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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen einer Zündkerze und insbesondere auf das Detektieren eines gerissenen Keramikisolators einer Zündkerze nach der Montage in einer Brennkraftmaschine und das Angeben, ob ein Zündkerzenspalt innerhalb der Spezifikation liegt.
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HINTERGRUND
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Zündkerzen werden in Brennkraftmaschinen verwendet, um ein Luft/KraftstoffGemisch zu zünden. Die Zündkerze ist im Allgemeinen im Zylinderkopf der Kraftmaschine montiert, so dass sich die Zündspitze in einer Brennkammer befindet. Eine herkömmliche Zündkerze umfasst einen Keramikkörper, der als Isolator zwischen einer Mittelelektrode und einer L-förmigen Seitenelektrode dient. Die L-förmige Seitenelektrode ist an einer Metallhülle befestigt, die um den Keramikkörper gequetscht ist. An der Spitze der Zündkerze steht die Mittelelektrode aus dem Keramikkörper hervor und ist von der Seitenelektrode beabstandet, um einen Zündkerzenspalt zu bilden. Sobald die Zündkerze in der Kraftmaschine montiert wurde, ist es erwünscht, die Zündkerze zu testen. In einem aktuellen Zündkerzentester kann ein Zündsystem vollständig montiert werden, so dass die Zündspule angeschlossen wird (oder eine Zündspule kann in einem Prüfstand angeschlossen werden, um das Zündsystem zu simulieren). Wenn das System zündet, wird ein elektromagnetisches Feld um die Zündspule erzeugt. Dieses elektromagnetische Feld kann durch einen induktiven Sensor überwacht oder erfasst werden, der benachbart zur Spule innerhalb des elektromagnetischen Feldes angeordnet ist. Änderungen des elektromagnetischen Feldes weisen auf Änderungen des Zündkerzenspalts hin und können möglicherweise selten auf einen Riss in einem Keramikisolator hinweisen. In Kalttestmaschinen am Ende einer Fertigungslinie kann das Prüfen auf Zündkerzenspalte und gerissene Keramikisolatoren unzuverlässig sein. Diese potentielle Unzuverlässigkeit kann ermöglichen, dass Zündkerzen, die außerhalb der Spezifikation liegen oder einen gerissenen Keramikisolator aufweisen, in einer Kraftmaschine installiert bleiben, was eine suboptimale Leistung der Kraftmaschine verursacht.
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Die
US 5 491 416 A beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, bei der nach der Montage in eine Brennkraftmaschine mittels einer Zündkerzen-Zündschaltung geprüft wird, ob sich der Zündkerzenspalt innerhalb der Spezifikation befindet. Aus der
WO 2012/140 838 A1 ist ferner ein Verfahren zur Erkennung von Isolatorenrissen während der Herstellung einer Zündkerze bekannt. Des Weiteren offenbaren die
EP 2 006 699 B1 und die
JP 2005-251 485 A weitere Prüfverfahren für Zündkerzenisolatoren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, um eine Zündkerze sowohl hinsichtlich etwaiger Risse des Keramikisolators als auch dahingehend überprüfen zu können, ob der Zündkerzenspalt innerhalb einer vorgegebenen Spezifikation liegt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 zum Testen einer Zündkerze, nachdem die Zündkerze in einer Brennkraftmaschine montiert worden ist, gelöst. Die Vorrichtung umfasst eine Hochspannungstestsonde, um die Zündkerze mechanisch zu prüfen. Die Hochspannungstestsonde weist ein nicht elektrisch leitfähiges Teil, einen elektrisch leitfähigen Ring, der im Wesentlichen durch das nicht elektrisch leitfähige Teil abgeschirmt ist, und ein Hochspannungs-Kontaktelement zum elektrischen Verbinden mit einem Anschlussende der Zündkerze auf. Die Vorrichtung umfasst auch einen Hochspannungssteuerkasten mit einer Hochspannungsquelle und einer elektrischen Erdung und mit einer Isolatorriss-Detektionsschaltung zum Verbinden des Hochspannungs-Kontaktelements mit der elektrischen Erdung und des elektrisch leitfähigen Rings mit der Hochspannungsquelle, um ein Isolatorriss-Detektionssignal zu erzeugen, das angibt, ob ein Isolator gerissen ist, undr einer Zündkerzen-Zündschaltung zum Verbinden des Hochspannungs-Kontaktelements mit der Hochspannungsquelle, um die Zündkerze in einem Zündtest zu zünden und ein Zündkerzen-Zündsignal zu erzeugen, das angibt, ob sich der Zündkerzenspalt innerhalb der Spezifikation befindet.
