Brevet FR2805093A1 — publié le 20010817

BOUGIE D'ALLUMAGE ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention est relative à des perfec- tionnements apportés aux bougies d'allumage pour moteur à combustion interne et à allumage commandé, comprenant: - un manchon isolant, - une électrode centrale destinée à recevoir une haute tension et possédant une tige s'étendant axialement dans le manchon isolant et une tête terminale élargie qui repose contre l'extrémité frontale du manchon isolant et qui a sensiblement le même diamètre que celle-ci, - et une électrode de masse entourant le susdit manchon isolant et ayant son extrémité terminale écartée d'une distance axiale prédéterminée de ladite tête de l'électrode centrale. L'invention a essentiellement pour but de perfec- tionner ce type de bougie d'allumage ainsi que son procédé de fabrication afin, d'une part, d'en optimiser le fonctionnement en réduisant les risques de ratés d'allumage et en améliorant la qualité de combustion du mélange gazeux, en favorisant l'évacuation de la chaleur au sein de la masse métallique de l'électrode centrale et en accroissant la durée de vie de la bougie et, par ailleurs, d'en faciliter la fabrication en diminuant le risque d'endommagement de l'isolant en céramique. A ces fins, une bougie d'allumage telle que mentionnée au préambule se caractérise, étant agencée selon l'invention, en ce que - l'électrode centrale est réalisée en un métal médiocre conducteur thermique et sa tige est une tige creuse qui renferme un remplissage en un matériau très bon conducteur thermique, - le bord de la tige creuse est rabattu extérieu- rement sur un épaulement intérieur du manchon isolant, et - l'électrode de masse forme culot pour le montage de la bougie sur un bloc moteur et est montée axialement sur le manchon isolant de manière telle que la susdite distance axiale prédéterminée est comprise entre 2 et mm, avec dans un exemple concret de réalisation une valeur d'environ 3 mm. Notamment l'électrode centrale est réalisée en nickel et le remplissage de la tige creuse est en cuivre. Grâce à un tel agencement, on obtient une bougie dans laquelle la mauvaise conductibilité thermique du nickel, matériau auquel on a recours pour constituer les surfaces exposées de l'électrode centrale, est contre- balancée par la très bonne conductibilité thermique du cuivre remplissant l'intérieur creux de la tige de l'électrode: on évite ainsi une accumulation de chaleur dans la tête de l'électrode et on écarte le risque d'une détérioration trop rapide de celle-ci. De plus le recours à la distance axiale, entre l'extrémité terminale de l'électrode de masse et la tête de l'électrode centrale, telle que précisée ci-dessus assure que cette distance reste supérieure à la distance de claquage dans l'air. On écarte ainsi une cause de ratés d'allumage et facilite l'allumage, d'o une amélioration concomitante de la qualité de la combustion. Au surplus on bénéficie de l'avantage d'auto- nettoyage de la surface libre de l'isolant en céramique apparaissant entre les deux électrodes, dû à la multi- plicité des emplacements d'apparition des étincelles d'allumage sur le pourtour des bougies à effet de surface. Enfin la constitution de la tige centrale de l'électrode centrale et son mode de fixation, par sertissage (collet battu), sur un épaulement intérieur du manchon isolant en céramique permet d'assurer un position- nement fiable de l'électrode, avec un intervalle précis entre la tête de l'électrode centrale et le bord de l'électrode de masse, ce qui là encore, conduit à un fonc- tionnement optimisé de la bougie et écarte les aléas d'une fabrication en grande série. Dans le cas de bougies d'allumage ayant un culot de 10 à 14 mm de diamètre qui englobe les types de bougie à culots normalisés de 12 mm à 14 mm, il est souhaitable que le manchon isolant possède une épaisseur comprise entre environ 1,4 et 2,6 mm dans sa zone découverte située entre les deux