DE2949573A1

DE2949573A1 - Zuendverteiler

Info

Publication number: DE2949573A1
Application number: DE19792949573
Authority: DE
Inventors: Yukitsugu Hirota; Tatsuo Igawa; Takao Miyashita; Masazumi Sone; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-12-11
Filing date: 1979-12-10
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB2040579B; US4468543A; GB2040579A; DE2949573C2

Description

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTeR Ni SSan/Hi tachi

- 4 BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Zündverteiler für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. 5

Funkenentladungen, die bei Zündsystemen von Brennkraftmaschinen auftreten, erzeugen Störungen in Sendesystemen, wie dem Fernsehen oder dem Rundfunk, sowie Schwierigkeiten bei elektronisch gesteuerten Systemen, wie etwa elektronisch gesteuerten Brennstoff-Einspritzvorrichtungen, elektronisch gesteuerten Anti-Blockiersystemen und elektronisch gesteuerten automatischen Getrieben und dergleichen, so daß eine Verkehrsgefährdung eintreten kann. Es ist daher wünschenswert, das auftretende Rauschen soweit wie möglich zu unterdrücken.

Dieses Rauschen wird im wesentlichen erzeugt durch (1) Funkenentladung, die zwischen den Elektroden der Zündkerzen erfolgt, (2) Funkenentladung zwischen dem Rotor des Zündverteilers und festen seitlichen Elektroden und (3) Funkenentladungen zwischen den Unterbrecherkontakten des Zündverteilers. Obgleich zahlreiche Versuche unternommen worden sind, das durch die Funkenentladung gemäß Ziffer 2 entstehende Rauschen zu unterdrücken, sind die bisherigen Ergebnisse aus folgenden Gründen unzureichend:

(A) Eine Rotor-Elektrode, in die Widerstandsmaterial eingebettet ist, weist einen Effekt zur Unterdrückung des Rauschens auf, der auf hohe Frequenzen über 200 MHz beschränkt ist. Dies beruht auf der Anwesenheit einer verteilten Kapazität parallel zu dem Widerstand, obgleich ein Rauschen um 5 bis 6 dB bei Frequenzen unter 200 MHz unterdrückt werden kann. Im übrigen führt diese Lösung zu hohen Verlusten der Zündenergie aufgrund der Verwendung des Widerstands-Materials mit mehreren K Cl .

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(B) Eine Rotor-Elektrode, auf deren Oberfläche eine Materialschicht mit hohem Widerstand vorgesehen ist, führt zu hohen Verlusten der Zündenergie aufgrund der Verwendung dieser Schicht auf der Elektrodenfläche, einer geringen Unterdrückung des Rauschens von 4 bis 5 dB sowie der Gefahr, daß sich das Widerstandsmaterial löst,

(C) Eine Rotor-Elektrode, die einer feststehende Elektrode mit einem erhöhten Spalt von 1,524 bis 6,35 mm gegenüberliegt, bedingt sehr hohe Zündleistungsverluste aufgrund des vergrößerten Entladungsspalts, obgleich eine Unterdrückung des Rauschens von 15 bis 20 dB erreicht werden kann. Derart hohe Zündenergieverluste stehen im Gegensatz zu den Anforderungen einer zuverlässigen Zündung mit hoher Zündenergie im Interesse sauberer Auspuffgase und eines geringen Brennstoffverbrauchs,

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen verbesserten Zündverteiler zu schaffen, der eine erhebliche Unterdrückung des Rauschens bei geringen Zündenergie-Verlusten ermöglicht.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
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Der erfindungsgemäße Zündverteiler ist einfach aufgebaut und daher mit verhältnismäßig geringen Kosten herstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Zündverteiler für eine Brennkraftmaschine mit einer Anzahl von jeweils mit einer Zündkerze versehenen Zylindern ausgebildet. Der Zündverteiler umfaßt eine Anzahl von festen Elektroden in Umfangsabständen und in elektrischer Verbindung mit den jeweiligen Zündkerzen und eine elektrisch mit einer Stromquelle verbundene Rotor-Elektrode , die drehbar ist und den festen Elektroden nach-

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einander mit einem schmalen Spalt gegenüberliegt, wenn die Maschine läuft. Auf diese Weise wird Strom an die verschiedenen Zündkerzen abgegeben. Die Rotor-Elektrode und/oder alle festen Elektroden weisen einander zugewandte Flächen auf, die aus leitenden und isolierenden Materialien kombiniert sind.

