Brevet FR2360197A1 — publié le 19780224

La présente invention se rapporte à un procédé d'allumage électrenique des moteurs à combustion interne et au dispositif permettant la lise en oeuvre de ce procédé. Actuellement, l'allumage du mélange d'air et d'hydrocarbures est obtenu en faisant éclater une étincelle entre les deux électredes d'une bougie. A cette fin, en charge une bebine d'induction portée par un noyau magnétique et à l'aide d'un rapteur on décharge brusquement l'énergie emmagasinée ce qui provoque un courant instantané et une tension élevée qui engendre l'étincelle. Ce procédé basé sur l'installation de la bobine de Ruhmkorff a les désavantages suivants s L'étincelle ne peut éclater dans l'air sec à pression ambiante au-delà d'un écartement de 10 mm environ entre électrodes ou dans un mélange d'air et d'hydrecarbures sous la pression régnant dans la chambre de combustion au moment de l'allumage au delà de 0,7 à 0,8 mm. cette distance est d'autant plus faible pour un neteur donné que la richesse du mélange est plus faible. Ainsi, pour un moteur denné, de taux de compression supérieur à 8 un mélange de richesse 0,85 me peut être enflammé si l'écartement est supérieur à 0,6 mm. Au-delà de cette distance, la tension génératrice de l'tincelle est trop faible et le mélange n'est pas enflammé ce qui provoque l'arrêt du moteur. Au contraire, le procédé selon l'invention permet l'ionisation du mélange quelle que seit la distance interélectrodes et la richesse du mélange @acilitant ainsi que le passage de l'étincelle par abaissement de la tension disruptive. On rappelle que la richesse unité d'un mélange est la teneur c@rrespendant aux proportions stoechiométriques. L'étincelle qui suit l'ionisation déclenche la combustion du mélange. Le procédé suivant la présente invention est caractérisé en ce que l'en crée à l'aide d'un multivibrateur un signal rectangulaire électrique basse tension de polarité et de forme et de fréquence données, le dit signal étant piloté par le rupteur, que l'on anpli- iie en tension et puissance ledit signal et que l'on applique le signal amplifié au primaire d'une bobine de Kuhmkorff, celle-ci fonctionnant à la fois comme un transformateur de tension dont le secondaire relié aux électrodes de la bougie d'allumage délivre ne tension élevée et une bobine classique de Ruhmkorff en rdgize pulse. Suivant une caractéristique du procédé selon l'invention, celuici est caractérisé en ce que l'on alimente les organes d'amplification au travers du primaire de la bobine de Ruhmkorff. Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, celui-ci est caractérisé en ce que le signal basse tension est appliqué à un réseau résistance capacité diviseur de tension engendrant à partir du signal rectangulaire un signal composé d'un ni- gnal rectangulaire de même polaritd suivi d'une pointe de tension de polarit inverse, qui bloque le fonctionnement de l'amplifica- teur immédiatement après. Le dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un rupteur, un multivibrateur déclenché et synchronisé par le dit rupteur, un étage amplificateur de tension et de puissance recevant les si gliaux délivrés par le multivibrateur électroniques une bobine de Ruhmkorff et un répartiteur d'allumage relié aux bougies d'allumage. Suivant une caractéristique du dispositif selon l'invention le dispositif est caractérisé en ce que l'étage amplificateur de ten- sion et de puissance est alimenté au travers du primaire de la bobine de Ruhmkorff. Suivant mie autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que le multivibrateur est relié au rupteur au travers d'une diode de blocage qui assure le blocage du multi- vibrateur lorsque les deux bornes du contacteur sont au contact l'une de l'autre. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que le multivibrateur est relié à un transistor à charge d'émetteur assurant une adaptation de la puissance transmise par le multivibrateur b l'amplificateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que le transistor B charge d'émetteur est relié à l'entrée de l'amplificateur transmettant à celui-ci une tension à front raide lors de son déblocage lequel est provoqué par l'ouverture du rupteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisd en ce que le transistor à charge d'émetteur est relié à l'amplificateur de puissance au travers d'un réseau résistance capacité diviseur de tension qui assure la transmission du signal reçu et la différentiation du front arrière du signal créant ainsi une tension de polarité opposée à la,polarité appliquée, assurant après l'application du signal le clocage efficace de l'ampli ficateur de puissance. