FR2904155A1 - Ignition system for e.g. direct injection engine, of motor vehicle, has electric circuit for delivering series of electric pulses to spark plug with electrodes, where circuit has resistor located between power supply and capacitive element - Google Patents

Ignition system for e.g. direct injection engine, of motor vehicle, has electric circuit for delivering series of electric pulses to spark plug with electrodes, where circuit has resistor located between power supply and capacitive element Download PDF

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Abstract

The system has a spark plug (4) with two electrodes (40), and an electric circuit for delivering a series of electric pulses to the spark plug, where one of the pulses has amplitude equal to 5 kilovolts. The amplitude of the pulse is higher than a breakdown threshold voltage to trigger passage of current between terminals of the plug. Period of the pulses is lesser than 100 microseconds. The electric circuit has a non-distributed resistor (2) located between a power supply (1) i.e. ignition coil, and a capacitive element (3) i.e. distributed capacitor, of a co-axial cable.

Description

-1- Système d'allumage et moteur à combustion interne comportant un tel-1- Ignition system and internal combustion engine comprising such

système d'allumage [0001] La présente invention concerne un système d'allumage, en particulier de moteur à combustion interne. [0002] Dans un moteur à combustion interne, les deux temps û 1) admission de gaz combustible et d'air / compression du mélange gazeux / inflammation du mélange, 2) combustion et détente du mélange / échappement û ou les quatre temps û 1) admission de gaz combustible et d'air, 2) compression du mélange gazeux / inflammation du mélange, 3) combustion et détente du mélange, 4) échappement û du cycle thermodynamique se déroulent successivement dans une seule et même enceinte, dite chambre de combustion. [0003] Les moteurs à combustion interne et à allumage commandé, classiquement utilisés pour les véhicules automobiles, comportent un dispositif d'allumage destiné à l'inflammation du mélange gazeux dans la chambre de combustion à l'aide d'une étincelle. [0004] De manière classique, le système d'allumage comprend une bougie d'allumage destinée à enflammer le mélange gazeux par production d'une étincelle électrique. Un arc électrique est produit entre les électrodes de la bougie par la décharge d'un circuit électrique, ce qui permet l'initiation de la combustion dans la zone proche de la bougie. Un noyau de flamme est créé par cette étincelle électrique et l'expansion de ce noyau provoque la combustion du reste du mélange gazeux. Cette étape constitue l'étape de combustion du cycle thermodynamique du moteur. La bougie est généralement insérée dans la chambre de combustion depuis la culasse de la chambre de combustion. [0005] Lors de l'allumage à l'aide d'une bougie automobile conventionnelle, de l'énergie est déposée dans le mélange gazeux sur un temps relativement long, de l'ordre de la milliseconde, à la suite d'un processus complexe. Le potentiel électrique entre les électrodes augmente jusqu'à une phase dite de claquage établissant un courant électrique entre les dites électrodes. Cette phase provoque l'ionisation des molécules de gaz du mélange combustible dans la zone des électrodes de la bougie. Le mélange devient alors rapidement conducteur ce qui explique le passage à l'arc donnant lieu à un fort courant et à une forte chute du potentiel électrique. Le plasma d'arc ainsi formé engendre alors un noyau de flamme qui initie la réaction de combustion dans la zone de la bougie. Avec un tel système d'allumage utilisant R:ABrevets\23400\23445--060721-demande FR.doc 2904155 -2- une phase significative d'arc, une partie importante de l'énergie est perdue sous forme de chaleur, ce qui entraîne une perte d'efficacité du système. [0006] L'utilisation d'une bougie d'allumage électrique telle que décrite précédemment comporte en outre plusieurs inconvénients. 5 [0007] En particulier, l'utilisation d'un arc électrique entraîne à long terme une érosion des électrodes de la bougie. [0008] L'expansion du noyau de flamme est par ailleurs freinée, et peut même être interrompue, au début de sa propagation par des pertes thermiques vers les parois des électrodes de la bougie elle-même. De plus la vitesse d'expansion du noyau de flamme est 10 relativement faible, en raison du transfert d'énergie non optimal entre le système d'alimentation électrique et le mélange combustible. [00091 Pour remplacer le système conventionnel d'allumage par production d'un arc électrique, il a été proposé différents systèmes d'allumage. [0010] En particulier, il est connu par le document DE-A-196 38 787 d'utiliser un moyen 15 d'allumage, disposé dans la culasse et relié à une source d'énergie à haute fréquence qui est un générateur de micro-ondes. Le moyen d'allumage présente une électrode dans la chambre de combustion. Les ondes émises par la source d'énergie sont irradiées depuis l'électrode dans la chambre de combustion. La chambre de combustion, qui est métallique, joue le rôle de résonateur pour les ondes. Un plasma est formé dans la chambre de combustion. 