DE10035392A1 - Integrierte Zündkerzenzündspule mit Drucksensor für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Integrierte Zündkerzenzündspule mit Drucksensor für einen VerbrennungsmotorInfo
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Abstract
Eine Zündspule, eine Zündkerze und ein Drucksensor für einen Verbrennungsmotor (22) sind in eine einzige Anordnung (1) integriert und direkt an eine Zündkerzenbohrung (23) eines Verbrennungsmotors (22) montiert. Ein harter Zündkerzenmantel (3) dient als ein magnetostriktiver Abschnitt (19) zur Druckdetektion. Ein radial polarisierter Vormagnetisierungsmagnet (16) ist neben dem Zündkerzenmantel (3) angeordnet, wodurch ein Anfangsfluß durch eine Meßwicklung (17) hindurch erzeugt wird. Die Meßwicklung (17) ist um das untere Ende der Spulenumhüllung (15) herumgewickelt, um Änderungen der Induktionseigenschaften des Zündkerzenmantels (3) infolge von Druckänderungen in dem Zylinder zu erfassen. Ein erstes passives Verfahren zum Messen von Druck durch die Flußänderung aufgrund der Permeabilitätsänderung erzeugt eine Signalspannung in der gemessenen Spule. Diese Spannung ist proportional zur zeitlichen Druckänderung, die integriert wird, um eine Zylinderdruckwellenform zu erzeugen. Ein zweites aktives Verfahren wendet einen Oszillator an, um die Meßschaltung (17) mit einer Frequenz anzusteuern, die mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignalanteils beträgt. Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird dann in Ansprechen auf die Induktionseigenschaftsänderung des Zündkerzenmantels (3) moduliert. Das zweite Verfahren ist in der Lage, sowohl statischen als auch dynamischen Druck zu detektieren.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Zündkerzenspule mit
einem Drucksensor und insbesondere eine derartige, zu einer einzigen
kompakten Einheit ausgebildete Einrichtung.
Eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor, die direkt an einen Motor
angebaut und direkt mit Zündkerzen gekoppelt ist, ist bekannt. Jedoch
enthalten diese Zündspulen/Zündkerzen nach dem Stand der Technik
keinen Drucksensor und sind oft groß und teuer herzustellen. Ein an eine
Zündkerze montierter Drucksensor, wie er in dem US-Patent 5 672 812
von Meyer offenbart ist, das hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen
ist, ist ebenfalls bekannt. Jedoch offenbart der Stand der Technik bisher
keine Zündkerze, Spule und Drucksensor, die integriert sind.
Das US-Patent 5 672 812 von Meyer offenbart eine an einen Zündkerzen
mantel angebrachte, magnetostriktive Drucksensoreinrichtung. Jedoch
offenbart diese Anordnung keine für die Produktion geeignete Vorrichtung,
da sie nicht den wichtigen Gegenstand der Packung, der Signalleitungs
führung und der Unterdrückung von Motorgeräuschaufnahme anspricht.
Außerdem enthält die Druckschrift US 5 67-2 812 weder eine Spule, um
die Zündkerze aufzuladen, noch ein Mittel, um die Meßwicklung mit Ener
gie zu beaufschlagen.
Um die Probleme des Standes der Technik, wie die vorstehend erwähnten,
zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Zündkerze, eine Zündspule
und einen Drucksensor bereit, die in eine einzige Einheit integriert sind.
Eine Zündspule und ein Drucksensor für einen Verbrennungsmotor sind
in einer Zündkerzenbohrung eines Motors untergebracht und direkt an
den Motor montiert. Der harte Zündkerzenmantel dient als ein magneto
striktiver Abschnitt. Ein radial polarisierter Vormagnetisierungsmagnet ist
neben dem Zündkerzenmantel angeordnet, wodurch ein Anfangsfluß
durch eine Meßwicklung erzeugt wird. Die Meßspule ist um die untere
Spulenumhüllung herum gewickelt, um Änderungen der Induktionseigen
schaften des Zündkerzenmantels infolge von Druckänderungen in dem
Zylinder zu erfassen. Ein erstes passives Verfahren zur Messung von
Druck durch die Flußänderung aufgrund der Permeabilitätsänderung er
zeugt eine Signalspannung in der gemessenen Spule. Diese Spannung ist
proportional zur zeitlichen Druckänderung, die integriert wird, um eine
Zylinderdruckwellenform zu erzeugen. Ein zweites aktives Verfahren wen
det einen Oszillator an, um die Meßwicklung mit einer Frequenz anzu
steuern, die mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignal
anteils beträgt. Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird dann in
Ansprechen auf die Induktionseigenschaftsänderung des Zündkerzen
mantels moduliert. Diese Induktionsänderungen werden von der Meß
wicklung erfaßt. Das zweite Verfahren ist in der Lage, sowohl statischen
als auch dynamischen Druck zu detektieren.