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance est réalisé par un montage Darlington, le collecteur du secind transistor étant relié à l'une des bornes du primaire de la bobine de Rhmkorff dont la seconde borne est reliée à l'alimentation électrique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte entre le collecteur et l'émet teur du second transistor de l'amplificateur de puissance un limiteur de tension adapté aux caractéristiques de l'étage de sortie dudit amplificateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte entre la base et la masse de l'étage d'entrée de l'amplificateur de puissance un limiteur de tension adapté aux caractéristiques de l'étage d'entrée du dit ampli- iicateur. L'invention sera mieux comprise dans la description qui va suivra illustrée par les deux figures jointes. La figure 1 représente un schéma d'ensemble du dispositif. La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'ensemble électronique. Sur la figure 1, on a représenté par bloc fonctionnels les différente éléments du dispositif et leur raccordement aux éléments existants. La batterie 1 alimente le multivibrateur A et le primaire de la bobine E. Le rupteur F en position d'ouverture, le multivibrateur À délivre une tension qui rend conducteur l'amplificateur de puissan- ce. Le courant passe dans le primaire de la bobine. En position de fermeture du rupteur, le multivibrateur ficateur sont bloqués. Le blocage de l'amplificateur crée une tension brutale (quelques microsecondes) dans la bobine E . Ceci crée des surtensions qui sont limitées par le limiteur de tension D. Cette surtension est multipliée par le rapport de transformation de la bobine conjugué à l'effet Ruhmkorff. On recueuille au secondaire de la bobine une très haute tension qui fait éclater une décharge entre les électrodes des différentes bougies d'allumage. On a mesuré cette haute tension en fonction de la tension de batterie et dans un montage déterminé on a obtenu pour une tension de batterie de 6 volts 30 kV " " " 9 " 45 " " " " 12 " 70 " " " " 16 " 120 " Avec certains types de bobine on peut obtenir 200 kV L'intensité au rupteur est de 40 milliampères pour une tension de batteries de 12 volts et peut Titre ramenée à 0,25 milliampères en utilisant un adaptateur par transistor. Ceci assure au rupteur une longévité inconnue jusqu'à présent. On rappelle que dans les montages classiques l'intensité au rupteur est de plusieurs ampères. La figure 2 représente un schéma de montage du dispositif suivant l'invention. La batterie 1 délivre une certaine tension de 3 B 12 volts par exemple. On applique au travers de la résistance 2 cette tension à la base du transistor 4 dont l'émetteur est & la masse. Celui-ei est alimenté également sur son collecteur au travers de la résistance 3 et relié d'autre part à la capacité 6. La capacité 5 est reliée à la résistance 2 d'une part et d'autre part à la résistance 7 alimentée par la batterie et au collecteur du transistor 8 . Le noeud de jonction entre la résistance 7 et le collecteur du transistor 8 est relié d'une part k- la base du transis- tor 10 monté en charge d'émetteur, de l'autre à la diode 11 Le condensateur 6 est relié à la résistance 9 alimentée par la batterie et à la base du transistor 8 dont l'émetteur est k la masse0 Cet ensemble c-onstitue le multivibrateur À Le collecteur du transistor 10 est connecté à l'alimentation de la batterie alors que son émetteur est relié au réseau résistance capacité 13 - 14 - 15 dont le rôle est double t a) Division de la tension avec adaptation de l'impédance d'entrée du montage Darlington b) Bifférentiation du front arrière du signal délivré par le multi vibrateur À la diode 11 st relie a multivibrateur comme il a été dit ci-dessus et au rupteur F.A ce même rupteur F on relie la diode 12 qui est connectée d'autre part å la sortie du réseau résistance capacité 13 - 14 - 15, sertie qui est également connectée à l'entrée du transistor Zoner 16 et de l'amplificateur 17 Cet ensemble constitue l'adaptateur B L'amplificateur 17 est un montage Darlingten b deux transistors on cascade alimenté au travers du primaire de la bobine 19. L'émetteur du transister de sertie est connecté à la masse tandis qpe le cellemteur reçeit comme charge le primaire do la bobine de Ruhmkorff 19. Le limiteur de tension 18 est place entre collecteur et émetteur du montage Darlingten. Le secondaire 21 de la bobine port par le noya 20 est relit au travers du distributeur aux dif- férentes beugies d'allumage schématisées en 22 Le fonctionnement du dispositif est le suivant . Par construction, en choisissant les valeurs R et C des résistances et capacités 2, 3, 7, 9 et 5, 6, en rend le multivibrateur