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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Zündspulenanordnung
für eine
Brennkraftmaschine bzw. Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine
derartige Vorrichtung, die unmittelbar an ihrer zugeordneten Zündkerze
angebracht ist.
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Um eine gesteigerte Zündleistung
bzw. -willigkeit zu ergeben, verwenden moderne Verbrennungsmotoren,
die bei Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden, eine Zündspule,
die unmittelbar an jeder der Zündkerzen
angebracht ist. Verschiedene Arten von unmittelbar angebrachten
Zündspulen werden
verwendet, wobei bei diesen Arten eine Zündspule an einer Zündkerze
oder angrenzend bzw. benachbart zu einer zugeordneten Zündkerze ohne
die Notwendigkeit für
eine lange, flexible Hochspannungszuleitung angebracht ist. Variationen
beinhalten Zündspulen
vom sogenannten "Bleistift"-, "Stab"-, "Zigarren"-, "plug-hole (Kerzen-Loch)"- oder "coil-on-plug (Spule-an-Kerze)"-Typ. Moderne Zündsysteme
erzeugen extrem hohe Spannungen, die notwendig sind, um präzise und
zuverlässig
den Verbrennungsprozess innerhalb der Verbrennungskammer bzw. Brennkammer
zu initiieren bzw. einzuleiten. Unmittelbar angebrachte Zündspulen
ergeben zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Typen, einschließlich: Beseitigung
von Hochspan nungszuleitungen, Beseitigung von "waste spark (nutzloser Funken)"-Modus und Unterbringungs-Vorteile.
In typischer Weise wird ein Weichgummi-Schuh ("boot") verwendet,
um die Zündkerze
zu umhüllen,
welcher eine Verlängerung
der "coil-on-plug"-Anordnung ist.
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Die elektrische Verbindung zwischen
dem Hochspannungsanschluss der Zündspule
und dem Zündkerzenanschluss
ist sehr wichtig. Eine zuverlässige
und sichere Verbindung muss gebildet werden und es ist festgestellt
worden, dass herkömmliche Verbinder
vom Schrauben- bzw. Spiralfedertyp zu Ausfällen bzw. Versagen des Zündsystems
führen können, wenn
die geschnittenen Endbereiche der Federenden elektromagnetische
Feldkonzentrationen verursachen. Dies kann zu dielektrischem Ausfall
der Zündspule
führen
(d.h., Lichtbogenbildung zwischen der Feder und einer leitfähigen Fläche außerhalb
des Gummischuhs). Die Zündspulenanordnung
ist im wesentlichen innerhalb des Zündkerzeneinsetz- bzw. -einführloches
bzw. -öffnung
in dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors eingesetzt bzw. eingeführt und
sie ist daher durch eine elektrische Masse umgeben. Wenn ein Punkt
bzw. Spitze elektromagnetischer Feldkonzentration an einer Stelle vorhanden
ist, an der der Spalt zwischen ihr und einer Massen- bzw. Erdungsfläche bzw. – oberfläche klein
ist, kann dielektrischer Ausfall bzw. Versagen auftreten.
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Zusätzlich zu der zuvor erwähnten Ausführungs-
bzw. Konstruktions-Überlegung
bzw. -Erwägung
muss die Zündspulenanordnung
eine zuverlässige
elektrische Verbindung ergeben, um Wartung zu ermöglichen
und um die Anzahl von separaten Komponenten, und insbesondere von
losen Teilen, zu minimieren, welche dazu neigen, zu auf die Anordnung bezogenen
Fehlern zu führen.
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Andere Arten von Zündspulenverbindern werden
gegenwärtig
ebenfalls verwendet. Zum Beispiel können Metallfedern oder -klammern
bzw. -klemmen an dem Hochspannungsanschluss an der "coil-on-plug"- Zündspulenanordnung
starr angebracht sein. Um die Feder oder die Klemme daran zu hindern,
aus dem Zündkerzenschuh
der Zündspulenanordnung
herauszufallen, erfordert dieser konstruktive Lösungsweg, dass die Feder oder
Klemme an und auf bzw. über
den Hochspannungsanschluss gedrückt
wird. Diese Ausgestaltungen sind für bestimmte konstruktive Installations- bzw. Einbau- und
Unterbringungs-Lösungswege
nicht ideal.
