DE102004056991B4 - Component for interference suppression in ignition systems and method for its production - Google Patents
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Abstract
Bauelement
zur Störstrahlungsreduzierung
in Hochspannungszündanlagen
(150) mit:
einer auf einen starren, weichmagnetischen Kern
(101; 201; 301; 401; 501) aufgebrachten Wicklung (102; 202; 302;
402) zur Dämpfung
hochfrequenter Störwellenkomponenten;
einem
sich verjüngenden
Anschlussteil ohne scharfkantige Bereiche zur Kontaktierung einer
Hochspannungszuleitung.Component for reducing interference radiation in high-voltage ignition systems (150) with:
a winding (102; 202; 302; 402) applied to a rigid soft magnetic core (101; 201; 301; 401; 501) for attenuating high frequency interfering wave components;
a tapered connection part without sharp-edged areas for contacting a high-voltage supply line.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Zündanlagen und darin verwendete Komponenten, die zum periodischen Hervorrufen einer Glimmentladung und/oder Bogenentladung in einem Verbrennungsraum eingesetzt werden, wie dies beispielsweise in mit Zündkerzen betriebenen Verbrennungsmaschinen der Fall ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Komponenten, die zur Unterdrückung der beim Zündvorgang entstehenden Störwellen verwendet werden.The The present invention relates generally to electrical ignition systems and components used therein for periodically causing a glow discharge and / or arc discharge in a combustion chamber be used, as for example in spark plugs operated combustion engines is the case. In particular, the The present invention relates to components for suppressing the during the ignition process resulting interference waves be used.
Bei vielen konventionellen Zündanlagen, die zur periodischen Erzeugung einer Glimmentladung und/oder Bogenentladung dienen, wird die für die Entladung erforderliche Hochspannung, die unter Umständen 15 kV oder mehr betragen kann, in einer entsprechenden Anordnung, beispielsweise einer Zündspule erzeugt und wird dann über geeignete Zündkabel zu der Funkenstrecke, beispielsweise eine Zündkerze im Verbrennungszylinder eines Verbrennungsmotors, geführt. Hierbei werden typischerweise in jedem Zündkabel in zeitlich korrelierter Weise im Wesentlichen periodisch Hochspannungspulse übertragen, die dann beim Einsetzen der Ionisierung und Plasmabildung in der Funkenstrecke zu einem entsprechenden Stromfluss in dem Zündkabel über die Funkenstrecke führen. Beim Einsetzen der Glimmentladung und/oder der Bogenentladung verringert sich der Gesamtwiderstand in sehr rascher Weise, so dass ein entsprechender steilflankiger Stromimpuls auftritt, der somit auch die Quelle einer äußerst breitbandigen Störwellenerzeugung ist. Diese breitbandigen Strom- und Spannungsimpulse können über entsprechende Signal- und/oder Versorgungsleitungen anderer, sich in der Nähe befindlicher elektronischer Komponenten ausbreiten und somit zu einer Störung des Betriebs dieser Komponenten führen. Als Beispiel seien hier nur die zahlreichen elektronischen Komponenten wie Steuereinheiten, Sensorelemente und dergleichen genannt, die in einem modernen Fahrzeug in unmittelbarer Nähe des Verbrennungsmotors angeordnet sind. Da insbesondere immer mehr sicherheitsrelevante Komponenten eines Fahrzeuges elektronisch gesteuert und überwacht werden, kann ein hoher und breitbandiger Störwellenanteil zu gravierenden Sicherheitsmängeln führen, insbesondere wenn sich die Störwellenerzeugung im Laufe der Zeit durch Verschleiß oder andere Umwelteinflüsse verändert, so dass ggf. in den elektronischen Komponenten eingesetzte Störwellenschutzvorrichtungen weniger wirksam sind. Insbesondere können die durch den raschen Aufbau der Glimmentladung und/oder der Bogenentladung entstehenden breitbandigen Störwellen über die Hochspannungszuleitungen der Zündanlage sehr effizient als Störstrahlung ausgesendet werden, so dass auch galvanisch getrennte elektronische Komponenten und insbesondere Kommunikationseinrichtungen unter Umständen empfindlich gestört werden können.at many conventional ignition systems, for periodically generating a glow discharge and / or arc discharge serve, which is for the discharge required high voltage, which may be 15 kV or more, in a corresponding arrangement, for example an ignition coil is generated and then over suitable ignition cable to the spark gap, such as a spark plug in the combustion cylinder an internal combustion engine, led. These are typically correlated in time in each ignition cable Substantially periodically transmit high voltage pulses, then the onset of ionization and plasma formation in the Spark gap to a corresponding current flow in the ignition cable over the Spark gap lead. When inserting the glow discharge and / or the arc discharge reduced the total resistance in a very rapid manner, so that a corresponding steep-edged current pulse occurs, thus also the source of a very broadband Störwellenerzeugung is. These broadband electricity and Voltage pulses can via appropriate Signaling and / or supply lines of other electronic devices located nearby Spread components and thus lead to a disruption of the operation of these components. When Examples are only the numerous electronic components such as control units, sensor elements and the like called, the arranged in a modern vehicle in the immediate vicinity of the internal combustion engine are. In particular, more and more security-relevant components of a Vehicle can be electronically controlled and monitored, a high and broadband Störwellenanteil to serious safety defects to lead, especially when the Störwellenerzeugung changed over time by wear or other environmental influences, so that possibly used in the electronic components Störwellenschutzvorrichtungen are less effective. In particular, by the rapid Structure of the glow discharge and / or the arc discharge resulting broadband interference waves over the high voltage supply lines the ignition system very efficient as interference radiation be sent out so that even galvanically separated electronic Components and in particular communication devices may be sensitive disturbed can be.
