Brevet FR2762442A1 — publié le 19981023

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 dans lesquels chaque bougie d'allumage est équipée d'une bobine unitaire de transformation d'énergie électrique apte à lui fournir, à partir d'une source d'énergie électrique basse tension, une énergie haute tension nécessaire pour la production d'une étincelle d'allumage entre les électrodes d'une telle bougie à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre. La mise en oeuvre, pour chaque bougie, d'une bobine unitaire d'allumage permet une commande indépendante de chaque bobine, évite l'étincelle perdue en phase d'échappement et réduit la longueur des conducteurs ou des câbles assurant la transmission de l'énergie haute tension, ce qui permet de limiter les fuites électriques importantes préjudiciables au bon fonctionnement du moteur, mais aussi à l'environnement radio-électrique de tels moteurs. Dans l'état de la technique, il est connu de nombreuses variantes de réalisation d'une bobine unitaire d'allumage. Par exemple, la demande de brevet EP 0 703 588 décrit une bobine d'allumage comportant un corps ou une carcasse tubulaire de bobine secondaire, réalisé en un matériau diélectrique et comportant, intérieurement, un noyau magnétique central. Le corps tubulaire porte, sur sa face externe, un enroulement secondaire bobiné "de biais" ou "en pas de pèlerin", afin de réduire les contraintes électriques entre les spires. L'une des bornes de l'enroulement secondaire est reliée à des moyens de coopération électrique avec la borne de connexion de la bougie. Chaque bobine comporte, également, un enroulement primaire, monté concentriquement et extérieurement par rapport à l'enroulement secondaire, en étant isolé électriquement par rapport à ce dernier. L'enroulement primaire est entouré par l'intermédiaire d'un cylindre magnétique assurant le bouclage du flux avec le noyau magnétique. Chaque bobine d'allumage est destinée à être insérée dans un puits ménagé dans la culasse et au fond duquel est logée une bougie d'allumage. Une telle conception pose des problèmes de réalisation, dans la mesure où, dans un volume de faibles dimensions imposé par le puits de bougie, l'enroulement secondaire doit être conçu pour générer un signal haute tension, tout en étant isolé électriquement par rapport aux divers composants de son entourage. Ainsi, une telle bobine comporte, de par sa construction purement cylindrique, une isolation d'épaisseur importante qui s'avère inutile fonctionnellement et encombrante entre l'enroulement primaire et la partie basse tension de l'enroulement secondaire. L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant une nouvelle bobine intégrée d'allumage individuel conçue pour présenter dans le volume disponible, une isolation optimisée, tout en s'affranchissant des contraintes électriques susceptibles d'apparaître dans la bobine. Pour atteindre un tel objectif, la bobine intégrée d'allumage individuel est caractérisée en ce que - le corps tubulaire de bobine secondaire possède, selon l'axe x, un diamètre extérieur qui décroît d'une grande base vers une petite base, - l'enroulement secondaire est monté sur la face externe du corps tubulaire, de façon que son extrémité basse tension soit située en relation de la grande base du corps, tandis que son extrémité haute tension est située en relation de la petite base du corps, - et en ce que l'isolant possède une épaisseur radiale qui, selon l'axe x, croît à partir de l'extrémité basse tension de l'enroulement secondaire jusqu'à l'extrémité haute tension de l'enroulement secondaire. La bobine selon l'invention présente ainsi un corps de bobine secondaire de section décroissante, permettant de réaliser une isolation suffisante entre l'extrémité haute tension de l'enroulement secondaire et les pièces basse tension situées en périphérie, à savoir l'enroulement primaire et le cylindre de bouclage magnétique. La partie haute tension de l'enroulement secondaire est concentrée au centre de la bobine occupée par le noyau magnétique limitant les pertes par effet capacitif et permettant de ménager autour de l'enroulement secondaire assez d'espace pour l'isoler des pièces basse tension situées en périphérie. Selon une