DE10305111A1

DE10305111A1 - Zündspule für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10305111A1
Application number: DE10305111A
Authority: DE
Inventors: Koji Tsunenaga; Kazutoyo Osuka; Jyunichi Wada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: US20030150440A1; KR20030067561A; US6810868B2; JP2003303726A; KR100561149B1; DE10305111B4; JP4042045B2

Abstract

Bei einer Zündspule mit einer äußeren Spuleneinheit (21, 23), einer inneren Spuleneinheit (22, 24), einem Spulengehäuse (20), in dem die äußere und innere Spuleneinheit aufgenommen sind und einem Turmgehäuse (30), das untere Teile von äußeren und inneren Spulenkörper (21, 22) aufnimmt, ist der äußere Spulenkörper aus einem Kunstharzmaterial gefertigt, dessen Haftfestigkeit zu isolierendem Kunstharzmaterial (5), mit dem das Turmgehäuse gefüllt ist, schwach ist und ein axiales Führungsende des äußeren Spulenkörpers befindet sich um einen Abstand von einer Bezugsstelle axial entfernt, der gleich oder kürzer als 60% einer Bezugslänge (l¶0¶) oder gleich oder länger als 90% der Bezugslänge (l¶0¶) ist. Bei dieser Zündspule treten Risse an dem isolierenden Kunstharzmaterial, das dem axialen Führungsende des äußeren Spulenkörpers gegenüberliegt, aufgrund von thermischen Spannungen kaum auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine (im weiteren Verlauf als Zündspule bezeichnet).

Bisher wurde eine hohe Spannung über einen Hochspannungsimpulsstrom von einem mechanischen Verteiler auf eine Zündkerze aufgebracht. Seit kurzem gibt es jedoch eine Tendenz, die Hochspannung von einer individuell für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine (Kraftmaschine) vorgesehene unabhängige Zündspule auf jede Zündkerze direkt aufzubringen, wie dies in JP-A-63-70508 offenbart ist.

Bei der unabhängigen Zündspule ist eine Innenseite ihres Gehäuses (Behälters) mit einem isolierenden Kunstharzmaterial, wie zum Beispiel einem Epoxydharz gefüllt, um nicht nur die elektrische Isolierung zwischen den die Zündspule bildenden Komponententeilen zu verbessern, sondern auch um die Komponententeile stabil zu halten.

Da die unabhängige Zündspule in einem Steckloch der Kraftmaschine installiert ist und es wahrscheinlich ist, dass sie durch Wärme oder Schwingung von der Kraftmaschine beeinflusst wird, neigt das isolierende Kunstharzmaterial der Zündspule dazu, unter dem Einfluss von thermischen Spannungen aufgrund eines Kühl- und Erwärmungskreislaufes zu reißen. Ein Problem besteht darin, dass der Riss des isolierenden Kunstharzmaterials eine Isolierungsstrecke verkürzt, wodurch ein Isolationsausfall verursacht wird.

Um zu verhindern, dass das isolierende Kunstharzmaterial reißt, wird bei der herkömmlichen Zündspule ein Trennband, dessen Haftkraft an das isolierende Kunstharzmaterial schwach ist oder eine elastische Kunstharzschicht an dem Außenumfang eines primären Spulenkörpers verwendet, um die auf das isolierende Kunstharzmaterial wirkenden thermischen Spannungen zu verringern, wie dies in JP-A-10-241974 offenbart ist.

Die Verwendung des Trennbands oder der elastischen Kunstharzschicht ergibt jedoch einen Anstieg der Komponententeilanzahl und der für deren Zusammenbau notwendigen Zeit, so dass die Zündspule teurer ist.

Um eine kostengünstige Zündspule zu erhalten, wird in einer älteren japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-144902, die am 20. Mai 2002 von demselben Anmelder eingereicht wurde, vorgeschlagen, dass der primäre Spulenkörper (äußere Spulenkörper) aus einem Kunstharzmaterial gefertigt ist, das einfach von dem isolierenden Kunstharzmaterial trennbar ist. Versuchsergebnisse und Analysen der Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch einen Nachteil darin aufgezeigt, dass ein Riss an einer Stelle in dem isolierenden Kunstharzmaterial dazu neigt aufzutreten, an der ein axiales Führungsende des primären Spulenkörpers vorhanden ist. Dies liegt daran, dass das isolierende Kunstharzmaterial, dessen Haftfestigkeit an den primären Spulenkörper schwach ist, durch thermische Spannungen aufgrund eines Kühl- und Wärmekreislaufs von dem primären Spulenkörper getrennt wird, wodurch ein Kanteneckabschnitt des isolierenden Kunstharzmaterials an einer dem axialen Führungsende des primären Spulenkörpers gegenüberliegenden Stelle verursacht wird. Andererseits haftet das isolierende Kunstharzmaterial bei der herkömmlichen Zündspule, in der das für den primären Spulenkörper verwendete Kunstharzmaterial eine starke Haftfähigkeit an das isolierende Kunstharzmaterial hat und das Trennband lediglich an einer Stelle verwendet wird, an der eine primäre Spule um den primären Spulenkörper gewickelt ist, fest daran an und wird nicht von dem axialen Führungsende des primären Spulenkörpers getrennt.

