EP1111630A2 - Bar core ignition transformer for internal combustion engines - Google Patents

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EP1111630A2
EP1111630A2 EP00122757A EP00122757A EP1111630A2 EP 1111630 A2 EP1111630 A2 EP 1111630A2 EP 00122757 A EP00122757 A EP 00122757A EP 00122757 A EP00122757 A EP 00122757A EP 1111630 A2 EP1111630 A2 EP 1111630A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition transformer
ignition
magnetic
voltage
transformer according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00122757A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1111630A3 (en
Inventor
Linhard Niemetz
Wilfried Dr. Schmolla
Harald Winter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1111630A2 publication Critical patent/EP1111630A2/en
Publication of EP1111630A3 publication Critical patent/EP1111630A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a product with the features of the independent claim.
  • a generic pencil ignition transformer is known from US 5,632,259.
  • US 5,632,259 becomes a cylindrical pencil ignition transformer with a housing and a Integrated spark plug connector described, which is plugged directly onto the spark plug.
  • On central coil core is surrounded by a primary coil and a secondary coil.
  • a magnetic feedback surrounds both coils.
  • the central coil core is with a magnetic Bridge connected to the magnetic feedback.
  • To avoid eddy current losses are all parts that carry a magnetic flux formed as laminar sheets. Laminar sheets keep the eddy currents at conventional rates of change of the magnetic flux small. With very rapid changes in the river or with very However, high rates of magnetic flux change can affect the laminar sheets the eddy currents in the flux-carrying magnetic parts of the ignition transformer no longer suppress sufficiently. As a result, the flow changes very quickly Energy losses occur in the flow-carrying material. The efficiency of the ignition coil this decreases considerably.
  • the technical development in spark ignition engines is always going more compact ignition transformers.
  • the technical development favors the Individual treatment of each individual combustion chamber for itself.
  • the central provision of a Ignition voltage, which then with electrical or electronic circuits on the individual spark plugs is increasingly being replaced by ignition transformers generate the ignition voltage for each individual combustion chamber separately.
  • the achievable Compactness of these ignition transformers is of crucial importance.
  • the Required installation space for an ignition transformer should be the installation space required for expand a conventional spark plug as little as possible.
  • Ignition transformers must have a high voltage to initialize the ignition process of typically 30 kV. During the burning time of the ignition spark are sufficient however, typically around 500 V to maintain the spark. The ignition voltage of 30 kV is usually generated by the energy required for this is taken from the magmetic field of the ignition transformer. In the ignition transformer Eddy current losses that occur must also be in the form of magnetic energy be stored in the ignition transformer.
  • the object according to the invention is therefore to specify a pencil ignition transformer and an ignition unit, which can be built very compactly and which are also able to with as little stored energy as possible while avoiding eddy current losses to generate an ignition voltage of up to 30 kV at high flow rates.
  • the pencil-type ignition transformer according to the invention contains an integrated low-voltage connection to the electrical system supply and an integrated high-voltage connection to the spark plug in a housing.
  • the primary coil and the secondary coil are arranged in the housing around a central core made of ferromagnetic powder composite material.
  • a magnetic feedback is made of a highly permeable magnetic material with low eddy current losses.
  • the magnetic return is preferably formed from ferrite.
  • the powder composite material preferably has a relative magnetic permeability ⁇ R greater than 100, a specific electrical resistance ⁇ in the range from 0.5 ⁇ cm to 1 * 10 4 ⁇ cm and at 0.1 Tesla and 100 kHz specific magnetization losses of less than 100 ⁇ Ws / cm 3 (micro watt seconds per cubic centimeter).
  • Fig. 1 shows a pencil ignition transformer 1 with a housing 2.
  • a primary coil 4 is arranged in a core 3 made of ferromagnetic powder composite material.
  • a coil body 5 made of insulating material comprises the primary coil 4 and separates the Primary coil from the secondary coil 6, which is wound on the bobbin 5.
  • the bobbin 5 divides the windings of the secondary coil 6 into several by means of dividers 7 Chambers.
  • a high voltage connection 8 is via an electrical connection 9 to the secondary coil connected.
  • the primary coil can be connected to connecting lines 10 with control electronics not shown in FIG. 1 get connected.
  • the low voltage side of the secondary coil 6 can be connected via a connecting line 11 to electronics, not shown.
  • the High-voltage connection 8 is electrically insulated with a holder 12 in the housing and mechanically fixed.
