FR2792374A1 - Ignition system for a vehicle internal combustion engine, utilizes a surface-effect spark plug assembly and an inductive multi-spark or capacitive ignition system - Google Patents

Abstract

The ignition system comprises of a spark plug located within each combustion chamber of an internal combustion engine. The spark plug is supplied with a high voltage supply that is controlled by the engine management system to supply a spark for each engine cycle. The system utilizes surface-effect spark plugs combined with an inductive multi-spark or capacitive ignition system using primary and secondary inductance coils. An Independent claim is included for a spark plug for use with the vehicle ignition system.

Description

DISPOSITIF D'ALLUMAGE POUR MOTEUR A COMBUSTIONIGNITION DEVICE FOR A COMBUSTION ENGINE

INTERNE ET BOUGIE D'ALLUMAGE POUR SA MISE EN OEUVRE  INTERNAL AND SPARK PLUG FOR ITS IMPLEMENTATION

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  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

adaptées pour ce dispositif.adapted for this device.

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 carburés 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  To meet pollution abatement standards and to reduce the consumption of internal combustion engines, car manufacturers have developed new positive-ignition engines capable of operating with so-called lean burn fuel mixtures, that is to say having an excess of air compared to the quantity of fuel injected. In particular, manufacturers have developed direct injection engines for which fuel is supplied directly to the

chambres de carburant.fuel chambers.

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 carburés 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  The ignition devices equipping these positive-ignition engines operating in lean mixture are today very similar to those equipping traditional engines operating with stoichiometric fuel mixtures. These ignition devices conventionally consist of a spark plug whose electrodes are more or less projected and an electrical supply circuit

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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  in high voltage, static or semi-static type, controlled by the electronic engine control computer to trigger the spark at a predetermined time in the cycle

moteur suivant les conditions de fonctionnement du moteur.  engine according to engine operating conditions.

De tels dispositifs d'allumage s'avèrent très difficiles à mettre au point lorsqu'ils équipent des moteurs à mélange pauvre et plus particulièrement  Such ignition devices prove to be very difficult to develop when they equip lean-mix engines and more particularly

lorsqu'ils équipent des moteurs à injection directe.  when fitted to direct injection engines.

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  Indeed, if a flame front can propagate in a very lean mixture (richness lower than 0.3), the initiation of combustion as for it can occur only for appreciably higher richnesses (richness higher than 0, 7) and preferably close to stoichiometry (richness 1). Thus, even if the fuel mixture present in a combustion chamber is generally lean, it proves necessary to maintain at the level of the inter-electrode space a richness sufficiently high to allow a good initiation of

la combustion.combustion.

Par opposition à un mélange homogène o 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  In contrast to a homogeneous mixture where the richness is the same at all points in the combustion chamber, we then speak of a stratified mixture, which means that the richness decreases as we move away from

la bougie.the candle.

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 o celle-ci produit une étincelle. Le guidage du jet peut être obtenu de différentes manières en combinant des  Currently, the stratification of the mixture in the chamber is obtained by guiding the fuel jet so that the latter meets the spark plug when it produces a spark. Jet guidance can be achieved in different ways by combining

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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  aerodynamic phenomena with a particular shape of piston. In all cases, we are faced with the delicate problem of making the instant of spark coincide with the presence in the vicinity of the inter-electrode space of a cloud of air-fuel mixture of richness close to 1, cloud in motion. in a generally poor environment. Furthermore, during laminate operation, 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

entre les électrodes de la bougie.between the spark plug electrodes.

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  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

bougie à l'instant de l'étincelle.  candle at the instant of the spark.

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  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 mass along the surface of an insulator, cf. for example

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les bougies décrites dans les brevets FR97-14799 et EP556658, contrairement aux bougies classiques o 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  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

pour créer une haute tension aux bornes de la bougie.  to create a high voltage across the spark plug.

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  However, 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

étincelles successives devant être, en effet, très faible.  successive sparks must be, in fact, very weak.

Afin d'apporter à la bobine suffisamment d'énergie  In order to provide the coil with sufficient energy

dans un temps très court, il existe plusieurs solutions.  in a very short time, there are several 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  A first solution consists in using a capacity which is suddenly discharged into the primary winding. This is called capacitive or discharge ignition

de capacité.of capacity.