Die zugewandte Oberfläche auf wenigstens einer Seite, d.h. entweder der Rotor-Elektrode oder der festen Elektroden kann aus leitendem Material bestehen, in das eine Anzahl von Schlitzen eingearbeitet ist, in die Isolierungsmaterial eingebettet ist. Alternativ kann eine leitende Schicht, die mit einem flüssigen, isolierenden Material imprägniert ist, auf der der jeweils anderen Elektrode zugewandten Oberfläche der Rotor-Elektrode und/oder der festen Elektroden vorgesehen sein.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Aus-

führungsform eines erfindungsgemäßen Zündverteilers; 25

Fig. 2 ist ein Diagramm zum Vergleich der

Wellenform von zwei kapazitiven Entladeströmen, deren einer durch den erfindungsgemäßen Zündverteiler und deren anderer durch einen herkömm

lichen Zündverteiler beliefert wird;

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Rotor-

Elektrode;

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Fig. 4 bis 6 sind perspektivische Darstellungen

abgewandelter Rotor-Elektroden;

Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform

Fig. 8 ist ein Diagramm zum Vergleich der Rauschfeld-Intensitäten bei einem erfindungsgemäßen und einem herkömmlichen Zündverteiler.

In Fig. 1 ist ein Zündverteiler 10 angedeutet, wie er mit einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine verwendet wird. Mit 12 ist in Fig. 1 eine Verteilerwelle bezeichnet, die sich durch ein Gehäuse 14 erstreckt, das an der Brennkraftmaschine angebracht und mit der nicht gezeigten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchron drehbar ist. Der Zündverteiler 10 umfaßt einen isolierenden Verteilerläufer oder Rotor 16, der mit seiner unteren Seite auf die Verteilerwelle 12 aufgesetzt ist und auf der oberen Oberfläche eine Rotor-Elektrode 18 trägt, und eine Verteilerkappe 20, die an dem Gehäuse 14 befestigt und mit einem mittleren Eingangskontakt 22 und einer Anzahl von im Umfang verteilten seitlichen 5 Ausgangskontakten 24 entsprechend der Zylinderzahl der Maschine versehen ist. Der mittlere Eingangskontakt 22 ist elektrisch mit der Rotor-Elektrode 18 über eine Kohle-Elektrode 26 und eine Feder 28 verbunden, die die Kohle-Elektrode 26 gegen die Rotor-Elektrode 18 drückt. Die Ausgangskontakte 24 stehen in elektrischer Verbindung mit seitlichen Elektroden 30.

Wenn von einer nicht gezeigten Zündspule hohe Spannung über ein nicht gezeigtes Zündkabel dem mittleren Eingangskontakt 22 zugeführt wird, gelangt sie über die Feder 28 und die Kohle-Elektrode 26 auf die Rotor-Elektrode 18, Dies führt zu einem dielektrischen Durch-

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bruch der Luft in einem schmalen Spalt G zwischen der Rotor-Elektrode 18 und einer seitlichen Elektrode 20, Die hohe Spannung gelangt dann über ein nicht gezeigtes Hochspannungskabel zu den ebenfalls nicht gezeigten Zündkerzen.

