KR20070013559A

KR20070013559A - 점화플러그

Info

Publication number: KR20070013559A
Application number: KR1020050067961A
Authority: KR
Inventors: 정인태
Original assignee: 정인태
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-01-31
Also published as: WO2007013765A3; MX2008001351A; WO2007013765A2; BRPI0616025A2; CA2616796A1; US7628130B2; JP2009503782A; CN101273505A; US20090139479A1; EP1949512A4; EP1949512A2; JP5259399B2; KR100709303B1; EP1949512B1

Abstract

개시된 내용은 지르코늄계 합금의 화염교체 착화변이 결합된 점화플러그에 관한 것이다.

이 점화플러그는,

하단부에 원통형 절곡부(114)를 형성한 메인셀(110);및 상기 메인셀(110)의 하부에서 접시형태로 절곡/결합되며, 메인 착화공(152)과 보조 착화공(154)들이 형성된 교체화염 착화변(150)을 포함하며, 메인셀(110)과 절연체(120)사이에 개재되어 상기 접점(132)(142)들의 점화시 화염에 의한 열을 열교환시킴과 아울러 휘발성가스의 누출을 차단하기 위한 열교환부재(160)를 포함하여서 된다.

이러한 지르코늄계 화염교체 착화변을 제공하므로서 점화플러그의 주 연소실내에 연소열로 인한 플러그의 열가 안전과, 플러그내로 유도되는 혼합가스를 먼저 착화,일차 연소되게 하여 착화된 고압화염을 실런더 주 연소실로 화염교체 착화되게 하여 전체 연소성능을 개선시키고, 동시에 기관 연소속도를 단축되게 하여 질소산화물을 감소시키는 개선된 점화플러그를 제공한다.

점화플러그, 화염교체 착화변,착화공.

Description

점화플러그{Ignition spark plug}

도 1은 본 발명 점화플러그의 단면도,

도 2a,도 2b는 본 발명 점화플러그에 적용된 화염교체 착화변의 실시예들,

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100:점화플러그, 110:메인셀, 111:일차연소실, 114:절곡부, 116:벤딩부,

120:절연체, 122:단자봉, 130:중심전극, 132:접점, 140:접지전극, 142:접점,

150:화염교체 착화변, 151:테두리, 152:메인 착화공, 154:보조 착화공,

160,161:열교환부재,

본 발명은 지르코늄계 금속의 화염교체 착화변을 구비한 점화플러그에 관한 것이다.

고 옥탄가 휘발유를 사용하는 고성능 내연기관에서 요구되는 적정 출력의 연소효율을 얻기 위해서는 내연기관의 각 회전속도에 따라서 저속일 경우 기관 상사점(TDC) 이전 (BTDC) -6°(±)각도에 점화를 주며, 각 기관속도의 증가에 따라서 진각점화 시점 역시 50°(±) 상사점 이전 (BTDC)각도로 진각점화(Advance Ignition)시켜 기관의 최대출력을 구하고 있다.

연료공급장치도 노즐을 통한 기관 온도차등 기타 흡입공기량에 비례한 일정량의 연료보정기능을 갖고 매우 민감하게 공연비 조정(Stoichimatric)에 맞게 연료를 공급하여 주는 컴퓨터전자제어장치(ECU, Electronic control unit)가 각 기관마다 장착되어 기관의 최대 연비향상과 동시에 미연소 탄화수소(HC), 일산화 탄산가스(CO)등의 배출억제를 위한 통제기능을 갖고 기관성능을 최적화하고 있다.

그러나, 이와같은 엔진기관의 최대출력을 얻기 위한 메카니즘은 질소산화물(NOx)을 감소시키지 못할 뿐 아니라 LPG(propane+buthane의 혼합가스}가스차량에서는 더욱 심하였다.

이러한 유해한 질소산화물(Nitrogen Oxides, NOx)을 적정 환경규제치 이하로 감소시키기 위해서는 고가의 삼원촉매(Emission control catalyst)를 기관 배기가스 적정부위에 부착하여 상시 배출량을 표준규제치 이하로 콘트롤하고 있다.