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  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,

ne dépasse généralement pas 8 A au bout de 3 ms de charge.  generally does not exceed 8 A after 3 ms of 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  In terms of stored energy, the increase in primary current therefore makes it possible to compensate for the decrease in charging time. Note also that to keep the same transformation ratio, the inductance of the secondary winding is therefore also lower, which explains the low voltage rise times at the secondary during the cut-off.

du courant au primaire.current in the primary.

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  Finally, 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

bobine d'allumage classique.classic ignition coil.

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  By thus using such ignition systems combined with a surface spark plug, one obtains at the same time the improvement of the resistance to fouling, a limitation of the problems of pre-ignition, knocking and mechanical resistance as well as a appreciable reduction in tension

nécessaire au claquage par rapport à une bougie classique.  necessary for breakdown compared to a conventional candle.

De plus, dans le cas particulier d'un système multi-étincelles inductif o 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  In addition, in the particular case of an inductive multi-spark system where the frequency of sparks is very high, the luminescent spark voltages, also called glow voltages, significant (several kVolts) of surface candles make it possible to limit the

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courant de fin de charge au primaire et donc de ne pas  end of charge current at the primary level and therefore not

endommager la bobine.damage the coil.

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 o 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 à celle-ci, ainsi la valeur maximale du courant en fin de charge se trouve diminuée. Nous reviendrons plus en détail sur ce phénomène  In fact, when the primary of the coil is returned to conduction before the preceding spark is completed, the primary current increases suddenly. However, if the charging time is not reduced, this will result in an increase in the maximum current reached in the primary. There is then a risk of damaging the coil. Fortunately, when the energy in the primary becomes very high, the re-conduction no longer causes the interruption of the spark and the current in the secondary simply changes direction. The glow voltage is then brought back to the foot of the primary by the transformation ratio of the coil and makes it possible to reduce the voltage applied to it, thus the maximum value of the current at the end of charging is reduced. We will come back to this phenomenon in more detail

d'autorégulation du courant primaire.  primary current self-regulation.

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  Furthermore, thanks to the ignition device according 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

de toutes les étincelles.of all sparks.

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  Thus, thanks to the present invention, it is therefore possible to increase the probability of ignition in the case of operations in a lean mixture and in particular in

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injection directe tout en s'affranchissant dans ce dernier  direct injection while being freed from it

cas des problèmes d'encrassement.fouling problems.

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  According to a particular embodiment of the ignition device object of the invention, the surface effect spark plug has a geometry

particulièrement adaptée à une utilisation en multi-  particularly suitable for use in 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  Sparks. It consists of a single central electrode terminated by a flared head and separated from the base set back by a layer of electrical insulation with a coefficient

diélectrique supérieur à un.dielectric greater than one.

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  The candle thus defined is characterized among other things by a long length of spark which then propagates on the surface of the dielectric. In addition, 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

la demande de brevet FR97-14799.patent application 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  If such a spark plug can completely be used with a conventional ignition system, the breakdown voltage will however be lower when the voltage build-up time is short. In addition, in the event of fouling of the insulation which results in the presence on the latter of a conductive carbon film, 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 ground to create

une étincelle malgré l'encrassement.  a spark despite the fouling.

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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  At the same time, 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. We will better understand the goals, aspects and advantages

de la présente invention, d'après la description donnée ci-  of the present invention, from the description given below

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 en 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 l'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 6 est une vue similaire à la figure 4 précisant le phénomène d'usure de la céramique dans le cas  after different embodiments of the invention, presented by way of nonlimiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of the ignition device according to the invention applied to an engine internal combustion 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 the end of the spark plug shown in Figure 1; Figure 4 is a half view similar to Figure 1 showing the capacitive divider between the base and the central electrode; 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 6 is a view similar to Figure 4 specifying the phenomenon of wear of the ceramic in the case

d'un angle vif.from a sharp angle.

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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  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 candle

étincelle de surface selon la présente invention.  surface spark according to the present invention.

