WO2001006117A1 - Elektronisches zündsystem für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO2001006117A1
WO2001006117A1 PCT/EP2000/006284 EP0006284W WO0106117A1 WO 2001006117 A1 WO2001006117 A1 WO 2001006117A1 EP 0006284 W EP0006284 W EP 0006284W WO 0106117 A1 WO0106117 A1 WO 0106117A1
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WO
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ignition
output stage
coil
ignition system
electronic
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/006284
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Dreher
Alfredo Hoffmann
Knut Horn
Dirk Katzenellenbogen
Linhard Niemetz
Christoph Nohtse
Friedrich Roedel
Dietmar Schwencke
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Volkswagen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag, Volkswagen Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2001006117A1 publication Critical patent/WO2001006117A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils

Definitions

  • the invention relates to an electronic ignition system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1, as is known from EP 0 826 879 A2.
  • an ignition output stage is controlled by a control unit which specifies the ignition times for the spark plugs assigned to the cylinders of the internal combustion engine as a function of certain parameters of the internal combustion engine.
  • An ignition coil is switched (switched on and off) from the ignition output stage by means of an ignition circuit and an ignition switch (which is generally designed as an ignition transistor) by specifying the primary current flowing through its primary winding.
  • the ignition voltage e.g. approx. 20 - 25 kV
  • the ignition current for the spark plugs is generated by the ignition coil, i.e. the high ignition energy required for the ignition process is provided.
  • Older ignition systems with a mechanical high-voltage distribution have a single ignition coil and a mechanical distributor, by means of which the ignition voltage is distributed to the individual spark plugs or cylinders of the internal combustion engine.
  • ignition systems with a stationary high-voltage distribution with a double spark coil two ignition plugs are assigned to each ignition coil, which are alternately controlled directly - without a mechanical distributor.
  • a separate ignition coil connected to the ignition output stage is provided for each cylinder of the internal combustion engine, ie for each spark plug, which is advantageously arranged as close as possible to the spark plug; in particular, the ignition coil is therefore preferably arranged in the spark plug shaft receiving the spark plug and must therefore be adapted to its spatial shape, so that it often has an elongated cylindrical shape, ie it is designed as a "rod coil".
  • this "rod coil” with the ignition output stage forms a unit integrated in a common housing ,
  • This makes the adaptation of the electronic ignition system, which is necessary for different types of internal combustion engines or for different spark plug shafts, complex and cost-intensive, since both the rod coil and the ignition output stage have to be adapted, on the other hand the rod coil and the ignition output stage cannot function independently getting tested.
  • the invention has for its object to provide an electronic ignition system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1, which can be easily adapted to different internal combustion engines and inexpensive to manufacture. This object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1.
  • the electronic ignition system presented has a modular structure, ie the ignition output stage and the ignition coil arranged in the spark plug shaft are separate functional units and are also manufactured as separate parts, the ignition output stage being surrounded by its own housing body in which the ignition circuit and the ignition switch are integrated. Furthermore, a lead frame with lead frame connections can be integrated in the housing body of the ignition output stage, which enables a flexibly configurable electrical connection between the control unit, the ignition output stage and the ignition coil: at one end of the lead frame connections, connector connections are formed, on which an external connector plug with lines for the voltage supply of the Ignition output stage and the ignition coil and with lines for connection to the control unit, at certain points of the lead frame connections (e.g. by soldering or welding) electrical contact is made with the ignition output stage (ie with the circuit components of the ignition circuit and the ignition switch) and with the connections of the ignition coil.
  • a lead frame with lead frame connections can be integrated in the housing body of the ignition output stage, which enables a flexibly configurable electrical connection between the control
  • a recess for inserting or plugging in the ignition coil is provided in the lower part of the housing body of the ignition output stage, the Housing of the ignition output stage is mechanically fixed to the ignition coil via a fastening element and is detachably connected until an electrical connection is established.
  • the fastening element is inserted horizontally via the front of the housing body and preferably interacts with two recesses (grooves) made on the outside of the ignition coil: after inserting the ignition coil into the recess in the lower part of the housing body and inserting the fastening element, the fastening element becomes against the ignition coil (against the recess on the outside of the ignition coil) and thus presses the ignition coil against the lower part of the housing body, as a result of which the ignition coil is "locked” with (the housing body) of the ignition output stage.
  • two recesses grooves
  • the circuit components of the ignition output stage are applied as a hybrid circuit to a suitable circuit carrier, in particular the circuit components of the ignition circuit and the ignition switch are applied to an example. out
  • the circuit carrier or possibly the heat sink is integrated as the housing side into the housing body and can thereby effectively dissipate the power loss of the circuit components of the ignition output stage to the outside.
  • the circuit carrier or, if applicable, the heat sink is inserted vertically from the top of the housing body into two guides (grooves), which are attached to the two side parts of the housing body and are arranged perpendicular to the guides for introducing the fastening element (i.e. perpendicular to the direction of movement of the fastening element).
  • the circuit components of the ignition output stage are cast after the mechanical connection of the ignition output stage and the ignition coil and the electrical contacting of the ignition output stage, ignition coil and lead frame, e.g. by means of a hard casting compound (e.g. with epoxy resin); the potting compound forms the upper part of the housing body (the "cover" of the housing body), so that this creates a housing that is closed on all sides for the ignition output stage with front part, back part, side parts, lower part and upper part.
  • the ignition coil (the coil body of the ignition coil) is surrounded on the outer surface by a magnetic sheet that allows magnetic flux (for example, a transformer sheet), which extends for contacting the spark plug, preferably up to the spark plug hexagon of the spark plug; the lower part of the housing plate which is arranged towards the spark plug is preferably provided with slots.
