KR20070043774A - 프리-챔버 점화 플러그 - Google Patents

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KR20070043774A
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spark plug
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KR1020077000400A
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루이기 피. 토치
더글라스 더블유. 살터
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우드워드 거버너 컴퍼니
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Abstract

초-희박 혼합기를 이용하여 동작하고, 상승된 엔진 BMEP에서 동작하는 프리-챔버 점화 플러그의 점화 플러그의 수명을 최대화하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 더 넓은 표면 영역에 걸쳐 방전 에너지를 분산시키고, 안전한 전극 온도를 유지함으로써, 전극 부식률이 감소한다. 종단 캡의 외곽부 구멍에 의해 발생되는 와류 효과(swirling effect)를 통해, 에너지가 분산되며, 이에 따라서, 전극에서의 특정 방전 에너지가 더 낮아진다. 방사형으로 구성되어 있는 전극에 의해, 높은 동작 압력에서 점화 전압이 감소하고, 발화에 요구되는 에너지가 감소한다. 전극에서 발생되는 유동장에 의해, 물 응축에 의한 전기 단락이 감소되고, 오점화가 방지된다. 중앙 전극 절연체는 과열과 조기 점화를 방지하는 효과적인 열전달 경로를 제공한다. 상기 전극의 뒤쪽의 공간이, 이전 연소 사이클로부터의 연소 산물을 위한 공간을 제공하고, 신뢰할 수 있는 발화를 제공한다.

Description

프리-챔버 점화 플러그{PRE-CHAMBER SPARK PLUG}
본 발명은 프리-챔버 점화 플러그에 관한 것이며, 더욱 세부적으로는 린번 엔진(lean burn engine)용 프리-챔버 점화 플러그에 관한 것이다.
기체 연료, 가령 천연 기체로 동작하는 엔진은, 연료에 비해 상대적으로 높은 공기 비를 갖는 공기와 연료의 혼합기인 희박한 연료 혼합기를 공급받는다. 상기 희박한 연료 혼합기는 종종 불발, 폭발, 불완전 연소, 나쁜 연비를 초래한다. 이러한 경우를 초래하는 하나의 요인으로는, 동작 엔진의 실린더의 희박 연료 혼합기를 효율적으로 점화하기에는 종래의 점화 플러그의 성능이 낮다는 것이 있다. 희박 연료 혼합기의 더욱 효과적인 연소는 예연소 챔버(precombustion chamber)를 사용하여 이뤄질 수 있다.
프리-챔버(즉, 예연소 챔버) 점화 플러그가 상기 예연소 챔버에서 사용되고, 린번 엔진(lean burn engine), 가령 천연 기체 린번 엔진에서의 희박한 연소 한계를 보강하기 위해 사용되는 것이 일반적이다. 종래의 프리-챔버 점화 플러그, 가령 U.S. 특허 5,554,908에서 공개된 프리-챔버 점화 플러그에서, 점화 갭(spark gap)은, 엔진 실린더 이동 거리의 30% 미만인 체적을 갖는 캐버티(cavity)로 한정된다. 상기 캐버티의 상부는 돔(dome) 형태를 갖고, 다양한 접촉 유입/분출 포트를 갖는 다. 동작 중에, 압축 사이클(compression cycle) 동안, 엔진의 포지션이 상향 이동함에 따라, 프리-챔버에서, 유입 포트를 통해 공기/연료에 힘이 가해진다. 상기 포트의 방향은 상기 프리-챔버의 캐버티 내부에서 와류 움직임(swirling motion)을 발생시킨다.
와류 움직임과 관련되어 있는 공기와 연료 간의 농도의 차이에 의해, 상기 프리-챔버 캐버티내에서 연료 층리 현상(fuel stratification)이 나타난다. 연료 농후 영역에서, 점화 갭의 적정한 위치를 이용하여, 효과적인 발화가 이뤄질 수 있다. 프리-챔버 캐버티에서의 연료의 빠른 연소에 의해, 엔진 연소 챔버로 빠르게 전파되는 화염이 야기된다. 이러한 화염은, 더 희박한 공기/연료 혼합기에서의 엔진 연소 챔버에서 더욱 신속하고, 반복 가능한 화염 전파(flame propagation)를 획득할 수 있게 한다.
종래 기술이 해결하지 못하는 한 가지 문제점은, 점화 플러그가 초-희박 공기/연료 혼합기(ultra-lean air/fuel mixture)(λ>1.75)와 18bars 이상의 높은 BMEP(Brake Mean Effective Pressure)를 이용한다는 것이다. 이러한 동작 조건에서, 상기 점화 플러그의 수명은 매우 짧은 경향이 있다. 그 결과로서, 고-효율 및 고-파워 밀도 기체 엔진의 상업화에 어려움이 있다.
종래 기술에서 설명되지 못한 부분은 특히, 초-희박 공기/연료 혼합기와 높은 BMEP를 이용하여 전극의 부식을 최소화하고, 점화 플러그의 수명은 최대화하는 프리-챔버의 캐버티, 유입/분출 포트, 전극의 형태 및 위치가 요구하는 속성 및 구성이다. 종래 기술은 점화 플러그 프리-챔버 내부에서의, 그리고 누전 및 플러그 오점화를 초래하는 전극 사이에서의 물의 응축(water condensation) 문제를 해결하지 않는다. 덧붙이자면, 종래 기술은 플러그 표면의 과열 문제와 조기 점화 문제를 해결하지 않는다.
본 발명은 초-희박 공기/연료 혼합기와 높은 BMEP를 이용하는 엔진 작동을 위한 속성 및 구성을 제공한다. 본 발명의 이 외의 또 다른 이점과, 추가적인 특징이 다음에서 명백해질 것이다.
본 발명은 초-희박 혼합기를 사용하고, 상승된 엔진 BMEP에서 이뤄지는 프리-챔버 점화 플러그 동작에서, 점화 플러그 수명을 최소화하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 전극의 단위 표면 영역 당 방전 에너지를 더 넓은 영역으로 분산시키고, 점화 갭(spark gap)에서의 연료 농도를 유지하고, 전기 방전 동안 기체 정압을 제어하고, 전극의 온도를 안전한 동작 범위내로 유지함으로써, 전극의 부식이 감소한다.
와류 패턴(swirling pattern)을 공기/연료 혼합기에서 발생시킴으로써, 상기 방전 에너지는 더 넓은 표면 영역으로 분산된다. 하나의 실시예에서, 점화 플러그 종단 캡에서의 외곽부 구멍을 사용하여, 상기 와류 패턴이 얻어진다. 상기 외곽부 구멍은 상기 종단 캡에서 일정한 각도를 갖고 드릴 가공된다. 상기 와류 효과에 의해, 점화 방전에 따라 발생하는 유동장력(flow field force)이 생성되고, 아크(arc)가 이동하며, 그에 따라 전극의 부식률이 감소됨으로써, 전극에서 더 낮은 특정 에너지 방전이 야기된다.
