Brevet FR2898960A1 — publié le 20070928

"Bougie de préchauffage pour moteur à combustion" L'invention propose une bougie de préchauffage du mélange air/carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion. L'invention propose plus particulièrement une bougie de préchauffage du mélange air/carburant dans une cavité de combustion d'un moteur à combustion, du type comportant : - une partie supérieure de fixation de la bougie, - une partie inférieure de chauffage dont l'extrémité est io munie d'une tête de chauffage qui comporte un corps globalement cylindrique apte à s'étendre axialement au moins partiellement à l'intérieur de la cavité de combustion et qui comporte une surface, dite mouillée, apte à être en contact avec le mélange air/carburant, 15 - des moyens internes de chauffage du corps de la tête de chauffage. La combustion du carburant dans certains moteurs à allumage par compression, tels que les moteurs Diesel, est obtenue par auto-initiation de la combustion du mélange 20 air/carburant présent dans les chambres de combustion des cylindres du moteur. La combustion dépend notamment de la pression et de la température du mélange. Ainsi, à chaque pression du mélange correspond une température de combustion. Les valeurs de la 25 pression et de la température qui provoquent l'auto-initiation de la combustion du mélange air/carburant évoluent de façon opposée. Par conséquent, lorsque la pression augmente, la température qui permet la combustion du mélange air/carburant diminue et inversement, lorsque la température du mélange 30 air/carburant augmente, la pression qui permet la combustion du mélange diminue. 2 La mise sous pression du mélange air/carburant est provoquée par la compression par les pistons du mélange à l'intérieur des chambres de combustion des cylindres. Ainsi lorsque le moteur est froid, notamment lors de son démarrage, la température du mélange air/carburant injecté dans les chambres de combustion des cylindres est basse, de sorte que la pression du mélange air/carburant nécessaire à la combustion du carburant est élevée. Cependant, la mise sous pression que peuvent provoquer io les pistons est limitée, car elle dépend principalement du taux de compression du mélange air/carburant, qui dépend lui-même de la course du piston et du taux de remplissage de la chambre de combustion. De surcroît, plus la pression à provoquer par les pistons is est élevée, plus la consommation d'énergie est importante. De plus, afin d'accroître les performances et/ou de diminuer les émissions polluantes des moteurs, les constructeurs automobiles appliquent des cahiers des charges visant à réduire le taux de compression du mélange air/carburant. 20 Lorsque le moteur est froid, les pistons ne peuvent donc pas toujours fournir une pression suffisamment élevée et la combustion ne se produit alors pas, ce qui est préjudiciable au rendement du moteur ou pire, le moteur de démarre pas. Afin de favoriser l'auto-initiation de la combustion du 25 mélange air/carburant et de diminuer l'énergie consommée pour comprimer le mélange, il est connu d'utiliser une bougie de préchauffage. Chaque cylindre comporte à cet effet au moins une bougie de préchauffage qui comporte : 30 - une partie supérieure de fixation de la bougie, - une partie inférieure de chauffage dont l'extrémité est munie d'une tête de chauffage qui comporte un corps globalement cylindrique apte à s'étendre axialement au moins partiellement à 3 l'intérieur de la chambre de combustion et qui comporte une surface, dite mouillée, apte à être en contact avec le mélange air/carburant, et -des moyens internes de chauffage du corps de la tête de chauffage. La tête de chauffage permet d'augmenter la température du mélange air/carburant dans la chambre de combustion associée, ce qui diminue la pression nécessaire à la combustion du mélange air/carburant. io Pour ce faire, les moyens de chauffage de la partie inférieure de chauffage sont activés temporairement pour chauffer la tête de chauffage, en particulier pendant quelques secondes lors du démarrage à froid du moteur. Afin de compenser la perte thermique des gaz dans la is chambre de combustion liée à la réduction du taux de compression, on utilise des bougies capables d'atteindre des niveaux de température de plus en plus élevés. En outre, plus la température maximum atteinte par les bougies est élevée, plus le coût de fabrication des bougies est 20 important. De plus, les matériaux utilisés pour la fabrication des bougies, notamment la céramique, limitent la température maximum que peuvent atteindre les bougies. On connaît des bougies de préchauffage dites "à 25 revêtement catalytique", dont l'extrémité comporte un revêtement catalytique qui permet d'augmenter l'efficacité de la combustion du mélange air/carburant à basse température. Cependant, l'utilisation de telles bougies de préchauffage est limitée aux moteurs Diesel à préchambre de combustion. 