Brevet FR2510317A1 — publié le 19830128

L'invention concerne les bougies d'allumage à résistance et un procédé de production de telles bougies d'allumage. Une bougie d'allumage à résistance comprend un culot, un ensemble à isolateur porté par le culot et une électrode de masse intégrée structurellement au culot. L'ensemble à isolateur comprend un isolateur qui présente une extrémité d'allumage et une extrémité formant borne et qui est traversé par un alésage habituellement épaulé dans lequel est logée une électrode centrale présentant une extrémité d'allumage et une extrémité opposée située à l'intérieur de l'alésage, une résistance comportant des parois qui s'étendent longitudinalement à l'intérieur de l'alésage et ayant une extrémité en contact électrique avec l'extrémité de l'électrode centrale située dans l'alé- sage, et l'autre extrémité en contact électrique avec une borne, habituellement par l'intermédiaire d'un ressort. L'électrode de masse et l'électrode centrale sont disposées de manière à former un éclateur à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne lorsque la bougie d'allumage est en service. Le milieu régnant dans l'alésage d'un isolateur de bougie d'allumage peut provoquer une détérioration d'une résistance à un point tel que ses caractéristiques électri- ques sont modifiées, ce qui entraîne un mauvais comportement ou une défaillance de la bougie L'invention repose sur le fait qu'il est apparu possible de remédier au problème en scellant la résistance dans une masse de talc ou autre ma- tière non conductrice du courant électrique afin de l'iso- ler du milieu hostile, et sur le fait que le talc ou autre matière non conductrice du courant électrique peut également empêcher l'échappement des gaz de la chambre de combustion. En plus d'être scellée dans la masse de talc ou autre, la résistance peut également être encastrée dans l'électrode centrale de la bougie d'allumage. Il est préférable que la résistance et le joint la scellant soient proches de l'extrémité d'allumage de l'isolateur de la bougie afin de minimiser la perturbation électromagnétique et les auto-allumages capacitifs Le joint d'alésage à fonctions multiples est constitué d'une matière non conductrice du courant électrique qui est seu- lement comprimée,ou bien comprimée et cuite, pour former une masse sensiblement imperméable aux gaz, en contact avec une extrémité de l'électrode centrale et logée dans l'espa- ce annulaire compris entre les parois longitudinales de l'alésage et les parois de la résistance Par conséquent, l'électrode centrale et la résistance sont maintenues fer- mement en position à l'intérieur de l'alésage de l'isola- teur par un joint étanche aux gaz réalisé entre l'alésage et l'électrode centrale, autour de la résistance. L'invention est également basée sur le fait que l'on a trouvé un procédé pour fixer une résistance et une électrode centrale dans un alésage d'un isolateur céramique. Le procédé consiste à donner au préalable la forme d'un tu- be cylindrique à une matière non conductrice du courant élec- trique, pouvant être comprimée dans un état pratiquement imperméable aux gaz, et à comprimer le tube cylindrique ainsi préformé contre une extrémité de l'électrode centrale, entre les parois longitudinales de l'alésage et les parois de la résistance. L'invention a pour objet une bougie d'allumage à résistance comportant un joint d'alésage à plusieurs fonc- tions, la résistance étant disposée radialement vers l'in- térieur du culot de la bougie afin de minimiser la pertur- bation électromagnétique et les auto-allumages capacitifs. L'invention a pour autre objet un procédé de fi- xation d'une résistance et d'une électrode centrale dans l'alésage épaulé d'un isolateur céramique. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemplesnullement limitatifs et sur lesquels: la figure l est une coupe verticale schématique partielle d'une bougie d'allumage à résistance selon l'in- vention, comportant une seule électrode de masse, une ré- sistance dont une extrémité est en contact électrique avec 1 'extrémité à tête d'une électrode centrale, et une ma- tière non conductrice du courant électrique et pratiquement imperméable aux gaz entourant la résistance; la figure 2 est une coupe verticale schématique partielle d'une autre forme de réalisation de la bougie d'allumage à résistance selon l'invention, comportant une électrode de masse à contacts multiples, une résistance dont une extrémité est encastrée dans un évidement ménagé dans l'extrémité à tête d'une électrode centrale, et une matière non conductrice du courant électrique et pratique- ment imperméable aux gaz entourant la résistance; la figure 3 est une coupe longitudinale d'une variante de la bougie d'allumage de la figure 1 dans la- quelle un élément de retenue, conducteur du courant élec- trique, recouvre une extrémité de la résistance; la figure 4 est une coupe longitudinale d'une variante de labougie d'allumage de la figure 2 dans la- quelle un élément de retenue, conducteur du courant élec- trique, recouvre une extrémité de la résistance; la figure 5 est une coupe longitudinale éclatée et partielle de la bougie d'allumage de la figure 1 avant que la matière non conductrice du courant électrique soit comprimée autour de la résistance et contre l'extrémité à tête de l'électrode centrale, cette vue montrant d'autres étapes de l'assemblage; la figure 6 est une coupe longitudinale partiel- le, à échelle agrandie, montrant la résistance et un tube cylindrique préformé constitué de la matière non conduc- trice du courant électrique montrée sur la figure 5; la figure 7 est une coupe longitudinale éclatée et partielle montrant la bougie d'allumage de la figure 2 avant que la matière non conductrice du courant électrique soit comprimée autour de la résistance et contre l'extré- mité à tête de l'électrode centrale, cette vue montrant d'autres étapes de l'assemblage; la figure 8 est une coupe longitudinale partiel- le, à échelle agrandie, de la résistance et d'un tube cylindrique préformé, constitué de la matière non conduc- trice du courant électrique montrée sur la figure 7; et la figure 9 est une coupe longitudinale partiel- le, à échelle agrandie, de la résistance, du tube cylin- drique préformé et d'une partie de l'électrode centrale à tête montrés sur la figure 7. La bougie d'allumage selon l'invention est repré- sentée globalement en 10 et en détail sur les dessins, et plus particulièrement sur la figure 1 Cette bougie d'allu- mage 10 comprend un culot fileté 11, un ensemble 12 à iso- lateur porté par le culot 11, et une électrode 13 de masse intégrée structurellement au culot 11 L'ensemble 12 à iso- lateur comprend un isolateur 14 qui présente une extrémité d'allumage et une extrémité 16 de borne, et qui est tra- versé par un alésage épaulé 17 Une électrode centrale 18, comportant une-extrémité 19 à tête, est montée sur un épau- lement 20 de l'alésage 17 L'électrode 18 présente, à l'ex- trémité 15 d'allumage de l'isolateur 14, une extrémité 21 d'allumage qui forme un éclateur avec l'électrode 13 de masse En service, l'électrode 13 de masse et l'extrémité 21 d'allumage de l'électrode centrale 18 sont disposées à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un moteur à com- bustion interne (non représenté) L'ensemble 12 à isolateur comprend également une résistance 22 comportant des parois 23 qui s'étendent longitudinalement dans l'alésage 17, et des extrémités 24 et 25 L'extrémité 24 de la résistance 22 est en contact électrique avec l'extrémité 19 à tête de l'électrode centrale 18, tandis que l'extrémité 25 est en contact avec un ressort 26 qui repousse élastiquement la résistance 22 vers l'extrémité 19 à tête de l'électrode centrale 18 L'extrémité 24 de la résistance 23 porte con- tre un téton 27 situé sur l'extrémité 19 à tête de l'élec- trode centrale 18 et