DE69124540T2 - Integrierte Zündeinheit, die Kerze und Zündspule für gesteuerte einzelne Zündung in einer Brennkraftmaschine enthält. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Wärmekraftmaschinen mit Innenverbrennung, und zwar insbesondere der Motoren mit durch Zündkerzen gesteuerter Zündung.
• Die Erfindung zielt insbesondere auf Zündsysteme, bei denen jede Zündkerze mit einer eigenen Transformatorspule für elektrische Energie ausgestattet ist, um ihr ausgehend von einer elektrischen Energiequelle mit niedriger Spannung eine Hochspannungsenergie zuzuführen, die zum Erzeugen eines Zündfunkens innerhalb einer mit einer solchen Zündkerze ausgestatteten Brennkammer erforderlich ist.
• Ursprünglich umfaßten die Zündsysteme von solchen Motoren eine einzige Zündspule, deren Hochspannung 5 strom anschließend an jede der Zündkerzen über einen mechanischen oder elektronischen Verteiler verteilt wurde, doch hat die technologische Entwicklung seit einiger Zeit zu einem Vorschlag geführt, demzufolge jede Zündkerze mit einer individuellen integrierten Zündspule ausgestattet ist. Das in einem solchen Fall angestrebte Ziel ist, die Länge der Leiter oder Kabel zu verringern, mit denen die Hochspannungsenergie übertragen wird, um so zu versuchen, beträchtliche elektrische Streuverluste zu vermeiden, die für das gute Funktionieren des Motors sowie die radioelektrische Umgebung derartiger Motoren schädlich sind.
• Dies ist der Fall bei der durch die Anmeldung EP-A-0 344 387 gelehrten Anordnung, die einen einteiligen integrierten Spulenkörper mit einem Mittel zur Montage am Schaft einer Zündkerze und mit Mitteln zur elektrischen Verbindung mit dieser aufweist, wobei das Montagemittel einen demontierbaren Verbindungabschnitt umfaßt, der ausgelegt ist, um mit dem Sockel einer passenden Zündkerze zusammenzuwirken.
• Parallel dazu erlebt man eine Entwicklung der Motorstrukturen mit dem Ziel, deren Leistungsfähigkeit zu verbessern und ihren Treibstoffverbrauch sowie die durch sie verursachte Umweltverschmutzung zu verringern. Zu diesem Zweck werden die Motoren so konstruiert, daß sie bei höheren Kompressionsverhältnissen und unter höheren Temperaturen arbeiten. Eine der strukturellen Konsequenzen ist die Veränderung des Zylinderkopfs, bei dem im allgemeinen tiefe Schächte verwendet werden, an deren Boden die Zündkerzen eingebaut sind.
• Eine solche Struktur führt zu Problemen beim mechanischen und elektrischen Verbinden der Zündkerze mit der Spule, insbesondere wenn letztere, in Form eines individuellen integrierten Blocks ausgebildet, ebenfalls anden Zylinderkopf angefügt werden soll.
• Außerdem muß berücksichtigt werden, daß die Existenz verschiedener Arten von Motoren zu unterschiedlichen Zylinderkopfformen und -tiefen führt, so daß es notwendig ist, die integrierten Spulenblöcke zum individuellen Zünden in zahlreichen unterschiedlichen Formen, komplementär zu den verschiedenen möglicherweise anzutreffenden Strukturen auszubilden.
• Dieser Zwang erlaubt nicht eine Großserienfertigung, durch die die Herstellungskosten merklich verringert werden könnten. Aufgrund dieses Zwangs kann auch nicht garantiert werden, daß in allen Fällen zwischen der integrierten Zündspule und der Zündkerze eine einwandfreie mechanische und elektrische Verbindung stattfindet.