caractéristique préférée de réalisation, la bobine d'allumage selon l'invention est équipée d'un enroulement secondaire adapté pour réduire les contraintes électriques entre les spires tout en présentant avec son corps diélectrique de support, un encombrement limité. Pour atteindre cet objectif, I'objet de l'invention vise à proposer une bobine intégrée d'allumage comportant un enroulement secondaire bobiné selon un mode dit "en pas de pèlerin" ou "en biais". Un tel mode de bobinage dit en pas de pèlerin permet d'obtenir, dans l'enroulement lui-même, des contraintes électriques assez faibles, légèrement inférieures à celles obtenues dans d'autres types de bobinages, tels que par exemple dans un bobinage en galettes de dimensions comparables. Un tel bobinage permet d'éliminer les flasques entre galettes, ce qui conduit à une économie sur le volume global de l'enroulement et à une simplification du corps secondaire. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple préféré de réalisation d'une bobine intégrée d'allumage conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon les lignes II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue schématique montrant une caractéristique particulière de la bobine selon l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 1 et 2, la bobine d'allumage 1 conforme à l'invention est destinée à assurer l'alimentation électrique individuelle d'une bougie 2 d'un moteur thermique, implantée au fond d'un puits 3 d'une culasse 4 d'un tel moteur. La bobine, désignée dans son ensemble par la référence 1, est destinée à être montée pour être interposée entre la bougie 2 et un système d'allumage connu de l'homme du métier apte à commander la bobine, par exemple, par un câble d'alimentation 5, dans le but de générer un courant haute tension à la bougie 2. De façon traditionnelle, la bougie 2 comprend un fût isolant 6, ainsi qu'une borne de connexion 7 constituée, par exemple, par une olive. Conformément à l'invention, la bobine 1 comporte une carcasse ou un corps tubulaire de bobine secondaire 11, réalisé en un matériau diélectrique, par exemple en un matériau dit plastique, tel que thermodurcissable. Le corps tubulaire 11 comporte un alésage central 12 d'axe longitudinal x, destiné à recevoir un noyau magnétique 13 constitué, par exemple, par une masse feuilletée orientée selon l'axe longitudinal x, tel que cela ressort de la fig. 2. De préférence, la section droite transversale de l'alésage 12 est circulaire et présente, selon l'axe x, une valeur constante ou évolutive de façon continue ou discontinue. Le corps tubulaire 11 est délimité par une face externe de révolution 14 présentant, conformément à l'invention, une épaisseur radiale ou un diamètre extérieur E qui décroît selon l'axe x, d'une extrémité appelée grande section ou grande base D, à l'extrémité opposée désignée par petite section ou petite base d. Dans l'exemple illustré à la fig. 1, le diamètre extérieur E du corps 11 décroît de façon linéaire de la grande base D jusqu'à la petite base d, de sorte que le corps 11 se présente sous la forme d'un tronc de cône. La face externe de révolution 14 du corps 11 possède une section droite transversale circulaire. I1 est à noter que le corps 11 peut présenter un profil de révolution différent d'un cône. Ainsi, l'épaisseur radiale E du corps peut décroître selon une loi déterminée optimisant l'homogénéité des contraintes électriques. Conformément à l'invention, la face externe de révolution 14 du corps tubulaire 11 est destinée à recevoir un enroulement secondaire 17 monté de manière que son extrémité basse tension, représentée schématiquement par la lettre B, se trouve située en relation de la grande base D du corps 11, tandis que son extrémité haute tension, représentée schématiquement par la lettre H, est située en relation de la petite base d du corps 11. De façon avantageuse, le corps 11 délimite avec le noyau magnétique 13, au niveau de sa petite base d, une épaisseur de diélectrique adaptée pour supporter la différence de potentiel entre la haute tension de l'enroulement secondaire 17 et le potentiel du noyau magnétique 13 pris par effet capacitif. A titre d'exemple, la valeur de la haute tension de l'enroulement secondaire 