MC811A1 - Dispositif d'allumage notamment pour moteur à explosion - Google Patents

Description

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Dispositif d'allumage, notamment pour moteur à explosion

Paul FOIDEVIN, Jacques PûiDEViN et Jean-Paul TROMEUR

La présente invention concerne un dispositif d'allumage destiné à faire éclater, dans une chambre de combustion, une étincelle produite par un courant électrique, afin d'enflammer un mélange gazeux

Les bougies d'allumage utilisées dans les motours à explosio comportent généralement une tige centrale métallique ou électrode, noyée dans un corps présentant de hautes qualités d'isolation, par exemple eh stéatite, mica, corindon, etc..., et d'une ou plusieurs autres électrodes ou pointes métalliques solidaires d'un culot vissé dans la culasse du moteur.

Les bougies classiques ne donnent pas toute satisfaction car elles n'assurent généralement pas la combustion totale du mélange gazeux combustible, ce qui se traduit par un certain pourcentage d'imbrulés d'où une contribution notable à la pollution atmosphérique, et un mauvais rendement de la combustion.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients des bougies d'allumage connues à ce jour en procurant un dispositif .d'un nouveau type, aux performances améliorées dans ces domaines.

A cet effet, ce dispositif d'allumage, notamment pour moteur à explosion, comprenant une électrode centrale métallique noyée dans un corps isolant et un culot métallique, est caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur du corps isolant, un dispositif de disrupture placé entre 1''électrode centrale et une borne' d'alimentation électriqu et, à l'extrémité du culot, une chambre de diffusion entourant la partie extrême de l'électrode centrale et du corps isolant et délimitée par une paroi latérale faisant partie du culot, laquelle est percée d'au moins une ouverture, cette paroi se terminant par une collerette interne transversale dans l'orifice central de laquelle est engagée la partie extrême de l'électrode centrale.-

Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, la vis terminale constituant la borne d'alimentation électrique du dispositif d'allumage est fixée, sur le corps isolant, par l'intermédiaire d'un organe assurant la non-étanchéité de l'intérieur du corps isolant et permettant de ce fait le dégagement de l'ozone créé par la disrupture.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, une cellule anti-parasite, comprenant un ressert formant self et une résis tance, est incorporée à l'intérieur du corps isolant de la bougie,

entre le dispositif de disrupture et la vis terminale formant borne d'alimentation électrique.

Le dispositif d'allumage suivant l'invention offre de nombreux avantages par rapport aux bougies classiques.

En effet, il permet d'améliorer notablement le rendement d , A try '

du moteur à explosion et de réduire à la fois la toxicité des gaz d'échappement et la consommation du moteur. En effet, le réglage du carburateur prévu pour un allumage au moyen d'une bougie classique, donne une plus grande richesse du mélange qui se traduit par un dépôt noir sur l'extrémité du culot. Il est donc nécessaire, avec le disposi tif d'allumage suivant l'invention, de réduire la richesse du mélange fourni par le carburateur.

Un autre avantage procuré par le dispositif suivant l'invention est que l'extrémité du corps isolant est auto-nettoyée par suite de la turbulence violente des gaz dans la chambre de diffusion, d'où une suppression de l'encrassement de l'isolant. Ceci évite une usure prématurée de l'électrode centrale car l'allumage s'effectue pratiquement sous une tension uniforme. Il n'y a en effet pratiquement pas de dépôt sur l'isolant tendant à faire dévier le passage du courant entre l'électrode centrale, d'une part, et une masse qui aurait été créée par un encrassement exagéré de l'isolant, d'autre part. Du fait qu'il ne peut pas y avoir de court-circuit entre l'électrode centrale et une masse créée par l'encrassement de l'isolant, l'allumage s'effectue donc normalement et pratiquement sous tension à peu près uniforme,

même après une très longue durée de fonctionnement.

La durée de service du dispositif d'allumage est très sensiblement augmentée et par ailleurs, ce dispositif ne produit aucun phénomène d'auto-allumage. Ceci est dû au fait que l'écoulement tur-bulant et rotatif des gaz dans la chambre de diffusion empêche un échauffement exagéré de la masse du culot à sa partie extrême. Par ailleurs, du fait que l'électrode de masse est annulaire, l'arc électr que se produit concentriauement par rapport à l'éléctrode polaire centrale et de ce fait il n'existe pas de risque de surchauffe localisée' (point rouge) de l'électrode de masse, comme il s'en crée un parfois sur les électrodes de masse des bougies classiques.

Du fait que l'arc électrique est concentrique et rotatif par rapport à l'électrode polaire centrale, il n'y a pas lieu de procéder à un réglage de l'écartement des électrodes.

L'anti-parasitage interne du dispositif permet de supprimer le risque de claquage de la résistance incorporée dans un fil anti-pa-rasite normal.

Le dispositif d'allumage suivant l'invention peut fonctionner dans une gamme thermique très étendue allant de 85° à 2J0°.