Bei einem derartigen Zündverteiler nimmt die hohe Spannung, die von der Zündspule zugeführt wird, nicht bis zu ihrem Maximalwert stufenweise, sondern exponentiell mit der Zeitkonstante der Schaltung zu, die die Zündspule und das Hochspannungskabel einschließt. Wenn die hohe Spannung auf einen ausreichenden Wert gelangt ist, um eine Funkenentladung in dem Spalt G zu erzeugen, erfolgt ein sofortiger dielektrischer Durchbruch in der Luft des Spaltes G und damit eine Funkenentladung, so daß ein instabiler, kurzer Entladestrom mit geringer Impulsbreite und hohem Spitzenwert unter Erzeugung eines erheblichen Anteils von Hochfrequenz-Bestandteilen abgegeben wird, die durch das Hochspannungskabel, das als Antenne wirkt, verteilt werden und drahtlose Sendesysteme und elektronisch gesteuerte Einrichtungen stören.

Die Intensität des Rauschfeldes, das um eine Rauschquelle herum gebildet wird, gilt üblicherweise als proportional zu dem Entladestrom. Daher kann der kapazitive Entladestrom, der über den Spalt G zwischen der Rotor-Elektrode und der festen Elektrode gelangt, zur Unterdrückung des Rauschfeldes reduziert werden. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck "kapazitiver Entladestrom" auf einen mittleren Strom, der durch den schnellen und steil ansteigenden Fluß von Ladungen erzeugt wird, wie in der Streukapazität zwischen Masse und der Elektrode in der Nähe des Spalts G beim dielektrischen Zusammenbruch gespeichert sind,

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Es hat sich im Zusammenhang mit der Erfindung gezeigt, daß bei alternativ angeordneten leitenden und isolie-

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renden Materialien auf den der Gegenelektrode zugewandten Flächen oder Entladeflächen der Rotor-Elektrode 18 und/ oder aller festen seitlichen Elektroden 30 der Spitzenwert des kapazitiven EntladeStroms erheblich reduziert werden kann, wie im übrigen auch aus Fig. 2 hervorgeht. Gemäß Fig. 2 bezieht sich die gestrichelte Linie auf eine herkömmliche Rotor-Elektrode aus Messing und die durchgezogene Linie auf eine Rotor-Elektrode aus Messing mit einer Anzahl von Schlitzen, die mit einem isolierenden Material, wie etwa SiO₂ gefüllt sind. Aus Fig. 2 geht hervor, daß bei einer Rotor-Elektrode aus Messing mit einer Anzahl von Schlitzen, die mit SiO₂ gefüllt sind, der Entladestrom nach und nach ansteigt und einen verringerten Spitzenwert aufweist. Dies ermöglicht eine erhebliche Verringerung der unerwünschten Hochfrequenz-Bestandteile, die ein Grund für die Bildung eines Rauschfeldes sind. Die Gründe für die genannte Änderung der Wellenform des Entladestromes sind nicht vollständig geklärt, jedoch haben sich einige allgemeine Beobachtungen ergeben. Eine Erklärung für das genannte Phänomen besteht darin, daß bei der Funkenentladung Ionen erzeugt werden, die auf dem Isolator gespeichert werden und das elektrische Feld um die Entladefläche herum intensivieren, so daß eine große Anzahl von Elektronen aus 5 dem Metall der Rotor-Eletrode emittiert werden und die Ionisation in der Rotor-Elektrode intensiviert wird. Eine derartige Rotor-Elektrode aus Messing mit einer Anzahl von Schlitzen, die mit einem isolierenden Material gefüllt sind, hat sich insoweit als wirksam erwiesen, als der Spannungswert, bei dem der Entladestrom beginnt, wesentlich reduziert worden ist. Dies ermöglicht eine Verringerung der Zündenergie-Verluste aufgrund der Funken-Entladung.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotor-Elektrode 18. Die Rotor-Elektrode 18 umfaßt einen Elektrodenkörper

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18a aus leitendem Material, der auf seiner Entladefläche eine Anzahl von quer verlaufenden und in Längsabständen liegenden Schlitzen aufweist, die mit isolierendem Material 18b gefüllt sind. 5

