DE69129200T2

DE69129200T2 - Funkenzündung

Info

Publication number: DE69129200T2
Application number: DE69129200T
Authority: DE
Inventors: Frank F. La Mirada Calif. Lipski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2011-09-19
Also published as: EP0549676B1; JP2681311B2; EP0549676A1; JPH06503867A; US5046466A; KR930702615A; EP0549676A4; AU8621191A; KR0154318B1; WO1992005365A1; DE69129200D1

Description

HINTERGRUND

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung, wie z.B. Maschinen, die üblicherweise Fahrzeuge und andere maschinelle Einrichtungen mit Antrieb versehen, wabei Benzin oder ein anderer Kraftstoff verwendet wird.
Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung haben moderate Kompressionsverhältnisse, wobei die Kompression eher durch Lichtbogenbildung als durch Ladungserwärmung, wie in Dieselmotoren, eingeleitet wird. Ottomotoren werden kostengünstiger hergestellt und liefern höhere spezifische Nutzleistung als Dieselmotoren, sind auch leiser und laufen glatter. Ein Hauptnachteil herkömmlicher Ottomotoren ist jedoch das Erfordernis von Zündkerzen, die teuer herzustellen sind und häufig ausfallen, womit ein Austausch erforderlich wird. Abgesehen von diesem offensichtlichen Nachteil gibt es bei Ottomotoren weitere Nachteile. Beispielsweise:
1. Aufgrund der engen Nähe einer oder mehrerer Zündkerzen zu Ansaug- und Auspufföffnungen und zugehörigen Ventilzugkomponenten, ist es schwierig, die Verbrennungskammer zu kühlen;
2. die Lüftungseffizienz ist durch die Ventilfläche begrenzt, die wiederum durch den von den Zündkerzen eingenommenen Raum begrenzt ist;
3. aufgrund der konkurrierenden Notwendigkeit von Zündkerzenöffnungen ist es schwierig, in der Verbrennungskammer weitere Öffnungen, wie für Einspritzdüsen und dergleichen, vorzusehen;
4. die Verbrennung ist ineffizient und von der Erzeugung ungewünschter Luftschadstoffe begleitet, da die Zündung lediglich von den Stellen einer oder höchstens eines Paars von Zündkerzen pro Zylinder herstammt; und
5. aufgrund der zur Bildung der Verbrennungskammer mit zweckmäßigen Ausstattungen für die Kühlung in Gegenwart einer Ventilanordnung und von Zündkerzen, die sich in enger Nähe befinden, benötigten, komplizierten Werkzeugbestückung ist es kostspielig, die Maschinen herzustellen.
Andere haben versucht, einige dieser Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden, daß Funkenelektroden um den Umfang jedes Zylinders angeordnet wurden, wobei innerhalb einer Kopfdichtung oder in speziell vorgesehenen Zylinderringen eingebettete Leiter verwendet wurden. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 2 775 234 und 2 948 824 von Smits, 2 904 610 von Morrison, 4 330 732 von Lowther und das Deutsche Patent Nr. DE-A 3530997 von Plaksin. Leider wird keines dieser Verfahren als geschäftlich erfolgreich angesehen, da sie eine nichtübliche Maschinenanordnung, übermäßige Kopfdichtungsdicke etc. benötigen und/oder sie übermäßig kostspielig herzustellen, unzuverlässig und kurzlebig sind.
Es besteht somit ein Bedürfnis für eine Maschine mit Funkenzündung, die keine herkömmlichen Zündkerzen benötigt, d.h. kostengünstig herzustellen, verhältnismäßig frei von der Erzeugung von Luftschadstoffen, zuverlässig, haltbar und leicht zu warten ist.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, die diesem Erfordernis entspricht, wobei eine verhältnismäßig unbegrenzte Anzahl an Funkenquellen innerhalb jeder Verbrennungskammer aufgenommen ist, ohne daß herkömmliche Zündkerzen benötigt werden. Bei einem Aspekt der Erfindung wie im Anspruch 1 beansprucht, umfaßt die Maschine ein Zylindermittel, das wenigstens einen darin beweglichen Kolben aufweist; ein Kopfmittel zur Bildung einer Verbrennungs kammer in Fluidverbindung mit dem Kolben, wobei das Kopfmittel abnehmbar mit dem Zylindermittel verbunden ist; ein Gasströmungskontrollmittel, wodurch Ansaugluft zur Kompression durch den Kolben in die Verbrennungskammer eingelassen und anschließend durch den Kolben aus der Verbrennungskammer als Auspuffgas ausgestoßen wird, Kraftstoffströmungsmittel zum gesteuerten Einlassen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer, wobei der Kraftstoff mit der Ansaugluft gemischt wird; ein stoßartig arbeitendes Mittel zur Erzeugung eines intermittierenden elektrischen Hochspannungssignals, wobei das Signal mit der Bewegung des Kolbens synchronisiert ist; und ein planares Schaltungsmodul, das mit Klemmung zwischen dem Zylindermittel und dem Kopfmittel angeordnet ist, wobei das Modul umfaßt ein elektrisch isolierendes Substrat; ein Paar von Elektrodenelementen; ein Schaltungsmittel auf dem Substrat, die Folienleiterelementen