KR101359170B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

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KR101359170B1
KR101359170B1 KR1020097001957A KR20097001957A KR101359170B1 KR 101359170 B1 KR101359170 B1 KR 101359170B1 KR 1020097001957 A KR1020097001957 A KR 1020097001957A KR 20097001957 A KR20097001957 A KR 20097001957A KR 101359170 B1 KR101359170 B1 KR 101359170B1
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히로유키 가메다
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

둘레벽 연장부(57)는 금속 쉘의 원통형 홀(59)의 선단측이 축(O)방향에서 전방으로 돌출되도록 형성되며, 상기 둘레벽 연장부(57)는: 돌출형상으로 형성되는 돌출부(570~572) 및 상기 돌출부(570~572) 사이를 연결하는 연결부(574)로 이루어진다. 인젝터(220)의 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료는 상기 돌출부(570)에 충돌하며, 귀금속 팁(90)과 접지 전극(30)의 선단부(31) 사이에 형성되는 스파크 방전 갭에 직접 도달하기 쉽지 않다. 상기 돌출부(570)에 충돌함 없이 상기 돌출부(571,572)에 충돌하는 연료는 상기 돌출부(571,572)에 부착되는 물방울형 불완전 증발 연료 및 상기 스파크 방전 갭의 주변으로 반사되는 증발된 연료로 분리된다.

Description

스파크 플러그{Spark Plug}
본 발명은 공기-연료 혼합물을 점화하기 위하여 내연 엔진에 장착되는 스파크 플러그에 관한 것이다.
종래, 점화용 스파크 플러그는 내연 엔진에 사용된다. 종래의 스파크 플러그는: 선단측에 스파크 방전을 위하여 전극을 갖는 중앙 전극; 축방향 보어 내에 중앙 전극을 수용하는 절연체; 및 방사방향으로 상기 절연체를 에워싸며 지지하는 금속 쉘;로 이루어진다. 접지 전극의 일단부는 상기 금속 쉘에 결합되고, 스파크 방전 갭은 상기 접지 전극의 타단부와 상기 중앙 전극의 선단부에 의하여 형성된다. 스파크는 상기 스파크 방전 갭 내에 방전됨으로써 공기-연료 혼합물을 점화한다.
직접 분사 엔진에서, 연료를 분사하기 위한 인젝터의 분사 오리피스는 연소실에 노출된다. 상기 스파크 플러그가 이러한 직접 분사 엔진에 장착되어, 연료가 상기 스파크 플러그에 직접 충돌하게 되면, 예를 들어, 소위 연료 브리지(fuel bridge)를 유발하는 물방울형 연료(droplet-like fuel)로 인하여 상기 스파크 방전 갭 내에 단선이 발생된다. 그 결과, 점화불발이 유발될 가능성이 있다. 이러한 현 상을 피하기 위하여, 상기 분사 오리피스는 상기 연소실의 내벽 또는 피스톤을 향하여 연료가 분사되도록 배치된다. 또한, 점화 시에 상기 스파크 방전 갭 주변에 풍부한 연료층이 도달할 수 있도록 하기 위하여 상기 피스톤이 상향 이동할 때의 압축 공기를 이용하여 상기 인젝터 등의 분사 압력, 분사량 및 분사 타이밍을 제어한다. 이러한 방식으로, 분사된 연료가 상기 연소실의 내벽 또는 피스톤에 충돌하게 될 때, 물방울형의 불완전 증발 연료(분사된 연료는 분무되고 공기와 혼합되어 상기 공기-연료 혼합물을 형성한다. 즉, 상기 공기-연료 혼합물 내의 증발되지 않은 연료)가 이에 부착되고, 증발된 연료(상기 공기-연료 혼합물 내의 분무형상으로 분사된 증발 연료)가 분리된다. 따라서, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭에 도달하고, 상기 연료 브리지를 방지한다. 더욱이, 상기 물방울형 불완전 증발 연료가 상기 스파크 방전 갭에 도달하더라도 상기 스파크 방전 갭 내로 들어가지 못하도록, 상기 접지 전극이 벽 표면(보호 부재)에 의하여 에워싸이는 구조(예를 들면, 특허문헌 1 참조)를 채택할 수도 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 제2006-228522호.
(발명의 개시)
하지만, 종래의 스파크 플러그에서는, 엔진 구동 조건에 따라 연료의 분사 조건이 변화되므로, 연료가 상기 스파크 플러그에 직접 충돌되지 않도록 조정하는 제어를 더욱 추가할 때, 인젝터 등의 분사 압력, 분사량 및 분사 타이밍을 제어하는 것이 복잡해진다. 또한, 연소실의 내벽이 연소실 내에서 비교적 낮은 온도를 가지므로, 연료를 상기 내벽에 분사할 때, 상기 내벽에 부착되는 연료가 완전히 연소될 수 없고 매연으로 남게 되기 쉽다. 한편, 특허문헌 1에 개시된 종래 기술은 상기 스파크 방전 갭 내의 연료 브리지 형성은 방지할 수 있으나, 상기 스파크 방전 갭의 주변이 벽 표면으로 에워싸이기 때문에, 증발된 연료가 상기 스파크 방전 갭에 도달하기가 어렵다. 그 결과, 상기 공기-연료 혼합물은 스파크 방전에 의하여 점화되기 어렵다. 더욱이, 절연체의 선단부 또한 상기 벽 표면에 의하여 에워싸이므로, 열이 축적되기 쉽고 스파크 플러그의 온도가 그 허용 한계를 벗어나는 경향이 있다.
본 발명은 상술한 바의 문제점들을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 인젝터로부터 분사되는 연료가 스파크 방전 갭에 직접 도달하지 못하도록 제어할 수 있고 또한 공기-연료 혼합물을 스파크 방전으로 용이하게 점화되도록 할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 의하면, 스파크 플러그는: 중앙 전극; 축방향으로 연장되는 축방향 보어를 가지며 상기 축방향 보어의 선단측에 상기 중앙 전극을 지지하는 절연체; 상기 축방향으로 연장되는 원통형 홀을 가지며 그 내부에 상기 절연체를 수용하는 금속 쉘로서, 상기 금속 쉘이 내연 엔진의 엔진 헤드 상에 장착될 때 상기 절연체의 선단부 주변을 방사상으로 에워싸도록 형성되는 둘레벽 연장부를 그의 선단측에 포함하며, 또한 상기 둘레벽 연장부는 연소실의 내벽면에 대하여 상기 연소실측을 향하여 상기 절연체의 선단을 따라 상기 축방향으로 연장되는 돌출부를 갖는 금속 쉘; 및 상기 둘레벽 연장부에 결합되는 일단부 및 상기 중앙 전극의 선단측과 함께 스파크 방전 갭을 형성하는 타단부를 갖는 접지 전극으로서, 상기 둘레벽 연장부는 그 원주방향으로 상기 금속 쉘 내에 단속적(斷續的)으로 형성되고 상기 내벽면에 대하여 상기 연소실측으로 상기 축방향으로 연장되는 다수개의 돌출부, 및 상기 금속 쉘의 원주방향으로 상기 다수개의 돌출부 사이를 연결하며 자신의 선단이 상기 돌출부에 대하여 상대적으로 후방으로 배치되는 연결부로 이루어지며, 상기 돌출부의 적어도 하나는 상기 접지 전극의 상기 일단부와 결합되는 돌출 선단을 가지는 접지 전극;으로 이루어진다.