En se reportant sur la figure 1, on a décrit de façon schématique le dispositif d'allumage objet de la présente invention dans le cadre d'un moteur multicylindre à combustion interne à allumage commandé et injection  Referring to Figure 1, there is schematically described the ignition device object of the present invention in the context of a multi-cylinder internal combustion engine with controlled ignition and injection

directe de carburant.direct fuel.

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  This ignition device according to the invention 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. Such a device is for example described in detail in US Pat. No. 5,056,496 and conventionally consists, as shown in FIG. 1, of a DC voltage source 1, 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

dépend du système d'allumage (semi statique ou statique).  depends on the ignition system (semi static or static).

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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 multiétincelles purement inductif tel que nous l'avons décrit précédemment, la tension batterie est directement connectée à l'entrée des  DC voltage is generally supplied by the vehicle battery 1. Its role is to supply 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 input of the

primaires des bobines 4.coils 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  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. Depending on the information sent by the computer (ignition advance, cylinder to be ignited), 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 train

d'étincelle en fonction de la stratégie utilisée.  of spark depending on the strategy used.

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  In the case where 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

n'importe quel moteur sans avoir à changer le calculateur.  any engine without having to change the computer.

il 2792374 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  il 2792374 In the case where 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

créer une haute tension au secondaire.  create high voltage in high school.

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  In the present invention, a multi-spark ignition system, as we have just described, supplies high-voltage spark plugs with surface effect, which open directly into each of the combustion chambers of the engine as shown Figure 1. Different embodiments of these surface effect candles will be described with reference to drawings 2

à 10 correspondants.to 10 correspondents.

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  According to the first embodiment of FIG. 2, 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

donc à être connecté électriquement à la masse.  therefore to be electrically connected to ground.

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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  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 a

évidemment annulaire 102 appelé communément volume mort.  obviously annular 102 commonly called dead volume.

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  This traditional 102 obviously on classic candles is not at all necessary on surface effect candles, it nevertheless makes it possible to reduce the stresses

thermiques dans le manchon isolant 100.  in the insulating sleeve 100.

L'électrode centrale 106 et son manchon isolant 100 débouche en saillie à l'extérieur du culot 103 d'une  The central electrode 106 and its insulating sleeve 100 protrudes outside the base 103 of a

hauteur 1.height 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  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 the phenomenon of breakdown between the central electrode occurs. 106 and

le culot 103 à la masse.the base 103 to ground.

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.  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.

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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 o le champ dans l'air est le  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 the

plus fort.stronger.

Avec des tensions de claquage comprises entre 5 et 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  With breakdown voltages between 5 and kV, and for a base 103, a sleeve 100 and a central electrode 106 of respective diameters 14 mm, 5.5 mm and 2.8 mm, it is thus possible to obtain values

de 1 de l'ordre de 50 mm.of 1 of the order of 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  The free end 104 of the central electrode 106 is shaped to have a flared head of hemispherical shape against which the sleeve bears.

isolant 100, qu'elle chapeaute.insulator 100, which she oversees.

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  This shape given to the end 104 of the central electrode 106 makes it possible to limit the wear of the insulator 100 as will be explained below. At the same time, the geometry of revolution has the effect of distributing the successive sparks all around the insulating spout 100 of the spark plug. This avoids the localized wear that could be had if the sparks still borrow the

même chemin.same path.

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  Finally, 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

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l'isolant au niveau de la collerette 101, sans trop pénaliser l'amplification du champ en surface (qui est  the insulator at the level of the collar 101, without penalizing the amplification of the surface field (which is

d'autant plus forte que l'épaisseur d'isolant est faible).  the greater the thickness of the insulation is low).

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  In Figure 3, which shows the same geometry but seen from above, we note that the flange 101 is folded over the entire periphery of the insulation 100 but is not directly in contact with it. A space 105 of very small thickness (a few tenths of a millimeter at most) separates, in fact, the beveled edge of the

collerette 101 de l'isolant 100 qui lui fait face.  flange 101 of the insulator 100 which faces it.

Sur la figure 4, on a détaillé l'espace 105 entre  In FIG. 4, the space 105 between

le bord biseauté 101 du culot 103 et le diélectrique 100.  the beveled edge 101 of the base 103 and the dielectric 100.

