EP0340083A1 - Bobine d'allumage pour l'allumage des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, et son procédé de fabrication - Google Patents

Bobine d'allumage pour l'allumage des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, et son procédé de fabrication Download PDF

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ignition coil
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internal
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means

Definitions

  • the present invention relates to ignition coils for the ignition of internal combustion engines of motor vehicles, and its manufacturing process.
  • Such known ignition coils can be, for example, constituted by a closed magnetic circuit comprising a central core in the shape of an "I”, and two return branches of the magnetic flux in the shape of a "C" arranged at 180 ° from on either side of the central core.
  • the central core and the return branches of the flow are produced by a stack of cut sheets mechanically linked together.
  • a primary winding equipped with two terminals connected respectively to each end of said winding, and a secondary winding equipped with a high-voltage output pin, are arranged coaxially around the central core and between the flux return branches.
  • the assembly is inserted into a housing before pouring a polymerizing synthetic resin therein which will isolate and secure the various elements of the coil leaving only the connection terminals of the primary circuit and the tip of the high output pin visible. voltage.
  • This process is not applicable to an ignition coil for a motor vehicle.
  • the magnetic circuit cannot be molded but is an integral part of the coil.
  • the air gap of the magnetic circuit must be very precise and this precision cannot be reached by orienting the grains of the magnetic circuit before any coating thereof.
  • the present invention proposes to overcome these drawbacks by proposing an ignition coil provided with a magnetic circuit of simple construction, inexpensive, and having better efficiency.
  • an ignition coil in particular for the ignition of internal combustion engines of motor vehicles, of the type comprising a magnetic circuit, two windings, one primary and the other secondary, arranged coaxially around a core of the magnetic circuit, at least one high-voltage output terminal and two connection terminals connected respectively to each of the ends of the primary winding, characterized in that an internal housing is housed in a second housing delimiting between them a free space of substantially constant cross section, space in which the constituent grains are arranged of the magnetic circuit and in that said magnetic circuit is composed of grains of oriented magnetizable material.
  • the coil is produced by the following consecutive steps: - Introduction of the primary and secondary windings, respectively provided with their connection plugs and the high-voltage output, in an internal box. - Introduction of the internal box in a second box. - Installation of grains of magnetizable material in the free space delimited between the boxes. - Supply of one of the windings for grain orientation. - Impregnation of the whole with a synthetic polymerizing resin.
  • An ignition coil 1, shown in Figures 1 to 3 has two coaxially arranged windings, one primary 2 and the other secondary 3.
  • the secondary winding 3 has a pin 31, welded to one end of the winding secondary 3 by a bent part 30, and ends at its end by a high-voltage output 32.
  • the pin 31 is fixed on a spool (not shown) carrying the windings 2 and 3.
  • Each of the ends 22 of the primary winding 2 is connected to a plug 21 (only one being shown) which are also fixed to the spool.
  • the internal housing 4 comprises a first housing 41 of annular shape comprising a bottom 42 and, in its axial part, a second housing 43 of tubular shape with a height greater than the height of the first annular housing 41.
  • the first housing annular 41 and the second tubular housing 43 are in communication by an opening 44 which extends over the entire height of said first housing 41, and are connected, on the one hand, by walls 44 a delimiting the opening 44 and, d on the other hand, by bridges 45 provided for this purpose on the bottom 42 of the internal housing 4.
  • the primary 2 and secondary 3 windings are inserted into the first housing 41.
  • the bent part 30 of the pin 31 passes through the opening 44.
  • the windings 2 and 3 are held inside the first housing 41 so that a substantially constant space remains between said windings 2 and 3 and the internal walls of said first housing 41 by means not shown, such as described for example in French patent application 2,593,962.
  • a cover 5 is then placed on the internal box 4.
  • This annular cover 5 makes it possible to cover the first housing 41, and by its appendage 51, also makes it possible to cover the opening 44 and the part 44 b of the opening 44 extending over the upper part of the second housing 43 higher than the first housing 41.
  • the cover 5 also has a box 52 inside which appear the plugs 21 of the primary winding 2 in order to produce a connector.
  • the internal housing 4 thus equipped is inserted into a second housing 6 produced by molding plastic material in the form of a pot and of a diameter greater than that of said internal housing 4.
  • a plurality of shims 46 are formed on the lower part of the internal housing 4 and consist of radial lugs 46 a and lugs 46 b directed vertically.
  • the length of the vertical legs 46 b is equal to the length of the part 43 a of the second tubular housing 43 which opens out from the bottom 42 of the housing 4.
  • These shims 46 serve to position the internal housing 4 in the second housing 6 so as to delimit a space of substantially constant section between the walls of said internal boxes 4 and the second box 6.
  • particles of magnetizable material such as pure iron are poured into the free space by the boxes 4 and 6 by vibrating the assembly so that said particles fill said space.
  • the space 47 situated between the two annular 46 and tubular housing 34 is in communication with the outside of the internal box 4, that is to say with the inside of the second box 6 thanks to the windows 48 delimited by the bridges 45 connecting the two housings 41 and 43.
  • the particles of magnetizable material thus constitute a magnetic circuit, the central core 7 being housed in space 47, while the flux return circuit 8 is located in space 49 between the two boxes 4 and 6.
  • an air gap is made in part of the circuit, for example in the central core in order to avoid temporary or permanent saturation of said magnetic circuit.
  • the air gap consists of the sum of the spaces between each of the grains constituting the magnetic circuit.
  • a synthetic polymerizing resin 60 is poured inside the second box 6 impregnating the particles of material, and penetrating into the free space, and inside the internal box 4 passing through the upper opening of the tubular housing 43 and through the opening 44 to impregnate the windings 2 and 3.
  • a chimney 61 is made of material by overmolding around the spindle 31 leaving only the high-voltage output 32 to appear.
  • a permanent magnet 9 of annular shape is arranged in the magnetic circuit 7,8 so as to cut the path followed by the magnetic flux.
  • the magnet permanent 9 can be placed in the central core and rest on bridges 45.
  • a housing 100 in the case of a static distribution ignition system, for a four-cylinder engine, has four pots 106 arranged in line and each capable of receiving a coil 101 according to the invention. Cooling fins 102 can be obtained in one piece with the housing 100 and between each pot 106 in order to further improve the heat dissipation.
  • a channel 103 is formed in the housing 100 and allows the passage of the connection wires of the primary circuit up to a connector 104. Such an assembly is particularly suitable for being placed near the cylinders of the engine which the coils light up.

