DE19829845A1 - Zündspule für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule für Verbrennungsmotoren, die direkt mit einer Zündkerze verbunden und in einer Zündkerzenbohrung des Verbren­ nungsmotors untergebracht ist, und einen mit einer derar­ tigen Zündspule ausgerüsteten Verbrennungsmotor.

Aus der JP 3-149805-A ist eine Zündspule bekannt, in der als Vergießharz zum Befestigen und Isolieren der Kompo­ nenten wie etwa der Primärwicklung und der Sekundärwick­ lung oder dergleichen ein Epoxidharz enthaltendes thermo­ plastisches Harz und als Füllmittel im wesentlichen kristallines Siliciumoxid verwendet werden.

Da die herkömmliche Zündspule in einer Zündkerzenbohrung mit einem Durchmesser von 20 bis 30 mm untergebracht ist, sind die radialen Abmessungen der Spule gering, außerdem ist der Abstand zwischen der Primärwicklung und einem äußeren Magnetkern gering. Daher besteht die Gefahr, daß die Isolierung zwischen der Sekundärwicklung mit hohem Potential, der Primärwicklung, die im wesentlichen auf Massepotential liegt, und dem äußeren Magnetkern nicht ausreicht. Da insbesondere im Spuleninnenraum ein hohes elektrisches Feld und eine hohe Temperatur von mehr als 150°C herrschen, besteht das Problem, daß die geringe Isolierleistung eine vergleichsweise kurze Lebensdauer zur Folge hat.

Es ist bekannt, zur Beseitigung dieses Problems eine Technik mit innenliegender Sekundärwicklung zu verwenden, bei der die Primärwicklung, die im wesentlichen auf Massepotential liegt, außerhalb eines Magnetkerns ange­ ordnet ist und die Sekundärwicklung, die auf einem hohen Potential liegt, auf seiten eines mittigen Magnetkerns angeordnet ist.

Hierbei besitzt der mittige Magnetkern ein schwebendes Potential, so daß zwischen der Sekundärwicklung mit hohem Potential und dem mittigen Magnetkern eine Potentialdif­ ferenz erzeugt wird, die jedoch nur ungefähr halb so groß wie diejenige bei einer Zündspule mit außenliegender Sekundärwicklung ist, bei der die Sekundärwicklung an einem äußeren Magnetkern angeordnet ist. Dadurch wird die Isolation weniger beansprucht.

Bei dieser Zündspule mit innenliegender Sekundärwicklung ist jedoch in einem Betriebshaltbarkeitstest in einem Wärmezyklusofen, in der der Betrieb in einem wirklichen Fahrzeug simuliert wird, ein Durchbruch zwischen der Sekundärwicklung und dem äußeren Magnetkern aufgrund eines Wärmeschocks aufgetreten, so daß hinsichtlich des Motorlaufs ein Problem entsteht. Die Untersuchung dieses Vorfalls hat ergeben, daß, da die Wärmebeanspruchung auf die Umgebung eines Übergangsabschnitts eines Wicklungs­ endabschnitts der Sekundärwicklung konzentriert ist, in dem Isolierharz, mit dem die Umgebung des Wicklungs­ übergangsabschnitts gefüllt ist, kleine Hohlräume erzeugt werden, die eine Teilentladungskanalbildung begünstigen, die letztendlich die Zerstörung der Isolation der Zünd­ spule zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule für Verbrennungsmotoren zu schaffen, die in einem Wärme­ zyklusofen eine bessere Haltbarkeit zeigt.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Zündspule für Verbrennungsmotoren zu schaffen, in der eine Teilentladungskanalbildung kaum auftreten und/oder sich fortentwickeln kann.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Zündspule für Verbrennungsmotoren, die die in einem der unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gerichtet. Anspruch 10 ist auf einen Ver­ brennungsmotor gerichtet, der die erfindungsgemäße Zünd­ spule verwendet.

Erfindungsgemäß ist ein Abschirmelement vorgesehen, das die Entwicklung einer Teilentladungskanalbildung, die selbst von kleinen Räumen in einem Isolierharz erzeugt wird, begrenzt, indem das Abschirmelement aus einem Isolierwerkstoff gebildet ist, in dem eine Teilentla­ dungskanalbildung kaum entstehen kann.