  • the high-voltage connection 8 is preferably a high-voltage connector educated. This makes the pencil-type ignition transformer mechanically and electrically possible couple directly to a spark plug, not shown.
  • a rubber-like insulation body 13 closes the housing on the high-voltage side and insulates the pencil ignition transformer against the porcelain insulation of a spark plug, not shown, when the pencil ignition transformer is attached to a spark plug.
  • the primary coil 4 and the secondary coil 6 are surrounded by a cylindrical return 14 for the magnetic flux.
  • the magnetic feedback is formed from a highly permeable magnetic material with low eddy current losses.
  • the return 14 is advantageously formed from ferrite.
  • the return is made of ferromagnetic powder composite material.
  • ferromagnetic materials with a relative permeability ⁇ R greater than 100 are preferred.
  • the cavities in the housing of the pencil ignition transformer are from the low voltage side seen here up to the high voltage connection with a potting compound 15 high voltage resistant shed.
  • the cavities between housing 2, return 14, secondary coil 6, bobbin 5 and primary coil 4 with a potting compound 15 high voltage resistant shed are from the low voltage side seen here up to the high voltage connection with a potting compound 15 high voltage resistant shed.
  • FIG. 2 shows a pencil ignition transformer according to the invention from FIG. 1 with an additional one full magnetic bridge 17 on the low voltage side, the magnetic flux transfers in the magnetic return 14 to the central coil core 3, so that if possible, no magnetic flux extends into the vicinity of the pencil ignition transformer and no electromagnetic fields in the operation of the pencil ignition transformer Radiated around the pencil ignition transformer.
  • FIG. 3 shows a further development of the pencil ignition transformer from FIG. 2, which additionally has a has partial magnetic bridge 18 on the high voltage side of the pencil ignition transformer.
  • the partial bridge 18 guides the magnetic flux from the return on the high voltage side 14 on the central coil core 3 and thus supports the function of the full bridge 17 on the low voltage side.
  • Fig. 4 shows a development of Fig. 3 with an additional permanent magnet 19, the is integrated in the central coil core.
  • the magnetic Ignition transformer materials particularly magnetic feedback and the coil core can be influenced favorably in its hysteresis properties.
  • the permanent magnet 19 the magnetic materials of the ignition transformer become magnetic biased so that these materials can be more modulated before their achieve magnetic saturation.
  • the permanent magnet gives a reference field strength through its magnetic field with which the magnetic materials of the ignition transformer are biased become.
  • the storable Energy in the ignition transformer can be influenced in a targeted manner. The higher the materials in the B-H diagram (B: magnetic induction, H: magnetic field strength) a reference field strength can be controlled, the more magnetic energy can stored in the ignition transformer with unchanged size.
  • An integrated ignition unit 1 a is formed from one of the pencil ignition transformers from FIGS. 1 to 4, from an integrated electronic component IC and from a spark plug 21.
  • the electronic component IC is supplied with direct voltage on the low voltage side via the connections 22.
  • the DC voltage is generally taken from the vehicle electrical system.
  • the DC voltage is connected to the primary coil 4 of the pencil ignition transformer via the connecting pins 16.
  • a secondary voltage is generated in the secondary coil 6 of the pencil ignition transformer.
  • the voltage level of this secondary voltage can be set via the winding ratio of the primary coil to the secondary coil.
  • the interruption of the primary current of the pencil ignition transformer creates a self-induction voltage on the windings of the pencil ignition transformer. This self-induction voltage is used as the ignition voltage for the ignition spark and can increase on the secondary side up to 30 kV.
  • the secondary voltage is tapped from the secondary coil via the connecting line 9 and applied to the spark plug 21.
  • the spark plug directly connected to the secondary coil with a connecting line 9.
  • the connecting line 9 simultaneously forms the high-voltage connection 8.
  • a separate high-voltage connection 8, as shown in FIGS. 1 to 4, can then be omitted.
  • the high-voltage connection 8 is designed as a high-voltage plug, advantages can be achieved in the manufacture of the integrated ignition unit.
  • the pencil-type ignition transformer can first be connected to the spark plug 21 in the Housing 2 are plugged together, which gives the spark plug a temporary fixation.
  • This provisional fixation can then be done by potting the entire interior of the housing be fixed with a high-voltage-resistant casting compound.
  • the spark plug 21 directly without a preliminary fixation by a High-voltage plug embedded in the casting compound 15.
  • everyone else are Pour the housing cavities in a high-voltage-resistant manner using a potting compound (15).