zum Verbinden der Elektrodenelemente mit dem stoßartig arbeitenden Mittel zur Erzeugung einer Funkenzündung des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer aufweist; ein erstes Dichtungsmittel zur abdichtenden Verbindung des Substrats mit entweder dem Zylindermittel oder Kopfmittel und ein zweites Dichtungsmittel zur abdichtenden Verbindung des Substrats mit dem anderen von dem Zylindermittel und dem Kopfmittel. Wie es hier verwendet wird, bedeutet "Folie" ein Material mit einer Dicke von weniger als etwa 0,0254 cm (0,010 Inch). Die Folienleiterelemente gestatten es vorteilhaft, daß das Schaltungsmodul ausreichend dünn gemacht wird, so daß es direkt an Stelle einer herkömmlichen Kopfdichtung verwendet werden kann.
Das Schaltungsmodul kann eine Anzahl der Paare von Elektrodenelementen aufweisen, und jedes Paar kann ein erstes Elektrodenelement und ein zweites Elektrodenelement umfassen, wobei sich die Elektrodenelemente in einer Ebene befinden. Die Folienleiterelemente können eine Schaltungslage des Schaltungsmoduls bilden, wobei das Schaltungsmittel auch ein isolierendes Material zum elektrischen Isolieren wenigstens eines von dem ersten und zweiten Elektrodenelement gegen das Zylindermittel und das Kopfmittel aufweist.
Vorzugsweise sind die Elektrodenelemente integral mit den Leiterelementen gebildet, um die Herstellung des Moduls mittels kostengünstiger elektronischer Produktionsverfahren zu erleichtern. Das isolierende Substrat ist üblicherweise mit einer Öffnung darin zwischen der Verbrennungskammer und dem Kolben gebildet, wobei die Elektrodenelemente abstützend mit dem Substrat verbunden sind und sich vorzugsweise in die Öffnung erstrecken, um eine effektive Ladungszündung ohne schädliche Ionisation des Substrats zu fördern. Vorzugsweise sind die Elektroden mit einer aufgebrachten leitenden Beschichtung überzogen, die im wesentlichen die Abschnitte der Elektroden überdeckt, die sich in die Öffnung erstrecken, zur erhöhten Haltbarkeit des Moduls bei hohen Verbrennungstemperaturen. Die leitende Beschichtung kann Nickel oder Platin umfassen.
Die Maschine kann mehrere Zylinder haben, wobei das Zylindermittel eine Anzahl von Kolben aufweist, wobei das Kopfmittel eine entsprechende Anzahl von Verbrennungskammern umfaßt, wobei das Schaltungsmodul vorzugsweise eine Anzahl der Paare der Elektrodenelemente in Verbindung mit jeder der Verbrennungskammer für einen erhöhten Verbrennungswirkungsgrad aufweist. Wenigstens eine Elektrode jedes Paars der jedem Zylinder zugeordneten Elektroden kann von den Elektroden der anderen Zylinder für eine folgende Ladungszündung in den entsprechenden Zylindern elektrisch isoliert sein. Die Elektrodenpaare für jede Verbrennungskammer können parallel angeschlossen sein.
Vorzugsweise ist das isolierende Substrat mit einer Öffnung darin zwischen der Verbrennungskammer und dem Kolben gebildet, um die Elektrodenelemente abstützend mit dem Substrat zu verbinden und sich in die Öffnung zu erstrecken, die Maschine kann auch ein Mittel zur elektrischen Verbindung einer der Elektroden mit wenigstens einem von dem Zylindermittel und dem Kopfmittel durch die Klemmanordnung des Schaltungsmoduls dazwischen umfassen. Vorzugsweise bildet die isolierende Beschichtung das erste Dichtungsmittel zur Vergrößerung der elektrischen Isolierung der Leitermittel gegen die geerdeten Teile der Maschine. Die isolierende Beschichtung kann Faserkeramik umfassen. Das erste Dichtungsmittel kann weiter ein Metallringelement umfassen, das starr und abdichtend mit dem Substrat verbunden ist, wobei das Ringelement durch die Klemmung zwischen dem Zylindermittel und dem Kopfmittel deformiert wird. Das Ringelement kann einen Wulstabschnitt und einen Spurabschnitt zur Bildung eines Schaltungslagenabschnitts des Schaltungsmoduls und zum Vorsehen einer Basis für den Wulstabschnitt umfassen.
Die Maschine kann weiter eine Zündkerzenöffnung in die Verbrennungskammer von der Außenseite des Kopfmittels von dem Typ zur Aufnahme eine Zündkerze und ein Zündkerzenelement zum abdichtenden Verschließen der Zündkerzenöffnung umfassen. Vorzugsweise umfaßt das Zündkerzenelement ein Haupteinspritzmittel zum Zuführen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer. Das Zündkerzenelement kann auch Zusatzeinspritzmittel zum Zuführen eines zusätzlichen Fluids in die Verbrennungskammer und Dehnungssensormittel zum Liefern eines Dehnungsmeßsignals zur Anzeige eines Fluiddrucks in der Verbrennungskammer umfassen.
Das Zündkerzenelement kann eine oder mehr Einspritzeinheiten, einen Drucksensor und/oder Ultraschallwandler zur Unterstützung einer verstärkten Verbrennung liefern.

ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, beigefügten Ansprüche und begleitenden Zeichnungen besser verständlich, wo:
Figur 1 ist eine Vorderansicht, zum Teil im Schnitt, einer Brennkraf tmaschine mit Funkenzündung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist eine Draufsicht im Schnitt der Maschine von Fig. 1 längs Linie 2-2;
Figur 3 ist eine Detaildraufsicht der Maschine von Fig. 1 innerhalb des Bereichs 3 von Fig. 2;
Figur 4 ist eine fragmentarische Vorderansicht der Maschine von Fig. 1 im Schnitt längs Linie 4-4 in Figur 3;
Figur 5 ist eine fragmentarische Draufsicht im Schnitt, wie in Fig. 2, die eine alternative Konfiguration der Maschine von Fig. 1 zeigt;
Figur 6 ist eine Detailvorderansicht im Schnitt innerhalb des Bereichs 6 von Fig. 4, die eine weitere alternative Konfiguration der Maschine von Fig. 1 zeigt;
Figur 7 ist eine Vorderansicht im Schnitt, wie in Fig. 1, die eine alternative Konfiguration der Maschine zeigt; und
Figur 8 ist eine Detailschnittansicht innerhalb des Bereichs 8 von Fig. 7, die eine weitere Konfiguration der Maschine von Fig. 1 zeigt.

