KR20190008238A

KR20190008238A - 고주파 점화 시스템용 스파크 플러그

Info

Publication number: KR20190008238A
Application number: KR1020187033197A
Authority: KR
Inventors: 마틴 훅스; 마이클 월리처; 군나르 암브레히트; 피터 어웨이코비츠; 토마스 무쉬; 스벤 그뢰가; 안드레 베르그너; 고든 낫존; 마르셀 반 델든
Original assignee: 로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2019-01-23
Also published as: US10971902B2; CN113054535B; TW201742343A; US20200235552A1; CN113054535A; EP3465849A1; CN109155503B; KR102141752B1; EP3465849B1; DE102016006350A1; WO2017202482A1; JP2019517117A; CN109155503A

Abstract

본 발명은 특히 고주파 점화 시스템을 구비하고, 중심 전극(28;128), 접지 전극(12;112), 및 상기 중심 전극(28;128)과 상기 접지 전극(12;112) 사이에 배치된 전기 절연체(18;118)를 구비하는 내연 기관용 스파크 플러그(100)로서, 점화 시스템에 상기 중심 전극(28;128)을 전기 접속하기 위한 중심 전극 접속점(26;126)은 상기 절연체(18;118) 상에 제공되고, 상기 중심 전극(28;128)과 상기 접지 전극(12;112)은 상기 스파크 플러그(100)의 축 단부(114)에서 상기 절연체(18;118)를 지나서 돌출하고, 각각은 상기 절연체(18;118)를 지나서 축방향으로 돌출하는 부분을 가져, 중심 전극 단부(140) 및 접지 전극 단부(142)를 형성하며, 상기 중심 전극 단부(140) 및 상기 접지 전극 단부(142)는 갭(146)의 축 영역(170)이 축 방향으로 그들 사이에 형성되는 방식으로 배치되고 구현되며, 상기 갭(146)의 상기 축 영역(170)은 상기 절연체(18;118)로부터 이격되고, 상기 스파크 플러그(100)의 상기 축 단부(114)에서 상기 절연체(118)를 지나서 돌출하고 상기 절연체(118)를 지나서 축방향으로 돌출한 부분을 가져 추가 전극 단부(154)를 형성하는 적어도 하나의 추가 전극(150)이 제공된다. 이러한 경우에 상기 추가 전극(150)은 상기 스파크 플러그(100) 상에 상기 접지 전극(112) 및 상기 중심 전극(128)으로부터 전기적으로 절연되어 배치되고, 상기 추가 전극 단부(154)는 상기 중심 전극 단부(140)와 상기 접지 전극 단부(142) 사이의 상기 갭(146)의 축 영역(170) 내로 돌출하거나 상기 갭(146)의 축 영역(170)에 반경 방향으로 인접한 상기 갭(146)의 영역(172) 내로 배치됨으로써 상기 갭(146)을 2개의 점화 스파크 갭들(156,166)로 분할한다.

Description

고주파 점화 시스템용 스파크 플러그

본 발명은 중심 전극, 접지 전극 및 중심 전극(central electrode)과 접지 전극(ground electrode) 사이에 배치된 전기 절연체를 구비한, 특히 고주파 점화 시스템을 구비한 내연 기관(internal combustion engine)용 스파크 플러그에 관한 것으로서, 특허 청구항 1의 전제부에 따라, 점화 시스템에 중심 전극을 전기 접속하기 위한 중심 전극 접속점이 절연체 상에 제공되고, 중심 전극과 접지 전극은 절연체의 축 단부에서 절연체를 지나서 돌출하고, 각각은 절연체를 지나서 축방향으로 돌출하는 부분을 가져, 중심 전극 단부 및 접지 전극 단부를 형성하며, 중심 전극 단부 및 접지 전극 단부는 갭의 축 영역이 절연체로부터 이격되어 축 방향으로 그들 사이에 형성되는 방식으로 배치되고 구현된다. 또한, 스파크 플러그는 추가 전극을 구비한다.

스파크 플러그들은 연소 챔버 내의 연료/연료 또는 공기/연료 혼합물을 점화하는 내연기관에서 플러그 전극들 사이에서 뛰어넘는 스파크들에 의해 기능을 한다. 이러한 목적을 위해, 점화 전압은 잘 절연된 방식으로 연소 챔버로 도입되어야 한다.

