Brevet FR2998948A1 — publié le 20140606

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une bougie de préchauffage de moteur Diesel comprenant : - un corps tubulaire métallique dont une extrémité est terminée par un crayon chauffant céramique et l'autre extrémité porte un embout de connexion, - le crayon chauffant logeant le conducteur chauffant intégré dans la céramique d'une cartouche chauffante, - une électrode traversant de manière isolée le corps tubulaire et reliant électriquement la cartouche chauffante et l'embout de connexion lui- même tenu de manière isolée dans l'extrémité du corps tubulaire. Etat de la technique Il existe de multiples réalisations de bougies de préchauffage du type défini ci-dessus. Selon un mode de réalisation connu, la bougie de préchauf- fage se compose d'un corps tubulaire métallique dont une extrémité constitue le crayon chauffant et l'autre est munie d'un embout de connexion. Près de cette extrémité, le corps métallique comporte un filetage extérieur pour se visser dans la culasse du moteur thermique et à l'autre extrémité, un cône pour positionner ainsi le crayon chauffant dans la chambre de combustion. Intérieurement, la bougie comporte une électrode centrale en forme de tige métallique traversant le corps tubulaire. Cette tige est reliée par une extrémité à l'embout de connexion et par son autre extrémité filetée elle est reliée, par vissage, à l'extrémité du fil de connexion électrique enroulé en hélice. Le fil de connexion électrique est solidaire de la céramique grâce à une brasure. Cette brasure assure aussi l'alimentation électrique par une extrémité du filament métallique intégré dans la céramique chauffante. L'autre extrémité du filament métallique est reliée, par une seconde brasure, au tube métallique de protection à du crayon chauffant pour le retour électrique à la masse. L'ensemble des composants est maintenu en position par une poudre isolante compactée dans le tube de protection. Le contact électrique et le maintien en position sont obtenus par le compactage de cet ensemble tube/poudre isolante autour des par- ties vissées, c'est-à-dire l'enroulement hélicoïdal et la partie filetée de l'électrode centrale. Cette dernière est elle-même tenue isolée dans le tube de protection par la poudre isolante compactée et le joint d'étanchéité. Cette bougie de préchauffage connue a l'inconvénient d'être réalisée avec un nombre relativement important de composants et de nécessiter un assemblage complexe avec compactage de la poudre isolante de sorte que finalement la bougie de préchauffage à crayon chauffant cé- ramique est coûteuse. But de l'invention La présente invention a pour but de réaliser une bougie de préchauffage à crayon chauffant céramique de conception simple, permettant de résister efficacement aux contraintes de dilatation et de rétraction sous l'effet des fortes variations de températures ou aux vibrations et chocs auxquels est soumise la bougie tout en simplifiant la structure et la réalisation de la bougie de préchauffage pour en réduire le coût de fabrication. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une bougie de préchauf- fage du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que - l'électrode a au moins une extrémité de forme tubulaire de section circulaire de diamètre intérieur, - l'extrémité arrière de la cartouche se poursuit par un col portant une tête, isolante, de forme d'ovoïdale, munie d'un bossage de contact relié au conducteur chauffant de la cartouche, - la section la plus grande de la tête, perpendiculaire à l'axe de la bougie, a une forme quasi elliptique de grand axe supérieur au diamètre intérieur et de petit axe inférieur au diamètre intérieur, le périmètre de cette section quasi elliptique étant inférieur au périmètre intérieur de l'extrémité tubulaire de section circulaire, - le bossage de contact est situé sur l'un au moins des sommets du grand axe de cette plus grande section elliptique. Cet assemblage entre la cartouche chauffante et l'extrémité avant de l'électrode garantit l'efficacité et la permanence du contact électrique entre ces deux