Brevet FR2930852A1 — publié le 20091106

La présente invention se rapporte à une bougie d'allumage d'un mélange carburé présent dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner selon différents modes de combustion. L'invention concerne également un procédé de contrôle d'une bougie pour allumer un mélange carburé utilisé par un tel moteur. Comme cela est déjà connu par le document GB 1 457 812, certains types de bougies comportent une multiplicité de sites de génération d'arcs électriques permettant la création d'une multiplicité d'arcs électriques. Plus précisément, ce type de bougie comprend une électrode centrale, habituellement reliée à un générateur de courant, qui est entourée par une multiplicité d'électrodes périphériques reliées à la masse. De ce fait, chaque site comprenant une paire d'électrodes, l'électrode centrale et une électrode périphérique, permet de générer un arc électrique. Dans le cas du document précité, il est prévu une électrode centrale et six électrodes périphériques reliées à la masse. Ceci permet de créer six sites qui vont générer chacun simultanément un arc électrique entre l'électrode centrale et une électrode périphérique. Ainsi, lors de l'allumage du mélange carburé, la défaillance d'un arc électrique est palliée par un autre arc électrique et cela grâce à la présence d'une multiplicité d'arcs électrique régulièrement répartis s'étendant sur toute la surface radiale de la bougie. Ceci est particulièrement avantageux pour s'assurer constamment de l'allumage du mélange carburé présent dans la chambre de combustion du moteur. Ce type de bougie bien que donnant satisfaction présente des inconvénients non négligeables. En effet, la constitution (écartement entre les électrodes, forme et taille des électrodes, localisation sur la bougie d'une électrode par rapport à l'autre, ...) de chaque site de génération d'arcs électriques est identique pour tous les sites. Les arcs électriques produits sont donc tous identiques, pour la longueur d'arc notamment. Or, il est connu que, dans le cas d'un moteur avec un mode de fonctionnement selon une combustion de type homogène, en particulier avec des richesses proches de 1, l'allumage du mélange carburé est initié par un arc électrique. Lorsque ce moteur fonctionne selon un autre mode de combustion avec un mélange carburé qui contient de l'air suralimenté, par un turbocompresseur par exemple, il est également connu que le courant électrique nécessaire à la création d'un arc électrique entre les électrodes est d'autant plus élevé que la pression de l'air entre les électrodes est grande et que ce courant diminue lorsque l'écartement entre les électrodes diminue. Par conséquent, lors d'un tel fonctionnement du moteur, une étincelle courte (de petite dimension) sera utilisée pour initier la combustion. Cette étincelle courte suffit pour produire l'allumage du mélange carburé et ne nécessite pas de tension électrique trop élevée, qui est plus coûteuse et qui peut entraîner une destruction localisée des électrodes. Dans le cas d'un mode de fonctionnement du moteur avec une combustion stratifiée du mélange carburé, ou avec un mélange homogène fortement dilué par des gaz d'échappement recirculés (plus connu sous l'abréviation EGR), le volume d'allumage doit être le plus grand possible, afin d'éviter les ratés et/ou d'améliorer la stabilité de combustion. Dans ce cas précis, il est nécessaire de générer un arc électrique de grande étendue pour allumer le mélange. Actuellement, pour pouvoir répondre aux différents modes de fonctionnement de la combustion du moteur précités (homogène, stratifié, avec ou sans EGR, ...), il est prévu d'utiliser une bougie d'allumage dont la configuration des sites est un corpromis. Ce compromis permet d'assurer l'allumage du mélange carburé pour tous les modes de combustion que ce moteur pourrait réaliser. Cependant, ce compromis n'est pas un optimum pour chaque mode et il se produit des incidents d'allumage (ratés d'allumage) durant lesquels le mélange carburé n'est pas allumé par la bougie. Ces incidents d'allumage entraînent une perte de puissance du moteur et un rejet d'hydrocarbures imbrûlés dans l'atmosphère lors de la phase d'échappement de ce moteur. