Es wird eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die im Stande ist, zum Unterdrücken einer Vergrößerung eine hohe Ausgabe selbst in einem hohen Drehzahlbereich bereitzustellen. Die Zündspule für einen Verbrennungsmotor schließt ein: einen Mittelkern, der auf einer inneren Seite einer Primärspule und einer inneren Seite einer Sekundärspule angeordnet ist; einen Seitenkern, der an einer äußeren Seite der Primärspule und an einer äußeren Seite der Sekundärspule angeordnet ist und mit dem Mittelkern verbunden ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreislauf auszubilden; einen oder eine Vielzahl von Spalten, die zwischen dem Mittelkern und dem Seitenkern oder in dem Seitenkern vorgesehen ist; und einen Magneten, der in dem Spalt oder der Vielzahl von Spalten angeordnet ist, in dem eine Summe der Querschnittsflächen der jeweiligen Magnete so festgelegt ist, dass sie dreimal oder mehr und weniger als siebenmal eine Querschnittsfläche des Mittelkerns ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor, die an einem Verbrennungsmotor zum Beispiel einem Motorfahrzeug installiert ist und eingerichtet ist, einer Zündkerze eine hohe Spannung zuzuführen, um dadurch einen Zündfunken zu erzeugen.
Bisher wurden verschiedene Maßnahmen für eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor ergriffen, um die Effizienz und das Ausmaß erzeugter Spannung zu erhöhen (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2).
Jedoch wurde die Zündspule für einen Verbrennungsmotor bisher nur unter Berücksichtigung einer Spitzenleistung der Zündspule ausgelegt.
In den vergangenen Jahren wurde ein Verdichtungsverhältnis erhöht und es wurde ein verkleinertes Turbofahrzeug entwickelt, um die Verbrennungseffizienz des Motors in Zusammenhang mit einer Nachfrage für eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erhöhen. Dementsprechend werden ein Anstieg der Spannung und der Ausgabe der Zündspule gefordert, um einen Dielektrischen Durchschlag und eine Verbrennung unter einem hohen Verdichtungszustand sicherzustellen.
Bei manchen solcher Fahrzeuge wird ein Verdichtungsverhältnis so festgelegt, dass es in einem hohen Drehzahlbereich oder auch in einem niedrigen Spannungsbereich hoch ist, und es wird somit eine Zündspule, die eingerichtet ist, eine hohe Ausgabe von dem niedrigen Spannungsbereich zu dem hohen Drehzahlbereich bereitzustellen, benötigt.
Bei einer Zündspule des Standes der Technik wurde eine Methode verwendet, bei welcher eine Querschnittsfläche des Mittelkerns vergrößert ist, um die Energie zu erhöhen und einen Drahtdurchmesser einer Primärspule (ein Drahtdurchmesser einer Wicklung der Primärspule) vergrößert ist, um ihren Widerstand zu vermindern und dadurch die Energie in dem hohen Drehzahlbereich oder auch in dem Bereich niedriger Spannung zu erhöhen.
Jedoch müssen selbst in dem Fall, in dem die oben erwähnte Methode verwendet wird, die Kernquerschnittsfläche und der Drahtdurchmesser der Primärspule und ähnliches stark erhöht werden, um eine hohe Drehzahlcharakteristik zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des oben erwähnten Problems ausgeführt und daher ist es eine Aufgabe, eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die im Stande ist, eine hohe Ausgabe selbst in einem hohen Drehzahlbereich zum Unterdrücken einer Vergrößerung bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die einschließt: einen Mittelkern, der an einer inneren Seite einer Primärspule und einer inneren Seite einer Sekundärspule angeordnet ist; einen Seitenkern, der an einer äußeren Seite der Primärspule und an einer äußeren Seite der Sekundärspule angeordnet ist und mit dem Mittelkern verbunden ist, um einen geschlossenen magnetischen Kreislauf auszubilden; einen oder eine Vielzahl von Spalten, die zwischen dem Mittelkern und dem Seitenkern oder in dem Seitenkern vorgesehen ist; und einen Magneten, der in einem oder jedem der Vielzahl von Spalten angeordnet ist, in dem eine Summe der Querschnittsflächen der jeweiligen Magnete so festgelegt ist, dass sie dreimal oder mehr und weniger als siebenmal eine Querschnittsfläche des Mittelkerns ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zündspule für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die im Stande ist, die hohe Ausgabe selbst in dem hohen Drehzahlbereich für ein Unterdrücken der Vergrößerung bereitzustellen.
