DE112015006529B4 - Zündspule für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Zündspule für eine Brennkraftmaschine, umfassend:eine Primärspule, die eine Primärwicklung (20) aufweist, die um einen Primärspulenkörper (10) gewickelt ist;eine Sekundärspule, die an einem Außenumfang der Primärspule angeordnet ist und eine Sekundärwicklung (40) aufweist, die separat um einen Sekundärspulenkörper (30) gewickelt ist, der koaxial in Bezug auf die Primärspule angeordnet ist und eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, und eine Hochspannung an eine Zündkerze in Übereinstimmung mit einer Erregungsoperation oder einer Trennoperation eines primären elektrischen Stroms, der zu der Primärwicklung (20) geleitet wird, liefert;einen Eisenkern (50), durch den die Primärspule und die Sekundärspule magnetisch verbunden sind, undein Isoliergehäuse (60), in dem die Primärspule, die Sekundärspule und der Eisenkern (50) angebracht sind, wobeiein Wicklungsabschnitt der Sekundärspule in einem Zustand ausgebildet ist, in dem eine maximale Wicklungshöhe auf 20% bis 30% in Bezug auf eine axiale Wicklungslänge eingestellt ist,wobei eine Vielzahl der Abschnitte, die in dem Sekundärspulenkörper (30) enthalten sind, unter Verwendung von Wänden abgetrennt sind, und die Wände zwischen Abschnitten, die viele Wicklungen der Sekundärspule aufweisen, dicker sind als die Wände, die zwischen Abschnitten mit wenigen Wicklungen sind.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule, die hauptsächlich an einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs angebracht wird, beispielsweise einer Brennkraftmaschine eines Autos, und eine Hochspannung an eine Zündkerze liefert, um eine Funkenentladung zu erzeugen.
• Stand der Technik
• Im Stand der Technik besteht ein Bedarf, bei dem eine Brenncharakteristik in den Fokus gestellt wird, und eine Zündspule, die eine hohe Leistung (engl.: „heigh output“) und eine hohe Energie (engl.: „heigh energy“) aufweist, realisiert wird. Wenn eine Energiespezifikation erfüllt ist, wird eine ausreichende Ausgangsspannung ausgegeben, so dass es nur Zündkerzen gibt, bei denen eine hohe Spannung der Ausgangsspannung realisiert wird, indem Energie (engl.: „energy“) gesteigert wird, und es wurde nicht in Betracht gezogen, wie eine Hochspannung mit gleichbleibender Ausgangsenergie ausgegeben werden kann. Im Stand der Technik wird eine Technik, die sich auf eine Spulenkörperform oder eine Spulenanzahlverteilung bezieht, hauptsächlich als eine Technik beschrieben, die sich auf eine hohe Spannungsfestigkeit (engl.: „withstand voltage“) einer Sekundärspule (siehe beispielsweise JP H01 - 274 410 A , JP H07 - 130 559 A , und JP 2000 - 100 641 A ) bezieht.
• Weitere verwandte Techniken sind in der DE 33 01 224 A1 , die auf eine Zündspule für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen gerichtet ist und DE 10 2006 044 435 A1 , die eine Vorrichtung zur Energiespeicherung und Energietransformierung beschreibt, zu finden. Die DE 33 01 224 A1 beschreibt eine Zündspule bei der die Sekundärwicklung und der sie tragende Spulenkörper in Kammerausführung gefertigt sind, und die radiale Ausdehnung (Höhe) einer jeden Kammerwicklung nimmt zum höheren Kammerpotential hin nach dem Gesetz der geometrischen Reihe ab, sodass der Isolierabstand zwischen der Sekundärwicklung und Bereichen der Zündspule, die ein kleineres Potential führen, mit zunehmend höherem Kammerpotential größer wird.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Durch die Erfindung zu lösende Probleme
• In den letzten Jahren wurden um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern ein Downsizing-Turbofahrzeug und ein Hochverdichtungsmotor entwickelt. Eine Spannung (Isolationsdurchschlagspannung = erforderliche Spannung), durch die ein Isolationsdurchschlag durchgeführt wird, wird zwischen Steckern erhöht, während eine hohe Kompression realisiert wird, so dass es erforderlich ist, dass ebenfalls eine Ausgangsspannung einer Zündspule erhöht wird. Es wird in einer Zündspule erforderlich, dass während eine erforderliche Spannung erhöht wird, eine hohe Ausgangsspannung realisiert wird und eine hohe Spannungsfestigkeit realisiert wird. Andererseits gibt es in den letzten Jahren viele Fälle, in denen eine Hilfsmaschine, wie beispielsweise ein Zylinder-Nonoperational-Aktuator (engl.: „zylinder nonoperational actuator“), an einem Motor angebracht ist, und Befestigungsraum, der für die Zündspule vorgesehen ist, verringert wird, so dass es auch erforderlich ist, dass die Zündspule verkleinerten wird.
• Eine Ausgangsspannung der Zündspule wird erhöht, während die Ausgangsenergie (engl.: „ouput energy“) der Zündspule erhöht wird, und wenn eine Kapazität zu der Masse in einer Sekundärspule und eine Kapazität von Hochspannungsabschnitten (eine Feder und eine Zündkerze) erhöht werden, wird die Ausgangsspannung verringert. Daher ist es bei einer herkömmlichen Zündspule zur Realisierung einer hohen Ausgangsspannung notwendig, dass die Zündspule eine hohe Energie realisiert und eine Kapazität zu der Masse in der Sekundärspule verringert wird. Darüber hinaus, um eine hohe Spannungsfestigkeit der Zündspule zu realisieren, ist es auch eines der wichtigen Elemente, dass eine Kapazität zwischen Abschnitten der Sekundärspule verringert wird.
• Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben beschriebenen Probleme gemacht, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündspule zu realisieren, die eine niedrige Kapazität und eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist, ohne dass die Zündspule vergrößert wird.
• Mittel zur Lösung der Probleme
• Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine wie durch den beigefügten unabhängigen Anspruch 1 definiert gelöst. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beschreiben optionale Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen.
