Brevet FR3049780A1 — publié le 20171006

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LA RÉGÉNÉRATION D'UNE BOUGIE D'ALLUMAGE À SEMI- CONDUCTEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des bougies d'allumage 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. 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. Il 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 de manière à être électriquement en contact avec chacune des électrodes. Lorsque qu'une tension suffisante est appliquée aux bornes d'une telle bougie d'allumage, un faible courant électrique parcourt l'élément semi-conducteur, indépendamment de la pression environnante. Ce courant électrique favorise l'ionisation du mélange d'air et de carburant près de l'élément semi-conducteur et permet ainsi la formation d'arcs électriques entre les deux électrodes. Les bougies d'allumage de ce type présentent ainsi l'avantage de pouvoir être alimentées sous des tensions relativement basses, typiquement de l'ordre 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, l'extrémité de chaque électrode qui débouche dans la chambre de combustion est susceptible de s'oxyder progressivement au fil de l'utilisation 3049780 2 du moteur, d'autant plus que le moteur soumet la tête de la bougie d'allumage à un phénomène de cyclage thermique. Ce problème d'oxydation concerne en général plus spécifiquement l'électrode de masse. Une couche d'oxydation se forme ainsi progressivement entre 5 l'électrode concernée par l'oxydation et l'élément semi-conducteur. Après s'être suffisamment développée, la couche d'oxydation interrompt totalement le contact électrique entre l'électrode concernée et l'élément semi-conducteur. La bougie d'allumage, devenue inopérante, est alors mise au rebut et remplacée par une bougie neuve. 10 Ce phénomène d'oxydation tend donc à raccourcir la durée de vie des bougies et occasionne ainsi des surcoûts de maintenance considérables. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. 15 Elle propose à cet effet un procédé de régénération d'une bougie d'allumage à semi-conducteur comprenant deux bornes, et une tête comportant deux électrodes de bougie respectivement reliées aux deux bornes et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur, dans laquelle l'élément semi-conducteur est isolé électriquement de l'une des électrodes de bougie par une couche d'oxydation, le procédé 20 comprenant : une première étape consistant à relier électriquement l'élément semi-conducteur à l'électrode de bougie dont l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation, une deuxième étape consistant à appliquer une tension entre la première borne et 25 la deuxième borne de manière à générer des décharges électriques au niveau de la tête, et une troisième étape consistant à obtenir une bougie d'allumage à semiconducteur régénérée. 3049780 3 Il est en effet apparu qu'après avoir rétabli la liaison électrique entre l'élément semi-conducteur et l'électrode de bougie concernée par l'oxydation, non seulement la bougie d'allumage redevient opérante, mais de surcroît, et de manière surprenante, le fait de générer des décharges électriques au niveau de la tête de la bougie 5 provoque l'effritement de la couche d'oxydation, et permet ainsi de régénérer la bougie d'allumage, c'est-à-dire de la rendre de nouveau fonctionnelle. De préférence, la première étape comporte : une première sous-étape consistant à mettre à disposition un dispositif, comprenant au moins une première électrode de dispositif et au moins une seconde 10 électrode de dispositif reliée électriquement à ladite au moins une première électrode de dispositif, et une deuxième sous-étape consistant à positionner la bougie d'allumage par rapport au dispositif de manière à mettre ladite au moins une première électrode de dispositif en contact avec l'électrode de bougie dont l'élément semi-conducteur est isolé 15 électriquement par la couche d'oxydation et à mettre ladite au moins une seconde électrode de dispositif en contact avec l'élément semi-conducteur, et la troisième étape consiste à séparer la bougie d'allumage du dispositif. L'utilisation d'un tel dispositif permet une mise en oeuvre aisée du procédé dans un contexte industriel, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui 20 suit. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention : - l'électrode de bougie dont l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation s'étend autour de l'autre électrode de bougie, - le dispositif comporte un bloc formant ladite au moins une première électrode de 25 dispositif et présentant un orifice dans lequel s'étend ladite au moins une seconde électrode de dispositif, et - la deuxième sous-étape comporte l'insertion de la tête dans l'orifice du bloc jusqu'à ce que ladite au moins une seconde électrode de dispositif entre en contact avec l'élément semi-conducteur. 3049780 4 De préférence, le dispositif comporte en outre un organe de serrage monté déplaçable par rapport au bloc, et la deuxième sous-étape comporte en outre le déplacement de l'organe de serrage, depuis une position de repos dans laquelle l'organe de serrage autorise le déplacement de la bougie d'allumage par rapport au bloc, jusque 5 dans une position de service dans laquelle l'organe de serrage garantit un contact électrique entre le bloc et l'électrode de bougie dont l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation. De préférence, la deuxième étape est mise en oeuvre au moyen d'un boitier d'allumage de turbomachine. 10 Par ailleurs, le nombre des décharges électriques provoquées dans la deuxième étape est par exemple de plusieurs dizaines. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé du type décrit ci-dessus, comprenant au moins une première électrode de dispositif et au moins une seconde électrode de dispositif reliées électriquement l'une à 15 l'autre et agencées pour pouvoir relier électriquement l'élément semi-conducteur à l'électrode de bougie dont l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation. De préférence, le dispositif comporte un bloc formant ladite au moins une première électrode de dispositif et présentant un orifice dans lequel s'étend ladite au 2 0 moins une seconde électrode de dispositif, l'orifice étant apte à loger au moins une partie d'extrémité de la tête de la bougie d'allumage. De préférence, l'orifice du bloc est en forme de cylindre de révolution, et le bloc présente une paroi formant un fond de l'orifice et à partir de laquelle s'étend ladite au moins une seconde électrode de dispositif. 25 De préférence, le dispositif comporte en outre un organe de serrage monté dans le bloc de sorte qu'une extrémité de l'organe de serrage puisse faire saillie dans l'orifice et soit déplaçable selon une direction de rapprochement et d'éloignement par rapport à un axe de révolution de l'orifice. 3049780 5 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 d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 5 la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une bougie d'allumage à semi-conducteur ; la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1, illustrant la tête de la bougie d'allumage ; la figure 3 est un diagramme illustrant un procédé de régénération de la bougie 10 d'allumage de la figure 1 selon un mode de réalisation préféré de l'invention la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale de la bougie d'allumage de la figure 1 et d'un dispositif utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de régénération de la figure 3, selon le mode de réalisation préféré de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 15 La figure 1 illustre une bougie d'allumage 10 à semi-conducteur de type connu, comprenant de manière générale deux bornes 12, 14, et une tête 16 comportant deux électrodes de bougie 18, 20 respectivement reliées aux deux bornes 12, 14 et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur 22 par exemple de type céramique semi-conductrice. 20 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 semiconducteur 22 s'étend dans le prolongement du corps intermédiaire 34 et au contact de 25 ce dernier, à l'intérieur du corps externe 30 et autour du corps interne 36. Le corps externe 30 comporte une partie globalement cylindrique 40 présentant une première extrémité formant l'une des électrodes de bougie 18, dite « électrode de masse », une seconde extrémité 42 formant l'une des bornes 12, qui est ainsi reliée à l'électrode de masse 18, et un collet 44 formant une platine de support de la 3049780 6 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'autre électrode de bougie 20, dite « électrode centrale », qui est entourée à distance par 5 l'électrode de masse 18, et 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 10 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 15 34 est réalisé en un matériau électriquement isolant de type céramique pour garantir l'isolation entre les électrodes de bougie. Comme expliqué ci-dessus, lorsque qu'une tension suffisante est appliquée aux bornes 12 et 14 d'une telle bougie d'allumage, un faible courant électrique parcourt l'élément semi-conducteur 