Brevet FR2640092A1 — publié le 19900608

Bougie d'allumage destinée à être utilisée dans des moteurs à combustion interne et procédé d'allumage utilisant cette bougie" Cette invention concerne une bougie d'allumage destinée à être utilisée dans des moteurs à combustion interne d'automobiles et analogues, dans laquelle au moins une électrode de masse est appariée avec une électrode centrale, cette électrode de masse étant courbée vers l'intérieur au milieu de celle-ci, approximativement à angle droit vers l'électrode centrale, de façon que son extrémité puisse venir en face de la surface latérale de l'électrode centrale avec un intervalle d'étincelles entre elles, et le sommet de l'électrode centrale étant opposé à un piston avec un espace entre eux. Les auteurs de l'invention ont développé une bougie d'allumage décrite dans la publication de la demande du brevet japonaise Ne Sho 62-11471. Dans la bougie d'allumage, une ligne de rainure d'allumage est formée sur l'autre côté d'une électrode de masse par rapport à une électrode centrale de façon qu'une petite quantité de mélange de gaz, se trouvant dans la rainure, puisse être tout d'abord allumée pour produire une combustion rapide dans tout l'espace de la chambre de combustion. Dans l'art antérieur, bien que l'extrémité libre des électrodes de masse, jusqu'o arrive la rainure d'allumage, soit courbée vers l'intérieur de manière à venir très près des électrodes centrales, avec un intervalle d'étincelles entre ces électrodes, la capacité de la rainure d'allumage à contenir le mélange de gaz reste pratiquement la même d'une extrémité à l'autre, de sorte que la puissance d'allumage se trouve ainsi limitée et ne peut plus être encore renforcée. Pour cette raison, dans une bougie d'allumage, selon la présente invention, l'extrémité libre d'une électrode de masse venant en face d'une électrode centrale, est partiellement entaillée de manière à former une cavité destinée à contenir le mélange de gaz, et la capacité de la cavité augmente en même temps que la distance entre la surface intérieure de la cavité et la surface latérale de l'électrode centrale. Ainsi, la présente invention concerne une bougie caractérisée en ce que l'extrémité de l'électrode de masse est partiellement entaillée de façon qu'on puisse former à cet endroit une cavité destinée à contenir un mélange de gaz, et en ce que la capacité de cette cavité peut augmenter progressivement avec l'augmentation de la distance entre cette cavité et l'électrode centrale. D'autres améliorations et avantages de l'invention sont caractérisés en ce que la cavité est réalisée sous la forme d'une encoche en forme de V sur l'extrémité de l'électrode de masse; le fond de l'encoche en forme de V est réalisé sous forme plate; le fond de l'encoche en forme de V est réalisé sous forme circulaire; l'électrode de masse est montée de manière à former une paire de chaque côté de l'électrode centrale, en ce que l'extrémité de l'électrode de masse qui défini: l'intervalle d'étincelles en association avec la surface latérale de l'électrode centrale, est réalisée sous une forme suffisamment large pour comprendre une cavité circulaire au milieu de celle-ci e: deux cavités courbes de chaque côté de celle-ci, et en ce que les cavités courbes d'une électrode de massa sont opposées à celles de l'autre électrode respect:vement avec un intervalle d'étincelles entre elles, de manière à former à cet endroit un vaste espace destiné à contenir le mélange de gaz, la capacité de cet espace augmentant progressivement avec l'augmentation de distance entre la surface de la cavité courbe et la surface latérale de l'électrode centrale; l'électrode de masse est réalisée sous -ne forme ronde avec un trou sensiblement carré au milieu de celle-ci, et se trouve supportée par au moins un support partant du boîtier électriquement conducteur, an ce que le trou est réalisé sous une forme suffisamment grande pour pouvoir recevoir l'électrode centrale au milieu de celui-ci en laissant un intervalle d'étincelles de chaque côté de celui-ci, et en ce que deux cavités sont formées de chaque côté du trou de façon qu'une cavité formée sur un côté et une cavi:é formée sur l'autre côté suivant forment un vaste espace destiné à contenir le mélange de gaz à chaque coin du trou, à l'endroit o la distance entre le côté du trou et la surface latérale de l'électrode ceztrale devient maximum; le trou est réalisé sous une forme triangulaire; le trou est réalisé sous une forme pentagonale; il consiste à allumer en premier lieu une quantité minimum de mélange de gaz sur le bord de la cavité le plus proche de l'intervalle d'étincelles à l'extrémité de l'électrode de masse, par les étincelles formées dans l'intervalle d'étincelles, puis à allumer ensuite une plus grande quantité de mélange de gaz dans