DE112015006452T5

DE112015006452T5 - Zündspule für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112015006452T5
Application number: DE112015006452.4T
Authority: DE
Inventors: Takashi Idogawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2017-12-28
Also published as: CN107430932B; US10991507B2; WO2016166850A1; CN107430932A; US20180025835A1; JPWO2016166850A1

Abstract

Es wird eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die im Stande ist, zum Unterdrücken einer Vergrößerung eine hohe Ausgabe selbst in einem hohen Drehzahlbereich bereitzustellen. Die Zündspule für einen Verbrennungsmotor schließt ein: einen Mittelkern, der auf einer inneren Seite einer Primärspule und einer inneren Seite einer Sekundärspule angeordnet ist; einen Seitenkern, der an einer äußeren Seite der Primärspule und an einer äußeren Seite der Sekundärspule angeordnet ist und mit dem Mittelkern verbunden ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreislauf auszubilden; einen oder eine Vielzahl von Spalten, die zwischen dem Mittelkern und dem Seitenkern oder in dem Seitenkern vorgesehen ist; und einen Magneten, der in dem Spalt oder der Vielzahl von Spalten angeordnet ist, in dem eine Summe der Querschnittsflächen der jeweiligen Magnete so festgelegt ist, dass sie dreimal oder mehr und weniger als siebenmal eine Querschnittsfläche des Mittelkerns ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor, die an einem Verbrennungsmotor zum Beispiel einem Motorfahrzeug installiert ist und eingerichtet ist, einer Zündkerze eine hohe Spannung zuzuführen, um dadurch einen Zündfunken zu erzeugen.
STAND DER TECHNIK
Bisher wurden verschiedene Maßnahmen für eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor ergriffen, um die Effizienz und das Ausmaß erzeugter Spannung zu erhöhen (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2).
Jedoch wurde die Zündspule für einen Verbrennungsmotor bisher nur unter Berücksichtigung einer Spitzenleistung der Zündspule ausgelegt.
REFERENZLISTE
Patentliteratur

[PTL 1] JP 2734540 B2 (magnetischer Kreislauf)
[PTL 2] JP 2007-103482 A (magnetischer Widerstand)

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In den vergangenen Jahren wurde ein Verdichtungsverhältnis erhöht und es wurde ein verkleinertes Turbofahrzeug entwickelt, um die Verbrennungseffizienz des Motors in Zusammenhang mit einer Nachfrage für eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erhöhen. Dementsprechend werden ein Anstieg der Spannung und der Ausgabe der Zündspule gefordert, um einen Dielektrischen Durchschlag und eine Verbrennung unter einem hohen Verdichtungszustand sicherzustellen.
Bei manchen solcher Fahrzeuge wird ein Verdichtungsverhältnis so festgelegt, dass es in einem hohen Drehzahlbereich oder auch in einem niedrigen Spannungsbereich hoch ist, und es wird somit eine Zündspule, die eingerichtet ist, eine hohe Ausgabe von dem niedrigen Spannungsbereich zu dem hohen Drehzahlbereich bereitzustellen, benötigt.
Bei einer Zündspule des Standes der Technik wurde eine Methode verwendet, bei welcher eine Querschnittsfläche des Mittelkerns vergrößert ist, um die Energie zu erhöhen und einen Drahtdurchmesser einer Primärspule (ein Drahtdurchmesser einer Wicklung der Primärspule) vergrößert ist, um ihren Widerstand zu vermindern und dadurch die Energie in dem hohen Drehzahlbereich oder auch in dem Bereich niedriger Spannung zu erhöhen.
Jedoch müssen selbst in dem Fall, in dem die oben erwähnte Methode verwendet wird, die Kernquerschnittsfläche und der Drahtdurchmesser der Primärspule und ähnliches stark erhöht werden, um eine hohe Drehzahlcharakteristik zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des oben erwähnten Problems ausgeführt und daher ist es eine Aufgabe, eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die im Stande ist, eine hohe Ausgabe selbst in einem hohen Drehzahlbereich zum Unterdrücken einer Vergrößerung bereitzustellen.
Lösung des Problems
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die einschließt: einen Mittelkern, der an einer inneren Seite einer Primärspule und einer inneren Seite einer Sekundärspule angeordnet ist; einen Seitenkern, der an einer äußeren Seite der Primärspule und an einer äußeren Seite der Sekundärspule angeordnet ist und mit dem Mittelkern verbunden ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreislauf auszubilden; einen oder eine Vielzahl von Spalten, die zwischen dem Mittelkern und dem Seitenkern oder in dem Seitenkern vorgesehen ist; und einen Magneten, der in einem oder jedem der Vielzahl von Spalten angeordnet ist, in dem eine Summe der Querschnittsflächen der jeweiligen Magnete so festgelegt ist, dass sie dreimal oder mehr und weniger als siebenmal eine Querschnittsfläche des Mittelkerns ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die im Stande ist, die hohe Ausgabe selbst in dem hohen Drehzahlbereich für ein Unterdrücken der Vergrößerung bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht von oben zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht schräg von unten zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor der 1.
3 ist ein magnetisches Kennfeld zum Zeigen einer Wirkung der Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Ansicht von oben zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht von schräg unten zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor aus 4.
6 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Draufsicht von oben zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor aus 6.
