Brevet FR2475279A1 — publié le 19810807

La présente invention concerne un câble d'allumage sous haute tension (désigné ci-après par l'expression "câble d'al- lumage") qui est utilisé pour empêcher l'émission dans l'atmos- phère de parasites radio-électriques produits par l'allumage électrique d'un moteur à combustion interne d'une voiture auto- mobilepar exemple. Lorsque des substances conductrices, comme du sel (destine, par exemple, à empêcher le verglas sur les routes dans une contrée froide), de la boue, etc., se fixent à la surface externe de la gaine du câble d'allumage, de sorte que son impédance par rapport au potentiel de la terre s'abaisse, le courant de charge s'échappe en fonction de la capacité électrostatique exis- tant entre une âme conductrice d'une certaine résistivité (que l'on appellera "âme", par abréviation.) et la surface externe de la gaine. Ainsi, lorsque la capacité électrostatique s'accroît, la tension d'allumage tend à diminuer, l'allumage devenant alors médiocre. Pour éliminer ces défaillances de l'allumage, il est nécessaire d'utiliser un cSble d'allumage dont la capacité électro- statique est de 80 pF/m ou moins. Une manière d'abaisser la capacité électrostatique consiste à augmenter le diamètre externe du câble d'allumage. Tou- tefois, puisque le diamètre externe du câble d'allumage est ordi- nairement d'environ 7 à 8 mm, une telle augmentation n'est pas souhaitable, puisque, alors, le câble d'allumage obtenu cesse d'être interchangeable avec les câbles classiques, et occupe plus de place. Pour abaisser la capacité électrostatique tout en maintenant constant le diamètre externe, il est nécessaire de ré- duire le diamètre extérieur de l'âme et, pour abaisser la capacité électrostatique jusqu'au niveau indiqué ci-dessus de 80 pF/m ou moins, il est nécessaire de ramener le diamètre externe de l'âme à 1,2 mm ou moins. Toutefois, si l'on se contente de réduire la diamètre externe de l'âme, celle-ci se coupe pendant l'extrusion ou la vul- canisation de l'isolant, de la gaine protectrice, etc., si bien qu'il est alors impossible de produire, à l'échelle commerciale, des câbles d'allumage qui soient suffisamment stables au point de vue de leur aptitude à supporter la haute tension, comme dans le cas o on utilise des faisceaux de fibres de verre comme élément de ten- sion. L'emploi de faisceaux de fibres de polyamide aromatique à la place du faisceau de fibres de verre évite les défauts indiqués ci-dessus, mais donne naissance à une aptitude insuffisante à supporter la haute tension, comme cela est décrit ci-après. De plus, on ne peut obtenir une aptitude stable à supporter la haute ten- sion, ou bien il apparaît des problèmes, tels que difficultés de préparation des bornes, en vue de la connexion à une électrode, par exemple. Un premier but de l'invention est de proposer un câble d'allumage présentant une faible capacité électrostatique comme cela a été indiqué ci-dessus, tout en surmontant les problèmes liés à la réduction du diamètre externe de l'âme avec l'emploi d'un faisceau de fibres de verre, et avec l'emploi d'un faisceau de fibres de polyaramide. Le deuxième objectif de l'invention consiste à proposer un câble d'allumage à résistance stabilisée que l'on réalise non en mettant simplement en faisceau ou en enlaçant les faisceaux de fibres de polyaramide utilisés pour former l'âme, mais en entre- laçant plusieurs faisceaux de fibres de polyaramide autour d'un faisceau de fibres de polyaramide central. Le troisième but de l'invention est de proposer un câble d'allumage possédant une faible capacité électrostatique que l'on forme en utilisant du polyéthylène réticulé ou un mélange de poly- mères contenant du polyéthylène comme matériau isolant pour réduire de façon considérable la constante diélectrique et améliorer l'ap- titude à supporter la haute tension. Le quatrième but de l'invention est de faciliter l'enlèvement d'une couche de composé semi-conducteur lors de la préparation de bornes en disposant une couche de dénudation sous la couche de composé semi- conducteur extrudée, de façon que le diamètre extérieur soit