Brevet FR2412186A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne les bougies d'allumage à utiliser sur un moteur à combustion interne et plus spéciale ment~un procédé de réalisation d'une électrode d'une bougie d'allumage. Il est connu de réaliser l'électrode centrale d'une bougie d'allumage sous la forme- d'un noyau en cuivre qui est entouré d'une gaine résistant à la corrosion. Le noyau en cuivre présente une plus grande conductibilité thermique en comparaison de la gaine externe qui est, par exemple, en un alliage de nickel. Si le noyau en cuivre est à découvert à l'extrémité d'allumage de l'électrode, il est sujet à l'érosion et, par consé quent, il a été tenté de protéger l'extrémité à découvert du noyau en cuivre. Le brevet britannique NO 549 281 a proposé d'isoler l'extrémité à découvert en soudant à cette extrémité du noyau en cuivre un bout massif de matière résistant à l'érosion et à la corrosion. Malheureusement, il est extrêmement difficile de réaliser une soudure satisfaisante entre le bout et à la fois la gaine et le noyau en cuivre. Il peut en résulter des inclusions d'air ou d'autres substances qui restent prisonnières entre le bout et le noyau et il est aussi difficile de maintenir un bon contact de transmission de chaleur entre le noyau et le bout. Les différents coefficients de dilatation thermique du noyau, du bout et de la gaine soulèvent une autre difficulté. Si le joint, entre le bout et le noyau ou entre le bout et la gaine n' est pas satisfaisant, il peut se produire prématurément une défaillance de l'électrode. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 119 941 a proposé de réaliser une fïche solidaire à l'extrémité d'allumage de l'électrode en enlevant une partie du noyau en cuivre à ladite extrémité d'allumage de l'électrode et en remplissant la cavité avecunematière à braser. On chauffe ensuite l'électrode pour faire fondre la matière à braser et on laisse alors celle-ci se solidifier. Cette technique présente dans une certaine mesure les inconvénients engoncés plus haut en ce qui concerne l'emprisonnement de l'air ou autre inclusion ,ainsi que le flux de brasage à l'in- terface entre le noyau en cuivre et la fiche de matière à braser. I1 est également dificile d'obtenir en une seule opération de chauffage une bonne jonction entre le noyau en cuivre et la matière à braser et entre cette dernière et le manchon externe. De plus, la dilatation thermique des matières différentes est telle que, si la jonction entre la matière à braser et le manchon externe n'est pas satisfaisante, le noyau en cuivre se dilate en service et repousse la fiche solidifiée de matière à braser hors de l'extrémité de la gaine. L'utilisation de matières à braser a encore l'inconvénient qu'il est impossible d'effectuer un brasage avec le manchon externe,si celui-ci ou la matière à braser doit être chauffé à des températures égales ou supérieures au point de fusion du noyau en cuivre (10830C) pour effectuer le brasage Des matières comme "Inconel6OO" (marque déposée de Henry Wiggin & Co. Ltd.) offrent Une bonne résistance à l'érosion et à la corrosion, mais sont difficiles à braser en utilisant la technique décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N .3 119 944. Un autre procédé d'enrobage LU noyau en cuivre avec une matière résistant à la corrosion est décrit dans le brevet britannique N 1 425 126. Ce brevet consiste à extruder à froid une billette composite comprenant une partie d'un matériau constituant le noyau et une partie d'un atriau constituant une gaine, afin d'extruder simultanément le noyau et la gaine.Toutefois, cette technique ne peut pas être mise en oeuvre pour gainer des noyaux avec des matières qui ne peuvent pas etre extrudées à froid. rn outre, l'extrusion à chaud n'est pas possible avec des matières qui doivent être chauffées à des températures élevées qui provoquent la fusion du noyau e cuivre. Un exemple d'une matière qui ne peut pas être extrudée e froid de la façon décrite dans le brevet britannique N 1 425 126 précité, mai qui peut être travaillée à froid dans une beaucoup moins grande mesure,est "Inconel 600". Selon la présente invention; un procédé de réalisation d'une électrode de bougie d'allumage consiste à utiliser une gaine tubulaire métallique, à placer un noyau d'un métal conducteur de la chaleur coaxialement dans l'alésage de la gaine,à com- primer la gaine sur le noyau métallique, à enlever' le noyau d'une région située à une extrémité de la gaine et à faire fondre la gaine de laquelle le noyau a été enlevé pour la fermer par-dessus l'extrémité dudit noyau. De préférence, le noyau est en cuivre ou en alliage à base de cuivre, par