Da erfindungsgemäß ein Abschnitt mit hohem elektrischen Feld, in dem die Teilentladungskanalbildung einfach auftreten kann, durch einen Isolierwerkstoff gebildet ist, in dem Schwefel (S) in eine aromatische Hauptkette eingebracht ist, und da das Abschirmelement für die Teilentladungskanalbildung, das aus dem obigen Werkstoff gebildet ist, zwischen der Sekundärwicklung und einem äußeren Magnetkern angeordnet ist, kann eine Absenkung der Isolierleistung aufgrund der Erzeugung kleiner Räume vermieden werden, so daß die Haltbarkeit der Zündspule im Wärmezyklusofen verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Zündspule geschaffen, in der als thermoplastisches Harz ein Epoxidharz, in das als Füllmittel geschmolzenes Siliciumoxidpulver gefüllt ist, vergossen ist.

Im folgenden werden die konkreten Merkmale der Erfindung angegeben:

• (1) Das thermoplastische Vergießharz enthält ein Füllmit­ tel im Harz, wobei wenigstens ein Teil des Füllmittels durch geschmolzenes Siliciumoxid gebildet ist, das in einem Anteil von 20-85 Gew.-% der Gesamtmenge des Füll­ mittels eingemischt ist.

Bei diesem thermoplastischen Vergießharz enthält das Füllmittel eine Mischsubstanz, die geschmolzenes Sili­ ciumoxid und kristallines Siliciumoxid umfaßt.

In der mit diesem thermoplastischen Vergießharz versehe­ nen Zündspule ist die Sekundärwicklung auf seiten des mittigen Magnetkerns angeordnet, während die Primärwick­ lung zwischen der Sekundärwicklung und dem äußeren Ma­ gnetkern angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das ge­ schmolzene Siliciumoxid in dem Harz eine sphärische Form.

• (2) Ein Verbrennungsmotor enthält eine Zündkerze zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs, eine Zündspule, die in einer im Motorblock für die Installation der Zündkerze vorgesehenen Zündkerzenbohrung untergebracht und direkt mit der Zündkerze verbunden ist, eine Zündungssteuerein­ richtung zum Steuern der Zündspule sowie ein Vergießharz zum Befestigen einer Primärwicklung, einer Sekundärwick­ lung und eines mittigen Magnetkerns der Zündspule, wobei das Vergießharz ein Füllmittel enthält, das seinerseits geschmolzenes Siliciumoxid enthält, das in einem Anteil von 20-85 Gew.-% der gesamten Füllmittelmenge eingemischt ist.

Da in der obigen Konstruktion die Befestigung und die Isolation der Komponenten wie etwa der Primärwicklung und der Sekundärwicklung der Zündspule durch Vergießen mit einem thermoplastischen Harz erfolgt, in das geschmolze­ nes Siliciumoxid-Pulver gemischt sind, werden das Auftre­ ten und die Fortentwicklung einer Teilentladungskanalbil­ dung verhindert, mit dem Ergebnis, daß die Isolation und die Haltbarkeit-der Zündspule verbessert werden können.

Der Partikeldurchmesser des geschmolzenes Siliciumoxids der Erfindung liegt im Bereich von 1-300 µm und vorzugs­ weise im Bereich von 5-44 µm; der Partikeldurchmesser ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt. Zweckmäßig wird geschmolzenes Siliciumoxid mit sphärischer Form verwendet, um die erwünschten Wirkungen zu erzielen. Für das geschmolzene Siliciumoxid und für das kristalline Siliciumoxid der Erfindung können das Fluorsystem- und das Siliciumsystem-Kopplungsmittel verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündspule gemäß der Er­ findung;

Fig. 2 eine Teilquerschnittsansicht der Zündspule nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht einer zweiten Aus­ führung der erfindungsgemäßen Zündspule;

Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht einer dritten Aus­ führung der erfindungsgemäßen Zündspule;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Testergebnisses bezüglich der Haltbarkeit einer Zündspule des Standes der Technik und der Zündspule gemäß der ersten Ausführung der Erfindung;

Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Testbedin­ gungen der Haltbarkeitsprüfung nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht der Testanordnung für die Haltbar­ keitsprüfung eines Teilentladungskanalbildung-Ab­ schirmelements;

Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung der Ergebnisse von Teilentladungskanalbildung-Tests nach Fig. 7 für mehrere Teilentladungskanalbildung-Abschirmele­ mente mit unterschiedlicher Zusammensetzung;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der chemischen Formel der Substanz, die das Teilentladungskanal­ bildung-Abschirmelement enthält;

Fig. 10 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht zur Erläuterung einer vierten Ausführung der erfin­ dungsgemäßen Zündspule;

Fig. 11 einen Graphen zur Erläuterung der Wirkungen der vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Zünd­ spule; und

Fig. 12 einen Graphen zur Erläuterung der Wirkungen einer fünften Ausführung der erfindungsgemäßen Zünd­ spule.