Um die Ausbreitung der Störwellen über die Zündkabel zu reduzieren, werden häufig Widerstände in den Zündkerzen eingebaut und/oder es werden Widerstandskabel für die Verteilung der Hochspannung verwendet. Des weiteren werden bei bestimmten Lösungen abgeschirmte Zündkerzenstecker und/oder abgeschirmte Hochspannungskabel verwendet, um damit die Abstrahlung der breitbandigen Störwellen zu verringern. Derartig abgeschirmte Zuleitungen sind jedoch in der Herstellung äußerst aufwendig und sind auch im praktischen Einsatz, beispielsweise in Fahrzeugen aufgrund beispielsweise mechanischer Einwirkungen, relativ störanfällig. Ferner besteht weiterhin eine gewisse Tendenz, die Störwellen über kapazitive Ankopplung und/oder über Masseleitungen in andere Komponenten einzukoppeln. Bei der Verwendung von Widerständen in der Zündleitung können vorhandene Streukapazitäten ausgenutzt werden, um einen Tiefpass zu bilden und damit auf diese Weise die Störwellen entsprechend zu dämpfen. Um jedoch bei einem vorgegebenen Kapazitätswert der Streukapazität, die beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 pF liegen kann, eine effiziente Dämpfung insbesondere hochfrequenter Komponenten zu erreichen, muss der Widerstandswert jedoch relativ groß gewählt werden und führt damit nicht nur zu einer Bedämpfung der hochfrequenten Anteile, sondern erzeugt auch einen Spannungsabfall auf Grund des bei der Ausbildung der Glimmentladung und/oder der Bogenentladung hervorgerufenen Stromflusses. Dieser an dem Widerstand hervorgerufene Spannungsabfall mit der einhergehenden Verlustleistung muss beim Betreiben der Zündanlage berücksichtigt werden, so dass in der Regel, obwohl eine gewisse Strombegrenzung des Funkenstromes erwünscht sein kann, der Widerstand nicht beliebig groß gemacht werden kann, so dass damit auch die Bedämpfung der hochfrequenten Komponenten nur zu einem geringen Maße erreicht werden kann. Ferner wird bei der Verwendung von Widerstandszündkabeln zwar einerseits der auftretende Spannungsabfall über die gesamte Kabellänge verteilt, jedoch ergibt sich daraus auch eine nicht sehr effiziente „lokalisierte" Bedämpfung der Störwellen an der Quelle ihrer Entstehung, d. h. der Zündkerze, so dass sich auch bei einem relativ hohen Widerstand in Verbindung mit den über die Kabellänge verteilten parasitären Kapazitäten eine gewisse Einkopplung in das Zündkabel und damit eine Ausstrahlung von Störwellen ergibt.Around the propagation of the disturbing waves over the ignition cables to reduce, become common resistors in the spark plugs installed and / or there are resistance cables for the distribution of high voltage used. Furthermore, in certain solutions shielded spark plug and / or shielded high voltage cable used to reduce the radiation the broadband interference waves to reduce. However, such shielded cables are in the production extremely expensive and are also in practical use, for example in vehicles due to, for example, mechanical effects, relatively prone to failure. Further There is still a certain tendency, the interference waves via capacitive coupling and / or ground lines to couple into other components. When using resistors in the ignition cable can exploited existing stray capacities be used to form a low pass and thus in this way the interference waves to dampen accordingly. However, at a given capacitance value of the stray capacitance, for example in the order of magnitude can be of some 10 pF, efficient attenuation in particular high-frequency However, to achieve components, the resistance value must be relative be chosen large and leads so not only to a damping the high-frequency components, but also generates a voltage drop due to the formation of the glow discharge and / or the Arc discharge induced current flow. This at the resistance caused voltage drop with the associated power loss must when operating the ignition system considered so that, as a rule, although a certain current limit of the Spark current desired the resistance can not be made arbitrarily large, so that hence the damping the high-frequency components achieved only to a small extent can be. Furthermore, when using resistance ignition cables on the one hand the occurring voltage drop is distributed over the entire cable length, However, this results in a not very efficient "localized" attenuation of the disturbing waves at the source of their formation, d. H. the spark plug, so that too at a relatively high resistance in conjunction with the over the cable length distributed parasitic capacities a certain coupling into the ignition cable and thus a charisma of interference waves results.
Angesichts dieser Sachlage ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen bereitzustellen, die ein effizientes Bedämpfen von Störwellen in Zündanlagen ermöglichen, wobei einige oder mehrere der zuvor genannten Nachteile behoben oder zumindest verringert werden können.in view of In this situation, it is an object of the present invention, activities to provide an efficient attenuation of spurious waves in ignition systems enable, solving some or more of the aforementioned disadvantages or at least be able to be reduced.
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Bauelement zur Störstrahlungsreduzierung in Hochspannungszündanlagen, wobei das Bauelement eine auf einen starren, weichmagnetischen Kern aufgebrachte Wicklung zur Bedämpfung hochfrequenter Störwellenkomponenten aufweist.These Task is done according to a Aspect of the present invention solved by a device for Störstrahlungsreduzierung in high voltage ignition systems, wherein the device on a rigid, soft magnetic core applied winding for damping high-frequency interference wave components having.
Auf
Grund der Wicklung auf dem weichmagnetischen Kern weist das Bauelement
eine wesentliche größere induktive
Komponente, im Vergleich zu etwaigen parasitären Induktivitäten eines
ohmschen Widerstandes oder eines Widerstandsdrahtes, auf, so dass
sich ein frequenzabhängiges
Verhalten des Dämpfungswiderstands
ergibt, der insbesondere bei höheren
Frequenzen zu einer deutlich höheren Dämpfung beitragen
kann, wobei die niederfrequenten Komponenten, die für das Aufrechterhalten
des Zündstromes
erwünscht
sind, nur wenig gedämpft werden.