17, prise au niveau de la petite base d, est de l'ordre de 30 kV, tandis que le potentiel du noyau est de l'ordre de 20 kV. De même, le corps 11 délimite avec le noyau magnétique 13, au niveau de sa grande base D, une épaisseur de diélectrique adaptée pour supporter la différence de potentiel entre la basse tension de l'enroulement secondaire 17 et le potentiel du noyau magnétique 13 pris par effet capacitif. A titre d'exemple, la valeur de la tension à l'extrémité basse tension de l'enroulement secondaire 17 est de l'ordre de 0 V, tandis que le potentiel du noyau est de l'ordre de 20 kV. Dans une forme préférée de réalisation, le corps 11 possède entre sa face externe 14 et son alésage 12, une épaisseur entre parois qui décroît selon l'axe x de la grande base D à la petite base d, dans la mesure où l'alésage 12 possède une section droite transversale circulaire constante. Selon cet exemple, l'épaisseur de diélectrique entre l'enroulement secondaire 17 et le noyau magnétique 13, est formée par le corps 11. Bien entendu, il peut être envisagé que l'épaisseur de diélectrique entre l'enroulement secondaire 17 et le noyau magnétique 13 soit formée aussi par une résine insérée dans l'alésage 12. La forme tronconique du corps 11 offre l'avantage de disposer, au niveau de la grande base D, d'une épaisseur de diélectrique supérieure à celle disponible au niveau de la petite base d, permettant au corps 11 de supporter la différence de potentiel plus importante au niveau de la grande base (20 kV) que celle existante au niveau de la petite base (10 kV). Ainsi, l'isolation entre l'extrémité haute tension H et l'extrémité basse tension B de l'enroulement secondaire 17 est réalisée par la somme des isolations entre ladite extrémité haute tension H et le noyau interne 13, d'une part, et l'extrémité basse tension B et le noyau interne 13, d'autre part. L'isolation la plus importante est réalisée au niveau de la grande base D du corps 11, c'est-à-dire à l'endroit où la différence de potentiel est importante (20 kV), tandis que l'isolation la moins importante est assurée au niveau de la petite base d, là où la différence de potentiel est plus faible (10 kV). L'extrémité haute tension de l'enroulement secondaire 17 est reliée à des moyens 19 de coopération électrique avec la borne 7 de la bougie. Dans l'exemple illustré, les moyens de coopération électrique 19 sont constitués par l'intermédiaire d'un conducteur déformable élastiquement 21, tel qu'un ressort, s'étendant à partir d'une lame conductrice 22 portée par un flasque 23 fermant la petite base du corps tubulaire 11. La lame conductrice 22 est reliée à l'extrémité haute tension de l'enroulement secondaire 17. Selon une caractéristique préférée de réalisation, l'enroulement secondaire 17 est bobiné en biais ou selon le mode dit "en pas de pèlerin". Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 3, un tel bobinage, qui est connu de l'homme du métier, permet de s'affranchir de la mise en place de galettes sur le corps tubulaire 11. De préférence, I'enroulement secondaire 17 présente une épaisseur constante mais peut présenter une épaisseur croissante de son extrémité haute tension H vers son extrémité basse tension B. La bobine d'allumage 1 selon l'invention comporte, également, un enroulement primaire 25 raccordé à une alimentation basse tension et monté concentriquement et extérieurement par rapport à l'enroulement secondaire 17, en étant isolé électriquement par rapport à ce dernier, par l'intermédiaire d'un matériau isolant ou diélectrique 26. L'enroulement primaire 25 peut être réalisé, par exemple à partir d'un fil thermo-adhérant ou sur une carcasse diélectrique constituant une partie du matériau isolant 26. Dans le cas de la réalisation de l'enroulement primaire 25 par un fil thermo-adhérant, il peut être prévu d'augmenter l'isolation, entre la haute et la basse tension, à l'aide d'un film isolant formé en tube constituant ainsi une partie du matériau isolant 26. L'enroulement primaire 25 se présente sous la forme d'un cylindre possédant, généralement, une section droite transversale circulaire constante. Toutefois, dans le cas où l'enroulement primaire est réalisé à l'aide d'un fil thermo-adhérant, il est à noter que