KR102095122B1

KR102095122B1 - 차량 점화 장치 및 점화 가속기

Info

Publication number: KR102095122B1
Application number: KR1020180109636A
Authority: KR
Inventors: 린 홍위
Original assignee: 일렉트로닉 디자인 랜드 트레이딩 게엠바하
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-04-24
Also published as: JP6688365B2; JP2019082175A; TWI631276B; TW201918623A

Abstract

차량 점화 장치 및 점화 가속기가 개시된다. 차량 점화 장치는 자기 차폐 도전성 부재, 점화 플러그 및 자기 부재를 포함한다. 자기 차폐성 도전성 부재는 제1 배치부 및 제2 배치부를 포함한다. 점화 플러그의 일단은 제1 배치부 내측에 배치되고 자기 차폐 도전성 부재와 전기적으로 연결된다. 자성 부재는 제2 배치부에 배치되고, N극과 S극을 구비한다. N극은 점화 플러그에 가까운 자기 부재의 일측에 위치한다. S극은 점화 플러그로부터 떨어진 자기 부재의 타측에 위치한다. 자기 차폐 도전성 부재는 상기 점화기를 향하는 방향에서 자기 부재의 자기력을 차폐한다. 본 발명은 보다 높은 점화 효율을 구비한다.

Description

차량 점화 장치 및 점화 가속기{Car ignition device and ignition accelerator}

본 발명은 점화 장치 및 점화 가속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 높은 점화 효율을 가진 차량 점화 장치 및 점화 가속기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량 점화 장치와 같은 종래의 점화 장치는 플러그 캡(plug cap) 및 플러그 캡에 의해 덮인 점화 플러그(spark plug)를 포함한다. 충분히 높은 전압이 인가되면, 점화 플러그의 일단에 있는 두 전극 사이의 전기장(electric field) 강도는 두 전극 사이의 절연 매체(예를 들어, 오일 가스)에 절연 파괴(electrical breakdown)를 일으켜 전기 아크(electric arc)를 생성하며, 이에 따라 오일 가스(oil gas)를 점화시켜 엔진이 차량 이동을 위한 동력(power)을 생성하게 한다.

하지만, 절연 파괴 시 피크 갭 전압(peak gap voltage)은 인가된 제어 전압으로 제한되므로, 전기 아크는 더 효율적이고 신속하게 생성될 수 없다. 이에 따라, 모든 오일 가스가 한번에 점화될 수 없어, 연소가 불완전해지고 독성의 일산화탄소(CO)가 배출된다. 또한, 차량의 전선이 오래된 경우, 인가된 제어 전압은 감소되어 정격 전압보다 낮아질 수 있다. 이때, 불충분한 전기장 강도로 인해 점화 플러그가 전기 아크를 일으키지 못하게 되면서, 차량은 시동될 수 없거나 운전 중에 엔진 꺼짐(flame-out) 상태를 겪을 수 있다.

또한, 점화 플러그가 일정 시간 사용된 후, 두 전극 사이의 절연 파괴로 인한 고온에 의해 전극의 일부가 녹으면서 전극에 부착되려는 칩(chips)이 발생하여, 두 전극 사이의 갭(점화 거리)은 감소되며, 두 전극 사이의 임피던스는 커진다. 이에 따라, 점화를 위한 갭 전압이 불충분해지거나 전류가 너무 작아져, 점 방전 효과(point discharge effect)가 나빠지고 점화 효율도 나빠진다. 더 심할 경우, 차량은 시동될 수 없거나 운전 중에 엔진 꺼짐 상태를 겪을 수 있다.

본 발명의 목적은 보다 높은 피크 갭 전압 및 점화 효율을 가지는 차량 점화 장치 및 점화 가속기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 차량 점화 장치는 오일 가스를 완전히 연소시킬 수 있고, 배출되는 유해 가스를 줄일 수 있으며, 마력을 증가시킬 수 있다. 또한, 점화 효율이 좋아지며, 차량은 공회전(idling) 시에 지터링(jittering)이 덜 생긴다. 또한, 본 발명에 따른 점화 가속기는 점화 시간을 단축시킬 수 있으며, 점화 효율을 증가시킬 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 차량 점화 장치를 개시한다. 차량 점화 장치는 자기 차폐 도전성 부재(magnetic shielding conductive element), 점화 플러그 및 자성 부재(magnetic element)를 포함한다. 자기 차폐 도전성 부재는 제1 배치부(first disposing portion) 및 제2 배치부(second disposing portion)를 구비한다. 점화 플러그는 일 단이 제1 배치부 내에 배치되고 자기 차폐 도전성 부재와 전기적으로 연결된다. 자성 부재는 제2 배치부에 배치되고 N극(north-seeking pole)과 S극(south-seeking pole)을 가지는데, N극은 점화 플러그에 가까운 자성 부재의 일측에 위치하고, S극은 점화 플러그로부터 떨어진 자성 부재의 타측에 위치한다. 자기 차폐 도전성 부재는 점화 플러그를 향하는 방향에서 자성 부재의 자기력을 차폐한다.

