Brevet FR2864173A1 — publié le 20050624

Dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne et culasse équipée d'un tel dispositif La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, et plus particulièrement un dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne permettant de produire une étincelle pour initier une combustion d'un jet carburant injecté dans une chambre de combustion. De façon classique, un moteur à combustion interne comprend une conduite d'admission d'air et un injecteur apte émettre un jet de carburant dans la conduite pour former un mélange air/essence. La conduite d'admission débouche dans une chambre de combustion fermée par une culasse sur laquelle est fixée une bougie. La bougie émet une étincelle qui initie la combustion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion. Des moteurs à injection directe ont été développés. De tels moteurs comprennent un injecteur fixé sur une culasse et émettant un jet de carburant directement dans une chambre de combustion. Ces moteurs permettent de mieux contrôler la combustion du carburant pour augmenter les performances du moteur ou contrôler les émissions de gaz polluants. Les documents WO 01 29406, WO 01 29398 et WO 01 29399 décrivent chacun un dispositif combiné d'injection et d'allumage de carburant. Ce dispositif comprend un injecteur comprenant un orifice d'apport de carburant dont l'ouverture ou la fermeture est commandée par un élément de soupape mobile, ce dernier définissant une électrode primaire. Le dispositif comprend en outre une électrode secondaire formant un écartement d'électrode avec l'électrode primaire. L'écartement d'électrode se trouve sur le passage d'une partie du jet de carburant pulvérisé émis par le dispositif d'injection et d'allumage combine. 2864173 2 Ce dispositif est compliqué et nécessite de prévoir un injecteur spécifique avec un élément formant soupape qui soit conducteur d'électricité et relié électriquement à une alimentation ou une masse, ce qui est rendu plus compliqué par le fait que l'élément formant soupape est mobile. Des moyens d'isolation électrique doivent en outre être prévus dans l'injecteur. Par ailleurs, le jet de carburant est perturbé par la présence de l'élément de soupape mobile. Les formes de jet de carburant que l'on peut obtenir sont limitées. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'allumage apte à former une étincelle dans un jet de carburant émis par un injecteur, le dispositif d'allumage étant simple et facilement adaptable sur un injecteur. Un tel dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne, comprend des électrodes pour former une étincelle dans un jet de carburant pulvérisé émis par un injecteur. Selon un aspect de l'invention, le dispositif comprend un corps comprenant un logement adapté pour recevoir un injecteur et muni d'une sortie vers l'extérieur de façon qu'un injecteur reçu dans le corps émette un jet de carburant vers l'extérieur par la sortie. En outre, les électrodes traversent le corps en ressortant vers l'extérieur du côté de la sortie, les électrodes étant conformées pour produire une étincelle dans un jet de carburant pulvérisé sortant du corps. Le dispositif d'allumage est indépendant de l'injecteur. Ce dernier peut être disposé simplement dans le corps conformé pour recevoir l'injecteur, sans autre adaptation de l'injecteur. L'injecteur est de préférence reçu de façon amovible dans le corps qui peut être préalablement fixé dans la culasse, l'injecteur étant inséré dans le logement ultérieurement. De préférence, le corps comprend des moyens pour isoler électriquement les électrodes qui le traversent. Le corps peut à cet effet comprendre des parties isolantes définissant des passages pour les électrodes. Dans une variante, le corps dans son ensemble peut être 2864173 3 réalisé dans un matériau électriquement isolant. Les moyens d'isolation assurent que les électrodes sont isolées électriquement l'une de l'autre, et également que l'injecteur reçu dans le logement est isolé électriquement des électrodes. Les électrodes sortant du corps sont de préférences situées à distance l'une de l'autre et se prolongent en se rapprochant pour former un écartement d'étincelle, par exemple à l'avant de la sortie du logement. Le corps peut entourer l'injecteur reçu dans le logement. Le corps peut par ailleurs comprendre un insert en matériau conducteur