KR101775484B1 - 글로우 플러그 - Google Patents

Abstract

길이 방향으로 관통홀이 형성되는 금구; 및 상기 관통홀에 삽입되어 상기 금구와 결합되는 핀 어셈블리;를 포함하며, 상기 핀 어셈블리는 중축; 상기 중축을 통해 전달되는 에너지에 의해 발열되는 발열체; 상기 중축 및 상기 발열체를 연결시키는 코일 스프링; 및 상기 코일 스프링의 내측에 배치되어 상기 중축과 상기 발열체 사이에 개재되는 중심 핀;을 포함하는 글로우 플러그를 제공한다.

Description

글로우 플러그{GLOW PLUG}

본 발명은 디젤 기관에서 연료의 착화를 용이하게 하도록 연소실을 예열하는 글로우 플러그에 관한 것이다.

디젤 엔진은 스파크를 일으켜 강제로 불꽃을 점화시키는 방식 대신에, 혼합 연료를 압축시켜 자발적으로 점화 온도에 도달하여 연소되는 압축 착화 방식을 취하고 있다. 그러나, 공기를 압축하면 누설과 열 손실이 발생하기 때문에 압력 및 온도가 낮아져 시동이 어렵다. 이에 따라, 글로우 플러그가 압축 공기를 자체 점화 온도에 도달할 수 있도록 예열시키기 위하여 사용된다.

글로우 플러그를 구성하는 핀 어셈블리는 종래 중축과 발열체 사이를 연결하기 위해 리드 와이어 등을 사용하였다. 그러나, 리드 와이어는 재질 및 그 구조상 강성이 부족하여 이로 인해 핀 어셈블리를 조립하는 과정에서 리드 와이어가 휘어지거나 중축이 금구 내로 밀려 들어가는 현상이 발생하였다.

또한, 종래 리드 와이어를 포함하는 핀 어셈블리를 사용하여 이를 금구에 조립하면 제조 공정의 자동화가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 리드 와이어가 일자형으로 형성되는 경우 엔진 진동으로 인해 금구 내벽과 단락되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1115008호 (2012.02.03. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1115006호 (2012.02.03. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1315165호 (2013.09.30. 등록) 대한민국 등록특허 제10-0869714호 (2008.11.14. 등록)

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 리드 와이어가 휘어지거나 중축이 금구 내로 밀려 들어가는 것을 방지할 수 있는 핀 어셈블리를 제공하고자 한다. 이를 위해, 리드 와이어의 형상을 변경한다.

동시에, 중축과 발열체 사이에 그 사이 간격을 유지할 수 있는 부재를 개재하고자 한다. 이를 통해, 제조 공정의 자동화를 구축한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 길이 방향으로 관통홀이 형성되는 금구; 및 상기 관통홀에 삽입되어 상기 금구와 결합되는 핀 어셈블리;를 포함하며, 상기 핀 어셈블리는 중축; 상기 중축을 통해 전달되는 에너지에 의해 발열되는 발열체; 상기 중축 및 상기 발열체를 연결시키는 코일 스프링; 및 상기 코일 스프링의 내측에 배치되어 상기 중축과 상기 발열체 사이에 개재되는 중심 핀;을 포함하는 글로우 플러그를 제공한다.

상기 중심 핀은 비신축성 절연 소재로 형성될 수 있다.

상기 중심 핀의 양 단은 상기 중축 및 상기 발열체와 각각 면 접촉될 수 있다.

상기 발열체의 외주면에는 상기 발열체가 삽입 관통되며 용접에 의해 결합되는 슬리브;가 더 배치되며, 상기 슬리브는 관통홀 하단의 상기 금구와 용접에 의해 접합될 수 있다.

상기 발열체는 세라믹 발열체이고, 상기 세라믹 발열체 내부에는 U자형 와이어가 배치되고, 상기 와이어의 일단은 상기 코일 스프링에 연결되고, 타단은 상기 슬리브에 연결될 수 있다.

