EP2419977B1 - Resonateur-amplificateur haute tension de structure optimisee pour systeme d'allumage radiofrequence - Google Patents

Resonateur-amplificateur haute tension de structure optimisee pour systeme d'allumage radiofrequence Download PDF

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EP2419977B1
EP2419977B1 EP10708343.8A EP10708343A EP2419977B1 EP 2419977 B1 EP2419977 B1 EP 2419977B1 EP 10708343 A EP10708343 A EP 10708343A EP 2419977 B1 EP2419977 B1 EP 2419977B1
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EP
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windings
resonator
coil
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closed curve
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Xavier Jaffrezic
Marc Pariente
Andre Agneray
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Renault SAS
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Renault SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H01T13/44—Sparking plugs structurally combined with other devices with transformers, e.g. for high-frequency ignition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/50—Sparking plugs having means for ionisation of gap

Definitions

  • the invention relates generally to plasma generation techniques.
  • the invention relates to a high-voltage resonator-amplifier for radiofrequency ignition system used on an internal combustion engine, this resonator-amplifier comprising at least two electrodes, a coil disposed in the extension of the electrodes along a longitudinal axis, and linking means now in a relative position fixes the coil and the electrodes.
  • a resonator-amplifier of this type is in particular known to those skilled in the art by the patent.
  • FR 2,859,869 is in particular known to those skilled in the art by the patent.
  • the shape of the cylinder head and the free spaces that are arranged there are crucial parameters to take into account in the design of these reels-candles.
  • the present invention aims to provide a high voltage resonator-amplifier or "coil-candle” whose structure responds to this need for evolution.
  • the resonator-amplifier of the invention is essentially characterized in that the coil is wound around a closed curve which surrounds it. even the longitudinal axis.
  • the invention relates to a high-voltage resonator-amplifier for equipping a radiofrequency ignition system for an internal combustion engine.
  • FIG. figure 1 A known resonator-amplifier is shown in FIG. figure 1 and comprises two electrodes 11 and 12, a coil 2 arranged in the extension of the electrodes along a longitudinal axis Z, and connecting means 3 whose function is at least to maintain the coil 2 and the electrodes 11 and 12 in a relative position fixed.
  • the ground electrode 12 which surrounds the central electrode 11, carries a thread which makes it possible to screw it into the cylinder head Q of the engine.
  • the known resonator-amplifiers have a structure adapted to motors whose breech Q has an access well P intended to receive them.
  • the coil 2 is wrapped around a closed curve K which itself surrounds the longitudinal axis Z ( figures 2 and 3 ).
  • the connecting means can thus be restricted to a minimum structure, as shown in FIG. figure 2 .
  • the connecting means comprise a body 3 elongated along the longitudinal axis Z.
  • the lower end 31 of the body 3 then carries the functional ends of the electrodes 11 and 12, while the coil 2 is carried by the upper end 32 of this body 3.
  • the coil 2 comprises two connecting conductor wires 201 and 202 for connecting this coil 2 to a source of electrical energy (not shown) and a set of windings such as 21A to 24B, mounted in series between the connecting strands 201 and 202.
  • the set of windings of the coil 2 is formed of a first subset of windings such as 21A and 22A, comprising at most two-thirds of the windings of the coil, and of a second subset of windings such as 22B, 23B and 24B, comprising at least one third of the windings of this coil.
  • the two subassemblies comprise the same number of windings, and if the total number windings of the coil 2 is odd, the two subsets include the same number of windings to one unit.
  • Each winding is wound on a part of the closed curve K, the windings of the first subassembly, namely 21A and 22A, and the windings of the second subassembly, namely 22B, 23B, and 24B, wound in directions inverses, both along the curve K and around this curve.
  • This arrangement which allows the different windings to contribute in the same way to the constitution of the magnetic field of the coil 2 without having to be coiled in the same direction, allows to move the strands 201 and 202 one of the other, and divide by a factor of two or close to two the potential difference between the strands 201 and 202.
  • the windings 21A and 22A of the first subassembly may for example be contiguous, that is to say arranged on the closed curve K following each other, the windings 22B, 23B, and 24B of the second subassembly being themselves arranged on the curve K after each other.
  • the windings 21A and 22A of the first subassembly are preferably arranged on the closed curve K following each other in the same direction of travel as these windings themselves, and therefore succeed one another in the direction S1 if these windings 21A and 22A are individually wound in the direction S1, or in the direction S2 if these windings 21A and 22A are individually wound in the direction S2.
  • the windings 22B, 23B, and 24B of the second subassembly are preferably arranged on the closed curve K following each other in the same direction of travel as these windings themselves, and therefore succeed one another. in the direction S1 if these windings 22B, 23B, and 24B are individually wound in the direction S1, or in the direction S2 if these windings 22B, 23B, and 24B are individually wound in the direction S2.

