Brevet FR2822583A1 — publié le 20020927

BOBINE D'ALLUMAGE A RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE REDUIT La présente invention concerne une bobine d'allumage à rayonnement électromagnétique réduit notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement une telle bobine d'allumage comprenant un noyau magnétique, un organe de sortie haute tension agencé pour être relié électriquement à une bougie d'allumage, un bobinage secondaire enroulé par-dessus ledit noyau magnétique entre ledit organe de sortie haute tension et une masse, et un bobinage primaire enroulé par-dessus ledit bobinage secondaire entre un interrupteur et ladite masse. L'interrupteur, par exemple un transistor, permet de relier l'entrée basse tension du bobinage primaire à l'alimentation électrique de bord du véhicule et d'accumuler de l'énergie magnétique dans la bobine. Lorsque l'interrupteur est brusquement ouvert, une pointe de tension se développe aux bornes du bobinage secondaire et l'énergie magnétique est libérée sous la forme d'une étincelle entre les électrodes de la bougie. Au moment de l'apparition de l'étincelle, un front raide de tension à large spectre apparaît sur l'électrode de la bougie. Ce front raide se propage jusqu'à l'organe de sortie haute tension de la bobine d'allumage. Cet organe de sortie étant couplé capacitivement à l'ensemble du bobinage secondaire et, par là, aux autres composants de la bobine, l'établissement de l'étincelle crée un courant de mode commun haute fréquence se rebouclant par les fils d'alimentation basse tension de la bobine. Ceux-ci forment une antenne dans laquelle le courant induit un rayonnement électromagnétique perturbateur, provoquant des parasites dans les récepteurs radio du voisinage, et notamment dans celui du véhicule. On observera que les radiofréquences ne sont pas arrêtées par le bobinage secondaire en dépit de l'inductance apparemment considérable de ce dernier. En effet, le corps de ce bobinage, constitué d'un très grand nombre de spires de fil fin, ne peut être assimilé à une inductance que pour les fréquences relativement basses inférieures à une dizaine de kilohertz. Pour les autres fréquences, le bobinage secondaire devient d'autant plus transparent que la fréquence est élevée, du fait de la capacité parasite entre spires empilées. Par ailleurs, cette transparence descend sur des fréquences d'autant plus basses que deux spires de rang éloigné se côtoient. Pour des raisons d'amorçage entre spires, on évite de faire côtoyer des spires de rang très éloigné, mais le recouvrement admis est encore beaucoup trop important pour bloquer les fréquences élevées. Pour cette raison, à partir de quelques centaines de kilohertz, le bobinage secondaire doit être considéré comme un bloc pratiquement conducteur. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. Plus particulièrement l'invention a pour but de fournir une bobine d'allumage à rayonnement électromagnétique réduit. L'invention vise notamment à réduire le courant de mode commun rebouclé dans les fils d'alimentation basse tension du bobinage primaire de la bobine. A cet effet, l'invention a pour objet une bobine d'allumage comprenant un noyau magnétique, un organe de sortie haute tension agencé pour être relié électriquement à une bougie d'allumage, un bobinage secondaire enroulé par dessus ledit noyau magnétique entre ledit organe de sortie haute tension et une masse, et un bobinage primaire enroulé par dessus ledit bobinage secondaire entre un interrupteur et ladite masse, caractérisée par le fait que ledit bobinage secondaire comprend au moins une première partie d'enroulement reliée audit organe de sortie haute tension et possédant un couplage capacitif réduit avec ledit bobinage primaire. Du fait de ce faible couplage capacitif, la première partie d'enroulement se comporte effectivement comme une inductance même aux fréquences élevées et bloque par conséquence ces dernières. De manière à réduire le couplage capacitif entre la première partie d'enroulement et le bobinage primaire, le bobinage secondaire peut dépasser du bobinage primaire du côté de l'organe de sortie haute tension. Plus particulièrement, la première partie d'enroulement du bobinage secondaire peut comporter une seule couche de spires. Encore plus particulièrement, cette couche peut être à spires non jointives. Dans un mode de réalisation particulier, la bobine d'allumage selon l'invention comprend une deuxième partie d'enroulement entre ladite première partie et une partie d'enroulement principale, ladite deuxième partie ayant un diamètre d'enroulement croissant depuis ladite première partie vers la partie principale. Cette deuxième partie d'enroulement du bobinage secondaire permet de bloquer les fréquences plus basses, pour lesquelles les capacités entre spires peuvent être supérieures, et où un léger recouvrement des spires est donc admissible. Cet agencement permet d'éviter qu'après la première partie d'enroulement, le bobinage secondaire se présente comme une capacité. Dans ce cas, le secondaire pourrait en effet être modélisé par une self constituée de la première partie d'enroulement, suivie par une