elle est maintenue en contact électri- que avec ce téton par le ressort 26 qui, lui-même, est en contact électrique avec une borne 28 conductrice du courant électrique Par conséquent, un circuit électrique complet est formé entre la borne 28 et l'électrode centrale 18. L'ensemble 12 à isolateur comprend également une masse 29 constituée d'une matière non conductrice du cou- rant électrique et pratiquement imperméable aux gaz, rem- plissant l'espace compris entre les parois longitudinales de l'alésage 17 et une partie des parois 23 de la résis- tance 22, à proximité de l'extrémité 19 à tête de l'élec- trode centrale 18 Une partie des parois 23 de la résistance 22, adjacente à l'extrémité 25 de cette résistance, s'étend au-delà de la masse 29 Qui n-ut être composée d'une poudre de talc ou d'alumine, ou d'un mélange de ces matières avec un liant inorganique, cette poudre étant comprimée La masse 29 peut également être réalisée par cuisson de verre en poudre comprimé Dans tous les cas, la masse 29 forme ( 1) un joint de résistance empêchant la détérioration de la résistance 22 et la modification qui en résulte de ses caractéristiques électriques, ( 2) un joint d'alésage qui retient les gaz à l'intérieur de la chambre de combustion d'un moteur associé, ( 3) un matelas d'alésage qui rattrape les différences de dilatation thermique entre l'isolateur 14 et l'électrode centrale 18, et ( 4) un dispositif de retenue qui maintient l'extrémité 19 à tête de l'électrode centrale 18 fermement en position contre l'épaulement 20 de l'alésage épaulé 17. La masse 29 peut être produite à partir d'un tube cylindrique préformé 29 ' (figure 6) qui, après assemblage avec une résistance 22, comme représenté, est introduit dans l'alésage 17 (comme montré sur la figure 5) et est ensuite comprimé pour former la masse 29 (figure 1) de matière non conductrice du courant électrique et pratiquement imper- méable aux gaz, entre les parois longitudinales 30 de l'alésage 17 et les parois 23 de la résistance 22 Cette dernière peut être intégrée du point de vue structurel et électrique à l'extrémité à tête 19 de l'électrode centrale 18, comme montré sur la figure 2. Une bougie d'allumage représentée globalement en 31 sur la figure 2 comprend un culot fileté 32 et un ensem- ble 33 à isolateur porté par le culot 32 L'ensemble 33 comprend un isolateur 34 traversé par un alésage épaulé Une électrode centrale 36, comportant une extrémité 37 à tête, repose sur un épaulement 38 de l'alésage épau- lé 35 Une résistance 39 comporte des parois 40 qui s'éten- dent longitudinalement a l'intérieur de l'alésage 35, et des extrémités opposées 41 et 42 L'extrémité 4 i de la ré- sistance 39 est intégrée structurellement à l'extrémité à tête 37 de l'électrode centrale 36, l'extrémité 41 de la résistance étant embo Uée dans un alésage 43 de l'électrode centrale L'ensemble à isolateur comprend également une masse 44 de matière non conductrice du courant électrique et pratiquement imperméable aux gaz La masse 44 est en contact avec l'extrémité à tête 37 de l'électrode centrale 36 et elle s'étend de cette dernière entre les parois de l'alésage 35 et les parois 40 de la résistance 39 pour aboutir à peu de distance de l'extrémité 42 de la résis- tance 39 L'extrémité 42 de la résistance 39 est en-contact avec un ressort 45. La figure 3 représente globalement en 46 une bou- gie d'allumage analogue à la bougie d'allumage 10 de la fi- gure 1, sauf en ce qui concerne les points portant des ré- férences numériques supplémentaires Comme représenté sur la figure 3, une masse 29 de matière non conductrice du courant électrique est constituée de verre et est obtenue par garnissage de verre en poudre autour des parois 23, à proximité de la tête 19 de l'électrode 18, puis par garnis- sage d'une poudre de matière conductrice du courant élec- trique sur le verre et autour de la partie supérieure des parois 23 et sur l'extrémité 25 de la