DE3915113A1 - Zuendsystem fuer nach dem otto-prozess arbeitende brennkraftmotore - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für nach dem Otto-Prozeß arbeitende Brennkraftmotore, bestehend aus Zündspule und Zündkerze.

Derartige Zündsysteme, die beispielsweise in mit Ottomotoren ausgerüsteten Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, erzeugen elektromagnetische Abstrahlungen, die in gewisser Weise eine Umweltbelastung darstellen.

Um eine individuelle Steuerung des Verbrennungs­ vorganges in jedem Zylinder eines mit einem solchen Zündsystem ausgerüsteten Motors zu erreichen, ist schon eine computergesteuerte Einzelzündung vorgeschlagen worden. Durch eine derartige Einzelzündung können die Zündenergie und der Zündzeitpunkt optimal den zylinder­ typischen Betriebsverhältnissen angepaßt werden. Desweiteren kann auch der Zündfumke als NO _x - Quelle unterdrückt werden, wenn ein Ausbleiben des Verbrennungsvorganges in einem bestimmten Zylinder zu erwarten ist.

Eine Rechnersteuerung verlangt eine extreme Abstrahlungsarmut des Hochspannungszünd­ systems, um die Funktion sicherzustellen.

Desweiteren ist bei bisher üblichen Zünd­ systemen die Anordnung eines Kerzensteckers zwischen Zündkerze und Zündspule erforderlich, was einerseits wegen der Hochspannungsführung problematisch ist und andererseits die Bauhöhe der gesamten Einheit vergrößert, was häufig als Nach­ teil angesehen wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zünd­ system zu schaffen, welches äußerst geringe elektromagnetische Abstrahlungen verursacht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Zündspule in einem Abschirm-Gehäuse angeordnet und unmittelbar mit der Zündkerze lösbar verbunden ist, wobei das Abschirm- Gehäuse mindestens mittelbar am Zylinderkopf eines Motors im Bereich der Zündkerzeneinsatz­ öffnung befestigbar ist, so daß die Zünd­ elektrode in diese hineinragt, und eine elektromagnetische Abschirmung der Zündspule bewirkt ist.

In Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß als Zündkerze eine geschirmte Zündkerze mit metallischem Außenmantel angeordnet ist, und daß die Zündspule in einem Abschirmgehäuse angeordnet ist, welches mit dem Außenmantel der Zündkerze elektrisch und magnetisch leitend verbunden ist.

Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die Zündspule hohlzylindrisch ausgebildet ist, radial außenliegend die Primärwicklung, innen­ liegend die Sekundärwicklung und mittig einen Stabkern aufweist, daß die Zündspule innerhalb eines topfförmigen Gehäuses aus magnetisch leit­ fähigem, insbesondere weichmagnetischem Material angeordnet ist, wobei sie allseitig auf Abstand von der Wandung bzw. dem Boden des Gehäuses mittels eines Isolierstoffes gehaltert ist, und daß die Zündkerze mit der Mittelelektrode zentrisch in die Mündung des Gehäuses einsetzbar und die Mittelelektrode mit dem Stabkern, insbesondere lösbar, verbindbar ist, der mit dem das Hochspannungspotential führenden Ende der Wicklung der Sekundärspule verbunden ist. Die andere Seite der Sekundärspule ist wie üblich auf Massepotential gelegt, z.B. mit dem Gehäuse verbunden.

Weiterhin ist bevorzugt, daß das Gehäuse mit elastischer Isoliermasse, insbesondere Silikonkautschuk, als Isolierstoff ausgegossen ist.

Schließlich ist von Vorteil, wenn das Gehäuse mündungsseitig Außengewinde aufweist. Eine Variante hierzu ist in Anspruch 6 bezeichnet.

