CN112470354B - 用于点燃燃料混合物的设备、用于传输点火信号的传输元件、点火装置和电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于点燃燃料混合物的设备。所述设备包括用于产生高压点火电压的点火系统(1)以及包括用于将高频信号叠加在高压点火电压上的电路的电路装置(2)。该设备还包括发动机缸体(9)中的火花塞(10)以及用于将其上已经叠加了高频信号的点火电压传输到火花塞(10)上的传输元件。传输元件(6)包括接触元件(7)，接触元件(7)沿着接触元件(7)的纵向轴线(A)的至少一部分设置有导电涂层(20)，涂层(20)的阻抗低于接触元件(7)的阻抗。

Description

用于点燃燃料混合物的设备、用于传输点火信号的传输元件、 点火装置和电路装置

技术领域

本发明涉及一种用于点燃燃料混合物，特别是点燃燃料-空气混合物的设备，该设备具有用于产生高点火电压的点火系统，并且具有布置在发动机缸体中的火花塞以及用于将点火电压传输到火花塞的传输元件。

本发明还涉及一种用于从点火系统向火花塞传输点火信号的传输元件，该传输元件具有接触元件。

本发明还涉及一种用于产生点火信号的点火装置。本发明还涉及一种电路装置。

背景技术

从现有技术中已知以各种设计的用于点燃燃料混合物，特别是点燃燃料-空气混合物的设备。目的是进一步改进发动机，特别是改进通过火花塞火花点火的内燃发动机(也被称为汽油发动机)的燃烧室中的燃烧过程。

被引入燃烧室或汽缸中的燃料-空气混合物通常被在燃烧室中移动的活塞压缩。在到达上止点之前不久，来自火花塞的火花点燃燃料-空气混合物。

从现有技术已知，点火系统或点火线圈将车辆的电池电压转换成所期望的点火电压，以便提供点火信号或点火电压，特别是高点火电压。然后，将点火电压施加到火花塞或者经由传输元件将点火信号传输到火花塞上，该火花塞可以具有用于此目的的适合的接触元件。该接触元件通常被实施为点火线，特别是被实施为高压导体。

从普通的现有技术中已知不同设计的火花塞。通常经由连接螺栓施加点火电压，该连接螺栓例如通过插头绝缘体与外侧绝缘，以便在所谓的中心电极处提供点火电压。然后，点火火花从中心电极跳到接地电极，并且在这样做时克服两个电极之间的火花间隙或距离。接地电极通常是导电的，并且通常经由螺纹连接到发动机缸体或汽缸盖。

接触元件(例如将高点火电压从点火系统传输到火花塞的高压导体)大部分是由绝缘元件引导的，该绝缘元件在外侧包围或围绕该高压导体。

从现有技术中还已知使用高频等离子体点火设备作为产生高点火电压的替代方案，以用于点燃燃料-空气混合物。

参考例如DE 20 2012 004 602 U1，其描述了一种用于内燃发动机，特别是用于使用串联谐振电路在内燃发动机的燃烧室中点燃燃料-空气混合物的高频等离子体点火设备。

汽车产业及其供应商和研究机构集中致力于进一步改进燃烧过程，尤其是改进在汽油发动机中的燃烧过程。

发明内容

本发明基于的目的是进一步改进用于利用产生高点火电压的点火系统以及布置在发动机缸体中的火花塞来点燃燃料混合物的装置，以便进一步优化燃烧过程，特别是在汽油发动机中的燃烧过程。

本发明还基于的目的是提供一种用于将点火信号从点火系统传输到火花塞的改进的传输元件。

此外，本发明基于的目的是提供一种用于产生点火信号的点火装置，以便进一步改进内燃发动机的燃烧室中的燃料混合物的点火，从而进一步优化燃烧过程，特别是优化在汽油发动机中的燃烧过程。

此外，本发明基于的目的是提供一种电路装置，该电路装置使得有可能进一步改进内燃发动机的燃烧室中的燃料混合物的点火以便进一步优化燃烧过程，特别是优化在汽油发动机中的燃烧过程。

关于用于点燃燃料混合物，特别是点燃燃料-空气混合物的设备的目的通过本发明提供的一种用于利用电路装置及用于产生高点火电压的点火系统来点燃燃料混合物的设备的特征来实现。

关于将要生产的传输元件的目的是通过本发明提供的一种用于将点火信号从点火系统传输至火花塞的传输元件的特征实现的。

此外，关于将要生产的用于产生高压点火信号的点火装置的目的是通过本发明提供的一种点火装置的特征来实现的，并且关于将要创建的电路装置的目的是通过本发明提供的一种用于将高频信号叠加在高点火电压上的电路装置的特征来实现的。

根据本发明，用于点燃燃料混合物，特别是燃料-空气混合物的设备具有点火系统和电路装置，所述点火系统用于产生高点火电压，所述电路装置包括用于在高点火电压上叠加高频信号的电路。该设备还包括火花塞及传输元件，所述火花塞布置在发动机缸体中，所述传输元件用于将其上叠加有高频信号的高点火电压传输到火花塞上。

火花塞优选地位于金属发动机缸体内的轴中。

当然，该设备还可以可选地具有多个火花塞和相应地多个传输元件。

在根据本发明的设备中，高频信号被叠加在由点火系统产生的高点火电压上。

高频信号可由高频发生器产生。用于产生高频信号的高频发生器基本上是从现有技术中已知的。

在本发明的范围内，高频信号可由电路装置产生，但也可在外部产生，并传输到电路装置，特别是传输到电路装置的电路。

高频信号被叠加在高点火电压上的事实导致通过点火火花以及随后的等离子过程在内燃发动机的燃烧室中有利的燃烧。

可以在共用电路装置中生成高点火电压或高压脉冲(以下也称为HV信号)以及叠加的高频信号(以下也称为HF信号)。然而，原则上，还有可能单独地产生高点火电压和/或高频信号并将它们提供给电路装置或者在电路装置中将高频信号叠加在高点火电压上。

