FR2995461A1 - "bougie d'allumage de type a etincelle radiofrequence a refroidissement integre" - Google Patents

Abstract

L'invention propose une bougie (10) d'allumage de type à étincelle radiofréquence multi-filamentaire pour un moteur thermique à allumage commandé, comprenant un corps cylindrique tubulaire (12) recevant coaxialement à un isolant tubulaire (14) au moins un bobinage (16) cylindrique en fil émaillé apte à être parcouru par un courant d'intensité élevée, et une électrode (18) de la bougie liée électriquement audit bobinage, caractérisée en ce qu'au moins un tronçon (28) dudit bobinage (16) abrite une cavité (30) qui est parcourue par un fluide de refroidissement apte à permettre le refroidissement dudit bobinage par convection.

Description

"Bougie d'allumage de type à étincelle radiofréquence à refroidissement intégré" L'invention concerne une bougie d'allumage de type à étincelle radiofréquence multi-filamentaire.

L'invention concerne plus particulièrement une bougie d'allumage de type à étincelle radiofréquence multi-filamentaire pour un moteur thermique à allumage commandé, comprenant un corps cylindrique tubulaire recevant coaxialement à un isolant au moins un bobinage cylindrique en fil émaillé apte à être parcouru par un courant d'intensité élevée, et une électrode de la bougie liée électriquement audit bobinage. On connait de nombreux exemples de bougies de ce type. De telles bougies permettent de manière connue de mieux contrôler l'allumage du mélange inflammable dans un moteur à combustion interne, en produisant une étincelle électrique d'une taille importante. En effet, plus la taille de l'étincelle est grande, plus la probabilité de rencontre entre l'arc électrique et le nuage de carburant est élevée et plus l'inflammation est efficace. Dans ce type de bougies, un courant élevé de l'ordre de 20 ampères traverse une bobine en fil de cuivre reliée à l'électrode centrale. La valeur élevée de ce courant, jointe aux diverses sollicitations thermiques issues de la culasse du moteur, provoque une élévation de la température de la bougie, et en particulier une élévation de la température du fil émaillé de la bobine. Or, cette élévation de la température augmente les pertes dues à la résistivité du cuivre. De plus, la température peut parfois atteindre une valeur supérieure à la température de fusion de l'émail, qui est de l'ordre de 250°C. Ceci peut conduire à une dégradation de l'email pouvant aller jusqu'à la destruction de ce dernier et à la mise en contact des spires de la bobine, ce qui a pour effet de modifier l'impédance de la bobine et de la rendre inopérante. Le problème est donc de refroidir efficacement la bobine afin de s'assurer que la température de cette dernière ne dépasse pas la température limite de fusion de l'email et de limiter les pertes dues à la résistivité du cuivre en fonction de la tem pérature. Pour éviter ce risque on a déjà proposé de pourvoir la bougie d'un support de bobinage, aussi appelé "mandrin", réalisé en matière plastique ou céramique. Ce support est plein, capable de résister à de fortes températures, et permet d'assurer en partie la dissipation de la chaleur par conduction thermique. Toutefois, l'efficacité de cette conduction est relativement réduite.