Es wird nun eine Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass bei jeder der Ausführungsformen die gleichen oder entsprechenden Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und eine überlappende Beschreibung dieser weggelassen wird.
Als erstes wird eine ausführliche Beschreibung eines Prinzips und der Effekte der vorliegenden Erfindung gegeben.
Der magnetische Fluss eines Kerns, der für die Zündspule verwendet wird, wird bei einem Wert eines Produkts aus einer magnetischen Sättigungsflussdichte Bmax, die spezifisch durch ein Material bestimmt ist, und eine mittige Kernquerschnittsfläche Sc gesättigt und magnetisch gesättigt.
In manchen der Zündspulen für einen Verbrennungsmotor dieser Art, wie auch die Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die exemplarisch in
Bisher wurde bei der Zündspule dieses Typs der Magnet eingeführt, um die Energie bei dem Mittelkern bei gleicher Querschnittsfläche zu erhöhen. Es wird eine Rückwärtsspannung in einer negativen Richtung des Mittelkerns angelegt und ein magnetischer Widerstand und eine Magnetgröße werden so festgelegt, dass die Rückwärtsspannung nahe einer magnetischen Sättigung in negativer Richtung ist. Dann wird durch eine Primärspule ein magnetischer Fluss eingeführt, bis eine magnetische Sättigung in einer positiven Richtung auftritt, das heißt, dass eine magnetomotorische Kraft aufgebracht wird. Auf diese Weise wird eine Ausgabe erhöht, während einem Anstieg der Mittelkerngröße vorgebeugt wird.
Andererseits wird in einem hohen Drehzahlbereich eine Stromzuführdauer Ton für die Primärspule, welche die Ausdrücke (1) und (2) erfüllt, bei jeder Drehzahl eingestellt, sodass eine Leistung einer magnetomotorischen Kraft während der Stromzuführdauer Ton entsprechen kann.
In diesem Fall kennzeichnet I1 einen Strom, der auf einer Primärseite einer Zündspule fließt (die Primärspule und einen Spulentreiber) und wird wie folgt Näherungsweise bestimmt.
Die Ausdrücke (1) bis (3) basieren auf dem folgenden:
Die rechte Seite des Ausdrucks (1) gibt einen Verlust in der Primärspule wieder. Die rechte Seite des Ausdrucks (2) gibt einen Spulentreiberverlust wieder. Die Ausdrücke (1) und (2) zeigen, dass die Stromzuführdauer Ton für die Zündspule verändert werden muss, sodass diese Verluste gleich oder geringer als vorgeschriebene Werte sind, um eine Wärmeerzeugung zu unterdrücken.
In Übereinstimmung mit dem Ausdruck (3) nimmt I1 ab, wenn Ton vermindert wird. Die magnetomotorische Kraft, die in den magnetischen Kreislauf eingeführt wird, wird als Produkt des Primärstroms I1 und einer Primäranzahl von Windungen n1 widergegeben, und die magnetomotorische Kraft vermindert sich somit, wenn Ton vermindert wird.
Wenn eine Motordrehzahlcharakteristik berücksichtigt wird, steigt die Anzahl von Zündungen pro Einheitsperiode proportional zu der Motordrehzahl an, und die Wärmeerzeugung steigt somit proportional zu der Drehzahl (rpm) in dem hohen Drehzahlbereich an. Folglich vermindern sich αc und αd umgekehrt proportional zu der rpm. Während αc und αd abnehmen, muss die Stromzuführdauer Ton für die Primärspule in dem hohen Drehzahlbereich unterdrückt werden. Wie oben beschrieben nimmt der Primärstrom I1 ab, während die Stromzuführdauer Ton abnimmt, und die magnetomotorische Kraft, die in den Kern eingeführt wird, nimmt als Ergebnis ab. Ein eingeführter Betrag magnetischen Flusses (magnetomotorische Kraft) in dem hohen Drehzahlbereich verändert sich in Übereinstimmung mit einem Primärwiderstand und beträgt näherungsweise 600 AT bis näherungsweise 800 AT für den Primärwiderstand einer gewöhnlichen Zündspule, was näherungsweise 0,3 Ω bis näherungsweise 0,7 Ω ist. Wenn eine durch das magnetische Kennfeld mit der magnetomotorischen Kraft von 600 AT gegebene Fläche oder mehr erhöht werden kann, kann folglich die Energie der Zündspule in einem Drehzahlbereich zur praktischen Anwendung erhöht werden.
