Brevet FR2542513A1 — publié le 19840914

BOUGIE D ' ALLUMAGE L'invention concerne les éclateurs à étincelles et a notamment pour objet une bougie d'allumage. L'invention peut être utilisée, de préférence, pour l'allumage du mélange combustible dans des moteurs à combustion interne. On connaît une bougie d'allumage (cf. livre "Théorie, construction et calcul de l'équipement électrique des véhicules automobiles et des tracteurs" rédige par M.N. Fesenko, Moscou, Machinostroenié, 1982, pages 194 à 198) comprenant un culot muni d'une électrode latérale, un isolant à cône thermique percé d'un orifice central loge dans le culot, une électrode centrale à tête disposée dans l'orifice central de l'isolant, un élément de contact et une garniture d'étanchéité. Par suite d'une longueur insuffisante du cône de l'isolant, la bougie d'allumage susmentionnee ne peut fonctionner que dans une plage etroite de températures et n'assure pas un démarrage fiable du moteur et, en outre, elle a une courte duree de vie car son electrode centrale fortement chauffee est sujette à une usure plus intensive par érosion électrique. On connaît aussi une bougie d'allumage pour moteur à combustion interne (brevet des Etats Unis d'Amérique n" 2.680.432, cl. 313 daté du 11 mai 1954) comportant un culot muni d'une electrode latérale, un isolant à cône thermique percé d'un orifice central et logé dans ledit culot, une douille d'évacuation de chaleur, disposée dans l'orifice central de l'isolant avec glissement, une électrode centrale ayant une tête et étant disposee à glissement dans la douille d'évacuation de chaleur dans ce cas, la tête del'electrode centrale s'appuie sur la face extrême du cône thermique del'isolant, un élément de contact et une garniture d'étanchéité logée entre les surfaces de l'orifice central de l'isolant et de l'électrode centrale. Cependant, cette bougie d'allumage elle aussi est caractérisée par une courte durée de vie et n'assure pas un fonctionnement fiable. Ces inconvénients sont dus au montage glissant de la douille d'évacuation de chaleur dans l'orifice central de l'isolant et de l'électrode centrale, dans la douille d'évacuation de chaleur, autrement dit, elles y sont montées avec des jeux déterminés. Dans cette bougie d'allumage, lesdits jeux empêchent d'évacuer la chaleur du cône thermique de l'isolant et de l1élec- trode centrale et,pour éviter leur surchauffe, on les fabrique plus courtes ce qui est nécessaire pour assurer le régime thermique pour le fonctionnement d'une bougie d'allumage dans un moteur. La bougie d'allumage, dont l'isolant possède un cône thermique court, n'est pas fiable en fonctionnement. De faibles dépôts carbones électroconductêurs sur ledit cône thermique isolant de la bougie mettent hors d'usage la bougie car ils contribuent à la formation de la connexion électrique de l'électrode centrale avec le corps. En outre, la durée de vie de la bougie d'allumage, dans laquelle la chaleur excédentaire est évacuée de son électrode centrale d'une manière insuffisante, est courte. Cet inconvénient est dû. à ce que la partie active surchauffée de l'électrode centrale subit une usure intensive par érosion elec- trique. En conséquence, la distance d'eclatement entre les électrodes de la bougie d'allumage augmente assez vite et son augmentation aboutit à des ratés d'inflammation du combustible dans le moteur par suite de l'énergie électrique insuffisante de la décharge et nécessite, de ce fait même, un entretien fréquent qui consiste à régler la distance d'éclatement. La bougie d'allumage connue dans laquelle l'isolant est conçu avec un cône thermique court n'assure pas une large plage thermique du fonctionnement par suite de l'évacuation insuffisante de la chaleur excédentaire du cône thermique isolant. Ainsi, par exemple, la bougie d'allumage n'assure pas le fonctionnement à petites charges et au ralenti (le moteur cale). Ou bien la bougie d'allumage assure le fonctionnement du moteur à petites charges et au ralenti et aussi lors de