• Eine Zündspule (engl.: „ignition coil“) für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Primärspule (engl.: „primary coil“), die eine Primärwicklung (engl.: „primary winding“) aufweist, die um einen Primärspulenkörper (engl.: „primary bobbin“) gewickelt ist; eine Sekundärspule, die an einem Außenumfang der Primärspule angeordnet ist und eine Sekundärwicklung aufweist, die separat um einen Sekundärspulenkörper gewickelt ist, der koaxial in Bezug auf die Primärspule angeordnet ist und eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, und eine Hochspannung an eine Zündkerze (engl.: „igintion plug“) in Übereinstimmung mit einer Erregungsoperation (engl.: „energization operation“) oder einer Trennoperation („engl.: „breaking operation“) eines primären elektrischen Stroms, der zu der Primärwicklung geleitet wird, liefert; einen Eisenkern, durch den die Primärspule und die Sekundärspule magnetisch verbunden sind; und ein Isoliergehäuse, in dem die Primärspule, die Sekundärspule und der Eisenkern angebracht (engl.: „installed“) sind, wobei ein Wicklungsabschnitt der Sekundärspule in einem Zustand ausgebildet ist, in dem eine maximale Wicklungshöhe auf 20% bis 30% in Bezug auf eine axiale Wicklungslänge (engl.: „axis length winding length“) eingestellt ist. Hierbei ist eine Vielzahl der Abschnitte, die in dem Sekundärspulenkörper enthalten sind, unter Verwendung von Wänden abgetrennt, und die Wände zwischen Abschnitten, die viele Wicklungen der Sekundärspule aufweisen sind dicker als die Wände, die zwischen Abschnitten mit wenigen Wicklungen vorhanden sind.
• Wirkungen der Erfindung
• Gemäß der Zündspule der vorliegenden Erfindung ist ein Wicklungsabschnitt einer Sekundärspule in einem Zustand ausgebildet, in dem eine maximale Wicklungshöhe von 20% bis 30% in Bezug auf eine axiale Wicklungslänge festgelegt ist, wodurch Kapazitäten zu der Masse der Sekundärspule unterdrückt sind, und eine hohe Ausgangsspannung erhalten werden kann, und Kapazitäten zwischen Abschnitten der Sekundärspule verringert sind, so dass eine Sekundärspule mit einer hohen Spannungsfestigkeit erhalten werden kann, und eine Zündspule, die eine kleine Größe, eine hohe Ausgangsspannung und eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist erhalten werden kann.
• Figurenliste
• 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 2 ist eine Ansicht, die ein Bild von Kapazitäten zwischen den Abschnitten und Kapazitäten zur Masse in der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 3 ist eine charakteristische Ansicht, die eine elektrische Potentialverteilung einer Sekundärwicklung zu einem elektrischen Entladezeitpunkt und einem ungewollten Feuerzeitpunkt in der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 4 ist eine charakteristische Ansicht, die eine elektrische Potentialverteilung der Sekundärwicklung zu einem elektrischen Entladezeitpunkt und einem ungewollten Feuerzeitpunkt in der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 5 ist eine charakteristische Ansicht, die eine elektrische Potentialverteilung der Sekundärspule darstellt, wenn die Kapazitäten zwischen den Abschnitten in der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhöht sind;
• 6 ist eine Ansicht, die eine Beziehung der Isolationsabstände zu einem Kreuzungsdraht darstellt, wenn eine Wicklungshöhe in der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhöht wird;
• 7 ist eine Ansicht, die ein Bild einer axialen Wicklungslänge und einer maximalen Wicklungshöhe in der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 8 ist eine charakteristische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung der Zündspule und einer Spannungsfestigkeit der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Zündspule gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform 2 darstellt;
• 10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Zündspule gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform 3 darstellt;
• 12 ist eine Querschnittsansicht, die eine Zündspule gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform 4 darstellt; und
• 13 ist eine charakteristische Ansicht, die elektrische Potentialdifferenzen zwischen Abschnitten der Zündspule in der Zündspule gemäß der nicht beanspruchten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.
• MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
• Ausführungsform 1
• 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Ausbildung einer Zündspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Primärspule, die eine Primärwicklung 20 enthält, die um einen Primärspulenkörper 10 gewickelt ist, in der Zündspule vorgesehen. An einem Außenumfang der Primärspule ist eine Sekundärspule, die eine Sekundärwicklung 40 enthält, die in Übereinstimmung mit einer Erregungsoperation oder einer Trennoperation eines primären elektrischen Stroms, der zu der Primärwicklung 20 geleitet wird, eine Hochspannung an eine Zündkerze liefert, und separat um einen Sekundärspulenkörper 30 gewickelt ist, der koaxial in Bezug auf die Primärspule angeordnet ist und eine Vielzahl von Abschnitten enthält, und eine Verteilung darstellt, bei der eine Hochspannung realisiert wird, während eine Wicklungszahl von einem Wicklungsstart zu einem Wicklungsende erhöht ist, wenn die Sekundärwicklung 40 bestromt ist, angeordnet. Die Primärspule und die Sekundärspule sind unter Verwendung eines Eisenkerns 50 magnetisch verbunden. Ferner sind diese Ausbildungselemente in einem Isoliergehäuse 60 eingebaut und werden unter Verwendung eines Isolierharzes 70 eingesetzt und ausgebildet.
• Zuerst werden Kapazitäten zu der Masse und Kapazitäten zwischen den Abschnitten der Zündspule erläutert. Eine schematische Ansicht der Sekundärspule und der Primärspule, und ein Bild der Kapazitäten (C_sec) zwischen den Abschnitten und der Kapazitäten (C_GND) zu der Masse ist in 2 dargestellt.
• Die Kapazität eines Kondensators wird durch die Formel (1) dargestellt.
• $$\text{C}=\mathrm{\epsilon }\times \text{S/d}$$

