Brevet FR2933528A1 — publié le 20100108

La présente invention concerne le domaine technique des moteurs thermiques à combustion interne et plus particulièrement des moteurs à allumage commandé par l'intermédiaire de bougies. Dans l'état de la technique, il est connu de nombreuses formes de réalisation de bobines d'allumage à même d'alimenter une bougie ou une paire de bougie. Par exemple, le brevet FR 2 661 216 décrit une bobine d'allumage comportant un circuit magnétique pourvu d'une part, d'un noyau autour duquel sont bobiné un enroulement primaire et un enroulement secondaire et d'autre part, une boucle de fermeture du circuit magnétique comportant une branche principale prolongée de part et d'autre par des branches de retour. Un perfectionnement à ce type de bobine d'allumage a été apporté notamment par la demande de brevet EP 0 352 453. En effet, l'évolution des moteurs à essence dans le but de diminuer la consommation et leur émission de polluants a augmenté le niveau de performance attendu des bobines d'allumage. L'adjonction d'un turbocompresseur, d'un système de recirculation des gaz d'échappement ou l'utilisation de l'injection directe en mode stratifié ou non, tend à augmenter les besoins en tension et en énergie pour assurer la création de l'étincelle et la bonne inflammation du mélange air/essence. Le brevet EP 0 352 453 vise à réaliser dans le circuit magnétique, un entrefer dans lequel est disposé un aimant permanent en vue d'augmenter l'énergie magnétique stockée dans le circuit magnétique. Parallèlement à la nécessité d'augmenter l'énergie disponible, il apparaît le besoin de réduire la taille des bobines d'allumage dans la mesure où les moteurs sont de plus en plus compacts restreignant ainsi l'espace disponible pour loger les bobines d'allumage. En résumé, il apparaît donc le besoin de disposer d'une bobine d'allumage avec des performances énergétiques élevées et présentant un encombrement réduit par rapport aux bobines d'allumage actuelles. Par ailleurs, il existe de nombreux formats pour les bobines d'allumage, comme par exemple, les bobines quatre sorties, les rampes d'allumage, les bobines top plug, les bobines crayons, etc.. Aussi, il apparaît le besoin de définir la bobine par ses caractéristiques d'allumage pouvant être mises en oeuvre dans divers formats de bobines. La présente invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant une nouvelle architecture de bobine d'allumage pour moteur thermique à combustion interne, conçue pour comporter un module d'allumage présentant des performances électriques élevées tout en possédant un encombrement limité. Un autre objet de l'invention est de proposer un module d'allumage conçu pour présenter des performances adaptables et être mis en oeuvre, sans modification structurelle importante, dans divers formats de bobinage d'allumage. Pour atteindre un tel objectif, le module d'allumage pour bobine de moteur thermique à combustion interne et à allumage commandé comporte un circuit magnétique pourvu d'une part, d'un noyau autour duquel est bobiné au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire et d'autre part, au moins une première boucle de fermeture du circuit magnétique comportant une branche principale prolongée de part et d'autre par des branches de retour. Selon l'invention - le noyau possède une section droite transversale rectangulaire à deux dimensions avec des coins arrondis pour servir de support de bobinage pour l'enroulement primaire, - la branche principale de la boucle de fermeture possède. une section droite transversale rectangulaire dont l'une des dimensions est supérieure à la plus grande des dimensions du noyau et dont l'autre des dimensions est inférieure à la plus petite des dimensions du noyau. Selon une variante de réalisation, le module comporte une deuxième boucle de fermeture disposée, par rapport au noyau, de manière symétrique à la première boucle de fermeture. Selon une caractéristique de l'invention, le noyau délimite à l'une de ses extrémités avec la ou les branches de retour située(s) à proximité, un entrefer principal pourvu ou non d'un aimant. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une branche de retour d'une boucle de fermeture située à l'opposé de celle délimitant l'entrefer principal présente au moins une surface d'appui pour une face longitudinale du noyau magnétique. Avantageusement, le noyau traverse la ou les branches de retour située(s) à l'opposé de celles délimitant l'entrefer principal, en délimitant un entrefer secondaire, permettant de régler la longueur de l'entrefer principal sans modifier la longueur de l'entrefer secondaire. Selon un exemple de réalisation, au moins une branche de retour 10 possède une forme en � L � ou en � U �. Par exemple, le noyau présente sur toute sa longueur une section constante ou au moins à l'une de ses extrémités, un évasement.. Selon un exemple de réalisation, le noyau comporte une série de tôles empilées de largeurs différentes, résinées ou entaillées pour présenter des 15 coins arrondis entre les faces principales latérales et longitudinales. Par exemple, au moins une boucle de fermeture comporte une série de tôles empilées pliées selon l'axe d'empilement. Un autre objet de l'invention est de proposer une bobine de moteur thermique à combustion interne comportant une bobine d'allumage conforme 20 à l'invention. 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 Figure 1 est une vue d'un exemple de réalisation d'un module 25 d'allumage pour une bobine de type top plug. La Figure 2 est une vue schématique en coupe élévation d'un exemple de réalisation d'un module d'allumage conforme à l'invention. La Figure 3 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon les lignes III-III de la Fig. 2. 30 Les Figures 4A à 4C illustrent différentes variantes de réalisation de la section droite transversale du noyau du circuit magnétique. La Figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un exemple de réalisation d'un module d'allumage conforme à l'invention. Les Figures 6 et 7 sont des vues en perspective inversées d'un exemple de réalisation du module d'allumage illustré à la Fig. 5. La Figure 8 est une vue montrant l'intégration du module d'allumage conforme à l'invention dans une rampe d'allumage. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 1, l'objet de l'invention concerne un module d'allumage 1. pour une bobine 2 de moteur thermique à combustion interne et à allumage commandé. Le module d'allumage 1 conforme à l'invention présente une architecture destinée à pouvoir être intégrée dans une bobine d'allumage adaptée au moteur et offrant des performances élevées dans un encombrement hors tout réduit. Le module d'allumage 1 permet d'adapter les performances aux besoins du moteur dans un encombrement constant et avec des composants invariants. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 2 et 3, le module d'allumage 1 comporte un circuit magnétique 5 pourvu d'une part d'un noyau 6 autour duquel sont bobinés au moins un enroulement primaire 7 et ad moins un enroulement secondaire 8. Le circuit magnétique 5 est pourvu également d'au moins une première boucle de fermeture IO du circuit magnétique. Dans l'exemple illustré aux Fig. 2 'et 3, le circuit magnétique comporte une seule boucle de fermeture 10 tandis que dans l'exemple illustré aux Fig. 1 et 5 à 7, le circuit magnétique 5 comporte deux boucles de fermeture 10. Chaque boucle de fermeture 10 comporte une branche principale 101 prolongée de part et d'autre par des branches de retour 102 s'étendant parallèlement l'une' à l'autre mais sensiblement perpendiculairement à la branche principale 101. Chaque boucle de fermeture 10 présente ainsi une forme générale en � U �. Selon une caractéristique avantageuse de l'objet de l'invention, le noyau 6 possède une section droite transversale rectangulaire à deux dimensions de valeurs I, d avec des coins arrondis 61 pour servir de support de bobinage pour l'enroulement primaire 7, Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 3, 4A à 4C, le noyau 6 se présente sous la forme d'un corps parallépipédique possédant une. section, droite transversale de forme rectangulaire avec les quatre coins arrondis. En d'autres termes, le noyau 6 possède deux faces .longitudinales 6a s'étendant sensiblement parallèlement entre elles et se raccordant par des congés arrondis, à deux autres faces longitudinales 6b