22 et favorise l'ionisation du mélange d'air et de 20 carburant près de la bougie, favorisant ainsi la formation d'arcs électriques 56 entre les deux électrodes de bougie 18 et 20. En fonctionnement, il est généralement souhaitable d'obtenir une série 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 25 intermittence à une tension d'un niveau suffisant pour déclencher une décharge électrique. Toutefois, comme expliqué ci-dessus, l'extrémité de l'électrode de masse 18 qui débouche dans la chambre de combustion s'oxyde progressivement au fil des cycles de fonctionnement du moteur. Une couche d'oxydation 60 se forme ainsi au niveau de la zone de contact entre l'électrode de masse 18 et l'élément semi-conducteur 3049780 7 22 (figure 2). Le développement de cette couche d'oxydation 60 finit par empêcher tout contact électrique entre l'électrode de masse 18 et l'élément semi-conducteur 22, rendant ainsi la bougie d'allumage inopérante. L'invention propose un procédé de régénération d'une bougie 5 d'allumage à semi-conducteur du type décrit ci-dessus, schématisé sur le diagramme de la figure 3. D'une manière générale, le procédé comprend : une première étape S1 consistant à relier électriquement l'élément semi- conducteur 22 à l'électrode de bougie 18 dont l'élément semi-conducteur est isolé 10 électriquement par la couche d'oxydation 60, une deuxième étape S2 consistant à appliquer une tension entre la première borne 12 et la deuxième borne 14 de manière à générer des décharges électriques au niveau de la tête 16 de la bougie, et une troisième étape S3 consistant à obtenir une bougie d'allumage à semi- 15 conducteur régénérée. Comme expliqué ci-dessus, les décharges électriques générées après le rétablissement de la liaison électrique entre l'élément semi-conducteur 22 et l'électrode de bougie 18 permettent de détruire la couche d'oxydation 60, et donc de régénérer la bougie d'allumage, c'est-à-dire de la rendre de nouveau fonctionnelle. 20 La liaison électrique entre l'élément semi-conducteur 22 et l'électrode de bougie 18 concernée par l'oxydation peut être réalisée au moyen d'un « patch », c'est-à-dire d'une pièce conductrice de l'électricité rapportée temporairement sur la tête 16 de la bougie de manière à recouvrir une partie de l'électrode de bougie 18 et une partie de l'élément semi-conducteur 22. 25 Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la liaison électrique entre l'élément semi-conducteur 22 et l'électrode de bougie 18 concernée par l'oxydation est réalisée au moyen d'un dispositif de régénération de bougie 70, visible sur la figure 4, conçu pour faciliter la mise en oeuvre du procédé de régénération, notamment dans un contexte industriel. 3049780 8 Ce dispositif de régénération de bougie 70 comporte de manière générale au moins une première électrode de dispositif 72 et au moins une seconde électrode de dispositif 74 reliées électriquement l'une à l'autre et agencées pour pouvoir relier électriquement l'élément semi-conducteur 22 à l'électrode de bougie 18 dont 5 l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation 60. Dans l'exemple illustré, le dispositif 70 est adapté au cas où c'est l'électrode de masse 18 qui est isolée électriquement de l'élément semi-conducteur 22 par la couche d'oxydation 60. Le dispositif 70 comporte une unique première électrode de dispositif 10 72 qui prend la forme d'un bloc ou chevalet 76, présentant un orifice 78 dans lequel s'étend ladite au moins une seconde électrode de dispositif 74. L'orifice 78 est prévu pour loger au moins une partie d'extrémité de la tête 16 de la bougie d'allumage 10, comme cela apparaît sur la figure 4. Le bloc 76 comporte en outre une paroi formant un fond 80 de l'orifice 78, à partir de laquelle s'étend ladite au moins une seconde électrode de 15 dispositif 74. L'orifice 78 est par exemple en forme de cylindre de révolution. Ladite au moins une seconde électrode de dispositif 74 est par exemple constituée de deux électrodes en forme de tiges, espacées l'une de l'autre, comme illustré sur la figure 4. 20 Dans l'exemple illustré, le dispositif 70 comporte en outre un organe de serrage 82 monté dans le bloc 76 de sorte qu'une extrémité 84 de l'organe de serrage puisse faire saillie dans l'orifice 78 et soit déplaçable selon une direction D de rapprochement et d'éloignement par rapport à un axe de révolution 86 de l'orifice 78. L'organe de serrage 82 est ainsi par exemple formé d'une tige filetée 88 présentant d'un 25 coté l'extrémité 84, et du côté opposé une extrémité raccordée à une poignée 90. La tige filetée 88 est par exemple vissée dans un orifice 92 prévu à cet effet dans le bloc 76. Ce dernier orifice 92 définit un axe de vissage qui est de préférence orthogonal à l'axe de révolution 86 de l'orifice 78, et qui définit la direction D précitée. La mise en oeuvre du procédé de régénération au moyen du dispositif 70 30 va maintenant être décrite. 