KR101782574B1

KR101782574B1 - 내연기관용 점화플러그

Info

Publication number: KR101782574B1
Application number: KR1020150151255A
Authority: KR
Inventors: 정인태
Original assignee: 정인태
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-09-27
Also published as: CN107925222A; WO2017074041A1; EP3370314A1; KR20170050126A; JP2018532225A; US20180219356A1

Abstract

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내연기관용 점화플러그에 있어서, 내연기관용 점화플러그에 있어서 소정의 위치에 홈이 형성된 메인셀과, 상기 홈은 메인셀의 외주면에 환형으로 형성되고, 상기 메인셀을 둘러싸고, 하부 외측으로 나사부가 형성된 보조셀이 구비되되, 상기 보조셀은 상부가 상기 메인셀 방향으로 벤딩되어 상기 홈에 걸리는 벤딩부를 포함하고, 상기 벤딩부 안쪽에 게재되는 링커버와, 상기 보조셀의 하부 내측에는 불꽃을 발생시키는 전극이 수용되는 1차연소실이 형성되며, 상기 전극을 둘러싸도록 상기 보조셀의 타단부에 결합되는 오리피스밸브를 포함하되, 상기 오리피스밸브의 중심부가 상기 보조셀 내측방향으로 돌출되고 적어도 1개 이상의 분출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 플러그 오리피스밸브의 내측에 가이드부가 형성되어 1차연소실을 통한 폭발화염이 메인연소실로 보다 빠르고도 신속하게 연소실내에 확산 분출되어 연소속도가 메인 연소실 끝까지 빠르게 이루어져 지각점화가 가능하여 연소성능의 향상을 기하고, 연소효율도 상승되게 하여 연비향상효과와 배출가스의 감소를 동시에 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

내연기관용 점화플러그{Ignition plugs for internal combustion engine}

본 발명은 내연기관의 점화플러그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조 개선을 통해 플러그 내의 자연점화를 방지하고 연소 효율을 향상시키며 구조적으로 안정된 내연기관용 점화플러그에 관한 것이다.

고 옥탄가 휘발유를 사용하는 고성능 내연기관에서 요구되는 적정 출력의 연소효율을 얻기 위해서는 내연기관의 각 회전속도에 따라서 저속일 경우 기관 상사점(TDC) 이전 (BTDC) -5도~-6도(

) 각도에 점화를 주며, 각 기관 속도의 증가에 따라서 진각점화(Advance Ignition) 시점 역시 50도(

) 상사점 이전 각도로 진각점화 시켜 기관의 최대출력을 구하고 있다.

종래의 내연기관용 점화플러그로 본 출원인이 선 출원하여 특허된 대한민국 특허청 특허공보 제0328490호에 공지된 바와 같이, 전기점화식 내연기관의 압축된 연료혼합기의 일부를 기관점화시점에서 일차적으로 미리 착화, 연소시킨 후, 이로부터 발생되는 소규모 폭발화염을 메인 연소실로 배출시켜 연소실의 주 연료혼합이 보다 빠르고 확실하게 착화되게 함은 물론, 상대적으로 훨씬 짧은 시간 내에 연소되게 함으로써 크랭크축각상의 연료 혼합기 전체의 연소시간이 최대한 단축될 수 있도록 하고 있다.

