Brevet FR2740272A1 — publié le 19970425

JOINT D'ETANCHEITE ET DISPOSITIF D'ALLUMAGE La présente invention conceme un dispositif d'allumage du genre comprenant un composant intérieur, un composant extérieur concentrique, I'un étant métallique et l'autre non métallique, et un joint d'étanchéité disposé entre les deux composants. Les dispositifs d'allumage utilisés dans les moteurs s'étendent dans une paroi du moteur et leur extrémité avant fonctionnelle est située dans la zone de la chambre de combustion du moteur. A cause de cela, le dispositif d'allumage doit constituer un joint d'étanchéité efficace contre les fuites de gaz par le dispositif d'allumage aux températures élevées que l'on rencontre dans le moteur. Les dispositifs d'allumage comprennent généralement un corps extérieur métallique et une électrode métallique interne s'étendant dans le corps et isolée de lui par une gaine en matière isolante, telle qu'une céramique. Une des difficultés pour obtenir un joint d'étanchéité efficace dans des dispositifs d'allumage provient de la nécessité de réaliser un joint d'étanchéité entre l'isolant et les composants métalliques, qui ont des propriétés très différentes.Un autre problème provient des différents coefficients de dilatation thermique de l'isolant et des composants métalliques, qui peuvent entraîner un mouvement relatif entre les composants lors de variations de température. Dans la publication US 3 745 400, il a été proposé de braser un joint métallique entre une électrode métallique centrale et un isolant extérieur du côté de son extrémité arrière, plus froide. Cependant, un tel joint d'étanchéité peut ne pas être suffisamment efficace s'il est soumis à des températures et à des pressions élevées de manière prolongée. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif d'allumage comprenant un joint d'étanchéité qui peut être utiiisé pour résister à la pression et à la température. Dans ce but, I'invention concerne un dispositif d'allumage du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité comprend une couche métallisée sur une surface du composant non métallique, un élément de raccordement métallique comprenant un col intérieur de forme circulaire entourant la surface externe du composant intérieur, un collier extérieur en contact avec la surface interne du composant extérieur et un épaulement flexible s'étendant entre le col et le collier, et en ce que l'élément de raccordement est soudé ou brasé sur le composant métallique et sur la couche métaliisé du composant non métallique. L'épaulement de l'élément de raccordement peut présenter une section en forme de S. De préférence, I'élément de raccordement est réalisé en alliage de nickel. Le composant intérieur comprend de préférence un ensemble de gaines électriquement isolantes entourant une électrode interne du dispositif d'allumage. L'ensemble de gaines peut être réalisé en un matériau céramique et peut comprendre deux gaines électriquement isolantes entourant l'électrode interne, la première gaine s'étendant sur la partie avant de l'électrode interne, la seconde gaine s'adaptant de manière coulissante sur la première gaine, et la couche métallisée étant prévue sur la seconde gaine.Le dispositif d'allumage comprend de préférence un second joint d'étanchéité à l'arrière de l'ensemble de gaines comprenant une seconde couche métallisée sur l'ensemble de gaines et un capuchon métallique brasé sur la couche métallique. La ou chaque couche métallisée peut être réalisée en nickel. Le composant extérieur peut constituer un corps extérieur métallique du dispositif d'allumage, le corps extérieur comprenant une partie avant et une partie arrière assemblée à l'extrémité de la partie avant, I'extrémité avant de la partie arrière butant contre l'épaulement de l'élément de raccordement. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue de côté en coupe du dispositif d'allumage selon l'invention. Le dispositif d'allumage a une longueur d'environ 12 cm et une forme cylindrique avec une section circulaire ayant un diamètre d'environ 12 mm à son extrémité avant gauche 1. L'extrémité 1 du dispositif d'allumage constitue l'extrémité fonctionnelle où se produit la décharge. L'extrémité droite 2 du dispositif d'allumage comprend une cavité 3 dans laquelle est disposée une borne 4 grâce à laquelle une connexion électrique est réalisée avec l'électrode centrale 5 du dispositif d'allumage. L'électrode centrale 5 s'étend vers l'extrémité 1, de sorte qu'un pont d'allumage (non représenté) est constitué à l'extrémité fonctionnelle