8 ist ein magnetisches Kennfeld zum Darstellen einer Wirkung der Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische Draufsicht von oben zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines magnetischen Flusses von einem Magneten in der Zündspule für einen Verbrennungsmotor aus 9.
11 ist eine schematische Draufsicht zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Draufsicht zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein magnetisches Kennfeld zum Darstellen einer grundlegenden magnetischen Charakteristik einer Zündspule ohne einen Magneten.
14 ist ein magnetisches Kennfeld zum Darstellen einer grundlegenden magnetischen Charakteristik einer Zündspule mit einem Magneten.
15 ist ein magnetisches Kennfeld zum Darstellen einer Veränderung der magnetischen Charakteristik die durch einen Anstieg der Kernquerschnittsfläche verursacht wird.
16 ist ein magnetisches Kennfeld zum Darstellen eines Energieanstiegs bei einer Spitze in einem hohen Drehzahlbereich.
17 ist ein magnetisches Kennfeld zum Zeigen eines Energieanstiegs bei einer Spitze in einem hohen Drehzahlbereich.
18 ist ein magnetisches Kennfeld zum Darstellen der Wirkung der Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass bei jeder der Ausführungsformen die gleichen oder entsprechenden Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und eine überlappende Beschreibung dieser weggelassen wird.
Als erstes wird eine ausführliche Beschreibung eines Prinzips und der Effekte der vorliegenden Erfindung gegeben.
13 und 14 sind magnetische Kennfelder zum Darstellen einer grundlegenden magnetischen Charakteristik oder Eigenschaft (magnetomotorische Kraftcharakteristik des magnetischen Flusses) einer Zündspule. Die Energie der Zündspule ist proportional zu einer Fläche eines schraffierten Abschnitts in jeder der 13 und 14.
Der magnetische Fluss eines Kerns, der für die Zündspule verwendet wird, wird bei einem Wert eines Produkts aus einer magnetischen Sättigungsflussdichte Bmax, die spezifisch durch ein Material bestimmt ist, und eine mittige Kernquerschnittsfläche Sc gesättigt und magnetisch gesättigt.
In manchen der Zündspulen für einen Verbrennungsmotor dieser Art, wie auch die Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die exemplarisch in 1 dargestellt ist und auf die später Bezug genommen wird, wird ein Magnet 70 in einen Spalt 60 eines Mittelkerns 30 aus einem Mittelkern 30 und einem Seitenkern 40, die einen geschlossenen Magnetkreis ausbilden, eingeführt. 13 ist ein Diagramm zum Zeigen einer magnetischen Charakteristik einer Zündspule ohne einen Magneten. 14 ist ein Diagramm zum Darstellen einer magnetischen Charakteristik einer Zündspule, die mit einem Magneten bereitgestellt ist.
Bisher wurde bei der Zündspule dieses Typs der Magnet eingeführt, um die Energie bei dem Mittelkern bei gleicher Querschnittsfläche zu erhöhen. Es wird eine Rückwärtsspannung in einer negativen Richtung des Mittelkerns angelegt und ein magnetischer Widerstand und eine Magnetgröße werden so festgelegt, dass die Rückwärtsspannung nahe einer magnetischen Sättigung in negativer Richtung ist. Dann wird durch eine Primärspule ein magnetischer Fluss eingeführt, bis eine magnetische Sättigung in einer positiven Richtung auftritt, das heißt, dass eine magnetomotorische Kraft aufgebracht wird. Auf diese Weise wird eine Ausgabe erhöht, während einem Anstieg der Mittelkerngröße vorgebeugt wird.
Andererseits wird in einem hohen Drehzahlbereich eine Stromzuführdauer Ton für die Primärspule, welche die Ausdrücke (1) und (2) erfüllt, bei jeder Drehzahl eingestellt, sodass eine Leistung einer magnetomotorischen Kraft während der Stromzuführdauer Ton entsprechen kann. αc ≥∫^Ton ₀(Vc × I1)dt (1) αc ≥∫^Ton ₀(Vce × I1)dt (2)
In diesem Fall kennzeichnet I1 einen Strom, der auf einer Primärseite einer Zündspule fließt (die Primärspule und einen Spulentreiber) und wird wie folgt Näherungsweise bestimmt. I1 = V1/R1{1 – exp{–(R1/L1) × Ton}] (3)
Die Ausdrücke (1) bis (3) basieren auf dem folgenden:

αc:: vorgeschriebener Wert elektrischer Energie der Primärspule
αd:: vorgeschriebener Wert elektrischer Energie des Spulentreibers
Vc:: Spannung zwischen den beiden Enden der Primärspule
Vce:: Spannung zwischen beiden Enden des Spulentreibers (Zünder = Schaltelement)
V1:: Spannung, die zu der Primärseite zugeführt wird
R1:: kombinierter Widerstand (Primärspulenwiderstand und Kabelbaumwiderstand und ähnliches), der mit der Primärseite verbunden ist
L1:: Primärinduktivität

Die rechte Seite des Ausdrucks (1) gibt einen Verlust in der Primärspule wieder. Die rechte Seite des Ausdrucks (2) gibt einen Spulentreiberverlust wieder. Die Ausdrücke (1) und (2) zeigen, dass die Stromzuführdauer Ton für die Zündspule verändert werden muss, sodass diese Verluste gleich oder geringer als vorgeschriebene Werte sind, um eine Wärmeerzeugung zu unterdrücken.
