Brevet FR3057114A1 — publié le 20180406

PROCÉDÉ DE RÉGÉNÉRATION D'UNE BOUGIE D'ALLUMAGE À SEMI-CONDUCTEUR MISE EN COURT-CIRCUIT INTERNE PAR DU COKE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des bougies d'allumage à semi-conducteur équipant les turbomachines servant à la propulsion des aéronefs. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif destinés à régénérer une bougie d'allumage à semi-conducteur en court-circuit interne à cause d'une présence de coke dans la tête de la bougie. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les bougies d'allumage à semi-conducteur sont largement utilisées pour initier la combustion du mélange d'air et de carburant au sein des chambres de combustion des turbomachines d'aéronef. II s'agit de bougies comportant une électrode centrale, une électrode de masse entourant l'électrode centrale, et un élément semi-conducteur, de forme annulaire, interposé entre les deux électrodes. L'électrode de masse est électriquement et physiquement en contact avec cet élément semi-conducteur alors qu'il y a un petit entrefer de quelques dixièmes de millimètres entre l'électrode centrale et l'élément semi- conducteur. Lorsque qu'une tension suffisante est appliquée entre les deux électrodes, l'élément semi-conducteur est polarisé par rapport à l'électrode centrale. L'air présent dans l'entrefer devient alors ionisé et contribue ainsi à la formation d'un arc électrique entre les deux électrodes. De par la polarisation surfacique du semi- conducteur, l'arc « adhère » au semi-conducteur indépendamment de la pression environnante. Les bougies d'allumage de ce type présentent ainsi l'avantage de pouvoir être alimentées sous des tensions relativement basses, typiquement de l'ordre 3057114 2 de 3 kV. La tension requise pour l'alimentation d'une telle bougie est en outre indépendante de la pression interne de la chambre de combustion. Toutefois, une cause de défaillance récurrente observée sur les bougies de ce type réside dans l'apparition de coke dans l'extrémité de la bougie, ce qui rend la 5 bougie inopérante. En effet, lors de certaines séquences de fonctionnement des turbomachines telles qu'un démarrage long ou des ventilations humides (c'est-à-dire des phases de rotation des parties de rotor de la turbomachine avec injection de carburant mais sans allumage), le kérosène injecté dans la chambre de combustion peut être amené 10 à s'introduire dans l'extrémité d'une bougie à semi-conducteur. Cette bougie étant exposée à des températures de plusieurs centaines de degrés Celsius, le kérosène confiné dans la bougie risque de se transformer en coke. Il est en effet rappelé que le coke est issu de la cuisson du kérosène en milieu confiné (sans apport d'air). Ce phénomène peut survenir également à l'arrêt moteur lorsque des 15 injecteurs fuyards laissent échapper du kérosène qui peut s'introduire dans une bougie encore chaude. Ce phénomène intervient plus ou moins rapidement sur les turbomachines en service. Or, bien que le kérosène soit électriquement isolant, le coke est quant à 20 lui électriquement conducteur, si bien qu'une présence de coke dans l'entrefer de la tête d'une telle bougie d'allumage implique une mise en court-circuit de la bougie interdisant le fonctionnement de cette bougie. Une telle bougie ne génère alors plus d'étincelles lorsqu'elle est alimentée sous sa tension de fonctionnement nominale, mais l'énergie dispensée dans le coke fait chauffer l'extrémité de la bougie. 25 Ce phénomène contribue ainsi à réduire notablement la durée de vie moyenne de ces bougies d'allumage. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. 