DE10102342A1

DE10102342A1 - Zündspule

Info

Publication number: DE10102342A1
Application number: DE2001102342
Authority: DE
Inventors: Alfred Hoffmann; Dietmar Schwencke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-07-25

Abstract

Es soll eine Zündspule (1), insbesondere eine Zündstabspule, bereitgestellt werden, welche universell einsetzbar ist und zudem eine möglichst hohe Energie bei möglichst geringem Bauraum liefern kann. Zu diesem Zweck umfasst die Zündspule (1) einen ersten Endabschnitt (2) zum Zuführen elektrischer Energie, einen Spulenkörper (4) mit einer darin befindlichen Transformatoreinrichtung (9-11) zum Transformieren der zugeführten elektrischen Energie sowie einen zweiten Endabschnitt (12) zur elektrischen Kontaktierung einer Zündkerze, um der Zündkerze die von der Transformatoreinrichtung (9-11) gelieferte elektrische Energie zuzuführen, wobei der erste Endabschnitt (2) lösbar mit dem Spulenkörper (4) koppelbar ist. Vorzugsweise ist auch der zweite Endabschnitt (12) mit dem Spulenkörper (4) lösbar koppelbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule, insbesondere eine Zündstabspule, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Zündstabspule ist beispielsweise in der US 6,114,935 beschrieben und umfasst einen Spulenkörper mit einer Transformatoreinrichtung, welche einen länglichen Spulenkern aus einem magnetisierbaren Material sowie eine um den Spulenkern gewickelte Primär- und Sekundärwicklung umfasst. Des Weiteren umfasst die in dieser Druckschrift beschriebene Zündstabspule einen ersten Endabschnitt mit einem Anschluss, um der Primärwicklung elektrische Energie zuzuführen. Darüber hinaus ist ein zweiter Endabschnitt zur elektrischen Kontaktierung eines Zündmittels, insbesondere einer in diesen zweiten Endabschnitt einzusetzenden Zündkerze, vorgesehen, wobei diesem zweiten Endabschnitt die von der Sekundärwicklung gelieferte Energie zugeführt wird. In der US 6,114,935 wird vorgeschlagen, den Spulenkörper sowie den ersten und zweiten Endabschnitt voneinander unabhängig aus einem isolierenden Kunstharzmaterial zu fertigen, wobei jedoch der Spulenkörper und die beiden Endabschnitte anschließend zusammengesetzt und miteinander auf geeignete Art und Weise, beispielsweise unter Verwendung von Klebstoffen, verbunden werden, so dass insgesamt ein einteiliges Spulengehäuse geschaffen wird.

Weitere bekannte Zündstabspulen, welche ähnlich aufgebaut sind, sind beispielsweise in der DE 198 22 560 A1 und in der DE 199 62 279 A1 beschrieben.

Zündstabspulen werden in der Regel mit einem Strom von ca. 7 bis 8 A betrieben und liefern eine Energie von 40 bis 50 mJ. Mit zunehmender Energie nimmt jedoch der hierfür benötigte Bauraum der Zündstabspule zu. Zudem sind herkömmliche Zündstabspulen nicht universell einsetzbar, da sie auf ihre konkret realisierte Bauform beschränkt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule, insbesondere eine Zündstabspule, bereitzustellen, welche universell einsetzbar ist und vorzugsweise darüber hinaus auf möglichst geringem Bauraum eine möglichst hohe Energie liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zündspule mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer Zündspule mit den Merkmalen des Anspruches 11 vorgeschlagen. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemäße Zündspule, welche insbesondere in Form einer Zündstabspule ausgestaltet sein kann, ist aus drei Teilen, nämlich einem Spulenkörper mit einer Transformatoreinrichtung, einem ersten Endabschnitt zum Zuführen elektrischer Energie für die Transformatoreinrichtung und einem zweiten Endabschnitt zur elektrischen Kontaktierung eines Zündmittels, beispielsweise einer Zündkerze, aufgebaut. Dabei ist erfindungsgemäß der erste Endabschnitt mit dem Spulenkörper abnehmbar koppelbar. Auf diese Weise ist eine modulare Bauweise der Zündspule gegeben, da unterschiedliche erste Endabschnitte mit dem Spulenkörper gekoppelt bzw. in diesen eingesetzt werden können. Die Länge der Zündspule kann modular verändert werden, wobei die Länge des Spulenkörpers jeweils konstant bleibt.