In Übereinstimmung mit dem Ausdruck (3) nimmt I1 ab, wenn Ton vermindert wird. Die magnetomotorische Kraft, die in den magnetischen Kreislauf eingeführt wird, wird als Produkt des Primärstroms I1 und einer Primäranzahl von Windungen n1 widergegeben, und die magnetomotorische Kraft vermindert sich somit, wenn Ton vermindert wird.
Wenn eine Motordrehzahlcharakteristik berücksichtigt wird, steigt die Anzahl von Zündungen pro Einheitsperiode proportional zu der Motordrehzahl an, und die Wärmeerzeugung steigt somit proportional zu der Drehzahl (rpm) in dem hohen Drehzahlbereich an. Folglich vermindern sich αc und αd umgekehrt proportional zu der rpm. Während αc und αd abnehmen, muss die Stromzuführdauer Ton für die Primärspule in dem hohen Drehzahlbereich unterdrückt werden. Wie oben beschrieben nimmt der Primärstrom I1 ab, während die Stromzuführdauer Ton abnimmt, und die magnetomotorische Kraft, die in den Kern eingeführt wird, nimmt als Ergebnis ab. Ein eingeführter Betrag magnetischen Flusses (magnetomotorische Kraft) in dem hohen Drehzahlbereich verändert sich in Übereinstimmung mit einem Primärwiderstand und beträgt näherungsweise 600 AT bis näherungsweise 800 AT für den Primärwiderstand einer gewöhnlichen Zündspule, was näherungsweise 0,3 Ω bis näherungsweise 0,7 Ω ist. Wenn eine durch das magnetische Kennfeld mit der magnetomotorischen Kraft von 600 AT gegebene Fläche oder mehr erhöht werden kann, kann folglich die Energie der Zündspule in einem Drehzahlbereich zur praktischen Anwendung erhöht werden.
Die Zündspule muss in Übereinstimmung mit einer Motoranforderung (Energieanforderung in Übereinstimmung mit der Drehzahl) Energie bereitstellen und erfordert für die Anforderung jeder Drehzahl eine Spezifikation zum Sichern des Bereichs bei der magnetischen Charakteristik, der für die für jede Drehzahl bestimmte magnetomotorische Kraft vorgegeben ist.
Bisher wurde die Energie bei hoher Drehzahl durch ein Verfahren erhöht, das eine Verbesserung der magnetischen Charakteristik durch Erhöhen der Kernquerschnittsfläche und ein Erhöhen des Primärdrahtdurchmessers, das heißt des Radius der Wicklung der Primärspule, einbezieht, um die Leistungsaufnahme niedrig zu halten und dadurch die minimale magnetomotorische Kraft zu erhöhen. Jedoch hat dieses Verfahren die folgenden Probleme zum Erhöhen der Energie bei hoher Drehzahl.
Anstieg der Kernquerschnittsfläche
Wie in 15 gezeigt, ändert sich das magnetische Kennfeld durch Anstieg der Kernquerschnittsfläche. Die durchgezogene Linie gibt solch eine Charakteristik wieder, bei der die Mittelkernquerschnittsfläche in Bezug auf die gestrichelte Linie erhöht ist, wie durch einen Pfeil A angedeutet. Da die Mittelkernquerschnittsfläche Sc ansteigt, steigt Bmax × Sc an. In diesem Fall wird angenommen, dass die Querschnittsflächenverhältnisse des Seitenkerns, des Magneten und des Kernspalts im Verhältnis zu der Mittelkernquerschnittsfläche konstant sind.
In dem Bereich niedriger Drehzahl kann die Spitzenenergie, das heißt die magnetomotorische Kraft, wie in 16 gezeigt, als das Maximum verwendet werden und steigt folglich im Verhältnis zu der Mittelkernquerschnittsfläche an (ΔS1 = S1 – S2 + S3). In einem Bereich beziehungsweise einer Fläche, in der die eingeführte magnetomotorische Kraft klein ist, wie zum Beispiel dem in 17 gezeigten hohen Drehzahlbereich, fällt der Energieanstiegsbetrag verglichen mit dem Anstiegsbetrag bei der in 16 gezeigten Spitze geringer aus (ΔSH = S1' + S3' < ΔSI). Folglich ist in dem hohen Drehzahlbereich, bei dem die eingeführte magnetomotorische Kraft klein ist, der Leistungsanstiegsbetrag beschränkt.
Während die Kernquerschnittsfläche ansteigt, steigt darüber hinaus der Primärspulenwicklungsdurchmesser an, das heißt der Umfang der Primärspule, die mit einer Wicklung um einen Spulenkörper gewickelt ist, und eine Gesamtdrahtlänge der Primärspule steigt an, was in einem Anstieg des Widerstandswerts resultiert. Folglich steigt die Erzeugung von Wärme an. Um der Erzeugung von Wärme zu begegnen, ist eine Abnahme der Stromzufuhrdauer notwendig, und folglich nimmt die eingeführte magnetomotorische Kraft in dem hohen Drehzahlbereich ab. Als Ergebnis nimmt der Leistungsanstiegsbetrag weiter ab. Wenn der Drahtdurchmesser erhöht wird, um den Anstieg der Drahtlänge zu kompensieren, erhöht sich darüber hinaus die Größe der Spule.