접지 전극, 또는 중앙 전극이 형성됨으로써, 점화 플러그 전극이 다양한 구성으로 배열되고, 가변 크기의 점화 갭이 생성된다. 가변 크기의 점화 갭은 높은 동작 압력에서의 발화를 위해 필요한 점화 전압의 감소를 야기하고, 그에 따라 발화를 위해 필요한 에너지가 감소된다. 또한, 다양한 구성에 의해, 가변 크기의 점화 갭 중, 작은 갭으로 연료를 효율적으로 집중시키기 위한 최소 크기의 갭으로 인하여, 희박한 공기/연료 비로 작동하는 엔진에서, 신뢰할 수 있는 발화가 야기된다.
프리-챔버 점화 플러그의 중앙 전극은 프리-챔버 캐버티 내부로 돌출되어 있다. 그 결과로서, 상기 중앙 전극은 프리-챔버 캐버티에서 공기/연료 혼합기의 연소에 노출되어 있고, 온도 상승이 초래된다. 상기 중앙 전극을 위한 세라믹 절연체는, 조기 점화를 일으킬 수 있는 중앙 전극의 과열을 방지하기에 효율적인 열전달 경로를 제공하기 위해 설계되어 있다.
접지 전극의 뒤쪽에 위치하는 공간에서, 이전 연소 사이클의 연소 결과물을 위한 공간이 제공되고, 특히, 희박한 공기/연료 혼합기를 이용하는 더욱 신뢰할 수 있는 발화가 제공된다. 상기 공간에 의해, 다른 연소 사이클에 대한 공기/연료 혼합기가 예연소 챔버로 유입될 때, 연소 산물이 역행할 수 있다. 이러한 공간의 크기는, 매우 희박한 공기/연료 혼합기를 이용한 효과적인 발화가 획득되도록 정해진다. 하나의 실시예에서, 점화 갭의 뒤쪽의 공간과 점화 플러그 프리-챔버 공간 간의 비가, 엔진 연소 챔버의 공간과 엔진 이동 거리의 비보다 크다.
도 1은 본 발명에 따르는 프리-챔버 점화 플러그에서의 점화 플러그의 수명을 최대화하기 위한 취해지는 전체 단계를 도식한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 프리-챔버 점화 플러그를 도식한 도면이다.
도 3은 도 2의 프리-챔버 점화 플러그의 확대된 도면이다.
도 4는 도 2의 프리-챔버 점화 플러그의 부분 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따르는 유입 포트를 도식하고 있는 도 2의 프리-챔버 점화 플러그의 종단 캡의 전면도이다.
도 5b는 도 5a의 종단-캡의 단면도이다.
도 6a는 도 4의 라인 6a, 6b-6a,6b를 따르는 본 발명에 따르는, 방사형태 전극 구성을 갖는 접지 전극의 실시예의 단면도이다.
도 6b는 도 4의 라인 6a, 6b-6a,6b를 따르는 본 발명에 따르는, 방사형태 전극 구성을 갖는 접지 전극의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7은 도 5a, 5b의 유입 포트를 갖는 도 6a의 접지 전극의 단면도이다.
도 8은 도 5a, 5b의 유입 포트를 갖는 접지 전극의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 어댑터를 사용하여 표준 점화 플러그로부터 프리-챔버 점화 플러그를 제조하는 단계를 도식한 흐름도이다.
도 10은 프리-챔버 점화 플러그를 생성하기 위해, 어댑터를 이용하여 수정된 표준 점화 플러그의 단면도이다.
도 11은 약간 돌출되어 있는 종단-캡을 갖는 프리-챔버 점화 플러그의 단면 도이다.
본 발명은 초-희박 혼합기를 사용하고, 상승된 엔진 BMEP에서 이뤄지는 프리-챔버(pre-chamber) 점화 플러그(spark plug) 동작에서, 점화 플러그 수명을 최대화하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
전극 부식에 영향을 주는 핵심 요인으로는, 전극 단위 표면 영역 당 방전 에너지와, 점화 갭에서의 연료 농도와, 전기 방전의 시점에서의 기체 정압과, 전극 온도가 있다.
도 1은 초-희박 혼합기를 사용하고, 증가된 엔진 BMEP에서 동작하는 점화 플러그의 수명을 최대화하기 위한 전체 단계를 나타내고 있다. 먼저 전체 단계에 대하여 간단하게 설명한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 초-희박 혼합기는 초과 공기 요인 람다(λ)가 1.75 이상인 것을 일컬으며, 이때 λ는 다음의 방정식에 따르는 공기-연료 비에 관한 것이다.
λ = (실제 공기/연료 비)/(화학양론적 공기/연료 비)
초과 공기 요인 λ는 공기/연료 비가 화학양론적 혼합기 이상인 정도, 또는 이하인 정도를 나타낸다.
도 1을 참조하여, 점화 플러그의 수명을 최대화하기 위한 단계(102)는, 유동장력(flow field force)의 발생을 위한 경로를 제공하는 것이다. 상기 유동장력은 점화 방전에 따라 발생하고, 이동 작업 중의 아크(arc)를 발생시킨다. 그 결과로서, 점화 에너지는 더 큰 전극 표면 상에서 분산되고, 이는 단위 표면 당 방전되는 특정한 더 낮은 에너지를 야기한다. 전극에서 방전되는 더 낮은 특정 에너지로 인하여, 전극 부식률이 감소한다. 일부 동작 조건에서는 약 30m/sec의 유동장이 요구될 수 있다.
점화 플러그의 수명을 최대화하기 위한 또 다른 단계(104)는 전극 갭 영역의 아래에서, 동작 중에, 이전 사이클로부터의 연소 산물을 보유하기 위한 충분한 공간을 제공하는 것이다. 하나의 실시예에서 이러한 공간은, 점화 플러그 프리-챔버에 실린더의 체적 비를 곱한 값보다 크다. 이러한 특징에 의해, 매우 희박한 공기/연료 혼합기를 아용하여 효과적인 발화가 가능해진다. 상기 단계와 동시에, 또는 별도의 단계로, 전극 과열을 방지하기 위한 열전달 경로의 최적화(가령, 최소화)가 존재할 것이다.
점화 플러그의 수명을 최대화하는 추가적인 단계(106)는, 0.005 내지 0.010인치(inch)의 최소 갭과, 0.03 내지 0.05인치(inch)의 최대 갭이 존재하도록, 다양한 구성으로 전극을 배열하는 것이다. 가변 크기의 갭은, 높은 BMEP에서의 점화 항복 전압 필요량을 감소시키기에 효과적이며, 또한 희박한 공기/연료 비에서의 신뢰할 수 있는 발화를 가능하게 한다.
