Brevet FR2969807A1 — publié le 20120629

BOBINE D'ALLUMAGE OPTIMISEE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte aux bobines d'allumage pour moteur à combustion interne et en particulier à la topologie de ces bobines. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les bobines d'allumage pour moteur à combustion interne comprennent un noyau en matériau ferromagnétique, équipé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, et un circuit magnétique de retour de flux. Le document FR-A-2 818 001 divulgue une bobine d'allumage pour moteur à combustion interne comportant un noyau en matériau ferromagnétique portant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, une pièce en matériau ferromagnétique servant au retour du flux magnétique, cette pièce présentant deux faces situées en regard des faces extrêmes du noyau, et un entrefer fonctionnel servant au stockage de l'énergie. Le noyau est de section sensiblement constante sur toute sa longueur, et l'entrefer est réparti de manière sensiblement égale, d'une part entre une première face extrême du noyau et une première des faces de la pièce de retour de flux, et d'autre part une deuxième face extrême du noyau et une deuxième des faces de la pièce de retour de flux, les deux entrefers ainsi formés ayant sensiblement la même épaisseur. Ce document 2 propose une bobine d'allumage dont l'entrefer fonctionnel est optimisé afin d'obtenir, à configuration de circuit magnétique donnée, une augmentation de l'énergie délivrée par la bobine d'allumage. Dans les bobines connues, notamment dans le domaine des véhicules automobiles, le noyau magnétique est généralement réalisé en tôles de fer découpées et empilées, de manière à limiter les pertes électriques par courants de Foucault. On a déjà proposé de disposer un aimant permanent plat à une extrémité d'un tel noyau magnétique, afin d'améliorer les performances de la bobine. De même, il a été proposé d'évaser l'extrémité de la bobine en vis-à-vis de l'aimant afin d'en optimiser le fonctionnement. Le document FR-A-2 819 623 décrit une bobine d'allumage pour moteur à combustion interne comprenant un noyau magnétique possédant une première partie d'extrémité agencée pour la réception d'un aimant permanent, un aimant permanent en contact avec ladite première partie d'extrémité, et un circuit magnétique de retour de flux, l'aimant permanent ayant son axe d'aimantation sensiblement perpendiculaire à l'axe du noyau magnétique. Le document FR-A- 2 839 580 a pour objet de fournir une bobine d'allumage dont le circuit magnétique utilise un aimant peu onéreux, relativement peu fragile et épais, ayant une bonne désaimantation, et apte à supporter l'induction inverse à sa polarité lorsque l'induction est maximale. Pour cela, le 3 dimensionnement de l'aimant par rapport à celui de l'entrefer est choisi de manière à former un espace d'air inoccupé par l'aimant dans ledit entrefer, le trajet magnétique dans l'espace d'air permettant de limiter la désaimantation dans l'aimant permanent. L'industrie automobile met en oeuvre une politique de réduction (en anglais « downsizing ») consistant en une diminution de la masse, des dimensions et de la cylindrée d'un moteur, visant à réduire sa consommation et son encombrement, tout en conservant ses performances de couple et de puissance. D'autre part, l'injection directe stratifiée nécessite des énergies d'arc de plus en plus élevées pour les bobines d'allumages, ceci afin d'éviter les phénomènes de soufflage d'arc et de synchronisation temporelle entre l'étincelle de la bougie et le mélange air- carburant. Les bobines haute énergie compactes deviennent alors des dispositifs de plus en plus demandés chez les constructeurs automobiles. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a donc pour objet l'optimisation des bobines d'allumage afin de disposer de circuits magnétiques de plus en plus compacts et pouvant fournir une énergie d'arc de plus en plus élevée. L'invention a donc pour objet une bobine d'allumage pour moteur à combustion interne comprenant un circuit magnétique, présentant une partie en forme de I et une partie en forme de C, lesdites parties étant réalisées à partir d'un feuilleté de tôles en matériau ferromagnétique, la partie en forme de I 4 formant noyau pour un enroulement primaire et un enroulement secondaire, la partie en forme de C étant adjacente à la partie en forme de I de manière à servir de retour de flux magnétique, le circuit magnétique incluant un entrefer et un aimant. Cette bobine d'allumage est caractérisée en ce que : - les tôles en matériau ferromagnétique sont en FeSi, - la partie en forme de C comprend trois tronçons droits consécutifs, un premier tronçon reliant une première extrémité de la partie en forme de I formant noyau au deuxième tronçon, le deuxième tronçon incluant l'aimant et reliant le premier tronçon au troisième tronçon, le troisième tronçon reliant le deuxième tronçon à la deuxième extrémité de la partie en forme de I formant noyau, l'entrefer, sépare le deuxième tronçon du premier ou du troisième tronçon, l'aimant est disposé dans une partie évasée du deuxième tronçon et est en NdFeB. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée du dessin annexé qui est une vue en perspective d'une bobine d'allumage pour moteur à combustion interne, selon la présente invention.30 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION On va maintenant décrire une bobine d'allumage dont le circuit magnétique présente une 5 configuration optimale permettant un rendement élevé. Ce circuit magnétique présente une topologie dont les valeurs paramétriques sont stables, c'est-à-dire que toute variation des valeurs de référence autour des valeurs optimales entraînera juste une dégradation des performances mais assurera cependant des performances notables. Les dimensions du circuit magnétique sont issues d'une modélisation numérique et statistique complexe mettant à jour les interactions fondamentales équilibrant la thermo-élasticité des domaines magnétiques en fonction d'une pré-polarisation et d'une linéarisation par entrefer. La figure annexée représente une bobine d'allumage 1 pour moteur à combustion interne. La bobine d'allumage comprend un circuit magnétique 10 et une bobine 20. Le circuit magnétique 10 est réalisé par la juxtaposition d'une partie 11 en forme de I et d'une partie 12 en forme de C. Les parties 11 et 12 sont réalisées à partir d'un feuilleté de tôles en matériau ferromagnétique, les tôles étant disposées parallèlement à la direction du champ magnétique désiré. La partie 11 en forme de I forme un noyau de bobinage pour la bobine 20 constituée de deux enroulements : un enroulement primaire 21 et un 6 enroulement secondaire 22 enroulé sur l'enroulement primaire 21. L'enroulement primaire 21 comporte 150 tours de fil et est destiné à être parcouru par un courant continu d'excitation compris entre 6A et 10A. L'enroulement secondaire 22 comporte entre 5 000 et 10 000 tours de fil. Les tôles du circuit magnétique sont en acier électrique FeSi M400-50A. Le circuit magnétique a une longueur moyenne Lf de 200 mm à plus ou moins 1% et une section de 100 mm2 à plus ou moins 1%, avantageusement une section carrée dans sa partie de section constante. La partie 12 en forme de C du circuit magnétique comporte trois tronçons droits : un premier tronçon 121, un deuxième tronçon 122 et un troisième tronçon 123. Les différentes parties du circuit magnétique sont fixées entre elles par un surmoulage plastique assurant un maintien mécanique et une protection aux agressions de l'environnement du moteur. Le circuit magnétique est ouvert sur un entrefer 124 de 1 mm à plus ou moins 1% existant entre les tronçons 121 et 122. Au centre du tronçon 122 est disposé un aimant 125 en NdFeB de 289 mm2 à plus ou moins 1% de section (de préférence une section carrée de 17 mm de côté) et de 1,8 mm à plus ou moins 1% d'épaisseur. Un tel aimant fourni une induction rémanente de 1 tesla. Afin d'intégrer l'aimant 125 au circuit magnétique 10, le tronçon 122 s'évase régulièrement pour adapter la 7 section commune au circuit magnétique et à la section de l'aimant 125. La bobine d'allumage selon la présente invention présente un certain nombre d'avantages. Le couplage du circuit magnétique avec l'entrefer, les enroulements et l'aimant présente des variations de flux au second ordre par effet de forme et de localisation spatiale. Ces variations doivent être réparties de façon particulière afin de favoriser les lignes de fuite qui assurent une linéarisation du flux magnétique (désaturation locale par fuite et champ démagnétisant). Les interactions de premier ordre entre la section du matériau magnétique doux utilisé et le nombre de spires de l'enroulement primaire de transfert assurent une performance de « fond ». L'effet « losange » d'adaptation de section entre la section de l'aimant et la section du circuit magnétique utile permet un renforcement de la pré- polarisation et par conséquent améliore la linéarité du flux. La pente d'adaptation se fait de préférence sur une distance, selon la longueur du deuxième tronçon, égale à au moins deux fois l'épaisseur de l'aimant. A titre d'exemple, la longueur moyenne du circuit magnétique peut être de 200 mm et sa largeur moyenne 10 mm. Cette topologie de circuit magnétique permet une augmentation de l'énergie d'arc de plus de 30% par rapport à des bobines d'allumage de l'art connu, pour un même volume de FeSi M400-50A. REVENDICATIONS1. Bobine d'allumage (1) pour moteur à combustion interne comprenant un circuit magnétique (10), présentant une partie (11) en forme de I et une partie (12) en forme de C, lesdites parties étant réalisées à partir d'un feuilleté de tôles en matériau ferromagnétique, la partie (11) en forme de I formant noyau pour un enroulement primaire (21) et un enroulement secondaire (22), la partie en forme de C étant adjacente à la partie en forme de I de manière à servir de retour de flux magnétique, le circuit magnétique incluant un entrefer (124) et un aimant (125), caractérisée en ce que : - les tôles en matériau ferromagnétique sont en FeSi, - la partie (12) en forme de C comprend trois tronçons droits consécutifs, un premier tronçon (121) reliant une première extrémité de la partie en forme de I formant noyau (11) au deuxième tronçon (122), le deuxième tronçon incluant l'aimant (125) et reliant le premier tronçon (121) au troisième tronçon (123), le troisième tronçon reliant le deuxième tronçon à la deuxième extrémité de la partie en forme de I formant noyau (11), - l'entrefer (124), sépare le deuxième tronçon du premier ou du troisième tronçon, - l'aimant (125) est disposé dans une 30 partie évasée du deuxième tronçon et est en NdFeB. 9 2. Bobine d'allumage (1) selon la revendication 1, dans laquelle les tôles en matériau ferromagnétique sont en FeSi M400-50A. 3. Bobine d'allumage (1) selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle le circuit magnétique (10) a une longueur moyenne de 200 mm à plus ou moins 1% et une section de 100 mm2 à plus ou moins 1%. 4. Bobine d'allumage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la section du circuit magnétique (10) est carrée. 15 5. Bobine d'allumage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'ouverture de l'entrefer (124) est de 1 mm à plus ou moins 1%. 20 6. Bobine d'allumage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'aimant (125) a une section de 289 mm2 à plus ou moins 1% pour une épaisseur de 1,8 mm à plus ou moins 1%. 25 7. Bobine d'allumage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'aimant (125) a une section carrée. 8. Bobine d'allumage (1) selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la partie évasée du deuxième tronçon (122) adapte la 10 10 section du deuxième tronçon à la section de l'aimant (125) selon une pente d'adaptation s'étendant sur une distance, selon la longueur du deuxième tronçon, au moins égale à deux fois l'épaisseur de l'aimant (125).5