électrodes et que le jeu entre le manchon et l'électrode de masse soit d'environ 0,2 à 0,8 mm. Il est alors avantageux que la tige de l'électrode centrale ait un diamètre d'environ 2 à 2,85 mm, et que la tête élargie ait un diamètre d'environ 4,2 à 7,2 mm. Dans ce cas, on peut faire en sorte que le bord rabattu de l'extrémité de la tige ait une épaisseur de saillie d'environ 0,4 à 1 mm. La mise en oeuvre, de préférence conjointe, des dispositions qui précèdent contribue à améliorer et à optimiser le fonctionnement de la bougie, en procurant des structures assemblables avec précision avec de meilleures conditions de propagation des étincelles. La fabrication de la bougie décrite ci-dessus peut être réalisée par mise en oeuvre du procédé ci-après, comportant les étapes qui suivent: - on fabrique un manchon en matériau isolant dans lequel l'alésage central axial présente un épaulement intérieur, - on fabrique une électrode centrale possédant une tige et une tête terminale élargie, ladite tige étant constituée d'une tige creuse qui, ainsi que la tête termi- nale élargie, est en un matériau médiocre conducteur thermique et qui est comblée par un remplissage en un matériau très bon conducteur thermique, on introduit la tige de l'électrode centrale dans le manchon isolant par l'extrémité inférieure de celle-ci jusqu'à venue en butée de la tête élargie contre le bord frontal de l'extrémité du manchon isolant, - par l'extrémité opposée de l'alésage du manchon, on rabat le bord de la tige de l'électrode contre l'épaulement intérieur de l'alésage, afin de bloquer l'électrode sur le manchon, - et on positionne l'électrode de masse formant culot sur le manchon isolant de manière que la distance prédéterminée entre son extrémité terminale et l'extrémité correspondante du manchon isolant soit comprise entre 2 et mm. Comme déjà indiqué, ce procédé est simple à mettre en oeuvre et conduit à une fabrication moins onéreuse, limite les risques d'endommagement de l'isolant en céramique et conduit à une structure assemblée de façon précise. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré illustré, moitié en vue extérieure et moitié en coupe diamétrale, à titre d'exemple nullement limitatif sur la figure unique du dessin annexé. Sur ce dessin, la bougie d'allumage 1 comprend: - un manchon isolant 2, en céramique; - une traversée conductrice centrale 3 destinée à recevoir la haute tension, s'étendant axialement à travers le manchon isolant 2; et une électrode de masse 4 qui entoure le manchon isolant 2, cette électrode de masse métallique (acier nickelé par exemple) étant conformée pour constituer également le culot 5 de montage de la bougie sur un bloc moteur (partie hexagonale 6, partie filetée 7, joint de blocage et d'étanchéité 8). La traversée conductrice 3 peut être constituée de façon composite avec des portions axiales différentes en liaison électrique. Par exemple elle peut comporter une tige métallique 9, notamment en acier, se terminant supé- rieurement par une borne de raccordement 10 en acier nickelé. Sous la tige 9 se trouve une portion 11 constituée en un ciment conducteur ou résistif, propre notamment à une fonction d'antiparasitage. Enfin, à l'extrémité inférieure de la traversée conductrice centrale 3 se trouve une électrode centrale 12, en forme générale de clou, avec une tige 13 engagée dans le manchon isolant 2 au contact électrique de la susdite portion 11 et avec une tête élargie 14 qui est en appui contre l'extrémité frontale du manchon isolant 2 et qui possède sensiblement le même diamètre que celui-ci de manière que son bord périphérique affleure la surface latérale de l'extrémité du manchon isolant 2. L'électrode 12 est constituée en un métal qui résiste bien aux étincelles mais qui est médiocre conducteur thermique, tel que le nickel. Toutefois, du fait que ce métal n'est pas très bon conducteur thermique et afin d'éviter que l'électrode soit portée à une tempé- rature excessive, on