Landscapes

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

Abstract

The device has a housing (2) in which a low voltage connection (16) and a high voltage connection (8) are integrated, a central coil core (3) non which a primary coil (4) is mounted, a coil bearer (5) enclosing the primary coil and carrying the secondary coil (6) and a magnetic feedback arrangement (14) of high permeability magnetic material with low eddy current losses. The central coil core is made of a ferromagnetic powder compound. Independent claims are also included for the following: a use of the transformer in ignition systems operated with a combination of self-induction and alternating voltage, an ignition unit and a use of the ignition unit in ignition systems operated with a combination of self-induction and alternating voltage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a product with the features of the independent claim.

Ein gattungsgemäßer Stabzündtransformator ist aus US 5,632,259 bekannt. In der US 5,632,259 wird ein zylinderförmiger Stabzündtransformator mit einem Gehäuse und einem integrierten Zündkerzenstecker beschrieben, der direkt auf die Zündkerze gesteckt wird. Ein zentraler Spulenkern wird von einer Primärspule und einer Sekundärspule umgeben. Eine magnetische Rückführung umgibt beide Spulen. Der zentrale Spulenkern ist mit einer magnetischen Brücke mit der magnetischen Rückführung verbunden. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten sind alle Teile, die einen magnetischen Fluß führen als Laminarbleche ausgebildet. Laminarbleche halten die Wirbelströme bei herkömmlichen Änderungsgeschwindigkeiten des magnetischen Flußes klein. Bei sehr schnellen Flußänderungen oder bei sehr hohen Änderungsgeschwindigkeiten des magnetischen Flußes können jedoch die Laminarbleche die Wirbelströme in den flußführenden magnetischen Teilen des Zündtransformator nicht mehr hinreichend unterdrücken. Das hat zur Folge, daß bei sehr schnellen Flußänderungen Energieverluste im flußführenden Material auftreten. Der Wirkungsgrad der Zündspule nimmt dadurch beträchtlich ab.A generic pencil ignition transformer is known from US 5,632,259. In the US 5,632,259 becomes a cylindrical pencil ignition transformer with a housing and a Integrated spark plug connector described, which is plugged directly onto the spark plug. On central coil core is surrounded by a primary coil and a secondary coil. A magnetic feedback surrounds both coils. The central coil core is with a magnetic Bridge connected to the magnetic feedback. To avoid eddy current losses are all parts that carry a magnetic flux formed as laminar sheets. Laminar sheets keep the eddy currents at conventional rates of change of the magnetic flux small. With very rapid changes in the river or with very However, high rates of magnetic flux change can affect the laminar sheets the eddy currents in the flux-carrying magnetic parts of the ignition transformer no longer suppress sufficiently. As a result, the flow changes very quickly Energy losses occur in the flow-carrying material. The efficiency of the ignition coil this decreases considerably.

Die technische Entwicklung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen geht hin zu immer kompakteren Zündtransformatoren. Außerdem favorisiert die technische Entwicklung die Einzelbehandlung jedes einzelnen Brennraumes für sich. Die zentrale Bereitstellung einer Zündspannung, die anschließend mit elektrischen oder elektronischen Schaltungen auf die einzelnen Zündkerzen verteilt wird, wird immer mehr ersetzt durch Zündtransformatoren, die die Zündspannung für jeden einzelnen Brennraum getrennt erzeugen. Hierbei kommt der erzielbaren Kompaktheit dieser Zündtransformatoren eine entscheidende Bedeutung zu. Der benötigte Bauraum für einen Zündtransformator sollte hierbei den benötigten Bauraum für eine herkömmliche Zündkerze lediglich möglichst gering erweitern.The technical development in spark ignition engines is always going more compact ignition transformers. In addition, the technical development favors the Individual treatment of each individual combustion chamber for itself. The central provision of a Ignition voltage, which then with electrical or electronic circuits on the individual spark plugs is increasingly being replaced by ignition transformers generate the ignition voltage for each individual combustion chamber separately. Here comes the achievable Compactness of these ignition transformers is of crucial importance. The Required installation space for an ignition transformer should be the installation space required for expand a conventional spark plug as little as possible.

Zündtansformatoren müssen für die Initialisierung des Zündvorgangs eine Hochspannung von typischerweise 30 kV bereitstellen. Während der Brenndauer des Zündfunkens genügen hingegen typischerweise etwa 500 V , um den Zündfunken aufrecht zu erhalten. Die Zündspannung von 30 kV wird überlicherweise erzeugt, indem die hierzu erforderliche Energie aus dem magmetischen Feld des Zündtransformators entnommen wird. Im Zündtransformator auftretende Wirbelstromverluste müssen hierbei zusätzlich in Form von magnetischer Energie im Zündtransformator eingespeichert werden.Ignition transformers must have a high voltage to initialize the ignition process of typically 30 kV. During the burning time of the ignition spark are sufficient however, typically around 500 V to maintain the spark. The ignition voltage of 30 kV is usually generated by the energy required for this is taken from the magmetic field of the ignition transformer. In the ignition transformer Eddy current losses that occur must also be in the form of magnetic energy be stored in the ignition transformer.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher einen Stabzündtransformator und eine Zündeinheitanzugeben, die jeweils sehr kompakt gebaut werden können und die zudem in der Lage sind, mit möglichst wenig gespeicherter Energie unter Vermeidung von Wirbelstromverlusten bei hohen Flußänderungsgeschwindigkeiten eine Zündspannung bis 30kV zu erzeugen.The object according to the invention is therefore to specify a pencil ignition transformer and an ignition unit, which can be built very compactly and which are also able to with as little stored energy as possible while avoiding eddy current losses to generate an ignition voltage of up to 30 kV at high flow rates.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are contained in the subclaims.

