EP1594201A1 - Bougie d'allumage à effet de surface à étincelles multiples - Google Patents

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EP1594201A1
EP1594201A1 EP05300358A EP05300358A EP1594201A1 EP 1594201 A1 EP1594201 A1 EP 1594201A1 EP 05300358 A EP05300358 A EP 05300358A EP 05300358 A EP05300358 A EP 05300358A EP 1594201 A1 EP1594201 A1 EP 1594201A1
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EP
European Patent Office
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electrode
insulating body
counter
electrodes
high voltage
Prior art date
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EP05300358A
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German (de)
English (en)
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EP1594201B1 (fr
Inventor
André AGNERAY
Jean-Pierre Rivere
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
    • H01T13/467—Sparking plugs having two or more spark gaps in parallel connection

Definitions

  • the invention relates to a spark plug having a surface effect with sparks, intended in particular to equip a breech of internal combustion engine of a motor vehicle. It relates to also a cylinder head provided with such a candle.
  • the invention more particularly relates to a candle effect of surface, that is to say using the effects of amplification of the field in the vicinity of an insulating surface.
  • Document FR 2 816 119 describes a surface effect candle to direct the spark radially relative to the axis of the candle which prevents the candle from obscuring part of the room with spark.
  • FIG. 1 A model of surface candle described in this document is shown in Figure 1.
  • the candle is shaped to present a symmetry of revolution around its longitudinal axis. She understands a cylindrical electrode 1 electrically connected to ground, which serves as metal base. This base surrounds a high voltage electrode 2 of cylindrical shape arranged in central position.
  • the central electrode 2 is isolated from the base 1 via an insulating sleeve 3 of substantially cylindrical shape.
  • the lower end of the sleeve 3 has a circular flange shape 4 of greater diameter than rest of the sleeve.
  • the flange 4 cooperates on one of its sides with a counter-electrode 5 in the form of a dish, which can be embedded in the sleeve, its opposite side having a surface 6 facing the combustion chamber.
  • the extreme part of the electrode controls 2 has a radially flared shape 7 which crowns the sleeve 3.
  • the electrostatic field in the vicinity of surface 6 is then amplified by the counter electrode 5 connected to the ground electrode.
  • This candle is called radial spark surface candle in the measure or spark is created on the surface 6 of the insulation, according to a direction substantially perpendicular to the axis of the candle.
  • the flange-shaped portion 4 of such a candle must have a small thickness to allow good amplification of the electrostatic field at the surface of the insulator and a voltage of weak breakdown. This small thickness weakens it, which requires a precise mounting and low tolerance of machining parts for avoid the application of mechanical stresses on the flange.
  • a mounting of the candle directly into the base or breech, during the foundry of these pieces leads to a frequent rupture of the collar during manufacture or weakening that can lead to the deterioration of the candle later.
  • the life of these candles once integrated into the cylinder head is therefore clearly insufficient. It is indeed not conceivable to change the breech because of a faulty candle.
  • Such a candle also has the disadvantage of not being able to direct the spark in a predetermined direction, which may originate anywhere on the edge of the candle, and especially in a opposite direction to the air / fuel mixture, moreover, the generation a single spark is not always sufficient to obtain a good ignition efficiency.
  • the aim of the invention is to overcome these disadvantages by proposing a surface effect candle capable of generating multiple spark simultaneously in predetermined directions and whose insulation has a better mechanical resistance.
  • the candle according to the invention can further be manufactured at low cost with tolerances higher. It is particularly well suited for use integrated into the cylinder head, but not limited to
  • a first object of the invention relates to a candle surface-effect ignition device formed of an insulating body and provided with a earth electrode, in which the insulating body extends into a preferred direction D and ends with an end face substantially flat which extends in a plane P crossed by the direction D, characterized in that, in the direction D, the insulating body is crossed on its periphery by at least two electrodes fed with high voltage with a spur-shaped end protruding from the face end of the insulating body, each lug extending in a predetermined direction E substantially parallel to the plane P, and in that for each high-voltage electrode, a counter-electrode connected to the mass is inserted into the insulating body, its end being localized substantially perpendicular to the pin of the high-voltage electrode corresponding to generate sufficient amplification of the electric field at the end of the pin to make a spring spark to the ground electrode when applying a high voltage at the high voltage electrode.
  • sparks are produced simultaneously with a high voltage electrode spark, these sparks being generated along privileged directions along the surface end of the insulating body, while strengthening the mechanical strength of the insulating body.
  • the constraints are indeed localized around counter-electrodes in a small part of the insulating body whose mechanical strength is thus increased and whose service life can reach that of the vehicle, allowing its definitive integration into the cylinder head.
  • the generation of several sparks makes it possible to obtain a initial volume ignited much larger than with a single spark, thus improving the efficiency of the candle.