상기 중축은 상기 코일 스프링과 끼움 결합된 후 레이저 용접으로 고정되고, 상기 발열체는 상기 코일 스프링에 끼움 결합된 후 접착제의 의해 고정될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

코일 스프링으로 중축 및 발열체를 연결시키고, 코일 스프링의 내측 공간에 비신축성 절연 재질의 중심 핀을 개재하여 코일 스프링의 휨과 중축의 밀림 현상을 방지할 수 있다. 그 결과, 글로우 플러그의 제조 공정에 대한 자동화를 구축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글로우 플러그에 대한 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 도 2의 걸림 부싱 부근의 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 어셈블리에 대한 사시도.
도 5는 도 2의 A 부분 확대 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글로우 플러그에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이며, 도 3은 도 2의 걸림 부싱 부근의 확대 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 글로우 플러그는 금구(10), 핀 어셈블리(20) 및 아답터(40)를 포함한다.

금구(10)는 핀 어셈블리(20)가 수용 결합되는 하우징이며, 길이 방향으로 관통홀(11)이 형성되어 있다. 즉, 전체적으로 원통형의 펜대 형상이며, 내부 중공을 통해 핀 어셈블리(20)를 포함하는 글로우 플러그의 각 구성 요소들이 배치 결합된다. 한편, 금구(10)는 대개 금속 재질로 형성된다.

또한, 금구(10)의 중간 부분에는 제1 턱(13)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 금구(10)에는 제1 관통홀(11(a))과 제1 관통홀(11(a))의 내경보다 큰 내경을 갖는 제2 관통홀(11(b))이 형성된다. 즉, 관통홀(11)은 제1 및 제2 관통홀(11(a))(11(b))로 구분될 수 있다. 따라서, 제1 턱(13)은 제1 및 제2 관통홀(11(a))(11(b)) 사이의 단차 즉, 내경의 차이로 인해 형성된다.

또한, 관통홀(11)의 상측 즉, 제1 관통홀(11(a)) 상단에는 후술할 절연 와셔(30)가 안착될 수 있는 와셔 홈이 형성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 어셈블리에 대한 사시도이고, 도 5는 도 2의 A 부분 확대 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 핀 어셈블리(20)는 아답터(40)를 통해 공급되는 전기 에너지가 중축(21)을 따라 전달되면, 발열체(22)에서 열 에너지로 변환되고 이를 연소실 내에 제공한다. 이 때, 일 실시예에 따른 핀 어셈블리(20)는 금구(10)의 관통홀(11) 하측으로 삽입되어 금구(10)에 조립 결합된다. 한편, 일 실시예에 따른 핀 어셈블리(20)는 중축(21), 발열체(22), 코일 스프링(23) 및 중심 핀(24)을 포함한다.

여기서, 중축(21)은 금속 재질의 긴 원기둥 형상으로 이너 폴로도 명명한다. 그리고, 중축(21)의 상단부는 금구(10)의 관통홀(11) 상측을 통해 외측으로 노출된다.

다음으로, 발열체(22)는 연소실 내부에 열 에너지를 제공하는 역할을 한다. 이 때, 그 발열 온도는 설계 변경에 의해 달라질 수 있다. 한편, 발열체(22)는 금속이나 세라믹 재질로 형성된다. 다만, 일 실시예에 따른 발열체(22)는 세라믹 발열체가 바람직하다. 이 때, 발열체(22)는 밀폐된 봉 형상이고, 그 내부에는 U자형 금속 와이어(26)가 배치된다.

구체적으로, 와이어(26)의 일단은 발열체(22)의 상측 외주면을 통해 노출되어 코일 스프링(23)과 전기적으로 연결되고, 타단은 발열체(22)의 외주면에 더 결합되는 슬리브(25)에 전기적으로 연결된다. 그 결과, 전류는 코일 스프링(23)을 통해 와이어(26)의 일단으로 유입되고, 특히 발열체(22)의 단부에서 열 에너지로 전환되어 발열되며, 슬리브(25)를 통해 유출되는 흐름을 갖게 된다.

슬리브(25)는 삽입 관통되는 발열체(22)의 외주면과 용접에 의해 고정 결합된다. 또한, 슬리브(25)는 관통홀(11) 하단의 금구(10)와 용접에 의해 접합되어 금구(10) 내에서 발열체(22)를 고정시킨다.

다음으로, 코일 스프링(23)은 중축(21) 및 발열체(22)를 전기적으로 연결시킨다. 즉, 코일 스프링(23)의 양 단은 소정 거리 이격 배치되는 중축(21) 및 발열체(22)의 각 단부에 결합된다. 이런 코일 스프링(23)은 탄성력을 갖으며, 전기 에너지가 전달될 수 있는 금속 재질로 이루어진다.

