EP0248717B1 - Bobine électromagnétique et dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne comportant une telle bobine - Google Patents
Bobine électromagnétique et dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne comportant une telle bobine Download PDFInfo
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- EP0248717B1 EP0248717B1 EP19870401203 EP87401203A EP0248717B1 EP 0248717 B1 EP0248717 B1 EP 0248717B1 EP 19870401203 EP19870401203 EP 19870401203 EP 87401203 A EP87401203 A EP 87401203A EP 0248717 B1 EP0248717 B1 EP 0248717B1
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- H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
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- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
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- 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
- H01T13/02—Details
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- 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
Definitions
- the invention relates to a new embodiment of an electromagnetic ignition coil and its particular use in an ignition device for an internal combustion engine.
- An ignition coil is an inductive accumulator that stores ignition energy for transmission to the ignition circuit in an internal combustion engine. Generally, it consists of a primary winding and a secondary winding wound on one another and comprising a common iron core which reinforces the magnetic flux. The high voltage of the ignition coil is conducted by the ignition cable and is distributed to each of the spark plugs, via the igniter.
- the present invention relates to this type of ignition device, for which the coil does not have a soft iron core, thus achieving a weight saving and is produced in such a way that it withstands high temperatures and resists vibration. thanks to the materials that compose it.
- the figure shows a view in a longitudinal section of an ignition device according to the invention, comprising a spark plug 1 and a coil 2 associated in the same housing 3, placed on an engine of a motor vehicle, in the conduit of spark plug 4, the spark plug 1 being traditionally screwed into the cylinder head 5 of the engine.
- the electromagnetic coil 2 comprises a hollow winding mandrel 6, made of dielectric material, resistant well to high temperatures, close to 200 ° C. and to chemical agents.
- this coil can be associated with a spark plug for a motor vehicle, it must be able to remain unalterable whatever the climatic environment of the vehicle, that is to say withstand thermal shocks, humidity, salt or the oil sprayed into the engine.
- this mandrel 6 having a cavity (7) hollowed out along its longitudinal axis A is wound first the secondary winding then the primary winding, each layer of turns being separated from the next by a layer of flexible dielectric synthetic material , Kapton for example, with a high coefficient of electrical stiffness and good heat resistance.
- a layer of flexible dielectric synthetic material Kapton for example
- the electrical insulation between the layers of coils is provided by an impregnation resin with low viscosity and good adhesion to the sheets of said flexible material.
- This resin is advantageously a silicone resin, which has the following qualities: unalterable over time and whatever the ambient temperature, excellent dielectric and hydrophobic.
- the output wire 8 of the secondary winding which is intended to conduct the high voltage created by the coil 2 to the spark plug 1 which is associated with it.
- This coil 2 of small dimensions (about 5 cm high by 3 cm in diameter) is associated with a candle 1, both housed in a housing 3 made of dielectric material, resistant to both high temperatures and chemical attack - it can be the same material as the spool mandrel -.
- the coil must have a low secondary impedance.
- the coil according to the invention makes it possible to achieve this low secondary impedance due to its small dimensions. Indeed, the section of the wire of the primary winding is chosen to be relatively large while its length is relatively short, so as to reduce the number of turns of the primary winding.
- the case 3 is cylindrical, with two sections for example; the part in which the coil 2 is completely housed has a diameter slightly greater than the part in which the spark plug 1 is partially housed. Only the part of the spark plug 1 comprising the electrical insulator - generally made of ceramic - surrounding the central electrode is housed in the housing 3. To provide electrical continuity between the coil 2 and the spark plug 1, there are interface means 1 further intended to thermally protect the coil of the spark plug, the temperature of which during operation may reach 180 ° C.
- interface means 10 are constituted for example by an olive opener 11 made of a conductive material, for example metal, screwed onto the threaded cap, or olive 9, which covers the upper end of the connection rod which is itself even connected to the central electrode of the spark plug 1 is comprising a conductive spring 12 intended to come into contact with the secondary output wire of the coil 2.
- an olive opener 11 made of a conductive material, for example metal, screwed onto the threaded cap, or olive 9, which covers the upper end of the connection rod which is itself even connected to the central electrode of the spark plug 1 is comprising a conductive spring 12 intended to come into contact with the secondary output wire of the coil 2.
- a conductive rubber pad 13 can be placed inside the olive cover at the top of the spark plug connection rod 1.