éléments, quelle que soit la variation des paramètres physiques engendrée par le fonctionnement de la bougie de préchauffage et l'évolution de son environnement (variations de température, vibrations, chocs). La mise en place de l'extrémité de l'électrode sur l'extrémité de la cartouche chauffante est une opération extrêmement simple s'effectuant très rapidement et ne faisant pas intervenir d'éléments étrangers tels qu'un apport de matière. La fermeté du contact réalisée par le choix des dimensions du grand et du petit axe de la forme quasi elliptique de la section de la tête et du diamètre intérieur de l'extrémité tubulaire de l'électrode garantit l'efficacité et la durabilité du contact électrique et ainsi l'efficacité de son fonctionnement, évitant toute consommation inutile d'énergie. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'organe de connexion constitué par le col et la tête est réalisé dans le prolongement de l'extrémité arrière de la cartouche en céramique et dans la même matière que la cartouche, en une seule pièce, le bossage de contact étant relié par une liaison électrique au conducteur chauffant de la cartouche à travers la tête et le col. Cette réalisation de l'organe de connexion en une seule pièce avec la cartouche chauffante facilite à la fois la fabrication et l'assemblage tout en garantissant la fiabilité de la connexion réalisée par 15 l'organe de connexion dans l'extrémité tubulaire avant de l'électrode. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la tête comporte un bossage de contact à chacun des sommets de sa plus grande section quasi elliptique de sa forme ovoïdale. Ce doublement des bossages de contact garantit encore plus de fiabilité et d'efficacité du passage du cou- 20 rant alimentant le conducteur chauffant. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la seconde extrémité de l'électrode a une forme tubulaire constituant un organe de liaison en forme de pince pour recevoir la tige de l'embout de connexion. La connexion réalisable grâce à ce moyen à l'extrémité ar25 rière de l'électrode, après la mise en place du corps tubulaire, facilite l'assemblage et le simplifie. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'organe de liaison en forme de pince a un rétrécissement. Cette forme de l'organe de liaison simplifie l'introduction de la tige de l'embout de connexion dans 30 l'extrémité arrière de l'électrode. De façon particulièrement avantageuse, l'organe de liaison en forme de pince est composé de languettes. Cette forme de réalisation simplifie encore plus l'assemblage tout en garantissant l'efficacité et la permanence du contact électrique. 35 Enfin, suivant une autre caractéristique avantageuse, l'ex- trémité arrière du corps tubulaire métallique comporte un lamage recevant la surface externe d'un manchon isolant dont la surface interne reçoit le manchon de l'embout de connexion. Cette liaison à l'extrémité arrière de la bougie de préchauffage garantit à la fois l'isolation et l'étanchéité de la bougie. Selon une autre caractéristique, l'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une bougie de préchauffage telle 5 que définie ci-dessus consistant à: - réaliser la cartouche chauffante avec son organe de connexion constitué par la tête reliée par le col à l'extrémité de la cartouche en intégrant le ou les bossages de contact reliés au conducteur chauffant de la cartouche, 10 - assembler la cartouche chauffante à son enveloppe métallique puis relier l'extrémité avant de l'électrode tubulaire à la tête en comprimant l'extrémité pour engager la tête puis en relâchant la compression de manière à serrer définitivement la tête, - puis mettre en place le corps tubulaire en soudant l'extrémité avant à 15 l'embase épaisse par une soudure, - ensuite, mettre en place de force le manchon d'extrémité dans le lamage de l'extrémité tubulaire puis engager de force le manchon de l'embout et dans le manchon d'extrémité et en même temps la tige dans l'organe de liaison de l'extrémité arrière de l'électrode, 20 - immobiliser le manchon d'extrémité par sertissage de la lèvre du corps. Ce procédé de réalisation est particulièrement simple grâce à la structure très simple de l'électrode qui est au moins partiellement sinon totalement de forme tubulaire. 