KR101891622B1 - 코로나 형성 위치가 제어되는 코로나 점화기 - Google Patents

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제임스 디. 리코우스키
알프레드 페르무이
키이스 햄스턴
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페더럴-모굴 이그니션 컴퍼니
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    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Abstract

코로나 점화기(20)는 중심 전극(24)을 둘러싸는 절연체(28), 및 절연체(28)를 둘러싸는 쉘(30)을 포함한다. 쉘(30)은 쉘 하단부(34)와, 쉘 내측면(90) 또는 쉘 외측면(92) 사이에 쉘 갭 폭(ws)을 가진 쉘 갭(38)을 포함한다. 쉘(30)은 쉘 하단부(34)로 갈수록 쉘 갭 폭(ws)이 증가하게 하기 위해, 쉘 하단부(34)로 갈수록 감소하는 쉘 두께(ts)를 가진다. 쉘 갭(38)은 쉘 하단부(34)에서 개방되어 공기가 내부에서 흐를 수 있게 하고, 쉘 갭 폭(ws)은 쉘 하단부(34)에서 가장 크다. 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이에서 절연체(28)를 따른 코로나 방전(22)을 강화한다.

Description

코로나 형성 위치가 제어되는 코로나 점화기{CORONA IGNITER HAVING CONTROLLED LOCATION OF CORONA FORMATION}
본 발명은 일반적으로 혼합기(fuel-air mixture)를 이온화하고 코로나 방전을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 방출하는 코로나 점화기, 및 이러한 코로나 점화기를 형성하는 방법에 관한 것이다.
코로나 방전 점화 시스템은 교류 전압 및 전류를 제공하여 신속하게 연달아 고전위 전극 및 저전위 전극을 역전(reversing)함으로써 아크 형성을 어렵게 하고 코로나 방전의 형성을 강화한다. 이러한 시스템은 높은 무선주파수 전압 전위로 대전되고(charged), 연소실 내에 강한 무선주파수 전기장을 만드는 중심 전극을 구비한 코로나 점화기를 포함한다. 이 전기장은 연소실 내의 혼합기의 일부를 이온화하고 유전 파괴를 시작하게 하여 혼합기의 연소를 용이하게 한다. 이러한 전기장은 혼합기가 유전 특성을 유지하고 비열적 플라즈마(non-thermal plasma)라 불리는 코로나 방전이 전극 점화 팁에서 발생하도록 제어된다. 혼합기의 이온화된 부분은 먼저 불꽃을 형성하고, 이는 혼합기의 나머지 부분을 자동으로 계속 연소시키게(self-sustaining and combust) 된다. 바람직하게는, 전기장은 또한 혼합기가 전극과 접지된 실린더 벽, 피스톤, 또는 점화기의 다른 부분 사이에, 열적 플라즈마 및 전기적 아크를 만들 수 있는 모든 유전 특성의 손실이 없도록 제어된다. 코로나 방전 점화 시스템의 한 예는 프린의 미국특허번호 제6,883,507호에 개시되어 있다.
코로나 점화기의 중심 전극은 전기적 도전성 재료로 이루어지고, 높은 무선주파수 전압을 수신하고 혼합기를 이온화하고 코로나 방전을 제공하기 위해 연소실 내에 무선주파수 전기장을 방출한다. 전기 절연성 재료로 형성된 절연체가 중심 전극을 둘러싸고, 금속 쉘 내에 수용된다. 코로나 방전 점화 시스템의 점화기는 중심 전극의 점화 단부와 의도적으로 근접하게 설치되는 임의의 접지된 전극 부재를 포함하지 않는다. 그보다는 접지는 점화 시스템의 실린더 벽 또는 피스톤에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 코로나 점화기의 한 예는 리코우스키 및 햄프턴의 미국 특허출원 공개번호 제2010/0083942호에 개시되어 있다.
코로나 점화기의 사용 동안, 중심 전극에 에너지가 공급되고 있을 때, 전기 전위 및 전압은 중심 전극과 금속 쉘 사이의 공기의 낮은 비유전율(relative permittivity)로 인해 중심 전극과 금속 쉘 사이에서 유의미하게 강하될 수 있다. 높은 전압 강하 및 대응하는 전기장 강도의 스파이크(spike)는 중심 전극과 쉘 사이의 공기를 이온화시키는 경향이 있는데, 이는 전극 점화 단부에서 유의미한 에너지 손실을 야기한다. 또한, 쉘 부근의 이온화된 공기는 전극 점화 단부를 향해 이동하거나, 또는 그 반대로, 중심 전극과 쉘 사이에 절연체를 가로지르는 도전 경로를 형성하고, 전극 점화 단부에서 코로나 방전의 유효성(effectiveness)을 줄이는 경향이 있다. 중심 전극과 쉘 사이의 도전 경로는 이들 부재 사이에 종종 바람직하지 않고 전극 점화 단부에서의 점화의 품질을 저하시키는 아크 방전을 야기할 수 있다.
본 발명의 하나의 형태는 코로나 방전을 제공하기 위한 점화기를 포함한다. 이 점화기는 혼합기를 이온화하고 코로나 방전을 제공하기 위해, 높은 무선주파수 전압을 수신하고 무선주파수 전기장을 방출하는 전기 도전성 재료로 이루어진 중심 전극을 포함한다. 전기 절연 재료로 형성된 절연체가 중심 전극 둘레에 배치된다. 이 절연체는 절연체 상부 단부에서부터 절연체 노즈 단부까지 세로방향으로 뻗는다. 절연체는 또한 절연체 상단부와 절연체 노즈 단부 사이로 뻗은 절연체 외측면을 가진다. 전기 도전성 금속 재료로 이루어진 쉘은 절연체 둘레에 배치되고, 쉘 상단부로부터 절연체 노즈 단부를 향해 쉘 하단부까지 세로방향으로 뻗는다. 쉘은 절연체 외측면과 대향하는 쉘 내측면, 및 쉘 하단부와 쉘 상단부 사이로 뻗은 쉘 외측면을 포함한다. 쉘은 절연체 외측면과 쉘 내측면 사이에 쉘 갭 폭을 가진 쉘 갭을 포함한다. 쉘 갭은 쉘 하단부에서 개방되어 있어 공기가 내부에서 흐를 수 있도록 하고, 쉘 갭 폭은 쉘 하단부로 갈수록 증가한다.