Die Zündspule muss in Übereinstimmung mit einer Motoranforderung (Energieanforderung in Übereinstimmung mit der Drehzahl) Energie bereitstellen und erfordert für die Anforderung jeder Drehzahl eine Spezifikation zum Sichern des Bereichs bei der magnetischen Charakteristik, der für die für jede Drehzahl bestimmte magnetomotorische Kraft vorgegeben ist.
Bisher wurde die Energie bei hoher Drehzahl durch ein Verfahren erhöht, das eine Verbesserung der magnetischen Charakteristik durch Erhöhen der Kernquerschnittsfläche und ein Erhöhen des Primärdrahtdurchmessers, das heißt des Radius der Wicklung der Primärspule, einbezieht, um die Leistungsaufnahme niedrig zu halten und dadurch die minimale magnetomotorische Kraft zu erhöhen. Jedoch hat dieses Verfahren die folgenden Probleme zum Erhöhen der Energie bei hoher Drehzahl.
Wie in
In dem Bereich niedriger Drehzahl kann die Spitzenenergie, das heißt die magnetomotorische Kraft, wie in
Während die Kernquerschnittsfläche ansteigt, steigt darüber hinaus der Primärspulenwicklungsdurchmesser an, das heißt der Umfang der Primärspule, die mit einer Wicklung um einen Spulenkörper gewickelt ist, und eine Gesamtdrahtlänge der Primärspule steigt an, was in einem Anstieg des Widerstandswerts resultiert. Folglich steigt die Erzeugung von Wärme an. Um der Erzeugung von Wärme zu begegnen, ist eine Abnahme der Stromzufuhrdauer notwendig, und folglich nimmt die eingeführte magnetomotorische Kraft in dem hohen Drehzahlbereich ab. Als Ergebnis nimmt der Leistungsanstiegsbetrag weiter ab. Wenn der Drahtdurchmesser erhöht wird, um den Anstieg der Drahtlänge zu kompensieren, erhöht sich darüber hinaus die Größe der Spule.
Wenn durch den Anstieg des Primärdrahtdurchmessers der Primärwiderstand abnimmt, nimmt die Spannung zwischen beiden Enden der Primärspule ab und die Wärmeerzeugung bei der Primärspule vermindert sich. Wenn folglich nur die durch den Ausdruck (1) auferlegte Beschränkung berücksichtigt wird, kann die Stromzuführdauer Ton für die Primärspule erhöht werden und als Ergebnis kann der eingeführte magnetische Fluss vergrößert werden.
Unter Berücksichtigung von Ausdruck (2) nimmt andererseits eine Stromzuführdauer, die zum Erhalten der gleichen magnetomotorischen Kraft benötigt wird (= Bremsstrom) aufgrund der Abnahme des Primärwiderstands in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (3) ab. Daher nimmt die Erzeugung von Wärme mehr oder weniger ab und die Stromzuführdauer kann erhöht werden, um dadurch die eingeführte magnetomotorische Kraft in den Kern zu erhöhen. Der Stromzuführdauerabnahmebetrag ist gering, wenn der Primärwiderstand abnimmt, und somit ist der eingeführte Magnetflussanstiegsbetrag klein. Es wird daher ein großer Anstieg des Drahtdurchmessers der Primärspule benötigt, um die Charakteristik bei hoher Drehzahl zu verbessern.
Aus dem obigen geht hervor, dass es schwierig ist, die Charakteristiken bei hoher Drehzahl bei den Designs aus dem in Beziehung stehenden Stand der Technik stark zu verbessern und das ein Größenanstieg für diese Verbesserung unumgänglich ist.