Die vorliegende Erfindung wurde als ein Ergebnis der Versuche der Erfinder getätigt, die aufzeigen, dass es wahrscheinlich ist, dass der Riss an dem Kanteneckabschnitt des isolierenden Kunstharzmaterials auftritt, wenn sich das axiale Führungsende der primären Spule an einer bestimmten Stelle zwischen einem Zentralkern und einem Hochspannungsmetallpasselement befindet.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, in der Risse an einem einem axialen Führungsabschnitt eihes äußeren Spulenkörpers gegenüberliegenden isolierenden Kunstharzmaterial durch thermische Spannungen aufgrund eines Kühl- und Erwärmungskreislaufs kaum auftreten, selbst wenn der äußere Spulenkörper aus einem Kunstharzmaterial gefertigt ist, dessen Haftfestigkeit an das isolierende Kunstharzmaterial schwach ist.

Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen, hat die direkt an einen Steckanschluss einer Zündkerze anzuschließende Zündspule eine innere Spuleneinheit, eine äußere Spuleneinheit, einen sekundären Anschluss, ein Spulengehäuse, das einen wesentlichen Teil der inneren und der äußeren Spuleneinheiten aufnimmt, ein Hochspannungsturmgehäuse mit einem röhrenförmigen Turmgehäuse, um mit der Zündkerze gekoppelt zu sein und ein Metallpasselement, das in dem röhrenförmigen Turmgehäuse innenliegend zentral angeordnet ist, um den sekundären Anschluss mit dem Steckanschluss elektrisch zu verbinden und hat ein isolierendes Kunstharzmaterial.

Die innere Spuleneinheit besteht aus einem inneren Spulenkörper, einer auf den inneren Spulenkörper gewickelten inneren Spule und einem aus einem magnetischen Material gefertigten und in dem inneren Spulenkörper zentral aufgenommenen Zentralkern. Die äußere Spuleneinheit besteht aus einem an der radialen Außenseite der inneren Spuleneinheit angeordneten äußeren Spulenkörper und einer um den äußeren Spulenkörper gewickelten äußeren Spule. Eine in einer, der inneren bzw. äußeren Spulen induzierte Hochspannung wird auf den sekundären Anschluss aufgebracht, wenn die andere, d. h. die innere bzw. äußere Spule erregt ist. Das sich an einer zu der Zündkerze axial gegenüberliegenden Seite befindende röhrenförmige Turmgehäuse wird mit einem axialen Ende des Spulengehäuses verbunden und das Metallpasselement ist mit einem Hauptkörper versehen, der ein Öffnen des röhrenförmigen Turmgehäuses zu dem Spulengehäuse verhindert, so dass das Spulengehäuse und das röhrenförmige Turmgehäuse einen inneren Raum bilden, der axiale Führungsenden der inneren und äußeren Spulenkörper an einer Seite der Zündkerze aufnimmt. Der innere Raum ist mit dem isolierenden Kunstharzmaterial gefüllt.

Mit der vorstehend erwähnten Zündspule ist der äußere Spulenkörper aus einem Kunstharzmaterial gefertigt, dessen Haftfestigkeit an das isolierenden Kunstharzmaterial schwach ist und das axiale Führungsende des äußeren Spulenkörpers ist in Axialrichtung von einer Bezugsstelle um einen Abstand, der gleich oder kürzer als 60% einer Bezugslänge ist oder um einen Abstand, der gleich oder länger als 90% der Bezugslänge ist, entfernt angeordnet, wobei die Bezugsstelle ein axiales Ende des Zentralkerns an einer Seite der Zündkerze ist und die Bezugslänge eine axiale Länge zwischen der Bezugsstelle und einem axialen Ende des Hauptkörpers des Metallpasselements an einer der Zündkerze gegenüberliegenden Seite ist.

Es ist vorzuziehen, dass der innere Spulenkörper mit einem ringförmigen Innenflansch versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein sich an einer Seite der Zündkerze befindliches axiales Ende des inneren Spulenkörpers zu halten und dass sich das axiale Führungsende des äußeren Spulenkörpers um einen Abstand von der Bezugsstelle axial entfernt an einer Seite der Zündkerze, der gleich wie oder länger als der Abstand einer Fläche des inneren Flansches davon ist, der das axiale Ende der inneren Spulen hält. Dieser Aufbau dient dazu, Kriechstrom oder Kurzschluss zwischen der inneren und äußeren Spule zu verhindern.

Bevorzugter Weise ist die äußere Spule mit einem ringförmigen äußeren Flansch versehen, der radial auswärts vorsteht, um ein axiales Ende der äußeren Spule an einer Seite der Zündkerze zu halten und ein zylindrischer äußerer Rohrabschnitt erstreckt sich von dem äußeren Flansch zu der Zündkerze, so dass das axiale Führungsende des äußeren Spulenkörpers ein axiales Ende des zylindrischen und äußeren Rohrabschnitts an einer Seite der Zündkerze ist.

Der äußere Flansch kann sich an der gleichen axialen Stelle wie der innere Flansch befinden, kann an einer mit Bezug auf den inneren Flansch zu der Zündkerze axial gegenüberliegenden Seite angeordnet sein oder kann mit Bezug auf den inneren Flansch an einer Seite der Zündkerze angeordnet sein.

Wenn der äußere Flansch an einer mit Bezug auf den inneren Flansch zu der Zündkerze axial gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, ist es vorzuziehen, dass sich das axiale Ende des zylindrischen äußeren Rohrabschnitts an einer Seite der Zündkerze an einer axialen Stelle befindet, die gleich oder weiter weg von der Bezugsstelle wie eine Fläche des inneren Flanschs angeordnet ist, die das axiale Ende des inneren Spulenkörpers hält.

