DE69505092T2

DE69505092T2 - Zündspule für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69505092T2
Application number: DE69505092T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Kariya-City Aichi-Pref. 448 Kawano; Masami Kariya-City Aichi-Pref. 448 Kojima; Kazutoyo Kariya-City Aichi-Pref. 448 Oosuka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2015-12-06
Also published as: DE69505092D1; CN1039444C; KR100246976B1; ES2122426T3; CN1132311A; US6353378B1; EP0716436A1; US20020057185A1; US6650221B2; KR960023758A; EP0716436B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit der Bauweise einer offenen magnetischen Bahn.
Herkömmlich gibt es viele bekannte Gestalten von Zündspulen, die Hochspannungen zu Zündkerzen von Brennkraftmaschinen zuführen.
Beispielsweise die Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-3-154 311, die dem Dokument EP 0 431 322 A1 entspricht, Hei-2-228 009 und Hei-3-13 621 schlagen eine zylindrische Zündspule vor.
Diese Art einer Zündspule sollte in einer Kerzenöffnung der Brennkraftmaschine unterbringbar sein. Um kräftige Zündfunken zu der Zündkerze zu liefern, muß deshalb die Zündspule in der Lage sein, genügend Energie zu erzeugen, während sie gleichzeitig eine kleine Abmessung hat.
Auf diese Weise wurde nach dem Stand der Technik die Verwendung von Vormagnetisierungen vorgeschlagen, aber deren alleinige Verwendung ist nicht genug, beide Anforderungen für eine Verkleinerung und eine Hochenergieabgabe auszugleichen.
Eine Verbesserung der Eisenkernform ist eine Technologie, die für eine Verkleinerung eines Transformators vorgeschlagen wurde. Beispielsweise die Offenlegungsschriften der Japanischen Patentanmeldungen Nr. Sho-50-88 532, Sho-51-38 642, Hei-3-165 505 offenbaren einen Eisenkern, dessen im wesentlichen kreisförmiger Querschnitt durch Stapeln verschiedener Silikonbleche gebildet wird.
Die herkömmliche Technologie war jedoch nicht in der Lage, das Verhältnis der durch den Eisenkern bedeckten Fläche mit der dafür vorgesehenen Fläche (die nachfolgend als Belegungsrate bezeichnet wird) anzuheben, und somit wurde kein hohes Niveau einer Verkleinerung erreicht.
Das Dokument US 3 137 832 offenbart eine geschichtete Magnetbauweise, wobei der Magnetkern von elektrischen Geräten aus flachen Schichten einer gleichförmigen Dichte hergestellt ist, wobei jede Schicht eine konstante Breite hat. Insbesondere wird sie auf elektrische Induktionsgeräte, wie beispielsweise Transformatoren oder dgl. bezogen, die aus Kernen eines magnetischen Materials bestehen, um einen Teil für einen magnetischen Fluß zu schaffen. Der Magnetkern ist mit einer polygonischen Querschnittsfläche aufgebaut, die sich einer idealen kreisförmigen Konfiguration nähert. Die Dicke jeder den Eisenkern bildenden Schicht ist geringer als ungefähr 0,3% der Dicke des Kernbeins. Auf der Grundlage des polygonischen Kernaufbaus des elektrischen Induktionsgeräts würden ungefähr 95% (theoretischer Wert) eines Umfangkreises durch das Kernmaterial belegt.
Angesichts der vorangegangenen Probleme des Stands der Technik, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zündspule zu schaffen, die eine geringe Größe hat und eine hohe Abgabeleistung.
Die vorliegende Erfindung zielt auch auf eine Abnahme der Größe und eine Erhöhung der Energieabgabe von schlanken zylindrischen Zündspulen. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Abnahme der Größe und einer Erhöhung der Energieabgabe der Zündspule durch Optimieren eines magnetischen Kreises, der für die schlanke zylindrische Zündspule verwendet wird. Außerdem zielt die vorliegende Erfindung auf eine Abnahme der Größe und einer Erhöhung der Energieabgabe der Zündspule durch Optimieren eines Eisenkerns der schlanken zylindrischen Zündspule.
Die vorstehenden Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschinenzündspule gelöst, wie in dem beigefügten Ansprüchen beigefügt ist.
Wenn auf diese Weise dieser Kern in einem Spulenkörper mit einer inneren Kontur enthalten ist, die dem Umfangskreis entspricht, wird der verschwendete Raum auf nicht mehr als 10% reduziert. Somit kann die Effizienz der elektrischen Spannungsumwandlung zwischen den Spulen verbessert werden, die auf den äußeren Umfang des Spulenkörpers gewickelt sind. Durch Formen des Kerns, daß er in den Spulenkörper eingesetzt werden kann, können die Metallbleche auch somit nur durch Einsetzen eines Zylinderstoppers zusammengehalten werden, dessen Durchmesser etwas kleiner als der des Umfangskreises ist, wobei keinerlei Notwendigkeit zum Befestigen durch Pressen oder dgl. besteht. Somit wird eine Bewegung der gestapelten Magnetbleche in der diametralen Richtung verhindert. Deshalb werden die Kosten gesenkt, weil keine Notwendigkeit für teuere Preßformen und dgl. besteht.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündspule, wobei die Vielzahl der gestapelten Metallbleche zumindest elf Breitenarten hat, wobei die Vielzahl der gestapelten Metallbleche zumindest 22 Bleche umfaßt; und wobei die Vielzahl der gestapelten Magnetfeldbleche nicht weniger als 95% der Fläche des Umfangskreises der Kanten der Bleche abdeckt. Auf diese Weise wird der verschwendete Raum für den Eisenkern auf nicht mehr als 5% reduziert.
Nach einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetblech mit einer Dicke von nicht größer als 0,5 mm mit anderen Magnetblechen mit derselben Dicke gestapelt. Auf diese Weise können Energieverluste aufgrund von Streuströmen reduziert werden, und somit werden Abfälle der Effizienz der elektrischen Spannungsumwandlung verhindert.
Nach noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Magnetbleche direktionale Silikonstahlbleche.
Nach noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Zündspule geschaffen, wobei eine Querschnittsfläche Sc des Magnetbahn bildenden Elements in der Durchmesserrichtung 39 ≤ Sc ≤ 54 ist und wobei der Spulengehäuseteil der Ummantelung einen Außendurchmesser von weniger als 24 mm hat.
Da auf diese Weise die Querschnittsfläche Sc des Magnetbahn bildenden Elements in der Durchmesserrichtung auf Sc 39 (mm²) eingerichtet ist, ist es möglich, die 30 mJ an elektrischer Energie zu erzeugen, die die Brennkraftmaschine fordert, und da die Querschnittsfläche Sc in der Durchmesserrichtung auf Sc ≤ 54 mm² ist, ist es möglich, den Außendurchmesser dabei auf weniger als 24 mm herzustellen. Somit ist es ohne eine Herstellung des äußeren Durchmessers von mehr als 24 mm möglich, die 30 mJ an elektrischer Energie zu erzeugen, die die Brennkraftmaschine fordert. Deshalb kann die Zündspule für eine Brennkraftmaschine in ein Kerzenrohr mit einem Innendurchmesser von 24 mm eingepaßt werden, und die zum Bewirken einer Funkenabgabe notwendige elektrische Energie kann einer Zündkerze zugeführt werden.
Ein zusätzlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündspule, wobei das Magnetbahn bildende Element einen Umfangskreis des Magnetbahn bildenden Elements definiert, wobei der Kreis einen Durchmesser von nicht mehr als 8,5 mm hat.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündspule, wobei das Magnetbahn bildende Element durch Stapeln stangenförmiger Magnetstahlbleche gebildet wird; und wobei die Magnetbahn Magnete hat, die an ihren beiden Enden angeordnet sind.
Auf diese Weise können Streustromverluste reduziert werden, weil das Magnetbahn bildende Element durch Schichten von Stahlblechen hergestellt ist. Infolgedessen gibt es die Wirkung des Erhöhens der elektrischen Energie, die in der Spule erzeugt wird.
Noch ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündspule, wobei Oberflächenenden des Magnetbahn bildenden Elements, das sich in Kontakt mit Magneten befindet, mit einem Spalt in einer Richtung versehen sind, die sich mit der Vielzahl der gestapelten Metallbleche schneidet, wobei die Vielzahl der gestapelten Metallbleche durch den Spalt miteinander verbunden ist.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Flächenverhältnis Sm der Endoberflächen der Magnete, die dem Magnetbahn bildenden Elements zugewandt sind, mit der Querschnittsfläche Sc des Magnetbahn bildenden Elements so eingerichtet ist, daß 0,7 SM/Sc ≤ 1,4 gilt.