Cet espace permet de créer localement, grâce aux effets de l'isolant une amplification très importante du champ  This space makes it possible to locally create, thanks to the effects of the insulation, a very significant amplification of the field.

électrostatique.electrostatic.

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  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 candle is thus found between the

collerette 101 à la masse et la surface de l'isolant 100.  flange 101 to the ground and the surface of the insulator 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  The air will therefore slam and electrically charge the surface of the insulator 100. The equipotentials are tightened in the insulator and we then fall back on the configuration of FIG. 5 with the propagation of a creeping spark between the edge beveled 101 of

culot 103 et l'électrode centrale 106.  base 103 and the central electrode 106.

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En laissant un espace libre 105 entre la masse et  By leaving a free space 105 between the mass and

la surface de l'isolant 100, on réalise donc une pré-  the surface of the insulator 100, so a pre-

ionisation de l'air à une tension relativement basse qui va  ionization of air at a relatively low voltage which goes

catalyser par la suite la création de l'étincelle rampante.  subsequently catalyze the creation of the creeping spark.

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 o 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  Thanks to this principle, the breakdown voltage of the spark plug is therefore reduced. 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 'space

libre 105 sera important.free 105 will be important.

Cependant, comme nous le verrons plus loin, si la tenue diélectrique de l'isolant le permet, la collerette  However, as we will see later, if the dielectric strength of the insulation allows, the flange

101 peut être placée directement au contact de ce dernier.  101 can be placed directly in contact with the latter.

Cette solution permet de redresser les équipotentielles 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 l'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 équipotentielles 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 (o le champ reste très fort). Cette figure permet également de mettre en évidence l'intérêt d'obtenir un champ électrique le plus tangent  This solution makes it possible to straighten the equipotentials which leave the ceramic so as to obtain an orientation of the maximum electric field as tangent as possible to the surface along which the spark must propagate. FIG. 5 represents the effects of amplification of the field by the dielectric. At the head of the plasma, the electric field is very important (the equipotentials are tighter), 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 a most tangent electric field

possible à la surface de l'isolant.  possible on the surface of the insulation.

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  FIG. 6 makes it possible to better understand the advantage of giving a flared "cap" shape to the free end 104 of the central electrode 106. This head substantially

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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  hemispherical is to prevent the spark from spreading over angular areas. Indeed, the latter are first of all subject to constraints

thermiques plus importantes.higher thermal values.

De plus, comme le montre la figure 6, l'étincelle va avoir tendance à traverser l'isolant aux endroits de  In addition, as shown in Figure 6, the spark will tend to pass through the insulation at the points of

faible épaisseur pour atteindre l'électrode centrale 106.  thin to reach the central electrode 106.

Le vecteur champ électrostatique maximal en un point étant toujours orienté vers l'intérieur de l'isolant 100, l'étincelle se propagera préférentiellement dans la zone 1 plutôt que dans la zone 2, en provoquant ainsi une usure  Since the maximum electrostatic field vector at a point is always oriented towards the inside of the insulator 100, the spark will preferentially propagate in zone 1 rather than in zone 2, thus causing wear.

prématurée de l'isolant à cet endroit.  premature insulation at this location.

Les figures suivantes 7 à 10 représentent des variantes de géométrie possibles de la bougie à effet de  The following figures 7 to 10 show possible geometry variants of the spark plug.

surface selon l'invention.surface according to the 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 équipotentielles 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  In the case of FIG. 7, 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 recovery of the equipotentials which tend to lie down when one moves away from the base. In addition, in the case of wear of the cap, we will never find ourselves in the configuration of FIG. 6 which would cause local wear of

l'isolant.the insulation.

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 l'échauffement de l'isolant, les échanges thermiques par  In the case of FIG. 8, 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. To compensate for the heating of the insulation, the heat exchanges by

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conduction avec l'électrode centrale ont été améliorés en augmentant le diamètre de celle-ci (3 mm ou plus) et ce,  conduction with the central electrode have been improved by increasing its diameter (3 mm or more) and this,

grâce à une surface de contact plus importante.  thanks to a larger contact surface.