résistance 22, l'en- semble obtenu étant ensuite cuit On obtient la masse 29 par cuisson de la poudre de verre et on obtient une coupelle 47 par cuisson de la poudre de matière conductrice. La figure 4 représente globalement en 48 une bou- gie d'allumage analogue à la bougie d'allumage 31 de la figure 2, sauf en ce qui concerne les points portant des références numériques supplémentaires Comme représenté sur la figure 4, une masse 44 ' de matière non conductrice du courant électrique est obtenue par un garnissage de verre en poudre autour des parois 40, à proximité de la tête 37 de l'électrode 36, puis par garnissage d'une poudre de ma- tière conductrice du courant électrique autour du verre et de la partie supérieure des parois 40 et sur l'extrémité 42 de la résistance 39, l'ensemble obtenu étant ensuite cuit On obtient la masse 44 ' par cuisson du verre en pou- dre et on obtient une coupelle 49 par cuisson de la poudre conductrice La matière conductrice-du courant électrique à partir de laquelle la coupelle 49 est formée peut être du laiton en poudre, de même que Ja matière à partir de laquelle la coupelle 47 de la figure 3 est formée. Le fonctionnement de la plupart des bougies d'al- lumage classiques crée des perturbations électromagnétiques affectant d'autres équipements électroniques tels que les récepteurs de télévision ainsi que les équipements électro- niques embarqués Il est apparu que, lorsque la position de la résistance 22 (figure 1) dans la base de l'isolateur 14 se trouve radialement vers l'intérieur du culot 11, la bou- gie 10 d'allumage non seulement présente, en service, une perturbation électromagnétique réduite, mais présente éga- lement une durée de vie accrue par comparaison avec une bougie par ailleurs identique, dans laquelle la résistance ne se trouve pas radialement vers l'intérieur du culot. Lorsque la résistance est placée radialement à l'intérieur du culot, on pense qu'elle supprime plus efficacement les auto-allumages capacitifs qui contribuent à l'érosion de l'électrode Une autre caractéristique est que l'isolateur 14 lui-même peut être raccourci Les mêmes observations ont été faites lorsque la résistance 22 est convenablement posi- tionnée à l'intérieur de la bougie d'allumage 46 (figure 3) et, de façon analogue, lorsque la résistance 39 est conve- nablement positionnée à l'intérieur des bougies d'allumage 31 et 48 (figures 2 et 4, respectivement). La figure 5 représente la bougie d'allumage 10 de la figure 1 à un stade intermédiaire de son assemblage. Comme représenté, l'extrémité à tête 19 de l'électrode centrale 18 est en appui sur l'épaulement 20 de l'alésage épaulé 17 de l'isolateur 14, l'extrémité 21 d'allumage de l'électrode centrale 18 avançant au-delà de l'extrémité 15 d'allumage de l'isolateur 14 La résistance 22, entourée d'une préforme 29 en matière non conductrice du courant électrique, repose sur le téton 27 de l'extrémité à tête 19 de l'électrode centrale 18 Pour achever l'assemblage de la bougie 10 d'allumage, le tube cylindrique préformé 29 " est comprimé pour former le joint 29 non conducteur du courant électrique et sensiblement imperméable aux gaz, et le ressort 26 est introduit, suivi de la borne 28, comme montré sur la figure 1 La résistance 22, entourée de la préforme 29 ", est montrée sur la figure 6. La figure 7 représente la bougie d'allumage 31 de la figure 2 à un stade intermédiaire de son assemblage. Comme représenté, l'extrémité à tête 37 de l'électrode centrale 36 repose sur l'épaulement 38 de l'alésage épaulé de l'isolateur 34 La résistance 39, entourée d'une pré- forme 44 ' de matière non conductrice du courant électrique, est disposée à l'intérieur de l'alésage 35 de l'isolateur 34 afin que son extrémité 41 s'ajuste dans l'alésage 43 de l'extrémité 37 à tête de l'électrode centrale 36 Pour achever l'assemblage de la bougie d'allumage 31, le tube cylindrique préformé 44 ' est comprimé pour former le joint 