Le taux de transmission de la chaleur est pratiquement uniforme à haut et bas régime du moteur. Ceci est dû à la combustion du mélange air-combustible dans la chambre de diffusion, laquelle oons titue en fait une "tuyère" avec l'extrémité du bec de l'isolant, ce

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bec d'isolant jouant le rôle de "noyau turbine". L'énergie cinétique des gaz enflammés se transforme en effort de rotation. La chambre de diffusion devient alors surpressive et à action dirigée par l'intermédiaire des orifices de sortie. Le taux de transmission uniforme de la chaleur est également dû à la conductibilité thermique élevée de l'isolant, à la conductibilité thermique très importante de l'électrode de masse, «au dégagsment calorifique important entre l'isolant et le culot à l'intérieur, et au dégagement calorifique très rapide obtenu par la diffusion dirigée du volume des gaz compris entre l'extrémité de l'isolant et la chambre de diffusion ("tuyère").

Le dispositif d'allumage suivant l'invention permet de réaliser des démarrages instantanés à froid oii à chaud, par toutes températures, par suite de l'allumage, par décharge électrique importante et coronale du volume de gaz endigué dans la chambre de diffusion ou "tuyère".

Le moteur à explosion sur lequel sont montées les bougies selon l'invention, présente une souplesse accrue et des reprises nerveuses. Ceci est dû au rendement très amélioré de la carburation, à «

la suppression, dans une très forte proportion et pour une longue duré* de l'encrassement et à l'augmentation de la tension, pour une intensité donnée. ;On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : ;La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'allumage suivant l'invention. ;La figure 2 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne II-II de la figure 1. ;La figure 5 est une vue en bout. ;La figure 4 est une vue en coupe faite suivant la ligne IV-IV de la figure y. ;Le dispositif d'allumage suivant l'invention qui est représenté sur le dessin, comporte un corps isolant 1, par exemple en alumine, qui est maintenu bloqué à l'intérieur d'un culot métallique 2 au moyen d'un écrou 5- Le corps isolant 1 est pressé axialement par l'écrou 3 contre un épaulement interne du culot 2, avec interposition d'un joint d'étanchéité et d'auto-centrage 4. Un autre joint 5 est disposé entre la face frontale de l'écrou ) et un épaulement du corps isolant 1. ;Le culct 2 présente à son extrémité une partie cylindrique portant un filetage externe 6 par lequel le dispositif d'allumage est vissé dans un trou taraudé de la culasse 7 (figure 4) d'un moteur à explosion. ;Le corps isolant 1 contient une électrode centrale 8 dont l'extrémité 8a fait saillie au-delà de l'extrémité inférieure la du corps isolant 1. Cette électrode centrale 8 est connectée électriquement à une olive 9 formant borne de raccordement pour le fil élastique de connexion, et ce par l'intermédiaire d'un dispositif de disrupture ;11 et d'un dispositif anti-parasite comprenant une résistance 12 et un ressort hélicoïdal 13 comprimé entre la résistance 12 et l'extrémité d'une vis 14 prolongeant l'olive 9- ;La résistance 12 est avantageusement prolongée par un morceai de fil métallique 12a qui est engagé dans le ressort 13 et qui forme en quelque sorte un noyau d'accord pour le circuit oscillant dont fait partie le ressort 13 formant self. Ce circuit oscillant accordé produit une oscillation à haute fréquence qui favorise l'allumage. ;Le dispositif, de disrupture 11, la résistance anti-parasite ;12 et le ressort 13 formant self sont disposés dans un logement axial 15 prévu dans le corps isolant 1 et dans la partie extrême duquel est vissée la vi-s 1^. Un organe tel qu'une rondelle à crans, est prévu entre une collerette d'appui 18 solidaire de l'olive 9 et la face frontale supérieure 1b du corps isolant 1. Cette rondelle 17 ou tout autre organe approprié a pour but d'établir une communication entre l'intérieur du corps isolant 1 et l'atmosphère, afin de permettra le dégagement de l'ozone qui est produit, lorè du fonctionnement de la bougie, par le dispositif de disrupture 11. ;Ce dispositif comporte essentiellement deux éléments conducteurs 19 et 21 reliés respectivement à la résistance anti-parasite 12 et à l'électrode centrale 8. Ces deux éléments sont maintenus à un écartement d'une valeur déterminée par un organe 22 en matière isolante, par exemple en stéatite.• ;Suivant une variante de réalisation, le dispositif de disrupture comportant les éléments 19* 21" et 22 peut être remplacé par un transistor à bonne tenue en température.

La partie extrême inférieure de l'électrode centrale 8 est engagée dans un orifice central circulaire 23 délimité par une collerette interne 24 formée à l'extrémité inférieure du culot 6. La partie inférieure de ce culot présente trois faces externes latérales planes 25 reliées entre elles par des portions de surface cylindrique 26. L'ensemble présente une symétrie d'ordre 3 autour de l'axe de la bougie mais cette disposition n'est toutefois pas limitative, le culot pouvant présenter à cet endroit un nombre de faces planes 25 différent de trois. Chaque face plane est percée d'un trou radial 27 qui fait communiquer avec l'extérieur la chambre interne 28 comprise entre la partie inférieure du corps isolant 1 et la partie inférieure du culot.

