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Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
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Ein als Kleinmotor ausgebildeter Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Kleinmotor eines Rasenmähers oder eines Stromgenerators, weist insbesondere ein System für eine Zündfunktion und für eine elektronische Kraftstoffeinspritzung bzw. zur Gemischregelung auf. Unter Kleinmotor werden hierbei insbesondere Zweitakt-Motoren mit einem Hubraum bis 350 cm3 und/oder Viertakt-Motoren mit einem oder zwei Zylindern und einem Hubraum bis 1000 cm3 verstanden.
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Derartige Systeme umfassen hierbei eine Anzahl an Einzelkomponenten. Beispielsweise zählen hierzu eine Zündspule, ein Einspritzventil, eine Benzinpumpe, ein Drehzahlsensor, ein Temperatursensor, ein Drucksensor und/oder ein Steuergerät. Diese Einzelkomponenten sind beispielsweise separat im bzw. am Motor befestigt.
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Dabei ist eine entsprechende Anzahl an Kabeln (Kabelbaum) notwendig, um die Einzelkomponenten miteinander zu verschalten. Nachteilig entstehen hierbei Kosten durch den vergleichsweise hohen Verkabelungs- bzw. Montageaufwand sowie aufgrund der zur Verkabelung bzw. zur Verschaltung der Einzelkomponenten notwendigen Steckkontakte (Stecker und/oder Buchsen). Insbesondere wird diejenige Einzelkomponente bzw. werden diejenigen Einzelkomponenten, welche für die Erzeugung eines Zündfunkens in einem Verbrennungsraum des Motors herangezogen ist bzw. sind, zusammenfassend als Zündvorrichtung bezeichnet.
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Zur Kosteneinsparung und/oder zur Verringerung eines Montageaufwands können beispielsweise Einzelkomponenten zur Gemischbildung zu einer gemeinsamen Vorrichtung zusammengefasst und/oder am/im Verbrennungsmotor integriert werden. Auch könnte ein Steuergerät der elektronischen Kraftstoffeinspritzung direkt an einen Drosselklappenkörper montiert und über ein integriertes Potentiometer oder einen Drucksensor mit der Drosselklappe oder einem Absaugstutzen verbunden werden. Weiterhin könnten beispielsweise Elektromotoreinheiten in einem Steuergerät integriert werden, um eine Drosselklappe (E-Drosselklappe) und/oder Chokeklappe (E-Choke) elektrisch zu betätigen.
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Aus der
DE 43 19 720 A1 ist eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt. Diese umfasst einen Sockel, eine auf dem Sockel angebrachte Zündspuleneinheit, eine an der Zündspuleneinheit angebrachte und damit elektrisch verbundenen Steuereinheit zum Steuern eines Primärstromes, und eine drehbaren Welle, die im Sockel drehbar so gelagert ist, daß sie mit der Drehung eines drehenden Teiles des Verbrennungsmotors synchron umläuft, wobei die drehbare Welle durch die Zündspuleneinheit hindurchragt und an ihrem vorstehenden Ende einen Verteilerfinger aufweist. Weiterhin umfasst die Steuereinheit eine Grundplatte, die am Sockel angebracht ist, und einen Kurbelwellensensor, der zum Messen des Drehwinkels der Kurbelwelle des Motors an der Grundplatte angebracht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung anzugeben, bei welcher ein Montageaufwand und/oder Montagekosten möglichst gering sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst die Zündvorrichtung, welche für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen als Einzylinder-Viertaktmotor oder als ein Zweizylinder-Viertaktmotor ausgebildeten Kleinmotor, vorgesehen ist, ein Gehäuse auf, in welches ein Kurbelwellensensor (CPS-Sensor, crankshaft position sensor) zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit und/oder der Position einer mit einem, insbesondere gezahnten, Stellungsgeber versehenen Kurbelwelle aufgenommen ist. Weiterhin ist in dieses Gehäuse mindestens ein Zündtransformator (Zündspule) mit einer Primärwicklung (Primärspule) und mit einer Sekundärwicklung (Sekundärspule) zur Erzeugung eines Zündfunkens für den Verbrennungsmotor, insbesondere in dessen Verbrennungsraum, wie beispielsweise einem Zylinder, aufgenommen. Dabei ist eine Anzahl von Eingangsanschlüssen, insbesondere zum Anschluss einer elektrischen Energiequelle für die Versorgung des oder jedes Zündtransformators und/oder zum Zuführen von Sensor- oder Steuersignalen, vorgesehen. Ferner ist eine Anzahl von Ausgangsanschlüssen, insbesondere zum Anschluss mindestens einer Zündkerze und/oder zum Ausleiten (Abführen, Abgeben) von Steuersignalen vorgesehen.
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Zweckmäßigerweise sind die Eingangsanschlüsse und vorzugsweise zusätzlich die Ausgangsanschlüsse zum Ausleiten (Abführen, Abgeben) von Steuersignalen aus dem Gehäuse herausgeführt. Beispielsweise wird dazu ein Flachleiterkabel herangezogen (eingesetzt, verwendet).