그러나 이 경우 지나치게 정밀하게 제조된 이러한 촉매로 인해 미연소 탄화수소의 적체물로 인한 막힘 현상,용해,파손등이 발생된다.

질소산화물들의 배출을 감소시키기 위하여 여러 형태의 캡슐식(ENCAPSULATED),튜브식 혹은 기타 덮개를 고정시킨 예연소실(Precombustion chamber)구조가 제안되어 연소실 연소촉진을 조성하고, 희박연비 조성으로 질소산화물들을 감소시켜 기관 성능향상과 연비 효율을 향상시키고자 하였으나, 연비조성 감소율 혹은 상사점에서의 과열로 인하여 실화 및 이상착화 현상을 발생시켜 출력 감소와 고성능기관의 운전성능 저하의 새로운 문제점을 야기하고 있다.

이러한 문제점은 LPG가스를 사용하거나 혹은 고 옥탄가 휘발유를 사용하는 내연기관에서는 기관의 회전속도를 가속할시에는 일차연소실을 구성하고 있는 점화플러그의 캡슐식 돌출부(Encapsulated cover)의 금속등이 고열의 연소행정이 이루어지는 실린더 내부의 고열과 와류상의 열원가스로 인하여 플러그가 갖고 있는 열교환 능력의 한계(Heat Range)를 초과하거나 기타 여러 원인으로 인하여 다음 행정사이클에 과열로 인한 압축행정상에서의 사전발화 등의 이상연소(detonation)가 이루어져 급격히 엔진이 멈추어지는 현상으로 발전되어 보다 확실한 새로운 개선방법이 요구되었다.

한편, 이러한 문제점들을 감안하여 그동안 메인셀과, 중심전극과, 이 중심전극의 주위에 원호형상으로 중공 하단부에 인접배치되는 한 쌍의 접지전극과, 상기 메인셀의 하부에서 상기 한 쌍의 전극을 둘러싸게 배치하여 상기 전극이 수용되는 일차연소실을 형성하는 한편 착화공을 형성한 오리피스밸브(이하에서는 화염교체 착화변으로 칭함)가 부착된 점화플러그가 제안되어 있으며, 오리피스밸브 중심부에 메인 착화공을 형성하되, 이 메인 착화공의 외측에 적어도 2개 이상의 보조 착화공을 형성한 캡형태로서 상기 전극을 둘러싸도록 메인셀의 하단부에 결합되는 것을 제안한 특허 제0328490호의 점화플러그가 본 출원인에 의하여 제안된 바 있다.

이것은 전기점화식 내연기관의 압축된 혼합연료의 일부를 기관점화시점에서 일차적으로 미리 착화, 연소시킨 후, 이로부터 발생되는 소규모 연소화염을 메인 연소실로 배출시켜 메인 연소실을 착화되게 함으로써 연소성능을 최대화 하고, 분출가스가 통과하는 착화공들을 통하여 기존의 점화플러그에 비하여 연소성능을 향 상시킬 수는 있으나, 연소화염이 소규모로 연소실로 전달되어 본래의 연소성능향상을 얻지 못하며, 오리피스 밸브가 고열과 화염에 의하여 용융되어 플러그 수명이 짧아지거나 고장을 일으키는 문제점이 있었다.

또한, 오리피스 밸브에 의한 플러그의 열가(heat range)의 한계를 넘어 사전점화가 이루어짐에 따라 이상 연소를 가져와 기관의 고성능 회전에 새로운 적절한 열가조정이 필요하였다.

