KR20100072284A

KR20100072284A - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR20100072284A
Application number: KR1020107008779A
Authority: KR
Inventors: 리차드 이. 캘라한; 엘렌 엠. 하이벨리
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2010-06-30
Also published as: CN101868890A; JP2010541178A; EP2195895A1; EP2195895A4; WO2009045209A1

Abstract

내연기관 내에서 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 스파크 플러그가 개시된다. 상기 스파크 플러그는 전극 단자 연장 핀(electrode terminal extension pin), 점화 전극(firing electrode), 그라운드 전극(ground electrode), 슬리브 절연체(sleeve insulator), 상부 및 하부 절연체(upper and lower insulator)를 포함한다. 상기 점화 전극은 연장 핀과 축방향으로 정렬되어 상기 연장 핀과 소통하게 되어 있다. 상기 그라운드 전극은 그라운드 전극의 제1 단부(first end)와 점화 전극 사이에 스파크 갭(spark gap)이 형성되도록 상기 점화 전극에 인접하여 있다. 상기 점화 전극은 슬리브 절연체(sleeve insulator)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 슬리브 절연체는 연장 핀을 둘러싸고 있다. 상기 상부 절연체(upper insulator)는 연장 핀의 상부 부분을 둘러싸고 있고, 슬리브 절연체와 접촉하고 있다. 상기 하부 절연체(lower insulator)는 연장 핀의 하부 부분을 둘러싸고 있고, 슬리브 절연체와 접촉하고 있다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관의 연소실 내의 연소가스를 점화하기 위한 스파크 플러그에 관한 것이다.

스파크 플러그는 다양한 분야에서 사용되는데, 주어진 환경에 맞게끔 여타 액세서리 파트들과 함께 형성된다. 예를 들면, 특정 분야에서 엔진 보어(bore)의 깊이로 인해, 스파크 플러그를 스파크 플러그 와이어(wire)에 연결하기 위한 별도의 스파크 플러그 연장부(extension)가 필요할 수 있다. 액세서리 피스들(piece)을 지닌 설계가 이러한 목적을 충족시킬 수는 있지만, 여전히 많은 문제점들이 존재한다. 예를 들면, 여러 피스들을 지닌 스파크 플러그 설계는 복잡한 훈련을 필요로 하며 자재 조달 문제를 야기시킨다. 또한, 더 복잡한 설계는 개조에 대한 지도를 필요로 하게 된다. 더욱이, 이러한 여러 피스들을 지닌 설계는 현장 조립을 필요로 하게 되어, 신뢰성이 떨어지게 된다.

따라서, 조립의 복잡성을 줄이기 위해, 주어진 환경에서 스파크 플러그를 설치하는 데 필요한 부품의 수를 줄이는 것이 바람직할 것이다. 또한 신규의 개선된 설계는 신뢰성이 더 높은 스파크 플러그를 제공해야 한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 내연기관 내에서 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 스파크 플러그가 제공된다. 상기 스파크 플러그는 점화 핀(firing pin), 점화 전극(firing electrode), 그라운드 전극(ground electrode), 슬리브(sleeve), 상부 및 하부 절연체(upper and lower insulator) 및 도관(conduit)을 포함한다. 상기 점화 전극은 점화 핀과 축방향으로 정렬되어 상기 점화 핀과 소통하게 되어 있다. 상기 그라운드 전극은 그라운드 전극의 제1 단부(first end)와 점화 핀 사이에 스파크 갭(spark gap)이 형성되도록 상기 점화 핀에 인접하여 있다. 상기 점화 전극은 슬리브 절연체(sleeve insulator)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 상부 절연체(upper insulator)는 점화 전극의 상부 부분을 둘러싸고 있고, 슬리브 절연체와 접촉하고 있다. 상기 하부 절연체(lower insulator)는 점화 전극의 하부 부분을 둘러싸고 있고, 슬리브 절연체와 접촉하고 있다. 상기 도관은 부품들을 내장하고 고정하는 역할을 한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 스파크 플러그에는 점화 전극과 축방향으로 정렬되어, 상기 점화 전극과 접촉하는 전극 접촉 버튼(contact button)이 포함되어 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 스파크 플러그에는 점화 전극과 금속제 전극 접촉 버튼 사이에 배치되는 가스켓(gasket)이 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스파크 플러그의 금속제 전극 접촉 버튼에는 점화 전극의 나사산(threads)과 결합하기 위한 나사산이 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스파크 플러그에는 상부 절연체 및 하부 절연체를 둘러싸는 금속제 도관이 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스파크 플러그에는 전기 전도체(electrical conductor)를 금속제 전극 접촉 버튼에 연결하기 위해, 셀의 일 단부에 단단히 고정된 단부 부싱(end bushing)이 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 상부 절연체에는 상이한 직경들을 지닌 다수의 부분들(a plurality of portions)이 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 하부 절연체에는 상이한 직경들을 지닌 다수의 부분들이 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 상부 절연체에는 슬리브 절연체의 제1 단부를 수용하기 위한 캐비티(cavity)가 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 하부 절연체에는 슬리브 절연체의 제2 단부를 수용하기 위한 캐비티가 포함되어 있다.

