면과 상기 음전극(321)의 끝단의 이격거리가 5~ 30mm 가 되도록 연소실(C)상에 노출된다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 제3 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제3 실시 예는 상기한 제1 및 제2 실시예의 양전극 및 음전극의 구성에 양전극링(350)과 음전극링(340)이 추가되는 구성인바, 공통적인 구성은 생략하고 상기 양전극링(350)과 음전극링(340)의 구성에 대해 상세 설명하기로 한다. 도면상의 예시는 제2 실시예의 구성에 추가되는 구성으로 기재되어 있으나, 제1 실시예의 구성에도 적용이 가능함은 자명하다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 음전극링(340)은 환형의 전도체로 구성된다. 상기 음전극링(340)은 복수 개로 구성되는 각각의 음전극(321) 끝단을 연결하도록 구성된다.
상기 양전극링(350)은 환형의 전도체로 구성된다. 상기 양전극링(350)은 복수 개로 구성되는 각각의 양전극(311) 끝단을 연결하도록 구성된다.
상기 양전극링(350)의 직경은 상기 음전극링(340)의 직경보다 작게 형성되며, 직경차가 간극(330)이 된다.
상기와 같은 구성으로 인해 도 11에 도시된 바와 같이 양전극(311)과 음전극(321)의 수를 일치시키지 않아도 되며, 더욱 광범위한 스파크 발생을 유도하게 된다. 또한, 상기와 같은 실시 예 3의 양전극 및 음전극이 링 형태로 구성될 경우 방전점이 유동에 따라 이동되는 다점 점화의 특성을 보이며, 이에 따라 연소 안정성이 향상되는 이점이 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
E : 내연기관
10, 100 : 실린더헤드
20, 200 : 인젝터
30, 300 : 스파크플러그 31, 310 : 양극플러그
31a, 310a : 인젝터공간 35, 311 : 양전극
36, 312 : 양전극봉 37, 313 : 전도체
32, 320 : 음극플러그 38, 321 : 음전극
33, 330 : 간극 340 : 음전극링
350 : 양전극링
51, 510 : 흡기밸브 52, 520 : 배기밸브

Claims (10)

  1. 실린더헤드(100)와, 상기 실린더헤드(100)에 설치되는 인젝터(200) 및 스파크플러그(300)를 포함하는 직접분사식 내연기관에 있어서,
    양전극(311)과 음전극(321)을 포함하며, 상기 양전극(311)과 음전극(321)이 연소실(C) 중앙에 노출되도록 상기 실린더헤드(100) 상에 설치되는 스파크플러그(300); 및
    연료가 상기 연소실(C) 중앙에 분사되도록 상기 스파크플러그(300) 내부에 형성되는 인젝터공간(310a)에 삽입 고정되어 상기 실린더헤드(100) 상에 설치되는 인젝터(200); 를 포함하며,
    상기 스파크플러그(300)는,
    상기 인젝터공간(310a)이 형성되고, 양전극(311)을 포함하되, 상기 실린더헤드(100)의 외측에서 결합되는 양극플러그(310)와,
    음전극(321)을 포함하되, 상기 실린더헤드(100)의 내측에서 결합되는 음극플러그(320)로 구성되는, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 양극플러그(310)는, 상기 실린더헤드(100)의 외측을 향해 형성되는 양극플러그공간(110)에 삽입되며, 상기 양극플러그공간(110)의 타단에 형성되는 양극플러그턱(120)에 고정되고,
    상기 음극플러그(320)는, 상기 실린더헤드(100)의 내측을 향해 형성되는 음극플러그공간(140)에 삽입되며, 상기 음극플러그공간(140)의 일단에 형성되는 음극플러그턱(160)에 고정되는, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 양극플러그(310)는, 하단부가 상기 음극플러그(320)의 내부에 형성되는 플러그결합홀(320a)에 끼워지고,
    상기 음극플러그(320)는 상기 음극플러그공간(140)에 나사 결합되는, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 양전극(311)은, 상기 양극플러그(310)의 타단에 방사상으로 복수 개가 구비되고,
    상기 음전극(321)은, 상기 양전극(311)에 대응되도록 상기 음극플러그(320)의 타단에 방사상으로 복수 개가 구비되는, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스파크플러그(300)에는,
    복수 개가 구비되는 각각의 양전극(311) 끝단을 연결하는 환형의 양전극링(350)과, 복수 개가 구비되는 각각의 음전극(321) 끝단을 연결하는 환형의 음전극링(340)이 더 포함되는, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 양전극(311)과 상기 음전극(321)의 간극은 0.5~ 2mm 인, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더헤드(100) 내면과 상기 양전극(311)의 끝단 및 상기 실린더헤드(100) 내면과 상기 음전극(321)의 끝단과의 이격거리는 5~ 30mm 인, 인젝터 결합형 다점 스파크플러그를 갖는 직접분사식 내연기관.
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