Brevet FR2974229A1 — publié le 20121019

Bobine d'allumage et procédé de fabrication correspondant La présente invention concerne une bobine d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, notamment de moteur à allumage commandé par l'intermédiaire de bougies. Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle bobine d'allumage. Chaque bougie est équipée d'une bobine, dite d'allumage, apte à lui fournir, à partir d'une source d'énergie électrique basse tension, une énergie haute tension nécessaire pour la production d'une étincelle d'allumage entre les électrodes de la bougie à l'intérieur de la chambre de combustion d'un cylindre du moteur. Généralement, la bougie d'allumage est logée dans un boîtier en plastique rempli de résine. Le rôle de cette résine est d'isoler les composants de la bobine, en particulier la haute tension. Le procédé conventionnel consiste à assembler des enroulements de la bobine d'allumage, à les placer dans le boîtier, puis à remplir le boîtier de résine. Toutefois, ce procédé présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, le remplissage du boîtier est difficile à mettre en oeuvre. En effet, cette mise en oeuvre entraîne des émissions de vapeur et de matière coulée non désirées. II est en outre très difficile de contrôler l'ensemble des paramètres de remplissage tels que l'humidité, la température et ceux liés aux différentes propriétés physico-chimiques de la résine. Un autre inconvénient est lié à la longueur du cycle de remplissage. En effet, le cycle de remplissage comprend plusieurs opérations, notamment le dégazage, l'oxygénation, la cuisson, le moulage et la polymérisation. La durée totale du cycle peut alors excéder une dizaine d'heures, selon le type de résine utilisée. En outre, la résine est très coûteuse en termes de matière première et en termes d'investissement pour la mise en oeuvre du procédé de remplissage. La présente invention vise à améliorer la situation. A cet effet, l'invention concerne tout d'abord une bobine d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, ladite bobine d'allumage comprenant un premier enroulement et un deuxième enroulement imbriqués l'un dans 2 l'autre en projection axiale de façon à ce qu'un courant électrique circulant dans l'un induise un courant électrique dans l'autre. La bobine d'allumage comprend un corps en un matériau diélectrique surmoulant le premier enroulement et le deuxième enroulement, ledit corps formant un boîtier de la bobine d'allumage. Autrement dit, suite à un tel surmoulage, il n'y a aucun vide à l'intérieur du corps, aux imperfections de fabrication près. Le corps en matériau diélectrique, bien que n'étant pas un boîtier au sens littéral du terme, remplit néanmoins toutes les fonctions d'un boîtier de la bobine d'allumage. II permet en effet de protéger les différents composants de cette bobine et peut faire l'interface avec l'extérieur de la bobine, notamment le moteur thermique. Encore autrement dit, le matériau servant à l'isolation électrique des deux enroulements sert également à définir l'enveloppe externe de la bobine d'allumage. On entend par projection axiale la projection selon l'axe des enroulements sur un plan perpendiculaire à cet axe. Selon une première variante de réalisation préférée, les deux enroulements sont coaxiaux et imbriqués l'un dans l'autre, tels les enroulements 102, 104 sur la figure 8. Selon une deuxième variante de réalisation, les deux enroulements sont imbriqués l'un dans l'autre et radialement désaxés, tels les enroulements 106, 108 sur la figure 9. Selon une troisième variante de réalisation, les deux enroulements sont dans le prolongement d'un de l'autre. Ils ne sont plus l'un dans l'autre, tels les enroulements 110, 112 sur la figure 10. Les deux enroulements peuvent donc être coaxiaux ou radialement désaxés. Ils peuvent être imbriqués totalement, partiellement ou dans le prolongement l'un de l'autre.Avantageusement, le matériau diélectrique est un plastique ayant une résistivité diélectrique supérieure à 25 kV/mm.Un tel plastique est différent du plastique utilisé dans les boîtiers de bobine d'allumage de l'état de la technique. II présente en outre l'avantage d'être moins cher que la résine utilisée dans l'état de la technique. De préférence, le matériau diélectrique comprend entre 5 et 50% de fibres de verre. Avantageusement, le matériau diélectrique comprend du PBT (téréphtalate de polybutylène ou "PolyButylene Terephthalate" en anglais) ou du polyamide. 