첨부된 도면을 참조한 이하의 상세 설명으로 본 발명의 특징과 장점들이 보다 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플러그의 전체에 대한 단면도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플러그의 내부 부분의 단면도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플러그의 말단부를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플러그의 절연체에 대한 단면도.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산업용 스파크 플러그(10)의 단면이 도시되어 있다. 산업용 스파크 플러그(10)에는 금속 도관(12)이 포함되어 있다. 금속 도관(12) 내에는 하부 조립체(14) 및 상부 조립체(16)가 내장된다. 상기 하부 조립체(14) 및 상부 조립체(16)는 전극 단자 연장 핀(electrod terminal extension pin, ETEP)(20)을 통해 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전극 단자 연장 핀(20)은 슬리브 절연체 자켓(sleeve insulator jacket)(22)에 의해 둘러싸여 진다. 상기 금속 도관(12)은 스테인리스 강 또는 이와 유사한 합금강 등으로 제작된다. 상기 슬리브 절연체 자켓(22)은 실리콘 고무 또는 폴리머(polymer) 등의 비전도체 재료로 제작된다.

부싱(bushing)(18)은 제1 부싱 단부(24)에서 상기 금속 도관(12)에 용접 또는 여타 부착수단에 의해 연결된다. 상기 부싱(18)의 타 단부에는 다수의 나사산(28)이 있는데, 상기 나사산(28)은 부싱(18)을 스파크 플러그 와이어(wire)(도시되지 않음)에 연결하기 위한 것이다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 스파크 플러그 와이어는 스파크 플러그에 전압을 공급하는 에너지 소스(source)에 연결된다.

상기 전극 단자 연장 핀(20)는, 다수의 나사산을 지닌 제1 단부(29)와 다수의 나사산을 지닌 제2 단부(30)를 포함하는데, 상기 전극 단자 연장 핀(20)의 제1 단부(29)는 단자 스터드(terminal stud)(32) 내에 나사로 끼워지고, 제2 단부(30)는 전극 접촉 버튼(34)에 나사로 끼워진다. 상기 단자 스터드(32) 및 전극 접촉 버튼(34)은 일반적으로 알루미늄-니켈 합금으로 제작된다. 상기 단자 스터드(32) 및 전극 접촉 버튼(34)은 연소가스가 금속 도관(12) 내로 들어와서 통과하는 것을 방지해준다.

