DE4204731C2 - Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Es ist eine mit einer Vorfunkenstrecke versehene Zündeinrich­ tung für Kraftfahrzeugmotoren bekannt, bei welcher eine Vorfunkenstrecke in Reihe mit einer Zündkerze geschaltet ist, die eine Funkenstrecke aufweist, um zu ver­ hindern, daß die Zündkerze infolge anhaftenden Kohlenstoffs verbrennt, und um so den Zündzeitpunkt konstant zu halten (US-PS 4 138 710).

Fig. 6 zeigt eine andere bekannte (DE-AS 20 56 235), mit einer Vorfunkenstrecke ver­ sehene Zündeinrichtung 1. Eine Zündspule 2 erzeugt eine Hoch­ spannung auf der Sekundärspulenseite durch Unterbrechung eines Primärspulenstroms. Die auf diese Weise erzeugte Hochspannung wird über einen Verteiler 3 synchron zu dem Verdichtungshub jedes Zylinders in dem Motor an die Zylinder geleitet. Jeder Zylinder ist mit einer Vorfunkenstrecke 6 versehen, die in Reihe mit einer Funkenstrecke 5 geschaltet ist, die zwischen einer zentralen Elektrode und einer Masseelektrode der Zünd­ kerze 4 ausgebildet ist. Die Vorfunkenstrecke 6 ist innerhalb der Zündkerze 4 angeordnet.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist die Zündkerze 4 an einem Ende die zentrale Elektrode 7 und die Masseelektrode 8 auf, und weist am anderen Ende eine Anschlußklemme 9 auf, die mit einem Kerzenstecker verbunden ist, der an dem Ende eines von dem Verteiler 3 kommenden Hochspannungskabels vorgesehen ist. Ein Isolator 10 der Zündkerze 4 weist ein zentrales Loch 11 auf, welches sich durch die Zündkerze von der zentralen Elek­ trode 7 zu der Anschlußklemme 9 hin erstreckt. Die Vorfunken­ strecke 6 ist auf solche Weise in dem zentralen Loch 11 an­ geordnet, daß sie die zentrale Elektrode 7 und die Anschluß­ klemme 9 verbindet. Die Vorfunkenstrecke 6 besteht aus einem Paar von Entladungselektroden 12, 13, die in eine Glasröhre 14 eingesiegelt sind, die mit einem Inertgas bei einem fest­ gelegten Druck gefüllt ist.

Bei dieser Zündeinrichtung 1 ist die Vorfunkenstrecke 6 un­ mittelbar vor und in Reihe mit der Funkenstrecke 5 der Zünd­ kerze 4 eingeführt, so daß eine hohe Entladungsspannung der Vorfunkenstrecke 6 an die zentrale Elektrode 7 der Zündkerze 4 angelegt wird, und auf diese Weise eine geforderte Zünd­ spannung zur Verfügung gestellt wird, die genügend hoch ist, eine normale Zündung zu bewirken, ohne durch an der Zündkerze 4 anhaftenden Kohlenstoff beeinträchtigt zu werden.

Allerdings treten bei der voranstehend erwähnten konventio­ nellen Zündeinrichtung 1, die mit einer Vorfunkenstrecke versehen ist, Schwierigkeiten auf. Da die Vorfunkenstrecke 6 in der Zündkerze 4 vorgesehen ist, müssen sämtliche Zündkerzen 4 jeweils mit einer Vorfunkenstrecke 6 versehen sein, so daß also dieselbe Anzahl von Vorfunken­ strecken 6 wie die der Zündkerzen 4 hergestellt werden muß, und dies erhöht die Herstellungskosten.

Darüber hinaus wird die sich ergebende Anzahl von Entladun­ gen groß, da während des Betriebs des Motors die Vorfunkenstrecke 6 ohne Unterbrechung immer wieder entladen wird. Wird die Vorfunkenstrecke 6 mit ausreichender Standfestigkeit versehen, um der großen Anzahl von Entladungen standzuhalten, so erhöht dies in unvermeidbarer Weise die Herstellungskosten. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Vorfunkenstrecke 6 in der Zündkerze 4 eingebaut ist, wodurch die Größe der Vorfunkenstrecke begrenzt ist, und dies macht ihre Herstellung schwierig.

