Brevet FR2317519A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne un dispositif d'allumage destiné à être utilisé dans des moteurs à combustion interne. Le dispositif d'allumage classique à bobine utilisant le principe d'établissement et de rupture d'un contact commandé par une came sur l'arbre d'un distributeur en ouvrant et fermant une paire de contacts présente des limitations sur les moteurs modernes à grande vitesse en particulier avec les moteurs à six, huit et douze cylindres du fait que des vitesses de rotation élevées du moteur le temps d'attente entre la fermeture des contacts à partir d'un mouvement de fermeture jusqu'au mouvement d'ouverture suivant des contacts une durée insuffisante pour assurer une coupure totale du courant électrique. Les contactes, même quand ils sont fabriqués en une ma- tière à base de tungstène relativement porteuse ou en des alliages comprenant du platine ou de l'argent ou des matières similaires, ont une durée de vie très courte avant qu'unie protubérance et une empreinte se forment sur les surfaces des contacts qui, très rapidement, affectent l'écartement critique entre les contacts entre les deux surfaces et, donc, nécessitent des contrôles constants avec une jauge d'épaisseur et des réglages fréquents si l'on cherche à maintenir des performances maximum et une consommation minimum de carburant du véhicule. L'ouverture et la fermeture des contacts avec un talon isolé agissant sur une came exercent une charge sur l'arbre du distributeur qui, bien que cela soit marginal, peut afrecter I'ac- célération instantanée et nécessite inévitablement un type de graissage tel que celui assuré par une graisse à point de fusion élevé pour éliminer la possibilité que le distributeur soit bruyant. Les tolérances d'usinage de la came nécessaire provoquent également des impulsions d'allumage inégales. Une investigation importante concernant un procédé pour résoudre les problèmes susmentionnés a été menée pendant de nombreuses années résultant en un type d'allumage appelé allumage électronique et des procédés utilisant ce principe ont été adoptés dans ensemble de l'industrie des moteurs dans un nombre rela- tivement faible de cas du fait de la dépense supplémentaire in troduite par le moyen de commande a état solide nécessaire et par l'emploi d'amplificateurs et d'autres organes à technologie avan cée qui, même s'ils étaient produits en grande série augmenteraient encore le coQt par rapport à celui des contacts classiques commandés mécaniquement. Les dispositifs classiques utilisent des détecteurs tels que des dispositirs optiques, qui produisent seulement une très petite impulsion d'allumage. Cette impulsion doit être pré-amplifiée, puis amplifiée dans un amplificateur principal avant qu'un courant suffisant soit disponible pour alimenter la bobine d'allumage. On a trouvé que les amplificateurs à deux étages devienvent très chauds du fait de l'échauffement par résistance et, en conséquence, leur durée de vie est très courte, souvent non supérieure à une semaine. La présente invention prévoit un dispositif d'allumage destiné à autre utilisé dans un moteur à combustion interne comprenant : un élément de commutation agissant en réponse à un champ magnétique ; un moyen pour appliquer un champ magnétique périodiquement à l'élément de commutation à une cadence dépendant de la vitesse du moteur pour commander un commutateur à lame quand on désire provoquer l'allumage d'une bougie d'allumage ; et un circuit de commande pour produire une impulsion de courant quand l'élément de eommutation est actionné. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-Joints dans lesquels Les figures la à le repré'tent des exemples d'un moyen de déclenchement pour un circuit d'allumage selon la présente invention destiné à Etre utilisé avec un moteur à quatre cylindres ; Les figures 2a à 2d représentent des exemples d'un moyen de déclenchement pour un circuit d'allumage selon la pre# sente invention destiné à être utilisé avec un moteur à six cylindres ;; l'es figures 3a à 3d représentent des exemples d'un moyen de déclenchement pour un circuit d'allumage selon la présente invention destiné à stre utilisé avec un moteur à huit cylindres; Les figures 4a à 4f représentent des exemples d'un moyen de déclenchement pour un circuit d'allumage selon la présente invent ion destiné à Entre utilisé avec un moteur à douze cylindres ; La figure 5 est une vue en coupe d'une partie d'un distributeur comportant un second moyen de déclenchement pour un circuit d'allumage selon la présente invention ; et