EP3523534A1 - Zündvorrichtung mit einer feder zur elektrischen anbindung einer zündkerze - Google Patents

Zündvorrichtung mit einer feder zur elektrischen anbindung einer zündkerze

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EP3523534A1
EP3523534A1 EP17765451.4A EP17765451A EP3523534A1 EP 3523534 A1 EP3523534 A1 EP 3523534A1 EP 17765451 A EP17765451 A EP 17765451A EP 3523534 A1 EP3523534 A1 EP 3523534A1
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EP
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spark plug
turns
ignition
ignition device
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EP17765451.4A
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Christian Mayer
Peter Pawlik
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/046—Wound springs with partial nesting of inner and outer coils
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/04—Means providing electrical connection to sparking plugs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/22—Connectors or cables specially adapted for engine management applications
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    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices

Definitions

  • Ignition device with a spring for the electrical connection of a spark plug
  • the invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, with a spark plug, an ignition coil with a voltage connection and a spring for electrically connecting the spark plug with the
  • the invention relates to a
  • a spring for transmitting the ignition voltage at a spring end can be made conical
  • Such a tapered spring is known, for example, from DE 10 2009 035 897 A1 This document describes a
  • Ignition assembly with an ignition coil, a spark plug and a spring for electrically connecting the ignition coil to the spark plug.
  • the described spring has a contact with the spark plug contact portion having a comparison to the rest of the outer circumference to the spark plug tapered outer circumference.
  • the tapered portion of the spring is received by an equally tapered recess.
  • An object of the invention is an ignition assembly
  • an ignition device for an internal combustion engine comprising a spark plug; an ignition coil with a voltage connection; and a spring for
  • a continuous spring wire in the form of external windings extends from an ignition coil side end of the spring to a spark plug end of the spring and the spring wire at the spark plug end, in particular at least in the unloaded state of the spring, in particular in the unloaded and loaded state of the spring, in the form of
  • Inner turns continue within the outer turns in a direction towards the ignition coil side end.
  • the problematic pointed contours of the spring wire end are positioned inside the spring.
  • the high electric field density and thus the high electrical energy density is enveloped by the potential of the external windings.
  • the spring geometry itself generates a sufficiently homogeneous electric field distribution.
  • spark plug end can thus be even better prevented.
  • the Ignition device is formed so that the inner turns taper conically along a longitudinal axis of the spring in a direction away from the spark plug end.
  • a recess is simultaneously created by the inner turns, which serves as a socket for receiving an electrical contact point of the spark plug.
  • the predominant length, ie more than 50% of the length, of the spring has a substantially cylindrical outer contour. The length is the dimension along the longitudinal axis of the spring from an ignition coil side end to a spark plug end of the spring.
  • a mean distance between adjacent outer turns is greater than an average distance between adjacent inner turns.
  • the invention provides an internal combustion engine with such an ignition device and a motor vehicle with such a
  • Figure 1 shows schematically an ignition device according to a
  • FIG. 1 shows the spring of the ignition device according to the
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of an ignition device 1 according to an embodiment of the invention.
  • An essential aspect of this invention is the design of a spring 2, which produces an electrical contact between an ignition coil 3 and a spark plug 4.
  • the spark plug 4 is known to the ignition of a combustible
  • the structure of the spring 2 will be explained in more detail with reference to Fig. 2, in particular, the spring 2 is shown in Fig. 2 in the unloaded state.
  • the spring 2 is constructed of a continuous spring wire, which consists of an electrically conductive material. From an ignition coil end 7, the spring wire in the form of external windings 9 extends helically about a longitudinal axis to a spark plug end 8.
  • the outer windings 9 over at least 50% of the length of the ignition coil side end 7 to the spark plug end 8 has a substantially cylindrical outer contour and more preferably, this is over 80% of that length, and more preferably over 90% of that length.
  • the remaining portion (the length of the ignition coil end 7 to the spark plug end 8) can be, for example, for
  • tapered spark plug end 8 i.e., a diameter of the tapered spark plug end 8
  • Section, the outer turns 9 be cone-shaped.
  • the spring 2 is also a compression spring in which, in the unloaded case, the vast majority, ie more than 50%, more preferably more than 80%, of external turns 9 are spaced from at least one of the adjacent outer turns 9. At the spark plug end are arranged a single, two or three turns without spacing.
  • the continuous spring wire continues in the form of inner windings 10 within the outer windings 9 in a direction toward the ignition coil side end 7.
  • the spring wire continues at the spark plug end 8 in the form of the inner windings 10 spirally around the longitudinal axis around.
  • a pitch angle ⁇ of the outer turns 9 is opposite to a pitch angle ⁇ of the inner turns 10, but not necessarily the same size.
  • the pitch angle ⁇ of the outer or inner windings is the angle that encloses the osculation plane of the windings with a plane perpendicular to the longitudinal axis, as shown in Fig. 2.
  • the diameter of the inner turns 10 tapers, starting from the spark plug end 8 toward the ignition coil end 7.
  • the inner coils 10 are not spaced apart, that is, adjacent to each other.
  • the inner coils 10 completely fit with respect to their diameters into the outer coils.
  • the inner convolutions 10 preferably extend over a length (along the longitudinal axis) of not more than 50%, more preferably not more than 30%, of the length (along the longitudinal axis) of the outer convolutions 9.
  • a mean distance between the outer convolutions 9, ie the sum of the distances between adjacent outer turns 9 divided by the number of distances is greater than an average distance between the inner turns 10, ie the sum of the distances between adjacent inner turns 10 divided by the number of distances.
  • the distances are measured in any angular position (the same for the inner and outer turns) and in each case between adjacent points of the spring wire in this angular position.
  • the spark plug side end 8 of the spring 2 abuts the electrical contact point 6 and is in electrically conductive contact therewith.
  • the ignition coil end 7 of the spring 2 is applied to the voltage terminal 5 and is in electrically conductive contact with this.
  • the inner coils 10 form a recess which serves as a socket for the electrical contact point 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Zündvorrichtung (1) sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Verbrennungsmotor.

Description

Zündvorrichtung mit einer Feder zur elektrischen Anbindung einer Zündkerze
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. Eine 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 6 und einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 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, insbesondere zumindest im unbelasteten Zustand der Feder, insbesondere im unbelasteten und belasteten Zustand der Feder, in Form von
Innenwindungen innerhalb der Außenwindungen in eine Richtung hin zum zündspulenseitigen Ende fortsetzt. 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 eine elektrische
Kontaktstelle der Zündkerze innerhalb der Innenwindungen platziert und ein 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.
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:
Figur 1 zeigt schematisch eine Zündvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei von einer Feder nur Umrisse dargestellt sind, und
Figur 2 zeigt die Feder der Zündvorrichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 . Figur 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 Fig. 2 erläutert, insbesondere ist die Feder 2 in Fig. 2 im unbelasteten Zustand dargestellt. 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 Fig. 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 Fig. 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

Ansprüche
1 . 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.
2. 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.
3. Zündvorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die überwiegende Länge der Feder (2) eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur aufweist.
4. Zündvorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Kontaktstelle (8) der Zündkerze (4) innerhalb der Innenwindungen (10) platziert ist und ein Drahtende des Federdrahts weiter vom zündkerzenseitigen Ende (8) der Feder (2) entfernt ist als die elektrische Kontaktstelle (8).
5. 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).
6. Verbrennungsmotor mit einer Zündvorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
7. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 6.
EP17765451.4A 2016-10-05 2017-09-14 Zündvorrichtung mit einer feder zur elektrischen anbindung einer zündkerze Withdrawn EP3523534A1 (de)

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