KR20080096365A - 점화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료-공기 혼합물의 점화를 위한, 특히 가스 엔진 또는 디젤 엔진용 점화 장치로서, 상기 점화 장치는 점화 소스로서 사용되는 가열 장치(10)를 포함하고, 수용 장치(11)는 상기 가열 장치(10)를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리시키며, 상기 가열 장치(10)는 상기 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 수용 장치(11)의 부분을, 상기 수용 장치의 상기 부분이 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열하는, 점화 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 수용 장치(11) 및 상기 가열 장치(10)는 별도의 유닛으로서 형성됨으로써, 상기 가열 장치(10)는 상기 수용 장치(11) 내에 배치될 수 있고 상기 수용 장치로부터 분리될 수 있다.
가열 장치, 수용 장치, 연료-공기 혼합물, 점화.

Description

점화 장치{IGNITION DEVICE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 점화 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가스 엔진 및 디젤 엔진에 관한 것이다.
가스 엔진에서는 혼합기(混合氣)가 연소된다. 혼합기는 가스 엔진의 하나 이상의 점화 장치에 의해 점화된다. 선행 기술에 공지된 가스 엔진에서, 점화 장치는 점화 플러그로서 형성되고, 상기 점화 플러그는 분할되지 않은 연소실 내로 또는 메인 연소실로부터 분할된 예비 챔버 공간 내로 돌출하고 연소실 또는 예비 챔버 공간에서 혼합기를 점화시킨다. 점화를 위해, 상승하는 엔진 출력에 대해 과비례적으로 상승하는 높은 점화 에너지가 필요하다.
DE 102 17 996 A1에는 혼합기의 점화를 위해 높은 점화 에너지가 얻어질 수 있는 가스 엔진이 공지되어 있다. DE 102 17 996 A1에서는 점화 장치에 의해 혼합기의 점화가 이루어진다. 점화 에너지를 제공하는, 점화 장치의 점화 소스는 점화될 연료-공기 혼합물 또는 점화될 연료-공기 혼합물로 이루어진 기체 분위기와 직접 접촉한다. 선행 기술에 따르면, 점화 장치의 점화 소스는 부식성 조건에 노출되므로, 그것의 조기 마모가 일어날 수 있다. 이로 인해, 점화 장치의 수명이 단 축되거나 또는 서비스 간격이 단축됨으로써, 가스 엔진에 대한 비용이 증가한다.
지금까지 공개되지 않은 DE 10 2005 050 435.3에는 연소실 내로 또는 예비 챔버 공간 내로 돌출한 하나 이상의 점화 장치를 구비한 가스 엔진이 공지되어 있다. 점화 장치는 점화 소스로서 사용되는 가열 장치를 포함하고, 슬리브형 수용 장치는 가열 장치를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리시키며, 가열 장치는 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 수용 장치의 부분을, 수용 장치의 상기 부분이 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열한다.
본 발명의 과제는 새로운 점화 장치를 형성하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 점화 장치에 의해 해결된다. 본 발명에 따라, 수용 장치 및 가열 장치는 별도의 유닛으로서 형성됨으로써, 가열 장치는 수용 장치 내에 배치될 수 있고 상기 수용 장치로부터 분리될 수 있다.
본 발명에 따른 점화 장치에서는 수용 장치와 가열 장치가 별도의 유닛으로서 형성된다. 따라서, 가열 장치 및 수용 장치는 분리되어 제조될 수 있다. 가열 장치는 수용 장치 내에 배치될 수 있고 수용 장치로부터 분리될 수 있다. 가열 장치 또는 수용 장치의 결함시, 각각 다른 유닛이 재사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 수용 장치는 0.5 ㎜ 내지 3.0 ㎜, 바람직하게는 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 벽 두께를 가지며, 실온에서 최대 20 W/m*K, 바람직하게는 최대 15 W/m*K의 열 전달 계수를 갖고, 1000℃까지, 바람직하게는 1100℃까지, 특히 바람직하게는 1200℃까지 내열성 및 내식성을 갖는 재료로 형성된다.