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Die Energiequelle ist beispielsweise als eine Ladespule oder als ein Generator, insbesondere als eine Batterie, ausgebildet. Die Energiequelle dient dabei insbesondere dem Zwecke der Strom- bzw. Spannungsversorgung, insbesondere der oder jeder Zündspule und/oder des Kurbelwellensensors, falls dieser derart ausgebildet ist, dass er zum Betrieb an eine Energiequelle angeschlossen sein muss.
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Die gegebenenfalls zugeführten Sensor- oder Steuersignale sind dabei beispielsweise von einem Temperatursensor, von einem Drucksensor, von einem Einspritzventil, einer Drosselklappe, einer Benzinpumpe und/oder deren zugeordneten Steuereinheiten und/oder weiteren Steuereinheiten für eine Gemischbildung abgegeben. Insbesondere ist es des Weiteren mittels des oder jedes Ausgangsanschluss zum Ausleiten von Steuersignalen ermöglicht, an diese Komponenten entsprechende Steuersignale abzugeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung sind in besonders vorteilhafter Weise insbesondere ein Verschaltungsaufwand (Verkabelungsaufwand) und ein Montageaufwand aufgrund der Integration mehrerer einzelner Komponenten, also zumindest des oder jedes Zündtransformators sowie des Kurbelwellensensors, in einem gemeinsamen Gehäuse zu einem in einem einzigen Montageschritt befestigbaren Modul verringert. So müssen diese Komponenten im Zuge deren Montage nicht separat am bzw. im Motor angebracht und miteinander kabel- oder leitungstechnisch verbunden werden. Auf diese Weise ist die Zündvorrichtung kostensparend montierbar.
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Ferner ist in geeigneter Ausführung der Zündvorrichtung dessen Kurbelwellensensor als Hall-Sensor ausgebildet. Zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit und/oder der Position der Kurbelwelle ist der Stellungsgeber vorzugsweise derart an die Kurbelwelle gekoppelt, dass sich dieser bei einer Drehung der Kurbelwelle mitdreht. Dabei weist der Stellungsgeber umfangsseitig mindestens einen Zahn, vorzugsweise eine Anzahl, besonders bevorzugt eine Vielzahl an Zähnen auf. Sofern der Zahn oder einer der Zähne des gezahnten Stellungsgebers dann einen sensitiven Bereich des Hall-Sensors durchfährt (passiert), wird insbesondere eine Änderung des Magnetfelds eines Magneten des Hall-Sensors (Sensormagnet) aufgrund des Zahnes erfasst. Dabei ist beispielsweise ein Abstand der Zähne unregelmäßig zueinander, oder alternativ sind die Zähne äquidistant angeordnet, wobei vorteilhafterweise ein Zahn zur Referenzgebung ausgespart ist. Die erfassten Messwerte werden dann in geeigneter Weise bezüglich der Drehgeschwindigkeit und/oder der Position der Kurbelwelle ausgewertet. Alternativ kann der Kurbelwellensensor als Induktionsgeber (VR-Sensor, variable reluctance sensor) ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in das Gehäuse ferner eine Schnittstelle zum Kurbelwellensensor aufgenommen. Diese ist gehäuseintern an mindestens einen der Eingangsanschlüsse zur Energiequelle geführt. Vorzugsweise stellt die Schnittstelle die mittels des Kurbelwellensensors erfassten Messwerte zu deren weiteren Nutzung insbesondere als Messungsdaten oder Messungssignale bereit, wandelt diese gegebenenfalls in ein zur weiteren Nutzung geeignetes Format um und/oder bearbeitet die erfassten Messwerte entsprechend. Dabei ist die Schnittstelle zum Kurbelwellensensor vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese die erfassten Messwerte unterschiedlicher Sensortypen, beispielsweise Hall-Sensoren oder Induktionsgeber, verwenden und entsprechende Messungsdaten oder Messungssignale bereitstellen kann. So werden beispielsweise die mittels eines Hall-Sensors erfassten Messwerte derart bereitstellt, dass diese auch von einer Steuereinheit verwendet werden können, welche lediglich zur Verwendung von mittels eines Induktionsgebers erfassten Messwerten vorgesehen ist, und umgekehrt. Somit ist die Schnittstelle vorteilhaft unabhängig von der verwendeten Sensorart verwendbar und verwendet.
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Insbesondere dient die Schnittstelle ferner einer Niveau-Regelung und/oder eines Null-Abgleichs der erfassten Messwerte des Kurbelwellensensors, so dass beispielsweise aufgrund der Zündtransformatoren hervorgerufene und mittels des Kurbelwellensensors erfassten Störsignale (Hintergrundwerte) in der weiteren Verwendung der Messwerte und/oder der mittels der Schnittstelle bereitgestellten Messungsdaten oder Messungssignale berücksichtigt, beispielsweise ausgeblendet, werden können.
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Die Schnittstelle ist insbesondere über die Eingangsanschlüsse an die vorzugsweise als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle angeschlossen.