25 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'une bougie de préchauffage de moteur diesel représentée schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : 30 - la figure 1 est une coupe axiale des éléments principaux de la bougie de préchauffage, - la figure 2 est une vue de détail du chemin conducteur d'alimentation de l'élément chauffant, - la figure 3 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie de la liaison 35 entre l'organe de connexion de la cartouche chauffante et l'extrémité avant tubulaire de l'électrode, - la figure 4A est une vue en coupe transversale de la tête de l'organe de connexion par un plan passant par sa plus grande section perpendiculairement à la direction axiale, - la figure 4B est une vue en coupe de l'extrémité tubulaire de section circulaire de l'électrode, - la figure 5A est une vue en coupe au niveau de la tête de la cartouche chauffante et de l'extrémité avant tubulaire de l'électrode comprimée pour la mise en place de la tête, - la figure 5B montre la liaison réalisée entre la tête de la cartouche chauffante et l'extrémité avant tubulaire de l'électrode, - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation de l'extrémité arrière de l'électrode, - la figure 7A est une vue en coupe de l'extrémité arrière de l'électrode recevant la broche de l'embout de connexion non coupé, - la figure 7B est une section de l'organe de liaison de l'extrémité arrière de l'électrode avec l'engagement de la broche de l'embout. Description de modes de réalisation de l'invention Par convention, pour simplifier la description, on utilisera la notion d'orientation "avant"/"arrière" dans les différentes figures, l'avant ou côté gauche des figures correspondant au côté du crayon chauffant de la bougie et l'arrière ou côté droit correspondant au côté de l'embout de connexion de la bougie de préchauffage. Selon la figure 1, la bougie de préchauffage représentée partiellement se compose d'un corps tubulaire 1 d'axe xx relié par une extré25 mité ii à un crayon chauffant en céramique 2, l'autre extrémité 12 étant reliée à un embout de connexion 3. La bougie est bloquée en position par le vissage du filetage 13 dans la culasse du moteur, et grâce au dépassement de la cartouche chauffante 22 par rapport au cône 26, le crayon chauffant 2 vient en sail- 30 lie dans la chambre de combustion pour le préchauffage. Le cône 26 assure le centrage et l'étanchéité en appui dans la culasse. Le crayon chauffant 2 fonctionne comme une résistance chauffante reliée d'un côté à la masse à la fois par l'appui du cône 26 dans la culasse et par l'enveloppe métallique elle-même reliée électrique- 35 ment au corps 1 est aussi à la masse par son filetage 13 vissé dans la culasse. L'autre extrémité du crayon chauffant 2 est reliée au circuit électrique de bord par le chemin conducteur « + » à travers un organe de connexion 4, l'électrode 5 passant dans le corps 1 et l'embout de connexion 3. L'embout de connexion 3 est relié au circuit électrique de bord (non représenté) par la commande de préchauffage elle-même non 5 représentée. Il s'agit de moyens connus en général qui ne nécessitent ni description détaillée ni représentation particulière. Le crayon chauffant 2 se compose d'une enveloppe métallique 21 en forme de doigt logeant une cartouche chauffante 22 en céramique intégrant un conducteur chauffant par effet Joule. L'enveloppe 10 métallique 21, mince au niveau de la cartouche chauffante 22 se termine par une embase épaisse 24 formant le cône d'étanchéité 26. L'électrode 5 a une extrémité avant tubulaire 51 de section circulaire pour recevoir l'organe de connexion 4 de la cartouche 22 et une extrémité arrière 54 munie d'un organe de liaison 6 pour l'embout de con-15 nexion 3. Le chemin conducteur alimentant la cartouche chauffante 22, constitué par l'organe de connexion 4, l'électrode 5, l'organe de liaison et l'embout 3 est positionné de manière isolé électriquement par rapport