EP1542246B1 - Zündspule - Google Patents

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EP1542246B1
EP1542246B1 EP04025607.5A EP04025607A EP1542246B1 EP 1542246 B1 EP1542246 B1 EP 1542246B1 EP 04025607 A EP04025607 A EP 04025607A EP 1542246 B1 EP1542246 B1 EP 1542246B1
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EP
European Patent Office
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core
ignition coil
electrically conductive
conductive plastic
section
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Stefan Groezinger
Lothar Detels
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
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    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Definitions

  • the invention is based on an ignition coil of an ignition system of an internal combustion engine according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • Such an ignition coil (see, eg US 5,349,320 ) is known from practice and in particular represents a Kompaktzündspule for controlling a spark plug or a multi-coil for controlling at least two spark plugs of a working according to the Otto principle motor vehicle engine.
  • the ignition coil forms an energy storage and transformer, by means of which electrical energy of a comparatively low Supply voltage, which is usually provided by a DC electrical system of the motor vehicle in question, is converted into magnetic energy, which at a desired time at which an ignition pulse is to be delivered to serving to ignite a fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine, in a High voltage pulse is implemented.
  • the known Kompaktzündspule comprises a generally made of plastic coil housing, in which a magnetically active, so-called I-core of ferromagnetic material, for example, iron, is arranged.
  • the I-core may for example be formed cuboid or rod-shaped and is of a first, with the DC power supply, ie connected to a supply voltage, so-called primary winding and of a second, connected to the spark plug, so-called secondary winding enclosed.
  • the two windings are usually made of copper wire.
  • the known Kompaktzündspule also formed of a ferroelectric material, so-called peripheral core or O-core, which forms a magnetic circuit with the I-core and encloses the arrangement of the primary winding and the secondary winding.
  • the conversion of the voltage supplied by the DC on-board electrical system of the motor vehicle into a high voltage is such that a current flows through the primary winding, whereby a magnetic field is formed around this winding, which has a certain direction and is self-contained.
  • the built-up magnetic field is forced to turn by switching off the electric current, resulting in the secondary winding, which is formed close to the primary winding and has a much larger number of turns, a high electrical voltage.
  • the ignition coil discharges.
  • the high voltage, a spark current and a spark duration in the ignition of the fuel mixture fed into the combustion chamber of the internal combustion engine can be adapted to the respective requirements.
  • Kompaktzündspulen is located on opposite sides of the ignition coil between the O-core and the ignition coil each an air gap through which partial discharges of the O-core can be done, which are caused by the resultant between the O-core and the ignition coil electric field.
  • the air gap between the O-core and the ignition coil may make so large that a sufficient endurance resistance of the ignition coil is ensured. This is due to a minimal air gap between the non-overmolded O-core and the coil housing caused by the insufficient adhesion of the O-core to the housing made of plastic. This in turn leads to a high potential difference and an associated partial discharge of the O-core.
  • the invention has for its object to provide an ignition coil of the aforementioned type, in which a sufficient endurance resistance is guaranteed.
  • the ignition coil according to the invention of an ignition system of an internal combustion engine with the features according to the preamble of claim 1, wherein the ignition coil between the coil housing and the peripheral core at least partially at least one electrically conductive plastic portion is arranged, which is electrically connected to the peripheral core and free of air gap adjacent to the coil housing, has the advantage that at least in the areas in which the at least one plastic section is arranged, can build up between the Missionskem or O-core and the coil housing not effective over air electric field and so in these areas no partial discharge of O Kerns on the coil housing and thus no material degradation takes place. Rather, there is a reduced partial discharge over the shortest available air gap between the O-core and the coil housing.
  • the electrically conductive plastic portion may be connected by application of a spraying process with the made of plastic coil housing so that no air gap is formed between these two components.
  • the connection can be produced, for example, such that first the at least one electrically conductive plastic section is molded onto the peripheral core and then the circumferential core provided with the electrically conductive plastic section is injected into the coil housing.
  • the electrically conductive plastic portion covers the inside of the peripheral core at least partially, and preferably at least at the points where excessive material degradation could lead to failure of the ignition coil.
  • an electrically conductive plastic section in a plurality of areas each representing a pivot point of the housing.