  
• In diesem Fall ist „S“ eine Fläche einer Elektrodenplatte, „d“ ein Abstand zwischen den Elektrodenplatten und „ε“ eine Dielektrizitätskonstante eines Dielektrikums zwischen den Elektrodenplatten.
• Daher können die Kapazitäten zur Masse (engl.:„to the ground“) durch die Formel (2) dargestellt werden. $${\text{C}}_{\text{GND}}\propto {\text{Li/d}}_{\text{GND}}$$

  
• Die Kapazitäten zwischen den Abschnitten können durch die Formel (3) dargestellt werden. $${\text{C}}_{\text{sec}}\propto {\text{hi/d}}_{\text{sec}}$$

  
• Li; ist eine axiale Wicklungslänge von einem i-ten Abschnitt
• hi; ist eine Wicklungshöhe von dem i-ten Abschnitt
• (ε und eine Tiefe von einer Wicklung sind konstant)
• d_GND; ein Abstand zur Masse (GND) und einer Primärwicklung
• d_sec; eine Dicke einer Wand zwischen den Abschnitten
• In der folgenden Beschreibung wird eine Beziehung bzw. ein Zusammenhang zwischen einer Ausgangsspannung und einer Ausbildung für eine Spannungsfestigkeit beschrieben.
• Wenn eine Beziehung bzw. ein Zusammenhang zwischen Energie und einer Kapazität und einer Spannung, die an die Kapazität angelegt wird, verwendet wird, wird die Beziehung bzw. der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung und der Ausbildung wie in Formel (4) dargestellt, in Übereinstimmung mit „E = C × V₂ ² / 2“, so dass die Ausgangsspannung verringert wird, wenn die Kapazitäten C_GND zur Masse erhöht sind.
• $${\text{V}}_{\text{2}}=\surd \left(\text{2E/C}\right)$$

  
• E: Ausgangsenergie einer Zündspule
• V₂: eine Ausgangsspannung
• C: C_GND + C_ext, C_ext: eine Außenkapazität eines Motors, eines Steckers und dergleichen
• Um die Ausgangsspannung zu erhöhen, ist es notwendig, die Ausgangsenergie der Zündspule zu erhöhen, womit gemäß der Formel (4) die Außenkapazität C verringert wird. Wenn die Ausgangsenergie der Zündspule erhöht wird, wird die Zündspule vergrößert, so dass damit die Ausgangsspannung vergrößert wird, ohne dass die Zündspule vergrößert wird, es laut Formel (2) möglich bzw. notwendig ist, dass die axiale Abschnittswicklungslänge Li verringert wird oder der Abstand d_GND erhöht wird.
• Eine erforderliche Wicklungsquerschnittsfläche der Sekundärspule wird in Übereinstimmung mit einer Ausgabeanforderung der Zündspule bestimmt, und eine Summierung einer Wicklungsquerschnittsfläche von jedem der Abschnitte der Sekundärspule ist konstant, so dass es eine Beziehung gemäß der Formel (5) zwischen der Wicklungshöhe hi und der axialen Abschnittswicklungslänge Li gibt. Daher, wenn die axiale Abschnittswicklungslänge Li verringert wird, sich die Wicklungshöhe hi erhöht.
• $${\displaystyle \sum {}_{\text{i}=1\text{ to n}}\text{Li}\times \text{hi}=\text{K }\left(\text{K is konstant}\right)}$$

