FR2796767A1 - Bougie a effet de surface - Google Patents

Abstract

Bougie d'allumage à effet de surface pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé comprenant une électrode centrale (106), alimentée en haute tension par l'intermédiaire d'un système d'allumage, et un culot (103), relié à la masse, ladite électrode (106) étant séparée de l'extrémité du culot (103), situé 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 entre l'électrode centrale (106) et le culot (103), ledit culot (103) comportant un corps (108) et une extrémité en forme de collerette (101), tronconique ou cylindrique, caractérisée en ce que la collerette (101) est reliée au corps (108) du culot (103) par une pièce de liaison (107) conformée pour réguler les flux thermiques entre la collerette (101) et le reste du culot (103).

Description

i 2796767 Bougie a effet de surface La présente invention se rapporte au

domaine technique des bougies d'allumage à effet de surface pour moteur à combustion interne, destiné notamment à équiper un véhicule automobile. 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 !0 carburant injectée. En particulier, les constructeurs ont développé des moteurs à injection directe pour lesquels l'alimentation en carburant se fait directement dans les

chambres de combustion.

Les bougies d'allumage équipant ces moteurs à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre sont actuellement identiques à celles 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 dans la chambre de combustion et d'un circuit d'alimentation électrique en haute tension, de type statique ou semi-statique, piloté par le calculateur électronique de contrôle moteur pour déclencher l'étincelle à un instant prédéterminé du

cycle moteur en fonction des conditions de fonctionnement.

De tels dispositifs d'allumage s'avèrent très difficiles à mettre au point lorsqu'ils équipent des moteurs à mélange pauvre et plus particulièrement lorsqu'ils équipent des

moteurs à injection directe.

En effet, si un front de flamme peut se propager dans un mélange très pauvre (richesse inférieure à 0,3), l'initiation de la combustion quant à elle ne peut se produire que pour des richesses sensiblement supérieures (richesse supérieure à 0,7) et préférentiellement proches de la stoechiométrie (richesse 1). Ainsi, même si le mélange carburé présent dans une chambre de combustion est globalement pauvre, il s'avère

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nécessaire de maintenir au niveau de l'espace inter-électrodes une richesse suffisamment

élevée pour permettre une bonne initiation de la combustion.

Par opposition à un mélange homogène 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 la bougie. Habituellement, 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 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 à une 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. Cet encrassement favorise l'apparition de courants de fuites entre l'électrode centrale et la masse et affecte donc la génération des étincelles: l'étincelle étant court-circuitée par un chemin carboné de faible impédance qui limite la différence

de potentiel entre les électrodes de la bougie.

Dans ce contexte, de nouvelles géométries de bougies sont apparues. Leur fonctionnement est basé sur la propagation d'une étincelle le long d'une surface isolante, généralement de la céramique, d'o leur nom de bougies à effet de surface ou à

étincelle de surface.

La demande de brevet FR 9904733, non encore publiée, décrit la forme générale d'une bougie à effet de surface. Celle-ci est composée classiquement d'une électrode cylindrique basse tension, en contact avec la masse moteur, qui sert de culot métallique. Elle entoure une électrode centrale, dite haute tension

terminée par une rondelle cylindrique en forme de champignon.

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L'électrode centrale, destinée à être reliée à une source de haute tension fournie par un allumage automobile, est séparée du culot par l'intermédiaire d'un manchon isolant et éventuellement par un évidemment annulaire. L'étincelle se

propage entre les deux électrodes le long du manchon isolant.

En utilisant les effets d'amplification du champ électrique dans l'air au voisinage de l'isolant qui entoure l'électrode centrale, la bougie à effet de surface permet d'augmenter la longueur spatiale parcourue par l'étincelle par rapport à une bougie classique sans augmenter pour autant la tension de claquage. La

probabilité de rencontre avec le nuage de carburant est donc augmentée.

Parallèlement, le passage de l'étincelle sur le manchon isolant permet de

nettoyer celle-ci des éventuels dépôts de carbone liés à l'encrassement.

La bougie à étincelle de surface s'avère donc une solution mieux adaptée

au fonctionnement en injection directe qu'une bougie classique.

