WO2000063554A1 - Dispositif d'allumage pour moteur a combustion interne et bougie d'allumage pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Dispositif d'allumage pour moteur a combustion interne et bougie d'allumage pour sa mise en oeuvre Download PDF

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WO2000063554A1
WO2000063554A1 PCT/FR2000/000964 FR0000964W WO0063554A1 WO 2000063554 A1 WO2000063554 A1 WO 2000063554A1 FR 0000964 W FR0000964 W FR 0000964W WO 0063554 A1 WO0063554 A1 WO 0063554A1
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WO
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spark
spark plug
insulator
ignition
primary
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Application number
PCT/FR2000/000964
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English (en)
Inventor
André AGNERAY
Nicolas Delmas
Original Assignee
Renault
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface

Definitions

  • the present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine with positive ignition intended in particular for equipping a motor vehicle.
  • the present invention relates more particularly to an ignition device combining the use of surface effect spark plugs and an inductive multi-spark ignition system.
  • the present invention also relates to surface effect candles suitable for this device.
  • the ignition devices equipping these positive-ignition engines operating in lean mixture are today very similar to those equipping traditional engines operating with stoichiometric carbide mixtures.
  • These ignition devices conventionally consist of a spark plug whose electrodes are more or less projected and an electrical supply circuit in high voltage, static or semi-static type, controlled by the electronic engine control computer to trigger the spark at a predetermined instant in the engine cycle according to the engine operating conditions.
  • Such ignition devices prove to be very difficult to develop when they equip engines with lean mixture and more particularly when they equip with direct injection engines.
  • the fuel jet can strike directly on the spark plug and therefore cause more or less pronounced fouling of the insulator, fouling capable of promoting leakage currents between the central electrode and the mass and therefore affect the generation of sparks: the spark being short-circuited by a carbon path of low impedance which limits the potential difference between the spark plug electrodes.
  • the present invention therefore proposes to improve the ignition devices used to date, in particular on engines operating in lean mixture, the ignition device according to the invention making it possible both to reduce the fouling of the spark plugs and to '' improve the ignition of the fuel mixture, in particular by reducing the constraints on the space-time location of the rich fuel cloud, namely: being in the vicinity of the spark plug at the time of the spark.
  • the device according to the invention consists in combining the use of a spark plug of the surface spark type
  • the spark propagates between the central electrode and the ground along the surface of an insulator, cf. for example the candles described in patents FR97-14799 and EP556658, unlike conventional candles where the electrode is formed in the air between the central electrode and the ground electrode facing it) with a multi-ignition system sparks or any other system making it possible to generate a train of successive sparks at a high frequency and having very short voltage rise times associated with strong secondary currents.
  • the multi-spark type ignitions referred to here always use induction effects between two primary and secondary windings to create a high voltage across the plugs.
  • the difference compared to a traditional system is at the level of the charging time of the primary which must be much shorter, the time interval between two successive sparks having to be, in fact, very short.
  • a first solution consists in using a capacity which is suddenly discharged into the primary winding. This is called capacitive ignition or capacity discharge.
  • a second solution consists in realizing a purely inductive system by reducing the value of the inductance Lp of the primary winding, in order to obtain a faster growth of the current during the setting in conduction.
  • This way makes it possible to reach, in a few hundred microseconds, currents of several tens of amperes, whereas in a conventional coil, generally does not exceed 8 A after 3 ms of charge.
  • the increase in primary current therefore makes it possible to compensate for the decrease in charging time.
  • the inductance of the secondary winding is therefore also lower, which explains the low voltage rise times in the secondary when the current is cut in the primary.
  • a third solution consists in using a coil with a higher primary inductance such as for example a conventional ignition coil, and in putting the primary back into conduction before the end of the spark. This has the effect of interrupting the spark at the secondary and bringing the residual energy to the primary. This results in a current jump at the primary level. It is therefore possible to reduce the charging time of the coil from the second spark while obtaining the same current at the end of charging. This method makes it possible to generate several successive sparks in a very short time with a conventional ignition coil.
  • the luminescent spark voltages also called glow voltages
  • significant (several kVolts) of the surface candles make it possible to limit the end of charge current at the primary and therefore not to damage the coil.
  • the ignition device thanks to the invention, a longer spark is obtained both in time and in space, which therefore makes it possible to overcome the constraints of precise location of the rich fuel cloud.
  • the spark is spatially longer by means of the surface effect spark plug technology and temporally longer by the multi-spark ignition system, the total spark duration then being controlled by the sum of the duration of all sparks.
  • the surface effect spark plug has a geometry particularly suitable for use in multi-sparks. It is formed by a single central electrode terminated by a flared head and separated from the base set back by a layer of electrical insulator with a dielectric coefficient greater than one.
  • the candle thus defined is characterized among other things by a long length of spark which then propagates on the surface of the dielectric.
  • this surface spark plug geometry has the advantage of optimizing the amplification and orientation of the electric field on the surface of the insulator to reduce the voltage required for breakdown. Note in this regard that the amplification of the field can be further increased by combining this type of geometry with the presence of a conductive layer embedded under the outer surface of the insulator as described in patent application FR97- 14799.
  • the breakdown voltage will however be lower when the voltage build-up time is short.
  • a short rise time synonymous with high currents in the secondary, will allow to rise to a sufficiently high voltage. between the central electrode and earth to create a spark despite the fouling.
  • the spark will tend to clean the surface of the insulation as it passes by burning the carbon deposit. This cleaning will be all the more effective as the current will be high since the energy dissipated by the Joule effect will be greater.
  • Figure 1 is a schematic view of the ignition device according to the invention applied to an internal combustion engine of the direct injection type
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the lower end of a surface spark plug according to a first embodiment of the ignition device according to the present invention
  • Figure 3 is an axial view of one end of the spark plug shown in Figure 1
  • Figure 4 is a half view similar to Figure
  • FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 specifying the effect of amplification of the field by the insulator during the propagation of the plasma on the surface;
  • Figure ⁇ is a view similar to Figure 4 specifying the phenomenon of wear of the ceramic in the case of a sharp angle.
  • Figure 7 is a view similar to Figure 1 depicting a second embodiment of a surface spark plug according to the present invention
  • Figure 8 is a view similar to Figure 1 depicting a third embodiment of a surface spark plug according to the present invention
  • Figure 9 is a view similar to Figure 1 depicting a fourth embodiment of a surface spark plug according to the present invention
  • Figure 10 is a view similar to Figure 1 describing a fifth embodiment of a surface spark plug according to the present invention.
  • FIG. 1 there has been schematically described the ignition device oojet of the present invention in the context of a multi-cylinder internal combustion engine with spark ignition and direct fuel injection.