본 발명은 이러한 문제점들을 개선하기 위한 목적으로 메인셀 하부의 일차연소실을 형성하는 화염교체 착화변의 수명을 연장하고 고열로 인한 이상착화의 문제점을 개선한 점화플러그를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 일차연소실을 형성하는 화염교체 착화변을 지르코늄소재로 함과 아울러 이를 결합하기 위한 소정의 절곡/결합구조를 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 지르코늄재질의 화염교체 착화변을 결합하므로서 그 수명을 개선함과 아울러 기관의 고속회전의 고열이 메인셀과 절연체사이의 틈으로 누출됨을 방지함과 플러그 열교환능력을 동시에 향상하고자 하는 데에도 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 점화플러그는,

하단부측으로 절곡부를 형성한 메인셀과; 상기 메인셀의 중심부에 매설된 단 자봉을 절연피복한 상태에서 메인셀의 중공부 내에 장착되는 절연체와; 상기 연장된 단자봉의 하단내에 절연/단열재로 둘러싸여 위치하며,상기 메인셀의 내측 일차연소실내에 형성되며, 하단부에 양측으로 접점을 형성한 중심전극과; 상기 중심전극의 접점이 위치하는 일차연소실의 양측에 상호 대응하도록 형성되며, 메인셀의 중공 하단부에서 상기 접점에 대응하는 접점을 형성한 한 쌍의 접지전극과; 상기 메인셀의 절곡부에서 절곡/결합되며, 메인 착화공과 보조 착화공들이 형성된 화염교체 착화변을 포함하여서 된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 점화플러그는,

하단부에 접어짐이 가능한 절곡부를 형성한 메인셀과; 상기 메인셀의 중공내에 장착되는 절연체와; 상기 연장된 단자봉의 하단내에 위치하는 중심전극과; 상기 중심전극의 접점이 위치하는 일차연소실의 양측에 상호 대응하도록 형성되는 한 쌍의 접지전극과; 메인셀의 하부에서 상기 접점들을 저면에서 커버하듯이 배치되는 접시형상을 이루는 화염교체 착화변;및 메인셀과 절연체의 사이에 배치되어 점화화염에 의한 열을 열교환함과 아울러 휘발성가스의 누출을 차단하기 위한 열교환부재를 포함하는 점화플러그로서 달성된다.

본 발명 점화플러그의 상기 접점들은 백금 혹은 백금계 합금으로 함이 바람직하며, 상기의 화염교체 착화변은 지르코늄 금속 혹은 지르코늄 합금으로 함이 바람직하다.

본 발명 점화플러그의 상기 화염교체 착화변은 인코넬(inconnel)601도 가능하며 그 두께는 약 0.5~1mm 전후로 하며, 상기 화염교체 착화변의 메인착화공과 보 조착화공들은 실린더 전체 면적의 1/400 mm²~ 1/700mm²범위내 적어도 3개 이상 형성함이 바람직하다.

본 발명 점화플러그의 상기 화염교체 착화변은 그 테두리가 수평선상에서 하방 경사각이 15°~20°로 함이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면중 도 1은 본 발명 점화플러그의 단면도이다.

상기 도면에서 도시하는 바와 같이 본 발명 점화플러그는 크게 일차연소실(보조챔버)를 갖는 메인셀(110)과, 상부에서 상기 메인셀(110)의 내부로 연장되는 절연체(120)와, 이 절연체(120)의 중심에서 전압단자와 연결되는 중심전극(130)과, 상기 메인셀(110)의 내벽상에 형성된 접지전극(140)과, 상기 메인셀(110)의 하단에 결합되어 일차연소실(111)을 커버함과 아울러 실린더로 화염이 넘나드는 화염교체 착화변(150)과, 상기 메인셀(110)과 절연체(120)의 사이에 개재되는 열교환부재(160)(161)로 이루어진다.

보다 구체적으로 상기 메인셀(110)은 외측 일정구간에 나사맞춤용 나사부(112)가 형성되고,그 내측으로 일차연소실(111)을 형성하며,상단부는 절연체 및 상기 열교환부재를 개재한 뒤 벤딩되는 벤딩부(116)를 이루며, 하단부는 내저면으로 원형의 턱부를 형성하되 내측으로 절곡 가능한 원통형의 절곡부(114)를 이룬다.

이 절곡부(114)는 후술하는 화염교체 착화변(150)의 테두리를 접어 결합하는 기능을 갖는다.