Da auf diese Weise eine Vormagnetisierung aufgebracht wird, weil Magnete an beiden Enden des Magnetbahn bildenden Elements angeordnet sind und das Flächenverhältnis SM der Endoberflächen der Magnete, die dem Magnetbahn bildenden Element zugewandt sind, und die Querschnittsfläche Sc in der Durchmesserrichtung des Magnetbahn bildenden Elements auf SM/Sc 0,7 eingerichtet ist, wirkt ein Vormagnetisierungsfluß gut, und weil auch SM/Sc 1,4 eingerichtet ist, ist es möglich, den äußeren Durchmesser in diesem Fall kleiner als 24 mm herzustellen. Infolgedessen gibt es die Wirkung einer weiteren Erhöhung der elektrischen Energie, die in der Spule erzeugt wird, ohne dabei den äußeren Durchmesser größer als 24 mm herzustellen. Weil auch die nötige Anzahl von Magneten zwei ist, ist es auch möglich, die Anzahl der verwendeten Magnete mehr zu reduzieren als bei einer herkömmlichen Zündspule für eine Brennkraftmaschine, und es ist auch möglich, eine billige Zündspule für eine Brennkraftmaschine zu schaffen.
Ein zusätzlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, ist, daß die Spule entlang einer axialen Richtung des Magnetbahn bildenden Elements gewickelt ist, mit einem Verhältnis einer axialen Länge Lc des Magnetbahn bildenden Elements, mit einer Windungsbreite L der Spule, die so eingerichtet ist, daß gilt 0,9 ≤ Lc/L ≤ 1,2, und wobei die Windungsbreite L (mm) gleich 50 ≤ L ≤ 90 ist.
Weil auf diese Weise das Verhältnis der axialen Länge Lc des Magnetbahn bildenden Elements und der Wicklungsbreite L, über die die Spule gewickelt ist, auf Lc/L ≥ 0,9 eingerichtet ist, treten die Magnete, die an den beiden Enden des Magnetbahn bildenden Elements angeordnet sind, nicht stark in den Bereich der Spulenwicklungsbreite L ein, und eine Reduktion des wirksamen Flusses der Spule aufgrund des diamagnetischen Feldes der Magnete wird unterdrückt, und weil Lc/L auf Lc/L ≤ 1,2 eingerichtet ist, wird der Abstand der Magnete nicht zu groß bezüglich der Spulenwicklungsbreite L, und die Magnete können an den beiden Enden des Magnetbahn bildenden Elements in dem Bereich positioniert werden, indem ein Vormagnetisierungsfluß gut wirkt. Es ist auch möglich, die elektrische Energie weiter zu erhöhen, die in der Spule erzeugt wird, ohne dabei den äußeren Durchmesser zu erhöhen. Da infolgedessen in Übereinstimmung mit der zweiten Energiemenge, die die Brennkraftmaschine fordert, der äußere Durchmesser dabei kleiner als beispielsweise 24 mm eingerichtet werden kann, und die notwendige Anzahl Magneten eins sein kann oder eine Bauweise eingesetzt werden kann, die überhaupt keine Magnete verwendet, und durch diese Vorgehensweise kann eine billige Zündspule für eine Brennkraftmaschine geschaffen werden.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schafft eine Brennkraftmaschinenzündspule zum Zuführen einer Hochspannung zu einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine, wobei die Zündspule folgendes umfaßt: Eine Ummantelung, ein zylindrisches Magnetbahn bildendes Element, das in der Ummantelung untergebracht ist, und eine Spule, die innerhalb der Ummantelung untergebracht ist und an einem äußeren Umfang eines Eisenkerns des Magnetbahn bildenden Elements angebracht ist, und die eine Primärspule und eine Sekundärspule umfaßt, wobei eine Querschnittsfläche Sc (mm²) des Magnetbahn bildenden Elements senkrecht zu der Länge des Elements gleich 39 ≤ Sc ≤ 54 ist; und wobei ein äußerer Durchmesser des Spulengehäuseteils der Ummantelung weniger als 24 mm ist.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist, daß der Querschnitt des Magnetbahn bildenden Elements im wesentlichen eine kreisförmige Form hat, wobei sein Querschnitt einen Kreis definiert, der den Querschnitt umschreibt, und der einen Durchmesser von nicht mehr als 8,5 mm hat.
Ein zusätzlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündspule, wobei das Magnetbahn bildende Element durch Stapeln magnetischer Stahlbleche, mit unterschiedlicher Breite gebildet wird.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist, daß Magnete an beiden Enden des Magnetbahn bildenden Elements angeordnet sind.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Flächenverhältnis Sm der Endoberflächen der Magnete dem Magnetbahn bildenden Element zugewandt, wobei die Querschnittsfläche Sc des Magnetbahn bildenden Elements so eingerichtet ist, daß gilt 0,7 ≤ SM/Sc ≤ 1,4.
Noch ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist, daß die Spule entlang einer axialen Richtung des Magnetbahn bildenden Elements aufgewickelt ist, daß ein Verhältnis einer axialen Länge Lc des Magnetbahn bildenden Elements mit einer Wicklungsbreite L der Spule so eingerichtet ist, daß gilt 0,9 ≤ Lc/L ≤ 1,2, und für die Wicklungsbreite L (mm) gilt 50 ≤ L ≤ 90.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich, wobei:
Fig. 1A und 1B jeweils eine Querschnittsansicht und eine Seitenansicht eines Brennkraftmaschinenzündspulenkerns gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 2 einen Längsschnitt der Brennkraftmaschine zeigt, die mit einem Eisenkern des ersten Ausführungsbeispiels eingebaut ist;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Transformatoreinheit entlang einer Linie III-III in Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm der Abmessungen der Stahlbleche zeigt, die den Eisenkern des ersten Ausführungsbeispiels bilden;
Fig. 5 ein Magnetmodelldiagramm der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm einer Sekundärspule zeigt, die auf dem Eisenkern des ersten Ausführungsbeispiels angebracht ist;
Fig. 7 einen kennzeichnenden Verlauf des Flusses Nφ bezüglich des Primärspulenstroms I der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8 einen kennzeichnenden Verlauf der Primärenergie bezüglich dem Verhältnis der Querschnittfläche SM der Magnete mit der Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 9 einen kennzeichnenden Verlauf des Vormagnetisierungsflusses bezüglich dem Verhältnis der Länge L in der axialen Richtung mit der Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 10 eine kennzeichnende Kurve der Primärenergie bezüglich dem Verhältnis der Länge Lc in der axialen Richtung mit der Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 11A-C Änderungen des Eisenkerns des ersten Ausführungsbeispiels zeigen;
Fig. 12 ein erläuterndes Diagramm einer Eisenkernbelegungsrate der Blockteilungen pro Halbkreis eines umschreibenden Kreises des Eisenkerns zeigt;
Fig. 13 ein erläuterndes Diagramm einer Beziehung zwischen der Anzahl von Blockteilungen pro Halbkreis des umschreibenden Kreises des Eisenkerns und einem Verhältnis der Dicke von jeder Blockteilung bezüglich einem Durchmesser des umschreibenden Kreises zeigt;
Fig. 14 ein kennzeichnendes Diagramm einer Beziehung zwischen der Dicke der Stahlbleche zeigt, die den Eisenkern und eine Ausgangsspannung der Zündspule bilden;
Fig. 15 ein Diagramm der Schnittpositionen des Stahlblechmaterials für Stahlbleche mit unterschiedlichen Breiten zeigt;
Fig. 16 ein Diagramm von Bandmaterial zeigt, das durch Schneiden des Stahlblechmaterials unter Verwendung des Schneideverfahrens hergestellt wird;
Fig. 17 ein Diagramm der Schnittwalzen zeigt, die das Stahlblechmaterial bei dem Schneideverfahren schneiden;
Fig. 18 ein Diagramm des Schneidens des Stahlblechmaterials zeigt, um das Bandmaterial während dem Schneideverfahren herzustellen;
Fig. 19 ein Diagramm des Bündelns des Bandmaterials während dem Bündelungsverfahren zeigt;
Fig. 20 ein Diagramm der Fig. 19 in der Richtung des Pfeils XV zeigt;
Fig. 21 ein erläuterndes Diagramm des Stückeins des gebündelten Stapelmaterials während eines Stückelungsverfahrens zeigt;
Fig. 22 ein erläuterndes Diagramm des YAG-Laserschweißens des gestückelten Eisenkernmaterials während eines Laserschweißverfahrens zeigt;
Fig. 23 Fig. 22 aus der Richtung des Pfeils XVIII zeigt;
Fig. 24 ein perspektivisches Teildiagramm einer vierten Änderung des Eisenkerns des ersten Ausführungsbeispiels zeigt; und
Fig. 25 ein Diagramm der Positionen der Öffnungsteile zeigt, die in dem Eisenkernmaterial des Eisenkerns des ersten Ausführungsbeispiels gebaut sind.