Ferner ermöglicht
die Verwendung eines starren weichmagnetischen Kernes eine robuste
und formstabile Bauweise, so dass die elektrischen und magnetischen
Eigenschaften des Bauelements im Wesentlichen während des Betriebs stabil bleiben, wobei
insbesondere somit eine relativ kompakte Bauweise des gesamten Bauelements
möglich
ist. Auf Grund dieser kompakten Bauweise lässt sich das Bauelement in
unmittelbarer Nähe
der Störquelle, beispielsweise
in unmittelbarer Nähe
der Elektroden der Zündkerze,
anordnen, so dass eine Einkopplung der Störwellen in möglicherweise
verwendete Zündkabel
und damit deren Antennenwirkung deutlich verringert wird. Des weiteren
kann durch die Verwendung eines weichmagnetischen Kerns und dessen Bewicklung
auf bewährte
Fertigungstechniken zurückgegriffen
werden, so dass eine kostengünstige Massenproduktion
von induktiven Entstörbauelementen
mit einer relativ hohen Induktivität bei hoher Spannungsfestigkeit
möglich
ist. Druckschrifttlich bekannt ist eine solche Drossel etwa aus
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Bauelement ferner einen ohmschen Widerstand auf, um niederfrequente und hochfrequente Störwellenkomponenten und einen Gleichspannungsanteil der Hochspannung in gewünschter Weise zu dämpfen. Durch die Verwendung eines ohmschen Widerstandes, der vorzugsweise in Reihe zur Induktivität der Wicklung liegt, kann beispielsweise der Funkenstrom in gewünschter Weise begrenzt werden, so dass sich ein gewünschtes Verhalten der Entladung an den Elektroden ergibt, ohne dass damit die Dämpfung hochfrequenter Komponenten beeinträchtigt wird.In a further advantageous embodiment, the device Furthermore, an ohmic resistance to low-frequency and high-frequency interference wave and a DC voltage portion of the high voltage in a desired manner to dampen. By using an ohmic resistor, preferably in series with the inductance the winding is, for example, the spark current in the desired Be limited, so that a desired behavior of the discharge results in the electrodes, without causing the attenuation of high-frequency components impaired becomes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der weichmagnetische Kern aus einem Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 104 Ohm × Meter oder größer aufgebaut. Das Verwenden eines äußerst hochohmigen weichmagnetischen Materials, beispielsweise eines Ferritmaterials, ermöglicht es, relativ kompakte Abmessungen für den weichmagnetischen Kern zu erreichen, wobei ein möglicher Stromfluss während des Spannungsabfalls über der Wicklung auf Grund des hohen spezifischen Widerstands äußerst gering ist. Insbesondere kann auf Grund des hohen spezifischen Widerstandes auf aufwendige Isoliermaßnahmen für die Wicklung und das Kernmaterial verzichtet werden, wodurch sich die Herstellung deutlich vereinfacht und sich die damit verbundenen Kosten reduzieren lassen. Des weiteren lassen sich mit dem hochohmigen Material moderat große magnetisch wirksame Querschnittsflächen verwirklichen, so dass in Verbindung mit einer geeigneten effektiven Länge eine hohe Induktivität und damit eine gewünschte Bedämpfung hoher Frequenzkomponenten ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment, the soft-magnetic core is constructed of a material with a specific electrical resistance of 10 4 ohm × meter or greater. Using an extremely high-resistance soft-magnetic material, for example a ferrite material, makes it possible to achieve relatively compact dimensions for the soft-magnetic core, wherein a possible current flow during the voltage drop across the winding is extremely low due to the high resistivity. In particular, due to the high resistivity can be dispensed with costly insulation measures for the winding and the core material, which significantly simplifies the production and can reduce the associated costs. Furthermore, moderately large magnetically effective cross-sectional areas can be realized with the high-resistance material, so that a high inductivity and thus a desired damping of high frequency components are made possible in conjunction with a suitable effective length.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teil der Wicklung als Widerstandsdraht zur Einstellung der Größe des ohmschen Widerstands des Bauelements ausgeführt. Durch die Verwendung eines Widerstandsdrahtes kann somit unabhängig von dem Induktivitätswert der gewünschte ohmsche Anteil des Bauteilelements eingestellt werden, indem eben für eine vorgegebene Wicklungszahl und bei vorgegebenen geometrischen Abmessungen des weichmagnetischen Kerns ein entsprechendes Widerstandsmaterial ausgewählt wird.In A further advantageous embodiment is at least one part the winding as a resistance wire to adjust the size of the ohmic Resistance of the device executed. By using a Resistance wire can thus be independent of the inductance of the desired ohmic portion of the component element can be adjusted by just for one predetermined number of turns and given geometric dimensions the soft magnetic core a corresponding resistance material is selected.