44 non conducteur du courant électrique et sensiblement im- perméable aux gaz, et le ressort 45 est introduit, suivi de la borne, comme montré sur la figure 2 La résistance 39, entourée de la préforme 44 ', est représentée sur la figure 8. La résistance 39 et l'extrémité à tête 37 de l'électrode centrale 36 peuvent être fixées dans l'alésage épaulé 35 de l'isolateur 34 par une autre série d'épaule- ments, comme montré sur la figure 7 La figure 9 représente l'extrémité 41 de la résistance 39 logée dans l'alésage 43 de l'extrémité 37 à tête de l'électrode centrale 36 Le tube cylindrique préformé 44 ' est ensuite placé au-dessus de la résistance 39, contre l'extrémité à tête 37 de l'élec- trode centrale 36, pour former un ensemble à électrode cen- trale Cet ensemble est ensuite disposé à l'intérieur de l'alésage épaulé 35 afin que l'extrémité à tête 37 de l'élec- trode centrale 36 repose sur l'épaulement 38 de cet alésage, comme illustré sur la figure 7 Enfin, le tube cylindrique préformé 44 ' est comprimé pour former la matière 44 non conductrice du courant électrique et sensiblement imperméa- ble aux gaz, et le ressort 45 est introduit, suivi de la borne, comme montré sur la figure 2. Dans chacun des procédés décrits ci-dessus, la masse de matière non conductrice du courant électrique peut être constituée d'un mélange d'un liant minéral et d'une poudre telle que du talc, de l'alumine ou un mélange de talc et d'alumine, ou bien elle peut être constituée de verre Lorsque cette masse est en verre, on réalise d'abord un garnissage de poudre de verre autour de la résistance pendant qu'elle est disposée dans l'alésage de la bougie d'allumage, et on réalise ensuite un garnissage d'une pou- dre de matière conductrice du courant électrique, au-dessus du verre L'ensemble obtenu est ensuite cuit pour achever le joint, comme montré sur les figures 3 et 4 Dans tous les cas, la matière conductrice du courant électrique peut être du laiton en poudre. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à la bougie d'allumage décrite et re- présentée sans sortir du cadre de l'invention Par exemple, on peut noter que la configuration de l'électrode de masse peut être de l'un quelconque de plusieurs types: l'électrode simple 13 de la figure 1, les électrodes multiples 50 de la figure 2, une électrode annulaire ou autre. REVENDICATIONS 1 Bougie d'allumage, caractérisée en ce qu'elle comporte un culot ( 11 ou 32) pouvant être logé de manière amsvi- ble dans un moteur à combustion interne, un ensemble ( 12 ou 33) à isolateur porté par le culot, et une électrode de masse ( 13) intégrée structurellement à ce culot, ledit en- semble comprenant un isolateur ( 14 ou 34) qui présente une extrémité ( 15) d'allumage et une extrémité ( 16) pour borne, et qui est traversé par un alésage ( 17 ou 35) dans lequel est disposée une électrode centrale ( 18 ou 36) qui présente une extrémité ( 21) d'allumage formant un éclateur avec l'électrode de masse, et une extrémité opposée ( 19), une borne ( 28), conductrice du courant électrique étant logée dans l'extrémité correspondante de l'isolateur, une résis- tance ( 22 ou 39) et un élément ( 26 ou 45), conducteur du courant électrique, étant logés à l'intérieur de l'alésage de l'isolateur et disposés entre ladite extrémité opposée de l'électrode centrale et la borne, cet élément tendant à déplacer élastiquement la résistance pour permettre l'éta- blissement d'une connexion électrique, à travers lui, entre ladite borne et l'extrémité opposée de l'électrode centrale, et un joint ( 29), non conducteur du courant électrique et pratiquement imperméable aux gaz, étant comprimé entre les parois de l'alésage de l'isolateur et des parois longitudi- nales de la résistance. 2 Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la position longitudinale de la ré- sistance dans la base de l'isolateur se trouve radialement vers l'intérieur du culot. 