Detaillierte Beschreibung der momentan bevorzugten beispielhaften Ausführungsbeispiele

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel einer Zündspule für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist unter Verwendung von Fig. 1-25 erläutert.
Fig. 1A und 1B zeigen eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Kerns 502 (der nachfolgend als Eisenkern bezeichnet wird). Dieser Eisenkern 502 wird in einem Transformatorteil 5 einer in Fig. 2 gezeigten Zündspule 2 verwendet.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, weist die Zündspule 2 für eine Brennkraftmaschine hauptsächlich folgendes auf: einen zylindrischen Transformatorteil 5, einen Steuerschaltkreisteil 7, der an einem Ende dieses Transformatorteils 5 positioniert ist, der einen Primärstrom des Transformatorteils 5 unterbricht, und einen Verbindungsteil 6, der an dem anderen Ende des Transformatorteils 5 positioniert ist, der eine Sekundärspannung zu einer (nicht gezeigten) Zündspule zuführt, die in dem Transformatorteil 5 erzeugt wird.
Die Zündspule 2 hat eine zylindrische Ummantelung 100, die aus einem Kunstharzmaterial hergestellt ist. Diese Ummantelung 100 hat einen äußeren Durchmesser von 23 mm und ist so bemessen, daß sie in den Innendurchmesser des in den Zeichnungen nicht gezeigten Kerzenrohrs paßt. Eine Gehäusekammer 102 ist in einer inneren Seite der Ummantelung ausgebildet. Die Gehäusekammer 102 enthält den Transformatorteil 5, der Hochspannungen erzeugt, den Steuerschaltkreis 7 und ein isolierendes Öl 29, das die Umgebung des Transformatorteils 5 füllt. Ein oberes Endteil der Gehäusekammer ist mit einem Verbinder 9 für eine Steuersignaleingabe versehen, während ein unterer Endteil der Gehäusekammer 102 einen Unterteil 104 hat, der durch den Unterteil einer Kappe 15 abgedichtet ist, die später beschrieben wird. Eine äußere Umfangswand dieser Kappe 15 ist durch den Verbindungsteil 6 bedeckt, der an dem unteren Ende der Ummantelung 100 positioniert ist.
Ein zylindrischer Teil 105, der eine (nicht gezeigte) Zündkerze aufnimmt, ist in dem Verbindungsteil 6 ausgebildet, und eine Kerzenkappe 13, die aus Gummi hergestellt ist, ist auf ein oberes Ende dieses zylindrischen Teils 105 aufgepaßt. Die Metallkappe 15, die als ein leitendes Element wirkt, ist in das Kunstharzmaterial der Ummantelung 100 in dem Unterteil 104 eingesetzt und vergossen, der an dem oberen Ende des zylindrischen Teils 105 positioniert ist. Infolgedessen sind die Gehäusekammer 102 und der Verbindungsteil 6 so geteilt, daß es keinen Austausch von Flüssigkeiten zwischen den beiden gibt.
Eine durch den Unterteil der Kappe 15 begrenzte Feder 17 ist eine Schraubendruckfeder. Ein Elektrodenteil einer (nicht gezeigten) Zündkerze stellt einen elektrischen Kontakt mit dem anderen Ende der Feder 17 her, wenn die Zündkerze in den Verbindungsteil 6 eingesetzt ist.
Der Träger, der für die Montage der Zündspule 2 verwendet wird, ist einstückig mit der Ummantelung 100 ausgebildet und hat einen darin vergossenen Bund 21. Die Zündspule 2 für eine Brennkraftmaschine ist an einem (nicht gezeigten) Zylinderkopfdeckel durch einen Bolzen fixiert, der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist und der so angeordnet ist, daß er durch diesen Bund 21 verläuft.
Der Verbinder 9 für die Steuersignaleingabe umfaßt ein Verbindergehäuse 18 und Verbinderstifte 19. Das Verbindergehäuse 18 ist einstückig mit der Ummantelung 100 ausgebildet. Drei Verbinderstifte 19, die innerhalb dem Verbindergehäuse 18 plaziert sind, treten durch die Ummantelung durch und sind durch Einsetzen dieser in das Verbindergehäuse 18 so ausgebildet, daß sie von der Außenseite aus verbindbar sind.
Ein Ausschnitt 100a ist an einem oberen Teil der Ummantelung 100 zum Unterbringen des Transformatorteils 5, des Steuersignalteils 7, von isolierendem Öl 29 und dgl. in der Gehäusekammer 102 ausgebildet. Der Ausschnitt 100a wird durch einen O-Ring 32 dicht verschlossen. Darüber hinaus ist eine metallische Kappe 33 an dem oberen Teil der Ummantelung fixiert, um die Oberfläche der Strahlungsmaterialkappe 31 zu bedecken.
Der Transformatorteil 5 weist einen Eisenkern 502, Magnete 504, 506, einen Sekundärspulenkörper 510, eine Sekundärspule 512, einen Primärspulenkörper 514 und eine Primärspule 516 auf.
Wie in Fig. 1 und 4 gezeigt ist, ist der zylindrische Eisenkern 502 durch Stapeln direktionaler Silikonstahlbleche (die nachfolgend als Stahlbleche bezeichnet werden) zusammengesetzt, die dieselbe Länge haben, aber unterschiedliche Breiten, so daß ihr kombinierter Querschnitt im wesentlich kreisförmig wird. Kurz werden, wie in Fig. 1A und 4 gezeigt ist, für die streifenartigen Stahlbleche, deren Breite W ist, 13 Arten von Breiten als W gewählt zwischen 2,0-7,2 mm, wobei die Stahlbleche mit erhöhter Breite aufeinander gestapelt werden von einem Stahlblech 501a mit einer geringsten Breite von 2,0 mm, dann Stahlbleche 501b, 501c, 501d, 501e, 501f, 5018, 501h, 5011, SOlj, 501k, 5011, bis zum Stahlblech 501 m, das eine größte Breite von 7,2 mm hat, so daß ein Querschnitt dieser gestapelten Stahlbleche im wesentlichen eine halbkreisförmige Form hat. Darüber hinaus werden auf die Oberseite des Stahlblechs 501 m Stahlbleche 501n, 5010, 501p, 501q, 501r, 501 s, 501t, 501u, 501v, 501w, 501x, 501y einer abnehmenden Breite bis zum Stahlblech 5012 gestapelt, das die geringste Breite von 2,0 mm hat, so daß ein Querschnitt von allen diesen gestapelten Stahlblechen im wesentlichen eine kreisförmige Form hat. Wenn bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedes Stahlblech 501a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s, t, u, v, w, x, y, z, (die zusammen nachfolgend als Stahlbleche 501a-z bezeichnet werden) eine Dicke von 0,27 mm hat, wird der Durchmesser des umschreibenden Kreises des Eisenkerns 502 7,2 mm, und so wird eine Belegungsrate des Eisenkerns 502 bezüglich dem umschreibenden Kreis nicht weniger als 95%.
Durch Schweißen von Endteilen 502a und 502b durch ein später diskutiertes Laserschweißverfahren werden die Stahlbleche 501a-z miteinander verbunden, die den Eisenkern 502 bilden. Die Magnete 504, 506, die Polaritäten in einer zu der Richtung des durch die Erregung der Spule erzeugten Flusses entgegengesetzten Richtung haben, werden jeweils an beiden Enden dieses Eisenkerns 502 unter Verwendung eines Klebebandes fixiert.
Diese Magnete 504, 506 bestehen beispielsweise aus Samarium- Kobalt-Magneten, aber durch Einrichten der Dicke T der Magnete 504, 506 auf beispielsweise mehr als 2,5 mm, können auch Neodymium-Magnete verwendet werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Das kommt daher, weil der Aufbau einer sogenannten halb geschlossenen Magnetbahn mittels eines Hilfskerns 508, der auf die äußere Seite des Primärspulenkerns 514 (der später weiter diskutiert wird) aufgepaßt ist, das diamagnetische Feld, das auf die Magnete 504, 506 wirkt, um 2 bis 3 kOe (kilo-Oersteds) reduziert, das weniger als das einer geschlossenen Magnetbahn ist. Unter Verwendung von Neodymium-Magneten für die Magnete 504, 506 kann eine Zündspule 2 mit niedrigen Kosten aufgebaut werden, die selbst bei einer Temperatur von 150ºC verwendbar ist.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der Sekundärspulenkörper 510, der als ein Spulenkern dient, aus Kunstharz gegossen und in der Form eines Zylinders ausgebildet mit einem Unterteil und Flanschabschnitten 510a, b an seinen Enden. Der Eisenkern 502 und der Magnet 506 sind innerhalb dieses Sekundärspulenkörpers 510 untergebracht, und die Sekundärspule 512 ist auf den äußeren Umfang des Sekundärspulenkörpers 510 aufgewickelt. Ein Inneres des Sekundärspulenkörpers 510 hat eine Eisenkerngehäuseöffnung 510d, die im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt hat. Das untere Ende des Sekundärspulenkörpers ist im wesentlichen durch einen Unterteil 510c abgeschlossen.