본 발명의 상기 제 1 특징에 의하면, 상기 둘레벽 연장부가 다수개의 돌출부를 가지므로, 스파크 플러그가 엔진 헤드 상에 장착될 때, 상기 돌출부가 분사되는 연료를 차단하고 상기 스파크 방전 갭의 주변에 도달하는 연료의 양을 감소시킨다. 그러므로, 상기 스파크 방전 갭 내에 단선을 유발하는 소위 "연료-브리지"를 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 분사된 연료가 상기 돌출부에 충돌할 때, 일부 물방울형 불완전 증발 연료가 상기 돌출부에 부착되어, 증발된 연료 및 상기 불완전 증발 연료가 분리된다. 상기 다수개의 돌출부는 상기 스파크 방전 갭 주위에 배치되므로, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭 주위로 흐를 수 있고, 따라서 스파크 방전으로 상기 공기-연료 혼합물을 용이하게 점화할 수 있다.
또한, 상기 둘레벽 연장부는 상기 돌출부 사이를 연결하는 연결부를 갖는다. 상기 둘레벽 연장부의 강성을 고려하면, 상기 둘레벽 연장부의 선단은 바람직하게는 상기 스파크 플러그의 전방(선단측)을 향하여-즉, 상기 연소실의 내벽면에 대하여 상기 연소실 측을 향하여 돌출되도록 배치된다. 한편, 상기 연결부의 돌출 길이가 짧아지면, 연료를 포함하는 상기 공기-연료 혼합물이 상기 연결부를 통하여 상기 금속 쉘의 내주측으로 들어가는 경향이 있어서 상기 공기-연료 혼합물이 상기 절연체에 접촉하게 되고, 그 결과 상기 절연체로부터 열을 빼앗게 된다. 그러므로, 상기 연결부의 돌출 길이를 조정함으로써, 상기 절연체의 온도가 상기 스파크 플러그의 온도 상한선을 초과하지 않게 된다. 그러므로, 상기 연결부의 돌출 선단을 상기 연소실의 내벽면에 대하여 상기 연소실측으로 돌출하는 위치에 배치할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 제 2 특징에 의한 스파크 플러그에서, 상기 중앙 전극의 선단부의 중심과 상기 중앙 전극의 중심부를 통과하며 상기 제 1 특징에 의한 스파크 플러그의 중앙 전극의 축과 평행한 직선이 상기 접지 전극과 교차하는 교점을 연결하는 선분의 중심을 상기 스파크 방전 갭의 중심으로 간주하고, 상기 스파크 플러그의 방향은 상기 스파크 플러그가 엔진 헤드에 장착될 때 조정되고, 상기 연소실에 노출되는 연료의 분사 오리피스, 상기 둘레벽 연장부 및 상기 스파크 방전 갭이 상기 축방향에 수직인 제 1 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 둘레벽 연장부의 돌출부 중에서 상기 접지 전극의 일단부가 그의 돌출 선단에 결합되는 제 1 돌출부는 상기 분사 오리피스의 개방된 중심과 상기 스파크 방전 갭의 중심을 연결하는 제 1 가상 직선이 차단되는 위치에 위치되고, 상기 금속 쉘의 둘레방향으로 상기 제 1 돌출부의 양단을 연결하는 방향을 폭방향으로 간주할 때, 상기 폭방향에서 상기 제 1 돌출부의 길이는 상기 폭방향에서 상기 접지 전극의 단부 사이의 길이보다 길다.
이러한 방식으로, 상기 제 1 돌출부는 상기 분사 오리피스로부터 분사되는 연료가 상기 스파크 방전 갭으로 바로 진행하는 것을 차단한다. 그러므로, 증발된 연료보다 무거운 물방울형 불완전 증발 연료는 상기 스파크 방전 갭으로 직접 도달하기 어렵게 된다. 한편, 다른 돌출부에 충돌하는 연료로부터 분리되는 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭의 주변에 도달하기 쉬우므로, 상기 공기-연료 혼합물은 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화될 수 있다. 더욱이, 상기 접지 전극은 점화 후 화염의 핵으로부터 열을 빼앗는 경향이 있으므로, 상기 접지 전극은 비교적 적은 부피를 갖도록 형성된다. 상기 제 1 돌출부는 폭방향으로 상기 접지 전극보다 크게 형성되므로, 상기 분사 오리피스로부터 분사되는 연료가 상기 스파크 방전 갭을 향하는 것을 확실히 차단한다.
또한, 본 발명의 제 3 특징에 의한 스파크 플러그에서, 상기 제 2 특징에 의한 스파크 플러그가 엔진 헤드에 장착된 상태에서, 상기 분사 오리피스, 상기 제 1 돌출부 및 상기 스파크 방전 갭이 상기 분사 오리피스의 개방된 중심과 상기 중앙 전극의 축을 포함하는 제 2 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 제 1 돌출부의 돌출 선단은 바람직하게는 상기 제 1 가상 직선에 대하여 전방으로 위치된다.
이러한 방식으로, 상기 제 1 돌출부의 돌출 선단이 상기 제 1 가상 직선에 대하여 전방 위치(상기 연소실 내부)에 위치되므로, 상기 분사 오리피스로부터 분사되어 상기 스파크 방전 갭으로 바로 진행하는 연료는 확실히 차단된다. 한편, 다른 돌출부에 충돌하는 연료로부터 분리되는 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭의 주변에 도달하기 쉬우므로, 상기 공기-연료 혼합물은 상기 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화될 수 있다. 더욱이, 상기 스파크 방전 갭이 상기 점화 오리피스에 가까이 배치되는 구조를 형성하는 것 또한 가능하므로, 엔진 디자인의 자유도를 확대할 수 있고, 따라서 내연 엔진의 소형화가 도모된다.
또한, 본 발명의 제 4 특징에 의한 스파크 플러그에서, 상기 둘레벽 연장부의 돌출부 중에서 상기 제 1 돌출부와는 다른 제 2 돌출부 및 상기 분사 오리피스로부터 분사되는 연료의 확산-각도의 외곽선이 상기 제 3 특징에 의한 스파크 플러그의 상기 제 2 가상 평면 상에 투영될 때, 제 2 돌출부의 돌출 선단은 상기 분사 오리피스로부터 분사되는 연료의 확산-각도의 외곽선에 의하여 제한되는 영역 내에 바람직하게 배치된다.
이러한 방식으로, 상기 제 2 돌출부의 돌출 선단은 상기 분사 오리피스로부터 분사되는 연료의 확산-각도의 외곽선에 의하여 제한되는 영역 내에 배치되므로, 상기 연료는 상기 제 2 돌출부에 충돌할 수 있다. 따라서, 상기 연료 중 물방울형의 불완전 증발 연료는 상기 제 2 돌출부에 부착되고 상기 증발된 연료로부터 확실히 분리되므로, 훨씬 큰 양의 증발된 연료가 상기 스파크 방전 갭의 주변으로 흐르기 쉽게 된다. 더욱이, 상기 증발된 연료의 유속은 상기 연료가 상기 제 2 돌출부에 충돌할수록 낮아지므로, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭 주위로 흐르기 쉽게 된다. 그 결과, 상기 공기-연료 혼합물은 상기 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화된다.
또한, 본 발명의 제 5 특징에 의한 스파크 플러그에서, 상기 제 4 특징에 의한 스파크 플러그의 제 1 가상 평면 상에서, 상기 제 2 돌출부의 외면 중에서 상기 스파크 방전 갭에 대향하는 내면의 중심에서, 상기 내면을 수직으로 교차하는 방향은 상기 내면의 중심으로부터 상기 분사 오리피스의 개방된 중심까지의 방향 및 상기 내면의 중심으로부터 상기 스파크 방전 갭의 중심까지의 방향에 의하여 정의되는 예각의 범위 내에 있게 된다.