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Entsprechend dieser Erfindung ist
eine Zündspulenanordnung
vom unmittelbar angebrachten Typ vorgesehen, welche einen Zündkerzen-Schuhabschnitt aufweist,
der aus einem äußerst nachgiebig
federnden bzw. rückstellfähigen Material gebildet
ist. Eine Hochspannungsverbindungsfeder vom Schrauben- bzw. Spiraltyp
ist in dem Schuhabschnitt installiert und berührt an entgegengesetzten Enden
elektrisch die Spulen- und Zündkerzen-Hochspannungsanschlüsse. Vorzugsweise
weisen die Endsegmente der Feder einen kleineren Biegeradius als
der Federmittelabschnitt auf, um Schwierigkeiten zu vermeiden, die
mit den zuvor erwähnten
elektromagnetischen Feldkonzentrationen verbunden sind, da die geschnittenen
Enden positioniert sind, um einen großen Spalt bzw. Lücke zu einer
Massen- bzw. Erdungsfläche
zu erzeugen. Der innere Durchgang des Spulenschuhs besitzt einen
im wesentlichen gleichförmigen
zylindrischen Durchmesser als Hauptmerkmal. Jedoch ist eine Anzahl
von Rippen vorgesehen, welche mit dem Mittelabschnitt der Feder
in der Weise in Eingriff kommen, dass die Feder in dem Schuh gehalten
bzw. zurückgehalten
werden kann, bevor die Zündspule
an der Zündkerze
installiert wird. Die Rippen sind in einer Art und Weise gebildet,
welche das Formen des Schuhabschnittes nicht stört.
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Die Hochspannungsverbindungsfeder
wird in die Öffnung
bzw. Mündung
des Zündkerzen-Schuhabschnitts
eingesetzt und wird in der Weise in Position gedrückt bzw.
gepresst, dass sie mit den Schuhdurchgangrippen in Eingriff kommt.
Wenn die Spulenanordnung an der Zündkerze installiert wird, wird
die Feder zusammengedrückt
und an dem Bereich vorbeigedrückt,
an dem die Rippen vorhanden sind. Während Wartung bzw. Wartungsarbeiten wird
es, wenn die Zündspulenanordnung
entfernt wird, der Feder ermöglicht,
zu expandieren bzw. sich auszudehnen, jedoch kommt sie erneut mit
den Rippen in Eingriff, wodurch die Feder daran gehindert ist, aus
der Zündspulenanordnung
herauszufallen.
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Die Zündspulenanordnung entsprechend dieser
Erfindung ergibt die Vorteile eines Verbinders, der starr verbunden
ist, weil die Teile gehalten bzw. zurückgehalten werden, dazu noch
vermeidet sie die Unzulänglichkeiten
solcher Konstruktionen, die zu den zuvor erwähnten Ausfällen führen können.
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Zusätzliche Nutzen und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann, welchen die
vorliegende Erfindung angeht, aus der nachfolgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
und den anliegenden Ansprüchen,
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen, offensichtlich werden.
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1 ist
eine Veranschaulichung einer Zündspulenanordnung
entsprechend dieser Erfindung, wobei der Zündkerzen-Schuhabschnitt im Schnitt
gezeigt ist;
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2 ist
eine aus 1 entnommene,
vergrößerte Schnittansicht;
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3 veranschaulicht
die an der Zündkerze installierte
Zündspulenanordnung;
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4 ist
eine teilweise Schnittansicht der Feder in einem zusammengedrückten Zustand,
wobei jedoch die Zündkerze
entfernt ist, um die Konfiguration bzw. Ausgestaltung des Schuhabschnittdurchganges
zu veranschaulichen; und
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5 ist
eine entlang der Linie 5-5 nach 4 genommene Schnittansicht.
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Eine Zündspulenanordnung entsprechend dieser
Erfindung ist in einem vollständig
zusammengefügten
Zustand in 1 gezeigt
und ist allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Zündspulenanordnung 10 weist
einen Körper 11 mit
einem Kopf 12 mit vergrößertem Durchmesser,
einen zylindrischen Abschnitt bzw. Gehäuseabschnitt 14 mit
einem im wesentlichen gleichförmigen
Durchmesser und einen unteren Zündkerzen-Schuhabschnitt 16 auf.
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Der Kopf 12 der Spulenanordnung
weist einen elektrischen Verbinder 18 auf, der eine Aufnahme
bzw. Anschluss für
die Installierung eines zusammenpassenden elektrischen Verbinders
vom Schnappsitztyp ergibt, der das elektrische Signal für die Spulenanordnung 10 liefert,
einen Zündfunken
zu initiieren. Der Kopf 12 bildet ferner einen Halteflansch 20,
der mit einem entsprechend ausgestalteten Teil in dem Motorzylinderkopf
zum Halten bzw. Zurückhalten
der Spulenanordnung 10 in ihrer installierten Position
zusammenpasst. Der Gehäuseabschnitt 14 enthält innere
Komponenten, beispielsweise die Leiterspulenwindungen der Spulenanordnung 10,
und weist einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser auf, um
es der Spulenanordnung 10 zu ermöglichen, in den zugeordneten
Durchgang in dem (nicht gezeigten) Zylinderkopf eingesetzt zu werden. Der
Zündkerzen-Schuhabschnitt 16 weist
einen hohlen, inneren Durchgang 22 als Hauptmerkmal auf, welcher
eine glatte bzw. gleichmäßige, innere,
zylindrische Fläche
mit einem im wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist, wobei
sich dieser Durchgang 22 an der Unterseite der Spulenanordnung
bei der Mündung
bzw. Öffnung 24 öffnet. Der
Schuhabschnitt 16 ist vorzugsweise aus einem hochelastischen
Material, zum Beispiel Silikongummi, gebildet.