본 발명의 다른 형태는 연소가능한 혼합기의 일부를 이온화하고 내연기관의 연소실 내에 코로나 방전을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 제공하는 코로나 방전 점화 시스템을 제공하고, 이 시스템은 상기 코로나 점화기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 형태는 이러한 코로나 점화기의 형성 방법을 제공한다. 본 방법은 전기 도전성 재료로 이루어진 중심 전극을 제공하는 단계, 전기 절연성 재료로 이루어져 있고, 절연체 상단부에서부터 절연체 노즈 단부를 향해 세로방향으로 뻗은 절연체 내측면을 가진 절연체를 제공하는 단계를 포함한다. 그 다음, 본 방법은 절연체 내측면을 따라 절연체 내로 중심 전극을 삽입하는 단계를 포함한다. 본 방법은 전기 도전성 재료로 이루어져 있고, 쉘 상단부에서부터 쉘 하단부까지 세로방향으로 뻗은 쉘 내측면을 포함하는 쉘을 제공하는 단계, 및 쉘 내측면을 따라 쉘 내에 절연체를 삽입하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 절연체와 쉘 내측면 사이에 쉘 갭 폭을 가진 쉘 갭을 제공하는 단계를 포함하는데, 이 쉘 갭 폭은 쉘 하단부로 갈수록 증가하고, 공기가 내부에서 흐를 수 있도록 쉘 하단부에서 개방된다.
? 갭 폭을 증가시키는 것은 코로나 방전의 위치를 제어하고, 중심 전극과 쉘 사이의 코로나 방전을 강화한다. 그러므로, 본 코로나 점화기는 다른 코로나 점화기와 비교하여 더 제어되고 집중된 코로나 방전 및 더 견고한 점화를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 이점은 쉽게 이해될 것이고, 아래의 첨부된 도면과 연관지어 고려할 때 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연소실 내에 배치된 코로나 점화기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 쉘 하부 단부와 절연체 노즈 부분을 보여주는 확대된 도면이다.
도 2a는 도 2의 쉘 갭을 보여주는 확대도이다.
도 2b-2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉘 갭을 보여주는 확대도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소실 내에 배치된 코로나 점화기의 단면도이다.
도 3a는 도 3의 쉘 하단부를 보여주는 확대도이다.
도 3b는 대안의 쉘 하단부를 보여주는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소실 챔버 내에 배치된 코로나 점화기의 단면도이다.
도 4a는 도 4의 쉘 하단부를 보여주는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉘 하단부 및 절연체 노즈 부분을 보여주는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉘 하단부 및 절연체 노즈 부분을 보여주는 확대도이다.
본 발명의 하나의 형태는 코로나 방전 점화 시스템용 코로나 점화기(20)를 제공한다. 본 시스템은 의도적으로 아크의 형성을 억제하고, 코로나 방전(22)을 만들어내는 강한 전기장의 생성을 촉진하는 전기 소스를 생성한다. 코로나 방전 점화 시스템의 점화 이벤트는 대략 1 메가헤르츠로 작동하는 복수의 전기 방전을 포함한다.
본 시스템의 점화기(20)는 높은 무선주파수 전압의 에너지를 수신하고, 연소가능한 혼합기의 일부를 이온화하고 내연기관의 연소실(26) 내에 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 방출하는 전극 점화 단부(36)를 포함하는 중심 전극(24)을 포함한다. 중심 전극(24)은 절연체(28) 내로 삽입되고, 금속 쉘(30)이 절연체(28) 둘레에 배치된다. 이 쉘(30)은 절연체(28) 및 전극 점화 단부(36)가 쉘 하단부(34) 밖으로 돌출되도록 쉘 상단부(32)에서 쉘 하단부(34)까지 뻗는다. 쉘(30)은 또한 쉘 하단부(34)를 향해 감소하는 쉘 두께(ts)를 가지고, 이는 쉘 하단부(34)를 향해 증가하는 쉘 갭 폭(ws)을 가지는 쉘 갭(38)을 제공하고, 쉘 하단부(34)가 개방되어 있어 쉘 내부로의 공기 흐름을 가능하게 한다.
증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 코로나 방전(22)의 위치를 제어하는데 도움을 주고, 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이의 코로나 방전(22)을 강화한다. 하나의 실시예에서, 코로나 점화기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이에, 그리고 전극 점화 단부(36)에서 코로나 방전(22)을 제공한다. 다른 실시예에서, 코로나 점화기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이에만 코로나 방전(22)을 제공한다.
특정한 실시예에서, 증가하는 쉘 갭(38)은 또한 쉘 갭(38) 밖으로 이동하기 위한 쉘(30)과 절연체(28) 사이에 임의의 코로나 형성을 장려한다. 특정한 실시예에서, 코로나 점화기(20)의 설계는 또한 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이의 아크 방전을 줄일 수 있다. 예를 들어, 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 중심 전극(24)과 접지된 쉘(30) 사이에 더 긴 거리를 만들 수 있고, 그러므로 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이에 원치않는 아크 방전을 일으키는 도전 경로를 형성하기 위해 걸리는 시간 양이 증가한다.
코로나 점화기(20)는 전형적으로 자동차 또는 산업용 기계의 내연기관에 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 내연기관은 전형적으로 실린더 중심축 둘레에 원둘레방향으로 뻗은 측벽을 가지고, 그 사이에 공간이 존재하는 실린더 블록(40)을 포함한다. 실린더 블록(40)의 측벽은 최상부 개구부를 둘러싸는 최상단부를 가지고, 실린더 헤드(42)가 최상단부 상에 배치되고, 최상부 개구부를 가로질러 뻗는다. 피스톤(44)은 내연기관의 동작 중 측벽을 따라 미끄러지기 위해 실린더 블록(40)의 측벽을 따른 공간 내에 배치된다. 피스톤(44)은 실린더 블록(40)과 실린더 헤드(42)와 피스톤(44)이 그 사이에 연소실(26)을 제공하도록 실린더 헤드(42)로부터 이격된다. 연소실(26)은 코로나 점화기(20)에 의해 이온화된 연소가능한 혼합기를 담고 있다. 실린더 헤드(42)는 점화기(20)를 수용하는 액세스 포트를 포함하고, 점화기(20)는 쉘 갭(38)이 연소실(26)의 혼합기에 노출되도록 연소실(26) 내로 횡방향으로 뻗는다. 점화기(20)는 (도시되지 않은) 전력원으로부터 높은 무선주파수 전압을 수신하고, 혼합기의 일부를 이온화하고 코로나 방전(22)을 형성하기 위한 무선주파수 전기장을 방출한다.
