FR2890248A1 - PLASMA IGNITION CANDLE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Description
BOUGIE D'ALLUMAGE POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNEIGNITION CANDLE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
L'invention concerne une bougie de génération de plasma, utilisée notamment pour l'allumage de moteurs à combustion interne par étincelles électriques entre les électrodes d'une bougie. The invention relates to a plasma generation spark plug, used in particular for igniting internal combustion engines by electric spark between the electrodes of a candle.
Une bougie d'allumage pour le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, de forme générale sensiblement cylindrique, comporte io - une partie inférieure essentiellement capacitive une partie supérieure essentiellement inductive comportant: - un mandrin central entouré d'un bobinage comportant au moins un enroulement à spires jointives, is - une enveloppe externe, - un isolant interposé radialement entre l'enveloppe et le bobinage. A spark plug for the internal combustion engine of a motor vehicle, of substantially cylindrical general shape, comprises: a substantially capacitive lower part an essentially inductive upper part comprising: a central mandrel surrounded by a winding comprising at least a winding with contiguous turns, is - an outer envelope, - an insulator interposed radially between the envelope and the winding.
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. The publications FR2859830, FR2859569 and FR2859831 relate to such a multi-spark spark plug incorporating a series resonator. The single coil winding of the winding ensures a high quality coefficient which is the ratio between the energy stored in the structure and the ohmic and dielectric losses. All the energy is stored in magnetic form and transferred to the essentially capacitive part.
En outre, le bobinage présente des effets de bord qui dévient les lignes de champ magnétique. Ces dernières traversent radialement les spires situées aux extrémités du bobinage. La résistance apparente des spires situées aux extrémités du bobinage est augmentée ce qui dégrade le coefficient de qualité du bobinage et donc les propriétés du résonateur. In addition, the winding has edge effects that deflect the magnetic field lines. These latter pass radially through the turns located at the ends of the winding. The apparent resistance of the turns located at the ends of the winding is increased, which degrades the coefficient of quality of the winding and therefore the properties of the resonator.
Afin de pallier ces inconvénients, l'invention vise à diminuer les effets de bord de façon à optimiser les propriétés du résonateur. In order to overcome these disadvantages, the invention aims at reducing edge effects so as to optimize the properties of the resonator.
A cet effet, l'invention propose une bougie du type cité ci-dessus, caractérisé en ce que la bougie comporte une bague: - en matériau magnétique, - agencée à une extrémité axiale du bobinage et - dont une face radiale est adjacente à la spire d'extrémité du bobinage. For this purpose, the invention proposes a candle of the type mentioned above, characterized in that the candle comprises a ring: - in magnetic material, - arranged at an axial end of the coil and - a radial face is adjacent to the end turn of the winding.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la bague est en matériau ferromagnétique, par exemple, en ferrite. According to other features of the invention, the ring is made of ferromagnetic material, for example ferrite.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'épaisseur radiale de la bague est au moins égale au quart du rayon de la spire d'extrémité jointive. According to other features of the invention, the radial thickness of the ring is at least equal to a quarter of the radius of the contiguous end turn.
lo Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le rayon médian de la bague est sensiblement égal au rayon médian de la spire d'extrémité. According to other features of the invention, the median radius of the ring is substantially equal to the median radius of the end turn.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation 15 en référence aux figures annexées. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description of exemplary embodiments with reference to the appended figures.
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. FIG. 1 represents a schematic sectional view along the Z axis of a radiofrequency plasma candle according to the state of the art.
La figure 2 représente une vue schématique en coupe selon, 20 l'axe Z d'une bougie à plasma radiofréquence comportant une bague à propriétés électromagnétiques selon l'invention. FIG. 2 is a diagrammatic sectional view along the Z axis of a radiofrequency plasma candle comprising a ring with electromagnetic properties according to the invention.
La figure 3 représente une vue en coupe de la partie inductive de la figure 2. FIG. 3 represents a sectional view of the inductive part of FIG. 2.
Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les 25 mêmes chiffres de référence. Identical or similar elements are designated by the same reference numerals.
Tel que représenté 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 I, les parties C et I étant de forme sensiblement allongée, connectées en série. As represented in FIG. 1, a radiofrequency plasma candle 1 of substantially cylindrical general shape with a Z axis mainly comprises a substantially capacitive bottom portion C and an essentially inductive upper part I, parts C and I being of substantially elongate shape, connected in series.
