Brevet FR3021096A1 — publié le 20151120

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une bougie de pré- chauffage ayant une cartouche en céramique avec un conducteur chauffant relié à la masse par le corps de la bougie, une électrode cen- trale traversant le corps tubulaire pour être reliée à la seconde con- nexion du conducteur chauffant, l'extrémité arrière de l'électrode étant reliée à un embout de connexion pour l'alimentation électrique et l'électrode traversant de manière isolée le corps métallique. Etat de la technique Il existe de multiples réalisations de bougies de préchauf- fage du type défini ci-dessus. Selon un mode de réalisation connu, la bougie de pré- chauffage 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 file- tage extérieur pour se visser dans la culasse du moteur thermique et à l'autre extrémité, un cône pour positionner axialement 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 parties 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 iso- lante 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 céramique est coûteuse. But de l'invention La présente invention a pour but de réaliser une bougie de préchauffage à cartouche chauffante céramique de conception simple, permettant de résister efficacement aux contraintes de dilata- tion et de rétraction sous l'effet des fortes variations de température ou aux vibrations et chocs auxquels est soumise la bougie tout en simplifiant la structure et la réalisation de la bougie de préchauffage et surtout en simplifiant la connexion pour en réduire le coût de fabrication. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une bougie de pré- chauffage à cartouche en céramique du type défini ci-dessus caractérisée en ce que l'extrémité arrière de la cartouche a une réduction à surface métallisée à laquelle est reliée la seconde connexion du filament chauffant, un organe de connexion constitué par un enroulement héli- coïdal conducteur, étant emmanché sur l'extrémité avant de l'électrode centrale et solidarisée à celle-ci par une soudure et sur la surface métallisée de la réduction, l'organe de connexion ayant au repos un diamètre intérieur inférieur au diamètre de la réduction. L'invention permet de simplifier considérablement la réa- lisation d'une bougie de préchauffage en évitant d'utiliser une poudre isolante qui doit être compactée pour le maintien en place de la liaison entre l'enroulement hélicoïdal relié à la cartouche céramique et le filetage de l'électrode. Suivant une autre caractéristique, l'organe de connexion est soudée à l'extrémité avant de l'électrode centrale ce qui simplifie l'assemblage puisqu'il suffit alors de visser l'extrémité libre de l'organe de connexion sur la réduction pour l'assembler mécaniquement et réaliser le contact électrique par le contact entre les spires élastiques de l'organe de connexion et la surface métallisée de la réduction.35 L'assemblage n'est possible par vissage que dans un sens de rotation, si le vissage est effectué dans le même sens que la progression de l'hélicoïde de ruban. Dans ces conditions de rotation, le ruban subit des efforts de glissement qui provoquent une augmentation du diamètre intérieur de l'enroulement hélicoïdal. Cette augmentation de diamètre intérieur sera entretenue tant que durera la rotation. L'arrêt de cette rotation provoquera la disparition des efforts de glissement subis par le ruban et instantanément une augmentation de la pression exercée par le diamètre intérieur de l'enroulement hélicoïdal sur la sur- face métallisée de la réduction. Dès que l'extrémité de connexion est en- tièrement introduite sur la réduction, toute rotation en sens inverse aurait pour conséquence une forte augmentation de la pression exercée par l'enroulement hélicoïdal sur la réduction qui conduirait à la rupture de la réduction. A contrario, si la rotation du vissage est en sens inverse, l'extrémité avant de l'organe de connexion ne parvient pas à s'introduire sur la forme tronconique et encore moins sur la surface métallisée de la réduction. De façon avantageuse, l'enroulement hélicoïdal est cons- titué par un ruban métallique notamment un ruban en acier. Ce ruban est extrêmement élastique, ce qui en raison de la différence de diamètre, exerce une pression importante et constante sur la surface métallisée de la réduction. Pour optimiser la liaison électrique, le ruban est revêtu d'une couche très fine de métal plus conducteur que l'acier et surtout qui ne s'oxyde pas dans le temps. Suivant une autre caractéristique avantageuse la réduction à l'extrémité de la cartouche en céramique est de forme globalement cylindrique à section circulaire et cette réduction se termine par une forme conique ou plus précisément tronconique de façon à favoriser l'engagement de l'ouverture de l'organe de connexion par vissage sur sa surface métallisée de la réduction. Selon une autre caractéristique, l'organe de connexion est un enroulement hélicoïdal cylindrique. Un tel enroulement est simple à réaliser puisque la formation de l'enroulement se fait sans mo- dification de diamètre de l'enroulement. Suivant