20 [0011] Le document US-A-5 361 737 décrit un appareil pour fournir une source d'allumage pour les moteurs à combustion interne comprenant un oscillateur radiofréquence, un amplificateur et un résonateur coaxial à cavité dont une extrémité constitue l'électrode de décharge. Le résonateur est couplé à l'amplificateur pour générer une décharge Corona radiofréquence qui ionise le mélange pour créer un plasma au niveau de l'électrode. Le 25 résonateur peut être adapté à une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. [0012] L'inconvénient de ces systèmes à résonateur est qu'ils ne peuvent pas facilement être adaptés à la place des systèmes classiques d'allumage du fait de leur encombrement. D'autre part ils utilisent des circuits d'électronique de puissance complexe. [00131 I1 est connu par le document US-A-5 469 013 d'utiliser un générateur d'impulsions de 30 puissance pour produire des champs électriques pulsés pour des systèmes de traitement par plasma des gaz d'échappement pour automobiles. Le générateur d'impulsions comprend une R:ABrevets\23400\23445--060721-demande FR.doc 2904155 -3- pluralité d'enroulements primaires dans un transformateur, et un générateur d'impulsions produisant une impulsion de commande dans ces noyaux primaires. L'inconvénient de ce générateur est qu'il est complexe et coûteux puisqu'il utilise des composants d'électronique de puissance. D'autre part l'application revendiquée concerne le post-traitement des gaz 5 d'échappement, et il n'a pas été utilisé pour l'allumage des moteurs. [0014] Le but de l'invention est de proposer un système d'allumage simple, capable d'allumer efficacement des mélanges gazeux combustibles très dilués. [0015] Ce but est atteint par un système d'allumage, destiné notamment à des moteurs à combustion interne pour véhicules automobiles comportant une bougie d'allumage et un 10 circuit électrique propre à délivrer à la bougie une série d'impulsions électriques, la première de ces impulsions étant de préférence d'amplitude supérieure aux suivantes. [0016] L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne comprenant une chambre de combustion et un système d'allumage adapté à délivrer pour chaque cycle une série d'impulsions électriques dans la chambre de combustion. 15 [0017] Les avantages du système d'allumage selon l'invention sont nombreux. En particulier, ce système d'allumage permet : - une augmentation de la robustesse à la dilution du carburant (mélange pauvre) et à la dilution par des gaz re-circulés (EGR). Augmentation de la robustesse à l'utilisation de carburants à faible pouvoir calorifique (bio-fuels, gaz naturel) ; 20 - une augmentation du rendement énergétique de l'allumage ; - une réduction du délai d'allumage (délai entre l'allumage électrique et l'augmentation significative de pression due à la combustion) ; et, - une augmentation du volume d'allumage de sorte que le système permet de réduire les variations cycle à cycle d'une combustion à l'autre. 25 [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : [0019] Figure 1, une représentation schématique de la tension induite aux bornes de la bougie en fonction du temps dans le système d'allumage selon l'invention ; 30 [0020] Figure 2, une représentation schématique du système d'allumage selon l'invention ; R:ABrevets\23400\23445--060721-demande FR.doc 2904155 -4- [0021] Figure 3, une courbe de la tension mesurée aux bornes de la bougie dans un mode de réalisation de l'invention. [0022] Le système d'allumage selon l'invention comprend une bougie d'allumage et un circuit électrique adapté à délivrer à la bougie une série de N (N>_1) impulsions électriques. 5 [0023] Le système d'allumage selon l'invention permet d'enflammer un mélange combustible de façon simple et peu coûteuse. [00241 En effet, chaque impulsion électrique permet l'ionisation des molécules de gaz situées à proximité des électrodes de la bougie. o Lorsque la tension de la première impulsion dépasse une certaine tension seuil dite de 10 claquage, un courant passe entre les électrodes de la bougie via les ions et électrons du mélange combustible situé entre Ies électrodes. L'impulsion étant limitée à une courte durée, la formation d'un arc électrique est évitée. L'inflammation du mélange a lieu si l'énergie transférée au mélange combustible par cette première impulsion est suffisante. Les impulsions suivantes, très rapprochées dans le temps, permettent 15 l'ionisation de molécules supplémentaires, ce qui permet une réduction supplémentaire du délai d'inflammation. o Lorsque la tension de la première impulsion est inférieure à la tension de claquage ou lorsque l'énergie transférée au gaz par cette première impulsion est insuffisante, les impulsions suivantes très rapprochées dans le temps vont entraîner au bout d'un 20 certain nombre d'impulsions, le claquage du milieu par accumulation d'espèces excitées (ions, électrons, ...) puis l'inflammation du mélange combustible se trouvant dans la chambre de combustion. [0025] La figure 1 est une représentation schématique de la tension induite aux bornes de la 25 bougie en fonction du temps dans le système d'allumage selon l'invention. [00261 La série d'impulsions 51, 52, ..., 5N comprend au moins une impulsion. La première impulsion 51. doit, soit permettre d'allumer le mélange, soit permettre de rendre le mélange combustible suffisamment ionisé pour qu'il soit sensible aux impulsions suivantes. Préférentiellement. l'amplitude de la première impulsion 51 est supérieure à celle des 30 impulsions suivantes 52, ..., 5N et est de préférence supérieure à une tension seuil de déclenchement du passage d'un courant entre deux bornes de la bougie. L'amplitude de toutes R:1Brevets\23400\27445--060721-demande