• Aus dem Stand der Technik sind andere Vorschläge bekannt, unter denen auf die Anmeldung EP-A-0 304 038 hinzuweisen ist, die ein Gehäuse oder einen Behälter in Zuordnung zu einem geblechten Kern umfaßt und eine Spule enthält, die einerseits an einen Verbinder außerhalb des Gehäuses und andererseits an eine Einrichtung zum Verbinden mit einer als Verlängerung des Gehäuses und zum Verbinden mit einer Zündkerze mit Hilfe eines elastisch verformbaren Leiters dienenden Kassette umfaßt.
• Aufgabe der Erfindung ist, die obige Lücke auszufüllen, indem eine neuartige integrierte Spule zum individuellen Zünden vorgeschlagen wird, die speziell konstruiert ist, um in Großserie zu einem gunstigen Preis hergestellt werden zu können, und dabei eine Möglichkeit der Anpassung an verschiedene konstruktive Merkmale der Motorzylinderköpfe, insbesondere die Schachttiefen, aufweist, um eine gute Zusammenwirkung und eine gute mechanische, elektrische und dielektrische Verbindung zwischen dem Verbindungsanschluß einer Zündkerze und der integrierten individuellen Zündspule zu garantieren.
• Um die obigen Ziele zu erreichen, umfaßt die integrierte Spule zum individuellen Zünden einer Zündkerze einer Wärmekraftmaschine mit Innenverbrennung und gesteuerter Zündung:
• - ein Gehäuse oder einen Behälter, der an der Oberseite offen und an seinem Boden durch einen zum Teil leitfähigen Schaft verlängert ist, der mit Mitteln zum Anfügen einer Kappe zum mechanischen, elektrischen und dielektrischen Zusammenwirken mit der Anschlußklemme einer Zündkerze versehen ist,
• - einen doppelten rohrförmigen Spulenkörper, der konzentrisch eine Primärwicklung und außerhalb von dieser eine Sekundärwicklung trägt, von der eine Anschlußklemme an den Schaft angeschlossen ist&sub1; wobei besagter doppelter Spulenkörper auf Rastfüße aufgesteckt ist, die sich vom Boden des Gehäuses erheben,
• - eine obere Haube, die einen Verbinder trägt, der an die zwei Anschlußklemmen der Primärwicklung und an die zweite Anschlußklemme der Sekundärwicklung angeschlossen ist und am doppelten Spulenkörper eingerastet ist,
• - einen an das Gehäuse angepaßten geblechten Kern mit einem mittleren Stab, der den doppelten Spulenkörper innerhalb der Primärwicklung durchläuft, und
• - eine Umhüllung aus Synthetikmaterial, die das Gehäuse füllt und den doppelten Spulenkörper, die Wicklungen und die Haube mit Ausnahme des Verbinders umgibt.
• Andere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die als nicht einschränkende Beispiele Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands zeigen.
• Fig. 1 ist eine Ansicht einer erfindungsgemäßen integrierten Spule zum individuellen Zünden im Teilschnitt.
• Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 11-11 aus Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine zum Teil aufgeschnittene perspektivische Darstellung, die den Fig. 1 und 2 entspricht.
• Fig. 4 und 5 sind zum Teil aufgeschnittene perspektivische Darstellungen, die zwei Ausführungsvarianten eines der Bestandteile der integrierten Spule zeigen.
• Fig. 1 und 2 zeigen eine integrierte Spule zum individuellen Zünden einer Zündkerze 1 einer Wärmekraftmaschinef die am Boden eines Schachts 2 eines Zylinderkopfs 3 einer solchen Kraftmaschine eingebaut ist. Die insgesamt mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Spule ist vorgesehen, um an dem Zylinderkopf 3 montiert und zwischen der Zündkerze 1 und einem Versorgungskabel 5 angeordnet zu werden, das z.B. von einem selektiven Verteiler 6 vom elektronischen Typ ausgeht, der direkt oder indirekt aus einer Speicherquelle wie etwa einer Batterie 7 oder einer Erzeugerquelle wie etwa einer Lichtmaschine versorgt wird.
