KR20010070314A - 내연기관을 위한 점화용 막대형 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기는 하우징 안에서 온보드 파워서플라이에 연결된 통합된 저전압 단자와 전화 플러그에 연결된 통합된 고전압 단자를 포함하고 있다. 상기 하우징 안에 상기 1차 코일과 2차 코일은 강자성의 분말 조성물질로 이루어진 중앙 코어 둘레에 배열되어 있다. 자성 복귀부는 와전류 손실이 적은 고투자율의 자석으로 형성되어 있다. 자성의 복귀부가 페라이트로 형성되는 것이 바람직하다.

Description

내연기관을 위한 점화용 막대형 변압기{BAR-TYPE IGNITION TRANSFORMER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 독립항의 특징을 가지는 제품에 관한 것이다.

유개념의 점화용 막대형 변압기는 US 5,632,259에 공지되어 있다. 상기 US 5,632,259에는 하우징과 점화 플러그에 직접 끼워져 있는 통합된 점화 플러그 커넥터를 포함하는 원통형상의 점화용 막대형 변압기가 개시되어 있다. 중앙 코일 코어는 1차 코일과 2차 코일에 의해 에워싸여 있다. 자성 복귀부는 양 코일을 에워싸고 있다. 상기 중앙 코일 코어는 자성 브리지에 의해 상기 자성 복귀부에 연결되어 있다. 와전류 손실을 피하기 위해, 자속을 유도하는 모든 부품들이 성층철심으로서 형성되어 있다. 성층철심은 자속의 변화 속도가 종래와 같은 경우 와전류를 작게한다. 그러나 자속 변화가 빠른 경우 또는 자속의 변화 속도가 매우 큰 경우 상기 성층철심은 점화용 변압기의 자속을 유도하는 자성 부품에서 와전류를 충분하게 억제할 수 없다. 이는 자속 변화가 매우 빠른 경우 자속을 유도하는 소재에서 에너지 손실이 발생하는 결과를 초래한다. 점화 코일의 효율은 그 때문에 현저히 감소된다.

불꽃 점화 내연기관에 대한 기술 개발은 점점 콤팩트해지는 점화용 변압기 쪽으로 가고 있다. 그 외에도 상기 기술 개발에서는 개별 연소실마다 개별 처리가 선호되고 있다. 전기 또는 전자 회로로 개별 점화 플러그에 분배되는 점화 전압의 중앙 공급은 개별 연소실마다 점화 전압을 분리하여 발생시키는 점화용 변압기를통해 점증적으로 교체되고 있다. 이 경우 상기 점화용 변압기의 달성 가능한 콤팩트에는 중요한 의미가 부여된다. 이 경우 점화용 변압기를 위한 필요적 크기는 종래의 점화 플러그를 위한 필요적 크기에서 단지 가능한 한 조금 더 확장되어야 한다.

점화용 변압기는 점화 과정을 개시하기 위해 전형적으로는 30kV의 고전압을 공급해야 한다. 그에 반해 상기 점화 불꽃의 연소 시간 동안 점화 불꽃을 유지하기 위해 전형적으로는 약 500V이면 충분하다. 일반적으로 30kV의 점화 전압은, 그에 필요한 에너지가 상기 점화용 변압기의 자속으로부터 인출됨으로써, 만들어진다. 상기 점화용 변압기에서 발생하는 와전류 손실은 자기 에너지의 형태로 상기 점화용 변압기에 저장되어야 한다.

본 발명의 목적은 매우 콤팩트하게 구성될 수 있으며 그 외에도 가능한 한 적게 저장되어 있는 에너지에 의해 와전류 손실을 피하면서 자속의 변화 속도가 큰 경우에도 30kV까지 점화 전압을 발생할 수 있는 점화용 막대형 변압기와 점화 유니트를 제공하는데 있다.

도 1 원통형인 복귀부를 가지는 본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기의 단면도,

도 2 원통형인 복귀부와 저전압측에 있는 풀브리지를 가지는 본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기,

도 3 원통형인 복귀부와 저전압측에 있는 풀브리지 및 고전압측에 있는 부분 브리지를 가지는 본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기,

도 4 원통형인 복귀부와 상기 코일 코어에 통합된 영구자석을 가지는 본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기,

도 5 점화용 막대형 변압기와 부가의 일렉트로닉스 및 점화 플러그로 이루어진 통합된 점화 유니트.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 점화용 막대형 변압기 2 : 하우징