일 실시예에서, 제1 배치부는 슬롯(slot)을 포함한다.

일 실시예에서, 제2 배치부는 외주면을 구비하며, 자성 부재는 외주면 상의 주변에 배치된다

일 실시예에서, 자성 부재는 고리 형상 몸체이고 관통 홀을 구비하며, 제2 배치부는 관통 홀을 관통한다.

일 실시예에서, 자성 부재의 관통 홀은 내주면을 형성하며, 내주면은 외주면과 면 접촉을 한다.

일 실시예에서, 점화 플러그의 타단은 두 전극을 구비하며, 전극들 사이에 갭이 형성된다.

일 실시예에서, 차량 점화 장치는 자기 차폐 도전성 부재 및 점화 플러그와 전기적으로 연결된 고전압 전원(high-voltage power)을 더 포함하며, 고전압 전원이 파워 온(power-on) 상태에 있을 때에 점화 플러그는 전기 아크를 일으킨다.

일 실시예에서, 차량 점화 장치는 플러그 캡 하우징을 가지는 플러그 캡 유닛을 더 포함하며, 고전압 전원 및 자기 차폐 도전성 부재는 플러그 캡 하우징 내부에 배치된다.

일 실시예에서, 자성 부재는 네오디뮴-철-붕소(neodymium-iron-boron) 자석이며, 그 동작 온도는 섭씨 150 ℃에 이를 수 있다.

일 실시예에서, 자성 부재는 페라이트(ferrite) 자석이며, 그 작동 온도는 섭씨 80 ℃에 이를 수 있다.

일 실시예에서, 자성 부재는 사마륨 루비듐(samarium rubidium) 자석이며, 그 작동 온도는 섭씨 350 ℃에 이를 수 있다.

일 실시예에서, 자기 차폐 도전성 부재의 재료는 우수한 전기 전도도(good electroconductivity)를 가지는 금속 또는 합금이다.

일 실시예에서, 자기 차폐 도전성 부재는 제1 재료 및 제2 재료를 포함하며, 제2 재료는 제1 재료를 덮고, 제2 재료는 우수한 전기 전도도를 가지는 금속 또는 합금이다.

일 실시예에서, 금속은 구리, 알루미늄, 금 또는 은이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 점화 가속기를 더 개시한다. 점화 가속기는 자기 차폐 도전성 부재 및 자성 부재를 포함한다. 자기 차폐 도전성 부재는 제1 배치부와 제2 배치부를 구비하며, 점화기의 일단은 제1 배치부 내에 배치되고 자기 차폐 도전성 부재와 전기적으로 연결된다. 자성 부재는 제2 배치부에 배치되고 N극(north-seeking pole)과 S극(south-seeking pole)을 구비하며, N극은 점화기에 가까운 자성 부재의 일측에 위치하고, S극은 점화기로부터 떨어진 자성 부재의 타측에 위치한다. 자기 차폐 도전성 부재는 점화기를 향하는 방향에서 자성 부재의 자기력을 차폐한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 차량 점화 장치에서, 자성 부재를 자기 차폐 도전성 부재 상에 배치하고 자성 부재의 N극을 점화 플러그를 향하는 방향으로 배향시키며 자성 부재의 S극을 점화 플러그로부터 멀어지게 배향시키는 구조 설계에 의해, 점화 플러그가 자성 부재의 자기력 효과를 통해 전기 아크를 발생시키는 순간에 전류를 구성하는 자유 전자는 가속될 수 있다. 따라서, 공급 전압의 한계를 극복할 수 있고 전기 아크 발생 순간에 피크 갭 전압을 극적으로 증가시킬 수 있으며, 엔진 실린더 내의 오일 가스 연료를 보다 빠르고 안정된 전기 아크로 점화시킬 수 있어, 완전한 연소를 달성하고 유해 가스의 배출을 줄이며 마력의 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 자성 부재의 자기력을 점화 플러그를 향하는 방향에서 차폐하기 위해 자기 차폐 도전성 부재를 더 이용하므로, 본 발명의 차량 점화 장치는 절연 파괴에 의한 고온에 의해 생성되는 칩이 전극에 부착되지 않게 할 수 있고, 점화 효율을 향상시킬 수 있으며, 차량은 공회전 시에 지터링이 덜 생긴다.