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, bei der das Erfordernis von herkömmlichen Zündkerzen vermieden ist. Bezug nehmend auf Fig. 1-4 der Zeichnungen, eine Maschine 10 hat einen Block oder eine Zylinderanordnung 12 mit einem oder mehreren Kolben 14, die im Inneren entsprechender Zylinder 16 verschiebbar beweglich sind, wobei die Kolben 14 betätigungsmäßig mit einer herkömmlichen Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Kurbelwelle ist direkt oder indirekt in Getriebeverbindung mit einer Verteilerwelle 20 eines Zündverteilers 22. Ein Zylinderkopf 24 überdeckt die Zylinderanordnung 12, wobei der Kopf 24 eine Anzahl von darin gebildeten Verbrennungskammern 26 aufweist, wobei jede der Verbrennungskammern 26 eine zugeordnete Ansaugöffnung 28, Kraftstoffzuführungsmittel 30, ein Ansaugventil 32, Auspuffventil 34 und Auspufföffnung 36 aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Schaltungsmodul 38, das zwischen dem Kopf 24 und der Zylinderanordnung durch herkömmliche Kopfbolzen 40 oder dergleichen geklemmt ist, eine Anzahl von Elektrodenelementen 42 darin aufgenommen, wobei sich die Elektrodenelemente 42 innerhalb einer oder mehrerer Zylinderöffnungen 44 des Moduls 38 erstrecken, wobei jede der Öffnungen 44 einem der Zylinder 16 entspricht. In einer beispielhaften Konfiguration des Moduls 38, wie sie in den Zeichnungen gezeigt ist, sind die Elektrodenelemente 42 paarweise angeordnet, wobei jedes Paar eine Erdelektrode 46 und eine Heißelektrode 48 aufweist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist im Modul 38 auch eine Anzahl von Folienleiterspuren 50 zur elektrischen Verbindung der Heißelektroden 48 über einen Kabelbaum 52 mit dem Verteiler 22 enthalten. Zu diesem Zweck umfaßt das Modul 38 einen direkten Randsteckerabschnitt 54, der mit einer Randbuchsenanordnung 56 des Kabelbaums 52 zusammenpaßt, wobei sich der Randsteckerabschnitt 54 ausgehend von zwischen der Zylinderanordnung 12 und dem Kopf 24 aus erstreckt. Wie auch in Fig. 2 gezeigt ist, hat eine Mehrfachzylinderkonfiguration des Moduls 38 üblicherweise getrennte und isolierte Leiterbahnen zu den Heißelektroden 48 für jeden Zylinder 16 der Maschine 10, wobei die Spuren 50 jeweils mit 50A, 50B, 50C und 50D für entsprechende der Zylinder 16 bezeichnet sind. Weitere Mehrfachpaare der Elektroden 42 sind um jede der Öffnungen 42 beabstandet angeordnet, um den Maschinenwirkungsgrad zu erhöhen und eine unerwünschte Abgasverschmutzung dadurch herabzusetzen, daß mehrfache Funkenquellen vorgesehen werden. Überdies vermeidet die Anordnung der Elektroden 42 nahe den äußeren Enden der Verbrennungskammern 26 eine Vorzündung und/oder Klopfen dadurch, daß die Funkenquellen am nahesten an Bereichen vorgesehen werden, die am stärksten derartiger Vorzündung und/oder Klopfen unterliegen.
Wie am besten in Fig. 3 und 4 gezeigt ist umfaßt das Modul 38 ein Substrat 58 und eine oder mehrere Schaltungslagen 60, die in Fig. 4 mit 60A, 60B und 60C bezeichnet sind. Die Schaltungslagen 60 bilden eine gedruckte Schaltung, die die Folienleiterspuren 50 umfaßt, wobei sich die Lagen 60 zwischen der Zylinderanordnung 12 und dem Kopf 24 erstrecken. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff "gedruckte Schaltung" ein Folienleitermuster, das auf einem isolierenden Substrat durch graphische Mittel wie durch selektives Überziehen oder Ätzen eines leitenden Materials gebildet wird, und umfaßt, ist aber nicht beschränkt auf Leiterplatten mit einer oder Mehrfachlagen. Der Begriff "Folie" bedeutet ein Material mit einer Dicke von weniger als etwa 0,0254 cm (0,010 Inch).
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine Schaltungslage 60A auf einer ersten Substratlage 62 des Substrats 58 gebildet, wobei eine zweite Substratlage 64 auf der ersten Substratlage 62 aufgeschmolzen oder auf sonstige Weise auf herkömmliche Weise gebildet ist, wie es den Fachleuten auf dem Gebiet der Herstellung von gedruckten Schaltungen mit Mehrf achlagen bekannt ist, um die Schaltungslage 60A innerhalb des Substrat 58 elektrisch zu isolieren.
Ein für die Verwendung bei der Bildung des Substrats 58 geeignetes Material ist im Handel als FR4 Feuerverzögerungspolymer erhältlich. Üblicherweise sind die Spuren 50 als geätztes und/oder überzogenes Kupfer gebildet.
Bei einer beispielhaften Konfiguration des Moduls 38, wie sie in Fig. 1-4 gezeigt ist, sind die Elektroden 42 als diskrete Elemente gebildet, die im Inneren des Substrats 58 in elektrischem Kontakt mit den entsprechenden Schaltungsspuren 50 verbunden sind. Die Elektroden 42 können aus einem geeigneten Hochtemperaturmaterial wie Nickel, Platin oder Wolfram gebildet oder gestanzt werden. Die Schaltungsspuren 50 erstrecken sich im Steckerabschnitt 54, wobei jede Spur 50 mittels einer Durchführung 68 mit einer Anzahl von Fingerspuren 66 elektrisch verbunden ist, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Steckerabschnittes 54 erstrecken, wobei die Durchführung 68 durch ein herkömmliches durchplattiertes Loch, ein Schlitzfenster oder dergleichen gebildet ist. In gleicher Weise sind die Erdelektroden 46 jeweils durch ein Gegenstück der Durchführung 68 elektrisch mit einer oder einem Paar von Erdanschlußflächen 70 verbunden, die auf auf der Außenseite befindlichen Flächen des Substrats 58 gebildet sind.