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In das Gehäuse ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine elektromagnetische Abschirmung des Kurbelwellensensors integriert. Insbesondere wird auf diese Weise eine Störung beim Messvorgang des Kurbelwellensensors vermieden oder zumindest verringert. Beispielsweise kann diese Störung durch den Betrieb des oder jedes Zündtransformators hervorgerufen werden. Dies ist insbesondere durch die bauraumsparenden Anordnung, also einer vergleichsweise hohen Integrationsdichte der im Gehäuse aufgenommen Komponenten, also zumindest des Zündtransformators bzw. der Zündtransformatoren und des Kurbelwellensensors, beding.
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Die elektromagnetische Abschirmung ist beispielsweise aus einer Folie oder aus einem Blech, insbesondere aus Kupfer, gebildet. Vorzugsweise umgibt die Abschirmung den Kurbelwellensensor, mit Ausnahme einer im vorgesehenen Montagezustand der Kurbelwelle zugewandten Seite. Beispielsweise ist die Abschirmung rohrartig, wobei der Kurbelwellensensor im Rohrinnenraum angeordnet ist.
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In einer ersten Variante der Zündvorrichtung weist diese lediglich einen einzigen Zündtransformator auf. Der Zündtransformator ist primärseitig mit einem gehäuseinternen Stellglied und sekundärseitig mit mindestens einem, vorzugsweise mit zwei, der Ausgangsanschlüsse verbunden. Mit anderen Worten ist die Primärwicklung des Zündtransformators an das Stellglied und die Sekundärwicklung des Zündtransformators an den bzw. die entsprechenden Ausgangsanschlüsse angeschlossen.
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Das Stellglied ist dabei vorzugsweise als eine H-Brücke (Brückenschaltung), insbesondere nach Art eines Vierquadrantenstellers, ausgebildet. Eine solche H-Brücke weist in einer bevorzugten Ausgestaltung vier Halbleiterschalter, insbesondere Transistoren (Leistungstransistoren, MOSFETs) auf. Dabei sind jeweils zwei der Halbleiterschalter in Serie geschaltet, und deren Mittenabgriffe sind über die Primärwicklung miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist die Primärspule in den sog. Brückenzweig der Brückenschaltung geschaltet.
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Mittels einer entsprechenden Schaltung der Halbleiterschalter ist insbesondere eine Stromrichtung in der Primärwicklung einstellbar bzw. eingestellt. Beispielsweise zusätzlich ist die entsprechende Stromstärke bzw. eine an der Primärwicklung anliegende Spannung einstellbar bzw. eingestellt. Der in der Sekundärwicklung induzierte Strom bzw. die dort induzierte Spannung weist folglich eine der Einstellung des Stellglieds entsprechende Stromrichtung bzw. Polung sowie eine entsprechende Stromstärke bzw. einen entsprechenden Betrag der induzierten Spannung auf. Insbesondere ist aufgrund der Einstellbarkeit der Stromrichtung mittels lediglich eines Zündtransformators sekundärseitig ein Zündfunke in der bzw. in den Zündkerzen, gemäß der genannten bevorzugen Ausgestaltung in beiden Zündkerzen, erzeugbar, welche mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen verbunden sind.
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Gemäß einer geeigneten Weiterbildung dieser ersten Variante ist in das Gehäuse eine Steuereinheit, insbesondere ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein ASIC (application specific integrated circuit) oder ein FPGA (field programmable gate array) integriert oder aufgenommen. Diese ist eingangsseitig an mindestens einen der Eingangsanschlüsse, insbesondere zur Energieversorgung oder zur Zufuhr eines von Sensor- oder Steuersignalen angeschlossen, und gehäuseintern gegebenenfalls an die Schnittstelle, insbesondere zur Erfassung und Auswertung der Signale des Kurbelwellensensors angeschlossen. Des Weiteren ist die Steuereinheit ausgangsseitig an das gehäuseinterne Stellglied für die Primärwicklung des Zündtransformators geführt. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgangsseitig zusätzlich an den Ausgangsanschluss zum Ausleiten der Steuersignale angeschlossen. Beispielsweise zusätzlich ist die Steuereinheit zur Regelung oder Steuerung von externen Komponenten, wie des Temperatursensors, des Drucksensors, des Einspritzventils, der Drosselklappe, der Benzinpumpe, und/oder für eine Gemischbildung, ausgebildet.
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Zusammenfassend ist die Steuereinheit, beispielsweise ein Mikrokontroller oder Mikroprozessor, an das Stellglied angeschlossen, welches wiederum mit der Primärwicklung des Zündtransformators verbunden ist. Auf diese Weise ist der Zündtransformator in betriebsgemäß vorgesehener Weise mittels des Steuergeräts ansteuerbar.
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Dabei ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung zur Sekundärwicklung des Zündtransformators ein Strompfad parallel geschaltet, welcher zwei in Durchlassrichtung zueinander geschaltete Dioden aufweist. Deren Mittenabgriff ist an einen weiteren Ausgangsanschluss für Ground oder Masse geführt. Auf diese Weise ist entsprechend der Stromrichtung des in der Primärspule fließenden Stroms sekundärseitig eine Spannung mit entsprechender Polung induziert. Mit anderen Worten ist an jeweils einem Wicklungsende der Sekundärspule der an dieses geführte Ausgangsanschluss mit einer positiven bzw. mit einem negativen Spannung (Spannungsteil, Hochspannungspuls) beaufschlagt. An derjenigen Zündkerze, welche am mit dem negativen induzierten Hochspannungspuls beaufschlagten Ausgangsanschluss angeschlossen ist, wird ein Zündfunke erzeugt. Insbesondere ist hierzu die Zündkerze ebenfalls an Masse bzw. Ground geleitet. Dasjenige Spulenende der Sekundärspule hingegen, welcher mit dem positiven induzierten Hochspannungspuls beaufschlagt ist, ist aufgrund der in Durchlassrichtung geschalteten Diode an Masse geführt, so dass vorteilhaft kein unerwünschter Zündfunke (wasted Spark) mittels der an diesem Spulenende angeschlossenen Zündkerze erzeugt wird.