s'étendant sensiblement parallèlement entre elles et perpendiculairement aux deux autres faces longitudinales 6a. La réalisation d'un noyau 6 avec des coins arrondis peut être réalisée de toute manière. Dans l'exemple lustré à la Fig. 4A, le noyau 6 est constitué par un empilage de tôles 62 présentant des largeurs différentes de . manière à réaliser la forme arrondie dans les coins 61. Dans l'exemple illustré à la Fig. 4B, le noyau 6 est réalisé par un empilage de tôles 62 usinées dans les coins 61. Dans l'exemple illustré à la Fig. 4C, le noyau 6 est réalisé par un empilage de tôles 62, entaillées au niveau des coins et remplies par l'intermédiaire d'une matière plastique 63 réalisée de sorte que le noyau 6 possède des coins arrondis 61. Le noyau 6 sert ainsi directement de support de bobinage pour l'enroulement primaire 7. En d'autres termes, le module 1 ne comporte pas de support de bobinage interposé entre le noyau 6 et l'enroulement primaire 7. Bien entendu, le noyau 6 peut être traité ou revêtu d'un film de protection. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 3, l'enroulement primaire 7 présente une section droite transversale rectangulaire. De même, l'enroulement secondaire 8 présente une section droite transversale rectangulaire. L'enroulement secondaire 8 est en effet bobiné sur un support d'isolation électrique 11 interposé entre l'enroulement primaire 7 et l'enroulement secondaire 8. L'enroulement secondaire 8 est donc concentrique à l'enroulement primaire 7. Il est à noter que l'ensemble ainsi constitué peut être noyé dans un matériau diélectrique 12 de sorte que le module d'allumage se présente sous la forme d'un bloc compact. Bien entendu, les enroulements primaire 7 et secondaire 8 comportent des bornes de connexion électriques de tous types respectivement 71, 81 (Fig. 6). Selon une autre caractéristique de l'objet de l'invention, la branche principale 101 de la boucle de fermeture 10 du circuit magnétique possède une section droite transversale rectangulaire dont l'une des dimensions L est supérieure à la plus grande des dimensions du noyau 6 à savoir I dans l'exemple illustré et dont l'autre dimension D est inférieure à la plus petite des dimensions du noyau 6 à savoir cl dans l'exemple illustré. La branche principale 101 de la boucle de fermeture 10 présente ainsi une faible épaisseur D et une largeur L importante. Avantageusement, le noyau 6 est positionné de manière que ses faces présentant la plus petite dimension à savoir cl dans l'exemple illustré (Fig. 3), s'étendent parallèlement à la face de la branche principale 101 présentant la plus grande dimension à savoir L dans l'exemple illustré. Avantageusement, là branche principale 101 possède sa plus grande dimension L qui correspond sensiblement à la plus petite dimension Li de l'ensemble constitué par le noyau 6, les enroulements primaire 7 et secondaire 8 et le support d'isolation électrique 11. En d'autres termes, les faces latérales de la branche principale 1.01 de dimension D sont situées sensiblement dans le prolongement des plans d'extension des deux faces de l'enroulement secondaire 8. La largeur L de la branche principale 101 est sensiblement égale à la largeur Li de l'encombrement en largeur de l'enroulement secondaire 8. Il ressort de la description qui précède que l'encombrement du module d'allumage 1 est optimisé notamment par la suppression de la carcasse de support pour le bobinage de l'enroulement primaire 7 habituellement utilisé. La section rectangulaire du noyau magnétique 6 permet de privilégier l'une des deux dimensions à savoir la largeur d dans l'exemple illustré pour faciliter l'implantation du module d'allumage dans une bobine devant être montée sur un moteur. Le module d'allumage 1 présente une compacité améliorée par rapport aux bobines de l'art antérieur, ce qui permet d'augmenter les performances du module d'allumage. Un module d'allumage compact présente un rendement magnétique amélioré grâce au meilleur couplage réalisé entre les enroulements primaire 7 et secondaire 8. Le rendement électrique est également amélioré grâce à la limitation des résistances des enroulements primaire 7 et secondaire 8, ce qui laisse plus d'énergie