Brevet FR2778031A1 — publié le 19991029

BOUGIE D'ALLUMAGE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE 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). 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 comprenant un manchon isolant ayant une surface d'appui annulaire destinée à s'appuyer contre un épaulement d'une culasse, au moins une électrode destinée à recevoir la haute tension et traversant longitudinalement le manchon isolant et une électrode de masse définissant, avec une extrémité axiale libre de l'électrode haute tension, un intervalle d'éclatement d'étincelle, caractérisée en ce que l'électrode de masse est constituée par une couche électri- quement conductrice recouvrant une fraction au moins du manchon isolant depuis la surface annulaire d'appui sur la culasse jusqu'à une zone située à proximité de l'électrode haute tension. En général, la bougie comportera une seule électrode haute tension, placée dans l'axe du manchon isolant. La couche conductrice peut se présenter sous des formes très différentes. Elle peut recouvrir en totalité la surface d'appui annulaire et la partie du manchon isolant comprise entre cette surface annulaire et une zone à proximité de l'électrode haute tension. Elle peut se réduire à des bandes régulièrement réparties angulairement autour de l'axe du manchon isolant. A proximité de l'1électrode de haute tension, la couche conductrice peut être en forme d'un anneau continu, de créneaux, de pointes, etc... 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. La couche conductrice peut présenter une épaisseur accrue sur la surface annulaire. Elle peut jouer le rôle de joint d'étan- chéité. La couche conductrice peut être incrustée dans le manchon isolant, de façon à ne pas se traduire par une surépaisseur. Mais en général cette couche conductrice sera déposée sur l'isolant avec un accrochage suffisant pour éviter qu'elle se détache. Pour cela, la couche peut être constituée par des procédés connus tels que la projection par plasma, la peintu- re, les techniques de réalisation de couches minces, les dépôts sous vide, la sérigraphie, le collage, le soudage et la technologie des poudres, les dépots sous vide. 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 se produit un mélange stoechio- métrique. La couche conductrice sera en règle générale métallique. Parmi les éléments chimiques qui tout à la fois présentent une conductivité électrique et une conductivité thermique satisfaisantes et ont une résistance appropriée aux hydrocar- bures et à la corrosion à haute température, on peut citer Ni, Pd, Rh, Pt, W, Ir et même Ti et les alliages à base de ces métaux. Suivant que la couche conductrice se réduit à des bandes longitudinales étroites ou s'étend sur 360 , on sera amené à adopter une épaisseur de couche variable, pour être aussi faible que 10 Lum dans le cas d'une coudhe continue et pouvant aller jusqu'à 1 mm dans le cas de bandes étroites. Pour obtenir un accrochage satisfaisant de la couche sur l'isolant, généralement constitué par une céramique, on sera souvent amené à prévoir une sous-couche très mince, d'épais- seur inférieure à 10 pam, en un métal tel que l'or. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. la description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'une bougie d'allumage selon un premier mode de réalisation de l'inven- tion; - les figures 2, 3 et 4 sont des vues de détail d'autres modes de réalisation; - la figure 5 est une vue de dessous de la bougie montrée en figure 4; - la figure 6, similaire à la figure 2, montre une autre variante encore de réalisation. La figure 1 montre 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 qui reçoit un embout 18 sur lequel sera monté un connecteur de liaison avec l'alimentation en impulsions à haute tension. Conformément à l'invention, 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. 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 durface 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 du 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 qui se trouve dans l'axe de ce dernier. L'électrode de masse est constituée par une couche conductrice en matériau métallique qui revêt totalement la zone d'appui annulaire et partiellement la partie terminale du manchon isolant. Dans le cas illustré sur la figure 1, l'électrode de masse est constituée de quatre bandes 26 raccordées au revêtement de la zone d'appui 28 et se terminant à proximité de l'extrémité de la partie terminale tronconique ou "bec" du manchon isolant. Lorsque, comme dans le cas de la figure 1, la largeur des bandes représente une fraction relativement faible, de l'ordre de 20%, de la circonférence de la partie terminale, il est souhaitable de donner à chaque bande une épaisseur relativement élevée, pouvant aller jusqu'à 1 mm. L'extrémité des bandes 26 définit, avec l'extrémité libre de l'électrode centrale haute tension 16, des intervalles d'éclatement d'étincelles permettant de créer un arc, utili- sant éventuellement un effet de décharge en surface, capable d'allumer les mélanges dans des conditions difficiles de fonctionnement de moteurs, par exemple au démarrage et au ralenti, aussi bien en pleine charge qu'en charge partielle. L'arc généré en utilisant une décharge rampante en surface se présente sous forme d'une étincelle glissante qui s'oppose au dépôt de calamine conductrice sur l'extrémité du bec du manchon isolant 14. Dans