Brevet FR2980575A1 — publié le 20130329

PROCEDE DE DETERMINATION DE ZONE DE POSITIONNEMENT DE BOUGIE D'ALLUMAGE DE CHAMBRE DE COMBUSTION ET CHAMBRE DE COMBUSTION ASSOCIEE DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de détermination de zone de positionnement de bougie d'allumage de chambre de combustion ainsi qu'un procédé de positionnement de bougie d'allumage dans une chambre de combustion qui met en oeuvre le procédé de détermination de zone optimale de postionnement de l'invention L'invention concerne également un outil de test pour la mise en oeuvre du procédé de détermination de zone optimale de positionnement de l'invention et une chambre de combustion équipée d'au moins une bougie d'allumage agencée, dans la chambre de combustion, dans une zone optimale de positionnement qui résulte de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. De nos jours, l'allumage de certains moteurs s'effectue à l'aide de bougies d'allumage munies d'éléments semi-conducteurs. La figure 1 représente, à titre d'exemple, une vue en coupe longitudinale d'une bougie d'allumage munie d'un élément semi-conducteur et la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale grossie d'une extrémité de la bougie d'allumage représentée en figure 1. La bougie d'allumage 1 comprend une première électrode périphérique 2 en forme de cylindre de révolution et une électrode centrale 3 de forme cylindrique placée à l'intérieur de l' électrode périphérique 2. Des éléments électriquement isolants 4a, 4b séparent l'électrode centrale 3 de l'électrode périphérique 2 au niveau du corps de la bougie et un élément semi-conducteur 5 sépare l'électrode centrale 3 de l'électrode périphérique 2 au niveau de l'extrémité de la bougie qui débouche dans la chambre de combustion lorsque la bougie est montée dans le matériel. L'élément semi-conducteur 5 présente une face plane S qui, lorsque la bougie d'allumage est montée dans la chambre de combustion, entre en contact avec le carburant lors de l'allumage. La face plane S est située à une distance h de l'extrémité des électrodes 2 et 3 qui débouchent dans la chambre de combustion (cf. figure 2). Pour la génération d'étincelles, une tension est appliquée entre les électrodes de la bougie d'allumage. Un avantage des bougies munies d'éléments semi-conducteurs est la possibilité de générer des étincelles à partir de tensions d'alimentation faibles comparativement aux tensions qu'il est nécessaire d'appliquer aux bougies dépourvues de tels éléments. Il est alors possible de réaliser des boitiers d'allumage (boitiers électroniques fournissant l'énergie électrique à la bougie) et des câbles de liaison plus légers et plus fiables. Toutefois, un problème important rencontré avec les bougies d'allumage munies d'éléments semi30 conducteurs est la vitesse d'usure des éléments semi- conducteurs, laquelle usure conduit à des défauts de fonctionnement. A ce jour, il est connu de l'homme du métier que la vitesse d'usure des semi-conducteurs dépend des paramètres que sont l'énergie d'allumage, la pression qui règne dans la chambre de combustion et la température que subit le semi-conducteur. La connaissance de ces paramètres conduit ainsi l'homme du métier à choisir parmi les matériaux semi-conducteurs les plus aptes à supporter les valeurs d'énergie d'allumage, de pression et de température auxquels ces matériaux devront être soumis. Malgré cela, cependant, d'importants problèmes de fiabilité persistent. En effet, certaines bougies peuvent avoir une durée de vie inférieure à une centaine d'heures alors que d'autres peuvent rester efficaces sur des durées beaucoup plus longues, telles que 500 heures, voire plus. Il s'en suit que la fiabilité de l'allumage demeure faible. Pour les moteurs civils, la présence de deux bougies permet de limiter les interventions en urgence. Même si le besoin est peu fréquent, la fiabilité du ré-allumage en vol reste dans ce cas le problème principal. Pour les moteurs militaires, il n'y a pas systématiquement deux bougies. Pour le décollage sur porte-avions, par exemple, la fiabilité de l'allumage de la post-combustion est primordiale. L'allumage doit être effectué très rapidement et tout doute au cours des opérations de maintenance doit se traduire par un changement de bougie. Le coût de ces opérations de maintenance est alors très élevé. Ceci est un réel inconvénient. La présente invention permet de répondre à cet inconvénient. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de détermination d'une zone optimale de positionnement d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion, la bougie d'allumage étant munie d'un élément semiconducteur qui présente une face plane sur laquelle du carburant se dépose lors d'un allumage, le procédé comprenant : - une étape de détermination, à l'aide d'une bougie d'allumage de test située hors de la chambre de combustion, la bougie d'allumage de test étant identique à la bougie d'allumage, d'une valeur de débit de carburant optimale destinée à assurer un fonctionnement long terme optimal de la bougie d'allumage, - une succession de mesures de quantités de carburant recueilli en surface d'une extrémité d'un outil de test d'encombrement identique à une bougie d'allumage, lors d'essais d'allumage de test successifs, l'outil de test étant positionné, pour chaque mesure de quantité de carburant, en un endroit différent de la chambre de combustion, ledit endroit différent correspondant à une position différente de la chaine de cotes de la bougie d'allumage, - une étape de détermination des valeurs de débit de carburant qui correspondent aux quantités de carburant mesurées, - une étape de comparaison des valeurs de débit de carburant qui correspondent aux quantités de carburant mesurées et de la valeur de débit de carburant optimale, et - une étape de détermination de la zone optimale de positionnement comme suite à la comparaison. L'invention concerne également un procédé de positionnement de bougie d'allumage dans une chambre de combustion, la bougie d'allumage étant munie d'un élément semi-conducteur qui présente une surface sur laquelle du carburant se dépose lors d'un allumage, caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape de détermination de zone optimale de positionnement de bougie d'allumage dans la chambre de combustion selon l'invention, et - un positionnement de la bougie dans la zone optimale de positionnement. L'invention concerne également un outil de test pour la mise en oeuvre d'un procédé de détermination d'une zone optimale de positionnement d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion selon l'invention, l'outil de test comprenant un embout qui contient un élément fait d'un matériau apte à absorber le carburant qui est recueilli en surface de l'extrémité de l'outil de test lors d'un essai d'allumage de test. L'invention concerne également une chambre de combustion équipée d'au moins une bougie d'allumage qui est agencée, dans la chambre de combustion, dans une zone optimale de positionnement qui résulte de la mise en oeuvre du procédé de détermination de zone optimale de positionnement de bougie d'allumage de l'invention. L'étape de détermination d'une valeur de débit de carburant optimale apte à assurer un fonctionnement long terme optimal de la bougie d'allumage est effectuée par des essais de type goutte à goutte sur la bougie d'allumage de test (« drip test » en langue anglaise). La valeur de débit de carburant optimale correspond alors au débit de carburant maximal qui guarantit que, pendant une durée égale à la durée qui sépare deux étincelles successives d'un cycle d'allumage, la face de l'élément semiconducteur ne se recouvre pas entièrement de carburant. En effet, lors d'essais préliminaires, la Demanderesse a mis en évidence que l'usure du semiconducteur est fortement accélérée lorsque le carburant mouille entièrement la surface du semi-conducteur pendant la durée qui sépare deux étincelles successives, et que c'est ce recouvrement de la surface entière du semi-conducteur par le carburant qui est à l'origine des fortes dispersions mentionnées précédemment. De façon particulièrement avantageuse, la Demanderesse propose de limiter l'usure de la bougie grace à un positionnement de la bougie qui évite à celle-ci d'être entièrement recouverte entre deux étincelles successives. Selon un perfectionnement de l'invention, l'étape de mesure des quantités de carburant avec l'outil de test est réalisée avec une pluralité de chambres de combustion identiques de sorte qu'une zone optimale de positionnement est déterminée pour chaque chambre de combustion de la pluralité de chambres de combustion identiques. La zone de positionnement optimale de la bougie est alors une zone de positionnement déduite de l'ensemble des zones optimales de positionnement. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : - La figure 1 - déjà décrite représente une vue en coupe longitudinale d'un exemple de bougie d'allumage concernée par le procédé de l'invention ; - La figure 2 - déjà décrite - représente une vue en coupe longitudinale grossie d'une extrémité de la bougie d'allumage représentée en figure 1 ; - La figure 3 représente un organigramme du procédé de l'invention ; - La figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un outil témoin apte à mettre en oeuvre le procédé de l'invention ; - La figure 5 représente une vue en coupe longitudinale grossie de l'extrémité de l'outil témoin représenté en figure 4. Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments. Exposé détaillé d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention La figure 3 représente un organigramme du procédé de détermination de zone optimale de positionnement de bougie d'allumage de l'invention. Le procédé comprend : - une étape El de détermination d'une valeur de débit de carburant optimale apte à assurer un fonctionnement long terme optimal de la bougie d'allumage, à l'aide d'une bougie d'allumage de test identique à la bougie d'allumage située hors de la chambre de combustion ; - une étape E2 de mesure, à l'aide d'un outil de test positionné en différents endroits de la chambre de combustion, d'un ensemble de quantités de carburant recueillies en surface d'une extrémité de l'outil de test, lors d'essais d'allumage de test successifs ; - une étape E3 de détermination des valeurs de débit de carburant correspondant aux quantités de carburant mesurées, - une étape E4 de comparaison des valeurs de débit de carburant correspondant aux quantités de carburant mesurées avec la valeur optimale de débit de carburant déterminée à l'étape El, et - une étape E5 de définition de la zone optimale de positionnement de la bougie à partir des résultats de la comparaison. L'étape El est effectuée préférentiellement par des essais de type goutte à goutte (« drip test » en langue anglaise) sur une bougie d'allumage de test pendant des durées conformes aux durées réelles d'utilisation, par exemple 900 heures. Les essais de type goutte à goutte se font en dehors de la chambre de combustion. La bougie d'allumage de test est identique à la bougie d'allumage destinée à être montée dans le matériel, de sorte que l'élément semi-conducteur qu'elle contient présente également une face plane S située à une distance h de l'extrémité des électrodes 2 et 3 (cf. figure 2). Le carburant est déposé goutte à goutte sur la face plane S. La valeur optimale de débit de carburant Vo apte à assurer un fonctionnement longue durée optimal de la bougie d'allumage correspond au débit maximal de carburant qui garantit que, pendant une durée égale à la durée qui sépare deux étincelles successives d'un cycle d'allumage en fonctionnement normal, la face S de l' élément semi-conducteur ne se recouvre pas entièrement de carburant. L'étape E2 est constituée d'une succession de mesures de quantité de carburant lors d'essais d'allumage de test successifs faits en l'absence de 25 bougie d'allumage, un outil de test remplaçant la bougie d'allumage. Les conditions d'un essai d'allumage de test sont préférentiellement identiques à celle d'un allumage conventionnel (même fréquence, même durée). A titre d'exemple non limitatif, un outil 30 de test T est représenté sur les figures 4 et 5. L'outil de test T a un encombrement identique à celui d'une bougie d'allumage afin de pouvoir être monté dans la chambre de combustion à la place d'une bougie d'allumage. Il comprend un corps C et un embout EB. L'embout EB est fixé au corps C, par 5 exemple, par une vis V. L'embout EB contient un élément A fait dans un matériau apte à absorber le carburant. L'embout EB présente à son extrémité un encombrement identique à celui d'une bougie d'allumage. Une face plane ST de l'élément A est ainsi située à une distance 10 h de l'extrémité de l'outil qui débouche dans la chambre de combustion. L'outil de test est monté dans la chambre de combustion à l'emplacement destiné à recevoir la bougie d'allumage. Le positionnement de l'outil de test 15 est préférentiellement choisi pour être conforme à la chaîne de cotes qui définit le positionnement d'une bougie d'allumage. L'extrémite de l'outil de test se trouve ainsi positionnée en l'un des endroits où l'extrémité de la bougie d'allumage est susceptible 20 d'être positionnée lorsqu'elle est montée dans la chambre de combustion. Afin d'explorer la totalité des endroits où il est possible de positionner l'extrémité de la bougie d'allumage, des embouts EB de différentes longueurs sont successivement utilisés et l'outil de 25 test comprend des moyens aptes à