EP2526595A1 - Bougie, systeme d'allumage, moteur et procede d'allumage pour le moteur - Google Patents

Bougie, systeme d'allumage, moteur et procede d'allumage pour le moteur

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Publication number
EP2526595A1
EP2526595A1 EP11704661A EP11704661A EP2526595A1 EP 2526595 A1 EP2526595 A1 EP 2526595A1 EP 11704661 A EP11704661 A EP 11704661A EP 11704661 A EP11704661 A EP 11704661A EP 2526595 A1 EP2526595 A1 EP 2526595A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
tip
resonator
candle
spark plug
engine
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Granted
Application number
EP11704661A
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German (de)
English (en)
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EP2526595B1 (fr
Inventor
Maxime Makarov
Xavier Jaffrezic
André AGNERAY
Nadim Malek
Marc Pariente
Franck Deloraine
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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Publication of EP2526595B1 publication Critical patent/EP2526595B1/fr
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Classifications

    • 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
    • H01T13/50—Sparking plugs having means for ionisation of gap

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for a confined gaseous medium present, for example, in a motor vehicle and, in particular, in an internal combustion engine disposed on the motor vehicle.
  • the invention relates, according to a first of its aspects, a candle 1 illustrated in Figure 1 and adapted to ignite a confined gaseous medium, the candle 1 having a longitudinal axis AB and comprising:
  • the electrode 5 ionizes the gaseous medium 2 when the series resonator 7 delivers an overvoltage V to the output terminal 72,
  • the series resonator furthermore advantageously comprises: as an output terminal, a terminal merged with the tip electrode 6, and / or a ground terminal 71 electrically isolated from the supply terminal 70 and merged with the envelope external 3, a capacitor 74 arranged in series with the inductive coil 73 between the output terminal 72 and the ground terminal 71.
  • a candle 1 is known to those skilled in the art as shown, for example, in French patent application FR 2,859,830. The latter describes an internal combustion engine comprising a cylinder head, a piston and a cylinder which form between them. a combustion chamber.
  • the known spark plug 1 is actuated by excitation means which supply alternating current to the series resonator via the power supply terminal 70.
  • the known spark plug 1 is used to ignite the confined gaseous medium which is contained in the combustion chamber.
  • an outer envelope 3 (for example, formed by a sleeve) elongated along the axis AB and having an inlet 30 and an outlet end 31 axially opposite to each other, the outer casing 3 ensuring a function of fixing of the candle 1 in the gaseous medium 2 confined,
  • the series resonator 7 has the more compact geometry.
  • the distance between the inductive coil 73 and the tip 6 is reduced, which contributes, for the inductance given by the inductive coil 73, to reducing the capacitance 74 of the series resonator 7.
  • the latter has an inversely proportional natural frequency F, for the inductance given by the inductive winding 73, to the square root of the capacitor 74. Consequently, the reduction of the capacitance 74 is reflected, for the given inductance of the winding.
  • the ratio between the height H and the transverse dimension L of the tip 6 is between 4.5 and 5.5.
  • the height H can be between about 5 mm and about 12 mm (5 mm ⁇ H ⁇ 12 mm); the transverse dimension L (diameter) can be between about 1 mm and about 5 mm (1 mm H H 5 5 mm).
  • the connecting channel 95 can be arranged in the cylinder head 90, and at least the piston 91 is connected to the ground terminal 71.
  • the spark plug 1 (and, therefore, the ignition system 10) can be mounted on the cylinder head 90 almost without encumbering the latter.
  • This meets an industrial need for miniaturization of 9 engines to make them comply with anti-pollution standards more stringent. Binding the piston 91 to the ground terminal 71 makes it possible to orient the induced electric field E in a preferred manner, for example, along the longitudinal axis AB, directly in the combustion chamber 94, without calling upon any other specific electrical means (for example, without using any other specific electrode disposed at a distance from the tip 6).
  • FIG. 5 illustrates an example of a voltage curve U between two electrodes, for example, between the tip 6 of the spark plug 1 and the piston 91. disposed at a distance ⁇ from each other in the gaseous medium 2 confined, for example, in an air-fuel mixture, as a function of current between these electrodes 6, 91 ( Figure 3).
  • Said curve U presents:
  • the threshold difference ⁇ between the tip 6 of the spark plug 1 and the piston 91 greater than 0.5 cm makes it possible to avoid, a priori, the spark plug 1 (and, consequently, the spark plug system 1). ignition 10 and, more generally, the motor 9) operate:
  • the third discharge does not ensure the ignition of certain gaseous medium 2 confined especially when starting the engine 9 cold: the substantially monofilament nature, unbranched electric arc can heat a volume (middle gaseous 2 confined) sufficient to ignite cold said gaseous medium 2 confined.
  • the unbranched monofilament arcing from the third discharge tends to ignite the gaseous medium 2 confined by non-volumetric manner but only in the immediate vicinity of the arc.