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Das Verfahren umfasst das Anordnen einer Hochspannungstestsonde über im Wesentlichen aller Teile der Zündkerze, die sich von einer Brennkraftmaschine heraus erstrecken, um die Zündkerze mechanisch zu prüfen. Die Hochspannungstestsonde weist ein nicht elektrisch leitfähiges Teil, einen elektrisch leitfähigen Ring, der im Wesentlichen durch das nicht elektrisch leitfähige Teil abgeschirmt ist, und ein Hochspannungs-Kontaktelement zum elektrischen Verbinden mit dem Anschlussende der Zündkerze auf. Das Verfahren umfasst auch das Verbinden des Hochspannungs-Kontaktelements und des elektrisch leitfähigen Rings mit einem Hochspannungssteuerkasten, so dass eine Isolatorriss-Detektionsschaltung im Hochspannungssteuerkasten das Hochspannungs-Kontaktelement mit einer elektrischen Erdung und den elektrisch leitfähigen Ring mit einer Hochspannungsquelle verbindet, und/oder das Verbinden des Hochspannungs-Kontaktelements mit dem Hochspannungssteuerkasten, so dass eine Zündkerzen-Zündschaltung im Hochspannungssteuerkasten das Hochspannungs-Kontaktelement mit der Hochspannungsquelle verbindet. Die Isolatorriss-Detektionsschaltung erzeugt ein Isolatorriss-Detektionssignal, das angibt, ob ein Isolator gerissen ist. Die Zündkerzen-Zündschaltung zündet die Zündkerze in einem Zündtest und erzeugt ein Zündkerzen-Zündsignal, das angibt, ob der Zündkerzenspalt innerhalb der Spezifikation liegt.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Testen einer Zündkerze, die in einer Brennkraftmaschine montiert ist;
- 2 ist eine schematische Seitenansichtsdarstellung einer Zündkerze und einer Ausführungsform einer Testsonde, um die Zündkerze mechanisch zu prüfen, gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine schematische Seitenansichtsdarstellung, wobei die Testsonde von 2 über der Zündkerze angeordnet ist, zur Verwendung in der Vorrichtung von 1;
- 4 ist ein Blockdiagramm der Vorrichtung und der getesteten Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- 5 ist ein Ablaufplan einer Ausführungsform des Verfahrens zum Testen einer Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In 1 ist die Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung bereitgestellt. In allen Figuren sind interne Teile gezeigt, um die Beschreibung der Erfindung zu unterstützen. Der Deutlichkeit halber wird das zu testende Teil (das herkömmlich ist) zuerst beschrieben, anschließend werden die Vorrichtung 100 und das Verfahren 500 (in 5 gezeigt) der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie in 1 gezeigt, ist das zu testende Teil eine herkömmliche Zündkerze 10, die in einer herkömmlichen Brennkraftmaschine 40 montiert ist. Die Zündkerze 10 umfasst einen Bolzenabschluss oder ein Anschlussende 12, mit dem der Zündkerzendraht (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 40 verbunden wird.
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Mit Bezug auf die 1, 2 und 3 umgibt ein Isolator 14, der keramisch sein kann, eine Mittelelektrode 16 mit einem ersten Ende 15, das mit dem Bolzenabschluss oder Anschlussende 12 elektrisch verbunden ist, zum Empfangen von elektrischer Leistung vom Zündkerzendraht (bei der herkömmlichen Verwendung). Der Isolator 14 erstreckt sich ausreichend entlang der Länge der Mittelelektrode 16, um die Mittelelektrode 16 von anderen Teilen der Zündkerze 10 elektrisch zu isolieren. Wie in Durchsicht (gestrichelte Linie) in 1 gezeigt, kann der Isolator 14 einen Riss 13 aufweisen, der verursachen kann, dass er suboptimal arbeitet. Der Riss 13 kann im Wesentlichen über die ganze Länge des Isolators 14 bestehen oder kann ein kleiner Riss mit Nadellochgröße sein und immer noch durch die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung detektiert werden. Eine Basis 18 mit typischerweise einem Sexkantkopf, die aus einem Metall ausgebildet ist, umgibt den Isolator 14, was ein Mittel zum Installieren oder Montieren der Zündkerze 10 in der Brennkraftmaschine 40 schafft. Den Isolator 14 umgibt auch ein Metallschaft 20, der mit einer Gewindeöffnung im Zylinderkopf und -block 42 der Brennkraftmaschine 40 schraubbar verbunden ist. Die Basis 18 kann zum Festziehen der Zündkerze 10 im Zylinderkopf und -block 42 verwendet werden. Der Metallschaft 20 verbindet elektrisch und erdet die Zündkerze 10 am Zylinderkopf und -block 42 der Brennkraftmaschine 40, der elektrisch an einer Erdung 48 eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) geerdet ist. Der Metallschaft 20 ist elektrisch mit einer Seitenelektrode 22 an einem ersten Ende 24 der Seitenelektrode 22 verbunden. Das zweite Ende 26 der Seitenelektrode 22 erstreckt sich in die Brennkammer 46 zwischen einem Kolben 44 und dem Zylinderkopf und -block 42 der Brennkraftmaschine 40. Wie bekannt ist, ist ein Zündkerzenspalt 30 zwischen dem zweiten Ende 26 der Seitenelektrode 22 und einem zweiten Ende 17 der Mittelelektrode 16 ausgebildet. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 40 erzeugt ein elektrisches Potential, das an die Mittelelektrode 16 relativ zur Seitenelektrode 22 (die elektrisch geerdet ist), angelegt wird, einen Zündfunken über dem Zündkerzenspalt 30, um ein Kraftstoff/Luft-Gemisch innerhalb der Brennkammer 46 zu zünden.