Les différences entre ces deux concepts de bougie ne s'arrêtent cependant pas à la simple absence d'une ou plusieurs électrodes de masse saillantes dans la chambre et à l'ajout d'un chapeau à l'extrémité de l'électrode centrale. En effet, dans le cas d'une bougie de surface, l'amplification du champ en surface du manchon isolant lors de la montée en tension qui précède le claquage est maximale au niveau de l'extrémité du culot qui possède à cet endroit une forme de collerette rabattue à une distance proche (quelques dixièmes de millimètres) voire au contact de l'isolant. C'est en effet à cet endroit que les équipotentielles du champ électrostatique sont le plus resserrées. Les phénomènes d'avalanche électronique qui régissent la physique de l'étincelle apparaîtront donc toujours dans cette zone ou le champ électrostatique est plus de 10 fois supérieur au champ à l'extrémité de l'électrode centrale. Ceci reste vrai quelle que soit la polarité de la

haute tension appliquée sur l'électrode centrale.

La tension de claquage des bougies de surface sera alors d'autant plus

faible que le champ électrique sera fort à cet endroit.

Bien que la forme, la longueur et l'épaisseur du manchon isolant jouent un

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rôle très important, comme il est décrit dans le document FR 9904733, il ne faut donc surtout pas négliger la géométrie de la collerette située à l'extrémité du culot puisque c'est sa présence au voisinage du manchon isolant qui génère le resserrement local des lignes de champ électrostatique. Parallèlement, ses dimensions auront un effet immédiat sur sa température et agiront donc également sur la valeur de la tension de claquage comme nous le verrons plus loin. Enfin, le type de haute tension appliquée à la bougie joue aussi un rôle fondamental dans la mesure o les phénomènes d'avalanches électroniques seront très différents

suivant la polarité.

La présente invention se propose donc de définir une géométrie de culot

pour les bougies à effet de surface permettant de minimiser les besoins en tension.

Dans ce but elle propose une bougie d'allumage à effet de surface pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé comprenant une électrode centrale, alimentée en haute tension par l'intermédiaire d'un système d'allumage, et un culot, relié à la masse, ladite électrode étant séparée de l'extrémité du culot, situé en retrait de la dite électrode, par un isolant, à coefficient diélectrique supérieur à un, permettant la progression d'une étincelle sur sa surface entre l'électrode centrale et le culot, ledit culot comportant un corps et une extrémité en forme de collerette, tronconique ou cylindrique, caractérisée en ce que la collerette est reliée au corps du culot par une pièce de liaison

conformée pour réguler les flux thermiques entre la collerette et le reste du culot.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la pièce de liaison est sensiblement annulaire et est en contact, sur au moins une partie de l'une de ses faces,

avec le corps du culot.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la collerette définit avec la surface

de l'isolant un jeu radial de quelques dixièmes de millimètre.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la collerette s'étend le long du manchon isolant en définissant avec lui un jeu radial de l'ordre de quelques dixièmes de

millimètres sur toute sa longueur.

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Selon une autre caractéristique de l'invention, la collerette possède une épaisseur

sensiblement constante et inférieure à 1 mm.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la collerette présente une

longueur, L, de l'ordre de 2 à 3 mm.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité de la collerette 101

possède une forme biseautée, l'angle formé par le biseau étant inférieur à 45 .

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité de la collerette est en

contact linéique avec la surface de l'isolant.

Selon une autre caractéristique de l'invention, une partie au moins de la collerette est en contact avec l'isolant, formant ainsi une liaison plane avec ledit isolant

sur une longueur Lco,,c déterminée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'électrode centrale est alimentée

en haute tension négative.

On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention,

d'après la description donnée ci-après de différents modes de réalisation de l'invention,

présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'extrémité inférieure d'une bougie à effet de surface selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue en demi-coupe transversale de la bougie de la figure 1, - la figure 3 est une vue en demi-coupe transversale de la bougie précédente sur laquelle ont été représentées schématiquement la répartition des équipotentielles lorsqu'une haute tension est appliquée sur l'électrode centrale, - la figure 4 représente l'évolution du module du champ électrostatique le long de la surface du manchon isolant de la bougie représentée sur la figure 2, - la figure 5 représente schématiquement la loi de Paschen,

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- la figure 6 est une vue similaire à la figure 2 décrivant un second mode de réalisation de la présente invention, - la figure 7 est une vue similaire à la figure 2 décrivant un troisième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 8 est une vue similaire à la figure 2 décrivant un quatrième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 9 est une vue similaire à la figure 2 décrivant un cinquième mode de

réalisation de la présente invention.

