EP1706878A1 - Zündspule für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Zündspule für eine brennkraftmaschine

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EP1706878A1
EP1706878A1 EP05701112A EP05701112A EP1706878A1 EP 1706878 A1 EP1706878 A1 EP 1706878A1 EP 05701112 A EP05701112 A EP 05701112A EP 05701112 A EP05701112 A EP 05701112A EP 1706878 A1 EP1706878 A1 EP 1706878A1
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EP
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ignition coil
internal combustion
combustion engine
winding
electrically conductive
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Friedhelm Rosemann
Stefan Wasserfuhr
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Pulse Electronics GmbH
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Pulse GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
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    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/361—Electric or magnetic shields or screens made of combinations of electrically conductive material and ferromagnetic material
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/33—Arrangements for noise damping

Definitions

  • the invention relates to an ignition coil for an internal combustion engine with a primary winding, in particular a cylindrical one,
  • Primary coil body a low-voltage connection area for connecting the primary winding to a low voltage, a secondary winding inductively coupled to the primary winding, arranged on a particularly cylindrical secondary coil body, for providing a high voltage for a spark plug of the internal combustion engine, the primary coil body and secondary coil body being arranged concentrically to one another, and a high-voltage connection area which the secondary winding contacts the spark plug.
  • An ignition coil of this type is known from DE 100 57 567.
  • the generic ignition coil is a so-called "rod coil for ignition systems of internal combustion engines", which has an elongated design so that it can be arranged in the narrow space available in the engine block of the internal combustion engine. Above the low-voltage connection area lies on the primary winding a primary voltage, which due to the inductive coupling between the primary and secondary windings as a highly transformed voltage High-voltage connection area of the secondary winding is available and there acts on the spark plug.
  • a magnetic circuit is formed by primary and secondary coils and the cylindrical magnetic core and the magnetic conductive sleeve. To avoid eddy current losses in the sleeve, which is also metallic conductive, the sleeve has a continuous longitudinal slot, so that induced electric eddy currents are reduced.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • An ignition coil according to the preamble of claim 1 is known from DE 199 27 820 G1. Regarding the prior art, reference is also made to DE 199 09 211 AI.
  • the invention has for its object to improve an ignition coil of the type mentioned in terms of its electromagnetic compatibility (EMC) and at the same time in terms of its mechanical strength. This object is achieved in that an electrically conductive, essentially cylindrical layer with mechanical damping properties is arranged within an annular space delimited by the outer of the two windings.
  • the invention is characterized in that the conductive layer, which is arranged between the primary and secondary coils, enables a significant reduction in the electromagnetic interference emission without the magnetic properties of the coil being decimated as such. Surprisingly, the conductive layer arranged between the primary and secondary coils has no influence on the magnetic properties of the ignition coil, but it does help to achieve a significantly improved shielding effect.
  • the layer is designed as a sandwich structure consisting of at least two partial layers with an intermediate layer with mechanical damping properties.
  • Designing it as a sandwich structure not only improves the electromagnetic compatibility (EMC), but also the strength of the ignition coil.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the mechanical cushioning means that the primary and secondary coils are coupled to one another in a favorable manner.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an ignition coil according to the invention according to the embodiment.
  • FIG. 2a shows a section along the line II-II in Fig. 1.
  • FIG. 2b shows a section along the line IIb-IIb in FIG. 2a;
  • Fig. 3 is an enlarged view along the line III in Fig. 2a.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an exemplary embodiment of an ignition coil according to the invention, which has a low-voltage connection 10 in its upper region, to which the required low voltage is applied to the ignition coil.
  • the ignition coil In its lower area, the ignition coil has a high-voltage connection area 5, in which a connecting section with a spark plug (not shown) opens.
  • the ignition coil has a cylindrical design.
  • a cylindrical magnetic core 6 is formed, which consists of layered magnetic sheets, in particular iron silicon sheets. Individual magnetic sheets of different widths are stacked in this way and with isolation of the individual sheets connected to each other to form the core 6 with an approximately circular contour.
  • the core 6 is surrounded by a secondary coil body 4, which carries a secondary winding 3, which is electrically connected to the high-voltage connection area 5.