선 출원된 도 1의 점화플러그(100)는 유체가 드나들 수 있도록 하는 원형상의 분출공이 한 개 형성되어 있으나, 기존의 점화플러그에 비해서는 기관의 연소시간이 단축될 수는 있으나, 소규모 폭발화염이 연소실로 전달되는 점에 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 오리피스밸브의 구조를 개선하여 상기와 같은 종래 점화플러그가 갖는 한계를 극복하고 전체 기관의 연소속도가 메인 연소실 끝단부까지 빠르게 이루어질 수 있도록 저속, 고속 시 크랭크축각상에서 지각(Retard) 단축 점화 시킬 수 있는 내연기관용 점화플러그를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내연기관용 점화플러그에 있어서, 내연기관용 점화플러그에 있어서 소정의 위치에 홈이 형성된 메인셀과, 상기 홈은 메인셀의 외주면에 환형으로 형성되고, 상기 메인셀을 둘러싸고, 하부 외측으로 나사부가 형성된 보조셀이 구비되되, 상기 보조셀은 상부가 상기 메인셀 방향으로 벤딩되어 상기 홈에 걸리는 벤딩부를 포함하고, 상기 벤딩부 안쪽에 게재되는 링커버와, 상기 보조셀의 하부 내측에는 불꽃을 발생시키는 전극이 수용되는 1차연소실이 형성되며, 상기 전극을 둘러싸도록 상기 보조셀의 타단부에 결합되는 오리피스밸브를 포함하되, 상기 오리피스밸브의 중심부가 상기 보조셀 내측방향으로 돌출되고 적어도 1개 이상의 분출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 상기 오리피스밸브의 중심부에 형성되는 하나의 메인 분출공과, 상기 메인 분출공의 원주 방향을 따라 형성되는 적어도 1개 이상의 보조 분출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 상기 보조 분출공의 안쪽끝단은 360도 모든 방향으로 일정곡률을 가지는 가이드부가 형성되되, 상기 가이드부는 상기 보조 분출공의 바깥쪽 끝단을 포함하여 연속적인 면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 상기 보조 분출공의 안쪽 끝단의 지름(

)은 바깥쪽 끝단의 지름(

)보다 큰(

) 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 상기 링커버는 구리와 내열성 알루미늄 합금, 순은 혹은 은동합금재 또는 철로 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 상기 전극은 상기 메인셀의 중심부에서 수직방향을 따라 직선 형태로 설치되어 외부로 노출되는 중심전극과, 상기 중심전극의 주위에 원호형상으로 상기 보조셀의 하부 내측에 형성된 한 쌍의 접지전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 상기 중심전극 및 접지전극에 의한 점화 시 화염에 의한 열을 열 교환시키고 휘발성 가스의 누출을 차단하기 위해 상기 메인셀과 상기 보조셀 사이에 열교환부재가 게재되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그가 제공된다.

또한, 화염 전파속도를 빠르게 하기 위해 하나의 메인 연소실에 두 개의 상기 내연기관용 점화플러그를 장착하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그 제공된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 플러그 오리피스밸브의 내측에 가이드부가 형성되어 1차연소실을 통한 폭발화염이 메인연소실로 보다 빠르고 신속하게 연소실내에 확산 분출되어 연소속도가 메인 연소실 끝까지 빠르게 이루어져 지각점화(Retarded ignition)가 가능하여 연소성능의 향상을 기하고, 연소효율도 상승되게 하여 연비향상효과와 배출가스의 감소를 동시에 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 본 출원인에 의하여 선 출원된 특허 제328490호의 점화플러그 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관용 점화플러그의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 내연기관용 점화플러그의 단면도이다.
도 4는 도3의 “A"부분을 확대한 확대도이다.
도 5는 도3의 “B"부분을 확대한 확대도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 나열한 설명들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 설명들은 본 발명의 실시를 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 내연기관용 점화플러그의 정면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 내연기관용 점화플러그의 단면도이다. 도 4는 도3의 “A"부분을 확대한 확대도이다. 도 5는 도3의 “B"부분을 확대한 확대도이다.

도 2 와 도 3에 도시된 바와 같이 내연기관용 점화플러그(100)는,

소정의 위치에 홈(114)이 형성된 메인셀(110)과, 하부 외측으로 나사부가 형성된 보조셀(120)이 구비된다.

상기 홈(114)은 메인셀(110)의 외주면에 환형으로 형성되고, 중공의 상기 메인셀(110)에는 중심부에서 수직방향을 따라 직선 형태로 설치되어 외부로 노출되는 중심전극(141)이 구비되고, 상기 메인셀(110)의 중공 내에 절연체(111)가 장착되며 상기 절연체(111)는 상기 중심전극(141)을 절연 피복한 상태에서 메인셀(110)에 장착되고 상부의 단자(112)와 중심전극(141)에 연결된 축봉(113)을 일체로 피복한다.

상기 보조셀(120)은 상기 메인셀(110)을 둘러싸고, 상부가 상기 메인셀(110) 방향으로 벤딩되어 상기 홈(114)에 걸리는 벤딩부(121)가 형성된다.

또한, 상기 벤딩부(120) 안쪽에 게재되는 링커버(170)가 구비된다.

