-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, die eine Zündkerze
für das
Zünden
in einer Funkenstrecke und eine Zündspule für das Zuführen eines hohen Stroms zu
der Zündkerze
hat.
-
Herkömmlich ist
eine Zündungsvorrichtung bekannt,
die eine Zündkerze
und eine Zündspule
in einem Gehäuse
hat, wie zum Beispiel in US-6,694,958-B und seinem Gegenstück JP-2003-297654-A
beschrieben ist. Wie in 6 und 7 gezeigt ist, hat die Zündungsvorrichtung
einen männlichen
Schraubabschnitt 22, der an einem Gehäuse 1 davon ausgebildet
ist, um selbst an einen Verbrennungsmotor montiert zu werden. Der
männliche
Schraubabschnitt 22 ist an einem weiblichen Schraubabschnitt 202 schraubbefestigt,
der an einer Montierbohrung 201 eines Zylinderkopfs 200 des Verbrennungsmotors
ausgebildet ist.
-
Die
Zündungsvorrichtung
die in US-6,694,958-B offenbart ist, hat jedoch ein Problem, und
zwar, dass eine Spannung, die durch mechanische Vibrationen des
Verbrennungsmotors erzeugt wird, das Gehäuse 1 an einer Grenze
zwischen einem befestigten Abschnitt, der an den weiblichen Schraubabschnitt 202 des
Zylinderkopfs 200 schraubbefestigt ist, und einem freien
Abschnitt zerbrechen kann. Dieses Problem ist durch einen großen Abstand
zwischen dem schraubbefestigten Abschnitt und einem Schwerpunkt
der Zündungsvorrichtung
und durch ein hohes Gewicht bezüglich
eines separaten Zündkerzentyps
verursacht.
-
Des
weiteren ist ein Abstandsabschnitt 13 an der Grenze an
einem Ende des männlichen
Schraubabschnitts 11 des Gehäuses 1 gegenüber einem Verbrennungsraum
des Verbrennungsmotors erforderlich um den männlichen Schraubabschnitt 11 an dem
Gehäuse 1 auszubilden.
Der Abstandsabschnitt 13 hat einen Durchmesser, der kleiner
ist als der Außendurchmesser
des männlichen
Schraubabschnitts 11 und die Zündungsvorrichtung kann durch
die Vibration des Verbrennungsmotors an dem Abstandsabschnitt 13 zerbrechen.
-
Die
vorliegende Erfindung hat, in Anbetracht des vorstehend beschriebenen
Problems, die Aufgabe, eine Zündungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor vorzusehen, die eine Zündkerze für das Zünden in einer Funkenstrecke
und eine Zündspule für das Zuführen eines
hohen Stroms zu der Zündkerze
hat.
-
Die
Zündungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor hat eine Zündkerze,
eine Zündspule,
ein Gehäuse
und einen Montageabschnitt. Die Zündkerze dient für das Entladen
eines Stroms, um ein Luft-Kraftstoffgemisch in einem Verbrennungsraum des
Verbrennungsmotors zu zünden.
Die Zündspule dient
für das
Zuführen
des Stroms zu der Zündkerze. Das
Gehäuse
schließt
die Zündkerze
und die Zündspule
darin ein. Das Gehäuse
hat einen Montageabschnitt, um in einem Montageloch angeordnet zu werden,
das in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet ist.
Der Montageabschnitt hat einen Schraubschnitt und einen Nicht-Schraubabschnitt.
Der Schraubabschnitt wird an dem Montageloch schraubbefestigt. Der
Nicht-Schraubabschnitt wird nicht an dem Montageloch schraubbefestigt.
-
Merkmale
und Vorteile der Ausführungsformen
werden, genauso wie Arbeitsverfahren und die Funktionen der verbundenen
Teile aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung,
der angehängten
Ansprüche
und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden,
zu erkennen sein. In den Zeichnungen ist:
-
1 eine
Seitenansicht, die einen Montierzustand einer Zündungsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eines Verbrennungsmotors zeigt;
-
2 eine
vergrößerte Querschnittansicht, die
eine innere Struktur der Zündungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
-
3 eine
Querschnittansicht, die einen Grenzabschnitt der Zündungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
-
4 ein
Graph, der eine Beziehung zwischen einer Länge eines Schraubabschnitts
und einem Hitzebereich der Zündungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
-
5 eine
vergrößerte Querschnittansicht, die
einen Hauptabschnitt einer Zündungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6 eine
Seitenansicht, die einen Montierzustand einer herkömmlichen
Zündungsvorrichtung zeigt;
und
-
7 eine
Querschnittansicht, die einen Grenzabschnitt der herkömmlichen
Zündungsvorrichtung
zeigt.