점화 플러그 수명을 최대화하기 위한 추가적인 단계(108)는, 농후한 공기/연료 혼합기를 점화 갭의 인접부로 집결시키기에 적합한 발화 시점에서, 유동장(flow field)을 제공하는 것이다. 엔진 점화 시기와 프리-챔버 점화 플러그의 유입/분출 포트의 구성에 의해, 상기 유동장의 특성이 운용된다. 5 내지 30m/s의 빠른 유동장과, 상사점 앞의 20 내지 40의 크랭크각(crank angle)에서의 큰 진각 점화 시 기(advance spark timing)가 바람직하다. 왜냐하면 상기 갭에서의 고정 압력이 감소하고, 그에 따라서 점화 항복 전압 요구치가 감소하기 때문이다.
도 2 - 4를 참조하여, 도 1의 단계와 연계되어 있는 구조물을 사용하는 프리-챔버 점화 플러그(200)의 실시예가 나타난다. 점화 플러그는 종래 기술에서 잘 알려져 있으므로, 프리-챔버 점화 플러그(200)의 종래 기술 부분의 상세한 설명이 본원에서는 이뤄지지 않는다. 상기 점화 플러그(200)는 원통 쉘(202)과, 팁 부분(204)이 쉘(202)로부터 돌출되도록, 상기 쉘(202)로 내장되는 절연체를 포함한다. 상기 쉘(202)은 금속 물질, 가령 저탄소 강철로 형성되는 것이 일반적이다. 팁 부분(204)이 상기 절연체로부터 돌출되도록, 중앙 전극(206)이 상기 절연체 내부로 제공된다. 프리-챔버 점화 플러그(200)에서의 공기/연료 혼합기의 연소 동안, 중앙 전극(206)으로부터의 열전달 경로를 제공하기 위해, 상기 팁 부분이 사용된다.
종래의 점화 플러그에서, 접지 전극이 사용되며, 이때 용접 등을 통해, 하나의 단부가 쉘로 접합되며, 그 반대편 단부는, 상기 단부의 측면이 중앙 전극(206)의 팁 부분을 마주보도록, 횡방향으로 휘어진다. 종래의 점화 플러그와는 달리, 본 발명의 접지 전극(208)은 디스크 형태를 가지며, 중앙 전극(206)의 단부(210)의 인접부에서 장착된다. 가변 크기의 점화 갭(212)이 접지 전극(208)과 중앙 전극(206) 사이에서 형성된다. 접지 전극(208)의 위치는, 엔진의 체적 비(volumetric ratio)에 따라 다르다. 엔진 체적 비는 메인 연소 챔버의 체적에 대한 실린더의 전체 체적의 비이다. 하나의 실시예에서, 예연소 챔버에서의 접지 전극(208)의 위치는, 접지 전극(208)의 뒤쪽 공간의 체적(즉, 종단 캡(214)의 반대편 체적)에 대한 예연소 챔버의 전체 체적의 비가, 엔진 용적측정 비보다 작도록, 선택되어 진다.
Figure 112007001511010-PCT00001
이때, Vp는 전체 예연소 챔버 체적(2181 + 2182)이고, Vg는 접지 전극(208)의 뒤쪽의 나머지 체적(2182)이며, Vt는 전체 실린더 체적(즉, 피스톤에 의해 이동되는 체적)이고, Vc는 연소 챔버의 체적(즉, 공기/연료 혼합기를 갖는 실린더의 체적)이다. 예를 들어, Vt/Vc가 10 정도라고 가정하면, Vg에 대한 Vp의 비는 10 미만이 될 것이다. 상기 접지 전극(208)의 뒤쪽의 체적은, (이전 연소 사이클 동안) 예연소 챔버를 빠져나가지 못한 나머지 연소 산물에 대한 체적을 제공한다. 이러한 나머지 연소 산물은, 예연소 챔버로의 공기/연료 혼합기의 흡입 동안 공기/연료 혼합기를 희석시킨다.
점화 플러그 온도는 전체 예연소 챔버 체적의 함수이다. 챔버에서 연소되는 연료의 양이 증가됨에 따라, 플러그 온도는, 원칙적으로 체적의 증가와 함께, 높아지는 것(즉, 뜨거워지는 것)이 일반적이다. 온도가 증가함에 따라, 조기 발화의 가능성이 발생한다. 그러나 연소 성능은 체적의 증가와 함께 나아지는 것이 일반적이다. 왜냐하면 오리피스로 유입되기 위한 뜨거운 기체의 팽창이 존재하기 때문이며, 이에 따라서, 메인 연소 챔버로의 더 많은 침투와 연소를 강화하는 더 큰 플룸(plume)이 야기된다. 그 결과로서, 사용되는 Vg에 대한 Vp의 실제 비는 엔진 특성 과 요망 성능을 기반으로 한다. 예를 들어, 하나의 엔진에서, Vp/Vg가 5일 때가, Vp/Vg가 3일 때보다 더 성능이 뛰어난 반면에, 또 다른 엔진에서, Vp/Vg가 3일 때가, Vp/Vg가 5일 때보다 더 성능이 뛰어날 수 있다.
종래의 점화 플러그와 다르게, 상기 쉘(202)이 접지 전극(206)의 단부(210)의 뒤쪽으로 뻗어 있다. 상기 쉘(202)의 한 부분이 엔진의 예연소 챔버 내부로 뻗어 있도록, 나사산 부분(214)이 쉘(202)의 외곽 표면 상에서 형성되고, 플러그(200)를 엔진 블록 상에 장착하기 위해 적용된다.
종단 캡(스월러-swirler)(216)이 상기 쉘(202)을 폐쇄하여, 프리챔버 캐버티(218)가 나타난다. 프리챔버 캐버티(218)는 전극(208)의 앞쪽에서 인화성 체적(2181)과, 상기 전극(208)의 뒤쪽에서 나머지 체적(2182)으로 구성되어 있다. 도 5a와 5b를 참조하여, 상기 종단 캡(214)은, 작동하는 동안, 공기/연료의 충전 및 연소 산물의 배출의 입구가 될 드릴-가공된 구멍(220, 222)을 포함한다. 최적의 “통풍(breathing)”효과가 보장되도록, 구멍 영역과 유효 유량 계수(flow coefficient)의 크기가 정해진다. 예를 들어, 상기 구멍 영역은, 아음속(subsonic) 피스톤 운동(가령, 피스톤이 상사점(top dead center)을 통해 이동하는 운동) 동안, 프리챔버 캐버티(218)의 충진이 가능할 만큼 큰 반면에, 음속도의 기체 방전(즉, 플룸(plume))을 제공할 만큼 충분히 작다. 하나의 실시예에서, 열 전달은 최대화하고, 조기 발화의 가능성은 감소시키는 종단 캡(스월러)의 구성은 실린더 헤드와 “평행”한다. 연소 챔버의 구성과 실린더 헤드의 설계에 따라서, 약간 돌출 된 스월러가 효과적으로 구축된다(도 12).