  • this housing plate ensures a good connection of the ignition coil to the spark plug or a good insertion of the ignition coil into the
  • Spark plug shaft enables, on the other hand, the magnetic flux of the ignition coil is influenced and thereby both closing the magnetic circuit of the ignition coil (effect as a backflow plate) and EMC radiation from the ignition coil avoided (shielding function).
  • the ignition output stage (the ignition circuit) can have circuit means or a circuit part for measuring the ion current signal, as is carried out in particular for determining knocking combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the measurement of the ion current signal (the ion current measurement) is based on the change in conductivity caused by ions in the burning fuel-air mixture, for the detection and evaluation of which a circuit part is provided in the ignition output stage.
  • the ignition coil can be designed as a standard part with specified electrical properties.
  • An adaptation to differently designed spark plugs or spark plug shafts of the internal combustion engine can be carried out by modifying the shape (in particular the outside) of the ignition coil, whereas the coil body or coil core (ie the windings of the ignition coil) which determine the electrical properties can remain unchanged: e.g. this adjustment can be done by extending the housing plate (the outer surface) of the ignition coil and by inserting an appropriately adapted intermediate piece on the coil core (as a type of adapter).
  • the ignition switch of the ignition output stage can be implemented, for example, by transistors or thyristors, bipolar transistors (NPN transistors, PNP transistors) or IGBT transistors or FET transistors in as transistors
  • the transistors can also be designed as a Darlington or tripleton stage.
  • the electronic ignition system presented has a compact, modular structure consisting of the separate functional units ignition coil as standard part and ignition output stage and can therefore be assembled, exchanged, and easily, quickly and inexpensively, and adapted to different circumstances of the internal combustion engine or the electronic ignition system, a simple and reliable contacting of the functional units control unit, ignition output stage and ignition coil of the electronic ignition system is achieved.
  • FIG. 1 shows the basic circuit diagram of the electronic ignition system
  • 2 shows the ignition coil and the final stage of the electronic ignition system in a three-dimensional representation
  • FIG. 3 shows the connection and contacting of the ignition coil and final stage in a side view (FIG. 3.1) and in a top view (FIG. 3.2)
  • FIG. 4 shows the ignition coil and the Ignition output stage of the electronic ignition system in a sectional view.
  • FIG. 1 shows the schematic block diagram of an electronic ignition system for a motor vehicle with the control unit 3, the ignition output stage 1, the ignition coil 2 and the spark plug 4:
  • the control unit 3 e.g. the engine control unit
  • the ignition times of the spark plugs 4 are predefined, in addition, the combustion time (this is the time period during which the ignition coil 2 is stored)
  • the ignition output stage 1 controlled by the control unit 3 has the ignition switch 11 controlled by the ignition circuit 10.
  • This ignition switch 1 1 is, for example. formed as an ignition transistor and ex. implemented as an NPN transistor in a triple-tone arrangement with three interconnected collector electrodes, which ensures high current amplification; the emitter electrode of the ignition transistor 11 is connected to the reference potential via a resistor (terminal 31), the collector electrodes forming the output of the ignition output stage 1 are connected to the terminal 1.
  • the ignition stage 1 are also be also used to the ignition stage 1 to the ignition stage 1 a resistor (terminal 31), the collector electrodes forming the output of the ignition output stage 1 are connected to the terminal 1.
  • the ignition output stage 1 has a connector part 1 6 with a plurality of connector connections 1 61, to which an external connector can be connected with lines for the voltage supply and for the provision of control signals from the control unit 3.
  • the ignition coil 2 designed as a rod coil is assigned to a spark plug 4 and thus to a cylinder of the internal combustion engine; the ignition coil 2 has a primary side 26 connected to the ignition output stage 1 and a secondary side 27 connected to the spark plug 4.
  • the ignition coil 2 is switched by the ignition switch 11 by changing the current flow over time on the primary side 26
  • Ignition coil 2 (the current flow through the primary winding of the ignition coil 2) is predetermined and thereby a certain voltage is transmitted to the secondary side 27 of the ignition coil 2 (to the secondary winding).
  • the primary side 26 of the ignition coil 2 is connected via terminal 1 5 to the operating voltage (for example the on-board voltage of the motor vehicle defined by a battery) and via terminal 1 to the output of the ignition switch 11, the secondary side 27 of the ignition coil 2 is connected to the Spark plug 4 connected via terminal 4.
  • the spark plug 4 is operated by the voltage present on the secondary side 27 of the ignition coil 2, the spark voltage Uz being present across the spark plug 4 and the combustion current flowing through the spark plugs 4.
  • the ignition switch 11 is operated via the control unit 3 and the ignition circuit 10 (for example, by applying a switching input to a plug connection 1 61 of the ignition stage 1 with switching edges), ie periodically switching on and off, with a switch-on and switch-off phase of an ignition cycle equivalent.
  • a “normal” ignition cycle ie an ignition cycle that runs without faults such as misfires, is as follows: when the ignition switch 11 is switched on, a current flow through the ignition coil 2 is maintained and a certain primary voltage is thereby set; when the ignition switch 11 is turned off the current flow through the ignition coil 2 is interrupted, as a result of which the primary voltage on the primary side 26 of the ignition coil 2 rises (the primary voltage or flashback voltage rises, for example, to approximately 380 V to 400 V.) Exceeds the one transmitted by induction to the secondary side 27 of the ignition coil 2 Secondary voltage (induction voltage) Uz a certain value (for example 20 kV), the spark (ignition timing) is caused by a sparkover between the electrodes of spark plugs 4, as a result of which the secondary voltage Uz drops (for example from 20 kV to approx.