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Abstract

La bobine d'allumage (1) comporte un circuit magnétique (7,8), deux enroulements primaire (2) et secondaire (3) disposés coaxialement autour d'un noyau (7) du circuit magnétique (7,8).
Selon l'invention, le circuit magnétique (7,8) est composé de grains de matériau magnétisable, orientés par alimentation de l'un au moins des enroulements (2 ou 3) avant une opération d'imprégnation d'une résine polymérisante (60) de l'ensemble, lesdits grains étant disposés dans un espace défini par les boîtiers (4) et (6).

Description

  • La présente invention concerne les bobines d'allumage pour l'allumage des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, et son procédé de fabrication.
  • De telles bobines d'allumage connues peuvent être, par exemple, constituées d'un circuit magnétique fermé comprenant un noyau central en forme de "I", et deux branches de retour du flux magnétique en forme de "C" disposées à 180° de part et d'autre du noyau central. Le noyau central et les branches de retour du flux sont réalisés par un empilage de tôles découpées et reliées mécaniquement entre elles. Un enroulement primaire équipé de deux bornes reliées respectivement à chacune des extrémités dudit enroulement, et un enroulement secondaire équipé d'une broche de sortie haute-tension, sont disposés coaxialement autour du noyau central et entre les branches de retour de flux. L'ensemble est inséré dans un boîtier avant d'y couler une résine synthétique polymérisante qui isolera et solidarisera les divers éléments de la bobine en ne laissant apparaître que les bornes de connexion du circuit primaire et l'embout de la broche de sortie haute-tension.
  • Ces bobines donnent de façon générale satisfaction, mais leur réalisation, et notamment la réalisation du circuit magnétique, est onéreuse et leur rendement est moyen. En effet, le découpage des tôles pour leur réalisation est une opération longue et coûteuse et, de plus, engendre de nombreuses chutes pénalisant le coût de fabrication, surtout pour une réalisation en grande série, comme c'est le cas dans l'industrie automobile.
  • La réalisation d'un entrefer dans le circuit magnétique est nécessaire pour éviter une saturation temporaire ou permanente dudit circuit magnétique et doit naturellement être réalisé de manière très précise pour qu'il fonctionne à un rendement optimum. Il va de soi que des tolérances très serrées pour la réalisation de l'entrefer sont requises et demandent une délicate attention.
  • Dans le brevet français 1 416 509 on a proposé de réaliser un circuit magnétique pour transformateur à l'aide de poudre métallique que l'on place dans un moule et dont on oriente les grains pendant le durcissement d'un liant.
  • Ce procédé n'est pas applicable à une bobine d'allumage pour véhicule automobile.
  • D'une part, pour des raisons de coût, le circuit magnétique ne peut être moulé mais fait partie intégrante de la bobine.
  • D'autre part, la tension au secondaire étant très élevée (quelques dizaines de Kilo Volts) par rapport à la tension au primaire (quelques dizaines de Volts), l'entrefer du circuit magnétique doit être très précis et cette précision ne peut être atteinte qu'en orientant les grains du circuit magnétique avant tout enrobage de ceux-ci.
  • La présente invention propose de remédier à ces inconvénients en proposant une bobine d'allumage munie d'un circuit magnétique de réalisation simple, peu onéreuse, et ayant un meilleur rendement.
  • A cet effet elle concerne une bobine d'allumage, notamment pour l'allumage des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, du type comportant un circuit magnétique, deux enroulements, l'un primaire et l'autre secondaire, disposés coaxialement autour d'un noyau du circuit magnétique, d'au moins une borne de sortie haute-tension et de deux bornes de connexion reliées respectivement à chacune des extrémités de l'enroulement primaire, caractérisée en ce qu'un boîtier interne est logé dans un second boîtier délimitant entre eux un espace libre de section sensiblement constante, espace dans lequel sont disposés les grains constitutifs du circuit magnétique et en ce que ledit circuit magnétique est composé de grains de matériau magnétisable orienté.