  • the third discharge eventually leads to a certain erosion of the piston 91 by the electric arc (short circuit) which makes the motor 9 inoperative.
  • This operating mode contributes to reliability of the ignition by the spark plug 1 according to the invention (and, consequently, by the ignition system 10 according to the invention) of the gaseous medium 2 confined (air-fuel mixture) in the combustion chamber 94 of the engine 9 regardless of the operating mode of the latter and, in particular, during a cold start of said engine 9 .

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

L'invention concerne une bougie (1) comprenant : ° une enveloppe (3), - un isolateur (4), ° une électrode (5) traversant l'isolateur (4) et comportant une pointe (6), ° un résonateur (7) comportant une borne d'alimentation (70), une borne de sortie (72) confondue avec l'électrode (5), un bobinage (73) logé dans l'enveloppe (3), une borne de masse (71) et une capacité (74). Selon l'invention, la distance entre le bobinage (73) et la pointe (6) est comprise entre 2 cm et 6 cm, la surtension (V) est égale ou inférieure à 30 KV, la pointe (6) comporte une tête (61) présentant un rayon (R1) de courbure égal ou inférieur à 250 µm, et le résonateur (7) présente une fréquence propre (F) comprise entre 3 MHz et 10 MHz.L'invention concerne aussi un système d'allumage (10) et un moteur (9) utilisant la bougie (1) ainsi qu'un procédé d'allumage dudit moteur (9).

Description

BOUGIE, SYSTEME D'ALLUMAGE, MOTEUR ET PROCEDE D'ALLUMAGE
POUR LE MOTEUR
L'invention concerne une bougie d'allumage pour un milieu gazeux confiné présent, par exemple, dans un véhicule automobile et, en particulier, dans un moteur à combustion interne disposé sur le véhicule automobile.
Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, une bougie 1 illustrée sur la figure 1 et adaptée à enflammer un milieu gazeux confiné, la bougie 1 présentant un axe longitudinal AB et comprenant :
■ une enveloppe externe 3 allongée selon l'axe (AB), présentant une première et une seconde extrémités 30,31 opposées axialement (appelées fréquemment ci-après respectivement « entrée » et « sortie ») et assurant une fonction de fixation de la bougie dans le milieu gazeux 2,
■ un isolateur 4,
■ une électrode 5 comportant une pointe 6 dépassant axialement de l'isolateur vers la seconde extrémité (31 ) de l'enveloppe externe 3,
■ un résonateur série 7 comportant un bobinage inductif 73 interposé entre une borne d'alimentation 70 en courant alternatif d'excitation et une borne de sortie 72,
L'électrode 5 ionise le milieu gazeux 2 lorsque le résonateur 7 série délivre à la borne de sortie 72 une surtension V,
Le résonateur série comporte en outre favorablement : o comme borne de sortie, un borne confondue avec l'électrode 5 à pointe 6, et/ou o une borne de masse 71 isolée électriquement de la borne d'alimentation 70 et confondue avec l'enveloppe externe 3, o une capacité 74 disposée en série avec le bobinage inductif 73 entre la borne de sortie 72 et la borne de masse 71 . Une telle bougie 1 est connue de l'homme du métier comme le montre, par exemple, la demande de brevet français FR 2 859 830. Cette dernière décrit un moteur à combustion interne comportant une culasse, un piston et un cylindre qui forment entre eux une chambre de combustion. La bougie 1 connue est actionnée par des moyens d'excitation qui alimentent en courant alternatif le résonateur série via la borne d'alimentation 70. La bougie 1 connue est utilisée pour allumer le milieu gazeux confiné qui est contenu dans la chambre de combustion..
Pour faire face aux contraintes de plus en plus strictes des normes antipollution, il s'avère pertinent de maîtriser davantage l'allumage du milieu gazeux confiné contenu dans la chambre de combustion. De ce fait, un compromis délicat doit être réalisé entre, d'une part, la surtension sélective de plus en plus élevée (délivrée par l'électrode 5 à pointe 6 pour faciliter l'allumage du milieu gazeux confiné), et, d'autre part, de préserver le moteur contre un court-circuit entre l'électrode 5 à pointe 6 et le piston ou la culasse pouvant endommager ce dernier et rendre le moteur inopérant.
La présente invention, qui s'appuie sur cette observation originale, a principalement pour but de proposer une bougie visant au moins à réduire l'une au moins des limitations précédemment évoquées. A cette fin, la bougie, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que plusieurs des caractéristiques suivantes sont vérifiées :
- la distance axiale (L1 , fig.2) entre le bobinage inductif et une extrémité libre de la pointe est comprise entre 2 cm et 6 cm, - ladite extrémité libre comporte au moins une première tête présentant un rayon de courbure (R1 ) égal ou inférieur à 250 μιτι,
- la surtension (V) à la borne de sortie est égale ou inférieure à 30 KV en courant alternatif,
- le résonateur série présente une fréquence propre (F) comprise entre 3 MHz et 10 MHz.