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  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. Likewise, 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

dans le but de favoriser l'initiation de la combustion.  in order to promote the initiation of combustion.

De plus, une telle géométrie limite l'apparition de l'étincelle à un volume plus restreint qu'avec une forme 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  In addition, such a geometry limits the appearance of the spark to a more restricted volume than with a form of cylindrical or conical insulator. The different spark paths describe a half-sphere and no longer a cylinder. This makes it possible to limit spatial dispersions

d'une étincelle à l'autre.from one spark to another.

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  However, to keep the same spark length, it is then necessary to greatly increase the diameter of the insulator at the flange. If this modification reduces the electrostatic stresses in the insulation, it has the effect of also reducing

les effets d'amplification du champ en surface.  amplification effects of the surface field.

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  Finally, for the same spark length with a cylindrical or conical insulator geometry, the insulator projection is less important which limits the problems

d'échauffement de celui-ci.warming up of it.

La figure 10 décrit une nouvelle variante de réalisation d'une bougie à effet de surface. Cette bougie  FIG. 10 describes a new alternative embodiment of a surface effect candle. This candle

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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  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 at the axial end of the base 503, collar 501 which is

rabattue au contact de l'isolant 500. Comme nous l'avons expliqué précédemment, cette géométrie o la collerette  folded down in contact with the insulation 500. As we explained previously, this geometry o the flange

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 l'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 multiétincelles 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  comes directly into contact with the insulation is optimal from the point of view of the orientation of the field on the surface but has the disadvantage of imposing strong electrostatic stresses on the insulation. During the increase in voltage at the secondary, the ceramic will indeed undergo significant electrostatic stresses for a period which can reach several tens of microseconds with a conventional ignition. However, by supplying the surface spark plugs with an ignition system with a short voltage rise time, the time interval during which the insulator is subjected to a large potential difference is limited. However, as has been seen previously, a multi-spark type ignition has above all short voltage rise times which goes in the direction of a reduction in the breakdown voltage with the surface spark plugs. Likewise, a short rise time will allow good resistance to fouling, particularly when used on direct injection engines. Finally, combining the use of surface spark plugs and a multi-spark ignition, we

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diminue également les risques de perçage de la céramique  also reduces the risk of ceramic drilling

par les effets électrostatiques.by electrostatic effects.

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  Another advantage of the invention can be highlighted when one places oneself from the point of view of the spark created by a surface candle. As we have explained, this will be much longer than on a conventional candle. In the case of operations with strong aerodynamic effects, the arc blowing effects will therefore be very significant and the spark plug

aura tendance à passer d'elle-même en multi-étincelles.  will tend to go by itself in multi-sparks.

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  Thus, the advantage of multi-sparks is to be able to bring the successive pulses close enough to create a train of sparks, which approximates the "natural" functioning of the candle when it

est montée dans un moteur.is mounted in an engine.

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 ps contre 1 à 2 ms pour une bobine classique. Les différents moyens qu'il est possible de mettre en oeuvre pour réduire le temps de charge ont été  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 ps against 1 to 2 ms for a conventional coil. The different means that can be used to reduce the charging time have been

décrits plus hauts.described above.

Nous allons cependant revenir plus en détails sur  However, we will return in more detail to

la solution qui consiste à utiliser un système multi-  the solution which consists in using a multi-system

étincelles purement inductif. Dans ce cas en effet, le dispositif d'allumage selon l'invention produit un  purely inductive sparks. In this case, in fact, the ignition device according to the invention produces a

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phénomène d'autorégulation du courant de charge que nous  self-regulation phenomenon of the charging current that we

avons déjà évoqué.have already mentioned.

On sait que lors de la charge de la bobine, l'équation de la tension en fonction du courant peut être approximée comme suit: U =Lxdi(t) dt o U représente la tension d'alimentation de la  We know that when charging the coil, the equation of voltage as a function of current can be approximated as follows: U = Lxdi (t) dt where U represents the supply voltage of the

bobine. Donc, pour U fixée, di(t)/dt augmente si L diminue.  coil. So, for U fixed, di (t) / dt increases if L decreases.