Zunächst wird mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 eine erste Ausführung einer Zündspule gemäß der Erfindung erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Ausfüh­ rung der erfindungsgemäßen Zündspule, wobei die Zündspule in einem inneren Abschnitt eines Verbrennungsmotorblocks angebracht ist.

In Fig. 1 enthält die zylindrische Zündspule 10 gemäß der ersten Ausführung einen Hochspannungsanschluß 4, eine Hochspannungsdiode 5, eine Zündungssteuereinrichtung 6, einen mittigen Magnetkern 11, einen Permanentmagneten 12, einen äußeren Magnetkern, eine Sekundärwicklungshaspel 21, auf die eine Sekundärwicklung 22 gewickelt ist, eine Primärwicklungshaspel 23, auf die eine Primärwicklung 24 gewickelt ist, ein Spulengehäuse 25 und ein Isolierharz 26.

Die Sekundärwicklung 22 ist auf die aus Kunststoff gegos­ sene Sekundärwicklungshaspel 21 gewickelt, während die Primärwicklung 24 auf die ebenfalls aus Kunststoff gegos­ sene Primärwicklungshaspel 23 gewickelt ist. Die Primär­ wicklung 24 ist an der Außenseite der Sekundärwicklung 22 und konzentrisch zum mittigen Magnetkern 11 angeordnet. Zwischen einem Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitt 221 auf der Hochspannungsseite und der Hochspannungsseite der Primärwicklung 24 ist ein Teilentladungskanalbildung- Abschirmelement 27 angeordnet.

Jede der Komponenten, die den mittigen Magnetkern 11, die Sekundärwicklungshaspel 21, die Sekundärwicklung 22, die Primärwicklungshaspel 23 und die Primärwicklung 24 umfas­ sen, ist in dem zylindrischen Spulengehäuse 25 unterge­ bracht und mit einem Isolierharz 26, das ein Epoxidharz enthaltendes Isoliermaterial ist, das mit geschmolzenem Siliciumoxid-Pulvern aufgefüllt ist, befüllt und durch dieses Isolierharz 26 befestigt. An der äußeren Umfangs­ fläche des Spulengehäuses 25 ist ein äußerer Magnetkern 13 angeordnet. Die von der Sekundärwicklung 22 erzeugte Sekundärspannung wird über den Sekundärwicklungs-Über­ gangsabschnitt 221 und einen Hochspannungsdioden-Lei­ tungsdraht 51 an die Hochspannungsdiode 5 und an den Hochspannungsanschluß 4 angelegt. Die Zündungssteuerein­ richtung 6 enthält einen Leistungstransistor, eine Diode und dergleichen.

Andererseits ist in Fig. 1 gezeigt, daß die Zündspule 10 in einer Zündkerzenbohrung des Motors installiert ist. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motorblock des Verbrennungsmotors, das Bezugszeichen 2 eine Brenn­ kammer, der im Motorblock 1 gebildet ist, das Bezugszei­ chen 3 eine Zündkerze, die in die Zündkerzenbohrung 1a des Motorblocks 1 eingesetzt und darin befestigt ist, und das Bezugszeichen 3a eine Elektrode der Zündkerze 3, die am Hochspannungsanschluß 4 der Zündspule 10 befestigt und an diesen elektrisch angeschlossen ist.

Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Zündspule 10 nach Fig. 1, die den wesentlichen Konstruktionsabschnitt in der Umgebung des Hochspannungsdioden-Leitungsdrahtab­ schnitts 51 zeigt. In Fig. 2 ist das Teilentladungskanal­ bildung-Abschirmungselement 27 an der äußeren Umfangsflä­ che des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221 vorge­ sehen und überlappend mit der Primärwicklungshaspel 23 angeordnet.

Das Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 gemäß dieser Ausführung enthält ein Isoliermaterial wie etwa ein PPS-Harz (Polyphenylensulfid-Harz), das in eine zylindrische Form gegossen ist und während der Montage der Spule nach dem Wickeln des Wicklungsdrahtes an einer vorgegebenen Position angeordnet wird.