Der erfindungsgemäße Stabzündtransformator enthält in einem Gehäuse einen integrierten Niederspannungsanschluß zur Bordnetzversorgung hin und einen integrierten Hochspannungsanschluß zur Zündkerze hin. In dem Gehäuse sind die Primärspule und die Sekundärspule um einen zentralen Kern aus ferromagnetischem Pulververbundwerkstoff angeordnet. Eine magnetische Rückführung ist aus einem hochpermeablen Magnetwerkstoff mit geringen Wirbelstromverlusten gebildet. Vorzugsweise ist die magnetische Rückführung aus Ferrit gebildet. Der Pulververbundwerkstoff hat vorzugsweise eine relative magnetische Permeabilität µR größer als 100, einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ im Bereich von 0,5 Ωcm bis 1*104 Ωcm und bei 0,1 Tesla und 100 kHz spezifische Ummagnetisierungsverluste von weniger als 100 µWs/cm3 (Mikrowattsekunden pro Kubikzentimeter).The pencil-type ignition transformer according to the invention contains an integrated low-voltage connection to the electrical system supply and an integrated high-voltage connection to the spark plug in a housing. The primary coil and the secondary coil are arranged in the housing around a central core made of ferromagnetic powder composite material. A magnetic feedback is made of a highly permeable magnetic material with low eddy current losses. The magnetic return is preferably formed from ferrite. The powder composite material preferably has a relative magnetic permeability µ R greater than 100, a specific electrical resistance ρ in the range from 0.5 Ωcm to 1 * 10 4 Ωcm and at 0.1 Tesla and 100 kHz specific magnetization losses of less than 100 µWs / cm 3 (micro watt seconds per cubic centimeter).

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:

  • Durch den Pulververbundwerkstoff werden die Wirbelströme in den den magnetischen Fluß führenden Teilen auch bei hohen bis sehr hohen Flußänderungsgeschwindigkeiten, zuverlässig unterdrückt. Die Erfindung wird mit Vorteil eingesetzt bei Flußänderungsgeschwindigkeiten dΦ/dt größer oder gleich 15 V (Volt). In herkömmlichen Zündtransformatoren treten Flußänderungsgeschwindigkeiten von typischerweise 4 V auf. Durch den Einsatz des Pulververbundwerkstoffes wird der energetische Wirkungsgrad des Zündtransformators verbessert. Weiterhin muß im Zündtransformator weniger magnetische Energie gespeichert werden, um die Zündspannung von typischerweise 30 kV zu erzielen.
  • Werkstücke aus Pulververbundwerkstoff können als Pressteile geformt und hergestellt werden. Damit können diese Werkstücke zum einen kostengünstig hergestellt werden und es ist zum anderen auch möglich auf einfache Weise selbst aufwendige Formgebungen der Werkstücke zu realisieren.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung der magnetischen Rückführung aus Ferrit hat den Vorteil, daß die Rückführung gleichzeitig als elektrische Isolierung wirkt und dadurch der Aufwand für getrennte Isolierungen verringert werden kann. Dadurch kann mit Vorteil die Baugröße des Stabzündtransformators reduziert werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Stabzündtransformator oder eine erfindungsgemäße Zündeinheit mit einem Spulenkern aus ferromagnetischem Pulverbundwerkstoff und einer magnetischen Rückführung aus einem hochpermeablen Magnetmaterial mit geringen Wirbelstromverlusten eignet sich mit Vorteil für die Verwendung in Zündanlagen für Kraftfahrzeuge, bei denen der Zündtransformator mit möglichst wenig gespeicherter Energie eine Selbstinduktionsspannung bis zu 30kV erzeugt und anschließend mit Wechselspannung betrieben wird. Die Frequenz der Wechselspannung ist vorzugsweise größer als 10 kHz (kilo Hertz). Bei diesen Frequenzen ist die Vermeidung von Wirbelstromverlusten durch die verwendeten Magnetwerkstoffe besonders vorteilhaft.
The main advantages of the invention are as follows:
  • The powder composite material reliably suppresses the eddy currents in the parts carrying the magnetic flux even at high to very high flow change speeds. The invention is advantageously used at flow change velocities dΦ / dt greater than or equal to 15 V (volts). Flow rates of typically 4 V occur in conventional ignition transformers. The energetic efficiency of the ignition transformer is improved through the use of the powder composite. Furthermore, less magnetic energy has to be stored in the ignition transformer in order to achieve the ignition voltage of typically 30 kV.
  • Workpieces made of powder composite material can be shaped and manufactured as pressed parts. On the one hand, these workpieces can be produced inexpensively and, on the other hand, it is also possible in a simple manner to realize even complex shapes of the workpieces.
  • A preferred embodiment of the magnetic return made of ferrite has the advantage that the return acts at the same time as electrical insulation and the expenditure for separate insulation can thereby be reduced. This can advantageously reduce the size of the pencil ignition transformer.
  • A pencil ignition transformer according to the invention or an ignition unit according to the invention with a coil core made of ferromagnetic powder composite material and a magnetic return made of a highly permeable magnetic material with low eddy current losses is advantageously suitable for use in ignition systems for motor vehicles in which the ignition transformer has a self-induction voltage of up to 30 kV with as little stored energy as possible generated and then operated with AC voltage. The frequency of the AC voltage is preferably greater than 10 kHz (kilo Hertz). At these frequencies, the avoidance of eddy current losses due to the magnetic materials used is particularly advantageous.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1
schematisch ein Schnittbild des erfindungsgemäßen Stabzündtransformators mit einer Rückführung in Zylinderform,
Fig. 2
einen erfindungsgemäßen Stabzündtransformator mit einer Rückführung in Zylinderform und einer Vollbrücke auf der Niederspannungsseite,
Fig. 3
einen Stabzündtransformator mit einer Rückführung in Zylinderform und Vollbrücke auf der Niederspannungsseite und einer Teilbrücke auf der Hochspannungsseite,
Fig. 4
einen Stabzündtransformator mit einer Rückführung in Zylinderform und einem in den Spulenkern integrierten Permanentmagneten,
Fig. 5
eine integrierte Zündeinheit aus einem Stabzündtransformator und zusätzlicher Elektronik sowie einer Zündkerze.
Embodiments of the invention are illustrated below with reference to drawings and explained in more detail. Show it:
Fig. 1
schematically shows a sectional view of the pencil ignition transformer according to the invention with a feedback in cylindrical form,
Fig. 2
a pencil ignition transformer according to the invention with a feedback in the form of a cylinder and a full bridge on the low voltage side,
Fig. 3
a pencil ignition transformer with a feedback in cylindrical form and full bridge on the low voltage side and a partial bridge on the high voltage side,
Fig. 4
a pencil ignition transformer with a feedback in cylindrical form and a permanent magnet integrated in the coil core,
Fig. 5
an integrated ignition unit consisting of a pencil ignition transformer and additional electronics as well as a spark plug.