Während bei der voranstehend beschriebenen, mit einer Vorfunkenstrecke versehenen Zündeinrichtung 1 die Vorfunkenstrecke 6 in jeder der Zündkerzen 4 eingebaut ist, gibt es einen anderen Typ, bei welchem die Vorfunkenstrecke 6 in einem Kerzenstecker angebracht ist. In diesem Fall treten ähnliche Probleme auf.

Aus der vorstehend genannten US-PS 4 138 710 ist es bei einer Zündeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art bekannt, nur eine einzige Vorfunkenstrecke in Form einer Avalanche-Diode zwischen Zündspule und Zündverteiler vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit einer einzigen Vorfunkenstrecke versehene Zündeinrichtung so zu verbessern, das die Lebensdauer der Vorfunkenstrecke verlängern wird.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der parallel zu der einzigen Vorfunkenstrecke geschalteten Bypass-Schaltung (Überbrückungsschaltung), wird die Hochspannung von der Zündspule dem Motor nur entsprechend seinem Verbrennungszustand über die Vorfunkenstrecke zugeführt. Gemäß der Erfindung wird eine von der Zündspule erzeugte und über die Vorfunkenstrecke entladene Hochspan­ nung über den Verteiler nur dann jeder Zündkerze des Motors zugeführt, wenn der Motor einen schlechten Verbrennungszu­ stand aufweist. In anderen Fällen umgeht die Hochspannung von der Zündspule die Vorfunkenstrecke über die Bypass-Schaltung und wird den Zündkerzen direkt zugeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der gemessenen Beziehung zwischen Spannung und Zeit bei einer Zündeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der gemessenen Beziehung zwischen Spannung und Zeit bei einer konventionellen Zündeinrichtung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Zündeinrich­ tung mit den Eigenschaften von Fig. 2;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Zündeinrich­ tung mit den Eigenschaften von Fig. 3;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer konventio­ nellen, mit einer Vorfunkenstrecke versehenen Zünd­ einrichtung; und

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer konventionellen Zünd­ kerze.

Fig. 1 zeigt eine Zündspule 2, die eine Hochspannung auf der Se­ kundärspulenseite durch Unterbrechung eines Stroms in der Primärspule erzeugt. Die auf diese Weise erzeugte Hochspannung wird über den Verteiler 3 an jeden Zylinder des Motors synchron zu dem Verdichtungshub jedes Zylinders des Motors verteilt (die Figur zeigt einen Vierzylindermotor). Jeder Zylinder weist eine Zündkerze 4 mit einer festgelegten Funkenstrecke 5 auf. Die von dem Verteiler zugeführte Hochspannung erzeugt einen Funken in der Funkenstrecke 5, wodurch das Luft/Brenn­ stoff-Gemisch in dem Zylinder gezündet wird.

Zwischen der Zündspule 2 und dem Verteiler 3 ist eine einzige Vorfunkenstrecke 6 angeordnet, die mit jeder der Zündkerzen 4 in Reihe geschaltet ist. Wenn sich die Vorfunkenstrecke 6 entlädt, wird die Spannung über den Verteiler 3 jeder Zünd­ kerze 4 zugeführt.

Die Vorfunkenstrecke 6 weist ein Paar Entladungselektroden auf, die in eine Glasröhre eingedichtet sind, welche mit einem Inertgas bei einem vorgeschriebenen Druck gefüllt ist, stellt also eine Anordnung ähnlich wie die übliche Entladungsröhre dar. Die Vorfunkenstrecke 6 ist lösbar in einem (nicht gezeigten) Gehäuse zwischen ihren Elektrodenanschlußklemmen angebracht. Das Gehäuse befindet sich an einem vorbestimmten Ort im Motorraum, und zwar von dem Zylinderkopf entfernt, der einen geerdeten Körper darstellt. Eine der Elektrodenanschluß­ klemmen des Gehäuses ist an ein Hochspannungskabel angeschlos­ sen, welches von der Zündspule 2 her kommt, und die andere Elektrodenanschlußklemme ist mit einem Hochspannungskabel ver­ bunden, welches zu dem Verteiler 3 führt.