La figure 6 est un schéma d'un circuit d'allumage selon la présente invention. Dans la figure la, un disque 1 porte quatre aimants également espacés 2 qui passent successivement au-dessus d'un commutateur à lames (ou corranutateur reed) 3 quand le disque 1 tourne. En cours d'utilisation, le disque 1 est monté sur l'arbre d'un distributeur (non représenté) d'un moteur à combustion interne. Le commutateur à lames 3 est monté au-dessous du disque I pour fermer et ouvrir ses contacts à l'instant correct pour produire un signal pour un circuit de commande qui alimente la bobine du moteur comme on le décrira par la suite. La figure la montre une disposition destinée à être utilisée avec un moteur à quatre cylindres et on peut voir que quatre impulsions sont produites quand les quatre aimants 2 passeront successivement au-dessus du commutateur à lames 3. Les figures lb et lo montrent des variantes pour obtenir le même résultat, ctest-à-dire qui utilisent soit deux aimants et deux commutateurs à lames, soit 4 commutateurs à lames et un aimant. Les figures 2a à 2d représentent un dispositif pour produire les six impulsions qui sont nécessaires pour un moteur à six cylindres. Dans la figure 2a, six aimants 2 passent successivement au-dessus d'un seul commutateur à lames, tandis que les figures 2b à 2d représentent des dispositifs comportant deux commutateurs à lames et trois aimants, trois commutateurs à lames et deux aimants et six commutateurs à lames et un aimant, respectivement. Les figures 3a à 3d montrent des dispositifs pour produire les huit impulsions successives nécessaires avec un moteur à huit cylindres et,de manière similaire, les figures 4a à 4e montrent cinq configurations différentes pour produire les douze impulsions successives nécessaires pour un moteur à douze cylindres. Les divers procédés qui utilisent plus d'un commutateur à lamoepermettent de réduire le diamètre du rotor ce qui, -pour certaines dimensions du distributeur, permet une installation plus simple et peut permettre d'obtenir de meilleures caractéristiques d'allumage que celles que l'on obtiendrait avec un grand nombre d1aimants qui limitent le diamètre minimum durotor. Du point de vue de la Sabrieatfon, un rotor pour quatre cylindres par exemple, pourrait être également utilisé dans un moteur à huit cylindres avec deux commutateurs à lamies. Le nombre de types différents de rotors qui doivent être produits est donc réduit. De manière simi lare un rotor pour six cylindres pourrait être utilisé avec un moteur à douze cylindres comportant deux commutateurs à lames. Dans le cas d'un seul commutateur à lames 3, il peut être encapsulé dans une matière plastique, ou monté sur une plaque de base et monté là où les contacts du moteur se trouveraient dans un circuit classique. De maniere appropriée, la meAme vis de positionnement pourra être utilisée de sorte que des contacts classiques puissent gtre remplaos très simplement par le commutateur à lame. Les dispositions ci-dessus peuvent bien entendu tre inversées, c'est-à-dire que l'aimant ou les aimants peuvent être fixes et que le, ou chacun des commutateurs à lames peut être montés de manière à pouvoir tourner. Dans la figure 5, un doigt du rotor est monté sur l'arbre d'entratnement d'un distributeur 5. Le doigt du rotor 4 porte un disque fait d'une matière ferreur ou muni d'ouvertures 6 dont une partie de la périphérie s'eterd tie un commutateur à lames fixe 3 et un aimant fixe 7. L'aimant 7 et le commutateur à lames 3 sont montés dans les branches d'une fourchette en matière plastique qui est maintenue par des vis sur une plaque de base 8 du distributeur. En cours de fonctionnement, le disque ferreux 6 agit comme un écran magnétique de sorte que lorsque les ouvertures du disque 6 passent au-dessus de l'aimant 7 le champ magnétique traverse les ouvertures pour établir et interrompre Iesoontacts du commutateur à lames 3. Les ouvertures sont disposées dans la périphérie du disque 8 suivant la même configuration que celle qui serait utilisée si la série d'aimants était disposée autour du disque 1 représenté dans les figures 1 à 4. Les ouvertures se présentent normalement sour la forme de fentes s ' étendant radialement. Avec cette disposition, il est normalement nécessaire de prévoir seulement un commutateur à lames fixe et un aimant fixe incorporé dans les branches de la fourchette qui peut être montée dans la position normalement occupée par les contacts du rupteur. L'emploi d'un seul commutateur à lames et d'un seul aimant conduit à une réduction du coQt de fabrication par