Andere Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden im Verlaufe ihrer
folgenden Beschreibung deutlich werden.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen be
schrieben, in diesen ist:
Fig. 1 eine Schnittansicht der integrierten Zündkerzenspule mit
Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2A & 2B Seitenansichten der Spulenumhüllung des Vormagnetisie
rungsmagneten und der flexiblen Leiterplatte der integrier
ten Zündkerzenspule mit Drucksensor von Fig. 1, und
Fig. 3, eine Explosionsansicht der integrierten Zündkerzenspule
mit Drucksensor zusammen mit einem Motor und einer
Steuereinheit der vorliegenden Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den
Figuren und insbesondere in Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform
einer integrierten Zündspulen-, Zündkerzen- und Drucksensoranordnung
gemäß der vorliegenden Erindung in einer Teilschnittansicht veranschau
licht und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die inte
grierte Zündspulen-, Zündkerzen- und Drucksensoranordnung 1 ist zum
Anbau an einen herkömmlichen Verbrennungsmotor 22 über einen Zünd
kerzenmantel und in Gewindeeingriff mit einer Zündkerzenöffnung 23 in
einen Verbrennungsmotor hinein ausgebildet.
Die Anordnung weist ein im wesentlichen starres äußeres Gehäuse 2 auf,
an dessen einem Ende sich eine Zündkerzenanordnung 3 befindet, und an
dessen anderem Ende sich ein Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt 4
zur Schaffung einer elektrischen Schnittstelle nach außen hin mit der
Motorsteuereinheit 24 befindet. Die Anordnung umfaßt ferner einen im
wesentlichen schlanken Hochspannungstransformator, der im wesentli
chen koaxial angeordnete Primär- und Sekundärwicklungen und einen
Magnetkern mit hoher Permeabilität umfaßt. Alle Bauteile des Hochspan
nungszündsystems sind in der integrierten Zündspulen-, Zündkerzen-
und Drucksensoranordnung 1 untergebracht oder ein Teil von dieser.
Im allgemeinen ist der Aufbau zum Drop-In-Einbau von Bauteilen und
Baugruppen ausgebildet, wie es später beschrieben wird.
Nach Fig. 1 ist eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor mit einem
starren äußeren Gehäuse 2, das vorzugsweise aus Stahl gebildet ist, als
ein Gehäuse der Zündspule versehen. Ein Transformatorabschnitt 5 und
ein Steuerschaltungsabschnitt 7 als ein Spulenabschnitt zur Hochspan
nungserzeugung sind in das äußere Spulengehäuse 2 eingesetzt. Der
Steuerschaltungsabschnitt 7 spricht auf Anweisungssignale von einer ex
ternen Schaltung (nicht gezeigt) an, um zu bewirken, daß ein Primärstrom
des Transformatorabschnitts 5 intermittierend ist. Es ist anzumerken, daß,
die Steuerschaltung außerhalb der integrierten Spulen/Zündkerzen-An
ordnung liegen kann. Ein Anschlußabschnitt 6, der der Zündkerze 3 eine
von dem Transformatorabschnitt 5 induzierte Sekundärspannung zuführt,
ist in einem unteren Abschnitt vorgesehen, der das andere Ende des äu
ßeren Spulengehäuses 2 ist.