상기 절연체(120)는 상기 메인셀(110)의 중심부에 매설된 단자봉(122)을 절연/피복한 상태에서 메인셀(110)의 중심부에 관착/결합된다.

이때, 상기 메인셀과 절연체(120)의 사이에 열교환부재(160)(161)를 개재하여서 된다.

상기 중심전극(130)은 상기 연장된 단자봉(122)의 하단에 위치하며, 상기 메인셀(110)의 내측 일차연소실(111)내에 위치하며, 하단부 양측으로 접점(132)을 형성한다.

접지전극(140)은 상기 중심전극(130)의 양측 접점(132)이 위치하는 일차연소실(111)내 메인셀(110)의 내주면의 상기 접점(132)에 대응하는 위치에 소정의 스파크 갭(gap)을 이루도록 접점(142)을 양측에 형성하여서 된다.

상기한 접점(132)(142)들은 백금또는 백금계 합금으로 함이 바람직하다.

화염교체 착화변(150)은 메인셀(110)의 하부에서 상기 접점들(132)(142)을 저면에서 커버하듯이 배치되는 접시형상을 이루는 것으로, 링형의 수평상 테두리(151)로 부터 내측을 향하여 하향 경사면을 이루며, 경사면이 끝나는 수평영역에는 상기 일차연소실(111)의 대략 중심위치에 해당하도록 메인 착화공(152)을 형성하고, 메인 착화공(152)을 중심으로 일정반경내에 보조 착화공(154)들이 소정의 배치각도와, 직경과, 높이를 갖고 형성된다.

상기 화염교체 착화변(150)은 지르코늄 혹은 지르코늄계 합금재를 그 주성분으로 하며, 알려진 합금중 인코넬(inconnel)601도 기관에 따라 선택적으로 실시가 능하다. 이러한 합금재질은 그 용융점이 높아 내열탄소강의 메인셀에 결합/용접함이 불가능하므로 상술한 바와 같은 결합구조를 갖는다.

첨부 도면중 도 2a는 테두리(151)로 부터 곡면을 이루어 경사지게 내려앉아 수평영역을 이루는 화염교체 착화변(150)의 형상이고, 도 2b의 것은 테두리(151)로 부터 경사각을 이루어 중심부 주위가 수평을 이루는 화염교체 착화변의 다른 예를 나타낸다.

이 화염교체 착화변(150)은 접시형 플레이트의 테두리(151)에서 하방으로 약15°~20°의 경사각을 이루고,그 경사지게 내려앉은 수평면의 메인 착화공(152)과 보조 착화공(154)들은 실린더 전체 면적의 1/400mm²~1/700mm²범위내에서 적어도 3개 이상 형성함이 바람직하다.

한편, 열교환부재(160)(161)들은 상기 일차연소실(111)에서 접점(132)(142)점화시 화염에 의하여 발생되는 고열을 외부로 열교환시킴과 아울러 휘발성가스의 누출을 차단하기 위하여 메인셀(110)과 절연체(120)사이에 적어도 한 개 이상 위치를 달리하여 배치된다.

이와 같이 이루어진 본 발명 점화플러그는 상술한 화염교체 착화변(150)을 상기 메인셀(110)의 하단 절곡부(114)내측 턱부에 집어넣고 절곡/결합시키면 결합된다.

이와 같이 이루어진 본 발명 화염교체 착화변이 메인셀(110)의 하단에 결합되므로서 그 내측의 접점(132)(142)들 사이에 형성된 스파크 갭을 통하여 점화가 이루어지면 상기 화염교체 착화변(150)에 의하여 차단된 일차연소실(111)에서 1차 발화가 이루어짐과 동시에 순간적으로 고압 착화 화염이 착화변(150)의 메인 착화공(152)과 보조 착화공(154)들에서 실린더 압력이 일차소실보다 낮은 실린더쪽으로 이동하여 화염이 분출하여 상사점의 압축기체를 점화시켜 소정의 엔진 동력을 발생하게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명 점화 플러그는 지르코늄계 화염교체 착화변을 제공하므로서 최적화한 점화플러그 성능과 수명을 보장하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 이러한 지르코늄계의 화염교체 착화변을 결합함과 아울러 착화시의 고열이 흡수됨과 아울러 메인셀과 절연체사이의 틈으로 화염누출을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명 점화플러그의 이러한 개선으로 지각점화와 연소속도를 빨리할 수 있는 열효율을 제공하여 현격한 질소산화물의 감소를 이룰 수 있는 효과도 있다.

