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Störungsunterdrückende Zündanlage für Kfz-Verbrennungs-
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motor sowie Zündkerze hierfür Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein eine Zündanlage für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor, welcher zufiedenstellend
und erfolgreich das Geräusch bzw. die Störung bei der Funkenzündung unterdrücken
kann, welche von der Zündanlage erzeugt wird, während sie die Zündung in einem Motorzylinder
durchführt.
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Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine störungsunterdrückende
Funkenzündanlage, welche eine störungsunterdrückende Zündkerze und einen entladungsfreien
Verteiler umfaßt, der in Zusammenwirkung mit der störungsunterdrückenden Zündkerze
arbeitet, um die zündungsbedingte Störung zu unterdrücken.
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Wie bekannt ist, gibt es eine Tendenz zum Erzeugen funkenzündungsbedint.ter
Störungen infolge der Funkenzündung, infolge der beträchtlich hohen Spannung, die
am Verteiler und der Zündkerze angelegt wird. Eine solche zündungsbedingte Störung
wird auf verschiedenartige elektrische Ausstattungsteile oder Einrichtungen des
Fahrzeugs übertragen und verursacht einen nachteiligen, störenden Eingriff. Beispielsweise
können
zündungsbedingte störungen in den Empfang eines Autoradios
und in verschiedenartige Meßfühlersignale elektronische Steuer- bzw. Regel systeme
eingreifen, wie etwa eine elektronische Motor-Steueranlage zum vollständigen Steuern
der Motortätigkeit, eine elektronische Treibstoffeinspritz-Steueranlage, eine elektronische
Antiblockierungs-Steueranlage und eine Steueranlage für das automatische Kraftfahrzeuggetriebe.
Die störende Überlagerung von Radiofrequenzen beim Radio oder Fernseher verursacht
eine Verschlechterung des empfangenen Tones oder des Fernsehbildes. Ferner führt
die Störung von Meßfühlersignalen zu Fehlern im elektronischen Steuersystem, so
daß die Fahrzeugeinrichtungen fehlgesteuert werden Bisher wurden verschiedenartige
Versuche unternommen, um die zündungsbedingte Störung zu unterdrücken, und verschiedenartige
Einrichtungen und/oder Systeme wurden hierfür entwickelt. Es wurde allgemein in
Betracht gezogen, daß die Unterdrückung der zündungsbedingten Störung dadurch durchgeführt
werden kann, daß man die Zündkerzen und den Verteiler verbessert, und daß man die
Verdrahtung in der Zündanlage verbessert, welche als die Störung übertragendes Medium
dient. Nachfolgend sind die herkömmlich entwickelten, die Störung unterdrückenden
. Einrichtungen beschrieben.
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Für Zündkerzen wurde ein Widerstand vorgesehen, der aus Rohlenstoff,
Glas usw. hergestellt war und einen Widerstandswert von etwa 3 bis 20 kR aufwies.
Der Störungspegel, der in einer solchen, mit einem Widerstand versehenen Zündkerze
erzeugt wurde, ist um etwa 10 bis 15 dB verringert. Für die Zündanlagenverdrahtung
können Hochspannungskabel mit einem kohlenstoff imprägnierten Leinenkern, graphitgesättigten
Faserglaskern usw. verwendet werden, um die Abstrahlung von zündungsbedingten Störungen
zu verhindern. Dies würde die Verringerung des Störungspegels um etwa
20
bis 30 dE bewirken. Für den Verteiler ist eine Widerstandsspule von etwa 1 bis 2
kSl an einem Rotor angebracht. Die Widerstandsspule trachtet danach, die Erzeugung
von Störungen zu verhindern. Bei Versuch ist ein Verteiler vorgesehen, der einen
breiten Spalt von etwa 1,524 bis 6,35 an dem Kontaktpunkt zwischen den Elektroden
des Rotors und der Kontaktanordnung aufweist. Es wurde auch ein Verteiler mit einem
Rotor entwickelt, der mit einer Hochwiderstandsschicht überzogen war.
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In herkömmlichen Einrichtungen oder Systemen zur Störungsunterdrückung
ist die Unterdrückung der zündungsbedingten Störungen noch immer unzulänglich, und
ein wirksameres System ist erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung trachtet danach, eine störungsunterdrückende
Zündanlage für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, welche in der Lage ist, die zündungsbedingten
Störungen dadurch hinlänglich zu unterdrücken, daß eine störungsunterdrückende Zündkerze
und ein entladungsfreier Verteiler miteinander kombiniert werden.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die spezielle
Kombination einer störungsunterdrückenden Zündkerze mit speziellem Aufbau und eines
entladungsfreien Verteilers zu kombinieren, was das Ausräumen oder Unterdrücken
zündungsbedingter Störungen bis zu einem befriedigenden Pegel der Überlagerung von
Radio- oder Fernsehfrequenzen und der Störungen im elektronischen Kraftfahrzeug-Steuersystem
bzw.