capacité série. Cette configuration serait celle d'un circuit résonant série dont la transmittance est importante à la résonance. L'accroissement progressif du diamètre de l'enroulement permet pour partie d'étaler le spectre de cette résonance. Egalement dans un mode de réalisation particulier, la deuxième partie d' enroulement est elle même enroulée de manière à étaler le spectre de résonance du bobinage secondaire. Plus particulièrement, la deuxième partie d'enroulement peut posséder un pas de recouvrement progressivement croissant depuis ladite première partie vers ladite partie principale d'enroulement. On augmente ainsi progressivement le nombre de spires entre deux spires qui sont en contact. Les mesures décrites jusqu'ici permettent de réduire les composantes radiofréquences du courant de mode commun rebouté dans les fils d'alimentation basse tension du bobinage primaire. On peut également canaliser le courant de mode commun pour le reboucher au plus vite à la masse. A cet effet, on prévoit une bobine d'allumage du type décrit ci-dessus, comportant un écran magnétique par dessus ledit bobinage primaire, caractérisée par le fait quelle comprend une impédance haute fréquence entre ledit écran magnétique et la masse. En hautes fréquences, cette impédance se comporte comme un court-circuit. Cette impédance peut être réalisée soit par un contact direct, soit sous la forme d'une capacité. Plus particulièrement, ladite capacité peut comprendre une feuille métallique entourant au moins partiellement ledit écran magnétique et reliée électriquement à la masse. Ladite feuille métallique peut par exemple être reliée électriquement à un insert de fixation de la bobine sur le bloc moteur. La feuille métallique et l'insert de fixation peuvent être surmoulés dans le boîtier de la bobine. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : - La figure 1 est un schéma électrique d'un système d'allumage comportant une bobine d'allumage selon l'invention. - La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une telle bobine dans un puits de culasse. - La figure 3 est une vue en perspective d'un élément de cette bobine. - La figure 4 illustre la transmittance sortie-haute-tension/bobinage-primaire de cette bobine en fonction de la fréquence. Le système de la figure 1 est destiné à l'allumage commandé d'un moteur, par exemple de véhicule automobile. Ce système comprend en premier lieu une bobine d'allumage 1 dont le bobinage primaire 2 est alimenté à partir de la batterie 3 du véhicule. Cette alimentation s'effectue par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique 4 commandé par une électronique de commande 5. La sortie haute tension du bobinage secondaire 6 de la bobine 1 est reliée à une des électrodes 7 d'une bougie d'allumage 8. Le pôle négatif de la batterie 3, l'interrupteur 4, l'autre extrémité du bobinage secondaire 6, ainsi que l'autre électrode 9 de la bougie 8, sont reliés à la masse. En variante, l'autre extrémité du bobinage secondaire 6 pourrait être reliée de façon connue à une électrode d'une deuxième bougie, dans le cas d'un allumage par paire. Les figures 2 et 3 représentent plus en détail la bobine d'allumage 1. On voit sur ces figures le noyau magnétique 10 de la bobine réalisé de toute manière connue. Le bobinage secondaire 6 est enroulé autour du noyau magnétique 10 avec éventuellement interposition d'un bobinot secondaire : 11. Le bobinage primaire 2 est enroulé autour d'un bobinot primaire 12 à l'intérieur duquel sont disposés le noyau magnétique 10 et le bobinage secondaire 6. Un écran magnétique 13 est disposé autour du bobinage primaire 2 et assure de façon connu le retour de flux. Enfin, l'ensemble est disposé dans un boîtier 14 en matière plastique moulée. La bougie 8 est vissée au fond d'un puits 15 réalisé dans la culasse 16 du moteur. La bobine d'allumage 1 est disposée dans le puits 15 au dessus de la bougie 8 et est fixée à cette culasse par une vis 17 traversant une patte de fixation 18 de la bobine, réalisée d'une seule pièce avec le boîtier 14. Le bobinage primaire 2 de la bobine d'allumage 1 est alimenté à partir d'un connecteur d'alimentation non représenté, relié à des fils d'alimentation 19. L'extrémité haute tension du bobinage secondaire 6, située du côté de la bougie 8, comprend une première partie 20 bobinée sur une seule couche à spires non jointives. A titre d'exemple, cette première partie 20 comporte une cinquantaine de spires. Le bobinage secondaire 6 comprend par ailleurs, entre sa première partie 20 et sa partie principale 21, une deuxième partie 22 bobinée en biseau. Un tel bobinage en biseau est connu par exemple du document WO 98/06114. Dans la deuxième partie 22 en biseau, le nombre N de spires entre deux spires qui sont en contact augmente progressivement. Le départ du biseau se fait à titre d'exemple avec N = 2 ou 3, puis 4...... ce qui conduit à un angle de biseau faible. On observe également que la première partie 20 du bobinage secondaire 6 se trouve à l'extérieur du bobinage primaire 2, ce qui conduit à un découplage capacitif entre cette première partie 20 et le bobinage primaire. La première partie 20 du bobinage