  • This ignition device consists of an ignition system of the multi-spark type controlled from the electronic engine control computer.
  • This multi-spark ignition system is of known type.
  • a DC voltage source in this case a 12V ignition battery, of a computer.
  • engine control electronics 2 a power module 3 which may or may not be integrated into the computer 2 and ignition coils 4, the number of which depends on the ignition system (semi static or static).
  • DC voltage is generally supplied by the vehicle battery 1. Its role is to provide the current necessary to charge the primary of the ignition coils 4. In the case of a purely inductive multi-spark system as we have described previously, the battery voltage is directly connected to the coil primary input 4.
  • the outputs of the primaries are independently connected to power transistors 5 integrated in the power module.
  • the latter therefore play the role of switch and are controlled by a periodic square signal generated by the power module or directly by the computer 2.
  • the width of a slot fixes the duration of the current flow in the primaries of the coils and by the same the current reached at the end of the charge.
  • the power module independently sets for each cylinder the number of successive sparks per cycle, the time between each spark and the charge time of the primaries coils (dwell angle) which may or may not be constant on a spark train depending on the strategy used.
  • the power module is independent of the computer, it is therefore capable of interpreting the conventional ignition signal sent by the computer (dwell signal) and of regenerating a multi-spark type control signal (several dwells consecutive of variable duration or not).
  • This solution allows grafting a multi-spark ignition on any engine without having to change the computer.
  • the multi-spark ignition is of the capacitive type as described above, the same components are found as above. In this case, however, the battery is no longer directly connected to the primaries of the coils. It is used to charge the voltages contained in the power module at voltages of a few hundred volts. These capacities will then be suddenly discharged into the primaries of the coils to create a high voltage in the secondary.
  • a multi-spark ignition system supplies high-voltage spark plugs with surface effect, which open directly into each of the combustion chambers of the engine as shown Figure 1.
  • the head of the spark plug 110 intended to open into the combustion chamber formed in the lower wall of the cylinder head of the engine is shaped to have a symmetry of revolution around the longitudinal axis of the candle.
  • the candle 110 includes a low voltage cylindrical electrode which serves as a metal base 103 intended to be screwed into a candle well.
  • the base 103 is therefore intended to come into contact with the cylinder head of the engine and therefore to be electrically connected to ground.
  • This base 103 surrounds a cylindrical high voltage electrode 106 disposed in the central position, central electrode therefore intended to be connected to the high voltage generator ignition system.
  • the central electrode 106 is isolated from the base 103 by means of an insulating sleeve 100 for example made of ceramic and possibly an annular recess 102 commonly called dead volume.
  • This traditional 102 obviously on conventional candles is not at all necessary on surface effect candles, it nevertheless makes it possible to reduce the thermal stresses in the insulating sleeve 100.
  • the central electrode 106 and its insulating sleeve 100 protrudes outside the base 103 from a height 1.
  • This height 1 corresponds substantially, as will be explained below, to the length of the spark generated when a high voltage is applied to the central electrode 106 of the spark plug 110 and that occurs the breakdown phenomenon between the central electrode 106 and the base 103 to ground.
  • the insulating sleeve 100 is of substantially cylindrical shape when it is inside the base 103 then it is of substantially converging conical shape when it projects out from the base 103.
  • the axial end of the base 103 surrounding the the central electrode 106 and its insulating sleeve 100 is shaped so as to form a folded flange 101 having a beveled edge extending in the immediate vicinity of the surface of the insulator 100.
  • the presence of the dielectric 100 creates an amplification of the electrostatic field in the air in its vicinity, so that the spark generated between the beveled edge of the flange 101 of the base 103 and the free end 104 of the central electrode 106 goes spread on the surface of insulation 100, where the field in the air is strongest.
  • the free end 104 of the central electrode 106 is shaped to have a flared head of hemispherical shape against which abuts the insulating sleeve 100, which it caps.
  • the variations in thickness given by the conical shape of the insulator 100 between the base at the outlet of the base 103 and its flange 101 and the axial end 104 of the central electrode 106 are intended to allow a good heat dissipation from the end as well as a reduction of the electrostatic stresses in the insulator at the level of the flange 101, without penalizing the amplification of the field on the surface too much (which is all the greater the smaller the thickness of insulator).
  • This space makes it possible to locally create, thanks to the effects of the insulator, a very significant amplification of the electrostatic field.
  • the explanation for this amplification is as follows.
  • the candle 110 behaves in this place like a capacitive divider.
  • the capacitance formed between the surface of the insulator 100 and the central electrode 106 locally having a value much higher than that formed between the flange 101 to ground and the surface of the ceramic 100, almost all of the difference of potential imposed on the spark plug is thus found between the flange 101 to ground and the surface of the insulator 100.
  • the air will therefore snap and electrically charge the surface of the insulator 100.
  • the equipotentials are found tightened in the insulator and we then fall back on the configuration of FIG. 5 with the propagation of a creeping spark between the beveled edge 101 of the base 103 and the central electrode 106.
  • Another advantage of this embodiment is to reduce the electrostatic stresses in the insulator 100 insofar as the potential difference between the surface of the insulating sleeve 100 at this location and the central electrode will be all the smaller as the 105 will be important.
  • FIG. 5 represents the effects of amplification of the field by the dielectric.
  • the electric field is very important (the equipotentials are more tight), however the plasma cannot be propagated through the insulator (following the orientation of the maximum field), it follows the surface (where the field remains very strong).
  • This figure also makes it possible to highlight the advantage of obtaining an electric field as tangent as possible to the surface of the insulator.
  • Figure 6 provides a better understanding of the advantage of giving a flared "hat" shape to the free end
  • This head substantially hemispherical is to prevent the spark from spreading over angular areas. Indeed, the latter are first of all subjected to greater thermal stresses.
  • the spark will tend to pass through the insulator in places of small thickness to reach the central electrode 106.
  • the maximum electrostatic field vector at a point being always oriented towards the interior of the insulator 100, the spark will propagate preferentially in zone 1 rather than in zone 2, thus causing premature wear of the insulator at this location.
  • the insulator 200 retains the same profile as previously but the end 204 of the central electrode 206 is modified in order to partially cover the insulator 200.
  • the advantage is to cause this location a straightening of the equipotentials which tend to lie down when one moves away from the base.
  • we will never find our in the configuration of Figure 6 which would cause local wear of the insulation.
  • the insulating layer 300 has a thickness (from 1 to 2 mm) which is smaller and constant over the entire length in order to allow better amplification of the field on the surface.