Das äußere Gehäuse 2 kann aus einem runden Rohrmaterial gebildet
sein, das vorzugsweise nickelplattierten 1008-Stahl oder ein anderes ge
eignetes magnetisches Material umfaßt. Wenn eine höhere Festigkeit er
forderlich ist, wie beispielsweise bei ungewöhnlich langen Umhüllungen,
können stattdessen ein Hartstahl oder ein magnetischer, rostfreier Stahl
eingesetzt werden. Ein Abschnitt des äußeren Gehäuses 2 am Ende neben
dem Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt 4 ist vorzugsweise durch ei
nen herkömmlichen Tiefzieharbeitsgang gebildet, um eine Vielzahl von
ebenen Flächen zu schaffen und somit einen Befestigungskopf 8, wie ei
nen sechseckigen Befestigungskopf, zum Eingriff mit normal bemessenen
Eindrehwerkzeugen bereitzustellen. Zusätzlich ist das Außenende nach
innen gewalzt, um die notwendige Festigkeit für auf den Befestigungskopf
aufgebrachtes Drehmoment bereitzustellen und evtl. eine Auflage zum
Einfangen einer Ringklammer zwischen dem äußeren Gehäuse 2 und dem
Verbinderkörper 4 bereitzustellen. Die zuvor zusammengebauten primär
seitigen und sekundärseitigen Baugruppen werden in das äußere Gehäuse
2 vom Zündkerzenende aus bis zu einem festen Anschlag eingeführt, der
durch das tiefgezogene Ende bereitgestellt wird, das auf einen oberen End
abschnitt des Verbinderkörpers wirkt.
Der Transformatorabschnitt 5 ist um einen zentralen Magnetkern 9 her
um gebildet. Der Magnetkern 9 des Transformatorabschnitts 5 kann aus
kunststoffbeschichteten Eisenteilchen in einem Druckformungsvorgang
hergestellt werden. Nachdem der Kern 9 geformtn worden ist, wird er end
bearbeitet, wie durch Schleifen, um eine glatte Oberfläche bereitzustellen,
die beispielsweise keine scharfen Formtrennfugen aufweist, die sonst für
das beabsichtigte direkte Wickeln der Primärspule auf diese nachteilig
sind.
Durch Laminieren dünner Siliziumstahlplatten mit unterschiedlichen
Breiten, so daß deren Querschnitt im wesentlichen kreisförmig wird, kann
ebenfalls den Kern 9 gebildet werden. Magnete, die eine Polarität mit um
gekehrten Richtungen des magnetischen Flusses aufweisen, der durch Er
regung durch die Spule erzeugt wird, sind jeweils an beiden Enden dieses
Eisenkerns 9 angeordnet.
Die Primärspule 10 ist direkt auf die Oberfläche des gegossenen Kerns 9
gewickelt. Die Wicklungen sind aus isoliertem Draht gebildet, der direkt
auf die äußere zylindrische Oberfläche des Kerns 9 gewickelt ist. Die Pri
märspule 10 kann zwei Wicklungslagen umfassen, die jeweils aus 127
Windungen aus Draht Nr. 23 AWG bestehen. Es können Haftbeschichtun
gen, obwohl sie voraussichtlich nicht notwendig sind, auf die Primär
wicklung 10, wie durch einen herkömmlichen Filzverteiler, während des
Wickelprozesses oder mittels eines Einspritzens von flüssigem Silikon
gummi um den Draht herum aufgebracht werden. Das Wickeln der Pri
märspule 10 direkt auf den Kern 9 sorgt für eine effektive Wärmeübertra
gung der Primärwiderstandsverluste und für eine verbesserte magnetische
Kopplung, die bekanntlich im wesentlichen umgekehrt proportional zum
Volumen zwischen der Primärwicklung und dem Kern schwankt. Der Kern
9 ist vorzugsweise am inneren Endabschnitt des Verbinderkörpers ange
baut, um einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Kern 9 und
dem Kernerdungsanschluß herzustellen. Jedoch ist die besondere Erdung
des Kerns für die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung nicht wesent
lich. Die Anschlußleitungen der Primärspule 9 sind durch Löten an die
vergossenen, primärseitigen Anschlüsse angeschlossen.
Die primärseitige Baugruppe wird in den Sekundärspulenkörper 11 einge
setzt. Eine Sekundärspule 12 wird auf den Außenumfang des Sekundär
spulenkörpers 11 gewickelt. Die Sekundärspule kann entweder eine seg
mentartig gewickelte Spule oder eine schichtartig gewickelte Spule in einer
in der Technik bekannten Weise sein.
