Brevet FR2341753A1 — publié le 19770916

La présente invention a pour objet des dispositifs d'allumage piézoélectrique de moteurs à combustion interne. Le secteur technqiue de l'invention est celui de la construction automobile, plus particulierement des dispositifs d'allumage. Les dispositifs d'allumage habituels des moteurs à explosion ou à combustion interne sont constitués d'une source de courant continu (batterie d'accumulateurs associée à une dynamo ou à un alternateur et un redresseur) d'une bobine d'induction, d'un rupteur à vis platinées associé à un commuta- teur rotatif (delco) et de bougies. A côté de ceux-ci on a déjà essayé de construire des dispositifs d'allumage piézoélectriques dans lesquels les étincelles d'allumage du mélange combustible sont produites par des impulsions de tension engendrées par un élément piézoélectrique soumis à des variations de pression, par exemple par un quartz ou une céramique piézoélectrique. De tels dispositifs présentent l'avantage de supprimer la bobine et le rupteur et leur fonctionnement est indépendant de la batterie. Cependant les dispositifs d'allumage piézoélectrique connus ne permettent pas, par suite de leur conception, d'obtenir un bon réglage automatique de l'avance à l'allumage. On rappelle que sur les moteurs à piston, l'avance à l'allumage comporte deux sortes de réglages de l'avanee. Un premier réglage dit avance centrifuge, obtenu au moyen de masselottes actionnées par la force centrifuge, permet de faire varier le degré d'avance en fonction de la vitesse du moteur. Un deuxième réglage dit avance à dépression obtenu en fonction de la dépression dans le collecteur d'admission, permet de faire varier l'avance en fonction du régime de marche du moteur et de la position de l'aceelera- teur. Pour obtenir un bon fonctionnement d'un moteur à explosion à pistons dans toutes les conditions de vitesse et de régime, il est essentiel de pouvoir régler automatiquement l'avance en fonction de chacun de ces deux facteurs et les dispositifs d'allumage piézoélectriques connus ne le permettent pas de façon pratique et satisfaisante. On connaît des dispositifs d'allumage piézoélectriques pour moteurs à explosion dans lesquels les éléments piézoélectriques sont incorporés dans les bougies et sont comprimés par les pistons eux-memes lorsqu'ils arrivent au point haut. De tels dispositifs ne permettent pas de décaler l'instant où jaillit l'étincelle par rapport au cycle de fonctionnement du moteur. Dans certains dispositifs de cê type connus, on branche en parallèle entre les électrodes d'allumage un circuit de constante de temps constitué par un condensateur et une résistance et on fait varier automatiquement l'a vance à l'allumage en utilisant les variations de résistance en fonction de la température du métal du cylindre qui varie avec le régime de marche. Il existe également des dispositifs d'allumage piézoélectriques comportant un élément piézoélectrique comprimé par des cames portées par un arbre qui tourne en synchronisme avec l'arbre moteur et un doigt mobile qui est relié électriquement aux électrodes et qui vient en contact avec l'élé- ment piézoélectrique à un moment du cycle que l'on peut faire varier automatiquement en fonction de la vitesse du moteur mais la présence d'un contact mobile entraîne des défauts d'allumage. L'objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs d'allumage piézoélectrique pour moteurs à combustion interne qui permettent de régler automatiquement l'avance à l'allumage par des moyens purement mécaniques et sans aucun contact électrique mobile, et de faire varier sépa rément le réglage en fonction de la vitesse et de la dépression. Cet objectif est atteint au moyen d'un dispositif d'allumage piézoélectrique qui est composé - d'une part, d'un arbre à cames et de moyens pour l'entraîner à partir du mouvement du vilebrequin; - et d'autre part, d'un bloc renfermant autant d'éléments piézoélectriques que le moteur comporte de cylindres, chacun de ces éléments étant relié électriquement aux électrodes de la bougie de l'un des cylindres. De préférence, l'arbre à cames comporte autant de cames que le moteur comporte de cylindres lesquelles sont espacées longitudinalement le long de l'arbre et ledit bloc renferme une rangée d'éléments piézoélectriques disposés en face de chacune des cames. Les cames d'un dispositif selon l'invention présentent une ligne d'arête en biais