Brevet FR2779014A1 — publié le 19991126

BOUGIE D'ALLUMAGE POUR MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE La présente invention concerne les bougies d'allumage pour les moteurs à combustion interne et à allumage commandé et elle trouve une application importante, bien que non exclusive, sur les moteurs à injection directe de combustible dans les chambres de combustion. Les bougies d'allumage habituelles comprennent une électrode centrale à haute tension montée dans un manchon isolant, habituellement en céramique, lui-même placé dans un corps tubulaire métallique, dit "culot". L'électrode à haute tension fait saillie hors du corps métallique et se termine en face de l'extrémité d'une électrode de masse courbe raccordée au culot. Dans une variante, le culot porte plusieurs électrodes de masse placées radialement en regard de l'extrémité de l'électrode haute tension, placée suivant l'axe du manchon isolant. Ces bougies permettent un bon fonctionnement du moteur. Elles ont l'inconvénient d'un encombrement important, qui impose des contraintes sur l'implantation des différents éléments qui débouchent dans la chambre de combustion (injecteurs, bougies et soupapes). Pour tenter d'écarter les problèmes d'encombrement, on a proposé des bougies dépourvues de culot et sans électrode de masse, destinées à être montées dans des chambres de combustion o se déplace un piston ayant une partie centrale à la masse. L'étincelle se produit alors entre la saillie centrale du piston et l'électrode centrale unique de la bougie. Cette solution présente des inconvénients. En particulier les déplacements du piston modifient l'écartement des électrodes en fonction de l'avance à l'allumage. De plus un système d'allumage comportant un tel intervalle d'éclate- ment d'étincelle a des exigences élevées en énergie et impose des contraintes élevées à la céramique constituant le manchon isolant. La présente invention vise à fournir une bougie répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle a un encombrement faible, un nombre de composants réduit et une grande souplesse quant à sa géométrie, permettant de donner une valeur optimale à la saillie de la bougie dans une chambre de combustion. Dans ce but l'invention propose notamment une bougie d'allumage sans culot comprenant un manchon isolant ayant une surface d'appui annulaire destinée à s'appuyer contre un épaulement d'une culasse et au moins deux électrodes traver- sant longitudinalement le manchon isolant et ayant des extrémités libres qui définissent un intervalle d'étincelle. En particulier on peut prévoir une électrode centrale, qui peut être une électrode de masse ou plus fréquemment une électrode haute tension, et plusieurs électrodes parallèles à l'électrode centrale, régulièrement réparties autour d'elle et portées à un potentiel commun. Ces électrodes, qu'on peut qualifier de périphériques, peuvent être parallèles à l'élec- trode centrale ou être obliques par rapport à l'axe du manchon. Cette disposition laisse une large latitude quant à la disposition, au nombre et à la forme des électrodes ainsi qu'à la nature des matériaux qui les constituent. Le nez du manchon isolant peut avoir des formes très variées, notamment en fonction du choix qui est fait entre la recherche d'une étincelle sous forme d'un arc dans l'atmosphère de la chambre ou sous forme d'une décharge de surface le long du bec du manchon isolant. Des moyens d'étanchéité seront prévus entre la bougie et la culasse dans laquelle elle est montée. Ces moyens peuvent être constitués par un joint interposé entre la surface d'appui et l'épaulement de la culasse. En plus des électrodes, il peut être prévu dans l'isolant un capteur de la pression dans la chambre de combustion. Ce capteur peut notamment être placé dans un canal sensiblement de même diamètre que les électrodes périphériques, remplacant une de ces électrodes dans un arrangement circonférentiel régulier. Dans tous les cas, la suppression du culot de la bougie permet de simplifier notablement cette dernière et de réduire son encombrement. Du fait de la latitude que laisse la constitution de la bougie sur la longueur du manchon comprise entre la surface annulaire d'appui et l'emplacement de l'électrode de masse, on peut adapter les bougies à chaque moteur particulier et disposer l'emplacement o se produit l'étincelle dans une zone o le mélange est stoechiométrique. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle, en coupe suivant un plan passant par l'axe, d'une bougie d'allumage selon un premier mode de réalisation de l'invention; - les figures 2 et 3 montrent le nez d'une bougie d'allumage selon un autre mode de réalisation, respectivement en élévation et en vue en bout; - les figures 4 et 5, similaires aux figures 2 et 3, montrent un autre mode de réalisation; - les figures 6 et 7, encore similaires aux figures 2 et 3, montrent une autre variante de réalisation encore; - la figure 8, similaire à la figure 1, montre une bougie comportant un capteur de pression. La figure 1 montre la partie terminale d'une bougie d'allumage 10 montée dans une culasse 12. La bougie comporte, de façon classique, un manchon isolant 14, généralement en céramique. Dans ce manchon isolant est noyée une électrode centrale haute tension 16. Cette électrode centrale fait saillie hors du manchon. Elle se prolonge vers le haut par une tige 28 qui reçoit un embout 10 sur lequel sera monté un connecteur de liaison avec l'alimentation en impulsions à haute tension. Le manchon est dépourvu de culot. Il peut être fixé directement dans la culasse par un écrou 18 vissé dans un taraudage ménagé dans un puits 20 qui traverse la culasse. L'écrou comporte une collerette interne terminale qui s'appuie contre un épaulement du manchon isolant par lin- termédiaire d'une rondelle 21. La partie terminale du manchon isolant, destinée à être exposée à l'atmosphère qui règne dans la chambre de combus- tion, se raccorde à la partie médiane par une surface d'appui annulaire 22 destinée à être appuyée par l'écrou 18 contre un épaulement interne du puits 20. Un joint d'étanchéité 24, dont la constitution peut être classique, est interposé entre la zone annulaire d'appui 22 et l'épaulement d'un puits 8. Dans le cas illustré sur la figure 1, la partie terminale a une longueur suffisante pour être largement en saillie dans la chambre de combustion, pour former ce qu'on appelle couramment une bougie à "électrodes projetées". L'électrode haute tension interne 16 fait légèrement saillie hors du manchon et se trouve dans l'axe de ce dernier. Elle est reliée à une vis terminale monobloc 28, dont seule la partie terminale est montrée, par du ciment- verre 30 conducteur. La bougie de la figure 1 comporte deux électrodes de masse 32 placées symétriquement par rapport à l'électrode centrale haute tension 16. Elles sont reliées électriquement à l'écrou 18 par la rondelle bombée 21. les extrémités des électrodes 32 dépassent elles aussi légèrement du bec du manchon. Toutes les électrodes sont en alliage réfractaire, généralement en alliage de Ni, Rd, Ir, Rh, Pr ou W. Les extrémités des électrodes 16 et 32 définissent des intervalles d'éclatement d'étincelles. Dans le cas illustré, l'extrémité du bec présente une saillie centrale qui évite les étincelles directes dans l'atmosphère de la chambre de combustion. L'arc se crée en conséquence en utilisant l'effet de décharge de surface, assurant l'allumage dans des condi- tions difficiles de fonctionnement moteur, telles que: démarrage, ralenti, fonctionnement en mode stratifié ou homogène, aussi bien en pleine charge qu'en charge partielle. L'arc généré en utilisant l'effet de décharge de surface se présente sous la forme d'une étincelle glissante qui empêche tout dépôt de calamine conductrice sur l'extrémité du bec d'isolant. Cette disposition n'est pas impérative et les extrémités des électrodes peuvent être au même niveau. La bougie peut être fabriquée en s'écartant peu des techniques habituelles. La composition destinée à donner naissance à la céramique du culot est mise en place sur des broches en carbure de tungstène de même forme que les électrodes et présentant une légère dépouille, par pressage isostatique, ou mieux par filage ou injection. Après cuisson vers 1600 C, les broches sont retirées. Le manchon est usiné pour le mettre en forme. Les électrodes sont mises en place et fixées par une colle haute température. L'électrode centrale sera généralement en forme de tige cylindrique. Les électrodes latérales 32 peuvent être de forme cylindrique ou plates, avec une épaisseur pouvant aller de quelques dixièmes à quelques millimètres d'épaisseur ou de diamètre. La bougie montrée partiellement en figures 2 et 3 (o les éléments correspondant à ceux de la figure 1 portent le même numéro de référence) a six électrodes de masse 32 régulière- ment réparties autour de l'électrode centrale 16 de plus grand diamètre. La saillie du nez est de forme tronconique. La bougie d'allumage représentée en figure 4 diffère de celle de la figure 1 en ce que l'extrémité d'une seule