La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'allumage combinant l'emploi de bougies d'allumage à effet de surface et d'un système d'allumage inductif multi-étincelles. La présente invention concerne également des bougies à effet de surface adaptées pour ce dispositif.

Pour satisfaire les normes de dépollution et pour réduire la consommation des moteurs à combustion interne, les constructeurs automobiles ont développé de nouveaux moteurs à allumage commandé aptes à fonctionner avec des mélanges carbures dits pauvres (lean burn), c'est-à-dire présentant un excès d'air par rapport à la quantité de carburant injectée. En particulier, les constructeurs ont développé des moteurs à injection directe pour lesquels l'alimentation en carburant se fait directement dans les chambres de carburant.

Les dispositifs d'allumage équipant ces moteurs à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre sont aujourd'hui très similaires à ceux équipant les moteurs traditionnels fonctionnant avec des mélanges carbures stoechiométriques. Ces dispositifs d'allumage se composent classiquement d'une bougie dont les électrodes sont plus ou moins projetées et d'un circuit d'alimentation électrique

en haute tension, de type statique ou semi-statique, piloté par le calculateur électronique de contrôle moteur pour déclencher l'étincelle à un instant prédéterminé du cycle moteur suivant les conditions de fonctionnement du moteur.

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

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

Par opposition à un mélange homogène où la richesse est la même en tout point de la chambre de combustion, on parle alors de mélange stratifié, ce qui signifie que la richesse décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la bougie.

Actuellement, la stratification du mélange dans la chambre est obtenue en guidant le jet de carburant de manière à ce que ce dernier rencontre la bougie au moment où celle-ci produit une étincelle. Le guidage du jet peut être obtenu de différentes manières en combinant des

phénomènes aérodynamiques avec une forme particulière de piston.

Dans tous les cas, on, est confronté au délicat problème de faire coïncider l'instant d'étincelle et la présence au voisinage de 1'espace inter-électrodes d'un nuage de mélange air-carburant de richesse voisine de 1, nuage en mouvement dans un environnement globalement pauvre.

Par ailleurs, lors d'un fonctionnement en stratifié, le jet de carburant peut venir directement frapper sur la bougie et donc entraîner un encrassement plus ou moins prononcé de l'isolant, encrassement à même de favoriser des courants de fuites entre l'électrode centrale et la masse et donc affecter la génération des étincelles : l'étincelle étant court-circuitée par un chemin carboné de faible impédance qui limite la différence de potentiel entre les électrodes de la bougie.

La présente invention se propose donc d'améliorer les dispositifs d'allumage utilisés à ce jour notamment sur les moteurs fonctionnant en mélange pauvre, le dispositif d'allumage selon l'invention permettant tout à la fois de réduire l'encrassement des bougies et d'améliorer l'inflammation du mélange carburé notamment en réduisant les contraintes quant à la localisation spatio-temporelle du nuage carburé riche, à savoir : être au voisinage de la bougie à l'instant de l'étincelle.

Le dispositif selon l'invention consiste à combiner l'utilisation d'une bougie du type à étincelle de surface (l'étincelle se propage entre l'électrode centrale et la masse le long de la surface d'un isolant, cf. par exemple

les bougies décrites dans les brevets FR97-14799 et EP556658, contrairement aux bougies classiques où l'électrode se forme dans l'air entre l'électrode centrale et l'électrode de masse qui lui fait face) avec un système d'allumage multi-étincelles ou tout autre système permettant de générer un train d'étincelles successives à une fréquence élevée et possédant des temps de montée en tension très courts associés à de forts courants secondaires.

Les allumages de type multi-étincelles auxquels il est fait ici référence utilisent toujours des effets d'induction entre deux bobinages primaires et secondaires pour créer une haute tension aux bornes de la bougie.

Cependant, la différence par rapport à un système classique se situe au niveau du temps de charge du primaire qui doit être beaucoup plus court, l'intervalle de temps entre deux étincelles successives devant être, en effet, très faible.