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-Regelsystem bewirkt.
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Um die dxs ercten und andere Ziele zu erreichen, ist eine störungsunterdrückende
Zündanlage für einen Kfz-Verbrennungsmotor vorgesehen, in welcher eine Zündkerze
einen eingebauten, monolithischen
Widerstand aufweist, der lang
genug ist, um zufriedenstellend zündbedingte Störungen zu unterdrücken, und in welcher
ein entladungsfreier Verteiler keine hohe Spannungsentladung verursacht, um zündbedingte
Störungen zu erzeugen.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Zündkerze den monolithischen
Widerstand mit einer Länge von etwa 8 mm oder mehr auf, der in der Mittelelektrode
eingebaut ist.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung
noch besser verständlich, welche nachfolgend vorgelegt wird, sowie aus den beigefügten
Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welche
allerdings nicht als Beschränkung für die Erfindung angesehen werden soll, sondern
lediglich zu deren Erläuterung und Erklärung dient.
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In den Zeichnungen ist: Fig. 1 ein Schaltbild, welches den allgemeinen
Aufbau des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen, störungsunterdrückenden
Zündanlage darstellt, Fig. 2 ein vergrößerter Längsschnitt durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel einer störungsunterdrückenden Zündkerze, die in der Zündanlage
der Fig. 1 verwendet ist, Fig. 3 eine Darstellung der elektrischen Feldintensität
der zündbedingten Störungen in Zuordnung zur Frequenz der Störungen, Fig. 4 die
Ansicht eines Schnitts durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines entladungsfreien
Verteilers bei der Zündanlage in Fig. 1, und Fig. 5 eine Draufsicht auf den Rotor
des Verteilers der Fig. 4.
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Es wird nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 Bezug
genommen; dort ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen, störungs-.
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unterdrückenden Zündanlage gezeigt. Eine Zündspule 11 hat eine Primärwicklung
11a, die an Unterbrecher 10a und 1Ob angeschlossen ist, wie an Unterbrecheranschlüsse
oder Transistoren, und zwar mit ihren beiden Enden.
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Die Primärwicklung 11a ist auch mit einer Fahrzeugbatterie 12 über
einen Zündschalter 12a an einem mittleren Abschnitt hiervon angeschlossen. Die Unterbrecher
1 Oa und 1 Ob sind derart zugeordnet, daß sie die Primärstromkreise 1 und 2 unterbrechen,
welche aus dor Fahrzeugbatterie 12, dem Zündschalter 12a, dem Abschnitt 11b der
Primärwicklung 11a und dem Unterbrecher 10a bzw. der Batterie 12, dem Zündschalter
12a, dem Abschnitt 11c der Primärwicklung 11a und dem Unterbrecher 1Ob bestehen.
Eine Sekundärwicklung lid ist gegenüber der Primärwicklung angeordnet, um einen
induzierten Strom mit einer beträchtlich hohen Spannung zu erzeugen, um die Funkenzündung
in den Zündkerzen 13a, 13b, 13c und 13dazu bewirken, wenn einer der Primärstromkreise
1 und 2 unterbrochen wird.
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Die Sekundärwicklung 11d weist Anschlüsse 16b und 16a an jedem ihrer
Enden auf. Die'Anschlüsse 16b und 16a sind mit Anschlüssen 15b und 15a durch Hochspannungskabel
17b und 17a verbunden. Der Anschluß 15b ist seinerseits mit den Zündkerzen 13a und
13b über Dioden 14a und 14b verbunden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Kathode
der Diode 14a mit Zündkerzen 13a und die Anode der Diode 14b mit der Zündkerze 13a
und In ähnlicher Weise ist der Anschluß 15a mit der Anode der Diode 14c verbunden,
deren Kathode ihrerseits mit der Zündkerze 13c verbunden ist, sowie mit der Kathode
der Diode 14d, deren Anode ihrerseits mit der Zündkerze 13d verbunden ist.
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Wenn man davon ausgeht, daß der Unterbrecher 1Ob den durch den Abschnitt
11c der Primärwicklung 11a fließenden Strom unterbricht, dann fließt die Batteriespannung
durch den Zündschalter 12a, den Abschnitt 11b der Primärwicklung 11a und den Unterbrecher
10a, wie dies durch eine ausgezogene Linie in Fig. 1 dargestellt ist. Auf diese
Weise strömt der induzierte Strom im Sekundärstromkreis bzw. in der Sekundärwicklung
11d derart, wie dies in Fig. 1 durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist. Zu
diesem Zeitpunkt wird am Anschluß 16a positive Hochspannung und am Anschluß 16b
negative Hochspannung erzeugt. Diese positiven und negativen Hochspannungen werden
an die Anschlüsse 15a und 15b durch die Hochspannungskabel 17a und 17b angelegt,
um die Funkenzündung in den Zündkerzen 13b und 13c durchzufühen.