Das Modul 38 ist auch gebildet, so daß es ein Paar von auf der Außenseite befindlichen Lagen 72 umfaßt, um den Kopf 24 abdichtend mit der Zylinderanordnung 12 zu verbinden, wenn die Teile durch die Kopfbolzen 40 zusammengeklemmt sind. Vorzugsweise sind die auf der Außenseite befindlichen Lagen 72 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, um die elektrische Isolierung der Spuren 50A-D zu vergrößern. Ein geeignetes Material für die auf der Außenseite befindlichen Lagen 72 ist eine Faserkeramik, die bekannt ist und im Handel zur Verwendung als Hochtemperaturdichtmittel erhältlich ist.
Wie in Fig. 4 weiter gezeigt ist, sind die Durchführungen 68 üblicherweise mit Lötmittel gefüllt, wobei das den geerdeten Elektroden 46 zugeordnete Lötmittel als Knopfelemente 74 gebildet ist, wobei sich die Knopfelemente 74 anfangs außerhalb von den auf der Außenseite befindlichen Lagen 72 erstrecken, um mit der Zylinderanordnung 12 und Kopf 24 in Kontakt zu treten. Wenn das Modul 38 in der Maschine 10 zusammengebaut wird, werden die Knopfelemente 74 abgeflacht fluchtend mit den auf der Außenseite befindlichen Lagen 72.
Wie weiter in Fig. 1-3 gezeigt ist, umfassen die Leiterspuren 50 eine mit 50C bezeichnete Erdspur zur elektrischen Verbündung der Erdelektroden 46 mit einer externen Erde über eine Erdleitung 76 des Kabelbaums 52. Die Spur 50C liefert eine passende Erdrückführung aus dem Modul 38 während des Testens entweder bevor oder nachdem das Modul 38 in die Maschine 10 eingebaut worden ist. Eine weitere Verwendung für die Spur 50C ist als Erdrückführung zum Verteiler 22 (oder einem anderen Zündkreisbauteil), der unabhängig von einem herkömmlichen Fahrgestell oder Maschinenerde ist, wie z.B., um gewisse Erdstromwege in einem von der Maschine 10 angetriebenen Fahrzeug zu vermeiden.
Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 5, eine alternative Konfiguration des Moduls 38 hat eine oder mehrere Ringspuren 78, die Abschnitte der Erdspur 50C und wengistens einige der Erdanschlußflächen 70 bilden. Die Ringspuren 78, die auf dieselbe Weise wie die Spuren 50 gebildet werden können, erstrecken sich in dichter Nähe zu jeder der Zylinderöffnungen 44, wobei jede der Spuren 78 eine geeignete Basis für ein fortlaufendes Wulstelement 80 liefert, wobei das Wulstelement 80 als Gegenstück der Knopfelemente 74 (die die Elektroden 46 zur Maschine 10 wie oben beschrieben erden) wirkt, und auch eine haltbare und wirksame Dichtung zwischen dem Substrat 58 und der Zylinderanordnung 12 oder dem Kopf 24 liefern. Vorzugsweise hat jede der Öffnungen 44 ein Paar der Ringspuren 78 und entsprechende Wulstelemente 80 zu Abdichtung gegenüberliegender Seiten des Substrats 58. In dieser Konfiguration liefern die auf der Außenseite befindlichen Lagen 72 eine Abdichtung für herkömmliches Wasser und/oder Öl durch Nässe und dergleichen zusätzlich dazu, daß eine vergrößerte elektrische Isolierung für die Spuren 50A-D geliefert wird. Ublicherweise sind die Wulstelemente 80 annähernd fluchtend mit den auf der Außenseite befindlichen Lagen 72, wobei sie vorzugsweise etwas vorstehen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Bei dieser bevorzugten Konfiguration sind die Wulstelemente 80 leicht durch das Klemmen zwischen der Zylinderanordnung 12 und den Kopf 24 abgeflacht, wobei eine wirksame Abdichtung des Substrats 58 gegen Verbrennungsdrücke unterstützt wird. Es wird angenommen, daß ein geeignetes Material für die Wulstelemente 80 Lötmittel oder eine andere Legierung aus Blei oder Zinn ist.
Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 6, bei einer alternativen Konfiguration des Moduls 38 von Fig. 6 sind die Ringspuren 78 und die Wulstelemente 80 elektrisch von den Erdelektroden 46 isoliert, um es zu gestatten, daß die Erdspur 50C von der Zylinderanordnung 12 und dem Kopf 24 getrennt geerdet ist. Zu diesem Zweck verläuft die Ringspur 78 zwischen der Erdanschlußfläche 70 für jede der Erdelektroden 46 und der zugeordneten Zylinderöffnung 44, wobei die Erdspur 50C die Erdanschlußflächen 70 verbindet.