  • the heat exchanges by conduction with the central electrode have been improved by increasing its diameter (3 mm or more), thanks to a larger contact surface.
  • FIG. 9 represents a geometry in which the end 407 of the insulating sleeve 400 is of spherical shape.
  • the thickness of the insulation at the flange is preferably at least 2 mm.
  • the insulation can also be given a strongly conical shape. In each case, the spark generated will be more oriented towards the chamber than in the previous cases. This in order to promote the initiation of combustion.
  • FIG. 10 describes a new alternative embodiment of a surface effect candle.
  • This candle has a geometry similar to that of FIG. 1 with a base 503 surrounding a central electrode 506 with the interposition of an insulating sleeve 500.
  • This base 503 has a bevelled collar 501 extending to the axial end of the base 503, collar 501 which is folded down in contact with the insulation 500.
  • the ceramic will indeed undergo significant electrostatic stresses for a period which can reach several tens of microseconds with a conventional ignition.
  • the time interval during which the insulator is subjected to a large potential difference is limited.
  • Another advantage of the invention can be highlighted when we look at it from the point of view of the spark created by a surface candle. As we have explained, it will be much longer than on a classic candle In the case of operations with strong aerodynamic effects, the arc blowing effects will be very important and the candle will tend to pass by itself in multi-sparks.
  • the advantage of multi-sparks is to be able to bring the successive pulses close enough in order to create a train of sparks, which approaches the "natural" functioning of the spark plug when it is mounted in an engine.
  • the power transistor which controls the passage of the primary current therefore receives a series of square pulses. Each of them corresponds to the creation of a spark in high school. So that it is possible to create several sparks in a very short time interval, it is necessary, by the means that we have presented above, to reduce the charge time of the coil to a hundred ⁇ s against 1 to 2 ms for a conventional coil.
  • the various means that can be implemented to reduce the charging time have been described above.
  • the ignition device according to the invention produces a phenomenon of self-regulation of the charging current which we have already mentioned.
  • the secondary current As soon as the conduction is restored during the spark, the secondary current is cut and all the energy still present will be transferred to the primary.
  • the primary current will therefore not start from 0.
  • the end of charging current will be greater than expected.
  • the secondary current will therefore also be greater at the next spark and as the sparks, the maximum current at the primary will increase.
  • the phenomenon is self-regulated by the following mechanism.
  • the parasitic capacitances of the secondary are charged at a voltage called the cut-in voltage.
  • the winding generally behaving like a transformer, this voltage is actually obtained by multiplying the primary supply voltage (12 V) by the transformation factor of the coil (around 80) which gives us a switching voltage around 1000 V.
  • the secondary current is no longer interrupted when the primary is returned to conduction and is content to change direction.
  • the conditions temperature, pressure, quantity of ionized species, ...) between the spark plug electrodes allow a reversal of the current in the spark without any disappearance of the arc.
  • the glow voltage approximately 500 V with a conventional spark plug
  • the glow voltage is therefore brought back to the primary in the transformation ratio of the coil, so that the primary winding will be loaded under a voltage no longer equal to the initial supply voltage but at the difference of this tension and the glow tension brought back to the primary.
  • V r primary If called into conduction during the spark, the primary coil will be supplied with a voltage equal to V priraaire: V r primary
  • the system according to the invention which proposes to combine the use of a surface spark plug with a multi-spark system therefore makes it possible here to effectively regulate the current at the primary during a refitting conduction during the spark, even when the primary supply voltage is high.

Abstract

Dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé, comportant une bougie débouchant dans chacune des chambres de combustion du moteur, ladite bougie étant alimentée en haute tension par l'intermédiaire d'un système d'allumage piloté pour générer au moins une étincelle par cycle moteur, caractérisé en ce que ladite bougie est du type à effet de surface, c'est-à-dire que l'étincelle se propage entre l'électrode alimentée en haute tension et la masse le long de la surface d'un isolant, et en ce que le système d'allumage piloté est du type multi-étincelles capacitif ou inductif, c'est-à-dire que ledit système d'allumage est apte à générer une succession d'étincelles à une fréquence de plusieurs milliers de hertz grâce à des temps de charge très courts de l'ordre de la centaine de microsecondes, rendus possibles par l'utilisation de bobines à faible inductance primaire et/ou par une stratégie de remise en conduction du primaire avant la fin de l'étincelle et/ou par la décharge de capacités dans le primaire.

Description

DISPOSITIF D'ALLUMAGE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET BOUGIE D'ALLUMAGE POUR SA MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne un dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne à allumage commandé destiné notamment à équiper un véhicule automobile.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'allumage combinant l'emploi de bougies d'allumage à effet de surface et d'un système d'allumage inductif multi-étincelles . La présente invention concerne également des bougies à effet de surface adaptées pour ce dispositif.
Pour satisfaire les normes de dépollution et pour réduire la consommation des moteurs à combustion interne, les constructeurs automobiles ont développé de nouveaux moteurs à allumage commandé aptes à fonctionner avec des mélanges carbures dits pauvres (lean burn) , c'est-à-dire présentant un excès d'air par rapport à la quantité de carburant injectée. En particulier, les constructeurs ont développé des moteurs à injection directe pour lesquels l'alimentation en carburant se fait directement dans les chambres de carburant.
Les dispositifs d'allumage équipant ces moteurs à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre sont aujourd'hui très similaires à ceux équipant les moteurs traditionnels fonctionnant avec des mélanges carbures stoechiométriques . Ces dispositifs d'allumage se composent classiquement d'une bougie dont les électrodes sont plus ou moins projetées et d'un circuit d'alimentation électrique en haute tension, de type statique ou semi-statique, piloté par le calculateur électronique de contrôle moteur pour déclencher l'étincelle à un instant prédéterminé du cycle moteur suivant les conditions de fonctionnement du moteur. De tels dispositifs d'allumage s'avèrent très difficiles à mettre au point lorsqu'ils équipent des moteurs à mélange pauvre et plus particulièrement lorsqu'ils équipent des moteurs à injection directe.
En effet, si un front de flamme peut se propager dans un mélange très pauvre (richesse inférieure à 0,3), l'initiation de la combustion quant à elle ne peut se produire que pour des richesses sensiblement supérieures
(richesse supérieure à 0,7) et préférentiellement proches de la stoechiométrie (richesse 1) . Ainsi, même si le mélange carburé présent dans une chambre de combustion est globalement pauvre, il s'avère nécessaire de maintenir au niveau de l'espace inter-électrodes une richesse suffisamment élevée pour permettre une bonne initiation de la combustion. Par opposition à un mélange homogène où la richesse est la même en tout point de la chambre de combustion, on parle alors de mélange stratifié, ce qui signifie que la richesse décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la bougie. Actuellement, la stratification du mélange dans la chambre est obtenue en guidant le jet de carburant de manière à ce que ce dernier rencontre la bougie au moment où celle-ci produit une étincelle. Le guidage du jet peut être obtenu de différentes manières en combinant des phénomènes aérodynamiques avec une forme particulière de piston.