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Die Unterbrechungszeit der Unterbrecher 10a und 1Ob entspricht der
Kolbenbewegung in den Motorzylindern.
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In Fig. 1 ist der Unterbrecher 10a dazu eingerichtet, einen Funken
über die Zündkerzen 13a und 13d in den Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 zu verursachen,
deren entsprechende Kolben sich im Kompressionstakt näherungsweise am oberen Totpunkt
befinden. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Kolben der Zylinder Nr. 2 und Nr.
3 im Expansionstakt näherungsweise am unteren Totpunkt.
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Andererseits ist der Unterbrecher 1Ob dazu eingerichtet, einen Funken
über die Zündkerzen 13b und 13c hinweg zu erzeugen, wenn die Kolben in den Zylindern
Nr. 2 und Nr. 3 sich im Kompressionstakt nahe dem oberen Totpunkt befinden. Zu diesem
Zeitpunkt befinden sich die Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 im Expansionstakt und nähern
sich ihrem unteren Totpunkt.
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Wenn man davon ausgeht, daß der Unterbrecher 10a den Abschnitt 11b
des Primärstromkreises unterbricht,
dann wird einer der Kolben
in den Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 das Luf-/Treibstoffgemisch verdichten, das hierin
eingeleitet wurde, und der andere wirkt abgasverdichtend. Wenn man zusätzlich annimmt,
daß das Luft-/Treibstoffgemisch im Zylinder Nr.1 verdichtet wurde und deshalb der
Kolben im Zylinder Nr. 4 Abgas verdichtet, dann wird die Zündung im Zylinder Nr.
1 durch den Funken aus der Zündkerze 13a bewirkt. Obwohl nun die Zündkerze 13d ebenfalls
einen Lichtbogen bildet, wird allerdings die Zündung im Zylinder Nr. 4 zu diesem
Zeitpunkt nicht bewirkt. Als nächstes wird, wie beim vorangehenden, die Funkenzündung
im Zylinder Nr. 2 dadurch stattfinden, daß der Strom durch den Abschnitt 11c der
Primärwicklung 11a unterbrochen wird.
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Nachfolgend bewirken die Zylinder Nr. 4 und Nr. 3 der Reihe nach die
Verbrennung.
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Fig. 2 zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der stör1ngsunterdrückenden
Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Zündkerze 13 besteht aus einer Metallhülse
136, an welcher ein Porzellanisolator 133 und eine Elektrode 132 befestigt sind,
welche sich durch die Mitte des Isolators hindurch erstreckt. Die Metallhülse 136
weist eine kurze Elektrode 137 auf, welche an ihrer einen Seite angebracht ist und
zur Achse der Mittelelektrode 132 hin gebogen ist. An der Außenseite der Metallhülse
136 ist ein Gewinde 138 angeordnet, welches es ermöglicht, diese Hülse in eine Gewindebohrung
im Zylinderkopf des Motors einzuschrauben. Die beiden Elektroden 137 und 132 sind
aus speziell schwerem Draht, und es liegt ein Spalt 132' von etwa 2,033 mm zwischen
ihnen vor. Der elektrische Lichtbogen überspringt diesen Spalt, um das Luft-/ Treibstoffgemisch
im Motorzylinder zu zünden, und er geht von der mittleren oder isolierten Elektrode
zur an Masse liegenden oder äußeren Elektrode 137 über. Die Abdichtung zwischen
dem Metallsockel, dem Porzellan und der Mittelektrode 132 sowie das
Porzellan
selbst müssen im Stande sein, dem hohen Druck und der Temperatur zu widerstehen,
die während des Arbeitstaktes im Motorzylinder erzeugt werden.
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Die Zündkerze 13 weist einen eingebauten Widerstand 134 auf, welcher
einen Teil ihrer Mittelelektrode bildet. Der eingebaute Widerstand 134 ist aus einem
gesinterten Gemisch einer Dichtungsmasse, Kohlenstoffpulver und Glaspulver hergestellt.
Das rohe Gemisch wird zwischen dem oberen Abschnitt 132a der Mittelelektrode 132,
sicher mit-'dsm Stromeinspeisungsanschluß 132b verbunden' ist, und dem unteren Abschnitt
132c der Mittelelektrode 132, welcher als Entladungselektrode dient, eingebracht.