3057114 3 Elle propose à cet effet un procédé de régénération d'une bougie d'allumage à semi-conducteur comprenant deux bornes et une tête comportant une électrode périphérique et une électrode centrale qui sont respectivement reliées aux deux bornes et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur formant avec 5 les deux électrodes une extrémité axiale libre de la bougie d'allumage, dans laquelle l'élément semi-conducteur et l'électrode centrale sont reliés électriquement par du coke formé dans un entrefer prévu entre l'élément semi-conducteur et l'électrode centrale. Le procédé consiste à chauffer la tête de la bougie d'allumage tout en insufflant de l'air sur l'extrémité axiale libre de la bougie d'allumage de manière à 10 provoquer une combustion, de préférence complète, du coke. L'invention offre ainsi un moyen simple et efficace d'éliminer le coke d'une telle bougie d'allumage et de permettre une remise en service de la bougie d'allumage. D'importantes économies peuvent ainsi être réalisées par les exploitants de turbomachines d'aéronefs tels que les compagnies aériennes et les ateliers de 15 maintenance. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le coke est porté à une température supérieure à 600 degrés Celsius. De préférence, le chauffage de la tête de la bougie d'allumage est réalisé au moyen d'un dispositif de chauffage entourant la tête de la bougie d'allumage. 20 À cet effet, le dispositif de chauffage est avantageusement une boucle de chauffage par induction. Par ailleurs, l'insufflation de l'air est de préférence réalisée au moyen d'un dispositif d'insufflation d'air appliqué contre l'extrémité axiale libre de la bougie d'allumage. 25 Le procédé est de préférence mis en oeuvre pendant une durée suffisante pour permettre une combustion complète du coke. L'invention concerne également un dispositif de régénération d'une bougie d'allumage à semi-conducteur comprenant deux bornes et une tête comportant deux électrodes respectivement reliées aux deux bornes et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur formant avec les deux électrodes une extrémité axiale libre 3057114 4 de la bougie d'allumage, dans laquelle l'électrode centrale et l'élément semi-conducteur sont reliés électriquement par du coke. Le dispositif de régénération comprend un dispositif de chauffage apte à chauffer la tête de la bougie d'allumage et un dispositif d'insufflation d'air apte à insuffler de l'air sur l'extrémité axiale libre de la bougie 5 d'allumage de manière à provoquer une combustion du coke. Le dispositif de régénération permet ainsi la mise en oeuvre du procédé de régénération décrit ci-dessus. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de chauffage est une boucle de chauffage par induction, tandis que le dispositif d'insufflation 10 d'air comporte une surface d'appui, apte à être appliquée contre l'extrémité axiale libre de la bougie d'allumage, et dans laquelle débouche un orifice d'éjection d'air. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre 15 d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une bougie d'allumage à semi-conducteur ; la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 illustrant la bougie d'allumage dans un état de court-circuit induit par la présence de coke dans la tête de la bougie ; 20 la figure 3 est une vue semblable à la figure 1 illustrant la mise en oeuvre d'un procédé de régénération de la bougie d'allumage de la figure 2 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ La figure 1 illustre une bougie d'allumage 10 à semi-conducteur de type 25 connu, comprenant de manière générale deux bornes 12, 14, et une tête 16 comportant une électrode périphérique 18 et une électrode centrale 20 qui sont respectivement reliées aux deux bornes 12, 14 et séparées l'une de l'autre par un élément semiconducteur 22 par exemple de type céramique semi-conductrice. Les deux électrodes 18, 3057114 5 20 et l'élément semi-conducteur 22 forment une extrémité axiale libre 24 qui constitue la partie active de la bougie, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. L'électrode périphérique 18 est en contact électrique avec l'élément semi-conducteur 22 tandis qu'un entrefer 26 est formé entre l'électrode centrale 20 et l'élément semi- 5 conducteur 22. Plus précisément, la bougie d'allumage comporte un corps externe 30 creux s'étendant selon un axe 32, un corps intermédiaire 34 creux s'étendant selon l'axe 32, à l'intérieur