  • the connection of the secondary winding 3 to the high-voltage connection area 5 takes place via an electrical resistor 11, which essentially serves to suppress interference, and a rectifier diode 12 , which is housed in a housing 13.
  • the secondary coil body 4 is surrounded concentrically by a primary coil body 2, which carries a primary winding 1.
  • the primary winding 1 is a three-layer winding.
  • the coil unit is surrounded by a sleeve 7, which consists of an electrically conductive and at the same time magnetically conductive material, in particular iron silicon sheet.
  • the sleeve 7 is formed by two roll-formed magnetic sheets which are insulated from one another.
  • the outer periphery of the sleeve 7 also forms the outer periphery of the ignition coil described.
  • the sleeve 7, the primary winding 1, the secondary winding 3 and the core 6 form a magnetic circuit for generating the required ignition energy, which is applied to the spark plug.
  • this is provided with a continuous longitudinal slot.
  • the winding feed line running along the longitudinal slot 8 is fixed via an insulation layer within the slot area by the winding feed line being fixed in a suitable embedding material. Embedding is preferably carried out using epoxy resin.
  • the cylindrical region formed between the leading out of the ends of the secondary winding 3 and the high-voltage connection 5 serves, on the one hand, to accommodate the resistor 11 serving as a suppression element and, on the other hand, to accommodate the diode 12, by means of which the current flowing into the spark plug is rectified, that the negative useful pulse for the ignition is let through, but the positive disturbing pulse is suppressed.
  • FIG. 3 shows the structure of the layer 16 provided in the annular space between the primary and secondary coils in the form of a sandwich structure.
  • an intermediate layer 17 with mechanical absorption properties wherein • the intermediate layer 17 itself also includes conductive particles that mediate the intermediate layer 17 is also conductive properties.
  • Layer 16 gives the ignition coil, on the one hand, improved EMC compatibility due to the improved shielding effect and, on the other hand, primary and secondary coil bodies are “padded” much better against one another.
  • Layer 16 is connected to the ground potential.
  • the layer 16 is connected to the ground potential by electrically connecting one of the two sub-layers 16a, 16b to the winding region of the primary coil 1 which is at ground potential.
  • the primary winding 1 is stripped at the corresponding winding section and contacted by soldering or similar connection techniques with the assigned sublayer.
  • a connection technique is also possible in which an additional conductor is provided which connects the corresponding sublayer 16a, 16b with the winding gsende of the primary coil 1 connects.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Primärwicklung (1) tragenden, insbesondere zylindrischen, Primärspulenkörper (2), einem Niederspannungsanschlussbereich (10) zum Anschliessen der Primärwicklung (1) an eine Niederspannung, einer mit der Primärwicklung (1) induktiv gekoppelten, auf einem insbesondere zylindrischen Sekundärspulenkörper (4) angeordneten Sekundärwicklung (3) zum Bereitstellen einer Hochspannung für eine Zündkerze der Brennkraftmaschine, wobei Primärspulenkörper (2) und Sekundärspulenkörper (4) konzentrisch zueinander angeordnet sind, und einem Hochspannungsanschlussbereich (5), in welchem die Sekundärwicklung (3) die Zündkerze kontaktiert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule der genannten Art hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit zu verbessern, indem innerhalb eines durch die äussere der beiden Wicklungen (1,3) begrenzten Ringraumes eine elektrisch leitfähige, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Schicht (16) mit mechanischen Dämpfungseigenschaften ausgebildet ist. Diese Schicht ist als Sandwichstruktur bestehend aus mindestens zwei Teil­ schichten (16a, 16b) mit dazwischenliegender Zwischen­schicht (17) ausgebildet.

Description

Zündspule für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Primärwicklung tragenden, insbesondere zylindrischen,
Primarspulenkorper, einem Niederspannungsanschlussbereich zum Anschließen der Primärwicklung an eine Niederspannung, einer mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten, auf einem insbesondere zylindrischen Sekundarspulenkorper angeordneten Sekundärwicklung zum Bereitstellen einer Hochspannung für_ eine Zündkerze der Brennkraftmaschine, wobei Primarspulenkorper und Sekundarspulenkorper konzentrisch zueinander angeordnet sind, und einem Hochspannungsanschlussbereich, in welchem die Sekundärwicklung die Zündkerze kontaktiert .