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Mit Bezug auf 4 ist ein Blockdiagramm der Vorrichtung 100 und des getesteten Teils, einer Zündkerze 10, gezeigt. Blöcke (mit den Bezugszeichen der Komponenten, die in den anderen Figuren genauer gezeigt sind) werden der Deutlichkeit halber verwendet, um zu zeigen, wie die Hauptkomponenten zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Die Zündkerze 10 wird in der Brennkraftmaschine 40 zum Testen montiert. Die Hochspannungstestsonde 150 wird über im Wesentlichen der ganzen Zündkerze 10 angeordnet, die sich von der Brennkraftmaschine 40 erstreckt, um die Zündkerze 10 mechanisch zu prüfen. Die Hochspannungstestsonde 150 wird mit dem Hochspannungssteuerkasten 110 verbunden. Der Hochspannungssteuerkasten 110 wird mit einem Computer 190 (oder einer anderen Controllervorrichtung) zum Testen und Angeben, ob die Zündkerze 10 jeden oder irgendeinen der statischen Tests besteht, wie nachstehend erläutert, verbunden.
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Mit erneutem Bezug auf 1, 2 und 3 ermöglicht die Vorrichtung 100, dass mindestens ein und bis zu drei Tests der montierten Zündkerze unter Verwendung des Hochspannungssteuerkastens 110 und der Hochspannungstestsonde 150 durchgeführt werden. Die Hochspannungstestsonde 150 umgibt einen Teil der zu testenden Zündkerze 10 und ist elektrisch mit dieser verbunden. Die Hochspannungstestsonde 150 weist ein erstes, nicht elektrisch leitfähiges Teil 152, das aus Urethan oder einem anderen nicht elektrisch leitfähigen formbaren Material ausgebildet ist, auf. Dieses erste, nicht elektrisch leitfähige Teil 152 schirmt im Wesentlichen einen elektrisch leitfähigen Ring 172 ab, der nachstehend genauer beschrieben wird. Dieses erste, nicht elektrisch leitfähige Teil 152 kann sich nur als Beispiel ungefähr drei Sechzehntel eines Zoll (4,76 mm) über den elektrisch leitfähigen Ring 172 hinaus erstrecken. Die Hochspannungstestsonde 150 weist auch ein zweites Teil 154 auf, das aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein kann. Das zweite Teil 154 umfasst einen erhabenen Bereich, das als Sondenanordnungsvorrichtung 156 fungiert, um sicherzustellen, dass sich die Hochspannungstestsonde 150 in der korrekten Position in Bezug auf die zu testende Zündkerze 10 befindet, wenn sie angeordnet wird, um die Zündkerze 10 mechanisch zu prüfen. Die Hochspannungstestsonde 150 umfasst einen Hohlraum 178, damit der Teil der Zündkerze 10 (im Wesentlichen alle Teile der Zündkerze 10, die sich aus der Brennkraftmaschine 40 heraus erstrecken) von der Hochspannungstestsonde 150 umgeben ist. Zur elektrischen Verbindung der Hochspannungstestsonde 150 mit dem Hochspannungssteuerkasten 110 ist eine Hochspannungstestsonden-Drahtanschlussfaser 158 durch das zweite Teil 154 der Hochspannungstestsonde 150 verbunden. Die Hochspannungstestsonden-Drahtanschlussfaser 158 umfasst ein elektrisches Hochspannungstestsonden-Verbindungselement 160 mit einem ersten Hochspannungstestsonden-Kontakt 162 und einem zweiten Hochspannungstestsonden-Kontakt 166.