공지된 스파크 플러그들(10)은 예컨대 도 1에 도시되어 있으며, 예컨대, DE 198 43 712 A1에 공지된 바와 같이, 통상적으로 밀봉 방식으로 둘러싸는 금속성 관형 하우징(12)을 구비하고, 점화측 단부(14)에서 접지 전극(16)을 구비하며, 내부 보어홀(borehole)을 가지는 절연몸체(18)를 구비한다. 관형 하우징(12)은 스파크 플러그(10)가 엔진 블록의 플러그 보어 내에서 밀봉 형성 방식(seal-forming fashion)으로 고정되도록 예컨대, 육각형 헤드(hexagonal head, 20) 및 외부 나사산(outer thread, 22)의 형태로 작동 수단들(activation means)을 구비한다. 절연몸체(18)는 복수의 지점들에서 대부분이 금속 하우징(12)에 대해 밀봉되어 있고, 이 보어에 고정될 점화 케이블 또는 직접 부착될 점화 코일(미도시)용 연결 볼트(24)가 연결 측면(connection side, 26) 상에 돌출하는 길이방향의 보어를 가진다. 점화측(14)에는, 절연몸체(18)를 통해 길이방향으로 연장되고 스파크 갭에 의해 접지 전극(16)으로부터 분리되는 중심 전극(28)이 절연몸체 보어(insulating body bore) 내에 배치된다. 중심 전극(28)은 향상된 번 오프 저항(burn off resistance)으로 인해 전기 전도성 소결 재료(electrically conductive sintered material)로 종종 제조된다. 절연몸체(18)는 일반적으로 세라믹으로 제조된다. 활석 링(talcum ring)을 가진 내부 밀봉부들(30)은 절연몸체(18)를 하우징(12)에 대해 밀봉한다. 외부 밀봉 링(32)은 장착된 상태에서 스파크 플러그의 시트를 밀봉한다. 또한, 간섭 억제 저항기(interference suppression resistor, 34)는 중심 전극(28)의 경로에 배치된다. 절연몸체(18)는 그 외주에 연면 전류 장벽(creepage current barrier, 36)을 구비한다.

규정들에 따라 높은 수준의 안전성과 공기/연료 혼합물의 점화 결함들로부터 자유를 보장하기 위해, 중심 전극과 접지 전극 사이에 형성된 스파크 갭이 스파크 플러그의 다른 위치들에서 파열 부분 방전들(disruptive partial discharges)에 의해 악영향을 주지 않도록 보장해야 한다. 그러나, 특히 공기/연료 혼합물이 고주파로 점화될 때, 세라믹 절연체들의 통상적인 사용의 경우에 절연몸체의 표면 상에 슬라이딩 방전(sliding discharge)이 발생할 수 있으며, 슬라이딩 방전은 안전성 및 점화의 결함들로부터 자유에 악영향을 줄 뿐만 아니라 스파크 플러그의 국부 파괴(local destruction)를 일으킬 수 있다.

DE 11 2008 000 989 T5는 1개의 중심 전극 및 2개의 접지 전극들을 가지는 스파크 플러그를 개시하고, 접지 전극은 중심 전극과 방사상 점화 스파크 갭(radial ignition spark gap)을 한정하고, 다른 접지 전극은 중심 전극과 축 점화 스파크 갭(axial ignition spark gap)을 한정한다.

DE 198 43 712 A1은 접지 전극 및 중심 전극에 부가하여, 접지 전극과 중심 전극을 전기적으로 서로 접속하고 반도체 재료로 제조되는 바이패스 전극(bypass electrode)을 제공하는 것을 제안한다. 중심 전극과 접지 전극 사이에 점화 전압을 인가함으로써, 용량 방전(capacitive discharge)은 바이패스 전극을 통해 수행되고, 이어서 유도 방전(inductive discharge)은 유도 점화 갭(inductive ignition gap)에 의해 수행된다.