코일 스프링(23)의 양단이 중축(21) 및 발열체(22)에 각각 끼움 결합되면 그 결합 부위는 용접에 의해 더 견고하게 접합 고정된다. 용접은 예를 들어, 레이저 용접 등이 가능하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이 때, 중축(21) 및 코일 스프링(23)은 대개 금속 재질이다. 다만, 발열체(22)는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 특히, 발열체(22)가 세라믹 재질이면, 코일 스프링(23)과 이질적 재질 차이로 인해 그 결합 부위에는 접착제가 도포되어 보강 고정되는 것이 더 바람직하다.

이 때, 코일 스프링(23)의 내측에는 중심 핀(24)이 배치된다. 즉, 중심 핀(24)은 중축(21)과 발열체(22) 사이에 개재될 수 있도록 코일 스프링(23)의 내측에 배치된다. 이 때, 중심 핀(24)의 양 단은 중축(21) 및 발열체(22)와 각각 면 접촉된다. 즉, 양 쪽으로 서로 맞닿아 있다.

한편, 중심 핀(24)은 비신축성 절연 소재로 형성된다. 그 결과, 중심 핀(24)은 눌림 힘 즉 압축력이 작용하더라도 그 길이가 변하지 않는다. 따라서, 중심 핀(24)은 핀 어셈블리(20)가 금구(10)에 삽입 결합된 상태에서 금구(10)의 상측 와셔 홈에 절연 와셔(30)를 억지 끼움하거나, 아답터(40)를 억지 누름으로 가압하여 코킹하는 과정에서 중축(21)이 금구(10) 내측으로 밀려 들어가는 것을 방지할 수 있다.

왜냐하면, 중축(21) 및 발열체(22)는 코일 스프링(23)에 의해 연결되어 있기 때문에 중축(21)의 상단부에서 가해지는 힘에 의해 중축(21)이 밀려나게 되면 코일 스프링(23)은 휘어질 수 있다. 그러면, 코일 스프링(23)과 금구(10) 내주면이 접촉하게 되어 단락 현상이 발생하게 된다.

그러나, 코일 스프링(23)의 내측에 중축(21) 및 발열체(22) 사이의 간격에 대응되는 길이를 갖는 중심 핀(24)을 삽입하면, 중축(21)이 밀려 들어갈 수 없기 때문에 코일 스프링(23)이 휘어지는 현상 등이 발생하지 않는다. 동시에, 코킹은 균일하게 이루어질 수 있고 그 결과, 일정한 코킹 면적을 확보할 수 있다.

아답터(40)는 외측 전원부의 커넥터와 끼움 결합되는 부분이다. 즉, 아답터(40)는 글로우 플러그로 전원을 인가하기 위한 단자 역할을 한다. 그리고, 아답터(40)는 디젤 기관에 배열되는 복수 개의 글로우 플러그에 대한 제어 방식이 개별 제어로 변경되면서 커넥터와 탈착 가능하게 형성된다. 따라서, 종래와 달리 단지 인장력을 가하면 아답터(40)는 커넥터에서 분리될 수 있다.

다른 실시예에 따른 핀 어셈블리(20)는 중축(21), 걸림 부싱(27), 발열체(22), 코일 스프링(23) 및 중심 핀(24)을 포함한다. 다만, 중축(21) 및 걸림 부싱(27)을 제외하면 나머지 구성 요소들은 전술한 것과 동일한 바, 이하 구체적 설명은 생략한다.

이 때, 핀 어셈블리(20)는 제1 및 제2 관통홀(11(a))(11(b))에 삽입되어 금구(10)와 결합된다. 구체적으로, 핀 어셈블리(20)는 중축(21)의 상단이 제2 관통홀(11(b))을 통해 삽입되어 제1 관통홀(11(a))을 통해 외측으로 돌출되어 금구(10)와 조립 결합된다.

한편, 중축(21)은 미리 설정되는 제1 외경을 갖는 상부 중축(21(a))과, 제1 외경보다 큰 제2 외경을 갖는 하부 중축(21(b))을 포함한다. 이 때, 상부 및 하부 중축(21(a))(21(b)) 사이에는 제2 턱(28)이 형성된다.