Wie weiter in Fig. 6 gezeigt ist, sind die Elektroden 42 vorzugsweise integral mit den zugeordneten Leiterspuren 50 der Schaltungslage 60A gebildet. Zu diesem Zweck kann sich die erste Substratlage 62 zeitweilig in die Öffnungen 44 erstrecken, um die Elektroden 42 während deren Bildung zu unterstützen, wie in Fig. 6 bei 82 gezeigt ist. Sobald die Elektroden 42 gebildet sind, wie bei einem oben beschriebenen Prozeß für gedruckte Schaltungen, wird dann die zeitweilige Verlängerung 82 z.B. durch maschinelle Bearbeitung entfernt. Es wird eine schützende leitfähige Beschichtung 84 auf jede der Elektroden 42 innerhalb der Öffnungen 44 aufgebracht, beispielsweise durch Elektroplattieren. Geeignete Materialien für die leitende Beschichtung 84 umfassen Nickel und Platin, die in der Lage sind, den hohen Verbrennungstemperaturen im Inneren der Maschine 10 zu widerstehen. Vorzugsweise werden die auf der Außenseite befindlichen Lagen 72 anschließend an die leitende Beschichtung 84 aufgebracht, um die Enden der Beschichtung 84 benachbart dem Sübstrat 58 schützend zu überdecken.
Die Folienleiter der vorliegenden Erfindung gestatten es vorteilhaft, daß das Schaltungsmodul 38 sehr dünn gemacht wird. Beispielsweise sind Funktionsprototypen des Moduls 38 hergestellt und getestet worden, wobei das Substrat 58 eine Gesamtdicke von etwa 0,1524 cm (0,06 Inch) hatte. Es wird angenommen, daß signifikante Verringerungen der Dicke auch möglich sind.
Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 7, der Kopf 24 kann ohne Zündkerzenöffnungen in die Verbrennungskammern 26 hineingebildet werden, wie in Fig. 1 gezeigt, oder mit Öffnungen, wie bei 86 gezeigt, wobei der die Öffnungen 86 aufweisende Kopf in Fig. 7 mit 24' bezeichnet ist. Bei der Konfiguration von Fig. 1 ist der Kopf 24 vorteilhaft durch das Fehlen der Zündkerzenöffnungen 86 vereinfacht, was seine kostengünstige Herstellung erleichtert. Was wichtiger ist, das Fehlen der Öffnungen 86 unterstützt eine verbesserte Wärmeübertragung von den Verbrennungskammern 26 und gestattet üblicherweise eine Vergrößerung der Öffnungen 28 und 36 sowie der Ventile 32 und 34 für einen vergrößerten volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine 10.
Bei der Konfiguration von Fig. 7 können herkömmliche Zündkerzen (nicht gezeigt) im Kopf 24' eingebaut gelassen werden. Vorzugsweise sind jedoch die Zündkerzenöf fnungen 86 durch massive Zündkerzenelemente 88 abdichtend verschlossen, um einen Zündkerzenbruch und/oder mögliche heiße Stellen im Inneren der Verbrennungskammern 26 zu vermeiden.
Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 8, die herkömmlichen Zündkerzenöffnungen 86 des Kopfes 24' können vorteilhaft dazu verwendet werden, eine Einspritzanordnung 90 anzubringen, die in die zugeordnete Verbrennungskammer 26 hin vorsteht. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfaßt die Einspritzanordnung ein Haupteinspritzmittel 92 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 26, wobei die Zeitsteuerung der Einspritzung nicht auf den Betrieb der Ventile 32 und 34 beschränkt ist. Das Haupteinspritzmittel 92 wird nicht im einzelnen beschrieben, da derartige Einrichtungen den Fachleuten bekannt sind. Die vorliegende Erfindung liefert jedoch die Vorteile einer direkten Kraftstoffeinspritzung, die bei herkömmlich gestalteten Maschinen mit Funkenzündung verfügbar sein sollen, bei Austausch der Zündkerzen durch das oben beschriebene Schaltungsmodul 38. Weiter liefert die Einspritzanordnung vorzugsweise ein Zusatzeinspritzmittel 94 zum Einspritzen eines zusätzlichen Fluids in die Verbrennungskammer 26. Das zusätzliche Fluid kann Wasser umfassen, von dem es bekannt ist, daß es bei typischen Anwendungen einen Kühleinrichtungslauf und eine verringerte Wahrscheinlichkeit einer Vorzündung oder von Klopfen (Schlagen) liefert. Das zusätzliche Fluid kann auch ein Stickstoffoxid umfassen, von dem es bekannt ist, daß es Auspuffgasverschmutzung verringert. Weiter kann in der Einspritzanordnung 90 ein Dehnungssensormittel 96 zum Liefern eines Dehnungsmeßsignals 98 an ein Steuersystem 100 enthalten sein, wobei das Steuersystem 100 die Funktion des Verteilers 22 und/oder des Kraftstoffzuführungsmittels 30, beispielsweise in Reaktion auf abgetastete Druckbelastungen in der Verbrennungskammer 26 hin einstellt. Üblicherweise würde das Steuersystem 100 dazu verwendet, ein Klopfen und/oder Vorzündung durch Kraftstoffgemischanreicherung beispielsweise zu vermeiden. Überdies kann die Einspritzanordnung 98 einen Ultraschallwandler 102 zur Betätigung durch einen geeigneten Leistungsoszillator 104 umfassen, wobei ein verbesserter Verbrennungswirkungsgrad und ein verringerte Abgasverschmutzung durch das Vorschleudern von Ultraschallstrahlung in die Verbrennungskammer 26 bewirkt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung in beträchtlichem Detail in bezug auf gewisse bevorzugte Darstellungen beschrieben worden ist, sind andere Darstellungen möglich. Beispielsweise können wenigstens einige der Paare der Elektrodenelemente 42, die einer der Verbrennungskammern 26 zugeordnet sind, in Reihe angeschlossen werden. Es können auch separate Leiterspuren 50 an untergeordnete Sätze der Heißelektroden 48 eines Zylinders 16 verbunden sein, um ein versetztes Zündintervall zu liefern. Weiter können wenigstens einige der Folienleiterspuren 50 durch Stanzen aus einem Folienbogen gebildet werden.