  • sparks are generated in privileged directions allows in in addition to getting an ignited volume in substantially the same place at each ignition, for example near the arrival of the mixture air / fuel from an engine.
  • the pins of the electrodes high voltage are directed to the outside of the insulator body, the electrode of mass surrounds the insulating body, and the ends of the counter-electrodes distant from the pins are in contact with the electrode of mass.
  • the sparks are then generated towards the outside of the candle, from the high voltage electrodes to the ground electrode along the end surface of the insulating body.
  • the pins of the electrodes high voltage are directed towards the inside of the insulating body, the mass passes through the insulating body in the direction (D) near the center of the insulating body and protrudes from the end face of the body, and the ends of the counter-electrodes distant pins are connected to the ground electrode. Sparks are generated from the electrodes high voltage to the ground electrode in the center of the candle.
  • the central position of the ground electrode allows to distribute the high voltage electrodes regularly on the entire periphery of the body insulating. The central electrode is then connected to the ground by a wiring externally at the upper end of the candle.
  • the lugs of the electrodes high voltage are directed towards the inside of the insulating body, the mass has one end connected to the radially projecting mass of insulating body and another projecting end of the end face in the direction D, and the ends of the remote counter-electrodes pins are connected to the ground electrode.
  • the sparks are then generated towards the center of the candle in the same way as in the previous embodiment.
  • said at least one counter-electrode is substantially bar-shaped or wire-shaped and / or substantially parallel to a lug. This configuration makes it easier to insertion into the insulating body of the candle while reducing stresses exerted by the counter-electrode on the insulating body surrounding.
  • said at least one lug has a shape elongated tapered towards its end. Such a form allows create a peak effect that promotes spark formation at the end ergot and limiting the wear of the latter.
  • the ground electrode is formed by the cylinder head of an internal combustion engine, and each counter-electrode, or the ground electrode, is in contact with, or partially embedded in said cylinder head.
  • a metallic base surrounding the insulating body forms the ground electrode, or is connected to ground, and each counter electrode, or the ground electrode, is in contact with, or partially drowned in the pellet.
  • the candle comprises between two and six electrodes high tension.
  • the number of high voltage electrodes is however chosen according to the space available in the room of combustion of an internal combustion engine and the cost of production given that a high voltage coil is needed for each high voltage electrode.
  • Another object of the invention relates to a cylinder head for combustion of a motor vehicle, comprising at least one candle according to the invention.
  • a candle 10 comprises at least two peripheral electrodes 11, at each of which will be applied a high voltage, surrounded by an insulating body 12 made of a material whose dielectric coefficient is greater to one, for example ceramics.
  • the electrodes 11 and the insulating body 12 extend in the same privileged direction D.
  • the insulating body is cylindrical and the electrodes 11 are distributed near the periphery of the insulating body.
  • the insulating body 12 presents a symmetry of revolution whose axis is parallel to the direction D.
  • the insulating body has an end face 13 substantially flat, along which sparks can spread.
  • This end face 13 extends in a plane P traversed by direction D.
  • This plane P is perpendicular to the plane of the sheet of FIGS. 2, 4 and 6.
  • the direction D may be slightly inclined relative to the normal to plane P-
  • the angle of inclination between plane P and direction D will then be determined according to the inclination of the candle by ratio below the breech in which it is to be inserted.
  • the little space available above the cylinder head requires the inclined insertion of the candle with respect to the axis of the yoke, the end face 13 being placed substantially in the extension of the bottom surface of the cylinder head.
  • Each peripheral electrode 11 has a rod shape cylindrical whose lower end has a lug 14 which makes protruding from the end face 13 of the insulating body ( Figures 2, 4, 6). This lug 14 extends in a direction E secant direction D. It has a tapered shape towards its free end so to limit its wear.
  • Each peripheral electrode 11 is inserted into the insulating body, for example during its manufacture, so that the ergot 14 is pressed against the end face 13 of the insulating body and extends thus substantially in the same plane as this one. This position of each lug in contact with the end face of the insulating body allows to reduce the bursting voltage of the candle.
  • the electrodes 11 can be inserted into holes drilled in the insulating body 12. These holes are for example regularly distributed near the periphery of the insulating body, following a regular polygon.
  • the number of electrodes 11 may be of the order of two to six, depending on the desired size of the candle 10.
  • each counter-electrode 15 associated with each peripheral electrode 11 is inserted into the body 12.
  • the end of each counter-electrode is located substantially vertically above the end of the corresponding lug 14, and its other end is connected to a ground electrode, so the position of the end of this counter-electrode in line with the ergot allows the generation of a spark at the end of the pin.
  • the counter-electrode 15 it suffices that it occupies only one low volume of the insulating body, provided that its end is substantially in line with the end of the lug.
