KR101879303B1 - 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그 - Google Patents

개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그 Download PDF

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Abstract

중공이 형성된 금구; 상기 금구 내에 삽입되며, 발열체와 인가된 전압을 상기 발열체로 전달하는 이너폴을 포함하는 핀어셈블리; 및 상기 금구의 단부에 배치되는 센서헤드와 상기 금구 내에 삽입되며 상기 센서헤드에서 연장되는 압력전달튜브와 상기 센서헤드에 결합되어 변위량을 감지하는 센서부를 포함하는 압력센서모듈;을 포함하는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그를 제공한다.

Description

개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그{GLOW-PLUG WITH PRESSURE SENSOR OF IMPROVED STRUCTURE}
본 발명은 디젤 기관에서 연료의 착화를 용이하게 하도록 연소실을 예열하는 글로우 플러그에 관한 것으로서 특히 압력센서를 포함하는 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 플러그는 엔진 실린더 내의 압력 변화에 따라 글러우 플러그의 축방향으로 상하 운동을 하는 발열체의 움직임에 의해 실린더 내의 압력을 측정할 수 있다. 이를 위해, 글로우 플러그에는 별도의 압력센서가 배치된다.
발열체는 연소압에 의해 가압되어 글로우 플러그의 축방향으로 이동된다. 이 때, 압력센서는 이런 이동에 의한 변위차를 감지하여 압력을 측정한다. 이를 위해, 종래 발열체와 압력센서 사이에는 변위차를 전달할 수 있는 이너튜브가 사용되었다.
종래, 글로우 플러그를 생산할 때 이너튜브는 압력센서와 발열체의 양 측에 각각 고정 결합된다. 이 때, 결합은 용접 공정에 의한다. 다만, 용접 공정은 수작업에 의해 이루어지는 이유로 각 구성 사이에 동심이 서로 맞지 않는 등의 작업 불량이 초래될 수 있다. 즉, 종래 방식은 2회의 용접 공정을 요구하여 공정의 복잡화, 불량률의 증가, 생산 비용의 증가 등의 문제점을 갖고 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1311381호 (2013.09.23. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1115006호 (2012.02.03. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1150851호 (2012.05.22. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1237886호 (2013.02.21. 등록)
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 압력 변화에 따라 상하 운동을 하는 발열체와 연소실의 압력을 측정하기 위한 압력센서모듈 사이를 연결하던 이너튜브의 사용을 대체할 수 있는 구조를 포함하는 글로우 플러그를 제공하고자 한다.
종래 이너튜브의 사용으로 인한 용접 공정의 수를 감소하여 동심 불량에 따른 불량률을 감소시킬 수 있는 구조를 포함하는 글로우 플러그를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 중공이 형성된 금구; 상기 금구 내에 삽입되며, 발열체와 인가된 전압을 상기 발열체로 전달하는 이너폴을 포함하는 핀어셈블리; 및 상기 금구의 단부에 배치되는 센서헤드와 상기 금구 내에 삽입되며 상기 센서헤드에서 연장되는 압력전달튜브와 상기 센서헤드에 결합되어 변위량을 감지하는 센서부를 포함하는 압력센서모듈;을 포함하는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그를 제공한다.
상기 발열체는 메탈발열체이고, 상기 발열체는 발열튜브; 및 일단이 상기 이너폴과 결합되고 타측이 상기 발열튜브 내측으로 삽입되는 발열조절코일;을 포함할 수 있다.
상기 센서헤드와 상기 압력전달튜브는 일체로 형성되며, 상기 압력전달튜브의 일단에는 상기 발열튜브가 삽입되어 끼움 결합될 수 있다.
상기 발열튜브의 상단 내주면에는 오링이 설치될 수 있다.
상기 압력전달튜브를 통해 삽입되는 이너폴과 외부 전원이 인가되는 단자는 상기 압력센서모듈 내부에서 코일스프링에 의해 연결될 수 있다.
상기 압력전달튜브는 금속 재질로 형성되어, 상기 발열체의 변위량 만큼 상기 압력센서모듈을 이동시킬 수 있다.
상기 압력전달튜브와 상기 발열튜브의 결합 부위는 레이저 용접될 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.
일 실시예에 따른 글로우 플러그는 종래 발열체와 압력센서모듈 사이를 연결하던 이너튜브 대신에 압력전달튜브를 압력센서모듈의 본체에 일체로 형성하여 부품 수의 감소, 용접 공정의 감소 등의 효과를 갖는다.
또한, 생산자는 압력전달튜브와 발열튜브 사이의 결합 부위만을 용접하면 충분하여 종래 2회의 용접 공정에 따른 동심 불량의 발생 빈도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글로우 플러그의 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ＇방향 단면도.
도 4는 도 2의 압력센서모듈에 대한 사시도.
도 5는 도 3의 상측 부분 확대도.