3 Ces matériaux présentent l'avantage d'être résistants aux agressions extérieures provenant de l'environnement moteur. Avantageusement, le premier enroulement et/ou le deuxième enroulement est formé par un fil auto-liant. De préférence, la bobine comprend des moyens de raccordement à une bougie issus de matière dudit corps. Plus précisément, la bobine comprend des moyens de raccordement à une prolonge, qui est de préférence en silicone souple et est elle-même branchée sur la bougie. Selon une réalisation préférée, la bobine comprend des moyens pour recevoir au moins une connexion électrique basse-tension issus de matière dudit corps. Avantageusement, la bobine d'allumage comprend des moyens de fixation à une culasse de moteur issus de matière dudit corps. Selon une première réalisation, le deuxième enroulement est un enroulement secondaire de la bobine. De préférence, l'enroulement secondaire comprend un nombre de spires plus élevé que celui de l'enroulement primaire, notamment environ cent fois plus élevé. Avantageusement, dans ce cas, un noyau de la bobine d'allumage comprend une branche centrale dans l'enroulement primaire et une couronne en forme d'anneau à l'extérieur de l'enroulement secondaire, ledit corps surmoulant le noyau. Selon une deuxième réalisation, le deuxième enroulement est un enroulement primaire de la bobine. Une telle réalisation correspond notamment aux bobines d'allumage dites bobines crayon (ou "pencil coil" en anglais). Avantageusement, dans ce cas, un noyau de la bobine d'allumage comprend une branche centrale dans l'enroulement secondaire et une carcasse de retour de flux magnétique à l'extérieur de l'enroulement primaire, ledit corps surmoulant le noyau. De préférence, le premier enroulement et le deuxième enroulement étant formés de spires, l'épaisseur de matériau diélectrique entre les spires voisines d'un même enroulement est de l'ordre de 1 pm. Cette épaisseur dépend des paramètres de l'enroulement réalisé, notamment par exemple du fil utilisé, du pas de bobinage choisi, du procédé de fabrication. 4 L'invention concerne également un système d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, comprenant une bobine d'allumage selon l'invention. Un tel système d'allumage est par exemple une rampe d'allumage ("ignition ramp" en anglais) ou un système à bobine champignon ("top plug coil" en anglais) ou un système à bobine crayon. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une bobine d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, comprenant les étapes de: - montage d'un premier enroulement et d'un deuxième enroulement imbriqués l'un dans l'autre en projection axiale de façon à ce qu'un courant électrique circulant dans l'un induise un courant électrique dans l'autre ; - surmoulage du premier enroulement et du deuxième enroulement par un matériau diélectrique pour former un boîtier de la bobine d'allumage. Le surmoulage de matériau diélectrique est plus simple et plus rapide que le remplissage mis en oeuvre dans le procédé de l'état de la technique. Des modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits de façon plus précise, mais non limitative, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective représentant un boîtier de bobine d'allumage de l'état de la technique avant remplissage par de la résine ; - la figure 2 est une vue en perspective du boîtier de la figure 1 rempli de résine ; - la figure 3 est un organigramme illustrant les étapes du procédé de fabrication du boîtier de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective illustrant un boîtier de bobine d'allumage selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective illustrant l'intérieur du boîtier de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe du boîtier de la figure 4, effectuée selon un plan de coupe diamétral ; - la figure 7 est un organigramme illustrant les étapes du procédé de fabrication du boîtier de la figure 4 ; - la figure 8 illustre l'agencement des enroulements de la bobine selon une première variante de réalisation ; - la figure 9 illustre l'agencement des enroulements de la bobine selon une deuxième variante de réalisation ; 5 - la figure 10 illustre l'agencement des enroulements de la bobine selon une troisième variante de réalisation ; et - la figure 11 présente un exemple de système d'allumage de type rampe d'allumage. La figure 1 représente une bobine d'allumage 4 de l'état de la technique ayant un boîtier 2. Le boîtier 2 est en plastique. II permet de contenir les enroulements 3 de la bobine d'allumage 4 avant son remplissage de résine. La figure 2 illustre le boîtier 2 rempli d'une résine 6 dont le rôle est d'isoler les différents composants de la bobine d'allumage 4 entre eux, en particulier en raison des hautes tensions présentes sur l'un des enroulements. Le boîtier 2 muni de la bobine d'allumage 4 et rempli de résine 6 est fabriqué selon le procédé illustré par l'organigramme de la figure 3. Aux étapes 10 et 12, les enroulements 3 de la bobine d'allumage 4 sont assemblés et le boîtier 2 est moulé, parallèlement. A l'étape 14, les enroulements 3 de la bobine d'allumage 4 sont montés dans le boîtier 2. Lors d'une étape 16, le remplissage de la bobine d'allumage 2 par une résine est préparé. Pour cela, la résine 6 est dégazée et mélangée. Cette opération de dégazage et de mélange prend environ 8 heures, selon le type et le volume de la résine utilisée. Ensuite, le remplissage de l'intérieur du boîtier 2 par la résine 6 est mis en oeuvre à l'étape 18. Cette mise en oeuvre comprend des opérations d'oxygénation, de cuisson (de durée 3 heures environ), de coulée et de polymérisation (de durée 8 heures environ). Ainsi, la durée totale du cycle du procédé de fabrication de la bobine d'allumage 4 munie de son boîtier est très longue puisqu'elle excède 10 heures. En outre, le remplissage de résine entraîne des émissions non souhaitées de vapeur et de matière coulée. 