HU224254B1 - Izzítógyertya - Google Patents

Abstract

Izzítógyertya öngyulladó belső égésű motor számára, a belső égésűmotor égésterébe benyúló villamos fűtőelemmel és áramvezetővel,mellyel a fűtőáram a fűtőelem számára nyíláson keresztül az égéstérenkeresztül van vezetve. Az áramvezető területén kapcsoló vankialakítva, és a kapcsoló nyitásával és zárásával a fűtőáramvezérelhető.

Description

A találmány tárgya izzítógyertya, amely öngyulladású belső égésű motorok izzítórendszerében, mely vezérlőből és izzítógyertyából áll, kerül alkalmazásra. Izzítógyertyák ismertek a DE-OS 28 02 625 számú szabadalmi leírásból. Az ilyen izzítógyertyának cső formájú fémes háza van, amely külső kerületén menettel rendelkezik, ennek segítségével az izzítógyertya a hengerbe becsavarozható. Az izzítógyertya házának égéstér felé eső vége magában foglalja a házból kinyúló izzítócsapot úgy, hogy a motorba beépített izzítógyertya az égéstérbe benyúlik. Az izzítócsapban fűtőberendezés van kialakítva, amely az égéstéren belül az izzítócsap zárt aljával a földeléshez, és az égéstéren kívül csatlakozó csapszeggel a tápfeszültségforráshoz van csatlakoztatva. Továbbá ismertek kerámia izzítógyertyák, melyeknél az égéstérbe benyúló rész kerámiaanyagból van. Az ismert izzítórendszereknél az áramot az izzítóidőt vezérlő fűtőberendezésén keresztül kapcsoló segítségével (relék, teljesítménytranzisztor) a vezérlőben lehet be- és kikapcsolni.

Az izzítógyertya a főigénypontban ismertetett jellemzőivel az ismert felépítéssel szemben azzal az előnnyel rendelkezik, hogy az izzítóáram be- és kikapcsolásához használt kapcsoló az izzítógyertya házába van integrálva. Mivel ez a kapcsoló csak az egyedülálló gyertya áramát kapcsolja, viszonylag kis méretű. A felépítés következtében a gyertyamenet és az ezzel jó hőátadó kapcsolatban lévő hengerfej közelében, indulás előtti hideg motornál vagy a felmelegedési fázis alatt a gyertya üzemével jó hűtés párosul. Köztes izzításnál, a motor hosszabb tolóüzeme alatt a hőmérsékletet a gyertyamenetnél a motor vízhűtése biztosan korlátozza.

Az aligénypontokban megadott intézkedésekkel lehetőség nyílik a találmány szerinti izzítógyertya előnyös továbbfejlesztésére és javítására. Nagy keresztmetszetnél az izzítógyertya kábelezési költségei jelentősen csökkennek. Ha a teljesítménykapcsolóba integrált kapcsolórészt építünk be, például SMART-Power-csipet használunk, akkor a szükséges villamos vezetékek száma is csökken. Adott esetben a különálló izzítóidő-vezérlőt teljesen elhagyhatjuk, vagy lehetőség van kompakt kialakításra. Továbbá a vezérlésnek az izzítógyertya házába való integrálásával lehetőség nyílik az izzítási hőmérséklet közvetlen helyi mérésére és kiértékelésére. így nagyon gyorsan és a legjobb módon tudunk reagálni az üzemi feltételek változására. Végül, ha az izzítóidő-vezérlő az izzítási hőmérséklet vezérlési feladatát látja el, az izzítógyertyában eltekinthetünk a szabályozóspiráltól, amely pozitív ellenállási együtthatója révén biztosítja, hogy az izzítási hőmérséklet ne érhessen el nem megengedhető magas értékeket. További előny származik félvezető csip kapcsolóeszközként való használatával. Az izzítógyertya házába való beépítéssel a csip elegendő védelmet kap a külső behatások ellen, így a félvezető kapcsoló izzítógyertyába való beépítése során a szokványos tranzisztorok elhagyhatók, és ezzel csökkenthetjük a költségeket.