중앙 구멍(220)은 일직선인 것이 바람직하다. 즉, 점화 플러그(200)의 중앙 라인에 평행하는 것이 바람직하다. 외곽부 구멍들(222)은 기체를 방전할 때, 와류 패턴(swirl pattern)을 형성하기 위해 비스듬하게 존재한다. 상기 기체/연료 혼합기의 와류에 의해, 접지 전극(208)과 중앙 전극(206)의 더 큰 표면에 걸쳐 상기 아크의 에너지가 소산되어, 그에 따라 상기 접지 전극(208)과 중앙 전극(206)의 온도가 낮아지도록, 동작 동안 생성되는 아크(arc)가 이동할 수 있다. 각도 θ, α, 거리 d1과 d2가 엔진 특성(가령, 피스톤 스트로크의 속도)을 바탕으로 선택되어진다. 방전 동안, 주 유량(즉, 고온 기체 방전)이 중앙 구멍(22)을 통해 발생하도록, 외곽부 구멍에서 유량을 억제하기 위해, 또는, 상기 캐버티(218)로의 기체 유입 동안, 예연소 챔버에서의 기체의 발화를 돕는 와류 효과(swirling effect)가 제공되기에 충분한 유량이 제공되도록 상기 외곽부 구멍(222)의 크기가 정해진다. 와류 효과는 연소 안정성을 증대시키며, 적정 크기를 이용하여, 초과 유량 제한(excessive flow restriction)을 발생시키지 않는다. 비스듬하게 형성된 구멍(222)은 점화 방전에 따른 유동장력(flow field force)을 발생시킨다. 하나의 실시예에서, 상기 비스듬한 구멍(222)의 직경은 0.060인치(inch)이고, 중앙 구멍(220)의 직경은 0.065인치(inch)이다. 또한 점화 갭에서의 높은 유속은, 엔진이 작업 중단 상태인 동안, 응축되는 임의의 물을 제거하는 추가적인 이점을 제공한다.
도 6a와 6b를 참조하여, 전극(208)의 형태는 중앙 전극(206)과 관련하여, 방사형태이다. 상기 전극(208)의 방사형태에 의해, 아크 방전의 연장 및 가변 크기의 점화 갭(212)이 초래된다. 예를 들어, 도 6a에서, 점화 갭(212)이 중앙 전극(206)에 대하여 오목하도록, 접지 전극은 지향성 돌출 형태를 갖는다. 상기 점화 갭(212)은 위치(224)에서 최소 갭 크기를 갖고, 점화 갭(212)이 각각의 최소 갭 측에서 방사형태로 뻗어있다. 하나의 실시예에서, 갭의 크기의 범위는 높은 BMEP를 갖고 동작하기 위한 0.005 내지 0.010인치의 최소 갭과, 0.030 내지 0.050인치의 최대 갭까지이다. 최소 갭은 더 작을 수 있으나, 현재의 제조 오차 한계는 고비용의 제조 기법을 사용하지 않고 갭이 작아질 수 있는 정도이다. 0.005인치의 갭은 제조 오차가 최소화되기에 충분하다. 가변 크기의 갭(212)이 높은 압력에서의 점화 전압 요구량(즉, 구동 전압)을 감소시키기에 효과적이다. 덧붙이자면 희박 공기/연료 비 조건 하에서 동작하는 동안, 가변 크기에 의해, 더욱 신뢰할만한 발화가 제공된다. 도 6b는 가변 점화 갭(212)의 대안적 실시예를 나타내고 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명은 점화 방전에 따른 유동장력(flow field force)을 생성하고, 아크를 이동시키고, 점화 에너지를 훨씬 넓은 표면 영역으로 분산시킬 수 있다. 이는 접지 전극(208) 상에 중첩되어 있는 종단 캡(216)의 외곽부 구멍(222)을 도식한 도 7에서 나타날 수 있다. 화살표(300)에 의해 나타나는, 아크(302)에 따른 유동장력이 도시된다. 유동장력 없이, 최소 갭 위치(224)에서 상기 아크가 집중된다. 유동장력을 이용하여, 상기 아크가 이동하고, 아크에 연계되어 있는 에너지가 참조 번호(304)에 의해 나타나는 바와 같이 더 넓은 영역으로 분 산된다. 도 7에서 나타난 바와 같이, 흡입/분사 포트(222)의 구성은 화살표(300) 방향으로 이동하는 유동장을 발생시킨다. 서로 다른 구성을 이용하여, 상기 유동장은 다른 방향으로 이동할 수 있다. 흡입/분사 포트의 구성은, 발화 시점에서의 유동장이 점화 갭(212)의 인접부에 농후한 공기/연료 혼합기를 집중시키도록 이뤄진다. 흡입/분사 포트(222)의 구성에 추가로, 유동장의 특성이 엔진 점화 시기에 의해 나타난다. 5 ~ 30m/s의 높은 유동장과 상사점(top dead center) 전의 20 ~ 40 크랭크각(crank angle)의 점화 시점이 점화 갭(212)에서의 정압을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라서, 점화 전압 중 구동 전압 요구량의 감소를 야기한다. 도 8은 아크에 따른 유동장을 갖는 접지 전극(208)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 중앙 전극(206)은 원형이 아닌, 장방형이고, 상기 접지 전극(208)은 톱니 형태(즉, 사다리꼴의 형태)이다.