연료를 직접 분사하는 점화 연소 방법들이라 언급하는 것은 연소챔버(combustion chamber)에서 층상 급기(stratified charge)를 형성하는 가능성에 의해 소비를 감소시키는 관점에서 큰 가능성을 가진다. 그러나, 연소챔버 내의 불균일 혼합물은 적절한 시기에 신뢰성있는 점화의 관점에서 사용되는 점화 방법의 요구들을 증가시킨다. 임의의 유형의 변동들은 점화의 품질을 저하시키고 전체 엔진의 효율을 저하시킨다. 한편, 점화 혼합물의 위치는 약간 변할 수 있고, 다른 한편, 스파크 플러그의 접지 전극의 후크(hook)는 혼합물 형성에 악영향을 줄 수 있다. 연소챔버로서 비교적 큰 공간 범위를 가지는 점화 시스템은 직접 분사 연소 방법(directly injection combustion)에 유용하다. 이러한 목적을 위해, DE 10 2004 058 925 A1은 플라즈마에 의해 내연기관의 연소 챔버에서 연료/공기 혼합물을 점화시키는 것을 제안한다. 대응하는 고주파 플라즈마 점화장치는 인덕터(inductor) 및 커패시터(capacitor)를 가지는 직렬 발진 회로(series oscillation circuit) 및 이러한 직렬 발진 회로의 공진 여기(resonant excitation)를 위한 고주파 소스(high-frequency source)를 구성한다. 커패시터는 유전체가 그들 사이에 위치하는 내부 및 외부 도체 전극들에 의해 형성된다. 이들 전극들은 최외곽 단부들과 함께 그들 사이의 미리 결정된 간격으로 연소 챔버 내로 연장한다.

DE 10 2008 051 185 A1은 점화방법을 개시하는데, 방전 플라즈마는 직접-전압 펄스에 의해 발생되고 이어서 고주파 장(high frequency field)에 의해 이온화된다. 직류 전압 펄스 및 고주파 발생기의 출력 신호는 여기에서 함께 스파크 플러그의 스파크 전극에 공급된다. 스파크 플러그의 대응하는 전극은 접지된다.

오늘날 스파크 점화용 엔진의 현대 점화 시스템들은 스파크 플러그와 전자식 작동 유닛(eectronic actuation unit)을 가진 개별 점화 코일을 구비한다. 스파크 플러그는 동축 구조이며, 절연체에 의해 둘러싸인 중심 전극과 스파크 플러그 케이싱에 연결된 외부 전극으로 필수적으로 구성된다. 연소를 시작하는 스파크는 전극들 사이에서 생성된다. 점화 코일의 고전압에 추가하여, 고주파 전압이 스파크 지속 시간(spark duration)을 연장시키기 위해 스파크 플러그에 인가되는 대안적인 방법은 DE 10 2013 215 663 A1에 설명된다.

본 발명은 점화 신뢰성 및 기능면에서 스파크 플러그를 개선하는 목적에 기초한다.

이러한 목적은 청구항 1에 기재된 특징을 가지는 스파크 플러그에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 개선점은 다른 청구항들에서 설명된다.

이 목적을 위하여, 전술된 유형의 스파크 플러그에는 본 발명에 따라, 하나 이상의 추가 전극이 제공되어 있는 것이 제안되었으며, 스파크 플러그에는 스파크 플러그 상에 접지 전극 및 중심 전극으로부터 전기적으로 절연되어 배치되고, 절연체의 축 단부에서 절연체를 지나 돌출하며, 절연체를 지나서 축방향으로 돌출하는 부분을 가져 추가 전극 단부를 형성하는 적어도 하나의 추가 전극이 제공되고, 추가 전극 단부는 중심 전극 단부와 접지 전극 단부 사이의 갭의 축 영역으로 또는 갭의 축 영역에 반경 방향으로 인접한 갭 영역 내로 돌출한다.

이것은 점화 시스템에 서로 독립적으로 접속될 수 있는 3개의 전극들을 가지는 스파크 플러그가 이용 가능하고, 예컨대 스파크 플러그 커넥터에 대한 작은 변형 없이 또는 작은 변형으로 종래의 내연 기관의 고주파 점화 시스템의 사용 또는 개량을 허용한다는 이점을 가진다. 중심 전극 단부와 접지 전극 단부 사이의 갭의 축 영역 또는 갭의 축 영역에 반경 방향으로 인접하는 갭 영역은 추가 전극에 의해 2개의 점화 스파크 갭들로 각각 분할된다.

종래의 실린더 헤드에서의 스파크 플러그와 종래의 종래의 스파크 플러그 리셉터클과의 호환성은 접지 전극이 미리 결정된 축 단면에서 절연체를 둘러싸는 금속 하우징으로 구현되고, 나사산은 금속 하우징의 접지 전극 단부를 향하는 축 단부에 배치되는 사실에 의해 달성된다.

전극 단부가 돌출하는 공간과 주변 사이의 밀봉은 적어도 하나의 내부 밀봉부가 금속 하우징과 절연체 사이에 배치되고, 적어도 하나의 외부 밀봉부, 특히 밀봉 링이 금속 하우징 상에 배치된다.