可以使用原则上已知的方法进行耦合或叠加在高点火电压上。

可以优选地借助于点火线圈来产生高点火电压。

点火线圈和用于将高频信号耦合到高点火电压中的装置可以被实施为该电路装置的多个部分。然而，高点火电压还可以在电路装置外侧产生并且例如通过电缆或(高压)供电线传输至该电路装置。

为了能够通过借助于高点火电压和叠加在高点火电压上的高频信号来点燃燃料混合物来进行燃烧过程，该设备具有已经提及的传输元件。

根据本发明，传输元件具有接触元件，该接触元件至少沿着其纵向轴线的一个区段设置有导电涂层，其中所述涂层的阻抗低于接触元件的阻抗。

阻抗也被称为交流电阻，并且是交流技术中的电阻。阻抗是用于描述电磁波传播期间线路的特性的物理量。阻抗是以下两个陈述的总结。其指示正弦交流电压与正弦交流电流的振幅的比率。它还指示这两个量之间的相位角的偏移。

高频信号叠加在其上的高点火电压的传输被优化，因为该传输元件具有接触元件，该接触元件设置有导电材料涂层，该导电材料涂层至少沿着其纵向轴线的一个区段具有所提及的特性，优选地该导电材料涂层完全地具有所提及的特性。

根据本发明，可以设置的是：与该接触元件相比该涂层的更低的阻抗是由该涂层的磁导率低于该接触元件的磁导率和/或该涂层的电导率高于该接触元件的电导率的事实引起的。

接触元件可以具有高电导率和低磁导率并且因此具有低阻抗。接触电阻和直流电导率因此得到改进。根据本发明的设备能够优化高压信号的传输，并且同时优化高频信号的传输。

根据本发明设置的涂层(该涂层具有比接触元件本身更低的阻抗)使得能够优化高频信号的传输，而接触元件有利地用于传输高压信号或高电压。根据本发明的传输元件因此优化了两个信号的传输。

涂层优选具有低于接触元件的磁导率的磁导率和高于接触元件的导电率的导电率。涂层具有所提及的两种性质的事实有利地使得涂层也具有比接触元件低的阻抗。

根据本发明的涂层可以优选地通过使用具有所提及的特性的用于涂层的材料，特别是金属来形成。如以下更详细示出的，还可能由多种不同材料组合该涂层，优选地以彼此层叠的形式组合，使得总体上产生具有本发明的阻抗或所期望的特性的涂层。在本发明的背景下，如果涂层的一层具有比接触元件更低的阻抗，则可能已经是足够的。然而，优选地，即使该涂层是由多种材料或层形成的，总体上该涂层也具有比接触元件的阻抗更低的阻抗。

高频信号叠加在其上的高点火电压可以完全地或基本上通过由导电材料制成的涂层传输。如果接触元件本身也有助于该传输，则是有利的。发明人已经认识到，如果高频信号至少基本上，优选地完全经由涂层进行传输，则是特别有利的。如果将高点火电压施加到最大可能的线路横截面上(即，高点火电压或高压信号在最大可能的线路横截面上传输)，则也是有利的，为此目的，如果接触元件被用于传输则是有利的。

因此，优选地至少基本上经由涂层传输高频信号，以及至少基本上经由接触元件传输高点火电压。

因此，接触元件本身可以具有不必针对高频信号传输进行优化的结构。该接触元件优选以使得它能够在其端部处实现稳健的接触，特别是用于在该点火系统(例如点火线圈)与火花塞之间产生连接的方式被构造。此外，接触元件优选以使得它可以补偿点火系统与火花塞之间的偏移的方式被实施。在本发明的背景下，接触元件优选地被设计为传输高压信号。

根据本发明，可以设置的是：涂层的磁导率低于钢的磁导率和/或涂层的电导率高于不锈钢的电导率，优选高于铁的电导率。

涂层的磁导率或磁导率数值μ_r可以小于1000，优选地小于100，特别优选地小于10并且非常特别优选地小于1。

如果涂层的电导率(σ)高于铁的电导率，则是有利的。涂层的电导率优选为至少1.4×10⁶西门子/米(S/m)。涂层的电导率特别优选为至少10×10⁶西门子/米(S/m)，非常特别优选为至少19×10⁶西门子/米(S/m)，特别是至少37×10⁶西门子/米(S/m)。

带有具有上述电导率和/或上述磁导率的涂层的接触元件特别适合于满足根据本发明的目的，特别是适合于传输其上叠加有高频信号的高点火电压。

根据本发明，可以设置的是：涂层具有多层。

由多层形成的涂层使得有可能组合形成涂层的各层的材料的各个特性。可以设置的是：如果该涂层是由多层形成的，则至少两层是由不同材料形成的。优选设置包括两种不同材料的两层。涂层特别优选由三层形成，该三层包括两种或优选三种不同的材料。根据本发明，还可以设置的是：该涂层具有多于三层，这些层由两种、三种或更多种材料构成。

如果涂层具有层结构，其可以优选地至少具有由第一材料制成的第一层，由第二材料制成的第二层，优选地由第三材料制成的第三层，以及可选地第四层或更多的层，每一种都分别由不同材料制成。

已经发现，如果首先施加到接触元件上的层是以特别有利的方式粘附到该接触元件上的层，特别是如果该接触元件是由铁或钢制成的，则是特别适合的。铜层可以特别适合于此。为了形成第二层，如果它执行扩散阻挡层的功能(即，它被实施为扩散层)，则它可以是有利的。镍层可以特别适用于此。第三层优选可以由除了根据本发明的阻抗外还具有尽可能耐腐蚀特性的材料形成。金层、银层或锡层可特别适用于此。