Durch die Erfindung wird ein Zündsystem geschaffen, welches extrem abstrahlungs­ arm ist. Die zentrale Komponente des elektromagnetisch verträglichen Einzel­ zündsystems ist eine integrierte Einheit aus Zündkerze und Zündspule. Diese beiden Teile sind wegen der unterschiedlichen Lebensdauererwartung lösbar, aber hoch­ spannungsfest miteinander verbunden. Die Zündspule ist in einem Abschirmgehäuse angeordnet, wobei zwischen der Gehäuse­ wandung und den innenliegenden Komponenten elastische Isoliermaterialien, beispiels­ weise Silikonelastomere oder Silikonkautschuk angeordnet sind. Diese Materialien sind auch hochspannungsdicht und somit zu dem gewünschten Zweck einsetzbar. Der Grund­ aufbau ist symmetrisch und koaxial, wobei die Niederspannungswicklug (Primärwicklung) außenliegend, die Hochspannungswicklung (Sekundärwicklung) innenliegend und mittig dazu innenliegend ein Ferritkern in Form eines Stabkernes angeordnet ist. Diese Einheit ist innerhalb des topfförmigen Gehäuses angeordnet, welches aus weichmagnetischem Material, beispielsweise Stahl besteht. Durch den koaxialen Grundaufbau ist dieses Bauteil hermetisch geschirmt, so daß praktisch keine hochfrequente elektro­ magnetische Energie abstrahlen kann. Die Primärwicklung der Zündspule ist im übrigen einerseits an die Stromversorgung des Kraftfahrzeuges oder dergleichen angeschlossen, so daß eine rechnergesteuerte Einzelzündung erfolgen kann. Sie ist andererseits auf Massepotential gelegt, z.B. mit dem Gehäuse verbunden. Das den Außenschirm bildende Abschirmgehäuse weist mündungs­ seitig Außengewinde auf und ist so mit einem entsprechenden Gegengewinde aufweisenden Bereich des Zylinderkopfes eines Motors niederinduktiv verbindbar. Der Zylinderkopf sollte vorzugsweise ebenfalls aus magnetisch leitfähigem Material, beispielsweise Stahl bestehen, um das elektromagnetische System schließen zu können.

Die Kombination des elastischen Isolierstoffes in Form der Hochspannungsdichtung mit dem am Zylinderkopf anschraubbaren Gehäuseteil bewirkt, daß die ebenfalls in das Gehäuseteil lagerichtig eingesetzte Zündkerze, die lediglich in die Mündung des Gehäuses eingesteckt werden muß. dann durch das elastische Isoliermaterial positionsrichtig gehalten ist, wobei die Zünd­ elektrode mit dem Ferritkern in leitendem Kontakt steht, wobei beim Einschrauben des Gehäuses eine entsprechende Vorspannung erreichbar ist, dabei aber eine mechanische Entlastung des Zündkerzenporzellans erfolgt. Die Aufnahme für den Kopf der Zündkerze sollte in dem Isolierstoffmaterial möglichst konisch ausgebildet sein, wobei zusätzlich auch die Zündkerze ein konisch abgeschrägtes Ende aufweisen sollte, um eine günstige Zentrierung und Führung des Zündkerzenkopfes hin zu der richtigen Lage innerhalb des Gehäuses zu initiieren.

Die hochfrequenztechnisch vorteilhafte koaxiale Aufbau bedingt, daß der Stabkern des durch Primär- und Sekundärwicklung gebildeten Transformators auf Hochspannungspotential gelegt werden muß. Entsprechend wird die Hoch­ spannungswicklung kernnahe gewickelt. Sie trägt die Niederspannungswicklung. Um Spannungs­ durchschläge am Boden, des Gehäuses zu ver­ hindern, ist notwendig, daß zwischen dem Stab­ kern und dem Boden des Gehäuses ein spannungs­ fester Spalt vorgesehen wird. Dieses kann mit elastischem Isoliermaterial (hochspannungs­ fest) ausgefüllt sein.

