DE602006000042T2 - Radiofrequenzplasmazündkerze für gesteuerte Zündung von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radiofrequenzplasmazündkerze, umfassend eine Wicklung, welche den induktiven Teil eines Serienresonators hoher Spannung im Hochfrequenzbereich darstellt. Diese Art Zündkerze wird insbesondere für die gesteuerte Zündung von Verbrennungsmotoren verwendet und insbesondere in den Patentanmeldungen FR-A-2859830 , FR-A-2859869 und FR-A-2859831 beschrieben.
• Eine solche Zündkerze wird in 1 dargestellt und umfasst insbesondere eine Verbindungsklemme 1, die mit einem ersten Ende einer induktiven Wicklung 2 verbunden ist. Das zweite Ende der induktiven Wicklung 2 ist mit einem inneren Ende der zentralen Hochspannungselektrode 3 verbunden. Dieses Ende befindet sich auch in Kontakt mit einem isolierenden Element 4, das den Kondensator des Resonators bildet. Die Elektroden 3 und 5 sind durch das dielektrische Material 6, das zum Leiten der Funken zwischen diesen Elektroden bestimmt ist, voneinander getrennt. Die Zündkerze wird somit dazu verwendet, eine hohe Wechselspannung hoher Frequenz zwischen den Elektroden 3 und 5 aufrechtzuerhalten. Eine Abschirmung 7, die vorzugsweise aus einem nicht eisenhaltigen Material mit hoher Leitfähigkeit besteht, wie Kupfer, umgibt die Wicklung 2, von der sie durch eine Isolationsmuffe 8 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise einem Siliziumharz, getrennt ist. Außerdem ist die Wicklung 2 um eine Spule 9 aus isolierendem und magnetischem Material gewickelt.
• Um der Wicklung Eigenschaften zu verleihen, die denen einer vollkommenen Induktivität am nächsten sind, wird sie aus einer einzigen Schicht Wicklungen aus einem emaillierten, leitenden Draht gebildet, der so um die Spule gewickelt ist, dass er verbundene Wicklungen bildet.
• Daher muss die Anzahl der Wicklungen so angepasst werden, dass die Spannung von Wicklung zu Wicklung immer unterhalb der Spannung der Emailisolierung der Umwicklung des Drahts bleibt, wobei die Mindestanzahl der Wicklungen außerdem durch die Dienstspannung des Hochspannungsresonators beschränkt ist.
• Um den elektrischen Widerstand der gesamten Wicklung zu verringern, werden Drähte eingesetzt, deren Durchmesser die Verringerung des Widerstandskoeffizienten gestattet. Es ist auch bekannt, dass im Hochfrequenzbereich der elektrische Strom nahe der Oberfläche des leitenden Drahts verläuft, wobei es sich um das unter dem Namen „Stromverdrängungseffekt" bekannte Phänomen handelt. Außerdem ist im Hochfrequenzbereich und bei starken Strömen, welche dem Anwendungsbereich der Plasmazündkerze entsprechen, die Verwendung mehrsträngiger, isolierter leitender Drähte bekannt, die auch Litzdrähte genannt werden. Die Verwendung eines solchen leitenden Drahts vervielfacht die Umfangsoberfläche der leitenden Elemente, ohne den Gesamtdurchmesser erheblich zu vergrößern, wodurch bei gleichbleibendem Durchmesser die Leitfähigkeit des leitenden Drahts und somit des Spannungskoeffizienten des so gebildeten Resonators verbessert wird. Aufgrund der für Wicklungen von Plasmazündkerzen geltenden besonderen Platzbeschränkungen muss der zur Umsetzung dieser Wicklungen erforderliche Litzdraht jedoch einen im Vergleich zu dem heute technisch Machbaren zu geringen Durchmesser aufweisen. Dieser Punkt schränkt die Verwendung eines mehrsträngigen Drahts somit ein.
• Für die korrekte Funktion bei Hochspannung muss die Wicklung des Resonators außerdem aus elektrisch isolierendem Material geformt sein, welches ohne jeden Einschluss von Luftblasen die Isolationsmuffe bildet. Das Isolationsemail des Drahts ermöglicht jedoch nicht immer eine gute Haftung dieses Isolationsmaterials, wodurch eine Ablösung des Isolationsmaterials begünstigt werden und eine schnelle Verschlechterung der Eigenschaften des Resonators bewirt werden kann.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Lösung dieses Problems und zielt insbesondere auf die Bereitstellung einer effizienteren und betriebssicheren Plasmazündkerze ab.
• Vor dem Hintergrund dieser Ziele ist die Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung einer Hochfrequenzplasmazündkerze für die gesteuerte Zündung von Verbrennungsmotoren, welche eine Wicklung eines elektrisch leitenden Drahts umfasst, der den induktiven Teil eines Serienresonators hoher Spannung im Hochfrequenzbereich bildet, wobei die Wicklung in einem elektrisch isolierenden Material geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung aus einem bloßen Draht gebildet wird, welcher in unverbundenen Wicklungen um eine isolierenden Spule gewickelt ist.
