DE4132285C2 - Zündkerze mit einer Ionisationsstrom-Detektorelektrode - Google Patents
Zündkerze mit einer Ionisationsstrom-DetektorelektrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen
mit einer Ionisationsstrom-Detektorelektrode gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE-OS 38 28 518 ist eine Zündkerze mit zwei
Ionisationsstrom-Detektorelektroden bekannt, bei der in einem
Gehäuse sich axial durch das Gehäuse ein elektrischer Isolator
erstreckt. Außerdem ist bei dieser bekannten Zündkerze eine
Mittelelektrode vorhanden, die sich mittig durch den Isolator
erstreckt und deren eines Ende innerhalb einer
Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine frei liegt und deren
anderes Ende elektrisch mit einer Zündspule verbunden ist. Bei
dieser bekannten Zündkerze ist die Mittelelektrode gleichzeitig
Masseelektrode und teller- oder T-förmig ausgebildet. Ferner
sind mindestens zwei ringförmig ausgebildete, konzentrisch zur
Masseelektrode angeordnete Ionisierungsstrom-Detektorelektroden
vorgesehen. Diese bekannte Zündkerze weist insgesamt einen
komplizierten, schwer zu fertigenden Aufbau auf.
Eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 29 39 690
bekannt. Bei der hieraus bekannten Zündkerze sind zwei
Ionenstromsonden am äußersten Rand eines Isolierkörpers
diametral gegenüberliegend eingebettet. Dazwischen ist eine
hakenförmige Masseelektrode angeordnet. Für den Anschluß der
Ionensonden ist in der ein Verfahren betreffenden genannten
Druckschrift nichts ausgesagt. Jedenfalls müssen beide
Ionensonden innerhalb des Zündkerzenkörpers elektrisch
miteinander verbunden und an die gemeinsame Leitung
angeschlossen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode versehene Zündkerze für eine
Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach und kostengünstig
gefertigt werden kann und zuverlässige Ergebnisse liefert.
Diese Aufgabe wird
durch eine Zündkerze mit einer Ionisationsstrom-Detektorelektrode
gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorzugsweise erstreckt sich das Ende der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode, die dem
Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Verbrennungskammer
ausgesetzt ist, vorzugsweise um eine vorgegebene Länge in
die Verbrennungskammer.
Ferner enthält die Zündkerze vorzugsweise einen Anschluß,
der fest mit dem elektrischen Isolator verbunden ist, um
die Ionisierungsstrom-Detektorelektrode elektrisch mit
einer externen Ionisierungsstrom-Detektorschaltung zu
verbinden.
Die Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung
angesehen werden, sind insbesondere in den anliegenden
Ansprüchen aufgeführt. Der Aufbau und die Betriebsweise
der Erfindung selbst ergeben sich jedoch am besten aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den
anliegenden Zeichnungen; es zeigt:
Fig. 1 eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 die Zündschaltung für die Zündkerze nach
Fig. 2;
Fig. 4 Einzelheiten des unteren Endabschnittes
einer typischen Zündkerze, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
versehen ist;
Fig. 5 Einzelheiten des unteren Endabschnittes
einer Zündkerze gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung, die mit
einer Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
ausgestattet ist;
Fig. 6 die externe Leitungsanordnung einer
typischen Zündkerze, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
versehen ist;
Fig. 7 die externe Leitungsanordnung einer
Zündkerze gemäß einer vierten
Ausführungsform der Erfindung, die mit
einer Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
ausgestattet ist;
Fig. 8 die typische Form einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode der
Zündkerze zusammen mit der zugehörigen
Schaltung;
Fig. 9 eine bekannte Zündkerze für eine Brennkraftmaschine,
die den Ionisierungsstrom erfassen kann;
Fig. 10 die Zündschaltung, die mit einer bekannten
Zündkerze ausgestattet ist, die den Ionisierungsstrom
erfassen kann.