FRdoc 2904155 -5- les impulsions à partir de la deuxième est par exemple ensuite sensiblement la même. L'intervalle de temps entre les impulsions doit être suffisamment court pour que les molécules ionisées lors d'une impulsion ne se désexcitent pas avant l'impulsion suivante. Cette succession d'impulsions permet au bout d'un certain nombre d'impulsions 5 l'inflammation du mélange combustible se trouvant dans la zone des électrodes de la bougie. [0027] Chaque impulsion 51, 52, ..., 5N comprend une montée 501, 502, ..., 50N en tension jusqu'à un maximum, un plateau 511, 512, ..., 51N à cette valeur maximum, puis une descente 521, 522, ..., 52N en tension. [0028] Le maximum 511, 512, ..., 51N de tension de chaque impulsion doit être de l'ordre de 10 grandeur des tensions de claquage dans un milieu combustible sous pression et température (typiquement quelques dizaines de kilovolts), et suffisant pour qu'une production significative d'espèces ionisée soit réalisée. [0029] Les durées de montée en tension 501, 502, ..., 50N et de descente 521, 522, ..., 52N en tension de chaque impulsion doivent être de préférence les plus courtes possible car l'on 15 souhaite éviter le passage à l'arc, et car le dépôt d'énergie pendant la descente n'est pas efficace et doit donc être minimisé. [0030] La figure 2 est une représentation schématique du système d'allumage selon l'invention. [0031] Le système d'allumage selon l'invention comprend une bougie d'allumage 4 alimentée 20 électriquement par un circuit électrique. Ce circuit comprend une alimentation 1 qui délivre une haute tension. De préférence, l'alimentation est une bobine d'allumage du type utilisé dans les systèmes d'allumage classiques par arc. Le circuit électrique comprend également, entre l'alimentation 1 et la bougie 4, un élément capacitif 3. Le circuit électrique comprend, en outre, une résistance 2 située entre l'alimentation 1 et l'élément capacitif 3. La bougie 4 25 comprend par ailleurs deux électrodes 40. [0032] Au début de la phase d'allumage, l'alimentation délivre une haute tension à l'élément capacitif 3. L'élément capacitif se charge pendant une durée qui dépend de la valeur de la résistance 2 et de sa propre capacité, jusqu'à ce que la tension aux bornes de la bougie 4 atteigne la tension de claquage du mélange combustible à enflammer. A partir de cette tension 30 de claquage, du courant commence à circuler entre les électrodes de la bougie, ce qui provoque la décharge de l'élément capacitif. Ensuite l'alimentation 1 reprend la charge de R:ABrevetsV23400\23445ù060721-demande FR.doc 2904155 -6- l'élément capacitif et le processus peut recommencer. Ainsi, la tension aux bornes de la bougie 4 est sensiblement en dents de scie. [0033] La tension de claquage dépend de la température et de la pression du mélange combustible à enflammer, ainsi que du degré d'ionisation du gaz. Le gaz est partiellement 5 ionisé après la première impulsion, ce qui explique que la tension des impulsions successives sont inférieures à celle de la première impulsion. [0034] L'élément capacitif 3 est un condensateur, et est adapté pour supporter des tensions importantes. L'élément capacitif peut être remplacé par un câble coaxial, c'est à dire un câble conducteur placé dans un câble cylindrique creux faisant office de masse, ces deux 10 conducteurs étant séparés par un isolant diélectrique. Ces éléments coaxiaux se comportent comme des capacités et des inductances distribuées sur la longueur du câble. Ce type de circuit est connu sous le nom de ligne de transmission, et permet un meilleur contrôle du courant. [0035] La résistance 2 est une résistance non distribuée. Une alternative pourrait être une 15 inductance saturable, pour mieux contrôler la mise en charge de l'élément capacitif 3. [0036] Au global le système délivre à la bougie une tension en fonction du temps qui est sous la forme d'une série d'impulsions 51, 52, ..., 5N. comme expliqué ci dessus. [0037] La figure 3 représente une courbe de la tension mesurée aux bornes de la bougie dans un mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, la tension est exprimée en valeurs 20 négatives. Sur le pic indicé i sur cette courbe, la pente de la descente 52i en tension est, comme expliqué plus haut, beaucoup plus raide que celle de la montée 50i en tension. [0038] Le système d'allumage selon l'invention permet ainsi d'alimenter la bougie en haute tension de façon à déclencher le passage d'un courant dans la bougie puis de faire chuter la tension rapidement. La puissance instantanée délivrée par chaque impulsion est de plusieurs 25 ordres de grandeurs supérieure (typiquement 105W=100000W) à celle produite par un système classique d'allumage par arc électrique (typiquement 10W), ce qui permet d'obtenir une température électronique plus élevée que dans un système classique d'allumage par arc électrique et d'augmenter considérablement l'efficacité de production d'espèces chimiques excitées dans le mélange combustible. La chute de tension permet d'éviter la formation d'une 30 étincelle due à un arc électrique entre les électrodes de la bougie, ce qui permet d'avoir un meilleur rendement énergétique de la transition plasma ù gaz que pour un système d'allumage classique par arc. La température atteinte par les électrodes de la bougie est inférieure à la R:ABrevets\23400\23445ù06072 1-demande FR.doc 2904155 -7-température atteinte lors de la formation d'un arc électrique, ce qui permet de ralentir