In der Zündspule mit dem obigen Aufbau wird während der Erzeugung des Magnetfeldes durch die Primärwicklung 24 durch Unterbrechen des durch die Primärwicklung 24 flie­ ßenden Stroms in der Sekundärwicklung 22 eine Hochspan­ nung von ungefähr 30 kV induziert. Diese Hochspannung wird an die Zündkerze 3 angelegt, die direkt an den Hochspannungsanschluß 4 angeschlossen ist. Die durch die Primärwicklung 22 induzierte Hochspannung wird zwischen der Sekundärwicklung 22 und der Primärwicklung 24 und zwischen der Sekundärwicklung 22 und dem äußeren Magnet­ kern 13 angelegt.

Da andererseits neben der Sekundärwicklungshaspel 21 mit komplizierter Form weitere Komponenten mit komplizierten Formen, etwa die Hochspannungsdiode 5 und dergleichen, angeordnet sind, können in der Umgebung des hochspan­ nungsseitigen Endabschnitts der Sekundärwicklung 22 wegen der Konzentration der Wärmebeanspruchung im Isolierharz 26, das sich in der obengenannten Umgebung befindet, leicht kleine Hohlräume erzeugt werden.

Wenn diese kleinen Hohlräume in dem am Sekundärwicklungs­ übergangsabschnitt 221 angeordneten Isolierharz 26 er­ zeugt werden, kann wegen der Tatsache, daß in diesem Abschnitt ein hohes elektrisches Feld herrscht und der Leitungsdrahtdurchmesser gering ist, leicht eine Teilent­ ladungskanalbildung entstehen.

Diese Teilentladungskanalbildung besitzt die Eigenschaft, daß sie sich in Richtung eines elektrischen Feldes fort­ entwickelt (in Richtung der Primärwicklung 24, des äuße­ ren Magnetkerns 13 und des mittigen Magnetkerns 11). Somit kann die Fortentwicklung der Teilentladungskanal­ bildung verhindert werden, wenn in diesem Abschnitt mit hohem elektrischen Feld ein Isolierelement (beispiels­ weise die Sekundärwicklungshaspel 21, die Primärwick­ lungshaspel 23 oder das Spulengehäuse 25) oder ein Teil­ entladungskanalbildung-Abschirmelement 27, das das oben­ beschriebene Material enthält, angeordnet wird.

Das genannte Isolierelement für die Begrenzung der Teil­ entladungskanalbildung, das Material für das Teilentla­ dungskanalbildung-Abschirmelement 27 und das Material des Vergießharzes 26 werden später erläutert.

Da in der obigen Ausführung das Umfangsisolierelement des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221, das die Ent­ wicklung der Teilentladungskanalbildung verhindert, sowie das Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 in der Umgebung des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221 angeordnet sind, in der ein hohes elektrisches Feld herrscht, können eine Fortentwicklung der Teilentladungs­ kanalbildung und ein Durchbruch verhindert werden, wäh­ rend ohne Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 die obenerwähnten kleinen Hohlräume aufgrund der Wärmebe­ anspruchung erzeugt würden und die Teilentladungskanal­ bildung aufgrund der kleinen Hohlräume auftreten würde.

Da somit in dem Verbrennungsmotor, in dem die Zündspule gemäß der Erfindung in die Zündkerzenbohrung wie in Fig. 1 gezeigt eingesetzt ist, selbst unter der in einem Wärmezyklusofen herrschenden Bedingung ein Durchbruch der Zündspule kaum auftreten kann, wird die Zuverlässigkeit des Motors verbessert.

Fig. 3 ist eine Teilquerschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Zündspule gemäß der Erfindung, die den wesentlichen Abschnitt der Zündspule 10 ähnlich wie Fig. 2 zeigt.

In dieser zweiten Ausführung ist statt der Anordnung des Teilentladungskanalbildung-Abschirmelements 27 nach Fig. 2, das als Abschirmelement gegenüber dem äußeren Magnetkern 14 des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221 dient, ein Haspelendabschnitt 231 der Primärwick­ lungshaspel 23 vorgesehen, der sich zur Hochspannungsdi­ ode erstreckt. Das Haspelmaterial der Primärwicklungshas­ pel 23 ist in diesem Fall ähnlich wie im obenerwähnten Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 ein PPS- Harz (Polyphenylensulfid-Harz).

Selbst wenn bei diesem Aufbau in der Umgebung des Sekun­ därwicklungsübergangsabschnitts 221 kleine Hohlräume erzeugt würden, könnte der Durchbruch der Zündspule 10 verhindert werden, da die Entwicklung der Teilentladungs­ kanalbildung aufgrund der kleinen Hohlräume durch den Primärwicklungshaspel-Endabschnitt 231 begrenzt wird, der in Richtung des elektrischen Feldes angeordnet ist, und da ferner die Fortentwicklung der Teilentladungskanalbil­ dung zu den Rissen begrenzt wird.