Favorablement, la bougie sera telle que toutes les quatre caractéristiques ci-dessus seront vérifiées Grâce à ces agencements, la bougie selon l'invention est apte à générer, depuis la première tête de la pointe, au moins une étincelle multifilamentaire ramifiée dans le milieu gazeux confiné. Cette étincelle multifilamentaire ramifiée comprend une pluralité des filaments qui occupent un volume dans le prolongement de l'axe longitudinal à l'extérieur de la première tête. Les filaments permettent d'enflammer le milieu gazeux confiné quasi instantanément de manière volumique, c'est-à-dire, dans plusieurs endroits à la fois, ce qui contribue à augmenter l'efficacité d'allumage par la bougie selon l'invention. En outre, les filaments présentent des températures qui varient entre environ 1000°C et environ 1500°C. Cela tend à augmenter la fiabilité d'allumage du milieu gazeux confiné par la bougie selon l'invention.
Selon un deuxième de ses aspects, l'invention concerne un système d'allumage comportant au moins une bougie selon l'invention et des moyens d'excitation adaptés à alimenter, via la borne d'alimentation, le résonateur série en courant alternatif d'excitation.
Selon un troisième de ses aspects, l'invention concerne un moteur à combustion interne comportant :
■ une culasse, un piston et un cylindre adaptés à former une enveloppe interne d'une chambre de combustion, et ■ un canal de liaison agencé dans l'enveloppe interne et adapté à lier la chambre de combustion avec l'extérieur du moteur, ledit moteur utilisant le système d'allumage selon l'invention où le milieu gazeux confiné est contenu dans la chambre de combustion et où l'enveloppe externe est logée dans le canal de liaison. Selon un quatrième de ses aspects, l'invention concerne un procédé d'allumage d'un mélange gazeux confiné, par le système d'allumage selon l'invention, dans le moteur à combustion interne selon l'invention. Le procédé d'allumage comporte :
■ une étape d'excitation du résonateur série par les moyens d'excitation pendant une durée d'excitation comprise entre 20 με et 2.103 με (20 ms), et ■ une étape de montée de l'amplitude de la surtension sélective délivrée par le résonateur série à la borne de sortie avec une vitesse de montée comprise entre 2,5*109 V/s et 5,0*109 V/s, pendant un temps de montée compris entre 10 με et 20 με. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente de manière schématique en vue simplifiée en coupe longitudinale une bougie connue décrite dans la demande de brevet français FR 2 859 830 adaptée à être installée dans un moteur à combustion interne, la figure 2 représente de manière schématique en vue simplifiée en coupe longitudinale un système d'allumage selon l'invention équipé d'une bougie selon l'invention installée dans un moteur à combustion interne selon l'invention, la figure 3 représente de manière schématique en vue simplifiée agrandie une pointe (comportant une première tête) de la bougie illustrée sur la figure 2 présentant une décharge du type « couronne avec au moins une étincelle multifilamentaire ramifiée » produite, à proximité immédiate de la pointe (de la première tête de la pointe), dans un milieu gazeux confiné contenu dans une chambre de combustion du moteur, à distance du piston du moteur, la figure 4 représente de manière schématique en vue simplifiée partielle de côté un mode de réalisation de la bougie selon l'invention dont la pointe comporte une première, une deuxième et une troisième têtes, la figure 5 représente de manière schématique une courbe de tension entre deux électrodes disposé à distance l'un de l'autre dans le milieu gazeux confiné, en fonction de courant entre ces électrodes, ladite courbe de tension illustrant plusieurs régimes de fonctionnement possible de la bougie selon l'invention, la figure 6 représente de manière schématique une succession des étapes d'une variante de procédé d'allumage selon l'invention. La figure 1 représente une bougie connue décrite dans la demande de brevet français FR 2 859 830 et déjà commentée ci-dessus. De ce fait, elle n'est décrite ci-dessous.
Comme annoncé précédemment et illustré sur les figures 2-6, l'invention concerne une bougie 1 adaptée à enflammer un milieu gazeux 2 confiné. La bougie 1 présente un axe longitudinal AB et comprend :
■ une enveloppe externe 3 (par exemple, formé par un manchon) allongée selon l'axe AB et présentant une entrée 30 et une sortie 31 frontales opposées axialement l'une à l'autre, l'enveloppe externe 3 assurant une fonction de fixation de la bougie 1 dans le milieu gazeux 2 confiné,
■ un isolateur 4 constitué en matériau électriquement isolant disposé axialement dans l'enveloppe externe 3 et adapté à boucher la sortie 31 de l'enveloppe externe 3,
■ une électrode 5 à pointe 6 isolée électriquement de l'enveloppe externe 3, l'électrode 5 traversant axialement l'isolateur 4 et comportant une pointe 6 dépassant axialement l'enveloppe externe 3 du côté de la sortie 31 de l'enveloppe externe 3,
■ un résonateur 7 série comportant : o une borne d'alimentation 70 en courant alternatif d'excitation, o une borne de sortie 72 confondue avec l'électrode 5 à pointe 6, et o un bobinage inductif 73 (qui présente une inductance donnée) logé dans l'enveloppe externe 3 entre la borne de sortie 72 et la borne d'alimentation 70. o une borne de masse 71 isolée électriquement de la borne d'alimentation 70 et confondue avec l'enveloppe externe 3, o une capacité 74 disposée en série avec le bobinage inductif 73 entre la borne de sortie 72 et la borne de masse 71 . L'électrode 5 à pointe 6 est adaptée à ioniser, par un champ électrique induit E, le milieu gazeux 2 confiné lorsque le résonateur 7 série délivre à sa borne de sortie 72 une surtension sélective V.