상기 메인셀(110)과 상기 보조셀(120) 사이에는 알루미나(

) 또는 규석혼합체(

)(162)가 채워질 수 있다.

따라서 상기 보조셀(120)이 상기 메인셀(110)에서 빠지는 것을 방지하여 보다 안정적인 구조를 가지는 내연기관용 점화플러그(100)를 제공할 수 있다.

또한, 상기 보조셀(120)의 하부측 내부에는 불꽃을 발생시키는 전극(140)이 구비되고, 상기 전극(140)을 둘러싸도록 상기 보조셀의 타단부에 오리피스밸브(150)가 결합되어 1차연소실(130)이 형성된다.

이와 같은 구조로 인해서 상기 1차연소실(130)은 흡기행정에서 흡입된 메인연소실(미도시)의 연료혼합기체가 압축행정에서 압축됨과 동시에 피스톤에 밀려 상승하는 연료혼합기체의 일부를 상기 1차연소실(130) 내에서 일부 수용하게 된다.

또한, 상기 전극(140)은 공급되는 전원에 의해 서로 다른 극성을 형성한다. 상기 메인셀(110)의 중심부에서 수직방향을 따라 직선 형태로 설치되어 외부로 노출되는 중심전극(141)과, 상기 중심전극(141)의 주위에 원호형상으로 상기 보조셀(120)의 하부 내측에 형성된 한 쌍의 접지전극(142)으로 이루어진다.

상기 중심전극(141)은 수직방향을 따라 직선 형태로 이루어져 있는 반면, 한 쌍의 상기 접지전극(142)은 그 단부가 중심전극(141)에 인접하게 배치된다.

상기 접지전극(142)이 상기 보조셀(120)의 하부 내측에 형성됨으로써, 접지전극(142)은 냉각 작용이 조기 실현되어 중심전극(141)과의 통전작용이 보다 효과적으로 이루어진다.

또한, 상기 오리피스밸브(또는 교체화염변, Cross Flame Valve로 지칭할 수 있다)(150)는 상기 보조셀(120)의 하단 둘레부를 연장시킴으로써 일체로 형성될 수도 있으며, 조립 및 분리가 가능하도록 상기 보조셀(120)과는 별도로 제조되어 보조셀(120)에 결합될 수도 있다.

그러나 오리피스밸브(150)를 별도로 제조하여 보조셀(120)에 결합시킬 경우에는, 연소실 내의 높은 압력 등을 고려하여 보조셀(120)과의 기밀성 및 조립신뢰성이 확보되도록 해야 하며, 레이저용접으로 결합하는 것이 바람직하다.

상기 오리피스밸브(150)는 적어도 1개 이상의 분출공이 형성되고, 중심부가 상기 보조셀(120) 내부 방향으로 돌출된다.

상기 오리피스밸브(150)의 중심부에는 하나의 메인 분출공(151)이 형성되고, 상기 메인 분출공(151)의 원주 방향을 따라 적어도 1개 이상의 보조 분출공(152)이 형성된다.

상기 오리피스밸브(150)는 내열내산화성의 강재로써 형성될 수 있으며, 원칙적으로 오리피스밸브의 열교환 능력은 자체 4행정기관의 팽창행정 이외의 행정에서 부분 냉각되도록 구성함이 바람직하며, 열 흡수량이 적은 금속을 채택하고 체적내 극히 한계를 받지 않는 금속재질이 적당하다.

상기 오리피스밸브(150)의 하방으로 내연기관에 장착된 점화플러그(100)가 그 하부에 위치하여 상하 왕복운동 하는 피스톤과 접촉하거나 충돌할 수 있기 때문에 오리피스밸브(150)의 하방 돌출길이를 적절히 조절해야 한다.

또한, 상기 메인셀(110)과 상기 보조셀(120) 사이에는 열교환부재가 게재되며, 상기 열교환부재는 제1열교환부재(160)와 제2열교환부재(161)를 포함한다.

상기 제1열교환부재(160)와 상기 제2열교환부재(161) 및 상기 링커버(170)는 히트 싱크(Heat sink) 장치로써, 상기 중심전극 및 접지전극에 의한 점화 시 상기 1차연소실(130)에서 화염에 의해 발생되는 고열을 외부로 열 교환시키고 휘발성 가스의 누출을 차단한다.

