KR101433954B1 - 가스 엔진, 가스 오토 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치 - Google Patents

가스 엔진, 가스 오토 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치로서, 점화 장치가 글로우 플러그(10)로서 형성되며, 점화 소스로서 사용되는 글로우 핀(4)을 포함하고, 보호 슬리브(1)는 상기 글로우 핀(4)을 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리시키며, 상기 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 상기 보호 슬리브(1)의 부분(11)은 상기 글로우 핀(4)에 의해 상기 보호 슬리브(1)의 상기 부분(11)이 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열되는 것인 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치에 관한 것이다. 선행 기술에 비해 훨씬 더 증가한 수명을 갖는 새로운 글로우 플러그를 형성하기 위해, 상기 글로우 핀(4)은 상기 보호 슬리브(1) 내에서 가열 위치(12) 및 더 낮은 열 부하를 받는 다른 위치(13) 형태인 2개의 상이한 위치를 가질 수 있다.
글로우 플러그, 글로우 핀, 보호 슬리브, 점화 소스.

Description

가스 엔진, 가스 오토 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치{IGNITION DEVICE FOR A GASEOUS FUEL-AIR MIXTURE IN GAS ENGINE, GAS-OTTO ENGINE OR DIESEL ENGINE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 가스 엔진, 가스-오토 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치에 관한 것이다.
가스 엔진에서는, 기체 연료-공기 혼합물이 연소된다. 기체 연료-공기 혼합물은 가스 엔진의 하나 이상의 점화 장치에 의해 점화된다. 선행 기술에 공지된 가스 엔진에서 점화 장치는 점화 플러그로서 형성되고, 상기 점화 플러그는 세분된 연소실 또는 주 연소실로부터 분할된 예비 챔버 내에 돌출되어, 연소실 또는 예비 챔버 내의 기체 연료-공기 혼합물을 점화시킨다. 점화를 위해, 높은 점화 에너지가 필요하며, 상기 점화 에너지는 엔진 출력의 증가에 따라 지나치게 큰 비율로 상승한다.
DE 102 17 996 A1에는 기체 연료-공기 혼합물의 점화를 위한 높은 점화 에너지가 얻어질 수 있는 가스 엔진이 공지되어 있다. DE 102 17 996 A1의 가스 엔진에서는 기체 연료-공기 혼합물의 점화가 점화 장치에 의해 이루어지며, 점화 온도 를 제공하는 점화 장치의 글로우 플러그는 점화될 연료-공기 혼합물 또는 상기 점화될 연료-공기 혼합물로 이루어진 기체 분위기와 직접 접촉한다. 글로우 플러그는 차폐부 또는 보호 슬리브를 가지며, 상기 차폐부 또는 보호 슬리브는 글로우 플러그의 글로우 핀을 둘러싸고 상응하는 개구 또는 홀을 가짐으로써, 강제 대류에 의한 열 방출이 감소하고 글로우 핀의 표면 온도가 상승할 수 있다. 이로 인해, 시동 과정에서 그리고 낮은 부분 부하에서 가스의 자체 점화 온도가 항상 얻어지고, 높은 부하에서 글로우 플러그의 가열 출력이 0까지 감소할 수 있어서, 글로우 플러그의 수명이 현저히 증가할 수 있는데, 그 이유는 그 가열 코일이 지속적으로 열 부하를 받지 않기 때문이다.
DE 10 2005 050 435 A1에는 또한, 연소실 또는 예비 챔버 내로 돌출된 하나 이상의 글로우 플러그를 가진 가스 엔진이 공지되어 있다. 글로우 플러그는 점화 소스로서 사용되는 가열 소자를 글로우 핀의 형태로 포함하고, 슬리브형 수용 장치는 글로우 핀을 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리시키며, 글로우 핀은 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 슬리브형 수용 장치의 부분을 가열하여 상기 수용 장치 또는 보호 슬리브의 상기 부분이 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 한다. 점화될 연료-공기 혼합물의 부식성 분위기로부터 점화 소스를 분리시킴으로써, 가스 엔진의 글로우 플러그의 수명이 증가한다.