Fig. 4 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Zündspule gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung, die den wesentlichen Abschnitt der Zündspule 10 ähnlich wie Fig. 2 zeigt.

In der dritten Ausführung der Erfindung ist anstelle des Aufbaus, in dem sich der Haspelendabschnitt 231 der Primärwicklungshaspel 23 wie in der zweiten Ausführung nach Fig. 3 in Längsrichtung erstreckt, die Hochspan­ nungsseite der Primärwicklungshaspel 23 auf seiten der Hochspannungsdiode angeordnet, um den Sekundärwicklungs- Übergangsabschnitt 221 abzudecken. In dieser dritten Ausführung können die gleichen Wirkungen wie in der obenbeschriebenen zweiten Ausführung erhalten werden.

Nun werden Haltbarkeitstestergebnisse der Zündspule für die obenerläuterten Ausführungen der Erfindung beschrie­ ben.

Fig. 5 ist ein Diagramm, in der die Lebensdauer bis zur Zerstörung der Isolierung der Zündspule gemäß der ersten Ausführung der Erfindung mit einer herkömmlichen Zünd­ spule unter den in Fig. 6 gezeigten Testbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur von 140°C verglichen wird. Aus dem in Fig. 5 gezeigten Ergebnis geht hervor, daß die Lebensdauer der Zündspule gemäß der Erfindung im Ver­ gleich zu einer herkömmlichen Zündspule ungefähr um den Faktor 2,5 verbessert ist.

Nun wird die Beziehung zwischen den Materialien für das Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27, die Pri­ märwicklungshaspel, die Sekundärwicklungshaspel und das Spulengehäuse einerseits und der Isolationslebensdauer andererseits erläutert.

Fig. 7 zeigt für die in Fig. 2 gezeigte erste Ausführung der Erfindung die Isoliermaterialien des Teilentladungs­ kanalbildung-Abschirmelements 27 für die Fälle, in denen das Harz (1) PPS (Polyphenylensulfid), (2) PBT (Poly­ buthylen-Terephthalat), (3) modifiziertes PPO (modifi­ ziertes Polyphenylenoxid), (4) PES (Polyethersulfon), (5) UP (ungesättigtes Polyester), (6) Epoxid und (7) APS (Mischung aus PPS und PPO) ist. Für den Test wurde eine Testprobe vorbereitet, in die eine in Fig. 7 gezeigte Nadelelektrode eingeschoben wurde, wobei der Teilent­ ladungskanalbildungstest bei einer hohen Temperatur von 150°C ausgeführt wurde.

Das Teilentladungskanalbildungs-Haltbarkeitstestverfahren ist von der Electrics Association zugelassen, wobei die Lebensdauer bis zur Zerstörung der Isolierung ermittelt wird. Im Fall (6) des Epoxids werden als Füllmittel Siliciumoxid-Pulver (40 Vol.-% Auffüllung) verwendet, während in den anderen Fällen als Füllmittel kurze Glas­ fasern (30 Vol.-% Auffüllung) verwendet werden.

Aus den Ergebnissen geht hervor, daß die Artikel, die PPS in (1) und APS in (7) verwenden, eine vergleichsweise lange Lebensdauer besitzen, denen die Artikel, die PES in (4) verwenden, folgen. Es ist nicht klar, weshalb die PPS und APS verwendenden Artikel bessere Eigenschaften besit­ zen, so daß angenommen wird, daß die Teilentladung durch die Tatsache begrenzt wird, daß zu dem Epoxidharz-Mate­ rial eine geringe Menge Schwefel (S) hinzugefügt ist. Wie durch die in Fig. 9 gezeigte chemische Formel für PPS und APS gezeigt ist, ist in einer Hauptkette der chemischen Molekularstruktur ein aromatisches Polymer mit einem Schwefelatom enthalten. Es wird daher angenommen, daß dieses aromatische Polymer die Entwicklung der Teilentla­ dungskanalbildung begrenzt.

Fig. 10 dient der Erläuterung eines wesentlichen Ab­ schnitts der Zündspule 10 gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung und stellt eine Querschnittsansicht in der Nähe der Hochspannungsdiode 5 der Zündspule dar. Die Befestigung der Komponenten, die die Sekundärwicklungs­ haspel 21, die Sekundärwicklung 22, die Primärwicklungs­ haspel 23, die Primärwicklung 24 und die obenerwähnte Hochspannungsdiode 5 umfassen, im Spulengehäuse 13 und die elektrische Isolation zwischen diesen Komponenten erfolgt durch ein Vergießharz 26, das ein Epoxidharz enthält, in das geschmolzenes Siliciumoxid eingemischt ist.

