WO2009074747A2 - Bougie a electrode ellipsoidale ou elliptique - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
Definitions
- the present invention proposes to be a spark plug for an internal combustion engine of the spark ignition type, the characteristics of which favor the relevance of the spark.
- the spark plug is the mechanical part transforming electrical energy into an electric arc, at the base of the ignition of the fuel - air mixture.
- This candle is supplied with high voltage by the secondary of a transformer also called coil, the primary, operating mostly in twelve volts, is in series with a mechanical or electronic switch whose abrupt and cyclic cut generates the spark.
- the idea of the relation between the shape of the electrodes of a candle and its performances is expressed by the great variety of styles proposed. For some time there have been candles with surface effect or surface spark.
- candles are designed, by their geometry, to create an electric field so that the spark, by traversing the insulating sleeve of the central electrode, would have the effect of removing it from the carbonaceous deposits resulting from the combustion of the fuel, such as a jet of water at high pressure.
- the very nature of deposits, precisely carbonaceous, may short-circuit the physical phenomenon supposed to remove them: indeed, the resistivity of carbon at 20 0 C is 1.3 m ⁇ / cm.
- Nickel and platinum are metals used in electronic tubes for their good behavior at high temperatures.
- One of the goals is to provide such a candle that can trigger ignition as perfect as possible from the appearance of the spark, to minimize the formation of carbon deposits.
- Another object of the invention is to provide such a candle at a reasonable cost, and can replace the existing candles. Its physical and electrical characteristics must therefore be compatible with the models available on the market.
- Sin (v) z c. Sin (u) where u e plane y O z and v e plan x O y
- the form defined by the equations above is that of an ellipse.
- the end of the electrode then has the shape of the top of the major axis of an ellipse, or substantially that of the top of the major axis of an ellipse.
- the electrode has the shape of an ellipsoid of flattened revolution or substantially in the form of an ellipsoid of flattened revolution.
- said contour follows the geometry of the vertex of the major axis of an ellipse, or substantially follows the geometry of the top of the major axis of an ellipse.
- Figure (1) shows a side view of a spark ignition spark ignition internal combustion engine of the invention
- Figure (2) shows a front view of the candle according to a first embodiment
- Figure (3) shows in longitudinal section along the axis M-II of Figure (2) this candle according to this first embodiment.
- - Figure (4) shows a front view of this candle according to a second embodiment.
- Figure (5) shows in longitudinal section along the axis IV-IV of Figure (4) this candle according to this second embodiment.
- a central electrode (6) fixed on a central rod (7).
- the major axis of the ellipsoid of a peripheral electrode (5) follows a radial arrangement with respect to the cylinder determined by the thread (3) of the spark plug (1).
- the top of the electrode is directed towards the center of the crown (4).
- the two electrodes, peripheral (5) and central (6) are arranged in such a way that the extension the long axis of their vertex delimits an angular section corresponding to a right angle ( Figure 3).
- the central electrode (6) has a star-shaped vertex whose end of each branch is in front of that of a peripheral electrode.
- the shape defined by these equations is that of an ellipse: the end of the electrode then has the shape of the vertex of the major axis. an ellipse, or substantially that of the apex of the major axis of an ellipse.
- each electrode may be a curved surface portion with an elliptical contour, this contour follows the geometry of the vertex of the major axis of an ellipse, or substantially follows the geometry of the vertex of the ellipse. major axis of an ellipse.
- the central electrode has an ellipsoid shape of flattened revolution whose small axis is in the extension of the longitudinal axis of the candle. The electrode of opposite polarity being annular and concentric with the previous one.
- the circle is an ellipse whose eccentricity is zero, the lines of the electric field are more faster and more evenly over time than for flat electrodes.
- the peak effect favors a "focused" electric field by concentrating the field lines, thus ensuring the pre-existence of the corona effect allowing the appearance of sparks occurring more systematically at the same place in space.
- This effect also favors the occurrence of converging arcs that simulate a single, intense, instead of multiple and scattered arcs.
- This spatial stability for the same electric discharge, and a single preferential point of capture for the sparks favor a rapid and intense thermal rise of the surrounding mixing volume, contributing to the good inflammation of the latter. Focusing and speed of establishment of the electric field confines as far as possible to the electrodes the extension of the ionization of the components and particles contained in the mixture.
- the peak effect by its "amplification" of the electric field, allows either a saving of electrical energy or of equal electric energy, a larger electric arc by a wider electrode gap, and therefore a better arc interface. mixed.