l'érosion des électrodes. [00391 Notons que la période des impulsions est sensiblement égale à l'inverse du temps de recombinaison des espèces chimiques excitées du mélange combustible. De cette façon, on 5 évite que les molécules ionisées lors de la première impulsion se désexcitent entre deux impulsions successives. De plus, la période des impulsions est de préférence supérieure à la période nécessaire pour déclencher la formation d'un arc électrique entre les électrodes de la bougie 4. Ces caractéristiques permettent de maximiser le rendement énergétique. La période des impulsions est inférieure à 100 s. 10 [0040] L'amélioration du rendement énergétique a pour conséquences directes l'augmentation de la vitesse initiale d'expansion de la flamme. Le volume d'allumage peut ainsi être augmenté de façon significative à énergie électrique égale. Cela permet en particulier de réduire les délais d'allumage et la durée de combustion. [0041] La quantité d'énergie de chaque impulsion peut être estimée par 'h C U2 où C est la 15 capacité de l'élément capacitif et U la tension maximale respective de chaque impulsion. La succession d'impulsions permet de cumuler l'énergie nécessaire pour l'initiation de mélanges fortement dilués. [0042] L'amélioration du rendement énergétique permet également de brûler des mélanges combustibles plus pauvres en carburant, ce qui améliore la robustesse de l'allumage, et en 20 conséquence, permet de réduire le nombre de ratés d'allumage et donc la formation de polluants associés à ces ratés d'allumage. [0043] Prenons l'exemple d'un mélange propane/air dans un rapport stoechiométrique par rapport à la réaction d'oxydation dont la pression et la température initiale sont initialement de 1 bar et 300K respectivement. Avec un système d'allumage constitué conformément à 25 l'invention par : - une alimentation standard de bougie (tension de sortie 16 à 25kV ; énergie 50 à 60mJ) - une résistance 2 de 10kS, un câble coaxial 3 d'un mètre de long, d'impédance 100pF. [0044] Dans ces conditions, l'allumage de mélanges propane/air a pu être réalisé avec une 30 pression allant jusqu'à 6 bars, une dilution dans l'azote allant jusqu'à 50% et avec une configuration de bougie 4 classique. L'allumage de mélanges avec de tels niveaux de dilution R:ABrevets\23400\23445--060721-demande FR.doc 2904155 -8- ne peut pas être obtenu avec des systèmes d'allumage commercialisés à la date de dépôt de la présente demande. [0045] Dans cet exemple, la tension de claquage d'un mélange propane/air stoechiométrique à pression et température initiales de 1 bar et 300K respectivement est d'environ de 5kVpour un 5 écartement des électrodes de lmm. L'amplitude de la première impulsion est donc de préférence supérieure à 5kV. De plus, les impulsions de haute tension sont appliquées à haute fréquence, supérieure à 10kHz. [00461 Ainsi, le système d'allumage selon l'invention est simple de conception et peu coûteux. De plus, il est peu encombrant et peut ainsi facilement être installé à la place d'un 10 système d'allumage classique puisqu'il suffit d'insérer une résistance et un élément capacitif entre l'alimentation et la bougie. [00471 Le système d'allumage selon l'invention est destiné à être utilisé dans un moteur à combustion interne comprenant une chambre de combustion. [00481 L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant une 15 chambre de combustion et le système d'allumage décrit ci-dessus. Le système d'allumage est alors adapté à délivrer une série d'impulsions électriques dans la chambre de combustion de façon à enflammer le mélange combustible présent dans la chambre de combustion. Grâce au système d'allumage qui est simple, peu coûteux et peu encombrant, le moteur n'est pas plus coûteux ni encombrant qu'un moteur classique mais il permet d'améliorer le rendement 20 énergétique de l'allumage ainsi que d'enflammer plus facilement des mélanges combustibles relativement pauvres en carburant. [00491 Le système d'allumage peut être utilisé dans des moteurs à combustion comprenant une chambre de combustion, tels que les moteurs à allumage commandé, et plus particulièrement les moteurs à injection directe ou les moteurs à combustion homogène 25 assistés par allumage. [00501 Le système d'allumage peut également être utilisé pour l'allumage des turboréacteurs, des statoréacteurs et superstatoréacteurs et des brûleurs industriels tels que les turbines à gaz, les chaudières, les fours, etc. R:ABrevets\23400\23445--060721-demande FR.doc  The present invention relates to an ignition system, in particular an internal combustion engine. [0002] In an internal combustion engine, the two stages 1) admission of fuel gas and air / compression of the gaseous mixture / ignition of the mixture, 2) combustion and expansion of the mixture / exhaust, or the four stages 1 ) admission of fuel gas and air, 2) compression of the gaseous mixture / ignition of the mixture, 3) combustion and expansion of the mixture, 4) exhaust of the thermodynamic cycle take place successively in one and the same chamber, called the combustion chamber . Internal combustion engines and spark ignition, conventionally used for motor vehicles, comprise an ignition device for igniting the gas mixture in the combustion chamber with a spark. Conventionally, the ignition system comprises a spark plug for igniting the gas mixture by producing an electric spark. An electric arc is produced between the electrodes of the candle by the discharge of