Le rapport entre, d'une part, la surtension sélective V à la borne de sortie 72 du résonateur 7 série et, d'autre part, la tension du courant alternatif d'excitation à la borne d'alimentation 70 du résonateur 7 série, définie le coefficient de surtension du résonateur 7 série. Plus le coefficient de surtension est élevé pour le courant alternatif d'excitation donné, plus le résonateur 7 série est efficace car il permet d'obtenir la surtension V plus forte avec le courant alternatif d'excitation donné ce qui contribue in fine à baisser la consommation électrique de la bougie 1 .
Grâce au bobinage inductif 73 (qui présente une inductance donnée) logé dans l'enveloppe externe 3, le résonateur 7 série présente la géométrie plus compacte. En particulier, on réduit la distance entre le bobinage inductif 73 et la pointe 6 ce qui contribue, pour l'inductance donnée du bobinage inductif 73, à diminuer la capacité 74 du résonateur 7 série. Or, ce dernier présente une fréquence propre F inversement proportionnelle, pour l'inductance donnée du bobinage inductif 73, à la racine carrée de la capacité 74. Par conséquent, la réduction de la capacité 74 se traduit, pour l'inductance donnée du bobinage inductif 73, par l'augmentation de la fréquence propre F du résonateur 7 série et, in fine, par l'augmentation du coefficient de surtension du résonateur 7 série. En conclusion, la géométrie compacte du résonateur 7 série avec le bobinage inductif 73 logé dans l'enveloppe externe 3 permet, pour l'inductance donnée du bobinage inductif 73, d'augmenter la fréquence propre F du résonateur 7 série et, donc, son coefficient de surtension. En d'autres termes, la géométrie compacte du résonateur 7 série tend à réduire la consommation électrique de la bougie 1 . En plus, la tension moindre du courant alternatif d'excitation à la borne d'alimentation 70 du résonateur 7 série contribue à réduire des risques de pertes électriques dans des circuits électriques en amont de la bougie 1 . Selon l'invention, la distance entre le bobinage inductif 73 et la pointe 6 est comprise entre 2 cm et 6 cm. La surtension sélective V à la borne de sortie 72 est égale ou inférieure à 30 KV en courant alternatif. La pointe 6 comporte à son extrémité 60 opposée à la sortie 31 de l'enveloppe externe 3 au moins une première tête 61 présentant un premier rayon Ri de courbure égal ou inférieur à 250 μιη. Le résonateur 7 série présente la fréquence propre F comprise entre 3 MHz et 10 MHz.
Grâce à ces agencements, la bougie 1 est apte à générer au moins une étincelle 600 multifilamentaire ramifiée générée depuis la première tête 61 de la pointe 6 et comprenant une pluralité des filaments 601 qui occupent un volume Θ dans le prolongement de l'axe longitudinal AB à l'extérieur de la première tête 61 . Comme illustré sur la figure 3, le volume Θ occupé par les filaments 601 peut être inséré dans un cône φ (de préférence, dans un cône de révolution avec un axe de révolution coïncidant avec, par exemple, l'axe longitudinal AB) présentant un angle d'ouverture β du cône φ inférieur à 180° (β < 180°) et un sommet M confondu avec la première tête 61 . Les filaments 601 permettent d'enflammer le milieu gazeux 2 confiné quasi instantanément de manière volumique, c'est-à-dire, dans plusieurs endroits à la fois, ce qui augmente l'efficacité de l'allumage par la bougie 1 et contribue à étouffer des détonations (claquages) pouvant accompagner l'allumage. En outre, les filaments 601 présentent des températures qui varient entre environ 1000°C et environ 1500°C. Cela tend à augmenter la fiabilité d'allumage du milieu gazeux 2 confiné par la bougie 1 .
La distance axiale L1 entre le bobinage inductif 73 (extrémité inférieure 730) et l'extrémité libre 60 de la pointe 6 comprise entre 2 cm et 6 cm contribue à rendre le résonateur 7 série et, in fine, l'enveloppe externe 3 (et, par conséquent, la bougie 1 dans son ensemble) plus compacts.