In der Zündspule mit dem obenbeschriebenen Aufbau wird während der Erzeugung des Magnetfeldes durch die Primär­ wicklung 24 durch Unterbrechen des durch die Primärwick­ lung 24 fließenden Stroms in der Sekundärwicklung 22 eine Hochspannung von ungefähr 30 kV induziert. Diese Hoch­ spannung wird an die Zündkerze 3 angelegt, die direkt an den Hochspannungsanschluß 4 angeschlossen ist.

Die von der Sekundärwicklung 22 erzeugte Hochspannung wird zwischen die Sekundärwicklung 22, die Primärwicklung 24 und den mittigen Magnetkern 11 angelegt. Da sowohl die Primärwicklung 24 als auch der äußere Magnetkern 14 zylindrisch um die Sekundärwicklung 22 ausgebildet sind, wird an einen Abschnitt (unterer Abschnitt unterhalb der Linie A1-A2 in Fig. 10), der der Sekundärwicklung 22 der Sekundärwicklungshaspel 21 entspricht, ein nahezu gleich­ mäßiges elektrisches Feld angelegt, so daß das Isolati­ onsproblem hier kaum auftritt.

Da andererseits in einem Abschnitt oberhalb der Linie A1-A2 in Fig. 10 der Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitt 221 der Sekundärwicklungshaspel 21 von dem obenerwähnten konzentrischen zylindrischen Erscheinungsbild abweicht, tritt in diesem Abschnitt eine starke Konzentration des elektrischen Feldes auf. In diesem Abschnitt wird ein Vergießharz 26 verwendet, etwa ein Harz, das geschmolze­ nes Siliciumoxid und kristallines Siliciumoxid (wobei das Mischungsverhältnis, d. h. das Gewicht des ersteren zum letzteren, 60/40 ist) in einem Anteil von 50 Gew.-% enthält.

Die Zusammensetzung und die Härtungsbedingung des obenbe­ schriebenen Vergießharzes 26 gemäß dieser Ausführung ist in Tabelle 1 gezeigt, während die physikalischen Eigen­ schaften des geschmolzenen Siliciumoxids in Tabelle 2 gezeigt sind.

Tabelle 1 Hauptzusammensetzung und Härtungsbedingung des Vergießharzes gemäß der vierten Ausführung

A-Bisphenol-Epoxidharz	27 Gew.-%
Säureanhydrid-Härtungsmittel	23 Gew.-%
Füllmittel:@	kristallines Siliciumoxid	20 Gew.-%
geschmolzenes Siliciumoxid	30 Gew.-%

Härtungsbedingung

100°C während 2 Stunden und 135°C während 2 Stunden

Tabelle 2 Physikalische Haupteigenschaften von in der vierten Ausführung verwendetem geschmolzenen Siliciumoxid

Dichte	2,2
spezifische Wärme	0,2 kcal/kg ∘C
Wärmeleitfähigkeit	1,4 W/m ∘C
lineare Ausdehnungsrate	0,5.10-6 deg-1
Dielektrizitätskonstante	3,5

Wie oben gezeigt worden ist, tritt in der Nähe des Sekun­ därwicklungs-Übergangsabschnitts 221 der Sekundärwick­ lungshaspel 21, wo die Konzentration des elektrischen Feldes erheblich ist, aufgrund des Vorhandenseins des Vergießharzes 25, das Epoxidharz enthält, in das ge­ schmolzenes Siliciumoxid eingemischt ist, ein kleiner Riß selbst bei niedriger Temperatur kaum auf, ferner wird die Erzeugung und die Fortentwicklung der Teilentladungska­ nalbildung, die zur Zerstörung der Isolation bei hoher Temperatur führt, begrenzt, mit dem Ergebnis, daß die Isolationshaltbarkeitsleistung der Zündspule erhöht ist.