Eine Zündspule dieser Art ist aus der DE 100 57 567 bekannt .
Bei der gattungsgemäßen Zündspule handelt es sich um eine sog. „Stabspule für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen", welche eine längliche Bauform aufweist, damit sie in dem zur Verfügung stehenden eng begrenzten Raum im Motorblock der Brennkraftmaschine angeordnet sein kann. Über dem Niederspannungsanschlussbereich liegt an der Primärwicklung eine Primärspannung an, welche aufgrund der induktiven Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung als hochtransformierte Spannung am Hochspannungsanschlussbereich der Sekundärwicklung zur Verfügung steht und dort die Zündkerze beaufschlagt. Bei ' der bekannten Zündspule wird durch Primär- und Sekundärspule sowie den zylindrischen magnetischen Kern und die magnetisch leitfähige Hülse ein magnetischer Kreis gebildet. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten in der auch metallischleitfähigen Hülse trägt diese einen durchgehenden Längsschlitz, so dass induzierte elektrische Wirbelströme verringert werden.
Ein wichtiges funktionelles Merkmal einer solchen Zündspule ist die sog. „elektromagnetische Verträglichkeit" (EMV) . Hierbei geht es um die gegenseitige elektromagnetische Beeinflussung von sendenden bzw. empfangenden Einrichtungen. Im Zusammenhang mit Zündspulen sind die Anforderungen im Bezug auf die EMV besonders kritisch, beispielsweise muss sichergestellt sein, dass die elektromagnetische Störaussendung der Zündspule mittelbar oder unmittelbar keinen oder nur einen akzeptabel geringen Einfluss auf den Radioempfang im Fahrzeug haben darf. Aufgrund der Gestaltung des von der Zündspule gebildeten, in der Regel offenen Magnetkreises und der verwendeten Wechselstromfrequenzen ist bei herkömmlichen Zündspulen eine hinreichende Dämpfung von elektromagnetischen Störaussendungen häufig nicht gegeben.
Eine Zündspule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE 199 27 820 G1 bekannt. Zum Stand der Technik wird ferner auf DE 199 09 211 AI verwiesen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und zugleich hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass innerhalb eines durch die äußere der beiden Wicklungen begrenzten Ringraumes eine elektrisch leitfähige, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Schicht mit mechanischen Dämpfungseigenschaften angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass durch die leitfähige Schicht, die zwischen Primär- und Sekundärspule angeordnet ist, eine deutliche Verringerung der elektromagnetischen StörausSendung erreicht werden kann, ohne dass sich die magnetischen Eigenschaften der Spule als solcher dezimieren. Dabei hat überraschender Weise die zwischen Primär- und Sekundärspule angeordnete leitfähige Schicht keinen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften der Zündspule, verhilft dieser aber zu einer erheblich verbesserten Abschirmwirkung.
Ferner ist vorgesehen, dass die Schicht als Sandwichstruktur bestehend aus mindestens zwei Teilschichten mit dazwischenliegender Zwischenschicht mit mechanischen Dämpfungseigenschaften ausgebildet ist.
Durch Gestaltung als Sandwichstruktur wird nicht nur die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert, sondern auch die Festigkeit der Zündspule. Durch die mechanische Abpolsterung sind Primär- und Sekundärspule gegeneinander nämlich in einer günstigen Weise verkoppelt.
Weitere bevorzugte Aus ührungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor . Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines
AusführungsbeiSpiels näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündspule nach dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2a einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 2b einen Schnitt entlang der Linie Ilb-IIb in Fig. 2a;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie III in Fig. 2a.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündspule, die in ihrem oberen Bereich einen Niederspannungsanschluss 10 aufweist, an der die Zündspule mit der erforderlichen Niederspannung beaufschlagt wird. In ihrem unteren Bereich weist die Zündspule einen Hochspannungsanschlussbereich 5 auf, in der ein Verbindungsabschnitt mit einer (nicht dargestellten) Zündkerze mündet .