如果该涂层由若干层构成，则形成各层的材料优选地被选择为使得由这些层构成的涂层总体上具有比接触元件更低的阻抗，优选地涂层的磁导率总体上低于接触元件的磁导率，并且涂层的电导率总体上大于接触元件的电导率。

然而，在本发明的范围内，还可以设置的是：仅一层或更多层满足所提及的特性。特别是当涂层的这些层中的一个(例如接触层)主要采取不同的功能(即形成接触)或层被优化以形成特别有利的扩散层时，情况可能是这样。然而，优选地，涂层作为整体满足所述特性，并且优选地形成各层的材料在每种情况下也单独地满足所述特性。

就本发明上下文中提到的形成涂层的材料而言，如果涂层具有由多层构成的结构，则其也可类似地包括优选地一起满足上述材料的所述特性的多种材料。然而，在本发明的背景下，如果形成以层结构构成的涂层的材料中的一种具有所期望的特性，则可能已经是足够的。本发明应相应地理解。

涂层优选地由金属形成。当涂层由多层形成时，优选地设置涂层的层中的至少一层、两层、三层或更多层或所有层由一种或更多种金属形成。

如果涂层或涂层的层中的至少一层、两层、三层或更多层或所有层由银、铜、金、锡、铝、钨、钼、钛、锆、铌、钽、铋、钯、铅、合金、主要包括这些材料中的一种或更多种形成，或由这些材料中的一种组成的复合材料形成，则是有利的。

上述材料是特别适合的，因为它们既具有显著大于不锈钢的电导率的电导率，而且此外，该材料的磁导率低于钢的磁导率。

如果该涂层具有1.0μm至30μm、优选地具有2.0μm至25μm、更优选地具有3.0μm至25μm并且非常特别优选地具有4.0μm至25μm的厚度，则是有利的。

涂层的厚度可以取决于高频信号的预期频率。上述值已经被证明特别适合于传输其上叠加有高频信号的高点火电压，因为其结果是由于所谓的趋肤效应(即，使导体内部的电流密度在高频交流电流经的电导体中比在产生损耗的外部区域中更低的效应)而发生的损失最小化。由于涂层具有比接触元件低的阻抗，这是可能的。

根据本发明，可以设置的是：接触元件是由金属、优选地是由钢或不锈钢制成的。还特别适合的是由黄铜、铜-铍或青铜合金来实施该接触元件。

已经证明由金属，优选地由钢或不锈钢制造该接触元件是特别适合的。这种接触元件的设计使得能够与火花塞或点火系统进行稳健的接触。此外，由金属制成的接触元件可以简单且可靠地涂覆有导电材料。由钢或不锈钢制造接触元件是特别适合的。

当接触元件是由金属，优选地由钢或不锈钢制成时，设置的是，导电涂层选自材料的磁导率低于接触元件的磁导率并且同时该材料的电导率高于该接触元件的电导率的材料。上述优选地设置的材料，特别地还有铜、银、金或锡，特别适用于此。优选地设置的用于涂层的材料，特别是铜、银、金或锡，具有高于钢或不锈钢的电导率的电导率。此外，这些材料具有低于钢或不锈钢的磁导率的磁导率。

接触元件还可以由非金属材料制成。

在根据本发明的解决方案的一个构造中，可以设置的是：接触元件从第一端到第二端在外侧上完全设置有涂层。如果必要，可以设置的是，涂层在第一端和/或第二端处被设置为稍微靠后，优选地以使得接触元件的中央部分的至少90％，优选地95％设置有涂层的方式设置涂层在第一端和/或第二端处稍微靠后。然而，该接触元件优选地在其整个(轴向)长度上设置有涂层。如果必要，涂层相对于接触元件的偏移可以根本上是有利的，以便能够实现接触元件的适当附接。有利的是如果该涂层或连接到该涂层的高压导体延伸到火花塞以便建立到点火系统或直接经由火花塞连接到点火系统上的高压导体的导电连接。

根据本发明，可以设置的是：接触元件被实施为高压导体。

如果接触元件至少在某些区段中被实施为接触弹簧、优选地实施为螺旋弹簧，则是有利的。

该接触元件至少在某些区段中或部分地作为接触弹簧的构造具有以下优点：可以用叠加的高频信号特别有利地并且可靠地传输高点火电压。在此，导电弹簧的弹性可以补偿弹簧的纵向方向上的制造公差。此外，接触弹簧还可以补偿发动机缸体中的角轴的不同角度，接触弹簧作为传输元件的一部分插入到发动机缸体中。然而，如果发动机缸体内其中容纳有接触弹簧的轴不是成角度的，则也适合使用接触弹簧。在发动机缸体中轴的角行程基本上是可选的，但可以是特别适合的。

因此，即使当有必要补偿纵向方向或轴的角行程上的制造公差时，作为由导电材料制成的涂层的载体的接触弹簧使得该涂层能够可靠地传输其上叠加有高频信号的高压。

该接触元件可以在某些区段中实施为接触弹簧，但优选地完全实施为接触弹簧。已经发现，如果接触元件的中央部分的至少90％、优选地95％被实施为接触弹簧，则是有利的。如果需要，接触元件作为接触弹簧的不完整实施方式可以是合适的，以便能够合适地附接接触元件，特别是附接在接触元件的端部的区域中。

