Brevet FR2560971A1 — publié le 19850913

La présente invention se rappurte à une bougie à incandescence pour moteurs Diesel de véhicules automobiles comprenant un corps métallique creux, un organe d'amenée de courant et une gaine métallique tubulaire fermée en bout et contenant une spirale électrique noyée dans un matériau isolant électrique. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de la spirale. On sait, que la fonction de l'enroulement disposé à l'intérieur de la gaine consiste à porter celle-ci à incandescence, de façon à réchauffer suffisam- ment la chambre de combustion dans laquelle émerge la gaine, afin de facili- ter le démarrage du moteur thermique à basse température. Il faut néanmoins un certain temps à l'enroulement pour porter la gaine à la température nécessaire à l'autoallumage du combustible. Ce temps d'attente ou temps de préchauffage est signalé au conducteur par une lampe témoin qui s'allume normalement à la première rotation du com- mutateur d'allumage et s'éteint quand le moteur est prêt pour le démarrage. Toutefois, passé cet instant, l'enroulement continue à être alimenté pen- dant un moment, de façon à donner le temps au conducteur d'effectuer la manoeuvre de démarrage, après quoi l'alimentation est interrompue. Pour réduire le temps de préchauffage à quelques secondes et éviter quel durant la période supplémentaire d'alimentation, l'enroulement se réchauffe de façon excessive au risque de voir le filament se rompre, on a apporté quelques perfectionnements à la forme et à la structure dudit enroulement. Selon les brevets britanniques no 1127454 et 2013277, le filament est con- stituë de deux spirales assemblées en série ayant des caractéristiques et comportement différents. Le but est d'obtenir un réchauffement rapide de la gaine au début de l'alimentation et par la suite une limitation du courant, afin d'éviter le surchauffage du filament. Une des spirales, notamment la dernière, a pour fonction de réchauffer plus particulièrement la pointe de la bougie (spirale de chauffe), l'autre (la première) a pour fonction de contrôler le courant (spirale résistante) de sorte que, durant le moment supplémentaire d'alimentation, la tempéra- ture du filament se maintienne dans les limites acceptables. Il est clair, que la construction d'une telle bougie est coûteuse: d'une part à cause de l'utilisation des deux spirales différentes, et d'autre part à cause de l'opération de soudure nécessaire pour les assembler. Pour avoir une bonne soudure entre les deux spirales, il faut que les deux extrémités à souder soient parfaitement mises et maintenues côte à côte durant l'opération. En outre, les deux extrémités doivent s'arrêter au même niveau, c'est à dire qu'aucune ne s'avance par rapport à l'autre. 256097 X Naturellement, pour satisfaire à toutes ces conditions, on doit utiliser un outillage sophistiqué et donc coûteux, aux dépens du coût final de la bougie. I1 ne faut pas oublier que les filaments des deux spirales sont de diamètre réduit et que l'assemblage de leurs extrémités requiert l'emploi d'un appareil au laser qui doit exécuter une véritable microsoudure. En outre, l'opérateur a besoin, pour suivre les différentes opérations, d'un moniteur ou d'un appareil grossissant. Dans tous les cas, la soudure réalisée crée une discontinuité dans le fi- lament, ce qui signifie un point faible dans lequel peut se produire une coupure, soit par rupture mécanique, soit par fusion due à un réchauffement excessif d'une zone de faible dimension. Enfin, l'emploi des deux spirales entraine des complications de construc- tion, quand on veut passer d'une production de bougies ayant des caracté- ristiques déterminées à une production de bougies de caractéristiques dif- férentes. Il est nécessaire dans ce cas de remplacer une, voire même les deux spirales. La présente invention a pour objet la mise au point des bougies dont le procédé de fabrication permette par de simples modifications de la struc- ture du filament de varier les caractéristiques électriques et thermiques de la bougie. On pourra ainsi passer d'une série de fabrication de bougies à une autre série à caractéristiques différentes en continuant d'utiliser le même enroulement de base. La bougie à incandescence selon l'invention est caractérisée par une mono- spirale dont le premier tronçon du filament.