Die Ergebnisse des Haltbarkeitstests der Zündspule gemäß dieser Ausführung im Wärmezyklusofen wurden mit den Ergebnissen des Haltbarkeitstests der herkömmlichen Zündspule im Wärmezyklusofen verglichen, wobei sich ähnliche Wirkungen wie in Fig. 5 gezeigt ergaben. Bei der herkömmlichen Zündspule wurde das Vergießharz 26 mit amorphem, kristallinen Siliciumoxid als Füllmittel in einem Anteil von 55 Gew.-% eingefüllt. Die Isolations­ haltbarkeitsleistung der erfindungsgemäßen Zündspule kann im Vergleich zu derjenigen der herkömmlichen Zündspule ungefähr um den Faktor 1,7 verbessert werden.

Fig. 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Anteil des geschmolzenen Siliciumoxids im Füllmittel und der Isolationshaltbarkeit für den Fall zeigt, in dem geschmolzenes Siliciumoxid und kristallines Siliciumoxid zum Vergießharz 26 hinzugefügt worden sind. Falls der Anteil des Füllmittels im Vergießharz 26 im Bereich von 30 bis 75 Gew.-% liegt, wird eine gute Begrenzungswirkung für die obenerwähnte Teilentladungskanalbildung erhalten. Unterhalb von 20 Gew.-% ist die Begrenzungswirkung ge­ ring, während oberhalb von ungefähr 85 Gew.-% die Wärme­ leitfähigkeit des Vergießharzes 26 abnimmt und der Tempe­ raturanstieg in der Umgebung des Sekundärwicklungsleiters groß ist, mit dem Ergebnis, daß sich leicht die Teilent­ ladungskanalbildung entwickelt und die Isolationshaltbar­ keit verschlechtert wird.

Fig. 12 ist ein Graph zur Erläuterung der Wirkungen einer fünften Ausführung der Erfindung. Die Haltbarkeit von geschmolzenem Siliciumoxid mit sphärischer Form (mit Ausnahme der sphärischen Form sind die physikalischen Eigenschaften die gleichen wie in Tabelle 2 gezeigt), wovon die gleiche Menge wie in der vierten Ausführung als Füllmittel zum Vergießharz 26 hinzugefügt worden ist, wird mit der Haltbarkeit einer herkömmlichen Zündspule verglichen. Da hierbei die Form des Füllmittels sphärisch ist, treten kaum kleine Risse auf, so daß die Isolations­ haltbarkeit weiter erhöht werden kann.

Obwohl in der obigen Ausführung für das zum Auffüllen das geschmolzene A-Bisphenol-Siliciumoxid verwendet wird und für das Härtungsmittel Säureanhydrid verwendet wird, ist die Erfindung nicht auf diesen Epoxidharz-Typ einge­ schränkt, statt dessen können mit anderen Typen (z. B. ein Epoxidharz des Novolak-Typs und ein Härtungsmittel der Amin-Klasse) ähnliche Wirkungen erhalten werden.

Wenn die ersten bis dritten Ausführungen mit der vierten und der fünften Ausführung kombiniert werden, kann eine Zündspule mit weiter verbesserter Isolationshaltbarkeits­ leistung erhalten werden. Erfindungsgemäß ist in der Umgebung des Sekundärwicklungsübergangsabschnitts, in dem die Sekundärwicklung und der Hochspannungsleitungsdraht elektrisch verbunden sind, ein Element angeordnet, das ein Material enthält, das die Fortentwicklung einer Teilentladungskanalbildung verhindert. Dadurch kann die Teilentladungskanalbildung begrenzt werden, mit der Folge, daß die Zündspule eine bessere Haltbarkeit be­ sitzt.

Da ferner erfindungsgemäß die Spulenkomponenten wie etwa die Primärwicklung und die Sekundärwicklung und derglei­ chen unter Verwendung des Vergießharzes befestigt sind, wobei in dem Vergießharz dem Epoxidharz vorgegebenes geschmolzenes Siliciumoxid hinzugefügt ist, und da insbe­ sondere der Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitt isoliert ist, kann das Auftreten und die Fortentwicklung der Teilentladungskanalbildung bei hoher Temperatur begrenzt werden, mit dem Ergebnis, daß eine Zündspule mit verbes­ serter Haltbarkeit geschaffen wird und ein Verbrennungs­ motor mit einer Zündspule mit langer Lebensdauer geschaf­ fen werden kann.