또한, 본 발명의 점화 가속기에서, 자기 차폐 도전성 부재에 자성 부재를 배치하고 자성 부재의 N극을 점화기를 향하는 방향으로 배향시키며 자성 부재의 S극을 점화 플러그로부터 멀어지게 배향시키고 자기 차폐 도전성 부재가 점화기를 향하는 방향에서 자성 부재의 자기력을 차폐하도록 하는 설계에 의해, 본 발명의 점화 가속기는 전기 아크 발생 순간에 점화기의 피크 갭 전압을 크게 증가시키며, 또한, 점화 시간을 줄이고 점화기의 점화 효율을 향상시킨다.

첨부된 도면은 본 명세서의 일부를 구성하는 본 출원의 실시예에 대한 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 개시의 실시예와 함께 사용되어 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명한다. 명백하게, 하기 설명에서의 도면은 본 개시의 일부 실시예에 불과하며, 당업자는 창의적인 노력 없이도 이들 도면에 기초하여 다른 도면을 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 점화 장치를 나타내는 개략도이다
도 2는 전기 아크가 생성될 때에 일 실시예의 자성 부재에 의해 생성된 자기장이 나선형 경로에서 자기 차폐 도전성 부재를 통과하는 자유 전자를 가속시키는 것을 나타내는 개략도이다.
도 3은 일 실시예의 점화 플러그의 중심 전극과 접지 전극 사이의 전기 아크 발생 전후의 시간에 대한 갭 전압을 비교하여 나타낸 개략도이다.

여기서 개시된 특정의 구조적 및 기능적 상세 내용은 단지 대표적인 것에 불과하며 본 개시의 예시적인 실시예를 설명하기 위한 것이다. 하지만, 본 개시는 다른 많은 형태로도 구체화될 수 있으며, 여기에 설명된 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서의 설명에서, “중심”, “측부”, “상부”, “하부”, “좌측”, “우측”, “수직”, “수평”, “상측”, ”하측“, ”내측“, ”외측” 등의 용어 및 다른 지시 배향 또는 위치 관계는 도면에 도시된 위치 또는 위치 관계에 기초하고 단지 본 개시의 설명의 편의를 위한 것이며, 장치 또는 요소가 특정 방향을 가져야 한다는 것을 나타내지도 암시하지도 않고, 특정 구성 및 동작의 방향은 본 개시를 제한하는 것으로 해석될 수 없다. 또한, “제1”, “제2”라는 용어는 상대적인 중요성 암시하기 위해 사용되거나 설명의 목적을 암시적으로 나타내는 기술적 특징의 수로 이해되어서는 안 된다. 따라서, “제1”이 정의되면, “제2”는 명시적으로 또는 암시적으로 하나 이상의 특징을 포함 할 수 있다. 본 발명의 설명에서, 달리 특정되지 않는 한, “더”는 둘 이상을 의미한다. 또한, “포함”의 용어 및 그의 임의적인 변형은 비배타적인 포함(non-exclusive inclusion)을 포함하도록 해석된다.

본 발명의 설명에서, 달리 명시적으로 특정되거나 제한되지 않는 한, "장착된", "~에 연결된", "연결된" 등의 용어는 폭넓게 이해되어야 하며, 예를 들어, 고정식 연결일 수도 있고, 착탈식 연결 또는 일체형 연결일 수도 있다. 기계적 커넥터가 전기적으로 연결될 수 있고, 직접적으로 연결될 수도 있며, 간접적인 구조를 통해 간접적으로 연결될 수도 있고, 두 요소의 내부와 통신할 수도 있다. 당업자라면, 본 명세서의 특정 의미의 특정 상황을 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 예시적인 실시예로 한정하려는 것은 아니다. 문맥 상 달리 명시하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 단수 표현은 복수를 포함하는 것으로 해석된다. 본 명세서에서 사용된 "구비하는" 및/또는 "포함하는"의 용어는 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 및/또는 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 점화 장치를 나타내는 개략도이다. 도 1a에 도시 된 바와 같이, 차량 점화 장치(1)는 자기 차폐 도전성 부재(magnetic shielding conductive element, 11), 점화 플러그(spark plug, 12) 및 자성 부재(magnetic element, 13)를 포함한다. 또한, 본 실시예의 차량 점화 장치(1)는 고전압 전원(high-voltage power, 14)을 더 포함할 수 있다.

