Brevet FR2402776A1 — publié le 19790406

Les brevets français "Procédé et dispositif d'allumage électronique pour les moteurs à combustion interne" et "Procédé et dispositif d'allumage électronique pour moteurs à allumage commandé déposés le. 28 juillet 1976 a Paris par TECHNIQUES GIROPIN, Inventeur M. PILATO ainsi que le premier certificat d'addition au deuxième brevet cité donnent les principes d'un appareil producteur d'étincelles de haute énergie. L'invention, objet du prisent brevet, s'appuie sur les principes énoncés dans les brevets ci-dessus, mais par une optimilisation conditions de fonctionnement et d'exécution de l'appareil pro auteur d'étincelles réduit le coût de revient de celui-ci tout en lui gardant, sinon en lui augmentant, les propriétés donc les résultats obtenus précédemment. Entrerait d'ns le cadre du présent brevet le remplacement des semi-conducteurs représentés sous le symbole de transistor par des associFtions de semi-conducteurs telles que Darlington, transistors P N P au lieu de N P N , les associations P N P / N P N etc... L'appareil de base ne comportant plus que sept élements dlectronique; conforme au schéma 1 , est réalisé comme suit s trois semi-conducteurs (1), (2) et (3) dont, au moins, les deux derniers sont de puissance, et éventuellement du type dit Darlington sont reliés entre eux de la façon suivante décrite ci-après D Le collecteur du premier (i) est directement relié b la base de second (2), et ce point commun va à travers la résistance (5) au plie + de la batterie (8) ; le collecteur du second transistor (2) va directement au ptle + de la batterie (8) ; la base du premier transistor (1) va à la musse à travers le rupteur (10) (lequel rupteur ne fait pas partie de l'ensemble "allumage" ) , de plus la base de ce transistor rejoint le pEle + de la batterie (8) à travers la résistance (4) ; l'émetteur du premier transistor (1) est directement à la masse, l'émetteur du second transistor (2) qui, de préférence, est un Darlington, est relié à la base du transistor final (3) à travers une résistance de puissance (6) choisie en fonction de ltétage final utilisé; le collecteur du troisième transistor (3) est directement relié au primaire (11) de la bobine (12) (celle-ci comme le rupteur, est extérieure au montage); le primaire (11) rejoint le pôle + de la batterie (8) (il est utile de préciser que le pale + de la batterie (8) passe à travers la clé de contact (9) du véhicule); de plus1 un élément bien adapté de varistance (7) (carbure de silicium, par exemple) est disposé entre le collecteur et ltémetteur du transistor (3). Le fonctionnement a lieu comme suit: la clé de contact (9) étant mise en position de marche, et dans un premier temps le rupteur (10) étant supposé fermé, c'est à dire à la-masse, le premier transistor (t) se trouve en état bloqué et aucun courant ap préciable ne circule- entre son collecteur et son émetteur car sa base est mise à la masse par le rupteur (10); de ce fait la tension de-la--batterie (8) est appliquée au travers de la résistance (5) à la base du second transistor (2), lequel est rendu conduc- tour, laissant ainsi circuler entre son collecteur et son émettour un courant relativement intense (de ltordre- de l'ampère) limité parla valeur de la résistance (6) dans la chalne suivante: + batterie, collecteur/émetteur-du transistor (2), résistance (6), base/émetteur du transistor (3), masse; le transistor (3-) est ainsi rendu fortement conducteur par un courant non négligeable de base et un courant encore- plus intense (de plusieurs ampères) qui circule à travers son collecteur et son. émetteur en série avec ie- primaire (If) de la bobine d'allumage (12), le carbure de silicium (7) reste dans ce premier temps inactif à ce niveau de tension. On remarque que la résistance (6) sert à staffranchir des. caractéristiques de gain des transistors (2) et (3) tout en défi- nissant un courant de base bien. déterminé pour le dernier transistor qui fonctionne ainsi dans les conditions optima et à commande de courant. Dans le deuxième temps, lorsque le rupteur (10) passe à lié tat ouvert, le transistor (1) est rendu.aus1tôt conducteur entre son collecteur et son émetoteur du fait que sa base n'est plus à la masse et reçoit un. courant à travers la résistance (t); la conduction du transistor (1) met pratiquement la base du transis- tor (2). -à la massue, bloquant de ce fait celui-ci qui