DE602006000590T2 - Zündkerze für Verbrennungsmotor - Google Patents

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DE602006000590T2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/40Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H01T13/44Sparking plugs structurally combined with other devices with transformers, e.g. for high-frequency ignition

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündkerze zur Plasmaerzeugung, die insbesondere zum Zünden von Verbrennungsmotoren durch elektrische Funken zwischen den Elektroden einer Zündkerze verwendet wird.
  • Eine Zündkerze für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs von im Wesentlichen zylindrischer allgemeiner Form weist auf:
    • – einen unteren, im Wesentlichen kapazitiven Bereich,
    • – einen oberen, im Wesentlichen induktiven Bereich, der aufweist: – einen zentralen Spulenkern, der von einer Spule umgeben ist, die mindestens eine Wicklung mit aneinandergrenzenden Windungen aufweist, – eine Außenhülle, – eine Isolierung, die radial zwischen die Hülle und die Spule eingefügt ist.
  • Die Veröffentlichungen FR2859830 , FR2859569 , FR2859831 betreffen eine solche Mehrfunken-Zündkerze, die einen seriellen Resonator enthält. Die einzige Wicklung von Windungen der Spule ermöglicht es, einen hohen Qualitätskoeffizient zu garantieren, der das Verhältnis zwischen der in der Struktur gespeicherten Energie und den Verlustleistungen und den dielektrischen Verlusten ist. Die ganze Energie wird also in magnetischer Form gespeichert und zum im Wesentlichen kapazitiven Bereich transferiert. Außerdem weist die Spule Randeffekte auf, die die magnetischen Feldlinien werden. Diese letzteren durchqueren radial die Windungen, die sich an den Enden der Spule befinden. Der Ersatzwiderstand der an den Enden der Spule befindlichen Windungen wird erhöht, was den Qualitätskoeffizient der Spule und somit die Eigenschaften des Resonators verschlechtert.
  • Um diese Nachteile zu beheben, hat die Erfindung zum Ziel, die Randeffekte zu verringern, um die Eigenschaften des Resonators zu verbessern.
  • Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung eine Zündkerze vom oben erwähnten Typ vor, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerze einen Ring
    • – aus magnetischem Werkstoff aufweist,
    • – der an einem axialen Ende der Spule angeordnet ist, und
    • – von dem eine radiale Seite der Endwindung der Spule benachbart ist.
  • Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist der Ring aus ferromagnetischem Material, zum Beispiel aus Ferrit.
  • Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist die radiale Dicke des Rings mindestens gleich einem Viertel des Radius der angrenzenden Endwindung.
  • Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist der mittlere Radius des Rings im Wesentlichen gleich dem mittleren Radius der Endwindung.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Figuren hervor.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht gemäß der Achse Z einer Zündkerze mit Hochfrequenzplasma gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht gemäß der Achse Z einer Zündkerze mit Hochfrequenzplasma, die einen Ring mit elektromagnetischen Eigenschaften gemäß der Erfindung aufweist.
  • 3 zeigt einen Schnittansicht des induktiven Bereichs der 2.
  • Gleiche oder analoge Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Wie in 1 dargestellt, weist eine Zündkerze mit Hochfrequenzplasma 1 von allgemein im Wesentlichen zylindrischer Form mit der Achse Z hauptsächlich einen im Wesentlichen kapazitiven unteren Bereich C und einen im Wesentlichen induktiven oberen Bereich I auf, wobei die Bereiche C und I im Wesentlichen längliche Form haben und in Reihe geschaltet sind.
  • Der hauptsächlich kapazitive Bereich C weist insbesondere ein Zündkerzengewinde 2 auf, das dazu bestimmt ist, mit Masse verbunden zu werden und eine im Wesentlichen zylindrische zentrale Elektrode 3 mit einer Achse Z umgibt, die als Hochspannungselektrode wirkt. Ein elektrisch isolierender Block 4, "Isolierung" genannt, ist zwischen dem Zündkerzengewinde 2 und der zentralen Elektrode 3 angeordnet, wobei die Isolierung 4 konfiguriert ist, um die Funken zwischen den Elektroden 2 und 3 zu führen. In einer im Stand der Technik bekannten Weise besitzt das Zündkerzengewinde 2 auf der Außenseite seines dem mit der Zündkerze 1 ausgestatteten Zylinderkopf des Verbrennungsmotors am nächsten liegenden unteren Bereich eine geeignete Form für das Einsetzen, den Halt und das Festklemmen der Zündkerze 1 auf dem Zylinderkopf (zum Beispiel in nicht einschränkender Weise, wie in 1 dargestellt, ein Gewinde).
