AT396723B

AT396723B - Hochspannungstransformator, insbesondere zündspule

Info

Publication number: AT396723B
Application number: AT190791A
Authority: AT
Inventors: Markus Ing Kraus
Original assignee: Jenbacher Energiesysteme Ag
Priority date: 1991-09-23
Filing date: 1991-09-23
Publication date: 1993-11-25
Also published as: ITBZ920006U1; DE9212122U1; ITBZ920006V0; IT228391Y1; ATA190791A

Description

AT396723B

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule für eine Brennkraftmaschine, mit einem eine Hochspannung gegenüber einem Referenzpotential (Masse) führenden Leiterabschnitt.

Zur Messung der von einer Zündspule über ein Kabel an eine Zündkerze abgegebenen Hochspannung ist 5 bereits eine Meßzange bekannt, die auf die Außenhülle der die Hochspannung führenden Leitung aufgeklemmt werden kann. Im aufgeklemmten Zustand umgeben zwei Leiterflüchen der Meßzange das HochspannungskabeL Die Leiterflächen befinden sich im elektrischen Feld, das den die Hochspannung führenden Leiterabschnitt umgibt Die Leiterflächen der Meßzange sind über einen Kondensator an die Masse angekoppelt Dieser Kondensator bildet zusammen mit der zwischen der Leiterfläche und dem Hochspannungs-Leiterabschnitt 10 bestehenden Kapazität einen kapazitiven Spannungsteiler, der es erlaubt, an einer mit der Leiterfläche verbundenen Leitung eine Meßspannung gegenüber Masse abzugreifen, die zur Hochspannung proportional ist Nachteilig an der bekannten Meßzange ist die Tatsache, daß diese in Abhängigkeit von dem das Hochspannungskabel umgebenden Dielektrikum (isolierende Kabelhülle) und dessen Durchmesser unterschiedliche Meßergebnisse liefert Außerdem verfälschen Verschmutzungen und nicht immer gleiches 15 Aufklemmen der Meßzange auf das Hochspannungskabel das Meßergebnis. Bei sogenannten Integralzündspulen, an denen ein Zündkerzenstecker ohne Zwischenschaltung eines Kabels direkt angeschlossen ist kann mit der bekannten Meßzange überhaupt keine Messung vorgenommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine einfache und genaue Messung der von ihr abgegebenen 20 Hochspannung ermöglicht

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht daß in der Nähe des Leiterabschnitts mindestens eine von diesem galvanisch getrennte Leiterfläche angeordnet ist welche ständig in fester räumlicher Relativlage zu dem die Hochspannung führenden Leiterabschnitt im bzw. am Hochspannungstransformator eingebaut bzw. angebracht ist (sind) und daß der Hochspannungstransformator einen mit der bzw. den Leiterfläche(n) 25 elektrisch verbundenen Meßausgang aufweist an dem eine zur Hochspannung proportionale Meßspannung zur Verfügung steht

Durch die Integration der vom Hochspannungs-Leiterabschnitt galvanisch getrennten Leiterfläche(n) liegt das zwischen Hochspannungs-Leiterabschnitt und Leiterfläche liegende Dielektrikum sowie die relative Lage von Leiterabschnitt und Leiterfläche ein für allemal fest Die bei der Fertigung erzielte Genauigkeit in dar 30 räumlichen Relativlage zwischen Leiterfläche und Leiterabschnitt, und damit die Genauigkeit der Messung, bleiben über die Lebensdauer der Zündspule unverändert aufrecht Unabhängig von dem von der Zündspule zum Kerzenstecker führenden Kabel und allfälligen weiteren Störeinflüssen, wie Verschmutzungen, kann am Meßausgang-der Zündspule eine zur Hochspannung proportionale Meßspannung abgegriffen werden. Dies ist auch dann möglich, wenn es sich um eine Integralzündspule handelt bei der der Zündkerzenstecker direkt und 35 vorzugsweise lösbar an die Zündspule angeschlossen ist

In der Praxis kann man die Meßspannung an einem kapazitiven Spannungsteiler abgreifen, der durch die zwischen Hochspannungs-Leiterabschnitt und Leiterfläche gebildete Kapazität einerseits und einem an das Referenzpotential (Masse) angeschlossenen Kondensator andererseits gebildet ist Grundsätzlich wäre es denkbar, einen solchen Kondensator außerhalb des Hochspannungstransformators (Zündspule) anzuordnen. In 40 Hinblick auf geringere kapazitive Störungen ist es jedoch günstiger, wenn der Kondensator direkt in bzw. am Hochspannungstransformator (Zündspule) befestigt ist

Durch die definierte Festlegung der Leiterfläche(n) bei der Herstellung der Zündspule und die Auswahl eines geeigneten Kondensators kann das Spannungs-Übersetzungsverhältnis zwischen Hochspannung und Meßspannung ein für allemal festgelegt werden. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist eine Meßspannung 45 günstig, die unter 50 Volt liegt Bei den bei Zündspulen typischen Hochspannungen in der Größenordnung von 103 - 104 Volt läßt sich dies beispielsweise mit einem Spannungs-Übersetzungsverhältnis von 1 : 1000 »zielen.