L'allumage du milieu gazeux 2 confiné par l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée est facilité davantage lorsque le premier de coubure Ri est, de préférence, compris entre 50 μιτι et 250 μιτι : 50 μιτι≤Ri≤ 250 μιτι, et, en particulier, lorsque le premier rayon Ri est égal à 100 μιτι : Ri = 100 μιτι.
En outre, ces agencements contribuent à réduire :
■ l'érosion de l'électrode 5 et, notamment, de sa pointe 6, lors du fonctionnement de la bougie 1 , et ■ la surtension sélective V à la sortie du résonateur 7 série nécessaire pour la production par la bougie 1 de l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée. Comme illustré sur la figure 4, la pointe 6 est de forme tronconique présentant :
■ à sa base 610, une dimension transversale L en section (typiquement un diamètre, pour une sa base cylindrique), et ■ une hauteur H mesurée, selon l'axe (AB), entre ladite extrémité libre 60 et la base 610 (ici au niveau de l'extrémité inférieure de l'isolateur 4 ),
Le rapport entre la hauteur H et la dimension transversale L de la pointe 6 est compris entre 4,5 et 5,5. Par exemple, la hauteur H peut être comprise entre environ 5 mm et environ 12 mm (5 mm ≤ H ≤ 12 mm) ; la dimension transversale L (diamètre) peut être comprise entre environ 1 mm et environ 5 mm (1 mm≤ H≤ 5 mm).
Ces agencements contribuent à réduire :
■ l'érosion de l'électrode 5 et, notamment, de sa pointe 6, lors du fonctionnement de la bougie 1 , et ■ la surtension sélective V à la sortie du résonateur 7 série nécessaire pour la production par la bougie 1 de l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée.
De préférence, la première tête 61 est disposée axialement sur la pointe 6. Cette dernière comporte à son extrémité 60 opposée à la sortie 31 de l'enveloppe externe 3 au moins une deuxième tête 62 présentant un deuxième rayon R2 de courbure égal ou inférieur à 250 μιτι et/ou disposée latéralement à l'axe AB, (environ) aux deux tiers de la hauteur H de la pointe 6 depuis l'isolateur 4, la première et la deuxième têtes 61 , 62 étant écartées l'une de l'autre d'un angle a compris entre 45° et 90°.
Grâce à ces agencements, il est possible d'augmenter davantage le volume Θ occupé par les filaments 601 ce qui in fine tend à améliorer la fiabilité d'allumage du milieu gazeux 2 confiné par l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée de la bougie 1 en fonctionnement, en particulier lors d'un démarrage à froid.
Selon un deuxième de ses aspects (figure 2), l'invention concerne un système d'allumage 10 comportant au moins une bougie 1 selon l'invention et des moyens d'excitation 8 adaptés à alimenter, via la borne d'alimentation 70, le résonateur 7 série en courant alternatif d'excitation.
Ces agencements contribuent à contrôler davantage l'allumage du milieu gazeux 2 confiné. De préférence, la durée τ d'excitation du résonateur 7 série par les moyens d'excitation 8 est comprise entre 20 με et 2.103 με : 20 με≤ τ≤ 20 ms. La vitesse ψ de montée de l'amplitude de la surtension sélective V délivrée par le résonateur 7 série à la borne de sortie 72 est comprise entre 2,5*109 V/s et 5,0*109 V/s : 2,5*109 V/s ≤ ψ ≤ 5,0*109 V/s. Le temps T de montée de l'amplitude de la surtension sélective V délivrée par le résonateur 7 série à la borne de sortie 72 est comprise entre 10 με et 20 με : 10 με≤ T≤ 20 με.
Ces agencements contribuent à augmenter un coefficient de qualité du résonateur 7 série. De ce fait, le résonateur 7 série présente, autour de sa fréquence de résonance, un pic de résonance plus étroit. Par conséquent, toute perturbation diélectrique autour de la pointe 61 due, par exemple, à la production par la bougie 1 (et, par conséquent, par le système d'allumage 10) de l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée, fait éloigner quasi immédiatement la fréquence propre F du résonateur 7 série de sa fréquence de résonance à laquelle il est piloté. De ce fait, la surtension sélective V délivrée par le résonateur 7 série à la borne de sortie 72 et, donc, sur la pointe 61 , se trouve aussitôt diminuée ce qui empêche toute extension spatiale des filaments 601 de l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée, en particulier dans le prolongement de l'axe longitudinal AB. Grâce à ce mécanisme autorégulateur, il est possible d'ajuster (en attribuant le coefficient de qualité prédéfini à la bougie 1 lors de sa fabrication), le volume Θ occupé par les filaments 601 (et, en particulier, l'étendue de l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée dans le prolongement de l'axe longitudinal AB) sans faire appel à des systèmes complexes visant la gestion en temps réel de la surtension sélective V à la borne de sortie 72 de la bougie 1 . Or, la maîtrise de l'étendue spatiale des filaments 601 dans le prolongement de l'axe longitudinal AB à l'extérieur de la bougie 1 assure l'allumage contrôlé du milieu gazeux 2 confiné par le système d'allumage 10.