agence la tige 13 sous forme compo- site, avec une tige creuse 15 réalisée en nickel (ainsi que la tête 14) et, comblant l'évidement intérieur de la tige creuse 15, un remplissage 16 d'un matériau possédant une très bonne conductivité thermique, tel que le cuivre, qui sert à évacuer la chaleur hors de la tête 14. Le bord de la tige creuse 15 précitée est rabattu contre un épaulement intérieur 17 du manchon isolant 2. Le bord rabattu (collet battu) 18 peut présenter une épais- seur de saillie d'environ 0,4 à 1 mm. Dans la bougie concernée par l'invention, l'électrode de masse 4 formant également culot de montage s'étend axialement jusqu'à proximité de l'extrémité infé- rieure du manchon isolant 2. Dans cette portion terminale 19, l'électrode de masse possède une paroi amincie dont le bord est axialement distant de la tête élargie 14 de l'électrode centrale d'une distance d'environ 2 à 5 mm, typiquement d'environ 3 mm. On est ainsi assuré d'un intervalle d entre les électrodes qui excède la distance de claquage dans l'air, ce qui écarte un risque de ratés d'allumage. Dans les applications courantes, la bougie peut avoir un culot d'un diamètre compris entre 10 et 14 mm et, pour l'équipement de moteurs à combustion interne de véhi- cules automobiles, elle sera pourvue d'un culot normalisé au diamètre de 12 mm ou de 14 mm. Dans ces conditions, le manchon isolant en céramique 2 peut avoir une épaisseur comprise entre environ 1,4 mm et 2,6 mm, typiquement d'environ 2,55 mm, dans sa zone dégagée 20 de longueur d située entre les deux électrodes. Compte tenu des coefficients de dilatation thermi- que différents de l'électrode de masse 4 (métallique) et du manchon isolant 2 (en céramique) et pour faciliter le montage l'une dans l'autre de ces deux pièces sans endommagement de la céramique, on prévoit un jeu j entre les surfaces en regard de l'électrode de masse et le manchon isolant, ce jeu j étant compris entre environ 0,2 et 0,8 mm. Dans ce cas, l'électrode centrale 12 possède une tige 13 ayant un diamètre extérieur d'environ 2 à 2,85 mm et une tête élargie 14 ayant un diamètre extérieur d'environ 4,7 à 7,2 mm en correspondance avec le diamètre de l'extrémité correspondante du manchon isolant contre laquelle cette tête est en appui. La tête élargie 14 peut avoir une épaisseur d'environ 0,4 à 1 mm. Pour fabriquer la bougie qui vient d'être décrite, on peut procéder comme suit: - on fabrique un manchon 2 en matériau isolant (céramique) dans lequel l'alésage central présente un épaulement intérieur (17), - on fabrique une électrode centrale en forme de clou 12 possédant une tige 13 et une tête élargie 14, la tige 13 étant constituée d'une tige creuse (tubulaire) 15 en un matériau tel que le nickel (de même que la tête élargie 14) et, pour combler l'évidement de la tige creuse 15, d'un remplissage 16 en un matériau très bon conducteur thermique tel que le cuivre, - on introduit la tige 13 dans l'alésage du manchon isolant 2, par l'extrémité inférieure de celui-ci, jusqu'à ce que la tête élargie 14 vienne en butée contre la céramique, et - par l'extrémité opposée (supérieure) de l'alésage du manchon isolant 2, on rabat le bord de la tige creuse 15 de l'électrode pour former un bord rabattu (collet battu) 18 qui prend appui contre l'épaulement précité 17, de sorte que l'électrode 12 en forme de clou est bloquée axialement sur le manchon isolant 2. La formation de l'électrode centrale complète peut ensuite être achevée (mise en place du ciment conducteur ou résistif 11, de la tige métallique 9 et enfin de l'embout 10 formant plot de contact pour une borne de connexion). Avant ou après les opérations de formation de l'électrode centrale 3, on peut procéder au montage de l'électrode de masse 4 sur le manchon isolant 2. L'électrode de masse 4, de forme tubulaire, est enfilée, par le bas, sur le manchon isolant 2 jusqu'à venue en butée d'un épaulement intérieur 21 de l'électrode de masse contre un épaulement