Der äußere Spulenkörper kann einen ringförmigen äußeren Flansch ohne den sich von dem äußeren Flansch zu der Zündkerze erstreckenden zylindrischen äußeren Rohrabschnitt haben, so dass das axiale Führungsende des äußeren Spulenkörpers eine Fläche des äußeren Flansches an einer Seite der Zündkerze ist. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass sich die Fläche des äußeren Flansches an einer Seite der Zündkerze an einer Stelle befindet, die sich von der Bezugsstelle weiter weg als eine das axiale Ende der inneren Spule haltende Fläche des inneren Flansches befindet.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ebenso wie Betriebsweisen und die Funktion der sich darauf beziehenden Teile aus einem Studium der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, den beiliegenden Ansprüchen und Zeichnungen ersichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Zündspule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Zündspule;
Fig. 3 ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Position eines axialen Führungsendes eines primären Spulenkörpers und einer Spannungsdehnung eines isolierenden Kunstharzmaterials gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Zündspule gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Zündspule gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Zündspule gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Zündspule gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel; und
Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Zündspule gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine Zündspule 100 für eine Kraftmaschine (im weiteren Verlauf als Zündspule 100 bezeichnet) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zündspule 100 ist eine stabartige Zündspule, die in einem Steckloch eines Kraftmaschinenblocks installiert ist, das individuell für jeden Zylinder der Kraftmaschine vorgesehen ist. Die Zündspule 100besteht hauptsächlich aus einem Steuerabschnitt 1, einem Spulenabschnitt 2 und einem Hochspannungsturmabschnitt 3.
Der Steuerabschnitt 1 hat eine in einem Anschlussstück 13 durch Einsetzeinspritzformgebung ausgebildete Anschlussstelle 12 und eine mit der Anschlussstelle 12 verbundene Zündvorrichtung 11. Die Zündvorrichtung 11 empfängt über die Anschlussstelle 12 ein Zündsignal von einer ECU (nicht gezeigt). Nach Erhalt des Zündsignals schaltet sich die Zündvorrichtung 11 an und führt einen Primärstrom zu einer primären Spule 23, so dass sich eine Zündkerze intermittierend entlädt.
Der Spulenabschnitt 2 besteht aus einem ein Außengehäuse bildenden Spulengehäuse 20, einem in dem Spulengehäuse 20 angeordneten äußeren Umfangskern 25, einer in dem Außenumfangskern 25 angeordneten primäre Spuleneinheit (äußere Spuleneinheit), in der die primäre Spule (äußere Spule) 23 um einen primären Spulenkörper (äußeren Spulenkörper) 21 gewickelt ist, einer in der primären Spuleneinheit angeordneten sekundären Spuleneinheit (innere Spuleneinheit), in der eine sekundäre Spule (innere Spule) 24 um einen sekundären Spulenkern (inneren Spulenkern) 22 gewickelt ist und aus einem in einer Mitte des Spulengehäuses 20 und in der sekundären Spuleneinheit angeordneten Zentralkern 26. Diese Komponenten bilden einen geschlossenen Magnetpfad, so dass eine zu der primären Spule zugeführte Batteriespannung (circa 12 V) an der sekundären Spuleneinheit auf eine zum Zünden durch die Zündkerze erforderliche hohe Spannung (circa 30 kV) erhöht wird.
Der Hochspannungsturmabschnitt 3 besteht aus einem Turmgehäuse 30, das in Gestalt eines Zylinders mit einer Stufe geformt ist und an einem unteren Ende des Spulengehäuses 20 befestigt ist, einer Gummisteckkappe 36, die an ein unteres Ende des Turmgehäuses 30 gepasst ist und mit einer in dessen Mitte positionierten Zündkerze in engem Kontakt ist und diese hält (damit gekoppelt ist), einem mit einem Ende der sekundären Spule 24 verbundenen sekundären Anschluss 32, einem in einer Mitte des Turmgehäuses 30angeordneten Hochspannungsmetallpasselement 31, sodass es mit dem sekundären Anschluss 32 elektrisch verbunden ist und einer Hochspannungsfeder 33 (elastisches Metallpasselement), die in elastischem Kontakt mit dem Hochspannungsmetallpasselement 31 ist und dadurch zurück gehalten wird und einem Steckanschluss der Zündkerze (nicht gezeigt).
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Turmgehäuse 30 in Gestalt eines Zylinders geformt, der innen mit einer Stufe versehen ist. Das Turmgehäuse 30 hat einen oberen Zylinder 30a, dessen innerer Raum untere Enden des ersten und zweiten Spulenkörpers 21 und 22 aufnimmt, und der mit isolierendem Kunstharzmaterial 5 gefüllt ist und einen unteren Zylinder 30b, der mit einem unteren Ende des oberen Zylinders 30a verbunden ist, dessen Innendurchmesser kleiner als der des oberen Zylinders 30a ist und der den Steckanschluss aufnimmt.