Dans tous les cas, on. est confronté au délicat problème de faire coïncider l'instant d'étincelle et la présence au voisinage de l'espace inter-électrodes d'un nuage de mélange air-carburant de richesse voisine de 1, nuage en mouvement dans un environnement globalement pauvre.
Par ailleurs, lors d'un fonctionnement en stratifié, le jet de carburant peut venir directement frapper sur la bougie et donc entraîner un encrassement plus ou moins prononcé de l'isolant, encrassement à même de favoriser des courants de fuites entre l'électrode centrale et la masse et donc affecter la génération des étincelles : l'étincelle étant court-circuitée par un chemin carboné de faible impédance qui limite la différence de potentiel entre les électrodes de la bougie.
La présente invention se propose donc d'améliorer les dispositifs d'allumage utilisés à ce jour notamment sur les moteurs fonctionnant en mélange pauvre, le dispositif d'allumage selon l'invention permettant tout à la fois de réduire l'encrassement des bougies et d'améliorer l'inflammation du mélange carburé notamment en réduisant les contraintes quant à la localisation spatio-temporelle du nuage carburé riche, à savoir : être au voisinage de la bougie à l'instant de l'étincelle.
Le dispositif selon l'invention consiste à combiner l'utilisation d'une bougie du type à étincelle de surface
(l'étincelle se propage entre l'électrode centrale et la masse le long de la surface d'un isolant, cf. par exemple les bougies décrites dans les brevets FR97-14799 et EP556658, contrairement aux bougies classiques où l'électrode se forme dans l'air entre l'électrode centrale et l'électrode de masse qui lui fait face) avec un système d'allumage multi-étincelles ou tout autre système permettant de générer un train d'étincelles successives à une fréquence élevée et possédant des temps de montée en tension très courts associés à de forts courants secondaires . Les allumages de type multi-étincelles auxquels il est fait ici référence utilisent toujours des effets d' induction entre deux bobinages primaires et secondaires pour créer une haute tension aux bornes de la bougie. Cependant, la différence par rapport à un système classique se situe au niveau du temps de charge du primaire qui doit être beaucoup plus court, l'intervalle de temps entre deux étincelles successives devant être, en effet, très faible.
Afin d'apporter à la bobine suffisamment d'énergie dans un temps très court, il existe plusieurs solutions. Une première solution consiste à utiliser une capacité que l'on décharge brutalement dans le bobinage primaire. On parle alors d'allumage capacitif ou à décharge de capacité.
Une deuxième solution consiste à réaliser un système purement inductif en diminuant la valeur de l'inductance Lp du bobinage primaire, afin d'obtenir une croissance du courant plus rapide lors de la mise en conduction. Cette manière permet d'atteindre en quelques centaines de microsecondes des courants de plusieurs dizaines d'ampères alors que dans uns bobine classique, on ne dépasse généralement pas 8 A au bout de 3 ms de charge. En terme d'énergie emmagasinée, l'augmentation du courant primaire permet donc de compenser la diminution du temps de charge. Notons également que pour conserver le même rapport de transformation, l'inductance du bobinage secondaire est donc également plus faible ce qui explique les temps de montée en tension faibles au secondaire lors de la coupure du courant au primaire.
Enfin, une troisième solution consiste à utiliser une bobine avec une inductance primaire plus forte comme par exemple une bobine d'allumage classique, et à remettre le primaire en conduction avant la fin de l'étincelle. Ceci a pour effet d'interrompre l'étincelle au secondaire et de ramener l'énergie résiduelle au primaire. Ce qui se traduit par un saut de courant au niveau du primaire. Il est donc possible de réduire le temps de charge de la bobine dès la seconde étincelle tout en obtenant le même courant en fin de charge. Cette méthode permet de générer plusieurs étincelles successives dans un temps très court avec une bobine d'allumage classique.
En utilisant ainsi de tels systèmes d'allumage combiné à une bougie de surface, on obtient tout à la fois l'amélioration de la tenue à l'encrassement, une limitation des problèmes de préallumage, de cliquetis et de tenue mécanique ainsi qu'une réduction sensible de la tension nécessaire au claquage par rapport à une bougie classique.
De plus, dans le cas particulier d'un système multi-étincelles inductif où la fréquence des étincelles est très élevée, les tensions d'étincelle luminescente, encore appelées tensions de glow, importantes (plusieurs kVolts) des bougies de surface permettent de limiter le courant de fin de charge au primaire et donc de ne pas endommager la bobine.
En effet, lorsque la. remise en conduction du primaire de la bobine s'effectue avant que l'étincelle précédente ne soit terminée, le courant primaire augmente brutalement. Dans le cas cependant où l'on ne réduit pas le temps de charge, ceci va se traduire par une augmentation du courant maximal atteint au primaire. On risque alors d'endommager la bobine. Heureusement, lorsque l'énergie au primaire devient très élevée, la remise en conduction ne provoque plus l'interruption de l'étincelle et le courant au secondaire se contente de changer de sens. La tension de glow est alors ramenée au pied du primaire par le rapport de transformation de la bobine et permet de diminuer la tension appliquée a celle-ci, ainsi la valeur maximale au courant en fin de charge se trouve diminuée. Nous reviendrons plus en détail sur ce phénomène d' autorégulation du courant primaire.
Par ailleurs, grâce au dispositif d'allumage selon l'invention, on obtient une étincelle plus longue à la fois dans le temps et dans l'espace ce qui permet donc de s'affranchir des contraintes de localisation précise du nuage carburé riche. L'étincelle est spatialement plus longue par l'intermédiaire de la technologie des bougies effet de surface et temporellement plus longue par le système d'allumage multi-étincelles, la durée totale d'étincelle étant alors contrôlée par la somme de la durée de toutes les étincelles.
Ainsi, grâce à la présente invention, on peut donc augmenter la probabilité d' inflammation dans le cas de fonctionnements en mélange pauvre et en particulier en injection directe tout en s' affranchissant dans ce dernier cas des problèmes d'encrassement.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif d'allumage objet de l'invention, la bougie d'allumage à effet de surface présente une géométrie particulièrement adaptée à une utilisation en multi- étincelles. Elle est formée d'une seule électrode centrale terminée par une tête évasée et séparée du culot situé en retrait par une couche d' isolant électrique à coefficient diélectrique supérieur à un.