rapport aux dispositifs utilisant un plus grand nombre de chacun des composants. Le seul composant, dans ce dispositif, qui dépend du nombre de cylindres est le disque métallique en matière ferreuse et,comme c'est normalement un simple disque en métal embouti, il est peu comateux de fabriquer des disques différents ayant des nombres différents de fentes.Un élément standard de commutateur à lames et d'aimant peut eAtre vendu pour tous les moteurs et le disque approprié peut être vendu avec l'élément standard pour le moteur sur lequel le dispositif doit être monté. Le circuit d'allumage représenté dans la figure 6 comprend le commutateur à lames 3 comportant des contacts 9; 10 qui sont fermés et ouverts par l'action de l'aimant 2. Le contact 9 est relié à la ligne positive et le contact 10 est relié par 1'in- termédiaire d'une résistance à la base d'un transistor de commande 13 dont l'émetteur est connecté à la base d'un transistor de puissance principal 14 dont ltémetteur est connecté à la ligne négative 15. Le collecteur du transistor 13 est connecté au collecteur du transistor 14 et à la ligne positive par l'intermédiaire d'une bobine 16. Le connecteur du transistor 14 est connecté par 1 'intermédiaire d' une bobine 17 pour fournir un signal à haute tension aux bougies d'allumage. Lorsque les contacts du commutateur à lames 3 sont fermés, le transistor de commande 13 est rendu conducteur et,ceci, à son tour,rend conducteur le transistor 14 ce qui produit une impulsion de tension à la sortie de ce transistor 14. Avec la disposition décrite ci-dessus, une sortie sensiblement en ondes carrées est produite et le faible temps de montée produit une tension élevée à la sortie de la bobine. Le circuit très simple élimine complètement le besoin d'un pré-amplificateur avec des exigences de dissipation ther mique très élevées et,donc,évite un taux relativement élevé de pannes dans les températures ambiantes très élevées qui règnent sous le capot et que l'on rencontre maintenant dans les véhicules modernes avec des dispositions très compactes d'organes sous le capot. L'élimination du pré-amplificateur évite également d'employer le composant ayant le coQt de fabrication le plus élevé et permet donc à l'ensemble complet d'hêtre fourni aux fabricants de véhicules et de moteurs à un prix minimum.Le pré-amplifica- teur est également le composant le plus gros et, de nouveau, son élimination réduit de beaucoup la dimension de tout l'ensemble, ce qui-peut être important dans les véhicules modernes actuels offrant si peu d'espace sous le capot. La vitesse de fonctionnement du commutateur à lames peut être de nombreuses fois supérieure à eelle des Jeux de contact les plus coûteux et les plus perfectionnés disponibles où que ce soit dans le monde actuellement et, donc, le facteur de sécurité aux vitesses de rotation maximum du moteur mEme avec un moteur multi-cylindres sera touJours très au-delà de celui qui peut être obtenu avec le Seu de contacts le mieux conçu que l'on puisse obtenir, donnant ainsi tous les avantages dtun vrai circuit d'allumage électronique sans utiliser de composants douteux tels que les amplificateurs et les dispositifs à photo déclenchement qui se sont avérés peu surs dans les applications à l'automobile où les températures ambiantes très élevéestégnant sous le capot Jointes aux sevices d'entretien SncompétenbEou semi-compétents peuvent réduire de beaucoup la durée d vie de ces composants. Si cella est nécessaire, urle source lumineuse de synchronisation statique peut être incorporée dans 1'élément de commande. Cette source lumineuse qui peut se présenter sous la forme d'une diode photo-émettrice s 1allume quand le commutateur à lames est fermé permettant à la synchronisation d'être réglée avec précision sans stroboscope. Ie circuit peut, en outre, comprendre une diode Zener pour protéger le transistor de puissance de toute tension induite dans l'enroulement primaire de la bobine. Dans le dispositif décrit jusqu'alors,la haute tension est acheminée aux bougies d1alîumage au moyen d'un doigt de rotor dans un chapeau de distributeur classique. Le chapeau distributeur peut Aetre éliminé en utilisant une bobine d'allumage pour chaque bougie d'allumage et plusieurs commutateurs à lames disposés pour alimenter chaque bobine tour à tour. Le dispositif d'allumage peut être vendu comme ensemble d'accessoires pour remplacer un mécanisme de rupteur à contacts classique existant. Lorsque le commutateur à lames et le doigt du rotor sont installés, l'utilisateur règle le moteur aux repères de calage d'allumage