Anstieg des Primärdrahtdurchmessers
Wenn durch den Anstieg des Primärdrahtdurchmessers der Primärwiderstand abnimmt, nimmt die Spannung zwischen beiden Enden der Primärspule ab und die Wärmeerzeugung bei der Primärspule vermindert sich. Wenn folglich nur die durch den Ausdruck (1) auferlegte Beschränkung berücksichtigt wird, kann die Stromzuführdauer Ton für die Primärspule erhöht werden und als Ergebnis kann der eingeführte magnetische Fluss vergrößert werden.
Unter Berücksichtigung von Ausdruck (2) nimmt andererseits eine Stromzuführdauer, die zum Erhalten der gleichen magnetomotorischen Kraft benötigt wird (= Bremsstrom) aufgrund der Abnahme des Primärwiderstands in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (3) ab. Daher nimmt die Erzeugung von Wärme mehr oder weniger ab und die Stromzuführdauer kann erhöht werden, um dadurch die eingeführte magnetomotorische Kraft in den Kern zu erhöhen. Der Stromzuführdauerabnahmebetrag ist gering, wenn der Primärwiderstand abnimmt, und somit ist der eingeführte Magnetflussanstiegsbetrag klein. Es wird daher ein großer Anstieg des Drahtdurchmessers der Primärspule benötigt, um die Charakteristik bei hoher Drehzahl zu verbessern.
Aus dem obigen geht hervor, dass es schwierig ist, die Charakteristiken bei hoher Drehzahl bei den Designs aus dem in Beziehung stehenden Stand der Technik stark zu verbessern und das ein Größenanstieg für diese Verbesserung unumgänglich ist.
Erste Ausführungsform
Es wird nunmehr eine Beschreibung eines spezifischen Beispiels der Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
1 ist eine schematische Ansicht von oben zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 veranschaulicht, schließt die Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform eine Primärspule 10, eine Sekundärspule 20, den Mittelkern 30, der auf der inneren Seite der Primärspule 10 angeordnet ist, um die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20 miteinander magnetisch zu koppeln, den Seitenkern 40, der mit dem Mittelkern 30 kombiniert bzw. Verbunden ist, um den geschlossenen magnetischen Kreislauf auszubilden, einen Spulentreiber (Zünder) 80, der eingerichtet ist, eine Steuerung zum Aufbringen einer Stromzufuhr oder Unterbrechen der Stromzufuhr zu der Primärspule 10 in Übereinstimmung mit einem Antriebssignal von einer nicht gezeigten ECU oder ähnlichem auszuführen, und ein Isolationsgehäuse 50 ein, das eingerichtet ist, diese Komponenten jeweils aufzunehmen. Ein Ende des Seitenkerns 40 liegt an einem Ende des Mittelkerns 30 an. Ein anderes Ende des Seitenkerns 40 ist einem anderen Ende des Mittelkerns 30 über einen Spalt 60 zugewandt. Ein Magnet 70 mit der gleichen Größe wie der Spalt 60 ist in den Spalt 60 eingeführt.
Genauer gesagt sind die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20, die an der Außenseite der Primärspule 10 gewickelt ist, um den Mittelkern 30 gewickelt. Zum Zwecke des einfacheren Verständnisses der Struktur sind die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20 an einem oberen Flächenabschnitt des Mittelkerns 30 zum Zwecke der Veranschaulichung weggelassen. Der Seitenkern 40 weist eine ringförmige Form auf, die sich über eine vollständige Wicklung um den Mittelkern 30 erstreckt, um den die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20 gewickelt sind. Das eine Ende des Mittelkerns 30 liegt an einer Fläche an, die als das eine innere Ende des Seitenkerns 40 dient. Das andere Ende des Mittelkerns 30 weist so eine Form auf, dass seine Querschnittsfläche auf einer Ebene senkrecht zu einer magnetischen Flussrichtung im Inneren des Mittelkerns 30 ansteigt, und ist einer Fläche zugewandt, die als das andere innere Ende dient, welches dem oben erwähnten einen Ende des Seitenkerns 40 über dem Spalt 60 zugewandt ist. Der Magnet 70, der die gleiche Größe wie der Spalt 60 aufweist, ist in den Spalt 60 eingeführt.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht von schräg unten in Bezug auf die Richtung aus 1 (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor aus 1 ohne die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20.
Der O-förmige Seitenkern wird in dem oben erwähnten Beispiel verwendet, jedoch kann ein C-förmiger Kern verwendet werden.
Bei einer Erfindung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Querschnittsfläche Sm des Magneten 70 so festgelegt bzw. eingestellt, dass sie gleich oder größer als dreimal die Querschnittsfläche Sc des Mittelkerns 30 ist. Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche Sg des Spalts 60 so eingestellt, dass sie gleich oder größer als die Querschnittsfläche Sm des Magneten 70 ist, das heißt sie ist als Sm ≤ Sg festgelegt. Als Ergebnis kann eine ausreichende Rückwärtsspannung aufgebracht werden. 3 ist ein magnetisches Kennfeld zum Zeigen eines Vergleichs zwischen einem Fall, in dem Sm/Sc ≥ 3 (durchgezogene Linie) ist, und einem Fall, in dem Sm/Sc < 3 (gestrichelte Linie) ist. Der Sättigungspunkt des magnetischen Flusses in dem negativen Bereich des magnetischen Kennfelds wird durch Erhöhen der Querschnittsfläche Sm des Magneten (Sm/Sc ≥ 3) in Richtung der Seite hoher magnetomotorischer Kraft in dem Bereich der 3 verlagert, in dem die magnetomotorische Kraft AT positiv ist. Als Ergebnis steigt die Fläche in dem Bereich niedriger magnetomotorischer Kraft an und die Leistung kann somit verbessert werden. Darüber hinaus kann auf ähnliche Weise die Energie (Fläche) in dem Bereich hoher magnetomotorischer Kraft erhöht werden, ohne die Größe des Mittelkerns 30 zu erhöhen. Die Energie in dem Bereich hoher Drehzahl steigt ebenso an, und der Mittelkern 30 kann entsprechend einer benötigten Leistung in dem Bereich niedriger Drehzahl verkleinert werden.
