Title:
Integrierte Zündkerzenzündspule mit Drucksensor für einen Verbrennungsmotor
Kind Code:
B4


Abstract:

Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) zur Lieferung eines Funkens (3) an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors (22) und zum Messen von Druckeigenschaften innerhalb des Zylinders, wobei die Anordnung umfaßt:
ein äußeres Gehäuse (2),
einen Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), der mit einem ersten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist,
zumindest eine Spule (10, 12), die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Spule (10, 12) derart ausgebildet ist, daß sie über die Schnittstelle (4) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, um die zumindest eine Spule (10, 12) selektiv mit Energie zu beaufschlagen,
einen Zündkerzenmantel (3), der mit dem zweiten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist und elektrisch an die zumindest eine Spule (10, 12) anschließbar ist, wobei der Zündkerzenmantel (3) derart ausgebildet ist, daß er einen Funken liefert, wenn die zumindest eine Spule (10, 12) mit Energie beaufschlagt ist,
eine Drucksensoranordnung (16, 17), die mit...




Inventors:
Wright, James T. (Anderson, Ind., US)
Ogden, Jeffrey D. (Anderson, Ind., US)
Boyer, James A. (Anderson, Ind., US)
Application Number:
DE10035392A
Publication Date:
09/16/2004
Filing Date:
07/20/2000
Assignee:
Delphi Technologies, Inc. (Troy, Mich., US)



Foreign References:
5672812
WO1999014571A11999-03-25
JPH08232825A
JPH08121310A
Attorney, Agent or Firm:
MANITZ, FINSTERWALD & PARTNER GBR (München)
Claims:
1. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) zur Lieferung eines Funkens (3) an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors (22) und zum Messen von Druckeigenschaften innerhalb des Zylinders, wobei die Anordnung umfaßt:
ein äußeres Gehäuse (2),
einen Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), der mit einem ersten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist,
zumindest eine Spule (10, 12), die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Spule (10, 12) derart ausgebildet ist, daß sie über die Schnittstelle (4) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, um die zumindest eine Spule (10, 12) selektiv mit Energie zu beaufschlagen,
einen Zündkerzenmantel (3), der mit dem zweiten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist und elektrisch an die zumindest eine Spule (10, 12) anschließbar ist, wobei der Zündkerzenmantel (3) derart ausgebildet ist, daß er einen Funken liefert, wenn die zumindest eine Spule (10, 12) mit Energie beaufschlagt ist,
eine Drucksensoranordnung (16, 17), die mit dem äußeren Gehäuse (2) in der Nähe des Zündkerzenmantels (3) verbunden ist, wobei der Drucksensor derart ausgebildet ist, daß er Druckänderungen in dem Zylinder erfaßt,
wobei das äußere Gehäuse (2 ), der Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), die zumindest eine Spule (10, 12), der Zündkerzenmantel (3) und die Drucksensoranordnung (16, 17) als eine integrierte Anordnung gebildet sind,
wobei die Drucksensoranordnung (16, 17) umfaßt: eine Meßwicklung (17), die um eine Spulenumhüllung (15) herum gewickelt ist, die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Meßwicklung (17) an die Steuerschaltungsschnittstelle (4) über eine flexible Leiterplatte (18) angeschlossen ist, und
wobei die flexible Leiterplatte (18) Leitungsbahnen umfaßt, die sich von der Meßwicklung (17) zur Steuerschaltungsschnittstelle (4) erstrecken, und eine Basisgrundebene, die zwischen den Leitungsbahnen und der zumindest einen Spule (10, 12) angeordnet ist, um die Leitungsbahnen von der zumindest einen Spule (10, 12) zu isolieren.

2. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) zur Lieferung eines Funkens (3) an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors (22) und zum Messen von Druckeigenschaften innerhalb des Zylinders, wobei die Anordnung umfaßt:
ein äußeres Gehäuse (2),
einen Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), der mit einem ersten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist,
zumindest eine Spule (10, 12), die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Spule (10, 12) derart ausgebildet ist, daß sie über die Schnittstelle (4) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, um die zumindest eine Spule (10, 12) selektiv mit Energie zu beaufschlagen,
einen Zündkerzenmantel (3), der mit dem zweiten Ende des äußeren Gehäuses (2) verbunden ist und elektrisch an die zumindest eine Spule (10, 12) anschließbar ist, wobei der Zündkerzenmantel (3) derart ausgebildet ist, daß er einen Funken liefert, wenn die zumindest eine Spule (10, 12) mit Energie beaufschlagt ist,
eine Drucksensoranordnung (16, 17), die mit dem äußeren Gehäuse (2) in der Nähe des Zündkerzenmantels (3) verbunden ist, wobei der Drucksensor derart ausgebildet ist, daß er Druckänderungen in dem Zylinder erfaßt,
wobei das äußere Gehäuse (2), der Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt (4), die zumindest eine Spule (10, 12), der Zündkerzenmantel (3) und die Drucksensoranordnung (16, 17) als eine integrierte Anordnung gebildet sind,
wobei die Drucksensoranordnung (16, 17) umfaßt: eine Meßwicklung (17), die um eine Spulenumhüllung (15) herum gewickelt ist, die in dem äußeren Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Meßwicklung (17) an die Steuerschaltungsschnittstelle (4) über eine flexible Leiterplatte (18) angeschlossen ist, und
wobei die Drucksensoranordnung (16, 17) ferner einen Vormagnetisierungsmagneten (16) umfaßt, der neben der Meßwicklung (17) angeordnet ist, um einen Anfangsfluß durch die Meßwicklung (17) hindurch zu erzeugen.

3. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vormagnetisierungsmagnet (16) ein radial polarisierter Ring ist, der um einen magnetostriktiven Abschnitt (19) herum angeordnet ist, der sich von dem Zündkerzenmantel (3) aus erstreckt.

4. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetostriktive Abschnitt (19) des Zündkerzenmantels (3) aus einem mit einer Nickellegierung plattierten Stahl gebildet ist.

5. Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einer Steuereinheit (24) des Verbrennungsmotors (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) einen Oszillator umfaßt, wobei der Oszillator an die Meßwicklung (17) angeschlossen ist, um die Meßwicklung (17) mit einer vorbestimmten Frequenz anzusteuern.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Zündkerzenspule mit einem Drucksensor und insbesondere eine derartige, zu einer einzigen kompakten Einheit ausgebildete Einrichtung.

Derartige Zündkerzenspulen mit Drucksensor sind aus den Druckschriften JP 08121310 A und JP 08232825 A bekannt.

Das US-Patent 5 672 812 von Meyer offenbart eine an einen Zündkerzenmantel angebrachte, magnetostriktive Drucksensoreinrichtung. Jedoch offenbart diese Anordnung keine für die Produktion geeignete Vorrichtung, da sie nicht den wichtigen Gegenstand der Packung, der Signalleitungsführung und der Unterdrückung von Motorgeräuschaufnahme anspricht. Außerdem enthält die Druckschrift US 5 672 812 weder eine Spule, um die Zündkerze aufzuladen, noch ein Mittel, um die Meßwicklung mit Energie zu beaufschlagen.

Um die Probleme des Standes der Technik, wie die vorstehend erwähnten, zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Zündkerze, eine Zündspule und einen Drucksensor bereit, die in eine einzige Einheit integriert sind. Eine Zündspule und ein Drucksensor für einen Verbrennungsmotor sind in einer Zündkerzenbohrung eines Motors untergebracht und direkt an den Motor montiert. Der harte Zündkerzenmantel dient als ein magnetostriktiver Abschnitt. Ein radial polarisierter Vormagnetisierungsmagnet ist neben dem Zündkerzenmantel angeordnet, wodurch ein Anfangsfluß durch eine Meßwicklung erzeugt wird. Die Meßspule ist um die untere Spulenumhüllung herum gewickelt, um Änderungen der Induktionseigenschaften des Zündkerzenmantels infolge von Druckänderungen in dem Zylinder zu erfassen. Ein erstes passives Verfahren zur Messung von Druck durch die Flußänderung aufgrund der Permeabilitätsänderung erzeugt eine Signalspannung in der gemessenen Spule. Diese Spannung ist proportional zur zeitlichen Druckänderung, die integriert wird, um eine Zylinderdruckwellenform zu erzeugen. Ein zweites aktives Verfahren wendet einen Oszillator an, um die Meßwicklung mit einer Frequenz anzusteuern, die mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignalanteils beträgt. Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird dann in Ansprechen auf die Induktionseigenschaftsänderung des Zündkerzenmantels moduliert. Diese Induktionsänderungen werden von der Meßwicklung erfaßt. Das zweite Verfahren ist in der Lage, sowohl statischen als auch dynamischen Druck zu detektieren.

