FR2859831A1 - Spark plug for motor vehicles thermal engine, has anode disposed in central position and insulated from cathode by insulator, where insulator and end of cathode are separated by space - Google Patents

Abstract

The plug has a cathode (103) screwed in a recess formed in a cylinder head of an internal combustion engine and opening into the interior of a combustion chamber. An anode (106) is disposed in a central position and insulated from the cathode by an insulator (100). The insulator and an end of the cathode are separated by a space, where the insulator is made of material having relative permittivity greater than 3. An independent claim is also included for a plasma generation system comprising a spark plug.

Description

BOUGIE DE GENERATION DE PLASMAPLASMA GENERATION CANDLE

La présente invention concerne de façon générale la génération de plasma dans un gaz, et plus particulièrement les bougies de génération de plasma. La génération de plasma est notamment utilisée pour l'allumage commandé de moteurs à combustion interne par les électrodes d'une bougie.  The present invention relates generally to the generation of plasma in a gas, and more particularly the plasma generation candles. Plasma generation is used in particular for the controlled ignition of internal combustion engines by the electrodes of a candle.

L'allumage des moteurs à combustion interne essence, consistant à initier la combustion d'un mélange air-essence dans une chambre de combustion dudit moteur, est relativement bien maîtrisé dans les moteurs actuels. Dans les moteurs à allumage commandé à injection indirecte, classiquement, une bougie et un dispositif électronique en amont permettent de générer une étincelle capable de transmettre au mélange une énergie suffisante à sa combustion. La formation de cette décharge nécessite des tensions de claquage élevées (de l'ordre de 30 kV par mm), si bien que l'on limite l'espace inter-électrodes des bougies à environ 1 mm, distance relativement peu favorable à l'initiation de la combustion.  The ignition of gasoline internal combustion engines, consisting of initiating the combustion of an air-fuel mixture in a combustion chamber of said engine, is relatively well controlled in current engines. In spark-ignition engines with indirect injection, conventionally, a spark plug and an upstream electronic device make it possible to generate a spark capable of transmitting to the mixture sufficient energy for its combustion. The formation of this discharge requires high breakdown voltages (of the order of 30 kV per mm), so that the inter-electrode space of the candles is limited to about 1 mm, a relatively unfavorable distance to the initiation of combustion.

Pour satisfaire les normes de dépollution, les constructeurs automobiles ont développé des moteurs à allumage commandé aptes à fonctionner avec des mélanges carburés pauvres, c'est-à-dire présentant un excès d'air par rapport à la quantité de carburant injectée. Ces développements ont été appliqués en particulier aux moteurs à injection directe, dans lesquels l'injection 2859831 2 de carburant se fait directement dans la chambre de combustion.  To meet the standards of depollution, the car manufacturers have developed spark ignition engines capable of operating with poor fuel mixtures, that is to say having an excess of air relative to the amount of fuel injected. These developments have been applied in particular to direct injection engines, in which the injection of fuel 28 is directly into the combustion chamber.

Les dispositifs d'allumage classiques s'appliquent assez mal sur les moteurs à mélange pauvre et à injection directe. En effet, les dispositifs d'allumage sont alors très ardus à mettre au point. Un front de flamme se propage correctement dans un mélange très pauvre (richesse inférieure à 0,3) mais l'initiation de la combustion nécessite généralement des richesses supérieures à 0,7, et de préférence pour des richesses proches de la stoechiométrie. Il est donc primordial de maintenir une richesse suffisamment élevée au niveau de l'espace inter- électrode.  Conventional ignition devices do not apply well on lean-burn and direct injection engines. Indeed, the ignition devices are then very difficult to develop. A flame front propagates correctly in a very poor mixture (richness lower than 0.3) but the initiation of the combustion generally requires wealth higher than 0.7, and preferably for richness close to stoichiometry. It is therefore essential to maintain a sufficiently high richness in the inter-electrode space.

La génération de mélanges stratifiés à donc été développée. Par opposition à un mélange homogène où la richesse est globalement la même en tout point, un mélange stratifié présente une richesse qui décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la bougie. La stratification du mélange dans la chambre de combustion est par exemple obtenue en guidant le jet de carburant de sorte que le jet rencontre la bougie au moment de la production de l'étincelle. Le guidage du jet est notamment obtenu par des phénomènes aérodynamiques, générés par exemple par une forme appropriée du piston.  The generation of stratified mixtures has therefore been developed. In contrast to a homogeneous mixture where the richness is globally the same in every respect, a stratified mixture presents a richness which decreases as one moves away from the candle. The stratification of the mixture in the combustion chamber is for example obtained by guiding the jet of fuel so that the jet meets the candle at the time of the production of the spark. The guidance of the jet is obtained in particular by aerodynamic phenomena, generated for example by a suitable shape of the piston.

Les mélanges stratifiés posent plusieurs problèmes. Il est délicat de faire coïncider l'instant d'étincelle et la présence au voisinage de l'espace inter-électrodes d'un nuage de mélange présentant une richesse proche de 1, dans un environnement de mélange globalement pauvre. De plus, le mélange situé autour de 2859831 3 la bougie au moment de l'étincelle présente d'importantes inhomogénéités de richesse, variables dans le temps, qui ne garantissent pas l'initiation de la combustion au moment du développement de l'étincelle. La taille et la durée d'étincelle des bougies classiques impliquent alors un taux de ratés d'allumage incompatible avec les exigences de rendement et de pollution actuels. Par ailleurs, le jet de carburant frappe souvent directement la bougie, ce qui entraîne un encrassement de l'isolant de la bougie. Cet encrassement favorise les courants de fuites entre l'électrode centrale et la masse. La génération des étincelles est affectée car l'étincelle est courtcircuitée par un chemin carboné de faible impédance qui réduit la différence de potentiel entre les électrodes de la bougie.  Stratified mixtures pose several problems. It is difficult to coincide the moment of spark and the presence in the vicinity of the inter-electrode space of a mixture cloud with a richness close to 1, in a globally poor mixing environment. In addition, the mixture around the candle at the moment of the spark has significant inhomogeneities of richness, variable over time, which do not guarantee the initiation of combustion at the time of development of the spark. The size and duration of spark of conventional candles then imply a misfire rate incompatible with the current performance and pollution requirements. In addition, the jet of fuel often strikes directly the candle, resulting in fouling of the insulation of the candle. This fouling promotes leakage currents between the central electrode and the mass. The generation of sparks is affected because the spark is short-circuited by a carbon path of low impedance which reduces the potential difference between the electrodes of the spark plug.

De nouvelles bougies à étincelle de surface produisent des étincelles plus grandes pour traiter le problème du rendez-vous spatio-temporel. On allume ainsi un volume de mélange supérieur. La probabilité d'initiation de la combustion est alors très largement augmentée dans un moteur à injection directe à allumage commandé et mélange stratifié. De telles bougies sont notamment décrites dans les demandes de brevet FR97- 14799, FR99-09473 et FR00-13821. De telles bougies génèrent des étincelles de taille importante à partir de différences de potentiel réduites. Les bougies à étincelles de surface présentent un diélectrique séparant les électrodes dans la zone où la distance les séparant est la plus faible; on guide ainsi les 2859831 4 étincelles formées entre les électrodes sur la surface du diélectrique. Ces bougies amplifient le champ inter-électrode à la surface du diélectrique. On charge pour cela progressivement les capacités élémentaires formées par le diélectrique et une électrode sous-jacente. Les bougies génèrent une étincelle se propageant le long de la surface de l'isolant dans les zones où le champ électrique dans l'air est le plus fort. Un dispositif d'allumage de moteur classique, couplé à de telles bougies génère typiquement des étincelles présentant une longueur de 4 mm avec des tensions de claquage comprises entre 5 et 25 kV. Lorsque la bougie présente globalement une symétrie de révolution autour de son axe principal, la décharge a une probabilité d'apparition sensiblement identique n'importe où autour de l'isolant. Au contraire, les bougies classiques génèrent un arc électrique se produisant systématiquement dans un même volume extrêmement réduit. Ce procédé d'allumage par génération de plasma présente encore des inconvénients. Il se produit notamment un passage à l'arc suivant une unique ligne. L'initiation de la combustion n'est ainsi pas optimale.  New spark plugs on the surface produce larger sparks to deal with the problem of spatio-temporal rendezvous. Thus, a higher mixing volume is ignited. The probability of initiation of combustion is then greatly increased in a direct injection engine spark ignition and stratified mixture. Such candles are described in particular in patent applications FR97-14799, FR99-09473 and FR00-13821. Such candles generate large sparks from reduced potential differences. Surface spark plugs have a dielectric separating the electrodes in the zone where the distance separating them is the lowest; The sparks formed between the electrodes on the surface of the dielectric are thus guided. These candles amplify the inter-electrode field on the surface of the dielectric. For this purpose, the elementary capacitances formed by the dielectric and an underlying electrode are gradually charged. Candles generate a spark propagating along the surface of the insulation in areas where the electric field in the air is strongest. A conventional engine ignition device, coupled with such spark plugs typically generates sparks having a length of 4 mm with breakdown voltages of between 5 and 25 kV. When the candle globally has a symmetry of revolution about its main axis, the discharge has a probability of appearance substantially identical anywhere around the insulation. On the contrary, conventional candles generate an electric arc occurring systematically in the same extremely small volume. This method of ignition by plasma generation still has disadvantages. It occurs in particular a passage to the arc following a single line. The initiation of combustion is not optimal.

Il existe donc un besoin, que l'invention vise à satisfaire, pour une bougie de génération de plasma résolvant un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur une bougie de génération de plasma, comprenant une tête de bougie présentant: -deux électrodes de génération de plasma, et 2859831 5 -un matériau diélectrique séparant les électrodes; la bougie étant adaptée pour appliquer une tension alternative présentant une fréquence supérieure à 1 MHz et une amplitude entre crêtes supérieure à 5kV entre les électrodes, adaptée pour résister à l'application d'une telle tension, les électrodes étant adaptées pour former un plasma lors de l'application d'une telle tension entre elles. 10.  There is therefore a need, which the invention aims to satisfy, for a plasma generation candle solving one or more of these disadvantages. The invention thus relates to a plasma generation candle, comprising a candle head having: two plasma generating electrodes, and a dielectric material separating the electrodes; the spark plug being adapted to apply an alternating voltage having a frequency greater than 1 MHz and an amplitude between peaks greater than 5 kV between the electrodes, adapted to withstand the application of such a voltage, the electrodes being adapted to form a plasma when the application of such a tension between them. 10.

Le terme plasma ramifié utilisé par la suite désigne la génération simultanée d'au moins plusieurs lignes ou chemins d'ionisation dans un volume donné, leurs ramifications étant en outre omnidirectionnelles.  The term branched plasma used in the following refers to the simultaneous generation of at least several lines or ionization paths in a given volume, their branches being moreover omnidirectional.

Alors qu'un plasma de volume implique le réchauffement de tout le volume dans lequel il doit être généré, le plasma ramifié ne nécessite que le chauffage sur le trajet des étincelles formées. Ainsi, pour un volume donné, l'énergie requise pour un plasma ramifié est nettement inférieure à celle requise par un plasma de volume.  While a volume plasma involves heating up the entire volume in which it is to be generated, the branched plasma only requires the heating in the path of the sparks formed. Thus, for a given volume, the energy required for a branched plasma is much lower than that required by a volume plasma.

L'invention permet de générer un plasma de volume ou un plasma ramifié dans un volume important et de générer des décharges multidirectionnelles entre les électrodes, de générer un plasma à distance de l'isolant, de réduire la probabilité de génération d'un arc, et de réduire l'usure de l'anode.  The invention makes it possible to generate a volume plasma or a ramified plasma in a large volume and to generate multidirectional discharges between the electrodes, to generate a plasma away from the insulator, to reduce the probability of generation of an arc, and reduce the wear of the anode.