Eine Abschlußplatte 34, die mit einer (nicht gezeigten) Führungsleitung elektrisch verbunden ist und die von einem Ende der Sekundärspule 512 abgezogen ist, ist an dem Unterteil 510c des Sekundärspulenkörpers 510 fixiert. Eine Feder 27 zum Herstellen eines Kontakts mit der Kappe 15 ist an dieser Abschlußplatte 34 fixiert. Die Abschlußplatte 34 und die Feder 27 wirken als spulenkörperseitige Leitungselemente, und eine in der Sekundärspule 512 induzierte Hochspannung wird dem Elektrodenteil der (nicht gezeigten) Zündkerze über die Abschlußplatte 34, die Feder 27, die Kappe 15 und die Feder 17 zugeführt. Es ist auch ein rohrartiger Teil 510f, der konzentrisch mit dem Sekundärspulenkörper 510 ist, an einem entgegengesetzten Ende 510c des Sekundärspulenkörpers 510 ausgebildet.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Eisenkern, der an einem Endteil den fixierten Magneten 506 hat, in die Eisenkerngehäuseöffnung 510d des Sekundärspulenkörpers 510 eingesetzt. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist die Sekundärspule 512 um den äußeren Umfang des Sekundärspulenkörpers 510 gewickelt. Hier soll angemerkt werden, daß, während die den Eisenkern 502 bildenden Stahlbleche 501a-z durch YAG-Laserschweißen fixiert sind, auch andere Verfahren zum Zusammenhalten der Stahlbleche 501a-z verwendet werden können. Beispielsweise können die Stahlbleche 501a-z auch durch Anhängen von kreisartigen Binderingen an den Endteilen 502a, 502b des Eisenkerns 502 fixiert werden. Darüber hinaus würde auch das Herstellen des inneren Durchmessers der Eisenkerngehäusekammer 510d, die innerhalb dem Sekundärspulenkörper 510 ausgebildet ist, kleiner als den äußeren Durchmesser des Eisenkerns und Bedecken des Ausschnitts der Eisenkerngehäusekammer 510, wenn der Eisenkern eingesetzt wird, auch die Stahlbleche 510a-z fixieren.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der aus Kunstharz gegossene Primärspulenkörper 514 in der Form eines Zylinders mit einem unteren und einem Flanschabschnitt 514a, b an seinen beiden Enden ausgebildet, wobei das obere Ende des Primärspulenkörpers 514 im wesentlichen durch einen Verschlußteil 514a abgeschlossen ist. Die Primärspule 516 ist auf den äußeren Umfang dieses Primärspulenkörpers 514 aufgewickelt.
Ein rohrartiger Teil 514f, der konzentrisch mit der Mitte des Primärspulenkörpers 514 ist und sich zu dem unteren Ende des Primärspulenkörpers 514 hinauf erstreckt, ist in dem Deckelteil 514c ausgebildet. Wenn der rohrartige Teil 514f, der Sekundärspulenkörper 510 und der Primärspulenkörper 514 zusammengesetzt werden, ist der rohrartige Teil 514f so positioniert, daß er innerhalb dem rohrartigen Teil 510f des Sekundärspulenkörpers 510 konzentrisch ist. Infolgedessen ist der Eisenkern 502 mit den Magneten 504, 506 an beiden Enden zwischen dem Verschlußteil 514a des Primärspulenkörpers 514 und dem unteren Teil 510a des Sekundärspulenkörpers 510 "sandwich"- artig angeordnet, wenn der Primärspulenkörper 514 und der Sekundärspulenkörper 510 zusammengesetzt werden.
Der Steuerschaltkreisteil 7 weist einen Leistungstransistor, der der Primärspule 516 zeitweilig aussetzend Strom zuführt, und einen kunstharzvergossenen Steuerschaltkreis auf, der eine Zündeinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals dieses Leistungstransistors ist. Eine separate Wärmeableiteinrichtung ist an dem Steuerschaltkreis 7 fixiert, um Wärme von dem Leistungstransistor und dgl. freizugeben.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der äußere Umfang des Primärspulenkörpers 514, auf den die Primärspule 516 aufgewickelt ist, mit einem Hilfskern 508 montiert, der einen Schlitz 508a hat. Dieser Hilfskern 508 ist durch Walzen eines dünnen Silikonmetallblechs zu einem Rohr hergestellt, und dann wird der Schlitz 508a entlang dessen axialer Richtung so ausgebildet, daß der Beginn des gewalzten Blechs keinen Kontakt mit dem Ende des gewalzten Blechs hat. Der Hilfskern 508 erstreckt sich von dem äußeren Umfang des Magneten 504 zu dem äußeren Umfang des Magneten 506 hinauf. Auf diese Weise werden entlang der Umfangsrichtung des Hilfskerns 508 erzeugte Streuströme reduziert.
Übrigens kann der Hilfskern 508 auch beispielsweise unter Verwendung von zwei Blechen eines Stahlblechs mit einer Dicke von 0,35 mm gebildet werden.
Als nächstes wird die durch die Primärspule 516 der Zündspule 2 notwendige elektrische Energie (die nachfolgend als "Primärenergie" bezeichnet wird) erläutert.
Normalerweise muß eine elektrische Energie von mehr als 20 mJ (Millijoule) zu der Zündkerze zugeführt werden, um ein Gasgemisch mit einem durch eine Zündkerze abgegebenen Funken zu entzünden. Um das zu erreichen, muß in Anbetracht eines Energieverlusts von 5 mJ aufgrund der Zündkerze und in Anbetracht einer zusätzlichen Sicherheitszugabe die Sekundärspule 512 mindestens 30 mJ elektrische Energie erzeugen (nachfolgend wird die in der Sekundärspule 512 erzeugte elektrische Energie als die "Sekundärenergie" bezeichnet).
Im diesem Zusammenhang wird auf der Grundlage des in Fig. 5 gezeigten Magnetismusmodells eine Berechnung der in der Primärspule 516 notwendigen Primärenergie unter Verwendung einer Magnetfeldanalyse ausgeführt auf der Grundlage einer Finite- Elemente-Methode (die nachfolgend als "FEM-Magnetfeldanalyse" bezeichnet wird). Die Primär- und Sekundärenergiewerte werden auch durch Versuche erhalten, und aus diesen Ergebnissen wird eine Studie über die notwendigen Bedingungen der Sekundärenergie durchgeführt, um 30 mJ zu erreichen.
Hier kann die Primärenergie durch Erhalten der Fläche der gestrichelten Fläche S berechnet werden, die in Fig. 7 gezeigt ist. Insbesondere wird die Gleichung 1 unter Verwendung einer FEM-Magnetfeldanalyse berechnet.
In Gleichung 1 stellt W die Primärenergie [J] dar, N ist die Anzahl der Wicklungen der Primärspule, I ist der Primärspulenstrom [A] und φ ist der Primärspulenfluß [Wb].
Durch Versuche hat sich auch bestätigt, daß eine primäre Energie von 36 mJ in der Primärspule 516 erzeugt werden muß, um eine sekundäre Energie von 30 mJ in der Sekundärspule 512 zu erzeugen.
Die Ergebnisse der FEM-Magnetfeldanalyse, die auf der Grundlage des in Fig. 5 gezeigten magnetischen Modells ausgeführt werden, sind in Fig. 8-10 gezeigt. Die Eigenschaften der Primärenergie und des Vormagnetisierungsflusses sind mit der Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns 502, der Länge Lc in der axialen Richtung des Eisenkerns 502 und der Querschnittsfläche SM der Magnete 504, 506 als Parameter gezeigt.