Claims

1. Brennkraftmaschine, umfassend:

(a) einen Zylinderblock (12) mit wenigstens einem darin beweglichen Kolben;

(b) einen Zylinderkopf (24), der eine Verbrennungskammer (26) in Fluidverbindung mit dem Kolben bildet, wobei der Zylinderkopf (24) mit dem Zylinderblock (12) abnehmbar verbunden ist;

(c) Gasströmungskontrollmittel (28, 32, 34, 36), wodurch Ansaugluft zur Kompression durch den Kolben in die Verbrennungskammer (26) eingelassen und anschließend durch den Kolben aus der Verbrennungskammer (26) als Auspuffgas ausgestoßen wird;

(d) Kraftstoffströmungsmittel (30) zum gesteuerten Einlassen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer (26) , wobei der Kraftstoff mit der Ansaugluft gemischt wird;

(e) eine stoßartig arbeitende Vorrichtung (22) zur Erzeugung eines intermittierenden elektrischen Hochspannungssignals, wobei das Signal mit der Bewegung des Kolbens synchronisiert ist; und

(f) ein planares Schaltungsmodul (38), das mit Klemmung zwischen dem Zylinderblock (12) und dem Zylinderkopf (24) angeordnet ist, wobei das Modul (38) umfaßt:

(i) ein elektrisch isolierendes Substrat (58);

(ii) ein Paar von Elektrodenelementen (42);

(iii) eine elektrische Schaltung (60) zum Verbinden der Elektrodenelemente mit der stoßartig arbeitenden Vorrichtung (22) zur Erzeugung eines Zündfunkens;

(iv) ein erstes Dichtmittel (72) zur abdichtenden Verbindung des Substrats mit entweder dem Zylinderblock (12) oder dem Zylinderkopf (24); und

(v) ein zweites Dichtmittel (72) zur abdichtenden Verbindung des Substrats mit dem anderen von dem Zylinderblock (12) und dem Zylinderkopf (24);

dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Schaltung (60) mit einer Anzahl von Folienleitern (50) die eine Dicke von weniger als etwa 0,0254 cm (0,010 Inch) aufweisen, auf dem Substrat zum Verbinden der Elektrodenelemente mit der stoßartig arbeitenden Vorrichtung versehen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Anzahl der Paare von Elektrodenelementen (42) des Schaltungsmoduls (38).

3. Maschine nach Anspruch 2, bei der jedes Paar der Elektrodenelemente (42) ein erstes Elektrodenelement und ein zweites Elektrodenelement umfaßt, wobei sich das erste und das zweite Elektrodenelement in einer Ebene befinden.

4. Maschine nach Anspruch 3, bei der die Folienleiter (50) wenigstens eine Schaltungslage des Schaltungsmoduls (38) bilden, wobei die elektrische Schaltung (60) weiter ein isolierendes Material zum elektrischen Isolieren wenigstens eines von dem ersten und zweiten Elektrodenelement gegen den Zylinderblock (12) und den Zylinderkopf (24) umfaßt.