son démarrage mais provoque, dans le moteur lancé au régime forcé, un allumage pa-r incandescence ou autoallumage (inflammation prématurée du mélange combustible). Etant donné qu'on utilise dans la bougié d'allumage connue un montage glissant de la douille d'évacuation de chaleur dans l'orifice central de l'i- solant et de l'électrode centrale dans la douille d'évacuation de chaleur, certaines bougies d'allumage sont montées sans jeux dans lesdits assemblages alors que la plupart des bougies d'allumage sont réalisées avec des jeurmais ces jeux sont. de différentes valeurs. Dans une bougie d'allumage dans laquelle on assemble sans jeux l'électrode avec la douille d'évacuation de chaleur et la douille d'évacuation de chaleur avec le cône thermique de l'isolant, l'évacuation de la chaleur de la face active extrême de l'électrode centrale et du cône thermique de l'isolant sera plus intense que dans la bougie d'allumage, dont l'isolant est assemblé avec des jeux maximaux.La bougie d'allumage avec une bonne évacuation de la chaleur est nommée "bougie froide" et celle avec une mauvaise evacuation de chaleur est nommée "bougie chaude". Lors du fonctionnement "d'une bougie froide" et "d'une bougie chaude" sur un moteur qui est lancé à un régime thermique établi, les quantites de chaleur qui résultent de la combustion de la charge de combustible et qui agissent sur la partie active de l'électrode centrale et du cône thermique isolant sont différentes et c'est pourquoi les températures des bougies d'allumage seront diffa rentes;;autrement dit, la temperature de "la bougie froide" sera inferieure à celle de "la bougie chaude"."La bougie chaude d'allumade" sera soumise à l'action de la plus grande quantité de chaleur car les gaz chauds pénètrent dans les jeux entre l'électrode centrale et la douille d'évacuation de chaleur,entre la douille d'évacuation de chaleur et le cône thermique de l'isolant et surchauffent l'électrode centrale, la douille d'évacuation de chaleur et le cône thermique isolant. Ainsi, la bougie d'allumage fabriquée selon la solution technique connue et destinee à un type déterminé de moteur, a une faible stabilité de caractéristique thermique.Lorsque les bougies d'allumage formant un lot sont montées sur un moteur, elles n'assurent pas son fonctionnement fiable. "Une bougie chaude d'allumage", montee sur un cylindre assure un démarrage facile du moteur et son fonctionnement à petites charges et au ralenti,mais,après le lancement du moteur au regime forcé de fonctionnement,la partie active de l'électrdde centrale de la bougie d'allumage et du cône thermique isolant se surchauffent, ce qui peut provoquer l'allumage par incandescence. a bougie froide", montée sur un autre cylindre du même moteur, assure son fonctionnement fiable apres que le moteur est lancé au régime forcé de fonctionnement,mais,lors du fonctionnement à petites charges et au ralenti, la bougie d'allumage fonctionne d'une manière peu fiable par suite de la formation de la connexion electri- que de l'électrode centrale avec le culot provoquée par les dépôts carbones sur le cône thermique relativement froid de l'isolant. On s'est donc proposé de mettre au point une bougie d'allumage dans laquelle on introduirait de nouveaux éléments de construction qui permettraient d'élever la fiabilité, d'augmenter la durée de vie de la bougie d'allumage, d'élargir également l'intervalle entre les opérations d'entretien technique en ce qui concerne le reglage de la distance d'éclatement entre les électrodes et d'augmenter la plage thermique de sà capacité de travail. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide dune bougie d'allumage comprenant un culot, muni d'une électrode latérale, un isolant à cône thermique avec un orifice central logé dans le culot, une douille d'évacuation de chaleur logée dans l'orifice central de l'isolant, une électrode centrale à tête disposée dans la douille d'evacuation de chaleur, un élément de contact et une garniture d'étanchéité, caractérisée, selon l'invention, en ce que le cône thermique isolant est pourvu, dans l'orifice central près de sa face extrême, d'un bourrelet annulaire contre lequel s'applique une face extrême de la douille d'évacuation de chaleur, l'autre face extrême de cette douille s'appliquant contre la tête de l'électrode centrale, les surfaces intérieure et exterieure de la douille d'évacuation de chaleur étant respectivement en contact intime avec la surface de l'électrode centrale et avec la surface de l'isolant, que la tête de l'electrode centrale est disposée dans l'orifice central de l'isolant et que son diamètre est égal au diamètre extérieur de la douille d'évacuation de chaleur et au diamètre de l'orifice central de l'isolant dans lequel elle est placée, qu'on a logé, dans l'orifice central de l'isolant, un élément de contact et une garniture d'étanchéité se trouvant entre la tête de l'électrode centrale et l'élément de contact, la garniture d'étanchéité étant fabriquéeen un matériau électroconducteur De plus, la longueur du cône thermique isolant est dans la bougie d'allumage pour moteur à combustion interne, superieure à sa valeur nominale d'une valeur qui assure les paramètres requis pour la caracteris- tique thermique de la bougie d'allumage pour un moteur donné. La mise en application de l'invention revendiquée permet de creer une bougie d'allumage dans laquelle on assure un montage dur de l'électrode centrale avec la douille d'évacuation de chaleur et de la douille d'évacuation de chaleur avec l'isolant, on a amélioré, de ce fait même, l'evacua- tion de la chaleur excedentaire du cône thermique isolant et de l'électrode centrale et on a diminué leur chauffage. C'est pourquoi la bougie d'allumage réalisée selon cette conception doit avoir, pour la conservation de la temperature de travail du cône tronqué de l'isolant, un cône thermique de plus grande longueur. Cette condition est nécessaire pour assurer le régime thermique lors du fonctionnement d'une bougie d'allumage sur un moteur. La bougie d'allumage avec un long cône thermique isolant est sensiblement plus fiable en utilisation qu'une bougie d'allumage avec un cône thermique isolant court à condition que les caractéristiques thermiques de ces bou-gies d'allumage soient identiques. Cette amelioration des performances peut être expliquée par le fait que, pour une tension electrique invariable, la decharge électrique superficielle est moins probable. En améliorant l'é- vacuation de la chaleur excédentaire de la partie de travail de l'électrode centrale de la bougie d'allumage, on a baissé la température de la partie active de l'électrode centrale. La partie active, partie plus froide de l'électrode centrale, est maintenant soumise à une usure moins intensive par érosion électrique.Il s'ensuit que la duree de vie de la bougie d'allumage revendiquee est plus élevée. De plus, sa distance d'éclatement augmente lentement entre les él-ectrodes et, de ce fait, l'intervalle entre les opérations d'entretien, en ce qui concerne le réglage de la distance d'étincelles entre les électrodes de la bougie d'allumage, croît lui aussi. En augmentant la longueur du cône thermique isolant, on élargit la plage de la capacité de travail de la bougie d'allumage. Cette bougie d'allumage assure un fonctionnement fiable du moteur a petites charges et au ralenti et ne provoque pas l'allumage par incandescence aux régimes de charge maximale.De plus, en supprimant les jeux dans la bougie d'allumage dans le montage de l'électrode centrale avec la douille d'évacuation de chaleur et dans le montage de la douille d'evacuation de chaleur avec l'isolant, on elève davantage la stabilite de la caractéristique thermique de la bougie d'allumage et la fiabilité de fonctionnement. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails, et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisations donné uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel; La bougie d'allumage comporte un culot 1 sur lequel se trouve une électrode latérale 2. Un isolant 3, comprenant un cône thermique 4 et un orifice central 5, est fixé dans le culot 1. La longueur du cône thermique 4 de l'isolant 3 est supérieure à la valeur nominale d'une valeur necessaire pour assurer les paramètres requis pour la caractéristique thermique d'une bougie d'allumage d'un type donne du moteur. Par valeur nominale, on entend la longueur du cône thermique 4 de l'isolant 3 de la bougie d'allumage choisie pour un type donné du moteur. Dans l'orifice central 5 de l'isolant 3 est placée une électrode centrale 6 contre la tête 7 de laquelle s'applique une douille d'évacuation de chaleur 8. La douille d'évacuation de chaleur 8 s'applique intimement et respectivement par sa surface latérale 9 et par sa face inférieure 10, à la surface 11 de l'orifice central 5 de l'isolant 3 et au bourrelet annulaire 12 du cône thermique 4 tandis que la surface intérieure 13 et la face extrême supérieure 14 de cette douille s'appliquent respectivement à la surface 15 de l'électrode centrale 6 et à sa tête 7. Le diamètre de la tête 7 de l'electrode centrale 6, disposée dans l'orifice central 5 de l'isolant 3, est égal au diamètre extérieur de la douille d'évacuation de chaleur 8 et au diamètre de l'orifice central 5 de l'isolant 3 dans lequel elle est logée. L'électrode centrale 6 saillit de l'orifice du bourrelet annulaire 12 du cône thermique 4 de l'isolant 3. L'isolant 3 est rendu etanche par une garniture d'étanchéité 16, fabriquée en un matériau électroconducteur (mélange verre-metal) dans lequel est incorporé un élement de contact 17. La distance d'eclåtement 18 est formée entre l'électrode latérale 2 et l'électrode centrale 8. Une rondelle d'évacuation de chaleur 19 est placee entre l'isolant 3 et le corps 1. Les surfaces respectives 20, 21 et 22 de l'électrode centrale 6, de l'électrode latérale 2 et du cône thermique 4 de la bougie d'allumage sont des surfaces actives. La douille d'évacuation de chaleur 8 est fabriquée en un matériau relativement mou caractérisé par une haute -conductibilité thermique, par exemple, en cuivre. Pour les bougies d'allumage dans lesquelles on utilise l'isolant 3 à faibles propriétés mecaniques du fait des parois minces de son cône thermique 4, on réalise la douille d'évacuation de chaleur 8 en un materiau relativement mou ayant une haute resistance à la corrosion et une bonne conductibilité thermique, par exemple, de l'argent ou du cuivre revetu d'argent ou de nickel. La douille d'évacuation de chaleur 8 est fabriquée en une pièce monolithe ou repliée à partir d'une feuille. La bougie d'allumage est assemblée de la manière suivante. On pose la douille d'évacuation de chaleur 8 dans l'orifice central 5 de l'isolant 3 du côté opposé au cône thermique 4 sur le bourrelet annulaire 12 en l'appuyant par sa face extrême 10: Ceci fait, on engage l'électrode centrale 6 dans lesorifices de la douille d'évacuation de chaleur 8 et du bourrelet annulaire 12 du cône thermique 4 en appuyant sa tête 7 contre la face extrême 14 de la douille d'évacuation de chaleur 8. Ensuite, on place, successivement sur la tête 7 de l'électrode centrale 6, la garniture d'étan chéité 16 en matériau électroconducteur et un élément de contact 17. L'ensemble ainsi formé est porté à la température 800 a 9500C et y est maintenu pendant 8 à 12 minutes. En consequence, la garniture d'étanchéité devient plus molle. En appliquant un effort axial de 20 à 100 kg sur l'élément de contact 17, on serre axialement toutes les pièces de l'ensemble et on les maintient au moins 1 minute. En conséquence, l'électrode centrale 6 deplacée dans l'orifice central 5 de l'isolant 3 et dans l'orifice de la douille d'évacuation de chaleur 8 comprime, par sa tête 7, la douille d'évacuation de chaleur 8 mentionnée en diminuant sa longueur et en augmentant sa section transversale et la serre intimement et respectivement par sa surface latérale 9 et par la face extrême inferieure 10 contre la surface il de l'orifice central 5 de l'isolant 3 et