Andere Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden im Verlaufe ihrer folgenden Beschreibung deutlich werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist:

1 eine Schnittansicht der integrierten Zündkerzenspule mit Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung,

2A & 2B Seitenansichten der Spulenumhüllung des Vormagnetisierungsmagneten und der flexiblen Leiterplatte der integrierten Zündkerzenspule mit Drucksensor von 1, und

3 eine Explosionsansicht der integrierten Zündkerzenspule mit Drucksensor zusammen mit einem Motor und einer Steuereinheit der vorliegenden Erfindung.

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren und insbesondere in 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer integrierten Zündspulen-, Zündkerzen- und Drucksensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Teilschnittansicht veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die integrierte Zündspulen-, Zündkerzen- und Drucksensoranordnung 1 ist zum Anbau an einen herkömlichen Verbrennungsmotor 22 über einen Zündkerzenmantel und in Gewindeeingriff mit einer Zündkerzenöffnung 23 in einen Verbrennungsmotor hinein ausgebildet.

Die Anordnung weist ein im wesentlichen starres äußeres Gehäuse 2 auf, an dessen einem Ende sich eine Zündkerzenanordnung 3 befindet, und an dessen anderem Ende sich ein Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt 4zur Schaffung einer elektrischen Schnittstelle nach außen hin mit der Motorsteuereinheit 24 befindet. Die Anordnung umfaßt ferner einen im wesentlichen schlanken Hochspannungstransformator, der im wesentlichen koaxial angeordnete Primär- und Sekundärwicklungen und einen Magnetkern mit hoher Permeabilität umfaßt. Alle Bauteile des Hochspannungszündsystems sind in der integrierten Zündspulen-, Zündkerzen- und Drucksensoranordnung 1 untergebracht oder ein Teil von dieser.

Im allgemeinen ist der Aufbau zum Drop-In-Einbau von Bauteilen und Baugruppen ausgebildet, wie es später beschrieben wird.

Nach 1 ist eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor mit einem starren äußeren Gehäuse 2, das vorzugsweise aus Stahl gebildet ist, als ein Gehäuse der Zündspule versehen. Ein Transformatorabschnitt 5 und ein Steuerschaltungsabschnitt 7 als ein Spulenabschnitt zur Hochspannungserzeugung sind in das äußere Spulengehäuse 2 eingesetzt. Der Steuerschaltungsabschnitt 7 spricht auf Anweisungssignale von einer externen Schaltung (nicht gezeigt) an, um zu bewirken, daß ein Primärstrom des Transformatorabschnitts 5 intermittierend ist. Es ist anzumerken, daß die Steuerschaltung außerhalb der integrierten Spulen/Zündkerzen-Anordnung liegen kann. Ein Anschlußabschnitt 6, der der Zündkerze 3 eine von dem Transformatorabschnitt 5 induzierte Sekundärspannung zuführt, ist in einem unteren Abschnitt vorgesehen, der das andere Ende des äußeren Spulengehäuses 2 ist.

Das äußere Gehäuse 2 kann aus einem runden Rohrmaterial gebildet sein, das vorzugsweise nickelplattierten 1008-Stahl oder ein anderes geeignetes magnetisches Material umfaßt. Wenn eine höhere Festigkeit erforderlich ist, wie beispielsweise bei ungewöhnlich langen Umhüllungen, können stattdessen ein Hartstahl oder ein magnetischer, rostfreier Stahl eingesetzt werden. Ein Abschnitt des äußeren Gehäuses 2 am Ende neben dem Steuerschaltungsschnittstellenabschnitt 4 ist vorzugsweise durch einen herkömmlichen Tiefzieharbeitsgang gebildet, um eine Vielzahl von ebenen Flächen zu schaffen und somit einen Befestigungskopf 8, wie einen sechseckigen Befestigungskopf, zum Eingriff mit normal bemessenen Eindrehwerkzeugen bereitzustellen. Zusätzlich ist das Außenende nach innen gewalzt, um die notwendige Festigkeit für auf den Befestigungskopf aufgebrachtes Drehmoment bereitzustellen und evtl. eine Auflage zum Einfangen einer Ringklammer zwischen dem äußeren Gehäuse 2 und dem Verbinderkörper 4 bereitzustellen. Die zuvor zusammengebauten primärseitigen und sekundärseitigen Baugruppen werden in das äußere Gehäuse 2 vom Zündkerzenende aus bis zu einem festen Anschlag eingeführt, der durch das tiefgezogene Ende bereitgestellt wird, das auf einen oberen Endabschnitt des Verbinderkörpers wirkt.