  • the primary voltage when charging in Energy stored in the ignition coil 2 determines the burning time (for example 2 ms) during which the arc between the electrodes of the spark plugs 4 is maintained. After the ignition process has ended, the primary voltage returns from its maximum value (for example 380 V to 400 V) to the operating voltage (for example 1 2 V).
  • FIG. 2 the components of ignition coil 2 and ignition output stage 1 are shown in an exploded view.
  • the ignition output stage 1 has its own housing body 14, on which a connector part 16 is designed for connecting an external connector.
  • the lower part 145 of the housing body 14 has a cutout 17 for receiving the ignition coil 2, in the two side parts 142, 143 of the housing body 14 there are two vertically running guides 18 for inserting the circuit carrier 1 2 or for providing the circuit components of the ignition output stage 1 or Heat sink 13 formed.
  • the fastening element 1 5 is inserted horizontally such that it engages in the recess 24 formed on the outside 20 in the upper part 22 of the ignition coil 2; as a result, the ignition coil 2 is pressed against the lower part 145 of the housing body 14 and in this way is firmly connected (locked) to (the housing body 14) the ignition output stage 1.
  • the circuit components of the ignition output stage 1 (from the ignition circuit 10 and the ignition switch 11) are applied as a hybrid circuit to the circuit carrier 1 2 which is made of ceramic and consists of AI.O * .
  • the circuit carrier 1 2 is for cooling purposes (for dissipating the power loss of the circuit components of the ignition output stage 1, in particular the ignition switch 1 1) on the example.
  • Cooling element 13 designed as a cooling plate or provided with cooling fins 1 31 (for example, attached to the cooling element 1 3 by gluing).
  • the electrical connection between the ignition output stage 1, the ignition coil 2 and the plug connections 1 61 is then carried out by the lead frame connections 5 having the lead frame connections 5 injected in the housing body 14 at suitable contact points 51 with the circuit components of the ignition circuit 10 and the ignition switch 11 and with the connections 21 the ignition coil 2 is connected (for example by means of a soldering process); the lead frame connections 50 form the plug connections 1 61 in the connector part 1 6 at one end and can be connected here to the control unit 3 and the voltage supply by means of an external connector.
  • potting compound for example an epoxy resin
  • the housing body 14 is poured into the housing body 14 from the upper side 1 46 of the housing body 14 and the potting compound is cured at a suitable temperature; this provides protection for the circuit components of the ignition output stage 1 (the ignition circuit 10 and the ignition switch 11) and the lead frame connections 50 and
  • the coil body 29 which determines the electrical properties of the ignition coil 2 is surrounded by a housing plate 25 (guide plate), i.e. the outside 20 of the
  • Ignition coil 2 is designed as a baffle 25. To adapt to different geometries of the internal combustion engine or the spark plug shaft, the ignition coil 2 has a variable lower part 23, on which the intermediate piece 28 is attached. After assembling ignition power stage 1 and ignition coil 2, the complete
  • Figure 3.1 is a side view and in Figure 3.2 in a plan view
  • connection and contacting of ignition coil 2 and Zü ⁇ dendcut 1 shown. It can be seen that by means of the lead frame 5 or the lead frame connections 50 an electrical connection between the connector connections 1 61 arranged in the connector part 1 6, the circuit components of the ignition output stage 1 (the ignition circuit 10 and the ignition switch 11) and the connections 21 of the ignition coil 2 is realized at certain contact points 51.
  • the interconnected ignition coil 2 and ignition output stage 1 are shown in a sectional drawing in FIG.
  • the ignition coil 2 designed as a rod coil has, for example. a length of approx. 90 mm and a diameter of approx. 22 mm.
  • a high voltage of ex. approx. 25 kV reached on the secondary side 27 of the ignition coil 2, a high voltage of ex. approx. 25 kV reached.
  • a transformer plate 25, which forms the outside or jacket surface 20 of the ignition coil 2 is applied to the coil former 29.
  • the ignition coil 2 or the transformer plate 25 on the intermediate piece 28 of the ignition coil 2 is seated on the hexagon socket 41 of the spark plug 4 and thus enables a good one

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Abstract

Bei einem elektronischen Zündsystem mit einer Steuereinheit zur Vorgabe der Zündzeitpunkte für Zündkerzen, einer jeder Zündkerze zugeordneten und im Zündkerzenschacht angeordneten Zündspule und einer der Zündspule zugeordneten Zündendstufe mit einer Zündschaltung und einem Zündschalter soll ein flexibler Aufbau mit variablen Einsatzmöglichkeiten ermöglicht werden. Hierzu ist ein modularer Aufbau des elektronischen Zündsytems vorgesehen, bei dem die Zündendstufe von einem separaten Gehäusekörper umgeben ist, der in seinem Unterteil eine Aussparung zum Einbringen der Zündspule aufweist. Nach dem Einbringen der Zündspule in die Aussparung wird diese durch ein Befestingungselement mit dem Gehäusekörper der Zündendstufe verbunden.

Description

Elektronisches Zündsvstem für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , wie es aus der EP 0 826 879 A2 bekannt ist.