  • the electrically conductive plastic portion has, for example, a thickness between 0.1 mm and 2.5 mm and preferably of about 0.5 mm. But it is also possible to make the electrically conductive plastic portion thinner and applied in the form of an optionally partially formed, thin electrically conductive plastic layer on the peripheral core or on the housing.
  • the electrically conductive plastic portion has a substantially U-shaped cross-section. After injecting the peripheral core provided with the plastic section into the coil housing, the base region of the electrically conductive plastic section can then be spaced from the peripheral core via a minimal air gap for production purposes, whereas the flanks of the plastic section abut the peripheral core and produce the electrical connection required for the potential equalization.
  • the electrically conductive plastic portion is thus arranged in a clip-like manner on the inside of the peripheral core and formed as a plastic body in this case.
  • an ignition coil 10 of an otherwise not shown ignition system of an engine designed as a gasoline engine of a motor vehicle is shown.
  • the ignition coil 10 is used to supply a spark plug also not shown here with high-voltage pulses, so that an air / fuel mixture contained in the combustion chamber of the internal combustion engine can be ignited.
  • the ignition coil 10 embodied as a compact ignition coil comprises a housing 12, which is made of an electrically insulating plastic 12 and in which a soft magnetic cuboid I-core 14 is arranged in a central position, which consists of a packetized sheet metal or layered electrical sheet.
  • the primary winding 18 is surrounded by a concentrically arranged, second bobbin 21, on which a copper wire formed, so-called secondary winding 22 is wound, which is connected to a connectable to the respective spark plug high-voltage terminal 24 of the ignition coil 10.
  • the I-core, the primary winding 18, the bobbin 21 and the secondary winding 22 form a structural unit, which is poured into casting resin not shown here in detail and is thus fixed in the housing 12.
  • the housing 12 is further surrounded at the level of the I-core 14 by a so-called peripheral core or O-core 26, which is also made of packetized sheet metal and is connected to the I-core to form a magnetic circuit.
  • O-core 26 At its side remote from the low-voltage connection 20, the O-core 26 has a screw-on eye 27, which serves for grounding.
  • the O-core 26 has a substantially rectangular floor plan and carries on its inside a plastic portion 28 formed of an electrically conductive plastic, which has a substantially U-shaped ground plan and a substantially U-shaped cross-section whose flanks form-fitting with the O -Kern 26 are in communication, so that an electrical contact between the O-core 26 and the plastic portion 28 is ensured.
  • the plastic portion 28 is due to the production spaced over a minimum air gap to the O-core.
  • the plastic section 28 molded onto the O-core 26 has, for example, a thickness of approximately 0.5 mm and is positively connected to the housing 12, ie. H. connected without air gap.
  • the electrically conductive plastic portion 28 may be formed in the form of an independent plastic body and locked, for example, as a prefabricated clip on the inside of the O-core 28.
  • the plastic portion 28 may also be formed in the form of a plastic layer, for example, by vapor deposition or by galvanic means, on the housing or the peripheral core.

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung geht von einer Zündspule einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
  • Eine derartige Zündspule (siehe z.B. US-5, 349, 320 ) ist aus der Praxis bekannt und stellt insbesondere eine Kompaktzündspule zur Ansteuerung einer Zündkerze oder auch eine Mehrfunkenspule zur Ansteuerung von mindestens zwei Zündkerzen einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine dar. Die Zündspule bildet einen Energiespeicher und Transformator, mittels dessen elektrische Energie einer vergleichsweise niedrigen Versorgungsspannung, die in der Regel durch ein Gleichspannungsbordnetz des betreffenden Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, in magnetische Energie umgewandelt wird, welche zu einem gewünschten Zeitpunkt, zu dem ein Zündimpuls an die zu einer Zündung eines Kraftstoffgemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine dienenden Zündkerze abgegeben werden soll, in einen Hochspannungsimpuls umgesetzt wird.
