KR102109670B1 - 기밀 고주파 플러그 커넥터를 구비한 코로나 점화장치 - Google Patents

기밀 고주파 플러그 커넥터를 구비한 코로나 점화장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 중앙전극(7), 중앙전극(7)이 연결되는 절연체(6), 중앙전극(7)에 연결되는 코일(5), 및 코일(5)이 배치되는 하우징(4)를 포함하는 코로나 점화장치에 관한 것으로, 여기서 하우징(4)은 일단이 절연체(6)에 의해 차단되며, 다른 일단은 코일(5)에 연결된 내부도체(2)와 하우징(4)에 연결된 외부도체(1)를 구비한 고주파 플러그 커넥터를 지지한다. 본 발명에 따라서, 고주파 플러그 커넥터는 내부도체(2)와 외부도체(1) 사이의 환형 갭을 밀봉하는 유리체(3)를 포함한다. 본 출원은 또한 그와 같은 고주파 점화를 위해 적합한 고주파 플러그 커넥터에 관한 것이다.

Description

기밀 고주파 플러그 커넥터를 구비한 코로나 점화장치{A corona ignition device with gas-tight HF plug connector}
본 발명은 청구항 1의 전문에 구체화된 특징들을 갖는 코로나 점화장치 및 고주파 플러그 커넥터에 관한 것으로, EP 1 662 626 A1으로부터 알려져 있다. 이러한 코로나 점화장치는 연소실로부터 멀리 떨어진 그 말단에 플러그 커넥터를 구비하며, 코로나 점화장치는 고주파 플러그 커넥터와 함께 고주파 발전기 혹은 차량의 차상전원시스템에 연결될 수 있다.
내연 기관의 연소실내의 연료/공기 혼합물이 어떻게 코로나 점화장치를 이용하여 연소실내에서 생성되는 코로나 방전에 의해 점화될 수 있는지가 EP 1 663 626 A1 및 WO 2004/063560 A1으로부터 알려져 있다. 코로나 점화장치는 절연체에 내장되는 중앙전극을 구비한다. 이리하여, 중앙전극은 접지 전위에 있는 코로나 점화장치의 하우징 및 연소실의 벽에 대하여 전기적으로 절연된다. 중앙전극은 연소실의 하우징 혹은 벽과 함께 커패시터를 형성한다. 커패시터에서, 연소실의 하우징 및 벽은 커패시터의 상대전극으로 작용한다.
하우징에 배치된 코일을 구비한 이러한 커패시터는, 예를 들면 중앙 탭을 구비한 변압기 혹은 또 다른 고주파 발전기의 도움으로 생성되는 고주파 전압에 의해 여기되는 전기 진동회로를 형성한다. 진동회로가 공명하여 여기되는 경우에, 중앙전극과 연소실의 벽부 혹은 코로나 점화장치의 하우징 사이에 전압 승압이 존재한다. 이것은 연소실내에 코로나 방전의 형성을 초래한다. 코로나 방전의 개시는 중앙전극상의 점화 팁으로부터 비롯된다.
아크 방전에 의해 연료/공기 혼합물을 점화시키는 종래 스파크 플러그에 비해, 코로나 점화장치는 훨씬 더 낮은 전소 전극 혹은 점화 팁이라는 장점을 갖는다. 그러므로, 코로나 점화장치는 종래 스파크 플러그에 비해 훨씬 더 긴 사용수명의 잠재력을 갖는다.
본원발명의 목적은 코로나 점화장치의 사용수명이 증대될 수 있는 방법을 제시하는 것이다.
본 목적은 청구항 1에 구체적으로 명시된 특징을 갖는 코로나 점화장치와, 코로나 점화장치를 위한 고주파 플러그 커넥터에 의해 성취된다. 본 발명의 유리한 개선점들은 종속 항들에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 고주파 플러그 커넥터는 코로나 점화장치의 하우징 파이프를 기밀 방식으로 차단하는 것을 가능하게 한다. 이리하여, 코로나 점화장치의 사용수명은 증가될 수 있다. 구체적으로, 코로나 점화장치의 조기폐기는 코로나 점화장치의 내부에서의 절연파괴에 의해 흔히 발생된다. 코로나 점화장치의 하우징 파이프는 본 발명에 따른 고주파 플러그 커넥터에 의해 차단되기 때문에, 하우징으로 대기습도가 침투되는 것이 예방될 수 있다. 이것은 대기습도가 절연파괴에 대한 한계 값을 감소시키고, 침투된 습기는 코로나 점화장치의 조기폐기를 일으킬 수 있기 때문에 중요하다.