asymétrique de telle serte que le signal de sortie positif ait une durée nettement plus longue que celle du signal nul. Le rapport des durées est choisi entre 1, 5 et 10. Le signal obtenu est appliqué à la base du transistor 10 qui Joue le rôle d'adaptateur d'impédance. il est nécessaire que les fronts de montée et de descente des signaux rectangulaires seient très rapides, de l'ordre de quelques micrese cendres. L'émetteur du transistor 10 applique au réseau résistance capacité 13, 14, 15 n signal de même phase et de même forme que celui délivré par le multivibrateur mais avec une impédance de l'ordre de 100 @hms. Les valeurs dos résistances et capacités 13,14, 15 sent choisies de façon k obtenir b la fréquence d'utilisation comprise entre 100 et 1000 Hertz ax bornes de la résistance 15 an signal rectangulaire suivi d'une impulsion dérivée négative. Cette impulsion a pour rôle de bloquer 11 amplificateur 17 immédiatement après son excitation par le signal rectangulaire positif. la. transistor a effet Zener 16 sert k limiter l'amplitude du signal. L'amplificateur 17 est constitué comme un montage Darlington c'est-à-dire k deux transistors en cascade. La charge, c'est-à-dire le primaire de la bobine, se trouve placée soit entre le collecteur du premier transistor et celui du second transistor, le premier étant relit t la batterie, soit entre le point commun des collec- teirs et la batterie. On place entre le collecteur et l'émetteur di transistor de sortie un limiteur de tension constitué de plaquettes de carbure de silicium ou par tout autre élément équivalent dont le rêle est de limiter la tension à une valeur élevée (400 volts par exemple). Lorsque le rupteur est fermé (contacteurs se touchant), aucun courant ne passe dans le primaire de la bobine. L'entrée de l'amplificateur est aise k la masse au travers de la diode 12 de même que le multivibrateur est bloqué ai travers de la diode 11 . Lersque le rupteur s'ouvre, l'amplificateur 17 est débloqué de même quele multivibrateur A . Cependant ce dernier ne fonctionne pas instantanément par suite de la charge des condensateurs 5 et 6 Par centre le déblocage par la diode 11 prevoque l'aparition d'une tension sur la base du transistor 10 au travers de la résis- tance 7. Cette tension provoque le fonctionnement de l'amplificateur 17 qui alimente en signaux k front raide le primaire de la bobine 19. La tension délivrée par la diode est de suite relayée par les signaux dlivrs par le multivibrateur, On emmagasine dans un premier temps dans le noya 20 une éner- gie sous forme magnétique pendant 2 millisecondes environ. À la fin du signal, la pointe de tension négative bloque l'amplificateur 17 et la bobine se décharge en quelques microsecondes et provoque fl courant induit très intense qui provoque une élévation de tension considérable dans la bobine, ce qui nécessite pour la protection du Darlington un limiteur de tension. Cette tension pulse est trans formée par le transformateur constitué par le primaire, le secondaire re et le noyau de la bobine. On recueille alors au secondaire une tension très élevée variable avec la tension de batterie ainsi qu'il a été indiqué plus haut. Ce phénomène se répète autant de fois qn'il y a de signaux rec tangulaires entre deux fermetures du rupteur. On dispose donc d'une série d'étincelles è chaque cycle moteur qui réenflamme le mélange assurant la combustion complète. Ce phénemène est plus important au ralenti puisque le nombre d'impul- sions par cycle est plus élevé. On assure ainsi la diminution des imbrulés quelque soit le réglage du moteur. Ce dispositif en assurant une diminution du courant dans le rupteur et une stabilité de l'étincelle quelque soit l'état des bougies permet une meilleure carburation. Ce dispositif permet d'enflammer des mélanges très pauvres et et le réglage des carburateurs peut être repris avec une richesse ae 1 as ralenti, ce qui provoque des économies substantielles de carburant. Une autre application du dispositif ci-dessus est la fourniture de hautes tensions pour l'alimentation de divers appareils et en particulier pour les tubes à rayons X. En effetn à partir d'une tension de quelques volts on engendre une tensions de plusieurs dizaines de kilovolts Cette tension permet le bombardement de l'aFticathode par des électrons et la production de rayons X à l'aide d'un tube classique. Les puissances mises en oeuvre peuvent atteindre plusieurs centaines de watts. De iSme le dispositif peut être utilisé pour l'alimentation des appareils d'analyse k fluorescence X ainsi que pour les spectrophotomètres à émission par étincellage. REVENDICATIONS I Procédé d'allumage électronique pour les moteurs à