par rapport à la direction de l'axe de l'arbre à cames et le dispositif comporte des moyens commandés par la dépression qui règne dans le collecteur d'admission pour déplacer l'arbre à came ou ledit bloc d'un mouvement relatif parallèle à l'axe de l'arbre à came de sorte que l'on obtient un réglage automatique de l'avance en fonction de la dépression. Le résultat de l'invention est un nouveau produit qui constitue un dispositif d'allumage. Ce dispositif peut être monté entièrement à l'inte- rieur d'un boîtier de sorte qu'il forme une unité commercialisable. Un premier avantage d'un dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il comporte un élément piézoélectrique pour chaque cylindre ce qui supprime tout distributeur rotatif. Un autre avantage d'un dispositif selon l'invention provient de ce qu'il permet de régler automatiquement l'avance à l'allumage en fonction de la vitesse et du régime de marche en utilisant les capteurs centrifuges et à dépression qui sont utilisés sur les moteurs actuels à allumage électrique de sorte qu'un dispositif d'allumage selon l'invention peut se monter sur les moteurs actuels sans avoir à modifier la conception et la disposition de ceux-ci. Un autre avantage des dispositifs d'allumage selon l'invention est qu'ils ne comportent aucun contact électrique mobile et leur longévité d'em- ploi est très grande, sans nécessiter aucun entretien du type remplacement des vis platinées. Un dispositif selon l'invention présente un poids et un encombrement très faibles et il peut etre logé facilement sur tous les moteurs d'automobile ou de motocycles et le coût de fabrication est peu élevé. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un exemple de réalisation de l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif d'allumage selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale selon II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'une came. La figure 4 est une vue en perspective d'un boîtier contenant un dispositif selon l'invention. La figure 5 est une section transversale d'une came. La figure 6 est une représentation en perspective d'une variante. Les figures I et 2 représentent un dispositif d'allumage constitué d'un carter 1 dans lequel est disposé un arbre à cames 5 monté sur des paliers 9 et 10 et entraîné en rotation par un pignon 6,ou tout autre moyen équivalent, par exemple une poulie crantée, qui est lui-meme entraîné par un pignon ou par une couroie entraînée par le vilebrequin du moteur, non repre- senté. La figure correspond, à titre d'exemple, à un dispositif d'allumage d'un moteur à quatre cylindres. Dans ce cas, l'arbre à cames 5 porte quatre cames 4 espacées longitudinalement et décalées angulairement de 90 les unes par rapport aux autres. Le carter I est fermé par un flasque d'extrémité amovible 2. Il renferme un bloc mobile 3 dans lequel sont creusés quatre puits contenant chacun une paire d'éléments piézoélectriques 12 placés à l'intérieur d'une gaine isolante 17. Les deux éléments piézoélectriques qui sont par exemple des pastilles ou des cylindres en céramique piézoélectrique, sont placés entre deux rondelles ou disques métalliques 13 et 14 destinés à répartir la pression uniformément sur toute la section de chaque élément piézoélectrique. Une électrode 18 est intercalée entre les deux éléments 12 > qui sont connectés électriquement en parallèle entre cette électrode, d'une part, et d'autre part, les deux rondelles 13 et 14 qui sont mises à la masse. Chaque électrode 18 est connectée par un conducteur isolé 19 sur une borne de sortie 20 qui est connectée par un conducteur 21 à une des deux électrodes d'une bougie de l'un des cylindres, l'autre électrode étant à la masse. Chaque puits comporte, à la base, un poussoir coulissant 11 sur lequel agit l'une des cames 4 de sorte que chaque élément piézoélectrique est comprimé une fois au cours de chaque tour de l'arbre à came lorsque la came 4 passe en face du poussoir 11 et cette compression est convertie par l'élément piézoélectrique en une différence de potentiel-suffisante pour faire jaillir une étincelle entre les électrodes de la bougie. Les cames sont. en métal dur ou durci superficiellement afin d'éviter l'usure de celles-ci au contact des poussoirs. Bien entendu, le carter 1 peut contenir un bain d'huile dans lequel baignent les cames. Le bloc 3 est recouvert par uoeplaque 16, démontable pour permettre l'introduction