Brevet FR2921701A1 — publié le 20090403

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation d'allumage pour un mélange gazeux air-carburant dans un moteur à gaz, un moteur à essence ou un moteur Diesel, dans laquelle, l'installation d'al-lumage est réalisée sous la forme d'une bougie à incandescence et comprend une tige à incandescence servant de point d'allumage. Un manchon protecteur sépare la tige incandescente du mélange air-carburant à allumer. La tige à incandescence chauffe le segment du manchon protecteur en contact avec le mélange air-carburant à allumer de façon que ce segment en tant que zone à incandescence soit à la température nécessaire à l'allumage du mélange air-carburant. Etat de la technique Les moteurs à gaz utilisent un mélange gazeux d'air et de carburant ; ce mélange air-carburant, à l'état gazeux, est allumé dans le moteur à l'aide d'une installation d'allumage. Les moteurs à gaz connus selon l'état de la technique comportent une installation d'allumage en-forme de bougie d'allumage débouchant soit dans la chambre de combustion, soit dans une préchambre séparée de la chambre principale de combustion pour y allumer le mélange gazeux air-carburant. L'allumage nécessite une énergie d'allumage importante qui augmente de manière plus que proportionnelle avec la puissance du moteur. Selon le document DE 102 17 996 Al, on connaît un moteur à gaz auquel on fournit des énergies d'allumage importantes pour allumer le mélange gazeux air-carburant. Dans ce moteur à gaz, selon le document DE 102 17 996 Al, l'allumage du mélange gazeux air-carburant se fait à l'aide d'une installation d'allumage et une bougie à incandescence de l'installation d'allumage fournit la température d'allumage indirectement ou directement au mélange air-carburant allumé ou à une atmosphère gazeuse en contact avec le mélange air-carburant allumé. La bougie à incandescence comporte un écran ou un manchon protecteur entourant la tige à incandescence et comportant des ouvertures correspondantes ou des perçages de façon à réduire l'échange de chaleur produit par convection forcée et à permettre d'augmenter la température de la surface de la tige incandescente. Cela permet d'assu- rer toujours la température d'auto-allumage du gaz lors des opérations de démarrage et à une faible charge partielle et permet de réduire pratiquement à zéro la puissance de chauffage à fournir à la bougie incandescente aux charges élevées, ce qui augmente considérablement la durée de vie de la bougie à incandescence car sa spire de chauffage n'est pas sollicitée en permanence du point de vue thermique. Le document DE 10 2005 050 435 A décrit en outre un moteur à gaz ayant au moins une bougie à incandescence venant en saillie dans une chambre de combustion ou une préchambre. La bougie à incandescence, ou chaque bougie à incandescence, comporte un élément chauffant servant de source d'allumage sous la forme d'une tige incandescente. Une installation de réception en forme de manchon sépare la tige incandescente du mélange air-carburant allumé et celle-ci chauffe un segment de l'installation de réception en forme de manchon en contact avec le mélange air-carburant allumé de façon que ce seg- 15 ment soit à la température nécessaire à l'allumage du mélange air-carburant. En séparant la source d'allumage de l'atmosphère corrosive du mélange air-carburant allumé, on augmente la durée de vie de la bougie à incandescence du moteur à gaz. Buts de l'invention 20 La présente invention, partant de cet état de la technique, a pour but de développer une nouvelle bougie à incandescence de façon à augmenter de manière significative sa durée de vie ou sa durée d'utilisation. Exposé et avantages de l'invention 25 A cet effet, l'invention concerne une installation d'allumage du type défini ci-dessus caractérisée en ce que la tige à incandescence peut prendre deux positions dans le manchon protecteur à la fois une position de chauffage et une position moins sollicitée du point de vue thermique. 