Darüber hinaus kann auch der zur elektrischen Kontaktierung des Zündmittels vorgesehene zweite Endabschnitt mit dem Spulenkörper abnehmbar koppelbar sein, so dass auch unterschiedliche zweite Endabschnitte mit dem Spulenkörper verbunden werden können und somit die universelle Einsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Zündspule weiter verbessert werden kann.

Insgesamt wird somit erfindungsgemäß eine Zündspule bereitgestellt, welche aus mehreren Modulen besteht, so dass die erfindungsgemäße Zündspule von unterschiedlichen Zulieferern bestückt werden kann. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zündspule mit einem Satz von mehreren ersten und/oder zweiten Endabschnitten angeboten wird, so dass vor Ort die gewünschte Zündspule konfiguriert werden kann.

Eine relativ hohe Energie, beispielsweise eine Energie von mindestens 65 mJ, kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zündspule dadurch erzielt werden, dass die Zündspule mit einem Strom von mindestens 10 A, vorzugsweise mindestens 15 A betrieben wird und zudem oberhalb und unterhalb des Spulenkerns Magneten angeordnet werden. Der Spulenkern selbst ist wie beim Stand der Technik von einer Primär- und einer Sekundärwicklung umgeben.

Da sich bei derartig hohen Betriebsströmen häufig Temperaturprobleme aufgrund der Erhitzung der Zündspule einstellen, können diese Temperaturprobleme dadurch gelöst werden, dass die erfindungsgemäße Zündspule vorzugsweise mit einem Spitzenstrom im Bereich von 15 A immer nur dann betrieben wird, wenn auch tatsächlich eine maximale Energie bzw. eine maximale Leistung benötigt wird, d. h. die Maximalleistung steht nicht über dem Dauerbetrieb an, sondern ist auf den Spitzenbetrieb beschränkt.

Insgesamt wird somit erfindungsgemäß eine universell einsetzbare Zündspule bereitgestellt, welche hohe Energien bzw. hohe Leistungen bei geringer baulicher Abmessung bereitstellen kann.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zündspule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zündspule gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Zündspule 1 handelt es sich um eine Zündstabspule, welche für den Betrieb in Brennkraftmaschinen ausgestaltet ist. Die Zündspule 1 ist im Wesentlichen aus drei Teilen aufgebaut. Am oberen Ende ist ein Endabschnitt 2 mit einem Kontaktelement 3 zur Niederspannungsversorgung vorgesehen. Des Weiteren umfasst die Zündspule 1 einen zylindrischen Spulenkörper 4, in dem ein länglicher, vorzugsweise zylindrischer Spulenkern 9 aus einem magnetisierbaren Material angeordnet ist. Konzentrisch zu dem Spulenkern 9 ist eine Primärwicklung 10 sowie eine die Primärwicklung 10 umgebende Sekundärwicklung 11 angeordnet. Darüber hinaus ist in der Regel ein (nicht gezeigtes) Rückschlussblech vorgesehen, welche die Sekundärwicklung 11 umgibt und konzentrisch zu dem Spulenkern 9 bzw. der Primärwicklung 10 und der Sekundärwicklung 11 angeordnet ist. Oberhalb und unterhalb des Spulenkerns 9 sind Magnete 7, 8 angeordnet. Als dritten Teil umfasst die Zündspule 1 einen Endabschnitt 12, welcher zur elektrischen Kontaktierung einer in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragenden Zündkerze vorgesehen ist. Zu diesem Zweck weist der Endabschnitt 12 eine Ausnehmung 13 auf, in welche die (nicht gezeigte) Zündkerze 14 einzusetzen ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Zündspule 1 handelt es sich um eine modular aufgebaute Zündspule, d. h. der obere Endabschnitt 2 und/oder der untere Endabschnitt 12 sind abnehmbar mit dem Spulenkörper 4 gekoppelt, so dass mit dem Spulenkörper 4 unterschiedliche Endabschnitte 2 bzw. 12 verbunden werden können. Die lösbare Kopplung zwischen den Endabschnitten 2, 12 und dem Spulenkörper 4 kann im Prinzip auf beliebige Art und Weise bewerkstelligt sein, wobei lediglich darauf zu achten ist, dass bei Zusammenstecken der Endabschnitte 2 bzw. 12 mit dem Spulenkörper 4 ein fester Sitz der Endabschnitte 2 bzw. 12 an den Spulenkörper 4 gegeben ist. So kann die Kopplung beispielsweise durch einen Presssitz realisiert sein, wobei zu diesem Zweck an den beiden Seitenflächen des Spulenkörpers 4 Vorsprünge oder Zapfen 5 bzw. 6 ausgebildet sind, welche in entsprechend ausgestaltete Ausnehmungen an der jeweiligen Seitenfläche des Endabschnitts 2 bzw. 12 hineinragen bzw. hineingedrückt sind. Ebenso ist jedoch auch eine Schnapp- oder Rastverbindung oder dergleichen zwischen den Endabschnitten 2 bzw. 12 und dem Spulenkörper 4 denkbar.