Die Eigenschaften der in Fig. 8 gezeigten Primärenergie werden durch Ändern des Verhältnisses der Querschnittsfläche SM der Magnete 504, 506 mit der Querschnittsfläche 5c des Eisenkerns 502 erhalten, wobei ein Strom von 6,5 A durch eine Primärspule 516 mit 220 Wicklungen fließt. Hier in Fig. 8 wurde der gestrichelte Abschnitt durch eine Abschätzung erhalten, bei dem eine Datenaufzeichnung nicht ausgeführt wurde.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, erhöht sich die Primärenergie zusammen mit der Erhöhung des Verhältnisses SM/Sc. Die Primärenergie erhöht sich auch mit größeren Sc Werten. Das kommt daher, weil der Vormagnetisierungsfluß um so besser wirkt, je größer SM/Sc ist, was aufgrund der Magnete 504, 506 zustande kommt, die an beiden Enden des Eisenkerns 502 angeordnet sind, der einen Teil der magnetischen Bahn bildet. Es ist auch ersichtlich, daß, wie vorstehend beschrieben ist, um eine Primärenergie zu erzeugen, die 36 mJ überschreitet, die die minimale Primärenergie für die Primärspule 516 ist, die Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns 502 nicht geringer als 39 mm² sein sollte.
Demgemäß muß SM/Sc auf zumindest 0,7 und Sc auf zumindest 39 mm² eingerichtet sein. Weil hier der Eisenkern 502 durch Schichten eines direktionalen Silikonstahlblechs hergestellt ist, wird der äußere Durchmesser D des in Fig. 5 gezeigten Eisenkerns 502 sehr groß aufgrund eines wulstigen Anstiegs eines äußeren Umfangs. Wenn beispielsweise vom Standpunkt der Herstellbarkeit ein direktionales Silikonstahlblech einer Blechdicke von 0,27 mm verwendet wird, ist ein äußerer Durchmesser D von zumindest 7,2 mm nötig, um die praktische Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns 502 mit 39 mm² herzustellen. Jedoch wegen Begrenzungen der Abmessung des äußeren Durchmessers der Ummantelung 100, die den äußeren Umfang der Primärspule 516 bedeckt, ist es schwierig, SM/Sc über 1,4 einzurichten und Sc über 54 mm², so daß gefordert wird, daß SM/Sc nicht mehr als 1,4 sein darf und Sc nicht mehr als 54 mm². Um diese Querschnittsfläche 5c mit denselben vorstehend beschriebenen Bedingungen nicht größer als 54 mm herzustellen, ist ein äußerer Durchmesser D von 8,5 mm notwendig.
Durch Einrichten von jeweils SM/Sc in dem Bereich von 0,7 ≤ SM/Sc ≤ 1,4 und Sc (mm²) in dem Bereich von 39 ≤ Sc ≤ 54, wird es möglich, mit einer kostengünstigen Konstruktionsspezifikation übereinzustimmen. Es ist auch möglich, die Sekundärenergie ohne Vergrößerung der Abmessung und des Aufbaus der Ummantelung 100 zu erhöhen.
Der in Fig. 9 gezeigte kennzeichnende Verlauf des Vormagnetisierungsflusses, der durch die Magnete 504, 506 erzeugt wird, wird durch Ändern des Verhältnisses der Länge Lc in der axialen Länge des Eisenkerns 502 erhalten, wobei die Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule für den Fall, daß kein Strom durch die Primärspule 516 fließt, die 220 Wicklungen hat, d. h. ohne eine erzeugte Primärenergie, und wenn die Länge La in der axialen Richtung des Hilfskerns 508 auf fixe 70 mm eingerichtet ist. Hier ist die Wicklungsbreite L der Primär- und der Sekundärspule auf 65 mm eingerichtet. Das gründet sich auf die Konstruktionsspezifikation der Primärspule 516, die die Tendenz zeigt, die Größe und den Aufbau der Ummantelung 100 zu beeinflussen. D. h., wegen der durch den Leistungstransistor erzeugten Wärmemenge, der die Zündeinrichtung bildet und der Starteigenschaften der Brennkraftmaschine besteht eine Notwendigkeit, daß der Widerstandswert der Primärspule 516 in dem Bereich von 0,5 bis 1.4 Ω liegt, und es ist auch notwendig, daß der äußere Durchmesser der Ummantelung 100 höchstens mit 23 mm hergestellt ist, und somit ist die Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule (mm) in dem Bereich von 50 ≤ L ≤ 90 eingerichtet.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, nimmt der Vormagnetisierungsfluß der Magnete 504, 506 mit größeren Verhältnissen LC/L ab. Das kommt daher, weil, je größer Lc/L ist, d. h. je länger die axiale Länge L0 des Eisenkerns 502 wird, um so größer wird die Distanz zwischen dem Magnet 504 und dem Magnet 506, und so wird die Magnetisierungskraft der Magnete 504, 506 weniger wirksam. Diese Reduktion des Vormagnetisierungsflusses beeinflußt die Erhöhung der in Fig. 10 gezeigten Primärenergie.
Der in Fig. 10 gezeigte kennzeichnende Verlauf der Primärenergie wird durch Ändern des Verhältnisses der Länge Lc in der axialen Richtung des Eisenkerns 502 und der Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule erhalten, wenn ein Strom von 6 A durch die Primärspule 516 fließt, die 220 Wicklungen hat, und wenn die Länge La in der axialen Richtung des Hilfskerns 508 auf 70 mm fixiert ist.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, nähert sich die Primärenergie einem ungefähren Maximum bei Lc/L in dem Bereich von 1,0 ≤ Lc/L ≤ 1,1 und nimmt an jeder Seite dieses Bereiches ab. Die Primärenergie nimmt ab, wenn Lc/L kleiner wird, weil, wie vorstehend beschrieben ist, der Vormagnetisierungsfluß sich erhöht, wenn LC/L kleiner ist, aber in Kombination mit der Länge La in der axialen Richtung des Hilfskerns 508 erhöht sich der scheinbare magnetische Widerstand der magnetischen Bahn. D. h., daß der Fluß mit einer fixen Erregungskraft abnimmt, und wenn Lc/L kleiner wird als 1,0, nimmt die Primärenergie ab. Die Primärenergie nimmt auch dann ab, wenn Lc/L größer als 1,1 wird, weil, wie vorstehend beschrieben ist, der Vormagnetisierungsfluß abnimmt, wenn Lc/L sich erhöht.
Es hat sich auch bestätigt, daß der wirksame Fluß, der durch die Primärspule 516 erzeugt wird, durch das diamagnetische Feld der Magnete 504, 506 reduziert wird, wenn Lc/L kleiner als 0,9 wird, weil der Raum zwischen dem Magneten 504 und dem Magneten 506 eng wird und die Magnete 504, 506 stark in den jeweiligen gewickelten Drahtbereich der Primärspule 516 und der Sekundärspule 512 eintreten. Wenn Lc/L größer als 1,2 wird, wird der Raum zwischen den Magneten 504 und 506 breiter bezüglich der Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule, und somit ist es notwendig, daß Lc/L nicht größer als 1,2 ist, weil der Vormagnetisierungsfluß aufhört, wirksam zu sein. Deshalb ist es durch Einrichten von Lc/L in dem Bereich von 0,9 ≤ Lc/L ≤ 1, 2 möglich, die Primärenergie weiter zu erhöhen, die durch die Primärspule 516 erzeugt wird.
Gemäß der Zündspule für eine Brennkraftmaschine dieses Ausführungsbeispiels kann durch jeweiliges Einrichten des Bereichs der Querschnittsfläche 5c des Eisenkerns 502 (mm²) auf 39 ≤ Sc ≤ 54, des Bereichs des Verhältnisses der Querschnittsfläche SM der Magnete 504, 506 mit der Querschnittfläche 5c des Eisenkerns 502 auf 0,7 ≤ SM/Sc ≤ 1,4, des Bereichs des Verhältnisses der Länge Lc in der axialen Richtung des Eisenkerns 502 mit der Wicklungsbreite L der Primär- und Sekundärspule auf 0,9 ≤ Lc/L ≤ 1,2 und des Bereichs der Wicklungsbreite L (mm) auf 50 L 90, die Primärenergie, die in der Primärspule 516 erzeugt wird, ohne Erhöhen des äußeren Durchmessers der Ummantelung 100 erhöht werden. Infolgedessen kann die in der Sekundärspule 512 erzeugte Sekundärenergie erhöht werden und die Menge der verwendeten seltenen Erdemagneten reduziert werden. Durch Erhöhen der Sekundärenergie ohne die Abmessung und den Aufbau der Ummantelung 100 groß herzustellen kann die Zündspule 2 auch auf ein herkömmliches Kerzenrohr angewandt werden, und die Gasmischungszündleistung einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden. Weil darüber hinaus die Verwendung der relativ teuren seltenen Erdemagneten reduziert wird, kann die Zündspule 2 auf eine kostengünstige Konstruktionsspezifikation zugeschnitten werden.