  
• Im Folgenden wird eine Beziehung bzw. ein Zusammenhang zwischen einer Spanungsfestigkeit und einer Ausbildung erklärt. Wenn eine Ausgangsspannung als V definiert ist, und eine Gesamtwicklungszahl als N definiert ist, wird eine Spannung V_NI, die in Bezug auf eine Wicklungszahl 1T angelegt wird, durch die Formel (6) dargestellt, ((V_n) stellt eine Spannung dar, die an einer n-ten Wicklung angelegt wird).
• $${\text{V}}_{\text{N1}}=\text{dV}\left(\text{n}\right)\text{/dn}$$

  
• In diesem Fall, wenn eine Wicklungszahl in einer Achsenrichtung in Bezug auf einen i-ten Abschnitt als n_wi definiert ist, wird eine elektrische Potentialdifferenz V_layer zwischen den Schichten durch die Formel (7) dargestellt.
• $${\text{V}}_{\text{layer}}\propto {\text{V}}_{\text{N1}}\times {\text{n}}_{\text{w}}\text{i}$$

  
• In ähnlicher Weise werden, wenn eine Wicklungszahl eines gewissen Abschnitts als ni (i ist eine Abschnittsnummer) bezeichnet ist, elektrische Potentialdifferenzen V_sec zwischen Abschnitten durch die Formel (8) dargestellt.
• $$\text{Vsec}={\text{V}}_{\text{N1}}\times \text{ni}$$

  
• Um die elektrische Potentialdifferenz V_layer zwischen den Schichten zu verringern, ist es in Übereinstimmung mit Formel (7) erforderlich, dass eine Spannung V_N1 und eine Wicklungszahl n_wi verringert werden, und um die elektrischen Potentialdifferenzen V_sec zwischen den Abschnitten zu verringern, ist es in Übereinstimmung mit Formel (8) erforderlich, dass die Spannung V_N1 und die Wicklungszahl ni verringert werden.
• Es gibt einen Zusammenhang der folgenden Formel (9) zwischen der Wicklungszahl n_wi und der axialen Abschnittswicklungslänge Li, und um die Wicklungszahl n_wi zu verringern, ist es erforderlich, dass die axiale Abschnittswicklungslänge Li verringert wird. $${\text{n}}_{\text{w}}\text{i}\times \mathrm{\varphi }=\text{Li}$$

  

  
  ϕ: ein Durchmesser einer Sekundärwicklung
• Um die Spannung V_N1 zu erläutern, wird die elektrische Potentialverteilung der Sekundärspule zu einer Zündspulenbetriebszeit genau erläutert. Die elektrische Potentialverteilung der Sekundärspule zu einem elektrischen Entladungszeitpunkt und zu einem ungewollten Feuerzeitpunk (engl.:„fire time“) sind in 3 und 4 dargestellt. Eine vertikale Achse gibt eine Spannung an und eine horizontale Achse gibt eine Wicklungszahl an. Eine Spannung, die von jedem der Abschnitte erzeugt wird, entspricht einer Abschnittsnummer und einer Wicklungszahl pro Abschnitt. Es ist erkennbar, dass Tendenzen der Spannungen, die in Bezug auf eine Wicklung angelegt werden, zu einem elektrischen Entladungszeitpunkt und einem ungewollten Feuerzeitpunk unterschiedlich sind. Wenn eine Wicklungszahl eines Abschnitts als ni (i ist eine Abschnittsnummer) definiert ist, werden die elektrischen Potentialunterschiede Vsec zwischen den Abschnitten durch die Formel (10) dargestellt, und um die elektrische Potentialunterschiede Vsec zwischen den Abschnitten zu verringern, ist es erforderlich, dass die Spannung V_N1 verringert wird und die Wicklungszahl ni reduziert wird.
• $$\text{Vsec}={\text{V}}_{\text{N1}}\times \text{ni}$$