Dann wird das Gemisch durch einen geeigneten Prozeß gesintert. Der eingebaute Widerstand
ist etwa 8 mm lang oder länger, und zwar in einer Zündkerze mit einer Länge von
etwa 78 bis , 79 mm. Bei diesem Aufbau kann die Zündkerze der vorliegenden Erfindung
den Pegel der zündungsbedingten Störungen um etwa 25 bis 30 dB unterdrücken.
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Diese Störungsunterdrückung durch den eingebauten Widerstand erfolgt
aufgrund der Filterwirkung, welche vom eingebauten Widerstand geliefert wird, und
zwar äquivalent zur Wirkung, die von einem Kondensator geliefert wird, der parallel
zur Zündkerze geschaltet ist. Der Pegel der Störungsunterdrückung hängt von der
Länge 1 des eingebauten Widerstandes ab und ist proportional zur Länge.der Mittelelektrode.
Zieht man die Schwierigkeit der Herstellung in Betracht, dann würde die maximale
Länge des eingebauten Widerstandes etwa 20 mm betragen. Deshalb liegt beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel die Länge des eingebauten Widerstands vorzugsweise im Bereich
von etwa 8 bis 15 mm.
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Die störungsunterdrückende Wirkung beim gezeigten Ausführungsbeispiel
kann verglichen werden mit der
herkömmlichen Störungsunterdrückung
unter Bezugnahme auf Fig. 3. In Fig. 3 zeigt die Linie A die elektrische Feldintensität
von. Störungen aus einer typischen, herkömmlichen Zündanlage ohne störungsunterdrückende
Einrichtungen, die Linie B zeigt die elektrische Feldintensität der Störung aus
einer herkömmlichen Zünd anlage, welche die störungsunterdrückende Zündkerze der
Fig. 2 verwendet, die Linie C zeigt die elektrische Feldintensität der störungsunterdrückenden
Zündanlage der Fig. 1, wobei Zündkerzen eines herkömmlichen Typs verwendet wurden,
und die Linie D zeigt die elektrische Feldintensität der Zündschaltung der Fig.
1 in Verbindung mit der Zündkerze der Fig. 2. Diese Werte wurden aus Experimenten
mit einem 1800 cm3 - 4-Zylinder-Motor erhalten. Jede Linie zeigt die Änderung der
elektrischen Feldintensität bezüglich der Frequenz (MEz). In der Darstellung der
Fig. 3 wurde 1 V/m so festgelegt, daß es O dB ist.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann bei der störungsunterdrückenden
Zündanlage, die erläutert wird und welche die störungsunterdrückende Zündkerze umfaßt,
die Störung in der Anlage im Bereich von etwa 10 bis 20 dB gehalten werden. Dies
ist beträchtlich weniger als der Bereich einer herkömmlichen Zündanlage.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verteilers. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die entladungsfreie Verteilung der
Zündspannung durch einen mechanischen, entladungsfreien Verteiler vorgenommen, wie
er in Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der Verteiler
20 allgemein einen Deckel 202 aus elektriisch isolierendem Material und einen Rotor
204. Der Rotor 204 weist eine Rotorelektrode 206 auf, welche sich radial von seiner
Mitte aus erstreckt. Die Cberfiäche der Rotorelektrode 206 schließt
bündig
mit der oberen Oberfläche des Rotorkörpers 208 ab. Der Rotor 204 ist dazu eingerichtet,
über eine Rotorwelle 210 synchron zur Motordrehung zu rotieren.
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Der Mittelabschnitt 212 der Rotorelektrode 206 berührt eine Mittelelektrode
214, welche sich vom Deckel 202 aus erstreckt und einen Anschluß 216 aufweist. Ein
Hochspannungskabel ist an die Zündspule mit dem anderen Ende angeschlossen. Umfangselektröden
218, deren Anzahl der Anzahl der Motorzylinder entspricht, sind radial symmetrisch
um die Mittelelektrode 214 angeordnet und sind jeweils mit einer entsprechenden
Zündkerze über ein Hochspannungskabel verbunden. Die Umfangselektroden 218 kamen
bei Drehung des Rotors 204 aufeinanderfolgend mit der Rotorelektrode 206 in Berührung.
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Bei diesem Aufbau stehen die Mittelelektrode und die Umfangselektroden
214 und 218 ständig in Berührung mit der oberen Oberfläche des Rotors 204, lassen
keinerlei Spalte hierzwischen frei und verhindern deshalb das Auftreten einer Lichtbogenbildung.
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Während die vorliegende Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen des speziellen, oben erläuterten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, kann die Erfindung abgewandelt werden und auf irgendeine Weise
ausgeführt werden, ohne daß man ihr Prinzip verläßt.