A találmány kiviteli példái a mellékelt rajzon vannak ábrázolva, és a következő leírásban közelebbről ismertetjük ezeket.

Az 1. ábra a találmány szerinti izzítógyertya első kiviteli példáját, a 2. ábra a második kiviteli példáját, a 3. ábra a harmadik kiviteli példáját, a 4. ábra a negyedik kiviteli példáját, az 5. ábra az ötödik kiviteli példáját ábrázolja.

A 6. és 8. ábrák izzítórendszer találmány szerinti felépítését ábrázolják blokkvázlatban a találmány szerinti izzítógyertyával.

A 7. és 9. ábrák a találmány szerinti izzítógyertya villamos helyettesítő képét, a 10. ábra a találmány szerinti izzítógyertya hatodik kiviteli példáját ábrázolja.

Az 1-5. ábrák öngyulladású belső égésű motor izzítógyertyájának részletét ábrázolják, ahol az 1-5. ábráknál a kiviteli példák alapfelépítése megegyezik, ezért az elvi felépítést csak egyszer ismertetjük. Az integrált kapcsolóegység találmány szerinti kialakítását, amely az 1-5. ábrák kiviteli példáin különböző, a megfelelő ábrával együtt ismertetjük.

Az 1-5. ábrák szerinti izzítógyertyának cső alakú fém- 10 háza van, amelynek hosszfuratában 11 izzítócsap van berakva, amely hosszának egy részén el van szigetelve. A 11 izzítócsap az égéstér végén lezárt 12 izzócsőből áll, melyben tengelyirányban fűtőegység található, amely az égéstérhez közeli 14 fűtőspirálból és az égésteren kívüli 15 szabályozóspirálból áll. Az ismert fűtőspirálok az egyszerűség kedvéért ellenállásként vannak ábrázolva. A fűtőegység a 16 szigetelőanyagba van beágyazva, és el van szigetelve a 12 izzócső falától. Az ilyen izzítógyertya felépítése és működése már a bevezetőben említett technika állásából ismert, és ezért itt nem részletezzük. Funkcionálisan a 12 izzócső a 14 fűtőspirálokkal égéstérbe benyúló fűtőelemet alkot. A 10 ház a 16 szigetelőanyaggal és a 15 szabályozóspirállal villamos átvezetést alkot, melyen villamos energia vezetődik az égéstérbe. Az 1-5. ábrákon az izzítógyertya ugyanolyan alapfelépítéséből indulunk ki, ezért az azonos alkotóelemek ugyanazzal a hivatkozási számmal vannak ellátva.

Az 1. ábra alapján a találmány szerinti izzítógyertya 10 házában, az égéstér ellenkező oldalán 300 tokban kapcsolóegység van kialakítva. A kapcsolóegység kapcsolóval van ellátva, amely a 13 fűtőberendezésen átfolyó árammal ki- és bekapcsolható. A kapcsolóegység a 301 csatlakozókapcsokon keresztül a 19 hozzávezetésekkel össze van kötve, melyen keresztül a tápfeszültség és az itt nem ábrázolt szabályozókészülék jelei vannak betáplálva. Lényeges, hogy a 10 házon belül félvezető kapcsolások számára alkalmas hőmérséklet uralkodjon. Ez abból adódik, hogy a ház a belső égésű motor hengerfalán keresztül áramvezetést képez, és ezeket a hengereket (rendszerint vízhűtéssel) hűtik. Mivel a ház a henger falával közvetlen kapcsolatban áll, a 10 ház és a ház belseje is hűtve lesz. így a ház területén és belsejében a találmány szerinti kapcsolóhoz félvezető kapcsolásokat használhatunk fel.

