DE102016219281B4

DE102016219281B4 - Zündvorrichtung mit einer Feder zur elektrischen Anbindung einer Zündkerze sowie Verbrennungsmotor und Kraftfahrzeug mit einer solchen

Info

Publication number: DE102016219281B4
Application number: DE102016219281.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Mayer; Peter Pawlik
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP2019534977A; CN109790812A; WO2018065184A1; DE102016219281A1; US10907605B2; EP3523534A1; JP6905589B2; CN109790812B; US20190226442A1

Abstract

Zündvorrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor, mit
einer Zündkerze (4);
einer Zündspule (3) mit einem Spannungsanschluss (5); und
einer Feder (2) zum elektrischen Verbinden der Zündkerze (4) mit dem Spannungsanschluss (5), wobei sich ein durchgängiger Federdraht in Form von Außenwindungen (9) von einem zündspulenseitigen Ende (7) der Feder (2) zu einem zündkerzenseitigen Ende (8) der Feder erstreckt und sich der Federdraht am zündkerzenseitigen Ende (8) in Form von Innenwindungen (10) innerhalb der Außenwindungen (9) in eine Richtung hin zum zündspulenseitigen Ende (7) fortsetzt,
wobei eine elektrische Kontaktstelle (6) der Zündkerze (4) innerhalb der Innenwindungen (10) platziert ist und ein zündkerzenseitiges Drahtende des Federdrahts weiter vom zündkerzenseitigen Ende (8) der Feder (2) entfernt ist als die elektrische Kontaktstelle (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit einer Zündkerze, einer Zündspule mit einem Spannungsanschluss und einer Feder zum elektrischen Verbinden der Zündkerze mit dem Spannungsanschluss. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit solch einer Zündvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Verbrennungsmotor.
Zur sicheren Spannungsversorgung einer Zündkerze muss ein dauerhafter elektrischer Kontakt zwischen Zündspule und Zündkerze sichergestellt werden. Hierbei kommen meist Federn zum Einsatz. Um Spannungsüberhöhungen und somit „elektrische Durchschläge“ an sog. Spitzen wie z.B. dem Ende einer Druckfeder zu vermeiden, kann eine Feder zur Übertragung der Zündspannung an einem Federende konisch ausgeführt werden. Solch eine konisch auslaufende Feder ist beispielsweise aus der DE 10 2009 035 897 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Zündanordnung mit einer Zündspule, einer Zündkerze und einer Feder zum elektrischen Verbinden der Zündspule mit der Zündkerze. Die dort beschriebene Feder hat einen zur Zündkerze gerichteten Kontaktabschnitt, der einen im Vergleich zum übrigen Außenumfang sich zur Zündkerze hin verjüngenden Außenumfang aufweist. Der verjüngte Abschnitt der Feder wird von einer sich ebenso verjüngenden Ausnehmung aufgenommen.
Bei derartigen Zündanordnungen bildet ein freies Drahtende des Federdrahts einen zur Zündkerze gewandten Abschluss der Feder. An diesem freien Drahtende herrscht eine hohe elektrische Felddichte, die wiederum zu einer hohen elektrischen Feldstärke führt. Diese hohe Energiedichte muss beherrscht werden, um Spannungsdurchschläge zu vermeiden.
Aus der DE 103 52 122 A1 ist eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, mit einer Zündkerze, einer Zündspule mit einem Spannungsanschluss; und einer Feder zum elektrischen Verbinden der Zündkerze mit dem Spannungsanschluss, wobei sich ein durchgängiger Federdraht in Form von Außenwindungen von einem zündspulenseitigen Ende der Feder zu einem zündkerzenseitigen Ende der Feder erstreckt.
