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Die
Erfindung betrifft eine Zündkerze
zur Plasmaerzeugung, die insbesondere zum Zünden von Verbrennungsmotoren
durch elektrische Funken zwischen den Elektroden einer Zündkerze
verwendet wird.
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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.
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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.
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Um
diese Nachteile zu beheben, hat die Erfindung zum Ziel, die Randeffekte
zu verringern, um die Eigenschaften des Resonators zu verbessern.
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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.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung ist der Ring aus ferromagnetischem Material,
zum Beispiel aus Ferrit.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung ist die radiale Dicke des Rings mindestens
gleich einem Viertel des Radius der angrenzenden Endwindung.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung ist der mittlere Radius des Rings im Wesentlichen gleich
dem mittleren Radius der Endwindung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die beiliegenden Figuren hervor.
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1 zeigt
eine schematische Schnittansicht gemäß der Achse Z einer Zündkerze
mit Hochfrequenzplasma gemäß dem Stand
der Technik.
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2 zeigt
eine schematische Schnittansicht gemäß der Achse Z einer Zündkerze
mit Hochfrequenzplasma, die einen Ring mit elektromagnetischen Eigenschaften
gemäß der Erfindung
aufweist.
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3 zeigt
einen Schnittansicht des induktiven Bereichs der 2.
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Gleiche
oder analoge Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Die
die Spule 5 umgebende Isolierung 7 hat eine allgemein
zylindrische Form. Sie kann aus verschiedenen Materialien wie zum
Beispiel Keramik gewählt
werden.
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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.
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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.
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Der
zentrale Spulenkern 8, die Spule 5, die Isolierung 7 und
die Außenhülle 6 sind
wie vorher in 1 beschrieben.
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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.
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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.
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Betreffend
die Abmessungen des Rings 9 ist der Ring 9 gekennzeichnet
durch:
- – eine
Dicke E,
- – einen
mittleren Radius R und
- – eine
Höhe H.
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Die
Dicke E ist mindestens gleich dem Viertel des mittleren Radius S
der letzten Windung 51b.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform
beschränkt,
die als Beispiel angegeben wurde. Nachfolgend werden verschiedene
Varianten vorgeschlagen.
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Ein
Ring 9 kann ebenfalls an jede der Endwindungen 51a, 51b angrenzen.
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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.
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Die
Spule 5 kann mehrere Wicklungen mit aneinander angrenzenden
Windungen 51 aufweisen.