도 2a 및 도 2b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 조립체(14)에 대해 좀 더 상세히 기술하고자 한다. 상기 하부 조립체(14)는 스파크 플러그(10)의 점화 단부(firing end)가 된다. 즉, 인가되는 고전압 펄스(pulse)가 상기 하부 조립체(14)로 전달된다. 상기 하부 조립체(14)에는 하부 절연체(50)가 포함되어, 스파크 플러그(10)에 공급된 고전압 펄스가 전극 단자 연장 핀(20) 및 도관(12) 사이에서 누출되는 것을 방지해준다. 상기 하부 절연체(50)는 통상적으로 알루미나 또는 이와 유사한 재료로 제작된다. 상기 하부 절연체(50)는 하부 셀(lower shell)(52) 내에 내장된다. 상기 하부 셀(52)에는 엔진블록(engine block)(도시되지 않음)의 보어에 결합되는 다수의 나사산을 포함하는 제1 단부가 있다. 상기 하부 절연체(50)는 하부 셀(52) 내에 놓여지며, 상기 하부 셀(52) 내에 있는 시트(seat)(55)에 맞닿아 압력을 받는 하부 숄더(shoulder)(53)를 가지고 있다. 상기 하부 셀(52)의 제2 단부(56)는 하부 절연체(50)의 상부 숄더(58)에서 하부 절연체(50)와 결합하여, 하부 절연체(50)를 포획하게 된다. 좀 더 구체적으로는, 하부 절연체(50)는 상부 숄더(58) 위의 클램핑 단부(clamping end)(56)에 의해 하부 셀(52) 내에 유지되는 것이다. 상기 하부 셀(52)에는 환형의 그루브(annular groove)(57)가 배치되어 좁아진 벽 부위(narrowed wall section)(59)를 형성한다. 상기 좁아진 벽 부위(59)를 가열하고 상기 하부 셀(52)에 압력을 가하면, 좁아진 벽 부위(59)가 붕괴되어 외측으로 늘어나게 되고, 하부 셀(52)의 길이가 줄어들게 된다. 하부 셀(52)의 길이가 줄어들게 되면, 하부 절연체(50)에 소정의 압력이 가해져서 상기 하부 절연체(50)가 하부 셀(52) 내에 확고히 제 위치에 고정되게 된다.

상기 하부 셀(52)의 제1 단부(54) 근처에 점화 전극(60)이 배치된다. 상기 점화 전극(60)에는 전극 단자 연장 핀(EPTP)(20)이 연결되어 스프링 및 서프레서(suppressor)(무선 주파수)(64)를 통해 점화 전극(60)에 전압을 공급해준다. 상기 점화 전극(60) 주위에는 그라운드 판(ground plate)(66)이 둘러싸 상기 하부 셀(52)의 단부(54)에 용접 또는 여타 방법으로 부착된다. 앞으로 좀 더 설명되겠지만, 점화 전극(60) 및 그라운드 판(66) 사이의 틈새에 의해 스파크 갭(spark gap)이 형성된다.

도 2b에는 점화 전극(60) 및 그라운드 판(66)의 말단부 형상이 도시되어 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 그라운드 판(66)에는 점화 전극(60)을 향해 내측으로 연장되는 다수의 프롱들(prongs)(70)이 포함되어 있다. 내측으로 연장되는 각 프롱들(70)의 단부와 점화 전극(60)은 스파크 갭을 형성하여, 상기 스파크 갭에서 스파크가 일어나게 된다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 절연체 조립체(16)이 도시되어 있다. 상부 절연체 조립체(16)에는 제1 단부(92)를 지닌 상부 절연체(90)가 포함되어 있다. 상기 제1 단부 근처에는 환형의 그루브(94)가 존재한다. 상기 환형의 그루브(94)는 밀봉 가스켓(sealing gasket)(도시되지 않음)을 수용하게끔 형성되어 있다. 상기 밀봉 가스켓은 상부 절연체(90)를 도관(12) 내에 위치를 잡아주고 밀봉시켜준다. 상부 절연체(90)의 타 단부(96) 근처에는 점차적으로 직경이 줄어드는 일련의 단이 진 부분들(a series of stepped-down portions)이 존재한다. 좀더 구체적으로는, 상부 절연체(90)에는 제1 직경 부분(98), 제2 직경 부분(100), 제3 직경 부분(102) 및 제4 직경 부분(104)이 포함되어 있다. 상기 제2 직경 부분(100), 제3 직경 부분(102) 및 제4 직경 부분(104)의 내경은 동일하며, 제1 직경 부분(98)의 내경은 상기 부분들(100, 102, 104)의 내경보다 크게 되어 있다. 또한, 상기 상부 절연체(90)에는, 슬리브(22)를 상부 절연체(90) 대해 안착시키기 위한 밀봉 가스켓(도시되지 않음)을 수용하게끔 형성된 변환영역 또는 시트(transitional region or seat)(106)가 포함되어 있다.

