Brevet FR2890247A1 — publié le 20070302

BOUGIE D'ALLUMAGE PLASMA POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE L'invention concerne une bougie de génération de plasma, utilisée notamment pour l'allumage de moteurs à combustion interne par étincelles électriques entre les électrodes d'une bougie. Plus précisément, elle concerne une bougie d'allumage de moteur à combustion interne comprenant deux électrodes de génération de plasma séparées par un isolant qui constituent io respectivement un culot extérieur entourant l'isolant, et une électrode centrale logée dans un alésage central de l'isolant. Par les publications, FR2859830, FR2859869, FR2859831, une bougie multiétincelles dispose d'un blindage électromagnétique matérialisé par une enveloppe métallique pouvant être réalisée, par exemple sous la forme d'un tube mince façonné ou d'une couche mince déposée ou d'un film plastique métallisé et plaqué. Le blindage électromagnétique comporte deux parties: le blindage électrique et le blindage magnétique. Le blindage électrique permet de protéger l'environnement de la bougie des perturbations provoquées par le champ électrique créé par le bobinage. Le blindage magnétique permet d'assurer au champ magnétique de rester à l'intérieur de cette enveloppe. La circulation du courant correspondant aux effets de blindage électrique est limitée à la face extérieure de l'enveloppe tandis que la circulation du courant lié au blindage magnétique est limitée à la face intérieure de l'enveloppe. De plus, pour assurer une isolation entre le mandrin et l'enveloppe, l'isolant est réalisé, en général, dans des matériaux ayant des caractéristiques physico-chimiques particulières avec comme contre partie des coefficients de dilatation en fonction de la température du matériau pouvant être important. Il est donc difficile de concilier à la fois le blindage électromagnétique et l'isolation entre le mandrin et l'enveloppe. Afin de pallier ces inconvénients, l'invention vise à réaliser un blindage électromagnétique tout en assurant une isolation entre le mandrin et l'enveloppe. A cet effet, l'invention propose une bougie du type cité ci-dessus, caractérisée en ce que la partie supérieure essentiellement inductive comporte une deuxième enveloppe interne de blindage électromagnétique qui est interposée radialement entre l'isolant et l'enveloppe externe. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la face io intérieure de l'enveloppe interne est adjacente à la face extérieure de l'isolant. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'enveloppe interne est d'épaisseur constante. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'enveloppe is externe a une épaisseur au moins égale à l'épaisseur de peau qui correspond à la profondeur de pénétration des lignes de courant dans l'enveloppe externe. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la face intérieure de l'enveloppe externe est de forme cylindrique à section circulaire, la face extérieure de l'enveloppe interne est de forme cylindrique à section polygonale et l'enveloppe interne est dimensionnée de telle façon que les arêtes axiales de l'enveloppe interne soient en contact électrique avec la face intérieure de l'enveloppe externe. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le mandrin est de forme cylindrique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'enveloppe externe est choisie parmi des matériaux conducteurs électriques tel que le cuivre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'enveloppe interne est choisie parmi des matériaux conducteurs électriques tel que le cuivre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le matériau de l'enveloppe externe et les dimensions de l'enveloppe externe sont choisis de façon à ce que l'enveloppe externe fasse blindage au moins au champ électrique produit par le bobinage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le matériau de l'enveloppe interne et les dimensions de l'enveloppe interne sont choisis de façon à ce que l'enveloppe interne fasse blindage électromagnétique. io D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées. La figure 1 représente une vue schématique en coupe selon l'axe Z d'une bougie à plasma radiofréquence selon l'état de la 15 technique. La figure 2 représente une vue schématique en éclaté de la partie inductive d'une bougie comportant deux enveloppes selon l'invention. La figure 3 représente une vue schématique en coupe de la 20 partie inductive d'une bougie comportant deux enveloppes selon l'invention. La figure 4 représente une vue schématique en coupe selon l'axe 4-4' de la figure 3 selon l'invention. La figure 5 représente la circulation des courants liés au 25 champ électromagnétique par une vue en coupe selon l'axe 5-5' de la figure 3 selon l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Tel que représenté à la figure 1, une bougie à plasma radiofréquence 1 de forme générale sensiblement