DE19617794A1

DE19617794A1 - Zündspulenanordnung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19617794A1
Application number: DE19617794A
Authority: DE
Inventors: Theodore Steven Wilmot; Michael John Huston; Stephen William Straub
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1995-05-05
Filing date: 1996-05-03
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2016-05-04
Also published as: DE19617794C2; GB9605869D0; GB2300449B; GB2300449A; CA2172585A1; CA2172585C; JP2780964B2; JPH09100771A; US5535726A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündspulen- und Zündkerzenanord nung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Zündspulen- und Zünd kerzenanordnung, die in einem Kraftfahrzeugmotor als eine einstückige Einheit installiert werden kann und dennoch einen einfachen Zugang und einen einfachen Austausch der Zündkerze erlaubt.

Die Hauptvorteile von Zündspulen- und Zündkerzenanordnungen nach dem Stand der Technik sind wohlbekannt und umfassen die Beseitigung von Hochspannungs-Zünd steckern, die Verringerung von Leckströmen und die Verringerung von elektronischen Störungen. Bei den meisten Entwürfen nach dem Stand der Technik ist die Zündspulen anordnung eine getrennte Einheit, die über die Zündkerze paßt und die zuerst entfernt werden muß, um auf die Zündkerze zuzugreifen. Das Entfernen der Zündspule bedeutet das Trennen des empfindlichen Abdichtungsmechanismus zwischen der Zündspule und der Zündkerze, der notwendigerweise kompliziert ist, um die Zündspule von Wärme und Ver schmutzungen zu schützen, die durch den Betrieb der Zündkerze erzeugt werden. Das Wiederinstallieren dieser Anordnung erfordert das Einschrauben der Zündkerze in den Motor und die anschließende Wiederinstallation der Zündspule über die Zündkerze in ei nem getrennten Arbeitsschritt. Bei den Entwürfen, bei denen die Zündkerze und die Zünd spule permanent miteinander verbunden sind, erfordert das Wechseln der Zündkerze das Auswechseln der gesamten Anordnung, was ein teures Unterfangen ist.

Es gibt daher einen Bedarf für eine Zündkerzen-Zündspulenanordnung, die in einem einzigen Arbeitsschritt in den Motor installiert werden kann.

Es besteht weiterhin Bedarf für eine Zündkerzen-Zündspulenanordnung, die einen schnellen Zugriff auf die Zündkerze und einen schnellen Austausch derselben ohne Beschä digung der Abdichtung zwischen der Zündspule und der Zündkerze ermöglicht.

Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemaß gelöst durch die in den bei gefügten Patentansprüchen definierte Zündspulen- und Zündkerzenanordnung.

Insbesondere wird entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Zündspule in einer zylindrischen Röhre angeordnet, die auch ein oberes Ende einer Zündkerze aufnimmt und das andere Ende der Zündkerze freiläßt. Die Röhre besitzt an einem ersten Ende eine Vor richtung für eine Verbindung mit einer Niederspannungsquelle, und der untere Bereich der Röhre umfaßt ein Gewinde, das ermöglicht, daß die Röhre anstelle der Zündkerze direkt in dem Motor installiert wird, wobei das Funkenende der Zündkerze direkt in der Ver brennungskammer des Motors frei liegt. Es gibt eine Kompressionsdichtung und eine selbstzentrierende Hochspannungsverbindung zwischen der Zündspule und der Zündkerze.

Im Betrieb wird die Zündkerze zunächst in die Röhre eingesetzt, wo sie durch Reibung zwischen dem Isolator der Zündkerze und der Kompressionsdichtung der Röhre gehalten wird. Beim Einschrauben der Röhre in den Motor wird die Zündkerze in die Röh re gepreßt, wodurch die Dichtung um die Hochspannungsverbindung geführt wird und verschiedene Oberflächen des Motors und der Zündkerze beziehungsweise der Zündkerze und der Röhre in enge Verbindung gebracht werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Niederspannungsverbindung zur Röhre durch einen leitfähigen Ring im Ventildeckel des Motors, wo sich der obere Bereich der installierten Röhre befindet, erreicht. Der obere Bereich der Röhre umfaßt eine leitfähige Spitze, die den Ring kontaktiert und die Niederspannungsverbindung unabhängig von der Rotationsposition der Röhre bezüglich des Motors herstellt.