A 15 szabályozóspirál érintkezését az égéstér ellenkező oldalán a 120 fémes összekötő elem biztosítja. Az 1. ábrán ilyen 120 fémes összekötő elem van ábrá2

HU 224 254 Β1 zolva, amely a gyertya égésterének ellenkező oldalán, azaz a 19 hozzávezetésekig sík felülettel rendelkezik. Ezen a sík felületen a kapcsolóegység van elrendezve, amely fémes vezetőréteggel, például forrasszal vagy vezetőképes ragasztóval a 120 összekötő elem sík felületével van összekötve. Az 1. ábra példáján a kapcsolóegység leegyszerűsítve tranzisztorból áll, amely az alsó oldalán Drain-csatlakozóval és két 301 csatlakozókapoccsal rendelkezik, melyek a tranzisztor Source és Gate részével állnak összeköttetésben. A valódi tranzisztoron túl természetesen félvezető kapcsolók (tranzisztor) minden kombinációja használható „intelligens” kapcsolással. Az elzárt alkotórészek előnye abban rejlik, hogy ezek az alkotóelemek az izzítógyertya gyártásakor különösen egyszerűen alkalmazhatóak.

A 2. ábrán a második kiviteli példa van ábrázolva, ahol a kapcsolóegység fokozattan 302 szilíciumcsip formájában van kialakítva. A 302 szilíciumcsip a 304 szigetelőrétegen van elhelyezve úgy, hogy a 302 szilíciumcsip alsó oldala a 120 összekötő elem sík felületéről, területétől villamosán el van szigetelve. A 19 hozzávezetésekig az összeköttetést a 303 bondhuzalok biztosítják. Szintúgy a 303 bondhuzalokon keresztül jön létre a 302 szilíciumcsip felső oldala és a 120 összekötő elem közötti villamos kapcsolat. Előnyös, hogy a tokozatlan szilíciumelemek rendszerint olcsóbbak, mint az elzárt alkotórészek, kevesebb helyet igényelnek, és az izzítógyertya háza önmagában elegendő védelmet nyújt a 302 szilíciumcsip számára.

A 3. ábrán a találmány szerinti izzítógyertya további kiviteli példája van ábrázolva. A 120 összekötő elem úgy van kialakítva, amint ezt már az 1. ábra kapcsán megismertük, egyik vége a 15 szabályozóspirálhoz való kapcsolódáshoz; másik vége a kapcsolóegység számára és hátrafelé lapos résszel van kialakítva, melyre a 3. ábra alapján a 302 szilíciumcsip tokozás nélkül van felvive. A 19 hozzávezetések csatlakoztatása szintén a 303 bondhuzalokkal történik, melyek a 302 szilíciumcsip felső oldalára vannak rögzítve, így létrehozva a kapcsolatot a 19 hozzávezetésekhez. A fémes 120 összekötő elemhez a villamos kapcsolat egyszerűen úgy jön létre, hogy a 302 szilíciumcsip a hátlapjával közvetlenül a fémes 120 összekötő elem hátrafelé lapos részére van felvive. A 302 szilíciumcsip teljesítménytranzisztort tartalmaz, melynek Drain-csatlakozóját a 302 szilíciumcsip hátlapja alkotja.

A 4. ábrán lévő példa a 3. ábrától csak abban különbözik, hogy a 19 hozzávezetések vége úgy van kialakítva, hogy ez közvetlenül a 302 szilíciumcsip felületére rögzíthető legyen. Ezt például úgy érhetjük el, hogy a 19 hozzávezetések végei vékony fémlemezként vannak kialakítva, melyek a megfelelő 305 forraszgolyókon keresztül közvetlenül a 302 szilíciumcsip felületével összeforraszthatók.