6 La présente invention propose une bobine d'allumage et un procédé de fabrication correspondant ne présentant pas ces inconvénients. La figure 4 illustre un boîtier de bobine d'allumage selon un mode de réalisation de l'invention. Ainsi que cela apparaît sur la figure 5, le boîtier est formé d'un corps 20 en matériau diélectrique surmoulant les composants de la bobine d'allumage en ne laissant aucun vide (aux imperfections de fabrication près). En réalité, le corps 20 en matériau diélectrique n'est pas un boîtier au sens littéral du terme. II remplit néanmoins toutes les fonctions d'un boîtier de la bobine d'allumage. II permet en effet de protéger cette bobine et peut faire l'interface avec l'extérieur de la bobine, notamment pour sa fixation à une culasse de moteur thermique. Le matériau diélectrique utilisé est un plastique de résistivité diélectrique supérieure à 25 kV/mm, et de préférence supérieure à 33 kV/mm. Ce plastique comprend notamment du PBT (téréphtalate de polybutylène) et entre 5 et 50% de fibres de verre. Ce plastique est de préférence différent du plastique utilisé dans le boîtier 2 de la bobine d'allumage 4 de l'état de la technique. La bobine d'allumage représentée dans les figures 5 et 6 comprend un premier enroulement 22 et un deuxième enroulement 24, ici coaxiaux. Les enroulements 22 et 24 sont formés, de préférence, par un fil auto-liant. En outre, les enroulements 22 et 24 sont formés de spires. L'épaisseur diélectrique entre les spires voisines d'un même enroulement est de l'ordre de 1 pm. Plus précisément, cette valeur correspond à l'écart entre les spires. L'épaisseur diélectrique totale est constituée de cet écart entre les spires et de l'épaisseur d'émail entourant le fil, qui est d'environ 5 pm. Deux spires complètement jointives ont une épaisseur diélectrique totale d'environ 10 pm. La bobine d'allumage comprend des moyens de raccordement 26 à une bougie du moteur thermique. Ces moyens de raccordement 26 sont issus de matière dudit corps 20. Plus précisément, les moyens de raccordement 26 sont raccordés à une prolonge, qui est de préférence en silicone souple et est elle-même branchée sur la bougie. 7 En outre, la bobine comprend des moyens 28 pour recevoir au moins une connexion électrique basse-tension. Les moyens 28 sont issus de matière dudit corps 20. Ils comprennent un puits entourant des connecteurs 30 liés à l'un des enroulements. Selon le mode de réalisation représenté, le premier enroulement 22 est l'enroulement primaire de la bobine, à savoir l'enroulement destiné à être relié au réseau de bord du véhicule, et le deuxième enroulement 24 est l'enroulement secondaire de la bobine, à savoir l'enroulement destiné à être relié à la bougie. De manière conventionnelle, l'enroulement primaire 22 est enroulé autour d'un bobinot primaire 31 en matériau isolant diélectriquement et l'enroulement secondaire 24 est enroulé autour d'un bobinot secondaire 33 en matérau isolant diélectriquement. Selon ce mode de réalisation, la bobine d'allumage comprend un noyau formé d'une branche centrale 32 dans l'enroulement primaire 22 et une couronne 34 en forme d'anneau à l'extérieur de l'enroulement secondaire 24. De manière remarquable, le corps 20 surmoule la branche centrale 32 et la couronne 34. L'invention concerne également un système d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, comprenant une bobine d'allumage selon l'invention. Un tel système d'allumage est par exemple une rampe d'allumage ou un système à bobine champignon ou un système à bobine crayon. La figure 7 illustre les étapes du procédé de fabrication de la bobine d'allumage des figures 4 à 6. A l'étape 40, le premier enroulement 22 et le deuxième enroulement 24 sont montés de sorte qu'ils génèrent des flux magnétiques coaxiaux. A l'étape 42, le premier enroulement 22 et le deuxième enroulement 24 sont surmoulés par du plastique, pour former le corps 20. De manière remarquable, ce procédé est plus simple et plus rapide que le remplissage de résine utilisé dans l'état de la technique. La bobine d'allumage ainsi formée peut être intégrée dans un système d'allumage du type rampe d'allumage, un système à bobine champignon, ou un système à bobine crayon. 