à l'enveloppe métallique 21 du crayon chauffant 2 et du corps tubulaire 1 à 20 l'extrémité avant par l'organe de connexion 4 et à l'autre extrémité par un manchon d'extrémité 7 isolant recevant l'embout de connexion 3. Le corps tubulaire 1 est muni extérieurement d'un filetage 13 pour son vissage dans le moteur thermique, son extrémité arrière 12 comportant une prise d'outil 15, par exemple en forme d'écrou à six pans 25 par le vissage/dévissage de la bougie de préchauffage dans le moteur. Le corps tubulaire 1 est soudé à l'enveloppe métallique 24 du crayon chauffant 2 par la soudure 16. L'extrémité arrière 12 du corps tubulaire 1 comporte un lamage 17 pour recevoir le manchon 31 de l'embout 3 avec interposition 30 d'un manchon d'extrémité 7, isolant, serré sur la surface moletée ou rainurée du manchon 31. L'assemblage est réalisé de manière serrée et son blocage est fait par la déformation de la lèvre 18 bordant le lamage 17. La figure 2 montre les deux extrémités tubulaires 51, 54 de l'électrode 5, reliée à la cartouche 22 et à l'embout 3 par des moyens de 35 liaison 4 et 6 décrits ci-après de manière détaillée. Les figures 3-5B montrent la liaison cartouche 22/électrode 5 réalisée par un organe de connexion 4 à l'extrémité arrière 27 de la cartouche 22 et se composant d'un col 41 terminé par une tête de contact 42 de forme ovoïdale donnant une section ovale ou quasi elliptique (figure 4A) et de contour courbe dans la direction de l'axe xx avec une surface d'extrémité, sensiblement tronconique, facilitant l'engagement dans l'extrémité tubulaire 51 de section circulaire. La tête 42 est réalisée en un matériau isolant comme le col 41, de préférence dans la même matière et en une seule pièce avec la céramique de la cartouche 22 ; elle comporte un bossage de contact électrique 43 situé sur le grand axe zz de la section quasi elliptique de la tête et dépassant du contour de cette section. L'organe de connexion 4 peut être, soit une pièce rapportée par brasure à la céramique, soit une forme usinée par rectification de la céramique. La juxtaposition des figures 4A, 4B permet de comparer la section d'extrémité tubulaire 51 circulaire de diamètre intérieur Di et la dimension D2 qui est celle de la section entre les sommets Si, S2 des courbures (figure 3) de la tête 42 avec une différence D2 > Di. En fait et très schématiquement, la tête a une forme ovoïdale qui présente deux sommets Si, S2 en quelque sorte symétriques par rapport à l'axe xx qui est celui de l'extrémité tubulaire 51 de l'électrode 5 et aussi de la tête 42 de la car- touche 22 mise en place en position alignée. La tête 42 a sa plus grande section perpendiculaire à l'axe d'orientation xx en passant par les deux sommets Si, S2. Cette section a une forme arrondie, quasi elliptique, ayant de ce fait au sens géométrique des termes, un grand axe D2 et un petit axe D3 (l'axe D2 est dans la direction de l'axe d'orientation zz (figure 4A) et le petit axe D3 est dans la direction perpendiculaire ou axe d'orientation yy). Le grand axe D2 est supérieur au diamètre intérieur Di de l'extrémité tubulaire 51 et le petit axe D3 est inférieur au diamètre intérieur de l'extrémité tubulaire 51. Au moins l'un sommet (Si ou S2) est occupé par le bossage de contact 43 qui vient de préférence en saillie par rapport à la surface de contour de la tête 42 proprement dite. Les deux sommets Si, S2 peuvent également être occupés chacun par un bossage de contact. Le ou les bossages de contact 43 sont reliés électriquement au conducteur chauffant de la cartouche chauffante 22. Le grand axe D2 tient compte de la hauteur du ou des bossages de contact 43. Selon les figures 4A, 4B, les axes D2, D3 sont choisis pour que le périmètre de la quasi ellipse de cette section soit inférieur au périmètre intérieur (II*Di) de l'extrémité tubulaire 51 de section circulaire de sorte que par la déformation élastique de l'extrémité 51, écrasée transversalement (selon l'orientation choisie dans les figures), la tête 42 pourra être engagée dans l'extrémité tubulaire 51 puis pincée suivant le grand axe D2 (ZZ) entre les sommets Si, S2 