In einem elektronischen Zündsystem für Brennkraftmaschinen wird eine Zündendstufe von einer Steuereinheit angesteuert, die die Zündzeitpunkte für die den Zylindern der Brennkraftmaschiπe zugeordneten Zündkerzen in Abhängigkeit bestimmter Parameter der Brennkraftmaschine vorgibt. Von der Zündendstufe wird mittels einer Zündschaltung und eines Zündschalters (der in der Regel als Zündtransistor ausgebildet ist) eine Zündspule durch Vorgabe des durch ihre Primärwicklung fließenden Primärstroms geschaltet (ein- und ausgeschaltet). Von der Zündspule wird die Zündspannung (bsp. ca. 20 - 25 kV) bzw. der Zündstrom für die Zündkerzen erzeugt, d.h. die für den Zündvorgang benötigte hohe Zündenergie bereitgestellt. Ältere Zündsysteme mit einer mechanischen Hochspannungsverteilung besitzen eine einzige Zündspule und einen mechanischen Verteiler, durch den die Zündspannung auf die einzelnen Zündkerzen bzw. Zylinder der Brennkraftmaschine verteilt wird. Bei Zündsystemen mit einer ruhenden Hochspannungsverteilung mit Doppelfunkenspule sind jeder Zündspule zwei Zündkerzen zugeordnet, die abwechselnd - ohne mechanischen Verteiler - direkt angesteuert werden.
Bei Neuentwicklungen elektronischer Zündsysteme ist für jeden Zylinder der Breπn- kraftmaschine, d.h. für jede Zündkerze, eine separate mit der Zündendstufe verbundene Zündspule vorgesehen, die vorteilhafterweise so nahe wie möglich an der Zündkerze angeordnet wird; insbesondere wird die Zündspule daher bevorzugt in dem die Zündkerze aufnehmenden Zündkerzenschacht angeordnet und muß daher an dessen räumliche Form angepaßt werden, so daß sie oftmals eine langgestreckte zylinderförmige Gestalt aufweist, d.h. als „Stabspule" ausgebildet ist. Bei der eingangs erwähnten gattungsbildeπden EP 0 826 879 A2 bildet diese „Stabspule" mit der Zündendstufe eine in einem gemeinsamen Gehäuse integrierte Einheit. Hier- durch wird aber einerseits die für unterschiedliche Typen von Brennkraftmaschinen bzw. für unterschiedliche Zündkerzenschächte erforderliche Anpassung des elektronischen Zündsystems aufwendig und kostenintensiv, da sowohl die Stabspule als auch die Zündendstufe angepaßt werden muß, andererseits können die Stabspule und die Zündendstufe nicht eigenständig auf ihre Funktionsweise getestet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das auf einfache Weise an unterschiedliche Brennkraftmaschinen angepaßt und kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des elektronischen Zündsystems ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen.
Das vorgestellte elektronische Zündsystem ist modular aufgebaut, d.h. die Zündendstufe und die im Zündkerzenschacht angeordnete Zündspule sind getrennte Funktionseinheiten und werden auch als separate Teile gefertigt, wobei die Zündendstufe von einem eigenen Gehäusekörper umgeben ist, in dem die Zündschaltung und der Zündschalter integriert sind. Weiterhin kann im Gehäusekörper der Zündendstufe ein Stanzgitter mit Stanzgitteranschlüssen integriert werden, das eine flexibel ausgestaltbare elektrische Verbindung zwischen dem Steuergerät, der Zündendstufe und der Zündspule ermöglicht: an einem Ende der Stanzgitteranschlüsse werden Steckeranschlüsse ausgebildet, an denen ein externer Anschlußstecker mit Leitungen für die Spannungsversorgung der Zündendstufe und der Zündspule und mit Lei- tungen zur Verbindung mit der Steuereinheit angeschlossen werden kann, an bestimmten Stellen der Stanzgitteranschlüsse erfolgt (bsp. mittels Löten oder Schweißen) eine elektrische Kontaktierung mit der Zündendstufe (d.h. mit den Schaltungs- komponenten der Zündschaltung und dem Zündschalter) und mit den Anschlüssen der Zündspule.
Zur Realisierung einer mechanisch stabilen Verbindung zwischen der vorzugsweise eine langgestreckte zyiinderförmige Gestalt aufweisenden Zündspule (als Stabspule ausgebildeten Zündspule) und der Zündendstufe bei der Montage des elektronischen Zündsystems ist im Unterteil des Gehäusekörpers der Zündendstufe eine Aussparung zum Einbringen bzw. Einstecken der Zündspule vorgesehen, wobei das Gehäuse der Zündendstufe mit der Zündspule über ein Befestigungselement mechanisch fest und bis zur Herstellung einer elektrischen Verbindung wiederlösbar verbunden wird. Das Befestigungselement wird über die Vorderseite des Gehäusekörpers horizontal eingeführt und wirkt vorzugsweise mit zwei an der Außenseite der Zündspule angebrachten Vertiefungen (Nuten) zusammen: nach dem Einbringen der Zündspule in die Aussparung im Unterteil des Gehäusekörpers und dem Einführen des Befestigungselements wird das Befestigungselement gegen die Zündspule (ge- gen die Vertiefung an der Außenseite der Zündspule) gepreßt und drückt die Zündspule somit gegen das Unterteil des Gehäusekörpers, wodurch die Zündspule mit (dem Gehäusekörper) der Zündendstufe „verriegelt" wird.