Der elektromagnetische Kreis beinhaltet den Stabkern, den vorgenannten Spalt zwischen Stabkern und Schirmboden, den Schirmboden (Gehäuseboden) sowie den koaxialen Außen­ schirm (Gehäusewandung). Der Kreis schließt sich über Zylinderkopf, Kerzengewinde, Zündstrecke und Kerzenelektrode.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein Zündsystem geschaffen, welches nur geringen Einfluß auf die Umwelt ausübt und welches außerordentlich verträglich für elektronische Steuerungssysteme, Bordcomputer und dergleichen ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung streng schematisiert dar­ gestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine erste Ausführungsform des Zündsystems im Prinzipaufbau im Längsschnitt gesehen;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in gleicher Ansicht.

Gemäß Fig. 1 besteht das Zündsystem für nach dem Otto-Prozeß arbeitende Brennkraftmotore aus einer Zündspule 1 und einer Zündkerze 2. Die Zündkerze weist einen Porzellanaußen­ körper 3 und koaxial innenliegend die Zünd­ elektrode 4 auf. Die Zündspule 1 ist hohl­ zylindrisch (kreisringförmiger Querschnitt) ausgebildet, wobei radial außenliegend die Primärwicklung 5 (Niederspannungswicklung) und radial innenliegend die Sekundärwicklung 6 (Hochspannungswicklung) angeordnet ist. Die Sekundärwicklung 6 umgibt den mittig angeordneten Stabkern 7 aus magnetisierbarem Material. Diese Zündspuleneinheit 1 ist in einem topfförmigen Gehäuse 8 mit Boden 9 angeordnet, welches als Abschirmung dient. Das topfförmige Gehäuse 8 weist mündungs­ seitig Außengewinde 10 auf, so daß es mit einer entsprechenden Gewindeausbildung am Zylinderkopf eines Motors verschraubbar ist. Das Gehäuse 8 samt Boden 9 besteht aus magnetisch leitfähigem, insbesondere permeablem Material, insbesondere Stahl. Zwischen Gehäuse 8 und Zündspule 1 ist ein hochspannungsfester elastischer Isolierstoff 11 angeordnet, beispielsweise Silikon­ elastomer oder Silikonkautschuk. Durch diesen elastischen Isolierstoff ist die Zündspule 1 quasi schwimmend innerhalb des Gehäuses 8 angeordnet, wobei nach lage­ richtiger Anordnung der Zündkerze 2 eine axiale Verschiebung der Zündspule 1 inner­ halb des elastischen Isolierstoffes 11 möglich ist, wenn das Gehäuse 8 mit seinem Gewinde 10 auf den Zylinderkopf aufgeschraubt wird. Dabei wird dann die Zündkerze in die entsprechende Kerzenaufnahmeöffnung im Zylinderkopf gepreßt. Die Zündkerze stützt sich andererseits an der Zündspule und dem elastischen Isolierstoff 11 ab. Die Verbindung zwischen Zündkerzenelektrode 4 und Stabkern 7 ist lediglich eine Steckverbindung, die eine radiale Drehung der Teile zueinander zuläßt. Die elektrischen Anschlüsse der Primär­ wicklung können so vorgenommen werden, daß ein Anschluß auf Masse gelegt wird, also mit der Wandung des Gehäuses 8 verbunden wird und ein Anschluß aus dem Gehäuse 8 nach außen herausgeführt wird. Die Sekundärwicklung 6 ist einerseits mit dem der Zündkerzenelektrode 4 abgewandten Ende des Stabkernes 7 verbunden und andererseits z.B. auf Gehäusepotential gelegt. Durch diese Ausbildung wird einerseits eine Abschirmung der elektrischen Spannung des Zündsystems erreicht, die beispielsweise auch bei einem Zylinderkopf aus Leichtmetall, also lediglich elektrisch leitfähigem, nicht aber magnetisch leitfähigem Werkstoff sicher­ gestellt ist. Andererseits wird auch eine Konzentration des magnetischen Feldes erreicht, insbesondere dann, wenn der Zylinderkopf aus magnetisch leitfähigem Werk­ stoff besteht, wobei der magnetische Rück­ fluß optimiert ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind, ist eine geschirmte Zündkerze 2 mit metallischem Mantel 12 vor­ gesehen, die in üblicher Weise in die entsprechende Öffnung des Zylinderkopfes einschraubbar ist. Das Gehäuse 8 der Zünd­ spule 1 ist auf den Mantel 12 kopfseitig aufgeschraubt, wozu beide Teile entsprechende Gewindeausbildung 13 aufweisen. Die Zünd­ spule 1 ist innerhalb des Gehäuses 8, 9 mit Epoxidharz als Isolierstoff 11 ausgegossen. Die Verbindung zwischen Kerzenelektrode 4 und Stabkern 7 ist wiederum eine Steck­ verbindung. Bei dieser Ausführungsform ist ebenso die elektrische Abschirmung durch Gehäuse 8, 9, Mantel 12 und Zylinderkopf (sämtliche aus elektrisch leitfähigem Metall) gewährleistet. Die Konzentration des magnetischen Rückflusses erfolgt über Stabkern 7, Gehäuse 8, 9, Mantel 12, Zünd­ elektrode 4 und Massekontakt der Zündkerze 2, der mit dem Mantel 12 (aus magnetisch leit­ fähigem Material) in Verbindung steht. Zudem ist zwischen dem im Gehäuse 8 angeordneten Isolierstoff 11, insbesondere Epoxidharz, und dem Anschlußende der geschirmten Zünd­ kerze 2 eine elastische Isolierstoffscheibe 14, z.B. aus Silikonkautschuk, angeordnet ist, die von dem Anschlußstift der Kerzen­ elektrode 4 durchgriffen ist und eine lösbare Hochspannungsdichtung darstellt.