interrompt le passage du courant à travers la résistance (6), bloquant de ce fait le transistor (3) qui interrompt brutalement à son tour le courant de plusieurs ampères circulant entre son collecteur et son émetteur. Une très forte surtension apparaît alors entre ces deux bor- nes, surtension limitée symétriquement par le carbure de silicium à quelques centaines de volts; cette surtension est l'image dtun extra-courant de rupture- intense, lequel provoque au secondaire (13) de la bobine (12) une tension très élevée de plusieurs dizaines de milliers de volts et d'intensité non négligeable, créant ainsi une puissance crête de plusieurs LEVA. De cette manière, selon les composants utilisés, on obtient facilement les caractéristiques suivantes qui sont données à titre d'exemple non limitatif: - sur éclateur, deux centimètre.s dans un air sec, - tension nettement supérieure à 40 KV, - intensité nettement supérieure à 012..ampère, atteignant, de ce fait,- une puissance d'.étincelle nécessaire-pour la combustion optimalisée des moteurs à explosion. Une variante intéressante de l'appareil de base décrit plus haut consiste dans l'introduction des méthodes de réinjection électrônique, c'est à dire réintroduction au niveau de l'élément de commande, en.l'occurence le rupteur (10), d'une partie des signaux de sortie, ce qui aboutit au schéma 2. On voit que la base du transistor (1) est relié- au rupteur (10) à travers une diode (14) dans le sens positif passant, le dit rupteur étant relié d'autre part au collecteur du dernier transistor (3) par l'intermédiaire d'une résistance (15). Cette réinjection permet la dépolarisation des contacts par des tensions réinjectées suffisamment élevées pour qutun néon placé en parallèle sur le rupteur (10) s'allume à chaque ouverture. Quelle que soit la variante choisie-, la chaîne d'amplification qui a pour rôle essentiel d'améliorer le di est disponible pour provoquer un important gain de courant, ce qui autorise l1u- utilisation de rupteurs à faible courant, rupteurs qui peuventetre mécaniques, électro-mécaniques, électroniques, opto-électroniques, etc., avec ou sans circuit électronique associé. Une autre variante spécialement intéressante pour les régimes de fonctionnement élevé du moteur et valable pour tous les régimes consiste à fabriquer une étincelle dont les caractéristiques: forme et durée sont constantEs et indépendantes de la vitesse du moteur: il est avantageux d'avoir une durée assez courte pour sévi ter la décharge totale de lténergie magnétique stockée dans le noyau de la bobine afin d'accélérer son temps de récupération aux régimes élevés Ce résultat, obtenable par un multivibrateur monostable clas- sique est préférablement réalisé selon le présent brevet par des circuits passifs économiques et insensibles à la température. Dans le schéma 3, on remarque que la base du transistor (1) n'est plus reliée au- + batterie, mais est mise à la masse par l'intermédiaire-- de la résistance (4) qui ne va plus au + batterie (8), cettXe base est également reliée au rupteur (10) au travers: du condensateur-(16-); dè---son--côté le- rupteur (10) est relié au r batterie à travers la résistance (17). Dans ces conditions, le rupteur (10) étant supposé fariné, le point de-liaison de la résistance (17) et du-wandensateur (16) est au--potentiel 0; de son côté la base du transistor (1) est mise elle aussi au potentiel 0 à travers la résistance (4), donc le condensateur est totalement -déchargé. Lors de ltouverture du rupteur (10), le condensateur (16) se charge à travers la résistance (17) et la résistance (4) shuntée elie-même par la résistance base-émetteur du transistor (1). La durée de charge du condensateur est fonction de la constante de temps des divers éléments RC; le courant de charge du condensateur qui circule dans la résistance (17) circule aussi entre base et émetteur du transistor (1) et à travers la résistance (4) tant que le condensateur n'est pas totalement chargé; ce courant est donc monté très rapidement à une certaine valeur et décroît plus lentement par la suite vers le- potentiel O, et, lorsque le condensateur est totalementchargé, le courant de charge résiduel est devenu évidemment extrèmement faible. Ce courant dérivé a donc dépassé le seuil de tension déterminant la conduction du transistor (1) pendant une durée qui est fonction du temps passé au dessus du seuil; le transistor (1) a donc été