Brevet FR3035748A1 — publié le 20161104

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une bougie d'allumage comportant un isolateur, un culot et un joint entre l'isolateur et le culot, un intervalle d'air entre l'isolateur et le culot, dans lequel la région de la base de l'isolateur est ouverte. L'invention se rapporte notamment à une bougie d'allumage pour une plus forte tension d'allumage et notamment pour des moteurs à combustion interne de taille réduite. Etat de la technique La tendance actuelle constante consistant à réduire les dimensions des moteurs à combustion interne, crée de nouvelles contraintes concernant les bougies d'allumage qui les équipent. Les bougies d'allumage doivent être de plus en plus petites pour réduire l'encombrement. En outre, comme la pression dans les chambres de combustion augmente pour une combustion plus efficace, les bougies d'allumage doivent fonctionner avec des tensions d'allumage de plus en plus élevées. Dans ce contexte, les exigences concernant la robustesse pour la résistance et les températures au niveau des bougies d'allumage sont de plus en plus grandes. Comme cela apparaît par exemple dans le document EP 0 390 065 A1, dans les bougies d'allumage, il y a un intervalle d'air entre l'isolateur en céramique et le culot métallique pour créer un espace de respiration pour l'électrode centrale, l'isolateur et le culot de la bougie. Comme la tension d'allumage augmente de plus en plus, il faut que, partant de la base, dans la région de l'électrode, l'isolateur doit être de plus en plus épais, suivant une structure conique à mesure que la distance augmente. Cela se traduit par un intervalle d'air très étroit dans la région entre l'isolateur et le culot, ce qui diminue la tenue au claquage de l'air à cause des intensités plus élevées du champ élec- trique. Or les claquages électriques dans l'intervalle d'air de la bougie d'allumage risquent d'endommager la bougie et de la détruire. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in- convénients et concerne à cet effet une bougie d'allumage du type défini 3035748 2 ci-dessus, caractérisée en ce que l'isolateur comporte un évidement dans la région de l'intervalle d'air. La bougie d'allumage selon l'invention a l'avantage, vis-à- vis de l'état de la technique, d'homogénéiser le champ électrique dans la 5 région de l'intervalle d'air. Cela permet d'améliorer de manière significa- tive la tenue au claquage de la bougie d'allumage. En outre, on améliore la robustesse de la bougie qui peut résister à des températures plus élevées. Ce résultat est obtenu selon l'invention, comme indiqué ci-dessus, en ce que la bougie comporte un isolateur et un culot séparés par un 10 intervalle d'air et dans la région de l'intervalle d'air, l'isolateur a un évi- dement pour homogénéiser le champ électrique dans cette région. Cela permet de réduire les pointes de champ électrique dans l'intervalle d'air et d'améliorer la tenue au claquage de la bougie d'allumage. De façon préférentielle, l'évidement dans l'isolateur est di- 15 rectement voisin du joint entre l'isolateur et le boîtier. Cela permet d'éviter un intervalle étroit dans la région du joint et homogénéise encore plus le champ électrique dans l'intervalle d'air et aussi dans la région du joint. L'évidement dans l'isolateur est de préférence de forme 20 courbe, ce qui évite les variations, notamment brusques de l'intensité du champ électrique. En outre, de façon préférentielle, une première transition existe entre l'évidement dans l'isolateur et la première région de surface de l'isolateur et/ou une seconde transition entre l'évidement de 25 l'isolateur et une seconde zone de surface de l'isolateur, et qui ne com- porte pas d'arête. On évite ainsi les passages avec des arêtes vives entre l'évidement et les zones de surfaces voisines de l'isolateur pour réduire les pointes du champ électrique. L'évidement de l'isolateur a de préférence un rayon cons- 30 tant, permettant une fabrication particulièrement économique de l'évidement dans l'isolateur. Le joint est de préférence un joint déformable plastique- ment, notamment un joint annulaire et en particulier un joint annulaire métallique. 3035748 3 De façon préférentielle, le culot de la bougie a une saillie intérieure en direction de l'intervalle d'air. Ce moyen améliore également l'homogénéisation du champ électrique dans l'intervalle d'air. De façon préférentielle, la saillie est prévue directement 5 sur le joint entre l'isolateur et le culot. En variante, la saillie du culot de la bougie est distante du joint. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, la section de l'intervalle d'air perpendiculaire à la direction axiale entre 10 l'isolateur et le culot, partant du joint en direction de l'électrode de la bougie d'allumage augmente, de manière continue ou reste constante. En d'autres termes, la section de l'intervalle d'air entre l'isolateur et le culot, partant du joint en direction du pied de l'isolateur n'est jamais plus petit que sur le joint. Cela permet d'alterner des zones qui aug- es mentent la section et des zones qui la laissent constante, ce qui aug- mente par étape, l'intervalle d'air en direction de la base de l'isolateur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la largeur du joint est inférieure à la profondeur de la partie en saillie du culot. Suivant une autre caractéristique préférentielle, la largeur du joint est 20 inférieure à la profondeur de l'évidement dans l'isolateur, ce qui permet une homogénéisation poussée du champ électrique déjà dans la région du joint. Suivant une autre caractéristique préférentielle, la pro- fondeur de l'évidement de l'isolateur est égale à la profondeur de la sail- 25 lie du culot. On améliore encore plus l'homogénéisation du champ électrique dans l'intervalle d'air si l'intervalle d'air s'élargit suivant une forme conique en direction des électrodes, c'est-à-dire en direction du pied de l'isolateur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la dis- 30 tance minimale au point le plus bas de l'évidement dans l'isolateur par rapport au boîtier est supérieure à 1 mm et notamment égale à environ 1,2 mm. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation préférentielle représen- 3035748 4 tée dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références. Ainsi : la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une bougie 5 d'allumage selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue schématique d'une coupe partielle à échelle agrandie au niveau de l'intervalle d'air de la bougie d'allumage de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une partie d'une 10 bougie d'allumage selon un second exemple de réalisation de la pré- sente invention et, la figure 4 est une vue en coupe schématique d'une partie d'une bougie d'allumage correspondant à un troisième exemple de réalisation selon l'invention. 15 Description de modes de réalisation préférentielle Un premier mode de réalisation d'une bougie d'allumage 1 selon l'invention sera décrit ci-après en liaison avec les figures 1 et 2. Selon la figure 1, la bougie d'allumage 1 comporte un iso- lateur en céramique 2 et un culot métallique 3. L'électrode centrale 8 se 20 trouve dans la région de la base 25 de l'isolateur. La référence 9 désigne l'électrode de masse. Un intervalle d'air 4 est réalisé entre l'isolateur 2 et le cu- lot 3. L'intervalle d'air 4 est ouvert en direction de la base 25 de l'isolateur pour communiquer avec la chambre de combustion. 25 L'intervalle d'air 4 réalise ainsi un dégagement pour l'électrode centrale 8, l'isolateur en céramique 2 et le culot 3. Pour éviter que les gaz de la chambre de combustion ne pénètrent dans l'intervalle d'air 4 trop profondément dans la direction axiale X-X de la bougie d'allumage, en direction du branchement élec- 30 trique 6, il est prévu un joint d'étanchéité 5 qui réalise ainsi l'étanchéité entre l'isolateur 2 et le culot 3. Dans cet exemple de réalisation, le joint 5 est un anneau métallique qui est déformé plastiquement au montage de la bougie d'allumage entre l'isolateur 2 et le culot 3 pour une meilleure étanchéi- 35 té. 3035748 5 L'isolateur 2 comporte en outre un évidement 20 de forme courbe. L'évidement 20 de cet exemple de réalisation se trouve directement au voisinage du joint 5. L'évidement 20 a une forme courbe de rayon constant. La référence T1 se rapporte au point le plus profond 5 de l'évidement 20. La première zone transitoire 21 entre l'évidement 20 et la première zone de surface 22 de l'isolateur 2 ne comporte pas d'arête. La première zone transitoire 21 est arrondie ce qui permet d'éviter des points trop élevés d'un champ électrique. 10 De la même manière il est prévu une seconde zone tran- sitoire 23 avec la seconde zone de surface 24 de l'isolateur 20. Cette zone est arrondie pour éviter une arête. L'évidement 20 de l'isolateur 2 selon l'invention permet une meilleure homogénéisation du champ électrique dans la région de 15 l'intervalle d'air 4 de la bougie d'allumage 1. Partant du joint 5, la sec- tion de l'intervalle d'air 4 augmente en continu ou reste constante, ce qui se répercute positivement sur l'homogénéisation du champ électrique dans l'intervalle d'air 4. Comme le montre notamment la figure 1, l'intervalle d'air 20 4 s'élargit en direction du pied de l'isolateur à partir de la première zone transitoire 21 de la première zone de surface 22 suivant une forme conique. Ainsi, selon l'invention, notamment dans la région du joint 5, on évite un intervalle d'air trop étroit et on laisse une distance 25 suffisante à proximité du joint 5 entre l'isolateur 2 et le culot 3. La figure 3 montre un second exemple de réalisation d'une bougie d'allumage 1 selon l'invention. A la différence du premier exemple de réalisation, dans le cas du second exemple de réalisation, le culot 3 a une première saillie 30 30 dirigée vers l'intérieur et une seconde saillie 31 également dirigée vers l'intérieur. La seconde saillie 31 est directement voisine du joint 5 (voir figure 3), ce qui permet d'avoir une plus grande distance entre le culot 3 et l'isolateur 2 dans la région du joint 5. Le joint 5 du second exemple de réalisation est également prévu dans la région de 35 l'évidement 20. L'évidement 20 est, là encore, de forme courbe, de rayon 3035748 6 constant. L'évidement 20 rejoint ensuite une zone 26 de section droite au point 27 ; cette zone droite 26 rejoint la première zone de surface 22 dans la première zone transitoire 21. Dans ce cas, il n'y a pas non