УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОСТЫКОВКИ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ СО СВЕЧОЙ ЗАЖИГАНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая заявка относится к системам зажигания и устройству состыковки катушки зажигания со свечой зажигания.
Уровень техники
Некоторые автомобильные двигатели оборудованы системой зажигания, в которой к каждой свече зажигания подсоединена отдельная катушка зажигания без распределителя; при этом свеча зажигания подсоединена проводом к системе, которую обычно называют системой зажигания с индивидуальной катушкой на каждой свече. Система зажигания с индивидуальной катушкой на каждой свече имеет ряд преимуществ по сравнению с другими типами систем зажигания. Например, система зажигания с индивидуальной катушкой на каждой свече позволяет каждой катушке зажигания накапливать заряд в течение большего промежутка времени между искрами для накопления заряда по сравнению с системой зажигания, в которой одна катушка зажигания подает заряд на несколько свечей зажигания. Соответственно, система зажигания с индивидуальной катушкой на каждой свече формирует искру с более высокой энергией, чем другие системы подобного назначения.
На ФИГ.1 изображен один из примеров системы зажигания 100 с индивидуальной катушкой на каждой свече для одного цилиндра двигателя. Система зажигания 100 включает катушку зажигания 102. В крышке распределительного вала 104 имеется канал 106, в который вставлена катушка зажигания 102, обеспечивающий доступ через крышку распределительного вала 104 к свече зажигания (не показана). Катушка зажигания 102 соединена с клеммой свечи зажигания для подачи электрического заряда на свечу зажигания.
Катушка зажигания 102 крепится болтами к крышке распределительного вала 104 для ее установки в канале 106 таким образом, чтобы катушка зажигания 102 была подсоединена к свече зажигания. В частности, катушка зажигания 102 включает в себя кронштейн 108, который находится вне канала 106 и расположен над крышкой распределительного вала 104. Кронштейн 108 включает резьбовую часть 110, предназначенную для установки крепежной детали 112 (например, болта). Соответственно крышка распределительного вала содержит резьбовую часть 114 для установки крепежной детали 112. Кроме того, крышка распределительного вала 104 включает в себя монтажный прилив 116 для выравнивания кронштейна 108 по отношению к крышке распределительного вала 104 таким образом, чтобы резьбовая часть 110 кронштейна 108 совпадала с резьбовой частью 114 крышки распределительного вала 104 таким образом, чтобы крепежную деталь 112 можно было ввинтить в резьбовую часть 110, а затем в резьбовую часть 114 для закрепления катушки зажигания 102 на крышке распределительного вала 104.
Тем не менее при таком расположении деталей авторы изобретения обнаружили ряд потенциальных проблем. Например, при креплении катушки зажигания болтами к крышке распределительного вала допуски размеров компонентов складываются так, что вариации размеров компонентов и зазоров между ними создают дополнительные вредные взаимодействия или уменьшенные зазоры. Это, в свою очередь, приводит к деформации компонентов после сборки и (или) повышенному износу, что снижает срок службы компонентов. Кроме того, действие шума, вибрации и сотрясений (NVH) крышки распределительного вала передается на катушку зажигания, что приводит к снижению устойчивости соединения и (или) повышению износа.
Раскрытие полезной модели
В одном из примеров изобретения вышеупомянутые проблемы могут быть решены с помощью системы зажигания, в состав которой входят: свеча зажигания, включающая клемму свечи зажигания; катушка зажигания, включающая вывод с зазубринами; кожух, покрывающий свечу зажигания, причем кожух образует канал для обеспечения подключения катушки зажигания к свече зажигания; и фиксирующее устройство, состоящее из первого пружинного зажима, предназначенного для удержания зазубренного вывода, и второго пружинного зажима, предназначенного для удержания клеммы свечи зажигания в состоянии подключения катушки зажигания к свече зажигания. В частном случае, такая конструкция позволяет при желании не устанавливать катушку зажигания на крышку распределительного вала.
Состыковка катушки зажигания со свечой зажигания с помощью фиксирующего устройства вместо установки катушки зажигания на крышке распределительного вала, в частности, позволяет уменьшить эффекты сложения допусков размеров для катушки зажигания. В результате может быть обеспечено более устойчивое и стабильное соединение катушки зажигания со свечой зажигания, тем самым увеличив срок службы компонентов за счет уменьшения износа. Такая конструкция может оказаться особенно полезной в двигателях, в которых используются плавающие композитные крышки распределительных валов, изолированные от головки блока цилиндров с помощью изолирующего слоя, поскольку крышка распределительного вала имеет большую тенденцию к смещению своего положения относительно положения свечи зажигания в результате воздействия шума, вибрации и сотрясений (NVH).