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, l'isolant 4 étant configuré de manière à guider les étincelles entre les électrodes 2 et 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). The substantially capacitive portion C comprises, in particular, a base 2 intended to be connected to the ground and surrounding a central electrode 3, substantially cylindrical, axis Z, acting as a high voltage electrode. An electrically insulating block, called insulator 4 is placed between the base 2 and the central electrode 3, the insulator 4 being configured to guide the sparks between the electrodes 2 and 3. In a manner well known in the state of the technique, the base 2 has, on the outer face of its lower part closest to the cylinder head of the internal combustion engine equipped with the candle 1, a shape suitable for the establishment, maintenance and tightening of the spark plug 1 on the cylinder head (for example and without limitation, as shown in Figure 1: a thread).
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. The essentially inductive part I of the spark plug 1 has from inside to outside: a central mandrel 8, a winding 5, an insulator 7, an outer envelope 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. The central mandrel 8 is generally cylindrical in shape with a circular section whose axis is substantially coincident with the Z axis of the candle 1. It is made of insulating and non-magnetic material.
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, 51b 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. The winding 5 is of cylindrical general shape with circular section. It consists of a wire of diameter D wound and forming contiguous turns 51 surrounding the central mandrel 8 from a first turn 51a to a last turn 51b, which constitute the two end turns 51a, 51b of the winding 5 The first turn 51a is connected to the connector 12 and the last turn 51b is connected by appropriate means 14 to an inner end of the central electrode 3.
L'isolant 7 qui entoure le bobinage 5 est de forme générale cylindrique. Il peut être choisi dans différents matériaux tel que la céramique. The insulator 7 surrounding the coil 5 is of generally cylindrical shape. It can be chosen in different materials such as ceramics.
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. The outer casing 6 is of generally cylindrical shape. It is connected to a mass and surrounds the winding 5. The envelope 6 has an electromagnetic shielding function. The envelope 6 may be chosen from a high-conductivity non-ferrous material such as copper.
Tel que représenté à la figure 2, 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 I, les parties C et I étant de forme sensiblement allongée, connectées en série. La partie essentiellement capacitive C est telle que décrite précédemment à la figure 1. La partie essentiellement inductive I de la bougie 1 comporte de l'intérieur vers l'extérieur: un mandrin 8 central, un bobinage 5, une bague 9, un isolant 7, une enveloppe externe 6. As represented in FIG. 2, a radiofrequency plasma plug 1 of substantially cylindrical general shape with a Z axis mainly comprises a substantially capacitive lower part C and an essentially inductive upper part I, parts C and I being of substantially elongated shape, connected in series. The essentially capacitive part C is as previously described in FIG. 1. The essentially inductive part I of the spark plug 1 has from inside to outside: a central mandrel 8, a winding 5, a ring 9, an insulator 7 , an outer envelope 6.
Le mandrin 8 central, le bobinage 5, l'isolant 7 et l'enveloppe io externe 6 sont tels que décrits précédemment à la figure 1. The central mandrel 8, the coil 5, the insulator 7 and the outer casing 6 are as previously described in FIG.
La bague 9 est de forme générale cylindrique à section circulaire. La bague 9 dispose d'un axe sensiblement confondu avec celui du bobinage 5 en l'occurrence l'axe Z. Elle entoure le mandrin 8. Elle est disposée à une des extrémités axiales du bobinage 5, la dernière spire 51b et l'une de ses faces radiales 10 est adjacente à la dernière spire 51b. The ring 9 is of cylindrical general shape with circular section. The ring 9 has an axis substantially coincident with that of the winding 5 in this case the Z axis. It surrounds the mandrel 8. It is disposed at one of the axial ends of the winding 5, the last turn 51b and one its radial faces 10 is adjacent to the last turn 51b.
La bague 9 est magnétique. Par exemple, la bague 9 peut être choisie en ferrite. L'homme du métier prendra toute mesure adéquate pour que l'isolation électrique soit assurée. The ring 9 is magnetic. For example, the ring 9 may be chosen from ferrite. The skilled person will take any appropriate measure for the electrical insulation is ensured.
Concernant les dimensions de la bague 9, la bague 9 se caractérise par: une épaisseur E, - un rayon médian R et une hauteur H. L'épaisseur E est au moins égale au quart du rayon médian S de la dernière spire 51 b. Regarding the dimensions of the ring 9, the ring 9 is characterized by: a thickness E, - a median radius R and a height H. The thickness E is at least equal to a quarter of the median radius S of the last turn 51 b.