En se reportant sur la figure 1, on a décrit de façon schématique une bougie à effet de surface 110 objet de la présente invention. 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 D 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 évidemment réalisé dans la culasse du moteur, et débouchant à l'intérieur de la chambre de combustion. Le culot 103 est donc destiné à venir en contact de la culasse du moteur et donc à être connecté

électriquement à la masse.

Ce culot 103 entoure une électrode haute tension 106 cylindrique disposée en position centrale, destinée 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, constituée d'une matière dont le coefficient diélectrique est supérieur à un, par exemple de la céramique, et éventuellement d'un évidemment annulaire 102 appelé communément volume mort. Cet évidemment 102 traditionnel sur les bougies classiques n'est nullement nécessaire sur les bougies à effet de surface, il

permet toutefois de réduire les contraintes thermiques dans le manchon isolant 100.

L'électrode centrale 106 et son manchon isolant 100 débouche en saillie à

l'extérieur du culot 103 d'une hauteur 1.

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Cette hauteur I correspond sensiblement à la longueur de l'étincelle générée lorsqu'une haute tension est appliquée sur l'électrode centrale 106 de la bougie 110 et que survient le phénomène de claquage entre l'électrode centrale 106 et le culot 103 à la masse. Le manchon isolant 100 est de forme sensiblement cylindrique lorsqu'il se trouve à l'intérieur du culot 103, puis il est de forme sensiblement conique convergente lors qu'il débouche en saillie hors du culot 103. Le culot 103 présente un corps 108 et une extrémité axiale conformée de façon à former une pièce de liaison 107 supportant une collerette rabattue 101 présentant un bord biseauté s'étendant à proximité immédiate de

la surface de l'isolant 100.

Le corps 108 du culot peut présenter au niveau de son extrémité en contact avec la pièce de liaison 107 une forme sensiblement cylindrique, d'axe D, et de rayon intérieur et extérieur déterminés. La pièce de liaison 107 est, de préférence, sensiblement annulaire et coaxiale avec le corps 108 du culot 103. Elle présente des rayons intérieurs et extérieurs pouvant être différents de ceux de l'extrémité du corps 108 du culot 103, de façon à ce que l'aire de la surface de contact en la pièce de liaison 107 et le corps 108 du culot 103 puisse être choisie de façon précise. La pièce de liaison 107 supporte sur sa face opposée à la face en contact avec le corps 108 du culot 103 la

collerette 101.

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 plus fort.

Avec des tensions de claquage comprises entre 5 et 25 kV, et pour un culot 103, un manchon 100 et une électrode centrale 106 de diamètres respectifs 14 mm, 5.5 mm et

2.8 mm, il est ainsi possible d'obtenir des valeurs de 1 de l'ordre de 50 mm.

L'extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106 est conformée pour présenter une tête évasée de forme hémisphérique contre laquelle vient en appui le manchon

isolant 100, qu'elle chapeaute.

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Enfin, les variations d'épaisseur données par la forme conique de l'isolant 100 entre la base à la sortie du culot 103 et de sa collerette 101 et l'extrémité axiale 104 de l'électrode centrale 106, ont pour but de permettre une bonne évacuation de la chaleur depuis l'extrémité ainsi qu'une diminution des contraintes électrostatiques dans l'isolant au niveau de la collerette 101, sans trop pénaliser l'amplification du champ en surface,

qui est d'autant plus forte que l'épaisseur du manchon isolant 100 est faible.

La formation d'une étincelle est toujours initiée par la mise en mouvement de quelques électrons soumis à un champ électrique intense. Durant la montée du potentiel sur l'électrode de la bougie, ce champ électrique augmente et, lorsqu'il est suffisant, les électrons, accélérés par les forces électrostatiques vont venir heurter des molécules de l'air. Celles-ci vont alors libérer un électron et un photon capables à leur tour d'ioniser d'autres molécules. Ces réactions en chaîne vont

finir par ioniser l'espace inter électrode et créer ainsi un canal conducteur.