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci- dessus grâce à une bougie d'allumage qui permet de produire l'arc électrique le plus adapté pour initier correctement la combustion pour les différents modes de fonctionnement du moteur. A cet effet, la présente invention concerne une bougie d'allumage d'un mélange carburé pour un moteur à combustion interne pouvant fonctionner selon différents modes de combustion, ladite bougie comportant au moins deux sites de génération d'arcs électriques associant deux électrodes, caractérisée en ce qu'au moins l'un des sites comprend une configuration différente de la constitution de l'autre des sites pour l'adaptation au mode de combustion du moteur. La configuration géométrique de l'un des sites peut être différente de la configuration géométrique de l'autre des sites. L'écartement entre les électrodes de l'un des sites peut être plus grand que l'écartement entre les électrodes de l'autre des sites. La configuration dimensionnelle de l'un des sites peut être différente de la configuration dimensionnelle de l'autre des sites. Au moins une électrode de l'un des sites peut comporter une dimension différente de la dimension d'au moins une électrode de l'autre des sites. La configuration de forme de l'un des sites peut être différente de la configuration de forme de l'autre des sites. L'électrode de l'un des sites peut comporter une forme différente de l'électrode de l'autre des sites. Au moins l'un des sites peut comprendre une configuration de matière constitutive d'au moins une électrode différente de la configuration de matière constitutive d'électrodes de l'autre des sites. La bougie peut comprendre une électrode reliée à une source de courant et au moins deux électrodes reliées à la masse. Un interrupteur peut contrôler la liaison des électrodes de masse avec la masse. La bougie peut comprendre au moins deux électrodes reliées à une source de courant et au moins une électrode reliée à la masse. La bougie peut comprendre le même nombre d'électrodes reliées à une source de courant que celui des électrodes reliées à la masse. L'invention concerne également un procédé de contrôle d'une bougie 30 d'allumage pour allumer un mélange carburé d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner selon différents modes de combustion, ladite bougie comportant au moins deux sites de génération d'arcs électriques associant25 deux électrodes et alimentés en courant électrique par un générateur, caractérisé en ce qu'il consiste à activer l'un des sites pour créer un type d'arc électrique pour un mode de combustion et à activer l'autre des sites pour créer un autre type d'arc électrique pour un autre mode de combustion. Le procédé de contrôle peut consister à activer l'un des sites pour créer un arc électrique de plus petite étendue que l'arc électrique de l'autre des sites pour un autre mode de combustion. 10 Le procédé de contrôle peut consister à activer les sites de génération d'arcs électriques pour créer une suite d'arcs électriques (E1, E2). Les autres caractéristiques el: avantages de l'invention vont maintenant apparaître à la lecture de la description donnée ci-après à titre illustratif et 15 nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre schématiquement une bougie d'allumage selon l'invention ; - la figure 2 montre une variante de la bougie d'allumage de la figure 1 et 20 - la figure 3 montre une autre variante de la bougie d'allumage selon l'invention. Sur la figure 1, la bougie d'allumage 10 d'axe longitudinal XX comprend une tête 12, un moyen d'appui et de serrage 14 de la bougie sur le moteur à 25 combustion interne et plus particulièrement dans la culasse que porte ce moteur et un culot 16. Cette bougie est formée d'un corps 18 de forme cylindrique en matière isolante électriquement et résistante thermiquement. Ce corps comporte, à 30 partir de son extrémité haute 20 (correspondant à la partie supérieure de la figure 1), une multiplicité de cylindres successifs coaxiaux 22 (ici cinq cylindres de diamètres différents) formant la tête 12 de la bougie et arrivant à une5 collerette 24 portant la surface de butée 26 qui forment le moyen de montage et de serrage 14 de la bougie dans le moteur à combustion interne. Cette collerette se poursuit par une partie cylindrique 28 suivie d'un téton 30 pour la constitution du culot 14 de cette bougie en portant l'autre extrémité 32 du corps. Ce corps est traversé, de son extrémité haute 20 à son autre extrémité 32, par une électrode axiale 34, avantageusement cylindrique, avec une dimension en longueur telle que son extrémité supérieure 36 déborde de l'extrémité haute 20 du corps 18 et que son extrémité inférieure 38 fait saillie par rapport à l'extrémité