KR20020010683A - 내연기관의 연료 혼합물 점화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연기관용 점화 플러그에 관한 것으로, 상기 점화 플러그에는 압전 음향 도체가 제공되어 연료 혼합물을 점화했을 때 발생하는 순간적인 힘을 증가시킨다.
Description
러시아 저작권 제1464274호 및 1998년에 Ross Tveg가 저술하고 모스크바 "Za rulyom" 출판사가 발간한 "자동차용 점화 시스템"의 39페이지에는 금속 몸체 및 세라믹 절연체를 가지며 그 내부에 중앙 전극을 갖는 점화 플러그를 포함하는 내연기관의 연료 혼합물 점화 장치가 공지되어 있다.
상기 공지된 점화 플러그의 문제점은 점화 펄스의 앞쪽 특성곡선이 붕괴되어 있기 때문에 순간적인 힘이 비교적 작다는 것이다.
이러한 작은 순간적인 힘을 증폭시키기 위해, 강철 몸체 및 세라믹 절연체로 이루어지고 그 내부는 압전-세라믹 층으로 피복된 중앙 전극인 점화 플러그를 포함하는 내연기관의 연료 혼합물 점화 장치(러시아연방 특허출원 제9610357/06호, 96. 6. 22)가 공지되어 있다. 상기 중앙 전극 상의 압전-세라믹 층은 압전-세라믹에 음파가 형성되기 때문에 상기 점화 펄스의 앞쪽 특성곡선의 기울기를 다소 증가시킬 수 있으나, 전체 표면에 걸친 압전-세라믹과 중앙 전극 사이의 전기적 및 기계적 접촉 때문에 순간적인 힘의 증가는 무시될 정도이다.
본 발명은 엔진 제조 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 내연기관(ICEs; Internal Combustion Engines)의 점화 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 점화 플러그의 설계를 나타내는 도면.
도 2는 종래의 플러그 및 본 발명에 따른 플러그의 순간 출력을 나타내는 그래프.
도 3은 압전 변압기를 나타내는 도면.
도 4는 압전 변류기를 나타내는 도면.
연료 혼합물의 점화 순간에 형성되는 ICE 점화 플러그의 순간적인 힘을 증가시킬 필요가 과제로 대두되어 왔다.
이러한 과제는 본 발명에 의해 해결될 수 있는데, 그 이유는 금속 몸체 및 세라믹 절연체를 갖고 그 내부는 중앙 전극인 점화 플러그를 포함하는 내연기관의 연료 혼합물 점화 장치에 3개의 전극을 구비한 압전-세라믹 음향 덕트가 제공되기 때문이며, 상기 3개의 압전-세라믹 음향 덕트 중 하나는 전원에 연결되고 또 다른 하나는 점화 플러그의 몸체 또는 엔진에 연결되며 나머지 하나는 점화 플러그의 중앙 전극에 연결된다.
상기 압전-세라믹 음향 덕트는 압전 변압기 또는 압전 변류기의 형태이거나, 병렬 배선된 압전 변압기 및 압전 변류기의 형태이다.
점화 플러그의 중앙 전극의 정전 용량의 크기는 자신의 몸체의 크기에 비례하여 균일하게 감소되며, 능동 저항의 크기는 방전 간극에 대하여 균일하게 증대된다.
설계의 관점에서 보면, 점화 플러그의 세라믹 절연체에는 공동이 있으며, 상기 압전-세라믹 음향 덕트는 이 공동 내에 위치된다.
본 발명의 장치는 이하와 같이 제조되고 작동한다.
압전-세라믹 음향 덕트(5)(도 1 참조)는 제1 전극(6)에 의해 전원(도시하지 않음)에 연결되고 제2 전극(7)에 의해 점화 플러그의 몸체(2) 또는 엔진에 연결되며 제3 전극(4)에 의해 점화 플러그의 세라믹 절연체(1) 내부에 위치한 점화 플러그의 중앙 전극(3)에 연결된다.
연료 혼합물의 점화를 위해 전원으로부터 압전-세라믹 음향 덕트(5)의 전극(6)(도 1)에 펄스 신호가 제공되면, 압전-세라믹 음향 덕트 내의 입력 신호의 고조파 성분(harmonic component)의 상이한 전파율로 인해 충격 특성곡선(shock profile)이 형성되고, 이로 인해 순간적인 에너지가 음향 덕트(5)의 제3 전극(4)을 통해 중앙 전극(3)으로 전달되며 상기 펄스 특성곡선의 기울기 변화에 비례하여 연소실로의 방출이 증가한다.