secondaire se comporte donc effectivement comme une self vis-à-vis des radiofréquences. Enfin, on voit en outre à la figure 3 que la vis de fixation 17 de la bobine d'allumage 1 traverse un insert métallique de renfort 23. L'insert 23 est relié par une lame 24 à une feuille métallique cylindrique 25 enveloppant partiellement l'écran magnétique 13, de manière à former avec ce dernier une capacité. Cette capacité figure en 26 à la figure 1 sur laquelle on voit qu'elle relie l'écran 13 à la masse. L'insert de renfort 23, la lame 24 et la feuille métallique 25 sont surmoulés lors de la fabrication du boîtier 14. Enfin, l'extrémité libre de la première partie 20 du bobinage secondaire 6 est reliée à un organe de sortie haute tension 27, lui-même relié à la borne de la bougie 8 par un conducteur électrique 28, ici en forme de ressort. Dans le cas d'une bobine d'allumage conventionnelle, c'est à dire ne comprenant ni l'enroulement supplémentaire 20 dépassant de l'enroulement primaire 2, ni la capacité 25, il se produit lors du déclenchement de l'étincelle entre les électrodes 7 et 9 de la bougie 8, un courant i de mode commun haute fréquence se rebouclant par les fils 19 d'alimentation basse tension de l'enroulement primaire et par la capacité parasite entre les enroulements primaire 2 et secondaire 6. Ce courant i induit par l'effet d'antenne des fils 19, un rayonnement électromagnétique perturbateur. On voit à la figure 4, la courbe 29, représentant dans un tel cas la transmittance entre l'organe de sortie haute tension 26 et l'enroulement primaire 2, en fonction de la fréquence. La présence de l'enroulement supplémentaire 20, découplé capacitivement du bobinage primaire 2, forme une inductance, réduisant la transmittance précitée et par conséquent le courant i, et les perturbations électromagnétiques qu'elles engendrent. La courbe 30 de la figure 4 montre la transmittance dans ce cas. Enfin, la présence du condensateur 25 a pour effet de filtrer les hautes fréquences et l'on obtient alors la courbe 31. Le condensateur se comporte alors comme un court-circuit pour les hautes fréquences. L'invention permet par conséquent de réduire de manière significative les émissions radiofréquences parasites de la bobine d'allumage. REVENDICATIONS 1. Bobine d'allumage comprenant un noyau magnétique (10), un organe de sortie haute tension (26) agencé pour être relié électriquement à une bougie d'allumage (8), un bobinage secondaire (6) enroulé par dessus ledit noyau magnétique (10) entre ledit organe sortie haute tension (26) et une masse, et un bobinage primaire (2) enroulé par dessus ledit bobinage secondaire (6) entre un interrupteur (4) et ladite masse, caractérisée par le fait que ledit bobinage secondaire (6) comprend au moins une première partie d'enroulement (20) reliée audit organe de sortie haute tension (26) et possédant un couplage capacitif réduit avec ledit bobinage primaire 2. Bobine d'allumage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit bobinage secondaire (6) dépasse dudit bobinage primaire (2) du coté de l'organe de sortie haute tension (26). 3. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ladite première partie d'enroulement (20) comporte une seule couche de spires. 4. Bobine d'allumage selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ladite couche est à spires non jointives. 5. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend une deuxième partie d'enroulement (22) entre ladite première partie (20) et une partie d'enroulement principale (21), ladite deuxième partie (22) ayant un diamètre d'enroulement croissant depuis ladite première partie (20) vers ladite partie principale (21). 6. Bobine d'allumage selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ladite deuxième partie d'enroulement (22) est enroulée de manière à étaler le spectre de résonance dudit bobinage secondaire (6). 7. Bobine d'allumage selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ladite deuxième partie d'enroulement (22) possède un pas de recouvrement progressivement croissant depuis ladite première partie d'enroulement (20) vers ladite partie principale d'enroulement (21). 8. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant un écran magnétique par dessus ledit bobinage primaire. (2), caractérisée par le fait qu'elle comprend une impédance haute fréquence (25) entre ledit écran magnétique (13) et la masse. 9. Bobine d'allumage selon la revendication 8, caractérisée par le fait que ladite impédance haute fréquence (26) est réalisée sous la forme d'une capacité. 10. Bobine d'allumage selon la revendication 9, caractérisée par le fait que ladite capacité (26) comprend une feuille métallique (25) entourant au moins partiellement ledit écran magnétique (13) et reliée électriquement à la masse. 11. Bobine d'allumage selon la revendication 10, caractérisée par le fait que ladite feuille métallique est reliée électriquement à un insert de fixation (23) de la bobine sur un bloc moteur (16). 12. Bobine d'allumage selon la revendication 11, caractérisée par le fait que ladite feuille métallique (24) et ledit insert de fixation (23) sont surmoulés dans le boîtier de la bobine.