  • Die bekannte Kompaktzündspule umfasst ein in der Regel aus Kunststoff gefertigtes Spulengehäuse, in dem ein magnetisch wirksamer, sogenannter I-Kern aus ferromagnetischem Material, beispielsweise aus Eisen, angeordnet ist. Der I-Kern kann beispielsweise quader- bzw. stabförmig ausgebildet sein und ist von einer ersten, mit dem Gleichspannungsbordnetz, d. h. mit einer Versorgungsspannung verbundenen, sogenannten Primärwicklung und von einer zweiten, mit der Zündkerze verbundenen, sogenannten Sekundärwicklung umschlossen. Die beiden Wicklungen sind üblicherweise aus Kupferdraht gefertigt. Des Weiteren weist die bekannte Kompaktzündspule einen ebenfalls aus einem ferroelektrischen Material gebildeten, sogenannten Umfangskern bzw. O-Kern auf, der mit dem I-Kern einen magnetischen Kreis bildet und die Anordnung aus der Primärwicklung und der Sekundärwicklung umschließt.
  • Die Umwandlung der von dem Gleichspannungsbordnetz des Kraftfahrzeuges gelieferten Spannung in eine Hochspannung erfolgt derart, dass durch die Primärwicklung ein Strom fließt, wodurch ein Magnetfeld um diese Wicklung herum entsteht, welches eine bestimmte Richtung aufweist und in sich geschlossen ist. Zur Abgabe der gespeicherten elektrischen Energie in Form von Hochspannungsimpulsen wird das aufgebaute Magnetfeld durch Abschalten des elektrischen Stromes zu einer Richtungsänderung gezwungen, wodurch in der Sekundärwicklung, welche nahe an der Primärwicklung ausgebildet ist und eine sehr viel größere Windungszahl aufweist, eine elektrische Hochspannung resultiert. Durch die Umsetzung der nun elektrischen Energie an der Zündkerze bricht das zuvor aufgebaute Magnetfeld zusammen. Die Zündspule entlädt sich. In Abhängigkeit von der Auslegung der Sekundärwicklung können die Hochspannung, ein Funkenstrom und eine Funkendauer bei der Zündung des in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespeisten Kraftstoffgemisches den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
  • Insbesondere bei Kompaktzündspulen liegt an gegenüberliegenden Seiten des Zündspulengehäuses zwischen dem O-Kern und dem Zündspulengehäuse jeweils ein Luftspalt, über den Teilentladungen des O-Kerns erfolgen können, die durch das zwischen dem O-Kern und dem Zündspulengehäuse resultierende elektrische Feld hervorgerufen sind. Je schmäler diese Luftspalte sind, desto größer ist das herrschende elektrische Feld, was wiederum zu einer stärkeren Teilentladung und zu einem Materialabbau an dem Zündspulengehäuse bzw. anderen angrenzenden Bauteilen der Zündspule führen kann. Daher ist es bisher stets ein Bestreben, zur Verhinderung von Teilentladungen den Luftspalt zwischen dem O-Kern und dem Zündspulengehäuse möglichst groß auszuführen.
  • Insbesondere bei der Konstruktion kleiner Kompaktzündspulen kann es aus konstruktiven Gründen nicht mehr möglich sein, den Luftspalt zwischen dem O-Kern und dem Zündspulengehäuse so groß auszuführen, dass eine hinreichende Dauerlaufbeständigkeit der Zündspule gewährleistet ist. Dies ist durch einen minimalen Luftspalt zwischen dem nicht umspritzten O-Kern und dem Spulengehäuse bedingt, der durch die nicht hinreichende Haftung des O-Kerns an dem aus Kunststoff gefertigten Gehäuse entsteht. Dies führt wiederum zu einer hohen Potenzialdifferenz und einer damit verbundenen Teilentladung des O-Kerns.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule der einleitend genannten Gattung zu schaffen, bei der eine hinreichende Dauerlaufbeständigkeit gewährleistet ist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Zündspule einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welcher Zündspule zwischen dem Spulengehäuse und dem Umfangskern zumindest bereichsweise mindestens ein elektrisch leitfähiger Kunststoffabschnitt angeordnet ist, der mit dem Umfangskern elektrisch verbunden ist und luftspaltfrei an das Spulengehäuse grenzt, hat den Vorteil, dass sich zumindest in den Bereichen, in denen der mindestens eine Kunststoffabschnitt angeordnet ist, zwischen dem Umfangskem bzw. O-Kern und dem Spulengehäuse kein über Luft wirksames elektrisches Feld aufbauen kann und so in diesen Bereichen auch keine Teilentladung des O-Kerns über das Spulengehäuse und damit auch kein Materialabbau erfolgt. Vielmehr erfolgt eine reduzierte Teilentladung über die kürzeste zur Verfügung stehende Luftstrecke zwischen dem O-Kern und dem Spulengehäuse. Mittels des elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnittes ist diese jedoch im Vergleich zu einer Zündspule nach dem oben beschriebenen Stand der Technik, bei der ein Luftspalt zwischen dem O-Kern und dem Spulengehäuse vorhanden ist, verlängert und nach außen verlagert ausgeführt. Der O-Kern bzw. Umfangskern und der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt liegen auf dem gleichen elektrischen Potenzial.