Mit den erfindungsgemäßen Zündspulen ist auch bei mehreren Zündspulen an einer Brennkraftmaschine eine ständige Überwachung bzw. Aufzeichnung des Hochspannungsverlaufs möglich. Durch die genaue Messung 50 kann einerseits auf den Zustand der Zündspule und andererseits auf den der Zündkerze geschlossen weiden, ohne die Brennkraftraaschine abschalten zu müssen. Dies ist vor allem bei großen stationären Brennkraftmaschinen von wesentlicher Bedeutung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert Es zeigen die Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Zündspule, wobei die in Fig. 1 hinter 55 dem Hochspannungs-Leiterabschnitt liegende Leiterfläche in einer Ansicht dargestellt ist die Hg. 2 einen Schnitt gemäß der Linie (A-A) der Fig. 1, die Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der in Fig. 1 dargestellten Zündspule, und die Fig.. 4 ein elektrisches Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zündspule.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte und anhand der Fig. 3 näher erläuterte Zündspule weist eine 60 Primärwicklung (1) und eine hochspannungsseitige Sekundärwicklung (2) auf. Üb» einen ersten Anschluß (4) kann eine Primärspannung (Uj) an die Primärspule (1) angelegt werden, wobei das zweite Ende der Primärspule -2-

Claims

AT396723B mit einem zweiten Anschluß (3) (Masseanschluß) der Zündspule verbunden ist. Dieser Masseanschluß ist außerdem mit dem einen Ende der Sekundärwicklung (2) verbunden. Durch die Spannung (Uj) wird in der Sekundärwicklung (U2) eine wesentlich höhere Hochspannung (U2) induziert, die über den Leiterabschnitt (5) an den dritten Anschluß (6) (Hochspannungsanschluß) der Zündspule gelangt. Zwischen diesem 5 Hochspannungsanschluß (6) und Masse steht die für die Auslösung eines Zündfunkens einer nicht dargestellten Zündkerze nötige Hochspannung zur Verfügung. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß in der Nähe des Leiterabschnitts (5) eine von diesem galvanisch getrennte Leiterfläche (7) angeordnet ist, welche ständig in fester räumlicher Relativlage zu dem die Hochspannung führenden Leiterabschnitt (5) in die Zündspule eingebaut ist. Die Zündspule weist einen vierten 10 Anschluß (8) auf, der über die Verbindungsleitung (9) und die Anschlußstelle (10) elektrisch mit der Leiterfläche (7) verbunden ist Die Leiterfläche (7) ist über einen Kondensator (C), der ebenfalls in die Zündspule eingebaut ist, mit dem Referenzpotential (Masseanschluß (3)) verbunden. Damit ergibt sich der in Fig. 3 ersichtliche kapazitive Spannungsteiler mit zwei definierten Kapazitäten. Die eine wird durch den Leiterabschnitt (5) und die im Bereich von dem diesen umgebenden elektrischen Feld angeordnete Leiterfläche 15 (7) gebildet Die andere Kapazität wird durch den Kondensator (C) gebildet, dessen Kapazität beispielsweise im NanoFarad-Bereich liegen kann. Ober ein hochohmiges Spannungsmeßgerät (beispielsweise einen Oszillographen mit 10 ΜΩ und einer kleinen Kapazität von beispielsweise 50 pF) kann die zur Hochspannung (U^) proportionale Meßspannung (UM) gemessen werden, welche günstigerweise unter 50 Volt liegt Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Primär· und Sekundärwicklungen (1, 2), der die 20 Hochspannung führende Leiterabschnitt (5) sowie die Leiterfläche (7) und der Kondensator (C) mit einer aushärtbaren, elektrisch isolierenden Masse, beispielsweise einem Epoxidharz, vergossen. Durch das Miteingießen der Leiterfläche (7) kann bereits beim Herstellungsprozeß eine definierte räumliche Relativlage der Leiterfläche (7) zum Hochspannungs-Leiterabschnitt (5) festgelegt weiden, die auch bei rauhen Einsatzbedingungen exakt erhalten bleibt Auch der Kondensator (C) kann durch das Eingießen geschützt 25 werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, den Kondensator außerhalb der vergossenen Zündspule anzuordnen. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine ebene Leiterfläche aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise eine Kupferfläche einer Printplatte, gebildet In Fig. 4 ist eine alternative Leiterfläche dargestellt die aus ein»' den Leitungsabschnitt (5) umgebenden 30 Wicklung (7') besteht deren erstes Ende (7'a) offen ist und deren zweites Ende (7'b) mit dem Meßausgang (8) verbunden ist Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt Beispielsweise kann sie auch bei einem arideren Hochspannungstransformator als ein» Zündspule eingesetzt werden. D» Meßausgang (8) braucht nicht als Anschlußklemme an der Zündspule bzw. dem Hochspannungstransformator ausgebildet sein. 35 Es wäre beispielsweise auch denkbar, daß das Verbindungskabel (9) nach außen geführt ist und den Meßausgang darstellt Neben d» einen ebenen Leiterfläche und der als Wicklung ausgebildeten Leiterfläche sind noch andere Leiterflächenkonfigurationen durchaus denkbar und möglich. Beispielsweise sind auch zwei Leiterflächen möglich, die im Querschnitt gesehen den Hochspannungs-Leiterabschnitt jeweils halbkreisförmig umgeben. Auch sind nicht dargestellte Halteelemente zwischen Hochspannungs-40 Leiterabschnitt und der bzw. den Leiterflächen möglich, die beim V»gießen mit einer aushärtbaren Masse eine definierte Relativlage zwischen Leiterabschnitt und Leiterfläche sicherstellen. Nach dem Aushärten der Masse bleibt diese Relativlage jedenfalls durch die ausgehärtete Masse sicher erhalten, womit auch bei rauhen Einsatzbedingungen immer präzise Meßergebnisse möglich sind. 45 PATENTANSPRÜCHE 50 1. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule für eine Brennkraftmaschine, mit einem eine Hochspannung gegenüber einem Referenzpotential (Masse) führenden Leiterabschnitt, dadurch 55 gekennzeichnet, daß in der Nähe des Leiterabschnitts (5) mindestens eine von diesem galvanisch getrennte Leiterfläche (7) angeordnet ist, welche ständig in fester räumlich» Relativlage zu dem die Hochspannung führenden Leiterabschnitt (5) im bzw. am Hochspannungstransformator eingebaut bzw. angebracht ist (sind) und daß der Hochspannungstransformator einen mit der bzw. den Leiterfläche(n) (7) elektrisch verbundenen Meßaasgang (8) aufweist, an dem eine zur Hochspannung (U2) proportionale Meßspannung (U^|) zur 60 Verfügung steht. -3- AT396723B
2. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterfläche(n) - wie an sich bekannt · über einen Kondensator (C) mit dem Referenzpotential (Masse) verbunden ist (sind) und daß der Kondensator (C) im bzw. am Hochspannungstransformator befestigt ist
3. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Primär- und Sekundärwicklungen und ein die Hochspannung führender Leiterabschnitt mit einer aushärtbaren, elektrisch isolierenden Masse, beispielsweise einem Epoxidharz, vergossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die nahe dem Leiterabschnitt (5) angeordnete(n) Leiterfläche(n) (7) in die aushärtbare Masse (11) miteingegossen ist (sind).
4. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) in die aushärtbare Masse (11) miteingegossen ist
5. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem ersten Anschluß, der mit dem einen Ende der Primärwicklung elektrisch verbunden ist, mit einem zweiten Anschluß (Masseanschluß), der sowohl mit dem anderen Ende dm* Primärwicklung als auch mit dem einen Ende der Sekundärwicklung elektrisch verbunden ist, und mit einem dritten Anschluß, der mit dem vom anderen Ende der Sekundärwicklung kommenden Leiterabschnitt elektrisch verbunden ist bzw. von diesem gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, einen vierten Anschluß (8) aufweist, der mit der bzw. den Leiterflächen (7) verbunden ist und den Meßausgang darstellt.
6. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterfläche eine vorzugsweise ebene Fläche (7) aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise eine Kupferfläche einer Printplatte ist
7. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterfläche von einer den Leiterabschnitt (5) umgebenden Wicklung (7') gebildet ist deren erstes Ende (7'a) offen ist und deren zweites Ende (7'b) mit dem Meßausgang (8) verbunden ist
8. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß ein Zündkerzenstecker - in an sich bekannter Weise · direkt und vorzugsweise lösbar an die Zündspule angeschlossen ist
9. Hochspannungstransformator, insbesondere Zündspule, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Hochspannung (U2) größer als
10^ Volt ist und daß die Meßspannung (U^j) unter 50 Volt liegt Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-