une autre caractéristique avantageuse la réduction et au moins l'extrémité de connexion de l'électrode centrale ont des sections sensiblement voisine et l'organe de connexion a une section au repos inférieure à la section de la réduction et de l'extrémité de l'électrode centrale correspondent en fait au périmètre de la réduction et de l'extrémité de connexion puisque les spires de l'organe de connexion épouse le contour de la réduction et de l'extrémité de l'électrode centrale et que la longueur d'une spire lorsqu'elle est installée sur la réduction ou l'extrémité épouse le contour et est sensiblement égale à ce péri- l() mètre. La notion de section tant pour la réduction et l'extrémité de l'électrode centrale que pour l'organe de connexion hélicoïdal correspond ainsi à un périmètre. Pour assurer l'assemblage mécanique de l'organe héli- 15 coïdal au moins sur la réduction puisque cet assemblage se fait par une liaison mécanique et non par une soudure, nécessitant qu'au repos la section de l'enroulement hélicoïdal soit inférieure à celle de la réduction. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 20 plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'une bougie de pré- chauffage à cartouche en céramique représentée dans les dessins annexés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe axiale d'une bougie de préchauffage selon l'invention, 25 la figure 2 est une vue de détail de la liaison entre la cartouche en céramique et l'électrode centrale, la figure 3 montre dans ses parties 3A, 3B, 3C les étapes d'assemblage de la cartouche en céramique et de l'électrode centrale : 30 la figure 3A montre l'extrémité de la cartouche en céramique avec sa réduction, la figure 3B est une vue en coupe partielle de l'extrémité avant de l'électrode centrale à laquelle est assemblé l'organe de connexion, 35 la figure 3C montre l'assemblage de la cartouche en céramique et de l'électrode centrale par l'organe de connexion. Description d'un mode 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 de la cartouche chauffante 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 100 se com- pose d'un corps tubulaire 10 relié par une extrémité 11 à une cartouche chauffante en céramique 20, l'autre extrémité 12 étant reliée à un embout de connexion 30. Le cône 13 du corps 10 assure le centrage et l'étanchéité en appui dans la culasse du moteur. La bougie 100 est bloquée en posi- tion par vissage de son filetage 14 dans la culasse du moteur ; la forme hexagonale 12 permet d'imprimer le couple nécessaire au serrage de la bougie. La cartouche 20 vient en saillie dans la chambre de combustion pour assurer le préchauffage. L'embout de connexion 30 est relié au circuit électrique de bord (non représenté) par la commande de préchauf- fage elle-même non représentée. Il s'agit de moyens connus en général qui ne nécessitent ni description détaillée ni représentation particulière. La cartouche chauffante 20 fonctionne comme une résistance chauffante reliée d'un côté à la masse par l'appui dans le cône 13 lui-même en contact avec la culasse et aussi par le corps métallique 10 qui est à la masse par son filetage 14. L'autre extrémité de la cartouche chauffante 20 est reliée au circuit électrique de bord par sa connexion avec l'électrode 50 passant dans le corps 10 pour rejoindre l'embout de connexion 30. L'électrode centrale 50 est une tige métallique de section circulaire occupant toute la longueur du corps tubulaire 1 ; elle a une extrémité avant 51 pour l'organe de connexion 40 et elle se termine par une extrémité arrière reliée à l'embout de connexion 30 par une autre connexion non détaillée. Le chemin conducteur alimentant la cartouche chauf- fante 20, constitué par l'organe de connexion avant 40, l'électrode 50, la connexion arrière et l'embout 30 positionné de manière isolée électriquement par rapport du corps métallique 10 à l'extrémité arrière par un manchon d'extrémité. L'embout de connexion 30 est reçu de manière isolée électriquement dans l'extrémité arrière 12 du corps tubulaire 1. La connexion entre l'extrémité arrière de la cartouche en céramique 20 et l'extrémité avant 51 de l'électrode centrale 50 est réalisée par l'organe de connexion 40 apparaissant à la figure 1 et présenté de manière détaillée aux figures 2 et 3B-3C. La vue en coupe à échelle agrandie de la figure 2 montre l'organe de connexion 40 entre la cartouche 20 et l'électrode centrale 50. L'organe de connexion 40 est un ruban enroulé en hélice dont les spires arrière 41 sont engagées sur l'extrémité avant 51 de l'électrode centrale 50 et sont fixées au moins par la dernière spire par une soudure 60 par exemple une soudure par points ou TIG ou Laser. L'extrémité arrière de la cartouche en céramique 20 a une réduction 21 et la liaison électrique du filament chauffant 22 se fait d'une part avec la masse par un contact 22a arrivant à la surface de la cartouche 20 pour toucher l'avant du corps tubulaire 10 et d'autre part avec l'autre extrémité 22b du filament chauffant 22 arrivant à la surface de la ré- duction 21. Cette surface est munie d'un revêtement conducteur 