• Die Vorrichtung 6 ist konstruiert, um eine zeitweilige Unterbrechung der Versorgung der Spule 4 zu bewirken, die dazu da ist, ausgehend von einer durch das Kabel 5 zugeführten niedrigen Versorgungsspannung in herkömmlicher Weise einen Hochspannungsstrom an die Zündkerze 1 zu liefern, die in herkömmlicher Weise einen Schaft 8 sowie eine Anschlußklemme 9 umfaßt, die in herkömmlicher Weise z.B. durch eine Olive gebildet ist.
• Die integrierte individuelle Zündspule 4 umfaßt ein Gehäuse oder einen Behälter 10, der vorzugsweise aus einem geeigneten Plastikmaterial, z.B. aus PETP (Polybutylenterephtalat) durch Spritzguß hergestellt ist. Das Gehäuse 10 umfaßt eine offene Oberseite 11 und einen Boden 12, von dem sich nach unten ein Schaft 13 aus isolierendem Material erstreckt, der im Inneren mit einer leitfähigen Seele 14 wie etwa einem Metallstab versehen ist, der am offenen Endbereich des Schafts 13 durch einen Kontaktzapfen 15 abschließt.
• Der Schaft 13 weist äußerlich und hinter seinem offenen Ende zurückstehend Mittel 16 zum Anfügen einer rohrförmigen Kappe 17 zum mechanischen, elektrischen und dielektrischen Zusammenwirken mit der Zündkerze 1 auf. Die Kappe 17 ist aus einem relativ weichen, nicht leitfähigen Material, insbesondere aus Silicon gebildet und stellt ein Zwischenelement dar, das dazu dient, eine elektrische Verbindung und eine mechanische Anpassung sowie Dichtigkeit und dielektrischen Schutz zwischen dem Schaft 13 und der Zündkerze 1 herzustellen.
• Zu diesem Zweck bildet die Kappe 17 ein Überlappungskopfstück 18, das dicht auf den Schaft 8 aufgesteckt werden kann. Die Kappe 17 umfaßt im Inneren einen Leiter 19, der elastisch verformbar ist und eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Zapfen 15 und der Klemme 9 herstellt. Der elastische Leiter 19 ist vorteilhafterweise durch eine druckbelastete Schraubenfeder oder einen leitfähigen Gummizylinder gebildet.
• Die Mittel 16 können in verschiedenen unterschiedlichen Weisen ausgebildet sein. Vorteilhafterweise verwenden diese Mittel einen Kragen 20, der über den Umfang des Schafts 13 übersteht, um mit einer komplementären Nut 21 einer Aussparung 22 zusammenzuwirken, die in der Kappe 17 gebildet ist, um das Einstecken des Schafts 13 zu ermöglichen. Im vorliegenden Fall ist die Aussparung 22 durch eine zylindrische Bohrung 23 verlängert, in der der Leiter 19 angeordnet ist, der normalerweise, nach der Montage der Kappe 17 am Endbereich des Schafts 13, zwischen dem Zapfen 15 und einer internen Anschlagschulter 24 eingezwangt ist, durch die die Anschlußklemme 9 der Zündkerze 1 verläuft, nachdem das Überlappungskopfstück 18 auf deren Schaft 8 aufgesteckt worden ist.
• Bei einer möglichen Ausgestaltung ist der Schaft 13 integraler Bestandteil des Bodens 12 des Gehäuses 10. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung, wie insbesondere in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist der Schaft 13 als ein unabhängiges Teil ausgebildet, das insbesondere durch Spritzgießen eines geeigneten Plastikmaterials wie etwa PBTP gebildet ist. Der Schaft 13 erstreckt sich in einem solchen Fall von einem beispielsweise zylindrischen Bund 25 aus, das vorgesehen ist, um in einen durch den Boden 12 des Gehäuses oder Behälters 10 gebildeten Sockel 26 eingesteckt zu werden. Der Sockel 26 ist vorzugsweise konzentrisch zu einer Öffnung 27, die von einer Leiste 28 umgeben ist, die mit einem im Verbindungsabschnitt zwischen dem Schaft 13 und dem Bund 25 gebildeten Anschlag 29 zusammenwirkt. Derartige Mittel ermöglichen eine effiziente Zentrierung des Schafts 13 relativ zum Gehäuse 10 sowie die Herstellung einer dichten Verbindung, insbesondere durch Anordnen einer beispielsweise torusförmigen Dichtung 30 dazwischen.