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Zusammenfassend ist in dieser ersten Variante vorteilhaft lediglich ein einziger Zündtransformator für zwei jeweils an den entsprechenden Ausgangsanschluss angeschlossene Zündkerzen notwendig. Somit ist die Zündvorrichtung vorteilhafterweise vergleichsweise bauraumsparend (kompakt) ausgeführt.
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Des Weiteren zusammenfassend sind sowohl die zur Erzeugung der zur Zündung notwendigen (Hoch-)Spannung als auch die zur Steuerung eines gewünschten Zündzeitpunktes erforderlichen elektronischen und/oder leistungselektronischen Komponenten, insbesondere der Kurbelwellensensor und die Schnittstelle zu diesem, sowie die Steuereinheit, das Stellglied und der Zündtransformator, in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen. Vorzugsweise sind dabei diese Komponenten gehäuseintern derart miteinander verschaltet und/oder (elektrisch) verbunden, so dass eine Anzahl an zur Verschaltung notwendiger Stecker und Buchsen sowie aufgrund der räumlichen Nähe eine notwendige Länge der entsprechenden Verbindungsleiter (Kabel) verringert ist. Hierzu erfolgt deren Verschaltung beispielsweise mittels einer Leiterplatte. Im Vergleich zu einer separaten Montage der Einzelkomponenten der Zündvorrichtung ist die Zündvorrichtung folglich kostensparend produzierbar bzw. produziert.
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In einer zweiten Variante der Zündvorrichtung sind zwei Zündtransformatoren im Gehäuse aufgenommen. Deren Primärwicklungen sind an die Eingangsanschlüsse zur Energiequelle sowie an jeweils einen Eingangsanschluss für eine externe Steuereinheit oder beispielsweise an eine externe Endstufe bzw. Leistungselektronik, insbesondere zur entsprechenden Ansteuerung und/oder Bestromung des zugeordneten Zündtransformators, angeschlossen. Deren Sekundärwicklungen sind an die Ausgangsanschlüsse für die oder jede Zündkerze geführt.
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Weiterhin sind insbesondere in dieser zweiten Variante die erfassten Messwerte des Kurbelwellensensors und/oder die von der Schnittstelle bereitgestellten Messungssignale oder Messungsdaten an mindestens einen Ausgangsanschluss zum Ausleiten geführt und von dort beispielsweise weiter an eine entsprechende Steuervorrichtung geleitet.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der zweiten Variante der Zündvorrichtung weist jeder der Zündtransformatoren jeweils eine Hochspannungsdiode (EFU-Diode, Einschalt-Funken- Unterdrückungs-Diode) mit Durchlassrichtung von der entsprechenden Sekundärwicklung zur entsprechenden Primärwicklung auf, wobei die Hochspannungsdiode kathodenseitig an den zur Energiequelle führenden Eingangsanschluss geführt ist. Mit anderen Worten sind jeweils die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des entsprechenden Zündtransformators mittels einer Hochspannungsdiode mit Durchlassrichtung von der Sekundärwicklung zur Primärwicklung verbunden. Dabei ist die Hochspannungsdiode an das mit der Energiequelle verbundene Ende der Primärwicklung angeschlossen und mit demjenigen Ende der Sekundärwicklung verbunden, welches nicht an den entsprechenden Ausgangsanschluss geführt ist. Insbesondere würde beim Einschaltvorgang des Primärstroms in der entsprechenden Sekundärwicklung ein Strom induziert werden, welcher eine zum beim betriebsgemäß vorgesehenen Zündvorgang umgekehrte (entgegengesetzte) Stromrichtung aufweist. Dabei könnte ein unerwünschter sogenannter Einschaltfunke entstehen. Mittels der Hochspannungsdioden mit in der oben dargelegten Durchlassrichtung ist allerding ein Stromfluss in dieser umgekehrten Stromrichtung und somit der Einschaltfunke vorteilhaft vermieden (unterdrückt).
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Beispielsweise sind in der zweiten Variante der Zündvorrichtung ebenfalls die Zündtransformatoren, gegebenenfalls die Schnittstelle sowie der Kurbelwellensensor mittels einer Leiterplatte miteinander verschaltet.
