WO2007054648A1 - Bougie d'allumage pour un moteur a combustion interne - Google Patents

Bougie d'allumage pour un moteur a combustion interne Download PDF

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    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Abstract

Bougie d'allumage (1 ) pour le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, de forme générale sensiblement cylindrique, comportant : - une partie inférieure essentiellement capacitive (C) comportant : • deux électrodes coaxiales : une électrode interne d'axe (D) appelée électrode centrale (3) et une électrode externe appelée culot (2) entourant l'électrode centrale (3) • un bloc isolant électriquement, appelé isolant (4) interposé entre l'électrode centrale (3) et le culot (2), - une partie supérieure essentiellement inductive (I) comportant : • un mandrin (8) central entouré d'un bobinage (5), dont une partie d'extrémité basse (57) entoure une partie d'extrémité haute (31 ) de l'électrode centrale (3) • une enveloppe externe (6), • un isolant (7) interposé radialement entre l'enveloppe (6) et le bobinage (5) caractérisée en ce que la partie d'extrémité haute (31 ) de l'électrode centrale (3) comporte un revêtement (9) de matériau qui: - présente une conductivité électrique supérieure à celle du matériau de l'électrode centrale (3), - ne présente pas de propriétés ferromagnétiques.

Description

BOUGIE D'ALLUMAGE POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
L'invention concerne une bougie de génération de plasma, utilisée notamment pour l'allumage de moteurs à combustion interne par étincelles électriques.
La bougie d'allumage pour le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, de forme générale sensiblement cylindrique, comportant : - une partie inférieure essentiellement capacitive comportant :
• deux électrodes coaxiales : une électrode interne d'axe appelée électrode centrale (3) et une électrode externe appelée culot entourant l'électrode centrale
• un bloc isolant électriquement, appelé isolant interposé entre l'électrode centrale et le culot, une partie supérieure essentiellement inductive comportant : • un mandrin central entouré d'un bobinage, dont une partie d'extrémité basse entoure une partie d'extrémité haute de l'électrode centrale
• une enveloppe externe,
• un isolant interposé radialement entre l'enveloppe et le bobinage.
Les publications, FR2859830, FR2859569, FR2859831 concernent une telle bougie multi-étincelles intégrant un résonateur série. L'unique enroulement de spires du bobinage permet de garantir un coefficient de qualité élevé qui est le rapport entre l'énergie emmagasinée dans la structure et les pertes ohmiques et diélectriques. Toute l'énergie est donc stockée sous forme magnétique et transférée vers la partie essentiellement capacitive. Par ailleurs, la partie d'extrémité basse du bobinage entoure la partie d'extrémité haute de l'électrode centrale. Cette zone de recouvrement électromagnétique induit des courants de Foucault dans l'électrode centrale qui ont pour effet de créer une résistance supplémentaire et donc de réduire le coefficient de surtension de l'ensemble bobinage - bougie.
Afin de pallier ces inconvénients, l'invention vise à diminuer la dissipation d'énergie électromagnétique induite par les courants de Foucault dans l'électrode centrale de façon à optimiser les propriétés de la bougie en particulier un coefficient de surtension élevé. A cet effet, l'invention propose une bougie du type cité ci- dessus, caractérisé en ce que la partie d'extrémité haute de l'électrode centrale comporte un revêtement de matériau qui présente une conductivité électrique supérieure à celle du matériau de l'électrode centrale et qui ne présente pas de propriétés ferromagnétiques.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'épaisseur du revêtement est au moins égale à l'épaisseur de peau initiale de l'électrode centrale.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention , la hauteur axiale du revêtement est au moins égale à la hauteur de la partie d'extrémité haute de l'électrode centrale.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées.
La figure 1 représente une vue schématique en coupe selon l'axe Z d'une bougie à plasma radiofréquence selon l'état de la technique.
La figure 2 représente une vue schématique en coupe selon, l'axe Z d'une partie d'une bougie à plasma radiofréquence comportant une partie d'extrémité basse du bobinage et une partie d'extrémité haute de l'électrode centrale selon l'état de la technique.
La figure 3 représente une vue en coupe d'une électrode centrale selon l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Telle que représentée à la figure 1 , une bougie à plasma radiofréquence 1 de forme générale sensiblement cylindrique d'axe Z comporte principalement une partie inférieure essentiellement capacitive C et une partie supérieure essentiellement inductive I1 les parties C et I étant de forme sensiblement allongée, connectées en série.
La partie essentiellement capacitive C comporte, notamment, un culot 2 destiné à être relié à la masse et entourant une électrode centrale 3, sensiblement cylindrique, d'axe Z, jouant le rôle d'électrode haute tension. Un bloc électriquement isolant, appelé « isolant » 4 est placé entre le culot 2 et l'électrode centrale 3. D'une manière bien connue dans l'état de la technique, le culot 2 présente, sur la face extérieure de sa partie inférieure la plus proche de la culasse du moteur à combustion interne équipé de la bougie 1 , une forme appropriée à la mise en place, au maintien et au serrage de la bougie 1 sur la culasse (par exemple et de manière non limitative, ainsi que représenté sur la figure 1 : un filetage). La partie essentiellement inductive I de la bougie 1 comporte de l'intérieur vers l'extérieur : un mandrin 8 central, un bobinage 5, un isolant 7, une enveloppe externe 6.