  • the counter-electrode 15 has an elongated shape of small dimensions relative to the section of the insulating body. It is, for example, symmetrical, in the form of a cylindrical bar or a wire of small diameter extending substantially parallel to the lug 14 at a distance d from the latter in the direction D.
  • the dimensions of each counter-electrode are chosen according to congestion and to reduce mechanical stress and improve the stability of the spark. Their diameter can vary from a few microns to a few millimeters.
  • the distance d is not too high in order to limit the breakdown voltage, for example of the order of 1.5 to 2 mm for a breakdown voltage of the order of 18 kV under pressure.
  • Each counter-electrode 15 can be inserted into the insulating body 12 during the manufacture thereof, for example by overmolding in the material forming the insulating body, either after manufacture in piercing an orifice in the wall of the insulating body adapted to receive it. The mechanical stresses are then localized around each counter-electrode small dimensions.
  • a first embodiment of the candle is described in reference to FIGS. 2 and 3.
  • the present candle four peripheral electrodes 11 regularly distributed nearby from the periphery of the candle.
  • the lugs 14 of these electrodes are radially outwardly of the insulating body, in the direction of the ground electrode 16 which is formed by the engine cylinder head surrounding the candle.
  • each counterelectrode 15 and the yoke 16 In order to ensure a close contact between each counterelectrode 15 and the yoke 16, the end of each counter-electrode 15 distant from a pin 14 protrudes from the insulating body 12 ct is embedded in the metal forming the cylinder head 16 ( Figures 2, 3). This configuration is for example obtained by overmolding the candle in the metal.
  • the electrode of mass 16 may be formed by a metal base overmolded on the candle, each counter-electrode 15 flush with the surface of the body insulation coming into contact with the base connected to the ground, or a protruding part of each counter-electrode being embedded in the metal of the pellet.
  • a second embodiment of the candle is described in reference to Figures 4 and 5. This example differs from the previous one by the orientation of the lugs of the peripheral electrodes 11, which are directed towards the center of the candle, as well as by the position of the counter-electrodes and the structure of the ground electrode.
  • the ground electrode 17 is formed of a central electrode in rod shape passing through the insulating body 12 substantially according to the direction D, in the center of the candle.
  • the lower end 18 of this electrode protrudes from the end face of the candle 13. This lower end, in the form of nipple 18, opens out of the face end tightly.
  • the other end of the electrode ground is connected to the ground by a wiring not shown.
  • Counter electrodes 15 are embedded in the material of the insulating body and placed radially along the direction E of each pin, so as to form a star. The ends of the counter-electrodes distant from the lugs are connected to the ground electrode 17.
  • a metal cap surrounding the insulating body 12 can be expected.
  • the peripheral electrodes 11 are always directed towards the center of the candle, but the ground electrode 19 is formed of a conductive rod L-shape. Part of this rod extends radially and its end is in contact with the cylinder head 16 surrounding the candle, connected to the mass. The other part of this rod extends substantially in the center of the latter in the direction D and its end 18 protrudes so sealing of the end surface 13 of the insulating body.
  • the extremities counter-electrodes 15 distant from the lugs then meet at the center of the candle and are connected to this conductive rod 19.
  • the candle may comprise a metal cap connected to the mass, surrounding the insulating body of the candle, with which the rod conductive 19 is in contact.
  • the field electrostatic peak is in the space between the extremities each lug 14 ct of the earth electrode 16, 17 or 19 so that a spark can be formed at the end of the pin 14.
  • the presence a spark changes the architecture of field lines electrostatic so that every spark will move parallel to a counter electrode 15 away from the lug 14, the along the surface of the end face 13. If the counter-electrode 15 has a sufficiently small section, the spark is stabilized in direction and position in space, which allows him to occupy the same position in the combustion chamber at each ignition.
  • the generation of several sparks promotes good stability of cycle-to-cycle combustion and increased favorable combustion rate the reduction of rattling, always very embarrassing especially in supercharged engines.
  • the candle according to the invention can be advantageously used for a classic arrangement of central candle in the cylinder head, for a combustion chamber with four valves per cylinder, but without limit yourself.
  • the insulating body of the candle may not be cylindrical and have a smaller surface area given that the electrodes and counter electrodes do not extend over the entire periphery of the insulating body. Such a reduction of the body section insulation has the advantage of reducing the bulk of the candle and facilitate insertion into a breech.