an electric circuit, which allows the initiation of combustion in the area near the candle. A flame core is created by this electric spark and the expansion of this core causes the combustion of the remainder of the gas mixture. This step constitutes the combustion stage of the thermodynamic cycle of the engine. The spark plug is usually inserted into the combustion chamber from the cylinder head of the combustion chamber. During ignition using a conventional automotive spark plug, energy is deposited in the gas mixture over a relatively long time, of the order of a millisecond, following a process complex. The electrical potential between the electrodes increases to a so-called breakdown phase establishing an electric current between said electrodes. This phase causes ionization of the gas molecules of the fuel mixture in the area of the electrodes of the candle. The mixture then becomes rapidly conductive which explains the transition to the arc giving rise to a strong current and a sharp drop in electrical potential. The arc plasma thus formed then generates a flame core which initiates the combustion reaction in the area of the candle. With such an ignition system using a significant phase of arc, a substantial part of the energy is lost in the form of heat. causes a loss of efficiency of the system. The use of an electric spark plug as described above also has several disadvantages. In particular, the use of an electric arc leads in the long term to erosion of the electrodes of the candle. The expansion of the flame core is also slowed down, and can even be interrupted, at the beginning of its propagation by thermal losses to the electrode walls of the candle itself. In addition, the expansion speed of the flame core is relatively low due to the non-optimal energy transfer between the power supply system and the fuel mixture. [00091] To replace the conventional ignition system by producing an electric arc, it has been proposed different ignition systems. In particular, it is known from DE-A-196 38 787 to use an ignition means 15 disposed in the cylinder head and connected to a high-frequency power source which is a microphone generator. -ondes. The ignition means has an electrode in the combustion chamber. The waves emitted by the energy source are irradiated from the electrode into the combustion chamber. The combustion chamber, which is metallic, acts as a resonator for the waves. A plasma is formed in the combustion chamber. US-A-5,361,737 discloses an apparatus for providing an ignition source for internal combustion engines comprising a radio frequency oscillator, an amplifier and a cavity coaxial resonator having one end forming the electrode of discharge. The resonator is coupled to the amplifier to generate a radiofrequency Corona discharge that ionizes the mixture to create a plasma at the electrode. The resonator may be adapted to a combustion chamber of an internal combustion engine. The disadvantage of these resonator systems is that they can not easily be adapted instead of conventional ignition systems because of their size. On the other hand they use complex power electronics circuits. It is known from US-A-5,469,013 to utilize a power pulse generator to produce pulsed electric fields for automobile exhaust gas plasma processing systems. The pulse generator comprises a plurality of primary windings in a transformer, and a pulse generator producing a control pulse in these primary cores. . The disadvantage of this generator is that it is complex and expensive since it uses power electronics components. On the other hand, the claimed application relates to aftertreatment of the exhaust gases, and it has not been used for ignition of the engines. The object of the invention is to provide a simple ignition system, capable of effectively igniting highly diluted combustible gas mixtures. This object is achieved by an ignition system, intended in particular for internal combustion engines for motor vehicles, comprising a spark plug and a clean electrical circuit for delivering a series of electric pulses to the spark plug. first of these pulses being preferably of greater amplitude than the following. The invention also relates to an internal combustion engine comprising a combustion chamber and an ignition system adapted to deliver for each cycle a series of electrical pulses in the combustion chamber. The advantages of the ignition system according to the invention are numerous. In particular, this ignition system allows: - an increase in the robustness to the dilution of the fuel (lean mixture) and the dilution by re-circulated gases (EGR). Increased robustness to the use of low calorific fuels (bio-fuels, natural gas); An increase in the energy efficiency of the ignition; a reduction in the ignition delay (delay between the electric ignition and the significant increase in pressure due to combustion); and, - an increase in the ignition volume so that the system makes it possible to reduce cycle-to-cycle variations from one combustion to another. Other features and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description of the embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which show: [0019] ] Figure 1, a schematic representation of the voltage induced across the spark plug as a function of time in the ignition system according to the invention; Figure 2 is a schematic representation of the ignition system according to the invention; A FIG. 3 is a graph