30 Ainsi, le dégagement de la tige à incandescence à l'état non alimenté, c'est-à-dire le dégagement des composants sensibles hors de la zone d'incandescence augmente la sécurité de fonctionnement de la bougie à incandescence et en réduit le coût d'entretien. Comme les deux positions différentes de la tige à incandescence se trouvent à l'in- 35 térieur de la gaine protectrice qui reste fixe, le volume de l'éventuelle préchambre ou antichambre ne change pas, de sorte que le rapport de compression ne change pas non plus. Dans le cas de la bougie à incandescence selon l'invention, le manchon protecteur et la tige à incandescence sont des ensem- bles séparés. La tige à incandescence et le manchon protecteur peuvent être fabriqués séparément. La tige à incandescence s'installe dans le manchon protecteur et peut en être retirée. En cas de défaut de la tige à incandescence ou de la gaine protectrice, on peut, le cas échéant, réutiliser le composant non défectueux. Selon un développement préférentiel de l'invention, le manchon protecteur a une épaisseur de paroi comprise entre 0,5 mm et 3 mm et, de préférence, comprise entre 0,8 mm et 1,5 mm ; le manchon protecteur est réalisé dans un matériau qui présente, à la température ambiante, un coefficient de conductivité thermique maximum de 20 W/mK et de préférence de 15 W/mK et une tenue à la température et à la corrosion jusqu'à 1000°C, notamment jusqu'à 1100°C et, de manière préférentielle, jusqu'à 1200°C. La tige à incandescence, réalisée de préférence en une céramique de nitrure de silicium ou d'oxyde de zirconium stabilisé ou d'une matière composite de fibre en céramique oxyde, est logée dans le manchon protecteur de façon à laisser un faible jeu d'adaptation entre la tige à incandescence et le manchon protecteur. Suivant un développement avantageux de l'invention la tige à incandescence est portée par un chariot et le chariot déplacé à l'aide d'un actionneur, commande la tige à incandescence dans la direction axiale du manchon protecteur en la déplaçant entre les deux positions l'intérieur du manchon protecteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention le chariot arrive par son extrémité dans la direction axiale dans le manchon protecteur et par son autre extrémité, il est déplacé de manière télescopique dans l'actionneur pour que, le manchon protecteur étant fixe, l'actionneur étant fixe et la tige incandescente étant fixée au chariot, dès que la tige incandescente n'est plus alimentée en courant, celle-ci soit déplacée de la position de chauffage vers la position moins sollicitée thermiquement et, à la demande, la tige incandescente est alimentée et remise dans la position de chauffage. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention l'actionneur est réalisé sous la forme d'un électroaimant ou d'un vérin pneumatique ou d'un moteur électrique pour déplacer le chariot. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - le manchon protecteur est réalisé en un alliage d'acier à base de nickel, - le manchon protecteur est réalisé en un acier allié avec une dispersion d'oxyde, - la surface extérieure, c'est-à-dire la zone d'incandescence du manchon protecteur qui vient en contact avec le mélange air-carburant à allumer, est en une matière céramique ou est revêtue d'une matière céramique, - la tige incandescente est en une céramique de nitrure de silicium, - la tige à incandescence est en oxyde de zirconium, stabilisé, ou en une matière composite de fibre avec un oxyde céramique. L'invention s'applique à des moteurs à gaz, des moteurs à essence ou des moteurs Diesel. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation fortement schématisée d'une bougie à incandescence selon l'invention dont la tige incandescente est en position de chauffage ; - la figure 2 est une vue fortement schématisée de la bougie à incan- descence selon l'invention telle que représentée figure 1 mais dont la tige à incandescence se trouve dans une position thermiquement moins sollicitée par opposition à la position représentée figure 1. Description d'un mode de réalisation de l'invention La présente invention concerne une bougie à incandescence ou bougie de préchauffage pour un moteur à gaz, notamment un moteur à essence ou un moteur Diesel. La bougie à incandescence se- lon l'invention vient en saillie dans la chambre de combustion pour al- lumer le mélange air-carburant. La chambre de combustion peut être une chambre de combustion non divisée ou une chambre de combustion divisée et, dans ce cas, si la chambre de combustion se compose d'une chambre de combustion principale et d'une préchambre ou anti- chambre, la bougie à incandescence vient en saillie dans la préchambre de la chambre de combustion. Les figures 1 et 2 montrent un exemple de réalisation de la bougie à incandescence 10 selon l'invention. Cette bougie comporte une tige à incandescence 4 réalisée sous la forme d'une installation de chauffage et installée ou positionnée dans une installation de réception en