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Rotor-Elektrode der vorliegenden Erfindung, bei der der leitende Elektrodenkörper 18a in seiner Entladefläche eine Anzahl von längsgerichteten, in Querrichtung in Abständen liegenden Schlitz aufweist, die mit isolierendem Material 18b gefüllt sind.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 weist die Entladefläche des Elektrodenkörpers 18a eine Anzahl von in Querrichtung verlaufenden und in Längsabständen liegenden Schlitzen sowie eine Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden und in Querabständen liegenden Schlitzen auf, so daß die Schlitze einander kreuzen. Die Schlitze sind mit isolierendem Material 18c gefüllt. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Rotor-Elektrode 18 in dem leitenden Elektrodenkörper 18a im Bereich der Entladefläche eine Anzahl von Isolatoren 18b aufweist, die stift- oder zapfenförmig ausgebildet und auf die Entladefläche geklebt sind. Die Entladefläche dieses Elektrodenkörpers 18a kann mit einem Silikon-Überzug in Punktform überzogen sein.

Die zuvor beschriebenen Rotor-Elektroden bestehen hinsichtliche des leitenden Materials beispielsweise aus Metall, wie etwa Kupfer, Messing, Aluminium und dgl., oder Ferrit, jedoch sind auch andere Materialien möglich. Das isolierende Material kann SiO₂, SiOo/ ^A12°3' Keramik oder dgl. sein. Mit einer derartigen Rotor-Elektrode 18, die einen leitenden Elektrodenkörper 18a aus Metall, wie etwa Kupfer, Messing oder dgl. aufweist, beträgt die Rauschunterdrückung 15 bis 20 dB im Vergleich zu herkömmlichen Rotor-Elektroden aus Messing,

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Eine weitere Rauschunterdrückung von 10 dB kann erreicht werden mit einer Rotor-Elektrode, deren Elektrodenkörper 18a aus Ferrit besteht.

im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die alternative Anordnung von leitenden und isolierenden Materialien auf den festen seitlichen Elektroden 30 oder sowohl auf der Rotor-Elektrode 18 und den festen Elektroden vorzusehen.

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Es hat sich gezeigt, daß eine Schicht aus leitendem Material, die mit einem flüssigen, isolierenden Material, die mit einem flüssigen, isolierenden Material imprägniert ist und auf einer oder beiden Entladeflächen der gegenüberliegenden Elektroden 18,30 vorgesehen ist, zu einer erheblichen Reduzierung des Spitzenwertes des kapazitiven Entladestroms führt. Eine derartige Rotor-Elektrode, die auf ihrer Entladefläche mit einer leitenden Schicht versehen ist, die mit einer flüssigen Isoliermaterial imprägniert ist, hat sich als äußerst wirksam erwiesen und zu einer Reduzierung der Spannung bei Beginn der Funkenentladung geführt. Dadurch werden die Zündenergieverluste bei der Funkenentladung verringert,

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Fig. 7a und 7b veranschaulichen eine andere Ausführungsform der Rotor-Elektrode, Die Rotor-Elektrode 18 umfaßt einen Elektrodenkörper 18a aus leitendem Material, wie etwa Kupfer, Messing, Aluminium oder dgl., und eine poröse Metallschicht 18c auf der Entladefläche des Elektrodenkörpers. Die poröse Metallschicht ist mit einem flüssigen Isoliermaterial 18d, wie etwa Silikon-Öl, Silikon-Fett oder dgl. getränkt. Beispielsweise kann die poröse Metallschicht 18c durch Sintern von Kupferpulver bei hoher Temperatur hergestellt werden. Anstelle der porösen Metallschicht kann Ferrit verwendet werden, das nicht porös ist, jedoch mit einem

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flüssigen Isoliermaterial imprägniert werden kann. Eine weitere Reduzierung des Rauschens τφα 10 dB wird im Vergleich zu einer Rotor-Elektrode mit einer posö« sen Schicht durch eine Rotor-Elektrode mit einer Ferrit-« Schicht auf der Entladefläche erreicht.