of the voltage measured across the spark plug in one embodiment of the invention. The ignition system according to the invention comprises a spark plug and an electrical circuit adapted to deliver to the spark plug a series of N (N> _1) electrical pulses. The ignition system according to the invention makes it possible to ignite a fuel mixture in a simple and inexpensive manner. Indeed, each electrical pulse allows the ionization of the gas molecules located near the electrodes of the candle. When the voltage of the first pulse exceeds a certain so-called breakdown threshold voltage, a current flows between the electrodes of the spark plug via the ions and electrons of the fuel mixture located between the electrodes. The pulse being limited to a short time, the formation of an electric arc is avoided. The ignition of the mixture takes place if the energy transferred to the fuel mixture by this first pulse is sufficient. The following pulses, very close in time, allow the ionization of additional molecules, which allows a further reduction of the ignition delay. When the voltage of the first pulse is lower than the breakdown voltage or when the energy transferred to the gas by this first pulse is insufficient, the following pulses very close in time will result after a certain number of times. pulses, the breakdown of the medium by accumulation of excited species (ions, electrons, ...) and ignition of the fuel mixture in the combustion chamber. [0025] FIG. 1 is a schematic representation of the voltage induced across the spark plug as a function of time in the ignition system according to the invention. The series of pulses 51, 52,..., 5N comprises at least one pulse. The first pulse 51. must either allow to ignite the mixture, or allow the fuel mixture to be sufficiently ionized so that it is sensitive to the following pulses. Preferentially. the amplitude of the first pulse 51 is greater than that of the subsequent pulses 52,..., 5N and is preferably greater than a threshold threshold voltage for the passage of a current between two terminals of the spark plug. The amplitude of all the pulses from the second is, for example, then substantially the same. The time interval between the pulses must be short enough so that the ionized molecules during a pulse do not de-energize before the next pulse. This succession of pulses allows, at the end of a certain number of pulses, the ignition of the combustible mixture in the region of the electrodes of the candle. Each pulse 51, 52, ..., 5N comprises a rise 501, 502, ..., 50N in voltage up to a maximum, a plate 511, 512, ..., 51N at this maximum value, then a descent 521, 522, ..., 52N in tension. The maximum 511, 512, ..., 51N of voltage of each pulse must be of the order of magnitude of the breakdown voltages in a fuel medium under pressure and temperature (typically a few tens of kilovolts), and sufficient for a significant production of ionized species to be realized. The voltage rise times 501, 502,..., 50N and of the descent values 521, 522,..., 52N in voltage of each pulse must preferably be as short as possible because it is desired to avoid the transition to the arc, and because the energy deposit during the descent is not effective and must be minimized. Figure 2 is a schematic representation of the ignition system according to the invention. The ignition system according to the invention comprises a spark plug 4 powered electrically by an electric circuit. This circuit comprises a power supply 1 which delivers a high voltage. Preferably, the power supply is an ignition coil of the type used in conventional arc ignition systems. The electrical circuit also comprises, between the power supply 1 and the spark plug 4, a capacitive element 3. The electrical circuit further comprises a resistor 2 located between the power supply 1 and the capacitive element 3. The spark plug 4 comprises Furthermore, two electrodes 40. At the beginning of the ignition phase, the power supply delivers a high voltage to the capacitive element 3. The capacitive element charges for a duration that depends on the value of the resistor 2. and of its own capacity, until the voltage across the spark plug 4 reaches the breakdown voltage of the combustible mixture to ignite. From this breakdown voltage, current begins to flow between the spark plug electrodes, causing the capacitive element to discharge. Then the power supply 1 takes over the capacitive element and the process can start again. Thus, the voltage across the spark plug 4 is substantially sawtooth. The breakdown voltage depends on the temperature and the pressure of the fuel mixture to ignite, as well as the degree of ionization of the gas. The gas is partially ionized after the first pulse, which explains that the voltage of the successive pulses are lower than that of the first pulse. The capacitive element 3 is a capacitor, and is adapted to withstand high voltages. The capacitive element may be replaced by a coaxial cable, that is to say a conductive cable placed in a hollow cylindrical cable acting as a mass, these two conductors being separated by a dielectric insulator. These coaxial elements behave as capacitances and inductances distributed over the length of the cable. This type of circuit is known as the transmission line, and allows better control of the current. The resistor 2 is an undistributed resistor. An alternative could be a saturable inductor, to better control the charging of the