-
(Erste Ausführungsform)
-
1 bis 3 stellen
eine Zündungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Zündungsvorrichtung hat ein zylinderförmiges Gehäuse 1,
eine Zündkerze 2 und
eine Zündspule 3.
Das Gehäuse 1 schließt die Zündkerze 2 und
die Zündspule 3 darin ein.
Die Zündungsvorrichtung
ist an einem Montageloch oder Montierbohrung 201 eines
Zylinderkopfs 200 eines Verbrennungsmotors montiert, um
beide Pole der Zündkerze 2 in
einem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zu exponieren. Der
Zylinderkopf 200 ist aus Aluminium gemacht.
-
Die
Montierbohrung 201 des Zylinderkopfs 200 hat einen
Absatz oder Stufe, wie in 1 und 2 dargestellt
ist. Die Montierbohrung 201 hat einen weiblichen Schraubabschnitt 202,
der an ihrem Endabschnitt an einer Seite eines Verbrennungsraums 100 ausgebildet
ist, und einen Nicht-Schraubabschnitt 203, der zwischen
der Stufe und dem weiblichen Schraubabschnitt 202 ausgebildet
ist. Der Nicht-Schraubabschnitt 203 hat eine zylindrische Form
und einen Bohrungsdurchmesser, der größer ist als ein Kerndurchmesser
des weiblichen Schraubabschnitts 202. Der Zylinderkopf 200 hat
des weiteren eine Installationsbohrung oder -loch 204,
die coaxial mit der Montierbohrung 201 und zwischen der Montierbohrung 201 und
der Außenfläche des
Verbrennungsmotors angeordnet ist. Die Installationsbohrung 204 hat
eine zylindrische Form und einen Kerndurchmesser, der größer ist
als der Kerndurchmesser des Nichtschraubabschnitts 203 der
Montierbohrung 201.
-
Das
Gehäuse 1 ist
aus einem leitenden, metallischen Material wie AISI 1045 (DIN C45)
und AISI 430 (DIN X6Cr17 oder DIN X10CrAL18) hergestellt, das eine
Härte hat,
die größer ist
als die Härte
des Zylinderkopfs 200. Die Außenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
einen männlichen
Schraubabschnitt 11, der an seinem spitzen Ende an einer
Seite des Verbrennungsraums 100 angeordnet ist. Die Außenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
des weiteren einen Abstandsabschnitt 13 und einen Nicht-Schraubabschnitt 12,
die angrenzend an den und koaxial mit dem männlichen Schraubabschnitt 11 in
einer Längsrichtung
der Zündungsvorrichtung
sind. Der Nicht-Schraubabschnitt 12 hat eine zylindrische Form
und einen Außendurchmesser,
der größer ist als
ein Außendurchmesser
des männlichen
Schraubabschnitts 11. Der Abstand 13 hat einen
Außendurchmesser,
der kleiner ist, als der Außendurchmesser
des männlichen
Schraubabschnitts 11.
-
Die
Nicht-Schraubabschnitte 12, 203 des Gehäuses 1 und
des Zylinderkopfs 200 haben jeweils konstante Außendurchmesser
und Kerndurchmesser über
ihre Länge
in der Längsrichtung
der Zündungsvorrichtung.
Die Außen-
und Kerndurchmesser der Nicht-Schraubabschnitte 12, 203 sind
so vorbestimmt, dass der Nicht-Schraubabschnitt 12 des
Gehäuses 1 in
den Nicht-Schraubabschnitt 203 des Zylinderkopfs 200 presseingepasst
ist.