3 : 코어 4 : 1차 코일

5 : 코일 몸체 6 : 2차 코일

7 : 분리 웨브 8 : 고전압 단자

상기 목적은 본 발명에 따라 독립항의 특징을 통해 달성된다. 유리한 다른 실시예들은 종속항에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기는 하우징 안에서 온보드 파워서플라이까지 연결된 통합된 저전압 단자와 점화 플러그까지 연결된 통합된 고전압 단자를포함한다. 상기 하우징 안에 상기 1 차 코일과 2차 코일이 강자성의 분말 조성물질로 이루어진 중앙 코어 둘레에 배열되어 있다. 자성의 복귀부는 와전류 손실이 적은 고투자율의 자석으로 형성되어 있다. 상기 자성의 복귀부는 페라이트로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 분말 조성물질은 100보다 더 큰 비투자율μ_R, 0.5Ω㎝ 내지 1*10⁴Ω㎝의 범위에 있는 고유 전기 저항ρ 및 0.1테슬라와 100kHz에서 100μWs/㎤이하의 자기 히스테리시스 손실을 갖는다.

본 발명에 의해 주로 다음과 같은 장점이 달성된다:

● 상기 분말 조성물질을 통해 상기 와전류는 자속의 변화 속도가 큰 경우 내지 매우 큰 경우에도 자속을 유도하는 부품들에서 신뢰성있게 억제될 수 있다. 본 발명은 15V보다 크거나 같은 자속 변화 속도 dΦ/dt에서 이용되는 것이 유리하다. 종래의 점화용 변압기에서 전형적으로는 4V의 자속 변화 속도가 발생한다. 상기 분말 조성물질을 이용함으로써 상기 점화용 변압기의 에너지 효율은 개선된다. 그 외에도 상기 점화용 변압기에 더 적은 자기 에너지가 저장되어야 하므로 전형적인 30kV의 점화 전압을 얻을 수 있다.

● 분말 조성물질로 이루어진 부품은 몰딩 부품으로서 형성되어 제조될 수 있다. 그러므로 상기 부품은 한 편으로는 경제적으로 제조될 수 있으며 다른 한 편으로는 가능한 한 간단하게 상기 부품의 복잡한 형상도 실현할 수 있다.

● 페라이트로 이루어진 상기 자성 복귀부의 바람직한 구성이 가지는 장점으로는 상기 복귀부가 동시에 전기 절연부로서 작용하며 그 결과 별도의 절연부에 대한 비용이 감소될 수 있다는 것이다. 그러므로 상기 점화용 막대형 변압기의 크기가 감소될 수 있는 장점이 있다.

● 본 발명에 따른 점화용 막대형 변압기 또는 강자성 분말 조성물질로 이루어지는 코일 코어와 와전류 손실이 적은 고투자율의 자석으로 이루어지는 자성 복귀부를 포함하는 본 발명에 따른 점화 유니트는 상기 점화용 변압기가 가능한 한 적게 저장되어 있는 에너지로 30kV까지 자기 유도 전압을 발생시키며 교류 전압으로 동작되는 차량을 위한 점화장치에서 이용하기에 적합하다. 상기 교류 전압의 주파수는 10kHz보다 큰 것이 바람직하다. 상기 주파수에서 와전류 손실은 자석을 이용하여 피할 수 있다는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 실시예들은 하기에서 도면에 의해 상술된다.

도 1에는 하우징(2)을 구비한 점화용 막대형 변압기(1)가 도시되어 있다. 상기 하우징(2) 안에서 강자성의 분말 조성물질로 이루어지는 코어(3)에 1차 코일(4)이 배열되어 있다. 절연 소재로 이루어지는 코일 몸체는 상기 1차 코일을 에워싸면서 상기 코일 몸체에 감겨 있는 상기 2차 코일(6)로부터 상기 1차 코일을 분리하고 있다. 상기 코일 몸체(5)는 상기 2차 코일(6)의 권선들을 분리 웨브(7)를 통해 다수의 구역으로 분할하고 있다. 고전압 단자(8)는 전기 커넥션(9)에 의해 상기 2차 코일에 연결되어 있다.