entre l'électrode centrale et le corps extérieur 6 du dispositif d'allumage. Le corps extérieur 6 comprend deux parties. La partie avant 7 a une longueur d'environ 73 mm et est réalisée en un métal électriquement conducteur, résistant à la chaleur, tel qu'un acier inoxydable. A son extrémité arrière, la partie avant 7 est évasée pour atteindre un diamètre de 19 mm environ, ce qui forme un palier externe et interne 8. Juste avant ce palier 8, la partie avant 7 comporte un filetage extérieur 9, qui est utilisé pour fixer le dispositif d'allumage dans une ouverture filetée de la paroi d'un moteur (non représenté). Le corps extérieur 6 du dispositif d'allumage est complété par une partie arrière 10 assemblée à son extrémité avant, à l'extrémité arrière de la partie avant 7 par une soudure par bombardement périphérique 11, là où les deux parties sont en contact l'une de l'autre. La partie arrière 10 est également réalisée en un métal, tel qu'un acier inoxydable, qui n'a pas besoin d'être aussi résistant à la chaleur que la partie avant, puisqu'il est à l'extérieur de la chambre de combustion. A son extrémité avant, la partie arrière 10 comprend un palier extérieur 12, dans lequel se loge l'extrémité arrière de la partie avant 7. L'extrémité avant de la partie arrière 10 comporte également un palier intérieur 13, qui s'étend dans le palier évasé 8 à l'extrémité arrière de la partie avant 7. Une gaine électriquement isolante 14, telle qu'une céramique d'alumine, est disposée dans la partie arrière 10 et est retenue par une rondelle métallique 15 maintenue entre l'extrémité droite de la gaine et une partie 16 de l'extrémité droite de la partie arrière, qui est roulée vers l'intérieur sur la rondelle. L'électrode centrale s'étend dans un ensemble de gaines constitué de deux gaines 20 et 21 électriquement isolantes en alumine. La gaine 20 s'étend vers l'avant, depuis une position située approximativement au niveau de la soudure 11, entre les parties avant 7 et arrière 10 du corps extérieur 6. Cette gaine avant 20 est de forme circulaire et n'est pas montée de manière ajustée autour de l'électrode centrale 5. La gaine arrière 21 entoure l'extrémité arrière de la gaine avant 20 sur une distance d'environ 1 cm et s'étend vers l'arrière jusqu'à environ 8 mm de l'extrémité arrière de l'électrode centrale 5. La gaine arrière 21 est ajustée précisément de manière coulissante sur la gaine avant 20. A son extrémité avant, la gaine arrière 21 comprend une collerette extérieure peu profonde 22 faisant saillie autour de la périphérie de la gaine. Immédiatement à l'arrière de celle-ci, la gaine comprend une bande métallisée extérieure 23 d'une plaque de nickel, qui a une épaisseur d'environ 0,03 mm et qui est réalisée en utilisant une solution de sulphamate de nickel de Def. Stan. 03-27. La bande 23 s'étend vers l'arrière au-dessus de l'extrémité avant du palier 12. Une bande métallisée similaire 24 en nickel est formée autour de l'extérieur de la gaine 21 à son extrémité arrière. A l'intérieur, I'alésage à travers la gaine arrière 21 a un diamètre réduit d'une courte distance vers l'arrière de l'extrémité de la gaine avant 20 de sorte qu'elle n'est pas montée de manière ajustée autour de l'électrode centrale 5. Un capuchon de borne 30 en alliage nickel-fer est assemblé à la fois sur l'extrémité arrière de l'électrode centrale 5 et sur l'extrémité arrière de la gaine arrière en céramique 21 pour former la borne intérieure 4. Le capuchon 30 a une extrémité arrière plane, fermée sauf pour une ouverture centrale 31. L'extrémité arrière de l'électrode centrale 5 débouche dans l'ouverture centrale 31 et y est soudée par arc d'argon de manière étanche. L'extrémité avant du capuchon 30 est ouverte et entoure l'extrémité arrière de la gaine 21, le capuchon étant assemblé à la gaine par brasage de sa surface intérieure sur la bande métallisée 24. Ceci permet d'obtenir un joint d'étanchéité sûr, étanche aux gaz entre l'extrémité arrière de la gaine 21 et l'électrode centrale 5. La gaine 21 est également rendue étanche par rapport à l'électrode extérieure ou au corps 6, au niveau de son extrémité avant. Ceci est réalisé grâce à une bride 40 en alliage nickel-cobalt-fer 29/17. La bride 40 comporte un col intérieur 41 de forme cylindrique et de section circulaire assemblé à un collier extérieur 42 par un épaulement flexible 43 de section en forme de S, s'étendant depuis l'extrémité arrière du col vers l'extrémité avant du collier. Quand on le regarde de la droite, l'épaulement 43 présente une zone 44 intérieure, convexe