Brevet FR2921766A1 — publié le 20090403

La présente invention se propose d'être une bougie pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé, dont les caractéristiques favorisent la pertinence de l'étincelle. La bougie est la pièce mécanique transformant l'énergie électrique en arc électrique, à la base de l'inflammation du mélange carburant - air. Cette bougie est alimentée en haute tension par le secondaire d'un transformateur appelé également bobine, dont le primaire, fonctionnant le plus souvent en douze volts, est en série avec un interrupteur mécanique ou électronique dont la coupure brusque et cyclique engendre l'étincelle. L'idée de relation entre la forme des électrodes d'une bougie et ses performances s'exprime par la grande variété des styles proposés. Il existe depuis quelques temps des bougies à effet de surface ou à étincelles de surface. Ces bougies sont destinées, de par leur géométrie, à créer un champ électrique de telle sorte que l'étincelle, en parcourant le manchon isolant de l'électrode centrale, aurait pour effet de débarrasser celui-ci des dépôts carbonés issus de la combustion du carburant, tel un jet d'eau à haute pression. La nature même des dépôts, justement carbonés, risque de court-circuiter le phénomène physique censé les faire disparaître : en effet, la résistivité du carbone à 20 ° C est de 1,3 mQ/cm. De plus, le temps imparti au phénomène de nettoyage (élimination des dépôts carbonés) est probablement trop court pour obtenir le résultat recherché, car nous n'avons plus affaire à un gaz mais à un solide dont l'inertie thermique est plus longue que pour un gaz. L'enthalpie d'évaporation du nickel, du platine et du carbone est respectivement : nickel : 374 K1/mol platine : 469 K1/mol carbone : 710 KJ/mol Nickel et platine sont des métaux utilisés dans les tubes électroniques pour leur bonne tenue aux températures élevées. Aussi, un des buts de la présente invention est il de fournir une bougie pour 30 moteur à combustion interne du type à allumage commandé, qui permet d'obvier aux inconvénients rapportés ci-dessus. Un des buts est de fournir une telle bougie qui permet de déclencher une ignition aussi parfaite que possible dés l'apparition de l'étincelle, afin de diminuer au maximum la formation de dépôts de carbone. Un autre but de l'invention est de fournir une telle bougie à un coût raisonnable, et pouvant remplacer les bougies existantes. Ses caractéristiques physiques et électriques doivent donc être compatibles avec les modèles disponibles sur le marché. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par une bougie d'allumage de moteur à combustion interne du type à allumage commandé, laquelle bougie est, selon la présente invention, caractérisée par le fait qu'elle possède au moins une électrode dont l'extrémité présente une forme générale correspondant sensiblement au sommet du grand axe d'un ellipsoïde. De préférence, pour un ellipsoïde, soit les plans X, Y, Z, est défini par les équations paramétriques ci-dessous : x = a. cos(u). cos(v) y = b. cos(u). sin(v) z = c. sin (u) dans lesquelles : a représente la dimension du demi-moyen axe de l'ellipsoïde, b celle du demi-petit axe, et c celle du demi-grand axe. Dans le cas où b est nul, la forme définie par les équations ci- dessus est celle 20 d'une ellipse : l'extrémité de l'électrode a alors sensiblement pour forme celle du sommet du grand axe d'une ellipse. Avantageusement, pour une électrode dont l'extrémité est une surface courbe à contour elliptique ou sensiblement elliptique, ce contour suit la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse, ou suit sensiblement la géométrie du sommet du grand axe 25 d'une ellipse. De préférence, les électrodes à sommet ellipsoïdal ou sensiblement ellipsoïdal, ou encore elliptique, ou sensiblement elliptique, peuvent être en une céramique technique conductrice d'électricité. La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif, doit 30 être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - La figure (1) représente en vue de profil, une bougie d'allumage de moteurs à combustion interne du type à allumage commandé de l'invention ; - La figure(2) représente en vue de face cette bougie selon un premier mode de réalisation ; - La figure (3) représente en coupe longitudinale selon l'axe II-II de la figure (2) cette bougie selon ce premier mode de réalisation. - La figure (4) représente en vue de face cette bougie selon un second mode de réalisation. - La figure (5) représente en coupe longitudinale selon l'axe IV-IV de la figure (4) 10 cette bougie selon ce second mode de réalisation. Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, une bougie d'allumage, désignée dans son ensemble par la référence (1), de moteurs à combustion interne du type à allumage commandé comporte, de façon connue, un siège (2) et un filetage (3) à l'extrémité duquel est située une couronne (4) sur laquelle est soudée au moins une 15 électrode périphérique (5). Au centre de cette couronne est disposée une électrode centrale (6) fixée sur une tige centrale (7). Selon la présente invention, la forme de l'extrémité de la ou des électrodes périphériques (5), et éventuellement celle de l'électrode centrale (6) correspond sensiblement à celle du sommet du grand axe d'un ellipsoïde, 20 dont les équations paramétriques sont, soit les plans X, Y, Z : x = a.cos(u).cos(v) y = b. cos(u).sin(v) z = c. sin (u) dans lesquelles : a représente la dimension du demi-moyen axe, b celle du demi-petit 25 axe et c celle du demi-grand axe. Le grand axe de l'ellipsoïde d'une électrode périphérique (5) suit une disposition radiale par rapport au cylindre déterminé par le filetage (3) de la bougie (1). Le sommet de l'électrode est dirigé vers le centre de la couronne(4). Dans le cas d'une bougie ayant deux électrodes du type décrit ci-dessus, 30 comme représenté aux figures 1, 2, et 3, les deux électrodes, périphérique (5) et centrale (6), sont disposées de telle sorte que le prolongement du grand axe de leur sommet délimite une section angulaire correspondant à un angle droit (figure 