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Erfindungsgemäß ist bei beiden Varianten der Zündvorrichtung der Kurbelwellensensor in einer Gehäusetasche mit im Montagezustand kurbelwellenseitigem Taschenboden aufgenommen. Mit anderen Worten weist das Gehäuse vorzugsweise eine Gehäusetasche auf, welche zur (diese aufweisenden) Gehäuseseite hin erhaben ist, und in welcher der Kurbelwellensensor aufgenommen ist. Dabei ist der Taschenboden im Montagezustand der Zündvorrichtung am Verbrennungsmotor der Kurbelwelle zugewandt. Auf diese Weise ist der Sensor derart nahe am Stellungsgeber, welcher mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, positionierbar bzw. positioniert, dass eine vergleichsweise zuverlässige Erfassung der Zähne des Stellungsgebers ermöglicht ist.
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Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse zur Montage am Verbrennungsmotor, insbesondere an einem Zylinder des Verbrennungsmotors, vorgesehen und eingerichtet. Vorzugsweise ist das Gehäuse dabei derart eingerichtet, dass das Gehäuse an bereits vorhandenen Befestigungsstellen montierbar ist. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine Montage der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung auch an Verbrennungsmotoren ermöglicht, welche bereits gefertigt sind und z. B. für eine andere, bereits vorhandene Zündvorrichtung ausgelegt sind. Somit ist beispielsweise im Zuge einer Wartung oder Reparatur die bereits vorhandene und gegebenenfalls defekte Zündvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung austauschbar.
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Insbesondere sofern der Verbrennungsmotor nach V-Bauform ausgebildet ist, also sofern der Verbrennungsmotor zwei Zylinder oder zwei Zylinderbänke aufweist, welche unter einem (Bank-)Winkel bezüglich der Kurbelwelle gegeneinander geneigt sind, ist das Gehäuse gemäß einer alternativen Variante zur Befestigung der Zündvorrichtung an einem Zylinder derart ausgebildet, dass es an den beiden Zylindern des Verbrennungsmotors befestigt, beispielsweise verschraubt ist. Vorzugsweise wird hierzu jeweils eine bereits vorhandene Befestigungsstelle jedes Zylinders herangezogen. Die Zündvorrichtung ist dabei umfangsseitig des Stellungsgebers im Bereich der beiden Zylinder angeordnet.
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Beispielsweise weist das Gehäuse eine Haltelasche mit als Aussparung ausgebildeten Montagemittelaufnahmen zum Befestigen am jeweiligen Zylinder auf. Diese sind entsprechend der Positionierung der bereits vorhandenen Befestigungsstellen in das Gehäuse eingebracht. Die Befestigungsstellen der Zylinder werden auch als Befestigungsdome bezeichnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse mit darin zumindest angeordnetem Kurbelwellensensor und Zündtransformator mit einer Vergussmasse, welche beispielsweise selbsthärtend ist, ausgegossen (vergossen). Insbesondere dient dies zum Zwecke der Hochspannungsfestigkeit der Zündvorrichtung, als Isolierung der Windungen der oder jeder Zündspule, und/oder einem Schutz der im Gehäuse aufgenommenen Komponenten vor einer mechanischen Belastung oder vor Feuchtigkeit. Vorzugsweise ist die Vergussmasse temperaturbeständig für den vorgesehenen Betrieb am Motor. Insbesondere ist die Vergussmasse formstabil bis zu einer Temperatur von 200°C.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer schematischen Darstellung die Zündvorrichtung mit einem Gehäuse, in welches zumindest ein Kurbelwellensensor sowie eine Zündtransformatoranordnung aufgenommen sind, wobei der Kurbelwellensensor in einer Gehäusetasche angeordnet ist,
- 2 in einem Blockschaltdiagramm eine erste Variante der Zündvorrichtung gemäß 1, wobei die Zündtransformatoranordnung einen Zündtransformator umfasst, welcher an ein gehäuseinternes Stellglied angeschlossen ist, und wobei eine Steuereinheit in das Gehäuse aufgenommen ist,
- 3 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform der ersten Variante der Zündvorrichtung, wobei Anschlüsse mittels eines Flachleiterkabels aus dem Gehäuse herausgeführt sind,
- 4 in einem Blockschaltdiagramm eine zweite Variante der Zündvorrichtung gemäß 1, wobei eine Schnittstelle zum Kurbelwellensensor aufgenommen ist, und wobei die Zündtransformatoranordnung zwei Zündtransformatoren aufweist,
- 5 in einer Draufsicht eine erste Ausführungsform der zweiten Variante der Zündvorrichtung, wobei Transformatorlängsachsen der beiden Zündtransformatoren Zündtransformatoren parallel und beabstandet zueinander verlaufen und senkrecht zu der die Gehäusetasche aufweisenden Gehäuseseite orientiert sind,
- 6 in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der zweiten Variante der Zündvorrichtung, wobei die beiden Zündtransformatoren eine gemeinsame Transformatorlängsachse aufweisen, welche parallel zur der die Gehäusetasche aufweisenden Gehäuseseite orientiert ist,
- 7 Die Zündvorrichtung im Montagezustand an einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, und
- 8 Die Zündvorrichtung im Montagezustand, wobei die Zündvorrichtung an zwei Zylindern des Verbrennungsmotors befestigt ist.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Zündvorrichtung 2. Diese weist ein Gehäuse 4 auf, in welches ein Kurbelwellensensor 6 sowie eine Zündtransformatoranordnung 8 aufgenommen ist. Der Kurbelwellensensor 6 ist dabei als ein Hall-Sensor ausgebildet. Ferner ist dieser in einer Gehäusetasche 10 angeordnet, welche im Montagezustand der Zündvorrichtung 2 an einem Verbrennungsmotor 12 (7) einer Kurbelwelle 14 zugewandt ist. Zusammenfassend ist ein Taschenboden 10a der Gehäusetasche 10 kurbelwellenseitig angeordnet. An die Kurbelwelle 14 ist dabei ein Stellungsgeber 16 mit Zähnen 18 gekoppelt, so dass die Zähne bei einer Rotation der Kurbelwelle 14 durch einen sensitiven Bereich des Kurbelwellensensors 6 verstellt werden. Diese Verstellbewegung erzeugt ein Spannungssignal des Hall-Sensor, welches als Messwerte erfasst wird. Mittels der Messwerte wird eine Drehgeschwindigkeit und/oder eine Position der Kurbelwelle 14 erfasst. Dabei ist mindestens ein Zahn 18 zur Referenzgebung ausgespart.