- the upper end of the mandrel 6 ferments the dielectric casing 3 for protecting the coil-spark plug assembly allows the supply wire 15 to pass from the primary winding of the coil 2, connected to the ignition control circuit.
- the coil-spark plug assembly thus being formed in the housing, the spark plug 1 is traditionally screwed by its base 16 into the cylinder head 5 of the engine.
- the invention makes it possible to obtain a gain in weight and space compared to the previous devices, since the ignition device is compact, without iron core for the coil, and good resistance to temperature, vibration and good resistance to chemical agents thanks to the insulating materials used.
- the energy delivered by the ignition coil is directly used by the spark plug, without losses in wiring.
- the resonance frequency of the coil produced according to the invention is greater than that of a coil with an inductive core (soft iron), the time for the voltage to rise across the terminals of the secondary winding is shorter so that the spark between the two electrodes of the spark plug bursts in a rotating fashion around the central electrode, without carbon deposition along a particular path; the candle self-cleans.
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Description
- L'invention concerne un nouveau mode de réalisation d'une bobine d'allumage électromagnétique et son utilisation particulière dans un dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne.
- Une bobine d'allumage est un accumulateur inductif qui emmagasine l'énergie d'allumage pour la transmettre au circuit d'allumage dans un moteur à combustion interne. Généralement, elle est constituée d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire bobinés l'un sur l'autre et comportant un noyau de fer commun qui renforce le flux magnétique. La haute tension de la bobine d'allumage est conduite par le câble d'allumage et est distribuée à chacune des bougies, par l'intermédiaire de l'allumeur.
- Pour supprimer le parasitage par rayonnement électromagnétique dans le câble, et pour diminuer la complexité du montage de l'ensemble du circuit d'allumage, il existe des dispositifs d'allumage comportant une bobine par bougie d'allumage. La présente invention se rapporte à ce type de dispositif d'allumage, pour lequel le bobine ne possède pas de noyau en fer doux, réalisant ainsi un gain de poids et est réalisée de telle sorte qu'elle supporte des températures élevées et résiste aux vibrations grâce aux matériaux qui la composent.
- L'invention concerne donc en premier lie une bobine d'allumage électromagnétique caractérisée par le fait qu'elle comprend:
- -un mandrin creux de bobinage en matériau diélectrique ayant une bonne résistance aux températures élevées et aux agents chimiques, autour duquel sont bobinés les enroulements primaire et secondaire, le fil de sortie du circuit secondaire sortant de la bobine à travers une cavité creusée dans le mandrin suivant son axe longitudinal;
- -des moyens d'isolation électrique entre les différentes couches de spires, réalisés à partir des feuilles de matériau synthétique diélectrique souple à fort coefficient de rigidité électrique et à bonne résistance à la chaleur et à partir d'une résine d'imprégnation à faible viscosité et à bonne adhérence sur lesdites feuilles de matériau souple.
- En second lieu l'invention concerne un dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne comportant une bobine associée à chaque bougie, caractérisé en ce qu'il comporte:
- -un boîtier cylindrique en matériau diélectrique ayant une bonne résistance à la chaleur et aux agents chimiques, dans lequel est logée d'une part une bobine du type mentionné précédemment et d'autre part la partie de la bougie constituée par l'isolateur électrique entourant l'électrode centrale,
- ―et des moyens d'interface bobine-bougie assurant la continuité électrique entre l'enroùle- ment secondaire de la bobine et l'électrode centrale de la bougie.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit de l'exemple de réalisation non limitatif, illustrée par la figure unique.
- La figure représente une vue selon une coupe longitudinale d'un dispositif d'allumage selon l'invention, comportant une bougie 1 et une bobine 2 associée dans un même boîtier 3, placé sur un moteur d'un véhicule automobile, dans le conduit de bougie 4, la bougie 1 étant vissée traditionnellement dans la culasse 5 du moteur.
- Concernant tout d'abord la bobine électromagnétique 2 réalisée selon l'invention, elle comprend un mandrin 6 creux de bobinage, réalisé en matériau diélectrique, résistant bien à des températures élevées, voisines de 200°C et aux agents chimiques. En effet, cette bobine pouvant être associée à une bougie d'allumage pour véhicule automobile elle doit pouvoir rester inaltérable quelque soit l'environnement climatique du véhicule, c'est-à-dire résister aux chocs thermiques, à l'humidité, au sel ou à l'huile projetée dans le moteur.