Wenn die Anzahl des Spalts 60 und des Magneten 70 jeweils eins ist, ist die Querschnittsfläche Sm des Magneten so eingestellt, dass sie dreimal oder mehr der Querschnittsfläche Sc des Mittelkerns 30 beträgt. Wenn die Anzahl der Spalte 60 und der Magnete 70 zwei oder mehr ist, ist die Summe Sm der Querschnittsflächen der Magnete so festgelegt, dass sie dreimal oder mehr der Querschnittsfläche Sc des Mittelkerns 30 ist.
Während die untere Grenze der Summe Sm der Querschnittsflächen der Magnete wie oben beschrieben festgelegt ist, wird die obere Grenze der Summe Sm der Querschnittsflächen der Magnete so festgelegt, dass sie weniger als siebenmal die Querschnittsfläche Sc des Mittelkerns 30 ist (Sm/Sc < 7). Wenn die Summe Sm gleich oder größer als siebenmal ist (Sm/Sc ≥ 7), wie durch die gestrichelte Linie aus 18 wiedergegeben, tritt eine gebogene Position der magnetischen Kennfeldkurve nach der minimalen magnetomotorischen Kraft ATL auf, und die Energie in einer Umgebung der minimalen magnetomotorischen Kraft steigt stark an. Daher ist der obere Grenzwert auf Sm/Sc < 7 festgelegt, der durch die durchgezogene Linie wiedergegeben wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind die Querschnittsfläche (Sg) des Spalts und die Querschnittsfläche (Sm) des Magneten jeweils Querschnittsflächen auf Ebenen senkrecht zu den jeweiligen Dickenrichtungen. Querschnittsflächen (Sc und Ss) des Mittelkerns und des Seitenkerns sind Querschnittsflächen auf Ebenen, die jeweils senkrecht zu einer Längsrichtung des Kerns oder der magnetischen Flussrichtung in dem Kern sind (das gleiche trifft auch hiernach zu).
Zweite Ausführungsform
4 ist eine schematische Ansicht von oben zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht von schräg unten in Bezug auf die Richtung aus 4 (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor der 4 ohne die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20. In Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform sind die Spalte 60 und die Magneten 70, wie in 4 veranschaulicht, in dem Seitenkern 40 angeordnet. Ferner können der Spalt 60 und der Magnet 70 so angeordnet sein, dass sie, wie veranschaulicht, geneigt sind. Andere Aufbauten beziehungsweise Konfigurationen sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
Bei der auf diese Weise ausgeführten Zündspule sind die Spalte 60 und die Magnete 70 in dem Seitenkern 40 angeordnet. Selbst in einem Fall so eines Spulenaufbaus, bei dem die Anzahl von Wicklungen der Primärspule 10 und der Sekundärspule 20 gering sind, einem Fall, in dem ein Raum zum Erhöhen der Querschnittsfläche der Spitze des Mittelkerns 30 nicht vorhanden ist, oder ähnlichem, kann somit die Querschnittsfläche 62 (Sg) der Spalte 60 und die Querschnittsfläche (Sm) der Magnete 70 sichergestellt werden. Folglich kann die magnetische Charakteristik auf einfache Weise eingestellt werden. Darüber hinaus kann die sicherzustellende magnetische Charakteristik in dem Seitenkern 40 eingestellt werden, und somit können der Mittelkern 30, die Primärspule 10 und die Sekundärspule 20 somit gemeinsame Komponenten sein.
Dritte Ausführungsform
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7 ist eine schematische Draufsicht (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen der Zündspule für einen Verbrennungsmotor der 6. In Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform ist, wie in 6 veranschaulicht, eine Ladedicke des Seitenkerns 40 erhöht und dessen Breite ist vermindert. Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche (Sm) des Magneten 70 verglichen mit der Querschnittsfläche 62 (Sg) des Spalts 60 vermindert. Mit anderen Worten ist die Querschnittsfläche (Sg) des Spalts 60 in Bezug auf die Querschnittsfläche (Sm) des Magneten 70 erhöht. Ferner ist eine Dicke 62a des Spalts 60 bei Abschnitten, die nicht an dem Magneten 70 anliegen, vermindert, und eine Querschnittsfläche (Ss) des Seitenkerns 40 ist verglichen mit der Querschnittsfläche (Sc) des Mittelkerns 30 erhöht.