La bougie ainsi définie se caractérise entre autre par une forte longueur d'étincelle qui se propage alors sur la surface du diélectrique. Par ailleurs, cette géométrie de bougie de surface possède l'avantage d'optimiser l'amplification et l'orientation du champ électrique à la surface de l'isolant pour diminuer la tension nécessaire au claquage. Notons à ce propos que l'amplification du champ peut être encore accrue en combinant ce type de géométrie avec la présence d'une couche conductrice noyée sous la surface extérieure de l'isolant comme il l'est décrit dans la demande de brevet FR97-14799.
Si une telle bougie peut tout à fait être utilisée avec un système d'allumage classique, la tension de claquage sera cependant plus faible lorsque le temps de montée en tension sera court. De plus, en cas d'encrassement de l'isolant qui se traduit par la présence sur cette dernière d'un film de carbone conducteur, un temps de montée court, synonyme de courants importants au secondaire, permettra de monter à une tension suffisamment élevée entre l'électrode centrale et la masse pour créer une étincelle malgré l'encrassement. Parallèlement, l'étincelle aura tendance à nettoyer la surface de l'isolant sur son passage en brûlant le dépôt de carbone. Ce nettoyage sera d'autant plus efficace que le courant sera élevé puisque l'énergie dissipée par effet joule sera plus importante.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci- après de différents modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique du dispositif d'allumage selon l'invention appliqué à un moteur à combustion interne du type injection directe ; la figure 2 est une vue n coupe transversale de l'extrémité inférieure d'une bougie à étincelle de surface selon un premier mode de réalisation du dispositif d'allumage selon la présente invention ; la figure 3 est une vue axiale 1 ' extrémité de la bougie représentée à la figure 1 ; la figure 4 est une demi-vue similaire à la figure
1 faisant apparaître le diviseur capacitif entre le culot et l'électrode centrale ; la figure 5 est une vue similaire à la figure 4 précisant l'effet d'amplification de champ par l'isolant durant la propagation du plasma sur la surface ; la figure β est une vue similaire à la figure 4 précisant le phénomène d' usure de la céramique dans le cas d'un angle vif. La figure 7 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un second mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention ; la figure 8 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un troisième mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention ; la figure 9 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un quatrième mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention ; la figure 10 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un cinquième mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention.
En se reportant sur la figure 1, on a décrit de façon schématique le dispositif d'allumage oojet de la présente invention dans le cadre d'un moteur multicylindre à combustion interne à allumage commandé et injection directe de carburant.
Ce dispositif d'allumage selon l'invention se compose d'un système d'allumage de type multi-étincelles piloté à partir du calculateur électronique de contrôle moteur. Ce système d'allumage multi-étincelles est de type connu. Un tel dispositif est par exemple décrit en détail dans le brevet US 5,056,496 et se compose classiquement, comme le montre la figure 1, d'une source de tension continue 1 en l'occurrence une batterie d'allumage de 12V, d'un calculateur électronique de contrôle moteur 2, d'un module de puissance 3 qui peut être intégré ou non au calculateur 2 et de bobines d'allumage 4 dont le nombre dépend du système d'allumage (semi statique ou statique) . La tension continue est généralement fournie par la batterie 1 du véhicule. Son rôle est de fournir le courant nécessaire à la charge du primaire des bobines d'allumage 4. Dans le cas d'un système multi-étincelles purement inductif tel que nous l'avons décrit précédemment, la tension batterie est directement connectée à l'entrée des primaires des bobines 4.
Les sorties des primaires sont indépendamment connectées à des transistors de puissance 5 intégrés au module de puissance. Ces derniers jouent donc le rôle d'interrupteur et sont commandés par un signal carré périodique généré par le module de puissance ou directement par le calculateur 2. La largeur d'un créneau fixe la durée du passage du courant dans les primaires des bobines et par la même le courant atteint en fin de charge. En fonction des informations envoyées par le calculateur (avance à l'allumage, cylindre à allumer), le module de puissance fixe indépendamment pour chaque cylindre le nombre d'étincelles successives par cycle, la durée entre chaque étincelle et le temps de charge des primaires des bobines (angle de dwell) qui peut être constant ou non sur un train d'étincelle en fonction de la stratégie utilisée.
Dans le cas ou le module de puissance est indépendant du calculateur, il est donc capable d'interpréter le signal d'allumage classique envoyé par le calculateur (signal de dwell) et de régénérer un signal de commande de type multi-étincelles (plusieurs dwells consécutifs de durée variable ou non) . Cette solution permet de greffer un allumage multi-étincelles sur n'importe quel moteur sans avoir à changer le calculateur. Dans le cas ou l'allumage multi-étincelles est de type capacitif tel qu'il a été décrit plus haut, on retrouve les mêmes composants que précédemment. Dans ce cas cependant, la batterie n'est plus directement connectée aux primaires des bobines. Elle sert à charger à des tensions de quelques centaines de volts des capacités contenues dans le module de puissance. Ces capacités seront ensuite déchargées brusquement dans les primaires des bobines pour créer une haute tension au secondaire. Dans la présente invention, un système d'allumage multi-étincelles, tel que nous venons de le décrire, alimente en haute tension les bougies d'allumage à effet de surface, qui débouchent directement dans chacune des chambres de combustion du moteur comme le montre la figure 1.
Différents modes de réalisation de ces bougies à effet de surface seront décrits en références aux dessins 2 à 10 correspondants.
Selon le premier mode de réalisation de la figure 2, la tête de la bougie 110 destinée à déboucher dans la chambre de combustion ménagée dans la paroi inférieure de la culasse du moteur est conformée pour présenter une symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal de la bougie. La bougie 110 comprend une électrode cylindrique basse tension qui sert de culot métallique 103 destiné à venir se visser dans un puits de bougie. Le culot 103 est donc destiné à venir en contact de la culasse du moteur et donc à être connecté électriquement à la masse. Ce culot 103 entoure une électrode haute tension 106 cylindrique disposée en position centrale, électrode centrale destinée donc à être reliée au système d'allumage générateur de haute tension. L'électrode centrale 106 est isolée du culot 103 par l'intermédiaire d'un manchon isolant 100 par exemple en céramique et éventuellement d'un évidemment annulaire 102 appelé communément volume mort. Cet évidemment 102 traditionnel sur les bougies classiques n'est nullement nécessaire sur les bougies à effet de surface, il permet toutefois de réduire les contraintes thermiques dans le manchon isolant 100.