Der Transformatorabschnitt 5 ist um einen zentralen Magnetkern 9 herum gebildet. Der Magnetkern 9 des Transformatorabschnitts 5 kann aus kunststoffbeschichteten Eisenteilchen in einem Druckformungsvorgang hergestellt werden. Nachdem der Kern 9 geformtn worden ist, wird er endbearbeitet, wie durch Schleifen, um eine glatte Oberfläche bereitzustellen, die beispielsweise keine scharfen Formtrennfugen aufweist, die sonst für das beabsichtigte direkte Wickeln der Primärspule auf diese nachteilig sind.

Durch Laminieren dünner Siliziumstahlplatten mit unterschiedlichen Breiten, so daß deren Querschnitt im wesentlichen kreisförmig wird, kann ebenfalls den Kern 9 gebildet werden. Magnete, die eine Polarität mit umgekehrten Richtungen des magnetischen Flusses aufweisen, der durch Erregung durch die Spule erzeugt wird, sind jeweils an beiden Enden dieses Eisenkerns 9 angeordnet.

Die Primärspule 10 ist direkt auf die Oberfläche des gegossenen Kerns 9 gewickelt. Die Wicklungen sind aus isoliertem Draht gebildet, der direkt auf die äußere zylindrische Oberfläche des Kerns 9 gewickelt ist. Die Primärspule 10 kann zwei Wicklungslagen umfassen, die jeweils aus 127 Windungen aus Draht Nr. 23 AWG bestehen. Es können Haftbeschichtungen, obwohl sie voraussichtlich nicht notwendig sind, auf die Primärwicklung 10, wie durch einen herkömmlichen Filzverteiler, während des Wickelprozesses oder mittels eines Einspritzens von flüssigem Silikongummi um den Draht herum aufgebracht werden. Das Wickeln der Primärspule 10 direkt auf den Kern 9 sorgt für eine effektive Wärmeübertragung der Primärwiderstandsverluste und für eine verbesserte magnetische Kopplung, die bekanntlich im wesentlichen umgekehrt proportional zum Volumen zwischen der Primärwicklung und dem Kern schwankt. Der Kern 9 ist vorzugsweise am inneren Endabschnitt des Verbinderkörpers angebaut, um einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Kern 9 und dem Kernerdungsanschluß herzustellen. Jedoch ist die besondere Erdung des Kerns für die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich. Die Anschlußleitungen der Primärspule 9 sind durch Löten an die vergossenen, primärseitigen Anschlüsse angeschlossen.

Die primärseitige Baugruppe wird in den Sekundärspulenkörper 11 eingesetzt. Eine Sekundärspule 12 wird auf den Außenumfang des Sekundärspulenkörpers 11 gewickelt. Die Sekundärspule kann entweder eine segmentartig gewickelte Spule oder eine schichtartig gewickelte Spule in einer in der Technik bekannten Weise sein.

Der Steuerschaltungsabschnitt 7 ist vorzugsweise aus einem harzvergossenen Schaltelement, das bewirkt, daß der Leitungsstrom zur Primärspule intermittierend ist, und einer Steuerschaltung hergestellt, die ein Zünder ist, der die Steuersignale dieses Schaltelements erzeugt. Zusätzlich kann eine Wärmesenke, die ein separater Körper ist, an den Steuerschaltungsabschnitt 7 zur Wärmeabstrahlung von Schaltungselementen, wie des Schaltelements, geklebt sein. Jedoch kann, wie zuvor erwähnt, der Steuerschaltungsabschnitt 7 außerhalb der Zündkerzenanordnung liegen. Ferner kann bei einer alternativen Ausführungsform der Drucksensor mit einer Zündkerzenanordnung mit einem externen Steuerschaltungsabschnitt und einem Spulenpaket integriert sein.