Le fonctionnement du dispositif d'allumage suivant l'inventi est le suivant : pendant la compression du mélange combustible air-essence par le piston du moteur, ce mélange est introduit dans la chambre de pré-ccr.bustion et de diffusion 28. En fin de course de compression, les i;az qui se trouvent comprimés dans cette chambre de diffusion 28, son', enflammés par suite d'un arc électrique coronal intense qui se forme entre la partie extrême 8a de l'électrode central 8 et la collerette coaxiale 24 du culot 2. L'arc électrique coronal ainsi forme, et de forte capacité, enflamme à la fois le mélange combu tible contenu dans le cylindre moteur et celui se trouvant dans la chambre de diffusion 28.

En fait, le dispositif de disrupture 11 permet de réaliser deux allumages successifs séparés par un intervalle de temps d'environ deux microsecondes. Le premier temps d'allumage permet de créer le premier phénomène décrit ci-dessus. L'énergie résultant de l'inflammation du mélange combustible provoque le début de la course de retour du piston. Deux microsecondes plus tard, un deuxième allumage se produit, avant l'ouverture totale de la soupape d'échappement du cylindre. A ce moment, la première inflammation du mélange combustible s'ést déjà produite. Toutefois, des gaz non brûlés sont encore comprim< notamment dans la chambre de diffusion 28, Ces gaz comprimés sont alors enflammés lors du deuxième temps de l'allumage et ils s'échappen' de la chambre de diffusion jous.nt alors le rôle de"tuyère", par les trois orifices latéraux formés par les trous 27. Ces gaz enflammés et dirigés viennent alors réallumer les gaz non brûlés contenus dans le cylindre moteur, tout au moins dans une forte proportion. L'énergie totale transmise au piston devient donc sensiblement égale à la somme des deux énergies produites par les deux inflammations-détonations provoquées par la disrupture et le phénomène d'expulsion des gaz de la chambre de diffusion.

D'après les résultats acquis à la suite d'essais et recherches effectués tant en laboratoire que sur route, il est apparu que les qualités et le rendement du dispositif d'allumage suivant l'invention peuvent être encore accrus si l'on prévoit la possibilité de faire varier la position de l'électrode polaire 8 par rapport à la chambre de diffusion 28. En effet, le réglage possible de la position de l'élec trode centrale, et ceci sur un moteur en marche, entraîne les conséquences suivantes :

1° variation du volume, de la forme, du flux et de l'intensité de l'arc électrique coronal entre l'électrode centrale 8 et l'électrode de masse 2.

2° variation du volume des gaz endigués qui sont compris dans la

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1. chambre de diffusion 28.

   3° variation de la gamme thermique de la bougie obtenue par la possibilité de faire varier le dégagement calorifique important créé par le débit des gaz compris entre l'électrode centrale 8 et l'électrode de masse (tuyère) : or, ce débit peut être augmenté ou réduit. 4° variation de la turbulence interne des gaz dans la chambre de diffusion *28 et de leur vitesse d'expulsion en créant un écoulement plus ou moins turbulent (ou laminaire) : la section de passage des gaz due à 1'orifice_annulaire compris entre l'extrémité du corps isolant 1 et la chambre de convection 28 peut être augmentée ou réduite. 5° possibilité de créer la formation de l'arc à l'extérieur ou à l'intérieur de la chambre de diffusion 28.

   Le réglage de la position de l'électrode centrale 8, sur moteur en marche, peut s'effectuer soit manuellement, soit automatique ment par un système mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique.

   Il est bien entendu que les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus, en référence au dessin annexé, ont été donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention.

   RESUME

   1° Ce dispositif d'allumage, notamment pour moteurs à explosion, comprenant une électrode centrale métallique noyée dans un corps isolant et un culot métallique, est caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur du corps isolant, un dispositif de disrupture placé entre l'électrode centrale et la borne d'alimentation électrique et, à l'extrémité du culot, une chambre de diffusion entourant la partie extrême de l'électrode centrale et du corps isolant et délimitée par une paroi latérale faisant partie du culot, laquelle est percée d'au moins une ouverture, cette paroi se terminant par une collerette interne transversale dans l'orifice central de laquelle est engagée la partie extrême de l'électrode centrale.

   2° La vis terminale constituant la borne d'alimentation électrique du dispositif d'allumage est fixée, sur le corps isolant, par l'intermédiaire d'un organe assurant la non-étanchéité de l'intérieur du corps isolant et permettant de ce fait le dégagement de 1; ozone créé par la disrupture.

   3° Une cellule anti-parasite, comprenant un ressort formant self et une'résistance, est incorporée à l'intérieur du corps isolant, entre le dispositif de disrupture et la vis terminale formant borne

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   d'alimentation électrique.

   4° Des moyens sont prévus pour régler axialement, le moteur étant en marche, la position de l'électrode centrale par rapport au culot de la bougie. • -