본 발명에 따른 고주파 플러그 커넥터는 절연파괴의 위험성을 더 감소시키는 것을 가능하게 하며, 이는 20℃에서, 예를 들어, 2바(bar) 이상, 바람직하게는, 5바(bar) 이상의 증가된 가스 압력이 하우징에 제공될 수 있기 때문이다. 이리하여, 절연내력은 건조공기에서 조차도 상당히 증가될 수 있다.
절연파괴의 위험성은 특히 가스 절연에 의해 감소될 수 있다. 이것을 위해서, 하우징의 내부는 예를 들어 질소, 이산화탄소 및/혹은 육불화황(SF6)과 같은 절연가스로 채워질 수 있다. 예를 들면, 가스 입자의 총수를 근거로 최소한 5%의 육불화황을 함유한 가스 혼합물이 절연가스로서 사용될 수 있다.
코로나 점화장치의 동축 고주파 플러그 커넥터에 대한 요구가 높으며, 이는 엔진 작동이 특히 진동의 결과로서 높은 기계 부하와 높은 열 부하를 수반하기 때문이다. 내부도체와 외부도체 사이의 환형 갭을 밀봉하는 유리체에 의해, 10-7mbar·l/s 및 더 나은 가스 기밀이 그럼에도 불구하고 성취될 수 있다.
유리체는 내부도체를 둘러싸는 유리 용해물로서 제공된다. 액체 유리가 내부도체 및 외부도체와 접촉될 때, 필수적인 접합이 한편으로는 유리와 내부도체 사이에서, 다른 한편으로는 유리와 외부도체 사이에서 생성된다.
유리체는 압축 유리 밀봉부를 형성할 수 있다. 압축 유리 밀봉부는 금속체, 본 경우에서는 외부도체가 그것에 의해 둘러싸인 유리체에 비해 더 높은 열팽창계수를 갖는다는 점을 활용하고 있다. 압축 유리 밀봉부를 생성하기 위해서, 외부도체는 가열되고, 외부도체와 내부도체 사이의 환형 갭은 액체 유리에 의해 차단된다. 냉각 시에 유리체는 경화되고 수축된다. 더 높은 열팽창계수를 때문에, 외부도체는 유리체 보다 더 강하게 수축되므로, 유리체는 내부도체에 대한 상당한 압력으로 압박된다. 이리하여, 유리체와 내부도체 사이 및 유리체와 인근 외부도체 사이의 뛰어난 밀봉이 압축 유리 밀봉부로 성취될 수 있다. 내부도체는 유리체보다 더 작은 열팽창계수를 가질 수 있다. 구체적으로, 내부도체는 냉각 중에 그것을 둘러싸고 있는 유리체 보다 덜 강하게 수축된다. 유리체가 내부도체에 대하여 압력을 받는 힘이 더 크고, 따라서 밀봉도 보다 낫다.
예를 들면, 외부도체는 바람직하게는 20℃에서 켈빈 당 최소한 80·10-7의 열팽창계수를 갖는, 예를 들어, 20℃에서 켈빈 당 80 내지 180·10-7 범위의 열팽창 계수를 갖는 강철 혹은 철/니켈 합금으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 켈빈 당 50 내지 100·10-7의 열팽창계수를 갖는 유리가 유리체에 이용될 수 있다. 이러한 유형의 유리는 상업적으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 석영 유리가 적합할 수 있다. 내부도체는 예를 들어 인바형 합금으로 형성될 수 있다. 적절한 합금이 Kovar라는 명칭으로 상업적으로 획득될 수 있다.
플러그 커넥터의 외부도체는 예를 들어 용접에 의해 코로나 점화장치의 하우징 파이프에 일체적으로 접합될 수 있다.
본 발명의 추가 세부사항 및 장점이 다음과 같은 첨부된 도면을 참고로 설명에 도움이 되는 실시예를 근거로 설명될 것이다.
도 1은 부분적인 단면도의 고주파 플러그 커넥터를 나타낸다.
도 2는 그와 같은 고주파 플러그 커넥터를 구비한 코로나 점화장치를 나타낸다.