Im Inneren des äußeren Gehäuses 2 sind der Transformatorabschnitt 5, der Verbinderabschnitt 13 und eine Hochspannungsmuffe 14 untergebracht.

Eine Spulenumhüllung 15 ist im äußeren Gehäuse 2 angeordnet, die zur Unterstützung und zum Unterstützen der Spulen- und Druckmeßbauteile hinzugefügt ist.

Für den Zusammenbauprozeß wird die gewickelte Primärspule 10 mit dem angebauten Verbinder 13 mit dem gewickelten Sekundärspulenkörper 11 zusammengebaut und dann in die Spulenumhüllung 15 eingebaut.

Die oben beschriebene Zündspule wird in eine Zündkerzenbohrung eines Verbrennungsmotors eingesetzt und an dem Motor befestigt. Eine am unteren Abschnitt der Zündkerzenbohrung montierte Zündkerze 3 ist im Anschlußabschnitt 6 aufgenommen, und eine Elektrode am Kopfabschnitt der Zündkerze kontaktiert elektrisch einen Endabschnitt des Transformatorabschnitts 5. Die Stahlumhüllung auf der Spule ist vorzugsweise an die Zündkerze geschweißt, um eine vormontierte Einheit zu bilden. Die vormontierte Einheit wird dann auf herkömmliche Weise in die Zündkerzenbohrung in dem Zylinderkopf geschraubt. Die Einheit ist selbsttragend, wobei keine Befestigungsschrauben erforderlich sind.

Es ist bevorzugt, daß die Zündspule eine Querschnittsform und Abmessungen besitzt, die in der Zündkerzenbohrung 23 untergebracht werden können. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein Querschnitt des Rohrabschnitts des äußeren Spulengehäuses 2 kreisförmig und mit einer geeigneten Abmessung ausgebildet, so daß er zu einer Innendurchmesserabmessung einer Zündkerzenbohrung 23 paßt, wie es der Fachmann einsehen wird.

Wie es zuvor erwähnt wurde, ist die Spulenumhüllung 15 in dem äußeren Gehäuse 2 angeordnet. Die Spulenumhüllung 15 erstreckt sich vom Zündkerzenmantel 3 zum Schaltungsschnittstellenabschnitt 4. Die Spulenumhüllung 15 enthält auch den Kern 9, die Primärspule 10, den Sekundärspulenkörper 11 und die Sekundärspule 12. Die Drucksensoranordnung ist zwischen der Spulenumhüllung 15 und dem äußeren Gehäuse 2 neben dem Zündkerzenmantel angeordnet. Die Drucksensoranordnung besteht aus einem ringförmigen Vormagnetisierungsmagneten 16, einer Meßwicklung 17 und einer flexiblen Leiterplatte oder biegsamen gedruckten Schaltung 18, die sich von der Meßwicklung 17 längs der Spulenumhüllung 15 zum entgegengesetzten Ende der Spulenumhüllung zum Schaltungsschnittstellenabschnitt 4 erstreckt. Die flexible Leiterplatte besteht vorzugsweise aus einer mehrlagigen Schaltung. Eine Grundebenenlage ist neben der Spulenumhüllung angeordnet. Meßwicklungsleitungen sind dann auf anschließenden äußeren Lagen zwischen isolierenden Lagen eingebettet angeordnet. Die Grundebene schützt zusammen mit den isolierenden Lagen die Meßwicklungsleitungen vor der Hochspannung der Spulen und reduziert oder beseitigt dadurch Rauscheinkopplung. Der Schaltungsschnittstellenabschnitt 4 ist an das elektrische System des Fahrzeugs angeschlossen, um sowohl einen elektrischen Eingang in die Spulen als auch eine Steuerung der Spulen, die Kommunikation der Meßwicklung mit der Motorsteuereinheit sowie die Verbindung mit dem Oszillator, wie bei der alternativen Ausführungsform, bereitzustellen.

Ein zylindrischer Abschnitt des Zündkerzenmantels 3, der als der magnetostriktive Abschnitt 19 bekannt ist, erstreckt sich nach oben und innerhalb der Spulenumhüllung 15 und steht eng anliegend mit der Spulenumhüllung 15 in Eingriff. Die Meßwicklung 17 ist um den unteren Abschnitt der Spulenumhüllung 15 in der Nähe des magnetostriktiven Abschnitts 19 des Zündkerzenmantels 3 herum gewickelt.