앞서 언급한 바와 같이, 프리-챔버 점화 플러그는 단일-조각 쉘 구조물이다(도 2 참조). 또한 상기 쉘은 다-조각 쉘 구조물의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 어댑터를 표준 점화 플러그의 기존의 쉘에 추가함으로써, 표준 점화 플러그가 프리-챔버 점화 플러그로 변환될 수 있다. 도 9 ~ 10을 참조하여, 하나의 실시예에서, 어댑터(450)를 사용하여, 프리챔버 점화 플러그가 표준 점화 플러그로부터 제조될 수 있다. 상기 어댑터(450)의 크기는 접지 전극(208)과 종단 캡(216)에 맞도록, 그리고 프리챔버 캐버티(218)에게 Vp/Vg를 제공하도록 정해진다. 점화 플러그 쉘(454) 상의 나사산(452)은 연삭, 또는 그 밖의 다른 작업을 통해 이동된다(단 계(400)). 표면(464)이, 나사산(452)이 이동되는 쉘(454)과 관련하여 부드러운 수축 결합(shrink fit)을 제공하도록, 어댑터(450)의 내부 직경이 기계 가공된다(단계(402)). 하나의 실시예에서, 이러한 수축 결합은 약 0.002인치(inch)로 발생한다. 상기 어댑터는 예열되고, 점화 플러그 쉘(454) 상에서 미끄러진다(단계(404)). 고정물이 사용되어, 화살표에 의해 나타나는 중앙 전극(206)에서 상기 어댑터(450)로의 열전달 경로를 위한 적절한 접촉이 보장되도록 점화 플러그 쉘(454)을 상기 어댑터(450)로 고정한다(도 10 참조). 주 열전달 경로는, 중앙 전극(206)으로부터 시작되어, 절연체(204)를 통과하고, 테이퍼 시트(tapered seat)(458)를 빠져나가, 개스킷(gasket), 가령 구리 개스킷을 통과하여 실린더 헤드로 들어간다. 열전달 경로는, 예연소 캐버티(218)에서의 공기/연료 혼합기의 발화로 인한 중앙 전극의 열을 위한 경로를 제공하며, 상기 열전달 경로는 점화 플러그의 긴 수명을 위해, 그리고 조기 발화를 방지하기 위해 매우 중요하다. 참조번호(460)에 의해 나타나는 바와 같이, 용접을 통해, 어댑터(450)가 점화 플러그 쉘(454)로 일체화된다(단계(406)). 이러한 용접 공정은 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)을 사용하여 이뤄지는 것이 일반적이며, 이는 일반적으로 TIG 용접, 또는 그 밖의 다른 용접을 참조한다. 또 다른 기법, 가령 납땜이, 상기 기법이 350℃에서의 2500psi를 견딜 수 있다는 가정하에서, 사용될 수 있다.
어댑터(450)가 통합된 후, 상기 어댑터 조립체가 완성된다(단계(408)). 상기 완성은 캐버티(218)에 접지 전극(208)을 장착하는 단계와, 종단 캡(216)을 장착하는 단계를 포함한다. 중앙 전극의 단부(210)가 접지 전극(208)과 평행을 이뤄야할 경우, 상기 단부는 기계가공될 필요가 있다. 하나의 실시예에서, 하나 이상의 실(seals), 또는 개스킷(462)을 이용하여, 상기 접지 전극(208)은 내부 스텝에 고정된다. 상기 접지 전극(208)이 또한 실, 또는 개스킷과 함께 접지 전극(208)의 양 측부 상에 고정될 수 있다. 또는, 어댑터(450)의 내부 직경이 나사산 처리되어, 상기 나사산과 함께 접지 전극이 고정될 수 있다. 상기 종단 캡(216)이 어댑터(450)(또는 쉘(202))의 내부에 끼워 맞춤 상태로 존재하지만, 상기 종단 캡(216)은 어댑터(450)를 넘어서까지 존재하거나, 상기 어댑터(450)(또는 쉘(202))의 외부 직경과 평행을 이룰 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 연소 챔버의 구성 및 실린더 설계에 따라, 약간 돌출된 스월러가 구축될 수 있다. 대안적 실시예인 도 12를 참조하여, 쉘(202)(또는 어댑터(450))의 단부로부터 약간 돌출되어 있는 스월러(216')가 나타난다. 상기 스월러(216')는 스월러(216)에 대해 앞서 언급한 것과 마찬가지로, 중앙 구멍(220')과, 외곽부 구멍(222')을 갖는다. 상기 스월러(216')는 용접, 땜납 등을 통해 쉘(202)에 부착된다.
앞의 내용에서, 초-희박 혼합기를 이용하여 동작하고, 상승된 엔진 BMEP에서 동작하는 프리-챔버 점화 플러그에서, 점화 플러그의 수명을 최대화하기 위한 방법 및 장치가 설명되었다. 전극 부식에 영향을 주는 핵심 요인으로는, 전극의 단위 표면 영역 당 방전 에너지와, 점화 갭에서의 연료 밀도와, 전기 방전의 시간에서의 기체 정압과, 전극의 온도가 있다. 방전 에너지는 종단 캡에서의 외곽부 구멍에 의해 형성되는 와류 효과를 통해, 더 넓은 표면 영역에 분산되었다. 상기 와류 효과 에 의해, 전극에서 더 낮은 특정 에너지 방전이 도출되고, 이는 전극의 부식률을 감소시킨다. 덧붙이자면, 방사형태 전극 갭에서 획득되는 높은 유동장에 의해, 전기 방전이 발생하기 전에 물 응축이 제거될 수 있음이 보장된다. 접지 전극과 중앙 전극의 형태에 따른 전극의 방사형태 구성은, 희박한 공기/연료 비에서의 신뢰할 수 있는 발화를 제공하면서, 높은 동작 압력에서의 점화 전압을 감소시키고, 이에 따라서, 발화에 필요한 에너지를 감소시킨다. 중앙 전극을 위한 세라믹 절연체의 설계가 중앙 전극의 과열을 방지하기 위한 효과적인 열전달 경로를 제공한다. 접지 전극의 뒤쪽의 체적은, 이전 연소 사이클로부터의 연소 산물을 위한 체적을 제공하며, 매우 희박한 공기/연료 혼합기를 이용하는 더욱 신뢰할 수 있는 발화를 제공한다.

Claims (41)

  1. 프리-챔버(pre-chamber) 점화 플러그(spark plug)의 수명을 증대시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    발화 아크(arc)를 이동시키는 힘을 갖는, 상기 프리-챔버 점화 플러그의 점화 방전(spark discharge)에 따르는 유동장-력(flow field force)을 발생시켜서, 점화 에너지를 더 넓은 전극 표면으로 분산시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 전극을 방사형 구성으로 배열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 이전 발화 사이클로부터의 연소 산물(burnt product)을 위하여, 전극 갭(electrode gap) 뒤쪽에 공간을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유동장-력을 발생시키기 위한 경로를 제공하는 단계 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유동장-력을 발생시키기 위한 경로를 제공하는 단계는, 상기 프리-챔버 점화 플러그의 종단 캡에서, 하나 이상의 경사진 경로를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 유동장-력을 발생시키는 단계는, 상기 하나 이상의 경사진 경로를 통해 공기와 연료의 혼합기에 힘을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 사이에서 응축된 물이 유동장-력에 의해 제거되도록, 상기 방사형 구성과 경사진 경로의 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  8. 프리-챔버(pre-chamber) 점화 플러그(spark plug)의 수명을 증대시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 프리-챔버 점화 플러그의 전극을 방사형 구성으로 배열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방 법.