스파크 플러그의 특히 단순한 설계는 제1점화 스파크 갭이 중심 전극의 길이방향 축을 따라 축 방향으로 연장된다는 사실에 의해 얻어진다.

개선된 점화 특성들을 가지는 이중-공기-스파크 스파크 플러그(double-air-spark spark plug)는 중심 전극 단부 및 추가 전극 단부가 그들 사이에 제2점화 스파크 갭이 절연체로부터 이격된 축 방향으로 형성되는 방식으로 배치되고 구현되는 사실에 의해 얻어지며, 제2점화 스파크 갭은 중심 전극의 길이방향 축을 따라 축 방향으로 연장하고, 제1 및 제2 점화 스파크 갭은 축 방향으로 서로 정렬되어 배치된다.

높은 전압이 단지 중심 전극에 인가될 때, 중심 전극과 추가 전극 사이 뿐만 아니라 추가 전극과 접지 전극 사이에서 공기 스파크의 신뢰성있는 생성은 점화 스파크 갭들(156,166)이 적어도 0.2mm의 길이라는 사실에 의해 달성된다.

추가 전극이 절연체 내에 반경 방향으로 배치되고 접지 전극에 실질적으로 평행하게 그리고 그로부터 반경 방향으로 이격되어 연장되고, 추가 전극을 점화 시스템에 전기적으로 접속하기 위한 추가 전극 접속점이 절연체 상에 제공됨으로써, 중심 전극과 추가 전극 사이에 인가되는 고주파 신호에 대해 제어된 임피던스(controlled impedance)를 가지는 스파크 플러그의 특히 단순한 설계를 제공한다. 전극 단부들에 대한 스파크 플러그의 고주파 공급선(high-frequency feedline)의 임피던스는 추가 전극과 접지 전극 사이의 간격 및 필러 재료의 유전율에 근본적으로 의존한다.

임피던스의 개선된 안정화는 추가 전극 단부가 추가 전극에서 시작하여 절연체로 다시 진입하고 접지 전극에 대해 그리고 절연체 내에서 반경 방향으로 일정한 간격으로 평행한 부가적인 추가 전극으로 거기에서 연장하는 폐루프(closed loop)로서 구현되는 사실에 의해 달성되며, 부가적인 추가 전극은 추가 전극 접속점(additional electrode connecting point)에 전기적으로 접속된다.

스파크 플러그의 특히 단순하고 비용 효과적인 제조는 추가 전극 단부가 "L"자 형상으로 구현되고 자유 단부를 가지는 사실에 의해 달성된다.

스파크 플러그의 특히 단순하고 비용 효과적인 제조는 접지 전극 단부가 "L"자 형상으로 구현되고 자유 단부를 가지는 사실에 의해 달성된다.

임피던스의 개선된 안정화는 접지 전극 단부가 접지 전극에서 시작하고 끝나는 폐루프로서 구현된다는 사실에 의해 달성된다.

본 발명은 도면을 참조로 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 종래기술로부터 공지된 내연기관용 스파크 플러그를 단면도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 스파크 플러그의 바람직한 제1실시예를 단면도로 도시한다.
도 3a는 갭의 축 영역 내로 돌출하는 추가 전극을 가지는 단면도에서 도 2에 따른 스파크 플러그의 점화측 단부의 확대된 상세도를 도시한다.
도 3b는 갭의 축 영역에 반경방향으로 인접한 갭의 영역 내로 돌출하는 추가 전극을 가지는 도 2에 따른 스파크 플러그의 점화측 단부의 확대된 상세도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 스파크 플러그의 바람직한 제2실시예를 단면도로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 스파크 플러그의 바람직한 제3실시예를 단면도로 도시한다.

도 2 및 도 3에 도시된 본 발명에 따른 스파크 플러그(spark plug, 100)의 바람직한 제1실시예는, 절연몸체(118)를 미리 결정된 축 단면 상에서 둘러싸고, 점화측 단부(ignition-side end, 114)에 외부 나사산(external thread, 122)을 구비한 금속 하우징 형태의 접지 전극(ground electrode, 112) 및 중심 전극(central electrode, 128)을 포함하고, 접속측 단부(connection-side end, 126)에 점화시스템(미도시)에 중심 전극(128)을 전기적으로 접속하기 위한 중심 전극 접속점(central electrode connecting point, 124)을 포함한다. 또한, 육각형(120)은 금속 하우징의 형상으로 접지 전극(112) 상에 형성되고, 육각형(120)은 내연 기관(internal combustion engine)의 엔진 블록 상에 또는 엔진 블록으로부터 스파크 플러그를 장착 및 제거하기 위한 공구(스파크 플러그 키(spark plug key))의 맞물림을 제공한다.