Vorzugsweise ist die Wicklung über die gesamte Länge des Kerns hinweg ausgedehnt, was insbesondere bei der Verwendung eines Widerstandsdrahtes für die gesamte Wicklung von Vorteil ist, da somit der Spannungsabfall durch den Widerstand über die gesamte Länge des weichmagnetischen Kernes verteilt wird. Insbesondere im Zusammenwirken mit dem hohen spezifischen Widerstand des weichmagnetischen Kernes kann damit eine hohe Durchschlagssicherheit bei dennoch kompakter Bauweise gewährleistet werden.Preferably is the winding over the entire length expanded at the core, especially in use a resistance wire for the entire winding is advantageous because thus the voltage drop through the resistance over the entire length of the soft magnetic core is distributed. Especially in cooperation with the high resistivity of the soft magnetic core can thus a high penetration resistance while still compact Construction guaranteed become.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die effektive Länge des Kerns so bemessen, dass dieser in einer Hochspannungszuleitung benachbart zu der Funkenstrecke anbringbar ist, um damit eine Einspeisung von hochfrequenten Störwellen in die Hochspannungsleitung zu reduzieren. Wie zuvor bereits erwähnt ist, ist es vorteilhaft, die Störwellen möglichst nahe am Entstehungsort zu dämpfen, so dass eine möglichst geringe Einkopplung an die Zuleitungen, die ansonsten als Antennen wirken können, erfolgt. Hierbei ist die Bemessung des weichmagnetischen Kernes so zu verstehen, dass eine maximale Abmessung davon, beispielsweise bei einer linearen Anordnung dessen Länge, kleiner als ungefähr 10 cm ist, so dass das Bauelement an der gewünschten Stelle in die Hochspannungszuleitung eingefügt werden kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass der weichmagnetische Kern als eine starre Komponente ausgeführt ist, so dass eine insgesamt sehr kompakte Bauweise erreichbar ist, da hierbei das induktive Verhalten, möglicherweise in Verbindung mit dem ohmschen Verhalten, unabhängig von der Verformung und der Lage der zumeist flexiblen Zuleitungen im Wesentlichen stabil bleibt.In a further advantageous embodiment, the effective length of the core is dimensioned such that it can be mounted in a high-voltage supply line adjacent to the spark gap in order to reduce the supply of high-frequency interference waves into the high-voltage line. As already mentioned above, it is advantageous to dampen the interference waves as close as possible to the point of origin, so that the lowest possible coupling to the supply lines, which otherwise can act as antennas, takes place. Here, the design of the soft magnetic core is to be understood that a maximum dimension thereof, for example, in a linear arrangement whose length is less than about 10 cm, so that the device at the desired location in the high-voltage can be inserted. Here, it is particularly advantageous that the soft magnetic core is designed as a rigid component, so that an overall very compact design is achievable, since in this case the inductive behavior, possibly in conjunction with the ohmic behavior, regardless of the deformation and the position of most flexible supply lines remains substantially stable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Bauelement ein Anschlussteil zur Kontaktierung einer Hochspannungszuleitung auf. Mittels des Anschlussteiles lässt sich somit eine zuverlässige und rasche Verbindung zu einer Hochspannungszuleitung und/oder zu einer anderen Komponente, beispielsweise der Zündkerze, der Zündanlage realisieren. Dadurch wird ein hohes Maß an Flexibilität bei der Verwendung des Bauelements erreicht, da dieses sowohl in Verbindung mit konventionellen Zuleitungen und auch in bereits bestehenden Anlagen verwendet werden kann und auch bei werksseitiger Montage in neu hergestellten Komponenten effizient einsetzbar ist. Insbesondere ermöglicht es das Anschlussteil, das Bauelement bei Bedarf rasch von den anderen Komponenten der Zündanlage abzunehmen, wenn dies bei Wartung, Reparatur und dergleichen erforderlich ist.In a further advantageous embodiment, the device a connection part for contacting a high voltage supply line on. By means of the connection part can thus be a reliable and rapid connection to a high voltage supply line and / or to a other component, such as the spark plug, the ignition system realize. This will provide a high degree of flexibility in the Use of the device achieved, as this in combination with conventional supply lines and also in existing systems can be used and also in factory-mounted in new manufactured components can be used efficiently. Especially allows it the connection part, the component quickly if necessary from the others Components of the ignition system decrease if required during maintenance, repair and the like is.
Vorteilhafterweise ist das Anschlussteil im Wesentlichen ohne scharfkantige Bereiche ausgebildet, um somit eine Feldstärkenerhöhung gering zu halten. D. h., vor und während der Glimmentladung und/oder Bogenentladung liegt in der Regel eine hohe Spannung an dem Bauelement an, so dass sich entsprechend hohe elektrische Felder ausbilden. Durch das Vermeiden scharfkantiger Bereiche wird die Erzeugung von Feldstärkespitzen zuverlässig verhindert oder deutlich reduziert, so dass keine Gefahr einer Koronaentladung besteht. Eine entsprechende Gestaltung lässt sich durch das Vermeiden von Kanten in der Geometrie des Anschlussteiles erreichen, wobei bei unvermeidlichen Übergängen diese mit einem ausreichenden Krümmungsradius abgerundet werden und die Oberfläche entsprechend behandelt werden können, so dass keine hohen Feldstärken auftreten können.advantageously, the connection part is essentially without sharp-edged areas designed so as to keep a field strength increase low. Ie., before and during The glow discharge and / or arc discharge is usually high Voltage to the component, so that correspondingly high electrical Training fields. By avoiding sharp areas, the Generation of field strength peaks reliably prevented or significantly reduced, so no risk of corona discharge consists. An appropriate design can be avoided by avoiding Reach edges in the geometry of the connection part, wherein at inevitable transitions these rounded with a sufficient radius of curvature and the surface can be treated accordingly so no high field strengths may occur.
Vorteilhafterweise ist der weichmagnetische Kern im Wesentlichen ohne abrupte Bereiche ausgebildet, um eine Feldstärkeüberhöhung an den Windungen gering zu halten. Insbesondere im Zusammenwirken mit dem speziell geformten Anschlussteil ergibt sich eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Bauteils, selbst wenn durch ungünstige äußere Bedingungen, wie sie beispielsweise in einem Motorraum auf Grund von Temperatur, Feuchtigkeit, Kontamination und dergleichen vorherrschen können, nur ein geringes Maß für die Wahrscheinlichkeit von Koronaentladungen ergibt. D.h. durch eine entsprechende, abgerundete Formgebung des Anschlussteiles und/oder des weichmagnetischen Kernes wird eine entsprechende Feldverteilung erreicht, so dass aufgrund der geringen Neigung für Koronaentladungen ein höheres Maß an Sicherheit erzielt wird, auch wenn beispielsweise ungewünschte und ungewollte Lufteinschlüsse in einem das Bauelement umgebenden Isoliermaterial vorhanden sind.advantageously, the soft magnetic core is substantially without abrupt regions designed to be a field strength increase keep the turns low. Especially in cooperation with The specially shaped connector results in a particularly high reliability of the component, even if by unfavorable external conditions, such as for example in an engine compartment due to temperature, humidity, contamination and the like can prevail, only a small measure of the probability of corona discharges. That through a corresponding, rounded Shaping the connection part and / or the soft magnetic core a corresponding field distribution is achieved, so that due the low tendency for Corona discharges a higher Measure Security is achieved, even if, for example, unwanted and unwanted air pockets are present in an insulating material surrounding the device.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Anschlussteil ohne Überlappung eines elektrisch leitenden Bereichs davon mit dem weichmagnetischen Kern verbunden. Auf Grund dieser Anordnung bleibt der Einfluss des Anschlussteiles auf die magnetischen Eigenschaften des Kerns relativ gering, da beispielsweise eine mögliche Wirkung des Anschlussteils als Kurzschlusswindung des Kernes und damit dessen magnetische Beeinträchtigung vermieden werden kann.In A further advantageous embodiment is the connection part without overlap an electrically conductive portion thereof with the soft magnetic Core connected. Due to this arrangement, the influence of the Connecting parts on the magnetic properties of the core relatively low, because, for example, a possible Effect of the connection part as a short-circuit winding of the core and so that its magnetic interference avoided can be.