  • Der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt kann durch Anwendung eines Spritzverfahrens so mit dem aus Kunststoff gefertigten Spulengehäuse verbunden sein, dass sich zwischen diesen beiden Bauteilen kein Luftspalt ausbildet. Die Verbindung kann beispielsweise so hergestellt werden, dass zunächst der mindestens eine elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt an den Umfangskern angespritzt und dann der mit dem elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitt versehene Umfangskern in das Spulengehäuse eingespritzt wird.
  • Durch den elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitt wird also der Luftspalt zwischen dem Umfangskern und den isolierenden Kunststoffbauteilen, insbesondere dem Spulengehäuse der Zündspule elektrisch eliminiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Zündspule nach der Erfindung überdeckt der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt die Innenseite des Umfangskerns zumindest bereichsweise, und zwar vorzugsweise zumindest an den Stellen, an denen ein übermäßiger Materialabbau zu einem Ausfall der Zündspule führen könnte. Es ist aber auch denkbar, in mehreren, jeweils eine Schwenkstelle des Gehäuses darstellenden Bereichen jeweils einen elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitt vorzusehen.
  • Der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt hat beispielsweise eine Dicke zwischen 0,1 mm und 2,5 mm und vorzugsweise von etwa 0,5 mm. Möglich ist es aber auch, den elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitt dünner auszubilden und in Form einer gegebenenfalls bereichsweise ausgebildeten, dünnen elektrisch leitfähigen Kunststoffschicht auf den Umfangskern oder auf dem Gehäuse aufzubringen.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform der Zündspule nach der Erfindung hat der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt. Nach dem Einspritzen des mit dem Kunststoffabschnitt versehenen Umfangskerns in das Spulengehäuse kann dann der Basisbereich des elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitts produktionstechnisch bedingt über einen minimalen Luftspalt zu dem Umfangskern beabstandet sein, wohingegen die Flanken des Kunststoffabschnitts an dem Umfangskern anliegen und die zum Potenzialausgleich erforderliche elektrische Verbindung herstellen. Der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt ist in diesem Falle also clipartig an der Innenseite des Umfangskerns angeordnet und als Kunststoffkörper ausgebildet.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Zündspule nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 eine Draufsicht auf eine Zündspule nach der Erfindung;
    • Figur 2 einen Schnitt durch die Zündspule nach Figur 1 entlang der Linie II-II in Figur 1; und
    • Figur 3 eine perspektivische Draufsicht auf einen mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitt versehenen O-Kern der Zündspule nach Figur 1.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In der Zeichnung ist eine Zündspule 10 einer ansonsten nicht näher dargestellten Zündanlage einer als Otto-Motor ausgelegten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die Zündspule 10 dient zur Versorgung einer hier ebenfalls nicht näher dargestellten Zündkerze mit Hochspannungsimpulsen, so dass ein im Brennraum der Brennkraftmaschine enthaltenes Luft/Kraftstoff-Gemisch entzündet werden kann.
  • Die als Kompaktzündspule ausgeführte Zündspule 10 umfasst ein Gehäuse 12, das aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff 12 gefertigt ist und in dem in zentraler Lage ein weichmagnetischer, quaderförmiger I-Kern 14 angeordnet ist, der aus einem paketierten Blech bzw. geschichteten Elektroblech besteht.