exemple en laiton ou autre métal conduc tèur de la chaleur ou en alliage à base d'aluminium. La gaine est de préférence en un alliage correspondant à la norme britannique "BS 3072/76 NA/14" (Alliage ASTM B163 ou B166/168 ; Alliage DIN 17742 NiCrlS fe ; Alliage "Werkstoff" 2.4640 LN ou 2.4816 ; Spécification fédérale des Etats-Unis d'Amérique QQ-W-390). Un exemple d'un tel alliage est "Inconel 600" (Marque déposée de Henry Wiggin & Co. Ltd.) dont-la composition pondérale est la suivante : 0,05 Ó de C, 75,0 Ó de Ni 15,5 % de Cr, 8 m de Fe. En variante, la gaine peut être en nickel,en alliage de nickel, en molybdène, en tungstène, en acier inoxydable ou autre métal réfractaire qui résiste au milieu corrosif et érosif se trouvant dans le cylindre d'un moteur à combustion interne. L'étape de travail peut consister à rétreindre la gaine sur le noyau en utilisant une machine classique. En variante ou en plus, lfétape de travail peut consister à étirer la gaine externe sur le noyau en étirant le noyau et la gaine dans une tuyère à tréfiler. Pendant l'étape de travail, le diamètre du noyau peut être réduit en même temps que celui de la gaine. De préférence, l'étape de fusion est effectuée en utilisant un faisceau électronique qui est dirigé sur l'extré- mité de la gaine pour la faire fondre. De préférence, l'étape de fusion à l'aide d'un faisceau électronique est mise en oeuvre dans un gaz inerte ou sous vide partiel. I1 serait possible d'utiliser des formes de chauffage autres qu' un faisceau électronique pour faire fondre la gaine, à condition de prendre soin que l'interface entre le noyau et la gaine fondue ne soit pas souillée par l'inclusion de matières gênantes ou par oxydation, ou bien par emprisonnement d'air et qu'un bon contact entre le noyau et l'extrémité refaçonnée de la gaine soit empêché ou réduit. Il serait possible d'utiliser d'autres formes de chauffage comprenant des faisceaux laser concentrés sur l'extrémité de la gaine, des dispositifs de chauffage électrique par induction disposés autour de l'extrémité de la gaine ou four à concentration optique de l'arc dirigeant l'image de l'arc sur l'extrémité de la gaine. Ces autres techniques de chauffage peuvent être mises en oeuvre dans un gaz inerte, à l'air ou sous vide partiel. On va décrire maintenant à titre d'exemple un procédé de réalisation d'une électrode d'une bougie d'allumage. L'électrode est destinée à être utilisée comme électrode centrale isolée d'une bougie d'allumage classique dans laquelle une seconde électrode est fixée au corps métallique de la bougie ou fait partie dudit corps et est mise à la masse. Un fil de cuivre d'un diamètre de 1,65 mm et de toute longueur voulue est dégraissé et introduit dans l'alésage d'une gaine en nickel ayant un diamètre interne de 1,75 mm et un diamètre externe de 3,17 mm (la gaine ayant aussi été dégraissée précédemment). On fait passer ensuite l'ensemble dans une machine à rétreindre et la gaine est comprimée sur le noyau en cuivre de façon à donner finalement un produit d'un diamètre de 3 mm. On découpe ensuite des tronçons d'environ 25 mm de longueur du noyau gainé et on enlève le noyau par fDrage d'une extrémité de la gaine sur une distance de 1,5 mm. Ensuite, on fait fondre la gaine à l'extrémité de laquelle le noyau a été enlevé pour la refermer. On nettoie ensuite l'extrémité fondue par usinage du bourrelet pour former une extrémité plate présentant une épaisseur de "Inconel 600" d'environ 1 mm à l'extrémité 4u noyau. Le Demandeur préfère avoir recours à une technique de chauffage utilisant un faisceau électronique pour faire fondre ou souder l'extrémité ouverte de la gaine; bien qu'il soit possible d'utiliser d'autres formes de chauffage. Dans la technique de chauffage à l'aide d'un faisceau électronique, le noyau gainé est placé verticalement dans la chambre de travail d'un pistolet à faisceau électronique à vide poussé (par exem ple de 10 4 à 10 5 Torr) et un faisceau électronique est con- centré sur l'extrémité saillante de la gaine en "Inconel 600" pour la faire fondre et la fermer par fusion. Le faisceau électronique peut être un faisceau annulaire agissant en une seule opération ou un faisceau à concentration ponctuelle qui est déplacé tout autour d'un trajet circulaire.En opérant sous vide, la pollution du noyau à découvert avant soudage de la gaine est réduite et un bon contact métal-métal est obtenu entre le noyau en cuivre et la masse fondue de "Inconel 600" lorsque celui-ci s'est solidifié. L'utilisation d'un faisceau électronique permet également de mieux régler l'étape de fusion de l"extrémité de la gaine. il est possible d'utiliser d'autres types de pistolets à faisceau