• Das Gehäuse 10 enthält im Inneren einen doppelten Spulenkörper 35, der aus einem Primärspulenkörper 36 aus einem beliebigen geeigneten Isolatormaterial und einem Sekundärspulenkörper 37, der zum ersten, den er umgibt, konzentrisch ist. Der Primärspulenkörper trägt eine Primärwicklung 38, der Sekundärkörper 37 trägt eine Sekundärwicklung 39. Die Merkmale des Querschnitts und der Länge sowie der Isolierung von Primär- und Sekundärwicklung sind als für den Fachmann aus der Technik ableitbar anzusehen. Vorzugsweise sind die Körper 36 und 37 aus Plastikmaterial so ausgebildet, daß sie konzentrisch und axial bis in eine Anschlagposition ineinandergesteckt werden können, in der eine Verrastung stattfindet, die eine axiale Verankerung bewirkt, z.B. mit Hilfe eines vom Sekundärspulenkörper 37 ausgebildeten peripheren Vorsprungs 40, der hinter wenigstens einen Vorsprung 41 am Primärspulenkörper 36 eingreift. Wie sich aus den Fig. 1 und 3 ergibt, sind die Spulenkörper im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und die Primär- und Sekundärwicklungen an ihnen in herkömmlicher Weise ausgeführt.
• Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der doppelte Spulenkörper innerhalb des Gehäuses 10 durch Einrasten an dessen Boden 12 montiert. Gemäß einer besonders vorteilhaften konstruktiven Ausführung findet die Einrastung zwischen Stegen 42 des Sekundärspulenkörpers 37 und sich vom Boden 12 erhebenden Rastfüßen 43 statt.
• Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erheben sich die Füße 43 vom Bund 25, der ferner Anschlagrippen 44 bildet, an denen wenigstens bestimmte der am Sekundärspulenkörper 37 ausgebildeten konzentrischen Flügel 45 abstützen. So findet zwischen dem doppelten Spulenkörper und dem Gehäuse 10 eine Verrastung durch Eingreifen in Richtung des Pfeils f&sub1; automatisch statt. Eine solche Verrastung stellt eine feste und belastbare mechanische Verbindung sowie eine Zentrierung sicher, die insbesondere noch vervollständigt werden kann durch die Existenz von am Primärspulenkörper 36 gebildeten Anschlägen zum Zusammenwirken mit den entsprechenden Innenflächen des Gehäuses 10.
• Die erfindungsgemäße Spule umfaßt ferner eine Haube 50, die vorgesehen ist, um durch die offene Oberseite 11 eingeführt und an den doppelten Spulenkörper 35 angepaßt zu werden. Vorzugsweise umfaßt die Haube 50 eine Platte 51, die mit Einrastfüßen 52 und Anschlagrippen 53 versehen ist, um analog wie oben beschrieben durch Einrasten an den Sekundärspulenkörper angepaßt zu werden. Die Füße 52 und Rippen 53 wirken in diesem Sinne mit den Stegen 42 und wenigstens bestimmten der Flügel 45 zusammen.
• Die Haube 50 umfaßt einen Verbinder 60, der sich von der Platte 51 aus erhebt, um über die offene Oberseite 11 überzustehen. Der Verbinder 60 ist z.B. vom Typ mit drei Anschlußmessern 61, von denen zwei, wie etwa 61a und 61b an die zwei Klemmen der Primärwicklung 38 angeschlossen sind und das dritte 61c an eine der Klemmen der Sekundärwicklung 39 angeschlossen ist, deren andere Klemme direkt oder indirekt mit der leitfähigen Seele 14 verbunden ist.
• Die gesamten obengenannten Bestandteile sind im Inneren des Gehäuses 10 insbesondere durch eine Umhüllung 62 aus isolierendem Plastikmaterial verankert, die gegossen ist, so daß sie den doppelten Spulenkörper und die Platte 51 füllt und umgibt.