점화기(20)의 중심 전극(24)은 전극 터미널 단부(48)에서 전극 점화 단부(36)까지 전극 중심축(ae)을 따라 세로방향으로 뻗는다. 높은 무선주파수 AC 전압의 에너지가 중심 전극(24)에 인가되고, 전극 터미널 단부(48)는 전형적으로 최대 40,000 볼트의 전압, 1암페어 미만의 전류, 및 0.5 내지 5.0 메가헤르츠의 주파수인 높은 무선주파수 AC 전압의 에너지를 수신한다. 중심 전극(24)은 니켈과 같은 전기 도전성 재료로 이루어진 전극 몸체부(50)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 중심 전극(24)의 재료는 1 ,200 nΩ·m 미만의 낮은 전기 저항을 가진다. 전극 몸체부(50)는 전극 중심 축(ae)에 수직인 전극 직경(De)을 가진다. 전극 몸체부(50)는 전극 몸체부(50)의 나머지 부분을 따른 전극 직경(De)보다 큰 전극 직경(De)을 가지고, 전극 터미널 단부(48)에 있는 헤드(52)를 포함한다.
중심 전극(24)은 중심 전극(24)의 헤드(52)가 절연체(28)의 보어(bore)를 따라 전극 시트(54) 상에 놓여지도록 절연체(28)로 삽입된다. 하나의 실시예에서, 절연체(28)로 중심 전극(24)을 삽입하기 위해 필요한 간격은 중심 전극(24)과 절연체(28) 사이에 전극 갭(46)을 제공하여, 중심 전극(24)과 절연체(28) 사이에서 공기가 흐를 수 있게 한다. 대안으로서, 중심 전극(24)과 절연체(28) 사이에 갭이 존재하지 않는다. 하나의 실시예에 따라, 도 1, 2, 및 4에 도시된 바와 같이, 절연체(28)의 보어는 전극 점화 단부(36)가 절연체(28)의 외부에 배치되도록, 절연체(28)를 통해 계속 뻗는다. 다른 실시예에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 점화 단부(36)는 절연체(28)에 의해 둘러싸여 진다.
전극 점화 단부(36)가 절연체(28) 외부에 배치된 때, 중심 전극(24)은 전형적으로 혼합기의 일부를 이온화하고 연소실(26) 내에 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 방출하기 위해 전극 점화 단부(36)의 인접한 둘레에 점화 팁(56)을 포함한다. 점화 팁(56)은 고온에서 특별한 열 성능을 제공하는 전기 도전성 재료, 예컨대, 원소주기율표의 4-12족으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 재료로 이루어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 점화 팁(56)은 전극 몸체부(50)의 전극 직경(De)보다 큰 팁 직경(Dt)을 가진다. 점화 팁(56)은 전형적으로 복수의 프롱(prong)(57)을 포함하고, 각각의 프롱(57)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 중심 축(ae)으로부터 바깥으로 뻗은 팁 길이(lt)를 가진다.
코로나 점화기(20)의 절연체(28)는 전극 몸체부(50)를 따라 세로방향으로 그리고 그 둘레에 환형으로 배치된다. 절연체(28)는 절연체 상단부(58)에서 전극 터미널 단부(48)를 지나 절연체 노즈 단부(60)까지 세로방향으로 뻗는다. 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 절연체 노즈 단부(60)를 보여주는 확대도인데, 여기서 절연체 노즈 단부(60)는 중심 전극(24)의 전극 점화 단부(36) 및 점화 팁(56)으로부터 이격되어 있다. 절연체 노즈 단부(60) 및 점화 팁(56)은 절연체 노즈 단부(60)와 점화 팁(56) 사이로 주변 공기가 흐를 수 있도록 그 사이에 팁 간격(64)을 가진다. (도시되지 않은) 다른 실시예에 따라, 점화 팁(56)은 그 사이에 공간이 없도록 절연체(28)와 맞닿는다.
절연체(28)는 전기 절연성 재료, 전형적으로 알루미나를 포함한 세라믹 재료로 이루어진다. 절연체(28)는 중심 전극(24) 및 쉘(30)의 전기 전도도 보다 낮은 전기 전도도를 가진다. 하나의 실시예에서, 절연체(28)는 14 내지 25 kV/mm의 유전강도를 가진다. 절연체(28)는 또한 전하를 붙잡을 수 있는 비유전율(relative permittivity), 전형적으로 6 내지 12의 비유전율을 가진다. 하나의 실시예에서, 절연체(28)는 2×10-6/℃ 내지 10×10-6/℃의 열팽창계수(CTE)를 가진다.
절연체(28)는 전극 몸체부(50)의 중심 전극(24) 표면과 대향하고 절연체 상단부(58)와 절연체 노즈 단부(60) 사이에 전극 중심축(ae)을 따라 세로방향으로 뻗은 절연체 내측면(62)을 포함한다. 절연체 내측면(62)은 중심 전극(24)을 수용하는 절연체 보어를 가지고, 중심 전극(24)의 헤드(52)를 지지하기 위한 전극 시트(54)를 포함한다.
하나의 실시예에서, 절연체 보어는 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)까지 연속적으로 뻗어 있고, 점화 팁(56)은 도 1, 2, 및 4에 도시된 바와 같이, 절연체 노즈 단부(60) 외부에 배치된다. 다른 실시예에서, 절연체 노즈 단부(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 닫혀지고 전극 점화 단부(36)를 둘러싼다.
코로나 점화기(20)는 전형적으로 중심 전극(24)의 헤드(52)가 전극 시트(54) 상에 놓일 때까지 절연체 상단부(58)를 통해 절연체 보어 내로 전극 점화 단부(36)를 삽입함으로써 형성된다. 헤드(52) 아래의 전극 몸체부(50)의 나머지 부분은 전형적으로 그 사이에 전극 갭(46)을 제공하기 위해 절연체 내측면(62)으로부터 이격된다.
코로나 점화기(20)의 절연체(28)는 전극 중심축(ae)을 따라 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)까지 세로방향으로 뻗은, 절연체 내측면(62) 반대편의 절연체 외측면(66)을 포함한다. 절연체 외측면(66)은 절연체 내측면(62)의 반대쪽으로, 쉘(30)을 향해 바깥쪽으로, 그리고 중심 전극(24)으로부터 먼 쪽을 향한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 절연체(28)는 쉘(30) 내에 단단히 고정되고 효율적인 제조 프로세스가 가능하도록 설계된다.