L'électrode centrale 106 et son manchon isolant 100 débouche en saillie à l'extérieur du culot 103 d'une hauteur 1. Cette hauteur 1 correspond sensiblement, comme il sera expliqué plus loin, à la longueur de l'étincelle générée lorsqu'une haute tension est appliquée sur l'électrode centrale 106 de la bougie 110 et que survient le phénomène de claquage entre l'électrode centrale 106 et le culot 103 à la masse.
Le manchon isolant 100 est de forme sensiblement cylindrique lorsqu'il se trouve à l'intérieur du culot 103 puis il est de forme sensiblement conique convergente lors qu'il débouche en saillie hors du culot 103. L'extrémité axiale du culot 103 entourant l'électrode centrale 106 et son manchon isolant 100 est conformée de façon à former une collerette rabattue 101 présentant un bord biseauté s 'étendant à proximité immédiate de la surface de l'isolant 100. La présence du diélectrique 100 crée une amplification de champ électrostatique dans l'air à son voisinage, si bien que l'étincelle générée entre le bord biseauté de la collerette 101 du culot 103 et l'extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106 va se propager à la surface de l'isolant 100, là où le champ dans l'air est le plus fort.
Avec des tensions de claquage comprises entre 5 et
25 kV, et pour un culot 103, un manchon 100 et une électrode centrale 106 de diamètres respectifs 14 mm, 5.5 mm et 2.8 mm, il est ainsi possible d'obtenir des valeurs de 1 de l'ordre de 50 mm.
L'extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106 est conformée pour présenter une tête évasée de forme hémisphérique contre laquelle vient en appui le manchon isolant 100, qu'elle chapeaute.
Cette forme donnée à l'extrémité 104 de l'électrode centrale 106 permet de limiter l'usure de l'isolant 100 comme il sera expliqué plus loin. Parallèlement, la géométrie de révolution a pour effet de répartir les étincelles successives tout autour du bec isolant 100 de la bougie. Ceci permet d'éviter une usure localisée que l'on pourrait avoir si les étincelles empruntaient toujours le même chemin. Enfin, les variations d'épaisseur données par la forme conique de l'isolant 100 entre la base à la sortie du culot 103 et de sa collerette 101 et l'extrémité axiale 104 de l'électrode centrale 106, ont pour but de permettre une bonne évacuation de la chaleur depuis l'extrémité ainsi qu'une diminution des contraintes électrostatiques dans l'isolant au niveau de la collerette 101, sans trop pénaliser l'amplification du champ en surface (qui est d'autant plus forte que l'épaisseur d'isolant est faible).
Sur la figure 3, qui représente la même géométrie mais vue de dessus, on remarque que la collerette 101 est rabattue sur tout le pourtour de l'isolant 100 mais n'est pas directement en contact avec celui-ci. Un espace 105 d'épaisseur très faible (quelques dixièmes de millimètre tout au plus) sépare, en effet, le bord biseauté de la collerette 101 de l'isolant 100 qui lui fait face.
Sur la figure 4, on a détaillé l'espace 105 entre le bord biseauté 101 du culot 103 et le diélectrique 100.
Cet espace permet de créer localement, grâce aux effets de l'isolant une amplification très importante du champ électrostatique.
L'explication de cette amplification est la suivante. La bougie 110 se comporte en effet à cet endroit comme un diviseur capacitif. La capacité formée entre la surface de l'isolant 100 et l'électrode centrale 106 ayant localement une valeur beaucoup plus élevée que celle formée entre la collerette 101 à la masse et la surface de la céramique 100, la quasi-totalité de la différence de potentiel imposée sur la bougie se retrouve ainsi entre la collerette 101 à la masse et la surface de l'isolant 100. L'air va donc claquer et charger électriquement la surface de l'isolant 100. Les équipotentielles se retrouvent resserrées dans l'isolant et on retombe alors sur la configuration de la figure 5 avec la propagation d'une l'étincelle rampante entre le bord biseauté 101 du culot 103 et l'électrode centrale 106. En laissant un espace libre 105 entre la masse et la surface de l'isolant 100, on réalise donc une préionisation de l'air à une tension relativement basse qui va catalyser par la suite la création de l'étincelle rampante. Grâce à ce principe, on diminue donc la tension de claquage de la bougie. Un autre avantage de ce mode de réalisation est de diminuer les contraintes électrostatiques dans l'isolant 100 dans la mesure où la différence de potentiel entre la surface du manchon isolant 100 à cet endroit et l'électrode centrale sera d'autant plus faible que l'espace libre 105 sera important.
Cependant, comme nous le verrons plus loin, si la tenue diélectrique de l'isolant le permet, la collerette 101. peut être placée directement au contact de ce dernier. Cette solution permet de redresser les equipotentielles qui sortent de la céramique de manière à obtenir une orientation du champ électrique maximal la plus tangente possible à la surface le long de laquelle doit se propager 1' étincelle. La figure 5 représente les effets d'amplification du champ par le diélectrique. En tête du plasma, le champ électrique est très important (Les equipotentielles sont plus resserrées), cependant le plasma ne pouvant pas se propager à travers l'isolant ( en suivant l'orientation du champ maximal) , il suit la surface (où le champ reste très fort) . Cette figure permet également de mettre en évidence l'intérêt d'obtenir un champ électrique le plus tangent possible à la surface de l'isolant.
La figure 6 permet de mieux comprendre l'intérêt de donner une forme évasée "en chapeau" à l'extrémité libre
104 de l'électrode centrale 106. Cette tête sensiblement hémisphérique a pour but d'éviter que l'étincelle n'ait à se propager sur des zones anguleuses. En effet, ces dernières sont soumises tout .d'abord à des contraintes thermiques plus importantes. De plus, comme le montre la figure 6, l'étincelle va avoir tendance à traverser l'isolant aux endroits de faible épaisseur pour atteindre l'électrode centrale 106. Le vecteur champ électrostatique maximal en un point étant toujours orienté vers l'intérieur de l'isolant 100, l'étincelle se propagera preferentiellement dans la zone 1 plutôt que dans la zone 2, en provoquant ainsi une usure prématurée de l'isolant à cet endroit.
Les figures suivantes 7 à 10 représentent des variantes de géométrie possibles de la bougie à effet de surface selon l'invention.
Dans le cas de la figure 7, l'isolant 200 conserve le même profil que précédemment mais l'extrémité 204 de l'électrode centrale 206 est modifiée afin de venir recouvrir partiellement l'isolant 200. L'intérêt est de provoquer à cet endroit un redressement des equipotentielles qui ont tendance à se coucher lorsque l'on s'éloigne du culot. De plus, dans le cas d'une usure du chapeau, on ne se retrouvera jamais dans la configuration de la figure 6 qui provoquerait une usure locale de l'isolant.
