AT408154B - Zündspule für verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft eine Zündspule für Verbrennungsmotoren. 



   Bei Zündspulen muss auf sehr begrenztem Raum eine hohe Spannung von bis zu 50 kV er- zeugt werden. 



   Um eine hohe Lebensdauer zu erreichen, muss die Spule möglichst gut isoliert werden, ideal ist ein teilentladungsfreier Aufbau. Aufgrund der elektrischen Isolation wird eine Spule mit geringer Teilentladung sehr voluminös. Die magnetischen Streufelder sind bei herkömmlichen Lösungen gross, und die magnetische Kopplung zwischen primärer und sekundärer Spule ist schlecht. 



   Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf die Lebensdauer und auf einen kompakten Aufbau verbesserte Zündspule zu schaffen. 



   Erfindungsgemäss wird dies durch eine Zündspule für Verbrennungsmotoren erreicht, die durch zwei oder mehrere in einer Kaskadenschaltung hintereinander geschaltete Transformatorstufen gekennzeichnet ist, wobei die Sekundärwicklungen aller Transformatorstufen in Serie auf eine Zündkerze geschaltet sind. 



   Bei einem solchen Aufbau können die einzelnen Transformatorstufen kompakter aufgebaut werden, weil die nötige Hochspannung in mehreren Stufen erzeugt wird, wobei die einzelnen Stufen leicht gegeneinander isoliert werden können. In den jeweiligen Stufen selbst sind die Spannungen zueinander kleiner, wodurch die Abstände der Wicklungen minimiert werden können. 



  Als Ergebnis erzielt man eine bessere magnetische Kopplung. Streufelder können reduziert wer- den. Bei diesem mehrstufigen Aufbau sind die notwendigen Isolationsabstände geringer, was es erlaubt, unter Beibehaltung eines verhältnismässig kompakten Aufbaus, einen geschlossen Eisen- kern bzw. allgemeiner ferromagnetischen Kern in jeder einzelnen Transformatorstufe zu verwen- den. Damit kann der magnetische Fluss besser gesteuert werden. 



   Neben einem kompakteren Aufbau zeichnet sich die erfindungsgemässe Zündspule auch durch eine höhere Lebensdauer aus, insbesondere deshalb, weil es aufgrund der geringeren Spannun- gen leichter ist, Teilentladungen über den Isolator zu vermeiden. 



   Ausserdem erlaubt die Kaskadenschaltung eine grosse Freiheit bei der Dimensionierung der Zündspule, und zwar sowohl aus elektrischer Sicht als auch aus der Sicht des mechanischen Auf- baus. So ist es beispielsweise möglich, die einzelnen Transformatorstufen geometrisch in nahezu beliebiger Anordnung zueinander anzuordnen. Günstig ist eine Anordnung, bei der die einzelnen Transformatorstufen auf einer gemeinsamen gedachten Achse hintereinander   #aufgefädelt"   sind. 



  Es sind jedoch durchaus auch andere Anordnungsmöglichkeiten gegeben. Aus elektrischer Sicht kann man eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse, beispielsweise durch verschiedene Übersetzungsverhältnisse in den einzelnen Transformatorstufen erzielen. Auch ist es möglich, die eingangsseitigen Transformatorstufen in Hinblick auf das Volumen des Kerns und der Drahtstärke der Wicklungen kleiner zu dimensionieren als die ausgangsseitigen Stufen, was eine kompaktere und schlankere Bauweise im Ausgangsbereich erlaubt. 



   Auch ist es möglich, die Primärwicklungen der Transformatorstufen über gesonderte Span- nungsquellen zu speisen, beispielsweise über einen Kondensatorkreis oder einen Hochfrequenz- zündkreis. Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemässe Zündspule in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen sowohl für   Kondensatorzündkreise   als auch für Hochfrequenzzündkreise, wobei eine besondere Eignung für Hochfrequenzzündkreise besteht, die Frequenzen bis in den 100 kHz- Bereich übertragen kann. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. 