combustion interne caractérisé en ce que l'on crée des signaux électriques rectangulaires à front raide à l'aide d'un multivibrateur, on transforme les signaux rectangulaires ainsi engendrés en signaux de m8me polarité suivis d'une pointe de tension de polarité oppe- sée, on amplifie les signaux à l'aide d'un amplificateur de puis- sance, la pointe de tension négative bloquant l'amplificateur pendant un temps suffisant pour que le front de descente du signal créant dans une bobine de Ruhmkorff une tension induite élevée soit appliquée au primaire de la bobine elle-même créant ainai dans le secondaire de la bobine une tension trs élevée assurant l'ionisation des gaz et une décharge électrique provequant l'allumage du mélange d'air et d'hydrocarbures présent dans la chambre de compression du moteur. II Procédé suivant la revendication I caractérisé en ce que le fonctionnement du multivibrateur et de l'amplificateur est bloqu@ par la fermeture du rupteur entraîné par le moteur. III Procédé selon la revendication II caractérisé en ce que l'ouverture du rupteur applique instantanément une tension directement à l'entrée de l'amplificateur. IV Procédé suivant la revendication III caractérisé en ce que l'alimentation de l'amplificateur est réalisée au travers de la bobine de Ruhmkorff. V Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I caractérisé en ce qu'il est constitué d'un multi- vibrateur asymétrique, alimenté par la batterie, engendrant des signaux rectángulaires à front de mentée et de descente de l'ordre de la micreseconde, d'un étage également alimenté par la batterie, @emportant un transistor k charge d'émetteur, la dite charge étant constituée par un réseau résistance capacité différentiant le front arribre des signaux engendrés par le multivibrateur, d'un étage amplificateur revevant les signaux délivrés par l'étage précédent, ledit étage amplificateur étant bloqué par la tension négative résultant de la différentiation du front arribre du signal rectangulaire ledit étage amplificateur étant raccordé en sortie au pri maire d'une bobine de Ruhmkorff dont le secondaire, sous l'action de la tension induite dans le primaire, délivre une haute tension qui engendre entre les électrodes d'une bougie une étincelle ausceptible d'enflammer sous pression un mélange d'air et d'hydrocarbures. vi Dispositif suivant le revendication V caractérisé on ce que l'amplificateur est alimenté au travers du primaire de la bobine de @uhmkorff. VII Dispesitif suivant la revendication VI caractérisé en ce que le cellecteur de l'un des transistors du multivibrateur est relié au rupteur au travers d'une diode de blocage qui assure le blocage par mise k la nasse du multivibrateur lorsque les deux bornes du rupteur sont au contact l'une de l'autre. VIII Dispositif suivant la revendication VII caractérisé en ce que le multivibrateur est relié k un transistor k charge d'émetteur assurant une adaptation de la puissance transiise par le multivi- brateur à l'amplificateur. IX Dispositif suivant la revendication VIII caractérisé en ce que le transistor k charge d'émetteur relié k l'amplificateur comporte daus son circuit émetteur un réseau résistance capacité qui assure à la f@is la transmission du signal reçu et la différentiation du front arrière du signal créant ainsi une tension de polarité opposée k la polarité appliquée, assurant ainsi le blocage de l'ampli fixateur de puissance. x Dispositif suivant la revendication Ix caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance est réalisé par un montage Darlingten, le collecteur du second transistor étant relié à l'une dos bornes du primaire de la bobine de Ruhmkorff dont la seconde berne est reliée à l'alimentation électrique. Il Dispositif suivent la revendication x caractérisé en ce qu'il conporte entre le collecteur et l'émetteur du second transistor de l'amplificateur de puissance an limiteur de tension adapté aux caractéristiques de sortie dudit transistor. III Dispositif suivant la revendication XI caractérisé en ce qu'il comporte entre la base et la masse de l'étage d'entrée de l'ampli- fixateur de puissance un limiteur de tension adapté aux caractdris- tiques d'entrée du dit amplificateur. XIII Application du dispositif suivant la revendication V à l'alimentation des tubes b rayons x XIV Application du dispositif suivant les revendications Y à XII à l'alimentation des tubes@à royons X XV Application du dispositif suivant les renvendications V k XIII à l'alimentation des appareils d'analyse par fluorescence X. XVI Application du dispositif suivant les revendication V à XII k l'alimentation des appareils d'analyse par spectrophotométrie k émission par e@incellage.