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Nunmehr werden unter Bezugnahme auf
die geschnittenen Bereiche der 1 und
der 2 die inneren Merkmale
und Elemente des Schuhabschnitts 16 in näheren Einzelheiten
gezeigt. Ein Hochspannungs-Spulenanschluss 26 steht von
dem Gehäuseabschnitt 14 in
den Schuhdurchgang 22 vor und ist von einer starren, hohlen
Röhre bzw.
Hülse 28 umgeben.
Die Hülse 28 weist äußere Rippen 30 auf, die
dazu vorgesehen sind, um die Isolationseigenschaften der Hülse zu steigern.
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Eine Hochspannungs-Verbindungsfeder 32 ist
eine Feder vom Schrauben- bzw.
Spiraltyp und ist innerhalb des Durchgangs 22 installiert
gezeigt. Die Feder 32 weist einen Mittelabschnitt 33 mit
einer Anzahl von Windungen aus Draht auf, die einen im wesentlichen
konstanten Biegeradius aufweisen. Der Außendurchmesser des Mittelabschnitts 33 ist
etwas geringer als der Innendurchmesser des Durchgangs 22.
Erste und zweite Federendsegmente 34 und 36 weisen
jedoch einen reduzierten Radius auf, wenn mit dem Mittelabschnitt 33 verglichen.
Mit anderen Worten, die Endsegmente 34 und 36 sind "eingebogen" bzw. "eingedreht" ("turned down"), um einen kontinuierlich
abnehmenden Radius aufzuweisen. Ein (nicht gezeigtes) geschnittenes
Ende 35 bzw. ein geschnittenes Ende 37 des Endsegments 34 bzw. 36 ist
jeweils das Anschlussende des Drahts, der die Feder 32 bildet.
Vorzugsweise weisen die geschnittenen Enden 35 und 37 den
kleinsten Krümmungsradius
der die Feder 32 bildenden Windungen auf. Die geschnittenen
Enden 35 und 37 sind nahe zu der Längsmittellinie 39 der
Feder 32 (und des Durchgangs 22) positioniert,
wie in 2 gezeigt.
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Der Schuhdurchgang 22 weist
eine Anzahl von radial einwärts
vorstehenden Rippen 38 als Hauptmerkmal auf. Bei der durch
die Figuren veranschaulichten Ausführungsform sind vier Rippen 38 vorgesehen,
wie am besten in 5 gezeigt.
Die Rippen 38 weisen eine im wesentlichen halbkreisförmige Konfiguration
auf, wobei sie mit der innenseitigen Wandfläche des Schuhdurchgangs 22 an
ihren Rändern 40 und 42 gleichmäßig verschmelzen
(d.h., wo sie entlang der Längsrichtung übergehen
bzw. verschmelzen). Die Rippen 38 sind in der Längsrichtung
entlang des Durchgangs 22 langgestreckt bzw. länglich.
Die Rippen 38 und der innere Durchgang 32 sind
in der Weise ausgestaltet, dass der Schuhabschnitt 16 durch
Formen des elastischen Materials auf einem Stiel gebildet werden
kann, und dadurch, dass es, auf das Aushärten des Materials des Schuhabschnitts 16 folgend,
dem Schuhabschnitt ermöglicht
wird, von dem Formungsstiel, ohne Beschädigung des inneren Durchgangs 22,
abgezogen zu werden.
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Andere Ausgestaltungen für Rippen 38 können entsprechend
dieser Erfindung vorgesehen sein. Beispielsweise könnte eine
größere oder
kleinere Anzahl von Rippen 38 vorgesehen sein. Es wird
jedoch in dem Falle eines einstöckig
geformten Teils notwendig sein, zu gewährleisten, dass das Teil von dem
Formungsstiel oder -werkzeug abgezogen werden kann.