Selon un troisième de ses aspects, l'invention concerne un moteur 9 à combustion interne comportant : ■ une culasse 90, un piston 91 et un cylindre 92 adaptés à former une enveloppe interne 93 d'une chambre de combustion 94, et
■ un canal 95 de liaison agencé dans l'enveloppe interne 93 et adapté à lier la chambre de combustion 94 avec l'extérieur 96 du moteur 9, ledit moteur 9 utilisant le système d'allumage 10 selon l'invention où le milieu gazeux 2 confiné est contenu dans la chambre de combustion 94 et où l'enveloppe externe 3 de la bougie 1 est logée dans le canal 95 de liaison. De préférence, l'enveloppe externe 3 et le canal 95 de liaison présentent chacun un filetage. Ainsi, l'enveloppe externe 3 peut être vissée dans le canal 95 de liaison.
Les dimensions linéaires réduites du résonateur 7 série rendent la bougie 1 (et, par conséquent, le système d'allumage 10) plus compacte et contribuent de ce fait à désencombrer le moteur 9 et à le rendre plus léger. Ces mesures contribuent in fine à augmenter un rendement du moteur 9 en assurant une puissance égale pour un poids inférieur de ce dernier pour faire face aux contraintes de plus en plus strictes des normes antipollution. En outre, cela rend plus aisé le montage de la bougie 1 (et, par conséquent, du système d'allumage 10) sur le moteur 9.
Avantageusement, le canal 95 de liaison peut être agencé dans la culasse 90, et au moins le piston 91 est lié à la borne de masse 71 .
Grâce au canal 95 de liaison agencé dans la culasse 90, la bougie 1 (et, par conséquent, le système d'allumage 10) peut être montée sur la culasse 90 quasiment sans encombrer cette dernière. Cela répond à un besoin industriel de miniaturisation des moteurs 9 pour les rendre conformes aux normes antipollution de plus en strictes. Le fait de lier le piston 91 à la borne de masse 71 permet d'orienter le champ électrique induit E de manière privilégiée, par exemple, le long de l'axe longitudinal AB, directement dans chambre de combustion 94, sans faire appel à aucun autre moyen électrique spécifique (par exemple, sans utiliser aucune autre électrode spécifique disposée à distance de la pointe 6). Or, l'absence dudit moyen électrique spécifique contribue à rendre la bougie 1 (et, par conséquent, le système d'allumage 10) plus compacte et à désencombrer la culasse 90. Par conséquent, la bougie 1 (et, par conséquent, le système d'allumage 10) est mieux adaptée aux culasses 90 (et, in fine, aux moteurs 9) de petites tailles.
De préférence, le piston 91 et la pointe 6 (extrémité libre 60), sont, le long de l'axe AB, écartés l'un de l'autre d'au moins 0,5 cm, comme illustré à l'aide d'un écart-seuil référencé λ entre le piston 91 et la première tête 61 de la pointe 6 sur la figure 3 : λ > 0,5 cm. Ceci devrait être vérifié en toutes circonstances de fonctionnement du moteur.
Les avantages procurés par ces agencements sont commentés ci- après à l'aide de la figure 5 qui illustre un exemple d'une courbe U de tension entre deux électrodes, par exemple, entre la pointe 6 de la bougie 1 et le piston 91 , disposées à distance λ l'une de l'autre dans le milieu gazeux 2 confiné, par exemple, dans un mélange air-carburant, en fonction de courant entre ces électrodes 6, 91 (figure 3). Ladite courbe U présente :
■ une première zone I observée entre les références O et Is2, propre à l'absence de toute décharge entre deux électrodes,
■ une deuxième zone I I observée entre les références Is2 et C propre à la première décharge du type « couronne électrostatique » entre la pointe 6 de la bougie 1 et le piston 91 . La première décharge ionise milieu gazeux 2 confiné qui peut, de ce fait, s'allumer. Cependant, la température d'environ quelques centaines de degrés Celsius (par exemple, environ
600 °C) du milieu gazeux 2 confiné observée lors la première décharge entre la pointe 6 de la bougie 1 et le piston 91 , est insuffisante en tant que telle pour produire l'allumage certain du milieu gazeux 2 confiné avec une fiabilité prédéfinie. C'est pourquoi l'allumage du milieu gazeux 2 confiné à l'aide de la première décharge n'est pas satisfaisant,
■ une troisième zone I I I observée entre les références C et Isi , propre à la deuxième décharge du type « couronne présentant au moins une étincelle multifilamentaire ramifiée » (comme celle référencée 600 sur les figures 2-3) qui évolue dans un volume borné (comme celui référencé Θ sur la figure 3) à proximité immédiate de l'un des deux électrodes, à distance de l'autre des deux électrodes, et
■ une quatrième zone IV observée entre les références Isi et Y, propre à une troisième décharge du type « arc électrique de nature sensiblement monofilamentaire, non ramifié », la deuxième décharge étant produite entre lesdites électrodes liées entre elles lors de la deuxième décharge par ledit arc électrique.