Der Steuerschaltungsabschnitt 7 ist vorzugsweise aus einem harzvergos
senen Schaltelement, das bewirkt, daß der Leitungsstrom zur Primärspule
intermittierend ist, und einer Steuerschaltung hergestellt, die ein Zünder
ist, der die Steuersignale dieses Schaltelements erzeugt. Zusätzlich kann
eine Wärmesenke, die ein separater Körper ist, an den Steuerschaltungs
abschnitt 7 zur Wärmeabstrahlung von Schaltungselementen, wie des
Schaltelements, geklebt sein. Jedoch kann, wie zuvor erwähnt, der Steu
erschaltungsabschnitt 7 außerhalb der Zündkerzenanordnung liegen.
Ferner kann bei einer alternativen Ausführungsform der Drucksensor mit
einer Zündkerzenanordnung mit einem externen Steuerschaltungsab
schnitt und einem Spulenpaket integriert sein.
Im Inneren des äußeren Gehäuses 2 sind der Transformatorabschnitt 5,
der Verbinderabschnitt 13 und eine Hochspannungsmuffe 14 unterge
bracht.
Eine Spulenumhüllung 15 ist im äußeren Gehäuse 2 angeordnet, die zur
Unterstützung und zum Unterstützen der Spulen- und Druckmeßbauteile
hinzugefügt ist.
Für den Zusammenbauprozeß wird die gewickelte Primärspule 10 mit dem
angebauten Verbinder 13 mit dem gewickelten Sekundärspulenkörper 11
zusammengebaut und dann in die Spulenumhüllung 15 eingebaut.
Die oben beschriebene Zündspule wird in eine Zündkerzenbohrung eines
Verbrennungsmotors eingesetzt und an dem Motor befestigt. Eine am un
teren Abschnitt der Zündkerzenbohrung montierte Zündkerze 3 ist im An
schlußabschnitt 6 aufgenommen, und eine Elektrode am Kopfabschnitt
der Zündkerze kontaktiert elektrisch einen Endabschnitt des Transfor
matorabschnitts 5. Die Stahlumhüllung auf der Spule ist vorzugsweise an
die Zündkerze geschweißt, um eine vormontierte Einheit zu bilden. Die
vormontierte Einheit wird dann auf herkömmliche Weise in die Zündker
zenbohrung in dem Zylinderkopf geschraubt. Die Einheit ist selbsttragend,
wobei keine Befestigungsschrauben erforderlich sind.
Es ist bevorzugt, daß die Zündspule eine Querschnittsform und Abmes
sungen besitzt, die in der Zündkerzenbohrung 23 untergebracht werden
können. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein Querschnitt des Rohrab
schnitts des äußeren Spulengehäuses 2 kreisförmig und mit einer geeig
neten Abmessung ausgebildet, so daß er zu einer Innendurchmesserab
messung einer Zündkerzenbohrung 23 paßt, wie es der Fachmann einse
hen wird.
Wie es zuvor erwähnt wurde, ist die Spulenumhüllung 15 in dem äußeren
Gehäuse 2 angeordnet. Die Spulenumhüllung 15 erstreckt sich vom
Zündkerzenmantel 3 zum Schaltungsschnittstellenabschnitt 4. Die Spu
lenumhüllung 15 enthält auch den Kern 9, die Primärspule 10, den Se
kundärspulenkörper 11 und die Sekundärspule 12. Die Drucksensoran
ordnung ist zwischen der Spulenumhüllung 15 und dem äußeren Gehäu
se 2 neben dem Zündkerzenmantel angeordnet. Die Drucksensoranord
nung besteht aus einem ringförmigen Vormagnetisierungsmagneten 16,
einer Meßwicklung 17 und einer flexiblen Leiterplatte oder biegsamen ge
druckten Schaltung 18, die sich von der Meßwicklung 17 längs der Spu
lenumhüllung 15 zum entgegengesetzten Ende der Spulenumhüllung zum
Schaltungsschnittstellenabschnitt 4 erstreckt. Die flexible Leiterplatte be
steht vorzugsweise aus einer mehrlagigen Schaltung. Eine Grundebenen
lage ist neben der Spulenumhüllung angeordnet. Meßwicklungsleitungen
sind dann auf anschließenden äußeren Lagen zwischen isolierenden La
gen eingebettet angeordnet. Die Grundebene schützt zusammen mit den
isolierenden Lagen die Meßwicklungsleitungen vor der Hochspannung der
Spulen und reduziert oder beseitigt dadurch Rauscheinkopplung. Der
Schaltungsschnittstellenabschnitt 4 ist an das elektrische System des
Fahrzeugs angeschlossen, um sowohl einen elektrischen Eingang in die
Spulen als auch eine Steuerung der Spulen, die Kommunikation der
Meßwicklung mit der Motorsteuereinheit sowie die Verbindung mit dem
Oszillator, wie bei der alternativen Ausführungsform, bereitzustellen.