contre le bourrelet annulaire 12 du cône 4, et respectivement par la surface intérieure 13 et par la face extrême supérieure 14 contre la surface 15 de l'électrode centrale 6 et contre celle de la tête 7. En outre, l'élément de contact 17 s'enfonce dans la garniture d'étanchéité 16. L'ensemble ainsi assemble se refroidit à la température ambiante. Ensuite, on le monte dans le culot 1 de la bougie d'allumage et on le fixe dans ce culot. La bougie d'allumage fonctionne de la manière suivante. Le système d'allumage crée une impulsion de haute tension électrique qui est envoyée à l'électrode latérale 2 et à l'électrode centrale 6 de la bougie d'allumage. En conséquence, une charge électrique se produit dans l'espace d'éclatement 18 sous forme d'une étincelle qui allume un me- lange combustible. Etant donné une haute température dans la chambre de combustion du moteur, la température des surfaces actives respectives 20, 21 et 22 de l'électrode 6, de l'électrode latérale 2 et du cône thermique 4, de la bougie d'allumage d'un moteur lancé à un régime forcé doit être de 8500C au maximum. Si elle est supérieure à cette valeur, la bougie peut provoquer l'allumage par incandescence. En outre, lorsqu'un moteur fonctionne au ralenti et à petites charges, les surfaces actives mentionnées 20, 21 et 22 de la bougie d'allumage doivent être à la temperature de 4500C au minimum et ne doivent pas se refroidir. Au cas contraire, la bougie d'allumage perd sa capacité de travail par suite delta formation de la connexion électrique de l'électrode centrale 6 avec le corps 1. Il s'ensuit que la présente invention permet d'augmenter la fiabilité et la durée de service de la bougie d'allumage et d'augmenter, par cela même, l'intervalle entre les opérations d'entretien en ce qui concerne le réglage de la distance d'éclatement de la bougie entre ses électrodes et d'élargir la plage thermique de sa capacité de travail. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentes qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont executées suivant son'esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection telle que revendiquee. REVENDICATIONS 1.- Bougie d'allumage pour moteur a combustion interne comportant un culot (1) avec une électrode latérale (2), un isolant (3) à cône thermique (4) ayant un orifice central (5) et dispose dans le culot (1), une douille d'evacuati-on de chaleur (3), logée dans l'orifice central (5) de l'isolant (3), une électrode centrale (6) ayant une tête (7) et disposée dans la douille d'évacuation de chaleur (8), un élément de contact (17), une garniture d'étanchéité (16), carac?érisée en ce que le cône thermique (4) de l'isolant (3) est pourvu, dans l'orifice central (5) près de sa face en bout, d'un bourrelet annulaire (12) contre lequel s'applique une face extrême (10) de la douille d'évacuation de chaleur (8), l'autre face extrême (14) de cette douille s'appliquant contre la tête (7) de l'elec- trode centrale (6), la surface interieure (13) et la surface extérieure (9) de la douille d'évacuation de chaleur (8) étant en contact intime avec la surface (15) de l'électrode centrale (6) et avec la surface (11) de l'isolant (3), que la tête (7) de l'électrode centrale (6) est disposée dans l'orifice central (5) de l'isolant (3) et que son diamètre est égal au diamètre exterieur de la douille d'évacuation de chaleur (8) et au dia metre del'orifice central (5) de l'isolant (3) dans lequel elle est pla crée, qu'on a loge dans l'orifice central (5) de l'isolant (3) un élement de contact (17) et une garniture d'étanchéité (16) se trouvant entre la tête (7) de l'électrode centrale (6) et l'élément de contact (17), la garniture d'étanchéité (16) étant fabriquee en un matériau électroconducteur. 2.- Bougie d'allumage pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur du cône thermique (4) de l'isolant (3) est supérieure à sa valeur nominale d'une valeur qui assure les paramètres requis de la bougie d'allumage pour le type donne du moteur.