   Fig. 1 zeigt schematisch den elektrischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungs- gemässen Zündspule, 
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen mechanischen Aufbau einer erfindungsgemässen Zündspule in einem zentralen Längsschnitt, wobei die die einzelnen Wicklungen verbindenden Leitungen gemäss Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 nicht dargestellt sind bzw. ausserhalb der Schnittebene liegen, 
Fig. 3 zeigt in einer teilweise weggebrochenen perspektivischen Darstellung den schemati- schen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Transformatorstufe einer erfindungsgemässen Zündspule, 
Fig. 4 zeigt den elektrischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispieles mit zwei gesonder- ten Spannungsquellen, 
Fig 5 zeigt den Einbau einer erfindungsgemassen Zündspule in einen Zylinderkopf. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Die in Fig. 1 dargestellte Zündspule 1 weist einen primärseitigen Anschluss 2 und einen sekun- därseitigen Anschluss auf, an dem die Hochspannung zur Verfügung steht. Primärseitig kann bei- spielsweise ein an sich bekannter Kondensatorzündkreis oder ein Hochfrequenzzündkreis ange- schlossen sein, der zu einem Spannungsimpuls in der ersten Primärwicklung 4 der ersten Trans- formatorstufe 5 führt. Insgesamt sind bei diesem Ausführungsbeispiel drei in einer Kaskaden- schaltung hintereinander geschaltete Transformatorstufen 5, 6 und 7 vorgesehen, wobei die Sekundärwicklungen 8,9 und 10 der Transformatorstufen 5,6 und 7 in Serie hintereinander geschaltet sind, sodass sich die in den einzelnen Sekundärwicklungen 8,9 und 10 induzierten Spannungen insgesamt zur Ausgangsspannung an den Klemmen 3 addieren. 



   Primärseitig sind die einzelnen Transformatorstufen 5,6 und 7 jeweils über zusammengeschal- tete Primärwicklungen 11,12 bzw. 13,14 gekoppelt, wobei die Übersetzungsverhältnisse in den einzelnen Transformatorstufen gleich oder zur Anpassung an bestimmte Erfordernisse verschieden sein können. 



   Der ferromagnetische Kern jeder Transformatorstufe 5,6 und 7 ist mit 15 bezeichnet und in Fig. 1 nur schematisch dargestellt. 



   Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen tatsächlichen Aufbau mit drei hintereinander ge- schalteten Transformatorstufen 6,7, wobei insbesondere ersichtlich ist, dass der ferromagnetische Kern 15 als geschlossener Kern ausgeführt ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Stufe als Manteltransformator ausgeführt, bei dem die Sekundärwicklung und die Primärwicklun- gen konzentrisch um denselben Schenkel des ferromagnetischen Kerns 15 gewickelt sind. Dies ist besonders gut in Fig. 3 zu sehen, in der dieser Schenkel mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet ist. Die Sekundärwicklung 8 ist innen um diesen Schenkel gewickelt, die Primärwicklungen 4 und 11 sind konzentrisch aussen herumgewickelt.

   Von diesem Schenkel 16 stehen beiderseits je zwei Joche 17 ab, die jeweils über unbewickelte Schenkel 18 zu einem geschlossen ferromagnetischen Kreis mit dem bewickelten Schenkel 16 verbunden sind. Insgesamt ergibt sich also ein zweifach geschlos- sener ferromagnetischer Kern 15. 



   Da die hinteren Transformatorstufen nicht mehr die gesamte Energie übertragen müssen, kön- nen diese kleiner ausgebildet werden, einerseits im Hinblick auf das Volumen des ferromagneti- schen Kerns, aber auch auf die Tragstärke der Primärwicklungen. Dies ist in Fig. 2 angedeutet. 



  Eine solche Bauform erlaubt unter anderem eine Materialeinsparung und bei Bedarf kompaktere Aussenmasse und bietet mehr Gestaltungsmöglichkeiten im Aufbau der Zündspule. Dies kann dazu führen, dass man die Zündspule zumindest teilweise in den Freiraum 23 zwischen den Einlass- und Auslassventilen 24 eines Zylinderkopfes 22 einführen kann, womit eine platzsparende Unterbrin- gung möglich ist und ausserdem der Abstand zur Zündkerze 25 verringert wird (vgl Fig. 5). Die Zündspule 1 weist hier drei Gehäuseabschnitte 1 a, 1bund 1 c unterschiedlichen Durchmessers auf. 



   Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Primärwicklungen 4,11, 12,13 und 14 sowie die Sekundärwicklungen 8,9 und 10 aller Transformatorstufen 5,6 und 7 um eine gemeinsame gedachte Achse 19 gewickelt, wobei die einzelnen Transformatorstufen 5,6 und 7 jeweils mit Abstand entlang dieser Achse angeordnet sind. Auf dieser Achse kann dann noch der Anschluss 3 zum Abgriff der Hochspannung angeordnet sein 
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Version mit zwei Spannungsquellen, die voneinander gesondert sind. Eine ist als Hochfrequenzzündkreis 20 ausgeführt, die andere als Kondensatorzündkreis 21. Es sind jeweils gesonderte primärseitige Anschlüsse 2a und 2b vorge- sehen.