-
Die
Außenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
eine Stufe, wie in den 1 bis 3 gezeigt
ist. Die Außenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
des weiteren einen Abschnitt 14 mit einem mittleren Durchmesser,
der angrenzend an den und koaxial mit dem Nicht-Schraubabschnitt 12 in einer
Längsrichtung
der Zündungsvorrichtung
ist. Die Außenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
des weiteren einen Abschnitt 15 mit einem großen Durchmesser,
der angrenzend an den und koaxial mit dem Abschnitt 14 mit
dem mittleren Durchmesser in einer Längsrichtung der Zündungsvorrichtung
ist. Der Abschnitt 14 mit dem mittleren Durchmesser hat
eine zylindrische Form und einen Außendurchmesser, der größer ist als
ein Außendurchmesser
des Nicht-Schraubabschnitts 14. Der Abschnitt 15 mit
dem großen
Durchmesser hat eine zylindrische Form und einen Außendurchmesser,
der größer ist
als ein Außendurchmesser
des Abschnitts 14 mit dem mittleren Durchmesser.
-
Die
Außenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
einen Nutabschnitt 16 bei ihrem Endabschnitt gegenüber dem
männlichen
Schraubabschnitt 11. Der Nutabschnitt 16 greift
mit einem Schraubenschlüssel ein,
um den männlichen
Schraubabschnitt 11 der Zündungsvorrichtung an dem weiblichen
Schraubabschnitt 202 des Zylinderkopfs 200 zu
befestigen. Die Zündungsvorrichtung
ist an dem Zylinderkopf 200 in solch einer Weise montiert,
dass ein Dichtungsring 300 zwischen einer Endfläche des
Abschnitts 14 mit dem mittleren Durchmesser und einer Bodenfläche 205 der
Installationsbohrung 204 liegt. Wenn die Zündungsvorrichtung
an den Zylinderkopf 200 schraubbefestigt wird, wird der
Nicht-Schraubabschnitt 12 des Gehäuses 1 in den Nicht-Schraubabschnitt 203 des
Zylinderkopfs 200 presseingepasst. Wie vorstehend beschrieben,
ist die Härte
des Gehäuses 1 größer als
die Härte
des Zylinderkopfs 200 um den Nicht-Schraubabschnitt 203 des
Zylinderkopfs 200 elastisch zu verformen, um das Gehäuse 1 in
einen sicheren Kontakt mit dem Zylinderkopf 200 zu bringen.
Der Abschnitt 14 mit dem mittleren Durchmesser und der
Abschnitt 15 mit dem großen Durchmesser sind nicht
in Kontakt mit der Installationsbohrung 204. Mit anderen
Worten bilden der männliche
Schraubabschnitt 11 und der Nicht-Schraubabschnitt 12 des Gehäuses 1 einen befestigten
Abschnitt. Der Abschnitt 14 mit dem mittleren Durchmesser und
der Abschnitt 15 mit dem großen Durchmesser bilden einen
freien Abschnitt.
-
Das
Gehäuse 1 schließt ein zylinderförmiges Isolierelement 5 darin
ein, das aus elektrisch isolierender Keramik hergestellt ist. Wie
in 2 gezeigt ist, hat eine Außenumfangsfläche des
Isolierelements 5 eine Kontaktfläche 51 in der Nähe der Verbrennungskammer 100.
Eine Innenumfangsfläche des
Gehäuses 1 hat
eine aufnehmende Fläche 17, die
in einer abgestuften Form ausgebildet ist, um in Kontakt mit der
Kontaktfläche 51 des
Isolierelements 5 zu sein. Die aufnehmende Fläche 17 und
die Kontaktfläche 51 liegen
zwischen einer metallischen Dichtung (nicht dargestellt), um ein
Ausströmen
von Verbrennungsgas durch einen Spalt dazwischen zu verhindern.
-
Die
Zündkerze 2 hat
einen Stamm 21, eine zentrale Elektrode 22 und
eine Masseelektrode 23, die aus leitendem Material gemacht
sind. Der Stamm 21 und die zentrale Elektrode 22 sind
so in eine zentrale Bohrung eingesetzt, die in dem Isolierelement 5 vorgesehen
ist, dass ein Endabschnitt der zentralen Elektrode 22 in
dem Verbrennungsraum 100 frei liegt. Die Masseelektrode 23 ist
mit dem Gehäuse 1 durch Verschweißen oder
dergleichen integriert und liegt dem einen Endabschnitt der zentralen
Elektrode 22 gegenüber.