basse 32 de ce corps. Conventionnellement, l'extrémité supérieure 36 de l'électrode 34 est reliée à un générateur électrique 40, comme une bobine d'allumage, apte à délivrer un courant de l'ordre de 20 kV (KiloVolts) à cette électrode. Pour cela, cette électrode est dénommée dans la suite de la description comme électrode active. La partie cylindrique 28 du culot 16 porte, de manière inamovible, une ceinture 42 tubulaire, avantageusement en un matériau électriquement conducteur et de préférence métallique, dont l'extrémité supérieure s'appuie sur la surface de butée 26. Cette ceinture comporte, sur sa périphérie externe, un filetage 44 permettant le montage et le maintien de la bougie dans le moteur. La ceinture porte également au moins deux électrodes saillantes axialement 46, 48 régulièrement reparties, ici diamétralement opposées et sensiblement dans le prolongement axial de l'extrémité libre de la ceinture. Ces électrodes sont reliées chacune à une masse 50, 52 du véhicule et sont désignées, dans la suite de la description, en tant qu'électrodes de masse. La connexion à chaque masse est contrôlée par un interrupteur 54, 56 dont le fonctionnement sera explicité plus en détail dans la suite de la description. Préférentiellement, chaque électrode comprend une patte axiale 58, 60, sensiblement dans le prolongement axial de la périphérie de la ceinture, se terminant par une languette radiale 62, 64 avec une surface active 66, 68 en regard de l'extrémité inférieure 38 de l'électrode active. Comme mieux visible sur la figure 1, l'électrode active 34 est disposée de manière axialement centrale dans le corps de la bougie et les languettes 62, 64 ont une étendue radiale telle que leurs extrémités libres ne dépassent pas l'axe XX de la bougie. De plus, la distance Dl entre l'extrémité inférieure de l'électrode active et la surface active 66 de la languette 62 de l'électrode de masse 46 est différente de la distance D2 entre cette extrémité inférieure et la surface active 68 de la languette 64 de l'électrode de masse 48. Dans le cas de la figure 1, la distance Dl est plus grande que la distance D2. Ainsi, la bougie de la figure 1 comporte deux sites 70 et 72 de génération d'arcs électriques, un premier site 70 formé par le couple entre l'électrode active 34 et l'électrode de masse 46 et un autre site 72 formé par un autre couple entre cette électrode active et l'autre électrode de masse 48. De par la configuration de chaque site, ici la géométrie différente des paires d'électrodes formée par les écartements Dl et D2, il est possible de créer deux types d'arc électrique, un arc électrique long (ou arc large) El par le site 70 entre l'extrémité 38 de l'électrode active et la surface 66 de l'électrode de masse 46 et un arc électrique court (ou de faible étendue) E2 par le site 72 entre l'extrémité 38 de cette électrode active et la surface 68 de l'électrode de masse 48. Bien entendu, il est également: possible de réaliser deux types d'arcs en modifiant la forme des électrodes de masse 46, 48. Comme illustré à titre d'exemple sur la figure, il peut être prévu de réaliser une forme spécifique sur la surface active 66 de la languette radiale 62, ici une excroissance en forme de pointe 74 (en traits pointillés) dirigée vers l'électrode active 34 de façon à faciliter la création d'un arc électrique. Ceci permet ainsi deux arcs électriques, un arc El entre le sommet de la 30 pointe 74 et l'électrode active 34 et un autre arc E2 comme précédemment décrit. De même, l'une des électrodes de masse peut être réalisée dans une matière favorisant la conductivité électrique, comme le platine ou l'iridium, alors que l'autre des électrodes de masse est en une matière habituellement utilisée pour les électrodes de masse de bougies, tel qu'un acier allié. Durant le fonctionnement du moteur, le calculateur 76 que comporte habituellement le moteur reçoit des informations par des lignes 78 sur le mode de combustion qu'utilise ce moteur, comme le mode de fonctionnement avec un mode de combustion de type homogène, de type stratifié, avec de l'air de suralimentation, avec ou sans EGR, ... En fonction de ce mode de combustion, le calculateur commande par la ligne 80 le générateur 40 pour qu'il envoie un courant à l'électrode active avec une valeur telle que ce courant perrnet de créer, soit un arc électrique long El en commandant simultanément en fermeture l'interrupteur 54 par une ligne de contrôle 82, soit un arc électrique court E2 en