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Wie in 1, 2 und 3 gezeigt, ist der erste Hochspannungstestsonden-Kontakt 162 elektrisch mit einem ersten Hochspannungstestsondendraht 164 verbunden, der innerhalb der Hochspannungstestsonde 150 mit einem Hochspannungs-Kontaktelement 170 zum elektrischen Verbinden mit dem Anschlussende 12 der Zündkerze 10 elektrisch verbunden ist. Das Hochspannungs-Kontaktelement 170 kann aus Messing, Edelstahl oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material ausgebildet sein und ist vom zweiten Teil 154 der Hochspannungstestsonde 150 elektrisch isoliert. Der erste Hochspannungstestsondendraht 164 und der zweite Hochspannungstestsondendraht 168 können für 40 Kilovolt oder andere Bemessungen eingestuft sein, wie für die angelegten Testspannungen geeignet. Der zweite Hochspannungstestsondenkontakt 166 ist elektrisch mit einem zweiten Hochspannungstestsondendraht 168 verbunden, der mit dem elektrisch leitfähigen Ring 172 elektrisch verbunden ist. Der elektrisch leitfähige Ring 172 ist aus einem leitfähigen Metall ausgebildet und kann nur als erläuterndes Beispiel eine Dicke von 0,88 mm aufweisen. Der elektrisch leitfähige Ring 172 weist eine im Allgemeinen zylindrische Form mit einer Dicke auf, die ausreicht, um seine Struktur aufrechtzuerhalten und so eng wie möglich an den Isolator 14 zu passen, ohne die zu testende Zündkerze 10 direkt zu kontaktieren. Folglich weist der Hohlraum 178 in der Hochspannungstestsonde 150 einen geringfügig, aber ausreichend größeren Radius als der größte Außenradius des Isolators 14 auf, der in die Hochspannungstestsonde 150 passt. Wie in 3 gezeigt, erstreckt sich der elektrisch leitfähige Ring 172 im Wesentlichen über den Isolator 14 der Zündkerze 10 abgesehen von einem ersten Spalt 176 und einem zweiten Spalt 174. Der erste Spalt 176 erstreckt sich zwischen einem ersten Ende 171 des elektrisch leitfähigen Rings 172 und der Basis 18 und reicht aus, um eine Lichtbogenbildung zur Basis 18 der Zündkerze 10 zu verhindern. Der zweite Spalt 174 erstreckt sich zwischen einem zweiten Ende 173 des elektrisch leitfähigen Rings 172 und dem Anschlussende 12 und reicht aus, um eine Lichtbogenbildung zum Anschlussende 12 der Zündkerze 10 zu verhindern. Diese Spalte 174 und 176 können nur als Beispiel ungefähr ein Viertel Zoll (6,35 mm) in der Länge sein. Die Sondenanordnungsvorrichtung 156 hilft sicherzustellen, dass der elektrisch leitfähige Ring 172 die Zündkerze 10 nicht kontaktiert und dass der erste Spalt 176 und der zweite Spalt 174 in ausreichender Weise angeordnet sind, um eine Lichtbogenbildung zur Basis 18 bzw. zum Anschlussende 12 zu verhindern. Obwohl 1, 2 und 3 die Hochspannungstestsonden-Drahtanschlussfaser 158 in einem elektrischen Hochspannungstestsonden-Verbindungselement 160 endend zeigen, das als elektrischer Stecker konfiguriert ist, können der erste und der zweite Hochspannungstestsondendraht 164 bzw. 168 ein festverdrahtetes elektrisches Verbindungselement 160 zwischen der Hochspannungstestsonde 150 und dem Hochspannungssteuerkasten 110 sein, falls erwünscht. Alternativ können der erste Hochspannungstestsondendraht 164 und der zweite Hochspannungstestsondendraht 168 separate elektrische Verbindungselemente anstatt eines elektrischen Hochspannungstestsonden-Verbindungselements 160, wie gezeigt, aufweisen. Jedes separate elektrische Verbindungselement und der erste Draht 164 oder zweite Draht 168 umfassen einen ersten Hochspannungstestsondenkontakt 162 bzw. einen zweiten Hochspannungstestsondenkontakt 166.