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  Given the above equation, we can see however that a complement to this solution would therefore also increase the primary supply voltage. This remark is all the more interesting since it is planned in the coming years to switch to 42 V instead of 12 V in electrical circuits

automobiles.automobiles.

Prenons donc le cas o 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  Let us therefore take the case where the primary winding is supplied with an inductive multi-spark ignition under 42 V. The charging time of the coil will therefore be further reduced compared to a supply at 12 volts, which will

dans le sens de l'utilisation du système en multi-  in the sense of using the system in multi-

étincelles. Un avantage supplémentaire de la bougie de surface apparaît alors dans le cas o 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  Sparks. An additional advantage of the surface spark plug then appears in the case where the inductive multi-spark system generates sparks close enough to each other so that the primary is returned to conduction even before the spark is interrupted at the candle. That is to say that a current of several milliamps is still flowing in the secondary. This

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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  phenomenon can be caused to decrease the charging time of a coil having a high primary inductance as we have already mentioned. It suffices to achieve this by increasing the frequency of the control signal sufficiently so that the time between two

créneaux soit inférieur à la durée de l'étincelle.  slots be less than the duration of the spark.

Dans d'autres cas de fonctionnement pour lesquels les étincelles vont présenter d'un cycle à l'autre des  In other operating cases for which the sparks will present cycle from cycle to cycle

durées inégales, (étincelle perdue dans un allumage semi-  unequal durations, (spark lost in a semi-ignition

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 o 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  static for example), it is also possible that this phenomenon occurs randomly without having been deliberately provoked. This case presents risks for the coil since it will be difficult to control the current reached at the end of charging in the primary. The latter depending on both the energy recovered at

secondaire et du temps de charge fixé par le calculateur.  secondary and the charging time set by the computer.

En effet, dès la remise en conduction durant l'étincelle, le courant secondaire est coupé et toute  In fact, as soon as the conduction is restored during the spark, the secondary current is cut and all

l'énergie encore présente va être transférée au primaire.  the energy still present will be transferred to the primary.

Le courant primaire ne repartira donc pas de O. 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  The primary current will therefore not start from O. As the charging time remains the same, the end-of-charge 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

va augmenter.will increase.

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  There is therefore a risk of damaging the winding as well as the control transistor which will have to withstand high currents. However, we can see that the phenomenon is

autorégulé par le mécanisme suivant.  self-regulated by the following mechanism.

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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  During the charging phase of the coil, 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 on the order of 1000 V. According to the same principle, we see that when the repetition frequency of the sparks increases (> 5000 Hz), the secondary current no longer breaks when the primary is turned back on and becomes happy to change direction. In other words, this means that 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) 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 voltage and the glow voltage

ramenée au primaire.brought back to primary.

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  Let's take the previous example with a battery voltage of 12 V, a glow voltage at the secondary of 500 V (corresponding to a conventional candle) and a ratio of

transformation de la bobine de 80.reel transformation of 80.

En cas de remise en conduction durant l'étincelle, le bobinage primaire sera alors alimenté sous une tension Vprimaire égale à:  In the event of return to conduction during the spark, the primary winding will then be supplied with a primary voltage equal to:

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Vprimaire =12- - =5,75.V La montée du courant () au primaire dt di(t) Vprin2aire principalement régie par l'équation di(t)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  Vprimaire = 12- - = 5.75.V The rise of the current () in the primary dt di (t) Vprin2aire mainly governed by the equation di (t) will therefore dt L undergo a decrease which will be reflected on the curve by a decrease in the slope and therefore in the final value of the

courant en fin de charge.current at the end of charge.

On a donc une autorégulation du courant primaire  We therefore have a self-regulation of the primary current

par la tension de glow.by glow tension.

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 %  Let us now take the particular case where the primary is no longer supplied with 12 V but with 42 V in order to reduce the charging time. The regulation by the glow voltage of a conventional candle brought back to the primary is much less sensitive than in the previous case since the charging voltage is only reduced by 14% against 50%

dans le cas précèdent avec une alimentation en 12V.  in the above case with a 12V power supply.

On risque donc de ne pas suffisamment réduire le  There is therefore a risk of not reducing the

courant de fin de charge au primaire.  end of charge current at the primary.