그러므로, 상기 제 2 돌출부의 내면이 대향하는 방향이 구체화되면, 상기 분리된 증발 연료가 상기 내면에 충돌하는 반사방향을 상기 스파크 방전 갭의 주변으로 진행하도록 조정할 수 있다. 따라서, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭 주위로 확실히 흐르게 되고, 상기 공기-연료 혼합물은 상기 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화된다.
또한, 본 발명의 제 6 특징에 의한 스파크 플러그에서, 상기 분사 오리피스의 개방된 중심을 통과하고 상기 중앙 전극의 축을 수직으로 교차하는 제 2 가상 직선에 대하여 상기 스파크 방전 갭의 중심이 상기 축방향으로 배치될 때, 상기 제 5 특징에 의한 스파크 플러그의 제 2 가상 평면 상에서, 상기 제 2 돌출부의 내면은 상기 축에 가까워지도록 경사지어지고, 상기 축방향에서 전방으로 연장되는 표면 내에 바람직하게 형성된다.
이러한 방식으로, 상기 제 2 돌출부의 내면이 상기 축에 가까워지도록 경사지어지고 상기 축방향에서 전방으로 연장되는 표면 내에 형성될 때, 상기 연료의 반사방향 또한 상기 축방향으로 조정될 수 있다. 그러므로, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭 주위로 확실히 흐를 수 있다. 그 결과, 상기 스파크 방전 갭의 중심이 상기 분사 오리피스의 개방된 중심에 대하여 상기 축방향에서 전방으로 배치될 때, 상기 공기-연료 혼합물은 상기 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 7 특징에 의한 스파크 플러그에서, 상기 스파크 방전 갭의 중심이 상기 분사 오리피스의 개방된 중심을 통과하고 상기 중앙 전극의 축을 수직으로 교차하는 제 2 가상 직선에 대하여 상기 축방향에서 후방에 배치될 때, 상기 제 2 돌출부의 내면은 상기 축으로부터 경사지어지고 상기 축방향에서 전방으로 연장되는 표면 내에 바람직하게 형성된다.
따라서, 상기 제 2 돌출부의 내면이 상기 축으로부터 경사지어지고 상기 축방향에서 전방으로 연장되는 표면 내에 형성될 때, 상기 연료의 반사방향은 상기 축방향으로 조정될 수 있다. 그러므로, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭 주위로 확실히 흐를 수 있게 된다. 그 결과, 상기 스파크 방전 갭의 중심이 상기 분사 오리피스의 개방된 중심에 대하여 상기 축방향에서 후방으로 배치될 때, 상기 공기-연료 혼합물은 상기 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화될 수 있다.
도 1은 내연 엔진의 엔진 헤드(200) 상에 장착되는 스파크 플러그(100)의 부분 단면도
도 2는, 모두 인젝터(220)의 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T)과 축(O)을 포함하는 제 2 가상 평면(도 2의 면) 상에 투영되는, 인젝터(220)의 일 부분과 상기 스파크 플러그(100)의 선단부 사이의 위치 관계를 나타내는 도면
도 3은, 모두 상기 축(O)을 수직으로 교차하는 제 1 가상 평면(도 3의 면) 상에 투영되는, 축(O)방향에서 전방측으로부터 보이는 둘레벽 연장부(57)와 인젝터(220)의 분사 오리피스(221) 사이의 위치 관계를 나타내는 도면
도 4는 도 3의 2점 쇄선(A-A)에서 화살표 방향으로 보인 상기 스파크 플러그(100)의 일 부분을 나타내는 단면도
도 5는 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)이 상기 축(O)을 수직으로 교차하고 상기 인젝터(220)의 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T)을 통과하는 가상 직선(N)에 대하여 상기 축(O)방향에서 전방으로 위치될 때, 상기 인젝터(220)의 상기 부분 및 상기 선단측에서 상기 스파크 플러그(100)의 상기 부분 사이의 위치 관계를 나타내는 도면
도 6은 도 5의 화살표방향으로 보인 상기 축(O)을 통과하는 편평한 표면으로 분할되는 상기 선단측에서 상기 스파크 플러그(100)의 상기 부분을 나타내는 단면도
도 7은 수정예에 의하여 스파크 플러그(400)의 둘레벽 연장부(450)의 구조를 나타내는 도면
(발명의 실시를 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명을 수행하는 스파크 플러그의 제 1 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 도 1을 참조하여, 일반적인 스파크 플러그(100)의 전체 구조를 설명한다. 도 1에서, 상기 스파크 플러그(100)의 축(O)은 수직방향으로 칭하며, 그 하측은 상기 스파크 플러그(100)의 선단측(전방)으로 칭하고, 그 상측은 그의 후단측(후방)으로 칭한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 상기 스파크 플러그(100)는, 엔진 헤드(200), 연소실(210) 내로 연료를 직접 분사하는 소위 직접 분사 엔진 상에 장착된다. 상기 연소실(210)에서, 인젝터(220)의 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료는 공기 입구(230)로부터 상기 연소실(210) 내로 도입되는 공기와 혼합되고, 배기구(240)를 향하여 흐른다. 상기 스파크 플러그(100)가 장착 홀(205) 상에 장착되는 경우, 상기 엔진 헤드(200)의 장착 홀(205)의 위치 및 상기 인젝터(220)의 분사 오리피스(221)의 위치는 스파크 방전 갭(후술됨)이 연료 흐름 경로 내에 존재하도록 정의된다. 다음으로, 상기 스파크 플러그(100)의 구조를 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)는 일반적으로: 절연체(10), 금속 쉘(50), 중앙 전극(20), 접지 전극(30) 및 금속 단자 맞춤부(40)로 이루어진다. 상기 금속 쉘(50)은 상기 절연체(10)를 지지한다. 상기 중앙 전극(20)은 상기 축 "O" 방향으로 연장되며 상기 절연체(10)의 축방향 보어(12) 내에 수용된다. 상기 접지 전극(30)의 일단부(베이스 단부(32))는 상기 금속 쉘(50)의 선단측에 용접되고, 상기 접지 전극(30)의 타단부(선단부(31))는 상기 타단부의 내면(33)이 상기 중앙 전극(20)의 선단부 상에 배치되는 귀금속 팁(90)을 갖는 스파크 방전 갭을 형성하도록 배치된다. 상기 금속 단자 맞춤부(40)는 상기 절연체(10) 의 후단부에 형성된다.
우선, 상기 스파크 플러그(100)의 절연체 역할을 하는 절연체(10)를 설명한다. 상기 원통형 절연체(10)는 상기 축 "O" 방향으로 연장되는 축방향 보어(12)를 내부에 포함하며 주지된 바와 같이 소결 알루미나 등으로 이루어진다. 최대 외경을 갖는 플랜지부(19)는 상기 축 "O" 방향 중심 영역에 대하여 후단측에 형성된다. 후단측 몸체부(18)는 상기 플랜지부(19)에 대하여 후단측(도 1의 상측)에 형성된다. 상기 후단측 몸체부(18)보다 작은 외경을 갖는 선단측 몸체부(17)는 상기 플랜지부(19)에 대하여 상기 선단측(도 1의 하측)에 형성된다. 더욱이, 상기 선단측 몸체부(17)보다 작은 외경을 갖는 연장된 다리부(13)는 상기 선단측 몸체부(17)에 대하여 선단측에 형성된다. 상기 연장된 다리부(13)의 직경은 상기 선단측을 향하여 점진적으로 테이퍼된다. 상기 스파크 플러그(100)가 상기 엔진 헤드(200) 상에 장착될 때, 상기 연장된 다리부(13)는 연소실(210)에 노출된다.