Afin d'apporter à la bobine suffisamment d'énergie dans un temps très court, il existe plusieurs solutions.

Une première solution consiste à utiliser une capacité que l'on décharge brutalement dans le bobinage primaire. On parle alors d'allumage capacitif ou à décharge de capacité.

Une deuxième solution consiste à réaliser un système purement inductif en diminuant la valeur de l'inductance Lp du bobinage primaire, afin d'obtenir une croissance du courant plus rapide lors de la mise en conduction. Cette manière permet d'atteindre en quelques centaines de microsecondes des courants de plusieurs dizaines d'ampères alors que dans uns bobine classique, on

ne dépasse généralement pas 8 A au bout de 3 ms de charge.

En terme d'énergie emmagasinée, l'augmentation du courant primaire permet donc de compenser la diminution du temps de charge. Notons également que pour conserver le même rapport de transformation, l'inductance du bobinage secondaire est donc également plus faible ce qui explique les temps de montée en tension faibles au secondaire lors de la coupure du courant au primaire.

Enfin, une troisième solution consiste à utiliser une bobine avec une inductance primaire plus forte comme par exemple une bobine d'allumage classique, et à remettre le primaire en conduction avant la fin de l'étincelle. Ceci a pour effet d'interrompre l'étincelle au secondaire et de ramener l'énergie résiduelle au primaire. Ce qui se traduit par un saut de courant au niveau du primaire. Il est donc possible de réduire le temps de charge de la bobine dès la seconde étincelle tout en obtenant le même courant en fin de charge. Cette méthode permet de générer plusieurs étincelles successives dans un temps très court avec une bobine d'allumage classique.

En utilisant ainsi de tels systèmes d'allumage combiné à une bougie de surface, on obtient tout à la fois l'amélioration de la tenue à 1'encrassement, une limitation des problèmes de préallumage, de cliquetis et de tenue mécanique ainsi qu'une réduction sensible de la tension nécessaire au claquage par rapport à une bougie classique.

De plus, dans le cas particulier d'un système multi-étincelles inductif où la fréquence des étincelles est très élevée, les tensions d'étincelle luminescente, encore appelées tensions de glow, importantes (plusieurs kVolts) des bougies de surface permettent de limiter le

courant de fin de charge au primaire et donc de ne pas endommager la bobine.

En effet, lorsque la, remise en conduction du primaire de la bobine s'effectue avant que l'étincelle précédente ne soit terminée, le courant primaire augmente brutalement. Dans le cas cependant où l'on ne réduit pas le temps de charge, ceci va se traduire par une augmentation du courant maximal atteint au primaire. On risque alors d'endommager la bobine. Heureusement, lorsque l'énergie au primaire devient très élevée, la remise en conduction ne provoque plus l'interruption de l'étincelle et le courant au secondaire se contente de changer de sens. La tension de glow est alors ramenée au pied du primaire par le rapport de transformation de la bobine et permet de diminuer la tension appliquée à celle-ci, ainsi la valeur maximale du courant en fin de charge se trouve diminuée. Nous reviendrons plus en détail sur ce phénomène d'autorégulation du courant primaire.

Par ailleurs, grâce au dispositif d'allumage selon l'invention, on obtient une étincelle plus longue à la fois dans le temps et dans 1'espace ce qui permet donc de s'affranchir des contraintes de localisation précise du nuage carburé riche. L'étincelle est spatialement plus longue par l'intermédiaire de la technologie des bougies effet de surface et temporellement plus longue par le système d'allumage multi-étincelles, la durée totale d'étincelle étant alors contrôlée par la somme de la durée de toutes les étincelles.

Ainsi, grâce à la présente invention, on peut donc augmenter la probabilité d'inflammation dans le cas de fonctionnements en mélange pauvre et en particulier en

injection directe tout en s'affranchissant dans ce dernier cas des problèmes d'encrassement.