- Temporal stability than for a conventional candle can be advantageous for combating rattling. Indeed, it is mainly the parameters setting the moment of ignition of the charge that is used to remove this high-end destructive phenomenon, a phenomenon due to the auto ignition of the unburned part which is located in front of the front of flames, and from which it results an intense vibration of the gaseous mass: the rattling.
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Abstract
Bougie d'allumage comprenant au moins une électrode à extrémité ellipsoïdale ou bien elliptique. Bougie (1) pour moteur à combustion interne à allumage commandé, dont au moins une électrode (5) ou (6) présente une extrémité de forme géométrique correspondant au sommet du grand axe d'un ellipsoïde, ou du sommet du grand axe d'une ellipse. La grande stabilité spatio-temporelle de l'arc électrique qui en résulte est tout particulièrement destinée aux véhicules ayant un allumage avec gestion globale du moteur.
Description
Bougie à électrode ellipsoïdale ou elliptique
La présente invention se propose d'être une bougie pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé, dont les caractéristiques favorisent la pertinence de l'étincelle.
La bougie est la pièce mécanique transformant l'énergie électrique en arc électrique, à la base de l'inflammation du mélange carburant - air. Cette bougie est alimentée en haute tension par le secondaire d'un transformateur appelé également bobine, dont le primaire, fonctionnant le plus souvent en douze volts, est en série avec un interrupteur mécanique ou électronique dont la coupure brusque et cyclique engendre l'étincelle. L'idée de relation entre la forme des électrodes d'une bougie et ses performances s'exprime par la grande variété des styles proposés. Il existe depuis quelques temps des bougies à effet de surface ou à étincelles de surface. Ces bougies sont destinées, de par leur géométrie, à créer un champ électrique de telle sorte que l'étincelle, en parcourant le manchon isolant de l'électrode centrale, aurait pour effet de débarrasser celui-ci des dépôts carbonés issus de la combustion du carburant, tel un jet d'eau à haute pression. La nature même des dépôts, justement carbonés, risque de court-circuiter le phénomène physique censé les faire disparaître : en effet, la résistivité du carbone à 200C est de 1,3 mΩ/cm.
De plus, le temps imparti au phénomène de nettoyage (élimination des dépôts carbonés) est probablement trop court pour obtenir le résultat recherché, car nous n'avons plus affaire à un gaz mais à un solide dont l'inertie thermique est plus longue que pour un gaz. L'enthalpie d'évaporation du nickel, du platine et du carbone est respectivement : nickel : 374 KJ/mol platine : 469 KJ/mol carbone : 710 KJ/mol
Nickel et platine sont des métaux utilisés dans les tubes électroniques pour leur bonne tenue aux températures élevées.
Aussi, un des buts de la présente invention est il de fournir une bougie pour
moteur à combustion interne du type à allumage commandé, qui permet d'obvier aux inconvénients rapportés ci-dessus.
Un des buts est de fournir une telle bougie qui permet de déclencher une ignition aussi parfaite que possible dés l'apparition de l'étincelle, afin de diminuer au maximum la formation de dépôts de carbone.
Un autre but de l'invention est de fournir une telle bougie à un coût raisonnable, et pouvant remplacer les bougies existantes. Ses caractéristiques physiques et électriques doivent donc être compatibles avec les modèles disponibles sur le marché. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par une bougie d'allumage de moteur à combustion interne du type à allumage commandé, laquelle bougie est, selon la présente invention, caractérisée par le fait qu'elle possède au moins une électrode dont l'extrémité présente une forme générale correspondant au sommet, ou sensiblement au sommet, du grand axe d'un ellipsoïde de révolution ou non. De préférence d'une manière générale et connue pour un ellipsoïde, soit un repère direct, est défini par les équations paramétriques ci-dessous : x = a.Cos(u).Cos(v) y = b.Cos(u).Sin(v) z = c. Sin (u) où u e plan y O z et v e plan x O y
Dans le cas où a et b représentent la dimension des deux demi axes autres que le demi-grand axe, et c la dimension du demi-grand axe, si soit a soit b est nul, la forme définie par les équations ci-dessus est celle d'une ellipse. L'extrémité de l'électrode présente alors pour forme celle du sommet du grand axe d'une ellipse, ou sensiblement celle du sommet du grand axe d'une ellipse.
Dans le cas où a est égal à b, avec c inférieur à a et b, l'électrode présente la forme d'un ellipsoïde de révolution aplati ou sensiblement la forme d'un ellipsoïde de révolution aplati.
Avantageusement, pour une électrode dont l'extrémité est une portion de surface courbe à contour elliptique ou sensiblement elliptique, ledit contour suit la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse, ou suit sensiblement la géométrie du
sommet du grand axe d'une ellipse.