Az 5. ábrán olyan 120 összekötő elemet használunk, amely teljesen forgásszimmetrikus, és az égéstér ellenkező végén teljesen lapos oldallal rendelkezik. Erre a lapos oldalra van a 302 szilíciumcsip úgy felvive, hogy a 302 szilíciumcsip és a 120 összekötő elem között villamos kapcsolat jöjjön létre. A 302 szilíciumcsip hozzávezetések felőli oldala megint 305 forraszgolyókkal van ellátva, melyek a 19 hozzávezetésekhez való kapcsolatot biztosítják.

A 6. ábra az egész izzítórendszer blokkvázlatát ábrázolja, mely a 60 vezérlőből és a 61 izzítógyertyákból áll. A 60 vezérlő itt a 61 izzítógyertyával közös 19 vezetékkel van összekötve. Továbbá az izzítógyertyák további 19 vezetékkel a 200 tápfeszültséggel vannak összekötve.

A 7. ábra a 6. ábrának megfelelő izzítógyertya helyettesítő képét ábrázolja. A 70 kapcsoló egyik kapcsával a 200 tápfeszültség-csatlakozóhoz, a másik oldalon a 15 szabályozóspirállal és a 14 fűtőspirállal sorosan a 201 földkapocshoz van kapcsolva. A 70 kapcsolót megfelelő vezetékkel a 73 vezérlőkapcsolással lehet nyitni vagy zárni, ahol a 73 vezérlőkapcsolás a 19 vezetéken a 60 vezérlőtől megfelelő jeleket kap. Továbbá a 73 vezérlőkapcsolást a 200 tápfeszültség-csatlakozó üzemi árammal látja el.

Amint ez a 6. ábrán látható, minden gyertya a 19 vezetékekkel össze van kötve a 60 vezérlővel. Megfelelő kódolt bitsorokkal, frekvenciajelekkel stb. a 60 vezérlőből az együttes kábelezés ellenére az izzítógyertyák egyenként vezérelhetők, ha ez egyes üzemi állapotokban vagy ellenőrzési célból szükséges. Normális üzemben azonban az izzítógyertyák rendszerint együttesen vannak vezérelve.

Az 1-7. ábrákon ismertetett izzítógyertyák három villamos csatlakozással rendelkeznek, ahol a 201 földkapocs rendszerint a 10 házon keresztül van megvalósítva. A 200 tápfeszültség-csatlakozó a villamos áramot bocsátja rendelkezésre, mely villamos energia a 70 kapcsolón keresztül átfolyva felmelegedéshez vezet. A 70 kapcsoló kapcsolóhelyzetét végül a harmadik villamos csatlakozás határozza meg. A 70 kapcsolóhoz szokványos p- vagy n-csatornás teljesítmény MOS-Fet tranzisztorokat használhatunk. A 73 vezérlőkapcsolás és a 70 kapcsoló ekkor egy félvezető csipbe van integrálva.

A 19 hozzávezetés a 60 vezérlő és a 61 izzítógyertyák között felhasználható a 61 izzítógyertyákból származó információk visszacsatolására a 60 vezérlőhöz. Ekkor a 73 vezérlőkapcsolás ennek megfelelően több intelligenciával rendelkezik, azaz képesnek kell lennie meghatározott információkat az egyes izzítógyertyákból a 60 vezérlőhöz visszajutatni. Ezt a funkciót például csak ellenőrzési célokhoz lehetne aktiválni, azaz különleges üzemi állapotban történne meg az egyes 61 izzítógyertyák lekérdezése az általuk ellenőrzött funkciókat illetően.

A 8. ábra a 60 vezérlő 61 izzítógyertyákkal való további kapcsolását ábrázolja. Ebben az esetben a 61 izzítógyertyák csak egyetlen csatlakozással rendelkeznek a 19 vezetéken a 60 vezérlőig. A 60 vezérlő a 19 vezetéken keresztül bocsátja rendelkezésre a 61 izzítógyertyák üzeméhez szükséges üzemi energiát. A kapcsolás számára a vezérlőjelet a 19 vezetéken modulálják. Ebben az esetben a 70 kapcsoló éppúgy, mint a 73 vezérlőkapcsolás össze van kötve a csatlakozóvezetékkel. A 19 vezetéken így mindig feszültség van, mely a 61 iz3