On a aussi proposé de refroidir localement la culasse par l'intermédiaire d'un liquide circulant dans un circuit agencé autour de la bougie et spécifiquement destiné à refroidir cette dernière. On a aussi proposé la mise en place d'une circulation libre ou forcée de l'air ambiant autour des parties chaudes de la 20 bougie. Toutefois ces solutions ne permettent qu'un refroidissement imparfait de la bobine. La présente invention permet d'assurer un refroidissement efficace de la bobine d'une bougie en mettant en place une cavité 25 au sein même de la bobine, cavité dans laquelle un fluide permet un échange thermique par convection. Dans ce but, l'invention propose une bougie d'allumage du type décrit précédemment, caractérisée en ce qu'au moins un tronçon dudit bobinage abrite une cavité qui est parcourue par un 30 fluide de refroidissement apte à permettre le refroidissement dudit bobinage par convection. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la bougie comporte coaxialement à son corps tubulaire un élément cylindrique de support du bobinage dit "mandrin" qui comporte un tronçon de réception sur lequel est enroulé le bobinage cylindrique et qui comporte au moins une partie de la cavité parcourue par le fluide de refroidissement ; - le tronçon de réception est tubulaire et comporte un alésage interne qui s'étend suivant toute la longueur dudit tronçon et qui forme au moins une partie de la cavité parcourue par le fluide de refroidissement ; - le bobinage est maintenu par l'isolant et il délimite la cavité qui est parcourue par le fluide de refroidissement ; - les spires en fil émaillé du bobinage sont collées les unes aux autres pour assurer l'étanchéité de la cavité ; - la cavité s'étend suivant toute la longueur du bobinage ; - la cavité est fermée et en ce que le fluide refroidit le bobinage par convection naturelle ; - la cavité communique avec un circuit de refroidissement comportant au moins un échangeur et le fluide circule dans ledit circuit par convection naturelle ; - la cavité communique avec un circuit de refroidissement comportant au moins un échangeur et une pompe de circulation et le fluide circule dans ledit circuit par convection forcée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la 25 compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une bougie selon un état antérieur de la technique, - la figure 2 est une vue en coupe de détail d'une culasse 30 de véhicule automobile comportant des moyens de refroidissement d'une bougie selon l'état de la technique ; - la figure 3 est une vue en coupe de détail de la partie d'un mandrin d'une bougie selon l'invention comportant la bobine ; - la figure 4 est une vue en coupe d'ensemble d'une bougie selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe d'ensemble d'une bougie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en coupe d'ensemble d'une bougie selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue en coupe d'ensemble d'une bougie selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. Sur les figures, des chiffres de référence identiques 10 désignent des éléments identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 l'ensemble d'une bougie 10 d'allumage pour un moteur thermique à allumage commandé (non représenté) du type à étincelle radiofréquence multi-filamentaire, 15 reçue dans une culasse 24 d'un moteur thermique, au moyen d' un filetage non représenté. De manière connue, une telle bougie 10 comprend un corps cylindrique tubulaire métallique 12 recevant intérieurement un isolant tubulaire 14 qui reçoit coaxialement au moins un 20 bobinage 16 cylindrique en fil émaillé relié électriquement à une électrode 18 de la bougie. Le bobinage 16 est apte à être parcouru par un courant d'intensité élevée de l'ordre de 20 ampères pour qu'un arc électrique de haute intensité et de grandes dimensions se forme 25 entre l'électrode 18 de la bougie et la culasse du moteur, permettant ainsi d'enflammer un mélange carburé (non représenté) présent dans la chambre de combustion du moteur associé. L'électrode centrale, symbolisée par un rectangle 18, est 30 préférentiellement une tige pointue, entourée d'isolant, tel que représenté à la figure 2, afin d'améliorer la qualité de ramification de l'arc électrique créé.

Conventionnellement, un tel bobinage 16 est généralement supporté dans l'isolant tubulaire 14 par un élément cylindrique de support 20 (ou mandrin) dont un tronçon 22 dit "de réception" reçoit le bobinage cylindre 16.

Néanmoins, comme on le verra dans la suite de la présente description, cette configuration n'est pas limitative de l'invention. L'inconvénient d'une telle bougie 10 est qu'elle est soumise à de nombreuses sollicitations thermiques, d'une part, du fait de l'intensité élevée du courant qui la traverse et, d'autre part, du fait de son insertion dans la culasse, qui lui transmet par conduction la chaleur générée par le fonctionnement du moteur thermique. Ces différentes sollicitations thermiques peuvent conduire à une élévation anormale de la température du fil de la bobine 16 et provoquer une fonte locale de l'émail recouvrant ledit fil, 15 provoquant alors l'établissement d'un court-circuit entre deux spires de la bobine. L'impédance de la bobine peut alors se trouver modifiée et la bougie peut se trouver alors inopérante. Il importe donc de refroidir la bobine 16 de la bougie. 20 Selon une première conception connue qui a été représentée à la figure 2, on a proposé de refroidir extérieurement la bougie 10 en ménageant des cavités 26, autour d'un puits 25 de réception de la bougie qui est formé dans la culasse 24. Un liquide de refroidissement circule dans les cavités 25 26 pour refroidir extérieurement la bougie 10. Cette solution permet de refroidir localement la culasse, mais n'empêche toutefois pas complètement l'échauffement de la bougie puisque celle-ci est maintenue par le matériau de la culasse 24 qui lui transmet sa chaleur par conductivité. 30 Il a aussi été proposé d'autres solutions (non représentées) dans lesquelles la bougie est placée dans un flux d'air permettant d'assurer son refroidissement extérieur, du moins en théorie.