Ein zylindrischer Abschnitt des Zündkerzenmantels 3, der als der ma
gnetostriktive Abschnitt 19 bekannt ist, erstreckt sich nach oben und in
nerhalb der Spulenumhüllung 15 und steht eng anliegend mit der Spu
lenumhüllung 15 in Eingriff. Die Meßwicklung 17 ist um den unteren Ab
schnitt der Spulenumhüllung 15 in der Nähe des magnetostriktiven Ab
schnitts 19 des Zündkerzenmantels 3 herum gewickelt.
Die Fig. 2A & 2B zeigen die Spulenumhüllung 15, den Vormagnetisie
rungsmagneten 16 und die flexible Leiterplatte 18. Am unteren Abschnitt
der Spulenumhüllung 15 sind eine Wicklungsnische 20 und ein Halteab
schnitt 21 gebildet. Die Meßwicklung 17 ist direkt auf die Spulenumhül
lung 15 gewickelt und ist vorzugsweise um den Wicklungszwischenraum
20 herum gewickelt und innerhalb desselben angeordnet. Der Außen
durchmesser des Wicklungszwischenraums 20 ist vorzugsweise derart
bemessen, daß er gleich dem Innendurchmesser des unteren Abschnitts
des äußeren Gehäuses 2 ist. Dies liefert eine stabile Anordnung und hält
die Meßwicklung 17 in enger Nähe zum magnetostriktiven Abschnitt 19
des Zündkerzenmantels 3. Knapp über dem Wicklungszwischenraum 2
befindet sich der Halter 21, der derart ausgebildet ist, daß er den Vorma
gnetisierungsmagneten 16 aufnimmt und hält. Der Vormagnetisierungs
magnet 21 ist vorzugsweise ringförmig und in einer Ringnut angeordnet,
die in der Außenumfangsfläche der Spulenumhüllung ausgebildet ist. Bei
der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der magnetostriktive Ab
schnitt 19 des Zündkerzenmantels 3 sowohl über die Meßwicklung 17 als
auch den Vormagnetisierungsmagneten 16 hinaus. Die Leitungen der
Meßwicklung sind mit den geeigneten Bahnen der flexiblen Leiterplatte 18
verbunden, die an die Außenfläche der Spulenumhüllung 15 geklebt ist
und sich zum Schaltungsschnittstellenabschnitt 4 erstreckt. Wie es zuvor
erwähnt wurde, ist eine Grundebene in die flexible Leiterplatte 18 einge
baut, die zwischen der Spulenumhüllung 15 und den Meßwicklungslei
tungsbahnen angeordnet ist, so daß das Niederspannungssignal abge
schirmt ist.
Der Zündkerzenmantel 3 und der magnetostriktive Abschnitt 19 stellen
zusammen mit dem Stahlspulengehäuse eine magnetische Strecke bereit,
die durch den Vormagnetisierungsmagneten erregt wird. Der Vormagneti
sierungsmagnet ist radial polarisiert, um einen geeigneten Anfangsfluß
durch die Meßwicklung hindurch zu erzeugen. Der magnetische Fluß, der
in dieser Strecke fließt, ist durch die Meßwicklung 17 eingeschlossen.
Wenn der Zündkerzenmantel aufgrund von Zylinderdruck beansprucht
wird, ändern sich die Induktionseigenschaften des Zündkerzenmantels 3.
Diese Änderung der Induktionseigenschaften kann von der Meßwicklung
durch zwei Verfahren detektiert werden. Bei der bevorzugten Ausfüh
rungsform sind der Zündkerzenmantel und der magnetostriktive Ab
schnitt aus einem mit einer Nickellegierung plattierten Stahl hergestellt.
Ein derartiges Material liefert eine ausreichende Änderung der Indukti
onseigenschaften infolge einer Druckänderung in dem Zylinder. Nun wird
das Meßverfahren beschrieben.