des électrodes 32a périphériques est recourbée et disposée axialement en regard de l'extrémité plane de l'électrode centrale. Dans ce cas, l'étincelle se produira par décharge rampante vers les électrodes 32, puis dans le mélange gazeux entre les électrodes 16 et 32a. Dans le cas illustré en figure 5, l'extrémité d'une seule 32a des électrodes périphériques est recourbée. Sa face terminale est placée radialement en regard de la surface latérale cylindrique de l'électrode centrale 4 dont l'extré- mité présente elle-même une face biseautée en regard de l'extrémité d'une autre électrode périphérique 32. La bougie montrée en figures 6 et 7 ne comporte pas d'électrode centrale, mais quatre électrodes (ce nombre n'étant pas limitatif) régulièrement réparties angulairement. Deux d'entre elles, 36 par exemple, sont reliées à la masse par des moyens qui peuvent être similaires à ceux de la figure 1. Les deux autres 38 sont reliées à la haute tension par des éléments de connexion qui peuvent être noyés dans la céramique du manchon 14. Le fonctionnement est encore similaire à celui de la figure 1, si ce n'est qu'en l'absence de saillie, l'étincelle peut s'amorcer dans l'air. Au lieu de prolonger le bec d'isolant à distance de la paroi, comme le montre la figure 1, on peut le raccourcir de façon que les extrémités des électrodes débordent à peine du puits dans la culasse. Quel que soit le mode de réalisation choisi, la bougie d'allumage présente des avantages sur les bougies tradition- nelles. Elles est directement intégrée à la culasse, sans apport d'un culot métallique, ce qui réduit son encombrement et permet une implantation optimale de quatre soupapes et d'un injecteur dans le cas de moteurs à injection directe d'es- sence. Grâce à l'implantation à la fois d'électrodes positives et négatives dans le manchon isolant, elle permet d'éviter d'implanter l'électrode de masse sur des pièces autres que la bougie. Elle permet de réduire les coûts de réalisation en limitant le nombre d'éléments entrant dans sa composition. Elle rend possible la réalisation de bougies dites à "électrodes projetées" tout en bénéficiant de l'effet de décharge de surface et évite le noyage au démarrage et l'encrassement à bas régime, grâce à la position du point d'allumage dans la zone de mélange stoechiométrique. On peut de plus remplacer une ou plusieurs électrodes par des capteurs disposés de façon à ne pas perturber les mesures, c'est-à-dire non alignés entre deux électrodes de polarités opposées. La figure 8 montre une variante de la figure 1, compor- tant un capteur de pression 40 qui remplace une des électro- des 32. Il est prolongé par des fils de connexion qui traversent la rondelle d'appui 21 et une fente de l'écrou ou un jeu radial entre l'écrou 18 et l'isolant. REVENDICATIONS 1. Bougie d'allumage pour moteur à combustion interne et à allumage commandé, comprenant un manchon isolant ayant une surface d'appui annulaire destinée à s'appuyer contre un épaulement d'une culasse et au moins deux électrodes (16,32; 36,38) traversant longitudinalement le manchon isolant et ayant des extrémités libres qui définissent un intervalle d'étincelle. 2. Bougie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes comprennent une électrode centrale et plusieurs électrodes périphériques parallèles à l'électrode centrale, régulièrement réparties autour d'elle et portées au même potentiel. 3. Bougie selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'électrode centrale est de plus grand diamètre que les électrodes périphériques. 4. Bougie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes (36,38) sont régulièrement réparties autour de l'axe du manchon. 5. Bougie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une des électrodes est remplacée par un capteur de pression. 6. Bougie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par des moyens d'étanchéité entre la bougie et la culasse dans laquelle elle est montée, constitués par un joint interposé entre la surface d'appui et l'épaulement de la culasse. 7. Bougie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le manchon isolant présente une saillie terminale centrale traversée par l'électrode centrale, de façon à provoquer la création d'un arc par décharge de surface. 8. Bougie selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'extrémité d'une des électrodes périphériques (32a) est recourbée et placée axialement ou radialement en regard de l'extrémité de l'électrode centrale, les autres électrodes périphérique (32) étant rectilignes.