forme de manchon, c'est-à-dire un manchon protecteur 1. Le manchon protecteur ou gaine protectrice 1 sépare la bougie à incandescence 4 de l'atmosphère corrosive régnant dans la chambre de combustion. Une installation d'allumage destinée à un mélange ga- zeux air-carburant est constituée par une bougie d'allumage 10 comprenant une tige incandescente 4 servant de point ou de source d'allumage. La tige incandescente 4 est entourée d'un manchon protecteur 1 qui la sépare du mélange air-carburant allumé. La tige à incandescence 4 chauffe un segment 11 du manchon protecteur 1 en contact avec le mélange air-carburant allumé, pour que ce segment constituant la zone d'allumage 11 soit à la température nécessaire à l'allumage du mélange air-carburant. Il est prévu de façon résumée que la tige à incandescence 4 puisse prendre deux positions différentes 12, 13, dans le manchon protecteur 1. Ces deux positions sont une position de chauf- fage 12 et une position 13 dans laquelle la tige à incandescence est moins sollicitée thermiquement. La tige à incandescence 4 fournit l'énergie nécessaire à l'allumage du mélange air-carburant sous la forme d'une puissance de chauffage. La tige à incandescence 4 chauffe le manchon protecteur 1 lorsqu'elle est en position de chauffage au niveau du segment ou de la zone à incandescence 11 à une température nécessaire à l'allumage du mélange air-carburant en contact avec cette zone. La tige incandescente 4 peut être réalisée sous la forme d'une installation de chauffage par résistance électrique et cette tige est portée par un chariot 2 qui consti- tue son moyen de guidage dans le manchon protecteur 1 et il la déplace à l'aide d'un actionneur 3 dans la direction axiale du manchon protecteur 1 entre deux positions 12 et 13 à l'intérieur de celui-ci. Le chariot 2 pénètre axialement par une extrémité dans le manchon protecteur 1 et son autre extrémité se déplace télescopi- quement dans l'actionneur 3 de sorte que le manchon protecteur 1 étant fixe, l'actionneur 3 étant fixe et la tige incandescente 4 étant solidaire du chariot 2, celui-ci extrait la tige incandescente 4 de la position de chauffage 12 dès qu'elle n'est plus alimentée en courant électrique pour la déplacer dans la position 13 moins sollicitée thermiquement et, le cas échéant, la tige incandescente 4, réalimentée en courant électrique, est de nouveau conduite dans la position de chauffage 12. L'actionneur 3 est réalisé sous la forme d'un électroaimant ou d'un vérin pneumatique ou d'un moteur électrique. De façon préférentielle, le manchon protecteur 1 est fa- briqué en un matériau thermo-conducteur à faible conductivité thermique comme cela a été décrit ci-dessus. Le manchon protecteur 1 peut être réalisé en un acier allié à base de nickel ou d'un acier allié avec une dispersion d'oxyde. Le manchon protecteur 1 a de préférence une paroi d'une épaisseur comprise entre 0,8 mm et 1,5 mm. La surface extérieure 11 qui vient en contact avec le mélange air-carburant allumé, c'est-à-dire la zone incandescente du manchon protecteur 1 est de préférence en une matière céramique ou encore le manchon protecteur 1 est revêtu d'une matière céramique. La zone incandescente 11 a en général une paroi d'épaisseur moindre que celle des autres parties du manchon protecteur 1. Par un ajustage approprié des matières, on optimise le bilan thermique global de la bougie à incandescence 10. En d'autres termes, dans le cas de la bougie à incandes- cence 10 selon l'invention, un élément chauffant sous la forme d'une tige incandescente 4 est monté sur un chariot 2 qui extrait la tige incandescente 4 du manchon protecteur 1 pénétrant dans la chambre de combustion ou dans la préchambre, sur une distance prédéfinie. L'ex-traction hors du manchon protecteur 1 se fait après le démarrage du moteur lorsqu'il n'est plus nécessaire que la bougie à incandescence 4 soit activement incandescente. La bougie à incandescence est extraite de la zone chaude vers une position 13 beaucoup moins sollicitée du point de vue thermique. Lorsqu'on réintroduit la tige incandescente 4 dans la position de chauffage 12, on déplace de nouveau celle-ci dans le manchon protecteur jusqu'à la position de chauffage 12. Les composants de la bougie à incandescence selon l'invention sont le manchon protecteur 1, fixe, réalisé en une matière thermo-conductrice ou en une autre matière ayant une moindre conductivité thermique, le chariot 2, le mécanisme d'entraînement 3 et la tige à incandescence 4. Le manchon protecteur 