Wenn die Querschnittsfläche (Ss) des Seitenkerns 40 verglichen mit der Querschnittsfläche (Sc) des Mittelkerns 30 klein ist, tritt die magnetische Sättigung des Seitenkerns 40 vor der magnetischen Sättigung des Mittelkerns 30 auf. Daher steigt der magnetische Widerstand in dem Bereich an, in dem der Seitenkern 40 magnetisch gesättigt wird, und der Gradient der magnetischen Charakteristik nimmt ab. Folglich ist eine magnetische Charakteristik in dem Fall, in dem Sc ≥ Ss ist, die durch die gestrichelte Linie aus 8 wiedergegebene, und eine magnetische Charakteristik in dem Fall, in dem Sc < Ss ist, ist die durch die durchgezogene Linie aus 8 wiedergegeben. Wenn Sc ≥ Ss ist, nimmt die Fläche ab, wenn die magnetische Rückwärtsspannung in einer Umgebung des Sättigungspunkts der negativen Seite der magnetischen Charakteristik angelegt wird. Folglich kann durch Bereitstellen so einer Beziehung Sc < Ss die Energie ohne die magnetische Sättigung des Seitenkerns 40 erhöht werden, bevor der Mittelkern 30 magnetisch gesättigt ist, wenn die magnetische Rückwärtsspannung angelegt wird. In 8 kennzeichnet W einen Leistungsverbesserungsabschnitt.
Darüber hinaus ist die Höhe des Seitenkerns 40 erhöht und die Querschnittsfläche kann somit in ihrer Länge in der Richtung der Ladedicke vergrößert werden. Als Ergebnis kann die Länge in der Breitenrichtung der Querschnittsfläche vermindert werden, sodass eine Verkleinerung erreicht werden kann. Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche Sm der Magnete 70 verglichen mit der Querschnittsfläche (Sg) 62 der Spalte 60 vermindert, und die Dicke 62a des Spalts 60 bei den Abschnitten, die nicht an dem Magneten 70 anliegen, ist vermindert. Selbst wenn so eine Dicke des Magneten 70, die einer Beschädigung während der Montage vorbeugt, gesichert ist, kann folglich eine durchschnittliche Dicke (Durchschnitts-lg) der Spalte vermindert werden, da die Dicke 62a des Spalts bei den nicht anliegenden Abschnitten an dem Magneten 70 vermindert ist. Als Ergebnis kann Sg/lg erhöht werden, und zwar selbst wenn Sg vermindert wird.
Vierte Ausführungsform
9 ist eine schematische Draufsicht (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 ist ein Diagramm (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen eines magnetischen Flusses von einem Magneten in der Zündspule für einen Verbrennungsmotor der 9. In Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform ist die Querschnittsfläche Sm des Magneten 70, wie in 9 veranschaulicht, in Bezug auf die Querschnittsfläche Sg des Spalts 60 vermindert, und die Dicke 62b des Spalts 60 ist bei den nicht an dem Magneten 70 anliegenden Abschnitten erhöht. Andere Ausführungen sind die gleichen wie jene der dritten Ausführungsform.
Bei der wie oben beschrieben eingerichteten Zündspule bildet der magnetische Fluss von dem Magneten 70 keine Schleife ohne den Mittelkern 30 zu kreuzen, und der magnetische Fluss des Magneten 70 kann auf effiziente Weise an dem Mittelkern 30 angelegt werden.
In dem Abschnitt des Spalts 60 mit der großen Dicke 62b wird der magnetische Fluss, der den Mittelkern 30 nicht kreuzt, erzeugt. Allerdings ist ein Raumabstand lang und folglich ist es unwahrscheinlich, dass der magnetische Fluss durch den Raum gelangt und abnimmt.
Die oben erwähnte Ausführung kann auch in einem Fall angewandt werden, in dem der Spalt 60 und der Magnet 70 in dem Mittelkern 30 bereitgestellt sind.
Fünfte Ausführungsform
11 ist eine schematische Draufsicht (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform sind, wie in 11 veranschaulicht, Seitenkernabdeckungen 45, die Kernpuffer (core cushions) sind, an Seitenflächen der Seitenkerne 41 und 42 bereitgestellt. Eine Hauptfläche des Magneten 70 liegt an dem Seitenkern 41 an, und eine andere Hauptfläche liegt über die Seitenabdeckung 45 an dem Seitenkern 42 an. Andere Ausführungen sind die gleichen wie jene der zweiten Ausführungsform.
Bei der auf diese Weise eingerichteten Zündspule kann die Dicke (lg) 61 des Luftspalts 60 zuverlässig sichergestellt werden, ohne die Dicke des Magneten 70 unnötig zu erhöhen und zusätzliche Komponenten bereitzustellen. Das oben erwähnte Beispiel ist so eingerichtet, dass der Magnet 70 an dem Seitenkern 41 anliegt und die Seitenkernabdeckung 45 an dem Seitenkern 42 vorgesehen ist, wodurch die Dicke (lg) 61 des Luftspalts gesichert wird. Allerdings kann so eine Ausführung, bei welcher der Magnet 70 an der Seite des Seitenkerns 42 anliegt, auf ähnliche Weise ohne Problem bereitgestellt werden. Ferner gibt es selbst dann kein Problem, wenn der Spalt 60 und der Magnet 70 zwischen dem Seitenkern 41 oder 42 und dem Mittelkern 30 in so einer Ausführung angeordnet sind, dass die Kernabdeckung wie oben beschrieben bereitgestellt ist.