Fig. 1 zeigt einen Stabzündtransformator 1 mit einem Gehäuse 2. In dem Gehäuse 2 sind auf einem Kern 3 aus ferromagnetischem Pulververbundwerkstoff eine Primärspule 4 angeordnet. Ein Spulenkörper 5 aus isolierendem Material umfaßt die Primärspule 4 und trennt die Primärspule von der Sekundärspule 6, die auf den Spulenkörper 5 aufgewickelt ist. Der Spulenkörper 5 unterteilt die Wicklungen der Sekundärspule 6 durch Trennstege 7 in mehrere Kammern. Ein Hochspannungsanschluß 8 ist über eine elektrische Verbindung 9 mit der Sekundärspule verbunden.Fig. 1 shows a pencil ignition transformer 1 with a housing 2. In the housing 2 are on A primary coil 4 is arranged in a core 3 made of ferromagnetic powder composite material. A coil body 5 made of insulating material comprises the primary coil 4 and separates the Primary coil from the secondary coil 6, which is wound on the bobbin 5. The bobbin 5 divides the windings of the secondary coil 6 into several by means of dividers 7 Chambers. A high voltage connection 8 is via an electrical connection 9 to the secondary coil connected.

Die Primärspule kann mit Anschlußleitungen 10 mit einer in Fig. 1 nicht gezeigten Ansteuerelektronik verbunden werden. Ebenso kann die Niederspannungsseite der Sekundärspule 6 über eine Anschlußleitung 11 mit einer nicht gezeigten Elektronik verbunden werden. Der Hochspannungsanschluß 8 ist mit einer Halterung 12 in dem Gehäuse elektrisch isoliert und mechanisch fixiert. Vorzugsweise ist der Hochspannungsanschluß 8 als Hochspannungsstekker ausgebildet. Damit ist es möglich den Stabzündtransformator mechanisch und elektrisch direkt an eine nicht gezeigte Zündkerze anzukoppeln. Ein gummiartiger Isolationskörper 13 schließt das Gehäuse auf der Hochspannungsseite ab und isoliert den Stabzündtransformator gegen die Porzellanisolierung einer nicht gezeigten Zündkerze, wenn der Stabzündtransformator auf eine Zündkerze aufgesteckt wird.The primary coil can be connected to connecting lines 10 with control electronics not shown in FIG. 1 get connected. Likewise, the low voltage side of the secondary coil 6 can be connected via a connecting line 11 to electronics, not shown. The High-voltage connection 8 is electrically insulated with a holder 12 in the housing and mechanically fixed. The high-voltage connection 8 is preferably a high-voltage connector educated. This makes the pencil-type ignition transformer mechanically and electrically possible couple directly to a spark plug, not shown. A rubber-like insulation body 13 closes the housing on the high-voltage side and insulates the pencil ignition transformer against the porcelain insulation of a spark plug, not shown, when the pencil ignition transformer is attached to a spark plug.