중심 전극(128)은 절연몸체(118)에 배치되고, 스파크 플러그(100)의 접속측 단부(126)에서 중심 전극 접속점(124)에 전기적으로 접속되고, 중심 전극 단부(central electrode end, 140)를 형성하는 부분을 가지면서 절연몸체(118)를 지나서 축방향으로 점화측 단부(114)에 돌출한다. 중심 전극 단부(140)는 선형으로 구현되고, 중심 전극(128)에 전기적으로 접속되고 중심 전극(128)의 중앙 길이방향 축(144)을 따라 연장된다. 중심 전극 단부(140)는 중앙 길이방향 축(144)에 대해 동축으로 배치된다. 대안으로, 중심 전극(128)은 또한 중앙 길이방향 축(144)에 대해 편심되게 배치될 수 있다.

접지 전극(112)은 점화측 단부(114)에서 졀연체(118)을 지나서 축방향으로 돌출하고, 접지 전극(112), 즉 금속 하우징에 전기적으로 접속되는 접지 전극 단부(142)를 형성하는 부분을 가진다. 접지 전극 단부(142)는 "L"자 형상으로 구현되고, 중앙 길이방향 축(144)를 가로지르는 방식으로 연장된다. 이러한 방식으로, 갭(146)의 축 영역(170)은 중앙 길이방향 축(144)을 따라 정의되어 형성되고(is formed and defined), 중심 전극(128)과 접지 전극(112) 사이 및/또는 중심 전극 단부(140)과 접지 전극 단부(142) 사이에서 절연부(118)로부터 축방향으로 이격되어 형성된다.

본 발명에 따르면, 추가 전극(150)은 추가로 제공되는데, 스파크 플러그(100) 상에 배치되고 중심 전극(128) 및 접지 전극(112)과 전기적으로 절연된다. 추가 전극(150)은 절연몸체(118) 내에 배치되고 중심 전극(128)으로부터 반경 방향으로 이격되어 중심 전극과 평행하게 절연몸체(118) 내에서 연장된다. 추가 전극(150)에 전기적으로 접속되고 추가 전극(150)을 점화 시스템에 전기적으로 접속시키는 역할을 하는 추가 전극 접속점(152)은 절연몸체(118) 상의 접속측 단부(126)에 또는 근처에 배치된다. 추가 전극(150)에 전기적으로 접속되고 축방향으로 절연몸체(118)를 지나서 돌출되는 추가 전극 단부(154)가 스파크 플러그(100)의 점화측 단부(114)에 배치된다. 추가 전극 단부(154)는 "L"자 형상으로 구현되고, 도 3a에 도시된 대안에서 중심 전극 단부(140)와 접지 전극 단부(142) 사이의 갭(146)의 축 영역(170) 내로 돌출하는 방식으로 연장된다. 이러한 방식으로, 중심 전극(128)과 추가 전극(150) 사이 또는 중심 전극 단부(140)와 추가 전극 단부(154) 사이의 제2점화 스파크 갭(156)은 중앙 길이방향 축(144)을 따라 그리고 절연부(118)로부터 축 거리로 형성 및 정의되고(is formed and defined), 제1점화 스파크 갭(166)은 추가 전극(150)과 접지 전극(112) 사이 또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142) 사이에 형성되거나 정의된다(is formed or defined). 제2점화 스파크 갭(156)의 길이는 각각의 도 3a 및 도 3b에서 바로 알 수 있는 바와 같이, 제1점화 스파크 갭(166)의 길이보다 작거나 짧다.

도 3b는 제2 대안을 도시하며, 동일한 참조부호들은 도 3a에서와 기능적으로 동일한 부분들로 표시되고, 도 3a의 결과와 함께 그 설명을 위해 도 3a의 상기 설명을 참조한다. 도 3b에 도시된 제2 대안에서, 추가 전극 단부(154)는 또한 "L"자 형상으로 구현되고 갭(146)의 축 영역(170)에 반경 방향으로 인접한 갭(146)의 영역(172)까지 연장된다. 여기서 추가 전극 단부(154)는 (도 3b에 도시한 바와 같이) 중심 전극 단부(140)와 접지 전극 단부(142) 사이에서 중앙 길이방향 축(144)과 교차하거나, 그렇지 않다.