2859831 6 De façon générale, on entendra par la suite par haute densité, toute densité molaire supérieure à 2,5 * 10-3 mol/L. On appellera densité de combustion toute densité molaire de gaz supérieure à 5* 10-2 mol/L. On désignera par streamer une pointe d'ionisation positive se propageant depuis l'anode.  In general, the term "high density" will mean any molar density greater than 2.5 × 10 -3 mol / l. Combustion density will be called any molar density of gas greater than 5 * 10 -2 mol / L. A stream of positive ionization propagating from the anode will be referred to as a streamer.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des figures. Ces figures montrent: -Figure 1, un schéma de fonctionnement d'une bougie d'allumage à étincelle de surface; - Figure 2, la représentation de champs appliqués et 15 de l'étincelle générée entre les électrodes de la bougie durant l'initiation de l'allumage; -Figure 3, un diagramme du champ électrostatique entre les deux électrodes de la bougie durant l'initiation de l'allumage; -Figure 4, une représentation schématique du développement d'un streamer pour une unique montée en tension (champ local et champ global); - Figure 5, une représentation schématique d'un mode de réalisation du système de génération de plasma selon 25 l'invention; -Figure 6, un modèle électrique utilisé pour le dimensionnement du résonateur série; - Figure 7, une variante dans laquelle l'amplificateur comprend un transformateur à point 30 milieu; 2859831 7 -Figure 8, une autre variante du système dans laquelle l'amplificateur comprend une commande de transistor de puissance par un transistor bipolaire; -Figure 9, des chronogrammes de signaux durant l'excitation du résonateur de la figure 7; -Figure 10, les différents éléments de l'alimentation de la figure 7 intégrés sur un même circuit; -Figure 11, une représentation schématique d'une boucle d'asservissement incluse dans l'amplificateur; - Figure 12, une variante du système comprenant une boucle d'asservissement et des circuits de génération des premières oscillations de tension; - Figure 13, une autre variante de système comprenant une boucle d'asservissement et des circuits de génération des premières oscillations de tension; - Figure 14, un exemple de transformateur formant une sonde de courant de l'amplificateur, réalisé sur un circuit imprimé; 20. -Figure 15, un mode de réalisation d'une inductance parallèle sur un circuit imprimé; - Figure 16, un autre mode de réalisation d'une inductance parallèle sur un circuit imprimé; Figure 17, une variante d'un système présentant 25 une alimentation et un amplificateur communs pour deux résonateurs; - Figures 18 et 19, des représentations schématiques en coupe d'un exemple de bougie utilisable dans le système de génération de plasma; 2859831 8 -Figures 20 à 27, différentes configurations de têtes de bougie adaptées pour une excitation radiofréquence.  Other features and advantages of the invention will become clear from reading the following description which is given by way of non-limiting example and with reference to the figures. These figures show: FIG. 1, an operating diagram of a spark plug with a surface spark; 2, the representation of applied fields and of the spark generated between the electrodes of the candle during ignition initiation; FIG. 3, a diagram of the electrostatic field between the two electrodes of the candle during ignition initiation; FIG. 4, a schematic representation of the development of a streamer for a single voltage rise (local field and global field); FIG. 5, a schematic representation of an embodiment of the plasma generation system according to the invention; -Figure 6, an electric model used for the design of the series resonator; - Figure 7, a variant in which the amplifier comprises a mid-point transformer; FIG. 8, another variant of the system in which the amplifier comprises a power transistor control by a bipolar transistor; 9, timing diagrams of signals during the excitation of the resonator of FIG. 7; -Figure 10, the various elements of the power supply of Figure 7 integrated on the same circuit; 11, a schematic representation of a control loop included in the amplifier; FIG. 12, a variant of the system comprising a control loop and circuits for generating the first voltage oscillations; - Figure 13, another system variant comprising a control loop and generating circuits of the first voltage oscillations; FIG. 14, an example of a transformer forming a current probe of the amplifier, produced on a printed circuit; 20. -Figure 15, an embodiment of a parallel inductance on a printed circuit; - Figure 16, another embodiment of a parallel inductance on a printed circuit; Figure 17, a variation of a system having a common power supply and amplifier for two resonators; - Figures 18 and 19, schematic sectional representations of an example of candle used in the plasma generation system; 2859831 8 -Figures 20 to 27, different configurations of candle heads adapted for radiofrequency excitation.

L'invention propose une bougie de génération de plasma adaptée pour appliquer une tension alternative présentant une fréquence supérieure à 1 MHz et une amplitude entre crêtes supérieure à 5kV entre ses électrodes, adaptée pour résister à l'application d'une telle tension, et les électrodes étant adaptées pour former un plasma lors de l'application d'une telle tension entre elles.  The invention proposes a plasma generation candle adapted to apply an alternating voltage having a frequency greater than 1 MHz and an amplitude between peaks greater than 5kV between its electrodes, adapted to withstand the application of such a voltage, and the electrodes being adapted to form a plasma when applying such a voltage to one another.

La figure 1 illustre des détails de la structure d'une bougie d'allumage à étincelle de surface pour laquelle l'application d'une excitation radiofréquence s'avère particulièrement avantageuse. On va préalablement détailler le fonctionnement d'une telle bougie.  FIG. 1 illustrates details of the structure of a surface spark spark plug for which the application of radio frequency excitation is particularly advantageous. We will first detail the operation of such a candle.

La bougie à effet de surface 110 comprend une tête de bougie destinée à déboucher dans la chambre de combustion ménagée dans la paroi inférieure de la culasse d'un moteur. La bougie comprend une électrode cylindrique basse tension qui sert de culot métallique 103 destiné à se visser dans un évidement réalisé dans la culasse du moteur et débouchant à l'intérieur de la chambre de combustion. Le culot 103 est destiné à être connecté électriquement à la masse.  The surface effect candle 110 comprises a spark plug head for opening into the combustion chamber in the lower wall of the cylinder head of an engine. The spark plug comprises a low-voltage cylindrical electrode which serves as a metal base 103 intended to be screwed into a recess made in the cylinder head of the engine and opening inside the combustion chamber. The base 103 is intended to be electrically connected to ground.

Le culot 103 entoure une électrode haute tension cylindrique 106 disposée en position centrale.  The base 103 surrounds a cylindrical high voltage electrode 106 arranged in a central position.

L'électrode 106 est destinée à être reliée à un 2859831 9 générateur d'une haute tension d'allumage. L'électrode 106 est isolée du culot 103 par l'intermédiaire d'un manchon isolant 100. Le manchon isolant est constitué d'une matière dont la permittivité relative est supérieure à 3, par exemple une céramique. La bougie présente un espace 105 séparant le diélectrique 100 et une extrémité de l'électrode 103.  The electrode 106 is intended to be connected to a generator of a high ignition voltage. The electrode 106 is isolated from the base 103 via an insulating sleeve 100. The insulating sleeve consists of a material whose relative permittivity is greater than 3, for example a ceramic. The spark plug has a gap 105 between the dielectric 100 and one end of the electrode 103.

L'électrode 106 et le manchon isolant 100 débouchent en saillie d'une longueur 1 à l'extérieur du culot 103. Cette longueur 1 correspond sensiblement à la longueur de l'étincelle générée lorsqu'une haute tension est appliquée entre les électrodes 106 et 103.  The electrode 106 and the insulating sleeve 100 protrude by a length 1 outside the base 103. This length 1 substantially corresponds to the length of the spark generated when a high voltage is applied between the electrodes 106 and 103.

Le culot ou électrode basse tension 103 comprend de façon monobloc un corps et une pièce de liaison supportant une collerette rabattue 101. La collerette 101 présente un bord biseauté s'étendant à proximité immédiate de la surface de l'isolant 100.  The base or low-voltage electrode 103 comprises in one piece a body and a connecting piece supporting a flanged flange 101. The flange 101 has a beveled edge extending in the immediate vicinity of the surface of the insulator 100.

Le diélectrique 100 crée une amplification de champ électrostatique dans l'air à son voisinage. L'étincelle générée entre le bord biseauté de la collerette 101 du culot 103 et une extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106 se propage à la surface de l'isolant 100, là où le champ électrique dans l'air est le plus fort.  The dielectric 100 creates an electrostatic field amplification in the air in its vicinity. The spark generated between the beveled edge of the flange 101 of the base 103 and a free end 104 of the central electrode 106 is propagated on the surface of the insulator 100, where the electric field in the air is the strongest. .

La formation d'une étincelle est initiée par l'arrachement au milieu de quelques électrons soumis à un champ électrique important. Lors de l'application d'une tension importante entre les électrodes, des électrons de la collerette sont accélérés par les forces électrostatiques générées et heurtent des molécules de l'air. L'extrémité de la collerette est la 2859831 10 zone qui subit le champ électrostatique le plus important, et constitue donc le lieu de départ de la première avalanche. Les molécules de l'air libèrent un électron et un photon ionisant à leur tour d'autres molécules d'air. Une réaction en chaîne ionise l'air dans l'espace 105 entre l'électrode 103 et le diélectrique 100. L'espace de gaz 105 permet de réaliser une ionisation préalable avec une différence de potentiel entre les électrodes 103 et 106 relativement limitée.  The formation of a spark is initiated by tearing in the middle of a few electrons subjected to a large electric field. When applying a large voltage between the electrodes, electrons of the collar are accelerated by the generated electrostatic forces and hit molecules of the air. The end of the flange is the area which is subjected to the most important electrostatic field, and thus constitutes the starting point of the first avalanche. The molecules of the air release an electron and an ionizing photon in their turn of other molecules of air. A chain reaction ionizes the air in the space 105 between the electrode 103 and the dielectric 100. The gas space 105 allows for prior ionization with a relatively small potential difference between the electrodes 103 and 106.

Un canal conducteur est ainsi créé, comme illustré à la figure 2. Les lignes discontinues représentent des équipotentielles du champ électrostatique lorsqu'une tension élevée est appliquée entre les électrodes 103 et 106.  A conductive channel is thus created, as illustrated in FIG. 2. The discontinuous lines represent equipotentials of the electrostatic field when a high voltage is applied between the electrodes 103 and 106.

La figure 3 représente un exemple d'amplitude de champ électrostatique entre l'extrémité de la collerette 101 et l'extrémité de l'électrode 106, A désignant l'extrémité de la collerette, B désignant l'extrémité 104 de l'électrode 106. Une fois que l'air est ionisé au niveau de l'extrémité de la collerette, l'ionisation de l'air crée une charge d'espace présentant un potentiel proche de celui de la collerette et qui se comporte donc comme un prolongement de celle-ci. Lors de la propagation du front d'avalanche, le champ électrique est amplifié en amont du front et favorise la création de nouvelles avalanches. Le phénomène s'autoentretient le long du manchon 100, pour créer un canal ionisé conducteur jusqu'à l'extrémité 104 de l'électrode centrale.  FIG. 3 represents an example of an electrostatic field amplitude between the end of the flange 101 and the end of the electrode 106, A designating the end of the flange, B denoting the end 104 of the electrode 106. Once the air is ionized at the end of the flange, the ionization of the air creates a space charge with a potential close to that of the flange and therefore behaves like an extension of it. During the propagation of the avalanche front, the electric field is amplified upstream of the front and favors the creation of new avalanches. The phenomenon self-maintains along the sleeve 100, to create a conductive ionized channel to the end 104 of the central electrode.

2859831 11 Dans la bougie de la figure 1, l'isolant est séparé de l'électrode 103 par un espace d'air. Cet espace n'est pas essentiel pour le fonctionnement de la bougie mais facilite la fabrication de la bougie avec une collerette présentant un angle très vif à proximité de la surface de l'isolant. Il permet également de réduire l'influence des phénomènes d'encrassement.  In the candle of FIG. 1, the insulator is separated from the electrode 103 by an air gap. This space is not essential for the operation of the candle but facilitates the manufacture of the candle with a flange having a very sharp angle near the surface of the insulation. It also reduces the influence of fouling phenomena.