도 1, 3, 및 4에 도시된 바와 같이, 절연체(28)는 전극 몸체부(50)를 따라 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)를 향해 뻗은 절연체 제1 부분(68)을 포함한다. 절연체 제1 부분(68)은 전극 중심축(ae)에 대체로 수직으로 뻗은 절연체 지1 직경(D1)을 가진다. 절연체(28)는 또한 절연체 노즈 단부(60)를 향해 뻗은 절연체 제1 부분(68)과 인접한 절연체 중간 부분(70)을 포함한다. 절연체 중간 부분(70)은 또한 전극 중심축(ae)에 대체로 수직으로 뻗은 절연체 중간 직경(Dm)을 가지고, 절연체 중간 직경(Dm)은 절연체 제1 직경(D1)보다 크다. 절연체 상부 숄더(72)는 절연체 제1 부분(68)에서 절연체 중간 부분(70)까지 방사상 바깥쪽으로 뻗는다.
절연체(28)는 또한 절연체 노즈 단부(60)를 향해 뻗은 절연체 중간 부분(70) 부근에 절연체 제2 부분(74)을 포함한다. 절연체 제2 부분(74)은 절연체 중간 직경(Dm) 보다 작은, 전극 중심축(ae)에 대체로 수직으로 뻗은 절연체 제2 직경(D2)을 가진다. 절연체 하부 숄더(76)는 절연체 중간 부분(70)에서 절연체 제2 부분(74)까지 방사상 안쪽으로 뻗는다.
절연체(28)는 또한 절연체 제2 부분(74)에서 절연체 노즈 단부(60)까지 뻗은 절연체 노즈 부분(78)을 포함한다. 절연체 노즈 부분(78)은 전극 중심축(ae)에 대체로 수직으로 뻗은 절연체 노즈 직경(Dn)을 가지고, 절연체 노즈 직경은 바람직하게는 절연체 노즈 단부(60)까지 점점 가늘어지거나 감소한다. 절연체 노즈 단부(60)에서의 절연체 노즈 직경(Dn)은 절연체 제2 직경(D2) 보다 작고, 점화 팁(56)의 팁 직경(Dt)보다 작다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코로나 점화기(20)는 절연체(28) 내에 수용된 전기 도전성 재료로 이루어진 터미널(80)을 포함한다. 터미널(80)은 (도시되지 않은) 전원에 전기적으로 연결된 (도시되지 않은) 터미널 와이어와 전기적으로 연결되는 제1 터미널 단부(82)를 포함한다. 터미널(80)은 또한 전극 터미널 단부(48)와 전기적으로 연결된 제2 터미널 단부(83)를 포함한다. 그러므로, 터미널(80)은 전원으로부터 높은 무선주파수 전압을 수신하고, 그 높은 무선주파수 전압을 중심 전극(24)으로 전달한다. 전기 도전성 재료로 이루어진 도전성 시일층(84)이 터미널(80)과 중심 전극(24) 사이에 배치되고 터미널(80)과 중심 전극(24)을 전기적으로 연결하여 터미널(80)로부터 중심 전극(24)으로 에너지가 전달될 수 있다.
코로나 점화기(20)의 쉘(30)은 절연체(28)에 둘레에 환형으로 배치된다. 쉘(30)은 철과 같은 전기 도전성 금속 재료로 이루어진다. 하나의 실시예에서, 쉘(30)은 1,000 nΩ·m 미만의 낮은 전기 저항을 가진다. 도 1, 3, 및 4에 도시된 바와 같이, 쉘(30)은 절연체(28)를 따라 쉘 상단부(32)에서 쉘 하단부(34)까지 세로방향으로 뻗는다. 쉘 하단부(34)는 전극 점화 단부(36)와 가장 가까운 쉘(30)의 위치이다.
쉘(30)은 쉘 상단부(32)에 쉘 상면(86) 및 쉘 하단부(34)에 쉘 하면(88)을 포함한다. 쉘(30)은 각각 쉘 상단부(32)에 있는 쉘 상면(86)에서 쉘 하단부(34)에 있는 쉘 하면(88)까지 세로방향으로 연속적으로 뻗은, 절연체 외측면(66)과 대향하는 쉘 내측면(90) 및 반대로 향하는 쉘 외측면(92)을 포함한다. 쉘 두께(ts)는 쉘 내측면(90)으로부터 쉘 외측면(92)까지 뻗는다. 쉘 외측면(92)은 절연체(28) 둘레에 원둘레방향으로 뻗은 둘레부(perimeter)를 가지고, 외부 쉘 직경(Ds1)은 둘레부를 가로질러 뻗는다. 외부 쉘 직경(Ds1)은 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이에 도전 경로가 형성되는데 걸리는 시간을, 더 작은 외부 쉘 직경(Ds1)이 걸리는 시간과 비교할 때, 증가시키기 위해 점화 팁(56)의 팁 길이(lt)보다 적어도 1.5배 더 큰 것이 바람직하다. 하나의 실시예에서, 외부 쉘 직경(Ds1)은 12 내지 18 mm이다.
쉘 내측면(90)은 절연체 제1 부분(68)을 따라 절연체 상부 숄더(72) 및 절연체 중간 부분(70) 및 절연체 하부 숄더(76) 및 절연체 제2 부분(74)을 따라 절연체 노즈 부분(78) 부근의 쉘 하단부(34)까지 뻗는다. 쉘 내측면(90)은 절연체(28)를 수용하는 쉘 보어를 가진다. 쉘 내측면(90)은 또한 쉘 보어를 가로질러 뻗은 내부 쉘 직경(Ds2)을 가진다. 내부 쉘 직경(Ds2)은 절연체 노즈 직경(Dn)보다 커서, 절연체(28)는 쉘 보어로 삽입될 수 있고, 절연체 노즈 부분(78)의 적어도 일부분이 쉘 하단부(34) 밖으로 돌출할 수 있다. 쉘 내측면(90)은 절연체 하부 숄더(76)를 지지하기 위한 쉘 시트(94)를 가진다. 도 1의 실시예에서, 쉘 시트(94)는 도구 수용 부재(98) 부근에 배치된다.
쉘 내측면(90)은 전형적으로 도 1, 2, 3, 및 3a에 도시된 바와 같이 그 사이에 쉘 갭(38)을 제공하기 위해 쉘 상단부(32)에서부터 쉘 하단부(34)까지 연속적으로 절연체 외측면(66)으로부터 이격된다. 다른 실시예에서, 도 3b, 4, 및 4b에 도시된 바와 같이, 쉘 내측면(90)은 절연체(28)에 꼭 맞게(tightly) 배치되고, 쉘 갭(38)은 쉘 내측면(90)과 쉘 하단부(34) 사이의 쉘 하면(88)을 따라서만 존재한다. 다른 실시예에서, 도 4 및 4a에 도시된 바와 같이, 쉘 갭(38)은 쉘(30)과 실린더 블록(40) 사이에 배치된다.
