Brevet FR2731295A1 — publié le 19960906

La présente invention est relative au domaine technique des moteurs thermiques à combustion interne et, plus particulièrement, des moteurs à allumage commandé par l'intermédiaire de bougies. L'invention vise, plus particulièrement, les systèmes d'allumage comportant une bobine de transformation d'énergie électrique à même de fournir à une bougie d'allumage, à partir d'une source d'énergie électrique basse tension, une énergie haute tension nécessaire pour la production d'une étincelle d'allumage à l'intérieur de la chambre de combustion qu'une telle bougie équipe. Tel que cela ressort à titre d'exemple de la fig. 1, une bobine d'allumage 1 pour un moteur thermique comporte, de manière classique, un ensemble de transformation formé par un enroulement primaire 2 et par un enroulement secondaire 3, montés concentriquement l'un par rapport à l'autre sur un support respectif 419 42 en entourant le noyau central Sl d'un circuit magnétique S. Un perfectionnement à ce type de bobine d'allumage a été apporté, notamment, par la demande de brevet européen EP O 352 453. Un tel perfectionnement vise à réaliser dans le circuit magnétique 5, un entrefer 6 dans lequel est disposé un aimant permanent 7, en vue d'augmenter l'énergie magnétique stockée dans le circuit magnétique. L'aimant permanent 7 est aimanté dans le sens de son épaisseur, de façon que le flux magnétique qu'il engendre soit opposé au flux produit par l'enroulement primaire 2 de la bobine. n peut ainsi être obtenu une bobine dont l'énergie pouvant être stockée dans le noyau est quadruplée par rapport à une bobine classique. Réciproquement, une telle bobine permet de diviser par deux la section du noyau magnétique en conservant le même matériau, le même nombre de spires primaires, le même courant nominal et la même énergie stockée. La Déposante a eu le mérite de mettre en évidence que l'opposition des flux engendrés par l'aimant permanent, d'une part, et par l'enroulement primaire alimenté, d'autre part, conduit à la création d'une zone de conflit Z dans le noyau magnétique Sl. Dans cette zone Z du noyau, le flux d'induction magnétique engendré par le courant primaire et rencontrant l'opposition du flux de l'aimant, a tendance à circuler en dehors du noyau, de manière à contourner l'entrefer et l'aimant. ll existe donc dans l'environnement proche du noyau un espace dans lequel circulent des fuites magnétiques f représentées schématiquement à titre d'exemple sur la fig. 1. La présence des fuites magnétiques tend à réduire le flux traversant l'enroulement secondaire et, par suite, à réduire le couplage entre les enroulements primaire et secondaire.La réduction du couplage entre les enroulements primaire et secondaire est néfaste pour les paramètres fonctionnels de la bobine que sont la tension secondaire délivrée, le temps de montée de cette tension secondaire et le rendement magnétique de la bobine, à savoir le rapport de l'énergie d'arc sur l'énergie stockée. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ciaessus en proposant une bobine d'allumage pour moteur thermique à combustion interne du type comportant au moins un ensemble de transformation comprenant au moins un ou des enroulements primaires et un enroulement secondaire entourant un circuit magnétique dans lequel est disposé au moins un aimant permanent. Pour atteindre cet objectif, la bobine d'allumage selon l'invention est caractérisée en ce que, pour chaque ensemble de transformation, le ou les enroulements primaires et l'enroulement secondaire sont montés les uns à la suite des autres le long du circuit magnétique, et en ce que le ou les enroulements primaires sont associés chacun à un aimant et se trouvent chacun montés plus près de l'aimant associé que l'enroulement secondaire. L'agencement particulier des enroulements primaire et secondaire par rapport à l'entrefer comportant l'aimant permet de confiner la zone de conflit et l'espace de fuite, afin d'optimiser le couplage entre les enroulements. Un autre objet de l'invention vise à proposer une bobine d'allumage dont les enroulements primaire et secondaire sont montés sur un mandrin isolant unique entourant une branche du circuit magnétique, permettant ainsi de limiter les diamètres de bobinage et, par suite, les résistances ohmiques des enroulements et de réduire l'encombrement en diamètre et les contraintes d'isolement. I1 peut aussi être obtenu un montage plus aisé des enroulements sur le noyau grâce à la diminution du nombre de pièces. Un autre objet de l'invention vise à proposer une bobine d'allumage comportant deux enroulements primaires associés chacun à un aimant et disposés de part et d'autre de l'enroulement secondaire. Un objet encore de l'invention est de proposer une bobine d'allumage à couplage optimisé, destinée à être montée directement dans le puits d'une bougie d'allumage. Pour atteindre cet objectif, la bobine d'allumage comporte un circuit magnétique dont le noyau central est relié, à chacune de ses extrémités par des prolongements, à une enveloppe tubulaire dimensionnée pour être logée dans le puits d'une bougie. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'une bobine d'allumage selon l'art antérieur. La fig. 2 est une vue schématique en élévation d'un premier exemple de réalisation d'une bobine d'allumage conforme à l'invention. Les fig 3 à 6 sont des coupes schématiques en élévation de diverses autres variantes de réalisation d'une bobine d'allumage selon l'invention. La fig. 7 est une vue en perspective arrachée montrant une variante de montage de l'invention particulièrement avantageuse. La fig. 2 montre, de manière schématique, un exemple de réalisation d'une bobine d'allumage 1 d'une bougie non représentée équipant un moteur thermique. Selon cet exemple, la bobine d'allumage 1 comporte un ensemble de transformation A constitué d'un enroulement primaire 2 et d'un enroulement secondaire 3 entourant un circuit magnétique 5, dans lequel est aménagé au moins un entrefer 6 dans lequel est logé un aimant permanent 7. D'une manière classique, une extrémité de l'enroulement primaire 2 est raccordée à une source d'alimentation basse tension, telle qu'une batterie, tandis que l'autre extrémité de l'enroulement primaire 2 est connectée à un dispositif d'allumage conçu pour produire une rupture temporaire d'alimentation de l'enroulement primaire 2. Les modes de connexion de l'enroulement secondaire 3 peuvent prendre toutes les formes connues, à savoir: - une extrémité de l'enroulement secondaire 3 est raccordée à une référence de tension, masse ou borne positive de la batterie, tandis que l'autre extrémité est reliée soit à la bougie, dans le cas d'une bobine unitaire, soit à un distributeur, dans le cas d'un système d'allumage à distribution dynamique, - chacune des extrémités de l'enroulement secondaire 3 est raccordée à une bougie, dans le cas d'une bobine double conçue pour un système d'allumage à distribution statique. L'enroulement secondaire 3 de cet ensemble de transformation A produit une tension élevée, lorsque l'enroulement primaire 2 est permuté depuis son état conducteur à son état non conducteur. Conformément à l'invention, I'enroulement primaire 2 et l'enroulement secondaire 3 sont montés l'un à la suite de l'autre le long d'une portion du circuit magnétique 5. Tel que cela apparaît plus particulièrement à la fig. 2, les enroulements primaire 2 et secondaire 3 sont ainsi placés côte à côté ou disposés en ligne, selon une branche du circuit magnétique. Chaque enroulement 2 et 3 se trouve ainsi bobiné pour entourer chacun une portion ou un tronçon S1, Si du circuit magnétique 5. Compte-tenu de la disposition alignée des enroulements, les tronçons s" Si du circuit magnétique 5, entourés respectivement par les enroulements 2, 3, sont distincts l'un de l'autre sans avoir de partie commune ou de recouvrement.L'intervalle séparant les tronçons si, Si doit être minimisé, afin d'optimiser le couplage entre les enroulements primaire et secondaire. Toutefois, cet intervalle doit tenir compte des contraintes d'isolement entre les enroulements primaire et secondaire. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 2, les enroulements 2, 3 entourent le noyau central Sl du circuit magnétique. L'enroulement primaire 2 est enroulé sur un mandrin isolant 9 entourant le noyau central Si du circuit magnétique S. L'enroulement secondaire 3 est également bobiné sur le mandrin isolant 9, de sorte que les enroulements 2 et 3 ont leurs axes magnétiques alignés. Bien entendu, il doit être considéré que les enroulements 2 et 3 sont à même d'être montés sur deux mandrins distincts disposés l'un à côté de l'autre, réalisés, par exemple, dans des matériaux différents, de manière à assurer une bonne dissipation thermique pour le mandrin de l'enroulement primaire et une bonne tenue diélectrique pour le mandrin de l'enroulement secondaire. L'agencement des enroulements primaire et secondaire, tel que décrit ci-dessus, permet de limiter les diamètres de bobinage et, par suite, les résistances des enroulements et de réduire l'encombrement en diamètre de la bobine et les contraintes d'isolement des enroulements. n apparaît aussi que le montage des enroulements sur le noyau magnétique est facilité en raison du nombre limité de pièces qu'il impose. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enroulement primaire 2 est monté de façon à être plus près de l'aimant 7 que l'enroulement secondaire 3. En effet, l'enroulement primaire 2 se trouve intercalé entre l'aimant 7 et l'enroulement secondaire 3. I1 apparaît ainsi, tel que cela ressort clairement de la fig. 2, que le tronçon sl du circuit entouré par l'enroulement primaire 2 est plus proche de l'aimant 7 que le tronçon s2 du circuit entouré par l'enroulement secondaire 3.D'une autre manière, la distance séparant, selon l'axe du noyau 51, l'aimant 7 et le tronçon sl est inférieure à la distance séparant l'aimant 7 et le tronçon s2. D'une manière avantageuse, l'enroulement primaire 2 est placé de manière à être situé au plus près de l'entrefer 6 comportant l'aimant 7. L'examen de la fig. 2 permet de bien comprendre les avantages de l'objet de l'invention. Dans le noyau central 51, il apparaît une zone de conflit Z résultant de l'opposition entre l'induction créée par l'aimant 7 et l'induction créée par l'enroulement primaire 2 alimenté. Dans cette zone Z du noyau, le flux d'induction magnétique généré par le courant primaire, rencontrant l'opposition du flux de l'aimant, a tendance à circuler hors du noyau de manière à contourner l'entrefer 6 et l'aimant 7. La zone de conflit Z dans le noyau et les fuites magnétiques f sont confinées ainsi entre l'aimant 7 et l'enroulement primaire 2 permettant aux spires secondaires d'être traversées par la totalité du flux généré par l'enroulement primaire 2.Les fuites magnétiques f sont toujours présentes du fait de l'opposition des flux de l'aimant et de l'enroulement primaire, mais elles n'affectent, en aucun cas, le tronçon S: entouré par l'enroulement secondaire. Les fuites sont donc sans effet sur le couplage entre les enroulements primaire 2 et secondaire 3. I1 s'ensuit que le couplage entre les enroulements est optimisé permettant une tension secondaire élevée, un court temps de montée et un rendement magnétique élevé. Dans l'exemple décrit à la fig. 2, le circuit magnétique 5 est du type fermé comportant ainsi un noyau central 5, dans lequel est réalisé l'entrefer 6. Le noyau central 51 est raccordé par deux boucles magnétiques 52, 53 de fermeture du circuit. L'objet de l'invention peut, bien entendu, être mis en oeuvre pour différentes formes de réalisation du circuit magnétique 5. Ainsi, tel que cela apparaît à la fig. 3, le circuit magnétique 5 peut être du type ouvert. Dans cet exemple de réalisation, le circuit magnétique 5 comporte un noyau Si aménagé pour comporter un entrefer 6 dans lequel est monté un aimant permanent 7.Les enroulements primaire 2 et secondaire 3 sont enroulés l'un à côté de l'autre sur un mandrin isolant 9 monté sur le noyau 51, I'enroulement primaire 2 étant monté à proximité de l'entrefer 6. La fig. 4 illustre un autre exemple de réalisation d'un circuit magnétique fermé 5 comportant un noyau central Si raccordé à une unique boucle magnétique 53 de fermeture du circuit. Dans cet exemple, il est à noter que l'aimant permanent 7 ne se trouve pas aligné avec l'axe des enroulements 2 et 3, mais se trouve monté sur la boucle de fermeture 53. De préférence mais non exclusivement, L'entrefer 6 est réalisé au niveau de la jonction du noyau central 51 et d'une branche de la boucle de fermeture 53. Bien entendu, il pourrait être prévu de réaliser l'entrefer 6 sur la branche de la boucle de fermeture 53 en respectant la condition de positionnement des enroulements 2, 3 par rapport à l'aimant 7, de façon que la zone de conflit n'affecte pas le tronçon s2 entouré par l'enroulement secondaire 3. Dans le même sens, il peut être envisagé de réaliser un ensemble de transformation A comportant deux enroulements primaires associés chacun à un aimant permanent, en respectant toujours les mêmes conditions de positionnement respectif entre l'aimant, le primaire et le secondaire. Ainsi, tel que cela ressort de la fig. 5, L'ensemble de transformation A comporte deux enroulements primaires 2, 2' associés chacun à un aimant permanent 7, 7' interposé dans le circuit magnétique 5. Chaque enroulement primaire 2, 2' se trouve ainsi intercalé entre l'enroulement secondaire 3 et un aimant permanent associé, respectivement 7, 7'. Tel que cela est illustré sur la fig. 5, les aimants 7, 7' sont situés aux extrémités du noyau central 51 du circuit magnétique en générant des flux dans le même sens.Cette variante de réalisation présente l'avantage que l'ensemble des spires de l'enroulement secondaire 3 se trouve en relation proche ou voisine d'un enroulement primaire 2, 2'. Les enroulements primaires sont connectés électriquement en série ou en parallèle. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 6, il peut être prévu de réaliser une bobine d'allumage l comportant deux ensembles de transformation A et B identiques et conçus selon la description qui précède. De préférence, les deux enroulements primaires 2' voisins, appartenant aux deux ensembles A, B, sont associés à un aimant commun 7'. L'objet de l'invention offre l'avantage de permettre la réalisation d'une bobine d'allumage présentant un diamètre réduit par rapport aux bobines classiques. Une bobine d'allumage selon l'invention peut ainsi être placée directement dans le puits d'une bougie de moteur thermique. Tel que cela ressort clairement de la fig. 7, une telle bobine comporte un circuit magnétique S formé d'un noyau central 51 autour duquel sont enroulés en ligne les enroulements 2, 3. Le noyau central 5, est raccordé, à chacune de ses extrémités, à un prolongement radial 54 se présentant sous la forme d'un disque ou d'un secteur de disque. Le circuit magnétique 5 comporte également une enveloppe tubulaire 55 raccordée aux prolongements 54. L'enveloppe tubulaire 55 peut être protégée par un boîtier dont les dimensions sont adaptées au puits de la bougie. Les divers éléments constitutifs du circuit magnétique 5 sont réalisés par des tôles feuilletées, selon une direction perpendiculaire à la circulation des flux pour limiter les pertes par courants de Foucault. Une autre caractéristique avantageuse d'une telle enveloppe tubulaire est qu'elle peut être électriquement connectée à une référence de tension (masse ou tension de batterie) et aussi faire office de blindage électromagnétique en constituant ainsi une cage de Faraday autour des enroulements de la bobine. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Bobine d'allumage pour moteur thermique à combustion interne du type comportant au moins un ensemble de transformation (A, B) comprenant au moins un ou des enroulements primaires (2, 2') et un enroulement secondaire (3) entourant un circuit magnétique (5) dans lequel est disposé au moins un aimant permanent (7, 7'), caractérisée en ce que, pour chaque ensemble de transformation, le ou les enroulements primaires (2, 2') et l'enroulement secondaire (3) sont montés les uns à la suite des autres le long du circuit magnétique (5) et en ce que le ou les enroulements primaires (2, 2') sont associés chacun à un aimant et se trouvent chacun montés plus près de l'aimant associé (7, 7') que l'enroulement secondaire (3). 2 - Bobine d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend deux ensembles de transformation (A, B) comportant entre-eux un aimant permanent commun (7'). 3 - Bobine d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le ou les enroulements primaires (2, 2') et l'enroulement secondaire (3) sont montés sur un mandrin isolant unique (9) entourant une branche du circuit magnétique (5). 4 - Bobine d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque enroulement (2, 2', 3) est monté sur un mandrin isolant (9). 5 - Bobine d'allumage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les enroulements (2, 2', 3) sont montés sur le noyau central (51) d'un circuit magnétique (5) fermé par au moins une boucle. 6 - Bobine d'allumage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le noyau central (51) du circuit magnétique est équipé du ou des aimants permanents (7, 7') montés dans l'alignement des axes des enroulements (2, 2', 3). 7 - Bobine d'allumage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le noyau central (51) du circuit magnétique fermé est raccordé à au moins une boucle (52, q) de fermeture du circuit, par l'intermédiaire du ou des aimants permanents (7, 7') montés sur cette boucle. 8 - Bobine d'allumage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le noyau central (51) du circuit magnétique fermé est raccordé à une double boucle (52, 53) de fermeture du circuit. 9 - Bobine d'allumage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le noyau central (5,) du circuit magnétique est relié, à chacune de ses extrémités, par des prolongements (53, à une enveloppe tubulaire (5s) constitutive du circuit magnétique.