30 De plus, le coût de fabrication de ces bougies de préchauffage est élevé. L'invention a pour but d'augmenter l'efficacité de la combustion du mélange air/carburant à basse température, tant 4 pour les moteurs à injection directe que pour les moteurs à injection indirecte. Dans ce but l'invention propose une bougie de préchauffage du type décrit ultérieurement, caractérisée en ce que la tête de chauffage comporte une pluralité de protubérances qui s'étendent depuis le corps de la tête de chauffage, de façon à augmenter la surface mouillée de la tête de chauffage. Grâce à l'invention, la surface extérieure mouillée de la tête de chauffage est nettement augmentée, ce qui favorise io l'échange thermique entre la tête de la bougie de préchauffage et le mélange air/carburant. Ainsi, la qualité du démarrage du moteur est améliorée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - chaque protubérance est une nervure annulaire radiale ; 15 - l'extrémité radiale d'au moins une nervure annulaire est de section axiale globalement semi circulaire ; -l'extrémité radiale d'au moins une nervure annulaire est de section globalement triangulaire ; - les nervures annulaires sont réparties axialement de 20 manière régulière ; - chaque protubérance est une ailette qui s'étend axialement le long du corps de chauffage ; - les ailettes sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe de la tête de chauffage ; 25 - chacune des protubérances de la tête de chauffage est une pointe en forme d'un cône qui s'étend depuis le corps de la tête de chauffage ; - la tête de chauffage est de section ovale ; et chacune des protubérances est réalisée en une seule 30 pièce avec le corps de la tête de chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une bougie de préchauffage selon un premier mode de réalisation de l'invention, s qui est fixée dans un puits d'une culasse d'un moteur à combustion ; - la figure 2 est une vue de détail en coupe axiale d'une tête de chauffage de la bougie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; io - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, représentant un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en section radiale de la tête de la bougie représentée à la figure 3 ; la figure 5 est une vue de face de la tête de la bougie 15 selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, les éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. La terminologie verticale, supérieure, inférieure est utilisée 20 à titre d'exemple non limitatif pour faciliter la compréhension de la description et des revendications, et sous référence à la gravité terrestre. La figure 1 représente une bougie 10 de préchauffage qui est agencée et fixée dans un puits cylindrique 12 d'axe vertical A, 25 d'une culasse 14 d'un moteur à combustion interne (non représenté). Le moteur est ici par exemple un moteur Diesel du type à allumage par compression et à injection directe. De manière connue, le puits cylindrique 12 comporte une 30 première extrémité axiale qui est ouverte dans une face externe 18 de la culasse 14 et une seconde extrémité axiale qui débouche dans la chambre de combustion 20 d'un cylindre (non représenté) du moteur à combustion. 6 L'invention concerne aussi les moteurs Diesel à injection indirecte, aussi appelés moteurs à préchambre, qui comportent une chambre de précombustion. De façon connue, la bougie 10 de préchauffage comporte une partie supérieure 22 de fixation qui est filetée et qui est verrouillée en position par un écrou 24 dans le puits 12 de la culasse 14 du moteur, de façon à maintenir la bougie 10 de préchauffage fixée dans sa position d'utilisation. La bougie 10 comporte une partie inférieure 26 tubulaire io de chauffage comportant des moyens de chauffage, tels qu'au moins une résistance électrique 28 qui permet, lorsqu'elle est alimentée électriquement, de chauffer une tête inférieure 30 de chauffage. La tête 30 de chauffage comporte un corps 31 de forme is globalement cylindrique d'axe A qui est fermé à son extrémité axiale inférieure et qui s'étend verticalement dans la chambre de combustion 20 du moteur. La tête 30 de chauffage comporte une surface dite "mouillée" 32, qui est une surface extérieure d'échanges 20 thermiques entre la tête 30 de chauffage et le mélange air/carburant introduit dans la chambre de combustion 20 du moteur. La tête 30 permet de chauffer le mélange air/carburant. Conformément à l'invention, la tête 30 de chauffage comporte une pluralité de protubérances 34 qui s'étendent 25 chacune depuis le corps 31 de la tête 30 de chauffage. Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 1, chaque protubérance 34 est une nervure 34a annulaire radiale d'axe A qui s'étend radialement depuis le corps 31 de la tête 30 de chauffage. 30 L'extrémité radiale de chaque nervure 34a est de section globalement arrondie ou semi circulaire, selon un plan de section axial. 