Die Zündspule weist eine zylindrische Bauform auf. Im Inneren der Zündspule ist ein zylindrischer magnetischer Kern 6 ausgebildet, der aus geschichteten magnetischen Blechen, insbesondere Eisensiliziumblechen, besteht. Einzelne magnetische Bleche unterschiedlicher Breite sind so gestapelt und unter Isolation der einzelnen Bleche gegeneinander zum Kern 6 mit näherungsweise kreisförmiger Kontur verbunden. Der Kern 6 ist von einem Sekundarspulenkorper 4 umgeben, welcher eine Sekundärwicklung 3 trägt, die elektrisch mit dem Hochspannungsanschlussbereich 5 verbunden ist.. Die Verbindung der Sekundärwicklung 3 mit dem Hochspannungsanschlussbereich 5 erfolgt über einen im wesentlichen der Entstörung dienenden elektrischen Widerstand 11 und eine Gleichrichterdiode 12, welche in einem Gehäuse 13 untergebracht ist.
Der Sekundarspulenkorper 4 ist konzentrisch von einem Primarspulenkorper 2 umgeben, welcher eine Primärwicklung 1 trägt. Die Primärwicklung 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine dreilagige Wicklung. Die Spuleneinheit ist von einer Hülse 7 umgeben, welche aus einem elektrisch leitfähigen und gleichzeitig magnetisch leitfähigen Material, insbesondere Eisensiliziumblech, besteht.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Hülse 7 durch zwei gegeneinander isolierte rollgeformte magnetische Bleche gebildet. Der äußere Umkreis der Hülse 7 bildet gleichzeitig die äußere Peripherie der beschriebenen Zündspule. Die Hülse 7, die Primärwicklung 1, die Sekundärwicklung 3 und der Kern 6 bilden einen magnetischen Kreis zur Erzeugung der erforderlichen Zündenergie, mit der die Zündkerze beaufschlagt wird. Aus Gründen der Herabsetzung von Wirbelströmen im Bereich der magnetisch leitfähigen Hülse 7 ist diese mit einem durchgängigen Längsschlitz versehen. Entlang des Längsschlitzes erstreckt sich eine der Zuleitungen der Primärwicklung 1, und zwar diejenige, die im unteren Bereich der Primärwicklung 1 aus dem Primarspulenkorper 2 herausgeführt ist und ebenso wie die oberseitig aus dem Primarspulenkorper 2 herausgeführte Zuleitung mit dem Niederspannungsanschluss 10 verbunden sein muss. Die entlang des Längsschlitzes 8 verlaufende WicklungsZuleitung ist dabei über eine Isolationsschicht innerhalb des Schlitzbereichs fixiert, indem die Wicklungszuleitung in entsprechend geeignetem Einbettungsmaterial fixiert ist. Die Einbettung erfolgt vorzugsweise mittels Epoxydharz .
Der zwischen der Herausführung der Enden der Sekundärwicklung 3 und dem Hochspannungsanschluss 5 ausgebildete zylinderförmige Bereich dient zum einen zur Unterbringung des als Entstδrelement dienenden Widerstands 11 und zum anderen zur Unterbringung der Diode 12, durch welche eine Gleichrichtung des in die Zündkerze fließenden Stroms dahingehend erreicht wird, dass der negative Nutzimpuls für die Zündung durchgelassen, der positive störende Impuls jedoch unterdrückt wird.
Fig. 2a, b zeigen die zwischen den beiden Wicklungen 1,3 angeordnete Schicht 16, welche zur Herabsetzung von Wirbelströmen einen Längsschlitz 18 aufweist.
Fig. 3 zeigt den Aufbau der im Ringraum zwischen der Primär- und der Sekundärspule vorgesehenen Schicht 16 in Form einer Sandwichstruktur. Zwischen zwei leitfähigen Schichten 16a, 16b ist eine Zwischenschicht 17 mit mechanischen Absorptionseigenschaften ausgebildet, wobei • die Zwischenschicht 17 selbst auch leitfähige Partikel beinhaltet, die der Zwischenschicht 17 ebenfalls leitfähige Eigenschaften vermitteln.