도 3은 도 2의 세로단면을 나타낸다.
도 1에 도시된 고주파 플러그 커넥터는 동축 플러그 커넥터의 외부도체를 형성하는 금속 하우징(4), 금속 내부도체(2), 및 내부도체(2)와 외부도체(1) 사이의 환형 갭을 밀봉하는 유리체(3)을 포함한다. 유리체(3)는 내부도체(2)를 위한 압축 유리 밀봉부를 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 유리체(3)는 추가 구성요소들을 생략하는 것이 가능하게 하는 내부도체(2)를 위한 절연지지체이다.
좀 더 구체적으로는, 중앙전극(7), 중앙전극(7)을 둘러싸고 있는 절연체(6), 중앙전극(7)에 연결되는 코일(5), 코일이 배치되는 하우징(4)을 포함하는 코로나 점화장치에 있어서, 상기 하우징(4)은 일측 단은 절연체(6)에 의해 차단되고, 타측 단은 상기 코일(5)에 연결되는 내부도체(2)와 상기 하우징(4)에 연결되는 외부도체(1)를 구비한 고주파 플러그 커넥터를 지지하며, 상기 고주파 플러그 커넥터는 내부도체(2)와 외부도체(1) 사이의 환형 갭을 밀봉하는 유리체(3)를 포함한다.
상기 외부도체(1)와 내부도체(2) 사이의 환형 갭의 폭은 2mm 혹은 그 이상 일 수 있다. 내부도체의 직경은 환형 갭의 폭, 예를 들어, 1 내지 1.5mm 보다 작을 수 있다. 이러한 치수들과 함께, 기밀 압축 밀봉부가 효율적으로 구현될 수 있으며, 외부도체(1)에 대한 내부도체(2)의 전기 절연을 위해 충분히 넓은 환형 갭에 결합될 수 있다.
상기 고주파 플러그 커넥터는 고주파 부품이 고주파 라인에 분리 가능하게 전기적으로 연결되는 곳이면 어디든지 사용될 수 있다. 고주파 플러그 커넥터는 특히 내연기관의 연소실 내의 연료/공기 혼합물이 코로나 방전에 의해 점화되는 코로나 점화장치에 적합하다.
도시된 고주파 플러그 커넥터의 외부도체(1)는 스패너를 통한 결합을 위해 윤곽 된 외면을 갖는 결합부위(1a)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 그 결합부위(1a)는 육각형 윤곽 혹은 이중 육각형 윤곽을 가질 수 있다. 만약 고주파 플러그 커넥터가 코로나 점화장치의 하우징에 설치된다면, 결합부위(1a)의 기능적 영역은 코로나 점화장치를 엔진의 나사형 블록에 나사로 고정시키는 데에 사용될 수 있다. 외부도체는 예를 들어 메칭 카운터 플러그 커넥터와의 결합을 위해 기능적 영역을 더 구비할 수 있다.
하우징 파이프에 대한 고주파 플러그 커넥터의 고정을 용이하게 하기 위해서, 상기 커넥터는 주변 숄더부(1c)를 기점으로 하는 단부(1b)를 구비한다. 이러한 단부(1b)에 의해, 고주파 플러그 커넥터가 하우징 파이프(4a)에 연결될 수 있다. 주변 숄더부(1c)는 플랜지에 의해 형성되고, 그런데 그것은 하우징 파이프(4a)의 일측 단에 위치한다. 그런 다음, 고주파 플러그 커넥터는 예를 들어 레이저 용접 혹은 자석 압착과 같은 용접에 의해 하우징 파이프(4a)에 고정될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 고주파 플러그 커넥터를 구비한 코로나 점화장치를 나타낸다. 코로나 점화장치는 고주파 플러그 커넥터의 외부도체(1)에 예를 들어 용접에 의해 기밀 방식으로 연결되는 하우징(4)을 구비한다. 도시된 설명에 도움이 되는 실시 예에서, 하우징(4)는 복수의 부분들, 구체적으로는, 코일(5)이 배치되는 하우징 파이프(4a)와, 절연체(6)을 둘러싸는 하우징 헤드부(4b)로 구성된다. 코일(5)은 그 일단이 내부도체(2)가 연결될 수 있는 소켓을 지지할 수 있는 권선틀에 감긴다. 이리하여, 내부도체(2)는 코일(5)에 연결될 수 있다.