1 pénétrant dans la chambre de combustion sera chauffé de l'intérieur par la bougie à incandescence 4. La bougie à incandescence 4 est portée par un chariot 2. Le chariot 2 est disposé pour extraire la tige à incandescence 4 de la position de chauffage 12 vers une position de fin de course 13 moins sollicitée thermiquement dès 15 que la tige à incandescence n'est plus alimentée électriquement. L'actionnement du chariot 2 se fait de manière appropriée à l'aide d'un électroaimant. Cet actionnement peut également être assuré par un vérin pneumatique ou par un moteur électrique. La bougie à incandescence selon l'invention, selon les fi- 20 gures 1 et 2, est utilisée à la fois dans les moteurs à gaz et dans les moteurs Diesel. NOMENCLATURE 1 Manchon protecteur 2 Chariot/Moyen de guidage 3 Actionneur/Mécanisme d'entraînement 4 Tige incandescente ; élément chauffant Bougie à incandescence 11 Segment ; zone de refroidissement 12 Position de chauffage 10 13 Position thermiquement moins sollicitée REVENDICATIONS 1°) Installation d'allumage pour un mélange gazeux air-carburant dans un moteur à gaz, un moteur à essence ou un moteur Diesel, dans la-quelle, l'installation d'allumage est réalisée sous la forme d'une bougie à incandescence (10) et comprend une tige à incandescence (4) servant de point d'allumage, un manchon protecteur (1) sépare la tige incandescente (4) du mélange air-carburant à allumer, et la tige à incandescence (4) chauffe le segment (11) du manchon protecteur (1) en contact avec le mélange air-carburant à allumer de façon que ce segment en tant que zone à incandescence (11) soit à la température nécessaire à l'allumage du mélange air-carburant, caractérisée en ce que la tige à incandescence (4) peut prendre deux positions dans le man-15 chon protecteur (1), à la fois une position de chauffage (12) et une position (13) moins sollicitée du point de vue thermique. 2°) Installation d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que 20 la tige à incandescence (4) est portée par un chariot (2) et le chariot (2) déplacé à l'aide d'un actionneur (3), commande la tige à incandescence (4) dans la direction axiale du manchon protecteur (1) en la déplaçant entre les deux positions (12 et 13) à l'intérieur du manchon protecteur (1). 25 3°) Installation d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le chariot (2) arrive par une extrémité dans la direction axiale dans le manchon protecteur (1) et par son autre extrémité, il est déplacé de manière télescopique dans l'actionneur (3) pour que, le manchon pro- 30 tecteur (1) étant fixe, l'actionneur (3) étant fixe et la tige incandescente (4) étant fixée au chariot (2), dès que la tige incandescente (4) n'est plus alimentée en courant, celle-ci (4) soit déplacée de la position de chauffage (12) vers la position (13) moins sollicitée thermiquement et, à la demande, la tige incandescente (4) est alimentée et remise dans la posi- 35 tion de chauffage (12).4°) Installation d'allumage selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'actionneur (3) est réalisé sous la forme d'un électroaimant ou d'un vérin pneumatique ou d'un moteur électrique pour déplacer le chariot (2). 5°) Installation d'allumage selon l'une des revendications précédentes 1 à 4, caractérisée en ce que le manchon protecteur (1) est réalisé en un alliage d'acier à base de nic-10 kel. 6°) Installation d'allumage selon l'une des revendications précédentes 1 à 4, caractérisée en ce que 15 le manchon protecteur (1) est réalisé en un acier allié avec une dispersion d'oxyde. 7°) Installation d'allumage selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes 1 à 6, 20 caractérisée en ce que la surface extérieure (11), c'est-à-dire la zone d'incandescence du manchon protecteur (1) qui vient en contact avec le mélange air-carburant à allumer, est en une matière céramique ou est revêtue d'une matière céramique. 25 8°) Installation d'allumage selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes 1 à 7, caractérisée en ce que la tige incandescente (4) est en une céramique de nitrure de silicium. 30 9°) Installation d'allumage selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes 1 à 8, caractérisée en ce que la tige à incandescence (4) est en oxyde de zirconium, stabilisé, ou en 35 une matière composite de fibre avec un oxyde céramique.10°) Utilisation d'une installation d'allumage selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 9 dans un moteur à gaz, un moteur à essence ou un moteur Diesel.