  
• Wie in 3 gezeigt ist, ist an einem Niederspannungsabschnitt eines Wicklungsanfangs der Sekundärwicklung „Vsec (ungewolltes Feuer) > Vsec (elektrische Entladung)“, so dass eine Spannungsfestigkeit zu einem ungewollten Feuerzeitpunkt schwer ist, und wie in 4 gezeigt ist, an einem Hochspannungsabschnitt, der zu einem Wicklungsende hin geschlossen ist, „Vsec (elektrische Entladung) > Vsec (ungewollte Zündung)“ ist, so dass eine Spannungsfestigkeit zu einem elektrischen Entladungszeitpukt schwer ist. Außerdem, wenn dVsec / dn, in einem Fall, in dem eine Kapazität zwischen den Abschnitten verringert ist, verglichen wird mit dVsecz / dn, in einem Fall, in dem eine Kapazität zwischen den Abschnitten erhöht ist, es dargestellt wird, dass „dVsecz / dn > dVsec / dn „, wie in 5 gezeigt ist, so dass eine Spannung, die an einen Hochspannungsabschnitt zu einem elektrischen Entladungszeitpunkt angelegt wird, stärker geneigt ist.
• Wie oben beschrieben wurde erkannt, dass es um Vsec zu verringern notwendig ist, die Kapazität zwischen den Abschnitten zu verringern. Um die Kapazität zwischen den Abschnitten zu verringern, ist es geeignet, die Wicklungshöhe hi gemäß Formel (3) zu verringern, oder eine Dicke d_sec einer Wand zwischen den Abschnitten dicker auszubilden. Wenn die Dicke d_sec der Wand zwischen den Abschnitten dicker ausgebildet wird, wird die Zündspule vergrößert. Wenn jedoch die Wicklungshöhe hi in Übereinstimmung mit Formel (5) verkleinert wird, ist es erforderlich, dass die axiale Abschnittswicklungslänge Li erhöht wird.
• Wenn darüber hinaus die Wicklungshöhe hi erhöht wird, wie in 6 gezeigt ist, werden Isolationsabstände zwischen einem Kreuzungsdraht und einer Wicklung, die um einen Abschnitt gewickelt ist, in einer beliebigen Höhe H von einer Wicklungsoberstufe durch die Formel (11) dargestellt, wenn die Dicken der Wände zwischen den Abschnitten identisch sind.
• $$\text{H}\times \text{tan }{\mathrm{\theta }}_1>\text{H}\times \text{tan }{\mathrm{\theta }}_2$$

  
• In diesem Fall, wenn die Isolationsabstände gemäß dem in folgender Formel (12) dargestellten Zusammenhang bestimmt sind, können die Isolationsabstände durch die Formel (13) dargestellt werden, und wenn die Wicklungshöhe hi gemäß Formel (13) erhöht wird, werden die Isolationsabstände verkürzt, so dass eine Spannungsfestigkeit verringert wird.
• $$\text{tan }\mathrm{\theta }1\approx \text{dsec/hi},\text{ tan }\mathrm{\theta }2\approx \text{dsec/hid},\text{ hi}>\text{hid}$$

  
• $${\text{H}}_{\text{2T}}\times \text{dsec/hi}>{\text{H}}_{\text{2T}}\times \text{dsec/hid}$$