de 1,2 mm ou moins. Ainsi, selon l'invention, il est proposé un c9ble d'allumage sous haute tension possédant une faible capacité électro- statique qui comprend une âme conductrice d'une certaine résistance, une couche isolante, et une gaine protectrice, o l'âme conductrice résistante comprend un élément de tension que l'on prépare en entrelaçant plusieurs faisceaux de fibres de polyaramide autour d'un faisceau central de fibres de polyaramide. La description suivante, conçue à titre d'illus- tration de l'invention, vise à donner une meilleure comprélhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1(a) montre une vue en coupe simplifiée de l'âme résistante-conductrice d'un cable d'allumage sous haute tension, selon un exemple de l'invention; - la figure 1(b) présente un exemple comparatif d'une âme conductrice résistante classique; et - la figure 2 est une vue en perspective d'un câble d'allumage sous haute tension qui utilise l'âme conductrice résis- tante de la figure 1(a). Pour éliminer les problèmes d'émission de parasites électriques qu'entraîne la décharge d'allumage, il est nécessaire de prévoir une résistance d'environ 16 k4m dans l'âme du câble d'allumage. Ainsi, de façon générale, on fait appel à une âme d'un diamètre d'environ 1,8 mm, qui a été préparée par imprégna- tion d'un faisceau de fibres de verre au moyen d'une peinture au carbone (à savoir un mélange de noir de carbone et d'un agent liant fluide, dispersés dans un solvant). Lorsque l'on diminue le diamètre du faisceau de fibres de verre utilisé comme élément de tension, l'âme peut se couper pendant l'extrusion ou la vulcanisation de la couche isolante, de la gaine protectrice, etc. Ceci rend difficile la pro- duction commerciale d'un tel câble d'allumage. Il est possible de surmonter les défauts indiqués que l'on rencontre en employant un faisceau de fibres de verre par l'emploi d'un faisceau de fibres de poiyaramide à résistance méca- nique élevée. Par exemple, en imprégnant un faisceau de fibres de polyaramide de 1500 deniers au moyen d'une peinture au carbone, quel'on laisse sécher, de façon à produire un faisceau ayant un diamètre extérieur de 0,6 mm, en revêtant le faisceau par extrusion au moyen d'un matériau semi-conducteur afin de préparer une âme ayant un diamètre externe de 1,0 mm et en plaçant sur l'âme ainsi obtenue un isolant en polyéthylène réticulé, une tresse de verre et une gaine en caoutchouc d'éthylène-propylène (caoutchouc EP) ou en caoutchouc de silicone, dans l'ordre indiqué ci-dessus, on- peut obtenir un câble d'allumage présentant une faible capacité électrostatique d'environ 80 pF/m. Il est toutefois apparu que le câble d'allumage à faible capacité électrostatique ainsi obtenu présentait l'incon- vénient d'une grande variabilité de ses propriétés électriques, de sorte qu'il n'est pas possible de produire celui-ci de manière stable à l'échelle commerciale. Par exemple, en entrelaçant des faisceaux de fibres de polyaramide (200 deniers) autour d'un faisceau de fibres de polyaramide (400 deniers), en revêtant ceux-ci d'une peinture à la silicone afin de former une couche de dénudation (de manière que le diamètre externe du faisceau résultant soit 0,7 mm), la peinture à la silicone étant préparée par mélahge d'une substance conductr:,çe telle que, par exemple, carbone, graphite, argent, ou cuivre en poudre, avec du caoutchouc ou une matière plastique, en mélangeant du mélange résultant dans un solvant de façon à former une peinture semi-conductrice et en mélangeant la peinture semi- conductrice avec un composé de silicone, en déposant par extrusion un matériau semi-conducteur sur la couche de dénudation afin de former une âme conductrice résistante de 1,1 mm de diamètre, et en dis- posant sur l'âme conductrice résistante une couche isolante de polyéthylène réticulé, une tresse de verre, et une gaine en caout- chouc d'éthylène-propylène ou en caoutchouc de silicone, dans l'ordre indiqué ci-dessus, on peut obtenir un câble d'allumage qui présente une faible capacité électrostatique et à une résistance de conduc- tion uniforme. La suite de la description