Die 2A & 2B zeigen die Spulenumhüllung 15, den Vormagnetisierungsmagneten 16 und die flexible Leiterplatte 18. Am unteren Abschnitt der Spulenumhüllung 15 sind eine Wicklungsnische 20 und ein Halteabschnitt 21 gebildet. Die Meßwicklung 17 ist direkt auf die Spulenumhüllung 15 gewickelt und ist vorzugsweise um den Wicklungszwischenraum 20 herum gewickelt und innerhalb desselben angeordnet. Der Außendurchmesser des Wicklungszwischenraums 20 ist vorzugsweise derart bemessen, daß er gleich dem Innendurchmesser des unteren Abschnitts des äußeren Gehäuses 2 ist. Dies liefert eine stabile Anordnung und hält die Meßwicklung 17 in enger Nähe zum magnetostriktiven Abschnitt 19 des Zündkerzenmantels 3. Knapp über dem Wicklungszwischenraum 2 befindet sich der Halter 21, der derart ausgebildet ist, daß er den Vormagnetisierungsmagneten 16 aufnimmt und hält. Der Vormagnetisierungsmagnet 21 ist vorzugsweise ringförmig und in einer Ringnut angeordnet, die in der Außenumfangsfläche der Spulenumhüllung ausgebildet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der magnetostriktive Abschnitt 19 des Zündkerzenmantels 3 sowohl über die Meßwicklung 17 als auch den Vormagnetisierungsmagneten 16 hinaus. Die Leitungen der Meßwicklung sind mit den geeigneten Bahnen der flexiblen Leiterplatte 18 verbunden, die an die Außenfläche der Spulenumhüllung 15 geklebt ist und sich zum Schaltungsschnittstellenabschnitt 4 erstreckt. Wie es zuvor erwähnt wurde, ist eine Grundebene in die flexible Leiterplatte 18 eingebaut, die zwischen der Spulenumhüllung 15 und den Meßwicklungsleitungsbahnen angeordnet ist, so daß das Niederspannungssignal abgeschirmtist.

Der Zündkerzenmantel 3 und der magnetostriktive Abschnitt 19 stellen zusammen mit dem Stahlspulengehäuse eine magnetische Strecke bereit, die durch den Vormagnetisierungsmagneten erregt wird. Der Vormagnetisierungsmagnet ist radial polarisiert, um einen geeigneten Anfangsfluß durch die Meßwicklung hindurch zu erzeugen. Der magnetische Fluß, der in dieser Strecke fließt, ist durch die Meßwicklung 17 eingeschlossen. Wenn der Zündkerzenmantel aufgrund von Zylinderdruck beansprucht wird, ändern sich die Induktionseigenschaften des Zündkerzenmantels 3.

Diese Änderung der Induktionseigenschaften kann von der Meßwicklung durch zwei Verfahren detektiert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind der Zündkerzenmantel und der magnetostriktive Abschnitt aus einem mit einer Nickellegierung plattierten Stahl hergestellt. Ein derartiges Material liefert eine ausreichende Änderung der Induktionseigenschaften infolge einer Druckänderung in dem Zylinder. Nun wird das Meßverfahren beschrieben.

Ein erstes Verfahren zum Detektieren der Induktionseigenschaftsänderungen in dem Zündkerzenmantel ist als passive Meßtechnik bekannt. Bei diesem Verfahren erzeugt die Flußänderung aufgrund der Permeabilitätsänderung eine Signalspannung in der Meßspule 17. Diese Spannung ist proportional zur zeitlichen Druckänderung. Dieses Signal wird dann integriert, um eine Zylinderdruckwellenform zu erzeugen. Diese passive Technik detektiert dynamische Druckänderungen.