de chaleur définissant un passage entre le logement et la sortie pour recevoir un nez d'un injecteur. Le nez est ainsi maintenu dans l'insert, et la chaleur du nez peut être évacuée par le matériau conducteur de chaleur. L'insert est par exemple en matériau métallique. De préférence, le dispositif comprend des moyens de fixation du corps sur une culasse d'un moteur à combustion interne. Le corps peut être fixé sur la culasse de façon définitive, par exemple en coulant la culasse en fonderie autour du corps de façon que la culasse englobe le corps qui est alors fixé à demeure dans la culasse. Le corps peut aussi être fixé de façon amovible, afin de pouvoir retirer le dispositif d'allumage pour des opérations de maintenance. Pour ce faire, le dispositif peut comprendre une bague de fixation entourant le corps et munie d'un filetage extérieur. Une telle bague pourra être engagée dans un alésage fileté correspondant prévu dans la culasse. Avantageusement, une extrémité d'une électrode opposée à l'espace d'étincelle ressort latéralement du corps de façon à être reliée électriquement à une culasse sur laquelle est fixée le dispositif d'allumage. L'invention concerne également une culasse pour moteur à combustion interne comprenant un dispositif d'allumage selon un aspect de l'invention. Le dispositif d'allumage peut être noyé dans la culasse lors de la coulée de la culasse en fonderie. 2864173 4 La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrée par les figures annexées sur lesquelles: -la figure 1 est une vue en coupe d'une culasse muni d'un dispositif d'allumage noyé dans la culasse, selon un aspect de l'invention; -la figure 2 est une vue en coupe de la culasse de la figure 1 avec un injecteur disposé dans le dispositif d'allumage; et -la figure 3 est une vue en coupe d'une culasse munie d'un dispositif d'allumage amovible selon un aspect de l'invention. Sur la figure 1, une chambre de combustion ou cylindre 1 est délimité par une paroi périphérique 2 et une culasse 3 fermant la chambre de combustion 1 à une extrémité supérieure de la paroi périphérique 2. La culasse 3 est équipée d'un dispositif d'allumage conforme à l'invention et référencé 4. Le dispositif d'allumage 4 comprend un corps 5 réalisé intégralement en matériau isolant électriquement, par exemple de l'alumine. Le corps 5 est de forme générale annulaire et comprend un manchon tubulaire 6 présentant une extrémité avant 6a et une extrémité arrière 6b. Le manchon 6 est muni d'un alésage central axial 7 débouchant aux deux extrémités 6a, 6b du manchon 6. Le corps 5 comprend sur le côté arrière 6b du manchon 6 une extension axiale 8. Le dispositif d'allumage 4 comprend un insert 9 en matériau conducteur de chaleur disposé à une extrémité de l'alésage 7. L'insert 9 se présente sous la forme d'une bague disposée à l'extrémité avant du passage axial 7. L'insert 9 présente un orifice central axial 10. muni du côté de l'extrémité avant 6a du manchon 6 d'une sortie l0a débouchant à l'extérieur du corps 5, dans la chambre de combustion 1. L'insert 9 forme une restriction à l' avant de l'alésage axial 7. Le dispositif d'allumage 4 comprend une électrode primaire 11 et une électrode secondaire 12. L'électrode primaire 11 traverse le corps isolant depuis l'arrière du corps isolant 5 vers l'avant. L'électrode primaire 11 traverse axialement l'extension axiale 8 puis le manchon 6 et débouche à l'extrémité avant 6a du manchon 6. L'électrode secondaire 12 pénètre radialement dans le corps isolant 5 à proximité de l'extrémité avant 6a puis circule dans le corps isolant 5 pour ressortir à l'extrémité avant 6a du manchon 6. L'électrode secondaire 12 et l'électrode primaire 11 sortent de l'extrémité avant du corps 5 à distance l'une de l'autre. Les électrodes primaire 11 et secondaire 12 se prolongent à l'extérieur du corps isolant 5 en se rapprochant mutuellement jusqu'à venir à proximité, mais en restant à distance à l'avant de la sortie l0a de l'orifice 10 de l'insert 9. La zone de moindre distance entre les électrodes primaire 11 et secondaire 12 définit une zone ou un écartement d'étincelle 13. Ici, les électrodes 11, 12 définissent un écartement d'étincelle dans le prolongement axial de l'orifice 10. L'électrode secondaire 12 présente une extrémité opposée à l'écartement d'étincelle venant en saillie radialement du corps isolant 5. Du côté opposé à l'espace d'étincelle 