La figure 3 représente la demi-vue en coupe de la bougie à effet de surface 110 de la figure 2. On aperçoit la répartition type des équipotentielles du champ électrostatiques lorsque l'on applique une tension entre l'électrode centrale 106 et

le culot 103.

Les vecteurs de champ électrostatique sont perpendiculaires aux lignes

équipotentielles et leurs modules sont proportionnels à la densité de celles-ci.

Autrement dit, dans le cas qui est représenté sur la figure 3, le champ électrostatique est très important à l'extrémité de la collerette 101 puisque c'est à cet endroit que les équipotentielles sont le plus resserrées. La première avalanche

partira donc de cet endroit.

La figure 4 représente l'évolution du module du vecteur champ électrostatique le long du manchon isolant 100, entre les points A et B représentés

sur la figure 2. La tension appliquée ici à l'électrode centrale 106 est de 25 kV.

Cette représentation permet de mettre en évidence les effets d'amplification du champ par la collerette 101. Le module du champ à l'extrémité 104 de l'électrode centrale 106 est 10 fois plus petit qu'au niveau de l'extrémité

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du culot 103. On comprend alors mieux pourquoi la première avalanche sera

toujours initiée dans cette région.

Par la suite, cette avalanche va permettre d'ioniser l'air en amont et de créer une charge d'espace qui possède un potentiel proche de celui de la collerette 101 et qui va donc se comporter comme un prolongement de celleci. Ainsi, au fur et à mesure de la propagation du front d'avalanches, le champ électrique est amplifié en amont de ce dernier, et favorise la création de nouvelles avalanches. Le phénomène s'auto-entretient jusqu'à ce qu'un canal ionisé conducteur soit créé jusqu'à l'extrémité 104 de l'électrode centrale 106. Le point critique du processus se situe donc au niveau de la création de la première

avalanche, c'est-à-dire le départ du front d'avalanches.

Il est donc primordial de particulièrement soigner le dessin de la collerette 101 afin d'obtenir une amplification du champ la plus forte possible, et minimiser ainsi les besoins en tension. En particulier, une épaisseur de collerette 101 faible de moins d'un millimètre située à une distance de quelques dixièmes tout au plus de la céramique produira une amplification importante du champ électrique en favorisant les "effets de pointe" d'une part, et en accentuant d'autre part la

déviation des équipotentielles par le manchon isolant 100.

Un autre point à ne pas négliger lors de la conception de la collerette est sa

température, principalement pour deux raisons.

La pyrolyse des dépôts charbonneux dus à l'encrassement ne peut se faire que lorsque la température est supérieure à 450 C environ. Le culot 103 étant relativement froid en fonctionnement, il est impératif de limiter les échanges thermiques avec ce dernier afin d'éviter que la collerette 101 ne s'encrasse trop durant le fonctionnement. De plus, la température de la collerette 101 peut jouer un rôle non négligeable sur la faculté du métal à libérer ou à absorber des électrons. En effet, en fonction de la polarité de la haute tension sur la collerette

101, les électrons seront émis ou au contraire absorbés par le métal.

La seconde raison quant à elle fait intervenir la notion de couche limite

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thermique au voisinage de la collerette 101. Lorsque celle-ci est froide par rapport à la température des gaz d'admission en fin de compression, la densité moléculaire va avoir tendance à augmenter à son voisinage. Pour une pression fixée, la densité locale sera donc d'autant plus importante que la température sera faible. Le libre parcours moyen entre deux molécules va donc diminuer dans les zones de forte densité et le champ électrique devra être plus important afin d'accélérer suffisamment les électrons entre deux chocs consécutifs. Cela revient à dire que plus la distance entre deux molécules sera importante, moins le champ nécessaire à la création d'une avalanche sera important, car les électrons auront "plus de

place "pour accélérer.

Cette remarque reste évidemment vraie à condition de ne pas descendre à une densité trop faible en-dessous de laquelle le nombre de chocs n'est plus suffisant pour créer une avalanche. Cette condition, appelée minimum de Paschen est représenté sur la figure 5. Celle-ci met en évidence, pour une longueur donnée sur laquelle on souhaite créer une avalanche, l'existence d'une pression (et donc d'une densité) pour laquelle le champ homogène statistique nécessaire à la

création d'une avalanche est minimal.