본 발명의 과제는 훨씬 더 긴 수명을 갖는 새로운 글로우 플러그를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 글로우 플러그에 의해 해결된다.
가스 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치로서, 점화 장치가 글로우 플러그로서 형성되며, 점화 소스로서 사용되는 글로우 핀을 포함하고, 보호 슬리브는 점화될 연료-공기 혼합물로부터 글로우 핀을 분리시키며, 글로우 핀이 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 각각의 보호 슬리브의 부분을 가열하여 상기 부분이 글로우 영역으로서 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치에 있어서, 상기 글로우 핀은 보호 슬리브 내에서 가열 위치 및 더 낮은 열 부하를 받는 다른 위치 형태인 2개의 상이한 위치를 가질 수 있기 때문에, 글로우 플러그의 수명이 선행 기술에 비해 훨씬 증가한다. 전류가 공급되지 않은 상태에서 글로우 핀, 즉 민감한 소자를 글로우 영역으로부터 인출함으로써, 글로우 플러그의 작동 안전성이 커지고, 서비스 비용이 감소한다. 글로우 핀의 상이한 위치는 이동되지 않는 보호 슬리브 내부에 있기 때문에, 예비 챔버의 체적이 변하지 않으며, 압축비도 변하지 않는다.
본 발명에 따른 글로우 플러그의 경우, 보호 슬리브와 글로우 핀은 별도의 부품으로 형성된다. 글로우 핀과 보호 슬리브는 별도로 제조될 수 있다. 글로우 핀은 보호 슬리브 내에 배치될 수 있고 보호 슬리브로부터 분리될 수 있다. 글로우 핀 또는 보호 슬리브에 결함이 있는 경우, 다른 부품들은 재사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 보호 슬리브는 0.5 mm 내지 3 mm, 바람직하게는 0.8 mm 내지 1.5 mm의 벽 두께를 가지며, 실온에서 최대 20W/mK, 바람직하게는 최대 15W/mK의 열 전도 계수, 및 1000 ℃, 더 바람직하게는 1100 ℃, 가장 바람직하게는 1200 ℃까지 내열성 및 내식성을 갖는 재료로 형성된다.
바람직하게는 질화 실리콘 세라믹 또는 안정화된 산화 지르콘 또는 산화물 세라믹 섬유 복합 재료로 형성된 글로우 핀은, 보호 슬리브 내에서 글로우 핀과 보호 슬리브 사이에 약간 헐거운 끼워맞춤이 형성되도록 배치된다.
본 발명에 의해, 글로우 플러그의 수명이 훨씬 더 길어진다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 이하의 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예가 도면을 참고로 이하에서 설명되지만, 본 발명이 이 실시예로 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 가스 엔진, 특히 가스 오토(Otto) 엔진, 또는 디젤 엔진용 글로우 플러그에 관한 것이다. 본 발명에 따른 글로우 플러그는 연료-공기 혼합물을 점화하기 위해 연소실 내에 돌출되어 있다. 연소실은 분할되지 않은 연소실 또는 분할된 연소실로서 형성될 수 있고, 연소실이 주 연소실과 예비 챔버로 세분되는 경우, 글로우 플러그는 연소실의 예비 챔버 내에 돌출된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 글로우 플러그(10)의 실시예를 도시한다. 글로우 플러그(10)는 가열 장치로서 형성된 글로우 핀(4)을 구비하며, 상기 글로우 핀(4)은 슬리브형 수용 장치, 즉 보호 슬리브(1) 내에 위치 설정되거나 배치된다. 보호 슬리브(1)는 글로우 핀(4)을 연소실 내부의 부식성 분위기로부터 분리시킨다.