接触弹簧优选地被实施和布置成使得它压靠在火花塞的适合的耦合单元上并且经由涂层建立与火花塞的导电连接。

在本发明的可替代实施例中，可以设置的是：接触元件至少在某些区段中是由弹性材料形成的和/或至少在某些区段中是作为弹簧臂的。

接触元件还可以完全被实施为弹簧臂或由弹性材料实施。还可想到的是，接触元件在某些区段中被实施为弹簧臂或由弹性材料实施并且在某些区段中被实施为接触弹簧。

将接触元件实施为弹簧臂或由弹性材料实施还使得可以补偿公差并且考虑轴在发动机缸体中的角行程。

如果传输元件具有围绕接触元件的绝缘元件，则是有利的。

特别地，在作为接触弹簧的构造中，接触元件优选地被容纳或引导在绝缘元件中的钻孔中。绝缘元件优选地具有密封功能。绝缘元件优选地由橡胶或橡胶类材料制成。

由橡胶或橡胶类材料制成绝缘元件并且将接触元件实施为弹簧特别有利地允许补偿制造公差和角偏差。此外，由此形成的传输元件特别是有弹性的或具有有利于预期用途的弹性。

除了密封功能之外，该绝缘元件还可以有利地执行在该接触元件的涂层与发动机缸体或电路壳体之间设置电绝缘的任务，特别是在与电路装置的电路壳体的接合点处以及在与发动机缸体的接合点处。

绝缘元件优选地被实施为绝热罩，该绝热罩以紧密配合的方式或在一定距离处(例如以使得在绝热罩中形成管状通道的方式)围绕接触元件的导电涂层。当绝缘元件由橡胶或橡胶类材料或其他绝缘材料制成时，这种构造都是合适的。

当该接触元件被实施为接触弹簧时，该构造是特别适合的。

根据本发明的构造使得有可能将其上叠加有高频信号的高点火电压经由设置有导电涂层的接触元件传递至火花塞，特别是传递至火花塞的中心电极，同时以特别有利的方式(如下所示)使火花塞的接地电极连接到电路装置的接地电位，特别是连接到电路壳体和电路，其中火花从该中心电极跳到该接地电极。这种构造能够有利地使用具有叠加的高频信号的高点火电压，以便优化燃烧室中的燃烧过程。

如果设置至少沿接触元件纵向轴线的一个区段以电磁屏蔽的方式围绕接触元件的导电屏蔽元件，则是有利的，其中，屏蔽元件导电地连接到电路装置的接地电位上，并且屏蔽元件建立了电路装置的接地电位与火花塞的接地电极之间的连接。

此外，如果电路装置包括电磁地屏蔽电路的电路壳体，则是有利的，其中，屏蔽元件连接至电路壳体的接地电位和/或连接至电路的接地电位。

因此，汽油发动机中的燃烧过程可以特别有利地通过其上叠加有高频信号的高点火电压来喷射，一方面对屏蔽导电涂层是有利的，另一方面在电路装置的接地电位与火花塞的接地电极之间建立连接是有利的。屏蔽元件还承担屏蔽点火信号免受外部干扰，该点火信号包括高点火电压和叠加的高频信号。此外，以使得不影响邻近的电子器件的方式，特别是以不干扰(例如在机动车辆中的)敏感电子器件或尽可能少地削弱这些敏感电子器件的方式屏蔽点火信号可能是有利的。

在电路装置的接地电位与火花塞的接地电极彼此电连接时，燃烧过程也被优化。

在下文中，为了简单起见，接地电位也被称为“接地”。

如果屏蔽元件在火花塞的接地电极与电路装置之间产生电位均衡，则是有利的。

屏蔽元件防止或减少来自导电涂层的电磁辐射和进入导电涂层的电磁辐射两者。

结合本发明的接触元件的涂层，屏蔽元件能够实现良好的电磁兼容性(EMC)，这意味着通过具有叠加的高频信号的高点火电压优化燃烧是可能的。

屏蔽元件包括接触元件，该接触元件至少沿着其纵向轴线的一个区段、优选地完全设置有涂层。然而，特别地为了确保接触元件或传输元件的良好的移动性，屏蔽元件还可以具有膨胀接头、凹部、间隙、切口或槽口，以便允许接触元件或传输元件在径向和/或轴向方向上移动，特别地用于公差补偿。

根据本发明，可以设置的是：屏蔽元件至少沿绝缘元件的纵向轴线的一个区段在外侧上包围该绝缘元件。

这种解决方案已经被证明是特别适合的。屏蔽元件优选地被以使得它根据以下事实而包围接触元件的导电涂层的方式实施：容纳接触元件的导电涂层的绝缘元件在外侧被屏蔽元件围绕或包住。

屏蔽元件可以如上所述地实施以便确保径向移动性。然而，优选地，屏蔽元件完全地或以周向闭合的方式沿着轴向区段包围或围绕绝缘元件。

因为电路装置优选地包括电路壳体，该电路壳体容纳电路并电磁地(即，电气地和/或磁性地)屏蔽电路，在该电路装置内以特别适合的方式屏蔽了其上叠加有高频信号的高点火电压。

如果屏蔽元件连接至电路壳体的接地电位和/或电路的接地电位，则是有利的。如果电路的接地电位连接到电路壳体的接地电位，则是特别优选的。此外，尤其对于这个实施例，优选的是屏蔽元件连接到电路壳体的接地电位上。电路壳体可以优选地具有通孔，屏蔽元件被插入该通孔中。

屏蔽元件和/或绝缘元件优选地被实施为传输元件的一部分。

如果屏蔽元件延伸直至发动机缸体，以便经由发动机缸体在电路装置(特别是电路壳体和电路)的接地电位与火花塞的接地电极之间建立电连接，则可能是有利的。

这种构造可以特别有利地实现，因为屏蔽元件仅包括屏蔽元件的纵向轴线的一个区段。轴向区段优选地在绝缘元件的第一端处开始，并且在绝缘元件的第二端的方向上延伸，优选地以使得在电路壳体的接地电位和发动机缸体之间建立电连接的方式延伸。绝缘元件的第一端优选地连接到电路壳体。

在本发明的进一步发展中，还可以设置的是：从绝缘元件的第一端开始，屏蔽元件在外侧上仅包括绝缘元件的纵向轴线的一个区段，其中接地导体延伸到绝缘元件的面向火花塞的第二端。