  
• Wie oben beschrieben, wenn eine Spule, die eine geringe Größe, einen Hochspannungsausgang und eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist, ausgelegt wird, weisen die axiale Wicklungslänge L und die Wicklungshöhe h_max ein Kompromissbeziehung in Bezug auf die Ausgangsspannung und die Spannungsfestigkeit auf.
• In diesem Fall, wenn die Zusammenhänge zwischen der Ausgangsspannung der Zündspule und der Spannungsfestigkeit integriert bzw. berücksichtigt sind, werden die Zusammenhänge wie in 8 dargestellt.
• Vertikale Achsen in 8 zeigen die Ausgangsspannung und die Spannungsfestigkeit und die horizontale Achse zeigt eine maximale Wicklungshöhe.
• Die Leistung der Zündspule wird durch die Formeln (2) und (4) ausgedrückt, so dass eine Ausgangsspannung Vo (gestrichelte Linie) der Zündspule, wie in 8 gezeigt ist, erhöht wird, während die axiale Wicklungslänge L verringert wird.
• Wenn darüber hinaus die maximale Wicklungshöhe h_max erhöht wird, wird die axiale Wicklungslänge L in Übereinstimmung mit Formel (5) verringert, und n_wi wird in Übereinstimmung mit Formel (8) verringert, so dass die Spannungsfestigkeit der Zündspule allmählich erhöht wird, und ein maximaler Wert der Spannungsfestigkeit an einer Position in der Nähe von „h_max = 0,2 L“ realisiert wird. Danach, wenn die maximale Wicklungshöhe h_max kontinuierlich erhöht wird, wird C_sec gemäß Formel (3) erhöht, so dass die Spannungsfestigkeit allmählich verringert wird, und eine Spannungsfestigkeit Vw (durchgezogene Linie) niedriger als die Ausgangsspannung Vo an einer Position in der Nähe von „h_max = 0.3 L“ ist, wie in 8 gezeigt ist.
• Außerdem zeigt Vr (gepunktete Linie), die in 8 gezeigt ist, eine erforderliche Spannung eines Motors. Um eine Fähigkeit der Zündspule zu realisieren ist es erforderlich, dass die Spannungsfestigkeit Vw die Ausgangsspannung Vo übersteigt, und dass die Ausgangsspannung Vo die erforderliche Spannung Vr des Motors übersteigt. Wenn die Anzahl der Abschnitte erhöht wird, wird eine gerade Linie der Spannungsfestigkeit in einer Richtung nach oben verschoben. Wenn die erforderliche Spannung Vr erhöht wird, wird eine Flexibilität einer Ausbildung (Design) der Sekundärspule reduziert.
• Daher ist es, wie oben erläutert, um die Spannungsfestigkeit und die Ausgangsspannung in angemessenen Anteilen zu erfüllen notwendig, dass die maximale Wicklungshöhe h_max der Sekundärwicklung auf „h_max = 0,2 L bis 0,3 L“ eingestellt ist.
• In der Zündspule gemäß der Ausführungsform 1 ist die maximale Wicklungshöhe h_max (ein Abschnitt, bei dem die maximale Wicklungshöhe h_max ist, kann ein beliebiger Abschnitt sein) auf 20% bis 30% in Bezug auf die axiale Wicklungslänge L (L ist eine Aufsummierung ΣLi der axialen Wicklungslängen Li jedes Abschnitts) in dem Wicklungsabschnitt der Sekundärspule eingestellt. Die Bilder der axialen Wicklungslänge Li und der maximalen Wicklungshöhe h_max sind in 7 dargestellt.
• Der Sekundärspulenkörper 30 wird durch die Verwendung von Wänden 3a bis 3f getrennt, wodurch sieben Abschnitte, die durch einen ersten SEC1 bis siebten Abschnitt SEC7 ausgebildet sind, vorgesehen sind. In 7 ist die maximale Wicklungshöhe h_max als eine Wickelhöhe h4 in einem vierten Abschnitt SEC 4 dargestellt.
• Ausführungsform 2
• 9 zeigt einen Hauptabschnitt einer Zündspule gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform 2, welche sich von der Zündspule gemäß der Ausführungsform 1 darin unterscheidet, dass eine Abschnittsanzahl einer Sekundärspule 6 Abschnitte ist.
• Wenn die Anzahl der Abschnitte 6 ist, wird die Anzahl der Wände der Abschnitte verringert, so dass festgestellt wird, dass ein Verhältnis einer Wicklung der Sekundärspule vergrößert wird. Ferner, wenn die Anzahl der Abschnitte reduziert wird, können Kapazitäten zwischen den Abschnitten verringert werden und ein minimal notwendiger Betrag einer Spannungsfestigkeit kann sichergestellt werden, so dass, wenn die Anzahl der Abschnitte der Sekundärspule weniger als gleich 6 Abschnitte ist, die Zündspule in einer minimalen Form ausgebildet werden kann.
• Ausführungsform 1
• 10 zeigt einen Hauptabschnitt einer Zündspule gemäß Ausführungsform 1, wobei elektrische Potentialdifferenzen zwischen den Abschnitten an den Abschnitten erhöht sind, an denen viele Wicklungen durchgeführt werden, so dass Dicken der Wände zwischen den Abschnitten erhöht sind, um einen Isolationsabstand zu gewährleisten.
• In diesem Fall wird, wenn eine Sekundärwicklung von einem Abschnitt betrachtet wird, zuerst und sequentiell ein Wicklungsvorgang in einer Wicklungsachsenrichtung von einer Abschnittsendfläche an einer Wicklungsanfangsseite einer untersten Schicht an einer Primärwicklungsseite durchgeführt, und der Wicklungsvorgang zu einem zweiten Schritt von unten gewechselt, welcher um einen Schritt höher ist, wenn der Wicklungsvorgang eine Endfläche an einer gegenüberliegenden Seite erreicht, und als nächstes wird in einer entgegengesetzten Richtung in Bezug auf einen untersten Schritt ein Wickelvorgang sequentiell durchgeführt. Mit anderen Worten wird ein Wicklungsvorgang in Zickzackform von einem untersten Schritt in Übereinstimmung mit jedem Abschnitt durchgeführt. Darüber hinaus gibt es zwischen den Abschnitten, an denen eine Sekundärwicklung, die separat gewickelt ist, angeordnet ist, eine Wand, und eine Wicklung im Inneren eines Abschnitts und eine Wicklung im Inneren eines benachbarten Abschnitts sind mittels eines Kreuzungsdrahts verbunden, der in einem Kanal, welcher an der Wand vorgesehen ist, angeordnet ist. Wie oben beschrieben, wenn der Wicklungsvorgang der Spule durchgeführt wird, wird der Wicklungsvorgang in einer Zickzackform von einem untersten Schritt zu einem höchsten Schritt durchgeführt, so dass der Kreuzungsdraht eine Wicklung an einem höchsten Schritt eines Abschnitts und eine Wicklung an einem untersten Schritt in einer geneigten Richtung in Bezug auf eine Achsrichtung verbindet. In diesem Fall wird während eine Anzahl der Wicklungen pro Abschnitt reduziert wird, eine elektrische Potentialdifferenz zwischen jedem der untersten Schritte (zwischen den Abschnitten) in Übereinstimmung mit Formel (8) reduziert, so dass es notwendig ist, dass eine Dicke der Wand zwischen den Abschnitten erhöht wird.