Ein zweites Verfahren zum Detektieren der Zylinderdruckänderungen umfaßt ein aktives Messen. Bei diesem Verfahren ist ein Oszillator an die Meßwicklung 17 über die Motorsteuereinheit 24 und Schnittstellenschaltung 4 angebracht und steuert die Meßwicklung mit einer Frequenz an, die mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignalanteils beträgt, wobei es sich erwiesen hat, daß 100 kHz eine ausreichende Frequenz ist. Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird in Ansprechen auf die Induktionseigenschaftsänderungen des Zündkerzenmantels in Ansprechen auf Druckänderungen in dem Zylinder moduliert. Insbesondere verschiebt sich die Resonanzfrequenz, wenn sich der Druck in dem Zylinder ändert. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz ist eine direkte Angabe der Druckänderung. Die Steuereinheit detektiert die Änderung der Resonanzfrequenz aus dem Meßwicklungssignal. Die Steuereinheit bezieht sich gattungsgemäß auf die Motorsteuerungs-, Kommunikations- und Verarbeitungseinheiten, die zu modernen Verbrennungsmotoren gehören, wie es in der Technik verstanden wird. Die Steuereinheit stellt die Quelle und die Steuerung der Spannung für die Spulen, die Kommunikation mit der Meßwicklung sowie die Verbindung des Oszillators mit der Meßwicklung bereit. Die Schaltungsschnittstelle 4 kann eine separate Verbindung der Spule und des Drucksensors mit der Steuereinheit bereitstellen.

3 zeigt mehrere integrierte Zündkerzenspulen- und Drucksensoranordnungen 1, die mit einer Zündkerzenbohrung 23 eines Motors 22 verbunden sind. Die Anordnungen sind wiederum mit der Motorsteuereinheit 24 verbunden, die einen Oszillator umfassen kann, um die Meßwicklungen in dem oben beschriebenen aktiven Meßverfahren anzusteuern.

Die kombinierte Zündkerzen-, Spulen- und Drucksensoranordnung stellt ein passendes Mittel bereit, um die Verbrennung auf der Grundlage einzelner Zylinder zu managen. Durch eine derartige Druckinformation wird eine Anzahl von Motormanagementoptionen ermöglicht. Diese umfassen Klopfsteuerung, Steuerung der Lage des Spitzendrucks, Motormanagement auf der Grundlage von Drehmoment, Fehlzündungsdetektion und Druckverhältnismanagement, sind aber nicht darauf begrenzt.

Erfindungsgemäß wurde zusätzlich die Gestalt der Umhüllung der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor vorzugsweise kreisförmig hergestellt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich darauf begrenzt, und eine zu einer Rohrform ausgebildete, axiale Querschnittsform, die fünfeckig, achteckig oder auf andere Weise polygon ist, ist ebenso annehmbar.

Außerdem wurde erfindungsgemäß die Zündspule für einen Verbrennungsmotor in einer Zündkerzenbohrung montiert, die in einem Zylinderkopfdeckel ausgebildet ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich darauf begrenzt, und eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor, die über einen Winkel oder desgleichen montiert ist, der an dem Zylinderkopfdeckel angebaut ist, ist ebenso annehmbar.

Zusamengefaßt sind eine Zündspule, eine Zündkerze und ein Drucksensor für einen Verbrennungsmotor 22 in eine einzige Anordnung 1 integriert und direkt an eine Zündkerzenbohrung 23 eines Verbrennungsmotors 22 montiert. Ein harter Zündkerzenmantel 3 dient als ein magnetostriktiver Abschnitt 19 zur Druckdetektion. Ein radial polarisierter Vormagnetisierungsmagnet 16 ist neben dem Zündkerzenmantel 3 angeordnet, wodurch ein Anfangsfluß durch eine Meßwicklung 17 hindurch erzeugt wird. Die Meßwicklung 17 ist um das untere Ende der Spulenumhüllung 15 herumgewickelt, um Änderungen der Induktionseigenschaften des Zündkerzenmantels 3 infolge von Druckänderungen in dem Zylinder zu erfassen. Ein erstes passives Verfahren zum Messen von Druck durch die Flußänderung aufgrund der Permeabilitätsänderung erzeugt eine Signalspannung in der gemessenen Spule. Diese Spannung ist proportional zur zeitlichen Druckänderung, die integriert wird, um eine Zylinderdruckwellenform zu erzeugen. Ein zweites aktives Verfahren wendet einen Oszillator an, um die Meßschaltung 17 mit einer Frequenz anzusteuern, die mindestens das Zehnfache von derjenigen des Drucksignalanteils beträgt. Die Frequenz oder Amplitude dieses Signals wird dann in Ansprechen auf die Induktionseigenschaftsänderung des Zündkerzenmantels 3 moduliert. Das zweite Verfahren ist in der Lage, sowohl statischen als auch dynamischen Druck zu detektieren.