  • Selon le procédé d'obtention, la bobine est réalisée par les étapes consécutives suivantes :
    - Introduction des enroulements primaire et secondaire, munis respectivement de leurs fiches de connexion et de la sortie haute-tension, dans un boîtier interne.
    - Introduction du boîtier interne dans un second boîtier.
    - Mise en place des grains de matériau magnétisable dans l'espace libre délimité entre les boîtiers.
    - Alimentation de l'un des enroulements pour l'orientation des grains.
    - Imprégnation de l'ensemble par une résine synthétique polymérisante.
  • La description suivante fait mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en regard des figures annexées, selon lesquelles :
    • - La figure 1 représente une coupe transversale d'une bobine, objet de l'invention.
    • - La figure 2 représente une coupe longitudinale II-II de la figure 1.
    • - La figure 3 représente une coupe longitudinale III-III de la figure 1.
    • - La figure 4 représente en coupe longitudinale une bobine d'allumage munie d'un aimant permanent.
    • - La figure 5 représente, en perspective, un boîtier interne équipant la bobine d'allumage, objet de l'invention.
    • - La figure 6 représente une vue de dessous du boîtier interne de la figure 5.
    • - La figure 7 représente un boîtier de bobine d'allumage selon une variante de l'invention.
  • Une bobine d'allumage 1, représentée aux figures 1 à 3, comporte deux enroulements disposés coaxialement, l'un primaire 2 et l'autre secondaire 3. L'enroulement secondaire 3 comporte une broche 31, soudée à une extrémité de l'enroulement secondaire 3 par une partie coudée 30, et se termine à son extrémité par une sortie haute-tension 32. La broche 31 est fixée sur un bobineau (non représenté) portant les enroulements 2 et 3. Chacune des extrémités 22 de l'enroulement primaire 2 est connectée à une fiche 21 (une seule étant représentée) qui sont également fixées sur le bobineau.
  • Les deux enroulements 2 et 3 munis respectivement de leurs bornes 21 et de leur broche 31, sont insérés dans un boîtier interne 4, représenté plus en détail aux figures 5 et 6, réalisé par moulage de matière plastique. A cet effet le boîtier interne 4 comporte un premier logement 41 de forme annulaire comportant un fond 42 et, dans sa partie axiale, un second logement 43 de forme tubulaire d'une hauteur supérieure à la hauteur du premier logement annulaire 41. Le premier logement annulaire 41 et le second logement tubulaire 43 sont en communication par une ouverture 44 qui s'étend sur toute la hauteur dudit premier logement 41, et sont reliés, d'une part, par des parois 44a délimitant l'ouverture 44 et, d'autre part, par des ponts 45 ménagés à cet effet sur le fond 42 du boîtier interne 4.
  • Les enroulements primaire 2 et secondaire 3, munis respectivement de leurs fiches 21 et de leur broche 31, sont insérés dans le premier logement 41. Pour ce faire, la partie coudée 30 de la broche 31 passe par l'ouverture 44. Les enroulements 2 et 3 sont maintenus à l'intérieur du premier logement 41 de manière à ce qu'un espace sensiblement constant subsiste entre lesdits enroulements 2 et 3 et les parois internes dudit premier logement 41 par des moyens non représentés, tels que décrits par exemple dans la demande de brevet français 2 593 962.
  • Un couvercle 5 est alors disposé sur le boîtier interne 4. Ce couvercle 5 de forme annulaire permet de couvrir le premier logement 41, et par son appendice 51, permet également de couvrir l'ouverture 44 et la partie 44b de l'ouverture 44 s'étendant sur la partie supérieure du second logement 43 plus haute que le premier logement 41. Le couvercle 5 présente également un caisson 52 à l'intérieur duquel apparaissent les fiches 21 de l'enroulement primaire 2 afin de réaliser un connecteur.