Die Primäspule 4 und die Sekundärspule 6 werden von einer zylinderförmigen Rückführung 14 für den magnetischen Fluß umgeben. Die magnetische Rückführung ist in einer Ausführungsform aus einem hochpermeablen Magnetwerkstoff mit geringen Wirbelstromverlusten gebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Rückführung 14 mit Vorteil aus Ferrit gebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rückführung aus ferromagnetischem Pulververbundwerkstoff gefertigt. Bevorzugt sind für die Rückführung 14 ferromagnetische Werkstoffe mit einer relativen Permeabilität µR größer 100.The primary coil 4 and the secondary coil 6 are surrounded by a cylindrical return 14 for the magnetic flux. In one embodiment, the magnetic feedback is formed from a highly permeable magnetic material with low eddy current losses. In another embodiment, the return 14 is advantageously formed from ferrite. In a particularly preferred embodiment, the return is made of ferromagnetic powder composite material. For the return 14, ferromagnetic materials with a relative permeability μ R greater than 100 are preferred.

Die Hohlräume im Gehäuse des Stabzündtransformators sind von der Niederspannungsseite her gesehen bis zum Hochspannungsanschluß hin mit einer Vergußmasse 15 hochspannungsfest vergossen. Insbesondere sind die Hohlräume zwischen Gehäuse 2, Rückführung 14, Sekundärspule 6, Spulenkörper 5 und Primäspule 4 mit einer Vergußmasse 15 hochspannungsfest vergossen.The cavities in the housing of the pencil ignition transformer are from the low voltage side seen here up to the high voltage connection with a potting compound 15 high voltage resistant shed. In particular, the cavities between housing 2, return 14, secondary coil 6, bobbin 5 and primary coil 4 with a potting compound 15 high voltage resistant shed.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Stabzündtransformator aus Fig. 1 mit einer zusätzlichen magnetischen Vollbrücke 17 auf der Niederspannungsseite, die den magnetischen Fluß in der magnetischen Rückführung 14 auf den zentralen Spulenkern 3 überträgt, so daß sich möglichst kein magnetischer Fluß in die Umgebung des Stabzündtransformators erstreckt und auch beim Betrieb des Stabzündtransformators keine elektromagnetischen Felder in die Umgebung des Stabzündtransformators abgestrahlt werden.FIG. 2 shows a pencil ignition transformer according to the invention from FIG. 1 with an additional one full magnetic bridge 17 on the low voltage side, the magnetic flux transfers in the magnetic return 14 to the central coil core 3, so that if possible, no magnetic flux extends into the vicinity of the pencil ignition transformer and no electromagnetic fields in the operation of the pencil ignition transformer Radiated around the pencil ignition transformer.

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des Stabzündtransformators aus Fig. 2, der zusätzlich eine magnetische Teilbrücke 18 auf der Hochspannungsseite des Stabzündtransformators aufweist. FIG. 3 shows a further development of the pencil ignition transformer from FIG. 2, which additionally has a has partial magnetic bridge 18 on the high voltage side of the pencil ignition transformer.

Die Teilbrücke 18 führt auf der Hochspannungsseite den magnetischen Fluß von der Rückführung 14 auf den zentralen Spulenkern 3 und unterstützt somit in ihrer Funktion die Vollbrücke 17 auf der Niederspannungsseite.The partial bridge 18 guides the magnetic flux from the return on the high voltage side 14 on the central coil core 3 and thus supports the function of the full bridge 17 on the low voltage side.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der Fig. 3 mit einem zusätzlichen Permanentmagneten 19, der im zentralen Spulenkern integriert ist. Mit dem Permanentmagneten können die magnetischen Materialien des Zündtransformators, insbesondere die magnetischen Rückführung und der Spulenkern in ihren Hystereseeigenschaften günstig beeinflußt werden. Durch den Permanentmagneten 19 werden die magnetischen Materialien des Zündtransformators magnetisch vorgespannt, so daß diese Materialien höher ausgesteuert werden können, bevor sie ihre magnetische Sättigung erreichen. Der Permanentmagnet gibt durch sein Magnetfeld eine Bezugsfeldstärke vor, mit der die magnetischen Materialien des Zündtransformators vorgespannt werden. Je nach Stärke des Magnetfeldes des Permanentmagneten 19 kann die speicherbare Energie im Zündtransformator dadurch gezielt beeinflußt werden. Je höher die Materialien im B-H-Diagramm ( B: magnetische Induktion, H: magnetische Feldstärke) gegenüber einer Bezugsfeldstärke ausgesteuert werden können, je mehr magnetische Energie kann im Zündtransformator bei unveränderter Baugröße gespeichert werden.Fig. 4 shows a development of Fig. 3 with an additional permanent magnet 19, the is integrated in the central coil core. With the permanent magnet, the magnetic Ignition transformer materials, particularly magnetic feedback and the coil core can be influenced favorably in its hysteresis properties. Through the permanent magnet 19, the magnetic materials of the ignition transformer become magnetic biased so that these materials can be more modulated before their achieve magnetic saturation. The permanent magnet gives a reference field strength through its magnetic field with which the magnetic materials of the ignition transformer are biased become. Depending on the strength of the magnetic field of the permanent magnet 19, the storable Energy in the ignition transformer can be influenced in a targeted manner. The higher the materials in the B-H diagram (B: magnetic induction, H: magnetic field strength) a reference field strength can be controlled, the more magnetic energy can stored in the ignition transformer with unchanged size.