Néanmoins, aucune de ces solutions ne donne pleinement satisfaction dans le cadre d'une bougie du type précité, puisque le bobinage 16 est interne à la bougie 10 et n'est pas directement en contact avec les sources de refroidissement.

Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose des moyens de refroidissement du bobinage 16. Dans ce but, l'invention propose une bougie 10 du type décrit précédemment caractérisée en ce qu'au moins un tronçon du bobinage 16 abrite une cavité 30 qui est parcourue par un fluide de refroidissement apte à permettre le refroidissement dudit bobinage par conduction. La conduction est un mode de transfert thermique impliquant un déplacement de matière dans un milieu, par opposition à la conduction thermique qui est un mode de transfert thermique statique. Dans le cas présent, le fluide contenu dans la cavité 30 suit ainsi un mouvement cyclique spontané. En effet, comme l'illustre la figure 3, les particules de fluide proches de l'électrode 18 de la bougie sont chauffées, se dilatent, et deviennent moins denses et se dirigent, et montent donc, le long de la cavité 30 à l'opposé de l'électrode 18 de la bougie 10. Inversement, les particules les plus éloignées de l'électrode de la bougie 10 sont refroidies par le contact avec un milieu "M" moins chaud, se contractent et gagnent en densité pour finalement descendre vers l'électrode 18 de la bougie. Le cycle qui est alors mis en place permet un transfert thermique entre le corps de la bougie 10 et le fluide contenu dans la cavité 30.

Selon un premier et un deuxième mode de réalisation de l'invention qui ont été représenté aux figures 4 et 5, la bougie 10 comporte coaxialement à son corps tubulaire 12 un élément cylindrique 20 de support du bobinage (ou mandrin) qui comporte un tronçon 22 de réception sur lequel est enroulé le bobinage cylindrique 16 et qui comporte au moins une partie de la cavité 30 parcourue par le fluide de refroidissement. De préférence, dans ces premiers modes de réalisation de l'invention, le tronçon 22 de réception est tubulaire et il comporte un alésage interne 32 qui s'étend suivant toute la longueur "L" dudit tronçon 22. L'alésage 32 forme ainsi au moins une partie de la cavité 30 parcourue par le fluide de refroidissement. Dans le premier mode de réalisation représenté à la figure 4, la cavité 30 est fermée de manière à s'étendre sur la longueur "L" du tronçon 22 sans se prolonger au-delà dudit tronçon 22. Dans le deuxième mode de réalisation qui a été représenté à la figure 5, la cavité 30 se prolonge dans le mandrin 20 au-delà du tronçon 22 de réception, et le fluide de refroidissement est refroidi en sortant du tronçon 22 de réception de la bobine 16. La cavité 30 est fermée dans ces deux premiers modes de réalisation et le fluide refroidit donc le bobinage 16 par convection naturelle. Selon un troisième mode de réalisation qui a été représenté à la figure 6, la cavité 30 comportant l'alésage 32 se prolonge dans le mandrin 20 au-delà du tronçon 22 de réception, et elle peut communiquer par son extrémité supérieure 31 avec un circuit de refroidissement (non représenté) comportant au moins un échangeur de chaleur (non représenté).

Le fluide circule toujours dans la cavité 30 et dans le circuit (non représenté) par convection naturelle, mais son refroidissement est amélioré par la présence d'un échangeur dans ledit circuit. Selon un quatrième mode de réalisation (non représenté), la cavité 30 peut communiquer avec un circuit de refroidissement comportant au moins un échangeur et une pompe de circulation, et dans ce cas de figure, le fluide circule dans la cavité 30 et dans le circuit (non représenté) par convection forcée.

Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 7, la bougie 10 est d'un type sensiblement différent aux deux types précédemment décrits en ce qu'elle ne comporte pas d'élément cylindrique 20 de support du bobinage (ou mandrin). La bougie 10 comporte dans son corps cylindrique tubulaire 12 un isolant tubulaire 14 qui maintient directement le bobinage 16 dont la rigidité et l'étanchéité sont intrinsèques. En effet selon cette configuration la cohésion du bobinage 16 est maintenue par un collage de ses spires en fil émaillé. Dans cette configuration, le collage assure l'étanchéité de la cavité 30 déterminée par les spires superposées de fil émaillé, et l'intégralité de la cavité 30 ainsi déterminée est parcourue par le fluide de refroidissement.

Cette configuration permet d'assurer des échanges thermiques privilégiés entre les spires de fils émaillés de la bobine 16 et le fluide circulant dans la cavité 30. Enfin, on remarquera que tout fluide permettant des échanges thermiques par convection peut convenir à la bonne mise en oeuvre de l'invention. Il peut s'agir de gaz, de liquide, ou encore de matériau fusible tel que du sodium, qui présente l'avantage d'occuper une phase solide pour des températures réduites, puis de se liquéfier pour permettre les échanges thermiques dès qu'une certaine température est atteinte. Dans tous les cas de figure, le milieu de transfert thermique doit être un isolant électrique. Par ailleurs, lorsqu'un système avec circulation de fluide est utilisé, une attention toute particulière est apportée pour veiller à ce que le circuit soit exempt d'air, en particulier pour éviter les phénomènes de couplage diélectrique dans des bulles d'air au voisinage de la haute tension qui provoqueraient des phénomènes de claquages.

L'invention permet donc avantageusement de refroidir de manière efficace une bougie 10 de type radiofréquence à étincelle multi filamentaire.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Bougie (10) d'allumage de type à étincelle radiofréquence multi-filamentaire pour un moteur thermique à allumage commandé, comprenant un corps cylindrique tubulaire (12) recevant coaxialement à un isolant tubulaire (14) au moins un bobinage (16) cylindrique en fil émaillé apte à être parcouru par un courant d'intensité élevée, et une électrode (18) de la bougie liée électriquement audit bobinage, caractérisée en ce qu'au moins un tronçon dudit bobinage (16) abrite une cavité (30) qui est parcourue par un fluide de refroidissement apte à permettre le refroidissement dudit bobinage par convection.
2. 2. Bougie (10) d'allumage selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte coaxialement à son corps tubulaire (12) un élément cylindrique (20) de support du bobinage dit "mandrin" qui comporte un tronçon (22) de réception sur lequel est enroulé le bobinage cylindrique (16) et qui comporte au moins une partie (30) de la cavité parcourue par le fluide de refroidissement.
3. 3. Bougie d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le tronçon de réception (22) est tubulaire et comporte un alésage interne (32) qui s'étend suivant toute la longueur (I) dudit tronçon (22) et qui forme au moins une partie de la cavité (30) parcourue par le fluide de refroidissement.
4. 4. Bougie (10) d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bobinage (20) est maintenu par l'isolant (14) et en ce qu'il délimite la cavité (30) qui est parcourue par le fluide de refroidissement.
5. 5. Bougie (10) d'allumage selon la revendication 4, caractérisée en ce que les spires en fil émaillé du bobinage (20) sont collées les unes aux autres pour assurer l'étanchéité de la cavité (30).
6. 6. Bougie d'allumage (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (30) s'étend suivant toute la longueur (L) du bobinage (20).
7. 7. Bougie (10) d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la cavité (30) est fermée et en ce que le fluide refroidit le bobinage par convection naturelle.
8. 8. Bougie d'allumage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la cavité (30) communique avec un circuit de refroidissement comportant au moins un échangeur et en ce que le fluide circule dans ledit circuit par convection naturelle.
9. 9. Bougie d'allumage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la cavité (30) communique avec un circuit de refroidissement comportant au moins un échangeur et une pompe de circulation et en ce que le fluide circule dans ledit circuit par convection forcée.