est destinée à illustrer le cible d'allumage de l'invention à l'aide des dessins annexés. La figure l(a) montre une vue simplifiée en coupe d'une âme conductrice résistante selon l'invention, tardis que la figure 1(b) montre une vue en coupe d'une âme conductrice résistante de compa- raison. Sur les figures 1(a) et 1(b), les références l et 3 désignent des faisceaux de fibres de polyaramide, la référence 2 désigne une couche de peinture semi-conductrice, la référence 4 désigne une couche extrudée de matériau semi-conducteur, et la référence 5 désigne une couche de dénudation disposée entre la couche 2 de peinture semi-conductrice et la couche semi-conductrice 4. La figure.2 présente une vue en perspective d'un câble d'allumage général pour lequel l'âme de la figure 1(b) a été utilisée comme âme du câble. La référence 9 désigne l'âme conductrice résistante utilisée dans la figure 1(a) ou 1(b). Lorsqu'on utilise l'âme de la figure 1(b) comme âme 9 du câble, la figure 2 représente le câble de l'invention. La référence 6 désigne une couche isolante de polyéthylène réticulé, la référence 7 désigne une couche de ren- forcement, par exemple une tresse de verre, et la référence 8 désigne une gaine en caoutchouc d'éthylne-propylène ou en caoutchouc de silicone. Les dimensions données à chaque élément de ce câble à titre d'exemple sont présentées dans le tableau I ci-après. Les valeurs de la résistance et de la capacité électrostatique des câbles sont présentées dans le tableau Il ci- après. y En ce qui concerne la capacité électrostatique, tous les échantillons du tableau Il ont des valeurs inférieures à 80 pF/m, bien que ces valeurs puissent varier selon le matériau dont est fait la gaine, et ils présentent des valeurs suffisamment basses pour pour pouvoir tre utilisés comme câbles d'allumage à faible capacité électrostatique. Toutefois, dans l'exemple de comparaison, les varia- tions de la valeur de la résistance suivant les différents essais sont importantes, de sorte que les échantillons de l'exemple de comparaison ne peuvent pas être utilisés comme câbles résistants. D'autre part, dans les échantillons de l'invention, tous les résultats aux essais sont bons, et les effets résultant de l'emploi de faisceaux de fibres de polyaramide entrelacées autour d'un faisceau central sont notables. Alors que la véritable raison pour laquelle le câble d'allumage de l'invention est stabilisé et présente une bonne valeur de résistance n'a pas été complètement élucidée, on peut toutefois penser que cette raison est la suivante. Dans le câble d'allumage de l'invention, o les faisceaux de fibres de polyaramide sont entrelacés, lorsqu'on dénude l'extrémité du cêble Four former une borne et qu'on rabat l'tme semi-conductrice nue sur le câble, la couche de peinture ne se sépare pas facilement de la couche entrelacée; puisque la couche de peinture est maintenue dans les mailles des faisceaux de fibres de polyaramide entrelacées, elle ne s'enlève que difficilement par compa- raison avec les câbles o l'élément de tension est un unique faisceau defibres de polyaramide ou est constitué de faisceaux de fibres de polyaramide simplement enlacées ou torsadées. Selon l'invention, on peut utiliser une âme conductrice résistante portant seulement une couche de peinture semi-conductrice sur un élément de tension (c'est-à-dire sans couche de dénudation),, ou un élément de tension portant une couche de peinture semi- conductrice et une couche de composé semi-conducteur déposée par extrusion sur la couche de peinture semi-conductrice, et la couche isolante peut être un produit de réticulation d'un mélange de polymères contenant du polyéthylène (polyéthylène et copolymère d'éthylène et de propylène, ou polyéthylène et copolymère éthylène- &-oléfine, etc.). De plus, la couche de renforcement peut être un ruban perforé ou un élément analogue, de même que la tresse, et elle peut être placée entre des gaines interne et externe aussi bien que dans l e cas d'une unique gaine, ou bien encore la couche de renforcement peut être omise, si cela est souhaitable. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir des câbles dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. T A B LEAU I !Exemple de l'invention Exempl]e comparatif trucSueIDiamètre Diamtètre Structure t Epaisseur! extérieur Epaisseur extérieur ______ __________ _____ ______ _____ ___ _ (mm)I (mm) - (mm) (mm) Ame Faisceau de fibres de polyaramide 400 deniers x 1 0,4 1500 deniers x 1 0,5 Couche de peinture semi-conductrice 0,05 0,5 Couche entrelacée de faisceaux de fibres de polyaramide deniers x 8 0,05 0,6 Couche de peinture semi-conductrice (plus couche de 0,05 0,7 0,10 0,7 dénudation) Couche extrudée decomposé semi-conducteur 0,2 1,1 0,2 1,1 Isolant Couche extrudée de polyethylène réticulé],8 4,7 1,8 4,7 Couche de renforcement Tresse de verre de renforcement 0,1 4,9 0,1 4,9 LGaine Caoutchouc de silicone ou caoutchouc d'éthylène-propylène 1,05 7,0 1,05 7,0 -4 %n Po TAB L.E A U II Exemple de l'invention; Exemple comparatif Matériau de la gaine Essai Caoutchouc Caoutchouc Caoutchouc Caoutchouc d'éthylène- de d'éthylène- de Propylène silicone propylène silicone Capacité électrostatique (pF/m) (note 1) 76 74 76 74 Résistance (k:. /m) o o x x (16 kf-/m 20 %) (note 2) 14-18 15-18 13-20 13-20 Cycle de service (dans les limites d'une variation de résistance de o o x x _+ 15 %) (note 2) Dépendance thermique de la résistance (dans les limites d'une variation thermique de - o O O résistance de +20 %) (note 2) (dans les limites d'une variation de résistance i de + 10 % après retour à la température ambiante) o o o (note 2) Dépendance de la résistance vis-à-vis de l'humidité (dans les limites d'une variation de résistance de O I o + 15 %) (note 2) * Résistance à l'eau de la résistance (dans les limites d'une variation de résistance de o o 0 + 25 %) (note 2) Résistance à l'huile de la résistance (dans les limites d'une variation de résistance de o o x x + 15 %) (note 2) 4-J -J %O TABLEAU I I (suite) Exemple de l'invention Exemple comparatif I tI Matériau de la gaine (1)2 (lt (2) Essai Caotchouc Caou c uc Caoutchouc Coe) Caoutchouc u Cot. d'éthylène- de déthylène- de propylène silicone propylène silicone Durée d'utilisation en charge (dans les limites d'une variation de résistance de o o x x + 15 %) (note 2) Résistance aux chocs (dans les limites d'une variation de résistance de o o I x x + 5 %) (note 2) (Les valeurs entre parenthèses indiquent les valeurs de spécification) Note 1: l'essai de capacité électrostratique a eté effectueé selon la norme JIS C-3004-1975, désignée. sous le ti t re "Essai d'un cable isolé par du caoutchouc". Selon cet essai, entre autres dispo- sitions, on trempe un échantillon dans l'eau, on met à la terre et on mesure la capacité électro- statique établie entre l'échantillon et l'eau à une fréquence de 1000 Hz par la méthode du pont en courant alternatif, la capacité électrostatique étant exprimée par unité de longueur (mètre) de l'échantillon. Note 2: les essais ont été effectués selon la norme JIS C-3409-1975 désignée sous le titre "Câble résistif en haute tension du type empochant les parasites électriques dus aux voitures automobiles". Le symbole "o" veut dire "satisfaisant" et le symbole "x" veut dire "non satisfaisant". 1-J -J4 %0 R E V E N D I CA T IONS 1. Câble d'allumage sous haute tension qui présente une faible capacité électrostatique et comprend une âme conductrice résistante, une couche isolante (6) et une gaine (8), le câble étant caractérisé en ce que l'âme conductrice résistante comprend un élé- ment de tension que l'on obtient en entrelaçant plusieurs faisceaux de fibres de polyaramide (3) autour d'un faisceau central de fibres de polyaramide (1). 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (6) comprend du polyéthylène réticulé ou un mélange de polymères réticulés contenant du polyethylène. 3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme conductrice résistante comprend une couche de composé semi- conducteur déposée par extrusion, par-dessus une couche de dénuda- tion (5), sur l'élément de tension imprégné d'une peinture semi- conductrice (2), puis laissé sécher, ladite nme ayant un diamètre externe de 1,2 mm ou moins.