该解决方案具有以下优点：一方面，在电路装置(特别是电路壳体)与发动机缸体之间的区域中提供良好的屏蔽，特别是用于改进EMC的屏蔽，但是，电路装置的接地电位与接地电极之间的连接不一定取决于发动机缸体。在这种情况下，延续至绝缘元件的面向火花塞的第二端的接地线可以设置电连接。这具有以下优点：发动机缸体本身不一定必须连接到火花塞上。当在发动机缸体中设计为火花塞设置的轴时，这增加了设计自由度。

在根据本发明的解决方案的另一个实施例中，可以设置的是：该屏蔽元件从第一端到第二端在外侧上包围该绝缘元件。如果必要，可以设置的是，在第一端和/或第二端处的屏蔽元件相对于绝缘元件设置在稍微靠后的位置，优选地以使得绝缘元件的中央部分的至少90％、优选地95％被屏蔽元件围绕的方式使在第一端和/或第二端处的屏蔽元件相对于绝缘元件设置在稍微靠后的位置。然而，在该实施例中，绝缘元件优选地在其整个(轴向)长度上被屏蔽元件围绕。屏蔽元件相对于绝缘元件的偏移可主要为有利的，以使得能够适合地附接传输元件或避免对绝缘元件的密封功能的不利影响。

可以设置的是：屏蔽元件或连接到屏蔽元件上的接地导体延伸直至火花塞，以便经由火花塞在电路装置(特别是电路壳体和电路)与火花塞的接地电极之间直接建立导电连接。

因此，接地电极与电路装置(特别是电路壳体)的连接独立于发动机缸体是可能的。

可以设置的是：该屏蔽元件至少部分地通过绝缘元件的金属化物来形成。

金属化物特别适合于创建用于等电位结合以及用于屏蔽的导电连接。

本发明还涉及一种用于将点火信号从点火系统传输至火花塞的传输元件，所述传输元件具有接触元件，其中，该接触元件至少沿着其纵向轴线的一个区段设置有导电涂层，其中涂层的阻抗低于接触元件的阻抗，其中，接触元件至少在某些区段中被实施为接触弹簧和/或弹簧臂和/或由弹性材料制成。

关于传输元件的优点和构造，参考以上陈述以及参考以下陈述。

根据本发明，可以设置的是：与接触元件相比涂层的更低的阻抗是由涂层的磁导率低于接触元件的磁导率和/或涂层的电导率高于接触元件的电导率的事实引起的。

根据本发明，可以设置的是：涂层的磁导率低于钢的磁导率和/或涂层的电导率高于不锈钢的电导率，优选地高于铁的电导率。

在根据本发明的传输元件的背景下，优选设置了涂层的材料的电导率高于铁的电导率。

如果涂层的材料的电导率(σ)至少是1.4×10⁶西门子/米(S/m)、优选是10×10⁶西门子/米(S/m)，则是有利的。

如果涂层具有多层，则是有利的。

如果涂层由金属形成或涂层的层中的至少一层、两层、三层或更多层或所有层由一种或更多种金属形成，则是有利的。

如果涂层或涂层的层中的至少一层、两层、三层或更多层或所有层由银、铜、金、锡、铝、钨、钼、钛、锆、铌、钽、铋、钯、铅、合金、主要包括这些材料中的一种或更多种形成，或由这些材料中的一种组成的复合材料形成，则是优选的。

涂层优选地具有1.0μm至30μm、优选地具有2.0μm至25μm、更优选地具有3.0μm至25μm并且非常特别优选地具有4.0μm至25μm的厚度。

根据本发明，可以设置的是：接触元件是由金属，优选钢或不锈钢制成的。然而，任何其他材料也从根本上适合于形成接触元件，因为通过导电涂层传输点火信号在本发明的范围内可能是足够的。

如果传输元件具有绝缘元件，则是有利的，该绝缘元件围绕设置有涂层的接触元件。

如果传输元件具有导电屏蔽元件，也是有利的，该导电屏蔽元件至少沿着绝缘元件的纵向轴线的一个区段在外侧上围绕该绝缘元件。

根据本发明的传输元件适合于传输任何点火信号。点火信号可以是高点火电压(HV信号)和高频信号两者，特别是高频等离子体点火设备。然而，传输元件特别适合于传输其上叠加了高频信号的高点火电压。可以设置一种电路装置，该电路装置包括用于将高频信号叠加在高点火电压上的电路，高频信号然后通过传输元件，特别是通过传输元件的接触元件的涂层而被传输到火花塞上。因此，待传输的点火信号优选地是其上叠加有高频信号的高点火电压，优选地如已经关于根据本发明的设备所解释的。

本发明还涉及一种点火装置，该点火装置具有用于产生点火信号的点火系统，并且具有用于将点火信号传输到火花塞的传输元件。

传输元件可以被实施为一种构造并且具有以上和以下描述的变型以便传输点火信号。点火信号可以是高点火电压(HV信号)或高频信号(HF信号)。点火信号优选地是其上叠加了高频信号的高点火电压，优选地如已经关于根据本发明的设备解释的。

本发明还涉及一种用于将高频信号叠加在高点火电压上的电路装置，并且该电路装置具有传输元件，以便将其上叠加有高频信号的高点火电压传输至火花塞。

已经结合根据本发明的用于点燃燃料混合物的设备所描述的特征当然也可以相应地应用于传输元件、点火装置和电路装置，反之亦然。此外，结合根据本发明的用于点燃燃料混合物的设备已经提及的优点还可以被理解为涉及传输元件、点火装置和电路装置，反之亦然。