다음으로, 상기 중앙 전극(20)을 설명한다. 상기 중앙 전극(20)은 INCONEL (상표명) 600 또는 601와 같은 니켈계 합금 등으로 이루어지고, 동 등으로 이루어지며 우수한 열전도성을 갖는 금속 코어(23)가 마련된다. 상기 중앙 전극(20)은 상기 절연체(10)의 선단측에서 상기 절연체(10)의 축방향 보어(12) 내에 수용되어, 상기 중앙 전극의 축이 상기 스파크 플러그(100)의 상기 축 "O" 에 일직선으로 배열된다. 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)는 상기 절연체(10)의 선단부(11)로부터 돌출되며 상기 선단측을 향하여 테이퍼진다 (도 2 참조). 상기 귀금속 팁(90)은 방전 가공(spark erosion)에 대한 저항을 개선시키기 위하여 상기 돌출부의 선단에 결합된다.
또한, 상기 중앙 전극(20)은 상기 축방향 보어(12) 내에 마련되는 도전성 밀봉재(4)와 세라믹 저항(3)을 통하여 후단측에서 상기 금속 단자 맞춤부(40)에 전기적으로 접속된다. 고압 케이블(도시 생략)은 고압을 인가하기 위하여 플러그 캡(도시 생략)을 통하여 상기 금속 단자 맞춤부(40)에 접속된다.
다음으로, 상기 금속 쉘(50)을 설명한다. 상기 금속 쉘(50)은 상기 내연 엔진의 엔진 헤드(200)에 상기 스파크 플러그(100)를 고정하기 위한 원통형 금속 맞춤구이다. 상기 금속 쉘(50)은 상기 연장된 다리부(13)로부터 상기 절연체(10)의 후단측 몸체부(18)의 선단측까지의 영역을 에워싸도록 그 내부에 상기 절연체(10)를 수용하는 원통형 홀(59)을 갖는다. 상기 금속 쉘(50)은 저탄소강재로 만들어지며, 대략 중심부로부터 상기 금속 쉘의 선단측까지의 영역 내에 형성되는 대경 맞춤부(52)를 갖는다. 상기 맞춤부(52)의 외주면에는 상기 엔진 헤드(200)의 장착홀(205) 상에 마련되는 암 나사부와 맞물림되도록 수-나사-형상 나사부가 형성되어, 상기 스파크 플러그(100)가 상기 장착 홀(205) 내에 고정되게 된다. 더욱이, 상기 금속 쉘(50)은 열 저항에 큰 중요성을 부여하는 스테인레스강 또는 INCONEL 등으로 이루어질 수 있다.
플랜지형 밀봉부(54)는 상기 맞춤부(52)의 후단측에 형성된다. 시트재로 형성되며 그 후방이 지지되는 환형으로 형성되는 개스킷(5)은 상기 밀봉부(54)와 맞춤부(52) 사이에 마련된다. 상기 개스킷(5)은 상기 장착 홀(205)을 통하여 상기 연소실(210)로부터의 공기 누출에 대한 밀봉을 제공한다. 특히, 상기 개스킷(5)은 상 기 선단측에 대향되는 상기 밀봉부(54)의 착좌면(55)과 상기 엔진 헤드(200)의 장착홀(205)의 개방된 가장자리부(206) 사이에 샌드위치되어 변형됨으로써 그들 사이에 밀봉을 제공하게 된다.
또한, 스파크 플러그 렌치(도시 생략)와 맞물리기 위한 도구 맞물림부(51)는 상기 밀봉부(54)의 후단측에 형성한다. 박형 코킹부(53)는 상기 도구 맞물림부(51)에 대하여 후단측에 형성된다. 박형 버클부(58)는 상기 밀봉부(54)와 상기 도구 맞물림부(51)의 사이에 형성된다. 환형 링 부재(6,7)는 상기 도구 맞물림부(51)와 상기 코킹부(53)가 형성되는 원통형 홀(59)의 내주면과 상기 절연체(10)의 후단측 몸체부(18)의 외주면 사이에 놓인다. 또한, 상기 링 부재(6,7)의 사이에는 활석 분말(9)이 채워진다. 상기 원통형 홀(59)의 내주면 상에서, 내측으로 돌출되는 스텝부(56)는 상기 원주방향을 따라 연속적인 방식으로 형성된다. 상기 절연체(10)가 상기 원통형 홀(59) 내에 수용되면, 상기 절연체(10)의 상기 연장된 다리부(13)와 선단측 몸체부(17) 사이에 형성되는 상기 절연체(10)의 스텝부(15)는 환형 패킹(8)을 통하여 상기 스텝부(56)에 의하여 지지된다. 그러면, 상기 코킹부(53)의 가장자리부가 코킹되고 내측으로 구부러져서 상기 절연체(10)가 상기 링 부재(6,7) 및 활석(9)을 통하여 상기 원통형 홀(59) 내에서 상기 선단측을 향하여 압축된다. 이때에, 상기 버클링부(58)가 가열되어 코킹 과정에서 가해지는 압축력 하에 외측으로 변형된다. 그 결과, 상기 코킹부(53)는 압축 스트로크를 위한 약간의 공간을 제공할 수 있게 된다. 이러한 방식으로, 상기 절연체(10)가 상기 원통형 홀(59) 내에서 상기 코킹부(53)와 상기 스텝부(56)의 사이에 안전하게 지지됨으로써, 상기 금속 쉘(50) 및 상기 절연체(10)가 일체화된다. 상기 패킹(8)은 상기 금속 쉘(50)과 상기 절연체(10) 사이의 기밀성을 보장하므로, 상기 원통형 홀(59)을 통하여 연소 가스가 유출되는 것을 방지하게 된다.
또한, 상기 축(O)방향에서 전방으로 연장되도록, 상기 맞춤부(52)보다 작은 직경을 갖는 둘레벽 연장부(57)가 상기 맞춤부(52)에 대하여 선단측에 형성된다. 상기 둘레벽 연장부(57)는 상기 축(O)방향에서 전방으로 돌출된다. 상기 스파크 플러그(100)가 상기 엔진 헤드(200)의 장착 홀(205) 상에 장착될 때, 상기 둘레벽 연장부(57)는 상기 연소실(210)의 내벽면(215)에 대하여 상기 연소실(210)의 내측을 향하여 돌출되는 일 부분을 갖는다. 즉, 상기 스파크 플러그(100)가 상기 엔진 헤드(200)의 장착 홀(205) 상에 장착될 때, 상기 둘레벽 연장부(57)의 전방부는 상기 연소실(210)의 내측에 배치된다. 상기 연소실(210)의 내벽면(215)은 상기 연소실(210)의 내측 및 외측을 구분하는 상기 연소실(210)의 내벽면을 의미한다. 상기 둘레벽 연장부(57)는 원주방향으로 3개의 위치에 형성되는 돌출부(570,571) 및 (572), 및 상기 원주방향으로 상기 돌출부(570~572) 사이를 연결하며 상기 돌출부(570~572)보다 작은 돌출량을 갖는 연결부(574)로 이루어진다. 상기 접지 전극(30)은 상기 돌출부(570)의 돌출 선단 (575)에 결합된다.