à partir du point d'attache avec l'organe d'amenée de courant est revêtu d'une matière à haute conduc- tibilité électrique, dont la résistance a un coefficient de température positif très élevé par rapport à celui du matériau du filament. De cette façon, le tronçon final de la spirale agit en élément réchauffant de la gaine, alors que le premier tronçon revêtu agit en élément résistant ou élément de contrôle du courant d'alimentation. La bougie conforme à l'invention présente l'avantage d'utiliser une spi- rale sans points de soudure et, en outre, de pouvoir varier ses caracté- ristiques électriques et thermiques en variant les dimensions du revête- ment conducteur. Selon sa forme préferentielle de réalisation, la matière du filament est constituée d'un alliage de Fe-Cr-Al, alors que le revêtement conducteur est une matière à base de nickel. Le procédé de fabrication de la spirale consiste à traiter celle-ci dans un bain galvanique à base de sels du métal de revêtement, après que le 25609 7 1 dernier tronçon non concerné par le revêtement ait été protégé par une couche isolante. A la fin, on élimine la couche isolante sur le filament du dernier tronçon de la spirale. Il est évident que, dans le cas d'un revêtement au nickel, le traitement de la spirale dans le bain-consiste en un nickelage. Ce procédé permet une production simple et peu coûteuse de bougies à ca- ractéristiques diverses en faisant varier simplement la longueur ou l'é- paisseur de la couche de revêtement conducteur. Les autres caractéristiques et avantages de la bougie à incandescence con- forme à l'invention apparaitront à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation présenté à titre d'exemple et illustré par les dessins, dont la fugure 1 représente une bougie à incandescence conforme à l'invention et partiellement sectionnée, la figure 2 représente, à l'échelle agrandie, la spirale partiellement revêtue employée dans la bougie de la figure 1, et la figure 3 une coupe à l'échelle agrandie selon A-A de la spirale de la figure 2. En se référant aux dessins, on voit que la bougie à incandescence se compose essentiellement de: - un corps métallique creux 1 muni de filetage 2 et d'un écrou 3 - un organe d'amenée de courant 4 fixé avec interposition d'isolant au corps 1, et - une gaine métallique tubulaire 5 fermée en bout et reliée, avec une large ouverture, à l'intérieur du corps 1. L'extrémité libre de la gaine débouche dans la chambre de combustion (non représentée) du moteur thermique pour agir en tant qu'élément incan- descent, tandis que l'organe d'amenée de courant 4 est relié à une source d'alimentation de courant électrique (non représentée). A l'intérieur de la gaine 5,noyée dans un matériau isolant 6 constitué d'une poudre comprimée de MgO, est disposée une monospirale 7, reliée par une extrémité à l'organe d'amenée de courant 4, et par l'autre à l'intérieur de l'extrémité de la gaine. Cette poudre 6 sépare également la gaine 5 de la partie de l'organe d'amenée de courant qui s'y introduit. D'après l'invention, la spirale 7 comprend un filament 8 (voir figure 3) qui sur une longueur initiale L1 de la spirale à partir du point d'attache avec l'organe d'amenée de courant 4, est recouvert de matériau 9 à haute conductivité électrique et dont la résistance présente un coefficient de température positif très élevé par rapport à celui de la matière du fila- ment 8. Le filament est composé d'un alliage Fe-Cr-Al et d'un revêtement conduc- teur de nickel. Le choix de ces matières est en rapport avec leurs carac- téristiques, qui sont celles requises pour l'emploi spécifique des bougies à incandescence. L'alliage Fe-Cr-Al présente une résistivité électrique élevée et un coefficient de température bas, alors que le nickel offre les caractéristiques opposées, c'est à dire une résistivité électrique basse et un coefficient de température élevé. Avec de tels matériaux, le tronçon final L2 de la spirale (tronçon avec le filament non revêtu) agit, au début de l'alimentation, en élément ré- chauffant, de façon à porter rapidement la pointe de la gaine à la tempé- rature d'allumage du combustible. Pendant ce temps, le premier tronçon L (tronçon avec le filament revêtu) favorise, au début de l'alimentation, le passage du courant, mais par la suite, par effet de l'élévation de la température de la gaine et donc de l'accroissement considérable de sa résistance, il en entrave le flux, de façon à agir-en élément résistant ou de contrôle de courant, de sorte que la température de la spirale se maintienne dans les limites acceptables durant toute la durée d'alimenta- tion. Il est clair, que dans cette bougie conforme à l'invention, la spirale est constituée d'un filament ininterrompu, c'est à dire ne présentant ni jonctions ni soudures. On n'a pas ainsi à craindre une rupture du filament qui peut au contraire survenir dans les bougies classiques à double spirale. Mais, par dessus tout, la spirale 7 ne nécessite aucune opération de soudure qui est notoirement coûteuse et difficile à réaliser. La spirale partiellement revêtue peut être obtenue par n'importe quel procédé convenable. Toutefois, un procédé de fabrication particulièrement avantageux, parce qu'il permet de varier facilement les dimensions du revêtement conducteur, est décrit ci-après, en se référant à une bougie munie d'un revêtement conducteur en nickel., Ce procédé comprend des étapes suivantes. On protège le tronçon final ou d'extrémité L2 de la spirale par une couche de matière électriquement isolante. Cette couche de protection peut être réalisée par pulvérisation, enduisage ou immersion dans un bain de matière isolante choisie, telle que vernis, résine ou autres. La spirale entière, protégée en partie, est traitée dans un bain de galva- nisation de sels de nickel activés convenablement. On a ainsi le dépôt électrochimique de nickel sur le filament du tronçon initial L1 de la spirale et non sur la partie protégée L2 du tronçon final. 