La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif, doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles :
La figure (1) représente en vue de profil, une bougie d'allumage de moteurs à combustion interne du type à allumage commandé de l'invention ;
La figure(2) représente en vue de face cette bougie selon un premier mode de réalisation ;
La figure (3) représente en coupe longitudinale selon l'axe M-Il de la figure (2) cette bougie selon ce premier mode de réalisation. - La figure (4) représente en vue de face cette bougie selon un second mode de réalisation.
La figure (5) représente en coupe longitudinale selon l'axe IV-IV de la figure (4) cette bougie selon ce second mode de réalisation.
Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, une bougie d'allumage, désignée dans son ensemble par la référence (1), de moteurs à combustion interne du type à allumage commandé comporte, de façon connue, un siège (2) et un filetage (3) à l'extrémité duquel est située une couronne (4) sur laquelle est soudée au moins une électrode périphérique (5). Au centre de cette couronne est disposée une électrode centrale (6) fixée sur une tige centrale (7). Selon la présente invention, la forme de l'extrémité de la ou des électrodes périphériques (5), et éventuellement celle de l'électrode centrale (6), correspond à celle du sommet, ou sensiblement à celle du sommet, du grand axe d'un ellipsoïde dont les équations paramétriques sont, d'une manière générale, soit un repère direct : x = a.Cos(u).Cos(v) u e plan y O z y = b.Cos(u).Sin(v) v e plan x O Y z = c.Sin (u) dans lesquelles : a et b représentent les dimensions des demi-axes autres que le demi grand axe et c celle du demi-grand axe.
Le grand axe de l'ellipsoïde d'une électrode périphérique (5) suit une dispositions radiales par rapport au cylindre déterminé par le filetage (3) de la bougie (1). Le sommet de l'électrode est dirigé vers le centre de la couronne (4).
Dans le cas d'une bougie ayant deux électrodes du type décrit ci-dessus, comme représenté aux figures 1, 2, et 3, les deux électrodes, périphérique (5) et centrale (6), sont disposées de telle sorte que le prolongement du grand axe de leur sommet délimite une section angulaire correspondant à un angle droit (figure 3). Dans le cas, figure 4 et figure 5, où la bougie (1) comporte plusieurs électrodes périphériques (5), l'électrode centrale (6) présente un sommet en étoile dont l'extrémité de chaque branche est en face de celle d'une électrode périphérique. Les grands axes de chaque couple d'électrode, une branche de la centrale (6) avec son homologue périphérique (5), considérés comme deux demi-droite de même origine, délimitent une section angulaire pouvant aller de l'angle plat (le plus favorable à l'efficacité du dispositif) à l'angle droit.
Dans le cas où, dans les équations paramétriques ci-dessus, soit a soit b est nul la forme définie par ces équations est celle d'une ellipse : l'extrémité de l'électrode a alors pour forme celle du sommet du grand axe d'une ellipse, ou sensiblement celle du sommet du grand axe d'une ellipse.
Selon une variante de réalisation de la présente invention, l'extrémité de chaque électrode peut être une portion de surface courbe à contour elliptique, ce contour suit la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse, ou suit sensiblement la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse. Selon une autre variante de la réalisation de la présente invention, l'électrode centrale présente une forme d'ellipsoïde de révolution aplati dont le petit axe est dans le prolongement de l'axe longitudinal de la bougie. L'électrode de polarité opposée étant annulaire et concentrique à la précédente.
Ce qui suit est une tentative d'explication du phénomène selon la présente invention. Pour deux électrodes planes, une petite demi-sphère située sur l'une d'entre elles, dans l'espace inter-électrode, multiplie le champ électrique par trois. C'est cet effet de pointe avec son « amplification » de champ électrique et son effet capteur d'étincelle qui interviennent dans le dispositif proposé.
L'ellipsoïde étant une sphère déformée « sans à coup », le cercle est une ellipse dont l'excentricité est nulle, les lignes du champ électrique s' établissement plus
rapidement et plus uniformément dans le temps que pour des électrodes planes.
L'effet de pointe favorise un champ électrique « focalisé » par concentration des lignes de champ, assurant ainsi la préexistence de l'effet couronne permettant l'apparition d'étincelles survenant plus systématiquement au même endroit dans l'espace. Cet effet favorise également la survenue d'arcs convergents qui en simulent un seul, intense, au lieu d'arcs multiples et dispersés. Cette stabilité spatiale pour une même décharge électrique, et un seul point préférentiel de capture pour les étincelles favorisent une élévation thermique rapide et intense du volume de mélange alentour, contribuant à la bonne inflammation de ce dernier. Focalisation et rapidité d'établissement du champ électrique confinent au maximum à proximité des électrodes l'extension de l'ionisation des composants et particules contenus dans le mélange. Cela minimise le risque que certaines formations, plus grosses que d'autres environnantes, ne viennent perturber intempestivement l'apparition de l'arc par modifications des conditions locales, cela évite le pré allumage. C'est d'autant plus important que les mélanges dits stratifiés nécessitent une grande précision pour obtenir la simultanéité de la présence de l'étincelle et du passage au voisinage des électrodes du nuage de mélange lorsqu'il est proche des proportions stcechiométriques.