다음으로, 상기 접지 전극(30)을 설명한다. 상기 접지 전극(30)은 우수한 부식 저항력을 갖는 금속으로 이루어진다. 그 예의 하나로, INCONEL (상표명) 600 또는 601과 같은 니켈 합금이 사용된다. 상기 접지 전극(30)은 길이방향 단면도로부터 보인 바와 같이 대체로 직사각형인 형상으로 된다. 상기 접지 전극(30)의 베이 스 단부(32)는 상기 금속 쉘(50)의 둘레벽 연장부(57)의 일 부분으로서 사용되는 상기 돌출부(570)의 돌출 선단(575)에 용접된다. 상기 접지 전극(30)의 선단부(31)는 상기 축 "O" 방향을 향하여 연장되므로, 상기 내면(33)은 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향된다. 더욱이, 상기 스파크 방전 갭은 상기 내면(33)과 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 결합되는 귀금속 팁(90)의 사이에 형성된다.
이러한 구조를 갖는 상기 스파크 플러그(100)에서, 상기 둘레벽 연장부(57)를 구성하는 각각의 돌출부(570~572)의 형성 위치, 크기 및 형태는 상기 엔진 헤드(200)에 장착되는 스파크 플러그와 상기 연소실(210)에 노출되는 인젝터(220)의 분사 오리피스(221) 사이의 상대적인 위치 관계에 기초하여 정의된다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 각각의 돌출부(570~572)의 형성 위치, 크기 및 형태를 설명한다.
상기 돌출부(570~572)는 상기 금속 쉘(50)의 원주방향으로 간헐적으로 형성된다. 처음에는 원통형상으로 형성되며 상기 축 "O" 방향으로 연장되는 상기 둘레벽 연장부(57)의 원래 몸체부가 가상 직선(M) 및 상기 축(O)에 평행한 2개의 가상 평면에 의하여 절단되며, 이때 상기 가상 직선(M)이 상기 가상 평면들 사이에 놓이게 되도록, 상기 돌출부(570)의 형상이 이루어진다. 여기에서, 상기 가상 직선(M)은 상기 인젝터(220)의 분사 오리피스(221)의 개방된 중심 "T"에 상기 스파크 방전 갭의 중심 "S"을 연결하는 직선을 의미한다. 도 2에서, 상기 중심(S)은 상기 귀금속 팁(90)의 선단부와 상기 축(O) 상의 내면(33) 사이의 중앙 위치에 기초한다. 도 2에서, 상기 개방된 중심(T)은 상기 분사 오리피스(221)의 개방된 단부 형태(대체 로 원형)의 중앙 위치에 기초한다. 상기 돌출부(570)는 상기 금속 쉘(50)의 원주방향에서 상기 가상 직선(M)을 가로막는 위치에 형성된다. 달리 말하면, 상기 돌출부(570)는 상기 개방된 중심(T)과 상기 중심(S)에 의하여 제한되는 선분을 차단한다.
특히, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 돌출부(570)는 충분한 돌출량(돌출 길이)으로 돌출되므로, 상기 돌출부(570)의 돌출 선단부(575)의 위치는 상기 축(O)방향에서 상기 가상 직선(M)에 대하여 전방으로 위치된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 원통형 홀(59)의 원주방향(이하, "폭방향"으로 칭함)으로 상기 돌출부(570)의 일단을 타단에 연결하는 길이"B"는 상기 폭방향에서 상기 접지 전극(30)의 일단을 타단에 연결하는 길이"C"보다 크다. 그러므로, 상기 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료가 상기 스파크 플러그(100)를 향하여 뿌려질 때, 상기 연료는 상기 돌출부(570)의 벽면에 외주측에 충돌하므로, 상기 연료는 상기 스파크 방전 갭에 직접적으로 도달하기 쉽지 않다. 한편, 상기 폭방향으로 상기 돌출부(570)의 양단 외측을 통과하는 연료는 상기 절연체(10)의 선단부(11) 근처를 통과할 수 있으므로, 상기 절연체(10)로부터의 열전도가 용이해진다. 이러한 이유로, 상기 절연체(10)는 상기 스파크 플러그(100)의 열-저항 온도를 벗어나는 온도로 가열되기 쉽지 않다.
다음으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 돌출부(571,572)는 상기 가상 직선(M)을 중심으로 대칭형상으로 형성되며, 그의 내면(578,579) 각각은 상기 스파크 방전 갭에 대향된다. 상기 돌출부(572)를 예로 참조하여 상기 돌출부(571,572)의 형성 위치, 크기 및 형태를 상세히 설명한다. 상기 돌출부(572)는, 처음에는 상기 축 "O" 방향으로 원통형상으로 형성되는 상기 둘레벽 연장부(57)의 원래 몸체부의 내주측이 상기 축(O)으로부터 기울어지며 전방으로 연장되는 편평한 표면에 의하여 절단되고, 상기 축(O)을 포함하는 편평한 표면에 의하여 더욱 절단되는 형상을 취한다. 구체적으로 말하자면, 상기 돌출부(572)의 돌출 선단(577)은 상기 축(O)에 수직인 편평한 표면을 가지며, 상기 축(O)에 대향되는 내표면(579)은 상기 축(O)으로부터 기울어지며 전방으로 연장되는 편평한 표면을 갖는다. 상기 내표면(579)은 상기 분사 오리피스(221)로부터 상기 스파크 방전 갭을 향하여 분사되는 연료를 반사시킨다. 그러므로, 적어도 상기 분사 오리피스(221)와 상기 스파크 방전 갭의 위치를 고려하여 상기 내표면(579)의 방향이 결정된다.
본 실시예에서, 도 3에서, 상기 돌출방향으로 상기 내표면(579)의 중심부로 작용하는 위치를 포함하는 가상의 외곽선(K)이 상기 돌출부(572)의 내표면(579) 상에 위치되는 것으로 가정하고, 상기 가상 외곽선(K)의 중심점을 "L"로 나타낸다. 그리고, 가상 직선(U)은 상기 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T)과 상기 가상 외곽선(K)의 중심점(L)을 연결하는 것으로 가정하고, 가상 직선(V)은 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)과 상기 가상 외곽선(K)의 중심점(L)을 연결하는 것으로 가정한다. 상기 돌출부(572)의 내표면(579)이 대향하는 방향은 상기 가상 외곽선(K)을 수직으로 교차하며 상기 중심점(L)을 통과하는 가상 직선(W)이 상기 축(O)을 수직으로 교차하는 제 1 가상 평면(도 3의 면) 상의 가상 직선(U) 및 가상 직선(V)에 의하여 형성되는 예각 "
Figure 112009005900995-pct00001
" 내에 존재하도록 정의된다. 즉, 상기 제 1 가상 평면 상에서, 상기 내표면(579)이 대향하는 방향(상기 가상 외곽선(K)에 수직인 방향)은 상기 가상 외곽선(K)의 중심점(L)으로부터 상기 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T)으로 향하는 방향 및 상기 가상 외곽선(K)의 중심점(L)으로부터 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)으로 향하는 방향에 의하여 정의된다. 이러한 조건에 의하여 상기 돌출부(572)는 상기 분사 오리피스(221)로부터 분사되어 상기 돌출부(570)에 의한 차단되지 않고 상기 돌출부(572)에 도달하는 연료가 상기 내표면(579)에 반사될 때 상기 스파크 방전 갭의 주변으로 향하게 할 수 있다. 더욱이, 상기 돌출부(571)는 상기 가상 직선(M)을 중심으로 상기 돌출부(572)에 대칭되는 형태로 형성되므로, 상기 돌출부(571)는 상기 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료가 상기 내표면(578)에 반사될 때 상기 스파크 방전 갭의 주변으로 향하게 할 수 있다. 아울러, 상기 연료가 상기 내표면(578,579)에 충돌할 때, 이들 내표면(578,579)에 반사되는 연료는 주로 증발된 연료이고, 상기 물방울형 불완전 증발 연료는 상기 내표면(578,579)에 부착된다. 따라서, 상기 스파크 방전 갭 내에는 연료 브리지가 형성되기 쉽지 않다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료는 확산-각도"
Figure 112013080352411-pct00002
"로 상기 연소실(210) 내에 확산된다. 본 실시예에서, 상기 확산-각도"
Figure 112013080352411-pct00003
"의 외곽선을 제 2 가상 평면(도 2의 면) 상의 "Y"로 나타내면, 상기 돌출부(571,572)의 돌출 선단(576,577)은 상기 외곽선(Y)에 의하여 제한되는 영역 내에 위치된다. 즉, 상기 돌출부(571,572)의 크기는 상기 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료의 적어도 일정 양이 반드시 상기 돌출부(571,572)의 내표면(578,579)에 충돌하도록 정해진다.