  • Der hauptsächlich induktive Bereich I der Zündkerze 1 weist von innen nach außen auf: einen zentralen Spulenkern 8, eine Spule 5, eine Isolierung 7, eine Außenhülle 6.
  • Der zentrale Spulenkern 8 hat eine allgemein zylindrische Form mit Kreisquerschnitt, deren Achse im Wesentlichen mit der Achse Z der Zündkerze 1 zusammenfällt. Er ist aus einem isolierenden und nicht magnetischen Material hergestellt.
  • Die Spule 5 hat eine allgemein zylindrische Form mit Kreisquerschnitt. Sie besteht aus einem Draht mit einem Durchmesser D, der gewickelt ist und aneinandergrenzende Windungen 51 formt, die den zentralen Spulenkern 8 von einer ersten Windung 51a bis zu einer letzten Windung 51b umgeben, die die zwei Endwindungen 51a, 51b der Spule 5 bilden. Die erste Windung 51a ist mit dem Verbinder 12 und die letzte Windung 51b ist über geeignete Mittel 14 mit einem inneren Ende der zentralen Elektrode 3 verbunden.
  • Die die Spule 5 umgebende Isolierung 7 hat eine allgemein zylindrische Form. Sie kann aus verschiedenen Materialien wie zum Beispiel Keramik gewählt werden.
  • Die Außenhülle 6 hat eine allgemein zylindrische Form. Sie ist mit einer Masse verbunden und umgibt die Spule 5. Die Hülle 6 hat eine elektromagnetische Abschirmfunktion. Die Hülle 6 kann aus einem nicht Nicht-Eisen-Material mit hoher Leitfähigkeit gewählt werden, wie zum Beispiel Kupfer.
  • Wie in 2 dargestellt, weist eine Zündkerze 2 mit Hochfrequenzplasma 1 von allgemein im Wesentlichen zylindrischer Form mit der Achse Z hauptsächlich einen unteren im Wesentlichen kapazitiven Bereich C und einen oberen im Wesentlichen induktiven Bereich I auf, wobei die Bereiche C und I im Wesentlichen längliche Form haben und in Reihe geschaltet sind. Der im Wesentlichen kapazitive Bereich C ist wie vorher in 1 beschrieben. Der im Wesentlichen induktive Bereich I der Zündkerze 1 weist von innen nach außen auf: einen zentralen Spulenkern 8, eine Spule 5, einen Ring 9, eine Isolierung 7, eine Außenhülle 6.
  • Der zentrale Spulenkern 8, die Spule 5, die Isolierung 7 und die Außenhülle 6 sind wie vorher in 1 beschrieben.
  • Der Ring 9 hat eine allgemein zylindrische Form mit Kreisquerschnitt. Der Ring 9 verfügt über eine Achse, die im Wesentlichen mit derjenigen der Spule 5 zusammenfällt, hier die Achse Z. Er umgibt den Spulenkern 8. Er ist an einem der axialen Enden der Spule 5 angeordnet, der letzten Windung 51b, und eine seiner radialen Seiten 10 ist der letzten Windung 51b benachbart.
  • Der Ring 9 ist magnetisch. Zum Beispiel kann der Ring 9 aus Ferrit gewählt werden. Der Fachmann ergreift jede geeignete Maßnahme, damit die elektrische Isolation gewährleistet ist.
  • Betreffend die Abmessungen des Rings 9 ist der Ring 9 gekennzeichnet durch:
    • – eine Dicke E,
    • – einen mittleren Radius R und
    • – eine Höhe H.
  • Die Dicke E ist mindestens gleich dem Viertel des mittleren Radius S der letzten Windung 51b.