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Abstract

L'invention concerne une bougie d'allumage à effet de surface formée d'un corps isolant (12) et pourvue d une électrode de masse (16), dans laquelle le corps isolant s'étend dans une direction privilégiée (D) et se termine par une face d'extrémité (13) sensiblement plane. Le corps isolant est traversé sur sa périphérie par au moins deux électrodes (11) alimentées en haute tension dont une extrémité en forme d'ergot (14) fait saillie de la face d'extrémité du corps isolant, chaque ergot s'étendant dans une direction prédéterminée. Pour chaque électrode haute tension (11), une contre-électrode (15) reliée à la masse est insérée dans le corps isolant, son extrémité étant localisée sensiblement à l'aplomb de l'ergot de l'électrode haute tension correspondance de maniére à générer une amplification suffisante du champ électrique au niveau de l'extrémité de l'ergot pour faire jaillir une étincelle vers l'électrode de masse lors de l'application d'une haute tension à l'électrode haute tension. <IMAGE>

Description

L'invention concerne une bougie d'allumage à effet de surface à étincelles multiples, destinée notamment à équiper une culasse de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Elle concerne également une culasse pourvue d'une telle bougie.
L'invention concerne plus particulièrement une bougie à effet de surface, c'est-à-dire utilisant les effets d'amplification du champ électrique au voisinage d'une surface isolante.
Les propriétés des bougies à effet de surface sont connues pour permettre d'obtenir des étincelles de grande longucur, supérieure à 3 mm, au lieu de moins de 1 mm dans le cas des bougies classiques.
La plupart des bougies à effet de surface présentent une symétrie de révolution et comportant une extrémité conique, tel que décrit par exemple dans le document FR-2 792 374, Toutefois, en raison de cette symétrie, l'étincelle prend naissance aléatoirement n'importe où sur le pourtour de la bougie, ce qui présente des inconvénients dans la rencontre entre le mélange carburé et l'étincelle initiatrice de la combustion, la bougie elle-même masquant une partie de le chambre de combustion à l'étincelle.
Le document FR 2 816 119 décrit une bougie à effet de surface permettant d'orienter l'étincelle radialement par rapport à l'axe de la bougie ce qui permet d'éviter que la bougie ne masque une partie du la chambre à l'étincelle.
Un modèle de bougie de surface décrit dans ce document est représenté sur la figure 1. La bougie est conformée pour présenter une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal. Elle comprend une électrode cylindrique 1 reliée électriquement à la masse, qui sert de culot métallique. Ce culot entoure une électrode haute tension 2 de forme cylindrique disposée en position centrale. L'électrode centrale 2 est isolée du culot 1 par l'intermédiaire d'un manchon isolant 3 de forme sensiblement cylindrique. L'extrémité inférieure du manchon 3 présente une forme de collerette circulaire 4 de diamètre supérieur au reste du manchon. La collerette 4 coopère sur l'un de ses côtés avec une contre-électrode 5 en forme de condelle, qui peut être encastrée dans le manchon, son côté opposé présentant une surface 6 orientée vers la chambre de combustion. La partie extréme de l'électrode contrale 2 présente une forme évasée radialement 7 qui chapeaute le manchon isolant 3. Le champ électrostatique au voisinage de la surface 6 est alors amplifié par la contre-électrode 5 reliée à l'électrode de masse. Cette bougie est appelée bougie de surface à étincelle radiale dans la mesure ou l'étincelle est créée sur la surface 6 de l'isolant, selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de la bougie.
Toutefois, la partie en forme de collerette 4 d'une telle bougie doit présenter une faible épaisseur pour permettre une bonne amplification du champ électrostatique à la surface de l'isolant et une tension de claquage faible. Cette faible épaisseur la fragilise, ce qui nécessite un montage précis et une faible tolérance de l'usinage des pièces pour éviter l'application de contraintes mécaniques sur la collerette. En raison de cette fragilité, un montage de la bougie directement dans le culot ou la culasse, lors de la fonderie de ces pièces, entraine une rupture fréquente de la collerette lors de la fabrication ou une fragilisation pouvant entraíner la détérioration de la bougie ultérieurement. La durée de vie de ces bougies une fois intégrées à la culasse est donc nettement insuffisante. Il n'est en effet pas concevable de changer la culasse en raison d'une bougie défectueuse. Une telle bougie présente également l'inconvénient de ne pouvoir diriger l'étincelle dans une direction prédéterminée, celle-ci pouvant prendre naissance n'importe où sur le pourtour de la bougie, et notamment dans une direction opposée au mélange air/carburant, De plus, la génération d'une seule étincelle n'est pas toujours suffisante pour obtenir une bonne efficacité d'allumage.
L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une bougie à effet de surface capable de générer plusieurs élincelles simultanément dans des directions prédéterminées et dont l'isolant présente une meilleure résistance mécanique. La bougie selon l'invention peut en outre être fabriquée à faible coût avec des tolérances plus élevées. Elle est particulièrement bien adaptée à une utilisation intégrée à la culasse, sans toutefois s'y limiter.