• In 10 sind die Wicklungszahlen von jedem der Abschnitte als n1, n2, n3, n4, n5, n6 und n7 festgelegt und eine Beziehung zwischen den Wicklungszahlen wird dargestellt als „n1 > n2 > n3 > n4 > n5 > n6 > n7“. Ferner, wenn die Dicken der Wände 3a bis 3f zur Vereinfachung als 3a, 3b, 3c, 3d, 3e und 3f festgelegt sind, wird eine Beziehung zwischen den Wänden als „3a > 3b > 3c > 3d > 3e > 3f“ dargestellt. Mit anderen Worten gibt es eine Eigenschaft, bei den eine Wand zwischen Abschnitten, in welchen viele Wicklungen einer Sekundärspule enthalten sind, dicker als eine Wand zwischen Abschnitten, in denen wenig Wicklungen der Sekundärspule enthalten sind, ist.
• Wie oben beschrieben ist lediglich eine Dicke der Wand zwischen Abschnitten erhöht, in denen viele Wicklungen enthalten sind, so dass eine Vergrößerung, die nicht erforderlich ist, vermieden werden kann und eine Spannungsfestigkeit zwischen den Abschnitten erhöht werden kann.
• Wie oben beschrieben, wenn die Dicke der Wand zwischen den Abschnitten, in denen viele Wicklungen in der Sekundärspule enthalten sind, vergrößert wird, wird lediglich ein Abstand eines Abschnitts, der eine große Kapazität aufweist, erweitert, so dass eine Vergrößerung, die nicht erforderlich ist, vermieden werden kann, und eine Kapazität zwischen den Abschnitten unterdrückt werden kann. Obwohl eine Spannungsfestigkeit zwischen den Abschnitten, in denen viele Wicklungen enthalten sind, schwer ist, ist die Dicke der Wand zwischen den Abschnitten vergrößert, wodurch die Spannungsfestigkeit zwischen den Abschnitten vergrößert wird.
• Ausführungsform 3
• 11 zeigt einen Hauptabschnitt einer Zündspule gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform 3, welche sich von der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 darin unterscheidet, dass ein Abstand rd zwischen einer Sekundärwicklung und einer Primärwicklung in einer hinteren Hälfte von Abschnitten einer Sekundärspule größer als ein Abstand r an einer ersten Hälfte der Abschnitte (rd > r) ist, und ein Abstand Rd von der Primärwicklung zu einem oberen Schritt der Sekundärwicklung an einer hinteren Hälfte der Abschnitte der Sekundärspule kleiner als ein Abstand R in einer ersten Hälfte der Abschnitte (Rd < R) ist. Mit anderen Worten, in einem Abschnitt an einer Wicklungsendseite der Sekundärspule sind ein Innendurchmesser der Sekundärwicklung groß und eine Außenform klein im Vergleich mit einem Abschnitt an einer Wicklungsanfangsseite. Dadurch kann ein weiter bzw. großer Isolationsabstand zu der anderen Komponente sichergestellt werden, und ein Wicklungsraum der Sekundärspule kann an einer Wicklungsanfangsseite (einer Niederspannungsseite) sichergestellt werden, so dass verhindert werden kann, dass die Zündspule vergrößert wird und eine Spannungsfestigkeit kann gesichert werden.
• Wie oben beschrieben, ist an dem Hochspannungsabschnitt der Sekundärwicklung der Innendurchmesser der Sekundärwicklung groß und eine Außenform klein, wodurch eine Wicklungsanzahl an einem Niederspannungsabschnitt gesichert ist, und ein Abstand zu anderen Komponenten, wie beispielsweise einer Primärwicklung, an einem Hochspannungsabschnitt gesichert werden kann, so dass es verhindert werden kann, dass die Zündspule vergrößert wird, und die Spannungsfestigkeit kann gesichert (gehalten) werden.
• Ausführungsform 4
• 12 zeigt einen Hauptabschnitt einer Zündspule gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform 4, welche sich von der Zündspule gemäß Ausführungsform 1 darin unterscheidet, dass eine Wicklungszahl pro Abschnitt einer Sekundärspule verringert wird, während eine Wicklung zu einem Abschnitt hin geschlossen ist, der nahe zu einem Wicklungsende ist. Mit anderen Worten ist eine Wicklungszahl pro Abschnitt der Sekundärspule an einem Abschnitt an einer Wicklungsendseite im Vergleich zu einem Abschnitt an einer Wicklungsanfangsseite verringert.
• Wie in 13 gezeigt ist, ist eine Wicklungszahl in einem Niederspannungsabschnitt an einem Wicklungsanfang erhöht und eine Wicklungszahl in einem Hochspannungsabschnitt an einem Wicklungsende verringert, wodurch Vsec (ungewolltes Feuer) eines Niederspannungsabschnitts am Wicklungsanfang in etwa identisch mit Vsec (elektrische Entladung) eines Hochspannungsabschnitts, der in der Nähe des Wicklungsende ist, ist, und elektrische Potentialdifferenzen zwischen den Abschnitten können auf einer gleichförmigen, elektrischen Potentialdifferenz geschlossen werden.
• Wenn eine Wicklungszahl ni in Übereinstimmung mit Formel (8) reduziert wird, obwohl eine Spannung V_N1 verringert wird, und wenn die Wicklungszahl ni in allen Abschnitten verringert wird, wird eine Gesamtwicklungszahl N der Sekundärspule verringert. Daher wird eine Wicklungszahl in einem Abschnitt erhöht, in dem die Spannung V_N1 reduziert ist, mit anderen Worten in einem Niederspannungsabschnitt, und die Wicklungszahl ni wird in einem Bereich erhöht, in dem die Spannung V_N1 erhöht ist, mit anderen Worten in einem Hochspannungsbereich, und die Wicklungszahl ni wird an einer Wicklungsstartseite (einer Niederspannungsseite) erhöht, wodurch die elektrischen Potentialunterschiede zwischen den Abschnitten als gleichförmige elektrische Potentialdifferenz eingestellt sind, und die Wicklungszahl gesichert werden kann, so dass es unterbunden werden kann, dass die Zündspule vergrößert wird.
• In einer in 12 dargestellten Ausbildung, sind die Wicklungszahlen n1, n2, n3, n4, n5, n6 und n7 jedes der Abschnitte als „n1 > n2 > n3 > n4 > n5 > n6 > n7 “ eingestellt.
• Wie oben beschrieben ist, ist die Wicklungszahl eines Abschnitts der Sekundärspule reduziert während eine Wicklung an einem Hochspannungsabschnitt geschlossen ist, wodurch eine Spannungsfestigkeit sichergestellt werden kann, selbst wenn eine sehr geneigte elektrische Potentialverteilung an dem Hochspannungsabschnitt eingestellt ist.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass jede der Ausführungsformen frei kombiniert wird.
• Bezugszeichenliste