Aus der US 2 237 362 A ist ein elektrisches Verbindungselement bekannt, bei dem zwei Elektrodenanschlüsse mittels einer dazwischen angeordneten Feder elektrisch verbunden werden. Die Feder wird im eingesetzten Zustand derart verformt, dass sich an den Längsenden der Feder Innenwindungen innerhalb von Außenwindungen befinden. Im Ausgangszustand ist die Federjedoch flach, so dass alle Windungen innerhalb derselben Ebene liegen.
Des Weiteren ist aus der US 6 247 943 B1 ein elektrisches Verbindungselementmit einer tonnenförmigen Feder bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zündanordnung bereitzustellen, die vorteilhaft im Hinblick auf eine Spannungsübertragung an die Zündkerze ist. Diese Aufgabe wird mit einer Zündanordnung gemäß Anspruch 1, einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 5 und einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, mit einer Zündkerze; einer Zündspule mit einem Spannungsanschluss; und einer Feder zum elektrischen Verbinden der Zündkerze mit dem Spannungsanschluss, wobei sich ein durchgängiger Federdraht in Form von Außenwindungen von einem zündspulenseitigen Ende der Feder zu einem zündkerzenseitigen Ende der Feder erstreckt und sich der Federdraht am zündkerzenseitigen Ende in Form von Innenwindungen innerhalb der Außenwindungen in eine Richtung hin zum zündspulenseitigen Ende fortsetzt, wobei eine elektrische Kontaktstelle der Zündkerze innerhalb der Innenwindungen platziert ist und ein zündkerzenseitiges Drahtende des Federdrahts weiter vom zündkerzenseitigen Ende der Feder entfernt als die elektrische Kontaktstelle, insbesondere ein am weitesten zum zündspulenseitigen Ende ragender Punkt der elektrischen Kontaktstelle. Durch eine derartige Feder sind die problematischen spitzen Konturen des Federdrahtendes im Inneren der Feder positioniert. Die hohe elektrische Felddichte und somit die hohe elektrische Energiedichte wird von dem Potential der Außenwindungen eingehüllt. Dadurch erzeugt die Federgeometrie selbst eine ausreichend homogene elektrische Feldverteilung. Ein Durchschlagen am zündkerzenseitigen Ende kann somit noch besser verhindert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Zündvorrichtung so ausgebildet, dass sich die Innenwindungen entlang einer Längsachse der Feder in einer Richtung weg vom zündkerzenseitigen Ende konisch verjüngen. Dabei wird durch die Innenwindungen gleichzeitig eine Ausnehmung geschaffen, die als Buchse zur Aufnahme einer elektrischen Kontaktstelle der Zündkerze dient.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die überwiegende Länge, d.h. mehr als 50% der Länge, der Feder eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur auf. Die Länge ist dabei die Abmessung entlang der Längsachse der Feder von einem zündspulenseitigen Ende zu einem zündkerzenseitigen Ende der Feder.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Außenwindungen größer als ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Innenwindungen.
Darüber hinaus stellt die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit solch einer Zündvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Verbrennungsmotor bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch eine Zündvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei von einer Feder nur Umrisse dargestellt sind, und
2 zeigt die Feder der Zündvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1.