Die Zündkerze 100 für eine Brennkraftmaschine enthält
eine Mittelelektrode 1 und eine an Masse liegende
Elektrode 2, die der Mittelelektrode 1
gegenüberliegt. Der Zündfunke wird zwischen der
Mittelelektrode 1 und der an Masse liegenden Elektrode
2 erzeugt, um die Verbrennung des
Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb des Zylinders einer
Brennkraftmaschine einzuleiten. Die Mittelelektrode 1
wird von einem elektrischen Isolator 3 umgeben. Der
elektrische Isolator 3 wird zum Teil von einem Gehäuse
4 umgeben. Die Mittelelektrode 1 ist mit einer
elektrisch leitenden Klemme 5 verbunden, die an eine
Zündspule 7 angeschlossen ist, und zwar zur Verhinderung
von Rückströmen über eine Diode 6. Ferner ist die Klemme
5 an die negative Elektrode einer Gleichspannungsquelle
10 angeschlossen, und zwar über eine Diode 8 zur
Verhinderung von Rückströmen und über einen Widerstand
9. Schließlich ist die Kathode der Diode 8 über einen
Kondensator und einen Widerstand 12 an Masse gelegt. Die
Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 11 und dem
Widerstand 12 ist an eine Ausgangsklemme 13
angeschlossen, über die ein
Ionisierungsstrom-Erfassungssignal D erhalten wird.
Wie in Fig. 10 dargestellt ist, ist die Sekundärseite der
Zündspule 7 an den Kollektor eines Leistunstransistors
15 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt. Die
Basis des Leistungstransistors 15 ist mit einer
Eingangsklemme 16 verbunden, an die ein Steuersignal aus
einer (nicht gezeigten) Steuereinheit für den
Brennstoffeinspritz/Zünd-Zeitpunkt eingegeben wird.
Der Betrieb der vorstehenden bekannten Zündspulenschaltung
für eine Brennkraftmaschine ist wie folgt. Eine hohe
negative Spannung I wird durch die Zündspule 7
erzeugt, die über die Diode 6 der Mittelelektrode 1
der Zündkerze 100 zugeführt wird. Somit wird ein
Zündfunke zwischen der Mittelelektrode 1 und der an
Masse liegenden Elektrode 2 zwecks Zündung des
Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb des Zylinders der
Maschine erzeugt. Die resultierende Verbrennung bewirkt
eine Ionisierung des Gases innerhalb des Zylinders und
somit wird ein Ionisierungsstrom an der Ausgangsklemme
13 in Form des Ionisierungsstrom-Erfassungssignals D
erfaßt.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen
gleiche oder entsprechende Teile oder Abschnitte.
Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen werden
nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Zündkerze gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung für eine Brennkraftmaschine,
wobei die Teile 1 bis 5, der Teil 7 und die Teile 9 bis 13
die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen,
bekannten Zündkerze sind. Das Gehäuse 4 besteht aus
einem elektrisch leitenden Werkstoff (d. h. einem Metall),
und die an Masse liegende Elektrode 2 ist fest am
Gehäuse 4 befestigt. Außerdem ist eine
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 vorgesehen, deren
unteres Ende teilweise in den Zylinder der
Brennkraftmaschine vorsteht. Die äußere Klemme der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 ist mit dem
Widerstand 9 und dem Kondensator 11 über eine Leitung
21 verbunden.
Der Betrieb der Ausführung nach Fig. 1 ist wie folgt. Eine
hohe negative Spannung, die durch die Zündspule 7
synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine erzeugt
wird, wird unmittelbar der Mittelelektrode 1 zugeführt,
so daß zwischen der Mittelelektrode 1 und der an Masse
liegenden Elektrode 2 eine Funkenentladung erzeugt wird,
die das Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Zylinders
der Brennkraftmaschine entzündet.
Die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches induziert
dessen Ionisierung. Somit fließt als Folge einer
negativen Spannung, die durch die
Gleichstromspannungsquelle 10 zwischen
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 und Masse liegt,
ein Ionisierungsstrom über die
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 und die an Masse
liegende Elektrode 2 und durch den Widerstand 9. Da
ferner der Kondensator 11 durch die
Gleichspannungsquelle 10 vor der Zündung aufgeladen
wird, fließt ein Teil des Ionisierungsstroms über den
Widerstand 12. Der Ionisierungsstrom wird somit an der
Ausgangsklemme 13 als eine am Widerstand 12 liegende
Spannung erfaßt.