Die Schaltungskomponenten der Zündendstufe werden als Hybridschaltung auf einen geeigneten Schaltungsträger aufgebracht, insbesondere werden die Schal- tungskomponenten der Zündschaltung und des Zündschalters auf einen bsp. aus
Aluminiumoxid (Al_03) bestehenden Keramikkörper aufgeklebt; dieser Schaltungsträger kann zum Abführen der im Betrieb der Zündendstufe entstehenden Verlustleistung der Schaltungskomponenten der Zündschaltung, insbesondere zum Abführen der Verlustleistung des Zündschalters, auf einen Kühlkörper (bsp. auf ein Kühlblech) angeordnet werden. Der Schaltungsträger oder ggf. der Kühlkörper wird als Gehäuseseite in den Gehäusekörper integriert und kann hierdurch die Verlustleistung der Schaltungskomponenten der Zündendstufe effektiv nach außen hin abführen. Hierzu wird der Schaltungsträger oder ggf. der Kühlkörper von der Oberseite des Gehäusekörpers her in zwei an den beiden Seitenteilen des Gehäusekörpers angebrachten, senkrecht zu den Führungen zur Einführung des Befestigungselements angeordneten, Führungen (Nuten) vertikal eingeführt (d.h. senkrecht zur Bewegungsrichtung des Befestigungselements). Die Schaltungskomponenten der Zündendstufe werden nach der mechanischen Verbindung von Zündendstufe und Zündspule und der elektrischen Kontaktierung von Zündendstufe, Zündspule und Stanzgitter vergossen, bsp. mittels eines Hartvergusses (bsp. mit Epoxyharz); die Vergußmasse bildet hierbei das Oberteil des Ge- häusekörpers (den „Deckel" des Gehäusekörpers), so daß hierdurch ein allseitig geschlossenes Gehäuse für die Zündendstufe mit Vorderteil, Rückteil, Seitenteilen, Unterteil und Oberteil entsteht.
Die Zündspule (der Spulenkörper der Zündspule) ist an der Außenfläche von einem magnetischen Fluß zulassenden Gehäuseblech umgeben (bsp. von einem Trafoblech), das sich zum Kontaktieren der Zündkerze vorzugsweise bis zum Kerzen- sechskaπt der Zündkerze erstreckt; vorzugsweise ist das zur Zündkerze hin angeordnete Unterteil des Gehäuseblechs mit Schlitzen versehen. Durch dieses Gehäuseblech wird einerseits aufgrund dessen elastischer Eigenschaften eine gute Verbin- düng der Zündspule zur Zündkerze bzw. eine gute Einbringung der Zündspule in den
Zündkerzenschacht ermöglicht, andererseits wird der magnetische Fluß der Zündspule beeinflußt und hierdurch sowohl eine Schließung des Magnetkreises der Zündspule bewirkt (Wirkung als Rückflußblech) als auch eine EMV-Abstrahlung der Zündspule vermieden (Abschirmfunktion). Die Zündendstufe (die Zündschaltung) kann Schaltungsmittel bzw. einen Schaltungsteil zur Messung des lonenstromsignals aufweisen, wie sie insbesondere zur Bestimmung klopfender Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Die Messung des lonenstromsignals (die lonenstrommessung) beruht auf der durch Ionen im verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisch verursachten Veränderung der Leitfähigkeit, zu deren Erfassung und Auswertung in der Zündendstufe ein Schaltungsteil vorgesehen ist.
Die Zündspule kann als Standardteil mit vorgegebenen elektrischen Eigenschaften ausgebildet werden. Eine Anpassung an die geänderten Anforderungen bei unterschiedlichen Brennkraftmaschinen bzw. unterschiedlichen elektronischen Zündsy- ste en - bsp. eine Anpassung an unterschiedliche geometrische Gegebenheiten oder unterschiedliche elektrische Erfordernisse der Brennkraftmaschine, bsp. eine Anpassung an unterschiedliche externe Anschlußstecker - kann aufgrund des mo- dularen Aufbaus durch entsprechende Modifikation der Zündendstufe vorgenommen werden, bsp. durch Variation der Schaltungskomponenten der Zündendstufe (Zündschaltung, Zündschalter) oder durch unterschiedliche Ausrichtung (Neigung) des Anschlußsteckers oder Ausbildung des Gehäuses der Zündendstufe. Eine Anpassung an unterschiedlich ausgestaltete Zündkerzen bzw. Zündkerzenschächte der Brennkraftmaschine kann durch Modifikation der Form (insbesondere der Außenseite) der Zündspule vorgenommen werden, wohingegen der die elektrischen Eigenschaften bestimmende Spulenkörper bzw. Spulenkern (d.h. die Wicklungen der Zündspule) unverändert bleiben können: bsp. kann diese Anpassung durch Verlängerung des Gehäuseblechs (der Mantelfläche) der Zündspule und durch Einsetzen eines entsprechend angepaßten Zwischenstücks auf den Spulenkern (als Art Adapter) erfolgen.
Der Zündschalter der Zündendstufe kann beispielsweise durch Transistoren oder Thyristoren realisiert werden, wobei als Transistoren bipolare Transistoren (NPN- Transistoren, PNP-Transistoren) oder IGBT-Transistoren oder FET-Transistoren in
Frage kommen; die Transistoren können dabei auch als Darlington- oder Tripleton- Stufe ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise besitzt das vorgestellte elektronische Zündsystem einen kompak- ter modularen Aufbau aus den getrennten Funktionseinheiten Zündspule als Standardteil und Zündendstufe und kann daher einfach, schnell und kostengünstig zusammengebaut, ausgetauscht und an unterschiedliche Gegebenheiten der Brennkraftmaschine bzw. des elektronischen Zündsystems angepaßt werden, wobei eine einfache und zuverlässige Kontaktierung der Funktionseinheiten Steuereinheit, Zün- dendstufe und Zündspule des elektronischen Zündsystems erreicht wird.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit der Zeichnung (Figuren 1 bis 4) beschrieben werden. Dabei zeigen: Figur 1 das Prinzipschaltbild des elektronischen Zündsystems, Figur 2 die Zündspule und die Zündendstufe des elektronischen Zündsystems in einer dreidimensionalen Darstellung, Figur 3 die Verbindung und Kontaktierung von Zündspule und Zündendstufe in einer Seitenansicht (Fig. 3.1 ) und in einer Draufsicht (Fig. 3.2), und Figur 4 die Zündspule und die Zündendstufe des elektronischen Zündsystems in einer Schnittdarstellung.