- Autour de ce mandrin 6 présentant une cavité (7) creusée suivant son axe longitudinal A est bobiné tout d'abord l'enroulement secondaire puis l'enroulement primaire, chaque couche de spires étant séparée de la suivante par une couche de matériau synthétique souple diélectrique, du Kapton par exemple, présentant un fort coefficient de rigidé électrique et une bonne résistance à la chaleur. En plus de ce matériau souple, l'isolation électrique entre les couches den spires est assurée par une résine d'imprégnation à faible viscosité et à bonne adhérence sur les feuilles dudit matériau souple. Cette résine est avantageusement une résine silicon, qui présente les qualités suivantes: inaltérabilité dans le temps et quelque soit la température ambiante, excellent diélectrique et hydrophobe.
- Dans la cavité 7 creusée dans le matériau 6 est enfile le fil de sortie 8 de l'enroulement secondaire qui est destiné à conduire la haute tension créée par la bobine 2 vers la bougie 1 d'allumage qui lui est associée.
- Afin de ne pas échauffer inutilement la bobine, on évite une grande dissipation par effet Joule en réduisant notablement la résistance du bobinage secondaire.
- Cette bobine 2, de faibles dimensions (environ 5 cm de hauteur sur 3 cm de diamètre) est associée à une bougie 1, logée toutes les deux dans un boîtier 3 réalisé en matériau diélectrique, résistant à la fois aux températures élevées et aux agressions chimiques - ce peut être le même matériau que la mandrin de la bobine -. Pour obtenir un maximum d'énergie dans l'étincelle de la bougie, il faut que la bobine présente une impédance secondaire faible. La bobine selon l'invention permet de réaliser cette faible impe- dance secondaire grâce à ses faibles dimensions. En effet la section du fil de l'enroulement primaire est choisie relativement grande tandis que sa longueur est relativement faible, de façon à réduire le nombre de spires de l'enroulement primaire.
- Le boïtier 3 est cylindrique, à deux sections par exemple; la partie dans laquelle est logée totalement la bobine 2 a un diamètre légèrement supérieur à la partie dans laquelle est logée partiellement la bougie 1 d'allumage. Seule la partie de la bougie 1 comportant l'isolateur électrique - en céramique généralement - entourant l'électrode centrale est logée dans le boîtier 3. Pour assurer la continuité électrique entre la bobine 2 et la bougie 1, on dispose des moyens d'interface 1 destinés de plus à protéger thermiquement la bobine de la bougie dont la température en cours de fonctionnement peut etteindre 180°C. Ces moyens d'interface 10 sont constitués par exemple par un ouvre-olive 11 en matériau conducteur, du métal par exemple, vissé sur le capuchon fileté, ou olive 9, qui recouvre l'extrémité supérieure de la tige de connexion qui est elle-même reliée à l'électrode centrale de la bougie 1 est comportant un ressort conducteur 12 destiné à entrer en contact avec le fil de sortie du secondaire de la bobine 2.
- Pour améliorer encore la continuité électrique entre bobine et bougie, on peut placer une pastille de caoutchouc conducteur 13 à l'intérieur du couvre-olive au sommet de la tige de connexion de la bougie 1.
- L'entremité supérieure du mandrin 6 fermente boîtier diélectrique 3 de protection de l'ensemble bobine-bougie laisse passer le fil d'alimentation 15 de l'enroulement primaire de la bobine 2, connecté au circuit de commande de l'allumage. L'ensemble bobine-bougie étant ainsi constitué dans le boîtier, la bougie 1 est vissée traditionnellement par son culot 16 dans la culasse 5 du moteur.
- Ainsi l'invention permet d'obtenir un gain de poids et de place par rapport aux dispositifs antérieures, puisque le dispositif d'allumage est compact, sans noyau de fer pour la bobine, et une bonne tenue en température, en vibrations et une bonne résistance aux agents chimiques grâce aux matériaux isolants utilisés. De plus l'énergie délivrée par la bobine d'allumage est directement utilisée par la bougie, sans pertes dans un câblage. Enfin il existe un autre avantage très important: étant donné que la fréquence de résonnance de la bobine réalisé selon l'invention est supérieure à celle d'une bobine à noyau inductif (fer doux), le temps de montée de la tension aux bornes de l'enroulement secondaire est plus court de sorte que l'étincelle entre les deux électrodes de la bougie d'allumage éclate de façon tournante autour de l'électrode centrale, sans dépôt de carbone le long d'un chemin particulier; la bougie s'auto-nettoie.
- L'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, leurs combinaisons étant effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.
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