Fig. 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Eine integrierte Zündeinheit 1a ist gebildet aus einem der Stabzündtransformatoren aus den Fig. 1 bis 4, aus einem integrierten elektronischen Bauelement IC und aus einer Zündkerze 21.
Das elektronische Bauelement IC wird niederspannungsseitig über die Anschlüsse 22 mit Gleichspannung versorgt. Beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug wird die Gleichspannung in der Regel aus dem Bordnetz entnommen. Die Gleichspannung wird über die Anschlußstifte 16 auf die Primärspule 4 des Stabzündtransformators geschaltet. Hierdurch wird in der Sekundärspule 6 des Stabzündtransformators eine Sekundärspannung erzeugt. Das Spannungsniveau dieser Sekundärspannung kann über das Wicklungsverhältnis von Primärspule zu Sekundärspule eingestellt werden. Durch die Unterbrechung des Primärstromes des Stabzündtransformators entsteht an den Wicklungen des Stabzündtransformators eine Selbstinduktionsspannung. Diese Selbstinduktionsspannung wird als Zündspannung für den Zündfunken genutzt und kann sekundärseitig bis auf 30 kV anwachsen.5 shows a particularly preferred embodiment of the invention. An integrated ignition unit 1 a is formed from one of the pencil ignition transformers from FIGS. 1 to 4, from an integrated electronic component IC and from a spark plug 21.
The electronic component IC is supplied with direct voltage on the low voltage side via the connections 22. When used in a motor vehicle, the DC voltage is generally taken from the vehicle electrical system. The DC voltage is connected to the primary coil 4 of the pencil ignition transformer via the connecting pins 16. As a result, a secondary voltage is generated in the secondary coil 6 of the pencil ignition transformer. The voltage level of this secondary voltage can be set via the winding ratio of the primary coil to the secondary coil. The interruption of the primary current of the pencil ignition transformer creates a self-induction voltage on the windings of the pencil ignition transformer. This self-induction voltage is used as the ignition voltage for the ignition spark and can increase on the secondary side up to 30 kV.

Die Sekundärspannung wird über die Anschlußleitung 9 von der Sekundärspule abgegriffen und an die Zündkerze 21 angelegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde die Zündkerze direkt mit einer Anschlußleitung 9 mit der Sekundärspule verbunden. In diesem Fall bildet die Anschlußleitung 9 gleichzeitig den Hochspannungsanschluß 8. Ein separater Hochspannungsanschluß 8, wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, kann dann entfallen. Es ist jedoch auch möglich einen Stabzündtransformator mit separatem Hochspannungsanschluß 8 vorzusehen. Insbesondere wenn der Hochspannungsanschluß 8 als Hochspannungsstecker ausgebildet ist, können hierdurch bei der Fertigung der integrierten Zündeinheit Vorteile erzielt werden. In diesem Fall kann nämlich der Stabzündtransformator zunächst mit der Zündkerze 21 in dem Gehäuse 2 zusammengesteckt werden, wodurch die Zündkerze eine vorläufige Fixierung bekommt. Diese vorläufige Fixierung kann dann durch Vergießen des gesamten Gehäuseinneren mit einer hochspannungsfesten Vergußmasse gefestigt werden. In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zündkerze 21 direkt ohne vorläufige Fixierung durch einen Hochspannungsstecker in die Vergußmasse 15 eingebettet. Auch sind sämtlichen übrigen Gehäusehohlräume mit einer Vergußmasse (15) hochspannungsfest vergossen.The secondary voltage is tapped from the secondary coil via the connecting line 9 and applied to the spark plug 21. In the exemplary embodiment shown, the spark plug directly connected to the secondary coil with a connecting line 9. In this case the connecting line 9 simultaneously forms the high-voltage connection 8. A separate high-voltage connection 8, as shown in FIGS. 1 to 4, can then be omitted. However, it is also possible to provide a pencil ignition transformer with a separate high-voltage connection 8. In particular if the high-voltage connection 8 is designed as a high-voltage plug, advantages can be achieved in the manufacture of the integrated ignition unit. In In this case, the pencil-type ignition transformer can first be connected to the spark plug 21 in the Housing 2 are plugged together, which gives the spark plug a temporary fixation. This provisional fixation can then be done by potting the entire interior of the housing be fixed with a high-voltage-resistant casting compound. In the one shown in FIG The embodiment is the spark plug 21 directly without a preliminary fixation by a High-voltage plug embedded in the casting compound 15. Also everyone else are Pour the housing cavities in a high-voltage-resistant manner using a potting compound (15).