3049780 9 La première étape S1 du procédé consiste, d'abord, à mettre à disposition le dispositif de régénération 70 (sous-étape S1-1), puis à positionner la bougie d'allumage 10 par rapport au dispositif 70 (sous-étape S1-2), de manière à mettre ladite au moins une première électrode de dispositif 72 en contact avec l'électrode de bougie 5 18 dont l'élément semi-conducteur 22 est isolé électriquement par la couche d'oxydation 60, et à mettre ladite au moins une seconde électrode de dispositif 74 en contact avec l'élément semi-conducteur 22. Plus précisément, il s'agit pour un opérateur d'insérer la tête 16 de la bougie dans l'orifice 78 du bloc 76 jusqu'à ce que chaque seconde électrode de 10 dispositif 74 entre en contact avec l'élément semi-conducteur 22. Il s'agit ensuite de serrer l'organe de serrage 82 en vissant la tige filetée 88 dans l'orifice 92 jusqu'à ce que l'extrémité 84 de l'organe de serrage applique sur la tête 16 de la bougie une pression de serrage d'un niveau suffisant pour garantir un contact électrique entre l'électrode de masse 18 et la surface interne de l'orifice 78 du bloc 76. L'opérateur a ainsi déplacé 15 l'organe de serrage 82, depuis une position de repos dans laquelle l'organe de serrage autorise le déplacement de la bougie d'allumage 10 par rapport au bloc 76, jusque dans une position de service dans laquelle l'organe de serrage 82 empêche tout déplacement de la bougie d'allumage 10 par rapport au bloc 76, tout en garantissant le contact électrique entre l'électrode de masse 18 et la première électrode de dispositif 72. 20 La deuxième étape S2 du procédé de régénération est ensuite mise en oeuvre, d'abord en branchant les bornes 12, 14 de la bougie d'allumage 10 à une alimentation électrique appropriée (non représentée sur les figures), telle qu'un boîtier d'allumage du même type que les boîtiers d'allumage équipant les turbomachines des aéronefs, puis en mettant en marche cette alimentation électrique de sorte qu'elle 25 applique aux bornes 12, 14 une tension apte à générer des décharges électriques successives au niveau de la tête 16 de la bougie. La tension électrique appliquée au bornes 12, 14 est de préférence sensiblement du même niveau que la tension de fonctionnement nominale de la bougie d'allumage, c'est-à-dire typiquement de l'ordre de 3 kV. 3049780 10 Le nombre de décharges électriques nécessaires à la régénération de la bougie d'allumage 10 dépend des dimensions de cette dernière et des dimensions de la couche d'oxydation 60. Ce nombre est typiquement de l'ordre de quelques dizaines, par exemple de cinquante environ. Ce nombre peut être aisément déterminé à l'avance par 5 l'homme du métier par des essais sur des bougies présentant une usure moyenne représentative. De plus, pour chaque exemplaire de bougie à régénérer, l'homme du métier peut vérifier a posteriori que le nombre de décharges électriques nécessaires a été atteint, simplement en testant le fonctionnement de la bougie hors du dispositif de régénération. 10 Ensuite, lorsque le nombre de décharges électriques requis au niveau de la tête 16 de la bougie d'allumage 10 est atteint, la troisième étape S3 du procédé est mise en oeuvre : l'opérateur desserre l'organe de serrage 82 puis retire la tête 16 de la bougie d'allumage 10 hors de l'orifice 78 du bloc 76, séparant par là-même la bougie d'allumage 10 du dispositif de régénération 70. L'opérateur obtient ainsi une bougie 15 d'allumage régénérée, apte à être montée de nouveau dans une chambre de combustion de turbomachine d'aéronef. De plus, le dispositif de régénération 70 est alors prêt pour régénérer d'autres bougies d'allumages. Bien entendu, s'il s'avère que le nombre de décharges électriques n'a pas été suffisant pour régénérer la bougie, l'opérateur peut mettre à nouveau en oeuvre le procédé pour continuer le processus de destruction de la 2 0 couche d'oxydation. REVENDICATIONS1. Procédé de régénération d'une bougie d'allumage à semi- conducteur (10) comprenant deux bornes (12, 14), et une tête (16) comportant deux électrodes de bougie (18, 20) respectivement reliées aux deux bornes et séparées l'une de l'autre par un élément semi-conducteur (22), dans laquelle l'élément semi-conducteur est isolé électriquement de l'une des électrodes de bougie (18) par une couche d'oxydation (60), le procédé comprenant : - une première étape (S1) consistant à relier électriquement l'élément semi- conducteur (22) à l'électrode de bougie (18) dont l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation (60), - une deuxième étape (S2) consistant à appliquer une tension entre la première borne (12) et la deuxième borne (14) de manière à générer des décharges électriques au niveau de la tête (16), et - une troisième étape (S3) consistant à obtenir une bougie d'allumage à semiconducteur (10) régénérée. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première étape (S1) comporte : - une première sous-étape (S1-1) consistant à mettre à disposition un dispositif (70), comprenant au moins une première électrode de dispositif (72) et au moins une seconde électrode de dispositif (74) reliée électriquement à ladite au moins une première électrode de dispositif (72), - une deuxième sous-étape (S1-2) consistant à positionner la bougie d'allumage (10) par rapport au dispositif (70) de manière à mettre ladite au moins une première électrode de dispositif (72) en contact avec l'électrode de bougie (18) dont l'élément semiconducteur (22) est isolé électriquement par la couche d'oxydation (60) et à mettre ladite au moins une seconde électrode de dispositif (74) en contact avec l'élément semi- conducteur (22), et 3049780 12 dans lequel la troisième étape (S3) consiste à séparer la bougie d'allumage (10) du dispositif (70). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel : 5 - l'électrode de bougie (18) dont l'élément semi-conducteur (22) est isolé électriquement par la couche d'oxydation (60) s'étend autour de l'autre électrode de bougie (20), - le dispositif comporte un bloc (76) formant ladite au moins une première électrode de dispositif (72) et présentant un orifice (78) dans lequel s'étend ladite au moins une 10 seconde électrode de dispositif (74), et - la deuxième sous-étape (51-2) comporte l'insertion de la tête (16) dans l'orifice (78) du bloc (76) jusqu'à ce que ladite au moins une seconde électrode de dispositif (74) entre en contact avec l'élément semi-conducteur (22). 15 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le dispositif (70) comporte en outre un organe de serrage (82) monté déplaçable par rapport au bloc (76), et la deuxième sous-étape (51-2) comporte en outre le déplacement de l'organe de serrage (82), depuis une position de repos dans laquelle l'organe de serrage (82) autorise le déplacement de la bougie d'allumage (10) par rapport au bloc (76), jusque dans une 20 position de service dans laquelle l'organe de serrage (82) garantit un contact électrique entre le bloc (76) et l'électrode de bougie (18) dont l'élément semi-conducteur (22) est isolé électriquement par la couche d'oxydation (60). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans 25 lequel la deuxième étape (S2) est mise en oeuvre au moyen d'un boitier d'allumage de turbomachine. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le nombre des décharges électriques provoquées dans la deuxième étape (S2) est 30 de plusieurs dizaines. 3049780 13 7. Dispositif (70) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant au moins une première électrode de dispositif (72) et au moins une seconde électrode de dispositif (74) reliées électriquement l'une à l'autre et agencées pour pouvoir relier électriquement l'élément semi-conducteur 5 (22) à l'électrode de bougie (18) dont l'élément semi-conducteur est isolé électriquement par la couche d'oxydation (60). 8. Dispositif selon la revendication 7, comportant un bloc (76) formant ladite au moins une première électrode de dispositif (72) et présentant un orifice 10 (78) dans lequel s'étend ladite au moins une seconde électrode de dispositif (74), l'orifice (78) étant apte à loger au moins une partie d'extrémité de la tête (16) de la bougie d'allumage (10). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'orifice (78) du bloc 15 est en forme de cylindre de révolution, et le bloc (76) présente une paroi (80) formant un fond de l'orifice (78) et à partir de laquelle s'étend ladite au moins une seconde électrode de dispositif (74). 10. Dispositif selon la revendication 9, comportant en outre un organe 20 de serrage (82) monté dans le bloc (76) de sorte qu'une extrémité (84) de l'organe de serrage puisse faire saillie dans l'orifice (78) et soit déplaçable selon une direction de rapprochement et d'éloignement (D) par rapport à un axe de révolution (86) de l'orifice.