Claims (10)

1. Zündspule (10) für einen Verbrennungsmotor, die einen mittigen Magnetkern (11), eine Sekundärwicklung (22), die auf eine Sekundärwicklungshaspel (21) gewickelt ist, die an der Außenseite des mittigen Magnetkerns (11) angeordnet ist, und eine Primärwicklung (24), die auf eine Primärwicklungshaspel (23) gewickelt ist, die an der Außenseite der Sekundärwicklung (22) angeordnet ist, enthält, wobei durch Unterbrechen des durch die Primär­ wicklung (24) fließenden Stroms in der Sekundärwicklung (22) eine hohe Ausgangsspannung induziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungshaspel (21) und/oder die Primärwicklungshaspel (23) aus einem Harzelement (26) gebildet ist, das ein aromatisches Polymer enthält, wobei in der Hauptkette der chemischen Molekularstruktur Schwe­ fel enthalten ist.

2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärwicklungshaspel (21) und/oder die Primärwicklungshaspel (23) aus einem Polyphenylensulfid- Harz (PPS-Harz) gebildet ist.

3. Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Primärwicklungshaspel (23) die Umfangsfläche eines Übergangsabschnitts (221) der Sekundärwicklungshas­ pel (21) umschließt.

4. Zündspule (10) für einen Verbrennungsmotor, die einen mittigen Magnetkern (11), eine Sekundärwicklung (22), die auf eine Sekundärwicklungshaspel (21) gewickelt ist, die an der Außenseite des mittigen Magnetkerns (11) angeordnet ist, und eine Primärwicklung (24), die auf eine Primärwicklungshaspel (23) gewickelt ist, die an der Außenseite der Sekundärwicklung (22) angeordnet ist, enthält, wobei durch Unterbrechen des durch die Primär­ wicklung (24) fließenden Stroms in der Sekundärwicklung (22) eine hohe Ausgangsspannung induziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärwicklungshaspel (21) und der Primärwicklungshaspel (23) ein Abschirmelement (27) vorgesehen ist, das den Übergangsabschnitt (221) der Sekundärwicklung (22) umschließt.

5. Zündspule für einen Verbrennungsmotor, die einen mittigen Magnetkern (11), eine Primärwicklung (24) sowie eine Sekundärwicklung (22) enthält, die den mittigen Magnetkern (11) in einem Außengehäuse (25) umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (25) aus einem Harzelement gebildet ist, das ein aromatisches Polymer enthält, wobei in der Hauptkette der chemischen Molekularstruktur Schwe­ fel enthalten ist.

6. Zylindrische Zündspule für Verbrennungsmotor, in der ein Permanentmagnet (12) an einem mittigen Magnetkern (11) angeordnet ist, in dem mehrere dünne Stahlbleche übereinandergeschichtet sind, wobei die Zündspule einen Körper enthält, in dem eine Primärwicklung (24) und eine Sekundärwicklung (22) auf die Außenseite des Permanentma­ gneten (12) gewickelt sind, wobei der Körper durch ein thermoplastisches Vergießharz (26) befestigt ist, ein äußerer Magnetkern (13) an der Außenseite des Körpers angeordnet ist und die zylindrische Zündspule (10) in eine Zündkerzenbohrung (1a) eines Motorblocks eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Vergießharz (26) im Harz ein Füllmittel enthält und wenigstens ein Teil des Füllmittels aus geschmol­ zenem Siliciumoxid gebildet ist, das in einem Anteil von 20-85 Gew.-% in die Gesamtmenge des Füllmittels einge­ mischt ist.

7. Zündspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Füllmittel ein Gemisch aus geschmolzenem Siliciumoxid und kristallinem Siliciumoxid enthält.

8. Zündspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärwicklung (22) auf der Außenseite des mittigen Magnetkerns (11) angeordnet ist und die Primärwicklung (24) zwischen der Sekundär­ wicklung (22) und dem äußeren Magnetkern (13) angeordnet ist.

9. Zündspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das geschmolzene Siliciumoxid im Harz eine sphä­ rische Form besitzt.

10. Verbrennungsmotor, mit
einer Zündkerze (13) zum Zünden des Luft-Kraft­ stoff-Gemischs im Motor,
einer Zündspule (10), die in einer Zündkerzenboh­ rung (1a) aufgenommen ist, die in einem Motorblock vorge­ sehen ist, um die Zündkerze (3) zu installieren, wobei die Zündspule (10) direkt mit der Zündkerze (3) verbunden ist,
einer Zündungssteuereinrichtung (6) zum Steuern der Zündspule (10) und
einem Vergießharz (26) zum Befestigen einer Primärwicklung (24), einer Sekundärwicklung (22) und eines mittigen Magnetkerns (11) der Zündspule (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Vergießharz (26) ein Füllmittel enthält, das geschmolzenes Siliciumoxid in einem Anteil von 20-85 Gew.-% der gesamten Füllmittelmenge enthält.