쉘 갭(38)은 쉘 하단부(34)와, 쉘 내측면(90) 및 쉘 외측면(92) 중 하나 사이에, 예컨대, 쉘 하단부(34)와 쉘 내측면(90) 사이, 또는 쉘 하단부(34)와 쉘 외측면(92) 사이에 위치한다. 쉘 갭(38)은 쉘 내측면(90) 또는 쉘 외측면(92)과 쉘 하단부(34) 사이에서, 예컨대, 쉘 내측면(90)으로부터 쉘 하면(88)을 따라 쉘 하단부(34)까지 점점 증가하는 쉘 갭 폭(ws)을 가진다. 도면에 도시된 바와 같이, 쉘 두께(ts)는 쉘 갭 폭이 쉘 하단부(34)에서 가장 크도록 쉘 하단부(34)로 갈수록 감소한다. 쉘 갭(38)은 주변 환경으로부터의 공기가 안으로 흐를 수 있도록 쉘 하단부(34)에서 개방된다. 도 3 및 4의 실시예와 같은 바람직한 실시예에서, 쉘(30)은 쉘 상단부(32)와 쉘 하단부(34) 사이에 쉘 길이(ls)를 가지고, 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 쉘 길이(ls)의 0.1 내지 10%를 따라 뻗는다.
증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 쉘(30)과 절연체(28) 사이에 형성될 수 있는 임의의 코로나 방전(22)을 쉘 갭(38) 밖으로 이동하도록 촉진한다. 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 또한 중심 전극(24)과 접지된 쉘(30) 사이에 더 큰 거리를 만들고, 더 작은 쉘 갭과 비교할 때, 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이에 도전 경로를 형성하는 시간을 증가시킨다. 따라서, 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 전극 점화 단부(36)에서 코로나 방전(22)을 집중시키고, 중심 전극(24)과 쉘(30) 사이의 원치않는 아크 방전을 방지하는데 도움을 준다.
도 1 및 도 2의 실시예에서, 쉘 갭(38)은 쉘 상단부(32)와 쉘 하단부(34) 사이로 연속적으로 뻗는다. 쉘 내측면(90)은 쉘 하면(88)까지 매끄럽게 전환되고, 쉘 하면(88)은 도 2a 및 2b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 절연체 외측면(66)과 대향하는 볼록한 프로파일을 가진다. 쉘 하면(88)의 볼록한 프로파일은 점점 증가하는 쉘 갭 폭(ws)을 가진다. 본 실시예에서, 쉘 하면(88)은 절연체 외측면(66)과 대향하는 0.010 초과, 바람직하게는 0.1 초과의 구면반경을 가진다. 쉘 하면(88)를 따른 특정 포인트에서의 구면반경은 그 특정 포인트에서 반지름을 가진 가상의 3차원 구를 사용하여 결정된다. 구면반경은 이 3차원 구의 반지름이다. 쉘 하면(88)에서의 구면반경은 쉘 갭(38)을 가지기 위해 사용되고, 쉘(30)과 점화 팁(56) 사이에 코로나 방전(22) 형성을 촉진하고, 하드(hard) 방전의 형성을 줄이기 위해 쉘 갭(38)을 따른 전기장 강도 및 전압 장(field)을 조절한다.
도 3 및 3a의 실시예에서, 쉘 갭(38)은 또한 쉘 상단부(32)와 쉘 하단부(34) 사이로 연속적으로 뻗는다. 그러나, 본 실시예에서, 전체 쉘 하면(88)은 모서리가 깎여 있어, 쉘 하면(88)은 쉘 내측면(90)에서 쉘 외측면(92)까지 연속적으로 뻗고, 쉘 하단부(34)는 쉘 외측면(92)에 배치된다. 모서리가 깍여진 쉘 하면(88)은 쉘 외측면(92)에서 쉘 내측면(90)에서부터 쉘 하단부(34)까지 점진적으로 증가하는 쉘 갭 폭(ws)를 가진다.
도 2c 및 4b에 도시된 다른 실시예에서, 쉘 하면(88)의 일부분만이 모서리가 깍여 있어, 쉘 하단부(34)은 쉘 내측면(90)과 쉘 외측면(92) 사이에서 쉘 하면(88)을 따라 배치된다. 본 실시예에서, 쉘 갭 폭(ws)은 쉘 내측면(90)에서부터 쉘 하면(88)의 일부분을 따라 쉘 하단부(34)까지 점진적으로 증가한 다음, 쉘 하면(88)을 따라 쉘 외측면(92)까지 일정하게 유지된다. 도 2c의 실시예에서, 쉘 하면(88)에서의 깎여진 모서리는 쉘 갭(38)을 제공하고, 쉘(30)과 점화 팁(56) 사이에 코로나 방전(22)의 형성을 촉진하고 하드 방전의 형성을 줄이기 위해 쉘 갭(38)을 따른 전기장 및 전압 장을 조절하기 위해 사용된다.
도 4 및 4a의 실시예에서, 점진적으로 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 쉘(30)과 실린더 블록(40) 사이에 위치한다. 본 실시예에서, 쉘 외측면(92)은 실린더 블록(40)과 맞닿고, 쉘 갭(38)은 쉘 하면(88)을 따라 쉘 외측면(92)과 쉘 하단부(34) 사이에 위치한다. 쉘 하면(88)의 일부분은 모서리가 깎여 있다. 쉘 하면(88)의 모서리가 깎여진 부분은 쉘 외측면(92)으로부터 쉘 하면(88)의 일부분을 따라 쉘 하단부(34)까지 점점 증가한 다음 쉘 하면(88)을 따라 쉘 내측면(90)까지 일정하게 유지되는 쉘 갭 폭(ws)을 가진다.
하나의 실시예에서, 내부 시일(seal)(100)이 절연체(28)가 쉘(30)로 삽입된 후 절연체(28)를 지지하기 위해 쉘 내측면(90)과 절연체 외측면(66) 사이에 배치될 수 있다. 내부 시일(100)은 그 사이에 쉘 갭(38)을 제공하기 위해 쉘 내측면(90)으로부터 절연체 외측면(66)을 이격시킨다. 내부 시일(100)이 채용된 때, 쉘 갭(38)은 전형적으로 쉘 상단부(32)에서 쉘 하단부(34)까지 연속적으로 뻗는다. 도 1, 3, 및 4에 도시된 바와 같이, 하나의 내부 시일(100)은 전형적으로 절연체 하부 숄더(76)의 절연체 외측면(66)과 도구 수용 부재(98) 부근의 쉘 시트(94)의 쉘 내측면(90) 사이에 배치되고, 다른 내부 시일(100)은 절연체 상부 숄더(72)의 절연체 외측면(66)과 쉘 내측면(90) 사이에 배치된다. 내부 시일(100)은 쉘(30)에 상대적인 위치에 절연체(28)를 지지하고 고정하도록 위치조절된다.