A cet effet, un premier objet de l'invention concerne une bougie d'allumage à effet de surface formée d'un corps isolant et pourvue d'une électrode de masse, dans laquelle le corps isolant s'étend dans une direction privilégiée D et se termine par une face d'extrémité sensiblement plane qui s'étend dans un plan P traversé par la direction D, caractérisée en ce que, dans la direction D, le corps isolant est traversé sur sa périphérie par au moins deux électrodes alimentées en haute tension dont une extrémité en forme d'ergot fait saillie de la face d'extrémité du corps isolant, chaque ergot s'étendant dans une direction prédéterminée E sensiblement parallèle au plan P, et en ce que, pour chaque électrode haute tension, une contre-électrode reliée à la masse est insérée dans le corps isolant, son extrémité étant localisée sensiblement à l'aplomb de l'ergot de l'électrode haute tension correspondante de manière à générer une amplification suffisante du champ électrique au niveau de l'extrémité de l'ergot pour faire jaillir une étincelle vers l'électrode de masse lors de l'application d'une haute tension à l'électrode haute tension.
Il est ainsi possible de produire au moins deux étincelles simultanément {une étincelle par électrode haute tension), ces étincelles étant générées suivant des directions privilégiées le long de la surface d'extrémité du corps isolant, tout en renforçant la résistance mécanique du corps isolant. Les contraintes sont en effet localisées autour des contre-électrodes dans une petite partie du corps isolant dont la résistance mécanique est ainsi augmentée et dont la durée de vie peut atteindre celle du véhicule, permettant son intégration définitive à la culasse. La génération de plusieurs étincelles permet d'obtenir un volume initial enflammé beaucoup plus important qu'avec une seule étincelle, améliorant ainsi l'efficacité de la bougie. Le fait que les étincelles soient générées dans des directions privilégiées permet en outre d'obtenir un volume enflammé sensiblement au même endroit à chaque allumage, par exemple à proximité de l'arrivée du mélange air/carburant d'un moteur.
Dans un premier mode de réalisation, les ergots des électrodes haute tension sont dirigés vers l'extérieur du corps isolant, l'électrode de masse entoure le corps isolant, et les extrémités des contre-électrodes distantes des ergots sont en contact avec l'électrode de masse. Les étincelles sont alors générées vers l'extérieur de la bougie, depuis les électrodes haute tension vers l'électrode de masse le long de la surface d'extrémité du corps isolant.
Dans un deuxième mode de réalisation, les ergots des électrodes haute tension sont dirigés vers l'intérieur du corps isolant, l'électrode de masse traverse le corps isolant suivant la direction (D) à proximité du centre du corps isolant et saille de la face d'extrémité du corps, et les extrémités des contre-électrodes distantes des ergots sont reliées à l'électrode de masse. Les étincelles sont générées depuis les électrodes haute tension vers l'électrode de masse au centre de la bougie. La position centrale de l'électrode de masse permet de répartir les électrodes haute tension régulièrement sur toute la périphérie du corps isolant. L'électrode centrale est alors reliée à la masse par un câblage externe au niveau de l'extrémité supérieure de la bougie.
Dans un troisième mode de réalisation, les ergots des électrodes haute tension sont dirigés vers l'intérieur du corps isolant, l'électrode de masse présente une extrémité reliée à la masse saillant radialement du corps isolant et une autre extrémité saillant de la face d'extrémité suivant la direction D, ct les extrémités des contre-électrodes distantes des ergots sont reliées à l'électrode de masse. Les étincelles sont alors générées vers le centre de la bougie de la même manière que dans le précédent mode de réalisation. Dans cette configuration, il n'est pas possible de placer une électrode haute tension la où se trouve la partie radiale de l'électrode de masse, mais un câblage externe est désormais inutile pour relier cette dernière à la masse.
Avantageusement, ladite au moins une contre-électrode est sensiblement en forme de barre ou de fil et/ou s'étend sensiblement parallèlement à un ergot. Cette configuration permet de faciliter son insertion dans le corps isolant de la bougie tout en réduisant les contraintes exercées par la contre-électrode sur le corps isolant environnant.
Avantageusement, ledit au moins un ergot présente une forme allongée effilée en direction de son extrémité. Une telle forme permet de créer un effet de pointe favorisant la formation de l'étincelle à l'extrémité de l'ergot et limitant l'usure de ce dernier.
Dans une variante des premier et troisième modes de réalisation de la bougie, l'électrode de masse, ou la masse, est formée par la culasse d'un moteur à combustion interne, et chaque contre-électrode, ou l'électrode de masse, est en contact avec, ou partiellement noyée dans ladite culasse.
Dans une autre variante des premier et troisième modes de réalisation de la bougie, un culot métallique entourant le corps isolant forme l'électrode de masse, ou est relié à la masse, et chaque contre-électrode, ou l'électrode de masse, est en contact avec, ou partiellement noyée dans le culot.
Ces dernières variantes permettent d'améliorer la liaison à la masse de chaque contre-électrode ou de l'électrode de masse.