Weiterhin ist zwischen der Zündspule 2 und dem Verteiler 3 ei­ ne Relaisvorrichtung 15 vorgesehen, welche eine Bypass-Schal­ tung bildet, die parallel zur Vorfunkenstrecke 6 verläuft. Die Relaisvorrichtung 15 empfängt Signale von einem Sauerstoff­ sensor, einem Wassertemperatursensor und dergleichen (nicht dargestellt), die sich an bestimmten Stellen in dem Motor befinden. In der Relaisvorrichtung 15 wird eine Spule 15a normalerweise nicht mit Strom versorgt, und ihr Schalter 15b bleibt geschlossen, so daß die Hochspannung von der Zündspule 2 die Vorfunkenstrecke 6 umgeht und dem Verteiler 3 zuge­ führt wird. Wenn die Signale von den Sensoren anzeigen, daß der Verbrennungszustand der Luft/Brennstoff-Mischung in dem Zylinder schlecht ist (etwa beim Starten des Motors oder un­ mittelbar danach), so wird die Spule 15a der Relaisvorrich­ tung 15 unter Strom gesetzt, um den Schalter 15b zu öffnen. Dies führt dazu, daß die Hochspannung von der Zündspule an die Vorfunkenstrecke 6 angelegt wird, bevor sie dem Vertei­ ler 3 zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt eine Messung der Spannungs-Zeit-Eigenschaften bei der Umdrehungsgeschwindigkeit von 5000 U/min (Umdrehun­ gen pro Minute) bei einem Sechszylindermotor, der eine mit einer Vorfunkenstrecke versehene Zündeinrichtung (Fig. 4) gemäß der Erfindung aufweist. Fig. 3 zeigt ei­ ne gemessene Spannungs-Zeit-Charakteristik bei derselben Um­ drehungsgeschwindigkeit derselben Art eines Motors wie in Fig. 2, jedoch mit einer konventionellen, mit einer Vorfun­ kenstrecke versehenen Zündeinrichtung (Fig. 5). In beiden Diagrammen stellt CH1 eine Ausgangsspannung des Verteilers 3 dar (Punkt A in den Fig. 4 und 5), für einen bestimmten Zylinder des Motors, und CH2 stellt eine Ausgangsspannung der Zündspule 2 dar (Punkt B in den Fig. 4 und 5).

Diese Diagramme zeigen, daß die Ausgangsspannung CH1 des Ver­ teilers 3 für einen bestimmten Zylinder am selben Punkt der Zeitdiagramme sowohl bei der Erfindung und auch der konventionellen, mit einer Vorfunkenstrecke versehenen Zündein­ richtung ansteigt. Dies bedeutet, daß der Ort der Vorfunken­ strecke 6 nicht die Spannungsanstiegszeit beeinflußt, was so­ mit experimentell bestätigt wurde, und daher gibt es kein Problem bezüglich der Synchronisierung mit dem Verteiler.

Bei dieser Ausführungsform ist nur eine Vorfunkenstrecke 6 zwischen der Zündspule 2 und dem Verteiler 3 eingefügt, und die Relaisvorrichtung 15 ist parallel zu der Vorfunkenstrecke 6 geschaltet, um die Hochspannung von der Zündspule 2 an die Vorfunkenstrecke 6 entsprechend dem Verbrennungszustand der Luft/Brennstoff-Mischung in dem Motor anzulegen.

Da nur dann eine Entladung in der Vorfunkenstrecke durch die Betätigung der Relaisvorrichtung 15 hervorgerufen wird, um Spannung über den Verteiler 3 an jede Zündkerze 4 anzulegen, wenn der Verbrennungszustand in dem Motor schlecht ist und ein kräftigerer Funken erforderlich ist, kann eine genügend hohe Zündspannung erzeugt werden, um eine normale Zündung zu bewirken, ohne daß eine Beeinträchtigung durch an der Zünd­ kerze 4 anhaftenden Kohlenstoff auftritt. Gleichzeitig wird, wenn eine hohe Zündspannung nicht erforderlich ist, die Vor­ funkenstrecke 6 überbrückt, und es wird keine Entladung er­ zeugt. Dies führt dazu, daß die Vorfunkenstrecke 6 daran ge­ hindert wird, immer wieder ohne Unterbrechung während des Be­ triebs des Motors entladen zu werden, und dies verringert die Gesamtanzahl von Entladungen wesentlich, die in der Vor­ funkenstrecke 6 auftreten. Dies trägt zur Verlängerung der Lebensdauer der Vorfunkenstrecke 6 bei.