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Die Zündtransformatoranordnung 8 umfasst dabei mindestens einen Zündtransformator 8a. Der bzw. jeder Zündtransformator 8a weist wiederum eine Primärwicklung 8b und eine Sekundärwicklung 8c, sowie einen (Eisen)Kern 8d zur Erzeugung eines Zündfunkens F am Verbrennungsmotor 14 auf.
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In den 2 bis 7 sind zwei Varianten der Zündvorrichtung 2 gezeigt. Gemäß diesen Varianten sind weitere Komponenten in das Gehäuse 4 aufgenommen. In der 1 sind diese Komponenten strichliniert dargestellt. Diese Komponenten sind eine Schnittstelle 20 zum Kurbelwellensensor 6, eine Steuereinheit 22 sowie ein Stellglied 24, welches vorzugsweise als eine H-Brücke ausgebildet ist. Zusätzlich ist in das Gehäuse 4 eine elektromagnetische Abschirmung 26 integriert, welche den Kurbelwellensensor 6 gehäuseinnenseitig umfasst. Mittels dieser Abschirmung 26 ist der Kurbelwellensensor 6 somit insbesondere vor einem von der Zündtransformatoranordnung 8 ausgehenden Störfeld geschirmt.
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Ferner sind drei Eingangsanschlüsse 28 vorgesehen, derer zwei zum Anschluss einer elektrischen Energiequelle 30 (2 und 4), welche in allen Ausführungsbeispielen als eine Batterie ausgebildet ist und für die Versorgung des oder jedes Zündtransformators 8a der Zündtransformatoranordnung 8 herangezogen ist. Der andere Eingangsanschluss 28 dient zum Zuführen von Sensor- oder Steuersignalen eines nicht weiter dargestellten gehäuseexternen Sensors oder Steuergeräts. Weiterhin sind drei Ausgangsanschlüsse 32 vorgesehen. Einer der Ausgangsanschlüsse 32 dient dabei zum Ableiten eines Steuersignals von der Schnittstelle 20 (4, zweite Variante der Zündvorrichtung 2) oder von der Steuereinheit 22 (2, erste Variante der Zündvorrichtung 2). Die beiden weiteren Ausgangsanschlüsse 32 sind zum Anschluss zweier Zündkerzen 34 vorgesehen.
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Diese Eingangsanschlüsse 28 und Ausgangsanschlüsse 32 sind den Ausführungen gemäß der in den 2 bis 7 gezeigten Varianten gemeinsam. Jedoch sind in den jeweiligen Varianten zusätzlich entsprechende Eingangsanschlüsse 28 und/oder Ausgangsanschlüsse 32 vorgesehen.
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Zum Zwecke einer verbesserten Hochspannungsfestigkeit ist das Gehäuse 4 mit den darin entsprechend der jeweiligen Ausgestaltung der Zündvorrichtung 2 aufgenommenen Komponenten mit einer Vergussmasse 36 vergossen.
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2 zeigt ein Blockschaltbild der ersten Variante der Zündvorrichtung 2. Hierbei ist die Schnittstelle 20 zum Kurbelwellensensor 6 in das Gehäuse 4 aufgenommen. Diese ist einerseits an die Eingangsanschlüsse 28 zur elektrischen Energiequelle 30 geführt. Andererseits ist der Kurbelwellensensor 6 an die Schnittstelle 20 angeschlossen.
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Ferner weist in dieser Ausführung die Zündtransformatoranordnung 8 lediglich einen Zündtransformator 8a auf. Dieser ist primärseitig mit dem gehäuseinternen Stellglied 24 und sekundärseitig mit den beiden Wicklungsenden der Sekundärwicklung 8c mit jeweils einem Ausgangsanschluss 32 verbunden. An diese beiden Ausgangsanschlüsse 32 ist jeweils eine Zündkerze 34 eines Zylinders 38 des Verbrennungsmotors 12 angeschlossen. Dabei sind die Zündkerzen 34 an Ground oder Masse GND geführt.