Grâce à l'écart-seuil axial λ entre l'extrémité libre 60 de la pointe 6 de la bougie 1 et le piston 91 supérieur à 0,5 cm, la bougie 1 au cours de son fonctionnement présente uniquement la deuxième décharge, propre à la troisième zone III sur la figure 5, avec l'étincelle 600 multifilamentaire ramifiée qui évolue dans le volume Θ à proximité immédiate de la pointe 61 de sorte que les filaments 601 restent confinés dans ledit volume Θ, à distance δ du piston 91 . Ainsi, il est possible d'enflammer le milieu gazeux 2 confiné (tel que le mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion 94) quasi instantanément de manière volumique sans produire des détonations (cliquetis) pouvant altérer le moteur 9 (et, en particulier, fragiliser la culasse 90 et/ou le piston 91 , et/ou le cylindre 92), ni endommager le piston 91 par les filaments 601 présentant la température entre environ 1000°C et environ 1500°C. Cette dernière est a priori suffisante en tant que telle pour produire l'allumage certain (avec la fiabilité prédéfinie) du milieu gazeux 2 confiné. En d'autres termes, l'écart-seuil λ entre la pointe 6 de la bougie 1 et le piston 91 supérieur à 0,5 cm permet d'éviter a priori à la bougie 1 (et, par conséquent, au système d'allumage 10 et, plus généralement, au moteur 9) de fonctionner :
■ soit sans décharge (première zone I sur la figure 5) ce qui est insatisfaisant car rend le moteur 9 inopérant,
■ soit avec la première décharge (deuxième zone II sur la figure 5) qui ne permet pas d'allumer le milieu gazeux 2 confiné avec la fiabilité prédéfinie (notamment lors du démarrage du moteur 9 à froid) au moins à cause la température insuffisante (par exemple, d'environ 600 °C) en tant que telle du milieu gazeux 2 confiné. Cela conduit, entre autres, à une usure accélérée du moteur 9 ce qui est insatisfaisant,
■ soit avec la troisième décharge (quatrième zone IV sur la figure 5) avec l'arc électrique (court-circuit) entre la pointe 61 et le piston 91 ce qui est aussi insatisfaisant. En effet, la troisième décharge n'assure pas l'allumage certain du milieu gazeux 2 confiné notamment lors du démarrage du moteur 9 à froid : la nature sensiblement monofilamentaire, non ramifié de l'arc électrique ne permet de chauffer un volume (du milieu gazeux 2 confiné) suffisant pour enflammer à froid ledit milieu gazeux 2 confiné. En plus, même lorsque le milieu gazeux 2 confiné est suffisamment chauffé lors des régimes de fonctionnement du moteur 9 autres que celui du démarrage à froid, l'arc électrique monofilamentaire non ramifié issu de la troisième décharge tend à allumer le milieu gazeux 2 confiné de manière non volumique mais uniquement dans le voisinage immédiat de l'arc. Enfin, la troisième décharge conduit à terme à une érosion certaine du piston 91 par l'arc électrique (court-circuit) ce qui rend le moteur 9 inopérant.
Selon un quatrième de ses aspects, l'invention concerne un procédé d'allumage Z d'un mélange gazeux 2 confiné, par le système d'allumage 10 selon l'invention, dans le moteur 9 à combustion interne selon l'invention. Le procédé d'allumage comporte (figure 6) :
■ au moins une étape de montée Z1 de l'amplitude de la surtension sélective V délivrée par le résonateur 7 série à la borne de sortie 72 avec une vitesse ψ de montée comprise entre 2,5 09 V/s et 5,0*109 V/s : 2,5*109 V/s≤ ψ≤
5,0*109 V/s, pendant un temps T de montée compris entre 10 με et 20 με : 10 με≤ T≤ 20 με, et
■ au moins une étape d'excitation Z2 du résonateur 7 série par les moyens d'excitation 8 pendant une durée τ d'excitation comprise entre 20 με et 2.103 με : 20 με≤ τ≤ 20 ms.
Ce mode de fonctionnement contribue à augmenter le coefficient de qualité du résonateur 7 série et, comme déjà évoqué ci-dessus, à rendre autorégulé le mécanisme de maintien de la deuxième décharge (régime propre à la troisième zone III sur la figure 5) sans faire appel à des systèmes complexes visant la gestion en temps réel de la surtension sélective V à la borne de sortie 72 de la bougie 1 . Cela contribue in fine à contrôler davantage l'allumage du milieu gazeux 2 confiné par la bougie 1 selon l'invention (et, par conséquent, par le système d'allumage 10 selon l'invention).
De préférence, le procédé d'allumage comporte, pendant un cycle de compression C du moteur 9, au moins deux étapes de délivrance de la surtension sélective V par le résonateur 7 série sur la borne de sortie 72.