Более того, поскольку катушка зажигания не установлена на крышке распределительного вала, при желании могут быть исключены различные детали крепления катушки зажигания к крышке распределительного вала. В частности, можно удалить кронштейн катушки зажигания с резьбовой частью, а с крышки распределительного вала можно удалить монтажный прилив с резьбовой частью. Кроме того, из системы зажигания можно исключить крепежную деталь. Таким образом, система зажигания может стать менее сложной, что приведет к сокращению издержек производства.
Следует понимать, что изложенное выше краткое описание приведено в качестве концепции в упрощенной форме, которая более досконально описана в приведенном ниже подробном описании. Это описание не предназначено для выявления ключевых или существенных особенностей заявленного изобретения, объем которого определяется формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленное изобретение не ограничивается вариантами исполнения, которые устраняют недостатки, отмеченные выше или в любой части данного документа.
Краткое описание чертежей
Сущность настоящего изобретения будет более понятна из приведенного ниже подробного описания вариантов реализации изобретения, не определяющих ограничения и соотносимых с приложенными чертежами, на которых изображено следующее:
На ФИГ.1 представлено схематическое изображение одного из примеров системы зажигания, известного из уровня техники.
На ФИГ.2 представлено схематическое изображение одного из вариантов реализации системы зажигания по настоящему изобретению.
ФИГ.3 представляет собой вид сверху фиксирующего устройства.
ФИГ.4 представляет собой вид спереди фиксирующего устройства, изображенного на ФИГ.2.
ФИГ.5 представляет собой вид снизу фиксирующего устройства, изображенного на ФИГ.2.
На ФИГ.6 показан процесс состыковки катушки зажигания со свечой зажигания с помощью фиксирующего устройства.
Осуществление полезной модели
Сущность настоящего изобретения теперь будет продемонстрирована на примере в отношении некоторых вариантов исполнения, изображенных на чертежах. Компоненты, которые могут быть по существу одинаковыми в одном или более вариантах воплощения, указаны соответственно и описаны с минимальным повторением. Следует отметить, однако, что компоненты, указанные соответственно в различных вариантах исполнения настоящего изобретения, могут различаться, по крайней мере, частично. Следует также отметить, что чертежи, включенные в настоящий документ, являются схематическими. Изображенные варианты исполнения, как правило, выполнены не в масштабе; пропорции, размеры отдельных элементов и количество элементов могут намеренно быть искажены для того, чтобы можно было легче увидеть выбранные элементы или отношения.
На ФИГ.2 схематично изображен вариант системы зажигания 200, в котором катушка зажигания 202 соединена со свечой зажигания 210 с помощью фиксирующего устройства 212. Фиксирующее устройство 212 обеспечивает жесткое соединение, закрепляющее катушку зажигания таким образом, чтобы катушка зажигания не была прикреплена к какому-либо другому компоненту двигателя для того, чтобы оставаться надежно соединенной со свечой зажигания 210.
Свеча зажигания 210 расположена в головке блока цилиндров 208, который соответствует одному цилиндру (не изображен) многоцилиндрового двигателя. Свеча зажигания 210 создает искру в соответствующем цилиндре, чтобы вызвать воспламенение. Свеча зажигания 210 включает в себя клемму свечи зажигания 218, которая электрически соединена с зазубренным выводом 220 катушки зажигания 202 через фиксирующее устройство 212 для получения электрического заряда, который вызывает образование искры в свече зажигания.
Кожух 204 расположен над головкой блока цилиндров 208. Кожух 204 образует верхнюю поверхность двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения кожух 204 включает в себя крышку распределительного вала 203, расположенную над головкой блока цилиндров 208. В некоторых вариантах осуществления изобретения кожух 204 включает в себя часть головки блока цилиндров 208. В некоторых вариантах осуществления изобретения кожух 204 включает в себя модуль катушек зажигания, который соединен с головкой блока цилиндров для выравнивания нескольких катушек зажигания по отношению к соответствующим свечам зажигания. Кожух 204 имеет канал 206, обеспечивающий доступ катушке зажигания 202 к свече зажигания 210. Канал 206 позволяет вставлять катушку зажигания 202 через кожух 204 для подсоединения к свече зажигания 210, не снимая кожух 204. Такая конструкция позволяет легко вставлять и извлекать катушку зажигания 202 для проведения технического обслуживания и (или) замены.