7 Les nervures 34a sont ici réparties axialement selon l'axe A de manière régulière le long du corps 31 de la tête 30 de chauffage. L'extrémité axiale inférieure du corps 31 de la tête est de 5 forme arrondie. Selon un second mode de réalisation représenté à la figure 2, chaque protubérance 34 est une nervure 34a annulaire radiale d'axe A qui s'étend globalement radialement depuis le corps 31 de la tête 30 de chauffage. io L'extrémité radiale de chaque nervure 34a est ici de section globalement triangulaire, selon un plan de section axial. Les nervures 34a sont réparties axialement selon l'axe A de manière régulière le long du corps 31 de la tête 30 de chauffage. 15 L'extrémité axiale inférieure du corps 31 de la tête 30 de chauffage est de forme conique d'axe A et s'étend vers le bas. Selon un troisième mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, chaque protubérance 34 est une ailette 34b qui s'étend axialement le long du corps 31 de chauffage. 20 Les ailettes 34b sont réparties angulairement de manière régulière autour du corps 31 de chauffage, selon l'axe A. Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 5, chacune des protubérances 34 de la tête 30 de chauffage est une pointe en forme d'un cône 34c qui 25 s'étend depuis le corps 31 de la tête 30 de chauffage. L'extrémité axiale inférieure du corps 31 de la tête 30 de chauffage est de forme conique d'axe A et s'étend vers le bas. Ainsi, de même que les bords radialement externes des nervures 34a et des ailettes 34b, les extrémités pointues de 30 chaque cône 34c permettent de concentrer la chaleur de la tête 30 de chauffage, et de créer des "points chauds" permettant d'améliorer l'auto-initiation de la combustion du mélange 8 air/carburant présent dans la chambre 20 de combustion du moteur. Selon une variante de réalisation non représentée de l'invention, la section radiale de la tête 30 de chauffage est de forme globalement ovale et elle est orientée angulairement dans la chambre 20 de combustion du moteur de façon à limiter les perturbations du flux du mélange air/carburant qui circule dans la chambre 20 de combustion. Avantageusement, le diamètre de la tête 30 de chauffage io est inférieur ou égal au diamètre minimum du puits 12 de la culasse 14, de manière que la bougie 10 puisse être insérée dans le puits 12 par le haut, depuis la face extérieure 18 de la culasse 14 du moteur. Les protubérances 34 sont réalisées par exemple en une is seule pièce avec le corps 31 de la tête 30 de chauffage. La tête 30 de chauffage peut être une pièce rapportée qui est apte à être verrouillée à l'extrémité axiale inférieure de la bougie 10 de préchauffage. La bougie 10 selon l'invention permet d'augmenter la 20 surface mouillée 32 de la tête 30 de chauffage par rapport à une bougie de l'art antérieur à tête de chauffage cylindrique. REVENDICATIONS 1. Bougie (10) de préchauffage du mélange air/carburant dans une cavité (20) de combustion d'un moteur à combustion, du type comportant : - une partie supérieure (22) de fixation de la bougie (10), - une partie inférieure (26) de chauffage dont l'extrémité est munie d'une tête (30) de chauffage qui comporte un corps (31) globalement cylindrique apte à s'étendre axialement au moins partiellement à l'intérieur de la cavité (20) de combustion et qui io comporte une surface (32), dite mouillée, apte à être en contact avec le mélange air/carburant, - des moyens internes de chauffage (28) du corps (31) de la tête (30) de chauffage, caractérisée en ce que la tête (30) de chauffage comporte is une pluralité de protubérances (34) qui s'étendent depuis le corps (31) de la tête (30) de chauffage, de façon à augmenter la surface (32) mouillée de la tête (30) de chauffage. 2. Bougie (10) de préchauffage selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque protubérance (34) est 20 une nervure (34a) annulaire radiale. 3. Bougie (10) de préchauffage selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'extrémité radiale d'au moins une nervure (34a) annulaire est de section axiale globalement semi circulaire. 25 4. Bougie (10) de préchauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité radiale d'au moins une nervure (34a) annulaire est de section globalement triangulaire. 5. Bougie (10) de préchauffage selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que les nervures 30 (34a) annulaires sont réparties axialement de manière régulière. 6. Bougie (10) de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque protubérance (34) est une ailette (34b) qui s'étend axialement le long du corps (31) de chauffage. 2898960 io 7. Bougie (10) de préchauffage selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les ailettes (34b) sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe (A) de la tête (30) de chauffage. 5 8. Bougie (10) de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des protubérances (34) de la tête (30) de chauffage est une pointe en forme d'un cône (34c) qui s'étend depuis le corps de la tête (30) de chauffage. 9. Bougie (10) de préchauffage selon l'une quelconque des io revendications précédentes, caractérisée en ce que la tête (30) de chauffage est de section ovale. 10. Bougie (10) de préchauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacune des protubérances (34) est réalisée en une seule pièce avec le 15 corps (31) de la tête (30) de chauffage.