capacitive element 3. Overall, the system delivers to the candle a voltage as a function of time which is in the form of a series of capacitors. pulses 51, 52, ..., 5N. as explained above. Figure 3 shows a curve of the voltage measured at the terminals of the candle in one embodiment of the invention. In this figure, the voltage is expressed in negative values. On the peak indexed i on this curve, the slope of the descent 52i in tension is, as explained above, much steeper than that of the climb 50i in tension. The ignition system according to the invention thus allows the candle to power high voltage so as to trigger the passage of a current in the candle and then drop the voltage quickly. The instantaneous power delivered by each pulse is several orders of magnitude higher (typically 105W = 100000W) than that produced by a conventional electric arc ignition system (typically 10W), which allows to obtain a higher electronic temperature only in a conventional electric arc ignition system and greatly increase the production efficiency of excited chemical species in the fuel mixture. The voltage drop makes it possible to avoid the formation of a spark due to an electric arc between the electrodes of the spark plug, which makes it possible to have a better energetic efficiency of the plasma-to-gas transition than for an ignition system. classic by arc. The temperature reached by the electrodes of the candle is less than the temperature attained during the formation of an electric arc, which makes it possible to slow down the erosion. electrodes. It should be noted that the period of the pulses is substantially equal to the inverse of the recombination time of the excited chemical species of the fuel mixture. In this way, it is avoided that the ionized molecules at the first pulse de-energize between two successive pulses. In addition, the period of the pulses is preferably greater than the period necessary to trigger the formation of an electric arc between the electrodes of the candle 4. These characteristics make it possible to maximize the energy efficiency. The pulse period is less than 100 s. [0040] The improvement in energy efficiency has the direct consequence of increasing the initial speed of expansion of the flame. The ignition volume can thus be increased significantly with equal electrical energy. This allows in particular to reduce the ignition time and the burning time. The amount of energy of each pulse can be estimated by h C U 2 where C is the capacitance of the capacitive element and U is the respective maximum voltage of each pulse. The succession of pulses makes it possible to accumulate the energy necessary for the initiation of highly diluted mixtures. The improvement in fuel efficiency also makes it possible to burn fuel mixtures that are poorer in fuel, which improves the robustness of the ignition, and consequently, makes it possible to reduce the number of misfires and therefore the formation pollutants associated with these misfires. Take the example of a propane / air mixture in a stoichiometric ratio relative to the oxidation reaction, the pressure and the initial temperature are initially 1 bar and 300K respectively. With an ignition system constituted according to the invention by: - a standard spark plug power supply (output voltage 16 to 25kV, energy 50 to 60mJ) - a resistor 2 of 10kS, a coaxial cable 3 of a meter of long, impedance 100pF. Under these conditions, the ignition of propane / air mixtures could be carried out with a pressure of up to 6 bars, a dilution in nitrogen of up to 50% and with a configuration of conventional candle 4. . Ignition of mixtures with such dilution levels may not be obtained with ignition systems marketed on the filing date of this document. request. In this example, the breakdown voltage of a propane / stoichiometric air mixture at initial pressure and temperature of 1 bar and 300 K respectively is approximately 5 kV for an electrode gap of 1 mm. The amplitude of the first pulse is therefore preferably greater than 5kV. In addition, the high voltage pulses are applied at high frequency, higher than 10kHz. Thus, the ignition system according to the invention is simple in design and inexpensive. In addition, it is compact and can thus easily be installed in place of a conventional ignition system since it is sufficient to insert a resistor and a capacitive element between the power supply and the candle. The ignition system according to the invention is intended to be used in an internal combustion engine comprising a combustion chamber. [00481 The invention also relates to an internal combustion engine comprising a combustion chamber and the ignition system described above. The ignition system is then adapted to deliver a series of electrical pulses into the combustion chamber so as to ignite the fuel mixture present in the combustion chamber. Thanks to the ignition system which is simple, inexpensive and compact, the engine is not more expensive or bulky than a conventional engine but it improves the energy efficiency of the ignition and ignite more easily fuel mixtures relatively low in fuel. [00491] The ignition system can be used in combustion engines comprising a combustion chamber, such as spark ignition engines, and more particularly direct injection engines or ignition-assisted homogeneous combustion engines. [00501 The ignition system can also be used for the ignition of turbojet engines, ramjets and supersteactors and industrial burners such as gas turbines, boilers, furnaces, etc. A: ABrevets \ 23400 \ 23445--060721-application EN.doc