De préférence, la bougie comprend entre deux et six électrodes haute tension. Le nombre d'électrodes haute tension est cependant choisi en fonction de la place disponible dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et du coût de réalisation étant donné qu'une bobine de haute tension est nécessaire pour chaque électrode haute tension.
Un autre objet de l'invention concerne une culasse pour moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant au moins une bougie selon l'invention.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels ;
  • la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une bougie à effet de surface à étincelle radiale selon l'art antérieur ;
  • les figures 2, 4 et 6 représentent des vues en coupe axiale de trois modes de réalisation d'une bougie selon l'invention insérée dans une culasse de moteur ;
  • les figures 3, 5, 7 représentent une vue de dessous des bougies des figures 2, 4 et 6 respectivement.
Sur les figures 2 à 7, les éléments identiques ont été désignés par les mêmes références.
En référence aux figures 2 à 7, une bougie 10 selon l'invention comporte au moins deux électrodes périphériques 11, à chacune de laquelle sera appliquée une haute tension, entourées d'un corps isolant 12 constitué d'une matière dont le coefficient diélectrique est supérieur à un, par exemple de la céramique. Les électrodes 11 et le corps isolant 12 s'étendent dans une même direction privilégiée D. Dans les exemples, le corps isolant est cylindrique et les électrodes 11 sont réparties à proximité de la périphérie du corps isolant.
Sur la majeure partie de sa longueur, le corps isolant 12 présente une symétrie de révolution dont l'axe est parallèle à la direction D. A son extrémité inférieure, le corps isolant comporte une face d'extrémité 13 sensiblement plane, le long de laquelle les étincelles peuvent se propager. Cette face d'extrémité 13 s'étend dans un plan P traversé par la direction D. Ce plan P est perpendiculaire au plan de la feuille des figures 2, 4 et 6. Une fois la bougie insérée dans une culasse 16, ce plan s'étend sensiblement dans le prolongement du dessous de la culasse.
La direction D peut être légèrement inclinée par rapport à la normale au plan P- L'angle d'inclinaison entre le plan P et la direction D sera alors déterminé en fonction de l'inclinaison de la bougie par rapport au dessous de la culasse dans laquelle elle doit être insérée. Ainsi, pour certaines culasses, le peu de place disponible au-dessus de la culasse nécessite l'insertion inclinée de la bougie par rapport à l'axe de la culasse, la face d'extrémité 13 étant placée sensiblement dans le prolongement de la surface du dessous de la culasse.
Chaque électrode périphérique 11 présente une forme de tige cylindrique dont l'extrémité inférieure présente un ergot 14 qui fait saillie de la face d'extrémité 13 du corps isolant (figures 2, 4, 6). Cet ergot 14 s'étend dans une direction E sécante de la direction D. Il présente une forme effilée en direction de son extrémité libre de manière à limiter son usure. Chaque électrode périphérique 11 est insérée dans le corps isolant, par exemple lors de sa fabrication, de sorte que l'ergot 14 soit plaqué contre la face d'extrémité 13 du corps isolant et s'étende ainsi sensiblement dans le même plan que celle-ci. Cette position de chaque ergot en contact avec la face d'extrémité du corps isolant permet de réduire la tension d'éclatement de la bougie. Les électrodes 11 peuvent être insérées dans des trous percés dans le corps isolant 12. Ces trous sont par exemple répartis régulièrement à proximité de la peripherie du corps isolant, suivant un polygone régulier. Le nombre d'électrodes 11 peut être de l'ordre de deux à six, en fonction de l'encombrement souhaité de la bougie 10.
A proximité de sa face d'extrémité 13, une contre-électrode 15 associée à chaque électrode périphérique 11 est insérée dans le corps isolant 12. L'extrémité de chaque contre-électrode est localisée sensiblement à l'aplomb de l'extrémité de l'ergot 14 correspondant, et son autre extrémité est reliée à une électrode de masse, Ainsi, la position de l'extrémité de cette contre-électrode à l'aplomb de l'ergot permet la génération d'une étincelle à l'extrémité de l'ergot. Il n'est dès lors pas nécessaire que la contre-électrode 15 s'étende sur toute la périphérie du corps isolant, au contraire, il suffit qu'elle n'occupe qu'un faible volume du corps isolant, pourvu que son extrémité soit sensiblement à l'aplomb de l'extrémité de l'ergot.
De préférence, afin de limiter les contraintes et de faciliter son insertion dans le corps isolant, la contre-électrode 15 présente une forme allongée de faibles dimensions par rapport à la section du corps isolant. Elle est par exemple symétrique, en forme de barre cylindrique ou de fil de faible diamètre s'étendant sensiblement parallélement à l'ergot 14 à une distance d de ce dernier suivant la direction D. Les dimensions de chaque contre-électrode sont choisies en fonction de l'encombrement et afin de réduire les contraintes mécaniques et d'améliorer la stabilité de l'étincelle. Leur diamètre peut ainsi varier de quelques microns à quelques millimètres. De préférence, la distance d n'est pas trop élevée afin de limiter la tension de claquage, par exemple de l'ordre de 1,5 à 2 mm pour une tension de claquage de l'ordre de 18kV sous pression.