자기 차폐 도전성 부재(11)는 제1 배치부(first disposing portion, 111)와 제2 배치부(second disposing portion, 112)를 구비하며, 점화 플러그(12)의 일단은 자기 차폐 도전성 부재(11)의 제1 배치부(111)의 내부에 배치되고 자기 차폐 도전성 부재(11)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서, 제1 배치부(111)는 자기 차폐 도전성 부재(11)의 하측 면에 위치하고 슬롯(slot)을 포함하며, 점화 플러그(12)가 그 슬롯 내부에 삽입될 수 있어서 자기 차폐 도전성 부재(11)는 점화 플러그(12)에 연결 및 체결될 수 있고 점화 플러그(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 본 실시예의 제2 배치부(112)는 점화 플러그(12)와는 떨어진 자기 차폐 도전성 부재(11)의 타측에 위치하며, T자형이다.

자기 차폐 도전성 부재(11)는 우수한 전기 전도도(good electroconductivity)를 가지는 금속 또는 합금으로 이루어진다. 대안적으로, 자기 차폐 도전성 부재(11)는 제1 재료(내부 층) 및 제2 재료(외부 층)를 포함할 수 있으며, 제2 재료는 제1 재료를 덮는다. 제1 재료는 금속, 합금 또는 비금속일 수 있으며, 제2 재료는 우수한 전기 전도도를 가지는 금속 또는 합금일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 자기 차폐 재료는 주로 2 종류가 있는데, 자기 반사 원리(magnetic reflection principle)에 따라 작동하는 하나와, 자기 흡수 원리(magnetic absorption principle)에 따라 작동하는 다른 하나가 있다. 여기서, 선택된 자기 차폐 재료는 구리, 알루미늄, 금 또는 은 등과 같은 자기 반사 금속이다. 또한, 합금이 선택된다면, 예를 들어, 철 니켈 합금일 수 있다. 본 실시예에서, 자기 차폐성 도전성 부재(11)의 재질의 예로 순수한 구리(Pure copper)를 들 수 있다. 구리는 우수한 전기 전도도를 구비하며, 자기 차폐(자기 반사) 효과가 우수하다. 또한, 구리는 용이하게 획득 및 가공될 수 있으며, 자기 차폐 도전성 부재(11)의 재료로서 작용하기에 적합하다.

구체적으로, 본 실시예에서, 자기 차폐성 도전성 부재(11)의 제1 배치부(111)는 점화 플러그(12)를 덮을 수 있어, 자기 차폐성 도전성 부재(11)가 점화 플러그(12)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있으며, 점화 플러그(12)의 타단(11)은 자기 차례성 도전성 부재(11)와 전기적으로 연결된 중심 전극(center electrode, 121) 및 중심 전극(121)으로부터 갭(gap, d)만큼 이격된 접지 전극(grounding electrode, 122)의 두 전극을 구비한다. 점화 플러그(12)가 통전될 때, 중심 전극(121)과 접지 전극(122) 사이의 갭(d)은 갭 전압(gap voltage, 미도시)을 가질 수 있다. 갭 전압이 충분히 높으면, 점화 플러그(12)의 중심 전극(121)과 접지 전극(122) 사이에 전기 아크(electric arc)가 발생할 수 있다.

자성 부재(13)는 자기 차폐 도전성 부재(11)의 제2 배치부(112) 상에 배치된다. 자성 부재(13)는 N극(north-seeking pole, N)과 S극(south-seeking pole, S)을 구비한다. 여기서, N극(N)은 점화 플러그(12)에 가까운 자성 부재(13)의 일측에 위치하고, S극(S)은 점화 플러그(12)로부터 떨어진 자성 부재(13)의 타측에 위치한다. 예를 들어, 자성 부재(13)는 네오디뮴-철-붕소(neodymium-iron-boron, NdFeB) 자석 또는 페라이트(ferrite) 자석일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 실시예에서, 점화 플러그(12)의 일측으로부터 떨어진 자기 차폐성 도전성 부재(11)의 제2 배치부(112)는 T자형이며, 외주면(1121)을 구비한다. 자성 부재(13)는 제2 배치부(112)의 외주면(1121)에 대향하는 내주면(132)을 구비하며, 자성 부재(13)는 외주면(1121) 상의 주변에 배치된다. 구체적으로, 본 실시예에서, 자성 부재(13)는 고리형(annular) 몸체이며, 고리형 몸체의 중간 부분은 관통 구멍(through hole, 131)을 구비한다. 자기 차폐 도전성 부재(11)의 제2 배치부(112)는 관통 구멍(131)을 관통하고, 자기 차폐 도전성 부재(11)의 외주면(1121)은 자성 부재(13)의 관통 구멍(131)에 의해 구성되는 내주면(132)과 면 접촉한다. 자기 차폐 도전성 부재(11)는 도전성 이외에, 점화 플러그(12)를 향한 방향에서 자성 부재(13)의 자기력(magnetic force)을 차폐할 수 있으므로, 자성 부재(13)의 자기력은 점화 플러그(12)의 전기 아크 발생에 영향을 미치지 않아 점화 플러그(12)의 점화 효율을 증가시킨다.