应另外指出，术语如“包括”、“包含”或“具有”不排除其他特征或步骤。此外，以单数形式指示步骤或特征的术语如“一”或“所述”不排除多个特征或步骤，反之亦然。

附图说明

下面参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

这些附图各自示出了优选的示例性实施例，其中本发明的各个特征被阐述为彼此组合。然而，示例性实施例的特征也可以与示例性实施例的其他特征分开实施，并且因此可以由本领域技术人员容易地组合以形成进一步有用的组合和子组合。

在这些附图中，在各自情况下示意性地：

图1示出根据本发明的具有电路装置的电路壳体和传输元件的截面图的装置的图示；

图2示出了实施为接触弹簧的接触元件的基本侧视图；

图3示出了穿过接触弹簧的匝的横截面；以及

图4示出了穿过接触弹簧的匝的横截面，其中涂层由三层组成。

具体实施方式

内燃发动机(特别是机动车辆的内燃发动机)的基本原理和基本功能以及用于点燃燃烧室(特别是发动机的汽缸)中的燃料-空气混合物的相关联设备是普通现有技术中已知的。通过火花塞进行外部点火的内燃发动机(所谓的奥托发动机(Otto engine))，特别地还通过直接喷射进行外部点火的内燃发动机，也是特别已知的。

因此，它们的操作模式在下文不再更详细地讨论。

原则上还已知通过点火系统产生高点火电压，该点火系统将电池电压转换成所需的点火电压。原则上还已知产生高频信号，具体是用于在内燃发动机的燃烧室中点燃燃料-空气混合物的高频等离子体点火设备，该高频等离子体点火设备还可参考DE 20 2012 004602 U1。这在下面也不更详细地讨论。

基于其上叠加有高频信号的高点火电压(HV信号或HV脉冲)的传输来描述示例性实施例。然而，根据本发明的叠加元件也适合于例如基于高点火电压或高频信号传输另一点火信号。根据本发明的传输元件不限于传输特定的点火信号，而是特别适合于传输其上叠加有高频信号的高点火电压。此外，示例性实施例中所示的点燃装置不限于产生其上叠加有高频信号的高点火电压。点火装置产生的点火信号可以是任何点火信号，如关于传输元件已经解释的点火信号。

图1中所示的设备示出了一种特别适合的结构。然而，传输元件的使用不限于用于点燃燃料混合物的设备的特定结构，而是可以用在任何期望的结构中。因此，示例性实施例还被分离为一种传输元件的公开，而不限于所示出的用于点燃燃料混合物的设备的特征，其中传输元件的使用特别适合于所示出的设备。

图1示出了一种用于点燃燃料混合物，特别是点燃燃料-空气混合物的设备，其中原则上仅示出了电路装置2和用于产生高点火电压(HV脉冲)的点火系统1。

在示例性实施例中，电路装置2包括电路壳体3和用于将高频信号(HF信号)叠加在高点火电压上的电路4。在示例性实施例中，高频信号是通过高频发生器5产生的。由高频发生器5产生的高频信号经由高频引线5a被馈送到电路4。相应地，由点火系统1产生的高点火电压也经由高压引线1a被馈送至电路4。

替代地，点火系统1和/或高频发生器5和/或用于产生高点火电压或高频信号的另一个设备还可以集成到电路装置2中，尤其集成到电路壳体3中并且还可能集成到电路4中。

在本发明的范围内，原则上能够以任何已知的方式产生高点火电压或对应的高压脉冲和高频信号。

还设置了传输元件6，该传输元件6具有在绝缘元件8中被引导的接触元件7。

如从图1中可见，传输元件6延伸远至布置在发动机缸体9中的火花塞10。

火花塞10可具有用于点燃燃料-空气混合物的任何合适的结构。如从图1的基本图示可见，在示例性实施例中的火花塞10具有金属连接部件11、陶瓷部件12、凸缘13、拧入螺纹14、中心电极15以及接地电极16，该凸缘13具有用于将陶瓷部件12保持在合适位置的集成卷绕环。

火花塞10的结构也可以不同；特别地，代替通过陶瓷部件12绝缘的中心电极15，还可以可选地设置一些其他类型的绝缘。

火花塞的结构和不同的变型在现有技术中是已知的。

火花塞10位于发动机缸体9的轴中。如在示例性实施例中所示，发动机缸体9中的轴不必一定以某一角度运行，而是可以具有任何期望的行程，可能还有不成角度的行程。

在示例性实施例中，设置了火花塞10经由拧入螺纹14以导电的方式连接到发动机缸体9。

在根据图1的示例性实施例中，电路壳体3被设计成是导电的，从而使得电路4被电磁屏蔽。电路4可以经由接地线17连接到电路壳体3，使得电路壳体3和电路4具有相同的接地电位。

在示例性实施例中，如图2中更详细示出的，接触元件实施为接触弹簧7，优选地实施为螺旋弹簧。但是，示例性实施例不限于此。然而，接触元件作为接触弹簧7的实施例还尤其特别适合于补偿公差。

接触元件7还可以可选地实施为使得接触元件7仅在其纵向轴线A或(轴向)长度的一部分上实施为弹簧。

在示例性实施例中(见图1)，还可选地设置了绝缘元件8包围或包住接触弹簧7。这可以优选地通过以下方式实现：绝缘元件8具有用于容纳接触弹簧7的中央钻孔。

绝缘元件8可以被实施为传输元件6的一部分。

绝缘元件8优选地由橡胶或橡胶类材料制成，但示例性实施例不限于此。

在示例性实施例中，绝缘元件8也实现密封件的功能或具有密封功能。在示例性实施例中，设置的了绝缘元件8密封与电路壳体3的接合点和与发动机缸体9的接合区域，使得没有湿气可以渗透。为此目的，原则上如在图1中所示，可以将绝缘元件8相应地设计成优选地具有例如用于强制锁定容纳物的凹槽，电路壳体3的壁和/或环形延伸部。