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Als nächstes wird in 1 der Hochspannungssteuerkasten 110 zum Bereitstellen der Tests der Zündkerze 10 beschrieben. In Verbindung mit der Hochspannungstestsonde 150 umfasst der Hochspannungssteuerkasten 110 eine elektrische Schaltungsanordnung und Komponenten zum Durchführen mindestens eines und bis zu drei Tests an der Zündkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Isolatorriss-Detektionstest detektiert, ob ein Riss oder ein anderer Defekt im Isolator 14 der Zündkerze 10 besteht, da ein Riss 13 oder ein anderer Defekt zu einem späteren Ausfall der Zündkerze 10 führen kann. Ein Zündkerzen-Zündtest prüft, ob die Zündkerze 10 zündet (funktional ist), und erzeugt auch ein Zündkerzen-Zündsignal. Das Zündkerzen-Zündsignal wird verwendet, um anzugeben, ob der Zündkerzenspalt 30 innerhalb der akzeptierten Spezifikationsgrenzen liegt. In dieser ganzen Beschreibung bedeuten die Ausdrücke „der Zündkerzenspalt liegt innerhalb der Spezifikation“, dass der Zündkerzenspalt 30 innerhalb annehmbarer Maßtoleranzen liegt, wie für eine spezifische Anwendung ausgewählt.
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Immer noch mit Bezug auf 1 ist der Hochspannungssteuerkasten 110 elektrisch mit der Hochspannungstestsonde 150 durch ein elektrisches Hochspannungssteuerkasten-Verbindungselement 120 verbunden. Das elektrische Hochspannungssteuerkasten-Verbindungselement 120 weist einen ersten Hochspannungssteuerkastenkontakt 122, der mit einem ersten Hochspannungssteuerkastendraht 124 elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Hochspannungssteuerkastenkontakt 126, der mit einem zweiten Hochspannungssteuerkastendraht 128 elektrisch verbunden ist, auf. Der Hochspannungssteuerkasten 110 umfasst auch eine Hochspannungsquelle 130, die eine Zündspule sein kann, wie z. B. eine doppelendige Standard-Kraftfahrzeugzündspule, die im Allgemeinen in Kraftfahrzeugteilegeschäften erhältlich ist. Ein erster Kontakt 132 der Hochspannungsquelle 130 ist elektrisch mit dem zweiten Hochspannungssteuerkastendraht 128 verbunden. Ein zweiter Kontakt 134 der Hochspannungsquelle 130 ist elektrisch mit einem ersten Kontakt 136 eines Stromnebenschlusswiderstandes 138 verbunden. Der andere Kontakt des Stromnebenschlusswiderstandes 138 ist elektrisch mit der elektrischen Erdung 140 des Hochspannungssteuerkastens verbunden, die die elektrische Erdung der Schaltungen ist. Der Stromnebenschlusswiderstand 138 kann nur als Beispiel ein Hochspannungswiderstand mit einhundert Ohm mit einer Toleranz von einem Prozent oder weniger sein und wird verwendet, um ein Zündkerzen-Zündsignal 192 (das für den Zündkerzenspalttest verwendet wird) unter Verwendung von Signalleitungen 137 bzw. 139 als Eingänge in den Computer 190 zu erzeugen, der mit dem Hochspannungssteuerkasten 110 verbunden ist. Folglich ist das Zündkerzen-Zündsignal 192 eine Strommessung, die angibt, ob der Zündkerzenspalt 30 innerhalb der Spezifikation liegt.
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Immer noch mit Bezug auf 1 ist ein Hochspannungs-Zündfunkenspaltelement 148, das kommerziell erhältlich ist, zwischen dem ersten Kontakt 132 der Hochspannungsquelle 130 und dem zweiten Kontakt 134 der Hochspannungsquelle 130 verbunden. Das Hochspannungs-Zündfunkenspaltelement 148 verhindert, dass die Spannung in einer Zündkerzen-Zündschaltung 180 und einer Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 nur als Beispiel zehn Kilovolt überschreitet, und ist als Sicherheitsvorrichtung enthalten, wie vom Fachmann auf dem Gebiet erkannt. Als nächstes umfasst ein Spannungsteiler 141 zwei Widerstände 142 und 146, wobei der Widerstand 142 zwischen dem ersten Kontakt 132 der Hochspannungsquelle 130 und einem ersten Kontakt 144 des Widerstandes 146 elektrisch verbunden ist. Der zweite Kontakt des Widerstandes 146 ist mit der elektrischen Erdung 140 des Hochspannungssteuerkastens verbunden. Die Widerstände 142 und 146 des Spannungsteilers 141 können nur als Beispiel Widerstände mit einem Megaohm bzw. einhundert Ohm sein und können einen Abfall von zehn Kilovolt über dem Widerstand 142 schaffen. Die Spannung über dem Widerstand 146 wird verwendet, um ein Isolatorriss-Detektionssignal 194 unter Verwendung von Signalleitungen 145 bzw. 147 als Signale in den Computer 190 zu erzeugen. Als nächstes sind die zwei Hochspannungsrelais 112 und 116, die kommerziell erhältlich sind und nur als Beispiel zehn Kilovolt handhaben können, wie beschrieben verbunden. Das Hochspannungsrelais 112 ist zwischen dem ersten Kontakt 132 der Hochspannungsquelle 130 und einem Hochspannungssteuerkasten-Schaltungskontakt 114 verbunden. Das Hochspannungsrelais 116 ist zwischen dem Hochspannungssteuerkasten-Schaltungskontakt 114 und der elektrischen Erdung 140 des Hochspannungssteuerkastens verbunden. Der Hochspannungssteuerkasten 110 kann die Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 zum Erzeugen des Isolatorriss-Detektionssignals 194 umfassen. Außerdem kann der Hochspannungssteuerkasten 110 die Zündkerzen-Zündschaltung 180 umfassen, die ein Zündkerzen-Zündsignal 192 zum Angeben, ob der Zündkerzenspalt 30 innerhalb der Spezifikation liegt, erzeugt.