  • Le boîtier interne 4 ainsi équipé est inséré dans un second boîtier 6 réalisé par moulage de matière plastique en forme de pot et d'un diamètre supérieur à celui dudit boîtier interne 4.
  • A cet effet, une pluralité de cales 46 sont ménagées sur la partie inférieure du boîtier interne 4 et se composent de pattes radiales 46a et de pattes 46b dirigées verticalement. La longueur des pattes verticales 46b est égale à la longueur de la patie 43a du second logement tubulaire 43 qui débouche du fond 42 du boîtier 4. Ces cales 46 servent à positionner le boîtier interne 4 dans le second boîtier 6 de façon à délimiter un espace de section sensiblement constante entre les parois desdits boîtiers internes 4 et le second boîtier 6.
  • Selon l'invention, des particules de matériau magnétisable, tel que du fer pur, sont versées dans l'espace libre par les boîtiers 4 et 6 en faisant vibrer l'ensemble de manière à ce que lesdites particules comblent ledit espace. Il est à noter que l'espace 47 situé entre les deux logements annulaire 46 et tubulaire 34 est en communication avec l'extérieur du boîtier interne 4, c'est-à-dire avec l'intérieur du second boîtier 6 grâce aux fenêtres 48 délimitées par les ponts 45 de liaison entre les deux logements 41 et 43. Les particules de matériau magnétisable constituent ainsi un circuit magnétique, le noyau central 7 étant logé dans l'espace 47, tandis que le circuit de retour de flux 8 se situe dans l'espace 49 entre les deux boîtiers 4 et 6.
  • Lorsque l'espace libre 47,49 est rempli de particules jusqu'à ce que le boîtier 2 soit recouvert d'une épaisseur sensiblement égale à l'espace entre les deux boîtiers 4 et 6, la partie supérieure 44c du logement tubulaire 43 restant seule apparente, l'enroulement primaire 2 est alimenté pendant quelques secondes. L'alimentation a pour effet d'orienter les particules de fer constituant le circuit magnétique 7,8 qui, de ce fait, aura un meilleur rendement.
  • Dans les circuits magnétiques classiques, un entrefer est réalisé dans une partie du circuit, par exemple dans le noyau central afin d'éviter une saturation temporaire ou permanente dudit circuit magnétique. Selon l'invention, l'entrefer est constitué de la somme des espaces entre chacun des grains constitutifs du circuit magnétique. Ainsi, celui-ci sera ajusté à l'entrefer théorique calculé en choisissant la grosseur des grains qui devront être par conséquent calibrés.
  • Cette opération terminée, une résine synthétique poléymérisante 60 est coulée à l'intérieur du second boîtier 6 imprégnant les particules de matériau, et pénétrant dans l'espace libre, et à l'intérieur du boîtier interne 4 en passant par l'ouverture supérieure du logement tubulaire 43 et par l'ouverture 44 pour imprégner les enroulements 2 et 3. De plus, une cheminée 61 est réalisée de matière par surmoulage autour de la broche 31 ne laissant apparaître que la sortie haute-tension 32.
  • Selon une variante de l'invention représentée à la figure 4, un aimant permanent 9 de forme annulaire est disposé dans le circuit magnétique 7,8 de manière à couper le chemin suivi par le flux magnétique. L'aimant permanent 9 pourra être disposé dans le noyau central et reposer sur les ponts 45.
  • Selon une autre variante de l'invention, représentée aux figures 7 et 8, dans le cas d'un système d'allumage à distribution statique, pour un moteur à quatre cylindres, un boîtier 100, avantageusement réalisé pour une dissipation thermique par moulage d'alliage métallique amagnétique tel que aluminium, comporte quatre pots 106 disposés en ligne et pouvant recevoir chacun une bobine 101 conforme à l'invention. Des ailettes de refroidissement 102 peuvent être obtenues de matière avec le boîtier 100 et entre chaque pot 106 afin d'améliorer encore plus la dissipation thermique. Un canal 103 est ménagé dans le boîtier 100 et permet le passage des fils de raccordement du circuit primaire jusqu'à un connecteur 104. Un tel ensemble est particulièrement adapté à être placé à proximité des cylindres du moteur qu'allument les bobines.