l'enroulement primaire présente une légère conicité. Dans ce cas, la petite base de l'enroulement primaire 25 est placée du côté de la grande base D du corps 11. Tel que cela ressort clairement de la fig. 1, compte tenu de la conicité du corps 11 et, par suite, de l'enroulement secondaire 17, il apparaît, entre les enroulements primaire 25 et secondaire 17, une épaisseur de diélectrique 26 qui décroît le long de l'axe x, de la petite base d vers la grande base D du corps. L'isolant 26 possède ainsi une épaisseur radiale ç qui, selon l'axe x, croît à partir de l'extrémité basse tension B de l'enroulement secondaire 17 jusqu'à l'extrémité haute tension H de l'enroulement secondaire. L'épaisseur du diélectrique 26, séparant les enroulements primaire et secondaire, croît ainsi en correspondance avec l'augmentation de la différence de potentiel entre ces enroulements. Ainsi, I'épaisseur du diélectrique 26 par rapport à l'enroulement primaire 25 est plus importante vers l'extrémité haute tension H de l'enroulement secondaire que vers l'extrémité basse tension B. Le volume qui est ainsi disponible vers l'extrémité basse tension B de l'enroulement secondaire est utilisé pour réaliser un corps 11 présentant au niveau de sa grande base D, une épaisseur adaptée pour isoler le noyau interne 13 de l'extrémité basse tension B de l'enroulement secondaire. La bobine 1 intégrée selon l'invention comporte, également, un cylindre 28 de bouclage du flux magnétique avec le noyau interne 13. Le cylindre 28 est monté extérieurement à l'enroulement primaire 25 et comporte, tel que cela ressort plus particulièrement de la fig. 2, de préférence, une fente longitudinale 29. Selon une caractéristique préférée de l'invention, la bobine intégrée d'allumage 1 comporte une enveloppe de protection 31 venant entourer le cylindre magnétique 28. La bobine d'allumage 1 est fermée, du côté basse tension, par un capuchon de protection 32 emmanché à l'intérieur de l'enveloppe de protection 32. Le capuchon de protection 32 est équipé de moyens de raccordement basse tension et comporte, à cet effet, un connecteur intégré ou se trouve, comme illustré sur les dessins, traversé par un câble d'alimentation 5. La bobine d'allumage 1 peut être fermée à son extrémité opposée haute tension, par l'intermédiaire, par exemple, d'une résine d'isolation interposée entre l'enveloppe 32 et un embout de recouvrement 35 destiné à être emboîté avec étanchéité sur le fût 6 de la bougie, cette résine d'isolation formant un joint d'étanchéité 33. D'une manière classique, la bobine 1 ainsi réalisée est remplie d'un isolant liquide ou d'une résine d'imprégnation assurant une tenue mécanique des pièces et leur isolation électrique. Cette résine forme ainsi au moins le matériau isolant 26 interposé entre les enroulements primaire et secondaire. La bobine d'allumage 1 selon l'invention offre l'avantage de présenter une isolation optimisée en ce qui concerne la haute tension de l'enroulement secondaire, permettant d'obtenir un encombrement adapté à la taille des puits de bougie. De plus, le positionnement de l'enroulement secondaire vers le centre de la bobine permet de confiner la haute tension dans cette zone et d'obtenir une bonne isolation vis-à-vis de l'extérieur, à savoir la culasse, et de minimiser les pertes capacitives. Par ailleurs, dans le cas du bobinage de l'enroulement secondaire "en pas de pèlerin", le corps 11 est relativement facile à réaliser en comparaison avec un bobinage classique en galettes, puisqu'il se présente sous la forme d'un tube dont le profil extérieur est continu et, de préférence, tronconique. D'une manière générale, les contraintes électriques dans la bobine sont, par rapport aux solutions connues, diminuées par une homogénéisation de celles-ci à la fois sur la carcasse secondaire 11 et dans l'isolant 26. De plus, le coût de la fabrication de cette bobine est diminué par rapport aux solutions connues, en raison de la simplification et de l'optimisation des différentes pièces constitutives. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Bobine intégrée d'allumage individuel pour une bougie (2) de moteur thermique à combustion interne et à allumage commandé comportant - un corps tubulaire de bobine secondaire (11) d'axe longitudinal (x) comportant, intérieurement, un noyau magnétique central (13), et portant, sur sa face externe (14), un enroulement secondaire (17) dont une borne est reliée à des moyens (19) de coopération électrique avec la borne de connexion (7) de la bougie, - un enroulement primaire (25) monté concentriquement et extérieurement par rapport à l'enroulement secondaire (17) en étant isolé électriquement par rapport à ce dernier, à l'aide d'un isolant (26), l'enroulement primaire étant raccordé à une alimentation basse tension, - et un cylindre (28) de bouclage du flux magnétique avec le noyau interne, monté extérieurement à l'enroulement primaire. caractérisée en ce que - le corps tubulaire de bobine secondaire (11) possède selon l'axe (x), un diamètre extérieur (E) qui décroît d'une grande base (D)vers une petite base (d), - l'enroulement secondaire (17) est monté sur la face externe (14) du corps tubulaire, de façon que son extrémité basse tension (B) soit située en relation de la grande base (D) du corps, tandis que son extrémité haute tension (H) est située en relation de la petite base (d) du corps, - et en ce que l'isolant (26) possède une épaisseur radiale (ç) qui, selon l'axe (x), croît à partir de l'extrémité basse tension (B) de l'enroulement secondaire (17) jusqu'à l'extrémité haute tension (H) de l'enroulement secondaire. 2 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de bobine secondaire (11) possède un diamètre extérieur (E) qui selon l'axe (x), décroît de façon linéaire. 3 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de bobine secondaire (11) possède un diamètre extérieur qui, selon l'axe (x), décroît selon une loi déterminée optimisant l'homogénéité des contraintes électriques. 4 - Bobine intégrée d'allumage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le corps tubulaire de bobine secondaire (11) délimite avec le noyau magnétique (13) en relation de sa petite base (d), une épaisseur diélectrique adaptée pour supporter la différence de potentiel entre la haute tension (H) de l'enroulement secondaire (17) et le potentiel que le noyau magnétique (13) prend par effet capacitif, et en relation de sa grande base (D), une épaisseur diélectrique adaptée pour supporter la différence de potentiel entre la basse tension (B) de l'enroulement secondaire (17) et le potentiel que le noyau magnétique (13) prend par effet capacitif. 5 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 4, caractérisée en ce que le corps de bobine secondaire (11) possède une épaisseur entre parois qui décroît selon l'axe (x), de la grande base (D) à la petite base (d), de manière à constituer une épaisseur de diélectrique adaptée pour supporter la différence de potentiel entre l'enroulement secondaire (17) et le noyau magnétique (13). 6 - Bobine intégrée d'allumage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le corps tubulaire (11) possède un alésage (12) de réception du noyau central (13), de section droite transversale circulaire. 7 - Bobine intégrée d'allumage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le corps tubulaire (11) est prolongé, à partir de sa petite base (d), par un flasque (23) de montage des moyens (19) de coopération électrique avec la borne de connexion d'une bougie. 8 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enroulement secondaire (17) est bobiné selon le mode dit "en pas de pèlerin" et possède une épaisseur constante. 9 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enroulement secondaire (17) est bobiné selon le mode dit "en pas de pèlerin" et possède une épaisseur croissante de son extrémité haute tension (H) vers son extrémité basse tension (B). 10 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, à l'opposé du flasque de montage (23), un capuchon de protection (32) comportant des moyens de raccordement basse tension et, du côté du flasque de montage (23), un embout de recouvrement (35) destiné à être emboîté sur la bougie. 11 - Bobine intégrée d'allumage selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte une enveloppe de protection (31) entourant le cylindre de bouclage du flux magnétique (28) et fermée par le capuchon de protection (32) et par un joint d'étanchéité (33).