설명에 도움이 되는 실시 예의 하우징(4)은 엔진 블록에 나사 고정을 위한 외부나사를 구비한다. 그렇지만, 코로나 점화 장치는 기타 방법으로도 엔진블록에 고정될 수 있기 때문에, 외부나사는 필수가 아니다.
상기 중앙전극(7)은 하나 이상의 점화 팁(8)을 향하여 절연체(6)를 관통한다. 하우징 헤드부(4b), 중앙전극(7) 및 절연체(6)는 커패시터를 형성한다. 이러한 커패시터는 코일(5)과 직렬로 연결되고, 코일과 함께 전기 진동회로를 형성한다. 이러한 진동회로를 여기시킴으로서, 코로나 방전은 점화 팁(8)으로부터 시작해서 발생될 수 있다.
코로나 점화장치의 하우징(4)은 연소실 측의 그 말단이 절연체(6)에 의해 가스 기밀 방식으로 차단되며, 연소실로부터 멀리 떨어져 있는 그 말단은 고주파 플러그 커넥터에 의해 차단된다. 하우징 내부에서의 절연파괴의 위험성을 감소시키기 위해서, 하우징 내부에 존재하는 가스 압력은 대기압에 대하여, 예를 들어, 2바(bar) 이상의 값으로 증가된다. 5바(bar) 내지 30바(bar)의 값이 적당하다.
코로나 점화장치의 하우징(4)의 기밀 마개는 가스점화를 가능하게 한다. 가스점화는 절연파괴의 위험성을 감소시킬 뿐만 아니라, 코로나 점화장치의 전도성 하우징(4)안에서의 진동회로의 손실을 감소시킨다.
코로나 점화장치의 내부에 가스점화는 예를 들어 질소, 건조공기, 육불화황(SF6) 및/혹은 이산화탄소에 의해 성취될 수 있다. 질소, 육불화황 및 이산화탄소와 같은 절연가스가 특히 적당하다. 특히, 예를 들어 5%이상(가스분자의 총수를 근거로)의 육불화항을 함유하는 가스 혼합물은 뛰어난 가스점화를 가능하게 한다.
1: 고주파 플러그 커넥터의 외부도체
1a: 결합부위(외부도체의)
1b: 단부(외부도체의)
1c: 주변 숄더부(외부도체의)
2: 내부도체(고주파 플러그 커넥터의)
3: 유리체(고주파 플러그 커넥터의)
4: 하우징(코로나 점화장치의)
4a: 하우징 파이프
4b: 하우징 헤드부
5: 코일
6: 절연체
7: 중앙전극
8: 점화 팁

Claims (9)

  1. 중앙전극(7),
    중앙전극(7)을 둘러싸고 있는 절연체(6),
    중앙전극(7)에 연결되는 코일(5),
    코일이 배치되는 하우징(4)을 포함하는 코로나 점화장치에 있어서,
    상기 하우징(4)은 일측 단은 절연체(6)에 의해 차단되고, 타측 단은 상기 코일(5)에 연결되는 내부도체(2)와 상기 하우징(4)에 연결되는 외부도체(1)를 구비한 고주파 플러그 커넥터를 지지하며,
    상기 고주파 플러그 커넥터는 내부도체(2)와 외부도체(1) 사이의 환형 갭을 밀봉하는 유리체(3)을 포함하며, 상기 유리체(3)는 압축 유리 밀봉부를 형성하며, 상기 외부도체(1)는 철(steel)로 만들어지고 내부도체(2)는 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(4)의 내부는 절연가스로 채워지는 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연가스는 육불화황을 함유하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(4) 안에 가스 압력은 주변 대기압보다 더 높은 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부도체(2)는 최대 2mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(4)의 일부분은 외부도체(1)의 원통형 단부(1b)가 돌출되는 하우징 파이프(4a)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고주파 플러그 커넥터는 주변 숄더부(1c)를 구비하며, 상기 고주파 플러그 커넥터의 주변 숄더부(1c)가 구비되는 부분의 단부는 하우징 파이프(4a)의 일측 단면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 고주파 플러그 커넥터는 스패너를 통한 결합되는 부위를 제공하는 윤곽 진 외면을 갖는 결합부위(1a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화장치.
  9. 삭제
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