cylindrique comporte principalement une partie inférieure essentiellement capacitive C et une partie supérieure essentiellement inductive I, les parties C et I étant de forme sensiblement allongées, connectées en série et comportant un axe longitudinal commun Z. La partie essentiellement capacitive C comporte, notamment, un culot 2 destiné à être relié à la masse et entourant une électrode centrale 3, sensiblement cylindrique, d'axe Z, jouant le rôle d'électrode haute tension. Un bloc électriquement isolant, appelé isolant 4 est placé entre le culot 2 et l'électrode centrale 3, l'isolant 4 étant configuré de manière à guider les étincelles entre les électrodes 2 et 3. D'une manière bien connue dans l'état de la technique, le culot 2 présente, sur la face extérieure de sa partie inférieure la plus proche de la culasse du moteur à combustion io interne équipé de la bougie 1, une forme appropriée à la mise en place, au maintien et au serrage de la bougie 1 sur la culasse (par exemple et de manière non limitative, ainsi que représenté sur la figure 1: un filetage). Tel que représenté à la figure 2 et à la figure 3, la partie is essentiellement inductive I de la bougie 1 comporte un mandrin 8 central entouré successivement d'un bobinage 5, d'un isolant 7, d'une enveloppe interne 62 et d'une enveloppe externe 61. Le mandrin 8 est de forme cylindrique à section circulaire dont l'axe est sensiblement confondu avec l'axe Z de la bougie 1. Il est réalisé en matériau isolant et amagnétique. Le bobinage 5 est composé de spires 51 entourant le mandrin 8 central depuis une première spire supérieure 512 jusqu'à une dernière spire inférieure 513. Tel que représenté à la figure 1, la première spire supérieure 512 est relié au connecteur 12 et la dernière spire inférieure 513 est relié par des moyens appropriés 14 à une extrémité interne de l'électrode centrale 3. L'isolant 7 qui entoure le bobinage 5 est de forme cylindrique à section polygonale et il est choisi dans un matériau à faibles pertes électromagnétiques. Parmi les matériaux satisfaisant cette propriété, il existe la famille des silicones dont l'inconvénient majeur est de présenter un coefficient de dilatation thermique important de l'ordre de 0.0001 K 1. Tel que représenté à la figure 4, l'enveloppe interne 62 comporte une face intérieure 622 et une face extérieure 621. Elle est de forme cylindrique à section polygonale. Néanmoins, seule la face extérieure 621 peut être choisie de forme cylindrique à section polygonale. L'enveloppe interne 62 est réalisée de façon à ce que la face intérieure 622 de l'enveloppe interne 62 est adjacente à la face extérieure 71 de l'isolant 7. L'enveloppe interne 62 est choisie dans un matériau conducteur dans le domaine de fréquence, situé entre 1Mhz et 10MHz, revendiqué pour le fonctionnement de cette bougie 1. Elle peut être réalisée en différents matériaux métalliques, par exemple en cuivre lo ou en différents matériaux recouverts sur ses faces externes de sels métalliques, par exemple un dépôt de nickel par galvanoplastie. L'épaisseur de cette enveloppe 61 est choisie constante et suffisamment fine pour assurer une conductivité en basse fréquence. Par exemple, l'enveloppe interne 62 peut être choisie en cuivre de 5 à10pm. Tel que représenté à la figure 4, l'enveloppe externe 61 comporte une face extérieure 611 et une face intérieure 612. Elle est de forme cylindrique à section circulaire. Mais, seule sa face intérieure 612 peut être choisie de forme cylindrique à section circulaire. Cette enveloppe 61 est choisie dans un matériau et est dimensionnée de telle façon que la circulation des courants liés au blindage électromagnétique est assurée. Cette enveloppe externe 61 est choisie dans un matériau conducteur dans le domaine de fréquence, situé entre 1Mhz et 10MHz, revendiqué pour le fonctionnement de cette bougie 1. Elle peut être réalisée dans un matériau à forte conductivité (tel que le cuivre: 6 x 10' S/m) ou dans un matériau à faible conductivité (tel que l'acier: 1 x 107 S/m) et recouvert sur ses faces extérieures par une couche conductrice, par exemple en cuivre ou en argent. L'épaisseur de cette enveloppe 61 est au moins supérieure à l'épaisseur de peau qui correspond à la profondeur de pénétration des lignes de courant dans un conducteur dans le domaine de fréquence, situé entre 1Mhz et 10MHz, revendiqué pour le fonctionnement de cette bougie 1. Par exemple, si l'enveloppe externe 61 est en cuivre, son épaisseur est au moins de 100 pm. L'enveloppe interne 62 est dimensionnée de telle façon que ses arêtes 613 axiales soient en contact électrique avec la face intérieure 612 de l'enveloppe externe 61. Des défauts d'aspérité de surface de la face extérieure 611 de l'enveloppe externe 61 ne sont pas gênants pour assurer le contact électrique des deux enveloppes 61, 62. En effet, le long d'une arête 613, le contact électrique peut être assuré ponctuellement en quelques points 9 