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  If we use instead a surface candle whose glow voltage can reach several kVolts, we can see that the regulation is much more effective than with a conventional candle since the voltage of

glow ramenée au primaire sera plus élevée.  glow brought back to primary will be higher.

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  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

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conduction durant l'étincelle, et ce même lorsque la  conduction during the spark, even when the

tension d'alimentation au primaire est élevée.  primary supply voltage is high.

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  Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and illustrated which have been given only by way of examples. On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described as well as their combinations if these are carried out according to

son esprit.his mind.

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Claims (2)

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'allumage est apte à générer une succession d'étincelles à une fréquence élevée 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 très courts en utilisant par exemple des bobines à faible inductance primaire, et des courants de fin de charge élevés au primaire de manière à générer des forts courants secondaires.CLAIMS: [1] Ignition device for an internal combustion engine of the spark-ignition type, comprising a spark plug opening into each of the combustion chambers of the engine, said spark plug being supplied with high voltage by means of a system of piloted ignition to generate at least one spark per engine cycle, characterized in that said spark plug is of the surface effect type, that is to say that the spark propagates between the electrode supplied with high voltage and the ground along the surface of an insulator, and in that the piloted ignition system is of the capacitive or inductive multi-spark type, that is to say that said ignition system is capable of generating a succession of sparks at a high frequency thanks to very short charging times of the order of a hundred microseconds, made possible by the use of coils with low primary inductance and / or by a strategy of re-conduction of the prima ire before the end of the spark and / or by the discharge of capacities in the primary. [2] Ignition device for internal combustion engine according to claim 1, characterized in that said ignition system is adapted to generate voltage increases on the spark plug in very short times by using for example low coils primary inductance, and high end-of-charge currents at the primary so as to generate strong secondary currents. 26 279237426 2792374 [3] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon  [3] Spark plug for ignition device according to l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en  any one of claims 1 to 2, characterized in 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 d'une 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  that it comprises a central electrode (106) separated from the end of the base (103), located behind said electrode (106), by an insulator (100) with a dielectric coefficient greater than one allowing the progression of a spark on its surface, characterized in that the end of the base (103) is circularly folded around the surface of the insulator (100) so as to extend in the immediate vicinity thereof, and in that the central electrode (104) has a flared end against which the insulating sleeve bears (100).(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 supérieur à celui de l'extrémité de l'isolant (100) afin de limiter l'usure dudit isolant lors  [4] Spark plug for ignition device according to claim 3, characterized in that the central electrode (106) is terminated by a mushroom shape (104) of diameter greater than that of the end of the insulator (100) in order to limit the wear of said insulator during des passages successifs de l'étincelle.  successive passages of the spark. [5] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon  [5] Spark plug for ignition device according to l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisée en  any one of claims 3 to 4, characterized in 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  that the insulator (300) is cylindrical or conical from 1 to 2 mm thick with a central electrode (306) of large diameter of 3 mm or more, in order to increase the surface available for heat exchanges with l'isolant (300).the insulator (300). [6] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon  [6] Spark plug for ignition device according to l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en  any one of claims 3 to 5, characterized in ce que l'extrémité (204) de l'électrode centrale (206)  that the end (204) of the central electrode (206) recouvre en partie l'extrémité de l'isolant (200).  partially covers the end of the insulation (200). 27 279237427 2792374 [7] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon  [7] Spark plug for ignition device according to l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en  any one of claims 3 to 6, characterized in ce que l'extrémité (407) de l'isolant (400) est de forme  that the end (407) of the insulation (400) is shaped fortement conique ou sphérique.strongly conical or spherical. [8] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon  [8] Spark plug for ignition device according to l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en  any one of claims 3 to 7, characterized in 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  that the flange (501) located at the end of the base (503) is folded down so as to come into physical contact with the insulation (500) over the entire circumference of this dernier.latest. [9] Bougie d'allumage pour dispositif d'allumage selon  [9] Spark plug for ignition device according to l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en  any one of claims 3 to 7, characterized in 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  that the flange (101) located at the end of the base (103) is folded down so as to extend near the surface of the insulator (100), defining a radial clearance of quelques dixièmes de millimètre.a few tenths of a millimeter.