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Mit Bezug auf 1 schaffen, wenn die Vorrichtung 100 mindestens einen der drei Tests gemäß der vorliegenden Erfindung durchführt, die Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 und die Zündkerzen-Zündschaltung 180 Schaltungspfade durch die vorstehend aufgelisteten Komponenten, wie beschrieben. Die Zündkerzen-Zündschaltung 180 verbindet elektrisch das Hochspannungs-Kontaktelement 170 mit der Hochspannungsquelle 130, um die Zündkerze 10 in einem Zündtest zu zünden und ein Zündkerzen-Zündsignal 192 zu erzeugen, das den Zündkerzenspalt 30 in einem Zündkerzenspalttest angibt. Da das Hochspannungsrelais 112 geschlossen ist und das Hochspannungsrelais 116 offen ist, fließt der Strom von der Hochspannungsquelle 130 durch das Hochspannungsrelais 112 und zum Hochspannungs-Kontaktelement 170. Das Hochspannungs-Kontaktelement 170 ist mit dem Anschlussende 12 der Zündkerze 10 elektrisch verbunden. Die Mittelelektrode 16 der Zündkerze ist mit dem Anschlussende 12 elektrisch verbunden, so dass die Mittelelektrode 16 das Potential der Hochspannungsquelle 130 aufweist. Die Seitenelektrode 22 der Zündkerze 10 ist mit der elektrischen Erdung 48 elektrisch verbunden, da sie in der Brennkraftmaschine 40 montiert ist, die geerdet ist. Wenn die Zündkerze 10 korrekt funktioniert, bildet das Potential der Hochspannungsquelle 130 an der Mittelelektrode 16 einen Lichtbogen zur geerdeten Seitenelektrode 22, wobei die Zündkerze 10 in einem Zündtest „gezündet“ wird. Dieses Zünden erzeugt einen Spannungsabfall über dem Stromnebenschlusswiderstand 138, der ein Zündkerzen-Zündsignal 192 über die Signalleitungen 137 und 139 (an jedem Ende des Stromnebenschlusswiderstandes 138 verbunden) an den Computer 190 sendet, das angibt, dass der Zündkerzenspalt 30 im Zündfunkenspalttest innerhalb der Spezifikation liegt.
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Immer noch mit Bezug auf 1 verbindet die Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 das Hochspannungs-Kontaktelement 170 elektrisch mit der elektrischen Erdung 140 des Hochspannungstestkastens 110, da das Hochspannungsrelais 116 geschlossen ist und das Hochspannungsrelais 112 geöffnet ist. Das Hochspannungs-Kontaktelement 170 ist mit dem Anschlussende 12 der Zündkerze 10 elektrisch verbunden. Die Mittelelektrode 16 der Zündkerze ist mit dem Anschlussende 12 elektrisch verbunden, so dass die Mittelelektrode 16 geerdet ist. Der elektrisch leitfähige Ring 172 ist mit der Hochspannungsquelle 130 elektrisch verbunden. Das nicht elektrisch leitfähige Teil 152 der Hochspannungstestsonde 150 schirmt im Wesentlichen den elektrisch leitfähigen Ring 172 ab (der auf dem Potential der Hochspannungsquelle 130 liegt), so dass er nicht versehentlich kurzgeschlossen oder anderweitig freigelegt wird. Wenn der Isolator 14 einen Riss 13 aufweist, bildet das Potential der Hochspannungsquelle 130 am elektrisch leitfähigen Ring 172 einen Lichtbogen durch den Riss im Isolator 14 zur geerdeten Mittelelektrode 16. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 146 erzeugt ein Isolatorriss-Detektionssignal 194 über die Signalleitungen 145 und 147 (an jedem Ende des Widerstandes 146 verbunden) im Computer 190, das angibt, ob ein Riss 13 im Isolatorriss-Detektionstest detektiert wurde. Der Riss 13 erstreckt sich gewöhnlich in einer Richtung vom Anschlussende 12 der Zündkerze 10 zum Ende 17 der Mittelelektrode 16 in der Brennkammer 46, so dass, selbst wenn der gesamte oder ein Teil des Risses 13 nicht innerhalb des elektrisch leitfähigen Rings 172 liegt, sondern nur als Beispiel ungefähr innerhalb eines Achtels eines Zolls (3,175 mm) des elektrisch leitfähigen Rings 172 liegt, der Isolatorriss-Detektionstest den Riss 13 dennoch detektieren sollte.