5. Maschine nach Anspruch 4, bei der die Elektrodenelemente (42) integral mit den Folienleitern (50) gebildet sind.

6. Maschine nach Anspruch 5, bei der das isolierende Substrat (58) mit einer Öffnung darin zwischen der Verbrennungskammer (26) und dem Kolben gebildet ist, wobei die Elektrodenelemente (42) abstützend mit dem Substrat verbunden sind und sich in die Öffnung erstrecken.

7. Maschine nach Anspruch 6, weiter umfassend eine als Überzug aufgebrachte leitende Beschichtung (84) auf den Elektroden (42) , wobei die leitende Beschichtung (84) die Abschnitte der Elektroden (42) im wesentlichen überdeckt, die sich in die Öffnung erstrecken.

8. Maschine nach Anspruch 7, bei der die leitende Beschichtung (84) Nickel umfaßt.

9. Maschine nach Anspruch 7, bei der die leitende Beschichtung (84) Platin umfaßt.

10. Maschine nach Anspruch 2, bei der der Zylinderblock (12) eine Anzahl von Kolben in entsprechenden Zylindern enthält und der Zylinderkopf (24) eine entsprechende Anzahl von Verbrennungskammern enthält, wobei das Schaltungsmodul (38) eine Anzahl der Paare von Elektrodenelementen (42) in Zuordnung zu jeder der Verbrennungskammern enthält.

11. Maschine nach Anspruch 10, bei der wenigstens eine Elektrode jedes Paares der einem beliebigen Zylinder zugeordneten Elektroden (42) von den Elektroden der anderen Zylinder elektrisch isoliert ist.

12. Maschine nach Anspruch 2, bei der wenigstens einige der Elektrodenpaare (42) , die einer der Verbrennungskammern zugeordnet sind, parallel angeschlossen sind.

13. Maschine nach Anspruch 1, bei der das isolierende Substrat (58) mit einer Öffnung darin zwischen der Verbrennungskammer (26) und dem Kolben gebildet ist, wobei die Elektrodenelemente (42) abstützend mit dem Substrat (58) verbunden sind und sich in die Öffnung erstrecken.

14. Maschine nach Anspruch 1, enthaltend Mittel zur elektrischen Verbindung einer der Elektroden (42) mit wenigstens einem von dem Zylinderblock (12) und dem Zylinderkopf (24) durch die Klemmanordnung Anordnung des Schaltungsmoduls (38) dazwischen.

15. Maschine nach Anspruch 1, bei der das erste Dichtungsmittel (72) eine isolierende Beschichtung auf dem Substrat (58) zur abdichtenden Verbindung des Substrats (58) mit wenigstens einem von dem Zylinderblock (12) und dem Zylinderkopf (24) umfaßt.

16. Maschine nach Anspruch 15, bei der die isolierende Beschichtung Faserkeramik umfaßt.

17. Maschine nach Anspruch 15, bei der das erste Dichtungsmittel (72) weiter ein Metallringelement (78) umfaßt, das starr und abdichtend mit dem Substrat (58) verbunden ist, wobei das Ringelement durch die Klemmung zwischen dem Zylinderblock (12) und dem Zylinderkopf (24) deformiert wird.

18. Maschine nach Anspruch 17, bei der das Ringelement (78) einen Spurabschnitt (78) und einen Wulstabschnitt (80) umfaßt, wobei der Spurabschnitt (78) als Schaltungslagenabschnitt des Schaltungsmoduls (38) gebildet ist, wobei der Spurabschnitt (78) eine Basis für den Wulstabschnitt (80) liefert.

19. Maschine nach Anspruch 1, bei der die Maschine weiter eine Zündkerzenöf fnung (86) in die Verbrennungskammer (26) von der Außenseite des Zylinderkopfs (24) von dem Typ zur Aufnahme eines Zündfunkens und ein Zündkerzenelement (88) umfaßt, das die Zündkerzenöffnung (86) abdichtend verschließt.

20. Maschine nach Anspruch 19, bei der das Zündkerzenelement ein Haupteinspritzmittel (90) zum Zuführen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer umfaßt.

21. Maschine nach Anspruch 19, bei der das Zündkerzenelement ein Zusatzeinspritzmittel (94) zum Zuführen eines zusätzlichen Fluids in die Verbrennungskammer umfaßt.

22. Maschine nach Anspruch 19, bei der das Zündkerzenelement ein Dehnungssensormittel (96) zum Liefern eines Dehnungsmeßsignals umfaßt, wobei das Dehnungsmeßsignal einen Fluiddruck in der Verbrennungskammer (26) anzeigt.