Fig. 2 zeigt eine Zündkerze gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung für eine Brennkraftmaschine,
und Fig. 3 stellt die Zündschaltung für die Zündkerze nach
Fig. 2 dar, wobei die Teile 1-5, 7, 9-13, 15, 16 die
gleichen wie bei der bekannten
Zündkerze nach den Fig. 9 und 10 sind. Außerdem ist eine
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 vorgesehen, deren
unteres Ende teilweise in den Zylinder der
Brennkraftmaschine hineinragt. Die äußere Klemme der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 ist über eine
Leitung 21 mit dem Widerstand 9 und dem Kondensator
11 verbunden. Die Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
20 ist bezüglich der an Masse liegenden Elektrode 2 an
der gleichen Seite wie die Mittelelektrode 1
angeordnet. Das heißt, die an Masse liegende Elektrode
2 und die Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20
liegen zu entgegengesetzten Seiten der Mittelelektrode
1. Die Mittelelektrode 1 erstreckt sich durch eine
zentrale Durchtrittsöffnung 22 durch den elektrischen
Isolator 3. Soweit bisher beschrieben, ist die zweite
Ausführungsform ähnlich jener der Fig. 1. Die zweite
Ausführungsform der Fig. 2 und 3 ist durch den Umstand
gekennzeichnet, daß der elektrische Isolator 3 einen
unteren erweiterten Abschnitt hat, der vom Gehäuse 4
umgeben wird, und daß sich die
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 durch eine
seitliche Durchtrittsöffnung 23 erstreckt, die vertikal
durch die Seitenwand des erweiterten Abschnittes des
elektrischen Isolators 3 verläuft. Somit genügt es, die
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 durch die
seitliche Durchtrittsöffnung 23 des elektrischen
Isolators 3 einzuführen, um die
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 mit der äußeren
Ionisierungsstrom-Detektorschaltung zu verbinden. Diese
Befestigungsanordnung der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 ist einfach und
billig.
Fig. 4 zeigt Einzelheiten des unteren Endabschnittes einer
Zündkerze, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode ausgestattet ist.
Andererseits zeigt Fig. 5 die Einzelheiten des unteren
Endabschnittes einer Zündkerze gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode ausgestattet ist.
Gemäß Fig. 4 ist das untere Ende der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 typischerweise
auf gleicher Höhe wie das Bodenende des Gehäuses 4 oder
ein wenig höher, damit die Ausbreitung der
Verbrennungsgasströmung innerhalb der Verbrennungskammer
60 der Brennkraftmaschine 50 nicht gestört wird. Diese
Geometrie der Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 bewirkt,
daß die Empfindlichkeit der
Erfassung geringer ist als bei der Zündkerze nach Fig. 5,
da das Ende der Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 nicht die
Verbrennungsgasströmung erreicht, die innerhalb der
Verbrennungskammer 60 des Zylinders der
Brennkraftmaschine 50 Ionen erzeugt. Somit erstreckt
sich gemäß Fig. 5 nach der dritten Ausführungsform der
Erfindung das untere Ende der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20, ausgehend vom
Bodenende des Gehäuses 4, um eine vorgegebene Länge l
in die Verbrennungskammer 60 hinein, so daß das Ende
der Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 die
Verbrennungsgasströmung erreicht, die Ionen erzeugt. Somit
wird die Empfindlichkeit der Erfassung des
Ionisationsstromes mittels der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 verbessert. Der
genaue Werte dieser in die Verbrennungskammer 60
vorstehenden Länge l der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 wird am besten
für jede Geometrie der Verbrennungskammer 60 und der
Mittelelektrode 1 sowie der an Masse liegenden
Elektrode 2 experimentell ermittelt.
Fig. 6 zeigt die externe Leitungsanordnung einer
typischen Zündkerze, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode ausgestattet ist,
während Fig. 7 die externe Leitungsanordnung einer
Zündkerze gemäß einer vierten Ausführungsform der
Erfindung angibt, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode versehen ist.