Während die Primärspule 516 an der äußeren Seite der Sekundärspule 512 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel positioniert ist, kann die Primärspule 516 an der inneren Seite der Sekundärspule 512 positioniert sein, und durch diese Vorgehensweise können dieselben Wirkungen erhalten werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auch die Magnete 504, 506 an dem oberen und unteren Ende des Eisenkerns 502 angeordnet, es besteht aber keinerlei Notwendigkeit, sich darauf zu beschränken, und durch Einrichten einer geeigneten Querschnittsfläche des Eisenkerns gemäß der Menge der Primärenergie, die durch die Brennkraftmaschine gefordert wird, kann ein Aufbau eingesetzt werden, wobei es einen Magneten gibt, oder ein Aufbau, bei dem keine Magnete verwendet werden.
Übrigens ist das Innere der Gehäusekammer 102, die den Transformatorteil 5 oder dgl. aufnimmt, mit der isolierenden Flüssigkeit 29 in einem Ausmaß aufgefüllt, daß ein wenig Raum an dem oberen Endteil der Gehäusekammer 102 übrig bleibt. Die isolierende Flüssigkeit 29 sickert durch den unteren Endausschnitt des Primärspulenkörpers 514, den Ausschnitt 514d, der bei dem in wesentlichen zentralen Abschnitt der Abdeckung 514c des Primärspulenkörpers 514 vorgesehen ist, den oberen Endausschnitt des Sekundärspulenkörpers 510 und (nicht gezeigte) Ausschnitte, um zu gewährleisten, daß der Eisenkern 502, die Sekundärspule 512, die Primärspule 516, der Hilfskern 508 und dgl. perfekt voneinander isoliert sind.
Als nächstes werden Fig. 13-15 verwendet, um die Belegungsrate des Eisenkerns der Eisenkerngehäusekammer 510d zu erläutern, die den Eisenkern 502 aufnimmt.
Hier ist ein Kreis 500 in Fig. 11 gezeigt, der die Kontur der inneren Wand der Eisenkerngehäusekammer bildet. Dieser Kreis entspricht dem vorher beschriebenen umschreibenden Kreis und soll nachfolgend als "umschreibender Kreis 500" bezeichnet werden.
Die Belegungsrate des Eisenkerns 502 bezüglich der Fläche des umschreibenden Kreises 500 ändert sich in Übereinstimmung mit der Anzahl der gestapelten Bleche, die unterschiedliche Breiten haben. Beispielsweise zeigt Fig. 11A den Fall, wenn Stahlbleche mit sechs unterschiedlichen Breiten innerhalb des Halbkreises des umschreibenden Kreises 500 gestapelt sind, um den Eisenkern 502 zu bilden. Kurz werden die vorstehend beschriebenen Stahlbleche 501a-m der 13 Arten von Breiten, die in Fig. 11A gezeigt sind, die einen Halbkreis des Eisenkerns 502 bilden, mit einem in Fig. 11A gezeigten Stahlkern ersetzt, der Stahlbleche 561, 562, 563, 564, 565 und 566 umfaßt. Hier haben die Stahlbleche 561, 562, 563, 564, 565 und 566 dieselbe Dicke, wobei ihre Breiten auf die größte Breite eingerichtet sind, während sie sich innerhalb dem umschreibenden Kreis 500 befinden. Deshalb erhöht sich die Belegungsrate, wie in Fig. 11B gezeigt ist, mit einer Reduktion der Dicke jedes individuellen Stahlblechs und mit der Erhöhung der Anzahl der gestapelten Stahlbleche. Hier kann die Beziehung zwischen der Erhöhung der Anzahl der gestapelten Stahlbleche durch eine Abnahme der Dicke jedes individuellen Stahlblechs und die Erhöhung der Belegungsrate als eine geometrische Beziehung ausgedrückt werden. Fig. 12 zeigt eine Korrelation zwischen der Anzahl der gestapelten Metallbleche und der Belegungsrate des Eisenkerns 502. Es soll hier beachtet werden, daß Fig. 11 die Belegungsrate der gestapelten Metallbleche zeigt, um eine Hälfte des umschreibenden Kreises 500 zu belegen. Es soll auch beachtet werden, daß die Anzahl der gestapelten Metallbleche hier als ein Ausdruck von Blockteilungen ausgedrückt wird.
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, erhöht sich die Belegungsrate für den halben umschreibenden Kreis 500 mit einer Erhöhung der Anzahl der Blockteilungen, und zumindest sechs Blockteilungen sind nötig, um eine Eisenkernbelegungsrate von zumindest 90% zu erreichen. Die Belegungsrate des Eisenkerns ist auf nicht weniger als 90% eingerichtet, so daß die Abgabespannung der Zündspule 2, die durch die Transformatoreinheit 5 der Zündspule erzeugt wird, nicht weniger als 30 kV wird. Hier zeigt Fig. 11A eine erste Änderung, wobei es sechs Blockteilungen gibt, während Fig. 11B einen zweiten Fall zeigt, wobei es elf Blockteilungen gibt.
Während übrigens jede Blockteilung so gedacht werden kann, daß sie einem Metallblech entspricht, wird jedes Metallblech um so dicker, je weniger Blockteilungen es gibt. Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der Blockteilungen und dem Verhältnis der Dicke von jeder Blockteilung mit dem Durchmesser des umschreibenden Kreises 500.
Wie in Fig. 13 gezeigt ist, entspricht die Dicke von jedem individuellen Block 8% des Durchmessers des umschreibenden Kreise 500, wenn es sechs Blockteilungen gibt, die den halben umschreibenden Kreis 500 belegen. Demgemäß wird die Dicke von jeder Blockteilung 1,2 mm, wenn beispielsweise der umschreibende Kreis einen Durchmesser von 15 mm hat. In anderen Worten wird jedes der Stahlbleche 561-565, die in Fig. 11A gezeigt sind, eine Dicke von 1,2 mm haben. Übrigens zeigt Fig. 14 die Korrelation zwischen der Dicke von jedem individuellen Metallblech mit der Abgabespannung der Zündspule 2. Aus der Fig. 14 ist ersichtlich, daß die Abgabespannung der Zündspule nicht größer als 30 kV wird, wenn die Blechdicke von jedem Metallblech nicht weniger als 0,5 mm wird. Das kommt daher, weil der Streustromverlust, der an dem Querschnitt des Metallblechs auftritt, größer wird, wenn das Metallblech dicker wird. Deshalb sollte die Dicke von jedem Metallblech nicht mehr als 0,5 mm sein, wenn die Abgabespannung der Zündspule 2 nicht geringer als 30 kV sein sollte. Wenn es somit sechs Blockteilungen gibt, die den halben umschreibenden Kreis 500 belegen, sollte jeder Block durch Stapeln von zwei oder mehr Stahlblechen gebildet werden, deren individuelle Dicke 0,5 mm ist und deren Breite dieselbe ist.
Fig. 11C zeigt eine dritte Änderung, wobei es mit jeder Blockteilung vorgesehene sechs Blockteilungen gibt, die durch Stapeln von zwei Metallblechen gebildet sind. Wegen der Reduktion der Dicke der Metallbleche 591a, 591b, die einen Block bilden und die dieselbe Breite haben, kann gemäß diesem dritten Beispiel eine Erhöhung des Streustromverlusts reduziert werden, und somit kann die Zündspule eine Abgabespannung von nicht weniger als 30 kV erzeugen.
Wenn es bei der zweiten in Fig. 11B gezeigten Änderungen elf Blockteilungen gibt, kann eine Belegungsrate von 95% des Eisenkerns 502 mit jedem Metallblech 571-581 erreicht werden, das einer Blockteilung entspricht, die auf eine Dicke von ungefähr 0,5 mm eingerichtet ist. Auf diese Weise wird eine Eisenkernbelegungsrate von nicht weniger als 90% erreicht, während gewährleistet wird, daß die Abgabespannung der Zündspule 2 nicht geringer als 30 kV ist.
Die Verfahren zum Fertigen des Eisenkerns 502 werden unter Verwendung von Fig. 15-23 erläutert.
Der Eisenkern 502 wird gefertigt durch Durchführen der folgenden Verfahren: einem Schneideverfahren, wobei ein Bandmaterial 702 durch Schneiden eines Stahlblechmaterials 701 hergestellt wird; einem Bündelungsverfahren zum Herstellen eines gebündelten Stapelmaterials 705 aus dem Bandmaterial 702; einem Stückelungsverfahren zum Stückeln des gebündelten, gestapelten Materials 705 zu Eisenkernmaterialien 707 einer vorgegebenen Länge; und einem Laserschweißverfahren zum YAG-Laserschweißen der Endteile des Eisenkernmaterials 707. Jedes der vorstehenden Verfahren wird nachfolgend diskutiert.