du corps externe 30, et un corps interne 36 en forme générale de tige s'étendant selon l'axe 32, à l'intérieur du corps intermédiaire 34. De plus, l'élément semi- 10 conducteur 22 s'étend dans le prolongement du corps intermédiaire 34 et au contact de ce dernier, à l'intérieur du corps externe 30 et autour du corps interne 36 de manière à former l'entrefer 26. Le corps externe 30 comporte une partie globalement cylindrique 40 présentant une première extrémité formant l'électrode périphérique 18, dite « électrode 15 de masse », une seconde extrémité 42 formant l'une des bornes 12, qui est ainsi reliée à l'électrode périphérique 18, et un collet 44 formant une platine de fixation de la bougie. La borne 12 délimite extérieurement l'entrée d'un connecteur de la bougie d'allumage. Le corps interne 36 présente une première extrémité formant l'électrode centrale 20, qui est entourée à distance par l'électrode périphérique 18, et 20 une seconde extrémité opposée formant l'autre borne 14, qui est ainsi reliée à l'électrode centrale 20. Le corps intermédiaire 34 comporte une partie 50 en contact avec le corps interne 36, et une partie 52 agencée axialement au niveau et au-delà de la borne 14 formée par le corps interne 36 et présentant un diamètre intérieur élargi de manière à 25 ménager un espace entre cette partie 52 et la borne 14 et à délimiter ainsi extérieurement une partie de fond du connecteur de la bougie d'allumage. Les corps externe 30 et interne 36 sont réalisés en un matériau conducteur de l'électricité et apte à opérer sous de fortes températures, tel qu'un superalliage à base de nickel à faible fluage à haute température. Le corps intermédiaire 3057114 6 34 est réalisé en un matériau électriquement isolant de type céramique pour garantir l'isolation entre les électrodes 18 et 20. Comme expliqué ci-dessus, lorsque qu'une tension suffisante est appliquée aux bornes 12 et 14 d'une telle bougie d'allumage au sein d'une chambre de 5 combustion de turbomachine, la polarisation du semi-conducteur 22 séparé de l'électrode centrale 20 favorise l'ionisation de l'air contenu dans l'entrefer 26 près de l'extrémité axiale 24 de la bougie, favorisant ainsi la formation d'arcs électriques 56 entre les deux électrodes 18 et 20 au niveau de l'extrémité axiale 24. En fonctionnement, il est généralement souhaitable d'obtenir une série 10 de tels arcs électriques. Par conséquent, une tension discontinue ou variable est appliquée aux bornes 12 et 14 de la bougie de manière à soumettre lesdites bornes par intermittence à une tension d'un niveau suffisant pour déclencher une succession de décharges électriques. La figure 2 illustre la présence de coke 60 au sein de l'entrefer 26 dans la 15 tête 16 de la bougie. Ce coke résulte typiquement de la cokéfaction de kérosène pénétrant dans l'entrefer 26, au cours de l'utilisation de la bougie au sein d'une chambre de combustion de turbomachine. Le coke 60 qui remplit l'entrefer 26 relie en particulier l'élément semi-conducteur 22 à l'électrode centrale 20 de la bougie d'allumage et met donc la bougie dans un état de court-circuit électrique qui la rend impropre à son usage 20 normal. Afin d'éliminer le coke 60, l'invention propose un procédé de régénération consistant à chauffer la tête 16 de la bougie d'allumage tout en insufflant de l'air 62 sur l'extrémité axiale libre 24 de la bougie d'allumage de manière à provoquer une combustion, de préférence complète, du coke. 25 L'invention consiste donc à porter le coke 60 à une température permettant la combustion de ce coke, typiquement une température supérieure à 600 degrés Celsius, et à mettre le coke en présence d'air de sorte que ce dernier joue le rôle de comburant. Le chauffage du coke peut être réalisé par tout moyen approprié. Dans 30 un mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur la figure 3, ce chauffage est 3057114 7 réalisé au moyen d'un dispositif de chauffage 70 entourant la tête 16 de la bougie de manière à permettre un chauffage homogène d'une partie d'extrémité de la tête 16 définie à partir de l'extrémité axiale libre 24, et correspondant à l'entrefer 26. Le dispositif de chauffage 70 est par exemple une boucle de chauffage par induction. 