Claims (9)

1) Bobine d'allumage, notamment pour l'allumage des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, du type comportant un circuit magnétique (7,8), deux enroulements, l'un primaire (2) et l'autre secondaire (3), disposés coaxialement autour d'un noyau (7) du circuit magnétique (7,8), d'au moins une borne de sortie haute-tension (32) reliée à l'enroulement secondaire (3) et de deux bornes de connexion (21) reliées respectivement à chacune des extrémités (22) de l'enroulement primaire (2), caractérisée en ce que le boîtier interne (4) est logé dans un second boîtier (6) délimitant entre eux un espace libre de section sensiblement constante, espace dans lequel sont disposés les grains constitutifs du circuit magnétique (7,8) et en ce que ledit circuit magnétique (7,8), est composé de grains de matériau magnétisable orientés.
2) Bobine d'allumage, selon la revendication1, caractérisée en ce que le circuit magnétique (7,8) est composé de grains de fer pur.
3) Bobine d'allumage, selon la revendication1, caractérisée en ce qu'un boîtier interne (4) cylindrique délimite un premier logement annulaire (41) logeant les enroulements primaire (2) et secondaire (3), et un second logement axial tubulaire (43) dans lequel est logée une broche (31) de la sortie haute-tension (32).
4) Bobine d'allumage, selon la revendication 3, caractérisée en ce que les premier et second logements (41 et 43) sont en communication par une ouverture (44).
5) Bobine d'allumage, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier interne (4) comporte des moyens de centrage et de positionnement à l'intérieur du second boîtier (6).
6) Bobine d'allumage, selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de centrage sont constitués d'une pluralité d'entretoises en forme de pattes verticales (46b) pour le positionnement axial et radiales (46a) pour le centrage.
7) Bobine d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un aimant permanent (9) est disposé dans le circuit magnétique (7,8).
8) Bobine d'allumage, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un boîtier amagnétique (100) comporte quatre pots (106) en ligne dans chacun desquels est logée une bobine (101) conforme à l'invention, et en ce qu'un canal (103) longe tangentiellement lesdits pots (106) et rassemble succesivement les fils de connexion de chacune des bobines (101) pour les diriger vers l'une des extrémités du boîtier (100).
9) Procédé d'obtention d'une bobine d'allumage selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé par les étapes consécutives suivantes :
- Introduction des enroulements primaire (2) et secondaire (3), munis respectivement de leurs fiches de connexion (21) et de la sortie haute-tension (32) dans le boîtier interne (4).
- Introduction du boîtier interne (4) dans le second boîtier (6).
- Mise en place des grains de matériau magnétisable dans l'espace libre délimité entre les boîtiers (4) et (6).
- Alimentation de l'un des enroulements pour l'orientation des grains.
- Imprégnation de l'ensemble par une résine synthétique polymérisante (60).
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