Selon un mode de réalisation particulier du dispositif d'allumage objet de l'invention, la bougie d'allumage à effet de surface présente une géométrie particulièrement adaptée à une utilisation en multi- étincelles. Elle est formée d'une seule électrode centrale terminée par une tête évasée et séparée du culot situé en retrait par une couche d'isolant électrique à coefficient diélectrique supérieur à un.

La bougie ainsi définie se caractérise entre autre par une forte longueur d'étincelle qui se propage alors sur la surface du diélectrique. Par ailleurs, cette géométrie de bougie de surface possède l'avantage d'optimiser l'amplification et l'orientation du champ électrique à la surface de l'isolant pour diminuer la tension nécessaire au claquage. Notons à ce propos que l'amplification du champ peut être encore accrue en combinant ce type de géométrie avec la présence d'une couche conductrice noyée sous la surface extérieure de l'isolant comme il 1'est décrit dans la demande de brevet FR97-14799.

Si une telle bougie peut tout à fait être utilisée avec un système d'allumage classique, la tension de claquage sera cependant plus faible lorsque le temps de montée en tension sera court. De plus, en cas d'encrassement de l'isolant qui se traduit par la présence sur cette dernière d'un film de carbone conducteur, un temps de montée court, synonyme de courants importants au secondaire, permettra de monter à une tension suffisamment élevée entre l'électrode centrale et la masse pour créer une étincelle malgré 1'encrassement.

Parallèlement, l'étincelle aura tendance à nettoyer la surface de l'isolant sur son passage en brûlant le dépôt de carbone. Ce nettoyage sera d'autant plus efficace que le courant sera élevé puisque l'énergie dissipée par effet joule sera plus importante.

On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci- après de différents modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique du dispositif d'allumage selon l'invention appliqué à un moteur à combustion interne du type injection directe ; la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'extrémité inférieure d'une bougie à étincelle de surface selon un premier mode de réalisation du dispositif d'allumage selon la présente invention ; la figure 3 est une vue axiale l'extrémité de la bougie représentée à la figure 1 ; la figure 4 est une demi-vue similaire à la figure 1 faisant apparaître le diviseur capacitif entre le culot et l'électrode centrale ; la figure 5 est une vue similaire à la figure 4 précisant 1'effet d'amplification de champ par l'isolant durant la propagation du plasma sur la surface ; la figure 6 est une vue similaire à la figure 4 précisant le phénomène d'usure de la céramique dans le cas d'un angle vif.

La figure 7 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un second mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention ; la figure 8 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un troisième mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention ; la figure 9 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un quatrième mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention ; la figure 10 est une vue similaire à la figure 1 décrivant un cinquième mode de réalisation d'une bougie à étincelle de surface selon la présente invention.

En se reportant sur la figure 1, on a décrit de façon schématique le dispositif d'allumage objet de la présente invention dans le cadre d'un moteur multicylindre à combustion interne à allumage commandé et injection directe de carburant.

Ce dispositif d'allumage selon l'invention se compose d'un système d'allumage de type multi-étincelles piloté à partir du calculateur électronique de contrôle moteur. Ce système d'allumage multi-étincelles est de type connu. Un tel dispositif est par exemple décrit en détail dans le brevet US 5,056,496 et se compose classiquement, comme le montre la figure 1, d'une source de tension continue 1 en l'occurrence une batterie d'allumage de 12V, d'un calculateur électronique de contrôle moteur 2, d'un module de puissance 3 qui peut être intégré ou non au calculateur 2 et de bobines d'allumage 4 dont le nombre dépend du système d'allumage (semi statique ou statique).

La tension continue est généralement fournie par la batterie 1 du véhicule. Son rôle est de fournir le courant nécessaire à la charge du primaire des bobines d'allumage 4. Dans le cas d'un système multi-étincelles purement inductif tel que nous l'avons décrit précédemment, la tension batterie est directement connectée à l'entrée des primaires des bobines 4.