Ce mode de fonctionnement contribue à fiabiliser l'allumage par la bougie 1 selon l'invention (et, par conséquent, par le système d'allumage 10 selon l'invention) du milieu gazeux 2 confiné (mélange air-carburant) dans la chambre de combustion 94 du moteur 9 quel que soit le régime de fonctionnement de ce dernier et, en particulier, lors d'un démarrage à froid dudit moteur 9.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Bougie (1 ) adaptée à enflammer un milieu gazeux (2), la bougie (1 ) présentant un axe longitudinal (AB) et comprenant :
■ une enveloppe externe (3) allongée selon l'axe (AB), présentant une première et une seconde extrémités (30,31 ) opposées axialement et assurant une fonction de fixation de la bougie (1 ) dans le milieu gazeux (2),
■ un isolateur (4),
■ une électrode (5) comportant une pointe (6) dépassant axialement de l'isolateur (4) vers la seconde extrémité (31 ) de l'enveloppe externe (3), ■ un résonateur série (7) comportant un bobinage inductif (73) interposé entre une borne d'alimentation (70) en courant alternatif d'excitation et une borne de sortie (72), l'électrode (5) ionisant le milieu gazeux (2) lorsque le résonateur (7) série délivre à la borne de sortie (72) une surtension (V), caractérisée en ce que plusieurs des caractéristiques suivantes sont vérifiées :
- la distance axiale (L1 ) entre le bobinage inductif (73) et une extrémité libre (60) de la pointe (6) est comprise entre 2 cm et 6 cm,
- ladite extrémité libre (60) comporte au moins une première tête (61 ) présentant un rayon (R1 ) de courbure égal ou inférieur à 250 μιτι, - la surtension (V) à la borne de sortie (72) est égale ou inférieure à 30 KV en courant alternatif,
- le résonateur (7) série présente une fréquence propre (F) comprise entre 3 MHz et 10 MHz.
2. Bougie caractérisée en ce que toutes lesdites caractéristiques selon la revendication 1 sont vérifiées.
3. Bougie (1 ) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pointe (6) est de forme tronconique.
4. Bougie (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pointe (6) présente :
■ à sa base (610), une dimension transversale (L) en section, et
■ une hauteur (H) mesurée, selon l'axe (AB), entre ladite extrémité libre (60) et la base (610), le rapport entre la hauteur (H) et ladite dimension transversale (L) étant compris entre 4,5 et 5,5.
5. Bougie (1 ) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première tête (61 ) est disposée axialement sur la pointe (6), laquelle comporte au moins une deuxième tête (62) disposée latéralement à l'axe (AB), la première et la deuxième têtes (61 ,62) étant écartées l'une de l'autre d'un angle (a) compris entre 45° et 90°.
6. Bougie (1 ) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la deuxième tête (62) présente un rayon de courbure (R2) égal ou inférieur à 250 μιτι et/ou est disposée environ aux deux tiers de la hauteur (H) de la pointe (6) depuis l'isolateur (4).
7. Système d'allumage (10) comportant au moins une bougie (1 ) selon l'une des revendications précédentes et des moyens d'excitation (8) alimentant, via la borne d'alimentation (70), le résonateur (7) série en courant alternatif d'excitation.
8. Moteur (9) à combustion interne comportant :
■ une culasse (90), un piston (91 ) et un cylindre (92) adaptés à former une enveloppe interne (93) d'une chambre de combustion (94), et
■ un canal (95) agencé dans l'enveloppe interne (93), ledit moteur (9) utilisant le système d'allumage (10) selon la revendication 6 où le milieu gazeux (2) est contenu dans la chambre de combustion (94) et où la bougie (1 ) est logée dans le canal (95).
9. Moteur (9) à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que le canal (95) de liaison est agencé dans la culasse (90), et en ce que le piston (91 ) est lié à une borne de masse (71 ).
10. Moteur (9) à combustion interne selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le piston (91 ) et la pointe (6) sont écartés l'un de l'autre d'au moins 0,5 cm, en toutes circonstances de fonctionnement du moteur .
1 1 . Procédé d'allumage (Z) d'un mélange gazeux (2), par une bougie selon l'une des revendications 1 à 6, ou par le système d'allumage (10) selon la revendication 7, dans le moteur (9) à combustion interne selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte :
■ une étape (Z1 ) de montée de l'amplitude de la surtension (V) délivrée par le résonateur (7) série à la borne de sortie (72) avec une vitesse (ψ) de montée comprise entre 2,5*109 V/s et 5,0*109 V/s, pendant un temps (T) de montée compris entre 10 με et 20 με et, ■ une étape d'excitation (Z2) du résonateur (7) série pendant une durée (τ) d'excitation comprise entre 20 με et 2.103 με.
12. Procédé d'allumage (Z) selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'il comporte, pendant un cycle de compression (C) du moteur, au moins deux étapes de délivrance de la surtension (V) par le résonateur (7) série sur la borne de sortie (72).
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