조립시에는, 상기 상부 절연체(90)를 도관(12) 내에 위치시키고, 슬리브(22)가 시트(106)에 접촉할 때까지 상부 절연체(90)를 하부 조립체(14)쪽으로 이동시킨다. 슬리브(22)가 시트(106)에 접촉함으로써, 상부 절연체(90)가 하부 절연체(50)쪽으로 더 이상 이동하는 것이 방지된다. 그 다음, 부싱(bushing)(18)의 내벽이 단부(96) 지점에서 상부 절연체(90)의 외벽과 접촉할 때까지, 부싱(18)을 도관(12) 속으로 배치한다.

그 다음, 상부 절연체(90)를 도관(12) 내에 확실히 고정시키기 위해, 상기 부싱(18)을 도관(12)에 용접 또는 여타 기계적 방법으로 고정한다.

본 발명에 대해 전술한 내용은 예시적인 것으로서 제한적이 아니다. 개시된 실시예에 대한 변형 및 개조가 당업자에 의해 가능할 것이며, 이들 또한 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다. 따라서, 본 발명의 법적인 보호범위는 청구항들에 의해 결정되어 진다.

Claims

전극 단자 연장 핀(electrode terminal extension pin);
상기 연장 핀과 축방향으로 정렬되어 상기 연장 핀과 소통하는 점화 전극(firing electrode);
상기 점화 전극에 인접한 그라운드 전극(ground electrode)으로서, 상기 그라운드 전극의 제1 단부(first end)와 상기 점화 전극 사이에 스파크 갭(spark gap)을 형성하는 그라운드 전극;
상기 점화 전극을 둘러싸는 슬리브 절연체(sleeve insulator);
상기 연장 핀의 상부 부분을 둘러싸고 상기 슬리브 절연체와 접촉하고 있는 상부 절연체(upper insulator); 및
상기 연장 핀의 하부 부분을 둘러싸고 상기 슬리브 절연체와 접촉하고 있는 하부 절연체(lower insulator);를 포함하는 스파크 프러그(spark plug).
제1항에 있어서,
상기 점화 전극과 축방향으로 정렬되어, 상기 점화 전극과 접촉하는 금속제 접촉 버튼(metallic contact button)을 더 포함하는 스파크 플러그.
제1항에 있어서,
상기 점화 전극과 금속제 접촉 버튼 사이에 배치되는 가스켓(gasket)을 더 포함하는 스파크 플러그.
제2항에 있어서,
상기 금속제 접촉 버튼에는 상기 점화 전극의 나사산(threads)과 결합하기 위한 나사산이 포함되어 있는 스파크 플러그.
제2항에 있어서,
상기 상부 절연체 및 상기 하부 절연체를 둘러싸는 금속제 셀(metallic shell)을 더 포함하는 스파크 플러그.
제5항에 있어서,
전기 전도체(electrical conductor)를 상기 금속제 접촉 버튼에 연결하기 위해, 상기 셀의 일 단부에 단단히 고정된 단부 부싱(end bushing)을 더 포함하는 스파크 플러그.
제1항에 있어서,
상기 상부 절연체에는 상이한 직경들을 지닌 다수의 부분들(a plurality of portions)이 있는 스파크 플러그.
제1항에 있어서,
상기 하부 절연체에는 상이한 직경들을 지닌 다수의 부분들이 있는 스파크 플러그.
제1항에 있어서,
상기 상부 절연체에는 상기 슬리브 절연체의 제1 단부를 수용하기 위한 캐비티(cavity)가 포함되어 있는 스파크 플러그.
제1항에 있어서,
상기 하부 절연체에는 상기 슬리브 절연체의 제2 단부를 수용하기 위한 캐비티가 포함되어 있는 스파크 플러그.