Die Hochspannungsverbindung zwischen der Zündspule und dem Zündstecker wird durch einen elastisch montierten, tassenförmigen Anschluß in der Röhre erreicht, der mit einem kegelförmigen Anschluß in der Zündkerze in enge Verbindung tritt. Wenn die Röhre in den Motor geschraubt wird und die Zündkerze gegen die Zündspule gepreßt wird, wird der kegelförmige Anschluß in den tassenförmigen Anschluß gezwungen, wo er in festem Kontakt gehalten wird.

Fig. 1 ist eine Ansicht der Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach der vorlie genden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Teilansicht der in der zylindrischen Röhre angeordneten Zündkerze, bevor die Röhre gegen die Zündkerze gepreßt wird.

Fig. 3 ist eine Ansicht der zylindrischen Röhre, die gegen die Zündkerze gepreßt ist.

Fig. 4 ist eine Ansicht der Röhre in einem Ventildeckel.

Fig. 1 ist eine Explosionsansicht, die verschiedene Teile der vorliegenden Erfindung einschließlich einer Röhre 100 und einer Zündkerze 200 zeigt. Die in der Erfindung ver wendete Zündkerze umfaßt ein Funkenende 205, einen Isolator 210 und eine Schale 220. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Funkenende der zentralen Elektrode 201 unter einem Winkel angeordnet, um die Oberfläche der Zündfläche zwischen der zentralen Elektrode 201 und den äußeren Elektroden 202 zu erhöhen. Die Schale 202 umfaßt eine zulaufende Schulter 222, die in dem Kraftfahrzeugmotor sitzt (siehe die Fig. 2 und 3), und eine flache Schulter 225, die einen Sitz für die untere Oberfläche 150 der Röhre zur Verfügung stellt (siehe Fig. 2). In Gegensatz zu den meisten Zündkerzen besitzt die Zündkerzenschale 220 nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise kein Gewinde. Über der flachen Schulter 225 befinden sich Abflachungen, von denen eine 227 in Fig. 1 sichtbar ist.

Diese Abflachungen dienen zum Verhindern einer Rotation zwischen der Zündkerze 200 und der Röhre 100. Ein Anschluß 240 wird durch den oberen Bereich des Isolators 210 eingeschlossen. Der Isolator 210 ist turmförmig, wobei der Anschluß darin aufgenommen ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Anschluß 240 kegelförmig, damit er den Anschluß der Spule 100 leichter aufnimmt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Ver wendung von Anschlüssen einer bestimmten geometrischen Form beschränkt.

Die Röhre 100 kann aus jedem beliebigen leitenden oder nicht leitenden Material bestehen und dient zur Aufnahme der Zündspule und der Hochspannungsverbindung zwi schen der Zündspule und der Zündkerze. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Röhre 100 so ent worfen, daß sie in einen Ventildeckel 400 paßt, und sie umfaßt eine Kappe 105. Um eine Niederspannung zur Zündspule zu übertragen, ist eine leitfähige Spitze 110, die sich auf der äußeren Oberfläche der Röhre 100 befindet, elektrisch mit der Zündspule (nicht gezeigt) im Inneren der Röhre verbunden. Wenn die Anordnung installiert wird, wird die leitfähige Spitze 110 durch einen leitfähigen Ring 305, der sich in dem Ventildeckel 400 des Motors befindet, elektrisch angeschlossen. Auf diese Weise liegt über den leitfähigen Ring 305 eine Niederspannung unabhängig von der Rotationsposition der Röhre 100 innerhalb des Ventil deckels 400 an.