Description

  • L'invention concerne, de façon générale, les techniques de génération de plasma.
  • Plus précisément, l'invention concerne un résonateur-amplificateur haute tension pour système d'allumage radiofréquence utilisable sur un moteur à combustion interne, ce résonateur-amplificateur comprenant au moins deux électrodes, une bobine disposée dans le prolongement des électrodes suivant un axe longitudinal, et des moyens de liaison maintenant dans une position relative fixe la bobine et les électrodes.
  • Un résonateur-amplificateur de ce type, généralement dénommé "bobine-bougie", est notamment connu de l'homme du métier par le brevet FR 2 859 869 .
  • Dans la mesure où les bobines-bougies sont montées dans la culasse du moteur, leur structure est fortement conditionnée par la structure de cette culasse.
  • La forme de la culasse ainsi que les espaces libres qui y sont aménagés sont donc des paramètres cruciaux à prendre en compte dans la conception de ces bobines-bougies.
  • Or, non seulement les culasses se répartissent aujourd'hui en deux types, selon qu'elles comportent ou non un puits d'accès pour la bougie d'allumage, mais le diamètre des puits d'accès tend à se réduire pour les culasses du deuxième type.
  • Aussi, l'adaptation à ces nouvelles conditions d'utilisation des bobines-bougies de forme tubulaire telles que décrites et illustrées dans le brevet mentionné ci-dessus devient-elle de plus en plus délicate.
  • Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un résonateur-amplificateur haute tension ou "bobine-bougie" dont la structure réponde à ce besoin d'évolution.
  • A cette fin, le résonateur-amplificateur de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la bobine est enroulée autour d'une courbe fermée qui entoure elle-même l'axe longitudinal.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un exemple connu de résonateur-amplificateur à bobine tubulaire;
    • la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un résonateur-amplificateur conforme à un premier mode de réalisation possible de l'invention;
    • la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un résonateur-amplificateur conforme à un deuxième mode de réalisation possible de l'invention;
    • la figure 4A est une vue schématique de dessus d'une bobine d'un premier type, utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention;
    • la figure 4B est une vue schématique de dessus d'une variante de la bobine illustrée à la figure 4A, optimisée pour la mise en oeuvre de l'invention;
    • la figure 5A est une vue schématique de dessus d'une bobine d'un deuxième type, utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention;
    • la figure 5B est une vue schématique de dessus d'une variante de la bobine illustrée à la figure 5A, optimisée pour la mise en oeuvre de l'invention;
    • la figure 6A est une vue schématique de dessus d'une bobine d'un troisième type, utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention; et
    • la figure 6B est une vue schématique de dessus d'une variante de la bobine illustrée à la figure 6A, optimisée pour la mise en oeuvre de l'invention.
  • Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un résonateur-amplificateur haute tension destiné à équiper un système d'allumage radiofréquence pour un moteur à combustion interne.
  • Un résonateur-amplificateur connu est illustré à la figure 1 et comprend deux électrodes 11 et 12, une bobine 2 disposée dans le prolongement des électrodes suivant un axe longitudinal Z, et des moyens de liaison 3 dont la fonction est au moins de maintenir la bobine 2 et les électrodes 11 et 12 dans une position relative fixe.
  • L'électrode de masse 12, qui entoure l'électrode centrale 11, porte un filetage qui permet de la visser dans la culasse Q du moteur.
  • Comme le montre la figure 1, les résonateurs-amplificateurs connus présentent une structure adaptée à des moteurs dont la culasse Q présente un puits d'accès P destiné à les recevoir.
  • Dans le résonateur-amplificateur de l'invention, qui est adaptable aux culasses de toutes géométries, la bobine 2 est enroulée autour d'une courbe fermée K qui entoure elle-même l'axe longitudinal Z (figures 2 et 3).
