Brevet FR2468234A1 — publié le 19810430

1. L'invention se rapporte à une bougie d'allumage du type utilisé dans les moteurs à turbine et en particulier dans les moteurs des avions à réaction. Ces bougies sont fréquemment du type à intervalle de déclenchement de l'étin- celle en surface, c'est-à-dire du type dans lequel une décharge à haute énergie produisant l'étincelle a lieu entre une électrode centrale et une électrode à la masse, l'étin- celle se propageant le long de la surface d'un élément de céramique. La décharge produisant l'étincelle dans ces bougies est du type à "haute énergie" en raison de la nature du système d'allumage utilisé pour provoquer l'étincelle, le système comprenant un condensateur qui se charge lorsqu'il est sous tension et que celle-ci augmente aux bornes de la bougie; lorsque la tension appliquée devient suffisamment grande pour provoquer une décharge allumant une étincelle, l'énergie électrique emmagasinée par le condensateur se décharge et passe dans l'intervalle d'allumage de l'étin- celle. L'énergie emmagasinée dans les systèmes d'allumage à décharge d'un condensateur qui sont utilisés dans les moteurs des avions à réaction est en général égale à au moins 1 joule. L'érosion des électrodes a soulevé des problèmes dans les bougies d'allumage utilisées dans les moteurs à turbine des avions à réaction et elle est parfois le facteur qui limite la vie utile de la bougie. Le problème de l'érosion aussi bien de l'électrode centrale que de l'élec- trode à la masse se pose dans les bougies d'allumage uti- lisées dans les moteurs à turbine. Une solution au problème de l'érosion des électrodes dans ces bougies est suggérée dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 3 691 419; ce brevet décrit une bougie d'allumage du type en question qui comprend une électrode centrale dont l'extrémité d'allumage est réalisée en un métal résistant à l'étincelle, par exemple en tungstène, et l'électrode qui est à la masse comporte intérieurement un anneau soudé et ductile d'iridium qui est placé de manière à être immédiatement voisin de l'intervalle de déclenchement de l'étincelle. Dans la bougie décrite dans ce brevet des Etats-Unis d'Amérique, l'électrode qui est à la 2. masse et à laquelle l'anneau d'iridium est soudé fait partie de l'enveloppe métallique, celle-ci étant un élément de structure qui est courant. Il a été observé que les anneaux d'iridium ou d'autres métaux précieux sont extrêmement coûteux, si toutefois il est possible de les obtenir. Il a été estimé sur la base de cotations de prix qui ont été reçues que l'utili- sation d'un anneau d'iridium du type suggéré dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique cité ci-dessus dans une bougie d'allumage qui est actuellement disponible sur le marché en doublerait approximativement le prix de revient. Il a aussi été observé que les différences des dilatations thermiques de l'iridium et des alliages de nickel utilisés couramment pour la réalisation de l'électrode à la masse risquent de provo- quer des défaillances catastrophiques des bougies d'allumage du type spécifié dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique cité ci-dessus. Différentes autres suggestions ont été faites pour réduire l'érosion des électrodes; voir par exemple les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2 391 455, n0 2 391 456, n0 2 391 458, n0 2 470 033 et n0 2 344 597. Ce dernier brevet décrit une électrode à la masse qui est constituée d'un fil en alliage de molybdène et de platine et qui constitue un élément rapporté dans l'enveloppe métallique d'une bougie d'allumage classique; une autre suggestion qui a aussi été faite pour réduire l'érosion des électrodes dans les bougies d'allumage classiques consiste à provoquer la décharge déclenchant l'étincelle dans un intervalle rempli de gaz et séparant l'électrode centrale et l'électrode à la masse. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 591 718 décrit une bougie d'allumage de type dit "à multiples demi- surfaces délimitant des intervalles de déclenchement de l'étincelle"; ce brevet décrit une structure dans laquelle l'extrémité d'une électrode centrale est à fleur de l'extré- mité d'un isolateur et quatre électrodes de type en tiges relient cette électrode centrale le long de l'isolateur à l'intervalle de déclenchement de l'étincelle, chacune de ces tiges étant juste en contact avec la surface de l'isolateur. 3. La présente invention se fonde sur la découverte qu'il n'est pas nécessaire que la bougie d'allumage comporte un anneau coûteux en iridium, qu'il est difficile de se procurer, comme dans la bougie d'allumage du brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n0 3 691 419, la bougie de l'inven- tion ayant néanmoins une résistance sensiblement équivalente à l'érosion des électrodes. Un mode de réalisation avantageux de l'électrode d'allumage de l'invention minimise les tensions internes qui se produisent par suite des différences des coefficients de dilatation thermique d'une pièce rappor- tée en matière résistant à l'oxydation et à l'érosion, telle que l'iridium, et une électrode annulaire à la masse qui contient l'élément rapporté. La bougie comprend une enveloppe métallique dont l'extrémité d'allumage s'achève à l'extré- mité inférieure en électrode annulaire qui est à la masse, la bougie comprenant par ailleurs un isolateur, une électrode centrale et plusieurs pièces rapportées qui sont encastrées dans l'enveloppe métallique à laquelle elles sont liées. L'isolateur est scellé à l'intérieur de l'enveloppe métal- lique et comprend un trou central dans lequel l'électrode centrale est scellée, ainsi qu'une surface partant de l'électrode à la masse et orientée vers l'intérieur, vers le trou central. L'électrode centrale comporte une extrémité d'allumage qui délimite un intervalle de déclenchement d'étincelles avec l'électrode à la masse de l'enveloppe métallique, l'extrémité d'allumage de cette électrode centrale étant placée par rapport à l'électrode de la masse de manière que les décharges d'allumage des étincelles se produisent le long de la surface de l'isolateur qui est orientée vers l'intérieur. Les pièces rapportées sont en matériau résistant à l'oxydation et à l'érosion, de préfé- rence en iridium, platine, rhodium, ruthénium, osmium ou en un alliage simple ou un alliage ductile de l'un des métaux cités ci-dessus et, lorsque ces pièces en service ne sont pas portées à des températures supérieures à environ 540'C, de tungstène, ainsi que de ses alliages simples ou de ses alliages ductiles. 4. 2468234 L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limi- tatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation avec coupe axiale partielle d'une bougie d'allumage selon l'invention; - la figure 2 est une vue en bout de la bougie de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan d'un ensemble utilisé pour la réalisation de la bougie des figures 1 et 2; - la figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est une coupe axiale d'une enveloppe faisant partie de la bougie des figures 1 et 2; - - la figure 6 est une élévation d'une pièce rapportée faisant partie de la bougie des figures 1 et 2 et des ensembles des figures 3 à 5; - la figure 7 est une vue en bout de la pièce rapportée de la figure 6; - la figure 8. est une coupe axiale de l'enveloppe métallique d'une bougie semblable à celle des figures 1 et 2, mais constituant une variante de réalisation; la figure 9 est une vue en bout de l'enveloppe métallique de la figure 8; - la figure 10 est une vue en plan d'un élément rapporté qui fait partie de l'enveloppe métallique des figures 8 et 9; - la figure 11 est une vue en bout de la pièce rapportée de la figure 10; - la figure 12 est une coupe axiale d'une autre variante encore de réalisation de l'enveloppe de la bougie; et - la figure 13 est une vue en bout de l'enveloppe de la figure 12. La bougie d'allumage selon l'invention porte la référence générale 21 sur les figures 