13 l'électrode primaire 11 fait saillie axialement de l'extension axiale 8 du corps isolant 5 et est reliée à des moyens d'alimentation haute tension. Le dispositif d'allumage 4 est disposé dans un trou traversant de la culasse 3. L'extrémité avant du corps 5 affleure sensiblement la surface de la culasse 3 orientée du côté de la chambre de combustion 1. L'électrode secondaire 12 est reliée électriquement à la culasse 3 par son extrémité en saillie radialement du corps isolant 5. Pour la fixation du dispositif d'allumage 4 dans la culasse 3, on peut prévoir de disposer le dispositif d'allumage 4 dans un moule de coulée de la culasse 3. Du métal en fusion est ensuite introduit dans le moule. Le dispositif d'allumage 4 est ainsi intégré dans la culasse 3, de façon permanente et amovible. Pour augmenter une fixation mécanique entre la culasse 3 et le corps 5 intégré dans la culasse, le corps peut être muni d'aspérités sur sa surface extérieure, au moins sur 2864173 6 une portion du corps entourée par la culasse 3. Par exemple, le corps 5 peut être muni à l'avant d'annelure 5a sur sa surface extérieure. L'alésage axial 7 du manchon 6 partiellement fermé du côté avant par l'insert 9 forme un logement adapté pour recevoir un injecteur, de préférence un injecteur haute pression prévu pour une injection directe du carburant dans une chambre de combustion 1. Le logement est muni d'une sortie l0a vers l'extérieur. Sur la figure 2, un injecteur est disposé dans le logement du corps isolant 5. L'injecteur 14 de forme générale cylindrique présente un corps d'injecteur 15 avec une enveloppe extérieure cylindrique, des moyens de commande et d'alimentation 16 situés à une extrémité arrière du corps, et un nez d'injection en saillie axialement à l'extrémité avant du corps. Les moyens d'alimentation permettent d'amener le carburant à l'extrémité du nez. Les moyens de commande comprennent généralement un actionneur, par exemple électrique, agissant sur un organe mobile de soupape pour ouvrir ou fermer des trous d'injection du nez et émettre un jet de carburant à l'avant du nez d'injection. L'injecteur 14 est disposé dans le corps isolant 5 de façon que le corps d'injecteur 15 est inséré dans le logement, le nez 17 d'injecteur étant inséré dans l'orifice 10 de l'insert 9, l'extrémité libre du nez 17 venant légèrement en saillie de la sortie IOa à l'avant du corps isolant 5. Les moyens de commande et d'alimentation 16 font saillie à l'arrière du logement du corps isolant 5 pour permettre leur connexion à un circuit de carburant et à un circuit électrique. Le nez d'injecteur 17 peut émettre dans la chambre de combustion 1 un jet de forme sensiblement conique 18. L'écartement d'étincelle 13 est situé dans le jet pour une meilleure initiation de la combustion et un meilleur contrôle des paramètres de combustion. Ici, l'écartement d'étincelle 13 est aligné axialement avec l'orifice 10 pour former une étincelle d'allumage sensiblement au centre du jet formé par le nez d'injecteur 17. Les électrodes primaire 11 et secondaire 12 2864173 7 débouchent à l'avant du corps isolant, du côté de la sortie 10a, en étant décalées latéralement relativement à la sortie l0a et au nez d'injecteur 17. Les électrodes 11, 12 se prolongent en se rapprochant pour former l'espace d'étincelle 13. On a représenté un exemple de forme nez d'injecteur et de forme de jet. Bien entendu, on peut prévoir un nez d'injecteur différent, par exemple un nez d'injecteur apte à former un jet diriger latéralement. Dans ce cas, on prévoira de préférence des électrodes primaire et secondaire adaptées pour former un écartement d'étincelle décalé latéralement pour être situé de préférence dans le jet de carburant, notamment sensiblement centre du jet. Sur la figure 3, où les éléments semblables à ceux des figures 1 et 2 conservent les mêmes références numériques, le dispositif d'allumage 4 est muni de moyens de fixation sur la culasse 3 permettant une fixation amovible afin de pouvoir éventuellement retirer le dispositif d'allumage. Pour ce faire, le corps 5 n'est pas inséré directement dans la culasse 3. Le corps 5 est disposé dans un alésage 19 d'une bague annulaire 20 entourant le corps 5. La bague annulaire 20 présente sur sa surface extérieure un filetage. La bague annulaire 20 présente à une extrémité axiale arrière une tête 20a munie de moyens permettant d'exercer un couple de