disponible pour l'arc électrique créé entre les électrodes et la bougie. Dans l'exemple illustre à la Fig. 2, le noyau magnétique 6 est représenté avec une section droite transversale constante sur toute sa longueur en se raccordant à chaque extrémité avec une branche de retour 102 de la boucle de fermeture 10. Selon une variante préférée de réalisation, le noyau magnétique 6 délimite un entrefer 14 qui peut être occupé ou non par un aimant de polarisation 17. Dans l'exemple illustré, l'entrefer 14 est délimité entre une extrémité du noyau magnétique 6 et la branche de retour 102 située en vis-à-vis. Il est à noter que le noyau magnétique 6 peut comporter un évasement à l'une et/ou l'autre de ses extrémités, en dehors de la zone de bobinage de l'enroulement primaire 7, pour venir se raccorder directement à la branche de retour 102 ou par l'intermédiaire d'un aimant de polarisation de section supérieure à celle du noyau magnétique 6. Dans l'exemple illustré aux Fig. 3, 4, le module d'allumage 1 comporte une seule boucle de fermeture '10 du circuit magnétique. Les Fig. 5 à 7 illustrent une variante de réalisation du module d'allumage 1 comportant deux boucles de fermeture 10 se répartissant de part et d'autre du noyau-magnétique 6. Les deux boucles de fermeture 10 sont montées en vis-à-vis de manière que les branches principales 101 des boucles de fermeture 10 sont sensiblement parallèles entre elles tandis qu'une branche de retour 102 d'une boucle de fermeture se trouve située dans le même plan qu'une branche de retour 102 de l'autre boucle de fermeture. Le raccordement entre la ou les boucles de fermeture 10 et le noyau magnétique 6 peut être réalisé de diverses manières. A cet égard, le noyau 6 délimite d'un côté, avec la ou les branches de 30 retour 102, l'entrefer principal 14 et de l'autre côté, un entrefer secondaire 19. En d'autres termes, la ou les branches de retour 102 situées d'un côté de la ou des branches principales 101 délimite(nt) avec le noyau 6, l'entrefer principal 14 tandis que la ou les branches de retour 102 située(s) de l'autre côté de la ou des branches principales 101 délimite(nt) l'entrefer secondaire 19. Avantageusement et tel que cela apparaîtra dans la suite de la description, l'entrefer principal 14 est délimité entre une extrémité libre du noyau 6 et la ou les branches de retour 102 placé en vis-à-vis tandis que l'entrefer secondaire 19 est délimité entre la ou les autres branches de retour 102 et la partie des parois longitudinales 6a, 6b situées à proximité de l'extrémité du noyau 6 opposée de celle délimitant l'entrefer principal. Par exemple, deux branches de retour 102 en vis-à-vis peuvent être montées pour être en appui l'une contre l'autre (Fig. 6) de manière à constituer une paroi pleine délimitant avec une extrémité libre du noyau magnétique, l'entrefer principal 14 dans lequel est monté l'aimant de polarisation 17. L'aimant de polarisation 17 est donc monté en appui entre les branches de retour 102 et l'extrémité du noyau magnétique 6,. Selon une 'autre caractéristique de l'invention, le noyau 6 traverse par un passage 20 la ou les branches 'de retour 62 située(s) à l'opposé de celles délimitant l'entrefer principal 14, en délimitant l'entrefer secondaire 19. En d'autres ternies, les faces longitudinales 6a, 6b délimitent avec la ou les branches de retour 102 un espace radial plus ou moins grand appelé entrefer secondaire 19. Cet entrefer secondaire 19 présente une longueur dépendant de la distance entre les faces longitudinales 6a, 6b et la ou les branches de retour 102. La longueur de cet entrefer.secondaire 19 peut être non nulle ou comme illustré sur la Fig. 7, nulle puisque les branches de retour 102 sont en contact avec les faces longitudinales 6a, 6b du noyau 6. Avantageusement, la ou les branches de retour 102, situées du côté de l'entrefer secondaire 19, comportent des découpes 21 adaptées pour délimiter le passage 20 pour le noyau magnétique 6. Chacune de ces branches de retour 102 prend ainsi appui sur au moins une face longitudinale du noyau magnétique 6. Dans l'exemple illustré sur les Fig. 5 à 7, une découpe 21 est réalisée dans chacune des branches de retour 102 de manière qu'elle présente chacune