  9. 제 8 항에 있어서, 하나 이상의 이전 발화 사이클로부터의 연소 산물(burnt product)을 내포하기 위해, 공간을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 발화 아크(arc)를 이동시키는 힘을 갖는, 상기 프리-챔버 점화 플러그의 점화 방전(spark discharge)에 따르는 유동장-력(flow field force)을 발생시켜서, 점화 에너지를 더 넓은 전극 표면으로 분산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 전극을 배열하는 단계는, 최소 점화 갭(minimum spark gap)이 0.005 내지 0.010인치(inch)의 크기를 갖도록 상기 전극을 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전극을 배열하는 단계는, 최대 점화 갭(maximum spark gap)이 0.03 내지 0.05인치(inch)의 크기를 갖도록 상기 전극을 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 전극을 배열하는 단계는, 로브형태(lobed shaped) 전극을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  14. 프리-챔버(pre-chamber) 점화 플러그(spark plug)의 수명을 증대시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    하나 이상의 이전 발화 사이클(ignition cycle)로부터의 연소 산물(burnt product)을 위한 공간을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 하나 이상의 이전 발화 사이클로부터의 연소 산물을 위한 공간을 제공하는 단계는, 전극 갭의 뒤쪽에서 상기 연소 산물을 위한 공간을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 프리-챔버 점화 플러그는 중앙 전극(center electrode)과 프리-챔버 점화 플러그의 쉘(shell) 사이에서 세라믹 절연체를 가지며, 연소 산물을 위한 공간을 제공하는 단계는 전극 과열이 최소한이 되도록, 요망 공간이 제공되도록 세라믹 절연체를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔 버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 공간을 제공하는 단계는,
    Figure 112007001511010-PCT00002
    수식에 따라 공간의 체적(volume)을 제공하는 단계를 포함하며, 이때, Vprechamber는 프리-챔버 점화 플러그의 프리-챔버 공간의 전체 체적이며, Vratio는 엔진의 체적 비인 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 발화 아크(arc)를 이동시키는 힘을 갖는, 상기 프리-챔버 점화 플러그의 점화 방전(spark discharge)에 따르는 유동장-력(flow field force)을 발생시켜서, 점화 에너지를 더 넓은 전극 표면으로 분산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 전극을 방사형 구성으로 배열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  20. 프리-챔버(pre-chamber) 점화 플러그(spark plug)의 수명을 증대시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    발화 아크(arc)를 이동시키는 힘을 갖는, 상기 프리-챔버 점화 플러그의 점화 방전(spark discharge)에 따르는 유동장-력(flow field force)을 발생시켜서, 점화 에너지를 더 넓은 전극 표면으로 분산시키는 단계,
    전극을 방사형 구성으로 배열하는 단계, 그리고
    하나 이상의 이전 발화 사이클로부터의 연소 산물(burnt product)을 위하여, 전극 갭(electrode gap) 뒤쪽에 공간을 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 공간을 제공하는 단계는, 열전달 경로를 최단화하고, 전극 중 하나 이상에서의 과열을 방지하는 공간을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 전극을 배열하는 단계는, 최소 점화 갭(minimum spark gap)이 0.005 내지 0.010인치(inch)의 크기를 갖도록 상기 전극을 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전극을 배열하는 단계는, 최대 점화 갭(maximum spark gap)이 0.03 내지 0.05인치(inch)의 크기를 갖도록 상기 전극을 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 전극을 배열하는 단계는 로브형태(lobed shaped) 전극을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 유동장-력(flow field force)을 발생시키기 위한 경로를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 유동장-력을 발생시키기 위한 경로를 제공하는 단계는, 프리-챔버 점화 플러그의 종단 캡에서, 하나 이상의 경사진 경로를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 유동장-력을 발생시키는 단계는, 상기 하나 이상의 경사진 경로를 통해, 공기와 연료의 혼합기에 힘을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그의 수명을 증대시키기 위한 방법.
  28. 표준 점화 플러그(standard spark plug)로부터 프리-챔버 점화 플러그(pre-chamber spark plug)를 제작하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 표준 점화 플러그로부터 나사산(thread)을 제거하는 단계,
    상기 표준 점화 플러그의 표준 접지 전극(standard ground electrode)의 일부분, 또는 전체를 제거하는 단계,
    어댑터(adapter)를 상기 표준 점화 플러그에 부착하는 단계, 그리고
    종단 캡을 상기 어댑터에 부착시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 표준 점화 플러그로부터 프리-챔버 점화 플러그를 제작하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 표준 점화 플러그의 접지 전극과 중앙 전극 사이에서 점화 갭(spark gap)이 생성되도록, 상기 어댑터 내부에 접지 전극을 부착시키기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표준 점화 플러그로부터 프리-챔버 점화 플러그를 제작하기 위한 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 어댑터는 수축-맞춤(shrink-fit)을 제공하며, 상기 어댑터를 부착시키는 단계는, 상기 어댑터를 예열하는 단계를 포함하는 것을 특징 으로 하는 표준 점화 플러그로부터 프리-챔버 점화 플러그를 제작하기 위한 방법.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 어댑터를 부착하는 단계는, 상기 표준 점화 플러그에 어댑터를 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표준 점화 플러그로부터 프리-챔버 점화 플러그를 제작하기 위한 방법.
  32. 중앙 전극(center electrode),
    예연소 챔버(precombustion chamber)를 형성하는 금속 쉘(shell),
    상기 중앙 전극과 상기 금속 쉘 사이에 배치되는 절연체,
    상기 금속 쉘에 부착되는 접지 전극(ground electrode)으로서, 상기 중앙 전극과 관련하여, 가변 크기의 점화 갭을 형성하도록 그 모양이 정해지는 상기 접지 전극(ground eldctrode),
    상기 금속 쉘에 장착되는 종단캡(endcap)으로서, 하나 이상의 흡입 포트(induction port)를 갖는 상기 종단캡(endcap)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 예연소 챔버는 전체 체적을 갖고, 상기 접지 전극의 뒤쪽의 공간의 체적(volume)은
    Figure 112007001511010-PCT00003
    을 따르도록 상기 금속 쉘의 크기가 정해지며, 이때 Vprechamber는 전체 체적이고, Vratio는 엔진의 체적 비인 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 접지 전극은 로브형태(lobe shape)인 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 중앙 전극은 중축을 형성하고, 하나 이상의 흡입 포트는, 상기 중앙 전극을 따르는 중축에 대해 일정한 각도를 갖고 향하고 있는 하나 이상의 외곽부 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 하나 이상의 흡입 포트는 중앙 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 중앙 구멍은 중축에 평행하는 축과 상기 중축과 일치하는 축 중 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  38. 제 32 항에 있어서, 상기 중앙 전극에 관련되어 있는 상기 가변 크기 점화 갭은 0.005 내지 0.010인치(inch)의 최소 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 중앙 전극에 관련되어 있는 상기 가변 크기 점화 갭은 0.03 내지 0.05인치(inch)의 최대 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  40. 제 32 항에 있어서, 상기 절연체는 상기 중앙 전극의 과열을 방지하는 열전달 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
  41. 제 32 항에 있어서, 상기 프리-챔버 점화 플러그가 엔진에 설치될 때, 종단 캡이 연소 챔버의 내부에 위치하도록, 상기 금속 쉘의 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 점화 플러그.