In der Figur 1 ist das schematische Blockschaltbild eines elektronischen Zündsystems für ein Kraftfahrzeug mit der Steuereinheit 3, der Zündendstufe 1 , der Zünd- spule 2 und der Zündkerze 4 dargestellt:
• Die Steuereinheit 3 (bsp. das Motorsteuergerät) gibt den zeitlichen Verlauf der Zündung vor, bsp. abhängig von Motorparametern wie Benzin-Luft-Gemisch, Drehzahl, Motortemperatur und Motorlast; hierbei werden insbesondere die Zündzeitpunkte der Zündkerzen 4 vorgegeben, zusätzlich kann auch die Brenn- dauer (dies ist die Zeitdauer, während der die in der Zündspule 2 gespeicherte
Energie in den Zündkerzen 4 umgesetzt wird) vorgegeben werden.
• Die von der Steuereinheit 3 angesteuerte Zündendstufe 1 weist neben der Zündschaltung 10 (mit einem Zünd-IC und passiven Bauelementen) den von der Zündschaltung 10 geregelten Zündschalter 1 1 auf. Dieser Zündschalter 1 1 ist bsp. als Zündtransistor ausgebildet und bsp. als NPN-Transistor in einer Triple- ton-Anordnung mit drei miteinander verbundenen Kollektorelektroden realisiert, die eine hohe Stromverstärkung gewährleistet; die Emitterelektrode des Zündtransistors 1 1 ist über einen Widerstand an Bezugspotential angeschlossen (Klemme 31 ), die den Ausgang der Zündendstufe 1 bildenden Kollektorelektro- den sind mit der Klemme 1 verbunden. In der Zündendstufe 1 sind außerdem
Bauelemente zur Realisierung von Schutzmaßnahmen für in Kraftfahrzeugen auftretende Störspannungen vorgesehen. Weiterhin weist die Zündendstufe 1 ein Anschlußsteckerteil 1 6 mit mehreren Steckeranschlüssen 1 61 auf, an dem ein externer Anschlußstecker mit Leitungen für die Spannungsversorgung und für die Bereitstellung von Steuersignalen der Steuereinheit 3 angeschlossen werden kann. • Die als Stabspule ausgebildete Zündspule 2 ist einer Zündkerze 4 und damit einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet; die Zündspule 2 besitzt eine mit der Zündendstufe 1 verbundene Primärseite 26 und eine mit der Zündkerze 4 verbundene Sekundärseite 27. Die Zündspule 2 wird vom Zündschalter 1 1 ge- schaltet, indem der zeitliche Verlauf des Stromfiusses auf der Primärseite 26 der
Zündspule 2 (der Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule 2) vorgegeben wird und hierdurch eine bestimmte Spannung auf die Sekundärseite 27 der Zündspule 2 (auf die Sekundärwicklung) übertragen wird. Die Primärseite 26 der Zündspule 2 ist über die Klemme 1 5 mit der Betriebsspannung (bsp. der durch eine Batterie festgelegte Bordspannung des Kraftfahrzeugs) und über die Klemme 1 mit dem Ausgang des Zündschalters 1 1 verbunden, die Sekundärseite 27 der Zündspule 2 ist mit der Zündkerze 4 über die Klemme 4 verbunden.
• Die Zündkerze 4 wird von der auf der Sekundärseite 27 der Zündspule 2 anliegenden Spannung betrieben, wobei über der Zündkerze 4 die Brennspannung Uz ansteht und durch die Zündkerzen 4 der Brennstrom fließt.
Der Zündschalter 1 1 wird über die Steuereinheit 3 und die Zündschaltung 10 geschaltet betrieben (bsp. über die Beaufschlagung eines einen Triggereingang bildenden Steckeranschlusses 1 61 der Zündeπdstufe 1 mit Schaltflanken), d.h. periodisch ein- und ausgeschaltet, wobei eine Einschalt- und Ausschaltphase einem Zündzyklus entspricht. Ein „normaler" Zündzyklus, d.h. ein ohne Störungen wie bsp. Fehlzündungen verlaufender Zündzyklus, gestaltet sich wie folgt: im eingeschalteten Zustand des Zündschalters 1 1 wird ein Stromfluß durch die Zündspule 2 aufrechterhalten und hierdurch eine bestimmte Primärspannung eingestellt; beim Ausschalten des Zündschalters 1 1 wird der Stromfluß durch die Zündspule 2 unterbrochen, wodurch die Primärspannung auf der Primärseite 26 der Zündspule 2 ansteigt (die Primärspannung oder Rückschlagspannung steigt beispielsweise auf ca. 380 V bis 400 V an). Übersteigt die durch Induktion auf die Sekundärseite 27 der Zündspule 2 übertragene Sekundärspannung (Induktionsspannung) Uz einen bestimmten Wert (beispielsweise 20 kV), erfolgt durch einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerzen 4 die Zündung (Zündzeitpunkt); infolgedessen fällt die Sekundärspannung Uz ab (bsp. von 20 kV auf ca. 400 V). Die beim Aufladevorgang in der Zündspule 2 gespeicherte Energie bestimmt die Brenndauer (beispielsweise 2 ms), während der der Lichtbogen zwischen den Elektroden der Zündkerzen 4 aufrechterhalten bleibt. Nach Ablauf des Zündvorgangs geht die Primärspannung von ihrem Maximalwert (beispielsweise 380 V bis 400 V) auf die Betriebsspannung (beispielsweise 1 2 V) zurück.