Катушкой зажигания 202 может являться высоковольтная катушка зажигания, которая подсоединяется к соответствующей свече зажигания без проводов в рамках так называемой конфигурации с индивидуальной катушкой на каждой свече. Катушка зажигания 202 включает в себя зазубренный вывод 220, который взаимодействует с фиксирующим устройством 212 и клеммой свечи зажигания 218, состыковывая тем самым катушку зажигания 202 со свечой зажигания 210.
Фиксирующее устройство 212 имеет корпус 226, который жестко закреплен и сформирован в виде цилиндрического вала 232 (изображен на ФИГ.3). В некоторых вариантах осуществления изобретения корпус 226 может быть выполнен из штампованного металла, например латуни или стали. Такой материал обеспечивает требуемый уровень устойчивости для поддержания связи между катушкой зажигания 202 и свечой зажигания 210. Фиксирующее устройство 212 включает в себя первый пружинный зажим 214, который вставлен вблизи первого окончания 228 (изображено на ФИГ.4) корпуса 226. Когда он вставлен в корпус 226, то элемент 234 (изображено на ФИГ.3) первого пружинного зажима 214 выдается внутрь вала 232, образованного корпусом 226, для уменьшения внутреннего диаметра вала 232 на некоторых участках. Зазубренный вывод 220 вставляется в первое окончание 228 жесткого корпуса 226 настолько, чтобы зазубрины 238 (изображены на ФИГ.6) на зазубренном выводе 220 продвинулись дальше первого пружинного зажима 214. Первый пружинный зажим 214 и зазубрины 238 зазубренного вывода 220 взаимодействуют с удержанием зазубренного вывода 220 внутри фиксирующего устройства 212. В частности, при приложении выдвижного усилия к зазубренному выводу 220 зазубрины 238 раздвигаются наружу и зацепляются за первый пружинный зажим 214, удерживая зазубренный конец 220 внутри фиксирующего устройства 212. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый пружинный зажим 214 может представлять собой пружинный зажим в форме D-образного кольца или С-образный зажим.
Фиксирующее устройство 212 включает второй пружинный зажим 216, отличающийся от первого пружинного зажима 214. Второй пружинный зажим 216 охватывает кольцевую часть наружной поверхности корпуса 226 около второго окончания 230 корпуса 226. Второй пружинный зажим 216 содержит несколько выемок или обращенных внутрь выступов 236 (изображено на ФИГ.5), которые выступают внутрь вала 232, образованного корпусом 226. В частности, в корпусе 226 образовано несколько отверстий, подходящих по размеру для размещения и удержания выступов 236. Размер второго пружинного зажима 216 выбран таким, чтобы усилие пружины, приложенное к корпусу 226, удерживало выступы 236 в отверстиях, образованных в корпусе 226. Отверстия и соответственно выступы 236 расположены в корпусе 226 так, чтобы они соответствовали шейке клеммы свечи зажигания 218, когда она вставлена в корпус 226. Второй пружинный зажим 216 можно устанавливать вокруг наружной поверхности корпуса 226 после того, как клемма свечи зажигания 218 вставлена в вал 232 для удержания зажима свечи зажигания 218 в фиксирующем устройстве 212, таким образом состыковывая катушку зажигания 202 со свечой зажигания 210. В некоторых вариантах осуществления изобретения второй пружинный зажим 216 может представлять собой пружинный зажим в форме D-образного кольца, или С-образный зажим.
Жесткий корпус фиксирующего устройства 212 обеспечивает стабильное положение и контакт между катушкой зажигания 202 и свечой зажигания 210, поэтому катушку зажигания 202 не нужно закреплять на каких-либо еще элементах конструкции для ее удержания на месте. Таким образом, катушка зажигания 202 не содержит монтажный кронштейн для крепления катушки зажигания 202 к кожуху 204. Устраняя такие элементы, можно уменьшить размер катушки зажигания 202, упростить конфигурацию катушки зажигания 202 и снизить затраты на производство катушки зажигания 202.
Кроме того, поскольку катушку зажигания не нужно крепить к кожуху, из сборки системы зажигания 200 можно исключить крепежные детали и (или) соответствующие конструкции крепления с помощью крепежных деталей. Например, катушка зажигания 202 не содержит резьбовую часть, предназначенную для крепежной детали, необходимой для монтажа катушки зажигания на кожухе 204. Соответственно, на кожухе 204 отсутствует монтажный прилив, предназначенный для установки кронштейна катушки зажигания. Более того, кожух 204 не содержит резьбовую часть, предназначенную для крепежной детали, необходимой для монтажа катушки зажигания на кожухе. Устранение крепежных деталей и соответствующих конструкций крепления с помощью крепежных деталей позволяет упростить конфигурацию катушки зажигания 202 и кожуха 204. Кроме того, издержки производства можно уменьшить за счет устранения из системы зажигания крепежных деталей и резьбовых вставок. Более того, можно уменьшить время сборки, так как необходимость установки крепежных деталей (например, ввинчивание в резьбу) в системе зажигания исключается.