   Die Zündspule selbst weist wiederum drei kaskadenartig hintereinander geschaltete Trans- formatorstufen 5,6 und 7 auf, wobei die Sekundärwicklungen in Serie geschaltet sind. Primärseitig speist die Spannungsquelle 20 die Primärwicklung 4 der ersten Stufe 5, während die Spannungs- quelle 21 die Primärwicklung 12 der zweiten Stufe 6 speist. Diese zweite Stufe 6 ist über die Primärwicklungen 13 und 14 mit der dritten Stufe 7 gekoppelt. Der Hochfrequenzzündkreis 20 bzw. der Kondensatorzündkreis 21 braucht nicht näher beschrieben zu werden. Diese Kreise können gemäss dem Stand der Technik aufgebaut sein. 



   Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele be- schränkt, beispielsweise können auch zwei oder mehr als drei kaskadenartige Transformatorstufen verwendet werden. Auch die räumliche Anordnung der Transformatorstufen zueinander kann von der geradlinigen Ausrichtung derselben, wie sie in Beispiel 2 vorgesehen ist, abweichen.

Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1 Zündspule für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere in einer Kaskadenschaltung hintereinander geschaltete Transformatorstufen (5,6, 7), wobei die Sekundärwicklungen (8,9, 10) aller Transformatorstufen (5,6, 7) in Serie auf eine Zünd- kerze geschaltet sind.
2. 2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Transforma- torstufe (5, 6) zwei Primärwicklungen (4,11 bzw. 12, 13) aufweist, von denen die eine (4, 12) mit einem Zündspuleneingang (2) oder einer Primärwicklung (11) einer vorhergehen- den Transformatorstufe (5,6) in Verbindung steht, und von denen die zweite (11,13) mit der Primärwicklung (12,14) einer nachfolgenden Transformatorstufe (6,7) in Verbindung steht.
3. 3. Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklungen (4,11 bis 14) und Sekundärwicklungen (8,9, 10) der Transformatorstufen (5,6, 7) jeweils in einem geschlossenen ferromagnetischen Kern (15) angeordnet sind.
4. 4 Zündspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Transforma- torstufe (5,6, 7) als Manteltransformator ausgeführt ist, bei dem die Sekundärwicklung (8, 9,10) und die Primärwicklung(en) (4,11 bis 14) konzentrisch um denselben Schenkel (16) eines ferromagnetischen Kerns gewickelt sind, wobei von diesem Schenkel (16) beidseits jeweils zwei Joche (17) abstehen, die jeweils über unbewickelte Schenkel (18) zu einem geschlossenen ferromagnetischen Kreis mit dem bewickelten mittleren Schenkel (16) ver- bunden sind.
5. 5. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überset- zungsverhältnisse der einzelnen Transformatorstufen (5,6, 7) verschieden sind.
6. 6 Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine nachfolgende Transformatorstufe gegenüber der vorhergehenden Transformatorstufe im Hinblick auf das Volumen des ferromagnetischen Kerns und/oder die Drahtstärke einander entsprechender Primärwicklungen kleiner dimensioniert ist.
7. 7. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- wicklungen 3 und Sekundärwicklungen aller Transformatorstufen konzentrisch um eine gemeinsame gedachte Achse gewickelt sind, wobei die einzelnen Transformatorstufen jeweils mit Abstand entlang diese Achse angeordnet sind.
8. 8. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Primar- wicklungen (4, 12) zweier verschiedener Transformatorstufen (5,6) von gesonderten Spannungsquellen (20, 21) gespeist sind.
9. 9 Zündspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderten Spannungs- quellen (20, 21)verschiedenartig ausgebildet sind, beispielsweise eine als Kondensator- kreis (21) und die andere als Hochfrequenzzündkreis (20).
10. 10 Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Transformatorstufen gesonderte ferromagnetische Kerne aufweisen.
11. 11. Verbrennungsmotor, in dessen Zylinderkopf (22) zwischen den Einlass- und Auslassventilen (24) eines jeden Zylinders ein länglicher Freiraum (23) angeordnet ist, an dessen zylinder- seitigen Ende die Zündkerze liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die für jeden Zylinder eigens vorgesehene Zündspule (25) derart schlank ausgebildet ist, dass sie zumindest teil- weise in den Freiraum (23) hineinreicht.