Sechste Ausführungsform
12 ist eine schematische Draufsicht (magnetisches Kreislaufdiagramm) zum Veranschaulichen einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit der sechsten Ausführungsform ist der Seitenkern 40, wie in 12 veranschaulicht, durch ein kornausgerichtetes elektrisches Stahlblech ausgebildet. Die Richtung senkrecht zu der axialen Richtung (magnetische Flussrichtung) des Mittelkerns 30 ist auf eine einfache Magnetisierungsrichtung Md festgelegt, und der Spalt 60 und der Magnet 70 sind bei einem Abschnitt des Seitenkerns 40 angeordnet, der sich in der gleichen (parallel zu der) Richtung erstreckt, wie die axiale Richtung des Mittelkerns 30. Darüber hinaus ist eine Breite von Abschnitten des Seitenkerns 40, der sich in der einfachen Magnetisierungsrichtung Md erstreckt, vermindert. Andere Ausführungen sind die gleichen wie jene der zweiten Ausführungsform.
Bei der wie oben beschrieben eingerichteten Zündspule ist die Querschnittsfläche des Abschnitts des Seitenkerns 40, die sich in der gleichen Richtung wie die axiale Richtung des Mittelkerns 30 erstreckt, erhöht, um große Querschnittsflächen Sg und Sm des Spalts 60 und des Magneten 70 sicherzustellen. Daher tritt die magnetische Sättigung selbst dann nicht auf, wenn diese Richtung eine Richtung ist, die eine niedrige Sättigung der magnetischen Flussdichte aufweist. Ferner ist die sättigende magnetische Flussdichte in der einfachen Magnetisierungsrichtung hoch und die Breite in der einfachen Magnetisierungsrichtung kann vermindert werden.
In dem kornausgerichteten elektrischen Stahlblech ist eine sättigende magnetische Flussdichte Bmax1 in der einfachen Magnetisierungsrichtung groß, und eine sättigende magnetische Flussdichte Bmax2 ist in einer Richtung senkrecht zu der einfachen Magnetisierungsrichtung klein. Die Querschnittsfläche des Spalts und die Querschnittsfläche des Seitenkerns, die proportional dazu ist, müssen für die magnetische Widerstandsjustierung erhöht werden. Wenn die Seitenkernquerschnittsfläche S1 erhöht wird, wird somit die Querschnittsfläche in der einfachen Magnetisierungsrichtung auf S2 vermindert, wobei die Querschnittsfläche des Mittelkerns 30 durch Sc gekennzeichnet ist und die sättigende magnetische Flussdichte durch Bmax_c gekennzeichnet ist,
S1 > Sc > S2,
Bmax1 > Bmax_c > Bmax2,
folglich
S1·Bmax ≈ S2·Bmax' '≥ Sc·Bmax_c.
Selbst wenn S2 vermindert ist, tritt die Sättigung des Seitenkerns 40 nicht früher auf als die Sättigung des Mittelkerns 30. Nur der Seitenkern 40 wird bei dem oben erwähnten Beispiel durch das kornausgerichtete elektrische Stahlblech ausgebildet, jedoch kann der Mittelkern 30 durch das kornausgerichtete elektrische Stahlblech ausgebildet werden. In diesem Fall kann die Mittelkernquerschnittsfläche vermindert werden.
Wie oben beschrieben ist die Summe der Querschnittsflächen der Magneten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dreimal oder mehr und weniger als siebenmal die Querschnittsfläche des Mittelkerns.
Die Energie kann somit erhöht werden, ohne die Größe des Mittelkerns zu erhöhen, das heißt, dass der Wicklungsdurchmesser der Primärspule durch den Magneten eine ausreichende Rückwärtsspannung aufbringt. Darüber hinaus steigt die Energie an, und somit kann der Mittelkern entsprechend einer benötigten Leistung verkleinert werden.
Die Querschnittsfläche des Spalts ist gleich wie oder größer als die Querschnittsfläche des Magneten festgelegt.
Darüber hinaus sind die Spalte und die Magneten in dem Seitenkern angeordnet.
Der magnetische Widerstand kann durch Anordnen der Magneten in dem Seitenkern auf diese Weise eingestellt werden, und die magnetische Charakteristik kann zudem verändert werden, ohne den Mittelkern, die Primärspule und die Sekundärspule, die als gemeinsame Komponenten benutzt werden können, zu verändern.
Darüber hinaus ist die Höhe des Seitenkerns größer als die Höhe des Mittelkerns.
Die Seitenkernbreite kann unterdrückt werden, das heißt dass der Größenanstieg der Zündspule unterdrückt werden kann, und der magnetische Widerstand kann durch Belasten des Seitenkerns so eingestellt werden, dass er in der Lastdickenrichtung hoch ist, wenn die Seitenkernquerschnittsfläche beibehalten wird.
Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche des Seitenkerns größer als die Querschnittsfläche des Mittelkerns.
Eine Abnahme der magnetischen Charakteristik (Anstieg des magnetischen Widerstands), die durch die magnetische Sättigung des Seitenkerns verursacht wird, kann auf diese Weise durch so ein Einstellen der Querschnittsfläche des Seitenkerns unterdrückt werden, dass sie größer ist als die Querschnittsfläche des Mittelkerns, und die Leistung kann folglich in den Bereich niedriger magnetomotorischer Kraft erhöht werden.
Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche des Spalts größer als die Querschnittsfläche des Magneten.