도 1, 3, 및 4의 실시예에서, 절연체(28)는 쉘 시트(94) 상에 배치된 내부 시일(100) 상에 놓이고, 절연체(28)의 나머지 부분은 쉘 내측면(90)으로부터 이격되어, 절연체 외측면(66) 및 쉘 내측면(90)은 그 사이에 쉘 갭(38)을 가진다. 쉘 갭(38)은 절연체 외측면(66)을 따라 절연체 상부 숄더(72)에서 절연체 노즈 부분(78)까지 연속적으로 뻗고, 절연체(28) 둘레레 환형으로 뻗는다.
도 2d 및 3의 실시예에서, 쉘 갭(38)을 제공하고 쉘(30)과 점화 팁(56) 사이에 코로나 방전(22)의 형성을 촉진하고 하드 방전의 형성을 줄이기 위해 쉘 갭(38)을 따른 전기장 강도 및 전압 장을 조절하기 위해, 쉘 내측면(90) 및 점점 가늘어지는 절연체 노즈 부분(78)이 사용된다. 하나의 실시예에서, 증가하는 쉘 갭(38)은 쉘 갭(38)만 가늘어지고, 쉘 갭(38)은 가늘어지지 않게 함으로써 제공된다. 본 실시예에서, 쉘 길이(ls)는 다른 실시예에서의 쉘 길이보다 더 길 수 있다.
도 2e의 실시예에서, 쉘 갭(38)을 제공하고 쉘(30)과 점화 팁(56) 사이에 코로나 방전(22)의 형성을 촉진하고 하드 방전의 형성을 줄이기 위해 쉘 갭(38)을 따른 전기장 강도 및 전압 장을 조절하기 위해, 쉘 하면(88)의 깎여진 모서리 및 점점 가늘어지는 절연체 노즈 부분(78)이 사용된다.
쉘(30)은 전형적으로 실린더 헤드(42)로부터 코로나 점화기(20)를 설치하고 제거하기 위해 제조자 또는 최종사용자에 의해 사용될 수 있는 도구 수용 부재(98)를 포함한다. 도구 수용 부재(98)는 절연체 중간 부분(70)을 따라 절연체 상부 숄더(72)에서 절연체 하부 숄더(76)까지 뻗는다. 하나의 실시예에서, 쉘(30)은 또한 실린더 헤드(42) 및 연소실(26)에 상대적인 바람직한 위치에 코로나 점화기(20)를 유지하고 실린더 헤드(42)와 맞물리기(engaging) 위해 절연체 제2 부분(74)을 따라 나사산을 포함한다.
또한, 쉘(30)은 전형적으로 도구 수용 부재(98)에서부터 절연체 중간 부분(70)의 절연체 외측면(66)을 따른 다음 절연체 상부 숄더(72)를 따라 안쪽으로 절연체 제1 부분(68)까지 세로방향으로 뻗은 턴오버 립(turnover lip)(102)을 포함한다. 턴오버 립(102)은 절연체 제1 부분(68)이 턴오버 립(102) 바깥으로 돌출하도록 절연체 상부 숄더(72) 둘레로 환형으로 뻗는다. 쉘 상면(86)은 절연체(28)를 향해 안쪽으로 돌려져, 쉘 상면(86)의 적어도 일부분은 절연체 중간 부분(70)과 맞물리고, 쉘(30)을 절연체(28)에 상대적인 축방향 이동을 방지하도록 고정하는데 도움을 준다.
도 5에 도시된 다른 실시예에서, 쉘(30)은 쉘 하단부(34)에 돌출부(104)를 포함하고, 쉘 갭(38)은 돌출부(104)와 절연체(28) 사이에 위치한다. 점화 팁(56)의 프롱(57)은 쉘(30)을 향해 위쪽으로 뻗고, 돌출부(104)와 나란하게 정렬된다. 쉘 갭(38)의 형상, 점화 팁(56) 구성, 및 쉘(30)의 정렬된 돌출부(104)는 쉘(30)과 점화 팁(56) 사이에 코로나 방전(22)의 형성을 촉진한다.
도 6에 도시된 또 다른 실시예에서, 중심 전극(24)은 절연체(28)에 의해 둘러싸여 지고, 쉘 하면(88)은 구면반경을 포함한다. 본 실시예에서, 절연체 노즈 단부(60)를 닫는 것은 쉘 하단부(34)로부터 코로나 방전(22) 형성을 촉진하고, 코로나 방전(22)의 스트리머(streamer)를 성형(shape)하기 위해 중심 전극(24)에 고전압을 사용할 때까지 하드 방전의 가능성을 제거한다.
본 발명의 다른 형태는 코로나 점화기(20)를 형성하는 방법을 제공한다. 본 방법은 먼저 중심 전극(24), 절연체(28) 및 쉘(30)을 제공하는 단계를 포함한다. 절연체(28)는 전형적으로 보어가 절연체 노즈 단부(60)로부터 이격되도록, 절연체 상단부(58)로부터 절연체 노즈 단부(60)까지 절연체(28)를 통과하여 연속적으로 또는 부분적으로 절연체(28)를 통과하여 보어를 포함하도록 세라믹 재료를 몰딩함으로써 형성된다. 쉘(30)은 전형적으로 쉘 두께(ts)가 쉘 하단부(34)로 갈수록 감소하도록 몰딩 또는 주조(casting)에 의해 형성된다. 하나의 실시예에서, 본 방법은 감소하는 쉘 두께(ts)를 제공하도록 쉘 하면(88)을 성형하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 방법은 감소하는 쉘 두께(ts)를 제공하도록 쉘 하면(88)의 모서리를 깎아내는 단계(chamfering)를 포함한다.
그 다음, 본 방법은 중심 전극(24)을 절연체 내측면(62)을 따라 절연체 보어 내로 삽입하는 단계, 및 절연체(28)를 쉘 내측면(90)을 따라 쉘 보어 내로 삽입하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 본 방법은 쉘 보어 내의 쉘 시트(94) 상에 내부 시일(100)을 배치하는 단계, 및 쉘 갭(38)을 제공하도록 내부 시일(100) 상에 절연체(28)를 배치하는 단계를 포함한다. 쉘(30)은 전형적으로 절연체(28)에 대하여 상대적인 위치에 쉘(30)을 고정시키기 위해 절연체(28) 둘레로 구부려진다. 쉘 상면(86)은 절연체(28)와 맞물리도록 안쪽으로 이동될 수 있다.