요약하면, 점화 장치가 글로우 플러그(10)로서 형성되며, 점화 소스로서 사용되는 글로우 핀(4)을 포함하고, 보호 슬리브(1)는 점화될 연료-공기 혼합물로부터 글로우 핀(4)을 분리시키며, 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 보호 슬리브(1)의 부분(11)은 글로우 핀(4)에 의해 상기 부분이 글로우 영역(11)으로서 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열되는 것인 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치에 있어서, 상기 글로우 핀(4)은 보호 슬리브(1) 내에서 가열 위치(12) 및 더 낮은 열 부하를 받는 다른 위치(13) 형태인 2개의 상이한 위치(12, 13)를 가질 수 있다.
글로우 핀(4)은 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 에너지를 가열 출력의 형태로 제공한다. 글로우 핀(4)은, 가열 위치에 있는 보호 슬리브(1)의 부분 또는 글로우 영역(11)을, 상기 부분에 접촉한 연료-공기 혼합물의 점화에 필요한 온도로 가열한다. 글로우 핀(4)은 전기 저항 가열 장치로서 구현될 수 있고, 캐리지(2) 상에 고정된다. 캐리지(2)는 보호 슬리브(1) 내부의 글로우 핀(4)용 가이드이고, 서보 구동 장치(3)에 의해 보호 슬리브(1)의 축방향으로 보호 슬리브(1) 내의 2개의 위치(12, 13) 사이에서 이동 가능하다.
캐리지(2)의 일단부는 축방향으로 보호 슬리브(1) 내로 삽입되고, 타단부는 망원경 방식으로 서보 구동 장치(3) 내로 이동 가능하기 때문에, 보호 슬리브(1)가 고정되고 서보 구동 장치(3)가 고정되며 글로우 핀(4)이 캐리지 상에 고정될 때, 글로우 핀(4)에 전류가 공급되지 않으면, 캐리지(2)는 글로우 핀(4)을 가열 위치(12)로부터 더 낮은 열 부하를 받는 위치(13)로 이동시키고, 필요한 경우 그리고 글로우 핀(4)에 전류가 공급되는 경우 상기 글로우 핀을 다시 가열 위치(12)로 이동시킨다.
서보 구동 장치(3)는 솔레노이드 또는 공기압 실린더로서 또는 전기 모터로서 형성된다.
전술한 바와 같은 보호 슬리브(1)는 낮은 열 전도성을 가진 열 전도성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 따라서, 보호 슬리브(1)는 니켈 기반의 합금 강 또는 산화물 분산 합금 강으로 형성될 수 있다.
보호 슬리브(1)는 바람직하게 0.8 mm 내지 1.5 mm의 벽 두께를 갖는다. 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 보호 슬리브(1)의 외부면(11), 즉 글로우 영역은 바람직하게 세라믹 재료로 이루어지거나 또는 보호 슬리브(1)가 세라믹 재료로 코팅된다. 글로우 영역(11)은 일반적으로 보호 슬리브(1)의 나머지 부분의 벽 두께보다 작은 벽 두께로 제조된다.
적합한 재료 쌍에 의해, 글로우 플러그(10)의 전체 열 평형이 최적화된다.
달리 표현하면, 본 발명에 따른 글로우 플러그(10)에서 가열 소자는 글로우 핀(4)의 형태로 캐리지(2) 상에 놓이며, 상기 캐리지는 글로우 핀(4)을, 연소실 또는 예비 챔버 내에 돌출된 보호 슬리브(1)로부터 일정한 정도로 끌어낸다. 보호 슬리브(1)로부터의 인출은 엔진 시동 후에 이루어지며, 글로우 핀(4)의 다른 반응성 글로우가 필요 없다. 글로우 핀은 뜨거운 구역으로부터 나와 훨씬 더 낮은 열 부하를 받는 위치(13)로 이동된다. 글로우 핀(4)이 다시 가열 위치(12)에 있어야 하면, 상기 글로우 핀(4)은 다시 가열 위치(12)에 도달할 때까지 보호 슬리브 내로 삽입된다. 본 발명에 따른 글로우 플러그의 부품들은 하나의 열 전도성 재료 또는 더 낮은 열 전도성을 가진 다른 재료로 이루어진 고정 보호 슬리브(1), 캐리지(2), 구동 메커니즘(3) 및 글로우 핀(4)이다. 연소실 내로 돌출된 보호 슬리브(1)는 글로우 핀(4)에 의해 내부로부터 가열된다. 글로우 핀(4)은 캐리지(2) 상에 놓인다. 캐리지(2)는, 글로우 핀(4)에 전류가 공급되지 않으면, 글로우 핀(4)을 가열 위치(12)로부터 열 부하를 받지 않는 단부 위치(13)로 이동시키도록 배치된다. 캐리지(2)의 작동은 솔레노이드에 의해 적합하게 이루어지지만, 공기압 실린더 또는 전기 모터에 의해서도 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른, 도 1 및 도 2의 글로우 플러그는 가스 엔진 및 디젤 엔진에 사용될 수 있다.