la cavité, dont la capacité augmente progressivement avec l'augmentation de distance entre la cavité et la surface latérale de l'électrode centrale. Par suite, lorsque le mélange de gaz se trouvant sur le bord de la cavité est allumé par les étincelles apparaissant dans l'intervalle d'étincelles, l'allumage se propage dans la cavité en multipliant les germes d'allumage de façon que la combustion du gaz s'étende instantanément à toute la cavité dans des conditions idéales. En conséquence, non seulement l'allumage du mélange de gaz est accéléré à l'intérieur de la cavité, mais encore des germes d'allumage de formation secondaire peuvent se multiplier beaucoup plus intensivement dans cette bougie d'allumage que dans les bougies selon l'art antérieur. De ce fait, le temps précédant la combustion est fortement réduit et le gaz de combustion est intensifié au point d'allumer aussi bien le mélange de gaz environnant. Les germes d'allumage se multiplient de façon croissante dans la cavité d'une manière progressive telle qu'il en résulte la dilatation des gaz de combustion en série avec celle-ci. Ainsi, comparativement aux bougies d'allumage classiques, les pertes d'énergie du processus d'allumage peuvent être réduites en équilibrant la force d'allumage et la profondeur de la cavité. Pour mieux comprendre l'invention, on se référera maintenant à la structure et au fonctionnement de la bougie d'allumage selon l'invention représentée sur les dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie essentielle d'une bougie d'allumage selon l'invention; - la figure 2 est une vue d'ensemble, en élévation, de la même bougie d'allumage que celle de la figure 1; - la figure 3 est une vue de-dessous de la même bougie d'allumage que celle de la figure 1; - la figure 4 est une vue partiellement agrandie d'une partie essentielle de la même bougie d'allumage que celle de la figure 1; - la figure 5 est une vue de-dessous d'une variante de la bougie d'allumage représentée sur les figures 1 à 4; - la figure 6 est une vue de-dessous d'une autre variante de la bougie d'allumage représentée sur les figures 1 à 4; - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une partie essentielle d'une autre bougie d'allumage selon l'invention; - la figure 8 est une vue de-dessôus de la même bougie d'allumage que celle de la figure 7; - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une partie essentielle d'une autre bougie d'allumage encore selon l'invention; et - la figure 10 est une vue de-dessous de la même bougie d'allumage que celle de la figure 9; dans laquelle la référence 8 indique la position d'un piston, mais le piston lui-même n'étant pas représenté sur les figures ci-dessus. Comme la bougie d'allumage doit être fixée solidement à un bloc-moteur, l'extérieur de celle-ci est muni d'un bottier métallique électriquement conducteur 1 portant un pas de vis mâle au voisinage de son sommet, comme indiqué à 'la figure 2. Un isolateur 2 généralement réalisé en porcelaine et recouvrant un fil conducteur branché à une borne 3 et une électrode centrale cylindrique 4, est maintenu solidement par le boîtier métallique 1. Une paire d'électrodes de masse à section rectangulaire 5, 5 constituées par des prolongements du boîtier métallique, sont recourbées au milieu vers l'intérieur, sensiblement à angle droit, en direction de l'électrode centrale 4. Ainsi, un intervalle d'étincelles est formé entre la surface latérale 4a de l'électrode centrale 4 et l'extrémité Sa des électrodes de masse 5, 5. Une encoche 7 en forme de V, destinée à contenir le mélange de gaz, est réalisée sur l'extrémité 5a des électrodes de masse 5, 5 de façon que le bord de l'encoche 7 puisse embrasser toute la largeur des électrodes de masse, corme indiqué à la vue de-dessous montrée en figure 3. Pendant ce temps, la zone de section transversale c'est-à-dire, en d'autres termes, la capacité de l'encoche 4 par unité de longueur, augmente progressivement avec l'augmentation de distance entre l'intérieur de l'encoche et la surface latérale de l'électrode centrale. L'extrémité libre 5a des électrodes de masse , 5 porte une encoche en V de même forme de façon que lorsqu'une haute tension est appliquée entre l'électrode centrale et les électrodes de masse au moyen de la borne 3, des étincelles apparaissent dans l'intervalle d'étincelles 6. Plus précisément, ces étincelles donnent naissance à des germes de flamme ou germes d'allumage primaire de manière à allumer le mélange de gaz en premier lieu sur le bord de l'encoche 7 en forme de V. Lorsque l'allumage se développe dans l'encoche dont la capacité augmente progressivement avec sa distance à l'électrode centrale 4, la combustion se développe également progressivement en multipliant des germes d'allumage secondaires. De cette manière, la totalité du