EP1706878B1 - Zündspule für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1706878B1
EP1706878B1 EP05701112.4A EP05701112A EP1706878B1 EP 1706878 B1 EP1706878 B1 EP 1706878B1 EP 05701112 A EP05701112 A EP 05701112A EP 1706878 B1 EP1706878 B1 EP 1706878B1
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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 Electronics GmbH
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H01F27/361—Electric or magnetic shields or screens made of combinations of electrically conductive material and ferromagnetic material
    • 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
    • H01F27/33—Arrangements for noise damping

Definitions

  • the invention relates to an ignition coil for an internal combustion engine having a primary winding supporting, in particular cylindrical, primary coil body, a low voltage terminal region for connecting the primary winding to a low voltage, an inductively coupled to the primary winding, arranged on a particular cylindrical secondary coil body secondary winding for providing a high voltage for a spark plug the internal combustion engine, wherein primary coil body and secondary coil body are arranged concentrically with each other, and a high voltage terminal region in which the secondary winding contacts the spark plug.
  • An ignition coil of this kind is from the DE 100 57 567 known.
  • the generic ignition coil is a so-called. "Rod coil for ignition systems of internal combustion engines," which has an elongated shape, so that it can be arranged in the available limited space in the engine block of the internal combustion engine. About the low voltage terminal region is applied to the primary winding to a primary voltage, which due to the inductive coupling between the primary and secondary winding as a step-up voltage on High voltage terminal area of the secondary winding is available and applied there the spark plug.
  • a magnetic circuit is formed by primary and secondary coil and the cylindrical magnetic core and the magnetically conductive sleeve. To avoid eddy current losses in the metallic conductive sleeve, this carries a continuous longitudinal slot, so that induced electrical eddy currents are reduced.
  • EMC electromagnétique compatibility
  • the requirements with regard to EMC are particularly critical, for example it must be ensured that the electromagnetic emission of the ignition coil may have no or only an acceptably small influence on the radio reception in the vehicle, directly or indirectly. Due to the design of the formed by the ignition coil, usually open magnetic circuit and the AC frequencies used in conventional ignition coils, a sufficient attenuation of electromagnetic emissions is often not given.
  • An ignition coil according to the preamble of claim 1 is made DE 199 27 820 C1 known.
  • US-A-3 436 704 a transformer is described which has an electrically conductive layer in the form of a sandwich structure consisting of two partial layers with an intermediate layer which has mechanical damping properties.
  • the prior art is further on DE 199 09 211 A1 directed.
  • the invention has for its object to improve an ignition coil of the type mentioned in terms of their electromagnetic compatibility (EMC) and at the same time in terms of their mechanical strength.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • This object is achieved in that within an area bounded by the outer of the two windings annular space an electrically conductive, substantially cylindrically shaped layer is arranged with mechanical damping properties, that the layer is formed as a sandwich consisting of at least two sub-layers with intervening intermediate layer with mechanical damping properties is and that the intermediate layer is electrically conductive.
  • the invention is characterized in that a significant reduction of the electromagnetic interference emission can be achieved by the conductive layer, which is arranged between the primary and secondary coil, without decimating the magnetic properties of the coil as such.
  • the conductive layer arranged between the primary coil and the secondary coil has no influence on the magnetic properties of the ignition coil, but this helps to achieve a significantly improved shielding effect.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of an ignition coil according to the invention, which has a low-voltage terminal 10 in its upper region, at which the ignition coil is subjected to the required low voltage. In its lower region, the ignition coil has a high-voltage connection region 5, in which a connection section opens with a spark plug (not shown).
  • the ignition coil has a cylindrical design. Inside the ignition coil, 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 and under insulation of the individual sheets mutually connected to the core 6 with 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 terminal region 5.
  • the secondary coil body 4 is concentrically surrounded by a primary coil body 2, which carries a primary winding 1.
  • the primary winding 1 is in the illustrated embodiment, 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 mutually insulated roll-formed magnetic sheets.
  • the outer circumference of the sleeve 7 simultaneously 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, with which the spark plug is acted upon. For reasons of reducing eddy currents in the region of the magnetically conductive sleeve 7, this is provided with a continuous longitudinal slot.
  • this is provided with a continuous longitudinal slot.
  • Longitudinal slot extends one of the leads of the primary winding 1, namely the one which is led out of the primary coil body 2 in the lower region of the primary winding 1 and just like the top side led out of the primary coil body 2 lead must be connected to the low voltage terminal 10.
  • the winding feed line running along the longitudinal slot is fixed via an insulating layer within the slot area by fixing the winding feed line in correspondingly suitable embedding material.
  • the embedding is preferably carried out by means of epoxy resin.
  • the cylindrical region formed between the lead-out of the ends of the secondary winding 3 and the high-voltage terminal 5 serves, on the one hand, to accommodate the resistor 11 serving as the suppressor element and, on the other hand, to accommodate the diode 12, by means of which a rectification of the current flowing into the spark plug is achieved. that the negative useful pulse for the ignition is transmitted, the positive disturbing pulse is suppressed.
  • Fig. 2a, b show the arranged between the two windings layer 1,3 16, which has a longitudinal slot 18 for reducing eddy currents.
  • Fig. 3 shows the structure of the provided in the annulus between the primary and the secondary coil layer 16 in the form of a sandwich structure.
  • an intermediate layer 17 is formed with mechanical absorption properties, wherein the intermediate layer 17 itself also contains conductive particles, which also give the intermediate layer 17 conductive properties.
  • the ignition coil receives on the one hand improved EMC compatibility due to improved shielding and on the other hand, primary and secondary coil body are much better against each other "padded".
  • the layer 16 is connected to the ground potential.
  • interference voltages which could capacitively couple over from the secondary winding to the primary winding, are electrically short-circuited.
  • the connection of the layer 16 to the ground potential is effected in that one of the two partial layers 16a, 16b is electrically connected to the winding region of the primary coil 1 lying at ground potential.
  • the primary winding 1 is stripped to the corresponding winding section and contacted by soldering or similar bonding techniques with the associated sub-layer.
  • a connection technique is possible in which an additional conductor is provided, which connects the corresponding sub-layer 16a, 16b with the winding end of the primary coil 1.