In der Figur 2 sind in einer Explosionsdarstellung die Komponenten von Zündspule 2 und Zündendstufe 1 dargestellt.
Die Zündendstufe 1 besitzt einen eigenen Gehäusekörper 14, an dem ein Anschluß- steckerteil 1 6 zum Anschluß eines externen Anschlußsteckers ausgebildet ist. Im
Unterteil 145 des Gehäusekörpers 14 ist eine Aussparung 1 7 für die Aufnahme der Zündspule 2 vorgesehen, in den beiden Seitenteilen 142, 143 des Gehäusekörpers 14 sind zwei vertikal verlaufende Führungen 18 zum Einführen des zur Aufnahme der Schaltungskomponenten der Zündendstufe 1 vorgesehenen Schaltungsträgers 1 2 bzw. Kühlkörpers 13 ausgebildet.
Nach dem Einstecken der Zündspule 2 in die Aussparung 1 7 im Unterteil 145 des Gehäusekörpers 14 der Zündendstufe 1 wird das Befestigungselement 1 5 horizontal derart eingeführt, daß es in die an der Außenseite 20 im Oberteil 22 der Zündspule 2 ausgebildete Vertiefung 24 eingreift; hierdurch wird die Zündspule 2 gegen das Unterteil 145 des Gehäusekörpers 14 gedrückt und auf diese Weise mit (dem Gehäusekörper 14) der Zündendstufe 1 fest verbunden (verriegelt). Die Schaltungskomponenten der Zündendstufe 1 (von Zündschaltung 10 und Zündschalter 1 1 ) werden als Hybridschaltung auf den als Keramikträger ausgebildeten, aus AI.O* bestehenden Schaltungsträger 1 2 aufgebracht. Der Schaltungsträger 1 2 ist zu Kühlzwecken (zum Abführen der Verlustleistung der Schaltungskomponenten der Zündendstufe 1 , insbesondere des Zündschalters 1 1 ) auf den bsp. als Kühlblech ausgebildeten oder mit Kühlrippen 1 31 versehenen Kühlkörper 13 aufgebracht (bsp. durch Aufkleben auf dem Kühlkörper 1 3 befestigt). Nach der Funktionsprüfung der Schaltungskomponenten der Zündschaltung 10 und des Zündschalters 1 1 (und ggf. einer Abdeckung der Schaltungskomponenten mit einer Schutzschicht) wird der
Kühlkörper 13 mit dem hierauf angeordneten Schaltungsträger 1 2 von der Oberseite des Gehäusekörpers 14 her in die beiden Führungen 1 8 des Gehäusekörpers 14 vertikal eingeführt, und hierdurch der Vorderteil 1 41 des Gehäusekörpers 14 gebildet.
Hiernach wird die elektrische Verbindung zwischen Zündendstufe 1 , Zündspule 2 und Steckeranschlüssen 1 61 vorgenommen, indem das Stanzgitteranschlüsse 50 aufweisende im Gehäusekörper 14 eingespritzte Stanzgitter 5 an geeigneten Kon- taktierungsstellen 51 mit den Schaltungskomponenten der Zündschaltung 10 und des Zündschalters 1 1 sowie mit den Anschlüssen 21 der Zündspule 2 verbunden wird (bsp. mittels eines Lötprozesses); die Stanzgitteranschlüsse 50 bilden an einem Ende die Steckeranschlüsse 1 61 im Anschlußsteckerteil 1 6 aus und können hier mittels eines externen Anschlußsteckers an die Steuereinheit 3 und die Spannungsversorgung angeschlossen werden. Schließlich wird von der Oberseite 1 46 des Gehäusekörpers 14 her Vergußmasse (bsp. ein Epoxyharz) in den Gehäusekörper 14 eingefüllt und die Vergußmasse bei einer geeigneten Temperatur ausgehärtet; hierdurch wird ein Schutz für die Schaltungskomponenten der Zündendstufe 1 (der Zündschaltung 10 und des Zündschalters 1 1 ) und der Stanzgitteranschlüsse 50 und
Spulenanschlüsse 21 erreicht sowie das Oberteil 146 (der Gehäusedeckel) des Gehäusekörpers 14 gebildet und damit ein geschlossenes Gehäuse für die Zündendstufe 1 realisiert. Der die elektrischen Eigenschaften der Zündspule 2 bestimmende Spulenkörper 29 ist von einem Gehäuseblech 25 (Leitblech) umgeben, d.h. die Außenseite 20 der
Zündspule 2 ist als Leitblech 25 ausgebildet. Die Zündspule 2 weist zur Anpassung an unterschiedliche Geometrien der Brennkraftmaschine bzw. des Zündkerzenschachts ein variierbares Unterteil 23 auf, auf dem das Zwischenstück 28 aufgesteckt ist. Nach dem Zusammenbau von Zündendstufe 1 und Zündspule 2 wird die komplette
Einheit in den Zündkerzenschacht der Brennkraftmaschine so weit eingebracht, daß das Unterteil 23 bzw. das Zwischenstück 28 der Zündspule 2 mit dem Kerzensechskant 41 der Zündkerze 4 in Kontakt kommt (s. Figur 4).
In der Figur 3.1 ist in einer Seitenansicht und in der Figur 3.2 in einer Draufsicht die
Verbindung und Kontaktierung von Zündspule 2 und Züπdendstufe 1 dargestellt. Hierbei wird ersichtlich, das mittels des Stanzgitters 5 bzw. der Stanzgitteranschlüsse 50 eine elektrische Verbindung zwischen den im Anschlußsteckerteil 1 6 angeordneten Steckeranschlüssen 1 61 , den Schaitungskomponenten der Zündendstufe 1 (der Zündschaltung 10 und des Zündschalters 1 1 ) und den Anschlüssen 21 der Zündspule 2 an bestimmten Kontaktierungsstellen 51 realisiert wird.