plus d'arête ou de pointe ou de forme analogue au niveau des transitions. La 5 largeur B du joint, orientée vers l'intervalle d'air 4, dans la direction perpendiculaire à la direction axiale X-X est ainsi inférieure à la profondeur T de l'évidement 20 et inférieure à la profondeur V de la saillie 31, mesurée à partir du milieu de la zone d'étanchéité orientée vers l'intervalle d'air 4. Comme cela apparaît en outre à la figure 3, la pro- 10 fondeur T du point le plus profond T1 de l'évidement 20 est égale à la profondeur V de la seconde saillie 31 du culot 3. Pour le reste, cet exemple de réalisation correspond à l'exemple de réalisation précédent et pour les autres éléments on se reportera à la description déjà faite. La figure 4 montre un troisième mode de réalisation 15 d'une bougie d'allumage 1. Contrairement à l'exemple de réalisation précédent, dans ce troisième mode de réalisation, l'évidement 20 qui a également un rayon constant, rejoint directement la première zone de surface 22 au niveau de la première zone de transition 21. Une seconde saillie 31 est prévue là encore directement au voisinage du joint 5. En 20 variante, le culot 3 peut ne pas avoir cette seconde saillie 31 comme dans le premier exemple de réalisation. Dans la direction axiale X-X, la longueur L de l'évidement 20 partant du joint 5 est choisie pour que cette longueur L soit supérieure à la distance A entre la première saillie 30 dans la direction 25 axiale et le joint 5. Cela augmente ainsi notamment la distance dans la région de la première saillie 30 entre le culot 3 et l'isolateur 2. On a ainsi une homogénéisation encore meilleure du champ électrique dans l'intervalle d'air. Ainsi, selon l'invention, dans tous les exemples de réali- 30 sation, des moyens relativement simples, à savoir l'évidement 20 dans l'isolateur 2, dans la région du joint 5, permettent d'améliorer significativement l'homogénéité du champ dans l'intervalle d'air 4. Il convient également de remarquer que l'épaisseur de l'isolateur dans la région de l'évidement 20 n'est pas trop faible, ce qui évite les dommages dans les 35 zones intérieures de la bougie d'allumage, en particulier les dommages 3035748 7 liés à la température ou des claquages électriques. De plus, notamment en fonction d'une demande de tension d'allumage, l'invention permet de modifier la géométrie du côté extérieur de l'isolateur 2 en modifiant l'évidement 20 par un changement de la variation du rayon de courbure 5 de l'évidement 20 pour une meilleure tenue au claquage de la bougie d'allumage. 10 3035748 8 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Bougie d'allumage 2 Isolateur en céramique 5 3 Culot 4 Intervalle d'air 5 Joint / anneau métallique 6 Ecrou de connexion 8 Electrode centrale 10 9 Electrode de masse 20 Evidement de forme courbe 21 Première zone transitoire / pied de l'isolateur 22 Première zone de surface 23 Seconde zone transitoire 15 24 Seconde zone de surface 25 Base de l'isolateur 26 Zone droite 27 Point de jonction entre la forme courbe et la zone droite 30 Première saillie tournée vers l'intérieur 20 31 Seconde saillie tournée vers l'intérieur B Largeur du joint V Profondeur de la saillie 31 XX Direction axiale 25 REVENDICATIONS1°) Bougie d'allumage comportant un isolateur (2), un culot (3), et un joint (5) entre l'isolateur (2) et le culot (3), un intervalle d'air (4) entre l'isolateur (2) et le culot (3), dans lequel la région de la base (25) de l'isolateur est ouverte, caractérisée en ce que l'isolateur comporte un évidement (20) dans la région de l'intervalle d'air (4). 2°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement (20) est directement voisin du joint (5). 3°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement (20) est de forme courbe. 4°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' une première zone transitoire (21) entre l'évidement (20) et une première zone de surface (22) de l'isolateur (2) est réalisée sans arête et/ou la seconde zone transitoire (23) entre l'évidement (20) et la seconde zone de surface (24) de l'isolateur est réalisée sans arête. 5°) Bougie d'allumage selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'évidement de forme courbe (20) a un rayon constant. 6°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint (5) est un joint déformable plastiquement, notamment un joint en métal. 3035748 10 7°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le culot (3) comporte une saillie (30) orientée en direction de l'intervalle d'air (4). 5 8°) Bougie d'allumage selon la revendication 7, caractérisée en ce que la saillie (30) est écartée du joint (5) dans la direction axiale (X-X). 10 9°) Bougie d'allumage selon la revendication 7, caractérisée en ce que la saillie (31) est prévue directement sur le joint (5). 10°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que la section de l'intervalle d'air (4) perpendiculairement à la direction axiale (X-X) entoure l'isolateur (2) et le culot (3), partant du joint augmente en continu ou reste constante en direction de la base (25) de l'isolateur. 20 11°) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur (B) du joint est inférieure à la profondeur (T) de l'évidement (20) et/ou est inférieure à la profondeur (V) de la saillie (31). 25