Les sorties des primaires sont indépendamment connectées à des transistors de puissance 5 intégrés au module de puissance. Ces derniers jouent donc le rôle d'interrupteur et sont commandés par un signal carré périodique généré par le module de puissance ou directement par le calculateur 2. La largeur d'un créneau fixe la durée du passage du courant dans les primaires des bobines et par la même le courant atteint en fin de charge. En fonction des informations envoyées par le calculateur (avance à l'allumage, cylindre à allumer), le module de puissance fixe indépendamment pour chaque cylindre le nombre d'étincelles successives par cycle, la durée entre chaque étincelle et le temps de charge des primaires des bobines (angle de dwell) qui peut être constant ou non sur un train d'étincelle en fonction de la stratégie utilisée.

Dans le cas ou le module de puissance est indépendant du calculateur, il est donc capable d'interpréter le signal d'allumage classique envoyé par le calculateur (signal de dwell) et de régénérer un signal de commande de type multi-étincelles (plusieurs dwells consécutifs de durée variable ou non). Cette solution permet de greffer un allumage multi-étincelles sur n'importe quel moteur sans avoir à changer le calculateur.

Dans le cas ou l'allumage multi-étincelles est de type capacitif tel qu'il a été décrit plus haut, on retrouve les mêmes composants que précédemment. Dans ce cas cependant, la batterie n'est plus directement connectée aux primaires des bobines. Elle sert à charger à des tensions de quelques centaines de volts des capacités contenues dans le module de puissance. Ces capacités seront ensuite déchargées brusquement dans les primaires des bobines pour créer une haute tension au secondaire.

Dans la présente invention, un système d'allumage multi-étincelles, tel que nous venons de le décrire, alimente en haute tension les bougies d'allumage à effet de surface, qui débouchent directement dans chacune des chambres de combustion du moteur comme le montre la figure 1.

Différents modes de réalisation de ces bougies à effet de surface seront décrits en références aux dessins 2 à 10 correspondants.

Selon le premier mode de réalisation de la figure 2, la tête de la bougie 110 destinée à déboucher dans la chambre de combustion ménagée dans la paroi inférieure de la culasse du moteur est conformée pour présenter une symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal de la bougie.

La bougie 110 comprend une électrode cylindrique basse tension qui sert de culot métallique 103 destiné à venir se visser dans un puits de bougie. Le culot 103 est donc destiné à venir en contact de la culasse du moteur et donc à être connecté électriquement à la masse.

Ce culot 103 entoure une électrode haute tension 106 cylindrique disposée en position centrale, électrode centrale destinée donc à être reliée au système d'allumage générateur de haute tension. L'électrode centrale 106 est isolée du culot 103 par l'intermédiaire d'un manchon isolant 100 par exemple en céramique et éventuellement d'un évidemment annulaire 102 appelé communément volume mort.

Cet évidemment 102 traditionnel sur les bougies classiques n'est nullement nécessaire sur les bougies à effet de surface, il permet toutefois de réduire les contraintes thermiques dans le manchon isolant 100.

L'électrode centrale 106 et son manchon isolant 100 débouche en saillie à l'extérieur du culot 103 d'une hauteur 1.

Cette hauteur 1 correspond sensiblement, comme il sera expliqué plus loin, à la longueur de l'étincelle générée lorsqu'une haute tension est appliquée sur l'électrode centrale 106 de la bougie 110 et que survient le phénomène de claquage entre l'électrode centrale 106 et le culot 103 à la masse.

Le manchon isolant 100 est de forme sensiblement cylindrique lorsqu'il se trouve à l'intérieur du culot 103 puis il est de forme sensiblement conique convergente lors qu'il débouche en saillie hors du culot 103. L'extrémité axiale du culot 103 entourant l'électrode centrale 106 et son manchon isolant 100 est conformée de façon à former une collerette rabattue 101 présentant un bord biseauté s'étendant à proximité immédiate de la surface de l'isolant 100.