de l'arête 613. En outre, les zones vides créées entre l'enveloppe interne 62 ro et l'enveloppe externe 61 permettent à l'isolant 7, ayant un fort coefficient de dilatation thermique, de se dilater en convergeant vers une forme extérieure sensiblement cylindrique remplissant partiellement ou totalement les zones vides. Dans un tel mode de réalisation, le blindage ts électromagnétique est assuré. En effet, tel que représenté à la figure 5, le courant 10 lié au blindage magnétique circule principalement sur la face intérieure 612 de l'enveloppe externe 61. Le courant lié au blindage électrique circule principalement sur la face extérieure 611 de l'enveloppe externe 61. II comporte, en particulier, deux composantes: une première composante 111 qui correspond au chargement électrique de la capacité situé au bout du bobinage 5 et une seconde composante 112 qui correspond au courant nécessaire pour venir bloquer le champ électrique créé par le bobinage 5. Cette seconde composante 112 circule, dans un premier temps, radialement au niveau de l'enveloppe externe 61 et des points de contact 9 de l'interface entre l'enveloppe interne 62 et l'enveloppe externe 61. Elle circule, dans un deuxième temps, dans l'enveloppe interne 62 de façon à se répartir de façon homogène pour blinder le champ électrique créé par le bobinage 5. Par ailleurs, le couple de serrage pour la réalisation de la liaison entre la partie essentiellement capacitive C et la partie essentiellement inductive I de la bougie 1 est transmis par l'enveloppe externe 61. L'épaisseur de l'enveloppe externe 61 sera donc dimensionnée de façon à assurer la transmission de ce couple de serrage. L'avantage principal de ce type de transmission est qu'il ramène les contraintes mécaniques sur le plus grand rayon disponible, à l'endroit où l'effet de bras de levier est optimal, minimisant ainsi les contraintes mécaniques sur les matériaux proprement dits. Ainsi, les enveloppes 61, 62 permettent d'assurer efficacement un blindage électromagnétique tout en respectant la fonction de l'isolant 7 qui est un matériau à coefficient de dilatation lo élevé. Cette invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui a été donné à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Bougie d'allumage (1) pour le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, de forme générale 5 sensiblement allongée, comportant: - une partie inférieure essentiellement capacitive (C) comportant deux électrodes coaxiales (2, 3) - une partie supérieure essentiellement inductive (I) comportant: io - un mandrin (8) central - un bobinage (5) coaxial autour du mandrin (8), - une enveloppe externe (61) tubulaire assurant une fonction de blindage électromagnétique, - un isolant (7) interposé radialement entre l'enveloppe (61) 15 et le bobinage (5) caractérisée en ce que la partie supérieure essentiellement inductive (I) comporte une deuxième enveloppe interne (62) de blindage électromagnétique qui est interposée radialement entre l'isolant (7) et l'enveloppe externe (61). 2. Bougie d'allumage (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la face intérieure (622) de l'enveloppe interne (62) est adjacente à la face extérieure (71) de l'isolant (7). 3. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisée en ce que l'enveloppe interne (62) est d'épaisseur constante. 4. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enveloppe externe (61) a une épaisseur au moins égale à l'épaisseur de peau qui correspond à la profondeur de pénétration des lignes de courant dans l'enveloppe externe (61). 5. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face intérieure (612) de l'enveloppe externe (61) est de forme cylindrique à section circulaire, -en ce que la face extérieure (621) de l'enveloppe interne (62) est de forme cylindrique à section polygonale - et en ce que l'enveloppe interne (62) est dimensionnée de telle façon que les arêtes (613) axiales de lo l'enveloppe interne (62) soient en contact électrique avec la face intérieure (612) de l'enveloppe externe (61). 6. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mandrin (8) est de forme générale cylindrique. 7. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enveloppe externe (61) est choisie parmi des matériaux conducteurs électriques tel que le cuivre. 8. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enveloppe interne (62) est choisie parmi des matériaux conducteurs électriques tel que le cuivre. 9. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de l'enveloppe externe (61) et les dimensions de l'enveloppe externe (61) sont choisis de façon à ce que l'enveloppe externe (61) fasse blindage au moins au champ électrique produit par le bobinage (5). 10. Bougie d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de l'enveloppe interne (62) et les dimensions de l'enveloppe interne (62) sont choisis de façon à ce que l'enveloppe interne (62) fasse blindage électromagnétique.