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Nachdem die Zündspulenanordnung 10 vollständig hergestellt
und zusammengefügt
worden ist, wird die Feder dadurch installiert bzw. eingebaut, dass
sie durch die Mündung 24 und
in den Durchgang 12 gedrückt wird, bis sie mit Rippen 38 in
Eingriff kommt, die als ein Haltemittel zum Halten der Feder in
dem Durchgang wirken. Der äußere konstante Durchmesser
des Federmittelabschnitts 33 in seinem entspannten Zustand
ist etwas geringer als der Innendurchmesser des Durchgangs 22,
mit Ausnahme in dem Bereich der Rippen 38. Die Rippen 38 stehen radial
einwärts
vor und halten die Feder 32 reibschlüssig in Position, wie in 1 und 2 gezeigt. In diesem Zustand kann die
Spulenanordnung 10 gehandhabt und transportiert werden,
ohne die Feder 32 dazu zu veranlassen, aus ihrer installierten
Position von innerhalb des Durchgangs 22 zu fallen. 3 zeigt die Spulenanordnung 10,
die an einer repräsentativen
Zündkerze 44 installiert
ist. Wie gezeigt, weist die Zündkerze 44 einen
Hochspannungsanschluss 46 und einen keramischen Isolator 48 auf.
Wenn die Spulenanordnung 10 auf der Zündkerze 44 installiert ist,
kommt der Hochspannungsanschluss 46 mit dem Federendsegment 36 in
Eingriff und drückt
die Feder zusammen, wobei sie dazu ge zwungen bzw. getrieben wird,
sich aufwärts
durch den Durchgang 22, an der Stelle der Rippen 38 vorbei,
zu bewegen. Wie in 3 gezeigt,
wird die Feder 32 zwischen den Hochspannungsanschlüssen 26 und 46 zusammengedrückt. In
diesem Zustand ist das Federendsegment 34 bzw. 36 in
Berührung
mit dem Anschluss 26 bzw. 46 lediglich aufgrund
der Zusammendrückung
der Feder 32 zwischen den Anschlüssen gehalten. In dem installierten
Zustand funktionieren die Rippen 38 nicht länger, um
mit der Feder 32 zusammenzuwirken. Der innere Durchgang 22 des
Schuhabschnitts stimmt eng bzw. genau mit dem Zündkerzenisolator 48 überein,
um eine abgedichtete Verbindung mit der Zündkerze 44 zu ergeben.
Die Zusammendrückung der
Feder 32 erlaubt es, die installierte Position der Spulenanordnung 10 in
Bezug auf den Zündkerzenanschluss 26 zu ändern, während eine
gute elektrische Verbindung gebildet wird.
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4 zeigt
den zusammengedrückten
Zustand der Feder 32, wenn die Zündkerze 44 in Position
ist. Jedoch beseitigt 4 die
Zündkerze
für die Zwecke
einer besseren Veranschaulichung der Ausgestaltung der internen
Merkmale, zum Beispiel der Rippen 38. 4 veranschaulicht ferner, dass das Federende
des Segments 36 zu einem kontinuierlich abnehmenden Durchmesser
gedreht bzw. gewunden ist, wobei es an dem geschnittenen Ende 37 endet. Wie
zuvor erwähnt,
vermeidet diese Ausgestaltung einen Ausfall aufgrund elektromagnetischer
Feldkonzentrationen, welche dazu neigen, sich an Punkten bzw. Spitzen
zu sammeln. Weil die Position der geschnittenen Federenden 35 und 37 nahe
zu der Längsmittellinie
der Spulenanordnung 10 positioniert ist, ist der größte Abstand
zwischen diesen Punkten bzw. Spitzen der Feldkonzentration und irgendeiner elektrischen
Masse vorhanden, zum Beispiel derjenigen, die durch das Gussmetallmaterial
des zugehörigen
Zylinderkopfes gebildet ist. Zusätzlich
sind die geschnittenen Enden 35 und 37 durch Zusammendrückung der
Federn 32 gegen die Anschlüsse 26 und 46 fest
gedrückt
bzw. gepresst, wodurch die Leitung an jenen Stellen bzw. Punkten
erhöht
wird.
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Vorzugsweise weisen die Federendsegmente 34 und 36 identische
Ausgestaltungen auf, wodurch es der Feder 32 ermöglicht wird,
installiert zu werden, wobei eines ihrer beiden geschnittenen Enden 35 und 37 den
Spulenanschluss 26 berührt.
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Wenn es erwünscht ist, den zugeordneten Verbrennungsmotor
zu warten, kann die Spulenanordnung 10 aus ihrer Verbindung
mit der Zündkerze 44 entfernt
werden. Wenn dies erfolgt, expandiert bzw. dehnt sich die Feder 32 zurück zu der
in 1 und 2 gezeigten Position aus. In diesem Zustand
halten die Rippen 38 erneut die Feder 32 in Position
und hindern sie daran, von der Anordnung lose zu werden.
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Während
die obige Beschreibung die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt, so versteht es sich, dass die Erfindung für Modifikation
bzw. Abwandlung, Variation und Änderung
zugänglich
ist, ohne von dem genauen Umfang und der gerechten Bedeutung der
beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.