3). Dans le cas, figure 4 et figure 5, où la bougie (1) comporte plusieurs électrodes périphériques (5), l'électrode centrale (6) présente un sommet en étoile dont l'extrémité de chaque branche est en face de celle d'une électrode périphérique. Les grands axes de chaque couple d'électrode, une branche de la centrale (6) avec son homologue périphérique (5), considérés comme deux demi-droite de même origine, délimitent une section angulaire pouvant aller de l'angle plat (le plus favorable à l'efficacité du dispositif) à l'angle droit. Dans le cas où dans les équations paramétriques ci-dessus b est nul, la forme définie par ces équations est celle d'une ellipse : l'extrémité de l'électrode a donc sensiblement pour forme celle du sommet du grand axe d'une ellipse. Selon une variante de réalisation de la présente invention, l'extrémité de chaque électrode peut être une surface courbe à contour elliptique, ce contour suit la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse, ou suit sensiblement la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse. Afin de prolonger dans le temps les performances électriques de la bougie, les électrodes à sommet ellipsoïdal, ou à sommet sensiblement ellipsoïdal, ou à sommet elliptique, ou à sommet sensiblement elliptique, peuvent être en une céramique technique conductrice d'électricité. Ce qui suit est une tentative d'explication du phénomène selon la présente invention. Pour deux électrodes planes, une petite demi-sphère située sur l'une d'entre elles, dans l'espace inter-électrode, multiplie le champ électrique par trois. C'est cet effet de pointe avec son � amplification � de champ électrique et son effet capteur d'étincelle qui interviennent dans le dispositif proposé. L'ellipsoïde étant une sphère déformée � sans à coup �, le cercle est une ellipse dont l'excentricité est nulle, les lignes du champ électrique s'établissement plus rapidement et plus uniformément dans le temps que pour des électrodes planes. L'effet de pointe favorise un champ électrique � focalisé � par concentration des lignes de champ, assurant ainsi la préexistence de l'effet couronne permettant l'apparition d'étincelles survenant plus systématiquement au même endroit dans l'espace. Cet effet favorise également la survenue d'arcs convergents qui en simulent un seul, intense, au lieu d'arcs multiples et dispersés. Cette stabilité spatiale pour une même décharge électrique, et un seul point préférentiel de capture pour les étincelles 5 favorisent une élévation thermique rapide et intense du volume de mélange alentour, contribuant à la bonne inflammation de ce dernier. Focalisation et rapidité d'établissement du champ électrique confinent au maximum à proximité des électrodes l'extension de l'ionisation des composants et particules contenus dans le mélange. Cela minimise le risque que certaines formations, plus grosses que d'autres environnantes, ne viennent perturber intempestivement l'apparition de l'arc par modifications des conditions locales, cela évite le pré allumage. C'est d'autant plus important que les mélanges dits stratifiés nécessitent une grande précision pour obtenir la simultanéité de la présence de l'étincelle et du passage au voisinage des électrodes du nuage de mélange lorsqu'il est proche des proportions stoechiométriques. L'homogénéité du mélange près des électrodes est préservée grâce à la plus faible électrophorèse qu'il subit. Plus faible électrophorèse elle même due à une plus faible ionisation des composants en présence, là encore grâce à la focalisation du champ électrique. L'effet de pointe, par son � amplification � du champ électrique, permet soit une économie d'énergie électrique, soit à énergie électrique égale, un arc électrique plus important par un écartement plus large des électrodes, et donc une meilleure interface arc- mélange. De plus, par le choix des courbures des électrodes, par le choix de l'espace qui les sépare ainsi que la détermination de la tension utilisée, il peut être obtenu un champ disruptif particulièrement efficace pour la mise à feux du mélange. L'ensemble des caractéristiques vues ci-dessus permet de penser que la � fenêtre temporelle � d'apparition de l'étincelle sera plus étroite. Cette plus grande stabilité temporelle que pour une bougie conventionnelle peut être avantageuse pour combattre le cliquetis. En effet, ce sont principalement les paramètres fixant l'instant d'allumage de la charge que l'on emploie pour faire disparaître ce phénomène destructeur à haut régime , phénomène dû à l'auto inflammation de la partie imbrûlée qui est située en avant du front de flammes, et dont il résulte une vibration intense de la masse gazeuse : le cliquetis. REVENDICATIONS 1. - Bougie d'allumage de moteurs à combustion interne du type à allumage commandé, caractérisé par le fait qu'elle possède au moins une électrode (5) ou (6) dont l'extrémité présente une forme générale correspondant sensiblement au sommet du grand axe d'un ellipsoïde. 2. - Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que, soit les plans X, Y, Z, l'extrémité de l'électrode est définie par les équations paramétriques ci-dessous : x = a.cos(u).cos(v) y = b.cos(u).sin(v) z = c.sin (u) dans lesquelles a représente la dimension du demi-moyen axe, b celle du demi- petit axe et c celle du demi- grand axe. Dans le cas où b est nul, la forme définie par les équations ci-dessus est celle d'une ellipse : l'extrémité de l'électrode a alors sensiblement pour forme celle du sommet du grand axe d'une ellipse. 3. - Bougie d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que, pour une électrode dont l'extrémité est une surface courbe à contour elliptique ou sensiblement elliptique, ledit contour suit la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse, ou suit sensiblement la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse. 4. - Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la ou les électrodes dont le sommet est sensiblement elliptique ou sensiblement ellipsoïdal, elliptique ou ellipsoïdal, peuvent être en une céramique technique conductrice d'électricité.