도 6은 도 3의 하측 부분 확대도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글로우 플러그의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ＇방향 단면도이고, 도 4는 도 2의 압력센서모듈에 대한 사시도이며, 도 5는 도 3의 상측 부분 확대도이고, 도 6은 도 3의 하측 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면 압력센서를 갖는 글로우 플러그는 금구(10), 핀어셈블리(100), 압력센서모듈(200) 등을 포함한다. 금구(10)는 글로우 플러그의 바디에 해당되며, 엔진과 결합되는 부분이다. 금구(10)는 금속 재질이며, 축방향으로 중공이 형성되는 원통형 펜대 형상을 갖는다. 금구(10)는 금구상부(10a)와 금구하부(10b)로 구분될 수 있다. 금구하부(10b)는 엔진과 결합될 때 기밀성을 제공한다.
핀어셈블리(100)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 발열을 한다. 핀어셈블리(100)는 발열체(110)와 인가된 전압을 발열체(110)로 전달하는 이너폴(130)을 포함한다. 구체적으로, 발열체는 발열튜브(120)와, 일단이 이너폴(130)과 결합되고, 타측이 발열튜브(120) 내측으로 삽입되는 발열조절코일(140)을 포함한다. 또한, 핀어셈블리(100)는 발열튜브(120)와 금구하부(10b) 사이에 개재되어 기밀을 유지시키는 벨로우즈(20) 등을 더 포함한다.
발열체(110)는 연소실 내부에 열에너지를 제공한다. 일 실시예에 따른 발열체(110)는 메탈발열체이고, 그 내부에는 발열조절코일(140)이 배치된다. 발열조절코일(140)은 아르곤(Ar) 용접 등에 의해 발열튜브(120)와 연결된다. 한편, 발열튜브(120) 내부에는 분말 형태를 갖는 산화마그네슘(MgO)이 충진된다.
한편, 발열튜브(120)의 상단 내주면에는 오링(40)이 설치될 수 있다. 오링(140)은 산화마그네슘(MgO)이 발열튜브(120)로부터 빠져나오는 것을 방지하며, 동시에 수분이나 이물질 등이 발열튜브(120) 내부로 유입되는 것을 방지한다.
발열튜브(120)의 상단에는 이너폴(130)이 삽입 결합된다. 이 때, 이너폴(130)은 오링(40)과 끼움 결합된다. 구체적으로, 이너폴(130)의 일단에는 노출되는 발열조절코일(140)이 코킹(caulking)으로 결합되고, 타단에는 코일스프링(240)에 의해 외부 전원이 인가되는 단자(30)가 연결된다.
코일스프링(240)은 외부에서 인가된 전압을 단자(30)에서 이너폴(130)로 전달하고, 발열조절코일(140)은 인가된 전압에 의해 발열을 한다. 한편, 코일스프링(240)은 연소실의 압력 변화에 따라 발생하는 핀어셈블리(100) 내의 움직임을 완충한다.
벨로우즈(20)는 얇은 금속 재질의 주름 잡힌 원통 형상으로, 압력이 가해지면 내부와 외부의 압력 차이에 의해 축방향으로 신축한다.
압력센서모듈(200)은 글로우 플러그가 엔진에 설치되면 실린더 내의 연소실 압력을 측정할 수 있도록 한다. 압력센서모듈(200)은 연소실 내에 노출되는 발열체(110)가 압력 변화에 따라 글로우 플러그의 축방향으로 이동되는 경우 그 변위량을 감지하여 연소실 압력을 측정한다.
압력센서모듈(200)은 그 내부에 배치되는 탄성체의 변형을 검출하여 압력을 측정한다. 예를 들어, 압력센서모듈(200)은 가압되어 압축되면 압축되는 양에 비례하여 변형게이지의 전기 저항값이 변화하는 것을 검출하고 이를 통해 압력을 측정하는 변형게이지식 로드셀일 수 있다.
구체적으로, 압력센서모듈(200)은 센서헤드(210), 압력전달튜브(220), 센서부(230) 등을 포함한다. 센서헤드(210)는 금구(10)의 단부에 배치되며 금구(10)의 축방향으로 왕복 이동된다. 압력전달튜브(220)는 금속 재질 예를 들어, 스테인리스로 형성되며 원형파이프 형태를 갖는다. 압력전달튜브(220)는 글로우 플러그의 조립 시에 금구(10) 내에 삽입된다.
일 실시예에 따른 센서헤드(210)는 센서헤드(210)에서 연장되는 압력전달튜브(220)와 일체로 형성된다. 센서부(230)는 센서헤드(210)에 결합되어 발열체(110)의 변위량을 감지한다. 이를 위해, 센서부(230) 내에는 탄성편 등이 배치되어 있다. 또한, 압력전달튜브(220)를 통해 삽입되는 이너폴(130)과 외부 전원이 인가되는 단자(30)는 압력센서모듈(200) 내부에서 코일스프링(240)에 의해 연결된다.
압력센서모듈(200)을 제작할 때, 센서헤드(210)와 압력전달튜브(220)를 일체로 형성하면 종래 센서헤드(210)에 이너튜브를 결합시키기 위한 용접 공정을 생략할 수 있다. 이는 용접 공정 중에 발생할 수 있는 동심 불량을 방지할 수 있다.
동시에, 생산 업체는 부품 수의 감소로 부품 관리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 센서헤드(210)와 압력전달튜브(220)를 일체로 형성하면 압력전달튜브(220)의 연장 방향을 압력센서모듈(200)의 축이동 방향과 일치하도록 형성하여 압력 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
한편, 압력전달튜브(220)의 일단에는 발열튜브(120)가 삽입되어 끼움 결합된다. 그리고, 압력전달튜브(220)와 발열튜브(120)의 결합 부위는 레이저 용접된다. 그 결과, 압력센서모듈(200)은 연소압에 따라 발열체(110)가 이동하면 그 변위량에 해당되는 거리만큼 금구(10)의 축방향으로 이동될 수 있다. 이는, 변형률이 낮은 금속 재질의 압력전달튜브(220)가 센서헤드(210)와 발열튜브(120) 사이에 배치되어 연소압을 그대로 전달하는 이유로 가능하다.
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 100: 핀어셈블리
200: 압력센서모듈 110: 발열체
120: 발열튜브 130: 이너폴
140: 발열조절코일 210: 센서헤드
220: 압력전달튜브 230: 센서부
240: 코일스프링