Dans le cas de la figure 8, la couche d'isolant 300 possède une épaisseur (de 1 à 2 mm) plus faible et constante sur toute la longueur afin de permettre une meilleure amplification du champ en surface. Pour compenser 1' échauffement de l'isolant, les échanges thermiques par conduction avec l'électrode centrale ont été améliorés en augmentant le diamètre de celle-ci (3 mm ou plus) et ce, grâce à une surface de contact plus importante.
La figure 9 représente une géométrie dans laquelle l'extrémité 407 du manchon isolant 400 est de forme sphérique. L'épaisseur de l'isolant au niveau de la collerette est de préférence au moins 2 mm. De même, on peut également donner à l'isolant une forme fortement conique . Dans chaque cas, l'étincelle générée sera plus orientée vers la chambre que dans les cas précédents. Ceci dans le but de favoriser l'initiation de la combustion.
De plus, une telle géométrie limite l'apparition de
:tincelle à un volume plus restrsin -r~, -r
^t1- d'isolant cylindrique ou conique. Les différents chemins d'étincelle décrivent une demi-sphère et non plus un cylindre. Ceci permet de limiter les dispersions spatiales d'une étincelle à l'autre.
Cependant, pour conserver la même longueur d'étincelle, on est alors obligé d'augmenter fortement le diamètre de l'isolant au niveau de la collerette. Si cette modification réduit les contraintes électrostatiques dans l'isolant, elle a cependant pour effet de réduire également les effets d'amplification du champ en surface. Enfin, pour une même longueur d' étincelle avec une géométrie d'isolant cylindrique ou conique, la projection d' isolant est moins importante ce qui limite les problèmes d' échauffement de celui-ci.
La figure 10 décrit une nouvelle variante de réalisation d'une bougie à effet de surface. Cette bougie présente une géométrie similaire à celle de la figure 1 avec un culot 503 entourant une électrode centrale 506 avec interposition d'un manchon isolant 500. Ce culot 503 présente une collerette biseautée 501 s 'étendant à la l'extrémité axiale du culot 503, collerette 501 qui est rabattue au contact de l'isolant 500.
Comme nous l'avons expliqué précédemment, cette géométrie où la collerette vient directement au contact de l'isolant est optimale du point de vue de l'orientation du champ sur la surface mais présente cependant l'inconvénient d' imposer de fortes contraintes électrostatiques à 1' isolant .
Lors de la montée en tension au secondaire, la céramique va en effet subir d' importantes contraintes électrostatiques pendant une durée qui peut atteindre plusieurs dizaines de microsecondes avec un allumage classique. En alimentant les bougies de surface avec un système d'allumage à temps de montée en tension court, on limite toutefois l'intervalle de temps durant lequel l'isolant est soumis à une importante différence de potentiel .
Or, comme il a été vu précédemment, un allumage de type multi-étincelles présente avant tout des temps de montée en tension courts ce qui va dans le sens d'une réduction de la tension de claquage avec les bougies à étincelle de surface. De même, un temps de montée court permettra de bien résister à l'encrassement, particulièrement dans le cas d'utilisation sur des moteurs à injection directe. Enfin, combinant l'utilisation des bougies de surface et d'un allumage multi-étincelles, on diminue également les risques de perçage de la céramique par les effets électrostatiques.
Un autre avantage de l"invention peut être mis en évidence lorsque l'on se place du point de vue de l'étincelle créée par une bougie de surface. Comme nous l'avons expliqué, celle-ci va être beaucoup plus longue que sur une bougie classique. Dans le cas de fonctionnements avec de forts effets aérodynamiques, les effets de soufflage d'arc seront donc très importants et la bougie aura tendance à passer d'elle-même en multi-étincelles.
Ainsi, l'intérêt du multi-étincelles est de pouvoir rapprocher suffisamment les impulsions successives afin de créer un train d'étincelles, qui se rapproche du fonctionnement « naturel » de la bougie lorsque celle-ci est montée dans un moteur.
Le transistor de puissance qui commande le passage du courant primaire reçoit donc une série d' impulsions carrées. Chacune d'elles correspond à la création d'une étincelle au secondaire. Afin qu'il soit possible de créer plusieurs étincelles dans un intervalle de temps très court, il est nécessaire, par les moyens que nous avons présentés plus haut, de réduire le temps de charge de la bobine à une centaine de μs contre 1 à 2 ms pour une bobine classique. Les différents moyens qu'il est possible de mettre en œuvre pour réduire le temps de charge ont été décrits plus hauts.
Nous allons cependant revenir plus en détails sur la solution qui consiste à utiliser un système multi- étincelles purement inductif. Dans ce cas en effet, le dispositif d'allumage selon l'invention produit un phénomène d' autorégulation du courant de charge que nous avons déjà évoqué.
On sait que lors de • la charge de la bobine, l'équation de la tension en fonction du courant peut être approximée comme suit :
Figure imgf000022_0001
où U représente la tension d'alimentation de la bobine. Donc, pour U fixée, di(t)/dt augmente si L diminue.
Compte tenu de l'équation ci-dessus, on s'aperçoit cependant qu'un complément de cette solution serait donc d'augmenter également la tension d'alimentation du primaire. Cette remarque est d'autant plus intéressante qu' il est prévu dans les prochaines années de passer au 42 V à la place du 12 V dans les circuits électriques automobiles.
Prenons donc le cas où on alimente le bobinage primaire d'un allumage multi-étincelles inductif sous 42 V. Le temps de charge de la bobine sera donc encore diminué par rapport à une alimentation sous 12 Volts, ce qui va dans le sens de l'utilisation du système en multi- étincelles .
Un avantage supplémentaire de la bougie de surface apparaît alors dans le cas où le système multi-étincelles inductif génère des étincelles suffisamment proches les unes des autres pour que l'on remette en conduction le primaire avant même que l'étincelle ne se soit interrompue à la bougie. C'est-à-dire qu'un courant de plusieurs milliampères circule encore dans le secondaire. Ce phénomène peut être provoqué pour diminuer le temps de charge d'une bobine possédant une inductance primaire élevée comme nous l'avons déjà évoqué. Il suffit pour réaliser cela d'augmenter suffisamment la fréquence du signal de commande de sorte que le temps entre deux créneaux soit inférieur à la durée de l'étincelle.