점화 스파크 갭 또는 갭들에 관해서, 제1 대안에 대해 상술한 것은 제2 대안에 유사하게 적용된다.

도 4는 본 발명에 따른 스파크 플러그(100)의 바람직한 제2실시예를 도시한다. 도 4에서, 기능적으로 동일한 부분들은 도 2 및 도 3에서와 같이 동일한 참조부호들로 표시되고, 이에 대한 설명을 위해 도 2 및 도 3의 상기 설명을 참조한다. 도 2 및 도 3에 따른 제1실시예와 대조적으로, 도 4에 따른 제2실시예에서, 추가 전극 단부(154) 및 접지 전극 단부(142)는 스파크 플러그(100)의 점화측 단부(114)에서 자유 단부가 없는 폐루프(closed loop)로서 형성된다. 이와 관련하여, 접지 전극 단부(142)의 루프는 접지 전극(112) 또는 접지 전극(112)을 형성하는 금속 하우징에서 시작하고 끝난다. 추가 전극 단부(154)의 루프는 절연몸체(118)에서 추가 전극(150)으로부터 시작하여, 절연몸체(118) 상의 추가 전극 단부(154)의 루프의 시작점으로부터 반경방향으로 이격된 절연몸체(118)에서 끝난다. 이것은 본 발명에 따른 스파크 플러그(100)가 고주파 점화 시스템(미도시)과 함께 사용될 때 임피던스(impedance)의 안정화를 가져온다.

도 5는 본 발명에 따른 스파크 플러그(100)의 바람직한 제3실시예를 도시한다. 도 5에서, 기능적으로 동일한 부분들은 도 2, 도 3 및 도 4에서와 같이 동일한 참조부호들로 표시되고, 이에 대한 설명을 위해 도 2, 도 3 및 도 5의 상기 설명을 참조한다. 도 4에 따른 제2실시예와 대조적으로, 도 5에 따른 제3실시예에서, 부가적인 추가 전극(150a)은 제공되는데, 절연몸체(118)에 배치되고, 중심 전극(128)에 본질적으로 평행하게 그리고 이로부터 반경 방향으로 이격되어 연장된다. 추가 전극 단부(154)의 루프는 절연몸체(118) 상의 추가 전극(150)에서 시작하여 절연몸체(118)에서 끝나고, 이러한 루프는 여기서 부가적인 추가 전극(150a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 부가적인 추가 전극(150a)은 추가 전극 접속점(152)에 전기적으로 접속된다. 추가 전극 접속점(152)은 절연몸체(118)의 외주 상에 예컨대, 환형(annular shape)으로 형성되고, 이러한 방식으로 전기 컨택(electrical contact)은 스파크 플러그 커넥터(미도시)에서 대응하는 부가적인 전기 컨택에 의해 형성될 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 스파크 플러그(100)가 플라즈마 점화 시스템(plasma ignition system, 미도시)과 함께 사용될 때, 임피던스의 추가 안정화를 가져온다.

대안으로, 추가 전극(150)과 부가적인 추가 전극(150a)은 튜브로서 또는 회전 대칭 방식(rotationally symmetrical fashion)으로 절연몸체 내에서 일체형으로 구현되고 중심 전극(128)에 대해 동축으로 배치된다.

본 발명에 따른 스파크 플러그(100)의 기능적인 방법은 상기 예시에 의해 설명되는 도 2 내지 도 5에 따라 아래에서 설명된다. 중심 전극(128)에 고전압 펄스를 인가함으로써, 이중 에어갭(double air gap)은 한편으로는 중심 전극(128)과 추가 전극(150) 사이 또는 중심 전극 단부(140)와 추가 전극 단부(154) 사이 그리고 다른 한편으로는 추가 전극(150)과 접지 전극(112) 또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142)에서 발생한다. 접속된 점화 시스템 또는 점화 회로에 따라, 추가 전극(150)은 수동형(passive) 또는 능동형(active)이다. 이와 관련하여, 추가 전극(150)은 예컨대, 접지(단일 스파크)에 전기적으로 접속되거나, 전기 용량(수동형)에 전기적으로 접속되거나, 고주파 증폭기(high frequency amplifier)(능동형)에 전기적으로 접속된다. 후자의 경우, 전기 고주파(HF) 에너지는 추가 전극(150)을 통해 인가되고, 그 결과 플라즈마는 점화 스파크로부터 여기되고(excited), 그 플라즈마는 스파크 플러그(100)의 점화측 단부(114)에서 대응하여 생성되고, 고주파 에너지의 공급이 중단될 때까지 유지된다.