rendu conducteur pendant un temps identique, indépendant de la durée de l'ouverture du rupteur et par conséquent de la vitesse- de rotation du moteur. La fermeture du rupteur- décharge le- condensataur à travers la résistance (4) en faisant apparaitre une impulsion.négative au niveau:de la base-, augmentant de ce fait le- blocage au niveau du transistor. Les avantages de ce procédé sont: - étincelle identique quel que soit le régime, de durée parfaitement; déterminée, dépolarisation des contacts par la charge et la décharge, alternativement positive (courant à travers la résistance (17)) et négative (impulsion négative de décharge), - la baisse de-- tension-de la batterie provoque la réduction de la durée de la conduction, ce qui compense dans une certaine' plage la diminution de-la haute tension, - la -notion de "dwell" (rapport cyclique recommandé, entre autre, entre- 40 et 50 %) n'a pas vis- à vis de la présente inventien la signification qu'on lui attribue--, car, en réalité, les. temps d'ouverture trop longs, supérieurs à que-Lques- centaines; de mic-ros-econdes, font perdre l'énergie magnétique accumulée dans la bobine sans aucune utilité pour l'étincelle. I1 est, en effet, nécessaire de ramener ensuite celle-ci à un niveau important d' énergie, ce qui est contradictoire avec un re-gime- élevé du moteur, régime qui ne laisse pas le temps nécessaire pour atteindre- ce niveau, aussi faut-il accepter une moindre efficacité ou l'introduction d'un écart angulaire, ce qui est fait habituelle- ment malgré les- inconvénients présentés. Avec la méthode- indiquée dans le présent brevet-, les rapports cycliques n'interviennent plus, - augmentation de la puissance de déclenchement de l'étincelle. On peut encore, avec ce dispositif, introduire la réinjec- tion du signal de sortie sur le rupteur en ramenant, par exemple, simplement la résistance- (17) non au + batterie, mais au collec.- teur du dernier transistor' (3). RVN T C AT IONS I Générateur d'étincelles ou d'impulsions électriques de haute qualité utilisable, en particulier, dans les moteurs à allumage commandé, caractérisé en ce que la liaison entre les différents éléments est continue, sans aucun élément capacitif, et cue simultanément la chaîne d'amplification sent en même temps à augmenter le di dans des proportions considérables afin d'obtenir des impulsions supérieures à 50.000 volts avec des bobines classiques, et ceci grâce à une protection accrue du semi-conduc-. teur commutateur pai carbure de silicium. II Généra±our d'étincelles ou d'impulsions électriques de haute qualitéFsuivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il est c-ommandé par des rupteurs mécaniques ou par des impulsions électriques de faible valeur. III Générateur d'étincelles ou d'impulsions électriques de haute qualité suivant la revendication I , caractérisé en ce que le signal de sortie est réinjecté et rétroagit sur le circuit de commande. IV Générateur d'étincelles ou d'impulsions électriques de haute qualité suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il est muni, au lieu d'un rupteur mécanique, d'un dispositif auxiliaire de mise en forme et de retard fixe ou variable du type classique. v Générateur d'étincelles ou dimpulsions électriques de haute qualité suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il est muni, au lieu d'un rupteur mécanique, d'un dispositif auxiliaire optimisé de mise en forme d'impulsions, dispositif réalisé avec des composants électriques et un seul composant électronique supplémentaire afin de Produire un temps constant d'ouverture du circuit, donc un tmps constant de rupture du courant dans la bobine. VI Générateur d'étincelles ou d'impulsions électriques de haute qualité suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il est muni d'un rupteur mécanique et d'un dispositif auxiliaire optimisé de mise en forme d'impulsions, dispositif réalisé uniquement avec l'aide de composants passifs électriques supplementaires afin de produire un temps consent d'ouverture du circuit , donc un temps constant de rupture du courant dans la bobine. VII Générateur d'étincelles ou d'impulsions électriques de haute qualité suivant les revendications I ou II ou III ou IV ou V ou VI, caractérisé en ce qu'il comporte, en plus des élements de constitution, des indicateurs lumineux tels que néon, diode électroluminescente, etc... et leurs circuits éventuels associés.