Im Falle einer typischen Zündkerze, die mit einer
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 ausgestattet und
in Fig. 6 angegeben ist, ist die
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 mit der
Ionisierungsstrom-Detektorschaltung über eine Leitung 21
verbunden, die an die Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
20 angeschlossen ist und ferner über eine mit der
Leitung 21 verbundene Buchse 70. Diese Anordnung hat
jedoch den Nachteil, daß die Befestigung der Zündkerze
100 an der Brennkraftmaschine durch die an der Zündkerze
100 vorstehende Leitung 21 erschwert wird. Ferner
verringern unterschiedliche Längen der Leitung 21, die
für unterschiedliche Typen von Brennkraftmaschinen
erforderlich sind, die Fertigungseffizienz. Infolgedessen
erhöhen sich die Produktionskosten der Zündkerzen gegenüber einer
Zündkerze nach Fig. 7.
Somit ist gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung
nach Fig. 7 eine Anschlußbuchse 80 zur Verbindung der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 an die externe
Ionisierungsstrom-Detektorschaltung am elektrischen
Isolator 3 befestigt, so daß die Anschlußbuchse 80
fest mit dem elektrischen Isolator 3 verbunden ist. Auf
diese Weise kann die Leitung 21 nach Fig. 6, die sich
von der Zündkerze 100 weg erstreckt, entfallen. Die
Anschlußbuchse 80 besteht aus einem elektrischen
Isolierwerkstoff, und die
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 erstreckt sich
zentral durch die Buchse. Infolgedessen wird die
Fertigungseffizienz verbessert und die Produktionskosten
werden verringert.
Fig. 8 zeigt die typische Form der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode der Zündkerze zusammen
mit der zugehörigen Schaltung.
Gemäß Fig. 8 ist die Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
20 über die Leitung 21 und die Anschlußbuchse 70
mit der negativen Spannungsquellenschaltung 90
verbunden. Die negative Spannungsquellenschaltung 90
enthält den Widerstand 9, die Gleichspannungsquelle
10, den Kondensator 11 und den Widerstand 12, die
alle den Teilen gemäß den anderen Figuren entsprechen.
Die Ausgangsklemme 13 ist mit einer
Ionisierungsstrom-Detektoreinheit 90a verbunden. Die
Ausgangsklemme 90b der Ionisierungsstrom-Detektoreinheit
90a ist mit einer Computereinheit etc. verbunden.
Im Falle einer Zündkerze gemäß Fig. 8
erstreckt sich der stabförmige untere Endabschnitt der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode 20 einfach in die
Verbrennungskammer 60 der Brennkraftmaschine 50.
Im Falle der vorstehenden Ausführungsformen ist eine
einzige Ionisierungsstrom-Detektorelektrode vorgesehen.
Jedoch kann die Zündkerze mit einer Anzahl
Ionisierungsstrom-Detektorelektroden ausgestattet sein.
Claims (4)
1. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit
- - einem Gehäuse (4),
- - einem elektrischen Isolator (3), der sich axial durch das Gehäuse (4) erstreckt,
- - einer Mittelelektrode (1), die sich mittig durch den Isolator (3) erstreckt und deren eines Ende innerhalb einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine freiliegt und deren anderes Ende elektrisch mit einer Zündspule zu verbinden ist,
- - einer an Masse liegenden Elektrode (2), die der Mittel elektrode (1) gegenüberliegt und
- - einer Ionisierungsstrom-Detektorelektrode (20), deren eines Ende dem Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Verbrennungskammer ausgesetzt ist und deren anderes Ende an eine Ionisierungsstrom-Detektorschaltung (9 bis 12) anzuschließen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das dem Brenstoff-Luft-Gemisch
ausgesetzte Ende der Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
(20) auf der Seite der Mittelelektrode (1) angeordnet
ist, die der an Masse liegenden Elektrode (2)
abgewandt ist.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das innerhalb der Verbrennungskammer befindliche Ende der
Ionisierungsstrom-Detektorelektrode (20) sich um eine
vorgegebene Länge (l) in die Verbrennungskammer hinein
erstreckt.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mit dem elektrischen Isolator (3) eine Anschlußbuchse (80)
fest verbunden ist, über die die Ionisierungsstrom-Detektorelektrode
(20) an die Ionisierungsstrom-Detektorschaltung (9
bis 12) anzuschließen ist.
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