Le phénomène physique mis en uvre grâce à l'excitation radiofréquence présente des similitudes avec la propagation décrite précédemment mais permet d'en améliorer considérablement les effets. La figure 4 représente schématiquement le champ électrostatique lors du départ d'une avalanche. On peut y remarquer que la propagation de l'avalanche est limitée par le champ local dû à la séparation des atomes et de leurs électrons. Ce champ local limite en particulier la propagation de la décharge sur des longueurs importantes. La présente invention propose, entre autres, une excitation électrique capable d'inverser la polarité du champ global imposé avant que les électrons n'aient pu se recombiner avec les atomes présents dans le milieu. A chaque alternance de la polarité, les électrons sont de plus en plus accélérés en sens inverse. Une onde de polarisation se propage ainsi de manière oscillatoire à la fréquence de l'excitation, récupérant à chaque période les charges déposées à la période précédente. Chaque alternance produit alors une propagation de l'onde plus importante que la précédente; il est ainsi possible d'obtenir des 2859831 12 étincelles de longueurs très importantes avec des amplitudes de tensions entre les électrodes relativement limitées. L'excitation radiofréquence supprime également les variations de tension de claquage entre des cycles successifs.  The physical phenomenon implemented by means of radiofrequency excitation has similarities with the propagation described above but makes it possible to considerably improve the effects thereof. FIG. 4 diagrammatically represents the electrostatic field during the departure of an avalanche. It can be noted that the propagation of the avalanche is limited by the local field due to the separation of atoms and their electrons. This local field limits in particular the propagation of the discharge over long lengths. The present invention proposes, among other things, an electrical excitation capable of inverting the polarity of the imposed global field before the electrons have been able to recombine with the atoms present in the medium. At each alternation of the polarity, the electrons are more and more accelerated in the opposite direction. A polarization wave is thus propagated in an oscillatory manner at the frequency of the excitation, recovering at each period the charges deposited in the previous period. Each alternation then produces a propagation of the wave greater than the preceding one; it is thus possible to obtain sparks of very large lengths with voltage amplitudes between the relatively limited electrodes. Radio frequency excitation also suppresses breakdown voltage variations between successive cycles.

Pour une application à l'allumage automobile, l'homme de métier utilisera des électrodes et un isolant présentant des matériaux et une géométrie adéquats pour initier une combustion dans un mélange à une densité de combustion et pour résister au plasma ainsi formé.  For automotive ignition applications, those skilled in the art will utilize electrodes and insulation having materials and geometry adequate to initiate combustion in a mixture at a combustion density and to resist the plasma thus formed.

Un plasma ainsi formé présente de nombreux intérêts dans le cadre de l'allumage automobile: diminution sensible du taux de ratés dans un système à mélange pauvre stratifié, réduction de l'usure des électrodes et adaptation du volume d'initiation de l'allumage en fonction de la densité. On constate que l'excitation décrite est adaptée pour réaliser l'allumage d'un mélange présentant une densité supérieure à 5*10-2 mol/L. Pour cette application d'allumage, le générateur applique l'excitation entre 1,5 et 200 fois par secondes, avec un rapport cyclique d'application compris entre 10 et 1000, et de préférence compris entre 72 et 720.  Plasma thus formed has many advantages in the context of automotive ignition: significant reduction in the rate of misfires in a stratified lean mixture system, reduction of wear of the electrodes and adaptation of the ignition initiation volume to density function. It is found that the excitation described is adapted to achieve ignition of a mixture having a density greater than 5 * 10-2 mol / L. For this ignition application, the generator applies the excitation between 1.5 and 200 times per second, with an application duty ratio of between 10 and 1000, and preferably between 72 and 720.

L'excitation radiofréquence décrite est également adaptée à une application de dépôt plasma, dans un gaz présentant une densité comprise entre 10-2 mol/L et 5*10- 2859831 13 2 mol/L. Le gaz utilisé dans cette application peut typiquement être de l'azote.  The radiofrequency excitation described is also suitable for a plasma deposition application in a gas having a density of between 10 -2 mol / l and 5 * 10 -2 mol / l. The gas used in this application may typically be nitrogen.

L'excitation radiofréquence est encore adaptée à une application de dépollution d'un gaz présentant une densité comprise entre 10-2 mol/L et 5*10-2 mol/L.  The radiofrequency excitation is further adapted to an application for the depollution of a gas having a density of between 10-2 mol / l and 5 * 10-2 mol / l.

L'excitation radiofréquence est en outre adaptée à une application d'éclairage faisant appel à un gaz présentant une densité molaire comprise entre 0,2 mol/L et 1 mol/L.  The radio frequency excitation is furthermore suitable for a lighting application using a gas having a molar density of between 0.2 mol / l and 1 mol / l.

Un système de génération de plasma envisagé comprend principalement trois sous-ensembles fonctionnels: - un générateur capable de faire résonner une structure L-C à une fréquence supérieure à 1MHz avec une tension aux bornes du condensateur supérieure à 5kV, de préférence supérieure à 6kV.  An envisaged plasma generation system mainly comprises three functional subsystems: a generator capable of resonating an L-C structure at a frequency greater than 1 MHz with a voltage across the capacitor greater than 5 kV, preferably greater than 6 kV.

- un résonateur connecté en sortie du générateur et présentant un facteur de surtension compris entre 40 et 20 200 et présentant une fréquence de résonance supérieure à 1 MHz.  a resonator connected at the output of the generator and having an overvoltage factor of between 40 and 200 and having a resonance frequency greater than 1 MHz.

-une tête de bougie comprenant deux électrodes séparées par un isolant, permettant de générer un plasma lors de l'application de l'excitation radiofréquence.  a candle head comprising two electrodes separated by an insulator, making it possible to generate a plasma when radiofrequency excitation is applied.

La figure 5 représente un mode de réalisation d'un système de génération de plasma 1 et de son générateur de tension 2. Le générateur de tension oomprend 30 avantageusement: 2859831 14 -une alimentation basse tension 3 (générant une tension continue inférieure à 1000 V); -un amplificateur radiofréquence 5, amplifiant la tension continue et générant une tension alternative à la fréquence commandée par la commande de commutation 4.  FIG. 5 shows an embodiment of a plasma generation system 1 and its voltage generator 2. The voltage generator advantageously comprises: a low voltage supply 3 (generating a DC voltage of less than 1000 V); ); a radio frequency amplifier 5, amplifying the DC voltage and generating an AC voltage at the frequency controlled by the switching control 4.

La tension alternative de l'amplificateur 5 est appliquée sur le résonateur LC 6. Le résonateur LC 6 applique la tension alternative selon l'invention entre les électrodes 103 et 106 de la tête de bougie.  The alternating voltage of the amplifier 5 is applied to the resonator LC 6. The resonator LC 6 applies the alternating voltage according to the invention between the electrodes 103 and 106 of the candle head.

La tension fournie par l'alimentation 3 est inférieure à 1000V et l'alimentation présente de préférence une puissance limitée. On peut ainsi prévoir que l'énergie appliquée entre les électrodes soit limitée à 300mJ par allumage, pour des raisons de sécurité. On bride ainsi également l'intensité dans le générateur de tension 2 et sa consommation électrique. Pour générer des tensions continues supérieures à 12 V dans une application automobile, l'alimentation 3 peut comprendre un convertisseur 12 Volt vers Y Volt, Y étant la tension fournie par l'alimentation à l'amplificateur. On peut ainsi générer le niveau de tension continue souhaitée à partir d'une tension de batterie. La stabilité de la tension continue générée n'étant a priori pas un critère déterminant, on peut prévoir d'utiliser une alimentation à découpage pour alimenter l'amplificateur, pour ses qualités de robustesse et de simplicité.  The voltage supplied by the power supply 3 is less than 1000V and the power supply preferably has a limited power. It can thus be provided that the energy applied between the electrodes is limited to 300mJ by ignition, for safety reasons. This also clamps the intensity in the voltage generator 2 and its power consumption. To generate DC voltages greater than 12 V in an automotive application, the power supply 3 may include a 12 Volt to Y Volt converter, where Y is the voltage supplied by the power supply to the amplifier. It is thus possible to generate the desired DC voltage level from a battery voltage. The stability of the DC voltage generated is not a priori a decisive criterion, it can be expected to use a switching power supply to power the amplifier, for its qualities of robustness and simplicity.

2859831 15 On peut également envisager, selon une variante, d'appliquer aux bornes de l'amplificateur une tension de 42 V prélevée sur le circuit électrique du véhicule. Il s'agit en effet du niveau de tension qui sera en vigueur dans de futures normes applicables aux futurs véhicules automobiles. Cette variante, évitant la conversion de tension par l'alimentation 3, réduit sensiblement le coût et la complexité du générateur de tension 2.  Alternatively, it may be envisaged to apply a voltage of 42 V to the terminals of the amplifier taken from the electrical circuit of the vehicle. This is the level of tension that will prevail in future standards for future motor vehicles. This variant, avoiding the voltage conversion by the power supply 3, substantially reduces the cost and the complexity of the voltage generator 2.

Ce générateur de tension permet de concentrer les tensions les plus élevées sur le résonateur 6. L'amplificateur 5 traite ainsi des tensions beaucoup plus réduites que les tensions appliquées entre les électrodes: on peut donc utiliser un amplificateur 5 d'un coût raisonnable et présentant des caractéristiques voisines de composants usuels pour la production automobile de masse, dont la fiabilité est en outre éprouvée. De plus, un tel générateur de tension présente un nombre de composants relativement réduit. On dispose ainsi d'un système de génération de tension présentant une fiabilité, un volume, un poids et une facilité de production intéréssants, en particulier pour de grandes séries dans une application automobile.  This voltage generator makes it possible to concentrate the highest voltages on the resonator 6. The amplifier 5 thus deals with much lower voltages than the voltages applied between the electrodes: it is therefore possible to use an amplifier 5 of a reasonable cost and presenting characteristics similar to conventional components for automotive mass production, the reliability of which is furthermore proven. In addition, such a voltage generator has a relatively small number of components. There is thus a voltage generation system having a reliability, volume, weight and ease of production of interest, especially for large series in an automotive application.

L'amplificateur 5 permet d'accumuler de l'énergie dans le résonateur 6 à chaque alternance de sa tension. On utilisera de préférence un amplificateur 5 en classe E, tel que détaillé dans le brevet US-5 187 580. Un tel amplificateur permet de maximiser le facteur de surtension. Un tel amplificateur réalise des 2859831 16 commutations déphasées par rapport à l'amplificateur décrit dans le brevet US-3 919 656 qui vise à réaliser des commutations à tension et/ou intensités nulles et n'optimise pas le facteur de surtension de l'amplificateur. L'homme de métier associera bien entendu un dispositif de commutation adapté à l'amplificateur choisi, pour supporter les exigences de montées en tension et présenter une vitesse de commutation adéquate.  The amplifier 5 accumulates energy in the resonator 6 at each alternation of its voltage. A class E amplifier 5 will preferably be used, as detailed in US Pat. No. 5,187,580. Such an amplifier makes it possible to maximize the overvoltage factor. Such an amplifier performs 16 shifts out of phase with respect to the amplifier described in US Pat. No. 3,919,656, which aims to perform switching at zero voltage and / or intensity and does not optimize the amplifier overvoltage factor. . Those skilled in the art will of course associate a switching device adapted to the chosen amplifier, to support the requirements of voltage increases and to have an adequate switching speed.

L'amplificateur en classe E préférentiel comporte un résonateur parallèle 62. Ce résonateur parallèle 62 est de préférence réalisé sur la même carte que l'amplificateur 5 et sa commande 4 de commutation. Le résonateur parallèle 62 stocke temporairement de l'énergie fournie par l'amplificateur 5, et fournit périodiquement cette énergie au résonateur série 61. Avec les valeurs de tension d'alimentation précisées par ailleurs, on utilisera un amplificateur 5 présentant un coefficient de surtension de l'ordre de 3. Ce coefficient de surtension correspond au rapport entre la tension fournie par l'alimentation basse tension 3 et l'amplitude entre crêtes de la tension appliquée sur le résonateur série. Le coefficient de surtension du résonateur série 61 associé est alors de préférence compris entre 40 et 200. Le coefficient de surtension du résonateur série est notamment limité par son angle de perte.  The preferred class E amplifier comprises a parallel resonator 62. This parallel resonator 62 is preferably made on the same card as the amplifier 5 and its switching control 4. The parallel resonator 62 temporarily stores energy supplied by the amplifier 5, and periodically supplies this energy to the series resonator 61. With the supply voltage values specified elsewhere, an amplifier 5 having an overvoltage coefficient of This overvoltage coefficient corresponds to the ratio between the voltage supplied by the low voltage supply 3 and the amplitude between peaks of the voltage applied to the series resonator. The overvoltage coefficient of the associated series resonator 61 is then preferably between 40 and 200. The overvoltage coefficient of the series resonator is notably limited by its loss angle.