Claims (15)

Revendicationsclaims 1. Système d'allumage comprenant : Une bougie d'allumage Un circuit électrique adapté à délivrer à la bougie (4) une série d'impulsions (51, 52, ..., 5N) électriques.  1. Ignition system comprising: A spark plug An electric circuit adapted to deliver to the spark plug (4) a series of pulses (51, 52, ..., 5N) electrical. 2. Système d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première impulsion (51) est d'amplitude supérieure aux suivantes (52, ..., 5N).  2. Ignition system according to claim 1, characterized in that the first pulse (51) is of greater amplitude than the following (52, ..., 5N). 3. Système d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension sous forme d'impulsions (51,52, ..., 5N) est de haute fréquence.  Ignition system according to Claim 1 or 2, characterized in that the pulse voltage (51.52, ..., 5N) is of high frequency. 4. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'amplitude de la première impulsion (51) est au moins égale à 5kV.  4. Ignition system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the amplitude of the first pulse (51) is at least equal to 5kV. 5. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les impulsions (51, 52, ..., 5N) sont sensiblement périodiques.  5. Ignition system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pulses (51, 52, ..., 5N) are substantially periodic. 6. Système d'allumage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la période des impulsions (51, 52, ..., 5N) est inférieure à 100 s.  6. Ignition system according to claim 5, characterized in that the pulse period (51, 52, ..., 5N) is less than 100 s. 7. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'amplitude de la première impulsion (51) est supérieure à une tension seuil, dite de claquage, de déclenchement du passage d'un courant entre deux bornes de la bougie (4).  7. Ignition system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the amplitude of the first pulse (51) is greater than a threshold voltage, called breakdown, triggering the passage of a current between two terminals of the candle (4). 8. Système d'allumage selon la revendication 7, caractérisé en ce que toutes les impulsions (52, ..., 5N) suivant la première ont une amplitude supérieure à la tension de claquage.  8. Ignition system according to claim 7, characterized in that all the pulses (52, ..., 5N) following the first have an amplitude greater than the breakdown voltage. 9. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit électrique comprend : un élément capacitif (3) une alimentation (1) adaptée à délivrer une tension à élément capacitif (3). R:ABrevetsV23400\23445--060721-demande FR.doc 2904155 -10-  9. Ignition system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrical circuit comprises: a capacitive element (3) a power supply (1) adapted to deliver a capacitive element voltage (3). A: ABrevetsV23400 \ 23445--060721-application EN.doc 2904155 -10- 10. Système d'allumage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément capacitif (3) est une capacité distribuée, à l'exemple d'un câble coaxial.  10. Ignition system according to claim 9, characterized in that the capacitive element (3) is a capacitance distributed, for example a coaxial cable. 11. Système d'allumage selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que le circuit électrique comprend en outre une résistance (2) située entre l'alimentation (1) 5 et l'élément capacitif (3), la vitesse de charge de l'élément capacitif (3) étant fonction de la valeur de ladite résistance (2).  Ignition system according to one of Claims 9 to 10, characterized in that the electric circuit further comprises a resistor (2) located between the power supply (1) 5 and the capacitive element (3), the charging speed of the capacitive element (3) being a function of the value of said resistor (2). 12. Système d'allumage selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la vitesse de décharge de l'élément capacitif (3) est plus rapide que sa vitesse de charge.  Ignition system according to one of claims 9 to 11, characterized in that the discharge rate of the capacitive element (3) is faster than its charging speed. 13. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la 10 bougie d'allumage (4) comprend deux électrodes (40).  13. Ignition system according to one of claims 1 to 12, characterized in that the spark plug (4) comprises two electrodes (40). 14. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'alimentation (1) est une bobine d'allumage classique.  Ignition system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the supply (1) is a conventional ignition coil. 15. Moteur à combustion interne comprenant : une chambre de combustion, 15 le système d'allumage selon l'une des revendications 1 à 14, ledit système d'allumage étant adapté à délivrer une série d'impulsions (51, 52, ..., 5N) électriques dans la chambre de combustion. R:ABrevets\23400\23445--060721-demande FR.doc  15. An internal combustion engine comprising: a combustion chamber, the ignition system according to one of claims 1 to 14, said ignition system being adapted to deliver a series of pulses (51, 52, .. ., 5N) in the combustion chamber. A: ABrevets \ 23400 \ 23445--060721-application EN.doc
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