La présence du diélectrique 100 crée une amplification de champ électrostatique dans l'air à son voisinage, si bien que l'étincelle générée entre le bord biseauté de la collerette 101 du culot 103 et l'extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106 va se propager à la surface de l'isolant 100, là où le champ dans l'air est le plus fort.

Avec des tensions de claquage comprises entre 5 et 25 kV, et pour un culot 103, un manchon 100 et une électrode centrale 106 de diamètres respectifs 14 mm, 5.5 mm et 2.8 mm, il est ainsi possible d'obtenir des valeurs de 1 de l'ordre de 50 mm.

L'extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106 est conformée pour présenter une tête évasée de forme hémisphérique contre laquelle vient en appui le manchon isolant 100, qu'elle chapeaute.

Cette forme donnée à l'extrémité 104 de l'électrode centrale 106 permet de limiter l'usure de l'isolant 100 comme il sera expliqué plus loin. Parallèlement, la géométrie de révolution a pour effet de répartir les étincelles successives tout autour du bec isolant 100 de la bougie. Ceci permet d'éviter une usure localisée que l'on pourrait avoir si les étincelles empruntaient toujours le même chemin.

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

l'isolant au niveau de la collerette 101, sans trop pénaliser l'amplification du champ en surface (qui est d'autant plus forte que l'épaisseur d'isolant est faible).

Sur la figure 3, qui représente la même géométrie mais vue de dessus, on remarque que la collerette 101 est rabattue sur tout le pourtour de l'isolant 100 mais n'est pas directement en contact avec celui-ci. Un espace 105 d'épaisseur très faible (quelques dixièmes de millimètre tout au plus) sépare, en effet, le bord biseauté de la collerette 101 de l'isolant 100 qui lui fait face.

Sur la figure 4, on a détaillé 1'espace 105 entre le bord biseauté 101 du culot 103 et le diélectrique 100.

Cet espace permet de créer localement, grâce aux effets de l'isolant une amplification très importante du champ électrostatique.

L'explication de cette amplification est la suivante. La bougie 110 se comporte en effet à cet endroit comme un diviseur capacitif. La capacité formée entre la surface de l'isolant 100 et l'électrode centrale 106 ayant localement une valeur beaucoup plus élevée que celle formée entre la collerette 101 à la masse et la surface de la céramique 100, la quasi-totalité de la différence de potentiel imposée sur la bougie se retrouve ainsi entre la collerette 101 à la masse et la surface de l'isolant 100.

L'air va donc claquer et charger électriquement la surface de l'isolant 100. Les équipotentielles se retrouvent resserrées dans l'isolant et on retombe alors sur la configuration de la figure 5 avec la propagation d'une l'étincelle rampante entre le bord biseauté 101 du culot 103 et l'électrode centrale 106.

En laissant un espace libre 105 entre la masse et la surface de l'isolant 100, on réalise donc une pré- ionisation de l'air à une tension relativement basse qui va catalyser par la suite la création de l'étincelle rampante.

Grâce à ce principe, on diminue donc la tension de claquage de la bougie. Un autre avantage de ce mode de réalisation est de diminuer les contraintes électrostatiques dans l'isolant 100 dans la mesure où la différence de potentiel entre la surface du manchon isolant 100 à cet endroit et l'électrode centrale sera d'autant plus faible que 1'espace libre 105 sera important.

Cependant, comme nous le verrons plus loin, si la tenue diélectrique de l'isolant le permet, la collerette 101 peut être placée directement au contact de ce dernier.

Cette solution permet de redresser les équipotentielles qui sortent de la céramique de manière à obtenir une orientation du champ électrique maximal la plus tangente possible à la surface le long de laquelle doit se propager l'étincelle.

La figure 5 représente les effets d'amplification du champ par le diélectrique. En tête du plasma, le champ électrique est très important (Les équipotentielles sont plus resserrées), cependant le plasma ne pouvant pas se propager à travers l'isolant (en suivant l'orientation du champ maximal), il suit la surface (où le champ reste très fort). Cette figure permet également de mettre en évidence l'intérêt d'obtenir un champ électrique le plus tangent possible à la surface de l'isolant.