extérieur 22 du manchon isolant, de manière que la distance prédéterminée entre l'extrémité frontale de l'électrode de masse et l'extrémité du manchon isolant soit comprise entre 2 et 5 mm. Le bord supérieur 23 de l'électrode de masse est alors rabattu radialement vers le centre pour coopérer avec un épaulement extérieur 24 du manchon isolant en céramique 2. REVENDICATIONS 1. Bougie d'allumage (1) pour moteur à combustion interne et à allumage commandé, comprenant: - un manchon isolant (2), - une électrode centrale (12) destinée à recevoir une haute tension et possédant une tige (13) s'étendant axialement dans le manchon isolant et une tête terminale élargie (14) qui repose contre l'extrémité frontale du manchon isolant (2) et qui a sensiblement le même diamètre que celui-ci, - et une électrode de masse (4) entourant le susdit manchon isolant (2) et ayant son extrémité termi- nale (19) écartée d'une distance axiale prédéterminée (d) de ladite tête (14) de l'électrode centrale (12), caractérisée en ce que - l'électrode centrale (12) est réalisée en un métal médiocre conducteur thermique et sa tige (13) est constituée d'une tige creuse (15) qui renferme un remplis- sage (16) en un matériau très bon conducteur thermique, - le bord (18) de la tige creuse (15) est rabattu extérieurement sur un épaulement intérieur (17) du manchon isolant (2), et - l'électrode de masse forme culot pour le montage de la bougie sur un bloc moteur et est montée axialement sur le manchon isolant de manière que la susdite distance axiale prédéterminée (d) est comprise entre 2 et 5 mm. 2. Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige creuse (15) et la tête élargie (14) sont en nickel et le remplissage (16) est en cuivre. 3. Bougie d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la susdite distance axiale prédéterminée (d) entre l'extrémité terminale de l'électrode de masse et la tête élargie de l'électrode centrale est d'environ 3 mm. 4. Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, équipée d'un culot de montage (5) de 10 à 14 mm de diamètre, caractérisée en ce que le manchon isolant (2) possède une épaisseur comprise entre environ 1,4 et 2,6 mm dans sa zone découverte (20) située entre les deux électrodes et en ce que le jeu (j) entre le manchon (2) et l'électrode de masse (4) est d'environ 0,2 à 0,8 mm. 5. Bougie d'allumage selon la revendication 4, caractérisée en ce que la tige (13) de l'électrode centrale (12) a un diamètre d'environ 2 à 2,85 mm, et en ce que la tête élargie (14) a un diamètre d'environ 4,2 à 7,2 mm. 6. Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bord rabattu (18) de l'extrémité de la tige creuse (15) a une épaisseur de saillie d'environ 0,4 à 1 mm. 7. Procédé de fabrication d'une bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé par les étapes qui suivent: - on fabrique un manchon (2) en matériau isolant dans lequel l'alésage central axial présente un épaulement intérieur (17), - on fabrique une électrode centrale (12) possé- dant une tige (13) et une tête terminale élargie (14), la tige (13) étant constituée d'une tige creuse (15) qui, ainsi que la tête terminale élargie (14), est en un matériau médiocre conducteur thermique et qui est comblée par un remplissage (16) en un matériau très bon conducteur thermique, l! on introduit la tige (13) de l'électrode centrale (12) dans le manchon isolant (2) par l'extrémité inférieure de celui-ci jusqu'à venue en butée de la tête élargie (14) contre le bord frontal de l'extrémité du manchon isolant (2), - par l'extrémité opposée de l'alésage du manchon (2), on rabat le bord (18) de la tige de l'électrode contre l'épaulement intérieur (17) de l'alésage, afin de bloquer l'électrode sur le manchon, - et on positionne l'électrode de masse formant culot sur le manchon isolant de manière que la distance prédéterminée entre son extrémité terminale et l'extrémité correspondante du manchon isolant soit comprise entre 2 et mm.