В некоторых вариантах исполнения системы зажигания 200 кожух 204 выполнен в виде плавающей составной крышки распределительного вала 203, изолированной от головки блока цилиндров 208 с помощью изолирующего слоя 224. Изолирующий слой 224 снижает уровень шума, вибрации и сотрясений (NVH), существенным образом отделяя крышку распределительного вала от головки блока цилиндров. Таким образом, при определенных условиях крышка распределительного вала изменяет свое положение относительно головки блока цилиндров. Поскольку катушка зажигания состыкована непосредственно со свечой зажигания с помощью фиксирующего устройства, а не прикреплена к крышке распределительного вала, то катушка зажигания остается устойчиво соединенной со свечой зажигания даже тогда, когда происходит перемещение крышки распределительного вала.
В некоторых вариантах осуществления изобретения система зажигания 200 может включать в себя различные элементы выравнивания, предназначенные для выравнивания катушки зажигания 202, фиксирующего устройства 212 и (или) свечи зажигания 210. Элементы выравнивания могут быть установлены на некоторых или всех катушках зажигания 202, фиксирующем устройстве 212 и (или) свече зажигания 210. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения кожух 204 может также иметь элемент выравнивания.
На ФИГ.3-5 изображено фиксирующее устройство 212 в разных ракурсах. На ФИГ.3 показан вид сверху фиксирующего устройства 212. На ФИГ.4 показан вид спереди фиксирующего устройства 212. На ФИГ.5 показан вид снизу фиксирующего устройства 212. Описанное здесь фиксирующее устройство относится к изображениям на ФИГ.3-5.
Фиксирующее устройство 212 включает в себя цилиндрический корпус 226. Цилиндрический корпус 226 имеет соответствующий диаметр, достаточный для размещения внутри него клеммы свечи зажигания 218 и зазубренного вывода 220 катушки зажигания 202. Кроме того, упомянутый диаметр является достаточно малым, чтобы уменьшать шум, вибрации и сотрясения (NVH), создаваемые при колебаниях клемм по отношению к корпусу 226. Цилиндрический корпус 226 может быть отштампован из металла. При штамповании из металла легко формируются элементы для аккомодации пружинных зажимов к корпусу, а фиксирующее устройство можно изготавливать быстро, с высокой производительностью и дешево. Штампованным металлом, используемым для изготовления корпуса 226, может быть латунь или сталь. Латунь и сталь обладают необходимыми прочностными характеристиками для стабилизации катушки зажигания в фиксированном положении относительно свечи зажигания. Кроме того, латунь и сталь обладают подходящими характеристиками проводимости для создания электрического соединения между зазубренным концом катушки зажигания и клеммой свечи зажигания. Следует иметь в виду, что для изготовления корпуса фиксирующего устройства можно использовать и другие металлы с соответствующими характеристиками прочности и проводимости.
Первый пружинный зажим 214 размещается вблизи первого окончания 228 цилиндрического корпуса 226 с целью удержания зазубренного конца 220 катушки зажигания 202 внутри фиксирующего устройства 212. В частности, первый пружинный зажим 214 вставляется внутрь корпуса 226 перпендикулярно к валу 232 через отверстия, сформированные в корпусе 226, подходящие по размеру для приема элементов 234 первого пружинного зажима 214, которые выступают внутрь вала 232. Выступающие элементы 234 уменьшают внутренний диаметр некоторых участков вала 232, образуя запор или точку фиксации для удержания зазубренного вывода 220 катушки зажигания 202. Выступающие элементы 234 пружины первого пружинного зажима 214 обеспечивают силовое взаимодействие с корпусом 226, связывая его с первым пружинным зажимом 214. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый пружинный зажим 214 может представлять собой пружинный зажим в форме D-образного кольца или С-образный пружинный зажим. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый пружинный зажим 214 может быть прикреплен к корпусу 226 постоянно или полупостоянно.