La figure 6 permet de mieux comprendre l'intérêt de donner une forme évasée"en chapeau"à l'extrémité libre 104 de l'électrode centrale 106. Cette tête sensiblement

hémisphérique a pour but d'éviter que l'étincelle n'ait à se propager sur des zones anguleuses. En effet, ces dernières sont soumises tout d'abord à des contraintes thermiques plus importantes.

De plus, comme le montre la figure 6, l'étincelle va avoir tendance à traverser l'isolant aux endroits de faible épaisseur pour atteindre l'électrode centrale 106.

Le vecteur champ électrostatique maximal en un point étant toujours orienté vers l'intérieur de l'isolant 100, l'étincelle se propagera préférentiellement dans la zone 1 plutôt que dans la zone 2, en provoquant ainsi une usure prématurée de l'isolant à cet endroit.

Les figures suivantes 7 à 10 représentent des variantes de géométrie possibles de la bougie à effet de surface selon l'invention.

Dans le cas. de la figure 7, l'isolant 200 conserve le même profil que précédemment mais l'extrémité 204 de l'électrode centrale 206 est modifiée afin de venir recouvrir partiellement l'isolant 200. L'intérêt est de provoquer à cet endroit un redressement des équipotentielles qui ont tendance à se coucher lorsque l'on s'éloigne du culot. De plus, dans le cas d'une usure du chapeau, on ne se retrouvera jamais dans la configuration de la figure 6 qui provoquerait une usure locale de l'isolant.

Dans le cas de la figure 8, la couche d'isolant 300 possède une épaisseur (de 1 à 2 mm) plus faible et constante sur toute la longueur afin de permettre une meilleure amplification du champ en surface. Pour compenser réchauffement de l'isolant, les échanges thermiques par

conduction avec l'électrode centrale ont été améliorés en augmentant le diamètre de celle-ci (3 mm ou plus) et ce, grâce à une surface de contact plus importante.

La figure 9 représente une géométrie dans laquelle l'extrémité 407 du manchon isolant 400 est de forme sphérique. L'épaisseur de l'isolant au niveau de la collerette est de préférence au moins 2 mm. De même, on peut également donner à l'isolant une forme fortement conique.

Dans chaque cas, l'étincelle générée sera plus orientée vers la chambre que dans les cas précédents. Ceci dans le but de favoriser l'initiation de la combustion.

De plus, une telle géométrie limite l'apparition de unvolumeplusrestreintqu'avecuneformel'étincelleà d'isolant cylindrique ou conique. Les différents chemins d'étincelle décrivent une demi-sphère et non plus un cylindre. Ceci permet de limiter les dispersions spatiales d'une étincelle à l'autre.

Cependant, pour conserver la même longueur d'étincelle, on est alors obligé d'augmenter fortement le diamètre de l'isolant au niveau de la collerette. Si cette modification réduit les contraintes électrostatiques dans l'isolant, elle a cependant pour effet de réduire également les effets d'amplification du champ en surface.

Enfin, pour une même longueur d'étincelle avec une géométrie d'isolant cylindrique ou conique, la projection d'isolant est moins importante ce qui limite les problèmes d'échauffement de celui-ci.

La figure 10 décrit une nouvelle variante de réalisation d'une bougie à effet de surface. Cette bougie

présente une géométrie similaire à celle de la figure 1 avec un culot 503 entourant une électrode centrale 506 avec interposition d'un manchon isolant 500. Ce culot 503 présente une collerette biseautée 501 s'étendant à la l'extrémité axiale du culot 503, collerette 501 qui est rabattue au contact de l'isolant 500.

Comme nous l'avons expliqué précédemment, cette géométrie où la collerette vient directement au contact de l'isolant est optimale du point de vue de l'orientation du champ sur la surface mais présente cependant l'inconvénient d'imposer de fortes contraintes électrostatiques à l'isolant.