L'homogénéité du mélange près des électrodes est préservée grâce à la plus faible électrophorèse qu'il subit. Plus faible électrophorèse elle même due à une plus faible ionisation des composants en présence, là encore grâce à la focalisation du champ électrique.
L'effet de pointe, par son « amplification » du champ électrique, permet soit une économie d'énergie électrique, soit à énergie électrique égale, un arc électrique plus important par un écartement plus large des électrodes, et donc une meilleure interface arc- mélange.
De plus, par le choix des courbures des électrodes, par le choix de l'espace qui les sépare ainsi que la détermination de la tension utilisée, il peut être obtenu un champ disruptif particulièrement efficace pour la mise à feux du mélange. L'ensemble des caractéristiques vues ci-dessus permet de penser que la
« fenêtre temporelle » d'apparition de l'étincelle sera plus étroite. Cette plus grande
stabilité temporelle que pour une bougie conventionnelle peut être avantageuse pour combattre le cliquetis. En effet, ce sont principalement les paramètres fixant l'instant d'allumage de la charge que l'on emploie pour faire disparaître ce phénomène destructeur à haut régime, phénomène dû à l'auto inflammation de la partie imbrûlée qui est située en avant du front de flammes, et dont il résulte une vibration intense de la masse gazeuse : le cliquetis.
Claims
1. - Bougie d'allumage de moteurs à combustion interne du type à allumage commandé, caractérisé par le fait qu'elle possède au moins une électrode (5) ou (6) dont l'extrémité présente une forme générale correspondant au sommet, ou sensiblement au sommet, du grand axe d'un ellipsoïde de révolution ou non.
2. - Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que, soit un repère direct, l'extrémité de l'électrode est définie d'une manière générale par les équations paramétriques suivantes : x = a. Cos(u). Cos(v) y = b. Cos(u). Sin(v) z = c. Sin(u) dans lesquelles : a et b représentent la dimension des deux demi-axes autres que le demi-grand axe, et c la dimension du demi-grand axe. Dans le cas ou soit a soit b est nul, la forme définie par les équations ci-dessus est celle d'une ellipse. L'extrémité de l'électrode présente alors pour forme celle du sommet du grand axe d'une ellipse, ou sensiblement celle du sommet du grand axe d'une ellipse.
3. - Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que, pour une électrode dont l'extrémité est une portion de surface courbe à contour elliptique ou sensiblement elliptique, ledit contour suit la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse, ou suit sensiblement la géométrie du sommet du grand axe d'une ellipse.
4. - Bougie d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que, pour a et b égaux, et c inférieur à a et b, l'électrode présente la forme d'un ellipsoïde de révolution aplati, ou sensiblement la forme d'un ellipsoïde de révolution aplati.
Applications Claiming Priority (4)
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| FR (2) | FR2921765A1 (fr) |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| GB505085A (en) * | 1937-10-28 | 1939-04-28 | John Gabler | Improvements in or relating to sparking plugs |
| DE3612135A1 (de) * | 1986-04-10 | 1987-10-15 | Kuno Dr Ing Kirner | Elektrode zum zuenden brennbarer gemische von gasen und daempfen |
| WO2004040723A1 (fr) * | 2002-11-01 | 2004-05-13 | Jin Hwan Kim | Bougie d'allumage |
-
2007
- 2007-09-27 FR FR0706755A patent/FR2921765A1/fr active Pending
- 2007-12-10 FR FR0708558A patent/FR2921766A1/fr not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-09-26 WO PCT/FR2008/001336 patent/WO2009074747A2/fr active Application Filing
Patent Citations (3)
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| GB505085A (en) * | 1937-10-28 | 1939-04-28 | John Gabler | Improvements in or relating to sparking plugs |
| DE3612135A1 (de) * | 1986-04-10 | 1987-10-15 | Kuno Dr Ing Kirner | Elektrode zum zuenden brennbarer gemische von gasen und daempfen |
| WO2004040723A1 (fr) * | 2002-11-01 | 2004-05-13 | Jin Hwan Kim | Bougie d'allumage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2921765A1 (fr) | 2009-04-03 |
| FR2921766A1 (fr) | 2009-04-03 |
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