mélange de gaz contenu dans la chambre de combustion est allumée suffisamment instantanément pour produire une forte explosion. Le tableau ci-après représente les résultats de deux essais de circulation effectués réellement sur pratiquement la même route dans la ville d'Osaka en utilisant un camion ordinaire non chargé (1300 cc, 4 cylindres, 4 temps), avec la bougie d'allumage selon l'invention et avec une bougie ordinaire du commerce, en- prenant la précaution, dans les deux essais de circulation, de maintenir la vitesse maximum à environ km/heure et la vitesse moyenne entre 40 et 60 km/heure. Tableau Carburant kilométrage Rendement Rapport des consommé parcouru du carburant rendements Bougie selon ltinvention 11,78 1 109 km 9,25 km/1 130,6 % Bougie du' commerce 16,10 1 114 km 7,98 km/1 100,0 % Les figures 1 à 4 ne représentent qu'une bougie d'allumage à électrodes de masse doubles; cependant, on peut faire fonctionner aussi bien de la même manière une bougie d'allumage à électrode de masse unique ou à électrodes de masse triples, si l'extrémité de ces électrodes de masse est formée de la même manière. De plus, la forme de l'encoche 7 peut être modifiée comme indiqué par exemple dans les vues de-dessous aux figures 5 et 6. Plus précisément, l'une de ces encoches est modifiée pour obtenir une encoche à fond plat, comme indiqué à la-figure 5, et l'autre encoche est modifiée pour obtenir une encoche à fond circulaire, comme indiqué sur la figure 6. Pour toutes ces modifications, on peut obtenir un effet souhaitable analogue à celui du prototype représenté aux figures 1 à 4. Les figures 7 et 8 représentent un autre exemple. Une paire d'électrodes de masse en forme de croissant 5, 5 sont montées sur le dessus de supports 9, 9 partant du boîtier métallique 1, les supports étant disposés parallèlement aux électrodes centrales 4. Comme cela apparaît sur la vue de-dessus à la figure 8, l'extrémité ou surface intérieure des électrodes de masse 5, 5, définissant un intervalle d'étincelles 6 en association avec la surface latérale 4a de l'électrode centrale 4, est réalisée suffisamment large pour former, au milieu, une cavité circulaire 5a dont le rayon de courbure est supérieur au rayon de l'électrode centrale 4 et, des deux côtés de celle-ci, deux cavités courbes 7', 7' dont la fonction est équivalente à celle de l'encoche 7 du premier exemple. A l'extérieur des cavités courbes respectives 7 se trouve une face plate 10; on obtient ainsi, entre la face plate 10 d'une électrode de masse 5 et la face plate opposée 10 de l'autre électrode 5, un espace 11 qui s'élargit vers l'extérieur. La configuration des électrodes de masse et de l'électrode centrale est telle que lorsque des étincelles apparaissent dans l'intervalle d'étincelles 6, ces étincelles donnent naissance à des germes d'allumage en premier lieu sur le bord des cavités courbes 7', 7', à l'endroit o les cavités courbes et la cavité circulaire se rejoignent. Le nombre des germes d'allumage augmente en multipliant les germes d'allumage secondaires, et provoque la combustion des gaz s'étalant radialement vers l'extérieur à partir de l'espace 11. Comme les cavités courbes 7', 7' d'une électrode de masse sont opposées respectivement à 7", 7" de l'autre électrode de masse, avec l'intervalle d'étincelles 6 entre elles, et se forme, pour contenir le mélange de gaz, un grand espace don_ la capacité augmente progressivement avec l'augmentation de distance entre la surface de la cavité courbe et la surface de l'électrode centrale 4. On peut ainsi donner naissance, à cet endroit, à un plus grand nombre de germes d'allumage, et obtenir ainsi une combustion plus instantanée. Les figures 9 et 10 représentent un autre exemple encore dans lequel la paire d'électrodes de masse 5, 5 des exemples précédents sont réalisées en une seule électrode de manière à former un cercle entourant l'électrode centrale 4. Plus précisément, *une électrode de masse ronde 5 est supportée par une paire de supports 9, 9 partant du boîtter métallique 1; et au milieu de l'électrode de masse 5 se trouve un trou sensiblement carré au centre duquel est placée l'électrode centrale 4, avec un intervalle d'étincelles 4 placé de chaque côté du trou. Les côtés du trou comprennent une partie circulaire 5a formant l'intervalle d'étincelles 6 en association avec la surface latérale de l'électrode centrale 4, et deux cavités 7, 7 de chaque côté de la partie circulaire a. Une cavité située d'un côté et une cavité située de l'autre côté suivant, ferment un vaste espace destiné à contenir le mélange de gaz entre.elles à chaque coin du trou; ainsi, la capacité de l'espace atteint son maximum sur la diagonale o la distance entre la surface intérieure de l'électrode de masse (côté du trou) et la surface latérale de l'électrode centrale 4 devient