KR1020077000400A 2004-06-24 2005-06-07 프리-챔버 점화 플러그 KR20070043774A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180046142A (ko) * 2016-10-27 2018-05-08 두산중공업 주식회사 예혼합챔버를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기.

Families Citing this family (75)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7922551B2 (en) 2005-06-07 2011-04-12 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug
KR100709303B1 (ko) 2005-07-26 2007-04-23 정인태 점화플러그
US20070236122A1 (en) * 2006-04-10 2007-10-11 Borror Bruce M Pre-chamber type spark plug
DE102006043593B3 (de) * 2006-09-16 2008-04-10 Multitorch Gmbh Zündkerze
US7798124B2 (en) 2006-09-28 2010-09-21 Woodward Governor Company Method and system for closed loop combustion control of a lean-burn reciprocating engine using ionization detection
US7798125B2 (en) 2006-09-28 2010-09-21 Woodward Governor Company Method and system for closed loop combustion control of a lean-burn reciprocating engine using ionization detection
JP2010135068A (ja) * 2007-03-27 2010-06-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 荷電粒子装置用部品とその製造方法
US7834529B2 (en) * 2007-09-07 2010-11-16 Wen-Fong Chang Spark plug with riveted sleeve
JP5113106B2 (ja) * 2008-03-07 2013-01-09 日本特殊陶業株式会社 プラズマジェット点火プラグの製造方法
JP4738503B2 (ja) * 2008-03-07 2011-08-03 日本特殊陶業株式会社 プラズマジェット点火プラグの製造方法
TW201001854A (en) * 2008-06-26 2010-01-01 chen-jun Liao Spark plug
US8657641B2 (en) * 2009-09-11 2014-02-25 Woodward Inc. Method for forming an electrode for a spark plug
JP2011085109A (ja) * 2009-10-19 2011-04-28 Niigata Power Systems Co Ltd ピストン及びエンジン
DE102009047019A1 (de) * 2009-11-23 2011-05-26 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze
DE102010004851B4 (de) * 2009-12-18 2014-05-28 Federal-Mogul Ignition Gmbh Vorkammer-Zündkerze für eine mit Gas betriebene Brennkraftmaschine
EP2525452B1 (en) * 2010-01-15 2020-05-13 NGK Sparkplug Co., Ltd. Spark plug and method of manufacturing spark plug
DE102010029398A1 (de) 2010-05-27 2011-12-01 Robert Bosch Gmbh Laserinduzierte Fremdzündung für eine Brennkraftmaschine
CN103125056A (zh) * 2010-07-22 2013-05-29 奥利克桑德尔·伯曼科 火花塞
US8388396B2 (en) * 2010-09-13 2013-03-05 Hka Investments, Llc Method of manufacturing a spark plug having electrode cage secured to the shell
US8584648B2 (en) 2010-11-23 2013-11-19 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow
US9172217B2 (en) 2010-11-23 2015-10-27 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug with tubular electrode and method of manufacturing same
US9476347B2 (en) * 2010-11-23 2016-10-25 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow in fuel-fed prechambers
EP2652848B1 (en) * 2010-12-14 2018-09-19 Federal-Mogul Ignition Company Corona igniter having shaped insulator
WO2012091739A2 (en) * 2010-12-31 2012-07-05 Prometheus Applied Technologies, Llc Prechamber ignition system
US8350457B2 (en) * 2011-03-31 2013-01-08 Denso International America, Inc. Pre-chamber spark plug including a gas thread cavity
US9004042B2 (en) 2011-09-03 2015-04-14 Prometheus Applied Technologies, Llc Method and apparatus for achieving high power flame jets while reducing quenching and autoignition in prechamber spark plugs for gas engines
US9500118B2 (en) 2011-09-03 2016-11-22 Prometheus Applied Technologies, Llc Method and apparatus for achieving high power flame jets while reducing quenching and autoignition in prechamber spark plugs for gas engines
CN102361220A (zh) * 2011-09-23 2012-02-22 柳孟柱 一种改进的火花塞
JP5988628B2 (ja) * 2012-01-10 2016-09-07 ウッドワード，インコーポレーテッドＷｏｏｄｗａｒｄ，Ｉｎｃ． 燃料供給機能を有するプレチャンバスパークプラグにおけるスパーク点火火炎核流れの制御
CN102623896A (zh) * 2012-04-20 2012-08-01 张蝶儿 一种火花塞
EP2690726B1 (en) * 2012-07-25 2017-10-18 Caterpillar Energy Solutions GmbH Spark plug
EP3530903A1 (en) * 2012-09-06 2019-08-28 Prometheus Applied Technologies, LLC Two-stage precombustion chamber for large bore gas engines
US9856848B2 (en) 2013-01-08 2018-01-02 Woodward, Inc. Quiescent chamber hot gas igniter
CA2905416C (en) * 2013-03-12 2018-10-16 Prometheus Applied Technologies, Llc Active scavenge prechamber
US10024220B2 (en) * 2013-03-12 2018-07-17 Prometheus Applied Technologies, Llc Active scavenge prechamber
CN105637216B (zh) * 2013-03-15 2020-02-28 伍德沃德有限公司 受控火花点火火焰核心流动
CN103259195B (zh) * 2013-05-03 2015-03-11 张蝶儿 一种高效点火的火花塞
US9765682B2 (en) 2013-06-10 2017-09-19 Woodward, Inc. Multi-chamber igniter
US8839762B1 (en) 2013-06-10 2014-09-23 Woodward, Inc. Multi-chamber igniter
CN104421091B (zh) * 2013-08-21 2017-03-01 张蝶儿 一种内燃机的点火系统及火花塞在燃烧室的安装方法
CN104426057B (zh) * 2013-08-21 2017-05-10 张蝶儿 一种火花塞及使用该火花塞的内燃机的点火系统
CN104124612B (zh) * 2013-09-24 2017-05-03 刘全 一种火花塞
CN103557108A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 宁波市鄞州雅斯特通信科技有限公司 精制高压冷却套
CN103779788B (zh) * 2014-01-29 2015-11-25 张蝶儿 一种火花塞及使用该火花塞的内燃机的点火系统
CN103746291B (zh) * 2014-01-29 2015-11-04 张蝶儿 一种火花塞
CN106796031B (zh) 2014-08-18 2022-07-08 伍德沃德有限公司 火炬式点火器
CN105576505B (zh) * 2014-10-13 2017-11-28 刘振宇 一种防滞燃负极打火单元及包括该负极打火单元的火花塞
CN104779524A (zh) * 2014-12-30 2015-07-15 大连理工大学 一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞
AT516835B1 (de) * 2015-03-13 2016-09-15 Er-System Mechatronik Gmbh Zündkerze
DE102015204814B9 (de) * 2015-03-17 2016-07-14 Dkt Verwaltungs-Gmbh Vorkammerzündkerze zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor
EP3271561B1 (en) 2015-03-20 2018-12-12 Woodward, Inc. Parallel prechamber ignition system
US9653886B2 (en) 2015-03-20 2017-05-16 Woodward, Inc. Cap shielded ignition system