Le mandrin 8 central est de forme générale cylindrique à section circulaire dont l'axe est sensiblement confondu avec l'axe Z de la bougie 1. Il est réalisé en matériau isolant et amagnétique.
Le bobinage 5 est de forme générale cylindrique à section circulaire. Il est composé d'un fil de diamètre D enroulé et formant des spires 51 jointives entourant le mandrin 8 central depuis une première spire 51a jusqu'à une dernière spire 51 b, qui constituent les deux spires d'extrémité 51a, 51 b du bobinage 5. La première spire 51a est reliée au connecteur 12 et la dernière spire 51 b est reliée par des moyens appropriés 14 à une extrémité interne de l'électrode centrale 3. TeIIe que représentée à la figure 2, une partie d'extrémité basse 57 du bobinage 5 entoure une partie d'extrémité haute 31 de l'électrode centrale 3 qui est insérée dans le mandrin 8. Tel que représenté à la figure 1 , l'isolant 7 qui entoure le bobinage 5 est de forme générale cylindrique. Il peut être choisi dans différents matériaux tel que le silicone.
L'enveloppe externe 6 est de forme générale cylindrique. Elle est connectée à une masse et entoure le bobinage 5. L'enveloppe 6 a une fonction de blindage électromagnétique. L'enveloppe 6 peut être choisie dans un matériau non ferreux à conductivité élevée tel que le cuivre.
Tel que représenté à la figure 3, selon un mode de réalisation de l'invention, l'électrode centrale 3 comporte un revêtement 9. Le revêtement 9 est localisé axialement sur la partie d'extrémité haute 31 de l'électrode centrale 3. Ce revêtement 9 peut être déposé par exemple par électrolyse.
Le revêtement se caractérise par une conductivité électrique supérieure à celle du matériau de l'électrode centrale 3 et ne présente pas de propriétés ferromagnétiques. Par exemple, l'électrode centrale 3 peut être choisie en nickel dont la conductivité est 14,3 * 106 S/m (Siemens/mètre) et le revêtement 9 peut être choisi en argent dont la conductivité électrique est de 63 * 106 S/m.
Concernant les dimensions du revêtement 9, il se caractérise par : - une épaisseur E et
- une hauteur H.
L'épaisseur radiale E est au moins égale à l'épaisseur de peau d'une électrode centrale sans revêtement 9. Rappelons que l'épaisseur de peau est définie comme l'épaisseur dans le matériau considéré, au bout de laquelle les courants induits sont réduits d'un facteur " e " (avec ln(e)=1 ). L'épaisseur de peau peut être calculée avec l'équation ci-dessous : où :
• μ : perméabilité
• μ = μo.μr μr : perméabilité relative du matériau, μ0 : perméabilité dans le vide • σ (S/m) : conductivité électrique
• f (Hz) : fréquence en Hz
La hauteur H est au moins égale à la hauteur de la partie d'extrémité haute 31 de l'électrode centrale 3.
La partie d'extrémité basse 57 du bobinage 5 entourant la partie d'extrémité haute 31 de l'électrode centrale 3 est appelée zone de recouvrement électromagnétique A. Cette dernière A induit des courants de Foucault dans l'électrode centrale 3. Les pertes par courant de Foucault sont proportionnelles au carré de la fréquence. L'épaisseur de peau diminue proportionnellement à la racine carrée de la perméabilité, de la fréquence, de la conductivité électrique et de la dimension de la pièce concernée. Plus la pièce est épaisse dans le plan perpendiculaire au champ magnétique par rapport à l'épaisseur de peau, plus les courants induits seront élevés. Les courants de Foucault étant localisés dans l'épaisseur de peau du matériau de l'électrode centrale 3, un mode de réalisation de l'invention propose un revêtement 9 qui remplace cette épaisseur de peau. Ce revêtement 9 permet de réduire les courants de Foucault et l'épaisseur de peau. De cette façon, la résistance de l'électrode centrale 3 est diminuée. Le coefficient de surtension est donc augmenté et par conséquent les performances de la bougie sont améliorées.
Cette invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui a été donné à titre d'exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bougie d'allumage (1 ) pour le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, de forme générale sensiblement cylindrique, comportant :
- une partie inférieure essentiellement capacitive (C) comportant : deux électrodes coaxiales : une électrode interne d'axe (D) appelée électrode centrale (3) et une électrode externe appelée culot (2) entourant l'électrode centrale (3) un bloc isolant électriquement, appelé isolant (4) interposé entre l'électrode centrale (3) et le culot (2),
- une partie supérieure essentiellement inductive (I ) comportant : un mandrin (8) central entouré d'un bobinage (5), dont une partie d'extrémité basse (57) entoure une partie d'extrémité haute (31 ) de l'électrode centrale
(3) une enveloppe externe (6), un isolant (7) interposé radialement entre l'enveloppe (6) et le bobinage (5) caractérisée en ce que la partie d'extrémité haute (31) de l'électrode centrale (3) comporte un revêtement (9) de matériau qui:
- présente une conductivité électrique supérieure à celle du matériau de l'électrode centrale (3),
- ne présente pas de propriétés ferromagnétiques.
2. Bougie d'allumage (1 ) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'épaisseur radiale (E) du revêtement (9) est au moins égale à l'épaisseur de peau initiale de l'électrode centrale (3).
3. Bougie d'allumage (1 ) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur axiale (H) du revêtement (9) est au moins égale à la hauteur de la partie d'extrémité haute (31 ) de l'électrode centrale (3).
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