Claims (13)

Stabzündtransformator (1) mit einem Gehäuse (2), in das ein Niederspannungsanschluß (16) und ein Hochspannungsanschluß (8) integriert sind, mit einem zentralen Spulenkern (3), auf dem eine Primäspule (4) angeordnet ist, mit einem Spulenträger (5), der die Primärspule umschließt und auf dem eine Sekundärspule (6) angeordnet ist und mit einer magnetischen Rückführung (14) aus hochpermeablem Magnetwerkstoff mit geringen Wirbelstromverlusten,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zentrale Spulenkern (3) aus ferromagnetischem Pulververbundwerkstoff gebildet ist.Rod ignition transformer (1) with a housing (2) into which a low-voltage connection (16) and a high-voltage connection (8) are integrated, with a central coil core (3) on which a primary coil (4) is arranged, with a coil carrier (5 ), which surrounds the primary coil and on which a secondary coil (6) is arranged and with a magnetic return (14) made of highly permeable magnetic material with low eddy current losses,
characterized,
that the central coil core (3) is formed from ferromagnetic powder composite material. Stabzündtransformator, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsanschluß (8) als Hochspannungstecker ausgebildet ist.Rod ignition transformer, characterized in that the high-voltage connection (8) as High voltage plug is formed. Stabzündtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rückführung aus ferromagnetischem Werkstoff mit einer relativen Permeabilität größer als 100 gebildet ist.Rod ignition transformer according to claim 1, characterized in that the magnetic Feedback from ferromagnetic material with a relative permeability greater is formed as 100. Stabzündtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rückführung (14) aus Ferrit gebildet ist.Rod ignition transformer according to claim 1, characterized in that the magnetic Return (14) is formed from ferrite. Stabzündtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rückführung (14) aus ferromagnetischem Pulververbundwerkstoff gebildet ist.Rod ignition transformer according to claim 1, characterized in that the magnetic Return (14) is formed from ferromagnetic powder composite material. Stabzündtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenzeichnet, daß die magnetische Rückführung (14) auf der Niederspannungsseite über eine Vollbrücke (17) mit dem zentralen Spulenkern (3) magnetisch verbunden ist. Rod ignition transformer according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the magnetic feedback (14) on the low voltage side via a full bridge (17) is magnetically connected to the central coil core (3). Stabzündtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rückführung (14) auf der Hochspannungsseite über eine magnetische Teilbrücke (18) magnetisch mit dem zentralen Spulenkern (3) verbunden ist.Rod ignition transformer according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the magnetic feedback (14) on the high voltage side via a magnetic Partial bridge (18) is magnetically connected to the central coil core (3). Stabzündtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Spulenkern (3) einen Permanentmagneten (19) enthält.Rod ignition transformer according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the central coil core (3) contains a permanent magnet (19). Stabzündtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehohlräume, von der Niederspannungsseite her, bis zum Hochspannungsanschluß (8) hin mit einer Vergußmasse (15) hochspannungsfest vergossen sind.Rod ignition transformer according to one of claims 1 to 8, characterized in that the housing cavities, from the low voltage side, up to the high voltage connection (8) are cast with a potting compound (15) high voltage resistant. Verwendung des Stabzündtransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Zündanlagen, die mit einer Kombination von Selbstinduktion und Wechselspannung betrieben werden.Use of the pencil-type ignition transformer according to one of Claims 1 to 9 in ignition systems, which operate with a combination of self-induction and AC voltage become. Zündeinheit (1a) mit einem Stabzündtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem elektronischen Bauelement (IC) und einer Zündkerze (21),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stabzündtransformator und das elektronische Bauelement (IC) und die Zündkerze (21) in einem einzigen Gehäuse (2) angeordnet sind und eine integrierte Einheit bilden.Ignition unit (1a) with a pencil ignition transformer according to one of claims 1 to 9 and an electronic component (IC) and a spark plug (21),
characterized,
that the pencil ignition transformer and the electronic component (IC) and the spark plug (21) are arranged in a single housing (2) and form an integrated unit. Zündeinheit (1a) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das die Gehäusehohlräume mit einer Vergußmasse (15) vergossen sind.Ignition unit (1a) according to claim 10, characterized in that the housing cavities are potted with a potting compound (15). Verwendung der Zündeinheit nach einem der Ansprüche 11 oder 12 in Zündanlagen, die mit einer Kombination von Selbstinduktion und Wechselspannung betrieben werden.Use of the ignition unit according to one of claims 11 or 12 in ignition systems which operated with a combination of self-induction and AC voltage.
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