maximum. Le trou présente une forme telle que le mélange de gaz peut être collecté en abondance au voisinage de chaque coin de ce trou dont la fonction est ainsi équivalente à celle de l'encoche 7 du premier exemple et de la cavité 7' du second exemple. Par suite, lorsque des étincelles apparaissent dans l'intervalle d'étincelles 6, il se forr.e à l'endroit de celui-ci un grand nombre de germes d'allumage et cela est la cause d'une combustion forte et instantanée dans tout l'espace de la chambre de combustion. On s'est référé à une électrode de masse ronde munie d'un trou sensiblement carré pour recevoir une électrode centrale au milieu de celui-ci; cependant, il va sans dire que la forme du trou peut être modifiée pour prendre celle d'un triangle ou d'un pentagone tout en restant dans le cadre de l'invention, et qu'on peut encore obtenir un effet souhaitable, d'une manière analogue, avec ces formes. REVENDICATIONS 1 ) Bougie d'allumage destinée à être utilisée dans des moteurs à combustion interne, dans laquelle au moins une électrode de masse (5, 5) est appariée avec une électrode centrale (4), cette électrode de masse étant courbée vers l'intérieur au milieu de celle-ci, approximativement à angle droit vers l'électrode centrale (4), de façon que son extrémité puisse venir en face de la surface latérale de l'électrode centrale avec un intervalle d'étincelles entre elles, et le sommet de l'électrode centrale étant opposé à un piston avec un espace entre eux, bougie caractérisée en ce que l'extrémité de l'électrode de masse (5, 5) est partiellement entaillée de façon qu'on puisse former à cet endroit une cavité (6) destinée à contenir un mélange de gaz, et en ce que la capacité- de cette cavité peut augmenter progressivement avec l'augmentation de la distance entre cette cavité et l'électrode centrale (4). 2 ) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité est réalisée sous la forme d'une encoche (7) en forme de V sur l'extrémité de l'électrode de masse. 3 ) Bougie d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le fond de l'encoche (7) en forme de V est réalisé sous forme plate. 4 ) Bougie d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le fond de l'encoche (7) en forme de V est réalisé sous forme circulaire. ) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode de masse (5, 5) est montée de manière à former une paire de chaque côté de l'électrode centrale (4), en ce que l'extrémité de l'rélectrode de masse qui définit l'intervalle d'étincelles en association avec la surface latérale de l'électrode centrale (4), est réalisée sous une forme suffisamment large pour comprendre une cavité circulaire au milieu de celle-ci et deux cavités courbes de chaque côté de celle-ci, et en ce que les cavités courbes d'une électrode de masse sont opposées à celles de l'autre électrode respectivement avec un intervalle d'étincelles entre elles, de manière à former à cet endroit un vaste espace destiné à contenir le mélange de gaz, la capacité de cet espace augmentant progressivement avec l'augmentation de distance entre la surface de la cavité courbe et la surface latérale de l'électtode centrale. 6 ) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode de masse (4) est réalisée sous une forme ronde avec un trou sensiblement carré au milieu de celle-ci, et se trouve supportée par au moins un support partant du boîtier électriquement conducteur (1), en ce que le trou est réalisé sous une forme suffisamment grande pour pouvoir recevoir l'électrode centrale au milieu de celui-ci en laissant un intervalle d'étincelles de chaque côté de celui-ci, et en ce que deux cavités sont formées de chaque côté du trou de façon qu'une cavité formée sur un côté et une cavité formée sur l'autre côté suivant forment un vaste espace destiné à contenir le mélange de gaz à chaque coin du trou, à l'endroit o la distance entre le côté du trou et la surface latérale de l'électrode centrale devient maximum. 7') Bougie d'allumage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le trou est réalisé sous une forme triangulaire. 8 ) Bougie d'allumage selon la revendication 6, caractérisée en ce que.le trou est réalisé sous une forme pentagonale. 9 ) Procédé d'allumage d'un mélange de gaz dans une bougie d'allumage selon les revendications 1 à 8, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à allumer en premier lieu une quantité minimum de mélange de gaz sur le bord de la cavité le plus proche de l'intervalle d'étincelles, à l'extrémité de l'électrode de masse (5, 5), par les étincelles formées dans l'intervalle d'étincelles, puis à allumer ensuite une plus grande quantité de mélange de gaz dans la cavité, dont la capacité augmente progressivement avec l'augmentation de distance entre la cavité et la surface latérale de l'électrode centrale (4).