In einer weiteren Ausführungsform weist der weichmagnetische Kern zwei Stirnflächen auf und das Anschlussteil besitzt eine den Kernstirnflächen angepasste Anschlussstirnfläche und ist mit dieser mit dem weichmagnetischen Kern verbunden. Auf diese Weise ergibt sich eine Verbindung des Anschlussteils und des Kernes, die keine großen Unstetigkeiten im Anschlussbereich und damit im Feldverlauf hervorruft, wobei der Einfluss auf das magnetische Verhalten des Kernes gering ist. Beispielsweise kann das Anschlussteil mit dem Kern verklebt werden, so dass sich durch die angepassten Stirnflächen eine zuverlässige Verbindungsfläche erreichen lässt.In a further embodiment The soft-magnetic core has two end faces and the connection part has a core end faces adapted Connecting face and is connected to this with the soft magnetic core. To this The result is a connection of the connecting part and the core, which are not big ones Causes discontinuities in the connection area and thus in the course of the field, the influence on the magnetic behavior of the core is low is. For example, the connection part can be glued to the core be, so that by the adapted end faces a reliable interface can achieve.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kern geradlinig ausgebildet. Mit dieser Konfiguration lässt sich eine kompakte Bauform verwirklichen, wobei insbesondere die Hochspannungsfestigkeit des gesamten Bauelements relativ hoch ist, da insbesondere der Aufbau der Wicklung mit eventuellen Anschlussteilen so sein kann, dass die gesamte magnetische effektive Länge auch gleich dem geometrischen Abstand der Anschlussteile entspricht und damit der Spannungsabfall über die gesamte Länge erfolgt.In an advantageous embodiment the core is rectilinear. With this configuration can be realize a compact design, in particular the high-voltage strength the entire device is relatively high, since in particular the structure the winding with possible connection parts can be such that the total magnetic effective length is also equal to the geometric one Distance of the connecting parts corresponds and thus the voltage drop over the whole length he follows.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Kern in Bezug auf die effektive Länge mindestens einen gekrümmten Bereich auf, dessen Krümmungsradius ausreichend bemessen ist, so dass eine Feldstärkenüberhöhung im Bereich der Krümmung für die in der Zündanlage auftretenden Spannungen keine Koronaentladung hervorruft.In a further embodiment the core has at least one curved area with respect to the effective length on, whose radius of curvature is sufficiently dimensioned, so that a field strength increase in the area of the curvature for the in the ignition system occurring voltages does not cause corona discharge.
Durch diese geometrische Gestaltung des magnetischen Kernes kann somit eine unter Umständen kompaktere Bauweise erreicht werden, indem beispielsweise bei einer gegebenen effektiven magnetischen Länge die Längsabmessung des Bauelements merklich verringert werden kann. Somit ergibt sich ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit zur Anpassung des Bauelements für die Verwendung in diversen Zündanlagen. Beispielsweise kann es für eine Elektroden-nahe Montage des Bauelements von Vorteil sein, eine von der Stabform abweichende Gestaltung des weichmagnetischen Kernes vorzusehen, um damit ein höheres Maß an mechanischer Gesamtstabilität zu erzielen. Des weiteren kann es vorteilhaft sein, von der Stabform abzuweichen, um das erfindungsgemäße Bauelement besser an bestehende Komponenten, beispielsweise an eine Zündkerze, anzupassen. Insbesondere kann eine von der Stabform abweichende Gestaltung in eine Zündkerze effizienter integriert werden, ohne deren prinzipiellen Aufbau eingehender modifizieren zu müssen oder um deren Handhabbarkeit deutlicher zu beeinträchtigen.As a result of this geometric design of the magnetic core, a possibly more compact construction can be achieved, for example, in that the longitudinal dimension of the component can be markedly reduced for a given effective magnetic length. This results in a higher degree of design freedom for fitting of the component for use in various ignition systems. For example, it may be advantageous for an electrode-near mounting of the device to provide a deviating from the rod shape design of the soft magnetic core, so as to achieve a higher level of overall mechanical stability. Furthermore, it may be advantageous to deviate from the rod shape in order better to adapt the component according to the invention to existing components, for example to a spark plug. In particular, a deviating from the rod shape design can be integrated into a spark plug more efficiently, without having to modify their basic structure in more detail or to affect their handling more clearly.