  • Der mittlere Radius R ist im Wesentlichen gleich dem mittleren Radius S der letzten Windung 51b, so dass im Wesentlichen die gleiche Menge von magnetischem Element zu beiden Seiten der letzten Windung 51b verteilt ist. Der mittlere Radius R wird als der Abstand zwischen der Achse Z der Spule und der Mittelachse P des Rings 9 definiert. Der mittlere Radius S der letzten Windung 51b entspricht dem Abstand zwischen der Achse Z der Spule und der Mitte der letzten Windung. In anderen Worten ist im axialen Querschnitt die axiale Mittelebene des Rings 9 fluchtend mit der Mitte der letzten Windung 51b.
  • Die Höhe H ist mindestens gleich fünfmal der Durchmesser D des die Spule 5 bildenden Drahts, um ein ausreichendes Volumen zu gewährleisten, damit verhindert wird, dass das magnetische Material eine magnetische Sättigung erfährt.
  • Die Verwendung eines Magnetrings 9 ist unerwartet. Üblicherweise wird nämlich ein magnetisches Element verwendet, um die magnetische Permeabilität des Kerns einer Spule 5 zu verändern, um ihre Eigeninduktanz zu erhöhen. Die Erfindung schlägt vor, nicht die Eigeninduktanz der Spule 5 zu verändern, sondern die Strecke der Magnetfeldlinien zu verändern und den Wert der Induktanz beizubehalten, um die Randeffekte zu verringern. Der Ring 9 verringert nämlich den Wert des radialen Magnetfelds im Querschnitt der Windungen. Die aneinandergrenzende Positionierung des Rings 9 mit der letzten Windung 51b ermöglicht es, das Magnetfeld global zu verändern, das den Querschnitt der letzten Windung 51b und der in der Nähe befindlichen Windungen 51 radial durchquert. Der von diesem Feld induzierte Wirbelstrom ist also reduziert, was das Fließen des die Spule 5 durchquerenden Stroms vereinfacht, der entgegengesetzt zum Wirbelstrom ist. Die Impedanz mit Anregungsfrequenz der Spule 5 ist also reduziert, was es ermöglicht, den Qualitätskoeffizient des Resonators zu erhöhen.
  • Diese Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt, die als Beispiel angegeben wurde. Nachfolgend werden verschiedene Varianten vorgeschlagen.
  • Ein Ring 9 kann ebenfalls an jede der Endwindungen 51a, 51b angrenzen.
  • Allgemein hängt die Form der Spule 5 von dem Spulenkern 8 ab, den sie umgibt. Wenn zum Beispiel der Spulenkern 8 allgemein zylindrisch mit quadratischem Querschnitt ist, hat die Spule 5 eine allgemeine Rohrform mit quadratischem Querschnitt. Die Spule 5 kann aber eine allgemeine Form haben, die sich von derjenigen des Spulenkerns 8 unterscheidet.
  • Die Spule 5 kann mehrere Wicklungen mit aneinander angrenzenden Windungen 51 aufweisen.

Claims (5)

  1. Zündkerze (1) für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, von im Wesentlichen zylindrischer allgemeiner Form, die aufweist: – einen unteren, im Wesentlichen kapazitiven Bereich (C), – einen oberen, im Wesentlichen induktiven Bereich (I), der aufweist: – einen zentralen Spulenkern (8), der von einer Spule (5) umgeben ist, die mindestens eine Wicklung mit aneinandergrenzenden Windungen (51) aufweist, – eine Außenhülle (6), – eine Isolierung (7), die radial zwischen die Hülle (6) und die Spule (5) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Ring (9) – aus magnetischem Werkstoff aufweist, – der an einem axialen Ende (51b) der Spule (5) angeordnet ist, und – von dem eine radiale Seite (10) der Endwindung (51b) der Spule (5) benachbart ist.
  2. Zündkerze (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (9) aus ferromagnetischem Material, zum Beispiel aus Ferrit, ist.
  3. Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Dicke (E) des Rings (9) mindestens gleich einem Viertel des Radius (S) der angrenzenden Endwindung (51a, 51b) ist.
  4. Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Radius (R) des Rings (9) im Wesentlichen gleich dem mittleren Radius (S) der Endwindung (5) ist.
  5. Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe (H) des Rings (9) mindestens gleich fünf mal der Durchmesser (D) des die Spule (5) bildenden Drahts ist.
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FR2890248B1 (fr) 2007-09-28
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