Weiterhin ist die Vorfunkenstrecke 6 entfernbar in einem Ge­ häuse angebracht, welches zwischen der Zündspule 2 und dem Verteiler 3 angeordnet ist, anstelle in die Zündkerze 4 wie bei der konventionellen Zündeinrichtung eingebaut zu sein. Dieser Aufbau eliminiert Begrenzungen bezüglich der Größe der Vorfunkenstrecke 6, die bei der konventionellen Einrichtung auftreten, und erleichtert daher die Herstellung der Vorfun­ kenstrecke 6.

Da sich das Gehäuse, in welchem die Vorfunkenstrecke 6 ange­ bracht ist, entfernt von dem Zylinderkopf - einem geerdeten Körper - befindet, gibt es darüber hinaus keine Möglichkeit für das Auftreten elektrischer Leckströme zwischen der Vor­ funkenstrecke 6 und dem Zylinderkopf. Dieses eliminiert die Notwendigkeit, die Vorfunkenstrecke 6 mit einem elektrisch isolierenden Material auszubilden, um einen Leckstrom zwi­ schen dem geerdeten Körper und der Vorfunkenstrecke 6 zu verhindern, wie es bei konventionellen Einrichtungen er­ forderlich ist, bei welcher die Vorfunkenstrecke 6 in die Zündkerze 4 eingebaut ist, die sich nahe an dem Zylinderkopf befindet. Dies wiederum erlaubt es, nur die Vorfunkenstrecke 6 auszutauschen, was die Wartung erleichtert.

Claims (3)

1. Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit
mehreren Zündkerzen (4) mit Funkenstrecken (5), wobei für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Zündkerze vorgesehen ist;
einer Zündspule (2) zur Erzeugung einer Hochspannung;
einem Verteiler (3) zur Verteilung der von der Zündspule (2) erzeugten Hochspannung an die Zündkerzen (4); und
einer einzigen Vorfunkenstrecke (6), die in Reihe mit den Funkenstrecken (5) der Zündkerzen (4) geschaltet ist, wobei die Vorfunkenstrecke (6) zwischen der Zündspule (2) und dem Verteiler (3) angeordnet ist;
gekennzeichnet durch, eine Bypass-Schaltung (15), die parallel zur einzigen Vorfunkenstrecke (6) geschaltet ist, wobei die in der Zündspule (2) erzeugte Hochspannung den Zündkerzen (4) entsprechend dem Verbrennungszustand in der Brennkraftmaschine entweder über die Vorfunkenstrecke (6) oder über die Bypass-Schaltung (15) zugeführt wird.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfunkenstrecke (6) ein Paar von Entladungselektroden aufweist, die in eine Röhre eingesiegelt sind, die mit einem Inertgas gefüllt ist, und welche entfernbar zwischen der Zündspule (2) und dem Verteiler (3) angeordnet ist.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Schaltung (15) eine Relaisvorrichtung aufweist, die mit einer Spule (15a) und einem Schalter (15b) versehen ist, wobei die Spule (15a) normalerweise stromlos ist, was den Schalter (15b) dazu veranlaßt, ge­ schlossen zu bleiben, wodurch die von der Zünd­ spule (2) erzeugte Hochspannung unter Umgehung der Vorfunkenstrecke (6) dem Verteiler (3) zugeführt wird, und wobei die Spule (15a) mit Strom versorgt wird, um den Schalter (15b) zu öffnen, wenn sich der Verbrennungszustand in der Brennkraftmaschine verschlechtert, wodurch die von der Zündspule (2) erzeugte Hochspannung über die Vorfunkenstrecke (6) dem Verteiler (3) zugeführt wird.