고전압 전원(14)은 자기 차폐 도전성 부재(11) 및 점화 플러그(12)와 각각 전기적으로 연결된다. 여기서, 고전압 전원(14)의 일단은 자기 차폐 도전성 부재(11)와 전기적으로 연결되며, 그 타단은 점화 플러그(12)의 접지 전극(122)과 전기적으로 연결된다. 고전압 전원(14)은 파워 온(power-on) 상태와 파워 오프(power-off) 상태의 사이를 전환한다. 고전압 전원(14)이 파워 온 상태에 있을 때, 중심 전극(121)과 접지 전극(122) 사이의 갭 전압에 의해 제공되는 전기장(electric field) 세기가 절연 파괴(electrical breakdown)를 일으키기에 충분히 강해서, 점화 플러그(12)의 중심 전극(121) 및 접지 전극(122)의 사이에서 발생되는 전기 아크는 오일 가스(oil gas)를 점화시켜 엔진의 동력을 발생시키고 차량을 이동시킬 수 있다. 여기에서, 전기 아크는 접지 전극(122)으로부터 중심 전극(121)까지의 방향으로 발생된다. 또한, 고전압 전원(14)이 전원 오프 상태에 있을 때, 중심 전극(121)과 접지 전극(122)의 사이의 갭 전압에 의해 제공되는 전기장 세기가 절연 파괴를 일으킬 만큼의 충분하지 않아서, 점화 플러그(12)의 두 전극 사이에서 발생되는 전기 아크는 엔진의 동력을 발생시키지 못한다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 점화 장치를 나타내는 다른 개략도이다. 도 1b에 도시 된 바와 같이, 본 실시예의 차량 점화 장치(1), 즉 자기 차폐 도전성 부재(11), 점화 플러그(12), 자기 부재(13) 및 고전압 전원(14)(도 1b에 미도시, 도 1a에 도시)은 플러그 캡 유닛(plus cap unit, 15)을 더 포함할 수 있다.

플러그 캡 유닛(15)은 플러그 캡 하우징(pug cap housing, 151)을 구비한다. 플러그 캡 하우징(151)의 재질은, 예를 들어, 고무, 플라스틱 등의 절연체이며, 고전압 전원(14) 및 자기 차폐 도전성 부재(11)는 플러그 캡 하우징(151)의 내부에 배치된다. 일부 실시예에서, 플러그 캡 유닛(15)은 탄성 부재(elastic member, 도 1b에 미도시)를 더 구비할 수 있고, 탄성 부재는 플러그 캡 하우징(151) 내에 배치될 수 있으며, 플러그 캡 하우징(151)이 자기 차폐 도전성 부재(11)(및 점화 플러그(12)의 일단)을 덮을 수 있어서, 자기 차폐 도전성 부재(11)는 탄성 부재를 통해 플러그 캡 하우징(151) 내부에 위치하는 고전압 전원(14)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 탄성 부재는 헬리컬 스프링(helical spring)일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 2를 참조하면, 도 2는 전기 아크가 생성될 때 일 실시예의 자성 부재(13)에 의해 생성된 자기장(magnetic field)이 나선형 경로(helical path)에서 자기 차폐 도전성 부재(11)를 통과하는 자유 전자를 가속시키는 것을 나타내는 개략도이다.