도 2에서, 가상 직선(N)이 상기 축(O)에 수직이며 상기 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T)을 통과한다고 가정할 때, 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)은 본 실시예에 의하여 상기 축(O)방향에서 상기 가상 직선(N)에 대하여 후방에 위치된다. 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)과 상기 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T) 사이에 이러한 위치 관계를 구체화하는 본 실시예에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 돌출부(571,572)의 내표면(578,579)이 상기 축(O)방향에서 전방으로 연장되며 상기 축(O)으로부터 기울어진다. 이러한 방식으로, 상기 분사 오리피스(221)로부터 분사되는 연료가 상기 돌출부(571,572)의 내표면(578,579)에 충돌하면, 반사방향은 상기 내표면(578,579)이 기울어지지 않는 경우에 비하여 상기 스파크 방전 갭의 주변에 더 가까운 방향(도면에서 화살표(E)로 나타냄)으로 조정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 주로 증발된 연료가 상기 내표면(578,579)에서 반사되며 상기 스파크 방전 갭 주위로 흐른다. 따라서, 상기 공기-연료 혼합물은 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화된다.
따라서, 본 실시예에 의한 상기 스파크 플러그(100)에서, 상기 둘레벽 연장부(57)를 구성하는 상기 돌출부(570~572)의 형성 위치, 크기 및 형태가 정의된다. 상기 스파크 플러그(100)가 엔진 헤드(200)에 장착될 때, 장착방향은 상기 둘레벽 연장부(57)와 인젝터(220)의 분사 오리피스(221) 사이의 상대적인 위치 관계가 상술한 바와 같은 위치 관계를 달성하도록 정의된다.
상기 엔진 헤드(200) 상에 상기 스파크 플러그(100)를 소정의 각도로 안정되게 장착하기 위한 방법은 다양하다. 그 예의 하나는 상기 스파크 플러그(100) 및 상기 엔진 헤드(200) 모두에 표식을 적용하여 상기 스파크 플러그(100)를 조이는 것이다. 구체적으로 말하자면, 상기 엔진 헤드(200)의 개방된 가장자리부(206)와 같은 소정 위치에 상기 표식을 적용한다. 그 후, 상기 장착 홀(205) 내에 상기 스파크 플러그(100)를 장착하면서, 상기 둘레벽 연장부(57)와 상기 인젝터(220)의 분사 오리피스(221) 사이의 상대적인 위치 관계가 달성되도록 상기 스파크 플러그(100)의 소정 위치에 상기 표식을 적용한다. 다음으로, 상기 각각의 표식이 매치될 때까지 상기 스파크 플러그(100)를 상기 장착 홀(205) 내에 나사결합하여 조일 수 있다. 상기 스파크 플러그(100)를 나사결합하는 동안 상기 개스킷(5)은 압착되어 밀봉을 제공하게 된다. 따라서, 변형을 위한 더 큰 공간을 제공하여 기밀성을 확보하는 상기 개스킷(5)은 개별적인 스파크 플러그의 제조 공차를 보상할 수 있다.
더욱이, 상기 금속 쉘(50) 및 엔진 헤드(200)의 제조 공차를 발생시키지 않기 위하여, 상기 금속 쉘(50)의 맞춤부(52)의 수-나사-형상 나사부의 형성 및 상기 엔진 헤드(200)의 암-나사-형상 장착 홀(205)의 형성은 항상 동일한 조건 하에서 수행된다. 즉, 상기 맞춤부(52)의 나사산은 상기 나사산을 형성하는 시작 위치가 상기 금속 쉘(50)의 소정 위치 내에 존재하도록 형성된다. 마찬가지로, 상기 스파크 플러그(100)를 고정할 때 상기 맞춤부(52)의 나사산을 형성하는 시작 위치가 상기 장착 홀(205)과 접촉되도록 상기 장착 홀(205)은 상기 엔진 헤드(200)의 소정 위치 내에 형성된다. 이러한 방식으로, 상기 스파크 플러그(100)를 상기 엔진 헤드(200)에 조임한 이후에 상기 엔진 헤드(200) 및 상기 스파크 플러그(100) 모두에 대한 상대적인 방향(각도 위상)을 결정한다. 더욱이, 상기 둘레벽 연장부(57)와 상기 인젝터(220)의 분사 오리피스(221) 사이의 상대적인 위치 관계는 항상 일정할 수 있다. 양자택일적으로, 본 발명은 고정용 나사가 필요하지 않는 스파크 플러그에도 적용가능하다. 더욱이, 상술한 바의 장착 방법은 일 예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 바의 실시예에 제한되지 않는다. 통상적으로 주지된 다양한 방법을 이용할 수 있다.
특히, 상술한 바의 실시예에 다양한 수정을 가할 수 있다. 예를 들면, 상술한 바의 실시예에서, 상기 둘레벽 연장부(57)는 상기 금속 쉘(50)의 원통형 홀(59)의 선단측이 상기 선단측을 향하여 돌출되는 방식으로 형성된다. 이 경우, 원래 상기 축(O)방향으로 원통형상으로 형성되는 상기 둘레벽 연장부(57)의 원래 몸체부는 상기 돌출부(570~572) 및 상기 연결부(574)를 형성하기 위하여 바람직하게 절단된다. 또한, 상기 둘레벽 연장부(57)는 절단이외의 방법으로도 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 연결부(574)의 돌출 선단과 일직선으로 배열되는 상기 원통형 둘레벽 연장부(57)의 원래 몸체는 상기 축(O)방향으로 상기 금속 쉘(50)을 따라 미리 형성된다. 그러면, 상기 돌출부(570~572)와 같은 형상의 금속편들을 각각 용접할 수 있다. 이 경우, 상기 접지 전극(30) 및 상기 돌출부(570)는 일체로 형성될 수 있으며, 상기 접지 전극의 역할을 하는 일 부분은 스파크 방전 갭을 형성하기 위하여 상기 용접 이후에 내측으로 구부러질 수 있다. 양자택일적으로, 내부에 상기 돌출부(570~572) 및 상기 연결부(574)를 갖는 왕관-형상의 둘레벽 연장부(57)를 별도로 형성하여 상기 금속 쉘(50)의 선단에 용접할 수도 있다.