Der Anstieg in der Größe des Magneten kann verhindert werden und die Leistung kann durch Festlegen der Querschnittsfläche des Spalts, sodass er größer ist als die Querschnittsfläche des Magneten, und Einstellen der magnetischen Charakteristik verbessert werden.
Darüber hinaus ist die Dicke beziehungsweise Breite des Spalts ohne den Magneten vermindert.
Die Dicke des Magneten kann eine Dicke sein, die hergestellt und montiert werden kann, und der magnetische Widerstand kann durch Verändern der Dicke eines Teils des Spalts eingestellt werden, um dadurch den magnetischen Widerstand auf so eine Weise ohne unnötiges Erhöhen der Dicke einzustellen. Folglich kann ein Herstellungsfehler und Montagefehler des Magneten und eine Vergrößerung verhindert werden.
Darüber hinaus ist die Dicke des Spalts bei einem Abschnitt an der äußeren Seite der Zündspule vergrößert.
Die Kurzschlussschleife (Short Cut Loop) über den Spalt (ohne den Mittelkern zu kreuzen) des magnetischen Flusses, der von dem Magneten erzeugt wird, kann durch Erhöhen der äußeren Seite des Spalts unterdrückt werden, um dadurch auf diese Weise den magnetischen Widerstand einzustellen, und die Rückwärtsspannung kann somit auf effiziente Weise durch den Magneten aufgebracht werden.
Darüber hinaus ist die Dicke des Magneten verglichen mit der Dicke des Spalts vermindert, und die Dicke des Spalts wird durch den Kernpuffer gesichert.
Die Spaltdicke kann unter Verwendung der Kernabdeckung festgelegt werden, um die Spaltdicke auf diese Weise ohne unnötiges Erhöhen der Dicke des Magneten und der Anzahl von Komponenten sicherzustellen, und somit kann der magnetische Widerstand eingestellt werden, während ein unnötiger Anstieg der Kosten verhindert werden kann.
Darüber hinaus wird das kornausgerichtete elektrische Stahlblech für den Seitenkern verwendet, und die Richtung einfacher Magnetisierung des Seitenkerns ist die Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Mittelkerns.
Die Seitenkernbreite in der Richtung einfacher Magnetisierung kann unter Verwendung des kornausgerichteten elektrischen Stahlblechs für den Seitenkern unterdrückt (vermindert) werden, und ein Einstellen der Richtung einfacher Magnetisierung des Seitenkerns auf die Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Mittelkerns auf diese Weise. Die Querschnittsfläche ist erhöht, um so den großen Spalt in der Richtung parallel zu der axialen Richtung des Mittelkerns sicherzustellen, und somit tritt die magnetische Sättigung selbst dann nicht auf, wenn die Richtung die Richtung ist, die eine niedrige sättigende magnetische Flussdichte aufweist. Als Ergebnis kann die Abmessung in der axialen Richtung des Mittelkerns der Zündspule vermindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die jeweiligen Ausführungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung schließt sämtliche mögliche Kombinationen der jeweiligen Ausführungsformen ein.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann auf Verbrennungsmotoren angewandt werden, die in vielfältigen Gebieten verwendet werden.

Claims

Zündspule für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Mittelkern, der auf einer inneren Seite einer Primärspule und einer inneren Seite einer Sekundärspule angeordnet ist; einem Seitenkern, der an einer äußeren Seite der Primärspule und einer äußeren Seite der Sekundärspule angeordnet ist und mit dem Mittelkern verbunden ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreislauf auszubilden; einem oder einer Vielzahl von Spalten, die zwischen dem Mittelkern und dem Seitenkern oder in dem Seitenkern vorgesehen sind; und einem Magneten, der in dem Spalt oder jedem der Vielzahl von Spalten angeordnet ist, wobei eine Summe der Querschnittsflächen der jeweiligen Magnete so eingestellt ist, dass sie dreimal oder mehr und weniger als siebenmal eine Querschnittsfläche des Mittelkerns ist.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei welcher der eine oder die Vielzahl von Spalten eine Querschnittsfläche aufweist, die gleich wie oder größer als die Querschnittsfläche des Magneten ist.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der eine oder die Vielzahl von Spalten und der Magnet in den Seitenkern angeordnet sind.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei welcher der Seitenkern eine Höhe aufweist, die größer ist als eine Höhe des Mittelkerns.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Seitenkern eine Querschnittsfläche aufweist, die größer als die Querschnittsfläche des Mittelkerns ist.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der eine oder die Vielzahl von Spalten eine Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die Querschnittsfläche des Magneten.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, bei welcher eine Dicke von jedem des einen oder der Vielzahl von Spalten ohne den Magneten vermindert ist.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher eine Dicke von jedem des einen oder der Vielzahl von Spalten bei einem Abschnitt an einer äußeren Seite der Zündspule vergrößert ist.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine Dicke des Magneten verglichen mit einer Dicke von jedem des einen oder der Vielzahl von Spalten vermindert ist, und wobei die Dicke des eine Spalts oder jedem der Vielzahl von Spalten durch einen Kernpuffer gesichert ist.
Zündspule für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei welcher der Seitenkern unter Verwendung eines kornausgerichteten elektrischen Stahlbleches ausgebildet ist, und bei welcher der Seitenkern eine Richtung einfacher Magnetisierung in einer Richtung aufweist, die senkrecht zu einer axialen Richtung des Mittelkerns ist.