Ce résultat peut s'interpréter de la manière suivante: le champ statistique homogène nécessaire à la création d'une avalanche sur une distance donnée est d'autant plus élevé que la densité est importante, ce qui s'explique par la diminution du libre parcours moyen entre deux chocs. Il existe cependant une densité minimale en-dessous de laquelle le champ à appliquer doit augmenter afin

de compenser le nombre insuffisant de molécules sur la distance considérée.

Etant donné que la tension de claquage est proportionnelle à la distance, il est alors possible de normer l'expression de la tension de claquage minimale en

l'exprimant en fonction du produit (Pression x Distance).

Une autre approche consiste alors à considérer que pour une pression donnée, le minimum de Paschen permet de déduire la distance minimale sur laquelle il faut maintenir un champ constant pour créer une avalanche. Cette

distance, porte le nom de libre parcours moyen d'ionisation.

l 2796767 Ainsi, cette notion met en évidence la nécessité d'avoir un champ amplifié sur une longueur au moins égale au libre parcours moyen d'ionisation. Ce dernier, dont la valeur varie en fonction de la pression est de l'ordre de la centaine de microns. s Pour réaliser une amplification optimale, il faut donc placer l'extrémité de la collerette le plus près possible de la céramique, et tangente à celle-ci. Dans ce cas en effet, l'orientation du vecteur champ électrique maximal est presque parallèle à la surface de l'isolant. L'amplification du champ est donc maximale

selon cette direction.

Les effets de température permettent également de comprendre pourquoi il sera préférable d'utiliser une haute tension négative sur l'électrode centrale 106 pour diminuer les besoins en tension dans les points de fonctionnement transitoires du moteur. Dans ce cas en effet, les premiers électrons qui seront accélérés par le champ électrostatique vers la collerette pourront être prélevés en dehors de la couche limite thermique dans un milieu moins dense. De plus, l'émission d'électron se produira alors depuis l'extrémité de l'électrode centrale 106 qui sera beaucoup plus chaude que la collerette 101, et donc plus apte à

fournir des électrons.

Lors de transitoires brusques du moteur depuis un point de fonctionnement froid vers un point de fonctionnement chaud, il est donc important, en plus d'utiliser une haute tension de polarité négative sur l'électrode centrale 106, de minimiser l'inertie thermique de la collerette 101 afin que celle-ci monte le plus rapidement possible en température et ne crée pas à son voisinage des gradients de

densité trop importants.

Sur la figure 2, qui représente le premier mode de réalisation de la présente invention, nous avons fait apparaître les différentes dimensions caractéristiques de la collerette 101, de la pièce de liaison 107 et du corps 108 du culot 103, et leur

position respective par rapport au manchon isolant 100 et l'électrode centrale 106.

La collerette 101 a, typiquement une forme tronconique ou cylindrique, et son

extrémité libre, la plus proche du manchon isolant 100, comporte un biseau.

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Les paramètres géométriques les plus importants sont: * La longueur projetée sur l'axe D de la collerette 101: L. Cette longueur correspond à la hauteur du tronc de cône, ou du cylindre formé par la

collerette 101.

* L'épaisseur de la collerette 101: e.

* L'angle du biseau à l'extrémité libre de la collerette 101: (.

* La hauteur de contact entre la pièce de liaison 107 et le corps 108 du culot 103:h. * La distance entre le point extrême de la collerette 101 et le manchon

isolant 100: d.

* La distance entre la point situé à la base de la collerette 101 et le manchon

isolant 100: d'.

* L'épaisseur à l'extrémité du corps 108 du culot 103: S.

La température de la collerette 101 dépendra fortement de L, S/h et e.

Si l'on veut conférer à la collerette 101 une faible inertie thermique ainsi qu'une température de fonctionnement sur moteur supérieure à celle du reste du culot 103, on pourra jouer sur la valeur de ces quatre paramètres en augmentant par exemple la longueur L projetée de la collerette 101 et en diminuant son épaisseur e et la surface d'échange thermique avec le corps 108 du culot 103 qui

dépend du rapport S/h.

L'amplification et l'orientation du champ électrique quant à elles dépendent majoritairement de l'angle a, de la longueur L, de l'épaisseur e et des

distances d et d' entre la collerette 101 et le manchon isolant 100.