상기 1차 코일은 단자선(10)에 의해 도 1에 도시되지 않은 제어 일렉트로닉스에 연결될 수 있다. 상기 2차 코일(6)의 저전압측은 단자선(11)에 의해 도면에 도시되지 않은 일렉트로닉스에 연결될 수 있다. 상기 고전압 단자(8)는지지부(12)로 상기 하우징 안에서 전기적으로 절연되어 있으며 기계적으로 고정되어 있다. 상기 고전압 단자(8)가 고전압 플러그로서 형성되어 있다. 그러므로 점화용 막대형 변압기를 기계적으로 그리고 전기적으로 직접 여기에 도시되지 않은 점화 플러그에 결합시킬 수 있다. 고무 종류의 절연체(13)는 상기 고전압측에서 상기 하우징을 밀폐시키며, 상기 점화용 막대형 변압기가 점화 플러그에 끼워지면, 상기 절연체는 여기에 도시되지 않은 점화 플러그의 데커레이션 절연부에 대해 상기 점화용 막대형 변압기를 절연시키고 있다.

상기 1차 코일(4)과 상기 2차 코일(6)은 자속을 위한 원통형의 복귀부(14)에 의해 에워싸여 있다. 상기 자성 복귀부는 한 실시예에서 와전류 손실이 적은 고투자율의 자석으로 형성되어 있다. 다른 실시예에서는 상기 복귀부(14)는 페라이트로 형성되는 것이 바람직하다. 특히 선호되는 실시예에서는 상기 복귀부가 강자성의 분말 조성물질로 제조된다. 상기 복귀부(14)를 위해 100보다 더 큰 비투자율μ_R을 가지는 강자성 소재가 선호된다.

상기 점화용 막대형 변압기의 하우징 안에 중공실은 저전압측에서 볼 때 고전압 단자까지 캐스팅 소재(15)로 고전압에 견딜 수 있게 주조되어 있다. 특히 하우징(2), 복귀부(14), 2차 코일(6), 코일 몸체(5) 및 1차 코일(4) 사이의 중공실들이 캐스팅 소재(15)로 고전압에 견딜 수있게 주조되어 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 도 1의 점화용 막대형 변압기가 상기 저전압측에서 부가적인 자성의 풀브리지(17)를 가지는 것이 도시되어 있으며, 그것은 자성의 복귀부(14)에 있는 자속을 중앙의 코일 코어(3)에 전달하므로, 가능한 한 자속이 상기 점화용 막대형 변압기의 주변으로 퍼지지 않으며 상기 점화용 막대형 변압기가 동작할 때 전자장이 상기 점화용 막대형 변압기의 주변으로 복사하지 않는다.

도 3에는 상기 점화용 막대형 변압기의 고전압측에 자성의 부분 브리지(18)를 부가적으로 가지는 도 2의 점화용 막대형 변압기의 변형예가 도시되어 있다. 상기 부분 브리지(18)는 상기 고전압측에서 상기 자속을 상기 복귀부(14)로부터 중앙 코일 코어(3)로 유도하므로 상기 저전압측에서 상기 풀브리지(17)를 기능적으로 지원하고 있다.

도 4에는 상기 중앙 코일 코어에 들어있는 별도의 영구자석을 가지는 도 3의 변형예가 도시되어 있다. 상기 영구 자석으로 상기 점화용 변압기의 자성 소재부는, 특히 상기 자성 복귀부와 코일 코어가 히스테리시스 특성에서 좋은 영향을 받을 수 있다. 상기 영구자석(19)을 통해 상기 점화용 변압기의 자성 소재부는 자기적으로 예비응력을 받으므로, 상기 자성 소재부는 자기 포화에 도달하기 전에 더 크게 제어될 수 있다. 상기 영구 자석은 자장을 통해, 상기 점화용 변압기의 자성 소재부에 예비응력을 주는 기준 전계 강도를 설정한다. 상기 영구자석(19)의 자계의 세기에 따라서 저장가능한 에너지는 상기 점화용 변압기에서 목적한대로 영향을 받는다. 상기 소재부가 B-H-다이어그램(B: 자기 유도, H: 자기의 세기)에서 상기 기준 전계 강도에 비해 더 크게 제어되면 될수록, 상기 점화용 변압기에서 그 크기가 변함이 없는 경우에도 자기 에너지는 더 커질 수 있다.

도 5에는 본 발명의 특히 선호되는 실시예가 도시되어 있다. 통합된 점화유니트(1a)는 도 1 내지 도 4의 점화용 막대형 변압기, 집적형 전자소자(IC)와 점화 플러그(21)로 형성된다. 상기 전자소자(IC)는 저전압측에서 단자(22)에 의해 직류전압을 공급받는다. 차량에 이용할 경우 직류 전압은 일반적으로 온보드 파워서플라이로부터 인출된다. 상기 직류 전압은 단자 핀(16)에 의해 점화용 막대형 변압기의 1차 코일(4)에 스위칭된다. 그 때문에 상기 점화용 막대형 변압기의 2차 코일(6)에 2차 전압이 발생된다. 상기 2차 전압의 전압 레벨은 2차 코일 대 1차 코일의 권선비에 의해 조정될 수 있다. 상기 점화용 막대형 변압기의 1차 전류를 끊어서 상기 점화용 막대형 변압기의 권선에서 자기 유도 전압이 발생한다. 상기 자기 유도 전압은 점화 불꽃을 위한 점화 전압으로서 이용되며 2차 코일측에서 30kV까지 상승할 수 있다.