On va exposer un dimensionnement préférentiel des éléments inductifs et capacitifs du résonateur série 30 61. La figure 6 illustre un modèle électrique de ce 2859831 17 résonateur. Ainsi, l'inductance série 65 présente en série une inductance L et une résistance Rs prenant en compte l'effet de peau dans le domaine radiofréquence. Le condensateur 119 présente en parallèle une capacité C et une résistance Rp. La résistance Rp correspond le cas échéant à la dissipation dans la céramique de la bougie. Lorsque le résonateur série 61 est alimenté par une tension à sa fréquence de résonance fo (1/(2n'N1(L*C))), l'amplitude aux bornes de la capacité C est amplifiée du coefficient de surtension Q défini par la formule suivante: QL 1 VC Rp Rs L  A preferred dimensioning of the inductive and capacitive elements of the series resonator 61 will be explained. FIG. 6 illustrates an electric model of this resonator 2859831. Thus, the inductance series 65 has in series an inductance L and a resistor Rs taking into account the skin effect in the radiofrequency domain. The capacitor 119 has in parallel a capacitance C and a resistor Rp. The resistor Rp corresponds, if appropriate, to the dissipation in the ceramic of the spark plug. When the series resonator 61 is powered by a voltage at its resonance frequency fo (1 / (2n'N1 (L * C))), the amplitude across the capacitor C is amplified by the overvoltage coefficient Q defined by the following formula: QL 1 VC Rp Rs L

CVS

De l'équation cao2= (2n* fo) 2=1/ (L*C) , on déduit que l'équation suivante doit être vérifiée pour obtenir la 15 valeur maximale de Q: Rs*Rp=L/C On va prendre en compte les conditions suivantes: - fo est de l'ordre de 5MHz; -les valeurs Rs et Rp sont constantes; -Rp est principalement induite par l'encrassement de la tête de bougie et vaut en moyenne 50 kQ; - Rs vaut approximativement 10 ê en prenant en compte l'effet de peau.  From the equation cao2 = (2n * fo) 2 = 1 / (L * C), we deduce that the following equation must be satisfied to obtain the maximum value of Q: Rs * Rp = L / C We will take consider the following conditions: - fo is of the order of 5MHz; the values Rs and Rp are constant; -Rp is mainly induced by the fouling of the candle head and is worth on average 50 kQ; - Rs is approximately 10 ê taking into account the skin effect.

On déduit alors c V Rs * Rp 45pF et c L.jRs * 22 fLU w 2859831 18 Une autre modélisation permet également de déterminer ces caractéristiques. La résistance de la capacité est modélisée par le facteur de dissipation diélectrique (tan (5)=l/(Rp*C)) dans le matériau isolant de la tête de bougie, que l'on considère constant et uniquement dépendant du matériau choisi.  We then deduce c V Rs * Rp 45pF and c L.jRs * 22 fLU w 2859831 18 Another modeling also makes it possible to determine these characteristics. The resistance of the capacitance is modeled by the dielectric dissipation factor (tan (5) = 1 / (Rp * C)) in the insulating material of the candle head, which is considered constant and solely dependent on the chosen material.

Le coefficient de surtension est alors défini comme suit:  The overvoltage coefficient is then defined as follows:

QQ

La maximisation du coefficient de surtension 4 est alors équivalente à la minimisation de C. On choisit alors de préférence une capacité C élevée et une inductance L réduite.  The maximization of the overvoltage coefficient 4 is then equivalent to the minimization of C. A high capacitance C and a reduced inductance L are then preferably chosen.

Ces règles de détermination s'appliquent quel que soit le type de résonateur série utilisé et s'appliquent donc également à la bobinebougie décrite ultérieurement.  These determination rules apply regardless of the type of series resonator used and therefore also apply to the coilbougie described later.

Un compromis dans le choix des valeurs est cependant nécessaire pour la variante utilisant un transistor MOS de puissance comme interrupteur, comme décrit ci-après. En effet, le courant traversant l'interrupteur MOS croit alors avec la capacité C. La valeur de la capacité C doit donc être fixée en fonction du courant nominal de l'interrupteur MOS.  A compromise in the choice of values is however necessary for the variant using a power MOS transistor as a switch, as described below. Indeed, the current flowing through the switch MOS then increases with the capacitance C. The value of the capacitance C must therefore be set as a function of the nominal current of the switch MOS.

On va maintenant décrire plusieurs variantes d'amplificateurs 5. De façon générale, on utilisera de Rs 2859831 19 préférence un amplificateur présentant un transistor MOSFET de puissance comme interrupteur 51 commandant les commutations aux bornes du résonateur 6. Les figures 7 et 8 illustrent deux modes de réalisations d'amplificateurs 5 incluant des MOSFET M4, comme interrupteurs 51. Les contraintes d'amplitude et de fréquence concernant la tension à générer entre les électrodes peuvent être résolues avec un transistor MOSFET de puissance présentant les caractéristiques suivantes: une isolation supérieure à 500 V, une capacité en courant de drain supérieure à 30 A, un temps de commutation inférieur à 20 ns (et de préférence de l'ordre de 1Ons en cas d'utilisation d'une boucle d'asservissement) et une capacité en courant de grille atteignant 10A.  Several variants of amplifiers 5 will now be described. In general, an amplifier having a power MOSFET transistor will be used as a switch 51 controlling the commutations at the terminals of the resonator 6. FIGS. 7 and 8 illustrate two modes. embodiments of amplifiers 5 including MOSFETs M4, as switches 51. The amplitude and frequency constraints concerning the voltage to be generated between the electrodes can be solved with a power MOSFET having the following characteristics: an insulation greater than 500 V, a drain current capacity greater than 30 A, a switching time of less than 20 ns (and preferably of the order of 10 ns when using a control loop) and a current capacitance of grid reaching 10A.

Ce transistor MOSFET présentera également de préférence une inductance inférieure à 7 nH sur ses liaisons entre sa surface active de silicium et le circuit imprimé sur lequel il est implanté. On évite ainsi des transitoires lors de pics de tension élevés qui seraient préjudiciables aux commutations rapides du transistor.  This MOSFET transistor will also preferably have an inductance of less than 7 nH on its connections between its active silicon surface and the printed circuit on which it is implanted. This avoids transients during high voltage peaks that would be detrimental to the fast switching of the transistor.

La figure 7 représente un premier mode de réalisation d'un amplificateur 5 présentant un tel transistor de commande de commutation M4. Un transformateur à point milieu 56 est interposé entre la commande 4 et le MOSFET de puissance M4. Le MOSFET de puissance M4 peut ainsi être commandé très rapidement avec une tension symétrique capable de le bloquer efficacement. En effet, l'application d'une tension 2859831 20 négative sur la grille du transistor MOSFET M4 permet de compenser les surtensions causées par l'inductance de liaison de M4 avec le reste du circuit. Le blocage du transistor est ainsi facilité, d'autant qu'une tension négative permet de décharger la capacité grille-drain particulièrement rapidement.  FIG. 7 represents a first embodiment of an amplifier 5 having such a switching control transistor M4. A midpoint transformer 56 is interposed between the control 4 and the power MOSFET M4. The M4 power MOSFET can thus be controlled very quickly with a symmetrical voltage able to block it effectively. Indeed, the application of a negative voltage 2859831 on the gate of the MOSFET transistor M4 makes it possible to compensate for the overvoltages caused by the linkage inductance of M4 with the rest of the circuit. The blocking of the transistor is thus facilitated, especially since a negative voltage makes it possible to discharge the gate-drain capacitor particularly rapidly.

L'amplificateur 5 représenté comprend deux transistors intermédiaires M1 et M2 disposés pour alimenter en alternance les bobines Li et L2 du primaire du transformateur à point milieu. Un circuit de pilotage 57 applique des signaux de commande respectifs sur les transistors M1 et M2. Les signaux de commande ne se recouvrent pas temporellement pour éviter un court-circuit dans le primaire. Les signaux de commande présentent également avantageusement des durées d'activation sensiblement égales pour limiter le courant magnétisant dans le transformateur 56. On peut également compenser une inégalité des temps d'activation par une valeurélevée de l'inductance magnétisante du transformateur 56.  The amplifier 5 shown comprises two intermediate transistors M1 and M2 arranged to alternately feed the coils Li and L2 of the primary of the transformer at the midpoint. A control circuit 57 applies respective control signals to the transistors M1 and M2. The control signals do not overlap temporally to avoid a short circuit in the primary. The control signals also advantageously have substantially equal activation times to limit the magnetizing current in the transformer 56. It is also possible to compensate for an inequality of the activation times by a high value of the magnetising inductance of the transformer 56.

Le chronogramme de la figure 9 illustre différents signaux durant l'excitation du résonateur série 61. La courbe 91 représente le courant traversant le résonateur série 61. La courbe 92 illustre la tension de grille du MOSFET M4. La courbe 93 illustre la tension à l'entrée du résonateur série 61.  The timing diagram of FIG. 9 illustrates various signals during the excitation of the series resonator 61. The curve 91 represents the current flowing through the series resonator 61. The curve 92 illustrates the gate voltage of the MOSFET M4. Curve 93 illustrates the voltage at the input of the series resonator 61.

On intègre avantageusement l'amplificateur 5 sur un même circuit imprimé 8. On peut ainsi intégrer le 30 transformateur 56, les transistors Ml à M4 et le 2859831 21 circuit de pilotage 57 sur le même circuit imprimé, selon le schéma représenté à la figure 10. On obtient ainsi pour un coût réduit un amplificateur 5 très compact. On minimise également l'inductance de fuite du transformateur et les surtensions aux bornes des transistors intermédiaires M1 et M2.  Amplifier 5 is advantageously integrated on the same printed circuit board 8. Transformer 56, transistors M1 to M4 and control circuit 57 can thus be integrated on the same printed circuit, according to the diagram shown in FIG. 10. This results in a very compact amplifier at a reduced cost. The leakage inductance of the transformer and the overvoltages at the terminals of the intermediate transistors M1 and M2 are also minimized.

La partie gauche de la figure 10 représente plusieurs éléments de l'amplificateur 5 et leurs connexions. La partie centrale de la figure 10 représente les transistors M1 et M2 et leur bobinage respectif L11 et L12. La partie droite de la figure 10 représente schématiquement les différents éléments intégrés sur le circuit imprimé 8. L'ensemble formé par les transistors M1 à M4, les bobines L11, L12 et L2, est de préférence disposé sur un bord du circuit imprimé 8. Les bobinages peuvent ainsi être disposés dans l'entrefer d'un tore fendu 81.  The left part of Figure 10 shows several elements of the amplifier 5 and their connections. The central part of FIG. 10 represents the transistors M1 and M2 and their respective windings L11 and L12. The right part of FIG. 10 schematically represents the various elements integrated on the printed circuit 8. The assembly formed by the transistors M1 to M4, the coils L11, L12 and L2, is preferably arranged on an edge of the printed circuit 8. The windings can thus be arranged in the air gap of a split torus 81.

La figure 8 représente un second mode de réalisation d'un amplificateur 5 présentant un transistor de commande de commutation MOSFET M4. Les grilles des transistors Ml et M2 sont liées. Les transistors M1 et M2 commutent donc simultanément. Le transistor bipolaire M3 est donc monté en suiveur. Lorsque M1 et M2 conduisent, le transistor bipolaire M3 est bloqué, et par conséquent, le transistor MOSFET M4 est également bloqué. On utilisera de préférence des transistors intermédiaires M1 et M2 présentant les caractéristiques suivantes: Une tension de commande de 5V, une intensité nominale de 8A à cette tension, une 2859831 22 résistance Ro inférieure à 150 milliOhms et un temps de réponse inférieur à 20ns.  FIG. 8 represents a second embodiment of an amplifier 5 having a MOSFET switching control transistor M4. The gates of the transistors M1 and M2 are linked. Transistors M1 and M2 thus switch simultaneously. The bipolar transistor M3 is therefore mounted as a follower. When M1 and M2 conduct, the bipolar transistor M3 is off, and therefore the MOSFET transistor M4 is also blocked. Intermediate transistors M1 and M2 having the following characteristics are preferably used: a control voltage of 5V, a nominal intensity of 8A at this voltage, a resistance Ro of less than 150 milliOhms and a response time of less than 20 ns.