Ein erstes Verfahren zum Detektieren der Induktionseigenschaftsände
rungen in dem Zündkerzenmantel ist als passive Meßtechnik bekannt. Bei
diesem Verfahren erzeugt die Flußänderung aufgrund der Permeabilitäts
änderung eine Signalspannung in der Meßspule 17. Diese Spannung ist
proportional zur zeitlichen Druckänderung. Dieses Signal wird dann inte
griert, um eine Zylinderdruckwellenform zu erzeugen. Diese passive Tech
nik detektiert dynamische Druckänderungen.
Ein zweites Verfahren zum Detektieren der Zylinderdruckänderungen
umfaßt ein aktives Messen. Bei diesem Verfahren ist ein Oszillator an die
Meßwicklung 17 über die Motorsteuereinheit 24 und Schnittstellenschal
tung 4 angebracht und steuert die Meßwicklung mit einer Frequenz an,
die mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignalanteils be
trägt, wobei es sich erwiesen hat, daß 100 kHz eine ausreichende Fre
quenz ist. Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird in Ansprechen
auf die Induktionseigenschaftsänderungen des Zündkerzenmantels in An
sprechen auf Druckänderungen in dem Zylinder moduliert. Insbesondere
verschiebt sich die Resonanzfrequenz, wenn sich der Druck in dem Zylin
der ändert. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz ist eine direkte Anga
be der Druckänderung. Die Steuereinheit detektiert die Änderung der Re
sonanzfrequenz aus dem Meßwicklungssignal. Die Steuereinheit bezieht
sich gattungsgemäß auf die Motorsteuerungs-, Kommunikations- und
Verarbeitungseinheiten, die zu modernen Verbrennungsmotoren gehören,
wie es in der Technik verstanden wird. Die Steuereinheit stellt die Quelle
und die Steuerung der Spannung für die Spulen, die Kommunikation mit
der Meßwicklung sowie die Verbindung des Oszillators mit der Meßwick
lung bereit. Die Schaltungsschnittstelle 4 kann eine separate Verbindung
der Spule und des Drucksensors mit der Steuereinheit bereitstellen.
Fig. 3 zeigt mehrere integrierte Zündkerzenspulen- und Drucksensoran
ordnungen 1, die mit einer Zündkerzenbohrung 23 eines Motors 22 ver
bunden sind. Die Anordnungen sind wiederum mit der Motorsteuereinheit
24 verbunden, die einen Oszillator umfassen kann, um die Meßwicklun
gen in dem oben beschriebenen aktiven Meßverfahren anzusteuern.
Die kombinierte Zündkerzen-, Spulen- und Drucksensoranordnung stellt
ein passendes Mittel bereit, um die Verbrennung auf der Grundlage ein
zelner Zylinder zu managen. Durch eine derartige Druckinformation wird
eine Anzahl von Motormanagementoptionen ermöglicht. Diese umfassen
Klopfsteuerung, Steuerung der Lage des Spitzendrucks, Motormanage
ment auf der Grundlage von Drehmoment, Fehlzündungsdetektion und
Druckverhältnismanagement, sind aber nicht darauf begrenzt.
Erfindungsgemäß wurde zusätzlich die Gestalt der Umhüllung der Zünd
kerze für einen Verbrennungsmotor vorzugsweise kreisförmig hergestellt,
jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich darauf begrenzt,
und eine zu einer Rohrform ausgebildete, axiale Querschnittsform, die
fünfeckig, achteckig oder auf andere Weise polygon ist, ist ebenso an
nehmbar.
Außerdem wurde erfindungsgemäß die Zündspule für einen Verbren
nungsmotor in einer Zündkerzenbohrung montiert, die in einem Zylinder
kopfdeckel ausgebildet ist, jedoch ist die vorliegende Erindung nicht aus
schließlich darauf begrenzt, und eine Zündspule für einen Verbren
nungsmotor, die über einen Winkel oder desgleichen montiert ist, der an
dem Zylinderkopfdeckel angebaut ist, ist ebenso annehmbar.