-
Die
Zündspule 3 hat
eine Primärwindung 31, eine
Sekundärwindung 32,
einen zylinderförmigen zentralen
Kern 33, der aus magnetischem Material gemacht ist, einen
Sekundärspulenkörper 34,
der aus einem elektrisch isolierenden Harz gemacht ist und in einer
blind endenden zylindrischen Form ausgebildet ist, und andere Bauteile.
Die Primärwindung 31 ist
direkt um das Isolierelement 5 gewunden. Beide Enden der
Primärwindung 31 sind über Durchgangsteile
(nicht dargestellt) mit den Verbindungsanschlüssen 61 eines Verbindungselements 6 verbunden,
um Steuersignale von einem Zünder
(nicht dargestellt) in der Primärwindung 31 einzugeben.
-
Die
Sekundärwindung 32 ist
an einer Außenumfangsfläche des
Sekundärspulenkörpers 34 gewunden.
Der zentrale Kern 33 ist in eine zentrale Bohrung des Sekundärspulenkörpers 34 eingesetzt. Ein
Harzmaterial mit hoher elektrischer Isolationsfähigkeit wie Epoxyharz füllt einen
Spalt zwischen dem Isolierelement 5 und dem Sekundärspulenkörper 34. Ein
Hochspannungsende der Sekundärwindung 32 ist über einen
Stamm 21 der Zündkerze 2 elektrisch mit
der zentralen Elektrode 22 verbunden. Ein Niederspannungsende
der Sekundärwindung 32 ist über Durchgangsbauteile
(nicht dargestellt) elektrisch mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das
Gehäuse 1 ist über den
Zylinderkopf 200 an einem Fahrzeugkörper (nicht dargestellt) geerdet.
-
In
der Zündungsvorrichtung,
die die vorstehend beschriebene Konfiguration hat, entwickelt die Zündspule 3 eine
hohe Spannung gemäß den Steuersignalen
von dem Zünder.
Dann entlädt
die Zündkerze 2 die
hohe Spannung in der Funkenstrecke, um ein Luft-Kraftstoffgemisch
in dem Verbrennungsraum 100 zu zünden.
-
Ein
erforderlicher Temperaturbereich der Zündungsvorrichtung ist durch
das Einstellen einer Länge
L des befestigten Abschnitts auf 19 mm oder 26.5 mm (lange Reichweite
oder extra lange Reichweite in ISO 16246) sichergestellt, sogar
dann, wenn der befestigte Abschnitt den Nicht-Schraubabschnitt hat. 4 stellt
schematisch eine Beziehung zwischen der Länge „a" des männlichen Schraubabschnitts 11 und
dem Temperaturbereich der Zündungsvorrichtung
dar. Die 10 mm der Länge „a" sind genug, um den
erforderlichen Temperaturbereich der Zündungsvorrichtung sicherzustellen.
Somit kann, wenn die Länge
L 19 mm ist, eine Länge
b des Nicht-Schraubabschnitts 12 maximal
9 mm sein. Wenn die Länge
L 26.5 mm ist, kann eine Länge
b des Nicht-Schraubabschnitts 12 maximal
16.5 mm sein. Wenn die Länge
L des befestigten Abschnitts nicht gemäß dem ISO Standard ist, ist
die Länge
b des Nichtschraubabschnitts 12 0<b≤(L-10).
-
Wenn
wie vorstehend beschrieben, der befestigte Abschnitt mit dem Nicht-Schraubabschnitt 12 versehen
ist, ist ein Ende des Nicht-Schraubabschnitts 12 an einer
Seite gegenüber
des Verbrennungsraums 100 eine Grenze zwischen dem befestigten
Abschnitt und einem freien Abschnitt der Zündungsvorrichtung. Ein Durchmesser
der Zündungsvorrichtung
an der Grenze ist größer als
die Durchmesser des männlichen
Schraubabschnitts 11 und des Abstandabschnitts 13.
Somit kann die Materialdicke an der Grenze stärker sein als die in einer
herkömmlichen
Zündungsvorrichtung,
die in den 6 und 7 gezeigt
ist. Demzufolge ist die Festigkeit an der Grenze erhöht, um zu
verhindern, dass das Gehäuse 1 durch
eine Vibration des Verbrennungsmotors zerbricht.