상기 제1열교환부재(160)와 상기 제2열교환부재(161) 및 상기 링커버(170)는 다양한 종류의 금속 재료로 형성될 수 있으나, 상기 제1열교환부재(160)와 상기 링커버(170)는 구리와 내열성 알루미늄 합금, 순은 혹은 은동합금재 또는 철로 이루어지고, 상기 제2열교환부재(161)는 인코넬600이나 인코넬601로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따라 상기 내연기관용 점화플러그(100) 내의 온도를 유지시켜 자연점화를 방지하는 최적의 열 패스(path) 구조로 설계되었다.

도 4는 도3의 “A"부분을 확대한 확대도이다.

도 4를 참조하면, 상기 메인셀(110)의 소정의 위치에 홈(114)이 형성되며, 상기 보조셀(120)은 상기 메인셀(110)을 둘러싸고, 상부가 상기 메인셀(110) 방향으로 벤딩되어 상기 홈(114)에 걸리는 벤딩부(121)가 형성된다.

상기 메인셀(110)과 상기 보조셀(120) 사이에는 알루미나(

) 또는 규석혼합체(

)(162)가 채워질 수 있다.

도 5는 도3의 “B"부분을 확대한 확대도이다.

도 5를 참조하면, 상기 보조셀(120)의 하부 내측에는 불꽃을 발생시키는 전극(140)이 수용되는 1차연소실(130)이 형성되고, 적어도 1개 이상의 분출공이 형성되고, 상기 전극(140)을 둘러싸도록 상기 보조셀(120)의 타단부에 결합되는 오리피스밸브(150)가 구비된다.

상기 오리피스밸브(150)의 중심부가 상기 보조셀(120) 내부방향으로 돌출되며, 상기 적어도 1개 이상의 분출공이 형성된다.

상기 오리피스밸브(150)의 중심부에 형성되는 하나의 메인 분출공(151)과, 상기 메인 분출공(151)의 원주 방향을 따라 형성되는 적어도 1개 이상의 보조 분출공(152)이 형성된다.

상기 보조 분출공(152)의 안쪽끝단은 360도 모든 방향으로 일정곡률을 가지는 가이드부(153)가 형성되되, 상기 가이드부(153)는 상기 보조 분출공의 바깥쪽 끝단을 포함하여 연속적인 면으로 이루어진다.

상기 보조 분출공(152)의 안쪽 끝단의 지름(

)은 바깥쪽 끝단의 지름(

)보다 크게(

) 형성된다.

이러한 구조로 인해서 연소행정의 점화시점이 되면 상기 전극(140)이 통전되어 전기적 불꽃을 발생하게 되고, 이 불꽃이 상기 1차연소실(130)에 갇힌 연료혼합기체를 먼저 착화, 연소시킨다.

상기 1차연소실(130)의 연료혼합기체가 연소되면 소규모 폭발화염이 발생하여 1차연소실(130) 내부에 채워지는데, 상승하는 피스톤에 의해 1차연소실(130) 내의 폭발화염은 극히 짧은 시간 안에 압력이 높이 상승한다.

상기 1차연소실(130)의 압력이 메인 연소실 압력보다 높아지는 시점에서 1차연소실(130) 내의 소규모 폭발화염은 상기 메인 분출공(151) 및 보조 분출공(152)을 통하여 메인 연소실 측으로 배출된다.

상기 보조 분출공(152)을 통하여 메인 연소실 측으로 배출되는 폭발화염은 상기 가이드부(153)에 의해 형성되는 완만한 곡면을 타고 보다 원활하게 1차연소실(130)을 출입할 수 있다.

또한, 상기 메인 분출공(151)을 통하여 메인 연소실 측으로 배출되는 소규모의 폭발화염은 메인 분출공의 둘레에 완만한 곡선이 형성되어 완만한 곡면을 타고 보다 원활하게 1차연소실(130)을 출입할 수 있다.

이에 따라 폭발화염은 오리피스밸브(150)의 바깥표면에서 평면상의 방사방향으로 빠르게 퍼지면서 메인 연소실 내로 분출되게 하여 메인 연소실 내 압축된 연료혼합기체를 빠르게 착화, 연소시켜 연소속도를 증속시켜 지각 단축 점화 시킬 수 있다.