걸림 부싱(27)은 핀 어셈블리(20)가 금구(10) 내에 삽입 결합되면, 제1 및 제2 턱(13)(28) 사이에 개재된다. 걸림 부싱(27)은 원형 고리 형상을 갖는데, 걸림 부싱(27)의 상측면은 제1 턱(13)에 접촉 걸림되고, 걸림 부싱(27)의 하측면은 제2 턱(28)에 접촉 걸림된다. 그 결과, 제2 관통홀(11(b))을 통해 삽입되는 핀 어셈블리(20)는 제1 및 제2 턱(13)(28)에 걸림 결합되는 걸림 부싱(27)에 의해 그 결합 위치가 특정될 수 있다.

걸림 부싱(27)은 절연 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 그 결과, 걸림 부싱(27)은 중축(21)과 금구(10) 사이의 접촉에 따른 단락(쇼트)을 방지할 수 있다. 또한, 걸림 부싱(27)은 금구(10) 내로 삽입되어 핀 어셈블리(20)가 금구(10) 내에 배치될 때, 제1 및 제2 관통홀(11(a))(11(b))과의 관계에서 그 중심에 놓이도록 센터링하는 역할을 한다.

또한, 걸림 부싱(27)은 아답터(40)를 탈거할 때 발생되는 인장력에 의해 핀 어셈블리(20)가 상측으로 이동되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 걸림 부싱(27)은 디젤 기관의 진동에 따라 핀 어셈블리(20)가 금구(10) 내에서 움직이는 것을 방지할 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따른 중축(21)은 미리 설정되는 제1 외경을 갖는 상부 중축(21(a))과, 상부 중축(21(a))에서 외경이 점진적으로 증가하는 테이퍼부 중축(미도시) 및 테이퍼부 중축에서 미리 설정되는 제2 외경을 갖는 하부 중축(21(b))을 포함한다. 이 때, 상부 중축(21(a)) 및 하부 중축(21(b))은 전술한 것과 동일한 바, 이하 구체적 설명은 생략한다.

테이퍼부 중축은 상부 중축(21(a)) 및 하부 중축(21(b)) 사이에 개재되며, 테이퍼부 중축에는 걸림 부싱(27)이 배치 결합된다. 다만, 걸림 부싱(27)이 걸림되는 위치는 걸림 부싱(27)의 내경의 크기에 따라 달라질 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 핀 어셈블리(20)는 중축(21), 제1 널링부(62), 제2 널링부(64), 발열체(22) 및 코일 스프링(23)을 포함한다. 여기서, 중축(21), 발열체(22) 및 코일 스프링(23)은 전술한 것과 동일한 바, 동일한 도면 부호를 사용하며 이하 구체적 설명을 생략한다.

한편, 돌출되는 중축(21)의 상단부 외주면에는 상단에서부터 중축(21)의 연장 방향으로 제2 널링부(knurling)(64) 및 제1 널링부(62)가 순차적으로 형성되어 있다. 제1 널링부(62)는 금구(10) 내에 핀 어셈블리(20)가 배열될 때, 금구(10)의 관통홀(11) 상측을 통해 노출된다. 예를 들어, 제1 널링부(62)는 중축(21)의 길이 방향으로 소정 간격 이격되어 배열되는 일자 패턴일 수 있다. 이와 달리, 제1 널링부(62)는 중축(21)의 외주면 일부에만 형성될 수 있다.

이 때, 제1 널링부(62)가 형성되는 중축(21)의 외주면에는 원형 고리 형상의 절연 와셔(30)가 압입되어 결합된다. 절연 와셔(30)는 중축(21)에 가해지는 비틀림 힘 즉, 토크를 흡수하여 이를 완충하는 역할을 한다. 이 때, 절연 와셔(30)는 탄성 변형이 가능한 플라스틱 재질이 바람직하다.

한편, 절연 와셔(30)의 외경은 금구(10)의 내경보다 크고, 내경은 중축(21)의 외경보다 작다. 그 결과, 절연 와셔(30)는 중축(21) 및 금구(10) 사이에 억지 끼움될 수 있다. 구체적으로, 절연 와셔(30)는 제1 널링부(62)에 비해 소프트한 재질을 갖기 때문에 억지 끼움되는 결합 부위는 제1 널링부(62)의 형상에 대응하여 변형된다. 그 결과, 절연 와셔(30) 및 중축(21) 사이의 결합력은 보다 향상될 수 있다.