Claims (7)

  1. 중공이 형성된 금구;
    상기 금구 내에 삽입되며, 발열체와 인가된 전압을 상기 발열체로 전달하는 이너폴을 포함하는 핀어셈블리; 및
    상기 금구의 단부에 배치되는 센서헤드와 상기 금구 내에 삽입되며 상기 센서헤드에서 연장되는 압력전달튜브와 상기 센서헤드에 결합되어 변위량을 감지하는 센서부를 포함하는 압력센서모듈;을 포함하고,
    상기 발열체는
    발열튜브; 및
    상기 발열튜브의 내측에 수용 배치되고 일 단이 상기 이너폴에 결합되는 발열조절코일;을 포함하며,
    상기 압력전달튜브는 상기 센서헤드와 일체로 형성되며, 일 단에는 상기 발열튜브가 삽입 결합되는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발열체는 메탈발열체로 형성되는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발열튜브의 상단 내주면에는 오링이 설치되는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압력전달튜브를 통해 삽입되는 이너폴과 외부 전원이 인가되는 단자는 상기 압력센서모듈 내부에서 코일스프링에 의해 연결되는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 압력전달튜브는 금속 재질로 형성되어, 상기 발열체의 변위량 만큼 상기 압력센서모듈을 이동시키는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 압력전달튜브와 상기 발열튜브의 결합 부위는 레이저 용접되는 개선된 구조의 압력센서를 갖는 글로우 플러그.
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