바람직하게는 실리콘 질화물-세라믹 또는 안정화된 지르콘 산화물 또는 산화물 세라믹 섬유 복합 재료로 형성된 가열 장치는 수용 장치 내에, 특히 가열 장치와 수용 장치 사이에 헐거운 끼워 맞춤이 형성되도록 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예들은 도면을 참고로 하여 상세히 설명되지만, 본 발명이 이것에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 가스 엔진, 특히 가스 오토(Otto) 엔진, 또는 디젤 엔진의 점화 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 점화 장치는 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 연소실 내로 돌출한다. 연소실은 분할되지 않은 연소실 또는 분할된 연소실로서 형성될 수 있고, 연소실이 메인 연소실 및 예비 챔버 공간으로 분할되어 있으면, 점화 장치는 연소실의 예비 챔버 공간 내로 돌출한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 점화 장치의 서로 다른 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 8의 모든 점화 장치는 각각 가열 장치(10)로서 형성된 점화 소스를 가지며, 상기 점화 소스는 슬리브형 수용 장치(11) 내에 위치 설정되거나 배치된다. 수용 장치(11)는 가열 장치(10), 그에 따라 점화 소스를 연소실 내부의 부식성 분위기로부터 분리시킨다.
가열 장치(10)는 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 에너지를 열 용량의 형태로 제공한다. 가열 장치(10)는 수용 장치(11)를 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도로 가열한다. 가열 장치(10)는 전기 저항 가열 장치로서 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 8의 모든 실시예에서 공통적으로, 가열 장치(10) 및 수용 장치(11)는 별도의 유닛으로서 형성된다. 가열 장치(10)는 수용 장치(11)로부터 분리되어 제조될 수 있으며, 수용 장치(11) 내부에 배치될 수 있고 상기 수용 장치로 부터 분리될 수 있다.
도 1 내지 도 8의 실시예에서 또한 공통적으로, 수용 장치(11)는 실온에서 최대 20 W/m*K, 바람직하게는 최대 15 W/m*K의 열 전달 계수를 갖는 재료로 형성된다.
특히, 수용 장치는 실온에서 2 W/m*K 내지 20 W/m*K, 특히 5 W/m*K 내지 15 W/m*K의 열 전달 계수를 갖는 재료로 형성된다.
또한, 수용 장치(10)를 형성하는 재료는 1000℃까지, 바람직하게는 1100℃까지, 특히 바람직하게는 1200℃까지의 내열성 및 내식성을 갖는다.
바람직하게는 수용 장치가 니켈계 합금강 또는 산화물 분산 합금강으로 형성된다.
또한, 도 1 내지 도 8의 실시예에서 공통적으로 수용 장치(10)는 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 벽 두께를 갖는다. 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 수용 장치(11)의 외부면(12)은 세라믹 재료로 이루어지거나 또는 수용 장치(11)는 세라믹 재료로 코팅된다.
수용 장치(11)를 형성하는 재료는 작동 중에 점화될 연료-공기 혼합물의 부식성 분위기에서 크롬 또는 알루미늄 산화물, 특히 알루미늄 산화물을 보호층으로서 그 외부면(12)에 형성하는 것이 가능하다.
또한, 도 1 내지 도 8의 실시예에서 공통적으로 가열 장치(10)는 특히 실리콘 질화물-세라믹 또는 안정화된 지르콘 산화물 또는 산화물 세라믹 섬유 복합 재료로 형성된다.
도 1 및 도 2는, 수용 장치(11)가 각각 가열 장치(10)의 외경보다 더 큰 내경을 가져서 가열 장치(10)와 수용 장치(11) 사이에 여유 공간이 형성되는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 1 및 도 2의 실시예에서, 상기 여유 공간은 충전재(13)로 채워지며, 상기 충전재(13)는 바람직하게 마그네슘 산화물이다. 충전재(13)의 사용은 가열 장치(10)와 수용 장치(11) 사이의 열 전달을 개선한다.