commandant alternativement en fermeture l'interrupteur 56 par une ligne de contrôle 84. Ainsi, à titre d'exemple, le calculateur commandera en fermeture l'interrupteur 56, en ouverture l'interrupteur 54, le générateur 40 pour qu'il envoie un courant dans l'électrode active 34 avec un niveau nécessaire et suffisant pour que seul le site 72 puisse générer un arc électrique E2. Cet arc court E2 sera plus particulièrement utilisé pour initier l'allumage d'un mélange carburé pour un moteur avec un mode de combustion homogène ou avec un mode de combustion pour un mélange carburé avec de l'air de suralimentation. Lorsque le moteur fonctionne avec une combustion stratifiée ou avec un mélange homogène contenant une forte proportion de gaz d'échappement recirculés (EGR), le calculateur commandera alors l'interrupteur 56 en ouverture, l'interrupteur 54 en fermeture et le générateur 40 pour qu'il envoie un courant dans l'électrode active 34. Ceci permet de créer un arc électrique El par le site 70 qui soit plus grand que l'arc E2. Ainsi, l'arc électrique large El est utilisé pour certains modes de combustion et l'arc électrique court E2 est utilisé pour d'autres modes de combustion du moteur. Bien entendu, et cela sans sortir du cadre de l'invention, il peut être envisagé que le calculateur puisse commander le générateur, de façon à ce que les deux arcs électriques El et E2 soient utilisés successivement l'un après l'autre et dans un ordre indifférent (El puis E2 ou E2 puis El) et cela pendant la même séquence d'allumage du mélange carburé. Grâce à l'invention, l'allumage du mélange carburé est quasiment certain et cela tout en utilisant la quantité de courant à la bougie nécessaire à la création de l'arc électrique. De plus, il est possible d'augmenter la suralimentation de l'air introduit dans le cylindre tout en ayant la certitude que cette bougie permettra l'allumage du mélange carburé. On se reporte maintenant à la figure 2 qui montre une variante de la 20 figure 1 et qui pour cela comporte les mêmes références. Sur cette figure, le corps 18 de la bougie 10 est traversé par deux électrodes actives 34a et 34b de la même façon que l'électrode active 34 de la figure 1 mais en étant disposées de part et d'autre de l'axe XX et de préférence 25 symétriquement à cet axe. Chaque électrode active 34a et 34b est reliée par son extrémité supérieure 36a, 36b au générateur 40 contrôlé par le calculateur 76 et qui alimente en courant soit l'électrode 34a soit l'électrode 34b. 30 Les électrodes de masse 46, 48 sont identiques à celles de la figure 1 et sont reliées toutes deux directement à la même masse 50. Ainsi, les sites 70, 72 de génération d'arcs électriques El, E2 sont formés respectivement par le couple constitué de l'extrémité inférieure 38a de l'électrode active 34a et l'électrode de masse 46 et par un autre couple formé de l'extrémité inférieure 38b de n'électrode active 34b et l'électrode de masse 48. L'arc électrique El est donc créé entre l'extrémité 38a de l'électrode active 34a et la surface 66 de la languette 62 de l'électrode 46 et l'arc électrique E2 est créé entre l'extrémité 38b de l'électrode active 34b et la surface 68 de la languette 64 de l'électrode 48. Comme mieux visible sur la figure 2, la distance Dl entre l'extrémité 38a de l'électrode active 34a et la surface active 66 de la languette 62 est plus grande que la distance D2 entre l'extrémité 38b de l'électrode active 34b et la surface active 68 de la languette 64. Avantageusement, le dimensionnement de l'un des types d'électrodes de l'un des sites est différent du dimensionnement du même type d'électrode de l'autre site. Plus précisément, le diamètre o1 de l'électrode active 34a du site 70 est plus petit que le diamètre 02 de l'électrode active de l'autre site 72. Lors du fonctionnement du moteur selon les modes mentionnés ci-dessus, le calculateur commandera le générateur 40 pour qu'il alimente en courant soit l'électrode active 34a, soit l'électrode active 34b pour générer les arcs électriques El, E2. Dans la variante de la figure 3 qui comporte également les mêmes références que celles des figures 1 ou 2, les électrodes actives 34a et 34b sont reliées électriquement au générateur de courant 40 contrôlé par le calculateur 76 tout en étant activées alternativement. Pour pouvoir créer les sites 70, 72 de génération d'arcs électriques El et E2, cette bougie porte une électrode de masse 86 commune aux deux électrodes actives reliée à la masse 50. Cette électrode de masse comprend une patte axiale 88 qui est dans le prolongement axial de la périphérie de la ceinture 42 et qui se termine par une languette radiale 90 avec une surface active 92 en regard des extrémités inférieures 38a, 38b de l'électrode active. Ainsi, comme pour l'exemple de la bougie de la figure 2, le calculateur 76 commande le générateur 40 pour qu'il alimente soit l'une ou l'autre des électrodes actives de façon à générer les arcs électriques E1, E2 en fonction du mode de combustion du moteur. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus mais englobe tous équivalents et toutes variantes de l'invention. REVENDICATIONS1) Bougie d'allumage d'un mélange carburé pour un moteur à combustion interne pouvant fonctionner selon différents modes de combustion, ladite bougie comportant au moins deux sites de génération d'arcs électriques associant deux électrodes, caractérisée en ce qu'au moins l'un (70) des sites comprend une configuration (Dl, D2 ; 74 ; 01, 02) différente de la constitution de l'autre (72) des sites pour l'adaptai:ion au mode de combustion du moteur. 2) Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la configuration géométrique de l'un (70) des sites est différente de la configuration géométrique de l'autre (72) des sites. 3) Bougie d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que 15 l'écartement (Dl) entre les électrodes l'un (70) des sites est plus grand que l'écartement (D2) entre les électrodes de l'autre (72) des sites. 4) Bougie d'allumage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la configuration dimensionnelle de l'un (70) des sites est 20 différente de la configuration dimensionnelle de l'autre (72) des sites. 5) Bougie d'allumage selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'au moins une électrode (36a) de l'un (70) des sites comporte une dimension (01) différente de la dimension (02) d'au moins une électrode (36b) de l'autre (72) 25 des sites. 6) Bougie d'allumage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la configuration de forme de l'un (70) des sites est différente de la configuration de forme de l'autre (72) des sites. 7) Bougie d'allumage selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'électrode (46) de l'un des sites comporte une saillie (74) en forme de pointe. 30 8) Bougie d'allumage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins l'un (70) des sites de génération d'arcs électriques comprend une configuration de matière constitutive d'au moins une électrode différente de la configuration de matière constitutive d'électrodes de l'autre (72) des sites. 9) Bougie d'allumage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une électrode (34) reliée à une source de courant (40) et au moins deux électrodes (46, 48) reliées à la masse (50, 52). 10) Bougie d'allumage selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'un interrupteur (54, 56) contrôle la liaison des électrodes (46, 48) avec la masse (50, 52). 11) Bougie d'allumage selon des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux électrodes (34a, 34b) reliées à une source de courant et au moins une électrode (46, 48 ; 86) reliée à la masse. 20 12) Bougie d'allumage selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend le même nombre d'électrodes (34a, 34b) reliées à une source de courant que celui des électrodes (46, 48) reliées à la masse. 13) Procédé de contrôle d'une bougie d'allumage pour allumer un mélange 25 carburé d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner selon différents modes de combustion, ladite bougie comportant au moins deux sites (70, 72) de génération d'arcs électriques associant deux électrodes et alimentés en courant électrique par un générateur (40), caractérisé en ce qu'il consiste à activer l'un (70) des sites pour créer un type d'arc électrique (El) pour un mode 30 de combustion et à activer l'autre (72) des sites pour créer un autre type d'arc électrique (E2) pour un autre mode de combustion. 5 14) Procédé de contrôle d'une bougie d'allumage selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à activer l'un (70) des sites pour créer un arc électrique (El) de plus grande étendue que l'arc électrique (E2) de l'autre (72) des sites. 15) Procédé de contrôle d'une bougie d'allumage selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il consiste à activer successivement les sites (70, 72) de génération d'arc électriques pour créer une suite d'arcs électriques (E1, E2). 10