스파크 플러그(100)는 예컨대 점화코일과 같은 고 전압 소스(high voltage source)(고 직류-전압 소스) 및 고주파 전압 소스를 구비한 고주파 점화 시스템과 함께 사용될 때, 중심 전극(128)은 고주파 점화 시스템의 고 전압 소스에 전기 접속을 위해 제공되는 고 전압 전극이다. 이러한 방식으로, 고전압 소스에 의해 생성된 짧은 전기 고전압(전기 고전압 펄스 또는 고직류 전압 펄스(high direct voltage pulse) DC)은 중심 전극(128)에 공급되고 한편으로는 중심 전극(128)과 추가 전극(150) 사이에서 및/또는 중심 전극 단부(140)와 추가 전극 단부(154) 사이에서 다른 한편으로는 추가 전극(150)과 접지 전극(112) 및/또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142)(이중 에어 스파크)에서 점화 스파크를 일으킨다. 이러한 점화 스파크는 제1 및 제2 점화 스파크 갭들(166,156)에서 추가 전극 단부(154)를 통해 중심 전극(128) 및 접지 전극(112) 사이 및/또는 중심 전극 단부(140) 및 접지 전극 단부(142) 사이에서 플라즈마를 발생시킨다. 여기에서 "전기 고직류 전압 펄스(electrical high direct-voltage pulse)"라는 표현은 예컨대, 8kV 내지 12kV의 높은 전기에너지를 가지는 전기 직류 전압 펄스(electrical direct-voltage pulse)를 의미한다. 추가 전극들(150)은 고주파 점화 시스템의 고주파 소스에 전기 접속하기 위해 제공되는 고주파 전극이다. 이러한 방식으로, 고주파 소스에 의해 생성된 전기 고주파 전압은 추가 전극(150)에 공급되고, 고직류 전압 펄스에 기초하여 점화 스파크에 의해 미리 발생된 플라즈마의 추가 가열을 일으키고, 이러한 플라즈마는 추가 전극(150)과 접지 전극(112) 사이 및/또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142) 사이 및/또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142) 주위의 공간에서 일정한 시간 유지될 수 있다. 이러한 시간은 실제 점화 스파크가 존재하는 시간(수 나노초(several nanoseconds))보다 상당히 길다(수 밀리초까지(up to several milliseconds)). 따라서, 공기/연료 혼합물을 점화하기 위한 플라즈마는 추가 전극(150)과 접지 전극(112) 사이 및/또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142) 사이의 점화측 단부(126) 및/또는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142) 주위의 공간에 수 나노초보다 긴 기간에 걸쳐 존재하고, 종래의 점화 스파크 단독으로 더 이상 공기/연료 혼합물의 점화를 신뢰성있게 보장하지 못하거나, 특정 상황하에서 전혀 점화를 더 이상 보장하지 못하는 경우에, 공기/연료 혼합물의 점화는 더욱 신뢰성있게 수행되고 또한 매우 희박한 공기/연료 혼합물 및 높은 배기가스 피드백 속도로 발생한다.

고주파 플라즈마의 임피던스의 안정화는 축의 공급 라인의 일정한 임피던스보다 더 중요하다. 이것은 고주파 플라즈마의 공간 안정화를 요구한다. 이것은 고주파 플라즈마가 발화되는 추가 전극 단부(154)와 접지 전극 단부(142) 사이에서 가장 등거리 가능한 거리를 제공함으로써 행해진다. 여기서, 브라켓들 뿐만 아니라 예컨대 천공된 반구체 등도 고려할 수 있다. 따라서, 고주파 플라즈마는 분산에 대해 보호될 수 있으며, 고주파 플라즈마의 임피던스에서 바람직하지 않은 변화를 초래한다. 중간 전극(intermediate elecrode, 150)은 구조상의 이유로 축방향으로 배향되지 않을 수 있다.