-
Wenn
zum Beispiel ein Nenndurchmesser des männlichen Schraubabschnitts 11 M10
ist, dann ist der Innendurchmesser an der Grenze 6.9 mm. Der Außendurchmesser
d1 an dem Abstandsabschnitt in der herkömmlichen Zündungsvorrichtung ist 9 mm (Bezug
nehmend auf 7) und der Außendurchmesser
d2 des Nicht-Schraubabschnitts 12 der
Zündungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
kann normalerweise größer sein
als 10.6 mm (Bezug nehmend auf 3). Wenn
der Außendurchmesser
d2 auf 10.6 mm gesetzt ist, wird die Spannungserzeugung an dem Abstandsabschnitt
um 62% verringert.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
5 stellt
einen Hauptabschnitt einer Zündungsvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. In der Zündungsvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
sind die Außenumfangsfläche des Nicht-Schraubabschnitts 12 und
die Endfläche 14a des
Abschnitts mit dem mittleren Durchmesser durch eine gekrümmte bzw.
abliegende Seitenumfangsfläche
verbunden um eine Spannungskonzentration an einer Grenze zwischen
dem Nicht-Schraubabschnitt 12 und dem Abschnitt 14 mit
dem mittleren Durchmesser zu verringern. Somit kann die Festigkeit
an der Grenze zwischen dem Nicht-Schraubabschnitt 12 und
dem Abschnitt 14 mit dem mittleren Durchmesser noch weiter
erhöht
werden, um sicherer zu verhindern, dass das Gehäuse 1 zerbricht.
-
Ein
Krümmungsradius
R der gekrümmten Seitenumfangsfläche ist
zwischen 0 mm und 1 mm gesetzt, um eine Beeinträchtigung zwischen der gekrümmten Seitenumfangsfläche und
dem Dichtungsring 300 zu verhindern und um die Festigkeit
an der Grenze zu erhöhen.
-
(Andere
Ausführungsformen)
Obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Nichtschraubabschnitte 12, 203 des
Gehäuses 1 und des
Zylinderkopfs 200 gerade zylindrische Formen haben, ist es
auch passend, den Nicht-Schraubabschnitt 12 des Gehäuses 1 in
eine sich verjüngende Form
zu bringen. Besonders der Nicht-Schraubabschnitt 12 des
Gehäuses 1 kann
sich von einer Seite des Abschnitts 14 mit dem mittleren
Durchmesser zu einer Seite des männlichen
Schraubabschnitts 11 hin verjüngen. Es ist nützlich,
den Maximaldurchmesser des sich verjüngenden Nicht-Schraubabschnitts 12 größer zu setzen
als den Innendurchmesser des Nicht-Schraubabschnitts 203 und
dem Minimaldurchmesser des sich verjüngenden Nichtschraubabschnitts 12 kleiner
zu setzen als den Innendurchmesser des Nicht-Schraubabschnitts 203.
Gemäß dieser Konfiguration
kann der Nicht-Schraubabschnitt 12 des Gehäuses 1 in
immer sicheren Kontakt mit den Nicht-Schraubabschnitt 203 des Zylinderkopfs 200 gebracht
werden.
-
Wenn
der Nicht-Schraubabschnitt 12 des Gehäuses 1 verjüngt ist,
wie vorstehend beschrieben ist, kann der Nicht-Schraubabschnitt 12 über seine ganze
Länge in
der Längsrichtung
der Zündungsvorrichtung
verjüngt
sein. Der Nicht-Schraubabschnitt 12 kann auch an einem
Teil in der Längsrichtung
verjüngt
sein.
-
Zusätzlich kann,
obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Sekundärwindung 32 innerhalb
der Primärwindung 31 angeordnet
ist, die Sekundärwindung 32 außerhalb
der Primärwindung 31 angeordnet
sein.
-
Diese
Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und somit ist beabsichtigt,
dass Variationen, die nicht von dem Kern der Erfindung abweichen,
innerhalb des Umfangs der Erfindung sind. Solche Variationen sind
nicht als ein Abweichen von dem Sinn und dem Umfang der Erfindung
zu betrachten.