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 엔진에 장착되는 스파크 플러그(300)에도 적용가능하다. 상기 스파크 플러그(300)는 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)이 인젝터(320)의 오리피스(321)의 개방된 중심(T)을 통과하고 상기 축(O)을 수직으로 교차하는 가상 직선(N)에 대하여 전방에 위치되는 구조를 갖는다. 이 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 금속 쉘(350)의 돌출부(371,372)의 내표면(378,379)은 바람직하게는 상기 축(O)에 가까워지도록 경사지어지고 상기 축(O)에서 전방으로 연장되는 표면들로 형성된다. 이러한 방식으로, 상술한 바의 실시예에서와 마찬가지로, 상기 오리피스(321)로부터 분사되어 반사되고 상기 돌출부(371,372)의 내표면(378,379)에 충돌하는 연료는 상기 내표면(378,379)이 기울어지지 않는 경우에 비하여 상기 스파크 방전 갭의 주변에(도면에서 화살표(F)) 더욱 더 도달하게 된다. 즉, 상기 축(O)방향에서, 상기 연료의 반사방향은 증발된 연료가 확실히 상기 스파크 방전 갭 주위로 흐르도록 조정될 수 있다. 그 결과, 상기 공기-연료 혼합물은 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화될 수 있다.
또한, 상기 둘레벽 연장부(57)의 돌출부(570~572)의 수를 반드시 3개로 할 필요는 없으며 2개 이상이면 바람직하다. 예를 들면, 도 7에 나타낸 스파크 플러그(400)에서와 같이, 상기 금속 쉘(450)은 돌출부(470~473)를 가질 수 있다. 상기 접지 전극(30)은 상기 인젝터의 분사 오리피스로부터 분사되는 연료가 상기 스파크 방전 갭으로 바로 진행하는 것을 차단하는 상기 돌출부(470)에 결합된다(도 1 참조). 상기 돌출부(470)에 충돌됨 없이 상기 돌출부(471~473)에 도달하는 연료는 상기 돌출부(471,472,473)에서 반사되어 상기 스파크 방전 갭으로 향한다. 이 수정예 에서, 상기 분사된 연료는 상기 돌출부(471,472)에서 증발된 연료 및 물방울형 불완전 증발 연료로 분리되고, 상기 돌출부(471,472,473)는 상기 반사된 증발 연료가 상기 돌출부(473)를 향하도록 배치된다. 그러면, 상기 반사된 증발 연료는 상기 돌출부(473)에서 상기 스파크 방전 갭을 향하여 반사된다(화살표(H)는 연료가 흐르는 경로를 나타냄). 이러한 구조를 갖는 스파크 플러그(400)에서, 상기 돌출부(471,472)에 충돌하는 증발된 연료는 느려진 유속으로 상기 돌출부(473)을 향하여 반사된다. 상기 증발된 연료가 상기 돌출부(473)에 충돌하여 상기 스파크 방전 갭을 향하여 반사될 때, 상기 연료의 유속은 더욱 느려진다. 그러므로, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭 내에서 정체되는 경향이 있고, 따라서 상기 공기-연료 혼합물은 상기 스파크 방전에 의하여 용이하게 점화될 수 있다.
또한, 상술한 바의 실시예에서는 비록 상기 돌출부(571,572)의 내표면(578,579)이 편평한 표면이라고 기술하였으나, 이러한 표면에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 상기 둘레벽 연장부(57)는 원통형의 원래 벽 연장부의 내주면을 절단하지 않고 내측으로 구부러진 내표면을 가질 수도 있다. 양자택일적으로, 상기 내표면(578,579)은 다단계형상으로 되어 더 많은 양의 증발된 연료가 반사되어 상기 스파크 방전 갭의 중심으로 향하게 할 수 있고, 또는 오목한 형상으로 하여 상기 증발된 연료가 상기 축(O)에 수직인 방향 뿐만 아니라 상기 축(O)방향으로도 반사되도록 할 수 있다. 더욱이, 상술된 바의 실시예에서는 상기 접지 전극(30)이 상기 돌출부(570)에 결합되어 있으나, 상기 돌출부(570)가 스파크 방전 갭으로 직접적으로 향하는 분사된 연료를 차단하는 한 상기 접지 전극(30)은 상기 돌출부(571) 또는 상기 돌출부(572)에 결합될 수도 있다. 상기 접지 전극(30)의 수를 반드시 1개로 할 필요는 없으며, 상기 돌출부(571) 및 상기 돌출부(572)에 각각 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 인젝터의 분사 오리피스로부터 분사되는 연료는(도 1 참조) 상기 돌출부(571) 및 상기 돌출부(572)에 결합되는 접지 전극의 후면에 바로 도달하여 이에 부착되는 경향이 있다. 상기 접지 전극의 후면에 부착되는 연료는 연료 브리지를 유발하는 경향이 있으므로, 상술한 바의 실시예에서와 마찬가지로, 상기 접지 전극에 결합되는 돌출부는 바람직하게는 상기 인젝터의 분사 오리피스로부터 분사되는 연료가 상기 스파크 방전 갭으로 바로 향하는 것을 차단하는 구조를 갖는다.
또한, 상술한 바의 실시예에서는 상기 연소실(210)의 내벽면(215)에 대하여 상기 연소실(210) 측으로 돌출되는 둘레벽 연장부(57)를 갖는 스파크 플러그(100)가 이상에서와 같이 기술되어 있다. 하지만, 상기 둘레벽 연장부(57)가 반드시 상기 연소실(210)의 내벽면(215)에 대하여 상기 연소실(210) 측으로 돌출될 필요는 없다. 예를 들면, 상기 둘레벽 연장부(57)를 구성하는 연결부(574)의 돌출 선단이 반드시 상기 연소실(210)의 내벽면(215)으로부터 돌출되는 위치에 위치될 필요는 없다. 즉, 연결부(574)의 돌출 선단은 상기 내벽면(215)과 일직선으로 배열되는 위치에 또는 상기 내벽면(215)에 대하여 상기 장착홀(205) 내의 후방 위치에 존재할 수도 있다. 상기 연결부(574)의 길이가 짧아질수록, 상기 절연체(10)의 선단부(11)를 통과하는 연료가 증가되므로, 상기 절연체(10)로부터의 열 전도가 용이하다. 하지만, 상기 돌출부(570)의 강성이 열화되기 쉽다. 따라서, 충분한 강성을 유지하면 서 연결부(574)의 길이를 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바의 실시예에서는 비록 상기 돌출부(572)의 내표면(579)이 대향되는 방향이 상기 가상 외곽선(K)의 중심점(L)에 기초하여 정해지지만, 이러한 방향에만 한정되는 것은 아니다. 상기 돌출부(572)의 내표면(579)이 대향되는 방향을 상기 돌출부(572)의 내표면(579)의 중심을 통과하는 수직선을 이용하여 정하는 이유를 후술한다. 즉, 상기 돌출부(572)의 내표면(579)이 상기 돌출부(572)의 내표면(579)의 중심에서 반사되는 증발된 연료가 상기 스파크 방전 갭의 중심으로 향할 수 있도록 하는 형상으로 형성될 때, 상기 돌출부(572)의 내표면(579)의 중심에서 반사되어 상기 스파크 방전 갭의 중심 근처로 향하게 되는 증발된 연료의 양이 증가될 것이 예상된다. 그러므로, 상기 돌출부(572)의 내표면(579)의 중심으로서는, 예를 들면, 상기 내표면(579)의 무게 중심이 이용될 수 있다. 양자택일적으로, 상기 내표면(579)이 직사각형으로 형성될 때, 그의 대각선의 교차점이 상기 중심으로 이용될 수 있다. 또한, 상기 돌출부(572)의 내표면(579)의 크기, 형상 및 위치는 상기 돌출부(572)의 내표면(579)의 중심이 아닌 위치에서 반사되는 증발된 연료가 상기 스파크 방전 갭의 중심으로 향하도록 정의될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 증발된 연료는 상기 스파크 방전 갭의 중심으로 향할 수 있다. 상기 돌출부(571,572)의 내표면(578,579)은 상기 내표면(578,579)에서 반사되는 증발된 연료가 상기 스파크 방전 갭의 중심으로 향할 수 있도록 하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 내표면(578,579)이 반드시 상기 축(O)방향으로 기울어질 필요는 없다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 중앙 전극(20);