기존의 점화플러그에 비해 상기 점화플러그(100)는 지각 단축 점화 시킬 수 있어 빠르고 확실하게 착화되게 됨은 물론 기존의 것에 비해 짧은 시간 안에 모두 연소된다.

그러므로 기존의 점화플러그가 설치된 연소실의 체적보다 작은 연소실 체적에서 점화가 일어나기 때문에 기존보다 적은 연료로 연소환경을 만들 수 있어 연소효율의 향상뿐만 아니라 연소성능도 향상된다.

또한, 하나의 메인 연소실에 2개의 상기 점화플러그(100)를 설치할 수 있으며, 기존의 메인 연소실에 점화플러그(100)를 1개 설치했을 때보다 메인 연소실에 2개의 점화플러그(100)를 설치하면 화염 전파속도가 더 빨라진다.

따라서 2개의 점화플러그(100)를 설치하면 1개의 점화플러그(100)를 설치했을 때보다 더 지각 단축 점화 시킬 수 있어, 확실하게 착화되게 됨은 물론 기존의 것에 비해 짧은 시간 안에 연소된다.

그러므로 점화플러그(100)를 1개 설치했을 때보다 연소실의 체적이 더 작은 체적에서 점화가 일어나기 때문에 더 적은 연료로 연소환경을 만들 수 있어 연소효율의 향상뿐만 아니라 연소성능도 향상된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청부의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 점화플러그 110 : 메인셀
111 : 절연체 112 : 단자
113 : 축봉 114 : 홈
120 : 보조셀 121 : 벤딩부
122 : 나사부 130 : 1차연소실
140 : 전극 141 : 중심전극
142 : 접지전극 150 : 오리피스밸브
151 : 메인 분출공 152 : 보조 분출공
153 : 가이드부 160 : 제1열교환부재
161 : 제2열교환부재
162 : 알루미나(

) 또는 규석혼합체(

)
170 : 링 커버

Claims

내연기관용 점화플러그에 있어서,
소정의 위치에 홈이 형성된 메인셀; 과, 상기 홈은 메인셀의 외주면에 환형으로 형성되고,
상기 메인셀을 둘러싸고, 하부 외측으로 나사부가 형성된 보조셀; 이 구비되되, 상기 보조셀은 상부가 상기 메인셀 방향으로 벤딩되어 상기 홈에 걸리는 벤딩부; 를 포함하고,
상기 벤딩부 안쪽에 게재되는 링커버; 와,
상기 메인셀과 상기 보조셀 사이에는 알루미나(
) 또는 규석혼합체(
)가 게재되고,
상기 보조셀의 하부 내측에는 불꽃을 발생시키는 전극이 수용되는 1차연소실; 이 형성되며,
상기 전극을 둘러싸도록 상기 보조셀의 타단부에 결합되는 오리피스밸브를 포함하되, 상기 오리피스밸브의 중심부가 상기 보조셀 내측방향으로 돌출되되,
상기 오리피스밸브의 중심부에 형성되는 하나의 메인 분출공과, 상기 메인 분출공의 원주 방향을 따라 형성되는 적어도 1개 이상의 보조 분출공을 포함하며,
상기 보조 분출공의 안쪽끝단은 360도 모든 방향으로 일정곡률을 가지는 가이드부가 형성되되, 상기 가이드부는 상기 보조 분출공의 바깥쪽 끝단을 포함하여 연속적인 면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그.
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제1항에 있어서,
상기 보조 분출공의 안쪽 끝단의 지름(
)은 바깥쪽 끝단의 지름(
)보다 큰(
) 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그.
제1항에 있어서,
상기 링커버는 구리와 내열성 알루미늄 합금, 순은 혹은 은동합금재 또는 철로 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그.
제1항에 있어서, 상기 전극은,
상기 메인셀의 중심부에서 수직방향을 따라 직선 형태로 설치되어 외부로 노출되는 중심전극과, 상기 중심전극의 주위에 원호형상으로 상기 보조셀의 하부 내측에 형성된 한 쌍의 접지전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그.
제6항에 있어서,
상기 중심전극 및 접지전극에 의한 점화 시 화염에 의한 열을 열 교환시키고 휘발성 가스의 누출을 차단하기 위해 상기 메인셀과 상기 보조셀 사이에 열교환부재가 게재되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 점화플러그.
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