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Zudem ist in das Gehäuse 4 die Steuereinheit 22 aufgenommen. Dabei ist die Steuereinheit 22 eingangsseitig mit dem Eingangsanschluss 28 zum Zuführen der von Sensor- oder Steuersignalen sowie mit einem Eingangsanschluss 28 zur Energiequelle 30 verbunden. Weiterhin ist gehäuseintern die Steuereinheit 28 an die Schnittstelle 20 angeschlossen, insbesondere zum Zuführen von mittels des Kurbelwellensensors 6 erfassten Messwerten oder von daraus bestimmten Messungsdaten. Ferner ist die Steuereinheit 22 an das Stellglied 24 für die Primarwicklung 8b des Zündtransformators 8a, insbesondere zur entsprechenden Ansteuerung des Stellglieds 24, geführt.
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Ferner ist zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse 32, an welche die beiden Zündkerzen 34 angeschlossen sind ein Strompfad 40 geschaltet. Dieser ist zudem parallel zur Sekundärwicklung 8c des Zündtransformators 8a geschaltet. Im Strompfad 40 sind zwei Dioden 42 in Serie geschaltet, deren Durchlassrichtung einander zugewandt ist. Zwischen diesen Dioden 42 ist ein Mittenabgriff 44 geschaltet, welcher an einen weiteren Ausgangsanschluss 32 angeschlossen ist, der wiederum an Masse oder Ground GND geführt ist.
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Das Spulenende der Sekundärwicklung 8c, welches mit dem mittels eines Plus-Symbols dargestellten positiven induzierten Hochspannungspuls beaufschlagt ist, ist aufgrund der in Durchlassrichtung geschalteten Diode 42 über den Ausgangsanschluss 32 an Masse GND geführt. Dies ist durch einen Pfeil repräsentiert. Infolge dessen wird kein unerwünschter Zündfunke (wasted Spark) mittels der an diesem Spulenende angeschlossenen Zündkerze 34 erzeugt.
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Die 3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform der ersten Variante. Hierbei ist zum Zwecke einer verbesserten Sichtbarkeit die Vergussmasse 36 nicht gezeigt und das Gehäuse 4 transparent dargestellt. Dabei sind die Zündkerzen 34 insbesondere jeweils mittels eines aus dem Gehäuse 4 herausgeführten Zündkerzenkabels 46 an den entsprechenden Ausgangsanschluss 32 angeschlossen. Die Eingangsanschlüsse 28 sowie die Ausgangsanschlüsse 32, an welche nicht die Zündkerzen 34 angeschlossen sind, sind als Flachleiterkabel 48 aus dem Gehäuse 4 herausgeführt.
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Des Weiteren ist an derjenigen Gehäuseseite des Gehäuses 4, an welcher die Gehäusetasche 10 angeordnet ist, ebenfalls eine Haltelasche 50 angeordnet, insbesondere angeformt. Diese weist langlochartige Aussparungen 52 als Montagemittelaufnahmen auf, in welche nicht weiter dargestellte Schraubelemente im Zuge der Montage der Zündvorrichtung 2 am Verbrennungsmotor 12 aufgenommen werden.
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In 4 ist ein Blockschaltbild der zweiten Variante der Zündvorrichtung 2 gezeigt. Hierbei weist die Zündtransformatoranordnung 8 zwei Zündtransformatoren 8a auf. Deren Primärwicklungen 8a sind dabei an einen der Eingangsanschlüsse 38 zur Energiequelle 30 sowie jeweils an einen der Eingangsanschluss 28 für eine ansatzweise dargestellte externe Steuereinheit 31 geführt. Des Weiteren sind deren Sekundärwicklungen jeweils an einen Ausgangsanschluss 32 geführt, an welchem eine mit Ground oder Masse verbundene Zündkerze 34 angeschlossen ist.
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Ferner ist die im Gehäuse 4 aufgenommene Schnittstelle 20 an den Ausgangsanschluss 32 zum Ausleiten eines Steuersignals geführt.
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Zudem weisen beide Zündtransformatoren 8a jeweils eine Hochspannungsdiode 54 zur Vermeidung eines Einschaltfunkens auf. Hierzu sind jeweils die Primärwicklung 8b und die Sekundärwicklung 8c des entsprechenden Zündtransformators 8a mittels der Hochspannungsdiode mit Durchlassrichtung von der Sekundärwicklung 8c zur Primärwicklung 8a verbunden. Dabei ist die Hochspannungsdiode 54 an das mit der Energiequelle 30 verbundene Ende der Primärwicklung 8b angeschlossen und mit demjenigen Ende der Sekundärwicklung 8c verbunden, welches nicht an den entsprechenden Ausgangsanschluss 32 geführt ist.
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Die 5 und 6 zeigen die zwei Ausführungsformen der zweiten Variante der Zündvorrichtung 2. Analog zur Ausführungsform gemäß 3 sind hierbei die Vergussmasse 36 für eine verbesserte Sichtbarkeit nicht weiter gezeigt und das Gehäuse 4 transparent dargestellt. Ebenfalls analog zur Ausführungsform gemäß 3 sind sowohl zwei Zündkerzenkabel 46 als auch die Eingangsanschlüsse 38 und die Ausgangsanschlüsse 32, an welche nicht die Zündkerzen 34 angeschlossen sind, als Flachleiterkabel 48 aus dem Gehäuse herausgeführt. Zudem weisen die Gehäuse 4 der Ausführungsformen der 5 und 6 jeweils die Haltelasche 50 mit den Aussparungen 52 zur Montage des Gehäuses 4 am Verbrennungsmotor 12 auf.