In einer Ausführungsform ist der Kern als ein Ringkern vorgesehen. Die Verwendung eines Ringkernes ermöglicht einen streuarmen, magnetisch effizienten und kompakten Aufbau, der somit zu einem kompakteren Gesamtaufbau beitragen kann. Hierbei kann insbesondere der als Ringkern vorgesehene magnetische Kern in unmittelbarer Nähe der Zündkerze bei hoher mechanischer Stabilität vorgesehen werden. Ferner kann durch die gerundete Gestaltungsform des Kernes dieser auch in die Zündkerze integriert oder unmittelbar an einem Montagebereich der Zündkerze angebracht werden. Der Ringkern muss hierbei nicht notwendigerweise geschlossen sein, wobei jedoch entsprechende Abschlussbereiche des Ringkernes entsprechend geformt sind, so dass auftretende Feldverläufe zu keinem Überschlag führen.In an embodiment the core is intended as a ring core. The use of a toroidal core allows a low-leakage, magnetically efficient and compact construction, the thus contribute to a more compact overall structure. Here can in particular, the magnetic core provided as ring core in the immediate vicinity Near the spark plug with high mechanical stability be provided. Furthermore, by the rounded design the core of this also integrated into the spark plug or directly attached to a mounting area of the spark plug. The toroid does not necessarily have to be closed here, however, corresponding end portions of the toroidal core correspondingly are formed so that occurring field courses do not lead to a rollover.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind für den Ringkern an den Feldverlauf beim Anlegen der Hochspannung angepasste leitende Kernanschlussteile an im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Positionen des Ringkerns angeordnet. Dieser hochspannungsfeste Aufbau trägt dazu bei, dass die beim Durchbruch der Funkenstrecke auftretende hohe Spannung trotz der Krümmung des Ringkernes ausreichend beabstandet ist, um damit einen Durchschlag innerhalb des Bauelements zuverlässig zu vermeiden.In a further advantageous embodiment are for the toroidal core to the field during the application of the high voltage adapted conductive core connecting parts at substantially diametrically opposite positions of the Arranged ring core. This high-voltage resistant construction contributes to this in that the occurring at the breakthrough of the spark gap high Tension despite the curvature of the Ring core is sufficiently spaced to order a breakdown reliable within the device to avoid.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein minimaler Abstand jeweils zweier benachbarter Windungen der Wicklung im Wesentlichen konstant. Durch die Vorgabe eines minimalen Abstandes, der eine ausreichende Isolationsstrecke zwischen zwei benachbarten Windungen bei der vorgegebenen auftretenden Hochspannung gewährleistet ist zum einen ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt, während ein im Wesentlichen konstantes Beibehalten dieses minimalen Abstandes eine effiziente Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Wicklerraumes und eine Vereinfachung beim Aufbringen der Wicklung ermöglicht.In A further advantageous embodiment is a minimal one Distance between two adjacent turns of the winding substantially constant. By specifying a minimum distance, the one sufficient insulation gap between two adjacent turns guaranteed at the given occurring high voltage is a reliable one Operation ensured while maintaining this minimum distance substantially constant an efficient utilization of the available Wicklerraumes and a simplification in the application of the winding allows.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung weisen die Leiter der Wicklung individuell eine Lackisolationsschicht auf. Durch die Verwendung eines bereits vorisolierten Leiter ergibt sich ein insgesamt höheres Maß an Zuverlässigkeit für die Hochspannungswicklung.In another advantageous development, the head of the Winding individually on a paint insulation layer. By use an already pre-insulated conductor results in an overall higher level of reliability for the High voltage winding.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Bauelement eine kapazitive Komponente auf, die elektrisch mit der Wicklung verbunden ist und mit einer Anschlusseinrichtung versehen ist, die eine Kontaktierung mit einem definierten Potential ermöglicht.In a further advantageous embodiment, the device a capacitive component electrically connected to the winding is connected and provided with a connection device, the a contact with a defined potential allows.
Durch das Vorsehen einer kapazitiven Komponente, d. h. einer Kapazität zusätzlich zu möglichen parasitären Kapazitäten, die sich durch den Aufbau der Wicklung und dessen weichmagnetischen Kernes ergeben, kann ein verbessertes Zündverhalten in Verbindung mit einer effizienten Unterdrückung von Störwellen erreicht werden. Der Vorgang des Zündens lässt sich in der Regel in drei Abschnitte aufteilen, wobei in einem ersten Abschnitt beim Erreichen der Durchbruchspannung zwischen den Elektroden der Zündkerze ein äußerst hoher Strom von bis zu 100 Ampere innerhalb weniger Nanosekunden fließt, der sich im Wesentlichen aus der Kapazität der Zündkerze speist. Hierbei verringert sich die Spannung von etwa 10 000 Volt auf einige wenige 100 Volt und fällt dann in einer weiteren Phase, die man als Bogenentladung bezeichnen kann, auf einen Wert von ungefähr 100 Volt ab, worauf ein Spannungsanstieg auf einige 100 Volt während einer sogenannten Glimmentladung folgt, während der Strom im Wesentlichen bei wenigen 10 Milliampere liegt. Während der Bogenentladung, die bis zu einige 100 Nanosekunden dauern kann und während der Anfangsphase der sich anschließenden Glimmentladung wird die erforderliche elektrische Leistung im Wesentlichen aus der Induktivität der Zündanlage geliefert. Der Wirkungsgrad einer Zündanlage kann verbessert werden, wenn der wesentliche Energieeintrag in den Verbrennungsraum hauptsächlich während der sehr kurzen Durchbruchsphase geschieht, wobei jedoch in einigen Systemen die Kapazität der Zündkerze als zu gering und die Induktivität, die für eine Bedämpfung hochfrequenter Störungen erwünscht ist, als zu groß erachtet werden kann, um die benötigte Energie innerhalb weniger Nanosekunden bereitzustellen. Die kapazitive Komponente des erfindungsgemäßen Bauteiles, die vorzugsweise elektrisch zwischen der induktiven Komponente, die durch die Wicklung und den weichmagnetischen Kern im Wesentlichen bestimmt ist, und der Zündkerze angeordnet ist, kann vor dem Erreichen der Durchbruchspannung Energie speichern. Auf diese Weise lässt sich während der kurzen Durchbruchsphase die dafür benötigte Energie wirkungsvoll aus der kapazitiven Komponente in den Verbrennungsraum einspeisen, wobei hierbei auch, auf Grund der Nähe der kapazitiven Komponente zu der Zündkerze, ein relativ induktionsarmer Aufbau erreicht werden kann, da durch die vorher beschriebene Formgebung des weichmagnetischen Kernes und der Wicklung ein sehr kompakter Aufbau in der Nähe der Zündkerze erreichbar ist. Somit kann beim Erzeugen eines Hochspannungszündimpulses das erfindungsgemäße Bauelement große Einschaltspitzen während einer Anfangsphase des Impulses auf Grund