Lors de la montée en tension au secondaire, la céramique va en effet subir d'importantes contraintes électrostatiques pendant une durée qui peut atteindre plusieurs dizaines de microsecondes avec un allumage classique. En alimentant les bougies de surface avec un système d'allumage à temps de montée en tension court, on limite toutefois l'intervalle de temps durant lequel l'isolant est soumis à une importante différence de potentiel.

Or, comme il a été vu précédemment, un allumage de type multi-étincelles présente avant tout des temps de montée en tension courts ce qui va dans le sens d'une réduction de la tension de claquage avec les bougies à étincelle de surface. De même, un temps de montée court permettra de bien résister à 1'encrassement, particulièrement dans le cas d'utilisation sur des moteurs à injection directe. Enfin, combinant l'utilisation des bougies de surface et d'un allumage multi-étincelles, on

diminue également les risques de perçage de la céramique par les effets électrostatiques.

Un autre avantage de l'invention peut être mis en évidence lorsque l'on se place du point de vue de l'étincelle créée par une bougie de surface. Comme nous l'avons expliqué, celle-ci va être beaucoup plus longue que sur une bougie classique. Dans le cas de fonctionnements avec de forts effets aérodynamiques, les effets de soufflage d'arc seront donc très importants et la bougie aura tendance à passer d'elle-même en multi-étincelles.

Ainsi, l'intérêt du multi-étincelles est de pouvoir rapprocher suffisamment les impulsions successives afin de créer un train d'étincelles, qui se rapproche du fonctionnement << naturel » de la bouaie lorsque celle-ci est montée dans un moteur.

Le transistor de puissance qui commande le passage du courant primaire reçoit donc une série d'impulsions carrées. Chacune d'elles correspond à la création d'une étincelle au secondaire. Afin qu'il soit possible de créer plusieurs étincelles dans un intervalle de temps très court, il est nécessaire, par les moyens que nous avons présentés plus haut, de réduire le temps de charge de la bobine à une centaine de us contre 1 à 2 ms pour une bobine classique. Les différents moyens qu'il est possible de mettre en oeuvre pour réduire le temps de charge ont été décrits plus hauts.

Nous allons cependant revenir plus en détails sur la solution qui consiste à utiliser un système multi- étincelles purement inductif. Dans ce cas en effet, le dispositif d'allumage selon l'invention produit un

phénomène d'autorégulation du courant de charge que nous avons déjà évoqué.

On sait que lors de-la charge de la bobine, l'équation de la tension en fonction du courant peut être approximée comme suit : U = L x di (t) dt où U représente la tension d'alimentation de la bobine. Donc, pour U fixée, di (t)/dt augmente si L diminue.

Compte tenu de l'équation ci-dessus, on s'aperçoit cependant qu'un complément de cette solution serait donc d'augmenter également la tension d'alimentation du primaire. Cette remarque est d'autant plus intéressante qu'il est prévu dans les prochaines années de passer au 42 V à la place du 12 V dans les circuits électriques automobiles.

Prenons donc le cas où on alimente le bobinage primaire d'un allumage multi-étincelles inductif sous 42 V.

Le temps de charge de la bobine sera donc encore diminué par rapport à une alimentation sous 12 Volts, ce qui va dans le sens de l'utilisation du système en multi- étincelles.

Un avantage supplémentaire de la bougie de surface apparaît alors dans le cas où le système multi-étincelles inductif génère des étincelles suffisamment proches les unes des autres pour que l'on remette en conduction le primaire avant même que l'étincelle ne se soit interrompue à la bougie. C'est-à-dire qu'un courant de plusieurs milliampères circule encore dans le secondaire. Ce

phénomène peut être provoqué pour diminuer le temps de charge d'une bobine possédant une inductance primaire élevée comme nous l'avons déjà évoqué. Il suffit pour réaliser cela d'augmenter suffisamment la fréquence du signal de commande de sorte que le temps entre deux créneaux soit inférieur à la durée de l'étincelle.