Der primären Spulenkörper 21 ist an seinem unteren Ende mit einem ringförmigen Flansch 21a (äußeren Flansch) versehen, der das untere Ende der primären Spule 23 zurückhält und dazu dient, diese in dem äußeren Umfangskern 25 in Lage zu halten. Der primäre Spulenkörper 21 ist ferner mit einem zylindrischen Rohrabschnitt 21b versehen, der sich von dem Flansch 21a abwärts erstreckt. Innen- und Außendurchmesser des Rohrabschnitts 21b sind dieselben wie die eines Abschnitts des primären Spulenkörpers 21, um welchen die primäre Spule 23 gewickelt ist. Der Rohrabschnitt 21b bedeckt den gesamten Außenumfang des unteren Endes des sekundären Spulenkörpers 22. Die Länge des Rohrabschnitts 21b wird später beschrieben.
Der sekundäre Spulenkörper 22 ist an seinem unteren Ende mit einem ringförmigen Flansch 22a (innerer Flansch) versehen, der das untere Ende der sekundären Spule 24 zurück hält und dazu dient diese innerhalb des primären Spulenkörpers 21 in Lage zu halten, ähnlich wie bei dem primären Spulenkörper 21. Der Flansch 22a des sekundären Spulenkörpers 22 befindet sich axial unterhalb des Flansches 21a des primären Spulenkörpers 21.
Der sekundäre Spulenkörper 22 ist ferner an einer unteren Seite des Flansches 22a mit einem Stufenflansch 22b und in seiner Mitte mit einer Verbindungsbohrung 22c versehen, die sich axial erstreckt und durch die deren Innen- und Außenseite miteinander in Verbindung sind. Der Stufenflansch 22b hat (nicht gezeigte) seitliche Bohrungen von denen das isolierende Kunstharzmaterial 5 die Innenseite des sekundären Spulenkörpers 22 über die Verbindungsbohrung 22 betritt, so dass der Zentralkern 26 durch das isolierende Kunstharzmaterial 5 isoliert und fixiert ist.
Sowohl der primäre als auch der sekundäre Spulenkörper 21 und 22 werden durch Kunstharzeinspritzformgebung in einem Stück ausgebildet. Der primäre Spulenkörper 21 ist aus SPS (Syndyotactic Polystyren) -Material gefertigt und der sekundäre Spulenkörper 22 ist aus PPE (Polyphenylether) -Material gefertigt, welches Kunstharz ist, dessen Haftfestigkeit an das isolierende Kunstharzmaterial 5 fester als die von SPS ist.
Ein sekundärer Anschluss 32, ein ringförmiges Metallpasselement, ist an einer unteren Endfläche des Stufenflansches 22b montiert. Ein innerer Umfangsrand des sekundären Anschlusses 32 ist in die Verbindungsbohrung 22c gebogen. Das Hochspannungsmetallpasselement 31 ist an seiner oberen Seite mit einem zylinderförmigen Vorsprung 31a versehen, der in die Verbindungsbohrung 22c des sekundären Spulenkörpers 22 eingeführt ist und mit dem inneren Umfangsrand des sekundären Anschlusses 32 in Kontakt ist. Das Hochspannungsmetallpasselement 31 ist an seiner unteren Seite mit einer Tasse 31b versehen, die in Gestalt eines Zylinders mit einem Boden geformt ist. Die Tasse 31b ist an den inneren Umfang einer oberen Endöffnung des unteren Zylinders 30b des Turmgehäuses 30 pressgepasst, so dass die obere Endöffnung des unteren Zylinders 30b von der Tasse 31b bedeckt ist. Presspassflächen der Tasse 31b und des unteren Zylinders 30b bilden Dichtungsflächen, durch die verhindert wird, dass das isolierende Kunstharzmaterial 5, mit dem ein oberer Raum des Turmgehäuses 30 gefüllt ist, nach außen entweicht.
Ein Kern der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 2 und 3 beschrieben.
Die Länge zwischen einem axialen unteren Ende des Zentralkerns 26 (Bezugsstelle) und eines oberen Endes eines äußeren Umfangs der Tasse 31b des Hochspannungsmetallpasselements 31 (Hauptkörperstelle) ist als 10 definiert, welches eine Bezugslänge ist. Die Länge zwischen der Bezugsstelle und einer axialen unteren Endstelle des Rohrabschnitts 21b ist als 1 definiert. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich eine untere Flächenposition des Flansches 21a des primären Spulenkörpers 21 an einer Stelle, die axial gleich wie die axial untere Endstelle des Zentralkerns 26 (der Referenzstelle) ist, so dass die Länge des Rohrabschnitts 21b im Wesentlichen gleich 1 ist.
An dem unteren Ende des inneren Umfangs des Rohrabschnitts 21b des isolierenden Kunstharzmaterials 5 (Epoxydharz) wird Spannungsdehnung (ε) erzeugt. Insbesondere neigt die Spannungsdehnung (ε), die eine thermische Spannung aufgrund des Kühl- und Wärmkreislaufs ist, dazu, sich an einem einer Ecke des unteren Ende des inneren Umfangs des Rohrabschnitts 21b entgegengesetzten Kanteneckabschnitt des isolierenden Kunstharzmaterials 5 zu konzentrieren und es ist wahrscheinlich, dass sie Risse an dem Kanteneckabschnitt verursacht, da die Haftkraft zwischen dem isolierenden Kunstharzmaterial 5 und dem primären Spulenkörper 21 schwach ist, so dass der Kanteneckabschnitt des isolierenden Kunstharzmaterials 5, der nicht eng an dem Rohrabschnitt 21b anhaftet, durch thermische Spannung aufgrund des Kühl- und Wärmekreislaufs verformt wird.
Ein Versuch wird durchgeführt, wobei eine Vielzahl von Versuchstücken der Zündspule 100 verwendet wird, von denen jede eine unterschiedliche Länge des Rohrabschnitts 21b des primären Spulenkörpers 21 hat. Fig. 3 zeigt das Versuchsergebnis.
Die Vertikalachse aus Fig. 3 zeigt ein Verhältnis (ε/ε₀) der gegenwärtig in dem Epoxydharz erzeugten Spannungsdehnung (ε) bis zur Versagensspannungsdehnung (ε₀) des Epoxydkunstharzes. Die Horizontalachse zeigt ein Verhältnis (l/l₀) einer gegenwärtigen Länge (l) zwischen der Bezugsstelle und einer axial unteren Endstelle des Rohrabschnitts 21b (Länge des Rohrabschnitts 21b) zu der Bezugslänge (l₀). Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt l₀ 14 mm.