23 qui occupe au moins une partie de la périphérie de la réduction 21. L'arrière de la réduction 21 a un congé 24 en forme de surface tronconique 24. Bien que la forme cylindrique de section circulaire pour la réduction soit avantageuse car il s'agit d'une forme simple, il peut également être intéressant de réaliser la réduction qui correspond à la partie en saillie ayant une section inférieure à celle de la cartouche, avec une forme différente, par exemple une forme cylindrique munie d'ondulations transversales ou de cannelures longitudinales ou aussi une section polygonale ou arrondie mais non circulaire et de façon gé- nérale, une forme de réduction sur laquelle peut se fixer l'extrémité de l'organe de connexion hélicoïdal 40 par vissage et assemblage mécanique.35 La figure 3B montre l'organe de connexion 40 formé de spires hélicoïdales dont le diamètre Do au repos est nettement inférieur au diamètre Dr de la réduction 21 représenté en face. La figure 2 montre également que la face arrière 25 de la réduction 21 et la face avant 52 de l'électrode centrale 50 ne sont pas directement en contact mais laissent un intervalle (e). L'électrode centrale 50 est une tige ou un tube en acier dont au moins l'extrémité 51 est de section ronde ou circulaire. L'organe de connexion 40 est une hélice en acier, formée de préférence par l'enroulement d'un ruban plat. Cette hélice est élastique à la fois en ex- tension, dans la direction de l'axe xx, et en diamètre. A l'état de repos, c'est-à-dire lorsque cette hélice de l'organe de connexion 40 n'est pas installée, son diamètre Do est inférieur au diamètre Dr de la réduction 21 et de préférence il est également inférieur au diamètre De de l'extrémité 51 de l'électrode centrale 50. La réduction 21 a de préférence une section adaptée à celle de l'électrode centrale 50 ou à son extrémité 51 pour que l'organe de connexion hélicoïdal 40 soit un enroulement hélicoïdal cylindrique, simple à réaliser. La section de la connexion électro-conductrice entre la réduction 21, l'organe de connexion 40 et l'électrode centrale 50 est suffisamment réduite pour être écartée nettement de la surface intérieure du corps tubulaire 10 (corps conducteur) sans nécessiter l'interposition d'un isolant tel qu'une poudre isolante compactée, tout en ayant une bonne section conductrice, adaptée à l'intensité du courant alimenté à la cartouche et ayant une résistance réduite au minimum. Les figures 3A, 3B montrent séparément la cartouche 20 et l'extrémité avant 51 de l'électrode centrale 50 : La figure 3A montre l'arrière de la cartouche en céra- mique 20 avec, par transparence, les extrémités 22a,b du filament chauffant 22 intégré dans la cartouche comme cela a été décrit ci-dessus. La figure 3B montre la mise en place de l'organe de con- nexion 40 sur l'extrémité 51 de l'électrode centrale 50. Pour cela, on visse les premières spires 41 de l'organe 40 dans le sens du filetage que constitue cet enroulement, de façon à ouvrir l'extrémité pour la faire passer sur l'électrode 50. Dès que le mouvement du vissage s'arrête, les spires tendent à reprendre leur état naturel et à revenir au diamètre Do, en se resserrant sur l'extrémité 51. Après cette mise en place, on bloque une spire ou une partie de spire en la soudant à l'électrode 50 (sou- dures 60). La partie de l'organe de connexion 40, non engagée sur l'électrode 50 reste au diamètre de repos Do. Selon la figure 3C, pour réunir l'extrémité avant de l'hélice de l'organe de connexion 40 sur la réduction 21, on visse les premières spires de l'extrémité 42 en poussant pour élargir le diamètre Do et arriver au diamètre Dr en bénéficiant de la forme de la surface conique 24 de l'extrémité de la réduction 21. Comme pour l'autre extrémité 41 de l'organe 40, le vissage du fait de la résistance rencontrée par les spires sur la réduction 21 agrandit le diamètre de l'organe 40 et permet d'arriver progressivement à l'état de recouvrement représenté à la figure 3C (et aussi à la figure 2). Les spires 42 sont au contact de la surface conductrice 23 et la liaison électrique est ainsi établie. Cette liaison reste conservée malgré les mouvements de dilatation et de rétraction imposés à la car- touche 20 et à l'électrode 50 puisque l'une est solidaire de l'extrémité avant du corps tubulaire 10 et l'autre, de son extrémité arrière. L'organe de connexion 40 permet de compenser les variations de l'intervalle (e) sans risquer de se dévisser de la réduction 21 puisque la réduction 21 et l'électrode 50 sont bloquées en rotation au corps tubulaire 10. 35 NOMENCLATURE 100 Bougie de préchauffage 10 Corps tubulaire 11 Extrémité avant 12 Extrémité arrière 13 Cône 14 Filetage extérieur 20 Cartouche en céramique 21 Réduction 22 Filament chauffant 22a,b Contact(s) 23 Revêtement conducteur 24 Surface conique 25 Face arrière 30 Embout de connexion 40 Organe de connexion 41 Extrémité arrière 42 Extrémité avant 50 Electrode centrale 51 Extrémité avant 52 Face avant de l'électrode centrale 60 Soudure Do Diamètre au repos de l'organe de connexion 40 Dr Diamètre de la réduction 21 De Diamètre de l'électrode 50 35