256097 1 Finalement on élimine!a couche protectrice du tronçon L2 et la spirale prête pour être soudée à ''organe d'amenée de courant 4, puis placée dans la gaine selon la technique habituelle. L'élimination de la couche de protection peut être effectuée au moyen d'un solvant ou n'importe quel agent chimique ou moyen mécanique. Le système de fabrication de la spirale ainsi décrit est aisément auto- matisable. La spirale circulant de façon continue est d'abord soumise à l'opération de protection du tronçon L2 (phase a), puis au traitement dans un bain galvanoplastique (phase b) et enfin, à l'éloignement ou l'élimination de la couche de protection (phase c). Avec le système de fabrication susmentionné, il est possible de prédéter- miner avec précision les caractéristiques finales de la bougie. De fait, en variant la longueur du tronçon L2, on définit exactement la longueur du tronçon L1 à revêtir. De même, en variant la durée du traitement dans le bain de la spirale, on fait varier l'épaisseur s du métal déposé sur le filament. En définitive, toutes conditions 6gales, en variant les dimen- sions énumérées ci-dessus, on peut définir les caractéristiques électriques et thermiques de la bougie. Par exemple, en augmentant la longueur du tronçon revêtu, on réduit la résistance globale de la spirale. Dans ce cas, on augmente le courant qui traverse la spirale au début de l'alimentation et on augmente donc la ra- pidité d'échauffement de la gaine. A titre d'exemple, on a remarqué que dans une bougie à incandescence standard, avec un filament en alliage Fe-Cr-Al et un revêtement conducteur de nickel pur, en réalisant les rapports suivants: L1/L2 étant égal à environ 5 et s/0 (O = diamètre du filament) étant égal à environ 0, 1, la bougie, à la température ambiante de 20 C, atteint la température de référence de 850 C en 4 secondes. Bien que les modes de réalisation décrits n'aient porté que sur un fila- ment en alliage Fe-Cr-Al et sur un revêtement conducteur à base de nickel, d'autres matériaux peuvent être utilisés dans le cadre de la présente in- vention. De même, le revêtement conducteur pouura êtreréalisé par d'autres procédés que le procédé électrochimique, sans sortir du cadre de l'invention. 2560 9 7 1 REVENDICATIONS. 1. Bougie à incandescence -,7r moteurs Diesel de véhicules automobiles comprenant un corps métallique creux, un organe d'amenée de courant et une gaine métallique tubulaire fermée en bout, dans laquelle se trouve, noyée dans un matériau isolant, une spirale électrique reliée par une extrémité à l'organe d'amenée de courant et par l'autre à la pointe de la gaine, caractérisée en ce que le premier tronçon (L1) du filament (8) de la spirale (7), à partir du point d'attache avec l'organe d'amenée de courant (4) est revêtu d'un matériau (9) conducteur de courant et dont la résistance électrique présente un coefficient de température positif très élevé par rapport à celui de la matière constituant le filament, de sorte que le tronçon final (L2) de la spirale agit en tant qu'élément de chauffe rapide de la gaine et que, toutes autres condi- tions étant égales, les dimensions du revêtement (9) varient en fonction des caractéristiques électriques et thermiques désirées de la bougie. 2. Bougie à incandescence selon la revendication l, caractérisée en ce que le filament (8) de la spirale (7) est constitué d'un matériau à haute résistivité électrique et à bas coefficient de température, de préfé- rence un alliage Fe-Cr-Al, tandis que le revêtement conducteur (9) est constitué d'un matériau à basse résistivité électrique et à haut coefficient de température, de préférence le nickel. 3. Procédé de fabrication de la spirale selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprendes phases suivantes: a) protection du dernier tronçon (L2) du filament de la spirale,non concerné par le revêtement conducteur, par une couche d'isolant élec- trique b) traitement de la spirale ainsi protégée dans un bain galvanoplastique à base de sels du métal de revêtement, de façon à réaliser le dépôt électrochimique du métal choisi uniquement sur le premier tronçon (L1) du filament non protégé c) élimination de la couche isolante de protection du dernier tronçon de la spirale, de façon à obtenir une spirale dont seul le premier tronçon soit revêtu. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bain gal- vanoplastique est à base de sels de nickel activés convenablement. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la protection isolante du dernier tronçon (L2) de la spirale est obtenue par un re- vêtement de vernis, de résine ou analogue, réalisé par pulvérisation, enduction ou immersion dans un bain de la matière choisie. - 6, Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élimi- nation de la couche de protection est obtenue au moyen de solvants. 7. Bougie à incandescence et procédé de fabrication de la spirale par- tiellement revêtue, tels que décrits ci-dessus et illustrés dans les dessins joints.