Es ist aus verschiedenen Versuchen bekannt, dass wenn die gegenwärtige in dem Epoxydkunstharz erzeugte Spannungsdehnung (ε) unterhalb der Versagenspannungsdehnung (ε₀) liegt, das Epoxydkunstharz dem gegenwärtigen Gebrauch standhalten kann, ohne zu reißen. Daher ist die Länge des Rohrabschnitts 21b so definiert, dass eine Bedingung erfüllt ist, dass die in dem isolierenden Kunstharzmaterial 5 (Epoxydharz) erzeugte Spannungsdehnung (ε) an dem unteren inneren Endumfang des Rohrabschnitts 21b unterhalb seiner Versagensspannungsdehnung (ε₀) liegt.
Wie aus den in Fig. 3 gezeigten Versuchsergebnissen verstanden wird, liegt die in dem isolierenden Kunstharzmaterial 5 erzeugte Spannungsdehnung (ε) immer unterhalb der Versagensspannungsdehnung (ε₀), bis das Verhältnis (l/l₀) innerhalb eines Bereichs von 60% bis 85% fällt, so dass der Riss in dem isolierenden Kunstharzmaterial 5 nicht auftritt. Es ist vorzuziehen, dass sich das axial untere Ende des Rohrabschnitts 21b von dem axial unteren Ende des Zentralkerns 26 (der Bezugsstelle) um einen Abstand, der gleich oder kürzer als 60% der Bezugslänge l₀ ist oder um einen Abstand, der gleich oder länger als 90% der Bezugslänge l₀ ist, entfernt befindet.
Folgendes ergibt sich aus dem Versuchsergebnis.
Die sekundäre Spule 24 und der Zentralkern 26, deren jeweilige thermische Verformung kleiner als die des isolierenden Kunstharzmaterials 5 ist, befinden sich innerhalb des primären Spulenkörpers 21. Dementsprechend begrenzen die sekundäre Spule 24 und der Zentralkern 26 die thermische radiale Schrumpfverformung des isolierenden Kunstharzmaterials 5 innerhalb des primären Spulenkörpers 21. Wenn sich das axial untere Ende des Rohrabschnitts 21b innerhalb eines ersten Bereichs befindet, bei dem die thermische radiale Schrumpfverformung des isolierenden Kunstharzmaterials 5 im Wesentlichen insbesondere durch den Zentralkern 26 begrenzt ist, d. h., wenn das axiale untere Ende des Rohrabschnitts 21b an einer Stelle nicht weit weg von dem axialen unteren Ende des Zentralkerns 26 liegt, ist die thermische Verformung des Kantenabschnitts des isolierenden Kunstharzmaterials 5 auf ein Ausmaß begrenzt, so dass die an dem Kanteneckabschnitt konzentrierte Spannungsdehnung (ε) relativ klein ist und dort keine Risse verursacht.
Wenn sich das axial untere Ende des Rohrabschnitts 21b innerhalb eines zweiten Bereichs befindet, bei dem die thermische radiale Schrumpfverformung des isolierenden Kunstharzmaterials 5 durch den Zentralkern 26 nicht ausreichend begrenzt ist, d. h., wenn das axial untere Ende des Rohrabschnitts 21b an einer Stelle von dem axial unteren Ende des Zentralkerns 26 um einen Abstand entfernt ist, der 60% der Bezugslänge 10 überschreitet, ist die thermische Verformung des Kantenabschnitts des isolierenden Kunstharzmaterials 5 nicht ausreichend begrenzt, so dass es wahrscheinlich ist, dass der Riss an dem Kanteneckabschnitt gemäß dem Kühl- und Wärmkreislauf auftritt.
Wenn sich ferner das axiale untere Ende des Rohrabschnitts 21b innerhalb eines dritten Bereichs befindet, in dem die thermische radiale Schrumpfverformung des isolierenden Kunstharzmaterials 5 durch den Zentralkern 26 im Wesentlichen nicht eingeschränkt ist, sondern durch den Hauptkörper des Hochspannungsmetallpasselements 31 begrenzt ist, dessen thermische Verformung kleiner als die des isolierenden Kunstharzmaterials 5 ist, d. h., wenn das axiale untere Ende des Rohrabschnitts 21b an einer Stelle liegt, die von dem axialen unteren Ende des Zentralkerns 26 um einen Abstand entfernt ist, der gleich oder länger als 90% der Bezugslänge l₀ ist, ist die thermische Verformung des Kanteneckabschnitts des isolierenden Kunstharzelements 5 auf ein Ausmaß begrenzt, so dass die an dem Kanteneckabschritt auftretende Spannungsdehnung (ε) relativ klein ist und dort keine Risse verursacht.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Hauptkörper des Hochspannungsmetallpasselements 31 ein in Gestalt der Tasse 31b geformter Körper. Der Hauptkörper des Hochspannungsmetallpasselements 31 kann jedoch auch ein in jeder Gestalt ausgebildeter Körper sein, solange der Körper ein ausreichendes Volumen hat, um die thermische Verformung des Eckkantenabschnitts des isolierenden Kunstharzmaterials 5 zu begrenzen.
Ferner befindet sich gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Flansch 21a des primären Spulenkörpers 21 axial über dem Flansch 22 des sekundären Spulenkörpers 22. Der Rohrabschnitt 21b erstreckt sich axial von dem unteren Ende des Flansch 21a in Richtung des Hochspannungsmetallpasselements 31. Der Rohrabschnitt 21b ist zum Zweck vorgesehen, einen Kriechstrom oder Kurzschluss zwischen der primären Spule 23 und der sekundären Spule 24 zu verhindern. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass das axial untere Ende des Rohrabschnitts 21b an einer axialen Position liegt, die auf gleicher Höhe oder axial unterhalb des axialen unteren Endes des Flansches 22a liegt.