• Die Spule wird vervollständigt durch einen geblechten Kern 70, der das Gehäuse 10 durchläuft und ins Innere des Primärspulenkörpers 36 eingeführt ist. In bekannter Weise umfaßt der geblechte Kern 70 zwei Schlußschleifen, die das Gehäuse 10 umlaufen, und einen zentralen Stab 71, der den Primärspulenkörper durchläuft. Der Kern ist am Gehäuse durch einen Klammergurt 72 gehalten. Vorzugsweise ist dem Kern 70 ein Flansch 73 zugeordnet, der Füße 74 zur direkten oder indirekten Befestigung am Zylinderkopf 3 aufweist.
• Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des geblechten Kerns 70 in Form von zwei Anordnungen 70&sub1; und 70&sub2;, die ausgebildet sind, um einander zugewandt angeordnet zu werden und gemeinsam den Zentralstab 71 zu begrenzen.
• Eine Ausführungsvariante ist in Fig. 5 gezeigt, bei der der geblechte Kern im Behälter 10 einen überformten Jochring 70&sub3; umfaßt, der einem unabhangigen Stab 71 zugeordnet ist, um den der Primärspulenkörper 36 aufgewickelt oder überformt ist.
• Durch die obengenannten Mittel wird es möglich, durch Großserienherstellung und mit günstigen Herstellungskosten eine integrierte individuelle Zündspule herzustellen, bei der sämtliche Bauelemente durch einfaches Einrasten vor dem Überziehen mit einem gegossenen Plastikmaterial verbunden sind. Es ist möglich, eine verrastete Anordnung zu bilden, die die Primärwicklung, die Sekundärwicklung, die Haube und den Schaft umfaßt und an der die elektrischen Verbindungen ausgeführt werden können, und anschließend diese Anordnung im Gehäuse zu montieren.
• Es ist auch möglich, durch Überformen das Gehäuse und den geblechten Kern 70&sub3; herzustellen und anschließend durch Einrasten die vorgenannte Anordnung zu montieren.
• Der Aufbau des Gehäuses und des Schafts 13 ermöglicht es außerdem, eine spezifische Herstellung ins Auge zu fassen, bei der die Längen, die dem Schaft gegeben werden, von den verschiedenen möglicherweise anzutreffenden Schachttiefen abhängen. Auf diese Weise ist es möglich, die Kappe 17 mit nur einer einzigen Länge herzustellen, wodurch die Herstellungskosten durch Großserienfertigung gesenkt werden können, bei Verwendung eines Ausgangsmaterials, dessen relativ hoher Grundpreis nur durch eine Fertigung in sehr großer Serie kompensiert werden kann.
• Der obige Vorteil wird insbesondere dann erreicht, wenn ein Schaft 13 als vom Gehäuse 10 unabhängiges Teil hergestellt wird. Dadurch wird es möglich, den von der Tiefe der Schächte abhängigen variablen Anpassungsfaktor auf die Herstellung von verschiedenen Sätzen von Schäften unterschiedlicher Länge zu beschränken, die weiterhin in herkömmlichen Fertigungsketten in oder am Gehäuse montiert und angepaßt werden können, ohne daß dies auf die Produktionsgeschwindigkeit der letzteren rückwirkt.
• Die Anpassung der Länge des Schafts 13 in Abhängigkeit von der Tiefe des Schachts erlaubt es, eine Kappe 17 von konstanter Länge zu verwenden, die so berechnet ist, daß ihre natürliche Biegsamkeit relativ begrenzt ist, um so beim Anpassen der individuellen integrierten Zündspule am Zylinderkopf 3 eine sichere Steckverbindung zwischen Kopfstück 18 und Schaft 8 und ein sicheres Zusammenwirken zwischen dem Leiter 19 und der Olive 9 zu haben. Die der Kappe 17 zugewiesenen Funktionen der mechanischen, elektrischen und dielektrischen Zusammenwirkung werden so in allen Fällen erfüllt, indem durch einfaches Einführen der Kappe 17 in den Schacht 2 eine sichere mechanische und elektrische Verbindung hergestellt wird.