如从图1可见，还(可选地)设置或形成导电屏蔽元件18。此处屏蔽元件18包括接触弹簧7并至少沿着接触弹簧7的纵向轴线A的一个区段屏蔽接触弹簧7。

屏蔽元件18可实施为传输元件6的一部分。

在图1中，示出了屏蔽元件18以电磁屏蔽方式仅在接触弹簧7的轴向长度或纵向轴线A的一部分上包围接触弹簧7。屏蔽元件18在此优选地以使得屏蔽元件18包围接触弹簧7到电路壳体3与发动机缸体9之间的距离d被屏蔽的程度的方式实施。

在未示出的实施例中，可以设置的是：在电路壳体3外侧直至火花塞10屏蔽元件18包围接触弹簧7。也就是说，在电路壳体外侧，接触弹簧7几乎在其整个长度上都被屏蔽元件18围绕。

屏蔽元件18以导电的方式连接至电路装置2的接地或接地电位。屏蔽元件18在电路装置2的接地与火花塞10的接地电极16之间建立连接。

在示例性实施例中，屏蔽元件以导电的方式连接至电路装置2的电路壳体3。如已经描述的，电路壳体3在此经由接地线17连接至电路4，使得电路4、电路壳体3以及屏蔽元件18均具有相同的接地或相同的接地电位。

在示例性实施例中，屏蔽元件18以以下方式实施：屏蔽元件18至少沿绝缘元件8纵向轴线A的一个区段在外侧包围绝缘元件8。

图1示出了屏蔽元件18在其纵向轴线A的一部分上包围绝缘元件8。如已经描述的，接触弹簧7因此相应地被屏蔽元件18包围和屏蔽。

在示例性实施例中设置了屏蔽元件18延伸远至发动机缸体9，以便经由发动机缸体9在电路装置2的接地与接地电极16之间建立电连接。替代地(未示出)，屏蔽元件18可以延伸远至火花塞10，以便直接经由火花塞10建立到火花塞10的接地电极16的导电连接。屏蔽元件18在此优选地连接至卷绕环13，并进而经由拧入螺纹14连接至接地电极16。

如从图1可见，可以设置的是：电路壳体3被固定在发动机缸体9上。发动机缸体9上固定电路壳体3的区域可以是其中插入火花塞10的汽缸的汽缸盖。

原则上图1中示出了用于固定电路壳体3的紧固件19。

根据本发明，为了传输点火信号(在示例性实施例中该点火信号是高频信号叠加在其上的高点火电压)，设置了接触元件7至少沿着其轴向长度A的一个区段设置有导电材料的涂层20。用于形成涂层20的导电材料在此以使得涂层20的阻抗低于接触元件7的阻抗的方式选择。在示例性实施例中，与接触元件7相比，涂层20的较低阻抗由以下事实产生：涂层20的磁导率低于接触元件7的磁导率和/或涂层20的电导率高于接触元件7的电导率。

在示例性实施例中，设置了涂层20的磁导率低于钢的磁导率并且涂层20的电导率高于不锈钢的电导率。

在图2中，在优选实施例中将相应涂覆的接触元件示出为在外侧上施加涂层20的接触弹簧7。图3示出了穿过接触弹簧7的一匝的横截面。在示例性实施例中，涂层20的材料被选择为使得材料的电导率高于铁的电导率。涂层20的材料的电导率σ至少是1.4×10⁶西门子/米(S/m)、优选地是10×10⁶西门子/米(S/m)。在示例性实施例中，涂层20由金属形成。

在一个构造中，传输元件6可以仅由(尤其被实施为接触弹簧的)接触元件7和涂层20构成。然而，传输元件6还可以具有绝缘元件8和/或屏蔽元件18或者可以由这四个部件构成。

在根据图3的示例性实施例中，设置了涂层20由铜、银、金或锡形成。

在示例性实施例中，涂层20具有1.0μm至30μm，优选地具有2.0μm至25μm，更优选地具有3.0μm至25μm并且非常特别优选地具有4.0μm至25μm的厚度。

在示例性实施例中，还设置了接触弹簧7由金属制成，优选地由钢或不锈钢制成。

在示例性实施例中，涂层20由具有比制造接触元件7的材料更低的磁导率并且具有比制造接触元件7的材料更高的电导率的材料形成。

具有涂层20的接触弹簧7还可以被称为混合弹簧。

类似于图3，图4示出了穿过接触弹簧7的一匝的横截面。在此根据图4的示例性实施例与图3的不同之处在于涂层20的结构。根据图4设置了涂层20是由多层21、22、23形成的，这些层一起构成了涂层20。在示例性实施例中，设置了所有层21、22、23由金属形成。然而，这不是绝对必要的。在示例性实施例中，进一步设置了层21、22、23一起具有以上已经描述的关于仅由一种材料形成的涂层20的特性。然而，还可以设置的是：仅一层或大多数层具有以上关于涂层20作为整体呈现的特性。在这种情况下，不具有这些特性(特别是与接触元件7相比更低的阻抗)的其他层可以具有其他功能，例如它们可以用作腐蚀保护、扩散保护或用作粘合层。

在示例性实施例中，设置的了所有层21、22、23单独地并且全部地满足上述特性，特别是具有比接触元件7更低的阻抗。

原则上，在根据图4的示例性实施例的背景下还可以设置多于或少于三层。

在示例性实施例中，设置了第一层21被实施为粘合层，优选地实施为铜层。在示例性实施例中，还设置了第二层22被实施为扩散层，优选地被实施为镍层。在示例性实施例中，进一步设置了第三层23还承担了腐蚀保护的功能，并且为此目的优选地被实施为金层、银层或锡层。被实施为扩散层(优选地被实施为镍层)的第二层22在此承担避免或减少金、银或锡在铜层方向上的扩散的功能。