1 et 2. La bougie 21 comprend une enveloppe métallique 22 dont l'extrémité d'allu- mage 23 s'achève à l'extrémité inférieure en électrode annu- laire à la masse comportant une surface 24 (figure 2) qui délimite un intervalle de déclenchement d'étincelles avec une électrode centrale 25. Quatre pièces rapportées d'iridium 26 5. sont disposées dans l'électrode annulaire à la masse à l'extrémité d'allumage 23 de la bougie 21. Les pièces rappor- tées 26 sont en saillie radialement vers l'intérieur sur la surface 24 de l'électrode annulaire à la masse et sont dirigées vers l'électrode centrale 25. Les pièces rapportées d'iridium 26 ont une section transversale rectangulaire (figure 6) et sont encastrées dans l'extrémité d'allumage 23 (figures 1 et 53 de l'enveloppe métallique 22 à laquelle elles sont liées par exemple par brasage. La bougie 21 comprend également un isolateur inférieur 27 (figure 1) et un isolateur supérieur 28. L'iso- lateur inférieur 27 est scellé à l'intérieur de l'enveloppe métallique 22 tandis que l'isolateur supérieur 28 est scellé à l'intérieur d'une enveloppe composite supérieure 29. Celle- ci comprend une partie extérieure 30 qui est accrochée sur l'enveloppe 22 de la manière indiquée en 31 et qui est vissée en 32 sur une partie intérieure 33. L'isolateur inférieur 27 est scellé à l'enveloppe 22 au moyen d'une masse 34 de talc tassé, tandis que l'isolateur supérieur 28 est scellé à l'enveloppe extérieure 30 par une masse 35 de talc qui est tassé par une extrémité 36 de la partie intérieure 33. L'enveloppe extérieure 30 est filetée en 37 pour son montage dans un moteur à turbine et la partie intérieure 33 de l'enveloppe est filetée en 38 de manière à pouvoir être reliée à la rampe d'allumage du moteur à turbine. La bougie 21 comprend également une borne 39 qui est vissée dans l'iso- lateur supérieur 28 et qui est en contact électrique avec l'électrode centrale 25. Comme le montre la figure 3, l'enveloppe métal- lique 22 dans laquelle sont encastrées et fixées les pièces rapportées d'iridium 26 peut être produite facilement par brasage ou par un autre procédé de liaison d'un sous-ensemble à un élément complémentaire (non représenté). Le sous- ensemble 40 consiste en un anneau 41 dans lequel les pièces rapportées d'iridium 26 sont retenues par des tétons 42 à l'intérieur de rainures rectangulaires réalisées dans une surface 43 de cet anneau. Lorsque l'ensemble 40 est brasé ou lié d'une autre manière à l'élément complémentaire (non 6. représenté) afin de réaliser l'enveloppe 22, l'anneau 41 en forme partie intégrante et les pièces rapportées d'iridium 26 sont également liées à l'enveloppe 22 à l'intérieur de laquelle elles se trouvent. Une bougie d'allumage selon l'invention peut aussi être réalisée par le remplacement de l'enveloppe 22 de la bougie 21 de la figure 1 par une enveloppe 54 de forme identique et telle que représentée sur les figures 8 et 9. L'enveloppe 54 représentée sur ces figures est réalisée en "Inconel" ou en un autre alliage convenable de nickel et comprend des pièces rapportées d'iridium 55 qui sont brasées ou liées d'une autre manière à cette enveloppe 54 dans des trous 56 de laquelle elles sont disposées. Comme le montrent les figures 10 et 11, les pièces rapportées 55 sont cylin- driques et s'ajustent dans les trous 56. La bougie selon l'invention peut aussi être réalisée à l'aide d'une enveloppe 57 telle que représentée sur les figures 12 et 13 et sur laquelle des pièces rappor- tées d'iridium 58 sont brasées ou soudées d'une autre manière à l'intérieur de rainures 59 qui sont voisines de l'extrémité d'allumage 60. Les pièces rapportées 58, qui sont rectangu- laires en coupe transversale, ont la même forme que les pièces 26 des figures 6 et 7. L'enveloppe 22 de la bougie 21 de la figure 1 et les enveloppes 54 et 57 des figures 8 et 12 comportent des gorges 61 qui sont orientées dans la direction de la longueur et qui sont voisines de l'extrémité d'allumage. Ces gorges sont fréquemment utilisées