Das Schneideverfahren wird nachfolgend diskutiert.
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, schneidet das Schnittwerkzeug 710 das breite riemenförmige Stahlblech 701 in das gardinenförmige Bandmaterial 702. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, werden während diesem Verfahren die Bänder gemäß einer ansteigenden Breite von einer äußeren zu der inneren Seite des Stahlblechmaterials 701 versetzt, wobei von einem Band 701a begonnen wird, das die geringste Breite hat, und zu den Bändern 701b-1 bis zu dem Band 701 m fortgesetzt wird, das die größte Breite hat und das an einem im wesentlichen zentralen Abschnitt des Bandmaterials 701 versetzt ist. Auf dieselbe Weise werden die Bänder von der anderen äußeren Seite des Stahlblechmaterials zu seiner inneren Seite gemäß einer ansteigenden Breite versetzt, wobei von einem Band 701z begonnen wird, das die geringste Breie hat, und zu Bändern 701y, 701x, etc. zu einem Band 701n fortgesetzt wird. Durch Schneiden des Bandmaterials 702 auf diese Weise zu Bändern 701a-z und Versetzen dieser in der vorstehenden Weise, können diese Bänder einfach bei dem Bündelungsverfahren gestapelt werden, das später diskutiert wird.
Wie in Fig. 17 gezeigt ist, umfaßt ein Schnittwerkzeug 710, das das Stahlblechmaterial schneidet, Schnittwalzen 712, 714. Diese Schnittwalzen befinden sich in Eingriff miteinander, so daß sie das Stahlblechmaterial 701, das zwischen ihnen durchtritt, zu einer gardinenartigen Form schneiden. Fig. 18 zeigt, wie das Schnittwerkzeug 710 das Stahlblechmaterial 701 abschneidet, wobei die rechte Seite derselben Figur das Stahlblechmaterial 701 zeigt, das durch das Schnittwerkzeug 710 durchtritt, und wobei die linke Seite das daraus resultierende Bandmaterial 702 zeigt.
Als nächstes wird nachfolgend das Bündelungsverfahren beschrieben.
Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird das zu einer gardinenartigen Form geschnittene Bandmaterial 702 verdreht und gebündelt.
Während dieses Verfahrens werden Bänder 701a und 701z, die die geringste Breite haben, so positioniert, daß sie bei dem äußeren Abschnitt positioniert sind, und zwischen diesen werden Bänder 701b und 701y, 701c und 701x etc. gemäß einer ansteigenden Breite versetzt. Die Bänder werden durch eine Bündelungsmaschine 720 so gestapelt, daß Bänder 701 m und 701n, die die größte Breite haben, in der Mitte positioniert werden.
Wie in Fig. 19 und 20 gezeigt ist, umfaßt die Bündelungsmaschine 720 Führungswalzen 722, 724, wobei Fig. 19 das Bandmaterial 702 zeigt, das von der rechten Seite geführt wird, um zwischen den Führungswalzen 722, 724 verschlungen und verdreht zu werden. Das verdrehte Bandmaterial 702 wird das gestapelte Material 705, das auf der linken Seite von Fig. 19 gezeigt ist.
Das Stückelungsverfahren wird nachfolgend erläutert.
Wie in Fig. 21 gezeigt ist, stückelt eine Stückelungsmaschine 730 das gestapelte Material 705, das bei dem Bündelungsverfahren verdreht ist. Die in Fig. 21 gezeigte Stückelungsmaschine umfaßt eine Backe 731 und eine Form 733, die das gestapelte Material vor dem Stückeln fixieren, eine Stanze 737, die das gestapelte Material 705 in der Durchmesserrichtung abschert, und eine Klemme 735, die das gestapelte Material hält, das sich während dem Stückeln bewegt. Das durch die Backe 731 und die Form 733 fixierte gestapelte Material 705 wird durch ein Abscherverfahren der Stanze 737 gestückelt, die sich in der Durchmesserrichtung bewegt. Auf diese Weise wird ein Eisenkern 707 mit einer vorgegebenen Länge hergestellt.
Als nächstes wird das Laserschweißverfahren nachfolgend erläutert.
Wie in Fig. 22 und 23 gezeigt ist, wird der Eisenkern 707 durch eine Druckeinspannvorrichtung 740 am Ort gehalten, die Druckteile 742, 744 umfaßt, so daß Stahlbleche 501a-z, die geschichtete Bänder 702a-z sind, sich nicht voneinander entfernen. Bei diesem Laserschweißverfahren wird eine lineare YAG-Laserschweißung an einem Querschnitt 707a durchgeführt, der während dem vorstehend diskutierten Stückelungsverfahren gebildet wird. Weil dieses YAG-Laserschweißen linear ausgeführt wird, so daß die geschweißten Bahnen sich mit allen Endoberflächen der gestapelten Stahlbleche 501a-z schneiden, werden benachbarte Stahlbleche miteinander verschweißt. Fig. 23 zeigt eine Schweißmarke 707b. Fig. 22 zeigt auch das YAG- Laserschweißverfahren, wobei ein weißer Pfeil eine Abtastrichtung des Bestrahlungslichts des YAG-Lasers anzeigt.
Weil auf diese Weise die gestapelten Stahlbleche 501a-z sich nicht voneinander entfernen, kann das lasergeschweißte Eisenkernmaterial 707 einfach als der Eisenkern 702 verwendet werden.
Hier zeigt Fig. 24 ein viertes Beispiel des Eisenkerns 702. Bei diesem vierten Beispiel ist ein Schweißgraben 708 in der Querschnittsoberfläche 707a ausgebildet, die die Endoberfläche des Eisenkernmaterials ist, um über alle gestapelten Bandmaterialien 702 zu verlaufen. Das Ausführen der YAG- Laserschweißprozedur innerhalb dieses Schweißgrabens 708 verhindert, daß die nach dem Laserschweißen ausgebildete Schweißnaht aus dem Querschnitt 707a hervortritt. In anderen Worten treten Schweißnähte, die nach dem Schweißen erzeugt werden, durch Bilden des Schweißgrabens mit einer größeren Breite als die YAG-Laserschweißbreite auf dem Eisenkernmaterial 707 durch eine Schnittprozedur oder dgl. nicht von der Querschnittoberfläche 707a vor und sind innerhalb dem Schweißgraben 708 enthalten, und somit werden Risse in der Querschnittsoberfläche 707a verhindert. Fig. 24 zeigt eine Schweißmarke 708a.
Es soll hier beachtet werden, daß der Laserschweißgraben 708 unter Verwendung anderer Prozeduren als der Schneideprozedur ausgebildet werden kann. Beispielsweise kann der Laserschweißgraben 708, wie in Fig. 25 gezeigt ist, auch durch Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungsteilen 709 vorher in dem Stahlblechmaterial 701 ausgebildet werden. Weil diese Öffnungsteile 709 durch die Stückelungsprozedur oder dgl. gebildet sind, so daß sie den vorgegebenen Positionen zum Schneiden bei der Schneideprozedur entsprechen, können Teile dieser Öffnungsteile 709 in der Querschnittsoberfläche 707a des Eisenkernmaterials 707 positioniert werden, das in einer vorgegebene Länge geschnitten ist. Somit kann der Schweißgraben 708 an dem Eisenkernmaterial 707 ohne Verwendung des Stückelungsverfahrens oder dgl. ausgebildet werden.
Eine Zündspule 2 für eine Brennkraftmaschine weist hauptsächlich einen Transformatorteil 5, einen Steuerschaltkreisteil 7 und einen Verbindungsteil 6 auf. Der Transformatorteil 5 weist einen Eisenkern 502 auf, der eine offene magnetische Bahn bildet, Magnete 504, 506, einen Sekundärspulenkörper 510, eine Sekundärspule 512, einen Primärspulenkörper 514 und eine Primärspule 516. Durch jeweiliges Einrichten der Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns 502 zwischen 39 bis 54 mm², des Verhältnisses der Querschnittsfläche SM der Magnete 504, 506 mit der Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns 502 in dem Bereich von 0,7 bis 1,4, des Verhältnisses der Länge Lc in der axialen Richtung des Eisenkerns 502 mit der Wicklungsbreite L der Primärspule 516 und der Sekundärspule 512 in dem Bereich von 0,9 bis 1, 2, und der Wicklungsbreite L in dem Bereich von 50 bis 90 mm, kann die in der Primärspule 516 erzeugte Primärenergie erhöht werden, ohne daß der äußere Durchmesser der Ummantelung 100 erhöht wird.