Chaque contre-électrode 15 peut être insérée dans le corps isolant 12 soit pendant la fabrication de celui-ci, par exemple par surmoulage dans le matériau formant le corps isolant, soit après la fabrication en perçant un orifice dans la paroi du corps isolant apte à la recevoir. Les contraintes mécaniques sont alors localisées autour de chaque contre-électrode de faibles dimensions.
Un premier exemple de réalisation de la bougie est décrit en référence aux figures 2 et 3. Dans cet exemple, la bougie présente quatre électrodes périphériques 11 réparties régulièrement à proximité de la périphérie de la bougie. Les ergots 14 de ces électrodes sont dirigés radialement vers l'extérieur du corps isolant, en direction de l'électrode de masse 16 qui est formée par la culasse du moteur entourant la bougie.
Afin d'assurer un contact étroit entre chaque contre-électrode 15 et la culasse 16, l'extrémité de chaque contre-électrode 15 distante d'un ergot 14 fait saillie du corps isolant 12 ct est noyée dans le métal formant la culasse 16 (figures 2, 3). Cette configuration est par exemple obtenue en surmoulant la bougie dans le métal.
On peut toutefois envisager d'autres modes de réalisation :
  • l'extrémité de chaque contre électrode 15, si elle présente une surface suffisante, peut par exemple affleurer la surface latérale du corps isolant 12 de la bougie, et venir en contact avec la culasse.
    • Dans un autre mode de réalisation non représenté, l'électrode de masse 16 peut être formée par un culot métallique surmoulé sur la bougie, chaque contre-électrode 15 affleurant la surface du corps isolant venant en contact avec le culot relié à la masse, ou bien, une partie saillante de chaque contre-électrode étant noyée dans le métal du culot.
    Un deuxième exemple de réalisation de la bougie est décrit en référence aux figures 4 et 5. Cet exemple diffère du précédent par l'orientation des ergots des électrodes périphériques 11, qui sont dirigés vers le centre de la bougie, ainsi que par la position des contre-électrodes et la structure de l'électrode de masse.
    L'électrode de masse 17 est formée d'une électrode centrale en forme de tige traversant le corps isolant 12 sensiblement suivant la direction D, au centre de la bougie. L'extrémité inférieure 18 de cette électrode fait saillie de la face d'extrémité de la bougie 13. Cette extrémité inférieure, en forme de téton 18, débouche de la face d'extrémité de manière étanche. L'autre extrémité de l'électrode de masse est reliée à la masse par un câblage non représenté. Les contre-électrodes 15 sont noyées dans le matériau du corps isolant et placées radialement suivant la direction E de chaque ergot, de manière à former une étoilc. Les extrémités des contre-électrodes distantes des ergots sont reliées à l'électrode de masse 17.
    En variante, un culot métallique entourant le corps isolant 12 peut être prévu.
    Dans un troisième exemple représenté sur les figures 6 et 7, les électrodes périphériques 11 sont toujours dirigées vers le centre de la bougie, mais l'électrode de masse 19 est formée d'une tige conductrice en forme de L. Une partie de cette tige s'étend radialement et son extrémité est en contact avec la culasse 16 entourant la bougie, reliée à la masse. L'autre partie de cette tige s'étend sensiblement au centre de ce dernier dans la direction D et son extrémité 18 fait saillie de manière étanche de la surface d'extrémité 13 du corps isolant. Les extrémités des contre-électrodes 15 distantes des ergots se rejoignent alors au centre de la bougie et sont reliées à cette tige conductrice 19. La partie radiale de la tige conductrice 19 prend alors la place d'une électrode périphérique 11 par rapport aux autres modes de réalisation, de sorte que seules trois électrodes périphériques sont utilisées dans cet exemple (figure 7). En fonction des dimensions du corps isolant 12, le nombre de ces électrodes peut toutefois varier. Par rapport à l'exemple précédent, cette configuration présente l'avantage de ne pas nécessiter de câblage externe pour relier l'électrode de masse à la masse.
    En variante, la bougie peut comporter un culot métallique relié à la masse, entourant le corps isolant de la bougie, avec lequel la tige conductrice 19 est en contact.