dans les bougies d'allumage pour en faciliter le refroidissement et n'entrent pas dans le cadre de l'invention. Il est bien évident que différentes modifica- tions peuvent être apportées aux détails particuliers de la bougie représentée et décrite. Par exemple, bien que la description et les dessins se rapportent à une bougie compor- tant des pièces rapportées d'iridium qui sont voisines de l'extrémité d'allumage, il est aussi possible d'utiliser des pièces rapportées en tout autre métal résistant à l'oxydation et à l'érosion. Les matériaux les plus communs qui ont une 7. résistance suffisante à l'érosion et à l'oxydation sont non seulement l'iridium, mais également le platine, le rhodium, le ruthénium, l'osmium, les alliages simples et ductiles des métaux mentionnés et, lorsque les pièces rapportées ne sont pas portées en service à des températures supérieures à environ 5400C, le tungstène ainsi que ses alliages simples et ductiles. Etant donné leur nature réfractaire, les pièces qui sont en l'un ou l'autre des métaux mentionnés sont fréquem- ment réalisées par la métallurgie des poudres et peuvent être relativement fragiles immédiatement après frittage. Cette fragilité peut en général être abaissée à des niveaux admis- sibles par traitement des pièces à des températures relati- vement basses, par exemple voisines de 11001C. Il est parfois souhaitable d'accroître la ductilité de ces matériaux, par exemple en produisant des alliages dits ductiles: les poudres de métal réfractaire sont mélangées à d'autres poudres métalliques, par exemple de nickel et de cuivre ou de nickel et de fer qui forment une phase à point de fusion relativement bas et qui, lors de la cuisson, lie les parti- cules de métal réfractaire les unes aux autres en formant une matrice qui est ductile par rapport au métal réfractaire pur. L'iridium est le matériau le plus avantageux pour réaliser les pièces rapportées et le mode de réalisation des figures 1 à 7 est celui qui convient le mieux actuellement. 8. REVENDICATIONS 1. - Bougie d'allumage comprenant une enveloppe métallique (22) comportant une extrémité d'allumage (23) qui s'achève à l'extrémité inférieure en électrode annulaire à la masse (24), un isolateur (27) étant scellé à l'intérieur de ladite enveloppe métallique et comportant un trou central ainsi qu'une surface partant de l'électrode à la masse et orientée vers l'intérieur et vers le trou central, une électrode centrale (25) étant scellée à l'intérieur du trou de l'isolateur (27) et comportant une extrémité d'allumage qui délimite avec l'électrode à la masse (24) de ladite enveloppe métallique (22) un intervalle de déclenchement des étincelles, l'extrémité d'allumage de cette électrode centrale étant placée de manière qu'une décharge provoquant une étincelle se produise entre elle et l'électrode à la masse le long de ladite surface de l'isolateur qui -est orientée vers l'intérieur, bougie caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs pièces rapportées (26) résistantes à l'oxydation et à l'érosion et dont chacune consiste en un corps encastré dans et lié à ladite enveloppe métallique (22), chacune de ces pièces rapportées comportant une surface à découvert qui est en saillie vers l'intérieur sur l'élec- trode à la masse et qui est tournée vers l'extrémité d'allu- mage de ladite électrode centrale (25). 2. - Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune desdites pièces rapportées (26) qui résiste à l'oxydation et à l'érosion et qui se trouve dans l'électrode annulaire à la masse (24) de ladite enveloppe (22) est orientée à peu près radialement sur cette dernière. 3. - Bougie d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacune desdites pièces rapportées (26) est en iridium, platine, rhodium, ruthénium, osmium, tungstène ou en un alliage simple ou un alliage ductile de l'un desdits métaux. 4. - Bougie d'allumage selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacune desdites pièces rapportées (26) est en iridium.