par le retour élastique de l'extrémité 51 à sa forme de section circulaire. Selon la figure 5A, la mise en place se fait en comprimant (FF) l'extrémité 51 dans la direction transversale du grand axe de la tête 42 pour que l'ellipse de déformation du cercle de l'extrémité 51 de l'électrode 5 puisse recevoir la tête 42 avec le bossage de contact 43 ; puis on relâche la compression (FF) de sorte que l'extrémité 51 cherche à reprendre élastiquement sa section circulaire naturelle et comprime alors, avec une force PP constante et définitive, la tête 42 et son bossage de contact 43 au niveau des sommets Si, S2. La forme ovale ou ovoïdale de la tête 42 facilite non seule- ment la mise en place de la tête dans l'extrémité tubulaire 51 et le bon contact électrique par le pincement exercé par l'extrémité tubulaire 51 mais cette forme permet aussi d'absorber un défaut d'alignement (angle a) entre l'axe xx de l'extrémité tubulaire 51 et l'axe xixi de la cartouche 22 ou de la tête 42, désalignées ainsi qu'un éventuel glissement sous l'effet des variations de certains paramètres physiques ou de vibrations ou de chocs auxquels la bougie de préchauffage peut être exposée. Les figures 6-7B montrent la liaison électrode 5/embout 3 à l'extrémité arrière tubulaire 54 de l'électrode 5 en forme de pince constituant l'organe de liaison 6. Cette pince 6 a un rétrécissement 61 de sec- tion inférieure à celle de la tige 34 de l'embout 3. La pince 6 peut être subdivisée longitudinalement en languettes 62 élastiques pour faciliter le serrage comme le montre la vue en coupe de la figure 7B. Le procédé de réalisation de la bougie de préchauffage décrite ci-dessus consiste à : - réaliser la cartouche chauffante 22 avec son organe de connexion 4 constitué par la tête 42 reliée par le col 41 à l'extrémité 27 de la cartouche 22 en intégrant le ou les bossages de contact 43 reliés au conducteur chauffant de la cartouche 22, - assembler la cartouche chauffante 22 à son enveloppe métallique 21 puis relier l'extrémité avant 51 de l'électrode tubulaire 5 à la tête 42 en comprimant l'extrémité 41 pour engager la tête 42 puis relâcher la compression de manière à serrer définitivement la tête 42. (Cet as- semblage peut également être fait avant la mise en place de la cartouche chauffante 22 dans son enveloppe métallique 21), - puis mettre en place le corps tubulaire 1 en soudant l'extrémité avant 11 à l'embase épaisse 24 par une soudure 16, - ensuite, mettre en place de force le manchon d'extrémité 7 dans le lamage 17 de l'extrémité tubulaire, - puis engager de force le manchon 31 de l'embout 3 et dans le manchon d'extrémité 7 et en même temps la tige 34 dans l'organe de liaison 6 de l'extrémité arrière 54 de l'électrode 5, - enfin rabattre la lèvre 18 située à l'extrémité arrière 12 du corps tu- bulaire 1 sur le manchon isolant 7.15 NOMENCLATURE 1 corps tubulaire 11 extrémité avant 12 extrémité arrière 13 filetage extérieur 15 prise d'outil 16 soudure embase épaisse et corps tubulaire 17 lamage 18 lèvre 2 crayon chauffant 21 enveloppe métallique 22 cartouche chauffante 24 embase épaisse 26 cône d'étanchéité 27 extrémité arrière 3 embout de connexion 31 manchon 32 collerette 33 broche/patte de connexion 34 tige 4 organe de connexion 41 col 42 tête 43 bossage de contact 5 électrode 51 extrémité avant 52 logement 54 extrémité arrière/extrémité arrière moletée 55 soudure électrode et fil de connexion 6 organe de liaison 61 rétrécissement 62 languette 7 manchon d'extrémité isolant 71 surface externe 72 surface interne xx axe de la bougie YY direction du petit axe de la plus grande section de la tête 42 zz direction du grand axe de la plus grande section de la tête 42 D2 grand axe de la section quasi elliptique de la tête D3 petit axe de la section quasi elliptique de la tête D1 diamètre de l'extrémité 51 de l'électrode 5 Si, S2 sommets FF effort de compression PP effort de serrage10 REVENDICATIONS1°) Bougie de préchauffage comprenant : - un corps tubulaire métallique (1) dont une extrémité (11) est terminée par un crayon chauffant en céramique (2) et l'autre extrémité (12) porte un embout