    축(O)방향으로 연장된 축방향 보어(12)를 가지며 상기 축방향 보어(12)의 선단측에 상기 중앙 전극(20)을 지지하는 절연체(10);
    상기 축(O)방향으로 연장되는 원통형 홀(59)을 가지며 그 내부에 상기 절연체(10)를 수용하는 금속 쉘(50)로서, 상기 금속 쉘(50)이 내연 엔진의 엔진 헤드(200) 상에 장착될 때 상기 절연체(10)의 선단부 주변을 방사상으로 에워싸도록 형성되는 둘레벽 연장부(57; 450)를 그의 선단측에 포함하며, 또한 상기 둘레벽 연장부(57; 450)는 연소실(210)의 내벽면(215)에 대하여 상기 연소실(210)측을 향하여 상기 절연체(10)의 선단을 따라 상기 축(O)방향으로 연장되는 돌출부(570∼572; 570,371,372; 470∼473)를 갖는 금속 쉘(50); 및
    상기 둘레벽 연장부(57; 450)에 결합되는 일단부(32) 및 상기 중앙 전극(20)의 선단측과 함께 스파크 방전 갭을 형성하는 타단부(33)를 갖는 접지 전극(30)으로 이루어지며,
    상기 둘레벽 연장부(57; 450)는 그 원주방향으로 상기 금속 쉘(50) 내에 단속적으로 형성되고 상기 내벽면(215)에 대하여 상기 연소실(210)측으로 상기 축(O)방향으로 연장되는 다수개의 돌출부(570∼572; 570,371,372; 470∼473), 및 원주방향으로 상기 금속 쉘(50)의 상기 다수개의 돌출부(570∼572: 570,371,372; 470∼473) 사이를 연결하며 자신의 선단이 상기 돌출부(570∼572; 570,371,372; 470-473)에 대하여 상대적으로 후방으로 배치되는 연결부(574)로 이루어지며, 상기 돌출부(570∼572; 570,371,372; 470∼473)의 적어도 하나는 상기 접지 전극(30)의 일단부(32)와 결합되는 돌출 선단(575)을 가지며,
    상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)의 중심과, 상기 중앙 전극(20)의 중심을 통과하며 상기 중앙 전극(20)의 축(O)과 평행한 직선이 상기 접지 전극(30)과 교차하는 교점을 연결하는 선분의 중심을 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)으로 간주하고,
    상기 스파크 플러그(100; 300; 400)의 방향은 상기 스파크 플러그(100; 300; 400)가 엔진 헤드(200)에 장착될 때 조정되고,
    상기 연소실(210)에 노출되는 연료의 분사 오리피스(221; 321), 상기 둘레벽 연장부(57; 450) 및 상기 스파크 방전 갭이 상기 축(O)방향에 수직인 제 1 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 둘레벽 연장부(57; 450)의 돌출부(570∼572; 570,371,372; 470∼473) 중에서, 상기 접지 전극(30)의 일단부(32)가 그의 돌출 선단(575)에 결합되는 제 1 돌출부(570; 470)는, 상기 분사 오리피스(221; 321)의 개방된 중심(T)과 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)을 연결하는 제 1 가상 직선(M)이 차단되는 위치에 위치되고,
    상기 금속 쉘(50)의 둘레방향으로 상기 제 1 돌출부(570; 470)의 양단을 연결하는 방향을 폭방향으로 간주할 때, 상기 폭방향에서 상기 제 1 돌출부(570; 470)의 길이(B)는 상기 폭방향에서 상기 접지 전극(30)의 단부 사이의 길이(C)보다 길은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 분사 오리피스(221; 321), 상기 제 1 돌출부(570; 470) 및 상기 스파크 방전 갭이 상기 분사 오리피스(221; 321)의 개방된 중심(T)과 상기 중앙 전극(20)의 축(O)을 포함하는 제 2 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 스파크 플러그(100; 300; 400)가 엔진 헤드(200)에 장착된 상태에서, 상기 제 1 돌출부(570; 470)의 돌출 선단(575)은 상기 제 1 가상 직선(M)에 대하여 상기 축(O)방향으로 상기 연소실(210)에 돌출되도록 위치됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 둘레벽 연장부(57)의 돌출부(570∼572; 570,371,372) 중에서 상기 제 1 돌출부(570)와는 다른 제 2 돌출부(571,572; 371,372) 및 상기 분사 오리피스(221; 321)로부터 분사되는 연료의 확산-각도(β)의 외곽선(Y)이 상기 스파크 플러그(100; 300)의 상기 제 2 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 제 2 돌출부(571,572; 371,372)의 돌출 선단(576,577)은 상기 분사 오리피스(221; 321)로부터 분사되는 연료의 확산-각도(β)의 외곽선(Y)에 의하여 제한되는 영역 내에 배치됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 가상 평면 상에서, 상기 제 2 돌출부(571,572)의 외면 중에서 상기 스파크 방전 갭에 대향하는 내면(578,579)의 중심(L)에서, 상기 내면(578,579)을 수직으로 교차하는 방향은 상기 내면(578,579)의 중심(L)으로부터 상기 분사 오리피스(221; 321)의 개방된 중심(T)까지의 방향 및 상기 내면(578,579)의 중심(L)으로부터 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)까지의 방향에 의하여 정의되는 예각(α) 내에 있음을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)이 상기 분사 오리피스(321)의 개방된 중심(T)을 통과하고 상기 중앙전극(20)의 축(O)을 수직으로 교차하는 제 2 가상 직선(N)에 대하여 상기 축(O)방향에서 상기 연소실(210) 상에 위치될 때, 상기 제 2 가상 평면 상에서, 상기 제 2 돌출부(371,372)의 내면(378,379)은 상기 축(O)방향을 따라 상기 연소실(210)의 내측으로 연장되면서 상기 축(O)에 가까워지도록 경사지어지고, 상기 축(O)방향에서 전방으로 연장되는 표면 내에 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 스파크 방전 갭의 중심(S)이 상기 분사 오리피스(221)의 개방된 중심(T)을 통과하고 상기 중앙전극(20)의 축(O)을 수직으로 교차하는 제 2 가상 직선(N)에 대하여 상기 축(O)방향에서 상기 연소실(210)의 반대되는 위치에 배치될 때, 상기 스파크 플러그(100)의 제 2 가상 평면 상에서, 상기 제 2 돌출부(571,572)의 내면(578,579)은 상기 축(O)방향을 따라 상기 연소실(210)의 내측으로 연장되면서 상기 축(O)으로부터 경사지어지는 표면 내에 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
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