Le rayon médian R est sensiblement égal au rayon médian S de la dernière spire 51b de telle façon que sensiblement la même quantité d'élément magnétique soit répartie de part et d'autre de la dernière spire 51b. Le rayon médian R est défini comme la distance entre l'axe de la bobine Z et l'axe médian P de la bague 9. Le rayon médian S de la dernière spire 51b correspond à la distance entre l'axe de la bobine Z et le centre de la dernière spire. En d'autre terme, en section axiale, le plan axial médian de la bague 9 est aligné avec le centre de la dernière spire 51 b. The median radius R is substantially equal to the median radius S of the last turn 51b so that substantially the same amount of magnetic element is distributed on either side of the last turn 51b. The median radius R is defined as the distance between the axis of the coil Z and the median axis P of the ring 9. The median radius S of the last turn 51b corresponds to the distance between the axis of the coil Z and the center of the last turn. In other words, in axial section, the median axial plane of the ring 9 is aligned with the center of the last turn 51 b.
La hauteur H est au moins égale à cinq fois le diamètre D du fil constituant le bobinage 5 afin d'assurer un volume suffisant pour éviter au matériau magnétique de subir une saturation magnétique. The height H is at least equal to five times the diameter D of the wire constituting the winding 5 in order to ensure a sufficient volume to prevent the magnetic material from being subjected to magnetic saturation.
L'utilisation d'une bague 9 magnétique est inattendue. En effet, habituellement un élément magnétique est utilisé de façon à modifier la perméabilité magnétique du noyau d'un bobinage 5 pour augmenter son inductance propre. L'invention propose non pas de io modifier l'inductance propre du bobinage 5 mais de modifier la trajectoire des lignes de champ magnétique tout en conservant la valeur de l'inductance de façon à réduire les effets de bord. En effet, la bague 9 diminue la valeur du champ magnétique radial dans la section des spires. Le positionnement jointif de la bague 9 à la is dernière spire 51b permet de modifier globalement le champ magnétique qui traverse de façon radiale la section de la dernière spire 51b et des spires 51 se situant à proximité. Le courant de Foucault induit par ce champ est donc réduit ce qui facilite la circulation du courant traversant le bobinage 5, qui est en sens opposé au courant de Foucault. L'impédance à fréquence d'excitation du bobinage 5 est donc réduite ce qui permet d'augmenter le coefficient de qualité du résonateur. The use of a magnetic ring 9 is unexpected. Indeed, usually a magnetic element is used to modify the magnetic permeability of the core of a coil 5 to increase its own inductance. The invention proposes not to modify the inductance of the winding 5 but to modify the trajectory of the magnetic field lines while maintaining the value of the inductance so as to reduce edge effects. Indeed, the ring 9 decreases the value of the radial magnetic field in the section of the turns. The contiguous positioning of the ring 9 at the last turn 51b makes it possible to globally modify the magnetic field which crosses, in a radial manner, the section of the last turn 51b and turns 51 situated in the vicinity. The eddy current induced by this field is reduced, which facilitates the flow of current through the winding 5, which is in the opposite direction to the eddy current. The excitation frequency impedance of the winding 5 is reduced, which makes it possible to increase the coefficient of quality of the resonator.
Cette invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui a été donné à titre d'exemple. Ci-dessus, 25 différentes variantes sont proposées. This invention is not limited to the described and illustrated embodiment which has been given by way of example. Above, 25 different variants are proposed.
Une bague 9 peut également être jointive à chacune des spires d'extrémité 51a, 51 b. A ring 9 may also be joined to each of the end turns 51a, 51b.
De façon générale, la forme du bobinage 5 dépend du mandrin 8 qu'il entoure. Par exemple, si le mandrin 8 est de forme générale cylindrique à section carrée, le bobinage 5 est de forme générale tubulaire à section carrée. Néanmoins, le bobinage 5 peut avoir une forme générale différente de celle du mandrin 8. In general, the shape of the coil 5 depends on the mandrel 8 that surrounds it. For example, if the mandrel 8 is generally cylindrical in square section, the coil 5 is generally tubular in square section. Nevertheless, the winding 5 may have a general shape different from that of the mandrel 8.
Le bobinage 5 peut comporter plusieurs enroulements à spires 51 jointives. The winding 5 may comprise several windings with contiguous turns 51.
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