Zusamengefaßt sind eine Zündspule, eine Zündkerze und ein Drucksen
sor für einen Verbrennungsmotor 22 in eine einzige Anordnung 1 inte
griert und direkt an eine Zündkerzenbohrung 23 eines Verbrennungsmo
tors 22 montiert. Ein harter Zündkerzenmantel 3 dient als ein magneto
striktiver Abschnitt 19 zur Druckdetektion. Ein radial polarisierter Vor
magnetisierungsmagnet 16 ist neben dem Zündkerzenmantel 3 angeord
net, wodurch ein Anfangsfluß durch eine Meßwicklung 17 hindurch er
zeugt wird. Die Meßwicklung 17 ist um das untere Ende der Spulenum
hüllung 15 herumgewickelt, um Änderungen der Induktionseigenschaften
des Zündkerzenmantels 3 infolge von Druckänderungen in dem Zylinder
zu erfassen. Ein erstes passives Verfahren zum Messen von Druck durch
die Flußänderung aufgrund der Permeabilitätsänderung erzeugt eine Si
gnalspannung in der gemessenen Spule. Diese Spannung ist proportional
zur zeitlichen Druckänderung, die integriert wird, um eine Zylinderdruck
wellenform zu erzeugen. Ein zweites aktives Verfahren wendet einen Os
zillator an, um die Meßschaltung 17 mit einer Frequenz anzusteuern, die
mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignalanteils beträgt.
Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird dann in Ansprechen auf
die Induktionseigenschaftsänderung des Zündkerzenmantels 3 moduliert.
Das zweite Verfahren ist in der Lage, sowohl statischen als auch dynami
schen Druck zu detektieren.
Claims (8)
1. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) zur Lieferung ei
nes Funkens (3) an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors (22)
und zum Messen von Druckeigenschaften innerhalb des Zylinders,
wobei die Anordnung umfaßt:
ein äußeres Gehäuse (2),
einen Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), der mit einem ersten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist,
zumindest eine Spule (10, 12), die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Spule (10, 12) derart ausge bildet ist, daß sie über die Schnittstelle (4) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, um die zumindest eine Spule (10, 12) selektiv mit Energie zu beaufschlagen,
einen Zündkerzenmantel (3), der mit dem zweiten Ende des äuße ren Gehäuses (2) verbunden ist und elektrisch an die zumindest eine Spule (10, 12) angeschlossen ist, wobei der Zündkerzenmantel (3) derart ausgebildet ist, daß er einen Funken liefert, wenn die zumin dest eine Spule (10, 12) mit Energie beaufschlagt ist,
eine Drucksensoranordnung (16, 17), die mit dem äußeren Ge häuse (2) in der Nähe des Zündkerzenmantels (3) verbunden ist, wo bei der Drucksensor derart ausgebildet ist, daß er Druckänderungen in dem Zylinder erfaßt, wobei
das äußere Gehäuse (2), der Steuerschaltungsschnittstellenab schnitt (4), die zumindest eine Spule (10, 12), der Zündkerzenmantel (3) und die Drucksensoranordnung (16, 17) als eine integrierte An ordnung gebildet sind.
ein äußeres Gehäuse (2),
einen Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), der mit einem ersten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist,
zumindest eine Spule (10, 12), die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Spule (10, 12) derart ausge bildet ist, daß sie über die Schnittstelle (4) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, um die zumindest eine Spule (10, 12) selektiv mit Energie zu beaufschlagen,
einen Zündkerzenmantel (3), der mit dem zweiten Ende des äuße ren Gehäuses (2) verbunden ist und elektrisch an die zumindest eine Spule (10, 12) angeschlossen ist, wobei der Zündkerzenmantel (3) derart ausgebildet ist, daß er einen Funken liefert, wenn die zumin dest eine Spule (10, 12) mit Energie beaufschlagt ist,
eine Drucksensoranordnung (16, 17), die mit dem äußeren Ge häuse (2) in der Nähe des Zündkerzenmantels (3) verbunden ist, wo bei der Drucksensor derart ausgebildet ist, daß er Druckänderungen in dem Zylinder erfaßt, wobei
das äußere Gehäuse (2), der Steuerschaltungsschnittstellenab schnitt (4), die zumindest eine Spule (10, 12), der Zündkerzenmantel (3) und die Drucksensoranordnung (16, 17) als eine integrierte An ordnung gebildet sind.
2. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drucksensoranordnung (16, 17) umfaßt:
eine Meßwicklung (17), die um einen Meßspulenkörper herumgewickelt
ist, der auf einer Spulenumhüllung (15) gebildet ist, die in dem
äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Meßwicklung (17) an
die Steuerschaltungsschnittstelle (4) über eine flexible Leiterplatte
(18) angeschlossen ist.
3. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß
die flexible Leiterplatte (18) Leitungsbahnen umfaßt, die sich von der
Meßwicklung (17) zur Steuerschaltungsschnittstelle (4) erstrecken,
und eine Basisgrundebene, die zwischen den Leitungsbahnen und
der zumindest einen Spule (10, 12) angeordnet ist, um die Leitungs
bahnen von der zumindest einen Spule (10, 12) zu isolieren.
4. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drucksensoranordnung (16, 17) ferner einen Vormagnetisie
rungsmagneten (16) umfaßt, der neben der Meßwicklung (17) ange
ordnet ist, um einen Anfangsfluß durch die Meßwicklung (17) hin
durch zu erzeugen.
5. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch
4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Vormagnetisierungsmagnet (16) ein radial polarisierter Ring ist,
der um einen magnetostriktiven Abschnitt (19) herum angeordnet ist,
der sich von dem Zündkerzenmantel (3) aus erstreckt.
6. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß
der magnetostriktive Abschnitt (19) des Zündkerzenmantels (3) aus
einem mit einer Nickellegierung plattierten Stahl gebildet ist.
7. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch 2
in Kombination mit einer Steuereinheit (24) des Verbrennungsmotors
(22), dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinheit (24) einen Oszillator umfaßt, wobei der Oszillator an
die Meßwicklung (17) angeschlossen ist, um die Meßwicklung (17)
mit einer vorbestimmten Frequenz anzusteuern.
8. Zündkerzenmantel (3) in Kombination mit einem Drucksensor (16,
17) zum Messen des Drucks in einem Zylinder eines Verbrennungs
motors (22), wobei der Zündkerzenmantel (3) umfaßt:
einen magnetostriktiven Abschnitt (19), der an dem Zündker zenmantel (3) gebildet und derart ausgebildet ist, daß er mit einer Zündkerzenbohrung (23) des Zylinders des Verbrennungsmotors (22) verbunden ist, wobei der magnetostriktive Abschnitt (19) einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt aufweist, der sich von der Zündkerzenbohrung (23) des Verbrennungsmotors (21) aus erstreckt, wenn er mit dieser verbunden ist, wobei der Drucksensor (16, 17) umfaßt:
eine Meßwicklung (17), die um den im wesentlichen zylindrischen Abschnitt des magnetostriktiven Abschnitts (19) herumgewickelt ist, und
einen im wesentlichen ringförmigen Vormagnetisierungsmagneten (16), der um den im wesentlichen zylindrischen Abschnitt des ma gnetostriktiven Abschnitts (19) neben der Meßwicklung (17) herum angeordnet ist, wobei der Vormagnetisierungsmagnet (16) radial pola risiert ist, um einen Anfangsfluß durch die Meßwicklung (17) hin durch zu induzieren, und die Meßwicklung (17) in Ansprechen auf Flußänderungen, die durch Druckänderungen innerhalb des Zylin ders induziert werden, eine Signalspannung erzeugt.
einen magnetostriktiven Abschnitt (19), der an dem Zündker zenmantel (3) gebildet und derart ausgebildet ist, daß er mit einer Zündkerzenbohrung (23) des Zylinders des Verbrennungsmotors (22) verbunden ist, wobei der magnetostriktive Abschnitt (19) einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt aufweist, der sich von der Zündkerzenbohrung (23) des Verbrennungsmotors (21) aus erstreckt, wenn er mit dieser verbunden ist, wobei der Drucksensor (16, 17) umfaßt:
eine Meßwicklung (17), die um den im wesentlichen zylindrischen Abschnitt des magnetostriktiven Abschnitts (19) herumgewickelt ist, und
einen im wesentlichen ringförmigen Vormagnetisierungsmagneten (16), der um den im wesentlichen zylindrischen Abschnitt des ma gnetostriktiven Abschnitts (19) neben der Meßwicklung (17) herum angeordnet ist, wobei der Vormagnetisierungsmagnet (16) radial pola risiert ist, um einen Anfangsfluß durch die Meßwicklung (17) hin durch zu induzieren, und die Meßwicklung (17) in Ansprechen auf Flußänderungen, die durch Druckänderungen innerhalb des Zylin ders induziert werden, eine Signalspannung erzeugt.
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