    Dans les différents modes de réalisation, lors de l'application d'une haute tension aux électrodes périphériques 11, par l'intermédiaire d'un système d'allumage générateur de haute tension, le champ électrostatique maximal se situe dans l'espace qui sépare les extrémités de chaque ergot 14 ct de l'électrode de masse 16, 17 ou 19 de telle sorte qu'une étincelle peut se former à l'extrémité de l'ergot 14. La présence d'une étincelle modifie l'arch itecture des lignes de champ électrostatiques de telle sorte que chaque étincelle va se déplacer parallèlement à une contre-électrode 15 en s'éloignant de l'ergot 14, le long de la surface de la face d'extrémité 13. Si la contre-électrode 15 présente une section suffisamment faible, l'étincelle est stabilisée en direction et en position dans l'espace, ce qui lui permet d'occuper la même position dans la chambre de combustion à chaque allumage. La génération de plusieurs étincelles favorise une bonne stabilité de combustion cycle à cycle et une vitesse de combustion accrue favorable à la réduction du cliquetis, toujours très gênant notamment dans les moteurs suralimentés.
    La bougie selon l'invention peut être avantageusement utilisée pour une disposition classique de bougie centrale à la culasse, pour une chambre de combustion à quatre soupapes par cylindre, sans toutefois s'y limiter. Par ailleurs, le corps isolant de la bougie peut ne pas être cylindrique et présenter une section de surface plus faible étant donné que les électrodes et contre-électrodes ne s'étendent pas sur toute la périphérie du corps isolant. Une telle réduction de la section du corps isolant présente l'avantage de réduire l'encombrement de la bougie et de faciliter son insertion dans une culasse.
    Bien entendu, d'autres configurations de bougies avec des orientations différentes des ergots peuvent être envisagées en fonction du moteur et de son environnement, afin de diriger l'étinoclle au plus près du mélange air/ carburant.

    Claims (10)

    1. Bougie d'allumage à effet de surface formée d'un corps isolant (12) et pourvue d'une électrode de masse (16, 17, 19), dans laquelle le corps isolant s'étend dans une direction privilégiée (D) et se termine par une face d'extrémité (13) sensiblement plane qui s'étend dans un plan (P) traversé par la direction (D), caractérisée en ce que, dans la direction (D), le corps isolant est traversé sur sa périphérie par au moins deux électrodes (11) alimentées en haute tension dont une extrémité en forme d'ergot (14) fait saillie de la face d'extrémité du corps isolant, chaque ergot s'étendant dans une direction prédéterminée (E) sensiblement parallèle au plan (P), et en ce que, pour chaque électrode haute tension, une contre-électrode (15) reliée à la masse est insérée dans le corps isolant, son extrémité étant localisée sensiblement à l'aplomb de l'ergot de l'électrode haute tension correspondante de manière à générer une amplification suffisante du champ électrique au niveau de l'extrémité de l'ergot pour faire jaillir une étincelle vers l'électrode de masse lors de l'application d'une haute tension à l'électrode haute tension.
    2. Bougie d'allumage selon la revendication 1, dans laquelle les ergots (14) des électrodes haute tension sont dirigés vers l'extérieur du corps isolant (12), l'électrode de masse (16) entoure le corps isolant, et les extrémités des contre-électrodes (15) distantes des ergots sont en contact avec l'électrode de masse.
    3. Bougie d'allumage selon la revendication 1, dans laquelle les ergots (14) des électrodes haute tension sont dirigés vers l'intérieur du corps isolant (12), l'électrode de masse (17) traverse le corps isolant suivant la direction (D) à proximité du centre du corps isolant et fait saillie (18) de la face d'extrémité du corps, et les extrémités des contre-électrodes (15) distantes des ergots sont reliées à l'électrode de masse (17).
    4. Bougie d'allumage selon la revendication 1, dans laquelle les ergots (14) des électrodes haute tension sont dirigés vers l'intérieur du corps isolant (12), l'électrode de masse (19) présente une extrémité reliée à la masse saillant radialement du corps isolant et une autre extrémité (18) saillant de la face d'extrémité suivant la direction D, et les extrémités des contre-électrodes (15) distantes des ergots sont reliées à l'électrode de masse (19).
    5. Bougie d'allumage selon des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque contre-électrode (15) est sensiblement en forme de barre ou de fil et./ou s'étend sensiblement parallélement à un ergot (14).
    6. Bougie d'allumage selon lune des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque ergot (14) présente une forme allongée effilée en direction de son extrémité.
    7. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 2 ou 4, dans laquelle l'électrode de masse (16), ou la masse, est formée par la culasse d'un moteur à combustion interne, et chaque contre-électrode (15), ou l'électrode de masse (19), est en contact avec, ou partiellement noyée dans ladite culasse.
    8. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 2 ou 4, dans laquelle un culot métallique entourant le corps isolant forme l'électrode de masse (16), ou est relié à la masse, et chaque contre-électrode (15), ou l'électrode de masse (19), est en contact avec, ou partiellement noyée dans le culot.
    9. Bougie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend entre deux et six électrodes haute tension (11).
    10. Culasse pour moteur à combustion de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une bougie (10) selon l'une des revendications 1 à 9.
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