Claims

특히 고주파 점화 시스템을 구비하고, 중심 전극(28;128), 접지 전극(12;112), 및 상기 중심 전극(28;128)과 상기 접지 전극(12;112) 사이에 배치된 전기 절연체(18;118)를 구비하는 내연 기관용 스파크 플러그(100)로서, 점화 시스템에 상기 중심 전극(28;128)을 전기 접속하기 위한 중심 전극 접속점(26;126)은 상기 절연체(18;118) 상에 제공되고, 상기 중심 전극(28;128)과 상기 접지 전극(12;112)은 상기 스파크 플러그(100)의 축 단부(114)에서 상기 절연체(18;118)를 지나서 돌출하고, 각각은 상기 절연체(18;118)를 지나서 축방향으로 돌출하는 부분을 가져, 중심 전극 단부(140) 및 접지 전극 단부(142)를 형성하며, 상기 중심 전극 단부(140) 및 상기 접지 전극 단부(142)는 갭(146)의 축 영역(170)이 축 방향으로 그들 사이에 형성되는 방식으로 배치되고 구현되며, 상기 갭(146)의 상기 축 영역(170)은 상기 절연체(18;118)로부터 이격되고, 상기 스파크 플러그(100)의 상기 축 단부(114)에서 상기 절연체(118)를 지나서 돌출하고 상기 절연체(118)를 지나서 축방향으로 돌출한 부분을 가져 추가 전극 단부(154)를 형성하는 적어도 하나의 추가 전극(150)이 제공되며, 상기 추가 전극(150)은 상기 스파크 플러그(100) 상에 상기 접지 전극(112) 및 상기 중심 전극(128)으로부터 전기적으로 절연되어 배치되고, 상기 추가 전극 단부(154)는 상기 중심 전극 단부(140)와 상기 접지 전극 단부(142) 사이의 상기 갭(146)의 축 영역(170) 내로 돌출하거나 상기 갭(146)의 축 영역(170)에 반경 방향으로 인접한 상기 갭(146)의 영역(172) 내로 배치됨으로써 상기 갭(146)을 2개의 점화 스파크 갭들(156,166)로 분할하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제1항에 있어서,
상기 접지 전극(112)은 상기 절연체(118)를 미리 결정된 축 단면에서 둘러싸는 금속 하우징으로 구현되고, 상기 금속 하우징의 상기 접지 전극 단부(142)에 마주하는 축 단부에 나사산(122)이 배치되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제2항에 있어서,
적어도 하나의 내부 밀봉부(inner seal,30)는 상기 금속 하우징(112)과 상기 절연체(118) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 외부 밀봉부(32), 특히 밀봉 링(sealing ring)은 상기 금속 하우징(112) 상에 배치된 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1점화 스파크 갭(166)은 상기 중심 전극(128)의 길이방향 축(144)을 따라 축방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제4항에 있어서,
상기 중심 전극 단부(140)와 상기 추가 전극 단부(154)는 그들 사이에 제2점화 스파크 갭(156)이 상기 절연체(118)로부터 이격된 축방향으로 형성되는 방식으로 배치 구현되고, 상기 제2점화 스파크 갭(156)은 상기 중심 전극(128)의 길이방향 축(144)을 따라 축방향으로 연장되고, 상기 제1 및 제2점화 스파크 갭들(166,156)은 서로 축방향으로 정렬되어 배치된 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 점화 스파크 갭들(156,166)은 적어도 0.2mm길이인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가 전극(150)이 절연체(118) 내에 반경 방향으로 배치되고 접지 전극(112)에 실질적으로 평행하게 그리고 그로부터 반경 방향으로 이격되어 연장되고, 추가 전극(150)을 점화 시스템에 전기적으로 접속하기 위한 추가 전극 접속점(152)이 절연체(118) 상에 제공된 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제7항에 있어서,
상기 추가 전극 단부(154)는 상기 추가 전극(150)에서 시작하여 상기 절연체(118)로 다시 진입하고 상기 접지 전극(112)으로부터 이격되어 평행하게 그리고 상기 절연체(118) 내에서 반경 방향으로 이격된 부가적인 접지 전극(150a)으로서 거기에서 연장하는 폐루프로서 구현되고, 상기 부가적인 추가 전극(150a)은 상기 추가 전극 접속점(152)에 전기 접속된 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제7항에 있어서,
상기 추가 전극 단부(154)는 "L"자 형상으로 구현되고 자유 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지 전극 단부(142)는 "L"자 형상으로 구현되고 자유 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지 전극 단부(142)는 상기 접지 전극(112)에서 시작하고 끝나는 폐루프로 구현된 것을 특징으로 하는 스파크 플러그(100).