종래의 장치에 대한 순간 출력(곡선 1) 및 본 발명에 따른 압전-세라믹 음향 덕트를 사용한 장치에 대한 순간 출력(곡선 2)을 나타내는 도 2에서 알 수 있듯이, 점화 펄스의 특성곡선의 기울기와 이에 따른 순간 출력은 압전-세라믹 음향 덕트를 사용함으로써 증가한다.
압전-세라믹 음향 덕트(5)는 압전-세라믹 플레이트(8)의 기반 위에 있는 압전 변압기(도 3 참조)의 형태로 만들어질 수 있으며, 그 위에 제1 전극(9), 제2 전극(10) 및 제3 전극(11)이 장착된다. 이 경우, 제1 전극(9)에 펄스 점화 신호가 공급되면 제2 전극(10)에 비례하여 증가된 전압이 압전 변압기의 제3 전극(11) 상에 형성되며, 점화 신호 특성곡선의 기울기가 증가한다.
압전-세라믹 음향 덕트(5)는 압전-세라믹 플레이트(12)의 기반 위에 있는 압전 변류기(도 4 참조)의 형태로 만들어질 수 있으며, 그 위에 제1 전극(13), 제2 전극(14) 및 제3 전극(15)이 장착된다. 이 경우, 제1 전극(13)에 펄스 점화 신호가 공급되면 제2 전극(14)에 비례하여 증가된 전류가 압전 변압기의 제3 전극(15) 상에 형성되며, 점화 신호 특성곡선의 기울기가 재차 증가한다.
이러한 효과는 병렬 배선된 압전 변압기 및 변류기의 형태로 만들어지는 압전-세라믹 음향 덕트의 경우에도 유지된다.
점화 플러그의 중앙 전극(3)의 정전 용량의 크기는 자신의 몸체(2)에 비례하여 방전 간극에 대하여 균일하게 감소될 수 있으며, 능동 저항의 크기는 균일하게 증대될 수 있다. 이 경우, 점화 플러그에 따른 정전 용량 및 능동 저항에서 특별히 형성된 변화의 결과로서, 이질성 동축선(non-homogeneous co-axial line)의 섹터가 중앙 전극(3)과 몸체(2) 사이에 형성된다. 이러한 이질성 동축선에서의 방해 프로세스의 결과로서, 펄스 특성곡선의 기울기 증가가 점화 플러그의의 중앙 전극(3)을 통해 전달되고, 이로 인해 순간적인 에너지의 증가가 연소실(방전 간극)에서 이루어진다.
몸체(2)에 비례한 중앙 전극(3)의 정전 용량 및 능동 저항의 물리적인 변화가 얻어질 수 있으며, 예를 들어 점화 플러그의 중앙선을 따라 점화 플러그의 세라믹 절연체(1)의 유전 투자율(dielectric permeability) 및 저항 손실이 서서히 변화되거나 세라믹 절연체의 형상이 변화된다.
예시 1
점화 플러그가 11.5 x 5 x 2 mm 크기를 갖는 표준 압전 세라믹 PZT-11의 압전 변압기를 포함하는 경우, 내연기관의 순간 출력은 18% 증가한다.
예시 2
점화 플러그가 11 x 5 x 4 mm 크기를 갖는 표준 압전 세라믹 PZT-11의 압전 변류기를 포함하는 경우, 내연기관의 순간 출력은 19% 증가한다.
Claims (6)
- 금속 몸체 및 세라믹 절연체를 갖고 그 내부가 중앙 전극인 점화 플러그를 포함하는 내연기관의 연료 혼합물 점화 장치에 있어서,상기 점화 플러그는 3개의 전극을 구비한 압전-세라믹 음향 덕트를 가지며, 제1 전극은 전원에 연결되고 제2 전극은 점화 플러그의 몸체 또는 엔진에 연결되며 제3 전극은 점화 플러그의 중앙 전극에 연결되는 점화 장치.
- 제1항에 있어서,상기 압전-세라믹 음향 덕트는 압전 변압기(piezo-electric voltage transformer) 형태인 점화 장치.
- 제1항에 있어서,상기 압전-세라믹 음향 덕트는 압전 변류기(piezo-electric current transformer) 형태인 점화 장치.
- 제1항에 있어서,상기 압전-세라믹 음향 덕트는 병렬 배선된 압전 변압기 및 압전 변류기 형태인 점화 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 점화 플러그의 중앙 전극의 정전 용량의 크기는 상기 몸체의 정전 용량에 비례하여 방전 간극에 대하여 균일하게 감소하고, 상기 중앙 전극의 능동 저항의 크기는 상기 방전 간극에 대하여 균일하게 증가하는 점화 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 점화 플러그의 세라믹 절연체는 그 내부에 공동이 형성되고, 상기 공동에 상기 압전-세라믹 음향 덕트가 위치되는 점화 장치.
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