Claims

1. Brennkraftmaschinenzündspule zum Zuführen von Hochspannungen zu einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine mit:

einer Ummantelung (100),

einem Eisenkern (502), der in der Ummantelung (100) untergebracht ist,

einer Spule, die innerhalb der Ummantelung (100) untergebracht ist und an einem äußeren Umfang des Eisenkerns (502) angeordnet ist, und die eine Primärspule (516) und eine Sekundärspule (512) umfaßt, wobei

der Eisenkern (502) durch Stapeln in einer Durchmesserrichtung des Eisenkerns (502) einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen gebildet wird, die unterschiedliche Breiten mit einem Querschnitt in der Durchmesserrichtung des im wesentlichen kreisförmigen Eisenkerns (502) haben,

dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (502) durch gestapelte magnetische Stahlbleche gebildet wird, die einen Kreis (500) definieren, der die Kanten der magnetischen Stahlbleche umschreibt, wobei der Kreis (500) einen Durchmesser (D) von nicht mehr als ungefähr 15 mm hat,

der durch die gestapelten magnetischen Stahlbleche gebildet wird, wobei jedes individuelle Blech eine Dicke von nicht mehr als 8% des Durchmessers des Kreises (500) hat, der die Kanten der Bleche umschreibt, der durch die gestapelten magnetischen Stahlbleche von nicht weniger als sechs Arten von Breiten gebildet wird, der durch die gestapelten magnetischen Stahlbleche gebildet wird, deren Anzahl zumindest 12 Bleche ist, und der so gebildet wird, daß die gestapelten magnetischen Feldbleche nicht weniger als 90% der Fläche des Kreises (500) abdecken, der die Kanten der Bleche umschreibt.

2. Zündspule nach Anspruch 1, wobei:

die Vielzahl der gestapelten Metallbleche zumindest elf Arten von Breiten haben;

die Vielzahl der gestapelten Metallbleche zumindest 22 Bleche aufweisen; und

die Vielzahl der gestapelten magnetischen Feldbleche nicht weniger als 95% der Fläche des Kreises (500) abdecken, der die Kanten der Bleche umschreibt.

3. Zündspule nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein magnetisches Blech mit einer Dicke von nicht mehr als 0,5 mm mit anderen magnetischen Blechen mit derselben Dicke gestapelt ist.

4. Zündspule nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die magnetischen Bleche direktionale Silikonstahlbleche sind.

5. Zündspule nach einem der Ansprüche 1-4,

wobei eine Querschnittsfläche Sc (mm²) des Eisenkerns (502) in der Durchmesserrichtung 39 ≤ Sc ≤ 54 ist; und

wobei der Spulengehäuseteil (102) der Ummantelung (100) einen äußeren Durchmesser von weniger als 24 mm hat.

6. Zündspule nach Anspruch 5, wobei der Eisenkern (502) einen Kreis definiert, der den Eisenkern (502) umschreibt, wobei der Kreis einen Durchmesser (D) von nicht mehr als 8,5 mm hat.

7. Zündspule nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Eisenkern (502) durch Stapeln stangenförmiger magnetischer Stahlbleche gebildet wird; und wobei der Eisenkern (502) Magnete (504, 506) hat, die an seinen beiden Enden angeordnet sind.

8. Zündspule nach Anspruch 7, wobei Oberflächenenden des Eisenkerns (502), die sich in Kontakt mit den Magneten (504, 506) befinden, mit einem Graben (708) in einer Richtung versehen sind, die sich mit der Vielzahl der gestapelten Metallbleche schneidet, wobei die Vielzahl der gestapelten Metallbleche durch den Graben (708) miteinander verbunden ist.

9. Zündspule nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Verhältnis einer Fläche Sm der Endoberflächen der Magnete (504, 506), die dem Eisenkern (502) zugewandt sind, mit der Querschnittsfläche Sc des Eisenkerns (502) so eingerichtet ist, daß gilt 0,7 ≤ SM/Sc ≤ 1,4.

10. Zündspule nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Spule entlang einer axialen Richtung des Eisenkerns (502) aufgewickelt ist; und

wobei ein Verhältnis einer axialen Länge Lc des Eisenkerns (502) mit einer Wicklungsbreite L der Spule so eingerichtet ist, daß gilt 0,9 ≤ Lc/L ≤ 1,2; und

wobei die Wicklungsbreite L (mm) gleich 50 ≤ L ≤ 90 ist.