„10“

ist ein Primärspulenkörper,

„20“

eine Primärwicklung,

„30“

ein Sekundärspulenkörper,

„40“

eine Sekundärwicklung,

„50“

ein Eisenkern,

„60“

ein Isoliergehäuse.

Claims (3)

1. Zündspule für eine Brennkraftmaschine, umfassend: eine Primärspule, die eine Primärwicklung (20) aufweist, die um einen Primärspulenkörper (10) gewickelt ist; eine Sekundärspule, die an einem Außenumfang der Primärspule angeordnet ist und eine Sekundärwicklung (40) aufweist, die separat um einen Sekundärspulenkörper (30) gewickelt ist, der koaxial in Bezug auf die Primärspule angeordnet ist und eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, und eine Hochspannung an eine Zündkerze in Übereinstimmung mit einer Erregungsoperation oder einer Trennoperation eines primären elektrischen Stroms, der zu der Primärwicklung (20) geleitet wird, liefert; einen Eisenkern (50), durch den die Primärspule und die Sekundärspule magnetisch verbunden sind, und ein Isoliergehäuse (60), in dem die Primärspule, die Sekundärspule und der Eisenkern (50) angebracht sind, wobei ein Wicklungsabschnitt der Sekundärspule in einem Zustand ausgebildet ist, in dem eine maximale Wicklungshöhe auf 20% bis 30% in Bezug auf eine axiale Wicklungslänge eingestellt ist, wobei eine Vielzahl der Abschnitte, die in dem Sekundärspulenkörper (30) enthalten sind, unter Verwendung von Wänden abgetrennt sind, und die Wände zwischen Abschnitten, die viele Wicklungen der Sekundärspule aufweisen, dicker sind als die Wände, die zwischen Abschnitten mit wenigen Wicklungen sind.
2. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei an einem Abschnitt an einer Wicklungsendseite der Sekundärspule im Vergleich zu einem Abschnitt an einer Wicklungsanfangsseite ein Innendurchmesser der Sekundärwicklung (40) groß und eine Außenform klein ist.
3. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Wicklungszahl pro Abschnitt der Sekundärspule an einem Abschnitt an einer Wicklungsendseite im Vergleich zu einem Abschnitt an einer Wicklungsanfangsseite verringert ist.

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