8 Dans le cas de la rampe d'allumage 50 présenté en figure 11, au moins deux bobines d'allumage sont intégrées dans un même boîtier. Deux manières de fabriquer cette rampe sont envisagées. Selon une première réalisation, tous les enroulements 3 de toutes les bobines de la rampe sont surmoulés par un même corps en plastique, en matériau diélectrique, formant ainsi un boîtier global de la rampe. Selon une deuxième réalisation, chaque bobine est surmoulée dans un corps en matériau diélectrique indépendant. Les corps individuels sont ensuite assemblés dans un boîtier conventionnel de la rampe ou surmoulés à nouveau par un corps pour former un boîtier global de la rampe. Les bobines individuelles étant déjà surmoulées dans un matériau diélectrique, il n'est pas nécessaire que le corps formant boîtier global soit aussi en un matériau diélectrique. II suffit qu'il soit constitué d'un matériau, de préférence un plastique, résistant aux agressions provenant de l'environnement extérieur. Cette solution présente l'avantage de simplifier le choix du matériau de surmoulage des bobines, puisque celui-ci doit être suffisamment résistant diélectriquement et à la température, mais ne nécessite pas de résistance aux agressions extérieures de type mécanique et/ou fluidique, par exemple. Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont envisageables. En particulier, le deuxième enroulement peut être un enroulement primaire de la bobine. Dans ce cas, la bobine comprend un noyau formé par une branche centrale située dans l'enroulement secondaire et par une carcasse de retour de flux magnétique située à l'extérieur de l'enroulement primaire, ledit corps surmoulant le noyau. Une telle réalisation correspond notamment aux bobines d'allumage dites bobines crayon. La bobine de l'invention peut être de type jumostatique permettant d'équiper deux bougies à la fois. REVENDICATIONS1. Bobine d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, ladite bobine d'allumage comprenant un premier enroulement (22) et un deuxième enroulement (24) imbriqués l'un dans l'autre en projection axiale de façon à ce qu'un courant électrique circulant dans l'un induise un courant électrique dans l'autre, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (20) en un matériau diélectrique surmoulant le premier enroulement (22) et le deuxième enroulement (24), ledit corps (20) formant un boîtier de la bobine d'allumage. 2. Bobine d'allumage selon la revendication 1, dans laquelle le matériau diélectrique est un plastique ayant une résistivité diélectrique supérieure à 25 kV/mm. 3. Bobine d'allumage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le matériau diélectrique comprend entre 5 et 50% de fibres de verre. 4. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau diélectrique comprend du PBT ou du polyamide. 5. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier enroulement (22) et/ou le deuxième enroulement (24) est formé par un fil auto-liant. 6. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de raccordement (26) à la bougie issus de matière dudit corps (20). 7. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens (28) pour recevoir au moins une connexion électrique (30) basse-tension issus de matière dudit corps (20). 10 8. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de fixation à une culasse de moteur issus de matière dudit corps. 9. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le deuxième enroulement (24) est un enroulement secondaire de la bobine. 10. Bobine d'allumage selon la revendication 9, dans laquelle un noyau de la bobine d'allumage comprend une branche centrale (32) dans l'enroulement primaire (22) et une couronne (34) en forme d'anneau à l'extérieur de l'enroulement secondaire (24), ledit corps (20) surmoulant le noyau. 11. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le deuxième enroulement est un enroulement primaire de la bobine. 12. Bobine d'allumage selon la revendication 11, dans laquelle un noyau de la bobine d'allumage comprend une branche centrale dans l'enroulement secondaire et une carcasse de retour de flux magnétique à l'extérieur de l'enroulement primaire, ledit corps surmoulant le noyau. 13. Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier enroulement (22) et le deuxième enroulement (24) étant formés de spires, l'épaisseur de matériau diélectrique entre les spires voisines d'un même enroulement est de l'ordre de 1 pm. 14. Système d'allumage (50) pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, comprenant une bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications Ià13. 30 15. Procédé de fabrication d'une bobine d'allumage pour une bougie de moteur thermique à combustion interne, comprenant les étapes de : 20 25- montage (40) d'un premier enroulement (22) et d'un deuxième enroulement (24) imbriqués l'un dans l'autre en projection axiale de façon à ce qu'un courant électrique circulant dans l'un induise un courant électrique dans l'autre ; - surmoulage (42) du premier enroulement (22) et du deuxième enroulement (24) 5 par un matériau diélectrique pour former un boîtier de la bobine d'allumage.