Die Anordnung ist mit mehreren Kontaktpunkten versehen, um einen richtigen Halt im Betrieb sicherzustellen. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der untere Bereich der Röhre 100 ein Gewinde 120, das das Einsetzen der Röhre in eine mit einem Gewinde versehene Öff nung des Motors 300 des Kraftfahrzeugs ermöglicht (siehe Fig. 3). Die untere Oberfläche 150 der Röhre 100 sitzt auf der flachen Schulter 225 der Zündkerze 200. In dem Inneren des unteren Bereichs der Röhre 100 befinden sich nach innen zeigende Abflachungen, von denen eine 151 (Fig. 1) sichtbar ist. Die Abflachungen stehen mit den Abflachungen der Zündkerze 200 in Verbindung, wenn die Zündkerze in die Röhre 100 eingesetzt ist.

Das Innere des oberen Bereichs der Röhre 100 enthält die Zündspule (nicht gezeigt) und umfaßt eine Primär- und eine Sekundärwicklung. Spannungserhöhungsspulen für Kraftfahrzeuge dieser Art sind dem Fachmann wohlbekannt und werden hier nicht weiter diskutiert. Der untere Bereich des Inneren der Röhre 100 umfaßt einen Draht 130, der eine Hochspannung von der Zündspule zu einem tassenförmigen Anschluß 135 führt. Der Anschluß 135 ist so aufgebaut und angeordnet, daß er mit einem kegelförmigen Anschluß 240 der Zündspule 200 in engen Kontakt tritt. Der Draht 130 erstreckt sich durch eine elasto mere Wand 140 und einen elastomeren Hals 142. Die Wand 140 und der Hals 142 dichten die Fläche zwischen den oberen und unteren Bereichen der Röhre 100 ab und schützen somit die empfindliche Spule vor Wärme und Verunreinigungen. Die Wand 140 dient auch zum Abdichten des kreisförmigen Endes 212 des Isolators 210, wenn die Zündkerze in die Röhre eingesetzt ist (siehe Fig. 3). Der Hals 142 ist so ausgeführt, daß er in den oberen Isolator 210 paßt und durch Reibung die Zündkerze 200 in der Röhre 100 hält, bevor sie in den Motor installiert wird.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Hals 142 Rippen 143 entlang seiner äußeren Oberfläche, um den dielektrischen Abstand des tassenförmigen Anschlusses 135 zur elektrischen Erde zu erhöhen. Der Hochspannungsdraht 130 besitzt, da er sich durch die Wand 140 und den Hals 142 erstreckt, elastische Eigenschaften und ermöglicht, daß der tassenförmige Anschluß 135 sich bei der Verbindung mit dem kegelförmigen An schluß 240 beim Einsetzen der Zündkerze 200 in die Röhre 100 selbst anpaßt.

Um die Anordnung zu installieren, wird zunächst die Zündkerze 200 in die Röhre eingesetzt, wobei die Abflachungen 151, 152 (nur eine gezeigt) der Röhre mit den Ab flachungen 227, 228 (nur eine gezeigt) der Zündkerze ausgerichtet werden. Die Anordnung wird dann durch den Ventildeckel zum Motor abgesenkt, wie in Fig. 2 gezeigt. Vor dem Einschrauben in den Motor ist das kreisförmige Ende 212 des Isolators 210 in Kontakt mit der elastomeren Wand 140, und die untere Oberfläche 150 der Röhre 100 befindet sich unmittelbar über der flachen Oberfläche 225 der Zündkerze 200. Zusätzlich ist der elasto mere Hals 142 in dem oberen Bereich 230 des Isolators 210 eingesetzt, und die Zündkerze wird durch die Reibung zwischen dem Hals 142 und dem Inneren des Isolators 210 in der Röhre 100 gehalten.