또한, 외부로부터 수용 장치(11)에 작용하는 연소압은 충전재(13)를 통해 가열 장치(10)로 전달된다. 이로 인해, 매우 높은 온도에서 낮아지는, 수용 장치(11) 재료의 항복점이 충전재(13)를 통한 수용 장치(11)의 지지에 의해 보상될 수 있다. 그에 따라, 외부 슬리브(11)에 대해 낮은 내열성을 가진 재료가 사용될 수 있다. 대안으로서, 수용 장치(11)의 벽 두께가 감소될 수 있다. 또한, 충전재(13)의 사용에 의해 본 발명에 따른 점화 장치의 내진성이 개선될 수 있다.
도 3 및 도 4는 가열 장치(10)와 수용 장치(11) 사이에 헐거운 끼워 맞춤(14) 또는 중간 끼워 맞춤이 형성되도록 가열 장치(10)가 수용 장치(11) 내에 배치된 본 발명의 실시예를 도시한다.
이를 위해, 가열 장치(10)는 수용 장치(11)의 내경보다 작은 외경을 갖는다. 지지 장치(15)에 의해, 가열 장치(10)가 수용 장치(11)로부터 이탈되는 것이 방지된다.
도 5 및 도 6은 가열 장치(10)와 수용 장치(11) 사이에 억지 끼워 맞춤(16)이 형성되도록 가열 장치(10)가 수용 장치(11) 내에 배치된 본 발명의 실시예를 도 시한다. 억지 끼워 맞춤은 도 5 및 도 6의 실시예에서 가열 장치(10)의 외경 및 수용 장치(11)의 내경에 대한 적합한 직경 선택에 의해 제공된다. 이 경우, 가열 장치(10)는 수용 장치(11)의 내경보다 약간 더 큰 외경을 갖는다. 가열 장치(10)와 수용 장치(11) 사이의 억지 끼워 맞춤은, 수용 장치(11) 내로 가열 장치(10)의 삽입을 위해 수용 장치(11)가 가열되고 및/또는 가열 장치(10)가 냉각됨으로써 제공된다.
도 7 및 도 8의 실시예에서도 가열 장치(10)와 수용 장치(11) 사이에 억지 끼워 맞춤(17)이 형성된다. 도 7 및 도 8의 실시예에서, 가열 장치(10)는 상기 가열 장치(10)의 외경보다 약간 더 큰 내경을 가진 수용 장치(11) 내로 삽입됨으로써 억지 끼워 맞춤이 제공된다. 그리고 나서, 가열 장치(10)는 전류를 공급받고, 수용 장치(11)의 최대 온도의 도달 후 수용 장치는 충분히 높은 압력으로 압축됨으로써, 수용 장치(11)는 억지 끼워 맞춤을 형성하면서 가열 장치(10)에 밀착된다.
도 7 및 도 8의 실시예에서 가열 장치(10) 및 수용 장치(11)는 먼저 헐거운 끼워 맞춤으로 예비 장착되고, 예비 장착 후에 가열 장치(10)에는 정격 출력이 공급된다. 수용 장치(11)가 레드 핫(red hot)이며 낮은 항복점을 갖는 최대 온도에 도달한 후, 외부 슬리브(11)는 외부로부터 가열 장치(10)에 압착된다.
이를 위해, 압력 챔버 내에서 높은 압력이 수용 장치(11)에 가해진다. 대안으로서, 수용 장치(10)는 압연되거나 또는 다른 기계적 방법으로 가열 장치(10)에 압착된다. 이 경우, 수용 장치(11)의 재료는 소성 변형되고, 억지 끼워 맞춤을 형성하면서 최적의 응력 분포로 가열 장치(10)에 접촉한다.