der induktiven Komponente vermeiden, so dass die kapazitive Komponente zwar rasch aber ohne größere Erzeugung von Störwellen aufgeladen wird. Beim Erreichen der Durchbruchspannung wird dann ein wesentlicher Anteil der erforderlichen elektrischen Energie von der kapazitiven Komponente induktionsarm an die Glühkerze geliefert, so dass sich ein hoher Wirkungsgrad zum Einspeisen elektrischer Energie in den Gasraum ergibt. Bei den auftretenden hohen Spannungs- und Stromimpulsen innerhalb weniger Nanosekunden werden die auftretenden hochfrequenten Störwellen wirkungsvoll durch die durch die Wicklung und den weichmagnetischen Kern gebildete induktive Komponente gedämpft, so dass eine Einkopplung in die Zündkabel gering bleibt. Ferner kann durch die im Vergleich zu konventionellen Zündkabeln größere induktive Komponente eine weitere Speisung während des Glimmentladungsbereiches über die induktive Komponente erfolgen.By providing a capacitive component, ie, a capacitance in addition to possible parasitic capacitances resulting from the structure of the winding and its soft magnetic core, improved ignition performance can be achieved in conjunction with efficient suppression of spurious waves. The process of ignition is usually divided into three sections, wherein in a first section when reaching the breakdown voltage between the electrodes of the spark plug flows an extremely high current of up to 100 amps within a few nanoseconds, which essentially consists of the capacity of Spark plug feeds. In this case, the voltage decreases from about 10,000 volts to a few 100 volts and then drops in a further phase, which can be referred to as arc discharge, to a value of about 100 volts, followed by a voltage increase to several 100 volts during a so-called glow discharge follows, while the current is essentially at a few 10 milliamperes. During the arc discharge, which may last up to some 100 nanoseconds, and during the initial phase of the subsequent glow discharge, the required electrical power is essentially provided from the inductance of the ignition system. The efficiency of an ignition system can be improved if the substantial energy input into the combustion chamber occurs mainly during the very short breakdown phase, however, in some systems, the capacity of the spark plug is too low and the inductance desired for damping high frequency noise than too can be considered large to provide the required energy within a few nanoseconds. The capacitive component of the device according to the invention, which is preferably arranged electrically between the inductive component, which is substantially determined by the winding and the soft magnetic core, and the spark plug, can store energy before reaching the breakdown voltage. In this way, during the short break-through phase, the energy required for this purpose can be effectively fed from the capacitive component into the combustion chamber, in which case also, due to the Near the capacitive component to the spark plug, a relatively low-induction structure can be achieved, since the previously described shape of the soft magnetic core and the winding a very compact structure in the vicinity of the spark plug can be achieved. Thus, when generating a Hochspannungszündimpulses the device according to the invention avoid large inrush peaks during an initial phase of the pulse due to the inductive component, so that although the capacitive component is charged quickly but without greater generation of spurious. Upon reaching the breakdown voltage, a substantial proportion of the required electrical energy is then supplied from the capacitive component with low induction to the glow plug, resulting in a high efficiency for feeding electrical energy into the gas space. In the occurring high voltage and current pulses within a few nanoseconds, the high-frequency interference waves occurring are effectively damped by the inductive component formed by the winding and the soft magnetic core, so that a coupling into the ignition cable remains low. Furthermore, by the larger compared to conventional ignition cables inductive component, a further supply during the glow discharge region via the inductive component.
In einer weiteren Ausführungsform weist die kapazitive Komponente einen Kapazitätswert im Bereich von ca. 10 bis 100 pF auf. Mit diesem Kapazitätswert lässt sich eine effiziente Speisung der für den Durchbruch erforderlichen elektrischen Energie erreichen, während dennoch ein kompakter und elektrisch zuverlässiger Aufbau für die in einer Zündanlage auftretenden hohen Spannungen möglich ist. Beispielsweise kann die kapazitive Komponente als ein koaxialer Kondensator vorgesehen werden, dessen innere Elektrode mit ausreichendem Abstand an dem weichmagnetischen Kern angebracht ist, sofern die innere Elektrode geeignet gestaltet ist, um nicht als Kurzschlusswindung zu fungieren, oder die innere Elektrode kann an einer dielektrischen Verlängerung des Kerns angebracht werden, so dass sich eine mechanisch äußerst stabile und dennoch kompakte und elektrisch zuverlässige Anordnung ergibt.In a further embodiment the capacitive component has a capacitance value in the range of about 10 up to 100 pF. With this capacity value can be an efficient feed the one for the Breakthrough to reach required electrical energy, while still a compact and electrically reliable construction for the in an ignition system occurring high voltages possible is. For example, the capacitive component may be considered a coaxial one Capacitor be provided, the inner electrode with sufficient Distance is attached to the soft magnetic core, provided the inner Electrode is designed to be suitable as a short-circuit winding to act, or the inner electrode may be connected to a dielectric Extension of the Kerns are attached, so that a mechanically extremely stable and yet gives a compact and electrically reliable arrangement.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements zur Störwellenunterdrückung in einer Zündanlage bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln eines gewünschten Widerstandswertes bei einer festgelegten Störwellenfrequenz, Ermitteln der Windungszahl und der Werte magnetischer Parameter eines starren weichmagnetischen Kernes für eine induktive Komponente auf der Grundlage des gewünschten Widerstandswertes und eines vorgegebenen minimalen Abstands zweier benachbarter Windungen der Wicklung. Ferner umfasst das Verfahren das Bewickeln des weichmagnetischen Kerns mit den ermittelten magnetischen Parameterwerten entsprechend der ermittelten Windungszahl, wobei ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen größer oder gleich als der vorgegebene minimale Abstand ist.According to one Another aspect of the present invention is a method for Production of a device for Störwellenunterdrückung in a Ignition provided. The method comprises the steps of: determining a desired Resistance value at a fixed Störwellenfrequenz, determination the number of turns and the values of a rigid magnetic parameter soft magnetic core for an inductive component based on the desired Resistance value and a predetermined minimum distance between two adjacent Turns of the winding. Furthermore, the method comprises the winding of the soft magnetic core with the determined magnetic parameter values in accordance with the determined number of turns, wherein a distance between each two adjacent turns greater than or equal to the predetermined minimum distance is.