vissage, par exemple une tête à six pans. La culasse 3 est munie d'un trou traversant dont la surface intérieure est prévue avec un alésage 21 apte à coopérer avec le filetage extérieur de la bague 20. L'extrémité de l'électrode secondaire 12 en saillie radiale du corps 5 est en contact avec la bague annulaire qui est de préférence réalisée en matériau conducteur d'électricité comme du métal. Une continuité électrique peut ainsi être assurée entre l'électrode secondaire 12 et la culasse 3, afin de relier l'électrode secondaire 12 à une masse électrique. Le dispositif d'allumage peut être simplement vissé dans le trou de la culasse 3 de façon à fermer le trou. Par la suite, un injecteur 14 peut être disposé dans le logement 7 du corps isolant 5 avec son nez emboîté dans l'orifice 10 de l'insert 9. Dans les deux modes de réalisation, on pourrait prévoir un corps isolant 5 dépourvu d'insert. l'alésage axial 7 du manchon 6 pourrait dans ce cas être étagé en se rétrécissant du côté avant du corps isolant 5 de façon à former un orifice apte à recevoir un nez 17 d'un injecteur 14 et une sortie vers l'extérieur, vers une chambre de combustion. La prévision d'un insert en matériau conducteur de chaleur, par exemple un insert métallique entourant le nez d'injecteur 17, permet d'évacuer radialement la chaleur du nez d'injecteur 17. En effet, si le nez d'injecteur 17 est trop chaud, il peut se produire des dépôts de coke à partir du carburant circulant dans le nez d'injecteur 17. De tels dépôts peuvent modifier la forme d'un jet et la quantité de carburant injecté à chaque jet. Grâce à l'invention; on obtient un dispositif d'allumage comprenant un logement pour recevoir un injecteur et des électrodes conformées pour produire une étincelle dans un jet de carburant pulvérisé émis par l'injecteur reçu dans ledit logement. Le corps permet la fixation simple de l'injecteur, ainsi que son positionnement relativement aux électrodes. Le dispositif d'allumage peut être fixé de façon amovible sur une culasse ou intégré de façon inamovible dans la culasse. 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'allumage (4) pour moteur à combustion interne, comprenant des électrodes (11, 12) pour former une étincelle dans un jet de carburant pulvérisé émis par un injecteur, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (5) comprenant un logement (7) adapté pour recevoir un injecteur et muni d'une sortie (l0a) vers l'extérieur de façon qu'un injecteur reçu dans le corps émette un jet de carburant vers l'extérieur par la sortie (l0a), les électrodes (11, 12) traversant le corps (5) en ressortant à l'extérieur du côté de la sortie (l0a), les électrodes (11, 12) étant conformées pour produire une étincelle dans un jet de carburant pulvérisé sortant du corps. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comprend des moyens d'isolation électrique des électrodes. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps est réalisé en matériau isolant électriquement. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes (11, 12) sortant du corps (5) sont situées à distance l'une de l'autre et se prolongent en se rapprochant pour former un espace d'étincelle (13). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit corps (5) entoure l'injecteur reçu dans le logement. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps comprend un insert (9) en matériau conducteur de chaleur définissant un passage entre le logement (7) et la sortie (l0a) pour recevoir un nez d'un injecteur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'insert est en matériau métallique. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fixation du corps sur une culasse d'un moteur à combustion interne. 2864173 10 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une bague de fixation (20) entourant le corps et munie d'un filetage extérieur. 10.Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité d'une électrode (11) opposée à l'espace d'étincelle (13) ressort latéralement du corps de façon à être reliée électriquement à une culasse sur laquelle est fixée le dispositif d'allumage. 11.Culasse pour moteur à combustion interne comprenant un dispositif d'allumage (4) selon l'une des revendications précédentes. 12.Culasse selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif d'allumage (4) est noyé dans la culasse lors de la coulée de la culasse en fonderie.