점화 플러그(12)의 두 전극(121, 122)이 점화되기 전에, 자성 부재(13)의 고강도 자기장(B)으로 인해, 자기 차폐 도전성 부재(11)의 전자(electron) 및 홀(hole)은 분리되어 자성 부재(13)와 상대적으로 자기 차폐 도전성 부재(11)의 상측 및 하측에 축적되며, 전자는 자성 부재(13)의 N극(N)(도 1a의 하측)에 가까운 측에 축적되고, 홀은 자성 부재(13)의 S극(S)(도 1a의 상측)에 가까운 측에 축적된다. 도시된 바와 같이, 중심 전극(121)과 접지 전극(122) 사이의 갭 전압에 의해 제공되는 전기장 세기가 절연 파괴를 일으키는 전기 아크를 생성할 정도로 충분히 강하면 그 순간, 상측에 축적된 홀의 인력 때문에, 다량의 자유 전자(e-)가 접지 전극(122)을 통해 플라즈마 절연 매체(plasmaed insulating medium)를 통과할 수 있고 중심 전극(121) 및 자기 차폐 도전성 부재(11)(및 탄성 부재)(도 2 참고)의 경로를 따라 고전압 전원(14)을 향해 순차적으로 이동하여 전자 흐름(electron flow)을 형성할 수 있다(도 2는 하나의 자유 전자(e-)만을 개략적으로 나타냄). 따라서, 자기 차폐 도전성 부재(11)를 통과하는 자유 전자(e-)는 나선형 경로와 함께 가속될 수 있으며, 펌프 유사 효과(pump-like effect)는 접지 전극(122)과 함께 형성되어 더 많은 자유 전자(e-)가 중심 전극(121)에 공급되게 한다. 따라서, 전기 아크의 순시 전류 값(instantaneous current value)이 크게 증가하면서, 두 전극(121, 122) 사이의 갭 전압의 최대 값은 전기 아크의 형성 순간에 순시 전류 값의 증가와 동기되어 크게 증가한다.

도 3을 참고하면, 도 3은 일 실시예의 점화 플러그(12)의 중심 전극(121)과 접지 전극(122) 사이의 전기 아크 발생 전후의 시간에 대한 갭 전압을 비교하여 나타낸 개략도이다. 도 3에서, 제1 곡선(61)은 본 발명의 일 실시예의 자성 부재(13)가 네오디뮴-철-붕소 자석을 사용하고 그 작동 온도가 섭씨 150 ℃에 이를 때 전기 아크 발생 전후의 시간에 대한 갭 전압의 변화를 나타내는 곡선이다. 제2 곡선(62)은 본 발명의 다른 실시예의 자성 부재(13)가 페라이트 자석을 사용하고 그 작동 온도가 섭씨 80 ℃에 이를 때 전기 아크 발생 전후의 시간에 대한 갭 전압의 변화를 나타내는 곡선이다. 제3 곡선(63)은 종래 차량 점화 장치의 시간에 따른 전기 아크 발생 전후의 갭 전압의 곡선이다. 또한, 일부 실시예에서, 자성 부재는 사마륨 루비듐(samarium rubidium) 자석이며, 그 작동 온도는 섭씨 350 ℃에 이를 수 있다.

도 3에 도시 된 바와 같이, 제1 곡선(61), 제2 곡선(62) 및 제3 곡선(63)에 대한 피크 갭 전압(peak gap voltage)은 각각 316 kV, 222 kV 및 148 kV이며, 자성 부재(13)가 네오디뮴-철-붕소 자석을 사용하는 경우, O V에서 316 kV의 피크 갭 전압까지의 전압은 단지 5 ns 보다 짧은 시간이 걸리지만, 종래의 차량 점화 장치에서 0 V에서 피크 갭 전압까지의 전압은 5 ns 보다 훨씬 더 긴 시간이 걸린다. 따라서, 본 실시예의 차량 점화 장치(1)에서, 자성 부재(13)가 네오디뮴-철-붕소 자석을 사용하면, 종래의 점화 장치와 비교하여 피크 갭 전압을 1 배(113.5%) 이상 증가시킬 수 있으며, 전기 아크는 보다 짧은 시간 내에 생성 될 수 있다. 또한, 자성 부재(13)가 페라이트 자석을 사용하더라도, 피크 갭 전압은 종래의 점화 장치와 비교하여 50 %까지 증가될 수 있다.

그 결과, 본 실시예의 차량 점화 장치(1)는 고전압 전원(14)의 공급 전압의 한계를 극복할 수 있으며, 전기 아크의 발생 순간에 피크 갭 전압이 크게 증가하여, 엔진 실린더 내의 연료가 더 빠르고 안정적인 전기 아크로 점화되어 완전 연소의 목적을 달성할 수 있고 유해 가스의 배출을 줄일 수 있으며 에너지 가용성(energy availability)을 향상시킬 수 있고 차량이 더 좋은 연료 효율을 가지면서 더 환경 친화적이게 할 수 있다. 또한, 점화 플러그(12)에 의해 생성된 전기 아크는 보다 짧은 시간 내에 생성될 수 있으며(자성 부재(13)가 네오디뮴-철-붕소 자석을 사용하는 경우), 피크 갭 전압의 증가는 순간적으로 오일 가스를 점화시켜 폭발적인 방식으로 엔진 피스톤에 대한 강력한 일을 수행함으로써 엔진의 마력을 향상시킬 수 있다. 또한, 피크 갭 전압이 증가하면, 오일 가스의 폭발 및 연소 온도도 높아지며, 높은 온도는 기관실(engine room)의 탄소 퇴적물을 제거하여 엔진을 보다 높은 효율로 주행시킨다.