AT516717B1 (de) 2015-05-26 2016-08-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Brennkraftmaschine
US10066580B2 (en) * 2015-10-15 2018-09-04 The Regents Of The University Of Michigan Lean burn internal combustion engine
US9890689B2 (en) 2015-10-29 2018-02-13 Woodward, Inc. Gaseous fuel combustion
EP3173596B1 (en) * 2015-11-25 2020-04-01 Caterpillar Energy Solutions GmbH Pre-combustion chamber assembly for internal combustion engines
US10208651B2 (en) 2016-02-06 2019-02-19 Prometheus Applied Technologies, Llc Lean-burn pre-combustion chamber
DE102017107728A1 (de) * 2017-04-10 2018-10-11 Federal-Mogul Ignition Gmbh Vorkammerzündkerze und Verfahren zu deren Herstellung
CN107332109A (zh) * 2017-04-26 2017-11-07 周向进 一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车
JP7000045B2 (ja) * 2017-06-16 2022-01-19 株式会社Ihi ガスエンジン
CN110391592B (zh) * 2018-04-23 2021-07-13 国家能源投资集团有限责任公司 火花塞、发动机、火花塞点火方法和发动机点火方法
DE102018211009A1 (de) * 2018-07-04 2020-01-09 Robert Bosch Gmbh Vorkammerkappe mit konischen Durchströmungsöffnungen für eine Vorkammer-Zündkerze sowie eine Vorkammer-Zündkerze und einem Herstellungsverfahren der Vorkammerkappe
US10714904B2 (en) * 2018-08-27 2020-07-14 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
DE112019003643T5 (de) 2018-09-26 2021-04-08 Cummins Inc. Zündkerzenkonfigurationen für eine vorbrennkammer einer brennkraftmaschine
CN111200239B (zh) * 2018-11-20 2021-07-20 霾消天蓝（北京）环保科技有限公司 一种用于稀薄气体的耐高温火花塞
US10833485B2 (en) * 2018-12-06 2020-11-10 Federal-Mogul Ignition Gmbh Pre-chamber spark plug
US11421601B2 (en) 2019-03-28 2022-08-23 Woodward, Inc. Second stage combustion for igniter
US10934965B2 (en) 2019-04-05 2021-03-02 Woodward, Inc. Auto-ignition control in a combustion engine
JP6868053B2 (ja) * 2019-05-07 2021-05-12 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
DE102019123695A1 (de) 2019-09-04 2021-03-04 Ford Global Technologies, Llc Zündanordnung und Verbrennungsmotor
US11415041B2 (en) * 2019-09-16 2022-08-16 Woodward, Inc. Flame triggered and controlled volumetric ignition
JP6986057B2 (ja) * 2019-11-29 2021-12-22 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
EP4098857A4 (en) * 2020-01-29 2023-11-29 Denso Corporation IGNITION SYSTEM
DE102020110395A1 (de) * 2020-04-16 2021-10-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Vorkammerzündsystem
CN115693408B (zh) * 2022-10-11 2024-04-16 潍柴火炬科技股份有限公司 一种带有预燃室的火花塞及发动机

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1538750A (en) * 1922-08-25 1925-05-19 Scognamillo Salvatore Spark plug
US1596240A (en) * 1924-09-08 1926-08-17 Myron J Dikeman Ignition flash plug
US2047575A (en) * 1935-07-02 1936-07-14 Richard J Burtnett Spark plug
US2208030A (en) * 1939-11-06 1940-07-16 Holmes Induction Deviees Inc Spark plug
US2843780A (en) * 1952-01-31 1958-07-15 Jet Ignition Company Inc Spark plugs
DE3544176C1 (de) * 1985-12-13 1987-05-21 Beru Werk Ruprecht Gmbh Co A Zuendkerze mit kombinierten Gleit- und Luftfunkenstrecken
DE3816968A1 (de) * 1988-05-18 1989-11-30 Beru Werk Ruprecht Gmbh Co A Zuendkerze
JPH02117086A (ja) * 1988-10-26 1990-05-01 Ryohei Kashiwabara 点火栓並びに点火栓ににる燃焼方法
ES2105791T3 (es) * 1994-03-29 1997-10-16 Dieter Dr Kuhnert Dispositivo de encendido para antecamara de combustion.
US5555862A (en) * 1994-07-19 1996-09-17 Cummins Engine Company, Inc. Spark plug including magnetic field producing means for generating a variable length arc
US5619959A (en) * 1994-07-19 1997-04-15 Cummins Engine Company, Inc. Spark plug including magnetic field producing means for generating a variable length arc
DE19705372C2 (de) * 1997-02-12 2002-06-27 Beru Werk Ruprecht Gmbh Co A Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
US6198209B1 (en) * 1997-12-22 2001-03-06 Caterpillar Inc. Shielded spark plug electrode
US5947076A (en) * 1998-04-17 1999-09-07 Caterpillar Inc. Fuel combustion assembly for an internal combustion engine having an encapsulated spark plug for igniting lean gaseous fuel within a precombustion chamber
US6460506B1 (en) * 2000-09-14 2002-10-08 Caterpillar Inc. Spark plug having an encapsulated electrode gap
AT410151B (de) * 2001-06-05 2003-02-25 Jenbacher Ag Zündkerze einer brennkraftmaschine
DE10144976A1 (de) * 2001-09-12 2003-04-03 Beru Ag Zündkerze mit Mittelelektrode und Vorkammer
US20040100179A1 (en) * 2002-11-25 2004-05-27 Boley William C. Spark plug having an encapsulated electrode gap
US8127741B2 (en) * 2003-05-30 2012-03-06 In Tae Johng Ignition plugs for internal combustion engine
US20050211217A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Boley William C Pre-chambered type spark plug with pre-chamber entirely below a bottom surface of a cylinder head
US20070236122A1 (en) * 2006-04-10 2007-10-11 Borror Bruce M Pre-chamber type spark plug

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180046142A (ko) * 2016-10-27 2018-05-08 두산중공업 주식회사 예혼합챔버를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기.

Also Published As

Publication number Publication date
ES2777877T3 (es) 2020-08-06
CN101006255A (zh) 2007-07-25
WO2006011950A2 (en) 2006-02-02
WO2006011950A3 (en) 2006-03-02
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EP1766208B1 (en) 2019-12-25
JP2008504649A (ja) 2008-02-14
CN101006255B (zh) 2011-05-04
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US7659655B2 (en) 2010-02-09
CA2572280A1 (en) 2006-02-02
WO2006011950A9 (en) 2007-04-05
US20070069617A1 (en) 2007-03-29

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