Vorteilhaft bei beiden Ausführungsformen ist zudem, daß auf einen üblichen Kerzen­ stecker verzichtet wird.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnug offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (6)

1. Zündsystem für nach dem Otto-Prozeß arbeitende Brennkraftmotore, bestehend aus Zündspule und Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünd­ spule (1) in einem Abschirm-Gehäuse (8) angeordnet und unmittelbar mit der Zündkerze (2) lösbar ver­ bunden ist, wobei das Abschirm-Gehäuse (8) mindestens mittelbar am Zylinderkopf eines Motors im Bereich der Zündkerzeneinsatzöffnung befestigbar ist, so daß die Zündelektrode in diese hineinragt, und eine elektromagnetische Abschirmung der Zündspule (1) bewirkt ist.
2. 2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündkerze (2) eine geschirmte Zündkerze mit metallischem Außenmantel angeordnet ist und daß die Zündspule (1) in einem Abschirm-Gehäuse (8) angeordnet ist, welches mit dem Außenmantel der Zündkerze (1) elektrisch und magnetisch leitend verbunden ist.
3. 3. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündspule (1) hohlzylindrisch ausgebildet ist, radial außenliegend die Primär­ wicklung (5), innenliegend die Sekundärwicklung (6) und mittig einen Stabkern (7) aufweist, daß die Zündspule (1) innerhalb eines topfförmigen Gehäuses (8) aus magnetisch leitfähigem, insbesondere weichmagnetischem Material, angeordnet ist, wobei sie allseitig auf Abstand von der Wandung bzw. dem Boden (9) des Gehäuses (8) mittels eines Isolier­ stoffes (11) gehaltert ist, und daß die Zündkerze (2) mit der Mittelelektrode (4) zentrisch in die Mündung des Gehäuses (8) einsetzbar und die Mittel­ elektrode (4) mit dem Stabkern (7), insbesondere lösbar, verbindbar ist, der mit dem das Hochspannungs­ potential führenden Ende der Wicklung der Sekundär­ spule verbunden ist.
4. 4. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) mit elastischer Isoliermasse, insbesondere Silikonkautschuk, als Isolierstoff (11) ausgegossen ist.
5. 5. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) mündungsseitig Außengewinde (10) aufweist.
6. 6. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den im Gehäuse (8) angeordneten Isolierstoff (11), insbesondere Epoxid­ harz, und dem Anschlußende der Zündkerze (2) eine elastische Isolierstoffscheibe (14), z.B. aus Silikon­ kautschuk, angeordnet ist, die von dem Anschlußstift der Kerzenelektrode (4) durchgriffen ist.