3 Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance est en contact élec- trique avec l'extrémité pour borne de l'électrode centrale. 4 Bougie d'allumage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la résistance ( 39) est intégrée structurellement à l'extrémité pour borne de l'électrode centrale ( 36). Bougie d'allumage selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisée en ce que la matière non con- ductrice du courant électrique comprend un liant inorgani- que et du talc ou de l'alumine en poudre ou un mélange de talc et d'alumine. 6 Bougie d'allumage selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisée en ce que la matière non con- ductrice du courant électrique est de la poudre de verre vitrifiée. 7 Bougie d'allumage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la matière non conductrice du courant électrique entoure uniquement une partie de la résistance et est recouverte d'une matière ( 47 ou 49) con- ductrice du courant électrique, comprimée autour de la partie restante de la résistance et sur l'extrémité de cette dernière qui est en contact électrique avec ledit élément conducteur du courant électrique. 8 Bougie d'allumage selon la revendication 7, caractérisée en ce que la matière conductrice du courant électrique est du laiton en poudre. 9 Procédé de fixation d'une résistance ( 22 ou 39) et d'une électrode centrale ( 18 ou 36), présentant une extrémité ( 21) d'allumage et une extrémité opposée ( 19), dans un alésage ( 17 ou 35) d'un isolateur céramique ( 14 ou 34) présentant une extrémité ( 15) d'allumage et une extré- mité ( 16) pour borne, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à loger l'électrode centrale dans l'alésage de l'isolateur de manière que l'extrémité d'allumage de l'électrode centrale dépasse l'extrémité d'allumage de l'isolateur, à placer la résistance à l'intérieur d'un tube cylindrique ( 29 ' ou 29 ")préformé à partir d'une matière non conductrice de courant électrique, à placer le tube cylindrique et 'a résistance, ainsi qu'un élément ( 26 ou 45), conducteur du courant électrique, à l'intérieur de l'alésage de l'isolateur, à comprimer le tube cylindrique préformé pour constituer un joint ( 29, 44 ou 44 ') non conducteur du 10317 courant électrique et sensiblement imperméable aux gaz, entre les parois de l'alésage de l'isolateur et les pa- rois de la résistance, et à placer une borne ( 28), con- ductrice du courant électrique, dans l'extrémité pour borne de l'isolateur afin d'établir un contact électrique, à travers la résistance et l'élément conducteur, avec l'ex- trémité opposée de l'électrode centrale, afin que cette dernière et la résistance soient maintenues fermement à l'intérieur de l'alésage de l'isolateur par un joint étan- che aux gaz. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la résistance ( 22) disposée à l'intérieur du tube cylindrique est logée dans l'alésage de l'isolateur, en contact électrique avec l'extrémité opposée de l'électrode centrale ( 18), le tube cylindrique préformé étant comprimé vers l'extrémité opposée de l'électrode centrale, l'élément conducteur ( 26) étant disposé à l'intérieur de l'alésage de l'isolateur, en contact électrique avec la résistance, et la borne étant placée en contact électrique avec cet élé- ment conducteur qui tend à appliquer élastiquement la ré- sistance contre l'extrémité opposée de l'électrode centrale. 11 Procédé selon la revendication 10, caractéri- sé en ce que la résistance ( 39) logée à l'intérieur du tube cylindrique est disposée dans l'alésage de l'isolateur, en contact structurel avec l'extrémité opposée de l'électrode centrale ( 36). 12 Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à recouvrir la résistance et le tube cylindrique comprimé d'une matière conductrice du courant électrique, à comprimer cette ma- tière contre la résistance et le tube, puis à chauffer la matière comprimée pour former une coupelle conductrice ( 47 ou 49).