상기 2차 전압은 상기 단자선(9)에 의해 상기 2차 코일로부터 인출되며 상기 점화 플러그(21)에 인가된다. 도시된 실시예에서 상기 점화 플러그는 직접 단자선(9)에 의해 상기 2차 코일에 연결되어 있다. 이 경우 상기 단자선(9)은 고전압 단자(8)를 형성한다. 그런 경우, 별도의 고전압 단자(8)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 생략될 수 있다. 그러나 별도의 고전압 단자(8)를 점화용 막대형 변압기에 제공할 수도 있다. 특히 상기 고전압 단자(8)가 고전압 플러그로서 형성되어 있으면, 통합된 점화 유니트의 제조 시에 장점들이 얻어질 수 있다. 이 경우 상기 점화용 막대형 변압기가 먼저 점화 플러그(21)와 함께 상기 하우징(2) 안에 꽂아 연결되어 있으므로, 상기 점화 플러그는 임시적으로 고정될 수 있다. 그런 경우, 상기 임시 고정은 고전압에 내구적인 캐스팅 소재로 하우징 내부 전체를 주조함으로써 고정될 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서 상기 점화 플러그(21)는 직접 임시적인 고정을 하지 않고도 고전압 플러그를 통해 상기 캐스팅 소재(15)에 매입되어 있다. 또한, 나머지 하우징 중공실 전부가 캐스팅 소재(15)로 고전압에 내구적으로 주조될 수 있다.

본 발명의 목적에 따라 매우 콤팩트하게 구성될 수 있으며 그 외에도 가능한 한 적게 저장되어 있는 에너지에 의해 와전류 손실을 피하면서 자속의 변화 속도가 큰 경우에도 30kV까지 점화 전압을 발생할 수 있는 점화용 막대형 변압기와 점화 유니트가 제공된다.

Claims (13)

1. 저전압 단자(16)와 고전압 단자(8)가 통합되어 있는 하우징(2), 1차 코일(4)이 배열되어 있는 중앙의 코일 코어(3), 1차 코일을 에워싸고 있으며 상기 2차 코일이 배열되어 있는 코일 캐리어(5) 및 와전류 손실이 적은 고투자율 소재로 이루어지는 자성의 복귀부(14)를 포함하는 점화용 막대형 변압기(1)에 있어서,

   상기 중앙의 코일 코어(3)는 강자성의 분말 조성물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고전압 단자(8)는 고전압 플러그로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자성 복귀부는 100보다 더 큰 비투자율을 가지는 강자성 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 자성 복귀부(14)가 페라이트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 자성 복귀부(14)는 강자성 분말 조성물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   저전압측에서 상기 자성 복귀부(14)는 풀브리지(17)에 의해 중앙 코일 코어(3)에 자기적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   고전압측에서 상기 자성 복귀부(14)는 자성의 부분 브리지(18)에 의해 자기적으로 중앙 코일 코어(3)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 중앙 코일 코어(3)는 영구자석(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저전압측으로부터 고전압 단자까지 상기 하우징 중공실은 캐스팅소재(15)로 고전압에 내구적으로 주조되어 있는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 항에 따른 점화용 막대형 변압기에 있어서,

    자기 유도와 교류 전압을 결합하여 동작되는 점화 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 점화용 막대형 변압기.
11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 점화용 막대형 변압기와 전자소자(IC)와 점화 플러그(21)를 가지는 점화 유니트에 있어서,

    상기 점화용 막대형 변압기와 상기 전자소자(IC) 및 상기 점화 플러그(21)는 단일의 하우징(2) 안에 배열되어 있으며 통합된 유니트를 형성하는 것을 특징으로 하는 점화 유니트.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 하우징 중공실은 캐스팅 소재(15)로 주조되는 것을 특징으로 하는 점화 유니트.
13. 제 11 항에 따른 점화 유니트에 있어서,

    자기 유도와 교류 전압을 결합하여 동작되는 점화 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 점화 유니트.