In der Figur 4 sind die miteinander verbundenen Zündspule 2 und Zündendstufe 1 in einer Schnittzeichnung dargestellt.
Die als Stabspule ausgebildete Zündspule 2 besitzt bsp. eine Länge von ca. 90 mm und einen Durchmesser von ca. 22 mm. Auf der Sekundärseite 27 der Zündspule 2 wird eine Hochspannung von bsp. ca. 25 kV erreicht. Auf dem Spulenkörper 29 ist ein die Außenseite bzw. Mantelfläche 20 der Zündspule 2 bildendes Trafoblech 25 aufgebracht.
Die Zündspule 2 bzw. das Trafoblech 25 am Zwischenstück 28 der Zündspule 2 sitzt auf dem Kerzensechskant 41 der Zündkerze 4 auf und ermöglicht so einen guten
Massekontakt sowie eine gute EMV-Abschirmung.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen, bestehend aus
• mindestens einer in einem Zündkerzenschacht angeordneten Zündkerze (4),
• einer Steuereinheit (3) zur Vorgabe der Zündzeitpunkte für die mindestens eine Zündkerze (4),
• einer jeder Zündkerze (4) zugeordneten und im Zündkerzenschacht angeordneten Zündspule (2),
• einer der Zündspule (2) zugeordneten Zündendstufe (1 ) mit einer Zündschaltung
(10) und einem Zündschalter (1 1 ),
dadurch gekennzeichnet,
• daß die Zündendstufe (1 ) von einem separaten Gehäusekörper (14) umgeben ist,
• daß der Unterteil (145) des Gehäusekörpers (14) der Zündendstufe (1 ) eine Aussparung (1 7) zum Einbringen der Zündspule (2) aufweist,
• und daß die in die Aussparung (1 7) eingebrachte Zündspule (2) durch ein Befestigungselement (15) mit dem Gehäusekörper (14) der Zündendstufe (1 ) verbunden ist.
2. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (1 5) von der Vorderseite (141 ) des Gehäusekörpers (1 4) her horizontal eingesetzt ist und die Zündspule (2) gegen das Unterteil (144) des Gehäusekörpers (1 4) drückt.
3. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule (2) an ihrer Außenseite (20) zwei Vertiefungen (24) aufweist, in die das Befestigungseiement (1 5) eingreift.
4. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Schaltungskomponenten der Zündendstufe (1 ) aufnehmender Schaltungsträger (1 2) vorgesehen ist, der in in den beiden Seitenteilen (142, 143) des Gehäusekörpers (14) der Zündendstufe (1 ) angeordneten Nuten (1 8) vertikal eingesetzt ist und die Vorderseite (141 ) des Gehäusekörpers (14) bildet.
5. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (1 2) auf einem Kühlkörper (13) angeordnet ist, der in in den beiden Seitenteilen (142, 143) des Gehäusekörpers (14) der Zündendstufe (1 ) angeordneten Führungen (1 8) vertikal eingesetzt ist und den Vorderteil (141 ) des Gehäusekörpers (14) bildet.
6. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten der Zündendstufe (1 ) auf einer Leiterplatte oder als Hybridschaitung auf einen als Keramikkörper ausgebildeten Schaltungsträger (1 2) aufgebracht sind.
7. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen der Steuereinheit (3), den Schaltungskomponenten der Zündendstufe (1 ) und der Zündspule (2) über ein im Gehäusekörper (14) integriertes Stanzgitter (5) mit Stanzgitteranschlüssen (50) erfolgt.
8. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzgitteranschlüsse (50) mit den Anschlüssen (21 ) der Zündspule (2) und den Schaltungskomponenten der Zündendstufe (1 ) an bestimmten Kontaktierungs- stellen (51 ) durch Löten oder Schweißen verbunden sind.
9. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzgitteranschlüsse (50) an einem Ende in in einem Anschlußsteckerteil (1 6) angeordnete Steckeranschlüsse (1 61 ) münden, an denen ein externer Anschlußstecker (1 6) angeschlossen ist.
10. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule (2) eine langgestreckte zylindrische Form aufweist.
1 1 . Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenseite (20) der Zündspule (2) von einem die EMV-Abschirmung verbessernden und die Magnetkreisschließung bewirkenden Gehäuseblech (25) gebildet ist.
1 2. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gehäuseblech (25) bis zum Kerzensechskant (41 ) der Zündkerze (4) erstreckt.
13. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1 1 oder 1 2, dadurch gekennzeich- net, daß das Gehäuseblech (25) in dem sich zur Zündkerze (4) hin erstreckenden Unterteil (23) mit Schlitzen versehen ist.
14. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 0 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an unterschiedliche Formen des Zündkerzen- Schachts das sich zum Kerzensechskant (41 ) der Zündkerze (4) hin erstreckende Unterteil (23) des Gehäusebiechs (25) verlängert und auf den Spulenkörper (29) ein Zwischenstück (28) aufgesetzt ist.
5. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündendstufe (1 ) Mittel zur Bestimmung des lonenstromsignals aufweist.
6. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des lonenstromsignals ein Schaltuπgsteil vorgesehen ist.
7. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 1 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten der Zündendstufe (1 ) von einer
Vergußmasse bedeckt sind.
8. Elektronisches Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündschalter (1 1 ) als bipolarer Schalttransistor mit meh- reren Kollektorelektroden ausgebildet ist.
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