또한, 절연 파괴로 인한 점화 플러그(12)에 의해 생성된 고온은 전극의 일부를 녹여 칩(chip)을 생성할 수 있는데, 이 칩은 중심 전극(121) 또는 접지 전극(122)에 (자기력에 의해) 부착될 수 있어, 두 전극 사이의 갭을 줄이고(점화 거리가 작아짐), 두 전극 사이의 임피던스를 증가시킨다. 따라서, 점화에 필요한 전압이 충분하지 않거나 전류가 너무 작아서, 팁 방전 효과(tip discharge effect)가 약하다. 따라서, 본 실시예의 차량 점화 장치(1)는 자성 부재(13)의 자기력을 점화 플러그(12)의 방향에서 차폐하기 위해 자기 차폐성 도전성 부재(11)를 사용한다. 그 결과, 자기력에 의해 중심 전극(121)이나 접지 전극(122)에 칩이 부착될 수 없어, 점화 효율도 향상되어 공회전(idling) 시에 지터링(jittering)이 덜 생긴다.

또한, 본 발명은 점화기와 협력하고 자기 차폐 전도성 부재 및 자성 부재를 포함하는 점화 가속기를 제공한다. 자기 차폐용 도전성 부재는 제1 배치부 및 제2 배치부를 구비하며, 점화기의 일단은 제1 배치부 내측에 배치되고 자기 차폐 도전성 부재와 전기적으로 연결된다. 자성 부재는 제2 배치부에 배치되고, 자성 부재는 N극과 S극을 구비하며, N극은 점화기의 일측에 가까운 자성 부재에 위치하고, S극은 점화기로부터 떨어진 자기 부재의 타측에 위치한다. 자기 차폐 도전성 부재는 점화기를 향한 방향에서 자기 부재의 자기력을 차폐한다.

일부 실시예에서, 점화기는 상술한 점화 플러그(12)일 수 있다. 일부 실시예에서, 점화기는 가스 렌지(gas stove)의 점화 장치일 수 있고, 점화기는 가스 온수기(gas water heater)의 점화 장치일 수 있으며, 상술한 점화기의 구현 양태는 단지 일 예이며, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.

또한, 자계 차폐 도전성 부재의 다른 기술적 내용 및 자성 부재와의 상대적인 관계는 상술한 자기 차폐 도전성 부재(11) 및 자성 부재(13)를 참고할 수 있으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 상술한 설계에 의해, 본 발명의 점화 가속기는 전기 아크의 발생 순간에 점화기의 피크 갭 전압을 크게 증가시키며, 또한 점화 시간을 단축시키고 점화기의 점화 효율을 향상시킨다.

요약하면, 본 발명의 차량 점화 장치에서, 자성 부재를 자기 차폐 도전성 부재 상에 배치하는 구조 설계에 의해, 자기 부재의 N극을 점화 플러그를 향하도록 배향하고, 자성 부재의 S극을 점화 플러그로부터 멀어지는 방향으로 배향하면, 전류를 구성하는 자유 전자는 점화 플러그가 자성 부재의 자기력 효과를 통해 전기 아크를 발생시키는 순간에 가속될 수 있다. 이에 따라, 공급 전압의 한계를 극복할 수 있고 전기 아크의 생성 순간에 피크 갭 전압을 극적으로 증가시킬 수 있으며, 엔진 실린더 내의 오일 가스 연료는 빠르고 안정적인 전기 아크로 점화될 수 있어, 완전 연소의 목적을 달성하고, 유해 가스의 배출을 줄이며, 마력의 효과를 향상시킨다. 또한, 본 발명의 차량 점화 장치는, 자성 부재의 자기력을 점화 플러그 방향에서 차폐하기 위해 자기 차폐 도전성 부재를 사용하고 있으므로, 절연 파괴에 의한 고온에 의해 발생되는 칩은 전극에 부착될 수 없어, 점화 효율이 개선될 수 있고, 공회전 시에 지터링이 덜 발생한다.

또한, 본 발명의 점화 가속기에서, 자성 부재를 자기 차폐 도전성 부재 상에 배치하고, 자성 부재의 N극을 점화기 쪽을 향하는 방향으로 배향시키며, 자성 부재의 S극을 점화 플러그로부터 멀어지는 방향으로 배향시키고, 자기 차폐 도전성 부재에 의해 자성 부재의 자기력을 점화기 방향에서 차폐하도록 하는 설계에 의해, 본 발명의 점화 가속기는 전기 아크의 발생 순간에 점화기의 피크 갭 전압을 크게 증가시키고 점화 시간을 단축시키며 점화기의 점화 효율을 향상시킨다.