le mode de réalisation montré en figure 2, o les éléments correspondant à ceux de la figure lisont désignés par le même numéro de référence, la partie terminale du manchon isolant 14 est entièrement revêtue, sauf sur une longueur terminale 30 de l'ordre du millimètre située à proximité de la face terminale plate du manchon. Dans ce cas, l'épaisseur de la couche conductrice peut être beaucoup plus faible et par exemple ne pas dépasser 0,1 mm. La bougie d'allumage dont une fraction est montrée sur la figure 3 diffère de celle de la figure 1 en ce que l'extrémité du bec d'isolant est en forme de calotte sphéri- que. Les bandes 26 qui constituent l'électrode de masse, au nombre de 4, se terminent à la base de la calotte sphérique. La bougie montrée en figure 4 et 5 diffère de celle de la figure 1 en ce que les bandes constitutives de l'électrode de masse, au nombre de trois, sont reliées par un anneau conducteur 32 présentant des pointes régulièrement réparties en regard de la surface latérale cylindrique de l'électrode centrale haute tension 16. Dans la variante de réalisation montrée en figure 6, le bec du manchon isolant est très court de façon que l'élec- trode centrale soit sensiblement de niveau avec le débouché du puits 20 dans la chambre de combustion. Cet emplacement de l'espace d'apparition des étincelles peut être avantageux dans le cas notamment de moteurs à taux de compression très élevé. La couche conductrice est généralement déposée sur le manchon. Cependant elle peut être incrustée dans le manchon isolant plutôt que de constituer une couche en sur-épaisseur. Ce résultat peut être obtenu en réalisant la couche conduc- trice par imprégnation et cuisson. Par ailleurs, on peut utiliser des moyens autres qu' un écrou 18 pour maintenir la bougie en appui étanche contre un épaulement annulaire de la culasse. En particulier, on peut maintenir la bougie appuyée en utilisant des bobines indivi- duelles de petite taille, dites "bobines crayons" appliquées à force contre l'extrémité externe de la bougie. Dans le cas o les bougies sont prévueslpour une très longue durée de fonctionnement, il est même possible de les monter de façon définitive dans la culasse. La fabrication des bougies n'implique que quelques étapes supplémentaires par rapport à des modes de fabrication bien connus, du moins lorsque la bougie comporte une seule électrode haute tension placée axialement. Dans ce dernier cas on peut compacter directement une poudre de matériau céramique, tel que de l'alumine avec une faible proportion de charges, sur l'électrode centrale, puis fritter la céramique par un processus classique. L'isolant peut également être moulé sur une broche en matériau réfrac- taire qui est ensuite retirée pour être remplacé par l'élec- trode centrale que l'on scelle par un ciment verre. La couche constitutive de l'électrode de masse peut être réalisée en plusieurs étapes. Par exemple une sous-couche d'accrochage en or, d'épaisseur inférieure à 10 p/n, peut être déposée par un procédé classique, tel que le dépôt chimique ou le dépôt en phase vapeur en protégeant par un masque les zones sur lesquelles on ne souhaite pas effectuer un dépôt. Sur cette sous-couche on dépose ensuite une pellicule métallique par un procédé traditionnel, y compris notamment l'électrolyse, notamment dans le cas du nickel. Ce dépôt peut s'effectuer en deux étapes, avec des masques différents, de façon à obtenir une sur-épaisseur sur la zone annulaire d'appui 22. REVENDICATIONS l.Bougie d'allumage pour moteur à combustion interne et à allumage commandé comprenant un manchon isolant (14) ayant une surface annulaire destinée à s'appuyer contre un épaule- ment d'une culasse, au moins une électrode (16) destinée à recevoir la haute tension, traversant longitudinalement le manchon isolant, et une électrode de masse définissant, avec une extrémité axiale libre de l'électrode haute tension, un intervalle d'éclatement d'étincelle, caractérisée en ce que l'électrode de masse est constituée par une couche conduc- trice (26) recouvrant une fraction au moins du manchon isolant depuis la surface annulaire d'appui sur la culasse jusqu'à une zone située à proximité de l'électrode de haute tension. I 2. Bougie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche conductrice recouvre en totalité la surface d'appui annulaire et la partie du manchon isolant comprise entre cette surface annulaire et une zone à proximité de l'électrode haute tension. 3. Bougie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche conductrice se réduit à des bandes régulière- ment réparties angulairement autour de l'axe du manchon isolant. 4. Bougie selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche conductrice comporte, à proximité de l'élec- trode haute tension, un anneau continu. 5. Bougie selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'anneau présente des pointes ou créneaux dirigés vers l'électrode haute tension. 6. Bougie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche conductrice constitue un joint d'étanchéité. 7. Bougie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche est comprise entre 10lum et 1 mm. 8. Bougie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche est en Ni, Pd, Rh, Pt, W ou Ir, Ti ou en alliage à base d'un de ces métaux. 9. Bougie selon la revendication 8, caractérisée en ce que la couche est portée par une sous-couche d'accrochage d'épaisseur inférieure à lo am.