une forme en L. Dans cet exemple, les deux branches de retour 102 sont montées en vis-à-vis de sorte qu'elles se 2933528 '9 trouvent orientées tête bêche pour délimiter ensemble le passage 20. Chaque branche de retour 102 située à l'opposé de l'entrefer principal 1.4 comporte ainsi une partie principale d'appui 10'2 s'étendant sensiblement parallèlement au plan d'extension de la branche principale 101 et venant en 5 appui sur une face longitudinale du noyau magnétique 6. La partie principale d'appui 10'2 se prolonge à l'équerre par une partie secondaire d'appui 10"2 apte à venir en appui sur une face longitudinale du noyau magnétique 6, contiguë avec la face longitudinale sur laquelle prend appui la partie principale 10'2. Avantageusement, la partie secondaire 10 d'appui 10"2 s'étend sur une longueur inférieure à la mesure de la face longitudinale du noyau magnétique 6 pour s'étendre, en retrait par rapport à la partie principale d'appui de l'autre branche de retour. Il est à noter qu'il peut être prévu de réaliser des découpes 21 de forme différente de manière par exemple que la branche de retour 102 15 présente une forme en � U � pour venir chevaucher le noyau magnétique 6. Il est à noter que le rebouclage du côté de l'entrefer secondaire 19 entre la où les branches de retour 102 et le noyau magnétique 6 peut être réalisé directement sur les faces longitudinales du noyau magnétique 6 ou sur une cale d'entrefer insérée entre le noyau magnétique 6 et la ou les 20 branches de retour 102. Il ressort de la description qui précède que le mode de raccordement de la boucle de fermeture 10 côté entrefer secondaire 19, sur le noyau magnétique permet de s'affranchir des tolérances de fabrication de cette boucle puisque son appui sur les faces longitudinales du noyau magnétique 6 25 peut être réalisé indépendamment selon les faces d'appui principales 10'2 ou 10"2. Une telle caractéristique est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle permet également de concevoir un raccordement avec un entrefer secondaire de longueur variable par exemple en réalisant des appuis sur une cale d'entrefer insérée entre les faces longitudinales du noyau et les 30 branches de retour 102. Il est à noter qu'il peut être prévu que le noyau magnétique 6 dépasse des branches de retour 102. Selon une variante préférée de réalisation, chaque boucle de fermeture 10 est réalisée par une série de tôles empilées pliées selon l'axe d'empilement de manière à obtenir une forme en � U �. Ces tôles pliées sont maintenues ensemble par des moyens d'agrafage ou de soudure non représentés mais connus en soi. Le module d'allumage 1. tel que décrit ci-dessus présente une architecture permettant d'adapter les performances au besoin du moteur dans un encombrement constant et avec toujours les mêmes composants. Cette architecture se prête à l'adaptation des performances de la bobine par la modification des composants présentant des contraintes techniques limitées. Ainsi, il peut être modifié le nombre de spires et le diamètre des fils des enroulements primaire 7 et secondaire 8. L'architecture du module 1 permet aussi de régler la longueur de l'entrefer principal 14 pourvue ou non de l'aimant, ce qui permet de moduler de façon très efficace les performances et les comportements de la bobine., Dans la mesure où le noyau magnétique 6 est monté pour être coulissant selon sa direction d'extension longitudinale, la longueur de l'entrefer principal 14, à savoir la distance entre l'extrémité libre du noyau et la branche de retour 102 de la boucle de fermeture peut être réglée facilement. Le réglage de l'entrefer principal 14 n'entraîne pas de modification sur la longueur de l'entrefer secondaire 19. Ce mode de raccordement permet non seulement de s'affranchir des cotes de longueur du noyau magnétique 6 et des branches de retour mais permet également de prévoir un entrefer principal 14 de longueur variable ou une épaisseur d'aimant variable sans nuire à la qualité du raccordement de l'entrefer secondaire 19. L'architecture du module d'allumage offre des possibilités d'adaptation des performances sans modifier les composants importants du module tels que le noyau magnétique 6, les branches de retour 102 de la ou des boucles de fermeture ainsi que le support 11 de bobinage pour l'enroulement secondaire 8. 