Die Anordnung von Röhre 100 und Zündkerze 200 wird dann in den Motor 500 geschraubt, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn das Einschrauben beendet ist, steht die zulaufende Schulter 222 der Zündkerze 200 mit dem Sitz 325 des Motors in Kontakt. Die untere Oberfläche 150 der Röhre steht mit der flachen Schulter 225 der Zündkerze 200 in Kon takt. Zusätzlich ist das kreisförmige Ende 212 des Isolators 210 abdichtend gegen die ela stomere Wand 140 gepreßt. Weiterhin steht der kegelförmige Anschluß 240 in sehr engem Kontakt mit dem tassenförmigen Kontakt 135. Schließlich steht, wie in Fig. 4 gezeigt, die leitfähige Spitze 110 der Röhre elektrisch mit dem leitfähigen Ring 305 des Ventildeckels 400 in Kontakt.

Die vorliegende Erfindung löst, da sie eine Zündspulen- und Zündkerzenanordnung zur Verfügung stellt, die als eine Einheit in einem Motor installiert werden kann, die mit Zündspulen- und Zündkerzenanordnungen, die zunächst ein Entfernen der Zündspule er fordern, bevor die Zündkerze entfernt werden kann, verbundenen Probleme. Wegen der Länge der Röhre 100 ist die Erfindung besonders geeignet für Motoren, bei denen sich die Zündkerzen zwischen den Ventilen befinden und die verlangen, daß durch eine Öffnung im Ventildeckel auf die Zündkerzen zugegriffen wird. Ein typischer Motor dieser Art ist ein Motor mit 4 Ventilen pro Zylinder mit oben liegender Nockenwelle. Jedoch ist die Erfin dung nicht auf die Verwendung eines bestimmten Motortyps beschränkt.

Es ist für den Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung anhand ihres bevor zugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde und daß das Wesen der Erfindung auch verschiedene weitere Ausführungsformen umfaßt. Zum Beispiel könnte die Anordnung von leitfähigem Ring 305 und leitfähiger Spitze 110 am oberen Bereich der Röhre 100 umge kehrt werden, wonach sich der Ring am oberen Bereich der Röhre und die Spitze am Ven tildeckel 400 befinden würden. Zusätzlich könnten eine Reihe von leitfähigen Ringen und Spitzen verwendet werden, um Informationen bezüglich der Leistung eines Zylinders an eine Steuerung zu schicken, in der der Betrieb der Zündspule so eingestellt wird, daß Motor- oder Zündprobleme korrigiert werden.

Claims

1. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung, welche umfaßt:

eine im wesentlichen zylindrische Röhre (100), die die Zündspule aufnimmt, wobei die Röhre umfaßt;
eine Vorrichtung (110) an einem ersten Ende, um eine Niederspannung zur Zünd spule zu führen;
eine Befestigungsvorrichtung (120) an einem zweiten Ende zur Befestigung an einem Motor (500);
eine interne Vorrichtung (140), um ein Anschlußende der Zündkerze (200) auf zunehmen; und
eine Hochspannungsverbindungsvorrichtung (130, 135), um die Zündspule mit der Zündkerze zu verbinden;
wobei die Zündkerze (200) aufweist:

ein Funkenende (205);
einen turmförmigen Isolator (210) an dem Anschlußende gegenüber dem Funkenen de;
einen Hochspannungsanschluß (240), der in den Isolator eingelassen ist, wobei der Anschluß auf solche Weise aufgebaut und angeordnet ist, daß er eine elektrische Verbin dung mit der Hochspannungsverbindungsvorrichtung (135) herstellt, wenn das Anschluß ende der Zündkerze in das zweite Ende der Röhre eingesetzt ist;
eine erste Oberfläche (222), die um die Zündkerze herum geformt ist, wobei die erste Oberfläche so geformt und angeordnet ist, daß sie mit einer entsprechenden Ober fläche (325) an dem Motor übereinstimmt; und
eine zweite Oberfläche (225), die um die Zündkerze herum geformt ist, wobei die zweite Oberfläche so geformt und angeordnet ist, daß sie mit einer entsprechenden Ober fläche (150) an der Röhre übereinstimmt;
wodurch die Zündkerze in das zweite Ende der Röhre eingesetzt werden kann, wonach die Röhre in den Motor eingesetzt werden kann.

2. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Befestigungsvorrichtung (120) an dem zweiten Ende ein Gewinde, das in der Außenseite des zweiten Endes der Röhre geformt ist, und ein dazu passendes Gewinde, das in dem Motor geformt ist, umfaßt, um zu ermöglichen, daß das zweite Ende der Röhre in dem Motor gehalten wird.

3. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Hochspannungsverbindungsvorrichtung (130, 135) mit dem Zündkerzenan schluß einen Hochspannungsdraht (130) und einen Anschluß (130) umfaßt, wobei der Draht in einem elastischen Material (142) eingeschlossen ist, wodurch der Draht und der Anschluß flexibel sind.

4. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß, wenn das Anschlußende (212) der Zündkerze in das zweite Ende der Röhre ge steckt wird, der Hochspannungsdraht (130) und der Anschluß (135) sich in den turmförmi gen Isolator (210) der Zündkerze erstrecken, wodurch der Zündkerzenanschluß (240) kontaktiert wird.

5. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Zündkerze durch Reibung zwischen dem turmförmigen Isolator (210) und dem Hochspannungsdraht (130) und dem Anschluß in der Röhre gehalten wird.

6. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß, wenn die Röhre und die Zündkerze in den Motor geschraubt sind, die erste, um die Zündkerze geformte Oberfläche (222) in einer dazu passenden Oberfläche (325) sitzt, die in dem Motor geformt ist, und daß die zweite, um die Zündkerze geformte Oberfläche (225) das zweite Ende (150) der Röhre kontaktiert und daß das Funkenende (205) der Zündkerze in dem Motor gehalten wird.

7. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß, wenn die Röhre und die Zündkerze in den Motor geschraubt sind, der Hochspan nungsanschluß (240) in die Hochspannungsverbindungsvorrichtung (135) gepreßt wird, wodurch eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Hochspannungs anschluß und der Hochspannungsverbindungsvorrichtung erzeugt wird.

8. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß, wenn die Röhre und die Zündkerze in den Motor geschraubt sind, der turmförmi ge Isolator (210) ein thermoplastisches Material in einer Fläche um den Umfang des turm förmigen Isolators herum berührt und verformt, um eine Abdichtung zu bilden.

9. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Hochspannungsverbindungsvorrichtung (135) tassenförmig ist und daß der Hochspannungsanschluß (240) kegelförmig ist, um eine sichere, selbstzentrierende Verbin dung zwischen dem Hochspannungsanschluß und der Hochspannungsverbindungsvor richtung zu ermöglichen, wenn die Röhre und die Zündkerze in den Motor geschraubt sind.

10. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung an dem ersten Ende der Röhre, die die Niederspannung zur Zündspule überträgt, einen leitfähigen Punkt (110) an der Außenseite der Röhre umfaßt, der mit einem Niederspannungsdraht (130) an der Innenseite der sich zur Zündspule er streckenden Röhre verbunden ist.

11. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung an dem ersten Ende der Röhre, die die Niederspannung zur Zündspule überträgt, weiterhin einen leitfähigen Ring (305) umfaßt, der sich in einem Ven tildeckel (400) befindet, der das erste Ende der Röhre umgibt, wobei der Ring eine Nieder spannungsquelle umfaßt und so aufgebaut und angeordnet ist, daß er den leitfähigen Punkt (110) auf der Röhre kontaktiert, um somit die Niederspannung zur Zündspule zu über tragen.

12. Zündspulen- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß, wenn die Röhre und die Zündkerze in den Motor geschraubt sind, der leit fähige Ring (305) in dem Ventildeckel (400) in Kontakt mit dem leitfähigen Punkt (110) am ersten Ende der Röhre ist.