도 7 및 도 8의 실시예와 관련해서, 외부 슬리브(11)가 가열 장치(10)에 압착되기 전에, 외부 슬리브(11)와 가열 장치(10) 사이에 충전재, 특히 마그네슘 산화물이 배치되는 것이 바람직하다. 외부 슬리브(11)의 압착 시에 충전재는 가열 장치(10)에 대해 치밀화되고, 치밀화된 상태에서 외부 슬리브(11)와 가열 장치(10) 사이에 고정된다. 이는 도 5 및 도 6의 실시예에서도 가능하며, 이 경우 충전재는 외부 슬리브(11)와 가열 장치(10) 사이의 억지 끼워 맞춤에 의해서도 치밀화된다.
도 1 내지 도 8의 본 발명에 따른 점화 장치는 가스 엔진 및 디젤 엔진에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 점화 장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가열 장치
11 : 수용 장치
12 : 외부면
13 : 충전재
14 : 헐거운 끼워 맞춤
15 : 지지 장치
16, 17 : 억지 끼워 맞춤

Claims (20)

  1. 연료-공기 혼합물의 점화를 위한, 특히 가스 엔진 또는 디젤 엔진용 점화 장치로서, 상기 점화 장치는 점화 소스로서 사용되는 가열 장치를 포함하고, 수용 장치는 상기 가열 장치를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리시키며, 상기 가열 장치는 상기 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 수용 장치의 부분을, 상기 수용 장치의 상기 부분이 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열하는, 점화 장치에 있어서,
    상기 수용 장치(11) 및 상기 가열 장치(10)는 별도의 유닛으로서 형성됨으로써, 상기 가열 장치(10)는 상기 수용 장치(11) 내에 배치될 수 있고 상기 수용 장치로부터 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 실온에서 최대 20 W/m*K의 열 전달 계수를 가진 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 실온에서 2 W/m*K 내지 20 W/m*K의 열 전달 계수를 갖는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 실온에서 5 W/m*K 내지 15 W/m*K의 열 전달 계수를 갖는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 1000℃까지, 바람직하게는 1100℃까지, 특히 바람직하게는 1200℃까지 내열성 및 내식성을 갖는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 니켈계 합금강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 산화물 분산 합금강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 상기 수용 장치(11)의 외부면은, 세라믹 재료로 이루어지거나 또는 세라믹 재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 0.5 ㎜ 내지 3.0 ㎜의 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수용 장치(11)는 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(10)는 실리콘 질화물 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(10)는 안정화된 지르콘 산화물 또는 산화물 세라믹 섬유 복합 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(10)는 상기 수용 장치(11) 내에, 상기 가열 장치(10)와 상기 수용 장치(11) 사이에 헐거운 끼워 맞춤이 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(10)는 상기 수용 장치(11) 내에, 상기 가열 장치(10)와 상기 수용 장치(11) 사이에 중간 끼워 맞춤이 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(10)는 상기 수용 장치(11) 내에, 상기 가열 장치(10)와 상기 수용 장치(11) 사이에 억지 끼워 맞춤이 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(10)와 상기 수용 장치(11) 사이의 여유 공간은 충전재(13), 특히 마그네슘 산화물로 채워지는 것을 특징으로 하는 점화 장치.
  17. 연소실 또는 예비 챔버 공간 내로 돌출하며 혼합기(混合氣)의 점화를 위한 점화 장치를 포함하는, 혼합기의 연소를 위한 가스 엔진, 특히 가스 오토(Otto) 엔진에 있어서, 상기 점화 장치는 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  18. 연소실 또는 예비 챔버 공간 내로 돌출하며 혼합기의 점화를 위한 점화 장치를 포함하는, 혼합기의 연소를 위한 디젤 엔진에 있어서, 상기 점화 장치는 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 점화 장치의 가스 엔진 내에서의 사용.
  20. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 점화 장치의 디젤 엔진 내에서의 사용.
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