recommandés. La plaque de base du distributeur est alors réglée jusqu'à ce que la diode photo-émettrice s'allume. A ce point, la plaque de base est bloquée en position et le calage de l'allumage du moteur est alors réglé. Le dispositif d'allumage que lton a décrit a pour avantage d'assurer un temps de montée rapide de l'impulsion de sortie de l'élément de commande ce qui permet d'obtenir une étincelle ayant une tension élevée et une amélioration sur le plan de l'éco- nomie et des performances. Ceci est une conséquence de la combustion plus efficace et de la réduction des pertes provenant de l'usure continue, du rebond des contacts et du calage incorrect de l'allumage existant souvent avec les contacts classiques. Ces défauts d'allumage et les dispersions d'allumage dus à l'interaction des contacts classiques avec le mécanisme d'avance sont réduits et un calage de l'allumage sensiblement optimal peut être maintenu. L'absence de contacts signifie qu'il existe une charge inférieure sur les paliers du distributeur, et les tolérances de fabrication en général peuvent être moins sévères. Un condensateur n'est pas nécessaire avec le dispositif décrit. Egalement, la faible surface des contacts des commutateurs à lames signifie qu'ils peuvent comporter un revêtement de métaux coûteux pour encore améliorer les performances du commutateur. L'élément de commande pourra finalement être monté dans le chapeau de distributeur qui pourra être réalisé sous la forme d'un ensemble étanche. Dans un autre mode de réalisation, le commutateur à lames peut être remplacé par une magnéto-résistance dans l'un quelconque des modes de réalisation susmentionnés. Une magnéto-résistance est un élément de circuit dont la résistance varie beaucoup quand un champ magnétique lui est appliqué. La magnéto-résistance est normalement connectée à un circuit de mise en forme d'impulsions qui détermine à quel point le circuit de commande est actionné. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modlfications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'allumage destiné à être utilisé dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qutil comprend des éléments de commutation (3) agissant en réponse à un champ magnétique, des moyens (2) pour appliquer un champ magnétique pé- riodiquement à l'élément de commutation (3) à une cadence dépendant de la vitesse du moteur pour actionner l'élément de commutation (3) quand on désire provoquer l'allumage d'une bougie d'allumage d'un moteur, et un circuit de commande pour produire une impulsion de courant quand l'élément de commutation est actionné. 2 - Dispositif d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande produit une impulsion de courant sensiblement rectangulaire. 3 - Dispositif d'allumage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de commutation (3) est fixe et en ce que plusieurs aimants (2), en nombre égal au nombre de cylindres sont montés sur le rotor (4) avec un espacement correct pour actionner l'élément de commutation (v) à l'instant correct. 4 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu1il comprend une combinaison de plusieurs éléments de commutation fixes (3) et d'aimants mobiles (2) disposés pour provoquer le nombre couRct d'impulsions par tour pour le nombre de cylindres du moteur. 5 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qutil comprend un aimant fixe (2) et un élément de commutation fixe (3) entre lesquels passe un écran magnétique tournant comportant des ouvertures disposées dans sa périphérie de façon à permettre à l'aimant (2) d'agir sur l'élément de commutation (3) et de l'actionner à l'instant correct. 6 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend un transistor de puissance qui est rendu conducteur par l'élément de commutation (3). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la base du transistor de puissance est connectée à l'élé- ment de commutation par l'intermédiaire d'un transistor de commande. 8 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend un moyen pour indiquer L'état de l'élément de commutation. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une diode Zener est incorporée pour faire décroître le temps de montée de l'impulsion de courant. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément de commutation agissant en réponse au champ magnétique est constitué d'un commutateur à lames (ou commutateur rend) 11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'élément de commutation agissant en réponse au champ magnétique est.constitué d'une magnéto-résistance.