Claims

점화플러그에 있어서,

하단부측으로 절곡부(114)를 형성한 메인셀(110);

상기 메인셀(110)의 중심부에 매설된 단자봉(122)을 절연피복한 상태에서 메인셀(110)의 중공부 내에 장착되는 절연체(120);

상기 연장된 단자봉(122)의 하단내에 절연/단열재로 둘러싸여 위치하며,상기 메인셀(110)의 내측 일차연소실(111)내에 형성되며, 하단부에 양측으로 접점(132)을 형성한 중심전극(130);

상기 중심전극(130)의 접점(132)이 위치하는 일차연소실(111)의 양측에 상호 대응하도록 형성되며, 메인셀(110)의 중공 하단부에서 상기 접점(132)에 대응하는 접점(142)을 형성한 한 쌍의 접지전극(140);

상기 메인셀(110)의 절곡부(114)에서 절곡/결합되며, 메인 착화공(152)과 보조 착화공(154)들이 형성된 화염교체 착화변(150)을 포함하는 점화플러그.
제 1항에 있어서,

상기 화염교체 착화변(150)은 링형의 테두리(151)에서 중심부가 소정깊이로 낮은 원반형인 것을 특징으로 하는 점화플러그.
점화플러그에 있어서,

일차연소실(111)을 형성하고, 하단부측으로 절곡부(114)를 형성한 메인셀(110);

상기 메인셀(110)의 중심부에 매설된 단자봉(122)을 절연피복한 상태에서 메인셀(110)의 중공부 내에 장착되는 절연체(120);

상기 연장된 단자봉(122)의 하단내에 절연/단열재로 둘러싸여 위치하며,상기 메인셀(110)의 내측 일차연소실(111)내에 형성되며, 하단부에 양측으로 접점(132)을 형성한 중심전극(130);

상기 중심전극(130)의 접점(132)이 위치하는 일차연소실(111)의 양측에 상호 대응하도록 형성되며, 메인셀(110)의 중공 하단부에서 상기 접점(132)에 대응하는 접점(142)을 형성한 한 쌍의 접지전극(140);

메인셀(110)의 하부에서 상기 접점들(132)(142)들을 저면에서 커버하듯이 배치되는 접시형상을 이루며, 상기 일차연소실(111)의 저부 대략 중심 영역과 그 주변으로 유체가 출입할 수 있는 메인 착화공(152)과, 보조 착화공(154)들을 형성한 화염교체 착화변(150);및

메인셀(110)과 절연체(120)사이에 개재되어 상기 접점(132)(142)들의 점화시 화염에 의한 열을 열교환시킴과 아울러 휘발성가스의 누출을 차단하기 위한 열교환부재(160)(161)를 포함하는 점화플러그.
제 3항에 있어서,

상기 열전달부재들(160)(161)들은 구리와 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 점화플러그.
제 3항에 있어서,

상기 점화플러그의 상기 접점(132)(142)들은 백금계열의 합금인 것을 특징으로 하는 점화플러그.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 화염교체 착화변(150)은 지르코늄계 합금인 것을 특징으로 하는 점화플러그.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 화염교체 착화변(150)이 인코넬(inconnel)601인 것을 특징으로 하는 점화플러그.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 화염교체 착화변(150)의 메인착화공(152)과 보조착화공(154)들은 실린더 전체면적의 1/400mm²~1/700mm²범위내 적어도 3개 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 점화플러그.
제1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 화염교체 착화변(150)은 그 테두리(151)의 수평선상에서 하방 경사각이 15°~20°인 것을 특징으로 하는 점화플러그.