électronique ou de fours. de fusion, par exemple un dispositif du type à décharge luminescente et, dans ce cas, le faisceau électronique dérivé de la décharge luminescente est utilisé pour la fusion de la gaine externe. L'électrode de la présente invention est incorporée à une bougie d'allumage classique en la montant dans un isolateur en céramique.En service, l'extrémité de l'électrode,à laquelle se trouve la gaine qui a été soudée sur le noyau, fait saillie dans la chambre de combustion d'un moteur et se trouve à distance d'une seconde électrode qui est reliée au corps métallique de la bougie d'allumage. L'électrode de la bougie d'allumage,telle qu'elle est réalisée selon l'invention, a l'avantage qu'en utilisation, la chaleur de combustion est dissipée du bout de l'électrode par l'intermédiaire du noyau conducteur de la chaleur. De cette manière, l'électrode reste plus froide et est susceptible de durer plus longtemps.Ceci est particulièrement important dans les cas où, pour satisfaire à la réglementation future concernant les émissions des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et pour réduire la donsommation d'essence, des bougies d'allumage sont conçues de manière à présenter un écartement des électrodes compris entre 1,5 et 2 mm. Avec de telles bougies, non seulement le moteur fonctionne en étant plus chaud,mais la puissance dissipée par la bougie est plus grande qu'avec des bougies classiques présentant un plus faible écartement. Bien qu'on ait utilisé une.machine classique à rétreindre, on pourrait utiliser une machine à rétreindre à billes plané air re comme celle décrite dans le brevet britannique NO 946 407 ou NO 1 093 661. En variante, il est possible d'étirer la gaine sur le noyau en étirant le noyau et la gaine ensemble à tra vers une filière de tréfilage. Pendant l'étape de rétreinte ou d'étirage, le diamètre du noyau peut être réduit simultbnément à celui de la gaine qui est soumise à l'action de la machine à rétreindre ou de la filière. En faisant fondre l'extrémitX de la gaine pour former un bouchon qui recouvre le noyau, on évite d'utiliser des matières à braser ou de remplissage supplémentaires et on surmonte également les difficultés dues à l'utilisation de matières à braser qui, en général, présentent des points de fusion supérieurs à celui du cuivre du noyau Il va de soi que le procédé peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une électrode de bougie d'allumage comprenant un noyau d'un métal conducteur de la chaleur entouré d'une gaine métallique tubulaire, procédé caractérisé en ce qu'une tige d'une matière formant le noyau est introduite dans l'alésage de la gaine, cette dernière étant rétreinte sur le noyau et le noyau ést enlevé d'une région située à une extrémité de la gaine, et en ce que la gaine est fondue à l'extrémité à laquelle le noyau est enlevé afin de la rabattre hermétiquement sur l'extrémité du noyau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau est en cuivre ou en alliage à base de cuivre. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau est en alumium ou en alliage d'aluminium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la gaine est en un métal ou alliage choisi dans le groupe comprenant le nickel, des alliages à base de nickel, le molybdène, l'acier inoxydable, un métal ou alliage réfractaire, un alliage correspondant à l'alliage "IJerkstoff" 2.4640 LN ou 2.4816, à l'alliage DIN 17742 NiCrl5Fe ou "Inconel 600" (marque déposée de Henry Wiggins et Co. Ltd.). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de travail consiste à rétreindre la gaine sur le noyau. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de travail consiste à étirer les noyau et la gaine à travers une filière de tréfilage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fusion de l'extrémité de la gaine est effectuée dans un gaz inerte. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fusion de l'extré- mité de la gaine est effectuée à l'air. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fusion de l'extrémité de la gaine est effectuée sous un vide partiel. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fusion de l'extré- mité de la gaine est effectuée en dirigeant sur l'extrémité de la gaine un faisceau électronique présentant une énergie suffisante et pendant un-temps suffisant pour faire fondre l'ex- trémité de la gaine. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'étape de fusion de l'extrémité de la gaine est effectuée en dirigeant sur l'extrémité de la gaine un faisceau laser présentant une énergie suffisante et pendant un temps suffisant pour provoquer la fusion de ladite extrémité de la gaine.