2933528 - 11 Le module d'allumage tel que décrit ci-dessus peut être utilisé pour de nombreux types de bobine d'allumage. La Fig. 1 illustre un exemple d'intégration d'un module d'allumage 1. dans une bobine 2 type top plug. De manière classique, cette bobine comporte un boîtier 21 de réception du 5 module d'allumage 1 et muni de moyens de fixation 23 au moteur. Cette . bobine 2 comporte également des moyens 26 de connexion au circuit électrique basse tension et des moyens .28 de connexion et de raccordement à une bougie d'allumage. Ces moyens de fixation 23 et les moyens 26, 28 de connexion électriqùe sont réalisés de toute manière appropriée adaptée à 10 la bobine d'allumage. La Fig. 8 illustre un autre exemple d'application d'un module d'allumage 1. conforme à l'invention mis en oeuvre dans une rampe d'allumage à quatre bougies. Dans cet exemple de réalisation, la rampe ,d'allumage comporte deux modules 1 d'allumage conforme à l'invention 15 montés pour permettre d'alimenter chacun deux bobines d'allumage. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS1 - Module d'allumage pour bobine de moteur thermique à combustion interne et à allumage commandé, le module comportant un circuit magnétique (5) pourvu d'une part, d'un noyau (6) autour duquel est bobiné au moins un enroulement primaire (7) et au moins un enroulement secondaire (8) et d'autre part, au moins une- première boucle de fermeture (10) du circuit magnétique comportant une branche principale (101) prolongée de part et d'autre par des branches de retour (102), caractérisé en ce que : 10 - le noyau (6) possède une section droite transversale rectangulaire à deux dimensions avec des coins :arrondis (61) pour servir de support de bobinage pour l'enroulement primaire (7), - la branche principale (101) de la boucle de fermeture (10) possède une section droite transversale rectangulaire dont l'une des dimensions (L) 15 est supérieure à la plus grande des dimensions (I) du noyau (6) et dont l'autre des dimensions (D) est inférieure à la plus petite (d) des dimensions du noyau (6). 2 - Module d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième boucle de fermeture (10) disposée, par rapport au 20 noyau, de manière symétrique à la première boucle de fermeture. 3 - Module d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le noyau (6) délimite à l'une de ses extrémités avec la ou les branches de retour (102) située(s) à proximité, un entrefer principal (14) pourvu ou non d'un aimant. 25 4 - Module d'allumage selon l'une des revendications' 1 à 2, caractérisé en ce qu'au moins une branche de retour (102) d'une boucle de fermeture située à l'opposé de celle délimitant l'entrefer principal (14) présente au moins une surface d'appui pour une face longitudinale (6a, 6b) du noyau magnétique (6). 30 5 - Module d'allumage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le noyau (6) traverse la ou les branches de retour (62) située(s) à l'opposé de celles délimitant l'entrefer principal (14), en délimitant un entrefersecondaire (19), permettant de régler la longueur de l'entrefer principal (14) sans modifier la longueur de l'entrefer secondaire (19). 6 - Module d'allumage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une branche de retour (102) possède une forme en � L � ou en � U �. 7 - Module d'allumage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le noyau (6) présente sur toute sa longueur une section constante ou au moins à l'une de ses extrémités, un évasement. 8 - Module d'allumage selon la revendication 1 à 7, caractérisé en ce que le noyau (6) comporte une série de tôles empilées de largeurs différentes, résinées ou entaillées pour présenter des coins arrondis (61) entre les faces principales latérales et longitudinales. 9 - Module d'allumage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une boude de fermeture (10) comporte une série de tôles empilées pliées selon l'axe d'empilement. 10 - Bobine d'allumage pour moteur thermique à combustion interne caractérisé en ce qu'elle comporte un module d'allumage conforme à l'une des. revendications 1 à 9.