Comme représenté aux figures 11 à 13, on réalise avantageusement un asservissement de l'amplificateur 5 sur le courant de charge appliqué au résonateur 6. En pratique, on cherche à asservir un interrupteur 51 commandant les commutations aux bornes du résonateur 6. L'amplificateur 5 présente ainsi un dispositif de mesure 54 du courant appliqué à l'entrée du résonateur 6. La consigne est appliquée sur une entrée 58 d'un comparateur. Le signal de sortie du comparateur est appliqué sur un dispositif d'amplification 53 représenté schématiquement. On optimise ainsi le facteur de surtension de l'amplificateur 5 en pilotant le résonateur 6 à sa fréquence propre malgré les dérives de comportement des composants. On évite ainsi de recourir à des composants dont le coût et la complexité sont inappropriés à une production de masse.  As shown in FIGS. 11 to 13, control of the amplifier 5 is advantageously carried out on the load current applied to the resonator 6. In practice, it is sought to slave a switch 51 controlling the commutations at the terminals of the resonator 6. The amplifier 5 thus has a measuring device 54 of the current applied to the input of the resonator 6. The setpoint is applied to an input 58 of a comparator. The output signal of the comparator is applied to an amplification device 53 shown schematically. This optimizes the overvoltage factor of the amplifier 5 by driving the resonator 6 at its own frequency despite behavioral drifts of the components. This avoids the use of components whose cost and complexity are inappropriate for mass production.

L'asservissement est par exemple réalisé en réinjectant dans l'amplificateur 5 une tension proportionnelle au courant circulant dans la charge. On peut également appliquer une correction de phase sur le signal mesuré par l'intermédiaire du module de déphasage 55.  The slaving is for example carried out by re-injecting into the amplifier 5 a voltage proportional to the current flowing in the load. Phase correction can also be applied to the measured signal via the phase shift module 55.

Dans un tel transformateur 54, combiné à une boucle d'asservissement, la résistance parallèle R2 du secondaire du transformateur remplit préférentiellement deux fonctions de l'asservissement: la rétroaction d'un signal proportionnel au courant dans la charge, et le déphasage de l'intensité traversant la charge en fonction de sa valeur de résistance.  In such a transformer 54, combined with a control loop, the parallel resistor R2 of the secondary of the transformer preferably fulfills two functions of the servocontrol: the feedback of a signal proportional to the current in the load, and the phase shift of the intensity crossing the load according to its resistance value.

On utilise avantageusement un transformateur 54 présentant une valeur d'inductance très réduite (par exemple comprise entre 10 et 20 nH) et dont les enroulements supportent un courant de l'ordre de 10A.  It is advantageous to use a transformer 54 having a very low inductance value (for example between 10 and 20 nH) and whose windings support a current of the order of 10A.

La figure 14 présente ainsi un exemple de transformateur réalisé sur un circuit imprimé, facilitant l'obtention de telles caractéristiques. La partie gauche de la figure 14 représente indépendamment les couches utiles du circuit imprimé. La partie droite de la figure représente ces couches superposées et assemblées. L'élément conducteur 151 forme le primaire d'un transformateur, et est disposé sur une première face du substrat 152. Cet élément conducteur 151 est dans l'exemple réalisé sous forme sensiblement filaire. Les éléments conducteurs 153 et 154 forment le secondaire du transformateur. Ces éléments conducteurs 153 et 154 sont disposés sur une deuxième face du substrat 152, en vis-à-vis de l'élément conducteur 152. Les éléments 153 et 154 sont reliés électriquement d'une part suivant la ligne pointillée, et d'autre part par la résistance 155. La résistance 155 peut ainsi être utilisée pour mesurer le courant traversant l'élément conducteur 151 et pour former le module de déphasage 55 décrit précédemment.  FIG. 14 thus shows an example of a transformer produced on a printed circuit, making it easier to obtain such characteristics. The left part of FIG. 14 independently represents the useful layers of the printed circuit. The right part of the figure represents these superimposed and assembled layers. The conductive element 151 forms the primary of a transformer, and is disposed on a first face of the substrate 152. This conducting element 151 is in the example realized in substantially wire form. The conductive elements 153 and 154 form the secondary of the transformer. These conductive elements 153 and 154 are arranged on a second face of the substrate 152, vis-à-vis the conductive element 152. The elements 153 and 154 are electrically connected firstly along the dotted line, and other The resistor 155 can thus be used to measure the current flowing through the conductive element 151 and to form the phase shift module 55 described above.

On adapte avantageusement l'asservissement de l'interrupteur 51 commandant les commutations aux 30 bornes du résonateur 6 décrit précédemment aux modes de 2859831 24 réalisations présentant un transistor de commande de commutation MOSFET de puissance comme interrupteur. On peut ainsi commuter le transistor MOSFET M4 aux instants optimaux.  Advantageously, the servo-control of the switch 51 controlling the commutations across the resonator 6 described previously to the modes of 2859831 24 embodiments having a power MOSFET switching control transistor as a switch is advantageously adapted. It is thus possible to switch the MOSFET transistor M4 at the optimum times.

Afin que la structure d'asservissement produise rapidement des oscillations, malgré un courant de charge initial nul, on dispose de plusieurs variantes avantageuses du système.  In order for the servo structure to produce oscillations rapidly, despite an initial zero load current, several advantageous variants of the system are available.

Le résonateur LC 6 comprend un résonateur série 61 et un résonateur parallèle 62. Le résonateur série 61 présente une capacité série 119 et une inductance série 65. Selon une première variante, la structure d'asservissement comprend un oscillateur astable 52 (par exemple un générateur de créneaux) pour générer les premières alternances dans la capacité série 119 et stabiliser les oscillations en régime entretenu. On prévoit que la fréquence de l'oscillateur soit proche de la fréquence de l'excitation générée entre les électrodes. La structure d'asservissement additionne le signal de mesure de courant et le signal de l'oscillateur astable 52 et permet ainsi à l'amplificateur en classe E de réaliser les commutations aux moments les plus favorables.  The resonator LC 6 comprises a series resonator 61 and a parallel resonator 62. The series resonator 61 has a series capacitance 119 and a series inductor 65. According to a first variant, the servocontrol structure comprises an astable oscillator 52 (for example a generator of crenellations) to generate the first alternations in the series 119 capacitance and to stabilize the oscillations under steady state conditions. It is expected that the frequency of the oscillator is close to the frequency of the excitation generated between the electrodes. The servo structure adds the current measurement signal and the signal of the astable oscillator 52 and thus enables the class E amplifier to perform the switching at the most favorable moments.

Par ailleurs, le premier créneau généré par l'oscillateur 52 est approximativement deux fois plus court que les suivants: ainsi, on peut initialiser le courant dans l'inductance série 65 à la valeur de ce courant en régime entretenu. Le résonateur parallèle 62 comprend une inductance 621 et une capacité 622 disposées en parallèle. Toutes les impulsions aux 2859831 25 bornes de l'inductance 621 et de la capacité 622 sont alors égales. On peut ainsi éviter de sur-dimensionner l'interrupteur 51 et l'exploiter de façon optimale.  Moreover, the first slot generated by the oscillator 52 is approximately twice as short as the following: thus, the current in the series inductance 65 can be initialized to the value of this current under steady state conditions. The parallel resonator 62 comprises an inductor 621 and a capacitor 622 arranged in parallel. All pulses at the terminals of inductor 621 and capacitance 622 are then equal. It is thus possible to avoid oversizing the switch 51 and exploit it optimally.

La figure 12 représente une seconde variante. Le signal de commande appliqué sur l'interrupteur 51 génère un créneau de tension de faible durée, c'est-à-dire de l'ordre de 5ps, initiant la première alternance dans le résonateur 6. Le signal d'asservissement commande ensuite l'interrupteur 51. La boucle de rétroaction de la structure d'asservissement présente un gain élevé. Ainsi, l'impulsion initiale rendant l'asservissement opérationnel est suffisamment courte, et le courant traversant l'interrupteur 51 reste raisonnable. Il n'est ainsi pas nécessaire de sur- dimensionner l'interrupteur 51 pour réaliser le démarrage de l'asservissement, en particulier lorsque l'interrupteur est formé d'un transistor MOSFET de puissance.  Figure 12 shows a second variant. The control signal applied to the switch 51 generates a voltage slot of short duration, that is to say of the order of 5ps, initiating the first half-wave in the resonator 6. The servo signal then controls the Switch 51. The feedback loop of the servo structure has a high gain. Thus, the initial pulse making the servocontrol operational is sufficiently short, and the current flowing through the switch 51 remains reasonable. It is thus not necessary to over-size the switch 51 to start the servocontrol, particularly when the switch is formed of a power MOSFET transistor.

Une combinaison avantageuse du résonateur parallèle 62 et du résonateur série 61 optimise le fonctionnement du système lorsque la fréquence propre du résonateur parallèle 62 est légèrement supérieure à celle du résonateur série 61. Ainsi, l'impulsion de tension générée par la fermeture du transistor interrupteur M4 a une durée inférieure à la demi- période du résonateur série 61. Ainsi, l'impulsion lors de la fermeture du transistor interrupteur M4 est anticipée par la diode inverse interne du transistor M4 lorsque la tension de son drain repasse par une valeur nulle. On prévoit 2859831 26 alors que le rapport entre les impédances caractéristiques respectives du résonateur parallèle 62 et du résonateur série 61 soit inférieur à 100 supérieur à 40. La valeur inférieure garantit un bon coefficient de surtension. La valeur supérieure limite les courants dans le transistor M4. On utilise typiquement une capacité de 1 nF et une inductance de 1 pH pour le résonateur parallèle 62. L'impédance caractéristique du résonateur parallèle 62 vaut alors approximativement 32 ohms.  An advantageous combination of the parallel resonator 62 and the series resonator 61 optimizes the operation of the system when the natural frequency of the parallel resonator 62 is slightly greater than that of the series resonator 61. Thus, the voltage pulse generated by the closing of the switch transistor M4 has a duration less than the half-period of the series resonator 61. Thus, the pulse during the closing of the switch transistor M4 is anticipated by the internal reverse diode of the transistor M4 when the voltage of its drain returns to a zero value. The ratio between the respective characteristic impedances of the parallel resonator 62 and the series resonator 61 is predicted to be less than 100 greater than 40. The lower value guarantees a good overvoltage coefficient. The upper value limits the currents in the transistor M4. A 1 nF capacity and a 1-pH inductor are typically used for the parallel resonator 62. The characteristic impedance of the parallel resonator 62 is then approximately 32 ohms.

Par ailleurs, dans le résonateur parallèle 62, on peut considérer que les capacités entre les spires de l'inductance 621 seront négligeables par rapport à la capacité du condensateur 622. On peut donc réaliser l'inductance 621 sous forme d'une superposition de pistes conductrices 623 sensiblement circulaires, réalisées sur les couches superposées d'un circuit imprimé. Des exemples de structures d'inductances 621 sur circuit imprimé sont représentés aux figures 15 et 16. Les modes de réalisation de ces figures permettent ainsi de réaliser une inductance 621 sans noyau de ferrite. On réduit ainsi le coût et on améliore les performances de l'inductance 621.  Furthermore, in the parallel resonator 62, it can be considered that the capacitances between the turns of the inductor 621 will be negligible with respect to the capacitance of the capacitor 622. It is therefore possible to realize the inductance 621 in the form of a superposition of tracks. substantially circular conductors 623 formed on the superposed layers of a printed circuit. Examples of inductance structures 621 on a printed circuit are shown in FIGS. 15 and 16. The embodiments of these figures thus make it possible to produce an inductor 621 without a ferrite core. This reduces the cost and improves the performance of the inductor 621.

Sur les figures 15 et 16, les points épais représentent des plots de connexion des différentes pistes. Les traits verticaux joignant les plots de connexion représentent des liaisons conductrices entre les plots. Les pistes connectées forment ainsi une bobine. Avantageusement, chaque piste 623 est entourée 2859831 27 d'une boucle fermée 625, afin de réduire le rayonnement de l'inductance 621 formée par les pistes.  In Figures 15 and 16, the thick points represent connection pads of the different tracks. The vertical lines joining the connection pads represent conductive connections between the pads. The connected tracks thus form a coil. Advantageously, each track 623 is surrounded by a closed loop 625, in order to reduce the radiation of the inductance 621 formed by the tracks.

Le schéma de la figure 15 représente une variante présentant une couche supérieure et une couche inférieure ne présentant pas de piste de bobine. La couche supérieure et la couche inférieure présentent chacune une borne de connexion 624 de l'inductance 621.  The diagram of Figure 15 shows a variant having an upper layer and a lower layer having no coil track. The upper layer and the lower layer each have a connection terminal 624 of the inductor 621.