Dans d' autres cas de fonctionnement pour lesquels les étincelles vont présenter d'un cycle à l'autre des durées inégales, (étincelle perdue dans un allumage semi- statique par exemple) , il est également possible que ce phénomène se produise aléatoirement sans avoir été volontairement provoqué. Ce cas présente des risques pour la bobine dans la mesure où il sera difficile de contrôler le courant atteint en fin de charge dans le primaire. Ce dernier dépendant à la fois de l'énergie récupérée au secondaire et du temps de charge fixé par le calculateur.
En effet, dès la remise en conduction durant l'étincelle, le courant secondaire est coupé et toute l'énergie encore présente va être transférée au primaire. Le courant primaire ne repartira donc pas de 0. La durée de charge restant la même, le courant de fin de charge sera plus important que prévu. Le courant secondaire sera donc également plus important à l'étincelle suivante et au fur et à mesure des étincelles, le courant maximal au primaire va augmenter.
On risque donc d'endommager le bobinage ainsi que le transistor de commande qui devra supporter de forts courants .
Cependant, on s'aperçoit que le phénomène est autorégulé par le mécanisme suivant. Durant la phase de charge de la bobine, les capacités parasites du secondaire se chargent à une tension que l'on appelle la tension d'enclenchement. Le bobinage se comportant globalement comme un transformateur, cette tension s'obtient en fait en multipliant la tension d'alimentation du primaire (12 V) par le facteur de transformation de la bobine (environ 80) ce qui nous donne une tension d'enclenchement de l'ordre de 1000 V.
Selon le même principe, on s'aperçoit que lorsque la fréquence de répétition des étincelles augmente (> 5000
Hz), le courant secondaire ne s'interrompt plus lors de la remise en conduction du primaire et se contente de changer de sens. En d'autres termes, cela signifie que les conditions (température, pression, quantité d'espèces ionisées,...) entre les électrodes de la bougie permettent une inversion du courant dans l'étincelle sans qu'il n'y ait disparition de l'arc. La tension de glow (500 V environ avec une bougie classique) est donc ramenée au primaire dans le rapport de transformation de la bobine, si bien que le bobinage primaire sera chargé sous une tension non plus égale à la tension d'alimentation initiale mais à la différence de cette tension et de la tension de glow ramenée au primaire.
Reprenons l'exemple précédent avec une tension de batterie de 12 V, une tension de glow au secondaire de 500 V (correspondant à une bougie classique) et un rapport de transformation de la bobine de 80.
En cas de remise en conduction durant l'étincelle, le bobinage primaire sera alors alimenté sous une tension Vpriraaire égale à : V r primaire
Figure imgf000025_0001
La montée du courant di(t) au pri .mai .re dt principalement ré <gi .e par l -, ,' é -qua _t_i .on di(t) = — Vprimaire va donc dt L subir une diminution qui va se traduire sur la courbe par une diminution de la pente et donc de la valeur finale du courant en fin de charge.
On a donc une autorégulation du courant primaire par la tension de glow.
Prenons maintenant le cas particulier ou le primaire n'est plus alimenté sous 12 V mais sous 42 V afin de réduire le temps de charge. La régulation par la tension de glow d'une bougie classique ramenée au primaire est beaucoup moins sensible que dans le cas précèdent puisque la tension de charge n'est réduite que de 14 % contre 50 % dans le cas précèdent avec une alimentation en 12V.
On risque donc de ne pas suffisamment réduire le courant de fin de charge au primaire.
Si on utilise à la place une bougie de surface dont la tension de glow peut atteindre plusieurs kVolts, on s'aperçoit alors que la régulation est beaucoup plus efficace qu'avec une bougie classique puisque la tension de glow ramenée au primaire sera plus élevée.
Le système selon l'invention qui propose de combiner l'utilisation d'une bougie de surface avec un système multi-étincelles permet donc ici de réguler efficacement le courant au primaire lors d'une remise en conduction durant l'étincelle, et ce même lorsque la tension d'alimentation au primaire est élevée.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titres d'exemples.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims

REVENDICATIONS :
[1] Dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé, comportant une bougie débouchant dans chacune des chambres de combustion du moteur, ladite bougie étant alimentée en haute tension par l'intermédiaire d'un système d'allumage piloté pour générer au moins une étincelle par cycle moteur, caractérisé en ce que ladite bougie est du type à effet de surface, c'est-à- dire que l'étincelle se propage entre l'électrode alimentée en haute tension et la masse le long de la surface d'un isolant, et en ce que le système d'allumage piloté est du type multi-étincelles capacitif ou inductif, c'est-à-dire que ledit système d' llumage est apte à générer une succession d'étincelles à une fréquence de plusieurs milliers de hertz grâce à des temps de charge très courts de l'ordre de la centaine de microsecondes, rendus possibles par l'utilisation de bobines à faible inductance primaire et/ou par une stratégie de remise en conduction du primaire avant la fin de l'étincelle et/ou par la décharge de capacités dans le primaire.
[2] Dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système d'allumage est adapté pour générer des montées en tension sur la bougie dans des temps courts de l'ordre de quelques microsecondes en utilisant par exemple des bobines à faible inductance primaire et secondaire, et des courants de fin de charge élevés au primaire de manière à générer des forts courants secondaires. [3] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'elle comprend une électrode centrale (106) séparée de l'extrémité du culot (103), située en retrait de la dite électrode (106) , par un isolant (100) à coefficient diélectrique supérieur à un permettant la progression dλune étincelle sur sa surface, caractérisée en ce que l'extrémité du culot (103) est repliée circulairement autour de la surface de l'isolant (100) de façon à s'étendre à proximité immédiate de cette dernière, et en ce que l'électrode centrale (104) présente une extrémité évasée contre laquelle vient en appui le manchon isolant (100) .
[4] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'électrode centrale (106) est terminée par une forme en champignon (104) de diamètre légèrement supérieur à celui de l'extrémité de l'isolant (100) afin de limiter l'usure dudit isolant lors des passages successifs de l'étincelle. [5] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisée en ce que l'isolant (300) est de forme cylindrique ou conique de 1 à 2 mm d'épaisseur avec une électrode centrale (306) de diamètre important de 3 mm ou plus, afin d'augmenter la surface disponible pour les échanges thermiques avec l'isolant (300) .
[6] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'extrémité (204) de l'électrode centrale (206) recouvre en partie l'extrémité de l'isolant (200). [7] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que l'extrémité (407) de l'isolant (400) est de forme fortement conique ou sphérique. [8] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que la collerette (501) située à l'extrémité du culot (503) est rabattue de manière à entrer en contact physique avec l'isolant (500) sur toute la circonférence de ce dernier.
[9] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que la collerette (101) située à l'extrémité du culot
(103) est rabattue de manière à s'étendre à proximité de la surface de l'isolant (100) en définissant un jeu radial de quelques dixièmes de millimètre.
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