Afin de favoriser les effets de pointe qui permettent d'augmenter localement l'intensité du champ, il est important que l'extrémité du biseau de la collerette 101 ne possède pas un rayon de courbure trop important. Il ne faut pas

non plus que la distance d excède quelques dixièmes de millimètres.

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Parallèlement, l'orientation des équipotentielles, représentées sur la figure 3, qui sortent du manchon isolant 100 conditionnent l'orientation du champ par rapport à la surface du manchon isolant 100. Or, la réfraction dans l'air des équipotentielles est également très sensible à la projection L de la collerette, à son épaisseur e, à la valeur de l'angle a(, et aux épaisseurs d'air entre la collerette 101 et le manchon isolant 100, d et d'. Par exemple, une longueur L inférieure à 1 mm, des épaisseurs e, d, ou d' trop élevées ou un angle cc proche de 90 auraient pour effet de "coucher" les équipotentielles sortant du manchon isolant 100. Or, ceci irait à l'encontre du but recherché qui est d'obtenir une orientation du champ tangente à la surface du manchon isolant 100. De préférence, l'angle a est choisi inférieur à 45 , la distance L de l'ordre de 2 mm à 3 mm, et l'épaisseur e inférieure à 1 mm. Préférentiellement, la collerette 101 est conformée pour longer le manchon isolant 100 sur toute la longueur L de sorte que d et d' soient de

l'ordre de quelques dixièmes de millimètres.

Compte tenu de l'influence des dimensions de la collerette 101 à la fois sur les paramètres électrostatiques et thermiques, il est difficile d'agir

indépendamment sur l'un de ces deux groupes de paramètres.

La figure 6, représentant un second mode de réalisation d'une bougie 210 selon l'invention, est cependant un exemple de solution permettant de modifier la température de la collerette 201 sans toutefois modifier de façon conséquente la répartition de champ à son extrémité. L'idée est en effet de faire varier la section de contact entre la pièce de liaison 207 et le corps 208 du culot 203 en jouant sur le rapport S/h. Ceci dans le but d'accroître ou de diminuer les échanges thermiques par conduction,matérialisés par une flèche, entre la collerette 201 et le reste du culot 203. La figure 6 représente un cas extrême ou la pièce de liaison 207 et le l'extrémité du corps 208 du culot 203 ou le même rayon extérieur, ceci de

rendre maximum les flux thermiques.

La figure 7 représente un troisième mode de réalisation d'une bougie 310 du culot 303 qui permet, tout en gardant la même géométrie de collerette 301 que dans le cas de la figure 2, de diminuer la valeur des contraintes électrostatiques

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dans le manchon isolant 300. En effet, compte tenu de la géométrie particulière de la collerette 301 qui ramène le potentiel de la masse à une distance très proche de la surface du manchon isolant 300, ce dernier est soumis, lors de la montée en tension de la bougie 310, à des contraintes électrostatiques bien supérieures à celles d'une bougie classique. Ainsi, si l'épaisseur du manchon isolant 300 est insuffisante ou si la tension de claquage est élevée, l'étincelle risque de traverser le manchon isolant 300 en le perçant. Celui-ci ne peut plus alors jouer son rôle d'isolant et la bougie 310 devient inutilisable. Les céramiques actuelles, qui sont des exemples de matériaux pouvant constituer le manchon isolant 310, peuvent résister à un champ électrique homogène de l'ordre de 12 kV pour un millimètre

d'épaisseur et 20 kV pour 2 mm.

Pour diminuer les contraintes électrostatiques, il existe deux solutions. La première consiste à augmenter les épaisseurs d et d' d'air entre la collerette 301 et le manchon isolant 300. La seconde consiste à augmenter l'épaisseur du manchon isolant 300. Ces deux solutions ont été représentées sur la figure 7. Notons cependant qu'il est préférable de jouer sur l'épaisseur du manchon isolant 300 plutôt que sur les distance d et d' entre le manchon isolant 300 et la collerette 301 compte tenu du fait que ces dernières ne doivent pas excéder quelques dixièmes

comme nous l'avons vu précédemment.