permettre l'excentrage de ces embouts. Lors de chaque essai d'allumage de test effectué durant l'étape E2, le carburant qui atteint la face ST de l'élément A est absorbé par l'élément A. A 30 la fin de chaque essai d'allumage de test, l'outil de test est démonté et le poids de la quantité de carburant qui a été absorbée est calculé par différence entre le poids de l'outil après essai et le poids de l'outil avant essai. Pour N essais d'allumage de test, N valeurs de poids Pl, P2, -, PN sont ainsi déterminées. Une étape E3 de détermination des valeurs de débit de carburant V1, V2, -, VN qui correspondent aux poids de carburant mesurés PI, P2, -, PN succède à l'étape E2. A partir de l'information relative au poids de carburant recueilli et de la connaissance du poids volumique du carburant, il est en effet possible de déduire le volume de carburant qui a été recueilli par l'outil de test et, à partir de la connaissance du volume de carburant recueilli par l'outil de test et de la durée de l'essai de test, il est ensuite possible de déduire le débit de carburant qui est associé à l'essai. De façon préférentielle, plusieurs essais sont effectués pour une même position de l'outil de test et le débit de carburant qui est pris en compte pour une position donnée de l'outil de test est alors la valeur de débit moyenne qui résulte de l'ensemble des valeurs de débit calculées. Pour chaque position de la chaîne de cotes de la bougie d'allumage, une valeur de débit de carburant moyenne est alors calculée. A l'étape E3 succède alors l'étape E4 de comparaison des valeurs de débit de carburant calculées à l'étape E3 avec la valeur de débit de carburant optimale déterminée à l'étape El, puis l'étape E5 de définition de la zone optimale de positionnement de la bougie à partir des résultats de la comparaison. La zone optimale de positionnement de la bougie correspond alors à un ensemble de positions de la bougie pour lesquelles les valeurs de débit de carburant calculées à l'étape E4 restent inférieures à 5 la valeur de débit de carburant optimale mesurée à l'étape El. Selon un exemple de réalisation, un prélévement de 0,8 gramme de carburant pendant un cycle d'allumage de 10 secondes s'est avéré être la valeur maximale admissible pour le fonctionnement de la 10 bougie. Cette valeur maximale dépend essentiellement de la surface de la bougie, de la durée du cycle d'allumage et de la fréquence des étincelles. Selon un perfectionnement de l'invention, les étapes E2 et E3 sont réalisées sur plusieurs 15 moteurs afin d'augmenter les dispersions possibles, permettant ainsi la détermination d'une zone optimale commune à un ensemble de moteurs de même définition . Du fait de l'obtention de cette zone commune optimale, il n'est alors plus nécessaire que la chambre de 20 combustion dans laquelle est montée la bougie soit celle qui a permis de faire les mesures de quantités de carburant (étape E2). De façon générale, la zone optimale de positionnement de la bougie obtenue par le procédé de 25 l'invention se situe dans la chaîne de cotes de la bougie d'allumage. Toutefois, il peut arriver qu'il apparaisse, lors des essais, que cette zone doive se situer, en tout ou en partie, en dehors de la chaîne de cotes. Le procédé de l'invention prévoit alors la mise 30 en oeuvre de modifications structurelles de la/des chambre(s) à combustion et/ou de la/des bougie(s) d'allumage afin de définir une zone optimale de positionnement compatible de la chaîne de cotes. Le procédé de l'invention permet alors avantageusement de définir des positions de bougie aptes à assurer une très grande fiabilité du matériel. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une zone optimale de positionnement d'une bougie d'allumage (1) dans une chambre de combustion, la bougie d'allumage étant munie d'un élément semi-conducteur (5) qui présente une face plane (S) sur laquelle du carburant se dépose lors d'un allumage, le procédé comprenant : - une étape de détermination (El), à l'aide d'une bougie d'allumage de test située hors de la chambre de combustion, la bougie d'allumage de test étant identique à la bougie d'allumage, d'une valeur de débit de carburant optimale destinée à assurer un fonctionnement long terme optimal de la bougie d'allumage, - une succession de mesures (E2) de quantités de carburant recueilli en surface d'une extrémité d'un outil de test (T) d'encombrement identique à une bougie d'allumage, lors d'essais d'allumage de test successifs, l'outil de test étant positionné, pour chaque mesure de quantité de carburant, en un endroit différent de la chambre de combustion, ledit endroit différent correspondant à une position différente de la chaine de cotes de la bougie d'allumage, - une étape de détermination (E3) des valeurs de débit de carburant qui correspondent aux quantités de carburant mesurées, - une étape de comparaison (E4) des valeurs de débit de carburant qui correspondent aux quantités decarburant mesurées et de la valeur de débit de carburant optimale, et - une étape de détermination (E5) de la zone optimale de positionnement comme suite à la comparaison. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de détermination (El), hors de la chambre de combustion, à l'aide d'une bougie d'allumage de test identique à la bougie d'allumage, d'une valeur de débit de carburant optimale destinée à assurer un fonctionnement long terme optimal de la bougie d'allumage consiste à déposer du carburant sous forme de goutte à goutte en surface de l'élément semi- conducteur de la bougie d'allumage de test et à relever comme valeur de débit de carburant optimale une valeur de débit de carburant maximale qui garantit que, pendant une durée égale à la durée qui sépare - en fonctionnement normal - deux étincelles successives d'un cycle d'allumage, aucun carburant ne recouvre entièrement la face de l'élément semi-conducteur de la bougie d'allumage de test. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une série de mesures successives de quantité de carburant sont effectuées pour une même position d'un outil de test (T), de telle sorte que la quantité de carburant mesurée qui correspond à une position donnée de l'outil de test est la valeur moyenne des mesures successives. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des mesures de quantité de carburant sont effectuée avec différentes chambres de combustion identiques, de telle sorte qu'une zone optimale moyenne de positionnement de bougie d'allumage est déterminée à partir des différentes zones optimales de positionnement déterminées avec chaque chambre de combustion. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une mesure de quantité de carburant recueilli en surface d'une extrémité d'un outil de test est une étape de mesure de poids du carburant absorbé, lors d'un essai d'allumage de test, par un élément absorbant (A) situé à l'extrémité de l'outil de test (T). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, s'il apparaît que la zone optimale de positionnement se situe, en tout ou en partie, en dehors de la chaine de cotes de la bougie d'allumage, des modifications structurelles de la chambre de combustion et/ou de l'outil de test sont effectuées jusqu'à temps qu'une zone optimale de positionnement se situe dans la chaîne de cotes. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, dès lors qu'une zone optimale de positionnement se situe dans la chaîne de cotes, les modifications structurelles de la chambre de combustion et/ou de labougie d'allumage sont prises en compte pour définir la chambre de combustion et/ou la bougie d'allumage. 8. Procédé de positionnement de bougie d'allumage dans une chambre de combustion, la bougie d'allumage étant munie d'un élément semi-conducteur qui présente une surface sur laquelle du carburant se dépose lors d'un allumage, caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape de détermination de zone optimale de positionnement de bougie d'allumage dans la chambre de combustion selon le procédé de l'une des revendications 1 à 7, et - un positionnement de la bougie dans la zone optimale de positionnement. 9. Outil de test (T) pour la mise en oeuvre d'un procédé de détermination d'une zone optimale de positionnement d'une bougie d'allumage (1) dans une 20 chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, lorsque la revendication 6 dépend de la revendication 5, caractérisé en ce que l'outil de test comprend un embout (EB) qui contient un élément (A) fait d'un matériau apte à absorber le carburant 25 recueilli en surface de l'extrémité de l'outil de test lors de l'essai d'allumage de test. 10. Outil de test (T) selon la revendication 9, dans lequel l'embout (EB) est 30 démontable et en ce qu'il comprend des moyens aptes à décentrer l'embout (EB). 11 . Chambre de combustion équipée d'au moins une bougie d'allumage, caractérisée en ce que la bougie d'allumage est agencée, dans la chambre de combustion, dans une zone de positionnement qui résulte de la muise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.