Le schéma de la figure 16 représente une variante, dans laquelle la couche inférieure et la couche supérieure présentent chacune une piste de bobine et une borne de connexion. Les lignes courbes 626 joignant un plot de connexion à une borne de connexion 624 représentent une liaison électrique rapportée sur ces couches de circuit imprimé.  The diagram of FIG. 16 represents a variant, in which the lower layer and the upper layer each have a coil track and a connection terminal. The curved lines 626 joining a connection pad to a connection terminal 624 represent an electrical connection reported on these printed circuit layers.

Aux fréquences de travail du résonateur 6, les pertes sont importantes. Afin de limiter ces pertes, on limite de préférence au maximum la présence de matériau magnétique dans le résonateur série 61.  At the working frequencies of the resonator 6, the losses are significant. In order to limit these losses, the presence of magnetic material in the series resonator 61 is preferably minimized.

Il est à noter dans ce qui précède que la mention d'un résonateur série n'implique pas forcément que le résonateur inclut également un résonateur parallèle.  It should be noted in the foregoing that the mention of a series resonator does not necessarily imply that the resonator also includes a parallel resonator.

Comme illustré à la figure 17, on peut envisager une variante, dans laquelle on utilise une alimentation et un amplificateur communs pour deux résonateurs 6 disposés en parallèle. Cette variante permet de réduire le poids, le coût et la complexité globale du système de génération de tension 1 pour un moteur à allumage commandé. Chaque résonateur 6 correspond à une 2859831 28 chambre de combustion respective 141 et 142, les deux chambres de combustion étant en opposition de phase. L'amplificateur 5 est commandé de sorte que la tension d'allumage soit générée à la fois lors de la compression et lors de la détente pour chaque chambre de combustion. En effet, la compression dans une chambre 141 est synchronisée avec la détente 142 dans l'autre. Lors de la génération de la tension, le claquage dans la chambre en détente 142 est beaucoup plus rapide que dans la chambre en compression 141. En effet, la densité de gaz dans la chambre en détente est beaucoup plus faible que la densité dans la chambre en compression. La résistance de décharge équivalente de la chambre en détente 142 est ainsi beaucoup plus élevée que celle de la chambre en compression. La bougie présente dans la chambre en compression poursuit alors sa montée en tension jusqu'au claquage. La densité du gaz dans la chambre en détente est suffisamment faible pour ne pas modifier de façon gênante le coefficient de surtension dans la chambre en compression; la génération de l'étincelle dans la chambre en compression est ainsi peu perturbée par la génération de la tension dans l'autre chambre.  As illustrated in FIG. 17, it is possible to envisage a variant in which a common power supply and amplifier are used for two resonators 6 arranged in parallel. This variant reduces the weight, cost and overall complexity of the voltage generation system 1 for a spark ignition engine. Each resonator 6 corresponds to a respective combustion chamber 141 and 142, the two combustion chambers being in phase opposition. The amplifier 5 is controlled so that the ignition voltage is generated both during compression and during expansion for each combustion chamber. Indeed, the compression in a chamber 141 is synchronized with the trigger 142 in the other. During the generation of the voltage, the breakdown in the expansion chamber 142 is much faster than in the compression chamber 141. Indeed, the gas density in the expansion chamber is much lower than the density in the chamber in compression. The equivalent discharge resistance of the expansion chamber 142 is thus much higher than that of the compression chamber. The candle present in the compression chamber then continues to rise in voltage until breakdown. The density of the gas in the expansion chamber is low enough not to disturb the coefficient of overvoltage in the compression chamber; the generation of the spark in the chamber in compression is thus undisturbed by the generation of the voltage in the other chamber.

La figure 18 représente une vue en coupe d'une bougie intégrant avantageusement un résonateur série 61. La bougie 110 présente une borne de connexion 131, connectée à une première extrémité d'un bobinage inductif 112. La deuxième extrémité du bobinage inductif 112 est connectée à une extrémité interne de 2859831 29 l'électrode haute tension 106. Cette extrémité est également en contact avec un élément isolant 111 formant le condensateur.  FIG. 18 represents a sectional view of a spark plug advantageously integrating a series resonator 61. The spark plug 110 has a connection terminal 131, connected to a first end of an inductive winding 112. The second end of the inductive winding 112 is connected. at an inner end of the high voltage electrode 106. This end is also in contact with an insulating element 111 forming the capacitor.

Les électrodes 103 et 106 sont dans cet exemple séparées par le matériau diélectrique 100 destiné au guidage des étincelles entre ces électrodes. Le résonateur série 61 intégré dans la bougie 110 comprend le bobinage inductif 112 et l'élément isolant 100 formant également le condensateur entre les électrodes 103 et 106. Le condensateur et le bobinage inductif 112 sont disposés en série. La capacité série du résonateur série 61 est formée du condensateur et des capacités parasites internes de la bougie. Cette capacité 119 est disposée en série avec une inductance 65 pour former le résonateur série 61. La longueur de la connexion entre l'inductance et le condensateur étant ainsi réduite, on réduit les capacités parasites dans la bougie. Il est ainsi aisé d'obtenir un coefficient de surtension du résonateur série compris dans la plage préférentielle de 40 à 200 décrite précédemment. La bougie 110 est ainsi utilisée pour entretenir la tension alternative entre les électrodes 103 et 106, dans le domaine de fréquence souhaité.  The electrodes 103 and 106 are in this example separated by the dielectric material 100 for guiding sparks between these electrodes. The series resonator 61 integrated in the spark plug 110 comprises the inductive winding 112 and the insulating element 100 also forming the capacitor between the electrodes 103 and 106. The capacitor and the inductive winding 112 are arranged in series. The series capacitance of the series 61 resonator is formed of the capacitor and internal parasitic capacitances of the spark plug. This capacitor 119 is arranged in series with an inductor 65 to form the series resonator 61. The length of the connection between the inductor and the capacitor being thus reduced, the parasitic capacitances in the spark plug are reduced. It is thus easy to obtain an overvoltage coefficient of the series resonator in the preferred range of 40 to 200 described above. The candle 110 is thus used to maintain the alternating voltage between the electrodes 103 and 106, in the desired frequency range.

Le résonateur série intégré dans la bougie présente 25 de préférence un bobinage unique 112, facilitant la fabrication d'une telle bougie.  The integrated series resonator in the candle preferably has a single coil 112, facilitating the manufacture of such a candle.

Un nombre important de spires dans le bobinage unique 112 est nécessaire pour obtenir une inductance de l'ordre de 50 gH (ordre de grandeur détaillé par la 30 suite). Or, un nombre de spires important génère des 2859831 30 capacités parasites. L'unique bobinage inductif 112 présente de préférence un axe (identifié par la ligne en trait mixte) et est constitué d'une pluralité de spires superposées suivant son axe. On entend ainsi que la projection d'une spire est identique à la projection de toutes les spires suivant cet axe. On limite alors les capacités parasites en ne superposant pas des spires radialement.  A large number of turns in the single coil 112 is necessary to obtain an inductance of the order of 50 gH (order of magnitude detailed later). However, a large number of turns generates parasitic capacitances. The single inductive winding 112 preferably has an axis (identified by the dashed line) and consists of a plurality of turns superimposed along its axis. It is thus understood that the projection of a turn is identical to the projection of all the turns along this axis. The parasitic capacitances are then limited by not superimposing turns radially.

La bougie comprend en outre avantageusement un blindage 132 connecté à une masse et entourant le bobinage inductif 112. Les lignes de champ sont ainsi refermées à l'intérieur du blindage 132. Le blindage 132 réduit ainsi les émissions électromagnétiques parasites de la bougie 110. Le bobinage 112 peut en effet générer des champs électromagnétiques intenses avec l'excitation radiofréquence qu'il est envisagé d'appliquer entre les électrodes. Ces champs peuvent notamment perturber des systèmes embarqués d'un véhicule ou dépasser des seuils définis dans des normes d'émission. Le blindage 132 est de préférence constitué d'un matériau non ferreux à conductivité élevée, tel que le cuivre. On peut notamment utiliser une boucle conductrice comme blindage 132.  The spark plug furthermore advantageously comprises a shield 132 connected to a ground and surrounding the inductive winding 112. The field lines are thus closed inside the shielding 132. The shielding 132 thus reduces the parasitic electromagnetic emissions of the spark plug 110. coil 112 can indeed generate intense electromagnetic fields with the radiofrequency excitation that is intended to apply between the electrodes. These fields may notably disrupt embedded systems of a vehicle or exceed thresholds defined in emission standards. The shield 132 is preferably made of a non-ferrous material of high conductivity, such as copper. It is possible in particular to use a conductive loop as shielding 132.

Pour un blindage 132 et un bobinage unique 112 présentant chacun une forme globalement cylindrique, le rapport optimal entre leur diamètre vaut le nombre d'Euler, soit approximativement 2,72, si l'on veut minimiser le champ électrique maximal, généré à la surface des spires. On évite ainsi des phénomènes de claquage à l'origine de dissipations d'énergie dans la 2859831 31 bougie. On choisira alors de préférence un rapport entre leur diamètre compris entre 2,45 et 3.  For a shield 132 and a single coil 112 each having a generally cylindrical shape, the optimum ratio between their diameter is equal to the Euler number, or approximately 2.72, if it is desired to minimize the maximum electric field generated at the surface. turns. This avoids breakdown phenomena at the origin of energy dissipation in the candle 2859831. We will then preferably choose a ratio between their diameter of between 2.45 and 3.

L'utilisation de deux bobinages 112 enroulés l'un sur l'autre et connectés en parallèle permet de réduire la résistance du bobinage formé. L'effet de peau, augmentant de façon importante la résistance du bobinage dans le domaine radiofréquence, est minimisé par l'enroulement l'un sur l'autre de ces deux bobinages. Si l'on veut minimiser la longueur du bobinage 112 pour une inductance prédéterminée, le rapport optimal entre le diamètre du blindage 132 et le bobinage 112 vaut -e en enroulant l'un sur l'autre deux bobinages 112 connectés en parallèle par leurs extrémités. Les deux bobinages enroulés l'un sur l'autre présentent des diamètres d'enroulement légèrement différents et donc des inductances légèrement différentes, ce qui peut perturber le fonctionnement de la bougie dans le domaine radiofréquence. On a déterminé que pour la valeur citée précédemment, la différence des inductances ne perturbait pas le fonctionnement de la bougie dans le domaine radiofréquence. On choisira dans ce cas de préférence un rapport des diamètres compris entre 1,35 et 1, 5.  The use of two coils 112 wound on one another and connected in parallel makes it possible to reduce the resistance of the winding formed. The skin effect, significantly increasing the resistance of the winding in the radio frequency range, is minimized by the winding one over the other of these two windings. If it is desired to minimize the length of the winding 112 for a predetermined inductance, the optimum ratio between the diameter of the shield 132 and the coil 112 is -e by winding two coils connected in parallel by their ends to one another. . The two coils wound on one another have slightly different winding diameters and therefore slightly different inductances, which can disturb the operation of the candle in the radio frequency range. It has been determined that for the value quoted above, the difference of the inductances does not disturb the operation of the candle in the radiofrequency domain. In this case, a ratio of diameters between 1.35 and 1.5 will preferably be chosen.

Le bobinage 112 et le blindage 132 sont de préférence séparés par un manchon d'isolation 133 en un matériau diélectrique approprié, afin de réduire encore le risque de claquage ou d'effluve, à l'origine de dissipations d'énergie. Bien entendu, plus les dissipations d'énergie sont faibles, plus l'amplitude 2859831 32 de la tension appliquée entre les électrodes est élevée et plus la durée de vie de la bougie est élevée. Le matériau diélectrique peut par exemple être une des résines silicones commercialisées sous les références Elastosil M4601, Elastosil RTV-2 ou Elastosil RT622 (cette dernière présentant une tension de claquage de 25 kV/mm et une constante diélectrique de 2,8). On peut prévoir que la surface extérieure du manchon 133 soit métallisée pour constituer le blindage 132 précité.  The winding 112 and the shield 132 are preferably separated by an insulating sleeve 133 of a suitable dielectric material, in order to further reduce the risk of breakdown or corona discharge, causing energy dissipation. Of course, the lower the energy dissipations, the greater the amplitude of the voltage applied between the electrodes and the longer the lifetime of the candle. The dielectric material may for example be one of the silicone resins sold under the references Elastosil M4601, Elastosil RTV-2 or Elastosil RT622 (the latter having a breakdown voltage of 25 kV / mm and a dielectric constant of 2.8). It can be provided that the outer surface of the sleeve 133 is metallized to form the shielding 132 above.