En effet, la céramique possède une permittivité diélectrique 8 fois plus élevé que celle de l'air. En terme d'augmentation de la tension de claquage, ajouter 0.1 mm d'air équivaut à rajouter 0.8 mm d'épaisseur de céramique au rayon. De plus, la direction du champ sur la surface dépend majoritairement des espaces d et d' entre la collerette 301 et le manchon isolant 300. Afin de ne pas trop modifier l'orientation du champ en surface, on préférera donc augmenter

l'épaisseur du manchon isolant 300 tout en gardant des distances d et d' faibles.

La figure 8 représente un quatrième mode de réalisation d'une bougie 410 selon la présente invention dans lequel l'espace d entre le manchon isolant 400 et

la collerette 401 a été réduit à 0.

En supposant que le manchon isolant 400 possède une permittivité diélectrique suffisante pour supporter les contraintes électrostatiques générées par un contact linéique avec l'extrémité de la collerette 401, cette solution permet, pour une géométrie de collerette 401 identique à la figure 5 de redresser les équipotentielles et donc de permettre au vecteur champ maximal de tangenter un peu plus la surface de l'isolant 400. Ce mode de réalisation d'une bougie 410 est donc la solution optimale en terme d'orientation du champ sur la surface du manchon isolant 400, car, comme nous l'avons vu précédemment, la direction du champ électrostatique maximal est d'autant plus tangente à la surface du manchon I0 isolant 400 que les espaces d et d' entre la collerette 401 et le manchon isolant 400

sont faibles.

La figure 9 propose un quatrième mode de réalisation d'une bougie 410 selon l'invention pour laquelle la collerette 501 à l'extrémité du culot 502 possède une section intérieure circulaire qui est en contact sur une distance Lcoc plus ou moins longue avec l'isolant 500 qui est de forme cylindrique. Cette solution permet de conserver un contact physique entre la collerette 501 et l'isolant 500 (et donc une orientation optimale du champ), même dans le cas d'une usure de

l'extrémité de la collerette 501.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation

décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titres d'exemples.

Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant

son esprit.

Ainsi, la pièce de liaison, reliant la collerette et le corps du culot peut-elle présenter une forme géométrique plus complexe qu'une forme annulaire. Il peut s'agir, par exemple, d'un élément tronconique dont la base repose sur le corps du

culot et dont le sommet supporte la collerette.

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Claims (9)

REVENDICATIONS:

1.Bougie d'allumage à effet de surface pour moteur à combustion interne du type à allumage commandé comprenant une électrode centrale (106), alimentée en haute tension par l'intermédiaire d'un système d'allumage, et un culot (103), relié à la masse, ladite électrode (106) étant séparée de l'extrémité du culot (103), situé 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 entre l'électrode centrale (106) et le culot (103), ledit culot (103) comportant un corps (108) et une extrémité en forme de collerette (101), tronconique ou cylindrique, caractérisée en ce que la collerette (101) I0 est reliée au corps (108) du culot (103) par une pièce de liaison (107) conformée pour

réguler les flux thermiques entre la collerette (101) et le reste du culot (103).

2.Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de liaison (107) est sensiblement annulaire et est en contact, sur au moins une partie de

l'une de ses faces, avec le corps (108) du culot (103).

3.Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que l'extrémité de la collerette (101) définit avec la surface de

l'isolant (100) unjeu radial, d, de quelques dixièmes de millimètre.

4.Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que

la collerette (101) s'étend le long du manchon isolant (100) en définissant avec lui un jeu radial de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres sur toute sa longueur, L.

5.Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que

la collerette (101) possède une épaisseur, e, sensiblement constante et inférieure à 1 mm.

6. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que

la collerette (101) présente une longueur, L, de l'ordre de 2 à 3 mm.

7.Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé

en ce que l'extrémité de la collerette 101 possède une forme biseautée, l'angle formé par

le biseau étant inférieur à 45 .

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8.Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé

en ce que l'extrémité de la collerette (401) est en contact linéique avec la surface de

l'isolant (400).

9.Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé

en ce qu'une partie au moins de la collerette (501) est en contact avec l'isolant (500),

formant ainsi une liaison plane avec ledit isolant sur une longueur Lcontact déterminée.

1 0.Bougie d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,

caractérisée en ce que l'électrode centrale (106) est alimentée en haute tension négative.