Второй пружинный зажим 216 прикреплен около второго окончания 230 цилиндрического корпуса 226 с целью удержания клеммы свечи зажигания 218 внутри фиксирующего устройства 212. В частности, второй пружинный зажим 216 включает в себя обращенные внутрь выступы 236, а на корпусе 226 выполнены отверстия, подходящие по размеру для размещения выступов 236. Второй пружинный зажим 216 охватывает часть наружной поверхности корпуса 226 таким образом, чтобы выступы 236 совпадали с отверстиями в корпусе 226, и указанные выступы 236 вдавались внутрь вала 232. Выступы 236 уменьшают внутренний диаметр некоторых участков вала 232, образуя запор или точку фиксации для удержания клеммы свечи зажигания 218. Выступы 236 второго пружинного зажима 216 взаимодействуют с корпусом 226, соединяя второй пружинный зажим 216 с корпусом 226. В некоторых вариантах осуществления изобретения второй пружинный зажим 216 может представлять собой пружинный зажим в форме D-образного кольца, или С-образный пружинный зажим.
На ФИГ.6 показан процесс состыковки катушки зажигания 202 со свечой зажигания 210 с помощью фиксирующего устройства 212. На шаге 1 первый пружинный зажим 214 вставляется внутрь корпуса 226 фиксирующего устройства 212, а второй пружинный зажим извлекается из корпуса. В некоторых случаях первый пружинный зажим 214 может быть установлен на. корпусе 226 полупостоянно или постоянно. Зазубренный конец 220 вставляется в первое окончание 228 вала 232 настолько, чтобы зазубрины 238 на зазубренном выводе 220 переместились дальше первого пружинного зажима 214. Зазубрины 238 расположены под углом таким образом, чтобы зазубренный вывод 220 можно было вставить в корпус.
На шаге 2 зазубренный вывод 220 удерживается внутри корпуса 226 первым пружинным зажимом 214. В частности, зазубрины 238 зазубренного конца 220 расположены под углом таким образом, что при приложении выдвижного усилия к зазубренному выводу 220 они выталкиваются кнаружи по направлению от зазубренного вывода, упираясь в выступающие элементы 234 первого пружинного зажима. Второй пружинный зажим 216 охватывает наружную часть корпуса 226 таким образом, чтобы выступы 236 второго пружинного зажима 216 совпадали с отверстиями в корпусе и выступали сквозь отверстия внутрь вала 232.
На шаге 3 зазубренный вывод 220 удерживается в первом окончании 228 корпуса 226, а второй пружинный зажим 216 охватывает наружную часть корпуса 226 таким образом, что выступы 236 вставлены внутрь отверстий в корпусе. Клемма свечи зажигания 218 вставляется внутрь второго окончания 230 вала 232 до тех пор, пока корпус 226 не станет впритык к ребрам изолятора 240 свечи зажигания, а шейка 242 клеммы свечи зажигания 218 не продвинется дальше выступов 236 второго пружинного зажима 216. Выступы 236 выступают внутрь вала 232 достаточно глубоко, чтобы зацепить шейку 242 клеммы свечи зажигания 218 и удерживать зажим свечи зажигания 218 в фиксирующем устройстве 212, состыковывая таким образом катушку зажигания 202 со свечой зажигания 210.
Материал второго пружинного зажима 216 может обладать прочностными характеристиками, отличающимися от характеристик первого пружинного зажима 214, с целью удовлетворения различным эксплуатационным параметрам. Например, поскольку свечу зажигания 210 можно извлекать для технического обслуживания и (или) замены чаще, чем катушку зажигания 202, то второй пружинный зажим 216 может иметь меньшее усилие на отрыв, чем первый пружинный зажим 214. Более точно, соотношение первого усилия на отрыв второго пружинного зажима 216 от клеммы свечи зажигания 218 и (или) корпуса 226 ко второму усилию на отрыв зазубренного вывода 220 от первого пружинного зажима 216 может быть менее 1:2. Например, усилие на отрыв зазубренного конца от первого пружинного зажима может варьироваться в диапазоне 40-50 фунтов. Такая конструкция обеспечивает простоту извлечения бокового пружинного зажима свечи зажигания, придавая при этом дополнительную прочность боковому пружинному зажиму катушки зажигания так, чтобы достигался нужный уровень надежности соединения катушки зажигания со свечой зажигания.
Более того, усилие сочленения второго пружинного зажима может отличаться от усилия сочленения первого пружинного зажима с целью удовлетворения различных эксплуатационных параметров. Например, усилие сочленения второго пружинного зажима с клеммой свечи зажигания может составлять 15 фунтов для соблюдения нормативов производственной сборки. Усилие сочленения первого пружинного зажима может быть таким же или может превышать 15 фунтов так, чтобы первый пружинный зажим имел большее усилие на отрыв.
Следует понимать, что описанные здесь положения, системы и методы по сути являются примерами реализации, и что данные конкретные варианты или примеры осуществления изобретения не должны рассматриваться в ограничивающем смысле, так как возможно множество других вариантов. Таким образом, настоящее описание включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и методов, раскрытых здесь, а также любые их эквиваленты.