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Mit Bezug auf 5 ist ein Ablaufplan einer Ausführungsform des Verfahrens 500 der vorliegenden Erfindung beginnend in Schritt 502 gezeigt, bei dem das Verfahren 500 beginnt. Das Verfahren 500 dient zum Testen einer Zündkerze 10, wie in 1 gezeigt, nachdem die Zündkerze 10 in einer Brennkraftmaschine 40 montiert wurde. Die Zündkerze 10 ist herkömmlich und weist die Mittelelektrode 16 auf, die vom Isolator 14 umgeben ist und mit dem Anschlussende 12 elektrisch verbunden ist. Die Zündkerze 10 weist auch die Seitenelektrode 22 auf, die mit der elektrischen Erdung 48 elektrisch verbindbar ist. Die Mittelelektrode 16 und die Seitenelektrode 22 sind dazu konfiguriert, den Zündkerzenspalt 30 zu bilden.
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Mit erneutem Bezug auf 5 geht das Verfahren 500 zu Schritt 504 weiter, der das Anordnen der Hochspannungstestsonde 150 über dem Teil der Zündkerze 10 umfasst, der sich aus der Brennkraftmaschine 40 heraus erstreckt (über im Wesentlichen alle Teile der Zündkerze 10, die sich aus der Brennkraftmaschine 40 heraus erstrecken), um die Zündkerze 10 mechanisch zu prüfen. Diese Anordnung kann manuell oder automatisch sein, wie z. B. in einer Testaufspannvorrichtung. Mit Fortsetzung bei Schritt 506 wird eine Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 im Hochspannungssteuerkasten 110 mit der Hochspannungstestsonde 150 verbunden. Die Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 verbindet elektrisch das Hochspannungs-Kontaktelement 170 mit der elektrischen Erdung 140. Der elektrisch leitfähige Ring 172 bleibt mit der Hochspannungsquelle 130 verbunden. Die Isolatorriss-Detektionsschaltung 182 erzeugt dadurch ein Isolatorriss-Detektionssignal 194, das angibt, ob der Isolator 14 gerissen ist. Die Spannung wird über dem Widerstand 146 unter Verwendung der Signalleitungen 145 und 147 in den Computer 190 eingelesen. Wenn keine Lichtbogenbildung detektiert wird, wird ein Isolatorriss-Detektionssignal 194, wie in 1 gezeigt, im Computer 190 gemessen, der feststellt, dass kein Riss 13 detektiert wird. Wenn eine Lichtbogenbildung zwischen dem stark aufgeladenen elektrisch leitfähigen Ring 172 und der geerdeten Mittelelektrode 16 detektiert wird, dann weist das Isolatorriss-Detektionssignal 194 eine kleinere Spitze auf, die im Computer 190 bestimmt wird, und die Zündkerze 10 wird als fehlerhaft bestimmt. Spezifische Werte dafür, ob das Isolatorriss-Detektionssignal 194 als annehmbar oder als fehlerhaft (mit einer kleineren Spitze) angegeben wird, können während der Testeinrichtung oder Kalibrierung bestimmt werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
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Immer noch mit Bezug auf 5 und mit Fortsetzung bei Schritt 508 wird eine Zündkerzen-Zündschaltung 180 im Hochspannungssteuerkasten 110 mit der Hochspannungstestsonde 150 verbunden. Die Zündkerzen-Zündschaltung 180 verbindet elektrisch das Hochspannungs-Kontaktelement 170 mit der Hochspannungsquelle 130. Die Zündkerzen-Zündschaltung 180 zündet dadurch die Zündkerze 10 und erzeugt ein Zündkerzen-Zündsignal 192, das den Zündkerzenspalt 30 angibt. Eine Hochspannungsspitze (beispielsweise 10 kVolt) pulsiert durch die Zündkerze 10, da das Hochspannungsrelais 112 geschlossen ist und das Hochspannungsrelais 116 geöffnet ist. In dieser Zündkerzen-Zündschaltung 180 verursacht der Impuls, dass eine hohe Spannung von der Hochspannungsquelle 130 an die Mittelelektrode 16 angelegt wird, und außerdem wird die Seitenelektrode 22 der Zündkerze 10 durch die Zündkerzen-Zündschaltung 180 geerdet. Wenn die Zündkerze 10 korrekt arbeitet, kann