  • Dans le cas où la culasse Q ne présente pas de puits d'accès, les moyens de liaison peuvent ainsi être restreints à une structure minimale, comme le montre la figure 2.
  • Dans le cas où la culasse Q présente un puits d'accès P (figure 3), les moyens de liaison comprennent un corps 3 allongé suivant l'axe longitudinal Z.
  • L'extrémité inférieure 31 du corps 3 porte alors les extrémités fonctionnelles des électrodes 11 et 12, tandis que la bobine 2 est portée par l'extrémité supérieure 32 de ce corps 3.
  • Comme le montrent les figures 4A à 6B, la bobine 2 comprend deux brins de fil conducteur de raccordement, 201 et 202, destinés à permettre le raccordement de cette bobine 2 à une source d'énergie électrique (non représentée), et un ensemble d'enroulements tels que 21A à 24B, montés en série entre les brins de raccordement 201 et 202.
  • Dans les modes de réalisation les plus avantageux, qui sont illustrés aux figures 4B, 5B et 6B et qui sont présentés ci-après, l'ensemble des enroulements de la bobine 2 est formé d'un premier sous-ensemble d'enroulements tels que 21A et 22A, comprenant au plus les deux tiers des enroulements de la bobine, et d'un deuxième sous-ensemble d'enroulements tels que 22B, 23B et 24B, comprenant au moins un tiers des enroulements de cette bobine.
  • De préférence, si le nombre total d'enroulements de la bobine 2 est pair, les deux sous-ensembles comprennent le même nombre d'enroulements, et si le nombre total d'enroulements de la bobine 2 est impair, les deux sous-ensembles comprennent le même nombre d'enroulements à une unité près.
  • Chaque enroulement est bobiné sur une partie de la courbe fermée K, les enroulements du premier sous-ensemble, à savoir 21A et 22A, et les enroulements du deuxième sous-ensemble, à savoir 22B, 23B, et 24B, étant bobinés dans des sens inverses, à la fois le long de la courbe K et autour de cette courbe.
  • Ainsi, dans le cas où les enroulements 21A et 22A sont bobinés en suivant le sens de parcours S1 de la courbe K, les enroulements 22B, 23B, et 24B sont bobinés en suivant le sens de parcours S2 de cette courbe K, et inversement.
  • De même, si les enroulements 21A et 22A sont bobinés autour de la courbe K suivant un sens d'enroulement lévogyre, les enroulements 22B, 23B, et 24B sont bobinés autour de cette courbe K suivant un sens d'enroulement dextrogyre, et inversement.
  • Cet agencement, qui permet aux différents enroulements de contribuer de la même façon à la constitution du champ magnétique de la bobine 2 sans pour autant devoir être bobinés dans le même sens, permet d'éloigner les brins 201 et 202 l'un de l'autre, et de diviser par un facteur deux ou voisin de deux la différence de potentiel entre les brins 201 et 202.
  • Les enroulements 21A et 22A du premier sous-ensemble peuvent par exemple être contigus, c'est-à-dire disposés sur la courbe fermée K à la suite les uns des autres, les enroulements 22B, 23B, et 24B du deuxième sous-ensemble étant donc eux-mêmes disposés sur la courbe K à la suite les uns des autres.
  • En pratique, les enroulements 21A et 22A du premier sous-ensemble sont de préférence disposés sur la courbe fermée K à la suite les uns des autres dans le même sens de parcours que ces enroulements eux-mêmes, et se succèdent donc avantageusement dans le sens S1 si ces enroulements 21A et 22A sont individuellement bobinés dans le sens S1, ou dans le sens S2 si ces enroulements 21A et 22A sont individuellement bobinés dans le sens S2.
  • De même, les enroulements 22B, 23B, et 24B du deuxième sous-ensemble sont de préférence disposés sur la courbe fermée K à la suite les uns des autres dans le même sens de parcours que ces enroulements eux-mêmes, et se succèdent donc avantageusement dans le sens S1 si ces enroulements 22B, 23B, et 24B sont individuellement bobinés dans le sens S1, ou dans le sens S2 si ces enroulements 22B, 23B, et 24B sont individuellement bobinés dans le sens S2.
  • Enfin, il peut être judicieux, en particulier dans le cas où le nombre total d'enroulements de la bobine 2 est faible, de doter cette bobine d'un noyau 4 en matériau ferromagnétique qui se referme sur lui-même en suivant la courbe fermée K, et sur lequel est bobiné chacun de ces enroulements.