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Gemäß der 5 sind dabei die (Wicklungsachse) Transformatorlängsachsen L der beiden Zündtransformatoren 8a parallel und beabstandet zueinander angeordnet. Diese erstrecken sich ferner senkrecht zu derjenigen Gehäuseseite des Gehäuses 4 an welcher die Gehäusetasche 10 angeordnet ist. Dagegen weisen die Transformatoren 8a der Ausführungsform der 6 eine gemeinsame Transformatorlängsachse L auf, welche parallel zur der Gehäuseseite verläuft, welche die Gehäusetasche 10 aufweist. Ein Magnetfeld, welches bei einem Stromfluss durch die Wicklungen 8c bzw. 8b einer der bzw. beider Zündtransformatoren hervorgerufen ist bzw. wird, weist in der Ausführungsform der 6, insbesondere im Vergleich zur Ausführungsform der 5, im Bereich des Kurbelwellensensors 6 eine vergleichsweise kleine Magnetfeldstärke auf, so dass ein Messvorgang des Kurbelwellensensors 6 aufgrund dieses Magnetfelds weniger gestört ist.
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In den Ausführungsformen der 3, 5 und 6 ist beispielsweise eine Leiterplatte 56 im Gehäuse 4 aufgenommen, mittels welcher die im Gehäuse Komponenten, also zumindest der Kurbelwellensensor sowie der mindestens eine Zündtransformator, verschaltet sind. Ferner ist in diesen Figuren die Kopplung der Zündkerzenkabel 46 an den bzw. an die entsprechenden Zündtransformatoren 8a nicht weiter dargestellt.
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7 zeigt die Zündvorrichtung 2 im Montagezustand am Zylinder 38 des ausschnittsweise dargestellten Verbrennungsmotors 12. Das Gehäuse 4 ist derart montiert, dass der in der Gehäusetasche 10 aufgenommene Kurbelwellensensor 6 der Kurbelwelle 14 zugewandt ist und die (Metall-)Zähne 18 des ausgeführten Stellungsgebers 16 detektieren kann. Hierbei ist die Zündvorrichtung 2 insbesondere an bereits vorhandenen Befestigungsstellen 58 befestigt, welche für eine Montage einer (alten, nicht erfindungsgemäßen) Zündvorrichtung vorgesehen sind.
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8 zeigt die Zündvorrichtung 2 im Montagezustand an einem nach V-Bauform ausgebildeten Verbrennungsmotor 12. Dieser weist zwei Zylinder 38 auf, welche unter einem (Bank-)Winkel bezüglich der Kurbelwelle 14 gegeneinander geneigt sind. Die beiden Zylinder 38 weisen jeweils zwei bereits vorhandenen Befestigungsstellen 58, beispielsweise für eine Montage einer (alten, nicht erfindungsgemäßen) Zündvorrichtung, auf. Die Befestigungsstellen 58 sind dabei in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, welche senkrecht zur Kurbelwelle 14 verläuft.
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Das Gehäuse 4 der Zündvorrichtung 2 ist an beiden Zylindern 38 befestigt. Hierzu wird jeweils eine bereits vorhandene Befestigungsstelle 58 jedes Zylinders herangezogen. Die als Aussparungen 52 ausgebildeten Montagemittelaufnahmen sind dabei entsprechend der Positionierung der bereits vorhandenen Befestigungsstellen 58 in der Haltelasche 50 des Gehäuses 4 angeordnet.
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Die Zündvorrichtung 2 ist dabei umfangsseitig des Stellungsgebers 16 im Bereich der beiden Zylinder 38 angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Zündvorrichtung
- 4
- Gehäuse
- 6
- Kurbelwellensensor
- 8
- Zündtransformatoranordnung
- 8a
- Zündtransformator
- 8b
- Primärwicklung des zugeordneten Zündtransformators
- 8c
- Sekundärwicklung des zugeordneten Zündtransformators
- 8d
- Kern des Zündtransformators
- 10
- Gehäusetasche
- 10a
- Taschenboden
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Kurbelwelle
- 16
- Stellungsgeber
- 18
- Zahn des Stellungsgebers
- 20
- Schnittstelle
- 22
- Steuereinheit
- 24
- Stellglied
- 26
- Abschirmung
- 28
- Eingangsanschluss
- 30
- Energiequelle
- 31
- externe Steuereinheit
- 32
- Ausgangsanschluss
- 34
- Zündkerze
- 36
- Vergussmasse
- 38
- Zylinder
- 40
- Strompfad
- 42
- Diode
- 44
- Mittenabgriff
- 46
- Zündkerzenkabel
- 48
- Flachleiterkabel
- 50
- Haltelasche
- 52
- Aussparung
- 54
- Hochspannungsdiode
- 56
- Leiterplatte
- 58
- Befestigungsstellen
- F
- Zündfunke
- GND
- Ground/Masse
- L
- Transformatorlängsachse