die Spitze nur beispielsweise 3 kVolt sein. Um ein Zündkerzen-Zündsignal 192 zu erzeugen, fließt ein Strom durch den Stromnebenschlusswiderstand 138 und bewirkt ein Zündkerzen-Zündsignal 192 im Allgemeinen mit einer Sägezahnform, wie in 1 gezeigt. Die Steigung des Zündkerzen-Zündsignals 192 ändert sich mit der Größe des Spalts. (Eine andere Weise zum Bestimmen der Größe des Spalts besteht darin, die Breite des Zündkerzen-Zündsignals 192 zu messen, das breiter wird, wenn die Steigung geringer wird.) Typische Spalte können nominal etwa 1,025 Millimeter (0,95 bis 1,1 Millimeter mit annehmbaren Toleranzen) sein. Der Computer 190 bestimmt und zeichnet auf, ob die Zündkerze gemäß dem Zündkerzen-Zündsignal 192 zündet und ob der Zündkerzenspalt 30 innerhalb der Spezifikation liegt. Wie vorstehend erörtert, bedeuten die Ausdrücke „der Zündkerzenspalt liegt innerhalb der Spezifikation“, dass der Zündkerzenspalt 30 innerhalb annehmbarer Maßtoleranzen liegt, wie für eine spezifische Anwendung ausgewählt. Ansonsten wird die Zündkerze 10 als fehlerhaft bestimmt. Spezifische Werte dafür, ob das Zündkerzen-Zündsignal 192 als annehmbar oder als fehlerhaft angegeben wird (mit einer Nicht-Sägezahnform oder einer kleineren Steigung), können während der Testeinrichtung oder der Kalibrierung bestimmt werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Schließlich endet das Verfahren 500 in Schritt 510. (Entweder Schritt 506 oder Schritt 508 oder beide können im Verfahren der vorliegenden Erfindung enthalten sein.)
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Mit erneutem Bezug auf 1 kann der Computer 190 im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital- (A/D) und Digital-Analog- (D/A) Schaltungsanordnung und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O) sowie eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungsanordnung umfassen. Der Computer 190 kann viele Algorithmen, einschließlich eines Testverfahrensalgorithmus 500 (siehe 5), gemäß der Erfindung, wie beschrieben, umfassen, die im ROM gespeichert sein können und ausgeführt werden können, um die jeweilige Funktionalität bereitzustellen. Alternativ kann der Computer 190 eine sehr einfache Steuervorrichtung zum Betreiben der Hochspannungssteuerkastentests und Speichern oder Senden der Daten, wie erwünscht, oder eine Steuervorrichtung mit einem Zwischenniveau an Verarbeitungs- und Datenspeichermerkmalen sein, wie auch bekannt ist. Obwohl in den Figuren nicht spezifisch gezeigt, kann der Computer 190 drahtlos, über einen Kommunikationsbus, oder über andere bekannte Mittel mit Vorrichtungen, Schaltungselementen, Komponenten usw. kommunizieren, wie erwünscht.
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Obwohl eine herkömmliche Zündkerze als zu testendes Teil beschrieben ist, können spezielle Zündkerzenkonstruktionen gemäß der vorliegenden Erfindung getestet werden. Der Isolator kann beispielsweise aus einem anderen Material als Keramik ausgebildet sein, solange er für Zündkerzenanforderungen in der Kraftmaschinenumgebung geeignet ist. Obwohl eine spezifische elektrische Schaltungsanordnung und Komponenten zum Durchführen von drei Testelementen beim Beschreiben der Isolatorriss-Detektionsschaltung und der Zündkerzen-Zündschaltung aufgelistet sind, erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, dass alternative Komponenten und Verbindungen verwendet werden können. Außerdem erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, dass die Schaltungen mit der Hochspannungstestsonde in irgendeiner gewünschten Reihenfolge verbunden werden können und mit anderen gewünschten Schaltungen zum Testen von anderen Komponenten enthalten sein können.