• Die Verwendung eines bloßen, somit nicht emaillierten, Drahts ermöglicht den Einsatz von Isolationsmaterialien für die Isolationsmuffe, welche starke Haftungsfähigkeiten auf den Metallen aufweisen, wodurch Haftungsprobleme auf dem Email unterdrückt und garantiert werden kann, dass es zu keiner Ablösung zwischen dem leitenden Draht und dem Isolationsmittel kommt. Außerdem ermöglicht der Abstand zwischen den Wicklungen, dass das Isolationsmaterial der Muffe beim Formen zwischen die Wicklungen bis zur Spule eindringt, was bei einer Wicklung mit verbundenen Wicklungen, bei der Hohlräume zwischen zwei verbundenen Wicklungen und der Spule bestanden, nicht möglich war. Aus der Erfindung ergibt sich somit, dass das Isolationsmaterial jede Wicklung vollkommen umgeben und außerdem an der Oberfläche der Spule haften kann.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Isolationsmaterial zum Formen der Muffe bessere elektrische Isolationseigenschaften aufweisen kann als diejenigen des Umkleidungsemails der Drähte aus dem Stand der Technik. Daraus folgt, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Wicklungen verringert werden kann, so dass er nicht mehr von der Emaildicke jeder Wicklung abhängt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spule mit einem Gewinde versehen und der Draht wird so aufgewickelt, dass er in die Hohlräume des auf der Spule gebildeten Gewinde platziert ist, so dass ein konstanter Abstand zwischen den Wicklungen garantiert wird, welcher dem gewünschten Abstand entspricht. Somit bestimmt der Abstand des Gewindes den Abstand zwischen den Wicklungen, genauer gesagt, den Abstand des Drahts zweier benachbarter Wicklungen.
• Die Form des Gewindes wird in Abhängigkeit von dem Durchmesser des verwendeten Drahts angepasst, so dass zwischen dem Draht und der Spule kein Hohlraum besteht, was beispielsweise der Fall wäre, wenn der Draht in ein Gewinde mit dreieckigem Querschnitt platziert werden würde, bei dem zwischen dem Winkel des Gewindebodens und dem Draht mit kreisförmigem Querschnitt ein Hohlraum bestehen würde. Vorzugsweise wird also ein Gewinde mit gekrümmtem Profil verwendet, bei dem der Krümmungsradius des Gewindebodens größer als der Radius des gewickelten Drahts ist. Eine solche Ausführung bewirkt, dass sich der Draht mit der Spule entlang einer einzigen Linie in Kontakt befindet, wodurch zugelassen wird, dass das Isolationsmaterial sich beim Formen zwischen den Wicklungen bis zur Oberfläche der Spule einfügt, wodurch es die Wicklungen vollkommen umhüllt.
• Nun wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß gebildeten Plasmazündkerze beschrieben.
• Dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
• 1 eine Schnittansicht einer Plasmazündkerze aus dem Stand der Technik ist, welche am Anfang dieser Beschreibung bereits erwähnt worden ist,
• 2 eine Detailansicht im Axialschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung der Wicklungen ist.
• Wie in dieser Figur deutlich zu sehen, ist ein Gewinde 10 an der Oberfläche der Spule 9 ausgebildet. Das Profil dieses Gewindes weist einen kreisbogenförmigen Krümmungsradius auf, der im Wesentlichen größer als der Krümmungsradius des die Wicklung bildenden Drahts 11 ist, so dass der Draht in jeder Wicklung in einem Kontakt in Längsrichtung ruht, wodurch das Isolationsformmaterial den Draht vollkommen umhüllen kann, wenn es beim Formen bis zu der Spule eindringt, wie durch die Pfeile F angezeigt.
• Es sei darauf hingewiesen, dass durch die Möglichkeit, einen Abstand der Wicklungen vorzusehen, der nicht von dem Außenumfang der Emailumhüllung abhängt, wie im Stand der Technik, die Verteilung der Stromzirkulation in dem Querschnitt des Drahts optimiert werden kann. Dazu wird der Abstand des Gewindes so vorgegeben, dass die Linien des um einen leitenden Draht durch die benachbarten Wicklungen gebildeten Magnetfelds die Zirkulation der Ströme in dem in Frage stehenden Draht nicht stören, und zwar bei jeder Wicklung. Dadurch kann schließlich der Spannungskoeffizient des Resonators vorteilhaft vergrößert werden.

Claims (3)

1. Hochfrequenzplasmazündkerze für gesteuerte Zündung von Verbrennungsmotoren, umfassend eine Wicklung (2) eines elektrisch leitenden Drahts, welche den induktiven Teil eines Serienresonators hoher Spannung im Hochfrequenzbereich darstellt, wobei die Wicklung in einem elektrisch isolierenden Material (8) geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (2) aus einem bloßen Draht (11) gebildet wird, welcher in unverbundenen Wicklungen um eine isolierende Spule (9) gewickelt ist.
2. Plasmazündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (9) mit Gewinde versehen ist und der Draht (11) so aufgewickelt ist, dass er in den Hohlräumen des auf der Spule geformten Gewindes (30) aufgenommen wird.
3. Plasmazündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (10) ein gekrümmtes Profil aufweist, so dass der Krümmungsradius des Gewindebodens größer als der Radius des aufgewickelten Drahts (11) ist.