Zweites Ausführungsbeispiel

Mit Bezug auf Fig. 4 wird eine Zündspule 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich die Gestalt eines primären Spulenkörpers 221 von dem des primären Spulenkörpers 21 aus dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Flansch 221a des primären Spulenkörpers 221 befindet sich an der gleichen axialen Position wie der Flansch 22a des sekundären Spulenkörpers 22. Ein Rohrabschnitt 221b erstreckt sich axial von dem unteren Ende des Flansches 221a zu dem Hochspannungsmetallpasselement 31. Das axial untere Ende des Rohrabschnitts 221 befindet sich axial von dem axial unteren Ende des Zentralkerns 26 (der Bezugsstelle) um einen Abstand entfernt, der gleich oder kürzer als 60% der Bezugslänge 10 ist oder um einen Abstand, der gleich oder länger als 90% der Bezugslänge 10 beträgt. Zum Zweck, den Riss des isolierenden Kunstharzmaterials 5 aufgrund des Kühl- und Wärmekreislaufs zu verhindern, hat die Zündspule 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel den gleichen Vorteil wie die Zündspule 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Drittes Ausführungsbeispiel

Eine Zündspule 300 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich die Gestalt eines primären Spulenkörpers 321 von der des primären Spulenkörpers 21 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Flansch 321a des primären Spulenkörpers 321 befindet sich an einer Position axial unterhalb des Flansches 22a des sekundären Spulenkörpers 22. Ein Rohrabschnitt 321b erstreckt sich axial von dem unteren Ende des Flansches 321a zu dem Hochspannungsmetallpasselement 31. Das axial untere Ende des Rohrabschnitts 321b befindet sich von dem axial unteren Ende des Zentralkerns (26 der Bezugsstelle) um einen Abstand, der gleich oder kürzer als 60% der Bezugslänge 10 oder um einen Abstand axial entfernt, der gleich oder länger als 90% der Bezugslänge 10 ist. Zum Zweck, den Riss des isolierenden Kunstharzmaterials 5 aufgrund des Kühl- und Wärmekreislaufs zu verhindern, hat die Zündspule 300 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel den gleichen Vorteil wie die Zündspule 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Viertes Ausführungsbeispiel