또한, 절연 와셔(30)를 사용하면 금구(10)의 상측 와셔 홈을 밀폐시킬 수 있다. 동시에, 절연 와셔(30)는 중축(21)과 금구(10) 사이의 절연 간극을 유지할 수 있도록 한다. 그 결과, 중축(21)과 금구(10)의 접촉에 따른 단락을 방지할 수 있다. 또한, 중축(21)의 비틀림이 줄어들기 때문에 코일 스프링(23)의 단선이나, 발열체(22)와 슬리브(25) 사이의 용접 부위에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 절연 와셔(30)를 억지 끼움하기 이전에 고무 재질의 오링(O-ring)(32)을 더 삽입 결합시킬 수 있다. 구체적으로, 오링(32)은 금구(10)의 상측 관통홀(11)을 통해 노출되는 중축(21)과 관통홀(11) 사이의 간극을 밀폐시킨다. 이 때, 오링(32)은 관통홀(11)을 통해 수분 등 기타 이물질이 금구(10) 내로 침투되는 것을 방지한다.

또한, 중축(21)의 외주면에는 제1 널링부(62)에서 상측으로 다이아몬드 패턴의 제2 널링부(64)가 더 형성되어 있다. 전술한 것처럼, 글로우 플러그는 중축(21)에 전원을 인가하기 위해 아답터(40)를 사용한다. 즉, 아답터(40)가 금구(10)의 상측 관통홀(11)을 통해 돌출되는 중축(21)의 상단부에 형성되는 제2 널링부(64)에 끼움 결합된다. 따라서, 아답터(40)의 내주면은 제2 널링부(64)와 밀착 결합된다.

또한, 핀 어셈블리(20)는 금구(10)의 하측 관통홀(11)을 통해 삽입 배치되는 방식으로 그 조립 과정에서 특히 중축(21)에는 토크가 가해질 가능성이 낮다. 또한, 아답터(40)를 끼움 결합하거나 그 결합을 해제하여 분리하는 경우에도 중축(21)에는 토크가 크게 작용하지 않는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 금구 20: 핀 어셈블리
21: 중축 22: 발열체
23: 코일 스프링 24: 중심 핀
25: 슬리브 26: 와이어
27: 걸림 부싱 11: 관통홀
11(a): 제1 관통홀 11(b): 제2 관통홀
21(a): 상부 중축 21(b): 하부 중축
13: 제1 턱 28: 제2 턱
62: 제1 널링부 62: 제2 널링부
30: 절연 와셔 32: 오링
40: 아답터

Claims (6)

1. 길이 방향으로 관통홀이 형성되는 금구; 및
   상기 관통홀에 삽입되어 상기 금구와 결합되는 핀 어셈블리;를 포함하며,
   상기 핀 어셈블리는
   중축;
   상기 중축을 통해 전달되는 에너지에 의해 발열되는 발열체;
   상기 중축 및 상기 발열체를 연결시키는 코일 스프링; 및
   상기 코일 스프링의 내측에 배치되어 상기 중축과 상기 발열체 사이에 개재되는 중심 핀;을 포함하고,
   상기 중심 핀은 비신축성 절연 소재로 형성되며, 상기 중심 핀은 상기 중축 및 상기 발열체 사이의 간격에 대응되는 길이로 형성되어 상기 중심 핀의 양 단은 상기 중축 및 상기 발열체와 각각 면 접촉되는 글로우 플러그.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 발열체의 외주면에는 상기 발열체가 삽입 관통되며 용접에 의해 결합되는 슬리브;가 더 배치되며,
   상기 슬리브는 관통홀 하단의 상기 금구와 용접에 의해 접합되는 글로우 플러그.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 발열체는 세라믹 발열체이고,
   상기 세라믹 발열체 내부에는 U자형 와이어가 배치되고,
   상기 와이어의 일단은 상기 코일 스프링에 연결되고, 타단은 상기 슬리브에 연결되는 글로우 플러그.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 중축은 상기 코일 스프링과 끼움 결합된 후 레이저 용접으로 고정되고, 상기 발열체는 상기 코일 스프링에 끼움 결합된 후 접착제의 의해 고정되는 글로우 플러그.

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