  • Um den magnetisch wirksamen I-Kern 14 herum ist ein aus Kunststoff bestehender Isolator 16 angeordnet, der als Spulenkörper für eine aus Kupferdraht gebildete, sogenannte Primärwicklung 18 dient, die über einen Niederspannungsanschluss 20 mit einem Gleichspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden ist und so mit einer Gleichspannung von beispielsweise 12 V versorgt werden kann.
  • Die Primärwicklung 18 ist von einem konzentrisch angeordneten, zweiten Spulenkörper 21 umgeben, auf den eine aus Kupferdraht gebildete, sogenannte Sekundärwicklung 22 aufgewickelt ist, die mit einem mit der betreffenden Zündkerze verbindbaren Hochspannungsanschluss 24 der Zündspule 10 verbunden ist.
  • Der I-Kern, die Primärwicklung 18, der Spulenkörper 21 und die Sekundärwicklung 22 bilden eine Baueinheit, die in hier nicht näher dargestelltes Gießharz eingegossen und so in dem Gehäuse 12 fixiert ist.
  • Das Gehäuse 12 ist des Weiteren in Höhe des I-Kerns 14 von einem sogenannten Umfangskern bzw. O-Kern 26 umschlossen, der ebenfalls aus paketiertem Blech bzw. geschichtetem Elektroblech hergestellt ist und mit dem I-Kern zur Bildung eines magnetischen Kreises verbunden ist. An seiner dem Niederspannungsanschluss 20 abgewandten Seite hat der O-Kern 26 ein Anschraubauge 27, das zur Massekontaktierung dient.
  • Der O-Kern 26 hat einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss und trägt an seiner Innenseite einen aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildeten Kunststoffabschnitt 28, der einen im Wesentlichen U-förmigen Grundriss und einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, dessen Flanken formschlüssig mit dem O-Kern 26 in Verbindung stehen, so dass eine elektrische Kontaktierung zwischen dem O-Kern 26 und dem Kunststoffabschnitt 28 gewährleistet ist. Im Bereich seiner Basis, d.h. an der Innenseite des O-Kerns 26, ist der Kunststoffabschnitt 28 herstellungsbedingt über einen minimalen Luftspalt zu dem O-Kern beabstandet.
  • Der an den O-Kern 26 angespritzte Kunststoffabschnitt 28 hat beispielsweise eine Dicke von etwa 0,5mm und ist mit dem Gehäuse 12 formschlüssig, d. h. luftspaltfrei verbunden.
  • Alternativ kann der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt 28 auch in Form eines eigenständigen Kunststoffkörpers ausgebildet und beispielsweise als vorgefertigter Clip an der Innenseite des O-Kerns 28 verrastet sein.
  • Der Kunststoffabschnitt 28 kann ebenfalls in Form einer Kunststoffschicht, hergestellt beispielsweise durch aufdampfen oder auf galvanischen Wege, auf dem Gehäuse oder dem Umfangskern ausgebildet sein.

Claims (8)

  1. Zündspule einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem aus isolierendem Kunststoff gefertigten Spulengehäuse (12), einem magnetisch wirksamen I-Kern (14), der von einer ersten, mit einer Versorgungsspannung verbundenen Spulenwicklung (18) und einer zweiten, mit einem Hochspannungsanschluss verbundenen Spulenwicklung (22) umschlossen ist, sowie einem mit dem I-Kern (14) einen magnetischen Kreis bildenden, die Anordnung aus der ersten (18) und der zweiten (22) Spulenwicklung umschließenden Umfangskern (26), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spulengehäuse (12) und dem Umfangskern (26) zumindest bereichsweise mindestens ein elektrisch leitfähiger Kunststoffabschnitt (28) angeordnet ist, der mit dem Umfangskern elektrisch verbunden ist und im Wesentlichen luftspaltfrei an das Spulengehäuse (12) grenzt.
  2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) die Innenseite des Umfangskerns (26) zumindest bereichsweise überdeckt.
  3. Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, dessen Flanken formschlüssig mit dem Umfangskern verbunden sind.
  4. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) an den Umfangskern (26) angeordnet ist.
  5. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) an dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
  6. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) eine Dicke zwischen 0,1 mm und 2,5 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 mm, aufweist.
  7. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) als Kunststoffkörper ausgebildet ist.
  8. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Kunststoffabschnitt (28) als Kunststoffschicht ausgebildet ist.
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