des poussoirs 11 et des éléments 12 dans leurs logements. Cette plaque est maintenue par des vis Z9. Des vis 15, vissées dans la plaque 16, permettent un serrage initial des éléments piézoélectriques lorsque le poussoir i1 repose sur la partie cylindrique de la came correspondante. Ce serrage entra me une précontrainte en compression des éléments piézoélectriques et un meilleur contact entre ceux-ci et les électrodes 13, 14 et 18. Le dispositif décrit à titre d'exemple comporte des cames 4 réparties longitudinalement le long de l'arbre à cames 5 et une rangée d'éléments piézoélectriques 12 placés en regard de chaque came. il est précisé que le même résultat serait obtenu en utilisant une seule came et en disposant radialement à la périphérie du disque portant la came des éléments piézoélectriques décalés angulairement de 90 . La présente invention protège les deux modes de realisation équivalents, l'originalité de l'invention résidant dans un nombre d'éléments piézoélectriques égal à celui des cylindres de telle sorte que chacun d'eux est connecté à la bougie d'un cylindre, sans aucun distributeur rotatif donc sans aucun contact électrique mobile. Un dispositif selon 1 invention permet de régler automatiquement l'avance à l'allumage en fonction de la vitesse et de la dépression. Le pignon 6 comporte un dispositif incorporé à masselottes qui se déplacent radialement veisl'extérieur, à l'encontre d'un ressort antagoniste, sous l'effet de la force centrifuge développée par la vitesse de rotation du pignon et ce déplacement des masselottes entraîne un décalage angulaire de l'arbre 5 par rapport au pignon 6. Un tel dispositif centrifuge est bien connu de l'homme de l'art et n'est pas décrit en détail. il est utilisé sur les rupteurs rotatifs des allumages traditionnels pour décaler angulairement la came de rupture qui agit sur les vis platinées par rapport a l'arbre d'entraînement de ladite came. Un des avantages d'un dispositif selon l'invention est de pouvoir lui adapter aisément un tel dispositif centrifuge connu, Un dispositif selon l'invention comporte,en outre, un dispositif d'avance à dépression 24, de tout type connu, qui comporte un élément mobile, par exemple une membrane déformable 24a, sur une des faces de laquelle est appliquée la pression régnant dans le collecteur d'admission. Les déplacements de la membrane 24a sont communiqués par une tringle 26 au bloc 3 de sorte qu'ils entraînent un déplacement relatif en translation parallèle à l'axe de l'arbre 5, du bloc 3 par rapport à l'arbre 5. Evidemment, le même résultat serait atteint en faisant agir la tringle 26 sur l'arbre 5 au lieu de la faire agir sur le bloc 3. La figure 3 représente,à plus grande echelle et en perspective, la forme des cames 4. Celles-ci comportent un corps cylindrique, d'axe x xi, s'étendant sur la majeure partie de la périphérie et un profil de came s'étendant sur quelques degrés seulement et présentant un sommet très accusé. Si l'on fait plusieurs sections transversales successives de la came, les sommets des différents profils sont décalés angulairement. Tous ces sommets se situent sur une ligne d'arête 4a dont tous les points sont à la même distance de l'axe x xi mais qui est en biais par rapport à la direction de cet axe On comprend donc que le déplacement relatif du bloc 3 et des poussoirs 11 par rapport aux cames 4 amène les poussoirs à s'appuyer sur des sommets de la came dont le décalage angulaire par rapport à un plan de référence lié à l'arbre varie en fonction dudit déplacement relatif et on obtient ainsi un réglage automatique de l'avance a- l'allumage en fonction de la dépression. L'angle que fait l'arête 4a avec l'axe x xl est fonction du degré d'avance que l'on désire obtenir et de l'épaisseur relative des cames et des poussoirs. Pour compléter la description des figures 1 et 2, le carter 1 comporte, à une extrémite, un orifice obturé par un flasque amovible 7, fixé par des vis 8, qui porte le palier 9 et qui permet d'introduire l'arbre 5 dans le carter. Un couvercle 22 en matière isolante, comporte des orifices 23 permettant de serrer les vis de réglage 15. il porte également les bornes de jonction 20. Le bloc 3 est supporté dans le carter 1 par des rangées de billes 25 qui facilitent les déplacements relatifs en translation du bloc par rapport au carter 1. Une tresse 28 relie électriquement le bloc 3 au carter 1 qui est à la masse. Le carter 1 