De façon générale, on privilégiera un enroulement du bobinage 112 autour d'un élément plein 134 réalisé en matériau isolant et amagnétique. On réduit ainsi encore les risques de claquage et les capacités parasites.  In general, it will be preferred to wind the winding 112 around a solid element 134 made of insulating and non-magnetic material. This further reduces the risk of breakdown and parasitic capacitances.

L'ensemble des matériaux diélectriques est de préférence fortement débullé, afin de réduire encore les risques de claquage. L'ensemble des matériaux diélectriques de la bougie présente de préférence des températures de fusion supérieures à 150 C.  The set of dielectric materials is preferably strongly debulled, to further reduce the risk of breakdown. All the dielectric materials of the candle preferably have melting temperatures above 150 C.

De façon générale, lorsque la bobine-bougie comprend plusieurs éléments isolants accolés, il existe un risque non négligeable de créer des inclusions d'air à l'interface entre ces éléments, notamment lorsqu'ils sont réalisés en céramique. Or, pour des raisons constructives, il est envisagé que la bobine-bougie comprenne dans la plupart des cas plusieurs éléments isolants accolés. En particulier, la liaison entre l'isolant 134 de la bobine et l'isolant 111 de la tête de bougie constitue également, pour les mêmes raisons 2859831 33 d'effluve, une source de dissipation très importante. La technique précédemment citée peut, selon un nouveau mode de réalisation, être mise à profit au niveau de la céramique pour créer des équipotentielles prévenant la formation de décharges électriques.  In general, when the coil-candle comprises several insulating elements contiguous, there is a significant risk of creating air inclusions at the interface between these elements, especially when made of ceramic. However, for constructive reasons, it is envisaged that the coil-candle in most cases comprises several insulating elements contiguous. In particular, the connection between the insulation 134 of the coil and the insulator 111 of the candle head is also, for the same reasons, a very large dissipation source. The aforementioned technique can, according to a new embodiment, be used in the ceramic to create equipotentials preventing the formation of electrical discharges.

La figure 19 représente une section d'un élément isolant 111 de tête de bougie, résolvant également ce problème. Cet élément isolant 111 est prévu pour être associé à un élément isolant 133 sous forme de résine de silicone. Cet élément isolant 111 présente une section non circulaire et est inclus dans une pièce circulaire 136 appartenant à la cathode 103. Ainsi, cet élément forme des passages destinés à laisser fluer la résine silicone lors de son injection. La résine silicone peut ainsi éliminer la majeure partie des inclusions d'air de la surface des éléments isolants.  Figure 19 shows a section of an insulating element 111 of candle head, also solving this problem. This insulating element 111 is intended to be associated with an insulating element 133 in the form of a silicone resin. This insulating element 111 has a non-circular section and is included in a circular part 136 belonging to the cathode 103. Thus, this element forms passages intended to let the silicone resin flow during its injection. The silicone resin can thus remove most of the air inclusions from the surface of the insulating elements.

Le matériau diélectrique utilisé pour l'isolant 100 peut par exemple être une céramique à base d'alumine, de nitrure d'aluminium, d'oxyde d'aluminium ou de carbure de silicium.  The dielectric material used for the insulator 100 may for example be a ceramic based on alumina, aluminum nitride, aluminum oxide or silicon carbide.

Aux fréquences de travail du résonateur série, les pertes sont importantes. Afin de limiter ces pertes, l'homme de métier limitera au maximum la présence de matériau magnétique dans le résonateur série.  At the working frequencies of the series resonator, the losses are significant. In order to limit these losses, those skilled in the art will limit as much as possible the presence of magnetic material in the series resonator.

Selon une variante particulièrement avantageuse illustrée à la figure 18, la bougie 110 présente en outre un enroulement de mesure de courant 139 remplissant la fonction du module 54. Cet enroulement 139 comprend plusieurs spires entourant le bobinage 112. L'enroulement 139 est de préférence disposé à 2859831 34 proximité du connecteur 131 et à distance de la tête de bougie, dans une zone où les tensions sont relativement basses.  According to a particularly advantageous variant illustrated in FIG. 18, the spark plug 110 furthermore has a current measuring winding 139 fulfilling the function of the module 54. This winding 139 comprises several turns surrounding the winding 112. The winding 139 is preferably arranged to 2859831 34 proximity to the connector 131 and remote from the candle head, in an area where the voltages are relatively low.

La bougie de l'invention peut intégrer un certain nombre d'autres caractéristiques, comme le joint de siège 130 de la figure 18 disposé contre un épaulement de la cathode 103, et destiné à assurer l'étanchéité de la culasse au niveau de la lumière de la bougie.  The spark plug of the invention can incorporate a certain number of other characteristics, such as the seat seal 130 of FIG. 18 disposed against a shoulder of the cathode 103, and intended to seal the breech at the level of the light. of the candle.

La tête de bougie est la partie de la bougie qui est placée dans le gaz dans lequel le plasma doit être formé. Cette tête de bougie comprend préférentiellement trois éléments: une électrode centrale 106, une électrode de masse 103 et un isolant 100. La géométrie de ces éléments est déterminante pour assurer la formation du plasma de volume ou du plasma ramifié à l'emplacement souhaité de la chambre, avec les propriétés optimales, notamment pour l'allumage (volume important, transfert d'énergie optimal vers le gaz, etc...).  The candle head is the part of the candle that is placed in the gas in which the plasma must be formed. This candle head preferably comprises three elements: a central electrode 106, a ground electrode 103 and an insulator 100. The geometry of these elements is decisive for ensuring the formation of the volume plasma or branched plasma at the desired location of the chamber, with optimal properties, especially for ignition (large volume, optimal energy transfer to the gas, etc ...).

Les figures 20 à 27 illustrent différentes configurations de têtes de bougies, avantageusement incluses dans des bougies adaptées pour générer un plasma entre leurs électrodes et adaptées pour être alimentées par une excitation radiofréquence.  Figures 20 to 27 illustrate different configurations of candle heads, advantageously included in candles adapted to generate a plasma between their electrodes and adapted to be powered by a radiofrequency excitation.

La figure 20 présente un premier groupe de variantes de têtes de bougies, que l'on nommera bougies à propagation capacitive. Ces géométries de têtes de 30 bougie présentent une cathode 103 partiellement recouverte par l'isolant 100 dans l'axe de la bougie. Cette géométrie génère une propagation capacitive de l'étincelle sur la surface de l'isolant 100.  Figure 20 shows a first group of variants of candle heads, which will be called candles with capacitive propagation. These geometries of candle heads have a cathode 103 partially covered by the insulator 100 in the axis of the candle. This geometry generates a capacitive propagation of the spark on the surface of the insulator 100.

La figure 20.I représente une géométrie de tête de bougie connue en soi. Sur cette figure, on constate que la cathode 103 fait saillie axialement au-delà de l'isolant 100. On constate également qu'il existe un trajet direct dans l'air entre l'anode 106 et la cathode 103. Un arc électrique peut se former suivant ce trajet direct.  Figure 20.I shows a candle head geometry known per se. In this figure, it can be seen that the cathode 103 protrudes axially beyond the insulator 100. It can also be seen that there is a direct path in the air between the anode 106 and the cathode 103. An electric arc can to form following this direct path.

Les géométries des figures 20.II et 20.III génèrent une meilleure répartition du plasma à la surface de l'isolant 100. En rallongeant le chemin d'air reliant les deux électrodes, on réduit la probabilité de formation d'un arc. On crée ainsi des décharges multidirectionnelles entre les électrodes. Le plasma se répartit plus uniformément autour de la bougie et le volume de gaz touché est augmenté. On diminue également l'effet de propagation capacitive entre les électrodes; le plasma peut ainsi être généré à une distance plus grande de la surface de l'isolant.  The geometries of Figures 20.II and 20.III generate a better distribution of the plasma on the surface of the insulator 100. By lengthening the air path connecting the two electrodes, reduces the probability of formation of an arc. This creates multidirectional discharges between the electrodes. The plasma is distributed more evenly around the candle and the volume of gas affected is increased. The capacitive propagation effect between the electrodes is also reduced; the plasma can thus be generated at a greater distance from the surface of the insulator.

Dans la variante de la figure 20.II, la cathode 103 n'est plus saillante axialement par rapport à l'isolant 100. L'isolant 100, la cathode 103 et l'anode 106 forment sensiblement une surface plane, évitant la formation d'un arc électrique entre l'anode 106 et la cathode 103.  In the variant of FIG. 20.II, the cathode 103 is no longer projecting axially with respect to the insulator 100. The insulator 100, the cathode 103 and the anode 106 form substantially a flat surface, avoiding the formation of an electric arc between the anode 106 and the cathode 103.

Dans la variante de la figure 20.III, l'isolant 100 est saillant axialement par rapport aux extrémités des 30 électrodes 103 et 106. Ce qui permet encore de 2859831 36 rallonger le chemin d'air entre les électrodes 103 et 106. La saillie de l'isolant 100 forme un bossage arrondi.  In the variant of FIG. 20.III, the insulator 100 projects axially with respect to the ends of the electrodes 103 and 106. This further allows the air path to be lengthened between the electrodes 103 and 106. The protrusion insulation 100 forms a rounded boss.

La variante de la figure 21 propose de réduire l'effet capacitif. Ainsi, dans la tête de bougie, la cathode 103 ne s'étend pas radialement sous l'isolant 100.  The variant of Figure 21 proposes to reduce the capacitive effect. Thus, in the candle head, the cathode 103 does not extend radially under the insulator 100.

Pour rallonger le chemin d'air entre la cathode et l'anode, la cathode 103 de cette variante est disposée axialement en retrait par rapport à l'isolant. L'électrode centrale ou anode 106 est disposée affleurante avec l'isolant.  To lengthen the air path between the cathode and the anode, the cathode 103 of this variant is arranged axially recessed relative to the insulator. The central electrode or anode 106 is arranged flush with the insulation.

La figure 22 propose de réaliser une cavité ou un évidement 120 dans l'isolant afin d'amplifier le phénomène de dépolarisation. L'anode 106 présente également une section croissante à son extrémité, au niveau de l'évidement 120. Ainsi, dans l'évidement, la section finale de l'anode 106 est supérieure à sa section intermédiaire. On crée ainsi axialement un vide 121 entre l'extrémité de l'anode et l'isolant 100, qui amplifie localement le champ électrique.  FIG. 22 proposes to make a cavity or a recess 120 in the insulator in order to amplify the depolarization phenomenon. The anode 106 also has an increasing section at its end, at the recess 120. Thus, in the recess, the final section of the anode 106 is greater than its intermediate section. Thus, a vacuum 121 is created axially between the end of the anode and the insulator 100, which locally amplifies the electric field.

De façon générale, les variantes visant à éviter la formation d'un arc direct entre les électrodes fonctionnent de façon optimale en combinaison avec l'excitation radiofréquence. L'excitation radiofréquence permet en effet de rallonger et de courber la trajectoire des étincelles.  In general, the variants to avoid the formation of a direct arc between the electrodes operate optimally in combination with the radiofrequency excitation. Radiofrequency excitation makes it possible to extend and curve the trajectory of the sparks.

2859831 37 Les figures 23 à 25 présentent des exemples de bougies à effet de pointe caractérisées par une partie d'anode pointue faisant saillie axialement par rapport à une extrémité axiale de l'isolant et par rapport à la cathode.  FIGS. 23 to 25 show examples of tip-effect spark plugs characterized by a pointed anode portion projecting axially with respect to an axial end of the insulator and with respect to the cathode.

La figure 23 représente un mode de réalisation préférentiel d'une tête de bougie à effet de pointe. L'anode 106 est constituée d'une âme 1061 et d'une gaine 1062. L'âme 1061 est par exemple réalisée en cuivre afin de favoriser l'évacuation de la chaleur le long de l'anode 106. On réduit ainsi l'érosion électrochimique de l'extrémité de l'anode. La gaine 1062 peut être réalisée en tout matériau approprié, tel que du nickel.  Fig. 23 shows a preferred embodiment of a peak effect candle head. The anode 106 consists of a core 1061 and a sheath 1062. The core 1061 is for example made of copper in order to promote the evacuation of heat along the anode 106. electrochemical erosion of the end of the anode. The sheath 1062 can be made of any suitable material, such as nickel.