Claims (10)

1. Integrierte Spule zum individuellen Zünden einer Zündkerze einer Wärmekraftmaschine mit Innenverbrennung und gesteuerter Zündung, mit:

- einem Gehäuse oder Behälter (10), der an der Oberseite (11) offen und an seinem Boden durch einen zum Teil leitfähigen Schaft (13) verlängert ist, der mit Mitteln (16) zum Anfügen einer Kappe (17) zum mechanischen, elektrischen und dielektrischen Zusammenwirken mit der Anschlußklemme (9) einer Zündkerze (1) versehen ist,

- einem doppelten rohrförmigen Spulenkörper (35), der konzentrisch eine Primärwicklung (38) und außerhalb von dieser eine Sekundärwicklung (39) trägt, von der eine Anschlußklemme an den Schaft angeschlossen ist, wobei besagter doppelter Spulenkörper auf Rastfüße (43) aufgesteckt ist, die sich vom Boden des Gehäuses erheben,

- einer oberen Haube (50), die einen Verbinder (60) trägt, der an die zwei Anschlußklemmen der Primärwicklung und die zweite Anschlußklemme der Sekundärwicklung angeschlossen ist und am doppelten Spulenkörper eingerastet ist,

- einem an das Gehäuse angepaßten geblechten Kern (70), mit einem mittleren Stab (71), der den doppelten Spulenkörper innerhalb der Primärwicklung durchläuft,

- und einer Umhüllung (62) aus Synthetikmaterial, die das Gehäuse füllt und den doppelten Spulenkörper, die Wicklungen und die Haube mit Ausnahme des Verbinders umgibt.

2. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (13) integraler Bestandteil des Bodens (12) des Gehäuses ist.

3. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (13) durch ein unabhängiges Teil gebildet ist, das, durch einen von ihm gebildeten Kragen (25) abgedichtet, in einem Zentriersockel (26) eingesteckt ist, den der Boden (12) um eine Durchgangsöffnung (27) für den Schaft herum aufweist.

4. Integrierte Zündspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (25) vom Schaft abgewandt Anschlagrippen (44) und Rastfüße (43) aufweist, die eingerichtet sind, um mit Flügeln (45) und Stegen (42) des doppelten Spulenkörpers zusammenzuwirken.

5. Integrierte Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (13) im Innern eine leitfähige Seele (14) aufweist und am Ende einen äußeren Kragen (20) zum Einführen in eine komplementäre Nut (21) an der Innenoberfläche der Kappe (17) trägt, die in ihrem Inneren einen elastisch verformbaren Leiter (19) in ständigen Kontakt mit der leitfähigen Seele enthält.

6. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelte Spulenkörper (35) aus zwei unabhängigen und konzentrisch zusammengesteckten Körpern (36 und 37) besteht.

7. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (50) durch eine Platte (51) gebildet ist, wobei über eine von deren Seiten der Verbinder (60) übersteht und die andere Seite vorspringende Anschlagrippen (53) und Einrastfüße (52) bildet, die mit den Flügeln bzw. Stegen des doppelten Spulenkörpers zusammenwirken.

8. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geblechte Kern (70) am Gehäuse durch einen Klammergurt (72) gehalten ist.

9. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geblechte Kern (70) durch Anformen in das Gehäuse (10) integriert ist.

10. Integrierte Zündspule nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der geblechte Kern (70) mit einer Fußplatte (73) verbunden ist, die Füße (74) zur Befestigung am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine aufweist.