HU 224 254 Β1 zítógyertyák üzeméhez elegendő, ahol a 73 vezérlőkapcsolás a járulékos feszültségimpulzusokból ismeri fel, hogy a 70 kapcsolót működtetni kell. Ezt például bitsorok vagy frekvenciajelek követhetik, melyeket a 73 vezérlőkapcsolás ismer fel. Egyszerű példa lehet, hogy a szokásos feszültségszintre magasabb frekvenciájú jelet szuperponálunk, melyet a 73 vezérlőkapcsolás felismer, és ez a 70 kapcsoló bezárásához vezet.

A 9. ábra további előnyös kapcsolási példát ábrázol, amely a 200 tápfeszültség-csatlakozóból és a 60 vezérlő vezérlőjeleinek 19 vezetékéből indul ki. A 73 vezérlőkapcsolás a 60 vezérlőből vezérlőjeleket és a 200 tápfeszültség-csatlakozóból tápfeszültséget kap. A 70 kapcsoló sorosan van elhelyezve a feszültségforrással, a 14 fűtőspirállal és a 201 földkapoccsal. Az eddigi példáktól eltérően lemondunk a szabályozóspirálról, és csak a 14 fűtőspirált alkalmazzuk. A szabályozóspirál feladata, hogy az áramot a 14 fűtőspirállal meghatározott felmelegedési periódus után behatárolja. Ez abból következik, hogy a szabályozóspirálnak olyan anyagot választunk, melynek ellenállása emelkedő hőmérséklettel nő. Az intelligens 73 vezérlőkapcsolás közvetlen elrendezésével a valódi fűtőelem közvetlen közelében a szabályozóspirál funkcióját a 73 vezérlőkapcsolás átveheti. A félvezető csipen hőmérsékletmérő elemet alakíthatunk ki, amely az izzítógyertya hőmérsékletét méri. Az izzítógyertya hőmérséklete a félvezető csip helyén az izzítógyertya csúcsának hőmérsékletétől függ, így a félvezető csipen mért hőmérséklet az izzítógyertya csúcsának hőmérsékletére kapcsolható. További lehetőség az izzítógyertya hőmérsékletének mérésére, ha az izzítócsap hőmérsékletét mérjük. Az izzítócsap hőmérséklete akkor mérhető, ha a fűtőellenállás ellenállása függ a hőmérséklettől. így a fűtőelem ellenállásának mérésével az izzítógyertya hőmérséklete meghatározható.

Továbbá alkalmazhatunk más, hőmérséklet-érzékeny mérőelemeket, melyek a fűtőelem felületén helyezhetők el. A vezérlőegység úgy van elrendezve, hogy az a mért hőmérséklet függvényében a 14 fűtőspirál áramát korlátozza. Ezt például impulzusmoduláció követheti, azaz a 73 vezérlőkapcsolás a hőmérséklet lefutásának függvényében nyitja vagy zárja a 70 kapcsolót, hogy a 14 fűtőspirálnál beállítsa a kívánt hőmérsékletet. Ezzel az intézkedéssel az izzítógyertya felépítése döntően leegyszerűsíthető lenne. Hőmérsékletmérés helyett a fűtőspirálon átfolyó áramból, a fűtőspirálon átfolyó áram időbeli kiintegrálásából, a fűtőspirál ellenállásából vagy más módszerekből közvetve következtethetünk az izzítógyertya hőmérsékletére. Ezek a módszerek így technikailag ekvivalensek.