de connexion (3), - le crayon chauffant (2) logeant le conducteur chauffant intégré dans la céramique d'une cartouche chauffante (22), - une électrode (5) traversant de manière isolée le corps tubulaire (1) et reliant électriquement la cartouche chauffante (22) et l'embout de con- nexion (3) lui-même tenu de manière isolée dans l'extrémité du corps tubulaire (1). bougie caractérisée en ce que - l'électrode (5) a au moins une extrémité (51) de forme tubulaire de section circulaire de diamètre intérieur (Di), - l'extrémité arrière (27) de la cartouche (22) se poursuit par un col (41) portant une tête (42), isolante, de forme d'ovoïdale, munie d'au moins un bossage de contact «+ » (43) relié au conducteur chauffant de la cartouche (22), - la section la plus grande de la tête (42), perpendiculaire à l'axe (xx) de la bougie, a une forme quasi elliptique de grand axe (D2) supérieur au diamètre intérieur (Di) et de petit axe (D3) inférieur au diamètre intérieur (Di), le périmètre de cette section quasi elliptique étant inférieur au périmètre intérieur (II*D1) de l'extrémité tubulaire (51) de section circulaire, - le bossage de contact «+ » (43) est situé sur l'un des sommets (Si, S2) du grand axe (D2) de cette plus grande section elliptique. 2°) Bougie de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de connexion (4) constitué par le col (41) et la tête (42) est réalisé dans le prolongement de l'extrémité arrière (27) de la cartouche en céramique (22) et dans la même matière que la cartouche, en une seule pièce, le bossage de contact (43) étant relié par une liaison électrique au conducteur chauffant de la cartouche (22) à travers la tête (42) et le col (41). 3°) Bougie de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce quela tête (42) comporte un bossage de contact (43) à chacun des sommets (Si, S2) de sa plus grande section quasi elliptique de sa forme ovoïdale. 4°) Bougie de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde extrémité de l'électrode (5) a une forme tubulaire (54) constituant un organe de liaison (6) en forme de pince pour recevoir la tige (34) de l'embout de connexion (3). 5°) Bougie de préchauffage selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'organe de liaison en forme de pince (6) a un rétrécissement (61). 6°) Bougie de préchauffage selon la revendication 4, 15 caractérisée en ce que l'organe de liaison en forme de pince (6) est composé de languettes (62). 7°) Bougie de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que 20 l'extrémité arrière (15) du corps tubulaire métallique (1) comporte un lamage (17) recevant la surface externe (71) d'un manchon isolant (7) dont la surface interne (62) reçoit le manchon (31) de l'embout de connexion (3), cette extrémité arrière (15) comportant une lèvre (18) immobilisant le manchon isolant (7). 25 8°) Procédé de réalisation d'une bougie de préchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à : - réaliser la cartouche chauffante (22) avec son organe de connexion (4) 30 constitué par la tête (42) reliée par le col (41) à l'extrémité (27) de la cartouche (22) en intégrant le ou les bossages de contact (43) reliés au conducteur chauffant de la cartouche (22), - assembler la cartouche chauffante (22) à son enveloppe métallique (21) puis relier l'extrémité avant (51) de l'électrode tubulaire (5) à la 35 tête (42) en comprimant l'extrémité (41) pour engager la tête (42) puis relâcher la compression de manière à serrer définitivement la tête (42), cet assemblage pouvant également être fait avant la mise enplace de la cartouche chauffante (22) dans son enveloppe métallique (21), - puis mettre en place le corps tubulaire (1) en soudant l'extrémité avant (11) à l'embase épaisse (24) par une soudure (16), - ensuite, mettre en place de force le manchon d'extrémité (7) dans le lamage (17) de l'extrémité tubulaire, - puis engager de force le manchon (31) de l'embout (3) et dans le manchon d'extrémité (7) et en même temps la tige (34) dans l'organe de liaison (6) de l'extrémité arrière (54) de l'électrode (5), - puis rabattre la lèvre (18) sur le manchon isolant (7).