도 1은 글로우 핀이 가열 위치에 있는, 본 발명에 따른 글로우 플러그의 개략도.
도 2는 도 1과 달리, 글로우 핀이 더 낮은 열 부하를 받는 위치에 있는, 도 1에 따른 글로우 플러그의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 보호 슬리브
10 : 글로우 플러그
4 : 글로우 핀
12 : 가열 위치

Claims (10)

  1. 가스 엔진, 가스 오토(Otto) 엔진 또는 디젤 엔진 내의 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치로서, 상기 점화 장치는 글로우 플러그(10)로서 형성되며, 점화 소스로서 사용되는 글로우 핀(4)을 포함하고, 보호 슬리브(1)는 상기 글로우 핀(4)을 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리시키며, 점화될 상기 연료-공기 혼합물과 접촉하는 상기 보호 슬리브(1)의 부분(11)은, 상기 글로우 핀(4)에 의해 상기 부분이 글로우 영역(11)으로서 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열되는 것인 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치에 있어서,
    상기 글로우 핀(4)은 상기 보호 슬리브(1) 내에서 가열 위치(12) 및 더 낮은 열 부하를 받는 다른 위치(13) 형태인 2개의 상이한 위치를 가질 수 있으며,
    상기 글로우 핀(4)은 캐리지(2) 상에 고정되고, 상기 캐리지(2)는 서보 구동 장치(3)에 의해 상기 글로우 핀(4)을 상기 보호 슬리브(1)의 축방향으로 상기 보호 슬리브(1) 내의 상기 2개의 상이한 위치(12, 13) 사이에서 이동 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 캐리지(2)의 일단부는 축방향으로 상기 보호 슬리브(1) 내로 삽입되고, 상기 캐리지(2)의 타단부는 망원경 방식으로 서보 구동 장치(3) 내로 이동 가능하기 때문에, 상기 보호 슬리브(1)가 고정되고 상기 서보 구동 장치(3)가 고정되며 상기 글로우 핀(4)이 상기 캐리지(2)에 고정될 때, 상기 글로우 핀(4)에 전류가 공급되지 않으면, 상기 캐리지(2)는 상기 글로우 핀(4)을 상기 가열 위치(12)로부터 더 낮은 열 부하를 받는 위치(13)로 이동시키고, 필요한 경우 그리고 상기 글로우 핀(4)에 전류가 공급되는 경우 상기 글로우 핀(4)을 다시 상기 가열 위치(12) 내로 이동시키는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 서보 구동 장치(3)는 상기 캐리지(2)의 이동을 위한 솔레노이드 또는 공기압 실린더로서 또는 전기 모터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 보호 슬리브(1)는 니켈 기반의 합금 강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 보호 슬리브(1)는 산화물 분산 합금 강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 보호 슬리브(1)는, 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 외부면(11)이 글로우 영역에서 세라믹 재료로 이루어지거나 또는 세라믹 재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  8. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 글로우 핀(4)은 질화실리콘 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  9. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 글로우 핀(4)은 안정화된 산화지르콘 또는 산화물 세라믹 섬유 복합 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 연료-공기 혼합물용 점화 장치.
  10. 삭제
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