comporte des pattes de fixation 27. La figure 4 représente une vue externe d'ensemble du boîtier formé par le carter 1, le flasque 2 et le couvercle 22 qui contient l'ensemble d'un dispositif d'allumage selon l'invention qui peut se monter aisément sur un moteur de voiture. Un dispositif selon l'invention peut également faire corps avec n importe quel organe tournant en synchronisme avec le vilebrequin tel que pompe à eau, alternateur, ventilateur etc.... La figure 5 représente une section transversale de deux cames de diamètre différent. La flèche F indique le sens de rotation. La levée h des deux cames est la même et elle est très faible, de l'ordre de quelques dizièmes de millimètres. Une telle levée suffit pour obtenir une compression des éléments piézoélectriques donnant une étincelle d'allumage. On voit que la figure 5 que le front montant de la came est contenu dans un angle respectif oye1 0 En faisant varier la précontrainte des éléments piézoélectriques au moyen des vis 15, on fait varier l'instant du cycle où l'étincelle jaillit et on peut obtenir un réglage optimum, de l'ordre du degré. Les vis 15 permettent également de rattraper l'usure éventuelle des poussoirs Il au contact des cames. De nouvelles étincelles jaillissent entre les électrodes au moment de la décompression des éléments piézoélectriques mais cellesci ne provoquent aucun allumage car elles se produisent à un instant du cycle où les cylindres ne contiennent aucun mélange explosif. La forme du front descendant des cames est donc sans importance. il est précisé que l'on peut, en variante, remplacer les cames montées à la périphérie de disques séparés par un arbre ou tambour cylindrique unique dont la périphérie porte des bossages en relief. La figure 6 représente une telle variante. On voit sur cette figure quatre poussoirs 11 alignés et un tambour 4b portant quatre bossages 4c, décalés angulairement de 900. Chaque bossage 4c présente un relief de quelques dizièmes de millimètres et forme un angle avec les génératrices du cylindre. On pourrait également remplacer les cames par un rotor excentrique présentant une excentricité de quelques dizièmes de millimètres par rapport à l'axe de l'arbre à cames 5. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs du dispositif d'allumage qui vient d'être décrit à titre d'exemple pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS I - Dispositif d'allumage piézoélectrique de moteurs à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est composé - d'une part, d'un arbre à cames et de moyens pour l'entraîner à partir du mouvement du vilebrequin, - et d'autre part, d'un bloc renfermant autant d'éléments piézoélectriques que le moteur comporte de cylindres, chacun de ces éléments étant relié électriquement aux électrodes de la bougie de l'un des cylindres. 2 - Dispositif d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre à cames comporte autant de cames que le moteur comporte de cylindres, lesquelles sont espacées longitudinalement le long de l'arbre et ledit bloc renferme une rangée d'éléments piézoélectriqnes disposés en face de chacune des cames. 3 - Dispositif d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les cames présentent une ligne d'arete en biais par rapport à la direction de l'axe de l'arbre à cames et le dispositif comporte des moyens commandés par la dépression qui règle dans le collec teur d'admission pour déplacer l'arbre à came ou ledit bloc d'un mouve ment relatif parallèle à l'axe de l'arbre à came de sorte que l'on obtient un réglage automatique de l'avance en fonction de la dépression. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens, commandés par un régulateur centrifuge à masselottes pour décaler angulairèment l'arbre à came par rapport à l'organe d'entraînement de celui-ci par le vilebrequin de sorte que l'on obtient un réglage automatique de l'avance à l'allumage en fonction de la vitesse. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que ledit arbre à came et ledit bloc sont montés à l'intérieur d'un meme boîtier, formant une unité d'allumage. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bloc est monté coulissant dans ledit boîtier sur des rangées de billes:paral- lèles à l'axe de l'arbre à cames. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que chaque élément piézoélectrique comporte une vis de réglage permettant de lui appliquer une précontrainte en compression.