Bei einer mechanischen Kopplung des Endabschnitts 2 mit dem Spulenkörper 4 wird auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 3 und der Primärspule 10 hergestellt, so dass eine im Betrieb an das Kontaktelement 3 anzulegende Niederspannung auch an der Primärwicklung 10 anliegt. Ebenso wird bei einer mechanischen Kopplung zwischen dem Spulenkörper 4 und dem Endabschnitt 12 eine elektrische Verbindung zwischen der Sekundärwicklung 11 und der in der Ausnehmung 13 befindlichen Zündkerze hergestellt, so dass die von der Sekundärwicklung 11 geführte Hochspannung an der Zündkerze anliegt.

Aufgrund der modularen Bauweise der in Fig. 1 gezeigten Zündspule 1 ist es möglich, dass unterschiedliche Endabschnitte 2 bzw. 12, welche zudem von unterschiedlichen Zulieferern stammen können, mit dem Spulenkörper 4 gekoppelt werden können. Insbesondere ist auf diese Weise auch möglich, die Länge der Zündspule 1 modular zu verändern, wobei die Länge L des Spulenkörpers 3 konstant bleibt. Die Gesamtlänge der Zündspule 1 beträgt dabei in der Regel mindestens 135 nm.

In Fig. 2 ist eine Zündspule 1 mit einem oberen Endabschnitt 2 dargestellt, welcher eine andere Position als der in Fig. 1 gezeigte Endabschnitt 2 und somit das Kontaktelement 3 für die Niederspannungsversorgung seitlich zugänglich aufweist. Insbesondere ergibt sich bei dieser Zündspule 1 eine gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Zündspule geringere Gesamtlänge.

Zur Realisierung einer möglichst hohen Energie, insbesondere einer Energie ≧ 65 mJ, kann der Zündspule 1 ein Strom < 10 A, insbesondere im Bereich von 15 A, zugeführt werden. Das bei derartig hohen Strömen auftretende Temperaturproblem kann dadurch gelöst werden, dass der Spitzenstrom in Höhe von 15 A der Zündspule 1 nur dann zugeführt wird, wenn auch tatsächlich die maximale Leistung in Höhe von 65 mJ benötigt wird. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 1 eine Steuerschaltung 14 vorgesehen, welche eingangsseitig mit einer Energiequelle 15, beispielsweise der Fahrzeugbatterie eines entsprechenden Kraftfahrzeugs, gekoppelt ist. Die Steuerschaltung 14 ist derart ausgestaltet, dass sie den der Zündspule 1 zugeführten Strom im Dauerbetrieb begrenzt und einen Spitzenstrom in Höhe von 15 A nur im Spitzenbetrieb zuführt, wenn auch tatsächlich eine Energie beispielsweise von 65 mJ benötigt wird. Auf diese Weise wird erzielt, dass die Maximalleistung nicht über den Dauerbetrieb an der Zündspule 1 ansteht, sondern ausschließlich während der relativ kurzen Zeitdauer des Spitzenbetriebs.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Zündspule

2

Endabschnitt zum Zuführen elektrischer Energie

3

Kontaktelement

4

Spulenkörper

5

,

6

Vorsprung

7

,

8

Magnet

9

Spulenkern

10

Primärwicklung

11

Sekundärwicklung

12

Endabschnitt zum Kontaktieren einer Zündkerze

13

Ausnehmung

14

Steuerschaltung

15

Versorgungsspannungsquelle
L Länge des Spulenkörpers

Claims

1. Zündspule (1),
mit einem Spulenkörper (4) mit einer Transformatoreinrichtung (9-11),
mit einem ersten Endabschnitt (2) mit Anschlussmitteln (3) zum Zuführen elektrischer Energie für die Transformatoreinrichtung (9-11), und
mit einem zweiten Endabschnitt (12) zur elektrischen Kontaktierung eines Zündmittels, um dem Zündmittel die von der Transformatoreinrichtung (9-11) gelieferte elektrische Energie zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endabschnitt (2) mit dem Spulenkörper (4) lösbar koppelbar ist.