Eine Zündspule 400 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich eine Gestalt eines primären Spulenkörpers 421 von der des primären Spulenkörpers 21 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Flansch 421a des primären Spulenkörpers 421 befindet sich axial unterhalb des Flansches 22a des sekundären Spulenkörpers 22. Der primäre Spulenkörper 421 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel hat keinen Rohrabschnitt, obwohl der primäre Spulenkörper 21 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Rohrabschnitt 21b hat. Das axial untere Ende des Flansches 421a befindet sich von dem axialen unteren Ende des Zentralkerns 26 (der Bezugsstelle) um einen Abstand, der gleich oder kürzer als 60% der Bezugslänge l₀ ist oder um einen Abstand, der gleich oder größer als 90% der Bezugslänge l₀ ist, axial entfernt. Zum Zweck, den Riss des isolierenden Kunstharzmaterials 5 aufgrund des Kühl- und Wärmekreislaufs zu verhindern, hat die Zündspule 400 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel den gleichen Vorteil wie die Zündspule 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Eine Zündspule 500 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich die Gestalt eines Hochspannungsmetallpasselements 531 von der des Hochspannungsmetallpasselements 31 des ersten Ausführungsbeispiels. Das Hochspannungsmetallpasselement 531 ist in Gestalt eines kurzen Zylinders ausgebildet, der anstelle der Tasse 31b des ersten Ausführungsbeispiels dessen Hauptkörper bildet. Das Hochspannungsmetallpasselement 531 ist an seiner Oberseite mit einem stützenförmigen Vorsprung 531a versehen, der sich zu dem sekundären Anschluss 32 erstreckt, welcher gleich zu dem stützenförmigen Vorsprung 31a des ersten Ausführungsbeispiels ist. Das Hochspannungsmetallpasselement 531 ist ferner an seinem unteren Ende mit einem Rückhaltstück 531c zum Rückhalten der Hochspannungsfeder 33 versehen. Das Hochspannungsmetallpasselement 531 hat die gleiche Funktion und den gleichen Vorteil wie das Hochspannungsmetallpasselement 31 des ersten Ausführungsbeispiels.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Eine Zündspule 600 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Formen eines Hochspannungsmetallpasselements 631 und eines sekundären Anschlusses 632 von denen des Hochspannungsmetallpasselements 31 und des sekundären Anschlusses 32 des ersten Ausführungsbeispiels.
Das Hochspannungsmetallpasselement 631 ist in Gestalt einer umgekehrten Tasse ausgebildet, die an ihrer oberen Seite mit einer Aufnahmefläche 631a und an ihrer unteren Seite mit einem Rückhaltestück 631c zum Rückhalten der Hochspannungsfeder 33 versehen ist.
Der sekundäre Anschluss 632 ist aus einer Kupferplatte gefertigt und im Wesentlichen in Gestalt eines Quadrats oder eines Rechtecks ausgebildet, dessen eine Seite teilweise geöffnet ist. Der sekundäre Anschluss 632 ist an seiner oberen Seite mit einer Montagefläche 632a versehen, die an dem unteren Ende des Stufenflansches 22b befestigt ist und ist an seiner unteren Seite mit einer Kontaktfläche 632 versehen, die in elastischem Kontakt mit der Aufnahmefläche 631a des Hochspannungsmetallpasselements 631 ist und dadurch zurückgehalten wird. Die Hauptkörperbezugsposition ist ein ringförmiges oberes Ende einer Aufnahmefläche 631a. Das Hochspannungsmetallpasselement 631 und der sekundäre Anschluss 632 haben die gleiche Funktion und den gleichen Vorteil wie das Hochspannungsmetallpasselement 31 und der sekundäre Anschluss 32 des ersten Ausführungsbeispiels.
In dem vorstehend erwähnten ersten bis fünften Ausführungsbeispiel kann anstelle der Anordnung des äußeren Umfangskerns 25 innerhalb des Spulengehäuses 20 der äußere Umfangskern 25 außerhalb des Spulengehäuses 20 angeordnet sein.
Ferner können das Spulengehäuse 20 und das Turmgehäuse 30 einstückig ausgebildet sein, auch wenn das Spulengehäuse 20 und das Turmgehäuse 30 in dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel getrennt ausgebildet sind und dann miteinander verbunden werden.
Überdies kann die primäre Spuleneinheit als die innere Spuleneinheit und die sekundäre Spuleneinheit als die äußere Spuleneinheit angeordnet sein, auch wenn in dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel die primäre Spuleneinheit die äußere Spuleneinheit und die sekundäre Spuleneinheit die innere Spuleneinheit ist. Dementsprechend ist der sekundäre Anschluss mit einer um einen sekundären Spulenkern der äußeren Spuleneinheit gewickelten sekundären Spulen elektrisch verbunden, um Hochspannung zu induzieren. In diesem Fall sollte das axiale Ende des sekundären Spulenkörpers von dem axialen Ende des Zentralkerns 26 (der Bezugsstelle) um einen Abstand, der gleich oder kürzer als 60% der Bezugslänge 10 ist oder um einen Abstand, der gleich oder länger als 90% der Bezugslänge 10 ist, entfernt sein.
Außerdem ist ein in der gesamten Patentbeschreibung beschriebenes oberes und unteres Positionsverhältnis zur Vereinfachung auf Grundlage einer Vorraussetzung definiert, dass sich die Zündspule an einer oberen Seite und sich die Zündkerze an einer unteren Seite befindet, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind und nicht unter einer Vorraussetzung basiert, dass die Zündspule gegenwärtig an der Kraftmaschine montiert ist.
Bei einer Zündspule mit einer äußeren Spuleneinheit (21, 23), einer inneren Spuleneinheit (22, 24), einem Spulengehäuse (20), in dem die äußere und innere Spuleneinheit aufgenommen sind und einem Turmgehäuse (30), das untere Teile von äußeren und inneren Spulenkörper (21, 22) aufnimmt, ist der äußere Spulenkörper aus einem Kunstharzmaterial gefertigt, dessen Haftfestigkeit zu isolierendem Kunstharzmaterial (5), mit dem das Turmgehäuse gefüllt ist, schwach ist und ein axiales Führungsende des äußeren Spulenkörpers befindet sich um einen Abstand von einer Bezugsstelle axial entfernt, der gleich oder kürzer als 60% einer Bezugslänge (l₀) oder gleich oder länger als 90% der Bezugslänge (l₀) ist. Bei dieser Zündspule treten Risse an dem isolierenden Kunstharzmaterial, das dem axialen Führungsende des äußeren Spulenkörpers gegenüberliegt, aufgrund von thermischen Spannungen kaum auf.

Claims

1. Zündspule, die direkt mit einem Steckanschluss einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine zu verbinden ist, hat:
eine innere Spuleneinheit mit einem inneren Spulenkörper (22), einer um den inneren Spulenkörper gewickelten inneren Spulen (24) und einem aus einem magnetischen Material gefertigten und zentral innerhalb des inneren Spulenkörpers aufgenommenen Zentralkern (26);
eine äußere Spuleneinheit mit einem sich radial außerhalb der inneren Spuleneinheit befindenden äußeren Spulenkörper (21, 221, 321, 421) und einer um den äußeren Spulenkörper gewickelten äußeren Spule (23), wobei die inneren und äußeren Spuleneinheiten konzentrisch angeordnet sind;
einen sekundären Anschluss (32, 632), auf den in einer der inneren und äußeren Spulen induzierte Hochspannung aufgebracht wird, wenn die andere der inneren und äußeren Spule erregt ist;
ein Spulengehäuse (20), das einen wesentlichen Teil der inneren und äußeren Spuleneinheit aufnimmt;
ein Hochspannungsturmgehäuse (3) mit einem mit der Zündkerze zu koppelnden röhrenförmigen Turmgehäuse (30) und einem zentral innerhalb des röhrenförmigen Turmgehäuses angeordnetem Metallpasselement (31, 531) zum elektrischen Verbinden des sekundären Anschlusses mit dem Steckanschluss, wobei das röhrenförmige Turmgehäuse an einer zu der Zündkerze axial gegenüberliegenden Seite mit einem axialen Ende des Spulengehäuses verbunden ist und das Metallpasselement mit einem Hauptkörper versehen ist, der eine Öffnung des röhrenförmigen Turmgehäuses zu dem Spulengehäuse blockiert, so dass das Spulengehäuse und das röhrenförmige Turmgehäuse einen inneren Raum bilden, der axiale Führungsenden der inneren und äußeren Spulen an einer Seite der Zündkerze aufnimmt; und
ein isolierendes Kunstharzmaterial (5), mit dem der innere Raum gefüllt ist,
wobei der äußere Spulenkörper aus einem Kunstharzmaterial gefertigt ist, dessen Haftfestigkeit an das isolierende Kunstharzmaterial schwach ist und das axiale Führungsende des äußeren Spulenkörpers von einer Bezugsstelle um einen Abstand axial entfernt ist, der gleich oder kürzer als 60% einer Bezugslänge (l₀) oder der gleich oder größer als 90% der Bezugslänge (l₀) ist, wobei die Bezugsstelle ein axiales Ende des Zentralkerns an einer Seite der Zündkerze ist und die Bezugslänge (l₀) eine axiale Länge zwischen der Bezugsstelle und einem axialen Ende des Hauptkörpers des Metallpasselements an einer der Zündkerze gegenüberliegenden Seite ist.