La figure 24 représente plusieurs exemples de têtes de bougies à effet de pointe. Ces bougies présentent ainsi une électrode de masse 103 en retrait axial par rapport à l'isolant 100, afin de réduire l'effet capacitif. L'extrémité saillante de l'anode 106 présente également une forme pointue.  Figure 24 shows several examples of peak effect candle heads. These candles thus have a ground electrode 103 recessed axially with respect to the insulator 100, in order to reduce the capacitive effect. The projecting end of the anode 106 also has a pointed shape.

Les exemples 24.II à 24.IV présentent chacun une cathode 103 formant un retrait axial 122 à proximité de l'isolant 100. Ce retrait 122 présente en outre une forme arrondie. On augmente ainsi la capacité de la bougie à générer une étincelle ramifiée. On réduit en effet la probabilité qu'un plasma se propage uniquement à la surface de l'isolant. Le plasma a ainsi tendance à se répartir dans un volume distant de la surface de l'isolant 100.  Examples 24.II to 24.IV each have a cathode 103 forming an axial recess 122 near the insulator 100. This recess 122 has a rounded shape. This increases the ability of the candle to generate a branched spark. This reduces the probability that a plasma will only propagate on the surface of the insulation. The plasma thus tends to be distributed in a volume remote from the surface of the insulator 100.

2859831 38 Les exemples 24.III et 24.IV présentent un isolant 100 dont l'extrémité présente une forme arrondie 123, afin de réduire ses contraintes internes. Ces contraintes sont liées aux niveaux élevés des champs électriques et des gradients de température à proximité de l'extrémité de l'isolant 100.  Examples 24.III and 24.IV have an insulator 100 whose end has a rounded shape 123, in order to reduce its internal stresses. These constraints are related to the high levels of electric fields and temperature gradients near the end of the insulator 100.

L'exemple de la figure 24.IV comprend une anode 106 dont l'extrémité axiale 1063 présente plusieurs pointes. On génère ainsi un plus grand nombre d'étincelles lors de l'excitation et on répartit l'érosion de l'anode 106 sur l'ensemble des pointes utilisées.  The example of FIG. 24.IV comprises an anode 106 whose axial end 1063 has several points. A greater number of sparks are thus generated during the excitation and the erosion of the anode 106 is distributed over all the tips used.

Les bougies à effet de pointe peuvent accidentellement générer des arcs électriques entre l'anode 106 et le piston, lorsque la distance entre le piston et la tête de bougie est faible. Ces arcs érodent prématurément la pointe de l'anode 106 et empêchent la formation du plasma de volume ou du plasma ramifié. La tête de bougie de la figure 25 présente ainsi une solution à ce problème. La pointe de l'anode 106 est ainsi disposée dans un lamage 124 ménagé dans l'isolant 100. Afin de réduire le champ électrique à l'interface entre l'anode 106 et l'isolant 100, on prévoit de préférence un lainage et une anode de formes cylindriques et présentant des diamètres dont le rapport est égal au nombre d'Euler. On prévoit ainsi de préférence que le rapport de leur diamètre soit compris entre 2,45 et 3. A la figure 25, on distingue également que l'isolant 100 fait saillie axialement par rapport à la pointe de l'anode 106. L'isolant 100 présente 2859831 39 également un bord 125 saillant axialement par rapport à la cathode 103.  The spark plugs may accidentally generate arcing between the anode 106 and the piston when the distance between the piston and the spark plug head is small. These arcs prematurely erode the tip of the anode 106 and prevent the formation of plasma volume or branched plasma. The candle head of Figure 25 thus provides a solution to this problem. The tip of the anode 106 is thus disposed in a counterbore 124 formed in the insulator 100. In order to reduce the electric field at the interface between the anode 106 and the insulator 100, a woolen and a anode of cylindrical shapes and having diameters whose ratio is equal to the number of Euler. It is thus preferably provided that the ratio of their diameter is between 2.45 and 3. In FIG. 25, it can also be seen that the insulator 100 projects axially with respect to the tip of the anode 106. The insulator 100 also has an edge 125 projecting axially with respect to the cathode 103.

Les figures 26 et 27 illustrent des têtes de bougies à barrières diélectriques qu'on désignera par la suite par bougies borgnes. Au niveau de la tête de bougie, l'anode 106 est intégralement recouverte par l'isolant 100. De telles bougies permettent notamment d'éliminer la formation d'un arc électrique entre l'anode et un piston, et d'éliminerl'érosion de l'anode. La durée de vie de la bougie est ainsi très fortement augmentée, et peut égaler la durée de vie d'un moteur thermique sans nécessiter d'entretien. De telles bougies fonctionnent uniquement du fait du caractère capacitif de l'isolant 100.  Figures 26 and 27 illustrate candle heads with dielectric barriers that will be designated later by blind candles. At the level of the candle head, the anode 106 is completely covered by the insulator 100. Such candles notably make it possible to eliminate the formation of an electric arc between the anode and a piston, and to eliminate erosion. of the anode. The life of the spark plug is thus greatly increased, and can equal the life of a heat engine without requiring maintenance. Such candles only work because of the capacitive nature of the insulation 100.

Le fonctionnement d'une bougie borgne est rendu possible par l'utilisation de l'excitation radiofréquence. L'application d'une excitation radiofréquence entre les électrodes d'une bougie borgne est en outre particulièrement avantageuse. L'excitation des électrodes forme des charges d'espace sur la surface extérieure de l'isolant. L'isolant 100 se comporte alors comme une anode et un plasma de volume ou un plasma ramifié est généré à sa surface. Bien que l'isolant présente une charge relativement réduite, l'excitation radiofréquence permet de générer un très grand nombre d'étincelles à la surface de l'isolant en un temps très réduit. On peut prévoir dans cette variante que l'isolant 100 forme le condensateur du 2859831 40 résonateur. On réduit ainsi l'énergie dissipée dans la bougie.  The operation of a blind candle is made possible by the use of radiofrequency excitation. The application of radiofrequency excitation between the electrodes of a blind candle is also particularly advantageous. Electrode excitation forms space charges on the outer surface of the insulation. The insulator 100 then behaves as an anode and a volume plasma or a branched plasma is generated on its surface. Although the insulation has a relatively low charge, the radio frequency excitation generates a very large number of sparks on the surface of the insulation in a very short time. In this variant, it is possible to provide that the insulator 100 forms the capacitor of the resonator 2859831. This reduces the energy dissipated in the candle.

Selon une variante illustrée à la figure 27, on peut également envisager d'utiliser une culasse de moteur thermique comme électrode de masse. Le coût et la complexité de la bougie peuvent ainsi être fortement réduits. Dans la bougie borgne de la figure 27, la cathode est constituée par la culasse.  According to a variant illustrated in FIG. 27, it is also conceivable to use a cylinder head of a heat engine as a ground electrode. The cost and complexity of the candle can be greatly reduced. In the blind candle of Figure 27, the cathode is constituted by the cylinder head.

On peut également intégrer la bougie dans la culasse du moteur thermique, en utilisant encore la culasse comme cathode de la bougie. L'homme de métier prendra alors toute mesure adéquate pour que la durée de vie de la bougie soit au moins égale à la durée de vie du moteur thermique.  It is also possible to integrate the candle in the cylinder head of the engine, still using the cylinder head as the cathode of the candle. The skilled person will then take any appropriate measure so that the life of the spark plug is at least equal to the life of the engine.

Par ailleurs, bien que les têtes des bougies représentées présentent une symétrie de révolution autour de leur axe, on peut également prévoir des têtes de bougie présentant d'autres géométries, dans le cadre de l'invention.  Moreover, although the heads of the candles shown have a symmetry of revolution about their axis, it is also possible to provide candle heads having other geometries, within the scope of the invention.

Claims (2)

41 REVENDICATIONS41 CLAIMS 1. Bougie de génération de plasma, caractérisée en ce qu'elle comprend: -une tête de bougie présentant: - deux électrodes de génération de plasma (103, 106), et - un matériau diélectrique (100) séparant les électrodes et séparant les extrémités des électrodes dans les zones où la distance entre ces extrémités est la plus réduite.  Plasma generation candle, characterized in that it comprises: a candle head having: two plasma generation electrodes (103, 106), and a dielectric material (100) separating the electrodes and separating the electrodes. ends of the electrodes in areas where the distance between these ends is the smallest. 2. Bougie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la séparation est réalisée de sorte à éviter la formation d'un arc électrique entre les électrodes (103, 106).  2. Candle according to claim 1, characterized in that the separation is performed so as to avoid the formation of an electric arc between the electrodes (103, 106). 3. Bougie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau diélectrique (100) fait saillie axialement au-delà d'une des électrodes.  3. Spark plug according to claim 2, characterized in that the dielectric material (100) protrudes axially beyond one of the electrodes. 4. Bougie selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau diélectrique fait saillie axialement au-delà des deux électrodes.  4. Spark plug according to claim 3, characterized in that the dielectric material protrudes axially beyond the two electrodes. 5. Bougie selon la revendication 2, caractérisée en ce que les extrémités respectives des électrodes et du matériau diélectrique forment une surface plane.  5. Spark plug according to claim 2, characterized in that the respective ends of the electrodes and the dielectric material form a flat surface. 2859831 42 6. Bougie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les électrodes sont une anode et une cathode, et en ce que la cathode entoure l'anode.  6. Candle according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrodes are an anode and a cathode, and in that the cathode surrounds the anode. 7. Bougie selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cathode ne s'étend pas radialement sous le matériau diélectrique.  7. Spark plug according to claim 6, characterized in that the cathode does not extend radially under the dielectric material. 8. Bougie selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le matériau diélectrique présente un évidement (120) à son extrémité, et en ce que l'extrémité de l'anode est disposée dans l'évidement et présente une section croissante de sorte qu'un espace axial (121) soit ménagé entre l'extrémité de l'anode et le matériau diélectrique.  8. Spark plug according to claim 6 or 7, characterized in that the dielectric material has a recess (120) at its end, and in that the end of the anode is arranged in the recess and has an increasing cross-section of so that an axial space (121) is provided between the end of the anode and the dielectric material. 9. Bougie selon la revendication 3 et l'une quelconque des caractérisée en ce à effet de diélectrique à la cathode.  9. Spark plug according to claim 3 and any one characterized in that dielectric effect at the cathode. revendications 6 à 8, que la bougie est une bougie  Claims 6 to 8, that the candle is a candle pointe, et en ce que le matériau fait saillie axialement par rapport 10. Bougie selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'extrémité de l'anode est constituée d'une âme en cuivre (1062) en nickel.  the plug projecting from claim 9, characterized in that the end of the anode consists of a nickel copper core (1062). (1061) entourée d'une gaine 2859831 43 11. Bougie selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la cathode forme un retrait axial à proximité du matériau diélectrique.  11. Spark plug according to claim 9 or 10, characterized in that the cathode forms an axial shrinkage near the dielectric material. 12. Bougie selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que le matériau diélectrique présente une extrémité arrondie (123).  12. Spark plug according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the dielectric material has a rounded end (123). 13. Bougie selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que l'extrémité de la cathode présente plusieurs pointes (1063).  13. Spark plug according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the end of the cathode has a plurality of points (1063). 14. Bougie selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que l'extrémité de l'anode est disposée dans un lamage (124) ménagé dans l'extrémité du matériau diélectrique.  14. Spark plug according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the end of the anode is disposed in a recess (124) formed in the end of the dielectric material. 15. Bougie selon la revendication 6, caractérisée en ce que le matériau diélectrique (100) recouvre intégralement l'extrémité de l'anode.  15. Spark plug according to claim 6, characterized in that the dielectric material (100) completely covers the end of the anode. 16. Bougie selon la revendication 15, caractérisée en ce que la cathode est constituée de la culasse d'un moteur à combustion interne.  16. Spark plug according to claim 15, characterized in that the cathode consists of the cylinder head of an internal combustion engine. 17. Système de génération de plasma comprenant: 2859831 44 -une bougie selon l'une quelconque des  A plasma generating system comprising: a candle according to any one of revendications précédentes;preceding claims; -un générateur de tension, connecté aux électrodes de la bougie et appliquant sélectivement une tension alternative présentant une fréquence supérieure à 1 MHz et une amplitude entre crêtes supérieure à 5kV entre les électrodes.  a voltage generator, connected to the electrodes of the spark plug and selectively applying an alternating voltage having a frequency greater than 1 MHz and an amplitude between peaks greater than 5 kV between the electrodes.