1 zeigt stark schematisiert dargestellt eine Zündvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein wesentlicher Aspekt dieser Erfindung liegt in der Ausgestaltung einer Feder 2, welche einen elektrischen Kontakt zwischen einer Zündspule 3 und einer Zündkerze 4 herstellt. Die Zündkerze 4 dient bekannterweise der Zündung eines brennbaren Gemisches in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt). Genauer wird eine elektrische Spannung von der Zündspule 3 über einen Spannungsanschluss 5 der Zündspule 3 an die Feder 2 angelegt und über eine elektrische Kontaktstelle 6 der Zündkerze 4 auf die Zündkerze 4 übertragen.
Der Aufbau der Feder 2 wird genauer unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Die Feder 2 ist aus einem durchgängigen Federdraht aufgebaut, der aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Von einem zündspulenseitigen Ende 7 erstreckt sich der Federdraht in Form von Außenwindungen 9 spiralförmig um eine Längsachse herum zu einem zündkerzenseitigen Ende 8. Vorzugsweise haben die Außenwindungen 9 über mindestens 50% der Länge vom zündspulenseitigen Ende 7 zum zündkerzenseitigen Ende 8 eine im Wesentlichen zylindrische Außenkontur und vorzugsweise regelmäßig beabstandete Außenwindungen 9. Noch mehr bevorzugt ist dies über 80% dieser Länge der Fall und noch mehr bevorzugt über 90% dieser Länge. Der restliche Abschnitt (der Länge vom zündspulenseitigen Ende 7 zum zündkerzenseitigen Ende 8) kann sich beispielsweise zum zündkerzenseitigen Ende 8 hin verjüngen (d.h. ein Durchmesser der Außenwindungen 9 wird kleiner), beispielsweise können auf diesem Abschnitt die Außenwindungen 9 konusförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist dieser restliche Abschnitt am zündkerzenseitigen Ende 8 der Feder 2 angeordnet. Bei der Feder 2 handelt es sich außerdem um eine Druckfeder, bei der im unbelasteten Fall die überwiegende Anzahl, d.h. mehr als 50%, noch mehr bevorzugt mehr als 80%, an Außenwindungen 9 zu mindestens einer der benachbarten Außenwindungen 9 beabstandet ist. Am zündkerzenseitigen Ende sind eine einzige, zwei oder drei Windungen ohne Beabstandung angeordnet.
Am zündkerzenseitigen Ende 8 setzt sich der durchgängige Federdraht in Form von Innenwindungen 10 innerhalb der Außenwindungen 9 in eine Richtung hin zum zündspulenseitigen Ende 7 fort. Dabei setzt sich der Federdraht am zündkerzenseitigen Ende 8 in Form der Innenwindungen 10 spiralförmig um die Längsachse herum fort. Ein Steigungswinkel α der Außenwindungen 9 ist dabei entgegengesetzt zu einem Steigungswinkel α der Innenwindungen 10, aber nicht notwendigerweise gleich groß. Der Steigungswinkel α der Außen- oder Innenwindungen ist dabei der Winkel, den die Schmiegungsebene der Windungen mit einer zur Längsachse senkrechten Ebene einschließt, wie in 2 dargestellt. Vorzugsweise verjüngt sich der Durchmesser der Innenwindungen 10 ausgehend vom zündkerzenseitigen Ende 8 hin zum zündspulenseitigen Ende 7. Insbesondere wird dabei eine Konusform ausgebildet. Vorzugsweise sind die Innenwindungen 10 nicht voneinander beabstandet, d.h. aneinander anliegend. Die Innenwindungen 10 passen hinsichtlich ihrer Durchmesser vollständig in die Außenwindungen. Die Innenwindungen 10 erstrecken sich vorzugsweise über eine Länge (entlang der Längsachse) von nicht mehr als 50%, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 30%, der Länge (entlang der Längsachse) der Außenwindungen 9. Ein mittlerer Abstand zwischen den Außenwindungen 9, d.h. die Summe der Abstände zwischen benachbarten Außenwindungen 9 geteilt durch die Anzahl an Abständen, ist größer als ein mittlerer Abstand zwischen den Innenwindungen 10, d.h. die Summe der Abstände zwischen benachbarten Innenwindungen 10 geteilt durch die Anzahl an Abständen. Gemessen werden dabei die Abstände in einer beliebigen Winkelposition (die gleiche für die Innen- und Außenwindungen) und jeweils zwischen benachbarten Stellen des Federdrahts in dieser Winkelposition.
Bezug nehmend auf 1 liegt das zündkerzenseitige Ende 8 der Feder 2 an der elektrischen Kontaktstelle 6 an und ist mit dieser in elektrisch leitendem Kontakt. Das zündspulenseitige Ende 7 der Feder 2 liegt am Spannungsanschluss 5 an und ist mit diesem in elektrisch leitendem Kontakt. Die Innenwindungen 10 bilden eine Ausnehmung, die als Buchse für die elektrische Kontaktstelle 6 dient.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Zündvorrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor, mit einer Zündkerze (4); einer Zündspule (3) mit einem Spannungsanschluss (5); und einer Feder (2) zum elektrischen Verbinden der Zündkerze (4) mit dem Spannungsanschluss (5), wobei sich ein durchgängiger Federdraht in Form von Außenwindungen (9) von einem zündspulenseitigen Ende (7) der Feder (2) zu einem zündkerzenseitigen Ende (8) der Feder erstreckt und sich der Federdraht am zündkerzenseitigen Ende (8) in Form von Innenwindungen (10) innerhalb der Außenwindungen (9) in eine Richtung hin zum zündspulenseitigen Ende (7) fortsetzt, wobei eine elektrische Kontaktstelle (6) der Zündkerze (4) innerhalb der Innenwindungen (10) platziert ist und ein zündkerzenseitiges Drahtende des Federdrahts weiter vom zündkerzenseitigen Ende (8) der Feder (2) entfernt ist als die elektrische Kontaktstelle (6).
Zündvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei sich die Innenwindungen (10) entlang einer Längsachse der Feder (2) in einer Richtung weg vom zündkerzenseitigen Ende (8) verjüngen.
Zündvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die überwiegende Länge der Feder (2) eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur aufweist.
Zündvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Außenwindungen (9) größer ist als ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Innenwindungen (10).
Verbrennungsmotor mit einer Zündvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 5.