Claims (9)

  1. Résonateur-amplificateur haute tension pour système d'allumage radiofréquence utilisable sur un moteur à combustion interne, ce résonateur-amplificateur comprenant au moins deux électrodes (11, 12), une bobine (2) disposée dans le prolongement des électrodes suivant un axe longitudinal (Z), et des moyens de liaison (3) maintenant dans une position relative fixe la bobine (2) et les électrodes (11, 12), caractérisé en ce que la bobine (2) est enroulée autour d'une courbe fermée (K) qui entoure elle-même l'axe longitudinal (Z).
  2. Résonateur-amplificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison comprennent un corps (3) allongé suivant l'axe longitudinal (Z) et dont une première extrémité (31) porte les parties fonctionnelles des électrodes (11, 12), et en ce que la bobine (2) est portée par une deuxième extrémité (32) du corps (3), opposée à la première extrémité (31).
  3. Résonateur-amplificateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bobine (2) comprend des premier et deuxième brins (201, 202) de fil conducteur de raccordement, conçus pour raccorder cette bobine (2) à une source d'énergie électrique, et un ensemble d'au moins deux enroulements (21A, 22B) montés en série entre les premier et deuxième brins de raccordement (201, 202), en ce que chaque enroulement (21A, 22A) d'un premier sous-ensemble d'enroulements comprenant au plus les deux tiers des enroulements de l'ensemble est bobiné sur une partie de la courbe fermée (K) suivant un premier sens de parcours (S1) choisi entre le sens horaire et le sens antihoraire, en étant enroulé dans un premier sens d'enroulement choisi entre le sens lévogyre et le sens dextrogyre, et en ce que chaque enroulement (22B, 23B, 24B) d'un deuxième sous-ensemble d'enroulements comprenant au moins un tiers des enroulements de l'ensemble est bobiné sur une partie de la courbe fermée (K) suivant un sens de parcours (S2) inverse du premier sens de parcours (S1), en étant enroulé dans un sens d'enroulement inverse du premier sens d'enroulement.
  4. Résonateur-amplificateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les enroulements (21A, 22A; 22B, 23B, 24B) de chaque sous-ensemble sont disposés sur la courbe fermée (K) à la suite les uns des autres.
  5. Résonateur-amplificateur suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les enroulements (21A, 22A) du premier sous-ensemble sont disposés sur la courbe fermée (K) à la suite les uns des autres dans le premier sens de parcours (S1).
  6. Résonateur-amplificateur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les enroulements (23B, 24B) du deuxième sous-ensemble sont disposés sur la courbe fermée (K) à la suite les uns des autres dans le sens de parcours (S2) inverse du premier sens de parcours (S1).
  7. Résonateur-amplificateur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'ensemble d'enroulements (21A, 22A; 22B, 23B, 24B) comprend un nombre pair d'enroulements, et en ce que chacun des premier (21A, 22A) et deuxième (22B, 23B, 24B) sous-ensembles comprend la moitié des enroulements de l'ensemble.
  8. Résonateur-amplificateur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'ensemble d'enroulements (21A, 22A; 22B, 23B, 24B) comprend un nombre impair d'enroulements, et en ce que les premier et deuxième sous-ensembles (21A, 22A; 22B, 23B, 24B) comprennent, à une unité près, le même nombre d'enroulements.
  9. Résonateur-amplificateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (2) comprend un noyau (4) en matériau ferromagnétique se refermant sur lui-même en suivant ladite courbe fermée (K), et sur lequel est bobiné chaque enroulement.
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