Dans d'autres cas de fonctionnement pour lesquels les étincelles vont présenter d'un cycle à l'autre des durées inégales, (étincelle perdue dans un allumage semi- statique par exemple), il est également possible que ce phénomène se produise aléatoirement sans avoir été volontairement provoqué. Ce cas présente des risques pour la bobine dans la mesure où il sera difficile de contrôler le courant atteint en fin de charge dans le primaire. Ce dernier dépendant à la fois de l'énergie récupérée au secondaire et du temps de charge fixé par le calculateur.

En effet, dès la remise en conduction durant l'étincelle, le courant secondaire est coupé et toute l'énergie encore présente va être transférée au primaire.

Le courant primaire ne repartira donc pas de 0. La durée de charge restant la même, le courant de fin de charge sera plus important que prévu. Le courant secondaire sera donc également plus important à 1'étincelle suivante et au fur et à mesure des étincelles, le courant maximal au primaire va augmenter.

On risque donc d'endommager le bobinage ainsi que le transistor de commande qui devra supporter de forts courants.

Cependant, on s'aperçoit que le phénomène est autorégulé par le mécanisme suivant.

Durant la phase de charge de la bobine, les capacités parasites du secondaire se chargent à une tension que l'on appelle la tension d'enclenchement. Le bobinage se comportant globalement comme un transformateur, cette tension s'obtient en fait en multipliant la tension d'alimentation du primaire (12 V) par le facteur de transformation de la bobine (environ 80) ce qui nous donne une tension d'enclenchement de l'ordre de 1000 V.

Selon le même principe, on s'aperçoit que lorsque la fréquence de répétition des étincelles augmente (> 5000 Hz), le courant secondaire ne s'interrompt plus lors de la remise en conduction du primaire et se contente de changer de sens. En d'autres termes, cela signifie que les conditions (température, pression, quantité d'espèces ionisées,...) entre les électrodes de la bougie permettent une inversion du courant dans l'étincelle sans qu'il n'y ait disparition de l'arc. La tension de glow (500 V environ avec une bougie classique) est donc ramenée au primaire dans le rapport de transformation de la bobine, si bien que le bobinage primaire sera chargé sous une tension non plus égale à la tension d'alimentation initiale mais à la différence de cette tension et de la tension de glow ramenée au primaire.

Reprenons 1'exemple précédent avec une tension de batterie de 12 V, une tension de glow au secondaire de 500 V (correspondant à une bougie classique) et un rapport de transformation de la bobine de 80.

En cas de remise en conduction durant l'étincelle, le bobinage primaire sera alors alimenté sous une tension Vprimaire égale à :

Vprimaire =5,75.V-### La montée du courant--au primaire <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> di (t) Vprimaire<BR> <BR> <BR> <BR> principalement régie par 1'equation dt L va donc subir une diminution qui va se traduire sur la courbe par une diminution de la pente et donc de la valeur finale du courant en fin de charge.

On a donc une autorégulation du courant primaire par la tension de glow.

Prenons maintenant le cas particulier ou le primaire n'est plus alimenté sous 12 V mais sous 42 V afin de réduire le temps de charge. La régulation par la tension de glow d'une bougie classique ramenée au primaire est beaucoup moins sensible que dans le cas précèdent puisque la tension de charge n'est réduite que de 14 % contre 50 % dans le cas précèdent avec une alimentation en 12V.

On risque donc de ne pas suffisamment réduire le courant de fin de charge au primaire.

Si on utilise à la place une bougie de surface dont la tension de glow peut atteindre plusieurs kVolts, on s'aperçoit alors que la régulation est beaucoup plus efficace qu'avec une bougie classique puisque la tension de glow ramenée au primaire sera plus élevée.

Le système selon l'invention qui propose de combiner l'utilisation d'une bougie de surface avec un système multi-étincelles permet donc ici de réguler efficacement le courant au primaire lors d'une remise en

conduction durant l'étincelle, et ce même lorsque la tension d'alimentation au primaire est élevée.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titres d'exemples.

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