Es wird nunmehr eine Beschreibung eines spezifischen Beispiels der Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Genauer gesagt sind die Primärspule
Der O-förmige Seitenkern wird in dem oben erwähnten Beispiel verwendet, jedoch kann ein C-förmiger Kern verwendet werden.
Bei einer Erfindung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Querschnittsfläche Sm des Magneten
Wenn die Anzahl des Spalts
Während die untere Grenze der Summe Sm der Querschnittsflächen der Magnete wie oben beschrieben festgelegt ist, wird die obere Grenze der Summe Sm der Querschnittsflächen der Magnete so festgelegt, dass sie weniger als siebenmal die Querschnittsfläche Sc des Mittelkerns
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind die Querschnittsfläche (Sg) des Spalts und die Querschnittsfläche (Sm) des Magneten jeweils Querschnittsflächen auf Ebenen senkrecht zu den jeweiligen Dickenrichtungen. Querschnittsflächen (Sc und Ss) des Mittelkerns und des Seitenkerns sind Querschnittsflächen auf Ebenen, die jeweils senkrecht zu einer Längsrichtung des Kerns oder der magnetischen Flussrichtung in dem Kern sind (das gleiche trifft auch hiernach zu).
Bei der auf diese Weise ausgeführten Zündspule sind die Spalte
Wenn die Querschnittsfläche (Ss) des Seitenkerns
Darüber hinaus ist die Höhe des Seitenkerns
Bei der wie oben beschrieben eingerichteten Zündspule bildet der magnetische Fluss von dem Magneten
In dem Abschnitt des Spalts
Die oben erwähnte Ausführung kann auch in einem Fall angewandt werden, in dem der Spalt
Bei der auf diese Weise eingerichteten Zündspule kann die Dicke (lg)
Bei der wie oben beschrieben eingerichteten Zündspule ist die Querschnittsfläche des Abschnitts des Seitenkerns
In dem kornausgerichteten elektrischen Stahlblech ist eine sättigende magnetische Flussdichte Bmax1 in der einfachen Magnetisierungsrichtung groß, und eine sättigende magnetische Flussdichte Bmax2 ist in einer Richtung senkrecht zu der einfachen Magnetisierungsrichtung klein. Die Querschnittsfläche des Spalts und die Querschnittsfläche des Seitenkerns, die proportional dazu ist, müssen für die magnetische Widerstandsjustierung erhöht werden. Wenn die Seitenkernquerschnittsfläche S1 erhöht wird, wird somit die Querschnittsfläche in der einfachen Magnetisierungsrichtung auf S2 vermindert, wobei die Querschnittsfläche des Mittelkerns
S1 > Sc > S2,
Bmax1 > Bmax_c > Bmax2,
folglich
S1·Bmax ≈ S2·Bmax' '≥ Sc·Bmax_c.
Selbst wenn S2 vermindert ist, tritt die Sättigung des Seitenkerns
Wie oben beschrieben ist die Summe der Querschnittsflächen der Magneten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dreimal oder mehr und weniger als siebenmal die Querschnittsfläche des Mittelkerns.
Die Energie kann somit erhöht werden, ohne die Größe des Mittelkerns zu erhöhen, das heißt, dass der Wicklungsdurchmesser der Primärspule durch den Magneten eine ausreichende Rückwärtsspannung aufbringt. Darüber hinaus steigt die Energie an, und somit kann der Mittelkern entsprechend einer benötigten Leistung verkleinert werden.
Die Querschnittsfläche des Spalts ist gleich wie oder größer als die Querschnittsfläche des Magneten festgelegt.
Darüber hinaus sind die Spalte und die Magneten in dem Seitenkern angeordnet.
Der magnetische Widerstand kann durch Anordnen der Magneten in dem Seitenkern auf diese Weise eingestellt werden, und die magnetische Charakteristik kann zudem verändert werden, ohne den Mittelkern, die Primärspule und die Sekundärspule, die als gemeinsame Komponenten benutzt werden können, zu verändern.
Darüber hinaus ist die Höhe des Seitenkerns größer als die Höhe des Mittelkerns.