et annulaire et une zone 45 extérieure, concave et annulaire. Le côté arrière de la zone intérieure convexe 44 butte contre l'extrémité avant du palier intérieur 13 de la partie arrière 10. La surface intérieure du col 41 est brasé sur la bande métallisée 23 de la gaine 21, tandis que le collier 42 est soudé par bombardement autour de son extrémité droite sur l'intérieur de la partie avant 7 du corps extérieur 6. Le col 41 peut être basé sur la aine 21 avant le montage sur l'électrode centrale 5. Le collier 42 est soudé sur le corps 6 avant l'assemblage de la partie arrière 10 sur la partie avant 7. La bride 40 constitue un joint d'étanchéité imperméable aux gaz entre la gaine en céramique 21 et le corps extérieur métallique 6. un joint d'étanchéité efficace entre la bride 40 et la céramique est obtenu grâce à la couche métallisée 23. Comme le capuchon de borne 30 rend étanche l'électrode centrale 5 et la gaine 21, on peut comprendre que l'on obtient un joint étanche aux gaz entre l'électrode centrale 5 et l'électrode extérieure 6. Aucun joint imperméable aux gaz n'est prévu entre les deux gaines en céramique 20 et 21. Cependant, comme la jonction exteme entre les deux gaines 20 et 21 se situe à l'avant de la bride 40, le gaz peut seulement s'échapper dans l'espace extérieur aux gaines à l'avant de la bride et il est donc impossible que du gaz s'échappe par l'arrière du dispositif d'allumage. L'épaulement de la bride 40 est flexible, de sorte que la partie intérieure de la gaine 21 peut se déplacer axialement par rapport au corps extérieur 6 sans nuire au joint d'étanchéité. Ceci permet une expansion thermique relative entre le corps extérieur 6, les gaines en céramique 20 et 21, et l'électrode centrale 5. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'allumage comprenant un composant intérieur, un composant extérieur concentrique, I'un étant métallique et l'autre non métallique, et un joint d'étanchéité disposé entre les deux composants, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité comprend une couche métallisée (23) sur une surface du composant non métallique (21), un élément de raccordement métallique (40) comprenant un col intérieur (41) de forme circulaire entourant la surface externe du composant intérieur (21, 22), un collier extérieur (42) en contact avec la surface interne du composant extérieur (6) et un épaulement flexible (43) s'étendant entre le col (41) et le collier (42), et en ce que l'élément de raccordement (40) est soudé ou brasé sur le composant métallique (6) et sur la couche métallisé (23) du composant non métallique (21, 22). 2. Dispositif d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaulement (43) de l'élément de raccordement (40) présente une section en forme de S. 3. Dispositif d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de raccordement (40) est réalisé en alliage de nickel. 4. Dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant intérieur comprend un ensemble de gaines électriquement isolantes (21, 22) entourant une électrode interne (5) du dispositif d'allumage 5. Dispositif d'allumage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ensemble de gaines (21, 22) est réalisé en un matériau céramique. 6. Dispositif d'allumage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'ensemble de gaines comprend deux gaines électriquement isolantes (21 et 22) entourant l'électrode interne (5), en ce que la première gaine (22) s'étend sur la partie avant de l'électrode interne (5), en ce que la seconde gaine 21) s'adapte de manière coulissante sur la première gaine (22), et en ce que la couche métallisée (23) est prévue sur la seconde gaine (21). 7. Dispositif d'allumage selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un second joint d'étanchéité à l'arrière de l'ensemble de gaines (21, 22) comprenant une seconde couche métallisée (24) sur l'ensemble de gaines (21, 22) et un capuchon métallique (30) brasé sur la couche métallique (24) 8. Dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque couche métallisée (23, 24) est réalisée en nickel. 9. Dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant extérieur constitue un corps extérieur métallique (6) du dispositif d'allumage. 10. Dispositif d'allumage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le corps extérieur (6) comprend une partie avant (7) et une partie arrière (10) assemblée à l'extrémité de la partie avant, et en ce que l'extrémité avant (13) de la partie arrière (10) bute contre l'épaulement (43) de l'élément de raccordement (40).