2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel (5) zur lösbaren Kopplung des ersten Endabschnitts (2) mit dem Spulenkörper (4) vorgesehen sind.

3. Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endabschnitt (12) mit dem Spulenkörper (4) lösbar koppelbar ist.

4. Zündspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel (6) zur lösbaren Kopplung des zweiten Endabschnitts (12) mit dem Spulenkörper (4) vorgesehen sind.

5. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satz von mehreren unterschiedlichen ersten Endabschnitten (2) vorgesehen ist, welche jeweils lösbar mit dem Spulenkörper (4) koppelbar sind.

6. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satz von mehreren unterschiedlichen zweiten Endabschnitten (12) vorgesehen ist, welche jeweils mit dem Spulenkörper (4) lösbar koppelbar sind.

7. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Versorgungsspannungsquelle (15) gekoppelte Steuermittel (14) vorgesehen sind, um den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) die elektrische Energie zuzuführen, wobei die Steuermittel (14) derart ausgestaltet sind, dass sie die elektrische Energie mit einem vordefinierten Spitzenwert den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) lediglich während der Zeitdauer eines entsprechenden Spitzenbetriebs der Zündspule (1) zuführen und ansonsten die zugeführte elektrische Energie auf einen bestimmten Grenzwert beschränken.

8. Zündspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannungsquelle (15) und die Steuermittel (14) derart ausgestaltet sind, dass den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) während des Spitzenbetriebs ein Strom von mindestens 10 A, insbesondere ein Strom von ca. 15 A, zugeführt wird.

9. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoreinrichtung des Spulenkörpers (4) einen länglichen Spulenkern (9) aus einem magnetisierbaren Material sowie eine zu dem Spulenkern (9) konzentrisch angeordnete Primärwicklung (10) und eine konzentrisch zu dem Spulenkern (9) angeordnete Sekundärwicklung (11) umfasst, wobei bei Kopplung des Spulenkörpers (4) mit dem ersten Endabschnitt (2) die Anschlussmittel (3) des ersten Endabschnitts (2) mit der Primärwicklung (10) elektrisch verbunden sind, während bei Kopplung des Spulenkörpers (4) mit dem zweiten Endabschnitt (12) die Sekundärwicklung (11) mit dem zweiten Endabschnitt (12) elektrisch verbunden ist.

10. Zündspule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des länglichen Spulenkerns (9) Magnete (7, 8) angeordnet sind.

11. Verfahren zum Betreiben einer Zündspule, insbesondere einer Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündspule einen Spulenkörper (4) mit einer Transformatoreinrichtung (9- 11), einen ersten Endabschnitt (2) mit Anschlussmitteln (3) zum Zuführen elektrischer Energie für die Transformatoreinrichtung (9-11) und einen zweiten Endabschnitt (12) zur elektrischen Kontaktierung eines Zündmittels, um dem Zündmittel die von der Transformatoreinrichtung (9-11) gelieferte elektrische Energie zuzuführen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) zur Bereitstellung einer am zweiten Endabschnitt (12) mindestens einen vordefinierten Spitzenwert aufweisenden Energie ein Spitzenstrom von mindestens 10 A zugeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) ein Spitzenstrom von ca. 15 A zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) der Zündspule (1) ein Spitzenstrom mit einer derartigen Größe zugeführt wird, dass am zweiten Endabschnitt (12) der Zündspule (1) eine Spitzenenergie von mindestens 65 mJ bereitgestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenstrom nur während einer bestimmten Zeitspanne, in welcher der Spitzenwert der elektrischen Energie an dem zweiten Endabschnitt (12) der Zündspule (1) benötigt wird, den Anschlussmitteln (3) des ersten Endabschnitts (2) zugeführt und ansonsten auf einen kleineren Wert eingestellt wird.