A 10. ábra a találmány szerinti izzítógyertya további kialakítását ábrázolja, ahol a 10. ábrán az úgynevezett kerámia izzítógyertya látható. Az efféle kerámia izzítógyertyában a 11 izzítócsap az 501, 502 első és második vezető kerámiarétegből áll, melyek között az 503 szigetelő kerámiaréteg van kialakítva. A 11 izzítócsap csúcsán az 501, 502 első és második vezető kerámiarétegek az 504 levékonyított csúcsrésszel vannak egymással összekötve úgy, hogy az 501 kerámia vezetőrétegről áram folyhat az 504 levékonyított csúcsrészen át az 502 második vezető kerámiarétegig. A 11 izzítócsap újfent a 10 ház égéstérének vége felé eső részén van tartva. Amint ez a 10. ábrán látható, az 501 első vezető kerámiaréteg hosszabban nyúlik be a 10 házba, mint az 502 második vezető kerámiaréteg, és erre a területre a 302 szilíciumcsip van felvive, amely a 303 bondhuzallal a 19 hozzávezetéssel össze van kötve. A 302 szilíciumcsipben ismételten függőleges tranzisztor van kialakítva, amely lehetővé teszi az áramfolyást a 302 szilíciumcsip felső oldala és a 302 szilíciumcsip alsó oldala között úgy, hogy a 302 szilíciumcsipen keresztül elektromos áramot lehessen az 501 első vezetőrétegbe betáplálni. Az egész kerámiaréteg felszíni vékony üvegréteggel van befedve, amely csak a 302 szilíciumcsip alatti területen és az 505 kontaktusterületen, ahol az 502 második vezető kerámiaréteg és a 10 ház közötti villamos kapcsolat jön létre, van eltávolítva. A kerámia izzítógyertyák gyártásához felhasznált technológiák alapján ezek a gyertyák különösen szilíciumcsipek befogadására alkalmasak.

Claims (9)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Izzítógyertya öngyulladó belső égésű motor számára a belső égésű motor égésterébe benyúló villamos fűtőelemmel, áramátvezetővei, mellyel a fűtőáram a fűtőelem számára nyíláson keresztül az égéstér oldalán keresztül van vezetve, azzal jellemezve, hogy jellel vezérelt kapcsoló (70) van beépítve legalább részben az áramvezető házba (10), és a kapcsoló (70) nyitásával és zárásával a fűtőáram vezérelhető.

2. Az 1. igénypont szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy legalább részben az áramátvezető házban (10) vezérlőkapcsolás (73) van elrendezve a kapcsoló (70) számára, és a vezérlőkapcsolással (73) jel hozható létre a kapcsoló (70) nyitásához és zárásához.

3. A 2. igénypont szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy a fűtőáram számára és a vezérlőkapcsolás (73) számára egy-egy hozzávezetéssel (19) van ellátva, az egyik hozzávezetés (19) a vezérlőkapcsolással (73) van összekötve, és a hozzávezetésen (19) keresztül vezérlőjel adható a vezérlőkapcsolás (73) számára.

4. A 2. igénypont szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy egy hozzávezetéssel (19) rendelkezik, amely a kapcsolóval (70) és a vezérlőkapcsolással (73) van összekötve, és amelyen keresztül üzemi feszültség és egyidejűleg a vezérlőkapcsolás (73) számára vezérlőjel adható.

5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy a vezérlőkapcsolás (73) a fűtőelem hőmérsékletét meghatározó eszközt tartalmaz, amelyhez a fűtőáramot szabályozó eszköz kapcsolódik.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy a fűtőelem fémes vagy kerámia izzítócsappal (11) van kialakítva.

HU 224 254 Β1

7. A 6. igénypont szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy az izzítócsap (11) a ház (10) segítségével az égéstér nyílásában rögzíthető, és a ház (10) egyidejűleg tokozásként funkcionál a kapcsoló (70) és a vezérlőkapcsolás (73) számára. 5

8. A 7. igénypont szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy a kapcsoló (70) és a vezérlőkapcsolás (73) egy csipbe van integrálva.

9. A 8. igénypont szerinti izzítógyertya, azzal jellemezve, hogy a csip tokozás nélkül van elhelyezve a házban (10).