2. Zündspule gemäß Anspruch 1, wobei der innere Spulenkörper mit einem ringförmigen inneren Flansch (22a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht um ein axiales Ende der inneren Spule an einer Seite der Zündkerze zu halten und das axiale Führungsende der äußeren Spule von der Bezugsstelle um einen Abstand axial entfernt ist, der gleich wie oder länger als der Abstand einer Fläche des inneren Flansches davon ist, der das axiale Ende der inneren Spule hält.

3. Zündspule gemäß Anspruch 1, wobei der äußere Spulenkörper (21, 221, 321) mit einem ringförmigen äußeren Flansch (21a, 221a, 321a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein axiales Ende der äußeren Spule an einer Seite der Zündkerze zu halten und sich ein zylindrischer äußerer Rohrabschnitt (21b, 221b, 321b) von dem äußeren Flansch zu der Zündkerze erstreckt, so dass das axiale Führungsende des äußeren Spulenkörpers ein axiales Ende des zylindrischen äußeren Rohrabschnitts an einer Seite der Zündkerze ist.

4. Zündspule gemäß Anspruch 3, wobei die innere Spule (22) mit einem ringförmigen inneren Flansch (22a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein axiales Ende der inneren Spule (24) an einer Seite der Zündkerze zu halten und sich der äußere Flansch (21a) an einer mit Bezug auf den inneren Flansch (22a) zu der Zündkerze axial gegenüberliegenden Seite befindet und wobei sich ferner das axiale Ende des zylindrischen äußeren Rohrabschnitts (21b) an einer Seite der Zündkerze an einer Position befindet, die axial gleich weit oder weiter weg von der Bezugsstelle entfernt ist wie eine Fläche des inneren Flansches, die das axiale Ende der inneren Spule (24) hält.

5. Zündspule gemäß Anspruch 4, wobei ein sich an einer Seite des äußeren Flansches (21a) befindliches axiales Ende des zylindrischen äußeren Rohrabschnitts (21b) an einer Stelle liegt, die axial gleich zu der die Bezugsstelle ist.

6. Zündspule gemäß Anspruch 3, wobei der innere Spulenkörper (22) mit einem ringförmigen inneren Flansch (22a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein sich an einer Seite der Zündkerze befindliches axiales Ende der inneren Spule (24) zu halten und wobei sich der äußere Flansch (221a) an einer Stelle befindet, die axial gleich zu der des inneren Flansches ist.

7. Zündspule gemäß Anspruch 3, wobei der innere Spulenkörper (22) mit einem ringförmigen inneren Flansch (22a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein sich an einer Seite der Zündkerze befindliches axiales Ende der inneren Spule (24) zu halten und sich der äußere Flansch (321a) mit Bezug auf den inneren Flansch an einer Seite der Zündkerze befindet.

8. Zündspule gemäß Anspruch 1, wobei der äußere Spulenkörper (421) mit einem ringförmigen äußeren Flansch (421a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein sich an einer Seite der Zündkerze befindliches axiales Ende der äußeren Spule (23) zu halten, so dass das axiale Führungsende der äußeren Spule eine Fläche des äußeren Flansches an einer Seite der Zündkerze ist.

9. Zündspule gemäß Anspruch 8, wobei der innere Spulenkörper (22) mit einem ringförmigen inneren Flansch (22a) versehen ist, der radial auswärts vorsteht, um ein axiales Ende der inneren Spule an einer Seite der Zündkerze zu halten und wobei sich die einer Seite der Zündkerze zugewandte Fläche des äußeren Flansches (421a) an einer Stelle befindet, die von der Bezugsstelle weiter entfernt ist als eine Fläche des inneren Flansches, der das axiale Ende der inneren Spule hält.

10. Zündspule gemäß Anspruch 1, wobei der äußere Spulenkörper (21, 221, 321, 421) bzw. die äußere Spule (23) ein primärer Spulenkörper bzw. eine primäre Spule sind und der innere Spulenkörper (22) bzw. die innere Spule (24) ein sekundärer Spulenkörper bzw. eine sekundäre Spule sind, die elektrisch mit dem sekundären Anschluss (32, 632) verbunden sind.