Durch die Schicht 16 erhält die Zündspule einerseits eine verbesserte EMV-Verträglichkeit aufgrund verbesserter Abschirrwirkung und andererseits sind Primär- und Sekundarspulenkorper wesentlich besser gegeneinander „abgepolstert". Die Schicht 16 ist dabei mit dem Massepotential verbunden. So werden StörSpannungen, die kapazitiv von Sekundärwicklung auf die Primärwicklung überkoppeln könnten, elektrisch kurz geschlossen. Die Verbindung der Schicht 16 mit dem Massepotential erfolgt dadurch, dass eine der beiden Teilschichten 16a, 16b mit dem auf Massepotential liegenden Wicklungsbereich der Primärspule 1 elektrisch verbunden wird. Hierzu wird die Primärwicklung 1 an dem entsprechenden Wicklungsabschnitt abisoliert und durch Löten oder ähnliche Verbindungstechniken mit der zugeordneten Teilschicht kontaktiert. Alternativ dazu ist auch eine Verbindungstechnik möglich, bei der ein zusätzlicher Leiter vorgesehen ist, der die entsprechende Teilschicht 16a, 16b mit dem Wicklungsende der Primärspule 1 verbindet .

Claims

PAT ENTAN S P RÜCH E
1. Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Primärwicklung (1) tragenden, insbesondere zylindrischen, Primarspulenkorper (2) , einem Niederspannungsanschlussbereich (10) zum Anschließen der Primärwicklung (1) an eine Niederspannung, einer mit der Primärwicklung (1) induktiv gekoppelten, auf einem, insbesondere zylindrischen, Sekundarspulenkorper (4) angeordneten Sekundärwicklung (3) zum Bereitstellen einer Hochspannung für eine Zündkerze der Brennkraftmaschine, wobei Primarspulenkorper (2) und Sekundarspulenkorper (4) konzentrisch zueinander angeordnet sind, und einem Hochspannungsanschlussbereich (5) , in welchem die Sekundärwicklung (3) die Zündkerze kontaktiert, wobei innerhalb eines durch die äußere der beiden Wicklungen (1,3) begrenzten Ringraumes eine elektrisch leitfähige, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Schicht (16) mit mechanischen Dämpfungseigenschaften angeordnet ist,- dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch -leitfähige Schicht (16) als Sandwichstruktur bestehend aus mindestens zwei Teilschichten (16a, 16b) mit dazwischenliegender Zwischenschicht (17) mit mechanischen Dämpfungseigenschaften ausgebildet ist .
2. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (16) in einem zwischen Primärwicklung (1) und Sekundärwicklung (3) ausgebildeten Ringraum angeordnet ist, der die innere der beiden Wicklungen (1,3) umgibt.
3. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (16) einen innerhalb der inneren der beiden Wicklungen (1,3) angeordneten magnetischen Kern (6) umgibt.
4. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Teilschichten (16a, 16b) als Folie (16) ausgebildet ist .
5. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (17) elektrisch leitfähig ist.
6. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (17) elektrisch mit dem Massepotential der Zündspule verbunden ist.
7. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (16) einen in Längsrichtung der Zündspule verlaufenden Schlitz (18) aufweist.
8. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine regelmäßige Anordnung von Öffnungen aufweist, insbesondere in der Form eines Gitternetzes.
9. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (16) aus Flachmaterial gerollformt ist derart, dass sich an der Stoßstelle eine Überlappung des Materials ergibt.
10. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht (16) mit einer der beiden Wicklungen (1, 3) über separate Kontaktierungs ittel, insbesondere eine Zuleitung erfolgt, die die Schicht (16) und die betreffende Wicklung (1, 3) einschließen.
11. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht (16) mit einer der beiden Wicklungen (1, 3) durch direkte Kontaktierung eines leitfähigen Abschnittes der Schicht (16) mit einem abisolierten Abschnitt der betreffenden Wicklung (1, 3) erfolgt.
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