5 De plus, l'insufflation de l'air 62 est réalisée au moyen d'un dispositif d'insufflation d'air 80 appliqué contre l'extrémité axiale libre 24 de la bougie d'allumage. Ce dispositif d'insufflation d'air 80 comporte de manière générale un corps 82 pourvu d'une surface d'appui 84 dans laquelle débouche un orifice 86 d'éjection d'air raccordé via un conduit 88 à une source d'alimentation en air sous pression 90 (représentée très 10 schématiquement sur la figure 3). Au terme du procédé, une partie du coke, et de préférence la totalité de celui-ci, s'est transformé en cendre qu'il sera ensuite aisé d'évacuer. Le bougie d'allumage 10 est de nouveau en mesure de produire des étincelles et peut donc être réutilisée au sein d'une turbomachine d'aéronef. 15 REVENDICATIONS1. Procédé de régénération d'une bougie d'allumage (10) à semi- conducteur comprenant deux bornes (12, 14) et une tête (16) comportant une électrode périphérique (18) et une électrode centrale (20) qui sont respectivement reliées aux deux bornes et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur (22) formant avec les deux électrodes (18, 20) une extrémité axiale libre (24) de la bougie d'allumage, dans laquelle l'élément semi-conducteur (22) et l'électrode centrale (20) sont reliés électriquement par du coke (60) formé dans un entrefer (26) prévu entre l'élément semi- conducteur (22) et l'électrode centrale (20), le procédé consistant à chauffer la tête (16) de la bougie d'allumage tout en insufflant de l'air (62) sur l'extrémité axiale libre (24) de la bougie d'allumage de manière à provoquer une combustion du coke (60). 2. Procédé de régénération selon la revendication 1, dans lequel le coke (60) est porté à une température supérieure à 600 degrés Celsius. 3. Procédé de régénération selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le chauffage de la tête (16) de la bougie d'allumage est réalisé au moyen d'un dispositif de chauffage (70) entourant la tête (16) de la bougie d'allumage. 4. Procédé de régénération selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de chauffage (70) est une boucle de chauffage par induction. 5. Procédé de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'insufflation de l'air est réalisée au moyen d'un dispositif d'insufflation d'air (80) appliqué contre l'extrémité axiale libre (24) de la bougie d'allumage. 3057114 9 6. Procédé de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la combustion du coke (60) est une combustion complète. 5 7. Dispositif de régénération d'une bougie d'allumage (10) à semi- conducteur comprenant deux bornes (12, 14) et une tête (16) comportant une électrode périphérique (18) et une électrode centrale (20) qui sont respectivement reliées aux deux bornes et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur (22) formant avec les deux électrodes (18, 20) une extrémité axiale libre (24) de la bougie d'allumage, dans 10 laquelle l'élément semi-conducteur (22) et l'électrode centrale (20) sont reliés électriquement par du coke (60) formé dans un entrefer (26) prévu entre l'élément semiconducteur (22) et l'électrode centrale (20), le dispositif de régénération comprenant un dispositif de chauffage (70) apte à chauffer la tête (16) de la bougie d'allumage et un dispositif d'insufflation d'air (80) apte à insuffler 15 de l'air (62) sur l'extrémité axiale libre (24) de la bougie d'allumage de manière à provoquer une combustion du coke (60). 8. Dispositif de régénération selon la revendication 7, dans lequel le dispositif de chauffage (70) est une boucle de chauffage par induction. 9. Dispositif de régénération selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le dispositif d'insufflation d'air (80) comporte une surface d'appui (84) apte à être appliquée contre l'extrémité axiale libre (24) de la bougie d'allumage et dans laquelle débouche un orifice (86) d'éjection d'air. 20 25