Die Seitenkernbreite kann unterdrückt werden, das heißt dass der Größenanstieg der Zündspule unterdrückt werden kann, und der magnetische Widerstand kann durch Belasten des Seitenkerns so eingestellt werden, dass er in der Lastdickenrichtung hoch ist, wenn die Seitenkernquerschnittsfläche beibehalten wird.
Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche des Seitenkerns größer als die Querschnittsfläche des Mittelkerns.
Eine Abnahme der magnetischen Charakteristik (Anstieg des magnetischen Widerstands), die durch die magnetische Sättigung des Seitenkerns verursacht wird, kann auf diese Weise durch so ein Einstellen der Querschnittsfläche des Seitenkerns unterdrückt werden, dass sie größer ist als die Querschnittsfläche des Mittelkerns, und die Leistung kann folglich in den Bereich niedriger magnetomotorischer Kraft erhöht werden.
Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche des Spalts größer als die Querschnittsfläche des Magneten.
Der Anstieg in der Größe des Magneten kann verhindert werden und die Leistung kann durch Festlegen der Querschnittsfläche des Spalts, sodass er größer ist als die Querschnittsfläche des Magneten, und Einstellen der magnetischen Charakteristik verbessert werden.
Darüber hinaus ist die Dicke beziehungsweise Breite des Spalts ohne den Magneten vermindert.
Die Dicke des Magneten kann eine Dicke sein, die hergestellt und montiert werden kann, und der magnetische Widerstand kann durch Verändern der Dicke eines Teils des Spalts eingestellt werden, um dadurch den magnetischen Widerstand auf so eine Weise ohne unnötiges Erhöhen der Dicke einzustellen. Folglich kann ein Herstellungsfehler und Montagefehler des Magneten und eine Vergrößerung verhindert werden.
Darüber hinaus ist die Dicke des Spalts bei einem Abschnitt an der äußeren Seite der Zündspule vergrößert.
Die Kurzschlussschleife (Short Cut Loop) über den Spalt (ohne den Mittelkern zu kreuzen) des magnetischen Flusses, der von dem Magneten erzeugt wird, kann durch Erhöhen der äußeren Seite des Spalts unterdrückt werden, um dadurch auf diese Weise den magnetischen Widerstand einzustellen, und die Rückwärtsspannung kann somit auf effiziente Weise durch den Magneten aufgebracht werden.
Darüber hinaus ist die Dicke des Magneten verglichen mit der Dicke des Spalts vermindert, und die Dicke des Spalts wird durch den Kernpuffer gesichert.
Die Spaltdicke kann unter Verwendung der Kernabdeckung festgelegt werden, um die Spaltdicke auf diese Weise ohne unnötiges Erhöhen der Dicke des Magneten und der Anzahl von Komponenten sicherzustellen, und somit kann der magnetische Widerstand eingestellt werden, während ein unnötiger Anstieg der Kosten verhindert werden kann.
Darüber hinaus wird das kornausgerichtete elektrische Stahlblech für den Seitenkern verwendet, und die Richtung einfacher Magnetisierung des Seitenkerns ist die Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Mittelkerns.
Die Seitenkernbreite in der Richtung einfacher Magnetisierung kann unter Verwendung des kornausgerichteten elektrischen Stahlblechs für den Seitenkern unterdrückt (vermindert) werden, und ein Einstellen der Richtung einfacher Magnetisierung des Seitenkerns auf die Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Mittelkerns auf diese Weise. Die Querschnittsfläche ist erhöht, um so den großen Spalt in der Richtung parallel zu der axialen Richtung des Mittelkerns sicherzustellen, und somit tritt die magnetische Sättigung selbst dann nicht auf, wenn die Richtung die Richtung ist, die eine niedrige sättigende magnetische Flussdichte aufweist. Als Ergebnis kann die Abmessung in der axialen Richtung des Mittelkerns der Zündspule vermindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die jeweiligen Ausführungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung schließt sämtliche mögliche Kombinationen der jeweiligen Ausführungsformen ein.
Die Zündspule für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann auf Verbrennungsmotoren angewandt werden, die in vielfältigen Gebieten verwendet werden.