코로나 점화기(20)의 작동 동안, 높은 전기장이 쉘 갭(38) 내에 발생하는데, 중심 전극(24)을 향하는 쉘 갭(38)의 개구부에 있는 한 영역에서 상당한 전기장을 포함한다. 이러한 영역에서, 등전위선(lines of equipotential)은 전위가 절연체 외측면(66)을 따라 절연체(28)에서 쉘(30)까지 이동하여 상승하도록, 절연체 외측면(66)에 대하여 각을 이룬다. 높은 전기장에 의해 발생된 양이온들은 낮은 전압을 향해 이동하므로 음극성의 쉘(30)로 이동한다. 그러나, 음으로 대전된 이온들은 높은 전압을 향해 이동하므로 절연체 외측면(66)을 향해 이동한 후, 항상 더 높은 전압을 향해 이동하므로 쉘(30)로부터 멀어지고 중심 전극(24)을 향하도록 이동된다. 그러므로, 코로나 점화기(20)의 설계는 코로나 방전(22)의 형성을 선호하고, 또는 특정한 실시예에서는 쉘(30)과 중심 전극(24) 사이의 절연체 외측면(66)에 걸친 아크 방전을 선호한다.
본 발명의 다양한 수정 및 변형이 상기 교시를 통해 가능하며 특정하게 서술된 것과 다르게 실시될 수 있음이 명백하며, 이는 첨부된 청구항의 범위 내에 속한다.

Claims (23)

  1. 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20)로서,
    높은 무선주파수 전압을 수신하기 위한 전극 터미널 단부(48)로부터 혼합기를 이온화하여 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 방출하기 위한 전극 점화 단부(36)로 뻗어 있는 전기 도전성 재료로 이루어진 중심 전극(24),
    상기 중심 전극(24) 둘레에 배치된 전기 절연성 재료로 이루어지고, 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)까지 세로방향으로 뻗은 절연체(28), 및
    상기 절연체(28) 둘레에 배치된 전기 도전성 금속 재료로 이루어지고, 쉘 상단부(32)에서 상기 절연체 노즈 단부(60)를 향해 쉘 하단부(34)까지 세로방향으로 뻗은 쉘(30)을 포함하고,
    상기 중심 전극(24)은 상기 전극 점화 단부(36)로부터 방사상 바깥쪽으로 뻗어 팁 직경(Dt)을 가지는 점화 팁(56)을 포함하고,
    상기 절연체(28)는 상기 절연체 상단부(58)와 상기 절연체 노즈 단부(60) 사이로 뻗어 있는 절연체 외측면(66)을 가지고,
    상기 절연체(28)는 상기 절연체 노즈 단부(60)에서 상기 점화 팁의 팁 직경 (Dt) 보다 작은 절연체 노즈 직경(Dn)을 가지고,
    상기 쉘(30)은 상기 절연체 외측면(66)과 대향하는 쉘 내측면(90), 및 상기 쉘 하단부(34)와 상기 쉘 상단부(32) 사이로 뻗은 쉘 외측면(92)을 가지고,
    상기 쉘(30)은 상기 절연체 외측면(66)과 상기 쉘 내측면(90) 사이에 쉘 갭 폭(ws)을 가진 쉘 갭(38)을 포함하고,
    상기 쉘 갭(38)은 안으로 공기가 흐를 수 있도록 상기 쉘 하단부(34)에서 개방되어 있고,
    상기 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 하단부(34)로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘(30)은 상기 쉘 내측면(90)과 상기 쉘 외측면(92) 사이로 연속적으로 뻗은 상기 쉘 하단부(34)에 있는 쉘 하면(88)을 포함하고, 상기 쉘 하면(88)은 상기 증가하는 쉘 갭 폭(ws)을 가지는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 쉘 하단부(34)는 상기 쉘 외측면(92)에 배치되고, 상기 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 내측면(90)에서부터 상기 쉘 하면(88)을 따라 상기 쉘 외측면(92)까지 증가하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 쉘 하단부(34)는 상기 쉘 내측면(90)과 상기 쉘 외측면(92) 사이의 상기 쉘 하면(88)을 따라 배치되고, 상기 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 내측면(90)에서부터 상기 쉘 하면(88)을 따라 쉘 하단부(34)까지 증가하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  7. 삭제
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 쉘 하면(88)의 적어도 일부는 모서리가 깎여진 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 쉘 하면(88)은 상기 절연체(28)와 대향하는 볼록한 프로파일(profile)을 가지는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 쉘 하면(88)은 상기 절연체(28)와 대향하는 0.010 인치 초과의 구면 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘 갭 폭(ws)은 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘 갭(38)은 상기 쉘(30)과 상기 절연체(28) 사이에 배치되고, 상기 쉘 상단부(32)와 상기 쉘 하단부(34) 사이로 상기 쉘(30)을 따라 연속적으로 뻗고, 상기 쉘 갭(38)은 상기 쉘 하단부(34)에서 가장 큰 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘(30)은 상기 쉘 상단부(32)와 상기 쉘 하단부(34) 사이에 쉘 길이(ls)를 가지고, 상기 증가하는 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 길이(ls)의 0.1 내지 10%를 따라 뻗은 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘(30)은 상기 쉘 내측면(90)과 상기 쉘 외측면(92) 사이에 쉘 두께(ts)를 가지고, 상기 쉘 두께(ts)는 상기 쉘 하단부(34)로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘 외측면(92)은 상기 절연체(28) 둘레에 원둘레방향으로 뻗은 둘레부, 및 상기 둘레부를 가로지르는 외부 쉘 직경(Ds1)을 가지고,
    상기 외부 쉘 직경(Ds1)은 상기 팁 직경(Dt)보다 적어도 1.5배 더 큰 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 팁 직경(Dt)은 4 내지 7mm이고, 상기 외부 쉘 직경(Ds1)은 12 내지 18mm인 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체(28)는 상기 쉘 하단부(34) 밖으로 뻗은 절연체 노즈 부분(78)을 포함하고, 상기 절연체 노즈 부분(78)의 상기 절연체 외측면(66)은 상기 절연체 노즈 단부(60)로 갈수록 감소하는 절연체 노즈 직경(Dn)을 가지는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  18. 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20)로서,