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann somit durch Variieren der magnetischen Eigenschaften des weichmagnetischen Kernes und der Windungszahl die Induktivität des erfindungsgemäßen Bauelementes auf der Grundlage eines vorgegebenen frequenzabhängigen Widerstandes in gewünschter Weise eingestellt werden, wobei ferner ein minimaler Abstand zwischen benachbarten Wicklungswindungen eingehalten wird, so dass die Hochspannungsfestigkeit des Bauelements gewährleistet bleibt. Durch die Vorgabe eines gewünschten Widerstandswertes bei einer speziellen Frequenz lässt sich somit das Dämpfungsverhalten des erfindungsgemäßen Bauelements für spezielle Anwendungen hin optimieren. Beispielsweise kann durch die Auswahl des Kernmaterials in Kombination mit der Auswahl der Geometrie des weichmagnetischen Kernes die Windungszahl so ermitteln, dass ein gewünschtes frequenzselektives Dämpfungsverhalten erreicht wird.According to this Manufacturing process can thus by varying the magnetic Properties of the soft magnetic core and the number of turns the inductance of the component according to the invention on the basis of a given frequency-dependent resistance in the desired Be set, with a minimum distance between adjacent winding turns is maintained, so that the high voltage resistance the component is ensured. By specifying a desired Resistance value at a specific frequency can thus be the damping behavior of the device according to the invention for special Optimize applications. For example, by choosing of the core material in combination with the selection of the geometry of the soft magnetic core determine the number of turns so that a desired Frequency-selective damping behavior is reached.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Bestimmen parasitärer und/oder anderer Kapazitäten der Zündanlage zumindest für einen repräsentativen Betriebszustand und das Ermitteln der Windungszahl und der magnetischen Parameter auf der Grundlage der bestimmten (parasitären) Kapazitäten. Durch diese Maßnahme gelingt es noch effizienter, eine erhöhte Störwellenunterdrückung zu erreichen, da insbesondere die induktive Komponente und gewünschtenfalls auch die ohmsche Komponente des erfindungsgemäßen Bauelements gezielt unter Berücksichtigung der in der Zündanlage auftretenden Kapazitäten eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann eine äußerst effiziente Unterdrückung einer oder mehrerer Frequenzbereiche erreicht werden.In A further advantageous embodiment includes the method determining parasitic and / or other capacities the ignition system at least for one representative Operating state and determining the number of turns and the magnetic Parameters based on the determined (parasitic) capacities. By this measure succeeds it is even more efficient, an increased Interference wave suppression too reach, in particular the inductive component and if desired also targeted the ohmic component of the device according to the invention consideration in the ignition system occurring capacities can be adjusted. This can be a very efficient suppression one or more frequency ranges can be achieved.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen wird auf der Grundlage der vorher beschriebenen Verfahren der Wert einer zusätzlichen kapazitiven Komponente des Bauelements ermittelt. Dadurch ist es möglich, die verteilten Streukapazitäten der Zündanlage wirkungsvoller von dem Ort der Entstehung der Störwellen zu entkoppeln, da höhere Induktivitätswerte für das erfindungsgemäße Bauelement möglich sind, ohne dadurch das Zündverhalten zu beeinträchtigen, da ausreichend elektrische Energie während des kurzen Durchbruchs von der zusätzlichen kapazitiven Komponente geliefert wird. Insbesondere kann die kapazitive Komponente so bemessen werden, dass sich eine höhere Einspeisung an elektrischer Energie und damit ein höherer Wirkungsgrad der Zündanlage ergibt.In further advantageous embodiments on the basis of the previously described methods, the value of a additional capacitive component of the device determined. That's it possible, the distributed stray capacities the ignition system to decouple more effectively from the place of origin of the disturbing waves, since higher inductance values for the Component according to the invention are possible, without the ignition behavior to impair because there is enough electrical energy during the short breakthrough from the additional capacitive component is delivered. In particular, the capacitive Component be dimensioned so that a higher supply of electrical Energy and thus a higher one Efficiency of the ignition system results.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und sind auch in der weiteren detaillierten Beschreibung dargelegt, in der Bezug genommen wird auf die folgenden Zeichnungen. In diesen Zeichnungen zeigen:Further advantageous embodiments are in the attached claims and are also set forth in the further detailed description, Reference is made to the following drawings. In these Drawings show:
Mit Bezug zu den Figuren werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.With Reference to the figures will now be further illustrative embodiments of the present invention.
Beim
Betrieb der Zündanlage
Die
Formgebung des Kernmaterials
In
Fig.
zeigt schematisch ein weiteres erläuterndes Ausführungsbeispiel
des Bauelements
Bei
der Herstellung des Bauelements
Nach
erfolgter Festlegung der magnetischen Parameter und damit der geometrischen
Abmessungen des Kerns
Vorzugsweise
werden bei der Bestimmung der elektrischen Eigenschaften, d.h. der
Induktivität möglicherweise
in Kombination mit dem ohmschen Widerstand, des Bauelements
Wie zuvor bereits erwähnt ist, kann es vorteilhaft sein, im Hinblick auf eine Verbesserung des Zündverhaltens und/oder eine Verbesserung der Störwellenunterdrückung, eine zusätzliche kapazitive Komponente in Verbindung mit einer Induktivität vorzusehen.As previously mentioned It may be beneficial in terms of improvement the ignition behavior and / or an improvement of the interference wave suppression, a additional provide capacitive component in conjunction with an inductance.
Bei
der Gestaltung des Bauelements
Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt ein Bauelement mit induktiver Komponente zur Störwellenunterdrückung in Zündanlagen und ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements bereit, wobei durch Verwendung eines starren weichmagnetischen Kernes ein sehr kompakter und damit in unmittelbarer Nähe der Störquelle anbringbarer Aufbau verwirklicht wird.It Thus: The present invention provides a device with inductive Component for interference suppression in ignition systems and a method of manufacturing the device, wherein Using a rigid soft magnetic core a very compact and thus in the immediate vicinity the source of interference attachable structure is realized.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110601 Effective date: 20110531 |