Wenn das poröse Material oder die Ferrit-Schicht mit einem Silikon-Öl imprägniert und sodann auf hohe Temperatur erhitzt worden sind, geht das Silikon-Öl über in chemisch stabiles SiO₃. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das Metall oder die Ferrit-Schicht, die mit dem flüssigen isolierenden Material imprägniert sind, auf einer Entladefläche oder auf beiden Entladeflächen sowohl des Rotors als auch der festen Elektroden vorgesehen sein können. Gewünschtenfalls kann aus herstellungstechnischen Gründen die Rotor-Elektrode 18 als solche aus Metall oder Ferrit bestehen, das mit einem flüssigen Isoliermaterial imprägniert ist.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm zum Vergleich der Rauschfeld-Intensität bei vorgegebenen Frequenzen. In diesem Falle ist 1 μν/m ausgedrückt als 0 dB, wenn eine Maschine von 1800 ecm Hubraum bei 1500 1/min. läuft. Die gestrichelte Linie bezieht sich auf einen herkömmlichen Zündverteiler und die durchgezogene Linie auf einen erfindungsgemäßen Zündverteiler, Aus Fig. 8 geht hervor, daß die Erfindung über den gesamten Frequenzbereich eine Reduzierung des Rauschens um 10 dB bewirkt.

Der erfindungsgemäße Zündverteiler ist daher geeignet zu einer erheblichen Rauschunterdrückung, ohne daß eine Verringerung der Zündleistung in Kauf genommen werden muß, und er ist zudem einfacher aufgebaut und mit geringen Kosten herstellbar.

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OHtGINAL INSPECTED

Claims

WG9262/298(3)/TK St/ri

1. NISSAN MOTOR COMPANY, LTD.

No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

2. HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, TOKYO, Japan

ZÜNDVERTEILER

PRIORITÄTEN: 11. Dezember 1978, Japan, No. 53-152029 11. Dezember 1978, Japan, No. 53-152032

PATENTANSPRÜCHE

1J Zündverteiler für Brennkraftmaschinen mit einer Anzahl /on Zylindern, die jeweils eine Zündkerze aufweisen, mit einer Anzahl von feststehenden Elektroden, die in Abständen im Umfang verteilt und elektrisch mit den jeweiligen Zündkerzen verbunden sind, und eine mit einer Stromquelle verbundene Rotor-Elektrode, die innerhalb des Kreises der festen Elektroden drehbar ist und diesen nacheinander beim Lauf der Brennkraftmaschine unter Bildung eines schmalen

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Spalts gegenübertritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Elektrode (18) und/oder die festen Elektroden (30) auf der der jeweils gegenüberliegenden Elektrode zugewandten Oberfläche aus leitendem und isolierendem Material in Kombination gebildet ist.

2. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Elektrode (18) auf ihrer den festen Elektroden (30) gegenüberliegenden Oberfläche aus einem leitenden Material besteht, in dem sich eine Anzahl von Schlitzen befindet, die mit isolierendem Material (18b) gefüllt sind.

3. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Rotor-Elektrode (18) auf ihrer den festen Elektroden (30) gegenüberliegenden Oberflächen eine Anzahl von Isolatoren (18b) in Punktform aufweist.

4. Zündverteiler nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Rotor-Elektrode (18) auf ihrer den festen Elektroden (30) gegenüberliegenden Oberfläche mit einem punktförmigen SiIikon-überzug abgedeckt ist.

5. Zündverteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Ferrit ist.

6. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Rotor-Elektrode auf ihrer den festen Elektroden (30) gegenüberliegenden Oberfläche mit einer leitenden Schicht (18c) überzogen ist, die mit einem flüssigen Isoliermaterial (18d) imprägniert ist.

7. Zündverteiler nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die leitende Schicht (18c) aus porösem Metall besteht,

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8. Zündverteiler nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die leitende Schicht (18c) aus Ferrit besteht.

9. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Isoliermaterial (18d) Silikon-Öl ist.

10. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Isoliermaterial (I8d) Silikon-Fett ist.

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