原则上，各层21、22、23可以由任何适合的材料制成。

Claims (34)

1.一种用于利用电路装置(2)及用于产生高点火电压的点火系统(1)来点燃燃料混合物的设备，包括：用于将高频信号叠加在所述高点火电压上的电路(4)，并且具有布置在发动机缸体(9)中的火花塞(10)以及用于将叠加有所述高频信号的所述高点火电压传输到所述火花塞(10)的传输元件(6)；所述传输元件(6)具有接触元件(7)，所述接触元件(7)至少沿着所述接触元件(7)的纵向轴线(A)的一个区段设置有导电涂层(20)，其中所述涂层(20)的阻抗低于所述接触元件(7)的阻抗。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

与所述接触元件(7)相比，所述涂层(20)的较低阻抗由以下事实产生：所述涂层(20)的磁导率低于所述接触元件(7)的磁导率和/或所述涂层(20)的电导率高于所述接触元件(7)的电导率。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述涂层(20)的磁导率低于钢的磁导率和/或所述涂层(20)的电导率高于不锈钢的电导率。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述涂层(20)的磁导率低于钢的磁导率和/或所述涂层(20)的电导率高于铁的电导率。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述涂层(20)的电导率至少为1.4×10⁶西门子/米(S/m)。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述涂层(20)的电导率至少为10×10⁶西门子/米(S/m)。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述涂层(20)具有多层(21，22，23)。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述涂层(20)由金属形成，或所述涂层的层(21、22、23)中的至少一层、两层、三层或更多层或所有层由一种或更多种金属形成。

9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述涂层(20)或所述涂层的层(21、22、23)中的至少一层、两层、三层或更多层或全部层由银、铜、金、锡、铝、钨、钼、钛、锆、铌、钽、铋、钯、铅、合金中的一种或更多种形成，或包括这些材料中的一种的复合材料形成。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述涂层(20)具有1.0μm至30μm的厚度。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述涂层(20)具有2.0μm至25μm的厚度。

12.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述涂层(20)具有3.0μm至25μm的厚度。

13.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述涂层(20)具有4.0μm至25μm的厚度。

14.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述接触元件(7)由金属制成。

15.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述接触元件(7)由钢或不锈钢制成。

16.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述接触元件(7)至少在某些区段中被实施为接触弹簧。

17.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述接触元件(7)至少在某些区段中被实施为螺旋弹簧。

18.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述接触元件(7)至少在某些区段中由弹性材料形成和/或至少在某些区段中被形成为弹簧臂。

19.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述传输元件(6)具有绝缘元件(8)，所述绝缘元件(8)围绕所述接触元件(7)。

20.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

设置了导电屏蔽元件(18)，所述导电屏蔽元件(18)至少沿所述接触元件(7)的纵向轴线(A)的一个区段以电磁屏蔽的方式围绕所述接触元件(7)，其中所述屏蔽元件(18)导电连接到所述电路装置(2)的接地电位，并且所述屏蔽元件(18)建立所述电路装置(2)的接地电位与所述火花塞(10)的接地电极(16)之间的连接。

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，

所述电路装置(2)包括电磁屏蔽所述电路(4)的电路壳体(3)，其中，所述屏蔽元件(18)连接至所述电路壳体(3)的接地电位和/或连接至所述电路(4)的接地电位。

22.一种用于将点火信号从点火系统传输至火花塞(10)的传输元件(6)，具有接触元件(7)，其特征在于，

所述接触元件(7)至少沿着所述接触元件(7)的纵向轴线(A)的一个区段设置有导电涂层(20)，其中所述涂层(20)的阻抗低于所述接触元件(7)的阻抗，其中，所述接触元件(7)至少在某些区段中被实施为接触弹簧和/或弹簧臂和/或由弹性材料制成。

23.根据权利要求22所述的传输元件(6)，其特征在于，

与所述接触元件(7)相比，所述涂层(20)的较低阻抗由以下事实产生：所述涂层(20)的磁导率低于所述接触元件(7)的磁导率和/或所述涂层(20)的电导率高于所述接触元件(7)的电导率。

24.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述涂层(20)的磁导率低于钢的磁导率和/或所述涂层(20)的电导率高于不锈钢的电导率。

25.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，所述涂层(20)的磁导率低于钢的磁导率和/或所述涂层(20)的电导率高于铁的电导率。

26.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述涂层(20)具有多层(21，22，23)。

27.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述涂层(20)由金属形成，或所述涂层的层(21、22、23)中的至少一层、两层、三层或更多层或所有层由一种或更多种金属形成。

28.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述涂层(20)或所述涂层的层(21、22、23)中的至少一层、两层、三层或更多层或全部层由银、铜、金、锡、铝、钨、钼、钛、锆、铌、钽、铋、钯、铅、合金中的一种或更多种形成，或由包括这些材料中的一种的复合材料形成。

29.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述接触元件(7)由金属制成。

30.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，所述接触元件(7)由钢或不锈钢制成。

31.根据权利要求22或23所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述传输元件(6)具有绝缘元件(8)，所述绝缘元件(8)围绕设置有所述涂层的所述接触元件(7)。

32.根据权利要求31所述的传输元件(6)，其特征在于，

所述传输元件(6)具有导电屏蔽元件(18)，所述导电屏蔽元件(18)至少沿着所述绝缘元件(8)的纵向轴线(A)的一个区段在外侧上围绕所述绝缘元件(8)。

33.一种点火装置，具有用于产生点火信号的点火系统(1)，并且具有如权利要求15至23中的一项所述的传输元件(6)，以便将所述点火信号传输到火花塞(10)。

34.一种用于将高频信号叠加在高点火电压上的电路装置(2)，具有如权利要求15至23中的一项所述的传输元件(6)，以便将叠加有所述高频信号的所述高点火电压传输至火花塞(10)。

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