본 개시가 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한적인 의미로 해석되는 것이 아니다. 개시된 실시예 및 대안적인 실시예의 다양한 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 개시의 진정한 범위 내에 있는 모든 변형을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

제1 배치부 및 제2 배치부를 구비한 자기 차폐 도전성 부재;
일단이 상기 제1 배치부 내에 배치되고 상기 자기 차폐 도전성 부재와 전기적으로 연결되는 점화 플러그; 및
상기 제2 배치부에 배치되고, N극 및 S극을 구비하되, 상기 N극은 상기 점화 플러그에 가까운 자성 부재의 일측에 위치하고, 상기 S극은 상기 점화 플러그로부터 떨어진 자성 부재의 타측에 위치하는 자성 부재;를 포함하며,
상기 자기 차폐 도전성 부재는 상기 점화 플러그를 향하는 방향에서 상기 자성 부재의 자기력을 차폐하고, 상기 자성 부재의 N극은 상기 점화 플러그를 향하는 방향으로 향하고, 상기 자성 부재의 S극은 상기 점화 플러그로부터 멀어지는 방향으로 향하며, 상기 점화 플러그가 상기 자성 부재의 자기력을 통해 전기 아크를 생성하는 순간에 전류를 구성하는 자유 전자가 가속되는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 배치부는 슬롯을 포함하는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 배치부는 외주면을 구비하며,
상기 자성 부재는 상기 외주면 상의 주변에 배치되는 차량 점화 장치.
제3항에 있어서,
상기 자성 부재는 고리 형상 몸체이고 관통 홀을 구비하며,
상기 제2 배치부는 상기 관통 홀을 관통하는 차량 점화 장치.
제4항에 있어서,
상기 자성 부재의 관통 홀은 내주면을 형성하며,
상기 내주면은 상기 외주면과 면 접촉을 하는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 점화 플러그의 타단은 두 전극을 구비하며, 상기 전극들 사이에 갭이 형성되는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 차폐 도전성 부재 및 상기 점화 플러그와 전기적으로 연결된 고전압 전원(high-voltage power)을 더 포함하며,
상기 점화 플러그는 상기 고전압 전원이 파워 온(power-on) 상태에 있을 때에 전기 아크를 일으키는 차량 점화 장치.
제7항에 있어서,
플러그 캡 하우징을 구비한 플러그 캡 유닛을 더 포함하며,
상기 고전압 전원 및 상기 자기 차폐 도전성 부재는 상기 플러그 캡 하우징 내부에 배치되는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 자성 부재는 네오디뮴-철-붕소(neodymium-iron-boron) 자석이며 그 동작 온도가 섭씨 150℃에 이를 수 있는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 자성 부재는 페라이트(ferrite) 자석이며 그 작동 온도가 섭씨 80℃에 이를 수 있는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 자성 부재는 사마륨 루비듐(samarium rubidium) 자석이며 그 작동 온도가 섭씨 350도℃에 이를 수 있는 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 차폐 도전성 부재의 재료는 우수한 전기 전도도를 가지는 금속 또는 합금인 차량 점화 장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 차폐 도전성 부재는 제1 재료 및 제2 재료를 포함하며,
상기 제2 재료는 제1 재료를 덮고 우수한 전기 전도도를 가지는 금속 또는 합금인 차량 점화 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 금속은 구리, 알루미늄, 금 또는 은인 차량 점화 장치.
점화기를 포함하는 점화 가속기로서,
제1 배치부와 제2 배치부를 구비하며, 상기 점화기의 일단이 상기 제1 배치부 내에 배치되어 상기 점화기의 일단과 전기적으로 연결되는 자기 차폐 도전성 부재; 및
상기 제2 배치부에 배치되며, N극과 S극을 구비하되, 상기 N극은 상기 점화기에 가까운 자성 부재의 일측에 위치하고, 상기 S극은 상기 점화기로부터 떨어진 자성 부재의 타측에 위치하는 자성 부재;를 포함하며,
상기 자기 차폐 도전성 부재는 상기 점화기를 향하는 방향에서 상기 자성 부재의 자기력을 차폐하고, 상기 자성 부재의 N극은 상기 점화기를 향하는 방향으로 향하고, 상기 자성 부재의 S극은 상기 점화기로부터 멀어지는 방향으로 향하며, 상기 점화기가 상기 자성 부재의 자기력을 통해 전기 아크를 생성하는 순간에 전류를 구성하는 자유 전자가 가속되는 점화 가속기.