    높은 무선주파수 전압을 수신하기 위한 전극 터미널 단부(48)로부터 혼합기를 이온화하여 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 방출하기 위한 전극 점화 단부(36)로 뻗어 있는 전기 도전성 재료로 이루어진 중심 전극(24),
    상기 중심 전극(24) 둘레에 배치된 전기 절연성 재료로 이루어지고, 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)까지 세로방향으로 뻗은 절연체(28), 및
    상기 절연체(28) 둘레에 배치된 전기 도전성 금속 재료로 이루어지고, 쉘 상단부(32)에서 상기 절연체 노즈 단부(60)를 향해 쉘 하단부(34)까지 세로방향으로 뻗은 쉘(30)을 포함하고,
    상기 절연체(28)는 상기 전극 점화 단부(36)를 둘러싸고,
    상기 절연체(28)는 상기 절연체 상단부(58)와 상기 절연체 노즈 단부(60) 사이로 뻗어 있는 절연체 외측면(66)을 가지고,
    상기 쉘(30)은 상기 절연체 외측면(66)과 대향하는 쉘 내측면(90), 및 상기 쉘 하단부(34)와 상기 쉘 상단부(32) 사이로 뻗은 쉘 외측면(92)을 가지고,
    상기 쉘(30)은 상기 절연체 외측면(66)과 상기 쉘 내측면(90) 사이에 쉘 갭 폭(ws)을 가진 쉘 갭(38)을 포함하고,
    상기 쉘 갭(38)은 안으로 공기가 흐를 수 있도록 상기 쉘 하단부(34)에서 개방되어 있고,
    상기 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 하단부(34)로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  19. 내연기관의 연소실(26) 내에서 연소가능한 혼합기의 일부를 이온화하고 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 제공하는 코로나 방전 점화 시스템으로서,
    연소실(26)을 사이에 제공하는 실린더 블록(40) 및 실린더 헤드(42) 및 피스톤(44),
    상기 연소실(26) 내에 제공되는 혼합기,
    높은 무선주파수 전압을 수신하고 상기 혼합기의 일부를 이온화하여 상기 코로나 방전(22)을 형성하기 위한 무선주파수 전기장을 방출하기 위해, 상기 실린더 헤드(42) 내에 배치되고 상기 연소실(26) 내에 가로방향으로 뻗은 점화기(20)로서, 상기 높은 무선주파수 전압을 수신하기 위한 전극 터미널 단부(48)로부터 혼합기를 이온화하여 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 상기 무선주파수 전기장을 방출하기 위한 전극 점화 단부(36)로 뻗어 있는 전기 도전성 재료로 이루어진 중심 전극(24)을 포함하는 점화기(20),
    상기 중심 전극(24) 둘레에 배치된 전기 절연성 재료로 이루어지고, 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)까지 세로방향으로 뻗은 절연체(28)로서, 상기 중심 전극(24)과 대향하는 절연체 내측면(62) 및 상기 절연체 상단부(58)와 상기 절연체 노즈 단부(60) 사이로 뻗은, 반대로 향하는 절연체 외측면(66)을 가진 절연체(28),
    상기 절연체(28) 둘레에 배치된 전기 도전성 금속 재료로 이루어지고, 쉘 상단부(32)에서부터 상기 절연체 노즈 단부(60)를 향해 쉘 하단부(34)까지 세로방향으로 뻗은 쉘(30)을 포함하고,
    상기 중심 전극(24)은 상기 전극 점화 단부(36)로부터 방사상 바깥쪽으로 뻗어 팁 직경(Dt)을 가지는 점화 팁(56)을 포함하고,
    상기 절연체(28)는 상기 절연체 노즈 단부(60)에서 상기 점화 팁의 팁 직경(Dt) 보다 작은 절연체 노즈 직경 (Dn) 을 가지고,
    상기 절연체 노즈 단부(60)는 상기 쉘 하단부(34) 밖으로 돌출되어 있고,
    상기 쉘(30)은 상기 절연체 외측면(66)과 대향하는 쉘 내측면(90), 및 상기 쉘 하단부(34)와 상기 쉘 상단부(32) 사이로 뻗은, 반대로 향하는 쉘 외측면(92)을 가지고,
    상기 쉘(30)은 상기 절연체 외측면(66)과 상기 쉘 내측면(90) 사이에 쉘 갭 폭(ws)을 가진 쉘 갭(38)을 가지고,
    상기 쉘 갭(38)은 공기가 내부에서 흐를 수 있도록 상기 쉘 하단부(34)에서 개방되어 있고,
    상기 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 하단부(34)로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소실(26) 내에서 연소가능한 혼합기의 일부를 이온화하고 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 무선주파수 전기장을 제공하는 코로나 방전 점화 시스템.
  20. 코로나 점화기(20) 형성 방법으로서,
    전극 터미널 단부(48)로부터 전극 점화 단부(36)로 뻗어 있는 전기 도전성 재료로 이루어지며, 상기 전극 점화 단부(36)로부터 방사상 바깥쪽으로 뻗어 팁 직경(Dt)을 가지는 점화 팁(56)을 포함하는 중심 전극(24)을 제공하는 단계,
    전기 절연성 재료로 이루어지고, 절연체 상단부(58)에서 절연체 노즈 단부(60)로 세로방향으로 뻗은 절연체 내측면(62)을 포함하며, 상기 절연체 노즈 단부(60)에서 상기 점화 팁의 팁 직경(Dt) 보다 작은 절연체 노즈 직경(Dn)을 가지는 절연체(28)를 제공하는 단계,
    상기 중심 전극(24)을 상기 절연체(28) 내로 상기 절연체 내측면(62)을 따라 삽입하는 단계,
    전기 도전성 재료로 이루어지고, 쉘 상단부(32)에서 쉘 하단부(34)까지 세로방향으로 뻗은 쉘 내측면(90)을 포함하는 쉘(30)을 제공하는 단계,
    상기 절연체(28)를 상기 쉘(30) 내로 상기 쉘 내측면(90)을 따라 삽입하는 단계, 및
    상기 절연체(28)와 상기 쉘 내측면(90) 사이에 쉘 갭 폭(ws)을 가진 쉘 갭(38)을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 쉘 갭 폭(ws)은 상기 쉘 하단부(34)로 갈수록 증가하고, 공기가 내부에서 흐를 수 있도록 상기 쉘 하단부(34)에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 코로나 점화기(20) 형성 방법.
  21. 삭제
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체 외측면(66)을 상기 쉘 내측면(90)으로부터 이격시키는 내부 시일(100), 및 상기 내부 시일(100)로부터 쉘 하단부(34)까지 연속적으로 뻗은 쉘 갭(38)을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전(22)을 제공하기 위한 코로나 점화기(20).
  23. 제 20 항에 있어서, 내부 시일(100)로 상기 절연체 외측면(66)을 상기 쉘 내측면(90)으로부터 이격시켜 쉘 갭(38)이 상기 내부 시일(100)로부터 쉘 하단부(34)까지 연속적으로 뻗도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화기(20) 형성 방법.
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