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Primärwicklung tragenden, insbesondere zylindrischen, Primärspulenkörper, einem Niederspannungsanschlussbereich zum Anschließen der Primärwicklung an eine Niederspannung, einer mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten, auf einem insbesondere zylindrischen Sekundärspulenkörper angeordneten Sekundärwicklung zum Bereitstellen einer Hochspannung für eine Zündkerze der Brennkraftmaschine, wobei Primärspulenkörper und Sekundärspulenkörper 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 C1 bekannt. In US-A-3 436 704 ist ein Transformator beschrieben, der eine elektrisch leitfähige Schicht in Form einer Sandwichstruktur bestehend aus zwei Teilschichten mit einer Zwischenschicht aufweist, die mechanische Dämpfungseigenschaften besitzt. Zum Stand der Technik wird ferner auf DE 199 09 211 A1 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, dass die Schicht als Sandwichstruktur bestehend aus mindestens zwei Teilschichten mit dazwischenliegender Zwischenschicht mit mechanischen Dämpfungseigenschaften ausgebildet ist und dass die Zwischenschicht elektrisch leitfähig 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.
  • 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 Ausführungsformen 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 IIb-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 Sekundärspulenkörper 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 Sekundärspulenkörper 4 ist konzentrisch von einem Primärspulenkörper 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 Primärspulenkörper 2 herausgeführt ist und ebenso wie die oberseitig aus dem Primärspulenkörper 2 herausgeführte Zuleitung mit dem Niederspannungsanschluss 10 verbunden sein muss. Die entlang des Längsschlitzes 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 Entstörelement 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 Abschirmwirkung und andererseits sind Primär- und Sekundärspulenkörper 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 au 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 (10)

  1. 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, 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 und dass, die Zwischenschicht (17) elektrisch leitfähig 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 elektrisch leitfähige Zwischenschicht (17) elektrisch mit dem Massepotential der Zündspule verbunden ist.
  6. 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.
  7. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine regelmäßige Anordnung von Öffnungen aufweist, insbesondere in der Form eines Gitternetzes.
  8. 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.
  9. 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 Kontaktierungsmittel, insbesondere eine Zuleitung erfolgt, die die Schicht (16) und die betreffende Wicklung (1, 3) einschießen.
  10. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, bis 8,
    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.
EP05701112.4A 2004-01-22 2005-01-21 Zündspule für eine brennkraftmaschine Not-in-force EP1706878B1 (de)

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